JP6776543B2 - 車両制御システム - Google Patents

Description

本発明は、車両制御システムに関する。

自車両が走行する車線を自動で変更する車線変更制御を実施するシステムが知られている。例えば、特許文献１には、自車両の車線を変更させるに際して、自車両が走行する車線に隣接する変更先車線の方向に操舵を行う第１区間と、変更先車線の方向と逆の方向に操舵を行う第２区間とを設け、第１区間に要する時間より、第２区間に要する時間を長くするように制御を行うことが記載されている。

特開２００３−３０６１６１号公報

ところで、変更先車線が混雑している場合等の短時間で変更先の車線へ進入することが求められる状況において、特許文献１に記載されたような技術により、変更先の車線に進入する時間が短くなるように制御を行うと、横方向の速度の最大値が大きくなり、乗員に違和感を与える虞がある。

そこで本発明は、車線変更制御に際して、乗員に与える違和感を軽減することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、車両を走行車線から隣接車線へ車線変更させる車線変更制御を実行する車両制御システムであって、走行車線内に設けられる第１区間、隣接車線内に設けられる第２区間、及び第１区間と第２区間との間の第３区間からなる車線変更区間を設定する区間設定部と、第１区間において隣接車線の方向に車両を操舵し、第２区間において走行車線の方向に車両を操舵し、第３区間において車両の前後方向に直進するように車両を操舵することにより車線変更制御を実行する車線変更制御部と、を備え、前記区間設定部は、車線変更中に加速する場合に、加速を行わない場合と比べて、前記車線変更区間の全体において前記第２区間が占める割合を大きくするとともに、第３区間が占める割合を小さくし、車線変更中に減速する場合に、減速を行わない場合と比べて、前記車線変更区間の全体において前記第２区間が占める割合を小さくする。

本発明によれば、車線変更制御に際して、乗員に与える違和感を軽減することができる。

本実施形態に係る車両制御システムを示すブロック図である。 操舵角度目標生成部の機能構成の例を示すブロック図である。 第１区間、第２区間及び第３区間の設定の例を示す図である。 操舵角度目標生成部の機能構成の例を示すブロック図である。 パス追従制御部による操舵角度目標の生成を示す図である。 車線変更中に加速する場合の区間設定及び車線変更制御の例を示す図である。 車線変更中に減速する場合の区間設定及び車線変更制御の例を示す図である。 車線変更中に加速する場合の区間設定及び車線変更制御の例を示す図である。 車両制御システムにおける車線変更制御処理を示すフローチャートである。 第１区間及び第２区間の設定の例を示す図である。 操舵パターンの例を示す図である。 パス生成部によるパスの生成の例を示す図である。 車両の走行位置に沿って設定される第１区間及び第２区間、並びに操舵角度の変化を示す図である。 車両の走行位置に沿って設定される第１区間及び第２区間、並びに操舵角度及び操舵速度の変化の例を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。

図１は、本実施形態の車両制御システムを示すブロック図である。図１に示す車両制御システム１００は、車両に搭載され、車両の走行を制御するシステムである。車両制御システム１００は、車両の自動運転を実行可能に構成されている。自動運転とは、運転者が操作することなく車両を目的地まで走行させる車両制御である。自動運転を実行するための構成については、周知の構成を採用することができる。また、車両制御システム１００は、自動運転と運転者が車両を運転する手動運転とを切り換え可能である。本実施形態の車両制御システム１００は、自車両を走行車線から隣接車線へ車線変更させる車線変更制御を実行する。車両制御システム１００の車線変更制御は、自動運転の一部又は手動運転中の運転者の運転支援として実行される。

図１に示すように、車両制御システム１００は、ＥＣＵ[Electronic Control Unit]１０を含んで構成されている。

ＥＣＵ１０には、ＧＰＳ受信部１、外部センサ２、内部センサ３、地図データベース４、運転操作検出部５及びアクチュエータ６が接続されている。

ＧＰＳ受信部１は、３個以上のＧＰＳ衛星から信号を受信することにより、車両の位置（例えば車両の緯度及び経度）を測定する。ＧＰＳ受信部１は、測定した車両の位置情報をＥＣＵ１０へ送信する。

外部センサ２は、車両の周辺環境を検出する検出機器である。外部センサ２は、カメラ、レーダー［Radar］又はライダー［LIDAR：LaserImaging Detection and Ranging］を含む。カメラは、例えば、車両のフロントガラスの裏側に設けられ、車両の前方を撮像する。カメラは、車両の背面及び側面に設けられていてもよい。カメラは、車両周囲の撮像情報をＥＣＵ１０へ送信する。カメラは、単眼カメラであってもよく、ステレオカメラであってもよい。ステレオカメラは、両眼視差を再現するように配置された二つの撮像部を有している。

レーダーは、電波（例えばミリ波）を利用して車両の外部の障害物を検出する。レーダーは、電波を車両の周囲に送信し、障害物で反射された電波を受信することで障害物を検出する。レーダーは、検出した障害物情報をＥＣＵ１０へ送信する。ライダーは、電波に代えて光を用いて障害物を検出する。ライダーは、検出した障害物情報をＥＣＵ１０へ送信する。

内部センサ３は、車両の走行状態を検出する検出機器である。内部センサ３は、車速センサ、加速度センサ、及びヨーレートセンサを含む。車速センサは、車両の速度を検出する検出器である。車速センサとしては、例えば、車両の車輪又は車輪と一体に回転するドライブシャフト等に対して設けられ、車輪の回転速度を検出する車輪速センサが用いられる。車速センサは、検出した車速情報（車輪速情報）をＥＣＵ１０に送信する。

加速度センサは、車両の加速度を検出する検出器である。加速度センサは、例えば、車両の前後方向の加速度を検出する前後加速度センサと、車両の横加速度を検出する横加速度センサとを含んでいる。加速度センサは、例えば、車両の加速度情報をＥＣＵ１０に送信する。ヨーレートセンサは、車両の重心の鉛直軸周りのヨーレート（回転角速度）を検出する検出器である。ヨーレートセンサとしては、例えばジャイロセンサを用いることができる。ヨーレートセンサは、検出した車両のヨーレート情報をＥＣＵ１０へ送信する。

地図データベース４は、地図情報を備えたデータベースである。地図データベースは、例えば、車両に搭載されたＨＤＤ［Hard Disk Drive］内に形成されている。地図情報には、例えば、道路の位置情報、道路形状の情報（例えばカーブ、直線部の種別、カーブの曲率等）、交差点及び分岐点の位置情報が含まれる。

運転操作検出部５は、車両の運転者による車両への操作を検出する機器である。運転操作検出部５は、車両に車線変更制御の開始ボタンが設けられている場合、車線変更制御の開始ボタンのオン操作及びオフ操作を検出する。なお、車線変更制御の開始を指示するための操作は、ボタンにより検出される必要はなく、開始レバーにより検出されてもよい。

運転操作検出部５には、方向指示器検出部が含まれる。方向指示器検出部は、車両の方向指示器操作レバーに対して設けられ、運転者による方向指示器操作レバーの操作を検出する。方向指示器検出部は、検出した方向指示器操作レバーの操作をＥＣＵ１０へ送信する。本実施形態では、方向指示器操作レバーの操作が、車線変更のトリガの発生の契機とされてもよい。

アクチュエータ６は、車両の走行制御を実行する装置である。アクチュエータ６は、スロットルアクチュエータ、ブレーキアクチュエータ、及び操舵アクチュエータを少なくとも含む。スロットルアクチュエータは、ＥＣＵ１０からの制御信号に応じてエンジンに対する空気の供給量（スロットル開度）を制御し、車両の駆動力を制御する。なお、車両がハイブリッド車である場合には、エンジンに対する空気の供給量の他に、動力源としてのモータにＥＣＵ１０からの制御信号が入力されて当該駆動力が制御される。車両が電気自動車である場合には、動力源としてのモータにＥＣＵ１０からの制御信号が入力されて当該駆動力が制御される。これらの場合における動力源としてのモータは、アクチュエータ６を構成する。

ブレーキアクチュエータは、ＥＣＵ１０からの制御信号に応じてブレーキシステムを制御し、車両の車輪へ付与する制動力を制御する。ブレーキシステムとしては、例えば、液圧ブレーキシステムを用いることができる。操舵アクチュエータは、電動パワーステアリングシステムのうち操舵トルクを制御するアシストモータの駆動を、ＥＣＵ１０からの制御信号に応じて制御する。これにより、操舵アクチュエータは、車両の操舵トルクを制御する。

ＥＣＵ１０は、ＣＰＵ[Central Processing Unit]、ＲＯＭ[Read Only Memory]、ＲＡＭ[Random Access Memory]、ＣＡＮ［Controller Area Network］通信回路等を有する電子制御ユニットである。ＥＣＵ１０では、例えば、ＣＡＮ通信回路を介してＲＯＭに記憶されているプログラムをＲＡＭにロードし、ＲＡＭにロードされたプログラムをＣＰＵで実行することにより各種の機能を実現する。ＥＣＵ１０は、複数の電子制御ユニットから構成されていてもよい。また、ＥＣＵ１０は、車両の自動運転を実行する機能を有している。ＥＣＵ１０は、自動運転を実行するため、周知の手法により車両の走行計画を予め生成する。走行計画は、車両の地図上の位置と車両の制御目標値（車速目標、操舵角度目標）とを対応付けたデータである。ＥＣＵ１０は、走行計画に沿って車両の自動運転を実行する。

次に、ＥＣＵ１０の機能的構成について説明する。ＥＣＵ１０は、車両位置認識部１１、周辺環境認識部１２、走行状態認識部１３、車線変更トリガ部１４、区間設定部１５、操舵角度目標生成部１６、車速目標生成部１７及び車線変更制御部１８を構成する。

車両位置認識部１１は、ＧＰＳ受信部１の位置情報及び地図データベース４の地図情報に基づいて、車両の地図上の位置を認識する。車両の地図上の位置は、車両制御システム１００が自動運転時における車線変更制御の開始を判断するために用いられる。車両位置認識部１１は、地図データベース４の地図情報に含まれた電柱等の固定障害物の位置情報及び外部センサ２の検出結果を利用して、ＳＬＡＭ［Simultaneous Localization and Mapping］技術により車両の位置を認識してもよい。

車両位置認識部１１は、車載のカメラにより撮像された車両前方の撮像画像（白線の画像）に基づいて、周知の画像処理手法により、車両の横位置を認識する。車載のカメラは、車両における搭載位置が決まっており、この搭載位置から当該カメラが撮像する範囲も決まっている。また、カメラの搭載位置と車両の中心位置との位置関係（平面視における位置関係）は決まっている。このため、車両位置認識部１１は、カメラの撮像画像上における左右二本の白線の位置から、車線幅方向における車両の中心位置（車両の横位置）を求めることができる。カメラに代えて、レーダー又はライダーにより白線を認識してもよい。

また、車両位置認識部１１は、車線変更制御を実行する際に、走行車線が例えばインターチェンジ入口等の車線減少を伴う合流路であるか否かを認識できる。車両位置認識部１１は、例えば、車載のカメラにより撮像された車両前方の撮像画像の解析に基づいて、走行車線が合流路であるか否かを認識できる。また、車両位置認識部１１は、ＧＰＳ受信部１の位置情報及び地図データベース４の地図情報に基づいて、車両の地図上の位置を認識し、走行車線が合流路であるか否かを認識できる。

周辺環境認識部１２は、外部センサ２の検出結果に基づいて、車両の周辺環境を認識する。周辺環境には、車両に対する障害物の位置、車両に対する障害物の相対速度、車両に対する障害物の移動方向などが含まれる。周辺環境認識部１２は、カメラの撮像画像、レーダーの障害物情報、又はライダーの障害物情報に基づいて、周知の手法により、車両の周辺環境を認識する。

走行状態認識部１３は、内部センサ３からの検出結果に基づいて車両の走行状態を認識する。車両の走行状態には、車速、車両の加速度、車両の舵角などが含まれる。走行状態認識部１３は、区間設定部１５、操舵角度目標生成部１６、車速目標生成部１７及び車線変更制御部１８に車両の走行状態に関する情報を送出する。

車線変更トリガ部１４は、運転者の指示または自動運転により車線変更を開始する契機となるトリガを発生する。車線変更トリガ部１４は、区間設定部１５、操舵角度目標生成部１６、車速目標生成部１７及び車線変更制御部１８にトリガを送出する。

車線変更トリガ部１４は、例えば、運転操作検出部５が、運転者による車線変更のためのスイッチ入力を受け付けた場合にトリガを発生する。また、車線変更トリガ部１４は、車両位置認識部１１、周辺環境認識部１２及び走行状態認識部１３による認識結果に基づいて、車両の走行位置が所定の区間に到達したことを判断してトリガを発生したり、周辺に車両が存在しないことを検出してトリガを発生してもよい。

区間設定部１５は、各々において所定の車線変更制御を実行する複数の区間を設定する。本実施形態では、区間設定部１５は、走行車線内に設けられる第１区間、隣接車線内に設けられる第２区間、及び第１区間と第２区間との間の第３区間からなる車線変更区間を設定する。後述するように、第１区間は、車線変更制御において隣接車線の方向に車両を操舵する区間である。第２区間は、走行車線の方向に車両を操舵する区間である。第３区間は、車両の前後方向（車線の延在方向とは異なる）に直進するように車両を操舵する区間である。各区間の設定については、後に図３を参照して説明する。

操舵角度目標生成部１６は、設定された車線変更区間に基づいて、操舵角度目標を出力する。図２は、操舵角度目標生成部１６Ａ（１６）の機能構成の例を示すブロック図である。図２に示すように、操舵角度目標生成部１６Ａは、タイマ１６Ａ−１及び操舵パターン生成部１６Ａ−２を含む。操舵角度目標生成部１６Ａは、区間設定部１５により設定された車線変更区間及び車線変更トリガに基づいて操舵角度目標を生成する。

タイマ１６Ａ−１は、車線変更トリガ部１４により車線変更のトリガが発生させられてからの経過時間を操舵パターン生成部１６Ａ−２に送出する。なお、経過時間に車速を乗じて算出した走行距離または車線進行方向における走行位置が、操舵パターン生成部１６Ａ−２に送出されてもよい。

操舵パターン生成部１６Ａ−２は、経過時間（または走行距離若しくは走行位置）と操舵角度との対応関係を規定した操舵パターンを参照し、タイマ１６Ａ−１からの経過時間（または走行距離若しくは走行位置）に基づいて、操舵角度目標を出力する。操舵パターンは、例えば、ルックアップテーブルとして予め複数記憶されている。

次に、図３を参照して、本実施形態の区間設定部１５による第１区間、第２区間及び第３区間の設定の例並びに操舵角度目標の生成の例を説明する。図３に示すように、区間設定部１５は、走行車線内に設けられる第１区間ｐ１１、隣接車線内に設けられる第２区間ｐ１２、及び第１区間ｐ１１と第２区間ｐ１２との間に設けられる第３区間ｐ１３を設定する。

操舵角度目標生成部１６、車速目標生成部１７及び車線変更制御部１８は、パスＰ１１に示すように、第１区間ｐ１１において隣接車線の方向に車両Ｃを操舵（図３では左操舵）し、第２区間ｐ１２において走行車線の方向に車両Ｃを操舵（図３では右操舵）し、第３区間ｐ１３において車両Ｃの前後方向に直進するように車両Ｃを操舵するように車線変更制御を実行する。

また、図３において、横軸を走行位置とし、隣接車線の方向（車線幅方向で隣接車線に向かう方向）を縦軸の正方向とする。図３に、走行車線の進行方向（走行車線の延在方向）の走行位置に応じた操舵角度Ｄ１１及び横速度ＶＳ１１を示す。操舵角度Ｄ１１は、図３において車両Ｃの操舵制御の目標である操舵角度目標である。また、図３に、第３区間が設定されない場合（即ち第１区間ｐ０１及び第２区間ｐ０２のそれぞれにおいて所定の車線変更制御が実行された場合）のパスＰ１２、操舵角度Ｄ１２及び横速度ＶＳ１２を比較のために示す。

操舵パターン生成部１６Ａ−２は、例えば操舵角度Ｄ１１に示すような操舵角度目標を、第１区間、第３区間及び第２区間のそれぞれにおいて出力する。即ち、操舵角度Ｄ１１に基づいて車線変更制御が実施されることにより、パスＰ１１に沿って車両Ｃが走行する。一方、第３区間が設定されない場合には、操舵角度Ｄ１２に基づいて車線変更制御が実施されることにより、パスＰ１２に沿って車両Ｃが走行する。

パスＰ１１に示すように、横速度Ｖ１１が最大の状態で車両Ｃが直進する第３区間ｐ１３を設け、第３区間が設定されない場合に比べて、横速度ＶＳ１１を上昇させる第１区間を短縮して横速度Ｖ１１が最大となるまでの時間を短縮することにより、車両Ｃは、短時間で隣接車線に進入することが可能となる。また、横速度Ｖ１１が最大の状態で走行する時間が長くなることにより、車線変更制御における横速度の最大値を低減できる。これにより、乗員の違和感を軽減し、安心感を与えることが可能となる。

次に、図４を参照して、操舵角度目標生成部１６の第２の構成の例を説明する。図４は、操舵角度目標生成部１６Ｂ（１６）の機能構成の例を示すブロック図である。図４に示すように、操舵角度目標生成部１６Ｂは、車線変更距離算出部１６Ｂ−１、パス生成部１６Ｂ−２及びパス追従制御部１６Ｂ−３を含み、区間設定部１５により設定された車線変更区間、車速及び車線変更トリガに基づいて操舵角度目標を生成する。

車線変更距離算出部１６Ｂ−１は、区間設定部１５により設定された各車線変更区間に車速を乗じることにより、車線変更に必要な距離である車線変更距離を算出する。車線変更距離算出部１６Ｂ−１は、算出した車線変更距離をパス生成部１６Ｂ−２に送出する。

パス生成部１６Ｂ−２は、車線変更トリガが発生した時点において、各車線変更区間において車両Ｃが走行すべきパスを車線変更距離に応じて生成する。即ち、パスは、車線変更制御によって走行車線から隣接車線へ車線変更する車両Ｃが走行する目標とする軌跡である。パス生成部１６Ｂ−２は、生成したパスの情報をパス追従制御部１６Ｂ−３に送出する。

ここで、パス生成部１６Ｂ−２で生成したパスの例として、再び図３を参照する。即ち、図３に示すパスＰ１１は、パス生成部１６Ｂ−２により生成されたパスの例とする。パスＰ１１に示すように、車線変更制御のために生成されるパスは、車両Ｃが車線変更に要する車線変更区間（第１区間ｐ１１、第２区間ｐ１２及び第３区間ｐ１３の長さの和）だけ進行した時点において、車線変更に必要な横方向の移動距離だけ移動するような、滑らかな曲線として与えられる。

パス追従制御部１６Ｂ−３は、パス生成部１６Ｂ−２により生成されたパスに基づいて操舵角度目標を生成し、生成した操舵角度目標を出力する。図５は、パス追従制御部１６Ｂ−３による操舵角度目標θの生成を示す図である。パス追従制御部１６Ｂ−３は、車両ＣとパスＰとの位置関係に基づいて、操舵角度目標θを生成する。具体的には、パス追従制御部１６Ｂ−３は、パスＰに対する車両Ｃのオフセット量δ、パスＰに対する車両Ｃの姿勢角βに基づいて、以下の式（１）により操舵角度目標θを生成する。
θ＝Ｋ１・δ＋Ｋ２・β ・・・（１）
Ｋ１及びＫ２は、車両ＣをパスＰに追従させるために、δ及びβのそれぞれに乗じるゲインである。即ち、ゲインは、σ及びβのそれぞれに重みを与える係数値であって、予め設定された所定の値であってもよい。また、ゲインは、車速に応じて変更される値であってもよい。

再び図１を参照して、ＥＣＵ１０の残りの機能的構成を説明する。車速目標生成部１７は、各車線変更区間において車速目標を出力する。車速目標生成部１７は、例えば、車線変更制御のトリガが発生して制御が開始されてからの経過時間（または走行距離若しくは走行位置）と車速との対応関係を予め規定した車速パターンを参照して車速目標を出力する。車速パターンは、例えば、ルックアップテーブルとして予め複数記憶されている。車速目標生成部１７は、例えば、走行車線が例えばインターチェンジ入口等の車線減少を伴う合流路である場合、車線変更中に車両Ｃが加速する車速目標を出力する。

車線変更制御部１８は、操舵角度目標生成部１６により生成された操舵角度目標及び車速目標生成部１７により生成された車速目標に基づいて、車線変更制御を実行する。具体的には、車線変更制御部１８は、操舵角度目標及び車速目標に基づいて、アクチュエータ６に、スロットル制御、ブレーキ制御及び操舵制御を実行させることにより、車線変更制御を実行する。なお、車線変更制御部１８は、車速を一定として操舵角度目標のみに基づいて、車線変更制御を実行してもよい。

車線変更制御部１８は、区間設定部１５により設定された第１区間、第２区間、第３区間に応じた車両Ｃの操舵制御を行う。車線変更制御部１８は、第１区間において隣接車線の方向に車両Ｃを操舵する。車線変更制御部１８は、第２区間において走行車線の方向に車両Ｃを操舵する。また、車線変更制御部１８は、第３区間において車両Ｃの前後方向に直進するように車両Ｃを操舵する。すなわち、車線変更制御部１８は、第１区間の終点における車両Ｃの向きを維持するように第３区間において車両Ｃを操舵する。

次に、図６〜図８を参照して、区間設定部１５による車線変更区間の設定及び車線変更制御部１８等による車線変更制御の例を説明する。車線変更中に加速または減速が行われる場合に、区間設定部１５は、加速度または減速度に基づいて、車線変更区間の全体に占める第１区間、第２区間及び第３区間の割合を変更する。

図６は、車線変更中に加速する場合の区間設定及び車線変更制御の例を示す図であって、第１区間ｐ２１、第２区間ｐ２２及び第３区間ｐ２３における、車線進行方向における走行位置に対する操舵角度Ｄ２１、車速Ｖ２１及び横加速度ＡＳ２１を示している。また、図６に、車線変更中に加速しない場合の第１区間ｐ２１、第２区間ｐ３２及び第３区間ｐ３３における、操舵角度Ｄ２２、車速Ｖ２２及び横加速度ＡＳ２２並びに車線変更中に加速し且つ加速しない場合と同様に操舵を行った場合に横加速度ＡＳ２３を比較のために示す。

区間設定部１５は、車線変更中に加速する場合に、加速を行わない場合と比べて、車線変更区間の全体において第２区間が占める割合を大きくする。即ち、図６に示すように、区間設定部１５は、加速を行わない場合に設定される第２区間ｐ３２に比べて、加速を行う場合の第２区間ｐ２２を長く設定する。

加速しながら車線変更が行われることにより、第３区間における速度は、加速しない場合に比べて高くなる。このため、第２区間の長さが加速の有無によらず変わらない場合には、第２区間の通過に要する時間が短くなる。そして、通過時間が短くなった第２区間において、車線変更を完了させるために横速度を最大値からゼロに変化させると、横加速度ＡＳ２３に示されるように、操舵に伴う横加速度が、加速を行わない場合に比べて大きくなり、乗員に違和感を与えることになる。これに対して、車線変更中に加速する場合に、加速を行わない場合と比べて第２区間ｐ２２が占める割合を大きくすることにより、横加速度ＡＳ２１に示されるように、横加速度の上昇を防止できる。これにより、乗員の違和感を軽減できる。

また、区間設定部１５は、車両位置認識部１１により走行車線が車線減少を伴う合流路であることが認識された場合に、走行車線が合流路ではないと認識された場合に比べて、第２区間を長く設定してもよい。合流路では、加速を伴いながら車線変更を行う可能性が高いため、第２区間をより長く設定して車線変更制御を実行することにより横加速度の上昇を防止できる。

図７は、車線変更中に減速する場合の区間設定及び車線変更制御の例を示す図であって、第１区間ｐ４１、第２区間ｐ４２及び第３区間ｐ４３における、車線進行方向における走行位置に対する操舵角度Ｄ３１及び車速Ｖ３１を示している。また、図７に、車線変更中に減速しない場合の第１区間ｐ４１、第２区間ｐ５２及び第３区間ｐ５３における、操舵角度Ｄ３２及び車速Ｖ３２を比較のために示す。

区間設定部１５は、車線変更中に減速する場合に、減速を行わない場合と比べて、車線変更区間の全体において第２区間が占める割合を小さくする。即ち、図７に示すように、区間設定部１５は、減速を行わない場合に設定される第２区間ｐ５２に比べて、減速を行う場合の第２区間ｐ４２を短く設定する。

減速しながら車線変更が行われることにより、第２区間における速度は、減速しない場合と比べて低くなる。これにより、第２区間ｐ４２における操舵角度Ｄ３１に示されるように、横加速度を上昇させることなく、減速しない場合よりも走行車線側への操舵角度を大きくして隣接車線に沿うように操舵できるので、第２区間ｐ４２の進行距離を短くすることができる。従って、乗員の乗り心地を損なうことなく、車線変更の短距離での完了が可能となる。

図８は、車線変更中に加速する場合の区間設定及び車線変更制御の例を示す図であって、第１区間ｐ６１、第２区間ｐ６２及び第３区間ｐ６３における、車線進行方向における走行位置に対する操舵角度Ｄ４１及び車速Ｖ４１を示している。また、図８に、車線変更中に加速しない場合の第１区間ｐ７１、第２区間ｐ７２及び第３区間ｐ７３における、操舵角度Ｄ４２及び車速Ｖ４２を比較のために示す。

区間設定部１５は、車線変更中に加速する場合に、加速を行わない場合と比べて、第３区間の距離を長くする。即ち、図８に示すように、区間設定部１５は、加速を行わない場合に設定される第３区間ｐ７３に比べて、加速を行う場合の第３区間ｐ６３を長く設定する。

車線変更中に、加速及び操舵が同時に行われると、前後方向及び左右方向の両方の加速度が同時に乗員に対して作用し、それらの加速度が合成された合成加速度のベクトルの向きが、乗員の体の前後方向及び左右方向に対して斜め方向となるため、乗員は自らの体を保持することが困難となり、乗員に違和感を与えることとなる。これに対して、車線変更中に加速する場合に、加速を行わない場合の第３区間ｐ７３と比べて、第３区間ｐ６３を長くすることにより、加速及び操舵が同時に行われる第１区間ｐ６１及び第２区間ｐ６２を短くすることができる。これにより、乗員の違和感を軽減し、乗り心地を向上することが可能となる。

また、区間設定部１５は、車両位置認識部１１により走行車線が車線減少を伴う合流路であることが認識された場合に、走行車線が合流路ではないと認識された場合に比べて、第３区間を長く設定してもよい。合流路では、加速を伴いながら車線変更を行う可能性が高いため、第３区間をより長く設定して車線変更制御を実行することにより、加速及び操舵が同時に行われる区間を短くすることができる。これにより、乗員の乗り心地を向上できる。

続いて、図９を参照して、車両制御システム１００における制御処理を説明する。図９は、車両制御システム１００により実施される、走行車線から隣接車線へ車線変更させる車線変更制御処理を示すフローチャートである。図９に示すフローチャートは、車線変更のトリガが発生した場合に実施される処理を示す。

まず、ステップＳ１において、区間設定部１５は、走行車線内に設けられる第１区間、隣接車線内に設けられる第２区間、及び第１区間と第２区間との間の第３区間からなる車線変更区間を設定する。このとき、操舵角度目標生成部１６は、各区間における操舵角度目標を予め演算しておいてもよい。同様に、車速目標生成部１７は、各区間における車速目標を予め演算しておいてもよい。

ステップＳ２において、操舵角度目標生成部１６、車速目標生成部１７及び車線変更制御部１８は、第１区間において、隣接車線の方向へ車両Ｃを操舵する車線変更制御を実行する。車線変更制御部１８は、操舵角度目標生成部１６から出力された操舵角度目標、車速目標生成部１７から出力された車速目標に基づいて、第１区間における車線変更制御を実行する。

ステップＳ３において、操舵角度目標生成部１６、車速目標生成部１７及び車線変更制御部１８は、第３区間において、車両Ｃを前後方向へ直進させる車線変更制御を実行する。車線変更制御部１８は、操舵角度目標、車速目標に基づいて、第３区間における車線変更制御を実行する。車線変更制御部１８は、第１区間の終点における車両Ｃの向きを維持するように第３区間において車両Ｃを操舵する車線変更制御を実行する。

ステップＳ４において、操舵角度目標生成部１６、車速目標生成部１７及び車線変更制御部１８は、第２区間において、走行車線の方向へ車両Ｃを操舵する車線変更制御を実行する。車線変更制御部１８は、操舵角度目標、車速目標に基づいて、第２区間における車線変更制御を実行する。

以上のように、本実施形態の車両制御システム１００によれば、走行車線内に設けられる第１区間、隣接車線内に設けられる第２区間、及び第１区間と第２区間との間の第３区間からなる車線変更区間が設定され、第１区間において隣接車線の方向に車両Ｃを操舵し、第２区間において走行車線の方向に車両Ｃを操舵し、第３区間において車両の前後方向に直進するように車両Ｃを操舵することにより車線変更制御が実行される。これにより、第３区間が設定されない場合に比べて、車線変更に際しての横速度を上昇させる第１区間が短縮され横速度が最大となるまでの時間が短縮されることにより、短時間で車両Ｃを隣接車線に進入させることが可能となる。また、横速度が最大の状態で走行する時間が長くなることにより、車線変更制御における車両Ｃの横速度の最大値を低くすることができる。これにより、乗員の違和感を軽減し、安心感を与えることが可能となる。

以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。

区間設定部１５は、進行距離を基準として第１〜第３区間を設定することとしているが、各区間の走行に要する時間を基準として各区間を設定することとしてもよい。

また、車線変更制御部１８から操舵アクチュエータへの操舵指令は、操舵角度による指令に限定されず、例えば操舵トルクまたは操舵速度による指令であってもよい。

また、車線変更制御の実行中に加減速の状態が変化した場合には、加減速の状態変更時に車線変更区間が再設定されることとしてもよい。

次に、参考例として、第３区間が設定されない場合の車線変更制御の例を説明する。即ち、区間設定部１５は、第３区間を設けずに、第１区間及び第２区間のみを設定してもよい。図１０は、区間設定部１５による第１区間及び第２区間の設定の例を示す図である。ここでは、図１０のパスＰ０２に示すように、第１区間及び第２区間の長さは同じ距離となるように各区間が設定されている。区間設定部１５は、図１０のパスＰ０１に示すように、第１区間の走行距離より第２区間の走行距離の方が長くなるように、第１区間及び第２区間を設定する。操舵角度目標生成部１６は、区間設定部１５により設定された区間に基づいて操舵角度目標を生成し、車線変更制御部１８は、生成された操舵角度目標に基づいて車線変更制御を実行する。第１区間では、走行車線において、左側に隣接する隣接車線の方向に車両Ｃが操舵される（図１０では左操舵）。第２区間では、隣接車線において、走行車線の方向に車両Ｃが操舵される（図１０では右操舵）。

また、図１０では、横軸を走行位置とし、隣接車線の方向を縦軸の正方向として、操舵角度及び横速度が示されている。操舵角度Ｄ０１及び横速度ＶＳ０１は、第１区間の走行距離より第２区間の走行距離の方が長くなるように設定されたパスＰ０１に対応する。また、操舵角度Ｄ０２及び横速度ＶＳ０２は、第１区間の走行距離と第２区間の走行距離が同じになるように設定されたパスＰ０２に対応する。

図１０に示すように、第１区間の走行距離より第２区間の走行距離の方が長くなるように車線変更制御が行われることにより、車両Ｃは、隣接車線の車線中心線に対して緩やかに漸近するような軌跡を通るため、車線変更時のオーバーシュートが防止される。これにより、乗員の安心感が得られる。

また、第１区間の走行距離より第２区間の走行距離の方が長くなるように車線変更制御が行われることにより、横速度が増加する区間が短くなるため、車線変更制御中の早期に横速度がピークに達することとなる。これにより、より短時間で走行車線を離脱することができる。例えば、走行車線において車両Ｃの前方に先行車が接近している場合には、早期の走行車線の離脱により先行車への接近が防止され、乗員に安心感を与えることができる。

図１１は、操舵パターン生成部１６Ａ−２により出力される操舵パターンの例を示す図である。図１１に示される操舵パターン例は、経過時間（または走行距離）を横軸とし、隣接車線の方向への操舵を正方向とする操舵角度を縦軸とするグラフとして示されている。例えば、操舵パターン生成部１６Ａ−２は、図１１（ａ）に示すような、第１区間より第２区間が長く設定された三角波状の操舵パターンを参照して操舵角度目標を出力してもよい。また、操舵パターン生成部１６Ａ−２は、図１１（ｂ）に示すような第１区間より第２区間が長く設定された正弦波状の操舵パターンを参照して操舵角度目標を出力してもよい。
図１２は、区間設定部１５が第３区間を設定しない場合における、パス生成部１６Ｂ−２によるパスの生成の例を示す図である。車線変更のためのパスは、図１２に示すように、車両Ｃの進行方向をｘ軸とし、隣接車線方向（横方向）をｙ軸とすると、車両Ｃが走行する車線の中心線の横方向の位置をｙ＝０の位置として、車両Ｃが車線変更距離Ｌだけ進行した時点において、車線幅Ｗだけ横方向に移動するような、滑らかな曲線として与えられる。なお、車線変更距離Ｌは、各車線変更区間の長さの和に等しい。

図１２（ａ）に示す例では、車両進行方向に移動距離Ｘだけ進行したときの横移動距離をＹとして、車線変更距離をＬ、車線変更に必要な横移動距離である車線幅をＷとすると、パスは、以下の式（２）により表されることとしてもよい。
Ｙ＝３Ｗ・（Ｘ／Ｌ）＾２ （Ｘ≦Ｌ／３）
Ｙ＝Ｗ−（３Ｗ／２）・（１−Ｘ／Ｌ）＾２ （Ｘ＞Ｌ／３） ・・・（２）
なお、式（２）に示されるパスは、車線変更距離Ｌの長さの１／３を第１区間とし、車線変更距離Ｌの長さの２／３を第２区間とした場合の例である。

また、パスは、その他の高次の多項式で表されることとしてもよい。また、パス生成部１６Ｂ−２は、車両進行方向の移動距離Ｘと横移動距離Ｙとの関係を予め記憶しているルックアップテーブルを参照してパスを生成することとしてもよい。

また、図１２（ｂ）に示す例のように、パス生成部１６Ｂ−２は、車線変更前の車線中心線ＣＬ１（ｙ＝０）と、車線変更先の車線中心線ＣＬ２（ｙ＝Ｗ）に対して、車両進行方向の移動距離Ｘに応じた内分点を求めることにより、パスを生成してもよい。車両進行方向の移動距離Ｘに対応する車線中心線ＣＬ１，ＣＬ２上の点をそれぞれ点Ａ（Ｘ０，Ｙ０），点Ｂ（Ｘ１，Ｙ１）として、点Ａと点Ｂとの間を内分比Ｒで内分する内分点を点Ｃ（Ｘ２，Ｙ２）とすると、ｘ＝Ｘのときの内分比Ｒは、以下の式（３）で表される。
Ｒ＝３・（Ｘ／Ｌ）＾２ （Ｘ≦Ｌ／３）
Ｒ＝１−（３／２）・（１−Ｘ／Ｌ）＾２ （Ｘ＞Ｌ／３）・・・（３）
そして、パス生成部１６Ｂ−２は、以下の式（４）により点Ｃの座標を求めることによりパスを生成する。
Ｘ２＝（１−Ｒ）Ｘ０＋Ｒ／Ｘ１
Ｙ２＝（１−Ｒ）Ｙ０＋Ｒ／Ｙ１ ・・・（４）
なお、式（３）において、以下の関係が成立する。
Ｘ０＝Ｘ１＝Ｘ２＝Ｘ
Ｙ０＝０
Ｙ１＝Ｗ

次に、図１３、図１４を参照して、区間設定部１５による第１区間及び第２区間の設定の例を説明する。図１３は、車両の走行位置に沿って設定される第１区間及び第２区間、並びに操舵角度の変化を示す図である。区間設定部１５は、図１３の例に示すように、第２区間における操舵角度の絶対値が第１区間における操舵角度の絶対値より小さくなるように、第１区間及び第２区間を設定する。

例えば、区間設定部１５は、図１３（ａ）に示すように、第１区間に比べて第２区間を長く設定することにより、第２区間における操舵角度の絶対値ｄ１ｒが第１区間における操舵角度の絶対値ｄ１ｌより小さくなるような制御を実現させる。車線変更の際に発生する横加速度は操舵角度とほぼ比例するため、このような制御が実行されることにより、第２区間において発生する横加速度が抑制されるので、乗員の乗り心地を向上できる。

また、図１３（ｂ）に示すように、区間設定部１５が、第１区間に比べて第２区間を長く設定し、さらに、操舵角度目標生成部１６、車速目標生成部１７及び車線変更制御部１８が、第２区間における最大の操舵角度ｄ２ｒに至る時間を短縮して、操舵角度ｄ２ｒに操舵した状態で一定時間走行するように制御を実行してもよい。このように制御されることにより、さらに乗員の乗り心地を向上できる。

図１４は、車両の走行位置に沿って設定される第１区間及び第２区間、並びに操舵角度及び操舵速度の変化の例を示す図である。図１４において、操舵角度Ｄ３に示される操舵制御を実行する場合において、第１区間における操舵速度の絶対値のうち最も大きい値を第１区間操舵速度最大値と定義する。即ち、第１区間操舵速度最大値は、操舵速度ｓｖ３Ａ及びｓｖ３Ｂのうち大きい方の値である。また、第２区間における操舵速度の絶対値のうち最も大きい値を第２区間操舵速度最大値と定義する。即ち、第２区間操舵速度最大値は、操舵速度ｓｖ３Ｃ及びｓｖ３Ｄのうち大きい方の値である。

かかる場合に、区間設定部１５が、第１区間に比べて第２区間を長く設定し、さらに、操舵角度目標生成部１６、車速目標生成部１７及び車線変更制御部１８が、第２区間操舵速度最大値より第１区間操舵速度最大値の方が大きくなるように制御を実行してもよい。このように、第１区間での操舵速度を大きくして、より速く最大舵角に制御することにより、第１区間において発生する横加速度の最大値を低減できる。これにより、乗員の安心感を向上できる。

１…ＧＰＳ受信部、２…外部センサ、３…内部センサ、４…地図データベース、５…運転操作検出部、６…アクチュエータ、１１…車両位置認識部、１２…周辺環境認識部、１３…走行状態認識部、１４…車線変更トリガ部、１５…区間設定部、１６，１６Ａ，１６Ｂ…操舵角度目標生成部、１６Ａ−１…タイマ、１６Ａ−２…操舵パターン生成部、１６Ｂ−１…車線変更距離算出部、１６Ｂ−２…パス生成部、１６Ｂ−３…パス追従制御部、１７…車速目標生成部、１８…車線変更制御部、１００…車両制御システム。

Claims (1)

1. 車両を走行車線から隣接車線へ車線変更させる車線変更制御を実行する車両制御システムであって、
   前記走行車線内に設けられる第１区間、前記隣接車線内に設けられる第２区間、及び前記第１区間と前記第２区間との間の第３区間からなる車線変更区間を設定する区間設定部と、
   前記第１区間において前記隣接車線の方向に前記車両を操舵し、前記第２区間において前記走行車線の方向に前記車両を操舵し、前記第３区間において前記車両の前後方向に直進するように前記車両を操舵することにより前記車線変更制御を実行する車線変更制御部と、を備え、
   前記区間設定部は、車線変更中に加速する場合に、加速を行わない場合と比べて、前記車線変更区間の全体において前記第２区間が占める割合を大きくするとともに、第３区間が占める割合を小さくし、車線変更中に減速する場合に、減速を行わない場合と比べて、前記車線変更区間の全体において前記第２区間が占める割合を小さくする、
   車両制御システム。

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