JP7408458B2

JP7408458B2 - 走行経路生成システム及び車両運転支援システム

Info

Publication number: JP7408458B2
Application number: JP2020060675A
Authority: JP
Inventors: 多加志後藤; 博志大村; 康弘川原; 友馬西條; 知輝鵜生; 健太富永; 雅也遠藤
Original assignee: Mazda Motor Corp; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp; Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-03-30
Filing date: 2020-03-30
Publication date: 2024-01-05
Anticipated expiration: 2040-03-30
Also published as: JP2021160371A

Description

本発明は、車両の走行経路を生成する走行経路生成システム、及び走行経路に基づき車両の運転支援を行う車両運転支援システムに関する。

従来から、車両の周辺の状況や車両の状態などに基づき、車両に走行させるための目標走行経路を設定し、この目標走行経路に基づき車両の運転支援（具体的には運転アシスト制御や自動運転制御）を行う技術が開発されている。例えば、特許文献１には、車両と障害物（対象物）との衝突を回避するような目標走行経路を設定する技術が記載されている。具体的には、この特許文献１に記載された技術では、車両の前方に存在する障害物の周囲に、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、速度分布領域内において障害物に対する相対速度が許容上限値を超えないように走行制御を実行している。

特開２０１８－９０１２４号公報

上記した特許文献１に記載された技術では、実質的には、障害物周辺に設定された速度分布領域を、車両が回避すべき回避領域として用い、車両がこの回避領域に進入しないような目標走行経路を設定している（厳密には、車両が、速度分布領域に規定された許容上限値を超える速度にて、当該速度分布領域に進入しないような目標走行経路を設定している）。

ところで、状況によっては、車両が回避領域に進入してしまう場合がある。例えば、障害物としての先行車両が急な進路変更を行った場合などに、自車両が先行車両周囲の回避領域に進入してしまうことがある。このように車両が回避領域に進入したときには、上記の特許文献１に記載された技術では、目標走行経路を適切に求めることができなかった。これは、特許文献１に記載された技術では、車両が回避領域に進入しない目標走行経路を設定するようにしており、車両が回避領域に進入した状況において目標走行経路を設定することを想定していないからである。換言すると、車両が回避領域に進入しないことを前提に目標走行経路を設定しており、回避領域内に目標走行経路を設定することを想定していないからである。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、障害物周囲に規定された回避領域を用いて車両の目標走行経路を設定する走行経路生成システムにおいて、たとえ車両が回避領域に進入したとしても、目標走行経路を適切に設定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、車両の走行経路生成システムであって、車両の走行路に関する走行路情報を取得する走行路情報取得装置と、走行路上の障害物に関する障害物情報を取得する障害物情報取得装置と、走行路情報及び障害物情報に基づいて複数の走行経路候補を設定し、この複数の走行経路候補を所定の評価関数によって評価することで１つの走行経路候補を選択し、選択された走行経路候補を車両に走行させるべき目標走行経路として設定するよう構成された演算装置と、を有し、演算装置は、障害物情報取得装置によって取得された障害物情報に基づき、障害物の周りに車両が回避すべき回避領域を設定し、車両が回避領域に進入しない走行経路候補だけでなく、車両が回避領域に進入する走行経路候補も設定して、これら走行経路候補を評価関数によって評価することで目標走行経路を設定するよう構成され、車両が回避領域に進入する走行経路候補は、車両が回避領域に進入しない走行経路候補よりも、評価関数による評価の度合いが悪くなり、更に、車両が回避領域に進入する走行経路候補では、回避領域への車両の進入量が大きくなるほど、評価関数による評価の度合いが悪くなり、演算装置は、障害物の位置、速度及び種別の少なくとも１つに応じて、回避領域への車両の進入量に対する評価関数による評価の度合いを変えるよう構成されている、ことを特徴とする。

このように構成された本発明では、演算装置は、車両が回避領域に進入しない走行経路候補だけでなく、車両が回避領域に進入する走行経路候補も設定して、これら走行経路候補を評価関数によって評価することで目標走行経路を設定する。この場合、車両が回避領域に進入する走行経路候補は、車両が回避領域に進入しない走行経路候補よりも、評価関数による評価の度合いが悪くなっている。これにより、回避領域に進入する走行経路候補に対して回避領域に進入しない走行経路候補を優先的に目標走行経路に適用しつつ、車両が回避領域に進入せざるを得ない状況では、回避領域に進入する走行経路候補を目標走行経路に確実に適用できるようになる。また、本実施形態によれば、車両が回避領域に進入する走行経路候補では、回避領域への車両の進入量が大きくなるほど、評価関数による評価の度合いが悪くなるので、上記のようにして車両が回避領域に進入することとなった場合に、回避領域への進入量がなるべく小さくなるような目標走行経路を設定することができる。その結果、回避領域に進入した車両を、回避領域外に適切に誘導できるようになる。以上より、本実施形態によれば、たとえ車両が回避領域に進入したとしても、適切な目標走行経路を設定することができる。
また、本発明によれば、障害物の状況に応じて、回避領域への進入を許容する度合い（換言すると回避領域への進入を抑制する度合い）を適切に変えることができる。

本発明において、好ましくは、演算装置は、障害物の周りで且つ回避領域よりも内側に、車両の進入を禁止するための進入禁止領域を設定し、回避領域への進入量の上限値を、車両が進入禁止領域に進入しない範囲内で設定するよう構成されている。
このように構成された本発明によれば、車両の進入禁止領域への進入を確実に抑制することができる、すなわち車両と障害物との衝突を確実に防止することができる。

本発明において、好ましくは、演算装置は、障害物の数、位置、速度及び種別の少なくとも１つに応じて、回避領域への進入量の上限値を変えるよう構成されている。
このように構成された本発明によれば、障害物の状況に応じて、車両が回避領域内に進入する程度（つまり進入量の大小）を適切に制限することができる。

本発明において、好ましくは、演算装置は、走行路が延びる方向に沿った回避領域の縦方向について進入量の上限値を規定すると共に、走行路の幅方向に沿った回避領域の横方向について進入量の上限値を規定し、これら回避領域の縦方向及び横方向のそれぞれについて規定された進入量の上限値を別個独立に設定するよう構成されている。
このように構成された本発明によれば、例えば障害物の状況などに応じて、縦方向及び横方向のそれぞれについて規定された進入量の上限値を適宜調整することで、回避領域内において車両の進入が許容される領域を柔軟に設定することができる。

本発明において、好ましくは、演算装置は、車両が回避領域に進入する目標走行経路が設定された場合には、この後に目標走行経路を設定するときに、車両を回避領域外に誘導する目標走行経路が設定されるように、回避領域への車両の進入量に対する評価関数による評価の度合いを変えるよう構成されている。
このように構成された本発明によれば、車両が回避領域に進入した場合に、車両を回避領域の外に速やかに導くことができる。

他の観点では、本発明において、車両運転支援システムは、上述した走行経路生成システムによって生成された走行経路に沿って車両が走行するように、車両を運転制御するよう構成された制御装置を有することを特徴とする。

本発明によれば、障害物周囲に規定された回避領域を用いて車両の目標走行経路を設定する走行経路生成システムにおいて、たとえ車両が回避領域に進入したとしても、目標走行経路を適切に設定することができる。

本発明の実施形態による走行経路生成システムが適用された車両運転支援システムの概略構成を示すブロック図である。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対象車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車両運転支援システムの処理フローである。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おける、回避領域に応じた走行経路候補の設定方法の説明図である。本発明の実施形態による評価領域の第１の例の説明図である。本発明の実施形態による評価領域の第２の例の説明図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態による走行経路生成システム及び車両運転支援システムについて説明する。

まず、図１を参照して、本発明の実施形態による走行経路生成システムが適用された車両運転支援システムの構成について説明する。図１は、本発明の実施形態による走行経路生成システムが適用された車両運転支援システムの概略構成を示すブロック図である。

車両運転支援システム１００は、走行路において車両（以下では「自車両」と呼ぶことがある）１に走行させるための目標走行経路を設定する走行経路生成システムとしての機能を有すると共に、車両１をこの目標走行経路に沿って走行させるように運転支援制御（運転アシスト制御や自動運転制御）を行うように構成されている。図１に示すように、車両運転支援システム１００は、演算装置及び制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）１０と、複数のセンサ類と、複数の制御システムと、を有する。

具体的には、複数のセンサ類には、カメラ２１、レーダ２２や、車両１の挙動や乗員による運転操作を検出するための車速センサ２３、加速度センサ２４、ヨーレートセンサ２５、操舵角センサ２６、アクセルセンサ２７、ブレーキセンサ２８が含まれている。さらに、複数のセンサ類には、車両１の位置を検出するための測位システム２９、ナビゲーションシステム３０が含まれている。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が含まれている。

また、他のセンサ類として、車両１に対する周辺構造物の距離及び位置を測定する周辺ソナー、車両１の４箇所の角部における周辺構造物の接近を測定するコーナーレーダや、車両１の車室内を撮影するインナーカメラが含まれていてもよい。

ＥＣＵ１０は、複数のセンサ類から受け取った信号に基づいて種々の演算を実行し、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制御信号を送信する。ＥＣＵ１０は、１つ以上のプロセッサ（典型的にはＣＰＵ）と、各種プログラムを記憶するメモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭなど）と、入出力装置などを備えたコンピュータにより構成される。なお、ＥＣＵ１０は、本発明における「演算装置」及び「制御装置」の一例に相当する。

カメラ２１は、車両１の周囲を撮影し、画像データを出力する。ＥＣＵ１０は、カメラ２１から受信した画像データに基づいて、障害物（例えば、先行車両（前方車両）、後続車両（後方車両）、駐車車両、歩行者、走行路、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り、外部から障害物の情報を取得してもよい。これにより、障害物の種類、相対位置、移動方向等が特定される。

レーダ２２は、障害物（特に、先行車両、後続車両、駐車車両、歩行者、走行路上の落下物等）の位置及び速度を測定する。レーダ２２として、例えばミリ波レーダを用いることができる。レーダ２２は、車両１の進行方向に電波を送信し、障害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、レーダ２２は、送信波と受信波に基づいて、車両１と障害物との間の距離（例えば、車間距離）や、車両１に対する障害物の相対速度を測定する。なお、本実施形態において、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障害物との距離や相対速度を測定してもよい。また、複数のセンサ類を用いて、位置及び速度測定装置を構成してもよい。

なお、カメラ２１及びレーダ２２は、本発明における「走行路情報取得装置」及び「障害物情報取得装置」の一例に相当する。また、「走行路情報」は、例えば、走行路の形状（直線、カーブ、カーブ曲率）、走行路幅、車線数、車線幅、標識などに規定された走行路の規制情報（制限速度など）、交差点、横断歩道等に関する情報を含んでいる。また、「障害物情報」は、車両１の走行路上の障害物（例えば先行車両や後続車両や駐車車両や歩行者などの車両１の走行において障害となり得る対象物）の有無や、障害物の移動方向、障害物の移動速度等に関する情報を含んでいる。

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の加速度を検出する。この加速度は、前後方向の加速度と、横方向の加速度（つまり横加速度）とを含む。なお、加速度には、速度が増加する方向の速度の変化率だけでなく、速度が減少する方向の速度の変化率（つまり減速度）も含むものとする。

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。ＥＣＵ１０は、車速センサ２３が検出した絶対速度、及び、操舵角センサ２６が検出した操舵角に基づいて所定の演算を実行することにより、車両１のヨー角を取得することができる。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に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）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。なお、ナビゲーションシステム３０も、本発明における「走行路情報取得装置」の一例に相当する。

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。エンジン制御システム３１は、エンジン出力（駆動力）を調整可能な構成部であり、例えば、点火プラグや、燃料噴射弁や、スロットルバルブや、吸排気弁の開閉時期を変化させる可変動弁機構などを含む。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、エンジン出力を変更するために制御信号を送信する。

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。ブレーキ制御システム３２は、ブレーキ装置の制動力を調整可能な構成部であり、例えば液圧ポンプやバルブユニットなどを含む。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、制動力を発生させるために制御信号を送信する。

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。ステアリング制御システム３３は、車両１の操舵角を調整可能な構成部であり、例えば電動パワーステアリングシステムの電動モータなどを含む。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、操舵方向を変更するために制御信号を送信する。

次に、図２～図５を参照して、本実施形態による車両運転支援システム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、自車両１は走行路（車線）７上を走行しており、障害物（対象物）３としての走行中又は停車中の車両とすれ違って、車両を追い抜こうとしている。以下では、障害物３のことを適宜「車両３」や「先行車両３」と呼ぶ。

一般に、道路上又は道路付近の障害物３（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３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３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３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３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３（例えば駐車車両）に対して、障害物３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３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３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、運転支援制御（自動運転支援制御）において、障害物３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３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３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３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３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３の後方、及び、車両１が存在する障害物３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。

また、速度分布領域４０は、車両１が当該速度分布領域４０に規定された許容上限値Ｖ_limを超える相対速度（車両３に対する車両１の速度）にて当該速度分布領域４０に進入することを抑制するための領域であり、本発明における「回避領域」に相当する。以下では、速度分布領域を適宜「回避領域」と言い換える。なお、本明細書において、「車両が回避領域に進入する」とは、基本的には、車両１が速度分布領域４０に規定された許容上限値Ｖ_limを超える相対速度にて当該速度分布領域４０に進入することを意味する。例えば、許容上限値Ｖ_limが２０ｋｍ／ｈである等相対速度線ｂにより規定された速度分布領域４０については、車両１が相対速度２０ｋｍ／ｈ以上で当該速度分布領域４０に進入することを意味する。他方で、許容上限値Ｖ_limが０ｋｍ／ｈである等相対速度線ａにより規定された速度分布領域４０については、車両１が当該速度分布領域４０に進入すること自体を意味する。

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３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３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３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３の横方向の許容上限値Ｖ_limについて説明したが、障害物３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３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３の相対速度、車両１の進行方向、障害物３の移動方向及び移動速度、障害物３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３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３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３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、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３の種別（この場合は、車両）が特定される。

また、ＥＣＵ１０は、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３の大きさを算出する。なお、障害物３の位置は、車両１の進行方向（走行路７の延びる方向）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（走行路７の幅方向）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３（図２の場合、車両）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、上記した走行路７の形状や幅などを含む走行路情報に基づき、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、前方に駐車車両が障害物３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３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、少なくとも走行路情報に基づいて、目標走行経路Ｒを計算する。そして、ＥＣＵ１０は、障害物情報より障害物３が検出されたときには、走行経路補正処理により、複数の補正走行経路（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。また、本実施形態では、複数の補正走行経路を、目標走行経路を補正するための複数の候補（複数の走行経路候補）として用い、これらを評価関数Ｊによって評価することで１つの補正走行経路を選択し（最適化処理）、選択された補正走行経路を目標走行経路として適用する。

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。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、例えば、ｎ個の評価ファクタの物理量について、障害物３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（走行経路候補）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３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、本実施形態の車両運転支援システムの処理の流れについて説明する。図６は、車両運転支援システムの処理フローである。
図２に示すように、車両１が走行路上を走行しているとき、車両１のＥＣＵ１０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、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、レーダ２２から測定データを受け取る。

ＥＣＵ１０は、少なくともカメラ２１を含む外部センサから取得したデータを処理して障害物３（換言すると対象物）を検知する（Ｓ１１）。例えば、ＥＣＵ１０は、画像データの画像処理を実行して、先行車両を障害物３として検知する。このとき、障害物３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３（例えば道路上で移動しない構造物）の存在を検知することができる。

また、ＥＣＵ１０は、測定データに基づいて、車両１に対する検知された障害物３（先行車両など）の位置及び相対速度並びに大きさを算出する。なお、障害物３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は、検知した障害物３（先行車両など）について、速度分布領域４０を設定する（Ｓ１２）。ＥＣＵ１０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は、走行制御（運転制御）を実行する（Ｓ１４）。
なお、図６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。

次に、図７を参照して、本実施形態の速度分布領域及び進入禁止領域（パーソナルゾーン）について、具体的に説明する。図７は、速度分布領域及び進入禁止領域の説明図である。なお、図７における寸法は必ずしも正確ではない。

図７において、符号３は、先行車両などの障害物を示し、符号４４は、或る許容上限値（例えば０、２０、４０、６０ｋｍ／ｈなど）が適用された速度分布領域４０の一例を示しており、以下では、この符号４４で示す領域を「回避領域４４」と呼ぶ。また、この回避領域４４の内側で且つ障害物３の外側には、進入禁止領域４２が設定されている。上述したように回避領域４４内への車両１の進入は許容されているが、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、障害物３の急激な挙動に起因して車両１が回避領域４４内（回避領域４４と進入禁止領域４２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４２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、障害物３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４２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が障害物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が障害物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及び回避領域４４について詳しく説明する。図７に示すように、進入禁止領域４２は、障害物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、障害物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、「Ｌｆ」は、車両１の重心（車両１の中心でもよい）から車両１の前方端（典型的にはフロントバンパー）までの距離であり、「Ｌｒ」は、車両１の重心（車両１の中心でもよい）から車両１の後方端（典型的にはリアバンパー）までの距離であり、「Ｌｙ」は、車両１の重心（車両１の中心でもよい）から車両１の側方端までの距離である。また、「Ｖｘ」は、走行路７の延びる方向に沿った車両１の速度（ｍ／ｓ）であり、「Ｖｐｘ」は、走行路７の延びる方向に沿った障害物３の速度（ｍ／ｓ）である。

進入禁止領域４２の前方境界線４２Ａは、障害物３の実質的な前方端から所定の前方距離Ｌｐｚｆだけ離れた位置に設定されている。この前方距離Ｌｐｚｆは、以下の式１で求められる。式１において、「ｋ１」及び「ｋ２」は、障害物３の種別に応じて設定される係数である。なお、「Ｌｐｚｆ≧ｋ２」である。
Ｌｐｚｆ＝ｋ１×Ｖｐｘ＋ｋ２式１

また、進入禁止領域４２の後方境界線４２Ｂは、障害物３の実質的な後方端から所定の後方距離Ｌｐｚｒだけ離れた位置に設定されている。この後方距離Ｌｐｚｒは、以下の式２で求められる。式２において、「ＴＨＷ（Time-Head Way）」は、車両１と障害物３との車頭時間（ｓ）であり、車両１と障害物３との相対距離を車両１の速度により除算することで求められる。また、「ｋ３」及び「ｋ４」は、障害物３の種別に応じて設定される係数である。なお、「Ｌｐｚｒ≧ｋ３」であり、「ｋ４（Ｖｘ－Ｖｐｘ）－２≧０」であり、「ｋ４」は例えば１である。
Ｌｐｚｒ＝ｋ３－Ｖｐｘ×ＴＨＷ＋ｋ４（Ｖｘ－Ｖｐｘ）－２式２

また、進入禁止領域４２の側方境界線４２Ｃは、障害物３の実質的な側方端から所定の側方距離Ｌｐｚｙだけ離れた位置に設定されている。この側方距離Ｌｐｚｙは、以下の式３で求められる。式３において、「ｋ５」及び「ｋ６」は、障害物３の種別に応じて設定される係数である。なお、「Ｌｐｚｆ≧ｋ６」である。
Ｌｐｚｙ＝ｋ５×Ｖｐｘ＋ｋ６式３

また、図７に示すように、回避領域４４は、五角形に近い六角形に形成されている。回避領域４４は、障害物３の前方，後方，側方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。

回避領域４４の前方境界線４４Ａは、進入禁止領域４２の前方境界線４２Ａから前方に所定の前方距離ｄｆだけ離れた位置に設定されている。この前方距離ｄｆは、以下の式４で求められる。式４において、「ｋ７」及び「ｋ８」は、障害物３の種別に応じて設定される係数である。なお、「ｄｆ≧０」である。
ｄｆ＝ｋ７×（Ｖｐｘ－Ｖｘ）＋ｋ８式４

また、回避領域４４の後方境界線４４Ｂは、進入禁止領域４２の後方境界線４２Ｂから後方に所定の後方距離ｄｒだけ離れた位置に設定されている。この後方距離ｄｒは、以下の式５で求められる。式５において、「ｋ９」及び「ｋ１０」は、障害物３の種別に応じて設定される係数である。
ｄｒ＝ＴＨＷ×ｖｘ＋ｋ９－ｋ１０式５

また、回避領域４４の側方境界線４４Ｃは、進入禁止領域４２の側方境界線４２Ｃから側方に所定の側方距離ｄｓだけ離れた位置に設定されている。この側方距離ｄｓは、以下の式６で求められる。式６において、「ｋ１１」及び「ｋ１２」は、障害物３の種別に応じて設定される係数である。例えば、「ｋ１２」は０．１である。

他方で、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ｋ１～ｋ１２，その他の数値Ｌｆ、Ｌｒ、Ｌｙ等を記憶しており、障害物３の種別に応じた係数を用いて回避領域４４を設定する。具体的には、ＥＣＵ１０は、上記の式中の車両１の速度Ｖｘに種々の値を代入することで、種々の許容上限値を規定する複数の回避領域４４（速度分布領域）を設定する。なお、ＥＣＵ１０は、車両１の現在の速度Ｖｘを式に代入することで、現在の速度Ｖｘに対応する回避領域４４のみを設定してもよい。

なお、回避領域４４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と障害物３の相対速度、車両１の進行方向、障害物３の移動方向及び移動速度、障害物３の長さ、車両１の絶対速度等を考慮することができる。障害物３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、係数や算出式を選択することができる。

次に、図８を参照して、本発明の実施形態において、上記した回避領域４４に応じた補正走行経路（以下では適宜「走行経路候補」と言い換える。）の設定方法について説明する。本実施形態では、ＥＣＵ１０は、車両１が回避領域４４に進入しない走行経路候補（換言すると速度分布領域に規定された許容上限値を超える相対速度で当該領域に進入しない補正走行経路）だけでなく、図８に示すような車両１が回避領域４４に進入する走行経路候補（換言すると速度分布領域に規定された許容上限値を超える相対速度で当該領域に進入する補正走行経路）も設定して、これら走行経路候補を評価関数Ｊによって評価することで目標走行経路を設定する。こうするのは、例えば障害物３としての先行車両が急な進路変更を行ったとき等において、車両１が先行車両周囲の回避領域４４に進入してしまう場合があるので、そのような場合にも目標走行経路を適切に設定できるようにするためである。

具体的には、ＥＣＵ１０は、上述したような走行経路候補を評価する場合、車両１が回避領域４４に進入する走行経路候補に対する評価関数Ｊによる評価の度合いを、車両１が回避領域４４に進入しない走行経路候補に対する評価関数Ｊによる評価の度合いよりも悪くする、つまり評価関数Ｊより得られる値を大きくする。この場合、ＥＣＵ１０は、回避領域４４に進入するか否かに関する評価を、評価関数Ｊを構成する評価ファクタの１つであるソフト制約を利用して行う。より詳しくは、ＥＣＵ１０は、評価関数Ｊにおいてソフト制約の項の値を、回避領域４４に進入しない走行経路候補ではゼロにする一方で、回避領域４４に進入する走行経路候補では非ゼロにする。

特に、ＥＣＵ１０は、回避領域４４に進入する走行経路候補におけるソフト制約の項の値を、回避領域４４への車両１の進入量に応じて決める。すなわち、ＥＣＵ１０は、回避領域４４への進入量が大きくなるほど、ソフト制約の項の値を大きくする。こうすることで、回避領域４４に進入せざるを得ない状況でも、回避領域４４への進入量がなるべく小さくなるような目標走行経路を設定できるようになる。

例えば、ＥＣＵ１０は、以下の式７、８、９を用いて、車両１が回避領域４４の後部、前部、側部（つまり障害物３の後方、前方、側方の回避領域４４）に進入する場合のそれぞれについて、ソフト制約の項の値を求める。
ｓｏｆｔ_r＝ｄｒ×ｓｏｆｔ／ｓｏｆｔ_max 式７
ｓｏｆｔ_f＝ｄｆ×ｓｏｆｔ／ｓｏｆｔ_max 式８
ｓｏｆｔ_s＝ｄｓ×ｓｏｆｔ／ｓｏｆｔ_max 式９

式７に示すように、ＥＣＵ１０は、回避領域４４の後方の領域を規定する距離ｄｒに対して、障害物３の後方における回避領域４４への車両１の進入量（本例では進入割合に相当する）を示す「ｓｏｆｔ／ｓｏｆｔ_max」を乗算することで「ｓｏｆｔ_r」を求め、この「ｓｏｆｔ_r」から、車両１が障害物３の後方の回避領域４４に進入する場合におけるソフト制約の項の値を求める。例えば、「ｓｏｆｔ」の値は０～１であり、「ｓｏｆｔ_max」の値は１である。図８に示す例では、「ｓｏｆｔ／ｓｏｆｔ_max」の値には、回避領域４４の後方境界線４４Ｂから進入禁止領域４２の後方境界線４２Ｂまでの距離ｄｒに対する、回避領域４４の後方境界線４４Ｂから回避領域４４内の車両１の前方端までの距離ｄｒ１の割合を示す「ｄｒ１／ｄｒ」が適用される。ＥＣＵ１０は、同様にして、式８より、車両１が障害物３の前方の回避領域４４に進入する場合におけるソフト制約の項の値を求めると共に、式９より、車両１が障害物３の側方の回避領域４４に進入する場合におけるソフト制約の項の値を求める。なお、車両１が障害物３の後方、前方、側方の回避領域４４に進入しない場合には、式７、式８、式９中の「ｓｏｆｔ」が０になり、「ｓｏｆｔ_r」、「ｓｏｆｔ_f」、「ｓｏｆｔ_s」のそれぞれが０になる。

また、ＥＣＵ１０は、上記の評価関数Ｊの式に示すように、式７、式８、式９より求められた「ｓｏｆｔ_r」、「ｓｏｆｔ_f」、「ｓｏｆｔ_s」から所定の基準値（Ｘｒｅｆｋに相当し、典型的には０に設定される）を減算した値を２乗し、２乗した値に所定の重み値（Ｗｋに相当する）を乗算することで、車両１が障害物３の後方、前方、側方の回避領域４４に進入する場合のそれぞれのソフト制約の項の値を求める。この場合、ソフト制約の項に適用される重み値は、ソフト制約以外の項（例えば速度や加速度などの項）に適用される重み値よりもずっと大きい値に設定される。１つの例では、ソフト制約以外の項に適用される重み値が０～１であるのに対して、ソフト制約の項に適用される重み値が１０～２０に設定される。これにより、回避領域４４に進入する走行経路候補に対する、回避領域４４に進入しない走行経路候補の優先的な適用が確保されるようにしている。

特に、本実施形態では、ＥＣＵ１０は、上記したソフト制約の項に適用される重み値を、障害物３の位置、速度及び種別の少なくとも１つに応じて変える。こうすることで、障害物３の位置や速度や種別に応じて、回避領域４４への進入量に対する評価関数Ｊによる評価の度合いを変えるようにする。具体的には、ＥＣＵ１０は、障害物３が車両１に比較的近い場合や、障害物３の速度が比較的速い場合や、障害物３が歩行者である場合には、回避領域４４への車両１の進入をなるべく抑制するように、ソフト制約の項に適用される重み値を大きくする。このようにすることで、障害物３の状況に応じて、回避領域４４への進入を許容する度合い（換言すると回避領域４４への進入を抑制する度合い）を適切に変えることができる。

また、本実施形態では、ＥＣＵ１０は、車両１の回避領域４４への進入量の上限値を、車両１が進入禁止領域４２に進入しない範囲内で設定する。すなわち、ＥＣＵ１０は、少なくとも進入禁止領域４２の外側に、進入量の上限値を規定するようにし、車両１の進入禁止領域４２への進入を確実に抑制するようにしている、換言すると車両１と障害物３との衝突を確実に抑制するようにしている。

特に、本実施形態では、ＥＣＵ１０は、車両１の走行路７に存在する障害物３の数、位置、速度及び種別の少なくとも１つに応じて、回避領域４４への進入量の上限値を変える。具体的には、ＥＣＵ１０は、車両１の周辺における障害物３の数が比較的多い場合には、進入量の上限値を大きくすることで、回避領域４４へのある程度大きな進入を許容するようにする。また、ＥＣＵ１０は、障害物３が車両１に比較的近い場合や、障害物３の速度が比較的速い場合には、進入量の上限値を小さくして、回避領域４４への大きな進入を抑制するようにする、すなわち障害物３に対して広い間隔を空けるようにする。また、ＥＣＵ１０は、障害物３が歩行者である場合には、障害物３が車両である場合よりも、進入量の上限値を小さくして、回避領域４４への大きな進入を抑制するようにする、すなわち車両よりも歩行者に対して広い間隔を空けるようにする。このようにすることで、障害物３の状況に応じて、回避領域４４への進入量の上限値を柔軟に設定することができる。

次に、図９及び図１０を参照して、本発明の実施形態において、回避領域４４への車両１の進入を評価関数Ｊにより評価するための当該回避領域４４内の領域（以下では「評価領域」と呼ぶ。）について説明する。この評価領域は、回避領域４４を規定する境界線（上述した等相対速度線に相当する）と、回避領域４４内において上記した進入量の上限値を規定する境界線との間に存在する領域である。図９は、本発明の実施形態による評価領域の第１の例の説明図であり、図１０は、本発明の実施形態による評価領域の第２の例の説明図である。なお、図９及び図１０は、説明を簡単にするために、回避領域４４を楕円形で表している。

図９に示す第１の例では、評価領域は、回避領域４４を縦方向（走行路７が延びる方向）と横方向（走行路７の幅方向）とで同一の割合で縮小した領域となっている。符号Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３、Ｌ１４は、それぞれ、回避領域４４への車両１の進入量、具体的には上記した回避領域４４への進入割合が、１０％、２０％、３０％、４０％となる評価領域を規定する境界線を示している。この第１の例では、回避領域４４の縦方向における進入量の上限値と、回避領域４４の横方向における進入量の上限値とが同様に設定されている。

図１０に示す第２の例では、評価領域は、回避領域４４を縦方向（走行路７が延びる方向）と横方向（走行路７の幅方向）とで異なる割合で縮小した領域となっている。符号Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３、Ｌ２４は、それぞれ、回避領域４４への車両１の進入割合が、１０％、２０％、３０％、４０％となる評価領域を規定する境界線を示している。この第２の例では、回避領域４４の縦方向における進入量の上限値と、回避領域４４の横方向における進入量の上限値とが別個独立に設定されている。換言すると、回避領域４４の大きさに対する、車両１の進入を許容する領域の割合が、縦方向と横方向とで独立に設定される。

例えば、ＥＣＵ１０は、上記した式９の代わりに以下の式１０を用いて、車両１が障害物３の側方の回避領域４４に進入する場合におけるソフト制約の項の値を求めることで、図１０に示すような第２の例に係る評価領域を実現する。式１０において、「ｋ１３」は０～１であり、この「ｋ１３」を小さくしていくと、回避領域４４の横方向における進入量の上限値が縦方向における進入量の上限値よりも小さくなっていく。
ｓｏｆｔ_s＝ｋ１３×ｄｓ×ｓｏｆｔ／ｓｏｆｔ_max 式１０

１つの例では、ＥＣＵ１０は、障害物３の位置や速度や種別に応じて、回避領域４４の縦方向及び横方向のそれぞれにおける進入量の上限値を設定する。この例では、ＥＣＵ１０は、障害物３が車両１に比較的近い場合や、障害物３の速度が比較的速い場合には、横方向における進入量の上限値を、縦方向における進入量の上限値よりも小さくして、回避領域４４の側方への大きな進入を抑制するようにする、すなわち障害物３の側方に対して広い間隔を空けるようにする。また、ＥＣＵ１０は、障害物３が歩行者である場合には、横方向における進入量の上限値を、縦方向における進入量の上限値よりも小さくして、回避領域４４の側方への大きな進入を抑制するようにする、すなわち歩行者の側方に対して広い間隔を空けるようにする。

他方で、本実施形態では、ＥＣＵ１０は、車両１が回避領域４４に進入する目標走行経路が設定された場合には、この後に目標走行経路を設定するときに、車両１を回避領域４４外に誘導する目標走行経路が設定されるように、回避領域４４への車両１の進入量に対する評価関数Ｊによる評価の度合いを変える。例えば、ＥＣＵ１０は、回避領域４４への車両１の進入に関わる、ソフト制約の項に適用される重み値を変える。

１つの例では、ＥＣＵ１０は、目標走行経路を周期的に求めているときに、車両１が回避領域４４に進入する目標走行経路が連続して求められた回数をカウントアップし、カウントアップされた回数が閾値を超えた場合に、ソフト制約の項に適用される重み値を変える。この例では、ＥＣＵ１０は、車両１が回避領域４４に進入し続けているため、ソフト制約の項に適用される重み値を増加させることで、回避領域４４に進入する目標走行経路が設定されにくくして、車両１を回避領域４４外へと誘導するようにする。なお、ＥＣＵ１０は、上記の回数をカウントアップしている間に、車両１が回避領域４４に進入しない目標走行経路が求められたときに、カウントアップしている回数をリセットする。

他の例では、ＥＣＵ１０は、車両１が回避領域４４に進入する目標走行経路が設定された場合に、回避領域４４への車両１の進入量に応じて、ソフト制約の項に適用される重み値を変える。この例では、ＥＣＵ１０は、回避領域４４への進入量が大きいほど、ソフト制約の項に適用される重み値を増加させることで、回避領域４４への進入量が小さくなる目標走行経路が設定されるようにする。これにより、車両１を回避領域４４外へと誘導するようにする。

なお、上記した２つの例において、ＥＣＵ１０は、車両１が回避領域４４に進入する目標走行経路が設定された場合に、ソフト制約の項に適用される重み値を増加させる代わりに、ソフト制約の項に適用される重み値を減少させてもよい。こうすることで、評価関数Ｊが最小になる最適解（最適化問題の解）を求めにくい状況において、評価関数Ｊによる最適解を求めやすくすることができる。

他方で、本実施形態では、１つの例では、ＥＣＵ１０は、車両１の周辺に存在する障害物３の数だけ回避領域４４を設定する一方で、回避領域４４への進入に関わるソフト制約の項を１つだけ用いる、つまりソフト制約の項を複数の障害物３で共通にする。具体的には、ＥＣＵ１０は、複数の障害物３について、回避領域４４への進入量に対応する変数を１つだけ用いる。これにより、計算負荷を低減することができる。

他の例では、ＥＣＵ１０は、車両１の周辺に存在する障害物３の数だけ回避領域４４を設定すると共に、回避領域４４への進入に関わるソフト制約の項を、２つ以上且つ障害物３の数以下用いる。例えば、ＥＣＵ１０は、障害物３の位置、速度及び種別の少なくとも１つに応じて複数の障害物３を分類し、この分類した数だけ、回避領域４４への進入量に対応する変数を用いる。これにより、障害物３の位置や速度や種別といった分類に応じて、適用する回避領域４４への進入量や進入量の上限値を変えることができる。

次に、本発明の実施形態による作用及び効果について説明する。本実施形態では、ＥＣＵ１０は、車両１が回避領域４４に進入しない走行経路候補だけでなく、車両１が回避領域４４に進入する走行経路候補も設定して、これら走行経路候補を評価関数Ｊによって評価することで目標走行経路を設定する。この場合、本実施形態では、車両１が回避領域４４に進入する走行経路候補は、車両１が回避領域４４に進入しない走行経路候補よりも、評価関数Ｊによる評価の度合いが悪くなっており、また、車両１が回避領域４４に進入する走行経路候補では、回避領域４４への車両１の進入量が大きくなるほど、評価関数Ｊによる評価の度合いが悪くなっている。

このような本実施形態によれば、回避領域４４に進入する走行経路候補に対して回避領域４４に進入しない走行経路候補を優先的に目標走行経路に適用しつつ、回避領域４４に進入せざるを得ない状況では、回避領域４４に進入する走行経路候補を目標走行経路に確実に適用することができる。また、こうして車両１が回避領域４４に進入することとなる場合に、回避領域４４への進入量がなるべく小さくなるような目標走行経路を設定することができる。以上より、本実施形態によれば、たとえ車両１が回避領域４４に進入したとしても、目標走行経路を適切に設定することができる。

また、本実施形態では、ＥＣＵ１０は、障害物３の周りで且つ回避領域４４よりも内側に、車両１の進入を禁止するための進入禁止領域４２を設定し、回避領域４４への進入量の上限値を、車両１が進入禁止領域４２に進入しない範囲内で設定する。これにより、車両１の進入禁止領域４２への進入を確実に抑制することができる、すなわち車両１と障害物３との衝突を確実に防止することができる。

また、本実施形態では、ＥＣＵ１０は、障害物３の数、位置、速度及び種別の少なくとも１つに応じて、回避領域４４への進入量の上限値を変える。これにより、障害物３の状況に応じて、車両１が回避領域４４内に進入する程度（つまり進入量の大小）を適切に制限することができる。

また、本実施形態では、ＥＣＵ１０は、回避領域４４の縦方向（走行路７が延びる方向に対応する）について規定された進入量の上限値と、回避領域４４の横方向（走行路７の幅方向に対応する）について規定された進入量の上限値とを別個独立に設定する。これにより、例えば障害物３の状況などに応じて、縦方向及び横方向のそれぞれについて規定された進入量の上限値を適宜調整することで、回避領域４４内において車両１の進入が許容される領域を柔軟に設定することができる。

また、本実施形態では、ＥＣＵ１０は、障害物３の位置、速度及び種別の少なくとも１つに応じて、回避領域４４への車両１の進入量に対する評価関数Ｊによる評価の度合いを変える。これにより、障害物３の状況に応じて、回避領域４４への進入を許容する度合い（換言すると回避領域４４への進入を抑制する度合い）を適切に変えることができる。

また、本実施形態では、ＥＣＵ１０は、車両１が回避領域４４に進入する目標走行経路が設定された場合には、この後に目標走行経路を設定するときに、車両１を回避領域４４外に誘導する目標走行経路が設定されるように、回避領域４４への車両１の進入量に対する評価関数による評価の度合いを変える。これにより、車両１が回避領域４４に進入した場合に、車両１を回避領域４４の外に速やかに導くことができる。

１車両
３障害物（先行車両）
１０ＥＣＵ
２１カメラ
２２レーダ
３０ナビゲーションシステム
４０速度分布領域
４２進入禁止領域
４４回避領域
１００車両運転支援システム（走行経路生成システム）

Claims

車両の走行経路生成システムであって、
車両の走行路に関する走行路情報を取得する走行路情報取得装置と、
前記走行路上の障害物に関する障害物情報を取得する障害物情報取得装置と、
前記走行路情報及び前記障害物情報に基づいて複数の走行経路候補を設定し、この複数の走行経路候補を所定の評価関数によって評価することで１つの走行経路候補を選択し、選択された走行経路候補を前記車両に走行させるべき目標走行経路として設定するよう構成された演算装置と、を有し、
前記演算装置は、前記障害物情報取得装置によって取得された前記障害物情報に基づき、前記障害物の周りに前記車両が回避すべき回避領域を設定し、前記車両が前記回避領域に進入しない走行経路候補だけでなく、前記車両が前記回避領域に進入する走行経路候補も設定して、これら走行経路候補を前記評価関数によって評価することで前記目標走行経路を設定するよう構成され、
前記車両が前記回避領域に進入する走行経路候補は、前記車両が前記回避領域に進入しない走行経路候補よりも、前記評価関数による評価の度合いが悪くなり、更に、前記車両が前記回避領域に進入する走行経路候補では、前記回避領域への前記車両の進入量が大きくなるほど、前記評価関数による評価の度合いが悪くなり、
前記演算装置は、前記障害物の位置、速度及び種別の少なくとも１つに応じて、前記回避領域への前記車両の進入量に対する前記評価関数による評価の度合いを変えるよう構成されている、
ことを特徴とする走行経路生成システム。
前記演算装置は、前記障害物の周りで且つ前記回避領域よりも内側に、前記車両の進入を禁止するための進入禁止領域を設定し、前記回避領域への前記進入量の上限値を、前記車両が前記進入禁止領域に進入しない範囲内で設定するよう構成されている、請求項１に記載の走行経路生成システム。
前記演算装置は、前記障害物の数、位置、速度及び種別の少なくとも１つに応じて、前記回避領域への前記進入量の上限値を変えるよう構成されている、請求項２に記載の走行経路生成システム。
前記演算装置は、前記走行路が延びる方向に沿った前記回避領域の縦方向について前記進入量の上限値を規定すると共に、前記走行路の幅方向に沿った前記回避領域の横方向について前記進入量の上限値を規定し、これら回避領域の縦方向及び横方向のそれぞれについて規定された前記進入量の上限値を別個独立に設定するよう構成されている、請求項２又は３に記載の走行経路生成システム。
前記演算装置は、前記車両が前記回避領域に進入する前記目標走行経路が設定された場合には、この後に前記目標走行経路を設定するときに、前記車両を前記回避領域外に誘導する前記目標走行経路が設定されるように、前記回避領域への前記車両の進入量に対する前記評価関数による評価の度合いを変えるよう構成されている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の走行経路生成システム。
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の走行経路生成システムによって生成された目標走行経路に沿って車両が走行するように、前記車両を運転制御するよう構成された制御装置を有することを特徴とする車両運転支援システム。