JP2018024295A - 運転支援システム - Google Patents

Abstract

【課題】車両の走行状態を取得する際における時間遅れを抑制し、安定的に車両の制御を行うことのできる運転支援システムを提供する。
【解決手段】車両２０が走行している走行車線３００の境界を含む画像、を取得する車載カメラ２３０と、走行車線３００において車両２０が走行すべき軌道である目標軌道を、画像に基づいて生成する目標軌道生成部１２０と、走行車線３００における車両２０の走行状態を、画像に基づいて取得する走行状態取得部１１０と、目標軌道と走行状態とに基づいて、車両２０を目標軌道に沿って走行させるための操舵制御を行う制御部１４０と、走行状態取得部１１０によって走行状態が取得される際における時間遅れ、を補償する補償部１３０と、を備える。
【選択図】図１

Description

本開示は、車両の運転を支援する運転支援システムに関する。

交通事故の低減やドライバの負担を軽減することを目的として、運転支援システムの開発が進められている。運転支援システムは、車両の運転者が行う運転操作の一部または全部を自動的に行ったり、運転者が行う運転操作を補助したりすることのできるシステムである。このような運転システムとしては、例えば、車両の走行中における操舵等の操作を全て自動的に行うものや、車線変更時等における一時的な運転操作のみを自動的に行うものが挙げられる。また、運転者の操舵トルクに補助的なトルクを加えることにより、走行車線の境界（白線）を車両が逸脱することのないように運転操作を補助するようなシステムも挙げられる。

下記特許文献１に記載の運転支援システム（運転支援制御装置）では、車両の前方側をカメラによって連続的に撮影し、得られた画像に基づいて操舵を自動的に行っている。具体的には、画像に基づいて車両の幅方向における現在位置を算出しており、当該現在位置が目標コースに一致するように操舵を自動的に行っている。

特開２０１５−１３５４５号公報

運転支援システムが車両の制御を安定的に行うためには、現時点における車両の走行状態（例えば車両の横位置や走行方向等）を正確に把握する必要がある。しかしながら、走行状態を取得するための画像処理や、画像データ等を伝達するための通信には僅かながら時間を要する。このため、運転支援システムが取得した車両の走行状態は、厳密には現在の走行状態とは異なるものとなってしまう。つまり、運転支援システムが車両の走行状態を取得するにあたっては時間遅れが常に生じてしまう。このような時間遅れは、例えば車両の横位置が目標位置に収束しにくくなる等、制御が不安定となる要因となるために好ましくない。

本開示はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、車両の走行状態を取得する際における時間遅れを抑制し、安定的に車両の制御を行うことのできる運転支援システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本開示に係る運転支援システムは、車両（２０）の運転を支援する運転支援システム（１０）であって、車両が走行している走路（３００）の境界を含む画像、を取得する撮像部（２３０）と、走路において車両が走行すべき軌道である目標軌道を、画像に基づいて生成する目標軌道生成部（１２０）と、走路における車両の走行状態を、画像に基づいて取得する走行状態取得部（１１０）と、目標軌道と走行状態とに基づいて、車両を目標軌道に沿って走行させるための操舵制御を行う制御部（１４０）と、走行状態取得部によって走行状態が取得される際における時間遅れ、を補償する補償部（１３０）と、を備える。

このような運転支援システムでは、走行状態取得部によって走行状態が取得される際における時間遅れが、補償部が行う処理によって補償される。これにより、制御に対する時間遅れの影響が低減されるので、安定的に車両の制御を行うことが可能となる。

本開示によれば、車両の走行状態を取得する際における時間遅れを抑制し、安定的に車両の制御を行うことのできる運転支援システムが提供される。

図１は、実施形態に係る運転支援システムの構成を模式的に示す図である。 図２は、車両の走行状態、及びこれに基づいて行われる制御の概要について説明するための図である。 図３は、車両の走行状態、及びこれに基づいて行われる制御の概要について説明するための図である。 図４は、運転支援システムの演算装置によって実行される処理の流れを示すフローチャートである。 図５は、車両の横位置の時間変化を示すグラフである。 図６は、比較例に係る制御が行われた場合における、車両の横位置の時間変化を示すグラフである。

以下、添付図面を参照しながら本実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

図１を参照しながら、本実施形態に係る運転支援システム１０の構成について説明する。運転支援システム１０は、車両２０（図１においては不図示、図２を参照）に搭載されるシステムであって、車両２０の運転操作を自動的に行うためのシステムとして構成されている。運転支援システム１０は、車両２０が備える電動ステアリング装置２１に制御信号を送信することで、車両２０の操舵を自動的に行うことができる。運転支援システム１０は、車速センサ２１０と、ヨーレートセンサ２２０と、車載カメラ２３０と、演算装置１００と、を備えている。

車速センサ２１０は、車両２０の走行速度を測定するためのセンサである。車速センサ２１０で測定された走行速度は、車両２０に設けられたＣＡＮ等の通信手段を介して演算装置１００に送信される。車速センサ２１０は、本実施形態における「速度取得部」に該当する。

ヨーレートセンサ２２０は、車両２０の旋回方向への回転角の変化速度、すなわちヨーレートを測定するためのセンサである。ヨーレートセンサ２２０で測定されたヨーレートは、車両２０に設けられたＣＡＮ等の通信手段を介して演算装置１００に送信される。ヨーレートセンサ２２０は、本実施形態における「ヨーレート取得部」に該当する。

車載カメラ２３０は、例えば車両２０の車室内に固定されたＣＣＤカメラであって、車両２０の前方側の画像を連続的に撮影するためのカメラである。車載カメラ２３０は、車両２０が走行する走路の境界が画像に含まれるように、その取り付け位置や角度が調整されている。ここでいう「走路」とは、車両２０が走行し得る領域である走行車線のことである。また、「走路の境界」とは、例えば走行車線の境界として路面に描かれた白線や縁石のことである。車載カメラ２３０は、本実施形態における「撮像部」に該当する。

車載カメラ２３０は、運転支援システム１０のための専用のカメラとして設けられていてもよく、例えばＰＣＳ（プリクラッシュセーフティシステム）等、車両２０が備える他のシステムと共有されたカメラとして設けられていてもよい。車載カメラ２３０で撮影された画像は、車両２０に設けられたＣＡＮ等の通信手段を介して演算装置１００に送信される。

演算装置１００は運転支援システム１０の主要部であって、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたコンピュータシステムとして構成されている。演算装置１００は、車速センサ２１０、ヨーレートセンサ２２０、及び車載カメラ２３０から得られる情報に基づいて車両２０の走行状態を取得し、取得された走行状態に基づいて電動ステアリング装置２１の制御を行う。これにより、車両２０を走路に沿って自動的に走行させることができる。

演算装置１００は、機能的な制御ブロックとして、走行状態取得部１１０と、目標軌道生成部１２０と、補償部１３０と、制御部１４０と、を有している。

走行状態取得部１１０は、走路における車両２０の走行状態を、車載カメラ２３０で撮影された画像等に基づいて取得する部分である。ここでいう「走行状態」とは、走行している車両２０の状態を示す各種パラメータである。本実施形態における走行状態には、走路における車両２０の横位置を示す値と、車両２０の走行方向を示す値（後述の車両角度）とが含まれる。

目標軌道生成部１２０は、走路において車両２０が走行すべき軌道である目標軌道を、車載カメラ２３０で撮影された画像に基づいて生成する部分である。

図２を参照しながら、走行状態及び目標軌道について具体的に説明する。図２には、走路である走行車線３００を車両２０が走行している状態が上面視で描かれている。図２において符号３１０が付されているのは、走行車線３００の左側（車両２０の進行方向に対する左側）における境界を示す白線である。当該白線のことを、以下では「白線３１０」と表記する。また、図２において符号３２０が付されているのは、走行車線３００の右側（車両２０の進行方向に対する右側）における境界を示す白線である。当該白線のことを、以下では「白線３２０」と表記する。

本実施形態では、走行車線３００の中央、すなわち白線３１０と白線３２０との中央となる位置に目標軌道が生成される。目標軌道生成部１２０は、車載カメラ２３０で撮影された画像に対し画像処理を行い、車両２０の両側に存在する白線３１０及び白線３２０の位置及び形状を検出する。このような画像処理においては、例えばハフ変換等の既知の方法を用いることができる。その後、目標軌道生成部１２０は、白線３１０と白線３２０との中央に仮想的な線３３０を設定し、線３３０の上に目標軌道を生成する。

図２において符号Ｐ１０が付されているのは、上面視における車両２０の中心位置を示す点である。当該点のことを、以下では「中心点Ｐ１０」と表記する。本実施形態では、中心点Ｐ１０の位置を車両２０の位置として扱う。尚、車両２０における特定の点であって中心点Ｐ１０とは異なる点の位置を、車両２０の位置として扱うこととしてもよい。

図２において符号Ｐ２０が付されているのは、線３３０上において中心点Ｐ１０までの距離が最も近くなる位置の点である。このような点のことを、以下では「最近傍点」とも称する。最近傍点の位置は、車両２０の走行に伴って変化していく。本実施形態では、線３３０上に設定された最近傍点の位置が、当該時点における目標軌道の位置として用いられる。

本実施形態では、中心点Ｐ１０から最近傍点Ｐ２０までの距離が、走行状態の一つである車両２０の「横位置」を示す値として用いられる。横位置は、目標軌道（線３３０）と車両２０との間の距離、ということができる。このように定義される横位置は時間の経過とともに変化する。このため、時刻ｔにおける横位置のことを、以下では「ｙ（ｔ）」のように表記する。

最近傍点Ｐ２０における線３３０の接線は、目標軌道が伸びる方向、すなわち、この時点において車両２０が向かうべき走行方向、ということができる。図２では、上記接線に沿ってｘ軸が設定されており、ｘ軸に対して垂直な方向（具体的には、最近傍点Ｐ２０から中心点Ｐ１０に向かう方向）に沿ってｙ軸が設定されている。このように座標系が設定された場合には、車両２０の横位置ｙ（ｔ）は中心点Ｐ１０のｙ座標として示されることとなる。

図２では、中心点Ｐ１０を通りｘ軸に平行な仮想的な線が、点線ＤＬ１として示されている。また、中心点Ｐ１０を通り車両２０の走行方向に沿った仮想的な線が、点線ＤＬ２として示されている。本実施形態では、点線ＤＬ２が点線ＤＬ１に対してなす角度が、車両２０の走行方向を示す値、すなわち、走行状態の一つである「車両角度」として用いられる。車両角度は、目標軌道（線３３０）が伸びる方向に対し車両２０の走行方向が成す角度、ということができる。このように定義される車両角度は時間の経過とともに変化する。このため、時刻ｔにおける車両角度のことを、以下では「θ（ｔ）」のように表記する。

走行状態取得部１１０は、横位置ｙ（ｔ）と車両角度θ（ｔ）とを含む走行状態を、車載カメラ２３０で撮影された画像に基づいて算出し取得する。その際、走行状態取得部１１０は中心点Ｐ１０の位置も算出する。また、目標軌道生成部１２０は、図２の線３３０で示される目標軌道の位置や方向を、やはり車載カメラ２３０で撮影された画像に基づいて算出し取得する。これらの処理は、所定の演算周期が経過する毎に繰り返し実行される。

目標軌道生成部１２０は更に、最近傍点Ｐ２０における線３３０の曲率（つまり走行車線３００の曲率）、及びその変化率を算出する。当該処理も上記と同様に、所定の演算周期が経過する毎に繰り返し実行される。尚、曲率の「変化率」とは、車両２０が移動した場合における上記曲率の変化量を、車両２０の移動量により除したものである。以下では、走行距離の変化率を「α」とも表記する。

ところで、車載カメラ２３０における画像データの生成や、車載カメラ２３０と演算装置１００との間における通信、及び走行状態取得部１１０における横位置ｙ（ｔ）の算出等には、それぞれ僅かながら時間を要する。このため、時刻ｔにおいて走行状態取得部１１０で取得された走行状態は、実際には当該時刻ｔにおける正確な走行状態とは異なる。つまり、運転支援システム１０が車両２０の走行状態を取得するにあたっては時間遅れが常に生じてしまう。

このため、走行状態取得部１１０により取得された走行状態に対応する車両２０の位置が、図２に示されるような位置であった場合でも、その時点における実際の車両２０の位置は、点線ＤＬ３で示されるように少し前方側の位置となっている。運転支援システム１０が車両２０の運転操作を適切に行うためには、上記のような時間遅れの影響を可能な限り抑制し、現時点における車両２０の正確な位置や走行方向を取得する必要がある。

同様に、時刻ｔにおいて目標軌道生成部１２０が生成した目標軌道の位置や方向、すなわち最近傍点Ｐ２０の位置や当該点における接線（ｘ軸）の方向は、正確には時刻ｔにおける目標軌道の位置や方向とは異なる。つまり、運転支援システム１０が目標軌道を生成するにあたっても、上記と同様の時間遅れが常に生じてしまう。

図１に戻って説明を続ける。演算装置１００が有する補償部１３０は、上記のような遅れ時間を補償するための演算を行う部分である。補償部１３０は、走行状態取得部１１０で取得された走行状態を受け取り、補償後の（つまり現時点の値に近い）走行状態を制御部１４０に出力する部分である。また、補償部１３０は、目標軌道生成部１２０によって生成された目標軌道を受け取り、補償後の目標軌道を制御部１４０に出力する部分でもある。このように、本実施形態における補償部１３０は、走行状態取得部１１０によって走行状態が取得される際における時間遅れ、及び、目標軌道生成部１２０によって目標軌道が生成される際における時間遅れ、の両方を補償するように構成されている。

制御部１４０は、目標軌道と走行状態とに基づいて、車両２０を目標軌道に沿って走行させるための操舵制御を行う部分である。制御部１４０は、走行状態に示される車両２０の位置や走行方向が、目標軌道の位置や方向に近づくように、車両２０が備える電動ステアリング装置２１に制御信号を送信する。具体的には、制御部１４０は、横位置ｙ（ｔ）及び車両角度θ（ｔ）の両方を０に近づけるように、電動ステアリング装置２１に制御信号を送信する。制御部１４０が行う制御に用いられる走行状態及び目標軌道は、いずれも、補償部１３０において時間遅れの補償がなされた後のものである。

補償部１３０によって行われる処理の具体的な内容について説明するに先立ち、座標系等の定義について図３を参照しながら説明する。図３では２つの車両２０（２０ａ、２０ｂ）が描かれている。前方側に描かれた車両２０ａの位置及び走行方向は、時刻ｔにおける実際の車両２０の位置及び走行方向となっている。また、後方側に描かれた車両２０ｂの位置及び走行方向は、時刻ｔにおいて取得された走行状態に示される（つまり見かけの）車両２０の位置及び方向となっている。このように、車両２０ａは実際の位置における車両２０を示すものであり、車両２０ｂは画像に基づいて取得される見かけの位置における車両２０を示すものである。

図３においては、車両２０ａの中心位置を示す点が、図２と同様に中心点Ｐ１０として示されている。また、車両２０ｂの中心位置を示す点が、中心点Ｐ１０と区別するために中心点Ｐ１１として示されている。

本実施形態では、走行状態が取得される際における時間遅れの長さと、目標軌道が生成される際における時間遅れの長さとが、いずれも「Ｌ」（秒）であるとする。従って、車両２０ａが時刻ｔにおける車両２０の実際の位置を示すものであるならば、車両２０ｂは時刻ｔ−Ｌにおける車両２０の実際の位置を示すもの、ということになる。

車両２０ａの横位置及び車両角度をそれぞれｙ（ｔ）、θ（ｔ）と表現すると、車両２０ａの横位置及び車両角度はそれぞれｙ（ｔ−Ｌ）、θ（ｔ−Ｌ）と表現されることになる。このような時間遅れの長さＬは、予め測定され、既知のパラメータとして演算装置１００が備えるＲＯＭに記憶されている。

補償部１３０は、走行状態取得部１１０が算出した中心点Ｐ１０の位置、及び目標軌道生成部１２０が算出した最近傍点Ｐ２０の位置に基づいて第１座標系を設定する。第１座標系は、図２に示されるｘ軸及びｙ軸からなる座標系と同じ直交座標系である。つまり、第１座標系のｘ軸は、最近傍点Ｐ２０における線３３０の接線に沿って伸びる軸であり、第１座標系のｙ軸は、最近傍点Ｐ２０を通りｘ軸に対して垂直な軸である。第１座標系の原点は最近傍点Ｐ２０である。

以下では、第１座標系における車両２０ａのｘ座標、すなわち時刻ｔにおける車両２０の実際のｘ座標をｘ（ｔ）と表現する。同様に、第１座標系における車両２０ａのｙ座標、すなわち時刻ｔにおける車両２０の実際のｙ座標をｙ（ｔ）と表現する。

この場合、第１座標系における車両２０ｂのｙ座標、すなわち時刻ｔにおいて取得された見かけの位置についてのｙ座標は、上記のようにｙ（ｔ−Ｌ）と表現される。同様に、第１座標系における車両２０ｂのｘ座標、すなわち時刻ｔにおいて取得された見かけの位置についてのｘ座標は、ｘ（ｔ−Ｌ）と表現される。ただし、第１座標系の定義により、ｘ（ｔ−Ｌ）の値は常に０である。

図３において点線ＤＬ２０で示されるのは、車両２０ａの走行方向である。つまり、時刻ｔにおける実際の走行方向である。以下では、点線ＤＬ２０とｘ軸とのなす角度、すなわち、時刻ｔにおける実際の車両角度をθ（ｔ）と表現する。

図３では、車両２０ｂの走行方向が、図２と同様に点線ＤＬ２で示されている。点線ＤＬ２が、ｘ軸と平行な点線ＤＬ１に対してなす角度は、補償前の見かけの走行状態として示される車両角度に該当する。この場合、当該車両角度はθ（ｔ−Ｌ）と表現される。

図３には、第１座標系とは別の直交座標系として、ｘ_r軸及びｙ_r軸からなる第２座標系も示されている。この第２座標系については後述する。

図４を参照しながら、補償部１３０によって行われる処理の具体的な内容について説明する。図４に示される一連の処理は、運転支援システム１０による車両２０の自動運転が行われているときに、所定の制御周期が経過する毎に繰り返し実行されるものである。

図４に示される一連の処理を実行するのに先立ち、補償部１３０は、車速センサ２１０で取得される走行速度、及び、ヨーレートセンサ２２０で取得されるヨーレートをそれぞれバッファリングする。当該処理は、直近におけるＬ秒間分の走行速度を示すデータ、及びヨーレートを示すデータがそれぞれＲＡＭのバッファ内に確保されるまで行われる。現在の時刻を時刻ｔとすると、上記のようなバッファリングにより、時刻ｔ−Ｌから時刻ｔまでの期間における走行速度の変化、及び同期間におけるヨーレートの変化が予め取得されることとなる。バッファリングが完了すると、補償部１３０は図４に示される一連の処理を開始する。

上記のようにバッファリングされたＬ秒間分の走行速度を示すデータは、取得された走行速度の履歴ということができる。同様に、バッファリングされたＬ秒間分のヨーレートを示すデータは、取得されたヨーレートの履歴ということができる。

最初のステップＳ０１では、走行状態取得部１１０から走行状態が入力され、目標軌道生成部１２０から目標軌道が入力される。これらは、いずれも時刻ｔにおいて補償部１３０に入力されるのであるが、これまで述べたように、実際には現在よりもＬ秒前における値が取得されることとなる。本実施形態では、ステップＳ０１で取得された走行状態等が、時刻ｔ−Ｌにおける走行状態等として扱われる。例えば、ステップＳ０１で取得された車両２０の横位置は、ｙ（ｔ−Ｌ）として扱われる。また、取得された車両２０の車両角度はθ（ｔ−Ｌ）として扱われる。

尚、ステップＳ０１では、取得された走行状態及び目標軌道に基づいて中心点Ｐ１０の位置や最近傍点Ｐ２０の位置が設定され、これらに基づいて、図２に示される第１座標系が設定される。

ステップＳ０１に続くステップＳ０２では、現在、すなわち時刻ｔにおける実際の走行状態の算出が行われる。ここでは、第１座標系における車両２０（中心点Ｐ１１）のｘ座標、ｙ座標、及び車両２０の車両角度がそれぞれ算出される。

時刻ｔにおける車両２０の実際の車両角度、すなわちθ（ｔ）は、以下の式（１）により算出される。

式（１）の右辺第１項には、ステップＳ０１で取得された車両２０の車両角度の値が用いられる。式（１）の右辺第２項におけるγ（τ）は、時刻τにおけるヨーレートの値である。当該第２項は、ヨーレートの値を時刻ｔ−Ｌから時刻ｔまでの期間について積分したものであり、当該期間における車両角度の変化量に該当する。第２項の演算は、時刻ｔ−Ｌから時刻ｔまでの期間において予めバッファリングされたヨーレートのデータを用いて行われる。つまり、補償部１３０は、取得されたヨーレートの履歴に基づいて、補償後における車両角度の値を算出する。

尚、上記演算においては、時刻ｔ−Ｌから時刻ｔまでの期間の各時刻τ（演算周期毎の時刻）における車両角度の値、すなわちθ（τ）が合わせて算出され、演算装置１００のＲＡＭに記憶される。

時刻ｔにおける車両２０の実際のｘ座標、すなわちｘ（ｔ）は、以下の式（２）により算出される。

式（２）の右辺第１項には、ステップＳ０１で取得された車両２０のｘ座標の値が用いられる。ただし、第１座標系の定義により、当該値は常に０となる。式（２）の右辺第２項におけるＶ（τ）は、時刻τにおける走行速度の値である。また、同項におけるθ（τ）は、時刻τにおける車両角度の値である。当該値は、式（１）の算出において求められ、演算装置１００のＲＡＭに記憶されていたものである。

式（２）の右辺第２項は、走行速度のｘ方向における成分を時刻ｔ−Ｌから時刻ｔまでの期間について積分したものであり、当該期間における車両２０のｘ座標の変化量、に該当する。第２項の演算は、時刻ｔ−Ｌから時刻ｔまでの期間において予めバッファリングされた走行速度のデータを用いて行われる。また、上記のように、θ（τ）の算出に当たってはバッファリングされたヨーレートのデータが用いられる。つまり、補償部１３０は、取得された走行速度の履歴と、取得されたヨーレートの履歴とに基づいて、補償後における車両２０のｘ座標値を算出する。

時刻ｔにおける車両２０の実際のｙ座標、すなわちｙ（ｔ）は、以下の式（３）により算出される。

式（３）の右辺第１項には、ステップＳ０１で取得された車両２０のｙ座標の値が用いられる。式（３）の右辺第２項におけるＶ（τ）は、式（２）におけるＶ（τ）と同じものであり、時刻τにおける走行速度の値である。また、同項におけるθ（τ）も、式（２）におけるθ（τ）と同じものであり、時刻τにおける車両角度の値である。

式（３）の右辺第２項は、走行速度のｙ方向における成分を時刻ｔ−Ｌから時刻ｔまでの期間について積分したものであり、当該期間における車両２０のｙ座標の変化量、に該当する。第２項の演算は、時刻ｔ−Ｌから時刻ｔまでの期間において予めバッファリングされた走行速度のデータを用いて行われる。また、上記のように、θ（τ）の算出に当たってはバッファリングされたヨーレートのデータが用いられる。つまり、補償部１３０は、取得された走行速度の履歴と、取得されたヨーレートの履歴とに基づいて、補償後における車両２０のｙ座標値を算出する。

ステップＳ０２に続くステップＳ０３では、現在、すなわち時刻ｔにおける実際の目標軌道の算出が行われる。以下では、線３３０上において中心点Ｐ１１までの距離が最も近くなる位置の点を、最近傍点Ｐ２１と定義する（図３を参照）。ステップＳ０３では、最近傍点Ｐ２１の位置が目標軌道の位置として算出される。また、最近傍点Ｐ２１において線３３０が伸びる方向が、目標軌道の方向として算出される。

上記算出に先立ち、以下の式（４）によりκ（ｔ）が算出される。

κ（ｔ）は、時刻ｔの最近傍点Ｐ２１における線３３０の曲率である。式（４）の右辺第１項は、時刻ｔ−Ｌの最近傍点Ｐ２０における線３３０の曲率である。この第１項の値としては、目標軌道生成部１２０で算出された曲率の値がそのまま用いられる。

式（４）の右辺第２項におけるαは、既に述べたように線３３０の曲率の変化率である。同項におけるＶ（τ）は、時刻τにおける走行速度の値である。式（４）の右辺第２項は、Ｖ（τ）を時刻ｔ−Ｌから時刻ｔまでの期間について積分した値、すなわち走行距離に曲率の変化率αを乗じたものであり、当該期間における曲率の変化量に該当する。尚、実際のαは定数ではなく、時刻ｔ−Ｌから時刻ｔまでの期間において変化するものであるから、式（４）の右辺と左辺とは厳密には等しくない。しかしながら、両者の差は僅かであり、これによる制御の安定性への影響は無視することができる。

尚、上記演算においては、時刻ｔ−Ｌから時刻ｔまでの期間の各時刻τ（演算周期毎の時刻）における最近傍点での曲率、すなわちκ（τ）が合わせて算出され、演算装置１００のＲＡＭに記憶される。

時刻ｔにおける目標軌道の方向は、最近傍点Ｐ２１における線３３０の接線と、ｘ軸とのなす角度θ_r（ｔ）として表現される。θ_r（ｔ）は以下の式（５）により算出される。

式（５）の右辺第１項は、上記のようなθ_r（ｔ）の定義により常に０となる。式（５）の右辺第２項におけるκ（τ）は、時刻τにおける最近傍点での曲率である。当該値は、式（４）の算出において求められ、演算装置１００のＲＡＭに記憶されていたものである。式（５）の右辺第２項におけるＶ（τ）は、時刻τにおける走行速度の値である。当該第２項は、最近傍点での曲率と走行速度Ｖ（τ）との積を、時刻ｔ−Ｌから時刻ｔまでの期間について積分したものであり、当該期間における目標軌道の方向（θ_r）の変化量に該当する。第２項の演算は、時刻ｔ−Ｌから時刻ｔまでの期間において予めバッファリングされた走行速度のデータを用いて行われる。

尚、κ（τ）の値と実際の曲率との間には上記のように僅かな差があるので、式（５）の右辺と左辺とは厳密には等しくない。しかしながら、両者の差は僅かであり、これによる制御の安定性への影響は無視することができる。

上記演算においては、時刻ｔ−Ｌから時刻ｔまでの期間の各時刻τ（演算周期毎の時刻）における目標軌道の方向、すなわちθ_r（τ）が合わせて算出され、演算装置１００のＲＡＭに記憶される。

時刻ｔにおける最近傍点Ｐ２１のｘ座標、すなわち図３のｘ_r（ｔ）は、以下の式（６）により算出される。

式（６）の右辺第１項には、ステップＳ０１で設定された最近傍点Ｐ２０のｘ座標の値が用いられる。ただし、第１座標系の定義により、当該値は常に０となる。式（６）の右辺第２項におけるＶ（τ）は、時刻τにおける走行速度の値である。また、同項におけるθ_r（τ）は、時刻τにおける目標軌道の方向である。当該値は、式（５）の算出において求められ、演算装置１００のＲＡＭに記憶されていたものである。

式（６）の右辺第２項は、最近傍点の移動速度が車両２０の走行速度に等しいと仮定した上で、最近傍点の移動速度のｘ方向における成分を時刻ｔ−Ｌから時刻ｔまでの期間について積分したものである。このようにして得られる第２項は、当該期間における最近傍点のｘ座標の変化量、に該当する。第２項の演算は、時刻ｔ−Ｌから時刻ｔまでの期間において予めバッファリングされた走行速度のデータを用いて行われる。

尚、最近傍点の移動速度と、車両２０の走行速度とは、互いに一致することもあるが、多くの場合互いに異なっている。このため、式（６）の右辺と左辺とは厳密には等しくない。しかしながら、両者の差は僅かであり、これによる制御の安定性への影響は無視することができる。

時刻ｔにおける最近傍点Ｐ２１のｙ座標、すなわち図３のｙ_r（ｔ）は、以下の式（７）により算出される。

式（７）の右辺第１項には、ステップＳ０１で設定された中心点Ｐ２０のｙ座標の値が用いられる。ただし、第１座標系の定義により、当該値は常に０となる。式（７）の右辺第２項におけるＶ（τ）は、時刻τにおける走行速度の値である。また、同項におけるθ_r（τ）は、時刻τにおける目標軌道の方向である。当該値は、式（５）の算出において求められ、演算装置１００のＲＡＭに記憶されていたものである。

式（７）の右辺第２項は、最近傍点の移動速度が車両２０の走行速度に等しいと仮定した上で、最近傍点の移動速度のｙ方向における成分を時刻ｔ−Ｌから時刻ｔまでの期間について積分したものである。このようにして得られる第２項は、当該期間における最近傍点のｙ座標の変化量、に該当する。第２項の演算は、時刻ｔ−Ｌから時刻ｔまでの期間において予めバッファリングされた走行速度のデータを用いて行われる。

尚、最近傍点の移動速度と、車両２０の走行速度とは、互いに一致することもあるが、多くの場合互いに異なっている。このため、式（７）の右辺と左辺とは厳密には等しくない。しかしながら、両者の差は僅かであり、これによる制御の安定性への影響は無視することができる。

以上のように算出されたｘ_r（ｔ）、ｙ_r（ｔ）θ_r（ｔ）は、時刻ｔにおける目標軌道の位置及び方向を示すものである。具体的には、第１座標系における最近傍点Ｐ２１の位置と、最近傍点Ｐ２１における線３３０の接線方向を示すものである。

ステップＳ０３に続くステップＳ０４では、座標変換が行われる。ここでは、第１座標系における車両２０の位置等が、図３の第２座標系における位置等に変換される。第２座標系は、最近傍点Ｐ２１における線３３０の接線に沿ったｘ_r軸と、最近傍点Ｐ２１から中心点Ｐ１１に向かって伸びるｙ_r軸とからなる直交座標系である。第２座標系の原点は最近傍点Ｐ２１である。このような第２座標系においては、車両２０の実際の位置（中心点Ｐ１１の位置）のｘ_r座標は常に０となる。また、車両２０の実際の位置のｙ_r座標は、走行車線３００における車両２０の実際の横位置に該当する。以下では、時刻ｔにおける当該横位置をｙ_c（ｔ）と表記する。

ステップＳ０４で行われる座標変換において、ｙ_c（ｔ）は以下の式（８）によって算出される。尚、式（８）の各項に示される「ｘ（ｔ）」等は、それぞれ式（１）乃至（７）に基づいて既に説明したものであるから、ここではその説明を省略する。

図３に示される点線ＤＬ２１は、最近傍点Ｐ２１を通り且つ点線ＤＬ２０と平行な線である。この点線ＤＬ２１と、第２座標系のｘ_r軸とのなす角度θ_c（ｔ）が、第２座標系を基準とした場合における車両２０の（実際の）車両角度に該当する。車両角度θ_c（ｔ）は以下の式（９）により算出される。尚、式（９）に示される「θ（ｔ）」及び「θ_r（ｔ）」は、それぞれ式（１）及び（５）に基づいて既に説明したものであるから、ここではその説明を省略する。

以上のように算出された横位置ｙ_c（ｔ）、及び車両角度θ_c（ｔ）は、時間遅れが補償された後における横位置及び車両角度に該当する。これまで説明したように、座標変換後の横位置ｙ_c（ｔ）及び車両角度θ_c（ｔ）を算出するに当たっては、走行速度及びヨーレートのそれぞれの履歴（バッファリングされたデータ）に基づいた演算が行われる。補償部１３０は、算出された横位置ｙ_c（ｔ）及び車両角度θ_c（ｔ）を制御部１４０に出力する。

また、補償部１３０は、以下の式（１０）によりκ_c（ｔ）を合わせて算出し、上記と同様に制御部１４０に出力する。κ_c（ｔ）は、最近傍点Ｐ２１における目標軌道の曲率である。

ステップＳ０４に続くステップＳ０５では、バッファリングされた走行速度及びヨーレートのデータが更新される。ここでは、車速センサ２１０で取得された最新の走行速度がバッファに加えられると共に、最も古い走行速度がバッファから削除される。同様に、ヨーレートセンサ２２０で取得された最新のヨーレートがバッファに加えられると共に、最も古いヨーレートがバッファから削除される。バッファリングされたデータはこのように更新され、次の制御周期において図４の処理が再度実行される際、式（３）等の演算のために用いられる。

以上のような処理が繰り返し実行される結果、制御部１４０には補償後の走行状態、すなわちｙ_c（ｔ）、θ_c（ｔ）、及びκ_c（ｔ）が補償部１３０から入力される。制御部１４０は、これらに基づいて目標前輪舵角δ_rを算出する。目標前輪舵角δ_rは、車両２０を目標軌道に追従させるために必要な前輪の舵角であって、以下の式（１１）によって算出される。

式（１１）の「ｌ」は、車両２０のホイールベース長である。ｋ₁及びｋ₂は、制御ゲインとして予め設定された定数である。

続いて、制御部１４０は、実際の舵角δを目標前輪舵角δ_rに一致させるために、電動ステアリング装置２１に供給されるべきモーター電流Ｉを算出する。モーター電流Ｉは以下の式（１２）によって算出される。

式（１２）のδは、車両２０が備える操舵角センサ（不図示）によって測定される実際の舵角である。また、同式のｋ_p、ｋ_i、及びｋ_dは、制御ゲインとして予め設定された定数である。制御部１４０は、電動ステアリング装置２１に供給されるモーター電流の値が上記のように算出されたＩと等しくなるよう、制御信号を出力する。これにより、車両２０を目標軌道に追従させる制御が実行される。尚、制御部１４０から電動ステアリング装置２１にモーター電流Ｉが直接出力されるような態様であってもよい。

以上のように、本実施形態に係る運転支援システム１０は、走行状態取得部１１０によって走行状態が取得される際における時間遅れ、を補償する補償部１３０を備えている。補償部１３０により時間遅れが補償される結果、運転支援システム１０は、現在の時刻ｔにおける実際の（又はそれに近い）横位置ｙ_c（ｔ）や車両角度θ_c（ｔ）等に基づいた正確な制御を行うことが可能となっている。

図６には、補償部１３０が上記のような時間遅れの補償を行わなかった場合における横位置の時間変化が、比較例として示されている。同図に示されるように、車両２０の横位置は、目標値であるｙ₀の周りを振動しながら、徐々に目標値ｙ₀に収束して行く。このように、時間遅れの保証が行われない場合には、車両２０の挙動は不安定なものとなってしまうことがある。

図５には、補償部１３０が時間遅れの補償を行った場合における横位置の時間変化が示されている。同図に示されるように、本実施形態の制御が行われた場合には、車両２０の横位置は目標値ｙ₀の周りを振動することなく、短時間のうちに目標値ｙ₀に収束している。図５と図６とを比較すると明らかなように、本実施形態では、車両２０を目標軌道に追従させる制御を安定的に実行することができる。

本実施形態では更に、補償部１３０が、目標軌道生成部１２０によって目標軌道が生成される際における時間遅れ、をも補償する。具体的には、補償部１３０は、時刻ｔにおける最近傍点Ｐ２１の位置、すなわち補償後における目標軌道の位置を、式（６）及び式（７）を用いて算出する。また、補償部１３０は、最近傍点Ｐ２１における目標軌道の方向、すなわち補償後における目標軌道の方向を、式（５）を用いて算出する。

既に述べたように、これらの算出に当たっては、車速センサ２１０（速度取得部）によって取得された走行速度の履歴（バッファリングされた走行速度）と、車載カメラ２３０で撮影された画像に基づき算出された走路の曲率κ（ｔ）と、に基づいて、補償後における目標軌道の位置（ｘ_r（ｔ）、ｙ_r（ｔ））及び角度（θ_r（ｔ））が算出される。このように、走行状態の取得のみならず目標軌道の位置等の取得についても時間遅れが補償されるので、より安定的な制御を実行することが可能となっている。

以上においては、車両２０の走行状態に含まれる横位置が、目標軌道（線３３０）から車両２０（中心点Ｐ１０）までの距離である場合について説明した。このように、横位置の基準として目標軌道の位置を用いてもよいのであるが、他の位置を用いてもよい。例えば、白線３１０の位置又は白線３２０の位置を、横位置の基準として用いてもよい。

また、本実施形態では、走行車線３００の中央、すなわち白線３１０と白線３２０との中央となる位置に目標軌道を生成している。このような態様に替えて、走行車線３００の中央以外となる位置に目標軌道を生成するような態様としてもよい。例えば、一方の白線３１０から幅方向に一定距離だけオフセットした位置に、目標軌道を生成するような態様であってもよい。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

１０：運転支援システム
２０：車両
１００：演算装置
１１０：走行状態取得部
１２０：目標軌道生成部
１３０：補償部
１４０：制御部
２１０：車速センサ
２２０：ヨーレートセンサ
２３０：車載カメラ
３００：走行車線

Claims (8)

1. 車両（２０）の運転を支援する運転支援システム（１０）であって、
   前記車両が走行している走路（３００）の境界を含む画像、を取得する撮像部（２３０）と、
   前記走路において前記車両が走行すべき軌道である目標軌道を、前記画像に基づいて生成する目標軌道生成部（１２０）と、
   前記走路における前記車両の走行状態を、前記画像に基づいて取得する走行状態取得部（１１０）と、
   前記目標軌道と前記走行状態とに基づいて、前記車両を前記目標軌道に沿って走行させるための操舵制御を行う制御部（１４０）と、
   前記走行状態取得部によって前記走行状態が取得される際における時間遅れ、を補償する補償部（１３０）と、を備えた運転支援システム。
2. 前記走行状態は、前記走路における前記車両の横位置を少なくとも含む、請求項１に記載の運転支援システム。
3. 前記横位置は、前記目標軌道と前記車両との間の距離である、請求項２に記載の運転支援システム。
4. 前記車両の走行速度を取得する速度取得部（２１０）と、
   前記車両のヨーレートを取得するヨーレート取得部（２２０）と、を更に備え、
   前記補償部は、
   取得された前記走行速度及び前記ヨーレートのそれぞれの履歴に基づいて、補償後における前記横位置の値を算出する、請求項２又は３に記載の運転支援システム。
5. 前記走行状態は、前記目標軌道が伸びる方向に対し前記車両の走行方向が成す角度、である車両角度を少なくとも含む、請求項１に記載の運転支援システム。
6. 前記車両のヨーレートを取得するヨーレート取得部と、を更に備え、
   前記補償部は、
   取得された前記ヨーレートの履歴に基づいて、補償後における前記車両角度の値を算出する、請求項５に記載の運転支援システム。
7. 前記補償部は、
   前記目標軌道生成部によって前記目標軌道が生成される際における時間遅れ、をも補償する、請求項１に記載の運転支援システム。
8. 前記車両の走行速度を取得する速度取得部を更に備え、
   前記補償部は、
   前記速度取得部によって取得された前記走行速度の履歴と、前記画像に基づき算出された前記走路の曲率と、に基づいて、補償後における前記目標軌道の位置及び角度を算出する、請求項７に記載の運転支援システム。

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