JP6509301B1 - 走行支援装置および走行支援方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、センサのオフセットまたは外乱に起因する車両の目標経路に対する横方向偏差を低減することを目的とする。【解決手段】走行支援装置１２Ａは、車両の目標経路を生成する目標経路生成部４２と、車両の走行位置を検知する走行位置検知部４３と、現在または前方注視点における車両の走行位置と目標経路との横方向偏差である第１横方向偏差の積分量である第１横方向偏差積分量を演算する第１演算部４４と、第１横方向偏差積分量に基づき車両の操舵量を演算する第２演算部４５と、車両の動きを制御する制御部１５に車両の操舵量を出力する操舵量出力部４６と、を備える。【選択図】図３

Description

この発明は、走行支援装置および走行支援方法に関する。

特許文献１には、目標軌道上の目標地点と、車両が現時点以降に走行すると予測される走行軌道上の２個以上の走行地点との横方向誤差を減少させるため、２個以上の補正量を演算し、演算した補正量に基づいて車両の操舵状態を補正する走行支援装置が開示されている。つまり、特許文献１の走行支援装置は、取得した車両状態に基づいて、将来の車両挙動を予測し、目標経路と車両の走行位置との偏差を低減するための補正量を演算する。演算された補正量に基づいて、車両の操舵が制御される。

特開２０１０−１２６０７７号公報

特許文献１の走行支援装置は、センサのオフセット、または車両への横風、車両の走行する路面の傾き等の外乱に起因した車両の目標経路に対する横方向偏差を低減することができない。本発明は上述の問題点に鑑み、センサのオフセットまたは外乱に起因する車両の目標経路に対する横方向偏差を低減することを目的とする。

本発明に係る走行支援装置は、車両の目標経路を生成する目標経路生成部と、車両の走行位置を検知する走行位置検知部と、現在または前方注視点における車両の走行位置と目標経路との横方向偏差である第１横方向偏差の積分量である第１横方向偏差積分量を演算する第１演算部と、第１横方向偏差積分量に基づき車両の操舵量を演算する第２演算部と、車両の動きを制御する制御部に車両の操舵量を出力する操舵量出力部と、を備え、第２演算部は、第１横方向偏差積分量に基づき、将来の予め定められた期間における車両の走行位置と目標経路との横方向偏差である第２横方向偏差の積分量である第２横方向偏差積分量を演算し、少なくとも第２横方向偏差の評価項と第２横方向偏差積分量の評価項からなる評価関数を最小化する車両の操舵量を演算する。

本発明に係る走行支援方法は、車両の目標経路を生成する生成工程と、車両の走行位置を検知する検知工程と、現在または前方注視点における車両の走行位置と目標経路との横方向偏差である第１横方向偏差の積分量である第１横方向偏差積分量を演算する第１演算工程と、第１横方向偏差積分量に基づき車両の操舵量を演算する第２演算工程と、車両の動きを制御する制御部に車両の操舵量を出力する操舵量出力工程と、を備え、第２演算工程は、第１横方向偏差積分量に基づき、将来の予め定められた期間における車両の走行位置と目標経路との横方向偏差である第２横方向偏差の積分量である第２横方向偏差積分量を演算し、少なくとも第２横方向偏差の評価項と第２横方向偏差積分量の評価項からなる評価関数を最小化する車両の操舵量を演算する工程である。

本発明に係る走行支援装置は、車両の目標経路を生成する目標経路生成部と、車両の走行位置を検知する走行位置検知部と、現在または前方注視点における車両の走行位置と目標経路との横方向偏差である第１横方向偏差の積分量である第１横方向偏差積分量を演算する第１演算部と、第１横方向偏差積分量に基づき車両の操舵量を演算する第２演算部と、車両の動きを制御する制御部に車両の操舵量を出力する操舵量出力部と、を備え、第２演算部は、第１横方向偏差積分量に基づき、将来の予め定められた期間における車両の走行位置と目標経路との横方向偏差である第２横方向偏差の積分量である第２横方向偏差積分量を演算し、少なくとも第２横方向偏差の評価項と第２横方向偏差積分量の評価項からなる評価関数を最小化する車両の操舵量を演算する。従って、センサのオフセットまたは外乱に起因する車両の目標経路に対する横方向偏差が低減される。

本発明に係る走行支援方法は、車両の目標経路を生成する生成工程と、車両の走行位置を検知する検知工程と、現在または前方注視点における車両の走行位置と目標経路との横方向偏差である第１横方向偏差の積分量である第１横方向偏差積分量を演算する第１演算工程と、第１横方向偏差積分量に基づき車両の操舵量を演算する第２演算工程と、車両の動きを制御する制御部に車両の操舵量を出力する操舵量出力工程と、を備え、第２演算工程は、第１横方向偏差積分量に基づき、将来の予め定められた期間における車両の走行位置と目標経路との横方向偏差である第２横方向偏差の積分量である第２横方向偏差積分量を演算し、少なくとも第２横方向偏差の評価項と第２横方向偏差積分量の評価項からなる評価関数を最小化する車両の操舵量を演算する工程である。従って、センサのオフセットまたは外乱に起因する車両の目標経路に対する横方向偏差が低減される。

車両の転舵に関する構成と走行支援装置とを示す図である。 走行支援装置のハードウェア構成を示す図である。 走行支援装置の機能ブロック図である。 走行支援装置の動作を示すフローチャートである。 白線情報を表す座標系を示す図である。 第１演算部の内部構成を示す図である。 補正ゲインと横位置偏差との関係を示す図である。 補正ゲインと横位置偏差との関係を示す図である。 補正ゲインと横位置偏差との関係を示す図である。 変形例における第１演算部の内部構成を示すブロック図である。

以下、図面を用いて走行支援装置及び走行支援方法の実施の形態を説明するが、各図において同一、または相当する部分については同一符号を付す。

＜Ａ．実施の形態１＞
＜Ａ−１．構成＞
図１は、自動車等の車両の転舵に関する構成と、走行支援装置１２Ａとを示している。車両のステアリング機構は、ハンドル１とステアリング軸２とを備える。運転者がハンドル１を操作することによりステアリング軸２が回転すると、ステアリング軸２の回転に応じて車両の左右の転舵輪３が転舵される。ステアリング軸２には、操舵トルクセンサ５が配置されている。操舵トルクセンサ５は、ハンドル１を介してステアリング軸２に作用する、運転者による操舵トルクを検知する。

図１の例では、ステアリング軸２の一部がトーションバーである。操舵トルクセンサ５は、トーションバーのねじれ角に応じた信号を発生する。走行支援装置１２Ａは、操舵トルクセンサ５からの信号に基づき、ステアリング軸２が受ける運転者による操舵トルクを求めることが可能である。ステアリング軸２には減速機構７を介してモータ６が連結される。モータ６に電流が流れるとそれに応じた操舵補助トルクが発生し、操舵補助トルクがステアリング軸２に付与される。モータ６に流れる電流は操舵制御器９により制御される。モータ６は、例えばＥＰＳ（Electric Power Steering）モータである。

モータ６には、モータ６の回転角度を検知するモータ回転角度センサ１０が設けられる。モータ回転角度センサ１０が検知した回転角度を減速機構７の減速比で割ったものが転舵角度となる。すなわち、モータ回転角度センサ１０は転舵角度センサとしても用いられる。走行支援装置１２Ａは、モータ回転角度センサ１０の検出結果から転舵角度を取得する。

車両には、走行速度を検知する車速センサ８と、前方カメラ１１が設けられている。車速センサ８およびモータ回転角度センサ１０は、車両の走行状態を検知する車両状態検知部の一例であり、前方カメラ１１は、車両の周辺を検知する周辺検知部の一例である。以下、車両の走行速度を車速と称する。

図２は、走行支援装置１２Ａのハードウェア構成図である。図２において走行支援装置１２Ａは、周辺検知部１３、車両状態検知部１４、制御部１５と接続されている。図２では、車両状態検知部１４として車速センサ８を示し、周辺検知部１３として前方カメラ１１を示している。走行支援装置１２Ａは、Ｉ／Ｆ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）部２１、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２２、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）２３、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）２４、Ｉ／Ｆ部２５を備えている。走行支援装置１２Ａは、自動車等の車両の走行を支援する装置である。Ｉ／Ｆ部２１は、周辺検知部１３および車両状態検知部１４からの情報を取得する。ＣＰＵ２２は、Ｉ／Ｆ部２１が取得した情報を用いて、ＲＯＭ２３またはＲＡＭ２４に格納されたプログラムを実行することにより、目標とする操舵制御器９の操舵量を計算する。Ｉ／Ｆ部２５は、ＣＰＵ２２が計算した上述の操舵量を操舵制御器９に入力する。操舵制御器９は、走行支援装置１２Ａから取得した操舵量を基にモータ６を駆動する。操舵制御器９とモータ６が制御部１５を構成している。

図３は、走行支援装置１２Ａの機能を示すブロック図である。図３において走行支援装置１２Ａは、検知結果取得部４１、目標経路生成部４２、走行位置検知部４３、第１演算部４４、第２演算部４５および操舵量出力部４６を備えている。検知結果取得部４１はＩ／Ｆ部２１により実現され、操舵量出力部４６はＩ／Ｆ部２５により実現される。また、目標経路生成部４２、走行位置検知部４３、第１演算部４４および第２演算部４５は、ＣＰＵ２２がＲＯＭ２３またはＲＡＭ２４に格納されたプログラムを実行することによりＣＰＵ２２の機能として実現される。

＜Ａ−２．動作＞
図４は、走行支援装置１２Ａの動作を示すフローチャートである。以下、図４のフローチャートに沿って走行支援装置１２Ａの動作および演算処理について説明する。図４のフローチャートに示す動作は、予め設定された制御周期により繰り返し実行される。

まず、検知結果取得部４１が周辺検知部１３と車両状態検知部１４の検知結果を取得する（ステップＳ１）。具体的には、検知結果取得部４１は前方カメラ１１が検知した走行車線の白線情報と、車速センサ８が検知した車両の車速Ｖとを取得し、走行支援装置１２ＡのＲＡＭ２４に記憶する。

次に、目標経路生成部４２が、白線情報に基づき、車両が走行すべき経路である目標経路を生成する（ステップＳ２）。

以下、目標経路生成部４２の目標経路生成処理について説明する。本実施の形態において白線情報は、図５に示すように、現在の車両の走行位置に固定したｘｙ座標系で表される。このｘｙ座標系では、車両５１の進行方向がｘ軸となり、進行方向に垂直な方向がｙ軸となる。前方カメラ１１が検知した走行車線の白線情報は、左白線の位置ｙＬと右白線の位置ｙＲを以下の多項式で表す。

目標経路生成部４２は、目標経路ｙｔを車線の中央として以下の式で算出する。

走行車線の幅Ｗは、左白線と右白線の間隔であるため、以下の式で表される。

目標経路生成部４２は、算出した目標経路ｙｔと走行車線の幅Ｗを第１演算部４４に出力する。但し、走行車線の幅Ｗは必要に応じて出力される。

図４のステップＳ２の後、走行位置検知部４３が白線情報に基づき車両の走行位置を検知する（ステップＳ３）。なお、本実施の形態では、周辺検知部として前方カメラ１１が用いられ、図５に示すように現在の車両の走行位置に固定した座標系が用いられている。そのため、左右の白線で規定された走行車線における車両の位置は座標系の原点（（ｘ，ｙ）＝（０，０））となる。つまり、周辺検知部として前方カメラ１１が用いられる場合、目標経路生成部４２と走行位置検知部４３は機能が明確に区別されない。

次に、第１演算部４４が目標経路ｙｔと走行位置との横方向偏差を積分演算することにより、横方向偏差積分量を求める（ステップＳ４）。

以下、第１演算部４４による横方向偏差積分量の算出について説明する。図６は、第１演算部４４の内部構成を示している。第１演算部４４は、横方向偏差演算器６１、補正ゲイン演算器６２、掛け算器６３および積分器６４を備えている。

横方向偏差演算器６１は、目標経路と走行位置（ｙ＝０）との差を演算し、目標経路に対する走行位置の横方向偏差を求める。なお、現在の走行位置に対する目標経路ｙｔは、ｘ＝０を式（３）に代入することでｙｔ（ｘ＝０）＝（Ｃ０Ｌ＋Ｃ０Ｒ）／２となる。従って、横方向偏差Δｙは（Ｃ０Ｌ＋Ｃ０Ｒ）／２となる。

補正ゲイン演算器６２は、横方向偏差の補正ゲインを演算する。補正ゲインは、横方向偏差が大きくなるにつれて１から０に線形的に減少する。補正ゲイン演算器６２は、センサのオフセットまたは外乱に起因して発生する横方向偏差をどの程度カバーするかに応じて、補正ゲインを０とする横方向偏差の大きさを設定する。ここで外乱には、車両への横風または車両の走行する路面の傾き等が含まれる。例えば、補正ゲイン演算器６２は、発生する横方向偏差の最大を１ｍと想定し、横方向偏差１．２ｍで補正ゲインを０とするように、補正ゲインを設計する。

掛け算器６３は、横方向偏差に補正ゲインを掛け合わせることにより横方向偏差を補正する。

積分器６４は、補正後の横方向偏差を積分して、横方向偏差積分量を演算する。横方向偏差積分量は第２演算部４５に出力される。

図４のステップＳ４の後、走行目標経路に従って車両を走行させるため、第２演算部４５が車速と横方向偏差積分量とに基づき車両の操舵量を演算する（ステップＳ５）。本実施の形態において、車両の操舵量は転舵角度の目標値（目標転舵角度）である。例えば第２演算部４５はＰＩＤ制御を用いた場合、目標転舵角度θｔを以下の式で演算する。

ここで、Ｋｐは比例制御ゲイン、Ｋｉは積分制御ゲイン、Ｋｄは微分制御ゲインである。Ｋｐ、Ｋｉ、Ｋｄの値は車速に応じて変更されてもよく、これにより車速に応じた適切な制御ゲインが設定される。

操舵量出力部４６は、車両の動きを制御する制御部１５に車両の操舵量を出力する。本実施の形態では、制御部１５は操舵制御器９とモータ６により構成されており、操舵量出力部４６は操舵制御器９に車両の操舵量を出力する（ステップＳ６）。出力された操舵量に基づいて、制御部１５は転舵角度が目標転舵角度に一致するように制御し、車両を目標経路に追従するように制御する。

操舵制御器９は、車両の操舵量を実現するようにモータ６に流れる電流を制御する。モータ６は、電流に対応する操舵補助トルクをステアリング軸２に付与する。本実施の形態では、操舵制御器９は、操舵量として目標転舵角度を受信し、転舵角度が目標転舵角度に一致するように電流を制御する。

＜Ａ−３．補正ゲインの変形例＞
図６において、補正ゲイン演算器６２は横方向偏差が大きくなるにつれて補正ゲインを１から０に線形的に減少させるものとした。しかし、補正ゲイン演算器６２は補正ゲインを以下のように設計しても良い。

補正ゲインが０になるときの横方向偏差は走行車線の幅Ｗに基づいて定められても良い。例えば、図７に示す補正ゲインは、横方向偏差が大きくなるにつれて１から０に線形的に減少し、横方向偏差が走行車線の幅Ｗの半分（Ｗ／２）になった時点で０となる。補正ゲインがこのように定められることにより、車両が走行車線内にとどまっている間は積分制御を継続すると共に、横方向偏差が大きい状況において積分量が大きくなるのを防ぐことができ、緩やかに目標経路に復帰することが可能となる。

また、図８に示すように、補正ゲインは、横方向偏差がある閾値以下の間は１であり、横方向偏差が閾値を超えると０であっても良い。なお、図８では横方向偏差が閾値を超えたときに補正ゲインをすぐに０にしているが、徐々に０に向けて減少させても良い。こうした構成により、センサのオフセットまたは外乱に起因する車両の目標経路に対する横方向偏差が積分制御により低減される。また、横方向偏差が大きい場合には横方向偏差積分量が大きくなるため、横方向偏差が積分制御ではなく比例制御で低減される。

また、図９に示すように、補正ゲインは横方向偏差が大きくなるにつれて横方向偏差に反比例して減少しても良い。この構成により、車両が目標経路付近を追従している場合には、センサのオフセットまたは外乱に起因した車両の目標経路に対する横位置偏差が低減される。さらに、横方向偏差が大きい場合には、徐々に横方向偏差積分量が増えるため、積分制御を継続でき、横方向偏差が低減される。また、横方向偏差積分量が過剰に増加することが防止され、オーバーシュートが低減する。

また、補正ゲインは、横方向偏差と車速とに基づいて設定されても良い。図１０は、補正ゲインが横方向偏差と車速とに基づいて設定される変形例における、第１演算部４４の内部構成を示すブロック図である。この構成では、補正ゲイン演算器６２と掛け算器６３との間に掛け算器８１が設けられる。掛け算器８１は、補正ゲイン演算器６２が設計した補正ゲインαに車速を掛けて新たな補正ゲインとする。この場合、積分器６４における積分は、以下の式に示すように横方向偏差の時間積分から移動積分に変換される。

車速が低い場合、特に車速が０の場合には目標経路に戻るために時間がかかるため、横方向偏差の時間積分では横方向偏差積分量が増加するおそれがある。しかし、上記の補正ゲインによれば、車速が低い場合に補正ゲインも小さくなるため、横方向偏差積分量が増加することを抑制できる。

＜Ａ−４．効果＞
実施の形態１に係る走行支援装置１２Ａは、車両の目標経路を生成する目標経路生成部４２と、車両の走行位置を検知する走行位置検知部４３と、現在の車両の走行位置と目標経路との横方向偏差である第１横方向偏差の積分量である第１横方向偏差積分量を演算する第１演算部４４と、第１横方向偏差積分量に基づき車両の操舵量を演算する第２演算部４５と、車両の動きを制御する制御部１５に車両の操舵量を出力する操舵量出力部４６と、を備える。このように走行支援装置１２Ａは、現在の車両の走行位置と目標経路との横方向偏差の積分量に基づき車両の操舵量を演算するため、センサのオフセットまたは外乱に起因する車両の目標経路に対する横方向偏差を低減することができる。なお、センサのオフセットに起因する横方向偏差として、転舵角度のオフセット誤差に起因した横方向偏差がある。

また、実施の形態１に係る走行支援装置１２Ａにおいて、第１演算部４４は、第１横方向偏差を第１横方向偏差に応じた補正ゲインと乗算した上で積分することにより、第１横方向偏差積分量を演算する。横方向偏差が補正ゲインによって補正されない場合、横方向偏差が大きければ積分量が大きくなる。従って、目標経路に戻すための操作量が大きくなり過ぎ、運転者に違和感を与えるおそれがある。また、積分量が溜まりすぎるため、車両が目標経路を越えるオーバーシュート量が増加して、運転者に違和感を与えるおそれがある。しかし、実施の形態１に係る走行支援装置１２Ａでは、横方向偏差を補正ゲインで補正するため、横方向偏差が大きい場合に積分量が過大になることを防止できる。従って、運転者に違和感を与えない滑らかな経路追従制御が可能となる。また、横方向偏差が大きい場合でも積分制御が継続されるため、ゆっくりと横方向偏差を低減できる。よって、横方向偏差が大きい場合に車両のオーバーシュートが低減される。

実施の形態１に係る走行支援方法は、車両の目標経路を生成する生成工程と、車両の走行位置を検知する検知工程と、現在の車両の走行位置と目標経路との横方向偏差である第１横方向偏差の積分量である第１横方向偏差積分量を演算する第１演算工程と、第１横方向偏差積分量に基づき車両の操舵量を演算する第２演算工程と、車両の動きを制御する制御部に車両の操舵量を出力する操舵量出力工程と、を備える。このように実施の形態１に係る走行支援方法は、現在の車両の走行位置と目標経路との横方向偏差の積分量に基づき車両の操舵量を演算するため、センサのオフセットまたは外乱に起因する車両の目標経路に対する横方向偏差を低減することができる。

また、実施の形態１に係る走行支援方法における第１演算工程は、第１横方向偏差を第１横方向偏差に応じた補正ゲインと乗算した上で積分することにより、第１横方向偏差積分量を演算する工程である。従って、実施の形態１に係る走行支援方法によれば、横方向偏差が大きい場合に積分量が過大になることを防止するため、運転者に違和感を与えない滑らかな経路追従制御が可能となる。また、横方向偏差が大きい場合でも積分制御が継続されるため、ゆっくりと横方向偏差を低減できる。よって、横方向偏差が大きい場合に車両のオーバーシュートが低減される。

＜Ｂ．実施の形態２＞
＜Ｂ−１．構成＞
以下、実施の形態２の走行支援装置１２Ｂについて説明する。走行支援装置１２Ｂのうち、実施の形態１の走行支援装置１２Ａと同一または対応する構成には同一の名称、符号および記号を付し、主に実施の形態１との相違点について説明する。

実施の形態２に係る走行支援装置１２Ｂの構成は図３に示した通りであり、実施の形態１に係る走行支援装置１２Ａの構成と同様である。しかし、実施の形態２の車両状態検知部１４は、車速センサ８の他にヨーレートセンサを備える（図示せず）。

走行支援装置１２Ａは、現在の目標経路と車両の走行位置との横方向偏差を積分したが、走行支援装置１２Ｂは、前方注視点における目標経路と車両の走行位置との横方向偏差を積分する。

実施の形態１の走行支援装置１２Ａは車速センサ８から走行速度を取得していたが、実施の形態２の走行支援装置１２Ｂはそれに加えてヨーレートセンサから車両のヨーレートを取得する。また、走行支援装置１２Ｂは前方カメラ１１から白線情報を取得する。

＜Ｂ−２．動作＞
図４のフローチャートに沿って、走行支援装置１２Ｂの動作を説明する。まず、検知結果取得部４１が周辺検知部１３と車両状態検知部１４の検知結果を取得する（ステップＳ１）。具体的には、検知結果取得部４１は車速センサ８が検知した車両の車速と、ヨーレートセンサが検知した車両のヨーレートと、前方カメラ１１が検知した走行車線の白線情報とを取得し、走行支援装置１２ＢのＲＡＭ２４に記憶する。

次に、目標経路生成部４２が、白線情報に基づき、車両が走行すべき経路である目標経路を生成する（ステップＳ２）。目標経路生成部４２の目標経路生成処理は実施の形態１と同様である。

その後、走行位置検知部４３が白線情報と車両状態検知結果とに基づき、車両の走行位置を検知する（ステップＳ３）。ここで、走行位置検知部４３は前方注視点における車両の走行位置を検知する。前方注視点とは、車両の現在位置からｘ方向に予め定められた距離Ｌｄ前方の地点のことである。実施の形態１と同様に、白線情報は車両の現在位置を基準として表され、その原点は（ｘ，ｙ）＝（０，０）である。車両の現在位置は（ｘ，ｙ）＝（０，０）である。車速をｖとすると、車両が前方注視点に到達するまでの時間である前方注視時間ＴｄはＬｄ／ｖである。走行位置検知部４３は、前方注視点における車両の横位置ｙ（ｘ＝Ｌｄ）を、現在の車速ｖとヨーレートγがＴｄ秒継続した場合の横位置移動量として以下の式で予測する。

次に、第１演算部４４が前方注視点における走行位置と目標経路ｙｔとの横方向偏差を積分演算することにより、横方向偏差積分量を求める（ステップＳ４）。具体的には、図６のブロック図に示した横方向偏差演算器６１が、以下の式により前方注視点での横方向偏差ΔｙＬｄを求める。

その後は実施の形態１と同様に、補正ゲイン演算器６２が補正ゲインを演算し、掛け算器６３が横方向偏差を補正ゲインで補正し、積分器６４が横方向偏差を積分して横方向偏差積分量が算出される。

積分器６４で演算した横方向偏差積分量は第２演算部４５に出力される。

図４のステップＳ４の後、走行目標経路に従って車両を走行させるため、第２演算部４５が車速と横方向偏差積分量とに基づき車両の操舵量を演算する（ステップＳ５）。本実施の形態において、車両の操舵量は転舵角度の目標値（目標転舵角度）である。例えば第２演算部４５はＰＩＤ制御を用いる場合、目標転舵角度θｔを以下の式で演算する。

ここで、Ｋｐは比例制御ゲイン、Ｋｉは積分制御ゲイン、Ｋｄは微分制御ゲインである。Ｋｐ、Ｋｉ、Ｋｄの値は車速に応じて変更されてもよく、これにより車速に応じた適切な制御ゲインが設定される。

ステップＳ６では、実施の形態１と同様に、操舵量出力部４６が車両の操舵量を制御部である操舵制御器９に出力する（ステップＳ６）。

なお、センサのオフセットとして、転舵角度のオフセット誤差、ヨーレートのオフセット誤差がある。

実施の形態２ではヨーレートセンサがヨーレートを検出する構成を説明したが、ヨーレートは転舵角度と車速から推定されても良い。

＜Ｂ−３．効果＞
実施の形態２に係る走行支援装置１２Ｂは、車両の目標経路を生成する目標経路生成部４２と、車両の走行位置を検知する走行位置検知部４３と、前方注視点における車両の走行位置と目標経路との横方向偏差である第１横方向偏差の積分量である第１横方向偏差積分量を演算する第１演算部４４と、第１横方向偏差積分量に基づき車両の操舵量を演算する第２演算部４５と、車両の動きを制御する制御部１５に車両の操舵量を出力する操舵量出力部４６と、を備える。このように走行支援装置１２Ｂは、前方注視点における車両の走行位置と目標経路との横方向偏差の積分量に基づき車両の操舵量を演算するため、センサのオフセットまたは外乱に起因する車両の目標経路に対する横方向偏差を低減することができる。また、走行支援装置１２Ｂは前方注視点における目標経路と車両の走行位置との横方向偏差を用いるため、道路形状および車両挙動を先読みした操舵制御が可能となり、車両を滑らかに目標経路に追従させることができる。

実施の形態２に係る走行支援方法は、車両の目標経路を生成する生成工程と、車両の走行位置を検知する検知工程と、前方注視点における車両の走行位置と目標経路との横方向偏差である第１横方向偏差の積分量である第１横方向偏差積分量を演算する第１演算工程と、第１横方向偏差積分量に基づき車両の操舵量を演算する第２演算工程と、車両の動きを制御する制御部に車両の操舵量を出力する操舵量出力工程と、を備える。このように実施の形態２に係る走行支援方法は、前方注視点における車両の走行位置と目標経路との横方向偏差の積分量に基づき車両の操舵量を演算するため、センサのオフセットまたは外乱に起因する車両の目標経路に対する横方向偏差を低減することができる。また、実施の形態２に係る走行支援方法は、前方注視点における目標経路と車両の走行位置との横方向偏差を用いるため、道路形状および車両挙動を先読みした操舵制御が可能となり、車両を滑らかに目標経路に追従させることができる。

＜Ｃ．実施の形態３＞
＜Ｃ−１．構成＞
以下、実施の形態３について説明する。実施の形態３の説明において、実施の形態１または実施の形態２と共通する構成については、同一の名称、符号、および記号を用いることとし、相違点について説明する。

実施の形態１の走行支援装置１２Ａは、現在の車両の走行位置と目標経路との横方向偏差の積分量に基づき、車両の操舵量を計算した。実施の形態２の走行支援装置１２Ａは、前方注視点における車両の走行位置と目標経路との横方向偏差の積分量に基づき、車両の操舵量を計算した。実施の形態３の走行支援装置は、将来の予め定められた期間における車両の走行位置と目標経路との横方向偏差の積分量に基づき、車両の操舵量を計算する。

実施の形態３の走行支援装置１２Ｃの構成は、図３に示す通りであり、実施の形態１の走行支援装置１２Ａと同様である。走行支援装置１２Ｃにおいて、第２演算部４５の動作が実施の形態１とは異なる。走行支援装置１２Ｃは、周辺検知部１３と車両状態検知部１４の検知結果に基づいて、将来の予め定められた期間の車両挙動を予測し、将来の予め定められた期間における車両の走行位置と目標経路との横方向偏差を積分した横方向偏差積分量に基づいて、横方向偏差を低減するための操舵量を演算する。

第２演算部４５の動作について説明する。第２演算部４５は、現在の車両状態から、周期Ｔｓの間隔でＴｆ間の車両挙動を、車両モデルを用いて予測する。車両モデルとしては例えば、車両ダイナミクスを表現する一般的なモデルである２輪モデルが用いられる。車両モデルには転舵角度の変化量Δθｔ（転舵角速度）が入力される。ここで、車両状態の予測点はＮ点（Ｎ＝Ｔｆ／Ｔｓ）となる。Ｎ≧２である。

また、車両状態の予測点に合せて、式（３）からＮ個の目標経路が設定される。

第２演算部４５は、車両モデルで予測した車両挙動ｙ[ｋ]と、各予測点に対応する目標経路ｙｔ[ｋ]から、各予測点ｋ（１≦ｋ≦Ｎ）での横方向偏差Δｙ[ｋ]＝ｙｔ[ｋ]−ｙ[ｋ]と、横方向偏差Δｙ[ｋ]の積分量Δｙｉ[ｋ]を予測する。

なお、第２演算部４５は、横方向偏差Δｙ[ｋ]の積分量Δｙｉ[ｋ]を以下の式で求める。

ここで、Δｙｉ[１]の算出に必要となる積分初期値Δｙｉ[０]には、第１演算部４４で演算した、現在の車両の走行位置または前方注視地点における車両の走行位置と目標経路との横方向偏差の積分量が用いられる。なお、第１演算部４４で演算される横方向偏差を第１横方向偏差とも称し、その積分量を第１横方向偏差積分量とも称する。そして、第２演算部４５で演算される横方向偏差を第２横方向偏差とも称し、その積分量を第２横方向偏差積分量とも称する。なお、車両モデルに必要な状態量（転舵角度、ヨーレートなど）の初期値には、検知結果取得部４１を介してヨーレートセンサまたはモータ回転角度センサ１０から取得した値が用いられる。

第２演算部４５は、以下の式に示す評価関数Ｊを最小化するための転舵角度の変化量Δθｔの周期Ｔｓの値Δθｔ[ｋ]（１≦ｋ≦Ｎｕ≦Ｎ）を、最適化問題を解いて求める。最適化問題の解法は最適化演算であり、公知の種々の手法が用いられる。なお、第２演算部４５はΔθｔ[ｋ]の算出を、所定周期で繰り返し実行する。

ここで、式（１１）におけるＱ１、Ｑ２、Ｒはそれぞれの項の重み係数であり、パラメータとして適宜変更可能である。評価関数ＪのＱ１を含む項である第１項は、横方向偏差を小さくするための項である。重み係数Ｑ１が大きいほど、目標経路への追従誤差を小さくすることが優先される。

評価関数ＪのＱ２を含む項である第２項は、横方向偏差積分量を小さくするための項である。この項を含めることで、取得した車両状態と実際の車両状態のずれ（センサのオフセット）、外乱（横風または路面の傾きなど）に起因する横方向偏差を低減することができる。さらに、予測に用いる車両モデルに含まれるモデル化誤差に起因する横方向偏差を低減することができる。Ｑ２は第２項の重みであり、積分制御量を決定するためのパラメータとして機能する。重み係数Ｑ１が大きい場合、目標経路との横方向偏差を低減するが、横方向偏差積分量が大きく溜まるためオーバーシュートが生じやすくなる。

評価関数ＪのＲを含む項である第３項は、車両モデルへの入力である転舵角度の変化量Δθｔを評価する項である。重み係数Ｒを大きく設定することで、転舵角度の変化量Δθｔが大きくなることを抑制することができ、ひいては、滑らかな目標操舵量を演算することができる。

第２演算部４５は、目標転舵角度θｔ[ｋ]は、式（１２）により求める。

ここで、θｔ[０]は、検知結果取得部４１で取得した転舵角度である。

操舵量出力部４６は、第２演算部４５で求めたθｔ[ｋ]（１≦ｋ≦Ｎｕ≦Ｎ）の一部（例えば、ｋ＝１）、または、全てを操舵制御器９に出力する。

実施の形態３によれば、車両モデルを用いて将来の車両挙動を予測することにより、目標経路への追従に必要な操舵量を求めるため、滑らかな経路追従を実現できる。また、評価関数が横方向偏差積分量を含むため、センサのオフセットまたは外乱に起因する横方向偏差を低減することが可能となる。例えば、転舵角度にオフセット誤差がある場合においても、目標経路への追従誤差を低減することができる。

＜Ｃ−２．変形例＞
なお、第２演算部４５は、横方向偏差Δｙ[ｋ]の積分量Δｙｉ[ｋ]を以下の式で求めてもよい。

α[ｋ]は、実施の形態１で説明した補正ゲインであり、α[ｋ]を設定するときに用いられる横方向偏差はΔｙ[ｋ]である。この構成により、横方向偏差が大きくなると予測されるときの横方向偏差積分量が低減される。従って、滑らかな経路追従制御と、センサのオフセットまたは外乱に起因した横方向偏差低減を行う最適な操作量が決定される。

なお、実施の形態１，２，３では、操舵制御器９に出力する操舵量を目標転舵角度としたが、この限りではない。例えば、第２演算部４５は横方向偏差積分量に基づいてモータ６に流す電流の値を演算し、当該電流の値を操舵制御器９に出力してもよい。

また、実施の形態１，２，３において、第２演算部４５は車両の横方向偏差を用いて操舵量を計算するものとしたが、この限りではない。第２演算部４５は、少なくとも横方向偏差積分量を用いていれば、その他、ヨーレートや車両の姿勢角等を考慮して操舵量を演算しても良い。

また、実施の形態３の変形例として、第２演算部４５は、横方向偏差が大きい場合に評価関数Ｊにおける重み係数Ｑ２を小さくしても良い。これにより、横方向偏差が大きいときに、評価関数Ｊの横方向偏差積分量に関する項を小さく出来るため、目標経路に対する車両のオーバーシュートを抑制することができる。また、積分制御がオフするわけではないため、定常的な横方向誤差に対して積分制御を継続することができる。その結果、運転者が違和感を覚えない滑らかな操舵を実現しつつ、外乱等により発生する目標経路に対する横方向偏差を低減することができる。なお、この変形例は、補正ゲインによる横方向偏差積分量の補正の有無に関わらず実施可能である。

また、第１演算部４４は、現在の横方向偏差と過去の横方向偏差（例えば前回値）とを比較して横方向偏差の変動量を評価し、横方向偏差の変動量が閾値より大きい場合に、横方向偏差の変動量が閾値より小さい場合と比べて、補正ゲインを小さく設定しても良い。横方向偏差の変動量が閾値より大きい場合は、過渡的な横方向偏差がまだ収束していない状態であるため、補正ゲインを小さく設定することにより、横方向偏差積分量が過大になることを防止できる。

また、第２演算部４５は、横方向偏差の変動量が閾値より大きい場合に、評価関数Ｊにおける重み係数Ｑ２を小さくしても良い。横方向偏差の変動量が閾値より大きい場合は、過渡的な横方向偏差がまだ収束していない状態であるため、積分制御による操舵量が過大となる可能性がある。そこで、重みＱ２を小さく設定することにより、積分制御が過大になることが防止される。なお、第２演算部４５は重み係数Ｑ２の他に、重み係数Ｑ１または重み係数Ｒを横方向偏差の変動量に応じて変更してもよい。

また、実施の形態１，２，３では、周辺検知部として前方カメラ１１を用いたが、この限りではない。例えば、周辺検知部は衛星測位システムと地図を備えていても良い。すなわち、走行位置検知部４３は、衛星測位システムから取得した情報に基づき車両の走行位置を演算する。また、目標経路生成部４２は、衛星測位システムから取得した情報と地図に基づき目標経路を設定する。

また、実施の形態１，２，３では横方向偏差の積分量を求めることについて説明したが、積分の代わりに累積を用いても良い。

目標経路に対する車両の走行位置の横方向偏差が大きい場合に積分制御量を大きくすると、車両挙動が急変しドライバーが違和感を覚えることがあった。また、車両に対する外乱量が小さい場合に、積分制御量を小さくすると横方向誤差に対して積分制御が十分に機能しなくなり、横方向誤差の低減に時間を要するだけでなく、車両が目標経路に収束しない可能性がある。さらに、積分量を零とすることで車両挙動が急変しドライバーが違和感を覚えることがあった。しかし、実施の形態１，２，３に示す走行支援装置によれば、目標経路に対する追従性を保ち、外乱による定常的な横方向誤差を低減することが可能となる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。例えば、横方向偏差の変動量が閾値より大きい場合に補正ゲインを小さく設定することは、実施の形態１と実施の形態２にも適用可能である。

＜Ｃ−３．効果＞
次に、本実施の形態による効果を説明する。

実施の形態３の走行支援装置１２Ｃにおいて、第２演算部４５は、第１横方向偏差積分量に基づき、将来の予め定められた期間における車両の走行位置と目標経路との横方向偏差である第２横方向偏差の積分量である第２横方向偏差積分量を演算し、第２横方向偏差積分量に基づき車両の操舵量を演算する。これにより、滑らかな経路追従を実現できる。

また、第１演算部４４で演算した第１横方向偏差積分量が第２横方向偏差積分量の初期値Δｙｉ[０]となるが、初期値Δｙｉ[０]は、現在の車両の横方向偏差（第１横方向偏差）が大きい場合には補正ゲインにより小さくなる。従って、最適化問題を解いて得られる転舵角度の変化量Δθｔ[ｋ]が過大になることを防止でき、滑らかな操舵を実現でき、滑らかな経路追従を実現できる。それにより、車両の目標経路に対する車両走行位置のオーバーシュートも低減される。さらに、予測に用いる車両モデルに含まれるモデル化誤差に起因する横方向偏差が低減される。

また、実施の形態３の走行支援方法において、第２演算工程は、第１横方向偏差積分量に基づき、将来の予め定められた期間における車両の走行位置と目標経路との横方向偏差である第２横方向偏差の積分量である第２横方向偏差積分量を演算し、第２横方向偏差積分量に基づき車両の操舵量を演算する工程である。これにより、滑らかな経路追従を実現できる。

２ ステアリング軸、３ 転舵輪、５ 操舵トルクセンサ、６ モータ、７ 減速機構、８ 車速センサ、９ 操舵制御器、１０ モータ回転角度センサ、１１ 前方カメラ、１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ 走行支援装置、１３ 周辺検知部、１４ 車両状態検知部、１５ 制御部、２１，２５ Ｉ／Ｆ部、２２ ＣＰＵ、２３ ＲＯＭ、２４ ＲＡＭ、４１ 検知結果取得部、４２ 目標経路生成部、４３ 走行位置検知部、４４ 第１演算部、４５ 第２演算部、４６ 操舵量出力部、５１ 車両、６１ 横方向偏差演算器、６２ 補正ゲイン演算器、６３，８１ 掛け算器、６４ 積分器。

Claims (13)

1. 車両の目標経路を生成する目標経路生成部と、
   前記車両の走行位置を検知する走行位置検知部と、
   現在または前方注視点における前記車両の走行位置と前記目標経路との横方向偏差である第１横方向偏差の積分量である第１横方向偏差積分量を演算する第１演算部と、
   前記第１横方向偏差積分量に基づき車両の操舵量を演算する第２演算部と、
   前記車両の動きを制御する制御部に前記車両の操舵量を出力する操舵量出力部と、
   を備え、
   前記第２演算部は、前記第１横方向偏差積分量に基づき、将来の予め定められた期間における前記車両の走行位置と前記目標経路との横方向偏差である第２横方向偏差の積分量である第２横方向偏差積分量を演算し、少なくとも前記第２横方向偏差の評価項と前記第２横方向偏差積分量の評価項からなる評価関数を最小化する前記車両の操舵量を演算する、
   走行支援装置。
2. 前記第１演算部は、前記第１横方向偏差を前記第１横方向偏差に応じた補正ゲインと乗算した上で積分することにより、前記第１横方向偏差積分量を演算する、
   請求項１に記載の走行支援装置。
3. 前記補正ゲインは、前記第１横方向偏差が大きい程小さい、
   請求項２に記載の走行支援装置。
4. 前記補正ゲインは、前記車両の走行車線の幅に基づき定められる、
   請求項３に記載の走行支援装置。
5. 前記補正ゲインは、前記第１横方向偏差および前記車両の速度に基づき定められる、
   請求項２に記載の走行支援装置。
6. 前記第１演算部は、前記第１横方向偏差の変動量に基づき前記補正ゲインを変更する、
   請求項２から５のいずれか１項に記載の走行支援装置。
7. 前記第２演算部は、前記第２横方向偏差が大きい場合に前記評価関数における前記第２横方向偏差積分量の評価項の重み係数を小さくする、
   請求項１に記載の走行支援装置。
8. 前記第２演算部は、前記第２横方向偏差の変動量が大きい場合に、前記評価関数における前記第２横方向偏差積分量の評価項の重み係数を小さくする、
   請求項１に記載の走行支援装置。
9. 車両の目標経路を生成する生成工程と、
   前記車両の走行位置を検知する検知工程と、
   現在または前方注視点における前記車両の走行位置と前記目標経路との横方向偏差である第１横方向偏差の積分量である第１横方向偏差積分量を演算する第１演算工程と、
   前記第１横方向偏差積分量に基づき車両の操舵量を演算する第２演算工程と、
   前記車両の動きを制御する制御部に前記車両の操舵量を出力する操舵量出力工程と、
   を備え、
   前記第２演算工程は、前記第１横方向偏差積分量に基づき、将来の予め定められた期間における前記車両の走行位置と前記目標経路との横方向偏差である第２横方向偏差の積分量である第２横方向偏差積分量を演算し、少なくとも前記第２横方向偏差の評価項と前記第２横方向偏差積分量の評価項からなる評価関数を最小化する前記車両の操舵量を演算する工程である、
   走行支援方法。
10. 前記第１演算工程は、前記第１横方向偏差を前記第１横方向偏差に応じた補正ゲインと乗算した上で積分することにより、前記第１横方向偏差積分量を演算する工程である、
    請求項９に記載の走行支援方法。
11. 前記補正ゲインは、前記第１横方向偏差が大きい程小さい、
    請求項１０に記載の走行支援方法。
12. 前記補正ゲインは、前記車両の走行車線の幅に基づき定められる、
    請求項１１に記載の走行支援方法。
13. 前記補正ゲインは、前記第１横方向偏差および前記車両の速度に基づき定められる、
    請求項１０に記載の走行支援方法。

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