JP2019137139A - 車両制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】周辺車両の動きを予測することで、円滑かつ安全な自動運転制御を実現するための車両制御装置を提供すること。【解決手段】隣接車線を並走する複数の他車両同士の間の少なくとも１つ以上のギャップＧ１〜Ｇ４の中から自車両４００の車線変更先の目標となる目標ギャップＧ３を設定して自車両の車線変更を行う車両制御装置１００ａであって、目標ギャップＧ３の大きさの変化率を検出し、該変化率に基づいて車線変更の実行可否を判断することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば自動操舵や自動速度制御によって目的地まで自動的に車両を制御する車両制御装置に関する。

車載カメラやレーダなどの外界認識センサを用いて自車両周辺の物体（車両、歩行者、構造物など）や道路標示・標識（区画線などの路面ペイント、止まれなどの標識など）を認識するための技術が種々提案されている。さらに、これらの技術を用いて自車両を制御し、乗員の安心感や快適性を向上させる技術も種々提案されており、自車両のステアリングと速度を自動で制御して目的地まで自動的に走行する自動運転技術が提案され始めてきた。このような自動運転技術を実現するためには、複雑な環境下においても状況を正確に判断して車両を制御する必要がある。

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うち、最も短い時間で到達できる並走車両の前後の区間（ギャップ）を車線変更候補区間として設定し、車線変更候補区間の区間距離が設定値以上、かつ自車両と車線変更候補区間との相対速度の絶対値が閾値以下の場合、安全に車線変更可能と判断する技術がある（特許文献１参照）。

特開２０１７−１９３５８号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている技術では、車線変更候補区間の区間距離が設定値以上でない場合は車線変更が許可されないため、例えば自車両が合流するシーンの場合、本線を走行する並走車両の車線変更候補区間の区間距離が狭いと合流（車線変更）できずに合流車線の末端で停車せざるを得なくなるといった課題があった。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、周辺車両の動きを予測することで円滑かつ安全な自動運転制御を実現するための車両制御装置を提供することを目的とする。

例えば、上記課題を解決する本発明の車両制御装置は、隣接車線を並走する複数の他車両同士の間の少なくとも１つ以上のギャップの中から自車両の車線変更先の目標となる目標ギャップを設定して自車両の車線変更を行う車両制御装置であって、
前記ギャップの大きさの変化率を検出し、該変化率に基づいて車線変更の実行可否を判断することを特徴とする。

本発明によれば、隣接車線のギャップの変化率を検出し、その変化率に基づいて車線変更の実行可否を判断するので、従来よりも早いタイミングで車線変更を開始することができ、合流シーンなどにおいても円滑かつ安全に車線変更が可能となる。

本発明に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の第１の実施の形態による車両制御装置の概略構成図。 本発明の第１の実施の形態による車両制御装置の動作説明に供されるフローチャート。 本発明の第１の実施の形態による車両制御装置の動作説明に供されるフローチャート。 本発明の動作の説明に供される図。 本発明におけるギャップ長の時間変化の説明に供される図。 本発明の動作の説明に供される図。 本発明におけるギャップ長の時間変化の説明に供される図。 本発明の第２の実施の形態による車両制御装置の概略構成図。 本発明の第２の実施の形態による車両制御装置の動作説明に供されるフローチャート。

以下、本発明の一実施例について図面を用いて説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態による車両制御装置の概略構成図である。図１では、車両制御装置１００ａと、その周辺装置とを示している。図１に例示される車両制御装置１００ａは、自車両を制御するコンピュータであって、不図示の記憶媒体に記憶されたプログラムを実行することにより、周辺環境認識部１、道路情報取得部２、目標経路生成部３、及び車両制御部４として機能する。

車両制御装置１００ａは、外界認識装置１０１、操舵装置１０２、駆動装置１０３、制動装置１０４、音発生装置１０５、表示装置１０６、及び方向指示器１０７に接続されている。また、車両制御装置１００ａは、自車両の通信ネットワークであるＣＡＮ（不図示）などに接続されており、自車両の車速、舵角、及びヨーレートなどの車両情報が入力されるようになっている。なお、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）とは車載の電子回路や各装置を接続するためのネットワーク規格である。

外界認識装置１０１は、自車両の周囲環境に関する情報を取得するものであって、例えば、自車両の前方を撮影する車載ステレオカメラや、自車両の前方、後方、右側方、左側方の周囲環境をそれぞれ撮影する４個の車載カメラを有する。外界認識装置１０１は、これらの車載カメラで得られた画像データを用いて、自車両周辺の静止立体物、移動体、車線区分線等の路面ペイント、標識等の物体の形状や位置を検出し、さらに、路面の凹凸等を検出して自車両が走行可能な路面であるか否かを判定する機能を持つ。静止立体物とは、例えば、駐車車両、壁、ポール、パイロン、縁石、車止めなどである。また、移動体とは、例えば、歩行者、自転車、バイク、車両などである。さらには、移動体の状態を推定するための情報として、ブレーキランプや方向指示器の点灯の有無や車内の人の有無などを検出する構成としてもよい。以降、静止立体物と移動体の二つをまとめて障害物と呼ぶ。

物体の形状や位置は、パターンマッチング手法やその他の公知技術を用いて検出される。物体の位置は、例えば、自車両の前方を撮影する車載カメラの位置に原点を有する座標系を用いて表現される。そして、得られた物体の種別や距離、その方角等の情報を専用線やＣＡＮなどを用いて車両制御装置１００ａに出力する。

なお、車載カメラにより得られた画像を専用線などを用いて車両制御装置１００ａに出力し、車両制御装置１００ａ内で画像データを処理する方式にしてもよい。また、車載カメラ以外にもミリ波やレーザーを用いて物体との距離を計測するレーダ、超音波を用いて物体との距離を計測するソナー等を用いることができ、得られた物体との距離とその方角等の情報を専用線やＣＡＮなどを用いて車両制御装置１００ａに出力する構成としてもよい。さらに、自車両の外部との通信を行うための通信装置を外界認識装置１０１に含めてもよく、自車両周辺の車両と通信して位置や速度の情報などをやり取りしたり、路側の通信機と通信して自車両に搭載されたセンサからは検出できない情報（自車両の死角の障害物の情報など）をやり取りしてもよい。本実施形態では、外界認識装置１０１は、自車両の隣接車線を走行中の他車両を検出することができる。

操舵装置１０２は、外部からの駆動指令により電動や油圧のアクチュエータなどで舵角を制御することの可能な電動パワーステアリングや油圧パワーステアリング等で構成される。

駆動装置１０３は、外部からの駆動指令により電動のスロットルなどでエンジントルクを制御することの可能なエンジンシステムや、モータなどで外部からの駆動指令により駆動力を制御することが可能な電動パワートレインシステム等で構成される。

制動装置１０４は、外部からの制動指令により電動や油圧のアクチュエータなどで制動力を制御することの可能な電動ブレーキや油圧ブレーキ等で構成される。

音発生装置１０５は、スピーカー等で構成され、運転者に対する警報や音声ガイダンス等の出力に用いられる。

表示装置１０６は、ナビゲーション装置等のディスプレイ、メーターパネル、及び警告灯等で構成される。表示装置１０６には、車両制御装置１００ａの操作画面のほか、自車両の走行状態が視覚的に表現できる画面表示などを行う。

方向指示器１０７は、自動車の保安部品であり、右左折や進路変更の際にその方向を周囲に示すための装置である。

道路情報取得部２は、現在の自車位置周辺の地図データを取得する。取得される地図データは、ポリゴンやポリライン等で表現される実際の道路形状に近い形状データと、通行規制情報（制限速度、通行可能車両種別等）、車線区分（本線、追越車線、登坂車線、直進車線、左折車線、右折車線等）、信号機や標識等の有無（有の場合はその位置情報）等のデータである。

周辺環境認識部１は、外界認識装置１０１により検出した物体の形状や位置、種別などに関する情報と、自車両が走行可能な路面であるか否かの判定結果とに基づいて、例えば、一般道を走行する場合であれば、走行可能な車線位置や交差点の旋回可能スペース等を検出する。また、自車両周辺の外界認識装置１０１により検出した移動体の現在から将来の振る舞いを予測する機能を有する。さらに、周辺環境認識部１はギャップ演算部１０を備え、ギャップ演算部１０は隣接車線の車列間隔であるギャップを検出し、ギャップの大きさの時系列変化からギャップの大きさの変化率を算出するとともに、移動体の将来予測に基づいてギャップの位置や大きさも予測する。

本実施形態では、周辺環境認識部１は、自車両が車線変更する候補となる車列間隔であるギャップ、より詳しくは、隣接車線を並走する複数の他車両同士の間隔である少なくとも１つ以上のギャップを検出する（ギャップ検出手段）。そして、少なくとも１つ以上のギャップの大きさの変化率をギャップごとにそれぞれ算出する（変化率算出手段）。ギャップの大きさの変化率は、ギャップの時間的な変化量であり、ギャップの時系列データを用いて算出される。

目標経路生成部３は、現在の自車位置から目標位置に自車両を移動するための軌道および速度を演算する。道路情報取得部２により取得した地図データの車線情報に基づく進路情報から走行軌道を生成する。さらに、生成した走行軌道を走行する目標速度を地図データの制限速度や経路の曲率や信号機や一時停止位置の情報、および、先行車や後続車や隣接車両の速度や位置等の情報を用いて演算する。また、目標経路生成部３は目標ギャップ設定部２０を備え、目標ギャップ設定部２０は車線変更先の目標となるギャップを設定する機能を有し、この目標ギャップの情報に基づいて車線変更軌道を生成し、さらにこの目標ギャップに入るための速度を演算する。

目標ギャップ設定部２０は、隣接車線を並走する複数の他車両同士の間の少なくとも１つ以上のギャップの中から自車両の車線変更先の目標となる目標ギャップを設定する。目標ギャップ設定部２０は、自車両の車線変更予告動作を検出した場合に、少なくとも一つ以上のギャップの中から自車両の車線変更先の目標となるギャップを目標ギャップとして設定する。

目標経路生成部３は、目標ギャップの大きさ及び変化率に基づいて車線変更の開始が可能であるか否かを判断する車線変更開始可能判断手段を備える。車線変更開始可能判断手段は、目標ギャップの大きさが自車両の全長よりも長くかつ予め設定されている安全閾値よりも小さい状態において、自車両の車線変更が完了するまでに目標ギャップの大きさが安全閾値以上に広がると目標ギャップの変化率から予測される場合に、車線変更の開始が可能であると判断する。

車両制御部４は、目標経路生成部３で生成した軌道と速度に沿って自車両を制御する。車両制御部４は、軌道と速度に基づいて目標舵角と目標速度を演算する。なお、自車両と障害物との衝突が予測される場合には、自車両が障害物に衝突しないように目標舵角と目標速度を演算する。そして、車両制御部４は、その目標舵角を実現するための目標操舵トルクを操舵装置１０２へ出力する。また、車両制御部４は、目標速度を実現するための目標エンジントルクや目標ブレーキ圧を駆動装置１０３や制動装置１０４へ出力する。さらに、自車両が右左折や進路変更などを実施する場合は方向指示器１０７に情報を出力し、目標ギャップ設定部２０で設定した目標ギャップの情報や車線変更を実施するなど状況が変化する場合にはそれらの情報を音発生装置１０５と表示装置１０６に出力する。

次に、フローチャートを用いて車両制御装置１００ａの処理手順を説明する。
図２は、車両制御装置１００ａの処理手順の一例を示すフローチャートである。
図２の処理Ｓ２０1では、外界情報と車両情報を取得し、処理Ｓ２０２に進む。ここで、外界情報は外界認識装置１０１により入力される情報であり、車両情報は自車両の車速、舵角、ヨーレートなどの情報である。

処理Ｓ２０２では、道路情報を取得し、処理Ｓ２０３に進む。ここで、道路情報は現在の自車両周辺の地図データであり、この地図データは、ポリゴンやポリライン等で表現される実際の道路形状に近い形状データと、通行規制情報（制限速度、通行可能車両種別等）、車線区分（本線、追越車線、登坂車線、直進車線、左折車線、右折車線等）、信号機や標識等の有無（有の場合はその位置情報）等のデータである。

処理Ｓ２０３では、処理Ｓ２０１で取得した外界情報や車両情報と処理Ｓ２０２で取得した道路情報を用いて自車両周辺の走行環境を把握する処理を実施し、処理Ｓ２０４に進む。具体的には、周辺車両や障害物などの外界情報を地図データ上に配置し、自車両が走行可能な車線位置や隣接車線のギャップなどを検出する。

処理Ｓ２０４では、自車両の進路に基づいた目標経路（軌道と速度）を生成し、処理Ｓ２０５に進む。なお、この処理内で目標ギャップの設定処理や車線変更の開始判断を実施する。

処理Ｓ２０５では、処理Ｓ２０４で生成した目標経路に従って自車両を走行させるための制御パラメータを演算し、処理Ｓ２０６に進む。ここで、制御パラメータは、例えば、目標操舵トルクと目標エンジントルク、目標ブレーキ圧である。

処理Ｓ２０６では、処理Ｓ２０５で演算した制御パラメータのそれぞれを操舵装置１０２、駆動装置１０３、制動装置１０４に出力し、処理２０７に進む。

処理Ｓ２０７では、処理２０４で設定した目標ギャップの情報や目標経路の情報などを音発生装置１０５や表示装置１０６に出力し、一連の処理を終了する。

なお、操舵装置１０２に出力する制御パラメータとしては、目標操舵角を実現するための目標操舵トルクが挙げられるが、操舵装置１０２の構成によっては直接目標操舵角を出力することも可能である。また、駆動装置１０３と制動装置１０４に出力する制御パラメータとしては、目標速度を実現するための目標エンジントルクや目標ブレーキ圧等が挙げられるが、駆動装置１０３と制動装置１０４の構成によっては直接目標速度を出力することも可能である。

次に、図３を用いて処理Ｓ２０４の目標経路生成処理の詳細処理手順を説明する。
図３は、目標経路生成処理の処理手順を示すフローチャートである。

図３の処理Ｓ３０１では、自車両が車線変更中か否かを判断し、車線変更中である場合は処理Ｓ３０６に進み、車線変更中でない場合は処理Ｓ３０２に進む。

処理Ｓ３０２では、自車両が車線変更を必要な状況であるか否かを判断し、車線変更が必要な場合は処理Ｓ３０３に進み、車線変更が必要でない場合は処理Ｓ３０７に進む。ここで、車線変更が必要な状況とは、例えば自車両が高速道路の本線に合流する場合、本線から分岐する場合などであり、目的地の情報や地図データを元に判断する。

処理Ｓ３０３では、自車両が車線変更することを周辺に報知するため、方向指示器を点灯させたり、車線変更先の車線に対して自車両を寄せたりする車線変更予告動作を検出する（車線変更予告動作検出手段）。車線変更予告動作は、車線変更先の車線の他車両に対して自車両が車線変更の意思があることを示すものであり、隣接車線において車列のギャップに変化を生じさせ、自車両が進入可能なギャップが形成されるのを誘発することができ、他車両の車間を広げる動きが予測できる。

処理Ｓ３０４では、車線変更先となる目標ギャップを処理Ｓ２０３で検出した隣接車線のギャップの情報に基づいて設定する。目標ギャップは、処理Ｓ３０３による車線変更予告動作を検出した場合に、隣接車線における車列の少なくとも１つ以上のギャップの中からいずれか一つが選択されて目標ギャップとして設定される。目標ギャップは、自車両との相対位置および／又は相対速度と、ギャップの大きさの変化率とに基づいて選択される（目標ギャップ設定手段）。例えば、隣接車線における車列の少なくとも１つ以上のギャップの中から、相対位置および／又は相対速度が所定の範囲内でかつギャップの大きさの変化率が所定値以上のギャップが目標ギャップとして選択される。

処理Ｓ３０５では、処理Ｓ３０４で設定した目標ギャップに対して車線変更が開始可能か否かを判断し、車線変更が開始可能な場合は処理Ｓ３０６に進み、車線変更が開始可能でない場合は処理Ｓ３０８に進む。車線変更開始判断は、目標ギャップの大きさ（ギャップ長）及び変化率に基づいて判断され、本実施形態においては、自車両と目標ギャップの相対速度および／又は相対位置および目標ギャップの大きさと変化率に基づいて判断される。例えば、目標ギャップの大きさが自車両の全長よりも長くかつ予め設定されている安全閾値よりも小さい状態において、自車両の車線変更が完了するまでに目標ギャップの大きさが安全閾値以上に広がると目標ギャップの変化率から予測される場合に、車線変更の開始が可能であると判断される。

処理Ｓ３０６では、自車両が目標ギャップに進入するための車線変更経路を生成し、一連の処理を終了する。また、自車両が目標ギャップへの車線変更が継続できるか否かの判断もこの処理内で実施し、車線変更が継続できないと判断された場合は元の車線に戻ることができるかを判断し、戻ることができる場合は戻る経路を生成する。一方、元の車線には戻ることができないと判断された場合は、このまま車線変更を継続する場合と元の車線に戻る場合での衝突リスクなどを演算し、リスクの少ない経路を選択する。

処理Ｓ３０７では、道なりの経路を生成し、一連の処理を終了する。

処理Ｓ３０８では、自車両が走行している車線をキープしながら隣接車線上の目標ギャップに対して車線変更しやすい位置に移動するための経路を生成し、一連の処理を終了する。ここでの状況は、車線変更したい或いは車線変更が必要な状況であるのに車線変更ができない状況であるため、目標ギャップとの相対位置と相対速度がどちらも小さくなるように道なりの軌道上での速度を演算する。

次に、図４から図７を用いて本発明の動作例を示す。
図４は自車両４００が合流車線から隣接車線である２車線の本線に合流するシーンを想定した状況説明図である。
図４は、本発明を適用した例であり、自車両４００が本線を走行中の車両４０１から車両４０５までの車列に対して合流する場合を想定しており、（ａ）から(ｅ)の順に時間が流れている。また、車両４０１と車両４０２とのギャップをＧ１、車両４０２と車両４０３とのギャップをＧ２、車両４０３と車両４０４とのギャップをＧ３、車両４０４と車両４０５とのギャップをＧ４とする。

図５は、ギャップＧ１からギャップＧ４のいずれかのギャップ長の時間変化を示すグラフである。実線５００がギャップ長の時間変化であり、Ｔ＿ＬＣは車線変更に必要な時間である。また、安全閾値とは自車両が安全に車線変更可能なギャップ長であり、自車両の全長よりも長くかつ前方の車両との間及び後ろの車両との間に安全な間隔を確保できる最小限の長さである。また、ギャップ長の変化率は実線５００の傾きであり、現在の変化率は現在から所定時間さかのぼった時点までのギャップ長を用いて、例えば最小二乗法などを用いて算出する。

例えば、図５の時刻Ａが現在時刻の場合、時刻Ａより以前の所定時間さかのぼった時点までのギャップ長に変化はないため、変化率はゼロとする。また、現在時刻がＢの場合は、時刻Ｂより以前の所定時間さかのぼった時点（時刻Ａより後とする）までのギャップ長を用いて変化率を算出すると、変化率は実線５００の傾きとなる。さらに、現在の変化率から将来時間のギャップ長を予測する機能も有し、例えば、時刻Ｂの変化率から今後のギャップ長が実線５００のように安全閾値を超えていくことを予測する。

まず、図４（ａ）では、自車両４００は合流車線を走行し、本線への合流のため加速を開始する。このシーンでは、合流車線の終点が決まっており、終点で合流車線が消失するため、車線変更せざるを得ない状況である。したがって、この時点で事前に車線変更予告動作である方向指示器の点灯を実施してもよい。

次に、図４（ｂ）では、自車両４００は本線車両と並走を開始し、本線を走行する車両４０１から車両４０５までを検出し、それぞれのギャップＧ１からＧ４を演算する。このとき、図５で示したように、それぞれのギャップの時間変化を記録する。また、図４（ａ）において自車両４００の方向指示器の点灯がされていない場合はこの時点で点灯を開始し、自車線（合流車線）内で本線側に自車両４００の車体を寄せる動作を実行する。例えば、この自車両４００の車線変更予告動作により、車両４０４、４０５では自車両４００の車線変更の意思を把握することができ、車両４０４において先行車である車両４０３とのギャップＧ３を広げるための走行速度の調整の誘因とすることができる。

次に、図４（ｃ）では、自車両４００は合流車線を走行し、車線変更先となる目標ギャップを設定し、目標ギャップに対する自車の位置と速度を調整する行動を取る。例えば、自車両４００の横のギャップＧ３の時間変化を見てギャップＧ３のギャップ長が広がりつつあることを確認すると、ギャップＧ３を目標ギャップに設定し、ギャップＧ３との相対速度が小さくなるように自車両４００の速度を調節し、ギャップＧ３との相対位置が車線変更を開始するための安全な位置（具体的には前方車両４０３と後方車両４０４と安全な車間が取れるような位置）になるように同様に自車両４００の速度を調節する。ギャップの相対速度として、例えばギャップの前方の車両の相対速度とギャップの後方の車両の相対速度との平均値、或いは、ギャップ長の中央点の相対速度を用いることができる。また、ギャップの相対位置として、例えばギャップ長の中央点の位置を用いることができる。

次に、図４（ｄ）では、ギャップＧ３の変化率を図５のような方法で検出し、自車両４００が車線変更を完了するまでに目標ギャップのギャップ長が安全閾値以上に広がると予測できる場合に、車線変更を実行に移す。なお、車線変更を開始するタイミングは、自車両４００が走行している合流車線の末端までの距離を考慮し、図５の時刻Ｂから時刻Ｃの間で変更してもよい。また、安全閾値は、車速に応じて変更してもよく、例えば、車速の増大に応じて大きくなる（ギャップ長が広くなる）ように設定してもよい。

次に、図４（ｅ）では、自車両４００は本線のギャップＧ３に車線変更を完了しており、その時にギャップＧ３のギャップ長は安全閾値以上になっている。本実施例では、自車両４００全体が隣接車線に進入した場合に、車線変更完了と判断している。

以上、説明したように、自車両が合流路から本線に合流するシーンを想定した場合、本線を走行している車列のギャップの変化率（広がり具合）を検出することで、従来よりも早いタイミングで車線変更を開始可能となる。これにより、合流車線が短い場合などでも円滑かつ安全に車線変更が可能となる。

次に、図６を用いて図４で説明した合流とは異なるシーンにおいての本発明の動作例を示す。

図６は、自車両６００が２車線道路の左車線を走行中に右車線に車線変更するシーンを想定した状況説明図である。

図６は、本発明を適用した例であり、自車両６００が右車線を走行中の車両６０１から車両６０５までの車列に対して車線変更する場合を想定しており、（ａ）から(ｅ)の順に時間が流れている。また、車両６０１と車両６０２とのギャップをＧ１、車両６０２と車両６０３とのギャップをＧ２、車両６０３と車両６０４とのギャップをＧ３、車両６０４と車両６０５とのギャップをＧ４とする。

まず、図６（ａ）では、自車両６００は左車線を走行し、例えば、目的地に到達するために右車線への車線変更が必要であることを目的地情報や地図情報から判断する。

次に、図６（ｂ）では、自車両６００は右車線の車列に対して車線変更を実施するために右車線の車列との速度差が小さくなるように速度を制御する。また、右車線を走行する車両６０１から車両６０５までを検出し、それぞれのギャップＧ１からＧ４を演算する。このとき、図５で示したように、それぞれのギャップの時間変化を記録する。また、車線変更予告動作である方向指示器の点灯を開始し、自車線内で右車線側に車両を寄せる動作を実行する。

次に、図６（ｃ）では、自車両６００は左車線を走行し、車線変更先となる目標ギャップを設定する行動を取る。この場合、自車両６００の横のギャップＧ３の時間変化を見てギャップＧ３のギャップ長が広がりつつあることを確認すると、ギャップＧ３を目標ギャップに設定し、ギャップＧ３との相対速度が小さくなるように自車両６００の速度を調節し、ギャップＧ３との相対位置が車線変更を開始するための安全な位置（具体的には前方車両６０３と後方車両６０４と安全な車間が取れるような位置）になるように同様に自車両６００の速度を調節する。ギャップの相対速度として、例えばギャップの前方の車両の相対速度とギャップの後方の車両の相対速度との平均値、或いは、ギャップ長の中央点の相対速度を用いることができる。また、ギャップの相対位置として、例えばギャップ長の中央点の位置を用いることができる。

次に、図６（ｄ）では、ギャップＧ３の変化率を図５のような方法で検出し、自車両６００が車線変更を完了するまでに目標ギャップのギャップ長が安全閾値以上に広がると判断した場合、車線変更を実行に移す。なお、車線変更を開始するタイミングは、自車両６００が車線変更を完了しておくべき地点を予め設定し、その地点までの距離を考慮し、図５の時刻Ｂから時刻Ｃの間で変更してもよい。また、安全閾値は、車速に応じて変更してもよく、例えば、車速の増大に応じて大きくなる（ギャップ長が広くなる）ように設定してもよい。

次に、図６（ｅ）では、自車両は右車線のギャップＧ３に車線変更を完了しており、その時にギャップＧ３のギャップ長は安全閾値以上になっている。本実施例では、自車両６００全体が隣接車線に進入した場合に、車線変更完了と判断している。

以上、説明したように、自車両が２車線道路を車線変更するシーンを想定した場合、車線変更先の車線を走行している車列のギャップの変化率（広がり具合）を検出することで、従来より早いタイミングで車線変更を開始可能となる。これにより、円滑かつ安全に車線変更が可能となる。

次に、図７を用いて本発明を適用して車線変更を開始した後にギャップ長が安全閾値まで到達しないことが分かった場合の動作に関して説明する。

図７は、図５と同様にギャップＧ１からギャップＧ４のいずれかのギャップ長の時間変化を示すグラフである。実線７００がギャップ長の時間変化（予測値含む）であり、点線７０１が実際のギャップ長の時間変化である。図４もしくは図６の状況において図７の時刻Ｂを越えた時点で車線変更を開始後に、時刻Ｄにおいてギャップ長の予測結果７００と実際のギャップ長７０１が乖離し、安全閾値に到達できないと判断すると、現在実行中の車線変更を中止して元の車線に戻るか、そのまま車線変更を継続するかの判断を実施する。具体的には、このまま車線変更を継続する場合と元の車線に戻る場合での他車両や道路端などに対する衝突リスクを演算し、リスクの少ない方を選択する。

以上、説明したように、本発明を適用して車線変更を開始した後にギャップ長が安全閾値まで到達しないことが分かった場合においても円滑かつ安全な判断をもとに走行を継続することが可能となる。

本実施形態によれば、隣接車線のギャップの変化率を検出し、自車両が車線変更を完了するまでに目標ギャップの大きさであるギャップ長が安全閾値以上に広がると判断した場合に、車線変更を実行に移すので、従来のように、安全なギャップ長が確保できたことを確認した後で車線変更を開始する場合と比較して、車線変更する機会が多くなり、より早いタイミングで車線変更を開始でき、円滑な車線変更の実現が可能となる。
特に、本実施形態では、方向指示器の点灯や車線変更先の車線に対する自車両の寄せ等の車線変更予告動作を実行することを条件として、目標ギャップの設定を行っている。したがって、自車両の事前のアクションである車線変更動作に対する、他車両のリアクションを予測し、目標ギャップの大きさが安全閾値よりも広がると予測できた場合には、目標ギャップが安全閾値になるよりも前に車線変更を開始することができる。

（第２の実施の形態）
次に、図８および図９を用いて本発明の第２の実施の形態について説明する。
図８は、本発明の第２の実施の形態による車両制御装置の概略構成図である。図８では、車両制御装置１００ｂと、その周辺装置とを示している。

本実施の形態において特徴的なことは、自動運転制御の代わりに、目標ギャップの情報や車線変更の可否に関する情報を、画像や音声によりドライバーに伝達する構成としたことである。図８に例示される車両制御装置１００ｂは、自車両を制御するコンピュータであって、不図示の記憶媒体に記憶されたプログラムを実行することにより、周辺環境認識部１、道路情報取得部２、車線変更支援部５、ＨＭＩ制御部６として機能する。

車両制御装置１００ｂは、図１の構成から操舵装置１０２、駆動装置１０３、制動装置１０４を切り離した構成としている。

車線変更支援部５は、目標ギャップ設定部２０を備え、車線変更先の目標となるギャップを設定する機能を有し、車線変更の可否を判断する。

ＨＭＩ制御部６は、目標ギャップ設定部２０で設定した目標ギャップの情報や車線変更の可否に関する情報を音発生装置１０５と表示装置１０６に出力する。

次に、フローチャートを用いて車両制御装置１００ｂの処理手順を説明する。
図９は、車両制御装置１００ｂの処理手順の一例を示すフローチャートである。

図９の処理Ｓ９０１では、外界情報と車両情報を取得し、処理Ｓ９０２に進む。ここで、外界情報は外界認識装置１０１により入力される情報であり、車両情報は自車両の車速、舵角、ヨーレートなどの情報である。

処理Ｓ９０２では、道路情報を取得し、処理Ｓ９０３に進む。ここで、道路情報は現在の自車両周辺の地図データであり、この地図データは、ポリゴンやポリライン等で表現される実際の道路形状に近い形状データと、通行規制情報（制限速度、通行可能車両種別等）、車線区分（本線、追越車線、登坂車線、直進車線、左折車線、右折車線等）、信号機や標識等の有無（有の場合はその位置情報）等のデータである。

処理Ｓ９０３では、処理Ｓ９０１で取得した外界情報や車両情報と処理Ｓ９０２で取得した道路情報を用いて自車両周辺の走行環境を把握する処理を実施し、処理Ｓ９０４に進む。具体的には、周辺車両や障害物などの外界情報を地図データ上に配置し、自車両が走行可能な車線位置や隣接車線のギャップなどを検出する。

処理Ｓ９０４では、目標ギャップの設定処理や車線変更の可否判断を実施し、処理Ｓ９０５に進む。

処理Ｓ９０５では、処理Ｓ９０４で設定した目標ギャップや車線変更の可否に関しての情報などを音発生装置１０５や表示装置１０６に出力し、一連の処理を終了する。

以上、説明したように、車線変更可能なギャップの情報や車線変更開始可能判断の情報を乗員に報知することで乗員に対して適切な運転支援が可能となる。

また、本実施例においては、自車両が合流するシーン、２車線道路での車線変更に特化して説明したが、例えば３車線以上の道路で車線変更するシーンにおいても適用可能である。

なお、以上の説明はあくまでも一例であり、発明を解釈する際、上記実施の形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係に何ら限定も拘束もされない。また、上述した実施の形態では自車両として乗用車を想定して説明したが、建設機械やロボットなどの走行制御にも本発明は適用可能である。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１００ａ、１００ｂ 車両制御装置
１０１ 外界認識装置
１ 周辺環境認識部
２ 道路情報取得部
３ 目標経路生成部
４ 車両制御部
５ 車線変更支援部
６ ＨＭＩ制御部
１０ ギャップ演算部
２０ 目標ギャップ設定部

Claims (14)

1. 隣接車線を並走する複数の他車両同士の間の少なくとも１つ以上のギャップの中から自車両の車線変更先の目標となる目標ギャップを設定して自車両の車線変更を行う車両制御装置であって、
   前記ギャップの大きさの変化率を検出し、該変化率に基づいて車線変更の実行可否を判断することを特徴とする車両制御装置。
2. 隣接車線を並走する複数の他車両同士の間の少なくとも１つ以上のギャップの中から自車両の車線変更先の目標となる目標ギャップを設定して自車両の車線変更を行う車両制御装置であって、
   前記ギャップの大きさの変化率を検出し、該変化率に基づいて前記目標ギャップを設定することを特徴とする車両制御装置。
3. 前記自車両の車線変更予告動作を検出した場合に、前記目標ギャップの大きさ及び変化率に基づいて前記車線変更の実行可否を判断することを特徴とする請求項１又は２に記載の車両制御装置。
4. 前記車線変更予告動作は、少なくとも前記自車両の方向指示器を点灯すること、又は、前記自車両を車線変更先の車線に対して寄せることのいずれかであることを特徴とする請求項３に記載の車両制御装置。
5. 前記自車両の隣接車線を走行中の他車両を検出し、前記自車両が車線変更する候補となる車列間隔である前記ギャップを検出し、少なくとも前記ギャップと前記自車両との相対位置および／又は相対速度に基づいて前記目標ギャップを設定することを特徴とする請求項４に記載の車両制御装置。
6. 前記ギャップの大きさの変化率は、前記ギャップの時間的な変化量であり、前記ギャップの時系列データを用いて算出されることを特徴とする請求項５に記載の車両制御装置。
7. 前記自車両が車線変更を完了するまでに前記目標ギャップが予め設定されている安全閾値以上に広がることが前記目標ギャップの大きさの変化率に基づいて予測される場合に、前記車線変更を開始することを特徴とする請求項５に記載の車両制御装置。
8. 前記自車両が車線変更を開始した後に、前記目標ギャップが前記安全閾値以上に広がらないことを前記目標ギャップの大きさの変化率に基づいて判断した場合は、前記自車両の周囲環境に基づいて車線変更を中止するか否かを判断することを特徴とする請求項７に記載の車両制御装置。
9. 車線変更開始時に前記自車両が存在する車線と隣接車線との間における前記自車両の横方向の位置に基づいて前記自車両の車線変更を中止するか否かを判断することを特徴とする請求項８に記載の車両制御装置。
10. 前記自車両が車線変更を開始した後に、車線変更を中止する場合、前記自車両が車線変更開始時の車線に存在する他車両と前記自車両との相対位置および／又は相対距離に基づいて前記自車両が前記車線変更開始時の車線に戻れるか否かを判断することを特徴とする請求項８又は９に記載の車両制御装置。
11. 隣接車線を並走する複数の他車両同士の間の少なくとも１つ以上のギャップの中から自車両の車線変更先の目標となる目標ギャップを設定して前記自車両の乗員に対して情報を報知する車両制御装置であって、
    前記自車両の車線変更予告動作に基づいて前記ギャップの大きさの変化率を検出し、前記変化率に基づいて前記目標ギャップを設定することを特徴とする、車両制御装置。
12. 前記自車両の乗員に対して音声および／又は表示によって前記目標ギャップの情報を報知することを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の車両制御装置。
13. 隣接車線を並走する複数の他車両同士の間隔である少なくとも１つ以上のギャップを検出するギャップ検出手段と、
    該ギャップ検出手段により検出された少なくとも１つ以上のギャップの大きさの変化率をギャップごとにそれぞれ算出する変化率算出手段と、
    前記自車両の車線変更予告動作を検出する車線変更予告動作検出手段と、
    前記車線変更予告動作を検出した場合に、前記少なくとも１つ以上のギャップと前記自車両との相対位置および／又は相対速度に基づいて前記少なくとも一つ以上のギャップの中から前記自車両の車線変更先の目標となるギャップを前記目標ギャップとして設定する目標ギャップ設定手段と、
    前記目標ギャップの大きさ及び変化率に基づいて前記車線変更の開始が可能であるか否かを判断する車線変更開始可能判断手段と、
    を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両制御装置。
14. 前記車線変更開始可能判断手段は、前記目標ギャップの大きさが前記自車両の全長よりも長くかつ予め設定されている安全閾値よりも小さい状態において、前記自車両の車線変更が完了するまでに前記目標ギャップの大きさが前記安全閾値以上に広がることが前記目標ギャップの大きさの変化率に基づいて予測される場合に、前記車線変更の開始が可能であると判断することを特徴とする請求項１３に記載の車両制御装置。

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