(57)【要約】【課題】滑らかな制御を実現できる運転操作補助装置を提供する。【解決手段】自車両Ａの周囲状況検出手段１０と、自車両状態検出手段１１と、運転操作の望ましさを算出する評価関数を構成する評価関数構成手段６ａと、制御量演算手段６ｂと、自車両機器を制御するアクチュエータ１２とを有し、評価関数構成手段６ａは、障害となり得る物体に対するリスク度を算出するラベルの付与を要求するラベル付与手段６−１と、ラベルの削除を要求するラベル削除手段６−２と、ラベル管理手段６−３とを備え、自車両Ａの操作量の大きさを評価する項と、自車両状態を評価する項と、各物体のリスク度を評価する項と、各項に対する評価の重要度を反映する重み付け係数から評価関数を構成し、制御量演算手段６ｂは、ラベル管理手段６−３がラベルの付与または削除の要求を受け取った場合に、該当する物体の重み付け係数の値を変更する重み付け係数変更手段６−４を備える。【選択図】　　図２
2004086289.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自車両の周囲状況を検出する周囲状況検出手段と、
前記自車両の状態を検出する自車両状態検出手段と、
前記周囲状況検出手段と前記自車両状態検出手段からの信号により前記自車両に対する運転操作の望ましさを算出する評価関数を構成する評価関数構成手段と、
前記運転者に望ましい操作を促すために自車両機器に対する制御信号を演算する制御量演算手段と、
前記制御量演算手段からの信号により前記自車両機器を制御するアクチュエータと、を有する運転操作補助装置において、
前記評価関数構成手段は、
前記周囲状況検出手段からの信号により前記自車両に対して障害となり得る物体に、前記物体に対するリスク度を算出するためのラベルを付与するように要求するラベル付与手段と、
前記ラベルを付与された前記物体に対するリスク度評価を打ち切る場合に前記ラベルを削除するように要求するラベル削除手段と、
前記ラベルと前記ラベルが付与された前記物体との対応関係を記録し、前記ラベル付与手段と前記ラベル削除手段からの要求に応じて前記対応関係を更新するラベル管理手段と、を備え、
前記自車両に対する操作量の大きさを評価する項と、
前記自車両の状態を評価する項と、
前記ラベルを付与された各前記物体の前記自車両に対する前記リスク度を評価する項と、
各前記項に対する評価の重要度を反映する重み付け係数と、から評価関数を構成し、
前記制御量演算手段は、前記ラベル管理手段が前記ラベルの付与または削除の要求を受け取った場合に、該当する前記物体に対する前記重み付け係数の値を変更する重み付け係数変更手段を備えることを特徴とする運転操作補助装置。
【請求項２】
前記ラベル付与手段は、前記自車両に対して障害となり得る前記物体と前記自車両との距離が所定値よりも小さくなった場合に、対象となる前記物体に前記ラベルを付与するように要求し、
前記ラベル削除手段は、前記物体と前記自車両との距離が別の所定値よりも大きくなったか、あるいは前記周囲状況検出手段で検出できなくなった場合に、前記ラベルの削除を要求することを特徴とする請求項１記載の運転操作補助装置。
【請求項３】
前記制御量演算手段は、前記ラベル管理手段が新たなラベル付与の要求を検出した場合に、新たに前記ラベルが割り当てられた前記物体の前記リスク度に対する前記重み付け係数の値を０にセットし、
その後、所定時間にわたって前記重み付け係数の値を漸増させることを特徴とする請求項１または２記載の運転操作補助装置。
【請求項４】
前記重み付け係数変更手段における前記重み付け係数の値の変化率を一定値とし、値の変化率を新たに検出された前記物体に対する衝突時間（＝車間距離／相対速度）に応じて決めることを特徴とする請求項３記載の運転操作補助装置。
【請求項５】
前記重み付け係数変更手段における前記重み付け係数の値の変化率を、値を変化させる区間の始端と終端において０に設定し、値の平均変化率を新たに検出された前記物体に対する衝突時間に応じて決めることを特徴とする請求項３記載の運転操作補助装置。
【請求項６】
前記制御量演算手段は、前記ラベル管理手段が前記ラベルの削除要求を検出した場合に、削除対象となった前記ラベルが割り当てられた前記物体の前記リスク度に対する前記重み付け係数の値を所定時間にわたって０まで漸減させ、所定時間後に該当する前記ラベルを削除することを特徴とする請求項１または２記載の運転操作補助装置。
【請求項７】
前記制御量演算手段は、前記重み付け係数の値が０になる前に対象となる前記物体が前記周囲状況検出手段で検出できなくなった場合に、検出できなくなった直前の時点における前記物体との距離と相対速度から外挿した暫定値を用いて制御量の演算を行なうことを特徴とする請求項６記載の運転操作補助装置。
【請求項８】
前記重み付け係数変更手段における前記重み付け係数の値の変化率を一定値とし、値の変化率を該当する前記物体に対する相対速度に応じて決めることを特徴とする請求項６または７記載の運転操作補助装置。
【請求項９】
前記重み付け係数変更手段における前記重み付け係数の値の変化率を、値を変化させる区間の始端と終端において０に設定し、値の平均変化率を削除対象となった前記物体に対する相対速度に応じて決めることを特徴とする請求項６または７記載の運転操作補助装置。
【請求項１０】
前記評価関数構成手段は、評価対象となる前記自車両に対する前記操作量の大きさとして、前記自車両に対する加減速指令を評価に含むような評価関数を構成することを特徴とする請求項１ないし９のいずれか記載の運転操作補助装置。
【請求項１１】
前記評価関数構成手段は、評価対象となる前記自車両の状態として、前記自車両の速度を評価に含むような評価関数を構成することを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか記載の運転操作補助装置。
【請求項１２】
前記評価関数構成手段は、前記ラベルを付与された前記物体の前記自車両に対する前記リスク度として、前記自車両に対する距離が小さいほど、あるいは前記自車両に接近する速度が大きければ大きいほど、リスク度を大きく評価する項を用いて評価関数を構成することを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか記載の運転操作補助装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の運転操作を補助するための運転操作補助装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に制御則の設計においては、しばしば制御性能を評価するための評価関数が定義され、評価関数が最小になる操作量を求めるという問題を解いて得られた解が用いられることがある。制御性能の評価には、多くの場合、何らかの重み付けがなされ、重み付けの調整によって望ましい制御特性が得られるような構成となっている。
特に、制御系の運転条件が大きく変化するような場合には、運転条件に応じた重み付けのオンライン調整は、制御系の性能維持に必須の技術となる。特開平６−１３０９７０はそのような技術の例である。この特開平６−１３０９７０では、重み付け係数（フィルタ係数）が音響伝達系と騒音の発生状態の特性を表現したパラメータとなっている。重み付け係数の調整は、それらの物理的な特性の推定に対応しており、ＬＭＳアルゴリズムをベースとした重み付け係数の調整に関する技術が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
重み付け係数は、必ずしも物理的な特性を反映したものが常に取られるわけではない。特に、運転者の運転を補助する装置の制御系を設計する場合には、運転者の感覚などの主観的な要素を反映したパラメータが重み付け係数としてとられる場合がある。その場合には、重み付け係数の調整は、物理的な特性の推定とは異なる意味を持つので、従来技術のような定式化や重み付け係数の調整技術をそのまま流用しても意味をなさない。
【０００４】
本発明の目的は、運転者に違和感を与えない滑らかな制御を実現できる運転操作補助装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の運転操作補助装置は、自車両の周囲状況を検出する周囲状況検出手段と、自車両の状態を検出する自車両状態検出手段と、自車両に対する運転操作の望ましさを算出する評価関数を構成する評価関数構成手段と、自車両機器に対する制御信号を演算する制御量演算手段と、自車両機器を制御するアクチュエータとを有し、評価関数構成手段は、自車両に対して障害となり得る物体に、リスク度を算出するためにラベル付与を要求するラベル付与手段と、ラベル付与物体に対するリスク度評価を打ち切る場合にラベルの削除を要求するラベル削除手段と、ラベルとラベルが付与された物体との対応関係を記録し、ラベル付与手段とラベル削除手段からの要求に応じて対応関係を更新するラベル管理手段とを備え、自車両に対する操作量の大きさを評価する項と、自車両の状態を評価する項と、各ラベル付与物体の自車両に対するリスク度を評価する項と、各項に対する評価の重要度を反映する重み付け係数とから評価関数を構成し、制御量演算手段は、ラベル管理手段がラベルの付与または削除の要求を受け取った場合に、該当物体に対する重み付け係数の値を変更する重み付け係数変更手段を備えることを特徴とする。
【０００６】
【発明の効果】
本発明によれば、運転者に違和感を与えない滑らかな制御を実現できる運転操作補助装置を提供することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下で説明する図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【０００８】
第一の実施の形態
本発明の第一の実施の形態を図１から図６までの図面に基づいて説明する。　図１は運転操作補助装置全体の構成を示した配置図である。
図１において、前方レーダー１ａは自車両Ａの前面に取り付けられ、自車両Ａの前方に位置する複数の車両の位置を測定する。画像センサ１ｂも自車両Ａの前面の適当な位置に取り付けられ、前方レーダー１ａの測定情報を補完する。後方レーダー１ｃは自車両Ａの背面に取り付けられ、自車両Ａの後方に位置する複数の車両の位置を測定する。側方センサ１ｄは左右の自車両Ａの側面に一個ずつ取り付けられ、前方レーダー１ａと後方レーダー１ｃの死角となる自車両Ａの側方に位置する車両の位置を検出する。なお、側方センサ１ｄとしてはレーダーを用いることもできるが、超音波センサや画像センサを用いることができる。
【０００９】
車速センサ２はロータリーエンコーダーをホイールに取り付けることで実現できる。ホイールの回転速度に応じた周期のパルス列を出力し、車速の計測値を得る。
【００１０】
アクセルペダル３にはアクセルペダル角度センサ４が取り付けられ、運転者のアクセルペダル３の踏み込み角を計測する。さらに、アクセルペダル３には反力モーター５が取り付けられ、演算部６からの信号を受けて、アクセルペダル３にかかる反力の大きさを調整し、運転者に望ましいアクセル角度の情報を提示する。
【００１１】
演算部６はマイクロコンピュータとその周辺部品から構成され、各センサからの信号を内蔵メモリに記録されたプログラムに従って処理し、反力モーター５を制御する。
【００１２】
システム起動／停止スイッチ７は自車両Ａの車室内の適当な場所に取り付けられ、起動スイッチを押すことでシステムを起動し、運転の補助動作を開始する。また、停止スイッチを押すことで、補助動作を停止するように、演算部６の動作を切り替える。
【００１３】
演算部６はマイクロコンピュータのソフトウェア形態により、図２に示すブロック６ａ、６ｂ、および６−１〜６−４を構成する。
【００１４】
図２において、１０は周囲状況検出手段であり、前方レーダー１ａ、画像センサ１ｂ、後方レーダー１ｃ、側方センサ１ｄから構成される。１１は自車両状態検出手段であり、車速センサ２、アクセルペダル角度センサ４から構成される。演算部６は、評価関数構成手段６ａと、制御量演算手段６ｂから構成される。評価関数構成手段６ａは、ラベル付与手段６−１、ラベル削除手段６−２、ラベル管理手段６−３から構成され、制御量演算手段６ｂは、重み付け係数変更手段６−４から構成される。１２はアクチュエータで、反力モーター５から構成される。
【００１５】
以下、図３に示すような道路状況を例にとり、各ブロックの具体的な構成方法と処理手順を説明する。
【００１６】
図３では、片側一車線の道路を自車両Ａが走行しており、その後方を後方車Ｃが追従走行している場面で、前方に自車両Ａよりも遅い速度で走行している先行車Ｂが現れた場面を示している。運転の補助をする場合には、自車両Ａの走行を制約する物体を認識し、その物体に必要以上に近づかないような操作を促す必要がある。ここでは、認識した物体に、“１”、“２”、“３”、という番号ラベルを付けて、制御量演算の処理を行なうものとする。付けられたラベルと認識物体との対応関係は、ラベル管理手段６−３に記録、保持される。
【００１７】
この場合、自車両Ａの走行を制約する可能性がある物体は、後方車Ｃと先行車Ｂである。ラベル付与手段６−１はこれらの車両を認識して、自車両Ａにとっての障害物となり得る物体としてラベルを付与するようにラベル管理手段６−３に要求を出す。ラベルは、物体がセンサの検出範囲に入ると同時に付与してもよいが、図３に示したようにラベル付与区間を検出範囲よりも小さくとることもできる。ラベルは検出した順番に付けられていくものとすると、後方車Ｃに“１”というラベルが付けられ、先行車Ｂがラベル付与区間に入ってきた時に、先行車Ｂに“２”というラベルが付けられる。なお、ラベル削除手段６−２は、検出物が検出範囲の外に出た場合や、自車両Ａから十分離れるなどしてリスク度評価の対象とならなくなった場合に、対象物に付されていたラベルを削除するようにラベル管理手段６−３に要求を出す。例えば、図３のようにラベル保持区間を定義し、検出物がラベル保持区間の外側に出たときに、ラベル削除要求が出されるものとする。ラベル保持区間をラベル付与区間よりも広くとって、ラベルの付与と削除にヒステリシスを導入すると、検出物がラベル付与区間の境界上に滞留した場合でも、ラベルの付与と削除が繰り返されることがなくなり、ラベリングの処理が安定するという効果がある。
【００１８】
周囲状況検出手段１０では、各物体までの距離と相対速度が検出されるものとし、自車両状態検出手段１１で検出される自車両速度と合わせて各物体の絶対速度を算出することができる。また、自車両Ａの位置を適当な値（例えば０）と定めることによって、各物体の位置を定義することができる。以下、そのようにして定められたラベル“ｉ”が付けられた物体の位置と速度をそれぞれｘｉ、ｖｉと表すことにする。
【００１９】
ラベルが付けられた物体に対しては、自車両Ａに対するリスク度の評価が行なわれる。リスク度の指標としては様々なものが考えられるが、例えば車間時間（車間距離／車速）を指標として利用することができる。値が小さいほど評価がよくなるように評価項を構成するものとすると、ラベルｉがつけられた物体に対するリスク度評価として、
【００２０】
【数１】
2004086289.tif 000003
のような関数を用いることができる。
【００２１】
自車両Ａに対する望ましい操作を算出するためには、評価関数として（１）式のような周囲環境に対する評価項だけでなく、自車両Ａに対する操作そのものを評価する項が必要である。例えば、自車両Ａに対する加減速の指令値をｕｘとするなら、次のような評価項が必要になる。
【００２２】
【数２】
2004086289.tif 000004
この他に、自車両Ａの状態を評価に加えることもできる。例えば、自車両Ａの希望走行車速をｖｄに設定していたとすると、希望車速と実走行車速の偏差の二乗である
【００２３】
【数３】
2004086289.tif 000005
を評価項に加えることができる。以上のような評価項に重み付け係数をつけて和をとった式を評価式として導入する。すなわち、
【００２４】
【数４】
2004086289.tif 000006
で定義される関数Ｌを、ある瞬間における評価量として構成する。ここで、ｗＸ、ｗＶ、ｗｉは、各評価項に対する重み付け係数である。評価関数は、関数Ｌを所定の評価区間にわたって積分した量として定義される。すなわち、
【００２５】
【数５】
2004086289.tif 000007
が評価関数である。ここで、ｔは現在の時刻を表し、Ｔは評価区間の長さを表す。評価関数構成手段６ａでは、以上のような処理が行なわれ、構成された評価関数に関する情報が制御量演算手段６ｂに送られる。
【００２６】
制御量演算手段６ｂは、評価関数設定手段６ａで設定された評価関数の情報を受けて、アクチュエータを制御する制御量の算出を行なう。制御量の演算は、評価関数（５）式が最小となるような自車両Ａに対する操作量ｕｘ（τ）、ｔ≦τ≦ｔ＋Ｔを求め、算出された操作量ｕｘ（τ）に沿うような操作を運転者に促すように反力を制御する指令値を反力モーター５に送る。
【００２７】
評価関数（５）式を評価するためには、評価区間ｔ≦τ≦ｔ＋Ｔにおける自車両Ａおよび他物体の状態を予測する必要があるが、図３の場面では、予測式として次のようなものを考えることができる。
自車両Ａに関しては、
【００２８】
【数６】
2004086289.tif 000008
で状態量を予測する。後方車Ｃの予測式としては、自車両Ａに追従走行しているモデルとして、
【００２９】
【数７】
2004086289.tif 000009
を用いることができる。ここで、ｋ１、ｋ２は後方車Ｃの追従特性を表す定数、ｈＢは後方車Ｃの目標車間時間である。先行車Ｂについては、一定速度で走行するものとして、
【００３０】
【数８】
2004086289.tif 000010
というモデルを用いる。
【００３１】
以上のように、評価区間ｔ≦τ≦ｔ＋Ｔの間の自車両Ａおよび各物体の状態量を予測する式を定義できれば、（５）式を最小にするような制御量を求める問題は、最適制御問題として定式化されており、その系統的な解法はよく研究されている（例えば、文献１：加藤寛一郎著　工学的最適制御　非線形へのアプローチ、など）。
【００３２】
ここで問題となるのは、先行車Ｂがラベル付与区間内に進入し、評価項（４）式右辺第三項において、それまでの後方車Ｃだけの評価項に加えて、先行車Ｂに対する評価項が加わった場合である。一般に、最適制御問題は、連続な予測式と連続な評価関数を用いていれば、評価の始端における状態量の連続的な変化に対して、最適解も連続的に変化する。最適解が連続的に変化すれば、最適解から生成されるアクチュエータ１２の制御量も連続的に変化するので、提示される反力も滑らかなものになる。ところが、先行車Ｂに対する評価項が加わった場合には、評価関数自体が不連続に変化しているので、得られる最適解もそれを反映した不連続性が現れ、提示される反力も不連続に変化する。また、文献２：Ｔ．　Ｏｈｔｓｕｋａ，　“Ｃｏｎｔｉｎｕａｔｉｏｎ／ＧＭＲＥＳ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ｆａｓｔ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｏｆ　ｎｏｎｌｉｎｅａｒ　ｒｅｃｅｄｉｎｇｈｏｒｉｚｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ”　Ｐｒｏｃ．　３９ｔｈ　ＩＥＥＥ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｄｅｃｉｓｉｏｎ　ａｎｄ　Ｃｏｎｔｒｏｌ，　ｐｐ．７６６−７７１，　２０００．に示されているような、解の連続性を前提に最適制御問題を高速に解くアルゴリズムを利用する場合にも、評価関数の不連続性は解の連続性の仮定に反するものであり、アルゴリズムの性能劣化の懸念が生じる。
【００３３】
このような不連続性を補償するために、制御量演算手段６ｂに重み付け係数変更手段６−４を設ける。先行車Ｂにラベルが付与される前は、評価式（４）は
【００３４】
【数９】
2004086289.tif 000011
であり、先行車Ｂにラベルが付与されると、
【００３５】
【数１０】
2004086289.tif 000012
に変化する。このままだと、前述の通り、評価項ｗ２ｌ２が加わることによる不連続性の問題点が現れてくる恐れがある。そこで、本来は固定のパラメータである重み付け係数ｗ２を時刻ｔとともに変化する時変のパラメータとする。すなわち、
【００３６】
【数１１】
2004086289.tif 000013
とする。今、先行車Ｂにラベルが付与された時刻をｔ０として、ｗ２（ｔ０）＝０となるようにｗ２（ｔ）を設定すれば、時刻ｔ０において評価関数（１１）式はＣにラベルが付与される前の評価関数と一致するので、評価関数の連続性を保つことができる。時刻ｔ０以降は、ｗ２（ｔ）を本来の設計値であるｗ２まで漸増させていけば、（９）式から（１０）式まで連続的に評価関数を変形していくことができるので、結果として生成される最適解も連続的に変化していき、制御量も滑らかな変化をするようになる。
【００３７】
ｗ２（ｔ）の変化のさせ方としては、例えば図４のように、変化率を一定に保って、本来の設計値であるｗ２まで漸増させる方法が考えられる。式で表現すると次式のようになる。
【００３８】
【数１２】
2004086289.tif 000014
ただし、Ｔｔはｗ２（ｔ）の変化率を決定するパラメータである。一般にＴｔを大きくとれば、評価関数の変化はゆっくりとしたものとなり、得られる制御量もより滑らかに変化するものと期待できる。しかし、Ｔｔを長くとり過ぎると、新たに検出した物体に対する評価が反映されにくくなり、新たに検出した物体が自車両Ａに対して急接近してくるような場面では、対応が遅れ気味となり、かえって運転者に違和感を与える恐れがある。そこで、パラメータＴｔを、新たに検出した物体の自車両Ａに対する衝突時間ＴＣに応じて調節するという方法が考えられる。すなわち、図３の場面においては、
【００３９】
【数１３】
2004086289.tif 000015
【００４０】
【数１４】
2004086289.tif 000016
のような調整方法を用いることができる。ここで、Ｔｔｍｉｎ、ＴｔｍａｘはパラメータＴｔの調節範囲の下限と上限を表す定数であり、ＴＣｍｉｎ、ＴＣｍａｘは時間の次元を持つ適当な定数である。
【００４１】
具体的な反力指令値の演算方法としては、例えば以下のようなものが考えられる。評価関数（５）式を最小にする最適解の現在時刻ｔにおける値をｕｘ＊（ｔ）とし、車両の加速度がｕｘ＊（ｔ）となるようなアクセルペダル３の踏み込み角をθ＊（ｔ）とする。実際に運転者が操作しているアクセルペダル３の踏み込み角をθ（ｔ）とし、さらに反力制御を適用しない通常のアクセルペダル３の反力特性を、Ｆ（θ）で表す。このとき、反力モータ−の駆動力によって、実際の反力が次式と一致するように制御指令を出力する。
【００４２】
【数１５】
2004086289.tif 000017
ただし、Ｋは適当な正のゲインであり、ｆは反力修正量の上限値であり、
【００４３】
【数１６】
2004086289.tif 000018
である。すなわち、実際の踏み込み角θ（ｔ）が最適解に対応する踏み込み角よりも大きい場合には、反力が大きくなって運転者に減速を促し、逆の場合には、反力が小さくなって、まだアクセルペダル３を踏み込む余裕があることを知らせる。
【００４４】
以上の処理をフローチャートにまとめたものが図５である。
ステップ１において周囲状況検出手段１０からの信号を受けて、障害物となり得る物体を識別する。
ステップ２において、新たにラベル付与区間内に入ってきた障害物の有無をチェックする。新たな障害物を検出した場合には、それに対応する評価項と予測式をそれぞれステップ３とステップ４で生成した上で、ステップ５へ進む。
ステップ５では最適制御問題を解く際に用いる重み付け係数の設定を行なう。既に本来の設計値まで到達している重み付け係数はそのままにして、重み付け係数が漸増中のものは新たな値に更新し、新しく追加された重み付け係数は０に設定する。
ステップ６では、そのように設定された重み付け係数に基づいて、最適制御問題を解いて最適解を得る。
ステップ７では、得られた最適解の始端点の値をもとに（１５）式に従って反力の指令値を計算して、１サイクルの処理を終了する。
【００４５】
図６に本発明を図３の場面に適用した場合に得られる結果の例を示す。
簡単のため、ここでは運転者は算出された最適解ｕｘ＊（ｔ）を正確にトレースしているという場合を考えて、ｕｘ＊（ｔ）の値の変化を示す。先行車Ｂを検出する前は、希望車速ｖｄで一定速走行をしていたものとしている。図６に示したように、先行車Ｂに対する評価を重み付け係数を本来の設計値に固定したままで導入した場合には、先行車Ｂに対する評価を入れた瞬間に最適解が不連続的に変化している。最適解の不連続的な変化は（１５）式の反力演算式を通して提示される反力の不連続性の原因となる。一方、本発明の第一の実施の形態で示したように重み付け係数の調整を行なった場合には、最適解が連続的に変化しているため、提示される反力も連続的に変化することになる。
【００４６】
以上のように、本発明の第一の実施の形態は、自車両Ａの周囲状況を検出する周囲状況検出手段１０と、自車両Ａの状態を検出する自車両状態検出手段１１と、周囲状況検出手段１０と自車両状態検出手段１１からの信号により自車両Ａに対する運転操作の望ましさを算出する評価関数を構成する評価関数構成手段６ａと、運転者に望ましい操作を促すために自車両機器に対する制御信号を演算する制御量演算手段６ｂと、制御量演算手段６ｂからの信号により自車両機器を制御するアクチュエータ１２とを有し、評価関数構成手段６ａは、周囲状況検出手段１０からの信号により自車両Ａに対して障害となり得る物体に、物体に対するリスク度を算出するためのラベルを付与するように要求するラベル付与手段６−１と、ラベルを付与された物体に対するリスク度評価を打ち切る場合にラベルを削除するように要求するラベル削除手段６−２と、ラベルとラベルが付与された物体との対応関係を記録し、ラベル付与手段６−１とラベル削除手段６−２からの要求に応じて対応関係を更新するラベル管理手段６−３とを備え、自車両Ａに対する操作量の大きさを評価する項と、自車両Ａの状態を評価する項と、ラベルを付与された各物体の自車両Ａに対するリスク度を評価する項と、各項に対する評価の重要度を反映する重み付け係数とから評価関数を構成し、制御量演算手段６ｂは、ラベル管理手段６−３がラベルの付与または削除の要求を受け取った場合に、該当する物体に対する重み付け係数の値を変更する重み付け係数変更手段６−４を備えている。このような構成により、評価関数の不連続な変化を、重み付け係数の調整によって補償することができるので、算出される制御指令を滑らかなものにすることができる。
【００４７】
なお、評価関数による定式化をした場合、障害物に対応する評価項とそれに対する重みが設定されるが、そこで設定される重みに物理的な意味はなく、運転者が障害物との接近をどの程度許容するかによって最適な値が定まる主観的なパラメータなので、本実施例にあっては推定パラメータでなく、制御パラメータとみなして演算処理している。また、運転操作補助の際考慮しなければならない自車両周囲の障害物は必ずしも一つとは限らず、走行する環境によって障害物の数が時々刻々と変化しており、障害物数の変化に伴って、評価関数の構成自体も変化している。一方、運転操作補助の制御において、運転者に違和感を与えないために滑らかな制御が求められることが、評価関数が不連続に変化してしまうと、算出される制御指令も不連続に変化してしまうので、必ずしも滑らかな制御にならない。また、一般に評価関数を最小にする操作量を求める最適化演算は、計算負荷が高くなることが多く、特に制御対象や評価関数が非線形の場合には計算時間が大きな問題になる。
【００４８】
このため、本実施例では、上記構成をとることにより解の変化の連続性を仮定することで計算時間を短縮し、評価関数の不連続な変化や、解の変化の連続性が外れることがないようにしており、これによりアルゴリズムの性能に悪影響を与えることをなくし、滑らかな違和感ない制御を実現している。
【００４９】
また、ラベル付与手段６−１は、自車両Ａに対して障害となり得る物体と自車両Ａとの距離が所定値よりも小さくなった場合に、対象となる物体にラベルを付与するように要求し、ラベル削除手段６−２は、物体と自車両Ａとの距離が別の所定値よりも大きくなったか、あるいは周囲状況検出手段１０で検出できなくなった場合に、ラベルの削除を要求するようになっている。このような構成により、評価対象となる障害物の判定にヒステリシスをつけることができるようになるので、障害物が評価対象となる範囲の境界上に留まるような場合においても、ラベルの付与と削除が頻繁に繰り返されるような事態を防止できるようになり、より安定した制御指令を算出することができる。
【００５０】
また、制御量演算手段６ｂは、ラベル管理手段６−３が新たなラベル付与の要求を検出した場合に、新たにラベルが割り当てられた物体のリスク度に対する重み付け係数の値を０にセットし、その後、所定時間にわたって重み付け係数の値を漸増させるようになっている。このような構成により、新たな障害物を評価に入れる必要性が生じた瞬間において、評価関数の変化の連続性を保ちながら評価に組み込んでいくようになっているので、新たな障害物の検出に伴う制御量の変化を滑らかなものにすることができる。
【００５１】
また、式１２、１３に示したように、重み付け係数変更手段における重み付け係数の値の変化率を一定値とし、値の変化率を新たに検出された物体に対する衝突時間（＝車間距離／相対速度）に応じて決めるようになっている。このような構成により、重み付け係数の変化率を障害物との衝突時間に応じて決めているので、物体の接近速度に応じて制御系の応答の速さと制御の滑らかさのバランスを変えることができる。
【００５２】
また、評価関数構成手段６ａは、評価対象となる自車両Ａに対する操作量の大きさとして、自車両Ａに対する加減速指令を評価に含むような評価関数を構成するようになっている。このような構成により、自車両Ａに対する操作量を評価対象としているので、過大な制御量が算出されることを防止し、現実的な操作の範囲内で制御量を算出することができる。
【００５３】
また、評価関数構成手段６ａは、評価対象となる自車両Ａの状態として、自車両Ａの速度を評価に含むような評価関数を構成するようになっている。このような構成により、自車両Ａに対する状態を評価対象としているので、運転者の希望走行車速を考慮した制御量を算出し、運転者の意向に沿った運転操作の補助を行なうことができる。
【００５４】
また、評価関数構成手段６ａは、ラベルを付与された物体の自車両Ａに対するリスク度として、自車両Ａに対する距離が小さいほど、あるいは自車両Ａに接近する速度が大きければ大きいほど、リスク度を大きく評価する項を用いて評価関数を構成するようになっている。このような構成により、リスク度の評価を障害物までの距離と相対速度に応じて決めているので、自車両Ａが障害物に衝突する潜在的なリスク度合いを客観的に評価して、障害物と適切な距離を保つことを促すような制御量を算出することができる。
【００５５】
なお、重み付け係数変更手段６−４における重み付け係数の値の変化率を、値を変化させる区間の始端と終端において０に設定し、値の平均変化率を新たに検出された物体に対する衝突時間に応じて決めることで、重み付け係数の変化率を連続になるように構成し、重み付け係数の値が連続となっている場合よりもさらに滑らかな制御を実現することもできる。
【００５６】
また、重み付け係数変更手段６−４における重み付け係数の値の変化率を一定値とし、値の変化率を該当する物体に対する相対速度に応じて決めることで、重み付け係数の変化率を障害物との相対速度に応じて決め、制御量演算の際に考慮する必要性が低い物体を早く評価対象から外すこともできる。
【００５７】
更に、重み付け係数変更手段６−４における重み付け係数の値の変化率を、値を変化させる区間の始端と終端において０に設定し、値の平均変化率を削除対象となった物体に対する相対速度に応じて決めることで、重み付け係数の変化率も連続になるように構成し、重み付け係数の値が連続となっている場合よりもさらに滑らかな制御を実現することができる。
【００５８】
以上が本発明の第一の実施の形態である。
【００５９】
第二の実施の形態
本発明の第二の実施の形態を図７から図１０までの図面に基づいて説明する。
第二の実施の形態の主な構成は、第一の実施の形態と同一であり、配置図は図１、構成図は図２で表される。
以下、図７に示すような道路状況を例にとり、第二の実施の形態における各ブロックの具体的な動作を説明する。
【００６０】
図７では、片側一車線の道路を先行車Ｂ、自車両Ａ、後方車Ｃの順に走行している状態から、後方車Ｃの車速が低下して、後方車Ｃが自車両Ａの障害物評価区間であるラベル保持区間の外側に出た場面を示している。なお、後方車Ｃにはラベル“１”が、先行車Ｃにはラベル“２”が付与されているものとする。第一の実施の形態と同じ評価式を用いているとすると、評価式は（１０）式と同じになる。
【００６１】
後方車Ｃがラベル保持区間の外側に出たことで、ラベル削除手段６−２は、ラベル管理手段６−３に対して、後方車Ｃに付与されたラベル“１”を削除するように要求を出す。削除要求に即座に応えた場合、評価式は
【００６２】
【数１７】
2004086289.tif 000019
のようになり、後方車Ｃに対する評価項ｗ１ｌ１の分だけ不連続性が生じ、第一の実施の形態で説明したことと同様の不都合が生じる恐れがある。そこで、ラベル管理手段６−３は削除要求を受け取っても、ただちに後方車Ｃのラベル“１”を削除せず、制御量演算手段６ｂにラベル“１”に対応する重み付け係数を変更するように指令する。すなわち、評価式を
【００６３】
【数１８】
2004086289.tif 000020
として、重み付け係数ｗ１（ｔ）を本来の設計値ｗ１から漸減させ、値が０まで減少したところで、ラベル“１”を削除する。そうすることにより、評価関数の連続性を保つことができ、生成される制御量の変化を滑らかなものにすることができる。
【００６４】
重み付け係数ｗ１（ｔ）の変化のさせ方としては、第一の実施の形態の（１２）式に示したように、変化率を一定に保って漸減させる方法をとることもできるが、ラベルを削除する場面では削除対象となる物体に対する応答の速さがあまり問題にならないので、より滑らかさを重視した重み付け係数の変化方法をとることができる。具体的には、重み付け係数を単に連続的に変化させるだけではなく、図８に示したように変化率も連続となるように滑らかに変化させる。式の形で書くと、例えば、
【００６５】
【数１９】
2004086289.tif 000021
のような式が考えられる。ここでｔ０はラベル管理手段６−３がラベル“１”の削除要求を受け取った時刻である。（１９）式のような変化をさせると、
【００６６】
【数２０】
2004086289.tif 000022
が成り立ち、重み付け係数を変化させる区間の両端でその変化率が０になり、値だけでなく変化率も連続となるので、より滑らかな変化にすることができる。このような滑らかさを重視した変化式は、変化の初期における値の変化を抑制することになるので、応答性は遅くなるが、応答性があまり重要でない場面では問題とはならない。平均的な応答速度については、第一の実施の形態と同様に、パラメータＴｔを変えることで調節することが可能である。ただ、ラベルを削除する場面は、該当物体が離れていく場面であり、衝突時間が無限大となってしまうので、（１３）式のような衝突時間を基準にした調節方法は意味をなさない。そこで、衝突時間ではなく、相対速度を基準に調節する次式のような方法が考えられる。
【００６７】
【数２１】
2004086289.tif 000023
ただし、Ｒｄｍａｘ、Ｒｄｍｉｎは速度の次元を持つ適当な定数である。
【００６８】
物体が離れていく場面では、重み付け係数が０になる前に、該当物体がセンサの検出範囲外に出てしまい、評価項（１）式が計算できなくなってしまう事態が考えられる。特に、ラベル保持区間をセンサの検出範囲と同じ範囲にとった場合には、該当物体のロストがラベル削除要求のトリガーとなるので、該当物体に関する情報がそれ以上得られない。そのような場合には、該当物体をロストする直前のデータを用いて、ロストした物体の位置と速度を推定し、推定値を用いて（１）式の評価を行なう。例えば、図７の場面で、後方車Ｃをロストする直前の時刻ｔｂｌにおける位置と速度が、それぞれｘＢｂｌ、ｖＢｂｌであったとき、次式に従って推定値を生成する。
【００６９】
【数２２】
2004086289.tif 000024
以上の処理をフローチャートにまとめたものが図９である。
ステップ１において、周囲状況検出手段１０からの信号を受けて、障害物となり得るものを識別する。
ステップ２において、ラベル保持区間外へ出た障害物の有無をチェックする。
該当する物体がある場合には、ステップ３でその物体に対してラベル削除要求を出しておく。ステップ３の段階では、削除要求が出されるだけで、ただちに削除はしない。
ステップ４では、ラベルが付与されていた物体の中で、センサがロストした物体の有無をチェックする。
もしあった場合には、ステップ５で（２２）式のような推定値を生成し、推定値を検出値の代わりに利用する。
ステップ６では重み付け係数の更新を行なう。ラベル削除要求が出されている物体に対する重みは減少させ、そうでない物体の重みは保持する。
ステップ７では、更新された重み付け係数の値をチェックし、値が０になったものの有無を調べる。
値が０になったものがある場合には、ステップ８で該当するラベル、および評価項と予測式を削除する。
ステップ９では、残った評価項と予測式から構成された評価関数と予測式を用いて最適制御問題を解き、最適解を得る。
ステップ１０では、得られた最適解の始端点の値をもとに（１５）式に従って反力の指令値を計算して、１サイクルの処理を終了する。
【００７０】
図１０に本発明を図７の場面に適用した場合に得られる結果の例を示す。
第一の実施の形態と同様に、ここでは運転者は算出された最適解ｕｘ＊（ｔ）を正確にトレースしているという場合を考えて、ｕｘ＊（ｔ）の値の変化を示す。時刻０から時刻ｔｂｄまでは三車が同一の速度で一定速走行していたとし、時刻ｔｂｄから後方車Ｃが減速を始めて、時刻ｔ０で後方車Ｃがラベル保持区間の外側に出た場面を想定している。後方車Ｃとの車間距離が開くと、先行車Ｃとの車間距離を広げるため、最適解は若干の減速を指令した後、再度加速するような解となる。図１０には、重み付け係数を固定とした場合と、重み付け係数を（１２）式と同様に一定の変化率で漸減させた場合と、重み付け係数を（１９）式のように変化率にも連続性をもたせて漸減させた場合の３通りの結果を示している。重み係数を固定した場合には、第一の実施の形態と同様に、時刻ｔ０でｕｘ＊（ｔ）の値が不連続に変化してしまう。一方、変化率を一定にして重みを漸減させた場合には、時刻ｔ０におけるｕｘ＊（ｔ）の連続性は保たれているが、変化率に若干のギャップが見られる。重み付け係数の変化率にも連続性を持たせた場合には、ｕｘ＊（ｔ）も滑らかに変化している。
【００７１】
以上のように、本発明の第二の実施の形態は、制御量演算手段６ｂは、ラベル管理手段６−３がラベルの削除要求を検出した場合に、削除対象となったラベルが割り当てられた物体のリスク度に対する重み付け係数の値を所定時間にわたって０まで漸減させ、所定時間後に該当するラベルを削除するようになっている。このような構成により、検出物体を制御量算出の評価から外す時に、評価関数の変化の連続性を保ちながら評価から外す構成としているので、リスク度評価対象物体の変化に伴う制御量の変化を滑らかなものにすることができる。
【００７２】
また、式２１、２２に示したように、制御量演算手段６ｂは、重み付け係数の値が０になる前に対象となる物体が周囲状況検出手段１０で検出できなくなった場合に、検出できなくなった直前の時点における物体との距離と相対速度から外挿した暫定値を用いて制御量の演算を行なうようになっている。このような構成により、周囲状況検出手段１０から直接検出されるデータだけでなく、必要に応じて暫定値を用いているので、障害物のロストによる制御量演算への影響を小さくすることができる。
【００７３】
以上が本発明の第二の実施の形態である。
【００７４】
第三の実施の形態
本発明の第三の実施の形態を図１１および図１２の図面に基づいて説明する。
第三の実施の形態の主な構成は、第一の実施の形態と同一であり、配置図は図１、構成図は図２で表される。
以下、図１１に示すような道路状況を例にとり、第三の実施の形態における各ブロックの具体的な動作を説明する。
【００７５】
図１１では、片側一車線の道路を先行車Ｂ、自車両Ａ、後方車Ｃの順にほぼ同じ速度で走行している状態を示している。自車両Ａは先行車Ｂにやや接近して走行している。先行車Ｂ、後方車Ｃともに、自車両Ａが障害物としての評価を行なうラベル付与区間の内部を走行しているものとする。ここでは、そのような場面において、運転操作補助装置のシステム起動スイッチが押されて、運転補助の動作が開始される状況を特に考えることにする。起動スイッチが押された瞬間を時刻ｔ＝０と定義しておく。
【００７６】
システムが起動されると、周囲状況検出手段１０は先行車Ｂと後方車Ｃをラベル付与区間の内部に検出する。その結果が演算部６に送られると、ラベル付与手段６−１はただちにラベル管理手段６−３に対して、両車にラベルを付与するように要求する。ラベル管理手段６−３は要求を受けて、各車に適当なラベルを付与する。ここでは、先行車Ｂにラベル“１”が、後方車Ｃにラベル“２”が付与されたものとする。
【００７７】
評価関数構成手段６ａは、検出結果を受けて（１０）式と同じ評価式を構成し、制御量演算手段６ｂへ処理をわたす。制御量演算手段６ｂでは、重み付け係数の修正が行なわれるが、この場合、ラベル１、２両方とも新規検出対象であるので、両方の重み付け係数が可変となるように評価式が再構成される。すなわち、
【００７８】
【数２３】
2004086289.tif 000025
と評価式が設定される。重み付け係数の変化のさせ方については、第一の実施の形態における（１２）〜（１４）式に準じた方法を利用することができる。また、各車の挙動予測の式についても、第一の実施の形態における（６）〜（８）式を流用することができる。
【００７９】
システム起動直後の動作が他の時点と異なるのは、システム起動直後はそれ以前に生成された最適解に関する情報を利用できないことである。このことは、最適化問題を解く際に、直前に得られた解を利用して効率良く問題を解く手法が利用できなくなり、計算負荷が高くなるという問題と、最初に得られる解の値によっては提示される反力が不連続に変化して、乗員に違和感を与えるという問題がある。
【００８０】
前記文献２には、このような問題を解決する方法として、評価関数（５）式における評価区間の長さＴを可変とし、時刻ｔ＝０において評価区間の長さを０として、その後、時間の経過とともに評価区間の長さを本来の設計値まで漸増させていくという方法が開示されている。評価区間の長さを０にした場合には、最適解は常に操作量が０となる自明解が得られる。自明解を得るには実質的に計算が不要なので、計算負荷の問題が回避される。また、得られる操作量が０なので、システム起動直後は反力を修正するような指令が発せられることがなくなり、不連続性の問題の解決にもなっている。
【００８１】
評価区間の長さの設定方法としては、次式のようなものが例として挙げられる。
【００８２】
【数２４】
2004086289.tif 000026
ただし、Ｔ（ｔ）は時刻ｔにおける評価区間の長さ、Ｔ０は本来の評価区間長の設計値、αは適当な正の定数である。
【００８３】
以上のような評価区間長の調整と重み付け係数の調整を併用することによって、システム起動から定常運転に至るまでの制御量の変化を滑らかなものにすることができる。
【００８４】
図１２に図１１の場面でシステムを起動した直後に得られる結果の例を示す。
第一の実施の形態と同様、ここでもｕｘ＊（ｔ）の値の変化を示す。また、評価区間長と重み付け係数を両方とも固定とした場合、評価区間長は可変とするが、重み付け係数は固定とした場合、評価区間長、重み付け係数ともに可変とした場合の３通りの結果を示している。
【００８５】
図１１の場面では、自車両Ａが先行車Ｂに近づき過ぎているので、車間距離を広げるために減速を促す指令が出力されるはずである。評価区間と重み付け係数を両方とも固定とした場合には、システム起動直後に減速指令が発生し、大きな補助反力が発生する。評価区間を可変とした場合には、初期最適解は０となり、時刻ｔ＝０において補助反力は発生しない。重み付け係数を固定とした場合には時刻ｔ＝０における最適解の変化率に不連続性が残るが、重み付け係数も可変とした場合には、最適解の変化率も連続となり、滑らかな反力提示を行なうことができる。
【００８６】
以上が本発明の第三の実施の形態である。
【００８７】
以上本発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態の一配置図を示す図である。
【図２】本発明の第一の実施の形態の構成図を示す図である。
【図３】本発明の第一の実施の形態の適用場面の一例を示す図である。
【図４】本発明の第一の実施の形態の重み付け係数の変化方法の一例を示す図である。
【図５】本発明の第一の実施の形態における処理の手順を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第一の実施の形態を適用した場合に得られる結果の一例を示す図である。
【図７】本発明の第二の実施の形態の適用場面の一例を示す図である。
【図８】本発明の第二の実施の形態の重み付け係数の変化方法の一例を示す図である。
【図９】本発明の第二の実施の形態における処理の手順を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第二の実施の形態を適用した場合に得られる結果の一例を示す図である。
【図１１】本発明の第三の実施の形態の適用場面の一例を示す図である。
【図１２】本発明の第三の実施の形態を適用した場合に得られる結果の一例を示す図である。
【符号の説明】
１ａ…前方レーダー
１ｂ…画像センサ
１ｃ…後方レーダー
１ｄ…側方センサ
２…車速センサ
３…アクセルペダル
４…アクセルペダル角度センサ
５…反力モーター
６…演算部
６ａ…評価関数構成手段
６−１…ラベル付与手段
６−２…ラベル削除手段
６−３…ラベル管理手段
６ｂ…制御量演算手段
６−４…重み付け係数変更手段
７…システム起動／停止スイッチ
Ａ…自車両
１０…周囲状況検出手段
１１…自車両状態検出手段
１２…アクチュエータ
【図１】
2004086289.tif 000027
【図２】
2004086289.tif 000028
【図３】
2004086289.tif 000029
【図４】
2004086289.tif 000030
【図５】
2004086289.tif 000031
【図６】
2004086289.tif 000032
【図７】
2004086289.tif 000033
【図８】
2004086289.tif 000034
【図９】
2004086289.tif 000035
【図１０】
2004086289.tif 000036
【図１１】
2004086289.tif 000037
【図１２】
2004086289.tif 000038