JP6972503B2 - 車両制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両制御装置に係り、特に、車両の走行を支援する車両制御装置に関する。

従来、種々の車両用の走行支援装置が提案されている。例えば、特許文献１に記載の走行支援装置では、車速に基づいて、車両と対象物との間に安全距離が設定され、車両と対象物との間の距離が安全距離より小さくならないように車両の減速制御，操舵制御が行われる。

この走行支援装置において、車両と対象物との間の安全距離は、ドライバの操作や自動制御による操舵／制動によって対象物への衝突を回避できるように設定される。したがって、例えば、車両が対象物（車両等）とすれ違って、対象物を追い抜く場合においても、車両と対象物との間には少なくとも安全距離が確保され、衝突や接触を回避することができると考えられる。

特開２００６−２１８９３５号公報

上述のように車両が対象物を追い越す場合、車両と対象物との間隔（横方向距離）は、少なくとも衝突及び接触を回避可能な所定の距離より大きいことが必要である。これに加えて、上記横方向距離は、車両のドライバ（及び、対象物）が安全及び安心と感じるような距離であることが望ましい。

しかしながら、天候（降雨，降雪，霧等）や時刻／明るさ（夕方，夜間等）による外部環境の変化に応じて、ドライバの視認性は変化する。そして、視認性が変化すると、安全及び安心と感じる距離も変化する。即ち、雨や暗さ等に起因して視認性が低下したときは、視認性が良好であるときに安全及び安心と感じる距離で対象物とすれ違っても、ドライバが安全及び安心と感じない場合が生じ得る。

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、視認性が低下してもドライバが安全及び安心と感じるように車両が対象物とすれ違うことを実現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、本発明の車両制御装置は、所定の対象物の周囲において少なくとも車両と対象物との間に対象物に対する複数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、この速度分布領域内において複数の相対速度の許容上限値が少なくとも対象物からの距離に応じて設定され、車両の走行中の各位置に対して、この速度分布領域に規定された各位置での相対速度の許容上限値を超えないように車両の速度制御及び／又は操舵制御を実行するように構成され、車両制御装置は、外部環境情報取得センサにより取得された外部環境情報に基づいて車両のドライバの視認性の程度を推定し、推定した視認性の程度に応じて速度分布領域における対象物からの距離に対する複数の相対速度の許容上限値の関係を変更するように構成されていることを特徴とする。

このように構成された本発明によれば、車両制御装置は、ドライバの視認性の変化に応じて、速度分布領域において、対象物に対する車両の相対速度の許容上限値の分布を変更することができる。これにより、本発明では、車両が対象物とすれ違う際の対象物と車両との間の距離を、視認性を考慮して設定することができる。

本発明において、好ましくは、車両制御装置は、速度分布領域において、対象物からの同距離における相対速度の許容上限値を、視認性の程度が低いほど小さく設定する。
視認性の低い状況では、車両のドライバが安心及び安全と感じる相対速度はより低速となる。このため、本発明では、視認性が低い状況では相対速度の許容上限値を小さな値に設定することにより、視認性が低下しても、車両のドライバが安心及び安全と感じるように車両が対象物とすれ違うことを実現することができる。

本発明において、好ましくは、速度分布領域は、対象物からの横方向距離に応じて複数の相対速度の許容上限値が規定され、車両制御装置は、視認性の程度に応じて対象物からの横方向距離に対する相対速度の許容上限値の関係を変更する。
車両が対象物とすれ違う際に安全及び安心と感じる相対速度は、対象物と車両との横方向距離に依存する。このため、本発明では、少なくとも横方向距離に対する相対速度の許容上限値の関係を変更することにより、視認性の程度に応じた適切な相対速度の許容上限値を規定することができる。

本発明において、好ましくは、外部環境情報は、少なくとも天候，時刻，又は車両外部の明るさを含む。
このように構成された本発明によれば、少なくとも天候（雨天等），時刻（夕方，夜間等），又は車両の外部の明るさを、視認性に影響を与える要因として考慮することができる。

本発明によれば、視認性が低下してもドライバが安全及び安心と感じるように車両が対象物とすれ違うことを実現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よ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よる障害物回避制御の説明図である。 本発明の実施形態による障害物に対する相対速度の許容上限値とクリアランスとの関係を示す図である。 本発明の実施形態による走行経路補正処理の説明図である。 本発明の実施形態による車両モデルの説明図である。 本発明の実施形態による進入禁止領域の説明図である。 本発明の実施形態による視認性が良好なときの速度分布領域の設定についての説明図である。 本発明の実施形態による視認性が良好なときの速度分布領域の設定についての説明図である。 本発明の実施形態による視認性が不良なときの速度分布領域の設定についての説明図である。 本発明の実施形態による視認性が不良なときの速度分布領域の設定についての説明図である。 本発明の実施形態による車両制御装置の処理フローである。 本発明の実施形態による速度分布領域の設定に用いるゲイン係数の設定処理フローである。

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。先ず、図１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である。

図１に示すように、車両制御システム１００は、車両１（図２参照）に搭載されており、車両制御装置（ＥＣＵ）１０と、複数のセンサと、複数の制御システムとを備えている。複数のセンサには、車載カメラ２１，ミリ波レーダ２２，車速センサ２３，測位システム２４，ナビゲーションシステム２５，ワイパーセンサ２６，光度センサ２７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。

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、複数のセンサ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。このため、ＥＣＵ１０は、機能的に、データ取得部と、対象物検知部と、位置及び相対速度算出部と、速度分布領域設定部と、経路算出部と、走行制御実行部とを備えている。

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、構造物）を特定する。なお、ＥＣＵ１０は、画像データから対象物の進行方向又は前後方向を特定することができる。

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、道路構造物等）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），車両１に対する対象物の相対速度，対象物の存在範囲又は大きさ（幅）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，超音波センサ，車載カメラ等を用いて対象物との距離及び相対速度，対象物の存在範囲又は大きさ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、対象物の位置，速度及び存在範囲のための測定装置を構成してもよい。

車速センサ２３は、車両１の絶対速度を算出する。
測位システム２４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）を算出する。
ナビゲーションシステム２５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。

ワイパーセンサ２６は、ワイパーの作動状態を示す作動信号を出力する。即ち、ワイパー作動中はＯＮ信号が出力され、ワイパー不作動中はＯＦＦ信号が出力される。ＥＣＵ１０は、ＯＮ信号を受信すると、天候が雨であると判定する。
光度センサ２７は、車両１の外部の明るさ（光度）を測定し、外部の光度に応じた測定信号を出力する。

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。

次に、図２〜図５を参照して、本実施形態による車両制御システム１００において実行される目標走行経路計算処理について説明する。図２は障害物回避制御の説明図、図３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４は走行経路補正処理の説明図、図５は車両モデルの説明図である。
図２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、構造物等）とすれ違うとき（又は追い抜くとき）、車両１のドライバは、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のドライバ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のドライバは、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、ドライバは、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２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、自動運転支援制御において、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２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２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。また、等相対速度線ａと障害物との間には、進入禁止領域４２が設定されている。

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２では、車両３の右側領域）に設定されればよい。

図３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３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（定数）である。また、Ｄ₀も定数である。しかしながら、ｋ，Ｄ₀を障害物の種別等に依存して設定するように構成してもよい。

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３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、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、障害物の種別を考慮してもよい。

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。本実施形態では、特に、障害物は、車両、歩行者（自転車含む）、道路上で移動しない構造物（ガードレール，電柱，縁石，壁等）の少なくとも３つの種別に分類される。

図２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からの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、障害物の種別（この場合は、車両）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）、障害物の大きさを算出する。なお、障害物の位置は、車両１の進行方向に沿ったｙ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ｘ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２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、目標走行経路を補正する。目標走行経路（目標位置及び目標速度を含む）は、ＥＣＵ１０により、所定の繰返し時間毎（例えば、０．１〜０．３秒毎）に計算される。例えば、目標走行経路は、車両１が走行路７の幅方向の中央位置を所定速度（ユーザ設定速度、標識速度等）で走行するように設定される。

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２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２の経路Ｒｃ３）、目標位置及び目標速度の両方が変更される（図２の経路Ｒｃ２）。

例えば、図２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。

図４に示すように、ＥＣＵ１０は、目標走行経路計算部（経路算出部）１０ａとして機能し、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（目標走行経路計算部１０ａ）は、走行経路補正処理により、補正走行経路（例えば、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、運転支援制御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、−４ｍ／ｓ²≦縦加速度≦３ｍ／ｓ²、−５ｍ／ｓ²≦横加速度≦５ｍ／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５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５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６を参照して、本実施形態の速度分布領域内に設定される進入禁止領域（パーソナルゾーン）について説明する。図６は進入禁止領域の説明図である。なお、図６における寸法は必ずしも正確ではない。

図６に示すように、速度分布領域４０において、等相対速度線ａ（Ｖ_lim＝０ｋｍ／ｈ；ゼロ境界線）の内側領域には、近接領域（相対速度ゼロ領域）４４が設定されている。自動運転支援制御の実行中において、車両１は近接領域４４内へ進入しないように制御される。しかしながら、対象物が急激な挙動（例えば、急制動、割り込み等）をしたときに、車両１が近接領域４４内へ進入することは許容されている。車両１が近接領域４４内に進入した場合、ＥＣＵ１０は、車両１が近接領域４４から外部へ向けて離れるように走行経路を計算し、これに基づいて速度制御及び／又は操舵制御を実行する。

例えば、車両１が後方から先行車両３（走行車両）の近接領域４４内へ進入した場合には、車両１は、相対速度が負になるように（即ち、先行車両３よりも車両１の車速が低速）、速度制御（例えば、制動制御）される。この制御により、車両１は近接領域４４の後方に位置することになる。

また、近接領域４４内には、先行車両３の外側には等相対速度線ａから離間して、進入禁止領域４２が設定されている。近接領域４４とは異なり、進入禁止領域４２内への車両１の進入は許容されない。よって、ＥＣＵ１０は、対象物の急激な挙動に起因して車両１が等相対速度線ａを超えて近接領域４４内（進入禁止領域４２と等相対速度線ａとの間の安全バッファ領域内）に進入した場合であっても、車両１が進入禁止領域４２内に進入しないように自動運転支援制御を実行する。このため、上述の評価関数Ｊを用いた走行経路補正処理において、進入禁止領域は、最も厳しい制約条件（制約ファクタ）の１つに設定される。これにより、対象物が急激な挙動をした場合に、速度制御及び／又は操舵制御により、車両１が進入禁止領域内へ進入することが回避される。

本実施形態において、進入禁止領域４２は、単に車両１が先行車両３に衝突することを回避するための距離として設定されているのではなく、車両１が先行車両３に近づいたときに、車両１の乗員が危険と感じることなく、安全に運転していると感じることができる距離として設定されている。

以下において、進入禁止領域４２及び近接領域４４について詳しく説明する。
図６に示すように、進入禁止領域４２は、先行車両３の周囲（全周）に設定された領域である。即ち、進入禁止領域４２は、先行車両３の前方位置，後方位置，側方位置にそれぞれ設定された、前方境界線４２Ａ（前方端），後方境界線４２Ｂ（後方端），側方境界線４２Ｃ（側方端）によって囲まれた矩形領域である。
なお、以下の式において、Ｌｃは車両１の全長（縦長さ）（ｍ）、Ｗｃは車両１の全幅（横方向の長さ）（ｍ）である。

前方境界線４２Ａは、先行車両３の前方端から所定の前方距離Ｄａだけ離れた位置に設定されている。所定の前方距離Ｄａは、以下の式１で求められる。
Ｄａ＝Ｌｃ／２＋Ｍａ ・・・（式１）
Ｍａ＝ｋ₁Ｖｐ＋ｋ₂

なお、Ｍａは安全マージン（ｍ）、Ｖｐは先行車両３の走行速度（ｍ／ｓ）（車両１の進行方向の絶対速度）、ｋ₁は速度係数、ｋ₂は距離係数である。安全マージンＭａは速度要素項（ｋ₁Ｖｐ）と距離要素項（ｋ₂）を含む。速度係数ｋ₁は定数（例えば、ｋ₁＝０．５）であり、距離係数ｋ₂は対象物の種別に応じて設定される（例えば、車両の場合、ｋ₂＝５（ｍ））。

また、後方境界線４２Ｂは、先行車両３の後方端から所定の後方距離Ｄｂだけ離れた位置に設定されている。所定の後方距離Ｄｂは、以下の式２で求められる。
Ｄｂ＝Ｌｃ／２＋Ｍｂ ・・・（式２）
Ｍｂ＝ｋ₃

なお、Ｍｂは安全マージン（ｍ）であり、ｋ₃は距離係数である。安全マージンＭｂは、距離要素項（ｋ₃）のみを含む。距離係数ｋ₃は、対象物の種別に応じて設定される（例えば、車両の場合、ｋ₃＝２（ｍ））。なお、Ｍｂが速度要素項を含んでもよい。

また、側方境界線４２Ｃは、先行車両３の側方端から所定の側方距離Ｄｃだけ離れた位置に設定されている。所定の側方距離Ｄｃは、以下の式３で求められる。
Ｄｃ＝Ｗｃ／２＋Ｍｃ ・・・（式３）
Ｍｃ＝ｋ₄Ｖｐ＋ｋ₅

なお、Ｍｃは安全マージン、ｋ₄は速度係数、ｋ₅は距離係数である。安全マージンＭｃは速度要素項（ｋ₄Ｖｐ）と距離要素項（ｋ₅）を含む。また、速度係数ｋ₄は定数（例えば、ｋ₄＝０．１）であり、距離係数ｋ₅は対象物の種別に応じて設定される（例えば、車両の場合、ｋ₅＝０．５（ｍ））。

また、図６に示すように、先行車両３の前方端及び後方端から距離（Ｌｃ／２）だけ離間した位置に示された一点鎖線と、先行車両の３の側方端から距離（Ｗｃ／２）だけ離間した位置に示された一点鎖線とにより囲まれた矩形領域が、接触領域Ｔとして設定される。

本実施形態において、車両１は、車両１の中心位置Ｃ（縦方向及び横方向の中点）に位置するものとして、種々の計算が行われる。したがって、車両１の中心位置Ｃが接触領域Ｔに進入しなければ、車両１と先行車両３とが接触又は衝突することはない。

本実施形態では、式１，式２から分かるように、接触領域Ｔ内に設定された距離（Ｌｃ／２）に加えて、速度変化に対応するための縦方向の安全マージンＭａ，Ｍｂが設定されている。また、式３から分かるように、接触領域Ｔ内に設定された距離（Ｗｃ／２）に加えて、急な横方向移動，車両ドアの開扉等に対応するための横方向の安全マージンＭｃが設定されている。
なお、本実施形態では、速度係数ｋ₁，ｋ₄は定数であるが、車両１及び／又は先行車両３の車速（絶対速度）等に応じて変化するように設定されていてもよい。

また、図６に示すように、近接領域（相対速度ゼロ領域）４４は、略五角形に形成されている。相対速度ゼロ領域４４は、先行車両３の前方位置，後方位置，側方位置にそれぞれ設定された、前方境界線４４Ａ（前方端），後方境界線４４Ｂ（後方端），側方境界線４４Ｃ（側方端）によって囲まれた領域である。また、後方境界線４４Ｂの両端部と、側方境界線４４Ｃの後方端部とが平面視で斜めの線である後方傾斜線４４Ｄによってつなげられている。

前方境界線４４Ａは、前方境界線４２Ａから前方に所定の前方距離Ｋａだけ離れた位置に設定されている。所定の前方距離Ｋａは、以下の式４で求められる。
Ｋａ＝ｋ₆×（Ｖｐ−Ｖｃ）＋ｋ₇（但し、Ｋａ≧０）・・・（式４）

なお、Ｖｃは、車両１の走行速度（絶対速度）である。係数ｋ₆，ｋ₇は定数（例えば、ｋ₆＝１、ｋ₇＝２０（ｍ））である。また、Ｖｃ＞ＶｐかつＫａ＜０の場合には、Ｋａ＝０に設定される。

後方境界線４４Ｂは、後方境界線４２Ｂから後方に所定の後方距離Ｋｂだけ離れた位置に設定されている。所定の後方距離Ｋｂは、以下の式５で求められる。
Ｋｂ＝（ＴＨＷ ｏｒ ＴＴＣ）×Ｖｃ＋ｋ₈ ・・・（式５）

なお、ＴＨＷは車頭時間である。また、ＴＴＣは衝突余裕時間であり、車両１と先行車両３の車間距離を相対速度で除した値である。本実施形態では（ＴＨＷ ｏｒ ＴＴＣ）の項は、車頭時間または衝突余裕時間の大きい方が採用される。また、係数ｋ₈は定数（例えば、ｋ₈＝２（ｍ））である。

側方境界線４４Ｃは、側方境界線４２Ｃから側方に所定の側方距離Ｋｃだけ離れた位置に設定されている。所定の側方距離Ｋｃは、以下の式６で求められる。

なお、（Ｄｃ−Ｗｃ／２）は、進入禁止領域４２と接触領域Ｔの横方向の離間距離であり、式３を考慮すると、所定の側方距離Ｋｃは、以下の式７で求められる。

なお、係数ｋ₉は定数（例えば、ｋ₉＝３．２９）である。

後方傾斜線４４Ｄは、側方境界線４４Ｃと後方境界線４２Ｂとの仮想交点と、後方境界線４４Ｂと接触領域Ｔの側方境界線との仮想交点と、を結んだ線である。

本実施形態では、ＥＣＵ１０は、メモリに上述の係数ｋ（ｋ₁〜ｋ₉），その他の数値Ｌｃ，Ｗｃ等を記憶しており、対象物の種別に応じた係数を用いて速度分布領域４０を設定する。

なお、速度分布領域４０は、上記の算出方法に限らず、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と対象物の相対速度、車両１の進行方向、対象物の移動方向及び移動速度、対象物の長さ、車両１の絶対速度等を考慮することができる。対象物の種別を考慮してもよい。即ち、これらのパラメータに基づいて、係数ｋや算出式を選択することができる。

次に、図７及び図８を参照して、本実施形態における視認性の程度に応じた速度分布領域の設定について説明する。図７は視認性が良好なときの速度分布領域の設定についての説明図、図８は視認性が不良なときの速度分布領域の設定についての説明図である。なお、図７Ａ，図８Ａにおいて、速度分布領域は理解の容易のため簡易な形状で示されている。

本実施形態において、視認性が良好なときとは、ドライバが車両１の外部の交通環境を目視により把握し易い状況（例えば、昼間の晴天時）である。一方、本実施形態において、視認性が不良なときとは、ドライバが車両１の外部の交通環境を目視により把握し難い状況（例えば、降雨時，所定の明るさに満たない夕方／夜間）である。

図７Ａでは、視認性が良好な状況において、車両１が走行路７を走行している。車両１の周囲には、駐車車両３，歩行者５が存在している。ＥＣＵ１０は、これら対象物に対して、それぞれ速度分布領域４０ａ１，４０ｂ１を設定している。また、図７Ａには、同じ速度（例えば、２０ｋｍ／ｈ，４０ｋｍ／ｈ，６０ｋｍ／ｈ，８０ｋｍ／ｈ）を維持する場合の目安となる走行経路が示されている。

図７Ａでは、各対象物の横方向位置において、図７Ｂに示す関係（Ｖ_lim＝ｋ（Ｘ−Ｄ₀）²）に基づいて、速度分布領域が設定されている。ゲイン係数ｋは、１０に設定されている（ｋ＝１０）。なお、図６を参照すると、横方向の安全距離Ｄ₀は「Ｍｃ＋Ｋｃ」に相当する。また、横方向距離Ｘから安全距離Ｄ₀を差し引いた横方向許容距離（Ｘ−Ｄ₀）は、等相対速度線ａから車両１の側部までの距離に相当する。

したがって、視認性が良好な場合（図７）、横方向許容距離１ｍ（Ｘ−Ｄ₀＝１）において相対速度の許容上限値は１０ｋｍ／ｈ（Ｖ_lim＝１０）となり、横方向許容距離２ｍ（Ｘ−Ｄ₀＝２）において相対速度の許容上限値は４０ｋｍ／ｈ（Ｖ_lim＝４０）となる。

一方、図８Ａでは、視認性が不良な状況において、車両１が走行路７を走行している。ＥＣＵ１０は、同様に、車両１の周囲に存在する駐車車両３，歩行者５に対して、各対象物の横方向位置において、図８Ｂに示す関係に基づいて、それぞれ速度分布領域４０ａ２，４０ｂ２を設定している。この場合、ゲイン係数ｋは、８に設定されている（ｋ＝８）。ゲイン係数ｋが小さな値に設定されることにより、速度分布領域は横方向に広がる。なお、図８Ｂにおいて、破線はｋ＝１０に相当する。

したがって、視認性が不良な場合（図８）、横方向許容距離１ｍ（Ｘ−Ｄ₀＝１）において相対速度の許容上限値は８ｋｍ／ｈ（Ｖ_lim＝８）となり、横方向許容距離２ｍ（Ｘ−Ｄ₀＝２）において相対速度の許容上限値は３２ｋｍ／ｈ（Ｖ_lim＝３２）となる。相対速度の許容上限値が４０ｋｍ／ｈ（Ｖ_lim＝４０）となる横方向許容距離は約２．２４ｍ（Ｘ−Ｄ₀＝２．２４）である。

このように、例えば、相対速度４０ｋｍ／ｈで対象物を追い越す場合、視認性が良好な状況（図７）では、横方向許容距離２ｍの位置を通過することができるが、視認性が不良な状況（図８）では、横方向許容距離約２．２４ｍの位置を通過しなければならない。即ち、視認性が不良なときには、車両１は対象物から横方向に、より離れた位置を走行するように制限を受ける。

次に、図９及び図１０を参照して、本実施形態の車両制御システムの処理の流れについて説明する。図９は車両制御装置の処理フロー、図１０は速度分布領域の設定に用いるゲイン係数の設定処理フローである。
図９に示すように、車両１が走行路上を走行しているとき（図２参照）、車両１のＥＣＵ１０（データ取得部）は、複数のセンサから種々のデータを取得する（Ｓ１０）。具体的には、ＥＣＵ１０は、車載カメラ２１から車両１の前方を撮像した画像データを受け取り、且つ、ミリ波レーダ２２から測定データを受け取る。

ＥＣＵ１０（対象物検知部）は、少なくとも車載カメラ２１を含む外部センサから取得したデータを処理して対象物を検知する（Ｓ１１）。具体的には、ＥＣＵ１０は、画像データの画像処理を実行して、先行車両３を対象物として検知する。このとき、対象物の種別（この場合は、車両）が特定される。また、ＥＣＵ１０は、地図情報から特定の障害物の存在を検知することができる。

また、ＥＣＵ１０（位置及び相対速度算出部）は、測定データに基づいて、車両１に対する検知された対象物（先行車両３）の位置及び相対速度並びに大きさを算出する。なお、対象物の位置は、車両１の進行方向に沿った縦方向位置（縦方向距離）と、進行方向と直交する横方向に沿った横方向位置（横方向距離）が含まれる。相対速度は、測定データに含まれる相対速度をそのまま用いてもよいし、測定データから進行方向に沿った速度成分を算出してもよい。また、進行方向に直交する速度成分は、必ずしも算出しなくてもよいが、必要であれば、複数の測定データ及び／又は複数の画像データから推定してもよい。

ＥＣＵ１０（速度分布領域設定部）は、検知した対象物（即ち、先行車両３）について、速度分布領域４０を設定する（Ｓ１２）。ＥＣＵ１０（経路算出部）は、設定された速度分布領域４０に基づいて、車両１の走行可能な経路及びこの経路上の各位置における設定車速又は目標速度を算出する（Ｓ１３）。そして、車両１が算出された経路を走行するため、ＥＣＵ１０（走行制御実行部）は、走行制御を実行する（Ｓ１４）。
なお、図９の処理フローは、所定時間（例えば、０．１秒）毎に繰り返し実行されるため、算出される経路（位置及び速度）は、時間経過と共に変化する。

また、図１０に示すように、ＥＣＵ１０は、速度分布領域４０を設定する処理（Ｓ１２）に関連して、センサ情報に基づいて、ゲイン係数ｋを設定する処理を実行する。この処理では、車両１のドライバの視認性が推定され、推定した視認性の程度に応じて、ゲイン係数ｋの大きさが設定される。

この処理において、ＥＣＵ１０は、先ずワイパーセンサ２６，光度センサ２７から受け取る信号を読み込む（Ｓ２０）。具体的には、ＥＣＵ１０は、ワイパーセンサ２６から作動信号（ＯＮ信号又はＯＦＦ信号）を受け取り、光度センサ２７から外部の光度に応じた測定信号を受け取る。

次に、ＥＣＵ１０は、ワイパーセンサ２６から受け取った作動信号がＯＮ信号であるか否かを判定する（Ｓ２１）。作動信号がＯＮ信号である場合（Ｓ２１；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１０は外部状態が雨天であると判定する。更に、ＥＣＵ１０は、光度センサ２７から受け取った測定信号に基づいて、外部状態が夜間であるか否かを判定する（Ｓ２２）。具体的には、測定信号が示す光度が所定値以下の場合に、ＥＣＵ１０は、外部状態が夜間であると判定する（Ｓ２２；Ｙｅｓ）。この場合、視認性の程度が最も不良であると推定される。この推定に基づき、ＥＣＵ１０は、ゲイン係数を「７」（ｋ＝７）に設定し（Ｓ２３）、処理を終了する。

一方、作動信号がＯＦＦ信号である場合（Ｓ２１；Ｎｏ）、ＥＣＵ１０は外部状態が晴天（又は曇り）であると判定する。更に、ＥＣＵ１０は、光度センサ２７から受け取った測定信号に基づいて、外部状態が夜間であるか否かを判定する（Ｓ２４）。具体的には、測定信号が示す光度が所定値を超える場合に、ＥＣＵ１０は、外部状態が夜間でない（即ち、昼間）と判定する（Ｓ２４；Ｎｏ）。この場合、視認性の程度が良好であると推定される。この推定に基づき、ＥＣＵ１０は、ゲイン係数を「１０」（ｋ＝１０）に設定し（Ｓ２６）、処理を終了する。

さらに、雨天（Ｓ２１；Ｙｅｓ）かつ昼間（Ｓ２２；Ｎｏ）と判定した場合、及び、晴天（Ｓ２１；Ｎｏ）かつ夜間（Ｓ２４；Ｙｅｓ）と判定された場合、視認性の程度が２番目に不良であると推定される。この推定に基づき、ＥＣＵ１０は、ゲイン係数を「８」（ｋ＝８）に設定し（Ｓ２５）、処理を終了する。

以上のように、本実施形態では、最も視認性が不良な状況である「雨天かつ夜間」の場合には、ゲイン係数ｋは７に設定され、２番目に視認性が不良な状況である「雨天かつ昼間」及び「晴天かつ夜間」の場合には、ゲイン係数ｋは８に設定され、視認性が良好な状態である「晴天かつ昼間」の場合には、ゲイン係数ｋは１０に設定される。

このように、本実施形態では、視認性が低下するほど、ゲイン係数ｋが小さな値に設定される。これにより、本実施形態では、同じ相対速度の許容上限値で比較すると、視認性が低下するほど対象物に対する許容上限値の横方向距離が大きく設定される。したがって、本実施形態では、視認性が低下しても車両１のドライバが安全及び安心と感じるように車両１が対象物とすれ違うことを実現することができる。

なお、本実施形態では、ワイパーの作動状況から天候を判定しているが、これに限らず、外部情報取得センサにより、外部から無線天気情報を取得し、天候を判定してもよい。また、本実施形態では、天候を雨天と晴天の２段階のみに分類しているが、これに限らず、より多段階に分類してもよい。例えば、天候に、積雪時，霧発生時，微粒子状物質（ＰＭ２．５等）の浮遊時等を含めてもよい。

更に、本実施形態では、光度測定データから明るさを判定しているが、これに限らず、時計をセンサとして用いて、季節及び時刻により、明るさを判定してもよい。その際、測位システム２４，ナビシステム２５を付加的なセンサとして、現在位置を考慮してもよい。更に、明るさを夜間と昼間の２段階のみに分類しているが、より多段階に分類してもよい。そして、これら多段階の天候及び光度の組み合わせに応じて、ゲイン係数ｋを設定してもよい。さらに、視認性の程度に応じて、ゲイン係数ｋを無段階で連続的に変更してもよい。

また、本実施形態では、相対速度の許容上限値がゼロ（０ｋｍ／ｈ）となる位置（図２の等相対速度線ａ）は、視認性の変化に影響を受けないが、これに限らず、視認性の程度に応じて、等相対速度線ａの位置を変更してもよい。具体的には、視認性が低下すると、等相対速度線ａの位置を対象物からより離れた位置に設定してもよい。

以下に、本実施形態による車両制御装置の作用について記載する。
本実施形態において、所定の対象物（例えば、車両３，歩行者５）の周囲において少なくとも車両１と対象物との間に対象物に対する複数の相対速度の許容上限値Ｖ_lim（例えば、０，２０，４０，６０ｋｍ／ｈ等）の分布を規定する速度分布領域４０（４０ａ１，４０ｂ１，４０ａ２，４０ｂ２）を設定し、この速度分布領域４０に規定された複数の相対速度の許容上限値Ｖ_limを超えないように車両１の速度制御及び／又は操舵制御を実行する車両制御装置（ＥＣＵ）１０であって、車両制御装置１０は、外部環境情報取得センサ（例えば、ワイパーセンサ２６，光度センサ２７）により取得された外部環境情報（例えば、ワイパー作動状況、光度）に基づいて車両１のドライバの視認性の程度を推定し（図１０のＳ２１，Ｓ２２，Ｓ２４）、推定した視認性の程度に応じて速度分布領域４０における複数の相対速度の許容上限値Ｖ_limの分布を変更するように構成されている。

このように本実施形態では、車両制御装置１０は、ドライバの視認性の変化に応じて、速度分布領域４０において、対象物に対する車両１の相対速度の許容上限値Ｖ_limの分布を変更することができる。これにより、本実施形態では、車両１が対象物とすれ違う際の対象物と車両との間の距離を、視認性を考慮して設定することができる。

また、本実施形態において、車両制御装置１０は、速度分布領域４０において、対象物からの同距離における相対速度の許容上限値Ｖ_limを、視認性の程度が低いほど小さく設定する。視認性の低い状況では、車両１のドライバが安心及び安全と感じる相対速度はより低速となる。このため、本実施形態では、視認性が低い状況では相対速度の許容上限値Ｖ_limを小さな値に設定することにより、視認性が低下しても、車両１のドライバが安心及び安全と感じるように車両１が対象物とすれ違うことを実現することができる。

また、本実施形態において、速度分布領域４０は、対象物からの横方向距離Ｘに応じて複数の相対速度の許容上限値Ｖ_limが規定され、車両制御装置１０は、視認性の程度に応じて対象物からの横方向距離Ｘに対する相対速度の許容上限値Ｖ_limの関係を変更する（図１０のＳ２３，Ｓ２５，Ｓ２６）。車両１が対象物とすれ違う際に安全及び安心と感じる相対速度は、対象物と車両１との横方向距離Ｘに依存する。このため、本実施形態では、少なくとも横方向距離Ｘに対する相対速度の許容上限値Ｖ_limの関係を変更することにより、視認性の程度に応じた適切な相対速度の許容上限値Ｖ_limを規定することができる。

また、本実施形態において、外部環境情報は、少なくとも天候，時刻，又は車両外部の明るさを含む。本実施形態では、少なくとも天候（雨天等），時刻（夕方，夜間等），又は車両１の外部の明るさを、視認性に影響を与える要因として考慮することができる。

１ 車両
３ 車両（対象物）
５ 歩行者（対象物）
４０，４０ａ１，４０ａ２，４０ｂ１，４０ｂ２ 速度分布領域
４４ 近接領域
１００ 車両制御システム
ａ，ｂ，ｃ，ｄ 等相対速度線
Ｄ₀ 安全距離
Ｔ 接触領域
Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃ 安全マージン
Ｘ クリアランス
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ 経路

Claims (4)

1. 車両制御装置であって、
   前記車両制御装置は、所定の対象物の周囲において少なくとも車両と前記対象物との間に前記対象物に対する複数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、この速度分布領域内において前記複数の相対速度の許容上限値が少なくとも前記対象物からの距離に応じて設定され、前記車両の走行中の各位置に対して、この速度分布領域に規定された前記各位置での相対速度の許容上限値を超えないように前記車両の速度制御及び／又は操舵制御を実行するように構成され、
   前記車両制御装置は、外部環境情報取得センサにより取得された外部環境情報に基づいて前記車両のドライバの視認性の程度を推定し、推定した視認性の程度に応じて前記速度分布領域における前記対象物からの距離に対する前記複数の相対速度の許容上限値の関係を変更するように構成されている、車両制御装置。
2. 前記車両制御装置は、前記速度分布領域において、前記対象物からの同距離における前記相対速度の許容上限値を、前記視認性の程度が低いほど小さく設定する、請求項１に記載の車両制御装置。
3. 前記速度分布領域は、前記対象物からの横方向距離に応じて前記複数の相対速度の許容上限値が規定され、
   前記車両制御装置は、前記視認性の程度に応じて前記対象物からの横方向距離に対する前記相対速度の許容上限値の関係を変更する、請求項１又は２に記載の車両制御装置。
4. 前記外部環境情報は、少なくとも天候，時刻，又は車両外部の明るさを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両制御装置。

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