(57)【要約】【課題】操舵による衝突回避と制動による衝突回避の両方を実施可能な衝突回避装置を提供する。【解決手段】衝突回避装置２０１において、進入禁止領域設定部２２０は、自車の周辺に存在する障害物の位置の情報を含む障害物情報、および、自車の走行する車線の情報である車線情報に基づいて、自車を障害物に接触させないための進入禁止領域を設定する。追従判定部２３０は、障害物の位置もしくは進入禁止領域の位置に基づいて、障害物を回避対象とするか追従対象とするかを判定する。制約設定部２４０は、少なくとも自車が進入禁止領域に進入しないように自車の状態量または制御入力に制約を設定する。【選択図】図１
2020037339.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自車の周辺に存在する障害物の位置の情報を含む障害物情報、および、前記自車の走行する車線の情報である車線情報に基づいて、前記自車を前記障害物に接触させないための進入禁止領域を設定する進入禁止領域設定部と、
前記障害物の位置もしくは前記進入禁止領域の位置に基づいて、前記障害物を回避対象とするか追従対象とするかを判定する追従判定を行う追従判定部と、
少なくとも前記自車が前記進入禁止領域に進入しないように前記自車の状態量または制御入力に制約を設定する制約設定部と、
少なくとも前記自車の目標経路に対する予測経路の誤差である経路追従誤差、および、前記自車の目標速度に対する予測速度の誤差である速度追従誤差を評価項目とし、前記経路追従誤差が小さいほど、且つ、前記速度追従誤差が小さいほど評価の度合いが良くなる評価関数を設定する評価関数設定部と、
前記制約のもとで前記評価関数の評価の度合いが良くなる解を演算する解演算部と、
前記解に基づき前記自車の状態量の予測値を演算する車両状態量予測部と、
前記解および前記予測された状態量の少なくとも片方に基づき前記自車の操舵量および加減速量を制御するアクチュエータの目標値を演算する目標値演算部と、
を備える、
衝突回避装置。
【請求項２】
前記進入禁止領域設定部はさらに、前記自車の走行する車線の左右の区画線に対応する進入禁止領域を設定し、
前記追従判定部は、前記障害物に対応する前記進入禁止領域が前記左右の区画線に対応する前記進入禁止領域の両方と重なりを持つときに、前記障害物を追従対象と判定し、前記障害物に対応する前記進入禁止領域が前記左右の区画線に対応する進入禁止領域の少なくとも一方と重なりを持たないときに、前記障害物を回避対象と判定する、
請求項１に記載の衝突回避装置。
【請求項３】
前記追従判定部により行われる前記追従判定はヒステリシスを持つ、
請求項１に記載の衝突回避装置。
【請求項４】
前記進入禁止領域設定部はさらに、前記自車の走行する車線の左右の区画線に対応する進入禁止領域、および、前記障害物に対応する前記進入禁止領域を内包する追従判定領域を設定し、
前記追従判定部は、
前回の前記追従判定で前記障害物が回避対象と判定されていた場合、前記障害物に対応する前記進入禁止領域が前記左右の区画線に対応する前記進入禁止領域の両方と重なりを持つときに、前記障害物を追従対象と判定し、前記障害物に対応する前記進入禁止領域が前記左右の区画線に対応する進入禁止領域の少なくとも一方と重なりを持たないときに、前記障害物を回避対象と判定し、
前回の前記追従判定で前記障害物が追従対象と判定されていた場合、前記追従判定領域が前記左右の区画線に対応する前記進入禁止領域の両方と重なりを持つ場合に、前記障害物を追従対象と判定し、前記追従判定領域が前記左右の区画線に対応する進入禁止領域の少なくとも一方と重なりを持たないときに、前記障害物を回避対象と判定する、
請求項３に記載の衝突回避装置。
【請求項５】
前記追従判定部は、少なくとも前記障害物の重心が前記自車の走行する車線内に存在すれば、前記障害物を追従対象と判定する、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の衝突回避装置。
【請求項６】
前記追従判定部は、少なくとも前記障害物の重心が前記自車の走行する車線内に存在し、且つ、前記障害物が移動していれば、前記障害物を追従対象と判定する、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の衝突回避装置。
【請求項７】
前記制約設定部は、前記障害物が回避対象と判定されたか追従対象と判定されたかに応じて前記制約を変更する、
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の衝突回避装置。
【請求項８】
前記制約設定部は、前記障害物が回避対象と判定された場合には、前記自車が前記進入禁止領域に進入しないように前記自車の横方向の位置に制約を設定する、
請求項７に記載の衝突回避装置。
【請求項９】
前記制約設定部は、前記障害物が追従対象と判定された場合には、前記進入禁止領域に進入しないように前記自車の前方向の位置に対して制約を設定する、
請求項７または請求項８に記載の衝突回避装置。
【請求項１０】
前記制約設定部は、前記自車の走行する車線上に追従対象と判定された障害物である他車が存在する場合には、前記自車と前記他車との車間距離に応じて前記自車の上限速度の制約を設定し、前記車間距離が短いほど前記上限速度を小さくし、前記車間距離が予め定められた値以下になると前記上限速度を前記他車の速度以下にする、
請求項７から請求項９のいずれか一項に記載の衝突回避装置。
【請求項１１】
前記制約設定部は、前記自車の操舵量を制御するアクチュエータへの指令値に制約を設定しており、且つ、前記障害物が回避対象と判定された場合には、前記自車の操舵量を制御するアクチュエータへの指令値の制約を緩和する、
請求項７から請求項１０のいずれか一項に記載の衝突回避装置。
【請求項１２】
前記制約設定部は、前記自車の加減速量を制御するアクチュエータへの指令値に制約を設定しており、且つ、前記障害物が追従対象と判定された場合には、前記自車の加減速量を制御するアクチュエータへの指令値の制約を緩和する、
請求項７から請求項１１のいずれか一項に記載の衝突回避装置。
【請求項１３】
前記評価関数設定部は、前記障害物が回避対象と判定されたか追従対象と判定されたかに応じて前記評価関数を変更する、
請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の衝突回避装置。
【請求項１４】
前記評価関数設定部は、前記障害物が回避対象と判定された場合には、前記評価関数における前記経路追従誤差の評価の重みを小さくする、
請求項１３に記載の衝突回避装置。
【請求項１５】
前記評価関数設定部は、前記障害物が追従対象と判定された場合には、前記評価関数における前記速度追従誤差の評価の重みを小さくする、
請求項１３または請求項１４に記載の衝突回避装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の衝突回避装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自車が走行中の道路内に存在する障害物を検出し、自車を自動操舵して障害物を回避させる衝突回避装置が種々提案されている。例えば下記の特許文献１に開示された衝突回避装置は、障害物の位置、道路境界、自車の予測走行軌跡、障害物回避後の自車の予測姿勢角および目標姿勢角に基づく評価関数を設定し、その評価関数の出力値が最小となる予測走行軌跡を実現するように自車を制御することによって、自車を障害物から回避させる。この評価関数は、自車から障害物までの間隔および自車から道路境界までの間隔が大きいほど、また障害物回避後の自車の予測姿勢角と目標姿勢角との差が小さいほど、出力値が小さくなるように設定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２５３７４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
車両が走行可能な領域が障害物で塞がれている場合には、操舵による衝突回避ではなく、制動による衝突回避が必要となる。しかし、特許文献１に記載の衝突回避装置では、車両が走行可能な領域が障害物で塞がれている場合が想定されていないので、そのような場合には別の車両制御装置によって制動制御を行う必要がある。そのため、車両が走行可能な領域が障害物で塞がれているか否かによって、車両の走行を制御する制御装置が切り替わることとなり、その切り替わりによる乗り心地の悪化が懸念される。
【０００５】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、操舵による衝突回避と制動による衝突回避の両方を実施可能な衝突回避装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る衝突回避装置は、自車の周辺に存在する障害物の位置の情報を含む障害物情報、および、前記自車の走行する車線の情報である車線情報に基づいて、前記自車を前記障害物に接触させないための進入禁止領域を設定する進入禁止領域設定部と、前記障害物の位置もしくは前記進入禁止領域の位置に基づいて、前記障害物を回避対象とするか追従対象とするかを判定する追従判定を行う追従判定部と、少なくとも前記自車が前記進入禁止領域に進入しないように前記自車の状態量または制御入力に制約を設定する制約設定部と、少なくとも前記自車の目標経路に対する予測経路の誤差である経路追従誤差、および、前記自車の目標速度に対する予測速度の誤差である速度追従誤差を評価項目とし、前記経路追従誤差が小さいほど、且つ、前記速度追従誤差が小さいほど評価の度合いが良くなる評価関数を設定する評価関数設定部と、前記制約のもとで前記評価関数の評価の度合いが良くなる解を演算する解演算部と、前記解に基づき前記自車の状態量の予測値を演算する車両状態量予測部と、前記解および前記予測された状態量の少なくとも片方に基づき前記自車の操舵量および加減速量を制御するアクチュエータの目標値を演算する目標値演算部と、を備えるものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、操舵による衝突回避と制動による衝突回避を同一の衝突回避装置で実現できるため、操舵による衝突回避と制動による衝突回避との切り替わりに伴う乗り心地の悪化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る衝突回避システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る衝突回避システムのハードウェア構成例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１で用いる座標系を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る衝突回避システムの動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態１における進入禁止領域の設定処理のフローチャートである。
【図６】左右の区画線に対応する進入禁止領域の例を示す図である。
【図７】障害物に対応する進入禁止領域の設定方法を説明するための図である。
【図８】本発明の実施の形態１の追従判定処理のフローチャートである。
【図９】本発明の実施の形態１の障害物が追従判定対象である場合の進入禁止領域の説明図である。
【図１０】本発明の実施の形態１の制約設定のフローチャートである。
【図１１】最終的な進入禁止領域の例を示す図である。
【図１２】最終的な進入禁止領域の例を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態１のY方向の車両重心の上限値と下限値の説明図である。
【図１４】本発明の実施の形態１の障害物が追従判定対象である場合の速度の上限値の説明図である。
【図１５】本発明の実施の形態２における追従判定領域の設定方法を説明するための図である。
【図１６】本発明の実施の形態２の追従判定処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１の衝突回避システムの概略構成を示すブロック図である。当該衝突回避システムは車両に搭載されており、車両制御ユニット２００と、それに接続された障害物情報取得部１１０、車線情報取得部１２０、車両情報取得部１３０およびアクチュエータ制御部３１０とを備えている。
【００１０】
車両制御ユニット２００は、当該衝突回避システムを搭載する車両（以下「自車」という）の動作を統括的に制御する。車両制御ユニット２００は、例えば、先進運転支援システム電子制御ユニット（ＡＤＡＳ−ＥＣＵ）などである。
【００１１】
障害物情報取得部１１０は、自車の周辺に存在する障害物の位置の情報を含む障害物情報を取得する。障害物情報取得部１１０は、例えば、自車の前方の風景を撮影する前方カメラである。あるいは、障害物情報取得部１１０は、ＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging）、レーダ、ソナー、車車間通信装置、路車間通信装置などでもよい。
【００１２】
車線情報取得部１２０は、自車が走行する車線の情報である車線情報を取得する。車線情報には、自車が走行する車線の左右の区画線の位置と車線中央の位置の情報が含まれるものとする。車線情報取得部１２０は、例えば前方カメラである。あるいは、車線情報取得部１２０は、ＬｉＤＡＲによる車線の検出結果と地図データとから車線情報を求めてもよいし、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）センサを用いて測定した自車の位置と地図データとから車線情報を求めてもよい。
【００１３】
車両情報取得部１３０は、自車の速度、加速度、方位、角速度などの車両情報を取得する。車両情報取得部１３０は、例えば、操舵角センサ、操舵トルクセンサ、ヨーレートセンサ、速度センサ、加速度センサなどである。
【００１４】
アクチュエータ制御部３１０は、自車のアクチュエータが目標値を実現するように制御する。アクチュエータ制御部３１０は、例えば、電動パワーステアリングＥＣＵ（ＥＰＳ−ＥＣＵ）、パワートレインＥＣＵ、ブレーキＥＣＵなどである。
【００１５】
図１のように、車両制御ユニット２００は、衝突回避装置２０１および車両状態量推定部２１０を備えている。さらに、衝突回避装置２０１は、進入禁止領域設定部２２０と、追従判定部２３０と、制約設定部２４０と、評価関数設定部２５０と、解演算部２６０と、車両状態量予測部２７０と、目標値演算部２８０とを備えている。
【００１６】
車両状態量推定部２１０は、車両情報取得部１３０が取得した車両情報に基づいて、自車の車両状態を推定する。進入禁止領域設定部２２０は、障害物情報取得部１１０が取得した障害物情報に基づいて自車周辺の障害物の移動予測を行い、その予測結果と車線情報取得部１２０が取得した車線情報とに基づいて、自車を障害物に接触させないための進入禁止領域の設定を行う。なお、進入禁止領域設定部２２０は、進入禁止路を設定するのに先立って、自車が障害物を左右のどちらに回避するか（自車が障害物を回避するときに障害物の左右どちら側を通過するか）を判断し、進入禁止領域はその判断結果に基づいて設定される。
【００１７】
追従判定部２３０は、障害物の位置もしくは進入禁止領域の位置に基づいて、障害物が回避対象であるか追従対象であるかの判定（以下「追従判定」と称す）を行う。制約設定部２４０は、追従判定部２３０による追従判定の結果と、進入禁止領域設定部２２０による障害物の移動予測の結果と、車線情報取得部１２０が取得した車線情報とに基づいて、自車が障害物を回避するときの自車の状態量または制御入力に制約を設定する。
【００１８】
評価関数設定部２５０は、少なくとも、自車の目標経路に対する予測経路の誤差である経路追従誤差と、自車の目標速度に対する予測速度の誤差である速度追従誤差とを評価する評価関数を設定する。解演算部２６０は、制約設定部２４０が設定した制約のもとで評価関数を小さくする解、すなわち制御入力の予測値を演算する。車両状態量予測部２７０は、解演算部２６０が算出した制御入力の予測値に基づいて、自車の車両状態量の予測値を演算する。
【００１９】
目標値演算部２８０は、車両状態量予測部２７０が算出した状態量の予測値と、解演算部２６０が算出した制御入力の予測値とから、アクチュエータの目標値を演算する。目標値演算部２８０が算出したアクチュエータの目標値は、アクチュエータ制御部３１０に入力され、アクチュエータ制御部３１０は、その目標値を実現するようにアクチュエータを制御する。
【００２０】
図２は、衝突回避システムのハードウェア構成例を示す図である。当該衝突回避システムを搭載する自車１は、ステアリングホイール２と、ステアリング軸３と、操舵ユニット４と、ＥＰＳモータ５と、パワートレインユニット６と、ブレーキユニット７と、前方カメラ１１１と、レーダセンサ１１２と、ＧＮＳＳセンサ１２１と、ナビゲーション装置１２２と、操舵角センサ１３１と、操舵トルクセンサ１３２と、ヨーレートセンサ１３３と、速度センサ１３４と、加速度センサ１３５と、図１に示した車両制御ユニット２００と、ＥＰＳコントローラ３１１と、パワートレインコントローラ３１２と、ブレーキコントローラ３１３とを備える。
【００２１】
ステアリングホイール２は、ドライバが自車１を操作するための、いわゆるハンドルである。ステアリングホイール２はステアリング軸３に結合されており、ステアリング軸３には操舵ユニット４が連接されている。操舵ユニット４は、操舵輪としての前輪を回動自在に支持すると共に、車体フレームに転舵自在に支持されている。従って、ドライバのステアリングホイール２の操作によって発生した操舵トルクはステアリング軸３を回転させ、ステアリング軸３の回転に応じて操舵ユニット４が前輪を左右方向へ転舵させる。これによって、ドライバは自車１が前進または後進する際の自車１の横移動量を操作することができる。
【００２２】
なお、ステアリング軸３はＥＰＳモータ５によって回転させることも可能である。ＥＰＳコントローラ３１１は、ＥＰＳモータ５に流れる電流を制御することで、ドライバのステアリングホイール２の操作と独立して、前輪を自在に転舵させることができる。
【００２３】
車両制御ユニット２００には、前方カメラ１１１、レーダセンサ１１２、ＧＮＳＳセンサ１２１、ナビゲーション装置１２２、操舵角センサ１３１、操舵トルクセンサ１３２、ヨーレートセンサ１３３、速度センサ１３４、加速度センサ１３５、ＥＰＳコントローラ３１１、パワートレインコントローラ３１２、ブレーキコントローラ３１３が接続されている。
【００２４】
前方カメラ１１１は、車両前方の区画線が画像として検出できる位置に設置され、画像情報を基に、車線情報や障害物の位置などの自車の前方環境を検出する。ここでは、前方環境を検出する前方カメラのみを示しているが、後方や側方の環境を検出するカメラも自車１に設置されてもよい。レーダセンサ１１２は、レーダを照射し、その反射波を検出することで、自車１を基準にした障害物の相対距離および相対速度を出力する。レーダセンサ１１２としては、ミリ波レーダ、ＬｉＤＡＲ、レーザーレンジファインダ、超音波レーダなど周知のものを用いることができる。ここでは、図１に示した障害物情報取得部１１０は、前方カメラ１１１およびレーダセンサ１１２により構成されるものとする。
【００２５】
ＧＮＳＳセンサ１２１は測位衛星からの電波をアンテナで受信し、測位演算することによって自車１の絶対位置および絶対方位を出力する。ナビゲーション装置１２２は、ドライバが設定した行き先（目的地）に対する最適な走行ルートを演算する機能を有し、道路網を構成する各道路の道路情報を含む地図データを記憶している。道路情報は、道路線形を表現する地図ノードデータであり、各地図ノードデータには各ノードの絶対位置（緯度、経度、標高）、車線幅、カント角、傾斜角情報などが含まれている。ここでは、図１に示した車線情報取得部１２０は、ＧＮＳＳセンサ１２１およびナビゲーション装置１２２により構成されるものとする。
【００２６】
操舵角センサ１３１は、ステアリングホイール２の操舵角を検出する。操舵トルクセンサ１３２は、ステアリング軸３の操舵トルクを検出する。ヨーレートセンサ１３３は、自車１のヨーレートを検出する。速度センサ１３４は、自車１の速度を検出する。加速度センサ１３５は、自車１の加速度を検出する。ここでは、図１に示した車両情報取得部１３０は、操舵角センサ１３１、操舵トルクセンサ１３２、ヨーレートセンサ１３３、速度センサ１３４および加速度センサ１３５により構成されるものとする。
【００２７】
車両制御ユニット２００は、マイクロプロセッサ等の集積回路であり、Ａ／Ｄ変換回路、Ｄ／Ａ変換回路、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサ、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などのメモリ等を備える。車両制御ユニット２００のプロセッサは、上記の各センサから入力された情報を、ＲＯＭに格納されたプログラムに従って処理することで、自車１の目標操舵角、目標駆動力および目標制動力を算出する。
【００２８】
言い換えれば、車両制御ユニット２００は、プロセッサにより実行されるときに、自車の周辺に存在する障害物の位置の情報を含む障害物情報、および、自車の走行する車線の情報である車線情報に基づいて、自車を障害物に接触させないための進入禁止領域を設定する処理と、障害物の位置もしくは進入禁止領域の位置に基づいて、障害物を回避対象とするか追従対象とするかを判定する追従判定を行う処理と、少なくとも自車が進入禁止領域に進入しないように自車の状態量または制御入力に制約を設定する処理と、少なくとも自車の目標経路に対する予測経路の誤差である経路追従誤差、および、自車の目標速度に対する予測速度の誤差である速度追従誤差を評価項目とし、経路追従誤差が小さいほど、且つ、速度追従誤差が小さいほど評価の度合いが良くなる評価関数を設定する処理と、制約のもとで評価関数の評価の度合いが良くなる解を演算する処理と、解に基づき自車の状態量の予測値を演算する処理と、解および予測された状態量の少なくとも片方に基づき自車の操舵量および加減速量を制御するアクチュエータの目標値を演算する処理と、が結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリを備える。換言すれば、このプログラムは、衝突回避装置２０１の構成要素の動作の手順や方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。
【００２９】
そして、車両制御ユニット２００は、ＥＰＳコントローラ３１１に目標操舵角を送信し、パワートレインコントローラ３１２に目標駆動力を送信し、ブレーキコントローラ３１３に目標制動力を送信する。
【００３０】
ＥＰＳコントローラ３１１は、車両制御ユニット２００から受信した目標操舵角を実現するように、ＥＰＳモータ５を制御する。パワートレインコントローラ３１２は、車両制御ユニット２００から受信した目標駆動力を実現するように、パワートレインユニット６を制御する。ブレーキコントローラ３１３は、車両制御ユニット２００から受信した目標制動力を実現するように、ブレーキユニット７を制御する。ここでは、図１に示したアクチュエータ制御部３１０は、ＥＰＳコントローラ３１１、パワートレインコントローラ３１２およびブレーキコントローラ３１３により構成されるものとする。
【００３１】
図２には、自車１の例として、エンジンのみを駆動力源とする車両を示したが、自車１は、電動モータのみを駆動力源とする電気自動車や、エンジンと電動モータの両方を駆動力源とするハイブリッド車などでもよい。
【００３２】
次に、実施の形態１に係る衝突回避システムの動作を説明する。図３に、実施の形態１に係る衝突回避システムが用いる座標系を模式的に示す。図３において、Ｘ軸およびＹ軸は慣性座標系を表しており、Ｘｃ，Ｙｃ，θは慣性座標系での自車１の重心位置および方位角を表している。ｘ軸およびｙ軸は自車１の重心を原点とする自車座標系を表しており、自車１の前方にｘ軸、左手方向にｙ軸をとっている。本実施の形態では、制御周期ごとに自車の重心位置Ｘｃ，Ｙｃと方位角θとを０に初期化する。すなわち、慣性座標系と自車座標系とを制御周期ごとに一致させる。この処理により、方位角θの変化が小さい場合に、Ｘ方向を自車１の前方向、Ｙ方向を自車１の横方向として考えることができる。
【００３３】
衝突回避装置２０１の解演算部２６０は、車両のダイナミクスを数学的に表した動的車両モデルを用いて、現在の時刻０から一定周期Ｔｓの間隔で時間Ｔｈだけ未来までの自車１の挙動を予測し、自車１の望ましい動作を表現する評価関数を最小化する制御入力ｕを求める最適化問題を一定期間ごとに解くことで、その解として、最適な目標操舵量、あるいは、最適な目標操舵量および目標加速度を算出する。このとき、予測する車両状態量の点数は、Ｎ点（Ｎ＝Ｔｈ／Ｔｓ）となる。現在の時刻から時間Ｔｈだけ未来までの間の時間を「ホライズン」と称す。
【００３４】
このように、未来の自車１の挙動を予測し、さらに障害物が回避対象か追従対象かを事前に判定することで、衝突回避を行うまでの時間的な余裕を確保できる。それにより、急操舵や急制動が発生する可能性を低減することができ、自車１の乗り心地が向上する。また、急操舵や急制動が発生する可能性が低減されることで、演算負荷の低減や、最適解の求解確率の向上といった効果も得られる。
【００３５】
また、後述するように、衝突回避装置２０１は、障害物に応じて回避モードや追従モードなどに状態遷移するのではなく、それぞれの障害物が回避対象か追従対象かを判定する。そのため、複数の障害物が存在する場合であっても、各障害物について回避するのか追従するのかを選択できる。よって、例えば、自車１を先行車に追従させながら、路肩に停止中の他の車両を回避するといった自車１の制御も可能になる。
【００３６】
なお、最適化問題の解は、必ずしも評価関数を最小化するものでなくてもよく、評価関数による評価の度合いをある程度以上良くできるものであればよい。例えば、評価関数を予め定められた閾値よりも小さくできた入力値を解としてもよい。また、予め定められた回数だけ反復計算を行っても評価関数が閾値を下回らなかった場合に、それまでの反復計算で評価関数を最も小さくできた入力値を解としてもよい。
【００３７】
また、本実施の形態では最適化問題を最小化問題として扱うが、評価関数の符号を反転させることで最大化問題として扱うこともできる。その場合も、最適化問題の解は、必ずしも評価関数を最大化するものでなくてもよい。例えば、評価関数が予め定められた閾値よりも大きくできた入力値を解としてもよい。また、予め定められた回数だけ反復計算を行っても評価関数が閾値を上回らなかった場合に、それまでの反復計算で評価関数を最も大きくできた入力値を解としてもよい。
【００３８】
以下、解演算部２６０が解く最適化問題の例を示す。以下の説明において、記号「＿」はそれに続く文字に付されたアンダーバーを意味し、記号「￣」はそれに続く文字に付されたオーバーバーを意味し、記号「＾」はそれに続く文字に付されたハット（キャレット）を意味している。
【００３９】
本実施の形態では、解演算部２６０は、次に示す制約付き最適化問題を一定期間ごとに解く。
【００４０】
【数１】
2020037339.tif 000003
【００４１】
【数２】
2020037339.tif 000004
【００４２】
ここで、Ｊは評価関数、ｘは車両状態量、ｕは制御入力、ｆは動的車両モデルに関するベクトル値関数、ｘ０は初期値、ｇは制約に関するベクトル値関数である。
【００４３】
本実施の形態では、車両制御ユニット２００が操舵制御および加減速制御の両方を行うこととし、車両状態量ｘおよび制御入力ｕを次のように設定する。
【００４４】
【数３】
2020037339.tif 000005
【００４５】
【数４】
2020037339.tif 000006
【００４６】
ここで、βは横滑り角、γはヨーレート、δは舵角、Ｖは速度、αは加速度、ωは舵角速度、ｊは躍度である。このとき、制御入力ｕとアクチュエータ制御部３１０の制御量とを一致させる必要はない。そのため、アクチュエータ制御部３１０の制御量に依存せずに車両状態量ｘおよび制御入力ｕを設定できる。そして、舵角ではなく舵角速度を制御入力とすることで、評価関数や制約の設定次第で舵角の変動の大きさを容易に制限でき、車両の乗り心地が向上する。同様に、加速度ではなく躍度を制御入力とすることで、評価関数や制約の設定次第で加速度の変動の大きさを容易に制限でき、車両の乗り心地が向上する。
【００４７】
動的車両モデルは次に示す二輪モデルを用いる。
【００４８】
【数５】
2020037339.tif 000007
【００４９】
ここで、Ｍは車両質量、Ｉは車両のヨー慣性モーメント、ｌｆ，ｌｒは車両重心から前後車軸までの距離である。Ｙｆ，Ｙｒはそれぞれ前輪および後輪のコーナリングフォースであり、前輪および後輪のコーナリングスティフネスＣｆ，Ｃｒを用いて、次のように近似できる。
【００５０】
【数６】
2020037339.tif 000008
【００５１】
【数７】
2020037339.tif 000009
【００５２】
式１０６および式１０７を用いて式１０５を整理すると、動的車両モデルｆは次式のようになる。
【００５３】
【数８】
2020037339.tif 000010
【００５４】
なお、動的車両モデルは、車両の位置を車両状態量に含むものであれば、二輪モデル以外のモデルを用いてもよい。また、モデルをコンパクトにするために、ｘ＝［Ｘｃ，Ｙｃ，θ，β，γ，Ｖ］Ｔ，ｕ＝［δ，α］Ｔとしてもよい。
【００５５】
本実施の形態では、評価関数Ｊには次式を用いる。
【００５６】
【数９】
2020037339.tif 000011
【００５７】
ここで、ｘｋは予測点ｋ（ｋ＝０，…，Ｎ）における車両状態量、ｕｋは予測点ｋ（ｋ＝０，…，Ｎ−１）における制御入力である。ｈは評価項目に関するベクトル値関数、ｈＮは終端（予測点Ｎ）における評価項目に関するベクトル値関数であり、ｒｋは予測点ｋ（ｋ＝０，…，Ｎ）における目標値である。Ｗ，ＷＮは重み行列であり、各評価項目に対する重みを対角成分に有する対角行列であり、パラメータとして適宜変更可能である。重み行列Ｗ，ＷＮは、障害物が回避対象か追従対象かによって変更してもよい。例えば、障害物が回避対象である場合に、経路追従誤差の重みを小さくすることによって、操舵による衝突回避を滑らかにすることができる。また、障害物が追従対象である場合に、速度追従誤差の重みを小さくすることによって、制動による衝突回避が滑らかにすることができる。
【００５８】
本実施の形態では、小さな制御入力で車両が目標経路を目標速度で走行するように操舵制御および加減速制御を行うものとし、評価項目に関するベクトル値関数ｈ，ｈＮを次のように設定する。
【００５９】
【数１０】
2020037339.tif 000012
【００６０】
【数１１】
2020037339.tif 000013
【００６１】
ここで、ｅＹ，ｋは予測点ｋ（ｋ＝０，…，Ｎ）における経路追従誤差（自車の目標経路に対する予測経路の誤差）である。目標経路が自車座標系において関数ｙ＝ｌ（ｘ）で表現されているとすると、経路追従誤差ｅＹ，ｋ＝Ｙｃ，ｋ−ｌ（Ｘｃ，ｋ）である。なお、目標経路は関数表現されている経路であればよく、例えば、車線中央を関数近似したものでよく、車線情報取得部１２０で生成される。ｅＶ，ｋは予測点ｋ（ｋ＝０，…，Ｎ）における自車の目標速度に対する予測速度の誤差である速度追従誤差である。目標速度をＶｒｅｆとすると、速度追従誤差ｅＶ，ｋ＝Ｖｋ−Ｖｒｅｆである。なお、目標速度Ｖｒｅｆは、例えば自車が走行する車線の制限速度であり、車線情報取得部１２０により取得される。
【００６２】
そして、経路追従誤差ｅＹ，ｋと、速度追従誤差ｅＶ，ｋと、操舵速度ωｋと、躍度ｊｋとが小さくなるように、目標値ｒｋ，ｒＮを次のように設定する。
【００６３】
【数１２】
2020037339.tif 000014
【００６４】
【数１３】
2020037339.tif 000015
【００６５】
経路追従誤差を評価することにより、ホライズン内に回避対象となる障害物が存在しない場合には車線維持を行い、回避対象が存在する場合には、回避対象の位置を含む進入禁止領域が設定されて、操舵による衝突回避を行うことが可能となる。また、速度追従誤差を評価することにより、ホライズン内に追従対象となる障害物が存在しない場合には速度維持を行い、追従対象が存在する場合には進入禁止領域あるいは上限速度が設定されて、制動による衝突回避を行うことが可能となる。そのため、車線維持、車速維持、操舵による衝突回避、制動による衝突回避を同一の制御装置で実現でき、障害物が自車の走行可能領域を塞いでいるか否かに関わらず、スムーズな衝突回避が可能となる。
【００６６】
なお、本実施の形態では、経路追従誤差、速度追従誤差、操舵速度および躍度のみを評価するように評価項目を設定したが、経路追従性や乗り心地を向上させるために、方位、ヨーレート、加速度などを評価項目に加えてもよい。また、障害物が回避対象か追従対象かによって評価項目を変更してもよい。例えば、障害物が回避対象である場合には、ヨーレートや横加速度を評価することで、操舵による衝突回避が滑らかにすることができる。障害物が追従対象である場合には、縦加速度を評価することで、制動による衝突回避が滑らかにすることができる。
【００６７】
次に、制約に関するベクトル値関数ｇについて説明する。関数ｇは、制約付き最適化問題において、車両状態量ｘと、制御入力ｕの上限値および下限値（以下「上下限値」ということもある）とを設定するためのものであり、最適化はｇ（ｘ，ｕ）≦０の条件のもと実行される。
【００６８】
本実施の形態では、進入禁止領域を設定し、一定範囲内の操舵速度と躍度で操舵あるいは制動による衝突回避を行うために、車両の重心位置Ｘｃの上限値を￣Ｘｃ（≧０）、車両の重心位置Ｙｃの上限値を￣Ｙｃ（＞０）、下限値を＿Ｙｃ（＜０）、速度Ｖの上限値を￣Ｖ（≧０）、操舵速度ωの上限値を￣ω（＞０）、下限値を＿ω（＜０）、躍度ｊの上限値を￣ｊ（＞０）、下限値を＿ｊ（＜０）として、関数ｇを以下のように設定する。
【００６９】
【数１４】
2020037339.tif 000016
【００７０】
ホライズン内で方位角θの変化が小さい場合には、Ｘ方向を車両の縦方向（前方向）と考えることができる。そのため、Ｘｃの上限値を設定することで、車両の縦位置に制約を課すことができ、制動による衝突回避が可能となる。また、Ｙ方向は車両の横方向と考えることができる。そのため、Ｙｃの上下限値を設定することで、車両の横位置に制約を課すことができ、操舵による衝突回避が可能となる。さらに、速度の上限値を設定することで、追従対象との相対速度を制御でき、制動による衝突回避が可能となる。なお、車両の重心位置Ｘｃの上限値と速度Ｖの上限値の設定はいずれか一方のみでもよい。また、操舵速度ωや躍度ｊの上下限値を設定することで、乗り心地を確保した車両制御を行うことができる。
【００７１】
また、アクチュエータへの指令値に制約を設定してもよい。そして、障害物が回避対象か追従対象かによってアクチュエータの指令値の制約を変更してもよい。例えば、障害物が回避対象である場合には、操舵量を制御するアクチュエータの指令値の制約を緩和することで、制約が原因で操舵量の不足のために衝突回避が間に合わなくなる可能性を低減できる。また、障害物が追従対象である場合には、加減速量を制御するアクチュエータの指令値の制約を緩和することで、制約が原因で制動量の不足のために衝突回避が間に合わなくなる可能性を低減できる。
【００７２】
図４は、実施の形態１に係る衝突回避システムの動作を示すフローチャートである。以下、図４を参照しつつ、衝突回避装置２０１の動作を説明する。
【００７３】
衝突回避装置２０１が起動すると、以下のステップＳ１１０，Ｓ１２０，Ｓ１３０が実行される。ステップＳ１１０では、障害物情報取得部１１０が、障害物の位置の情報を含む障害物情報を取得する。本実施の形態では、障害物が自車１から見て左前方に存在する場合には、自車座標系での障害物の右前端ＰＦＲ、右後端ＰＲＲ、左後端ＰＲＬの位置が障害物情報として取得され、障害物が自車から見て右前方に存在する場合には、自車座標系での障害物の左前端ＰＦＬ、左後端ＰＲＬ、右後端ＰＲＲの位置が障害物情報として取得されるものとする。さらに、障害物情報取得部１１０は、取得したそれらの位置情報に基づいて、障害物の左前端ＰＦＬあるいは右前端ＰＦＲの位置、障害物の中心Ｏｏｂｓの位置ｘｏｂｓ，ｙｏｂｓ、方位θｏｂｓ、速度Ｖｏｂｓ、長さｌｏｂｓ、幅ｗｏｂｓを推定する。
【００７４】
ステップＳ１２０では、車線情報取得部１２０が、自車が走行すべき車線の左右の区画線の位置および車線中央の位置の情報を含む車線情報を取得する。本実施の形態では、自車座標系で左右の区画線を３次の多項式で表現した際の係数が車線情報として取得されるものとする。すなわち、左の区画線に対しては、次式のＣｌ０〜Ｃｌ３の値が取得される。
【００７５】
【数１５】
2020037339.tif 000017
【００７６】
また、右の区画線に対しては、次式のＣｒ０〜Ｃｒ３の値が取得される。
【００７７】
【数１６】
2020037339.tif 000018
【００７８】
このとき、車線中央（目標経路）は、次式のように表現される。
【００７９】
【数１７】
2020037339.tif 000019
【００８０】
【数１８】
2020037339.tif 000020
【００８１】
なお、区画線の情報は３次の多項式に限らず、いかなる関数で表現されていてもよい。また、目標経路は車線中央でなくてもよく、関数表現されている任意の経路でよい。
【００８２】
ステップＳ１３０では、車両情報取得部１３０が、自車の操舵角、ヨーレート、速度、加速度などの車両情報を取得する。本実施の形態では、車両情報として、舵角δ、ヨーレートγ、速度Ｖ、加速度ａが取得されるものとする。
【００８３】
次に、ステップＳ２１０において、車両状態量推定部２１０が自車の車両状態量ｘを推定する。車両状態量の推定には、ローパスフィルタ、オブザーバ、カルマンフィルタ、粒子フィルタなど、公知の技術を用いることができる。
【００８４】
また、ステップＳ２２０において、進入禁止領域設定部２２０が、障害物の移動予測を行い、その結果に基づいて進入禁止領域を設定する。具体的には、進入禁止領域設定部２２０は、各予測点ｋ（ｋ＝１，…，Ｎ）における障害物の中心位置ｘｏｂｓ，ｋ，ｙｏｂｓ，ｋを予測する。本実施の形態では、障害物の運動を等速直線運動で近似し、障害物情報取得部１１０が取得した現時刻での障害物の中心位置ｘｏｂｓ，０，ｙｏｂｓ，０、方位θｏｂｓ、速度Ｖｏｂｓを用いて、中心位置ｘｏｂｓ，ｋ，ｙｏｂｓ，ｋを次の式から予測する。
【００８５】
【数１９】
2020037339.tif 000021
【００８６】
【数２０】
2020037339.tif 000022
【００８７】
障害物が複数存在する場合には、進入禁止領域設定部２２０は、各障害物に対して中心位置ｘｏｂｓ，ｋ，ｙｏｂｓ，ｋの予測を行う。なお、等速直線運動の近似を用いるのではなく、二輪モデルなどの車両モデルを用いて移動予測を行ってもよい。
【００８８】
次に、ステップＳ２３０において、追従判定部２３０が、障害物が回避対象であるか追従対象であるかを判定する追従判定を行う。
【００８９】
次に、ステップＳ２４０において、制約設定部２４０が、制約（式１１４）を生成する。また、ステップＳ２５０において、評価関数設定部２５０が、評価関数（式１０９）を生成する。
【００９０】
そして、ステップＳ２６０において、解演算部２６０が、評価関数（式１０９）と制約（式１１４）とを用いて、制約付き最適化問題の解を演算する。解の演算には、K.U.Leuven大学により開発された、ＡＣＡＤＯ（Automatic Control And Dynamic Optimization）や、Ｃ／ＧＭＲＥＳ（Continuation/Generalized Minimum Residual）法をベースとして最適化問題を解く自動コード生成ツールであるＡｕｔｏＧｅｎなど、公知の手段を用いることができる。
【００９１】
次に、ステップＳ２７０において、車両状態量予測部２７０が、自車の車両状態量の予測値を演算する。ステップＳ２６０でＡＣＡＤＯやＡｕｔｏＧｅｎを用いた場合、各予測点ｋ（ｋ＝１，…，Ｎ−１）での最適化された制御入力の時系列（最適制御入力）ｕ＊が、解演算部２６０の出力となる。すなわち、解演算部２６０の出力は、次式で表される。
【００９２】
【数２１】
2020037339.tif 000023
【００９３】
この場合、ステップＳ２７０の車両状態量の予測では、ｕ＊と動的車両モデルｆを用いて、最適化された車両状態量の時系列（最適状態量）ｘ＊が演算される。このときｘ＊は次式のように表現される。
【００９４】
【数２２】
2020037339.tif 000024
【００９５】
次に、ステップＳ２８０において、目標値演算部２８０が、アクチュエータの目標値を演算する。本実施の形態では、車両制御ユニット２００は操舵制御および加減速制御を行うので、目標値演算部２８０は、次の式で表される目標操舵角δｒｅｆおよび目標加速度αｒｅｆをアクチュエータ制御部３１０に送信する。
【００９６】
【数２３】
2020037339.tif 000025
【００９７】
【数２４】
2020037339.tif 000026
【００９８】
ここで、ｘｋ＊［ｉ］は、予測点ｋにおける最適状態量ｘｋ＊のｉ番目の要素を意味する。なお、目標値演算部２８０が他の目標値をアクチュエータ制御部３１０へ送信する場合、最適状態量ｘ＊や最適制御入力ｕ＊から目標値を演算すればよい。例えば、目標値演算部２８０がアクチュエータ制御部３１０へ目標操舵速度ωｒｅｆを送信する場合には、ωｒｅｆ＝ｕ０＊［１］＝ω０＊とすればよい。
【００９９】
次に、ステップＳ３１０において、アクチュエータ制御部３１０が、目標値演算部２８０から受信した目標値を実現するようにアクチュエータを制御する。本実施の形態では、車両制御ユニット２００は操舵制御および加減速制御を行うので、アクチュエータ制御部３１０は、目標操舵角δｒｅｆを実現するようにＥＰＳモータ５を制御するとともに、目標加速度αｒｅｆを実現するようにパワートレインユニットおよびブレーキユニットを制御する。衝突回避システムは、以上の動作を繰り返し実行する。
【０１００】
ここで、図４のステップＳ２２０で進入禁止領域設定部２２０が行う進入禁止経路の設定処理について説明する。図５は、進入禁止領域の設定処理のフローチャートである。
【０１０１】
進入禁止領域の設定処理では、まず、ステップＳ２２１において、進入禁止領域設定部２２０が、上記の式１１９、式１２０に基づいて障害物の移動予測を行う。
【０１０２】
次に、ステップＳ２２２において、進入禁止領域設定部２２０は、図４のステップＳ１２０で車線情報取得部１２０が取得した車線情報に基づいて、自車が走行する車線の左右の区画線に対応する進入禁止領域を設定する。具体的には、進入禁止領域設定部２２０は、図６のように、左右の区画線の外側をそれぞれ進入禁止領域ＡＬ，ＡＲとして設定する。なお、区画線の外部も走行可能な状況であれば、自車が走行可能な領域を拡張するように適宜進入禁止領域ＡＬ，ＡＲの位置を変更してもよい。
【０１０３】
そして、ステップＳ２２３において、進入禁止領域設定部２２０は、図４のステップＳ１１０で障害物情報取得部１１０が取得した車線情報に基づいて、障害物に対応する進入禁止領域を設定する。
【０１０４】
図７は、図５のステップＳ２２３で設定される進入禁止領域の設定方法を説明するための図である。ここでは、自車（不図示）が直線道路を走行しており、障害物情報取得部１１０により、自車以外の車両１１（以下「他車」という）が障害物として検出されたものと仮定する。他車１１は、自車の左前方で車線に対して平行に停止あるいは走行しているものとする。なお、車線は直線道路でなくてもよく、障害物は車両でなくてもよい。また、障害物が自車の右前方に存在している場合には、以下の処理を左右反転させて行えばよい。
【０１０５】
まず、進入禁止領域設定部２２０は、障害物情報取得部１１０で取得された他車１１の左前端ＰＦＬ、右前端ＰＦＲ、右後端ＰＲＲ、左後端ＰＲＬの位置に基づいて、図７のように、ＰＦＬ，ＰＦＲ，ＰＲＲ，ＰＲＬを頂点とする矩形の領域を障害物領域（以下「障害物領域ＰＦＬＰＦＲＰＲＲＰＲＬ」と称す）として設定する。
【０１０６】
次に、進入禁止領域設定部２２０は、障害物領域ＰＦＬＰＦＲＰＲＲＰＲＬを、車線と平行な方向に自車の長さｌｅｇｏの半分だけ前と後ろ（自車から見て奥と手前）に拡張し、さらに車線と垂直な方向に自車の幅ｗｅｇｏの半分だけ右と左に拡張することで得られる、ＱＦＬ，ＱＦＲ，ＱＲＲ，ＱＲＬを頂点とする矩形の領域を接触領域（以下「接触領域ＱＦＬＱＦＲＱＲＲＱＲＬ」と称す）として設定する。接触領域ＱＦＬＱＦＲＱＲＲＱＲＬは、自車が車線に平行に走行するときに、自車の重心が進入すると他車１１と接触してしまう領域である。
【０１０７】
続いて、進入禁止領域設定部２２０は、接触領域ＱＦＬＱＦＲＱＲＲＱＲＬの手前側の辺ＱＲＬＱＲＲの中点から距離ｌＲだけ手前に位置する点ＲＲＣと、接触領域ＱＦＬＱＦＲＱＲＲＱＲＬの奥側の辺ＱＦＬＱＦＲの中点から距離ｌＦだけ奥に位置する点ＲＦＣと、接触領域ＱＦＬＱＦＲＱＲＲＱＲＬを車線と垂直な方向に距離ｌＳだけ右と左に拡張することで得られる矩形の頂点ＲＦＬ，ＲＦＲ，ＲＲＲ，ＲＲＬとを求め、それらＲＦＬ，ＲＦＣ，ＲＦＲ，ＲＲＲ，ＲＲＣ，ＲＲＬを頂点とする六角形の領域を進入禁止領域ＡＯとして設定する。ここで、ｌＲ，ｌＦ，ｌＳは、自車を障害物から回避させるときの自車から障害物までの間隔（以下「回避間隔」という）を規定するパラメータである。
【０１０８】
ｌＲ，ｌＦ，ｌＳの値は、適宜変更可能であり、自車が走行する車線の制限速度などに応じて設定される。例えば、自車が制限速度４０ｋｍ／ｈの車線を走行中であれば、走行速度４０ｋｍ／ｈのときの一般的な停止距離（空走距離と制動距離との和）が２０ｍ程度であるため、ｌＲ＝２０［ｍ］と設定するとよい。また、ｌＲ，ｌＦ，ｌＳは時変としてもよい。例えば、自車と障害物との速度差が大きいときにはｌＲ，ｌＳが大きくなり、速度差が小さいときにはｌＲ，ｌＳが小さくなるように、ｌＲ，ｌＳを変化させることで、速度差に応じて回避間隔が変化するようになり、操舵による衝突回避の安全性が向上する。
【０１０９】
なお、進入禁止領域の形状は六角形に限らず、いかなる形状でもよい。ただし、進入禁止領域を凸形状（ここでは凸六角形）に設定することで、最適解の求解速度の向上や求解可能性の向上を図ることができる。また、障害物が複数存在する場合には、それぞれの障害物に対して、同様に進入禁止領域を設定すればよい。
【０１１０】
ここで、図４のステップＳ２３０で追従判定部２３０が行う追従判定（障害物が回避対象であるか追従対象であるかの判定）の処理について説明する。図８は、追従判定処理のフローチャートである。
【０１１１】
まず、ステップＳ２３１において、追従判定部２３０は、障害物に対応する進入禁止領域ＡＯが、左右の区画線に対応する進入禁止領域ＡＬ，ＡＲの両方と重なりを持つかを判定する。
【０１１２】
進入禁止領域ＡＯが進入禁止領域ＡＬ，ＡＲの両方と重なりを持っている場合（ステップＳ２３１でＹＥＳ）には、自車が障害物を回避するためのスペースが無いため、ステップＳ２３２において、追従判定部２３０は障害物を追従対象と判定する。そして、ステップＳ２３３において、追従判定部２３０はその障害物に対応する進入禁止領域を再設定する。
【０１１３】
図９は、追従対象と判定された障害物（他車１１）に対して再設定される進入禁止領域の例を示している。ここでは、他車１１が追従対象と判定された場合、自車１が他車１１との車間距離をｌｆｏｌ以上に維持しながら他車１１に追従させるものとする。そのため、各予測点における他車１１の中心ＯｏｂｓのＸ方向の位置ｘｏｂｓから車線に平行な方向にｌｆｏｌだけ手前に離れた位置Ｘｂに、追従境界ｂを設定する。そして、追従境界ｂより奥の領域、すなわちＸ＞Ｘｂの領域を、新たな進入禁止領域ＡＯとして再設定する。ここで、ｌｆｏｌは、ｌｆｏｌ＞（ｌｅｇｏ＋ｌｏｂｓ）／２の範囲で、適宜変更可能な時変または時不変のパラメータである。例えば、自車が制限速度４０ｋｍ／ｈの車線を走行中であれば、走行速度４０ｋｍ／ｈのときの一般的な停止距離が２０ｍ程度であるため、ｌｆｏｌ＝（ｌｅｇｏ＋ｌｏｂｓ）／２＋２０［ｍ］と設定するとよい。なお、他車１１は停止していてもよい。
【０１１４】
一方、進入禁止領域ＡＯが進入禁止領域ＡＬ，ＡＲの少なくとも片方と重なりを持たない場合（ステップＳ２３１でＮＯ）、自車が障害物を回避するためのスペースがあるため、ステップＳ２３４において、追従判定部２３０は障害物を回避対象と判定する。
【０１１５】
図８においては、進入禁止領域ＡＯと進入禁止領域ＡＬ，ＡＲとの位置関係を判定基準にした追従判定の例を示したが、さらに、追従判定の判定基準はこれに限られず、例えば他の判定基準をＯＲ条件で加えてもよい。
【０１１６】
例えば、障害物の重心が左右の区画線の間に存在する場合には、進入禁止領域ＡＯと進入禁止領域ＡＬ，ＡＲとの位置関係に関わらず、当該障害物が追従対象と判定されるようにしてもよい。これにより、自車が走行する車線内の障害物は常に追従対象と判定されるようになる。また、障害物の重心が左右の区画線の間に存在し、且つ、当該障害物が移動している場合には、進入禁止領域ＡＯと進入禁止領域ＡＬ，ＡＲとの位置関係に関わらず、当該障害物が追従対象と判定されるようにしてもよい。これにより、自車が走行する車線内を走行する障害物は追従対象とできる。そのようにすることで、車線内で無理な追い抜きが行われることを防ぐことができる。
【０１１７】
ここで、図４のステップＳ２４０で制約設定部２４０が行う制約（式１１４）の生成について説明する。図１０は、制約の生成処理を示すフローチャートである。
【０１１８】
まず、制約設定部２４０は、ステップＳ２４１において、左右の区画線に対応する進入禁止領域ＡＬ，ＡＲと障害物に対応する進入禁止領域ＡＯとの論理和をとることで、進入禁止領域ＡＬ，ＡＲ，ＡＯの全てを含む最終的な進入禁止領域を設定する。言い換えれば、進入禁止領域ＡＬ，ＡＲ，ＡＯの少なくともいずれか１つに含まれる領域が、最終的な進入禁止領域となる。
【０１１９】
例えば、障害物である他車１１が回避対象と判定され、障害物に対応する進入禁止領域ＡＯが図７のように設定されている場合、最終的な進入禁止領域は図１１のように設定される。また、障害物である他車１１が追従対象と判定され、障害物に対応する進入禁止領域ＡＯが図９のように設定されている場合、最終的な進入禁止領域は図１２のように設定される。以下、自車１の左側に設定された最終的な進入禁止領域を「進入禁止領域ＳＬ」、自車１の右側に設定された最終的な進入禁止領域を「進入禁止領域ＳＲ」、自車１の前方を塞ぐように設定された最終的な進入禁止領域を「進入禁止領域ＳＦ」と称す。なお、障害物（他車１１）が回避対象である場合には、進入禁止領域ＳＦは存在しない。
【０１２０】
次に、制約設定部２４０は、ステップＳ２４２において、前回の最適制御入力ｕ＊を用いて、最適状態量ｘ＊を予測する。このとき、次の更新式により予測最適状態量＾Ｘｋ＋１＊（ｋ＝０，…，Ｎ−１）を演算する。
【０１２１】
【数２５】
2020037339.tif 000027
【０１２２】
ここで、＾ｘ０＊＝ｘ０である。また、＾ｕｋ＊（ｋ＝０，…，Ｎ−１）は、前回の最適制御入力ｕｋ＊（ｋ＝０，…，Ｎ−１）を用いて次式から求められる予測最適制御入力である。
【０１２３】
【数２６】
2020037339.tif 000028
【０１２４】
最後に、ステップＳ２４３において、制約設定部２４０は、自車の重心位置Ｘｃの上限値￣Ｘｃ、自車の重心位置Ｙｃの上限値￣Ｙｃおよび下限値＿Ｙｃ、速度Ｖの上限値￣Ｖ、操舵速度ωの上限値￣ωおよび下限値＿ω、躍度ｊの上限値￣ｊおよび下限値＿ｊを、それぞれ設定する。その結果、式１１４で表される制約が生成される。ＡｕｔｏＧｅｎやＡＣＡＤＯを用いる場合、各予測点ｋ（ｋ＝１，…，Ｎ）において上下限値を設定可能なため、本実施の形態では、各予測点ｋ（ｋ＝１，…，Ｎ）ごとに車両の重心位置Ｘｃ，ｋの上限値￣Ｘｃ，ｋ、重心位置Ｙｃ，ｋの上限値￣Ｙｃ，ｋおよび下限値￣Ｙｃ，ｋ、速度Ｖの上限値￣Ｖｋを設定する。
【０１２５】
次に、図１０のステップＳ２４３において制約設定部２４０が各予測点における自車１の重心位置Ｙｃ，ｋの上限値￣Ｙｃ，ｋ、下限値＿Ｙｃ，ｋを設定する方法を、図１３を用いて説明する。
【０１２６】
制約設定部２４０は、図１０のステップＳ２４２で算出した予測最適状態量＾ｘｋ＊（ｋ＝１，…，Ｎ）に基づき、自車１の軌道（＾Ｘｋ＊，＾Ｙｋ＊）（ｋ＝１，…，Ｎ）を予測する。そして、図１３に矢印で示すように、各＾Ｘｋ＊における左側の進入禁止領域ＳＬのＹ座標の最小値を上限値￣Ｙｃ，ｋ、右側の進入禁止領域ＳＲのＹ座標の最大値を下限値＿Ｙｃ，ｋとする。
【０１２７】
なお、自車１の重心位置Ｘｃの上限値￣Ｘｃも同様に、前方の進入禁止領域ＳＦの最小値を上限値￣Ｘｃ，ｋとする。ただし、障害物が回避対象である場合には、進入禁止領域ＳＦは存在しないので、自車１の重心位置Ｘｃに制約を設定する必要はない。
【０１２８】
また、図１０のステップＳ２４３において制約設定部２４０が速度の上限値￣Ｖｋを設定する方法を、図１４を用いて説明する。
【０１２９】
図１４のように、自車１の前方に追従対象である他車１１が存在する場合、制約設定部２４０は、自車１が、他車１１との車間距離をｌｆｏｌ以上に維持しながら他車１１に追従するように、各予測点における自車１と他車１１との車間距離ｄＩＶＤ，ｋ＝ｘｏｂｓ，ｋ−Ｘｃ，ｋ（ｋ＝１，…，Ｎ）に応じて、速度の上限値￣Ｖｋを設定する。図１４に示すグラフは、自車１のＸ方向の位置と速度の上限値￣Ｖｋとの関係の一例を示している。
【０１３０】
自車１と他車１１との車間距離ｄＩＶＤ，ｋが十分に大きい場合、自車１は目標速度で走行すればよい。そのため、制約設定部２４０は、十分な車間距離として予め定められた距離ｌｄｅｃを閾値として用い、ｄＩＶＤ，ｋ＞ｌｄｅｃのときは￣Ｖｋ＝Ｖｒｅｆと設定する。
【０１３１】
また、自車１と他車１１との車間距離が縮まり、ｄＩＶＤ，ｋ≦ｌｆｏｌとなった場合には、車間距離をｌｆｏｌ以上に維持するために、自車１は他車１１以下の速度で走行する必要がある。そのため、制約設定部２４０は、各予測点における他車１１の速度Ｖｏｂｓ，ｋ（ｋ＝１，…，Ｎ）を参照して、ｄＩＶＤ，ｋ＝ｌｆｏｌのときは￣Ｖｋ＝Ｖｏｂｓ，ｋと設定し、ｄＩＶＤ，ｋ＜ｌｆｏｌのときは￣Ｖｋ≦Ｖｏｂｓ，ｋを満たし、￣Ｖｋが連続且つ滑らかになるように設定する。
【０１３２】
また、ｌｆｏｌ＜ｄＩＶＤ，ｋ≦ｌｄｅｃの場合、制約設定部２４０は、ｄＩＶＤ，ｋが小さくなるほど￣Ｖｋが連続且つ滑らかに単調減少するように設定する。これにより、車間距離ｄＩＶＤ，ｋが距離ｌｄｅｃ以下になった時点で自車１が減速を開始し、車間距離ｄＩＶＤ，ｋ＝ｌｆｏｌとなったときに自車１の速度と他車１１の速度とが同じになるように制御可能となる。
【０１３３】
以上のように実施の形態１に係る衝突回避装置２０１によれば、車線維持、車速維持、操舵による衝突回避、制動による衝突回避を同一の制御装置で実現できるため、操舵による衝突回避と制動による衝突回避で制御装置を切り替える必要がなく、衝突回避時の自車の乗り心地が向上する。また、障害物が回避対象か追従対象かによって進入禁止領域を変更し、それに応じて制約を変更することで、必要最低限の制約で操舵による衝突回避と制動による衝突回避を実現できる。例えば、障害物が回避対象である場合には自車の縦方向の重心位置の制約や速度の制約を設定しないことにより、制約の種類を減らすことができる。それにより、演算負荷の軽減や、求解確率の向上といった効果が得られる。
【０１３４】
＜実施の形態２＞
実施の形態１では、追従判定部２３０が、障害物に対応する進入禁止領域ＡＯが左右の区画線に対応する進入禁止領域ＡＬ，ＡＲの両方に重なっているか否かによって、障害物が追従対象か回避対象かの判定（追従判定）を行った。実施の形態２では、追従判定の判定結果がハンチングしないように、追従判定にヒステリシスを持たせる。なお、実施の形態２に係る衝突回避システムの構成および基本的な動作は実施の形態２と同様である。そのため、ここでは実施の形態１と重複する説明は省略する。
【０１３５】
実施の形態２では、追従判定にヒステリシスを持たせるために、進入禁止領域設定部２２０が、障害物に対して追従判定用の領域（以下「追従判定領域」という）を設定する。図１５は、障害物に対する追従判定領域の設定方法を説明するための図である。
【０１３６】
まず、進入禁止領域設定部２２０は、実施の形態１において図７を用いて説明したものと同様の方法で、障害物（他車１１）に対応する進入禁止領域ＡＯを設定する。すなわち、進入禁止領域ＡＯは、他車１１の左前方に位置する頂点をＲＦＬと、他車１１の前方に位置する頂点ＲＦＣと、他車１１の右前方に位置する頂点ＲＦＲと、他車１１の右後方に位置する頂点ＲＲＲと、他車１１の後方に位置する頂点ＲＲＣと、他車１１の左後方に位置する頂点ＲＲＬとによって規定される、他車１１を含む六角形の領域となる。
【０１３７】
次に、進入禁止領域設定部２２０は、進入禁止領域ＡＯを車線と垂直な方向にｌＳ２だけ右と左に拡張することで得られるＳＦＬ，ＲＦＣ，ＳＦＲ，ＳＲＲ，ＲＲＣ，ＳＲＬを頂点とする六角形の領域を求め、その領域を追従判定領域ＡＦとして設定する。ここで、ｌＳ２はヒステリシスの大きさを表す時変あるいは時不変のパラメータである。
【０１３８】
なお、追従判定領域ＡＦの設定は図４のフローチャートのステップＳ２２０で行われる。追従判定領域ＡＦの設定方法は上記の方法に限られず、追従判定領域ＡＦは進入禁止領域ＡＯを内包するように設定されればいかなる形状でもよい。
【０１３９】
実施の形態２の追従判定部２３０は、図４のステップＳ２３０において、図１６のフローチャートに示す追従判定の処理を行う。図１６のフローチャートは、図８のフローチャートに対し、以下のステップＳ２３５〜Ｓ２３９を追加したものである。以下、図１６のフローチャートを参照しつつ、実施の形態２の追従判定部２３０が行う追従判定の処理を説明する。
【０１４０】
まず、追従判定部２３０は、ステップＳ２３５において、前回の追従判定で障害物が回避対象と判定されたか否かを確認する。前回の追従判定で障害物が回避対象と判定されていた場合（ステップＳ２３５でＹＥＳ）、追従判定部２３０は、図８を用いて説明したステップＳ２３１〜Ｓ２３４の処理を行う。
【０１４１】
前回の追従判定で障害物が追従対象と判定されていた場合（ステップＳ２３５でＮＯ）、追従判定部２３０は、ステップＳ２３６において、障害物に対応する追従判定領域ＡＦが、左右の区画線に対応する進入禁止領域ＡＬ，ＡＲの両方と重なりを持つかを判定する。
【０１４２】
追従判定領域ＡＦが進入禁止領域ＡＬ，ＡＲの両方と重なりを持っている場合（ステップＳ２３６でＹＥＳ）には、ステップＳ２３７において、追従判定部２３０は障害物を追従対象と判定する。そして、ステップＳ２３８において、追従判定部２３０は、ステップＳ２３３と同様に、その障害物に対応する進入禁止領域ＡＯを図９のように再設定する。
【０１４３】
一方、追従判定領域ＡＦが進入禁止領域ＡＬ，ＡＲの少なくとも片方と重なりを持たない場合（ステップＳ２３６でＮＯ）、ステップＳ２３９において、追従判定部２３０は障害物を回避対象と判定する。
【０１４４】
なお、障害物は、最初に検出された時点で回避対象として初期化されるものとする。すなわち、当該障害物の追従判定が初めて行われる場合（当該障害物について前回の追従判定の結果が存在しない場合）、ステップＳ２３５ではＹＥＳと判定される。
【０１４５】
このように、実施の形態２に係る衝突回避装置２０１によれば、進入禁止領域設定部２２０が、障害物に対応する進入禁止領域ＡＯを内包する追従判定領域ＡＦを設定し、追従判定部２３０が、前回の追従判定で障害物が回避対象であった場合に追従判定領域ＡＦを基準にした追従判定を行うことで、追従判定にヒステリシスを持たせることができる。その結果、追従判定の判定結果にハンチングが生じることが防止され、自車の乗り心地が向上する。また、追従対象である障害物が区画線から離れ、自車が障害物を回避可能（追い抜き可能）な状態になっても、すぐには障害物が回避対象と判定されず、区画線から十分に離れてから回避対象になるので、障害物の回避がより安全に実施される。
【０１４６】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
【符号の説明】
【０１４７】
１  自車、２  ステアリングホイール、３  ステアリング軸、４  操舵ユニット、５  ＥＰＳモータ、６  パワートレインユニット、７  ブレーキユニット、１１  他車、１１０  障害物情報取得部、１１１  前方カメラ、１１２  レーダセンサ、１２０  車線情報取得部、１２１  ＧＮＳＳセンサ、１２２  ナビゲーション装置、１３０  車両情報取得部、１３１  操舵角センサ、１３２  操舵トルクセンサ、１３３  ヨーレートセンサ、１３４  速度センサ、１３５  加速度センサ、２００  車両制御ユニット、２０１  衝突回避装置、２１０  車両状態量推定部、２２０  進入禁止領域設定部、２３０  追従判定部、２４０  制約設定部、２５０  評価関数設定部、２６０  解演算部、２７０  車両状態量予測部、２８０  目標値演算部、３１０  アクチュエータ制御部、３１１  ＥＰＳコントローラ、３１２  パワートレインコントローラ、３１３  ブレーキコントローラ。
【図１】
2020037339.tif 000029
【図２】
2020037339.tif 000030
【図３】
2020037339.tif 000031
【図４】
2020037339.tif 000032
【図５】
2020037339.tif 000033
【図６】
2020037339.tif 000034
【図７】
2020037339.tif 000035
【図８】
2020037339.tif 000036
【図９】
2020037339.tif 000037
【図１０】
2020037339.tif 000038
【図１１】
2020037339.tif 000039
【図１２】
2020037339.tif 000040
【図１３】
2020037339.tif 000041
【図１４】
2020037339.tif 000042
【図１５】
2020037339.tif 000043
【図１６】
2020037339.tif 000044
【手続補正書】
【提出日】令和1年11月1日(2019.11.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自車の周辺に存在する障害物の位置の情報を含む障害物情報、および、前記自車の走行する車線の情報である車線情報に基づいて、前記自車を前記障害物に接触させないための進入禁止領域を設定する進入禁止領域設定部と、
前記進入禁止領域の位置に基づいて、前記障害物を回避対象とするか追従対象とするかを判定する追従判定を行う追従判定部と、
少なくとも前記自車が前記進入禁止領域に進入しないように前記自車の状態量または前記自車の操舵制御および加減速制御ための制御入力に制約を設定する制約設定部と、
少なくとも前記自車の目標経路に対する予測経路の誤差である経路追従誤差、および、前記自車の目標速度に対する予測速度の誤差である速度追従誤差を評価項目とし、前記経路追従誤差が小さいほど、且つ、前記速度追従誤差が小さいほど評価の度合いが良くなる評価関数を設定する評価関数設定部と、
前記制約のもとで前記評価関数の評価の度合いが良くなる解を演算する解演算部と、
前記解に基づき前記自車の状態量の予測値を演算する車両状態量予測部と、
前記解および前記予測された状態量の少なくとも片方に基づき前記自車の操舵量および加減速量を制御するアクチュエータの目標値を演算する目標値演算部と、
を備える、
衝突回避装置。
【請求項２】
前記進入禁止領域設定部はさらに、前記自車の走行する車線の左右の区画線に対応する進入禁止領域を設定し、
前記追従判定部は、前記障害物に対応する前記進入禁止領域と前記左右の区画線に対応する前記進入禁止領域との位置関係に基づいて前記追従判定を行う、
請求項１に記載の衝突回避装置。
【請求項３】
前記追従判定部は、前記障害物に対応する前記進入禁止領域が前記左右の区画線に対応する前記進入禁止領域の両方と重なりを持つときに、前記障害物を追従対象と判定し、前記障害物に対応する前記進入禁止領域が前記左右の区画線に対応する進入禁止領域の少なくとも一方と重なりを持たないときに、前記障害物を回避対象と判定する、
請求項２に記載の衝突回避装置。
【請求項４】
前記追従判定部により行われる前記追従判定はヒステリシスを持つ、
請求項１に記載の衝突回避装置。
【請求項５】
前記進入禁止領域設定部はさらに、前記自車の走行する車線の左右の区画線に対応する進入禁止領域、および、前記障害物に対応する前記進入禁止領域を内包する追従判定領域を設定し、
前記追従判定部は、
前回の前記追従判定で前記障害物が回避対象と判定されていた場合、前記障害物に対応する前記進入禁止領域が前記左右の区画線に対応する前記進入禁止領域の両方と重なりを持つときに、前記障害物を追従対象と判定し、前記障害物に対応する前記進入禁止領域が前記左右の区画線に対応する進入禁止領域の少なくとも一方と重なりを持たないときに、前記障害物を回避対象と判定し、
前回の前記追従判定で前記障害物が追従対象と判定されていた場合、前記追従判定領域が前記左右の区画線に対応する前記進入禁止領域の両方と重なりを持つ場合に、前記障害物を追従対象と判定し、前記追従判定領域が前記左右の区画線に対応する進入禁止領域の少なくとも一方と重なりを持たないときに、前記障害物を回避対象と判定する、
請求項４に記載の衝突回避装置。
【請求項６】
前記追従判定部は、さらに前記障害物の重心の位置に基づいて前記追従判定を行い、少なくとも前記障害物の重心が前記自車の走行する車線内に存在すれば、前記障害物を追従対象と判定する、
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の衝突回避装置。
【請求項７】
前記追従判定部は、さらに前記障害物の重心の位置および前記障害物が移動しているか否かに基づいて前記追従判定を行い、少なくとも前記障害物の重心が前記自車の走行する車線内に存在し、且つ、前記障害物が移動していれば、前記障害物を追従対象と判定する、
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の衝突回避装置。
【請求項８】
前記制約設定部は、前記障害物が回避対象と判定されたか追従対象と判定されたかに応じて前記制約を変更する、
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の衝突回避装置。
【請求項９】
前記制約設定部は、前記障害物が回避対象と判定された場合には、前記自車が前記進入禁止領域に進入しないように前記自車の横方向の位置に制約を設定する、
請求項８に記載の衝突回避装置。
【請求項１０】
前記制約設定部は、前記障害物が追従対象と判定された場合には、前記進入禁止領域に進入しないように前記自車の前方向の位置に対して制約を設定する、
請求項８または請求項９に記載の衝突回避装置。
【請求項１１】
前記制約設定部は、前記自車の走行する車線上に追従対象と判定された障害物である他車が存在する場合には、前記自車と前記他車との車間距離に応じて前記自車の上限速度の制約を設定し、前記車間距離が短いほど前記上限速度を小さくし、前記車間距離が予め定められた値以下になると前記上限速度を前記他車の速度以下にする、
請求項８から請求項１０のいずれか一項に記載の衝突回避装置。
【請求項１２】
前記制約設定部は、前記自車の操舵量を制御するアクチュエータへの指令値に制約を設定しており、且つ、前記障害物が回避対象と判定された場合には、前記自車の操舵量を制御するアクチュエータへの指令値の制約を緩和する、
請求項８から請求項１１のいずれか一項に記載の衝突回避装置。
【請求項１３】
前記制約設定部は、前記自車の加減速量を制御するアクチュエータへの指令値に制約を設定しており、且つ、前記障害物が追従対象と判定された場合には、前記自車の加減速量を制御するアクチュエータへの指令値の制約を緩和する、
請求項８から請求項１２のいずれか一項に記載の衝突回避装置。
【請求項１４】
前記評価関数設定部は、前記障害物が回避対象と判定されたか追従対象と判定されたかに応じて前記評価関数を変更する、
請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の衝突回避装置。
【請求項１５】
前記評価関数設定部は、前記障害物が回避対象と判定された場合には、前記評価関数における前記経路追従誤差の評価の重みを小さくする、
請求項１４に記載の衝突回避装置。
【請求項１６】
前記評価関数設定部は、前記障害物が追従対象と判定された場合には、前記評価関数における前記速度追従誤差の評価の重みを小さくする、
請求項１４または請求項１５に記載の衝突回避装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明に係る衝突回避装置は、自車の周辺に存在する障害物の位置の情報を含む障害物情報、および、前記自車の走行する車線の情報である車線情報に基づいて、前記自車を前記障害物に接触させないための進入禁止領域を設定する進入禁止領域設定部と、前記進入禁止領域の位置に基づいて、前記障害物を回避対象とするか追従対象とするかを判定する追従判定を行う追従判定部と、少なくとも前記自車が前記進入禁止領域に進入しないように前記自車の状態量または前記自車の操舵制御のおよび加減速制御ための制御入力に制約を設定する制約設定部と、少なくとも前記自車の目標経路に対する予測経路の誤差である経路追従誤差、および、前記自車の目標速度に対する予測速度の誤差である速度追従誤差を評価項目とし、前記経路追従誤差が小さいほど、且つ、前記速度追従誤差が小さいほど評価の度合いが良くなる評価関数を設定する評価関数設定部と、前記制約のもとで前記評価関数の評価の度合いが良くなる解を演算する解演算部と、前記解に基づき前記自車の状態量の予測値を演算する車両状態量予測部と、前記解および前記予測された状態量の少なくとも片方に基づき前記自車の操舵量および加減速量を制御するアクチュエータの目標値を演算する目標値演算部と、を備えるものである。