車両運動制御装置及びプログラム
【課題】簡単な構成のマップを用いて、移動する障害物を回避するための車体合成力及び回避軌道を導出する。
【解決手段】障害物を回避直後の速度方向及び車体合成力の最大値を設定し、自車両の速度のｘ成分ｖｘ０、ｙ成分ｖｙ０、障害物の速度のｙ成分Ｚｖ、位置のｙ成分Ｚ０、及び車体合成加速度の最大値Ｆ０／ｍを用いた各々異なる３つのパラメータを演算し、３つのパラメータと、障害物を回避しながら設定した速度方向に移動する際、車体前後方向の移動距離を最小化する車体合成力を求めるために導入した第１の導入パラメータν１の特定仮定下での値ν１’との関係、第２の導入パラメータν２の特定仮定下での値ν２’との関係、障害物の回避に要する時間ｔｅの特定仮定下での時間ｔｅ’との関係を定めた最短３次元マップを用いて、障害物を回避しながら設定した速度方向に移動する際、車体前後方向の移動距離を最小化する車体合成力を導出する。
【解決手段】障害物を回避直後の速度方向及び車体合成力の最大値を設定し、自車両の速度のｘ成分ｖｘ０、ｙ成分ｖｙ０、障害物の速度のｙ成分Ｚｖ、位置のｙ成分Ｚ０、及び車体合成加速度の最大値Ｆ０／ｍを用いた各々異なる３つのパラメータを演算し、３つのパラメータと、障害物を回避しながら設定した速度方向に移動する際、車体前後方向の移動距離を最小化する車体合成力を求めるために導入した第１の導入パラメータν１の特定仮定下での値ν１’との関係、第２の導入パラメータν２の特定仮定下での値ν２’との関係、障害物の回避に要する時間ｔｅの特定仮定下での時間ｔｅ’との関係を定めた最短３次元マップを用いて、障害物を回避しながら設定した速度方向に移動する際、車体前後方向の移動距離を最小化する車体合成力を導出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両運動制御装置及びプログラムに係り、特に、簡単な構成のマップを用いて移動する障害物を回避するための車体合成力及び回避軌道を導出する車両運動制御装置及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車体に加える目標合成力と、各車輪の限界摩擦円の大きさから推定される限界合成力との比をμ利用率として設定し、限界摩擦円の大きさとμ利用率とからタイヤ発生力の大きさ、及び各制御対象車輪で発生するタイヤ発生力の方向を設定し、設定されたタイヤ発生力の大きさ、及び設定されたタイヤ発生力の方向に基づいて、各制御対象車輪の操舵と制動又は操舵と駆動との協調制御を行なう車両制御装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
また、車両よりも前方の道路上に存在する障害物を回避するための回避操作量を、車両に生じる加速力、減速力及び横力の合成力が車両のタイヤのグリップ力の最大値よりも小さくなる範囲内で算出する回避操作算出装置が提案されている（特許文献２参照）。
【０００４】
また、車両が走行する道路上に存在する障害物を検出し、検出現時刻から評価終了時刻後の自車両の予測位置及び外部環境に基づいて、自車両の回避後の目標姿勢角を設定し、現時刻の外部環境及び障害物の状態量に基づいてリスクポテンシャル関数を設定し、そのリスクと運転操作量の時間積分値、目標姿勢角と自車両の姿勢角との差などに基づく評価値を算出し、評価値が最小となる軌道を導出する回避操作算出装置が提案されている（特許文献３参照）。
【０００５】
また、自車両と障害物との間の距離及び自車両の障害物に対する相対速度、そして回避するための横移動距離に基づいて定まる物理量を導入し、その物理量と自車両の重量及び車体合成力の最大値により最短距離で回避するための車体合成力の向きを導出するマップを予め記憶しておき、直進制動での最短回避距離と単純横移動における最短回避距離と、現時刻の自車両と障害物の状態に基づいてマップより得られる最短回避距離を比較して、最も短くなる回避軌道を選択し、その軌道に基づいて現時刻の車体合成力を算出する車両制御装置が提案されている（特許文献４参照）。
【０００６】
また、ロボットの位置、ロボットが到達目標とする目標到達位置、ロボットが目標到達位置へ到達する時に目標とする目標速度、及びロボットの制限最高速度又は制限最高加速度の各値を用いて、ロボットが制限最高速度又は制限最高加速度を越えない速度をとると共にロボットの初期位置から目標位置へ到達するのに要する時間が等しい軌道の中ではロボットの加速度の二乗総和が最小となるようにするロボットの制御装置が提案されている（特許文献５参照）。
【０００７】
また、車両がスタート位置Ｐに停止したとき、物体検出手段で検出した周囲の物体の状況から最適目標位置と、最適目標位置を通る一定半径ｒの円弧よりなる第１の移動軌跡とを設定し、第１の移動軌跡上に所定位置Ｓを選択し、スタート位置Ｐから所定位置Ｓまでの第２の移動軌跡を設定し、所定位置Ｓは、第２の移動軌跡での車両の移動距離が最小になるように選択される車両の自動操舵装置が提案されている（特許文献６参照）。
【０００８】
また、自車両と障害物との間の距離、自車両の障害物に対する相対速度、及び回避するための目標位置に基づいて定まる物理量を導入し、その物理量により回避動作時に最大値が最小となる車体合成力の向きと大きさを出力するマップを予め記憶しておき、そのマップより現時刻の車体合成力を求めて車両運動を制御する車両運動制御装置が提案されている（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−２４９９７１号公報
【特許文献２】特開２００７−２５３７４６号公報
【特許文献３】特開２００７−２５３７４５号公報
【特許文献４】特開２００６−３４７２３６号公報
【特許文献５】特開平７−３２２７７号公報
【特許文献６】特開２００１−０６３５９７号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】日本機械学会、第１８回交通・物流部門大会講演論文集、障害物回避のための車両の最適軌道制御、ｐｐ．１４５−１４８（２００９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１の技術では、目標の車体合成力が与えられた場合に、最適な各輪のタイヤ発生力を導出しているが、所望の速度方向を考慮して、移動体を回避しながら縦移動距離を最小化する、または車体合成力の最大値を最小化する軌道の導出方法は記載されていない。
【００１２】
また、特許文献２の技術では、所望の位置に到達する車体合成力を導出しているが、所望の速度方向を考慮して、移動体を回避しながら縦移動距離を最小化する、または車体合成力の最大値を最小化する軌道の導出方法は記載されていない。
【００１３】
また、特許文献３の技術では、所望の位置及び姿勢角に近づく軌道を導出しているものの、移動体の速度を考慮しつつリスクポテンシャル関数を設定して所望の位置付近に到達する車体合成力を導出しているため、所望の速度方向を考慮して、移動体を回避しながら縦移動用距離を最小化する、または車体合成力の最大値を最小化する軌道を導出しているとはいえない。
【００１４】
また、特許文献４の技術では、自車両の障害物に対する相対速度、回避するための横移動距離、車重、及び車体合成力の最大値が設定された場合に、回避距離を最短にする回避軌道を導出しているが、道路に対する所望の速度方向を考慮して、移動体を回避しながら縦移動距離を最小化する、または車体合成力の最大値を最小化する軌道の導出方法は記載されていない。
【００１５】
また、特許文献５の技術では、ロボットを所望の位置及び速度に到達させる上で加速度の２乗和が最小化される軌道を導出しているが、所望の速度方向を考慮して、移動体を回避しながら縦移動距離を最小化する、または車体合成力の最大値を最小化する軌道の導出方法は記載されていない。
【００１６】
また、特許文献６の技術では、自車両を所望の位置に到達させるための移動距離を最小にする軌道を導出しているが、所望の速度方向を考慮して、移動体を回避しながら縦移動距離を最小化する、または車体合成力の最大値を最小化する軌道の導出方法は記載されていない。
【００１７】
また、非特許文献１の技術では、相対的な意味における所望の位置及び速度方向に対して車体合成力の最大値を最小化する軌道を導出し、その軌道に基づいたマップを記憶しておくことで現時刻の車体合成力を導出しているが、道路に対する所望の速度方向に対して、移動体を回避しながら縦移動距離を最小化する、または車体合成力の最大値を最小化する軌道の導出方法は記載されていない。
【００１８】
本発明は、簡単な構成のマップを用いて、道路に対する所望の速度方向を考慮して、移動する障害物を回避しながら縦移動距離を最小化する、または車体合成力の最大値を最小化する車体合成力及び回避軌道を導出することができる車両運動制御装置及びプログラム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】
【００１９】
上記目的を達成するために、第１の発明の車両運動制御装置は、自車両の位置及び速度、障害物の位置及び速度を含む状態量を検出する検出手段と、前記障害物を回避直後の自車両の速度方向、及び車体合成力の最大値を設定する設定手段と、・前記速度方向を車体前後方向として、前記障害物が車体横方向に等速運動すると仮定して、前記自車両の速度の車体前後方向の成分ｖｘ０、前記自車両の速度の車体横方向の成分ｖｙ０、前記障害物の速度の車体横方向の成分Ｚｖ、前記自車両の現時刻の位置に対する前記障害物の位置の車体横方向の成分Ｚ０、及び車体合成加速度の最大値Ｆ０／ｍを用いた各々異なる３つのパラメータと、前記障害物を回避しながら前記速度方向に移動する際、車体前後方向の移動距離を最小化する車体合成力を求めるために導入した第１の導入パラメータν１の、前記成分ｖｘ０、前記成分ｖｙ０、前記成分Ｚｖ、前記成分Ｚ０、及び前記最大値Ｆ０／ｍのうち前記３つのパラメータに応じた２つが特定値であるとの仮定の下での値ν１’と、の関係を定めた第１の３次元マップ、・前記３つのパラメータと、前記障害物を回避しながら前記速度方向に移動する際、車体前後方向の移動距離を最小化する車体合成力を求めるために導入した前記第１の導入パラメータν１と異なる第２の導入パラメータν２の、前記仮定の下での値ν２’と、の関係を定めた第２の３次元マップ、並びに・前記３つのパラメータと、前記障害物の回避に要する時間ｔｅの、前記仮定の下での時間ｔｅ’と、の関係を定めた第３の３次元マップからなる最短３次元マップを記憶した記憶手段と、前記検出手段で検出された状態量及び前記設定手段で設定された車体合成力の最大値に基づいて前記３つのパラメータを演算し、演算された３つのパラメータ及び前記最短３次元マップを用いて、前記障害物を回避しながら前記速度方向に移動する際、車体前後方向の移動距離を最小化する車体合成力を導出する導出手段と、を含んで構成されている。
【００２０】
また、第２の発明の車両運動制御装置は、自車両の位置及び速度、障害物の位置及び速度を含む状態量を検出する検出手段と、前記障害物を回避直後の自車両の速度方向、及び車体合成力の最大値を設定する設定手段と、・前記速度方向を車体前後方向として、前記障害物が車体横方向に等速運動すると仮定して、前記自車両の速度の車体前後方向の成分ｖｘ０、前記自車両の速度の車体横方向の成分ｖｙ０、前記障害物の速度の車体横方向の成分Ｚｖ、前記自車両の現時刻の位置に対する前記障害物の位置の車体横方向の成分Ｚ０、及び車体合成加速度の最大値Ｆ０／ｍを用いた各々異なる３つのパラメータと、前記障害物を回避しながら前記速度方向に移動する際、車体前後方向の移動距離を最小化する車体合成加速度の方向θの、前記成分ｖｘ０、前記成分ｖｙ０、前記成分Ｚｖ、前記成分Ｚ０、及び前記最大値Ｆ０／ｍのうち前記３つのパラメータに応じた２つが特定値であるとの仮定の下での方向θ’と、の関係を定めた最短３次元マップを記憶した記憶手段と、前記検出手段で検出された状態量及び前記設定手段で設定された車体合成力の最大値に基づいて前記３つのパラメータを演算し、演算された３つのパラメータ及び前記最短３次元マップを用いて、前記障害物を回避しながら前記速度方向に移動する際、車体前後方向の移動距離を最小化する現時刻の車体合成力を導出する導出手段と、を含んで構成されている。
【００２１】
また、第３の発明の車両運動制御装置は、自車両の位置及び速度、障害物の位置及び速度を含む状態量を検出する検出手段と、前記障害物を回避直後の自車両の速度方向を設定する設定手段と、・前記速度方向を車体前後方向として、前記障害物が車体横方向に等速運動すると仮定して、前記自車両の速度の車体前後方向の成分ｖｘ０、前記自車両の速度の車体横方向の成分ｖｙ０、前記障害物の速度の車体横方向の成分Ｚｖ、前記自車両の現時刻の位置に対する前記障害物の位置の車体横方向の成分Ｚ０、及び前記自車両と前記障害物との距離の車体前後方向の成分Ｘｅを用いた各々異なる３つのパラメータと、前記障害物を回避しながら前記速度方向に移動する際、車体合成力の最大値を最小化する車体合成力を求めるために導入した第１の導入パラメータν１の、前記成分ｖｘ０、前記成分ｖｙ０、前記成分Ｚｖ、前記成分Ｚ０、及び前記成分Ｘｅのうち前記３つのパラメータに応じた２つが特定値であるとの仮定の下での値ν１’と、の関係を定めた第１の３次元マップ、・前記３つのパラメータと、前記障害物を回避しながら前記速度方向に移動する際、車体合成力の最大値を最小化する車体合成力を求めるために導入した前記第１の導入パラメータν１と異なる第２の導入パラメータν２の、前記仮定の下での値ν２’と、の関係を定めた第２の３次元マップ、並びに・前記３つのパラメータと、前記障害物の回避に要する時間ｔｅの、前記仮定の下での時間ｔｅ’と、の関係を定めた第３の３次元マップからなる最適３次元マップを記憶した記憶手段と、前記検出手段で検出された状態量に基づいて前記３つのパラメータを演算し、演算された３つのパラメータ及び前記最適３次元マップを用いて、前記障害物を回避しながら前記速度方向に移動する際、車体合成力の最大値を最小化する車体合成力を導出する導出手段と、を含んで構成されている。
【００２２】
また、第４の発明の車両運動制御装置は、自車両の位置及び速度、障害物の位置及び速度を含む状態量を検出する検出手段と、前記障害物を回避直後の自車両の速度方向を設定する設定手段と、・前記速度方向を車体前後方向として、前記障害物が車体横方向に等速運動すると仮定して、前記自車両の速度の車体前後方向の成分ｖｘ０、前記自車両の速度の車体横方向の成分ｖｙ０、前記障害物の速度の車体横方向の成分Ｚｖ、前記自車両の現時刻の位置に対する前記障害物の位置の車体横方向の成分Ｚ０、及び前記自車両と前記障害物との距離の車体前後方向の成分Ｘｅを用いた各々異なる３つのパラメータと、前記障害物を回避しながら前記速度方向に移動する際、車体合成力の最大値を最小化する車体合成加速度の方向θの、前記成分ｖｘ０、前記成分ｖｙ０、前記成分Ｚｖ、前記成分Ｚ０、及び前記成分Ｘｅのうち前記３つのパラメータに応じた２つが特定値であるとの仮定の下での方向θ’と、の関係を定めた第１の３次元マップ、並びに・前記３つのパラメータと、前記障害物を回避しながら前記速度方向に移動する際、車体合成力の最大値を最小化する車体合成加速度の最大値Ｆ０／ｍの、前記仮定の下での最大値Ｆ０’／ｍ’と、の関係を定めた第２の３次元マップからなる最適３次元マップを記憶した記憶手段と、前記検出手段で検出された状態量に基づいて前記３つのパラメータを演算し、演算された３つのパラメータ及び前記最適３次元マップを用いて、前記障害物を回避しながら前記速度方向に移動する際、車体合成力の最大値を最小化する現時刻の車体合成力を導出する導出手段と、を含んで構成されている。
【００２３】
また、第１及び第２の発明において、前記導出手段は、前記障害物の左側を回避する回避軌道の前記車体前後方向の移動距離の最短距離と、前記障害物の右側を回避する回避軌道の前記車体前後方向の移動距離の最短距離とを比較し、前記最短距離が小さい側の回避軌道を選択するようにすることができる。
【００２４】
また、第３及び第４の発明において、前記導出手段は、前記障害物の左側を回避する回避軌道の車体合成力の最大値と、前記障害物の右側を回避する回避軌道の車体合成力の最大値とを比較し、前記車体合成力の最大値が小さい側の回避軌道を選択するようにすることができる。
【００２５】
また、前記検出手段は、前記自車両の速度、前記自車両に対する前記障害物の相対距離及び相対速度を検出するようにすることができる。
【００２６】
また、前記導出手段で導出された前記車体合成力に基づいて、操舵角、制動力、及び駆動力の少なくとも一つを制御する制御手段を更に含んで構成することができる。
【００２７】
また、前記導出手段で導出された前記車体合成力に基づいて、ドライバに車両運動状態を報知する報知手段を更に含んで構成することができる。
【００２８】
また、第５の発明の車両運動制御プログラムは、コンピュータを、第１〜第４の発明の車両運動制御装置を構成する各手段として機能させるためのプログラムである。
【発明の効果】
【００２９】
以上説明したように、本発明によれば、移動する障害物を回避しながら道路に対する所望の速度方向に移動する際に、縦移動距離を最小化する、または車体合成力の最大値を最小化する車体合成力及び回避軌道を導出するための障害物の速度を考慮した簡単な構成の３次元マップを用いて車体合成力及び回避軌道を導出するため、障害物が移動する場合でも、障害物を回避しながら道路に対する所望の速度方向に移動する際に、縦移動距離を最小化する、または車体合成力の最大値を最小化する車体合成力及び回避軌道を導出することができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】車両運動制御の概略を示す図である。
【図２】ｘｙ座標の設定を説明するための図である。
【図３】第１の実施の形態の車両運動制御装置で用いられる最短３次元マップを表す線図である。
【図４】第１の実施の形態の車両運動制御装置の構成を示すブロック図である。
【図５】第１の実施の形態の車両運動制御ルーチンの内容を示すフローチャートである。
【図６】第２の実施の形態の車両運動制御装置で用いられる最短３次元マップを表す線図である。
【図７】第２の実施の形態の車両運動制御ルーチンの内容を示すフローチャートである。
【図８】第３の実施の形態の車両運動制御装置で用いられる最適３次元マップを表す線図である。
【図９】第３の実施の形態の車両運動制御装置で用いられる最適３次元マップの他の例を表す線図である。
【図１０】第３の実施の形態の車両運動制御ルーチンの内容を示すフローチャートである。
【図１１】第４の実施の形態の車両運動制御装置で用いられる最適３次元マップを表す線図である。
【図１２】第４の実施の形態の車両運動制御装置で用いられる最適３次元マップの他の例を表す線図である。
【図１３】第４の実施の形態の車両運動制御ルーチンの内容を示すフローチャートである。
【図１４】左側回避と右側回避との対称性を説明するための図である。
【図１５】第５の実施の形態の車両運動制御ルーチンの内容を示すフローチャートである。
【図１６】第５の実施の形態の車両運動制御ルーチンの他の例の内容を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。本実施の形態では、車両が走行する道路上において移動する障害物を回避する場合を想定し、回避直後の位置を障害物の横（障害物の移動方向の延長線上）を通過する位置とし、その回避直後の位置における速度方向を車体前後方向とする場合について説明する。
【００３２】
第１の実施の形態では、障害物の速度を検出して、設定された車体合成力の最大値内で車体合成力を発生させて障害物を回避しながら道路に対する所望の速度方向に移動する際に、縦移動距離を最小化する車体合成力及び回避軌道を導出する場合について説明する。
【００３３】
図１に示すように、設定したｘｙ座標での時刻ｔ（現時刻をｔ＝０として、現時刻からｔ秒後）における車体合成加速度のｘ成分をｕｘ（ｔ）、車体合成加速度のｙ成分をｕｙ（ｔ）、車体合成力の大きさをＦ（ｔ）、車体合成力の方向をθ０（ｔ）、及び自車両の重量をｍとすると、車体合成加速度ｕｘ（ｔ）及びｕｙ（ｔ）は、下記（１）式及び（２）式で示される。また、（１）式及び（２）式を積分して、下記（３）式及び（４）式に示すように、自車両の路面に対する速度のｘ成分ｖｘ（ｔ）、及び速度のｙ成分ｖｙ（ｔ）が得られる。また、（３）式及び（４）式を積分して、下記（５）式及び（６）式に示すように、自車両のｔ秒後のｘ軸方向の位置Ｘ（ｔ）、及びｙ軸方向の位置Ｙ（ｔ）が得られる。このＸ（ｔ）及びＹ（ｔ）により回避軌道が得られる。
【００３４】
【数１】
【００３５】
なお、ｘｙ座標は、ｔ＝０における自車両の位置を原点とし、障害物の横を通過する位置における速度方向（車体前後方向）をｘ軸、ｘ軸に直交する軸（車体横方向）をｙ軸として設定する（図２参照）。
【００３６】
そして、現時刻（ｔ＝０）における自車両の路面に対する速度をｖｘ（０）＝ｖｘ０、ｖｙ（０）＝ｖｙ０、自車両に対する障害物の相対的な位置を（Ｘｅ，Ｚ０）、及び障害物の道路に対する速度をＺｖとした場合に、車体合成力の最大値Ｆ０＝ｍａｘＦ（ｔ）を設定した場面において、ｖｘ０、ｖｙ０及びＺｖをパラメータとする縦移動距離を最小化するための３次元マップ（以下、最短３次元マップという）を用いて、所望の速度方向に対して縦移動距離を最小化する車体合成加速度ｕｘ（ｔ）及びｕｙ（ｔ）（（１）式、及び（２）式）を導出する。
【００３７】
ここで、図１に示すように、自車両及び障害物の速度及びｘ方向の相対距離が既知の場合において、最適軌道を求める３次元マップの導出例について説明する。
【００３８】
まず、ｘ１＝Ｘ（ｔ）、ｘ２＝ｖｘ（ｔ）、x３＝Ｙ（ｔ）、ｘ４＝ｖｙ（ｔ）、ｕ１＝ｕｘ（ｔ）、ｕ２＝ｕｙ（ｔ）とおくと、（１）式及び（２）式の運動方程式は、下記（７）式及び（８）式のような状態方程式に変形できる。なお、Ｔはベクトル及び行列の転置記号である。
【００３９】
【数２】
【００４０】
また、設定された座標軸上において、検出された障害物の速度がＺｖ、位置がＺ０の場合で、障害物がｙ軸方向に等速直線運動すると仮定すると、時刻ｔにおける障害物のｙ軸方向の位置は、下記（９）式で表される。
【００４１】
【数３】
【００４２】
次に、設定された車体合成力の最大値Ｆ０の範囲内で、障害物を回避しながら縦移動距離を最小化する最適制御問題として考えると、現時刻をｔ＝０とし、回避に要する時間をｔｅとおいて、評価関数Ｉを下記（１０）式で表した場合、下記（１１）式で表される終端条件、及び下記（１２）式で表される車体合成力の大きさに関する入力制約条件の下で、評価関数Ｉを最小化する制御入力を求めよという制御問題に帰着される。
【００４３】
【数４】
【００４４】
この最適制御問題を公知の技術（特開２００７-２８３９１０号公報等）を参考に解いていく。まず、ラグランジュ乗数関数ベクトルψ（ｔ）、λ（ｔ）、ハミルトン関数Ｈを下記（１４）式のようにおくと、オイラー方程式を用いて最適解ｘｏ（ｔ），ｕｏ（ｔ）は、下記（１５）〜（１７）式を満足する。
【００４５】
【数５】
【００４６】
また、終端条件に関しては、Ｓ（ｘ，ｔ）＝ｘ１（ｔ）とおき、定数ベクトルν＝（ν１，ν２）Ｔを導出することで、下記（１８）式及び（１９）式のような関係が成り立つ。
【００４７】
【数６】
【００４８】
ただし、（１４）式〜（１９）式内の右下添え字ｘ，ｕ，ｔは偏微分を意味する。
【００４９】
ここで、（１５）〜（１７）式を変形すると、下記（２０）〜（２２）式のような関係が得られる。
【００５０】
【数７】
【００５１】
また、終端条件より、下記（２３）式及び（２４）式を用いて、下記（２５）式及び（２６）式の関係が得られる。
【００５２】
【数８】
【００５３】
（２１）式及び（２２）式より、下記（２７）式が得られ、ｕｏ（ｔ）は下記（２８）式となる。
【００５４】
【数９】
【００５５】
また（２０）式及び（２５）式によりψ（ｔ）を求めると下記（２９）式となり、ｘ２（ｔ）の終端は（２６）式より下記（３０）式の関係を満たすので、下記（３１）式の終端条件が新たに出てくる。
【００５６】
【数１０】
【００５７】
このとき、制御問題は下記（３２）式のように書き換えられる。
【００５８】
【数１１】
【００５９】
（３２）式を（７）式及び（８）式のｕ（ｔ）に代入して時間積分し、初期条件（（７）式の第２式）と終端条件（（１１）式及び（３１）式を適用すると、ｔｅ、ν１、ν２を導出する非線形方程式（下記（３３）式〜（３６）式））が求まる。なお、ν１及びν２は本発明の第１の導入パラメータ及び第２の導入パラメータに相当する。
【００６０】
（３２）式において必要となるｔｅ、ν１、ν２は、（３３）式〜（３５）式の非線形方程式にｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｆ０、Ｚ０及びＺｖを代入して解くことにより得られる。また、最小の縦移動距離Ｘｓは、（３６）式の関係を満たす。
【００６１】
【数１２】
【００６２】
上記非線形方程式は、移動する障害物の速度を考慮しているため、公知の技術（特開２００７−２８３９１０号公報等）の非線形方程式とは（３３）式の右辺、及び（３５）式の左辺の最終項が異なっている。ただし、この場合も公知の演算ソフトウエアで十分計算可能である。この方程式の解を求めるために、低次元化したマップを導出する。
【００６３】
まず、（３３）〜（３５）式に着眼して、任意の正数ａを導入して下記（３７）式の関係を満足する２組のパラメータＰ及びＰ’を考えると、Ｐ及びＰ’に対応する解｛ν１、ν２、ｔｅ｝及び｛ν１’、ν２’、ｔｅ’｝は、下記（３８）式の関係を満たす。
【００６４】
【数１３】
【００６５】
（３７）式の最後の式より、ａを下記（３９）式のようにおくと、（３７）式よりｖｘ０’、ｖｙ０’及びＺｖ’は下記（４０）式のように変形できる。
【００６６】
【数１４】
【００６７】
この関係より、Ｆ０’／ｍ’及びＺ０’に任意の正数を設定することにより、現時刻のパラメータＰによってｖｘ０’、ｖｙ０’及びＺｖ’が求まる。よって、Ｆ０’／ｍ’及びＺ０’をある値に設定した場合において、ｖｘ０’、ｖｙ０’及びＺｖ’をパラメータとした｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝の最短３次元マップを予め用意しておけばよい。なお、このＦ０’／ｍ’及びＺ０’の値はマップ作成時に設計者が自由に設定できる。
【００６８】
ここでは、一例として、Ｆ０’／ｍ’＝Ｚ０’＝１とした場合のｖｘ０’、ｖｙ０’及びＺｖ’に関する最短３次元マップを作成する。図３に示すように、ｖｘ０’、ｖｙ０’及びＺｖ’をパラメータとして（３３）式〜（３５）式に基づいて得られるν１’の値をマッピングした第１の３次元マップ、ν２’の値をマッピングした第２の３次元マップ、及びｔｅ’の値をマッピングした第３の３次元マップを作成する。また、例えば、Ｚｖ’について、Ｚｖ’＝ｖａ’、Ｚｖ’＝ｖｂ’、Ｚｖ’＝ｖｃ’の３値（ｖａ’＜ｖｂ’＜ｖｃ’）を用い、ｖａ’〜ｖｂ’間、及びｖｂ’〜ｖｃ’間は、各々線形近似などで内挿する。ただし、この図３では、ｖｙ０’軸方向において相対速度ｖｙ０’−Ｚｖ’を用いてマッピングしている。
【００６９】
そして、これらのマップを用いて｛ν１，ν２，ｔｅ｝を求めるには、Ｆ０’／ｍ’＝Ｚ０’＝１、既知のｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｚ０、Ｚｖ及びＦ０から（４０）式に従ってパラメータｖｘ０’、ｖｙ０’及びＺｖ’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝を各３次元マップから得て、（３８）式及び（３９）式に従って｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝を｛ν１，ν２，ｔｅ｝に変換し、（３２）式に適用して入力の時間関数を得る。また、（３６）式に代入して最小の縦移動距離Ｘｓを演算する。
【００７０】
ただし、Ｚ０＜０の場合は、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｚｖ→−Ｚｖ、Ｚ０→−Ｚ０に変換して、最短３次元マップより｛−ν１’，−ν２’，ｔｅ’｝を求め、−ν１’→ν１’、−ν２’→ν２’の処理を行って｛ν１，ν２，ｔｅ｝を得ればよい。
【００７１】
この結果、現時刻の障害物の位置及び速度から、設定された車体合成力の最大値内で車体合成力を発生させて、移動する障害物を回避しながら所望の速度方向に対して縦移動距離を最小化する制御入力関数が得られ、また（１）式〜（６）式の積分計算により回避軌道が導出される。
【００７２】
なお、上記の最短３次元マップではパラメータｖｘ０’、ｖｙ０’及びＺｖ’を（４０）式のように定め、Ｆ０’／ｍ’＝Ｚ０’＝１とした場合について説明したが、このパラメータの取り方は、上記以外にも複数存在する。例えば、任意の正数ａを（３７）式の第１式より下記（４１）式のようにおくと、（３７）式よりｖｙ０’、Ｚｖ’及びＺ０’は下記（４２）式のように変形できる。
【００７３】
【数１５】
【００７４】
この関係より、Ｆ０’／ｍ’及びｖｘ０’にある正数を設定することにより、現時刻のパラメータＰによってｖｙ０’、Ｚｖ’及びＺ０’が求まる。よって、Ｆ０’／ｍ’及びｖｘ０’をある値に設定した場合において、ｖｙ０’、Ｚｖ’及びＺ０’をパラメータとした｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝の最短３次元マップを予め用意しておけばよい。なお、このＦ０’／ｍ’及びｖｘ０’の値はマップ作成時に設計者が自由に設定できる。一例として、Ｆ０’／ｍ’＝ｖｘ０’＝１とした場合のｖｙ０’、Ｚｖ’及びＺ０’を変数として、（３３）式〜（３５）式の非線形方程式を解き、その解である｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝の最短３次元マップを作成する。
【００７５】
そして、この最短３次元マップを用いて｛ν１，ν２，ｔｅ｝を求めるには、Ｆ０’／ｍ’＝ｖｘ０’＝１、既知のｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｚ０、Ｚｖ及びＦ０から（４２）式に従ってパラメータｖｙ０’、Ｚｖ’及びＺ０’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝を最短３次元マップから得て、（３８）式及び（４１）式に従って｛ν１，ν２，ｔｅ｝に変換する。
【００７６】
なお、この最短３次元マップの領域は、ｖｙ０’、Ｚｖ’及びＺ０’のいずれかにおいて０以上に限定してもよい。例えば、Ｚ０≧０の最短３次元マップを作成した場合は、検出値がＺ０＜０であったとしても、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｚｖ→−Ｚｖ、Ｚ０→−Ｚ０に変換して最短３次元マップより｛−ν１’，−ν２’，ｔｅ’｝を求め、さらに−ν１’→ν１’、−ν２’→ν２’の処理を行えば｛ν１，ν２，ｔｅ｝が得られる。
【００７７】
また、別のパラメータを用いる場合として、（４２）式の第３式を下記（４３）式のように変形すると、（４１）式のａは、下記（４４）式のように変形される。
【００７８】
【数１６】
【００７９】
この関係より、ｖｘ０’及びＺ０’にある正数を設定することにより、現時刻のパラメータＰによってＦ０’／ｍ’、ｖｙ０’及びＺｖ’が求まる。よって、ｖｘ０’及びＺ０’をある値に設定した場合において、Ｆ０’／ｍ’、ｖｙ０’及びＺｖ’をパラメータとした｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝の最短３次元マップを予め用意しておけばよい。なお、このｖｘ０’及びＺ０’の値はマップ作成時に設計者が自由に設定できる。一例として、ｖｘ０’＝Ｚ０’＝１とした場合のＦ０’／ｍ’、ｖｙ０’及びＺｖ’を変数として、（３３）式〜（３５）式の非線形方程式を解き、その解である｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝の最短３次元マップを作成する。
【００８０】
そして、この最短３次元マップを用いて｛ν１，ν２，ｔｅ｝を求めるには、ｖｘ０’＝Ｚ０’＝１、既知のｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｚ０、Ｚｖ及びＦ０から（４２）式の第１式及び第２式に従ってパラメータｖｙ０’及びＺｖを演算し、（４３）式に従ってパラメータＦ０’／ｍ’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝を最短３次元マップから得て、（３８）式及び（４４）式に従って｛ν１，ν２，ｔｅ｝に変換する。ただし、Ｚ０＜０の場合には、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｚｖ→−Ｚｖ、Ｚ０→−Ｚ０に変換して最短３次元マップより｛−ν１’，−ν２’，ｔｅ’｝を求め、−ν１’→ν１’、−ν２’→ν２’の処理を行って｛ν１，ν２，ｔｅ｝を得ればよい。
【００８１】
また、別のパラメータを用いる場合として、任意の正数ａを（３７）式の第２式より下記（４５）式のようにおくと、（３７）式よりｖｘ０’、Ｚｖ’及びＺ０’は下記（４６）式のように変形できる。
【００８２】
【数１７】
【００８３】
この関係より、Ｆ０’／ｍ’及びｖｙ０’にある正数を設定することにより、現時刻のパラメータＰによって、ｖｘ０’、Ｚｖ’及びＺ０’が求まる。よって、Ｆ０’／ｍ’及びｖｙ０’をある値に設定した場合において、ｖｘ０’、Ｚｖ’及びＺ０’をパラメータとした｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝の最短３次元マップを予め用意しておけばよい。なお、このＦ０’／ｍ’及びｖｙ０’の値はマップ作成時に設計者が自由に設定できる。一例として、Ｆ０’／ｍ’＝ｖｙ０’＝１とした場合のｖｘ０’、Ｚｖ’及びＺ０’を変数として、（３３）式〜（３５）式の非線形方程式を解き、その解である｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝の最短３次元マップを作成する。
【００８４】
そして、この最短３次元マップを用いて｛ν１，ν２，ｔｅ｝を求めるには、Ｆ０’／ｍ’＝ｖｙ０’＝１、既知のｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｚ０、Ｚｖ及びＦ０から（４６）式に従ってパラメータｖｘ０’、Ｚｖ’及びＺ０’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝の最短３次元マップから得て、（３８）式及び（４５）式に従って｛ν１，ν２，ｔｅ｝に変換する。ただし、ｖｙ０＜０の場合には、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｚｖ→−Ｚｖ、Ｚ０→−Ｚ０に変換して、最短３次元マップより｛−ν１’，−ν２’，ｔｅ’｝を求め、−ν１’→ν１’、−ν２’→ν２’の処理を行って｛ν１，ν２，ｔｅ｝を得ればよい。
【００８５】
また、別のパラメータを用いる場合として、（４６）式の第３式を下記（４７）式のように変形すると、（４５）式のａは、下記（４８）式のように変形される。
【００８６】
【数１８】
【００８７】
この関係より、ｖｙ０’及びＺ０’にある値を設定することにより、現時刻のパラメータＰによってＦ０’／ｍ’、ｖｘ０’及びＺｖ’が求まる。よって、ｖｙ０’及びＺ０’をある値に設定した場合において、Ｆ０’／ｍ’、ｖｘ０’及びＺｖ’をパラメータとした｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝の最短３次元マップを予め用意しておけばよい。なお、このｖｙ０’及びＺ０’の値はマップ作成時に設計者が自由に設定できる。一例として、ｖｙ０’＝１、Ｚ０’＝±１とした場合のＦ０’／ｍ’、ｖｘ０’及びＺｖ’を変数として、（３３）式〜（３５）式の非線形方程式を解き、その解である｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝の最短３次元マップを作成する。
【００８８】
そして、この最短３次元マップを用いて｛ν１，ν２，ｔｅ｝を求めるには、ｖｙ０’＝１、Ｚ０’＝±１、既知のｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｚ０、Ｚｖ及びＦ０から（４６）式の第１式及び第２式に従ってパラメータｖｘ０’及びＺｖ’を演算し、（４７）式に従ってパラメータＦ０’／ｍ’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝を最短３次元マップから得て、（３８）式及び（４８）式に従って｛ν１，ν２，ｔｅ｝に変換する。ただし、ｖｙ０≧０、Ｚ０≧０の場合には、Ｚ０’＝１の最短３次元マップより｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝を求め、ｖｙ０≧０、Ｚ０＜０の場合には、Ｚ０’＝−１の最短３次元マップより｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝を求める。また、ｖｙ０＜０、Ｚ０≧０の場合には、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｚｖ→−Ｚｖ、Ｚ０→−Ｚ０に変換してＺ０’＝−１の最短３次元マップより｛−ν１’，−ν２’，ｔｅ’｝を求めて、−ν１’→ν１’、−ν２’→ν２’の処理を行って｛ν１，ν２，ｔｅ｝を得る。また、ｖｙ０＜０、Ｚ０＜０の場合には、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｚｖ→−Ｚｖ、Ｚ０→−Ｚ０に変換してＺ０’＝１の最短３次元マップより｛−ν１’，−ν２’，ｔｅ’｝を求めて、−ν１’→ν１’、−ν２’→ν２’の処理を行って｛ν１，ν２，ｔｅ｝を得る。
【００８９】
また、別のパラメータを用いる場合として、任意の正数ａを（３７）式の第３式より下記（４９）式のようにおくと、（３７）式よりｖｘ０’、ｖｙ０’及びＺ０’は下記（５０）式のように変形できる。
【００９０】
【数１９】
【００９１】
この関係より、Ｆ０’／ｍ’及びＺｖ’にある正数を設定することにより、現時刻のパラメータＰによって、ｖｘ０’、ｖｙ０’及びＺ０’が求まる。よって、Ｆ０’／ｍ’及びＺｖ’をある値に設定した場合において、ｖｘ０’、ｖｙ０’及びＺ０’をパラメータとした｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝の最短３次元マップを予め用意しておけばよい。なお、このＦ０’／ｍ’及びＺｖ’の値はマップ作成時に設計者が自由に設定できる。一例として、Ｆ０’／ｍ’＝Ｚｖ’＝１とした場合のｖｘ０’、ｖｙ０’及びＺ０’を変数として、（３３）式〜（３５）式の非線形方程式を解き、その解である｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝の最短３次元マップを作成する。
【００９２】
そして、この最短３次元マップを用いて｛ν１，ν２，ｔｅ｝を求めるには、Ｆ０’／ｍ’＝Ｚｖ’＝１、既知のｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｚ０、Ｚｖ及びＦ０から（５０）式に従ってパラメータｖｘ０’、ｖｙ０’及びＺ０’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝を最短３次元マップから得て、（３８）式及び（４９）式に従って｛ν１，ν２，ｔｅ｝に変換する。ただし、Ｚｖ＜０の場合には、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｚｖ→−Ｚｖ、Ｚ０→−Ｚ０に変換して、最短３次元マップより｛−ν１’，−ν２’，ｔｅ’｝を求め、−ν１’→ν１’、−ν２’→ν２’の処理を行って｛ν１，ν２，ｔｅ｝を得ればよい。
【００９３】
また、別のパラメータを用いる場合として、（５０）式の第３式を下記（５１）式のように変形すると、（４９）式のａは、下記（５２）式のように変形される。
【００９４】
【数２０】
【００９５】
この関係より、Ｚｖ’及びＺ０’にある値を設定することにより、現時刻のパラメータＰによってＦ０’／ｍ’、ｖｘ０’及びｖｙ０’が求まる。よって、Ｚｖ’及びＺ０’をある値に設定した場合において、Ｆ０’／ｍ’、ｖｘ０’及びｖｙ０’をパラメータとした｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝の最短３次元マップを予め用意しておけばよい。なお、このＺｖ’及びＺ０’の値はマップ作成時に設計者が自由に設定できる。一例として、Ｚｖ’＝１、Ｚ０’＝±１とした場合のＦ０’／ｍ’、ｖｘ０’及びｖｙ０’を変数として、（３３）式〜（３５）式の非線形方程式を解き、その解である｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝の最短３次元マップを作成する。
【００９６】
そして、この最短３次元マップを用いて｛ν１，ν２，ｔｅ｝を求めるには、Ｚｖ’＝１、Ｚ０’＝±１、既知のｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｚ０、Ｚｖ及びＦ０から（５０）式の第１式及び第２式に従ってパラメータｖｘ０’及びｖｙ０’を演算し、（５１）式に従ってパラメータＦ０’／ｍ’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝を最短３次元マップから得て、（３８）式及び（５２）式に従って｛ν１，ν２，ｔｅ｝に変換する。ただし、Ｚｖ≧０、Ｚ０≧０の場合には、Ｚ０’＝１の最短３次元マップより｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝を求め、Ｚｖ≧０、Ｚ０＜０の場合には、Ｚ０’＝−１の最短３次元マップより｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝を求める。また、Ｚｖ＜０、Ｚ０≧０の場合には、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｚｖ→−Ｚｖ、Ｚ０→−Ｚ０に変換してＺ０’＝−１の最短３次元マップより｛−ν１’，−ν２’，ｔｅ’｝を求めて、−ν１’→ν１’、−ν２’→ν２’の処理を行って｛ν１，ν２，ｔｅ｝を得る。また、Ｚｖ＜０、Ｚ０＜０の場合には、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｚｖ→−Ｚｖ、Ｚ０→−Ｚ０に変換してＺ０’＝１の最短３次元マップより｛−ν１’，−ν２’，ｔｅ’｝を求めて、−ν１’→ν１’、−ν２’→ν２’の処理を行って｛ν１，ν２，ｔｅ｝を得る。
【００９７】
また、最短３次元マップの軸の取り方をオーバーシュートする軌道とそうでない軌道との境界線を考慮して変更したマップを作成してもよい。例えば、（４２）式のパラメータを下記（８５）式のように変更して最短３次元マップを作成することができる。
【００９８】
【数２１】
【００９９】
以下、上記の最短３次元マップを用いた第１の実施の形態について詳細に説明する。図４に示すように、第１の実施の形態の車両運動制御装置には、自車両の走行状態を検出する走行状態検出手段として車両に搭載されたセンサ群、外部環境状態を検出する外部環境検出手段として車両に搭載されたセンサ群、及びこれらのセンサ群からの検出データに基づいて、自車両が運動するように自車両に搭載された車載機器を制御することによって目標位置へ到達するように車両運動を制御する制御装置２０、ドライバに車両運動制御状態を報知する表示装置３０が設けられている。
【０１００】
車両運動制御装置の自車両の走行状態を検出するセンサ群としては、車速を検出する車速センサ１０、操舵角を検出する操舵角センサ１２、及びスロットル弁の開度を検出するスロットル開度センサ１４が設けられている。また、図示しないＧＰＳ装置からの情報を加えるようにしてもよい。
【０１０１】
また、外部環境状態を検出するセンサ群としては、自車両の前方を撮影する前方カメラ１６、及び自車両の前方の障害物を検出するレーザレーダ１８が設けられている。なお、レーザレーダ１８に代えて、又はレーザレーダ１８と共にミリ波レーダを設けるようにしてもよい。また、図示しないＧＰＳ装置からの情報を加えるようにしてもよい。
【０１０２】
前方カメラ１６は、車両の前方を撮影するように車両のフロントウインドウ上部等に取り付けられている。前方カメラ１６は、小型のＣＣＤカメラ又はＣＭＯＳカメラで構成され、自車両の前方の道路状況を含む領域を撮影し、撮影により得られた画像データを出力する。出力された画像データは、マイクロコンピュータ等で構成された制御装置２０に入力される。なお、カメラとして、前方カメラ１６に加えて、前方赤外線カメラを設けるのが好ましい。赤外線カメラを用いることにより、歩行者を障害物として確実に検出することができる。なお、上記の赤外線カメラに代えて近赤外線カメラを用いることができ、この場合においても同様に歩行者を確実に検出することができる。
【０１０３】
レーザレーダ１８は、赤外光パルスを照射する半導体レーザからなる発光素子、赤外光パルスを水平方向に走査する走査装置、及び前方の障害物（歩行者、前方車両等）から反射された赤外光パルスを受光する受光素子を含んで構成され、車両の前方グリル又はバンパに取り付けられている。このレーザレーダ１８では、発光素子から発光された時点を基準として受光素子で受光されるまでの反射赤外光パルスの到達時間に基づいて、自車両から前方の障害物までの距離を検出することができる。レーザレーダ１８で検出された障害物までの距離を示すデータは制御装置２０に入力される。制御装置２０は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、及びＣＰＵを含むマイクロコンピュータ等で構成され、ＲＯＭには以下で説明する車両運動制御ルーチンのプログラムが記憶されている。
【０１０４】
また、制御装置２０は、自車両の操舵角、制動力、及び駆動力の少なくとも１つを制御することによって、目標位置へ到達するように車両運動を制御するための車両搭載機器に接続されている。この車両搭載機器としては、車輪の操舵角を制御するための電動パワーステアリング等の操舵角制御装置２２、ブレーキ油圧を制御することによって制動力を制御する制動力制御装置２４、及び駆動力を制御する駆動力制御装置２６が設けられている。制動力制御装置２４には、制動力を検出する検出センサ２４Ａが取り付けられている。また、制御装置２０には、演算された制御入力の方向θ等を表示することによって車両運動制御情報をドライバに報知する表示装置３０が接続されている。なお、車両運動制御を行なっていることを、ドライバだけでなく車両外部の目標位置方向に向かって報知するようにしてもよい。また、最短回避距離が自車両と障害物との距離よりも短い場合には、ドライバに回避の必要性を予め報知するようにしてもよい。
【０１０５】
操舵角制御装置２２としては、ドライバのステアリングホイール操作に重畳して前輪及び後輪の少なくとも一方の車輪の操舵角を制御する制御手段、ドライバ操作とは機械的に分離され、ステアリングホイールの操作とは独立して前輪及び後輪の少なくとも一方の車輪の操舵角を制御する制御手段（いわゆるステア・バイ・ワイヤ）等を用いることができる。
【０１０６】
制動力制御装置２４としては、ドライバ操作とは独立して各車輪の制動力を個別に制御する、いわゆるＥＳＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ）に用いられる制御装置、ドライバ操作とは機械的に分離され、各車輪の制動力を信号線を介して任意に制御する制御装置（いわゆるブレーキ・バイ・ワイヤ）等を用いることができる。
【０１０７】
駆動力制御装置２６としては、スロットル開度、点火進角の遅角、又は燃料噴射量を制御することによって駆動力を制御する制御装置、変速機の変速位置を制御することによって駆動力を制御する制御装置、トルクトランスファを制御することによって前後方向及び左右方向の少なくとも一方の駆動力を制御する制御装置等を用いることができる。
【０１０８】
また、制御装置２０には、制御入力を求めるための最短３次元マップを記憶したマップ記憶装置２８が接続されている。
【０１０９】
また、制御装置２０には、ドライバに警報を発する図示しない警報装置が接続されている。警報装置としては、音や音声によって警報を発する装置、光や視覚的な表示によって警報を発する装置、振動によって警報を発する装置、又は操舵反力のような物理量をドライバに与えてドライバの操作を誘導する物理量付与装置を用いることができる。また、表示装置３０を警報装置として用いるようにしてもよい。
【０１１０】
以下、図５を参照して第１の実施の形態の車両運動制御装置の制御装置２０で実行される車両運動制御ルーチンについて説明する。ここでは、移動する障害物を回避しながら道路に対する所望の速度方向に移動する際に、縦移動距離を最小化する車体合成力を導出するためのマップとして図３の最短３次元マップを用いる場合について説明する。
【０１１１】
ステップ１００で、車速センサ１０等で検出された自車両の走行状態、及びレーザレーダ１８等で検出された外部環境状態に関する検出データを取り込む。次に、ステップ１０２で、取り込んだ検出データに基づいて、車両が走行している道路上の障害物の位置及び大きさを含む環境マップを作成する。
【０１１２】
次に、ステップ１０４で、障害物の横を通過する位置における速度方向を環境マップに基づいて設定し、さらに自車両の現時刻の位置を原点に、また設定した速度方向を車体前後方向（ｘ軸）に取り、ｘ軸に直交する方向をｙ軸とするｘｙ座標を設定する。
【０１１３】
次に、ステップ１０６で、上記ステップ１００で走行状態として取り込まれた自車両及び障害物の状態量を設定された座標に対応させて変換し、現在の自車両の速度のｘ成分ｖｘ０、自車両の速度のｙ成分ｖｙ０、障害物のｙ軸方向の位置Ｚ０、及び障害物の速度のｙ成分Ｚｖを演算する。なお、ここでは、障害物の速度のｘ成分は０とする。
【０１１４】
次に、ステップ１０８で、外部環境及び自車両の構造と状態に基づいて、車体合成力の最大値Ｆ０を設定する。
【０１１５】
次に、ステップ１１０で、上記ステップ１０６で演算した自車両及び障害物の状態量ｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｚｖ、Ｚ０、及び上記ステップ１０８で設定した車体合成力の最大値Ｆ０を用いて、（４０）式に従ってパラメータｖｘ０’、ｖｙ０’及びＺｖ’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝を最短３次元マップから得て、（３８）式及び（３９）式に従って｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝を｛ν１，ν２，ｔｅ｝に変換する。そして、これらのパラメータを（３２）式に適用することにより車体合成力を得る。また、（３６）式に代入することで最小の縦移動距離Ｘｓを得る。また、（１）式〜（６）式に従って、移動する障害物を回避しながら道路に対する所望の速度方向に移動する際に、縦移動距離が最小となる回避軌道を導出する。
【０１１６】
次に、ステップ１１２で、上記ステップ１１０で導出された車体合成力に従って、回避軌道に沿った走行を実現するために必要な各車輪のタイヤ発生力を演算し、各車輪のタイヤ発生力が得られるように操舵角制御装置２２、制動力制御装置２４、及び駆動力制御装置２６の少なくとも１つを制御すると共に、車両運動制御情報を表示装置３０に表示する。また、障害物を回避するように制御する際には無条件で警報装置から警報を発したり、障害物を回避するための車両運動制御を行っていることを表示装置３０に表示したりすることにより警報を行ってもよい。各車輪のタイヤ発生力が得られるように制御することにより、目的とする車体合成力が得られるように制御することができる。
【０１１７】
以上説明したように、第１の実施の形態の車両運動制御装置によれば、移動する障害物を回避しながら道路に対する所望の速度方向に移動する際に、縦移動距離を最小化する車体合成力及び回避軌道を導出するための障害物の速度を考慮した簡単な構成の３次元マップを用いて車体合成力及び回避軌道を導出するため、障害物が移動する場合でも、障害物を回避しながら道路に対する所望の速度方向に移動する際に、縦移動距離を最小化する車体合成力及び回避軌道を導出することができる。
【０１１８】
次に、第２の実施の形態について説明する。第１の実施の形態では、車体合成力及び回避軌道を求めるために｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝を導出する最短３次元マップを用いる場合について説明したが、現時刻の入力（車体合成力の向き）のみを求めたい場合には、１つのパラメータを出力する最短３次元マップで導出が可能となる。第２の実施の形態ではこの場合について説明する。なお、第２の実施の形態の車両運動制御装置の構成は、第１の実施の形態の車両運動制御装置の構成と同一であるので説明を省略する。
【０１１９】
ここで、第２の実施の形態で用いられる最短３次元マップについて説明する。
【０１２０】
まず、第１の実施の形態と同様に、（４０）式まで展開する。そして、一例として、Ｆ０’／ｍ’＝Ｚ０’＝１とした場合のｖｘ０’、ｖｙ０’及びＺｖ’に関する最短３次元マップを作成する。図６に示すように、ｖｘ０’、ｖｙ０’及びＺｖ’をパラメータとして、（３２）式〜（３５）式に基づいて得られる車体合成加速度の方向θ’の値をマッピングした最短３次元マップを作成する。ただし、この図６では、ｖｙ０’軸方向において相対速度ｖｙ０’−Ｚｖ’を用いてマッピングしている。
【０１２１】
そして、この最短３次元マップを用いて｛θ’｝を求めるには、Ｆ０’／ｍ’＝Ｚ０’＝１、既知のｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｚ０、Ｚｖ及びＦ０から（４０）式に従ってパラメータｖｘ０’、ｖｙ０’及びＺｖ’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛θ’｝を最短３次元マップから得て、下記（５３）式により、移動する障害物を回避しながら道路に対する所望の速度方向に移動する際に、縦移動距離を最小化する現時刻の車体合成力の大きさ及び向きが得られる。
【０１２２】
【数２２】
【０１２３】
ただし、Ｚ０＜０の場合には、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｚｖ→−Ｚｖ、Ｚ０→−Ｚ０に変換して最短３次元マップより｛−θ’｝を求め、さらに−θ’→θ’の処理を行って｛θ’｝を得ればよい。
【０１２４】
また、図６のように｛Ｘｓ’｝も出力する最短３次元マップを導入して、下記（５４）式及び公知の技術（特開２００７-２８３９１０号公報）などを用いて、直進の加減速または横移動のみの回避を選択してもよい。
【０１２５】
【数２３】
【０１２６】
なお、上記の最短３次元マップでは、パラメータを（４０）式のように定めた場合について説明したが、第１の実施の形態と同様に、（４２）式に示すパラメータを用いた最短３次元マップ及び（３２）式のθ（ｔ）の式を用いて、現時刻の｛θ’｝を出力する最短３次元マップを作成することもできる。一例として、Ｆ０’／ｍ’＝ｖｘ０’＝１とした場合のｖｙ０’、Ｚｖ’及びＺ０’に関する最短３次元マップを作成することができる。そして、（５３）式により、移動する障害物を回避しながら道路に対する所望の速度方向に移動する際に、縦移動距離を最小化する現時刻の車体合成力の大きさ及び向きを導出する。
【０１２７】
なお、この最短３次元マップの領域は、ｖｙ０’、Ｚｖ’及びＺ０’のいずれかにおいて０以上に限定してもよい。例えば、Ｚ０≧０の最短３次元マップを作成した場合は、検出値がＺ０＜０であったとしても、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｚｖ→−Ｚｖ、Ｚ０→−Ｚ０に変換して最短３次元マップより｛−θ’｝を求め、さらに−θ’→θ’処理を行えば｛θ’｝が得られる。
【０１２８】
また、ここでも｛Ｘｓ’｝も出力する最短３次元マップを導入して、下記（５５）式及び公知の技術（特開２００７-２８３９１０号公報）などを用いて、直進の加減速または横移動のみの回避を選択してもよい。
【０１２９】
また、（４２）式の第１式、第２式及び（４３）式に示すパラメータを用いた最短３次元マップ及び（３２）式のθ（ｔ）の式を用いて、現時刻の｛θ’｝を出力する最短３次元マップを作成することもできる。一例として、ｖｘ０’＝Ｚ０’＝１とした場合のＦ０’／ｍ’、ｖｙ０’及びＺｖ’に関する最短３次元マップを作成することができる。ただし、Ｚ０＜０の場合には、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｚｖ→−Ｚｖ、Ｚ０→−Ｚ０に変換して最短３次元マップより｛−θ’｝を求め、−θ’→ θ’の処理を行って｛θ’｝を得ればよい。また、ここでも｛Ｘｓ’｝も出力する最短３次元マップを導入して、（５４）式及び公知の技術（特開２００７-２８３９１０号公報）などを用いて、直進の加減速または横移動のみの回避を選択してもよい。
【０１３０】
また、（４６）式に示すパラメータを用いた最短３次元マップ及び（３２）式のθ（ｔ）の式を用いて、現時刻の｛θ’｝を出力する最短３次元マップを作成することもできる。一例として、Ｆ０’／ｍ’＝ｖｙ０’＝１とした場合のｖｘ０’、Ｚｖ’及びＺ０’に関する最短３次元マップを作成することができる。ただし、ｖｙ０＜０の場合には、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｚｖ→−Ｚｖ、Ｚ０→−Ｚ０に変換して、最短３次元マップより｛−θ’｝を求め、−θ’→ θ’の処理を行って｛θ’｝を得ればよい。 また、ここでも｛Ｘｓ’｝も出力する最短３次元マップを導入して、下記（５６）式及び公知の技術（特開２００７-２８３９１０号公報）などを用いて、直進の加減速または横移動のみの回避を選択してもよい。
【０１３１】
また、（４６）式の第１式、第２式及び（４７）式に示すパラメータを用いた最短３次元マップ及び（３２）式のθ（ｔ）の式を用いて、現時刻の｛θ’｝を出力する最短３次元マップを作成することもできる。一例として、一例として、ｖｙ０’＝１、Ｚ０’＝±１とした場合のＦ０’／ｍ’、ｖｘ０’及びＺｖ’に関する最短３次元マップを作成することができる。ただし、ｖｙ０≧０、Ｚ０≧０の場合には、Ｚ０’＝１の最短３次元マップより｛θ’｝を求め、ｖｙ０≧０、Ｚ０＜０の場合には、Ｚ０’＝−１の最短３次元マップより｛θ’｝を求める。また、ｖｙ０＜０、Ｚ０≧０の場合には、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｚｖ→−Ｚｖ、Ｚ０→−Ｚ０に変換してＺ０’＝−１の最短３次元マップより｛−θ’｝を求めて、−θ’→ θ’の処理を行って｛θ’｝を得る。また、ｖｙ０＜０、Ｚ０＜０の場合には、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｚｖ→−Ｚｖ、Ｚ０→−Ｚ０に変換してＺ０’＝１の最短３次元マップより｛−θ’｝を求めて、−θ’→ θ’の処理を行って｛θ’｝を得る。また、ここでも｛Ｘｓ’｝も出力する最短３次元マップを導入して、（５４）式及び公知の技術（特開２００７-２８３９１０号公報）などを用いて、直進の加減速または横移動のみの回避を選択してもよい。
【０１３２】
また、（５０）式に示すパラメータを用いた最短３次元マップ及び（３２）式のθ（ｔ）の式を用いて、現時刻の｛θ’｝を出力する最短３次元マップを作成することもできる。一例として、Ｆ０’／ｍ’＝Ｚｖ’＝１とした場合のｖｘ０’、ｖｙ０’及びＺ０’に関する最短３次元マップを作成することができる。ただし、Ｚｖ＜０の場合には、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｚｖ→−Ｚｖ、Ｚ０→−Ｚ０に変換して、最短３次元マップより｛−θ’｝を求め、−θ’→ θ’の処理を行って｛θ’｝を得ればよい。また、ここでも｛Ｘｓ’｝も出力する最短３次元マップを導入して、下記（５７）式及び公知の技術（特開２００７-２８３９１０号公報）などを用いて、直進の加減速または横移動のみの回避を選択してもよい。
【０１３３】
また、（５０）式の第１式、第２式及び（５１）式に示すパラメータを用いた最短３次元マップ及び（３２）式のθ（ｔ）の式を用いて、現時刻の｛θ’｝を出力する最短３次元マップを作成することもできる。一例として、Ｚｖ’＝１、Ｚ０’＝±１とした場合のＦ０’／ｍ’、ｖｘ０’及びｖｙ０’に関する最短３次元マップを作成することができる。ただし、Ｚｖ≧０、Ｚ０≧０の場合には、Ｚ０’＝１の最短３次元マップより｛θ’｝を求め、Ｚｖ≧０、Ｚ０＜０の場合には、Ｚ０’＝−１の最短３次元マップより｛θ’｝を求める。また、Ｚｖ＜０、Ｚ０≧０の場合には、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｚｖ→−Ｚｖ、Ｚ０→−Ｚ０に変換してＺ０’＝−１の最短３次元マップより｛−θ’｝を求めて、−θ’→ θ’の処理を行って｛θ’｝を得る。また、Ｚｖ＜０、Ｚ０＜０の場合には、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｚｖ→−Ｚｖ、Ｚ０→−Ｚ０に変換してＺ０’＝１の最短３次元マップより｛−θ’｝を求めて、−θ’→ θ’の処理を行って｛θ’｝を得る。また、ここでも｛Ｘｓ’｝も出力する最短３次元マップを導入して、（５４）式及び公知の技術（特開２００７-２８３９１０号公報）などを用いて、直進の加減速または横移動のみの回避を選択してもよい。
【０１３４】
【数２４】
【０１３５】
以下、図７を参照して第２の実施の形態の車両運動制御装置の制御装置２０で実行される車両運動制御ルーチンについて説明する。ここでは、移動する障害物を回避しながら道路に対する所望の速度方向に移動する際に、縦移動距離を最小化する現時刻の車体合成力の向きを導出するためのマップとして図６の最短３次元マップを用いる場合について説明する。なお、第１の実施の形態の車両運動制御装置の制御装置２０で実行される車両運動制御ルーチンと同一の処理については、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１３６】
ステップ１００〜１０８を経て、次に、ステップ２００で、上記ステップ１０６で演算した自車両及び障害物の状態量ｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｚｖ、Ｚ０、及び上記ステップ１０８で設定した車体合成力の最大値Ｆ０を用いて、（４０）式に従ってパラメータｖｘ０’、ｖｙ０’及びＺｖ’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛θ’｝を最短３次元マップから得て、（５３）式に適用することにより車体合成力の向き及び大きさを導出する。次に、ステップ１１２で、上記ステップ２００で導出した車体合成力に従って車両運動を制御する。
【０１３７】
以上説明したように、第２の実施の形態の車両運動制御装置によれば、移動する障害物を回避しながら道路に対する所望の速度方向に移動する際に、縦移動距離を最小化する現時刻の車体合成力の向きを導出するための障害物の速度を考慮した簡単な構成の最短３次元マップを用いて車体合成力の向きを導出するため、障害物が移動する場合でも、障害物を回避しながら道路に対する所望の速度方向に移動する際に、縦移動距離を最小化する現時刻の車体合成力の向き及び大きさを導出することができる。また、第１の実施の形態の場合の最短３次元マップに比べ、用いるマップが少ないため、マップを記憶するための容量を削減できる。
【０１３８】
次に、第３の実施の形態について説明する。第３の実施の形態では、移動する障害物を回避しながら道路に対する所望の速度方向に移動する際に、車体合成力の最大値を最小化する車体合成力及び回避軌道を導出する場合について説明する。なお、第３の実施の形態の車両運動制御装置の構成は、第１の実施の形態の車両運動制御装置の構成と同一であるので説明を省略する。
【０１３９】
ここで、移動する障害物を回避しながら道路に対する所望の速度方向に移動する際に、車体合成力の最大値を最小化する車体合成力及び回避軌道を導出するためのマップ（以下、最適３次元マップという）について説明する。
【０１４０】
車体合成力の最大値を最小にする最適制御は、第１の実施の形態で述べた場合と同様に（７）式〜（１２）式で定式化できる。なぜなら、最小の縦移動距離Ｘｓが自車両と障害物との相対距離のｘ成分Ｘｅと等しくなる車体合成力の最大値Ｆ０を求められれば、そのときの（３２）式で示される制御入力は、車体合成力の最大値最小化問題の最適解になるためである。よって、自車両と障害物との相対距離のｘ成分Ｘｅに対して、ｘ１（ｔｅ）＝Ｘｅの関係を導入することにより、Ｘｓ→Ｘｅに変換された非線形方程式（３３）式〜（３６）式にｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｘｅ、Ｚ０、Ｚｖを代入して、Ｆ０、ｔｅ、ν１、ν２が求まる。
【０１４１】
まず、（３３）式を下記（５８）式のように変形し、Ｘｓ→Ｘｅに変換された（３４）式〜（３６）式に代入する（（５９）式〜（６１）式）。
【０１４２】
【数２５】
【０１４３】
ここで、任意の正数ａを導入して下記（６２）式の関係を満足する２組のパラメータＰ及びＰ’を考えると、Ｐ及びＰ’に対応する解｛ν１、ν２、ｔｅ｝及び｛ν１’、ν２’、ｔｅ’｝は、下記（６３）式の関係を満たす。
【０１４４】
【数２６】
【０１４５】
（６２）式の第２式より、ａを下記（６４）式のようにおくと、（６２）式よりｖｙ０’、Ｚｖ’及びＺ０’は下記（６５）式のように変形できる。
【０１４６】
【数２７】
【０１４７】
この関係より、ｖｘ０’及びＸｅ’に任意の正数を設定することにより、現時刻のパラメータＰによってｖｙ０’、Ｚｖ’及びＺ０’が求まる。よって、ｖｘ０’及びＸｅ’をある値に設定した場合において、ｖｙ０’、Ｚｖ’及びＺ０’をパラメータとした最適３次元マップを予め用意しておけばよい。なお、このｖｘ０’及びＸｅ’の値はマップ作成時に設計者が自由に設定できる。
【０１４８】
ここでは、一例として、ｖｘ０’＝Ｘｅ’＝１とした場合のｖｙ０’、Ｚｖ’及びＺ０’に関する最適３次元マップを作成する。図８に示すように、ｖｙ０’、Ｚｖ’及びＺ０’をパラメータとして、（５９）式〜（６１）式に基づいて得られるν１’の値をマッピングした第１の３次元マップ、ν２’の値をマッピングした第２の３次元マップ、及びｔｅ’の値をマッピングした第３の３次元マップを作成する。ただし、この図８では、ｖｙ０’軸方向において相対速度ｖｙ０’−Ｚｖ’を用いてマッピングしている。
【０１４９】
そして、これらのマップを用いて｛ν１，ν２，ｔｅ｝を求めるには、ｖｘ０’＝Ｘｅ’＝１、既知のｖｘ０、ｖｙ０、Ｚ０、Ｚｖ及びＸｅから（６５）式に従ってパラメータｖｙ０’、Ｚｖ’及びＺ０’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝を各３次元マップから得て、（６３）式及び（６４）式に従って｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝を｛ν１，ν２，ｔｅ｝に変換する。また、（５８）式に代入してＦ０を演算する。そしてこれらのパラメータを（３２）式に適用して入力の時間関数を得る。
【０１５０】
なお、この最適３次元マップの領域は、ｖｙ０’、Ｚｖ’及びＺ０’のいずれかにおいて０以上に限定してもよい。例えば、Ｚ０≧０の最適３次元マップを作成した場合は、検出値がＺ０＜０であったとしても、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｚｖ→−Ｚｖ、Ｚ０→−Ｚ０に変換して最適３次元マップより｛−ν１’，−ν２’，ｔｅ’｝を求め、さらに−ν１’→ν１’、−ν２’→ν２’の処理を行えば｛ν１，ν２，ｔｅ｝が得られる。
【０１５１】
この結果、現在の位置から障害物を回避しながら所望の速度方向に移動する際に、車体合成力の最大値を最小化する制御入力関数が得られ、また（１）式〜（６）式の積分計算により回避軌道が導出される。
【０１５２】
なお、上記の最適３次元マップではパラメータｖｙ０’、Ｚｖ’及びＺ０’を（６５）式のように定め、ｖｘ０’＝Ｘｅ’＝１とした場合について説明したが、このパラメータの取り方は、上記以外にも複数存在する。例えば、任意の正数ａを（６２）式の第４式より下記（６６）式のようにおくと、（６２）式よりｖｙ０’、Ｚｖ’及びＸｅ’は下記（６７）式のように変形できる。
【０１５３】
【数２８】
【０１５４】
この関係より、ｖｘ０’及びＺ０’にある正数を設定することにより、現時刻のパラメータＰによってｖｙ０’、Ｚｖ’及びＸｅ’が求まる。よって、ｖｘ０’及びＺ０’をある値に設定した場合において、ｖｙ０’、Ｚｖ’及びＸｅ’をパラメータとした｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝の最適３次元マップを予め用意しておけばよい。なお、このｖｘ０’及びＺ０’の値はマップ作成時に設計者が自由に設定できる。一例として、ｖｘ０’＝Ｚ０’＝１とした場合のｖｙ０’、Ｚｖ’及びＸｅ’を変数として、（５９）式〜（６１）式の非線形方程式を解き、その解である｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝の最適３次元マップを作成する。
【０１５５】
そして、この最適３次元マップを用いて｛ν１，ν２，ｔｅ｝を求めるには、ｖｘ０’＝Ｚ０’＝１、既知のｖｘ０、ｖｙ０、Ｚ０、Ｚｖ及びＸｅから（６７）式に従ってパラメータｖｙ０’、Ｚｖ’及びＸｅ’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝を最適３次元マップから得て、（６３）式及び（６６）式に従って｛ν１，ν２，ｔｅ｝に変換する。ただし、Ｚ０＜０の場合には、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｚｖ→−Ｚｖ、Ｚ０→−Ｚ０に変換して最適３次元マップより｛−ν１’，−ν２’，ｔｅ’｝を求め、−ν１’→ν１’、−ν２’→ν２’の処理を行って｛ν１，ν２，ｔｅ｝を得ればよい。
【０１５６】
また、別のパラメータを用いる場合として、（５８）式〜（６５）式の展開方法を変更することもできる。まず、（３４）式を下記（６８）式のように変形し、Ｘｓ→Ｘｅに変換された（３３）式、（３５）式及び（３６）式に代入する（（６９）式〜（７１）式）。
【０１５７】
【数２９】
【０１５８】
ここで、任意の正数ａ１を導入して下記（７２）式の関係を満足する２組のパラメータＰ及びＰ’を考えると、Ｐ及びＰ’に対応する解｛ν１、ν２、ｔｅ｝及び｛ν１’、ν２’、ｔｅ’｝は、下記（７３）式の関係を満たす。
【０１５９】
【数３０】
【０１６０】
（７２）式の第２式より、ａ１を下記（７４）式のようにおくと、（７２）式よりｖｘ０’、Ｚｖ’及びＺ０’は下記（７５）式のように変形できる。
【０１６１】
【数３１】
【０１６２】
この関係より、ｖｙ０’及びＸｅ’に任意の正数を設定することにより、現時刻のパラメータＰによってｖｘ０’、Ｚｖ’及びＺ０’が求まる。よって、ｖｙ０’及びＸｅ’をある値に設定した場合において、ｖｘ０’、Ｚｖ’及びＺ０’をパラメータとした最適３次元マップを予め用意しておけばよい。なお、このｖｙ０’及びＸｅ’の値はマップ作成時に設計者が自由に設定できる。
【０１６３】
ここでは、一例として、ｖｙ０’＝Ｘｅ’＝１とした場合のｖｘ０’、Ｚｖ’及びＺ０’に関する最適３次元マップを作成する。図９に示すように、ｖｘ０’、Ｚｖ’及びＺ０’をパラメータとして、（６９）式〜（７１）式に基づいて得られるν１’の値をマッピングした第１の３次元マップ、ν２’の値をマッピングした第２の３次元マップ、及びｔｅ’の値をマッピングした第３の３次元マップを作成する。なお、図９では、Ｚｖ’＝ｖｙ０’／２が特異点となるため、この場合を含むように最適３次元マップを構成している。
【０１６４】
そして、これらのマップを用いて｛ν１，ν２，ｔｅ｝を求めるには、ｖｙ０’＝Ｘｅ’＝１、既知のｖｘ０、ｖｙ０、Ｚ０、Ｚｖ及びＸｅから（７５）式に従ってパラメータｖｘ０’、Ｚｖ’及びＺ０’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝を各３次元マップから得て、（７３）式及び（７４）式に従って｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝を｛ν１，ν２，ｔｅ｝に変換する。また、（６８）式に代入してＦ０を演算し、これらのパラメータを（３２）式に適用して入力の時間関数を得る。ただし、ｖｙ０＜０の場合には、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｚｖ→−Ｚｖ、Ｚ０→−Ｚ０に変換して最適３次元マップより｛−ν１’，−ν２’，ｔｅ’｝を求め、−ν１’→ν１’、−ν２’→ν２’の処理を行って｛ν１，ν２，ｔｅ｝を得ればよい。
【０１６５】
また、別のパラメータを用いる場合として、任意の正数ａ１を（７２）式の第４式より下記（７６）式のようにおくと、（７２）式よりｖｘ０’、Ｚｖ’及びＸｅ’は下記（７７）式のように変形できる。
【０１６６】
【数３２】
【０１６７】
この関係より、ｖｙ０’及びＺ０’にある正数を設定することにより、現時刻のパラメータＰによってｖｘ０’、Ｚｖ’及びＸｅ’が求まる。よって、ｖｙ０’及びＺ０’をある値に設定した場合において、ｖｘ０’、Ｚｖ’及びＸｅ’をパラメータとした｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝の最適３次元マップを予め用意しておけばよい。なお、このｖｙ０’及びＺ０’の値はマップ作成時に設計者が自由に設定できる。一例として、ｖｙ０’＝１、Ｚ０’＝±１とした場合のｖｘ０’、Ｚｖ’及びＸｅ’を変数として、（６９）式〜（７１）式の非線形方程式を解き、その解である｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝の最適３次元マップを作成する。
【０１６８】
そして、この最適３次元マップを用いて｛ν１，ν２，ｔｅ｝を求めるには、ｖｙ０’＝１、Ｚ０’＝±１、既知のｖｘ０、ｖｙ０、Ｚ０、Ｚｖ及びＸｅから（７７）式に従ってパラメータｖｘ０’、Ｚｖ’及びＸｅ’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝を最適３次元マップから得て、（７３）式及び（７６）式に従って｛ν１，ν２，ｔｅ｝に変換する。ただし、ｖｙ０≧０、Ｚ０≧０の場合には、Ｚ０’＝１の最適３次元マップより｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝を求め、ｖｙ０≧０、Ｚ０＜０の場合には、Ｚ０’＝−１の最適３次元マップより｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝を求める。また、ｖｙ０＜０、Ｚ０≧０の場合には、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｚｖ→−Ｚｖ、Ｚ０→−Ｚ０に変換してＺ０’＝−１の最適３次元マップより｛−ν１’，−ν２’，ｔｅ’｝を求めて、−ν１’→ν１’、−ν２’→ν２’の処理を行って｛ν１，ν２，ｔｅ｝を得る。また、ｖｙ０＜０、Ｚ０＜０の場合には、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｚｖ→−Ｚｖ、Ｚ０→−Ｚ０に変換してＺ０’＝１の最適３次元マップより｛−ν１’，−ν２’，ｔｅ’｝を求めて、−ν１’→ν１’、−ν２’→ν２’の処理を行って｛ν１，ν２，ｔｅ｝を得る。
【０１６９】
また、最適３次元マップの軸の取り方をオーバーシュートする軌道とそうでない軌道との境界線を考慮して変更したマップを作成してもよい。例えば、（６５）式のパラメータを下記（８６）式〜（８８）式のように変更して最適３次元マップを作成することができる。
【０１７０】
【数３３】
【０１７１】
以下、図１０を参照して第３の実施の形態の車両運動制御装置の制御装置２０で実行される車両運動制御ルーチンについて説明する。ここでは、移動する障害物を回避しながら道路に対する所望の速度方向に移動する際に、車体合成力の最大値を最小化する車体合成力を導出するためのマップとして図８の最適３次元マップを用いる場合について説明する。なお、第１の実施の形態の車両運動制御装置の制御装置２０で実行される車両運動制御ルーチンと同一の処理については、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１７２】
ステップ１００〜１０６を経て、次に、ステップ３００で、上記ステップ１０６で演算した自車両及び障害物の状態量ｖｘ０、ｖｙ０、Ｚｖ、Ｚ０及びＸｅを用いて、（６５）式に従ってパラメータｖｙ０’、Ｚｖ’及びＺ０’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝を最適３次元マップから得て、（６３）式及び（６４）式に従って｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝を｛ν１，ν２，ｔｅ｝に変換し、（５８）式に従ってＦ０を演算する。そして、これらのパラメータを（３２）式に適用することにより車体合成力を得る。また、（１）式〜（６）式に従って、移動する障害物を回避しながら道路に対する所望の速度方向に移動する際に、車体合成力の最大値を最小化する回避軌道を導出する。
【０１７３】
次に、ステップ３０２で、上記ステップ３００で演算したＦ０が、タイヤ発生力の限界値以下か否かを判定する。車体合成力の最大値がタイヤ発生力の限界値以下の場合には、ステップ１１２へ移行し、タイヤ発生力の限界値を超えている場合には、ステップ３０４へ移行する。なお、タイヤ発生力の限界値は、路面とタイヤとの間の摩擦係数に基づいて定まる真の限界値だけでなく、真の限界値に対してマージンを設けて設定した限界値も含む意味である。
【０１７４】
ステップ１１２では、第１の実施の形態と同様に、上記ステップ３００で導出された車体合成力に従って、回避軌道に沿った走行を実現するための回避車両運動制御を実行する。一方、ステップ３０４では、急制動制御により障害物の手前で車両が停止するように制動力制御装置２４を制御するか、推定される衝突被害が最小化されるように操舵角制御装置２２及び制動力制御装置２４を制御する。例えば、ＷＯ２００６−０７０８６５記載の技術のような公知の技術を用いればよい。
【０１７５】
以上説明したように、第３の実施の形態の車両運動制御装置によれば、移動する障害物を回避しながら道路に対する所望の速度方向に移動する際に、車体合成力の最大値を最小化する車体合成力及び回避軌道を導出するための障害物の速度を考慮した簡単な構成の３次元マップを用いて車体合成力及び回避軌道を導出するため、障害物が移動する場合でも、障害物を回避しながら道路に対する所望の速度方向に移動する際に、車体合成力の最大値を最小化する車体合成力及び回避軌道を導出することができる。
【０１７６】
次に、第４の実施の形態について説明する。第３の実施の形態では、車体合成力及び回避軌道を求めるために｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝を導出する最適３次元マップを用いる場合について説明したが、現時刻の最適入力（車体合成力の大きさ及び向き）のみを求めたい場合には、２つのパラメータを出力する最適３次元マップで導出が可能となる。第４の実施の形態ではこの場合について説明する。なお、第４の実施の形態の車両運動制御装置の構成は、第１の実施の形態の車両運動制御装置の構成と同一であるので説明を省略する。
【０１７７】
ここで、第４の実施の形態で用いられる最適３次元マップについて説明する。
【０１７８】
まず、第３の実施の形態と同様に、（６５）式まで展開する。そして、一例として、ｖｘ０’＝Ｘｅ’＝１とした場合のｖｙ０’、Ｚｖ’及びＺ０’に関する最適３次元マップを作成する。図１１に示すように、ｖｙ０’、Ｚｖ’及びＺ０’をパラメータとして、（３２）式及び（５８）式〜（６１）式に基づいて得られる車体合成加速度の方向θ’の値をマッピングした第１の３次元マップ、及びＦ０’／ｍ’の値をマッピングした第２の３次元マップを作成する。ただし、この図１１では、ｖｙ０’軸方向において相対速度ｖｙ０’−Ｚｖ’を用いてマッピングしている。
【０１７９】
そして、この最適３次元マップを用いて｛θ’，Ｆ０’／ｍ’｝を求めるには、ｖｘ０’＝Ｘｅ’＝１、既知のｖｘ０、ｖｙ０、Ｚ０、Ｚｖ及びＸｅから（６５）式に従ってパラメータｖｙ０’、Ｚｖ’及びＺ０’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛θ’，Ｆ０’／ｍ’｝を最適３次元マップから得て、下記（７８）式によりＦ０を求めて、（５３）式により、移動する障害物を回避しながら道路に対する所望の速度方向に移動する際に、車体合成力の最大値を最小化する現時刻の車体合成力の大きさ及び向きが得られる。
【０１８０】
【数３４】
【０１８１】
なお、上記の最適３次元マップでは、パラメータを（６５）式のように定めた場合について説明したが、第３の実施の形態と同様に、（６７）式に示すパラメータを用いた最適３次元マップ及び（３２）式のθ（ｔ）の式を用いて、現時刻の｛θ’，Ｆ０’／ｍ’｝を出力する最適３次元マップを作成することもできる。一例として、ｖｘ０’＝Ｚ０’＝１とした場合のｖｙ０’、Ｚｖ’及びＸｅ’に関する最適３次元マップを作成することができる。この場合、下記（７９）式によりＦ０を求める。ただし、Ｚｖ＜０の場合には、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｚｖ→−Ｚｖ、Ｚ０→−Ｚ０に変換して、最適３次元マップより｛−θ’，Ｆ０’／ｍ’｝を求め、−θ’→ θ’の処理を行って｛θ’，Ｆ０’／ｍ’｝を得ればよい。
【０１８２】
また、（７５）式に示すパラメータを用いた最適３次元マップ及び（３２）式のθ（ｔ）の式を用いて、現時刻の｛θ’，Ｆ０’／ｍ’｝を出力する最適３次元マップを作成することもできる。一例として、ｖｙ０’＝Ｘｅ’＝１とした場合のｖｘ０’、Ｚｖ’及びＺ０’に関する最適３次元マップを作成することができる（図１２）。この場合、下記（８０）式によりＦ０を求める。ただし、ｖｙ０＜０の場合には、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｚｖ→−Ｚｖ、Ｚ０→−Ｚ０に変換して、最適３次元マップより｛−θ’，Ｆ０’／ｍ’｝を求め、−θ’→ θ’の処理を行って｛θ’，Ｆ０’／ｍ’｝を得ればよい。
【０１８３】
また、（７７）式に示すパラメータを用いた最適３次元マップ及び（３２）式のθ（ｔ）の式を用いて、現時刻の｛θ’，Ｆ０’／ｍ’｝を出力する最適３次元マップを作成することもできる。一例として、ｖｙ０’＝１、Ｚ０’＝±１とした場合のｖｘ０’、Ｚｖ’及びＸｅ’に関する最適３次元マップを作成することができる。この場合、下記（８１）式によりＦ０を求める。ただし、ｖｙ０≧０、Ｚ０≧０の場合には、Ｚ０’＝１の最適３次元マップより｛θ’，Ｆ０’／ｍ’｝を求め、ｖｙ０≧０、Ｚ０＜０の場合には、Ｚ０’＝−１の最適３次元マップより｛θ’，Ｆ０’／ｍ’｝を求める。また、ｖｙ０＜０、Ｚ０≧０の場合には、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｚｖ→−Ｚｖ、Ｚ０→−Ｚ０に変換してＺ０’＝−１の最適３次元マップより｛−θ’，Ｆ０’／ｍ’｝を求めて、−θ’→ θ’の処理を行って｛θ’，Ｆ０’／ｍ’｝を得る。また、ｖｙ０＜０、Ｚ０＜０の場合には、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｚｖ→−Ｚｖ、Ｚ０→−Ｚ０に変換してＺ０’＝１の最適３次元マップより｛−θ’，Ｆ０’／ｍ’｝を求めて、−θ’→ θ’の処理を行って｛θ’，Ｆ０’／ｍ’｝を得る。
【０１８４】
【数３５】
【０１８５】
以下、図１３を参照して第４の実施の形態の車両運動制御装置の制御装置２０で実行される車両運動制御ルーチンについて説明する。ここでは、移動する障害物を回避しながら道路に対する所望の速度方向に移動する際に、車体合成力の最大値を最小化する現時刻の車体合成力の向きを導出するためのマップとして図１１の最適３次元マップを用いる場合について説明する。なお、第１及び第３の実施の形態の車両運動制御装置の制御装置２０で実行される車両運動制御ルーチンと同一の処理については、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１８６】
ステップ１００〜１０６を経て、次に、ステップ４００で、上記ステップ１０６で演算した自車両及び障害物の状態量ｖｘ０、ｖｙ０、Ｚｖ、Ｚ０、及びＸｅを用いて、（６５）式に従ってパラメータｖｙ０’、Ｚｖ’及びＺ０’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛θ’，Ｆ０’／ｍ’｝を最適３次元マップから得て、（７８）式によりＦ０を演算し、（５３）式に適用することにより車体合成力の向き及び大きさを導出する。次に、ステップ３０２、及びステップ１１２または３０４で、第３の実施の形態と同様に車両運動を制御する。
【０１８７】
以上説明したように、第４の実施の形態の車両運動制御装置によれば、移動する障害物を回避しながら道路に対する所望の速度方向に移動する際に、車体合成力の最大値を最小化する現時刻の車体合成力の向きを導出するための障害物の速度を考慮した簡単な構成の最適３次元マップを用いて車体合成力の向きを導出するため、障害物が移動する場合でも、障害物を回避しながら道路に対する所望の速度方向に移動する際に、車体合成力の最大値を最小化する現時刻の車体合成力の向き及び大きさを導出することができる。また、第３の実施の形態の場合の最適３次元マップに比べ、用いるマップが少ないため、マップを記憶するための容量を削減できる。
【０１８８】
次に、第５の実施の形態について説明する。第５の実施の形態では、左右の回避軌道を求めて比較する場合について説明する。なお、第５の実施の形態の車両運動制御装置の構成は、第１の実施の形態の車両運動制御装置の構成と同一であるので説明を省略する。
【０１８９】
第１〜第４の実施の形態では、自車両の前後方向に対して障害物の左側に回避する回避軌道を導出する場合について説明したが、障害物の右側に回避する回避軌道を導出する場合にも適用することができる。なぜなら、図１４に示すように、障害物の右側を回避する軌道は、ｘ軸に関して線対称な場面に対して、障害物の左側に回避する軌道と対称になるためである。
【０１９０】
図１５を参照して第５の実施の形態の車両運動制御装置の制御装置２０で実行される車両運動制御ルーチンについて説明する。ここでは、移動する障害物を回避しながら道路に対する所望の速度方向に移動する際に、縦移動距離を最小化する回避軌道を導出するためのマップとして図３の最短３次元マップを用いる場合について説明する。なお、第１の実施の形態の車両運動制御装置の制御装置２０で実行される車両運動制御ルーチンと同一の処理については、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１９１】
ステップ１００〜１０８を経て、ステップ５００で、障害物の現時刻のｙ軸方向の位置Ｚ０に対応して、Ｚｖ＝０の時に自車両が障害物の横を通過するときの位置を左側回避ではＺｌ、右側回避ではＺｒとおく。そして、自車両及び障害物の大きさに基づいた横位置のマージンαＺを設定して、下記（８２）式のようにＺｌ及びＺｒを設定する。
【０１９２】
【数３６】
【０１９３】
次に、ステップ５０２で、上記ステップ１０６で演算した自車両及び障害物の状態量ｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｚ０、Ｚｖ、及び上記ステップ１０８で設定した車体合成力の最大値Ｆ０を用いて、最短３次元マップから｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝を得る。このステップ内では、Ｚ０について、左側回避ではＺ０をＺｌに、右側回避ではＺ０をＺｒに代えて用いる。そして、（３８）式及び（３９）式に従って｛ν１，ν２，ｔｅ｝に変換する。そして、これらのパラメータを（３２）式に適用することにより左側回避及び右側回避の各々の車体合成力を得る。また、（３６）式に代入することで左側回避及び右側回避の各々の最小の縦移動距離Ｘｓを得る。なお、左側回避の場合には、Ｚｖ及びＺｌをそのまま第１の実施形態と同様に適用することができるが、右側回避の場合には、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｚｖ→−Ｚｖ、Ｚｒ→−Ｚｒに変換（ｘ軸に線対称な場面）して、第１の実施形態と同様に適用して、最短３次元マップより{−ν1’，−ν2’，ｔｅ’｝を得る。そして、−ν1’→ν1’、−ν2’→ν2’の処理を行えば、障害物の右側を回避する{ν1’，ν2’，ｔｅ’｝が得られる。
【０１９４】
次に、ステップ５０４で、左側回避の最小の縦移動距離Ｘｓと右側回避の最小の縦移動距離Ｘｓとを比較し、左側回避の最小の縦移動距離Ｘｓの方が小さい場合には、ステップ５０６へ移行し、左側回避の軌道を選択し、右側回避の最小の縦移動距離Ｘｓの方が小さい場合には、ステップ５０８へ移行し、右側回避の軌道を選択する。
【０１９５】
次に、ステップ５１０で、選択した回避動作が必要か否かを判定し、その回避動作が必要な場合には、ステップ１１２へ移行し、回避車両運動制御を実行し、回避動作が必要でない場合、すなわち回避動作を行わなくても障害物と衝突しない場合には、そのまま処理を終了する。なお、公知の技術（特開２００７-２８３９１０号公報）などを用いて、直進の加減速または横移動のみの回避を選択してもよい。
【０１９６】
なお、第５の実施の形態では、最短３次元マップを用いた最短回避制御について、左側回避軌道と右側回避軌道とを比較する場合について説明したが、例えば図８に示す最適３次元マップを用いて最適回避制御を行う場合にも適用できる。図１６を参照して、第５の実施の形態の最適回避制御の場合について説明する。なお、第１〜第４の実施の形態、及び第５の実施の形態の最短回避制御の場合と同一の処理については、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１９７】
ステップ１００〜１０６、及びステップ５００を経て、次に、ステップ５５０で、上記ステップ１０６で演算した自車両及び障害物の状態量ｖｘ０、ｖｙ０、Ｚ０、Ｚｖ、及びＸｅを用いて、最適３次元マップから｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝を得る。このステップ内では、Ｚ０について、左側回避ではＺ０をＺｌに、右側回避ではＺ０をＺｒに代えて用いる。そして、（６３）式及び（６４）式に従って｛ν１，ν２，ｔｅ｝に変換する。そして、これらのパラメータを（３２）式に適用することにより左側回避及び右側回避の各々の車体合成力を得る。また、（５８）式に代入することで左側回避及び右側回避の各々の車体合成力の最大値Ｆ０を得る。なお、左側回避の場合には、Ｚｖ及びＺｌをそのまま第１の実施形態と同様に適用することができるが、右側回避の場合には、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｚｖ→−Ｚｖ、Ｚｒ→−Ｚｒに変換（ｘ軸に線対称な場面）して、第１の実施形態と同様に適用して、最短３次元マップより{−ν1’，−ν2’，ｔｅ’｝を得る。そして、−ν1’→ν1’、−ν2’→ν2’の処理を行えば、障害物の右側を回避する{ν1’，ν2’，ｔｅ’｝が得られる。
【０１９８】
次に、ステップ５５２で、上記ステップ５５０で得られた左側回避の場合の車体合成力の最大値Ｆ０と右側回避の場合の車体合成力の最大値Ｆ０とを比較し、左側回避の車体合成力の最大値Ｆ０の方が小さい場合には、ステップ５０６へ移行し、左側回避の軌道を選択し、右側回避の車体合成力の最大値Ｆ０の方が小さい場合には、ステップ５０８へ移行し、右側回避の軌道を選択する。
【０１９９】
以下、ステップ３０２、及びステップ１１２またはステップ３０４で、回避車両運動制御等を実行する。
【０２００】
以上説明したように、第５の実施の形態では、同一の最短３次元マップまたは最適３次元マップを用いて、左側回避の軌道と右側回避の軌道とを導出することができ、最短３次元マップを用いた場合は回避距離、最適３次元マップを用いた場合は車体合成力の最大値が小さい方の回避軌道を選択するため、より最適な回避制御を実行することができる。
【０２０１】
なお、第５の実施の形態では、第１または第３の実施の形態に左側回避または右側回避を選択する処理を組み合わせた場合について説明したが、第２または第４の実施の形態に組み合わせるようにしてもよい。
【０２０２】
また、第１〜第５の実施の形態では、道路に対する自車両及び障害物の速度を用いる場合について説明したが、道路に対する自車両の速度ｖｘ０、ｖｙ０及び自車両に対する障害物の相対速度Ｚｖｘ’、Ｚｖｙ’を検出し、それらのパラメータを用いて制御問題を定式化して解いてもよい。なぜなら、導出される制御入力とその非線形方程式が、最終的に（３２）式〜（３６）式に帰着されるためである。
【符号の説明】
【０２０３】
１０ 車速センサ
１２ 操舵角センサ
１４ スロットル開度センサ
１６ 前方カメラ
１８ レーザレーダ
２０ 制御装置
２２ 操舵角制御装置
２４ 制動力制御装置
２６ 駆動力制御装置
２８ マップ記憶装置
３０ 表示装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両運動制御装置及びプログラムに係り、特に、簡単な構成のマップを用いて移動する障害物を回避するための車体合成力及び回避軌道を導出する車両運動制御装置及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車体に加える目標合成力と、各車輪の限界摩擦円の大きさから推定される限界合成力との比をμ利用率として設定し、限界摩擦円の大きさとμ利用率とからタイヤ発生力の大きさ、及び各制御対象車輪で発生するタイヤ発生力の方向を設定し、設定されたタイヤ発生力の大きさ、及び設定されたタイヤ発生力の方向に基づいて、各制御対象車輪の操舵と制動又は操舵と駆動との協調制御を行なう車両制御装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
また、車両よりも前方の道路上に存在する障害物を回避するための回避操作量を、車両に生じる加速力、減速力及び横力の合成力が車両のタイヤのグリップ力の最大値よりも小さくなる範囲内で算出する回避操作算出装置が提案されている（特許文献２参照）。
【０００４】
また、車両が走行する道路上に存在する障害物を検出し、検出現時刻から評価終了時刻後の自車両の予測位置及び外部環境に基づいて、自車両の回避後の目標姿勢角を設定し、現時刻の外部環境及び障害物の状態量に基づいてリスクポテンシャル関数を設定し、そのリスクと運転操作量の時間積分値、目標姿勢角と自車両の姿勢角との差などに基づく評価値を算出し、評価値が最小となる軌道を導出する回避操作算出装置が提案されている（特許文献３参照）。
【０００５】
また、自車両と障害物との間の距離及び自車両の障害物に対する相対速度、そして回避するための横移動距離に基づいて定まる物理量を導入し、その物理量と自車両の重量及び車体合成力の最大値により最短距離で回避するための車体合成力の向きを導出するマップを予め記憶しておき、直進制動での最短回避距離と単純横移動における最短回避距離と、現時刻の自車両と障害物の状態に基づいてマップより得られる最短回避距離を比較して、最も短くなる回避軌道を選択し、その軌道に基づいて現時刻の車体合成力を算出する車両制御装置が提案されている（特許文献４参照）。
【０００６】
また、ロボットの位置、ロボットが到達目標とする目標到達位置、ロボットが目標到達位置へ到達する時に目標とする目標速度、及びロボットの制限最高速度又は制限最高加速度の各値を用いて、ロボットが制限最高速度又は制限最高加速度を越えない速度をとると共にロボットの初期位置から目標位置へ到達するのに要する時間が等しい軌道の中ではロボットの加速度の二乗総和が最小となるようにするロボットの制御装置が提案されている（特許文献５参照）。
【０００７】
また、車両がスタート位置Ｐに停止したとき、物体検出手段で検出した周囲の物体の状況から最適目標位置と、最適目標位置を通る一定半径ｒの円弧よりなる第１の移動軌跡とを設定し、第１の移動軌跡上に所定位置Ｓを選択し、スタート位置Ｐから所定位置Ｓまでの第２の移動軌跡を設定し、所定位置Ｓは、第２の移動軌跡での車両の移動距離が最小になるように選択される車両の自動操舵装置が提案されている（特許文献６参照）。
【０００８】
また、自車両と障害物との間の距離、自車両の障害物に対する相対速度、及び回避するための目標位置に基づいて定まる物理量を導入し、その物理量により回避動作時に最大値が最小となる車体合成力の向きと大きさを出力するマップを予め記憶しておき、そのマップより現時刻の車体合成力を求めて車両運動を制御する車両運動制御装置が提案されている（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−２４９９７１号公報
【特許文献２】特開２００７−２５３７４６号公報
【特許文献３】特開２００７−２５３７４５号公報
【特許文献４】特開２００６−３４７２３６号公報
【特許文献５】特開平７−３２２７７号公報
【特許文献６】特開２００１−０６３５９７号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】日本機械学会、第１８回交通・物流部門大会講演論文集、障害物回避のための車両の最適軌道制御、ｐｐ．１４５−１４８（２００９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１の技術では、目標の車体合成力が与えられた場合に、最適な各輪のタイヤ発生力を導出しているが、所望の速度方向を考慮して、移動体を回避しながら縦移動距離を最小化する、または車体合成力の最大値を最小化する軌道の導出方法は記載されていない。
【００１２】
また、特許文献２の技術では、所望の位置に到達する車体合成力を導出しているが、所望の速度方向を考慮して、移動体を回避しながら縦移動距離を最小化する、または車体合成力の最大値を最小化する軌道の導出方法は記載されていない。
【００１３】
また、特許文献３の技術では、所望の位置及び姿勢角に近づく軌道を導出しているものの、移動体の速度を考慮しつつリスクポテンシャル関数を設定して所望の位置付近に到達する車体合成力を導出しているため、所望の速度方向を考慮して、移動体を回避しながら縦移動用距離を最小化する、または車体合成力の最大値を最小化する軌道を導出しているとはいえない。
【００１４】
また、特許文献４の技術では、自車両の障害物に対する相対速度、回避するための横移動距離、車重、及び車体合成力の最大値が設定された場合に、回避距離を最短にする回避軌道を導出しているが、道路に対する所望の速度方向を考慮して、移動体を回避しながら縦移動距離を最小化する、または車体合成力の最大値を最小化する軌道の導出方法は記載されていない。
【００１５】
また、特許文献５の技術では、ロボットを所望の位置及び速度に到達させる上で加速度の２乗和が最小化される軌道を導出しているが、所望の速度方向を考慮して、移動体を回避しながら縦移動距離を最小化する、または車体合成力の最大値を最小化する軌道の導出方法は記載されていない。
【００１６】
また、特許文献６の技術では、自車両を所望の位置に到達させるための移動距離を最小にする軌道を導出しているが、所望の速度方向を考慮して、移動体を回避しながら縦移動距離を最小化する、または車体合成力の最大値を最小化する軌道の導出方法は記載されていない。
【００１７】
また、非特許文献１の技術では、相対的な意味における所望の位置及び速度方向に対して車体合成力の最大値を最小化する軌道を導出し、その軌道に基づいたマップを記憶しておくことで現時刻の車体合成力を導出しているが、道路に対する所望の速度方向に対して、移動体を回避しながら縦移動距離を最小化する、または車体合成力の最大値を最小化する軌道の導出方法は記載されていない。
【００１８】
本発明は、簡単な構成のマップを用いて、道路に対する所望の速度方向を考慮して、移動する障害物を回避しながら縦移動距離を最小化する、または車体合成力の最大値を最小化する車体合成力及び回避軌道を導出することができる車両運動制御装置及びプログラム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】
【００１９】
上記目的を達成するために、第１の発明の車両運動制御装置は、自車両の位置及び速度、障害物の位置及び速度を含む状態量を検出する検出手段と、前記障害物を回避直後の自車両の速度方向、及び車体合成力の最大値を設定する設定手段と、・前記速度方向を車体前後方向として、前記障害物が車体横方向に等速運動すると仮定して、前記自車両の速度の車体前後方向の成分ｖｘ０、前記自車両の速度の車体横方向の成分ｖｙ０、前記障害物の速度の車体横方向の成分Ｚｖ、前記自車両の現時刻の位置に対する前記障害物の位置の車体横方向の成分Ｚ０、及び車体合成加速度の最大値Ｆ０／ｍを用いた各々異なる３つのパラメータと、前記障害物を回避しながら前記速度方向に移動する際、車体前後方向の移動距離を最小化する車体合成力を求めるために導入した第１の導入パラメータν１の、前記成分ｖｘ０、前記成分ｖｙ０、前記成分Ｚｖ、前記成分Ｚ０、及び前記最大値Ｆ０／ｍのうち前記３つのパラメータに応じた２つが特定値であるとの仮定の下での値ν１’と、の関係を定めた第１の３次元マップ、・前記３つのパラメータと、前記障害物を回避しながら前記速度方向に移動する際、車体前後方向の移動距離を最小化する車体合成力を求めるために導入した前記第１の導入パラメータν１と異なる第２の導入パラメータν２の、前記仮定の下での値ν２’と、の関係を定めた第２の３次元マップ、並びに・前記３つのパラメータと、前記障害物の回避に要する時間ｔｅの、前記仮定の下での時間ｔｅ’と、の関係を定めた第３の３次元マップからなる最短３次元マップを記憶した記憶手段と、前記検出手段で検出された状態量及び前記設定手段で設定された車体合成力の最大値に基づいて前記３つのパラメータを演算し、演算された３つのパラメータ及び前記最短３次元マップを用いて、前記障害物を回避しながら前記速度方向に移動する際、車体前後方向の移動距離を最小化する車体合成力を導出する導出手段と、を含んで構成されている。
【００２０】
また、第２の発明の車両運動制御装置は、自車両の位置及び速度、障害物の位置及び速度を含む状態量を検出する検出手段と、前記障害物を回避直後の自車両の速度方向、及び車体合成力の最大値を設定する設定手段と、・前記速度方向を車体前後方向として、前記障害物が車体横方向に等速運動すると仮定して、前記自車両の速度の車体前後方向の成分ｖｘ０、前記自車両の速度の車体横方向の成分ｖｙ０、前記障害物の速度の車体横方向の成分Ｚｖ、前記自車両の現時刻の位置に対する前記障害物の位置の車体横方向の成分Ｚ０、及び車体合成加速度の最大値Ｆ０／ｍを用いた各々異なる３つのパラメータと、前記障害物を回避しながら前記速度方向に移動する際、車体前後方向の移動距離を最小化する車体合成加速度の方向θの、前記成分ｖｘ０、前記成分ｖｙ０、前記成分Ｚｖ、前記成分Ｚ０、及び前記最大値Ｆ０／ｍのうち前記３つのパラメータに応じた２つが特定値であるとの仮定の下での方向θ’と、の関係を定めた最短３次元マップを記憶した記憶手段と、前記検出手段で検出された状態量及び前記設定手段で設定された車体合成力の最大値に基づいて前記３つのパラメータを演算し、演算された３つのパラメータ及び前記最短３次元マップを用いて、前記障害物を回避しながら前記速度方向に移動する際、車体前後方向の移動距離を最小化する現時刻の車体合成力を導出する導出手段と、を含んで構成されている。
【００２１】
また、第３の発明の車両運動制御装置は、自車両の位置及び速度、障害物の位置及び速度を含む状態量を検出する検出手段と、前記障害物を回避直後の自車両の速度方向を設定する設定手段と、・前記速度方向を車体前後方向として、前記障害物が車体横方向に等速運動すると仮定して、前記自車両の速度の車体前後方向の成分ｖｘ０、前記自車両の速度の車体横方向の成分ｖｙ０、前記障害物の速度の車体横方向の成分Ｚｖ、前記自車両の現時刻の位置に対する前記障害物の位置の車体横方向の成分Ｚ０、及び前記自車両と前記障害物との距離の車体前後方向の成分Ｘｅを用いた各々異なる３つのパラメータと、前記障害物を回避しながら前記速度方向に移動する際、車体合成力の最大値を最小化する車体合成力を求めるために導入した第１の導入パラメータν１の、前記成分ｖｘ０、前記成分ｖｙ０、前記成分Ｚｖ、前記成分Ｚ０、及び前記成分Ｘｅのうち前記３つのパラメータに応じた２つが特定値であるとの仮定の下での値ν１’と、の関係を定めた第１の３次元マップ、・前記３つのパラメータと、前記障害物を回避しながら前記速度方向に移動する際、車体合成力の最大値を最小化する車体合成力を求めるために導入した前記第１の導入パラメータν１と異なる第２の導入パラメータν２の、前記仮定の下での値ν２’と、の関係を定めた第２の３次元マップ、並びに・前記３つのパラメータと、前記障害物の回避に要する時間ｔｅの、前記仮定の下での時間ｔｅ’と、の関係を定めた第３の３次元マップからなる最適３次元マップを記憶した記憶手段と、前記検出手段で検出された状態量に基づいて前記３つのパラメータを演算し、演算された３つのパラメータ及び前記最適３次元マップを用いて、前記障害物を回避しながら前記速度方向に移動する際、車体合成力の最大値を最小化する車体合成力を導出する導出手段と、を含んで構成されている。
【００２２】
また、第４の発明の車両運動制御装置は、自車両の位置及び速度、障害物の位置及び速度を含む状態量を検出する検出手段と、前記障害物を回避直後の自車両の速度方向を設定する設定手段と、・前記速度方向を車体前後方向として、前記障害物が車体横方向に等速運動すると仮定して、前記自車両の速度の車体前後方向の成分ｖｘ０、前記自車両の速度の車体横方向の成分ｖｙ０、前記障害物の速度の車体横方向の成分Ｚｖ、前記自車両の現時刻の位置に対する前記障害物の位置の車体横方向の成分Ｚ０、及び前記自車両と前記障害物との距離の車体前後方向の成分Ｘｅを用いた各々異なる３つのパラメータと、前記障害物を回避しながら前記速度方向に移動する際、車体合成力の最大値を最小化する車体合成加速度の方向θの、前記成分ｖｘ０、前記成分ｖｙ０、前記成分Ｚｖ、前記成分Ｚ０、及び前記成分Ｘｅのうち前記３つのパラメータに応じた２つが特定値であるとの仮定の下での方向θ’と、の関係を定めた第１の３次元マップ、並びに・前記３つのパラメータと、前記障害物を回避しながら前記速度方向に移動する際、車体合成力の最大値を最小化する車体合成加速度の最大値Ｆ０／ｍの、前記仮定の下での最大値Ｆ０’／ｍ’と、の関係を定めた第２の３次元マップからなる最適３次元マップを記憶した記憶手段と、前記検出手段で検出された状態量に基づいて前記３つのパラメータを演算し、演算された３つのパラメータ及び前記最適３次元マップを用いて、前記障害物を回避しながら前記速度方向に移動する際、車体合成力の最大値を最小化する現時刻の車体合成力を導出する導出手段と、を含んで構成されている。
【００２３】
また、第１及び第２の発明において、前記導出手段は、前記障害物の左側を回避する回避軌道の前記車体前後方向の移動距離の最短距離と、前記障害物の右側を回避する回避軌道の前記車体前後方向の移動距離の最短距離とを比較し、前記最短距離が小さい側の回避軌道を選択するようにすることができる。
【００２４】
また、第３及び第４の発明において、前記導出手段は、前記障害物の左側を回避する回避軌道の車体合成力の最大値と、前記障害物の右側を回避する回避軌道の車体合成力の最大値とを比較し、前記車体合成力の最大値が小さい側の回避軌道を選択するようにすることができる。
【００２５】
また、前記検出手段は、前記自車両の速度、前記自車両に対する前記障害物の相対距離及び相対速度を検出するようにすることができる。
【００２６】
また、前記導出手段で導出された前記車体合成力に基づいて、操舵角、制動力、及び駆動力の少なくとも一つを制御する制御手段を更に含んで構成することができる。
【００２７】
また、前記導出手段で導出された前記車体合成力に基づいて、ドライバに車両運動状態を報知する報知手段を更に含んで構成することができる。
【００２８】
また、第５の発明の車両運動制御プログラムは、コンピュータを、第１〜第４の発明の車両運動制御装置を構成する各手段として機能させるためのプログラムである。
【発明の効果】
【００２９】
以上説明したように、本発明によれば、移動する障害物を回避しながら道路に対する所望の速度方向に移動する際に、縦移動距離を最小化する、または車体合成力の最大値を最小化する車体合成力及び回避軌道を導出するための障害物の速度を考慮した簡単な構成の３次元マップを用いて車体合成力及び回避軌道を導出するため、障害物が移動する場合でも、障害物を回避しながら道路に対する所望の速度方向に移動する際に、縦移動距離を最小化する、または車体合成力の最大値を最小化する車体合成力及び回避軌道を導出することができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】車両運動制御の概略を示す図である。
【図２】ｘｙ座標の設定を説明するための図である。
【図３】第１の実施の形態の車両運動制御装置で用いられる最短３次元マップを表す線図である。
【図４】第１の実施の形態の車両運動制御装置の構成を示すブロック図である。
【図５】第１の実施の形態の車両運動制御ルーチンの内容を示すフローチャートである。
【図６】第２の実施の形態の車両運動制御装置で用いられる最短３次元マップを表す線図である。
【図７】第２の実施の形態の車両運動制御ルーチンの内容を示すフローチャートである。
【図８】第３の実施の形態の車両運動制御装置で用いられる最適３次元マップを表す線図である。
【図９】第３の実施の形態の車両運動制御装置で用いられる最適３次元マップの他の例を表す線図である。
【図１０】第３の実施の形態の車両運動制御ルーチンの内容を示すフローチャートである。
【図１１】第４の実施の形態の車両運動制御装置で用いられる最適３次元マップを表す線図である。
【図１２】第４の実施の形態の車両運動制御装置で用いられる最適３次元マップの他の例を表す線図である。
【図１３】第４の実施の形態の車両運動制御ルーチンの内容を示すフローチャートである。
【図１４】左側回避と右側回避との対称性を説明するための図である。
【図１５】第５の実施の形態の車両運動制御ルーチンの内容を示すフローチャートである。
【図１６】第５の実施の形態の車両運動制御ルーチンの他の例の内容を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。本実施の形態では、車両が走行する道路上において移動する障害物を回避する場合を想定し、回避直後の位置を障害物の横（障害物の移動方向の延長線上）を通過する位置とし、その回避直後の位置における速度方向を車体前後方向とする場合について説明する。
【００３２】
第１の実施の形態では、障害物の速度を検出して、設定された車体合成力の最大値内で車体合成力を発生させて障害物を回避しながら道路に対する所望の速度方向に移動する際に、縦移動距離を最小化する車体合成力及び回避軌道を導出する場合について説明する。
【００３３】
図１に示すように、設定したｘｙ座標での時刻ｔ（現時刻をｔ＝０として、現時刻からｔ秒後）における車体合成加速度のｘ成分をｕｘ（ｔ）、車体合成加速度のｙ成分をｕｙ（ｔ）、車体合成力の大きさをＦ（ｔ）、車体合成力の方向をθ０（ｔ）、及び自車両の重量をｍとすると、車体合成加速度ｕｘ（ｔ）及びｕｙ（ｔ）は、下記（１）式及び（２）式で示される。また、（１）式及び（２）式を積分して、下記（３）式及び（４）式に示すように、自車両の路面に対する速度のｘ成分ｖｘ（ｔ）、及び速度のｙ成分ｖｙ（ｔ）が得られる。また、（３）式及び（４）式を積分して、下記（５）式及び（６）式に示すように、自車両のｔ秒後のｘ軸方向の位置Ｘ（ｔ）、及びｙ軸方向の位置Ｙ（ｔ）が得られる。このＸ（ｔ）及びＹ（ｔ）により回避軌道が得られる。
【００３４】
【数１】
【００３５】
なお、ｘｙ座標は、ｔ＝０における自車両の位置を原点とし、障害物の横を通過する位置における速度方向（車体前後方向）をｘ軸、ｘ軸に直交する軸（車体横方向）をｙ軸として設定する（図２参照）。
【００３６】
そして、現時刻（ｔ＝０）における自車両の路面に対する速度をｖｘ（０）＝ｖｘ０、ｖｙ（０）＝ｖｙ０、自車両に対する障害物の相対的な位置を（Ｘｅ，Ｚ０）、及び障害物の道路に対する速度をＺｖとした場合に、車体合成力の最大値Ｆ０＝ｍａｘＦ（ｔ）を設定した場面において、ｖｘ０、ｖｙ０及びＺｖをパラメータとする縦移動距離を最小化するための３次元マップ（以下、最短３次元マップという）を用いて、所望の速度方向に対して縦移動距離を最小化する車体合成加速度ｕｘ（ｔ）及びｕｙ（ｔ）（（１）式、及び（２）式）を導出する。
【００３７】
ここで、図１に示すように、自車両及び障害物の速度及びｘ方向の相対距離が既知の場合において、最適軌道を求める３次元マップの導出例について説明する。
【００３８】
まず、ｘ１＝Ｘ（ｔ）、ｘ２＝ｖｘ（ｔ）、x３＝Ｙ（ｔ）、ｘ４＝ｖｙ（ｔ）、ｕ１＝ｕｘ（ｔ）、ｕ２＝ｕｙ（ｔ）とおくと、（１）式及び（２）式の運動方程式は、下記（７）式及び（８）式のような状態方程式に変形できる。なお、Ｔはベクトル及び行列の転置記号である。
【００３９】
【数２】
【００４０】
また、設定された座標軸上において、検出された障害物の速度がＺｖ、位置がＺ０の場合で、障害物がｙ軸方向に等速直線運動すると仮定すると、時刻ｔにおける障害物のｙ軸方向の位置は、下記（９）式で表される。
【００４１】
【数３】
【００４２】
次に、設定された車体合成力の最大値Ｆ０の範囲内で、障害物を回避しながら縦移動距離を最小化する最適制御問題として考えると、現時刻をｔ＝０とし、回避に要する時間をｔｅとおいて、評価関数Ｉを下記（１０）式で表した場合、下記（１１）式で表される終端条件、及び下記（１２）式で表される車体合成力の大きさに関する入力制約条件の下で、評価関数Ｉを最小化する制御入力を求めよという制御問題に帰着される。
【００４３】
【数４】
【００４４】
この最適制御問題を公知の技術（特開２００７-２８３９１０号公報等）を参考に解いていく。まず、ラグランジュ乗数関数ベクトルψ（ｔ）、λ（ｔ）、ハミルトン関数Ｈを下記（１４）式のようにおくと、オイラー方程式を用いて最適解ｘｏ（ｔ），ｕｏ（ｔ）は、下記（１５）〜（１７）式を満足する。
【００４５】
【数５】
【００４６】
また、終端条件に関しては、Ｓ（ｘ，ｔ）＝ｘ１（ｔ）とおき、定数ベクトルν＝（ν１，ν２）Ｔを導出することで、下記（１８）式及び（１９）式のような関係が成り立つ。
【００４７】
【数６】
【００４８】
ただし、（１４）式〜（１９）式内の右下添え字ｘ，ｕ，ｔは偏微分を意味する。
【００４９】
ここで、（１５）〜（１７）式を変形すると、下記（２０）〜（２２）式のような関係が得られる。
【００５０】
【数７】
【００５１】
また、終端条件より、下記（２３）式及び（２４）式を用いて、下記（２５）式及び（２６）式の関係が得られる。
【００５２】
【数８】
【００５３】
（２１）式及び（２２）式より、下記（２７）式が得られ、ｕｏ（ｔ）は下記（２８）式となる。
【００５４】
【数９】
【００５５】
また（２０）式及び（２５）式によりψ（ｔ）を求めると下記（２９）式となり、ｘ２（ｔ）の終端は（２６）式より下記（３０）式の関係を満たすので、下記（３１）式の終端条件が新たに出てくる。
【００５６】
【数１０】
【００５７】
このとき、制御問題は下記（３２）式のように書き換えられる。
【００５８】
【数１１】
【００５９】
（３２）式を（７）式及び（８）式のｕ（ｔ）に代入して時間積分し、初期条件（（７）式の第２式）と終端条件（（１１）式及び（３１）式を適用すると、ｔｅ、ν１、ν２を導出する非線形方程式（下記（３３）式〜（３６）式））が求まる。なお、ν１及びν２は本発明の第１の導入パラメータ及び第２の導入パラメータに相当する。
【００６０】
（３２）式において必要となるｔｅ、ν１、ν２は、（３３）式〜（３５）式の非線形方程式にｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｆ０、Ｚ０及びＺｖを代入して解くことにより得られる。また、最小の縦移動距離Ｘｓは、（３６）式の関係を満たす。
【００６１】
【数１２】
【００６２】
上記非線形方程式は、移動する障害物の速度を考慮しているため、公知の技術（特開２００７−２８３９１０号公報等）の非線形方程式とは（３３）式の右辺、及び（３５）式の左辺の最終項が異なっている。ただし、この場合も公知の演算ソフトウエアで十分計算可能である。この方程式の解を求めるために、低次元化したマップを導出する。
【００６３】
まず、（３３）〜（３５）式に着眼して、任意の正数ａを導入して下記（３７）式の関係を満足する２組のパラメータＰ及びＰ’を考えると、Ｐ及びＰ’に対応する解｛ν１、ν２、ｔｅ｝及び｛ν１’、ν２’、ｔｅ’｝は、下記（３８）式の関係を満たす。
【００６４】
【数１３】
【００６５】
（３７）式の最後の式より、ａを下記（３９）式のようにおくと、（３７）式よりｖｘ０’、ｖｙ０’及びＺｖ’は下記（４０）式のように変形できる。
【００６６】
【数１４】
【００６７】
この関係より、Ｆ０’／ｍ’及びＺ０’に任意の正数を設定することにより、現時刻のパラメータＰによってｖｘ０’、ｖｙ０’及びＺｖ’が求まる。よって、Ｆ０’／ｍ’及びＺ０’をある値に設定した場合において、ｖｘ０’、ｖｙ０’及びＺｖ’をパラメータとした｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝の最短３次元マップを予め用意しておけばよい。なお、このＦ０’／ｍ’及びＺ０’の値はマップ作成時に設計者が自由に設定できる。
【００６８】
ここでは、一例として、Ｆ０’／ｍ’＝Ｚ０’＝１とした場合のｖｘ０’、ｖｙ０’及びＺｖ’に関する最短３次元マップを作成する。図３に示すように、ｖｘ０’、ｖｙ０’及びＺｖ’をパラメータとして（３３）式〜（３５）式に基づいて得られるν１’の値をマッピングした第１の３次元マップ、ν２’の値をマッピングした第２の３次元マップ、及びｔｅ’の値をマッピングした第３の３次元マップを作成する。また、例えば、Ｚｖ’について、Ｚｖ’＝ｖａ’、Ｚｖ’＝ｖｂ’、Ｚｖ’＝ｖｃ’の３値（ｖａ’＜ｖｂ’＜ｖｃ’）を用い、ｖａ’〜ｖｂ’間、及びｖｂ’〜ｖｃ’間は、各々線形近似などで内挿する。ただし、この図３では、ｖｙ０’軸方向において相対速度ｖｙ０’−Ｚｖ’を用いてマッピングしている。
【００６９】
そして、これらのマップを用いて｛ν１，ν２，ｔｅ｝を求めるには、Ｆ０’／ｍ’＝Ｚ０’＝１、既知のｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｚ０、Ｚｖ及びＦ０から（４０）式に従ってパラメータｖｘ０’、ｖｙ０’及びＺｖ’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝を各３次元マップから得て、（３８）式及び（３９）式に従って｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝を｛ν１，ν２，ｔｅ｝に変換し、（３２）式に適用して入力の時間関数を得る。また、（３６）式に代入して最小の縦移動距離Ｘｓを演算する。
【００７０】
ただし、Ｚ０＜０の場合は、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｚｖ→−Ｚｖ、Ｚ０→−Ｚ０に変換して、最短３次元マップより｛−ν１’，−ν２’，ｔｅ’｝を求め、−ν１’→ν１’、−ν２’→ν２’の処理を行って｛ν１，ν２，ｔｅ｝を得ればよい。
【００７１】
この結果、現時刻の障害物の位置及び速度から、設定された車体合成力の最大値内で車体合成力を発生させて、移動する障害物を回避しながら所望の速度方向に対して縦移動距離を最小化する制御入力関数が得られ、また（１）式〜（６）式の積分計算により回避軌道が導出される。
【００７２】
なお、上記の最短３次元マップではパラメータｖｘ０’、ｖｙ０’及びＺｖ’を（４０）式のように定め、Ｆ０’／ｍ’＝Ｚ０’＝１とした場合について説明したが、このパラメータの取り方は、上記以外にも複数存在する。例えば、任意の正数ａを（３７）式の第１式より下記（４１）式のようにおくと、（３７）式よりｖｙ０’、Ｚｖ’及びＺ０’は下記（４２）式のように変形できる。
【００７３】
【数１５】
【００７４】
この関係より、Ｆ０’／ｍ’及びｖｘ０’にある正数を設定することにより、現時刻のパラメータＰによってｖｙ０’、Ｚｖ’及びＺ０’が求まる。よって、Ｆ０’／ｍ’及びｖｘ０’をある値に設定した場合において、ｖｙ０’、Ｚｖ’及びＺ０’をパラメータとした｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝の最短３次元マップを予め用意しておけばよい。なお、このＦ０’／ｍ’及びｖｘ０’の値はマップ作成時に設計者が自由に設定できる。一例として、Ｆ０’／ｍ’＝ｖｘ０’＝１とした場合のｖｙ０’、Ｚｖ’及びＺ０’を変数として、（３３）式〜（３５）式の非線形方程式を解き、その解である｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝の最短３次元マップを作成する。
【００７５】
そして、この最短３次元マップを用いて｛ν１，ν２，ｔｅ｝を求めるには、Ｆ０’／ｍ’＝ｖｘ０’＝１、既知のｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｚ０、Ｚｖ及びＦ０から（４２）式に従ってパラメータｖｙ０’、Ｚｖ’及びＺ０’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝を最短３次元マップから得て、（３８）式及び（４１）式に従って｛ν１，ν２，ｔｅ｝に変換する。
【００７６】
なお、この最短３次元マップの領域は、ｖｙ０’、Ｚｖ’及びＺ０’のいずれかにおいて０以上に限定してもよい。例えば、Ｚ０≧０の最短３次元マップを作成した場合は、検出値がＺ０＜０であったとしても、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｚｖ→−Ｚｖ、Ｚ０→−Ｚ０に変換して最短３次元マップより｛−ν１’，−ν２’，ｔｅ’｝を求め、さらに−ν１’→ν１’、−ν２’→ν２’の処理を行えば｛ν１，ν２，ｔｅ｝が得られる。
【００７７】
また、別のパラメータを用いる場合として、（４２）式の第３式を下記（４３）式のように変形すると、（４１）式のａは、下記（４４）式のように変形される。
【００７８】
【数１６】
【００７９】
この関係より、ｖｘ０’及びＺ０’にある正数を設定することにより、現時刻のパラメータＰによってＦ０’／ｍ’、ｖｙ０’及びＺｖ’が求まる。よって、ｖｘ０’及びＺ０’をある値に設定した場合において、Ｆ０’／ｍ’、ｖｙ０’及びＺｖ’をパラメータとした｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝の最短３次元マップを予め用意しておけばよい。なお、このｖｘ０’及びＺ０’の値はマップ作成時に設計者が自由に設定できる。一例として、ｖｘ０’＝Ｚ０’＝１とした場合のＦ０’／ｍ’、ｖｙ０’及びＺｖ’を変数として、（３３）式〜（３５）式の非線形方程式を解き、その解である｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝の最短３次元マップを作成する。
【００８０】
そして、この最短３次元マップを用いて｛ν１，ν２，ｔｅ｝を求めるには、ｖｘ０’＝Ｚ０’＝１、既知のｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｚ０、Ｚｖ及びＦ０から（４２）式の第１式及び第２式に従ってパラメータｖｙ０’及びＺｖを演算し、（４３）式に従ってパラメータＦ０’／ｍ’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝を最短３次元マップから得て、（３８）式及び（４４）式に従って｛ν１，ν２，ｔｅ｝に変換する。ただし、Ｚ０＜０の場合には、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｚｖ→−Ｚｖ、Ｚ０→−Ｚ０に変換して最短３次元マップより｛−ν１’，−ν２’，ｔｅ’｝を求め、−ν１’→ν１’、−ν２’→ν２’の処理を行って｛ν１，ν２，ｔｅ｝を得ればよい。
【００８１】
また、別のパラメータを用いる場合として、任意の正数ａを（３７）式の第２式より下記（４５）式のようにおくと、（３７）式よりｖｘ０’、Ｚｖ’及びＺ０’は下記（４６）式のように変形できる。
【００８２】
【数１７】
【００８３】
この関係より、Ｆ０’／ｍ’及びｖｙ０’にある正数を設定することにより、現時刻のパラメータＰによって、ｖｘ０’、Ｚｖ’及びＺ０’が求まる。よって、Ｆ０’／ｍ’及びｖｙ０’をある値に設定した場合において、ｖｘ０’、Ｚｖ’及びＺ０’をパラメータとした｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝の最短３次元マップを予め用意しておけばよい。なお、このＦ０’／ｍ’及びｖｙ０’の値はマップ作成時に設計者が自由に設定できる。一例として、Ｆ０’／ｍ’＝ｖｙ０’＝１とした場合のｖｘ０’、Ｚｖ’及びＺ０’を変数として、（３３）式〜（３５）式の非線形方程式を解き、その解である｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝の最短３次元マップを作成する。
【００８４】
そして、この最短３次元マップを用いて｛ν１，ν２，ｔｅ｝を求めるには、Ｆ０’／ｍ’＝ｖｙ０’＝１、既知のｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｚ０、Ｚｖ及びＦ０から（４６）式に従ってパラメータｖｘ０’、Ｚｖ’及びＺ０’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝の最短３次元マップから得て、（３８）式及び（４５）式に従って｛ν１，ν２，ｔｅ｝に変換する。ただし、ｖｙ０＜０の場合には、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｚｖ→−Ｚｖ、Ｚ０→−Ｚ０に変換して、最短３次元マップより｛−ν１’，−ν２’，ｔｅ’｝を求め、−ν１’→ν１’、−ν２’→ν２’の処理を行って｛ν１，ν２，ｔｅ｝を得ればよい。
【００８５】
また、別のパラメータを用いる場合として、（４６）式の第３式を下記（４７）式のように変形すると、（４５）式のａは、下記（４８）式のように変形される。
【００８６】
【数１８】
【００８７】
この関係より、ｖｙ０’及びＺ０’にある値を設定することにより、現時刻のパラメータＰによってＦ０’／ｍ’、ｖｘ０’及びＺｖ’が求まる。よって、ｖｙ０’及びＺ０’をある値に設定した場合において、Ｆ０’／ｍ’、ｖｘ０’及びＺｖ’をパラメータとした｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝の最短３次元マップを予め用意しておけばよい。なお、このｖｙ０’及びＺ０’の値はマップ作成時に設計者が自由に設定できる。一例として、ｖｙ０’＝１、Ｚ０’＝±１とした場合のＦ０’／ｍ’、ｖｘ０’及びＺｖ’を変数として、（３３）式〜（３５）式の非線形方程式を解き、その解である｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝の最短３次元マップを作成する。
【００８８】
そして、この最短３次元マップを用いて｛ν１，ν２，ｔｅ｝を求めるには、ｖｙ０’＝１、Ｚ０’＝±１、既知のｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｚ０、Ｚｖ及びＦ０から（４６）式の第１式及び第２式に従ってパラメータｖｘ０’及びＺｖ’を演算し、（４７）式に従ってパラメータＦ０’／ｍ’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝を最短３次元マップから得て、（３８）式及び（４８）式に従って｛ν１，ν２，ｔｅ｝に変換する。ただし、ｖｙ０≧０、Ｚ０≧０の場合には、Ｚ０’＝１の最短３次元マップより｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝を求め、ｖｙ０≧０、Ｚ０＜０の場合には、Ｚ０’＝−１の最短３次元マップより｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝を求める。また、ｖｙ０＜０、Ｚ０≧０の場合には、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｚｖ→−Ｚｖ、Ｚ０→−Ｚ０に変換してＺ０’＝−１の最短３次元マップより｛−ν１’，−ν２’，ｔｅ’｝を求めて、−ν１’→ν１’、−ν２’→ν２’の処理を行って｛ν１，ν２，ｔｅ｝を得る。また、ｖｙ０＜０、Ｚ０＜０の場合には、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｚｖ→−Ｚｖ、Ｚ０→−Ｚ０に変換してＺ０’＝１の最短３次元マップより｛−ν１’，−ν２’，ｔｅ’｝を求めて、−ν１’→ν１’、−ν２’→ν２’の処理を行って｛ν１，ν２，ｔｅ｝を得る。
【００８９】
また、別のパラメータを用いる場合として、任意の正数ａを（３７）式の第３式より下記（４９）式のようにおくと、（３７）式よりｖｘ０’、ｖｙ０’及びＺ０’は下記（５０）式のように変形できる。
【００９０】
【数１９】
【００９１】
この関係より、Ｆ０’／ｍ’及びＺｖ’にある正数を設定することにより、現時刻のパラメータＰによって、ｖｘ０’、ｖｙ０’及びＺ０’が求まる。よって、Ｆ０’／ｍ’及びＺｖ’をある値に設定した場合において、ｖｘ０’、ｖｙ０’及びＺ０’をパラメータとした｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝の最短３次元マップを予め用意しておけばよい。なお、このＦ０’／ｍ’及びＺｖ’の値はマップ作成時に設計者が自由に設定できる。一例として、Ｆ０’／ｍ’＝Ｚｖ’＝１とした場合のｖｘ０’、ｖｙ０’及びＺ０’を変数として、（３３）式〜（３５）式の非線形方程式を解き、その解である｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝の最短３次元マップを作成する。
【００９２】
そして、この最短３次元マップを用いて｛ν１，ν２，ｔｅ｝を求めるには、Ｆ０’／ｍ’＝Ｚｖ’＝１、既知のｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｚ０、Ｚｖ及びＦ０から（５０）式に従ってパラメータｖｘ０’、ｖｙ０’及びＺ０’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝を最短３次元マップから得て、（３８）式及び（４９）式に従って｛ν１，ν２，ｔｅ｝に変換する。ただし、Ｚｖ＜０の場合には、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｚｖ→−Ｚｖ、Ｚ０→−Ｚ０に変換して、最短３次元マップより｛−ν１’，−ν２’，ｔｅ’｝を求め、−ν１’→ν１’、−ν２’→ν２’の処理を行って｛ν１，ν２，ｔｅ｝を得ればよい。
【００９３】
また、別のパラメータを用いる場合として、（５０）式の第３式を下記（５１）式のように変形すると、（４９）式のａは、下記（５２）式のように変形される。
【００９４】
【数２０】
【００９５】
この関係より、Ｚｖ’及びＺ０’にある値を設定することにより、現時刻のパラメータＰによってＦ０’／ｍ’、ｖｘ０’及びｖｙ０’が求まる。よって、Ｚｖ’及びＺ０’をある値に設定した場合において、Ｆ０’／ｍ’、ｖｘ０’及びｖｙ０’をパラメータとした｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝の最短３次元マップを予め用意しておけばよい。なお、このＺｖ’及びＺ０’の値はマップ作成時に設計者が自由に設定できる。一例として、Ｚｖ’＝１、Ｚ０’＝±１とした場合のＦ０’／ｍ’、ｖｘ０’及びｖｙ０’を変数として、（３３）式〜（３５）式の非線形方程式を解き、その解である｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝の最短３次元マップを作成する。
【００９６】
そして、この最短３次元マップを用いて｛ν１，ν２，ｔｅ｝を求めるには、Ｚｖ’＝１、Ｚ０’＝±１、既知のｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｚ０、Ｚｖ及びＦ０から（５０）式の第１式及び第２式に従ってパラメータｖｘ０’及びｖｙ０’を演算し、（５１）式に従ってパラメータＦ０’／ｍ’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝を最短３次元マップから得て、（３８）式及び（５２）式に従って｛ν１，ν２，ｔｅ｝に変換する。ただし、Ｚｖ≧０、Ｚ０≧０の場合には、Ｚ０’＝１の最短３次元マップより｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝を求め、Ｚｖ≧０、Ｚ０＜０の場合には、Ｚ０’＝−１の最短３次元マップより｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝を求める。また、Ｚｖ＜０、Ｚ０≧０の場合には、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｚｖ→−Ｚｖ、Ｚ０→−Ｚ０に変換してＺ０’＝−１の最短３次元マップより｛−ν１’，−ν２’，ｔｅ’｝を求めて、−ν１’→ν１’、−ν２’→ν２’の処理を行って｛ν１，ν２，ｔｅ｝を得る。また、Ｚｖ＜０、Ｚ０＜０の場合には、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｚｖ→−Ｚｖ、Ｚ０→−Ｚ０に変換してＺ０’＝１の最短３次元マップより｛−ν１’，−ν２’，ｔｅ’｝を求めて、−ν１’→ν１’、−ν２’→ν２’の処理を行って｛ν１，ν２，ｔｅ｝を得る。
【００９７】
また、最短３次元マップの軸の取り方をオーバーシュートする軌道とそうでない軌道との境界線を考慮して変更したマップを作成してもよい。例えば、（４２）式のパラメータを下記（８５）式のように変更して最短３次元マップを作成することができる。
【００９８】
【数２１】
【００９９】
以下、上記の最短３次元マップを用いた第１の実施の形態について詳細に説明する。図４に示すように、第１の実施の形態の車両運動制御装置には、自車両の走行状態を検出する走行状態検出手段として車両に搭載されたセンサ群、外部環境状態を検出する外部環境検出手段として車両に搭載されたセンサ群、及びこれらのセンサ群からの検出データに基づいて、自車両が運動するように自車両に搭載された車載機器を制御することによって目標位置へ到達するように車両運動を制御する制御装置２０、ドライバに車両運動制御状態を報知する表示装置３０が設けられている。
【０１００】
車両運動制御装置の自車両の走行状態を検出するセンサ群としては、車速を検出する車速センサ１０、操舵角を検出する操舵角センサ１２、及びスロットル弁の開度を検出するスロットル開度センサ１４が設けられている。また、図示しないＧＰＳ装置からの情報を加えるようにしてもよい。
【０１０１】
また、外部環境状態を検出するセンサ群としては、自車両の前方を撮影する前方カメラ１６、及び自車両の前方の障害物を検出するレーザレーダ１８が設けられている。なお、レーザレーダ１８に代えて、又はレーザレーダ１８と共にミリ波レーダを設けるようにしてもよい。また、図示しないＧＰＳ装置からの情報を加えるようにしてもよい。
【０１０２】
前方カメラ１６は、車両の前方を撮影するように車両のフロントウインドウ上部等に取り付けられている。前方カメラ１６は、小型のＣＣＤカメラ又はＣＭＯＳカメラで構成され、自車両の前方の道路状況を含む領域を撮影し、撮影により得られた画像データを出力する。出力された画像データは、マイクロコンピュータ等で構成された制御装置２０に入力される。なお、カメラとして、前方カメラ１６に加えて、前方赤外線カメラを設けるのが好ましい。赤外線カメラを用いることにより、歩行者を障害物として確実に検出することができる。なお、上記の赤外線カメラに代えて近赤外線カメラを用いることができ、この場合においても同様に歩行者を確実に検出することができる。
【０１０３】
レーザレーダ１８は、赤外光パルスを照射する半導体レーザからなる発光素子、赤外光パルスを水平方向に走査する走査装置、及び前方の障害物（歩行者、前方車両等）から反射された赤外光パルスを受光する受光素子を含んで構成され、車両の前方グリル又はバンパに取り付けられている。このレーザレーダ１８では、発光素子から発光された時点を基準として受光素子で受光されるまでの反射赤外光パルスの到達時間に基づいて、自車両から前方の障害物までの距離を検出することができる。レーザレーダ１８で検出された障害物までの距離を示すデータは制御装置２０に入力される。制御装置２０は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、及びＣＰＵを含むマイクロコンピュータ等で構成され、ＲＯＭには以下で説明する車両運動制御ルーチンのプログラムが記憶されている。
【０１０４】
また、制御装置２０は、自車両の操舵角、制動力、及び駆動力の少なくとも１つを制御することによって、目標位置へ到達するように車両運動を制御するための車両搭載機器に接続されている。この車両搭載機器としては、車輪の操舵角を制御するための電動パワーステアリング等の操舵角制御装置２２、ブレーキ油圧を制御することによって制動力を制御する制動力制御装置２４、及び駆動力を制御する駆動力制御装置２６が設けられている。制動力制御装置２４には、制動力を検出する検出センサ２４Ａが取り付けられている。また、制御装置２０には、演算された制御入力の方向θ等を表示することによって車両運動制御情報をドライバに報知する表示装置３０が接続されている。なお、車両運動制御を行なっていることを、ドライバだけでなく車両外部の目標位置方向に向かって報知するようにしてもよい。また、最短回避距離が自車両と障害物との距離よりも短い場合には、ドライバに回避の必要性を予め報知するようにしてもよい。
【０１０５】
操舵角制御装置２２としては、ドライバのステアリングホイール操作に重畳して前輪及び後輪の少なくとも一方の車輪の操舵角を制御する制御手段、ドライバ操作とは機械的に分離され、ステアリングホイールの操作とは独立して前輪及び後輪の少なくとも一方の車輪の操舵角を制御する制御手段（いわゆるステア・バイ・ワイヤ）等を用いることができる。
【０１０６】
制動力制御装置２４としては、ドライバ操作とは独立して各車輪の制動力を個別に制御する、いわゆるＥＳＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ）に用いられる制御装置、ドライバ操作とは機械的に分離され、各車輪の制動力を信号線を介して任意に制御する制御装置（いわゆるブレーキ・バイ・ワイヤ）等を用いることができる。
【０１０７】
駆動力制御装置２６としては、スロットル開度、点火進角の遅角、又は燃料噴射量を制御することによって駆動力を制御する制御装置、変速機の変速位置を制御することによって駆動力を制御する制御装置、トルクトランスファを制御することによって前後方向及び左右方向の少なくとも一方の駆動力を制御する制御装置等を用いることができる。
【０１０８】
また、制御装置２０には、制御入力を求めるための最短３次元マップを記憶したマップ記憶装置２８が接続されている。
【０１０９】
また、制御装置２０には、ドライバに警報を発する図示しない警報装置が接続されている。警報装置としては、音や音声によって警報を発する装置、光や視覚的な表示によって警報を発する装置、振動によって警報を発する装置、又は操舵反力のような物理量をドライバに与えてドライバの操作を誘導する物理量付与装置を用いることができる。また、表示装置３０を警報装置として用いるようにしてもよい。
【０１１０】
以下、図５を参照して第１の実施の形態の車両運動制御装置の制御装置２０で実行される車両運動制御ルーチンについて説明する。ここでは、移動する障害物を回避しながら道路に対する所望の速度方向に移動する際に、縦移動距離を最小化する車体合成力を導出するためのマップとして図３の最短３次元マップを用いる場合について説明する。
【０１１１】
ステップ１００で、車速センサ１０等で検出された自車両の走行状態、及びレーザレーダ１８等で検出された外部環境状態に関する検出データを取り込む。次に、ステップ１０２で、取り込んだ検出データに基づいて、車両が走行している道路上の障害物の位置及び大きさを含む環境マップを作成する。
【０１１２】
次に、ステップ１０４で、障害物の横を通過する位置における速度方向を環境マップに基づいて設定し、さらに自車両の現時刻の位置を原点に、また設定した速度方向を車体前後方向（ｘ軸）に取り、ｘ軸に直交する方向をｙ軸とするｘｙ座標を設定する。
【０１１３】
次に、ステップ１０６で、上記ステップ１００で走行状態として取り込まれた自車両及び障害物の状態量を設定された座標に対応させて変換し、現在の自車両の速度のｘ成分ｖｘ０、自車両の速度のｙ成分ｖｙ０、障害物のｙ軸方向の位置Ｚ０、及び障害物の速度のｙ成分Ｚｖを演算する。なお、ここでは、障害物の速度のｘ成分は０とする。
【０１１４】
次に、ステップ１０８で、外部環境及び自車両の構造と状態に基づいて、車体合成力の最大値Ｆ０を設定する。
【０１１５】
次に、ステップ１１０で、上記ステップ１０６で演算した自車両及び障害物の状態量ｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｚｖ、Ｚ０、及び上記ステップ１０８で設定した車体合成力の最大値Ｆ０を用いて、（４０）式に従ってパラメータｖｘ０’、ｖｙ０’及びＺｖ’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝を最短３次元マップから得て、（３８）式及び（３９）式に従って｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝を｛ν１，ν２，ｔｅ｝に変換する。そして、これらのパラメータを（３２）式に適用することにより車体合成力を得る。また、（３６）式に代入することで最小の縦移動距離Ｘｓを得る。また、（１）式〜（６）式に従って、移動する障害物を回避しながら道路に対する所望の速度方向に移動する際に、縦移動距離が最小となる回避軌道を導出する。
【０１１６】
次に、ステップ１１２で、上記ステップ１１０で導出された車体合成力に従って、回避軌道に沿った走行を実現するために必要な各車輪のタイヤ発生力を演算し、各車輪のタイヤ発生力が得られるように操舵角制御装置２２、制動力制御装置２４、及び駆動力制御装置２６の少なくとも１つを制御すると共に、車両運動制御情報を表示装置３０に表示する。また、障害物を回避するように制御する際には無条件で警報装置から警報を発したり、障害物を回避するための車両運動制御を行っていることを表示装置３０に表示したりすることにより警報を行ってもよい。各車輪のタイヤ発生力が得られるように制御することにより、目的とする車体合成力が得られるように制御することができる。
【０１１７】
以上説明したように、第１の実施の形態の車両運動制御装置によれば、移動する障害物を回避しながら道路に対する所望の速度方向に移動する際に、縦移動距離を最小化する車体合成力及び回避軌道を導出するための障害物の速度を考慮した簡単な構成の３次元マップを用いて車体合成力及び回避軌道を導出するため、障害物が移動する場合でも、障害物を回避しながら道路に対する所望の速度方向に移動する際に、縦移動距離を最小化する車体合成力及び回避軌道を導出することができる。
【０１１８】
次に、第２の実施の形態について説明する。第１の実施の形態では、車体合成力及び回避軌道を求めるために｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝を導出する最短３次元マップを用いる場合について説明したが、現時刻の入力（車体合成力の向き）のみを求めたい場合には、１つのパラメータを出力する最短３次元マップで導出が可能となる。第２の実施の形態ではこの場合について説明する。なお、第２の実施の形態の車両運動制御装置の構成は、第１の実施の形態の車両運動制御装置の構成と同一であるので説明を省略する。
【０１１９】
ここで、第２の実施の形態で用いられる最短３次元マップについて説明する。
【０１２０】
まず、第１の実施の形態と同様に、（４０）式まで展開する。そして、一例として、Ｆ０’／ｍ’＝Ｚ０’＝１とした場合のｖｘ０’、ｖｙ０’及びＺｖ’に関する最短３次元マップを作成する。図６に示すように、ｖｘ０’、ｖｙ０’及びＺｖ’をパラメータとして、（３２）式〜（３５）式に基づいて得られる車体合成加速度の方向θ’の値をマッピングした最短３次元マップを作成する。ただし、この図６では、ｖｙ０’軸方向において相対速度ｖｙ０’−Ｚｖ’を用いてマッピングしている。
【０１２１】
そして、この最短３次元マップを用いて｛θ’｝を求めるには、Ｆ０’／ｍ’＝Ｚ０’＝１、既知のｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｚ０、Ｚｖ及びＦ０から（４０）式に従ってパラメータｖｘ０’、ｖｙ０’及びＺｖ’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛θ’｝を最短３次元マップから得て、下記（５３）式により、移動する障害物を回避しながら道路に対する所望の速度方向に移動する際に、縦移動距離を最小化する現時刻の車体合成力の大きさ及び向きが得られる。
【０１２２】
【数２２】
【０１２３】
ただし、Ｚ０＜０の場合には、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｚｖ→−Ｚｖ、Ｚ０→−Ｚ０に変換して最短３次元マップより｛−θ’｝を求め、さらに−θ’→θ’の処理を行って｛θ’｝を得ればよい。
【０１２４】
また、図６のように｛Ｘｓ’｝も出力する最短３次元マップを導入して、下記（５４）式及び公知の技術（特開２００７-２８３９１０号公報）などを用いて、直進の加減速または横移動のみの回避を選択してもよい。
【０１２５】
【数２３】
【０１２６】
なお、上記の最短３次元マップでは、パラメータを（４０）式のように定めた場合について説明したが、第１の実施の形態と同様に、（４２）式に示すパラメータを用いた最短３次元マップ及び（３２）式のθ（ｔ）の式を用いて、現時刻の｛θ’｝を出力する最短３次元マップを作成することもできる。一例として、Ｆ０’／ｍ’＝ｖｘ０’＝１とした場合のｖｙ０’、Ｚｖ’及びＺ０’に関する最短３次元マップを作成することができる。そして、（５３）式により、移動する障害物を回避しながら道路に対する所望の速度方向に移動する際に、縦移動距離を最小化する現時刻の車体合成力の大きさ及び向きを導出する。
【０１２７】
なお、この最短３次元マップの領域は、ｖｙ０’、Ｚｖ’及びＺ０’のいずれかにおいて０以上に限定してもよい。例えば、Ｚ０≧０の最短３次元マップを作成した場合は、検出値がＺ０＜０であったとしても、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｚｖ→−Ｚｖ、Ｚ０→−Ｚ０に変換して最短３次元マップより｛−θ’｝を求め、さらに−θ’→θ’処理を行えば｛θ’｝が得られる。
【０１２８】
また、ここでも｛Ｘｓ’｝も出力する最短３次元マップを導入して、下記（５５）式及び公知の技術（特開２００７-２８３９１０号公報）などを用いて、直進の加減速または横移動のみの回避を選択してもよい。
【０１２９】
また、（４２）式の第１式、第２式及び（４３）式に示すパラメータを用いた最短３次元マップ及び（３２）式のθ（ｔ）の式を用いて、現時刻の｛θ’｝を出力する最短３次元マップを作成することもできる。一例として、ｖｘ０’＝Ｚ０’＝１とした場合のＦ０’／ｍ’、ｖｙ０’及びＺｖ’に関する最短３次元マップを作成することができる。ただし、Ｚ０＜０の場合には、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｚｖ→−Ｚｖ、Ｚ０→−Ｚ０に変換して最短３次元マップより｛−θ’｝を求め、−θ’→ θ’の処理を行って｛θ’｝を得ればよい。また、ここでも｛Ｘｓ’｝も出力する最短３次元マップを導入して、（５４）式及び公知の技術（特開２００７-２８３９１０号公報）などを用いて、直進の加減速または横移動のみの回避を選択してもよい。
【０１３０】
また、（４６）式に示すパラメータを用いた最短３次元マップ及び（３２）式のθ（ｔ）の式を用いて、現時刻の｛θ’｝を出力する最短３次元マップを作成することもできる。一例として、Ｆ０’／ｍ’＝ｖｙ０’＝１とした場合のｖｘ０’、Ｚｖ’及びＺ０’に関する最短３次元マップを作成することができる。ただし、ｖｙ０＜０の場合には、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｚｖ→−Ｚｖ、Ｚ０→−Ｚ０に変換して、最短３次元マップより｛−θ’｝を求め、−θ’→ θ’の処理を行って｛θ’｝を得ればよい。 また、ここでも｛Ｘｓ’｝も出力する最短３次元マップを導入して、下記（５６）式及び公知の技術（特開２００７-２８３９１０号公報）などを用いて、直進の加減速または横移動のみの回避を選択してもよい。
【０１３１】
また、（４６）式の第１式、第２式及び（４７）式に示すパラメータを用いた最短３次元マップ及び（３２）式のθ（ｔ）の式を用いて、現時刻の｛θ’｝を出力する最短３次元マップを作成することもできる。一例として、一例として、ｖｙ０’＝１、Ｚ０’＝±１とした場合のＦ０’／ｍ’、ｖｘ０’及びＺｖ’に関する最短３次元マップを作成することができる。ただし、ｖｙ０≧０、Ｚ０≧０の場合には、Ｚ０’＝１の最短３次元マップより｛θ’｝を求め、ｖｙ０≧０、Ｚ０＜０の場合には、Ｚ０’＝−１の最短３次元マップより｛θ’｝を求める。また、ｖｙ０＜０、Ｚ０≧０の場合には、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｚｖ→−Ｚｖ、Ｚ０→−Ｚ０に変換してＺ０’＝−１の最短３次元マップより｛−θ’｝を求めて、−θ’→ θ’の処理を行って｛θ’｝を得る。また、ｖｙ０＜０、Ｚ０＜０の場合には、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｚｖ→−Ｚｖ、Ｚ０→−Ｚ０に変換してＺ０’＝１の最短３次元マップより｛−θ’｝を求めて、−θ’→ θ’の処理を行って｛θ’｝を得る。また、ここでも｛Ｘｓ’｝も出力する最短３次元マップを導入して、（５４）式及び公知の技術（特開２００７-２８３９１０号公報）などを用いて、直進の加減速または横移動のみの回避を選択してもよい。
【０１３２】
また、（５０）式に示すパラメータを用いた最短３次元マップ及び（３２）式のθ（ｔ）の式を用いて、現時刻の｛θ’｝を出力する最短３次元マップを作成することもできる。一例として、Ｆ０’／ｍ’＝Ｚｖ’＝１とした場合のｖｘ０’、ｖｙ０’及びＺ０’に関する最短３次元マップを作成することができる。ただし、Ｚｖ＜０の場合には、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｚｖ→−Ｚｖ、Ｚ０→−Ｚ０に変換して、最短３次元マップより｛−θ’｝を求め、−θ’→ θ’の処理を行って｛θ’｝を得ればよい。また、ここでも｛Ｘｓ’｝も出力する最短３次元マップを導入して、下記（５７）式及び公知の技術（特開２００７-２８３９１０号公報）などを用いて、直進の加減速または横移動のみの回避を選択してもよい。
【０１３３】
また、（５０）式の第１式、第２式及び（５１）式に示すパラメータを用いた最短３次元マップ及び（３２）式のθ（ｔ）の式を用いて、現時刻の｛θ’｝を出力する最短３次元マップを作成することもできる。一例として、Ｚｖ’＝１、Ｚ０’＝±１とした場合のＦ０’／ｍ’、ｖｘ０’及びｖｙ０’に関する最短３次元マップを作成することができる。ただし、Ｚｖ≧０、Ｚ０≧０の場合には、Ｚ０’＝１の最短３次元マップより｛θ’｝を求め、Ｚｖ≧０、Ｚ０＜０の場合には、Ｚ０’＝−１の最短３次元マップより｛θ’｝を求める。また、Ｚｖ＜０、Ｚ０≧０の場合には、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｚｖ→−Ｚｖ、Ｚ０→−Ｚ０に変換してＺ０’＝−１の最短３次元マップより｛−θ’｝を求めて、−θ’→ θ’の処理を行って｛θ’｝を得る。また、Ｚｖ＜０、Ｚ０＜０の場合には、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｚｖ→−Ｚｖ、Ｚ０→−Ｚ０に変換してＺ０’＝１の最短３次元マップより｛−θ’｝を求めて、−θ’→ θ’の処理を行って｛θ’｝を得る。また、ここでも｛Ｘｓ’｝も出力する最短３次元マップを導入して、（５４）式及び公知の技術（特開２００７-２８３９１０号公報）などを用いて、直進の加減速または横移動のみの回避を選択してもよい。
【０１３４】
【数２４】
【０１３５】
以下、図７を参照して第２の実施の形態の車両運動制御装置の制御装置２０で実行される車両運動制御ルーチンについて説明する。ここでは、移動する障害物を回避しながら道路に対する所望の速度方向に移動する際に、縦移動距離を最小化する現時刻の車体合成力の向きを導出するためのマップとして図６の最短３次元マップを用いる場合について説明する。なお、第１の実施の形態の車両運動制御装置の制御装置２０で実行される車両運動制御ルーチンと同一の処理については、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１３６】
ステップ１００〜１０８を経て、次に、ステップ２００で、上記ステップ１０６で演算した自車両及び障害物の状態量ｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｚｖ、Ｚ０、及び上記ステップ１０８で設定した車体合成力の最大値Ｆ０を用いて、（４０）式に従ってパラメータｖｘ０’、ｖｙ０’及びＺｖ’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛θ’｝を最短３次元マップから得て、（５３）式に適用することにより車体合成力の向き及び大きさを導出する。次に、ステップ１１２で、上記ステップ２００で導出した車体合成力に従って車両運動を制御する。
【０１３７】
以上説明したように、第２の実施の形態の車両運動制御装置によれば、移動する障害物を回避しながら道路に対する所望の速度方向に移動する際に、縦移動距離を最小化する現時刻の車体合成力の向きを導出するための障害物の速度を考慮した簡単な構成の最短３次元マップを用いて車体合成力の向きを導出するため、障害物が移動する場合でも、障害物を回避しながら道路に対する所望の速度方向に移動する際に、縦移動距離を最小化する現時刻の車体合成力の向き及び大きさを導出することができる。また、第１の実施の形態の場合の最短３次元マップに比べ、用いるマップが少ないため、マップを記憶するための容量を削減できる。
【０１３８】
次に、第３の実施の形態について説明する。第３の実施の形態では、移動する障害物を回避しながら道路に対する所望の速度方向に移動する際に、車体合成力の最大値を最小化する車体合成力及び回避軌道を導出する場合について説明する。なお、第３の実施の形態の車両運動制御装置の構成は、第１の実施の形態の車両運動制御装置の構成と同一であるので説明を省略する。
【０１３９】
ここで、移動する障害物を回避しながら道路に対する所望の速度方向に移動する際に、車体合成力の最大値を最小化する車体合成力及び回避軌道を導出するためのマップ（以下、最適３次元マップという）について説明する。
【０１４０】
車体合成力の最大値を最小にする最適制御は、第１の実施の形態で述べた場合と同様に（７）式〜（１２）式で定式化できる。なぜなら、最小の縦移動距離Ｘｓが自車両と障害物との相対距離のｘ成分Ｘｅと等しくなる車体合成力の最大値Ｆ０を求められれば、そのときの（３２）式で示される制御入力は、車体合成力の最大値最小化問題の最適解になるためである。よって、自車両と障害物との相対距離のｘ成分Ｘｅに対して、ｘ１（ｔｅ）＝Ｘｅの関係を導入することにより、Ｘｓ→Ｘｅに変換された非線形方程式（３３）式〜（３６）式にｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｘｅ、Ｚ０、Ｚｖを代入して、Ｆ０、ｔｅ、ν１、ν２が求まる。
【０１４１】
まず、（３３）式を下記（５８）式のように変形し、Ｘｓ→Ｘｅに変換された（３４）式〜（３６）式に代入する（（５９）式〜（６１）式）。
【０１４２】
【数２５】
【０１４３】
ここで、任意の正数ａを導入して下記（６２）式の関係を満足する２組のパラメータＰ及びＰ’を考えると、Ｐ及びＰ’に対応する解｛ν１、ν２、ｔｅ｝及び｛ν１’、ν２’、ｔｅ’｝は、下記（６３）式の関係を満たす。
【０１４４】
【数２６】
【０１４５】
（６２）式の第２式より、ａを下記（６４）式のようにおくと、（６２）式よりｖｙ０’、Ｚｖ’及びＺ０’は下記（６５）式のように変形できる。
【０１４６】
【数２７】
【０１４７】
この関係より、ｖｘ０’及びＸｅ’に任意の正数を設定することにより、現時刻のパラメータＰによってｖｙ０’、Ｚｖ’及びＺ０’が求まる。よって、ｖｘ０’及びＸｅ’をある値に設定した場合において、ｖｙ０’、Ｚｖ’及びＺ０’をパラメータとした最適３次元マップを予め用意しておけばよい。なお、このｖｘ０’及びＸｅ’の値はマップ作成時に設計者が自由に設定できる。
【０１４８】
ここでは、一例として、ｖｘ０’＝Ｘｅ’＝１とした場合のｖｙ０’、Ｚｖ’及びＺ０’に関する最適３次元マップを作成する。図８に示すように、ｖｙ０’、Ｚｖ’及びＺ０’をパラメータとして、（５９）式〜（６１）式に基づいて得られるν１’の値をマッピングした第１の３次元マップ、ν２’の値をマッピングした第２の３次元マップ、及びｔｅ’の値をマッピングした第３の３次元マップを作成する。ただし、この図８では、ｖｙ０’軸方向において相対速度ｖｙ０’−Ｚｖ’を用いてマッピングしている。
【０１４９】
そして、これらのマップを用いて｛ν１，ν２，ｔｅ｝を求めるには、ｖｘ０’＝Ｘｅ’＝１、既知のｖｘ０、ｖｙ０、Ｚ０、Ｚｖ及びＸｅから（６５）式に従ってパラメータｖｙ０’、Ｚｖ’及びＺ０’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝を各３次元マップから得て、（６３）式及び（６４）式に従って｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝を｛ν１，ν２，ｔｅ｝に変換する。また、（５８）式に代入してＦ０を演算する。そしてこれらのパラメータを（３２）式に適用して入力の時間関数を得る。
【０１５０】
なお、この最適３次元マップの領域は、ｖｙ０’、Ｚｖ’及びＺ０’のいずれかにおいて０以上に限定してもよい。例えば、Ｚ０≧０の最適３次元マップを作成した場合は、検出値がＺ０＜０であったとしても、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｚｖ→−Ｚｖ、Ｚ０→−Ｚ０に変換して最適３次元マップより｛−ν１’，−ν２’，ｔｅ’｝を求め、さらに−ν１’→ν１’、−ν２’→ν２’の処理を行えば｛ν１，ν２，ｔｅ｝が得られる。
【０１５１】
この結果、現在の位置から障害物を回避しながら所望の速度方向に移動する際に、車体合成力の最大値を最小化する制御入力関数が得られ、また（１）式〜（６）式の積分計算により回避軌道が導出される。
【０１５２】
なお、上記の最適３次元マップではパラメータｖｙ０’、Ｚｖ’及びＺ０’を（６５）式のように定め、ｖｘ０’＝Ｘｅ’＝１とした場合について説明したが、このパラメータの取り方は、上記以外にも複数存在する。例えば、任意の正数ａを（６２）式の第４式より下記（６６）式のようにおくと、（６２）式よりｖｙ０’、Ｚｖ’及びＸｅ’は下記（６７）式のように変形できる。
【０１５３】
【数２８】
【０１５４】
この関係より、ｖｘ０’及びＺ０’にある正数を設定することにより、現時刻のパラメータＰによってｖｙ０’、Ｚｖ’及びＸｅ’が求まる。よって、ｖｘ０’及びＺ０’をある値に設定した場合において、ｖｙ０’、Ｚｖ’及びＸｅ’をパラメータとした｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝の最適３次元マップを予め用意しておけばよい。なお、このｖｘ０’及びＺ０’の値はマップ作成時に設計者が自由に設定できる。一例として、ｖｘ０’＝Ｚ０’＝１とした場合のｖｙ０’、Ｚｖ’及びＸｅ’を変数として、（５９）式〜（６１）式の非線形方程式を解き、その解である｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝の最適３次元マップを作成する。
【０１５５】
そして、この最適３次元マップを用いて｛ν１，ν２，ｔｅ｝を求めるには、ｖｘ０’＝Ｚ０’＝１、既知のｖｘ０、ｖｙ０、Ｚ０、Ｚｖ及びＸｅから（６７）式に従ってパラメータｖｙ０’、Ｚｖ’及びＸｅ’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝を最適３次元マップから得て、（６３）式及び（６６）式に従って｛ν１，ν２，ｔｅ｝に変換する。ただし、Ｚ０＜０の場合には、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｚｖ→−Ｚｖ、Ｚ０→−Ｚ０に変換して最適３次元マップより｛−ν１’，−ν２’，ｔｅ’｝を求め、−ν１’→ν１’、−ν２’→ν２’の処理を行って｛ν１，ν２，ｔｅ｝を得ればよい。
【０１５６】
また、別のパラメータを用いる場合として、（５８）式〜（６５）式の展開方法を変更することもできる。まず、（３４）式を下記（６８）式のように変形し、Ｘｓ→Ｘｅに変換された（３３）式、（３５）式及び（３６）式に代入する（（６９）式〜（７１）式）。
【０１５７】
【数２９】
【０１５８】
ここで、任意の正数ａ１を導入して下記（７２）式の関係を満足する２組のパラメータＰ及びＰ’を考えると、Ｐ及びＰ’に対応する解｛ν１、ν２、ｔｅ｝及び｛ν１’、ν２’、ｔｅ’｝は、下記（７３）式の関係を満たす。
【０１５９】
【数３０】
【０１６０】
（７２）式の第２式より、ａ１を下記（７４）式のようにおくと、（７２）式よりｖｘ０’、Ｚｖ’及びＺ０’は下記（７５）式のように変形できる。
【０１６１】
【数３１】
【０１６２】
この関係より、ｖｙ０’及びＸｅ’に任意の正数を設定することにより、現時刻のパラメータＰによってｖｘ０’、Ｚｖ’及びＺ０’が求まる。よって、ｖｙ０’及びＸｅ’をある値に設定した場合において、ｖｘ０’、Ｚｖ’及びＺ０’をパラメータとした最適３次元マップを予め用意しておけばよい。なお、このｖｙ０’及びＸｅ’の値はマップ作成時に設計者が自由に設定できる。
【０１６３】
ここでは、一例として、ｖｙ０’＝Ｘｅ’＝１とした場合のｖｘ０’、Ｚｖ’及びＺ０’に関する最適３次元マップを作成する。図９に示すように、ｖｘ０’、Ｚｖ’及びＺ０’をパラメータとして、（６９）式〜（７１）式に基づいて得られるν１’の値をマッピングした第１の３次元マップ、ν２’の値をマッピングした第２の３次元マップ、及びｔｅ’の値をマッピングした第３の３次元マップを作成する。なお、図９では、Ｚｖ’＝ｖｙ０’／２が特異点となるため、この場合を含むように最適３次元マップを構成している。
【０１６４】
そして、これらのマップを用いて｛ν１，ν２，ｔｅ｝を求めるには、ｖｙ０’＝Ｘｅ’＝１、既知のｖｘ０、ｖｙ０、Ｚ０、Ｚｖ及びＸｅから（７５）式に従ってパラメータｖｘ０’、Ｚｖ’及びＺ０’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝を各３次元マップから得て、（７３）式及び（７４）式に従って｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝を｛ν１，ν２，ｔｅ｝に変換する。また、（６８）式に代入してＦ０を演算し、これらのパラメータを（３２）式に適用して入力の時間関数を得る。ただし、ｖｙ０＜０の場合には、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｚｖ→−Ｚｖ、Ｚ０→−Ｚ０に変換して最適３次元マップより｛−ν１’，−ν２’，ｔｅ’｝を求め、−ν１’→ν１’、−ν２’→ν２’の処理を行って｛ν１，ν２，ｔｅ｝を得ればよい。
【０１６５】
また、別のパラメータを用いる場合として、任意の正数ａ１を（７２）式の第４式より下記（７６）式のようにおくと、（７２）式よりｖｘ０’、Ｚｖ’及びＸｅ’は下記（７７）式のように変形できる。
【０１６６】
【数３２】
【０１６７】
この関係より、ｖｙ０’及びＺ０’にある正数を設定することにより、現時刻のパラメータＰによってｖｘ０’、Ｚｖ’及びＸｅ’が求まる。よって、ｖｙ０’及びＺ０’をある値に設定した場合において、ｖｘ０’、Ｚｖ’及びＸｅ’をパラメータとした｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝の最適３次元マップを予め用意しておけばよい。なお、このｖｙ０’及びＺ０’の値はマップ作成時に設計者が自由に設定できる。一例として、ｖｙ０’＝１、Ｚ０’＝±１とした場合のｖｘ０’、Ｚｖ’及びＸｅ’を変数として、（６９）式〜（７１）式の非線形方程式を解き、その解である｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝の最適３次元マップを作成する。
【０１６８】
そして、この最適３次元マップを用いて｛ν１，ν２，ｔｅ｝を求めるには、ｖｙ０’＝１、Ｚ０’＝±１、既知のｖｘ０、ｖｙ０、Ｚ０、Ｚｖ及びＸｅから（７７）式に従ってパラメータｖｘ０’、Ｚｖ’及びＸｅ’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝を最適３次元マップから得て、（７３）式及び（７６）式に従って｛ν１，ν２，ｔｅ｝に変換する。ただし、ｖｙ０≧０、Ｚ０≧０の場合には、Ｚ０’＝１の最適３次元マップより｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝を求め、ｖｙ０≧０、Ｚ０＜０の場合には、Ｚ０’＝−１の最適３次元マップより｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝を求める。また、ｖｙ０＜０、Ｚ０≧０の場合には、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｚｖ→−Ｚｖ、Ｚ０→−Ｚ０に変換してＺ０’＝−１の最適３次元マップより｛−ν１’，−ν２’，ｔｅ’｝を求めて、−ν１’→ν１’、−ν２’→ν２’の処理を行って｛ν１，ν２，ｔｅ｝を得る。また、ｖｙ０＜０、Ｚ０＜０の場合には、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｚｖ→−Ｚｖ、Ｚ０→−Ｚ０に変換してＺ０’＝１の最適３次元マップより｛−ν１’，−ν２’，ｔｅ’｝を求めて、−ν１’→ν１’、−ν２’→ν２’の処理を行って｛ν１，ν２，ｔｅ｝を得る。
【０１６９】
また、最適３次元マップの軸の取り方をオーバーシュートする軌道とそうでない軌道との境界線を考慮して変更したマップを作成してもよい。例えば、（６５）式のパラメータを下記（８６）式〜（８８）式のように変更して最適３次元マップを作成することができる。
【０１７０】
【数３３】
【０１７１】
以下、図１０を参照して第３の実施の形態の車両運動制御装置の制御装置２０で実行される車両運動制御ルーチンについて説明する。ここでは、移動する障害物を回避しながら道路に対する所望の速度方向に移動する際に、車体合成力の最大値を最小化する車体合成力を導出するためのマップとして図８の最適３次元マップを用いる場合について説明する。なお、第１の実施の形態の車両運動制御装置の制御装置２０で実行される車両運動制御ルーチンと同一の処理については、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１７２】
ステップ１００〜１０６を経て、次に、ステップ３００で、上記ステップ１０６で演算した自車両及び障害物の状態量ｖｘ０、ｖｙ０、Ｚｖ、Ｚ０及びＸｅを用いて、（６５）式に従ってパラメータｖｙ０’、Ｚｖ’及びＺ０’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝を最適３次元マップから得て、（６３）式及び（６４）式に従って｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝を｛ν１，ν２，ｔｅ｝に変換し、（５８）式に従ってＦ０を演算する。そして、これらのパラメータを（３２）式に適用することにより車体合成力を得る。また、（１）式〜（６）式に従って、移動する障害物を回避しながら道路に対する所望の速度方向に移動する際に、車体合成力の最大値を最小化する回避軌道を導出する。
【０１７３】
次に、ステップ３０２で、上記ステップ３００で演算したＦ０が、タイヤ発生力の限界値以下か否かを判定する。車体合成力の最大値がタイヤ発生力の限界値以下の場合には、ステップ１１２へ移行し、タイヤ発生力の限界値を超えている場合には、ステップ３０４へ移行する。なお、タイヤ発生力の限界値は、路面とタイヤとの間の摩擦係数に基づいて定まる真の限界値だけでなく、真の限界値に対してマージンを設けて設定した限界値も含む意味である。
【０１７４】
ステップ１１２では、第１の実施の形態と同様に、上記ステップ３００で導出された車体合成力に従って、回避軌道に沿った走行を実現するための回避車両運動制御を実行する。一方、ステップ３０４では、急制動制御により障害物の手前で車両が停止するように制動力制御装置２４を制御するか、推定される衝突被害が最小化されるように操舵角制御装置２２及び制動力制御装置２４を制御する。例えば、ＷＯ２００６−０７０８６５記載の技術のような公知の技術を用いればよい。
【０１７５】
以上説明したように、第３の実施の形態の車両運動制御装置によれば、移動する障害物を回避しながら道路に対する所望の速度方向に移動する際に、車体合成力の最大値を最小化する車体合成力及び回避軌道を導出するための障害物の速度を考慮した簡単な構成の３次元マップを用いて車体合成力及び回避軌道を導出するため、障害物が移動する場合でも、障害物を回避しながら道路に対する所望の速度方向に移動する際に、車体合成力の最大値を最小化する車体合成力及び回避軌道を導出することができる。
【０１７６】
次に、第４の実施の形態について説明する。第３の実施の形態では、車体合成力及び回避軌道を求めるために｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝を導出する最適３次元マップを用いる場合について説明したが、現時刻の最適入力（車体合成力の大きさ及び向き）のみを求めたい場合には、２つのパラメータを出力する最適３次元マップで導出が可能となる。第４の実施の形態ではこの場合について説明する。なお、第４の実施の形態の車両運動制御装置の構成は、第１の実施の形態の車両運動制御装置の構成と同一であるので説明を省略する。
【０１７７】
ここで、第４の実施の形態で用いられる最適３次元マップについて説明する。
【０１７８】
まず、第３の実施の形態と同様に、（６５）式まで展開する。そして、一例として、ｖｘ０’＝Ｘｅ’＝１とした場合のｖｙ０’、Ｚｖ’及びＺ０’に関する最適３次元マップを作成する。図１１に示すように、ｖｙ０’、Ｚｖ’及びＺ０’をパラメータとして、（３２）式及び（５８）式〜（６１）式に基づいて得られる車体合成加速度の方向θ’の値をマッピングした第１の３次元マップ、及びＦ０’／ｍ’の値をマッピングした第２の３次元マップを作成する。ただし、この図１１では、ｖｙ０’軸方向において相対速度ｖｙ０’−Ｚｖ’を用いてマッピングしている。
【０１７９】
そして、この最適３次元マップを用いて｛θ’，Ｆ０’／ｍ’｝を求めるには、ｖｘ０’＝Ｘｅ’＝１、既知のｖｘ０、ｖｙ０、Ｚ０、Ｚｖ及びＸｅから（６５）式に従ってパラメータｖｙ０’、Ｚｖ’及びＺ０’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛θ’，Ｆ０’／ｍ’｝を最適３次元マップから得て、下記（７８）式によりＦ０を求めて、（５３）式により、移動する障害物を回避しながら道路に対する所望の速度方向に移動する際に、車体合成力の最大値を最小化する現時刻の車体合成力の大きさ及び向きが得られる。
【０１８０】
【数３４】
【０１８１】
なお、上記の最適３次元マップでは、パラメータを（６５）式のように定めた場合について説明したが、第３の実施の形態と同様に、（６７）式に示すパラメータを用いた最適３次元マップ及び（３２）式のθ（ｔ）の式を用いて、現時刻の｛θ’，Ｆ０’／ｍ’｝を出力する最適３次元マップを作成することもできる。一例として、ｖｘ０’＝Ｚ０’＝１とした場合のｖｙ０’、Ｚｖ’及びＸｅ’に関する最適３次元マップを作成することができる。この場合、下記（７９）式によりＦ０を求める。ただし、Ｚｖ＜０の場合には、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｚｖ→−Ｚｖ、Ｚ０→−Ｚ０に変換して、最適３次元マップより｛−θ’，Ｆ０’／ｍ’｝を求め、−θ’→ θ’の処理を行って｛θ’，Ｆ０’／ｍ’｝を得ればよい。
【０１８２】
また、（７５）式に示すパラメータを用いた最適３次元マップ及び（３２）式のθ（ｔ）の式を用いて、現時刻の｛θ’，Ｆ０’／ｍ’｝を出力する最適３次元マップを作成することもできる。一例として、ｖｙ０’＝Ｘｅ’＝１とした場合のｖｘ０’、Ｚｖ’及びＺ０’に関する最適３次元マップを作成することができる（図１２）。この場合、下記（８０）式によりＦ０を求める。ただし、ｖｙ０＜０の場合には、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｚｖ→−Ｚｖ、Ｚ０→−Ｚ０に変換して、最適３次元マップより｛−θ’，Ｆ０’／ｍ’｝を求め、−θ’→ θ’の処理を行って｛θ’，Ｆ０’／ｍ’｝を得ればよい。
【０１８３】
また、（７７）式に示すパラメータを用いた最適３次元マップ及び（３２）式のθ（ｔ）の式を用いて、現時刻の｛θ’，Ｆ０’／ｍ’｝を出力する最適３次元マップを作成することもできる。一例として、ｖｙ０’＝１、Ｚ０’＝±１とした場合のｖｘ０’、Ｚｖ’及びＸｅ’に関する最適３次元マップを作成することができる。この場合、下記（８１）式によりＦ０を求める。ただし、ｖｙ０≧０、Ｚ０≧０の場合には、Ｚ０’＝１の最適３次元マップより｛θ’，Ｆ０’／ｍ’｝を求め、ｖｙ０≧０、Ｚ０＜０の場合には、Ｚ０’＝−１の最適３次元マップより｛θ’，Ｆ０’／ｍ’｝を求める。また、ｖｙ０＜０、Ｚ０≧０の場合には、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｚｖ→−Ｚｖ、Ｚ０→−Ｚ０に変換してＺ０’＝−１の最適３次元マップより｛−θ’，Ｆ０’／ｍ’｝を求めて、−θ’→ θ’の処理を行って｛θ’，Ｆ０’／ｍ’｝を得る。また、ｖｙ０＜０、Ｚ０＜０の場合には、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｚｖ→−Ｚｖ、Ｚ０→−Ｚ０に変換してＺ０’＝１の最適３次元マップより｛−θ’，Ｆ０’／ｍ’｝を求めて、−θ’→ θ’の処理を行って｛θ’，Ｆ０’／ｍ’｝を得る。
【０１８４】
【数３５】
【０１８５】
以下、図１３を参照して第４の実施の形態の車両運動制御装置の制御装置２０で実行される車両運動制御ルーチンについて説明する。ここでは、移動する障害物を回避しながら道路に対する所望の速度方向に移動する際に、車体合成力の最大値を最小化する現時刻の車体合成力の向きを導出するためのマップとして図１１の最適３次元マップを用いる場合について説明する。なお、第１及び第３の実施の形態の車両運動制御装置の制御装置２０で実行される車両運動制御ルーチンと同一の処理については、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１８６】
ステップ１００〜１０６を経て、次に、ステップ４００で、上記ステップ１０６で演算した自車両及び障害物の状態量ｖｘ０、ｖｙ０、Ｚｖ、Ｚ０、及びＸｅを用いて、（６５）式に従ってパラメータｖｙ０’、Ｚｖ’及びＺ０’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛θ’，Ｆ０’／ｍ’｝を最適３次元マップから得て、（７８）式によりＦ０を演算し、（５３）式に適用することにより車体合成力の向き及び大きさを導出する。次に、ステップ３０２、及びステップ１１２または３０４で、第３の実施の形態と同様に車両運動を制御する。
【０１８７】
以上説明したように、第４の実施の形態の車両運動制御装置によれば、移動する障害物を回避しながら道路に対する所望の速度方向に移動する際に、車体合成力の最大値を最小化する現時刻の車体合成力の向きを導出するための障害物の速度を考慮した簡単な構成の最適３次元マップを用いて車体合成力の向きを導出するため、障害物が移動する場合でも、障害物を回避しながら道路に対する所望の速度方向に移動する際に、車体合成力の最大値を最小化する現時刻の車体合成力の向き及び大きさを導出することができる。また、第３の実施の形態の場合の最適３次元マップに比べ、用いるマップが少ないため、マップを記憶するための容量を削減できる。
【０１８８】
次に、第５の実施の形態について説明する。第５の実施の形態では、左右の回避軌道を求めて比較する場合について説明する。なお、第５の実施の形態の車両運動制御装置の構成は、第１の実施の形態の車両運動制御装置の構成と同一であるので説明を省略する。
【０１８９】
第１〜第４の実施の形態では、自車両の前後方向に対して障害物の左側に回避する回避軌道を導出する場合について説明したが、障害物の右側に回避する回避軌道を導出する場合にも適用することができる。なぜなら、図１４に示すように、障害物の右側を回避する軌道は、ｘ軸に関して線対称な場面に対して、障害物の左側に回避する軌道と対称になるためである。
【０１９０】
図１５を参照して第５の実施の形態の車両運動制御装置の制御装置２０で実行される車両運動制御ルーチンについて説明する。ここでは、移動する障害物を回避しながら道路に対する所望の速度方向に移動する際に、縦移動距離を最小化する回避軌道を導出するためのマップとして図３の最短３次元マップを用いる場合について説明する。なお、第１の実施の形態の車両運動制御装置の制御装置２０で実行される車両運動制御ルーチンと同一の処理については、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１９１】
ステップ１００〜１０８を経て、ステップ５００で、障害物の現時刻のｙ軸方向の位置Ｚ０に対応して、Ｚｖ＝０の時に自車両が障害物の横を通過するときの位置を左側回避ではＺｌ、右側回避ではＺｒとおく。そして、自車両及び障害物の大きさに基づいた横位置のマージンαＺを設定して、下記（８２）式のようにＺｌ及びＺｒを設定する。
【０１９２】
【数３６】
【０１９３】
次に、ステップ５０２で、上記ステップ１０６で演算した自車両及び障害物の状態量ｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｚ０、Ｚｖ、及び上記ステップ１０８で設定した車体合成力の最大値Ｆ０を用いて、最短３次元マップから｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝を得る。このステップ内では、Ｚ０について、左側回避ではＺ０をＺｌに、右側回避ではＺ０をＺｒに代えて用いる。そして、（３８）式及び（３９）式に従って｛ν１，ν２，ｔｅ｝に変換する。そして、これらのパラメータを（３２）式に適用することにより左側回避及び右側回避の各々の車体合成力を得る。また、（３６）式に代入することで左側回避及び右側回避の各々の最小の縦移動距離Ｘｓを得る。なお、左側回避の場合には、Ｚｖ及びＺｌをそのまま第１の実施形態と同様に適用することができるが、右側回避の場合には、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｚｖ→−Ｚｖ、Ｚｒ→−Ｚｒに変換（ｘ軸に線対称な場面）して、第１の実施形態と同様に適用して、最短３次元マップより{−ν1’，−ν2’，ｔｅ’｝を得る。そして、−ν1’→ν1’、−ν2’→ν2’の処理を行えば、障害物の右側を回避する{ν1’，ν2’，ｔｅ’｝が得られる。
【０１９４】
次に、ステップ５０４で、左側回避の最小の縦移動距離Ｘｓと右側回避の最小の縦移動距離Ｘｓとを比較し、左側回避の最小の縦移動距離Ｘｓの方が小さい場合には、ステップ５０６へ移行し、左側回避の軌道を選択し、右側回避の最小の縦移動距離Ｘｓの方が小さい場合には、ステップ５０８へ移行し、右側回避の軌道を選択する。
【０１９５】
次に、ステップ５１０で、選択した回避動作が必要か否かを判定し、その回避動作が必要な場合には、ステップ１１２へ移行し、回避車両運動制御を実行し、回避動作が必要でない場合、すなわち回避動作を行わなくても障害物と衝突しない場合には、そのまま処理を終了する。なお、公知の技術（特開２００７-２８３９１０号公報）などを用いて、直進の加減速または横移動のみの回避を選択してもよい。
【０１９６】
なお、第５の実施の形態では、最短３次元マップを用いた最短回避制御について、左側回避軌道と右側回避軌道とを比較する場合について説明したが、例えば図８に示す最適３次元マップを用いて最適回避制御を行う場合にも適用できる。図１６を参照して、第５の実施の形態の最適回避制御の場合について説明する。なお、第１〜第４の実施の形態、及び第５の実施の形態の最短回避制御の場合と同一の処理については、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１９７】
ステップ１００〜１０６、及びステップ５００を経て、次に、ステップ５５０で、上記ステップ１０６で演算した自車両及び障害物の状態量ｖｘ０、ｖｙ０、Ｚ０、Ｚｖ、及びＸｅを用いて、最適３次元マップから｛ν１’，ν２’，ｔｅ’｝を得る。このステップ内では、Ｚ０について、左側回避ではＺ０をＺｌに、右側回避ではＺ０をＺｒに代えて用いる。そして、（６３）式及び（６４）式に従って｛ν１，ν２，ｔｅ｝に変換する。そして、これらのパラメータを（３２）式に適用することにより左側回避及び右側回避の各々の車体合成力を得る。また、（５８）式に代入することで左側回避及び右側回避の各々の車体合成力の最大値Ｆ０を得る。なお、左側回避の場合には、Ｚｖ及びＺｌをそのまま第１の実施形態と同様に適用することができるが、右側回避の場合には、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｚｖ→−Ｚｖ、Ｚｒ→−Ｚｒに変換（ｘ軸に線対称な場面）して、第１の実施形態と同様に適用して、最短３次元マップより{−ν1’，−ν2’，ｔｅ’｝を得る。そして、−ν1’→ν1’、−ν2’→ν2’の処理を行えば、障害物の右側を回避する{ν1’，ν2’，ｔｅ’｝が得られる。
【０１９８】
次に、ステップ５５２で、上記ステップ５５０で得られた左側回避の場合の車体合成力の最大値Ｆ０と右側回避の場合の車体合成力の最大値Ｆ０とを比較し、左側回避の車体合成力の最大値Ｆ０の方が小さい場合には、ステップ５０６へ移行し、左側回避の軌道を選択し、右側回避の車体合成力の最大値Ｆ０の方が小さい場合には、ステップ５０８へ移行し、右側回避の軌道を選択する。
【０１９９】
以下、ステップ３０２、及びステップ１１２またはステップ３０４で、回避車両運動制御等を実行する。
【０２００】
以上説明したように、第５の実施の形態では、同一の最短３次元マップまたは最適３次元マップを用いて、左側回避の軌道と右側回避の軌道とを導出することができ、最短３次元マップを用いた場合は回避距離、最適３次元マップを用いた場合は車体合成力の最大値が小さい方の回避軌道を選択するため、より最適な回避制御を実行することができる。
【０２０１】
なお、第５の実施の形態では、第１または第３の実施の形態に左側回避または右側回避を選択する処理を組み合わせた場合について説明したが、第２または第４の実施の形態に組み合わせるようにしてもよい。
【０２０２】
また、第１〜第５の実施の形態では、道路に対する自車両及び障害物の速度を用いる場合について説明したが、道路に対する自車両の速度ｖｘ０、ｖｙ０及び自車両に対する障害物の相対速度Ｚｖｘ’、Ｚｖｙ’を検出し、それらのパラメータを用いて制御問題を定式化して解いてもよい。なぜなら、導出される制御入力とその非線形方程式が、最終的に（３２）式〜（３６）式に帰着されるためである。
【符号の説明】
【０２０３】
１０ 車速センサ
１２ 操舵角センサ
１４ スロットル開度センサ
１６ 前方カメラ
１８ レーザレーダ
２０ 制御装置
２２ 操舵角制御装置
２４ 制動力制御装置
２６ 駆動力制御装置
２８ マップ記憶装置
３０ 表示装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自車両の位置及び速度、障害物の位置及び速度を含む状態量を検出する検出手段と、
前記障害物を回避直後の自車両の速度方向、及び車体合成力の最大値を設定する設定手段と、
・前記速度方向を車体前後方向として、前記障害物が車体横方向に等速運動すると仮定して、前記自車両の速度の車体前後方向の成分ｖｘ０、前記自車両の速度の車体横方向の成分ｖｙ０、前記障害物の速度の車体横方向の成分Ｚｖ、前記自車両の現時刻の位置に対する前記障害物の位置の車体横方向の成分Ｚ０、及び車体合成加速度の最大値Ｆ０／ｍを用いた各々異なる３つのパラメータと、前記障害物を回避しながら前記速度方向に移動する際、車体前後方向の移動距離を最小化する車体合成力を求めるために導入した第１の導入パラメータν１の、前記成分ｖｘ０、前記成分ｖｙ０、前記成分Ｚｖ、前記成分Ｚ０、及び前記最大値Ｆ０／ｍのうち前記３つのパラメータに応じた２つが特定値であるとの仮定の下での値ν１’と、の関係を定めた第１の３次元マップ、
・前記３つのパラメータと、前記障害物を回避しながら前記速度方向に移動する際、車体前後方向の移動距離を最小化する車体合成力を求めるために導入した前記第１の導入パラメータν１と異なる第２の導入パラメータν２の、前記仮定の下での値ν２’と、の関係を定めた第２の３次元マップ、並びに
・前記３つのパラメータと、前記障害物の回避に要する時間ｔｅの、前記仮定の下での時間ｔｅ’と、の関係を定めた第３の３次元マップからなる最短３次元マップを記憶した記憶手段と、
前記検出手段で検出された状態量及び前記設定手段で設定された車体合成力の最大値に基づいて前記３つのパラメータを演算し、演算された３つのパラメータ及び前記最短３次元マップを用いて、前記障害物を回避しながら前記速度方向に移動する際、車体前後方向の移動距離を最小化する車体合成力を導出する導出手段と、
を含む車両運動制御装置。
【請求項２】
自車両の位置及び速度、障害物の位置及び速度を含む状態量を検出する検出手段と、
前記障害物を回避直後の自車両の速度方向、及び車体合成力の最大値を設定する設定手段と、
・前記速度方向を車体前後方向として、前記障害物が車体横方向に等速運動すると仮定して、前記自車両の速度の車体前後方向の成分ｖｘ０、前記自車両の速度の車体横方向の成分ｖｙ０、前記障害物の速度の車体横方向の成分Ｚｖ、前記自車両の現時刻の位置に対する前記障害物の位置の車体横方向の成分Ｚ０、及び車体合成加速度の最大値Ｆ０／ｍを用いた各々異なる３つのパラメータと、前記障害物を回避しながら前記速度方向に移動する際、車体前後方向の移動距離を最小化する車体合成加速度の方向θの、前記成分ｖｘ０、前記成分ｖｙ０、前記成分Ｚｖ、前記成分Ｚ０、及び前記最大値Ｆ０／ｍのうち前記３つのパラメータに応じた２つが特定値であるとの仮定の下での方向θ’と、の関係を定めた最短３次元マップを記憶した記憶手段と、
前記検出手段で検出された状態量及び前記設定手段で設定された車体合成力の最大値に基づいて前記３つのパラメータを演算し、演算された３つのパラメータ及び前記最短３次元マップを用いて、前記障害物を回避しながら前記速度方向に移動する際、車体前後方向の移動距離を最小化する現時刻の車体合成力を導出する導出手段と、
を含む車両運動制御装置。
【請求項３】
自車両の位置及び速度、障害物の位置及び速度を含む状態量を検出する検出手段と、
前記障害物を回避直後の自車両の速度方向を設定する設定手段と、
・前記速度方向を車体前後方向として、前記障害物が車体横方向に等速運動すると仮定して、前記自車両の速度の車体前後方向の成分ｖｘ０、前記自車両の速度の車体横方向の成分ｖｙ０、前記障害物の速度の車体横方向の成分Ｚｖ、前記自車両の現時刻の位置に対する前記障害物の位置の車体横方向の成分Ｚ０、及び前記自車両と前記障害物との距離の車体前後方向の成分Ｘｅを用いた各々異なる３つのパラメータと、前記障害物を回避しながら前記速度方向に移動する際、車体合成力の最大値を最小化する車体合成力を求めるために導入した第１の導入パラメータν１の、前記成分ｖｘ０、前記成分ｖｙ０、前記成分Ｚｖ、前記成分Ｚ０、及び前記成分Ｘｅのうち前記３つのパラメータに応じた２つが特定値であるとの仮定の下での値ν１’と、の関係を定めた第１の３次元マップ、
・前記３つのパラメータと、前記障害物を回避しながら前記速度方向に移動する際、車体合成力の最大値を最小化する車体合成力を求めるために導入した前記第１の導入パラメータν１と異なる第２の導入パラメータν２の、前記仮定の下での値ν２’と、の関係を定めた第２の３次元マップ、並びに
・前記３つのパラメータと、前記障害物の回避に要する時間ｔｅの、前記仮定の下での時間ｔｅ’と、の関係を定めた第３の３次元マップからなる最適３次元マップを記憶した記憶手段と、
前記検出手段で検出された状態量に基づいて前記３つのパラメータを演算し、演算された３つのパラメータ及び前記最適３次元マップを用いて、前記障害物を回避しながら前記速度方向に移動する際、車体合成力の最大値を最小化する車体合成力を導出する導出手段と、
を含む車両運動制御装置。
【請求項４】
自車両の位置及び速度、障害物の位置及び速度を含む状態量を検出する検出手段と、
前記障害物を回避直後の自車両の速度方向を設定する設定手段と、
・前記速度方向を車体前後方向として、前記障害物が車体横方向に等速運動すると仮定して、前記自車両の速度の車体前後方向の成分ｖｘ０、前記自車両の速度の車体横方向の成分ｖｙ０、前記障害物の速度の車体横方向の成分Ｚｖ、前記自車両の現時刻の位置に対する前記障害物の位置の車体横方向の成分Ｚ０、及び前記自車両と前記障害物との距離の車体前後方向の成分Ｘｅを用いた各々異なる３つのパラメータと、前記障害物を回避しながら前記速度方向に移動する際、車体合成力の最大値を最小化する車体合成加速度の方向θの、前記成分ｖｘ０、前記成分ｖｙ０、前記成分Ｚｖ、前記成分Ｚ０、及び前記成分Ｘｅのうち前記３つのパラメータに応じた２つが特定値であるとの仮定の下での方向θ’と、の関係を定めた第１の３次元マップ、並びに
・前記３つのパラメータと、前記障害物を回避しながら前記速度方向に移動する際、車体合成力の最大値を最小化する車体合成加速度の最大値Ｆ０／ｍの、前記仮定の下での最大値Ｆ０’／ｍ’と、の関係を定めた第２の３次元マップからなる最適３次元マップを記憶した記憶手段と、
前記検出手段で検出された状態量に基づいて前記３つのパラメータを演算し、演算された３つのパラメータ及び前記最適３次元マップを用いて、前記障害物を回避しながら前記速度方向に移動する際、車体合成力の最大値を最小化する現時刻の車体合成力を導出する導出手段と、
を含む車両運動制御装置。
【請求項５】
前記導出手段は、前記障害物の左側を回避する回避軌道の前記車体前後方向の移動距離の最短距離と、前記障害物の右側を回避する回避軌道の前記車体前後方向の移動距離の最短距離とを比較し、前記最短距離が小さい側の回避軌道を選択する請求項１または請求項２記載の車両運動制御装置。
【請求項６】
前記導出手段は、前記障害物の左側を回避する回避軌道の車体合成力の最大値と、前記障害物の右側を回避する回避軌道の車体合成力の最大値とを比較し、前記車体合成力の最大値が小さい側の回避軌道を選択する請求項３または請求項４記載の車両運動制御装置。
【請求項７】
前記検出手段は、前記自車両の速度、前記自車両に対する前記障害物の相対距離及び相対速度を検出する請求項１〜請求項６のいずれか１項記載の車両運動制御装置。
【請求項８】
前記導出手段で導出された前記車体合成力に基づいて、操舵角、制動力、及び駆動力の少なくとも一つを制御する制御手段を更に含む請求項１〜請求項７のいずれか１項記載の車両運動制御装置。
【請求項９】
前記導出手段で導出された前記車体合成力に基づいて、ドライバに車両運動状態を報知する報知手段を更に含む請求項１〜請求項８のいずれか１項記載の車両運動制御装置。
【請求項１０】
コンピュータを、請求項１〜請求項９のいずれか１項記載の車両運動制御装置を構成する各手段として機能させるための車両運動制御プログラム。
【請求項１】
自車両の位置及び速度、障害物の位置及び速度を含む状態量を検出する検出手段と、
前記障害物を回避直後の自車両の速度方向、及び車体合成力の最大値を設定する設定手段と、
・前記速度方向を車体前後方向として、前記障害物が車体横方向に等速運動すると仮定して、前記自車両の速度の車体前後方向の成分ｖｘ０、前記自車両の速度の車体横方向の成分ｖｙ０、前記障害物の速度の車体横方向の成分Ｚｖ、前記自車両の現時刻の位置に対する前記障害物の位置の車体横方向の成分Ｚ０、及び車体合成加速度の最大値Ｆ０／ｍを用いた各々異なる３つのパラメータと、前記障害物を回避しながら前記速度方向に移動する際、車体前後方向の移動距離を最小化する車体合成力を求めるために導入した第１の導入パラメータν１の、前記成分ｖｘ０、前記成分ｖｙ０、前記成分Ｚｖ、前記成分Ｚ０、及び前記最大値Ｆ０／ｍのうち前記３つのパラメータに応じた２つが特定値であるとの仮定の下での値ν１’と、の関係を定めた第１の３次元マップ、
・前記３つのパラメータと、前記障害物を回避しながら前記速度方向に移動する際、車体前後方向の移動距離を最小化する車体合成力を求めるために導入した前記第１の導入パラメータν１と異なる第２の導入パラメータν２の、前記仮定の下での値ν２’と、の関係を定めた第２の３次元マップ、並びに
・前記３つのパラメータと、前記障害物の回避に要する時間ｔｅの、前記仮定の下での時間ｔｅ’と、の関係を定めた第３の３次元マップからなる最短３次元マップを記憶した記憶手段と、
前記検出手段で検出された状態量及び前記設定手段で設定された車体合成力の最大値に基づいて前記３つのパラメータを演算し、演算された３つのパラメータ及び前記最短３次元マップを用いて、前記障害物を回避しながら前記速度方向に移動する際、車体前後方向の移動距離を最小化する車体合成力を導出する導出手段と、
を含む車両運動制御装置。
【請求項２】
自車両の位置及び速度、障害物の位置及び速度を含む状態量を検出する検出手段と、
前記障害物を回避直後の自車両の速度方向、及び車体合成力の最大値を設定する設定手段と、
・前記速度方向を車体前後方向として、前記障害物が車体横方向に等速運動すると仮定して、前記自車両の速度の車体前後方向の成分ｖｘ０、前記自車両の速度の車体横方向の成分ｖｙ０、前記障害物の速度の車体横方向の成分Ｚｖ、前記自車両の現時刻の位置に対する前記障害物の位置の車体横方向の成分Ｚ０、及び車体合成加速度の最大値Ｆ０／ｍを用いた各々異なる３つのパラメータと、前記障害物を回避しながら前記速度方向に移動する際、車体前後方向の移動距離を最小化する車体合成加速度の方向θの、前記成分ｖｘ０、前記成分ｖｙ０、前記成分Ｚｖ、前記成分Ｚ０、及び前記最大値Ｆ０／ｍのうち前記３つのパラメータに応じた２つが特定値であるとの仮定の下での方向θ’と、の関係を定めた最短３次元マップを記憶した記憶手段と、
前記検出手段で検出された状態量及び前記設定手段で設定された車体合成力の最大値に基づいて前記３つのパラメータを演算し、演算された３つのパラメータ及び前記最短３次元マップを用いて、前記障害物を回避しながら前記速度方向に移動する際、車体前後方向の移動距離を最小化する現時刻の車体合成力を導出する導出手段と、
を含む車両運動制御装置。
【請求項３】
自車両の位置及び速度、障害物の位置及び速度を含む状態量を検出する検出手段と、
前記障害物を回避直後の自車両の速度方向を設定する設定手段と、
・前記速度方向を車体前後方向として、前記障害物が車体横方向に等速運動すると仮定して、前記自車両の速度の車体前後方向の成分ｖｘ０、前記自車両の速度の車体横方向の成分ｖｙ０、前記障害物の速度の車体横方向の成分Ｚｖ、前記自車両の現時刻の位置に対する前記障害物の位置の車体横方向の成分Ｚ０、及び前記自車両と前記障害物との距離の車体前後方向の成分Ｘｅを用いた各々異なる３つのパラメータと、前記障害物を回避しながら前記速度方向に移動する際、車体合成力の最大値を最小化する車体合成力を求めるために導入した第１の導入パラメータν１の、前記成分ｖｘ０、前記成分ｖｙ０、前記成分Ｚｖ、前記成分Ｚ０、及び前記成分Ｘｅのうち前記３つのパラメータに応じた２つが特定値であるとの仮定の下での値ν１’と、の関係を定めた第１の３次元マップ、
・前記３つのパラメータと、前記障害物を回避しながら前記速度方向に移動する際、車体合成力の最大値を最小化する車体合成力を求めるために導入した前記第１の導入パラメータν１と異なる第２の導入パラメータν２の、前記仮定の下での値ν２’と、の関係を定めた第２の３次元マップ、並びに
・前記３つのパラメータと、前記障害物の回避に要する時間ｔｅの、前記仮定の下での時間ｔｅ’と、の関係を定めた第３の３次元マップからなる最適３次元マップを記憶した記憶手段と、
前記検出手段で検出された状態量に基づいて前記３つのパラメータを演算し、演算された３つのパラメータ及び前記最適３次元マップを用いて、前記障害物を回避しながら前記速度方向に移動する際、車体合成力の最大値を最小化する車体合成力を導出する導出手段と、
を含む車両運動制御装置。
【請求項４】
自車両の位置及び速度、障害物の位置及び速度を含む状態量を検出する検出手段と、
前記障害物を回避直後の自車両の速度方向を設定する設定手段と、
・前記速度方向を車体前後方向として、前記障害物が車体横方向に等速運動すると仮定して、前記自車両の速度の車体前後方向の成分ｖｘ０、前記自車両の速度の車体横方向の成分ｖｙ０、前記障害物の速度の車体横方向の成分Ｚｖ、前記自車両の現時刻の位置に対する前記障害物の位置の車体横方向の成分Ｚ０、及び前記自車両と前記障害物との距離の車体前後方向の成分Ｘｅを用いた各々異なる３つのパラメータと、前記障害物を回避しながら前記速度方向に移動する際、車体合成力の最大値を最小化する車体合成加速度の方向θの、前記成分ｖｘ０、前記成分ｖｙ０、前記成分Ｚｖ、前記成分Ｚ０、及び前記成分Ｘｅのうち前記３つのパラメータに応じた２つが特定値であるとの仮定の下での方向θ’と、の関係を定めた第１の３次元マップ、並びに
・前記３つのパラメータと、前記障害物を回避しながら前記速度方向に移動する際、車体合成力の最大値を最小化する車体合成加速度の最大値Ｆ０／ｍの、前記仮定の下での最大値Ｆ０’／ｍ’と、の関係を定めた第２の３次元マップからなる最適３次元マップを記憶した記憶手段と、
前記検出手段で検出された状態量に基づいて前記３つのパラメータを演算し、演算された３つのパラメータ及び前記最適３次元マップを用いて、前記障害物を回避しながら前記速度方向に移動する際、車体合成力の最大値を最小化する現時刻の車体合成力を導出する導出手段と、
を含む車両運動制御装置。
【請求項５】
前記導出手段は、前記障害物の左側を回避する回避軌道の前記車体前後方向の移動距離の最短距離と、前記障害物の右側を回避する回避軌道の前記車体前後方向の移動距離の最短距離とを比較し、前記最短距離が小さい側の回避軌道を選択する請求項１または請求項２記載の車両運動制御装置。
【請求項６】
前記導出手段は、前記障害物の左側を回避する回避軌道の車体合成力の最大値と、前記障害物の右側を回避する回避軌道の車体合成力の最大値とを比較し、前記車体合成力の最大値が小さい側の回避軌道を選択する請求項３または請求項４記載の車両運動制御装置。
【請求項７】
前記検出手段は、前記自車両の速度、前記自車両に対する前記障害物の相対距離及び相対速度を検出する請求項１〜請求項６のいずれか１項記載の車両運動制御装置。
【請求項８】
前記導出手段で導出された前記車体合成力に基づいて、操舵角、制動力、及び駆動力の少なくとも一つを制御する制御手段を更に含む請求項１〜請求項７のいずれか１項記載の車両運動制御装置。
【請求項９】
前記導出手段で導出された前記車体合成力に基づいて、ドライバに車両運動状態を報知する報知手段を更に含む請求項１〜請求項８のいずれか１項記載の車両運動制御装置。
【請求項１０】
コンピュータを、請求項１〜請求項９のいずれか１項記載の車両運動制御装置を構成する各手段として機能させるための車両運動制御プログラム。
【図１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図７】
【図１０】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図３】
【図６】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図４】
【図５】
【図７】
【図１０】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図３】
【図６】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−２５５７５９（Ｐ２０１１−２５５７５９Ａ）
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３１０３５（Ｐ２０１０−１３１０３５）
【出願日】平成２２年６月８日（２０１０．６．８）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月８日（２０１０．６．８）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
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