(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標経路が離散的なノード点列として表現され、各ノードの位置および該ノードでの前記目標経路の曲率を少なくとも含んだ地図データを取得する地図データ取得部（６：Ｓ１１０）と、
車両の位置および移動方向を取得する車両状況取得部（６：Ｓ１３０）と、
前記ノード点列のうち前記車両の前後に位置する二つのノードを対象ノードとして抽出する対象ノード抽出部（６：Ｓ３１０〜Ｓ３７０）と、
前記対象ノードのそれぞれについて、該対象ノードが持つ前記目標経路の情報を用いて、該目標経路に対する前記車両の位置および移動方向の誤差を表すノード別誤差情報を生成する誤差情報生成部（６：Ｓ３９０，Ｓ４００）と、
前記車両と前記対象ノードのそれぞれとの相対的な位置関係に応じた補間加重値を設定する加重値設定部（６：Ｓ４１０〜Ｓ４４０）と、
前記加重値設定部で設定された補間加重値を用いて、前記誤差情報生成部にて生成された前記ノード別誤差情報および前記対象ノードでの前記目標経路の曲率を補間演算することにより、前記車両の位置での前記目標経路に対する誤差情報および前記目標経路の曲率を求める補間演算部（６：Ｓ４５０）と、
前記補間演算部での演算結果から、前記車両を前記目標経路に追従させるための目標制御量を求め、該目標制御量に従って前記車両の動作を制御する制御部（６：Ｓ１９０〜Ｓ２１０、７）と、
を備えることを特徴とする運転支援システム。
【請求項２】
前記加重値設定部は、前記対象ノードでの前記目標経路の曲率中心から見た該対象ノードの位置と前記車両の位置の角度差を用いて前記補間加重値を設定することを特徴とする請求項１に記載の運転支援システム。
【請求項３】
前記制御部の制御対象はハンドル角であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の運転支援システム。
【請求項４】
前記誤差情報生成部および前記補間演算部では、相対位置で表現された前記ノードや車両の位置情報を用いて演算を実行することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の運転支援システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地図上の離散的なノード点列で表現された目標経路を利用して運転支援を実施する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、地図上の離散的なノード点列で表現された目標経路、および自車両の位置，進行方向に基づき、所定条件に従って自車両前方に設定される誘導目標ノードに対する自車両の状態（位置、移動方向、速度等）から推定した自車予測経路の横ずれ量を演算し、この横ずれ量がゼロになるように求めたハンドル角等の目標制御量を用いて運転支援を実施する技術が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−６７３２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来技術では、誘導目標ノードが遷移するタイミングで、目標経路に対する自車予測経路の横ずれ量が階段状に変化し、これに伴い、目標制御量も階段状に変化するため、追従性能や乗り心地を劣化させる要因となり得るという問題があった。
【０００５】
本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、離散的なノード点列で表現された目標経路から滑らかに変化する目標制御量を得る技術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】
本発明の運転支援システムは、地図データ取得部と、車両状況取得部と、対象ノード抽出部と、誤差情報生成部と、加重値設定部と、補間演算部と、制御部とを備える。
地図データ取得部は、目標経路が離散的なノード点列として表現され、各ノードの位置および該ノードでの目標経路の曲率を少なくとも含んだ地図データを取得する。車両状況取得部は、車両の位置および移動方向を取得する。対象ノード抽出部は、ノード点列のうち車両の前後に位置する二つのノードを対象ノードとして抽出する。誤差情報生成部は、対象ノードのそれぞれについて、対象ノードが持つ目標経路の情報を用いて、目標経路に対する車両の位置および移動方向の誤差を表すノード別誤差情報を生成する。加重値設定部は、車両と対象ノードのそれぞれとの相対的な位置関係に応じた補間加重値を設定する。補間演算部は、加重値設定部で設定された補間加重値を用いて、誤差情報生成部にて生成されたノード別誤差情報および対象ノードでの目標経路の曲率を補間演算することにより、車両の位置での目標経路に対する誤差情報および目標経路の曲率を求める。制御部は、補間演算部での演算結果から、車両を目標経路に追従させるための目標制御量を求め、その目標制御量に従って車両の動作を制御する。
【０００７】
このような構成によれば、地図上の離散的なノード点列を目標経路としながら、目標経路に対する車両の位置の横ずれ量や目標経路に対する車両の移動方向の角度ずれ量、更には、目標経路の曲率を階段状に変化させることなく求めることができる。その結果、滑らかに変化する目標制御量を得ることができるため、従来技術と比較して、目標経路に対する追従性能や乗り心地を向上させることができる。
【０００８】
なお、特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】運転支援システムの構成を示すブロック図である。
【図２】演算装置が実行するメイン処理のフローチャートである。
【図３】横ずれ量、角度ずれ量、曲率推定処理のフローチャートである。
【図４】処理で使用する各種パラメータを図示する説明図である。
【図５】処理で求められるパラメータの意味を理解するための説明図である。
【図６】実験に用いた目標経路を示すグラフである。
【図７】横ずれ量、角度ずれ量、経路曲率、目標ハンドル角を、補間処理を行わない比較例および本実施形態について実測した結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に本発明が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
［１．構成］
運転支援システム１は、車両に搭載され、図１に示すように、車両情報取得部２、位置情報取得部３、指示入力部４、地図データ記憶部５、演算装置６、電動パワーステアリング装置７を備える。
【００１１】
車両情報取得部２は、ハンドル角センサ２１、車速センサ２２、ヨーレートセンサ２３等からなり、いずれも当該運転支援システム１を搭載する車両（以下「自車両」という）に設けられた公知のセンサである。
【００１２】
位置情報取得部３は、慣性航法とＧＰＳ（Global Positioning System） 等の衛星測位システムを利用した計測を併用し、自車両の位置を測地座標、即ち、緯度、経度、高度の形式で求める。なお、このような装置は周知（例えば、特開２０１２−１９３９６５、特開２０１４−２２８４９５等）であるため、その詳細についての説明は省略する。なお、地図とのマッチングによる位置推定やこれらを併用した手法等を用いてもよい。
【００１３】
指示入力部４は、車両の乗員が指示を入力するための各種装置からなり、ここでは、運転支援の開始／停止の指示を入力するためのスイッチを少なくとも備える。
地図データ記憶部５は、公知の記憶媒体からなり、目標経路を離散的なノード点列によって表現した地図データが格納されている。また、目標経路を構成する各ノードの情報として、ノードの位置を表す平面座標（Ｘｉ，Ｙｉ）およびその位置における経路の曲率κｉの情報が少なくとも記憶されている。但し、添え字ｉは、ノードのインデックスであり、目標経路に沿って車両の移動方向に１ずつ増加する整数である。また、経路曲率κｉは、左コーナーを正とする符号付きの値で表現されている。
【００１４】
演算装置６は、ＣＰＵ６１，ＲＯＭ６２，ＲＡＭ６３を少なくとも備えた公知のコンピュータからなり、ＲＯＭ６２に記憶されたプログラムをＣＰＵ６１が実行することにより各種機能を実現する。ここでは、地図データ記憶部５に目標経路を表す地図データを記憶する目標経路格納処理、その目標経路を用いて電動パワーステアリング装置７の目標制御値となる目標ハンドル角を生成するメイン処理（後述する）を少なくとも実行する。なお、目標経路格納処理では、演算装置６で設定した目標経路を格納するように構成されていてもよいし、車両の外部に設けられた管理センターなどから取得した目標経路を格納するように構成されていてもよい。
【００１５】
電動パワーステアリング装置７は、演算装置６から供給される支援実行フラグに応じて、この支援実行フラグがオフであれば、通常のアシスト制御を実行し、支援実行フラグがオンであれば、目標ハンドル角を達成するように目標値追従制御を実行する。なお、目標値追従制御は、実ハンドル角と目標ハンドル角の誤差を零とするようなＰＩＤ制御によって実現される。
【００１６】
［２．処理］
演算装置６が実行するメイン処理を、図２に示すフローチャートを用いて説明する。本処理は、演算装置６に電源が投入されると、所定の初期化動作後に起動する。
【００１７】
本処理が起動するとＣＰＵ６１は、Ｓ１１０にて、地図データ記憶部５に記憶されている目標経路の地図データを取得する。
続くＳ１２０では、車両情報取得部２から各種車両情報を取得すると共に、指示入力部４から指令入力を取得する。なお、ハンドル角センサ２１から取得したハンドル角δhsについては、（１）式に示すように、ステアリングギア比Ｇで除すことにより前輪舵角δwsに換算する。
【００１８】
【数１】
0006369400.tif 000002
【００１９】
続くＳ１３０では、位置情報取得部３から取得した情報に基づいて、自車両の位置（以下「自車位置」という）および移動方向を推定する。自車位置は地図データと同一の地平直交座標系における平面上座標（Ｘ，Ｙ）で表し、移動方向は、前回の処理サイクルで推定された自車位置に対する今回の処理サイクルで推定された自車位置の変化量（ΔＸ，ΔＹ）で表す。
【００２０】
続くＳ１４０では、運転支援の実行が可能か否かを判断する。具体的には、運転支援の実施の要否を指示するスイッチの状態と、自車位置の推定結果に基づき、スイッチがオンかつ位置推定に成功している場合に、運転支援を実行可能と判定し、それ以外は運転支援を実行不能と判断する。
【００２１】
運転支援を実行不能と判断した場合は、Ｓ１５０にて支援実行フラグＦをオフ（ＯＦＦ）に設定して、Ｓ１２０に戻る。一方、運転支援を実行可能と判断した場合は、Ｓ１６０支援実行フラグＦをオン（ＯＮ）に設定して、Ｓ１７０に進む。
【００２２】
Ｓ１７０では、車体横滑り角を推定する。車体横滑り角は、車体前方向に対する自車の移動方向の角度差であり、２輪モデルとして周知の数式モデルを表現した（２）式を用いて、ハンドル角センサ２１の検出結果から求めた前輪舵角δws、車速センサ２２で検出される車速Ｖ、ヨーレートセンサ２３で検出されるヨーレートγから推定する。但し、Ｍは車体重量、ｌｆ，ｌｒは、車体重心から前輪軸および後輪軸までの距離、Ｋｆ，Ｋｒは、コーナリングパワーと呼ばれる前タイヤおよび後タイヤの物理パラメータである。
【００２３】
【数２】
0006369400.tif 000003
【００２４】
続くＳ１８０では、検出された車両位置での目標経路に対する自車両の横ずれ量ｙ、目標経路に対する自車両の移動方向の角度ずれ量φ、車両位置での経路曲率κを求める。その詳細については後述する。
【００２５】
続くＳ１９０では、Ｓ１８０で推定した横ずれ量ｙ、角度ずれ量φに基づき、（３）式を用いてフィードバック操作量ｕを演算する。但し、ｋ１は横ずれ量ｙに対するフィードバックゲイン、ｋ２は角度ずれ量φに対するフィードバックゲインである。
【００２６】
【数３】
0006369400.tif 000004
【００２７】
続くＳ２００では、（４）式に示すように、Ｓ１６０で求めたフィードバック操作量ｕに、フィードフォワード操作量を付加することで目標前輪舵角δwtを求め、更に、（５）式に示すように、目標操舵角δwtにステアリングギア比Ｇを乗じることで、目標ハンドル角δhtを求める。
【００２８】
【数４】
0006369400.tif 000005
【００２９】
続くＳ２１０では、支援実行フラグＦと目標ハンドル角δhtを電動パワーステアリング装置７に送信して、Ｓ１１０に戻り、上述の処理を繰り返す。
［横ずれ量・角度ずれ量・曲率推定処理］
先のＳ１８０で実行する処理の詳細を、図３に示すフローチャートを用いて説明する。
【００３０】
本処理では、まず、Ｓ３１０にて、注目ノードを選択する。具体的には、前回の処理サイクルでの注目ノードをそのまま使用する。但し、今回が最初の処理サイクルである場合は、自車両の移動方向とは反対側に位置する直近のノードを注目ノードとして選択する。
【００３１】
続くＳ３２０では、注目ノードをＮ１、注目ノードの手前のノードをＮ０、注目ノードの次のノードをＮ２、更に次のノードをＮ３とし、ノードＮ１，Ｎ２の単位接線ベクトルｔ１，ｔ２を算出する。具体的には、図４に示すように、ノードＮｉの座標を（Ｘｉ，Ｙｉ）、ノードＮｉにおける目標経路の曲率をκｉとして、（６）〜（８）式に従って、ベクトルｄ０１、ｄ１２、ｄ２３を求める。
【００３２】
【数５】
0006369400.tif 000006
【００３３】
更に、（９）（１０）を用いて、ノードＮ１，Ｎ２の接線ベクトルｄ１，ｄ２を求め、この接線ベクトルｄ１，ｄ２から、（１１）（１２）式を用いて単位接線ベクトルｔ１，ｔ２を算出する。
【００３４】
【数６】
0006369400.tif 000007
【００３５】
続くＳ３３０では、ノードＮ１，Ｎ２から見た自車両の位置を表す相対位置ベクトルｐ１，ｐ２を、（１３）（１４）式を用いて算出する。
【００３６】
【数７】
0006369400.tif 000008
【００３７】
続くＳ３４０では、注目ノードＮ１が、直前に通過したノードであるか否か、即ち前回ノードであるか否かを判断する。具体的には、（１５）式に示すように、ノードＮ１における単位接線ベクトルｔ１および相対位置ベクトルｐ１の内積値と、ノードＮ２における単位接線ベクトルｔ２および相対位置ベクトルｐ２の内積値との乗算結果が０以下であれば、注目ノードＮ１は前回ノードであると判断し、乗算結果が０より大きければ、注目ノードＮ１は前回ノードではないと判断する。
【００３８】
【数８】
0006369400.tif 000009
【００３９】
つまり、（１５）式を満たすのは、図４に例示するように、ノードＮ１とノードＮ２の間に自車両が存在する場合だけであり、それ以外の場合は、二つの内積値がいずれも正またはいずれも負となることから、この判断が成立する。
【００４０】
注目ノードＮ１が前回ノードであれば（Ｓ３４０：ＹＥＳ）、Ｓ３８０に進み、前回ノードでなければ（Ｓ３４０：ＮＯ）、Ｓ３５０に進む。
Ｓ３５０では、ノードＮ１，Ｎ２の内積値はいずれも正であるか否かを判断する。内積値がいずれも正であれば（Ｓ３５０：ＹＥＳ）、ノードＮ２の先に自車両が存在するもの、つまり、ノードＮ２以降のノードが前回ノードであるものと判断し、Ｓ３６０に進む。Ｓ３６０では、ノードインデックスｉをインクリメントすることで、注目ノードを一つ前方に進めてＳ３１０に戻る。
【００４１】
一方、ノードＮ１，Ｎ２の内積値がいずれも負であれば（Ｓ３５０：ＮＯ）、ノードＮ１より手前に自車両が存在するもの、つまり、ノードＮ１より手前のノードが前回ノードであると判断し、Ｓ３７０に進む。Ｓ３７０では、ノードインデックスｉをデクリメントすることで、注目ノードを一つ手前に戻してＳ３１０に戻る。
【００４２】
Ｓ３８０では、注目ノードとその次のノード、即ち、図４におけるノードＮ１，Ｎ２を対象ノードとして、対象ノードＮ１，Ｎ２の単位法線ベクトルｎ１，ｎ２を（１６）（１７）式を用いて算出する。つまり、単位接線ベクトルｔｉ（ｉ＝１，２）を左回りに９０°回転させたものが単位法線ベクトルｎｉとなる。
【００４３】
【数９】
0006369400.tif 000010
【００４４】
続くＳ３９０では、対象ノードＮ１，Ｎ２におけるノード別誤差情報の一つである横ずれ量ｙ１，ｙ２を（１８）（１９）式を用いて算出する。横ずれ量ｙｉは、図５に示すように、ノードＮｉの曲率半径方向への車両位置のずれ量を表す。
【００４５】
【数１０】
0006369400.tif 000011
【００４６】
続くＳ４００では、対象ノードＮ１，Ｎ２におけるノード別誤差情報の一つである角度ずれ量φ１，φ２を（２０）（２１）式を用いて算出する。角度ずれ量φｉは、単位接線ベクトルｔｉに対する車両の移動方向ｄの角度差を表す。
【００４７】
【数１１】
0006369400.tif 000012
【００４８】
続くＳ４１０では、対象ノードＮ１，Ｎ２が位置する方向と自車両が位置する方向との角度差θ１，θ２を、（２２）（２３）式を用いて算出する。但し、角度差θｉは、対象ノードＮｉの曲率中心を基準としたものである。また、曲率κ１，κ２は、地図データとして予め記憶されているものを用いる。
【００４９】
【数１２】
0006369400.tif 000013
【００５０】
続くＳ４２０では、対象ノードＮ１，Ｎ２間の目標経路がコーナーであるか否かを判断する。具体的には、対象ノードＮ１，Ｎ２の単位接線ベクトルｔ１，ｔ２が成す角度θを、（２４）式から求める。更に、（２５）式に示すように、その角度θを対象ノードＮ１，Ｎ２間の距離ｄ１２で除した結果（即ち曲率）の絶対値が、予め設定された閾値Ｔｈｒより小さければコーナーではなく直線であると判断し、閾値Ｔｈｒ以上であればコーナーであると判断する。
【００５１】
【数１３】
0006369400.tif 000014
【００５２】
目標経路がコーナーであると判断された場合（Ｓ４２０：ＹＥＳ）、Ｓ４３０にて、先のＳ４１０にて求めた角度差θ１，θ２に基づき、（２６）（２７）式を用いて重み（補間加重値）ｗ１，ｗ２を算出して、Ｓ４５０に進む。
【００５３】
【数１４】
0006369400.tif 000015
【００５４】
一方、目標経路が直線であると判断された場合（Ｓ４２０：ＮＯ）、Ｓ４４０にて、重みｗ１，ｗ２をいずれも０．５に設定して、Ｓ４５０に進む。
Ｓ４５０では、Ｓ３９０で算出された横ずれ量ｙ１，ｙ２、Ｓ４００で算出された角度ずれ量φ１，φ２、予め記憶されている曲率κ１，κ２について、Ｓ４３０又はＳ４４０で設定された重みｗ１，ｗ２に基づき、（２８）（２９）（３０）式を用いた補間演算を行うことで、対象ノードＮ１，Ｎ２と自車両との相対的な位置関係に応じた補間値ｙ，φ，κを算出して、本処理を終了する。
【００５５】
【数１５】
0006369400.tif 000016
【００５６】
［３．効果］
以上説明したように、運転支援システム１では、自車両の前後に位置する二つの対象ノードＮ１，Ｎ２のそれぞれについて、各対象ノードＮｉ（ｉ＝１，２，）における自車両との横ずれ量ｙｉ、角度ずれ量φｉ、および経路曲率κｉを求め、対象ノードＮ１，Ｎ２と自車両の相対的な位置関係に応じて動的に変化する重みｗ１，ｗ２を用いて補間演算を実行することにより、自車両の位置における横ずれ量ｙ、角度ずれ量φ、経路曲率κを求めている。
【００５７】
これにより、処理の対象となるノードが切り替わる毎に、横ずれ量ｙ、角度ずれ量φ、経路曲率κを段階状に変化させることなく求めることができる。その結果、電動パワーステアリング装置７での目標制御量として、滑らかに変化する目標ハンドル角δhtを得ることができ、目標経路に対する追従性能や乗り心地を向上させることができる。
【００５８】
ここで、図６に示すような離散的なノード点列からなる目標経路を地図データとして与え、横ずれ量ｙ、角度ずれ量φ、経路曲率κ、目標ハンドル角δhtを演算した結果を図７に示す。図７には、比較例として対象ノードを接続した線分に対する横ずれ量・角度ずれ量、前回ノードの曲率、およびこれらの値から求めた目標ハンドル角を示す。
【００５９】
図示されているように、特に、角度ずれ量φや目標ハンドル角δhtにおいて階段状の変化が大きく抑制されていることがわかる。
運転支援システム１では、補間演算の際に、非常に微少な値となる角度差θ１，θ２をそのまま用いるのではなく、両値の割合を表す重みｗ１，ｗ２に変換して用いている。これにより、角度差θ１，θ２をそのまま用いて補間演算を実行する場合と比較して、演算精度を向上させることができる。
【００６０】
運転支援システム１では、二つの対象ノードＮ１，Ｎ２と自車両の位置との相対的な位置関係を表すベクトルを用いて演算を行っているため、絶対的な位置座標を用いる場合と比較して演算負荷を軽減することができる。
【００６１】
［４．他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得る。
【００６２】
（１）上記実施形態では、重みｗ１，ｗ２の算出に角度差θ１，θ２を用いているが、これに限定されるものではない。例えば、相対位置ベクトルｐ１，ｐ２を、対象ノード間を接続する線分に投影した時の各ベクトルの長さなど、対象ノード間における車両の位置を連続的に表現できるものであればよい。
【００６３】
（２）上記実施形態における一つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分散させたり、複数の構成要素が有する機能を一つの構成要素に統合させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加または置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。
【００６４】
（３）上述した運転支援システムの他、当該運転支援システムを構成要素とする各種システム、当該運転支援システムとしてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した媒体など、種々の形態で実現することもできる。
【符号の説明】
【００６５】
１…運転支援システム、２…車両情報取得部、３…位置情報取得部、４…指示入力部、５…地図データ記憶部、６…演算装置、７…電動パワーステアリング装置、２１…ハンドル角センサ、２２…車速センサ、２３…ヨーレートセンサ
【図１】
0006369400.tif 000017
【図２】
0006369400.tif 000018
【図３】
0006369400.tif 000019
【図４】
0006369400.tif 000020
【図５】
0006369400.tif 000021
【図６】
0006369400.tif 000022
【図７】
0006369400.tif 000023