(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両を自動で走行させるための車両用制御装置であって、
自車両が走行する道路、その道路上における前記自車両の走行状態及び前記自車両の周囲を走行する周囲車両の走行状態を観測する観測部（１）と、
前記観測部による観測結果に基づいて、前記自車両を自動走行させる際の望ましい制御量を算出する制御量算出部（１０）と、
前記制御量算出部が算出した制御量に従って、前記自車両の走行状態を制御する制御部（２０）と、を備え、
前記制御量算出部は、
制御入力として、進行方向加減速度及び舵角変化率を与えられることにより、前記自車両の挙動を模擬する自車両モデルを用いて、前記道路上における前記自車両の将来の挙動を算出する自車両挙動予測部（１１）と、
前記観測部による観測結果に基づき、前記道路上における前記周囲車両の将来の挙動を予測する周囲車両挙動予測部（１２）と、
前記自車両挙動予測部に前記制御入力を与え、前記自車両挙動予測部により算出された前記自車両の挙動に関して、前記周囲車両の将来の挙動との関係を評価するための評価関数を含む所定の評価関数を用いて評価することにより、前記自車両挙動予測部に与えた前記制御入力が、前記自車両の走行を制御するための制御量として用いるのに適しているか否かを判定し、適しているとの判定結果が得られるまで、前記自車両挙動予測部に与える前記制御入力を探索することにより、前記自車両の走行状態を制御するための制御量として用いる制御入力を決定する最適制御量決定部（１５）と、を有し、
所定の制御周期毎に、前記制御量算出部は、前記制御量として、前記自車両の進行方向加減速度及び舵角変化率を算出し、前記制御部は、算出された進行方向加減速度及び舵角変化率となるように前記自車両を制御するものであり、
前記制御量算出部は、次回の制御周期で用いる制御入力と、次回の制御周期よりも長い予測期間における前記自車両の挙動を算出するための制御入力とを１つの行列にして、それら行列にした制御入力に基づき算出される一連の前記自車両の挙動に関して評価を行うことで、行列にした制御入力を単位として、前記自車両の走行を制御するための制御量として用いるのに適しているか否かを判定し、適しているとの判定結果が得られた制御入力の行列に含まれる次回の制御周期用の制御入力を、次回の制御周期で用いる制御量として決定することを特徴とする車両用制御装置。
【請求項２】
前記周囲車両の将来の挙動との関係を評価するための評価関数は、前記周囲車両の将来の挙動による相対位置と相対速度との少なくとも一方を評価するものであることを特徴とする請求項１に記載の車両用制御装置。
【請求項３】
前記評価関数は、前記自車両の道路上の走行位置を評価するための評価関数と、前記自車両の加減速度の変動の大きさを評価するための評価関数と、前記自車両の走行速度の目標速度からの乖離の大きさを評価するための評価関数とを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用制御装置。
【請求項４】
車両を自動で走行させるための車両用制御装置であって、
自車両が走行する道路、その道路上における前記自車両の走行状態及び前記自車両の周囲を走行する周囲車両の走行状態を観測する観測部（１）と、
前記観測部による観測結果に基づいて、前記自車両を自動走行させる際の望ましい制御量を算出する制御量算出部（１０）と、
前記制御量算出部が算出した制御量に従って、前記自車両の走行状態を制御する制御部（２０）と、を備え、
前記制御量算出部は、
制御入力として、進行方向加減速度及び舵角変化率を与えられることにより、前記自車両の挙動を模擬する自車両モデルを用いて、前記道路上における前記自車両の将来の挙動を算出する自車両挙動予測部（１１）と、
前記観測部による観測結果に基づき、前記道路上における前記周囲車両の将来の挙動を予測する周囲車両挙動予測部（１２）と、
前記自車両挙動予測部に前記制御入力を与え、前記自車両挙動予測部により算出された前記自車両の挙動に関して、前記周囲車両の将来の挙動との関係を評価するための評価関数を含む所定の評価関数を用いて評価することにより、前記自車両挙動予測部に与えた前記制御入力が、前記自車両の走行を制御するための制御量として用いるのに適しているか否かを判定し、適しているとの判定結果が得られるまで、前記自車両挙動予測部に与える前記制御入力を探索することにより、前記自車両の走行状態を制御するための制御量として用いる制御入力を決定する最適制御量決定部（１５）と、を有し、
さらに、前記自車両の将来の挙動に制約条件を設定する制約設定部（１２）を備え、
前記最適制御量決定部は、前記制約条件を満たす前記自車両の挙動を実現可能な制御入力の中から、前記自車両の走行を制御するための制御量として用いる制御入力を決定するものであり、
前記最適制御量決定部は、前記制約条件を満たす前記自車両の挙動の評価が低いため、前記制約条件を満たす前記自車両の挙動を実現可能な制御入力の中から、前記自車両の走行を制御するための制御量として用いる制御入力を決定できない場合、前記制約条件を緩和することを特徴とする車両用制御装置。
【請求項５】
前記制約設定部は、前記自車両が走行する道路に関する情報に基づいて、前記制約条件を設定することを特徴とする請求項４に記載の車両用制御装置。
【請求項６】
前記制約設定部は、道路の幅方向における前記自車両の位置、道路が伸びる方向に対する前記自車両の進行方向、前記自車両の前後方向の加減速度、前記自車両の走行速度、前記自車両に発生する横加速度の少なくとも１つについて制約条件を設定することを特徴とする請求項４又は５に記載の車両用制御装置。
【請求項７】
前記制約設定部は、前記自車両の将来の挙動の複数の要素に対して前記制約条件を設定するものであり、
前記最適制御量決定部は、前記制約条件を緩和する場合、前記自車両の走行を制御するための制御量として用いる制御入力を決定できるまで、前記複数の要素の制約条件を予め定めた順序で順次緩和していくことを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載の車両用制御装置。
【請求項８】
前記制御量算出部が算出した制御量に従って前記自車両の走行が制御されたとき、前記観測部により観測される前記自車両の挙動が、前記自車両挙動予測部が算出した挙動と異なる場合、その挙動のずれを小さくするように前記自車両モデルを変更する自車両モデル変更手段を備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の車両用制御装置。
【請求項９】
前記周囲車両挙動予測部は、制御入力として、進行方向加減速度及び舵角変化率を与えることにより、前記周囲車両の挙動を模擬する周囲車両モデルを有し、前記周囲車両モデルに前記制御入力を与えることにより、前記周囲車両の将来の挙動を求め、その求めた挙動に関して所定の評価基準に照らして評価して、前記周囲車両モデルに与えた制御入力が適切であるか否かを判定し、適切であるとの判定結果が得られるまで、前記制御入力を探索することにより、前記周囲車両の将来の挙動を予測することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の車両用制御装置。
【請求項１０】
前記観測部により観測される前記周囲車両の挙動が、前記周囲車両挙動予測部が予測した挙動と異なる場合、その挙動のずれを小さくするように前記周囲車両モデルの変更と、前記所定の評価関数の変更との少なくとも一方を実行する変更手段を備えることを特徴とする請求項９に記載の車両用制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両を自動で走行させるための車両用制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、周囲車両の未来の挙動を予測した上で、自車両の未来の動作計画を生成し、その動作計画に基づいた推奨操作量を生成する車両用推奨操作量生成装置が開示されている。
【０００３】
具体的には、この車両用推奨操作量生成装置では、周囲車両の位置と走行車線及び自車両の車速を検出し、それらの情報から自車両と周囲車両の車線毎の位置と速度を算出することにより、周囲地図を生成する。さらに、この装置では、生成した周囲地図に基づき、他車両の予想される未来の挙動を記述した予測式を用いて他車両の未来の挙動を予測する。そして、車両用推奨操作量生成装置は、得られた他車両の未来の挙動に対する自車両の未来の操作の望ましさを評価し、その評価を通じて、自車両の望ましい操作量を生成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２２８８００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した車両用推奨操作量生成装置によって生成される操作量は、車両の進行方向の加減速指令と、車線変更指令とからなる。すなわち、車両を横方向に移動させるための操作量に関する指令としては、車線変更の要否の有無を示すものにすぎない。
【０００６】
そして、上述した車両推奨操作量生成装置では、車線変更指令に応じた横方向への車両の動き、すなわち、車両が車線を変更するときのヨー角やその変化速度、及びそれらの結果としての車線変更時の走行ラインなどをなんら考慮していない。
【０００７】
このため、車両を自動で走行させるための制御装置に、上述した車両用推奨操作量生成装置を適用した場合、車線変更指令が発せられても、それがどのように車両を制御すべきかを直接的に示すものとはならない。その結果、周囲車両との関係や自車両乗員の乗り心地などの観点から、必ずしも適切に自車両の挙動制御を行いえない虞がある。
【０００８】
本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであり、周囲車両の将来の位置との関係を考慮した上で、横方向も含めた自車両の挙動を適切に制御することが可能な車両用制御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】
【０００９】
上述した目的を達成するために、本発明による車両用制御装置は、車両を自動で走行させるためのものであって、
自車両が走行する道路、その道路上における自車両の走行状態及び前記自車両の周囲を走行する周囲車両の走行状態を観測する観測部（１）と、
観測部による観測結果に基づいて、自車両を自動走行させる際の望ましい制御量を算出する制御量算出部（１０）と、
制御量算出部が算出した制御量に従って、自車両の走行状態を制御する制御部（２０）と、を備え、
制御量算出部は、
制御入力として、進行方向加減速度及び舵角変化率を与えることにより、自車両の挙動を模擬する自車両モデルを用いて、道路上における自車両の将来の挙動を算出する自車両挙動予測部（１１）と、
観測部による観測結果に基づき、道路上における周囲車両の将来の挙動を予測する周囲車両挙動予測部（１２）と、
自車両挙動予測部に制御入力を与え、自車両挙動予測部により算出された自車両の挙動に関して、周囲車両の将来の挙動との位置関係を評価するための評価関数を含む所定の評価関数を用いて評価することにより、自車両挙動予測部に与えた制御入力が、自車両の走行を制御するための制御量として用いるのに適しているか否かを判定し、適しているとの判定結果が得られるまで、自車両挙動予測部に与える制御入力を探索することにより、自車両の走行状態を制御するための制御量として用いる制御入力を決定する最適制御量決定部（１４）と、を有することを特徴とする。
【００１０】
上記のように、本発明による車両用制御装置によれば、自車両挙動予測部が、進行方向加減速度及び舵角変化率を制御入力とする自車両モデルを用いて、進行方向及び横方向における自車両の将来の挙動を算出する。最適制御量決定部は、この自車両挙動予測部に制御入力を与える。そして、最適制御量決定部は、自車両挙動予測部により算出された自車両の挙動に関して、予測される周囲車両の将来の挙動との関係を評価するための評価関数を含む所定の評価関数を用いて評価する。この評価を通じて、最適制御量決定部は、自車両挙動予測部に与えた制御入力が、自車両の走行を制御するための制御量として用いるのに適しているか否かを判定し、適しているとの判定結果が得られるまで、自車両挙動予測部に与える制御入力を探索する。従って、最適制御量決定部は、周囲車両の将来の挙動との関係を考慮した上で、進行方向及び横方向における自車両の挙動を適切に制御するための進行方向加減速度及び舵角変化率を、自車両の走行状態を制御するための制御量として決定することができる。
【００１１】
さらに、本発明による車両用制御装置は、所定の制御周期毎に、制御量算出部は、制御量として、自車両の進行方向加減速度及び舵角変化率を算出し、制御部は、算出された進行方向加減速度及び舵角変化率となるように自車両を制御するものであり、
制御量算出部は、次回の制御周期で用いる制御入力と、次回の制御周期よりも長い予測期間における自車両の挙動を算出するための制御入力とを１つの行列にして、それら行列にした制御入力に基づき算出される一連の自車両の挙動に関して評価を行うことで、行列にした制御入力を単位として、自車両の走行を制御するための制御量として用いるのに適しているか否かを判定し、適しているとの判定結果が得られた制御入力の行列に含まれる次回の制御周期用の制御入力を、次回の制御周期で用いる制御量として決定する。
【００１２】
これにより、制御周期よりも長いスパンで、自車両の挙動の良否を評価しつつ、良い評価が得られた車両の挙動を得るための制御入力を、次回の制御周期で用いる制御量として決定することができる。
【００１３】
上記括弧内の参照番号は、本発明の理解を容易にすべく、後述する実施形態における具体的な構成との対応関係の一例を示すものにすぎず、なんら本発明の範囲を制限することを意図したものではない。
【００１４】
また、上述した特徴以外の、特許請求の範囲の各請求項に記載した技術的特徴に関しては、後述する実施形態の説明及び添付図面から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態による、自車両を自動で走行させるための車両用制御装置の全体の構成を概略的に示すブロック図である。
【図２】図１の自車・他車・環境観測部及び制御量算出部の詳細な構成を示すブロック図である。
【図３】自車両の将来の挙動を予測するための車両運動モデルを示す図である。
【図４】自車両の挙動を離散的に求める近似式を用いて、自車両の挙動を求めた結果の一例を示す図である。
【図５】車両用制御装置における、自車両を自動で走行させるための制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】実施形態の車両用制御装置によって自車両を自動で走行させた際に、先行車両を追い越すために車線変更が行われる様子を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好ましい実施形態を、図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態による、自車両を自動で走行させるための車両用制御装置の全体の構成を概略的に示すブロック図である。なお、実際のところ、車両用制御装置は、各種の情報を取得するための各種のセンサ、装置、通信機と、取得した情報に基づき、自車両の望ましい挙動が得られる制御量を決定する処理を実行する電子制御装置とにより構成されるが、図１では、機能ブロックとして、車両用制御装置の構成を示している。
【００１７】
図１において、自車・他車・環境観測部１は、自車両の走行状態、自車の周囲に存在する他車両の走行状態、及び、自車両と他車両が走行する道路環境をそれぞれ観測するものである。自車・他車・環境観測部１によって観測された自車両の走行状態、他車両の走行状態、及び道路環境は、制御量算出部１０に入力される。実際のところ、この自車・他車・環境観測部１は、各種のセンサ、カメラ、通信機などからなり、それぞれ必要とされる情報を取得して、制御量算出部１０に出力する。
【００１８】
自車・他車・環境観測部１について、図２を参照して、詳細に説明する。自車・他車・環境観測部１は、自車両の走行状態を観測するため、位置取得部２、速度取得部３、進行方向取得部４、及び舵角取得部５を有している。
【００１９】
位置取得部２は、地図上の任意の地点、もしくは自車両が走行を開始した地点を原点とする広域座標系において、自車両の位置を検出する。例えば、位置取得部２は、ＧＰＳに代表される電波航法システムのための受信機を有し、当該受信機にて受信した測位信号に基づいて、自車両の位置を示す位置情報を取得する。この際、例えばＤ−ＧＰＳのように、予め設置場所の位置座標が既知の基地局からの誤差情報や、あるいは、いわゆるＳＢＡＳ衛星として知られているような静止衛星からの補正情報を用いて、電波航法システムによる測位精度をさらに高めるようにしても良い。さらに、位置取得部２は、ジャイロセンサ、加速度センサ、車速センサなどを用いて、自律航法による自車両位置を算出し、この自律航法による自車両位置と電波航法による自車両位置とを適宜融合して、自車両位置を取得しても良い。
【００２０】
速度取得部３は、例えば、自車両の車軸などに取り付けられた車速センサからの車速信号に基づき、自車両の進行方向速度を取得する。あるいは、速度取得部３は、位置取得部２によって取得された自車両位置の時間的な距離変化から、自車両の進行方向速度を取得するようにしても良い。
【００２１】
進行方向取得部４は、例えば、位置取得部２によって取得された自車両位置が、自車両の走行によって変化した場合に、その自車両位置の変化方向を算出し、自車両の進行方向として取得する。あるいは、進行方向取得部４は、ジャイロセンサによって検出される角速度を時間積分することで、進行方向の角度変化を算出し、算出した角度変化を、積分開始時点の進行方向に加減算することにより、自車両の進行方向を取得しても良い。その他、地磁気センサを用いて、直接的に、自車両の進行方向を取得しても良い。
【００２２】
舵角取得部５は、例えば、ステアリングホイールの操舵角度を検出する操舵角センサの検出信号に基づいて、左右の操舵輪それぞれの舵角を取得する。例えば、予め、ステアリング装置の操舵角の大きさと、左右の操舵輪の舵角の大きさとの関係を調べておき、図示しないメモリに記憶しておく。そして、記憶された関係に従い、操舵角センサの検出信号が示すステアリングホイールの操舵角度に対応する、左右の操舵輪の舵角の大きさをそれぞれ求める。これにより、舵角取得部５は、左右の操舵輪それぞれの舵角を取得することができる。
【００２３】
また、自車・他車・環境観測部１は、図２に示すように、自車両の周囲に存在する他車両の走行状態を観測するため、周囲車両走行状態取得部６を有している。この周囲車両走行状態取得部６は、例えば、自車両の周囲を撮影するカメラや、車車間通信機などを用いて、自車両の周囲に存在する他車両の位置、速度、進行方向などを取得する。なお、他車両には、同一進行方向に走行する先行車両や後続車両のみならず、対向車線を走行する対向車両も含まれる。
【００２４】
さらに、自車・他車・環境観測部１は、図２に示すように、道路環境を観測するため、道路情報取得部７を有している。この道路情報取得部７は、道路環境として、道路の平面形状や勾配、車線数、車線を区画するレーンマークの位置、交差点までの距離や交差点形状、交差点に設置された信号機の状態、道路上に置かれた障害物などの情報を取得するものである。この道路情報取得部７は、自車両に搭載されたナビゲーション装置、ミリ波やレーザを用いたレーダ装置、自車両の周囲を撮影するカメラ、路車間通信機などを用いて、上述した情報を取得する。なお、いずれの装置や機器を用いるかに関しては、道路情報取得部７が取得する必要がある情報の種類に応じて定めれば良い。
【００２５】
制御量算出部１０は、図示しない外部の装置から入力される目的地（制御目標値）まで、自車両を自動運転するように、自車両の走行を制御するための制御量を算出するものである。制御量算出部１０は、図２に示すように、自車両挙動予測部１１、周囲車両挙動予測部１２、道路環境演算部１３、制約設定部１４、及び最適制御量決定部１５を有している。
【００２６】
自車両挙動予測部１１は、車両運動モデルとして、図３に示される２輪モデルを用いて自車両の将来の挙動を予測する。本実施形態では、挙動予測のための演算負荷を軽減するため、自車両を図３の２輪モデルによりモデル化した。しかしながら、演算負荷を考慮する必要がない場合には、４輪モデルによりモデル化しても良い。以下、図３の２輪モデルを用いた、自車両の将来の挙動の予測について説明する。
【００２７】
まず、任意の時刻ｔにおける、図３に示される車両運動モデルに基づく状態ベクトルｘ（ｔ）を以下の数式１のように定義する。
【数１】
0006569470.tif 000002
【００２８】
数式１において、Ｘ（ｔ）は広域Ｘ座標、Ｙ（ｔ）は広域Ｙ座標、θ（ｔ）は自車両の進行方向、Ｖ（ｔ）は進行方向速度、ω（ｔ）は角速度、δ（ｔ）は前輪舵角を示している。なお、進行方向θ（ｔ）は、図３に示すように、広域座標系のＸ軸となす角度として定義される。
【００２９】
次に、図３に示される車両運動モデルの挙動を制御するための制御入力を以下の数式２のように定義する。なお、この制御入力は、最適制御量決定部１５により発生され、自車両挙動予測部１１に与えられる。もしくは、最適制御量決定部１５の指示に基づいて、自車両挙動予測部１１が制御入力を発生するようにしても良い。
【数２】
0006569470.tif 000003
【００３０】
数式２において、ｕα（ｔ）は進行方向加減速度（ｍ２／ｓ）を示し、ｕδ（ｔ）は舵角変化率（ｒａｄ／ｓ）を示している。
【００３１】
ここで、数式２の制御入力によって、図３に示される車両運動モデルの挙動を制御する場合、数式１の状態ベクトルの各状態変数の微分方程式は、それぞれ、以下の数式３〜数式８のように表現することができる。
【数３】
0006569470.tif 000004
【数４】
0006569470.tif 000005
【数５】
0006569470.tif 000006
【数６】
0006569470.tif 000007
【数７】
0006569470.tif 000008
【数８】
0006569470.tif 000009
【００３２】
数式３〜数式８の各微分方程式は、連続系で記述されている。従って、これらの数式で表される方程式を用いて、車両用制御装置を制御するための制御入力を決定することはできない。つまり、本実施形態による車両用制御装置における制御入力を決定するために、連続系で記述された各微分方程式の、離散化された近似式を導出する必要がある。以下に、離散化された近似式の導出手法の一例を説明する。
【００３３】
ある基準となる時刻ｔＥからの微小変位時間をΔｔとし、任意の時刻ｔ（ｔ＝ｔＥ＋Δｔ）における、数式１の状態ベクトルの要素である各状態変数を定式化する。この場合、進行方向速度Ｖ（ｔ）と、前輪舵角δ（ｔ）とに関しては、下記の数式９、数式１０に示すように自明解が存在する。
【数９】
0006569470.tif 000010
【００３４】
数式９において、ＶＥは、時刻ｔＥにおける自車両の進行方向速度であり、任意の時刻ｔにおける進行方向速度Ｖ（ｔ）を求める上での基準値となるものである。例えば、ある制御入力を自車両の走行制御に適用した場合、その適用時点の進行方向速度を速度取得部３にて取得することにより、その取得した進行方向速度を、進行方向速度の基準値ＶＥとして用い、適用した制御入力による進行方向速度Ｖ（ｔ）を算出することができる。
【数１０】
0006569470.tif 000011
【００３５】
数式１０において、δＥは、時刻ｔＥにおける自車両の前輪舵角であり、任意の時刻ｔにおける前輪舵角δ（ｔ）を求める上での基準値となるものである。
【００３６】
次に，自車両の進行方向θ（ｔ）の近似式について説明する。まず、進行方向θ（ｔ）は、基準進行方向速度ＶＥと基準前輪舵角δＥとを用いて、以下の数式１１のように近似することができる。なお、ｆθは近似を表す関数である。
【数１１】
0006569470.tif 000012
【００３７】
数式１１をΔτで積分することにより、以下の数式１２に示す進行方向θ（ｔ）の近似式を得ることができる。
【数１２】
0006569470.tif 000013
【００３８】
数式１２において、θＥは、時刻ｔＥにおける自車両の進行方向であり、任意の時刻ｔにおける進行方向θ（ｔ）を求める上での基準値となるものである。そして、数式１２に示すように、進行方向θ（ｔ）の近似式は、制御入力ｕα、ｕδの一次式となる。
【００３９】
次に、自車両の広域Ｘ座標Ｘ（ｔ）の近似式について説明する。広域Ｘ座標Ｘ（ｔ）は、基準進行方向速度ＶＥと基準進行方向θＥとを用いて、以下の数式１３のように近似することができる。
【数１３】
0006569470.tif 000014
【００４０】
数式１３をΔτで積分することにより、以下の数式１４に示す広域Ｘ座標Ｘ（ｔ）の近似式を得ることができる。
【数１４】
0006569470.tif 000015
【００４１】
数式１４において、ＸＥは、時刻ｔＥにおける自車両の広域Ｘ座標であり、任意の時刻ｔにおける広域Ｘ座標Ｘ（ｔ）を求める上での基準値となるものである。そして、数式１４に示されるように、広域Ｘ座標Ｘ（ｔ）の近似式も制御入力ｕα、ｕδの一次式となる。
【００４２】
同様に、自車両の広域Ｙ座標も、基準進行方向速度ＶＥと基準進行方向θＥとを用いて、以下の数式１５のように近似することができる。
【数１５】
0006569470.tif 000016
【００４３】
数式１５をΔτで積分することにより、以下の数式１６に示す広域Ｙ座標Ｙ（ｔ）の近似式を得ることができる。
【数１６】
0006569470.tif 000017
【００４４】
最後に、角速度ω（ｔ）については、近似式として、以下の数式１７を適用する。
【数１７】
0006569470.tif 000018
【００４５】
このように、自車両挙動予測部１１は、図３の車両運動モデルに制御入力として進行方向加減速度ｕα（ｔ）と舵角変化率ｕδ（ｔ）が与えられると、自車両の走行状態の観測結果などを適宜利用することで、その制御入力に応じた自車両の挙動を示す状態変数として、広域Ｘ座標Ｘ（ｔ）、広域Ｙ座標Ｙ（ｔ）、進行方向θ（ｔ）、進行方向速度Ｖ（ｔ）、角速度ω（ｔ）、前輪舵角δ（ｔ）を算出することができる。
【００４６】
上述した近似式を用いて、１秒間隔で算出した自車両の挙動の変化の様子を図４に実線で示す。一方、図４には、より計算コストが高く、精度の高い結果が得られるルンゲクッタ法を用いて算出した自車両の挙動を、１秒間隔で抽出した結果を比較例として点線で示している。図４に示した結果から明らかなように、上述した近似式により、自車両の挙動を高精度に予測可能であることが確認できる。
【００４７】
なお、数式１０により算出した前輪舵角δ（ｔ）は、仮想の２輪モデルにおける前輪舵角であり、実際の車両における左右の操舵輪の舵角とは異なる。そのため、自車両挙動予測部１１は、２輪モデルにおける前輪舵角を、実際の車両における左右の操舵輪の舵角に変換する変換処理を行う。例えば、２輪モデルの前輪舵角と、実際の車両の左右の操舵輪の舵角との対応関係をテーブルとして記憶しておく。そして、２輪モデルによって算出された前輪舵角に基づき、テーブルを参照することにより、左右の操舵輪の舵角を求める。この場合、テーブルには、左右の操舵輪の各々の舵角が記憶される。操舵輪に付けられたトー角などの影響で、左右の操舵輪が異なるためである。あるいは、自車両挙動予測部１１は、２輪モデルにおける前輪舵角と、実際の車両の左右の操舵輪の舵角との関係を数式により定め、その数式を用いて、実際の車両の左右の操舵輪の舵角を算出しても良い。
【００４８】
そして、自車両挙動予測部１１は、算出した自車両の詳細の挙動を示す各状態変数を、最適制御量決定部１５に出力する。
【００４９】
次に、周囲車両挙動予測部１２について説明する。周囲車両挙動予測部１２は、周囲車両走行状態取得部６によって取得された周囲車両の位置、速度、進行方向に基づき、周囲車両の将来の挙動を予測するものである。周囲車両の将来の挙動を予測する手法としては、種々の手法が考えられる。例えば、最も簡便な予測手法としては、周囲車両走行状態取得部６によって取得されたそれぞれの周囲車両に関し、取得された速度、進行方向をそのまま維持しつつ、取得された位置を変化させるものと仮定して、各周囲車両の将来の挙動を予測することが考えられる。
【００５０】
また、別の予測手法として、上記の予測手法に対して、後続車両が先行車両に接近した場合、後続車両は速度を落として、先行車両との間に安全距離を保つとの条件を付け加えることが考えられる。具体的には、例えば、先行車両との距離を後続車両の速度で除算した値である車頭時間や、先行車両との距離を先行車両と後続車両との速度差で除算した値である衝突余裕時間が、所定の時間となるように、後続車両の速度を補正すれば良い。さらに、後述する道路環境演算部によって演算される道路環境に基づき、周囲車両は、車線のほぼ中央を、所定の制限速度の下で走行するとの前提の下、周囲車両の位置、速度、進行方向に対してそれぞれ条件を設け、その条件を逸脱した場合には、条件の範囲内に収まるように、補正しても良い。
【００５１】
さらに、他の予測手法として、上述した自車両の将来の挙動を予測するための車両運動モデルと同様のモデルを用いて、周囲車両の挙動を予測しても良い。このようにすれば、周囲車両の将来の挙動予測において、例えば周囲車両の車線変更も考慮することが可能になり、より精度の高い挙動予測を行うことができる。なお、車両運動モデルを用いた将来の挙動予測については、自車両を例に取り、後に詳細に説明される。
【００５２】
次に道路環境演算部１３について説明する。道路環境演算部１３は、道路情報取得部７が取得した道路環境に関する情報を得る。そして、道路環境演算部１３は、位置取得部２が取得する自車両の位置を示す広域座標系と同じ座標系において、道路情報取得部７によって取得された道路の平面形状や勾配、車線位置、レーンマークの位置、交差点の位置及び形状、障害物の位置などを表現し、最適制御量決定部１５に提供する。これにより、最適制御量決定部１５は、自車両の挙動の良否を評価する上で前提となる道路環境に関する位置情報を得ることができる。
【００５３】
次に、制約設定部１４について説明する。制約設定部１４は、自車両の将来の挙動に制約条件を設定して、最適制御量決定部１５に提供するものである。制約設定部１４が定める制約条件の一部は、自車両が走行する道路に関する交通規則情報に基づいて決定される。最適制御量決定部１５は、詳しくは後述するが、所定の評価関数を用いて、自車両の将来の挙動の良否を判定する。しかし、その評価関数による評価は良好であっても、例えば、自車両の走行が不安定となったり、乗り心地が低下したり、あるいは交通規則に反する可能性があったりする挙動は避けるべきである。そのため、本実施形態では、制約設定部１４を設け、自車両の将来の挙動に対して、直接的に制約条件を課すことができるようにしている。
【００５４】
以下に、制約設定部１４が設定する制約条件の例を説明する。例えば、制約設定部１４は、道路の幅方向における自車両の位置（Ｘ（ｔ）、Ｙ（ｔ））に制約条件を設定する。より具体的には、制約条件として、自車両の位置が自車両の走行する道路の車線内に収まるように、自車両の位置を示す広域Ｘ座標と広域Ｙ座標に対して許容範囲を定める。自車両が走行する際には、道路上を走行する必要があるためである、なお、自車両が目的地に達して、駐車スペースに入るときなど、自車両が道路外のエリアを走行する場合には、この制約条件は解除される。
【００５５】
また、制約設定部１４は、自車両が道路を走行しているときの自車両の進行方向（θ（ｔ））に対して制約条件を設定する。その制約条件として、例えば、車両の進行方向が、道路の伸びる方向に対して左右９０度以内と定めることができる。車両の進行方向が、道路の伸びる方向に対して左右９０度を超える場合、その自車両の挙動は、交通規則に反するものとなったり、円滑な交通の妨げとなったりする可能性があるためである。ただし、自車両の走行する道路がＵターンを許容している場合には、この制約条件は解除される。
【００５６】
また、制約設定部１４は、自車両の進行方向速度（Ｖ（ｔ））、及び、進行方向加減速度（ｄＶ／ｄｔ）に対して制約条件を設定する。進行方向速度に対しては、例えば、法規を考慮した上で、所定速度（例えば、１００ｋｍ／ｈ）以下との制約条件を設定する。また、進行方向加減速度に対しては、急激な加減速度による乗り心地の低下を防止できるように、制約条件として、進行方向加減速度の許容範囲（例えば、−０．３Ｇ〜０．３Ｇ）を設定する。
【００５７】
さらに、制約設定部１４は、大きな横加速度が発生して自車両が不安定となることを防止するために、前輪舵角に対して制約条件を設定する。この前輪舵角に対する制約条件としては、例えば、進行方向速度Ｖと自車両のホイールベースの長さＬを用いて、以下の数式１８のように設定される。
【数１８】
0006569470.tif 000019
【００５８】
この数式１８によって設定した制約条件により、自車両の横方向の加速度をおよそ２ｍ／ｓ２以下に抑えることができるようになる。また、前輪舵角に対する制約条件に代えて、前輪舵角の変化率に対して制約条件を課しても良いし、自車両の角速度に対して制約条件を課しても良い。いずれの場合も、前輪舵角に対して制約条件を定めたと同様の効果を奏することができる。
【００５９】
次に、最適制御量決定部１５について説明する。最適制御量決定部１５は、自車両挙動予測部１１に制御入力を与え、その制御入力に基づき、自車両挙動予測部１１により算出された自車両の挙動に関して、周囲車両の将来の挙動との関係を評価するための評価関数を含む所定の評価関数を用いて評価する。最適制御量決定部１５は、その評価を通じて、自車両挙動予測部１１に与えた制御入力が、自車両の走行を制御するために用いるのに適しているか否かを判定する。そして、最適制御量決定部１５は、適しているとの判定結果が得られるまで、自車両挙動予測部１１に与える制御入力を探索する。この探索により、自車両の走行制御に適した制御入力が決定される。最適制御量決定部１５は、決定された制御入力に相当する制御量（進行方向加減速度及び舵角変化率）を、所定の制御周期（例えば、１秒）毎に、図１のＦ／Ｂ制御器２０に与える。
【００６０】
Ｆ／Ｂ制御器２０は、自車両３０のエンジン、ブレーキ、ステアリングなどを制御するための制御装置である。そして、Ｆ／Ｂ制御器２０は、最適制御量決定部１５から制御量が与えられると、自車両３０の進行方向加減速度及び舵角変化率が、制御量として与えられた進行方向加減速度及び舵角変化率となるように、自車両のエンジン、ブレーキ、ステアリングの動作状態をフィードバック制御する。
【００６１】
以下に、最適制御量決定部１５が、自車両の走行制御に適した制御入力を決定するための処理について詳しく説明する。
【００６２】
最適制御量決定部１５は、単に次回の制御周期までの自車両の挙動を予測し、その予測結果に基づいて、次回の制御周期における制御入力を決定するのではなく、制御周期よりも長い予測期間に渡る自車両の挙動を評価し、その評価を通じて、次回の制御周期における制御入力を決定する。そのため、まず、最適制御量決定部１５は、次回の制御周期で用いる制御入力と、次回の制御周期よりも長い予測期間（例えば、５秒）における自車両の挙動を算出するための制御入力との初期値を定め、それらを１つの行列にして、自車両挙動予測部１１に与える。なお、最適制御量決定部１５は予測期間全体に渡って、制御周期毎に制御入力を定める。従って、例えば、制御周期が１秒で、予測期間が５秒の場合、次回の制御周期の開始時点ｔ１における制御入力、ｔ１＋１秒後における制御入力、ｔ１+２秒後における制御入力、ｔ１＋３秒後における制御入力、及び、ｔ１＋４秒後における制御入力の５つの制御入力が行列にされ、自車両挙動予測部１１に与えられることになる。
【００６３】
自車両挙動予測部１１は、現在の制御周期に用いられている制御入力と、現在の制御周期の開始時点における自車両の挙動を示す各制御変数の基準値とに基づいて、現在の制御周期の終了時点の各制御変数（広域Ｘ座標Ｘ（ｔ）、広域Ｙ座標Ｙ（ｔ）、進行方向θ（ｔ）、進行方向速度Ｖ（ｔ）、進行方向角速度ω（ｔ）、前輪舵角δ（ｔ））を算出する。この場合、現在の制御周期の開始時点における自車両の挙動を示す各制御変数の基準値は、位置取得部２、速度取得部３、進行方向取得部４、及び舵角取得部５によってそれぞれ取得された実際値によって定める。これにより、現在の制御周期終了時点（つまり、次回の制御周期開始時点ｔ＋１）の自車両の挙動を示す各制御変数を得ることができる。
【００６４】
そして、自車両挙動予測部１１は、算出された現在の制御周期の終了時点の各制御変数を、次回の制御周期の開始時点での各制御変数の基準値として用いつつ、次回の制御周期で用いる制御入力が与えられたときの、その次回の制御周期終了時点の自車両の挙動を示す各制御変数を算出する。
【００６５】
さらに、自車両挙動予測部１１は、予測期間における制御周期毎に各制御入力が与えられたときの、各制御周期の終了時点の自車両の挙動を示す各制御変数をそれぞれ算出する。この場合も、上記と同様に、直前の制御周期の終了時点の各制御変数を、次の制御周期の各制御変数の基準値として用いつつ、与えられた制御入力による、各制御周期の終了時点の自車両の挙動を示す各制御変数を算出する。
【００６６】
このようにすることで、行列にした制御入力を、順次、自車両の走行制御のための制御量として用いた場合に得られる、一連の自車両の挙動を示す各制御変数を算出することができる。そして、最適制御量決定部１５は、行列にした制御入力に基づき算出される一連の自車両の挙動に関して評価を行う。以下に、本実施形態における、算出された挙動の評価手法について説明する。
【００６７】
ただし、最適制御量決定部１５は、一連の自車両の挙動を示す各制御変数を算出したときに、いずれかの自車両の挙動を示す制御変数が、制約設定部１４によって設定された制約条件を逸脱している場合には、下記の評価を行なわない。制約設定部１４によって設定された制約条件を満たさない場合、自車両の走行を制御するための制御量として用いることは不適切であるためである。換言すれば、下記に説明する評価は、制約設定部１４によって設定された制約条件を満たす一連の自車両の挙動に関してのみ実施される。
【００６８】
本実施形態では、以下の数式１９に示す関数Ｊによって評価コストを求め、その評価コストにより、自車両の挙動（行動）の良さを評価する。
【数１９】
0006569470.tif 000020
【００６９】
数式１９において、Ｔは予測期間を表している。また、Ｌ（ｘ（ｔ））は、任意の時刻ｔにおける自車両の状態の良さを評価するための評価関数であり、各制御周期の終了時点毎に算出された自車両の挙動を評価する。そして、評価関数Ｌ（ｘ（ｔ））を予測期間に渡って積分することにより、予測期間全体における自車両の挙動の良さを評価することが可能となる。
【００７０】
本実施形態では、評価関数Ｌ（ｘ（ｔ））を以下の数式２０のように定義する。
【数２０】
0006569470.tif 000021
【００７１】
一般的に、車両の走行状態を評価する要素は複数存在する。例えば、その要素として、道路内における自車両の位置、進行方向、進行方向加減速度、進行方向速度、周囲車両との相対位置や相対速度などが挙げられる。これらは全て異なる物理量であり、全てを統一して評価することはできない。そのため、本実施形態では、上記の数式２０のように、異なる物理量毎に異なる複数のコスト関数を定め、それらの重み付け線形和として、評価関数Ｌ（ｘ（ｔ）,ｕ（ｔ））を定義する。
【００７２】
以下に、各要素に関して定めたコスト関数の例について説明する。
【００７３】
まず、道路内における自車両の位置を評価するコスト関数について説明する。道路内における自車両の位置を評価するコスト関数としては、例えば、以下の数式２１のように定めることができる。
【数２１】
0006569470.tif 000022
【００７４】
数式２１において、Πは、積を演算することを意味する記号であり、Ｎは、道路の車線数を示し、εは、各車線において自車両の走行に適した位置を示すものであり、Ｃｇ、ｌｇは、関数の形状を決定するパラメータである。なお、数式２１では、便宜的に、道路はＸ軸に沿って伸びており、自車両のＹ座標Ｙ（ｔ）により、自車両の道路内における幅方向の位置が定められるものとしている。
【００７５】
数式２１の関数により、Ｙ座標Ｙ（ｔ）により定められる自車両の道路内の幅方向の位置がεによって示される位置に近づくほど、小さな値（コスト）が算出される。なお、幅方向の位置がεの位置に一致した場合、数式２１の関数により算出されるコストはゼロとなる。
【００７６】
ここで、εの位置は、原則として、各車線の幅方向の中心位置に設定される。しかしながら、εの位置は、交通環境や道路環境によって、適宜、変更されても良い。例えば、複数車線からなる道路を走行中に、隣接車線を走行する周囲車両が存在する場合には、その周囲車両から遠ざかるように、εの位置を中心位置からずらしても良い。また、例えば、対向車線と隣接した車線を走行している場合に、対向車両が存在する場合にも、その対向車両から遠ざかるように、εの位置を中心位置からずらしても良い。さらに、例えば、自車両の走行する道路がカーブしている場合には、そのカーブに進入するまでは、前方を見通しやすくするために、εの位置を、中心位置からカーブの外側寄りにずらしても良い。
【００７７】
次に、自車両の進行方向を評価するコスト関数について説明する。自車両の進行方向を評価するコスト関数としては、例えば、以下の数式２２のように定めることができる。
【数２２】
0006569470.tif 000023
【００７８】
制御周期毎の自車両の進行方向の変化が大きくなると、例えば蛇行運転につながったり、乗員の乗り心地を損ねたりするため好ましくない。そこで、本実施形態では、自車両の進行方向を評価するコスト関数として、前回の制御周期における車両の進行方向θ（ｔ−１）と、今回の制御周期における進行方向θ（ｔ）との差の大きさに応じたコストを算出するように定めた。
【００７９】
次に、自車両の進行方向加減速度を評価するコスト関数について説明する。自車両の進行方向加減速度を評価するコスト関数としては、例えば、以下の数式２３のように定めることができる。
【数２３】
0006569470.tif 000024
【００８０】
進行方向の場合と同じく、制御周期毎に、自車両の進行方向加減速度が大きく変化すると、自車両の速度変化が大きくなるとともに、スクォートやアンチダイブなどの車両の姿勢変化も生じやすくなり、乗員の乗り心地を損ねる虞がある。そこで、本実施形態では、自車両の進行方向加減速度を評価するコスト関数として、前回の制御周期における進行方向加減速度ｕα（ｔ−１）と、今回の制御周期における進行方向加減速度ｕα（ｔ）との差の大きさに応じたコストを算出するように定めた。
【００８１】
次に、自車両の進行方向速度を評価するコスト関数について説明する。自車両の進行方向速度を評価するコスト関数としては、例えば、以下の数式２４のように定めることができる。
【数２４】
0006569470.tif 000025
【００８２】
通常、各道路には、交通規則により制限速度が設定されている。また、乗員が、自車両を所望の速度で走行させたいと望む場合もある。そこで、本実施形態では、自車両の進行方向速度を評価するコスト関数として、交通規則又はユーザの要望に応じて、各道路毎の目標速度Ｖｒｅｆを定め、その目標速度Ｖｒｅｆとの偏差の大きさに応じたコストを算出するように定めた。
【００８３】
次に、周囲車両との相対位置を評価するコスト関数について説明する。周囲車両との相対位置を評価するコスト関数としては、例えば、以下の数式２５のように定めることができる。
【数２５】
0006569470.tif 000026
【００８４】
なお、数式２５に関しても、便宜上、道路はＸ軸に沿って伸びており、先行車両のＸ座標ＸＰ（ｔ）と自車両のＸ座標Ｘｆ（ｔ）との差は、自車両と先行車両との車間距離を示すものとしている。
【００８５】
数式２５の右辺は、自車両と先行車両との車間距離（ＸＰ（ｔ）−Ｘｆ（ｔ））を自車両の進行方向速度Ｖｆ（ｔ）で除算するものとなっており、いわゆる車頭時間（Time Headway）に相当する。この車頭時間が短くなると、先行車両との接触等の可能性が高くなる。そこで、本実施形態では、周囲車両との相対位置を評価するコスト関数として、車頭時間の逆数とし、車頭時間が短くなるほどコストが上昇し、車頭時間が長くなるほどコストが減少するように定めた。
【００８６】
次に、周囲車両との相対速度を評価するコスト関数について説明する。周囲車両との相対速度を評価するコスト関数としては、例えば、以下の数式２６のように定めることができる。
【数２６】
0006569470.tif 000027
【００８７】
なお、数式２６に関しても、便宜上、道路はＸ軸に沿って伸びており、先行車両のＸ座標ＸＰ（ｔ）と自車両のＸ座標Ｘｆ（ｔ）との差は、自車両と先行車両との車間距離を示すものとしている。
【００８８】
数式２５の右辺は、自車両と先行車両との車間距離（ＸＰ（ｔ）−Ｘｆ（ｔ））を自車両と先行車両との相対速度（Ｖｆ（ｔ）−ＶＰ（ｔ））で除算するものとなっており、いわゆる衝突余裕時間（Time To Collision）に相当する。この衝突余裕時間が短くなると、先行車両との接触等の可能性が高くなる。そこで、本実施形態では、周囲車両との相対速度を評価するコスト関数として、衝突余裕時間の逆数とし、衝突余裕時間が短くなるほどコストが上昇し、衝突余裕時間が長くなるほどコストが減少するように定めた。
【００８９】
最適制御量決定部１５は、制約設定部１４によって設定された制約条件を満足する、行列にした制御入力に基づき算出される一連の自車両の挙動に関して、上述した関数Ｊにより評価コストを算出する。そして、最適制御量決定部１５は、算出した評価コストを、所定の基準値と比較することにより、その一連の自車両の挙動を実現するための制御入力の行列が、自車両の走行を制御するための制御量として用いるのに適しているか否かを判定する。この判定処理において、適しているとの判定結果が得られた場合、制御入力の行列に含まれる次回の制御周期用の制御入力を、次回の制御周期で用いる制御量として決定する。一方、適しているとの判定結果が得られなかった場合、最適制御量決定部１５は、制御入力の行列を探索して、自車両挙動予測部１１に与える。この制御入力の行列の探索は、最適制御量決定部において、一連の自車両の挙動を実現するための制御入力の行列が、自車両の走行を制御するための制御量として用いるのに適しているとの判定結果が得られるまで繰り返される。
【００９０】
なお、制御入力の行列の探索は、上述したコスト関数によって算出されたコストが相対的に大きい自車両の挙動をもたらす制御入力について、そのコストが減少する方向に制御入力を変化させることによって行うことが好ましい。これにより、制御量の決定までの処理時間の短縮を図ることができる。また、上述した評価関数に含まれる要素は、単なる一例であって、適宜、要素を増減しても良い。
【００９１】
次に、本実施形態による車両用制御装置における、自車両を自動で走行させるための制御処理の流れを図５のフローチャートを参照しつつ説明する。
【００９２】
まず、ステップＳ１００では、目的値が設定されたか否かを判定する。目的値が設定されると、ステップＳ１１０の処理に進む。ステップＳ１１０では、地図データに基づき、自車両を目的地に到達させるための走行経路を決定する。
【００９３】
続くステップＳ１２０〜Ｓ１４０では、自車両が走行する道路環境、自車両の周囲に存在する周囲車両の走行状態、及び、自車両の走行状態をそれぞれ観測する。
【００９４】
そして、ステップＳ１３０において、自車両が目的地に到達したか否かを判定する。自車両が目的地に到達したことが判定されると、図５のフローチャートに示す処理は終了する。一方、自車両がまだ目的地に到達していないと判定されると、ステップＳ１６０の処理に進む。
【００９５】
ステップＳ１６０では、行列にされる制御入力、つまり、次回の制御周期で用いる制御入力と、次回の制御周期よりも長い予測期間における自車両の挙動を算出するための制御入力との初期値を定める。そして、ステップＳ１７０において、行列にされた制御入力を、順次、自車両の走行制御のための制御量として用いた場合に得られる、一連の自車両の挙動を示す各制御変数を算出することにより、自車両の将来の挙動を予測する。続くステップＳ１８０では、周囲車両走行状態取得部６によって取得された周囲車両の位置、速度、進行方向に基づき、周囲車両の将来の挙動を予測する。
【００９６】
ステップＳ１９０では、算出された一連の自車両の挙動を示す各制御変数が制約条件を満足しているか否かを判定する。制約条件を満足していると判定された場合、ステップＳ２００の処理に進み、制約条件を満足していないと判定された場合、ステップＳ２２０の処理に進む。
【００９７】
ステップＳ２００では、上述した関数Ｊを用いて、行列にした制御入力に基づき算出される一連の自車両の挙動の評価コストを算出する。そして、ステップＳ２１０では、ステップＳ２００で算出した評価コストを、所定の基準値と比較することにより、その一連の自車両の挙動を実現するための制御入力の行列が、自車両の走行を制御するための制御量として用いるのに適しているか否か、すなわち、最適制御量が算出されたか否かを判定する。
【００９８】
ステップＳ２１０の判定処理において、最適制御量が算出されていないと判定された場合、ステップＳ２２０に進んで、制御入力の行列を探索し、ステップＳ１７０からの処理を繰り返す。一方、ステップＳ２１０の判定処理において、最適制御量が算出されたと判定された場合には、制御入力の行列に含まれる次回の制御周期用の制御入力を、次回の制御周期で用いる制御量として決定し、ステップＳ２３０において、その制御量を用いて、自車両の走行を制御する。
【００９９】
以上、説明したように、本実施形態による車両用制御装置では、進行方向加速度及び舵角変化率を制御入力として、自車両の挙動を予測し、他車両との相対位置や相対速度、及び道路環境を考慮して、自車両を自動で走行させるための最適な制御量を決定している。このため、例えば、図６に示すように、自車両の走行車線上に他車Ａが存在し、隣接車線には、他車Ｂが存在する場合において、他車Ａを追い越すために車線変更が必要となっても、他車Ａ、他車Ｂと安全な車間距離を保ちつつ、自車両をスムーズに車線変更させることができる。
【０１００】
上述した実施形態は、本発明の好ましい実施形態ではあるが、本発明は、上述した実施形態になんら限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
【０１０１】
例えば、周囲車両挙動予測部１２が、周囲車両の挙動を予測する際に、天候の影響を考慮しても良い。例えば、雨などにより周囲の視界が悪化している場合には、後続車両は先行車両との車間距離を広げるように行動するものとして、周囲車両の挙動を予測しても良い。
【０１０２】
また、上述した実施形態において、制約条件を満たす一連の自車両の挙動の評価が低いため、制約条件を満たす一連の自車両の挙動を実現可能な制御入力の行列の中から、自車両の走行を制御するための制御量として用いる制御入力の行列を決定できない場合、最適制御量決定部１５は、制約条件を緩和するようにしても良い。これにより、いずれかの制御入力の行列に含まれる制御入力を、車両の走行を制御するための制御量として決定することが可能になる。
【０１０３】
制約条件を緩和する場合、最適制御量決定部１５は、複数の状態変数に関して設定した複数の制約条件について、自車両の走行を制御するための制御量として用いる制御入力を決定できるまで、予め定めた順序で順次緩和していくことが好ましい。これにより、例えば自車両の走行の安全性の低下を抑制しつつ、自車両の走行を制御するための制御量として用いる制御入力を決定することができる。
【０１０４】
例えば、最初に、進行方向加速度の許容範囲を段階的に大きくする。これにより、乗り心地は多少悪化するが、自車両の将来の挙動の自由度が高まり、最適な制御量を決定できる可能性を高めることができる。そして、進行方向加速度の許容範囲の変更が上限値に達すると、今度は、舵角制約の範囲を段階的に拡大する。この舵角制約の範囲も上限値に達すると、例えば、車両の幅方向位置の制約を緩和し、自車両の一部もしくは全部が路肩や対向車線にはみ出ることを許容する。ただし、緩和の順序、内容は、この例に限るわけではなく、適宜、その順序を変更したり、緩和内容を変更したりしても良い。
【０１０５】
また、最適制御量決定部１５によって決定された制御量に従って自車両の走行が制御されたとき、観測される自車両の挙動が、自車両挙動予測部１１によって予測された挙動と異なる場合、その挙動のずれを小さくするように、車両運動モデルを変更しても良い。例えば、自車両が雪道など摩擦係数の低い路面を走行する場合、目標とする進行方向加減速度を得られるようにエンジンやブレーキを制御しても、実際の加減速度の変化が遅れたり、目標とする加減速度に達しない可能性がある。このような場合、数式９を、遅れ分を加味した式に補正したり、加減速渡の変化に対する速度の変化を小さくするように補正すれば良い。また、目標とする舵角変化率が得られるように、ステアリングを制御しても、車両にその舵角変化率に応じた進行方向の変化が生じない場合にも、その影響を加味するように数式１２を補正しても良い。
【０１０６】
また、周囲車両挙動予測部が、周囲車両モデルを用いて、周囲車両の挙動を予測する場合に、予測した結果が、観測結果と異なるときには、同様に、周囲車両モデルを補正しても良い。その周囲車両が、ドライバーによって手動操作される車両であって、その挙動が、評価関数が想定している加速度変化や進行方向変化を超えている場合には、評価関数を修正するようにしても良い。
【符号の説明】
【０１０７】
１  自車・他車・環境観測部、２  位置取得部、３  速度取得部、４  進行方向取得部、５  舵角取得部、６  周囲車両走行状態取得部、７  道路情報取得部、１０  制御量算出部、１１  自車両挙動予測部、１２  周囲車両挙動予測部、１３  道路環境演算部、１４  制約設定部、１５  最適制御量決定部、２０  Ｆ／Ｂ制御器、３０  自車両
【図１】
0006569470.tif 000028
【図２】
0006569470.tif 000029
【図３】
0006569470.tif 000030
【図４】
0006569470.tif 000031
【図５】
0006569470.tif 000032
【図６】
0006569470.tif 000033