車両運動制御装置
【課題】車体合成力の最大値が楕円で制限される場合において、簡単な構成のマップを用いて目標位置及び目標位置における速度方向に到達させるため最適な軌道及び車体合成力を導出する。
【解決手段】車体合成力の最大値が縦横比γ０の楕円で制限される場合において、車体合成力の最大値を設定して、車体合成加速度の最大値の車体前後方向の成分Ｆ１／ｍ、縦横比γ０、目標位置の車体横方向の成分Ｙｅ、自車両の速度の車体前後方向の成分ｖｘ０、及び車体横方向の成分ｖｙ０により演算される第１及び第２のパラメータと、最短回避軌道を導出するために導入された第１の導入パラメータμ１に関する値、第２の導入パラメータμ２に関する値、及び特定の条件の下、最短距離ＸｓとＹｅとで示される位置に到達する時間との関係を定めたマップを用いて、目標位置及び目標位置における速度方向に到達させるために回避距離が最短となる軌道及び車体合成力を導出する。
【解決手段】車体合成力の最大値が縦横比γ０の楕円で制限される場合において、車体合成力の最大値を設定して、車体合成加速度の最大値の車体前後方向の成分Ｆ１／ｍ、縦横比γ０、目標位置の車体横方向の成分Ｙｅ、自車両の速度の車体前後方向の成分ｖｘ０、及び車体横方向の成分ｖｙ０により演算される第１及び第２のパラメータと、最短回避軌道を導出するために導入された第１の導入パラメータμ１に関する値、第２の導入パラメータμ２に関する値、及び特定の条件の下、最短距離ＸｓとＹｅとで示される位置に到達する時間との関係を定めたマップを用いて、目標位置及び目標位置における速度方向に到達させるために回避距離が最短となる軌道及び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、車両運動制御装置に係り、特に、簡単な構成のマップを用いて目標位置及び目標位置における速度方向に到達させるための最適な車体合成力を導出する車両運動制御装置に関する。
【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、減速力およ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、検出現在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、現在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およ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およ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、およ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とも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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【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】特開平７−３２２７７号公報
【特許文献５】特開２００６−３４７２３６号公報
【特許文献６】特開２００１−０６３５９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１〜３、及び５の技術では、回避軌道や車体合成力を導出してはいるが、与えられた車体合成力の最大値に対する縦移動距離を最短化する軌道及び車体合成力、目標位置及び目標位置における速度方向に到達するための車体合成力の最大値を最小化する軌道及び車体合成力の導出については記載されていない。
【００１０】
また、特許文献４の技術では、回避軌道や車体合成力を横移動距離及び車体合成力の最大値が指定された場合に、回避距離を最短にする回避軌道を導出すること、また、特許文献６の技術では、自車両を目標位置に到達させる移動距離が最小となる軌道を導出することが記載されているが、車体合成力の最大値の車体前後方向の成分と車体横方向の成分との比（縦横比）が１以外の場合が考慮されていない。
【００１１】
現実的には、車体合成力の最大値は、外部環境及び車両の構造や状態に応じて変化するため、必ずしも真円になるとは限らない、という問題がある。
【００１２】
本発明は、上述した問題を解決するためになされたものであり、車体合成力の最大値が楕円で制限される場合において、最適制御法によって作成した簡単な構成のマップを用いて目標位置及び目標位置における速度方向に到達させるために回避距離が最短となる軌道及び車体合成力、楕円の縦横比が与えられた場合に車体合成力の最大値が最小となる軌道及び車体合成力、または車体合成力の最大値の長軸方向または短軸方向の値が与えられた場合に車体合成力の最大値が最小となる軌道及び車体合成力を導出することができる車両運動制御装置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】
【００１３】
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、目標位置及び該目標位置における速度方向を設定する設定手段と、自車両と前記目標位置との間の距離、及び自車両の速度を検出する検出手段と、・前記速度方向を車体前後方向として車体合成力の最大値が車体前後方向を長軸方向または短軸方向とする楕円で制限されている場合において、車体合成加速度の最大値の車体前後方向の成分Ｆ１／ｍ、前記車体合成力の最大値の車体前後方向の成分Ｆ１と車体横方向の成分Ｆ２との比γ０、前記距離の車体横方向の成分Ｙｅ、自車両の速度の車体前後方向の成分ｖｘ０、及び前記速度の車体横方向の成分ｖｙ０を用いた第１のパラメータと、前記成分Ｆ１／ｍ、前記比γ０、前記成分Ｙｅ、前記成分ｖｘ０、及び前記成分ｖｙ０を用いた前記第１のパラメータとは異なる第２のパラメータと、前記成分Ｆ１及び前記成分Ｆ２を設定した場合に、前記成分Ｙｅに対して車体前後方向の移動距離が最短とな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μ１の、前記成分Ｆ１／ｍ、前記比γ０、前記成分Ｙｅ、前記成分ｖｘ０、及び前記成分ｖｙ０のうち前記第１のパラメータ及び前記第２のパラメータに応じた３つが特定値であるとの仮定の下での値μ１’と、の関係を定めた第１のマップ、・前記第１のパラメータと、前記第２のパラメータと、前記成分Ｆ１及び前記成分Ｆ２を設定した場合に、前記成分Ｙｅに対して車体前後方向の移動距離が最短とな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μ１と異なる第２の導入パラメータμ２の、前記仮定の下での値μ２’と、の関係を定めた第２のマップ、並びに・前記第１のパラメータと、前記第２のパラメータと、前記成分Ｙｅに対して車体前後方向の移動距離が最短となる最短距離Ｘｓ及び前記成分Ｙｅで定まる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、を記憶した記憶手段と、前記検出手段で検出された現在の前記距離及び現在の前記速度、並びに設定した前記成分Ｆ１及び前記成分Ｆ２に基づいて、前記第１のパラメータ及び前記第２のパラメータを演算し、演算された第１のパラメータ、第２のパラメータ、前記第１のマップ、前記第２のマップ、及び前記第３のマップを用いて、前記成分Ｙｅに対して車体前後方向の距離が最短距離Ｘｓとなる車体合成力の時系列データを導出する導出手段と、を含んで構成されている。
【００１４】
また、第２の発明の車両運動制御装置は、目標位置及び該目標位置における速度方向を設定する設定手段と、自車両と前記目標位置との間の距離、及び自車両の速度を検出する検出手段と、前記速度方向を車体前後方向として車体合成力の最大値が車体前後方向を長軸方向または短軸方向とする楕円で制限されている場合において、車体合成加速度の最大値の車体前後方向の成分Ｆ１／ｍ、前記車体合成力の最大値の車体前後方向の成分Ｆ１と車体横方向の成分Ｆ２との比γ０、前記距離の車体横方向の成分Ｙｅ、自車両の速度の車体前後方向の成分ｖｘ０、及び前記速度の車体横方向の成分ｖｙ０を用いた第１のパラメータと、前記成分Ｆ１／ｍ、前記比γ０、前記成分Ｙｅ、前記成分ｖｘ０、及び前記成分ｖｙ０を用いた前記第１のパラメータとは異なる第２のパラメータと、前記成分Ｙｅに対して車体前後方向の移動距離が最短となる車体合成加速度の方向θの、前記成分Ｆ１／ｍ、前記比γ０、前記成分Ｙｅ、前記成分ｖｘ０、及び前記成分ｖｙ０のうち前記第１のパラメータ及び前記第２のパラメータに応じた３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現在の前記距離及び現在の前記速度、並びに設定した前記成分Ｆ１及び前記成分Ｆ２に基づいて、前記第１のパラメータ及び前記第２のパラメータを演算し、演算された第１のパラメータ、第２のパラメータ、前記マップを用いて、前記成分Ｙｅに対して車体前後方向の距離が最短距離Ｘｓとなる現在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。
【００１５】
また、第１及び第２の発明において、前記第１のパラメータを、前記比γ０と前記成分Ｆ１／ｍの逆数と前記成分Ｙｅの逆数との積の平方根と、前記成分ｖｘ０との積として定め、前記第２のパラメータを、前記比γ０と前記最大値Ｆ１／ｍと前記成分Ｙｅとの積の逆数の平方根と、前記成分ｖｙ０との積として定めるか、または前記第１のパラメータを、前記比γ０と前記成分ｖｘ０との積と、前記成分ｖｙ０との比として定め、前記第２のパラメータを、前記比と前記成分ｖｘ０または前記成分ｖｙ０の二乗との積と、前記最大値Ｆ１／ｍとの比として定めることができる。
【００１６】
また、第３の発明の車両運動制御装置は、目標位置及び該目標位置における速度方向を設定する設定手段と、自車両と前記目標位置との間の距離、及び自車両の速度を検出する検出手段と、・前記速度方向を車体前後方向として車体合成力の最大値が車体前後方向を長軸方向または短軸方向とする楕円で制限されている場合において、前記車体合成力の最大値の車体前後方向の成分Ｆ１と車体横方向の成分Ｆ２との比γ０と、自車両の速度の車体前後方向の成分ｖｘ０と前記速度の車体横方向の成分ｖｙ０との比と、の積で定められた第１のパラメータと、前記比γ０と、前記距離の車体前後方向の成分Ｘｅと車体横方向の成分Ｙｅとの比と、の積で定められた第２のパラメータと、前記目標位置及び該目標位置で前記速度方向になるために車体合成力の最大値を最小にするために導入した第１の導入パラメータμ１の、前記比γ０、前記成分Ｘｅ、前記成分Ｙｅ、前記成分ｖｘ０’、及び前記成分ｖｙ０のうち前記第１のパラメータ及び前記第２のパラメータに応じた３つが特定値であるとの仮定の下での値μ１’と、の関係を定めた第１のマップ、・前記第１のパラメータと、前記第２のパラメータと、前記目標位置及び該目標位置で前記速度方向になるために車体合成力の最大値を最小にするために導入した前記第１の導入パラメータμ１と異なる第２の導入パラメータμ２の、前記仮定の下での値μ２’と、の関係を定めた第２のマップ、並びに・前記第１のパラメータと、前記第２のパラメータと、前記目標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、を記憶した記憶手段と、前記検出手段で検出された現在の前記距離及び現在の前記速度、並びに前記比γ０に基づいて、前記第１のパラメータ及び前記第２のパラメータを演算し、演算された第１のパラメータ、第２のパラメータ、前記第１のマップ、前記第２のマップ、及び前記第３のマップを用いて、車体合成力の最大値が最小となる車体合成力の時系列データを導出する導出手段と、を含んで構成されている。
【００１７】
また、第４の発明の車両運動制御装置は、目標位置及び該目標位置における速度方向を設定する設定手段と、自車両と前記目標位置との間の距離、及び自車両の速度を検出する検出手段と、・前記速度方向を車体前後方向として車体合成力の最大値が車体前後方向を長軸方向または短軸方向とする楕円で制限されている場合において、前記車体合成力の最大値の車体前後方向の成分Ｆ１と車体横方向の成分Ｆ２との比γ０と、自車両の速度の車体前後方向の成分ｖｘ０と前記速度の車体横方向の成分ｖｙ０との比と、の積で定められた第１のパラメータと、前記比γ０と、前記距離の車体前後方向の成分Ｘｅと車体横方向の成分Ｙｅとの比と、の積で定められた第２のパラメータと、前記目標位置及び該目標位置で前記速度方向になるために車体合成力の最大値が最小となる車体合成加速度の方向θの、前記比γ０、前記成分Ｘｅ、前記成分Ｙｅ、前記成分ｖｘ０、及び前記成分ｖｙ０のうち前記第１のパラメータ及び前記第２のパラメータに応じた３つが特定値であるとの仮定の下での方向θ’との関係を定めた第１のマップ、並びに・前記第１のパラメータと、前記第２のパラメータと、前記目標位置及び該目標位置で前記速度方向になるために最大値が最小となる車体合成加速度Ｆ１／ｍの、前記仮定の下での車体合成加速度Ｆ１’／ｍ’と、の関係を定めた第２のマップ、を記憶した記憶手段と、前記検出手段で検出された現在の前記距離及び現在の前記速度、並びに前記比γ０に基づいて、前記第１のパラメータ及び前記第２のパラメータを演算し、演算された第１のパラメータ、第２のパラメータ、前記第１のマップ、及び前記第２のマップを用いて、車体合成力の最大値が最小となる現在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。
【００１８】
また、第５の発明の車両運動制御装置は、目標位置及び該目標位置における速度方向を設定する設定手段と、自車両と前記目標位置との間の距離、及び自車両の速度を検出する検出手段と、・前記速度方向を車体前後方向として車体合成力の最大値が車体前後方向を長軸方向または短軸方向とする楕円で制限されている場合において、車体合成加速度の最大値の車体前後方向の成分Ｆ１／ｍまたは車体横方向の成分Ｆ２／ｍ、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、自車両の速度の車体前後方向の成分ｖｘ０、及び前記速度の車体横方向の成分ｖｙ０を用いた第１のパラメータと、前記成分Ｆ１／ｍまたは前記成分Ｆ２／ｍ、前記成分Ｘｅ、前記成分Ｙｅ、前記成分ｖｘ０、及び前記成分ｖｙ０を用いた前記第１のパラメータとは異なる第２のパラメータと、車体合成力の最大値の車体前後方向の成分Ｆ１または車体横方向の成分Ｆ２の一方を設定した場合に、前記目標位置及び該目標位置で前記速度方向になるために前記成分Ｆ１または前記成分Ｆ２の他方を最小にするために導入した第１の導入パラメータμ１の、前記成分Ｆ１／ｍまたは前記成分Ｆ２／ｍ、前記成分Ｘｅ、前記成分Ｙｅ、前記成分ｖｘ０、及び前記成分ｖｙ０のうち前記第１のパラメータ及び前記第２のパラメータに応じた３つが特定値であるとの仮定の下での値μ１’と、の関係を定めた第１のマップ、・前記第１のパラメータと、前記第２のパラメータと、前記成分Ｆ１または前記成分Ｆ２の一方を設定した場合に、前記目標位置及び該目標位置で前記速度方向になるために前記成分Ｆ１または前記成分Ｆ２の他方を最小にするために導入した前記第１の導入パラメータμ１と異なる第２の導入パラメータμ２の、前記仮定の下での値μ２’と、の関係を定めた第２のマップ、並びに・前記第１のパラメータと、前記第２のパラメータと、前記目標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、を記憶した記憶手段と、前記検出手段で検出された現在の前記距離及び現在の前記速度、並びに設定された前記成分Ｆ１または前記成分Ｆ２の一方に基づいて、前記第１のパラメータ及び前記第２のパラメータを演算し、演算された第１のパラメータ、第２のパラメータ、前記第１のマップ、前記第２のマップ、及び前記第３のマップを用いて、前記成分Ｆ１または前記成分Ｆ２の他方が最小となる車体合成力の時系列データを導出する導出手段と、を含んで構成されている。
【００１９】
また、第６の発明の車両運動制御装置は、目標位置及び該目標位置における速度方向を設定する設定手段と、自車両と前記目標位置との間の距離、及び自車両の速度を検出する検出手段と、・前記速度方向を車体前後方向として車体合成力の最大値が車体前後方向を長軸方向または短軸方向とする楕円で制限されている場合において、車体合成加速度の最大値の車体前後方向の成分Ｆ１／ｍまたは車体横方向の成分Ｆ２／ｍ、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、自車両の速度の車体前後方向の成分ｖｘ０、及び前記速度の車体横方向の成分ｖｙ０を用いた第１のパラメータと、前記成分Ｆ１／ｍまたは前記成分Ｆ２／ｍ、前記成分Ｘｅ、前記成分Ｙｅ、前記成分ｖｘ０、及び前記成分ｖｙ０を用いた前記第１のパラメータとは異なる第２のパラメータと、車体合成力の最大値の車体前後方向の成分Ｆ１または車体横方向の成分Ｆ２の一方を設定した場合に、前記目標位置及び該目標位置で前記速度方向になるために前記成分Ｆ１または前記成分Ｆ２の他方が最小となる車体合成加速度の方向θの、前記成分Ｆ１／ｍまたは前記成分Ｆ２／ｍ、前記成分Ｘｅ、前記成分Ｙｅ、前記成分ｖｘ０、及び前記成分ｖｙ０のうち前記第１のパラメータ及び前記第２のパラメータに応じた３つが特定値であるとの仮定の下での方向θ’との関係を定めた第１のマップ、並びに・前記第１のパラメータと、前記第２のパラメータと、前記成分Ｆ１と前記成分Ｆ２との比γ０の、前記仮定の下での比γ０’と、の関係を定めた第２のマップ、を記憶した記憶手段と、前記検出手段で検出された現在の前記距離及び現在の前記速度、並びに設定された前記成分Ｆ１または前記成分Ｆ２の一方に基づいて、前記第１のパラメータ及び前記第２のパラメータを演算し、演算された第１のパラメータ、第２のパラメータ、前記第１のマップ、及び前記第２のマップを用いて、前記成分Ｆ１または前記成分Ｆ２の他方が最小となる現在時刻におけ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１及び第２の発明において、前記導出手段は、前記比γ０を一定値として前記成分Ｆ１及び前記成分Ｆ２の設定を変更しながら前記最短距離Ｘｓを繰り返し求め、前記最短距離Ｘｓと前記距離の車体前後方向の成分Ｘｅとの差が所定値以内となったときの前記成分Ｆ１及び前記成分Ｆ２に基づいて、車体合成力の最大値が最小となる最適軌道を導出するようにすることができる。
【００２１】
また、第１及び第２の発明において、前記導出手段は、前記成分Ｆ１または前記成分Ｆ２の一方を一定値として前記比γ０を変更しながら前記最短距離Ｘｓを繰り返し求め、前記最短距離Ｘｓと前記距離の車体前後方向の成分Ｘｅとの差が所定値以内となったときの前記比γ０に基づいて、前記成分Ｆ１または前記成分Ｆ２の他方が最小となる最適軌道を導出するようにすることができる。
【００２２】
また、第３及び第４の発明において、前記導出手段は、前記成分Ｆ１及び前記成分Ｆ２を一定値として前記成分Ｘｅを変更しながら前記比γ０を用いて車体合成力ｆを繰り返し求め、前記車体合成力ｆと車体合成力の最大値との差が所定値以内となったときの前記成分Ｘｅに基づいて、前記成分Ｙｅに対して車体前後方向の距離が最短となる最短回避軌道を導出するようにすることができる。
【００２３】
また、第３及び第４の発明において、前記導出手段は、前記成分Ｆ１または前記成分Ｆ２の一方を一定値として前記比γ０の設定を変更しながら車体合成力の車体前後方向の成分ｆ１または車体横方向の成分ｆ２を繰り返し求め、前記成分ｆ１と前記成分Ｆ１との差、または前記成分ｆ２と前記成分Ｆ２との差が所定値以内となったときの前記比γ０に基づいて、前記成分Ｆ１または前記成分Ｆ２の他方が最小となる最適軌道を導出するようにすることができる。
【００２４】
また、第５及び第６の発明において、前記導出手段は、前記成分Ｆ１及び前記成分Ｆ２を一定値として前記成分Ｘｅを変更しながら前記成分Ｆ１または前記成分Ｆ２を用いて車体合成力の車体前後方向の成分と車体横方向の成分との比γｆを繰り返し求め、前記比γｆと、前記成分Ｆ１と前記成分Ｆ２との比γ０との差が所定値以内となったときの前記成分Ｘｅに基づいて、前記成分Ｙｅに対して車体前後方向の距離が最短となる最短回避軌道を導出するようにすることができる。
【００２５】
また、第５及び第６の発明において、前記導出手段は、前記成分Ｆ１と前記成分Ｆ２との比γ０を一定値として前記成分Ｆ１または前記成分Ｆ２の一方の設定を変更しながら車体合成力の車体前後方向の成分と車体横方向の成分との比γｆを繰り返し求め、前記比γｆと、前記比γ０との差が所定値以内となったときの前記成分Ｆ１及び前記成分Ｆ２に基づいて、車体合成力の最大値が最小となる最適軌道を導出するようにすることができる。
【００２６】
また、前記第１のパラメータ、及び前記第２のパラメータを、各マップの特異点が該マップの縦軸又は横軸と平行になるように変更することができる。
【００２７】
また、前記設定手段は、障害物の位置及び大きさに基づいて、前記目標位置及び該目標位置における速度方向を設定し、前記検出手段は、自車両の前記障害物に対する相対速度を検出するようにすることができる。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【発明の効果】
【００３０】
以上説明したように本発明によれば、車体合成力の最大値が縦横比γ０の楕円で制限される場合において、車体合成力の最大値の車体前後方向の成分及び車体横方向の成分を設定するか、車体合成力の最大値の車体前後方向の成分または車体横方向の成分を設定するか、あるいは車体合成力の最大値の縦横比を設定して、自車両と目標位置との距離の車体前後方向の成分Ｘｅ、車体横方向の成分Ｙｅ、自車両の速度の車体前後方向の成分ｖｘ０、及び車体横方向の成分ｖｙ０により演算されるパラメータを用いた簡単な構成のマップを用いて、目標位置及び目標位置における速度方向に到達させるために回避距離が最短となる軌道及び車体合成力、車体合成力の最大値が最小となる軌道及び車体合成力、または車体合成力の最大値の車体前後方向の成分または車体横方向の成分の一方が与えられた場合に車体合成力の最大値の車体前後方向の成分または車体横方向の成分の他方を最小にする軌道及び車体合成力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】
【００３１】
【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】車体合成加速度の大きさの時変を説明するための図である。
【図４】第１の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップを表す線図である。
【図５】第１の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップの他の例を表す線図である。
【図６】第１の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップの他の例を表す線図である。
【図７】第１の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップの他の例を表す線図である。
【図８】第１の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップの他の例を表す線図である。
【図９】第１の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップの他の例を表す線図である。
【図１０】第１の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップの他の例を表す線図である。
【図１１】第１の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップの他の例を表す線図である。
【図１２】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１３】第１の実施の形態の車両運動制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１４】第２の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップを表す線図である。
【図１５】第２の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップの他の例を表す線図である。
【図１６】第２の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップの他の例を表す線図である。
【図１７】第２の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップの他の例を表す線図である。
【図１８】第２の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップの他の例を表す線図である。
【図１９】第２の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップの他の例を表す線図である。
【図２０】第２の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップの他の例を表す線図である。
【図２１】第２の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップの他の例を表す線図である。
【図２２】第２の実施の形態の車両運動制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図２３】第３の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップを表す線図である。
【図２４】第３の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップの他の例を表す線図である。
【図２５】第３の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップの他の例を表す線図である。
【図２６】第３の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップの他の例を表す線図である。
【図２７】第３の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップの他の例を表す線図である。
【図２８】第３の実施の形態の車両運動制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図２９】第４の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップを表す線図である。
【図３０】第４の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップの他の例を表す線図である。
【図３１】第４の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップの他の例を表す線図である。
【図３２】第４の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップの他の例を表す線図である。
【図３３】第４の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップの他の例を表す線図である。
【図３４】第４の実施の形態の車両運動制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３５】第５の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップを表す線図である。
【図３６】第５の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップの他の例を表す線図である。
【図３７】第５の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップの他の例を表す線図である。
【図３８】第５の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップの他の例を表す線図である。
【図３９】第５の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップの他の例を表す線図である。
【図４０】第５の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップの他の例を表す線図である。
【図４１】第５の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップの他の例を表す線図である。
【図４２】第５の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップの他の例を表す線図である。
【図４３】第６の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップを表す線図である。
【図４４】第７の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップを表す線図である。
【図４５】第８の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップを表す線図である。
【図４６】第９の実施の形態の車両運動制御ルーチン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】
【００３２】
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、目標位置を障害物の横を通過する位置とし、目標位置における速度方向を車体前後方向とする場合について説明する。
【００３３】
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。
【００３４】
図１に示すように、設定したｘｙ座標での時刻ｔ（現在時刻をｔ＝０として、現在時刻から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のｘ成分をＦｘ（ｔ）、車体合成力の大きさのｙ成分をＦｙ（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、車体合成加速度のｘ成分ｕｘ（ｔ）及びｙ成分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秒間の移動距離のｘ成分Ｘ（ｔ）、及び移動距離のｙ成分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。
【００３５】
【数１】
【００３６】
なお、ｘｙ座標は、ｔ＝０における自車両の位置を原点とし、目標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も参照）。
【００３７】
そして、現在時刻（ｔ＝０）におけるｘｙ座標上の目標位置を（Ｘｅ，Ｙｅ）、自車両の路面に対する速度をｖｘ（０）＝ｖｘ０、ｖｙ（０）＝ｖｙ０、目標位置及び目標位置における速度方向に到達する時刻をｔｅとした場合に、車体合成力の最大値のｘ成分及びｙ成分を設定して、横移動距離Ｙｅに対する縦移動距離が最短となるような車体合成加速度ｕｘ（ｔ）及びｕｙ（ｔ）（（１）式、及び（２）式）を、ｖｘ０、ｖｙ０、及びＹｅをパラメータとするマップを用いて導出する。
【００３８】
次に、第１の実施の形態で用いられるマップについて説明する。
【００３９】
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。
【００４０】
【数２】
【００４１】
次に、各輪の限界摩擦円の大きさから推定される限界合成力の大きさＦｍａｘ及びμ利用率（γ１、γ２）が既知であると仮定して、横移動距離Ｙｅに対する縦移動距離を最小化する最適制御問題として考える。なお、μ利用率は、車体に与える目標合成力と限界合成力Ｆｍａｘとの比として設定される物理指標であり、γ１が車両前後方向に対するμ利用率、γ２が車両横方向に対するμ利用率である。
【００４２】
ここで、本実施の形態では、車両が発生することができる車体合成力の最大値が、車両前後方向（ｘ軸）を長軸（または短軸）とする楕円で制限されており、μ利用率（γ１、γ２）と限界合成力の大きさＦｍａｘとに基づいて、楕円で制限されたｘ成分（楕円の長軸（または短軸）方向）の最大値、及びｙ成分（楕円の短軸（または長軸）方向）の最大値が定まる。
【００４３】
評価関数Ｉを下記（８）式で表した場合、下記（９）式で表される終端条件、及び下記（１０）式で表される楕円で制限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。
【００４４】
【数３】
【００４５】
ここで、特開２００７−２８３９１０号公報等の公知の技術を参考にして解くと、下記（１１）式のような制御入力が導出される。
【００４６】
【数４】
【００４７】
ただし、ν１及びν２は最適解を求めるために導入した第１の導入パラメータ及び第２の導入パラメータである。また、（１１）式は、θ（ｔ）の値によって車体合成力の大きさが変化することを示しており、入力の大きさ｜ｕ（ｔ）｜は、例えば図３に示すように時変となる。
【００４８】
ここで、下記（１２）式のように変数変換する。
【００４９】
【数５】
【００５０】
（１１）式において必要となるｔｅ 、ν１、ν２は、下記（１３）式〜（１５）式の非線形方程式にｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｆ１、γ０、及びＹｅを代入して解くことにより得られる。また、横移動距離Ｙｅに対して縦移動距離が最短となるときの最短距離Ｘｓは、（１６）式の関係を満たす。
【００５１】
【数６】
【００５２】
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。まず、（１３）式〜（１５）式に着眼して、任意の正数ａを導入して下記（１７）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 ｛μ１、μ２、ｔｅ｝及び｛μ１’、μ２’、ｔｅ’｝は、下記（１８）式の関係を満たす。
【００５３】
【数７】
【００５４】
（１７）式の最後の式より、ａを下記（１９）式のようにおくと、（１７）式よりｖｘ０’ 及びｖｙ０’は（２０）式のように変形できる。
【００５５】
【数８】
【００５６】
この関係より、γ０’、Ｆ１’／ｍ’及びＹｅ’に任意の正数を設定することにより、現在時刻のパラメータＰによってｖｘ０’及びｖｙ０’が求まる。よって、γ０’、Ｆ１’／ｍ’及びＹｅ’をある値に設定した場合において、ｖｘ０’を第１のパラメータ、及びｖｙ０’を第２のパラメータとしたマップを予め用意しておけばよい。なお、このγ０’、Ｆ１’／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。
【００５７】
ここでは、一例として、γ０’＝Ｆ１’／ｍ’＝Ｙｅ’＝１とした場合のｖｘ０’及びｖｙ０’に関するマップを作成する。図４に示すように、ｖｘ０’を第１のパラメータ、及びｖｙ０’を第２のパラメータとして、（１３）式〜（１５）式に基づいて得られるμ１’の値をマッピングした第１のマップ、μ２’の値をマッピングした第２のマップ、及びｔｅ’の値をマッピングした第３のマップを作成する。
【００５８】
そして、これらのマップを用いて｛μ１，μ２，ｔｅ｝を求めるには、γ０’＝Ｆ１’／ｍ’＝Ｙｅ’＝１、既知のｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｙｅ、限界合成力の大きさＦｍａｘとμ利用率γ１とで定まる車体合成力の最大値のｘ成分Ｆ１、及びμ利用率γ１とγ２とで定まるγ０から（２０）式に従って第１のパラメータｖｘ０’及び第２のパラメータｖｙ０’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛μ１’，μ２’，ｔｅ’｝を各マップから得て、（１８）式及び（１９）式に従って｛μ１’，μ２’，ｔｅ’｝を｛μ１，μ２，ｔｅ｝に変換し、（１１）式及び（１２）式に従って入力の時間関数を、（１６）式に従って最短の縦移動距離Ｘｓを演算する。
【００５９】
ただし、Ｙｅ＜０の場合は、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｙｅ→−Ｙｅに変換して、マップより｛−μ１’，−μ２’，ｔｅ’｝を求め、−μ１’→ μ１’、−μ２’→ μ２’の処理を行って｛μ１，μ２，ｔｅ｝を得ればよい。
【００６０】
この結果、（１）式〜（６）式の積分計算により、現在時刻の車両と目標位置との横距離、及び車両の速度から、横移動距離Ｙｅに対して縦移動距離が最短となる軌道が導出される。
【００６１】
なお、上記のマップでは、第１のパラメータ及び第２のパラメータを（２０）式のように定めた場合について説明したが、任意の正数ａを、（１７）式の１番目の式を用いて下記（２１）式のようにおいて、下記（２２）式に示すｖｙ０’を第１のパラメータ、及びＹｅ’を第２のパラメータとし、例えば、γ０’＝Ｆ１’／ｍ’＝ｖｘ０’＝１として、図５に示すようなマップを作成することができる。
【００６２】
【数９】
【００６３】
また、別のパラメータを用いる場合として、任意の正数ａを、（１７）式の２番目の式を用いて下記（２３）式のようにおいて、下記（２４）式に示すｖｙ０’を第１のパラメータ、及びＹｅ’を第２のパラメータとし、上記と同様に、例えば、γ０’＝Ｆ１’／ｍ’＝ｖｙ０’＝１として、図６に示すようなマップを作成することができる。
【００６４】
【数１０】
【００６５】
また、マップの軸の取り方を変更して、特異点を縦軸又は横軸と平行になるように移動させたマップを用いてもよい。
【００６６】
具体的には、図４に示すマップの軸の取り方を下記（２５）式のように変更し、（２５）式に示すｖｙ０’を第１のパラメータ、及びＹｅ’’を第２のパラメータとし、上記と同様に、γ０’＝Ｆ１’／ｍ’＝ｖｘ０’＝１として、図７に示すようなマップを作成することができる。
【００６７】
【数１１】
【００６８】
このように、特異点のラインが縦軸上又は横軸と平行になるようにマップの軸を変更することにより、マップの精度を保ちつつマップを記憶する容量を図４に示したマップに比べて小さく抑えることが容易になる。
【００６９】
また、（２２）式の第２式を下記（２６）式のように変更すると、ａは下記（２７）式のように変形される。そして、（２２）式のｖｙ０’及び（２６）式のＦ１’／ｍ’を第１及び第２のパラメータとするマップを作成してもよい（図８）。
【００７０】
【数１２】
【００７１】
同様に、（２４）式の第２式を下記（２８）式のように変更すると、ａは下記（２９）式のように変形される。そして、（２４）式のｖｘ０及び（２８）式のＦ１’／ｍ’を第１及び第２のパラメータとするマップを作成してもよい（図９、１０）。
【００７２】
【数１３】
【００７３】
さらに、（２２）式のｖｙ０及び（２６）式のＦ１’／ｍ’を第１及び第２のパラメータとするマップの軸の取り方を変更して、下記（３０）式に示すような第１及び第２のパラメータを用いて、特異点を縦軸又は横軸と平行になるように移動させたマップを用いてもよい（図１１）。
【００７４】
【数１４】
【００７５】
以下、上記のマップを用いた第１の実施の形態について詳細に説明する。図１２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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
また、制御装置２０には、制御入力を求めるためのマップを記憶したマップ記憶装置２８が接続されている。第１の実施の形態のマップとしては、図４に示すマップを用いる場合について説明する。なお、他の例として示した図５〜図７のいずれかのマップをマップ記憶装置２８に記憶しておき、そのマップを使用してもよい。その場合、マップ記憶装置２８に記憶されたマップに応じた第１のパラメータ及び第２のパラメータを演算して用いるようにする。
【００８５】
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。
【００８６】
以下、図１３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。
【００８７】
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。
【００８８】
次に、ステップ１０４で、環境マップを用いて障害物を回避して走行するための目標位置及び目標位置における速度方向を設定する。ここでは、目標位置を障害物の横を通過する位置とし、目標位置における速度方向を車体前後方向とする。次に、ステップ１０６で、設定された速度方向をｘ軸、ｘ軸に直交する方向をｙ軸、及び車両の現在位置を原点とするｘｙ座標を設定する。すなわち、目標位置における車体前後方向がｘ軸方向となり、目標位置における速度方向のｙ成分は０となる。
【００８９】
次に、ステップ１０８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の速度、及び外部環境状態として取り込まれた自車両と障害物との距離を設定された座標に対応させて変換し、自車両と障害物との距離のｙ成分である横移動距離Ｙｅ、速度のｘ成分ｖｘ０、ｙ成分ｖｙ０を演算する。
【００９０】
次に、ステップ１１０で、外部環境及び自車両の構造と状態に基づいて、限界合成力の大きさＦｍａｘ、及び楕円で制限される車体合成力の最大値のｘ成分Ｆ１とｙ成分Ｆ２を設定する。このとき、車体合成力の最大値のμ利用率γ１及びγ２も自ずと定まる。この車体合成力の最大値は、ｘ軸を長軸または短軸とする楕円で制限されている。なお、Ｆ２は、Ｆ２＝γ２Ｆｍａｘであり、これより（１２）式の第２式の関係が導かれる。従って、本ステップにおいて、Ｆ１及びＦ２を設定する代わりに、Ｆ１及びγ０を設定するようにしてもよい。
【００９１】
次に、ステップ１１２で、（２０）式に従って、第１のパラメータｖｘ０’、及び第２のパラメータｖｙ０’を演算する。次に、ステップ１１４で、マップ記憶装置２８に記憶された第１〜第３のマップを読み出し、上記ステップ１１０で設定された車体合成力の最大値、並びに上記ステップ１１２で演算された第１のパラメータｖｘ０’及び第２のパラメータｖｙ０’を入力として、横移動距離Ｙｅに対する縦移動距離が最短距離Ｘｓになる最短軌道、及び車体合成力の時系列データを導出する。
【００９２】
具体的には、第１のマップ、第１のパラメータｖｘ０’、及び第２のパラメータｖｙ０’に基づいてμ１’を得て、第２のマップ、第１のパラメータｖｘ０’、及び第２のパラメータｖｙ０’に基づいてμ２’を得て、第３のマップ、第１のパラメータｖｘ０’、及び第２のパラメータｖｙ０’に基づいてｔｅ’を得る。そして、｛μ１’，μ２’，ｔｅ’｝を（１８）式及び（１９）式に従って｛μ１，μ２，ｔｅ｝に変換し、（１１）式及び（１２）式に従って入力の時間関数を、（１６）式に従って最短距離Ｘｓを演算する。そして、（１）式〜（６）式に従って、横移動距離Ｙｅに対する縦移動距離が最短距離Ｘｓになる最短軌道が導出される。
【００９３】
次に、ステップ１１６で、上記ステップ１１４で導出された車体合成力の時系列データに従って、最短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、目的とする車体発生力が得られるように制御することができる。
【００９４】
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、車体合成力の最大値が縦横比γ０の楕円で制限される場合において、車体合成力の最大値のｘ成分及びｙ成分を設定して、横移動距離Ｙｅ、自車両の速度のｘ成分ｖｘ０、及びｙ成分ｖｙ０により演算されるパラメータを用いた簡単な構成のマップを用いて、目標位置及び目標位置における速度方向に到達させるために回避距離が最短となる軌道及び車体合成力の時系列データを導出することができる、という効果が得られる。
【００９５】
なお、第１の実施の形態では、Ｆ１及びγ０を用いて車体合成力の向きを求める場合について説明したが、Ｆ２及びγ０を用いて求めてもよい。なぜなら、Ｆ１＝Ｆ２／γ０及びＦ１’＝Ｆ２’／γ０’の関係を、（２０）式などの軸の取り方や（１９）式などのパラメータａに代入すれば、本実施の形態内で示したマップをそのまま適用することができるためである。
【００９６】
また、第１の実施の形態では、自車両の路面に対する速度を用いた場合について説明したが、自車両の目標位置に対する相対速度を用いてもよい。このとき、（９）式の終端条件も相対速度になるため、終端速度のｙ成分は相対速度に関して０となる。
また、第１の実施の形態において、障害物などが検出された場合、障害物の左側を回避する最短軌道、及び障害物の右側を回避する最短軌道の両方を求めて、それぞれの回避距離を比較して、回避距離が小さい方の最短軌道を選択するようにしてもよい。
【００９７】
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、マップを用いて横移動距離Ｙｅに対する縦移動距離を最短にする最短軌道及び車体合成力の時系列データを導出する場合について説明したが、第２の実施の形態では、第１の実施の形態とは異なるマップを用いて現在時刻における車体合成力の大きさ及び方向を導出する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について、第１の実施の形態の車両運動制御装置と同一の構成及び処理については、同一の符号を用いて説明を省略する。
【００９８】
ここで、第２の実施の形態で用いられるマップについて説明する。
【００９９】
まず、第１の実施の形態と同様に、（２０）式まで展開する。そして、一例として、γ０’＝Ｆ１’／ｍ’＝Ｙｅ’＝１とした場合のｖｘ０’及びｖｙ０’に関するマップを作成する。図１４に示すように、ｖｘ０’を第１のパラメータ、 及びｖｙ０’を第２のパラメータとして、上記（１３）式〜（１５）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マップを作成する。
【０１００】
そして、このマップを用いて｛θ’｝を求めるには、γ０’＝Ｆ１’／ｍ’＝Ｙｅ’＝１、既知のｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｙｅ、車体合成力の最大値のｘ成分Ｆ１、及びｙ成分Ｆ２から（２０）式に従って第１のパラメータｖｘ０’及び第２のパラメータｖｙ０’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛θ’｝をマップから得て、下記（３１）式により、横移動距離Ｙｅに対して縦移動距離を最短にする現在時刻の車体合成力の大きさ及び向きが得られる。
【０１０１】
【数１５】
【０１０２】
ただし、Ｙｅ＜０ の場合は、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｙｅ→−Ｙｅに変換して、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。
【０１０３】
また、θ’のマップと併せて、図１４の破線内のマップのように、γ０’＝Ｆ１’／ｍ’＝Ｙｅ’＝１とした場合のＸｓ’を求めるマップを作成しておいてもよい。このマップから得られるＸｓ’を、下記（３２）式により最短距離Ｘｓに変換して、公知の技術（例えば、特開２００７−２８３９１０等）を用いて、直進制動または横移動のみの回避を選択してもよい。
【０１０４】
【数１６】
【０１０５】
なお、上記のマップでは、第１のパラメータ及び第２のパラメータを（２０）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、（２２）式に示すｖｙ０’を第１のパラメータ及びＹｅ’を第２のパラメータとし、γ０’＝Ｆ１’／ｍ’＝ｖｘ０’＝１とした場合のマップを作成してもよい（図１５）。この場合において、上記と同様にＸｓ’を求めるマップも用いる場合には、下記（３３）式によりマップから求めたＸｓ’をＸｓに変換することができる。
【０１０６】
また同様に、（２４）式に示すｖｘ０’を第１のパラメータ及びＹｅ’を第２のパラメータとし、γ０’＝Ｆ１’／ｍ’＝ｖｙ０’＝１とした場合のマップを作成してもよい（図１６）。この場合において、上記と同様にＸｓ’を求めるマップも用いる場合には、下記（３４）式によりマップから求めたＸｓ’をＸｓに変換することができる。
【０１０７】
また同様に、（２２）式に示すｖｙ０’を第１のパラメータ、及び（２６）式に示すＦ１’／ｍ’を第２のパラメータとし、γ０’＝ｖｘ０’＝Ｙｅ’＝１とした場合のマップを作成してもよい（図１７）。この場合において、上記と同様にＸｓ’を求めるマップも用いる場合には、（３２）式によりマップから求めたＸｓ’をＸｓに変換することができる。
【０１０８】
また同様に、（２４）式に示すｖｘ０’を第１のパラメータ、及び（２８）式に示すＦ１’／ｍ’を第２のパラメータとし、γ０’＝ｖｙ０’＝１、Ｙｅ’＝±１とした場合のマップを作成してもよい（図１８、１９）。
【０１０９】
【数１７】
【０１１０】
また、第１の実施の形態でマップの軸の取り方を変更した手法と同様の手法により、特異点のラインが縦軸又は横軸と平行になるようにマップの軸の取り方を変更したマップを作成してもよい（図２０、２１）。
【０１１１】
以下、図２２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。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。また、ここでは、図１４に示すマップを用いる場合について説明する。
【０１１２】
ステップ１００〜ステップ１１２で、第１の実施の形態の場合と同様に処理して第１のパラメータｖｘ０’、及び第２のパラメータｖｙ０’を得る。
【０１１３】
次に、ステップ２００で、マップ記憶装置２８に記憶されたマップを読み出し、上記ステップ１１０で設定された車体合成力の最大値、並びに上記ステップ１１２で演算された第１のパラメータｖｘ０’及び第２のパラメータｖｙ０’を入力として、横移動距離Ｙｅに対して縦移動距離が最短距離Ｘｓになるための現在時刻の車体合成力を導出する。
【０１１４】
具体的には、θ’のマップ、第１のパラメータｖｘ０’、及び第２のパラメータｖｙ０’に基づいて車体合成加速度の向きθ’を得て、（３１）式により横移動距離Ｙｅに対して縦移動距離が最短距離となる現在時刻の車体合成力が導出される。
【０１１５】
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、車体合成力の最大値が縦横比γ０の楕円で制限される場合において、車体合成力の最大値のｘ成分及びｙ成分を設定して、横移動距離Ｙｅ、自車両の速度のｘ成分ｖｘ０、及びｙ成分ｖｙ０により演算されるパラメータを用いた簡単な構成のマップを用いて、目標位置及び目標位置における速度方向に到達させるために回避距離が最短となる現在時刻の車体合成力を導出することができる。また、車体合成力の時系列データを導出する場合と比べ、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。
【０１１６】
なお、第２の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、Ｆ１及びγ０を用いるのではなく、Ｆ２及びγ０を用いて式展開を行い、本実施の形態で示したマップを適用してもよい。
【０１１７】
次に、第３の実施の形態について説明する。第１の実施の形態では、横移動距離Ｙｅに対して縦移動距離が最短距離になる車体合成力を導出するためのマップを用いて、車体合成力の時系列データを導出する場合について説明したが、第３の実施の形態では、第１の実施の形態のマップとは異なるマップを用いて、車体合成力の最大値の縦横比が与えられた場合に、車体合成力の最大値が最小となる最適軌道及び車体合成力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について、第１または第２の実施の形態の車両運動制御装置と同一の構成及び処理については、同一の符号を用いて説明を省略する。
【０１１８】
ここで、第３の実施の形態で用いられるマップについて説明する。車体合成力の最大値を最小化する最適制御は、第１の実施の形態と同様に、（７）式〜（１０）式で定式化でき、その制御入力は（１１）式として導出される。この制御入力は、最小化されたＩが既知の距離のｘ成分Ｘｅと等しくなるようなＦ１を求めれば、結果的に車体合成力の最大値の縦横比が与えられた場合に、車体合成力の最大値が最小となる最適軌道が導出されることを示している。よって、ｘ１（ｔｅ）＝Ｘｅの関係を導入することにより、Ｘｓ→Ｘｅに変換された非線型方程式（１３）式〜（１６）式から（１１）式で必要となるμ１、μ２、ｔｅが求まる。ここでは、限界合成力の大きさＦｍａｘ、自車両と目標位置との距離のｘ成分Ｘｅ、ｙ成分Ｙｅ、及び車体合成力の最大値の縦横比γ０（γ２／γ１）が既知であるとして、（１３）式〜（１６）式を満足するＦ１、μ１、μ２、ｔｅを求めることで、γ１及びγ２が得られる。これは、最小化されたＩとＸｅとが等しくなるようなγ１Ｆｍａｘ及びγ２Ｆｍａｘが求められることを意味し、結果的に、予め与えられた車体合成力の最大値の縦横比γ０に対して、車体合成力の最大値が最小化される最適軌道が得られる。従って、Ｘｓ→Ｘｅに変換された（１３）式〜（１６）式に対して、ｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｘｅ、Ｙｅ、及びγ０を代入して、Ｆ１、μ１、μ２、ｔｅを求めることを考える。なお、この制御問題でも、車体合成力の最大値が楕円で制限されていることから、車体合成加速度の大きさ｜ｕ（ｔ）｜は時変となる。
【０１１９】
まず、（１３）式を下記（３６）式のように変形する。
【０１２０】
【数１８】
【０１２１】
（３６）式を（１４）式〜（１６）式へ代入して、下記（３７）式〜（３９）式を得る。
【０１２２】
【数１９】
【０１２３】
ここで、任意の正数ａを導入して下記（４０）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 ｛μ１、μ２、ｔｅ｝及び｛μ１’、μ２’、ｔｅ’｝は、下記（４１）式の関係を満たす。
【０１２４】
【数２０】
【０１２５】
（４０）式の最後の式より、ａを下記（４２）式のようにおくと、（４０）式よりｖｙ０’及びＹｅ’は下記（４３）式のように変形できる。
【０１２６】
【数２１】
【０１２７】
この関係より、γ０’、ｖｘ０’及びＸｅ’に任意の正数を設定することにより、現在時刻のパラメータＰによってｖｙ０’及びＹｅ’が求まる。よって、γ０’、ｖｘ０’及びＸｅ’をある値に設定した場合において、ｖｙ０’を第１のパラメータ、及びＹｅ’を第２のパラメータとしたマップを予め用意しておけばよい。なお、このγ０’、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。
【０１２８】
マップの作成は、第１の実施の形態と同様の手法で、図２３に示すように、例えば、γ０’＝ｖｘ０’＝Ｘｅ’＝１とした場合のｖｘ０’及びｖｙ０’に関するマップを作成する。
【０１２９】
そして、これらのマップから｛μ１’，μ２’，ｔｅ’｝を得て、（４１）式及び（４２）式により｛μ１，μ２，ｔｅ｝に変換して、（１１）式及び（１２）式に代入して、入力の時間関数が得られる。また、（３６）式に代入して得られるＦ１と、既知のＦｍａｘ及びγ０を用いて、車体合成力の最大値が最小となるγ１及びγ２が得られる。
【０１３０】
なお、上記のマップでは、第１のパラメータ及び第２のパラメータを（４３）式のように定めた場合について説明したが、任意の正数ａを（４０）式の第２式から下記（４４）式のようにおいて、下記（４５）式に示すｖｙ０’を第１のパラメータ、及びＸｅ’を第２のパラメータとし、例えば、γ０’＝ｖｘ０’＝Ｙｅ’＝１として、図２４に示すようなマップを作成してもよい。
【０１３１】
【数２２】
【０１３２】
また、式の展開方法を変更して、第１のパラメータ及び第２のパラメータを演算してもよい。具体的には、まず、（１４）式を下記（４６）式のように変形する。
【０１３３】
【数２３】
【０１３４】
（４６）式を（１３）式、（１４）式及び（１６）式へ代入して、下記（４７）式〜（４９）式を得る。
【０１３５】
【数２４】
【０１３６】
ここで、任意の正数ａ１を導入して下記（５０）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 ｛μ１、μ２、ｔｅ｝及び｛μ１’、μ２’、ｔｅ’｝は、下記（５１）式の関係を満たす。
【０１３７】
【数２５】
【０１３８】
（５０）式の最後の式より、ａ１を下記（５２）式のようにおくと、（５０）式よりｖｙ０’及びＹｅ’は下記（５３）式のように変形できる。
【０１３９】
【数２６】
【０１４０】
この（５３）式に示すｖｘ０’を第１のパラメータ、及びＹｅ’を第２のパラメータとし、例えば、γ０’＝ｖｙ０’＝Ｘｅ’＝１として、図２５に示すようなマップを作成してもよい。
【０１４１】
また、任意の正数ａ１を（５０）式の第２式から下記（５４）式のようにおいて、下記（５５）式に示すｖｘ０’を第１のパラメータ、及びＸｅ’を第２のパラメータとし、例えば、γ０’＝ｖｙ０’＝１、Ｙｅ’＝±１として、図２６及び２７に示すようなマップを作成してもよい。
【０１４２】
【数２７】
【０１４３】
また、第１の実施の形態でマップの軸の取り方を変更した手法と同様の手法により、特異点のラインが縦軸又は横軸と平行になるように図２３〜２７に示すマップの軸の取り方を変更したマップを作成してもよい。
【０１４４】
以下、図２８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。なお、第１または第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。また、ここでは、図２３に示すマップを用いる場合について説明する。
【０１４５】
ステップ１００〜ステップ１１２で、第１の実施の形態の場合と同様に処理して第１のパラメータｖｙ０’、及び第２のパラメータＹｅ’を得る。なお、ステップ１０８に替えてステップ３００では、Ｙｅ、ｖｘ０、及びｖｙ０と共に自車両と目標位置との距離の車体前後方向の成分Ｘｅも演算する。
【０１４６】
次に、ステップ４００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の縦横比γ０を設定する。
【０１４７】
次に、ステップ３０４で、マップ記憶装置２８に記憶された第１〜第３のマップを読み出し、第１のパラメータｖｙ０’、及び第２のパラメータＹｅ’を入力として、車体合成力の最大値が最小となる車体合成力の時系列データを導出する。
【０１４８】
次に、ステップ３０６で、上記ステップ３０４で導出された車体合成力の最大値がタイヤ発生力の限界値以下か否かを判定する。車体合成力の最大値がタイヤ発生力の限界値以下の場合には、ステップ１１６へ移行し、タイヤ発生力の限界値を超えている場合には、ステップ３０８へ移行する。なお、タイヤ発生力の限界値は、路面とタイヤとの間の摩擦係数に基づいて定まる車体合成力の真の限界値だけでなく、真の限界値に対してマージンを設けて設定した限界値も含む意味である。
【０１４９】
ステップ３０８では、急制動制御により障害物の手前で車両が停止するように制動力制御装置２４を制御するか、推定される衝突被害が最小化されるように操舵角制御装置２２及び制動力制御装置２４を制御する。例えば、ＷＯ２００６−０７０８６５記載の技術のような公知の技術を用いればよい。
【０１５０】
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、車体合成力の最大値が縦横比γ０の楕円で制限され、かつそのγ０が外部環境及び自車両の構造と状態から設定される場合において、自車両と目標位置との距離のｘ成分Ｘｅ、ｙ成分Ｙｅ、自車両の速度のｘ成分ｖｘ０、及びｙ成分ｖｙ０により演算されるパラメータを用いた簡単な構成のマップを用いて、車体合成力の最大値が最小となる最適軌道及び車体合成力を導出することができる。
【０１５１】
なお、第１の実施の形態と同様に、（１３）式〜（１６）式に、Ｆ１＝Ｆ２／γ０を代入して式を展開してもよい。この場合、（３７）式〜（３９）式、または（４７）式〜（４９）式と同じ式が導出されるので、本実施の形態の中で示したマップをそのまま適用できる。
また、第３の実施の形態において、障害物などが検出された場合、障害物の左側を回避する最適軌道、及び障害物の右側を回避する最適軌道の両方を求めて、それぞれの車体合成力の最大値を比較して、車体合成力の最大値が小さい方の最適軌道を選択するようにしてもよい。
【０１５２】
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、マップを用いて車体合成力の最大値を最小にする最適軌道及び車体合成力の時系列データを導出する場合について説明したが、第４の実施の形態では、第３の実施の形態とは異なるマップを用いて車体合成力の最大値を最小にする現在時刻における車体合成力の大きさ及び方向を導出する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について、第１〜３の実施の形態の車両運動制御装置と同一の構成及び処理については、同一の符号を用いて説明を省略する。
【０１５３】
ここで、第４の実施の形態で用いられるマップについて説明する。
【０１５４】
まず、第３の実施の形態と同様に、（４３）式まで展開する。そして、一例として、ｖｘ０’＝Ｘｅ’＝１ とした場合のｖｙ０’及びＹｅ’に関するマップを作成する。図２９に示すように、ｖｙ０’を第１のパラメータ、 及びＹｅ’を第２のパラメータとして、上記（３６）式〜（３９）式に基づいて得られる車体合成力の方向θ’の値をマッピングした第１のマップ、及びＦ１’／ｍ’の値をマッピングした第２のマップを作成する。
【０１５５】
そして、これらのマップを用いて｛θ，Ｆ１／ｍ｝を求めるには、ｖｘ０’＝Ｘｅ’ ＝１、既知のγ０、ｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｘｅ、及びＹｅから（４３）式に従って第１のパラメータｖｙ０’及び第２のパラメータＹｅ’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛θ’，Ｆ１’／ｍ’｝を各マップから得て、（３６）式、（４１）式、及び（４２）式の関係から得られる下記（５６）式に従ってＦ１を演算する。そして、（３１）式を適用すれば、現在時刻の車体合成加速度が得られる。
【０１５６】
【数２８】
【０１５７】
この結果、現在時刻の自車両と目標位置との距離、及び自車両の速度から、目標位置及び目標位置における速度方向に到達するために最大値が最小となる現在時刻での車体合成力が導出される。
【０１５８】
なお、上記のマップでは、第１のパラメータ及び第２のパラメータを（４３）式のように定めた場合について説明したが、（４５）式に示すｖｙ０’を第１のパラメータ及びＸｅ’を第２のパラメータとし、γ０’＝ｖｘ０’＝Ｙｅ’＝１とした場合のマップを作成してもよい（図３０）。この場合、下記（５７）式に従ってＦ１を演算する。また同様に、（５３）式に示すｖｘ０’を第１のパラメータ及びＹｅ’を第２のパラメータとし、γ０’＝ｖｙ０’＝Ｘｅ’＝１とした場合のマップを作成してもよい（図３１）。この場合、下記（５８）式に従ってＦ１を演算する。また同様に、（５３）式に示すｖｘ０’を第１のパラメータ及びＸｅ’を第２のパラメータとし、γ０’＝ｖｙ０’＝１、Ｙｅ’＝±１とした場合のマップを作成してもよい（図３２、３３）。この場合、下記（５９）式に従ってＦ１を演算する。
【０１５９】
【数２９】
【０１６０】
また、第１の実施の形態でマップの軸の取り方を変更した手法と同様の手法により、特異点のラインが縦軸又は横軸と平行になるように図２９〜３３に示すマップの軸の取り方を変更したマップを作成してもよい。
【０１６１】
以下、図３４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。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。また、ここでは、図２９に示すマップを用いる場合について説明する。
【０１６２】
ステップ１００〜ステップ１１２で、第１〜３の実施の形態の場合と同様に処理して第１のパラメータｖｙ０’、及び第２のパラメータＹｅ’を得る。
【０１６３】
次に、ステップ４００で、マップ記憶装置２８に記憶された第１及び第２のマップを読み出し、第１のパラメータｖｙ０’、及び第２のパラメータＹｅ’を入力として、車体合成力の最大値が最小化される最適軌道となる現在時刻の車体合成力を導出する。
【０１６４】
次に、ステップ４０２で、導出された現在時刻の車体合成力がタイヤ発生力の限界値以下か否かを判定する。限界値以下の場合には、ステップ１１６へ移行し、限界値を超えている場合には、ステップ３０８へ移行する。
【０１６５】
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、車体合成力の最大値が縦横比γ０の楕円で制限され、かつそのγ０が外部環境及び自車両の構造や状態から設定される場合において、自車両と目標位置との距離の車体前後方向の成分Ｘｅ、車体横方向の成分Ｙｅ、自車両の速度の車体前後方向の成分ｖｘ０、及び車体横方向の成分ｖｙ０により演算されるパラメータを用いた簡単な構成のマップを用いて、車体合成力の最大値が最小となる車体合成力を導出することができる。また、車体合成力の時系列データを導出する場合と比べ、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。
【０１６６】
なお、第３の実施の形態と同様に、（１３）式〜（１６）式に、Ｆ１＝Ｆ２／γ０を代入して式展開を行い、本実施の形態の中で示したマップを適用してもよい。
【０１６７】
次に、第５の実施の形態について説明する。第３の実施の形態では、マップを用いて、車体合成力の最大値の縦横比を与えた場合に、車体合成力の最大値を最小にする最適軌道を導出する場合について説明したが、第５の実施の形態では、第３の実施の形態とは異なるマップを用いて、車体合成力の最大値のｘ成分を与えた場合に、車体合成力の最大値のｙ成分を最小化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について、第１〜４の実施の形態の車両運動制御装置と同一の構成及び処理については、同一の符号を用いて説明を省略する。
【０１６８】
ここで、第５の実施の形態で用いられるマップについて説明する。車体合成力の最大値のｙ成分を最小化する最適制御は、第４の実施の形態と同様に、（７）式〜（１０）式で定式化でき、その制御入力は（１１）式として導出される。ここでは、限界合成力の大きさＦｍａｘ、自車両と目標位置との距離のｘ成分Ｘｅ、ｙ成分Ｙｅ、及び車体合成力の最大値のｘ成分Ｆ１が既知であるとして、Ｘｓ→Ｘｅに変換した（１３）式〜（１６）式を満足するγ０、μ１、μ２、ｔｅを求めることでγ２が得られる。
【０１６９】
まず、（１４）式を下記（６０）式のように変形する。
【０１７０】
【数３０】
【０１７１】
（６０）式を（１３）式、（１５）式及び（１６）式へ代入して、下記（６１）式〜（６３）式を得る。
【０１７２】
【数３１】
【０１７３】
ここで、任意の正数ａ１を導入して下記（６４）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 ｛μ１、μ２、ｔｅ｝及び｛μ１’、μ２’、ｔｅ’｝は、下記（６５）式の関係を満たす。
【０１７４】
【数３２】
【０１７５】
（６４）式の最後の式より、ａ１を下記（６６）式のようにおくと、（６４）式よりｖｘ０’及びｖｙ０’は下記（６７）式のように変形できる。
【０１７６】
【数３３】
【０１７７】
この関係より、Ｆ１’／ｍ’、Ｘｅ’及びＹｅ’に任意の正数を設定することにより、現在時刻のパラメータＰによってｖｘ０’及びｖｙ０’が求まる。よって、Ｆ１’／ｍ’、Ｘｅ’及びＹｅ’をある値に設定した場合において、ｖｘ０’を第１のパラメータ、及びｖｙ０’を第２のパラメータとしたマップを予め用意しておけばよい。なお、このＦ１’／ｍ’、Ｘｅ’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。
【０１７８】
マップの作成は、第１の実施の形態と同様の手法で、図３５に示すように、例えば、Ｆ１’／ｍ’＝Ｘｅ’＝Ｙｅ’＝１とした場合のｖｘ０’及びｖｙ０’に関するマップを作成する。
【０１７９】
そして、これらのマップから｛μ１’，μ２’，ｔｅ’｝を得て、（６５）式及び（６６）式により｛μ１，μ２，ｔｅ｝に変換して、（６０）式よりγ０を求める。そして、（１１）式及び（１２）式に代入して、入力の時間関数が得られる。
【０１８０】
なお、上記のマップでは、第１のパラメータ及び第２のパラメータを（６７）式のように定めた場合について説明したが、（６７）式の第２式をＹｅ’について解いたものを第２のパラメータとし、例えば、Ｆ１’／ｍ’＝Ｘｅ’＝ｖｙ０’＝１としたマップを作成してもよい（図３６）。
【０１８１】
また、任意の正数ａ１を（６４）式の第１式から下記（６８）式のようにおいて、下記（６９）式に示すｖｙ０’を第１のパラメータ、及びＸｅ’を第２のパラメータとし、例えば、Ｆ１’／ｍ’＝ｖｘ０’＝Ｙｅ’＝１としたマップを作成してもよい（図３７）。
【０１８２】
【数３４】
【０１８３】
また、下記（７０）式のように、（６９）式の第１式をＹｅ’について解いたものを第１のパラメータとし、例えば、Ｆ１’／ｍ’＝ｖｘ０’＝ｖｙ０’＝１としたマップを作成してもよい（図３８）。
【０１８４】
【数３５】
【０１８５】
また、任意の正数ａ１を（６４）式の第２式から下記（７１）式のようにおいて、下記（７２）式に示すｖｘ０’を第１のパラメータ、及びＸｅ’を第２のパラメータとし、例えば、Ｆ１’／ｍ’＝ｖｙ０’＝１、Ｙｅ’＝±１としたマップを作成してもよい（図３９、４０）。
【０１８６】
【数３６】
【０１８７】
また、下記（７３）式のように、（７２）式の第２式をＦ１’／ｍ’について解いたものを第１のパラメータとし、そのＦ１’／ｍ’を（７２）式の第１式に代入したものを第２のパラメータとして、例えば、ｖｙ０’＝Ｘｅ’＝１、Ｙｅ’＝±１としたマップを作成してもよい（図４１、４２）。
【数３７】
このように、導入した任意の正数ａ１の取り方を変えたり、Ｆ１’／ｍ’、ｖｙ０’、ｖｘ０’、Ｘｅ’、及びＹｅ’のそれぞれに着目して式を変形したりして、第１のパラメータ及び第２のパラメータを求めることができる。それぞれ得られた第１のパラメータ及び第２のパラメータに応じて、Ｆ１’／ｍ’、ｖｙ０’、ｖｘ０’、Ｘｅ’、及びＹｅ’の内必要な値に任意の値を設定してマップを作成するようにする。任意の正数ａ１の取り方または着目する値を変更した場合の第１のパラメータ及び第２のパラメータの他の例を、下記（７４）式〜（７８）式に示す。
【０１８８】
【数３８】
【０１８９】
また、第１の実施の形態でマップの軸の取り方を変更した手法と同様の手法により、特異点のラインが縦軸又は横軸と平行になるように各マップの軸の取り方を変更したマップを作成してもよい。軸の取り方を変更した場合の第１のパラメータ及び第２のパラメータの他の例を、下記（７９）式〜（８６）式に示す。
【０１９０】
【数３９】
【０１９１】
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は、図２８に示す第３の実施の形態における車両運動制御ルーチンと略同様であるが、ステップ１１２の前に、車体合成力の最大値の車体前後方向の成分Ｆ１を設定し、ステップ４０２で車体合成力の縦横比γ０を求める点が異なる。
また、第５の実施の形態において、障害物などが検出された場合、設定した車体合成力の車体前後方向の成分Ｆ１に対して障害物の左側を回避する軌道、及び障害物の右側を回避する軌道の両方を求めて、それぞれのγ０を比較して、γ０が小さい方の軌道を選択するようにしてもよい。
【０１９２】
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、マップを用いて車体合成力の最大値のｙ成分を最小にする最適軌道及び車体合成力の時系列データを導出する場合について説明したが、第６の実施の形態では、第５の実施の形態とは異なるマップを用いて車体合成力の最大値のｙ成分を最小にする現在時刻における車体合成力の大きさ及び方向を導出する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について、第１〜５の実施の形態の車両運動制御装置と同一の構成及び処理については、同一の符号を用いて説明を省略する。
【０１９３】
まず、第５の実施の形態と同様に、（６７）式まで展開する。そして、一例として、Ｆ１’／ｍ’＝Ｘｅ’＝Ｙｅ’＝１ とした場合のｖｘ０’及びｖｙ０’に関するマップを作成する。図４３に示すように、ｖｘ０’を第１のパラメータ、 及びｖｙ０’を第２のパラメータとして、上記（６０）式〜（６３）式に基づいて得られる車体合成力の方向θ’の値をマッピングした第１のマップ、及びγ０’の値をマッピングした第２のマップを作成することができる。
【０１９４】
そして、車体合成加速度のｙ成分の大きさを下記（８７）式で求めて、（３１）式に適用することにより、現在時刻のｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｘｅ、Ｙｅ及びＦ１に対して、目標位置と目標位置における速度方向に到達する際に、車体合成力の最大値をｙ成分を最小にする現在時刻の車体合成力の大きさと向きが得られる。
【０１９５】
【数４０】
【０１９６】
また、第５の実施の形態と同様に、（６８）式〜（７８）式で示すように、導入した任意の正数ａ１の取り方を変えたり、Ｆ１’／ｍ’、ｖｙ０’、ｖｘ０’、Ｘｅ’、及びＹｅ’のそれぞれに着目して式を変形したりして、第１のパラメータ及び第２のパラメータを求めることができる。それぞれ得られた第１のパラメータ及び第２のパラメータに応じて、Ｆ１’／ｍ’、ｖｙ０’、ｖｘ０’、Ｘｅ’、及びＹｅ’の内必要な値に任意の値を設定してマップを作成することができる。さらに、第１の実施の形態でマップの軸の取り方を変更した手法と同様の手法により、特異点のラインが縦軸又は横軸と平行になるように、（７９）式〜（８６）式で示すように各マップの軸の取り方を変更したマップを作成してもよい。
【０１９７】
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は、図３４に示す第４の実施の形態における車両運動制御ルーチンと略同様であるが、ステップ３０２で、車体合成力の最大値の車体前後方向の成分Ｆ１を設定し、ステップ４００で車体合成加速度のｙ成分の大きさを求める点が異なる。
【０１９８】
次に、第７の実施の形態について説明する。第５の実施の形態では、マップを用いて、車体合成力の最大値のｘ成分を与えた場合に、車体合成力の最大値のｙ成分を最小化する場合について説明したが、第７の実施の形態では、車体合成力の最大値のｙ成分を与えた場合に、車体合成力の最大値のｘ成分を最小化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について、第１〜６の実施の形態の車両運動制御装置と同一の構成及び処理については、同一の符号を用いて説明を省略する。
【０１９９】
ここで、第７の実施の形態で用いられるマップについて説明する。
【０２００】
まず、車体合成力の最大値のｘ成分Ｆ１は、（１２）式よりＦ１＝Ｆ２／γ０の関係が成立する。第５の実施の形態とは反対に、車体合成力の最大値のｘ成分Ｆ１を未知のパラメータとして、車体合成加速度が最小となる車体合成力の最大値のｘ成分Ｆ１及び最適軌道を求めたい。そこで、Ｘｓ→Ｘｅに変換した（１３）式〜（１６）式にＦ１＝Ｆ２／γ０の関係を適用して、下記（８８）式〜（９１）式を得る。
【０２０１】
【数４１】
【０２０２】
まず、（８８）式を下記（９２）式のように変形する。
【０２０３】
【数４２】
【０２０４】
（９２）式を（８９）式〜（９１）式へ代入して、下記（９３）式〜（９５）式を得る。
【０２０５】
【数４３】
【０２０６】
ここで、任意の正数ａを導入して下記（９６）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 ｛μ１、μ２、ｔｅ｝及び｛μ１’、μ２’、ｔｅ’｝は、下記（９７）式の関係を満たす。
【０２０７】
【数４４】
【０２０８】
（９６）式の最後の式より、ａを下記（９８）式のようにおくと、（９６）式よりｖｘ０’及びｖｙ０’は下記（９９）式のように変形できる。
【０２０９】
【数４５】
【０２１０】
この関係より、Ｆ２’／ｍ’、Ｘｅ’及びＹｅ’に任意の正数を設定することにより、現在時刻のパラメータＰによってｖｘ０’及びｖｙ０’が求まる。よって、Ｆ２’／ｍ’、Ｘｅ’及びＹｅ’をある値に設定した場合において、ｖｘ０’を第１のパラメータ、及びｖｙ０’を第２のパラメータとしたマップを予め用意しておけばよい。なお、このＦ２’／ｍ’、Ｘｅ’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。
【０２１１】
マップの作成は、第１の実施の形態と同様の手法で、図４４に示すように、例えば、Ｆ２’／ｍ’＝Ｘｅ’＝Ｙｅ’＝１とした場合のｖｘ０’及びｖｙ０’に関するマップを作成する。
【０２１２】
そして、これらのマップから｛μ１’，μ２’，ｔｅ’｝を得て、（９７）式及び（９８）式により｛μ１，μ２，ｔｅ｝に変換して、（９２）式よりγ０を求める。そして、（１１）式、（１２）式、及びＦ１＝Ｆ２／γ０の関係に適用して、入力の時間関数が得られる。
【０２１３】
なお、上記のマップでは、第１のパラメータ及び第２のパラメータを（９９）式のように定めた場合について説明したが、導入した任意の正数ａの取り方を変えたり、Ｆ２’／ｍ’、ｖｙ０’、ｖｘ０’、Ｘｅ’、及びＹｅ’のそれぞれに着目して式を変形したりして、第１のパラメータ及び第２のパラメータを求めることができる。それぞれ得られた第１のパラメータ及び第２のパラメータに応じて、Ｆ２’／ｍ’、ｖｙ０’、ｖｘ０’、Ｘｅ’、及びＹｅ’の内必要な値に任意の値を設定してマップを作成するようにする。任意の正数ａの取り方または着目する値を変更した場合の第１のパラメータ及び第２のパラメータの他の例を、下記（１００）式〜（１０７）式に示す。
【０２１４】
【数４６】
【０２１５】
また、第１の実施の形態でマップの軸の取り方を変更した手法と同様の手法により、特異点のラインが縦軸又は横軸と平行になるように各マップの軸の取り方を変更したマップを作成してもよい。軸の取り方を変更した場合の第１のパラメータ及び第２のパラメータの他の例を、下記（１０８）式〜（１１５）式に示す。
【０２１６】
【数４７】
【０２１７】
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は、図２８に示す第４の実施の形態における車両運動制御ルーチンと略同様であるが、ステップ３０２で、車体合成力の最大値の車体横方向の成分Ｆ２を設定し、ステップ３０４で車体合成力の最大値の車体前後方向の成分Ｆ１を求める点が異なる。
【０２１８】
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、マップを用いて車体合成力の最大値のｘ成分を最小にする車体合成力の時系列データを導出する場合について説明したが、第８の実施の形態では、第７の実施の形態とは異なるマップを用いて、車体合成力の最大値のｘ成分を最小にする現在時刻の車体合成力の大きさ及び方向を導出する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について、第１〜７の実施の形態の車両運動制御装置と同一の構成及び処理については、同一の符号を用いて説明を省略する。
【０２１９】
まず、第７の実施の形態と同様に、（９９）式まで展開する。そして、一例として、Ｆ２’／ｍ’＝Ｘｅ’＝Ｙｅ’＝１ とした場合のｖｘ０’及びｖｙ０’に関するマップを作成する。図４５に示すように、ｖｘ０’を第１のパラメータ、 及びｖｙ０’を第２のパラメータとして、上記（９２）式〜（９５）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のマップ、及びγ０’の値をマッピングした第２のマップを作成することができる。
【０２２０】
そして、車体合成加速度のｘ成分の大きさを下記（１１６）式で求めて、（３１）式に適用することにより、現在時刻のｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｘｅ、Ｙｅ及びＦ２に対して、目標位置と目標位置における速度方向に到達する際に、車体合成力の最大値のｘ成分を最小にする現在時刻の車体合成力の大きさと向きが得られる。
【０２２１】
【数４８】
【０２２２】
また、第７の実施の形態と同様に、（１００）式〜（１０７）式で示すように、Ｆ２’／ｍ’、ｖｙ０’、ｖｘ０’、Ｘｅ’、及びＹｅ’のそれぞれに着目して式を変形して、第１のパラメータ及び第２のパラメータとし、それぞれ得られた第１のパラメータ及び第２のパラメータに応じて、Ｆ１’／ｍ’、ｖｙ０’、ｖｘ０’、Ｘｅ’、及びＹｅ’の内必要な値に任意の値を設定してマップを作成することができる。さらに、第１の実施の形態でマップの軸の取り方を変更した手法と同様の手法により、特異点のラインが縦軸又は横軸と平行になるように、（１０８）式〜（１１５）式で示すように各マップの軸の取り方を変更したマップを作成してもよい。
【０２２３】
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は、図３４に示す第４の実施の形態における車両運動制御ルーチンと略同様であるが、ステップ３０２で、車体合成力の最大値の車体横方向の成分Ｆ２を設定し、ステップ４００で車体合成加速度のｘ成分の大きさを求める点が異なる。
【０２２４】
なお、Ｆ１が既知でＦ２を最小にする制御問題と、Ｆ２が既知でＦ１を最小にする制御問題とでは、互いに一方のマップを利用することができる。まず、新たなパラメータμ１のチルダ（文字上に記号「〜」），μ２のチルダ，ｔｅのチルダ，Ｘｅのチルダ，及びＹｅのチルダを取って、下記（１１７）式のようにおく。
【０２２５】
【数４９】
【０２２６】
そして、（８８）式〜（９１）式に代入し、（８８）式及び（８９）式をγ０で割り、（９０）式及び（９１）式をγ０２で割ると、下記（１１８）式〜（１２１）式に変形できる。
【０２２７】
【数５０】
【０２２８】
（１１８）〜（１２１）式は、（１３）〜（１６）式と同じ形をしていることがわかる。すなわち、第５の実施の形態で示したマップを用いて、μ１のチルダ，μ２のチルダ，ｔｅのチルダを求めて、（１１７）式により{μ１，μ２，ｔｅ}に変換することが可能となる。
【０２２９】
次に、新たなパラメータμ１のバー（文字上に記号「−」），μ２のバー，ｔｅのバー，Ｘｅのバー，及びＹｅのバーを取って、下記（１２２）式のようにおく。
【０２３０】
【数５１】
【０２３１】
これをＸｓ→Ｘｅに変換した（１３）〜（１６）式に適用すると、（８８）〜（９１）式と同じ形に変形される。
【０２３２】
これらの式展開により、車体合成力の最大値のｘ成分を与えた場合にｙ成分を最小化する制御装置と、車体合成力の最大値のｙ成分を与えた場合にｘ成分を最小化する制御装置は、共に第５〜第８の実施の形態で述べた全てのマップを適用できる。
【０２３３】
次に、第９の実施の形態について説明する。第１の実施の形態では、横移動距離Ｙｅに対して縦移動距離が最短距離Ｘｓになる車体合成力を導出するためのマップを用いて、車体合成力の時系列データを導出する場合について説明したが、第９の実施の形態では、車体合成力の最大値の縦横比が設定された場合において、収束演算により最短距離Ｘｓと自車両から目標位置までの距離のｘ成分Ｘｅとの差が所定値以下となったときに設定した車体合成力の最大値に基づいて、車体合成力の最大値を最小化する最適軌道を導出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について、第１〜第８の実施の形態の車両運動制御装置と同一の構成及び処理については、同一の符号を用いて説明を省略する。
【０２３４】
図４６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。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。また、本実施の形態では、第１及び第２の実施の形態で示したマップを用いることができるが、ここでは、図４に示すマップを用いる場合について説明する。
【０２３５】
ステップ１００〜ステップ１１２で、第１の実施の形態の場合と同様に処理して第１のパラメータｖｘ０’、及び第２のパラメータｖｙ０’を得る。なお、ステップ１０８に替えてステップ５００では、Ｙｅ、ｖｘ０、及びｖｙ０と共に自車両と目標位置との距離のｘ成分Ｘｅも演算する。
【０２３６】
次に、ステップ５００で、マップ記憶装置２８に記憶された第１〜第３のマップを読み出し、第１のパラメータｖｘ０’、及び第２のパラメータｖｙ０’を入力として、横移動距離Ｙｅに対応して縦移動距離の最短距離Ｘｓを導出する。
【０２３７】
次に、ステップ５０２で、上記ステップ５００で導出された最短距離Ｘｓと上記ステップ３００で演算された回避距離Ｘｅとが等しくなったか否かを判定する。Ｘｓ＝Ｘｅの場合には、ステップ５０６へ移行し、Ｘｓ≠Ｘｅの場合には、ステップ５０４へ移行する。なお、ここでは、Ｘｓ＝Ｘｅか否かを判定する場合について説明するが、ＸｓとＸｅとが等しい場合だけでなく、ＸｓとＸｅとの差が所定値（例えば、Ｘｅの５％等）以下の場合も肯定判定されるようにしてもよい。
【０２３８】
ステップ５０４では、設定されたγ０を変えることなくＦ１及びＦ２の値をＸｓがＸｅに近づくように修正する。そして、ステップ５０２でＸｓ＝Ｘｅと判定されるまで、ステップ５００〜ステップ５０４の処理を繰り返す。
【０２３９】
ステップ５０６では、Ｘｓ＝Ｘｅと判定されたときのＦ１の値、Ｆ２の値、γ０の値、及び上記ステップ５００で得られた｛μ１，μ２，ｔｅ｝の値を（１１）式及び（１２）式に適用して、制御入力である車体合成加速度を得る。また、（１）式〜（６）式に従って、最大値が最小となる車体合成力の時系列データ及び車体合成力の最大値が最小となる最適軌道が導出される。
【０２４０】
次に、第１０の実施の形態について説明する。第１０の実施の形態では、収束演算の別の方法として、車体合成力の最大値のｘ成分またはｙ成分の一方が設定された場合において、縦移動距離を最小化するマップを用いて、車体合成力の最大値のｘ成分またはｙ成分の他方を最小化する最適軌道を導出する場合について説明する。なお、第１０の実施の形態の車両運動制御装置について、第１〜第９の実施の形態の車両運動制御装置と同一の構成及び処理については、同一の符号を用いて説明を省略する。
【０２４１】
第１０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は、第９の実施の形態の車両運動制御ルーチン（図４６）のステップ１１０においてＦ１、Ｆ２、及びγ０を設定する点、ステップ５０４において、γ０の値を修正する点、及びステップ５０６において、γ０に基づいて、Ｆ１またはＦ２が最小となる最適軌道を導出する点が、第９の実施の形態と異なる。
【０２４２】
次に、第１１の実施の形態について説明する。第１１の実施の形態では、収束演算の別の方法として、車体合成力の最大値のｘ成分及びｙ成分が設定された場合において、車体合成力の最大値を最小化するマップを用いて、縦移動距離が最短になる最短回避軌道を導出する場合について説明する。なお、第１１の実施の形態の車両運動制御装置について、第１〜第１０の実施の形態の車両運動制御装置と同一の構成及び処理については、同一の符号を用いて説明を省略する。
【０２４３】
第１１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は、第３または第４の実施の形態のマップを用いる点、第９の実施の形態の車両運動制御ルーチン（図４６）のステップ５００において、γ０を用いて車体合成力のｘ成分ｆ１及びｙ成分ｆ２を導出する点、ステップ５０２において、ｆ１＝Ｆ１、及びｆ２＝Ｆ２となったかを判定する点、ステップ５０４において、γ０を変更しないでＸｅの値を修正する点、ステップ５０６において、Ｘｅに基づいて、縦移動距離が最短になる最短回避軌道を導出する点、及びステップ４０２、３０８の処理を行わない点が、第９の実施の形態と異なる。
【０２４４】
次に、第１２の実施の形態について説明する。第１２の実施の形態では、収束演算の別の方法として、車体合成力の最大値のｘ成分またはｙ成分の一方が設定された場合において、車体合成力の最大値を最小化するマップを用いて、車体合成力の最大値のｘ成分またはｙ成分の他方を最小化する最適軌道を導出する場合について説明する。なお、第１２の実施の形態の車両運動制御装置について、第１〜第１１の実施の形態の車両運動制御装置と同一の構成及び処理については、同一の符号を用いて説明を省略する。
【０２４５】
第１２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は、第３または第４の実施の形態のマップを用いる点、第９の実施の形態の車両運動制御ルーチン（図４６）のステップ１１０においてＦ１、Ｆ２、及びγ０を設定する点、ステップ５００において車体合成力のｘ成分ｆ１及びｙ成分ｆ２を導出する点、ステップ５０２において、ｆ１＝Ｆ１、またはｆ２＝Ｆ２となったかを判定する点、ステップ５０４において、γ０の値を修正する点、及びステップ５０６において、γ０に基づいて、Ｆ１またはＦ２が最小となる最適軌道を導出する点が、第９の実施の形態と異なる。
【０２４６】
次に、第１３の実施の形態について説明する。第１３の実施の形態では、収束演算の別の方法として、車体合成力の最大値のｘ成分及びｙ成分が設定された場合において、車体合成力の最大値のｘ成分またはｙ成分を最小化するマップを用いて、縦移動距離が最短になる最短回避軌道を導出する場合について説明する。なお、第１３の実施の形態の車両運動制御装置について、第１〜第１２の実施の形態の車両運動制御装置と同一の構成及び処理については、同一の符号を用いて説明を省略する。
【０２４７】
第１３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は、第５または第６の実施の形態のマップを用いる点、第９の実施の形態の車両運動制御ルーチン（図４６）のステップ５００においてＦ１またはＦ２を用いて車体合成力の縦横比γｆを導出する点、ステップ５０２において、γｆ＝γ０となったかを判定する点、ステップ５０４において、Ｘｅの値を修正する点、ステップ５０６において、Ｘｅに基づいて、縦移動距離が最短になる最短回避軌道を導出する点、及びステップ４０２、３０８の処理を行わない点が、第９の実施の形態と異なる。
【０２４８】
次に、第１４の実施の形態について説明する。第１４の実施の形態では、収束演算の別の方法として、車体合成力の最大値の縦横比が設定された場合において、車体合成力の最大値のｘ成分またはｙ成分を最小化するマップを用いて、車体合成力の最大値を最小化する最適軌道を導出する場合について説明する。なお、第１４の実施の形態の車両運動制御装置について、第１〜第１３の実施の形態の車両運動制御装置と同一の構成及び処理については、同一の符号を用いて説明を省略する。
【０２４９】
第１４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は、第５または第６の実施の形態のマップを用いる点、第９の実施の形態の車両運動制御ルーチン（図４６）のステップ５００において車体合成力の縦横比γｆを導出する点、ステップ５０２において、及びγｆ＝γ０となったかを判定する点、ステップ５０４においてＦ１またはＦ２を修正する点が、第９の実施の形態と異なる。
【符号の説明】
【０２５０】
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、車両運動制御装置に係り、特に、簡単な構成のマップを用いて目標位置及び目標位置における速度方向に到達させるための最適な車体合成力を導出する車両運動制御装置に関する。
【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、減速力およ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、検出現在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、現在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およ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およ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、およ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とも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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【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】特開平７−３２２７７号公報
【特許文献５】特開２００６−３４７２３６号公報
【特許文献６】特開２００１−０６３５９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１〜３、及び５の技術では、回避軌道や車体合成力を導出してはいるが、与えられた車体合成力の最大値に対する縦移動距離を最短化する軌道及び車体合成力、目標位置及び目標位置における速度方向に到達するための車体合成力の最大値を最小化する軌道及び車体合成力の導出については記載されていない。
【００１０】
また、特許文献４の技術では、回避軌道や車体合成力を横移動距離及び車体合成力の最大値が指定された場合に、回避距離を最短にする回避軌道を導出すること、また、特許文献６の技術では、自車両を目標位置に到達させる移動距離が最小となる軌道を導出することが記載されているが、車体合成力の最大値の車体前後方向の成分と車体横方向の成分との比（縦横比）が１以外の場合が考慮されていない。
【００１１】
現実的には、車体合成力の最大値は、外部環境及び車両の構造や状態に応じて変化するため、必ずしも真円になるとは限らない、という問題がある。
【００１２】
本発明は、上述した問題を解決するためになされたものであり、車体合成力の最大値が楕円で制限される場合において、最適制御法によって作成した簡単な構成のマップを用いて目標位置及び目標位置における速度方向に到達させるために回避距離が最短となる軌道及び車体合成力、楕円の縦横比が与えられた場合に車体合成力の最大値が最小となる軌道及び車体合成力、または車体合成力の最大値の長軸方向または短軸方向の値が与えられた場合に車体合成力の最大値が最小となる軌道及び車体合成力を導出することができる車両運動制御装置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】
【００１３】
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、目標位置及び該目標位置における速度方向を設定する設定手段と、自車両と前記目標位置との間の距離、及び自車両の速度を検出する検出手段と、・前記速度方向を車体前後方向として車体合成力の最大値が車体前後方向を長軸方向または短軸方向とする楕円で制限されている場合において、車体合成加速度の最大値の車体前後方向の成分Ｆ１／ｍ、前記車体合成力の最大値の車体前後方向の成分Ｆ１と車体横方向の成分Ｆ２との比γ０、前記距離の車体横方向の成分Ｙｅ、自車両の速度の車体前後方向の成分ｖｘ０、及び前記速度の車体横方向の成分ｖｙ０を用いた第１のパラメータと、前記成分Ｆ１／ｍ、前記比γ０、前記成分Ｙｅ、前記成分ｖｘ０、及び前記成分ｖｙ０を用いた前記第１のパラメータとは異なる第２のパラメータと、前記成分Ｆ１及び前記成分Ｆ２を設定した場合に、前記成分Ｙｅに対して車体前後方向の移動距離が最短とな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μ１の、前記成分Ｆ１／ｍ、前記比γ０、前記成分Ｙｅ、前記成分ｖｘ０、及び前記成分ｖｙ０のうち前記第１のパラメータ及び前記第２のパラメータに応じた３つが特定値であるとの仮定の下での値μ１’と、の関係を定めた第１のマップ、・前記第１のパラメータと、前記第２のパラメータと、前記成分Ｆ１及び前記成分Ｆ２を設定した場合に、前記成分Ｙｅに対して車体前後方向の移動距離が最短とな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μ１と異なる第２の導入パラメータμ２の、前記仮定の下での値μ２’と、の関係を定めた第２のマップ、並びに・前記第１のパラメータと、前記第２のパラメータと、前記成分Ｙｅに対して車体前後方向の移動距離が最短となる最短距離Ｘｓ及び前記成分Ｙｅで定まる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、を記憶した記憶手段と、前記検出手段で検出された現在の前記距離及び現在の前記速度、並びに設定した前記成分Ｆ１及び前記成分Ｆ２に基づいて、前記第１のパラメータ及び前記第２のパラメータを演算し、演算された第１のパラメータ、第２のパラメータ、前記第１のマップ、前記第２のマップ、及び前記第３のマップを用いて、前記成分Ｙｅに対して車体前後方向の距離が最短距離Ｘｓとなる車体合成力の時系列データを導出する導出手段と、を含んで構成されている。
【００１４】
また、第２の発明の車両運動制御装置は、目標位置及び該目標位置における速度方向を設定する設定手段と、自車両と前記目標位置との間の距離、及び自車両の速度を検出する検出手段と、前記速度方向を車体前後方向として車体合成力の最大値が車体前後方向を長軸方向または短軸方向とする楕円で制限されている場合において、車体合成加速度の最大値の車体前後方向の成分Ｆ１／ｍ、前記車体合成力の最大値の車体前後方向の成分Ｆ１と車体横方向の成分Ｆ２との比γ０、前記距離の車体横方向の成分Ｙｅ、自車両の速度の車体前後方向の成分ｖｘ０、及び前記速度の車体横方向の成分ｖｙ０を用いた第１のパラメータと、前記成分Ｆ１／ｍ、前記比γ０、前記成分Ｙｅ、前記成分ｖｘ０、及び前記成分ｖｙ０を用いた前記第１のパラメータとは異なる第２のパラメータと、前記成分Ｙｅに対して車体前後方向の移動距離が最短となる車体合成加速度の方向θの、前記成分Ｆ１／ｍ、前記比γ０、前記成分Ｙｅ、前記成分ｖｘ０、及び前記成分ｖｙ０のうち前記第１のパラメータ及び前記第２のパラメータに応じた３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現在の前記距離及び現在の前記速度、並びに設定した前記成分Ｆ１及び前記成分Ｆ２に基づいて、前記第１のパラメータ及び前記第２のパラメータを演算し、演算された第１のパラメータ、第２のパラメータ、前記マップを用いて、前記成分Ｙｅに対して車体前後方向の距離が最短距離Ｘｓとなる現在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。
【００１５】
また、第１及び第２の発明において、前記第１のパラメータを、前記比γ０と前記成分Ｆ１／ｍの逆数と前記成分Ｙｅの逆数との積の平方根と、前記成分ｖｘ０との積として定め、前記第２のパラメータを、前記比γ０と前記最大値Ｆ１／ｍと前記成分Ｙｅとの積の逆数の平方根と、前記成分ｖｙ０との積として定めるか、または前記第１のパラメータを、前記比γ０と前記成分ｖｘ０との積と、前記成分ｖｙ０との比として定め、前記第２のパラメータを、前記比と前記成分ｖｘ０または前記成分ｖｙ０の二乗との積と、前記最大値Ｆ１／ｍとの比として定めることができる。
【００１６】
また、第３の発明の車両運動制御装置は、目標位置及び該目標位置における速度方向を設定する設定手段と、自車両と前記目標位置との間の距離、及び自車両の速度を検出する検出手段と、・前記速度方向を車体前後方向として車体合成力の最大値が車体前後方向を長軸方向または短軸方向とする楕円で制限されている場合において、前記車体合成力の最大値の車体前後方向の成分Ｆ１と車体横方向の成分Ｆ２との比γ０と、自車両の速度の車体前後方向の成分ｖｘ０と前記速度の車体横方向の成分ｖｙ０との比と、の積で定められた第１のパラメータと、前記比γ０と、前記距離の車体前後方向の成分Ｘｅと車体横方向の成分Ｙｅとの比と、の積で定められた第２のパラメータと、前記目標位置及び該目標位置で前記速度方向になるために車体合成力の最大値を最小にするために導入した第１の導入パラメータμ１の、前記比γ０、前記成分Ｘｅ、前記成分Ｙｅ、前記成分ｖｘ０’、及び前記成分ｖｙ０のうち前記第１のパラメータ及び前記第２のパラメータに応じた３つが特定値であるとの仮定の下での値μ１’と、の関係を定めた第１のマップ、・前記第１のパラメータと、前記第２のパラメータと、前記目標位置及び該目標位置で前記速度方向になるために車体合成力の最大値を最小にするために導入した前記第１の導入パラメータμ１と異なる第２の導入パラメータμ２の、前記仮定の下での値μ２’と、の関係を定めた第２のマップ、並びに・前記第１のパラメータと、前記第２のパラメータと、前記目標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、を記憶した記憶手段と、前記検出手段で検出された現在の前記距離及び現在の前記速度、並びに前記比γ０に基づいて、前記第１のパラメータ及び前記第２のパラメータを演算し、演算された第１のパラメータ、第２のパラメータ、前記第１のマップ、前記第２のマップ、及び前記第３のマップを用いて、車体合成力の最大値が最小となる車体合成力の時系列データを導出する導出手段と、を含んで構成されている。
【００１７】
また、第４の発明の車両運動制御装置は、目標位置及び該目標位置における速度方向を設定する設定手段と、自車両と前記目標位置との間の距離、及び自車両の速度を検出する検出手段と、・前記速度方向を車体前後方向として車体合成力の最大値が車体前後方向を長軸方向または短軸方向とする楕円で制限されている場合において、前記車体合成力の最大値の車体前後方向の成分Ｆ１と車体横方向の成分Ｆ２との比γ０と、自車両の速度の車体前後方向の成分ｖｘ０と前記速度の車体横方向の成分ｖｙ０との比と、の積で定められた第１のパラメータと、前記比γ０と、前記距離の車体前後方向の成分Ｘｅと車体横方向の成分Ｙｅとの比と、の積で定められた第２のパラメータと、前記目標位置及び該目標位置で前記速度方向になるために車体合成力の最大値が最小となる車体合成加速度の方向θの、前記比γ０、前記成分Ｘｅ、前記成分Ｙｅ、前記成分ｖｘ０、及び前記成分ｖｙ０のうち前記第１のパラメータ及び前記第２のパラメータに応じた３つが特定値であるとの仮定の下での方向θ’との関係を定めた第１のマップ、並びに・前記第１のパラメータと、前記第２のパラメータと、前記目標位置及び該目標位置で前記速度方向になるために最大値が最小となる車体合成加速度Ｆ１／ｍの、前記仮定の下での車体合成加速度Ｆ１’／ｍ’と、の関係を定めた第２のマップ、を記憶した記憶手段と、前記検出手段で検出された現在の前記距離及び現在の前記速度、並びに前記比γ０に基づいて、前記第１のパラメータ及び前記第２のパラメータを演算し、演算された第１のパラメータ、第２のパラメータ、前記第１のマップ、及び前記第２のマップを用いて、車体合成力の最大値が最小となる現在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。
【００１８】
また、第５の発明の車両運動制御装置は、目標位置及び該目標位置における速度方向を設定する設定手段と、自車両と前記目標位置との間の距離、及び自車両の速度を検出する検出手段と、・前記速度方向を車体前後方向として車体合成力の最大値が車体前後方向を長軸方向または短軸方向とする楕円で制限されている場合において、車体合成加速度の最大値の車体前後方向の成分Ｆ１／ｍまたは車体横方向の成分Ｆ２／ｍ、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、自車両の速度の車体前後方向の成分ｖｘ０、及び前記速度の車体横方向の成分ｖｙ０を用いた第１のパラメータと、前記成分Ｆ１／ｍまたは前記成分Ｆ２／ｍ、前記成分Ｘｅ、前記成分Ｙｅ、前記成分ｖｘ０、及び前記成分ｖｙ０を用いた前記第１のパラメータとは異なる第２のパラメータと、車体合成力の最大値の車体前後方向の成分Ｆ１または車体横方向の成分Ｆ２の一方を設定した場合に、前記目標位置及び該目標位置で前記速度方向になるために前記成分Ｆ１または前記成分Ｆ２の他方を最小にするために導入した第１の導入パラメータμ１の、前記成分Ｆ１／ｍまたは前記成分Ｆ２／ｍ、前記成分Ｘｅ、前記成分Ｙｅ、前記成分ｖｘ０、及び前記成分ｖｙ０のうち前記第１のパラメータ及び前記第２のパラメータに応じた３つが特定値であるとの仮定の下での値μ１’と、の関係を定めた第１のマップ、・前記第１のパラメータと、前記第２のパラメータと、前記成分Ｆ１または前記成分Ｆ２の一方を設定した場合に、前記目標位置及び該目標位置で前記速度方向になるために前記成分Ｆ１または前記成分Ｆ２の他方を最小にするために導入した前記第１の導入パラメータμ１と異なる第２の導入パラメータμ２の、前記仮定の下での値μ２’と、の関係を定めた第２のマップ、並びに・前記第１のパラメータと、前記第２のパラメータと、前記目標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、を記憶した記憶手段と、前記検出手段で検出された現在の前記距離及び現在の前記速度、並びに設定された前記成分Ｆ１または前記成分Ｆ２の一方に基づいて、前記第１のパラメータ及び前記第２のパラメータを演算し、演算された第１のパラメータ、第２のパラメータ、前記第１のマップ、前記第２のマップ、及び前記第３のマップを用いて、前記成分Ｆ１または前記成分Ｆ２の他方が最小となる車体合成力の時系列データを導出する導出手段と、を含んで構成されている。
【００１９】
また、第６の発明の車両運動制御装置は、目標位置及び該目標位置における速度方向を設定する設定手段と、自車両と前記目標位置との間の距離、及び自車両の速度を検出する検出手段と、・前記速度方向を車体前後方向として車体合成力の最大値が車体前後方向を長軸方向または短軸方向とする楕円で制限されている場合において、車体合成加速度の最大値の車体前後方向の成分Ｆ１／ｍまたは車体横方向の成分Ｆ２／ｍ、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、自車両の速度の車体前後方向の成分ｖｘ０、及び前記速度の車体横方向の成分ｖｙ０を用いた第１のパラメータと、前記成分Ｆ１／ｍまたは前記成分Ｆ２／ｍ、前記成分Ｘｅ、前記成分Ｙｅ、前記成分ｖｘ０、及び前記成分ｖｙ０を用いた前記第１のパラメータとは異なる第２のパラメータと、車体合成力の最大値の車体前後方向の成分Ｆ１または車体横方向の成分Ｆ２の一方を設定した場合に、前記目標位置及び該目標位置で前記速度方向になるために前記成分Ｆ１または前記成分Ｆ２の他方が最小となる車体合成加速度の方向θの、前記成分Ｆ１／ｍまたは前記成分Ｆ２／ｍ、前記成分Ｘｅ、前記成分Ｙｅ、前記成分ｖｘ０、及び前記成分ｖｙ０のうち前記第１のパラメータ及び前記第２のパラメータに応じた３つが特定値であるとの仮定の下での方向θ’との関係を定めた第１のマップ、並びに・前記第１のパラメータと、前記第２のパラメータと、前記成分Ｆ１と前記成分Ｆ２との比γ０の、前記仮定の下での比γ０’と、の関係を定めた第２のマップ、を記憶した記憶手段と、前記検出手段で検出された現在の前記距離及び現在の前記速度、並びに設定された前記成分Ｆ１または前記成分Ｆ２の一方に基づいて、前記第１のパラメータ及び前記第２のパラメータを演算し、演算された第１のパラメータ、第２のパラメータ、前記第１のマップ、及び前記第２のマップを用いて、前記成分Ｆ１または前記成分Ｆ２の他方が最小となる現在時刻におけ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１及び第２の発明において、前記導出手段は、前記比γ０を一定値として前記成分Ｆ１及び前記成分Ｆ２の設定を変更しながら前記最短距離Ｘｓを繰り返し求め、前記最短距離Ｘｓと前記距離の車体前後方向の成分Ｘｅとの差が所定値以内となったときの前記成分Ｆ１及び前記成分Ｆ２に基づいて、車体合成力の最大値が最小となる最適軌道を導出するようにすることができる。
【００２１】
また、第１及び第２の発明において、前記導出手段は、前記成分Ｆ１または前記成分Ｆ２の一方を一定値として前記比γ０を変更しながら前記最短距離Ｘｓを繰り返し求め、前記最短距離Ｘｓと前記距離の車体前後方向の成分Ｘｅとの差が所定値以内となったときの前記比γ０に基づいて、前記成分Ｆ１または前記成分Ｆ２の他方が最小となる最適軌道を導出するようにすることができる。
【００２２】
また、第３及び第４の発明において、前記導出手段は、前記成分Ｆ１及び前記成分Ｆ２を一定値として前記成分Ｘｅを変更しながら前記比γ０を用いて車体合成力ｆを繰り返し求め、前記車体合成力ｆと車体合成力の最大値との差が所定値以内となったときの前記成分Ｘｅに基づいて、前記成分Ｙｅに対して車体前後方向の距離が最短となる最短回避軌道を導出するようにすることができる。
【００２３】
また、第３及び第４の発明において、前記導出手段は、前記成分Ｆ１または前記成分Ｆ２の一方を一定値として前記比γ０の設定を変更しながら車体合成力の車体前後方向の成分ｆ１または車体横方向の成分ｆ２を繰り返し求め、前記成分ｆ１と前記成分Ｆ１との差、または前記成分ｆ２と前記成分Ｆ２との差が所定値以内となったときの前記比γ０に基づいて、前記成分Ｆ１または前記成分Ｆ２の他方が最小となる最適軌道を導出するようにすることができる。
【００２４】
また、第５及び第６の発明において、前記導出手段は、前記成分Ｆ１及び前記成分Ｆ２を一定値として前記成分Ｘｅを変更しながら前記成分Ｆ１または前記成分Ｆ２を用いて車体合成力の車体前後方向の成分と車体横方向の成分との比γｆを繰り返し求め、前記比γｆと、前記成分Ｆ１と前記成分Ｆ２との比γ０との差が所定値以内となったときの前記成分Ｘｅに基づいて、前記成分Ｙｅに対して車体前後方向の距離が最短となる最短回避軌道を導出するようにすることができる。
【００２５】
また、第５及び第６の発明において、前記導出手段は、前記成分Ｆ１と前記成分Ｆ２との比γ０を一定値として前記成分Ｆ１または前記成分Ｆ２の一方の設定を変更しながら車体合成力の車体前後方向の成分と車体横方向の成分との比γｆを繰り返し求め、前記比γｆと、前記比γ０との差が所定値以内となったときの前記成分Ｆ１及び前記成分Ｆ２に基づいて、車体合成力の最大値が最小となる最適軌道を導出するようにすることができる。
【００２６】
また、前記第１のパラメータ、及び前記第２のパラメータを、各マップの特異点が該マップの縦軸又は横軸と平行になるように変更することができる。
【００２７】
また、前記設定手段は、障害物の位置及び大きさに基づいて、前記目標位置及び該目標位置における速度方向を設定し、前記検出手段は、自車両の前記障害物に対する相対速度を検出するようにすることができる。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【発明の効果】
【００３０】
以上説明したように本発明によれば、車体合成力の最大値が縦横比γ０の楕円で制限される場合において、車体合成力の最大値の車体前後方向の成分及び車体横方向の成分を設定するか、車体合成力の最大値の車体前後方向の成分または車体横方向の成分を設定するか、あるいは車体合成力の最大値の縦横比を設定して、自車両と目標位置との距離の車体前後方向の成分Ｘｅ、車体横方向の成分Ｙｅ、自車両の速度の車体前後方向の成分ｖｘ０、及び車体横方向の成分ｖｙ０により演算されるパラメータを用いた簡単な構成のマップを用いて、目標位置及び目標位置における速度方向に到達させるために回避距離が最短となる軌道及び車体合成力、車体合成力の最大値が最小となる軌道及び車体合成力、または車体合成力の最大値の車体前後方向の成分または車体横方向の成分の一方が与えられた場合に車体合成力の最大値の車体前後方向の成分または車体横方向の成分の他方を最小にする軌道及び車体合成力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】
【００３１】
【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】車体合成加速度の大きさの時変を説明するための図である。
【図４】第１の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップを表す線図である。
【図５】第１の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップの他の例を表す線図である。
【図６】第１の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップの他の例を表す線図である。
【図７】第１の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップの他の例を表す線図である。
【図８】第１の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップの他の例を表す線図である。
【図９】第１の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップの他の例を表す線図である。
【図１０】第１の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップの他の例を表す線図である。
【図１１】第１の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップの他の例を表す線図である。
【図１２】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１３】第１の実施の形態の車両運動制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１４】第２の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップを表す線図である。
【図１５】第２の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップの他の例を表す線図である。
【図１６】第２の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップの他の例を表す線図である。
【図１７】第２の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップの他の例を表す線図である。
【図１８】第２の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップの他の例を表す線図である。
【図１９】第２の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップの他の例を表す線図である。
【図２０】第２の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップの他の例を表す線図である。
【図２１】第２の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップの他の例を表す線図である。
【図２２】第２の実施の形態の車両運動制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図２３】第３の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップを表す線図である。
【図２４】第３の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップの他の例を表す線図である。
【図２５】第３の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップの他の例を表す線図である。
【図２６】第３の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップの他の例を表す線図である。
【図２７】第３の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップの他の例を表す線図である。
【図２８】第３の実施の形態の車両運動制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図２９】第４の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップを表す線図である。
【図３０】第４の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップの他の例を表す線図である。
【図３１】第４の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップの他の例を表す線図である。
【図３２】第４の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップの他の例を表す線図である。
【図３３】第４の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップの他の例を表す線図である。
【図３４】第４の実施の形態の車両運動制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３５】第５の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップを表す線図である。
【図３６】第５の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップの他の例を表す線図である。
【図３７】第５の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップの他の例を表す線図である。
【図３８】第５の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップの他の例を表す線図である。
【図３９】第５の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップの他の例を表す線図である。
【図４０】第５の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップの他の例を表す線図である。
【図４１】第５の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップの他の例を表す線図である。
【図４２】第５の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップの他の例を表す線図である。
【図４３】第６の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップを表す線図である。
【図４４】第７の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップを表す線図である。
【図４５】第８の実施の形態の車両運動制御装置で用いられるマップを表す線図である。
【図４６】第９の実施の形態の車両運動制御ルーチン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】
【００３２】
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、目標位置を障害物の横を通過する位置とし、目標位置における速度方向を車体前後方向とする場合について説明する。
【００３３】
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。
【００３４】
図１に示すように、設定したｘｙ座標での時刻ｔ（現在時刻をｔ＝０として、現在時刻から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のｘ成分をＦｘ（ｔ）、車体合成力の大きさのｙ成分をＦｙ（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、車体合成加速度のｘ成分ｕｘ（ｔ）及びｙ成分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秒間の移動距離のｘ成分Ｘ（ｔ）、及び移動距離のｙ成分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。
【００３５】
【数１】
【００３６】
なお、ｘｙ座標は、ｔ＝０における自車両の位置を原点とし、目標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も参照）。
【００３７】
そして、現在時刻（ｔ＝０）におけるｘｙ座標上の目標位置を（Ｘｅ，Ｙｅ）、自車両の路面に対する速度をｖｘ（０）＝ｖｘ０、ｖｙ（０）＝ｖｙ０、目標位置及び目標位置における速度方向に到達する時刻をｔｅとした場合に、車体合成力の最大値のｘ成分及びｙ成分を設定して、横移動距離Ｙｅに対する縦移動距離が最短となるような車体合成加速度ｕｘ（ｔ）及びｕｙ（ｔ）（（１）式、及び（２）式）を、ｖｘ０、ｖｙ０、及びＹｅをパラメータとするマップを用いて導出する。
【００３８】
次に、第１の実施の形態で用いられるマップについて説明する。
【００３９】
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。
【００４０】
【数２】
【００４１】
次に、各輪の限界摩擦円の大きさから推定される限界合成力の大きさＦｍａｘ及びμ利用率（γ１、γ２）が既知であると仮定して、横移動距離Ｙｅに対する縦移動距離を最小化する最適制御問題として考える。なお、μ利用率は、車体に与える目標合成力と限界合成力Ｆｍａｘとの比として設定される物理指標であり、γ１が車両前後方向に対するμ利用率、γ２が車両横方向に対するμ利用率である。
【００４２】
ここで、本実施の形態では、車両が発生することができる車体合成力の最大値が、車両前後方向（ｘ軸）を長軸（または短軸）とする楕円で制限されており、μ利用率（γ１、γ２）と限界合成力の大きさＦｍａｘとに基づいて、楕円で制限されたｘ成分（楕円の長軸（または短軸）方向）の最大値、及びｙ成分（楕円の短軸（または長軸）方向）の最大値が定まる。
【００４３】
評価関数Ｉを下記（８）式で表した場合、下記（９）式で表される終端条件、及び下記（１０）式で表される楕円で制限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。
【００４４】
【数３】
【００４５】
ここで、特開２００７−２８３９１０号公報等の公知の技術を参考にして解くと、下記（１１）式のような制御入力が導出される。
【００４６】
【数４】
【００４７】
ただし、ν１及びν２は最適解を求めるために導入した第１の導入パラメータ及び第２の導入パラメータである。また、（１１）式は、θ（ｔ）の値によって車体合成力の大きさが変化することを示しており、入力の大きさ｜ｕ（ｔ）｜は、例えば図３に示すように時変となる。
【００４８】
ここで、下記（１２）式のように変数変換する。
【００４９】
【数５】
【００５０】
（１１）式において必要となるｔｅ 、ν１、ν２は、下記（１３）式〜（１５）式の非線形方程式にｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｆ１、γ０、及びＹｅを代入して解くことにより得られる。また、横移動距離Ｙｅに対して縦移動距離が最短となるときの最短距離Ｘｓは、（１６）式の関係を満たす。
【００５１】
【数６】
【００５２】
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。まず、（１３）式〜（１５）式に着眼して、任意の正数ａを導入して下記（１７）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 ｛μ１、μ２、ｔｅ｝及び｛μ１’、μ２’、ｔｅ’｝は、下記（１８）式の関係を満たす。
【００５３】
【数７】
【００５４】
（１７）式の最後の式より、ａを下記（１９）式のようにおくと、（１７）式よりｖｘ０’ 及びｖｙ０’は（２０）式のように変形できる。
【００５５】
【数８】
【００５６】
この関係より、γ０’、Ｆ１’／ｍ’及びＹｅ’に任意の正数を設定することにより、現在時刻のパラメータＰによってｖｘ０’及びｖｙ０’が求まる。よって、γ０’、Ｆ１’／ｍ’及びＹｅ’をある値に設定した場合において、ｖｘ０’を第１のパラメータ、及びｖｙ０’を第２のパラメータとしたマップを予め用意しておけばよい。なお、このγ０’、Ｆ１’／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。
【００５７】
ここでは、一例として、γ０’＝Ｆ１’／ｍ’＝Ｙｅ’＝１とした場合のｖｘ０’及びｖｙ０’に関するマップを作成する。図４に示すように、ｖｘ０’を第１のパラメータ、及びｖｙ０’を第２のパラメータとして、（１３）式〜（１５）式に基づいて得られるμ１’の値をマッピングした第１のマップ、μ２’の値をマッピングした第２のマップ、及びｔｅ’の値をマッピングした第３のマップを作成する。
【００５８】
そして、これらのマップを用いて｛μ１，μ２，ｔｅ｝を求めるには、γ０’＝Ｆ１’／ｍ’＝Ｙｅ’＝１、既知のｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｙｅ、限界合成力の大きさＦｍａｘとμ利用率γ１とで定まる車体合成力の最大値のｘ成分Ｆ１、及びμ利用率γ１とγ２とで定まるγ０から（２０）式に従って第１のパラメータｖｘ０’及び第２のパラメータｖｙ０’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛μ１’，μ２’，ｔｅ’｝を各マップから得て、（１８）式及び（１９）式に従って｛μ１’，μ２’，ｔｅ’｝を｛μ１，μ２，ｔｅ｝に変換し、（１１）式及び（１２）式に従って入力の時間関数を、（１６）式に従って最短の縦移動距離Ｘｓを演算する。
【００５９】
ただし、Ｙｅ＜０の場合は、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｙｅ→−Ｙｅに変換して、マップより｛−μ１’，−μ２’，ｔｅ’｝を求め、−μ１’→ μ１’、−μ２’→ μ２’の処理を行って｛μ１，μ２，ｔｅ｝を得ればよい。
【００６０】
この結果、（１）式〜（６）式の積分計算により、現在時刻の車両と目標位置との横距離、及び車両の速度から、横移動距離Ｙｅに対して縦移動距離が最短となる軌道が導出される。
【００６１】
なお、上記のマップでは、第１のパラメータ及び第２のパラメータを（２０）式のように定めた場合について説明したが、任意の正数ａを、（１７）式の１番目の式を用いて下記（２１）式のようにおいて、下記（２２）式に示すｖｙ０’を第１のパラメータ、及びＹｅ’を第２のパラメータとし、例えば、γ０’＝Ｆ１’／ｍ’＝ｖｘ０’＝１として、図５に示すようなマップを作成することができる。
【００６２】
【数９】
【００６３】
また、別のパラメータを用いる場合として、任意の正数ａを、（１７）式の２番目の式を用いて下記（２３）式のようにおいて、下記（２４）式に示すｖｙ０’を第１のパラメータ、及びＹｅ’を第２のパラメータとし、上記と同様に、例えば、γ０’＝Ｆ１’／ｍ’＝ｖｙ０’＝１として、図６に示すようなマップを作成することができる。
【００６４】
【数１０】
【００６５】
また、マップの軸の取り方を変更して、特異点を縦軸又は横軸と平行になるように移動させたマップを用いてもよい。
【００６６】
具体的には、図４に示すマップの軸の取り方を下記（２５）式のように変更し、（２５）式に示すｖｙ０’を第１のパラメータ、及びＹｅ’’を第２のパラメータとし、上記と同様に、γ０’＝Ｆ１’／ｍ’＝ｖｘ０’＝１として、図７に示すようなマップを作成することができる。
【００６７】
【数１１】
【００６８】
このように、特異点のラインが縦軸上又は横軸と平行になるようにマップの軸を変更することにより、マップの精度を保ちつつマップを記憶する容量を図４に示したマップに比べて小さく抑えることが容易になる。
【００６９】
また、（２２）式の第２式を下記（２６）式のように変更すると、ａは下記（２７）式のように変形される。そして、（２２）式のｖｙ０’及び（２６）式のＦ１’／ｍ’を第１及び第２のパラメータとするマップを作成してもよい（図８）。
【００７０】
【数１２】
【００７１】
同様に、（２４）式の第２式を下記（２８）式のように変更すると、ａは下記（２９）式のように変形される。そして、（２４）式のｖｘ０及び（２８）式のＦ１’／ｍ’を第１及び第２のパラメータとするマップを作成してもよい（図９、１０）。
【００７２】
【数１３】
【００７３】
さらに、（２２）式のｖｙ０及び（２６）式のＦ１’／ｍ’を第１及び第２のパラメータとするマップの軸の取り方を変更して、下記（３０）式に示すような第１及び第２のパラメータを用いて、特異点を縦軸又は横軸と平行になるように移動させたマップを用いてもよい（図１１）。
【００７４】
【数１４】
【００７５】
以下、上記のマップを用いた第１の実施の形態について詳細に説明する。図１２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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
また、制御装置２０には、制御入力を求めるためのマップを記憶したマップ記憶装置２８が接続されている。第１の実施の形態のマップとしては、図４に示すマップを用いる場合について説明する。なお、他の例として示した図５〜図７のいずれかのマップをマップ記憶装置２８に記憶しておき、そのマップを使用してもよい。その場合、マップ記憶装置２８に記憶されたマップに応じた第１のパラメータ及び第２のパラメータを演算して用いるようにする。
【００８５】
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。
【００８６】
以下、図１３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。
【００８７】
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。
【００８８】
次に、ステップ１０４で、環境マップを用いて障害物を回避して走行するための目標位置及び目標位置における速度方向を設定する。ここでは、目標位置を障害物の横を通過する位置とし、目標位置における速度方向を車体前後方向とする。次に、ステップ１０６で、設定された速度方向をｘ軸、ｘ軸に直交する方向をｙ軸、及び車両の現在位置を原点とするｘｙ座標を設定する。すなわち、目標位置における車体前後方向がｘ軸方向となり、目標位置における速度方向のｙ成分は０となる。
【００８９】
次に、ステップ１０８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の速度、及び外部環境状態として取り込まれた自車両と障害物との距離を設定された座標に対応させて変換し、自車両と障害物との距離のｙ成分である横移動距離Ｙｅ、速度のｘ成分ｖｘ０、ｙ成分ｖｙ０を演算する。
【００９０】
次に、ステップ１１０で、外部環境及び自車両の構造と状態に基づいて、限界合成力の大きさＦｍａｘ、及び楕円で制限される車体合成力の最大値のｘ成分Ｆ１とｙ成分Ｆ２を設定する。このとき、車体合成力の最大値のμ利用率γ１及びγ２も自ずと定まる。この車体合成力の最大値は、ｘ軸を長軸または短軸とする楕円で制限されている。なお、Ｆ２は、Ｆ２＝γ２Ｆｍａｘであり、これより（１２）式の第２式の関係が導かれる。従って、本ステップにおいて、Ｆ１及びＦ２を設定する代わりに、Ｆ１及びγ０を設定するようにしてもよい。
【００９１】
次に、ステップ１１２で、（２０）式に従って、第１のパラメータｖｘ０’、及び第２のパラメータｖｙ０’を演算する。次に、ステップ１１４で、マップ記憶装置２８に記憶された第１〜第３のマップを読み出し、上記ステップ１１０で設定された車体合成力の最大値、並びに上記ステップ１１２で演算された第１のパラメータｖｘ０’及び第２のパラメータｖｙ０’を入力として、横移動距離Ｙｅに対する縦移動距離が最短距離Ｘｓになる最短軌道、及び車体合成力の時系列データを導出する。
【００９２】
具体的には、第１のマップ、第１のパラメータｖｘ０’、及び第２のパラメータｖｙ０’に基づいてμ１’を得て、第２のマップ、第１のパラメータｖｘ０’、及び第２のパラメータｖｙ０’に基づいてμ２’を得て、第３のマップ、第１のパラメータｖｘ０’、及び第２のパラメータｖｙ０’に基づいてｔｅ’を得る。そして、｛μ１’，μ２’，ｔｅ’｝を（１８）式及び（１９）式に従って｛μ１，μ２，ｔｅ｝に変換し、（１１）式及び（１２）式に従って入力の時間関数を、（１６）式に従って最短距離Ｘｓを演算する。そして、（１）式〜（６）式に従って、横移動距離Ｙｅに対する縦移動距離が最短距離Ｘｓになる最短軌道が導出される。
【００９３】
次に、ステップ１１６で、上記ステップ１１４で導出された車体合成力の時系列データに従って、最短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、目的とする車体発生力が得られるように制御することができる。
【００９４】
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、車体合成力の最大値が縦横比γ０の楕円で制限される場合において、車体合成力の最大値のｘ成分及びｙ成分を設定して、横移動距離Ｙｅ、自車両の速度のｘ成分ｖｘ０、及びｙ成分ｖｙ０により演算されるパラメータを用いた簡単な構成のマップを用いて、目標位置及び目標位置における速度方向に到達させるために回避距離が最短となる軌道及び車体合成力の時系列データを導出することができる、という効果が得られる。
【００９５】
なお、第１の実施の形態では、Ｆ１及びγ０を用いて車体合成力の向きを求める場合について説明したが、Ｆ２及びγ０を用いて求めてもよい。なぜなら、Ｆ１＝Ｆ２／γ０及びＦ１’＝Ｆ２’／γ０’の関係を、（２０）式などの軸の取り方や（１９）式などのパラメータａに代入すれば、本実施の形態内で示したマップをそのまま適用することができるためである。
【００９６】
また、第１の実施の形態では、自車両の路面に対する速度を用いた場合について説明したが、自車両の目標位置に対する相対速度を用いてもよい。このとき、（９）式の終端条件も相対速度になるため、終端速度のｙ成分は相対速度に関して０となる。
また、第１の実施の形態において、障害物などが検出された場合、障害物の左側を回避する最短軌道、及び障害物の右側を回避する最短軌道の両方を求めて、それぞれの回避距離を比較して、回避距離が小さい方の最短軌道を選択するようにしてもよい。
【００９７】
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、マップを用いて横移動距離Ｙｅに対する縦移動距離を最短にする最短軌道及び車体合成力の時系列データを導出する場合について説明したが、第２の実施の形態では、第１の実施の形態とは異なるマップを用いて現在時刻における車体合成力の大きさ及び方向を導出する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について、第１の実施の形態の車両運動制御装置と同一の構成及び処理については、同一の符号を用いて説明を省略する。
【００９８】
ここで、第２の実施の形態で用いられるマップについて説明する。
【００９９】
まず、第１の実施の形態と同様に、（２０）式まで展開する。そして、一例として、γ０’＝Ｆ１’／ｍ’＝Ｙｅ’＝１とした場合のｖｘ０’及びｖｙ０’に関するマップを作成する。図１４に示すように、ｖｘ０’を第１のパラメータ、 及びｖｙ０’を第２のパラメータとして、上記（１３）式〜（１５）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マップを作成する。
【０１００】
そして、このマップを用いて｛θ’｝を求めるには、γ０’＝Ｆ１’／ｍ’＝Ｙｅ’＝１、既知のｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｙｅ、車体合成力の最大値のｘ成分Ｆ１、及びｙ成分Ｆ２から（２０）式に従って第１のパラメータｖｘ０’及び第２のパラメータｖｙ０’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛θ’｝をマップから得て、下記（３１）式により、横移動距離Ｙｅに対して縦移動距離を最短にする現在時刻の車体合成力の大きさ及び向きが得られる。
【０１０１】
【数１５】
【０１０２】
ただし、Ｙｅ＜０ の場合は、ｖｙ０→−ｖｙ０、Ｙｅ→−Ｙｅに変換して、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。
【０１０３】
また、θ’のマップと併せて、図１４の破線内のマップのように、γ０’＝Ｆ１’／ｍ’＝Ｙｅ’＝１とした場合のＸｓ’を求めるマップを作成しておいてもよい。このマップから得られるＸｓ’を、下記（３２）式により最短距離Ｘｓに変換して、公知の技術（例えば、特開２００７−２８３９１０等）を用いて、直進制動または横移動のみの回避を選択してもよい。
【０１０４】
【数１６】
【０１０５】
なお、上記のマップでは、第１のパラメータ及び第２のパラメータを（２０）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、（２２）式に示すｖｙ０’を第１のパラメータ及びＹｅ’を第２のパラメータとし、γ０’＝Ｆ１’／ｍ’＝ｖｘ０’＝１とした場合のマップを作成してもよい（図１５）。この場合において、上記と同様にＸｓ’を求めるマップも用いる場合には、下記（３３）式によりマップから求めたＸｓ’をＸｓに変換することができる。
【０１０６】
また同様に、（２４）式に示すｖｘ０’を第１のパラメータ及びＹｅ’を第２のパラメータとし、γ０’＝Ｆ１’／ｍ’＝ｖｙ０’＝１とした場合のマップを作成してもよい（図１６）。この場合において、上記と同様にＸｓ’を求めるマップも用いる場合には、下記（３４）式によりマップから求めたＸｓ’をＸｓに変換することができる。
【０１０７】
また同様に、（２２）式に示すｖｙ０’を第１のパラメータ、及び（２６）式に示すＦ１’／ｍ’を第２のパラメータとし、γ０’＝ｖｘ０’＝Ｙｅ’＝１とした場合のマップを作成してもよい（図１７）。この場合において、上記と同様にＸｓ’を求めるマップも用いる場合には、（３２）式によりマップから求めたＸｓ’をＸｓに変換することができる。
【０１０８】
また同様に、（２４）式に示すｖｘ０’を第１のパラメータ、及び（２８）式に示すＦ１’／ｍ’を第２のパラメータとし、γ０’＝ｖｙ０’＝１、Ｙｅ’＝±１とした場合のマップを作成してもよい（図１８、１９）。
【０１０９】
【数１７】
【０１１０】
また、第１の実施の形態でマップの軸の取り方を変更した手法と同様の手法により、特異点のラインが縦軸又は横軸と平行になるようにマップの軸の取り方を変更したマップを作成してもよい（図２０、２１）。
【０１１１】
以下、図２２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。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。また、ここでは、図１４に示すマップを用いる場合について説明する。
【０１１２】
ステップ１００〜ステップ１１２で、第１の実施の形態の場合と同様に処理して第１のパラメータｖｘ０’、及び第２のパラメータｖｙ０’を得る。
【０１１３】
次に、ステップ２００で、マップ記憶装置２８に記憶されたマップを読み出し、上記ステップ１１０で設定された車体合成力の最大値、並びに上記ステップ１１２で演算された第１のパラメータｖｘ０’及び第２のパラメータｖｙ０’を入力として、横移動距離Ｙｅに対して縦移動距離が最短距離Ｘｓになるための現在時刻の車体合成力を導出する。
【０１１４】
具体的には、θ’のマップ、第１のパラメータｖｘ０’、及び第２のパラメータｖｙ０’に基づいて車体合成加速度の向きθ’を得て、（３１）式により横移動距離Ｙｅに対して縦移動距離が最短距離となる現在時刻の車体合成力が導出される。
【０１１５】
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、車体合成力の最大値が縦横比γ０の楕円で制限される場合において、車体合成力の最大値のｘ成分及びｙ成分を設定して、横移動距離Ｙｅ、自車両の速度のｘ成分ｖｘ０、及びｙ成分ｖｙ０により演算されるパラメータを用いた簡単な構成のマップを用いて、目標位置及び目標位置における速度方向に到達させるために回避距離が最短となる現在時刻の車体合成力を導出することができる。また、車体合成力の時系列データを導出する場合と比べ、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。
【０１１６】
なお、第２の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、Ｆ１及びγ０を用いるのではなく、Ｆ２及びγ０を用いて式展開を行い、本実施の形態で示したマップを適用してもよい。
【０１１７】
次に、第３の実施の形態について説明する。第１の実施の形態では、横移動距離Ｙｅに対して縦移動距離が最短距離になる車体合成力を導出するためのマップを用いて、車体合成力の時系列データを導出する場合について説明したが、第３の実施の形態では、第１の実施の形態のマップとは異なるマップを用いて、車体合成力の最大値の縦横比が与えられた場合に、車体合成力の最大値が最小となる最適軌道及び車体合成力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について、第１または第２の実施の形態の車両運動制御装置と同一の構成及び処理については、同一の符号を用いて説明を省略する。
【０１１８】
ここで、第３の実施の形態で用いられるマップについて説明する。車体合成力の最大値を最小化する最適制御は、第１の実施の形態と同様に、（７）式〜（１０）式で定式化でき、その制御入力は（１１）式として導出される。この制御入力は、最小化されたＩが既知の距離のｘ成分Ｘｅと等しくなるようなＦ１を求めれば、結果的に車体合成力の最大値の縦横比が与えられた場合に、車体合成力の最大値が最小となる最適軌道が導出されることを示している。よって、ｘ１（ｔｅ）＝Ｘｅの関係を導入することにより、Ｘｓ→Ｘｅに変換された非線型方程式（１３）式〜（１６）式から（１１）式で必要となるμ１、μ２、ｔｅが求まる。ここでは、限界合成力の大きさＦｍａｘ、自車両と目標位置との距離のｘ成分Ｘｅ、ｙ成分Ｙｅ、及び車体合成力の最大値の縦横比γ０（γ２／γ１）が既知であるとして、（１３）式〜（１６）式を満足するＦ１、μ１、μ２、ｔｅを求めることで、γ１及びγ２が得られる。これは、最小化されたＩとＸｅとが等しくなるようなγ１Ｆｍａｘ及びγ２Ｆｍａｘが求められることを意味し、結果的に、予め与えられた車体合成力の最大値の縦横比γ０に対して、車体合成力の最大値が最小化される最適軌道が得られる。従って、Ｘｓ→Ｘｅに変換された（１３）式〜（１６）式に対して、ｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｘｅ、Ｙｅ、及びγ０を代入して、Ｆ１、μ１、μ２、ｔｅを求めることを考える。なお、この制御問題でも、車体合成力の最大値が楕円で制限されていることから、車体合成加速度の大きさ｜ｕ（ｔ）｜は時変となる。
【０１１９】
まず、（１３）式を下記（３６）式のように変形する。
【０１２０】
【数１８】
【０１２１】
（３６）式を（１４）式〜（１６）式へ代入して、下記（３７）式〜（３９）式を得る。
【０１２２】
【数１９】
【０１２３】
ここで、任意の正数ａを導入して下記（４０）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 ｛μ１、μ２、ｔｅ｝及び｛μ１’、μ２’、ｔｅ’｝は、下記（４１）式の関係を満たす。
【０１２４】
【数２０】
【０１２５】
（４０）式の最後の式より、ａを下記（４２）式のようにおくと、（４０）式よりｖｙ０’及びＹｅ’は下記（４３）式のように変形できる。
【０１２６】
【数２１】
【０１２７】
この関係より、γ０’、ｖｘ０’及びＸｅ’に任意の正数を設定することにより、現在時刻のパラメータＰによってｖｙ０’及びＹｅ’が求まる。よって、γ０’、ｖｘ０’及びＸｅ’をある値に設定した場合において、ｖｙ０’を第１のパラメータ、及びＹｅ’を第２のパラメータとしたマップを予め用意しておけばよい。なお、このγ０’、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。
【０１２８】
マップの作成は、第１の実施の形態と同様の手法で、図２３に示すように、例えば、γ０’＝ｖｘ０’＝Ｘｅ’＝１とした場合のｖｘ０’及びｖｙ０’に関するマップを作成する。
【０１２９】
そして、これらのマップから｛μ１’，μ２’，ｔｅ’｝を得て、（４１）式及び（４２）式により｛μ１，μ２，ｔｅ｝に変換して、（１１）式及び（１２）式に代入して、入力の時間関数が得られる。また、（３６）式に代入して得られるＦ１と、既知のＦｍａｘ及びγ０を用いて、車体合成力の最大値が最小となるγ１及びγ２が得られる。
【０１３０】
なお、上記のマップでは、第１のパラメータ及び第２のパラメータを（４３）式のように定めた場合について説明したが、任意の正数ａを（４０）式の第２式から下記（４４）式のようにおいて、下記（４５）式に示すｖｙ０’を第１のパラメータ、及びＸｅ’を第２のパラメータとし、例えば、γ０’＝ｖｘ０’＝Ｙｅ’＝１として、図２４に示すようなマップを作成してもよい。
【０１３１】
【数２２】
【０１３２】
また、式の展開方法を変更して、第１のパラメータ及び第２のパラメータを演算してもよい。具体的には、まず、（１４）式を下記（４６）式のように変形する。
【０１３３】
【数２３】
【０１３４】
（４６）式を（１３）式、（１４）式及び（１６）式へ代入して、下記（４７）式〜（４９）式を得る。
【０１３５】
【数２４】
【０１３６】
ここで、任意の正数ａ１を導入して下記（５０）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 ｛μ１、μ２、ｔｅ｝及び｛μ１’、μ２’、ｔｅ’｝は、下記（５１）式の関係を満たす。
【０１３７】
【数２５】
【０１３８】
（５０）式の最後の式より、ａ１を下記（５２）式のようにおくと、（５０）式よりｖｙ０’及びＹｅ’は下記（５３）式のように変形できる。
【０１３９】
【数２６】
【０１４０】
この（５３）式に示すｖｘ０’を第１のパラメータ、及びＹｅ’を第２のパラメータとし、例えば、γ０’＝ｖｙ０’＝Ｘｅ’＝１として、図２５に示すようなマップを作成してもよい。
【０１４１】
また、任意の正数ａ１を（５０）式の第２式から下記（５４）式のようにおいて、下記（５５）式に示すｖｘ０’を第１のパラメータ、及びＸｅ’を第２のパラメータとし、例えば、γ０’＝ｖｙ０’＝１、Ｙｅ’＝±１として、図２６及び２７に示すようなマップを作成してもよい。
【０１４２】
【数２７】
【０１４３】
また、第１の実施の形態でマップの軸の取り方を変更した手法と同様の手法により、特異点のラインが縦軸又は横軸と平行になるように図２３〜２７に示すマップの軸の取り方を変更したマップを作成してもよい。
【０１４４】
以下、図２８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。なお、第１または第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。また、ここでは、図２３に示すマップを用いる場合について説明する。
【０１４５】
ステップ１００〜ステップ１１２で、第１の実施の形態の場合と同様に処理して第１のパラメータｖｙ０’、及び第２のパラメータＹｅ’を得る。なお、ステップ１０８に替えてステップ３００では、Ｙｅ、ｖｘ０、及びｖｙ０と共に自車両と目標位置との距離の車体前後方向の成分Ｘｅも演算する。
【０１４６】
次に、ステップ４００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の縦横比γ０を設定する。
【０１４７】
次に、ステップ３０４で、マップ記憶装置２８に記憶された第１〜第３のマップを読み出し、第１のパラメータｖｙ０’、及び第２のパラメータＹｅ’を入力として、車体合成力の最大値が最小となる車体合成力の時系列データを導出する。
【０１４８】
次に、ステップ３０６で、上記ステップ３０４で導出された車体合成力の最大値がタイヤ発生力の限界値以下か否かを判定する。車体合成力の最大値がタイヤ発生力の限界値以下の場合には、ステップ１１６へ移行し、タイヤ発生力の限界値を超えている場合には、ステップ３０８へ移行する。なお、タイヤ発生力の限界値は、路面とタイヤとの間の摩擦係数に基づいて定まる車体合成力の真の限界値だけでなく、真の限界値に対してマージンを設けて設定した限界値も含む意味である。
【０１４９】
ステップ３０８では、急制動制御により障害物の手前で車両が停止するように制動力制御装置２４を制御するか、推定される衝突被害が最小化されるように操舵角制御装置２２及び制動力制御装置２４を制御する。例えば、ＷＯ２００６−０７０８６５記載の技術のような公知の技術を用いればよい。
【０１５０】
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、車体合成力の最大値が縦横比γ０の楕円で制限され、かつそのγ０が外部環境及び自車両の構造と状態から設定される場合において、自車両と目標位置との距離のｘ成分Ｘｅ、ｙ成分Ｙｅ、自車両の速度のｘ成分ｖｘ０、及びｙ成分ｖｙ０により演算されるパラメータを用いた簡単な構成のマップを用いて、車体合成力の最大値が最小となる最適軌道及び車体合成力を導出することができる。
【０１５１】
なお、第１の実施の形態と同様に、（１３）式〜（１６）式に、Ｆ１＝Ｆ２／γ０を代入して式を展開してもよい。この場合、（３７）式〜（３９）式、または（４７）式〜（４９）式と同じ式が導出されるので、本実施の形態の中で示したマップをそのまま適用できる。
また、第３の実施の形態において、障害物などが検出された場合、障害物の左側を回避する最適軌道、及び障害物の右側を回避する最適軌道の両方を求めて、それぞれの車体合成力の最大値を比較して、車体合成力の最大値が小さい方の最適軌道を選択するようにしてもよい。
【０１５２】
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、マップを用いて車体合成力の最大値を最小にする最適軌道及び車体合成力の時系列データを導出する場合について説明したが、第４の実施の形態では、第３の実施の形態とは異なるマップを用いて車体合成力の最大値を最小にする現在時刻における車体合成力の大きさ及び方向を導出する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について、第１〜３の実施の形態の車両運動制御装置と同一の構成及び処理については、同一の符号を用いて説明を省略する。
【０１５３】
ここで、第４の実施の形態で用いられるマップについて説明する。
【０１５４】
まず、第３の実施の形態と同様に、（４３）式まで展開する。そして、一例として、ｖｘ０’＝Ｘｅ’＝１ とした場合のｖｙ０’及びＹｅ’に関するマップを作成する。図２９に示すように、ｖｙ０’を第１のパラメータ、 及びＹｅ’を第２のパラメータとして、上記（３６）式〜（３９）式に基づいて得られる車体合成力の方向θ’の値をマッピングした第１のマップ、及びＦ１’／ｍ’の値をマッピングした第２のマップを作成する。
【０１５５】
そして、これらのマップを用いて｛θ，Ｆ１／ｍ｝を求めるには、ｖｘ０’＝Ｘｅ’ ＝１、既知のγ０、ｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｘｅ、及びＹｅから（４３）式に従って第１のパラメータｖｙ０’及び第２のパラメータＹｅ’を演算し、演算されたパラメータに対する出力｛θ’，Ｆ１’／ｍ’｝を各マップから得て、（３６）式、（４１）式、及び（４２）式の関係から得られる下記（５６）式に従ってＦ１を演算する。そして、（３１）式を適用すれば、現在時刻の車体合成加速度が得られる。
【０１５６】
【数２８】
【０１５７】
この結果、現在時刻の自車両と目標位置との距離、及び自車両の速度から、目標位置及び目標位置における速度方向に到達するために最大値が最小となる現在時刻での車体合成力が導出される。
【０１５８】
なお、上記のマップでは、第１のパラメータ及び第２のパラメータを（４３）式のように定めた場合について説明したが、（４５）式に示すｖｙ０’を第１のパラメータ及びＸｅ’を第２のパラメータとし、γ０’＝ｖｘ０’＝Ｙｅ’＝１とした場合のマップを作成してもよい（図３０）。この場合、下記（５７）式に従ってＦ１を演算する。また同様に、（５３）式に示すｖｘ０’を第１のパラメータ及びＹｅ’を第２のパラメータとし、γ０’＝ｖｙ０’＝Ｘｅ’＝１とした場合のマップを作成してもよい（図３１）。この場合、下記（５８）式に従ってＦ１を演算する。また同様に、（５３）式に示すｖｘ０’を第１のパラメータ及びＸｅ’を第２のパラメータとし、γ０’＝ｖｙ０’＝１、Ｙｅ’＝±１とした場合のマップを作成してもよい（図３２、３３）。この場合、下記（５９）式に従ってＦ１を演算する。
【０１５９】
【数２９】
【０１６０】
また、第１の実施の形態でマップの軸の取り方を変更した手法と同様の手法により、特異点のラインが縦軸又は横軸と平行になるように図２９〜３３に示すマップの軸の取り方を変更したマップを作成してもよい。
【０１６１】
以下、図３４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。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。また、ここでは、図２９に示すマップを用いる場合について説明する。
【０１６２】
ステップ１００〜ステップ１１２で、第１〜３の実施の形態の場合と同様に処理して第１のパラメータｖｙ０’、及び第２のパラメータＹｅ’を得る。
【０１６３】
次に、ステップ４００で、マップ記憶装置２８に記憶された第１及び第２のマップを読み出し、第１のパラメータｖｙ０’、及び第２のパラメータＹｅ’を入力として、車体合成力の最大値が最小化される最適軌道となる現在時刻の車体合成力を導出する。
【０１６４】
次に、ステップ４０２で、導出された現在時刻の車体合成力がタイヤ発生力の限界値以下か否かを判定する。限界値以下の場合には、ステップ１１６へ移行し、限界値を超えている場合には、ステップ３０８へ移行する。
【０１６５】
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、車体合成力の最大値が縦横比γ０の楕円で制限され、かつそのγ０が外部環境及び自車両の構造や状態から設定される場合において、自車両と目標位置との距離の車体前後方向の成分Ｘｅ、車体横方向の成分Ｙｅ、自車両の速度の車体前後方向の成分ｖｘ０、及び車体横方向の成分ｖｙ０により演算されるパラメータを用いた簡単な構成のマップを用いて、車体合成力の最大値が最小となる車体合成力を導出することができる。また、車体合成力の時系列データを導出する場合と比べ、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。
【０１６６】
なお、第３の実施の形態と同様に、（１３）式〜（１６）式に、Ｆ１＝Ｆ２／γ０を代入して式展開を行い、本実施の形態の中で示したマップを適用してもよい。
【０１６７】
次に、第５の実施の形態について説明する。第３の実施の形態では、マップを用いて、車体合成力の最大値の縦横比を与えた場合に、車体合成力の最大値を最小にする最適軌道を導出する場合について説明したが、第５の実施の形態では、第３の実施の形態とは異なるマップを用いて、車体合成力の最大値のｘ成分を与えた場合に、車体合成力の最大値のｙ成分を最小化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について、第１〜４の実施の形態の車両運動制御装置と同一の構成及び処理については、同一の符号を用いて説明を省略する。
【０１６８】
ここで、第５の実施の形態で用いられるマップについて説明する。車体合成力の最大値のｙ成分を最小化する最適制御は、第４の実施の形態と同様に、（７）式〜（１０）式で定式化でき、その制御入力は（１１）式として導出される。ここでは、限界合成力の大きさＦｍａｘ、自車両と目標位置との距離のｘ成分Ｘｅ、ｙ成分Ｙｅ、及び車体合成力の最大値のｘ成分Ｆ１が既知であるとして、Ｘｓ→Ｘｅに変換した（１３）式〜（１６）式を満足するγ０、μ１、μ２、ｔｅを求めることでγ２が得られる。
【０１６９】
まず、（１４）式を下記（６０）式のように変形する。
【０１７０】
【数３０】
【０１７１】
（６０）式を（１３）式、（１５）式及び（１６）式へ代入して、下記（６１）式〜（６３）式を得る。
【０１７２】
【数３１】
【０１７３】
ここで、任意の正数ａ１を導入して下記（６４）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 ｛μ１、μ２、ｔｅ｝及び｛μ１’、μ２’、ｔｅ’｝は、下記（６５）式の関係を満たす。
【０１７４】
【数３２】
【０１７５】
（６４）式の最後の式より、ａ１を下記（６６）式のようにおくと、（６４）式よりｖｘ０’及びｖｙ０’は下記（６７）式のように変形できる。
【０１７６】
【数３３】
【０１７７】
この関係より、Ｆ１’／ｍ’、Ｘｅ’及びＹｅ’に任意の正数を設定することにより、現在時刻のパラメータＰによってｖｘ０’及びｖｙ０’が求まる。よって、Ｆ１’／ｍ’、Ｘｅ’及びＹｅ’をある値に設定した場合において、ｖｘ０’を第１のパラメータ、及びｖｙ０’を第２のパラメータとしたマップを予め用意しておけばよい。なお、このＦ１’／ｍ’、Ｘｅ’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。
【０１７８】
マップの作成は、第１の実施の形態と同様の手法で、図３５に示すように、例えば、Ｆ１’／ｍ’＝Ｘｅ’＝Ｙｅ’＝１とした場合のｖｘ０’及びｖｙ０’に関するマップを作成する。
【０１７９】
そして、これらのマップから｛μ１’，μ２’，ｔｅ’｝を得て、（６５）式及び（６６）式により｛μ１，μ２，ｔｅ｝に変換して、（６０）式よりγ０を求める。そして、（１１）式及び（１２）式に代入して、入力の時間関数が得られる。
【０１８０】
なお、上記のマップでは、第１のパラメータ及び第２のパラメータを（６７）式のように定めた場合について説明したが、（６７）式の第２式をＹｅ’について解いたものを第２のパラメータとし、例えば、Ｆ１’／ｍ’＝Ｘｅ’＝ｖｙ０’＝１としたマップを作成してもよい（図３６）。
【０１８１】
また、任意の正数ａ１を（６４）式の第１式から下記（６８）式のようにおいて、下記（６９）式に示すｖｙ０’を第１のパラメータ、及びＸｅ’を第２のパラメータとし、例えば、Ｆ１’／ｍ’＝ｖｘ０’＝Ｙｅ’＝１としたマップを作成してもよい（図３７）。
【０１８２】
【数３４】
【０１８３】
また、下記（７０）式のように、（６９）式の第１式をＹｅ’について解いたものを第１のパラメータとし、例えば、Ｆ１’／ｍ’＝ｖｘ０’＝ｖｙ０’＝１としたマップを作成してもよい（図３８）。
【０１８４】
【数３５】
【０１８５】
また、任意の正数ａ１を（６４）式の第２式から下記（７１）式のようにおいて、下記（７２）式に示すｖｘ０’を第１のパラメータ、及びＸｅ’を第２のパラメータとし、例えば、Ｆ１’／ｍ’＝ｖｙ０’＝１、Ｙｅ’＝±１としたマップを作成してもよい（図３９、４０）。
【０１８６】
【数３６】
【０１８７】
また、下記（７３）式のように、（７２）式の第２式をＦ１’／ｍ’について解いたものを第１のパラメータとし、そのＦ１’／ｍ’を（７２）式の第１式に代入したものを第２のパラメータとして、例えば、ｖｙ０’＝Ｘｅ’＝１、Ｙｅ’＝±１としたマップを作成してもよい（図４１、４２）。
【数３７】
このように、導入した任意の正数ａ１の取り方を変えたり、Ｆ１’／ｍ’、ｖｙ０’、ｖｘ０’、Ｘｅ’、及びＹｅ’のそれぞれに着目して式を変形したりして、第１のパラメータ及び第２のパラメータを求めることができる。それぞれ得られた第１のパラメータ及び第２のパラメータに応じて、Ｆ１’／ｍ’、ｖｙ０’、ｖｘ０’、Ｘｅ’、及びＹｅ’の内必要な値に任意の値を設定してマップを作成するようにする。任意の正数ａ１の取り方または着目する値を変更した場合の第１のパラメータ及び第２のパラメータの他の例を、下記（７４）式〜（７８）式に示す。
【０１８８】
【数３８】
【０１８９】
また、第１の実施の形態でマップの軸の取り方を変更した手法と同様の手法により、特異点のラインが縦軸又は横軸と平行になるように各マップの軸の取り方を変更したマップを作成してもよい。軸の取り方を変更した場合の第１のパラメータ及び第２のパラメータの他の例を、下記（７９）式〜（８６）式に示す。
【０１９０】
【数３９】
【０１９１】
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は、図２８に示す第３の実施の形態における車両運動制御ルーチンと略同様であるが、ステップ１１２の前に、車体合成力の最大値の車体前後方向の成分Ｆ１を設定し、ステップ４０２で車体合成力の縦横比γ０を求める点が異なる。
また、第５の実施の形態において、障害物などが検出された場合、設定した車体合成力の車体前後方向の成分Ｆ１に対して障害物の左側を回避する軌道、及び障害物の右側を回避する軌道の両方を求めて、それぞれのγ０を比較して、γ０が小さい方の軌道を選択するようにしてもよい。
【０１９２】
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、マップを用いて車体合成力の最大値のｙ成分を最小にする最適軌道及び車体合成力の時系列データを導出する場合について説明したが、第６の実施の形態では、第５の実施の形態とは異なるマップを用いて車体合成力の最大値のｙ成分を最小にする現在時刻における車体合成力の大きさ及び方向を導出する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について、第１〜５の実施の形態の車両運動制御装置と同一の構成及び処理については、同一の符号を用いて説明を省略する。
【０１９３】
まず、第５の実施の形態と同様に、（６７）式まで展開する。そして、一例として、Ｆ１’／ｍ’＝Ｘｅ’＝Ｙｅ’＝１ とした場合のｖｘ０’及びｖｙ０’に関するマップを作成する。図４３に示すように、ｖｘ０’を第１のパラメータ、 及びｖｙ０’を第２のパラメータとして、上記（６０）式〜（６３）式に基づいて得られる車体合成力の方向θ’の値をマッピングした第１のマップ、及びγ０’の値をマッピングした第２のマップを作成することができる。
【０１９４】
そして、車体合成加速度のｙ成分の大きさを下記（８７）式で求めて、（３１）式に適用することにより、現在時刻のｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｘｅ、Ｙｅ及びＦ１に対して、目標位置と目標位置における速度方向に到達する際に、車体合成力の最大値をｙ成分を最小にする現在時刻の車体合成力の大きさと向きが得られる。
【０１９５】
【数４０】
【０１９６】
また、第５の実施の形態と同様に、（６８）式〜（７８）式で示すように、導入した任意の正数ａ１の取り方を変えたり、Ｆ１’／ｍ’、ｖｙ０’、ｖｘ０’、Ｘｅ’、及びＹｅ’のそれぞれに着目して式を変形したりして、第１のパラメータ及び第２のパラメータを求めることができる。それぞれ得られた第１のパラメータ及び第２のパラメータに応じて、Ｆ１’／ｍ’、ｖｙ０’、ｖｘ０’、Ｘｅ’、及びＹｅ’の内必要な値に任意の値を設定してマップを作成することができる。さらに、第１の実施の形態でマップの軸の取り方を変更した手法と同様の手法により、特異点のラインが縦軸又は横軸と平行になるように、（７９）式〜（８６）式で示すように各マップの軸の取り方を変更したマップを作成してもよい。
【０１９７】
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は、図３４に示す第４の実施の形態における車両運動制御ルーチンと略同様であるが、ステップ３０２で、車体合成力の最大値の車体前後方向の成分Ｆ１を設定し、ステップ４００で車体合成加速度のｙ成分の大きさを求める点が異なる。
【０１９８】
次に、第７の実施の形態について説明する。第５の実施の形態では、マップを用いて、車体合成力の最大値のｘ成分を与えた場合に、車体合成力の最大値のｙ成分を最小化する場合について説明したが、第７の実施の形態では、車体合成力の最大値のｙ成分を与えた場合に、車体合成力の最大値のｘ成分を最小化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について、第１〜６の実施の形態の車両運動制御装置と同一の構成及び処理については、同一の符号を用いて説明を省略する。
【０１９９】
ここで、第７の実施の形態で用いられるマップについて説明する。
【０２００】
まず、車体合成力の最大値のｘ成分Ｆ１は、（１２）式よりＦ１＝Ｆ２／γ０の関係が成立する。第５の実施の形態とは反対に、車体合成力の最大値のｘ成分Ｆ１を未知のパラメータとして、車体合成加速度が最小となる車体合成力の最大値のｘ成分Ｆ１及び最適軌道を求めたい。そこで、Ｘｓ→Ｘｅに変換した（１３）式〜（１６）式にＦ１＝Ｆ２／γ０の関係を適用して、下記（８８）式〜（９１）式を得る。
【０２０１】
【数４１】
【０２０２】
まず、（８８）式を下記（９２）式のように変形する。
【０２０３】
【数４２】
【０２０４】
（９２）式を（８９）式〜（９１）式へ代入して、下記（９３）式〜（９５）式を得る。
【０２０５】
【数４３】
【０２０６】
ここで、任意の正数ａを導入して下記（９６）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 ｛μ１、μ２、ｔｅ｝及び｛μ１’、μ２’、ｔｅ’｝は、下記（９７）式の関係を満たす。
【０２０７】
【数４４】
【０２０８】
（９６）式の最後の式より、ａを下記（９８）式のようにおくと、（９６）式よりｖｘ０’及びｖｙ０’は下記（９９）式のように変形できる。
【０２０９】
【数４５】
【０２１０】
この関係より、Ｆ２’／ｍ’、Ｘｅ’及びＹｅ’に任意の正数を設定することにより、現在時刻のパラメータＰによってｖｘ０’及びｖｙ０’が求まる。よって、Ｆ２’／ｍ’、Ｘｅ’及びＹｅ’をある値に設定した場合において、ｖｘ０’を第１のパラメータ、及びｖｙ０’を第２のパラメータとしたマップを予め用意しておけばよい。なお、このＦ２’／ｍ’、Ｘｅ’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。
【０２１１】
マップの作成は、第１の実施の形態と同様の手法で、図４４に示すように、例えば、Ｆ２’／ｍ’＝Ｘｅ’＝Ｙｅ’＝１とした場合のｖｘ０’及びｖｙ０’に関するマップを作成する。
【０２１２】
そして、これらのマップから｛μ１’，μ２’，ｔｅ’｝を得て、（９７）式及び（９８）式により｛μ１，μ２，ｔｅ｝に変換して、（９２）式よりγ０を求める。そして、（１１）式、（１２）式、及びＦ１＝Ｆ２／γ０の関係に適用して、入力の時間関数が得られる。
【０２１３】
なお、上記のマップでは、第１のパラメータ及び第２のパラメータを（９９）式のように定めた場合について説明したが、導入した任意の正数ａの取り方を変えたり、Ｆ２’／ｍ’、ｖｙ０’、ｖｘ０’、Ｘｅ’、及びＹｅ’のそれぞれに着目して式を変形したりして、第１のパラメータ及び第２のパラメータを求めることができる。それぞれ得られた第１のパラメータ及び第２のパラメータに応じて、Ｆ２’／ｍ’、ｖｙ０’、ｖｘ０’、Ｘｅ’、及びＹｅ’の内必要な値に任意の値を設定してマップを作成するようにする。任意の正数ａの取り方または着目する値を変更した場合の第１のパラメータ及び第２のパラメータの他の例を、下記（１００）式〜（１０７）式に示す。
【０２１４】
【数４６】
【０２１５】
また、第１の実施の形態でマップの軸の取り方を変更した手法と同様の手法により、特異点のラインが縦軸又は横軸と平行になるように各マップの軸の取り方を変更したマップを作成してもよい。軸の取り方を変更した場合の第１のパラメータ及び第２のパラメータの他の例を、下記（１０８）式〜（１１５）式に示す。
【０２１６】
【数４７】
【０２１７】
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は、図２８に示す第４の実施の形態における車両運動制御ルーチンと略同様であるが、ステップ３０２で、車体合成力の最大値の車体横方向の成分Ｆ２を設定し、ステップ３０４で車体合成力の最大値の車体前後方向の成分Ｆ１を求める点が異なる。
【０２１８】
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、マップを用いて車体合成力の最大値のｘ成分を最小にする車体合成力の時系列データを導出する場合について説明したが、第８の実施の形態では、第７の実施の形態とは異なるマップを用いて、車体合成力の最大値のｘ成分を最小にする現在時刻の車体合成力の大きさ及び方向を導出する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について、第１〜７の実施の形態の車両運動制御装置と同一の構成及び処理については、同一の符号を用いて説明を省略する。
【０２１９】
まず、第７の実施の形態と同様に、（９９）式まで展開する。そして、一例として、Ｆ２’／ｍ’＝Ｘｅ’＝Ｙｅ’＝１ とした場合のｖｘ０’及びｖｙ０’に関するマップを作成する。図４５に示すように、ｖｘ０’を第１のパラメータ、 及びｖｙ０’を第２のパラメータとして、上記（９２）式〜（９５）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のマップ、及びγ０’の値をマッピングした第２のマップを作成することができる。
【０２２０】
そして、車体合成加速度のｘ成分の大きさを下記（１１６）式で求めて、（３１）式に適用することにより、現在時刻のｍ、ｖｘ０、ｖｙ０、Ｘｅ、Ｙｅ及びＦ２に対して、目標位置と目標位置における速度方向に到達する際に、車体合成力の最大値のｘ成分を最小にする現在時刻の車体合成力の大きさと向きが得られる。
【０２２１】
【数４８】
【０２２２】
また、第７の実施の形態と同様に、（１００）式〜（１０７）式で示すように、Ｆ２’／ｍ’、ｖｙ０’、ｖｘ０’、Ｘｅ’、及びＹｅ’のそれぞれに着目して式を変形して、第１のパラメータ及び第２のパラメータとし、それぞれ得られた第１のパラメータ及び第２のパラメータに応じて、Ｆ１’／ｍ’、ｖｙ０’、ｖｘ０’、Ｘｅ’、及びＹｅ’の内必要な値に任意の値を設定してマップを作成することができる。さらに、第１の実施の形態でマップの軸の取り方を変更した手法と同様の手法により、特異点のラインが縦軸又は横軸と平行になるように、（１０８）式〜（１１５）式で示すように各マップの軸の取り方を変更したマップを作成してもよい。
【０２２３】
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は、図３４に示す第４の実施の形態における車両運動制御ルーチンと略同様であるが、ステップ３０２で、車体合成力の最大値の車体横方向の成分Ｆ２を設定し、ステップ４００で車体合成加速度のｘ成分の大きさを求める点が異なる。
【０２２４】
なお、Ｆ１が既知でＦ２を最小にする制御問題と、Ｆ２が既知でＦ１を最小にする制御問題とでは、互いに一方のマップを利用することができる。まず、新たなパラメータμ１のチルダ（文字上に記号「〜」），μ２のチルダ，ｔｅのチルダ，Ｘｅのチルダ，及びＹｅのチルダを取って、下記（１１７）式のようにおく。
【０２２５】
【数４９】
【０２２６】
そして、（８８）式〜（９１）式に代入し、（８８）式及び（８９）式をγ０で割り、（９０）式及び（９１）式をγ０２で割ると、下記（１１８）式〜（１２１）式に変形できる。
【０２２７】
【数５０】
【０２２８】
（１１８）〜（１２１）式は、（１３）〜（１６）式と同じ形をしていることがわかる。すなわち、第５の実施の形態で示したマップを用いて、μ１のチルダ，μ２のチルダ，ｔｅのチルダを求めて、（１１７）式により{μ１，μ２，ｔｅ}に変換することが可能となる。
【０２２９】
次に、新たなパラメータμ１のバー（文字上に記号「−」），μ２のバー，ｔｅのバー，Ｘｅのバー，及びＹｅのバーを取って、下記（１２２）式のようにおく。
【０２３０】
【数５１】
【０２３１】
これをＸｓ→Ｘｅに変換した（１３）〜（１６）式に適用すると、（８８）〜（９１）式と同じ形に変形される。
【０２３２】
これらの式展開により、車体合成力の最大値のｘ成分を与えた場合にｙ成分を最小化する制御装置と、車体合成力の最大値のｙ成分を与えた場合にｘ成分を最小化する制御装置は、共に第５〜第８の実施の形態で述べた全てのマップを適用できる。
【０２３３】
次に、第９の実施の形態について説明する。第１の実施の形態では、横移動距離Ｙｅに対して縦移動距離が最短距離Ｘｓになる車体合成力を導出するためのマップを用いて、車体合成力の時系列データを導出する場合について説明したが、第９の実施の形態では、車体合成力の最大値の縦横比が設定された場合において、収束演算により最短距離Ｘｓと自車両から目標位置までの距離のｘ成分Ｘｅとの差が所定値以下となったときに設定した車体合成力の最大値に基づいて、車体合成力の最大値を最小化する最適軌道を導出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について、第１〜第８の実施の形態の車両運動制御装置と同一の構成及び処理については、同一の符号を用いて説明を省略する。
【０２３４】
図４６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。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。また、本実施の形態では、第１及び第２の実施の形態で示したマップを用いることができるが、ここでは、図４に示すマップを用いる場合について説明する。
【０２３５】
ステップ１００〜ステップ１１２で、第１の実施の形態の場合と同様に処理して第１のパラメータｖｘ０’、及び第２のパラメータｖｙ０’を得る。なお、ステップ１０８に替えてステップ５００では、Ｙｅ、ｖｘ０、及びｖｙ０と共に自車両と目標位置との距離のｘ成分Ｘｅも演算する。
【０２３６】
次に、ステップ５００で、マップ記憶装置２８に記憶された第１〜第３のマップを読み出し、第１のパラメータｖｘ０’、及び第２のパラメータｖｙ０’を入力として、横移動距離Ｙｅに対応して縦移動距離の最短距離Ｘｓを導出する。
【０２３７】
次に、ステップ５０２で、上記ステップ５００で導出された最短距離Ｘｓと上記ステップ３００で演算された回避距離Ｘｅとが等しくなったか否かを判定する。Ｘｓ＝Ｘｅの場合には、ステップ５０６へ移行し、Ｘｓ≠Ｘｅの場合には、ステップ５０４へ移行する。なお、ここでは、Ｘｓ＝Ｘｅか否かを判定する場合について説明するが、ＸｓとＸｅとが等しい場合だけでなく、ＸｓとＸｅとの差が所定値（例えば、Ｘｅの５％等）以下の場合も肯定判定されるようにしてもよい。
【０２３８】
ステップ５０４では、設定されたγ０を変えることなくＦ１及びＦ２の値をＸｓがＸｅに近づくように修正する。そして、ステップ５０２でＸｓ＝Ｘｅと判定されるまで、ステップ５００〜ステップ５０４の処理を繰り返す。
【０２３９】
ステップ５０６では、Ｘｓ＝Ｘｅと判定されたときのＦ１の値、Ｆ２の値、γ０の値、及び上記ステップ５００で得られた｛μ１，μ２，ｔｅ｝の値を（１１）式及び（１２）式に適用して、制御入力である車体合成加速度を得る。また、（１）式〜（６）式に従って、最大値が最小となる車体合成力の時系列データ及び車体合成力の最大値が最小となる最適軌道が導出される。
【０２４０】
次に、第１０の実施の形態について説明する。第１０の実施の形態では、収束演算の別の方法として、車体合成力の最大値のｘ成分またはｙ成分の一方が設定された場合において、縦移動距離を最小化するマップを用いて、車体合成力の最大値のｘ成分またはｙ成分の他方を最小化する最適軌道を導出する場合について説明する。なお、第１０の実施の形態の車両運動制御装置について、第１〜第９の実施の形態の車両運動制御装置と同一の構成及び処理については、同一の符号を用いて説明を省略する。
【０２４１】
第１０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は、第９の実施の形態の車両運動制御ルーチン（図４６）のステップ１１０においてＦ１、Ｆ２、及びγ０を設定する点、ステップ５０４において、γ０の値を修正する点、及びステップ５０６において、γ０に基づいて、Ｆ１またはＦ２が最小となる最適軌道を導出する点が、第９の実施の形態と異なる。
【０２４２】
次に、第１１の実施の形態について説明する。第１１の実施の形態では、収束演算の別の方法として、車体合成力の最大値のｘ成分及びｙ成分が設定された場合において、車体合成力の最大値を最小化するマップを用いて、縦移動距離が最短になる最短回避軌道を導出する場合について説明する。なお、第１１の実施の形態の車両運動制御装置について、第１〜第１０の実施の形態の車両運動制御装置と同一の構成及び処理については、同一の符号を用いて説明を省略する。
【０２４３】
第１１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は、第３または第４の実施の形態のマップを用いる点、第９の実施の形態の車両運動制御ルーチン（図４６）のステップ５００において、γ０を用いて車体合成力のｘ成分ｆ１及びｙ成分ｆ２を導出する点、ステップ５０２において、ｆ１＝Ｆ１、及びｆ２＝Ｆ２となったかを判定する点、ステップ５０４において、γ０を変更しないでＸｅの値を修正する点、ステップ５０６において、Ｘｅに基づいて、縦移動距離が最短になる最短回避軌道を導出する点、及びステップ４０２、３０８の処理を行わない点が、第９の実施の形態と異なる。
【０２４４】
次に、第１２の実施の形態について説明する。第１２の実施の形態では、収束演算の別の方法として、車体合成力の最大値のｘ成分またはｙ成分の一方が設定された場合において、車体合成力の最大値を最小化するマップを用いて、車体合成力の最大値のｘ成分またはｙ成分の他方を最小化する最適軌道を導出する場合について説明する。なお、第１２の実施の形態の車両運動制御装置について、第１〜第１１の実施の形態の車両運動制御装置と同一の構成及び処理については、同一の符号を用いて説明を省略する。
【０２４５】
第１２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は、第３または第４の実施の形態のマップを用いる点、第９の実施の形態の車両運動制御ルーチン（図４６）のステップ１１０においてＦ１、Ｆ２、及びγ０を設定する点、ステップ５００において車体合成力のｘ成分ｆ１及びｙ成分ｆ２を導出する点、ステップ５０２において、ｆ１＝Ｆ１、またはｆ２＝Ｆ２となったかを判定する点、ステップ５０４において、γ０の値を修正する点、及びステップ５０６において、γ０に基づいて、Ｆ１またはＦ２が最小となる最適軌道を導出する点が、第９の実施の形態と異なる。
【０２４６】
次に、第１３の実施の形態について説明する。第１３の実施の形態では、収束演算の別の方法として、車体合成力の最大値のｘ成分及びｙ成分が設定された場合において、車体合成力の最大値のｘ成分またはｙ成分を最小化するマップを用いて、縦移動距離が最短になる最短回避軌道を導出する場合について説明する。なお、第１３の実施の形態の車両運動制御装置について、第１〜第１２の実施の形態の車両運動制御装置と同一の構成及び処理については、同一の符号を用いて説明を省略する。
【０２４７】
第１３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は、第５または第６の実施の形態のマップを用いる点、第９の実施の形態の車両運動制御ルーチン（図４６）のステップ５００においてＦ１またはＦ２を用いて車体合成力の縦横比γｆを導出する点、ステップ５０２において、γｆ＝γ０となったかを判定する点、ステップ５０４において、Ｘｅの値を修正する点、ステップ５０６において、Ｘｅに基づいて、縦移動距離が最短になる最短回避軌道を導出する点、及びステップ４０２、３０８の処理を行わない点が、第９の実施の形態と異なる。
【０２４８】
次に、第１４の実施の形態について説明する。第１４の実施の形態では、収束演算の別の方法として、車体合成力の最大値の縦横比が設定された場合において、車体合成力の最大値のｘ成分またはｙ成分を最小化するマップを用いて、車体合成力の最大値を最小化する最適軌道を導出する場合について説明する。なお、第１４の実施の形態の車両運動制御装置について、第１〜第１３の実施の形態の車両運動制御装置と同一の構成及び処理については、同一の符号を用いて説明を省略する。
【０２４９】
第１４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は、第５または第６の実施の形態のマップを用いる点、第９の実施の形態の車両運動制御ルーチン（図４６）のステップ５００において車体合成力の縦横比γｆを導出する点、ステップ５０２において、及びγｆ＝γ０となったかを判定する点、ステップ５０４においてＦ１またはＦ２を修正する点が、第９の実施の形態と異なる。
【符号の説明】
【０２５０】
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】
目標位置及び該目標位置における速度方向を設定する設定手段と、
自車両と前記目標位置との間の距離、及び自車両の速度を検出する検出手段と、
・前記速度方向を車体前後方向として車体合成力の最大値が車体前後方向を長軸方向または短軸方向とする楕円で制限されている場合において、車体合成加速度の最大値の車体前後方向の成分Ｆ１／ｍ、前記車体合成力の最大値の車体前後方向の成分Ｆ１と車体横方向の成分Ｆ２との比γ０、前記距離の車体横方向の成分Ｙｅ、自車両の速度の車体前後方向の成分ｖｘ０、及び前記速度の車体横方向の成分ｖｙ０を用いた第１のパラメータと、前記成分Ｆ１／ｍ、前記比γ０、前記成分Ｙｅ、前記成分ｖｘ０、及び前記成分ｖｙ０を用いた前記第１のパラメータとは異なる第２のパラメータと、前記成分Ｆ１及び前記成分Ｆ２を設定した場合に、前記成分Ｙｅに対して車体前後方向の移動距離が最短とな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μ１の、前記成分Ｆ１／ｍ、前記比γ０、前記成分Ｙｅ、前記成分ｖｘ０、及び前記成分ｖｙ０のうち前記第１のパラメータ及び前記第２のパラメータに応じた３つが特定値であるとの仮定の下での値μ１’と、の関係を定めた第１のマップ、
・前記第１のパラメータと、前記第２のパラメータと、前記成分Ｆ１及び前記成分Ｆ２を設定した場合に、前記成分Ｙｅに対して車体前後方向の移動距離が最短とな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μ１と異なる第２の導入パラメータμ２の、前記仮定の下での値μ２’と、の関係を定めた第２のマップ、並びに
・前記第１のパラメータと、前記第２のパラメータと、前記成分Ｙｅに対して車体前後方向の移動距離が最短となる最短距離Ｘｓ及び前記成分Ｙｅで定まる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、を記憶した記憶手段と、
前記検出手段で検出された現在の前記距離及び現在の前記速度、並びに設定した前記成分Ｆ１及び前記成分Ｆ２に基づいて、前記第１のパラメータ及び前記第２のパラメータを演算し、演算された第１のパラメータ、第２のパラメータ、前記第１のマップ、前記第２のマップ、及び前記第３のマップを用いて、前記成分Ｙｅに対して車体前後方向の距離が最短距離Ｘｓとなる車体合成力の時系列データ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】
目標位置及び該目標位置における速度方向を設定する設定手段と、
自車両と前記目標位置との間の距離、及び自車両の速度を検出する検出手段と、
前記速度方向を車体前後方向として車体合成力の最大値が車体前後方向を長軸方向または短軸方向とする楕円で制限されている場合において、車体合成加速度の最大値の車体前後方向の成分Ｆ１／ｍ、前記車体合成力の最大値の車体前後方向の成分Ｆ１と車体横方向の成分Ｆ２との比γ０、前記距離の車体横方向の成分Ｙｅ、自車両の速度の車体前後方向の成分ｖｘ０、及び前記速度の車体横方向の成分ｖｙ０を用いた第１のパラメータと、前記成分Ｆ１／ｍ、前記比γ０、前記成分Ｙｅ、前記成分ｖｘ０、及び前記成分ｖｙ０を用いた前記第１のパラメータとは異なる第２のパラメータと、前記成分Ｙｅに対して車体前後方向の移動距離が最短となる車体合成加速度の方向θの、前記成分Ｆ１／ｍ、前記比γ０、前記成分Ｙｅ、前記成分ｖｘ０、及び前記成分ｖｙ０のうち前記第１のパラメータ及び前記第２のパラメータに応じた３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現在の前記距離及び現在の前記速度、並びに設定した前記成分Ｆ１及び前記成分Ｆ２に基づいて、前記第１のパラメータ及び前記第２のパラメータを演算し、演算された第１のパラメータ、第２のパラメータ、前記マップを用いて、前記成分Ｙｅに対して車体前後方向の距離が最短距離Ｘｓとなる現在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】
前記第１のパラメータを、前記比γ０と前記成分Ｆ１／ｍの逆数と前記成分Ｙｅの逆数との積の平方根と、前記成分ｖｘ０との積として定め、前記第２のパラメータを、前記比γ０と前記最大値Ｆ１／ｍと前記成分Ｙｅとの積の逆数の平方根と、前記成分ｖｙ０との積として定めるか、または前記第１のパラメータを、前記比γ０と前記成分ｖｘ０との積と、前記成分ｖｙ０との比として定め、前記第２のパラメータを、前記比と前記成分ｖｘ０または前記成分ｖｙ０の二乗との積と、前記最大値Ｆ１／ｍとの比として定めた請求項１または請求項２記載の車両運動制御装置。
【請求項４】
目標位置及び該目標位置における速度方向を設定する設定手段と、
自車両と前記目標位置との間の距離、及び自車両の速度を検出する検出手段と、
・前記速度方向を車体前後方向として車体合成力の最大値が車体前後方向を長軸方向または短軸方向とする楕円で制限されている場合において、前記車体合成力の最大値の車体前後方向の成分Ｆ１と車体横方向の成分Ｆ２との比γ０と、自車両の速度の車体前後方向の成分ｖｘ０と前記速度の車体横方向の成分ｖｙ０との比と、の積で定められた第１のパラメータと、前記比γ０と、前記距離の車体前後方向の成分Ｘｅと車体横方向の成分Ｙｅとの比と、の積で定められた第２のパラメータと、前記目標位置及び該目標位置で前記速度方向になるために車体合成力の最大値を最小にするために導入した第１の導入パラメータμ１の、前記比γ０、前記成分Ｘｅ、前記成分Ｙｅ、前記成分ｖｘ０’、及び前記成分ｖｙ０のうち前記第１のパラメータ及び前記第２のパラメータに応じた３つが特定値であるとの仮定の下での値μ１’と、の関係を定めた第１のマップ、
・前記第１のパラメータと、前記第２のパラメータと、前記目標位置及び該目標位置で前記速度方向になるために車体合成力の最大値を最小にするために導入した前記第１の導入パラメータμ１と異なる第２の導入パラメータμ２の、前記仮定の下での値μ２’と、の関係を定めた第２のマップ、並びに
・前記第１のパラメータと、前記第２のパラメータと、前記目標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、を記憶した記憶手段と、
前記検出手段で検出された現在の前記距離及び現在の前記速度、並びに前記比γ０に基づいて、前記第１のパラメータ及び前記第２のパラメータを演算し、演算された第１のパラメータ、第２のパラメータ、前記第１のマップ、前記第２のマップ、及び前記第３のマップを用いて、車体合成力の最大値が最小となる車体合成力の時系列データ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】
目標位置及び該目標位置における速度方向を設定する設定手段と、
自車両と前記目標位置との間の距離、及び自車両の速度を検出する検出手段と、
・前記速度方向を車体前後方向として車体合成力の最大値が車体前後方向を長軸方向または短軸方向とする楕円で制限されている場合において、前記車体合成力の最大値の車体前後方向の成分Ｆ１と車体横方向の成分Ｆ２との比γ０と、自車両の速度の車体前後方向の成分ｖｘ０と前記速度の車体横方向の成分ｖｙ０との比と、の積で定められた第１のパラメータと、前記比γ０と、前記距離の車体前後方向の成分Ｘｅと車体横方向の成分Ｙｅとの比と、の積で定められた第２のパラメータと、前記目標位置及び該目標位置で前記速度方向になるために車体合成力の最大値が最小となる車体合成加速度の方向θの、前記比γ０、前記成分Ｘｅ、前記成分Ｙｅ、前記成分ｖｘ０、及び前記成分ｖｙ０のうち前記第１のパラメータ及び前記第２のパラメータに応じた３つが特定値であるとの仮定の下での方向θ’との関係を定めた第１のマップ、並びに
・前記第１のパラメータと、前記第２のパラメータと、前記目標位置及び該目標位置で前記速度方向になるために最大値が最小となる車体合成加速度Ｆ１／ｍの、前記仮定の下での車体合成加速度Ｆ１’／ｍ’と、の関係を定めた第２のマップ、を記憶した記憶手段と、
前記検出手段で検出された現在の前記距離及び現在の前記速度、並びに前記比γ０に基づいて、前記第１のパラメータ及び前記第２のパラメータを演算し、演算された第１のパラメータ、第２のパラメータ、前記第１のマップ、及び前記第２のマップを用いて、車体合成力の最大値が最小となる現在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６】
目標位置及び該目標位置における速度方向を設定する設定手段と、
自車両と前記目標位置との間の距離、及び自車両の速度を検出する検出手段と、
・前記速度方向を車体前後方向として車体合成力の最大値が車体前後方向を長軸方向または短軸方向とする楕円で制限されている場合において、車体合成加速度の最大値の車体前後方向の成分Ｆ１／ｍまたは車体横方向の成分Ｆ２／ｍ、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、自車両の速度の車体前後方向の成分ｖｘ０、及び前記速度の車体横方向の成分ｖｙ０を用いた第１のパラメータと、前記成分Ｆ１／ｍまたは前記成分Ｆ２／ｍ、前記成分Ｘｅ、前記成分Ｙｅ、前記成分ｖｘ０、及び前記成分ｖｙ０を用いた前記第１のパラメータとは異なる第２のパラメータと、車体合成力の最大値の車体前後方向の成分Ｆ１または車体横方向の成分Ｆ２の一方を設定した場合に、前記目標位置及び該目標位置で前記速度方向になるために前記成分Ｆ１または前記成分Ｆ２の他方を最小にするために導入した第１の導入パラメータμ１の、前記成分Ｆ１／ｍまたは前記成分Ｆ２／ｍ、前記成分Ｘｅ、前記成分Ｙｅ、前記成分ｖｘ０、及び前記成分ｖｙ０のうち前記第１のパラメータ及び前記第２のパラメータに応じた３つが特定値であるとの仮定の下での値μ１’と、の関係を定めた第１のマップ、
・前記第１のパラメータと、前記第２のパラメータと、前記成分Ｆ１または前記成分Ｆ２の一方を設定した場合に、前記目標位置及び該目標位置で前記速度方向になるために前記成分Ｆ１または前記成分Ｆ２の他方を最小にするために導入した前記第１の導入パラメータμ１と異なる第２の導入パラメータμ２の、前記仮定の下での値μ２’と、の関係を定めた第２のマップ、並びに
・前記第１のパラメータと、前記第２のパラメータと、前記目標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、を記憶した記憶手段と、
前記検出手段で検出された現在の前記距離及び現在の前記速度、並びに設定された前記成分Ｆ１または前記成分Ｆ２の一方に基づいて、前記第１のパラメータ及び前記第２のパラメータを演算し、演算された第１のパラメータ、第２のパラメータ、前記第１のマップ、前記第２のマップ、及び前記第３のマップを用いて、前記成分Ｆ１または前記成分Ｆ２の他方が最小となる車体合成力の時系列データ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】
目標位置及び該目標位置における速度方向を設定する設定手段と、
自車両と前記目標位置との間の距離、及び自車両の速度を検出する検出手段と、
・前記速度方向を車体前後方向として車体合成力の最大値が車体前後方向を長軸方向または短軸方向とする楕円で制限されている場合において、車体合成加速度の最大値の車体前後方向の成分Ｆ１／ｍまたは車体横方向の成分Ｆ２／ｍ、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、自車両の速度の車体前後方向の成分ｖｘ０、及び前記速度の車体横方向の成分ｖｙ０を用いた第１のパラメータと、前記成分Ｆ１／ｍまたは前記成分Ｆ２／ｍ、前記成分Ｘｅ、前記成分Ｙｅ、前記成分ｖｘ０、及び前記成分ｖｙ０を用いた前記第１のパラメータとは異なる第２のパラメータと、車体合成力の最大値の車体前後方向の成分Ｆ１または車体横方向の成分Ｆ２の一方を設定した場合に、前記目標位置及び該目標位置で前記速度方向になるために前記成分Ｆ１または前記成分Ｆ２の他方が最小となる車体合成加速度の方向θの、前記成分Ｆ１／ｍまたは前記成分Ｆ２／ｍ、前記成分Ｘｅ、前記成分Ｙｅ、前記成分ｖｘ０、及び前記成分ｖｙ０のうち前記第１のパラメータ及び前記第２のパラメータに応じた３つが特定値であるとの仮定の下での方向θ’との関係を定めた第１のマップ、並びに
・前記第１のパラメータと、前記第２のパラメータと、前記成分Ｆ１と前記成分Ｆ２との比γ０の、前記仮定の下での比γ０’と、の関係を定めた第２のマップ、を記憶した記憶手段と、
前記検出手段で検出された現在の前記距離及び現在の前記速度、並びに設定された前記成分Ｆ１または前記成分Ｆ２の一方に基づいて、前記第１のパラメータ及び前記第２のパラメータを演算し、演算された第１のパラメータ、第２のパラメータ、前記第１のマップ、及び前記第２のマップを用いて、前記成分Ｆ１または前記成分Ｆ２の他方が最小となる現在時刻におけ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】
前記導出手段は、前記比γ０を一定値として前記成分Ｆ１及び前記成分Ｆ２の設定を変更しながら前記最短距離Ｘｓを繰り返し求め、前記最短距離Ｘｓと前記距離の車体前後方向の成分Ｘｅとの差が所定値以内となったときの前記成分Ｆ１及び前記成分Ｆ２に基づいて、車体合成力の最大値が最小となる最適軌道を導出する請求項１または請求項２記載の車両運動制御装置。
【請求項９】
前記導出手段は、前記成分Ｆ１または前記成分Ｆ２の一方を一定値として前記比γ０を変更しながら前記最短距離Ｘｓを繰り返し求め、前記最短距離Ｘｓと前記距離の車体前後方向の成分Ｘｅとの差が所定値以内となったときの前記比γ０に基づいて、前記成分Ｆ１または前記成分Ｆ２の他方が最小となる最適軌道を導出する請求項１または請求項２記載の車両運動制御装置。
【請求項１０】
前記導出手段は、前記成分Ｆ１及び前記成分Ｆ２を一定値として前記成分Ｘｅを変更しながら前記比γ０を用いて車体合成力ｆを繰り返し求め、前記車体合成力ｆと車体合成力の最大値との差が所定値以内となったときの前記成分Ｘｅに基づいて、前記成分Ｙｅに対して車体前後方向の距離が最短となる最短回避軌道を導出する請求項４または請求項５記載の車両運動制御装置。
【請求項１１】
前記導出手段は、前記成分Ｆ１または前記成分Ｆ２の一方を一定値として前記比γ０の設定を変更しながら車体合成力の車体前後方向の成分ｆ１または車体横方向の成分ｆ２を繰り返し求め、前記成分ｆ１と前記成分Ｆ１との差、または前記成分ｆ２と前記成分Ｆ２との差が所定値以内となったときの前記比γ０に基づいて、前記成分Ｆ１または前記成分Ｆ２の他方が最小となる最適軌道を導出する請求項４または請求項５記載の車両運動制御装置。
【請求項１２】
前記導出手段は、前記成分Ｆ１及び前記成分Ｆ２を一定値として前記成分Ｘｅを変更しながら前記成分Ｆ１または前記成分Ｆ２を用いて車体合成力の車体前後方向の成分と車体横方向の成分との比γｆを繰り返し求め、前記比γｆと、前記成分Ｆ１と前記成分Ｆ２との比γ０との差が所定値以内となったときの前記成分Ｘｅに基づいて、前記成分Ｙｅに対して車体前後方向の距離が最短となる最短回避軌道を導出する請求項６または請求項７記載の車両運動制御装置。
【請求項１３】
前記導出手段は、前記成分Ｆ１と前記成分Ｆ２との比γ０を一定値として前記成分Ｆ１または前記成分Ｆ２の一方の設定を変更しながら車体合成力の車体前後方向の成分と車体横方向の成分との比γｆを繰り返し求め、前記比γｆと、前記比γ０との差が所定値以内となったときの前記成分Ｆ１及び前記成分Ｆ２に基づいて、車体合成力の最大値が最小となる最適軌道を導出する請求項６または請求項７記載の車両運動制御装置。
【請求項１４】
前記第１のパラメータ、及び前記第２のパラメータを、各マップの特異点が該マップの縦軸又は横軸と平行になるように変更した請求項１〜請求項１３のいずれか１項記載の車両運動制御装置。
【請求項１５】
前記設定手段は、障害物の位置及び大きさに基づいて、前記目標位置及び該目標位置における速度方向を設定し、
前記検出手段は、自車両の前記障害物に対する相対速度を検出する
請求項１〜請求項１４のいずれか１項記載の車両運動制御装置。
【請求項１６】
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１５のいずれか１項記載の車両運動制御装置。
【請求項１７】
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１６のいずれか１項記載の車両運動制御装置。
【請求項１】
目標位置及び該目標位置における速度方向を設定する設定手段と、
自車両と前記目標位置との間の距離、及び自車両の速度を検出する検出手段と、
・前記速度方向を車体前後方向として車体合成力の最大値が車体前後方向を長軸方向または短軸方向とする楕円で制限されている場合において、車体合成加速度の最大値の車体前後方向の成分Ｆ１／ｍ、前記車体合成力の最大値の車体前後方向の成分Ｆ１と車体横方向の成分Ｆ２との比γ０、前記距離の車体横方向の成分Ｙｅ、自車両の速度の車体前後方向の成分ｖｘ０、及び前記速度の車体横方向の成分ｖｙ０を用いた第１のパラメータと、前記成分Ｆ１／ｍ、前記比γ０、前記成分Ｙｅ、前記成分ｖｘ０、及び前記成分ｖｙ０を用いた前記第１のパラメータとは異なる第２のパラメータと、前記成分Ｆ１及び前記成分Ｆ２を設定した場合に、前記成分Ｙｅに対して車体前後方向の移動距離が最短とな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μ１の、前記成分Ｆ１／ｍ、前記比γ０、前記成分Ｙｅ、前記成分ｖｘ０、及び前記成分ｖｙ０のうち前記第１のパラメータ及び前記第２のパラメータに応じた３つが特定値であるとの仮定の下での値μ１’と、の関係を定めた第１のマップ、
・前記第１のパラメータと、前記第２のパラメータと、前記成分Ｆ１及び前記成分Ｆ２を設定した場合に、前記成分Ｙｅに対して車体前後方向の移動距離が最短とな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μ１と異なる第２の導入パラメータμ２の、前記仮定の下での値μ２’と、の関係を定めた第２のマップ、並びに
・前記第１のパラメータと、前記第２のパラメータと、前記成分Ｙｅに対して車体前後方向の移動距離が最短となる最短距離Ｘｓ及び前記成分Ｙｅで定まる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、を記憶した記憶手段と、
前記検出手段で検出された現在の前記距離及び現在の前記速度、並びに設定した前記成分Ｆ１及び前記成分Ｆ２に基づいて、前記第１のパラメータ及び前記第２のパラメータを演算し、演算された第１のパラメータ、第２のパラメータ、前記第１のマップ、前記第２のマップ、及び前記第３のマップを用いて、前記成分Ｙｅに対して車体前後方向の距離が最短距離Ｘｓとなる車体合成力の時系列データ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】
目標位置及び該目標位置における速度方向を設定する設定手段と、
自車両と前記目標位置との間の距離、及び自車両の速度を検出する検出手段と、
前記速度方向を車体前後方向として車体合成力の最大値が車体前後方向を長軸方向または短軸方向とする楕円で制限されている場合において、車体合成加速度の最大値の車体前後方向の成分Ｆ１／ｍ、前記車体合成力の最大値の車体前後方向の成分Ｆ１と車体横方向の成分Ｆ２との比γ０、前記距離の車体横方向の成分Ｙｅ、自車両の速度の車体前後方向の成分ｖｘ０、及び前記速度の車体横方向の成分ｖｙ０を用いた第１のパラメータと、前記成分Ｆ１／ｍ、前記比γ０、前記成分Ｙｅ、前記成分ｖｘ０、及び前記成分ｖｙ０を用いた前記第１のパラメータとは異なる第２のパラメータと、前記成分Ｙｅに対して車体前後方向の移動距離が最短となる車体合成加速度の方向θの、前記成分Ｆ１／ｍ、前記比γ０、前記成分Ｙｅ、前記成分ｖｘ０、及び前記成分ｖｙ０のうち前記第１のパラメータ及び前記第２のパラメータに応じた３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現在の前記距離及び現在の前記速度、並びに設定した前記成分Ｆ１及び前記成分Ｆ２に基づいて、前記第１のパラメータ及び前記第２のパラメータを演算し、演算された第１のパラメータ、第２のパラメータ、前記マップを用いて、前記成分Ｙｅに対して車体前後方向の距離が最短距離Ｘｓとなる現在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】
前記第１のパラメータを、前記比γ０と前記成分Ｆ１／ｍの逆数と前記成分Ｙｅの逆数との積の平方根と、前記成分ｖｘ０との積として定め、前記第２のパラメータを、前記比γ０と前記最大値Ｆ１／ｍと前記成分Ｙｅとの積の逆数の平方根と、前記成分ｖｙ０との積として定めるか、または前記第１のパラメータを、前記比γ０と前記成分ｖｘ０との積と、前記成分ｖｙ０との比として定め、前記第２のパラメータを、前記比と前記成分ｖｘ０または前記成分ｖｙ０の二乗との積と、前記最大値Ｆ１／ｍとの比として定めた請求項１または請求項２記載の車両運動制御装置。
【請求項４】
目標位置及び該目標位置における速度方向を設定する設定手段と、
自車両と前記目標位置との間の距離、及び自車両の速度を検出する検出手段と、
・前記速度方向を車体前後方向として車体合成力の最大値が車体前後方向を長軸方向または短軸方向とする楕円で制限されている場合において、前記車体合成力の最大値の車体前後方向の成分Ｆ１と車体横方向の成分Ｆ２との比γ０と、自車両の速度の車体前後方向の成分ｖｘ０と前記速度の車体横方向の成分ｖｙ０との比と、の積で定められた第１のパラメータと、前記比γ０と、前記距離の車体前後方向の成分Ｘｅと車体横方向の成分Ｙｅとの比と、の積で定められた第２のパラメータと、前記目標位置及び該目標位置で前記速度方向になるために車体合成力の最大値を最小にするために導入した第１の導入パラメータμ１の、前記比γ０、前記成分Ｘｅ、前記成分Ｙｅ、前記成分ｖｘ０’、及び前記成分ｖｙ０のうち前記第１のパラメータ及び前記第２のパラメータに応じた３つが特定値であるとの仮定の下での値μ１’と、の関係を定めた第１のマップ、
・前記第１のパラメータと、前記第２のパラメータと、前記目標位置及び該目標位置で前記速度方向になるために車体合成力の最大値を最小にするために導入した前記第１の導入パラメータμ１と異なる第２の導入パラメータμ２の、前記仮定の下での値μ２’と、の関係を定めた第２のマップ、並びに
・前記第１のパラメータと、前記第２のパラメータと、前記目標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、を記憶した記憶手段と、
前記検出手段で検出された現在の前記距離及び現在の前記速度、並びに前記比γ０に基づいて、前記第１のパラメータ及び前記第２のパラメータを演算し、演算された第１のパラメータ、第２のパラメータ、前記第１のマップ、前記第２のマップ、及び前記第３のマップを用いて、車体合成力の最大値が最小となる車体合成力の時系列データ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】
目標位置及び該目標位置における速度方向を設定する設定手段と、
自車両と前記目標位置との間の距離、及び自車両の速度を検出する検出手段と、
・前記速度方向を車体前後方向として車体合成力の最大値が車体前後方向を長軸方向または短軸方向とする楕円で制限されている場合において、前記車体合成力の最大値の車体前後方向の成分Ｆ１と車体横方向の成分Ｆ２との比γ０と、自車両の速度の車体前後方向の成分ｖｘ０と前記速度の車体横方向の成分ｖｙ０との比と、の積で定められた第１のパラメータと、前記比γ０と、前記距離の車体前後方向の成分Ｘｅと車体横方向の成分Ｙｅとの比と、の積で定められた第２のパラメータと、前記目標位置及び該目標位置で前記速度方向になるために車体合成力の最大値が最小となる車体合成加速度の方向θの、前記比γ０、前記成分Ｘｅ、前記成分Ｙｅ、前記成分ｖｘ０、及び前記成分ｖｙ０のうち前記第１のパラメータ及び前記第２のパラメータに応じた３つが特定値であるとの仮定の下での方向θ’との関係を定めた第１のマップ、並びに
・前記第１のパラメータと、前記第２のパラメータと、前記目標位置及び該目標位置で前記速度方向になるために最大値が最小となる車体合成加速度Ｆ１／ｍの、前記仮定の下での車体合成加速度Ｆ１’／ｍ’と、の関係を定めた第２のマップ、を記憶した記憶手段と、
前記検出手段で検出された現在の前記距離及び現在の前記速度、並びに前記比γ０に基づいて、前記第１のパラメータ及び前記第２のパラメータを演算し、演算された第１のパラメータ、第２のパラメータ、前記第１のマップ、及び前記第２のマップを用いて、車体合成力の最大値が最小となる現在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６】
目標位置及び該目標位置における速度方向を設定する設定手段と、
自車両と前記目標位置との間の距離、及び自車両の速度を検出する検出手段と、
・前記速度方向を車体前後方向として車体合成力の最大値が車体前後方向を長軸方向または短軸方向とする楕円で制限されている場合において、車体合成加速度の最大値の車体前後方向の成分Ｆ１／ｍまたは車体横方向の成分Ｆ２／ｍ、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、自車両の速度の車体前後方向の成分ｖｘ０、及び前記速度の車体横方向の成分ｖｙ０を用いた第１のパラメータと、前記成分Ｆ１／ｍまたは前記成分Ｆ２／ｍ、前記成分Ｘｅ、前記成分Ｙｅ、前記成分ｖｘ０、及び前記成分ｖｙ０を用いた前記第１のパラメータとは異なる第２のパラメータと、車体合成力の最大値の車体前後方向の成分Ｆ１または車体横方向の成分Ｆ２の一方を設定した場合に、前記目標位置及び該目標位置で前記速度方向になるために前記成分Ｆ１または前記成分Ｆ２の他方を最小にするために導入した第１の導入パラメータμ１の、前記成分Ｆ１／ｍまたは前記成分Ｆ２／ｍ、前記成分Ｘｅ、前記成分Ｙｅ、前記成分ｖｘ０、及び前記成分ｖｙ０のうち前記第１のパラメータ及び前記第２のパラメータに応じた３つが特定値であるとの仮定の下での値μ１’と、の関係を定めた第１のマップ、
・前記第１のパラメータと、前記第２のパラメータと、前記成分Ｆ１または前記成分Ｆ２の一方を設定した場合に、前記目標位置及び該目標位置で前記速度方向になるために前記成分Ｆ１または前記成分Ｆ２の他方を最小にするために導入した前記第１の導入パラメータμ１と異なる第２の導入パラメータμ２の、前記仮定の下での値μ２’と、の関係を定めた第２のマップ、並びに
・前記第１のパラメータと、前記第２のパラメータと、前記目標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、を記憶した記憶手段と、
前記検出手段で検出された現在の前記距離及び現在の前記速度、並びに設定された前記成分Ｆ１または前記成分Ｆ２の一方に基づいて、前記第１のパラメータ及び前記第２のパラメータを演算し、演算された第１のパラメータ、第２のパラメータ、前記第１のマップ、前記第２のマップ、及び前記第３のマップを用いて、前記成分Ｆ１または前記成分Ｆ２の他方が最小となる車体合成力の時系列データ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】
目標位置及び該目標位置における速度方向を設定する設定手段と、
自車両と前記目標位置との間の距離、及び自車両の速度を検出する検出手段と、
・前記速度方向を車体前後方向として車体合成力の最大値が車体前後方向を長軸方向または短軸方向とする楕円で制限されている場合において、車体合成加速度の最大値の車体前後方向の成分Ｆ１／ｍまたは車体横方向の成分Ｆ２／ｍ、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、自車両の速度の車体前後方向の成分ｖｘ０、及び前記速度の車体横方向の成分ｖｙ０を用いた第１のパラメータと、前記成分Ｆ１／ｍまたは前記成分Ｆ２／ｍ、前記成分Ｘｅ、前記成分Ｙｅ、前記成分ｖｘ０、及び前記成分ｖｙ０を用いた前記第１のパラメータとは異なる第２のパラメータと、車体合成力の最大値の車体前後方向の成分Ｆ１または車体横方向の成分Ｆ２の一方を設定した場合に、前記目標位置及び該目標位置で前記速度方向になるために前記成分Ｆ１または前記成分Ｆ２の他方が最小となる車体合成加速度の方向θの、前記成分Ｆ１／ｍまたは前記成分Ｆ２／ｍ、前記成分Ｘｅ、前記成分Ｙｅ、前記成分ｖｘ０、及び前記成分ｖｙ０のうち前記第１のパラメータ及び前記第２のパラメータに応じた３つが特定値であるとの仮定の下での方向θ’との関係を定めた第１のマップ、並びに
・前記第１のパラメータと、前記第２のパラメータと、前記成分Ｆ１と前記成分Ｆ２との比γ０の、前記仮定の下での比γ０’と、の関係を定めた第２のマップ、を記憶した記憶手段と、
前記検出手段で検出された現在の前記距離及び現在の前記速度、並びに設定された前記成分Ｆ１または前記成分Ｆ２の一方に基づいて、前記第１のパラメータ及び前記第２のパラメータを演算し、演算された第１のパラメータ、第２のパラメータ、前記第１のマップ、及び前記第２のマップを用いて、前記成分Ｆ１または前記成分Ｆ２の他方が最小となる現在時刻におけ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】
前記導出手段は、前記比γ０を一定値として前記成分Ｆ１及び前記成分Ｆ２の設定を変更しながら前記最短距離Ｘｓを繰り返し求め、前記最短距離Ｘｓと前記距離の車体前後方向の成分Ｘｅとの差が所定値以内となったときの前記成分Ｆ１及び前記成分Ｆ２に基づいて、車体合成力の最大値が最小となる最適軌道を導出する請求項１または請求項２記載の車両運動制御装置。
【請求項９】
前記導出手段は、前記成分Ｆ１または前記成分Ｆ２の一方を一定値として前記比γ０を変更しながら前記最短距離Ｘｓを繰り返し求め、前記最短距離Ｘｓと前記距離の車体前後方向の成分Ｘｅとの差が所定値以内となったときの前記比γ０に基づいて、前記成分Ｆ１または前記成分Ｆ２の他方が最小となる最適軌道を導出する請求項１または請求項２記載の車両運動制御装置。
【請求項１０】
前記導出手段は、前記成分Ｆ１及び前記成分Ｆ２を一定値として前記成分Ｘｅを変更しながら前記比γ０を用いて車体合成力ｆを繰り返し求め、前記車体合成力ｆと車体合成力の最大値との差が所定値以内となったときの前記成分Ｘｅに基づいて、前記成分Ｙｅに対して車体前後方向の距離が最短となる最短回避軌道を導出する請求項４または請求項５記載の車両運動制御装置。
【請求項１１】
前記導出手段は、前記成分Ｆ１または前記成分Ｆ２の一方を一定値として前記比γ０の設定を変更しながら車体合成力の車体前後方向の成分ｆ１または車体横方向の成分ｆ２を繰り返し求め、前記成分ｆ１と前記成分Ｆ１との差、または前記成分ｆ２と前記成分Ｆ２との差が所定値以内となったときの前記比γ０に基づいて、前記成分Ｆ１または前記成分Ｆ２の他方が最小となる最適軌道を導出する請求項４または請求項５記載の車両運動制御装置。
【請求項１２】
前記導出手段は、前記成分Ｆ１及び前記成分Ｆ２を一定値として前記成分Ｘｅを変更しながら前記成分Ｆ１または前記成分Ｆ２を用いて車体合成力の車体前後方向の成分と車体横方向の成分との比γｆを繰り返し求め、前記比γｆと、前記成分Ｆ１と前記成分Ｆ２との比γ０との差が所定値以内となったときの前記成分Ｘｅに基づいて、前記成分Ｙｅに対して車体前後方向の距離が最短となる最短回避軌道を導出する請求項６または請求項７記載の車両運動制御装置。
【請求項１３】
前記導出手段は、前記成分Ｆ１と前記成分Ｆ２との比γ０を一定値として前記成分Ｆ１または前記成分Ｆ２の一方の設定を変更しながら車体合成力の車体前後方向の成分と車体横方向の成分との比γｆを繰り返し求め、前記比γｆと、前記比γ０との差が所定値以内となったときの前記成分Ｆ１及び前記成分Ｆ２に基づいて、車体合成力の最大値が最小となる最適軌道を導出する請求項６または請求項７記載の車両運動制御装置。
【請求項１４】
前記第１のパラメータ、及び前記第２のパラメータを、各マップの特異点が該マップの縦軸又は横軸と平行になるように変更した請求項１〜請求項１３のいずれか１項記載の車両運動制御装置。
【請求項１５】
前記設定手段は、障害物の位置及び大きさに基づいて、前記目標位置及び該目標位置における速度方向を設定し、
前記検出手段は、自車両の前記障害物に対する相対速度を検出する
請求項１〜請求項１４のいずれか１項記載の車両運動制御装置。
【請求項１６】
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１５のいずれか１項記載の車両運動制御装置。
【請求項１７】
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１６のいずれか１項記載の車両運動制御装置。
【図１】
【図１２】
【図１３】
【図２２】
【図２８】
【図３４】
【図４６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図１２】
【図１３】
【図２２】
【図２８】
【図３４】
【図４６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【公開番号】特開２０１１−１３６６８１（Ｐ２０１１−１３６６８１Ａ）
【公開日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１４０５３（Ｐ２０１０−２１４０５３）
【出願日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【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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