JP6078116B2 - 車両の運転支援装置 - Google Patents

Description

本発明は、自車両が走行する車線から隣接する車線への車線変更を支援する車両の運転支援装置に関する。

近年、自動車等の車両においては、カメラやレーダ装置等を搭載して車両周囲の走行環境を認識し、運転者の操作の負担を軽減する各種支援装置が開発、実用化されている。このような支援装置による運転支援機能の一つに、自車両の安全な車線変更を支援する機能がある。

例えば、特許文献１には、自車両が進入する目標レーンの車両の走行状況を判断すると共に、自車両が走行する走行レーン以外の位置から目標レーンに進入する可能性がある車両が存在するか否かを判定し、目標レーンの車両及び目標レーン以外の位置の車両に応じた案内情報を設定することにより、安全な車線変更を支援する技術が開示されている。

特開２００９−２９４９４３号公報

しかしながら、特許文献１に開示の車線変更支援は、車線変更先に進入する他車両の存在を考慮した支援であり、車線変更先に存在する複数の他車両の走行状況に適応したものでない。このため、車線変更先の車両同士の車間距離が狭い場合や、自車両と隣車線の車両との速度差が小さい場合（並走している場合）、必ずしも迅速且つ安全な車線変更を支援できるとは限らない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、車線変更先の車両の走行状況に適応して迅速且つ安全な車線変更を支援することのできる車両の運転支援装置を提供することを目的としている。

本発明の一態様による車両の運転支援装置は、自車両が走行する車線に隣接する隣車線に自車両が進入可能か否かを判断して車線変更を支援する車両の運転支援装置であって、自車両が前記隣車線を走行する複数の並走車両の各位置に到達するまでの到達時間を推定し、各到達時間の中で最小の時間となる並走車両と自車両との位置関係に基づいて、自車両が前記隣車線に進入する候補となる区間を車線変更候補区間として設定する車線変更候補区間設定部と、前記車線変更候補区間が２台の前記並走車両の間の区間である場合、２台の前記並走車両の平均速度を前記車線変更候補区間の移動速度とし、前記車線変更候補区間が２台の前記並走車両の間の区間ではない場合、前記車線変更候補区間が前方或いは後方に設定される前記並走車両の速度を前記車線変更候補区間の移動速度として、前記車線変更候補区間の移動速度と自車両の速度とに基づいて、自車両が前記車線変更候補区間に進入可能か否かを判断する車線変更判断部とを備える。

本発明によれば、車線変更先の車両の走行状況に適応して迅速且つ安全な車線変更を支援することができる。

車両の運転支援装置の構成図 自車両及び並走車両を示す説明図 車線変更候補区間を示す説明図 車線変更支援処理のフローチャート

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１において、符号１は自動車等の車両（自車両）であり、この自車両１に、運転者の運転操作に対して自律的な自動運転を含む運転支援制御を実行する運転支援装置２が搭載されている。運転支援装置２は、自車両１を取り巻く周囲の外部環境を認識する各種デバイスからなる外部環境認識部を備え、また、自車両１の運転状態を検出する各種センサ類からの信号が入力される。

本実施の形態においては、運転支援装置２は、外界環境をセンシングするためのデバイスとして、車両１の前方の物体を３次元位置を検出するステレオカメラユニット３、車両１の前側方の物体を検出する側方レーダユニット４、車両１の後方の物体を検出するマイクロ波等による後方レーダユニット５を備え、更に、路車間通信や車車間通信等のインフラ通信によって交通情報を取得する交通情報通信ユニット６を備えている。これらのユニット３〜６により車両１の外部環境を認識する外部環境認識部が形成されている。

ステレオカメラユニット３は、例えば、車室内上部のフロントウィンドウ内側のルームミラー近傍に設置される左右２台のカメラ３ａ．３ｂで構成されるステレオカメラを主としている。左右２台のカメラ３ａ，３ｂは、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子を有するシャッタ同期のカメラであり、所定の基線長で固定されている。

また、このステレオカメラユニット３には、左右のカメラ３ａ，３ｂで撮像した一対の画像をステレオ画像処理して、先行車両等の前方の物体の実空間における３次元位置情報を取得する画像処理部が一体的に備えられている。物体の３次元位置は、ステレオ画像処理によって得られる物体の視差データと画像座標値とから、例えば、ステレオカメラの中央真下の道路面を原点として、車幅方向、車高方向、車長方向（距離方向）を、それぞれ軸とする３次元空間の座標値に変換される。

側方レーダユニット４は、自車両周辺に存在する比較的近距離の物体を検出する近接レーダであり、例えば、フロントバンパの左右コーナー部に設置され、マイクロ波や高帯域のミリ波等のレーダ波を外部に送信して物体からの反射波を受信し、ステレオカメラユニット３の視野外となる自車両の前側方に存在する物体までの距離や方位を測定する。また、後方レーダユニット５は、例えば、リヤバンパの左右コーナー部に設置され、同様にレーダ波を外部に送信して物体からの反射波を受信し、自車両後方から後側方にかけて存在する物体までの距離や方位を測定する。

尚、後方物体は、リヤビューカメラを用いた画像認識、或いは画像認識と他のセンシングデバイスとのセンサフュージョンによって検出するようにしても良い。

交通情報通信ユニット６は、ステレオカメラユニット３、側方レーダユニット４、後方レーダユニット５からは見通せない（センシングできない）エリアや交差道路等の交通情報を、道路付帯設備を介した路車間通信や他車両との車車間通信によって取得する。尚、交通情報通信ユニット６は、専用の装置としても良いが、交差点や信号機等の位置、道路の車線数、道路の曲率半径、制限速度、追い越し禁止区間等の走行環境の地図情報を保有するナビゲーション装置等の測位装置に設けられている通信装置を利用するようにしても良い。

一方、自車両１の運転状態を検出するセンサ類としては、車速を検出する車速センサ１０、操舵角を検出する操舵角センサ１１、加速度を検出するＧセンサ１２等がある。運転支援装置２は、各ユニット３〜６で取得した自車両１を取り巻く交通環境情報と、車速センサ１０や操舵角センサ１１やＧセンサ１２等の各種センサ類で検出した自車両１の運転状態情報とに基づいて、車両１の運転支援制御を実行する。

運転支援装置２の運転支援制御には、先行車両の追い越し後に元の車線へ復帰したり、高速道路のジャンクション通過時等に隣車線に進入する等の車線変更を、迅速且つ安全に行えるよう支援する制御がある。このため、運転支援装置２は、車線変更に係る制御機能として、車線変更候補区間設定部２０、車線変更判断部２１、車線変更情報出力部２２を備えており、隣車線の車両との位置関係及び相対速度から最も適切な車線変更区間を選別することで、違和感のない、より自然な車線変更支援を可能としている。

車線変更候補区間設定部２０は、ステレオカメラユニット３、側方レーダユニット４、後方レーダユニット５、及び車速センサ１０等の出力に基づいて、道路白線等から自車両が走行する車線と自車両の車線に隣接する隣車線を認識し、隣車線を走行する自車両周辺の複数の車両（並走車両）の有無、各並走車両と自車両との相対速度・相対位置、各並走車両同士の車間距離を計測する。そして、自車両と複数の並走車両との相対速度及び相対位置に基づいて、自車両が隣車線に進入する候補となる区間（車線変更候補区間）を設定する。

詳細には、車線変更候補区間設定部２０は、自車両と各並走車両との相対位置・相対速度から自車両が各並走車両の位置に到達するまでの到達時間を推定し、最も短い時間で到達できる並走車両を特定することにより、車線変更候補区間を設定する。ここでは、図２に示すように、自車両Ｃ0が走行する車線Ｌrに隣接する隣車線Ｌrtに、３台の並走車両Ｃ1，Ｃ2，Ｃ3が順に存在するシーンを例に取って説明するが、４台以上の場合も同様である。

図２において、自車両Ｃ0及び並走車両Ｃ1〜Ｃ3の進行方向をｘ方向として、各車両の位置をＸ0，Ｘ1，Ｘ2，Ｘ3、各車両の速度をＶ0，Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3とすると、自車両Ｃ0と並走車両Ｃ1，Ｃ2，Ｃ3との相対速度Ｖr1，Ｖr2，Ｖr3、自車両Ｃ0と並走車両Ｃ1，Ｃ2，Ｃ3との相対位置Ｘr1，Ｘr2，Ｘr3、並走車両Ｃ1，Ｃ2，Ｃ3同士の車間距離Ｌ1，Ｌ2は、以下の（１）〜（３）式で示される。
Ｖri＝Ｖi−Ｖ0 …（１）
Ｘri＝Ｘi−Ｘ0 …（２）
Ｌj＝Ｘj−Ｘｊ+1 …（３）
但し、i＝1,2,3
j＝1,2

これらの（１）〜（３）式から、自車両Ｃ0が各並走車両Ｃ1，Ｃ2，Ｃ3の位置に到達するまでの時間ｔ1，ｔ2，ｔ3は、以下の（４）式によって推定することができる。各到達時間ｔ1，ｔ2，ｔ3の中で最小となる時間が自車両が最も早く到達できる並走車両の位置を与え、その並走車両の前後の区間を、自車両が進入する対象区間となる車線変更候補区間とする。
ｔi＝Ｘri／Ｖri＝（Ｘi−Ｘ0）／（Ｖi−Ｖ0） …（４）
但し、i＝1,2,3

例えば、到達時間ｔ1〜ｔ3のうち、到達時間ｔ3が最も短く、自車両Ｃ0が並走車両Ｃ3の位置に最も早く到達するものとすると、以下の（ａ），（ｂ）に示す自車両Ｃ0と並走車両Ｃ3との位置関係により、図３に示すような車線変更候補区間が設定される。

（ａ）Ｘ3＜Ｘ0の場合
並走車両Ｃ2と並走車両Ｃ3との間の区間（図３の区間Ｌp23）が車線変更候補区間となる。
（ｂ）Ｘ3＞Ｘ0の場合
並走車両Ｃ3の後方の区間（図３の区間Ｌp3）が車線変更候補区間となる。

到達時間ｔ1或いはｔ2が最も短い場合も同様である。到達時間ｔ1が最も短い場合には、自車両Ｃ0と並走車両Ｃ1との位置関係により、並走車両Ｃ1，Ｃ2の間の区間（図３の区間Ｌp12：ｘ1＞ｘ0）、或いは並走車両Ｃ1の前方の区間（図３の区間Ｌp1；ｘ1＜ｘ0）が車線変更候補区間となる。また、到達時間ｔ2が最も短い場合には、自車両Ｃ0と並走車両Ｃ2との位置関係により、並走車両Ｃ2，Ｃ3の間の区間（図３の区間Ｌp23；ｘ2＞ｘ0）、或いは並走車両Ｃ1，Ｃ2の間の区間Ｌp12（ｘ2＜ｘ0）が車線変更候補区間となる。

車線変更判断部２１は、車線変更候補区間が車線変更可能な長さ（区間距離）を有しているか否かを調べ、車線変更可能な区間距離を有している場合、自車両の速度と車線変更候補区間の移動速度とに基づいて、安全に車線変更を実行可能か否かを判断する。

車線変更候補区間が車線変更可能な区間距離を有しているか否かは、車線変更候補区間の区間距離Ｌkを設定値Ｌthと比較して判定する。設定値Ｌthは、自車両の車体長に車線変更に要する距離を加えたものであり、予め車両諸元に応じて設定された固定値としても良く、また、車速に応じて可変設定するようにしても良い。

そして、区間距離Ｌkが設定値Ｌthより短い（Ｌk＜Ｌth）場合には、車線変更は不可と判定し、車線変更候補区間設定部２０に車線変更候補区間の再設定を指示する。車線変更候補区間設定部２０は、車線変更候補区間の再設定指示を受けて、自車両が各並走車両の位置に到達するまでの到達時間の中で、先に設定した車線変更候補区間の到達時間の次に短い到達時間に基づいて車線変更候補区間を再設定する。

尚、車線変更候補区間が２台の並走車両の間の区間でない場合、例えば、図３の例では、先頭の並走車両Ｃ1の前方の区間Ｌp1、或いは最後尾の並走車両Ｃ3の後方の区間Ｌp3である場合には、車線変更可能な区間距離を有する（Ｌk≧Ｌth）ものとして設定する。

また、車線変更候補区間が車線変更可能な区間距離を有しているか否かの判定は、車線変更候補区間設定部２０で行うようにしても良い。車線変更候補区間設定部２０は、設定した車線変更候補区間の区間距離Ｌkが設定値Ｌth未満の場合、順次、到達時間に基づいて車線変更候補区間を設定する。そして、最終的に、設定値Ｌth以上の車線変更候補区間がない場合には、車線変更候補区間無しを示すフラグを出力する等して次のシーンに移行する。

一方、区間距離Ｌkが設定値Ｌth以上（Ｌk≧Ｌth）の場合には、車線変更可能と判定して、自車両の速度と車線変更候補区間の移動速度とから算出される相対速度に基づいて、安全に車線変更を実行可能か否かを最終的に判断する。車線変更候補区間の移動速度は、自車両と並走車両との位置関係に応じて、以下の（ｃ），（ｄ）のように定義する。

（ｃ）自車両が並走車両２台にはさまれる場合
この場合は、前後の並走車両２台の平均速度を、車線変更候補区間の移動速度とする。自車両Ｃ0が並走車両車Ｃi，Ｃi+1（i＝1,2）の間にはさまれる場合、車線変更候補区間の移動速度Ｖkは、以下の（５）式で与えられる。
Ｖk＝（Ｖi＋Ｖi+1）／２ …（５）
但し、i＝1,2

（ｄ）自車両が並走車両２台にはさまれない場合
この場合は、自車両に最も近い並走車両の速度を車線変更候補区間の移動速度とする。図２の例では、車線変更候補区間が並走車両Ｃ3の後方である場合、（６）式に示すように車線変更候補区間の移動速度ＶkはＶ3となり、車線変更候補区間が並走車両Ｃ1の前方である場合、（７）式に示すように車線変更候補区間の移動速度ＶkはＶ1となる。
Ｖk＝Ｖ3 …（６）
Ｖk＝Ｖ1 …（７）

車線変更を安全に実行可能か否かは、自車両と車線変更候補区間との相対速度の絶対値｜Ｖk−Ｖ0｜を閾値Ｖthと比較して判断する。閾値Ｖthは、車線変更候補区間の移動速度と自車両が車線変更できる位置に安全に到達できる速度との速度差（絶対値）であり、自車両の前後の先行車両や後続車両の有無及び相対速度等に応じて適宜設定される。

そして、｜Ｖk−Ｖ0｜＞Ｖthの場合、車線変更候補区間への車線変更は実行不可と判断し、｜Ｖk−Ｖ0｜≦Ｖthの場合、車線変更候補区間への車線変更は安全に実行可能と判断する。車線変更候補区間への車線変更が実行可能のとき、その車線変更候補区間が自車両が進入する（車線変更する）車線変更区間として確定され、例えば、自動運転で車線変更を行う場合には、自車両が加減速・操舵制御され、車線変更区間への車線変更制御が実行される。

車線変更情報出力部２２は、車線変更における各種情報をＨＭＩ（Human Machine Interface）を介して運転者に提示するための音声出力や画像出力等を行う。例えば、並走車両の有無、自車両と並走車両との相対速度や相対位置、後続車両や先行車両の存在、車線変更が可能か否かを運転者に提示する。そして、車線変更が可能の場合、運転者に車線変更を促すメッセージを音声や画像で出力し、また、自動運転の場合には自動的に車線変更を行う。

自動運転での車線変更は、電子スロットル装置やブレーキ装置（図示せず）を介して自車両の加速・減速を制御し、車線変更可能な位置まで自車両を移動させる。そして、方向指示灯を点滅させると共に、パワーステアリング装置（図示せず）を制御して自車両を車線変更区間に移動させる。

次に、以上の車線変更支援に係る運転支援装置２のプログラム処理について、図４のフローチャートを用いて説明する。

図４に示す車線変更支援処理では、最初のステップＳ１において、ステレオカメラユニット３、側方レーダユニット４、後方レーダユニット５、及び車速センサ１０等の出力によって認識される走行環境から、自車両の車線の隣車線を走行する並走車両の有無、並走車両と自車両との相対速度・相対位置、並走車両同士の車間距離を計測する。

次に、ステップＳ２へ進み、自車両と各並走車両との相対位置・相対速度から、自車両が各並走車両の位置に到達するまでの到達時間を推定し、最も短い時間で到達できる並走車両の前後の区間を、車線変更候補区間として設定する。そして、ステップＳ３で、車線変更の対象となる車線変更候補区間の区間距離Ｌkが設定値Ｌth以上か否かを調べる。

ステップＳ３において、Ｌk＜Ｌthの場合、今回設定した車線変更候補区間は短く、車線変更は不可と判定し、ステップＳ２へ戻って車線変更候補区間を再設定する。一方、Ｌk≧Ｌthの場合には、今回設定した車線変更候補区間は、車線変更できる程度の長さを有していると判定してステップＳ４へ進む。

ステップＳ４では、車速の関係から、速度の車線変更候補区間への車線変更が安全に実行可能か否かを判定する。前述したように、車線変更候補区間への車線変更が安全に実行可能か否かは、自車両と車線変更候補区間との相対速度の絶対値｜Ｖk−Ｖ0｜を閾値Ｖthと比較して行う。｜Ｖk−Ｖ0｜＞Ｖthの場合、車線変更は実行不可と判断して、例えばフラグをリセットして車線変更不可の判定結果を記録し、｜Ｖk−Ｖ0｜≦Ｖthの場合、車線変更は安全に実行可能と判断して、フラグをセットして車線変更可の判定結果を記録する。

そして、ステップＳ５において、フラグを参照する等して車線変更の判定結果を調べる。車線変更不可の場合、ステップＳ６で自車両と車線変更候補区間との相対速度が小さくなるよう加速若しくは減速を行ってステップＳ１へ戻り、その走行状態で新たに車線変更候補区間の設定処理を実施する。

一方、車線変更可の場合には、ステップＳ５からステップＳ７へ進んで、車線変更における各種情報をＨＭＩに出力する。そして、運転者に車線変更を促すメッセージを音声や画像で出力したり、また、自動運転の場合には、自車両を加速若しくは減速して車線変更可能な位置まで移動させ、方向指示灯を点滅させて自車両が自動的に車線変更区間に進入するよう操舵制御を行う。

このように本実施の形態においては、自車両と複数の並走車両との相対速度及び相対位置に基づいて車線変更候補区間を設定し、この車線変更候補区間の移動速度と自車両の速度とに基づいて、自車両が車線変更候補区間に進入可能か否かを判断するため、複数の並走車両と自車両との位置関係や速度差から車線変更が難しい状況であっても、複数の並走車両の走行状況に適応して迅速且つ安全な車線変更支援が可能となる。

１ 自車両
２ 運転支援装置
２０ 車線変更候補区間設定部
２１ 車線変更判断部
２２ 車線変更情報出力部
Ｃ0 自車両
Ｃ1,Ｃ2,Ｃ3 並走車両
Ｌp1,Ｌp12,Ｌp23,Ｌp3 車線変更候補区間
Ｌk 区間距離
Ｌth 設定値
Ｖk 車線変更候補区間の移動速度
Ｖth 閾値

Claims (3)

1. 自車両が走行する車線に隣接する隣車線に自車両が進入可能か否かを判断して車線変更を支援する車両の運転支援装置であって、
   自車両が前記隣車線を走行する複数の並走車両の各位置に到達するまでの到達時間を推定し、各到達時間の中で最小の時間となる並走車両と自車両との位置関係に基づいて、自車両が前記隣車線に進入する候補となる区間を車線変更候補区間として設定する車線変更候補区間設定部と、
   前記車線変更候補区間が２台の前記並走車両の間の区間である場合、２台の前記並走車両の平均速度を前記車線変更候補区間の移動速度とし、前記車線変更候補区間が２台の前記並走車両の間の区間ではない場合、前記車線変更候補区間が前方或いは後方に設定される前記並走車両の速度を前記車線変更候補区間の移動速度として、前記車線変更候補区間の移動速度と自車両の速度とに基づいて、自車両が前記車線変更候補区間に進入可能か否かを判断する車線変更判断部と
   を備えることを特徴とする車両の運転支援装置。
2. 前記車線変更候補区間の長さが設定値より短い場合、前記車線変更候補区間を前記到達時間に基づいて再設定することを特徴とする請求項１記載の車両の運転支援装置。
3. 前記車線変更判断部は、前記車線変更候補区間と自車両との相対速度の絶対値が閾値以下のとき、自車両は前記車線変更候補区間に進入可能と判断し、前記車線変更候補区間と自車両との相対速度の絶対値が閾値を超えるとき、自車両は前記車線変更候補区間に進入不可と判断することを特徴とする請求項１又は２記載の車両の運転支援装置。

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