JP6525415B1

JP6525415B1 - 車両制御装置

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Publication number: JP6525415B1
Application number: JP2017253721A
Authority: JP
Inventors: 梨絵粟根; 大村　博志; 博志大村; 哲也立畑
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2017-12-28
Filing date: 2017-12-28
Publication date: 2019-06-05
Anticipated expiration: 2037-12-28
Also published as: JP2019119258A

Abstract

【課題】計算負荷を軽減しながら、運転者に違和感を与えにくい車両制御装置を提供する。【解決手段】本発明は車両制御装置(100)であって、周辺物標検出部(10a)と、目標走行経路算出部(10c)と、目標走行経路を補正した補正走行経路を算出する補正走行経路算出部(10d)と、主制御部(10f)と、バックアップ制御部(10e)と、目標蛇角及び目標加減速度を制御信号として出力する出力調整部(10g)と、を有し、補正走行経路算出部は、回避すべき周辺物標が検出された場合において、周辺物標に対して自車両が走行可能な許容相対速度の上限ラインを設定するように構成され、上限ラインに基づいて補正走行経路を算出するように構成され、複数のセンサのうちの、１つ又は２つ以上に異常があると推定された場合には、バックアップ制御部によって算出された目標蛇角及び目標加減速度を制御信号として出力することを特徴としている。【選択図】図２

Description

本発明は、車両制御装置に関し、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。

特開２０１０−１５５５４５号公報（特許文献１）には、車両制御装置が記載されている。この車両制御装置は、障害物の緊急回避時において、その際の他車両との車間距離に応じて制動回避（ブレーキ操作のみ）と操舵回避（ステアリング操作のみ）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ように構成されている。この車両制御装置では、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、特許文献１記載の発明においては、障害物の回避が制動回避又は操舵回避の何れか一方に制約されてしまうので、車両制御装置によって選択される車両の走行経路が必ずしも適切なものにならない場合があり、このような場合には運転者に強い違和感を与えてしまうという問題がある。

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、車両制御装置による計算負荷を軽減しながら、運転者に違和感を与えにくい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、運転者による車両の運転を支援する車両制御装置であって、自車両に搭載された複数のセンサからの検出信号に基づいて周辺物標を検出する周辺物標検出部と、自車両の目標走行経路を算出する目標走行経路算出部と、この目標走行経路算出部によって算出された目標走行経路を補正した補正走行経路を算出する補正走行経路算出部と、この補正走行経路算出部によって算出された補正走行経路上を走行するための目標舵角及び目標加減速度を計算する主制御部と、目標走行経路算出部によって算出された目標走行経路上を走行するための目標舵角及び目標加減速度を計算するバックアップ制御部と、主制御部によって算出された目標舵角及び目標加減速度、又はバックアップ制御部によって算出された目標舵角及び目標加減速度を制御信号として出力する出力調整部と、を有し、補正走行経路算出部は、周辺物標検出部によって回避すべき周辺物標が検出された場合において、少なくとも周辺物標から車両に向けて、周辺物標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周辺物標から距離が離れるほど大きくなるように設定され、また、補正走行経路算出部は、速度分布領域内において周辺物標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するように構成され、複数のセンサのうちの、１つ又は２つ以上に異常があると推定された場合には、出力調整部は、バックアップ制御部によって算出された目標舵角及び目標加減速度を制御信号として出力する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、周辺物標検出部によって回避すべき周辺物標が検出された場合には、補正走行経路算出部は、周辺物標に対して車両が走行可能な許容相対速度の上限ラインを設定する。また、補正走行経路算出部は、この上限ラインに基づいて目標走行経路を補正して、補正走行経路を算出する。主制御部は、補正走行経路算出部によって算出された補正走行経路上を走行するための目標蛇角及び目標加減速度を計算する。このように、主制御部は目標走行経路を補正した補正走行経路上を走行するための目標蛇角及び目標加減速度を計算するので、車両制御装置の計算負荷を軽減することができる。さらに、複数のセンサのうちの、１つ又は２つ以上に異常があると推定された場合には、出力調整部は、バックアップ制御部によって算出された目標蛇角及び目標加減速度を制御信号として出力する。このため、センサに異常がある場合であっても、バックアップ制御部によって算出された目標蛇角及び目標加減速度に基づいて目標走行経路上を自車両が走行するので、運転支援によって運転者に与えられる違和感を少なくすることができる。

本発明において、好ましくは、複数のセンサには、自車両の前方の物標を検出する前方レーダ、自車両の前方を撮影する前方カメラ、及びその他のセンサが含まれ、出力調整部は、異常があると推定されたセンサが前方レーダ及び前方カメラ以外である場合に、バックアップ制御部によって算出された目標舵角及び目標加減速度を制御信号として出力する。

このように構成された本発明によれば、異常があると推定されたセンサが前方レーダ及び前方カメラ以外である場合に、バックアップ制御部によって算出された目標蛇角及び目標加減速度が制御信号として出力される。即ち、前方レーダ又は前方カメラに異常がある場合には、目標走行経路算出部によって算出された目標走行経路が不正確である可能性があるので、異常のあるセンサが前方レーダ及び前方カメラ以外の場合に、目標走行経路上を走行するための目標蛇角及び目標加減速度を制御信号として出力し、不正確な目標走行経路上を走行するのを回避している。

本発明において、好ましくは、出力調整部は、前方レーダ又は前方カメラに異常があると推定された場合には、バックアップ制御部による制御が不能である旨を運転者に報知する。

このように構成された本発明によれば、前方レーダ又は前方カメラに異常があると推定された場合に、バックアップ制御部による制御が不能である旨が運転者に報知されるので、運転者は車両制御装置の異常をいち早く認識することができ、これに対処した運転行動をとることができる。

本発明において、好ましくは、バックアップ制御部は、目標走行経路上を走行する自車両が速度分布領域における相対速度の許容上限値を超えるのを回避すべく、目標加減速度のみを変更する。

目標走行経路は、回避すべき周辺物標に対する走行経路の補正が行われていないので、目標走行経路上を走行し続けると、自車両は許容相対速度の上限ラインを越えてしまう。上記のように構成された本発明によれば、自車両が許容相対速度の上限ラインを満足しない領域に進入するのを回避すべく、目標走行経路上を走行する自車両の加減速度が算出されるので、車両制御装置の計算負荷を軽減しつつ、運転者に強い違和感を与えることなく衝突を回避することができる。

本発明の車両制御装置によれば、車両制御装置における計算負荷を軽減しながら、運転者に違和感を与えにくくすることができる。

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いて、補正後の走行経路が満足すべき走行経路に対する制約条件を示す図である。本発明の実施形態による車両制御装置において、補正後の走行経路が満足すべき走行経路に対する制約条件を示す図である。本発明の実施形態による車両制御装置において、補正後の走行経路が満足すべき走行経路に対する制約条件を示す図である。本発明の実施形態による車両制御装置において、補正後の走行経路が満足すべき走行経路に対する制約条件を示す図である。本発明の実施形態による車両制御装置において、補正後の走行経路が満足すべき走行パラメータに対する制約条件を示す図である。本発明の実施形態による車両制御装置において、車室外カメラ及びその他の各センサからの入力情報に基づいて、ＥＣＵにより目標蛇角及び目標加減速度を計算する手順を示すフローチャートである。本発明の実施形態による車両制御装置において、許容相対速度の上限ラインを越えないように生成された走行経路の中に、所定の制約条件を満足するものがない場合の一例を示す図である。本発明の実施形態による車両制御装置において、周辺車両の走行に起因して補正走行経路が算出不能となる場合の一例を示す図である。本発明の実施形態による車両制御装置において、評価関数の極値が複数存在する場合の一例を示す図である。本発明の実施形態による車両制御装置において、前方レーダ及び車室外カメラに異常がなく、後方レーダが故障している場合を示す図である。

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であり、図１Ｂは運転者操作部の詳細を示す図であり、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に搭載された、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、前方カメラである車室外カメラ２０、車室内カメラ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）及び運転者の挙動を検出する複数の挙動センサ（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。

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運転支援モード設定部として機能する。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、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。

車室外カメラ２０は、車両１の前方を撮像し、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。また、車両１の側方や後方を撮像する車室外カメラを設けることもできる。さらに、本実施形態においては、運転中の運転者を撮像する車室内カメラ２１も車両に備えられている。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は、ミリ波レーダ２２として、車両１の前方の対象物を検出する前方レーダ、側方の対象物の対象物を検出する側方レーダ、及び車両１の後方の対象物を検出する後方レーダが備えられている。また、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、目標加減速度が得られるように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、目標加減速度が得られるように車両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、目標蛇角が得られるように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、対象物標選択部１０ｂ、目標走行経路算出部１０ｃ、補正走行経路算出部１０ｄ、バックアップ制御部１０ｅ、主制御部１０ｆ、及び出力調整部１０ｇとして機能する単一のＣＰＵ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、車室外カメラ２０、及びその他の各センサ、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車室外カメラ２０の画像を解析し、自車両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。また、入力処理部１０ａは、ミリ波レーダ２２等のセンサからの入力信号や、車室外カメラ２０の画像の解析に基づいて、自車両の周囲に存在する周辺物標を認識するように構成されている。従って、入力処理部１０ａは、周辺物標を検出する周辺物標検出部として機能する。本実施形態においては、入力処理部１０ａは、入力された情報に基づいて、約３５種類の対象物を周辺物標として認識するように構成されている。

対象物標選択部１０ｂは、入力処理部１０ａにおいて認識された多数の周辺物標の中から、自車両の運転支援に関係する対象物標を選択するように構成されている。例えば、自車両の進行方向に存在する周辺の車両や、道路標識、横断歩道、歩行者等が、対象物標選択部１０ｂによって対象物標として選択される。本実施形態においては、対象物標選択部１０ｂは、入力処理部１０ａによって認識された約３５種類の対象物の中から、５つ程度の対象物を対象物標として選択するように構成されている。対象物標選択部１０ｂによって選択される対象物標は、自車両の走行状態や、設定されている運転支援モードに応じて変更される。

目標走行経路算出部１０ｃは、ミリ波レーダ２２、車室外カメラ２１、その他の各センサ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。

補正走行経路算出部１０ｄ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するように構成されている。例えば、補正走行経路算出部１０ｄは、対象物標選択部１０ｂによって選択された回避すべき対象物標に対して車両が走行可能な許容相対速度の上限ラインを設定し、この上限ラインを満足するように、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を補正する。

さらに、補正走行経路算出部１０ｄは、車両が走行可能な許容相対速度の上限ラインを満足する走行経路の中から、所定の制約条件を満たす走行経路を選択する。さらに、補正走行経路算出部１０ｄは、選択された走行経路の中から所定の評価関数が最小となる走行経路を最適な補正走行経路として決定するように構成されている。即ち、補正走行経路算出部１０ｄは、上限ライン、所定の評価関数及び所定の制約条件に基づいて補正走行経路を算出する。また、本実施形態においては、最適な補正走行経路を決定するための制約条件は、選択されている運転支援モードや、運転者による運転状況に応じて異なるものが設定される。

主制御部１０ｆは、補正走行経路算出部１０ｄによって算出された補正走行経路上を走行するための目標蛇角及び目標加減速度を算出する。また、バックアップ制御部１０ｅ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上を走行するための目標蛇角及び目標加減速度を算出する。
出力調整部１０ｇは、主制御部１０ｆによって算出された目標蛇角及び目標加減速度、又はバックアップ制御部１０ｅによって算出された目標蛇角及び目標加減速度を制御信号として出力する。
ＥＣＵ１０は、出力調整部１０ｇから出力された目標加減速度、目標蛇角が達成されるように、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つ又は複数に対し、要求信号を出力する。

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、４つのモードが備えられている。即ち、ＩＳＡスイッチ３６ａを操作することにより実行される運転者操舵モードである速度制限モードと、ＴＪＡスイッチ３６ｂを操作することにより実行される自動操舵モードである先行車追従モードと、ＡＣＣスイッチ３６ｃを操作することにより実行される運転者操舵モードである自動速度制御モードと、何れの運転支援モードも選択されていない場合に実行される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自動操舵モードであり、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），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。ＥＣＵ１０に備えられた入力処理部１０ａは、この車線両端部を車室外カメラ２０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、車室外カメラ２０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。

また、本実施形態では、先行車検出部としてのＥＣＵ１０は、車室外カメラ２０による画像データ、及びミリ波レーダ２２のうちの前方レーダによる測定データにより、先行車を検出する。具体的には、車室外カメラ２０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、先行車追従モードにおいて、先行車の有無、車線両端部の検出の可否にかかわらず、入力処理部１０ａによって回避すべき周辺物標が検出された場合には、目標走行経路が補正され、自動的に障害物（周辺物標）が回避される。

＜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運転者操舵モードであり、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、速度制御する運転者操舵モードであり、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。制限速度は、車室外カメラ２０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、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。ただし、車両１が対向車等に衝突する可能性がある場合には、衝突を回避する制御が実行される。また、これらの衝突回避は、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。

次に、図３乃至図５を参照して、本実施形態による車両制御装置１００により計算される複数の走行経路について説明する。図３乃至図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、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乃至図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、車室外カメラ２０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，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。目標走行経路算出部１０ｃは、車室外カメラ２０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、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走行経路が選択され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、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。
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乃至図８を参照して、本実施形態によるＥＣＵ１０の補正走行経路算出部１０ｄにおいて実行される走行経路補正処理について説明する。図６は走行経路の補正による障害物回避の説明図である。図７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り、図８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を超えることがないように走行経路の補正が実施される。

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。このように、補正走行経路算出部１０ｄは、入力処理部１０ａによって回避すべき障害物（周辺物標）が認識され、対象物標選択部１０ｂによって選択された場合には、障害物に対して車両が走行可能な許容相対速度の上限ラインを設定している。そして、この上限ラインを満足するように、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が補正される。

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許容される。

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に内蔵された入力処理部１０ａは、車室外カメラ２０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、入力処理部１０ａ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に内蔵された補正走行経路算出部１０ｄ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、補正走行経路算出部１０ｄは、車両１の速度が速度分布領域４０の許容上限値Ｖ_limを超えないように走行経路の補正を行う。補正走行経路算出部１０ｄは、障害物の回避に伴い、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、補正走行経路算出部１０ｄ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。補正走行経路算出部１０ｄ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、ＥＣＵ１０に内蔵された補正走行経路算出部１０ｄは、設定可能な補正走行経路の中から、センサ情報等に基づいて、最適な補正走行経路を決定する。即ち、補正走行経路算出部１０ｄは、設定可能な補正走行経路の中から、所定の評価関数及び所定の制約条件に基づいて最適な補正走行経路を決定する。

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。補正走行経路算出部１０ｄは、最適な補正走行経路を決定するに際し、制約条件及び車両モデルを満たす範囲で、評価関数Ｊが極値をもつ最適な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、目標走行経路を補正した複数の走行経路の良否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。

本実施形態においては、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、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。

本実施形態においては、目標走行経路を補正した走行経路の評価が高いほど評価関数Ｊは小さな値をもつので、評価関数Ｊが極小値となる走行経路が、補正走行経路算出部１０ｄによって最適な補正走行経路として算出される。

制約条件は、補正走行経路が満足する必要がある条件であり、制約条件によって評価すべき補正走行経路を絞り込むことにより、評価関数Ｊによる最適化処理に要する計算負荷を減少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。

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。
このように、補正走行経路算出部１０ｄは、目標走行経路、制約条件、車両モデル等に基づいて、多数の走行経路の中から、評価関数Ｊが最小になる最適な補正走行経路を算出する。

次に、図９乃至図１３を参照して、補正走行経路に対する制約条件を説明する。図９乃至図１２は、補正後の走行経路が満足すべき、走行経路に対する制約条件を示す図である。図１３は、補正後の走行経路が満足すべき走行パラメータに対する制約条件を示す図である。

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は、補正走行経路算出部１０ｄによって、周辺物標に対して自車両が走行可能な許容相対速度の上限ライン（図６）、上述した評価関数Ｊ、及び以下に説明する制約条件に基づいて補正され、補正走行経路が算出される。即ち、周辺物標に対する許容相対速度の上限ラインを越えないように変更された走行経路のうち、各制約条件を満足すると共に、評価関数の値が最も小さくなる走行経路が最適な補正走行経路として算出される。

図９に示すように、例えば、自動操舵モードである先行車追従モードの実行中であり、且つ車室外カメラ２０によって車線が検出されている場合には、目標走行経路算出部１０ｃは、車線両側の区画線の中央に目標走行経路Ｒを設定し、補正走行経路算出部１０ｄは、制約条件として、検出された車線（両側の区画線の外側の領域Ａ（図９の斜線の領域））を設定する。即ち、車線が検出されている場合には、先行車追従モードの実行中であっても、車線の中央に目標走行経路Ｒが設定され、車線の外側の領域Ａに制約条件が設定される。このように制約条件が設定されることにより、補正走行経路算出部１０ｄは、車両１が領域Ａに侵入しない範囲で目標走行経路Ｒを補正する。

一方、図１０に示すように、先行車追従モードにおいて、車線が検出されず、且つ先行車両が検出されている場合には、先行車３の走行軌跡が目標走行経路Ｒとして設定される。さらに、この目標走行経路Ｒ（先行車両の走行軌跡）を自車両が走行した場合における推定走行経路を中心とする自車幅よりも外側の領域Ａが制約条件として設定される。このように、先行車３の走行軌跡と同一の経路を自車が走行した場合において、自車が通る領域の外側が制約条件として設定される。このように制約条件が設定されることにより、補正走行経路算出部１０ｄは、車両１が領域Ａに侵入しない範囲で目標走行経路Ｒを補正する。

さらに、図１１に示すように、先行車追従モードにおいて、車線及び先行車両が検出されていない場合には、運転者の意志による現在の運転状況が継続された場合に車両が走行すると推定される推定走行経路が目標走行経路Ｒとして設定され、この推定走行経路を中心として、自車幅よりも外側の領域Ａが制約条件として設定される。即ち、先行車両が検出されていない場合には、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Ｒを基準とした制約条件が設定される。このように制約条件が設定されることにより、補正走行経路算出部１０ｄは、車両１が領域Ａに侵入しない範囲で目標走行経路Ｒを補正する。

また、図１２に示すように、先行車追従モード以外の制御モードにおいて、車線が検出されている場合には、運転者の意志による現在の運転状況が継続された場合に車両が走行すると推定される推定走行経路が目標走行経路Ｒとして設定される。図１２に示す例では、車両１は、車線内において、車線中央よりも左側の区画線に近い位置を、運転者の意志により走行しており、この運転状況が継続すれば、車両１は左側の区画線に近い位置を走行し続けると推定される。このため、推定される走行経路である車線中央よりも左側の区画線に近い位置が、目標走行経路Ｒとして設定される。さらに、この推定走行経路を中心として、自車幅よりも外側の領域であり、車線両側の区画線よりも外側の領域である領域Ａが制約条件として設定される。このように制約条件が設定されることにより、補正走行経路算出部１０ｄは、車両１が領域Ａに侵入しない範囲で目標走行経路Ｒを補正する。

次に、図１３を参照して、補正後の走行経路が満足すべき走行パラメータに関する制約条件を説明する。
上述したように、ＥＣＵ１０の目標走行経路算出部１０ｃは目標走行経路Ｒを算出し、この目標走行経路Ｒは、補正走行経路算出部１０ｄによって、上記各制約条件（図９乃至図１２）を満足するように補正される。これに加えて補正走行経路算出部１０ｄは、制約条件として、図１３に示す走行パラメータの制限値をも満足するように目標走行経路Ｒを補正する。即ち、補正された走行経路が図９乃至図１２に示す制約条件を満足しているとしても、自車両１の運動性能に対して実現困難な走行経路であったり、車両の乗員に不快感を与える走行経路であったりしては、採用することができない。このため、本実施形態においては、車両の加速度等、自車両の運動に関する走行パラメータに対しても制約条件を設けている。

即ち、図１３に示すように、本実施形態では、先行車追従モード（ＴＪＡ）において、自車の前後加速度が±３ｍ／ｓ²以内に制限され、自車の横加速度が±４ｍ／ｓ²以内に制限され、自車の前後加加速度が±５ｍ／ｓ³以内に制限され、自車の横加加速度が±２ｍ／ｓ³以内に制限され、自車の操蛇角が±９０ｄｅｇ以内に制限され、自車の操蛇角速度が±９０ｄｅｇ／ｓ以内に制限され、自車のヨーレートが±１０ｄｅｇ／ｓ以内に制限される。このように、自動操舵モードである先行車追従モードにおいては、制約条件が走行パラメータの絶対値として与えられ、走行パラメータにこのような制約条件を設けることにより、車両の乗員に大きなＧ（加速度）が作用し、不快感を与えるのを防止している。

次に、図１４を参照して、ＥＣＵ１０による目標蛇角及び目標加減速度の計算手順を説明する。図１４は、車室外カメラ２０及びその他の各センサからの入力情報に基づいて、ＥＣＵ１０により目標蛇角及び目標加減速度を計算する手順を示すフローチャートである。この図１４に示すフローチャートによる処理は、運転支援制御の実行中において、所定の時間間隔で繰り返し実行される。本実施形態においては、図１４に示すフローチャートの処理は、目標走行経路や補正走行経路を更新する時間間隔である約０．１秒毎に実行される。

まず、図１４のステップＳ１においては、車室外カメラ２０及びその他の各センサからの入力情報に基づいて、車両１が走行している走行路の情報や、車両状態の情報が検出される。このステップＳ１における処理は、主としてＥＣＵ１０の入力処理部１０ａによって実行される。走行路の情報としては、車両１が走行している車線の幅や、直線道路か、カーブした道路か等の道路形状に関する情報が、主として車室外カメラ２０によって撮像された画像から検出される。また、車両状態の情報としては、車速センサ２３によって測定された現在の車速や、操蛇角センサ２６によって測定された現在の操舵角、アクセルセンサ２７によって測定されたアクセルペダルの踏み込み量等が検出される。

次に、ステップＳ２においては、主としてミリ波レーダ２２や車室外カメラ２０からの入力情報に基づいて、車両１の周辺に存在する物標の情報が検出（認識）される。ステップＳ２において検出される物標は、本実施形態においては、目標走行経路が生成される約３秒後までに車両１が到達する可能性のある範囲に存在する物標であり、先行車、歩行者、障害物、信号、道路標識、横断歩道等が検出される。このステップＳ２における物標の検出処理も、主としてＥＣＵ１０の入力処理部１０ａによって実行される。
さらに、ステップＳ２においては、検出された周辺物標の中から走行経路の算出に必要な対象物標が選択される。この周辺物標から対象物標を選択する処理は、主としてＥＣＵ１０の対象物標選択部１０ｂによって実行される。

また、ＥＣＵ１０に接続された車室外カメラ２０や、その他の何れかのセンサからの検出信号が入力されない場合、或いは、車室外カメラ２０を含む各センサの検出信号相互間の検出信号の間に整合性がない場合には、入力処理部１０ａは何れかのセンサに異常があると推定する。例えば、ミリ波レーダ２０のうちの前方レーダ及び側方レーダによって検出されるべき位置にある物標が、一方のレーダのみによって検出されている場合や、車室外カメラ２０の画像に基づいて障害物の存在が検出されているにも関わらず、これに対応する対象物が何れのミリ波レーダ２２によっても検出されていない場合等は、車室外カメラ２０を含む何れかのセンサに異常があると推定される。

次いで、ステップＳ３においては、ステップＳ１において検出された走行路情報、車両状態情報、及びステップＳ２において検出、選択された対象物標の情報に基づいて目標走行経路（図３乃至図５）が算出される。このステップＳ３における目標走行経路の算出は、主としてＥＣＵ１０の目標走行経路算出部１０ｃによって実行される。上述したように、目標走行経路は設定されている運転支援モードに応じて設定される走行経路であり、目標走行経路の算出には、対象物標選択部１０ｂによって選択された先行車や、歩行者、障害物等は加味されない。しかしながら、本実施形態においては、対象物標が信号や横断歩道である場合には、目標走行経路の算出にこれらの対象物標が加味される。具体的には、車両１が赤信号や横断歩道に接近している場合において、車両の走行速度を低下させるように目標走行経路を算出することもできる。

さらに、ステップＳ４においては、ステップＳ３において算出された目標走行経路、及びステップＳ２において検出、選択された対象物標の情報に基づいて、目標走行経路が補正され、補正走行経路が算出される。このステップＳ４における補正走行経路の算出は、主としてＥＣＵ１０の補正走行経路算出部１０ｄによって実行される。なお、目標走行経路上に回避すべき障害物等が存在しない場合には、目標走行経路の補正は実行されず、目標走行経路と補正走行経路は同一になる。

目標走行経路上に回避すべき障害物等の物標が存在する場合には、この物標との衝突を回避するために、物標に対して車両１が走行可能な許容相対速度の上限ラインが設定される（図６）。さらに、補正走行経路算出部１０ｄは、許容相対速度の上限ラインを越えないように複数の走行経路（例えば、図６のＲｃ１〜Ｒｃ３）を生成すると共に、これらの走行経路の中から、所定の制約条件（例えば、図９乃至図１３）を満足しないものを排除する。さらに、排除されずに残った各走行経路について評価関数Ｊを計算し、この値の極値（極小値）に対応する走行経路が、補正走行経路として算出される。

なお、補正走行経路の算出は、目標走行経路が複雑な場合や、複数の障害物が存在する場合、評価関数Ｊを計算すべき走行経路が多数存在する場合等には計算負荷が大きくなる。計算負荷が大きく、所定の時間内に補正走行経路を算出できない場合には、補正走行経路を算出するステップＳ４の処理が途中で打ち切られる。本実施形態においては、ステップＳ４における補正走行経路の算出処理は、図１４のフローチャートを実行する時間周期である０．１秒以下に設定された所定の制限時間内に計算が完了しない場合には打ち切られる。

さらに、図１５に示すように、許容相対速度の上限ラインを越えないように生成された走行経路の中に、所定の制約条件を満足するものがない場合には、ステップＳ４において、補正走行経路は算出されない。即ち、図１５に示す例においては、自車両１の目標走行経路は走行中の車線の中央に設定されているが、前方に車両３が駐車しているため、目標走行経路上をそのまま走行すると車両３と衝突してしまうので目標走行経路を補正する必要がある。

ここで、図１５に示す速度分布領域４０は、許容できる相対速度の上限がゼロのライン（許容相対速度の上限ライン）である。従って、如何に速度を低下させたとしても、自車両１が図１５の速度分布領域４０の内側に進入する走行経路は許容されない。このため、補正走行経路算出部１０ｄは、自車両１が速度分布領域４０の内側に進入しないように補正走行経路を算出しようとするが、速度分布領域４０に進入しない経路をとると、制約条件によって進入が規制されている領域Ａに自車両１が進入してしまう。このような場合には、制約条件を満足する補正走行経路を算出することができない。

また、図１６に示す例のように、周辺車両の走行に起因して補正走行経路が算出不能となる場合もある。図１６は、目標走行経路（障害物等がないため補正走行経路も同一）上を走行している自車両１の直前に、周辺車両３が突然車線変更して近づいた例を示している。このような場合には、周辺車両３の走行に起因して、自車両１が偶発的に周辺車両３に対する許容相対速度の上限ラインの内側に進入してしまうことがある。例えば、直前に車線変更してきた周辺車両３との間の相対速度が２０ｋｍ／ｈであるにも関わらず、自車両１の前端が許容相対速度２０ｋｍ／ｈのラインよりも内側に入ってしまった場合である。補正走行経路算出部１０ｄは、自車両１が許容相対速度の上限ラインの内側に進入することがないよう補正走行経路を算出するように構成されているが、周辺車両の走行に起因して突発的に上限ラインを満足しない領域に進入してしまった場合には、この時点において補正走行経路を算出することができなくなる。

さらに、図１７に示す例のように、評価関数Ｊの極値が複数存在する場合にも、補正走行経路の算出が困難となる場合がある。図１７に示す例では、自車両１が走行している車線のほぼ中央に障害物４２が存在し、自車両１がこの障害物４２を回避すべく、障害物４２の右側を通過することも、左側を通過することも可能になっている。このような状況では、評価関数Ｊは、障害物４２の右側を通過する走行経路と、左側を通過する走行経路の２つの走行経路に対応する２つの極値（極小値）もつこととなる。このような場合において、２つの極値の値が同一である場合には、最も適切な１つの補正走行経路を算出することが困難となる。また、評価関数Ｊの値が２つ以上の極値をもつ場合には、評価関数Ｊにより走行経路が適正に評価できていない可能性もある。

次いで、ステップＳ５においては、ＥＣＵ１０の主制御部１０ｆ及びバックアップ制御部１０ｅによって、目標蛇角及び目標加減速度が計算される。即ち、主制御部１０ｆは、ステップＳ４において算出された補正走行経路上を走行するための目標蛇角及び目標加減速度を算出する。一方、バックアップ制御部１０ｅは、ステップＳ３において算出された目標走行経路上を走行するための目標蛇角及び目標加減速度を算出する。なお、目標走行経路上に障害物等が存在する場合には、バックアップ制御部１０ｅは、この障害物との衝突を回避するために目標加減速度を変更する（減速する）。また、目標走行経路上を走行した場合にも自車両が、障害物（周辺物標）に対する許容相対速度の上限ラインを満足しない領域に進入しないよう、目標加減速度を算出するようにバックアップ制御部１０ｅを構成することもできる。しかしながら、バックアップ制御部１０ｅは、障害物との衝突を回避するための目標蛇角の変更は実行せず、目標蛇角は、専ら目標走行経路に沿って走行することを目的として算出される。

図１４に示すフローチャートでは、ステップＳ３において目標走行経路が算出され、ステップＳ４において補正走行経路が算出され、ステップＳ５において目標走行経路及び補正走行経路を夫々走行するための目標蛇角及び目標加減速度が夫々算出されているが、これらの処理の一部又は全部を１つ又は複数のＣＰＵによって並列的に処理することもできる。或いは、これらの処理の順序を適宜入れ替えることもできる。

次に、ステップＳ６においては、補正走行経路の信頼度が計算される。上述したように、ステップＳ２において、車室外カメラ２０やその他の何れかのセンサ等に異常があると推定された場合には、算出された補正走行経路の信頼度が低いということができる。また、ステップＳ４において、所定の制限時間内に補正走行経路を算出する計算が完了せず、途中で計算が打ち切られた場合にも、算出された補正走行経路の信頼度が低いということができる。さらに、ステップＳ４において、許容相対速度の上限ラインを越えないように生成された走行経路の中に、所定の制約条件を満足するものがない場合も補正走行経路の信頼度が低いとすることができる。

さらに、本実施形態においては、ステップＳ４において計算された評価関数Ｊが複数の極値をもつ場合にも、補正走行経路の信頼度が低いものと評価される。しかしながら、評価関数Ｊの極値が複数存在する場合であっても、最も評価が高い極値が他の極値よりも所定値以上評価が高い場合には、最も評価が高い極値に対応する走行経路を、信頼度の高い補正走行経路とすることもできる。即ち、評価関数Ｊの極値は複数存在するものの、最も小さい極小値の値が飛び抜けて小さく、２番目に小さい極小値の値よりも所定値以上小さい場合に、最も小さい極小値に対応する補正走行経路を、信頼度の高い補正走行経路とすることもできる。逆に、評価関数Ｊの最も評価が高い極小値が、所定の評価値以下の低い評価である場合には、極小値が単一であっても、その極小値に対応する補正走行経路を、信頼度の低い補正走行経路とすることもできる。即ち、評価関数Ｊの極値が１つである場合でも、その極小値における評価関数Ｊの絶対的な値が大きい（評価が低い）場合には、その極値に対応する走行経路を信頼度の低い補正走行経路とすることもできる。

次いで、ステップＳ７においては、ステップＳ４において算出された補正走行経路が、信頼度が高く適正なものであるか否かが判断される。補正走行経路が適正なものと判断された場合にはステップＳ８に進み、適正なものでないと判断された場合にはステップＳ９に進む。ステップＳ８においては、主制御部１０ｆによって算出された、補正走行経路を走行するための目標蛇角及び目標加減速度が制御信号としてＥＣＵ１０から出力されて、図１４に示すフローチャートの１回の処理を終了する。

本実施形態においては、車室外カメラ２０やその他の何れかのセンサ等に異常があると推定された場合、途中で計算が打ち切られた場合、及び制約条件を満足する走行経路がない場合の何れの場合においても、補正走行経路が適正なものではないと判断される。或いは、センサ等の異常の程度、計算が打ち切られるまでに算出された走行経路の評価関数Ｊの値、制約条件の逸脱の程度等を点数化し、この点数に応じて補正走行経路が適正であるか否かを判断するように本発明を構成することもできる。

ステップＳ７において補正走行経路が適正なものでないと判断された場合にはステップＳ９に進み、ミリ波レーダ２２のうちの前方レーダ及び車室外カメラ２０に異常があるか否かが判断される。前方レーダ及び車室外カメラ２０に異常がない場合にはステップＳ１０に進み、バックアップ制御部１０ｅによって算出された、目標走行経路を走行するための目標蛇角及び目標加減速度が制御信号としてＥＣＵ１０から出力されて、図１４に示すフローチャートの１回の処理を終了する。

このように、前方レーダ及び車室外カメラ２０に異常がない場合であっても、その他のセンサに異常が推定されている場合には、主制御部１０ｆによる、補正走行経路を走行するための目標蛇角及び目標加減速度は採用されない。即ち、図１８に一例を示すように、ミリ波レーダ２２のうちの前方レーダ及び車室外カメラ２０に異常がなく、補正走行経路が算出されている場合であっても、後方レーダが故障している場合には、自車両１が駐車している前方の車両３を回避した後、車線内の元の走行位置に復帰する際に安全が十分に確認できないためである。

一方、ステップＳ９において、前方レーダ及び車室外カメラ２０の何れかに異常があると推定されている場合にはステップＳ１１に進む。ステップＳ１１においては、出力調整部１０ｇは、主制御部１０ｆ及びバックアップ制御部１０ｅによる何れの制御も実行せず、センサに異常があり、主制御部１０ｆ及びバックアップ制御部１０ｅによる制御が不能である旨を運転者に報知して、図１４に示すフローチャートの１回の処理を終了する。即ち、前方レーダ及び車室外カメラ２０の何れかに異常があると推定されている場合には、算出されている目標走行経路についても信頼性が十分でないため、バックアップ制御部１０ｅによる制御も実行されない。

本発明の実施形態の車両制御装置１００によれば、主制御部１０ｆは目標走行経路（図３〜図５）を補正した補正走行経路（図６）上を走行するための目標蛇角及び目標加減速度を計算するので、車両制御装置１００の計算負荷を軽減することができる。さらに、複数のセンサのうちの、１つ又は２つ以上に異常があると推定された場合には、出力調整部１０ｇは、バックアップ制御部１０ｅによって算出された目標蛇角及び目標加減速度を制御信号として出力する。このため、センサに異常がある場合であっても、バックアップ制御部１０ｅによって算出された目標蛇角及び目標加減速度に基づいて目標走行経路上を自車両が走行するので、運転支援によって運転者に与えられる違和感を少なくすることができる。

また、本実施形態の車両制御装置１００によれば、マイクロ波レーダ２２のうちの前方レーダ又は車室外カメラ２０に異常がある場合（図１４のステップＳ９→Ｓ１１）には、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が不正確である可能性があるので、異常のあるセンサが前方レーダ及び車室外カメラ２０以外の場合に、目標走行経路上を走行するための目標蛇角及び目標加減速度を制御信号として出力し、不正確な目標走行経路上を走行するのを回避している。

さらに、本実施形態の車両制御装置１００によれば、マイクロ波レーダ２２のうちの前方レーダ又は車室外カメラ２０に異常があると推定された場合に、バックアップ制御部１０ｅによる制御が不能である旨が運転者に報知される（図１４のステップＳ１１）ので、運転者は車両制御装置１００の異常をいち早く認識することができ、これに対処した運転行動をとることができる。

また、本実施形態の車両制御装置１００によれば、自車両１が許容相対速度の上限ライン（図６）を満足しない領域に進入するのを回避すべく、目標走行経路上を走行する自車両１の加減速度が算出されるので、車両制御装置１００の計算負荷を軽減しつつ、運転者に強い違和感を与えることなく衝突を回避することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、上述した実施形態に種々の変更を加えることができる。

１車両
１０車両制御演算部（ＥＣＵ）
１０ａ入力処理部（周辺物標検出部）
１０ｂ対象物標選択部
１０ｃ目標走行経路算出部
１０ｄ補正走行経路算出部
１０ｅバックアップ制御部
１０ｆ主制御部
１０ｇ出力調整部
２０車室外カメラ
２１車室内カメラ（前方カメラ）
２２ミリ波レーダ（前方レーダ）
２３車速センサ
２４加速度センサ
２５ヨーレートセンサ
２６操舵角センサ
２７アクセルセンサ
２８ブレーキセンサ
２９測位システム
３０ナビゲーションシステム
３１エンジン制御システム
３２ブレーキ制御システム
３３ステアリング制御システム
３５運転者操作部（運転支援モード設定部）
３６ａＩＳＡスイッチ
３６ｂＴＪＡスイッチ
３６ｃＡＣＣスイッチ
３７ａ距離設定スイッチ
３７ｂ車速設定スイッチ
４０速度分布領域
１００車両制御装置

Claims

運転者による車両の運転を支援する車両制御装置であって、
自車両に搭載された複数のセンサからの検出信号に基づいて周辺物標を検出する周辺物標検出部と、
自車両の目標走行経路を算出する目標走行経路算出部と、
この目標走行経路算出部によって算出された上記目標走行経路を補正した補正走行経路を算出する補正走行経路算出部と、
この補正走行経路算出部によって算出された上記補正走行経路上を走行するための目標舵角及び目標加減速度を計算する主制御部と、
上記目標走行経路算出部によって算出された上記目標走行経路上を走行するための目標舵角及び目標加減速度を計算するバックアップ制御部と、
上記主制御部によって算出された目標舵角及び目標加減速度、又は上記バックアップ制御部によって算出された目標舵角及び目標加減速度を制御信号として出力する出力調整部と、を有し、
上記補正走行経路算出部は、上記周辺物標検出部によって回避すべき周辺物標が検出された場合において、少なくとも上記周辺物標から上記車両に向けて、上記周辺物標に対する上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上記周辺物標から距離が離れるほど大きくなるように設定され、また、上記補正走行経路算出部は、上記速度分布領域内において上記周辺物標に対する上記車両の相対速度が上記許容上限値を超えないように、上記目標走行経路を補正して上記速度分布領域内を上記車両が走行するための複数の補正走行経路を算出するように構成され、
上記複数のセンサのうちの、１つ又は２つ以上に異常があると推定された場合には、上記出力調整部は、上記バックアップ制御部によって算出された目標舵角及び目標加減速度を制御信号として出力することを特徴とする車両制御装置。
上記複数のセンサには、自車両の前方の物標を検出する前方レーダ、自車両の前方を撮影する前方カメラ、及びその他のセンサが含まれ、上記出力調整部は、異常があると推定されたセンサが上記前方レーダ及び上記前方カメラ以外である場合に、上記バックアップ制御部によって算出された目標舵角及び目標加減速度を制御信号として出力する請求項１記載の車両制御装置。
上記出力調整部は、上記前方レーダ又は上記前方カメラに異常があると推定された場合には、上記バックアップ制御部による制御が不能である旨を運転者に報知する請求項２記載の車両制御装置。
上記バックアップ制御部は、目標走行経路上を走行する自車両が上記速度分布領域における相対速度の許容上限値を超えるのを回避すべく、目標加減速度のみを変更する請求項１乃至３の何れか１項に記載の車両制御装置。