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、設定されたジャークに従って車体合成力を増減させながら所望の位置へ到達する際の縦移動距離を最小化する車体合成力を導出する。
【解決手段】所望の横移動距離Ｙｅ、速度の方向、現時刻の車体合成力の大きさＦ０、及び車体合成加速度の大きさの時間変化（ジャーク）ＫＪを設定し、自車両の速度のｘ成分ｖｘ０、ｙ成分ｖｙ０、Ｙｅ、Ｆ０／ｍ、及びＫＪ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、所望の位置へ到達する際の縦移動距離を最小化する車体合成力を求めるための第１の導入パラメータη１の特定仮定下での値η１’との関係、第２の導入パラメータη２の特定仮定下での値η２’との関係、回避時間ｔｅの特定仮定下での値ｔｅ’との関係を定めた３次元マップを用いて、ＫＪに従って車体合成力を増減させながら所望の位置へ到達する際の縦移動距離を最小化する車体合成力を導出する。
【解決手段】所望の横移動距離Ｙｅ、速度の方向、現時刻の車体合成力の大きさＦ０、及び車体合成加速度の大きさの時間変化（ジャーク）ＫＪを設定し、自車両の速度のｘ成分ｖｘ０、ｙ成分ｖｙ０、Ｙｅ、Ｆ０／ｍ、及びＫＪ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、所望の位置へ到達する際の縦移動距離を最小化する車体合成力を求めるための第１の導入パラメータη１の特定仮定下での値η１’との関係、第２の導入パラメータη２の特定仮定下での値η２’との関係、回避時間ｔｅの特定仮定下での値ｔｅ’との関係を定めた３次元マップを用いて、ＫＪに従って車体合成力を増減させながら所望の位置へ到達する際の縦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、最適軌道に基づく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２参照）。
【０００４】
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３参照）。
【０００５】
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）。
【０００６】
また、ドライバの操舵角及び車速を検出し、それぞれを二階微分して得られる各々のジャークに基づいて、ドライバの操縦の滑らかさを算出し、その値がある閾値を超えた時にドライバの心理が変化したと推定する運転心理変化推定装置が提案されている。（特許文献４参照）。
【０００７】
また、ドライバの操作量から得られるドライバが期待する加速性能の期待値とドライバが体感している加速度とを演算し、その偏差などに基づいて加速感を評価すると共に、その評価値を用いてドライバが期待する加速性能を実現するよう車両を制御する車両制御装置が提案されている（特許文献５参照）。
【０００８】
また、車両の加速度をドライバが体で感じる感覚が車両運動の周波数によって異なる性質を考慮して、ドライバが要求している加速度を算出し、その値をドライバの加速度に対する弁別閾値を考慮して補正した目標加速度を算出した後、その値に基づいて車両の駆動トルクを制御する車両制御装置が提案されている（特許文献６参照）。
【０００９】
また、車両のカーブへの進入時において、カーブの曲率状態及びドライバの乗り心地に対応する横ジャークに基づいて、乗り心地が良好に保たれるように操舵を制御する車両用自動操舵装置が提案されている（特許文献７参照）。
【００１０】
また、車両の加速レスポンス及びショック、そしてジャークが所望の値を満たすようにエンジンの燃料噴射量を制御する自動適合装置が提案されている（特許文献８参照）。
【００１１】
また、車線逸脱時に、ある所定値以上の横ジャークを車両に発生させてドライバに警告することで、ドライバの適切で迅速な回避操舵を促す車線逸脱警告装置が提案されている（特許文献９参照）。
【００１２】
また、車両の前後ジャークの検出値に基づいて、油圧モータの排出回避リリーフ圧を制御する油圧駆動走行車両において、前後ジャークが所定の閾値以上の時にリリーフ圧を小さく設定する走行制御装置が提案されている（特許文献１０参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００４−２４９９７１号公報
【特許文献２】特開２００７−２５３７４５号公報
【特許文献３】特開２００６−３４７２３６号公報
【特許文献４】特開２００９−４０１８４号公報
【特許文献５】特許第４３６９４０３号公報
【特許文献６】特開２００８−１３８５９５号公報
【特許文献７】特許第３２０１０９４号公報
【特許文献８】特開２００５−２４８７１９号公報
【特許文献９】特開２００３−５８９９３号公報
【特許文献１０】特開２００１−２４８６０５号公報
【非特許文献】
【００１４】
【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】
【００１５】
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、ある時間区間やある距離を走行する間の最適な目標車体合成力の与え方については記載されていない。
【００１６】
また、特許文献２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、一定のジャークにより車体合成力の大きさを増減させながら所望の位置や速度に車両を制御する方法については記載されていない。
【００１７】
また、特許文献３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、一定のジャークにより車体合成力の大きさを増減させながら所望の位置や速度に車両を制御する方法については記載されていない。
【００１８】
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、一定のジャークにより車体合成力の大きさを増減させながら所望の位置や速度に車両を制御する方法については記載されていない。
【００１９】
また、特許文献４の技術では、ジャークに基づいて算出したドライバの操縦の滑らかさを用いて、ドライバの心理状態の変化を推定しているものの、そのジャーク値に基づいて車両運動を制御する方法については記載されていない。
【００２０】
また、特許文献５の技術では、ドライバの背中がシートバックに押しつけられ際の押しつけ荷重の変化に基づいてドライバが体感している加速感を算出し、その加速感とドライバ操作に基づくドライバの期待する加速度との偏差に基づいて、ドライバの期待している加速性能を実現するよう車両を制御することを可能にしているが、操舵を伴う車両制御法については記載されていない。
【００２１】
また、特許文献６には、車両の加速度の低周波領域ではジャークに基づいてドライバが加速感を知覚していることが記載されているものの、そのジャークに基づいた障害物を回避するための車両制御法については記載されていない。
【００２２】
また、特許文献７の技術では、ドライバの乗り心地に対応する横ジャークの閾値に基づいて、乗り心地が良好に保たれる操舵の開始を可能にしているが、ジャークに基づいた障害物を回避するための車両制御法については記載されていない。
【００２３】
また、特許文献８の技術では、ジャークに基づくエンジンの燃料噴射量の制御を行っているが、操舵を伴う車両制御法については記載されていない。
【００２４】
また、特許文献９の技術では、車線逸脱時に、ある所定値以上の横ジャークを車両に発生させてドライバに警告することで、ドライバの適切で迅速な回避操舵を促すことを可能にしているが、障害物回避のために最適な車両制御法については記載されていない。
【００２５】
また、特許文献１０の技術では、前後ジャークに基づいてリリーフ圧を制御しているが、操舵を伴う車両の運動制御法については記載されていない。
【００２６】
本発明は、簡単な構成のマップを用いて、車体合成力の大きさの時間変化及び所望の横移動距離が設定された場合に、その車体合成力の大きさの時間変化に従って車体合成力を増減させながら所望の位置へ到達する際の縦移動距離を最小化する車体合成力及び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】
【００２７】
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、所望の横移動距離移動した位置、該位置における所望の速度方向、現時刻の車体合成力の大きさ、及び車体合成力の大きさの時間変化を設定する設定手段と、自車両と前記位置との距離、及び自車両の速度を含む状態量を検出する検出手段と、・前記所望の速度方向を車体前後方向とした場合の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、前記距離の車体横方向の成分Ｙｅ、現時刻の車体合成加速度の大きさＦ０／ｍ、及び車体合成加速度の大きさの時間変化ＫＪを用いた各々異なる３つのパラメータと、前記所望の横移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度方向に到達する際の縦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η１の、前記成分ｖｘ０、前記成分ｖｙ０、前記成分Ｙｅ、前記大きさＦ０／ｍ、及び前記時間変化ＫＪ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η１’と、の関係を定めた第１のマップ、・前記３つのパラメータと、前記所望の横移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度方向に到達する際の縦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η１と異なる第２の導入パラメータη２の、前記仮定の下での値η２’と、の関係を定めた第２のマップ、並びに・前記３つのパラメータと、前記位置に到達する時刻ｔｅの、前記仮定の下での時刻ｔｅ’と、の関係を定めた第３のマップからなる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３次元マップを用いて、前記所望の横移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度方向に到達する際の縦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。
【００２８】
また、第２の発明の車両運動制御装置は、所望の横移動距離移動した位置、該位置における所望の速度方向、現時刻の車体合成力の大きさ、及び車体合成力の大きさの時間変化を設定する設定手段と、自車両と前記位置との距離、及び自車両の速度を含む状態量を検出する検出手段と、・前記所望の速度方向を車体前後方向とした場合の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、前記距離の車体横方向の成分Ｙｅ、現時刻の車体合成加速度の大きさＦ０／ｍ、及び車体合成加速度の大きさの時間変化ＫＪを用いた各々異なる３つのパラメータと、前記所望の横移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度方向に到達する際の縦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Ｙｅ、前記大きさＦ０／ｍ、及び前記時間変化ＫＪ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３次元マップを用いて、前記所望の横移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度方向に到達する際の縦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。
【００２９】
また、第３の発明の車両運動制御装置は、所望の横移動距離移動した位置、該位置における所望の速度方向、現時刻の車体合成力の大きさ、該位置に到達した際の車体合成力の大きさ、及び現時刻から該位置に到達するまでの車体合成力の大きさの時間変化を設定する設定手段と、自車両と前記位置との距離、及び自車両の速度を含む状態量を検出する検出手段と、・前記所望の速度方向を車体前後方向とした場合の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、前記距離の車体横方向の成分Ｙｅ、現時刻の車体合成加速度の大きさＦ０／ｍ、該位置に到達した際の車体合成加速度の大きさＦ１／ｍ、及び車体合成加速度の大きさの時間変化ＫＪを用いた各々異なる３つのパラメータと、前記所望の横移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度方向に到達する際の縦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η１の、前記成分ｖｘ０、前記成分ｖｙ０、前記成分Ｙｅ、前記大きさＦ０／ｍ、前記大きさＦ１／ｍ、及び前記時間変化ＫＪ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η１’と、の関係を定めた第１のマップ、並びに・前記３つのパラメータと、前記所望の横移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度方向に到達する際の縦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η１と異なる第２の導入パラメータη２の、前記仮定の下での値η２’と、の関係を定めた第２のマップからなる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３次元マップを用いて、前記所望の横移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度方向に到達する際の縦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。
【００３０】
また、第４の発明の車両運動制御装置は、所望の横移動距離移動した位置、該位置における所望の速度方向、現時刻の車体合成力の大きさ、該位置に到達した際の車体合成力の大きさ、及び現時刻から該位置に到達するまでの車体合成力の大きさの時間変化を設定する設定手段と、自車両と前記位置との距離、及び自車両の速度を含む状態量を検出する検出手段と、・前記所望の速度方向を車体前後方向とした場合の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、前記距離の車体横方向の成分Ｙｅ、現時刻の車体合成加速度の大きさＦ０／ｍ、該位置に到達した際の車体合成加速度の大きさＦ１／ｍ、及び車体合成加速度の大きさの時間変化ＫＪを用いた各々異なる３つのパラメータと、前記所望の横移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度方向に到達する際の縦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Ｙｅ、前記大きさＦ０／ｍ、前記大きさＦ１／ｍ、及び前記時間変化ＫＪ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３次元マップを用いて、前記所望の横移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度方向に到達する際の縦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。
【００３１】
また、前記設定手段は、前記検出手段により検出された状態量に基づいて推定されるドライバが期待する加速感に対応する値を、前記車体合成力の大きさの時間変化として設定することができる。
【００３２】
また、前記検出手段は、前記自車両に対する前記位置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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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】
【００３６】
以上説明したように、本発明によれば、検出手段により検出した状態量及び設定手段により設定した設定値をパラメータとする簡単な構成の３次元マップを用いて、車体合成力の大きさの時間変化及び所望の横移動距離が設定された場合に、その車体合成力の大きさの時間変化に従って車体合成力を増減させながら所望の位置へ到達する際の縦移動距離を最小化する車体合成力及び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】
【００３７】
【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】導出された回避軌道の一例を示す線図である。
【図７】第２の実施の形態の車両運動制御装置で用いられる３次元マップを表す線図である。
【図８】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９】第３の実施の形態の車両運動制御装置で用いられる３次元マップを表す線図である。
【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ルーチンの内容を示すフローチャートである。
【図１３】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。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
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の障害物を回避する場合を想定し、所望の位置を障害物の横を通過する位置とし、所望の速度方向を車体前後方向とする場合について説明する。
【００３９】
第１の実施の形態の車両運動制御装置における車体合成力及び回避軌道の導出の概略について説明する。
【００４０】
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。
【００４１】
【数１】
【００４２】
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）。
【００４３】
そして、現時刻（ｔ＝０）におけるｘｙ座標上の所望の横移動距離Ｙｅ、自車両の道路に対する速度をｖｘ（０）＝ｖｘ０、ｖｙ（０）＝ｖｙ０とした場合に、現時刻の車体合成力の大きさＦ０、車体合成加速度の大きさの時間変化（以下、「ジャーク」という）ＫＪを設定した場面において、ジャークに基づく車体合成力を発生させて、所望の横移動距離移動した位置及び速度方向に到達する際の縦移動距離Ｘｅを最小化するための３次元マップを用いて、所望の横移動距離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。
【００４４】
ここで、図１に示すように、自車両の速度、所望の横移動距離、所望の速度方向、現時刻の車体合成力の大きさ、及びジャーク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。
【００４５】
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。
【００４６】
【数２】
【００４７】
次に、設定された現時刻の車体合成力の大きさＦ０、及びジャークＫＪに従って、所望の横移動距離及び速度方向へ到達する際の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（９）式で表した場合、下記（１０）式で表される座標軸における終端条件、及び下記（１１）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。
【００４８】
【数３】
【００４９】
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（１２）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（１３）式及び（１４）式を満足する。
【００５０】
【数４】
【００５１】
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η＝（η１，η２）Ｔを導出することで、下記（１５）式及び（１６）式のような関係が成り立つ。
【００５２】
【数５】
【００５３】
ただし、（１３）式〜（１６）式内の右下添え字ｘ，ｕ，ｔは偏微分を意味する。
【００５４】
ここで、（１３）式及び（１４）式を変形すると、下記（１７）式及び（１８）式のような関係が得られる。
【００５５】
【数６】
【００５６】
また、終端条件より、下記（１９）式及び（２０）式の関係が得られる。
【００５７】
【数７】
【００５８】
（１８）式及び（１１）式より、下記（２１）式が得られ、ｕｏ（ｔ）は下記（２２）式となる。
【００５９】
【数８】
【００６０】
また（１７）式によりΨ（ｔ）を求めると下記（２３）式となり、ｘ２（ｔ）の終端は（２０）式より下記（２４）式の関係を満たすので、下記（２５）式の終端条件が新たに出てくる。
【００６１】
【数９】
【００６２】
このとき、制御問題は下記（２６）式のように書き換えられる。
【００６３】
【数１０】
【００６４】
（２６）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（（１０）式及び（２５）式）とを適用すると、ｔｅ、η１、η２を導出する非線形方程式（下記（２７）式〜（３０）式））が求まる。なお、η１、η２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。
【００６５】
（２６）式において必要となるｔｅ、η１、η２は、（２７）式〜（３０）式の非線形方程式にｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｙｅ、Ｆ０及びＫＪを代入して解くことにより得られる。
【００６６】
【数１１】
【００６７】
従って、上記非線形方程式の解をマップとして持つ場合には、η１及びη２に関して持てばよい。上記非線形方程式は、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。
【００６８】
まず、（２７）〜（３０）式に対して、任意の正数ａを導入して下記（３１）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｛η１，η２，ｔｅ｝及び｛η１’，η２’，ｔｅ’｝は、下記（３２）式の関係を満たす。
【００６９】
【数１２】
【００７０】
（３１）式の第２〜４式を第１式で割ると下記（３３）式のように書き換えられ、（３３）式の第４式より、ａを下記（３４）式のようにおくと、（３３）式よりＦ０’／ｍ’、ｖｙ０’及びＹｅ’は下記（３５）式のように変形できる。
【００７１】
【数１３】
【００７２】
この関係より、ＫＪ’及びｖｘ０’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Ｆ０’／ｍ’、ｖｙ０’及びＹｅ’が求まる。よって、ＫＪ’及びｖｘ０’をある値に設定した場合において、Ｆ０’／ｍ’、ｖｙ０’及びＹｅ’をパラメータとした３次元マップを予め用意しておけばよい。なお、このＫＪ’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。
【００７３】
ここでは、一例として、ＫＪ’＝ｖｘ０’＝１とした場合の、Ｆ０’／ｍ’、ｖｙ０’及びＹｅ’に関する３次元マップを作成する。図３に示すように、Ｆ０’／ｍ’、ｖｙ０’及びＹｅ’をパラメータとして（２７）式〜（３０）式に基づいて得られるη１’の値をマッピングした第１の３次元マップ、η２’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、Ｆ０’／ｍ’について、Ｆ０’／ｍ’＝Ｇａ’、Ｆ０’／ｍ’＝Ｇｂ’、Ｆ０’／ｍ’＝Ｇｃ’の３値（Ｇａ’＜Ｇｂ’＜Ｇｃ’）を用い、Ｇａ’〜 Ｇｂ’間、及びＧｂ’〜 Ｇｃ’間は、各々線形近似などで内挿する。
【００７４】
そして、これらのマップを用いて｛η１，η２，ｔｅ｝を求めるには、ＫＪ’＝ｖｘ０’＝１、既知のｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｙｅ、Ｆ０及びＫＪから（３５）式に従ってパラメータＦ０’／ｍ’、ｖｙ０’及びＹｅ’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛η１’，η２’，ｔｅ’｝を各３次元マップから得て、（３２）式及び（３４）式に従って｛η１’，η２’，ｔｅ’｝を｛η１，η２，ｔｅ｝に変換し、これらのパラメータを（２６）式に適用して入力の時間関数を得る。また、（３０）式に代入して縦移動距離Ｘｅが得られる。
【００７５】
なお、この３次元マップは、ｖｙ０’及びＹｅ’のどちらかを０以上に限定してもよい。例えば、Ｙｅ≧０の３次元マップを作成した場合は、検出値がＹｅ＜０であったとしても、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｙｅ→−Ｙｅに変換して、３次元マップより｛−η１’、−η２’、ｔｅ’｝を求め、−η１’→η１’、−η２’→η２’の処理を行って｛η１，η２，ｔｅ｝を得ればよい。
【００７６】
この結果、現時刻の自車両の位置及び速度と、設定された現時刻の車体合成力の大きさ及びジャークとから、所望の横移動距離及び速度方向に到達する際の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。
【００７７】
なお、上記の３次元マップではパラメータＦ０’／ｍ’、ｖｙ０’及びＹｅ’を（３５）式のように定め、ＫＪ’＝ｖｘ０’＝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、パラメータａの取り方を変更したり、Ｆ０’／ｍ’、ｖｘ０’、ｖｙ０’、Ｙｅ’及びＫＪ’のそれぞれに着目して式を変形したりすれば、上記の場合とは異なる３つのパラメータを選ぶことができる。そして、それぞれのパラメータに応じて残る２つのパラメータに任意の値を設定すれば、新たな３次元マップが作成できる。３次元マップの異なる軸の取り方の例を、下記（３６）〜（４３）式に示す。
【００７８】
【数１４】
【００７９】
以下、上記の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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
また、制御装置２０には、制御入力を求めるための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。
【００８９】
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。
【００９０】
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、図３の３次元マップを用いる場合について説明する。
【００９１】
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。
【００９２】
次に、ステップ１０４で、障害物の横を通過する回避軌道を想定して所望の横移動距離を設定し、また、所望の横移動距離移動した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ｘ軸（車体前後方向）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。
【００９３】
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、及び自車両と障害物との距離のｙ成分（横移動距離）Ｙｅを演算する。
【００９４】
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、現時刻の車体合成力の大きさＦ０、及びジャークＫＪを設定する。
【００９５】
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、及びＹｅ、並びに上記ステップ１０８で設定した現時刻の車体合成力の大きさＦ０、及びジャークＫＪを用いて、（３５）式に従ってパラメータＦ０’／ｍ’、ｖｙ０’及びＹｅ’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛η１’，η２’，ｔｅ’｝を各３次元マップから得て、（３２）式及び（３４）式に従って｛η１’，η２’，ｔｅ’｝を｛η１，η２，ｔｅ｝に変換し、これらのパラメータを（２６）式に適用して車体合成力を得る。また、（１）式〜（６）式に従って、所望の横移動距離及び速度方向に到達する際の縦移動距離を最小化する回避軌道を導出する。
【００９６】
ここで、図６に、導出された回避軌道の一例として、ｍ＝２０００、ｖｘ０＝１５、ｖｙ０＝０、Ｙｅ＝１、Ｆ０＝１９６００、ＫＪ＝０．３とした場合の軌道を示す。
【００９７】
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。
【００９８】
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、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、横移動距離Ｙｅ、現時刻の車体合成力の大きさＦ０、及びジャークＫＪをパラメータとする簡単な構成の３次元マップを用いて、所望の横移動距離及び速度方向に到達する際の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。
【００９９】
また、人間はジャークに基づいて加速感を知覚する傾向があるため、ジャークを設定して時間変化をコントロールすることで、人間の感覚にあった制御を行うことができる。
【０１００】
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｛η１’，η２’，ｔｅ’｝を導出する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。
【０１０１】
ここで、第２の実施の形態で用いられる３次元マップについて説明する。
【０１０２】
まず、第１の実施の形態と同様に、（３５）式まで展開する。そして、一例として、ＫＪ’＝ｖｘ０’＝１とした場合のＦ０’／ｍ’、ｖｙ０’及びＹｅ’に関する３次元マップを作成する。図７に示すように、Ｆ０’／ｍ’、ｖｙ０’及びＹｅ’をパラメータとして、（２６）〜（３０）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３次元マップを作成する。
【０１０３】
そして、この３次元マップを用いて｛θ｝を求めるには、ＫＪ’＝ｖｘ０’＝１、既知のｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｙｅ、Ｆ０及びＫＪから（３５）式に従ってパラメータＦ０’／ｍ’、ｖｙ０’及びＹｅ’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛θ’｝を３次元マップから得て、下記（４４）式により、所望の位置及び速度方向に到達したときの車速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。
【０１０４】
【数１５】
【０１０５】
なお、この３次元マップは、ｖｙ０’及びＹｅ’のどちらかを０以上に限定してもよい。例えば、Ｙｅ≧０の３次元マップを作成した場合は、検出値がＹｅ＜０であったとしても、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｙｅ→−Ｙｅに変換して、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。
【０１０６】
また、図７のように｛Ｘｅ’｝も出力する３次元マップを導入して、下記（４５）式によりＸｅに変換して、縦移動距離を求めてもよい。
【０１０７】
【数１６】
【０１０８】
なお、上記の３次元マップでは、パラメータを（３５）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、（３６）〜（４３）式の各々に示すパラメータに対応する｛θ’｝及び｛Ｘｅ’｝を出力する３次元マップを作成してもよい。
【０１０９】
以下、図８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、図７の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。
【０１１０】
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、及びＹｅ、並びに上記ステップ１０８で設定した現時刻の車体合成力の大きさＦ０、及びジャークＫＪを用いて、（３５）式に従ってパラメータＦ０’／ｍ’、ｖｙ０’及びＹｅ’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛θ’｝を３次元マップから得て、（４４）式に適用することにより現時刻の車体合成力の向きを導出する。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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、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、横移動距離Ｙｅ、現時刻の車体合成力の大きさＦ０、及びジャークＫＪをパラメータとする簡単な構成の３次元マップを用いて、所望の横移動距離及び速度方向に到達する際の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ことができる。また、第１の実施の形態の場合の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。
【０１１３】
また、人間はジャークに基づいて加速感を知覚する傾向があるため、ジャークを設定して時間変化をコントロールすることで、人間の感覚にあった制御を行うことができる。
【０１１４】
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、現時刻及び回避直後の車体合成力の大きさ、その間のジャークを設定した場合において、ジャークに基づく車体合成力を発生させて、所望の横移動距離移動した位置及び速度方向に到達する際の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。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。
【０１１５】
ここで、現時刻及び回避直後の車体合成力の大きさ、その間のジャークを設定した場合において、ジャークに基づく車体合成力を発生させて、所望の横移動距離移動した位置及び速度方向に到達する際の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３次元マップについて説明する。
【０１１６】
現時刻及び回避直後の車体合成力の大きさ、その間のジャークを設定した場合において、ジャークに基づく車体合成力を発生させて、所望の横移動距離移動した位置及び速度方向に到達する際の縦移動距離を最小化する最適制御問題は、第１の実施の形態と同様に、（７）式〜（１１）式で定式化することができる。ただし、この制御問題では、回避直後の車体合成力の大きさをＦ１とおくと、終端時刻（回避に要する時間）が下記（４６）式となり固定値となるところが第１の実施の形態とは異なる。
【０１１７】
【数１７】
【０１１８】
まず、最適性の条件は（１３）式〜（１５）式となる。ここでは、終端時刻が（４６）式のように固定なため、最適解は（１６）式を必ずしも満たす必要はない。そして、同様の手順で制御入力を求めると（２６）式となる。
【０１１９】
また、この制御入力に必要なパラメータ｛η１，η２｝は、（４６）式を代入した（２８）式及び（２９）式を満たす。よって、（２８）式、（２９）式、及び（４６）式にｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｙｅ、Ｆ０、Ｆ１、及びＫＪを代入して、η１及びη２を求め、さらに、（３０）式に代入してＸｅを求める。
【０１２０】
まず、（２８）式及び（２９）式に対して、Ｆ１＝Ｆ０＋ｍＫＪｔｅの関係を適用すると、下記（４７）式及び（４８）式のように変形できる。
【０１２１】
【数１８】
【０１２２】
そして、（４６）式〜（４８）式に対して、任意の正数ａを導入して下記（４９）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｛η１，η２｝及び｛η１’，η２’｝は、下記（５０）式の関係を満たす。
【０１２３】
【数１９】
【０１２４】
ここで、（４９）式の第４式より、ａを下記（５１）式のようにおくと、ｖｙ０’、Ｙｅ’、及びｔｅ’は下記（５２）式のように変形できる。
【０１２５】
【数２０】
【０１２６】
この関係より、Ｆ１’／ｍ’及びＫＪ’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’、Ｙｅ’、及びｔｅ’が求まる。よって、Ｆ１’／ｍ’及びＫＪ’をある値に設定した場合において、ｖｙ０’、Ｙｅ’、及びｔｅ’をパラメータとした３次元マップを予め用意しておけばよい。なお、このＦ１’／ｍ’及びＫＪ’の値はマップ作成時に設計者が自由に設定できる。
【０１２７】
ここでは、一例として、Ｆ１’／ｍ’＝ＫＪ’＝１とした場合のｖｙ０’、Ｙｅ’、及びｔｅ’に関する３次元マップを作成する。図９に示すように、ｖｙ０’、Ｙｅ’、及びｔｅ’をパラメータとして、（４７）式及び（４８）式に基づいて得られるη１’の値をマッピングした第１の３次元マップ、及びη２’の値をマッピングした第２の３次元マップを作成する。
【０１２８】
そして、これらのマップを用いて｛η１，η２｝を求めるには、Ｆ１’／ｍ’＝ＫＪ’＝１、既知のｍ、ｖｙ０、Ｙｅ、Ｆ１及びＫＪから（５２）式に従ってパラメータｖｙ０’、Ｙｅ’、及びｔｅ’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛η１’，η２’｝を各３次元マップから得て、（５０）式及び（５１）式に従って｛η１’，η２’｝を｛η１，η２｝に変換し、さらに、（４６）式に代入してｔｅを得る。そして、これらのパラメータを（２６）式に適用して入力の時間関数を得る。また、（３０）式に代入して縦移動距離Ｘｅが得られる。
【０１２９】
なお、この３次元マップは、ｖｙ０’及びＹｅ’のどちらかを０以上に限定してもよい。例えば、Ｙｅ≧０の３次元マップを作成した場合は、検出値がＹｅ＜０であったとしても、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｙｅ→−Ｙｅに変換して、３次元マップより｛−η１’、−η２’｝を求め、−η１’→η１’、−η２’→η２’の処理を行って｛η１，η２｝を得ればよい。
【０１３０】
この結果、現時刻の自車両の位置及び速度と、設定された現時刻及び回避直後の車体合成力の大きさ、ジャークとから、所望の横移動距離及び速度方向に到達する際の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。
【０１３１】
なお、上記の３次元マップではパラメータｖｙ０’、Ｙｅ’、及びｔｅ’を（５２）式のように定め、Ｆ１’／ｍ’＝ＫＪ’＝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、パラメータａの取り方を変更したり、Ｆ０’／ｍ’、Ｆ１’／ｍ’、ｖｘ０’、ｖｙ０’ 、Ｙｅ’及びＫＪ’のそれぞれに着目して式を変形したりすれば、上記の場合とは異なる３つのパラメータを選ぶことができる。そして、それぞれのパラメータに応じて残る２つのパラメータに任意の値を設定すれば、新たな３次元マップが作成できる。３次元マップの異なる軸の取り方の例を、下記（５３）〜（６４）式に示す。
【０１３２】
【数２１】
【０１３３】
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、図９の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。
【０１３４】
ステップ１００〜１０６を経て、次にステップ３００で、現時刻の車体合成力の大きさＦ０、回避直後の車体合成力の大きさＦ１、及びその間のジャークＫＪを設定する。
【０１３５】
次に、ステップ３０２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、ｖｙ０及びＹｅ、並びに上記ステップ３００で設定したＦ１及びＫＪを用いて、（５２）式に従ってパラメータｖｙ０’、Ｙｅ’、及びｔｅ’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛η１’，η２’｝を各３次元マップから得て、（５０）式及び（５１）式に従って｛η１’，η２’｝を｛η１，η２｝に変換し、さらに、（４６）式に代入してｔｅを得る。そして、これらのパラメータを（２６）式に適用して車体合成力を得る。また、（１）式〜（６）式に従って、所望の横移動距離及び速度方向に到達する際の縦移動距離を最小化する回避軌道を導出する。
【０１３６】
次に、ステップ１１２で、上記ステップ３０２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ように制御する。
【０１３７】
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、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、横移動距離Ｙｅ、現時刻の車体合成力の大きさＦ０、回避直後の車体合成力の大きさＦ１、及びジャークＫＪをパラメータとする簡単な構成の３次元マップを用いて、所望の横移動距離及び速度方向に到達する際の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。
【０１３８】
また、人間はジャークに基づいて加速感を知覚する傾向があるため、ジャークを設定して時間変化をコントロールすることで、人間の感覚にあった制御を行うことができる。
【０１３９】
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｛η１’，η２’｝を導出する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。
【０１４０】
ここで、第４の実施の形態で用いられる３次元マップについて説明する。
【０１４１】
まず、第３の実施の形態と同様に、（３５）式まで展開する。そして、一例として、Ｆ１’／ｍ’＝ＫＪ’＝１とした場合のｖｙ０’、Ｙｅ’、及びｔｅ’に関する３次元マップを作成する。図１１に示すように、ｖｙ０’、Ｙｅ’、及びｔｅ’をパラメータとして、（２６）及び（４６）〜（４８）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３次元マップを作成する。
【０１４２】
そして、この３次元マップを用いて｛θ｝を求めるには、Ｆ１’／ｍ’＝ＫＪ’＝１、既知のｍ、ｖｙ０、Ｙｅ、Ｆ１及びＫＪから（５２）式に従ってパラメータｖｙ０’、Ｙｅ’、及びｔｅ’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛θ’｝を３次元マップから得て、（４４）式により、所望の位置及び速度方向に到達したときの車速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。
【０１４３】
なお、この３次元マップは、ｖｙ０’及びＹｅ’のどちらかを０以上に限定してもよい。例えば、Ｙｅ≧０の３次元マップを作成した場合は、検出値がＹｅ＜０であったとしても、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｙｅ→−Ｙｅに変換して、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。
【０１４４】
また、図１１のように｛Ｘｅ’｝も出力する３次元マップを導入して、下記（６５）式によりＸｅに変換して、縦移動距離を求めてもよい。
【０１４５】
【数２２】
【０１４６】
なお、上記の３次元マップでは、パラメータを（３５）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、（５３）〜（６４）式の各々に示すパラメータに対応する｛θ’｝及び｛Ｘｅ’｝を出力する３次元マップを作成してもよい。
【０１４７】
以下、図１２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、図７の低速化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。
【０１４８】
ステップ１００〜３００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ｍ、ｖｙ０、及びＹｅ、並びに上記ステップ３００で設定したＦ１及びＫＪを用いて、（５２）式に従ってパラメータｖｙ０’、Ｙｅ’、及びｔｅ’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛θ’｝を３次元マップから得て、（４４）式に適用することにより現時刻の車体合成力の向きを導出する。
【０１４９】
次に、ステップ１１２で、上記ステップ４００で導出した車体合成力に従って車両運動を制御する。
【０１５０】
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、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、横移動距離Ｙｅ、現時刻の車体合成力の大きさＦ０、回避直後の車体合成力の大きさＦ１、及びジャークＫＪをパラメータとする簡単な構成の３次元マップを用いて、所望の横移動距離及び速度方向に到達する際の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ことができる。また、第３の実施の形態の場合の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。
【０１５１】
また、人間はジャークに基づいて加速感を知覚する傾向があるため、ジャークを設定して時間変化をコントロールすることで、人間の感覚にあった制御を行うことができる。
【０１５２】
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、設定されるジャークとして、ドライバが期待する加速感に対応するジャークの値を設定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。
【０１５３】
設定されるジャークの値の算出方法は、例えば、特開２００８−１３８５９５号公報に記載されているように、ドライバのアクセル操作量及び自車両の車速に基づいて、ドライバが期待する加速度を求め、この加速度を微分してジャークを算出することができる。
【０１５４】
以下、図１３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。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。
【０１５５】
ステップ１００〜１０６を経て、次に、ステップ５００で、ドライバのアクセル操作量を取り込んで、上記ステップ１００で取り込んだ自車両の速度と共に、ドライバの要求加速度を算出する。
【０１５６】
次に、ステップ５０２で、現時刻の車体合成力の大きさＦ０、及び上記ステップ５００で算出したドライバの要求加速度に対応したジャークの値を設定する。
【０１５７】
次に、ステップ１１０で、設定されたジャークに従って所望の横移動距離及び速度方向に到達する際の縦移動距離を最小化する回避軌道を導出する。
【０１５８】
以上、説明したように、第５の実施の形態の車両運動制御装置によれば、よりドライバの間隔に合致した制御を行うことができる。
【０１５９】
なお、第１〜第４の実施の形態では、現時刻の道路に対する自車両の速度及び所望の位置を用いる場合について説明したが、自車両と所望の位置との相対距離及び相対速度を用いてもよい。
【符号の説明】
【０１６０】
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、最適軌道に基づく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２参照）。
【０００４】
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３参照）。
【０００５】
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）。
【０００６】
また、ドライバの操舵角及び車速を検出し、それぞれを二階微分して得られる各々のジャークに基づいて、ドライバの操縦の滑らかさを算出し、その値がある閾値を超えた時にドライバの心理が変化したと推定する運転心理変化推定装置が提案されている。（特許文献４参照）。
【０００７】
また、ドライバの操作量から得られるドライバが期待する加速性能の期待値とドライバが体感している加速度とを演算し、その偏差などに基づいて加速感を評価すると共に、その評価値を用いてドライバが期待する加速性能を実現するよう車両を制御する車両制御装置が提案されている（特許文献５参照）。
【０００８】
また、車両の加速度をドライバが体で感じる感覚が車両運動の周波数によって異なる性質を考慮して、ドライバが要求している加速度を算出し、その値をドライバの加速度に対する弁別閾値を考慮して補正した目標加速度を算出した後、その値に基づいて車両の駆動トルクを制御する車両制御装置が提案されている（特許文献６参照）。
【０００９】
また、車両のカーブへの進入時において、カーブの曲率状態及びドライバの乗り心地に対応する横ジャークに基づいて、乗り心地が良好に保たれるように操舵を制御する車両用自動操舵装置が提案されている（特許文献７参照）。
【００１０】
また、車両の加速レスポンス及びショック、そしてジャークが所望の値を満たすようにエンジンの燃料噴射量を制御する自動適合装置が提案されている（特許文献８参照）。
【００１１】
また、車線逸脱時に、ある所定値以上の横ジャークを車両に発生させてドライバに警告することで、ドライバの適切で迅速な回避操舵を促す車線逸脱警告装置が提案されている（特許文献９参照）。
【００１２】
また、車両の前後ジャークの検出値に基づいて、油圧モータの排出回避リリーフ圧を制御する油圧駆動走行車両において、前後ジャークが所定の閾値以上の時にリリーフ圧を小さく設定する走行制御装置が提案されている（特許文献１０参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００４−２４９９７１号公報
【特許文献２】特開２００７−２５３７４５号公報
【特許文献３】特開２００６−３４７２３６号公報
【特許文献４】特開２００９−４０１８４号公報
【特許文献５】特許第４３６９４０３号公報
【特許文献６】特開２００８−１３８５９５号公報
【特許文献７】特許第３２０１０９４号公報
【特許文献８】特開２００５−２４８７１９号公報
【特許文献９】特開２００３−５８９９３号公報
【特許文献１０】特開２００１−２４８６０５号公報
【非特許文献】
【００１４】
【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】
【００１５】
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、ある時間区間やある距離を走行する間の最適な目標車体合成力の与え方については記載されていない。
【００１６】
また、特許文献２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、一定のジャークにより車体合成力の大きさを増減させながら所望の位置や速度に車両を制御する方法については記載されていない。
【００１７】
また、特許文献３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、一定のジャークにより車体合成力の大きさを増減させながら所望の位置や速度に車両を制御する方法については記載されていない。
【００１８】
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、一定のジャークにより車体合成力の大きさを増減させながら所望の位置や速度に車両を制御する方法については記載されていない。
【００１９】
また、特許文献４の技術では、ジャークに基づいて算出したドライバの操縦の滑らかさを用いて、ドライバの心理状態の変化を推定しているものの、そのジャーク値に基づいて車両運動を制御する方法については記載されていない。
【００２０】
また、特許文献５の技術では、ドライバの背中がシートバックに押しつけられ際の押しつけ荷重の変化に基づいてドライバが体感している加速感を算出し、その加速感とドライバ操作に基づくドライバの期待する加速度との偏差に基づいて、ドライバの期待している加速性能を実現するよう車両を制御することを可能にしているが、操舵を伴う車両制御法については記載されていない。
【００２１】
また、特許文献６には、車両の加速度の低周波領域ではジャークに基づいてドライバが加速感を知覚していることが記載されているものの、そのジャークに基づいた障害物を回避するための車両制御法については記載されていない。
【００２２】
また、特許文献７の技術では、ドライバの乗り心地に対応する横ジャークの閾値に基づいて、乗り心地が良好に保たれる操舵の開始を可能にしているが、ジャークに基づいた障害物を回避するための車両制御法については記載されていない。
【００２３】
また、特許文献８の技術では、ジャークに基づくエンジンの燃料噴射量の制御を行っているが、操舵を伴う車両制御法については記載されていない。
【００２４】
また、特許文献９の技術では、車線逸脱時に、ある所定値以上の横ジャークを車両に発生させてドライバに警告することで、ドライバの適切で迅速な回避操舵を促すことを可能にしているが、障害物回避のために最適な車両制御法については記載されていない。
【００２５】
また、特許文献１０の技術では、前後ジャークに基づいてリリーフ圧を制御しているが、操舵を伴う車両の運動制御法については記載されていない。
【００２６】
本発明は、簡単な構成のマップを用いて、車体合成力の大きさの時間変化及び所望の横移動距離が設定された場合に、その車体合成力の大きさの時間変化に従って車体合成力を増減させながら所望の位置へ到達する際の縦移動距離を最小化する車体合成力及び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】
【００２７】
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、所望の横移動距離移動した位置、該位置における所望の速度方向、現時刻の車体合成力の大きさ、及び車体合成力の大きさの時間変化を設定する設定手段と、自車両と前記位置との距離、及び自車両の速度を含む状態量を検出する検出手段と、・前記所望の速度方向を車体前後方向とした場合の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、前記距離の車体横方向の成分Ｙｅ、現時刻の車体合成加速度の大きさＦ０／ｍ、及び車体合成加速度の大きさの時間変化ＫＪを用いた各々異なる３つのパラメータと、前記所望の横移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度方向に到達する際の縦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η１の、前記成分ｖｘ０、前記成分ｖｙ０、前記成分Ｙｅ、前記大きさＦ０／ｍ、及び前記時間変化ＫＪ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η１’と、の関係を定めた第１のマップ、・前記３つのパラメータと、前記所望の横移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度方向に到達する際の縦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η１と異なる第２の導入パラメータη２の、前記仮定の下での値η２’と、の関係を定めた第２のマップ、並びに・前記３つのパラメータと、前記位置に到達する時刻ｔｅの、前記仮定の下での時刻ｔｅ’と、の関係を定めた第３のマップからなる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３次元マップを用いて、前記所望の横移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度方向に到達する際の縦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。
【００２８】
また、第２の発明の車両運動制御装置は、所望の横移動距離移動した位置、該位置における所望の速度方向、現時刻の車体合成力の大きさ、及び車体合成力の大きさの時間変化を設定する設定手段と、自車両と前記位置との距離、及び自車両の速度を含む状態量を検出する検出手段と、・前記所望の速度方向を車体前後方向とした場合の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、前記距離の車体横方向の成分Ｙｅ、現時刻の車体合成加速度の大きさＦ０／ｍ、及び車体合成加速度の大きさの時間変化ＫＪを用いた各々異なる３つのパラメータと、前記所望の横移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度方向に到達する際の縦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Ｙｅ、前記大きさＦ０／ｍ、及び前記時間変化ＫＪ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３次元マップを用いて、前記所望の横移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度方向に到達する際の縦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。
【００２９】
また、第３の発明の車両運動制御装置は、所望の横移動距離移動した位置、該位置における所望の速度方向、現時刻の車体合成力の大きさ、該位置に到達した際の車体合成力の大きさ、及び現時刻から該位置に到達するまでの車体合成力の大きさの時間変化を設定する設定手段と、自車両と前記位置との距離、及び自車両の速度を含む状態量を検出する検出手段と、・前記所望の速度方向を車体前後方向とした場合の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、前記距離の車体横方向の成分Ｙｅ、現時刻の車体合成加速度の大きさＦ０／ｍ、該位置に到達した際の車体合成加速度の大きさＦ１／ｍ、及び車体合成加速度の大きさの時間変化ＫＪを用いた各々異なる３つのパラメータと、前記所望の横移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度方向に到達する際の縦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η１の、前記成分ｖｘ０、前記成分ｖｙ０、前記成分Ｙｅ、前記大きさＦ０／ｍ、前記大きさＦ１／ｍ、及び前記時間変化ＫＪ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η１’と、の関係を定めた第１のマップ、並びに・前記３つのパラメータと、前記所望の横移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度方向に到達する際の縦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η１と異なる第２の導入パラメータη２の、前記仮定の下での値η２’と、の関係を定めた第２のマップからなる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３次元マップを用いて、前記所望の横移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度方向に到達する際の縦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。
【００３０】
また、第４の発明の車両運動制御装置は、所望の横移動距離移動した位置、該位置における所望の速度方向、現時刻の車体合成力の大きさ、該位置に到達した際の車体合成力の大きさ、及び現時刻から該位置に到達するまでの車体合成力の大きさの時間変化を設定する設定手段と、自車両と前記位置との距離、及び自車両の速度を含む状態量を検出する検出手段と、・前記所望の速度方向を車体前後方向とした場合の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、前記距離の車体横方向の成分Ｙｅ、現時刻の車体合成加速度の大きさＦ０／ｍ、該位置に到達した際の車体合成加速度の大きさＦ１／ｍ、及び車体合成加速度の大きさの時間変化ＫＪを用いた各々異なる３つのパラメータと、前記所望の横移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度方向に到達する際の縦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Ｙｅ、前記大きさＦ０／ｍ、前記大きさＦ１／ｍ、及び前記時間変化ＫＪ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３次元マップを用いて、前記所望の横移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度方向に到達する際の縦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。
【００３１】
また、前記設定手段は、前記検出手段により検出された状態量に基づいて推定されるドライバが期待する加速感に対応する値を、前記車体合成力の大きさの時間変化として設定することができる。
【００３２】
また、前記検出手段は、前記自車両に対する前記位置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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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】
【００３６】
以上説明したように、本発明によれば、検出手段により検出した状態量及び設定手段により設定した設定値をパラメータとする簡単な構成の３次元マップを用いて、車体合成力の大きさの時間変化及び所望の横移動距離が設定された場合に、その車体合成力の大きさの時間変化に従って車体合成力を増減させながら所望の位置へ到達する際の縦移動距離を最小化する車体合成力及び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】
【００３７】
【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】導出された回避軌道の一例を示す線図である。
【図７】第２の実施の形態の車両運動制御装置で用いられる３次元マップを表す線図である。
【図８】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９】第３の実施の形態の車両運動制御装置で用いられる３次元マップを表す線図である。
【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ルーチンの内容を示すフローチャートである。
【図１３】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。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
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の障害物を回避する場合を想定し、所望の位置を障害物の横を通過する位置とし、所望の速度方向を車体前後方向とする場合について説明する。
【００３９】
第１の実施の形態の車両運動制御装置における車体合成力及び回避軌道の導出の概略について説明する。
【００４０】
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。
【００４１】
【数１】
【００４２】
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）。
【００４３】
そして、現時刻（ｔ＝０）におけるｘｙ座標上の所望の横移動距離Ｙｅ、自車両の道路に対する速度をｖｘ（０）＝ｖｘ０、ｖｙ（０）＝ｖｙ０とした場合に、現時刻の車体合成力の大きさＦ０、車体合成加速度の大きさの時間変化（以下、「ジャーク」という）ＫＪを設定した場面において、ジャークに基づく車体合成力を発生させて、所望の横移動距離移動した位置及び速度方向に到達する際の縦移動距離Ｘｅを最小化するための３次元マップを用いて、所望の横移動距離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。
【００４４】
ここで、図１に示すように、自車両の速度、所望の横移動距離、所望の速度方向、現時刻の車体合成力の大きさ、及びジャーク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。
【００４５】
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。
【００４６】
【数２】
【００４７】
次に、設定された現時刻の車体合成力の大きさＦ０、及びジャークＫＪに従って、所望の横移動距離及び速度方向へ到達する際の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（９）式で表した場合、下記（１０）式で表される座標軸における終端条件、及び下記（１１）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。
【００４８】
【数３】
【００４９】
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（１２）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（１３）式及び（１４）式を満足する。
【００５０】
【数４】
【００５１】
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η＝（η１，η２）Ｔを導出することで、下記（１５）式及び（１６）式のような関係が成り立つ。
【００５２】
【数５】
【００５３】
ただし、（１３）式〜（１６）式内の右下添え字ｘ，ｕ，ｔは偏微分を意味する。
【００５４】
ここで、（１３）式及び（１４）式を変形すると、下記（１７）式及び（１８）式のような関係が得られる。
【００５５】
【数６】
【００５６】
また、終端条件より、下記（１９）式及び（２０）式の関係が得られる。
【００５７】
【数７】
【００５８】
（１８）式及び（１１）式より、下記（２１）式が得られ、ｕｏ（ｔ）は下記（２２）式となる。
【００５９】
【数８】
【００６０】
また（１７）式によりΨ（ｔ）を求めると下記（２３）式となり、ｘ２（ｔ）の終端は（２０）式より下記（２４）式の関係を満たすので、下記（２５）式の終端条件が新たに出てくる。
【００６１】
【数９】
【００６２】
このとき、制御問題は下記（２６）式のように書き換えられる。
【００６３】
【数１０】
【００６４】
（２６）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（（１０）式及び（２５）式）とを適用すると、ｔｅ、η１、η２を導出する非線形方程式（下記（２７）式〜（３０）式））が求まる。なお、η１、η２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。
【００６５】
（２６）式において必要となるｔｅ、η１、η２は、（２７）式〜（３０）式の非線形方程式にｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｙｅ、Ｆ０及びＫＪを代入して解くことにより得られる。
【００６６】
【数１１】
【００６７】
従って、上記非線形方程式の解をマップとして持つ場合には、η１及びη２に関して持てばよい。上記非線形方程式は、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。
【００６８】
まず、（２７）〜（３０）式に対して、任意の正数ａを導入して下記（３１）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｛η１，η２，ｔｅ｝及び｛η１’，η２’，ｔｅ’｝は、下記（３２）式の関係を満たす。
【００６９】
【数１２】
【００７０】
（３１）式の第２〜４式を第１式で割ると下記（３３）式のように書き換えられ、（３３）式の第４式より、ａを下記（３４）式のようにおくと、（３３）式よりＦ０’／ｍ’、ｖｙ０’及びＹｅ’は下記（３５）式のように変形できる。
【００７１】
【数１３】
【００７２】
この関係より、ＫＪ’及びｖｘ０’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Ｆ０’／ｍ’、ｖｙ０’及びＹｅ’が求まる。よって、ＫＪ’及びｖｘ０’をある値に設定した場合において、Ｆ０’／ｍ’、ｖｙ０’及びＹｅ’をパラメータとした３次元マップを予め用意しておけばよい。なお、このＫＪ’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。
【００７３】
ここでは、一例として、ＫＪ’＝ｖｘ０’＝１とした場合の、Ｆ０’／ｍ’、ｖｙ０’及びＹｅ’に関する３次元マップを作成する。図３に示すように、Ｆ０’／ｍ’、ｖｙ０’及びＹｅ’をパラメータとして（２７）式〜（３０）式に基づいて得られるη１’の値をマッピングした第１の３次元マップ、η２’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、Ｆ０’／ｍ’について、Ｆ０’／ｍ’＝Ｇａ’、Ｆ０’／ｍ’＝Ｇｂ’、Ｆ０’／ｍ’＝Ｇｃ’の３値（Ｇａ’＜Ｇｂ’＜Ｇｃ’）を用い、Ｇａ’〜 Ｇｂ’間、及びＧｂ’〜 Ｇｃ’間は、各々線形近似などで内挿する。
【００７４】
そして、これらのマップを用いて｛η１，η２，ｔｅ｝を求めるには、ＫＪ’＝ｖｘ０’＝１、既知のｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｙｅ、Ｆ０及びＫＪから（３５）式に従ってパラメータＦ０’／ｍ’、ｖｙ０’及びＹｅ’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛η１’，η２’，ｔｅ’｝を各３次元マップから得て、（３２）式及び（３４）式に従って｛η１’，η２’，ｔｅ’｝を｛η１，η２，ｔｅ｝に変換し、これらのパラメータを（２６）式に適用して入力の時間関数を得る。また、（３０）式に代入して縦移動距離Ｘｅが得られる。
【００７５】
なお、この３次元マップは、ｖｙ０’及びＹｅ’のどちらかを０以上に限定してもよい。例えば、Ｙｅ≧０の３次元マップを作成した場合は、検出値がＹｅ＜０であったとしても、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｙｅ→−Ｙｅに変換して、３次元マップより｛−η１’、−η２’、ｔｅ’｝を求め、−η１’→η１’、−η２’→η２’の処理を行って｛η１，η２，ｔｅ｝を得ればよい。
【００７６】
この結果、現時刻の自車両の位置及び速度と、設定された現時刻の車体合成力の大きさ及びジャークとから、所望の横移動距離及び速度方向に到達する際の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。
【００７７】
なお、上記の３次元マップではパラメータＦ０’／ｍ’、ｖｙ０’及びＹｅ’を（３５）式のように定め、ＫＪ’＝ｖｘ０’＝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、パラメータａの取り方を変更したり、Ｆ０’／ｍ’、ｖｘ０’、ｖｙ０’、Ｙｅ’及びＫＪ’のそれぞれに着目して式を変形したりすれば、上記の場合とは異なる３つのパラメータを選ぶことができる。そして、それぞれのパラメータに応じて残る２つのパラメータに任意の値を設定すれば、新たな３次元マップが作成できる。３次元マップの異なる軸の取り方の例を、下記（３６）〜（４３）式に示す。
【００７８】
【数１４】
【００７９】
以下、上記の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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
また、制御装置２０には、制御入力を求めるための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。
【００８９】
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。
【００９０】
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、図３の３次元マップを用いる場合について説明する。
【００９１】
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。
【００９２】
次に、ステップ１０４で、障害物の横を通過する回避軌道を想定して所望の横移動距離を設定し、また、所望の横移動距離移動した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ｘ軸（車体前後方向）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。
【００９３】
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、及び自車両と障害物との距離のｙ成分（横移動距離）Ｙｅを演算する。
【００９４】
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、現時刻の車体合成力の大きさＦ０、及びジャークＫＪを設定する。
【００９５】
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、及びＹｅ、並びに上記ステップ１０８で設定した現時刻の車体合成力の大きさＦ０、及びジャークＫＪを用いて、（３５）式に従ってパラメータＦ０’／ｍ’、ｖｙ０’及びＹｅ’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛η１’，η２’，ｔｅ’｝を各３次元マップから得て、（３２）式及び（３４）式に従って｛η１’，η２’，ｔｅ’｝を｛η１，η２，ｔｅ｝に変換し、これらのパラメータを（２６）式に適用して車体合成力を得る。また、（１）式〜（６）式に従って、所望の横移動距離及び速度方向に到達する際の縦移動距離を最小化する回避軌道を導出する。
【００９６】
ここで、図６に、導出された回避軌道の一例として、ｍ＝２０００、ｖｘ０＝１５、ｖｙ０＝０、Ｙｅ＝１、Ｆ０＝１９６００、ＫＪ＝０．３とした場合の軌道を示す。
【００９７】
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。
【００９８】
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、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、横移動距離Ｙｅ、現時刻の車体合成力の大きさＦ０、及びジャークＫＪをパラメータとする簡単な構成の３次元マップを用いて、所望の横移動距離及び速度方向に到達する際の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。
【００９９】
また、人間はジャークに基づいて加速感を知覚する傾向があるため、ジャークを設定して時間変化をコントロールすることで、人間の感覚にあった制御を行うことができる。
【０１００】
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｛η１’，η２’，ｔｅ’｝を導出する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。
【０１０１】
ここで、第２の実施の形態で用いられる３次元マップについて説明する。
【０１０２】
まず、第１の実施の形態と同様に、（３５）式まで展開する。そして、一例として、ＫＪ’＝ｖｘ０’＝１とした場合のＦ０’／ｍ’、ｖｙ０’及びＹｅ’に関する３次元マップを作成する。図７に示すように、Ｆ０’／ｍ’、ｖｙ０’及びＹｅ’をパラメータとして、（２６）〜（３０）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３次元マップを作成する。
【０１０３】
そして、この３次元マップを用いて｛θ｝を求めるには、ＫＪ’＝ｖｘ０’＝１、既知のｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｙｅ、Ｆ０及びＫＪから（３５）式に従ってパラメータＦ０’／ｍ’、ｖｙ０’及びＹｅ’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛θ’｝を３次元マップから得て、下記（４４）式により、所望の位置及び速度方向に到達したときの車速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。
【０１０４】
【数１５】
【０１０５】
なお、この３次元マップは、ｖｙ０’及びＹｅ’のどちらかを０以上に限定してもよい。例えば、Ｙｅ≧０の３次元マップを作成した場合は、検出値がＹｅ＜０であったとしても、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｙｅ→−Ｙｅに変換して、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。
【０１０６】
また、図７のように｛Ｘｅ’｝も出力する３次元マップを導入して、下記（４５）式によりＸｅに変換して、縦移動距離を求めてもよい。
【０１０７】
【数１６】
【０１０８】
なお、上記の３次元マップでは、パラメータを（３５）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、（３６）〜（４３）式の各々に示すパラメータに対応する｛θ’｝及び｛Ｘｅ’｝を出力する３次元マップを作成してもよい。
【０１０９】
以下、図８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、図７の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。
【０１１０】
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、及びＹｅ、並びに上記ステップ１０８で設定した現時刻の車体合成力の大きさＦ０、及びジャークＫＪを用いて、（３５）式に従ってパラメータＦ０’／ｍ’、ｖｙ０’及びＹｅ’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛θ’｝を３次元マップから得て、（４４）式に適用することにより現時刻の車体合成力の向きを導出する。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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、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、横移動距離Ｙｅ、現時刻の車体合成力の大きさＦ０、及びジャークＫＪをパラメータとする簡単な構成の３次元マップを用いて、所望の横移動距離及び速度方向に到達する際の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ことができる。また、第１の実施の形態の場合の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。
【０１１３】
また、人間はジャークに基づいて加速感を知覚する傾向があるため、ジャークを設定して時間変化をコントロールすることで、人間の感覚にあった制御を行うことができる。
【０１１４】
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、現時刻及び回避直後の車体合成力の大きさ、その間のジャークを設定した場合において、ジャークに基づく車体合成力を発生させて、所望の横移動距離移動した位置及び速度方向に到達する際の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。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。
【０１１５】
ここで、現時刻及び回避直後の車体合成力の大きさ、その間のジャークを設定した場合において、ジャークに基づく車体合成力を発生させて、所望の横移動距離移動した位置及び速度方向に到達する際の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３次元マップについて説明する。
【０１１６】
現時刻及び回避直後の車体合成力の大きさ、その間のジャークを設定した場合において、ジャークに基づく車体合成力を発生させて、所望の横移動距離移動した位置及び速度方向に到達する際の縦移動距離を最小化する最適制御問題は、第１の実施の形態と同様に、（７）式〜（１１）式で定式化することができる。ただし、この制御問題では、回避直後の車体合成力の大きさをＦ１とおくと、終端時刻（回避に要する時間）が下記（４６）式となり固定値となるところが第１の実施の形態とは異なる。
【０１１７】
【数１７】
【０１１８】
まず、最適性の条件は（１３）式〜（１５）式となる。ここでは、終端時刻が（４６）式のように固定なため、最適解は（１６）式を必ずしも満たす必要はない。そして、同様の手順で制御入力を求めると（２６）式となる。
【０１１９】
また、この制御入力に必要なパラメータ｛η１，η２｝は、（４６）式を代入した（２８）式及び（２９）式を満たす。よって、（２８）式、（２９）式、及び（４６）式にｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｙｅ、Ｆ０、Ｆ１、及びＫＪを代入して、η１及びη２を求め、さらに、（３０）式に代入してＸｅを求める。
【０１２０】
まず、（２８）式及び（２９）式に対して、Ｆ１＝Ｆ０＋ｍＫＪｔｅの関係を適用すると、下記（４７）式及び（４８）式のように変形できる。
【０１２１】
【数１８】
【０１２２】
そして、（４６）式〜（４８）式に対して、任意の正数ａを導入して下記（４９）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｛η１，η２｝及び｛η１’，η２’｝は、下記（５０）式の関係を満たす。
【０１２３】
【数１９】
【０１２４】
ここで、（４９）式の第４式より、ａを下記（５１）式のようにおくと、ｖｙ０’、Ｙｅ’、及びｔｅ’は下記（５２）式のように変形できる。
【０１２５】
【数２０】
【０１２６】
この関係より、Ｆ１’／ｍ’及びＫＪ’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’、Ｙｅ’、及びｔｅ’が求まる。よって、Ｆ１’／ｍ’及びＫＪ’をある値に設定した場合において、ｖｙ０’、Ｙｅ’、及びｔｅ’をパラメータとした３次元マップを予め用意しておけばよい。なお、このＦ１’／ｍ’及びＫＪ’の値はマップ作成時に設計者が自由に設定できる。
【０１２７】
ここでは、一例として、Ｆ１’／ｍ’＝ＫＪ’＝１とした場合のｖｙ０’、Ｙｅ’、及びｔｅ’に関する３次元マップを作成する。図９に示すように、ｖｙ０’、Ｙｅ’、及びｔｅ’をパラメータとして、（４７）式及び（４８）式に基づいて得られるη１’の値をマッピングした第１の３次元マップ、及びη２’の値をマッピングした第２の３次元マップを作成する。
【０１２８】
そして、これらのマップを用いて｛η１，η２｝を求めるには、Ｆ１’／ｍ’＝ＫＪ’＝１、既知のｍ、ｖｙ０、Ｙｅ、Ｆ１及びＫＪから（５２）式に従ってパラメータｖｙ０’、Ｙｅ’、及びｔｅ’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛η１’，η２’｝を各３次元マップから得て、（５０）式及び（５１）式に従って｛η１’，η２’｝を｛η１，η２｝に変換し、さらに、（４６）式に代入してｔｅを得る。そして、これらのパラメータを（２６）式に適用して入力の時間関数を得る。また、（３０）式に代入して縦移動距離Ｘｅが得られる。
【０１２９】
なお、この３次元マップは、ｖｙ０’及びＹｅ’のどちらかを０以上に限定してもよい。例えば、Ｙｅ≧０の３次元マップを作成した場合は、検出値がＹｅ＜０であったとしても、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｙｅ→−Ｙｅに変換して、３次元マップより｛−η１’、−η２’｝を求め、−η１’→η１’、−η２’→η２’の処理を行って｛η１，η２｝を得ればよい。
【０１３０】
この結果、現時刻の自車両の位置及び速度と、設定された現時刻及び回避直後の車体合成力の大きさ、ジャークとから、所望の横移動距離及び速度方向に到達する際の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。
【０１３１】
なお、上記の３次元マップではパラメータｖｙ０’、Ｙｅ’、及びｔｅ’を（５２）式のように定め、Ｆ１’／ｍ’＝ＫＪ’＝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、パラメータａの取り方を変更したり、Ｆ０’／ｍ’、Ｆ１’／ｍ’、ｖｘ０’、ｖｙ０’ 、Ｙｅ’及びＫＪ’のそれぞれに着目して式を変形したりすれば、上記の場合とは異なる３つのパラメータを選ぶことができる。そして、それぞれのパラメータに応じて残る２つのパラメータに任意の値を設定すれば、新たな３次元マップが作成できる。３次元マップの異なる軸の取り方の例を、下記（５３）〜（６４）式に示す。
【０１３２】
【数２１】
【０１３３】
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、図９の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。
【０１３４】
ステップ１００〜１０６を経て、次にステップ３００で、現時刻の車体合成力の大きさＦ０、回避直後の車体合成力の大きさＦ１、及びその間のジャークＫＪを設定する。
【０１３５】
次に、ステップ３０２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、ｖｙ０及びＹｅ、並びに上記ステップ３００で設定したＦ１及びＫＪを用いて、（５２）式に従ってパラメータｖｙ０’、Ｙｅ’、及びｔｅ’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛η１’，η２’｝を各３次元マップから得て、（５０）式及び（５１）式に従って｛η１’，η２’｝を｛η１，η２｝に変換し、さらに、（４６）式に代入してｔｅを得る。そして、これらのパラメータを（２６）式に適用して車体合成力を得る。また、（１）式〜（６）式に従って、所望の横移動距離及び速度方向に到達する際の縦移動距離を最小化する回避軌道を導出する。
【０１３６】
次に、ステップ１１２で、上記ステップ３０２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ように制御する。
【０１３７】
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、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、横移動距離Ｙｅ、現時刻の車体合成力の大きさＦ０、回避直後の車体合成力の大きさＦ１、及びジャークＫＪをパラメータとする簡単な構成の３次元マップを用いて、所望の横移動距離及び速度方向に到達する際の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。
【０１３８】
また、人間はジャークに基づいて加速感を知覚する傾向があるため、ジャークを設定して時間変化をコントロールすることで、人間の感覚にあった制御を行うことができる。
【０１３９】
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｛η１’，η２’｝を導出する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。
【０１４０】
ここで、第４の実施の形態で用いられる３次元マップについて説明する。
【０１４１】
まず、第３の実施の形態と同様に、（３５）式まで展開する。そして、一例として、Ｆ１’／ｍ’＝ＫＪ’＝１とした場合のｖｙ０’、Ｙｅ’、及びｔｅ’に関する３次元マップを作成する。図１１に示すように、ｖｙ０’、Ｙｅ’、及びｔｅ’をパラメータとして、（２６）及び（４６）〜（４８）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３次元マップを作成する。
【０１４２】
そして、この３次元マップを用いて｛θ｝を求めるには、Ｆ１’／ｍ’＝ＫＪ’＝１、既知のｍ、ｖｙ０、Ｙｅ、Ｆ１及びＫＪから（５２）式に従ってパラメータｖｙ０’、Ｙｅ’、及びｔｅ’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛θ’｝を３次元マップから得て、（４４）式により、所望の位置及び速度方向に到達したときの車速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。
【０１４３】
なお、この３次元マップは、ｖｙ０’及びＹｅ’のどちらかを０以上に限定してもよい。例えば、Ｙｅ≧０の３次元マップを作成した場合は、検出値がＹｅ＜０であったとしても、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｙｅ→−Ｙｅに変換して、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。
【０１４４】
また、図１１のように｛Ｘｅ’｝も出力する３次元マップを導入して、下記（６５）式によりＸｅに変換して、縦移動距離を求めてもよい。
【０１４５】
【数２２】
【０１４６】
なお、上記の３次元マップでは、パラメータを（３５）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、（５３）〜（６４）式の各々に示すパラメータに対応する｛θ’｝及び｛Ｘｅ’｝を出力する３次元マップを作成してもよい。
【０１４７】
以下、図１２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、図７の低速化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。
【０１４８】
ステップ１００〜３００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ｍ、ｖｙ０、及びＹｅ、並びに上記ステップ３００で設定したＦ１及びＫＪを用いて、（５２）式に従ってパラメータｖｙ０’、Ｙｅ’、及びｔｅ’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛θ’｝を３次元マップから得て、（４４）式に適用することにより現時刻の車体合成力の向きを導出する。
【０１４９】
次に、ステップ１１２で、上記ステップ４００で導出した車体合成力に従って車両運動を制御する。
【０１５０】
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、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、横移動距離Ｙｅ、現時刻の車体合成力の大きさＦ０、回避直後の車体合成力の大きさＦ１、及びジャークＫＪをパラメータとする簡単な構成の３次元マップを用いて、所望の横移動距離及び速度方向に到達する際の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ことができる。また、第３の実施の形態の場合の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。
【０１５１】
また、人間はジャークに基づいて加速感を知覚する傾向があるため、ジャークを設定して時間変化をコントロールすることで、人間の感覚にあった制御を行うことができる。
【０１５２】
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、設定されるジャークとして、ドライバが期待する加速感に対応するジャークの値を設定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。
【０１５３】
設定されるジャークの値の算出方法は、例えば、特開２００８−１３８５９５号公報に記載されているように、ドライバのアクセル操作量及び自車両の車速に基づいて、ドライバが期待する加速度を求め、この加速度を微分してジャークを算出することができる。
【０１５４】
以下、図１３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。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。
【０１５５】
ステップ１００〜１０６を経て、次に、ステップ５００で、ドライバのアクセル操作量を取り込んで、上記ステップ１００で取り込んだ自車両の速度と共に、ドライバの要求加速度を算出する。
【０１５６】
次に、ステップ５０２で、現時刻の車体合成力の大きさＦ０、及び上記ステップ５００で算出したドライバの要求加速度に対応したジャークの値を設定する。
【０１５７】
次に、ステップ１１０で、設定されたジャークに従って所望の横移動距離及び速度方向に到達する際の縦移動距離を最小化する回避軌道を導出する。
【０１５８】
以上、説明したように、第５の実施の形態の車両運動制御装置によれば、よりドライバの間隔に合致した制御を行うことができる。
【０１５９】
なお、第１〜第４の実施の形態では、現時刻の道路に対する自車両の速度及び所望の位置を用いる場合について説明したが、自車両と所望の位置との相対距離及び相対速度を用いてもよい。
【符号の説明】
【０１６０】
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】
所望の横移動距離移動した位置、該位置における所望の速度方向、現時刻の車体合成力の大きさ、及び車体合成力の大きさの時間変化を設定する設定手段と、
自車両と前記位置との距離、及び自車両の速度を含む状態量を検出する検出手段と、
・前記所望の速度方向を車体前後方向とした場合の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、前記距離の車体横方向の成分Ｙｅ、現時刻の車体合成加速度の大きさＦ０／ｍ、及び車体合成加速度の大きさの時間変化ＫＪを用いた各々異なる３つのパラメータと、前記所望の横移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度方向に到達する際の縦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η１の、前記成分ｖｘ０、前記成分ｖｙ０、前記成分Ｙｅ、前記大きさＦ０／ｍ、及び前記時間変化ＫＪ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η１’と、の関係を定めた第１のマップ、
・前記３つのパラメータと、前記所望の横移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度方向に到達する際の縦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η１と異なる第２の導入パラメータη２の、前記仮定の下での値η２’と、の関係を定めた第２のマップ、並びに
・前記３つのパラメータと、前記位置に到達する時刻ｔｅの、前記仮定の下での時刻ｔｅ’と、の関係を定めた第３のマップからなる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３次元マップを用いて、前記所望の横移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度方向に到達する際の縦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】
所望の横移動距離移動した位置、該位置における所望の速度方向、現時刻の車体合成力の大きさ、及び車体合成力の大きさの時間変化を設定する設定手段と、
自車両と前記位置との距離、及び自車両の速度を含む状態量を検出する検出手段と、
・前記所望の速度方向を車体前後方向とした場合の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、前記距離の車体横方向の成分Ｙｅ、現時刻の車体合成加速度の大きさＦ０／ｍ、及び車体合成加速度の大きさの時間変化ＫＪを用いた各々異なる３つのパラメータと、前記所望の横移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度方向に到達する際の縦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Ｙｅ、前記大きさＦ０／ｍ、及び前記時間変化ＫＪ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３次元マップを用いて、前記所望の横移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度方向に到達する際の縦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】
所望の横移動距離移動した位置、該位置における所望の速度方向、現時刻の車体合成力の大きさ、該位置に到達した際の車体合成力の大きさ、及び現時刻から該位置に到達するまでの車体合成力の大きさの時間変化を設定する設定手段と、
自車両と前記位置との距離、及び自車両の速度を含む状態量を検出する検出手段と、
・前記所望の速度方向を車体前後方向とした場合の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、前記距離の車体横方向の成分Ｙｅ、現時刻の車体合成加速度の大きさＦ０／ｍ、該位置に到達した際の車体合成加速度の大きさＦ１／ｍ、及び車体合成加速度の大きさの時間変化ＫＪを用いた各々異なる３つのパラメータと、前記所望の横移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度方向に到達する際の縦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η１の、前記成分ｖｘ０、前記成分ｖｙ０、前記成分Ｙｅ、前記大きさＦ０／ｍ、前記大きさＦ１／ｍ、及び前記時間変化ＫＪ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η１’と、の関係を定めた第１のマップ、並びに
・前記３つのパラメータと、前記所望の横移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度方向に到達する際の縦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η１と異なる第２の導入パラメータη２の、前記仮定の下での値η２’と、の関係を定めた第２のマップからなる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３次元マップを用いて、前記所望の横移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度方向に到達する際の縦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４】
所望の横移動距離移動した位置、該位置における所望の速度方向、現時刻の車体合成力の大きさ、該位置に到達した際の車体合成力の大きさ、及び現時刻から該位置に到達するまでの車体合成力の大きさの時間変化を設定する設定手段と、
自車両と前記位置との距離、及び自車両の速度を含む状態量を検出する検出手段と、
・前記所望の速度方向を車体前後方向とした場合の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、前記距離の車体横方向の成分Ｙｅ、現時刻の車体合成加速度の大きさＦ０／ｍ、該位置に到達した際の車体合成加速度の大きさＦ１／ｍ、及び車体合成加速度の大きさの時間変化ＫＪを用いた各々異なる３つのパラメータと、前記所望の横移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度方向に到達する際の縦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Ｙｅ、前記大きさＦ０／ｍ、前記大きさＦ１／ｍ、及び前記時間変化ＫＪ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３次元マップを用いて、前記所望の横移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度方向に到達する際の縦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５】
前記設定手段は、前記検出手段により検出された状態量に基づいて推定されるドライバが期待する加速感に対応する値を、前記車体合成力の大きさの時間変化として設定する請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の車両運動制御装置。
【請求項６】
前記検出手段は、前記自車両に対する前記位置の相対距離及び相対速度を検出する請求項１〜請求項５のいずれか１項記載の車両運動制御装置。
【請求項７】
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、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７のいずれか１項記載の車両運動制御装置。
【請求項９】
コンピュータを、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】
所望の横移動距離移動した位置、該位置における所望の速度方向、現時刻の車体合成力の大きさ、及び車体合成力の大きさの時間変化を設定する設定手段と、
自車両と前記位置との距離、及び自車両の速度を含む状態量を検出する検出手段と、
・前記所望の速度方向を車体前後方向とした場合の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、前記距離の車体横方向の成分Ｙｅ、現時刻の車体合成加速度の大きさＦ０／ｍ、及び車体合成加速度の大きさの時間変化ＫＪを用いた各々異なる３つのパラメータと、前記所望の横移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度方向に到達する際の縦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η１の、前記成分ｖｘ０、前記成分ｖｙ０、前記成分Ｙｅ、前記大きさＦ０／ｍ、及び前記時間変化ＫＪ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η１’と、の関係を定めた第１のマップ、
・前記３つのパラメータと、前記所望の横移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度方向に到達する際の縦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η１と異なる第２の導入パラメータη２の、前記仮定の下での値η２’と、の関係を定めた第２のマップ、並びに
・前記３つのパラメータと、前記位置に到達する時刻ｔｅの、前記仮定の下での時刻ｔｅ’と、の関係を定めた第３のマップからなる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３次元マップを用いて、前記所望の横移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度方向に到達する際の縦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】
所望の横移動距離移動した位置、該位置における所望の速度方向、現時刻の車体合成力の大きさ、及び車体合成力の大きさの時間変化を設定する設定手段と、
自車両と前記位置との距離、及び自車両の速度を含む状態量を検出する検出手段と、
・前記所望の速度方向を車体前後方向とした場合の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、前記距離の車体横方向の成分Ｙｅ、現時刻の車体合成加速度の大きさＦ０／ｍ、及び車体合成加速度の大きさの時間変化ＫＪを用いた各々異なる３つのパラメータと、前記所望の横移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度方向に到達する際の縦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Ｙｅ、前記大きさＦ０／ｍ、及び前記時間変化ＫＪ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３次元マップを用いて、前記所望の横移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度方向に到達する際の縦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】
所望の横移動距離移動した位置、該位置における所望の速度方向、現時刻の車体合成力の大きさ、該位置に到達した際の車体合成力の大きさ、及び現時刻から該位置に到達するまでの車体合成力の大きさの時間変化を設定する設定手段と、
自車両と前記位置との距離、及び自車両の速度を含む状態量を検出する検出手段と、
・前記所望の速度方向を車体前後方向とした場合の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、前記距離の車体横方向の成分Ｙｅ、現時刻の車体合成加速度の大きさＦ０／ｍ、該位置に到達した際の車体合成加速度の大きさＦ１／ｍ、及び車体合成加速度の大きさの時間変化ＫＪを用いた各々異なる３つのパラメータと、前記所望の横移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度方向に到達する際の縦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η１の、前記成分ｖｘ０、前記成分ｖｙ０、前記成分Ｙｅ、前記大きさＦ０／ｍ、前記大きさＦ１／ｍ、及び前記時間変化ＫＪ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η１’と、の関係を定めた第１のマップ、並びに
・前記３つのパラメータと、前記所望の横移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度方向に到達する際の縦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η１と異なる第２の導入パラメータη２の、前記仮定の下での値η２’と、の関係を定めた第２のマップからなる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３次元マップを用いて、前記所望の横移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度方向に到達する際の縦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４】
所望の横移動距離移動した位置、該位置における所望の速度方向、現時刻の車体合成力の大きさ、該位置に到達した際の車体合成力の大きさ、及び現時刻から該位置に到達するまでの車体合成力の大きさの時間変化を設定する設定手段と、
自車両と前記位置との距離、及び自車両の速度を含む状態量を検出する検出手段と、
・前記所望の速度方向を車体前後方向とした場合の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、前記距離の車体横方向の成分Ｙｅ、現時刻の車体合成加速度の大きさＦ０／ｍ、該位置に到達した際の車体合成加速度の大きさＦ１／ｍ、及び車体合成加速度の大きさの時間変化ＫＪを用いた各々異なる３つのパラメータと、前記所望の横移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度方向に到達する際の縦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Ｙｅ、前記大きさＦ０／ｍ、前記大きさＦ１／ｍ、及び前記時間変化ＫＪ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３次元マップを用いて、前記所望の横移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度方向に到達する際の縦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５】
前記設定手段は、前記検出手段により検出された状態量に基づいて推定されるドライバが期待する加速感に対応する値を、前記車体合成力の大きさの時間変化として設定する請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の車両運動制御装置。
【請求項６】
前記検出手段は、前記自車両に対する前記位置の相対距離及び相対速度を検出する請求項１〜請求項５のいずれか１項記載の車両運動制御装置。
【請求項７】
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、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７のいずれか１項記載の車両運動制御装置。
【請求項９】
コンピュータを、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６】
【図８】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【図３】
【図７】
【図９】
【図１１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【図３】
【図７】
【図９】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１７１３８８（Ｐ２０１２−１７１３８８Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３２５０９（Ｐ２０１１−３２５０９）
【出願日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【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２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【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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