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、所望の位置及び速度の方向に到達するときの速度の大きさを最小化する車体合成力及び回避軌道を導出する。
【解決手段】所望の位置、該位置での速度の方向、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、自車両と所望の位置との距離のｘ成分Ｘｅ、距離のｙ成分Ｙｅ、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、所望の位置及び速度の方向に到達するときの速度の大きさ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、第３の導入パラメータη３の特定仮定下での値η３’との関係を定めた低速化３次元マップを用いて、所望の位置及び速度の方向に到達するときの速度の大きさを最小化する車体合成力を導出する。
【解決手段】所望の位置、該位置での速度の方向、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、自車両と所望の位置との距離のｘ成分Ｘｅ、距離のｙ成分Ｙｅ、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、所望の位置及び速度の方向に到達するときの速度の大きさ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、第３の導入パラメータη３の特定仮定下での値η３’との関係を定めた低速化３次元マップを用いて、所望の位置及び速度の方向に到達するときの速度の大きさ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２００１−６３５９７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、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。
【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、所望の位置及び速度方向に到達したときの車速を最小にする方法や所望の位置における速度の大きさを所望の大きさにする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、所望の位置及び速度方向に到達したときの車速を最小にする軌道や所望の位置における速度の大きさを所望の大きさにする軌道の導出については記載されていない。
【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、所望の位置及び速度方向に到達したときの車速を最小にする軌道や所望の位置における速度の大きさを所望の大きさにする軌道の導出について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、所望の位置及び速度方向に到達したときの車速を最小にする軌道や所望の位置における速度の大きさを所望の大きさにする軌道の導出について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、所望の位置及び速度方向に到達したときの車速を最小にする軌道や所望の位置における速度の大きさを所望の大きさにする軌道の導出について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、所望の位置及び速度方向に到達したときの車速を最小にする軌道や所望の位置における速度の大きさを所望の大きさにする軌道の導出について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、所望の位置及び速度方向に到達したときの車速を最小にする車体合成力及び軌道、または所望の位置における速度の大きさを所望の大きさに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】
【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、所望の位置及び該位置における所望の速度の方向、並びに車体合成力の最大値を設定する設定手段と、自車両と前記所望の位置との距離、及び自車両の速度を含む状態量を検出する検出手段と、・前記所望の速度の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、前記距離の車体前後方向の成分Ｘｅ、前記距離の車体横方向の成分Ｙｅ、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、前記所望の位置及び該位置における所望の速度の方向に到達するときの速度の大きさ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Ｘｅ、前記成分Ｙｅ、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η１’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、前記所望の位置及び該位置における所望の速度の方向に到達するときの速度の大きさ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３次元マップ、並びに・前記３つのパラメータと、前記所望の位置及び該位置における所望の速度の方向に到達するときの速度の大きさ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及び前記第２の導入パラメータη２と異なる第３の導入パラメータη３の、前記仮定の下での値η３’と、の関係を定めた第３の３次元マップからなる低速化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低速化３次元マップを用いて、前記所望の位置及び該位置における所望の速度の方向に到達するときの速度の大きさ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、所望の位置及び該位置における所望の速度の方向、並びに車体合成力の最大値を設定する設定手段と、自車両と前記所望の位置との距離、及び自車両の速度を含む状態量を検出する検出手段と、・前記所望の速度の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、前記距離の車体前後方向の成分Ｘｅ、前記距離の車体横方向の成分Ｙｅ、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、前記所望の位置及び該位置における所望の速度の方向に到達するときの速度の大きさ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Ｘｅ、前記成分Ｙｅ、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、の関係を定めた低速化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低速化３次元マップを用いて、前記所望の位置及び該位置における所望の速度の方向に到達するときの速度の大きさ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、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の方向及び大きさ、並びに車体合成力の最大値を設定する設定手段と、自車両の速度を含む状態量を検出する検出手段と、・前記所望の速度の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、前記自車両と前記所望の横移動距離移動した位置との距離の車体横方向の成分Ｙｅ、前記所望の速度の大きさＶｅ、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の方向及び大きさ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Ｖｅ、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η１’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の方向及び大きさ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３次元マップ、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の方向及び大きさ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及び前記第２の導入パラメータη２と異なる第３の導入パラメータη３の、前記仮定の下での値η３’と、の関係を定めた第３の３次元マップから選択された２つの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の方向及び大きさ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。
【００２２】
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の方向及び大きさ、並びに車体合成力の最大値を設定する設定手段と、自車両の速度を含む状態量を検出する検出手段と、・前記所望の速度の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、前記自車両と前記所望の横移動距離移動した位置との距離の車体横方向の成分Ｙｅ、前記所望の速度の大きさＶｅ、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の方向及び大きさ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Ｖｅ、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の方向及び大きさ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。
【００２３】
また、第５の発明の車両運動制御装置は、所望の位置及び該位置における所望の速度の方向及び大きさを設定する設定手段と、自車両と前記所望の位置との距離、及び自車両の速度を含む状態量を検出する検出手段と、・前記所望の速度の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、前記距離の車体前後方向の成分Ｘｅ、前記距離の車体横方向の成分Ｙｅ、及び前記所望の速度の大きさＶｅを用いた各々異なる３つのパラメータと、前記所望の位置及び該位置における所望の速度の方向及び大きさに到達する際の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η１の、前記成分ｖｘ０、前記成分ｖｙ０、前記成分Ｘｅ、前記成分Ｙｅ、及び前記大きさＶｅ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３次元マップ、・前記３つのパラメータと、前記所望の位置及び該位置における所望の速度の方向及び大きさに到達する際の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３次元マップ、並びに・前記３つのパラメータと、前記所望の位置及び該位置における所望の速度の方向及び大きさに到達する際の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η１及び前記第２の導入パラメータη２と異なる第３の導入パラメータη３の、前記仮定の下での値η３’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最適３次元マップを用いて、前記所望の位置及び該位置における所望の速度の方向及び大きさに到達する際の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。
【００２４】
また、第６の発明の車両運動制御装置は、所望の位置及び該位置における所望の速度の方向及び大きさを設定する設定手段と、自車両と前記所望の位置との距離、及び自車両の速度を含む状態量を検出する検出手段と、・前記所望の速度の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、前記距離の車体前後方向の成分Ｘｅ、前記距離の車体横方向の成分Ｙｅ、及び前記所望の速度の大きさＶｅを用いた各々異なる３つのパラメータと、前記所望の位置及び該位置における所望の速度の方向及び大きさに到達する際の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Ｘｅ、前記成分Ｙｅ、及び前記大きさＶｅ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最適３次元マップを用いて、前記所望の位置及び該位置における所望の速度の方向及び大きさに到達する際の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。
【００２５】
また、第７の発明の車両運動制御装置は、所望の縦移動距離移動した位置、該位置における所望の速度の方向及び大きさ、並びに車体合成力の最大値を設定する設定手段と、自車両の速度を含む状態量を検出する検出手段と、・前記所望の速度の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、前記自車両と前記所望の縦移動距離移動した位置との距離の車体前後方向の成分Ｘｅ、前記所望の速度の大きさＶｅ、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、前記所望の縦移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度の方向及び大きさに到達する際の横移動距離を最大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Ｘｅ、前記大きさＶｅ、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η１’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、前記所望の縦移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度の方向及び大きさに到達する際の横移動距離を最大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３次元マップ、並びに・前記３つのパラメータと、前記所望の縦移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度の方向及び大きさに到達する際の横移動距離を最大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及び前記第２の導入パラメータη２と異なる第３の導入パラメータη３の、前記仮定の下での値η３’と、の関係を定めた第３の３次元マップから選択された２つの３次元マップからなる最大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最大３次元マップを用いて、前記所望の縦移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度の方向及び大きさに到達する際の横移動距離を最大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。
【００２６】
また、第８の発明の車両運動制御装置は、所望の縦移動距離移動した位置、該位置における所望の速度の方向及び大きさ、並びに車体合成力の最大値を設定する設定手段と、自車両の速度を含む状態量を検出する検出手段と、・前記所望の速度の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、前記自車両と前記所望の縦移動距離移動した位置との距離の車体前後方向の成分Ｘｅ、前記所望の速度の大きさＶｅ、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、前記所望の縦移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度の方向及び大きさに到達する際の横移動距離を最大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Ｘｅ、前記大きさＶｅ、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、の関係を定めた最大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最大３次元マップを用いて、前記所望の縦移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度の方向及び大きさに到達する際の横移動距離を最大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。
【００２７】
また、第３及び第４の発明において、前記設定手段は、前記所望の速度の大きさとして、第１または第２の発明の車両運動制御装置で用いられる低速化３次元マップに基づいて導出された最小化された速度を設定すると共に、複数の前記所望の横移動距離移動した位置を設定し、前記設定手段により設定された横移動距離の各々に対応する最小化された縦移動距離を、前記最短３次元マップから導出し、導出した縦移動距離及び設定された横移動距離に基づいて、前記最小化された速度と同じ速度になる位置を示すラインを作成する作成手段と、前記作成手段により作成されたライン上から所望の位置を決定する決定手段と、を含み、前記導出手段は、前記決定手段により決定された位置に到達するための前記車体合成力を導出することができる。
【００２８】
また、第７及び第８の発明において、前記設定手段は、前記所望の速度の大きさとして、第１または第２の発明の車両運動制御装置で用いられる低速化３次元マップに基づいて導出された最小化された速度を設定すると共に、複数の前記所望の縦移動距離移動した位置を設定し、前記設定手段により設定された縦移動距離の各々に対応する最大化された横移動距離を、前記最大３次元マップから導出し、導出した横移動距離及び設定された縦移動距離に基づいて、前記最小化された速度と同じ速度になる位置を示すラインを作成する作成手段と、前記作成手段により作成されたライン上から所望の位置を決定する決定手段と、を含み、前記導出手段は、前記決定手段により決定された位置に到達するための前記車体合成力を導出することができる。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
また、第９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８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】
【００３３】
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、所望の位置及び速度の方向に到達したときの車速を最小化する車体合成力及び回避軌道、所望の横移動距離及び所望の速度の方向及び大きさ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、所望の位置及び速度の方向及び大きさに到達する際の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、または所望の縦移動距離及び所望の速度の方向及び大きさに到達する際の横移動距離を最大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】
【００３４】
【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低速化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。
【００３５】
【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低速化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短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ルーチンの内容を示すフローチャートである。
【図１０】第４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１１】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１２】第５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。
【図１４】第６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１５】第６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７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１７】第８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１８】同じ速度となる位置を示すラインの作成を説明するための図である。
【図１９】第９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】
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
【数１】
【００４０】
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）。
【００４１】
そして、現時刻（ｔ＝０）におけるｘｙ座標上の所望の位置を（Ｘｅ，Ｙｅ）、自車両の速度をｖｘ（０）＝ｖｘ０、ｖｙ（０）＝ｖｙ０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、所望の位置における速度（終端速度Ｖｅ）を最小化するための３次元マップ（以下、低速化３次元マップという）を用いて、所望の速度方向に対して終端速度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。
【００４２】
ここで、図１に示すように、自車両の速度、所望の速度、所望の速度方向、及び車体合成力の最大値が既知の場合において、最適軌道を求める低速化３次元マップの導出例について説明する。
【００４３】
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。
【００４４】
【数２】
【００４５】
次に、設定された車体合成力の最大値Ｆ０の範囲内で、所望の位置及び速度方向へ到達したときの車速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。
【００４６】
【数３】
【００４７】
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）〜（１５）式を満足する。
【００４８】
【数４】
【００４９】
また、終端条件に関しては、Ｓ（ｘ，ｔ）＝ｘ２（ｔ）とおき、定数ベクトルη＝（η１，η２，η３）Ｔを導出することで、下記（１６）式及び（１７）式のような関係が成り立つ。
【００５０】
【数５】
【００５１】
ただし、（１３）式〜（１７）式内の右下添え字ｘ，ｕ，ｔは偏微分を意味する。
【００５２】
ここで、（１３）〜（１５）式を変形すると、下記（１８）〜（２０）式のような関係が得られる。
【００５３】
【数６】
【００５４】
また、終端条件より、下記（２１）式及び（２２）式の関係が得られる。
【００５５】
【数７】
【００５６】
（１９）式及び（２０）式より、下記（２３）式が得られ、ｕｏ（ｔ）は下記（２４）式となる。
【００５７】
【数８】
【００５８】
また（１８）式及び（２１）式によりΨ（ｔ）を求めると下記（２５）式となり、ｘ２（ｔ）の終端は（２２）式より下記（２６）式の関係を満たすので、下記（２７）式の終端条件が新たに出てくる。
【００５９】
【数９】
【００６０】
このとき、制御問題は下記（２８）式のように書き換えられる。
【００６１】
【数１０】
【００６２】
（２８）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（２７）式を適用すると、ｔｅ、η１、η２、η３を導出する非線形方程式（下記（２９）式〜（３２）式））が求まる。なお、η１、η２、η３は本発明の第１の導入パラメータ、第２の導入パラメータ、及び第３の導入パラメータに相当する。
【００６３】
（２８）式において必要となるｔｅ、η１、η２、η３は、（２９）式〜（３２）式の非線形方程式にｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｆ０、Ｘｅ及びＹｅを代入して解くことにより得られる。
【００６４】
【数１１】
【００６５】
ここで、（２９）式×η１＋（３０）式×η２の計算を行うと、下記（３３）式が得られ、（３３）式の両辺を２乗してｔｅに関して解くと、下記（３４）式が得られる。
【００６６】
【数１２】
【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、η２、η３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、（２９）〜（３２）式に対して、任意の正数ａを導入して下記（３５）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，η３，ｔｅ｝及び｛η１’，η２’，η３’，ｔｅ’｝は、下記（３６）式の関係を満たす。
【００６９】
【数１３】
【００７０】
（３５）式の最後の式より、ａを下記（３７）式のようにおくと、（３５）式よりｖｘ０’、ｖｙ０’及びＸｅ’は下記（３８）式のように変形できる。
【００７１】
【数１４】
【００７２】
この関係より、Ｆ０’／ｍ’及びＹｅ’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Ｘｅ’が求まる。よって、Ｆ０’／ｍ’及びＹｅ’をある値に設定した場合において、ｖｘ０’、ｖｙ０’及びＸｅ’をパラメータとした低速化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Ｙｅ’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、Ｆ０’／ｍ’＝Ｙｅ’＝１とした場合のｖｘ０’、ｖｙ０’及びＸｅ’に関する低速化３次元マップを作成する。図３に示すように、ｖｘ０’、ｖｙ０’及びＸｅ’をパラメータとして（２９）式〜（３２）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η３’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、Ｘｅ’について、Ｘｅ’＝Ｘａ’、Ｘｅ’＝Ｘｂ’、Ｘｅ’＝Ｘｃ’の３値（Ｘａ’＜Ｘｂ’＜Ｘｃ’）を用い、Ｘａ’〜 Ｘｂ’間、及びＸｂ’〜 Ｘｃ’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，η３｝を求めるには、Ｆ０’／ｍ’＝Ｙｅ’＝１、既知のｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｘｅ、Ｙｅ及びＦ０から（３８）式に従ってパラメータｖｘ０’、ｖｙ０’及びＸｅ’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛η１’，η２’，η３’｝を各３次元マップから得て、（３６）式及び（３７）式に従って｛η１’，η２’，η３’｝を｛η１，η２，η３｝に変換し、さらに、（３４）式に代入してｔｅを得る。そして、これらのパラメータを（２８）式に適用して入力の時間関数を得る。また、（２７）式に代入して終端速度Ｖｅが得られる。
【００７５】
ただし、Ｙｅ＜０の場合は、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｙｅ→−Ｙｅに変換して、低速化３次元マップより｛η１’、−η２’、−η３’｝を求め、−η２’→η２’、−η３’→η３’の処理を行って｛η１，η２，η３｝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から、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、上記の低速化３次元マップではパラメータｖｘ０’、ｖｙ０’及びＸｅ’を（３８）式のように定め、Ｆ０’／ｍ’＝Ｙｅ’＝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’、Ｘｅ’、Ｙｅ’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、新たな低速化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（３９）〜（４５）式に示す。
【００７８】
【数１５】
【００７９】
また、上記では、（３４）式を用いてｔｅに関して解いたが、これをη１、η２、またはη３に関して解き、ｔｅを含む残りの３つのパラメータについて低速化３次元マップを作成してもよい。
【００８０】
以下、上記の低速化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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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の低速化３次元マップを用いる場合について説明する。
【００９２】
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。
【００９３】
次に、ステップ１０４で、障害物の横を通過する位置を所望の位置として設定し、また、所望の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。
【００９４】
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、自車両と障害物との距離のｘ成分（縦移動距離）Ｘｅ、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。
【００９５】
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。
【００９６】
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、Ｘｅ、Ｙｅ、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、（３８）式に従ってパラメータｖｘ０’、ｖｙ０’及びＸｅ’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛η１’，η２’，η３’｝を低速化３次元マップから得て、（３６）式及び（３７）式に従って｛η１’，η２’，η３’｝を｛η１，η２，η３｝に変換し、さらに、（３４）式に代入してｔｅを得る。そして、これらのパラメータを（２８）式に適用して車体合成力を得る。また、（１）式〜（６）式に従って、所望の位置及び速度方向に到達したときの車速を最小化する回避軌道を導出する。
【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。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。
【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、縦移動距離Ｘｅ、横移動距離Ｙｅ、及び車体合成力の最大値Ｆ０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、所望の位置及び速度方向に到達するときの車速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】
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’，η３’｝を導出する低速化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低速化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。
【０１００】
ここで、第２の実施の形態で用いられる低速化３次元マップについて説明する。
【０１０１】
まず、第１の実施の形態と同様に、（３８）式まで展開する。そして、一例として、Ｆ０’／ｍ’＝Ｙｅ’＝１とした場合のｖｘ０’、ｖｙ０’及びＸｅ’に関する低速化３次元マップを作成する。図６に示すように、ｖｘ０’、ｖｙ０’及びＸｅ’をパラメータとして、（２８）式及び（３４）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低速化３次元マップを作成する。
【０１０２】
そして、この低速化３次元マップを用いて｛θ｝を求めるには、Ｆ０’／ｍ’＝Ｙｅ’＝１、既知のｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｘｅ、Ｙｅ及びＦ０から（３８）式に従ってパラメータｖｘ０’、ｖｙ０’及びＸｅ’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛θ’｝を低速化３次元マップから得て、下記（４６）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。
【０１０３】
【数１６】
【０１０４】
ただし、Ｙｅ＜０の場合には、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｙｅ→−Ｙｅに変換して低速化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。
【０１０５】
また、図６のように｛Ｖｅ’｝も出力する低速化３次元マップを導入して、下記（４７）式によりＶｅに変換して、終端速度を求めてもよい。
【０１０６】
【数１７】
【０１０７】
なお、上記の低速化３次元マップでは、パラメータを（３８）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、（３９）〜（４５）式の各々に示すパラメータに対応する｛θ’｝及び｛Ｖｅ’｝を出力する低速化３次元マップを作成してもよい。
【０１０８】
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、図６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。
【０１０９】
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、Ｘｅ、Ｙｅ、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、（３８）式に従ってパラメータｖｘ０’、ｖｙ０’及びＸｅ’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛θ’｝を低速化３次元マップから得て、（４６）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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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、縦移動距離Ｘｅ、横移動距離Ｙｅ、及び車体合成力の最大値Ｆ０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低速化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。
【０１１２】
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、所望の横移動距離、及びその横移動距離移動した位置における速度（方向及び大きさ）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。
【０１１３】
ここで、所望の横移動距離、及びその横移動距離移動した位置における速度（方向及び大きさ）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マップ（以下、最短３次元マップという）について説明する。
【０１１４】
所望の横移動距離及び速度（方向及び大きさ）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。なぜなら、最小の速度ｘ２（ｔｅ）が所望の大きさと等しくなる縦方向の距離Ｘｅを逆算できれば、そのときの（２８）式で示される制御入力は、縦移動距離最小化問題の解になるためである。よって、所望の速度Ｖｅに対して、ｘ２（ｔｅ）＝Ｖｅの関係を導入することにより、下記（４８）式及び（２９）式〜（３２）式からｔｅ、η１、η２、η３、及びＸｅが求まる。
【０１１５】
【数１８】
【０１１６】
従って、（２９）式〜（３１）式及び（４８）式にｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｆ０、Ｖｅ、及びＹｅを代入して、ｔｅ、η１、η２、η３、及びＸｅを求めていく。また、ここでも（３４）式より（２９）式〜（３１）式及び（４８）式の解をマップとして持つ際は、η２、η３に関して持てばよい。
【０１１７】
まず、（２９）式〜（３２）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，η３，ｔｅ，Ｙｅ｝及び｛η１’，η２’，η３’，ｔｅ’ ，Ｙｅ’｝は、（３６）式の関係を満たす。
【０１１８】
【数１９】
【０１１９】
ここで、（４９）式の第２〜４式を第１式で割ると、（４９）式は下記（５０）式のように変形され、（５０）式の第１式より、ａを下記（５１）式のようにおくと、ｖｙ０’、Ｖｅ’、及びＹｅ’は下記（５２）式のように変形できる。
【０１２０】
【数２０】
【０１２１】
この関係より、Ｆ０’／ｍ’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ｖｙ０’、Ｖｅ’、及びＹｅ’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’、Ｖｅ’、及びＹｅ’をパラメータとした最短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。
【０１２２】
ここでは、一例として、Ｆ０’／ｍ’＝ｖｘ０’＝１とした場合のｖｙ０’、Ｖｅ’、及びＹｅ’に関する最短３次元マップを作成する。図８に示すように、ｖｙ０’、Ｖｅ’、及びＹｅ’をパラメータとして、（２９）式〜（３２）式に基づいて得られるη２’の値をマッピングした第１の３次元マップ、及びη３’の値をマッピングした第２の３次元マップを作成する。
【０１２３】
そして、これらのマップを用いて｛η２，η３｝を求めるには、Ｆ０’／ｍ’＝ｖｘ０’＝１、既知のｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｙｅ、Ｖｅ、及びＦ０から（５２）式に従ってパラメータｖｙ０’、Ｖｅ’、及びＹｅ’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛η２’，η３’｝を各３次元マップから得て、（３６）式及び（５１）式に従って｛η２’，η３’｝を｛η２，η３｝に変換し、さらに、（３４）式に代入してｔｅを、（４８）式に代入してη１を得る。そして、これらのパラメータを（２８）式に適用して入力の時間関数を得る。また、（３２）式に代入して縦移動距離Ｘｅが得られる。
【０１２４】
なお、この最短３次元マップの領域は、ｖｙ０’及びＹｅ’のいずれかにおいて０以上に限定してもよい。例えば、Ｙｅ≧０の最短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に変換して最短３次元マップより｛−η２’，−η３’｝を求め、さらに−η２’→η２’、−η３’→η３’の処理を行えば｛η２，η３｝が得られる。
【０１２５】
この結果、現時刻の自車両の位置及び速度から、所望の横移動距離及び速度（方向及び大きさ）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。
【０１２６】
なお、上記の最短３次元マップではパラメータｖｙ０’、Ｖｅ’、及びＹｅ’を（５２）式のように定め、Ｆ０’／ｍ’＝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’、Ｖｅ’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、新たな最短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）〜（５８）式に示す。
【０１２７】
【数２１】
【０１２８】
また、上記では、（３４）式及び（４８）式を用いてｔｅをη２及びη３で表現した場合について説明したが、η２をｔｅ及びη３で表現したり、η３をｔｅ及びη２で表現したりした場合の最短３次元マップを作成してもよい。
【０１２９】
以下、図９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８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。
【０１３０】
ステップ１００〜１０２を経て、次にステップ３００で、障害物の横を通過するための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。
【０１３１】
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、及び横移動距離Ｙｅを演算する。
【０１３２】
次に、ステップ３０２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を設定し、所望の横移動距離移動した位置での所望の速度の大きさ（終端速度）Ｖｅを設定する。
【０１３３】
次に、ステップ３０４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、Ｙｅ、及び上記ステップ３０２で設定した車体合成力の最大値Ｆ０、及び終端速度の大きさＶｅを用いて、（５２）式に従ってパラメータｖｙ０’、Ｖｅ’、及びＹｅ’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛η２’，η３’｝を各３次元マップから得て、（３６）式及び（５１）式に従って｛η２’，η３’｝を｛η２，η３｝に変換し、さらに、（３４）式に代入してｔｅを、（４８）式に代入してη１を得る。そして、これらのパラメータを（２８）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（方向及び大きさ）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。
【０１３４】
次に、ステップ１１２で、上記ステップ３０４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。
【０１３５】
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、車体合成力の最大値Ｆ０、及び終端速度Ｖｅ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（方向及び大きさ）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。
【０１３６】
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｛η２’，η３’｝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。
【０１３７】
ここで、第４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。
【０１３８】
まず、第３の実施の形態と同様に、（５２）式まで展開する。そして、一例として、Ｆ０’／ｍ’＝Ｙｅ’＝１とした場合のｖｘ０’、ｖｙ０’及びＶｅ’に関する最短３次元マップを作成する。図１０に示すように、ｖｘ０’、ｖｙ０’及びＶｅ’をパラメータとして、（２８）式、（３４）式及び（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最短３次元マップを作成する。
【０１３９】
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’＝Ｙｅ’＝１、既知のｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｙｅ、Ｆ０、及びＶｅから（５２）式に従ってパラメータｖｘ０’、ｖｙ０’及びＶｅ’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、（４６）式により、所望の横移動距離及び速度（方向及び大きさ）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大きさ及び向きが得られる。
【０１４０】
ただし、Ｙｅ＜０の場合には、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｙｅ→−Ｙｅ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。
【０１４１】
また、図１０のように｛Ｘｅ’｝も出力する最短３次元マップを導入して、下記（５９）式によりＸｅに変換して、縦移動距離を求めてもよい。
【０１４２】
【数２２】
【０１４３】
なお、上記の最短３次元マップでは、パラメータを（５２）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）〜（５８）式の各々に示すパラメータに対応する｛θ’｝及び｛Ｘｅ’｝を出力する最短３次元マップを作成してもよい。
【０１４４】
以下、図１１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１０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。
【０１４５】
ステップ１００〜３０２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、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｙｅ、及び上記ステップ３０２で設定した車体合成力の最大値Ｆ０、及び終端速度の大きさＶｅを用いて、（５２）式に従ってパラメータｖｘ０’、ｖｙ０’及びＶｅ’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、（４６）式により、所望の横移動距離及び速度（方向及び大きさ）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大きさ及び向きを導出する。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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、車体合成力の最大値Ｆ０、及び終端速度Ｖｅ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（方向及び大きさ）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。
【０１４８】
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、所望の位置、及びその所望の位置における速度（方向及び大きさ）に到達する際の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。
【０１４９】
ここで、所望の位置、及びその所望の位置における速度（方向及び大きさ）に到達する際の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。
【０１５０】
所望の位置及び速度（方向及び速度）に到達する際の車体合成力の最大値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。なぜなら、最小の速度ｘ２（ｔｅ）が所望の大きさと等しくなる車体合成力を逆算できれば、そのときの（２８）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解になるためである。よって、所望の速度Ｖｅに対して、ｘ２（ｔｅ）＝Ｖｅの関係を導入することにより、下記（６０）式及び（２９）式〜（３２）式からｔｅ、η１、η２、η３、及びＦ０が求まる。
【０１５１】
【数２３】
【０１５２】
従って、（２９）式〜（３２）式に（６０）式を代入した下記（６１）式〜（６４）式に、ｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｖｅ、Ｘｅ、及びＹｅを代入して、ｔｅ、η１、η２、η３、及びＦ０を求めていく。
【０１５３】
【数２４】
【０１５４】
また、ここでも（３４）式より（６１）式〜（６４）式の解をマップとして持つ際は、η１、η２、η３に関して持てばよい。
【０１５５】
まず、（６１）式〜（６４）式に対して、任意の正数ａを導入して下記（６５）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，η３，ｔｅ｝及び｛η１’，η２’，η３’，ｔｅ｝は、（３６）式の関係を満たす。
【０１５６】
【数２５】
【０１５７】
ここで、（６５）式の第２〜３式を第１式で割ると、（６５）式は下記（６６）式のように変形され、（６６）式の第１式より、ａを下記（６７）式のようにおくと、ｖｙ０’、Ｖｅ’、及びＹｅ’は下記（６８）式のように変形できる。
【０１５８】
【数２６】
【０１５９】
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’、Ｖｅ’、及びＹｅ’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’、Ｖｅ’、及びＹｅ’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。
【０１６０】
ここでは、一例として、ｖｘ０’＝Ｘｅ’＝１とした場合のｖｙ０’、Ｖｅ’、及びＹｅ’に関する最適３次元マップを作成する。図１２に示すように、ｖｙ０’、Ｖｅ’、及びＹｅ’をパラメータとして、（６１）式〜（６４）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η３’の値をマッピングした第３の３次元マップを作成する。
【０１６１】
そして、これらのマップを用いて｛η１，η２，η３｝を求めるには、ｖｘ０’＝Ｘｅ’＝１、既知のｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｖｅ、Ｘｅ、及びＹｅから（６８）式に従ってパラメータｖｙ０’、Ｖｅ’、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’，η３’｝を各３次元マップから得て、（３６）式及び（６７）式に従って｛η１’η２’，η３’｝を｛η１，η２，η３｝に変換し、さらに、（６０）式に代入してＦ０を得る。そして、これらのパラメータを（２８）式に適用して入力の時間関数を得る。
【０１６２】
なお、この最適３次元マップの領域は、ｖｙ０’及びＹｅ’のいずれかにおいて０以上に限定してもよい。例えば、Ｙｅ≧０の最適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に変換して最適３次元マップより｛η１’，−η２’，−η３’｝を求め、さらに−η２’→η２’、−η３’→η３’の処理を行えば｛η１，η２，η３｝が得られる。
【０１６３】
この結果、現時刻の自車両の位置及び速度から、所望の位置及び速度（方向及び大きさ）に到達する際の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。
【０１６４】
なお、上記の最適３次元マップではパラメータｖｙ０’、Ｖｅ’、及びＹｅ’を（６８）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、パラメータａの取り方を変更したり、ｖｘ０’、ｖｙ０’、Ｖｅ’、Ｘｅ’、Ｙｅ’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、新たな最適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（６９）〜（７３）式に示す。
【０１６５】
【数２７】
【０１６６】
また、上記では、（３４）式を用いてｔｅに関して解いたが、これをη１、η２、またはη３に関して解き、ｔｅを含む残りの３つのパラメータについて最適３次元マップを作成してもよい。
【０１６７】
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。ここでは、図１２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。
【０１６８】
ステップ１００〜１０６を経て、次にステップ５００で、所望の位置での所望の速度の大きさ（終端速度）Ｖｅを設定する。
【０１６９】
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、Ｘｅ、Ｙｅ、及び上記ステップ５００で設定した終端速度の大きさＶｅを用いて、（６８）式に従ってパラメータｖｙ０’、Ｖｅ’、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’，η３’｝を各３次元マップから得て、（３６）式及び（６７）式に従って｛η１’，η２’，η３’｝を｛η１，η２，η３｝に変換し、さらに、（６０）式に代入してＦ０を得る。そして、これらのパラメータを（２８）式に適用して車体合成力を得る。また、（１）式〜（６）式に従って、所望の位置及び速度（方向及び大きさ）に到達する際の車体合成力の最大値を最小化する回避軌道を導出する。
【０１７０】
次に、ステップ１１２で、上記ステップ５０２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。
【０１７１】
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、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、縦移動距離Ｘｅ、横移動距離Ｙｅ、及び終端速度Ｖｅ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、所望の位置及び速度（方向及び大きさ）に到達する際の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。
【０１７２】
次に、第６の実施の形態について説明する。第５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’，η３’｝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、現時刻の入力（車体合成力の向き）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６の実施の形態ではこの場合について説明する。なお、第６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。
【０１７３】
ここで、第６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。
【０１７４】
まず、第５の実施の形態と同様に、（６８）式まで展開する。そして、一例として、ｖｘｏ’＝Ｘｅ’＝１とした場合のｖｙ０’、Ｖｅ’及びＹｅ’に関する最適３次元マップを作成する。図１４に示すように、ｖｙ０’、Ｖｅ’及びＹｅ’をパラメータとして、（２８）式、（３４）式及び（６０）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、及び車体合成加速度の大きさ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。
【０１７５】
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ｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｖｅ、Ｘｅ、及びＹｅから（６８）式に従ってパラメータｖｙ０’、Ｖｅ’、及びＹｅ’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、（３６）式及び（６７）式により、所望の位置及び速度（方向及び大きさ）に到達する際の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。
【０１７６】
また、下記（７４）式によりＦ０’／ｍ’をＦ０／ｍに変換して、車体合成力の最大値を求める。
【０１７７】
【数２８】
【０１７８】
なお、上記の最適３次元マップでは、パラメータを（６８）式のように定めた場合について説明したが、第５の実施の形態と同様に、（６９）〜（７３）式の各々に示すパラメータに対応する｛θ’，Ｆ０’／ｍ’｝を出力する最適３次元マップを作成してもよい。
【０１７９】
以下、図１５を参照して第６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１４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。
【０１８０】
ステップ１００〜５００を経て、次に、ステップ６００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、Ｘｅ、Ｙｅ、及び上記ステップ５００で設定した終端速度の大きさＶｅを用いて、（６８）式に従ってパラメータｖｙ０’、Ｖｅ’、及びＹｅ’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、（３６）式及び（６７）式により、所望の位置及び速度（方向及び大きさ）に到達する際の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を導出する。
【０１８１】
次に、ステップ１１２で、上記ステップ６００で導出した車体合成力に従って車両運動を制御する。
【０１８２】
以上説明したように、第６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、縦移動距離Ｘｅ、横移動距離Ｙｅ、及び終端速度Ｖｅ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、所望の位置及び速度（方向及び大きさ）に到達する際の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５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。
【０１８３】
次に、第７の実施の形態について説明する。第７の実施の形態では、所望の縦移動距離、及びその縦移動距離移動した位置における速度（方向及び大きさ）に到達する際の横移動距離を最大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７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。
【０１８４】
ここで、所望の縦移動距離、及びその縦移動距離移動した位置における速度（方向及び大きさ）に到達する際の横移動距離を最大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、最大３次元マップという）について説明する。
【０１８５】
所望の縦移動距離及び速度（方向及び大きさ）に到達する際の横移動距離を最大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。なぜなら、最小の速度ｘ２（ｔｅ）が所望の大きさと等しくなる横方向の距離Ｙｅを逆算できれば、そのときの（２８）式で示される制御入力は、横移動距離最大化問題の解になるためである。よって、所望の速度Ｖｅに対して、ｘ２（ｔｅ）＝Ｖｅの関係を導入することにより、（２９）式、（３１）式、（３２）式、及び（４８）式からｔｅ、η１、η２、η３、及びＹｅが求まる。
【０１８６】
従って、（２９）式、（３１）式、（３２）式、及び（４８）式にｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｆ０、Ｖｅ、及びＸｅを代入して、ｔｅ、η１、η２、η３、及びＹｅを求めていく。また、ここでも（３４）式より（２９）式、（３１）式、（３２）式、及び（４８）式の解をマップとして持つ際は、η２、η３に関して持てばよい。
【０１８７】
まず、（２９）式〜（３２）式に対して、任意の正数ａを導入して下記（７５）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，η３，ｔｅ，Ｙｅ｝及び｛η１’，η２’，η３’，ｔｅ’ ，Ｙｅ’｝は、（３６）式の関係を満たす。
【０１８８】
【数２９】
【０１８９】
また、（７５）式の最後の式より、ａを下記（７６）式ようにおくと、ｖｘ０’、ｖｙ０’、及びＶｅ’は下記（７７）式のように変形できる。
【０１９０】
【数３０】
【０１９１】
この関係より、Ｆ０’／ｍ’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’、ｖｙ０’、及びＶｅ’が求まる。よって、Ｆ０’／ｍ’及びＸｅ’をある値に設定した場合において、ｖｘ０’、ｖｙ０’、及びＶｅ’をパラメータとした最大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Ｘｅ’の値はマップ作成時に設計者が自由に設定できる。
【０１９２】
ここでは、一例として、Ｆ０’／ｍ’＝Ｘｅ’＝１とした場合のｖｘ０’、ｖｙ０’、及びＶｅ’に関する最大３次元マップを作成する。具体的には、ｖｘ０’、ｖｙ０’、及びＶｅ’をパラメータとして、（２９）式〜（３２）式に基づいて得られるη２’の値をマッピングした第１の３次元マップ、及びη３’の値をマッピングした第２の３次元マップを作成する。
【０１９３】
そして、これらのマップを用いて｛η２，η３｝を求めるには、Ｆ０’／ｍ’＝Ｘｅ’＝１、既知のｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｘｅ、Ｖｅ、及びＦ０から（７７）式に従ってパラメータｖｘ０’、ｖｙ０’、及びＶｅ’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛η２’，η３’｝を各３次元マップから得て、（３６）式及び（７６）式に従って｛η２’，η３’｝を｛η２，η３｝に変換し、さらに、（３４）式に代入してｔｅを、（４８）式に代入してη１を得る。そして、これらのパラメータを（２８）式に適用して入力の時間関数を得る。また、（３１）式に代入して横移動距離Ｙｅが得られる。
【０１９４】
この結果、現時刻の自車両の位置及び速度から、所望の縦移動距離及び速度（方向及び大きさ）に到達する際の横移動距離を最大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。
【０１９５】
なお、上記の最大３次元マップではパラメータｖｘ０’、ｖｙ０’、及びＶｅ’を（７７）式のように定め、Ｆ０’／ｍ’＝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、パラメータａの取り方を変更したり、Ｆ０’／ｍ’、ｖｘ０’、ｖｙ０’ 、Ｘｅ’、Ｖｅ’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、新たな最大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（７８）〜（８３）式に示す。
【０１９６】
【数３１】
【０１９７】
また、上記では、（３４）式及び（４８）式を用いてｔｅをη２及びη３で表現した場合について説明したが、η２をｔｅ及びη３で表現したり、η３をｔｅ及びη２で表現したりした場合の最大３次元マップを作成してもよい。
【０１９８】
以下、図１６を参照して第７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、（７７）式で示されるパラメータを用いた最大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。
【０１９９】
ステップ１００〜１０２を経て、次にステップ７００で、障害物の横を通過するための所望の縦移動距離を設定し、また、所望の縦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。
【０２００】
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、及び縦移動距離Ｘｅを演算する。
【０２０１】
次に、ステップ７０２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を設定し、所望の縦移動距離移動した位置での所望の速度の大きさ（終端速度）Ｖｅを設定する。
【０２０２】
次に、ステップ７０４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、Ｘｅ、及び上記ステップ７０２で設定した車体合成力の最大値Ｆ０、及び終端速度の大きさＶｅを用いて、（７７）式に従ってパラメータｖｘ０’、ｖｙ０’、及びＶｅ’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛η２’，η３’｝を各３次元マップから得て、（３６）式及び（７６）式に従って｛η２’，η３’｝を｛η２，η３｝に変換し、さらに、（３４）式に代入してｔｅを、（４８）式に代入してη１を得る。そして、これらのパラメータを（２８）式に適用して車体合成力を得る。また、（１）式〜（６）式に従って、所望の縦移動距離及び速度（方向及び大きさ）に到達する際の横移動距離を最大化する回避軌道を導出する。
【０２０３】
次に、ステップ１１２で、上記ステップ７０４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。
【０２０４】
以上説明したように、第７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、縦移動距離Ｘｅ、車体合成力の最大値Ｆ０、及び終端速度Ｖｅ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、所望の縦移動距離及び速度（方向及び大きさ）に到達する際の横移動距離を最大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。
【０２０５】
次に、第８の実施の形態について説明する。第７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｛η２’，η３’｝を導出する最大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大３次元マップで導出が可能となる。第８の実施の形態ではこの場合について説明する。なお、第８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。
【０２０６】
ここで、第８の実施の形態で用いられる最大３次元マップについて説明する。
【０２０７】
まず、第７の実施の形態と同様に、（７７）式まで展開する。そして、一例として、Ｆ０’／ｍ’＝Ｘｅ’＝１とした場合のｖｘ０’、ｖｙ０’及びＶｅ’に関する最大３次元マップを作成する。具体的には、ｖｘ０’、ｖｙ０’及びＶｅ’をパラメータとして、（２８）式、（３４）式及び（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最大３次元マップを作成する。
【０２０８】
そして、この最大３次元マップを用いて｛θ｝を求めるには、Ｆ０’／ｍ’＝Ｘｅ’＝１、既知のｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｘｅ、Ｆ０、及びＶｅから（７７）式に従ってパラメータｖｘ０’、ｖｙ０’及びＶｅ’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛θ’｝を最大３次元マップから得て、（４６）式により、所望の縦移動距離及び速度（方向及び大きさ）に到達する際の横移動距離を最大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。
【０２０９】
また、｛Ｙｅ’｝も出力する最大３次元マップを導入して、下記（８４）式によりＹｅに変換して、横移動距離を求めてもよい。
【０２１０】
【数３２】
【０２１１】
なお、上記の最大３次元マップでは、パラメータを（７７）式のように定めた場合について説明したが、第７の実施の形態と同様に、（７８）〜（８３）式の各々に示すパラメータに対応する｛θ’｝及び｛Ｙｅ’｝を出力する最大３次元マップを作成してもよい。
【０２１２】
以下、図１７を参照して第８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、（７７）式で示されるパラメータを用いた最大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７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。
【０２１３】
ステップ１００〜７０２を経て、次に、ステップ８００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、Ｘｅ、及び上記ステップ７０２で設定した車体合成力の最大値Ｆ０、及び終端速度の大きさＶｅを用いて、（７７）式に従ってパラメータｖｘ０’、ｖｙ０’及びＶｅ’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛θ’｝を最大３次元マップから得て、（４６）式により、所望の縦移動距離及び速度（方向及び大きさ）に到達する際の横移動距離を最大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。
【０２１４】
次に、ステップ１１２で、上記ステップ８００で導出した車体合成力に従って車両運動を制御する。
【０２１５】
以上説明したように、第８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、縦移動距離Ｘｅ、車体合成力の最大値Ｆ０、及び終端速度Ｖｅ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、所望の縦移動距離及び速度（方向及び大きさ）に到達する際の横移動距離を最大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７の実施の形態の場合の最大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。
【０２１６】
次に、第９の実施の形態について説明する。第９の実施の形態では、終端速度が同じ速度になるラインを作成する場合について説明する。なお、第９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。
【０２１７】
第９の実施の形態の車両運動制御装置では、第２（または第１）の実施の形態で説明した低速化３次元マップと第４（または第３）の実施の形態で説明した最短３次元マップとを併用して、所望の位置において最小化された速度と同じ車速になる位置のラインを作成する。例えば、図１８に破線で示すｖｘ（ｔｅ）＝Ｖｅとなるラインを求めことを意味する。
【０２１８】
ここでは、まず所望の位置に対して第２の実施の形態の低速化３次元マップから最小化された終端速度Ｖｅを求める。次に、所望の位置とは異なる横移動距離Ｙｅと、算出済のＶｅとを第４の実施の形態の最短３次元マップに適用し、最小化された縦移動距離Ｘｅを導出する。そして、現時刻の自車両の位置から（Ｘｅ，Ｙｅ）の位置をプロットする。この処理をＹｅの値を変更しながら繰り返すことにより、所望の位置において最小化された終端速度Ｖｅと同じ速度になる位置のラインが作成される。
【０２１９】
以下、図１９を参照して第９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６の低速化３次元マップ及び図１０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。
【０２２０】
ステップ１００〜１０８を経て、次に、ステップ９００で、図６の低速化３次元マップより導出したＶｅ’を（４７）式に従って終端速度Ｖｅに変換する。
【０２２１】
次に、ステップ９０２で、上記ステップ９００で導出した終端速度Ｖｅを、第4の実施の形態における所望の終端速度の大きさとして設定し、次に、ステップ９０４で、任意の横移動距離Ｙｅを設定する。
【０２２２】
次に、ステップ９０６で、図１０の最短３次元マップより導出したＸｅ’を（５９）式に従って最小化された縦移動距離Ｘｅに変換する。
【０２２３】
次に、ステップ９０８で、上記ステップ９０６で導出された縦移動距離Ｘｅ、及び上記ステップ９０４で設定した横移動距離Ｙｅで表される位置（Ｘｅ，Ｙｅ）をプロットし、同じ速度になる位置のラインが作成できたか否かを判定する。この判定は、例えば、ラインを作成するために必要なプロット数を予め定めておき、必要な数だけ位置がプロットされた否かにより判定することができる。ラインが作成できていない場合には、ステップ９１０へ移行し、新たな横移動距離Ｙｅを設定して、ステップ９０６へ戻る。
【０２２４】
上記ステップ９０８で、ラインが作成できたと判定された場合には、ステップ９１２へ移行し、作成されたラインを、上記ステップ１０２で作成した環境マップ上に表示して、処理を終了する。
【０２２５】
以上説明したように、第９の実施の形態の車両運動制御装置によれば、最小化された終端速度と同じ速度になる位置のラインを作成することができるため、この作成されたラインを用いて、どのような回避軌道を取るかを柔軟に選択することができる。
【０２２６】
なお、第９の実施の形態では、第２（または第１）の実施の形態の低速化３次元マップと第４（または第３）の実施の形態の最短３次元マップとを併用する場合について説明したが、第２（または第１）の実施の形態低速化３次元マップと第８（または第７）の実施の形態の最大３次元マップとを併用して、ラインを作成するようにしてもよい。この場合、任意の縦移動距離を設定したときの最大化された横移動距離を求めて、終端速度が同じになる位置を求めてラインを作成すればよい。
【０２２７】
また、第１〜第９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。
【０２２８】
また、第１〜第９の実施の形態では、導出された車体合成力に基づいて回避車両運動制御を行ったり、警報を発したりする場合について説明したが、車体合成力の導出の過程で得られる縦移動距離や横移動距離に基づいて、回避車両運動制御の開始タイミングを決定したり、警報を発したりするようにしてもよい。
【符号の説明】
【０２２９】
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２００１−６３５９７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、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。
【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、所望の位置及び速度方向に到達したときの車速を最小にする方法や所望の位置における速度の大きさを所望の大きさにする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、所望の位置及び速度方向に到達したときの車速を最小にする軌道や所望の位置における速度の大きさを所望の大きさにする軌道の導出については記載されていない。
【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、所望の位置及び速度方向に到達したときの車速を最小にする軌道や所望の位置における速度の大きさを所望の大きさにする軌道の導出について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、所望の位置及び速度方向に到達したときの車速を最小にする軌道や所望の位置における速度の大きさを所望の大きさにする軌道の導出について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、所望の位置及び速度方向に到達したときの車速を最小にする軌道や所望の位置における速度の大きさを所望の大きさにする軌道の導出について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、所望の位置及び速度方向に到達したときの車速を最小にする軌道や所望の位置における速度の大きさを所望の大きさにする軌道の導出について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、所望の位置及び速度方向に到達したときの車速を最小にする車体合成力及び軌道、または所望の位置における速度の大きさを所望の大きさに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】
【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、所望の位置及び該位置における所望の速度の方向、並びに車体合成力の最大値を設定する設定手段と、自車両と前記所望の位置との距離、及び自車両の速度を含む状態量を検出する検出手段と、・前記所望の速度の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、前記距離の車体前後方向の成分Ｘｅ、前記距離の車体横方向の成分Ｙｅ、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、前記所望の位置及び該位置における所望の速度の方向に到達するときの速度の大きさ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Ｘｅ、前記成分Ｙｅ、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η１’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、前記所望の位置及び該位置における所望の速度の方向に到達するときの速度の大きさ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３次元マップ、並びに・前記３つのパラメータと、前記所望の位置及び該位置における所望の速度の方向に到達するときの速度の大きさ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及び前記第２の導入パラメータη２と異なる第３の導入パラメータη３の、前記仮定の下での値η３’と、の関係を定めた第３の３次元マップからなる低速化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低速化３次元マップを用いて、前記所望の位置及び該位置における所望の速度の方向に到達するときの速度の大きさ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、所望の位置及び該位置における所望の速度の方向、並びに車体合成力の最大値を設定する設定手段と、自車両と前記所望の位置との距離、及び自車両の速度を含む状態量を検出する検出手段と、・前記所望の速度の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、前記距離の車体前後方向の成分Ｘｅ、前記距離の車体横方向の成分Ｙｅ、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、前記所望の位置及び該位置における所望の速度の方向に到達するときの速度の大きさ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Ｘｅ、前記成分Ｙｅ、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、の関係を定めた低速化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低速化３次元マップを用いて、前記所望の位置及び該位置における所望の速度の方向に到達するときの速度の大きさ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、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の方向及び大きさ、並びに車体合成力の最大値を設定する設定手段と、自車両の速度を含む状態量を検出する検出手段と、・前記所望の速度の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、前記自車両と前記所望の横移動距離移動した位置との距離の車体横方向の成分Ｙｅ、前記所望の速度の大きさＶｅ、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の方向及び大きさ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Ｖｅ、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η１’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の方向及び大きさ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３次元マップ、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の方向及び大きさ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及び前記第２の導入パラメータη２と異なる第３の導入パラメータη３の、前記仮定の下での値η３’と、の関係を定めた第３の３次元マップから選択された２つの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の方向及び大きさ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。
【００２２】
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の方向及び大きさ、並びに車体合成力の最大値を設定する設定手段と、自車両の速度を含む状態量を検出する検出手段と、・前記所望の速度の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、前記自車両と前記所望の横移動距離移動した位置との距離の車体横方向の成分Ｙｅ、前記所望の速度の大きさＶｅ、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の方向及び大きさ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Ｖｅ、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の方向及び大きさ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。
【００２３】
また、第５の発明の車両運動制御装置は、所望の位置及び該位置における所望の速度の方向及び大きさを設定する設定手段と、自車両と前記所望の位置との距離、及び自車両の速度を含む状態量を検出する検出手段と、・前記所望の速度の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、前記距離の車体前後方向の成分Ｘｅ、前記距離の車体横方向の成分Ｙｅ、及び前記所望の速度の大きさＶｅを用いた各々異なる３つのパラメータと、前記所望の位置及び該位置における所望の速度の方向及び大きさに到達する際の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η１の、前記成分ｖｘ０、前記成分ｖｙ０、前記成分Ｘｅ、前記成分Ｙｅ、及び前記大きさＶｅ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３次元マップ、・前記３つのパラメータと、前記所望の位置及び該位置における所望の速度の方向及び大きさに到達する際の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３次元マップ、並びに・前記３つのパラメータと、前記所望の位置及び該位置における所望の速度の方向及び大きさに到達する際の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η１及び前記第２の導入パラメータη２と異なる第３の導入パラメータη３の、前記仮定の下での値η３’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最適３次元マップを用いて、前記所望の位置及び該位置における所望の速度の方向及び大きさに到達する際の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。
【００２４】
また、第６の発明の車両運動制御装置は、所望の位置及び該位置における所望の速度の方向及び大きさを設定する設定手段と、自車両と前記所望の位置との距離、及び自車両の速度を含む状態量を検出する検出手段と、・前記所望の速度の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、前記距離の車体前後方向の成分Ｘｅ、前記距離の車体横方向の成分Ｙｅ、及び前記所望の速度の大きさＶｅを用いた各々異なる３つのパラメータと、前記所望の位置及び該位置における所望の速度の方向及び大きさに到達する際の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Ｘｅ、前記成分Ｙｅ、及び前記大きさＶｅ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最適３次元マップを用いて、前記所望の位置及び該位置における所望の速度の方向及び大きさに到達する際の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。
【００２５】
また、第７の発明の車両運動制御装置は、所望の縦移動距離移動した位置、該位置における所望の速度の方向及び大きさ、並びに車体合成力の最大値を設定する設定手段と、自車両の速度を含む状態量を検出する検出手段と、・前記所望の速度の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、前記自車両と前記所望の縦移動距離移動した位置との距離の車体前後方向の成分Ｘｅ、前記所望の速度の大きさＶｅ、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、前記所望の縦移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度の方向及び大きさに到達する際の横移動距離を最大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Ｘｅ、前記大きさＶｅ、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η１’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、前記所望の縦移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度の方向及び大きさに到達する際の横移動距離を最大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３次元マップ、並びに・前記３つのパラメータと、前記所望の縦移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度の方向及び大きさに到達する際の横移動距離を最大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及び前記第２の導入パラメータη２と異なる第３の導入パラメータη３の、前記仮定の下での値η３’と、の関係を定めた第３の３次元マップから選択された２つの３次元マップからなる最大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最大３次元マップを用いて、前記所望の縦移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度の方向及び大きさに到達する際の横移動距離を最大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。
【００２６】
また、第８の発明の車両運動制御装置は、所望の縦移動距離移動した位置、該位置における所望の速度の方向及び大きさ、並びに車体合成力の最大値を設定する設定手段と、自車両の速度を含む状態量を検出する検出手段と、・前記所望の速度の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、前記自車両と前記所望の縦移動距離移動した位置との距離の車体前後方向の成分Ｘｅ、前記所望の速度の大きさＶｅ、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、前記所望の縦移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度の方向及び大きさに到達する際の横移動距離を最大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Ｘｅ、前記大きさＶｅ、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、の関係を定めた最大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最大３次元マップを用いて、前記所望の縦移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度の方向及び大きさに到達する際の横移動距離を最大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。
【００２７】
また、第３及び第４の発明において、前記設定手段は、前記所望の速度の大きさとして、第１または第２の発明の車両運動制御装置で用いられる低速化３次元マップに基づいて導出された最小化された速度を設定すると共に、複数の前記所望の横移動距離移動した位置を設定し、前記設定手段により設定された横移動距離の各々に対応する最小化された縦移動距離を、前記最短３次元マップから導出し、導出した縦移動距離及び設定された横移動距離に基づいて、前記最小化された速度と同じ速度になる位置を示すラインを作成する作成手段と、前記作成手段により作成されたライン上から所望の位置を決定する決定手段と、を含み、前記導出手段は、前記決定手段により決定された位置に到達するための前記車体合成力を導出することができる。
【００２８】
また、第７及び第８の発明において、前記設定手段は、前記所望の速度の大きさとして、第１または第２の発明の車両運動制御装置で用いられる低速化３次元マップに基づいて導出された最小化された速度を設定すると共に、複数の前記所望の縦移動距離移動した位置を設定し、前記設定手段により設定された縦移動距離の各々に対応する最大化された横移動距離を、前記最大３次元マップから導出し、導出した横移動距離及び設定された縦移動距離に基づいて、前記最小化された速度と同じ速度になる位置を示すラインを作成する作成手段と、前記作成手段により作成されたライン上から所望の位置を決定する決定手段と、を含み、前記導出手段は、前記決定手段により決定された位置に到達するための前記車体合成力を導出することができる。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
また、第９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８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】
【００３３】
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、所望の位置及び速度の方向に到達したときの車速を最小化する車体合成力及び回避軌道、所望の横移動距離及び所望の速度の方向及び大きさ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、所望の位置及び速度の方向及び大きさに到達する際の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、または所望の縦移動距離及び所望の速度の方向及び大きさに到達する際の横移動距離を最大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】
【００３４】
【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低速化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。
【００３５】
【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低速化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短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ルーチンの内容を示すフローチャートである。
【図１０】第４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１１】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１２】第５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。
【図１４】第６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１５】第６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７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１７】第８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１８】同じ速度となる位置を示すラインの作成を説明するための図である。
【図１９】第９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】
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
【数１】
【００４０】
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）。
【００４１】
そして、現時刻（ｔ＝０）におけるｘｙ座標上の所望の位置を（Ｘｅ，Ｙｅ）、自車両の速度をｖｘ（０）＝ｖｘ０、ｖｙ（０）＝ｖｙ０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、所望の位置における速度（終端速度Ｖｅ）を最小化するための３次元マップ（以下、低速化３次元マップという）を用いて、所望の速度方向に対して終端速度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。
【００４２】
ここで、図１に示すように、自車両の速度、所望の速度、所望の速度方向、及び車体合成力の最大値が既知の場合において、最適軌道を求める低速化３次元マップの導出例について説明する。
【００４３】
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。
【００４４】
【数２】
【００４５】
次に、設定された車体合成力の最大値Ｆ０の範囲内で、所望の位置及び速度方向へ到達したときの車速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。
【００４６】
【数３】
【００４７】
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）〜（１５）式を満足する。
【００４８】
【数４】
【００４９】
また、終端条件に関しては、Ｓ（ｘ，ｔ）＝ｘ２（ｔ）とおき、定数ベクトルη＝（η１，η２，η３）Ｔを導出することで、下記（１６）式及び（１７）式のような関係が成り立つ。
【００５０】
【数５】
【００５１】
ただし、（１３）式〜（１７）式内の右下添え字ｘ，ｕ，ｔは偏微分を意味する。
【００５２】
ここで、（１３）〜（１５）式を変形すると、下記（１８）〜（２０）式のような関係が得られる。
【００５３】
【数６】
【００５４】
また、終端条件より、下記（２１）式及び（２２）式の関係が得られる。
【００５５】
【数７】
【００５６】
（１９）式及び（２０）式より、下記（２３）式が得られ、ｕｏ（ｔ）は下記（２４）式となる。
【００５７】
【数８】
【００５８】
また（１８）式及び（２１）式によりΨ（ｔ）を求めると下記（２５）式となり、ｘ２（ｔ）の終端は（２２）式より下記（２６）式の関係を満たすので、下記（２７）式の終端条件が新たに出てくる。
【００５９】
【数９】
【００６０】
このとき、制御問題は下記（２８）式のように書き換えられる。
【００６１】
【数１０】
【００６２】
（２８）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（２７）式を適用すると、ｔｅ、η１、η２、η３を導出する非線形方程式（下記（２９）式〜（３２）式））が求まる。なお、η１、η２、η３は本発明の第１の導入パラメータ、第２の導入パラメータ、及び第３の導入パラメータに相当する。
【００６３】
（２８）式において必要となるｔｅ、η１、η２、η３は、（２９）式〜（３２）式の非線形方程式にｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｆ０、Ｘｅ及びＹｅを代入して解くことにより得られる。
【００６４】
【数１１】
【００６５】
ここで、（２９）式×η１＋（３０）式×η２の計算を行うと、下記（３３）式が得られ、（３３）式の両辺を２乗してｔｅに関して解くと、下記（３４）式が得られる。
【００６６】
【数１２】
【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、η２、η３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、（２９）〜（３２）式に対して、任意の正数ａを導入して下記（３５）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，η３，ｔｅ｝及び｛η１’，η２’，η３’，ｔｅ’｝は、下記（３６）式の関係を満たす。
【００６９】
【数１３】
【００７０】
（３５）式の最後の式より、ａを下記（３７）式のようにおくと、（３５）式よりｖｘ０’、ｖｙ０’及びＸｅ’は下記（３８）式のように変形できる。
【００７１】
【数１４】
【００７２】
この関係より、Ｆ０’／ｍ’及びＹｅ’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Ｘｅ’が求まる。よって、Ｆ０’／ｍ’及びＹｅ’をある値に設定した場合において、ｖｘ０’、ｖｙ０’及びＸｅ’をパラメータとした低速化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Ｙｅ’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、Ｆ０’／ｍ’＝Ｙｅ’＝１とした場合のｖｘ０’、ｖｙ０’及びＸｅ’に関する低速化３次元マップを作成する。図３に示すように、ｖｘ０’、ｖｙ０’及びＸｅ’をパラメータとして（２９）式〜（３２）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η３’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、Ｘｅ’について、Ｘｅ’＝Ｘａ’、Ｘｅ’＝Ｘｂ’、Ｘｅ’＝Ｘｃ’の３値（Ｘａ’＜Ｘｂ’＜Ｘｃ’）を用い、Ｘａ’〜 Ｘｂ’間、及びＸｂ’〜 Ｘｃ’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，η３｝を求めるには、Ｆ０’／ｍ’＝Ｙｅ’＝１、既知のｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｘｅ、Ｙｅ及びＦ０から（３８）式に従ってパラメータｖｘ０’、ｖｙ０’及びＸｅ’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛η１’，η２’，η３’｝を各３次元マップから得て、（３６）式及び（３７）式に従って｛η１’，η２’，η３’｝を｛η１，η２，η３｝に変換し、さらに、（３４）式に代入してｔｅを得る。そして、これらのパラメータを（２８）式に適用して入力の時間関数を得る。また、（２７）式に代入して終端速度Ｖｅが得られる。
【００７５】
ただし、Ｙｅ＜０の場合は、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｙｅ→−Ｙｅに変換して、低速化３次元マップより｛η１’、−η２’、−η３’｝を求め、−η２’→η２’、−η３’→η３’の処理を行って｛η１，η２，η３｝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から、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、上記の低速化３次元マップではパラメータｖｘ０’、ｖｙ０’及びＸｅ’を（３８）式のように定め、Ｆ０’／ｍ’＝Ｙｅ’＝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’、Ｘｅ’、Ｙｅ’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、新たな低速化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（３９）〜（４５）式に示す。
【００７８】
【数１５】
【００７９】
また、上記では、（３４）式を用いてｔｅに関して解いたが、これをη１、η２、またはη３に関して解き、ｔｅを含む残りの３つのパラメータについて低速化３次元マップを作成してもよい。
【００８０】
以下、上記の低速化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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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の低速化３次元マップを用いる場合について説明する。
【００９２】
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。
【００９３】
次に、ステップ１０４で、障害物の横を通過する位置を所望の位置として設定し、また、所望の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。
【００９４】
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、自車両と障害物との距離のｘ成分（縦移動距離）Ｘｅ、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。
【００９５】
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。
【００９６】
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、Ｘｅ、Ｙｅ、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、（３８）式に従ってパラメータｖｘ０’、ｖｙ０’及びＸｅ’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛η１’，η２’，η３’｝を低速化３次元マップから得て、（３６）式及び（３７）式に従って｛η１’，η２’，η３’｝を｛η１，η２，η３｝に変換し、さらに、（３４）式に代入してｔｅを得る。そして、これらのパラメータを（２８）式に適用して車体合成力を得る。また、（１）式〜（６）式に従って、所望の位置及び速度方向に到達したときの車速を最小化する回避軌道を導出する。
【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。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。
【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、縦移動距離Ｘｅ、横移動距離Ｙｅ、及び車体合成力の最大値Ｆ０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、所望の位置及び速度方向に到達するときの車速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】
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’，η３’｝を導出する低速化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低速化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。
【０１００】
ここで、第２の実施の形態で用いられる低速化３次元マップについて説明する。
【０１０１】
まず、第１の実施の形態と同様に、（３８）式まで展開する。そして、一例として、Ｆ０’／ｍ’＝Ｙｅ’＝１とした場合のｖｘ０’、ｖｙ０’及びＸｅ’に関する低速化３次元マップを作成する。図６に示すように、ｖｘ０’、ｖｙ０’及びＸｅ’をパラメータとして、（２８）式及び（３４）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低速化３次元マップを作成する。
【０１０２】
そして、この低速化３次元マップを用いて｛θ｝を求めるには、Ｆ０’／ｍ’＝Ｙｅ’＝１、既知のｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｘｅ、Ｙｅ及びＦ０から（３８）式に従ってパラメータｖｘ０’、ｖｙ０’及びＸｅ’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛θ’｝を低速化３次元マップから得て、下記（４６）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。
【０１０３】
【数１６】
【０１０４】
ただし、Ｙｅ＜０の場合には、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｙｅ→−Ｙｅに変換して低速化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。
【０１０５】
また、図６のように｛Ｖｅ’｝も出力する低速化３次元マップを導入して、下記（４７）式によりＶｅに変換して、終端速度を求めてもよい。
【０１０６】
【数１７】
【０１０７】
なお、上記の低速化３次元マップでは、パラメータを（３８）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、（３９）〜（４５）式の各々に示すパラメータに対応する｛θ’｝及び｛Ｖｅ’｝を出力する低速化３次元マップを作成してもよい。
【０１０８】
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、図６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。
【０１０９】
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、Ｘｅ、Ｙｅ、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、（３８）式に従ってパラメータｖｘ０’、ｖｙ０’及びＸｅ’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛θ’｝を低速化３次元マップから得て、（４６）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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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、縦移動距離Ｘｅ、横移動距離Ｙｅ、及び車体合成力の最大値Ｆ０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低速化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。
【０１１２】
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、所望の横移動距離、及びその横移動距離移動した位置における速度（方向及び大きさ）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。
【０１１３】
ここで、所望の横移動距離、及びその横移動距離移動した位置における速度（方向及び大きさ）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マップ（以下、最短３次元マップという）について説明する。
【０１１４】
所望の横移動距離及び速度（方向及び大きさ）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。なぜなら、最小の速度ｘ２（ｔｅ）が所望の大きさと等しくなる縦方向の距離Ｘｅを逆算できれば、そのときの（２８）式で示される制御入力は、縦移動距離最小化問題の解になるためである。よって、所望の速度Ｖｅに対して、ｘ２（ｔｅ）＝Ｖｅの関係を導入することにより、下記（４８）式及び（２９）式〜（３２）式からｔｅ、η１、η２、η３、及びＸｅが求まる。
【０１１５】
【数１８】
【０１１６】
従って、（２９）式〜（３１）式及び（４８）式にｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｆ０、Ｖｅ、及びＹｅを代入して、ｔｅ、η１、η２、η３、及びＸｅを求めていく。また、ここでも（３４）式より（２９）式〜（３１）式及び（４８）式の解をマップとして持つ際は、η２、η３に関して持てばよい。
【０１１７】
まず、（２９）式〜（３２）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，η３，ｔｅ，Ｙｅ｝及び｛η１’，η２’，η３’，ｔｅ’ ，Ｙｅ’｝は、（３６）式の関係を満たす。
【０１１８】
【数１９】
【０１１９】
ここで、（４９）式の第２〜４式を第１式で割ると、（４９）式は下記（５０）式のように変形され、（５０）式の第１式より、ａを下記（５１）式のようにおくと、ｖｙ０’、Ｖｅ’、及びＹｅ’は下記（５２）式のように変形できる。
【０１２０】
【数２０】
【０１２１】
この関係より、Ｆ０’／ｍ’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ｖｙ０’、Ｖｅ’、及びＹｅ’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’、Ｖｅ’、及びＹｅ’をパラメータとした最短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。
【０１２２】
ここでは、一例として、Ｆ０’／ｍ’＝ｖｘ０’＝１とした場合のｖｙ０’、Ｖｅ’、及びＹｅ’に関する最短３次元マップを作成する。図８に示すように、ｖｙ０’、Ｖｅ’、及びＹｅ’をパラメータとして、（２９）式〜（３２）式に基づいて得られるη２’の値をマッピングした第１の３次元マップ、及びη３’の値をマッピングした第２の３次元マップを作成する。
【０１２３】
そして、これらのマップを用いて｛η２，η３｝を求めるには、Ｆ０’／ｍ’＝ｖｘ０’＝１、既知のｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｙｅ、Ｖｅ、及びＦ０から（５２）式に従ってパラメータｖｙ０’、Ｖｅ’、及びＹｅ’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛η２’，η３’｝を各３次元マップから得て、（３６）式及び（５１）式に従って｛η２’，η３’｝を｛η２，η３｝に変換し、さらに、（３４）式に代入してｔｅを、（４８）式に代入してη１を得る。そして、これらのパラメータを（２８）式に適用して入力の時間関数を得る。また、（３２）式に代入して縦移動距離Ｘｅが得られる。
【０１２４】
なお、この最短３次元マップの領域は、ｖｙ０’及びＹｅ’のいずれかにおいて０以上に限定してもよい。例えば、Ｙｅ≧０の最短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に変換して最短３次元マップより｛−η２’，−η３’｝を求め、さらに−η２’→η２’、−η３’→η３’の処理を行えば｛η２，η３｝が得られる。
【０１２５】
この結果、現時刻の自車両の位置及び速度から、所望の横移動距離及び速度（方向及び大きさ）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。
【０１２６】
なお、上記の最短３次元マップではパラメータｖｙ０’、Ｖｅ’、及びＹｅ’を（５２）式のように定め、Ｆ０’／ｍ’＝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’、Ｖｅ’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、新たな最短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）〜（５８）式に示す。
【０１２７】
【数２１】
【０１２８】
また、上記では、（３４）式及び（４８）式を用いてｔｅをη２及びη３で表現した場合について説明したが、η２をｔｅ及びη３で表現したり、η３をｔｅ及びη２で表現したりした場合の最短３次元マップを作成してもよい。
【０１２９】
以下、図９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８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。
【０１３０】
ステップ１００〜１０２を経て、次にステップ３００で、障害物の横を通過するための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。
【０１３１】
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、及び横移動距離Ｙｅを演算する。
【０１３２】
次に、ステップ３０２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を設定し、所望の横移動距離移動した位置での所望の速度の大きさ（終端速度）Ｖｅを設定する。
【０１３３】
次に、ステップ３０４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、Ｙｅ、及び上記ステップ３０２で設定した車体合成力の最大値Ｆ０、及び終端速度の大きさＶｅを用いて、（５２）式に従ってパラメータｖｙ０’、Ｖｅ’、及びＹｅ’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛η２’，η３’｝を各３次元マップから得て、（３６）式及び（５１）式に従って｛η２’，η３’｝を｛η２，η３｝に変換し、さらに、（３４）式に代入してｔｅを、（４８）式に代入してη１を得る。そして、これらのパラメータを（２８）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（方向及び大きさ）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。
【０１３４】
次に、ステップ１１２で、上記ステップ３０４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。
【０１３５】
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、車体合成力の最大値Ｆ０、及び終端速度Ｖｅ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（方向及び大きさ）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。
【０１３６】
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｛η２’，η３’｝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。
【０１３７】
ここで、第４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。
【０１３８】
まず、第３の実施の形態と同様に、（５２）式まで展開する。そして、一例として、Ｆ０’／ｍ’＝Ｙｅ’＝１とした場合のｖｘ０’、ｖｙ０’及びＶｅ’に関する最短３次元マップを作成する。図１０に示すように、ｖｘ０’、ｖｙ０’及びＶｅ’をパラメータとして、（２８）式、（３４）式及び（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最短３次元マップを作成する。
【０１３９】
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’＝Ｙｅ’＝１、既知のｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｙｅ、Ｆ０、及びＶｅから（５２）式に従ってパラメータｖｘ０’、ｖｙ０’及びＶｅ’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、（４６）式により、所望の横移動距離及び速度（方向及び大きさ）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大きさ及び向きが得られる。
【０１４０】
ただし、Ｙｅ＜０の場合には、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｙｅ→−Ｙｅ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。
【０１４１】
また、図１０のように｛Ｘｅ’｝も出力する最短３次元マップを導入して、下記（５９）式によりＸｅに変換して、縦移動距離を求めてもよい。
【０１４２】
【数２２】
【０１４３】
なお、上記の最短３次元マップでは、パラメータを（５２）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）〜（５８）式の各々に示すパラメータに対応する｛θ’｝及び｛Ｘｅ’｝を出力する最短３次元マップを作成してもよい。
【０１４４】
以下、図１１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１０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。
【０１４５】
ステップ１００〜３０２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、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｙｅ、及び上記ステップ３０２で設定した車体合成力の最大値Ｆ０、及び終端速度の大きさＶｅを用いて、（５２）式に従ってパラメータｖｘ０’、ｖｙ０’及びＶｅ’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、（４６）式により、所望の横移動距離及び速度（方向及び大きさ）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大きさ及び向きを導出する。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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、車体合成力の最大値Ｆ０、及び終端速度Ｖｅ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（方向及び大きさ）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。
【０１４８】
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、所望の位置、及びその所望の位置における速度（方向及び大きさ）に到達する際の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。
【０１４９】
ここで、所望の位置、及びその所望の位置における速度（方向及び大きさ）に到達する際の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。
【０１５０】
所望の位置及び速度（方向及び速度）に到達する際の車体合成力の最大値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。なぜなら、最小の速度ｘ２（ｔｅ）が所望の大きさと等しくなる車体合成力を逆算できれば、そのときの（２８）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解になるためである。よって、所望の速度Ｖｅに対して、ｘ２（ｔｅ）＝Ｖｅの関係を導入することにより、下記（６０）式及び（２９）式〜（３２）式からｔｅ、η１、η２、η３、及びＦ０が求まる。
【０１５１】
【数２３】
【０１５２】
従って、（２９）式〜（３２）式に（６０）式を代入した下記（６１）式〜（６４）式に、ｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｖｅ、Ｘｅ、及びＹｅを代入して、ｔｅ、η１、η２、η３、及びＦ０を求めていく。
【０１５３】
【数２４】
【０１５４】
また、ここでも（３４）式より（６１）式〜（６４）式の解をマップとして持つ際は、η１、η２、η３に関して持てばよい。
【０１５５】
まず、（６１）式〜（６４）式に対して、任意の正数ａを導入して下記（６５）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，η３，ｔｅ｝及び｛η１’，η２’，η３’，ｔｅ｝は、（３６）式の関係を満たす。
【０１５６】
【数２５】
【０１５７】
ここで、（６５）式の第２〜３式を第１式で割ると、（６５）式は下記（６６）式のように変形され、（６６）式の第１式より、ａを下記（６７）式のようにおくと、ｖｙ０’、Ｖｅ’、及びＹｅ’は下記（６８）式のように変形できる。
【０１５８】
【数２６】
【０１５９】
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’、Ｖｅ’、及びＹｅ’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’、Ｖｅ’、及びＹｅ’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。
【０１６０】
ここでは、一例として、ｖｘ０’＝Ｘｅ’＝１とした場合のｖｙ０’、Ｖｅ’、及びＹｅ’に関する最適３次元マップを作成する。図１２に示すように、ｖｙ０’、Ｖｅ’、及びＹｅ’をパラメータとして、（６１）式〜（６４）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η３’の値をマッピングした第３の３次元マップを作成する。
【０１６１】
そして、これらのマップを用いて｛η１，η２，η３｝を求めるには、ｖｘ０’＝Ｘｅ’＝１、既知のｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｖｅ、Ｘｅ、及びＹｅから（６８）式に従ってパラメータｖｙ０’、Ｖｅ’、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’，η３’｝を各３次元マップから得て、（３６）式及び（６７）式に従って｛η１’η２’，η３’｝を｛η１，η２，η３｝に変換し、さらに、（６０）式に代入してＦ０を得る。そして、これらのパラメータを（２８）式に適用して入力の時間関数を得る。
【０１６２】
なお、この最適３次元マップの領域は、ｖｙ０’及びＹｅ’のいずれかにおいて０以上に限定してもよい。例えば、Ｙｅ≧０の最適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に変換して最適３次元マップより｛η１’，−η２’，−η３’｝を求め、さらに−η２’→η２’、−η３’→η３’の処理を行えば｛η１，η２，η３｝が得られる。
【０１６３】
この結果、現時刻の自車両の位置及び速度から、所望の位置及び速度（方向及び大きさ）に到達する際の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。
【０１６４】
なお、上記の最適３次元マップではパラメータｖｙ０’、Ｖｅ’、及びＹｅ’を（６８）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、パラメータａの取り方を変更したり、ｖｘ０’、ｖｙ０’、Ｖｅ’、Ｘｅ’、Ｙｅ’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、新たな最適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（６９）〜（７３）式に示す。
【０１６５】
【数２７】
【０１６６】
また、上記では、（３４）式を用いてｔｅに関して解いたが、これをη１、η２、またはη３に関して解き、ｔｅを含む残りの３つのパラメータについて最適３次元マップを作成してもよい。
【０１６７】
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。ここでは、図１２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。
【０１６８】
ステップ１００〜１０６を経て、次にステップ５００で、所望の位置での所望の速度の大きさ（終端速度）Ｖｅを設定する。
【０１６９】
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、Ｘｅ、Ｙｅ、及び上記ステップ５００で設定した終端速度の大きさＶｅを用いて、（６８）式に従ってパラメータｖｙ０’、Ｖｅ’、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’，η３’｝を各３次元マップから得て、（３６）式及び（６７）式に従って｛η１’，η２’，η３’｝を｛η１，η２，η３｝に変換し、さらに、（６０）式に代入してＦ０を得る。そして、これらのパラメータを（２８）式に適用して車体合成力を得る。また、（１）式〜（６）式に従って、所望の位置及び速度（方向及び大きさ）に到達する際の車体合成力の最大値を最小化する回避軌道を導出する。
【０１７０】
次に、ステップ１１２で、上記ステップ５０２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。
【０１７１】
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、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、縦移動距離Ｘｅ、横移動距離Ｙｅ、及び終端速度Ｖｅ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、所望の位置及び速度（方向及び大きさ）に到達する際の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。
【０１７２】
次に、第６の実施の形態について説明する。第５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’，η３’｝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、現時刻の入力（車体合成力の向き）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６の実施の形態ではこの場合について説明する。なお、第６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。
【０１７３】
ここで、第６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。
【０１７４】
まず、第５の実施の形態と同様に、（６８）式まで展開する。そして、一例として、ｖｘｏ’＝Ｘｅ’＝１とした場合のｖｙ０’、Ｖｅ’及びＹｅ’に関する最適３次元マップを作成する。図１４に示すように、ｖｙ０’、Ｖｅ’及びＹｅ’をパラメータとして、（２８）式、（３４）式及び（６０）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、及び車体合成加速度の大きさ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。
【０１７５】
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ｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｖｅ、Ｘｅ、及びＹｅから（６８）式に従ってパラメータｖｙ０’、Ｖｅ’、及びＹｅ’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、（３６）式及び（６７）式により、所望の位置及び速度（方向及び大きさ）に到達する際の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。
【０１７６】
また、下記（７４）式によりＦ０’／ｍ’をＦ０／ｍに変換して、車体合成力の最大値を求める。
【０１７７】
【数２８】
【０１７８】
なお、上記の最適３次元マップでは、パラメータを（６８）式のように定めた場合について説明したが、第５の実施の形態と同様に、（６９）〜（７３）式の各々に示すパラメータに対応する｛θ’，Ｆ０’／ｍ’｝を出力する最適３次元マップを作成してもよい。
【０１７９】
以下、図１５を参照して第６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１４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。
【０１８０】
ステップ１００〜５００を経て、次に、ステップ６００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、Ｘｅ、Ｙｅ、及び上記ステップ５００で設定した終端速度の大きさＶｅを用いて、（６８）式に従ってパラメータｖｙ０’、Ｖｅ’、及びＹｅ’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、（３６）式及び（６７）式により、所望の位置及び速度（方向及び大きさ）に到達する際の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を導出する。
【０１８１】
次に、ステップ１１２で、上記ステップ６００で導出した車体合成力に従って車両運動を制御する。
【０１８２】
以上説明したように、第６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、縦移動距離Ｘｅ、横移動距離Ｙｅ、及び終端速度Ｖｅ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、所望の位置及び速度（方向及び大きさ）に到達する際の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５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。
【０１８３】
次に、第７の実施の形態について説明する。第７の実施の形態では、所望の縦移動距離、及びその縦移動距離移動した位置における速度（方向及び大きさ）に到達する際の横移動距離を最大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７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。
【０１８４】
ここで、所望の縦移動距離、及びその縦移動距離移動した位置における速度（方向及び大きさ）に到達する際の横移動距離を最大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、最大３次元マップという）について説明する。
【０１８５】
所望の縦移動距離及び速度（方向及び大きさ）に到達する際の横移動距離を最大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。なぜなら、最小の速度ｘ２（ｔｅ）が所望の大きさと等しくなる横方向の距離Ｙｅを逆算できれば、そのときの（２８）式で示される制御入力は、横移動距離最大化問題の解になるためである。よって、所望の速度Ｖｅに対して、ｘ２（ｔｅ）＝Ｖｅの関係を導入することにより、（２９）式、（３１）式、（３２）式、及び（４８）式からｔｅ、η１、η２、η３、及びＹｅが求まる。
【０１８６】
従って、（２９）式、（３１）式、（３２）式、及び（４８）式にｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｆ０、Ｖｅ、及びＸｅを代入して、ｔｅ、η１、η２、η３、及びＹｅを求めていく。また、ここでも（３４）式より（２９）式、（３１）式、（３２）式、及び（４８）式の解をマップとして持つ際は、η２、η３に関して持てばよい。
【０１８７】
まず、（２９）式〜（３２）式に対して、任意の正数ａを導入して下記（７５）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，η３，ｔｅ，Ｙｅ｝及び｛η１’，η２’，η３’，ｔｅ’ ，Ｙｅ’｝は、（３６）式の関係を満たす。
【０１８８】
【数２９】
【０１８９】
また、（７５）式の最後の式より、ａを下記（７６）式ようにおくと、ｖｘ０’、ｖｙ０’、及びＶｅ’は下記（７７）式のように変形できる。
【０１９０】
【数３０】
【０１９１】
この関係より、Ｆ０’／ｍ’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’、ｖｙ０’、及びＶｅ’が求まる。よって、Ｆ０’／ｍ’及びＸｅ’をある値に設定した場合において、ｖｘ０’、ｖｙ０’、及びＶｅ’をパラメータとした最大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Ｘｅ’の値はマップ作成時に設計者が自由に設定できる。
【０１９２】
ここでは、一例として、Ｆ０’／ｍ’＝Ｘｅ’＝１とした場合のｖｘ０’、ｖｙ０’、及びＶｅ’に関する最大３次元マップを作成する。具体的には、ｖｘ０’、ｖｙ０’、及びＶｅ’をパラメータとして、（２９）式〜（３２）式に基づいて得られるη２’の値をマッピングした第１の３次元マップ、及びη３’の値をマッピングした第２の３次元マップを作成する。
【０１９３】
そして、これらのマップを用いて｛η２，η３｝を求めるには、Ｆ０’／ｍ’＝Ｘｅ’＝１、既知のｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｘｅ、Ｖｅ、及びＦ０から（７７）式に従ってパラメータｖｘ０’、ｖｙ０’、及びＶｅ’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛η２’，η３’｝を各３次元マップから得て、（３６）式及び（７６）式に従って｛η２’，η３’｝を｛η２，η３｝に変換し、さらに、（３４）式に代入してｔｅを、（４８）式に代入してη１を得る。そして、これらのパラメータを（２８）式に適用して入力の時間関数を得る。また、（３１）式に代入して横移動距離Ｙｅが得られる。
【０１９４】
この結果、現時刻の自車両の位置及び速度から、所望の縦移動距離及び速度（方向及び大きさ）に到達する際の横移動距離を最大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。
【０１９５】
なお、上記の最大３次元マップではパラメータｖｘ０’、ｖｙ０’、及びＶｅ’を（７７）式のように定め、Ｆ０’／ｍ’＝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、パラメータａの取り方を変更したり、Ｆ０’／ｍ’、ｖｘ０’、ｖｙ０’ 、Ｘｅ’、Ｖｅ’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、新たな最大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（７８）〜（８３）式に示す。
【０１９６】
【数３１】
【０１９７】
また、上記では、（３４）式及び（４８）式を用いてｔｅをη２及びη３で表現した場合について説明したが、η２をｔｅ及びη３で表現したり、η３をｔｅ及びη２で表現したりした場合の最大３次元マップを作成してもよい。
【０１９８】
以下、図１６を参照して第７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、（７７）式で示されるパラメータを用いた最大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。
【０１９９】
ステップ１００〜１０２を経て、次にステップ７００で、障害物の横を通過するための所望の縦移動距離を設定し、また、所望の縦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。
【０２００】
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、及び縦移動距離Ｘｅを演算する。
【０２０１】
次に、ステップ７０２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を設定し、所望の縦移動距離移動した位置での所望の速度の大きさ（終端速度）Ｖｅを設定する。
【０２０２】
次に、ステップ７０４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、Ｘｅ、及び上記ステップ７０２で設定した車体合成力の最大値Ｆ０、及び終端速度の大きさＶｅを用いて、（７７）式に従ってパラメータｖｘ０’、ｖｙ０’、及びＶｅ’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛η２’，η３’｝を各３次元マップから得て、（３６）式及び（７６）式に従って｛η２’，η３’｝を｛η２，η３｝に変換し、さらに、（３４）式に代入してｔｅを、（４８）式に代入してη１を得る。そして、これらのパラメータを（２８）式に適用して車体合成力を得る。また、（１）式〜（６）式に従って、所望の縦移動距離及び速度（方向及び大きさ）に到達する際の横移動距離を最大化する回避軌道を導出する。
【０２０３】
次に、ステップ１１２で、上記ステップ７０４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。
【０２０４】
以上説明したように、第７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、縦移動距離Ｘｅ、車体合成力の最大値Ｆ０、及び終端速度Ｖｅ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、所望の縦移動距離及び速度（方向及び大きさ）に到達する際の横移動距離を最大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。
【０２０５】
次に、第８の実施の形態について説明する。第７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｛η２’，η３’｝を導出する最大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大３次元マップで導出が可能となる。第８の実施の形態ではこの場合について説明する。なお、第８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。
【０２０６】
ここで、第８の実施の形態で用いられる最大３次元マップについて説明する。
【０２０７】
まず、第７の実施の形態と同様に、（７７）式まで展開する。そして、一例として、Ｆ０’／ｍ’＝Ｘｅ’＝１とした場合のｖｘ０’、ｖｙ０’及びＶｅ’に関する最大３次元マップを作成する。具体的には、ｖｘ０’、ｖｙ０’及びＶｅ’をパラメータとして、（２８）式、（３４）式及び（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最大３次元マップを作成する。
【０２０８】
そして、この最大３次元マップを用いて｛θ｝を求めるには、Ｆ０’／ｍ’＝Ｘｅ’＝１、既知のｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｘｅ、Ｆ０、及びＶｅから（７７）式に従ってパラメータｖｘ０’、ｖｙ０’及びＶｅ’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛θ’｝を最大３次元マップから得て、（４６）式により、所望の縦移動距離及び速度（方向及び大きさ）に到達する際の横移動距離を最大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。
【０２０９】
また、｛Ｙｅ’｝も出力する最大３次元マップを導入して、下記（８４）式によりＹｅに変換して、横移動距離を求めてもよい。
【０２１０】
【数３２】
【０２１１】
なお、上記の最大３次元マップでは、パラメータを（７７）式のように定めた場合について説明したが、第７の実施の形態と同様に、（７８）〜（８３）式の各々に示すパラメータに対応する｛θ’｝及び｛Ｙｅ’｝を出力する最大３次元マップを作成してもよい。
【０２１２】
以下、図１７を参照して第８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、（７７）式で示されるパラメータを用いた最大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７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。
【０２１３】
ステップ１００〜７０２を経て、次に、ステップ８００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、Ｘｅ、及び上記ステップ７０２で設定した車体合成力の最大値Ｆ０、及び終端速度の大きさＶｅを用いて、（７７）式に従ってパラメータｖｘ０’、ｖｙ０’及びＶｅ’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛θ’｝を最大３次元マップから得て、（４６）式により、所望の縦移動距離及び速度（方向及び大きさ）に到達する際の横移動距離を最大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。
【０２１４】
次に、ステップ１１２で、上記ステップ８００で導出した車体合成力に従って車両運動を制御する。
【０２１５】
以上説明したように、第８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、縦移動距離Ｘｅ、車体合成力の最大値Ｆ０、及び終端速度Ｖｅ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、所望の縦移動距離及び速度（方向及び大きさ）に到達する際の横移動距離を最大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７の実施の形態の場合の最大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。
【０２１６】
次に、第９の実施の形態について説明する。第９の実施の形態では、終端速度が同じ速度になるラインを作成する場合について説明する。なお、第９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。
【０２１７】
第９の実施の形態の車両運動制御装置では、第２（または第１）の実施の形態で説明した低速化３次元マップと第４（または第３）の実施の形態で説明した最短３次元マップとを併用して、所望の位置において最小化された速度と同じ車速になる位置のラインを作成する。例えば、図１８に破線で示すｖｘ（ｔｅ）＝Ｖｅとなるラインを求めことを意味する。
【０２１８】
ここでは、まず所望の位置に対して第２の実施の形態の低速化３次元マップから最小化された終端速度Ｖｅを求める。次に、所望の位置とは異なる横移動距離Ｙｅと、算出済のＶｅとを第４の実施の形態の最短３次元マップに適用し、最小化された縦移動距離Ｘｅを導出する。そして、現時刻の自車両の位置から（Ｘｅ，Ｙｅ）の位置をプロットする。この処理をＹｅの値を変更しながら繰り返すことにより、所望の位置において最小化された終端速度Ｖｅと同じ速度になる位置のラインが作成される。
【０２１９】
以下、図１９を参照して第９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６の低速化３次元マップ及び図１０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。
【０２２０】
ステップ１００〜１０８を経て、次に、ステップ９００で、図６の低速化３次元マップより導出したＶｅ’を（４７）式に従って終端速度Ｖｅに変換する。
【０２２１】
次に、ステップ９０２で、上記ステップ９００で導出した終端速度Ｖｅを、第4の実施の形態における所望の終端速度の大きさとして設定し、次に、ステップ９０４で、任意の横移動距離Ｙｅを設定する。
【０２２２】
次に、ステップ９０６で、図１０の最短３次元マップより導出したＸｅ’を（５９）式に従って最小化された縦移動距離Ｘｅに変換する。
【０２２３】
次に、ステップ９０８で、上記ステップ９０６で導出された縦移動距離Ｘｅ、及び上記ステップ９０４で設定した横移動距離Ｙｅで表される位置（Ｘｅ，Ｙｅ）をプロットし、同じ速度になる位置のラインが作成できたか否かを判定する。この判定は、例えば、ラインを作成するために必要なプロット数を予め定めておき、必要な数だけ位置がプロットされた否かにより判定することができる。ラインが作成できていない場合には、ステップ９１０へ移行し、新たな横移動距離Ｙｅを設定して、ステップ９０６へ戻る。
【０２２４】
上記ステップ９０８で、ラインが作成できたと判定された場合には、ステップ９１２へ移行し、作成されたラインを、上記ステップ１０２で作成した環境マップ上に表示して、処理を終了する。
【０２２５】
以上説明したように、第９の実施の形態の車両運動制御装置によれば、最小化された終端速度と同じ速度になる位置のラインを作成することができるため、この作成されたラインを用いて、どのような回避軌道を取るかを柔軟に選択することができる。
【０２２６】
なお、第９の実施の形態では、第２（または第１）の実施の形態の低速化３次元マップと第４（または第３）の実施の形態の最短３次元マップとを併用する場合について説明したが、第２（または第１）の実施の形態低速化３次元マップと第８（または第７）の実施の形態の最大３次元マップとを併用して、ラインを作成するようにしてもよい。この場合、任意の縦移動距離を設定したときの最大化された横移動距離を求めて、終端速度が同じになる位置を求めてラインを作成すればよい。
【０２２７】
また、第１〜第９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。
【０２２８】
また、第１〜第９の実施の形態では、導出された車体合成力に基づいて回避車両運動制御を行ったり、警報を発したりする場合について説明したが、車体合成力の導出の過程で得られる縦移動距離や横移動距離に基づいて、回避車両運動制御の開始タイミングを決定したり、警報を発したりするようにしてもよい。
【符号の説明】
【０２２９】
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】
所望の位置及び該位置における所望の速度の方向、並びに車体合成力の最大値を設定する設定手段と、
自車両と前記所望の位置との距離、及び自車両の速度を含む状態量を検出する検出手段と、
・前記所望の速度の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、前記距離の車体前後方向の成分Ｘｅ、前記距離の車体横方向の成分Ｙｅ、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、前記所望の位置及び該位置における所望の速度の方向に到達するときの速度の大きさ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Ｘｅ、前記成分Ｙｅ、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η１’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、前記所望の位置及び該位置における所望の速度の方向に到達するときの速度の大きさ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３次元マップ、並びに
・前記３つのパラメータと、前記所望の位置及び該位置における所望の速度の方向に到達するときの速度の大きさ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及び前記第２の導入パラメータη２と異なる第３の導入パラメータη３の、前記仮定の下での値η３’と、の関係を定めた第３の３次元マップからなる低速化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低速化３次元マップを用いて、前記所望の位置及び該位置における所望の速度の方向に到達するときの速度の大きさ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】
所望の位置及び該位置における所望の速度の方向、並びに車体合成力の最大値を設定する設定手段と、
自車両と前記所望の位置との距離、及び自車両の速度を含む状態量を検出する検出手段と、
・前記所望の速度の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、前記距離の車体前後方向の成分Ｘｅ、前記距離の車体横方向の成分Ｙｅ、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、前記所望の位置及び該位置における所望の速度の方向に到達するときの速度の大きさ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Ｘｅ、前記成分Ｙｅ、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、の関係を定めた低速化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低速化３次元マップを用いて、前記所望の位置及び該位置における所望の速度の方向に到達するときの速度の大きさ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の方向及び大きさ、並びに車体合成力の最大値を設定する設定手段と、
自車両の速度を含む状態量を検出する検出手段と、
・前記所望の速度の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、前記自車両と前記所望の横移動距離移動した位置との距離の車体横方向の成分Ｙｅ、前記所望の速度の大きさＶｅ、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の方向及び大きさ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Ｖｅ、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η１’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の方向及び大きさ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３次元マップ、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の方向及び大きさ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及び前記第２の導入パラメータη２と異なる第３の導入パラメータη３の、前記仮定の下での値η３’と、の関係を定めた第３の３次元マップから選択された２つの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の方向及び大きさ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の方向及び大きさ、並びに車体合成力の最大値を設定する設定手段と、
自車両の速度を含む状態量を検出する検出手段と、
・前記所望の速度の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、前記自車両と前記所望の横移動距離移動した位置との距離の車体横方向の成分Ｙｅ、前記所望の速度の大きさＶｅ、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の方向及び大きさ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Ｖｅ、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の方向及び大きさ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】
所望の位置及び該位置における所望の速度の方向及び大きさを設定する設定手段と、
自車両と前記所望の位置との距離、及び自車両の速度を含む状態量を検出する検出手段と、
・前記所望の速度の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、前記距離の車体前後方向の成分Ｘｅ、前記距離の車体横方向の成分Ｙｅ、及び前記所望の速度の大きさＶｅを用いた各々異なる３つのパラメータと、前記所望の位置及び該位置における所望の速度の方向及び大きさに到達する際の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η１の、前記成分ｖｘ０、前記成分ｖｙ０、前記成分Ｘｅ、前記成分Ｙｅ、及び前記大きさＶｅ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３次元マップ、
・前記３つのパラメータと、前記所望の位置及び該位置における所望の速度の方向及び大きさに到達する際の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３次元マップ、並びに
・前記３つのパラメータと、前記所望の位置及び該位置における所望の速度の方向及び大きさに到達する際の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η１及び前記第２の導入パラメータη２と異なる第３の導入パラメータη３の、前記仮定の下での値η３’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最適３次元マップを用いて、前記所望の位置及び該位置における所望の速度の方向及び大きさに到達する際の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６】
所望の位置及び該位置における所望の速度の方向及び大きさを設定する設定手段と、
自車両と前記所望の位置との距離、及び自車両の速度を含む状態量を検出する検出手段と、
・前記所望の速度の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、前記距離の車体前後方向の成分Ｘｅ、前記距離の車体横方向の成分Ｙｅ、及び前記所望の速度の大きさＶｅを用いた各々異なる３つのパラメータと、前記所望の位置及び該位置における所望の速度の方向及び大きさに到達する際の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Ｘｅ、前記成分Ｙｅ、及び前記大きさＶｅ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最適３次元マップを用いて、前記所望の位置及び該位置における所望の速度の方向及び大きさに到達する際の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７】
所望の縦移動距離移動した位置、該位置における所望の速度の方向及び大きさ、並びに車体合成力の最大値を設定する設定手段と、
自車両の速度を含む状態量を検出する検出手段と、
・前記所望の速度の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、前記自車両と前記所望の縦移動距離移動した位置との距離の車体前後方向の成分Ｘｅ、前記所望の速度の大きさＶｅ、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、前記所望の縦移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度の方向及び大きさに到達する際の横移動距離を最大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Ｘｅ、前記大きさＶｅ、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η１’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、前記所望の縦移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度の方向及び大きさに到達する際の横移動距離を最大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３次元マップ、並びに
・前記３つのパラメータと、前記所望の縦移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度の方向及び大きさに到達する際の横移動距離を最大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及び前記第２の導入パラメータη２と異なる第３の導入パラメータη３の、前記仮定の下での値η３’と、の関係を定めた第３の３次元マップから選択された２つの３次元マップからなる最大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最大３次元マップを用いて、前記所望の縦移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度の方向及び大きさに到達する際の横移動距離を最大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８】
所望の縦移動距離移動した位置、該位置における所望の速度の方向及び大きさ、並びに車体合成力の最大値を設定する設定手段と、
自車両の速度を含む状態量を検出する検出手段と、
・前記所望の速度の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、前記自車両と前記所望の縦移動距離移動した位置との距離の車体前後方向の成分Ｘｅ、前記所望の速度の大きさＶｅ、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、前記所望の縦移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度の方向及び大きさに到達する際の横移動距離を最大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Ｘｅ、前記大きさＶｅ、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、の関係を定めた最大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最大３次元マップを用いて、前記所望の縦移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度の方向及び大きさに到達する際の横移動距離を最大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９】
前記設定手段は、前記所望の速度の大きさとして、請求項１または請求項２記載の車両運動制御装置で用いられる低速化３次元マップに基づいて導出された最小化された速度を設定すると共に、複数の前記所望の横移動距離移動した位置を設定し、
前記設定手段により設定された横移動距離の各々に対応する最小化された縦移動距離を、前記最短３次元マップから導出し、導出した縦移動距離及び設定された横移動距離に基づいて、前記最小化された速度と同じ速度になる位置を示すラインを作成する作成手段と、
前記作成手段により作成されたライン上から所望の位置を決定する決定手段と、を含み、
前記導出手段は、前記決定手段により決定された位置に到達するための前記車体合成力を導出する
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１０】
前記設定手段は、前記所望の速度の大きさとして、請求項１または請求項２記載の車両運動制御装置で用いられる低速化３次元マップに基づいて導出された最小化された速度を設定すると共に、複数の前記所望の縦移動距離移動した位置を設定し、
前記設定手段により設定された縦移動距離の各々に対応する最大化された横移動距離を、前記最大３次元マップから導出し、導出した横移動距離及び設定された縦移動距離に基づいて、前記最小化された速度と同じ速度になる位置を示すラインを作成する作成手段と、
前記作成手段により作成されたライン上から所望の位置を決定する決定手段と、を含み、
前記導出手段は、前記決定手段により決定された位置に到達するための前記車体合成力を導出する
請求項７または請求項８記載の車両運動制御装置。
【請求項１１】
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１０のいずれか１項記載の車両運動制御装置。
【請求項１２】
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１１のいずれか１項記載の車両運動制御装置。
【請求項１３】
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１２のいずれか１項記載の車両運動制御装置。
【請求項１４】
コンピュータを、請求項１〜請求項１３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】
所望の位置及び該位置における所望の速度の方向、並びに車体合成力の最大値を設定する設定手段と、
自車両と前記所望の位置との距離、及び自車両の速度を含む状態量を検出する検出手段と、
・前記所望の速度の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、前記距離の車体前後方向の成分Ｘｅ、前記距離の車体横方向の成分Ｙｅ、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、前記所望の位置及び該位置における所望の速度の方向に到達するときの速度の大きさ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Ｘｅ、前記成分Ｙｅ、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η１’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、前記所望の位置及び該位置における所望の速度の方向に到達するときの速度の大きさ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３次元マップ、並びに
・前記３つのパラメータと、前記所望の位置及び該位置における所望の速度の方向に到達するときの速度の大きさ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及び前記第２の導入パラメータη２と異なる第３の導入パラメータη３の、前記仮定の下での値η３’と、の関係を定めた第３の３次元マップからなる低速化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低速化３次元マップを用いて、前記所望の位置及び該位置における所望の速度の方向に到達するときの速度の大きさ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】
所望の位置及び該位置における所望の速度の方向、並びに車体合成力の最大値を設定する設定手段と、
自車両と前記所望の位置との距離、及び自車両の速度を含む状態量を検出する検出手段と、
・前記所望の速度の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、前記距離の車体前後方向の成分Ｘｅ、前記距離の車体横方向の成分Ｙｅ、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、前記所望の位置及び該位置における所望の速度の方向に到達するときの速度の大きさ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Ｘｅ、前記成分Ｙｅ、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、の関係を定めた低速化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低速化３次元マップを用いて、前記所望の位置及び該位置における所望の速度の方向に到達するときの速度の大きさ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の方向及び大きさ、並びに車体合成力の最大値を設定する設定手段と、
自車両の速度を含む状態量を検出する検出手段と、
・前記所望の速度の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、前記自車両と前記所望の横移動距離移動した位置との距離の車体横方向の成分Ｙｅ、前記所望の速度の大きさＶｅ、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の方向及び大きさ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Ｖｅ、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η１’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の方向及び大きさ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３次元マップ、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の方向及び大きさ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及び前記第２の導入パラメータη２と異なる第３の導入パラメータη３の、前記仮定の下での値η３’と、の関係を定めた第３の３次元マップから選択された２つの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の方向及び大きさ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の方向及び大きさ、並びに車体合成力の最大値を設定する設定手段と、
自車両の速度を含む状態量を検出する検出手段と、
・前記所望の速度の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、前記自車両と前記所望の横移動距離移動した位置との距離の車体横方向の成分Ｙｅ、前記所望の速度の大きさＶｅ、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の方向及び大きさ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Ｖｅ、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の方向及び大きさ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】
所望の位置及び該位置における所望の速度の方向及び大きさを設定する設定手段と、
自車両と前記所望の位置との距離、及び自車両の速度を含む状態量を検出する検出手段と、
・前記所望の速度の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、前記距離の車体前後方向の成分Ｘｅ、前記距離の車体横方向の成分Ｙｅ、及び前記所望の速度の大きさＶｅを用いた各々異なる３つのパラメータと、前記所望の位置及び該位置における所望の速度の方向及び大きさに到達する際の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η１の、前記成分ｖｘ０、前記成分ｖｙ０、前記成分Ｘｅ、前記成分Ｙｅ、及び前記大きさＶｅ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３次元マップ、
・前記３つのパラメータと、前記所望の位置及び該位置における所望の速度の方向及び大きさに到達する際の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３次元マップ、並びに
・前記３つのパラメータと、前記所望の位置及び該位置における所望の速度の方向及び大きさに到達する際の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η１及び前記第２の導入パラメータη２と異なる第３の導入パラメータη３の、前記仮定の下での値η３’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最適３次元マップを用いて、前記所望の位置及び該位置における所望の速度の方向及び大きさに到達する際の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６】
所望の位置及び該位置における所望の速度の方向及び大きさを設定する設定手段と、
自車両と前記所望の位置との距離、及び自車両の速度を含む状態量を検出する検出手段と、
・前記所望の速度の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、前記距離の車体前後方向の成分Ｘｅ、前記距離の車体横方向の成分Ｙｅ、及び前記所望の速度の大きさＶｅを用いた各々異なる３つのパラメータと、前記所望の位置及び該位置における所望の速度の方向及び大きさに到達する際の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Ｘｅ、前記成分Ｙｅ、及び前記大きさＶｅ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最適３次元マップを用いて、前記所望の位置及び該位置における所望の速度の方向及び大きさに到達する際の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７】
所望の縦移動距離移動した位置、該位置における所望の速度の方向及び大きさ、並びに車体合成力の最大値を設定する設定手段と、
自車両の速度を含む状態量を検出する検出手段と、
・前記所望の速度の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、前記自車両と前記所望の縦移動距離移動した位置との距離の車体前後方向の成分Ｘｅ、前記所望の速度の大きさＶｅ、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、前記所望の縦移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度の方向及び大きさに到達する際の横移動距離を最大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Ｘｅ、前記大きさＶｅ、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η１’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、前記所望の縦移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度の方向及び大きさに到達する際の横移動距離を最大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３次元マップ、並びに
・前記３つのパラメータと、前記所望の縦移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度の方向及び大きさに到達する際の横移動距離を最大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及び前記第２の導入パラメータη２と異なる第３の導入パラメータη３の、前記仮定の下での値η３’と、の関係を定めた第３の３次元マップから選択された２つの３次元マップからなる最大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最大３次元マップを用いて、前記所望の縦移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度の方向及び大きさに到達する際の横移動距離を最大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８】
所望の縦移動距離移動した位置、該位置における所望の速度の方向及び大きさ、並びに車体合成力の最大値を設定する設定手段と、
自車両の速度を含む状態量を検出する検出手段と、
・前記所望の速度の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、前記自車両と前記所望の縦移動距離移動した位置との距離の車体前後方向の成分Ｘｅ、前記所望の速度の大きさＶｅ、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、前記所望の縦移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度の方向及び大きさに到達する際の横移動距離を最大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Ｘｅ、前記大きさＶｅ、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、の関係を定めた最大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最大３次元マップを用いて、前記所望の縦移動距離移動した位置及び該位置における所望の速度の方向及び大きさに到達する際の横移動距離を最大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９】
前記設定手段は、前記所望の速度の大きさとして、請求項１または請求項２記載の車両運動制御装置で用いられる低速化３次元マップに基づいて導出された最小化された速度を設定すると共に、複数の前記所望の横移動距離移動した位置を設定し、
前記設定手段により設定された横移動距離の各々に対応する最小化された縦移動距離を、前記最短３次元マップから導出し、導出した縦移動距離及び設定された横移動距離に基づいて、前記最小化された速度と同じ速度になる位置を示すラインを作成する作成手段と、
前記作成手段により作成されたライン上から所望の位置を決定する決定手段と、を含み、
前記導出手段は、前記決定手段により決定された位置に到達するための前記車体合成力を導出する
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１０】
前記設定手段は、前記所望の速度の大きさとして、請求項１または請求項２記載の車両運動制御装置で用いられる低速化３次元マップに基づいて導出された最小化された速度を設定すると共に、複数の前記所望の縦移動距離移動した位置を設定し、
前記設定手段により設定された縦移動距離の各々に対応する最大化された横移動距離を、前記最大３次元マップから導出し、導出した横移動距離及び設定された縦移動距離に基づいて、前記最小化された速度と同じ速度になる位置を示すラインを作成する作成手段と、
前記作成手段により作成されたライン上から所望の位置を決定する決定手段と、を含み、
前記導出手段は、前記決定手段により決定された位置に到達するための前記車体合成力を導出する
請求項７または請求項８記載の車両運動制御装置。
【請求項１１】
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１０のいずれか１項記載の車両運動制御装置。
【請求項１２】
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１１のいずれか１項記載の車両運動制御装置。
【請求項１３】
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１２のいずれか１項記載の車両運動制御装置。
【請求項１４】
コンピュータを、請求項１〜請求項１３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３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１２−１８８０２１（Ｐ２０１２−１８８０２１Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５３４５５（Ｐ２０１１−５３４５５）
【出願日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【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１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【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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