JP7071907B2 - 車両の走行制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、操舵と加減速の少なくともいずれかを自動的に制御する自動運転制御が可能であって、かつ、左右一対の車輪をそれぞれ独立に回転駆動することができる車両の走行制御装置に関する。

走行中の車両が車線変更（レーンチェンジ）を行う場合、通常は運転者がステアリングハンドルを操作して現在走行している車線から他の車線へと車両を移動させることが行われる。この車線変更に関して、例えば、特許文献１には、４輪駆動車両において、速度変化が小さいときには後輪への伝達トルクを０とし、ほぼ一定速度で概ね直進しているときには、後輪への動力の伝達ロスを無くして燃料消費量を抑え、左右輪の速度差が大きいと判断された場合には、後輪への伝達トルクの配分を再開することによって、運転者が車線変更を行った際に後輪への動力伝達を直ちに再開して車両の安定した走行を実現する提案がなされている。

また、特許文献２には、自動運転中の車両の走行路上に車線の分岐路などの車線変更位置を認識した場合において操舵系に異常を検出したときには、車両をヨーモーメント制御自在な車線変更時速度として算出し、この車線変更時速度に基づいてヨーブレーキ制御を実行して車線変更位置を通過するようにした車両の走行制御装置が提案されている。

さらに、特許文献３には、前方の障害物（速度の遅い先行車両など）を回避するための車両の運転支援制御システムが提案されている。この運転支援制御システムにおいては、前方の障害物を回避するための車両の走行軌跡を決定し、この走行軌跡を実現するための横加速度を算出し、この横加速度を静的条件下でのヨーレートに変換し、このヨーレートに位相進み項を付加する。そして、そのようなヨーレートを実現するように、当該車両にヨーモーメントを加えることによって、車両が障害物を応答性良く回避することができる。

特開２０００－０８５３９３号公報 特開２０１６－０６８７０５号公報 特開２００３－３４１５０１号公報

ところで、自動運転中の車両の車線変更は、障害物を回避する場合だけでなく、例えば、車線数の減少に伴う車線変更、右左折前の車線変更、追い越し／追い抜きのための車線変更などの様々な状況を考慮して行われる必要があるが、前記特許文献１～３において提案された技術では、このことに対応することができない。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的は、自動運転中の車両の様々な状況下でのスムーズで素早い車線変更を実現することができる車両の走行制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明にかかる車両の走行制御装置は、走行モードとして操舵と加減速の少なくともいずれかを自動的に制御する自動運転モードを選択可能であって、駆動源（ＭＬ，ＭＲ）からの駆動力を左右の車輪（ＷＲＬ，ＷＲＲ）に伝達して該左右の車輪（ＷＲＬ，ＷＲＲ）をそれぞれ独立に回転駆動する車両（１）に設けられる走行制御装置（１００）であって、走行モードとして自動運転モードが選択された場合に車線変更の要求があると、少なくとも左右の車輪（ＷＲＬ，ＷＲＲ）への駆動力配分を制御する走行制御部（１２０）を備えることを特徴とする。

本発明にかかる車両の走行制御装置によれば、自動運転中の車両の車線変更を少なくとも左右の車輪への駆動力配分を制御することによって行うようにしたため、様々な状況下において車両の車線変更をスムーズに素早く行うことができる。

また、この車両の走行制御装置では、前記走行制御部（１２０）は、車線変更の要求があると、ステアリングホイール（７４）の操舵角と左右の車輪（ＷＲＬ，ＷＲＲ）への駆動力配分を制御するようにしてもよい。

この構成によれば、ステアリングホイールの操舵角と左右の車輪への駆動力配分を同時に制御することによって車両の車線変更を行うようにしたため、より一層素早く車線変更を行うことができる。

また、この車両の走行制御装置では、車線変更の要求があると、車線変更軌跡を算出し、算出された車線変更軌跡に基づいて車速、操舵角、左右の駆動力、路面の摩擦係数、加速度およびヨーレートを推定し、これらの推定値に基づいてステアリングホイール（７４）の操舵角と左右の車輪（ＷＲＬ，ＷＲＲ）への駆動力配分の制御目標値を算出する自動運転制御部（１１０）を備えてもよい。

この構成によれば、自動運転中の車両の車線変更時のステアリングホイールの操舵角と左右の車輪への駆動力配分の制御目標値を、車線変更軌跡から推定される車速、操舵角、左右の駆動力、路面の摩擦係数、加速度およびヨーレートに基づいて設定することができる。

また、この車両の走行制御装置では、前記自動運転制御部（１１０）は、ステアリングホイール（７４）の操舵角と左右の車輪（ＷＲＬ，ＷＲＲ）への駆動力配分の目標制御値を、車線変更が最も短時間で実行される値に設定することを特徴とする。

この構成によれば、ステアリングホイールの操舵角と左右の車輪への駆動力配分の制御目標値を、車線変更が最も短時間で実行される値に設定したため、車両の車線変更をより一層素早く行うことができる。

また、この車両の走行制御装置では、前記自動運転制御部（１１０）は、車線変更のステアリングホイールの操作によって生じる加速度の減少分を補う駆動力を発生するように左右の車輪（ＷＲＬ，ＷＲＲ）への駆動力配分を制御してもよい。

この構成によれば、加速度の減少分を補う駆動力を発生させることによってステアリングホイールの操舵角を小さく抑えて各部の挙動をスムーズにすることができる。

また、この車両の走行制御装置では、車線変更時に車線変更前よりも加速度が上昇するように左右の車輪（ＷＲＬ，ＷＲＲ）への駆動力配分を制御してもよい。

この構成によれば、車線変更時に車線変更前よりも加速度が上昇することによって、車両の車線変更をより一層素早く行うことができる。

また、この車両の走行制御装置では、前記走行制御部（１２０）からの車線変更の指令は、ウインカー（９６）の点滅指令に連動して行うようにしてもよい。

この構成によれば、車線変更の指令とウインカーの点滅指令とを連動させて同時に行うことができる。

また、この車両の走行制御装置では、前記自動運転制御部（１１０）は、自車位置を認識する自車位置認識部（１１２）と、自車周辺の外界を認識する外界認識部（１１４）を備え、前記走行制御部（１２０）は、前記自車位置認識部（１１２）によって認識される自車位置の周辺に、前記外界認識部（１１４）によって認識される他車が存在しない場合に限り車線変更指令を出力するようにしてもよい。

この構成によれば、車両の車線変更を周囲に障害物（他車）が存在しないことを確認した上で安全に行うことができる。

本発明にかかる車両の走行制御装置によれば、自動運転中の車両の様々な状況下でのスムーズで素早い車線変更を実現することができる。

本発明に係る走行制御装置を備える車両の動力伝達経路を模式的に示す平面図である。 本発明に係る走行制御装置のシステム構成を示すブロック図である。 本発明に係る走行制御装置の制御手順を示すフローチャートである。 （ａ），（ｂ）は車両の車線変更の状況（車線数減少）を示す平面図である。 （ａ），（ｂ）は車両の車線変更の状況を示す平面図であって、（ａ）は左折前、（ｂ）は右折前の状況をそれぞれ示す。 車両の車線変更の状況を示す平面図であって、（ａ）は追い越し、（ｂ）は追い抜きの状況をそれぞれ示す。 車線変更時の車両の操舵速度、操舵角、ヨーレート、ロールレートおよび加速度の時間変化を示すタイミングチャートである。 車線変更時の車両の操舵角と車速との関係を示す図である。 車線変更時の車両の操舵角と操舵速度との関係を示す図である。 車線変更時の車両のヨーレートと操舵速度との関係を示す図である。 車線変更時の車両のロールレートと操舵速度との関係を示す図である。 本発明が適用される車両の動力伝達経路の別形態を模式的に示す平面図である。 本発明が適用される車両の動力伝達経路の別形態を模式的に示す平面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

［車両の動力伝達経路］
先ず、本発明に係る走行制御装置を備える車両の動力伝達経路を図１に基づいて以下に説明する。

すなわち、図１は本発明に係る走行制御装置を備える車両の動力伝達経路を模式的に示す平面図であり、図示の車両１は、自動運転が可能なフロント駆動・リアアシスト方式を採用する四輪駆動（４ＷＤ）車両である。この車両１においては、駆動源であるエンジンＥと電動モータＭが前部に横方向に並設されており、これらのエンジンＥと電動モータＭとの間にトランスミッションＴが配置されている。

上記エンジンＥと電動モータＭの駆動力は、トランスミッションＴとディファレンシャル装置（差動装置）Ｄを経て左右の車軸２Ｌ，２Ｒへと伝達され、これらの車軸２Ｌ，２Ｒとこれらの各外端部に取り付けられた駆動輪である左右の前輪ＷＦＬ，ＷＦＲがそれぞれ回転駆動され、これらの前輪ＷＦＬ，ＷＦＲの回転によって車両１が所定速度で走行する。

他方、車両１の後部には、従動輪である左右の後輪ＷＲＬ，ＷＲＲが回転可能に配置されており、これらの後輪ＷＲＬ，ＷＲＲは、左右の電動モータＭＬ，ＭＲによってそれぞれ独立に回転駆動される。すなわち、各電動モータＭＬ，ＭＲの駆動力は、左右の車軸３Ｌ，３Ｒを経て左右の後輪ＷＲＬ，ＷＲＲへと伝達され、これらの後輪ＷＲＬ，ＷＲＲが各々独立に回転駆動されるために車両１が所定の速度で走行する。

ところで、車両１の前部に配置された電動モータＭと後部に配置された左右の電動モータＭＬ，ＭＲは、インバータ（ＰＦＵ）４に電気的に接続されており、インバータ４は、本発明に係る後述の走行制御装置１００によって制御され、この制御によって前部の電動モータＭと後部の左右の電動モータＭＬ，ＭＲの駆動がそれぞれ制御される。なお、本実施の形態では、走行制御装置１００は、電源回路制御装置（ＩＰＵ）によって構成されており、その構成の詳細は後述する。

［走行制御装置のシステム構成］
次に、図１に示す車両１に設けられた走行制御装置１００のシステム構成を図２に基づいて以下に説明する。

すなわち、図２は走行制御装置１００のシステム構成を示すブロック図であり、図示の制御装置１００は、外部状況取得部１２、経路情報取得部１３、走行状態取得部１４などの車両１（図１参照）の外部から各種情報を取り入れるための手段を備えている。

また、走行制御装置１００は、アクセルペダル７０、ブレーキペダル７２、ステアリングホイール(ハンドル）７４、切替スイッチ８０などの操作デバイスと、アクセル開度センサ７１、ブレーキ踏量センサ（ブレーキスイッチ）７３、ステアリング操舵角センサ（ステアリングトルクセンサ）７５などの操作検出センサと、報知装置（出力部）８２と、乗員識別部（車内カメラ）１５とを備えている。

さらに、走行制御装置１００は、車両１の駆動と駆動力配分や操舵などを行うための装置として、走行駆動力出力装置（駆動装置）９０と、ステアリング装置９２およびブレーキ装置９４を備えている。これらの装置や機器は、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信線などの多重通信線やシリアル通信線、無線通信網などによって互いに接続されている。なお、例示した操作デバイスについてはあくまで一例であり、ボタン、ダイヤルスイッチ、ＧＵＩ（Graphical User Interface）スイッチなどが車両１に搭載されていても構わない。また、図１に示す車両１の前後の左右には、図２に示すウインカー（フラッシャーランプ）９６が設けられている。

ここで、各種構成要素について説明する。

（外部状況取得部）
前記外部情報取得部１２は、車両１の外部状況、例えば、走行路の車線や周辺の物体などの車両１の周辺の環境情報を取得するものであって、例えば、各種カメラ（単眼カメラ、ステレオカメラ、赤外線カメラなど）や各種レーダ（ミリ波レーダ、マイクロ波レーダ、レーザレーダなど）などを備えている。ここで、カメラによって得られた情報とレーダにより得られた情報を統合するフュージョンセンサを使用することも可能である。

（経路情報取得部）
経路情報取得部１３は、ナビゲーション装置を含んでおり、ナビゲーション装置は、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）受信機や地図情報（ナビ地図）、ユーザインターフェースとして機能するタッチパネル式表示装置、スピーカ、マイクなどを備えている。ここで、ナビゲーション装置は、ＧＮＳＳ受信機によって車両１の位置を特定し、その特定した位置からユーザによって指定された目的地までの経路を導出する。そして、ナビゲーション装置によって導出された経路は、経路情報１４４として記憶部１４０に格納される。なお、車両１の位置は、走行状態取得部１４の出力を利用したＩＮＳ（Inertial Navigation System）によって特定または補完されてもよい。

また、ナビゲーション装置は、制御装置１００が手動運転モードを実行している際に、目的地に至る経路について音声やナビ表示によって案内を行う。なお、車両１の位置を特定するための構成は、ナビゲーション装置とは独立して設けられていてもよい。また、ナビゲーション装置は、例えば、ユーザが保有するスマートフォンやタブレット端末などの端末装置の一機能によって構成されてもよい。この場合、端末装置と走行制御装置１００との間で無線または有線による通信によって情報の送受信が行われる。

（走行状態取得部）
走行状態取得部１４は、車両１の現在の走行状態を取得するものであって、走行位置取得部２６と、車速取得部２８と、ヨーレート取得部３０と、操舵角取得部３２および走行軌道取得部３４を備えている。

＜走行位置取得部＞
走行位置取得部２６は、走行状態の１つである車両１の走行位置と走行姿勢（進行方向）を取得するものであって、各種測位装置、例えば、衛星や路上装置から送信される電磁波を受信して位置情報（緯度、軽度、高度、座標など）を取得する装置（ＧＰＳ受信機、ＧＮＳＳ受信機、ビーコン受信機など）やジャイロセンサや加速度センサなどを備えている。なお、車両１の走行位置は、当該車両１の特定部位を基準として測定される。

＜車速取得部＞
車速取得部２８は、車両１の車速を取得するものであって、これには車速センサが用いられる。

＜ヨーレート取得部＞
ヨーレート取得部３０は、走行状態の１つである車両１のヨーレートを取得するものであって、例えば、ヨーレートセンサなどを備えている。

＜操舵角取得部＞
操舵角取得部３２は、車両１の走行状態の１つである操舵角を取得するものであって、例えば、ステアリングシャフトに設けられたステアリング操舵角センサ７５などを備えている。なお、ステアリング操舵角センサ７５によって取得された操舵角に基づいて操舵角速度と操舵角加速度も取得される。

＜走行軌道取得部＞
走行軌道取得部３４は、走行状態の１つである車両１の実走行軌道の情報（実走行軌道）を取得するものであって、メモリを備えており、メモリは、実走行軌道に含まれる一連の点列の位置情報を記憶する。ここで、実走行軌道とは、実際に車両１が走行した軌道（軌跡）を含んでおり、これから走行する予定の軌道、例えば、走行した軌道（軌跡）の進行方向前側の延長線を含んでいてもよい。この場合、延長線は、コンピュータなどにより予測可能である。

（アクセル開度センサ、ブレーキ踏量センサおよびステアリング操舵角センサ）
ところで、操作検出センサであるアクセル開度センサ７１、ブレーキ踏量センサ７３、ステアリング操舵角センサ７５は、検出結果としてのアクセル開度、ブレーキ踏量、ステアリング操舵角をそれぞれ制御装置１００に対して出力する。

(切替スイッチ)
切替スイッチ８０は、車両１の乗員によって操作されるスイッチであって、乗員の操作を受け付け、受け付けた操作内容から運転モード（例えば、自動運転モードと手動運転モード）の切り替えを行う。例えば、切替スイッチ８０は、乗員の操作内容から、車両１の運転モードを指定する運転モード指定信号を生成し、この運転モード指定信号を走行制御装置１００に対して出力する。

（シフト装置）
シフト装置６０は、運転者によって不図示のシフトレバーを介して操作されるものであって、このシフト装置６０におけるシフトレバーのポジションには、Ｐ（パーキング）、Ｒ（後進走行）、Ｎ（ニュートラル）、Ｄ（自動変速モード（ノーマルモード）での前進走行）、Ｓ（スポーツモードでの前進走行）などがある。そして、シフト装置６０の近傍には、シフトポジションセンサ２０５が設けられており、このシフトポジションセンサ２０５は、運転者によって操作されるシフトレバーのポジション(シフトポジション)を検出する。

（パドルスイッチ）
パドルスイッチ６５は、ステアリングホイール７４の近傍に設けられており、手動運転時（手動運転モード）での手動変速モードでシフトダウンを指示するための－スイッチ（マイナスボタン）６６と、手動変速モードでシフトアップを指示する＋スイッチ（プラスボタン）６７を備えている。

手動運転モードにおける手動変速モード（マニュアルモード）では、－スイッチ６６と＋スイッチ６７の操作信号は、走行制御装置１００に対して出力され、車両１の走行状態に応じてトランスミッションＴ（図１参照）において設定される変速段のアップシフトまたはダウンシフトが行われる。

（報知装置）
報知装置８２は、情報を出力することができる種々の装置であって、例えば、車両１の乗員に対して、自動運転モードから手動運転モードへの移行を促すための情報を出力する。この報知装置８２としては、例えば、スピーカ、バイブレータ、表示装置、発光装置などの中から少なくとも１つが用いられる。

（乗員識別部）
乗員識別部１５は、例えば、車両１の車室内を撮像可能な車内カメラを備えており、この車内カメラとしては、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの個体撮像素子を利用したデジタルカメラや近赤外光源と組み合わされた近赤外カメラなどが使用される。走行制御装置１００は、車内カメラによって撮像された画像を取得し、その画像に含まれるドライバの顔の画像から、現在の車両１のドライバを識別する。

（走行駆動力出力装置）
走行駆動力出力装置（駆動装置）９０は、エンジンＥ（図１参照）および該エンジンＥを制御する不図示のＦＩ－ＥＣＵ（Electronic Control Unit）と、トランスミッションＴ（図１参照）と該トランスミッションＴを制御するＡＴ－ＥＣＵを備えて構成されている。なお、これ以外にも、走行駆動力出力装置９０としては、車両１が電動機を駆動源とする電気自動車である場合には、走行用モータおよび該走行用モータを制御するモータＥＣＵによって構成されるものが使用される。また、車両１がハイブリッド自動車である場合には、走行駆動力出力装置９０は、エンジンＥおよびエンジンＥＣＵと走行用モータおよびモータＥＣＵで構成されるものが使用される。

本実施の形態のように、走行駆動力出力装置９０がエンジンＥとトランスミッションＴを備えて構成されている場合には、ＦＩ－ＥＣＵとＡＴ－ＥＣＵは、後述の走行制御部１２０から入力される情報に従って、エンジンＥのスロットル開度やトランスミッションＴのシフト段などを制御し、車両１が走行するための走行駆動力（トルク）を出力する。そして、走行駆動力出力装置９０が走行用モータのみを含む場合、モータＥＣＵは、走行制御部１２０から入力される情報に従って、走行用モータに与えるＰＷＭ信号のデューティ比を調整し、車両１が走行するための走行駆動力（トルク）を出力する。また、走行駆動力出力装置９０がエンジンＥと走行用モータを含む場合、ＦＩ－ＥＣＵとモータＥＣＵの双方は、走行制御部１２０から入力される情報に従って、車両１が走行するための走行駆動力（トルク）を互いに協調して出力する
（ステアリング装置）
ステアリング装置（ＥＰＳ）９２は、例えば、駆動源として電動モータを備えており、電動モータは、例えば、ラックアンドピニオン機構に力を作用させて操舵輪である左右の前輪ＷＦＬ，ＷＦＲ（図１参照）を転舵させる。すなわち、ステアリング装置９２は、走行制御部１２０から入力される情報に従って電動モータを駆動して左右の前輪ＷＦＬ，ＷＦＲを転舵させる。

（ブレーキ装置）
ブレーキ装置９４は、例えば、ブレーキキャリパと、該ブレーキキャリパに油圧を供給する油圧シリンダと、該油圧シリンダに油圧を発生させる電動モータと、制動制御部とを備えた電動サーボブレーキ装置である。この電動サーボブレーキ装置の制動制御部は、走行制御部１２０から入力される情報に従って電動モータを制御し、制動操作に応じた制動力を左右の前輪ＷＦＬ，ＷＦＲと後輪ＷＲＬ，ＷＲＲに対してそれぞれ出力する。

電動サーボブレーキ装置は、ブレーキペダル７２の操作によって発生する油圧をマスタシリンダを介して油圧シリンダに供給する機構をバックアップとして備えていてもよい。なお、ブレーキ装置９４は、以上に説明した電動サーボブレーキ装置に限らず、電子制御式油圧ブレーキ装置であってもよい。この電子制御式油圧ブレーキ装置は、走行制御部１２０から入力される情報に従ってアクチュエータを制御し、マスタシリンダで発生した油圧を油圧シリンダへと伝達する。また、ブレーキ装置９４は、走行駆動力出力装置９０が走行用モータを備える場合は、当該走行用モータによる回生ブレーキを含んでもよい。

［走行制御装置］
次に、走行制御装置１００について説明する。この走行制御装置１００は、自動運転制御部１１０と、走行制御部１２０および記憶部１４０を備えている。

（自動運転制御部）
自動運転制御部１１０は、自車位置認識部１１２と、外界認識部１１４と、行動計画生成部１１６および目標走行状態設定部１１８を備えている。ここで、自動運転制御部１１０の各部、走行制御部１２０の一部または全部は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサがプログラムを実行することによって実現される。また、これらのうちの一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Circuit）などのハードウェアによって実現されてもよい。

自動運転制御部１１０は、切替スイッチ８０からの信号の入力に従って運転モードを切り替えて制御を行う。ここで、運転モードとしては、車両１の加速度および操舵を自動的に制御する自動運転モードや、車両１の加速度をアクセルペダル７０やブレーキペダル７２などの操作デバイスに対する操作に基づいて制御し、操舵をステアリングホイール７４などの操作デバイスに対する操作に基づいて制御する手動運転モードがあるが、これらに限定されるものではない。他の運転モードとしては、例えば、車両１の加減速と操舵のうちの一方を自動的に制御し、他方を操作デバイスに対する操作に基づいて制御する半自動運転モードを設定してもよい。

＜自車位置認識部＞
自動運転制御部１１０の自車位置認識部１１２は、記憶部１４０に格納されている地図情報１４２と、外部状況取得部１２、経路情報取得部１３または走行状態取得部１４から入力される情報とに基づいて、車両１が走行している車線（走行車線）および走行車線に対する車両１の相対位置を認識する機能を果たす。

自車位置認識部１１２は、例えば、車両１の基準点（重心など）の走行車線中央からの乖離および車両１の進行方向の走行車線中央を連ねた線に対してなす角度を、走行車線に対する車両１の相対位置として認識する。なお、これに代えて、自車位置認識部１１２は、走行車線の何れかの側端部に対する車両１の基準点の位置などを、走行車線に対する車両１の相対位置と認識してもよい。

＜外界認識部＞
外界認識部１１４は、外部状況取得部１２などから入力される情報に基づいて、周辺車両の位置や速度、加速度などの状態を認識する機能を果たす。本実施の形態における周辺車両とは、車両１の周辺を走行する他の車両であって、車両１と同じ方向に走行する車両である。周辺車両の位置は、車両１の重心やコーナーなどの代表点で表されてもよく、車両１の輪郭で表現された領域によって表されてもよい。ここで、周辺車両の「状態」とは、前記各種機器の情報に基づいて周辺車両の加速度、車線変更をしているか否か（或いは車線変更をしようとしているか否か）を含んでもよい。また、外界認識部１１４は、周辺車両に加えて、ガードレールや電柱、駐車車両、歩行者、その他の物体の位置を認識してもよい。

＜行動計画生成部＞
行動計画生成部１１６は、自動運転の開始地点、自動運転の終了予定地点、および／または自動運転の目的地を設定する機能を果たす。ここで、自動運転の開始地点は、車両１の現在位置であってもよく、車両１の乗員によって自動運転を指示する操作がなされた地点であってもよい。

行動計画生成部１１６は、自動運転の開始地点と終了予定地点との間の区間や、開始地点と自動運転の目的地との間の区間において行動計画を生成する。なお、これに限定されるものではなく、行動計画生成部１１６は、任意の区間について行動計画を生成してもよい。

行動計画は、例えば、順次実行される複数のイベントで構成される。ここで、イベントには、例えば、車両１を減速させる減速イベントや、車両１を加速させる加速イベント、走行車線を逸脱しないように車両１を走行させるレーンキープイベント、走行車線を変更させる車線変更イベント、車両１に先行車両を追い越させる追い越しイベント、分岐ポイントにおいて所望の車線に変更させたり、現在の走行車線を逸脱しないように車両１を走行させたりする分岐イベント、本線に合流するための合流車線において車両１を加減速させ、走行車線を変更させる合流イベントなどが含まれる。例えば、有料道路（高速道路など）においてジャンクション分岐点が存在する場合、走行制御装置１００は、車両１を目的地の方向に進行するように車線を変更したり、車線を維持したりする。したがって、行動計画生成部１１６は、地図情報１４２を参照して経路上にジャンクションが存在していると判明した場合、現在の車両１の位置（座標）から当該ジャンクションの位置（座標）までの間に、目的地の方向に進行することができる所望の車線に車線変更するための車線変更イベントを設定する。なお、行動計画生成部１１６によって生成された行動計画を示す情報は、行動計画情報１４６として記憶部１４０に格納される。

（目標走行状態設定部）
目標走行状態設定部１１８は、行動計画生成部１１６によって生成された行動計画と、外部状況取得部１２、経路情報取得部１３および走行状態取得部１４によって取得された各種情報に基づいて、車両１の目標とする走行状態である目標走行状態を設定する機能を果たす。この目標状態設定部１１８は、目標値設定部５２と、目標軌道設定部５４と、偏差取得部４２および補正部４４を備えている。

＜目標値設定部＞
目標値設定部５２は、車両１が目標とする走行位置（緯度、経度、高度、座標など）の情報（単に「目標位置」とも言う）、車速の目標値情報（単に「目標車速」とも言う）、ヨーレートの目標値情報（単に「目標ヨーレート」とも言う）を設定するように構成されている。

＜目標軌道設定部＞
目標軌道設定部５４は、外部状況取得部１２によって取得される外部状況と経路情報取得部１３によって取得される走行経路情報に基づいて、車両１の目標軌道の情報（単に「目標軌道」とも言う）を設定するように構成されている。ここで、目標軌道は、単位時間毎の目標位置の情報を含む。そして、各目標位置には、車両１の姿勢情報（進行方向）が対応づけられる。また、各目標位置に、車速、加速度、ヨーレート、横Ｇ、操舵角、操舵角速度、操舵角加速度などの目標値情報が対応づけられていてもよい。なお、上述の目標位置、目標車速、目標ヨーレートおよび目標軌道は、車両１の目標走行状態を示す情報である。

＜偏差取得部＞
偏差取得部４２は、目標走行状態設定部１１８で設定される車両１の目標走行状態と、走行状態取得部１４で取得される車両１の実走行状態とに基づいて、車両１の目標走行状態に対する実走行状態の偏差を取得する機能を果たす。

＜補正部＞
補正部４４は、偏差取得部４２によって取得される偏差に応じて車両１の目標走行状態を補正する機能を果たすものである。

（走行制御部）
走行制御部１２０は、車両１の走行を制御する機能を果たすものであって、加減速指令部５５と、操舵指令部５６と、駆動力配分指令部５７と、ウインカー指令部５８および車線変更指令部５９を備えており、車両１の走行状態を、目標走行状態設定部１１８によって設定された車両１の目標走行状態または補正部４４によって設定された新たな目標走行状態に一致或いは近づけるように走行制御の指令値を出力する。

＜加減速指令部＞
加減速指令部５５は、車両１の走行制御のうち、加減速制御を行うように構成されている。具体的には、加減速指令部５５は、目標走行状態設定部１１８または補正部４４によって設定された目標走行状態（目標加減速度）と実走行状態（実加減速度）とに基づいて、車両１の走行状態を目標走行状態に一致させるための加減速度指令値を演算する。

＜操舵指令部＞
操舵指令部５６は、車両１の走行制御のうち、操舵制御を行うように構成されている。具体的には、操舵指令部５６は、目標走行状態設定部１１８または補正部４４によって設定された目標走行状態と実走行状態とに基づいて、車両１の走行状態を目標走行状態に一致させるための操舵角速度指令値を演算する。

＜駆動力配分指令部＞
駆動力配分指令部５７は、車線変更の要求があった場合に左右の電動モータＭＬ，ＭＲへの動力配分の比率を指令する機能を果たす。

＜ウインカー指令部＞
ウインカー指令部５８は、ステアリングホイール７４が回転操作された場合に車両が旋回する方向のウインカー９６を点滅させる指令を出力するものである。

＜車線変更指令部＞
車線変更指令部５９は、車両１の車線変更を実行させるものであって、その機能の詳細は後述する。

（記憶部）
記憶部１４０は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、フラッシュメモリなどで構成されており、これには地図情報１４２と、経路情報１４４および行動計画情報１４６が格納されている。なお、プロセッサが実行するプログラムは、予め記憶部１４０に格納されていてもよく、車載インターネット設備などを介して外部装置からダウンロードされてもよい。また、プログラムは、当該プログラムを格納した可般型記憶媒体が不図示のドライブ装置に装着されることによって、記憶部１４０にインストールされてもよい。

ここで、地図情報１４２は、例えば、経路情報取得部１３が有するナビ地図よりも高精度な地図情報であり、車線の中央の情報あるいは車線の境界の情報などを含んでいる。より具体的には、地図情報１４２には、道路情報や交通規制情報、住所情報（住所・郵便番号）、施設情報、電話番号情報などが含まれる。道路情報には、高速道路、有料道路、国道、都道府県道といった道路の種別を表す情報や、道路の車線数、各斜線の幅員、道路の勾配、道路の位置（経度、緯度、高さを含む３次元座標）、車線のカーブの曲率、車線の合流および分岐ポイントの位置、道路に設けられた標識などの情報が含まれる。また、交通規制情報には、工事や交通事故、渋滞などによって車線が封鎖されているといった情報が含まれる。

［走行制御装置の作用］
次に、本発明に係る走行制御装置１００の作用を図３～図６に基づいて以下に説明する。

車両１に設けられた図１および図２に示す走行制御装置１００は、車両１の走行モードとして自動運転モードが選択された場合に車線変更の要求があると、少なくとも左右の後輪ＷＲＬ，ＷＲＲへの駆動力配分を制御する走行制御部１２０を備えている。そして、この場合、走行制御部１２０は、車線変更の要求があると、ステアリングホイール７４の操舵角と左右の後輪ＷＲＬ，ＷＲＲへの駆動力配分を制御する。また、走行制御部１２０からの車線変更の指令は、ウインカー９４（図２参照）の点滅指令に連動して行う。

ここで、走行制御装置１００による車両１の走行制御の手順を図３に基づいて具体的に説明する。

図３は本発明に係る走行制御装置１００の制御手順を示すフローチャートであり、走行制御装置１００による車両１の制御が開始され（図３のステップＳ１）、運転者によって目的地が設定されると（ステップＳ２）、図２に示す自動運転制御部１１０の目標軌道設定部５４によって目的地への移動軌跡が算出される。そして、車両１が走行を開始すると（ステップＳ３）、図２に示す経路情報取得部１３に設けられたナビゲーション装置（ＧＰＳ）によって車両１の走行状態が監視される（ステップＳ４）。

次に、走行モードとして自動運転モードが設定されて車両１が自動運転されているか否かが判定され（ステップＳ５）、車両１が自動運転されている場合（ステップＳ５：Ｙｅｓ）には、車線変更の要求があるか否かが判定される（ステップＳ６）。なお、車両１が自動運転されていない場合（ステップＳ５：Ｎｏ）、或いは自動運転されている場合（ステップＳ５：Ｙｅｓ）であっても、車線変更の要求がない場合（ステップＳ６：Ｎｏ）には、処理はステップＳ１５へと移行し、車両１が目的地に到着したか否かが判定される。

ここで、車線変更が要求される様々な状況の例を図４～図６に示す。

図４～図６は車線変更が要求される状況の例を示す平面図であり、図４は車線数が減少する例を示すものであって、図４（ａ）に示すように左車線が途中で無くなった場合、或いは図４（ｂ）に示すように右車線が途中で無くなった場合には車線変更の要求がなされる。

また、図５は車両１が交差点などにおいて左折或いは右折する前に車線変更する例を示しており、図５（ａ）に示すように右側の車線を走行している車両１が左折する場合には、該車両１に対して左側の車線に移る要求がなされ、図５（ｂ）に示すように左側の車線を走行している車両１が右折する場合には、該車両１に対して右側の車線に移る要求がなされる。

さらに、図６は車両１の追い越し／追い抜きの状況を示し、図６（ａ）に示すように同じ左側車線を走行する速度の遅い他車１Ａを追い越す場合には、車両１に対して右側車線に移る要求がなされ、図６（ｂ）に示すように追い越した他車１Ａを追い抜く場合には、車両１に対して左側車線（元々走行していた車線）に戻る要求がなされる。

ところで、図３に示すフローチャートのステップＳ６での判定の結果、車両１が図４～図６に示すような状況下にあるために車線変更が要求された場合（ステップＳ６：Ｙｅｓ）には、車両（自車）１の前方の障害物（先行する他車など）を図２に示す外部状況取得部１２に設けられたカメラやレーダなどによって監視する（ステップＳ７）。そして、図２に示す自動運転制御部１１０においては、目標状態設定部１１８に設けられた目標軌跡設定部５４によって車線変更軌跡が算出され（ステップＳ８）、算出された車線変更軌跡に基づいて車速、ステアリングホイール７４（図２参照）の操舵角、左右の電動モータＭＬ，ＭＲ（図１参照）への駆動力、路面の摩擦係数（路面μ）、車両１の加速度およびヨーレートが推定される（ステップＳ９）。

すると、図２に示す自動運転制御部１１０に設けられた目標走行状態設定部１１８の目標値設定部５４によってステアリングホイール７４の操舵角と左右の後輪ＷＲＬ，ＷＲＲ（図１参照）への駆動力配分の目標制御値が設定される（ステップＳ１０）。この場合、各目標制御値は、車線変更が最も短時間で実行される値に設定される。

次に、図２に示す走行制御部１２０に設けられたウインカー指令部５８から左右のウインカー９６の一方（ステアリングホイール７４を切る方向のもの）に対して点滅信号を発信して当該ウインカー９６を点滅させる（ステップＳ１１）。そして、一方のウインカー９６の点滅に連動して図２に示す走行制御部１２０に設けられた車線変更指令部５９が車線変更指令を出力する（ステップＳ１２）。

その後、車両（自車）１の周囲に障害物（例えば、他車）が無いか否かが判定される（ステップＳ１３）。この判定は、図２に示す自動運転制御部１１０に設けられた自車位置認識部１１２によって認識される車両（自車）１の位置の周辺に、外界認識部１１４によって障害物（他車）が認識されるか否かによってなされる。そして、この判定の結果、車両（自車）１の周辺に障害物（他車）が存在しないことが確認されると（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、車両１の車線変更が実行される（ステップＳ１４）。すなわち、図２に示す走行制御部１２０に設けられた車線変更指令部５９から車線変更指令が出力されると、ステアリングホイール７４の操舵角と電動モータＭＬ，ＭＲから後輪ＷＲＬ，ＷＲＲ（図１参照）への駆動力配分がステップＳ１０において設定された目標制御値となるようにステアリング装置９２と電動モータＭＬ，ＭＲ（図１参照）が制御される。なお、後輪ＷＲＬ，ＷＲＲへの駆動力配分においては、左右の後輪ＷＲＬ，ＷＲＲのうち、車線変更時に外輪側の駆動力が内輪側の駆動力よりも大きくなるような比率に設定される。

以上の結果、図４～図６に示すような様々な状況下において、自動運転中の車両１の車線変更がスムーズになされるが、本実施の形態では、ステアリングホイール７４の操舵角と後輪ＷＲＬ，ＷＲＲへの駆動力配分の双方を同時に制御することによって車両１の車線変更を行うようにするとともに、ステップＳ１０においてステアリングホイール７４の操舵角と左右の後輪ＷＲＬ，ＷＲＲへの駆動力配分の目標制御値を車線変更が最も短時間で実行される値に設定したため、車両１の車線変更が短時間で速やかに行われる。なお、本実施の形態では、ステアリングホイール７４の操舵角と後輪ＷＲＬ，ＷＲＲへの駆動力配分の双方を同時に制御することによって車両１の車線変更を行うようにしたが、後輪ＷＲＬ，ＷＲＲへの駆動力配分の制御のみで車両１の車線変更を実行することも可能である。

そして、以上のように車両１の車線変更が実行されると（ステップＳ１４）、車両１が目的地に到達されたか否かが判定され（ステップＳ１５）、車両１が未だ目的地に到着していない場合（ステップＳ１５：Ｎｏ）には、ステップＳ４～Ｓ１５の処理が繰り返される。これに対して、車両１が目的地に到着した場合（ステップＳ１５：Ｙｅｓ）には、走行制御装置１００による車両１に対する走行制御が終了する（ステップＳ１６）。

また、ステップＳ１３での判定の結果、車両（自車）１の周辺に障害物（他車）が存在する場合（ステップＳ１３：Ｎｏ）には、ステップＳ１４の車線変更は行われず、処理はステップＳ１５へと移行する。このように、本実施の形態では、車両（自車）１の周辺に障害物（他車）が存在しないことを確認してから車線変更を行うようにしたため、車線変更による障害物（他車）への衝突が避けられ、車線変更を安全に行うことができる。

ここで、車線変更時の車両の操舵速度、操舵角、ヨーレート、ロールレートおよび加速度の時間変化を図７にタイミングチャートで示す。なお、図７は左側車線を走行中の車両１が右側の車線へと移動する例を示しており、ステアリングハンドル７４の右方向（時計方向）への回転を「＋」、左方向（反時計方向）への回転を「－」として表示している（後述の図８～図１１においても同様である）。

左側車線を走行している車両１の車線変更のためにステアリングホイール７４を右方向に切って車線変更を行った後、ステアリングホイール７４を逆方向に切ってステアリングホイール７４を元の直進状態の位置に戻した場合、車両１の操舵速度、操舵角、ヨーレート、ロールレートおよび加速度は、時間の経過と共に図７に示すように変化する。ここで、加速度Ｇxは、車両１の進行方向の値であるが、車線変更時にステアリングホイール７４を右方向に切ることによって図示のΔＧxだけ減少するが、この加速度Ｇxの減少分ΔＧxを補う駆動力を発生させることによって、ステアリングホイール７４の操舵角を小さく抑えて各部の挙動をスムーズにすることができる。また、車線変更時には、車線変更前よりも加速度が上昇するように駆動力を発生させるとよい。

また、実験によって得られた車両の車線変更時の操舵角と車速との関係、操舵角と操舵速度との関係、ヨーレートと操舵速度との関係、ロールレートと操舵速度との関係をそれぞれ図８、図９、図１０、図１１に示す。

図８に示す操舵角と車速との関係から明らかなように、車線変更時間が同じであれば、車速が速くなるほど操舵角が小さくなって、車線変更距離が長くなる。

また、図９に示す操舵角と操舵速度との関係から明らかなように、操舵速度が速くなると操舵角が大きくなる。

さらに、図１０に示すヨーレートと操舵速度との関係から明らかなように、操舵速度が速くなる（≒操舵角が大きくなる）とヨーレートも大きくなる。

また、図１１に示すロールレートと操舵速度との関係から明らかなように、操舵速度が速くなる（≒操舵角が大きくなる）とロールレートも大きくなる。

以上の説明で明らかなように、本発明によれば、自動運転中の車両１の様々な状況下でのスムーズで素早い車線変更を実現することができるという効果が得られる。

なお、以上は本発明に係る走行駆動装置１００を図１に示すフロント駆動・リアアシスト方式を採用する四輪駆動（４ＷＤ）車両１に対して適用した形態について説明したが、本発明に係る走行制御装置１００は、例えば、図１２に示すように後部にエンジンＥと電動モータＭ及びトランスミッションＴを配置し、前部に左右の前輪ＷＦＬ，ＷＦＲをそれぞれ独立に駆動する電動モータＭＬ，ＭＲを配置したリア駆動・フロントアシスト方式を採用する四輪駆動車両１－２、図１３に示すように左右の前輪ＷＦＬ，ＷＦＲと後輪ＷＲＬ，ＷＲＲを電動モータＭＦＬ，ＭＦＲ，ＭＲＬ，ＭＲＲによってそれぞれ独立に駆動する電動車両１－３などに対しても同様に適用可能である。

また、以上の実施の形態では、左右の車輪を左右の電動モータによってそれぞれ独立に回転駆動する車両に対して本発明を適用した例について説明したが、本発明は、駆動源である単一のエンジンまたは電動モータからの動力をクラッチやビスカスカップリングなどによって左右の車輪に分配することによって左右の車輪を各々独立に回転駆動する車両に対しても同様に適用可能である。

その他、本発明は、以上説明した実施の形態に適用が限定されるものではなく、特許請求の範囲および明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内で種々の変形が可能である。

１（１－２，１－３） 車両
４ インバータ（ＰＦＵ）
１４ 走行状態取得部
２６ 走行位置取得部（加速度センサ）
２８ 車速取得部（車速センサ）
３０ ヨーレート取得部（ヨーレートセンサ）
３２ 操舵角取得部（操舵角センサ）
３４ 走行軌道取得部（メモリ）
５６ 操舵指令部
５７ 駆動力配分指令部
５８ ウインカー指令部
５９ 車線変更指令部
７４ ステアリングホイール
７５ 操舵角センサ
９２ ステアリング装置
９６ ウインカー
１００ 走行制御装置
１１０ 自動運転制御部
１１２ 自車位置認識部
１１４ 外界認識部
１２０ 走行制御部
ＭＬ，ＭＲ 電動モータ（駆動源）
ＷＲＬ，ＷＲＲ 後輪（車輪）

Claims (6)

1. 走行モードとして操舵と加減速の少なくともいずれかを自動的に制御する自動運転モードを選択可能であって、駆動源からの駆動力を左右の車輪に伝達して該左右の車輪をそれぞれ独立に回転駆動する車両に設けられる走行制御装置であって、
   走行制御部と、自動運転制御部と、を備え、
   走行モードとして自動運転モードが選択された場合に、前記走行制御部が車線変更指令を出力すると、
   前記自動運転制御部は、車線変更軌跡を算出し、算出した車線変更軌跡に基づいて車速、操舵角、左右の駆動力、路面の摩擦係数、加速度およびヨーレートを推定し、これらの推定した値に基づいて、ステアリングホイールの操舵角の制御目標値と、左右の車輪への駆動力配分の制御目標値と、を設定し、
   前記走行制御部は、ステアリングホイールの操舵角および左右の車輪への駆動力配分を、それぞれの前記制御目標値となるように制御する
   ことを特徴とする車両の走行制御装置。
2. 前記自動運転制御部は、前記ステアリングホイールの操舵角の制御目標値、および前記左右の車輪への駆動力配分の制御目標値を、車線変更が最も短時間で実行される値に設定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両の走行制御装置。
3. 前記自動運転制御部は、車線変更のステアリングホイールの操作によって生じる加速度の減少分を補う駆動力を発生するように、前記左右の車輪への駆動力配分の制御目標値を設定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両の走行制御装置。
4. 前記自動運転制御部は、車線変更時に車線変更前よりも加速度が上昇するように、前記左右の車輪への駆動力配分の制御目標値を設定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両の走行制御装置。
5. 前記自動運転制御部は、自車位置を認識する自車位置認識部と、自車周辺の外界を認識する外界認識部を備え、
   前記走行制御部は、前記自車位置認識部によって認識される自車位置の周辺に、前記外界認識部によって認識される他車が存在しない場合に限り前記車線変更指令を出力する
   ことを特徴とする請求項１～４の何れかに記載の車両の走行制御装置。
6. 前記走行制御部は、ウインカーの点滅指令の出力に連動して、前記車線変更指令を出力する
   ことを特徴とする請求項１～５の何れかに記載の車両の走行制御装置。

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