車両走行支援装置及び車両走行支援方法
【課題】 必要に応じて予測した制御指令値を用いることにより高い精度で車両の運転操作を支援することができる車両走行支援装置等を提供する。
【解決手段】 第１制御指令値演算部２２が所定の制御周期で第１制御指令値を演算し、将来状態予測部２４が第１時刻における自車両運動状態及び障害物状態に基づいて第１時刻から所定時間後の第２時刻における自車両運動状態及び障害物状態を予測して、第２制御指令値演算部２５が予測された第２時刻における自車両運動状態及び障害物状態に基づいて、第２時刻以降の第２制御指令値を演算する。予測適切度評価部２３は、予測された自車両運動状態及び障害物状態と実際の自車両運動状態及び障害物状態とを比較して予測適切度を判定し、制御指令値出力処理部２６は、予測適切度に基づいて第２時刻以降の実際の制御指令値として第１又は第２制御指令値を出力する。
【解決手段】 第１制御指令値演算部２２が所定の制御周期で第１制御指令値を演算し、将来状態予測部２４が第１時刻における自車両運動状態及び障害物状態に基づいて第１時刻から所定時間後の第２時刻における自車両運動状態及び障害物状態を予測して、第２制御指令値演算部２５が予測された第２時刻における自車両運動状態及び障害物状態に基づいて、第２時刻以降の第２制御指令値を演算する。予測適切度評価部２３は、予測された自車両運動状態及び障害物状態と実際の自車両運動状態及び障害物状態とを比較して予測適切度を判定し、制御指令値出力処理部２６は、予測適切度に基づいて第２時刻以降の実際の制御指令値として第１又は第２制御指令値を出力する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の走行を支援する車両走行支援装置及び車両走行支援方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、車両の走行を支援するための技術としては、例えば下記の特許文献１に記載されたものが知られている。この特許文献１には、ドライバーによる衝突回避操作を検出すると、目標ヨーモーメントが算出される前までは、応答性良く支援を行うために、ステアリングホイールの操作量に応じた補正ヨーモーメントを算出して左右車輪に制動力差を発生させる。そして、目標ヨーモーメントが補正ヨーモーメントよりも大きくなると、目標ヨーモーメントに基づいて制動力差を発生させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２２２３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の特許文献１に記載された技術では、目標ヨーモーメントが補正ヨーモーメントを超えたときに、当該目標ヨーモーメントに基づいて大きな車両挙動を実現するものであるが、不測の事態が生ずることもあり、必ずしも大きな車両挙動が好ましいとは限らない。
【０００５】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、必要に応じて予測した制御指令値を用いることにより高い精度で車両の運転操作を支援することができる車両走行支援装置及び車両走行支援方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、所定の制御周期で第１制御指令値を演算し、第１時刻における自車両運動状態及び障害物状態に基づいて第１時刻から所定時間後の第２時刻における自車両運動状態及び障害物状態を予測して第１時刻において予測された第２時刻における自車両運動状態及び障害物状態に基づいて、第２時刻以降の第２制御指令値を演算する。
【０００７】
そして、本発明は、上述の課題を解決するために、第１時刻において予測された第２時刻の自車両運動状態及び障害物状態と第２時刻において実際に検出された自車両運動状態及び障害物状態とを比較して自車両運動状態及び障害物状態の予測適切度を判定し、当該予測適切度に基づいて、第２時刻以降の実際の制御指令値として第１制御指令値又は第２制御指令値を出力する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、第１時刻において予測された第２時刻の自車両運動状態及び障害物状態と第２時刻において実際に検出された自車両運動状態及び障害物状態とを比較して予測適切度を判定して、第２時刻以降の実際の制御指令値として第１制御指令値又は第２制御指令値を出力するので、必要に応じて予測した制御指令値を用いることにより高い精度で車両の運転操作を支援することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明を適用した第１実施形態に係る車両走行支援装置の概略構成図である。
【図２】本発明を適用した第１実施形態に係る車両走行支援装置のブロック図である。
【図３】本発明を適用した第１実施形態に係る車両走行支援装置の全体処理を示すフローチャートである。
【図４】本発明を適用した第１実施形態に係る車両走行支援装置による第１処理を示すフローチャートである。
【図５】本発明を適用した第１実施形態に係る車両走行支援装置による第１制御指令値の演算処理を示すフローチャートである。
【図６】本発明を適用した第１実施形態に係る車両走行支援装置による第２処理を示すフローチャートである。
【図７】本発明を適用した第１実施形態に係る車両走行支援装置による第３処理を示すフローチャートである。
【図８】自車両と歩行者との状況を説明する上面図である。
【図９】各種のパラメータを説明する上面図である。
【図１０】予測される自車両と歩行者との状況を説明する上面図である。
【図１１】第１制御指令値、第２制御指令値の演算及び制御のタイミングを説明する図である。
【図１２】すべり角と前輪及び後輪の横力との関係を示す図である。
【図１３】自車両及び障害物が存在する場におけるリスクポテンシャルを示す図である。
【図１４】車両走行支援装置による具体的な走行状況に対応した動作を示す図である。
【図１５】車両走行支援装置による具体的な走行状況に対応した他の動作を示す図である。
【図１６】図１４，１５の動作をしたときの前輪転舵角の変化を示す図である。
【図１７】本発明を適用した第１実施形態に係る車両走行支援装置の概略構成図である。
【図１８】運転者の操作を予測する処理について説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１１】
［第１実施形態］
［第１実施形態に係る車両走行支援装置の一構成例］
本発明の第１実施形態として示す車両走行支援装置は、例えば図１に示すような車両に搭載される。
【００１２】
車両走行支援装置は、コントローラ１と、転舵角サーボコントローラ２と、転舵用モータ３と、カメラ４と、車速センサ５と、ヨーレートセンサ６と、加速度センサ７と、操舵角センサ８と、転舵角センサ９とを有する。
【００１３】
このような車両走行支援装置において、カメラ４は、車室内前方に取り付けられる。カメラ４は、自車両前方の道路状況を撮影して、車両前方の障害物、道路境界、白線等を含む撮像映像をコントローラ１に供給する。また、この車両走行支援装置において、カメラ４は、２台のカメラからなる。これにより、コントローラ１は、各カメラから送信された撮像映像を用いて、車両前方に存在する物体の方向及び距離を算出できる。このようなカメラ４及びコントローラ１により、障害物検出手段及び道路境界検出手段として機能する。
【００１４】
車速センサ５は、ホイール１２に取り付けられたロータリーエンコーダ等が利用可能である。車速センサ５は、ホイールの回転に比例して発生するパルス信号を検出することにより車速を計測する。この車速信号は、コントローラ１に供給される。
【００１５】
ヨーレートセンサ６は、水晶振動子や半導体を用いて構成されるデバイスであり、車両に発生するヨーレートを検出する。このヨーレート信号は、コントローラ１に供給される。
【００１６】
加速度センサ７は、圧電素子等を用いて構成されるデバイスであり、車両に発生する特定方向の加速度を検出する。本実施形態において、加速度センサ７は、特に、車両の横方向に発生する加速度を検出する。この加速度信号は、コントローラ１に供給される。
【００１７】
コントローラ１は、Ａ／Ｄ変換回路、Ｄ／Ａ変換回路、中央演算処理装置、メモリ等から構成される集積回路により構成される。コントローラ１は、メモリに格納された車両走行支援用のプログラムに従って、上述の各種センサにより検出した信号処理、車両が障害物を回避するのための制御量の演算処理を行う。この演算処理結果としての制御指令値は、転舵角サーボコントローラ２等に出力する。
【００１８】
転舵角サーボコントローラ９は、コントローラ１及び転舵用モータ３を駆動するための昇圧回路等から構成される。この転舵角センサ９は、コントローラ１から出力される制御指令値としての転舵角を目標値とするサーボ制御を実行する。
【００１９】
操舵角センサ８は、ステアリング１０と接続されたステアリングコラム等に取り付けられている。操舵角センサ８は、ステアリングシャフトの回転角を検出することでステアリングホイールの操舵角を検出する。本実施形態においては、ステアリングシャフトの途中にクラッチ１１が取り付けられている。クラッチ１１を繋いだ状態では、運転者の操舵に応じた転舵が行われる。一方、クラッチ１１を切った状態では、転舵角サーボコントローラ２を介して駆動される転舵用モータ３によってピニオンギアを回転させ、ラック−ピニオン方式の前輪操舵機構を運転者の操舵とは独立して制御することが可能な機構となっている。
【００２０】
転舵角センサ９は、ラックストローク量を検出することで実際の転舵角を計測する。この転舵角は、コントローラ１に供給される。
【００２１】
このような車両走行支援装置において、コントローラ１は、図２に示すような機能的な構成を有する。なお、コントローラ１は、実際にはＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵ等にて構成されているが、当該ＣＰＵがＲＯＭに格納された車両走行支援用のプログラムに従って処理をすることによって実現できる機能をブロックとして説明する。
【００２２】
コントローラ１は、センサ信号処理部２１と、第１制御指令値演算部２２と、予測適切度評価部２３と、将来状態予測部２４と、第２制御指令値演算部２５と、制御指令値出力処理部２６とを有する。
【００２３】
センサ信号処理部２１は、自車両状態検出手段としての車速センサ５、操舵角センサ８、ヨーレートセンサ６、加速度センサ７及びカメラ４に接続される。これにより、コントローラ１は、各センサで検出した信号を統合的に処理して自車両運動状態に関する情報を得る機能を有する。センサ信号処理部２１は、各種のセンサから集められた情報を、同一の座標系上に展開された情報に変換する。センサ信号処理部２１は、カメラ４から供給された撮像映像に対して所定の画像処理を施して、自車両前方に存在する障害物や道路境界の方向及び距離を算出する。
【００２４】
センサ信号処理部２１は、算出した障害物や道路境界の方向及び距離に関する情報、車速、操舵角、ヨーレート、加速度を必要に応じて第１制御指令値演算部２２，予測適切度評価部２３及び転舵角サーボコントローラ２に出力する。変換された情報は、第一制御指令値演算手段、将来状態予測手段、予測適切度評価手段の三つの処理ブロックに供給される。
【００２５】
第１制御指令値演算部２２は、センサ信号処理部２１から供給された各種信号を用いて障害物を回避するための第１制御指令値を算出する。第１制御指令値演算部２２は、短時間で第１制御指令値を算出できる簡単な制御則に従って演算を行う。第１制御指令値演算部２２は、所定時間ごとに第１制御指令値を演算して、制御指令値出力処理部２６に出力する。
【００２６】
一方、第２制御指令値演算部２５は、第１制御指令値演算部２２よりも長い演算所要時間の演算則に従って第２制御指令値の演算処理を行う。この第２制御指令値は、第１制御指令値よりも精度が高い。また、第２制御指令値演算部２５は、演算則に従った演算として、所定期間ごとに第２制御指令値を含む時系列信号となっている。この所定期間は、例えば数秒である。したがって、第２制御指令値演算部２５は、当該第２制御指令値に従って転舵角サーボコントローラ２を制御するために、所定期間ごとに第２制御指令値の時系列信号を作成することとなる。
【００２７】
このような第２制御指令値演算部２５は、第１制御指令値演算部２２と比較して、第２制御指令値を出力するまでに遅延が発生する。第２制御指令値を出力する演算則の演算時間の遅れを補償するために、第２制御指令値演算部２５には、センサ信号処理部２１からの各種センサ信号を直接渡すのではなく、将来状態予測部２４を介して、将来に予測される各種情報が渡される。
【００２８】
将来状態予測部２４は、第２制御指令値演算部２５の演算遅れを補償するために、センサ信号処理部２１から供給された各種センサ情報を用いて、演算遅れ時間分だけ将来の自車両運動状態及び障害物状態の予測演算を行う。この予測された自車両運動状態及び障害物状態は、所定時間ごとに第２制御指令値演算部２５に供給される。
【００２９】
また、将来状態予測部２４は、第２制御指令値演算部２５による第２制御指令値の演算所要時間を予測する。
【００３０】
予測適切度評価部２３では、将来状態予測部２４による将来（第２時刻）の自車両運動状態及び障害物状態の適切度を評価する。予測適切度評価部２３は、現在（第１時刻）において予測された将来（第２時刻）の自車両運動状態及び障害物状態と将来（第２時刻）において実際に検出された自車両運動状態及び障害物状態とを比較する。これにより、予測適切度評価部２３は、将来状態予測部２４による自車両運動状態及び障害物状態の予測適切度を判定する。
【００３１】
制御指令値出力処理部２６は、予測適切度評価部２３による予測適切度に基づいて、第１制御指令値又は第２制御指令値を用いた第２時刻以降の実際の制御指令値（出力指令値）を出力する第１制御指令値と第２制御指令値との何れかを実際の制御指令値（出力指令値）として出力する。これにより、コントローラ１は、転舵角サーボ系を駆動する信号を生成できる。
【００３２】
転舵角サーボコントローラ２は、コントローラ１から制御指令値を入力する。そして、転舵角サーボコントローラ２は、操舵角センサ８から供給された転舵角センサ信号と、制御指令値とを用いたフィードバック制御によって、転舵角の制御指令値に追従するように転舵用モータ３を駆動して転舵角を制御する。
【００３３】
「車両走行支援装置の具体的な一動作例」
つぎに、上述したように構成された車両走行支援装置のコントローラ１による車両走行支援処理について、図３乃至図７のフローチャートなどを参照して説明する。
【００３４】
具体的な状況としては、図８に示すように、自車両１００が進行方向１１０に沿って道路１０１を走行している時に、壁１０２の隙間から歩行者１０３が横断する場面を想定する。また、自車両１００は、道路１０１の両側が壁１０２で仕切られているために、道路１０１外への逸脱ができない状況である。
【００３５】
コントローラ１では、以下に説明する一連の処理を所定の時間間隔ごとに繰り返し実行することにより、車両走行支援処理を実行する。
【００３６】
先ず、図３のステップＳ１において、コントローラ１は、センサ信号処理部２１によって、自車両に取り付けられたカメラ４から撮像映像を読み込むと共に、車速センサ５、ヨーレートセンサ６、加速度センサ７、転舵角センサ９からセンサ信号を読み込む。そして、センサ信号処理部２１は、撮像映像に所定の画像処理を施すことにより障害物としての歩行者１０３の方向及び距離を算出する。また、センサ信号処理部２１は、各種のセンサ信号に所定の信号処理を施す。これにより、コントローラ１は、現在の自車両運動状態及び障害物状態を、適当に設定された座標系上の値として取得することができる。
【００３７】
自車両運動状態及び障害物状態の座標系としては、適当に定めることができるが、本実施形態では、図９に示すように、道路１０１の進行方向に沿った方向をＸ軸、Ｘ軸と垂直方向をＹ軸に設定し、自車両１００の現在位置をＸ座標の原点、道路１０１の中心線付近にＹ座標の原点を置く座標系を設定したものとして説明を行う。このように座標系を設定することにより、自車両１００（重心点）の位置を、（Ｘ，Ｙ）＝（ｘ，ｙ）といった形で表記できる。
【００３８】
自車両運動状態としての車速ｖ、ヨー角θ、すべり角βを、図９に示すように定義する。また、自車両運動状態に含まれる物理量としては、自車両１００に発生しているヨーレートγ、前輪転舵角δが重要である。以上の自車両運動状態を纏めると、自車両運動状態は、状態ベクトルとして、下記の式１のように、定義できる。
【数１】
【００３９】
これらの自車両運動状態としての物理量のうち、車速ｖに関しては車両縦方向の速度成分に比べて車両横方向の速度成分が十分に小さいとみなせれば、非駆動輪の車輪速で近似することができる。したがって、センサ信号処理部２１は、非駆動倫にとりつけた車速センサ５の測定値を自車両１００の車速ｖとして用いることができる。
【００４０】
センサ信号処理部２１は、ヨーレートγを、ヨーレートセンサ６から得ることができる。また、センサ信号処理部２１は、ヨー角θを、撮像映像に対する画像処理によって得る。このとき、道路１０１が直線であると仮定すれば、道路境界と自車両１００の向いている方向とのなす角を画像処理によって推定して、ヨー角θを求めることができる。又は、センサ信号処理部２１は、適当な初期値を定めて、ヨーレートセンサ６の出力値を積分することにより、ヨー角θを算出してもよい。
【００４１】
すべり角βは、自車両１００の縦方向速度をｖｘ、自車両１００の横方向速度をｖｙとすれば、下記の式２のように、
【数２】
【００４２】
なる演算をセンサ信号処理部２１により行うことにより求められる。また、センサ信号処理部２１は、自車両１００の縦方向速度ｖｘを車速センサ５の検出した車速ｖで近似し、自車両１００の横方向速度ｖｙ、車両横加速度を測定するように設置された加速度センサ７の出力を積分することによって求められることにより、後述の式１１に基づいてすべり角βの近似値を得ることができる。なお、センサ信号処理部２１は、車輪速、ヨーレート、横加速度等の信号からオブザーバによってより精度良くすべり角βを推定する公知の手法を用いても良い。
【００４３】
センサ信号処理部２１は、前輪舵角δは操舵角センサ８のセンサ信号から取得する。
【００４４】
このように、センサ信号処理部２１は、各種のセンサ信号を処理することによって、式１に示した自車両運動状態の状態ベクトルを具体的な値として算出することができる。
【００４５】
また、センサ信号処理部２１は、障害物状態を示す物理量としては、Ｘ方向、Ｙ方向の位置座標を（Ｘ，Ｙ）＝（ｘｐ、ｙｐ）とすることに加えて、Ｘ方向、Ｙ方向への歩行者１０３の移動速度ｖｘｐ、ｖｙｐを加えて、下記の式３のように定義する。
【数３】
【００４６】
この障害物状態を表す各物理量は、センサ信号処理部２１によって、カメラ４から取得した撮像映像に対して画像処理を行うことにより取得できる。なお、センサ信号処理部２１は、撮像映像中に歩行者１０３等の障害物を検出しなかった場合には、障害物状態の算出を行わないものとする。
【００４７】
更に、センサ信号処理部２１は、カメラ４から取得した撮像映像に対する画像処理によって、道路１０１の境界、壁１０２を検出する。そして、当該検出した道路１０１、壁１０２の左端及び右端を表す座標値を、障害物状態を示す情報として保持する。
【００４８】
次のステップＳ２において、コントローラ１は、自車両１００の前方に障害物が検出されたか否かを判定する。コントローラ１は、カメラ４から供給された撮像映像を画像処理した結果としての物体の方向及び距離から、歩行者１０３を検出したと判定した場合にはステップＳ３に処理を進める。一方、歩行者１０３を検出していない場合にはステップＳ８に処理を進める。なお、歩行者１０３を検出している場合でも、自車両１００との距離が大きい場合などの自車両１００と接触するリスクが小さい場合には、歩行者１０３を検出しなかったものとして処理しても良い。
【００４９】
ステップＳ３において、コントローラ１は、第２制御指令値演算部２５の動作状態を判定する。障害物を検出して回避制御の開始判定が行われた時点では、現在に第２制御指令値演算部２５が動作していない演算未開始状態であるのでステップＳ４の第１処理を行う。また、現在に第２制御指令値演算部２５が演算中状態である場合にはステップＳ５の第２処理を行い、現在に第２制御指令値演算部２５が演算終了状態である場合にはステップＳ６の第３処理を行う。このように第２制御指令値演算部２５を３つの状態になっていることを判定する理由は、図３のフローチャートの演算周期よりも、第２制御指令値演算部２５の演算時間が長くかかることを想定しているからである。
【００５０】
次のステップＳ７において、コントローラ１は、第１処理乃至第３処理の何れかにより決定された実際の制御指令値である出力指令値を、制御指令値出力処理部２６から転舵角サーボコントローラ２に出力する。
【００５１】
一方、ステップＳ２にて障害物が検出されていないと判定したステップＳ８において、コントローラ１は、制御指令値出力処理部２６により、第２制御指令値演算部２５により算出された時系列信号である第２制御指令値のうち、転舵角サーボコントローラ２に出力していない未実行分の第２制御指令値が残存しているか否かを判定する。未実行分の第２制御指令値が残存している場合にはステップＳ９に処理を進め、残存していない場合にはステップＳ１０に処理を進める。
【００５２】
ステップＳ９において、コントローラ１は、制御指令値出力処理部２６により、残存している第２制御指令値のうち、現在時刻に対応した第２制御指令値を出力指令値として転舵角サーボコントローラ２に出力することを確定して、ステップＳ７に処理を進める。これにより、障害物を回避する第２制御指令値の時系列信号のうち、障害物回避後の車両姿勢の立て直し等に対応する第２制御指令値が残っていると判断し、すべての第２制御指令値を実行し終わえることができる。一方、ステップＳ１０において、コントローラ１は、残存する第２制御指令値がなく、当該第２制御指令値による障害物を回避する制御が終了したこととなり、制御指令値の出力を停止して処理を終了する。
【００５３】
「第１処理」
つぎに、第２制御指令値の演算処理が開始されていない時にステップＳ４にて行う第１処理について、図４及び図５のフローチャートを参照して説明する。
【００５４】
この第１処理は、第２制御指令値の演算が未開始であるので、制御実行中の第２制御指令値又は第１制御指令値を出力するものとし、第２制御指令値の演算を開始する。
【００５５】
この第１処理は、先ずステップＳ２１において、コントローラ１は、第２制御指令値に基づく転舵角を制御する動作を実行中であるか否かを判定する。このとき、コントローラ１は、制御指令値出力処理部２６により、第２制御指令値の時系列信号の残存分があるか否かを判定して、残存している場合には第２制御指令値に基づく転舵角制御を実行中であると判定する。第２制御指令値に基づく転舵角制御を実行している場合にはステップＳ２２に処理を進め、そうではない場合にはステップＳ２３に処理を進める。
【００５６】
ステップＳ２２において、コントローラ１は、制御指令値出力処理部２６により、第２制御指令値に基づく転舵角制御を継続する。コントローラ１は、制御指令値出力処理部２６により、第２制御指令値の時系列に沿って、現在時刻に対応する第２制御指令値を、実際の制御指令値（出力指令値）として確定して、転舵角サーボコントローラ２に出力する。
【００５７】
一方、ステップＳ２３において、コントローラ１は、第１制御指令値演算部２２による第１制御指令値の演算を実行する。この第１制御指令値の演算処理は、図５に示すようになる。
【００５８】
ステップＳ３１において、第１制御指令値演算部２２は、自車両１００が障害物としての歩行者１０３の位置に到達するまでに要する障害物通過時間を予測する。自車両１００が現在から等速で運動し続けると仮定した場合、障害物通過時間Ｔは、下記の式４に示すような演算によって予測できる。
【数４】
【００５９】
なお、式４において、ｘｐは歩行者１０３のＸ方向位置、ｘは自車両１００のＸ方向位置であり（図９参照）、ｖは自車両１００の車速である。
【００６０】
次のステップＳ３２において、第１制御指令値演算部２２は、自車両１００が歩行者１０３の位置に到達した時における障害物の到達位置を予測する。図８に示すように障害物である歩行者１０３がＹ方向に移動している場合、歩行者１０３が速度ｖｙｐの等速で運動し続けると仮定する。この場合、上記式４で求められる障害物通過時間Ｔが経過した後の障害物の到達位置の予測値は、下記の式５により求めることができる。
【数５】
【００６１】
この式５において、Ｔ０は、現在時刻を示し、歩行者１０３の現在位置ｘｐ、ｙｐにハット記号を付した値は、予測位置ｘｐ、ｙｐと呼ぶ。
【００６２】
次のステップＳ３３において、第１制御指令値演算部２２は、道路１０１上における障害物の左右両側の回避領域（スペース）が、自車両１００が通過するために十分な大きさを有するか否かを判定する。これにより、第１制御指令値演算部２２は、障害物を回避するために制御指令値を演算する必要性を判定する（判定手段）。そして、第１制御指令値演算部２２は、制御指令値を演算する必要性があることが判定された場合に、少なくとも第１制御指令値を演算することとなる。
【００６３】
例えば図１０に示すように、左方向の回避スペースは「予測位置ｙｐ−道路左端位置ｙＬ」、右方向の回避スペースは「道路右端位置ｙＲ−予測位置ｙｐ」と予測する。当該回避スペースΔが、予測される自車両１００’によって歩行者１０３’を回避するのために十分な大きさであるためには、下記の式６に示す条件を満たす必要がある。
【数６】
【００６４】
この式６において、ｗｖは自車両１００の幅、ｗｐは歩行者１０３の幅であり、ｗｍは自車両１００が歩行者１０３を回避するための回避余裕（マージン）を表す設定値である。
【００６５】
第１制御指令値演算部２２は、回避スペースΔとしての左方向の回避スペース「予測位置ｙｐ−道路左端位置ｙＬ」、右方向の回避スペース「道路右端位置ｙＲ−予測位置ｙｐ」が、それぞれ式６の条件を満たすか否かを判定する。左右の一方だけが式６の条件を満たした場合はステップＳ３６に処理を進め、左右の両方が式６の条件を満たした場合にはステップＳ３４に処理を進める。
【００６６】
ステップＳ３６において、第１制御指令値演算部２２は、左右の一方にしか十分な回避スペースがないと判定されているので、当該十分な回避スペースが有ると判定した方向を回避方向に決定して、ステップＳ３７に処理を進める。
【００６７】
一方、ステップＳ３４において、第１制御指令値演算部２２は、左右の両方に回避スペースがあると判定したので、実際に選択する回避方向を絞り込む。このため、第１制御指令値演算部２２は、自車両１００が障害物通過時間Ｔの経過後の到達位置を予測する。本実施形態では、自車両１００の車速ｖ、自車両１００の進行方向１１０を一定と仮定して簡易的に到達位置を予測することにする。この場合、障害物通過時間Ｔを経過した後の自車両１００のＹ方向（横方向）における予測到達位置ｙは、下記の式７に示す演算によって求められる。
【数７】
【００６８】
この式７において、θは自車両１００のヨー角である。
【００６９】
次のステップＳ３５において、第１制御指令値演算部２２は、ステップＳ３４にて予測した自車両１００のＹ方向の予測到達位置ｙと、ステップＳ３２にて予測した歩行者１０３のＹ方向の到達位置の予測値ｙｐとを比較する。そして、第１制御指令値演算部２２は、書きの式８に示すように、自車両１００の回避方向を決定する。
【数８】
【００７０】
次のステップＳ３７において、第１制御指令値演算部２２は、ステップＳ３５又はステップＳ３６にて決定された回避方向に基づいて、第１制御指令値としての転舵角指令値を決定する。本実施形態では、第１制御指令値演算部２２は、決定された回避方向に、予め決められた所定の転舵角指令値を発生するという単純な制御則を用いる。この場合、第１制御指令値演算部２２による制御則は、下記の式９に示すようになる。
【数９】
【００７１】
ここで、δ１＊は、第１制御指令値演算部２２の第１制御指令値（前輪転舵角）であり、δｍａｘは、予め設定された前輪転舵角の大きさである。すなわち、第１制御指令値の転舵角が予め設定した値より大きい場合には所定の転舵角によって右方向に回避し、第１制御指令値の転舵角が予め設定した値より小さい場合には所定の転舵角によって左方向に回避する。なお、本実施形態においては、右方向への転舵を正の転舵角としている。これにより、第１制御指令値演算部２２は、第１制御指令値を演算できる。
【００７２】
図４に戻り、ステップＳ２４において、コントローラ１は、制御指令値出力処理部２６によって、ステップＳ２３にて演算された第１制御指令値を転舵角サーボコントローラ２に出力する出力指令値として確定する。この時点では、第２制御指令値演算部２５により演算された第２制御指令値が利用できないからである。
【００７３】
次のステップＳ２５において、将来状態予測部２４により、第２制御指令値演算部２５による第２制御指令値の演算所要時間を予測して、第２制御指令値演算部２５の演算終了時刻を設定する。
【００７４】
ここで、図１１に示すように、第１制御指令値及び第２制御指令値の演算と、制御指令値を出力することによる転舵角の制御実行の処理が行われていくことになる。第２制御指令値演算部２５による第２制御指令値の演算には時間がかかるために、当該第２制御指令値の演算を開始しても直ちに第２制御指令値を出力することができない。このため、第１時刻Ｔ０から所定時間後の第２時刻Ｔ０までの第２制御指令値の演算時間においては、第１制御指令値演算部２２により演算された第１制御指令値を演算する共に当該第１制御指令値を出力して、転舵角サーボコントローラ２の制御を実行する。
【００７５】
このように第２制御指令値を得るために時間を要するため、第１時刻Ｔ０における自車両運動状態としての位置ｘ（Ｔ０）及び障害物状態としての位置ｘｐ（Ｔ０）と、第２制御指令値の演算が終了する第２時刻Ｔ０における自車両運動状態としての位置ｘ（Ｔ１）及び障害物状態としての位置ｘｐ（Ｔ１）とが異なる。この自車両運動状態及び障害物状態の相違は、第２制御指令値の演算時間が長くかかるほど、第２制御指令値の演算開始時と第２制御指令値による制御開始時の状態との間に、無視できなくなる可能性がある。このような制御開始の遅れは、実際の転舵角サーボコントローラ２の制御遅れとなり、制御性能を劣化させる要因となる。
【００７６】
そこで、本実施形態においては、将来状態予測部２４により、予め第２制御指令値による制御開始時の自車両運動状態及び障害物状態を予測しておき、当該予測された状態に基づいて第２制御指令値演算部２５の演算を行う構成とする。これにより、第２制御指令値の演算時間の遅れによる自車両運動状態及び障害物状態の時間的な不整合を補償して、制御性能の劣化を防止する。このような理由により、将来状態予測部２４は、第２制御指令値の演算が終了して第２制御指令値を用いた制御が可能になる演算終了時刻の設定が行われる。なお、将来状態予測部２４は、第２制御指令値の演算所要時間にばらつきがあるなどの正確な時刻が設定できない事情がある場合には、確実に第２制御指令値の演算が終了する演算所要時間によって演算終了時刻を設定することが望ましい。
【００７７】
次のステップＳ２６において、予測適切度評価部２３により、ステップＳ２５にて設定した演算終了時刻での自車両運動状態及び障害物状態を予測する演算を実行する。予測適切度評価部２３は、自車両運動状態を予測するために、第１制御指令値又は第２制御指令値に対して変動する車両運動を記述した車両運動モデルを用いる。そして、予測適切度評価部２３は、第１制御指令値に基づいて自車両運動状態を予測する処理を反復して行うことにより、第２時刻Ｔ１における自車両運動状態を予測する。
【００７８】
この車両運動モデルは、一般的には下記の式１０のような微分方程式の形で記述される。
【数１０】
【００７９】
この式１０において、ｘは位置の状態量ベクトル、ｕは制御指令値ベクトルであり、本実施形態の場合、ｘは上記式１で定義される自車両１００の状態量ベクトルであり、ｕは前輪転舵角の制御指令値δ＊である。なお、式１０におけるｘにドットを付した表記は、ｘの微分値である。車両運動モデルとして、四輪車両の運動を二輪車両の運動で近似した二輪モデルがよく知られている。車速ｖが一定であると仮定すると、二輪モデルにおける自車両位置ｘ、障害物位置ｙ、ヨー角θ、速度ｖ、すべり角β、ヨーレートγの微分値は、式１１〜１６のようになる。
【数１１】
【００８０】
但し、ｍは車両質量、Ｉは車両ヨー慣性モーメント、ｌｆは車両重心から前輪軸までの距離、ｌｒは車両重心から後輪軸までの距離を表す。また、Ｙｆ、Ｙｒは車両前輪、後輪のタイヤ横力を表す関数であり、それぞれ前輪すべり角βｆ、後輪すべり角βｒの関数であると仮定している。なお、βｆ、βｒは式１７，１８のように計算することができる。
【数１２】
【００８１】
ここで、δは前輪舵角である。前輪、後輪のタイヤ横力関数Ｙｆ、Ｙｒは、図１２に、前輪ホイール、後輪ホイールのすべり角βｆ、βｒに対する正規化横力Ｆの非線形関数で表現することができる。この前輪、後輪のタイヤ横力関数Ｙｆ、Ｙｒは、下記の式に示すように、前輪荷重Ｗｆ、後輪荷重Ｗｒ、路面摩擦係数μを用いて表現される。
【数１３】
【００８２】
さらに、前輪転舵サーボ系を下記の式１９の一次遅れ系でモデル化する。
【数１４】
【００８３】
ただし、Ｔｓは、転舵角サーボ系の応答時定数である。
【００８４】
このような、式１１〜１９をまとめると、式１０のような微分方程式の車両運動モデルが得られる。式１０の車両運動モデルは、初期状態として自車両運動状態の現在位置ｘ（Ｔ０）及び制御指令値（前輪転舵角δ＊）を決めれば、微分方程式を積分することによって将来に予測される自車両運動状態の位置ｘ（Ｔ１）を算出することができる。すなわち、第１制御指令値を用いて車両運動モデルに基づく予測を行うことにより、将来時刻（第２時刻）における自車両運動状態を予測できる。
【００８５】
ここで、第２制御指令値演算部２５の演算中には、第１制御指令値演算部２２の第１制御指令値が転舵角制御に用いられると仮定すると、前輪転舵角δ＊は、ステップＳ２３において式９に従って算出された第１制御指令値を使用することができる。
【００８６】
また、障害物状態を予測する場合、障害物が等速ｖｐで直線運動すると仮定すると、式５に従って、当該障害物状態の予測位置ｘｐ（Ｔ１）を算出することができる。
【００８７】
次のステップＳ２７において、第２制御指令値演算部２５は、ステップＳ２６にて演算された自車両１００の予測位置ｘ（Ｔ１）と、歩行者１０３の予測位置ｘｐ（Ｔ１）とに基づいて、第２制御指令値の演算を開始する。
【００８８】
このとき、第２制御指令値演算部２５は、第２制御指令値に対する車両運動の適切さを評価する評価関数を用いて、所定期間に亘って自車両の運動を制御する第２制御指令値の時系列信号を演算する。例えば、第２制御指令値演算部２５は、センサ信号処理部２１により検出された自車両が走行する道路境界を取得し、歩行者１０３及び道路境界に対する自車両の接近度合いを評価する評価項を含む評価関数を用いる。これにより、第２制御指令値演算部２５は、道路境界の範囲内で自車両１００が歩行者１０３を回避する第２制御指令値の時系列信号を演算することができる。
【００８９】
具体的には、第２制御指令値演算部２５は、歩行者１０３の回避だけでなく道路１０１からの逸脱防止も考慮して、第２制御指令値の所定時間先までの時系列信号を、最適化計算に基づいて算出する。第２制御指令値の時系列信号の算出基準として、下記式２０の評価関数Ｊを用いる。
【数１５】
【００９０】
ここで、Ｔは、算出する第２制御指令値の時系列の長さを表す所定のパラメータである。自車両１００が障害物を回避する制御をする場合、第２制御指令値の時系列の長さは、障害物の回避から元の直進運動状態に復帰するまでの一連の回避操作を終えられる程度の長さが設定される。また、ψは、第２時刻Ｔ１＋時系列の長さＴにおける第２制御指令値の制御終了時刻における自車両運動状態の望ましさを評価する評価式である。Ｌは、第２時刻Ｔ１から（Ｔ１＋時系列の長さＴ）までの間の各時刻における自車両運動状態及び操作量の望ましさを評価する評価式である。τは、第２時刻Ｔ１から（Ｔ１＋時系列の長さＴ）まで変化する積分変数である。
【００９１】
このような第２制御指令値における時系列中の評価式Ｌ及び第２制御指令値による制御終了時の評価式ψは、以下の要請項目を反映する評価項（１）〜（４）を組み合わせることで構成する。
【００９２】
（１）障害物（歩行者１０３）に近づきすぎない
（２）道路１０１の境界に近づきすぎない
（３）前輪転舵角δを必要以上に切りすぎない
（４）回避運動終端での自車両１００のヨー角θを、道路１０１の進行方向に近づける
上記（１）の要請項目は、自車両１００と歩行者１０３との距離が近くなれば近くなるほど値が大きくなる関数によって表現する。具体的には、（１）の要請項目は、式２１の関数を利用した評価式ＬＰを利用する。
【数１６】
【００９３】
この式２１において、σｘ、σｙは、関数の形状を決めるパラメータである。例えば、それぞれ検出した歩行者１０３のｘ軸方向の幅、ｙ軸方向の幅に応じた値が設定される。道路１０１における奥行き方向であるｘ軸方向の情報が得られない場合には、σｘ＝σｙと設定しても良い。また、歩行者１０３の位置ｘｐ、ｙｐの予測には、上述の式５を用いることができる。
【００９４】
上記（２）の要請項目は、自車両１００と道路境界との距離が近くなれば近くなるほど値が大きくなる関数によって表現する。具体的には、（２）の要請項目は、式２２の関数を利用した評価式ＬＲを利用する。
【数１７】
【００９５】
ただし、Δは道路境界への接近の余裕幅を指定するパラメータであり、当該Δの値が大きいほど道路境界との接近余裕を大きくとる回避経路を算出できる。
【００９６】
（１）についての評価式ＬＰと（２）についての評価式ＬＲとは、道路１０１上に歩行者１０３と道路境界との衝突リスクを反映したリスクポテンシャルを定義することになる。（１）についての評価式ＬＰと（２）についての評価式ＬＲとを足し合わせた関数をＸ（進行方向）―Ｙ（幅方向）座標上にプロットした図を、図１３に示す。この図１３において、中央の山が障害物に対応する関数によって形成されたポテンシャルであり、両側の山が道路境界に対応する関数によって形成されたポテンシャルである。したがって、回避経路は、図１３に示したリスクポテンシャル場の値の低い領域に可能な限り沿うようにして生成されることになる。
【００９７】
上記（３）についての要請項目は、なるべく小さな転舵角で歩行者１０３を回避する操作をとることによって効率的な回避を行うことを要請するために導入した項目である。この（３）に対する評価式ＬＦとしては、例えば式２３の関数を利用することができる。
【数１８】
【００９８】
第２制御指令値演算部２５は、上述した３つの評価式ＬＰ、ＬＲ、ＬＦに適当な重みをつけて足し合わせた関数を、評価式Ｌとして用いる。すなわち、ｗＰ、ｗＲ、ｗＦをそれぞれ要項項目（１）、（２）、（３）に対する重みとすると、評価式Ｌは、下記の式２４のようになる。
【数１９】
【００９９】
また、上記（４）の要請項目は、自車両１００が歩行者１０３を回避する運動後に自車両１００の姿勢を立て直すために導入した要請項目である。直線道路においては、時刻におけるヨー角θを評価する関数ψｙａｗとして、例えば、下記の式２５という関数を用いる。
【数２０】
【０１００】
この関数ψｙａｗに適当な重みパラメータｗｙａｗをつけることにより、第２時刻Ｔ１から時系列の長さＴまでにおける評価項ψを構成することができる。
【数２１】
【０１０１】
第２制御指令値演算部２５は、以上のように評価関数を定義すると、第２制御指令値の計算を式１０における自車両運動モデルの制御対象及び式２０の評価関数で定義される最適制御問題として定式化することができる。これにより、第２制御指令値演算部２５は、当該最適制御問題を数値的に解く公知技術を利用することで、第２制御指令値を算出することができる。
【０１０２】
ただし、上述した通り、以上の第２制御指令値の最適化計算は図５に示した第１制御指令値演算部２２の計算に比べると多くの計算量が必要であり、短時間で第２制御指令値の演算結果を得ることができない。このために、第２制御指令値演算部２５は、最適化計算を実行しながら、コントローラ１の処理自体は、図３のステップＳ７へと進めることとなる。
【０１０３】
そして、次の演算サイクルにおいてステップＳ１からステップＳ３に到達した時、コントローラ１は、第２制御指令値演算部２５による演算終了時刻が設定されている場合には、現在時刻が演算終了時刻まで到達しているか否かを判定することとなる。そして、現在時刻が第２制御指令値の演算終了時刻に達していない場合には、第２制御指令値演算部２５における最適化演算が継続しているものとして、ステップＳ５の第２処理を実行する。一方、現在時刻が第２制御指令値の演算終了時刻に到達している場合には、第２制御指令値演算部２５における最適化演算が終了しており、第２制御指令値を利用できる状態になっているので、ステップＳ６の第３処理に進む。
【０１０４】
「第２処理」
つぎに、図３におけるステップＳ５の第２処理を、図６を参照して説明する。この第２処理は、第２制御指令値の演算中であるので、制御実行中の第２制御指令値又は第１制御指令値を出力するものである。
【０１０５】
先ず、ステップＳ４１において、コントローラ１は、第２制御指令値に基づく転舵角を制御する動作を実行中であるか否かを判定する。このとき、コントローラ１は、制御指令値出力処理部２６により、第２制御指令値の時系列信号の残存分があるか否かを判定して、残存している場合には第２制御指令値に基づく転舵角制御を実行中であると判定する。第２制御指令値に基づく転舵角制御を実行している場合にはステップＳ４２に処理を進め、そうではない場合にはステップＳ４３に処理を進める。
【０１０６】
ステップＳ４２において、コントローラ１は、制御指令値出力処理部２６により、第２制御指令値に基づく転舵角制御を継続する。コントローラ１は、制御指令値出力処理部２６により、第２制御指令値の時系列に沿って、現在時刻に対応する第２制御指令値を、実際の制御指令値（出力指令値）として確定して、転舵角サーボコントローラ２に出力する。
【０１０７】
一方、ステップＳ４３において、コントローラ１は、第１制御指令値演算部２２による第１制御指令値の演算を実行する。この第１制御指令値の演算処理は、上述したように図５に示すようになる。
【０１０８】
次のステップＳ４４において、コントローラ１は、制御指令値出力処理部２６によって、ステップＳ４３にて演算された第１制御指令値を転舵角サーボコントローラ２に出力する出力指令値として確定する。その後、処理は図３のステップＳ７に移行して、このステップＳ４４にて確定された第１制御指令値を、制御指令値出力処理部２６から転舵角サーボコントローラ２に出力できる。
【０１０９】
「第３処理」
つぎに、図３におけるステップＳ５の第３処理を、図７を参照して説明する。第３処理は、第２制御指令値の演算が終了しているので、時系列信号のうちの先頭の第２制御指令値又は第１制御指令値を出力するものである。
【０１１０】
この第３処理を開始する時刻は、上述の第１時刻Ｔ０よりも後の第２時刻Ｔ１付近であり、第２制御指令値演算部２５で算出された最適な第２制御指令値の時系列信号を利用できる状態になっている。しかし、演算された第２制御指令値の時系列信号が適切な制御指令値になっているためには、図４のステップＳ２６で行われた将来状態の予測が正確である必要がある。したがって、この第３処理においては、将来における自車両運動状態及び障害物状態の予測に基づいて演算された第２制御指令値を用いて制御を行う場合には、障害物の回避が困難になるような事象が発生していないことを確認する必要がある。
【０１１１】
先ずステップＳ５１において、コントローラ１は、第２制御指令値の演算が終了したので、予測適切度評価部２３により演算された第２制御指令値の演算終了時刻をクリアする。
【０１１２】
次のステップＳ５２において、コントローラ１は、予測適切度評価部２３により、第１時刻Ｔ０において予測された自車両運動状態としての予測位置ｘ（Ｔ１）及び障害物状態としての予測位置ｘｐ（Ｔ１）と、第２時刻Ｔ１において実際に検出された自車両運動状態としての現在位置ｘ（Ｔ１）及び障害物状態としての現在位置ｘｐ（Ｔ１）とを比較する。ここで、第２時刻Ｔ１にて実際に検出された値は、第２時刻Ｔ１における運転者の操舵状態から推測される障害物の回避方向となる。そして、第１時刻Ｔ０における自車両及び障害物の位置の予測が適正なものであるか否かの判定を行い、第１時刻Ｔ０における予測が適切であると判定した場合にはステップＳ５３に処理を進め、第１時刻Ｔ０における予測が適切ではないと判定した場合にはステップＳ５４に処理を進める。
【０１１３】
具体的には、予測適切度評価部２３による予測適切度の判定処理としては、例えば、第１制御指令値演算部２２で示した回避方向の決定アルゴリズムを使用することができる。すなわち、第１時刻Ｔ０にて予測された自車両１００、歩行者１０３の予測位置ｘ（Ｔ１）、ｘｐ（Ｔ１）に基づいて図５の処理を実行した場合に得られる回避方向と、第２時刻Ｔ０における自車両１００、歩行者１０３の現在時刻ｘ（Ｔ１）、ｘｐ（Ｔ１）に基づいて図５の処理を実行した場合に得られる回避方向とが同じであれば、第１時刻Ｔ０での予測は適正と判定する。一方、双方の回避方向が反転している場合には、第１時刻Ｔ０での予測は不適正と判定する。
【０１１４】
ステップＳ５３において、制御指令値出力処理部２６は、予測適切度評価部２３により第１時刻Ｔ０における予測が適正であると判定されたので、第２制御指令値演算部２５で算出された第２制御指令値を出力指令値として出力する。このとき、制御指令値出力処理部２６は、第２制御指令値のうち、時系列信号として先頭の値を読み出して、転舵角サーボコントローラ２に出力する。また、現在時刻が第２時刻Ｔ０以降である場合には、時系列信号のうち現在時刻に対応した第２制御指令値を出力する。
【０１１５】
一方、ステップＳ５４において、制御指令値出力処理部２６は、予測適切度評価部２３により第１時刻Ｔ０における予測が不適正であると判定されたので、第１制御指令値演算部２２により演算された第１制御指令値の演算を開始する。なお、第２制御指令値演算部２５で算出された第２制御指令値を破棄する。
【０１１６】
次のステップＳ５５において、制御指令値出力処理部２６は、第１制御指令値を転舵角サーボコントローラ２に出力する制御指令値として確定する。
【０１１７】
次のステップＳ５６において、上述のステップＳ２６と同様に、予測適切度評価部２３により、自車両運動状態及び障害物状態を予測する演算を実行する。
【０１１８】
次のステップＳ５７において、上述のステップＳ２５と同様に、将来状態予測部２４により、第２制御指令値演算部２５による第２制御指令値の演算所要時間を予測して、第２制御指令値演算部２５の演算終了時刻を設定する。
【０１１９】
次のステップＳ５８において、上述のステップＳ２７と同様に、第２制御指令値演算部２５は、演算された自車両１００の予測位置ｘ（Ｔ１）と、歩行者１０３の予測位置ｘｐ（Ｔ１）とに基づいて、第２制御指令値の演算を開始する。
【０１２０】
このような第３処理において、ステップＳ５２における予測適切度の評価は、他の処理によっても良い。
【０１２１】
予測適切度評価部２３は、第１時刻Ｔ０にて予測した自車両運動状態及び障害物状態と、第２時刻Ｔ０にて検出された自車両運動状態及び障害物状態との誤差と所定値との大きさを判定する。そして、予測適切度評価部２３は、当該誤差が所定値よりも小さいことが判定された場合に、第１制御指令値演算部２２により演算された第１制御指令値を、第２制御指令値演算部２５により演算された第２制御指令値に置き換える。
【０１２２】
又は、予測適切度評価部２３は、第１時刻Ｔ０にて予測した自車両運動状態及び障害物状態と、第２時刻Ｔ０にて検出された自車両運動状態及び障害物状態との誤差と所定値との大きさを判定し、当該誤差が所定値よりも大きいことが判定された場合に、第１制御指令値演算部２２により演算された第１制御指令値と第２制御指令値演算部２５により演算された第２制御指令値を比較した結果に基づいて、第１制御指令値又は第２制御指令値を出力することとしても良い。
【０１２３】
例えば、回避方向が反転してしまうほど大きく第１時刻Ｔ０における予測の誤差はないが、第１時刻Ｔ０における予測に基づく第２制御指令値演算部２５の第２制御指令値では、予測が正確であった場合よりも回避余裕が小さくなってしまうといった場面も考えられる。この時、運転者が適切な操作をしているのであれば、第２制御指令値演算部２５の第２制御指令値を補正して、第１制御指令値演算部２２の第１制御指令値を反映させた方がより適切な制御指令値になる場合がある。
【０１２４】
そのような場合には、例えば０から１までの値をとり、予測精度が高ければ高いほど１に近い値を設定する重みパラメータαを設けて、転舵角サーボコントローラ２に対して実際に出力する制御指令値を、下記の式２７により確定する。
【数２２】
【０１２５】
ここで、前輪転舵角δ１＊は第１制御指令値であり、前輪転舵角δ２＊は第２制御指令値である。
【０１２６】
また、ステップＳ５３までの処理により、第２時刻Ｔ０において出力する制御指令値は確定するが、予測が適正であったかどうかに関わらず、第２時刻Ｔ０以降も第２制御指令値演算部２５による最適化計算の実行は必要になる。すなわち、第２制御指令値演算部２５は、第２制御指令値の演算を繰り返して行うことによって当該第２制御指令値を更新する。
【０１２７】
この理由は、将来状態予測部２４による予測が不適正であると判定された場合には、引き続き第１制御指令値を用いて転舵角サーボコントローラ２の制御を継続することになるが、単純な制御則しか実装していない第１制御指令値演算部２２では複数の制御目的のバランスをとりながら最適な制御を実現するといった高度な制御を行うことは困難であるので、第２制御指令値を用いた制御へ移行することが望ましい。
【０１２８】
そのために、将来状態予測部２４により予測を行った上で、再度第２制御指令値を演算する。また、将来状態予測部２４による予測が予測適切度評価部２３によって適正と判定された場合でも、第２時刻Ｔ０以降に予想外の事象が発生する可能性はある。したがって、定期的に第２制御指令値の時系列信号を更新して、最新の第２制御指令値の時系列信号を使用することが望ましい。
【０１２９】
以上の理由により、第２制御指令値演算部２５の処理を再度実行するために、第３処理では、ステップＳ５６以降において、次に第２制御指令値の演算を開始するための処理を行うこととなる。このように、車両走行支援装置は、予測適切度評価部２３により予測の誤差が所定値よりも大きいことが判定された場合に、第２時刻Ｔ０以降でも第１制御指令値を実際の制御指令値として出力する。その後、車両走行支援装置は、将来状態予測部２４及び第２制御指令値演算部２５により、第２時刻Ｔ０以降の時刻における第２制御指令値の演算を開始させて、当該第２時刻以降において、予測適切度に基づいて第１制御指令値又は第２制御指令値を出力することができる。
【０１３０】
［具体的な走行状況に対する動作］
つぎに、上述した処理を行う車両走行支援装置において、具体的な走行状況に対応した動作について、図１４乃至図１６を参照して説明する。
【０１３１】
図１４は、図８に示したような歩行者１０３が飛び出した場面の第１時刻Ｔ０にて、コントローラ１が、転舵角サーボコントローラ２を制御する処理を開始し、将来状態予測部２４による第２時刻Ｔ０の予測が、予測適切度評価部２３により適正であると判定した場合の自車両１００及び歩行者１０３の挙動１００ａ〜１００ｄ、１０３ａ〜１０３ｄの推移を示す。
【０１３２】
図１４（ａ）のような歩行者１０３ａに対し、自車両１００が直進の進行方向１１０ａにて走行している場面において、第１時刻Ｔ０で第１制御指令値による転舵角サーボコントローラ２の制御が開始され、同時に、将来状態予測部２４による第２時刻Ｔ１の予測に基づく第２制御指令値の演算が開始されるとする。
【０１３３】
その後、図１４（ｂ）のような歩行者１０３ｂに対して、自車両１００は、第１制御指令値を用いて転舵角サーボコントローラ２が動作し、右方向への歩行者１０３を回避する挙動が開始され、右方向の進行方向１１０ｂとされる。この第２時刻Ｔ１において、第１制御指令値演算部２２は、右方向への回避を行う第１制御指令値を算出しているため、この第２時刻Ｔ１から、第２制御指令値による転舵角サーボコントローラ２の制御へと切り替える。
【０１３４】
ここで、第２制御指令値演算部２５は、道路境界を考慮して転舵角を反転させる第２制御指令値を出力することになり、図１４（ｃ）に示す時刻Ｔ２で、歩行者１０３ｃをカメラ４で検出できなくなる頃には、自車両１００の姿勢を戻す進行方向１１０ｃとする制御が行われる。
【０１３５】
その後、図１４（ｄ）に示すように、時刻Ｔ３において、自車両１００の進行方向１１０ｄが直進となるような姿勢とされた時に、歩行者１０３ｄを回避するための転舵角サーボコントローラ２の制御が終了する。このような図１４に示したような時間変化に対する前輪転舵角δは、図１６における実線のようになる。
【０１３６】
図１５は、将来状態予測部２４による第２時刻Ｔ１における予測が、予測適切度評価部２３によって不適正であると判定された場合の自車両１００及び歩行者１０３の挙動１００ａ〜１００ｄ、１０３ａ〜１０３ｄの推移を示している。
【０１３７】
図１５（ａ）のように、第１時刻Ｔ０における第１制御指令値を用いた転舵角サーボコントローラ２の制御により、自車両１００は、その進行方向１１０ａが、歩行者１０３ａから右方向に回避する制御が開始される。
【０１３８】
その後、図１５（ｂ）に示すように、歩行者１０３ｂの右方向への移動速度が上がり、第１時刻Ｔ０'において、第１制御指令値による回避方向が、進行方向１１０ｂに示すような歩行者１０３ｂの右方向から、左方向へと反転する結果が得られたとする。
【０１３９】
その後、図１５（ｃ）に示すように、第２時刻Ｔ１において、第２制御指令値の演算が終了するが、当該第２制御指令値は、歩行者１０３ｃから右方向への回避を前提とした時系列信号となっている。したがって、第２制御指令値は、予測適切度評価部２３によって、第２時刻Ｔ１の段階では不適切なものと判断される。したがって、第２制御指令値は破棄され、第１制御指令値を用いた転舵角サーボコントローラ２の制御が続行される一方で、将来状態予測部２４により新たな状態を予測したことに基づく第２制御指令値の演算が開始される。
【０１４０】
図１５（ｄ）のように、第２時刻Ｔ１’において、第１制御指令値による転舵角サーボコントローラ２の制御が終了すると、転舵の反転によって傾いた自車両１００の進行方向１１０ｄを元に戻す第１制御指令値が算出され、第２制御指令値を用いた転舵角サーボコントローラ２の制御へと移行する。このような図１５に示したような時間変化に対する前輪転舵角δは、図１６における点線のようになる。
【０１４１】
［第１実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本発明の実施形態として示した車両走行支援装置によれば、所定の制御周期で第１制御指令値を演算すると共に、第１時刻から所定時間後の第２時刻における自車両運動状態及び障害物状態を予測して第２時刻以降の第２制御指令値を演算する。そして、車両走行支援装置は、第１時刻において予測された第２時刻の自車両運動状態及び障害物状態と第２時刻において実際に検出された自車両運動状態及び障害物状態とを比較して予測適切度を判定して、第２時刻以降の実際の制御指令値として第１制御指令値又は第２制御指令値を出力することができる。
【０１４２】
したがって、この車両走行支援装置によれば、第２制御指令値の演算終了時の自車両及び障害物状態をあらかじめ予測しておき、予測した状態と実際の状態とを比較することで第２制御指令値を実際の制御に反映させるかを決定できる。すなわち、第１時刻Ｔ０で行った第２時刻Ｔ１の予測が正しかった場合には、第２制御指令値を用いて精度の高い制御が実現できる。一方、第２制御指令値の演算中に不測の事態が発生した場合には、第２制御指令値の使用を制限することができ、予測に誤差があっても制御に影響を与えることをなくすことができる。したがって、この車両走行支援装置によれば、必要に応じて予測した第２制御指令値を用いることにより、高い精度で自車両１００の運転操作を支援することができる。
【０１４３】
また、この車両走行支援装置によれば、図５に示したように、歩行者１０３を回避するために制御指令値を演算する必要性を判定し、制御指令値を演算する必要性があることが判定された場合に、少なくとも第１制御指令値を演算するので、歩行者１０３を回避する制御が必要な場合にだけ制御を起動する構成とする。これにより、通常時の自車両１００の運転性への影響を抑制することができる。
【０１４４】
更にまた、この車両走行支援装置によれば、図５の処理において、自車両運動状態及び障害物状態に対応して第１制御指令値を格納した対応マップを参照して、第１制御指令値を演算することができるので、第１制御指令値の算出を短時間で実行することができ、速やかに車両走行支援のための制御を開始することができる。
【０１４５】
更にまた、この車両走行支援装置によれば、制御指令値に対して変動する車両運動を記述した式１０〜１９のような車両運動モデルを用いて自車両運動状態を予測する処理を反復して行って第２時刻における自車両運動状態を予測するので、車両の物理特性を反映した精度の高い予測を行うことができる。
【０１４６】
更にまた、この車両走行支援装置によれば、第２制御指令値の演算所要時間を予測して、当該予測した演算所要時間が経過した時刻よりも後の時刻に第２時刻を設定して、当該第２時刻以降の自車両運動状態及び障害物状態を予測するので、予測した第２制御指令値を用いた制御開始時刻と実際に第２制御指令を用いた制御開始時刻との整合性を確保することができる。
【０１４７】
更にまた、この車両走行支援装置によれば、第２制御指令値に対する車両運動の適切さを評価する評価関数を用いて、所定期間に亘って自車両の運動を制御する第２制御指令値の時系列信号を演算するので、歩行者１０３を回避する運動を終えるまでの一連の操作をまとめて適切なものとすることができる。
【０１４８】
更にまた、この車両走行支援装置によれば、評価関数に、障害物及び道路境界に対する自車両の接近度合いを評価する評価項を含め、道路境界の範囲内で自車両が障害物を回避する第２制御指令値の時系列信号を演算するので、障害物の回避と路外逸脱の防止を両立することができる。
【０１４９】
更にまた、この車両走行支援装置によれば、予測した自車両運動状態及び障害物状態と、検出された自車両運動状態及び障害物状態との誤差が所定値よりも小さい場合に、第１制御指令値を第２制御指令値に置き換えるので、第２時刻における状態予測が適切に行われた場合に第２制御指令値を用いた制御に切り替えることができ、第１制御指令値を用いるいことによる制御の応答性向上と、第２制御指令値を用いることによる制御精度向上の両方の利点を反映した制御を実行することができる。
【０１５０】
更にまた、この車両走行支援装置によれば、予測した自車両運動状態及び障害物状態と、検出された自車両運動状態及び障害物状態との誤差が所定値よりも大きいことが判定された場合に、第１制御指令値と第２制御指令値を比較した結果に基づいて、第１制御指令値又は第２制御指令値を出力するので、不適切な予測に基づく第２制御指令値を用いた制御が実行されることによる影響を抑制することができる。
【０１５１】
更にまた、この車両走行支援装置によれば、第１時刻において演算された第２時刻における第２制御指令値で特定される障害物の回避方向と、当該第２時刻において検出された運転者の操舵状態から推測される障害物の回避方向と比較し、双方の回避方向が異なる場合には、当該第２制御指令値を実際の制御指令値として出力しないので、第２制御指令値の演算が行われている間に障害物の運動方向が変わるなどの不測の事態が発生し、それに対して運転者が適切に反応している場合には、運転者の操作に基づく車両運動を優先することによって、運転者の適切な回避操作を妨げないようにすることができる。
【０１５２】
更にまた、この車両走行支援装置によれば、予測した自車両運動状態及び障害物状態と、検出された自車両運動状態及び障害物状態との誤差が所定値よりも大きいことが判定された場合には第１制御指令値を実際の制御指令値として出力し、第２時刻以降の時刻における第２制御指令値の演算を開始させるので、予測誤差が大きい場合には、当該予測と第２制御指令値の演算をやり直すことで、予測誤差を修正した第２制御指令値によって制御を行うことができる。
【０１５３】
更にまた、この車両走行支援装置によれば、第２制御指令値の演算を繰り返して行うことによって当該第２制御指令値を更新するので、第２制御指令値の演算誤差及び転舵角サーボコントローラ２の制御誤差を逐次補正し、自車両１００に加わる外乱や小さなモデル化誤差の影響を低減することができる。
【０１５４】
更にまた、この車両走行支援装置によれば、第１制御指令値及び第２制御指令値により自車両の操舵角を制御する値を演算するので、自車両１００の横方向への回避運動を支援することができ、縦方向運動（減速）だけの車両走行支援を行う構成と比較して大幅に回避性能を向上させることができる。
【０１５５】
［第２実施形態］
つぎに、第２実施形態に係る車両走行支援装置について説明する。なお、上述の第１実施形態と同様の部分については同一符号を付することによりその詳細な説明を省略する。
【０１５６】
第２実施形態に係る車両走行支援装置は、運転者のブレーキ踏力を検出するブレーキ踏力センサ３１と各輪の制動力を制御するブレーキ圧コントローラ３２とを備え、転舵角を制御する構成を備えない点で、第１実施形態に係る車両走行支援装置とは異なる。
【０１５７】
また、第１実施形態では、式１１〜１９から構成される車両運動モデルを使用していたが、第２実施形態では各輪制動力を制御するため、車両運動モデルもそれに対応したものとなる。第１実施形態に対して、式１４、１６及び１９を変更している。
【０１５８】
第２実施形態に係る車両走行支援装置は、ブレーキ操作を考慮した制御系となっているため、車両運動モデルの中でも減速挙動を表現しておく必要がある。通常の運転状態で運転者がブレーキ踏力ｐでブレーキ操作を行った場合に自車両１００に発生する減速度をｄ（ｐ）、ブレーキ制御によって付加的に発生させる減速度をＤとすると、自車両１００の速度変化を記述する式１４は、下記の式２８のように書き換えられる。
【数２３】
【０１５９】
また、本実施形態に係る車両走行支援装置は、各輪の制動力を制御することによって左右輪に制動力差を発生させて車体に付加的なヨーモーメントを発生させる。この制動力差によって発生する付加的なヨーモーメントをＭｂとすると、式１６は、下記の式２９のように書き換えられる。
【数２４】
【０１６０】
また、転舵サーボ系モデルを表していた式１９は、減速力サーボ系モデル及びヨーモーメントサーボ系モデルである式３０，３１に置き換えられる。
【数２５】
【０１６１】
ただし、Ｄ＊、Ｍｂ＊は、それぞれ付加的な減速力及びヨーモーメント指令値を表し、Ｔｂはブレーキ圧コントローラ３２の応答時定数である。
【０１６２】
ブレーキ圧コントローラ３２は、付加減速力指令値及びヨーモーメント指令値を入力し、当該指令値を実現する各輪制動力の配分値を算出し、ブレーキ機構３３を含むブレーキ系の油圧を制御することによって各輪に制動力を発生させる。
【０１６３】
制動力を配分する具体的な算出方法は、以下の通りである。通常の運転状態で運転者がブレーキ踏力でブレーキ操作を行った場合に左前輪、右前輪、左後輪、右後輪に発生する制動力をそれぞれ、平均Ｆ１（Ｐ）、平均Ｆ２（Ｐ）、平均Ｆ３（Ｐ）、平均Ｆ４（Ｐ）、回避制御時に各輪に付加的に発生する制動力をそれぞれ、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４とすると、車両に付加的に減速力Ｄ＊及びヨーモーメントＭｂ＊を発生するための条件は、下記式３２，３３に示すようになる。
【数２６】
【０１６４】
ただし、ｔｖは車両のトレッドの長さを表している。また、式３２、式３３は、変数が４つに対して式が２つしかないため、式３２、式３３を満たす制動力の組み合わせは無数に存在する。従って、式３２、式３３にさらに条件を加えることによって、制動力が一意に決まるように配分則を決める必要がある。制動力の配分則の決定方法には様々な方法が考えられるが、簡単な条件として、例えば前後輪の静荷重比に基づいて制動力の配分を行うとすれば、各輪の付加制動力Ｆ１〜Ｆ４を用いて、下記の条件式を加えることができる。
【数２７】
【０１６５】
ただし、ρは前後輪の静荷重配分を表すパラメータである。この場合、式３２〜式３５の連立一次方程式を解くことによって、各輪の制動力を一意に決定することができる。
【０１６６】
本実施形態の第１制御指令値演算部２２には、運転者の操舵操作に応じてヨーモーメント指令値を算出する制御則が組み込まれる。制御則としては例えば、下記式３６といった前輪転舵角δに比例して、ヨーモーメントＭｂ＊を発生させる制御則を考えることができる。
【数２８】
【０１６７】
これにより、車両走行支援装置は、運転者の運転操作を検出して、当該運転者の運転操作に基づいて第１制御指令値を演算することができる。
【０１６８】
なお、以上で説明したヨーモーメントの制御則は、制動力だけでなく駆動力の制御も組み合わせて制駆動力配分を決定する構成とすれば、障害物を回避する場面以外における通常の走行場面でも自車両の回頭性を向上させることができる。
【０１６９】
そこで、車両走行支援装置は、障害物の有無に関係なく、常時式３６の制御を稼動状態にしておき、障害物を検出した場合に、第２制御指令値演算部２５による第２制御指令値の演算と、第１制御指令値から第２制御指令値に切り替える判定を実施しても良い。すなわち、障害物を回避するために第２制御指令値を演算する必要性を判定し、第２制御指令値を演算する必要性がないことが判定された場合には第１制御指令値のみを演算して出力し、第２制御指令値を演算する必要性があることが判定された場合には第１制御指令値又は第２制御指令値を出力することとなる。
【０１７０】
また、この車両走行支援装置において、前輪転舵角δは制御量ではなく、運転者の操作によって決まる物理量である。従って、第１実施形態におけるステップＳ２６等において、予測適切度評価部２３により将来状態を予測する演算を行う場合には、運転者の操作量の予測を行う必要がある。そして、予測適切度評価部２３は、当該予測された運転操作に基づいて第２時刻Ｔ１における自車両運動状態を予測する。
【０１７１】
運転者による操作量の予測は、例えば図１８に示すように、運転者の操舵履歴をもとに前輪転舵角δを単純に外挿して予測する線形予測Ａや、線形予測に加えてある一定の操舵角で飽和させる予測Ｂや、操舵履歴をもとに適当な非線形関数をあてはめる予測Ｃを用いることができる。
【０１７２】
また、車両走行支援装置は、ブレーキ踏力についても、同様の予測を行うことができる。前輪転舵角δ及びブレーキ踏力の予測時系列を決めれば、式３４に従ってヨーモーメント指令値が算出されるので、第１実施形態と同様に車両運動モデルを積分することによって第２時刻Ｔ１における予測状態量を算出することができる。
【０１７３】
第２制御指令値演算部２５は、式２０の形式で定義される評価関数に基づいて、最適な付加的減速力及びヨーモーメント指令値の時系列を算出する処理を行う。第１実施形態の場合と異なり、第２実施形態では、制御量が前輪転舵角から各輪制動力に変わっているので、第１実施形態で挙げた要請項目（３）は、要請項目（３）’として、「制御によって発生させるヨーモーメントを大きくしない。」と置き換えられる。
【０１７４】
これを表現する評価項ＬＭは、下記の式３７のように表現できる。
【数２９】
【０１７５】
また、減速力の発生に対応して、以下の２つの要請項目（５）、（６）が追加される。
【０１７６】
（５）走行車速を小さくする。
【０１７７】
（６）制御によって発生させる付加的制動力を大きくしない。
【０１７８】
これらを表現する評価項Ｌｖ、ＬＤは、それぞれ式３８，式３９のようになる。
【数３０】
【０１７９】
上記の評価項ＬＭ、Ｌｖ、ＬＤに対する評価重みをそれぞれｗＭ、ｗｖ、ｗＤとすると、全体の評価式Ｌは、下記式４０のようになる。
【数３１】
【０１８０】
以上の構成により、車両走行支援装置は、予測された運転者の操舵パターンに対して最適な付加的な減速力Ｄ＊及びヨーモーメントＭｂ＊の時系列信号を算出することができる。
【０１８１】
そして、車両走行支援装置は、図７のステップＳ５２における予測適切度評価部２３は、運転者の操舵方向と第２制御指令値演算部２５により演算した先頭ヨーモーメント指令値とを比較する。そして予測適切度評価部２３は、双方が同じ方向のヨーモーメント指令値を発生していれば、第２制御指令値演算部２５の第２制御指令値に切り替え、双方の方向が反転している場合には第２制御指令値演算部２５の第２制御指令値を破棄して、第１制御指令値演算部２２の第１制御指令値による制御を継続する。
【０１８２】
また、他の予測適切度評価部２３による予測適切度の判定は、まず、第２制御指令値演算部２５で演算された第２制御指令値の時系列信号に対して、検出された自車両運動状態ｘ（Ｔ１）及び障害物状態ｘｐ（Ｔ１）を基準として式２０の評価関数を計算して、その評価値を得る。次に、予測適切度評価部２３は、第２時刻Ｔ１までに検出された運転者の操作履歴に基づいて、ステップＳ２６と同様の操作の予測演算を行う。そして、予測適切度評価部２３は、操作の時系列信号に対して第１制御指令値演算部２２により式３６の演算を行った場合の自車両運動状態を予測し、当該予測結果に対して式２０の評価関数を計算して、その評価値Ｊ１を得る。操作の予測が正確に行われている場合には、最適化演算の結果として算出された第２制御指令値演算部２５の評価値Ｊ２は、評価値Ｊ１よりも良い評価値となっているはずである。しかし、操作の予測が不適正な場合には、評価値Ｊ１と評価値Ｊ２との評価が逆転する場合もある。すなわち、評価関数値に基づいて操作の予測が適正であるか、不適正であるかを判定することができる。
【０１８３】
［第２実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本発明を適用した第２実施形態に係る車両走行支援装置によれば、第１実施形態と同様に、第２制御指令値の演算終了時の自車両及び障害物状態をあらかじめ予測しておき、予測した状態と実際の状態とを比較することで第２制御指令値を実際の制御に反映させるかを決定できる。
【０１８４】
また、この車両走行支援装置によれば、障害物を回避するために第２制御指令値を演算する必要性を判定し、第２制御指令値を演算する必要性がないことが判定された場合には第１制御指令値のみを演算して出力し、第２制御指令値を演算する必要性があることが判定された場合には第１制御指令値又は第２制御指令値を出力する。これにより、車両走行支援装置によれば、第１制御指令値の演算を常時稼動させつつ、障害物に対する制御が必要な場合にだけ第２制御指令値を演算することで、通常時の制御と障害物に対する制御とを共存させることができる。
【０１８５】
更にまた、この車両走行支援装置によれば、運転者の運転操作を検出して、当該運転者の運転操作に基づいて第１制御指令値を演算するので、運転者が意図する運転操作に沿った制御を行うことができる。
【０１８６】
更にまた、この車両走行支援装置によれば、予測適切度評価部２３により予測された運転操作に基づいて第２時刻における自車両運動状態を予測するので、車両運動モデルと第１制御指令値の制御則に加えて、運転者の運転操作の予測を用いて自車両運動状態及び障害物状態の予測を行うことができ、第１制御指令値が運転者の運転操作に基づいて決定される構成となっている場合でも、精度の高い予測を行うことができる。
【０１８７】
更に、この車両走行支援装置は、第１制御指令値及び第２制御指令値として、自車両の制動力を制御する値を演算するので、制動力を制御することで車両の減速を支援することになり、操舵だけの支援制御を行う構成と比較して車両の走行速度を積極的に下げて、確実に障害物に対する制御を実現できる。
【０１８８】
更にまた、この車両走行支援装置によれば、第１制御指令値及び第２制御指令値として、自車両の左右制動力差を制御する値を演算するので、車両の旋回モーメントの増減を調整でき、障害物に対する旋回性を上げる、路外逸脱防止のために旋回性を抑制する、といった支援制御を行うことができる。
【０１８９】
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【０１９０】
なお、特許請求の範囲における「自車両状態検出手段」は、車速センサ５，ヨーレートセンサ６，加速度センサ７に相当し、「障害物検出手段」は、カメラ４に相当し、「第１制御指令値演算手段」「将来状態予測手段」「第２制御指令値演算手段」「予測適切度評価手段」「制御指令値出力手段」「判定手段」はコントローラ１に相当する。
【符号の説明】
【０１９１】
１…コントローラ
２…転舵角サーボコントローラ
３…転舵用モータ
４…カメラ
５…車速センサ
６…ヨーレートセンサ
７…加速度センサ
８…操舵角センサ
９…転舵角サーボコントローラ
９…転舵角センサ
１０…ステアリング
１１…クラッチ
１２…ホイール
２１…センサ信号処理部
２２…第１制御指令値演算部
２３…予測適切度評価部
２４…将来状態予測部
２５…第２制御指令値演算部
２６…制御指令値出力処理部
３１…ブレーキ踏力センサ
３２…ブレーキ圧コントローラ
３３…ブレーキ機構
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の走行を支援する車両走行支援装置及び車両走行支援方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、車両の走行を支援するための技術としては、例えば下記の特許文献１に記載されたものが知られている。この特許文献１には、ドライバーによる衝突回避操作を検出すると、目標ヨーモーメントが算出される前までは、応答性良く支援を行うために、ステアリングホイールの操作量に応じた補正ヨーモーメントを算出して左右車輪に制動力差を発生させる。そして、目標ヨーモーメントが補正ヨーモーメントよりも大きくなると、目標ヨーモーメントに基づいて制動力差を発生させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２２２３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の特許文献１に記載された技術では、目標ヨーモーメントが補正ヨーモーメントを超えたときに、当該目標ヨーモーメントに基づいて大きな車両挙動を実現するものであるが、不測の事態が生ずることもあり、必ずしも大きな車両挙動が好ましいとは限らない。
【０００５】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、必要に応じて予測した制御指令値を用いることにより高い精度で車両の運転操作を支援することができる車両走行支援装置及び車両走行支援方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、所定の制御周期で第１制御指令値を演算し、第１時刻における自車両運動状態及び障害物状態に基づいて第１時刻から所定時間後の第２時刻における自車両運動状態及び障害物状態を予測して第１時刻において予測された第２時刻における自車両運動状態及び障害物状態に基づいて、第２時刻以降の第２制御指令値を演算する。
【０００７】
そして、本発明は、上述の課題を解決するために、第１時刻において予測された第２時刻の自車両運動状態及び障害物状態と第２時刻において実際に検出された自車両運動状態及び障害物状態とを比較して自車両運動状態及び障害物状態の予測適切度を判定し、当該予測適切度に基づいて、第２時刻以降の実際の制御指令値として第１制御指令値又は第２制御指令値を出力する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、第１時刻において予測された第２時刻の自車両運動状態及び障害物状態と第２時刻において実際に検出された自車両運動状態及び障害物状態とを比較して予測適切度を判定して、第２時刻以降の実際の制御指令値として第１制御指令値又は第２制御指令値を出力するので、必要に応じて予測した制御指令値を用いることにより高い精度で車両の運転操作を支援することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明を適用した第１実施形態に係る車両走行支援装置の概略構成図である。
【図２】本発明を適用した第１実施形態に係る車両走行支援装置のブロック図である。
【図３】本発明を適用した第１実施形態に係る車両走行支援装置の全体処理を示すフローチャートである。
【図４】本発明を適用した第１実施形態に係る車両走行支援装置による第１処理を示すフローチャートである。
【図５】本発明を適用した第１実施形態に係る車両走行支援装置による第１制御指令値の演算処理を示すフローチャートである。
【図６】本発明を適用した第１実施形態に係る車両走行支援装置による第２処理を示すフローチャートである。
【図７】本発明を適用した第１実施形態に係る車両走行支援装置による第３処理を示すフローチャートである。
【図８】自車両と歩行者との状況を説明する上面図である。
【図９】各種のパラメータを説明する上面図である。
【図１０】予測される自車両と歩行者との状況を説明する上面図である。
【図１１】第１制御指令値、第２制御指令値の演算及び制御のタイミングを説明する図である。
【図１２】すべり角と前輪及び後輪の横力との関係を示す図である。
【図１３】自車両及び障害物が存在する場におけるリスクポテンシャルを示す図である。
【図１４】車両走行支援装置による具体的な走行状況に対応した動作を示す図である。
【図１５】車両走行支援装置による具体的な走行状況に対応した他の動作を示す図である。
【図１６】図１４，１５の動作をしたときの前輪転舵角の変化を示す図である。
【図１７】本発明を適用した第１実施形態に係る車両走行支援装置の概略構成図である。
【図１８】運転者の操作を予測する処理について説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１１】
［第１実施形態］
［第１実施形態に係る車両走行支援装置の一構成例］
本発明の第１実施形態として示す車両走行支援装置は、例えば図１に示すような車両に搭載される。
【００１２】
車両走行支援装置は、コントローラ１と、転舵角サーボコントローラ２と、転舵用モータ３と、カメラ４と、車速センサ５と、ヨーレートセンサ６と、加速度センサ７と、操舵角センサ８と、転舵角センサ９とを有する。
【００１３】
このような車両走行支援装置において、カメラ４は、車室内前方に取り付けられる。カメラ４は、自車両前方の道路状況を撮影して、車両前方の障害物、道路境界、白線等を含む撮像映像をコントローラ１に供給する。また、この車両走行支援装置において、カメラ４は、２台のカメラからなる。これにより、コントローラ１は、各カメラから送信された撮像映像を用いて、車両前方に存在する物体の方向及び距離を算出できる。このようなカメラ４及びコントローラ１により、障害物検出手段及び道路境界検出手段として機能する。
【００１４】
車速センサ５は、ホイール１２に取り付けられたロータリーエンコーダ等が利用可能である。車速センサ５は、ホイールの回転に比例して発生するパルス信号を検出することにより車速を計測する。この車速信号は、コントローラ１に供給される。
【００１５】
ヨーレートセンサ６は、水晶振動子や半導体を用いて構成されるデバイスであり、車両に発生するヨーレートを検出する。このヨーレート信号は、コントローラ１に供給される。
【００１６】
加速度センサ７は、圧電素子等を用いて構成されるデバイスであり、車両に発生する特定方向の加速度を検出する。本実施形態において、加速度センサ７は、特に、車両の横方向に発生する加速度を検出する。この加速度信号は、コントローラ１に供給される。
【００１７】
コントローラ１は、Ａ／Ｄ変換回路、Ｄ／Ａ変換回路、中央演算処理装置、メモリ等から構成される集積回路により構成される。コントローラ１は、メモリに格納された車両走行支援用のプログラムに従って、上述の各種センサにより検出した信号処理、車両が障害物を回避するのための制御量の演算処理を行う。この演算処理結果としての制御指令値は、転舵角サーボコントローラ２等に出力する。
【００１８】
転舵角サーボコントローラ９は、コントローラ１及び転舵用モータ３を駆動するための昇圧回路等から構成される。この転舵角センサ９は、コントローラ１から出力される制御指令値としての転舵角を目標値とするサーボ制御を実行する。
【００１９】
操舵角センサ８は、ステアリング１０と接続されたステアリングコラム等に取り付けられている。操舵角センサ８は、ステアリングシャフトの回転角を検出することでステアリングホイールの操舵角を検出する。本実施形態においては、ステアリングシャフトの途中にクラッチ１１が取り付けられている。クラッチ１１を繋いだ状態では、運転者の操舵に応じた転舵が行われる。一方、クラッチ１１を切った状態では、転舵角サーボコントローラ２を介して駆動される転舵用モータ３によってピニオンギアを回転させ、ラック−ピニオン方式の前輪操舵機構を運転者の操舵とは独立して制御することが可能な機構となっている。
【００２０】
転舵角センサ９は、ラックストローク量を検出することで実際の転舵角を計測する。この転舵角は、コントローラ１に供給される。
【００２１】
このような車両走行支援装置において、コントローラ１は、図２に示すような機能的な構成を有する。なお、コントローラ１は、実際にはＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵ等にて構成されているが、当該ＣＰＵがＲＯＭに格納された車両走行支援用のプログラムに従って処理をすることによって実現できる機能をブロックとして説明する。
【００２２】
コントローラ１は、センサ信号処理部２１と、第１制御指令値演算部２２と、予測適切度評価部２３と、将来状態予測部２４と、第２制御指令値演算部２５と、制御指令値出力処理部２６とを有する。
【００２３】
センサ信号処理部２１は、自車両状態検出手段としての車速センサ５、操舵角センサ８、ヨーレートセンサ６、加速度センサ７及びカメラ４に接続される。これにより、コントローラ１は、各センサで検出した信号を統合的に処理して自車両運動状態に関する情報を得る機能を有する。センサ信号処理部２１は、各種のセンサから集められた情報を、同一の座標系上に展開された情報に変換する。センサ信号処理部２１は、カメラ４から供給された撮像映像に対して所定の画像処理を施して、自車両前方に存在する障害物や道路境界の方向及び距離を算出する。
【００２４】
センサ信号処理部２１は、算出した障害物や道路境界の方向及び距離に関する情報、車速、操舵角、ヨーレート、加速度を必要に応じて第１制御指令値演算部２２，予測適切度評価部２３及び転舵角サーボコントローラ２に出力する。変換された情報は、第一制御指令値演算手段、将来状態予測手段、予測適切度評価手段の三つの処理ブロックに供給される。
【００２５】
第１制御指令値演算部２２は、センサ信号処理部２１から供給された各種信号を用いて障害物を回避するための第１制御指令値を算出する。第１制御指令値演算部２２は、短時間で第１制御指令値を算出できる簡単な制御則に従って演算を行う。第１制御指令値演算部２２は、所定時間ごとに第１制御指令値を演算して、制御指令値出力処理部２６に出力する。
【００２６】
一方、第２制御指令値演算部２５は、第１制御指令値演算部２２よりも長い演算所要時間の演算則に従って第２制御指令値の演算処理を行う。この第２制御指令値は、第１制御指令値よりも精度が高い。また、第２制御指令値演算部２５は、演算則に従った演算として、所定期間ごとに第２制御指令値を含む時系列信号となっている。この所定期間は、例えば数秒である。したがって、第２制御指令値演算部２５は、当該第２制御指令値に従って転舵角サーボコントローラ２を制御するために、所定期間ごとに第２制御指令値の時系列信号を作成することとなる。
【００２７】
このような第２制御指令値演算部２５は、第１制御指令値演算部２２と比較して、第２制御指令値を出力するまでに遅延が発生する。第２制御指令値を出力する演算則の演算時間の遅れを補償するために、第２制御指令値演算部２５には、センサ信号処理部２１からの各種センサ信号を直接渡すのではなく、将来状態予測部２４を介して、将来に予測される各種情報が渡される。
【００２８】
将来状態予測部２４は、第２制御指令値演算部２５の演算遅れを補償するために、センサ信号処理部２１から供給された各種センサ情報を用いて、演算遅れ時間分だけ将来の自車両運動状態及び障害物状態の予測演算を行う。この予測された自車両運動状態及び障害物状態は、所定時間ごとに第２制御指令値演算部２５に供給される。
【００２９】
また、将来状態予測部２４は、第２制御指令値演算部２５による第２制御指令値の演算所要時間を予測する。
【００３０】
予測適切度評価部２３では、将来状態予測部２４による将来（第２時刻）の自車両運動状態及び障害物状態の適切度を評価する。予測適切度評価部２３は、現在（第１時刻）において予測された将来（第２時刻）の自車両運動状態及び障害物状態と将来（第２時刻）において実際に検出された自車両運動状態及び障害物状態とを比較する。これにより、予測適切度評価部２３は、将来状態予測部２４による自車両運動状態及び障害物状態の予測適切度を判定する。
【００３１】
制御指令値出力処理部２６は、予測適切度評価部２３による予測適切度に基づいて、第１制御指令値又は第２制御指令値を用いた第２時刻以降の実際の制御指令値（出力指令値）を出力する第１制御指令値と第２制御指令値との何れかを実際の制御指令値（出力指令値）として出力する。これにより、コントローラ１は、転舵角サーボ系を駆動する信号を生成できる。
【００３２】
転舵角サーボコントローラ２は、コントローラ１から制御指令値を入力する。そして、転舵角サーボコントローラ２は、操舵角センサ８から供給された転舵角センサ信号と、制御指令値とを用いたフィードバック制御によって、転舵角の制御指令値に追従するように転舵用モータ３を駆動して転舵角を制御する。
【００３３】
「車両走行支援装置の具体的な一動作例」
つぎに、上述したように構成された車両走行支援装置のコントローラ１による車両走行支援処理について、図３乃至図７のフローチャートなどを参照して説明する。
【００３４】
具体的な状況としては、図８に示すように、自車両１００が進行方向１１０に沿って道路１０１を走行している時に、壁１０２の隙間から歩行者１０３が横断する場面を想定する。また、自車両１００は、道路１０１の両側が壁１０２で仕切られているために、道路１０１外への逸脱ができない状況である。
【００３５】
コントローラ１では、以下に説明する一連の処理を所定の時間間隔ごとに繰り返し実行することにより、車両走行支援処理を実行する。
【００３６】
先ず、図３のステップＳ１において、コントローラ１は、センサ信号処理部２１によって、自車両に取り付けられたカメラ４から撮像映像を読み込むと共に、車速センサ５、ヨーレートセンサ６、加速度センサ７、転舵角センサ９からセンサ信号を読み込む。そして、センサ信号処理部２１は、撮像映像に所定の画像処理を施すことにより障害物としての歩行者１０３の方向及び距離を算出する。また、センサ信号処理部２１は、各種のセンサ信号に所定の信号処理を施す。これにより、コントローラ１は、現在の自車両運動状態及び障害物状態を、適当に設定された座標系上の値として取得することができる。
【００３７】
自車両運動状態及び障害物状態の座標系としては、適当に定めることができるが、本実施形態では、図９に示すように、道路１０１の進行方向に沿った方向をＸ軸、Ｘ軸と垂直方向をＹ軸に設定し、自車両１００の現在位置をＸ座標の原点、道路１０１の中心線付近にＹ座標の原点を置く座標系を設定したものとして説明を行う。このように座標系を設定することにより、自車両１００（重心点）の位置を、（Ｘ，Ｙ）＝（ｘ，ｙ）といった形で表記できる。
【００３８】
自車両運動状態としての車速ｖ、ヨー角θ、すべり角βを、図９に示すように定義する。また、自車両運動状態に含まれる物理量としては、自車両１００に発生しているヨーレートγ、前輪転舵角δが重要である。以上の自車両運動状態を纏めると、自車両運動状態は、状態ベクトルとして、下記の式１のように、定義できる。
【数１】
【００３９】
これらの自車両運動状態としての物理量のうち、車速ｖに関しては車両縦方向の速度成分に比べて車両横方向の速度成分が十分に小さいとみなせれば、非駆動輪の車輪速で近似することができる。したがって、センサ信号処理部２１は、非駆動倫にとりつけた車速センサ５の測定値を自車両１００の車速ｖとして用いることができる。
【００４０】
センサ信号処理部２１は、ヨーレートγを、ヨーレートセンサ６から得ることができる。また、センサ信号処理部２１は、ヨー角θを、撮像映像に対する画像処理によって得る。このとき、道路１０１が直線であると仮定すれば、道路境界と自車両１００の向いている方向とのなす角を画像処理によって推定して、ヨー角θを求めることができる。又は、センサ信号処理部２１は、適当な初期値を定めて、ヨーレートセンサ６の出力値を積分することにより、ヨー角θを算出してもよい。
【００４１】
すべり角βは、自車両１００の縦方向速度をｖｘ、自車両１００の横方向速度をｖｙとすれば、下記の式２のように、
【数２】
【００４２】
なる演算をセンサ信号処理部２１により行うことにより求められる。また、センサ信号処理部２１は、自車両１００の縦方向速度ｖｘを車速センサ５の検出した車速ｖで近似し、自車両１００の横方向速度ｖｙ、車両横加速度を測定するように設置された加速度センサ７の出力を積分することによって求められることにより、後述の式１１に基づいてすべり角βの近似値を得ることができる。なお、センサ信号処理部２１は、車輪速、ヨーレート、横加速度等の信号からオブザーバによってより精度良くすべり角βを推定する公知の手法を用いても良い。
【００４３】
センサ信号処理部２１は、前輪舵角δは操舵角センサ８のセンサ信号から取得する。
【００４４】
このように、センサ信号処理部２１は、各種のセンサ信号を処理することによって、式１に示した自車両運動状態の状態ベクトルを具体的な値として算出することができる。
【００４５】
また、センサ信号処理部２１は、障害物状態を示す物理量としては、Ｘ方向、Ｙ方向の位置座標を（Ｘ，Ｙ）＝（ｘｐ、ｙｐ）とすることに加えて、Ｘ方向、Ｙ方向への歩行者１０３の移動速度ｖｘｐ、ｖｙｐを加えて、下記の式３のように定義する。
【数３】
【００４６】
この障害物状態を表す各物理量は、センサ信号処理部２１によって、カメラ４から取得した撮像映像に対して画像処理を行うことにより取得できる。なお、センサ信号処理部２１は、撮像映像中に歩行者１０３等の障害物を検出しなかった場合には、障害物状態の算出を行わないものとする。
【００４７】
更に、センサ信号処理部２１は、カメラ４から取得した撮像映像に対する画像処理によって、道路１０１の境界、壁１０２を検出する。そして、当該検出した道路１０１、壁１０２の左端及び右端を表す座標値を、障害物状態を示す情報として保持する。
【００４８】
次のステップＳ２において、コントローラ１は、自車両１００の前方に障害物が検出されたか否かを判定する。コントローラ１は、カメラ４から供給された撮像映像を画像処理した結果としての物体の方向及び距離から、歩行者１０３を検出したと判定した場合にはステップＳ３に処理を進める。一方、歩行者１０３を検出していない場合にはステップＳ８に処理を進める。なお、歩行者１０３を検出している場合でも、自車両１００との距離が大きい場合などの自車両１００と接触するリスクが小さい場合には、歩行者１０３を検出しなかったものとして処理しても良い。
【００４９】
ステップＳ３において、コントローラ１は、第２制御指令値演算部２５の動作状態を判定する。障害物を検出して回避制御の開始判定が行われた時点では、現在に第２制御指令値演算部２５が動作していない演算未開始状態であるのでステップＳ４の第１処理を行う。また、現在に第２制御指令値演算部２５が演算中状態である場合にはステップＳ５の第２処理を行い、現在に第２制御指令値演算部２５が演算終了状態である場合にはステップＳ６の第３処理を行う。このように第２制御指令値演算部２５を３つの状態になっていることを判定する理由は、図３のフローチャートの演算周期よりも、第２制御指令値演算部２５の演算時間が長くかかることを想定しているからである。
【００５０】
次のステップＳ７において、コントローラ１は、第１処理乃至第３処理の何れかにより決定された実際の制御指令値である出力指令値を、制御指令値出力処理部２６から転舵角サーボコントローラ２に出力する。
【００５１】
一方、ステップＳ２にて障害物が検出されていないと判定したステップＳ８において、コントローラ１は、制御指令値出力処理部２６により、第２制御指令値演算部２５により算出された時系列信号である第２制御指令値のうち、転舵角サーボコントローラ２に出力していない未実行分の第２制御指令値が残存しているか否かを判定する。未実行分の第２制御指令値が残存している場合にはステップＳ９に処理を進め、残存していない場合にはステップＳ１０に処理を進める。
【００５２】
ステップＳ９において、コントローラ１は、制御指令値出力処理部２６により、残存している第２制御指令値のうち、現在時刻に対応した第２制御指令値を出力指令値として転舵角サーボコントローラ２に出力することを確定して、ステップＳ７に処理を進める。これにより、障害物を回避する第２制御指令値の時系列信号のうち、障害物回避後の車両姿勢の立て直し等に対応する第２制御指令値が残っていると判断し、すべての第２制御指令値を実行し終わえることができる。一方、ステップＳ１０において、コントローラ１は、残存する第２制御指令値がなく、当該第２制御指令値による障害物を回避する制御が終了したこととなり、制御指令値の出力を停止して処理を終了する。
【００５３】
「第１処理」
つぎに、第２制御指令値の演算処理が開始されていない時にステップＳ４にて行う第１処理について、図４及び図５のフローチャートを参照して説明する。
【００５４】
この第１処理は、第２制御指令値の演算が未開始であるので、制御実行中の第２制御指令値又は第１制御指令値を出力するものとし、第２制御指令値の演算を開始する。
【００５５】
この第１処理は、先ずステップＳ２１において、コントローラ１は、第２制御指令値に基づく転舵角を制御する動作を実行中であるか否かを判定する。このとき、コントローラ１は、制御指令値出力処理部２６により、第２制御指令値の時系列信号の残存分があるか否かを判定して、残存している場合には第２制御指令値に基づく転舵角制御を実行中であると判定する。第２制御指令値に基づく転舵角制御を実行している場合にはステップＳ２２に処理を進め、そうではない場合にはステップＳ２３に処理を進める。
【００５６】
ステップＳ２２において、コントローラ１は、制御指令値出力処理部２６により、第２制御指令値に基づく転舵角制御を継続する。コントローラ１は、制御指令値出力処理部２６により、第２制御指令値の時系列に沿って、現在時刻に対応する第２制御指令値を、実際の制御指令値（出力指令値）として確定して、転舵角サーボコントローラ２に出力する。
【００５７】
一方、ステップＳ２３において、コントローラ１は、第１制御指令値演算部２２による第１制御指令値の演算を実行する。この第１制御指令値の演算処理は、図５に示すようになる。
【００５８】
ステップＳ３１において、第１制御指令値演算部２２は、自車両１００が障害物としての歩行者１０３の位置に到達するまでに要する障害物通過時間を予測する。自車両１００が現在から等速で運動し続けると仮定した場合、障害物通過時間Ｔは、下記の式４に示すような演算によって予測できる。
【数４】
【００５９】
なお、式４において、ｘｐは歩行者１０３のＸ方向位置、ｘは自車両１００のＸ方向位置であり（図９参照）、ｖは自車両１００の車速である。
【００６０】
次のステップＳ３２において、第１制御指令値演算部２２は、自車両１００が歩行者１０３の位置に到達した時における障害物の到達位置を予測する。図８に示すように障害物である歩行者１０３がＹ方向に移動している場合、歩行者１０３が速度ｖｙｐの等速で運動し続けると仮定する。この場合、上記式４で求められる障害物通過時間Ｔが経過した後の障害物の到達位置の予測値は、下記の式５により求めることができる。
【数５】
【００６１】
この式５において、Ｔ０は、現在時刻を示し、歩行者１０３の現在位置ｘｐ、ｙｐにハット記号を付した値は、予測位置ｘｐ、ｙｐと呼ぶ。
【００６２】
次のステップＳ３３において、第１制御指令値演算部２２は、道路１０１上における障害物の左右両側の回避領域（スペース）が、自車両１００が通過するために十分な大きさを有するか否かを判定する。これにより、第１制御指令値演算部２２は、障害物を回避するために制御指令値を演算する必要性を判定する（判定手段）。そして、第１制御指令値演算部２２は、制御指令値を演算する必要性があることが判定された場合に、少なくとも第１制御指令値を演算することとなる。
【００６３】
例えば図１０に示すように、左方向の回避スペースは「予測位置ｙｐ−道路左端位置ｙＬ」、右方向の回避スペースは「道路右端位置ｙＲ−予測位置ｙｐ」と予測する。当該回避スペースΔが、予測される自車両１００’によって歩行者１０３’を回避するのために十分な大きさであるためには、下記の式６に示す条件を満たす必要がある。
【数６】
【００６４】
この式６において、ｗｖは自車両１００の幅、ｗｐは歩行者１０３の幅であり、ｗｍは自車両１００が歩行者１０３を回避するための回避余裕（マージン）を表す設定値である。
【００６５】
第１制御指令値演算部２２は、回避スペースΔとしての左方向の回避スペース「予測位置ｙｐ−道路左端位置ｙＬ」、右方向の回避スペース「道路右端位置ｙＲ−予測位置ｙｐ」が、それぞれ式６の条件を満たすか否かを判定する。左右の一方だけが式６の条件を満たした場合はステップＳ３６に処理を進め、左右の両方が式６の条件を満たした場合にはステップＳ３４に処理を進める。
【００６６】
ステップＳ３６において、第１制御指令値演算部２２は、左右の一方にしか十分な回避スペースがないと判定されているので、当該十分な回避スペースが有ると判定した方向を回避方向に決定して、ステップＳ３７に処理を進める。
【００６７】
一方、ステップＳ３４において、第１制御指令値演算部２２は、左右の両方に回避スペースがあると判定したので、実際に選択する回避方向を絞り込む。このため、第１制御指令値演算部２２は、自車両１００が障害物通過時間Ｔの経過後の到達位置を予測する。本実施形態では、自車両１００の車速ｖ、自車両１００の進行方向１１０を一定と仮定して簡易的に到達位置を予測することにする。この場合、障害物通過時間Ｔを経過した後の自車両１００のＹ方向（横方向）における予測到達位置ｙは、下記の式７に示す演算によって求められる。
【数７】
【００６８】
この式７において、θは自車両１００のヨー角である。
【００６９】
次のステップＳ３５において、第１制御指令値演算部２２は、ステップＳ３４にて予測した自車両１００のＹ方向の予測到達位置ｙと、ステップＳ３２にて予測した歩行者１０３のＹ方向の到達位置の予測値ｙｐとを比較する。そして、第１制御指令値演算部２２は、書きの式８に示すように、自車両１００の回避方向を決定する。
【数８】
【００７０】
次のステップＳ３７において、第１制御指令値演算部２２は、ステップＳ３５又はステップＳ３６にて決定された回避方向に基づいて、第１制御指令値としての転舵角指令値を決定する。本実施形態では、第１制御指令値演算部２２は、決定された回避方向に、予め決められた所定の転舵角指令値を発生するという単純な制御則を用いる。この場合、第１制御指令値演算部２２による制御則は、下記の式９に示すようになる。
【数９】
【００７１】
ここで、δ１＊は、第１制御指令値演算部２２の第１制御指令値（前輪転舵角）であり、δｍａｘは、予め設定された前輪転舵角の大きさである。すなわち、第１制御指令値の転舵角が予め設定した値より大きい場合には所定の転舵角によって右方向に回避し、第１制御指令値の転舵角が予め設定した値より小さい場合には所定の転舵角によって左方向に回避する。なお、本実施形態においては、右方向への転舵を正の転舵角としている。これにより、第１制御指令値演算部２２は、第１制御指令値を演算できる。
【００７２】
図４に戻り、ステップＳ２４において、コントローラ１は、制御指令値出力処理部２６によって、ステップＳ２３にて演算された第１制御指令値を転舵角サーボコントローラ２に出力する出力指令値として確定する。この時点では、第２制御指令値演算部２５により演算された第２制御指令値が利用できないからである。
【００７３】
次のステップＳ２５において、将来状態予測部２４により、第２制御指令値演算部２５による第２制御指令値の演算所要時間を予測して、第２制御指令値演算部２５の演算終了時刻を設定する。
【００７４】
ここで、図１１に示すように、第１制御指令値及び第２制御指令値の演算と、制御指令値を出力することによる転舵角の制御実行の処理が行われていくことになる。第２制御指令値演算部２５による第２制御指令値の演算には時間がかかるために、当該第２制御指令値の演算を開始しても直ちに第２制御指令値を出力することができない。このため、第１時刻Ｔ０から所定時間後の第２時刻Ｔ０までの第２制御指令値の演算時間においては、第１制御指令値演算部２２により演算された第１制御指令値を演算する共に当該第１制御指令値を出力して、転舵角サーボコントローラ２の制御を実行する。
【００７５】
このように第２制御指令値を得るために時間を要するため、第１時刻Ｔ０における自車両運動状態としての位置ｘ（Ｔ０）及び障害物状態としての位置ｘｐ（Ｔ０）と、第２制御指令値の演算が終了する第２時刻Ｔ０における自車両運動状態としての位置ｘ（Ｔ１）及び障害物状態としての位置ｘｐ（Ｔ１）とが異なる。この自車両運動状態及び障害物状態の相違は、第２制御指令値の演算時間が長くかかるほど、第２制御指令値の演算開始時と第２制御指令値による制御開始時の状態との間に、無視できなくなる可能性がある。このような制御開始の遅れは、実際の転舵角サーボコントローラ２の制御遅れとなり、制御性能を劣化させる要因となる。
【００７６】
そこで、本実施形態においては、将来状態予測部２４により、予め第２制御指令値による制御開始時の自車両運動状態及び障害物状態を予測しておき、当該予測された状態に基づいて第２制御指令値演算部２５の演算を行う構成とする。これにより、第２制御指令値の演算時間の遅れによる自車両運動状態及び障害物状態の時間的な不整合を補償して、制御性能の劣化を防止する。このような理由により、将来状態予測部２４は、第２制御指令値の演算が終了して第２制御指令値を用いた制御が可能になる演算終了時刻の設定が行われる。なお、将来状態予測部２４は、第２制御指令値の演算所要時間にばらつきがあるなどの正確な時刻が設定できない事情がある場合には、確実に第２制御指令値の演算が終了する演算所要時間によって演算終了時刻を設定することが望ましい。
【００７７】
次のステップＳ２６において、予測適切度評価部２３により、ステップＳ２５にて設定した演算終了時刻での自車両運動状態及び障害物状態を予測する演算を実行する。予測適切度評価部２３は、自車両運動状態を予測するために、第１制御指令値又は第２制御指令値に対して変動する車両運動を記述した車両運動モデルを用いる。そして、予測適切度評価部２３は、第１制御指令値に基づいて自車両運動状態を予測する処理を反復して行うことにより、第２時刻Ｔ１における自車両運動状態を予測する。
【００７８】
この車両運動モデルは、一般的には下記の式１０のような微分方程式の形で記述される。
【数１０】
【００７９】
この式１０において、ｘは位置の状態量ベクトル、ｕは制御指令値ベクトルであり、本実施形態の場合、ｘは上記式１で定義される自車両１００の状態量ベクトルであり、ｕは前輪転舵角の制御指令値δ＊である。なお、式１０におけるｘにドットを付した表記は、ｘの微分値である。車両運動モデルとして、四輪車両の運動を二輪車両の運動で近似した二輪モデルがよく知られている。車速ｖが一定であると仮定すると、二輪モデルにおける自車両位置ｘ、障害物位置ｙ、ヨー角θ、速度ｖ、すべり角β、ヨーレートγの微分値は、式１１〜１６のようになる。
【数１１】
【００８０】
但し、ｍは車両質量、Ｉは車両ヨー慣性モーメント、ｌｆは車両重心から前輪軸までの距離、ｌｒは車両重心から後輪軸までの距離を表す。また、Ｙｆ、Ｙｒは車両前輪、後輪のタイヤ横力を表す関数であり、それぞれ前輪すべり角βｆ、後輪すべり角βｒの関数であると仮定している。なお、βｆ、βｒは式１７，１８のように計算することができる。
【数１２】
【００８１】
ここで、δは前輪舵角である。前輪、後輪のタイヤ横力関数Ｙｆ、Ｙｒは、図１２に、前輪ホイール、後輪ホイールのすべり角βｆ、βｒに対する正規化横力Ｆの非線形関数で表現することができる。この前輪、後輪のタイヤ横力関数Ｙｆ、Ｙｒは、下記の式に示すように、前輪荷重Ｗｆ、後輪荷重Ｗｒ、路面摩擦係数μを用いて表現される。
【数１３】
【００８２】
さらに、前輪転舵サーボ系を下記の式１９の一次遅れ系でモデル化する。
【数１４】
【００８３】
ただし、Ｔｓは、転舵角サーボ系の応答時定数である。
【００８４】
このような、式１１〜１９をまとめると、式１０のような微分方程式の車両運動モデルが得られる。式１０の車両運動モデルは、初期状態として自車両運動状態の現在位置ｘ（Ｔ０）及び制御指令値（前輪転舵角δ＊）を決めれば、微分方程式を積分することによって将来に予測される自車両運動状態の位置ｘ（Ｔ１）を算出することができる。すなわち、第１制御指令値を用いて車両運動モデルに基づく予測を行うことにより、将来時刻（第２時刻）における自車両運動状態を予測できる。
【００８５】
ここで、第２制御指令値演算部２５の演算中には、第１制御指令値演算部２２の第１制御指令値が転舵角制御に用いられると仮定すると、前輪転舵角δ＊は、ステップＳ２３において式９に従って算出された第１制御指令値を使用することができる。
【００８６】
また、障害物状態を予測する場合、障害物が等速ｖｐで直線運動すると仮定すると、式５に従って、当該障害物状態の予測位置ｘｐ（Ｔ１）を算出することができる。
【００８７】
次のステップＳ２７において、第２制御指令値演算部２５は、ステップＳ２６にて演算された自車両１００の予測位置ｘ（Ｔ１）と、歩行者１０３の予測位置ｘｐ（Ｔ１）とに基づいて、第２制御指令値の演算を開始する。
【００８８】
このとき、第２制御指令値演算部２５は、第２制御指令値に対する車両運動の適切さを評価する評価関数を用いて、所定期間に亘って自車両の運動を制御する第２制御指令値の時系列信号を演算する。例えば、第２制御指令値演算部２５は、センサ信号処理部２１により検出された自車両が走行する道路境界を取得し、歩行者１０３及び道路境界に対する自車両の接近度合いを評価する評価項を含む評価関数を用いる。これにより、第２制御指令値演算部２５は、道路境界の範囲内で自車両１００が歩行者１０３を回避する第２制御指令値の時系列信号を演算することができる。
【００８９】
具体的には、第２制御指令値演算部２５は、歩行者１０３の回避だけでなく道路１０１からの逸脱防止も考慮して、第２制御指令値の所定時間先までの時系列信号を、最適化計算に基づいて算出する。第２制御指令値の時系列信号の算出基準として、下記式２０の評価関数Ｊを用いる。
【数１５】
【００９０】
ここで、Ｔは、算出する第２制御指令値の時系列の長さを表す所定のパラメータである。自車両１００が障害物を回避する制御をする場合、第２制御指令値の時系列の長さは、障害物の回避から元の直進運動状態に復帰するまでの一連の回避操作を終えられる程度の長さが設定される。また、ψは、第２時刻Ｔ１＋時系列の長さＴにおける第２制御指令値の制御終了時刻における自車両運動状態の望ましさを評価する評価式である。Ｌは、第２時刻Ｔ１から（Ｔ１＋時系列の長さＴ）までの間の各時刻における自車両運動状態及び操作量の望ましさを評価する評価式である。τは、第２時刻Ｔ１から（Ｔ１＋時系列の長さＴ）まで変化する積分変数である。
【００９１】
このような第２制御指令値における時系列中の評価式Ｌ及び第２制御指令値による制御終了時の評価式ψは、以下の要請項目を反映する評価項（１）〜（４）を組み合わせることで構成する。
【００９２】
（１）障害物（歩行者１０３）に近づきすぎない
（２）道路１０１の境界に近づきすぎない
（３）前輪転舵角δを必要以上に切りすぎない
（４）回避運動終端での自車両１００のヨー角θを、道路１０１の進行方向に近づける
上記（１）の要請項目は、自車両１００と歩行者１０３との距離が近くなれば近くなるほど値が大きくなる関数によって表現する。具体的には、（１）の要請項目は、式２１の関数を利用した評価式ＬＰを利用する。
【数１６】
【００９３】
この式２１において、σｘ、σｙは、関数の形状を決めるパラメータである。例えば、それぞれ検出した歩行者１０３のｘ軸方向の幅、ｙ軸方向の幅に応じた値が設定される。道路１０１における奥行き方向であるｘ軸方向の情報が得られない場合には、σｘ＝σｙと設定しても良い。また、歩行者１０３の位置ｘｐ、ｙｐの予測には、上述の式５を用いることができる。
【００９４】
上記（２）の要請項目は、自車両１００と道路境界との距離が近くなれば近くなるほど値が大きくなる関数によって表現する。具体的には、（２）の要請項目は、式２２の関数を利用した評価式ＬＲを利用する。
【数１７】
【００９５】
ただし、Δは道路境界への接近の余裕幅を指定するパラメータであり、当該Δの値が大きいほど道路境界との接近余裕を大きくとる回避経路を算出できる。
【００９６】
（１）についての評価式ＬＰと（２）についての評価式ＬＲとは、道路１０１上に歩行者１０３と道路境界との衝突リスクを反映したリスクポテンシャルを定義することになる。（１）についての評価式ＬＰと（２）についての評価式ＬＲとを足し合わせた関数をＸ（進行方向）―Ｙ（幅方向）座標上にプロットした図を、図１３に示す。この図１３において、中央の山が障害物に対応する関数によって形成されたポテンシャルであり、両側の山が道路境界に対応する関数によって形成されたポテンシャルである。したがって、回避経路は、図１３に示したリスクポテンシャル場の値の低い領域に可能な限り沿うようにして生成されることになる。
【００９７】
上記（３）についての要請項目は、なるべく小さな転舵角で歩行者１０３を回避する操作をとることによって効率的な回避を行うことを要請するために導入した項目である。この（３）に対する評価式ＬＦとしては、例えば式２３の関数を利用することができる。
【数１８】
【００９８】
第２制御指令値演算部２５は、上述した３つの評価式ＬＰ、ＬＲ、ＬＦに適当な重みをつけて足し合わせた関数を、評価式Ｌとして用いる。すなわち、ｗＰ、ｗＲ、ｗＦをそれぞれ要項項目（１）、（２）、（３）に対する重みとすると、評価式Ｌは、下記の式２４のようになる。
【数１９】
【００９９】
また、上記（４）の要請項目は、自車両１００が歩行者１０３を回避する運動後に自車両１００の姿勢を立て直すために導入した要請項目である。直線道路においては、時刻におけるヨー角θを評価する関数ψｙａｗとして、例えば、下記の式２５という関数を用いる。
【数２０】
【０１００】
この関数ψｙａｗに適当な重みパラメータｗｙａｗをつけることにより、第２時刻Ｔ１から時系列の長さＴまでにおける評価項ψを構成することができる。
【数２１】
【０１０１】
第２制御指令値演算部２５は、以上のように評価関数を定義すると、第２制御指令値の計算を式１０における自車両運動モデルの制御対象及び式２０の評価関数で定義される最適制御問題として定式化することができる。これにより、第２制御指令値演算部２５は、当該最適制御問題を数値的に解く公知技術を利用することで、第２制御指令値を算出することができる。
【０１０２】
ただし、上述した通り、以上の第２制御指令値の最適化計算は図５に示した第１制御指令値演算部２２の計算に比べると多くの計算量が必要であり、短時間で第２制御指令値の演算結果を得ることができない。このために、第２制御指令値演算部２５は、最適化計算を実行しながら、コントローラ１の処理自体は、図３のステップＳ７へと進めることとなる。
【０１０３】
そして、次の演算サイクルにおいてステップＳ１からステップＳ３に到達した時、コントローラ１は、第２制御指令値演算部２５による演算終了時刻が設定されている場合には、現在時刻が演算終了時刻まで到達しているか否かを判定することとなる。そして、現在時刻が第２制御指令値の演算終了時刻に達していない場合には、第２制御指令値演算部２５における最適化演算が継続しているものとして、ステップＳ５の第２処理を実行する。一方、現在時刻が第２制御指令値の演算終了時刻に到達している場合には、第２制御指令値演算部２５における最適化演算が終了しており、第２制御指令値を利用できる状態になっているので、ステップＳ６の第３処理に進む。
【０１０４】
「第２処理」
つぎに、図３におけるステップＳ５の第２処理を、図６を参照して説明する。この第２処理は、第２制御指令値の演算中であるので、制御実行中の第２制御指令値又は第１制御指令値を出力するものである。
【０１０５】
先ず、ステップＳ４１において、コントローラ１は、第２制御指令値に基づく転舵角を制御する動作を実行中であるか否かを判定する。このとき、コントローラ１は、制御指令値出力処理部２６により、第２制御指令値の時系列信号の残存分があるか否かを判定して、残存している場合には第２制御指令値に基づく転舵角制御を実行中であると判定する。第２制御指令値に基づく転舵角制御を実行している場合にはステップＳ４２に処理を進め、そうではない場合にはステップＳ４３に処理を進める。
【０１０６】
ステップＳ４２において、コントローラ１は、制御指令値出力処理部２６により、第２制御指令値に基づく転舵角制御を継続する。コントローラ１は、制御指令値出力処理部２６により、第２制御指令値の時系列に沿って、現在時刻に対応する第２制御指令値を、実際の制御指令値（出力指令値）として確定して、転舵角サーボコントローラ２に出力する。
【０１０７】
一方、ステップＳ４３において、コントローラ１は、第１制御指令値演算部２２による第１制御指令値の演算を実行する。この第１制御指令値の演算処理は、上述したように図５に示すようになる。
【０１０８】
次のステップＳ４４において、コントローラ１は、制御指令値出力処理部２６によって、ステップＳ４３にて演算された第１制御指令値を転舵角サーボコントローラ２に出力する出力指令値として確定する。その後、処理は図３のステップＳ７に移行して、このステップＳ４４にて確定された第１制御指令値を、制御指令値出力処理部２６から転舵角サーボコントローラ２に出力できる。
【０１０９】
「第３処理」
つぎに、図３におけるステップＳ５の第３処理を、図７を参照して説明する。第３処理は、第２制御指令値の演算が終了しているので、時系列信号のうちの先頭の第２制御指令値又は第１制御指令値を出力するものである。
【０１１０】
この第３処理を開始する時刻は、上述の第１時刻Ｔ０よりも後の第２時刻Ｔ１付近であり、第２制御指令値演算部２５で算出された最適な第２制御指令値の時系列信号を利用できる状態になっている。しかし、演算された第２制御指令値の時系列信号が適切な制御指令値になっているためには、図４のステップＳ２６で行われた将来状態の予測が正確である必要がある。したがって、この第３処理においては、将来における自車両運動状態及び障害物状態の予測に基づいて演算された第２制御指令値を用いて制御を行う場合には、障害物の回避が困難になるような事象が発生していないことを確認する必要がある。
【０１１１】
先ずステップＳ５１において、コントローラ１は、第２制御指令値の演算が終了したので、予測適切度評価部２３により演算された第２制御指令値の演算終了時刻をクリアする。
【０１１２】
次のステップＳ５２において、コントローラ１は、予測適切度評価部２３により、第１時刻Ｔ０において予測された自車両運動状態としての予測位置ｘ（Ｔ１）及び障害物状態としての予測位置ｘｐ（Ｔ１）と、第２時刻Ｔ１において実際に検出された自車両運動状態としての現在位置ｘ（Ｔ１）及び障害物状態としての現在位置ｘｐ（Ｔ１）とを比較する。ここで、第２時刻Ｔ１にて実際に検出された値は、第２時刻Ｔ１における運転者の操舵状態から推測される障害物の回避方向となる。そして、第１時刻Ｔ０における自車両及び障害物の位置の予測が適正なものであるか否かの判定を行い、第１時刻Ｔ０における予測が適切であると判定した場合にはステップＳ５３に処理を進め、第１時刻Ｔ０における予測が適切ではないと判定した場合にはステップＳ５４に処理を進める。
【０１１３】
具体的には、予測適切度評価部２３による予測適切度の判定処理としては、例えば、第１制御指令値演算部２２で示した回避方向の決定アルゴリズムを使用することができる。すなわち、第１時刻Ｔ０にて予測された自車両１００、歩行者１０３の予測位置ｘ（Ｔ１）、ｘｐ（Ｔ１）に基づいて図５の処理を実行した場合に得られる回避方向と、第２時刻Ｔ０における自車両１００、歩行者１０３の現在時刻ｘ（Ｔ１）、ｘｐ（Ｔ１）に基づいて図５の処理を実行した場合に得られる回避方向とが同じであれば、第１時刻Ｔ０での予測は適正と判定する。一方、双方の回避方向が反転している場合には、第１時刻Ｔ０での予測は不適正と判定する。
【０１１４】
ステップＳ５３において、制御指令値出力処理部２６は、予測適切度評価部２３により第１時刻Ｔ０における予測が適正であると判定されたので、第２制御指令値演算部２５で算出された第２制御指令値を出力指令値として出力する。このとき、制御指令値出力処理部２６は、第２制御指令値のうち、時系列信号として先頭の値を読み出して、転舵角サーボコントローラ２に出力する。また、現在時刻が第２時刻Ｔ０以降である場合には、時系列信号のうち現在時刻に対応した第２制御指令値を出力する。
【０１１５】
一方、ステップＳ５４において、制御指令値出力処理部２６は、予測適切度評価部２３により第１時刻Ｔ０における予測が不適正であると判定されたので、第１制御指令値演算部２２により演算された第１制御指令値の演算を開始する。なお、第２制御指令値演算部２５で算出された第２制御指令値を破棄する。
【０１１６】
次のステップＳ５５において、制御指令値出力処理部２６は、第１制御指令値を転舵角サーボコントローラ２に出力する制御指令値として確定する。
【０１１７】
次のステップＳ５６において、上述のステップＳ２６と同様に、予測適切度評価部２３により、自車両運動状態及び障害物状態を予測する演算を実行する。
【０１１８】
次のステップＳ５７において、上述のステップＳ２５と同様に、将来状態予測部２４により、第２制御指令値演算部２５による第２制御指令値の演算所要時間を予測して、第２制御指令値演算部２５の演算終了時刻を設定する。
【０１１９】
次のステップＳ５８において、上述のステップＳ２７と同様に、第２制御指令値演算部２５は、演算された自車両１００の予測位置ｘ（Ｔ１）と、歩行者１０３の予測位置ｘｐ（Ｔ１）とに基づいて、第２制御指令値の演算を開始する。
【０１２０】
このような第３処理において、ステップＳ５２における予測適切度の評価は、他の処理によっても良い。
【０１２１】
予測適切度評価部２３は、第１時刻Ｔ０にて予測した自車両運動状態及び障害物状態と、第２時刻Ｔ０にて検出された自車両運動状態及び障害物状態との誤差と所定値との大きさを判定する。そして、予測適切度評価部２３は、当該誤差が所定値よりも小さいことが判定された場合に、第１制御指令値演算部２２により演算された第１制御指令値を、第２制御指令値演算部２５により演算された第２制御指令値に置き換える。
【０１２２】
又は、予測適切度評価部２３は、第１時刻Ｔ０にて予測した自車両運動状態及び障害物状態と、第２時刻Ｔ０にて検出された自車両運動状態及び障害物状態との誤差と所定値との大きさを判定し、当該誤差が所定値よりも大きいことが判定された場合に、第１制御指令値演算部２２により演算された第１制御指令値と第２制御指令値演算部２５により演算された第２制御指令値を比較した結果に基づいて、第１制御指令値又は第２制御指令値を出力することとしても良い。
【０１２３】
例えば、回避方向が反転してしまうほど大きく第１時刻Ｔ０における予測の誤差はないが、第１時刻Ｔ０における予測に基づく第２制御指令値演算部２５の第２制御指令値では、予測が正確であった場合よりも回避余裕が小さくなってしまうといった場面も考えられる。この時、運転者が適切な操作をしているのであれば、第２制御指令値演算部２５の第２制御指令値を補正して、第１制御指令値演算部２２の第１制御指令値を反映させた方がより適切な制御指令値になる場合がある。
【０１２４】
そのような場合には、例えば０から１までの値をとり、予測精度が高ければ高いほど１に近い値を設定する重みパラメータαを設けて、転舵角サーボコントローラ２に対して実際に出力する制御指令値を、下記の式２７により確定する。
【数２２】
【０１２５】
ここで、前輪転舵角δ１＊は第１制御指令値であり、前輪転舵角δ２＊は第２制御指令値である。
【０１２６】
また、ステップＳ５３までの処理により、第２時刻Ｔ０において出力する制御指令値は確定するが、予測が適正であったかどうかに関わらず、第２時刻Ｔ０以降も第２制御指令値演算部２５による最適化計算の実行は必要になる。すなわち、第２制御指令値演算部２５は、第２制御指令値の演算を繰り返して行うことによって当該第２制御指令値を更新する。
【０１２７】
この理由は、将来状態予測部２４による予測が不適正であると判定された場合には、引き続き第１制御指令値を用いて転舵角サーボコントローラ２の制御を継続することになるが、単純な制御則しか実装していない第１制御指令値演算部２２では複数の制御目的のバランスをとりながら最適な制御を実現するといった高度な制御を行うことは困難であるので、第２制御指令値を用いた制御へ移行することが望ましい。
【０１２８】
そのために、将来状態予測部２４により予測を行った上で、再度第２制御指令値を演算する。また、将来状態予測部２４による予測が予測適切度評価部２３によって適正と判定された場合でも、第２時刻Ｔ０以降に予想外の事象が発生する可能性はある。したがって、定期的に第２制御指令値の時系列信号を更新して、最新の第２制御指令値の時系列信号を使用することが望ましい。
【０１２９】
以上の理由により、第２制御指令値演算部２５の処理を再度実行するために、第３処理では、ステップＳ５６以降において、次に第２制御指令値の演算を開始するための処理を行うこととなる。このように、車両走行支援装置は、予測適切度評価部２３により予測の誤差が所定値よりも大きいことが判定された場合に、第２時刻Ｔ０以降でも第１制御指令値を実際の制御指令値として出力する。その後、車両走行支援装置は、将来状態予測部２４及び第２制御指令値演算部２５により、第２時刻Ｔ０以降の時刻における第２制御指令値の演算を開始させて、当該第２時刻以降において、予測適切度に基づいて第１制御指令値又は第２制御指令値を出力することができる。
【０１３０】
［具体的な走行状況に対する動作］
つぎに、上述した処理を行う車両走行支援装置において、具体的な走行状況に対応した動作について、図１４乃至図１６を参照して説明する。
【０１３１】
図１４は、図８に示したような歩行者１０３が飛び出した場面の第１時刻Ｔ０にて、コントローラ１が、転舵角サーボコントローラ２を制御する処理を開始し、将来状態予測部２４による第２時刻Ｔ０の予測が、予測適切度評価部２３により適正であると判定した場合の自車両１００及び歩行者１０３の挙動１００ａ〜１００ｄ、１０３ａ〜１０３ｄの推移を示す。
【０１３２】
図１４（ａ）のような歩行者１０３ａに対し、自車両１００が直進の進行方向１１０ａにて走行している場面において、第１時刻Ｔ０で第１制御指令値による転舵角サーボコントローラ２の制御が開始され、同時に、将来状態予測部２４による第２時刻Ｔ１の予測に基づく第２制御指令値の演算が開始されるとする。
【０１３３】
その後、図１４（ｂ）のような歩行者１０３ｂに対して、自車両１００は、第１制御指令値を用いて転舵角サーボコントローラ２が動作し、右方向への歩行者１０３を回避する挙動が開始され、右方向の進行方向１１０ｂとされる。この第２時刻Ｔ１において、第１制御指令値演算部２２は、右方向への回避を行う第１制御指令値を算出しているため、この第２時刻Ｔ１から、第２制御指令値による転舵角サーボコントローラ２の制御へと切り替える。
【０１３４】
ここで、第２制御指令値演算部２５は、道路境界を考慮して転舵角を反転させる第２制御指令値を出力することになり、図１４（ｃ）に示す時刻Ｔ２で、歩行者１０３ｃをカメラ４で検出できなくなる頃には、自車両１００の姿勢を戻す進行方向１１０ｃとする制御が行われる。
【０１３５】
その後、図１４（ｄ）に示すように、時刻Ｔ３において、自車両１００の進行方向１１０ｄが直進となるような姿勢とされた時に、歩行者１０３ｄを回避するための転舵角サーボコントローラ２の制御が終了する。このような図１４に示したような時間変化に対する前輪転舵角δは、図１６における実線のようになる。
【０１３６】
図１５は、将来状態予測部２４による第２時刻Ｔ１における予測が、予測適切度評価部２３によって不適正であると判定された場合の自車両１００及び歩行者１０３の挙動１００ａ〜１００ｄ、１０３ａ〜１０３ｄの推移を示している。
【０１３７】
図１５（ａ）のように、第１時刻Ｔ０における第１制御指令値を用いた転舵角サーボコントローラ２の制御により、自車両１００は、その進行方向１１０ａが、歩行者１０３ａから右方向に回避する制御が開始される。
【０１３８】
その後、図１５（ｂ）に示すように、歩行者１０３ｂの右方向への移動速度が上がり、第１時刻Ｔ０'において、第１制御指令値による回避方向が、進行方向１１０ｂに示すような歩行者１０３ｂの右方向から、左方向へと反転する結果が得られたとする。
【０１３９】
その後、図１５（ｃ）に示すように、第２時刻Ｔ１において、第２制御指令値の演算が終了するが、当該第２制御指令値は、歩行者１０３ｃから右方向への回避を前提とした時系列信号となっている。したがって、第２制御指令値は、予測適切度評価部２３によって、第２時刻Ｔ１の段階では不適切なものと判断される。したがって、第２制御指令値は破棄され、第１制御指令値を用いた転舵角サーボコントローラ２の制御が続行される一方で、将来状態予測部２４により新たな状態を予測したことに基づく第２制御指令値の演算が開始される。
【０１４０】
図１５（ｄ）のように、第２時刻Ｔ１’において、第１制御指令値による転舵角サーボコントローラ２の制御が終了すると、転舵の反転によって傾いた自車両１００の進行方向１１０ｄを元に戻す第１制御指令値が算出され、第２制御指令値を用いた転舵角サーボコントローラ２の制御へと移行する。このような図１５に示したような時間変化に対する前輪転舵角δは、図１６における点線のようになる。
【０１４１】
［第１実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本発明の実施形態として示した車両走行支援装置によれば、所定の制御周期で第１制御指令値を演算すると共に、第１時刻から所定時間後の第２時刻における自車両運動状態及び障害物状態を予測して第２時刻以降の第２制御指令値を演算する。そして、車両走行支援装置は、第１時刻において予測された第２時刻の自車両運動状態及び障害物状態と第２時刻において実際に検出された自車両運動状態及び障害物状態とを比較して予測適切度を判定して、第２時刻以降の実際の制御指令値として第１制御指令値又は第２制御指令値を出力することができる。
【０１４２】
したがって、この車両走行支援装置によれば、第２制御指令値の演算終了時の自車両及び障害物状態をあらかじめ予測しておき、予測した状態と実際の状態とを比較することで第２制御指令値を実際の制御に反映させるかを決定できる。すなわち、第１時刻Ｔ０で行った第２時刻Ｔ１の予測が正しかった場合には、第２制御指令値を用いて精度の高い制御が実現できる。一方、第２制御指令値の演算中に不測の事態が発生した場合には、第２制御指令値の使用を制限することができ、予測に誤差があっても制御に影響を与えることをなくすことができる。したがって、この車両走行支援装置によれば、必要に応じて予測した第２制御指令値を用いることにより、高い精度で自車両１００の運転操作を支援することができる。
【０１４３】
また、この車両走行支援装置によれば、図５に示したように、歩行者１０３を回避するために制御指令値を演算する必要性を判定し、制御指令値を演算する必要性があることが判定された場合に、少なくとも第１制御指令値を演算するので、歩行者１０３を回避する制御が必要な場合にだけ制御を起動する構成とする。これにより、通常時の自車両１００の運転性への影響を抑制することができる。
【０１４４】
更にまた、この車両走行支援装置によれば、図５の処理において、自車両運動状態及び障害物状態に対応して第１制御指令値を格納した対応マップを参照して、第１制御指令値を演算することができるので、第１制御指令値の算出を短時間で実行することができ、速やかに車両走行支援のための制御を開始することができる。
【０１４５】
更にまた、この車両走行支援装置によれば、制御指令値に対して変動する車両運動を記述した式１０〜１９のような車両運動モデルを用いて自車両運動状態を予測する処理を反復して行って第２時刻における自車両運動状態を予測するので、車両の物理特性を反映した精度の高い予測を行うことができる。
【０１４６】
更にまた、この車両走行支援装置によれば、第２制御指令値の演算所要時間を予測して、当該予測した演算所要時間が経過した時刻よりも後の時刻に第２時刻を設定して、当該第２時刻以降の自車両運動状態及び障害物状態を予測するので、予測した第２制御指令値を用いた制御開始時刻と実際に第２制御指令を用いた制御開始時刻との整合性を確保することができる。
【０１４７】
更にまた、この車両走行支援装置によれば、第２制御指令値に対する車両運動の適切さを評価する評価関数を用いて、所定期間に亘って自車両の運動を制御する第２制御指令値の時系列信号を演算するので、歩行者１０３を回避する運動を終えるまでの一連の操作をまとめて適切なものとすることができる。
【０１４８】
更にまた、この車両走行支援装置によれば、評価関数に、障害物及び道路境界に対する自車両の接近度合いを評価する評価項を含め、道路境界の範囲内で自車両が障害物を回避する第２制御指令値の時系列信号を演算するので、障害物の回避と路外逸脱の防止を両立することができる。
【０１４９】
更にまた、この車両走行支援装置によれば、予測した自車両運動状態及び障害物状態と、検出された自車両運動状態及び障害物状態との誤差が所定値よりも小さい場合に、第１制御指令値を第２制御指令値に置き換えるので、第２時刻における状態予測が適切に行われた場合に第２制御指令値を用いた制御に切り替えることができ、第１制御指令値を用いるいことによる制御の応答性向上と、第２制御指令値を用いることによる制御精度向上の両方の利点を反映した制御を実行することができる。
【０１５０】
更にまた、この車両走行支援装置によれば、予測した自車両運動状態及び障害物状態と、検出された自車両運動状態及び障害物状態との誤差が所定値よりも大きいことが判定された場合に、第１制御指令値と第２制御指令値を比較した結果に基づいて、第１制御指令値又は第２制御指令値を出力するので、不適切な予測に基づく第２制御指令値を用いた制御が実行されることによる影響を抑制することができる。
【０１５１】
更にまた、この車両走行支援装置によれば、第１時刻において演算された第２時刻における第２制御指令値で特定される障害物の回避方向と、当該第２時刻において検出された運転者の操舵状態から推測される障害物の回避方向と比較し、双方の回避方向が異なる場合には、当該第２制御指令値を実際の制御指令値として出力しないので、第２制御指令値の演算が行われている間に障害物の運動方向が変わるなどの不測の事態が発生し、それに対して運転者が適切に反応している場合には、運転者の操作に基づく車両運動を優先することによって、運転者の適切な回避操作を妨げないようにすることができる。
【０１５２】
更にまた、この車両走行支援装置によれば、予測した自車両運動状態及び障害物状態と、検出された自車両運動状態及び障害物状態との誤差が所定値よりも大きいことが判定された場合には第１制御指令値を実際の制御指令値として出力し、第２時刻以降の時刻における第２制御指令値の演算を開始させるので、予測誤差が大きい場合には、当該予測と第２制御指令値の演算をやり直すことで、予測誤差を修正した第２制御指令値によって制御を行うことができる。
【０１５３】
更にまた、この車両走行支援装置によれば、第２制御指令値の演算を繰り返して行うことによって当該第２制御指令値を更新するので、第２制御指令値の演算誤差及び転舵角サーボコントローラ２の制御誤差を逐次補正し、自車両１００に加わる外乱や小さなモデル化誤差の影響を低減することができる。
【０１５４】
更にまた、この車両走行支援装置によれば、第１制御指令値及び第２制御指令値により自車両の操舵角を制御する値を演算するので、自車両１００の横方向への回避運動を支援することができ、縦方向運動（減速）だけの車両走行支援を行う構成と比較して大幅に回避性能を向上させることができる。
【０１５５】
［第２実施形態］
つぎに、第２実施形態に係る車両走行支援装置について説明する。なお、上述の第１実施形態と同様の部分については同一符号を付することによりその詳細な説明を省略する。
【０１５６】
第２実施形態に係る車両走行支援装置は、運転者のブレーキ踏力を検出するブレーキ踏力センサ３１と各輪の制動力を制御するブレーキ圧コントローラ３２とを備え、転舵角を制御する構成を備えない点で、第１実施形態に係る車両走行支援装置とは異なる。
【０１５７】
また、第１実施形態では、式１１〜１９から構成される車両運動モデルを使用していたが、第２実施形態では各輪制動力を制御するため、車両運動モデルもそれに対応したものとなる。第１実施形態に対して、式１４、１６及び１９を変更している。
【０１５８】
第２実施形態に係る車両走行支援装置は、ブレーキ操作を考慮した制御系となっているため、車両運動モデルの中でも減速挙動を表現しておく必要がある。通常の運転状態で運転者がブレーキ踏力ｐでブレーキ操作を行った場合に自車両１００に発生する減速度をｄ（ｐ）、ブレーキ制御によって付加的に発生させる減速度をＤとすると、自車両１００の速度変化を記述する式１４は、下記の式２８のように書き換えられる。
【数２３】
【０１５９】
また、本実施形態に係る車両走行支援装置は、各輪の制動力を制御することによって左右輪に制動力差を発生させて車体に付加的なヨーモーメントを発生させる。この制動力差によって発生する付加的なヨーモーメントをＭｂとすると、式１６は、下記の式２９のように書き換えられる。
【数２４】
【０１６０】
また、転舵サーボ系モデルを表していた式１９は、減速力サーボ系モデル及びヨーモーメントサーボ系モデルである式３０，３１に置き換えられる。
【数２５】
【０１６１】
ただし、Ｄ＊、Ｍｂ＊は、それぞれ付加的な減速力及びヨーモーメント指令値を表し、Ｔｂはブレーキ圧コントローラ３２の応答時定数である。
【０１６２】
ブレーキ圧コントローラ３２は、付加減速力指令値及びヨーモーメント指令値を入力し、当該指令値を実現する各輪制動力の配分値を算出し、ブレーキ機構３３を含むブレーキ系の油圧を制御することによって各輪に制動力を発生させる。
【０１６３】
制動力を配分する具体的な算出方法は、以下の通りである。通常の運転状態で運転者がブレーキ踏力でブレーキ操作を行った場合に左前輪、右前輪、左後輪、右後輪に発生する制動力をそれぞれ、平均Ｆ１（Ｐ）、平均Ｆ２（Ｐ）、平均Ｆ３（Ｐ）、平均Ｆ４（Ｐ）、回避制御時に各輪に付加的に発生する制動力をそれぞれ、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４とすると、車両に付加的に減速力Ｄ＊及びヨーモーメントＭｂ＊を発生するための条件は、下記式３２，３３に示すようになる。
【数２６】
【０１６４】
ただし、ｔｖは車両のトレッドの長さを表している。また、式３２、式３３は、変数が４つに対して式が２つしかないため、式３２、式３３を満たす制動力の組み合わせは無数に存在する。従って、式３２、式３３にさらに条件を加えることによって、制動力が一意に決まるように配分則を決める必要がある。制動力の配分則の決定方法には様々な方法が考えられるが、簡単な条件として、例えば前後輪の静荷重比に基づいて制動力の配分を行うとすれば、各輪の付加制動力Ｆ１〜Ｆ４を用いて、下記の条件式を加えることができる。
【数２７】
【０１６５】
ただし、ρは前後輪の静荷重配分を表すパラメータである。この場合、式３２〜式３５の連立一次方程式を解くことによって、各輪の制動力を一意に決定することができる。
【０１６６】
本実施形態の第１制御指令値演算部２２には、運転者の操舵操作に応じてヨーモーメント指令値を算出する制御則が組み込まれる。制御則としては例えば、下記式３６といった前輪転舵角δに比例して、ヨーモーメントＭｂ＊を発生させる制御則を考えることができる。
【数２８】
【０１６７】
これにより、車両走行支援装置は、運転者の運転操作を検出して、当該運転者の運転操作に基づいて第１制御指令値を演算することができる。
【０１６８】
なお、以上で説明したヨーモーメントの制御則は、制動力だけでなく駆動力の制御も組み合わせて制駆動力配分を決定する構成とすれば、障害物を回避する場面以外における通常の走行場面でも自車両の回頭性を向上させることができる。
【０１６９】
そこで、車両走行支援装置は、障害物の有無に関係なく、常時式３６の制御を稼動状態にしておき、障害物を検出した場合に、第２制御指令値演算部２５による第２制御指令値の演算と、第１制御指令値から第２制御指令値に切り替える判定を実施しても良い。すなわち、障害物を回避するために第２制御指令値を演算する必要性を判定し、第２制御指令値を演算する必要性がないことが判定された場合には第１制御指令値のみを演算して出力し、第２制御指令値を演算する必要性があることが判定された場合には第１制御指令値又は第２制御指令値を出力することとなる。
【０１７０】
また、この車両走行支援装置において、前輪転舵角δは制御量ではなく、運転者の操作によって決まる物理量である。従って、第１実施形態におけるステップＳ２６等において、予測適切度評価部２３により将来状態を予測する演算を行う場合には、運転者の操作量の予測を行う必要がある。そして、予測適切度評価部２３は、当該予測された運転操作に基づいて第２時刻Ｔ１における自車両運動状態を予測する。
【０１７１】
運転者による操作量の予測は、例えば図１８に示すように、運転者の操舵履歴をもとに前輪転舵角δを単純に外挿して予測する線形予測Ａや、線形予測に加えてある一定の操舵角で飽和させる予測Ｂや、操舵履歴をもとに適当な非線形関数をあてはめる予測Ｃを用いることができる。
【０１７２】
また、車両走行支援装置は、ブレーキ踏力についても、同様の予測を行うことができる。前輪転舵角δ及びブレーキ踏力の予測時系列を決めれば、式３４に従ってヨーモーメント指令値が算出されるので、第１実施形態と同様に車両運動モデルを積分することによって第２時刻Ｔ１における予測状態量を算出することができる。
【０１７３】
第２制御指令値演算部２５は、式２０の形式で定義される評価関数に基づいて、最適な付加的減速力及びヨーモーメント指令値の時系列を算出する処理を行う。第１実施形態の場合と異なり、第２実施形態では、制御量が前輪転舵角から各輪制動力に変わっているので、第１実施形態で挙げた要請項目（３）は、要請項目（３）’として、「制御によって発生させるヨーモーメントを大きくしない。」と置き換えられる。
【０１７４】
これを表現する評価項ＬＭは、下記の式３７のように表現できる。
【数２９】
【０１７５】
また、減速力の発生に対応して、以下の２つの要請項目（５）、（６）が追加される。
【０１７６】
（５）走行車速を小さくする。
【０１７７】
（６）制御によって発生させる付加的制動力を大きくしない。
【０１７８】
これらを表現する評価項Ｌｖ、ＬＤは、それぞれ式３８，式３９のようになる。
【数３０】
【０１７９】
上記の評価項ＬＭ、Ｌｖ、ＬＤに対する評価重みをそれぞれｗＭ、ｗｖ、ｗＤとすると、全体の評価式Ｌは、下記式４０のようになる。
【数３１】
【０１８０】
以上の構成により、車両走行支援装置は、予測された運転者の操舵パターンに対して最適な付加的な減速力Ｄ＊及びヨーモーメントＭｂ＊の時系列信号を算出することができる。
【０１８１】
そして、車両走行支援装置は、図７のステップＳ５２における予測適切度評価部２３は、運転者の操舵方向と第２制御指令値演算部２５により演算した先頭ヨーモーメント指令値とを比較する。そして予測適切度評価部２３は、双方が同じ方向のヨーモーメント指令値を発生していれば、第２制御指令値演算部２５の第２制御指令値に切り替え、双方の方向が反転している場合には第２制御指令値演算部２５の第２制御指令値を破棄して、第１制御指令値演算部２２の第１制御指令値による制御を継続する。
【０１８２】
また、他の予測適切度評価部２３による予測適切度の判定は、まず、第２制御指令値演算部２５で演算された第２制御指令値の時系列信号に対して、検出された自車両運動状態ｘ（Ｔ１）及び障害物状態ｘｐ（Ｔ１）を基準として式２０の評価関数を計算して、その評価値を得る。次に、予測適切度評価部２３は、第２時刻Ｔ１までに検出された運転者の操作履歴に基づいて、ステップＳ２６と同様の操作の予測演算を行う。そして、予測適切度評価部２３は、操作の時系列信号に対して第１制御指令値演算部２２により式３６の演算を行った場合の自車両運動状態を予測し、当該予測結果に対して式２０の評価関数を計算して、その評価値Ｊ１を得る。操作の予測が正確に行われている場合には、最適化演算の結果として算出された第２制御指令値演算部２５の評価値Ｊ２は、評価値Ｊ１よりも良い評価値となっているはずである。しかし、操作の予測が不適正な場合には、評価値Ｊ１と評価値Ｊ２との評価が逆転する場合もある。すなわち、評価関数値に基づいて操作の予測が適正であるか、不適正であるかを判定することができる。
【０１８３】
［第２実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本発明を適用した第２実施形態に係る車両走行支援装置によれば、第１実施形態と同様に、第２制御指令値の演算終了時の自車両及び障害物状態をあらかじめ予測しておき、予測した状態と実際の状態とを比較することで第２制御指令値を実際の制御に反映させるかを決定できる。
【０１８４】
また、この車両走行支援装置によれば、障害物を回避するために第２制御指令値を演算する必要性を判定し、第２制御指令値を演算する必要性がないことが判定された場合には第１制御指令値のみを演算して出力し、第２制御指令値を演算する必要性があることが判定された場合には第１制御指令値又は第２制御指令値を出力する。これにより、車両走行支援装置によれば、第１制御指令値の演算を常時稼動させつつ、障害物に対する制御が必要な場合にだけ第２制御指令値を演算することで、通常時の制御と障害物に対する制御とを共存させることができる。
【０１８５】
更にまた、この車両走行支援装置によれば、運転者の運転操作を検出して、当該運転者の運転操作に基づいて第１制御指令値を演算するので、運転者が意図する運転操作に沿った制御を行うことができる。
【０１８６】
更にまた、この車両走行支援装置によれば、予測適切度評価部２３により予測された運転操作に基づいて第２時刻における自車両運動状態を予測するので、車両運動モデルと第１制御指令値の制御則に加えて、運転者の運転操作の予測を用いて自車両運動状態及び障害物状態の予測を行うことができ、第１制御指令値が運転者の運転操作に基づいて決定される構成となっている場合でも、精度の高い予測を行うことができる。
【０１８７】
更に、この車両走行支援装置は、第１制御指令値及び第２制御指令値として、自車両の制動力を制御する値を演算するので、制動力を制御することで車両の減速を支援することになり、操舵だけの支援制御を行う構成と比較して車両の走行速度を積極的に下げて、確実に障害物に対する制御を実現できる。
【０１８８】
更にまた、この車両走行支援装置によれば、第１制御指令値及び第２制御指令値として、自車両の左右制動力差を制御する値を演算するので、車両の旋回モーメントの増減を調整でき、障害物に対する旋回性を上げる、路外逸脱防止のために旋回性を抑制する、といった支援制御を行うことができる。
【０１８９】
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【０１９０】
なお、特許請求の範囲における「自車両状態検出手段」は、車速センサ５，ヨーレートセンサ６，加速度センサ７に相当し、「障害物検出手段」は、カメラ４に相当し、「第１制御指令値演算手段」「将来状態予測手段」「第２制御指令値演算手段」「予測適切度評価手段」「制御指令値出力手段」「判定手段」はコントローラ１に相当する。
【符号の説明】
【０１９１】
１…コントローラ
２…転舵角サーボコントローラ
３…転舵用モータ
４…カメラ
５…車速センサ
６…ヨーレートセンサ
７…加速度センサ
８…操舵角センサ
９…転舵角サーボコントローラ
９…転舵角センサ
１０…ステアリング
１１…クラッチ
１２…ホイール
２１…センサ信号処理部
２２…第１制御指令値演算部
２３…予測適切度評価部
２４…将来状態予測部
２５…第２制御指令値演算部
２６…制御指令値出力処理部
３１…ブレーキ踏力センサ
３２…ブレーキ圧コントローラ
３３…ブレーキ機構
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自車両の運動を制御する制御指令値を演算して車両の走行を支援する車両走行支援装置において、
自車両の運動状態を検出する自車両状態検出手段と、
前方の障害物を検出する障害物検出手段と、
所定の制御周期で第１制御指令値を演算する第１制御指令値演算手段と、
第１時刻における自車両運動状態及び障害物状態に基づいて、第１時刻から所定時間後の第２時刻における自車両運動状態及び障害物状態を予測する将来状態予測手段と、
第１時刻において予測された第２時刻における自車両運動状態及び障害物状態に基づいて、前記第２時刻以降の第２制御指令値を演算する第２制御指令値演算手段と、
第１時刻において予測された第２時刻の自車両運動状態及び障害物状態と第２時刻において実際に検出された自車両運動状態及び障害物状態とを比較して、前記将来状態予測手段による自車両運動状態及び障害物状態の予測適切度を判定する予測適切度評価手段と、
前記予測適切度評価手段により判定された予測適切度に基づいて、第２時刻以降の実際の制御指令値として前記第１制御指令値又は前記第２制御指令値を出力する制御指令値出力手段と
を備えることを特徴とする車両走行支援装置。
【請求項２】
障害物を回避するために制御指令値を演算する必要性を判定する判定手段を備え、
前記判定手段により制御指令値を演算する必要性があることが判定された場合に、少なくとも前記第１制御指令値を演算することを特徴とする請求項１に記載の車両走行支援装置。
【請求項３】
障害物を回避するために前記第２制御指令値を演算する必要性を判定する判定手段を備え、
前記判定手段により前記第２制御指令値を演算する必要性がないことが判定された場合には前記第１制御指令値のみを演算して前記制御指令値出力手段から出力し、前記判定手段により前記第２制御指令値を演算する必要性があることが判定された場合には前記第１制御指令値又は前記第２制御指令値を前記制御指令値出力手段から出力すること
を特徴とする請求項１に記載の車両走行支援装置。
【請求項４】
前記第１制御指令値演算手段は、前記自車両運動状態及び前記障害物状態に対応して第１制御指令値を格納した対応マップを参照して、前記第１制御指令値を演算することを特徴とする請求項１に記載の車両走行支援装置。
【請求項５】
運転者の運転操作を検出する運転操作検出手段を備え、
前記第１制御指令値演算手段は、前記運転操作検出手段により検出された運転者の運転操作に基づいて第１制御指令値を演算することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の車両走行支援装置。
【請求項６】
前記将来状態予測手段は、前記第１制御指令値又は前記第２制御指令値に対して変動する車両運動を記述した車両運動モデルを用いて前記自車両運動状態を予測する処理を反復して行って前記第２時刻における前記自車両運動状態を予測することを特徴とする請求項１に記載の車両走行支援装置。
【請求項７】
前記将来状態予測手段は、運転者の運転操作を予測する運転操作予測手段を含み、当該予測された運転操作に基づいて前記第２時刻における前記自車両運動状態を予測することを特徴とする請求項６に記載の車両走行支援装置。
【請求項８】
前記将来状態予測手段は、前記第２制御指令値演算手段による第２制御指令値の演算所要時間を予測し、当該予測した演算所要時間が経過した時刻よりも後の時刻に前記第２時刻を設定して、当該第２時刻以降の自車両運動状態及び障害物状態を予測することを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の車両走行支援装置。
【請求項９】
前記第２制御指令値演算手段は、前記第２制御指令値に対する車両運動の適切さを評価する評価関数を用いて、所定期間に亘って自車両の運動を制御する第２制御指令値の時系列信号を演算することを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載の車両走行支援装置。
【請求項１０】
自車両が走行する道路境界を検出する道路境界検出手段を備え、
前記評価関数は、前記障害物及び道路境界に対する自車両の接近度合いを評価する評価項を含み、
前記第２制御指令値演算手段は、前記道路境界の範囲内で自車両が障害物を回避する第２制御指令値の時系列信号を演算することを特徴とする請求項９に記載の車両走行支援装置。
【請求項１１】
前記予測適切度評価手段は、予測した自車両運動状態及び障害物状態と、検出された自車両運動状態及び障害物状態との誤差と所定値との大きさを判定し、
前記制御指令値出力手段は、前記予測適切度評価手段により前記誤差が所定値よりも小さいことが判定された場合に、前記第１制御指令値演算手段により演算された第１制御指令値を、前記第２制御指令値演算手段により演算された第２制御指令値に置き換えること
を特徴とする請求項１乃至請求項１０の何れか一項に記載の車両走行支援装置。
【請求項１２】
前記予測適切度評価手段は、予測した自車両運動状態及び障害物状態と、検出された自車両運動状態及び障害物状態との誤差と所定値との大きさを判定し、
前記制御指令値出力手段は、前記予測適切度評価手段により前記誤差が所定値よりも大きいことが判定された場合に、前記第１制御指令値演算手段により演算された第１制御指令値と前記第２制御指令値演算手段により演算された第２制御指令値を比較した結果に基づいて、前記第１制御指令値又は前記第２制御指令値を出力することを特徴とする請求項１乃至請求項１１の何れか一項に記載の車両走行支援装置。
【請求項１３】
前記予測適切度評価手段は、第１時刻において前記第２制御指令値演算手段により演算された第２時刻における第２制御指令値で特定される障害物の回避方向と、当該第２時刻において検出された運転者の操舵状態から推測される障害物の回避方向と比較し、
前記制御指令値出力手段は、前記予測適切度評価手段により比較された双方の回避方向が異なる場合には、当該第２制御指令値を実際の制御指令値として出力しないこと
を特徴とする請求項１乃至請求項１０の何れか一項に記載の車両走行支援装置。
【請求項１４】
前記予測適切度評価手段は、予測した自車両運動状態及び障害物状態と、検出された自車両運動状態及び障害物状態との誤差と所定値との大きさを判定し、
前記制御指令値出力手段は、前記予測適切度評価手段により前記誤差が所定値よりも大きいことが判定された場合に、前記第１制御指令値を実際の制御指令値として出力し、前記将来状態予測手段及び前記第２制御指令値演算手段により、前記第２時刻以降の時刻における第２制御指令値の演算を開始させて、当該第２時刻以降において、前記予測適切度に基づいて第１制御指令値又は第２制御指令値を出力することを特徴とする請求項１乃至請求項１０の何れか一項に記載の車両走行支援装置。
【請求項１５】
前記第２制御指令値演算手段は、前記第２制御指令値の演算を繰り返して行うことによって当該第２制御指令値を更新することを特徴とする請求項１乃至請求項１４の何れか一項に記載の車両走行支援装置。
【請求項１６】
前記第１制御指令値演算手段及び前記第２制御指令値演算手段は、前記第１制御指令値及び前記第２制御指令値として、自車両の操舵角を制御する値を演算することを特徴とする請求項１乃至請求項１５の何れか一項に記載の車両走行支援装置。
【請求項１７】
前記第１制御指令値演算手段及び前記第２制御指令値演算手段は、前記第１制御指令値及び前記第２制御指令値として、自車両の制動力を制御する値を演算することを特徴とする請求項１乃至請求項１５の何れか一項に記載の車両走行支援装置。
【請求項１８】
前記第１制御指令値演算手段及び前記第２制御指令値演算手段は、前記第１制御指令値及び前記第２制御指令値として、自車両の左右制動力差を制御する値を演算することを特徴とする請求項１乃至請求項１５の何れか一項に記載の車両走行支援装置。
【請求項１９】
自車両の運動を制御する制御指令値を演算して車両の走行を支援する車両走行支援方法において、
第１時刻において、当該第１時刻における第１制御指令値を演算する処理と、当該第１時刻における自車両運動状態及び障害物状態に基づいて第１時刻から所定時間後の第２時刻における自車両運動状態及び障害物状態を予測する処理と、当該予測された第２時刻における自車両運動状態及び障害物状態に基づいて第２時刻以降の第２制御指令値を演算する処理とを行い、
第２時刻において、実際に検出された自車両運動状態及び障害物状態と、前記第１時刻において予測された第２時刻の自車両運動状態及び障害物状態とを比較して、予測した自車両運動状態及び障害物状態の予測適切度を判定し、当該判定された予測適切度に基づいて、第２時刻以降の実際の制御指令値として前記第１制御指令値又は前記第２制御指令値を出力すること
を特徴とする車両走行支援方法。
【請求項１】
自車両の運動を制御する制御指令値を演算して車両の走行を支援する車両走行支援装置において、
自車両の運動状態を検出する自車両状態検出手段と、
前方の障害物を検出する障害物検出手段と、
所定の制御周期で第１制御指令値を演算する第１制御指令値演算手段と、
第１時刻における自車両運動状態及び障害物状態に基づいて、第１時刻から所定時間後の第２時刻における自車両運動状態及び障害物状態を予測する将来状態予測手段と、
第１時刻において予測された第２時刻における自車両運動状態及び障害物状態に基づいて、前記第２時刻以降の第２制御指令値を演算する第２制御指令値演算手段と、
第１時刻において予測された第２時刻の自車両運動状態及び障害物状態と第２時刻において実際に検出された自車両運動状態及び障害物状態とを比較して、前記将来状態予測手段による自車両運動状態及び障害物状態の予測適切度を判定する予測適切度評価手段と、
前記予測適切度評価手段により判定された予測適切度に基づいて、第２時刻以降の実際の制御指令値として前記第１制御指令値又は前記第２制御指令値を出力する制御指令値出力手段と
を備えることを特徴とする車両走行支援装置。
【請求項２】
障害物を回避するために制御指令値を演算する必要性を判定する判定手段を備え、
前記判定手段により制御指令値を演算する必要性があることが判定された場合に、少なくとも前記第１制御指令値を演算することを特徴とする請求項１に記載の車両走行支援装置。
【請求項３】
障害物を回避するために前記第２制御指令値を演算する必要性を判定する判定手段を備え、
前記判定手段により前記第２制御指令値を演算する必要性がないことが判定された場合には前記第１制御指令値のみを演算して前記制御指令値出力手段から出力し、前記判定手段により前記第２制御指令値を演算する必要性があることが判定された場合には前記第１制御指令値又は前記第２制御指令値を前記制御指令値出力手段から出力すること
を特徴とする請求項１に記載の車両走行支援装置。
【請求項４】
前記第１制御指令値演算手段は、前記自車両運動状態及び前記障害物状態に対応して第１制御指令値を格納した対応マップを参照して、前記第１制御指令値を演算することを特徴とする請求項１に記載の車両走行支援装置。
【請求項５】
運転者の運転操作を検出する運転操作検出手段を備え、
前記第１制御指令値演算手段は、前記運転操作検出手段により検出された運転者の運転操作に基づいて第１制御指令値を演算することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の車両走行支援装置。
【請求項６】
前記将来状態予測手段は、前記第１制御指令値又は前記第２制御指令値に対して変動する車両運動を記述した車両運動モデルを用いて前記自車両運動状態を予測する処理を反復して行って前記第２時刻における前記自車両運動状態を予測することを特徴とする請求項１に記載の車両走行支援装置。
【請求項７】
前記将来状態予測手段は、運転者の運転操作を予測する運転操作予測手段を含み、当該予測された運転操作に基づいて前記第２時刻における前記自車両運動状態を予測することを特徴とする請求項６に記載の車両走行支援装置。
【請求項８】
前記将来状態予測手段は、前記第２制御指令値演算手段による第２制御指令値の演算所要時間を予測し、当該予測した演算所要時間が経過した時刻よりも後の時刻に前記第２時刻を設定して、当該第２時刻以降の自車両運動状態及び障害物状態を予測することを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の車両走行支援装置。
【請求項９】
前記第２制御指令値演算手段は、前記第２制御指令値に対する車両運動の適切さを評価する評価関数を用いて、所定期間に亘って自車両の運動を制御する第２制御指令値の時系列信号を演算することを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載の車両走行支援装置。
【請求項１０】
自車両が走行する道路境界を検出する道路境界検出手段を備え、
前記評価関数は、前記障害物及び道路境界に対する自車両の接近度合いを評価する評価項を含み、
前記第２制御指令値演算手段は、前記道路境界の範囲内で自車両が障害物を回避する第２制御指令値の時系列信号を演算することを特徴とする請求項９に記載の車両走行支援装置。
【請求項１１】
前記予測適切度評価手段は、予測した自車両運動状態及び障害物状態と、検出された自車両運動状態及び障害物状態との誤差と所定値との大きさを判定し、
前記制御指令値出力手段は、前記予測適切度評価手段により前記誤差が所定値よりも小さいことが判定された場合に、前記第１制御指令値演算手段により演算された第１制御指令値を、前記第２制御指令値演算手段により演算された第２制御指令値に置き換えること
を特徴とする請求項１乃至請求項１０の何れか一項に記載の車両走行支援装置。
【請求項１２】
前記予測適切度評価手段は、予測した自車両運動状態及び障害物状態と、検出された自車両運動状態及び障害物状態との誤差と所定値との大きさを判定し、
前記制御指令値出力手段は、前記予測適切度評価手段により前記誤差が所定値よりも大きいことが判定された場合に、前記第１制御指令値演算手段により演算された第１制御指令値と前記第２制御指令値演算手段により演算された第２制御指令値を比較した結果に基づいて、前記第１制御指令値又は前記第２制御指令値を出力することを特徴とする請求項１乃至請求項１１の何れか一項に記載の車両走行支援装置。
【請求項１３】
前記予測適切度評価手段は、第１時刻において前記第２制御指令値演算手段により演算された第２時刻における第２制御指令値で特定される障害物の回避方向と、当該第２時刻において検出された運転者の操舵状態から推測される障害物の回避方向と比較し、
前記制御指令値出力手段は、前記予測適切度評価手段により比較された双方の回避方向が異なる場合には、当該第２制御指令値を実際の制御指令値として出力しないこと
を特徴とする請求項１乃至請求項１０の何れか一項に記載の車両走行支援装置。
【請求項１４】
前記予測適切度評価手段は、予測した自車両運動状態及び障害物状態と、検出された自車両運動状態及び障害物状態との誤差と所定値との大きさを判定し、
前記制御指令値出力手段は、前記予測適切度評価手段により前記誤差が所定値よりも大きいことが判定された場合に、前記第１制御指令値を実際の制御指令値として出力し、前記将来状態予測手段及び前記第２制御指令値演算手段により、前記第２時刻以降の時刻における第２制御指令値の演算を開始させて、当該第２時刻以降において、前記予測適切度に基づいて第１制御指令値又は第２制御指令値を出力することを特徴とする請求項１乃至請求項１０の何れか一項に記載の車両走行支援装置。
【請求項１５】
前記第２制御指令値演算手段は、前記第２制御指令値の演算を繰り返して行うことによって当該第２制御指令値を更新することを特徴とする請求項１乃至請求項１４の何れか一項に記載の車両走行支援装置。
【請求項１６】
前記第１制御指令値演算手段及び前記第２制御指令値演算手段は、前記第１制御指令値及び前記第２制御指令値として、自車両の操舵角を制御する値を演算することを特徴とする請求項１乃至請求項１５の何れか一項に記載の車両走行支援装置。
【請求項１７】
前記第１制御指令値演算手段及び前記第２制御指令値演算手段は、前記第１制御指令値及び前記第２制御指令値として、自車両の制動力を制御する値を演算することを特徴とする請求項１乃至請求項１５の何れか一項に記載の車両走行支援装置。
【請求項１８】
前記第１制御指令値演算手段及び前記第２制御指令値演算手段は、前記第１制御指令値及び前記第２制御指令値として、自車両の左右制動力差を制御する値を演算することを特徴とする請求項１乃至請求項１５の何れか一項に記載の車両走行支援装置。
【請求項１９】
自車両の運動を制御する制御指令値を演算して車両の走行を支援する車両走行支援方法において、
第１時刻において、当該第１時刻における第１制御指令値を演算する処理と、当該第１時刻における自車両運動状態及び障害物状態に基づいて第１時刻から所定時間後の第２時刻における自車両運動状態及び障害物状態を予測する処理と、当該予測された第２時刻における自車両運動状態及び障害物状態に基づいて第２時刻以降の第２制御指令値を演算する処理とを行い、
第２時刻において、実際に検出された自車両運動状態及び障害物状態と、前記第１時刻において予測された第２時刻の自車両運動状態及び障害物状態とを比較して、予測した自車両運動状態及び障害物状態の予測適切度を判定し、当該判定された予測適切度に基づいて、第２時刻以降の実際の制御指令値として前記第１制御指令値又は前記第２制御指令値を出力すること
を特徴とする車両走行支援方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１３】
【公開番号】特開２０１０−１７３６１６（Ｐ２０１０−１７３６１６Ａ）
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１７６６（Ｐ２００９−２１７６６）
【出願日】平成２１年２月２日（２００９．２．２）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月２日（２００９．２．２）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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