JP2021126979A - 車両制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両が車線逸脱領域を走行している場合に、急操舵を要する車両走行経路を計算することを抑制することが可能な車両制御装置を提供する。
【解決手段】車両制御装置１００は、車両１の目標走行経路Ｒを算出し（Ｓ１３）、評価関数Ｊを用いて所定の制約条件下で補正走行経路Ｒｃを算出すると共に、補正走行経路Ｒｃを走行するための車両１の制御目標値を算出する（Ｓ１４）ように構成されており、制約条件は、基準位置Ｌ２よりも外側へ車両１が進入することを抑制する車線制約条件を含み（図１２Ａ，図１２Ｂ）、制約条件は、車両１が走行車線７から逸脱している場合は、車線制約条件に代えて、基準位置Ｌ０よりもさらに横方向外側へ車両１が移動することを抑制する車線外制約条件を含む（図１３Ａ，図１３Ｂ）。
【選択図】図１３Ａ

Description

本発明は、車両制御装置に係り、特に、運転者による車両の運転を支援する車両制御装置に関する。

従来、所定の制約条件を満足するように評価関数に基づいて、車両が走行する経路を計算する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された車両制御装置では、車両が走行車線を逸脱しないことを制約条件としており、さらに、運転支援モード等の条件に応じて異なる車線逸脱領域が設定されるようになっている。したがって、特許文献１に記載の車両制御装置では、種々の条件に応じて適切に設定された車線逸脱領域に車両が進入しないように、車両走行経路を計算することができる。

特開２０１９−７７２９０号公報

しかしながら、引用文献１に記載の車両制御装置では、運転者がオーバーライドしてステアリング操作を行った場合に、一時的に車線逸脱領域に進入する場合がある。この場合、車両制御装置は、新たな車線逸脱領域から素早く脱出するように、急操舵を要する車両走行経路を算出するおそれがある。このような車両走行経路は、車両挙動の急な変化を伴うため、乗員に不快感を与えるおそれがあった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、車線逸脱防止を制約条件として車両走行経路を計算する車両制御装置において、車両が車線逸脱領域を走行している場合に、急操舵を要する車両走行経路を計算することを抑制することが可能な車両制御装置を提供することを目的としている。

上述した課題を解決するために、本発明は、車両の運転を支援するための車両制御装置であって、車両制御装置は、車両の目標走行経路を算出し、補正走行経路を評価するための評価関数を用いて所定の制約条件下で目標走行経路に基づいて補正走行経路を算出すると共に、車両が補正走行経路を走行するための車両の制御目標値を算出するように構成されており、制約条件は、車両の走行車線の車線端部を基準位置として、この基準位置よりも走行車線の外側へ車両が進入することを抑制する車線制約条件を含み、制約条件は、車両が走行車線から逸脱している場合は、車線制約条件に代えて、車両の現在位置を基準位置として、この基準位置よりもさらに走行車線の横方向外側へ車両が移動することを抑制する車線外制約条件を含むことを特徴としている。

このように構成された本発明によれば、車両が走行車線を逸脱している状態において、車両の現在位置を車線逸脱領域との境界（基準位置）とする車線外制約条件が設定される。これにより、本発明では、通常の車線制約条件を違反した状態を素早く回避するために急操舵を要する補正走行経路が算出されることを抑制し、走行車線内に設定された目標走行経路に徐々に近づくような補正走行経路を算出することができる。

本発明において、好ましくは、車線制約条件及び車線外制約条件は、対応する基準位置からの逸脱距離に応じて制約度合が決定され、車線制約条件及び車線外制約条件は、それぞれの制約度合が最大となる走行車線に対する横方向位置、及び、制約度合の最大値が同一に設定されている。このように構成された本発明によれば、車線制約条件及び車線外制約条件により、車両が各基準位置よりも走行車線の横方向外側へ移動することを効果的に抑制することができる。

本発明において、好ましくは、車両制御装置は、複数の候補補正走行経路の中から評価関数の評価が最も高い候補補正走行経路を補正走行経路として算出するように構成されており、車線制約条件及び車線外制約条件は、制約度合が大きいほど補正走行経路の評価が低下するように評価関数に組み込まれている。

このように構成された本発明によれば、評価関数が制約条件（車線制約条件，車線外制約条件）を含んでおり、制約条件を満足しない場合であっても、制約度合を考慮して、補正走行経路（又は候補補正走行経路）を評価することができる。これにより、本発明では、制約条件下においても補正走行経路を確実に算出することが可能であり、車両が補正走行経路を走行するための制御目標値が算出されないことを防止することができる。

本発明において、好ましくは、車線外制約条件は、車両の現在位置から目標走行経路に沿って平行に延びる制限線よりもさらに走行車線の横方向外側へ車両が逸脱することを抑制するように設定される。

このように構成された本発明によれば、走行車線の車線端部が屈曲している場合であっても、車線逸脱領域を規定する制限線が目標走行経路と平行に設定されるので、算出される補正走行経路による車両の走行挙動を安定させることができる。

本発明において、好ましくは、評価関数は、車両が前記走行車線から逸脱していない場合は、車線制約条件に対応する第１制約ファクタを含み、この第１制約ファクタは、車両が走行車線を逸脱すると評価関数による評価を低下させるように設定されており、評価関数は、車両が走行車線から逸脱している場合は、第１制約ファクタに代えて、車線外制約条件に対応する第２制約ファクタを含み、この第２制約ファクタは、車両が現在位置よりもさらに走行車線の横方向外側へ移動すると評価関数による評価を低下させるように設定されている。

本発明において、好ましくは、第１制約ファクタ及び第２制約ファクタは、対応する基準位置からの逸脱距離に応じて評価関数による評価の低下量が変化するように設定されており、さらに、第１制約ファクタ及び第２制約ファクタは、低下量が最大となる走行車線に対する横方向位置、及び、低下量の最大値が同一に設定されている。

本発明の車両制御装置によれば、車両が車線逸脱領域を走行している場合に、急操舵を要する車両走行経路を計算することを抑制することができる。

本発明の実施形態による車両制御装置の構成図である。 本発明の実施形態による車両制御装置の運転者操作部の詳細を示す図である。 本発明の実施形態による車両制御装置の制御ブロック図である。 本発明の実施形態による車両制御装置により計算される第１走行経路の説明図である。 本発明の実施形態による車両制御装置により計算される第２走行経路の説明図である。 本発明の実施形態による車両制御装置により計算される第３走行経路の説明図である。 本発明の実施形態による車両制御装置における制御目標算出処理の説明図である。 本発明の実施形態による車両制御装置における補正走行経路の説明図である。 本発明の実施形態による車両制御装置における車両モデルの説明図である。 本発明の実施形態による車両制御装置における目標走行経路の補正による障害物回避の説明図である。 本発明の実施形態による車両制御装置において障害物を回避する際の障害物と車両との間のすれ違い速度の許容上限値とクリアランスとの関係を示す説明図である。 本発明の実施形態による車両制御装置における運転支援制御の処理フローである。 本発明の実施形態による車両制御装置において車両が車線内を走行しているときの車線制約条件の説明図である。 図１２Ａの場合に適用される制約度合のグラフである。 本発明の実施形態による車両制御装置において車両が車線外を走行しているときの車線制約条件の説明図である。 図１３Ａの場合に適用される制約度合のグラフである。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態による車両制御装置について説明する。
まず、図１及び図２を参照して、車両制御装置の構成について説明する。図１Ａは車両制御装置の構成図、図１Ｂは運転者操作部の詳細を示す図、図２は車両制御装置の制御ブロック図である。

本実施形態の車両制御装置１００は、これを搭載した車両１（図３等参照）に対して複数の運転支援モードにより、それぞれ異なる運転支援制御を提供するように構成されている。運転者は、複数の運転支援モードから所望の運転支援モードを選択可能である。

図１Ａに示すように、車両制御装置１００は、車両１に搭載されており、車両制御演算部（ＥＣＵ）１０と、複数のセンサ及びスイッチと、複数の制御システムと、運転支援モードについてのユーザ入力を行うための運転者操作部３５を備えている。複数のセンサ及びスイッチには、車載カメラ２１，ミリ波レーダ２２，車両の挙動を検出する複数の挙動センサ（車速センサ２３，加速度センサ２４，ヨーレートセンサ２５，舵角センサ２６，アクセルセンサ２７，ブレーキセンサ２８），測位システム２９，ナビゲーションシステム３０が含まれる。また、複数の制御システムには、エンジン制御システム３１，ブレーキ制御システム３２，ステアリング制御システム３３が含まれる。

図１Ｂに示すように、運転者操作部３５は、運転者が操作可能なように車両１の車室内に設けられており、複数の運転支援モードから所望の運転支援モードを選択するためのモード設定操作部として機能する。運転者操作部３５には、速度制限モードを設定するためのＩＳＡスイッチ３６ａと、先行車追従モードを設定するためのＴＪＡスイッチ３６ｂと、自動速度制御モードを設定するためのＡＣＣスイッチ３６ｃと、レーンキープ制御モードを設定するためのＬＡＳスイッチ３６ｄが設けられている。さらに、運転者操作部３５には、先行車追従モードにおける車間距離を設定するための距離設定スイッチ３７ａと、自動速度制御モード等における車速を設定するための車速設定スイッチ３７ｂと、を備えている。

図１Ａに示すＥＣＵ１０は、プロセッサ，各種プログラムを記憶するメモリ，入出力装置等を備えたコンピュータにより構成される。ＥＣＵ１０は、運転者操作部３５から受け取った運転支援モード選択信号や設定車速信号、及び、複数のセンサ及びスイッチから受け取った信号に基づき、エンジン制御システム３１，ブレーキ制御システム３２，ステアリング制御システム３３に対して、それぞれエンジンシステム，ブレーキシステム，ステアリングシステムを適宜に作動させるための要求信号を出力可能に構成されている。

車載カメラ２１は、車両１の周囲を撮像し、撮像した画像データを出力する。ＥＣＵ１０は、画像データに基づいて対象物（例えば、車両、歩行者、道路、区画線（車線境界線、白線、黄線）、交通信号、交通標識、停止線、交差点、障害物等）を特定する。さらに、本実施形態においては、車載カメラ２１として、車両を運転中の運転者を撮像する車室内カメラも備えている。なお、ＥＣＵ１０は、交通インフラや車々間通信等によって、車載通信機器を介して外部から対象物の情報を取得してもよい。

ミリ波レーダ２２は、対象物（特に、先行車、駐車車両、歩行者、障害物等）の位置及び速度を測定する測定装置であり、車両１の前方へ向けて電波（送信波）を送信し、対象物により送信波が反射されて生じた反射波を受信する。そして、ミリ波レーダ２２は、送信波と受信波に基づいて、車両１と対象物との間の距離（例えば、車間距離）や車両１に対する対象物の相対速度を測定する。なお、本実施形態において、ミリ波レーダ２２に代えて、レーザレーダや超音波センサ等を用いて対象物との距離や相対速度を測定するように構成してもよい。また、複数のセンサを用いて、位置及び速度測定装置を構成してもよい。

車速センサ２３は、車両１の絶対速度を検出する。
加速度センサ２４は、車両１の加速度（前後方向の縦加速度、横方向の横加速度）を検出する。なお、加速度は、増速側（正）及び減速側（負）を含む。
ヨーレートセンサ２５は、車両１のヨーレートを検出する。
舵角センサ２６は、車両１のステアリングホイールの回転角度（舵角）を検出する。
アクセルセンサ２７は、アクセルペダルの踏み込み量を検出する。
ブレーキセンサ２８は、ブレーキペダルの踏み込み量を検出する。

測位システム２９は、全球測位衛星システム（ＧＮＳＳ）及び／又はジャイロシステムであり、車両１の位置（現在車両位置情報）を検出する。また、測位システム２９は、デッドレコニングや路車間通信（Ｗｉ−Ｆｉ等を用いる）による位置情報取得手段を含んでもよい。

ナビゲーションシステム３０は、内部に地図情報を格納しており、ＥＣＵ１０へ地図情報を提供することができる。ＥＣＵ１０は、地図情報及び現在車両位置情報に基づいて、車両１の周囲（特に、進行方向前方）に存在する道路、交差点、交通信号、建造物等を特定する。地図情報は、ＥＣＵ１０内に格納されていてもよい。

エンジン制御システム３１は、車両１のエンジンを制御するコントローラである。ＥＣＵ１０は、車両１を加速又は減速させる必要がある場合に、エンジン制御システム３１に対して、エンジン出力の変更を要求するエンジン出力変更要求信号を出力する。

ブレーキ制御システム３２は、車両１のブレーキ装置を制御するためのコントローラである。ＥＣＵ１０は、車両１を減速させる必要がある場合に、ブレーキ制御システム３２に対して、車両１への制動力の発生を要求するブレーキ要求信号を出力する。

ステアリング制御システム３３は、車両１のステアリング装置を制御するコントローラである。ＥＣＵ１０は、車両１の進行方向を変更する必要がある場合に、ステアリング制御システム３３に対して、操舵方向の変更を要求する操舵方向変更要求信号を出力する。

図２に示すように、ＥＣＵ１０は、入力処理部１０ａ、周辺物標検出部１０ｂ、目標走行経路算出部１０ｃ、運転操作判断部１０ｅ、及び制御目標算出部１０ｆとして機能する単一のＣＰＵ又はプロセッサを備えている。なお、本実施形態では、単一のＣＰＵが複数の上記機能を実行するように構成されているが、これに限らず、複数のＣＰＵがこれら機能を実行するように構成することができる。

入力処理部１０ａは、車載カメラ２１を含む種々のセンサ／スイッチ群、及び運転者操作部３５から入力された入力情報を処理するように構成されている。この入力処理部１０ａは、走行路面を撮像したカメラ２１の画像を解析し、車両１が走行している走行車線（車線の両側の区画線）を検出する画像解析部として機能する。

周辺物標検出部１０ｂは、ミリ波レーダ２２、カメラ２１等からの入力情報に基づいて周辺物標を検出するように構成されている。
目標走行経路算出部１０ｃは、ミリ波レーダ２２、車載カメラ２１、センサ群等からの入力情報に基づいて車両の目標走行経路を算出するように構成されている。

運転操作判断部１０ｅは、運転支援制御として自動速度制御及び／又は自動操舵制御が実行されているときに、乗員がアクセルペダル，ブレーキペダル，又はステアリングホイールを操作した場合、乗員による操作を優先して、乗員による操作に応じた要求信号を制御システム３１〜３３へ出力するように構成されている。すなわち、運転操作判断部１０ｅにより、乗員は、自動的な運転支援制御をオーバーライドして、自らが運転操作を行うことが可能である。

制御目標算出部１０ｆは、目標走行経路算出部１０ｃによって算出された目標走行経路を補正して、補正走行経路を算出し、この補正走行経路に基づいて制御システム３１〜３３へ要求信号を出力するように構成されている。

例えば、制御目標算出部１０ｆは、周辺物標検出部１０ｂによって回避すべき周辺物標が検出された場合に、目標走行経路を補正して補正走行経路を算出する。また、制御目標算出部１０ｆは、運転支援モードの変更によって目標走行経路自体が変更になった場合にも、新たな目標走行経路を補正して補正走行経路を算出する。車両１は、この補正走行経路を走行することにより、新たな目標走行経路へ合流する。すなわち、この場合の補正走行経路は、現在の車両挙動（舵角，加速度等）を新たな目標走行経路における車両挙動に適合させるための遷移的な経路である。

制御目標算出部１０ｆは、補正走行経路を算出するため、所定の評価関数を用いる。制御目標算出部１０ｆは、目標走行経路を基準として評価関数を用いて複数の候補走行経路を評価し、所定の制約条件（又は、拘束条件）を満足するように最適化された１つの補正走行経路を算出する。また、本実施形態においては、評価関数及び制約条件は、選択されている運転支援モードや周辺物標等に基づいて、適宜設定される。

ＥＣＵ１０は、制御目標算出部１０ｆによって決定された最適な補正走行経路を走行すべく、少なくともエンジン制御システム３１，ブレーキ制御システム３２，又はステアリング制御システム３３のいずれか１つ又は複数に対する要求信号を生成し、出力する。

次に、本実施形態による車両制御装置１００が備える運転支援モードについて説明する。本実施形態では、運転支援モードとして、５つのモード（レーンキープ制御モード、先行車追従モード、自動速度制御モード、速度制限モード、基本制御モード）が備えられている。

＜レーンキープ制御モード＞
レーンキープ制御モードは、車両１が車線の中央付近を走行するようにステアリング制御するモードであり、車両制御装置１００による自動的なステアリング制御、速度制御（エンジン制御、ブレーキ制御）を伴う。

本実施形態では、レーンキープ制御モードの選択時（すなわち、ＬＡＳスイッチ３６ｄが操作又は押下されている状態）において、走行車線の車線両端部の検出の可否に応じて、異なる制御が行われる。すなわち、車線両端部の検出中、ＥＣＵ１０は、車両１が走行車線の中央付近を走行するようにステアリング制御及び速度制御を行う。しかしながら、車線両端部が検出されない場合、運転支援モードは、基本制御モード（オフモード）に切り替えられる。基本制御モードでは、運転者がステアリング操作，アクセル操作及びブレーキ操作を行う。

なお、車線両端部とは、車両１が走行する車線の両端部（白線等の区画線，道路端，縁石，中央分離帯，ガードレール等）であり、隣接する車線や歩道等との境界である。ＥＣＵ１０は、この車線両端部を車載カメラ２１より撮像された画像データから検出する。また、ナビゲーションシステム３０の地図情報から車線両端部を検出してもよい。

＜先行車追従モード＞
先行車追従モードは、基本的に、車両１と先行車との間に車速に応じた所定の車間距離を維持しつつ、先行車の走行軌跡を車両１に追従走行させるモードであり、車両制御装置１００による自動的なステアリング制御，速度制御（エンジン制御，ブレーキ制御）を伴う。

本実施形態では、ＥＣＵ１０は、車載カメラ２１による画像データ及びミリ波レーダ２２による測定データにより、先行車を検出する。具体的には、車載カメラ２１による画像データにより前方を走行する他車両を走行車として検出する。更に、本実施形態では、ミリ波レーダ２２による測定データにより、車両１と他車両との車間距離が所定距離（例えば、４００〜５００ｍ）以下である場合に、当該他車両が先行車として検出される。なお、代替的に、車載カメラ２１及び／又はミリ波レーダ２２が先行車を検出して、先行車の位置等の先行車情報をＥＣＵ１０へ出力してもよい。

本実施形態では、先行車追従モードの選択時（すなわち、ＴＪＡスイッチ３６ｂが操作又は押下されている状態）において、先行車の検出の可否に応じて、異なる制御が行われる。すなわち、先行車の検出中は、ＥＣＵ１０は、車両１が先行車を追従走行するようにステアリング制御及び速度制御を行う。しかしながら、先行車が検出されない間は、運転支援モードは、基本制御モード（オフモード）に切り替えられる。または、代替的に、先行車が検出されない間は、ＥＣＵ１０は、車両１が設定車速で走行するように速度制御を行い、運転者がステアリング操作を行う。なお、設定車速は、例えば、車速設定スイッチ３７ｂによって設定することができる。

また、代替的な先行車追従モードにおいて、車線両端部及び先行車の検出の可否に応じて、異なる制御が行われるように構成してもよい。例えば、代替的な先行車追従モードでは、車線両端部及び先行車が検出されている場合、ＥＣＵ１０は、車両１が先行車の走行軌跡を追従するのではなく、先行車との所定の車間距離を維持しながら、車両１が走行車線の中央付近を走行するようにステアリング制御及び速度制御を行う。一方、先行車は検出されているが、車線両端部は検出されていない場合は、ＥＣＵ１０は、車両１が先行車の走行軌跡を追従走行するようにステアリング制御及び速度制御を行う。さらに、車線両端部は検出されているが、先行車は検出されていない場合、ＥＣＵ１０は、車両１が走行車線の中央付近を設定車速で走行するようにステアリング制御及び速度制御を行う。さらに、先行車も車線両端部も検出されていない場合、ＥＣＵ１０は、車両１は設定車速で走行するように速度制御を行い、運転者がステアリング操作を行う。

＜自動速度制御モード＞
また、自動速度制御モードは、車速設定スイッチ３７ｂを使用して運転者によって予め設定された所定の設定車速（一定速度）を維持するように速度制御するモードであり、車両制御装置１００による自動的な速度制御（エンジン制御，ブレーキ制御）を伴うが、ステアリング制御は行われない。この自動速度制御モードでは、車両１は、設定車速を維持するように走行するが、運転者によるアクセルペダルの踏み込みにより設定車速を超えて増速され得る。また、運転者がブレーキ操作を行った場合には、運転者の意思が優先され、設定車速から減速される。また、先行車に追いついた場合には、車速に応じた車間距離を維持しながら先行車に追従するように速度制御され、先行車が存在しなくなると、再び設定車速に復帰するように速度制御される。

＜速度制限モード＞
また、速度制限モードは、車両１の車速が速度標識による制限速度又は運転者によって設定された設定速度を超えないように速度制御するモードであり、車両制御装置１００による自動的な速度制御（エンジン制御）を伴うが、ステアリング制御は行われない。制限速度は、車載カメラ２１により撮像された速度標識や路面上の速度表示の画像データをＥＣＵ１０が画像認識処理することにより特定してもよいし、外部からの無線通信により受信してもよい。速度制限モードでは、運転者が制限速度を超えるようにアクセルペダルを踏み込んだ場合であっても、車両１は制限速度までしか増速されない。

＜基本制御モード＞
基本制御モードは、運転者操作部３５により、何れの運転支援モードも選択されていないときのモード（オフモード）であり、車両制御装置１００による自動的なステアリング制御及び速度制御は行われない。

次に、図３〜図５を参照して、本実施形態による車両制御装置１００により計算される目標走行経路について説明する。図３〜図５は、それぞれ第１走行経路〜第３走行経路の説明図である。本実施形態では、ＥＣＵ１０に備えられた目標走行経路算出部１０ｃが、以下の第１走行経路Ｒ１〜第３走行経路Ｒ３を時間的に繰返し計算するように構成されている（例えば、０．１秒毎）。本実施形態では、ＥＣＵ１０は、センサ等の情報に基づいて、現時点から所定期間（例えば、３秒）が経過するまでの間の走行経路を計算する。走行経路Ｒｘ（ｘ＝１，２，３）は、所定時間毎（例えば、０．３秒毎）に設定される走行経路上の車両１の目標位置（Ｐｘ_ｋ）及び目標速度（Ｖｘ_ｋ）により特定される（ｋ＝０，１，２，・・・，ｎ）。更に、各目標位置において、目標速度以外に複数の変数（加速度、ジャーク、ヨーレート、舵角、車両角度等）について目標値が特定される。

なお、図３〜図５における走行経路（第１走行経路〜第３走行経路）は、車両１が走行する走行路上又は走行路周辺の物標（駐車車両、歩行者等の障害物）に関する周辺物標の検出情報を考慮せずに、走行路の形状，先行車の走行軌跡，車両１の走行挙動，及び設定車速に基づいて計算される。このように、本実施形態では、周辺物標の情報が計算に考慮されないので、これら複数の走行経路の全体的な計算負荷を低く抑えることができる。

以下では、理解の容易のため、車両１が直線区間５ａ，カーブ区間５ｂ，直線区間５ｃからなる道路５を走行する場合において計算される各走行経路について説明する。道路５は、左右の車線５_L，５_Rからなる。現時点において、車両１は、直線区間５ａの車線５_L上を走行しているものとする。

（第１走行経路）
図３に示すように、第１走行経路Ｒ１は、道路５の形状に即して車両１に走行路である車線５_L内の走行を維持させるように所定期間分だけ設定される。詳しくは、第１走行経路Ｒ１は、直線区間５ａ，５ｃでは車両１が車線５_Lの中央付近の走行を維持するように設定され、カーブ区間５ｂでは車両１が車線５_Lの幅方向中央よりも内側又はイン側（カーブ区間の曲率半径Ｌの中心Ｏ側）を走行するように設定される。

目標走行経路算出部１０ｃは、車載カメラ２１により撮像された車両１の周囲の画像データの画像認識処理を実行し、車線両端部６_L，６_Rを検出する。車線両端部は、上述のように、区画線（白線等）や路肩等である。更に、目標走行経路算出部１０ｃは、検出した車線両端部６_L，６_Rに基づいて、車線５_Lの車線幅Ｗ及びカーブ区間５ｂの曲率半径Ｌを算出する。また、ナビゲーションシステム３０の地図情報から車線幅Ｗ及び曲率半径Ｌを取得してもよい。更に、目標走行経路算出部１０ｃは、画像データから速度標識Ｓや路面上に表示された制限速度を読み取る。なお、上述のように、制限速度を外部からの無線通信により取得してもよい。

目標走行経路算出部１０ｃは、直線区間５ａ，５ｃでは、車線両端部６_L，６_Rの幅方向の中央部を車両１の幅方向中央部（例えば、重心位置）が通過するように、第１走行経路Ｒ１の複数の目標位置Ｐ１_ｋを設定する。

一方、目標走行経路算出部１０ｃは、カーブ区間５ｂでは、カーブ区間５ｂの長手方向の中央位置Ｐ１_ｃにおいて、車線５_Lの幅方向中央位置からイン側への変位量Ｗｓを最大に設定する。この変位量Ｗｓは、曲率半径Ｌ，車線幅Ｗ，車両１の幅寸法Ｄ（ＥＣＵ１０のメモリに格納された規定値）に基づいて計算される。そして、目標走行経路算出部１０ｃは、カーブ区間５ｂの中央位置Ｐ１_ｃと直線区間５ａ，５ｃの幅方向中央位置とを滑らかにつなぐように第１走行経路Ｒ１の複数の目標位置Ｐ１_ｋを設定する。なお、カーブ区間５ｂへの進入前後においても、直線区間５ａ，５ｃのイン側に第１走行経路Ｒ１を設定してもよい。

第１走行経路Ｒ１の各目標位置Ｐ１_ｋにおける目標速度Ｖ１_ｋは、原則的に、運転者が運転者操作部３５の車速設定スイッチ３７ｂによって設定した速度、又は車両制御装置１００によって予め設定された所定の設定車速（一定速度）に設定される。しかしながら、この設定車速が、速度標識Ｓ等から取得された制限速度、又は、カーブ区間５ｂの曲率半径Ｌに応じて規定される制限速度を超える場合、走行経路上の各目標位置Ｐ１_ｋの目標速度Ｖ１_ｋは、２つの制限速度のうち、より低速な制限速度に制限される。さらに、目標走行経路算出部１０ｃは、車両１の現在の挙動状態（即ち、車速，加速度，ヨーレート，舵角，横加速度等）に応じて、目標位置Ｐ１_ｋ，目標速度Ｖ１_ｋを適宜に補正する。例えば、現車速が設定車速から大きく異なっている場合は、車速を設定車速に近づけるように目標速度が補正される。

（第２走行経路）
また、図４に示すように、第２走行経路Ｒ２は、先行車３の走行軌跡を追従するように所定期間分だけ設定される。目標走行経路算出部１０ｃは、車載カメラ２１による画像データ，ミリ波レーダ２２による測定データ，車速センサ２３による車両１の車速に基づいて、車両１の走行する車線５_L上の先行車３の位置及び速度を継続的に計算して、これらを先行車軌跡情報として記憶し、この先行車軌跡情報に基づいて、先行車３の走行軌跡を第２走行経路Ｒ２（目標位置Ｐ２_ｋ、目標速度Ｖ２_ｋ）として設定する。

（第３走行経路）
また、図５に示すように、第３走行経路Ｒ３は、運転者による車両１の現在の運転状態に基づいて所定期間分だけ設定される。即ち、第３走行経路Ｒ３は、車両１の現在の走行挙動から推定される位置及び速度に基づいて設定される。

目標走行経路算出部１０ｃは、車両１の舵角，ヨーレート，横加速度に基づいて、所定期間分の第３走行経路Ｒ３の目標位置Ｐ３_ｋを計算する。ただし、目標走行経路算出部１０ｃは、車線両端部が検出される場合、計算された第３走行経路Ｒ３が車線端部に近接又は交差しないように、目標位置Ｐ３_ｋを補正する。

また、目標走行経路算出部１０ｃは、車両１の現在の車速，加速度に基づいて、所定期間分の第３走行経路Ｒ３の目標速度Ｖ３_ｋを計算する。なお、目標速度Ｖ３_ｋが速度標識Ｓ等から取得された制限速度を超えてしまう場合は、制限速度を超えないように目標速度Ｖ３_ｋを補正してもよい。

次に、本実施形態による車両制御装置１００における運転支援モードと走行経路との関係について説明する。本実施形態では、運転者が運転者操作部３５を操作して１つの運転支援モードを選択すると、選択された運転支援モードに応じて第１〜第３走行経路のうちの１つが目標走行経路として選択されるように構成されている。

レーンキープ制御モードの選択時には、車線両端部が検出されていると、第１走行経路が選択される。この場合、車速設定スイッチ３７ｂによって設定された設定車速が目標速度となる。
また、先行車追従モードの選択時には、先行車が検出された場合、第２走行経路が選択される。この場合、目標速度は、先行車の車速に応じて設定される。また、先行車追従モードの選択時において、先行車が検出されない場合、第３走行経路が選択される。

また、自動速度制御モードの選択時には、第３走行経路が選択される。自動速度制御モードは、上述のように速度制御を自動的に実行するモードであり、設定車速入力部３７によって設定された設定車速が目標速度となる。また、運転者によるステアリングホイールの操作に基づいてステアリング制御が実行される。

また、速度制限モードの選択時にも第３走行経路が選択される。速度制限モードも、上述のように速度制御を自動的に実行するモードであり、目標速度は、制限速度以下の範囲で、運転者によるアクセルペダルの踏み込み量に応じて設定される。また、運転者によるステアリングホイールの操作に基づいてステアリング制御が実行される。

また、基本制御モード（オフモード）の選択時には、第３走行経路が選択される。基本制御モードは、基本的に、速度制限モードにおいて制限速度が設定されない状態と同様である。

次に、図６〜図８を参照して、本実施形態によるＥＣＵ１０の制御目標算出部１０ｆにおいて実行される制御目標算出処理について説明する。図６は制御目標算出処理の説明図、図７は補正走行経路の説明図、図８は車両モデルの説明図である。本実施形態において、制御目標算出処理には、走行経路補正処理が含まれる。

図６及び図７に示すように、制御目標算出部１０ｆは、目標走行経路Ｒを外部環境（障害物３等）や運転支援モードの変更に応じて補正して、補正走行経路Ｒｃを算出する。そして、制御目標算出部１０ｆは、車両１がこの補正走行経路Ｒｃを走行するための所定の制御量の制御目標値（加速度目標、舵角目標）を計算し、制御目標に基づいて車両１の制御システムへ要求信号を出力する。なお、図７には、所定期間（例えば、３秒）にわたる例示的な目標走行経路Ｒ，補正走行経路Ｒｃが示されている。各経路Ｒ，Ｒｃには、それぞれ所定時間毎（例えば、０．３秒毎）の目標位置Ｐ，補正目標位置Ｐｃが示されている。

具体的には、制御目標算出部１０ｆは、センサ／スイッチ群から各種情報を受け取り、目標走行経路算出部１０ｃから目標走行経路Ｒを受け取り、周辺物標検出部１０ｂから周辺物標に関する情報を受け取る。制御目標算出部１０ｆは、これらの情報に基づいて、制約条件（周辺物標との衝突回避等）を満足しつつ、目標走行経路Ｒからの逸脱量が小さくなるように最適化された補正走行経路Ｒｃを計算する。すなわち、本実施形態では、制御目標算出部１０ｆは、制約条件下で（又は拘束条件下で）所定の評価関数Ｊの評価値を最小にするという最適化問題を解くように構成されたソルバーを含む。このため、制御目標算出部１０ｆは、最適化計算部１１ａとモデル予測部１１ｂを備えている。

本実施形態では、概略的には、最適化計算部１１ａは、車両１の現在の挙動（速度、位置、加速度、舵角等）に基づいて、制約条件（障害物等）を回避するような候補補正走行経路を設定し、候補補正走行経路上の各候補目標位置での物理量（加速度、舵角）を入力値としてモデル予測部１１ｂへ与える。モデル予測部１１ｂは、入力値を車両モデルに適用することにより、候補補正走行経路上での車両１の挙動を計算し、車両挙動に基づく種々の物理量を最適化計算部１１ａへフィードバックする。

車両モデルは、車両１の物理的な運動を規定するものであり、以下の運動方程式で記述される。この車両モデルは、本例では図８に示す２輪モデルである。車両モデルにより車両１の物理的な運動が規定される。

図８及び式（１）、（２）中、ｍは車両１の質量、Ｉは車両１のヨーイング慣性モーメント、ｌはホイールベース、ｌ_fは車両重心点と前車軸間の距離、ｌ_rは車両重心点と後車軸間の距離、Ｋ_fは前輪１輪あたりのタイヤコーナリングパワー、Ｋ_rは後輪１輪あたりのタイヤコーナリングパワー、Ｖは車両１の車速、δは前輪の実舵角、βは車両重心点の横すべり角、ｒは車両１のヨー角速度、θは車両１のヨー角、ｙは絶対空間に対する車両１の横変位、ｔは時間である。

最適化計算部１１ａは、候補補正走行経路上での車両１の挙動を表すフィードバックに基づいて評価関数Ｊを用いて、候補補正走行経路を評価する。本実施形態では、評価関数Ｊは、補正走行経路の評価に関する評価項ＪＥと、制約条件に関する制約項ＪＣとを含む。評価項ＪＥは、複数の評価ファクタを有する。また、制約項ＪＣは複数の制約ファクタを有する。制御目標算出部１０ｆは、実行中の運転支援モード及びセンサ情報等に応じて異なるように評価関数Ｊを設定する。

複数の評価ファクタは、目標位置Ｐでの車両１の挙動を表す複数の物理量（例えば、速度（縦方向及び横方向）、加速度（縦方向及び横方向）、ジャーク（縦方向及び横方向）、ヨーレート、車線中心に対する横位置、車両角度、舵角、舵角速度、その他ソフト制約）にそれぞれ対応して設定されている。評価ファクタには、目標走行経路と補正走行経路の物理量の差が小さいほど評価が高くなる第１評価ファクタと、物理量自体の大きさが小さいほど評価が高くなる第２評価ファクタが含まれる。本実施形態では、評価値が小さな値となるほど、評価が高くなる。

第１評価ファクタは、目標走行経路と補正走行経路の差を最小化するための評価ファクタであり、第１評価ファクタの物理量は、例えば、速度（縦方向及び横方向）、横位置等である。一方、第２評価ファクタは、所定の物理量を最小化するための評価ファクタであり、第２評価ファクタの物理量は、例えば、加速度（縦方向及び横方向）、ジャーク（縦方向及び横方向）、舵角、舵角速度等である。

また、複数の制約ファクタは、複数の物理量にそれぞれ対応して設定されている。制約ファクタは、対応する物理量に対して規定された制限範囲（下限値〜上限値）をその物理量が超えた量に応じて、ペナルティ値として見積もられる。よって、超過量が大きいほど、ペナルティ値は大きくなる（すなわち、結果的に、評価値は大きくなる）。

例えば、速度（縦方向及び横方向）、加速度（縦方向及び横方向）、ジャーク（縦方向及び横方向）、舵角、舵角速度、ヨーレートを含む複数の物理量には、それぞれ原則的に固定された制限範囲が規定されている。しかしながら、固定の制限範囲よりも狭い範囲に制限範囲が変更される場合がある。例えば、下記で説明する速度分布領域（図９参照）が適用される場合には、車両１の位置に応じて物標３に対する速度の制限範囲が変更される。

評価関数Ｊ（＝ＪＥ＋ＪＣ）は、以下の式で記述される。

評価項ＪＥについて、式中、Ｗｋ（Ｘｋ−Ｘｒｅｆｋ）²は評価ファクタ、Ｘｋは候補補正走行経路の物理量、Ｘｒｅｆｋは目標走行経路の物理量又は０（ゼロ値）、Ｗｋは評価ファクタの重み係数（例えば、０≦Ｗｋ≦１）である（但し、ｋ＝１〜ｎ）。したがって、本実施形態の評価項ＪＥは、ｎ個の評価ファクタの物理量について、候補補正走行経路の物理量から目標走行経路の物理量（目標走行経路との差を最小化する評価ファクタの場合）又はゼロ値（物理量自体を最小化する評価ファクタの場合）を差し引いた差分の２乗の和を重み付けして、所定期間（例えば、Ｎ＝３秒）の走行経路長にわたって合計した値に相当する。なお、重み係数Ｗｋは、各運転支援モードに応じて異なって設定される。

一方、制約項ＪＣは、複数の物理量の制限範囲からの超過量に応じた評価値の合計値を、所定期間（例えば、Ｎ＝３秒）の走行経路長にわたって合計した値に相当する。各評価値は、例えば、超過量を２乗した値に所定の重み係数Ｗを乗じた値とすることができる。なお、所定の物理量の制限範囲は、周辺物標等に応じて変動し得る。

本実施形態では、評価関数Ｊは、制約項ＪＣが組み込まれたラグランジュ関数である。よって、最適化計算部１１ａは、無制約の最適化問題を解くように構成されており、良好な収束性で最適解を導出可能である。仮に評価関数Ｊが制約項ＪＣを含まない場合、モデル予測部１１ｂからのフィードバックが制約条件を満足しないと、そのフィードバックは最適化問題の収束性に何ら寄与しない。この場合、最適解が所定計算時間内に得られないおそれがある。

さらに、本実施形態では、フィードバックが制約条件を完全には満足しない場合であっても、最適化計算部１１ａは、その候補補正走行経路を、制約条件を考慮して評価関数Ｊにより評価することができる。これにより、本実施形態では、収束性を向上させることができる。例えば、センサ情報等のノイズ誤差や、道路環境の評価に対する誤差や、モデル関数に起因する誤差等により、制約条件をわずかに超えるような候補補正走行経路を確実に評価することができる。ただし、本実施形態では、制約項ＪＣの重み係数を大きな値に設定することにより、制約項ＪＣを制約条件として確実に機能させることができる。

本実施形態では、最適化計算部１１ａは、モデル予測部１１ｂからのフィードバックに基づいて、評価関数Ｊを用いて候補補正走行経路についての評価値を算出する。最適化計算部１１ａは、評価値に応じて、新たな候補目標走行経路を設定し、この新たな候補補正走行経路に基づいて、修正した入力値をモデル予測部１１ｂへ与える。本実施形態では、このような最適化計算部１１ａとモデル予測部１１ｂとの間でのフィードバックが複数回繰り返されることにより、評価関数Ｊの評価値が最小化（又は、最適化）された補正走行経路Ｒｃが算出される。なお、フィードバックの最大繰り返し回数は、所定回数に制限されてもよい。

次に、図９〜図１０を参照して、本実施形態による障害物回避処理について説明する。図９は目標走行経路の補正による障害物回避の説明図、図１０は障害物を回避する際の障害物と車両との間のすれ違い速度の許容上限値とクリアランスとの関係を示す説明図である。図９では、車両１は走行路（車線）７上を走行しており、走行中又は停車中の車両３とすれ違って、車両３を追い抜こうとしている。

一般に、道路上又は道路付近の障害物（例えば、先行車、駐車車両、歩行者等）とすれ違うとき（又は追い抜くとき）、車両１の運転者は、進行方向に対して直交する横方向において、車両１と障害物との間に所定のクリアランス又は間隔（横方向距離）を保ち、且つ、車両１の運転者が安全と感じる速度に減速する。具体的には、先行車が急に進路変更したり、障害物の死角から歩行者が出てきたり、駐車車両のドアが開いたりするといった危険を回避するため、クリアランスが小さいほど、障害物に対する相対速度は小さくされる。

また、一般に、後方から先行車に近づいているとき、車両１の運転者は、進行方向に沿った車間距離（縦方向距離）に応じて速度（相対速度）を調整する。具体的には、車間距離が大きいときは、接近速度（相対速度）が大きく維持されるが、車間距離が小さくなると、接近速度は低速にされる。そして、所定の車間距離で両車両の間の相対速度はゼロとなる。これは、先行車が駐車車両であっても同様である。

このように、運転者は、障害物と車両１との間の距離（横方向距離及び縦方向距離を含む）と相対速度との関係を考慮しながら、危険がないように車両１を運転している。

そこで、本実施形態では、図９に示すように、車両１は、車両１から検知される障害物（例えば、駐車車両３）に対して、障害物の周囲に（横方向領域、後方領域、及び前方領域にわたって）又は少なくとも障害物と車両１との間に、車両１の進行方向における相対速度についての許容上限値を規定する２次元分布（速度分布領域４０）を設定するように構成されている。速度分布領域４０では、障害物の周囲の各点において、相対速度の許容上限値Ｖ_limが設定されている。

図９から分かるように、速度分布領域４０は、原則的に、障害物からの横方向距離及び縦方向距離が小さくなるほど（障害物に近づくほど）、相対速度の許容上限値が小さくなるように設定される。また、図９では、理解の容易のため、同じ許容上限値を有する点を連結した等相対速度線が示されている。等相対速度線ａ，ｂ，ｃ，ｄは、それぞれ許容上限値Ｖ_limが０ｋｍ／ｈ，２０ｋｍ／ｈ，４０ｋｍ／ｈ，６０ｋｍ／ｈに相当する。本例では、各等相対速度領域は、略矩形に設定されている。

本実施形態では、すべての運転支援モードにおいて、障害物に対する車両１の相対速度が速度分布領域４０内の許容上限値Ｖ_limを超えることがないように目標走行経路の補正が実施される。すなわち、速度分布領域４０が、車両１の速度に対する制約条件となる。具体的には、制御目標算出部１０ｆは、周辺物標検出部１０ｂによって回避すべき障害物（周辺物標）が検出されると、障害物に対して速度分布領域４０を設定する。そして、制御目標算出部１０ｆは、速度分布領域４０により規定される許容上限値Ｖ_limを超えることがないように、目標走行経路算出部１０ｃによって算出された目標走行経路Ｒを補正して、補正走行経路Ｒｃを算出する。図９には、例示的な補正走行経路Ｒｃ１，Ｒｃ２，Ｒｃ３が示されている。

なお、速度分布領域４０は、必ずしも障害物の全周にわたって設定されなくてもよく、少なくとも障害物の後方、及び、車両１が存在する障害物の横方向の一方側（図９では、車両３の右側領域）に設定されればよい。

図１０に示すように、車両１がある絶対速度で走行するときにおいて、障害物の横方向に設定される許容上限値Ｖ_limは、クリアランスＸがＤ₀（安全距離）までは０（ゼロ）ｋｍ／ｈであり、Ｄ₀以上で２次関数的に増加する（Ｖ_lim＝ｋ（Ｘ−Ｄ₀）²。ただし、Ｘ≧Ｄ₀）。即ち、安全確保のため、クリアランスＸがＤ₀以下では車両１は相対速度がゼロとなる。一方、クリアランスＸがＤ₀以上では、クリアランスが大きくなるほど、車両１は大きな相対速度ですれ違うことが許容される。

図１０の例では、障害物の横方向における許容上限値は、Ｖ_lim＝ｆ（Ｘ）＝ｋ（Ｘ−Ｄ₀）²で定義されている。なお、ｋは、Ｘに対するＶ_limの変化度合いに関連するゲイン係数であり、障害物の種類等に依存して設定される。また、Ｄ₀も障害物の種類等に依存して設定される。

なお、本実施形態では、Ｖ_limがＸの２次関数となるように定義されているが、これに限らず、他の関数（例えば、一次関数等）で定義されてもよい。また、図７を参照して、障害物の横方向の許容上限値Ｖ_limについて説明したが、障害物の縦方向を含むすべての径方向について同様に設定することができる。その際、係数ｋ、安全距離Ｄ₀は、障害物からの方向に応じて設定することができる。

なお、速度分布領域４０は、種々のパラメータに基づいて設定することが可能である。パラメータとして、例えば、車両１と障害物の相対速度、障害物の種類、車両１の進行方向、障害物の移動方向及び移動速度、障害物の長さ、車両１の絶対速度等を考慮することができる。即ち、これらのパラメータに基づいて、係数ｋ及び安全距離Ｄ₀を選択することができる。

また、本実施形態において、障害物は、車両，歩行者，自転車，崖，溝，穴，落下物等を含む。更に、車両は、自動車，トラック，自動二輪で区別可能である。歩行者は、大人，子供，集団で区別可能である。

図９に示すように、車両１が走行路７上を走行しているとき、車両１のＥＣＵ１０に内蔵された周辺物標検出部１０ｂは、車載カメラ２１から画像データに基づいて障害物（車両３）を検出する。このとき、障害物の種類（この場合は、車両、歩行者）が特定される。

また、周辺物標検出部１０ｂは、ミリ波レーダ２２の測定データ及び車速センサ２３の車速データに基づいて、車両１に対する障害物（車両３）の位置及び相対速度並びに絶対速度を算出する。なお、障害物の位置は、車両１の進行方向に沿ったｘ方向位置（縦方向距離）と、進行方向と直交する横方向に沿ったｙ方向位置（横方向距離）が含まれる。

制御目標算出部１０ｆは、検知したすべての障害物（図９の場合、車両３）について、それぞれ速度分布領域４０を設定する。そして、制御目標算出部１０ｆは、車両１の速度が速度分布領域４０の許容上限値Ｖ_limを超えないように目標走行経路Ｒの補正を行う。

即ち、目標走行経路Ｒを車両１が走行すると、ある目標位置において目標速度が速度分布領域４０によって規定された許容上限値を超えてしまう場合には、目標位置を変更することなく目標速度を低下させるか（図９の経路Ｒｃ１）、目標速度を変更することなく目標速度が許容上限値を超えないように迂回経路上に目標位置を変更するか（図９の経路Ｒｃ３）、目標位置及び目標速度の両方が変更される（図９の経路Ｒｃ２）。

なお、一般的に、評価関数Ｊにおいて、舵角速度を最小化するための評価ファクタの重み係数が大きい場合に補正走行経路Ｒｃ１が算出され、前後方向の加速度を最小化するための評価ファクタの重み係数が大きい場合に補正走行経路Ｒｃ３が算出される。

例えば、図９は、計算されていた目標走行経路Ｒが、走行路７の幅方向の中央位置（目標位置）を６０ｋｍ／ｈ（目標速度）で走行する経路であった場合を示している。この場合、前方に駐車車両３が障害物として存在するが、上述のように、目標走行経路Ｒの計算段階においては、計算負荷の低減のため、この障害物は考慮されていない。

目標走行経路Ｒを走行すると、車両１は、速度分布領域４０の等相対速度線ｄ，ｃ，ｃ，ｄを順に横切ることになる。即ち、６０ｋｍ／ｈで走行する車両１が等相対速度線ｄ（許容上限値Ｖ_lim＝６０ｋｍ／ｈ）の内側の領域に進入することになる。したがって、制御目標算出部１０ｆは、目標走行経路Ｒの各目標位置における目標速度を許容上限値Ｖ_lim以下に制限するように目標走行経路Ｒを補正して、補正走行経路Ｒｃ１を生成する。即ち、補正走行経路Ｒｃ１では、各目標位置において目標速度が許容上限値Ｖ_lim以下となるように、車両３に接近するに連れて目標速度が徐々に４０ｋｍ／ｈ未満に低下し、その後、車両３から遠ざかるに連れて目標速度が元の６０ｋｍ／ｈまで徐々に増加される。

また、補正走行経路Ｒｃ３は、目標走行経路Ｒの目標速度（６０ｋｍ／ｈ）を変更せず、このため等相対速度線ｄ（相対速度６０ｋｍ／ｈに相当）の外側を走行するように設定された経路である。制御目標算出部１０ｆは、目標走行経路Ｒの目標速度を維持するため、目標位置が等相対速度線ｄ上又はその外側に位置するように目標位置を変更するように目標走行経路Ｒを補正して、補正走行経路Ｒｃ３を生成する。したがって、補正走行経路Ｒｃ３の目標速度は、目標走行経路Ｒの目標速度であった６０ｋｍ／ｈに維持される。

また、補正走行経路Ｒｃ２は、目標走行経路Ｒの目標位置及び目標速度の両方が変更された経路である。補正走行経路Ｒｃ２では、目標速度は、６０ｋｍ／ｈには維持されず、車両３に接近するに連れて徐々に低下し、その後、車両３から遠ざかるに連れて元の６０ｋｍ／ｈまで徐々に増加される。

補正走行経路Ｒｃ１のように、目標走行経路Ｒの目標位置を変更せず、目標速度のみを変更する補正は、速度制御を伴うが、ステアリング制御を伴わない運転支援モードに適用することができる（例えば、自動速度制御モード、速度制限モード、基本制御モード）。
また、補正走行経路Ｒｃ３のように、目標走行経路Ｒの目標速度を変更せず、目標位置のみを変更する補正は、ステアリング制御を伴う運転支援モードに適用することができる（例えば、先行車追従モード）。
また、補正走行経路Ｒｃ２のように、目標走行経路Ｒの目標位置及び目標速度を共に変更する補正は、速度制御及びステアリング制御を伴う運転支援モードに適用することができる（例えば、先行車追従モード）。

次に、図１１を参照して、本実施形態の車両制御装置１００における運転支援制御の処理フローを説明する。図１１は運転支援制御の処理フローである。
ＥＣＵ１０は、図１１の処理フローを所定時間（例えば、０．１秒）ごとに繰り返して実行している。まず、ＥＣＵ１０（入力処理部１０ａ）は、情報取得処理を実行する（Ｓ１１）。情報取得処理において、ＥＣＵ１０は、測位システム２９及びナビゲーションシステム３０から、現在車両位置情報及び地図情報を取得し（Ｓ１１ａ）、車載カメラ２１，ミリ波レーダ２２，車速センサ２３，加速度センサ２４，ヨーレートセンサ２５，運転者操作部３５等からセンサ情報を取得し（Ｓ１１ｂ）、舵角センサ２６，アクセルセンサ２７，ブレーキセンサ２８等からスイッチ情報を取得する（Ｓ１１ｃ）。

次に、ＥＣＵ１０（入力処理部１０ａ，周辺物標検出部１０ｂ）は、情報取得処理（Ｓ１１）において取得した各種の情報を用いて所定の情報検出処理を実行する（Ｓ１２）。情報検出処理において、ＥＣＵ１０は、現在車両位置情報及び地図情報並びにセンサ情報から、車両１の周囲及び前方エリアにおける走行路形状に関する走行路情報（直線区間及びカーブ区間の有無，各区間長さ，カーブ区間の曲率半径，車線幅，車線両端部位置，車線数，交差点の有無，カーブ曲率で規定される制限速度等）、走行規制情報（制限速度、赤信号等）、先行車軌跡情報（先行車の位置及び速度），周辺物標情報を検出する（Ｓ１２ａ）。

また、ＥＣＵ１０は、スイッチ情報から、運転者による車両操作に関する車両操作情報（舵角，アクセルペダル踏み込み量，ブレーキペダル踏み込み量等）を検出し（Ｓ１２ｂ）、更に、スイッチ情報及びセンサ情報から、車両１の挙動に関する走行挙動情報（車速、縦加速度、横加速度、ヨーレート等）を検出する（Ｓ１２ｃ）。

次に、ＥＣＵ１０（目標走行経路算出部１０ｃ）は、計算により得られた情報に基づいて、目標走行経路算出処理を実行する（Ｓ１３）。目標走行経路算出処理では、上述のように、第１走行経路Ｒ１，第２走行経路Ｒ２，及び第３走行経路Ｒ３が計算され、これらの中から、選択されている運転支援モードとセンサ情報（先行車、車線両端部等）に応じて、目標走行経路Ｒが選択される。

次に、ＥＣＵ１０（制御目標算出部１０ｆ）は、目標走行経路Ｒ、周辺物標情報、各種のセンサ情報等に基づいて、制御目標算出処理を実行する（Ｓ１４）。制御目標算出処理では、上述のように、補正走行経路Ｒｃが算出され、この補正走行経路Ｒｃ上の各補正目標位置Ｐｃにおける所定の制御量の制御目標（加速度目標、舵角目標）が生成される。

最後に、ＥＣＵ１０（制御目標算出部１０ｆ）は、生成した補正走行経路Ｒｃにおける制御目標に基づいて、システム制御処理を実行して（Ｓ１５）、処理を終了する。システム制御処理では、補正走行経路Ｒｃにおける制御目標に応じて、要求信号（エンジン要求信号，ブレーキ要求信号，ステアリング要求信号）が生成され、生成された要求信号が車両１の制御システム３１〜３３へ出力される。

次に、図１２及び図１３を参照して、本実施形態の車線逸脱抑制のための制約条件について説明する。図１２Ａは車両が車線内を走行しているときの車線制約条件の説明図、図１２Ｂは図１２Ａの場合に適用される制約度合のグラフ、図１３Ａは車両が車線外を走行しているときの車線制約条件の説明図、図１３Ｂは図１３Ａの場合に適用される制約度合のグラフである。

図１２Ａでは、車両１は、走行路７上を走行している。車両１の運転支援モードは、例えば、レーンキープ制御モードであり、目標走行経路Ｒは、走行路７の中央を走行するように設定されている。しかしながら、車両１は目標走行経路Ｒよりも左側を走行しているので、補正走行経路Ｒｃは、目標走行経路Ｒに徐々に近づくように設定されている。図１２Ａの状況は、例えば、運転者が運転支援モードを変更した場合に生じる。

図１２Ａの状況において、制御目標算出部１０ｆは、車両１が走行路７から外部に逸脱することを抑制するための制約ファクタ（車線制約条件）を含むように評価関数Ｊを設定している。図１２Ａでは、走行路７（すなわち、車線端部７Ｒ，７Ｌの間の走行可能エリア）の外側（すなわち、車線端部７Ｒの右側及び車線端部７Ｌの左側）に仮想的な車線逸脱領域（進入禁止領域）８ａ，８ｂが設定されている。したがって、図１２Ａの例では、車線制約条件は、車両１を車線端部７Ｒ，７Ｌの間の走行可能エリアに存在させることである。車線制約条件より、車線端部７Ｒ，７Ｌを基準位置として、車両１は車線逸脱領域８ａ，８ｂ内への進入が制限される。車線端部７Ｒ，７Ｌは、例えば、区画線である。

図１２Ａでは、目標走行経路Ｒを横方向の原点（０）とすると、車両１は位置Ｌ０に位置している。車線端部７Ｒ，７Ｌは、それぞれ位置Ｌ１，Ｌ２に位置している（Ｌ１＜Ｌ０＜Ｌ２）。したがって、例えば、現時点（図１２Ａ参照）では、車線制約条件は、車両１の横方向位置において、車両１が位置Ｌ１と位置Ｌ２の間の制限範囲に位置することである。制御目標算出部１０ｆは、車両１が走行路７内を走行している場合、センサ情報等に基づいて、車線制約条件の制限範囲を設定することができる。

図１２Ｂに示すように、車線制約条件に関する制約ファクタは、例えば、車両１が車線逸脱領域８ｂに進入した場合、基準位置Ｌ２からの超過量（すなわち、車線端部７Ｌからの進入距離又は逸脱距離）が大きいほど制約度合又はペナルティ値が大きくなり、且つ、位置Ｌ３において制約度合が最大となるように設定されている。位置Ｌ３よりもさらに走行路７から横方向に離れた位置では、制約度合が最大値ＣＬｍａｘに維持される。基準位置Ｌ２から位置Ｌ３の間では、逸脱距離が大きくなるほど制約度合が大きくなる。図１２Ａの状況では、車両１は車線制約条件に違反していないので、制約度合はゼロである。

したがって、図１２Ａの状況において、制御目標算出部１０ｆは、車線制約条件を満足する状態を維持するように補正走行経路Ｒｃを計算する。この場合、補正走行経路Ｒｃは、目標走行経路Ｒに徐々に近づくように設定される。

一方、図１３Ａは、車両１が走行路７から逸脱して走行している状況を示している（Ｌ０＞Ｌ２）。図１３Ａの状況は、例えば、運転者がオーバーライドしてステアリング操作を行った場合に生じる。この場合、制御目標算出部１０ｆは、車両１の現在位置Ｌ０から目標走行経路Ｒと平行に延びる制限線９を基準位置として設定する。そして、制御目標算出部１０ｆは、走行路７に対して制限線９よりも横方向外側のエリアを車線逸脱領域８ｃに設定する。

そして、制御目標算出部１０ｆは、図１２Ａの車線制約条件に代えて、車両１が現在位置Ｌ０よりもさらに走行路７から横方向外側へ移動することを抑制するための制約ファクタ（車線外制約条件）を含むように評価関数Ｊを設定する。すなわち、車線外制約条件は、車両１が位置Ｌ１と現在位置Ｌ０の間の拡大された制限範囲に位置することである。制御目標算出部１０ｆは、車両１が走行路７の外側を走行している場合、センサ情報等に基づいて、車線外制約条件の制限範囲を設定する。

図１３Ｂに示すように、車線外制約条件に関する制約ファクタは、基準位置Ｌ０からの超過量（すなわち、制限線９からの進入距離又は逸脱距離）が大きいほど制約度合が大きくなる。そして、車線外制約条件に関する制約ファクタは、車線制約条件の場合と同様に、位置Ｌ３において制約度合が最大となるように設定される。位置Ｌ３よりもさらに走行路７から横方向に離れた位置では、制約度合が最大値ＣＬｍａｘに維持される。基準位置Ｌ０から位置Ｌ３の間では、逸脱距離が大きくなるほど制約度合が大きくなる。図１３Ａの状況では、車両１は制限線９上に位置しているので、制約度合はゼロである。しかしながら、車線外制約条件により、車両１が制限線９を越えて車線逸脱領域８ｃへ進入することが効果的に抑制される。

なお、図１３Ａに示される走行路７は、車線端部７Ｌが外側に屈曲することにより、外側へ拡張されたエリア７ａを有している。仮に制限線９を車線端部７Ｌと平行に設定すると、算出される補正走行経路Ｒｃによる車両１の走行挙動が拡張エリア７ａ付近において不安定になるおそれがある。このため、本実施形態では、制限線９を目標走行経路Ｒと平行に設定している。

図１３Ａの状況において、車線外制約条件を用いずに、通常の車線制約条件を用いた場合を考える。この場合、車両１は車線制約条件に違反しているので、車線逸脱領域８ｂ（図１２Ａ参照）を素早く脱出するため、急操舵を要する仮想的な補正走行経路Ｒｃ０が算出される。しかしながら、車両１が仮想的な補正走行経路Ｒｃ０を走行すると、挙動変化が大きくなるので、乗員に不快感を与えるおそれがある。

これに対して、本実施形態では、車線外制約条件を満たすように、制御目標算出部１０ｆは、目標走行経路Ｒに徐々に近づくように補正走行経路Ｒｃを算出する（図１３Ａ参照）。この場合、車両１は、現在において車線外制約条件を違反していないので、計算される補正走行経路Ｒｃは、急操舵を要せずに目標走行経路Ｒに徐々に近づくように設定される。

次に、本発明の実施形態による車両制御装置１００の作用について説明する。
本発明の実施形態の車両１の運転を支援するための車両制御装置１００は、車両１の目標走行経路Ｒを算出し（Ｓ１３）、補正走行経路Ｒｃを評価するための評価関数Ｊを用いて所定の制約条件下で目標走行経路Ｒに基づいて補正走行経路Ｒｃを算出すると共に、車両１が補正走行経路Ｒｃを走行するための車両１の制御目標値を算出する（Ｓ１４）ように構成されており、制約条件は、車両１の走行車線７の車線端部７Ｌを基準位置Ｌ２として、この基準位置Ｌ２よりも走行車線７の外側へ車両１が進入することを抑制する車線制約条件を含み（図１２Ａ，図１２Ｂ）、制約条件は、車両１が走行車線７から逸脱している場合は、車線制約条件に代えて、車両１の現在位置を基準位置Ｌ０として、この基準位置Ｌ０よりもさらに走行車線７の横方向外側へ車両１が移動することを抑制する車線外制約条件を含む（図１３Ａ，図１３Ｂ）、ことを特徴としている。

このように構成された本実施形態では、車両１が走行車線７を逸脱している状態において（図１３Ａ参照）、車両１の現在位置Ｌ０を車線逸脱領域８ｃとの境界（基準位置）とする車線外制約条件が設定される。これにより、本実施形態では、通常の車線制約条件を違反した状態を素早く回避するために急操舵を要する補正走行経路Ｒｃ０が算出されることを抑制し、走行車線７内に設定された目標走行経路Ｒに徐々に近づくような補正走行経路Ｒｃを算出することができる。

また、本実施形態では、車線制約条件及び車線外制約条件は、対応する基準位置Ｌ２（図１２Ａ），Ｌ０（図１３Ａ）からの逸脱距離に応じて制約度合が決定され、車線制約条件及び車線外制約条件は、それぞれの制約度合が最大となる走行車線７に対する横方向位置Ｌ３、及び、制約度合の最大値ＣＬｍａｘが同一に設定されている。

このように構成された本実施形態では、車線制約条件及び車線外制約条件により、車両１が各基準位置Ｌ２，Ｌ０よりも走行車線７の横方向外側へ移動することを効果的に抑制することができる。

また、本実施形態では、車両制御装置１００は、複数の候補補正走行経路の中から評価関数Ｊの評価が最も高い候補補正走行経路を補正走行経路Ｒｃとして算出するように構成されており、車線制約条件及び車線外制約条件は、制約度合が大きいほど補正走行経路Ｒｃの評価が低下するように評価関数Ｊに組み込まれている。

このように構成された本実施形態では、評価関数Ｊが制約条件（車線制約条件，車線外制約条件）を含んでおり、制約条件を満足しない場合であっても、制約度合を考慮して、補正走行経路Ｒｃ（又は候補補正走行経路）を評価することができる。これにより、本実施形態では、制約条件下においても補正走行経路Ｒｃを確実に算出することが可能であり、車両１が補正走行経路Ｒｃを走行するための制御目標値が算出されないことを防止することができる。

また、本実施形態では、車線外制約条件は、車両１の現在位置Ｌ０から目標走行経路Ｒに沿って平行に延びる制限線９よりもさらに走行車線７の横方向外側へ車両１が逸脱することを抑制するように設定される。

このように構成された本実施形態では、走行車線７の車線端部７Ｌが屈曲している場合であっても、車線逸脱領域８ｃを規定する制限線９が目標走行経路Ｒと平行に設定されるので、算出される補正走行経路Ｒｃによる車両１の走行挙動を安定させることができる。

また、本実施形態では、評価関数Ｊは、車両１が走行車線７から逸脱していない場合は（図１２Ａ参照）、車線制約条件に対応する第１制約ファクタを含み、この第１制約ファクタは、車両１が走行車線７を逸脱すると評価関数Ｊによる評価を低下させるように設定されており、評価関数Ｊは、車両１が走行車線７から逸脱している場合は（図１３Ａ参照）、第１制約ファクタに代えて、車線外制約条件に対応する第２制約ファクタを含み、この第２制約ファクタは、車両１が現在位置Ｌ０よりもさらに走行車線７の横方向外側へ移動すると評価関数Ｊによる評価を低下させるように設定されている。

また、本実施形態では、第１制約ファクタ及び第２制約ファクタは、対応する基準位置Ｌ２，Ｌ０からの逸脱距離に応じて評価関数Ｊによる評価の低下量が変化するように設定されており、さらに、第１制約ファクタ及び第２制約ファクタは、低下量が最大となる走行車線７に対する横方向位置Ｌ３、及び、低下量の最大値ＣＬｍａｘが同一に設定されている。

１ 車両
３ 物標（障害物，先行車）
５ 道路
５Ｌ，５Ｒ 車線
７ 走行路
７Ｌ，７Ｒ 車線端部
７ａ 拡張エリア
８ａ，８ｂ，８ｃ 車線逸脱領域
９ 制限線
１０ ＥＣＵ
１０ａ 入力処理部
１０ｂ 周辺物標検出部
１０ｃ 目標走行経路算出部
１０ｅ 運転操作判断部
１０ｆ 制御目標算出部
１１ａ 最適化計算部
１１ｂ モデル予測部
４０ 速度分布領域
１００ 車両制御装置
Ｊ 評価関数
Ｐ 目標位置
Ｐｃ 補正目標位置
Ｒ 目標走行経路
Ｒｃ 補正走行経路

Claims (4)

1. 車両の運転を支援するための車両制御装置であって、前記車両制御装置は、
   前記車両の目標走行経路を算出し、
   補正走行経路を評価するための評価関数を用いて所定の制約条件下で前記目標走行経路に基づいて前記補正走行経路を算出すると共に、前記車両が前記補正走行経路を走行するための前記車両の制御目標値を算出するように構成されており、
   前記制約条件は、前記車両の走行車線の車線端部を基準位置として、この基準位置よりも前記走行車線の外側へ前記車両が進入することを抑制する車線制約条件を含み、
   前記制約条件は、前記車両が前記走行車線から逸脱している場合は、前記車線制約条件に代えて、前記車両の現在位置を基準位置として、この基準位置よりもさらに前記走行車線の横方向外側へ前記車両が移動することを抑制する車線外制約条件を含む、車両制御装置。
2. 前記車線制約条件及び前記車線外制約条件は、対応する基準位置からの逸脱距離に応じて制約度合が決定され、
   前記車線制約条件及び前記車線外制約条件は、それぞれの制約度合が最大となる前記走行車線に対する横方向位置、及び、前記制約度合の最大値が同一に設定されている、請求項１に記載の車両制御装置。
3. 前記車両制御装置は、複数の候補補正走行経路の中から前記評価関数の評価が最も高い候補補正走行経路を前記補正走行経路として算出するように構成されており、
   前記車線制約条件及び前記車線外制約条件は、前記制約度合が大きいほど前記補正走行経路の評価が低下するように前記評価関数に組み込まれている、請求項２に記載の車両制御装置。
4. 前記車線外制約条件は、前記車両の現在位置から前記目標走行経路に沿って平行に延びる制限線よりもさらに前記走行車線の横方向外側へ前記車両が逸脱することを抑制するように設定される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両制御装置。

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