JP6525401B2 - 車両制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両制御装置に係り、特に、走行中に障害物を回避するのに適した車両制御装置に関する。

障害物の緊急回避時において、その際の車速に応じて制動回避（ブレーキ操作のみ）と操舵回避（ステリング操作のみ）のいずれかを選択し、最適化処理を用いて目標走行経路計算をする技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この技術では、制動回避が選択されると、縦方向（車両前後方向）の運動のみに計算条件が簡略化される。また、操舵回避が選択されると、横方向（車両幅方向）の運動のみに計算条件が簡略化される。このように、この技術では、緊急時において計算負荷が軽減されるため、高い計算精度を確保しつつ、計算時間を短くすることができるようになっている。

特開２０１０−１５５５４５号公報

しかしながら、走行状況によっては、所定計算時間内に目標走行経路の計算が完了せず、目標走行経路の最適解が得られない場合が生じ得る（タイムアウト）。この場合、最適な目標走行経路が得られていないため、障害物回避操作をよりよく実行できないおそれがある。

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、障害物回避時を含み常時、目標走行経路を計算しつつ、確実に障害物回避可能な車両制御装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、車両制御装置であって、車両の目標走行経路を繰り返し更新する走行経路制御部と、障害物との衝突回避のための自動衝突防止制御処理を実行する自動衝突防止制御部と、を備え、走行経路制御部は、障害物が検出された場合に、この障害物を回避するように目標走行経路を補正する走行経路補正処理を実行し、走行経路制御部は、走行経路補正処理において、少なくとも障害物から車両に向けて、障害物に対する車両の相対速度の許容上限値の分布を規定する速度分布領域を設定し、この速度分布領域における許容上限値は障害物から距離が離れるほど大きくなるように設定され、速度分布領域内において障害物に対する車両の相対速度が許容上限値を超えないように、目標走行経路を補正して速度分布領域内を車両が走行するための複数の補正走行経路を算出し、これらの目標走行経路に対して補正された複数の前記補正走行経路を、所定の評価関数によって評価し、その評価に応じて１つの補正走行経路を選択する、ように構成されており、走行経路制御部は、選択した補正走行経路を車両が走行するように、車両のブレーキ制御システムに対する第１の要求信号を生成し、自動衝突防止制御部は、走行経路制御部とは独立して、自動衝突防止制御処理を実行して、車両のブレーキ制御システムに対する第２の要求信号を生成し、走行経路制御部及び自動衝突防止制御部からそれぞれ第１の要求信号及び第２の要求信号を受け取る出力制御部を更に備え、出力制御部は、第１の要求信号又は第２の要求信号を車両のブレーキ制御システムへ出力するように構成されている。

このように構成された本発明によれば、障害物が検出された場合に、走行経路制御部が、補正走行経路を算出し、これに基づいて、ブレーキ制御システムを制御するための第１の要求信号を生成する。しかしながら、目標走行経路の計算処理に加え、障害物回避のために評価関数を用いて最適な補正走行経路を算出する計算処理は、走行状況によっては計算負荷が高くなり、繰り返し計算時間（更新時間）内に最適な補正走行経路を算出できないおそれがある（タイムアウト）。この場合、障害物をよりよく回避できない場合が生じ得る。

このため、本発明では、車両制御装置は、走行経路制御部とは別に、障害物との衝突を回避するための自動衝突防止制御部を備えている。走行経路制御部は、走行経路計算及び補正経路計算のような負荷の高い計算処理を実行する。しかしながら、自動衝突防止制御部は、負荷の低い計算処理（即ち、障害物との衝突回避のための自動ブレーキの計算処理）を実行すればよい。したがって、自動衝突防止制御部は、少なくとも更新時間内には確実に計算処理を完了することができる。よって、本発明では、走行経路制御部によって最適な補正走行経路が算出できない場合であっても、自動衝突防止制御部によって、確実に障害物を回避することが可能である。これにより、本発明では、車両の走行安全性を向上させることができる。

また、本発明において、好ましくは、出力制御部は、第１の要求信号よりも、第２の要求信号を優先して出力するように構成されている。このように構成された本発明によれば、出力制御部は、両方の要求信号（第１の要求信号，第２の要求信号）を受け取ったときに、障害物回避のより高い信頼性を有する第２の要求信号により、ブレーキ制御システムを作動させることができる。

また、本発明において、好ましくは、走行経路補正処理と自動衝突防止制御処理は、単一のＣＰＵによって所定の繰り返し計算時間内に実行される。このように構成された本発明によれば、単一のＣＰＵによって走行経路補正処理と自動衝突防止制御処理の両方の処理が実行されるが、確実に障害物との衝突を回避することができる。

本発明によれば、障害物回避時を含み常時、目標走行経路を計算しつつ、確実に障害物回避可能な車両制御装置を提供することができる。

本発明の実施形態における車両制御システムの構成図である。 本発明の実施形態における車両制御システムの制御ブロック図である。 本発明の実施形態における第１走行経路の説明図である。 本発明の実施形態における第２走行経路の説明図である。 本発明の実施形態における第３走行経路の説明図である。 本発明の実施形態における障害物回避制御の説明図である。 本発明の実施形態の障害物回避制御における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。 本発明の実施形態の走行経路補正処理の説明図である。 本発明の実施形態の車両モデルの説明図である。 本発明の実施形態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おける走行経路計算処理の処理フローである。 本発明の実施形態における走行経路補正処理の処理フローである。 本発明の実施形態における自動衝突防止制御処理の処理フローである。 本発明の実施形態におけるシステム制御処理の処理フローである。 本発明の第２実施形態における車両制御システムの制御ブロック図である。 本発明の第２実施形態における運転支援制御の処理フローである。 本発明の第２実施形態における自動進路逸脱防止処理の処理フローである。 本発明の第２実施形態におけるシステム制御処理の処理フローである。

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システムについて説明する。まず、図１及び図２を参照して、車両制御システムの構成について説明する。図１は車両制御システムの構成図、図２は車両制御システムの制御ブロック図である。

本実施形態の車両制御システム１００は、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１に示すように、車両制御システム１００は、車両１に搭載されており、車両制御装置（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）及び複数の挙動スイッチ（操舵角センサ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。

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選択スイッチ３６と、選択された運転支援モードに応じて設定車速を入力するための設定車速入力部３７を備えている。運転者がモード選択スイッチ３６を操作することにより、選択された運転支援モードに応じた運転支援モード選択信号が出力される。また、運転者が設定車速入力部３７を操作することにより、設定車速信号が出力される。

ＥＣＵ１０は、ＣＰＵ，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。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。
操舵角センサ２６は、車両１のステアリングホイールの回転角度（操舵角）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、ＧＰＳシステム及び／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。
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、走行経路制御部１０ａ，自動衝突防止制御部１０ｂ，入力処理部１０ｃ，出力制御部１０ｄとして機能する単一のＣＰＵを備えている。入力処理部１０ｃは、複数のセンサ／スイッチ及び運転者操作部３５から受けた入力情報を処理する。走行経路制御部１０ａ及び自動衝突防止制御部１０ｂは、処理された入力情報を用いて演算処理を実行する。本実施形態では、緊急性が高い自動緊急回避制御である自動衝突防止制御は、通常の走行経路制御とは独立して実行されるように構成されている。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。

本実施形態において、自動緊急回避制御は、緊急時に車両１の挙動を変更するために、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する制御である。

走行経路制御部１０ａは、入力情報に基づいて目標走行経路を計算し、この目標走行経路上を車両１が走行するように、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に対する第１の要求信号を生成する。自動衝突防止制御部１０ｂは、入力情報に基づいて障害物との衝突回避のために緊急自動ブレーキを作動させるように、ブレーキ制御システム３２に対して第２の要求信号を生成する。出力制御部１０ｄは、制御部１０ａ，１０ｂから受け取った要求信号を、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へ選択的に出力する。

次に、本実施形態による車両制御システム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、４つのモード（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。

＜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、車両１を先行車に追従走行させるモードであり、車両制御システム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），障害物回避制御（速度制御及びステアリング制御）を伴う。

先行車追従モードでは、車線両端部の検出の可否、及び、先行車の有無に応じて、異なるステアリング制御及び速度制御が行われる。ここで、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。走行路端部検出部としてのＥＣＵ１０は、この車線両端部を車載カメラ２１に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。しかしながら、例えば、車両１が整備された道路ではなく、車線が存在しない平原を走行する場合や、車載カメラ２１からの画像データの読取り不良等の場合に車線両端部が検出できない場合が生じ得る。

なお、上記実施形態では、ＥＣＵ１０を走行路端部検出部としているが、これに限らず、走行路端部検出部としての車載カメラ２１が車線両端部を検出してもよいし、走行路端部検出部としての車載カメラ２１とＥＣＵ１０が協働して車線両端部を検出してもよい。

また、本実施形態では、先行車検出部としての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、上記実施形態では、ＥＣＵ１０を先行車検出部としているが、これに限らず、先行車検出部としての車載カメラ２１が前方を走行する他車両を検出してもよく、ＥＣＵ１０に加えて車載カメラ２１及びミリ波レーダ２２が先行車両検出部の一部を構成してもよい。

（先行車追従モード：車線検出可能）
まず、車線両端部が検出される場合、車両１は、車線の中央付近を走行するようにステアリング制御され、設定車速入力部３７を用いて運転者によって又は所定の処理に基づいてシステム１００によって予め設定された設定車速（一定速度）を維持するように速度制御される。なお、設定車速が制限車速（速度標識やカーブの曲率に応じて規定される制限速度）よりも大きい場合は制限車速が優先され、車両１の車速は制限車速に制限される。カーブの曲率に応じて規定される制限速度は、所定の計算式により計算され、カーブの曲率が大きい（曲率半径が小さい）ほど低速度に設定される。

なお、車両１の設定車速が先行車の車速よりも大きい場合は、車両１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る。また、追従していた先行車が車線変更等により、車両１の前方に存在しなくなると、車両１は、再び設定車速を維持するように速度制御される。

（先行車追従モード：車線検出不可、先行車有り）
また、車線両端部が検出されない場合であって、且つ、先行車が存在する場合、車両１は、先行車の走行軌跡を追従するようにステアリング制御され、且つ、先行車の走行軌跡上の速度に追従するように速度制御される。

（先行車追従モード：車線検出不可、先行車無し）
また、車線両端部が検出されない場合であって、且つ、先行車も存在しない場合、走行路上での走行位置を特定できない（区画線等検出不可、先行車追従不可）。この場合、現在の走行挙動（操舵角、ヨーレート、車速、加速度等）を運転者の意思により維持又は変更するように、運転者がステアリングホイール，アクセルペダル，ブレーキペダルを操作することにより、ステアリング制御及び速度制御を実行する。

なお、先行車追従モードでは、先行車の有無、車線両端部の検出の可否にかかわらず、後述する障害物回避制御（速度制御及びステアリング制御）が更に自動的に実行される。

＜自動速度制御モード＞
また、自動速度制御モードは、運転者によって又はシステム１００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、車両制御システム１００による自動的な速度制御（エンジン制御，ブレーキ制御），障害物回避制御（速度制御）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、車両制御システム１００による自動的な速度制御（エンジン制御）を伴う。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＞
また、基本制御モードは、運転者操作部３５により、運転支援モードが選択されていないときのモード（オフモード）であり、車両制御システム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。ただし、自動衝突防止制御は実行されるように構成されており、この制御において、車両１が先行車等に衝突する可能性がある場合には自動的にブレーキ制御が実行され、衝突が回避される。また、自動衝突防止制御は、先行車追従モード，自動速度制御，速度制限モードにおいても同様に実行される。

また、自動速度制御モード、速度制限モード、及び基本制御モードにおいても、後述する障害物回避制御（速度制御のみ、又は、速度制御及びステアリング制御）が更に実行される。

次に、図３〜図５を参照して、本実施形態による車両制御システム１００において計算される複数の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、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、加速度変化量、ヨーレート、操舵角、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障害物（駐車車両、歩行者等を含む）に関する障害物情報を考慮せずに、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、障害物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。

ＥＣＵ１０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、ＥＣＵ１０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、ＥＣＵ１０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。

ＥＣＵ１０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、ＥＣＵ１０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、ＥＣＵ１０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の設定車速入力部３７によって又はシステム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、ＥＣＵ１０は、車両１の現在の挙動状態（即ち、車速，加速度，ヨーレート，操舵角，横加速度等）に応じて、目標位置Ｐ１_ｋ，目標車速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車速が補正される。

（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。ＥＣＵ１０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。
ＥＣＵ１０は、車両１の操舵角，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、ＥＣＵ１０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、ＥＣＵ１０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システム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、運転者がモード選択スイッチ３６を操作して１つの運転支援モードを選択すると、ＥＣＵ１０が、センサ等による測定データに応じて、第１走行経路Ｒ１〜第３走行経路Ｒ３のうち、いずれか１つを選択するように構成されている。

先行車追従モードの選択時には、車線両端部が検出されていると、先行車の有無にかかわらず、第１走行経路が適用される。この場合、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。
一方、先行車追従モードの選択時において、車線両端部が検出されず、先行車が検出された場合、第２走行経路が適用される。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、車線両端部が検出されず、先行車も検出されない場合、第３走行経路が適用される。

また、自動速度制御モードの選択時には、第３走行経路が適用される。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走行経路が適用される。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走行経路が適用される。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９を参照して、本実施形態による車両制御システム１００において実行される障害物回避制御及びこれに伴う走行経路補正処理について説明する。図６は障害物回避制御の説明図、図７は障害物回避制御における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、図８は走行経路補正処理の説明図、図９は車両モデルの説明図である。
図６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、危険を回避するように車両１を運転している。

そこで、本実施形態では、図６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。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を超えることを防止するための障害物回避制御が実施される。

図６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６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。

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６では、車両３の右側領域）に設定されればよい。

図７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可能となる。

図７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６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、ＥＣＵ１０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。

ＥＣＵ１０は、検知したすべての障害物（図６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、ＥＣＵ１０は、車両１の速度が速度分布領域４０の許容上限値Ｖ_limを超えないように障害物回避制御を行う。このため、ＥＣＵ１０は、障害物回避制御に伴い、運転者の選択した運転支援モードに応じて適用された目標走行経路を補正する。

即ち、目標走行経路を車両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６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６の経路Ｒｃ３）、目標位置及び目標速度の両方が変更される（図６の経路Ｒｃ２）。

例えば、図６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、ＥＣＵ１０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、補正後の目標走行経路Ｒｃ１を生成する。即ち、補正後の目標走行経路Ｒｃ１では、各目標位置において目標車速が許容上限値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、目標走行経路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。ＥＣＵ１０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、目標走行経路Ｒｃ３を生成する。したがって、目標走行経路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、目標走行経路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。目標走行経路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。

目標走行経路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、目標走行経路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、目標走行経路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８に示すように、ＥＣＵ１０（走行経路制御部１０ａ）は、上述のセンサ情報等に基づいて、目標走行経路Ｒを計算する。そして、障害物検出時には、ＥＣＵ１０は、走行経路補正処理により、運転支援モード等に応じて、補正走行経路Ｒ１〜Ｒ３を計算する。本実施形態では、この走行経路補正処理は、評価関数Ｊを用いた最適化処理である。

ＥＣＵ１０は、評価関数Ｊ、制約条件及び車両モデルをメモリ内に記憶している。ＥＣＵ１０は、走行経路補正処理において、制約条件及び車両モデルを満たす範囲で、評価関数Ｊが最小になる補正走行経路を算出する（最適化処理）。

評価関数Ｊは、複数の評価ファクタを有する。本例の評価ファクタは、例えば、速度（縦方向及び横方向）、加速度（縦方向及び横方向）、加速度変化量（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、操舵角、その他ソフト制約について、目標走行経路と補正走行経路との差を評価するための関数である。

評価ファクタには、車両１の縦方向の挙動に関する評価ファクタ（縦方向評価ファクタ：縦方向の速度、加速度、加速度変化量等）と、車両１の横方向の挙動に関する評価ファクタ（横方向評価ファクタ：横方向の速度、加速度、加速度変化量、ヨーレート、車線中心に対する横位置、車両角度、操舵角等）が含まれる。

具体的には、評価関数Ｊは、以下の式で記述される。

式中、Ｗｋ（Ｘｋ−Ｘｒｅｆｋ）²は評価ファクタ、Ｘｋは補正走行経路の評価ファクタに関する物理量、Ｘｒｅｆｋは目標走行経路（補正前）の評価ファクタに関する物理量、Ｗｋは評価ファクタの重み値（例えば、０≦Ｗｋ≦１）である（但し、ｋ＝１〜ｎ）。したがって、本実施形態の評価関数Ｊは、ｎ個の評価ファクタの物理量について、障害物が存在しないと仮定して計算された目標走行経路（補正前）の物理量に対する補正走行経路の物理量の差の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。

制約条件は、車両１の挙動を制限する少なくとも１つの制約ファクタを含む。各制約ファクタは、いずれかの評価ファクタと直接的又は間接的に関連している。したがって、制約条件により車両１の挙動（即ち、評価ファクタの物理量）が制限されることにより、評価関数Ｊによる最適化処理を早期に収束させることが可能となり、計算時間を短縮することができる。なお、制約条件は、運転支援モードに応じて異なって設定される。

本例の制約ファクタには、例えば、速度（縦方向及び横方向）、加速度（縦方向及び横方向）、加速度変化量（縦方向及び横方向）、車速時間偏差、中心位置に対する横位置、車間距離時間偏差、操舵角、操舵角速度、操舵トルク、操舵トルクレート、ヨーレート、車両角度が含まれる。これら制約ファクタには、許容される数値範囲がそれぞれ設定されている（例えば、−５ｍ／ｓ²≦縦加速度≦４ｍ／ｓ²、−４ｍ／ｓ²≦横加速度≦４ｍ／ｓ²）。例えば、乗り心地に大きな影響を及ぼす縦方向及び横方向の加速度が制約条件によって制限されることにより、補正走行経路での縦Ｇ及び横Ｇの最大値を制限することができる。

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９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ことにより、走行時の違和感が低減された補正走行経路を算出することができると共に、評価関数Ｊによる最適化処理を早期に収束させることができる。

図９及び式中、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。

ＥＣＵ１０は、目標走行経路、制約条件、車両モデル、障害物情報等に基づいて、多数の補正走行経路の中から、評価関数Ｊが最小になる補正走行経路を算出する。即ち、走行経路補正処理において、ＥＣＵ１０は、最適化問題の解を出力するソルバーとして機能する。したがって、最適解として算出される補正走行経路は、障害物に対して適度な距離と相対速度を確保しつつ、補正前の目標走行経路に最も沿う（近い）ものが選択される。

次に、図１０〜図１４を参照して、本実施形態の車両制御システム１００における運転支援制御の処理フローを説明する。図１０は運転支援制御の処理フロー、図１１は走行経路計算処理の処理フロー、図１２は走行経路補正処理の処理フロー、図１３は自動衝突防止制御処理の処理フロー、図１４はシステム制御処理の処理フローである。

ＥＣＵ１０は、図１０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１０ｃ）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）、操舵角センサ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１０ｃ）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）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（操舵角，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（走行経路制御部１０ａ）は、計算により得られた情報に基づいて、走行経路制御処理を実行する（Ｓ１３）。走行経路制御処理は、走行経路計算処理（Ｓ１３ａ）、走行経路補正処理（Ｓ１３ｂ）、第１要求信号生成処理（Ｓ１３ｃ）を含む。
走行経路計算処理（Ｓ１３ａ）では、上述のように、第１走行経路，第２走行経路，又は第３走行経路が計算される。

走行経路補正処理（Ｓ１３ｂ）では、ＥＣＵ１０は、障害物情報（例えば、図６に示した駐車車両３）に基づいて、目標走行経路を補正する。走行経路補正処理では、原則的に選択されている運転支援モードに応じて、速度制御及び／又はステアリング制御により、車両１に障害物を回避させるように、走行経路が補正される。

第１要求信号生成処理（Ｓ１３ｃ）では、ＥＣＵ１０は、選択されている運転支援モードに応じて、車両１が最終的に算出された走行経路上を走行するように、該当する制御システム（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）へ出力する要求信号を生成する。具体的には、ＥＣＵ１０は、算出された目標走行経路（補正走行経路）によって特定されるエンジン，ブレーキ，操舵の目標制御量に応じて、第１の要求信号（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）を生成する。

一方、ＥＣＵ１０（自動衝突防止制御部１０ｂ）は、走行経路制御処理（Ｓ１３）と並行して、自動衝突防止制御処理（Ｓ１４）を実行し、第２の要求信号（ブレーキ要求信号）を生成する。
更に、ＥＣＵ１０（出力制御部１０ｄ）は、生成された第１の要求信号又は第２の要求信号に基づいて、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へ要求信号を出力する（システム制御処理；Ｓ１５）。

次に、図１１を参照して、図１０の走行経路計算処理（Ｓ１３ａ）の詳細な処理フローを説明する。
まず、ＥＣＵ１０は、モード選択スイッチ３６から受け取っている運転支援モード選択信号に基づいて、運転者が先行車追従モードを選択しているか否かを判定する（Ｓ２１）。

先行車追従モードが選択されている場合（Ｓ２１；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１０は、センサ情報等に基づいて、車線両端部位置が検出されているか否かを判定する（Ｓ２２）。車線両端部位置が検出されている場合（Ｓ２２；Ｙｅｓ）、第１走行経路を目標走行経路として計算する（Ｓ２３）。なお、先行車が検出されている場合は、先行車車速が目標車速として用いられ、先行車が検出されていない場合は、設定車速が目標車速として用いられる。

第１走行経路の計算処理では、ＥＣＵ１０は、設定車速，車線両端部，車線幅，制限速度，車速，縦加速度，ヨーレート，操舵角，横加速度等に基づいて、所定期間分（例えば、３秒）の走行経路Ｒ１を計算する。走行経路Ｒ１の目標位置は、直線区間では車線中央付近を走行するように、カーブ区間では旋回半径が大きくなるようにカーブのイン側を走行するように設定される。また、走行経路Ｒ１の目標速度は、設定車速，交通標識による制限車速，及びカーブ曲率により規定される制限車速のうち最も低速な速度を上限速度とするように設定される。

また、車線両端部位置が検出されていない場合（Ｓ２２；Ｎｏ）、ＥＣＵ１０は、センサ情報等に基づいて、先行車が検出されているか否かを判定する（Ｓ２４）。
車線両端部位置は検出されていないが、先行車が検出されている場合（Ｓ２４；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１０は、第２走行経路を目標走行経路として計算する（Ｓ２５）。第２走行経路の計算処理では、ＥＣＵ１０は、センサ情報等から取得した先行車の先行車軌跡情報（位置及び速度）から、先行車と車両１との間に所定の車間距離を維持しつつ、車間距離を走行する時間分だけ遅れて先行車の挙動（位置及び速度）に追従するように、所定期間分の走行経路Ｒ２を計算する。

また、先行車追従モードが選択されていない場合（Ｓ２１；Ｎｏ）、及び、先行車追従モード選択時において車線両端部位置及び先行車が共に検出されていない場合（Ｓ２４；Ｎｏ）、ＥＣＵ１０は、第３走行経路を目標走行経路として計算する（Ｓ２６）。第３走行経路の計算処理では、ＥＣＵ１０は、車両操作情報，走行挙動情報等に基づいて、現在の車両１の挙動から推定される所定期間分の走行経路Ｒ３を計算する。

次に、図１２を参照して、図１０の走行経路補正処理（Ｓ１３ｂ）の詳細な処理フローを説明する。
まず、ＥＣＵ１０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障害物情報（先行車や障害物の有無，位置，速度等）を取得する（Ｓ３１）。
そして、ＥＣＵ１０は、障害物情報に基づいて、障害物が検出されていないと判定すると（Ｓ３２；Ｎｏ）、処理を終了するが、障害物が検出されていると判定すると（Ｓ３２；Ｙｅｓ）、障害物情報や車両１の走行挙動情報等から速度分布領域（図６参照）を設定する（Ｓ３３）。

次に、ＥＣＵ１０は、センサ／スイッチ情報（例えば、運転支援モード選択信号）に応じて、評価関数Ｊ，制約条件，車両モデルを読み込む（Ｓ３４）。そして、ＥＣＵ１０は、走行経路計算処理（Ｓ１３）にて算出した目標走行経路，速度分布領域（Ｓ３３），評価関数Ｊ，制約条件，車両モデル，センサ／スイッチ情報等に基づき、評価関数Ｊを用いて補正走行経路の最適化処理を実行する（Ｓ３５）。この最適化処理では、最適化された補正走行経路が算出されるまで繰り返し複数の補正走行経路候補について評価関数Ｊの評価値が計算される。この評価値が最小となる補正走行経路が出力される。

次に、図１３を参照して、図１０の自動衝突防止制御処理（Ｓ１４）の詳細な処理フローを説明する。
まず、ＥＣＵ１０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障害物情報（先行車や障害物の有無，位置，速度等）を取得する（Ｓ４１）。
そして、ＥＣＵ１０は、車両１の現在の挙動状態（即ち、車速，加速度，ヨーレート，操舵角，横加速度等）から予測される車両１の所定期間分（例えば、３秒）の予測走行経路を計算し、この予測走行経路上に障害物が存在するか否かを判定する（Ｓ４２）。

予測走行経路上に障害物が存在しない場合（Ｓ４２；Ｎｏ）、ＥＣＵ１０は、処理を終了する。一方、予測走行経路上に障害物が存在する場合（Ｓ４２；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１０は、障害物との衝突判定を行う（Ｓ４３）。この衝突判定処理（Ｓ４３）では、障害物に車両１が衝突するまでの衝突余裕時間（ＴＴＣ＝距離／相対速度）が所定の自動ブレーキ発生時間Ｔｔｈ（例えば、１秒）以内であるか否かが判定される。

ＥＣＵ１０は、ＴＴＣがＴｔｈを超えている場合、衝突可能性がないと判定し（Ｓ４３；Ｎｏ）、処理を終了する。一方、ＥＣＵ１０は、ＴＴＣがＴｔｈ以下である場合、衝突可能性があると判定する（Ｓ４３；Ｙｅｓ）。

ＥＣＵ１０は、衝突可能性があると判定すると（Ｓ４３；Ｙｅｓ）、第２の要求信号を生成し（Ｓ４４）、処理を終了する。第２の要求信号は、車両１を急減速して障害物との衝突を回避するため、ブレーキ制御システム３２に対して所定の大きな制動力を発生させるように設定されたブレーキ要求信号である。

なお、第２の要求信号は、障害物との衝突可能性がある場合にのみ生成される。即ち、第２の要求信号は、図１０の運転支援制御の繰り返し実行時間（例えば、０．１秒）毎に必ず生成されるわけではなく、衝突可能性がある緊急時にのみ生成される。また、障害物が予測走行経路上に存在しない場合や、衝突可能性がない場合に、ＥＣＵ１０は、Ｎｕｌｌ値を含む形式的な第２の要求信号（Ｎｕｌｌ信号）を生成してもよい。

次に、図１４を参照して、図１０のシステム制御処理（Ｓ１５）の詳細な処理フローを説明する。
まず、ＥＣＵ１０から外部の制御システムへ出力される要求信号のうち、ブレーキ制御に関わるブレーキ要求信号について説明する。

ＥＣＵ１０は、外部への要求信号出力の際に、第２の要求信号（ブレーキ要求信号）が自動衝突防止制御処理（Ｓ１４）により生成されているか否かを判定する（Ｓ５１）。実質的な（Ｎｕｌｌ信号ではない）第２の要求信号が生成されていない場合（Ｓ５１；Ｎｏ）、緊急時ではないので、ＥＣＵ１０は、走行経路制御処理（Ｓ１３）により生成された第１の要求信号を外部へ出力し（Ｓ５２）、処理を終了する。

一方、第２の要求信号が生成されている場合（Ｓ５１；Ｙｅｓ）、緊急時であるので、ＥＣＵ１０は、第２の要求信号（ブレーキ要求信号）を外部（ブレーキ制御システム３２）へ出力し（Ｓ５３）、処理を終了する。

なお、ＥＣＵ１０は、エンジン要求信号とステアリング要求信号については、第２の要求信号の有無にかかわらず、第１の要求信号に含まれるエンジン要求信号とステアリング要求信号を外部（エンジン制御システム３１，ステアリング制御システム３３）へ出力する。

なお、例えば、先行車追従モードにおいて、自動速度／ステアリング制御が実行されている場合、走行経路制御処理（Ｓ１３）が適切に実行されていれば、走行経路補正処理（Ｓ１３ｂ）によって障害物を安全に回避するように補正走行経路が計算される。このため、自動衝突防止制御処理（Ｓ１４）によって第２の要求信号が生成されることはない。したがって、第２の要求信号が生成されるのは、例えば、高い計算負荷が生じて走行経路制御処理（Ｓ１３）が所定計算時間内に完全に終了しなかった場合（タイムアウト）である。よって、この場合（Ｓ５１；Ｙｅｓ）、ブレーキ要求信号は、第２の要求信号に基づく。一方、第１の要求信号は、最適値に更新されていないか、信号自体が生成されていないおそれがあるので（Ｎｕｌｌ値）、エンジン要求信号とステアリング要求信号は、所定値としてもよい。

次に、図１５〜図１８を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。図１５は車両制御システムの制御ブロック図、図１６は運転支援制御の処理フロー、図１７は自動進路逸脱防止処理の処理フロー、図１８はシステム制御処理の処理フローである。
第２実施形態では、自動緊急回避制御として、自動衝突防止制御の代わりに、自動進路逸脱防止制御が実行される。なお、第２実施形態では、上記実施形態との相違を主に説明する。

図１５に示すように、ＥＣＵ１０は、走行経路制御部１０ａ，進路逸脱防止制御部１０ｅ，入力処理部１０ｃ，出力制御部１０ｄとして機能する単一又は複数のＣＰＵを備えている。本実施形態では、緊急時の自動進路逸脱防止制御は、通常の走行経路制御とは独立して実行されるように構成されている。

進路逸脱防止制御部１０ｅは、入力情報に基づいて車線逸脱に伴う対向車等との衝突回避のために緊急自動操舵を作動させるように、ステアリング制御システム３３に対して第２の要求信号を生成する。

図１６の処理フローにおいて、ステップＳ１１−Ｓ１３は上記実施形態と同様である。ステップＳ１６において、ＥＣＵ１０（進路逸脱防止制御部１０ｅ）は、走行経路制御処理（Ｓ１３）と並行して、自動進路逸脱防止制御処理（Ｓ１６）を実行する。また、ＥＣＵ１０（出力制御部１０ｄ）は、システム制御処理を実行する（Ｓ１７）。

図１７に示すように、自動進路逸脱防止制御処理において、ＥＣＵ１０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障害物情報（先行車や障害物の有無，位置，速度等）を取得する（Ｓ６１）。
そして、ＥＣＵ１０は、車両１の現在の挙動状態（即ち、車速，加速度，ヨーレート，操舵角，横加速度等）から予測される車両１の所定期間分（例えば、３秒）の予測走行経路を計算し、この予測走行経路が走行車線から逸脱するか否か（予測走行経路が車線端部位置を横切るか否か）を判定する（Ｓ６２）。

車線逸脱しない場合（Ｓ６２；Ｎｏ）、ＥＣＵ１０は、処理を終了する。一方、車線逸脱する場合（Ｓ６２；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１０は、反対車線を走行中の対向車との衝突判定を行う（Ｓ６３）。この衝突判定処理（Ｓ６３）では、ステップＳ６１において反対車線において車両１から所定距離以内に対向車が存在するか否かが判定される。

ＥＣＵ１０は、対向車が所定距離以内に存在しない場合、衝突可能性がないと判定し（Ｓ６３；Ｎｏ）、処理を終了する（緊急操舵不要）。一方、ＥＣＵ１０は、対向車が所定距離以内に存在する場合、衝突可能性があると判定する（Ｓ６３；Ｙｅｓ）。また、ＥＣＵ１０は、ステップＳ６１において、車線端部位置に縁石やガードレール等の障害物が検知されていた場合にも、衝突可能性があると判定する（Ｓ６３；Ｙｅｓ）。

ＥＣＵ１０は、衝突可能性があると判定すると（Ｓ６３；Ｙｅｓ）、第２の要求信号を生成し（Ｓ６４）、処理を終了する。第２の要求信号は、車両１を自動操舵して車線逸脱を回避するための、ステアリング制御システム３３に対する所定舵角分のステアリング要求信号である。このように、第２の要求信号は、車線逸脱により対向車と衝突可能性がある場合にのみ生成される。

図１８に示すように、システム制御処理（Ｓ１７）において、ＥＣＵ１０は、外部への要求信号出力の際に、第２の要求信号（ステアリング要求信号）が自動進路逸脱防止制御処理（Ｓ１６）により生成されているか否かを判定する（Ｓ７１）。第２の要求信号が生成されていない場合（Ｓ７１；Ｎｏ）、緊急時ではないので、ＥＣＵ１０は、走行経路制御処理（Ｓ１３）により生成された第１の要求信号を外部へ出力し（Ｓ７３）、処理を終了する。

一方、第２の要求信号が生成されている場合（Ｓ７１；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１０は、第１の要求信号と第２の要求信号のステアリング要求信号において、目標制御量（目標舵角量）の差分が所定閾値未満であるか否かを判定する（Ｓ７２）。差分が所定閾値未満である場合（Ｓ７２；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１０は、第１の要求信号を外部へ出力し（Ｓ７３）、処理を終了する。

一方、差分が所定閾値以上である場合（Ｓ７２；Ｎｏ）、ＥＣＵ１０は、第２の要求信号（ステアリング要求信号）を外部（ステアリング制御システム３３）へ出力し（Ｓ７４）、処理を終了する。

なお、ＥＣＵ１０は、エンジン要求信号とブレーキ要求信号については、第２の要求信号の有無にかかわらず、第１の要求信号に含まれるエンジン要求信号とブレーキ要求信号を外部（エンジン制御システム３１，ブレーキ制御システム３２）へ出力する。

なお、例えば、先行車追従モードにおいて、自動速度／ステアリング制御が実行されている場合、走行経路制御処理（Ｓ１３）が適切に実行されていれば、車線逸脱は生じない。しかしながら、この場合でも、自動進路逸脱防止制御処理（Ｓ１６）によって第２の要求信号が生成され得る。したがって、本実施形態では、第１の要求信号と第２の要求信号のステアリング要求信号の目標舵角量に大きな差がない場合は、第１の要求信号に応じて、車両制御が実行される。

しかしながら、例えば、高い計算負荷が生じて走行経路制御処理（Ｓ１３）が所定計算時間内に完全に終了しなかった場合（タイムアウト）にも第２の要求信号が生成され得る。この場合において（Ｓ７１；Ｙｅｓ）、第１の要求信号と第２の要求信号のステアリング要求信号の目標舵角量に大きな差があると（Ｓ７２；Ｎｏ）、ステアリング要求信号は、第２の要求信号が採用される。一方、第１の要求信号は、最適値に更新されていないか、信号自体が生成されていないおそれがあるので（Ｎｕｌｌ値）、エンジン要求信号とブレーキ要求信号は、所定値としてもよい。

なお、上記実施形態及び上記第２実施形態は、ＥＣＵ１０が走行経路制御処理と並行して、それぞれ自動衝突防止制御処理，自動進路逸脱防止制御処理を自動緊急回避制御処理として実行している。自動衝突防止制御処理，自動進路逸脱防止制御処理は、それぞれ緊急時にブレーキ制御システム３２，ステアリング制御システム３３を作動させて障害物を回避する制御処理である。しかしながら、自動緊急回避制御処理は、他の制御処理であってもよく、例えば、緊急時に、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の１つ又は複数を作動させる制御処理であってよい。

次に、本実施形態の車両制御装置の作用について説明する。
本実施形態は、車両制御装置（ＥＣＵ）１０であって、車両１の目標走行経路Ｒを繰り返し更新する走行経路制御部１０ａと、障害物との衝突回避のための自動衝突防止制御処理（Ｓ１４；Ｓ４１−Ｓ４４）を実行する自動衝突防止制御部１０ｂと、を備える。走行経路制御部１０ａは、障害物（例えば、車両３）が検出された場合に、この障害物を回避するように目標走行経路Ｒを補正する走行経路補正処理（Ｓ１３ｂ；Ｓ３１−Ｓ３５）を実行する。走行経路制御部１０ａは、走行経路補正処理において、目標走行経路Ｒを補正して障害物を回避する複数の補正走行経路を算出し、目標走行経路Ｒに対して複数の補正走行経路を、所定の評価関数Ｊによって評価し、その評価に応じて１つの補正走行経路を選択する、ように構成されている。走行経路制御部１０ａは、選択した補正走行経路を車両１が走行するように、車両１のブレーキ制御システム３２に対する第１の要求信号を生成する。一方、自動衝突防止制御部１０ｂは、走行経路制御部１０ａとは独立して、自動衝突防止制御処理を実行して、車両１のブレーキ制御システム３２に対する第２の要求信号を生成する。ＥＣＵ１０は、走行経路制御部１０ａ及び自動衝突防止制御部１０ｂからそれぞれ第１の要求信号及び第２の要求信号を受け取る出力制御部１０ｄを更に備える。出力制御部１０ｄは、第１の要求信号又は第２の要求信号を車両１のブレーキ制御システム３２へ出力するように構成されている。

このように本実施形態では、障害物が検出された場合に、走行経路制御部１０ａが、補正走行経路を算出し、これに基づいて、ブレーキ制御システム３２を制御するための第１の要求信号を生成する。しかしながら、目標走行経路の計算処理に加え、障害物回避のために評価関数Ｊを用いて最適な補正走行経路を算出する計算処理は、走行状況によっては計算負荷が高くなり、繰り返し計算時間（更新時間）内に最適な補正走行経路を算出できないおそれがある（タイムアウト）。この場合、障害物をよりよく回避できない場合が生じ得る。

このため、本実施形態では、ＥＣＵ１０は、走行経路制御部１０ａとは別に、障害物との衝突を回避するための自動衝突防止制御部１０ｂを備えている。走行経路制御部１０ａは、走行経路計算及び補正経路計算のような負荷の高い計算処理を実行する。しかしながら、自動衝突防止制御部１０ｂは、負荷の低い計算処理（即ち、障害物との衝突回避のための自動ブレーキの計算処理）を実行すればよい。したがって、自動衝突防止制御部１０ｂは、少なくとも更新時間内には確実に計算処理を完了することができる。

よって、本実施形態では、走行経路制御部１０ａによって最適な補正走行経路が算出できない場合であっても、自動衝突防止制御部１０ｂによって、確実に障害物を回避することが可能である。これにより、本実施形態では、車両１の走行安全性を向上させることができる。

また、本実施形態では、出力制御部１０ｄは、第１の要求信号よりも、第２の要求信号を優先して出力するように構成されている。これにより本実施形態では、出力制御部１０ｄは、両方の要求信号（第１の要求信号，第２の要求信号）を受け取ったときに、障害物回避のより高い信頼性を有する第２の要求信号により、ブレーキ制御システム３２を作動させることができる。

また、本実施形態では、走行経路補正処理と自動衝突防止制御処理は、単一のＣＰＵによって所定の繰り返し計算時間内に実行される。このように本実施形態では、単一のＣＰＵによって走行経路補正処理と自動衝突防止制御処理の両方の処理が実行されるが、確実に障害物との衝突を回避することができる。

１ 車両
３ 車両
５ 道路
５ａ，５ｃ 直線区間
５ｂ カーブ区間
５_L，５_R 車線
６_L，６_R 車線両端部
７ 走行路
４０ 速度分布領域
ａ，ｂ，ｃ，ｄ 等相対速度線
Ｖ_lim 許容上限値
１００ 車両制御システム
Ｄ 幅寸法
Ｄ₀ 安全距離
Ｒ 目標走行経路
Ｒ１ 第１走行経路
Ｒ２ 第２走行経路
Ｒ３ 第３走行経路
Ｒｃ１，Ｒｃ２，Ｒｃ３ 補正走行経路
Ｘ クリアランス

Claims (3)

1. 車両制御装置であって、
   車両の目標走行経路を繰り返し更新する走行経路制御部と、
   障害物との衝突回避のための自動衝突防止制御処理を実行する自動衝突防止制御部と、を備え、
   前記走行経路制御部は、障害物が検出された場合に、この障害物を回避するように前記目標走行経路を補正する走行経路補正処理を実行し、
   前記走行経路制御部は、前記走行経路補正処理において、
   少なくとも前記障害物から前記車両に向けて、前記障害物に対する前記車両の相対速度の許容上限値の分布を規定する速度分布領域を設定し、この速度分布領域における許容上限値は前記障害物から距離が離れるほど大きくなるように設定され、
   前記速度分布領域内において前記障害物に対する前記車両の相対速度が前記許容上限値を超えないように、前記目標走行経路を補正して前記速度分布領域内を前記車両が走行するための複数の補正走行経路を算出し、
   これらの目標走行経路に対して補正された複数の前記補正走行経路を、所定の評価関数によって評価し、その評価に応じて１つの補正走行経路を選択する、ように構成されており、
   前記走行経路制御部は、選択した補正走行経路を前記車両が走行するように、前記車両のブレーキ制御システムに対する第１の要求信号を生成し、
   前記自動衝突防止制御部は、前記走行経路制御部とは独立して、前記自動衝突防止制御処理を実行して、前記車両のブレーキ制御システムに対する第２の要求信号を生成し、
   前記走行経路制御部及び前記自動衝突防止制御部からそれぞれ第１の要求信号及び第２の要求信号を受け取る出力制御部を更に備え、
   前記出力制御部は、前記第１の要求信号又は前記第２の要求信号を前記車両のブレーキ制御システムへ出力するように構成されている、車両制御装置。
2. 前記出力制御部は、前記第１の要求信号よりも、前記第２の要求信号を優先して出力するように構成されている、請求項１に記載の車両制御装置。
3. 前記走行経路補正処理と前記自動衝突防止制御処理は、単一のＣＰＵによって所定の繰り返し計算時間内に実行される、請求項１又は２に記載の車両制御装置。

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