JP6354656B2 - 車両位置制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の位置を制御する車両位置制御装置に関する。

従来、車両の幅方向（以下、横方向）の位置を制御する技術が種々知られている。たとえば、特許文献１では、自車の目標走行位置からの横偏差の３乗に比例して増大する操舵トルクを付与している。また、特許文献２では、横速度に所定のゲインを乗じて操舵トルクを算出している。操舵トルクが付与されると操舵角が変化するので、車両の横方向位置が変化する。

また、前後方向の速度制御において、運転者に違和感を与えない滑らかな速度制御を可能にする技術として、特許文献３等に開示された接近離間状態評価指標Ｋ_ｄＢを用いる速度制御が知られている。

特開２０１０−２３６０５号公報 特開２０１０−３６６４５号公報 特開２００９−２６２８９９号公報

特許文献１、２に記載されている技術は、車線逸脱を防止することを目的としており、車線逸脱防止のために行う速度制御により運転者がどのように感じるかは考慮されていない。したがって、特許文献１、２に記載されている技術により、車両の横方向位置を制御すると、運転者が滑らかと感じる速度変化で車両の横方向位置を制御することはできない。

また、特許文献３の技術は、車両の前後方向の速度制御であり、車両の横方向位置制御にそのまま適用することはできない。

本発明は、この事情に基づいて成されたものであり、その目的とするところは、運転者が滑らかと感じる速度変化で、車両の横方向の位置を変化させることができる車両位置制御装置を提供することにある。

上記目的は独立請求項に記載の特徴の組み合わせにより達成され、また、下位請求項は、発明の更なる有利な具体例を規定する。特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

上記目的を達成するための本発明は、運転者が物体までの距離を視覚的に把握する感覚量である視覚的感覚量の時間変化率に基づいて定まり、車両幅方向の速度である横方向速度と、車両幅方向における基準位置からの車両の移動距離である横方向距離とにより表される指標を横方向Ｋ_ｄＢとし、
制御開始条件が成立した場合に、所定の傾き算出位置における横方向Ｋ_ｄＢを横方向距離で微分した値を傾きとし、傾き算出位置における横方向Ｋ_ｄＢを切片として、横方向距離に対する、横方向Ｋ_ｄＢの目標値となる目標横方向Ｋ_ｄＢを算出する目標横方向Ｋ_ｄＢ算出部（Ｓ５０６、Ｓ１３０６、Ｓ１５０６）と、
目標横方向Ｋ_ｄＢと横方向距離とから、横方向速度の目標値である目標横方向速度を算出する目標横方向速度算出部（Ｓ５０７、Ｓ１３０７、Ｓ１５０７）と、
目標横方向速度に基づいて、逐次の時間における横方向距離の目標値である目標横方向距離を算出する目標横方向距離算出部（Ｓ５０９、Ｓ１３０９、Ｓ１５０９）と、
車両の横方向距離が目標横方向距離となるように、車両の操舵角に関する制御を行う位置制御部（Ｓ６、Ｓ１４、Ｓ１６）とを備えることを特徴とする車両位置制御装置である。

本発明では、逐次の時間における目標横方向距離を算出し、車両の横方向距離がその目標横方向距離となるように、車両の操舵角に関する制御を行う。この目標横方向距離は、視覚的感覚量の時間変化率に基づいて定まり、車両の横方向速度と車両の横方向距離とにより表される指標である横方向Ｋ_ｄＢを用いて算出する。

運転者が、車両の速度変化が滑らかであると感じるかどうかは、視界の変化に影響される部分が大きい。したがって、視覚的感覚量の時間変化率に基づいて定まる指標である横方向Ｋ_ｄＢを用いて逐次の時間における目標横方向距離を算出し、車両の横方向距離がその目標横方向距離となるように車両の操舵角に関する制御を行えば、運転者が滑らかと感じる速度変化で、車両の横方向の位置を変化させることができる。

第１実施形態の車両位置制御システム１の構成を示すブロック図である。 図１の車両制御ＥＣＵ８が実行する処理を示すフローチャートである。 図２のステップＳ５の詳細処理を示すフローチャートである。 図３の処理において算出する目標横方向速度Ｖｒ_＿ｙ＿ｔを説明する図である。 第２実施形態において車両制御ＥＣＵ８が図２に代えて実行する処理を示すフローチャートである。 図５のステップＳ１３の詳細処理を示すフローチャートである。 図５のステップＳ１５の詳細処理を示すフローチャートである。 図６のステップＳ１３０７で算出する目標横方向速度Ｖｒ_＿ｙ＿ｔを説明する図である。 図７のステップＳ１５０７で算出する目標横方向速度Ｖｒ_＿ｙ＿ｔを説明する図である。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。第１実施形態の車両位置制御システム１は、図１に示すように、車輪速センサ２、舵角センサ３、ヨーレートセンサ４、レーダ５、カメラ６、操作スイッチ７と、これらからの信号が入力される車両制御ＥＣＵ８を備える。また、ブレーキＥＣＵ９、動力制御ＥＣＵ１０、ＥＰＳ−ＥＣＵ１１を備え、車両制御ＥＣＵ８と、ブレーキＥＣＵ９、動力制御ＥＣＵ１０、ＥＰＳ−ＥＣＵ１１は、相互に信号の送受信が可能になっている。これらの間の信号の送受信は、車内ＬＡＮを介して行われてもよいし、信号線により直接的に相互に接続されて、その信号線を用いて信号の送受信が行われてもよい。なお、車両位置制御システム１を搭載している車両を以降では自車と呼ぶ。

車輪速センサ２は、各車輪の回転速度を検出するセンサである。この車輪の回転速度を示す信号を車両制御ＥＣＵ８へ出力する。車両制御ＥＣＵ８は、車輪の回転速度から自車の速度（以下、車速Ｖ_０）を算出する。

舵角センサ３は、自車の操舵角を検出するセンサであり、検出した操舵角を車両制御ＥＣＵ８に出力する。ヨーレートセンサ４は、自車の上下方向軸まわりの角速度（ヨーレート）を検出するセンサであり、検出したヨーレートを車両制御ＥＣＵ８に出力する。

レーダ５は、自車の前方の広い角度範囲に渡り探査波を送信し、その探査波が外部の物体で反射して生じた反射を受信することにより、外部の物体の位置を検出する。探査波としては、レーザ光やミリ波がある。このレーダ５により、外部の物体として車線区画線が認識できる。車線区画線は白線と称されることもある。

カメラ６は、自車の前方を撮像するように自車に配置され、撮像した画像を解析して、画像内に含まれている物体の位置を検出する。このカメラ６が撮像した画像によっても、車線区画線が認識できる。なお、レーダ５およびカメラ６のいずれか一方のみを備えるようにしてもよい。

操作スイッチ（以下、操作ＳＷ）７は、自車のドライバが操作するスイッチ群であり、操作ＳＷ７の操作情報は車両制御ＥＣＵ８へ出力される。この操作ＳＷ７には、右左折時に方向指示灯を点滅させるためのスイッチであるウィンカスイッチが含まれる。このウィンカスイッチは、ウィンカレバーの操作位置によりオン、オフが切り替えられる。

車両制御ＥＣＵ８は、自車の速度と操舵角を自動制御するＥＣＵであり、ブレーキＥＣＵ９に指示して自車の車速を減速させたり、動力制御ＥＣＵ１０に指示して自車の速度を加速させたり、ＥＰＳ−ＥＣＵ１１に指示して自車の操舵角を制御する。この車両制御ＥＣＵ８が車両位置制御装置に相当する。車両制御ＥＣＵ８が実行する処理は、図２以下を用いて、後に詳述する。なお、車両制御ＥＣＵ８が実行する機能の一部または全部を、一つあるいは複数のＩＣ等によりハードウェア的に構成してもよい。

ブレーキＥＣＵ９は、ブレーキアクチュエータを制御するＥＣＵであり、車両制御ＥＣＵ８から減速指示を受信した場合には、減速指示に基づいて自車を減速させる。

動力制御ＥＣＵ１０は、自車の動力源が発生する動力を制御するＥＣＵである。動力源としては、エンジンやモータがある。車両制御ＥＣＵ８から、加速指示を受信した場合には、動力制御ＥＣＵ１０は、動力源が発生する動力を増加させることで、自車を加速させる。

ＥＰＳ−ＥＣＵ１１は、操舵軸を回転させる操舵アクチュエータを制御することで、自車の操舵角を制御するＥＣＵであり、車両制御ＥＣＵ８から操舵指示を受信した場合には、操舵指示に基づいて操舵角を変化させる。

（車両制御ＥＣＵ８の処理）
車両制御ＥＣＵ８は、自動走行制御中、図２に示す処理を周期的に実行する。ステップＳ１では、自車の走行車線を区画している車線区画線と、隣接車線の車線区画線の自車に対する位置を認識する。これらの認識には、レーダ５およびカメラ６から入力される信号を用いる。

ステップＳ２では、走行車線上の物体を認識する。このステップＳ２においても、レーダ５およびカメラ６から入力される信号を用いる。

ステップＳ３では、ステップＳ２における物体認識結果に基づいて、車線変更の必要があるか否かを判断する。具体的には、走行車線前方の所定距離内に、静止物あるいは低速走行車両を検出した場合に、車線変更の必要があると判断する。この判断がＮＯであればステップＳ４に進み、ＹＥＳであればステップＳ５に進む。

ステップＳ４では、ウィンカスイッチがオンであるか否かを判断する。この判断がＹＥＳである場合にも、車線変更が必要であることになる。ステップＳ３、Ｓ４は、第１実施形態において、制御開始条件が成立したか否かを判断している。ステップＳ４の判断がＹＥＳである場合にもステップＳ５に進む。ステップＳ４の判断がＮＯであれば、図２の処理を終了する。

ステップＳ５では、目標軌跡生成処理を実行する。この目標軌跡生成処理は、滑らかに車線変更を行うために、車両位置制御中の逐次の時間における自車位置を表す目標軌跡を生成する。ステップＳ６では、自車位置が、ステップＳ５で生成した目標軌跡となるように、自車の速度と操舵角を制御する。このステップＳ６が請求項の位置制御部に相当する。

（目標軌跡生成処理の詳細）
ステップＳ５の目標軌跡生成処理では、詳しくは、図３に示す処理を実行する。ステップＳ５０１では、自車の前後方向速度（以下、縦方向速度）Ｖｒ_＿ｘと、車両幅方向速度（以下、横方向速度）Ｖｒ_＿ｙを算出する。具体的には、車輪速センサ２から入力された信号から算出した車速Ｖ_０のうち、操舵角に基づいて定まる前後方向成分を縦方向速度Ｖｒ_＿ｘとし、その車速Ｖ_０のうち、操舵角に基づいて定まる横方向成分を横方向速度Ｖｒ_＿ｙとする。

ステップＳ５０２では、自車の車両幅方向の中心位置である横方向位置を算出するとともに、現在の横方向位置から、車線変更後の車線である隣接車線の幅方向中心位置までの横方向の距離を算出する。これらは、レーダ５やカメラ６からの信号に基づいて認識した車両区画線と、自車位置との関係から算出する。

この図３の処理により目標軌跡を生成したら、自車の速度と操舵角の制御を開始するので、ステップＳ５０２における現在の横方向位置は、制御開始時の横方向位置である。このステップＳ５０２における制御開始時の横方向位置、隣接車線の幅方向中心位置は図４に例示している。

ステップＳ５０３では、基準位置から、ステップＳ５０２で算出した２つの位置の中間位置である横方向中間位置までの距離Ｄ_ｙ０を算出する。本実施形態において、基準位置とは、ステップＳ５を実行した時点、すなわち、車線変更が必要であると判断した時点における自車の横方向位置である。

ステップＳ５０４では、横方向のＫ_ｄＢであるＫ_ｄＢ＿Ｌの接線式を算出する。ここで、Ｋ_ｄＢ＿Ｌとは、特許文献３にも記載されている指標であるＫ_ｄＢを横方向速度に適用した指標である。

公知のＫ_ｄＢにおける速度は前後方向速度であるが、Ｋ_ｄＢ＿Ｌは前後方向速度に代えて、横方向速度を用いる。この横方向速度をＶｒ_＿ｙとすると、Ｋ_ｄＢ＿Ｌは公知のＫ_ｄＢ算出式における相対速度を横方向速度に置き換えることにより求められる。したがって、Ｋ_ｄＢ＿Ｌは式１により表される。なお、Ｄ_ｙは基準位置からの横方向距離である。この式６により表される曲線も図４に示している。

公知のＫ_ｄＢ接線式は、Ｋ_ｄＢの曲線においてブレーキ操作開始位置における接線の傾きを、この接線式の傾きとして用いて、各距離における目標Ｋ_ｄＢを算出する一次式である。これに対して、本実施形態では、横方向距離Ｄ_ｙに対するＫ_ｄＢ＿Ｌの曲線において、横方向距離Ｄ_ｙが、ステップＳ５０３で算出した距離Ｄ_ｙ０となっている位置を傾き算出位置とする。したがって、傾き算出位置は、ステップＳ５０３で説明した横方向中間位置である。

なお、本実施形態の接線式も、公知のＫ_ｄＢの接線式と同様、各距離における目標Ｋ_ｄＢを算出する。ただし、本実施形態における目標Ｋ_ｄＢは目標横方向Ｋ_ｄＢであり、距離は横方向距離Ｄ_ｙである。

本実施形態における接線式は式１で表される。また、式１における切片Ｋ_ｄＢ＿Ｌ０は、式３で表される。この式１が示す直線も図４に示している。

式１から分かるように、本実施形態の接線式の傾きは、Ｋ_ｄＢ＿Ｌを横方向距離Ｄ_ｙで微分した値を傾きとする。また、式３から分かるように、本実施形態の接線式の切片は、傾き算出位置、すなわち、自車の横方向距離Ｄ_ｙがＤ_ｙ０となる位置におけるＫ_ｄＢ＿Ｌである。また、この接線式は、上記傾き、切片を有して、横方向距離Ｄ_ｙから、その横方向距離Ｄ_ｙにおけるＫ_ｄＢ＿Ｌの目標値である目標横方向Ｋ_ｄＢ（以下、Ｋ_ｄＢ＿Ｌ＿ｔ（Ｄ_ｙ））を算出する式である。

また、式１における傾きは、式２に示すように、傾き算出位置である横方向中間位置までの距離Ｄ_ｙ０により定まる。接線式の傾きが、このように、傾き算出位置（すなわち接点）における距離により定まることは、特許文献３にも開示されている通りである。

式３には、距離Ｄ_ｙ０における目標横方向速度Ｖｒ_＿ｙ＿ｔ（Ｄ_ｙ０）の項がある。本実施形態では、この目標横方向速度Ｖｒ_＿ｙ＿ｔ（Ｄ_ｙ０）は、予め設定された最大横加速度Ｇｙ＿ｔ_＿ｍａｘに基づいて定める。最大横加速度Ｇｙ＿ｔ_＿ｍａｘと、目標横方向速度Ｖｒ_＿ｙ＿ｔ（Ｄ_ｙ０）との関係は式９により示される。この式の関係式も、前後方向のＫ_ｄＢにおいて公知となっている式である。

ステップＳ５０４で算出した接線式は、基準位置から、横方向距離Ｄ_ｙがＤ_ｙ０となる位置までに適用する。このステップＳ５０４で算出した接線式は、前半目標横方向Ｋ_ｄＢ算出式に相当する。

続くステップＳ５０５では、横方向距離Ｄ_ｙがＤ_ｙ０となる位置から隣接車線の幅方向中心位置までに対する接線式を決定する。この接線式は、ステップＳ５０４で決定した接線式、すなわち式２を、横方向中間位置で反転させた式である。したがって、式５で表される。この式５は、後半目標横方向Ｋ_ｄＢ算出式に相当する。

ステップＳ５０６では、ステップＳ５０４で算出した接線式（式１）と、ステップＳ５０５で算出した接線式（式５）とを用いて、各横方向距離Ｄ_ｙにおけるＫ_ｄＢ＿Ｌの目標値である目標横方向Ｋ_ｄＢ（以下、Ｋ_ｄＢ＿Ｌ＿ｔ（Ｄ_ｙ））を算出する。このステップＳ５０６が請求項の目標横方向Ｋ_ｄＢ算出部に相当する。

ステップＳ５０７では目標横方向速度Ｖｒ_＿ｙ＿ｔを算出する。この目標横方向速度Ｖｒ_＿ｙ＿ｔは式４により算出する。この式４も前後方向のＫ_ｄＢにおいて公知となっている式である。この式４と、ステップＳ５０６で算出したＫ_ｄＢ＿Ｌ＿ｔ（Ｄ_ｙ）から、各横方向距離Ｄ_ｙにおける目標横方向速度Ｖｒ_＿ｙ＿ｔを算出する。このステップＳ５０７が請求項の目標横方向速度算出部に相当する。

図４の右図には、ステップＳ５０７で算出した目標横方向速度Ｖｒ_＿ｙ＿ｔの曲線を示している。この図に示すように、式４により表される目標横方向速度Ｖｒ_＿ｙ＿ｔの曲線は、基準位置である横方向距離Ｄ_ｙ＝０からの横方向距離Ｄ_ｙがＤ_ｙ０となる横方向中間位置において目標横方向速度Ｖｒ_＿ｙ＿ｔが最大となる滑らかな曲線である。

ステップＳ５０８では、制御開始からの逐次の経過時間ｔにおける縦方向距離Ｄ_ｘの目標値である目標縦方向距離Ｄ_ｘ＿ｔを算出する。この目標縦方向距離Ｄ_ｘ＿ｔは、制御開始条件が成立した時点における自車の縦方向位置を基点とする縦方向の距離であり、ステップＳ５０１で算出した縦方向速度Ｖｒ_＿ｘと制御開始からの経過時間ｔとの積により求める。

なお、経過時間ｔの最大値、すなわち、制御終了時間は、ステップＳ５０７で算出した式４を用いて定まる目標横方向速度Ｖｒ_＿ｙ＿ｔで、距離２Ｄ_ｙ０まで移動する時間である。このステップＳ５０８が請求項の目標縦方向距離算出部に相当する。

ステップＳ５０９では、制御開始からの逐次の経過時間ｔにおける横方向距離Ｄ_ｙの目標値である目標横方向距離Ｄ_ｙ＿ｔを算出する。このステップＳ５０９が請求項の目標横方向距離算出部に相当する。

逐次の経過時間ｔにおける目標横方向距離Ｄ_ｙ＿ｔは、ステップＳ５０７で算出した式４を用いて算出する。すなわち、式４から、各横方向距離Ｄ_ｙにおける目標横方向速度Ｖｒ_＿ｙ＿ｔが算出できる。そして、各横方向距離Ｄ_ｙにおける目標横方向速度Ｖｒ_＿ｙ＿ｔが算出できれば、横方向位置が、横方向距離Ｄ_ｙとなる位置に到達するまでの時間が算出できることになる。これにより、逐次の経過時間ｔにおける目標横方向距離Ｄ_ｙ＿ｔを算出することができる。

ステップＳ５１０では、ステップＳ５０８で算出した逐次の経過時間ｔにおける目標縦方向距離Ｄ_ｘ＿ｔと、ステップＳ５０９で算出した逐次の経過時間ｔにおける目標横方向距離Ｄ_ｙ＿ｔとを組み合わせて、目標軌跡を生成する。このステップＳ５１０が請求項の目標軌跡生成部に相当する。

目標軌跡を生成したら、前述したように、図２のステップＳ６において、逐次の経過時間ｔにおける自車位置が目標軌跡上の位置となるように、自車の速度と操舵角を制御する。

（第１実施形態のまとめ）
以上、説明した第１実施形態では、逐次の経過時間ｔにおける目標横方向距離Ｄ_ｙ＿ｔおよび目標縦方向距離Ｄ_ｘ＿ｔを算出し（Ｓ５０８、Ｓ５０９）、それらから目標軌跡を生成している（Ｓ５１０）。そして、この目標軌跡になるように、自車の速度と操舵角を制御する（Ｓ６）。

ここで、目標横方向距離Ｄ_ｙ＿ｔは、式６に示したＫ_ｄＢ＿Ｌを利用して算出している。このＫ_ｄＢ＿Ｌは、公知のＫ_ｄＢにおける前後方向速度に代えて、横方向速度を用いたものである。したがって、Ｋ_ｄＢ＿Ｌは、視覚的感覚量の時間変化率に基づいて定まる指標である。

運転者が、車両の速度変化が滑らかであると感じるかどうかは、視界の変化に影響される部分が大きい。したがって、本実施形態のように、視覚的感覚量の時間変化率に基づいて定まる指標であるＫ_ｄＢ＿Ｌを用いて逐次の経過時間ｔにおける目標横方向距離Ｄ_ｙ＿ｔを算出し、その目標横方向距離Ｄ_ｙ＿ｔから生成された目標軌跡になるように車両の操舵角を制御する。これにより、運転者が滑らかと感じる速度変化で、車両の横方向位置を変化させることができる。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態を説明する。この第２実施形態以下の説明において、それまでに使用した符号と同一番号の符号を有する要素は、特に言及する場合を除き、それ以前の実施形態における同一符号の要素と同一である。また、構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分については先に説明した実施形態を適用できる。

第２実施形態では、車両制御ＥＣＵ８は、自動走行制御中、図２に示す処理に代えて、図５に示す処理を実行する。なお、図２の処理に加えて図５に示す処理を実行してもよい。

図５において、ステップＳ１１では、自車の走行車線を区画している車線区画線の自車に対する位置を認識する。この認識には、レーダ５およびカメラ６から入力される信号を用いる。

ステップＳ１２では、自車が車線逸脱方向に向かっているか否かを判断する。この判断は、ステップＳ１１で認識した自車に対する車線区画線の位置に基づいて、自車が車線逸脱方向に向かっているか否かを判断するものである。

たとえば、自車から車線区間線までの距離が所定距離以下であり、かつ、自車から車線区間線までの距離が減少傾向にあるとき、自車が車線逸脱方向に移動していると判断する。ステップＳ１２の判断がＮＯであれば、図５の処理を終了する。一方、ステップＳ１２の判断がＹＥＳであれば、ステップＳ１３に進む。

ステップＳ１３では、車線逸脱防止用の目標軌跡生成処理を実行する。このステップＳ１３の処理では、滑らかな速度制御で車線逸脱を防止するために、車両位置制御中の逐次の時間における自車位置を表す目標軌跡を生成する。

ステップＳ１３の車線逸脱防止用の目標軌跡生成処理は、詳しくは、図６に示す処理を実行する。ステップＳ１３０１では、図３のステップＳ５０１と同様にして、自車の縦方向速度Ｖｒ_＿ｘと、横方向速度Ｖｒ_＿ｙを算出する。

ステップＳ１３０２では、自車の現在の横方向位置を、図５のステップＳ５０２と同様にして算出する。ステップＳ１３０３では、車線逸脱防止位置までの横方向距離である車線逸脱防止距離を算出する。車線逸脱防止位置とは、自車が車線逸脱をしていない範囲で許容される、自車が最も車線幅方向中心位置からずれた位置である。車線逸脱防止用の目標軌跡生成処理では、この車線逸脱防止距離をＤ_ｙ０とする。車線逸脱防止距離Ｄ_ｙ０は、図５のステップＳ１１で認識した、車線逸脱方向にある車線の位置と、ステップＳ１３０２で算出した自車の現在の横方向位置との差である。

ステップＳ１３０４では、車線逸脱方向へ移動していると判断した時点における自車の横方向位置を第１の傾き算出位置として、Ｋ_ｄＢ＿Ｌの接線式を算出する。このステップＳ１３０４で算出する接線式は、第１実施形態のステップＳ５０５で算出する接線式と表記上は同じであり、式１で表される。また、切片が式３であり、傾きが式２である点も、第１実施形態と同じである。

ただし、Ｄ_ｙ０の値および基準位置は異なる。図８に示すように、Ｄ_ｙ０の値はステップＳ１３０３で算出した車線逸脱防止距離であり、Ｄ_ｙ＝０となる基準位置は車線逸脱防止位置である。なお、このステップＳ１３０４における基準位置は、請求項の第１の基準位置に相当する。

また、車線逸脱方向へ移動していると判断した時点での自車は横方向速度が０ではない。したがって、現時点での横方向位置において接線を引くことが可能である。そこで、車線逸脱方向へ移動していると判断した時点における自車の横方向位置を傾き算出位置とし、この位置における自車の横方向速度を、式３における目標横方向速度Ｖｒ_＿ｙ＿ｔ（Ｄ_ｙ０）とする。これにより、式１におけるＤ_ｙ以外のパラメータが決定できるので、Ｋ_ｄＢ＿Ｌの接線式が決定できる。

この図６の処理では、図３のステップＳ５０５に相当する処理はなく、ステップＳ１３０４に続いて、ステップＳ１３０６を実行する。ステップＳ１３０６では、ステップＳ１３０４で算出した接線式を用いて、Ｄ_ｙ＝Ｄ_ｙ０からＤ_ｙ＝０まで、すなわち、自車の位置が、車線逸脱の可能性があると判断した時点の自車の位置から車線逸脱防止位置になるまでのＫ_ｄＢ＿Ｌ＿ｔ（Ｄ_ｙ）を算出する。このステップＳ１３０６は請求項の目標横方向Ｋ_ｄＢ算出部に相当し、また、このステップＳ１３０６で用いる接線式、すなわち、ステップＳ１３０４で算出した接線式は、請求項の車線逸脱防止用の目標横方向Ｋ_ｄＢ算出式に相当する。

ステップＳ１３０７では、目標横方向速度Ｖｒ_＿ｙ＿ｔを算出する。この目標横方向速度Ｖｒ_＿ｙ＿ｔは、図３のステップＳ５０７と同様、式４を用いる。式４と、ステップＳ１３０６で算出したＫ_ｄＢ＿Ｌ＿ｔ（Ｄ_ｙ）から、各横方向距離Ｄ_ｙにおける目標横方向速度Ｖｒ_＿ｙ＿ｔを算出する。このステップＳ１３０７は請求項の目標横方向速度算出部に相当する。

図８の右図には、ステップＳ１３０７で算出した目標横方向速度Ｖｒ_＿ｙ＿ｔの曲線を示している。また、図８の左図は、図８の右図における横方向距離Ｄ_ｙ＝０、Ｄ_ｙ０に対応する車両位置を示している。この図８に示すように、ステップＳ１３０７で算出する目標横方向速度Ｖｒ_＿ｙ＿ｔの曲線は、制御終了位置である基準位置（Ｄ_ｙ＝０）に向かうにつれて、目標横方向速度Ｖｒ_＿ｙ＿ｔが滑らかに低下する曲線である。また、基準位置からの横方向距離Ｄ_ｙがＤ_ｙ０である制御開始位置における目標横方向速度Ｖｒ_＿ｙ＿ｔが最大であり、基準位置では目標横方向速度Ｖｒ_＿ｙ＿ｔは０である。

ステップＳ１３０８では、制御開始からの逐次の経過時間ｔにおける目標縦方向距離Ｄ_ｘ＿ｔを算出する。図８左図には、この目標縦方向距離Ｄ_ｘ＿ｔも示している。ステップＳ１３０９では、制御開始からの逐次の経過時間ｔにおける目標横方向距離Ｄ_ｙ＿ｔを算出する。ステップＳ１３１０では、目標軌跡を生成する。これらステップＳ１３０８、Ｓ１３０９、Ｓ１３１０は、それぞれ、図３のＳ５０８、Ｓ５０９、Ｓ５１０と同じ処理である。したがって、ステップＳ１３０８は請求項の目標縦方向距離算出部に相当し、ステップＳ１３０９は請求項の目標横方向距離算出部に相当し、ステップＳ１３１０は請求項の目標軌跡生成部に相当する。

車線逸脱防止用の目標軌跡を生成したら図５のステップＳ１４において、逐次の経過時間ｔにおける自車位置が、ステップＳ１３１０で生成した車線逸脱防止用の目標軌跡上の位置となるように、自車の速度と操舵角を制御する。このステップＳ１４は請求項の位置制御部に相当する。

ステップＳ１４における車両位置制御が終了したら、ステップＳ１５に進む。ステップＳ１５では、車線逸脱戻し用の目標軌跡生成処理を実行する。このステップＳ１５の処理は、滑らかな速度制御で自車の横方向位置を車線中心位置まで戻すために、車両位置制御中の逐次の時間における自車位置を表す目標軌跡を生成する。

ステップＳ１５の車線逸脱戻し用の目標軌跡生成処理では、詳しくは、図７に示す処理を実行する。ステップＳ１５０１では、図３のステップＳ５０１と同様にして、自車の縦方向速度Ｖｒ_＿ｘと、横方向速度Ｖｒ_＿ｙを算出する。

ステップＳ１５０２では、自車の現在の横方向位置（すなわち車線逸脱防止位置）から、走行車線幅方向中心までの距離を、図５のステップＳ５０２と同様にして算出する。

ステップＳ１５０３では、基準位置から、ステップＳ１５０２で算出した２つの位置の中間位置である横方向中間位置までの距離を算出する。車線逸脱戻し用の目標軌跡生成処理では、この横方向中間位置までの距離をＤ_ｙ０とする。この図７において、基準位置は、車線逸脱防止用の車両位置制御であるステップＳ１４が終了した時点、すなわち、このステップＳ１５０３を実行している時点における自車の横方向位置である。

ステップＳ１５０４では、基準位置から横方向中間位置までに対するＫ_ｄＢ＿Ｌの接線式を算出する。このステップＳ１５０４で算出する接線式は、第１実施形態のステップＳ５０４で算出する接線式と表記上は同じであり、式１で表される。切片が式２で表され、傾きが式３で表される点も、第１実施形態と同じである。

ただし、Ｄ_ｙ０の値および基準位置は異なる。Ｄ_ｙ０の値はステップＳ１５０３で算出した横方向中間位置までの距離であり、基準位置は車線逸脱防止位置である。この車線逸脱防止位置は、請求項の第２の基準位置に相当する。傾き算出位置は、ステップＳ１５０３で算出した横方向中間位置であり、この横方向中間位置は、請求項の第２の傾き算出位置に相当する。また、このステップＳ１５０４で算出した接線式は、前半目標横方向Ｋ_ｄＢ算出式に相当する。

ステップＳ１５０５では、横方向距離Ｄ_ｙがＤ_ｙ０となる位置から走行車線の幅方向中心位置までに対する接線式を決定する。この接線式は、ステップＳ１５０４で決定した接線式、すなわち式１を、横方向中間位置で反転させた式である。したがって、式５で表される。第１実施形態で説明したように、式５は後半目標横方向Ｋ_ｄＢ算出式に相当する。

ステップＳ１５０６、Ｓ１５０７は、それぞれ、図３のステップＳ５０６、Ｓ５０７と同じ処理である。したがって、ステップＳ１５０７では、目標横方向速度Ｖｒ_＿ｙ＿ｔを算出する。図９の右図には、ステップＳ１５０７で算出した目標横方向速度Ｖｒ_＿ｙ＿ｔの曲線を示している。また、図９の左図は、図９の右図における横方向距離Ｄ_ｙ＝０、Ｄ_ｙ０、２Ｄ_ｙ０に対応する車両位置を示している。

ステップＳ１５０８〜Ｓ１５１０は、それぞれ、図３のステップＳ５０８〜Ｓ５１０と同じ処理である。したがって、ステップＳ１５０８は請求項の目標縦方向距離算出部に相当し、ステップＳ１５０９は請求項の目標横方向距離算出部に相当する。ステップＳ１５１０では、目標軌跡を生成する。ステップＳ１５１０で生成する目標軌跡は、車線逸脱戻し用の目標軌跡である。このステップＳ１５１０は請求項の目標軌跡生成部に相当する。

車線逸脱戻し用の目標軌跡を生成したら、図５のステップＳ１６において、逐次の経過時間ｔにおける自車位置が、ステップＳ１５１０で生成した車線逸脱戻し用の目標軌跡上の位置となるように、自車の速度と操舵角を制御する。このステップＳ１６は請求項の位置制御部に相当する。

（第２実施形態のまとめ）
第２実施形態でも、逐次の経過時間ｔにおける目標横方向距離Ｄ_ｙ＿ｔおよび目標縦方向距離Ｄ_ｘ＿ｔを算出し（Ｓ１３０８、Ｓ１３０９、Ｓ１５０８、Ｓ１５０９）、それらから目標軌跡を生成している（Ｓ１３１０、Ｓ１５１０）。そして、この目標軌跡になるように、自車の速度と操舵角を制御する（Ｓ１４、Ｓ１６）。

第２実施形態の目標横方向距離Ｄ_ｙ＿ｔは、第１実施形態と同様、Ｋ_ｄＢ＿Ｌを利用して算出している。したがって、第２実施形態でも、運転者が滑らかと感じる速度変化で、車両の横方向位置を変化させることができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、次の変形例も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。

＜変形例１＞
第１、第２実施形態では、式６で表されるＫ_ｄＢ＿Ｌを用いていた。このＫ_ｄＢ＿Ｌは、視覚的感覚量として物体の面積を用い、面積の時間変化率に基づいて算出した式である。しかし、視覚的感覚量として物体の幅Ｗを用い、幅Ｗの時間変化率に基づいて定まり、横方向速度と横方向距離とにより表される指標を横方向Ｋ_ｄＢとして用いてもよい。幅Ｗの時間変化率に基づいて定まる横方向Ｋ_ｄＢを、面積の時間変化率に基づいて定まる横方向Ｋ_ｄＢと区別するために、以下、Ｗ_ｄＢ＿Ｌと表記する。Ｗ_ｄＢ＿Ｌは、式１６により表される。

式１６の導出方法を以下に説明する。視覚により認識する物体の幅Ｗが物体までの距離Ｄに反比例する。したがって、式１７が成立する。

ここで、０ｄＢを、面積の時間変化率から算出したＫ_ｄＢと同様、Ｄ＝１００（ｍ）のときに、Ｖｒ＝−０．１（ｋｍ／ｈ）＝−０．１／３．６（ｍ／ｓ）とする。これを式１７に代入すると、式１８が得られる。

この０ｄＢを基準として、式１７を対数表現すると、式１９の計算により、式１６が得られる。

この変形例１では、式１、２、３、４、５に代えて、式１１、１２、１３、１４、１５を用いる。

式１１は、式１におけるＫ_ｄＢ＿Ｌを、Ｗ_ｄＢ＿Ｌに置き換えた式である。式１３は、式１６のＷ_ｄＢ＿ＬをＷ_ｄＢ＿Ｌ０とし、Ｄ_ｙをＤ_ｙ０とした式である。式１４は、式１６を変形して得られる式である。式１５は、式５におけるＫ_ｄＢ＿Ｌを、Ｗ_ｄＢ＿Ｌに置き換えた式である。

この変形例１も、視覚的感覚量の時間変化率に基づいて定まる指標であるＷ_ｄＢ＿Ｌを用いて逐次の経過時間ｔにおける目標横方向距離Ｄ_ｙ＿ｔを算出し、その目標横方向距離Ｄ_ｙ＿ｔから生成された目標軌跡になるように車両の操舵角を制御する。よって、運転者が滑らかと感じる速度変化で、車両の横方向位置を変化させることができる。

＜変形例２＞
視覚的感覚量として物体までの距離Ｄの対数ｌｏｇＤを用い、ｌｏｇＤの時間変化率に基づいて定まり、横方向速度と横方向距離とにより表される指標を横方向Ｋ_ｄＢとして用いてもよい。この横方向Ｋ_ｄＢは物体を点Ｐとして考えていることになる。ｌｏｇＤの時間変化率に基づいて定まる横方向Ｋ_ｄＢを、実施形態や変形例１の横方向Ｋ_ｄＢと区別するために、以下、Ｐ_ｄＢ＿Ｌと表記する。Ｐ_ｄＢ＿Ｌは、式２６により表される。

式２６の導出方法を以下に説明する。視覚により認識する物体までの距離Ｄは、その距離Ｄの対数で知覚される。したがって、式２７が成立する。

ここで、０ｄＢを、面積の時間変化率から算出したＫ_ｄＢと同様、Ｄ＝１００（ｍ）のときに、Ｖｒ＝１−０．１（ｋｍ／ｈ）＝−０．１／３．６（ｍ／ｓ）とする。これを式２７に代入すると、式２８が得られる。

この０ｄＢを基準として、式２７を対数表現すると、式２９の計算により、式２６が得られる。

この変形例２では、式１、２、３、４、５に代えて、式２１、２２、２３、２４、２５を用いる。

式２１は、式１におけるＫ_ｄＢ＿Ｌを、Ｐ_ｄＢ＿Ｌに置き換えた式である。式２３は、式２６のＰ_ｄＢ＿ＬをＰ_ｄＢ＿Ｌ０とし、Ｄ_ｙをＤ_ｙ０とした式である。式２４は、式２６を変形して得られる式である。式２５は、式５におけるＫ_ｄＢ＿Ｌを、Ｐ_ｄＢ＿Ｌに置き換えた式である。

この変形例２も、視覚的感覚量の時間変化率に基づいて定まる指標であるＰ_ｄＢ＿Ｌを用いて逐次の経過時間ｔにおける目標横方向距離Ｄ_ｙ＿ｔを算出し、その目標横方向距離Ｄ_ｙ＿ｔから生成された目標軌跡になるように車両の操舵角を制御する。よって、運転者が滑らかと感じる速度変化で、車両の横方向位置を変化させることができる。

＜変形例３＞
前半目標横方向Ｋ_ｄＢ算出式、および、後半目標横方向Ｋ_ｄＢ算出式の２つの目標横方向Ｋ_ｄＢ算出式を用いる場合、面積の時間変化率に基づくＫ_ｄＢ＿Ｌ、幅の時間変化率に基づくＷ_ｄＢ＿Ｌ、である、ｌｏｇＤの時間変化率に基づくＰ_ｄＢ＿Ｌを組み合わせて用いてもよい。すなわち、前半目標横方向Ｋ_ｄＢ算出式に、Ｋ_ｄＢ＿Ｌ、Ｗ_ｄＢ＿Ｌ、Ｐ_ｄＢ＿Ｌのいずれか一つを用い、後半目標横方向Ｋ_ｄＢ算出式に、Ｋ_ｄＢ＿Ｌ、Ｗ_ｄＢ＿Ｌ、Ｐ_ｄＢ＿Ｌのうち、前半目標横方向Ｋ_ｄＢ算出式に用いたものとは別の指標を用いてもよい。

たとえば、前半目標横方向Ｋ_ｄＢ算出式にＫ_ｄＢ＿Ｌを用い、後半目標横方向Ｋ_ｄＢ算出式にＷ_ｄＢ＿Ｌを用いてもよい。

＜変形例４＞
前述の実施形態は、いずれも、自動走行中の制御を説明していたが、運転者がステアリングを操作する際にも本発明は適用できる。この場合、目標軌跡を生成した後に実行する車両位置制御（Ｓ６、Ｓ１４、Ｓ１６）では、運転者の操舵力をアシストするアシストトルクを発生させる。

１：車両位置制御システム ２：車輪速センサ ３：舵角センサ ４：ヨーレートセンサ ５：レーダ ６：カメラ ７：操作スイッチ ８：車両制御ＥＣＵ ９：ブレーキＥＣＵ １０：動力制御ＥＣＵ １１：ＥＰＳ−ＥＣＵ

Claims (8)

1. 運転者が物体までの距離を視覚的に把握する感覚量である視覚的感覚量の時間変化率に基づいて定まり、車両幅方向の速度である横方向速度と、車両幅方向における基準位置からの車両の移動距離である横方向距離とにより表される指標を横方向Ｋ_ｄＢとし、
   制御開始条件が成立した場合に、所定の傾き算出位置における前記横方向Ｋ_ｄＢを前記横方向距離で微分した値を傾きとし、前記傾き算出位置における前記横方向Ｋ_ｄＢを切片として、前記横方向距離に対する、前記横方向Ｋ_ｄＢの目標値となる目標横方向Ｋ_ｄＢを算出する目標横方向Ｋ_ｄＢ算出部（Ｓ５０６、Ｓ１３０６、Ｓ１５０６）と、
   前記目標横方向Ｋ_ｄＢと前記横方向距離とから、前記横方向速度の目標値である目標横方向速度を算出する目標横方向速度算出部（Ｓ５０７、Ｓ１３０７、Ｓ１５０７）と、
   前記目標横方向速度に基づいて、逐次の時間における前記横方向距離の目標値である目標横方向距離を算出する目標横方向距離算出部（Ｓ５０９、Ｓ１３０９、Ｓ１５０９）と、
   前記車両の横方向距離が前記目標横方向距離となるように、前記車両の操舵角に関する制御を行う位置制御部（Ｓ６、Ｓ１４、Ｓ１６）とを備えることを特徴とする車両位置制御装置。
2. 請求項１において、
   前記制御開始条件が成立した時点の前記車両の前後方向の速度に基づいて、逐次の時間における、前記制御開始条件が成立した時点における前記車両の位置からの前記車両の前後方向の目標距離である目標縦方向距離を算出する目標縦方向距離算出部（Ｓ５０８、Ｓ１３０８、Ｓ１５０８）と、
   前記目標横方向距離算出部が算出した前記目標横方向距離と、前記目標縦方向距離算出部が算出した前記目標縦方向距離とに基づいて、前記車両の目標軌跡を生成する目標軌跡生成部（Ｓ５１０、Ｓ１３１０、Ｓ１５１０）とを備え、
   前記位置制御部は、前記車両が、前記目標軌跡生成部が生成した前記目標軌跡を通るように、前記車両の操舵角および速度に関する制御を行うことを特徴とする車両位置制御装置。
3. 請求項１または２において、
   前記制御開始条件として、車線変更が必要であると判断したことを含み、
   前記目標横方向Ｋ_ｄＢ算出部（Ｓ５０６）は、
   車線変更が必要であると判断した時点の前記車両の位置と車線変更後の車線の幅方向中心位置の中間位置を前記傾き算出位置とし、予め設定された最大横加速度から定まる横方向速度を、前記傾き算出位置での前記目標横方向速度として、前記傾きおよび前記切片を算出し、
   前記車線変更が必要であると判断した時点の前記車両の位置を前記基準位置とし、
   前記傾きおよび前記切片を備える式を、前記基準位置から前記傾き算出位置まで、前記横方向距離に対する前記目標横方向Ｋ_ｄＢを算出する前半目標横方向Ｋ_ｄＢ算出式とし、
   前記前半目標横方向Ｋ_ｄＢ算出式を、前記傾き算出位置を通り、前記目標横方向Ｋ_ｄＢの軸に平行な軸で反転させた式を、前記傾き算出位置以降において、前記横方向距離に対する前記目標横方向Ｋ_ｄＢを算出する後半目標横方向Ｋ_ｄＢ算出式とし、
   前記前半目標横方向Ｋ_ｄＢ算出式と、前記後半目標横方向Ｋ_ｄＢ算出式とを用いて、前記横方向距離に対する前記目標横方向Ｋ_ｄＢを算出することを特徴とする車両位置制御装置。
4. 請求項１または２において、
   前記制御開始条件として、車線逸脱の可能性があると判断したことを含み、
   前記目標横方向Ｋ_ｄＢ算出部（Ｓ１３０６）は、
   前記車線逸脱の可能性があると判断した時点の前記車両の位置を第１の前記傾き算出位置とし、第１の前記傾き算出位置における前記車両の横方向速度を、第１の前記傾き算出位置での前記目標横方向速度として、前記傾きおよび前記切片を算出し、
   前記車両が前記車線逸脱をしていない範囲で許容される、前記車両が最も車線幅方向中心位置からずれた位置である車線逸脱防止位置を第１の前記基準位置とし、
   前記傾きおよび前記切片を備える式を、第１の前記基準位置から第１の前記傾き算出位置まで、第１の前記傾き算出位置を基準とした前記車両の横方向の移動距離に対する前記目標横方向Ｋ_ｄＢを算出する車線逸脱防止用の目標横方向Ｋ_ｄＢ算出式とし、
   前記車線逸脱防止用の目標横方向Ｋ_ｄＢ算出式を用いて、前記車両の位置が、前記車線逸脱の可能性があると判断した時点の前記車両の位置から前記車線逸脱防止位置になるまで、前記横方向距離に対する前記目標横方向Ｋ_ｄＢを算出することを特徴とする車両位置制御装置。
5. 請求項４において、
   前記制御開始条件として、前記車両の横方向位置が前記車線逸脱防止位置となったことを含み、
   前記目標横方向Ｋ_ｄＢ算出部（Ｓ１５０６）は、
   前記車線逸脱防止位置と、前記車線逸脱防止位置が含まれている車線の幅方向中心位置との中間位置を第２の前記傾き算出位置とし、予め設定された最大横加速度から定まる横方向速度を、前記第２の傾き算出位置での前記目標横方向速度として、前記傾きおよび前記切片を算出し、
   前記車線逸脱防止位置を第２の前記基準位置とし、
   前記傾きおよび前記切片を備える式を、第２の前記基準位置から第２の前記傾き算出位置まで、第２の前記傾き算出位置を基準とした前記車両の横方向の移動距離に対する前記目標横方向Ｋ_ｄＢを算出する前半目標横方向Ｋ_ｄＢ算出式とし、
   前記前半目標横方向Ｋ_ｄＢ算出式を、第２の前記傾き算出位置を通り、前記目標横方向Ｋ_ｄＢの軸に平行な軸で反転させた式を、第２の前記傾き算出位置以降に対して、第２の前記傾き算出位置を基準とした前記車両の横方向の移動距離に対する前記目標横方向Ｋ_ｄＢを算出する後半目標横方向Ｋ_ｄＢ算出式とし、
   前記前半目標横方向Ｋ_ｄＢ算出式と、前記後半目標横方向Ｋ_ｄＢ算出式とを用いて、前記横方向距離に対する前記目標横方向Ｋ_ｄＢを算出することを特徴とする車両位置制御装置。
6. 請求項１、２、４のいずれか１項において、
   前記視覚的感覚量は、前記運転者が認識する前記物体の面積であり、
   前記目標横方向Ｋ_ｄＢ算出部は、
   前記横方向距離をＤ_ｙ、
   前記基準位置から前記傾き算出位置までの距離をＤ_ｙ０、
   前記傾き算出位置における前記車両の横方向速度をＶｒ_＿ｙ＿ｔ、
   前記横方向距離に対する前記目標横方向Ｋ_ｄＢを、Ｋ_ｄＢ＿Ｌ＿ｔ（Ｄ_ｙ）としたとき、
   式１〜式３によりＫ_ｄＢ＿Ｌ＿ｔ（Ｄ_ｙ）を算出し、
   

   

   

   

   前記目標横方向速度算出部は、
   前記目標横方向速度をＶｒ_＿ｙ＿ｔ（Ｄ_ｙ）としたとき、式４により前記目標横方向速度を算出することを特徴とする車両位置制御装置。
   

   
7. 請求項３または５において、
   前記視覚的感覚量は、前記運転者が認識する前記物体の面積であり、
   前記目標横方向Ｋ_ｄＢ算出部は、
   前記横方向距離をＤ_ｙ、
   前記基準位置から前記傾き算出位置までの距離をＤ_ｙ０、
   前記横方向距離に対する前記目標横方向Ｋ_ｄＢを、Ｋ_ｄＢ＿Ｌ＿ｔ（Ｄ_ｙ）としたとき、
   前記前半目標横方向Ｋ_ｄＢ算出式として式１を用い、前記後半目標横方向Ｋ_ｄＢ算出式として式５を用いてＫ_ｄＢ＿Ｌ＿ｔ（Ｄ_ｙ）を算出し、
   

   

   

   前記目標横方向速度をＶｒ_＿ｙ＿ｔ（Ｄ_ｙ）としたとき、式４により前記目標横方向速度を算出することを特徴とする車両位置制御装置。
   

   
8. 請求項３または５において、
   前記目標横方向Ｋ_ｄＢ算出部は、
   前記前半目標横方向Ｋ_ｄＢ算出式として、前記視覚的感覚量である、前記運転者が認識する前記物体の面積、前記物体の幅、前記物体までの距離の対数のいずれかに基づく式を用い、
   前記後半目標横方向Ｋ_ｄＢ算出式として、前記運転者が認識する前記物体の面積、前記物体の幅、前記物体までの距離の対数のうち、前記前半目標横方向Ｋ_ｄＢ算出式で用いたものとは異なるものを用いることを特徴とする車両位置制御装置。

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