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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024126095
(43)【公開日】2024-09-20
(54)【発明の名称】最適演算装置
(51)【国際特許分類】
G06N 99/00 20190101AFI20240912BHJP
B60W 40/00 20060101ALI20240912BHJP
G08G 1/16 20060101ALN20240912BHJP
【ＦＩ】
G06N99/00 180
B60W40/00
G08G1/16 C
【審査請求】未請求
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023034261
(22)【出願日】2023-03-07
(71)【出願人】
【識別番号】000006013
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002941
【氏名又は名称】弁理士法人ぱるも特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】竹内 佑
(72)【発明者】
【氏名】和田 沙織
【テーマコード（参考）】
3D241
5H181
【Ｆターム（参考）】
3D241BA01
3D241BA02
3D241BA12
3D241BA33
3D241BB16
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3D241CD15
3D241CD20
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3D241CE09
3D241DA01Z
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5H181AA01
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5H181BB05
5H181CC03
5H181CC04
5H181CC11
5H181CC12
5H181CC14
5H181LL01
5H181LL02
5H181LL04
5H181LL09
(57)【要約】
【課題】制約条件の設定数を必要な数に設定しつつ、想定される演算処理負荷の最大累積値を低減し、演算処理能力が低い廉価な演算処理装置を採用することができる最適演算装置を提供する。
【解決手段】最適値候補演算の繰り返しごとに、設定数の制約条件の内で最適値候補演算に用いる制約条件である有効制約条件を追加又は削除しながら、入力変数及び状態変数の最適値の候補を演算する最適値候補演算を繰り返し行い、最適値の候補に基づいて、入力変数及び状態変数の最適値を演算し、最適値候補演算の繰り返し中に、各最適値候補演算に用いられる有効制約条件の数に基づいて、最適値候補演算の繰り返しを中断するか否かを判定する最適演算装置。
【選択図】図１
【解決手段】最適値候補演算の繰り返しごとに、設定数の制約条件の内で最適値候補演算に用いる制約条件である有効制約条件を追加又は削除しながら、入力変数及び状態変数の最適値の候補を演算する最適値候補演算を繰り返し行い、最適値の候補に基づいて、入力変数及び状態変数の最適値を演算し、最適値候補演算の繰り返し中に、各最適値候補演算に用いられる有効制約条件の数に基づいて、最適値候補演算の繰り返しを中断するか否かを判定する最適演算装置。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
予測期間の各時点の入力変数を入力として前記予測期間の各時点の状態変数を演算する状態方程式を用い、前記入力変数及び前記状態変数を評価する評価関数、及び前記入力変数又は前記状態変数を制約する１以上の設定数の制約条件を有する最適化問題を解くように、最適値候補演算の繰り返しごとに、前記設定数の前記制約条件の内で前記最適値候補演算に用いる前記制約条件である有効制約条件を追加又は削除しながら、前記入力変数及び前記状態変数の最適値の候補を演算する前記最適値候補演算を繰り返し行い、前記最適値の候補に基づいて、前記予測期間の各時点の前記入力変数及び前記状態変数の最適値を演算する最適値演算部と、
前記最適値候補演算の繰り返し中に、各前記最適値候補演算に用いられる前記有効制約条件の数に基づいて、前記最適値候補演算の繰り返しを中断するか否かを判定する演算中断部と、を備え、
前記最適値演算部は、前記最適値候補演算の繰り返しを中断すると判定された場合は、前記最適値候補演算の繰り返しを中断し、前記最適値候補演算の繰り返しを中断する前に演算された前記入力変数及び前記状態変数の前記最適値の候補に基づいて、前記入力変数及び前記状態変数の前記最適値を演算する最適演算装置。
前記最適値候補演算の繰り返し中に、各前記最適値候補演算に用いられる前記有効制約条件の数に基づいて、前記最適値候補演算の繰り返しを中断するか否かを判定する演算中断部と、を備え、
前記最適値演算部は、前記最適値候補演算の繰り返しを中断すると判定された場合は、前記最適値候補演算の繰り返しを中断し、前記最適値候補演算の繰り返しを中断する前に演算された前記入力変数及び前記状態変数の前記最適値の候補に基づいて、前記入力変数及び前記状態変数の前記最適値を演算する最適演算装置。
【請求項2】
前記演算中断部は、前記最適値候補演算の繰り返し中に、次回の前記最適値候補演算に用いられる前記有効制約条件の数が、制約数上限閾値を超えた場合は、前記最適値候補演算の繰り返しを中断すると判定し、前記制約数上限閾値を超えていない場合は、前記最適値候補演算の繰り返しを中断しないと判定する請求項１に記載の最適演算装置。
【請求項3】
前記演算中断部は、前記最適値候補演算の繰り返し中に、次回の前記最適値候補演算に用いられる前記有効制約条件の数に基づいて演算処理負荷のコストを演算し、前記演算処理負荷のコストの累積値が、累積上限値を超えた場合は、前記最適値候補演算の繰り返しを中断すると判定し、前記累積上限値を超えていない場合は、前記最適値候補演算の繰り返しを中断しないと判定する請求項１に記載の最適演算装置。
【請求項4】
前記最適値演算部は、前記最適値候補演算の繰り返しを中断した場合は、前記最適値が、前記最適値候補演算の中断により演算されたことを表す状態信号を出力する請求項１から３のいずれか一項に記載の最適演算装置。
【請求項5】
前記最適値演算部は、前記最適値候補演算の繰り返しを中断し、中断する前の前記最適値候補演算で演算された前記入力変数及び前記状態変数の前記最適値の候補が前記設定数の制約条件を満たす場合は、中断する前の前記最適値候補演算で演算された前記入力変数及び前記状態変数の前記最適値の候補を、前記入力変数及び前記状態変数の前記最適値として設定する請求項１から３のいずれか一項に記載の最適演算装置。
【請求項6】
前記最適値演算部は、前回の前記最適値候補演算において用いたが、実際に前記入力変数又は前記状態変数の前記最適値の候補を制約していない前記有効制約条件を前記有効制約条件から削除し、前回の前記最適値候補演算において用いられていないが前記入力変数又は前記状態変数の前記最適値の候補を制約する必要がある前記制約条件を前記有効制約条件に追加することにより、次回の前記最適値候補演算において用いる前記有効制約条件を追加又は削除し、
前回の前記最適値候補演算で用いた前記有効制約条件と、次回の前記最適値候補演算において用いる前記有効制約条件とが同じ場合は、前記最適値候補演算の繰り返しを終了し、前回の前記最適値候補演算において演算された前記入力変数及び前記状態変数の前記最適値の候補を、前記入力変数及び前記状態変数の前記最適値として設定する請求項１から３のいずれか一項に記載の最適演算装置。
前回の前記最適値候補演算で用いた前記有効制約条件と、次回の前記最適値候補演算において用いる前記有効制約条件とが同じ場合は、前記最適値候補演算の繰り返しを終了し、前回の前記最適値候補演算において演算された前記入力変数及び前記状態変数の前記最適値の候補を、前記入力変数及び前記状態変数の前記最適値として設定する請求項１から３のいずれか一項に記載の最適演算装置。
【請求項7】
前記最適化問題は、前記評価関数の勾配、及び前記有効制約条件の勾配をラグランジュ乗数で線形結合した、前記最適値が満たすべき最適条件であるカルーシュ・クーン・タッカー条件を有する請求項１から３のいずれか一項に記載の最適演算装置。
【請求項8】
前記最適値演算部は、前記最適値を用いる制御内容に基づいて、前記入力変数、前記状態変数、及び前記設定数の制約条件を設定し、
前記演算中断部は、前記最適値候補演算の繰り返し中に、前記最適値候補演算の繰り返し中に、次回の前記最適値候補演算に用いられる前記有効制約条件の数が、前記制約数上限閾値を超えていない場合において、繰り返し回数が、回数上限閾値を超えた場合は、前記最適値候補演算の繰り返しを中断すると判定し、前記回数上限閾値を超えていない場合は、前記最適値候補演算の繰り返しを中断しないと判定し、
前記演算中断部は、前記制御内容に基づいて、前記制約数上限閾値及び前記回数上限閾値を設定する請求項２に記載の最適演算装置。
前記演算中断部は、前記最適値候補演算の繰り返し中に、前記最適値候補演算の繰り返し中に、次回の前記最適値候補演算に用いられる前記有効制約条件の数が、前記制約数上限閾値を超えていない場合において、繰り返し回数が、回数上限閾値を超えた場合は、前記最適値候補演算の繰り返しを中断すると判定し、前記回数上限閾値を超えていない場合は、前記最適値候補演算の繰り返しを中断しないと判定し、
前記演算中断部は、前記制御内容に基づいて、前記制約数上限閾値及び前記回数上限閾値を設定する請求項２に記載の最適演算装置。
【請求項9】
前記最適値演算部は、車両制御に係る前記入力変数を用い、車両の挙動を表す前記状態変数を用い、前記予測期間の各時点の前記入力変数及び前記状態変数の前記最適値に基づいて、前記予測期間の各時点の車両制御量の目標値を設定し、前記車両制御の制御内容に基づいて、前記入力変数、前記状態変数、前記状態方程式、前記車両制御量の目標値、及び前記設定数の制約条件を設定し、
前記演算中断部は、前記最適値候補演算の繰り返し中に、次回の前記最適値候補演算に用いられる前記有効制約条件の数が、前記制約数上限閾値を超えていない場合において、繰り返し回数が、回数上限閾値を超えた場合は、前記最適値候補演算の繰り返しを中断すると判定し、前記回数上限閾値を超えていない場合は、前記最適値候補演算の繰り返しを中断しないと判定し、
前記車両制御の制御内容に基づいて、前記制約数上限閾値及び前記回数上限閾値を設定する請求項２に記載の最適演算装置。
前記演算中断部は、前記最適値候補演算の繰り返し中に、次回の前記最適値候補演算に用いられる前記有効制約条件の数が、前記制約数上限閾値を超えていない場合において、繰り返し回数が、回数上限閾値を超えた場合は、前記最適値候補演算の繰り返しを中断すると判定し、前記回数上限閾値を超えていない場合は、前記最適値候補演算の繰り返しを中断しないと判定し、
前記車両制御の制御内容に基づいて、前記制約数上限閾値及び前記回数上限閾値を設定する請求項２に記載の最適演算装置。
【請求項10】
前記最適値演算部は、前記車両制御の制御内容として、車両の前後方向の挙動を制御する前後方向制御と車両の横方向の挙動を制御する横方向制御との一方又は双方を選択的に実行し、
前記演算中断部は、前記前後方向制御と前記横方向制御との双方を実行する場合の前記制約数上限閾値を、前記前後方向制御と前記横方向制御との一方を実行する場合の前記制約数上限閾値よりも大きくし、前記前後方向制御と前記横方向制御との双方を実行する場合の前記回数上限閾値を、前記前後方向制御と前記横方向制御との一方を実行する場合の前記回数上限閾値よりも小さくする請求項９に記載の最適演算装置。
前記演算中断部は、前記前後方向制御と前記横方向制御との双方を実行する場合の前記制約数上限閾値を、前記前後方向制御と前記横方向制御との一方を実行する場合の前記制約数上限閾値よりも大きくし、前記前後方向制御と前記横方向制御との双方を実行する場合の前記回数上限閾値を、前記前後方向制御と前記横方向制御との一方を実行する場合の前記回数上限閾値よりも小さくする請求項９に記載の最適演算装置。
【請求項11】
前記最適値演算部は、前記状態変数の数及び前記入力変数の数が増加するに従って、前記制約数上限閾値を増加させると共に前記回数上限閾値を減少させる請求項８に記載の最適演算装置。
【請求項12】
前記最適値演算部は、前記最適値を用いる制御内容に基づいて、前記入力変数、前記状態変数、及び前記設定数の制約条件を設定し、
前記演算中断部は、前記制御内容に基づいて、前記有効制約条件の数に対する前記演算処理負荷のコストの設定を変化させる請求項３に記載の最適演算装置。
前記演算中断部は、前記制御内容に基づいて、前記有効制約条件の数に対する前記演算処理負荷のコストの設定を変化させる請求項３に記載の最適演算装置。
【請求項13】
前記最適値演算部は、車両制御に係る前記入力変数を用い、車両の挙動を表す前記状態変数を用い、前記予測期間の各時点の前記入力変数及び前記状態変数の前記最適値に基づいて、前記予測期間の各時点の車両制御量の目標値を設定し、前記車両制御の制御内容に基づいて、前記入力変数、前記状態変数、前記状態方程式、前記車両制御量の目標値、及び前記設定数の制約条件を設定し、
前記演算中断部は、前記車両制御の制御内容に基づいて、前記有効制約条件の数に対する前記演算処理負荷のコストの設定を変化させる請求項３に記載の最適演算装置。
前記演算中断部は、前記車両制御の制御内容に基づいて、前記有効制約条件の数に対する前記演算処理負荷のコストの設定を変化させる請求項３に記載の最適演算装置。
【請求項14】
前記最適値演算部は、前記車両制御の制御内容として、車両の前後方向の挙動を制御する前後方向制御と車両の横方向の挙動を制御する横方向制御との一方又は双方を選択的に実行し、
前記演算中断部は、前記前後方向制御と前記横方向制御との双方を実行する場合における前記有効制約条件の数に対する前記演算処理負荷のコストを、前記前後方向制御と前記横方向制御との一方を実行する場合における前記有効制約条件の数に対する前記演算処理負荷のコストよりも大きくする請求項１３に記載の最適演算装置。
前記演算中断部は、前記前後方向制御と前記横方向制御との双方を実行する場合における前記有効制約条件の数に対する前記演算処理負荷のコストを、前記前後方向制御と前記横方向制御との一方を実行する場合における前記有効制約条件の数に対する前記演算処理負荷のコストよりも大きくする請求項１３に記載の最適演算装置。
【請求項15】
前記最適値演算部は、前記状態変数の数及び前記入力変数の数が増加するに従って、前記有効制約条件の数に対する前記演算処理負荷のコストを増加させる請求項１２に記載の最適演算装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本願は、最適演算装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
特許文献１の技術では、自車両の状態の変化、及び周辺の状態の変化に応じて、最適制御問題を解く際の初期値、及び予測期間を設定している。特許文献１の技術では、初期値及び予測期間を変化させることで、状況に応じた演算を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２０－８８８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、本願が想定している最適演算では、最適値候補演算の繰り返しごとに、設定数の制約条件の内で最適値候補演算に用いる制約条件である有効制約条件を追加又は削除しながら、入力変数及び状態変数の最適値の候補を演算する最適値候補演算を繰り返し行う。このような最適演算では、各最適値候補演算は、有効制約条件の数に応じた次数の行列演算になるため、有効制約条件の数が増加するほど、各最適値候補演算の演算処理負荷が２次関数的に高くなる。更に、最適値候補演算の繰り返し回数が増加するほど、演算処理負荷が高くなる。そのため、全ての設定数の制約条件が有効制約条件として設定された最適値候補演算の演算処理負荷が最も高くなる。そのため、設定数の制約条件が用いられる最も高い演算処理負荷を想定し、演算処理能力が高い高価な演算処理装置を採用する必要があった。一方、演算処理負荷の最大値を低減するために、制約条件の設定数を小さくすることも考えられるが、システムの性能劣化を招く。なお、特許文献１の技術では、このような有効制約条件を追加又は削除しながら最適値候補演算を繰り返し行う最適演算が行われていない。
【0005】
そこで、本願は、制約条件の設定数を必要な数に設定しつつ、想定される演算処理負荷の最大累積値を低減し、演算処理能力が低い廉価な演算処理装置を採用することができる最適演算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】
本願に係る最適演算装置は、
予測期間の各時点の入力変数を入力として前記予測期間の各時点の状態変数を演算する状態方程式を用い、前記入力変数及び前記状態変数を評価する評価関数、及び前記入力変数又は前記状態変数を制約する１以上の設定数の制約条件を有する最適化問題を解くように、最適値候補演算の繰り返しごとに、前記設定数の前記制約条件の内で前記最適値候補演算に用いる前記制約条件である有効制約条件を追加又は削除しながら、前記入力変数及び前記状態変数の最適値の候補を演算する前記最適値候補演算を繰り返し行い、前記最適値の候補に基づいて、前記予測期間の各時点の前記入力変数及び前記状態変数の最適値を演算する最適値演算部と、
前記最適値候補演算の繰り返し中に、各前記最適値候補演算に用いられる前記有効制約条件の数に基づいて、前記最適値候補演算の繰り返しを中断するか否かを判定する演算中断部と、を備え、
前記最適値演算部は、前記最適値候補演算の繰り返しを中断すると判定された場合は、前記最適値候補演算の繰り返しを中断し、前記最適値候補演算の繰り返しを中断する前に演算された前記入力変数及び前記状態変数の前記最適値の候補に基づいて、前記入力変数及び前記状態変数の前記最適値を演算するものである。
予測期間の各時点の入力変数を入力として前記予測期間の各時点の状態変数を演算する状態方程式を用い、前記入力変数及び前記状態変数を評価する評価関数、及び前記入力変数又は前記状態変数を制約する１以上の設定数の制約条件を有する最適化問題を解くように、最適値候補演算の繰り返しごとに、前記設定数の前記制約条件の内で前記最適値候補演算に用いる前記制約条件である有効制約条件を追加又は削除しながら、前記入力変数及び前記状態変数の最適値の候補を演算する前記最適値候補演算を繰り返し行い、前記最適値の候補に基づいて、前記予測期間の各時点の前記入力変数及び前記状態変数の最適値を演算する最適値演算部と、
前記最適値候補演算の繰り返し中に、各前記最適値候補演算に用いられる前記有効制約条件の数に基づいて、前記最適値候補演算の繰り返しを中断するか否かを判定する演算中断部と、を備え、
前記最適値演算部は、前記最適値候補演算の繰り返しを中断すると判定された場合は、前記最適値候補演算の繰り返しを中断し、前記最適値候補演算の繰り返しを中断する前に演算された前記入力変数及び前記状態変数の前記最適値の候補に基づいて、前記入力変数及び前記状態変数の前記最適値を演算するものである。
【発明の効果】
【0007】
本願に係る最適演算装置によれば、各最適値候補演算に用いられる有効制約条件の数により、各最適値候補演算の演算処理負荷を把握し、最適値候補演算の繰り返しを中断することにより、演算処理負荷の累積値が大きくなることを未然に抑制できる。よって、想定される演算処理負荷の最大累積値を低減し、演算処理能力が低い廉価な演算処理装置を採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】実施の形態１に係る最適演算装置が組み込まれた車両制御装置及び車両システムの概略ブロック図である。
【図2】実施の形態１に係る車両制御装置のハードウェア構成図である。
【図3】実施の形態１に係る車両制御装置の別例のハードウェア構成図である。
【図4】実施の形態１に係る有効制約条件の数と演算処理負荷との関係を説明するための図である。
【図5】実施の形態１に係る最適値演算部及び演算中断部の処理を説明するためのフローチャートである。
【図6】実施の形態１に係る状態変数及び入力変数の数に応じた、制約数上限閾値及び回数上限閾値の設定を説明するための図である。
【図7】実施の形態１に係る車両制御の制御内容に応じた制約数上限閾値及び回数上限閾値の設定を説明するためのフローチャートである。
【図8】実施の形態１に係る自車両の座標系を説明する図である。
【図9】実施の形態２に係る演算処理負荷のコストの累積値により繰り返しの中断を説明するための図である。
【図10】実施の形態２に係る有効制約条件の数に対する演算処理負荷のコストの設定を説明する図である。
【図11】実施の形態２に係る最適値演算部及び演算中断部の処理を説明するためのフローチャートである。
【図12】実施の形態２に係る状態変数及び入力変数の数に応じた演算処理負荷のコストの設定を説明するための図である。
【図13】実施の形態２に係る車両制御の制御内容に応じた制約数上限閾値及び回数上限閾値の設定を説明するためのフローチャートである。
【図14】実施の形態２に係る車両制御の制御内容に応じた演算処理負荷のコストの設定を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
１．実施の形態１
実施の形態１に係る最適演算装置について図面を参照して説明する。本実施の形態では、最適演算装置は、自車両に搭載されており、自車両の制御の最適演算を行う。最適演算装置は、車両制御装置５０に組み込まれている。車両システム１及び車両制御装置５０は、自車両に搭載されている。
実施の形態１に係る最適演算装置について図面を参照して説明する。本実施の形態では、最適演算装置は、自車両に搭載されており、自車両の制御の最適演算を行う。最適演算装置は、車両制御装置５０に組み込まれている。車両システム１及び車両制御装置５０は、自車両に搭載されている。
【0010】
図１に示すように、車両システム１は、車両状態検出装置３１、周辺監視装置３２、位置検出装置３３、地図情報データベース３４、無線通信装置３５、車両制御装置５０、駆動制御装置３６、動力機８、電動操舵装置７、及び電動ブレーキ装置９等を備えている。
【0011】
車両状態検出装置３１は、自車両の走行状態を検出する検出装置である。自車両の走行状態として、自車両の車両速度Ｖ、加速度α、自車両のロール角速度、ピッチ角速度、及びヨー角速度γが検出される。例えば、車両状態検出装置３１として、自車両に働くロール角速度、ピッチ角速度、及びヨー角速度を検出する３軸の角速度センサ、加速度センサ、及び車輪の回転速度を検出する速度センサが設けられる。なお、自車両の速度は、加速度を積分するなど、他の方法により検出されてもよい。
【0012】
周辺監視装置３２は、車両の周辺を監視するカメラ、レーダ等の装置である。レーダには、ミリ波レーダ、レーザレーダ、超音波レーダ等が用いられる。無線通信装置３５は、４Ｇ、５Ｇ等のセルラー方式の無線通信の規格を用いて、基地局と無線通信を行う。
【0013】
位置検出装置３３は、自車両の現在位置（緯度、経度、高度）を検出する装置であり、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）等の人工衛星から出力される信号を受信するＧＰＳアンテナ等が用いられる。なお、自車両の現在位置の検出には、自車両の走行車線番号を用いた方法、マップマッチング法、デッドレコニング法、自車両の周辺の検出情報を用いた方法等の各種の方法が用いられてもよい。
【0014】
地図情報データベース３４には、道路形状（例えば、道路位置、車線数、各車線の形状、道路種別、制限速度等）、標識、信号等の道路情報が記憶されている。地図情報データベース３４は、記憶装置を主体として構成されている。なお、地図情報データベース３４は、ネットワーク網に接続された車外のサーバに設けられてもよく、車両制御装置５０は、必要な道路情報を、無線通信装置３５を介して車外のサーバから取得してもよい。
【0015】
駆動制御装置３６として、動力制御装置、ブレーキ制御装置、自動操舵制御装置、及びライト制御装置等が備えられている。動力制御装置は、内燃機関、モータ等の動力機８の出力を制御する。ブレーキ制御装置は、電動ブレーキ装置９のブレーキ動作を制御する。自動操舵制御装置は、電動操舵装置７を制御する。ライト制御装置は、方向指示器、ハザードランプ等を制御する。
【0016】
１－１．車両制御装置５０
車両制御装置５０は、周辺状況取得部５１、走行状態取得部５２、目標走行状態設定部５３、最適値演算部５４、演算中断部５５、及び車両制御部５６等の機能部を備えている。車両制御装置５０の各機能は、車両制御装置５０が備えた処理回路により実現される。具体的には、図２に示すように、車両制御装置５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置９０、記憶装置９１、演算処理装置９０に外部の信号を入出力する入出力装置９２等を備えている。
車両制御装置５０は、周辺状況取得部５１、走行状態取得部５２、目標走行状態設定部５３、最適値演算部５４、演算中断部５５、及び車両制御部５６等の機能部を備えている。車両制御装置５０の各機能は、車両制御装置５０が備えた処理回路により実現される。具体的には、図２に示すように、車両制御装置５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置９０、記憶装置９１、演算処理装置９０に外部の信号を入出力する入出力装置９２等を備えている。
【0017】
演算処理装置９０として、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、ＡＩ（Artificial Intelligence）チップ、各種の論理回路、及び各種の信号処理回路等が備えられてもよい。また、演算処理装置９０として、同じ種類のもの又は異なる種類のものが複数備えられ、各処理が分担して実行されてもよい。記憶装置９１として、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）、ハードディスク等の各種の記憶装置が用いられる。
【0018】
入出力装置９２には、通信装置、Ａ／Ｄ変換器、入出力ポート、駆動回路等が備えられる。入出力装置９２は、車両状態検出装置３１、周辺監視装置３２、位置検出装置３３、地図情報データベース３４、無線通信装置３５、及び駆動制御装置３６等に接続され、これらの装置と通信を行う。
【0019】
そして、車両制御装置５０が備える各機能部５１から５６等の各機能は、演算処理装置９０が、記憶装置９１に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行し、記憶装置９１及び入出力装置９２等の車両制御装置５０の他のハードウェアと協働することにより実現される。なお、各機能部５１から５６等が用いる制約数上限閾値ＴＨｄａｃｔ、及び回数上限閾値ＴＨｎｉｔ等の設定データは、ソフトウェア（プログラム）の一部として、ＥＥＰＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されている。
【0020】
或いは、車両制御装置５０は、処理回路として、図３に示すように、専用のハードウェア９３、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化されたプロセッサ、並列プログラム化されたプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、ＧＰＵ、ＡＩチップ、又はこれらを組み合わせた回路等が備えられてもよい。以下、車両制御装置５０の各機能について詳細に説明する。
【0021】
１－１－１．周辺状況取得部５１
周辺状況取得部５１は、自車両の周辺状況を取得する。例えば、周辺状況取得部５１は、自車両の周囲に存在する他車両等を検知する。周辺状況取得部５１は、周辺監視装置３２から取得した検知情報、及び位置検出装置３３から取得した自車両の位置情報に基づいて、他車両の位置、移動方向、移動速度などを検知する。また、周辺状況取得部５１は、他車両以外にも、道路区画線等の車線形状、障害物、歩行者、標識なども検知する。
周辺状況取得部５１は、自車両の周辺状況を取得する。例えば、周辺状況取得部５１は、自車両の周囲に存在する他車両等を検知する。周辺状況取得部５１は、周辺監視装置３２から取得した検知情報、及び位置検出装置３３から取得した自車両の位置情報に基づいて、他車両の位置、移動方向、移動速度などを検知する。また、周辺状況取得部５１は、他車両以外にも、道路区画線等の車線形状、障害物、歩行者、標識なども検知する。
【0022】
１－１－２．走行状態取得部５２
走行状態取得部５２は、自車両の走行状態を取得する。走行状態取得部５２は、車両状態検出装置３１から、自車両の走行状態として、自車両の車両速度Ｖ、加速度α、自車両のロール角速度、ピッチ角速度、及びヨー角速度γを取得する。また、走行状態取得部５２は、位置検出装置３３から取得した自車両の位置情報に基づいて、自車両の位置、移動方向などを取得する。また、走行状態取得部５２は、周辺状況取得部５１から取得した車線の形状に基づいて、車線に対する自車両の走行位置の情報を取得する。また、走行状態取得部５２は、車両制御部５６から操舵角δ、内燃機関等の動力機の出力、及びブレーキの動作状態などの運転操作状態を取得する。
走行状態取得部５２は、自車両の走行状態を取得する。走行状態取得部５２は、車両状態検出装置３１から、自車両の走行状態として、自車両の車両速度Ｖ、加速度α、自車両のロール角速度、ピッチ角速度、及びヨー角速度γを取得する。また、走行状態取得部５２は、位置検出装置３３から取得した自車両の位置情報に基づいて、自車両の位置、移動方向などを取得する。また、走行状態取得部５２は、周辺状況取得部５１から取得した車線の形状に基づいて、車線に対する自車両の走行位置の情報を取得する。また、走行状態取得部５２は、車両制御部５６から操舵角δ、内燃機関等の動力機の出力、及びブレーキの動作状態などの運転操作状態を取得する。
【0023】
１－１－３．目標走行状態設定部５３
目標走行状態設定部５３は、自車両の目標走行状態を設定する。目標走行状態設定部５３は、周辺状況取得部５１により検知された自車両の周辺の他車両、道路形状、障害物、及び歩行者等の状態に合わせた、目標走行状態を演算する。
目標走行状態設定部５３は、自車両の目標走行状態を設定する。目標走行状態設定部５３は、周辺状況取得部５１により検知された自車両の周辺の他車両、道路形状、障害物、及び歩行者等の状態に合わせた、目標走行状態を演算する。
【0024】
例えば、後述する横方向制御が実行される場合は、目標走行状態として横方向の目標走行位置が演算される。横方向の目標走行位置は、各前後方向の位置Ｙにおける横方向の目標走行範囲に設定される。横方向制御として、車線維持制御、障害物回避制御、車線変更制御等がある。
【0025】
例えば、後述する前後方向制御が実行される場合は、目標走行状態として前後方向の速度、車間距離等が演算される。前後方向制御として、クルーズコントロール、車間距離制御、先行車両追従制御等がある。
【0026】
例えば、前後方向制御及び横方向制御の双方が実行される場合は、目標走行状態として目標走行軌道が演算される。目標走行軌道は、将来の各時点における自車両の位置、自車両の進行方向、及び自車両の速度等の時系列の走行計画である。目標走行軌道の演算には、公知の各種の方法が用いられる。なお、前後方向制御及び横方向制御として、単に、前後方向制御及び横方向制御が同時に実行されてもよい。
【0027】
１－１－４．車両制御部５６
車両制御部５６は、後述する最適値演算部５４により設定された車両制御量の目標値に基づいて、自車両を制御する。本実施の形態では、前後方向制御及び横方向制御の双方が実行される場合は、車両制御量の目標値は、各時点の操舵角δの目標値、各時点の加速度αの目標値に設定される。横方向制御が実行される場合は、車両制御量の目標値は、各時点の操舵角δの目標値に設定される。前後方向制御が実行される場合は、車両制御量の目標値は、各時点の加速度αの目標値に設定される。車両制御量の目標値として他のパラメータが設定されてもよい。
車両制御部５６は、後述する最適値演算部５４により設定された車両制御量の目標値に基づいて、自車両を制御する。本実施の形態では、前後方向制御及び横方向制御の双方が実行される場合は、車両制御量の目標値は、各時点の操舵角δの目標値、各時点の加速度αの目標値に設定される。横方向制御が実行される場合は、車両制御量の目標値は、各時点の操舵角δの目標値に設定される。前後方向制御が実行される場合は、車両制御量の目標値は、各時点の加速度αの目標値に設定される。車両制御量の目標値として他のパラメータが設定されてもよい。
【0028】
車両制御部５６は、各時点の加速度αに基づいて、動力制御装置への指令値、及びブレーキ制御装置への指令値を演算する。車両制御部５６は、各時点の操舵角δの目標値に基づいて、自動操舵制御装置への指令値を演算する。
【0029】
動力制御装置は、指令値に従って、内燃機関、モータ等の動力機８の出力を制御する。ブレーキ制御装置は、指令値に従って、電動ブレーキ装置９のブレーキ動作を制御する。自動操舵制御装置は、指令値に従って、電動操舵装置７を制御する。
【0030】
１－１－５．最適値演算部５４
最適値演算部５４は、予測期間の各時点ｋの入力変数ｕ（ｋ）を入力として予測期間の各時点ｋの状態変数ｘ（ｋ）を演算する状態方程式を用い、入力変数ｕ及び状態変数ｘを評価する評価関数、及び入力変数ｕ又は状態変数ｘを制約する１以上の設定数Ｄａｌｌの制約条件ｇを有する最適化問題を解くように、最適値候補演算の繰り返しごとに、設定数Ｄａｌｌの制約条件ｇの内で最適値候補演算に用いる制約条件である有効制約条件ｇａｃｔを追加又は削除しながら、各時点ｋの入力変数の最適値の候補ｕｔｍｐ（ｋ）及び状態変数の最適値の候補ｘｔｍｐ（ｋ）を演算する最適値候補演算を繰り返し行い、各時点ｋの入力変数の最適値の候補ｕｔｍｐ（ｋ）及び状態変数の最適値の候補ｘｔｍｐ（ｋ）に基づいて、予測期間の各時点ｋの入力変数の最適値ｕ＊（ｋ）及び状態変数の最適値ｘ＊（ｋ）を演算する。最適値演算部５４は、演算周期毎に、最適値の演算処理を実行して、最適値を演算する。
最適値演算部５４は、予測期間の各時点ｋの入力変数ｕ（ｋ）を入力として予測期間の各時点ｋの状態変数ｘ（ｋ）を演算する状態方程式を用い、入力変数ｕ及び状態変数ｘを評価する評価関数、及び入力変数ｕ又は状態変数ｘを制約する１以上の設定数Ｄａｌｌの制約条件ｇを有する最適化問題を解くように、最適値候補演算の繰り返しごとに、設定数Ｄａｌｌの制約条件ｇの内で最適値候補演算に用いる制約条件である有効制約条件ｇａｃｔを追加又は削除しながら、各時点ｋの入力変数の最適値の候補ｕｔｍｐ（ｋ）及び状態変数の最適値の候補ｘｔｍｐ（ｋ）を演算する最適値候補演算を繰り返し行い、各時点ｋの入力変数の最適値の候補ｕｔｍｐ（ｋ）及び状態変数の最適値の候補ｘｔｍｐ（ｋ）に基づいて、予測期間の各時点ｋの入力変数の最適値ｕ＊（ｋ）及び状態変数の最適値ｘ＊（ｋ）を演算する。最適値演算部５４は、演算周期毎に、最適値の演算処理を実行して、最適値を演算する。
【0031】
最適値演算部５４は、予測期間の各時点ｋの入力変数ｕ（ｋ）の初期値ｕ０（ｋ）を設定する。最適値演算部５４は、最適化問題を解くように、最適値候補演算の繰り返しごとに、各時点ｋの入力変数の最適値の候補ｕｔｍｐ（ｋ）を初期値ｕ０（ｋ）から更新していく。
【0032】
＜状態変数の状態方程式＞
次式に示すように、状態変数ｘの状態方程式は、各時点ｋの状態変数の時間微分ｄｘ／ｄｔ（ｋ）が、各時点ｋの入力変数ｕ（ｋ）及び状態変数ｘ（ｋ）を入力とする関数ｆで表される。状態変数が複数の場合は、ｘはベクトルになり、入力変数が複数の場合は、ｕはベクトルになる。ここで、ｋは、予測期間の各時点を表し、ｋ＝０が、現在であり、ｋ＝Ｎが予測期間の終点であり、ホライズンと呼ばれる。
次式に示すように、状態変数ｘの状態方程式は、各時点ｋの状態変数の時間微分ｄｘ／ｄｔ（ｋ）が、各時点ｋの入力変数ｕ（ｋ）及び状態変数ｘ（ｋ）を入力とする関数ｆで表される。状態変数が複数の場合は、ｘはベクトルになり、入力変数が複数の場合は、ｕはベクトルになる。ここで、ｋは、予測期間の各時点を表し、ｋ＝０が、現在であり、ｋ＝Ｎが予測期間の終点であり、ホライズンと呼ばれる。
【数1】
【0033】
次式に示すように、次の時点の状態変数ｘ（ｋ＋１）は、現時点の状態変数ｘ（ｋ）に、現時点の状態変数の時間微分ｄｘ（ｋ）／ｄｔに予測期間の時点間の時間間隔ΔＴを乗算した値を加算して演算される。なお、式（２）のようなオイラー法でなく、ルンゲクッタ法など各種の演算手法が用いられてもよい。
【数2】
【0034】
ｋ＝０の状態変数ｘ（０）は、検出された現在の状態変数に設定される。予測期間の各時点ｋ（ｋ＝０、・・・、Ｎ）の入力変数ｕ（ｋ）は、初期値又は前回の最適値候補演算の更新値になる。時点ｋを０からＮまで１つずつ増加させながら、今回の時点ｋの入力変数ｕ（ｋ）及び状態変数ｘ（ｋ）に基づいて、式（１）及び式（２）を用い、次の時点ｋ＋１の状態変数ｘ（ｋ＋１）が順番に演算される。
【0035】
＜最適化問題＞
次式のような、一般的な最適化問題を考える。
次式のような、一般的な最適化問題を考える。
【数3】
【0036】
ここで、Ｊは、入力変数ｕ（ｋ）及び状態変数ｘ（ｋ）を評価する評価関数である。本実施の形態では、評価関数Ｊは２次式とされている。ｇは、入力変数ｕ（ｋ）及び状態変数ｘ（ｋ）を制約する制約条件であり、設定数Ｄａｌｌの制約条件が存在する。すなわち、設定数Ｄａｌｌの制約条件を満たしつつ、評価関数Ｊを最小化する入力変数ｕを演算する。なお、評価関数の正負を反転させ、評価関数を最大化する最大化問題とされてよい。
【0037】
式（３）の一般的な最適化問題をそのまま解いてもよいが、本実施の形態では、次式に示すように、最適化問題は、評価関数Ｊの勾配∇Ｊ、及び有効制約条件ｇａｃｔの勾配∇ｇａｃｔをラグランジュ乗数λで線形結合した、最適値が満たすべき最適条件であるカルーシュ・クーン・タッカー条件（ＫＫＴ条件：Karush-Kuhn-Tucker condition）を有する。
【数4】
【0038】
ここで、∇は、動作点で偏微分を行い、勾配を計算する演算子である。ｘ＊は、状態変数の最適値であり、ｕ＊は、入力変数の最適値である。λｉは、各有効制約条件ｇａｃｔｉの勾配を、評価関数Ｊの勾配に線形結合するラグランジュ乗数である。Ｄａｃｔは、有効制約条件ｇａｃｔの数である。状態変数ｘ及び入力変数ｕが最適値であれば、式（４）から式（７）の全ての式を満たす、各ラグランジュ乗数λｉの値が存在する。ＫＫＴ条件を満たす最適値を演算する有効制約法などの公知の手法が用いられる。なお、最適値候補演算では、式（４）から式（７）の入力変数の最適値ｕ＊及び状態変数の最適値ｘ＊は、入力変数の最適値の候補ｕｔｍｐ及び状態変数の最適値の候補ｘｔｍｐとして演算される。
【0039】
最適値演算部５４は、前回の最適値候補演算において用いたが、実際に入力変数ｕ又は状態変数ｘを制約していない有効制約条件ｇａｃｔを有効制約条件ｇａｃｔから削除し、前回の最適値候補演算において用いられていないが入力変数又は状態変数を制約する必要がある制約条件ｇを有効制約条件ｇａｃｔに追加することにより、次回の最適値候補演算において用いる有効制約条件ｇａｃｔを追加又は削除する。最適値演算部５４は、前回の最適値候補演算で用いた有効制約条件ｇａｃｔと、次回の最適値候補演算において用いる有効制約条件ｇａｃｔとが同じ場合は、最適値候補演算を終了し、前回の最適値候補演算において演算された入力変数及び状態変数の最適値の候補を、入力変数及び状態変数の最適値として設定する。
【0040】
＜演算処理負荷の課題＞
各最適値候補演算は、有効制約条件の数Ｄａｃｔに応じた次数の行列演算（Ｄａｃｔ×Ｄａｃｔ）になるため、図４に示すように、有効制約条件の数Ｄａｃｔが増加するほど、１回の最適値候補演算の演算処理負荷が２次関数的に増加する。更に、最適値候補演算の繰り返し回数Ｎｉｔが増加するほど、演算処理負荷の累積値が増加する。
各最適値候補演算は、有効制約条件の数Ｄａｃｔに応じた次数の行列演算（Ｄａｃｔ×Ｄａｃｔ）になるため、図４に示すように、有効制約条件の数Ｄａｃｔが増加するほど、１回の最適値候補演算の演算処理負荷が２次関数的に増加する。更に、最適値候補演算の繰り返し回数Ｎｉｔが増加するほど、演算処理負荷の累積値が増加する。
【0041】
最適値の演算処理を演算周期毎に演算処理装置により実行するためには、演算処理負荷の最大累積値を推定する必要がある。図４に示すように、有効制約条件の数Ｄａｃｔが増加するほど、１回の最適値候補演算の演算処理負荷が増加し、全ての設定数Ｄａｌｌの制約条件が有効制約条件として設定された最適値候補演算の演算処理負荷が最も高くなる。そのため、設定数Ｄａｌｌの制約条件が用いられる最も高い演算処理負荷を想定し、演算処理能力が高い高価な演算処理装置を採用する必要があった。なお、演算処理負荷の最大累積値を低減するために、制約条件の設定数Ｄａｌｌを小さくすることも考えられるが、システムの性能劣化を招く。そのため、制約条件の設定数Ｄａｌｌを必要な数に設定しつつ、想定される演算処理負荷の最大累積値を低減し、演算処理能力が低い廉価な演算処理装置を採用することができる最適演算装置を提供することが求められる。
【0042】
＜演算中断部５５＞
演算中断部５５は、最適値候補演算の繰り返し中に、各最適値候補演算に用いられる有効制約条件の数Ｄａｃｔに基づいて、最適値候補演算の繰り返しを中断するか否かを判定する。そして、最適値演算部５４は、最適値候補演算の繰り返しを中断すると判定された場合は、最適値候補演算の繰り返しを中断し、最適値候補演算の繰り返しを中断する前に演算された入力変数及び状態変数の最適値の候補に基づいて、入力変数及び状態変数の最適値を演算する。
演算中断部５５は、最適値候補演算の繰り返し中に、各最適値候補演算に用いられる有効制約条件の数Ｄａｃｔに基づいて、最適値候補演算の繰り返しを中断するか否かを判定する。そして、最適値演算部５４は、最適値候補演算の繰り返しを中断すると判定された場合は、最適値候補演算の繰り返しを中断し、最適値候補演算の繰り返しを中断する前に演算された入力変数及び状態変数の最適値の候補に基づいて、入力変数及び状態変数の最適値を演算する。
【0043】
この構成によれば、各最適値候補演算に用いられる有効制約条件の数Ｄａｃｔにより、各最適値候補演算の演算処理負荷を把握し、最適値候補演算の繰り返しを中断することにより、演算処理負荷の累積値が大きくなることを未然に抑制できる。よって、想定される演算処理負荷の最大累積値を低減し、演算処理能力が低い廉価な演算処理装置を採用することができる。
【0044】
本実施の形態では、演算中断部５５は、最適値候補演算の繰り返し中に、次回の最適値候補演算に用いられる有効制約条件の数Ｄａｃｔが、制約数上限閾値ＴＨｄａｃｔを超えた場合は、最適値候補演算の繰り返しを中断すると判定し、制約数上限閾値ＴＨｄａｃｔを超えていない場合は、最適値候補演算の繰り返しを中断しないと判定する。
【0045】
この構成によれば、最適値候補演算の繰り返し中の、１回の最適値候補演算のあたりの演算処理負荷の最大値を低減することができ、演算処理能力が低い廉価な演算処理装置を採用することができる。
【0046】
また、演算中断部５５は、最適値候補演算の繰り返し中に、次回の最適値候補演算に用いられる有効制約条件の数Ｄａｃｔが、制約数上限閾値ＴＨｄａｃｔを超えていない場合において、最適値候補演算の繰り返し回数Ｎｉｔが回数上限閾値ＴＨｎｉｔを超えた場合は、最適値候補演算の繰り返しを中断すると判定し、回数上限閾値ＴＨｎｉｔを超えていない場合は、最適値候補演算の繰り返しを中断しないと判定する。
【0047】
この構成によれば、制約数上限閾値ＴＨｄａｃｔと回数上限閾値ＴＨｎｉｔの双方により、演算処理負荷の最大累積値を管理できる。なお、最大累積値は、ＴＨｄａｃｔ×ＴＨｎｉｔに応じた値になる。よって、従来のように回数上限閾値ＴＨｎｉｔだけで中断する場合よりも、演算処理負荷の最大累積値の管理精度を高めることができ、演算処理能力が低い廉価な演算処理装置を採用することができる。
【0048】
最適値演算部５４は、最適値候補演算の繰り返しを中断し、中断する前の最適値候補演算で演算された入力変数及び状態変数の最適値の候補が設定数の制約条件を満たす場合は、当該中断する前の最適値候補演算で演算された入力変数及び状態変数の最適値の候補を、入力変数及び状態変数の最適値として設定する。
【0049】
最適値演算部５４は、最適値候補演算の繰り返しを中断し、中断する前の最適値候補演算で演算された入力変数及び状態変数の最適値の候補が設定数の制約条件のいずれかを満たさない場合は、最適値を演算しない。
【0050】
最適値演算部５４は、中断する直前の最適値候補演算で演算された入力変数及び状態変数の最適値の候補が設定数の制約条件のいずれかを満たさない場合であっても、過去のいずれかの最適値候補演算で演算された入力変数及び状態変数の最適値の候補が、設定数の制約条件を満たす場合は、設定数の制約条件を満たした最新の過去の最適値候補演算で演算された入力変数及び状態変数の最適値の候補を、入力変数及び状態変数の最適値として設定してもよい。一方、最適値演算部５４は、設定数の制約条件を満した過去の最適値候補演算の最適値の候補が存在しない場合は、最適値を演算しない。最適値候補演算の繰り返しが中断された場合でも、最適値候補演算を繰り返し、有効制約条件の追加及び削除が行われる中で、設定数の制約条件が満たされる最適値候補演算の最適値の候補が存在する場合に、最適値を設定することができる。
【0051】
最適値演算部５４は、最適値候補演算の繰り返しを中断した場合は、最適値が、最適値候補演算の中断により演算されたことを表す状態信号（以下、中断解の状態信号と称す）を出力する。この構成によれば、最適値を使用する制御において、中断解の状態信号が出力された場合は、制御量の出力範囲を制限する等の保護動作を行うことができる。
【0052】
例えば、車両制御部５６は、中断解の状態信号が出力された場合は、動力制御装置への指令値の操作範囲、及びブレーキ制御装置への指令値の操作範囲を制限したり、自動操舵制御装置への指令値の操作範囲を制限したりする。
【0053】
＜最適値演算部５４及び演算中断部５５の処理例＞
以上で説明した最適値演算部５４及び演算中断部５５の処理を、図５のフローチャートに示すように構成できる。図５のフローチャートの処理は、演算周期ごとに実行される。ステップＳ１１で、最適値演算部５４は、各時点ｋの入力変数の初期値ｕ０（ｋ）を設定する。例えば、最適値演算部５４は、前回の演算周期で演算された各時点ｋの入力変数の最適値ｕ＊（ｋ）に基づいて、今回の演算周期の各時点ｋの入力変数の初期値ｕ０（ｋ）を設定する。なお、各種の方法により、入力変数の初期値ｕ０が設定されてもよい。
以上で説明した最適値演算部５４及び演算中断部５５の処理を、図５のフローチャートに示すように構成できる。図５のフローチャートの処理は、演算周期ごとに実行される。ステップＳ１１で、最適値演算部５４は、各時点ｋの入力変数の初期値ｕ０（ｋ）を設定する。例えば、最適値演算部５４は、前回の演算周期で演算された各時点ｋの入力変数の最適値ｕ＊（ｋ）に基づいて、今回の演算周期の各時点ｋの入力変数の初期値ｕ０（ｋ）を設定する。なお、各種の方法により、入力変数の初期値ｕ０が設定されてもよい。
【0054】
ステップＳ１２で、最適値演算部５４は、有効制約条件ｇａｃｔの初期設定を行う。例えば、最適値演算部５４は、各時点ｋの入力変数の初期値ｕ０（ｋ）に基づいて、各時点ｋの状態変数の初期値ｘ０（ｋ）を演算し、各時点ｋの入力変数の初期値ｕ０（ｋ）及び状態変数の初期値ｘ０（ｋ）の状態で、設定数Ｄａｌｌの制約条件ｇのそれぞれが満たされているか否かを判定する。そして、最適値演算部５４は、満たされていない制約条件ｇを、有効制約条件ｇａｃｔに設定し、満たされている制約条件ｇを、有効制約条件ｇａｃｔに設定せずに、無効にする。
【0055】
そして、ステップＳ１３で、最適値演算部５４は、１回の最適値候補演算を実行し、設定された有効制約条件ｇａｃｔの制約のもとで評価関数Ｊを最小化するように、各時点ｋの入力変数ｕ（ｋ）を更新し、各時点の入力変数及び状態変数の最適値の候補を演算する。最適値演算部５４は、更新された各時点ｋの入力変数ｕ（ｋ）を、各時点の入力変数の最適値の候補ｕｔｍｐ（ｋ）として設定し、更新した各時点ｋの入力変数ｕ（ｋ）に対応する各時点ｋの状態変数ｘ（ｋ）を、各時点ｋの状態変数の最適値の候補ｘｔｍｐ（ｋ）として設定する。
【0056】
ステップＳ１４で、最適値演算部５４は、前回の最適値候補演算において用いたが、実際に入力変数又は状態変数の最適値の候補を制約していない有効制約条件ｇａｃｔが存在するか否かを判定する。具体的には、ラグランジュ乗数λが負になっている有効制約条件ｇａｃｔは、最適値の候補を制約しておらず、無効な制約条件であると判定される。最適値演算部５４は、制約していない有効制約条件ｇａｃｔが存在する場合は、ステップＳ１５に進み、制約していない有効制約条件ｇａｃｔを有効制約条件ｇａｃｔから削除し（無効化し）、制約していない有効制約条件ｇａｃｔが存在しない場合は、ステップＳ１６に進む。
【0057】
ステップＳ１６で、最適値演算部５４は、前回の最適値候補演算において有効制約条件ｇａｃｔとして用いられていないが、入力変数又は状態変数の最適値の候補を制約する必要がある制約条件ｇが存在するか否かを判定する。具体的には、最適値演算部５４は、有効制約条件ｇａｃｔに設定されていない無効な制約条件ｇのそれぞれについて、最適値の候補が無効な制約条件ｇを満たしているか否かを判定する。最適値演算部５４は、制約する必要がある無効な制約条件ｇが存在する場合は、ステップＳ１７に進み、制約する必要がある無効な制約条件ｇを有効制約条件ｇａｃｔに追加する（有効化する）。有効制約条件ｇａｃｔは、最適値候補演算の繰り返しごとに、１つだけ追加又は削除される。そして、ステップＳ１８で、最適値演算部５４は、繰り返し回数Ｎｉｔを１つ増加させる（Ｎｉｔ←Ｎｉｔ＋１）。なお、繰り返し回数Ｎｉｔの初期値は、１に設定される。
【0058】
一方、最適値演算部５４は、制約する必要がある無効な制約条件ｇが存在しない場合（ステップＳ１６：Ｎｏ）は、前回の最適値候補演算で用いた有効制約条件ｇａｃｔと、次回の最適値候補演算において用いる有効制約条件ｇａｃｔとが同じになるので、最適値候補演算の繰り返しを終了し、ステップＳ２２に進む。ステップＳ２２で、最適値演算部５４は、最適値が、最適値候補演算の通常の終了により演算されたことを表す状態信号（通常解の状態信号）を出力する。
【0059】
一方、演算中断部５５は、ステップＳ１９で、ステップＳ１５又はステップＳ１７の追加又は削除後の次回の最適値候補演算に用いられる有効制約条件ｇａｃｔの数Ｄａｃｔに基づいて、最適値候補演算の繰り返しを中断するか否かを判定する。本実施の形態では、演算中断部５５は、最適値候補演算の繰り返し中に、次回の最適値候補演算に用いられる有効制約条件ｇａｃｔの数Ｄａｃｔが、制約数上限閾値ＴＨｄａｃｔを超えたか否かを判定し、制約数上限閾値ＴＨｄａｃｔを超えた場合は、最適値候補演算の繰り返しを中断すると判定してステップＳ２１に進み、制約数上限閾値ＴＨｄａｃｔを超えていない場合は、ステップＳ２０に進む。ステップＳ２０で、演算中断部５５は、繰り返し回数Ｎｉｔが、回数上限閾値ＴＨｎｉｔを超えたか否かを判定し、回数上限閾値ＴＨｎｉｔを超えた場合は、最適値候補演算の繰り返しを中断すると判定してステップＳ２１に進み、回数上限閾値ＴＨｎｉｔを超えていない場合は、最適値候補演算の繰り返しを中断しないと判定し、ステップＳ１３に戻り、最適値候補演算の繰り返しを継続する。
【0060】
ステップＳ２１で、最適値演算部５４は、最適値が、最適値候補演算の中断により演算されたことを表す中断解の状態信号を出力する。
【0061】
ステップＳ２１又はステップＳ２２の後、ステップＳ２３で、最適値演算部５４は、最適値候補演算で演算された各時点ｋの入力変数の最適値の候補ｕｔｍｐ（ｋ）及び状態変数の最適値の候補ｘｔｍｐ（ｋ）が、設定数の制約条件を満たすか否かを判定し、設定数の制約条件を満たす場合は、ステップ２４に進み、設定数の制約条件を満さない場合は、ステップＳ２５に進む。ここで、最適値演算部５４は、最適値候補演算の繰り返しが中断されずに終了した場合は、最後の最適値候補演算で演算された各時点ｋの入力変数の最適値の候補ｕｔｍｐ（ｋ）及び状態変数の最適値の候補ｘｔｍｐ（ｋ）が、設定数の制約条件を満たすか否かを判定する。最適値演算部５４は、最適値候補演算の繰り返しが中断された場合は、上述したように、中断する前の最適値候補演算で演算された各時点ｋの入力変数の最適値の候補ｕｔｍｐ（ｋ）及び状態変数の最適値の候補ｘｔｍｐ（ｋ）が、設定数の制約条件を満たすか否かを判定する。
【0062】
ステップＳ２４で、最適値演算部５４は、ステップＳ２３で、設定数の制約条件を満たすと判定された各時点ｋの入力変数の最適値の候補ｕｔｍｐ（ｋ）及び状態変数の最適値の候補ｘｔｍｐ（ｋ）を、各時点ｋの入力変数の最適値ｕ＊（ｋ）及び状態変数の最適値ｘ＊（ｋ）として設定する。
【0063】
一方、ステップＳ２５で、最適値演算部５４は、最適値が演算されていないことを表す状態信号（解無しの状態信号）を出力する。
【0064】
＜車両制御＞
本実施の形態では、最適値演算部５４は、車両制御に係る入力変数ｕを用い、車両の挙動を表す状態変数ｘを用い、予測期間の各時点ｋの入力変数の最適値ｕ＊（ｋ）及び状態変数の最適値ｘ＊（ｋ）に基づいて、予測期間の各時点ｋの車両制御量の目標値を設定する。また、最適値演算部５４は、車両制御の制御内容に基づいて、入力変数ｕ、状態変数ｘ、状態方程式、車両制御量の目標値、及び設定数の制約条件を設定する。最適値演算部５４は、車両制御の制御内容に基づいて、状態方程式の出力変数ｙ及び出力変数の目標値ｙｒｅｆも設定する。状態方程式として、車両モデルの状態方程式を用いる。
本実施の形態では、最適値演算部５４は、車両制御に係る入力変数ｕを用い、車両の挙動を表す状態変数ｘを用い、予測期間の各時点ｋの入力変数の最適値ｕ＊（ｋ）及び状態変数の最適値ｘ＊（ｋ）に基づいて、予測期間の各時点ｋの車両制御量の目標値を設定する。また、最適値演算部５４は、車両制御の制御内容に基づいて、入力変数ｕ、状態変数ｘ、状態方程式、車両制御量の目標値、及び設定数の制約条件を設定する。最適値演算部５４は、車両制御の制御内容に基づいて、状態方程式の出力変数ｙ及び出力変数の目標値ｙｒｅｆも設定する。状態方程式として、車両モデルの状態方程式を用いる。
【0065】
本実施の形態では、車両制御の制御内容として、車両の前後方向の挙動を制御する前後方向制御と車両の横方向の挙動を制御する横方向制御との一方又は双方が選択的に実行されるように構成されている。例えば、前後方向制御及び横方向制御が行われる場合は、式（８）の車両モデルの状態方程式が用いられ、横方向制御が行われる場合は、式（１１）の車両モデルの状態方程式が用いられ、前後方向制御が行われる場合は、式（１４）の車両モデルの状態方程式が用いられる。式（８）及び式（１１）では、車両モデルに、二輪モデルが用いられる。車両モデルの状態方程式は、車両の挙動を表す各状態変数の微分方程式で表せられる。なお、車両モデルの状態方程式として、公知の各種の状態方程式が用いられてもよい。
【0066】
横方向制御が実行される場合でも、横方向制御の制御内容が変更されてもよい。例えば、横方向制御の制御内容として、車線維持制御、障害物回避制御、車線変更制御等がある。横方向制御の制御内容に基づいて、設定数の制約条件が設定される。横方向制御の制御内容に基づいて、入力変数ｕ、状態変数ｘ、状態方程式、車両制御量の目標値、状態方程式の出力変数ｙ、及び出力変数の目標値ｙｒｅｆも設定されてもよい。
【0067】
前後方向制御が実行される場合でも、前後方向制御の制御内容が変更されてもよい。例えば、前後方向制御の制御内容として、クルーズコントロール、車間距離制御、先行車両追従制御等がある。前後方向制御の制御内容に基づいて、設定数の制約条件が設定される。前後方向制御の制御内容に基づいて、入力変数ｕ、状態変数ｘ、状態方程式、車両制御量の目標値、状態方程式の出力変数ｙ、及び出力変数の目標値ｙｒｅｆも設定されてもよい。
【0068】
前後方向制御及び横方向制御が実行される場合でも、前後方向制御及び横方向制御の制御内容が変更されてもよい。例えば、前後方向制御及び横方向制御の制御内容として、目標走行軌道に追従する制御、障害物回避制御、又は上記の前後方向制御と横方向制御の同時実行等がある。前後方向制御及び横方向制御の制御内容に基づいて、設定数の制約条件が設定される。前後方向制御及び横方向制御の制御内容に基づいて、入力変数ｕ、状態変数ｘ、状態方程式、車両制御量の目標値、状態方程式の出力変数ｙ、及び出力変数の目標値ｙｒｅｆも設定されてもよい。
【0069】
＜制約数上限閾値ＴＨｄａｃｔ及び回数上限閾値ＴＨｎｉｔの設定＞
上記のように、車両制御の制御内容に応じて、入力変数ｕ、状態変数ｘ、車両制御量の目標値、及び設定数の制約条件が変化するので、車両制御の制御内容に応じて、各最適値候補演算の演算処理負荷が変化する。状態変数ｘの数、入力変数ｕの数、及び制約条件の設定数Ｄａｌｌが増加するに従って、各最適値候補演算の演算処理負荷が高くなる。一方、状態変数ｘの数及び入力変数ｕの数が大きくなるに従って、制約条件の設定数Ｄａｌｌが大きくなり、最適値を演算するために必要な有効制約条件の数Ｄａｃｔが大きくなる場合がある。そして、有効制約条件の数Ｄａｃｔが大きくなると、演算処理負荷の累積値の増加速度が大きくなり、繰り返し回数Ｎｉｔが小さい段階で最適値候補演算の繰り返しを中断する必要がある。逆に、状態変数ｘの数及び入力変数ｕの数が小さくなるに従って、制約条件の設定数が小さくなり、最適値を演算するために必要な有効制約条件の数Ｄａｃｔが小さくなる場合がある。そして、有効制約条件の数Ｄａｃｔが小さくなると、演算処理負荷の累積値の増加速度が小さくなり、繰り返し回数Ｎｉｔが大きくなるまで、最適値候補演算の繰り返しを中断する必要がない。
上記のように、車両制御の制御内容に応じて、入力変数ｕ、状態変数ｘ、車両制御量の目標値、及び設定数の制約条件が変化するので、車両制御の制御内容に応じて、各最適値候補演算の演算処理負荷が変化する。状態変数ｘの数、入力変数ｕの数、及び制約条件の設定数Ｄａｌｌが増加するに従って、各最適値候補演算の演算処理負荷が高くなる。一方、状態変数ｘの数及び入力変数ｕの数が大きくなるに従って、制約条件の設定数Ｄａｌｌが大きくなり、最適値を演算するために必要な有効制約条件の数Ｄａｃｔが大きくなる場合がある。そして、有効制約条件の数Ｄａｃｔが大きくなると、演算処理負荷の累積値の増加速度が大きくなり、繰り返し回数Ｎｉｔが小さい段階で最適値候補演算の繰り返しを中断する必要がある。逆に、状態変数ｘの数及び入力変数ｕの数が小さくなるに従って、制約条件の設定数が小さくなり、最適値を演算するために必要な有効制約条件の数Ｄａｃｔが小さくなる場合がある。そして、有効制約条件の数Ｄａｃｔが小さくなると、演算処理負荷の累積値の増加速度が小さくなり、繰り返し回数Ｎｉｔが大きくなるまで、最適値候補演算の繰り返しを中断する必要がない。
【0070】
そこで、本実施の形態では、演算中断部５５は、車両制御の制御内容に基づいて、制約数上限閾値ＴＨｄａｃｔ及び回数上限閾値ＴＨｎｉｔを設定する。
【0071】
この構成によれば、最適値を得るために必要な有効制約条件の数Ｄａｃｔが大きい車両制御の制御内容であっても、最適値を得るために必要な有効制約条件の数Ｄａｃｔが小さい車両制御の制御内容であっても、制約数上限閾値ＴＨｄａｃｔ及び回数上限閾値ＴＨｎｉｔを適切に設定することで、最適値を演算することができると共に、演算処理負荷の累積値が大きくなり過ぎることを未然に抑制できる。
【0072】
例えば、図６に示すように、演算中断部５５は、状態変数ｘの数及び入力変数ｕの数が増加するに従って、制約数上限閾値ＴＨｄａｃｔを増加させると共に回数上限閾値ＴＨｎｉｔを減少させる。
【0073】
この構成によれば、状態変数ｘの数及び入力変数ｕの数が大きく、最適値を得るために必要な有効制約条件の数Ｄａｃｔが大きくなる可能性が高い場合に、制約数上限閾値ＴＨｄａｃｔを増加させて、最適値を演算することができると共に、回数上限閾値ＴＨｎｉｔを減少させて、演算処理負荷の累積値が大きくなり過ぎることを未然に抑制できる。一方、状態変数ｘの数及び入力変数ｕの数が小さく、最適値を得るために必要な有効制約条件の数Ｄａｃｔが大きくなる可能性が低い場合に、制約数上限閾値ＴＨｄａｃｔを減少させ、回数上限閾値ＴＨｎｉｔを増加させて、最適値を演算可能にしつつ、演算処理負荷の累積値が小さい段階で最適値候補演算の繰り返しが中断されることを抑制できる。よって、車両制御の制御内容にかかわらず、最適値を演算可能にしつつ、演算処理負荷の最大累積値を低減し、演算処理能力が低い廉価な演算処理装置を採用することができる。
【0074】
本実施の形態では、演算中断部５５は、前後方向制御と横方向制御との双方を実行する場合の制約数上限閾値ＴＨｄａｃｔを、前後方向制御と横方向制御との一方を実行する場合の制約数上限閾値ＴＨｄａｃｔよりも大きくし、前後方向制御と横方向制御との双方を実行する場合の回数上限閾値ＴＨｎｉｔを、前後方向制御と横方向制御との一方を実行する場合の回数上限閾値ＴＨｎｉｔよりも小さくする。
【0075】
この構成によれば、前後方向制御及び横方向制御の双方を実行する場合の状態変数ｘの数及び入力変数ｕの数は、前後方向制御及び横方向制御の一方を実行する場合の状態変数ｘの数及び入力変数ｕの数よりも大きく、最適値を得るために必要な有効制約条件の数Ｄａｃｔが大きくなる可能性が高い。上記の構成によれば、前後方向制御及び横方向制御の一方又は双方が実行されるかにかかわらず、最適値を演算可能にしつつ、演算処理負荷の最大累積値を低減し、演算処理能力が低い廉価な演算処理装置を採用することができる。
【0076】
この制約数上限閾値ＴＨｄａｃｔの設定処理は、例えば、図７のフローチャートに示すように構成される。ステップＳ５１で、演算中断部５５は、現在実行中の車両制御の制御内容を取得する。ステップＳ５２で、演算中断部５５は、現在の制御内容が、前後方向制御及び横方向制御の双方であるか否かを判定し、双方である場合は、ステップＳ５３に進み、一方である場合は、ステップＳ５４に進む。ステップＳ５４で、演算中断部５５は、現在の制御内容が、横方向制御のみであるか否かを判定し、横方向制御のみである場合は、ステップＳ５５に進み、横方向制御のみでなく、前後方向制御のみである場合は、ステップＳ５６に進む。
【0077】
ステップＳ５３で、演算中断部５５は、制約数上限閾値ＴＨｄａｃｔ及び回数上限閾値ＴＨｎｉｔを、前後方向制御及び横方向制御用の設定値ＴＨｄａｃｔ１、ＴＨｎｉｔ１に設定する。ステップＳ５５で、演算中断部５５は、制約数上限閾値ＴＨｄａｃｔ及び回数上限閾値ＴＨｎｉｔを、横方向制御用の設定値ＴＨｄａｃｔ２、ＴＨｎｉｔ２に設定する。ステップＳ５６で、演算中断部５５は、制約数上限閾値ＴＨｄａｃｔ及び回数上限閾値ＴＨｎｉｔを、前後方向制御用の設定値ＴＨｄａｃｔ３、ＴＨｎｉｔ３に設定する。前後方向制御及び横方向制御用の制約数上限閾値の設定値ＴＨｄａｃｔ１は、横方向制御用の設定値ＴＨｄａｃｔ２及び前後方向制御用の設定値ＴＨｄａｃｔ３よりも大きい（ＴＨｄａｃｔ１＞ＴＨｄａｃｔ２、ＴＨｄａｃｔ３）。前後方向制御及び横方向制御用の回数上限閾値の設定値ＴＨｎｉｔ１は、横方向制御用の設定値ＴＨｎｉｔ２及び前後方向制御用の設定値ＴＨｎｉｔ３よりも小さい（ＴＨｎｉｔ１＜ＴＨｎｉｔ２、ＴＨｎｉｔ３）。なお、横方向制御用の制約数上限閾値の設定値ＴＨｄａｃｔ２は、前後方向制御用の設定値ＴＨｄａｃｔ３よりも大きくてもよく（ＴＨｄａｃｔ２＞ＴＨｄａｃｔ３）、横方向制御用の回数上限閾値の設定値ＴＨｎｉｔ２は、前後方向制御用の設定値ＴＨｎｉｔ３よりも小さくてもよい（ＴＨｎｉｔ２＜ＴＨｎｉｔ３）。
【0078】
なお、上述したように、前後方向制御及び横方向制御の制御内容、前後方向制御の制御内容、及び横方向制御の制御内容に基づいて、より細かく制約数上限閾値ＴＨｄａｃｔ及び回数上限閾値ＴＨｎｉｔが設定されてもよい。
【0079】
＜前後方向制御及び横方向制御のための車両モデル＞
次式に、前後方向制御及び横方向制御を行う場合の車両モデルの状態方程式を示す。前後方向制御と横方向制御の制御内容に応じて、状態方程式等が変更されてもよい。
次式に、前後方向制御及び横方向制御を行う場合の車両モデルの状態方程式を示す。前後方向制御と横方向制御の制御内容に応じて、状態方程式等が変更されてもよい。
【数5】
【0080】
ここで、左辺の各変数の上部のドット符号は、各状態変数の時間微分値であることを示す。状態変数ｘとして、Ｙは、自車両の前後方向の位置を示し、Ｘは、自車両の横方向の位置を示し、θは、自車両の前後方向の傾きであり、βは、自車両の重心の横滑り角であり、γは、自車両のヨー角速度であり、δは、自車両の車輪の操舵角であり、Ｖは、自車両の速度であり、αは、自車両の加速度である。
【0081】
入力変数ｕとして、ｊは、自車両の加加速度であり、ωは、自車両の操舵角速度である。
【0082】
Ｉは、車両のヨー慣性モーメントであり、Ｍは、車両の質量であり、Ｌｆは、車両重心と前輪の車軸との間の距離であり、Ｌｒは、車両重心と後輪の車軸との間の距離である。Ｙｆは、前輪のコーナーリングフォースであり、Ｙｒは、後輪のコーナーリングフォースであり、Ｃｆは、前輪タイヤのコーナーリングスティフネスであり、Ｃｒは、後輪タイヤのコーナーリングスティフネスである。
【0083】
状態方程式は、現在の自車両の位置を基準にした自車両の座標系Ｘ、Ｙにおいて表せられている。図８に示すように、Ｘは、自車両の横方向であり、Ｙは、自車両の前後方向である。なお、自車両の座標系に代えて、目標走行軌道又は車線を基準にした座標系が用いられもよい。
【0084】
＜前後方向制御及び横方向制御のための評価関数＞
前後方向制御及び横方向制御を行う場合に、車両挙動の望ましさを評価する評価関数Ｊとして２次式の次式が用いられる。評価関数Ｊは、目標走行状態（目標走行軌道）と予測走行状態との差が小さくなるほど評価が高くなる（本例では、値が小さくなる）。なお、前後方向制御と横方向制御の制御内容に応じて、評価関数Ｊが変更されてもよい。
前後方向制御及び横方向制御を行う場合に、車両挙動の望ましさを評価する評価関数Ｊとして２次式の次式が用いられる。評価関数Ｊは、目標走行状態（目標走行軌道）と予測走行状態との差が小さくなるほど評価が高くなる（本例では、値が小さくなる）。なお、前後方向制御と横方向制御の制御内容に応じて、評価関数Ｊが変更されてもよい。
【数6】
【0085】
ここで、ｋ（ｋ＝０、１、・・・、Ｎ－１、Ｎ）は、予測期間の各時点を表す時点番号であり、ｋ＝０が現在であり、ｋ＝Ｎが、最終の予測時点を表す。時点番号ｋは、時間間隔ΔＴ毎に０からＮまで１つずつ増加される。よって、ｋ×ΔＴが、各時点ｋの現在からの経過時間である。ｙ（ｋ）は、各時点ｋにおける状態方程式の出力変数のベクトルであある。ｙｒｅｆ（ｋ）は、各時点ｋにおける出力変数の目標値のベクトルであり、各時点ｋの目標走行軌道の値が設定されている。Ｐは、最終の予測時点（ｋ＝Ｎ）における出力変数の目標値からの偏差に対する重みであり、Ｑは、最終の予測時点を除く将来の各時点（ｋ＝１、・・・、Ｎ－１）における出力変数の目標値からの偏差に対する重みである。この重みＰ、Ｑの項により、各時点における目標走行軌道からの車両の走行状態のズレが評価される。Ｒは、最終の予測時点を除く将来の各時点（ｋ＝１、・・・、Ｎ－１）における入力変数の目標値からの偏差に対する重みである。この重みＲの項により、自車両の加加速度ｊ及び操舵角速度ωが大きくなり過ぎないように評価される。よって、各重みＰ、Ｑ、Ｒの設定により、操舵角度の変動及び車両加速度の変動と、目標走行軌道への追従性とがバランスされ、運転者にとって違和感の少ない車両制御が行われる。
【0086】
各時点ｋの車両制御量の目標値は、最適化問題が解かれた後の各時点ｋの状態変数の最適値ｘ＊（ｋ）に含まれる操舵角δ＊（ｋ）及び加速度α＊（ｋ）に設定される。
【0087】
＜前後方向制御及び横方向制御のための設定数の制約条件＞
次式に、前後方向制御及び横方向制御を行う場合の設定数の制約条件を示す。本例では、設定数Ｄａｌｌ＝６に設定されている。第１の制約条件ｇ１は、加速度αを、正の上限値αＨにより上限制限し、第２の制約条件ｇ２は、加速度αを、負の下限値αＬにより下限制限する。乗り心地をよくするためである。第３の制約条件ｇ３は、操舵角速度ωを、正の上限値ωＨにより上限制限し、第４の制約条件ｇ４は、操舵角速度ωを、負の下限値ωＬにより下限制限する。乗り心地をよくするためである。また、第５の制約条件ｇ５は、横方向の位置Ｘを、正の上限値ＸＨにより上限制限し、第６の制約条件ｇ６は、横方向の位置Ｘを、負の下限値ＸＬにより下限制限する。予定している走行範囲からの逸脱を防止するためである。目標走行軌道がカーブしている場合は、各時点の上限値ＸＨ及び下限値ＸＬが、各時点の目標走行軌道に応じて変化されてもよい。なお、制約条件は、前後方向制御及び横方向制御の制御内容に応じて変化されてもよい。例えば、侵入禁止領域への侵入、又は障害物への接触を回避するために、任意の数の横方向の位置Ｘ及び前後方向の位置Ｙの制約条件が設定されてもよい。また、加速度αの制約条件が削除されてもよく、操舵角速度ωの制約条件が削除されてもよい。また、速度Ｖの制約条件が追加されてもよく、加加速度ｊの制約条件が追加されてもよく、操舵角δの制約条件が追加されてもよい。
次式に、前後方向制御及び横方向制御を行う場合の設定数の制約条件を示す。本例では、設定数Ｄａｌｌ＝６に設定されている。第１の制約条件ｇ１は、加速度αを、正の上限値αＨにより上限制限し、第２の制約条件ｇ２は、加速度αを、負の下限値αＬにより下限制限する。乗り心地をよくするためである。第３の制約条件ｇ３は、操舵角速度ωを、正の上限値ωＨにより上限制限し、第４の制約条件ｇ４は、操舵角速度ωを、負の下限値ωＬにより下限制限する。乗り心地をよくするためである。また、第５の制約条件ｇ５は、横方向の位置Ｘを、正の上限値ＸＨにより上限制限し、第６の制約条件ｇ６は、横方向の位置Ｘを、負の下限値ＸＬにより下限制限する。予定している走行範囲からの逸脱を防止するためである。目標走行軌道がカーブしている場合は、各時点の上限値ＸＨ及び下限値ＸＬが、各時点の目標走行軌道に応じて変化されてもよい。なお、制約条件は、前後方向制御及び横方向制御の制御内容に応じて変化されてもよい。例えば、侵入禁止領域への侵入、又は障害物への接触を回避するために、任意の数の横方向の位置Ｘ及び前後方向の位置Ｙの制約条件が設定されてもよい。また、加速度αの制約条件が削除されてもよく、操舵角速度ωの制約条件が削除されてもよい。また、速度Ｖの制約条件が追加されてもよく、加加速度ｊの制約条件が追加されてもよく、操舵角δの制約条件が追加されてもよい。
【数7】
【0088】
＜横方向制御のための車両モデル＞
次式に、横方向制御を行う場合の車両モデルの状態方程式を示す。式（１１）では、式（８）の状態方程式の７行目及８行目の自車両の速度Ｖ及び自車両の加速度αの時間微分値の行が削除されている。各時点ｋの自車両の速度Ｖ（ｋ）に、現在の時点ｋ＝０の自車両の速度Ｖ（０）が設定されればよい。各時点ｋの入力変数ｕ（ｋ）として、各時点ｋの自車両の操舵角速度ω（ｋ）が設定されている。なお、横方向制御の制御内容に応じて、状態方程式等が変更されてもよい。
次式に、横方向制御を行う場合の車両モデルの状態方程式を示す。式（１１）では、式（８）の状態方程式の７行目及８行目の自車両の速度Ｖ及び自車両の加速度αの時間微分値の行が削除されている。各時点ｋの自車両の速度Ｖ（ｋ）に、現在の時点ｋ＝０の自車両の速度Ｖ（０）が設定されればよい。各時点ｋの入力変数ｕ（ｋ）として、各時点ｋの自車両の操舵角速度ω（ｋ）が設定されている。なお、横方向制御の制御内容に応じて、状態方程式等が変更されてもよい。
【数8】
【0089】
＜横方向制御のための評価関数＞
横方向制御を行う場合に、車両挙動の望ましさを評価する評価関数Ｊとして２次式の次式が用いられる。評価関数Ｊは、目標走行状態（横方向の目標位置）と予測走行状態との差が小さくなるほど評価が高くなる（本例では、値が小さくなる）。なお、横方向制御の制御内容に応じて、評価関数Ｊが変更されてもよい。
横方向制御を行う場合に、車両挙動の望ましさを評価する評価関数Ｊとして２次式の次式が用いられる。評価関数Ｊは、目標走行状態（横方向の目標位置）と予測走行状態との差が小さくなるほど評価が高くなる（本例では、値が小さくなる）。なお、横方向制御の制御内容に応じて、評価関数Ｊが変更されてもよい。
【数9】
【0090】
各時点ｋの車両制御量の目標値は、最適化問題が解かれた後の各時点ｋの状態変数の最適値ｘ＊（ｋ）に含まれる操舵角δ＊（ｋ）に設定される。
【0091】
＜横方向制御のための設定数の制約条件＞
次式に、前後方向制御及び横方向制御を行う場合の設定数の制約条件を示す。本例では、設定数Ｄａｌｌ＝４に設定されている。第１の制約条件ｇ１は、操舵角速度ωを、正の上限値ωＨにより上限制限し、第２の制約条件ｇ２は、操舵角速度ωを、負の下限値ωＬにより下限制限する。乗り心地をよくするためである。また、第３の制約条件ｇ３は、横方向の位置Ｘを、正の上限値ＸＨにより上限制限し、第４の制約条件ｇ４は、横方向の位置Ｘを、負の下限値ＸＬにより下限制限する。なお、制約条件は、横方向制御の制御内容に応じて変化されてもよい。例えば、車線維持制御を行う場合は、車線の形状に合わせて、各時点の横方向の上限値ＸＨ及び下限値ＸＬが設定されてもよい。或いは、侵入禁止領域への侵入、又は障害物への接触を回避するために、任意の数の横方向の位置Ｘ及び前後方向の位置Ｙの制約条件が設定されてもよい。また、操舵角速度ωの制約条件が削除されてもよい。また、操舵角δの制約条件が追加されてもよい。
次式に、前後方向制御及び横方向制御を行う場合の設定数の制約条件を示す。本例では、設定数Ｄａｌｌ＝４に設定されている。第１の制約条件ｇ１は、操舵角速度ωを、正の上限値ωＨにより上限制限し、第２の制約条件ｇ２は、操舵角速度ωを、負の下限値ωＬにより下限制限する。乗り心地をよくするためである。また、第３の制約条件ｇ３は、横方向の位置Ｘを、正の上限値ＸＨにより上限制限し、第４の制約条件ｇ４は、横方向の位置Ｘを、負の下限値ＸＬにより下限制限する。なお、制約条件は、横方向制御の制御内容に応じて変化されてもよい。例えば、車線維持制御を行う場合は、車線の形状に合わせて、各時点の横方向の上限値ＸＨ及び下限値ＸＬが設定されてもよい。或いは、侵入禁止領域への侵入、又は障害物への接触を回避するために、任意の数の横方向の位置Ｘ及び前後方向の位置Ｙの制約条件が設定されてもよい。また、操舵角速度ωの制約条件が削除されてもよい。また、操舵角δの制約条件が追加されてもよい。
【数10】
【0092】
＜前後方向制御のための車両モデル＞
次式に、前後方向制御を行う場合の車両モデルの状態方程式を示す。式（１４）では、式（８）から前後方向の挙動に関する行以外が削除されている。各時点ｋの自車両の速度Ｖ（ｋ）に、現在の時点ｋ＝０の自車両の速度Ｖ（０）が設定されればよい。各時点ｋの入力変数ｕ（ｋ）として、各時点ｋの自車両の加加速度ｊ（ｋ）が設定されている。なお、前後方向制御の制御内容に応じて、状態方程式等が変更されてもよい。
次式に、前後方向制御を行う場合の車両モデルの状態方程式を示す。式（１４）では、式（８）から前後方向の挙動に関する行以外が削除されている。各時点ｋの自車両の速度Ｖ（ｋ）に、現在の時点ｋ＝０の自車両の速度Ｖ（０）が設定されればよい。各時点ｋの入力変数ｕ（ｋ）として、各時点ｋの自車両の加加速度ｊ（ｋ）が設定されている。なお、前後方向制御の制御内容に応じて、状態方程式等が変更されてもよい。
【数11】
【0093】
＜前後方向制御のための評価関数＞
前後方向制御を行う場合に、車両挙動の望ましさを評価する評価関数Ｊとして２次式の次式が用いられる。評価関数Ｊは、目標走行状態（前後方向の目標位置）と予測走行状態との差が小さくなるほど評価が高くなる（本例では、値が小さくなる）。なお、前後方向制御の制御内容に応じて、評価関数Ｊが変更されてもよい。
前後方向制御を行う場合に、車両挙動の望ましさを評価する評価関数Ｊとして２次式の次式が用いられる。評価関数Ｊは、目標走行状態（前後方向の目標位置）と予測走行状態との差が小さくなるほど評価が高くなる（本例では、値が小さくなる）。なお、前後方向制御の制御内容に応じて、評価関数Ｊが変更されてもよい。
【数12】
【0094】
各時点ｋの車両制御量の目標値は、最適化問題が解かれた後の各時点ｋの状態変数の最適値ｘ＊（ｋ）に含まれる加速度α＊（ｋ）に設定される。
【0095】
＜前後方向制御のための設定数の制約条件＞
次式に、前後方向制御を行う場合の設定数の制約条件を示す。本例では、設定数Ｄａｌｌ＝４に設定されている。第１の制約条件ｇ１は、加速度αを、正の上限値αＨにより上限制限し、第２の制約条件ｇ２は、加速度αを、負の下限値αＬにより下限制限する。乗り心地をよくするためである。第３の制約条件ｇ３は、前後方向の位置Ｙを、正の上限値ＹＨにより上限制限し、第４の制約条件ｇ４は、前後方向の位置Ｙを、負の下限値ＹＬにより下限制限する。例えば、前後の他車両との車間距離を保つために用いられる。各時点の前後方向の上限値ＹＨ及び下限値ＹＬが、各時点で変化されてもよい。なお、制約条件は、前後方向制御の制御内容に応じて変化されてもよい。例えば、前後方向の上限値ＹＨを制限する制約条件、及び前後方向の下限値ＹＬを制限する制約条件の一方又は双方が削除されてもよい。また、加速度αの制約条件が削除されてもよい。また、速度Ｖの制約条件が追加されてもよく、加加速度ｊの制約条件が追加されてもよい。
次式に、前後方向制御を行う場合の設定数の制約条件を示す。本例では、設定数Ｄａｌｌ＝４に設定されている。第１の制約条件ｇ１は、加速度αを、正の上限値αＨにより上限制限し、第２の制約条件ｇ２は、加速度αを、負の下限値αＬにより下限制限する。乗り心地をよくするためである。第３の制約条件ｇ３は、前後方向の位置Ｙを、正の上限値ＹＨにより上限制限し、第４の制約条件ｇ４は、前後方向の位置Ｙを、負の下限値ＹＬにより下限制限する。例えば、前後の他車両との車間距離を保つために用いられる。各時点の前後方向の上限値ＹＨ及び下限値ＹＬが、各時点で変化されてもよい。なお、制約条件は、前後方向制御の制御内容に応じて変化されてもよい。例えば、前後方向の上限値ＹＨを制限する制約条件、及び前後方向の下限値ＹＬを制限する制約条件の一方又は双方が削除されてもよい。また、加速度αの制約条件が削除されてもよい。また、速度Ｖの制約条件が追加されてもよく、加加速度ｊの制約条件が追加されてもよい。
【数13】
【0096】
２．実施の形態２
実施の形態２に係る最適演算装置及び車両制御装置５０について図面を参照して説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る最適演算装置及び車両制御装置５０の基本の構成は実施の形態１と同様であるが、演算中断部５５の処理の一部が実施の形態１と異なる。
実施の形態２に係る最適演算装置及び車両制御装置５０について図面を参照して説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る最適演算装置及び車両制御装置５０の基本の構成は実施の形態１と同様であるが、演算中断部５５の処理の一部が実施の形態１と異なる。
【0097】
演算中断部５５は、最適値候補演算の繰り返し中に、各最適値候補演算に用いられる有効制約条件の数Ｄａｃｔに基づいて、最適値候補演算の繰り返しを中断するか否かを判定する。そして、最適値演算部５４は、最適値候補演算の繰り返しを中断すると判定された場合は、最適値候補演算の繰り返しを中断し、最適値候補演算の繰り返しを中断する前に演算された入力変数及び状態変数に基づいて、入力変数及び状態変数の最適値を演算する。
【0098】
実施の形態１と異なり、演算中断部５５は、最適値候補演算の繰り返し中に、次回の最適値候補演算に用いられる有効制約条件の数Ｄａｃｔに基づいて演算処理負荷のコストＣｓｔを演算し、演算処理負荷のコストＣｓｔの累積値Ｉｎｔｃが、累積上限値ＴＨｉｎｔを超えた場合は、最適値候補演算の繰り返しを中断すると判定し、それ以外の場合は、最適値候補演算の繰り返しを中断しないと判定する。
【0099】
図４を用いて説明したように、各最適値候補演算に用いられる有効制約条件の数Ｄａｃｔが増加するに従って、１回の最適値候補演算の演算処理負荷が増加する。上記の構成によれば、各最適値候補演算の有効制約条件の数Ｄａｃｔの大小にかかわらず、最適値候補演算の繰り返しによる演算処理負荷の累積値を評価し、演算処理負荷の累積値が大きくなることを未然に抑制できる。よって、演算処理負荷の最大累積値を低減し、演算処理能力が低い廉価な演算処理装置を採用することができる。
【0100】
例えば、図９に示すように、最初の最適値候補演算の有効制約条件の数Ｄａｃｔが同じであっても、最適値候補演算の繰り返し中に有効制約条件の数Ｄａｃｔが次第に増加する場合は、演算処理負荷のコストの累積値Ｉｎｔｃの増加速度が大きくなり、繰り返し回数Ｎｉｔが小さい段階で、累積値Ｉｎｔｃが累積上限値ＴＨｉｎｔに到達し、最適値候補演算の繰り返しが中断される。一方、最適値候補演算の繰り返し中に、有効制約条件の数Ｄａｃｔが増加と減少とを繰り返し、次第に増加しない場合は、演算処理負荷のコストの累積値Ｉｎｔｃの増加速度が大きくならず、繰り返し回数Ｎｉｔが大きくなっても、累積値Ｉｎｔｃが累積上限値ＴＨｉｎｔに到達せず、最適値候補演算の繰り返しが継続される。なお、最適値候補演算の繰り返しは、繰り返し回数Ｎｉｔが上限値を超えた場合に終了されてもよい。
【0101】
図１０に示すように、演算中断部５５は、次回の最適値候補演算を開始する前に、有効制約条件の数Ｄａｃｔと演算処理負荷のコストＣｓｔとの関係が予め設定されたテーブルデータを参照し、次回の最適値候補演算に用いられる有効制約条件の数Ｄａｃｔに対応する演算処理負荷のコストＣｓｔを演算する。そして、演算中断部５５は、次式に示すように、次回の最適値候補演算の演算処理負荷のコストＣｓｔを、前回演算された累積値Ｉｎｔｃに加算して、累積値Ｉｎｔｃを更新する。
Ｉｎｔｃ←Ｉｎｔｃ＋Ｃｓｔ ・・・（１７）
Ｉｎｔｃ←Ｉｎｔｃ＋Ｃｓｔ ・・・（１７）
【0102】
＜処理の例＞
本実施の形態に係る演算中断部５５の処理を、図１１のフローチャートに示すように構成できる。図１１のフローチャートの処理は、演算周期ごとに実行される。ステップＳ３１からステップＳ３７、及びステップＳ４０からステップＳ４４の処理は、それぞれ、実施の形態１の図５のステップＳ１１からステップＳ１７、及びステップＳ２１からステップＳ２５の処理と同様であるので、説明を省略する。
本実施の形態に係る演算中断部５５の処理を、図１１のフローチャートに示すように構成できる。図１１のフローチャートの処理は、演算周期ごとに実行される。ステップＳ３１からステップＳ３７、及びステップＳ４０からステップＳ４４の処理は、それぞれ、実施の形態１の図５のステップＳ１１からステップＳ１７、及びステップＳ２１からステップＳ２５の処理と同様であるので、説明を省略する。
【0103】
ステップＳ３８で、演算中断部５５は、ステップＳ３５又はステップＳ３７で追加又は削除を行った後の次回の最適値候補演算において用いる有効制約条件の数Ｄａｃｔに基づいて、次回の最適値候補演算の演算処理負荷のコストＣｓｔを演算し、次回の最適値候補演算の演算処理負荷のコストＣｓｔを、前回演算された累積値Ｉｎｔｃに加算して、累積値Ｉｎｔｃを更新する。なお、累積値Ｉｎｔの初期値は０に設定される。
【0104】
ステップＳ３９で、演算中断部５５は、演算処理負荷のコストの累積値Ｉｎｔｃが、累積上限値ＴＨｉｎｔを超えたか否かを判定し、累積上限値ＴＨｉｎｔを超えた場合は、最適値候補演算の繰り返しを中断すると判定してステップＳ４０に進み、累積上限値ＴＨｉｎｔを超えていない場合は、最適値候補演算の繰り返しを中断しないと判定し、ステップＳ３３に戻り、最適値候補演算の繰り返しを継続する。
【0105】
＜累積上限値ＴＨｉｎｔの設定＞
車両制御の制御内容に応じて、入力変数ｕの数及び状態変数ｘの数が変化するので、同じ有効制約条件の数Ｄａｃｔでも、車両制御の制御内容に応じて、各最適値候補演算の演算処理負荷が変化し、演算処理負荷の累積値の増加速度が変化する。
車両制御の制御内容に応じて、入力変数ｕの数及び状態変数ｘの数が変化するので、同じ有効制約条件の数Ｄａｃｔでも、車両制御の制御内容に応じて、各最適値候補演算の演算処理負荷が変化し、演算処理負荷の累積値の増加速度が変化する。
【0106】
そこで、本実施の形態では、演算中断部５５は、車両制御の制御内容に基づいて、有効制約条件の数Ｄａｃｔに対する演算処理負荷のコストＣｓｔの設定を変化させる。
【0107】
この構成によれば、車両制御の制御内容に応じて変化する、有効制約条件の数Ｄａｃｔに対する演算処理負荷を精度よく評価することができ、演算処理負荷の累積値が大きくなり過ぎることを未然に抑制できる。
【0108】
例えば、図１２に示すように、演算中断部５５は、状態変数ｘの数及び入力変数ｕの数が増加するに従って、有効制約条件の数Ｄａｃｔに対する演算処理負荷のコストＣｓｔを増加させる。
【0109】
この構成によれば、状態変数ｘの数及び入力変数ｕの数が大きく、同じ有効制約条件の数Ｄａｃｔでも、各最適値候補演算の演算処理負荷が大きくなる場合に、有効制約条件の数Ｄａｃｔに対する演算処理負荷のコストＣｓｔを増加させて、コストの累積値Ｉｎｔｃの増加速度を増加させ、演算処理負荷の累積値を精度よく評価できる。一方、状態変数ｘの数及び入力変数ｕの数が小さく、同じ有効制約条件の数Ｄａｃｔでも、各最適値候補演算の演算処理負荷が小さくなる場合に、有効制約条件の数Ｄａｃｔに対する演算処理負荷のコストＣｓｔを減少させて、コストの累積値Ｉｎｔｃの増加速度を減少させ、演算処理負荷の累積値を精度よく評価できる。よって、状態変数ｘの数及び入力変数ｕの数の大小にかかわらず、演算処理負荷の累積値を適切に上限制限することができる。
【0110】
本実施の形態では、演算中断部５５は、前後方向制御と横方向制御との双方を実行する場合における有効制約条件の数Ｄａｃｔに対する演算処理負荷のコストＣｓｔを、前後方向制御と横方向制御との一方を実行する場合における有効制約条件の数Ｄａｃｔに対する演算処理負荷のコストＣｓｔよりも大きくする。
【0111】
この構成によれば、前後方向制御及び横方向制御の双方を実行する場合の状態変数ｘの数及び入力変数ｕの数は、前後方向制御及び横方向制御の一方を実行する場合の状態変数ｘの数及び入力変数ｕの数よりも大きく、同じ有効制約条件の数Ｄａｃｔでも、各最適値候補演算の演算処理負荷が大きくなる。上記の構成によれば、前後方向制御及び横方向制御の一方又は双方が実行されるかにかかわらず、演算処理負荷の累積値を精度よく評価できる。よって、演算処理負荷の最大累積値を低減し、演算処理能力が低い廉価な演算処理装置を採用することができる。
【0112】
この有効制約条件の数Ｄａｃｔに対する演算処理負荷のコストＣｓｔの設定処理は、例えば、図１３のフローチャートに示すように構成される。ステップＳ６１で、演算中断部５５は、現在実行中の車両制御の制御内容を取得する。ステップＳ６２で、演算中断部５５は、現在の制御内容が、前後方向制御及び横方向制御の双方であるか否かを判定し、双方である場合は、ステップＳ６３に進み、一方である場合は、ステップＳ６４に進む。ステップＳ６４で、演算中断部５５は、現在の制御内容が、横方向制御のみであるか否かを判定し、横方向制御のみである場合は、ステップＳ６５に進み、横方向制御のみでなく、前後方向制御のみである場合は、ステップＳ６６に進む。
【0113】
図１４に示すように、ステップＳ６３で、演算中断部５５は、有効制約条件の数Ｄａｃｔに対する演算処理負荷のコストＣｓｔの設定を、前後方向制御及び横方向制御用のコストの設定値Ｃｓｔ１に設定する。ステップＳ６５で、演算中断部５５は、有効制約条件の数Ｄａｃｔに対する演算処理負荷のコストＣｓｔの設定を、横方向制御用のコストの設定値Ｃｓｔ２に設定する。ステップＳ６６で、演算中断部５５は、有効制約条件の数Ｄａｃｔに対する演算処理負荷のコストＣｓｔの設定を、前後方向制御用のコストの設定値Ｃｓｔ３に設定する。各有効制約条件の数Ｄａｃｔにおいて、前後方向制御及び横方向制御用のコストの設定値Ｃｓｔ１は、横方向制御用のコストの設定値Ｃｓｔ２及び前後方向制御用のコストの設定値Ｃｓｔ３よりも大きい（Ｃｓｔ１＞Ｃｓｔ２、Ｃｓｔ３）。なお、各有効制約条件の数Ｄａｃｔにおいて、横方向制御用のコストの設定値Ｃｓｔ２は、前後方向制御用のコストの設定値Ｃｓｔ３よりも大きくてもよい（Ｃｓｔ２＞Ｃｓｔ３）。
【0114】
なお、前後方向制御及び横方向制御の制御内容、前後方向制御の制御内容、及び横方向制御の制御内容に基づいて、より細かく、有効制約条件の数Ｄａｃｔに対する演算処理負荷のコストＣｓｔが設定されてもよい。
【0115】
＜その他の実施の形態＞
上記の各実施の形態では、状態方程式に車両モデルが用いられ、車両制御の最適化問題が解かれる場合を例に説明した。しかし、状態方程式に、各種の制御対象の式が用いられてよく、最適演算装置は、各種の制御対象の最適化問題に適用されてもよい。
上記の各実施の形態では、状態方程式に車両モデルが用いられ、車両制御の最適化問題が解かれる場合を例に説明した。しかし、状態方程式に、各種の制御対象の式が用いられてよく、最適演算装置は、各種の制御対象の最適化問題に適用されてもよい。
【0116】
この場合でも、最適値演算部５４は、最適値が用いられる制御内容に基づいて、入力変数ｕ、状態変数ｘ、及び設定数の制約条件を設定すればよい。そして、実施の形態１に対応する構成では、演算中断部５５は、制御内容に基づいて、制約数上限閾値ＴＨｄａｃｔ及び回数上限閾値ＴＨｎｉｔを設定すればよい。この場合は、演算中断部５５は、状態変数ｘの数及び入力変数ｕの数が増加するに従って、制約数上限閾値ＴＨｄａｃｔを増加させると共に回数上限閾値ＴＨｎｉｔを減少させればよい。或いは、実施の形態２に対応する構成では、演算中断部５５は、制御内容に基づいて、有効制約条件の数Ｄａｃｔに対する演算処理負荷のコストＣｓｔの設定を変化させればよい。この場合は、演算中断部５５は、状態変数ｘの数及び入力変数ｕの数が増加するに従って、有効制約条件の数Ｄａｃｔに対する演算処理負荷のコストＣｓｔを増加させればよい。
【0117】
上記の各実施の形態では、最適化問題には、カルーシュ・クーン・タッカー条件（ＫＴＫ条件）が用いられる場合を例に説明した。しかし、最適化問題の解法として、各種の解法が用いられもよい。
【0118】
＜本願の諸態様のまとめ＞
以下、本願の諸態様を付記としてまとめて記載する。
以下、本願の諸態様を付記としてまとめて記載する。
【0119】
（付記１）
予測期間の各時点の入力変数を入力として前記予測期間の各時点の状態変数を演算する状態方程式を用い、前記入力変数及び前記状態変数を評価する評価関数、及び前記入力変数又は前記状態変数を制約する１以上の設定数の制約条件を有する最適化問題を解くように、最適値候補演算の繰り返しごとに、前記設定数の前記制約条件の内で前記最適値候補演算に用いる前記制約条件である有効制約条件を追加又は削除しながら、前記入力変数及び前記状態変数の最適値の候補を演算する前記最適値候補演算を繰り返し行い、前記最適値の候補に基づいて、前記予測期間の各時点の前記入力変数及び前記状態変数の最適値を演算する最適値演算部と、
前記最適値候補演算の繰り返し中に、各前記最適値候補演算に用いられる前記有効制約条件の数に基づいて、前記最適値候補演算の繰り返しを中断するか否かを判定する演算中断部と、を備え、
前記最適値演算部は、前記最適値候補演算の繰り返しを中断すると判定された場合は、前記最適値候補演算の繰り返しを中断し、前記最適値候補演算の繰り返しを中断する前に演算された前記入力変数及び前記状態変数の前記最適値の候補に基づいて、前記入力変数及び前記状態変数の前記最適値を演算する最適演算装置。
予測期間の各時点の入力変数を入力として前記予測期間の各時点の状態変数を演算する状態方程式を用い、前記入力変数及び前記状態変数を評価する評価関数、及び前記入力変数又は前記状態変数を制約する１以上の設定数の制約条件を有する最適化問題を解くように、最適値候補演算の繰り返しごとに、前記設定数の前記制約条件の内で前記最適値候補演算に用いる前記制約条件である有効制約条件を追加又は削除しながら、前記入力変数及び前記状態変数の最適値の候補を演算する前記最適値候補演算を繰り返し行い、前記最適値の候補に基づいて、前記予測期間の各時点の前記入力変数及び前記状態変数の最適値を演算する最適値演算部と、
前記最適値候補演算の繰り返し中に、各前記最適値候補演算に用いられる前記有効制約条件の数に基づいて、前記最適値候補演算の繰り返しを中断するか否かを判定する演算中断部と、を備え、
前記最適値演算部は、前記最適値候補演算の繰り返しを中断すると判定された場合は、前記最適値候補演算の繰り返しを中断し、前記最適値候補演算の繰り返しを中断する前に演算された前記入力変数及び前記状態変数の前記最適値の候補に基づいて、前記入力変数及び前記状態変数の前記最適値を演算する最適演算装置。
【0120】
（付記２）
前記演算中断部は、前記最適値候補演算の繰り返し中に、次回の前記最適値候補演算に用いられる前記有効制約条件の数が、制約数上限閾値を超えた場合は、前記最適値候補演算の繰り返しを中断すると判定し、前記制約数上限閾値を超えていない場合は、前記最適値候補演算の繰り返しを中断しないと判定する付記１に記載の最適演算装置。
前記演算中断部は、前記最適値候補演算の繰り返し中に、次回の前記最適値候補演算に用いられる前記有効制約条件の数が、制約数上限閾値を超えた場合は、前記最適値候補演算の繰り返しを中断すると判定し、前記制約数上限閾値を超えていない場合は、前記最適値候補演算の繰り返しを中断しないと判定する付記１に記載の最適演算装置。
【0121】
（付記３）
前記演算中断部は、前記最適値候補演算の繰り返し中に、次回の前記最適値候補演算に用いられる前記有効制約条件の数に基づいて演算処理負荷のコストを演算し、前記演算処理負荷のコストの累積値が、累積上限値を超えた場合は、前記最適値候補演算の繰り返しを中断すると判定し、前記累積上限値を超えていない場合は、前記最適値候補演算の繰り返しを中断しないと判定する付記１に記載の最適演算装置。
前記演算中断部は、前記最適値候補演算の繰り返し中に、次回の前記最適値候補演算に用いられる前記有効制約条件の数に基づいて演算処理負荷のコストを演算し、前記演算処理負荷のコストの累積値が、累積上限値を超えた場合は、前記最適値候補演算の繰り返しを中断すると判定し、前記累積上限値を超えていない場合は、前記最適値候補演算の繰り返しを中断しないと判定する付記１に記載の最適演算装置。
【0122】
（付記４）
前記最適値演算部は、前記最適値候補演算の繰り返しを中断した場合は、前記最適値が、前記最適値候補演算の中断により演算されたことを表す状態信号を出力する付記１から３のいずれか一項に記載の最適演算装置。
前記最適値演算部は、前記最適値候補演算の繰り返しを中断した場合は、前記最適値が、前記最適値候補演算の中断により演算されたことを表す状態信号を出力する付記１から３のいずれか一項に記載の最適演算装置。
【0123】
（付記５）
前記最適値演算部は、前記最適値候補演算の繰り返しを中断し、中断する前の前記最適値候補演算で演算された前記入力変数及び前記状態変数の前記最適値の候補が前記設定数の制約条件を満たす場合は、中断する前の前記最適値候補演算で演算された前記入力変数及び前記状態変数の前記最適値の候補を、前記入力変数及び前記状態変数の前記最適値として設定する付記１から４のいずれか一項に記載の最適演算装置。
前記最適値演算部は、前記最適値候補演算の繰り返しを中断し、中断する前の前記最適値候補演算で演算された前記入力変数及び前記状態変数の前記最適値の候補が前記設定数の制約条件を満たす場合は、中断する前の前記最適値候補演算で演算された前記入力変数及び前記状態変数の前記最適値の候補を、前記入力変数及び前記状態変数の前記最適値として設定する付記１から４のいずれか一項に記載の最適演算装置。
【0124】
（付記６）
前記最適値演算部は、前回の前記最適値候補演算において用いたが、実際に前記入力変数又は前記状態変数の前記最適値の候補を制約していない前記有効制約条件を前記有効制約条件から削除し、前回の前記最適値候補演算において用いられていないが前記入力変数又は前記状態変数の前記最適値の候補を制約する必要がある前記制約条件を前記有効制約条件に追加することにより、次回の前記最適値候補演算において用いる前記有効制約条件を追加又は削除し、
前回の前記最適値候補演算で用いた前記有効制約条件と、次回の前記最適値候補演算において用いる前記有効制約条件とが同じ場合は、前記最適値候補演算の繰り返しを終了し、前回の前記最適値候補演算において演算された前記入力変数及び前記状態変数の前記最適値の候補を、前記入力変数及び前記状態変数の前記最適値として設定する付記１から５のいずれか一項に記載の最適演算装置。
前記最適値演算部は、前回の前記最適値候補演算において用いたが、実際に前記入力変数又は前記状態変数の前記最適値の候補を制約していない前記有効制約条件を前記有効制約条件から削除し、前回の前記最適値候補演算において用いられていないが前記入力変数又は前記状態変数の前記最適値の候補を制約する必要がある前記制約条件を前記有効制約条件に追加することにより、次回の前記最適値候補演算において用いる前記有効制約条件を追加又は削除し、
前回の前記最適値候補演算で用いた前記有効制約条件と、次回の前記最適値候補演算において用いる前記有効制約条件とが同じ場合は、前記最適値候補演算の繰り返しを終了し、前回の前記最適値候補演算において演算された前記入力変数及び前記状態変数の前記最適値の候補を、前記入力変数及び前記状態変数の前記最適値として設定する付記１から５のいずれか一項に記載の最適演算装置。
【0125】
（付記７）
前記最適化問題は、前記評価関数の勾配、及び前記有効制約条件の勾配をラグランジュ乗数で線形結合した、前記最適値が満たすべき最適条件であるカルーシュ・クーン・タッカー条件を有する付記１から６のいずれか一項に記載の最適演算装置。
前記最適化問題は、前記評価関数の勾配、及び前記有効制約条件の勾配をラグランジュ乗数で線形結合した、前記最適値が満たすべき最適条件であるカルーシュ・クーン・タッカー条件を有する付記１から６のいずれか一項に記載の最適演算装置。
【0126】
（付記８）
前記最適値演算部は、前記最適値を用いる制御内容に基づいて、前記入力変数、前記状態変数、及び前記設定数の制約条件を設定し、
前記演算中断部は、前記最適値候補演算の繰り返し中に、前記最適値候補演算の繰り返し中に、次回の前記最適値候補演算に用いられる前記有効制約条件の数が、前記制約数上限閾値を超えていない場合において、繰り返し回数が、回数上限閾値を超えた場合は、前記最適値候補演算の繰り返しを中断すると判定し、前記回数上限閾値を超えていない場合は、前記最適値候補演算の繰り返しを中断しないと判定し、
前記演算中断部は、前記制御内容に基づいて、前記制約数上限閾値及び前記回数上限閾値を設定する付記２に記載の最適演算装置。
前記最適値演算部は、前記最適値を用いる制御内容に基づいて、前記入力変数、前記状態変数、及び前記設定数の制約条件を設定し、
前記演算中断部は、前記最適値候補演算の繰り返し中に、前記最適値候補演算の繰り返し中に、次回の前記最適値候補演算に用いられる前記有効制約条件の数が、前記制約数上限閾値を超えていない場合において、繰り返し回数が、回数上限閾値を超えた場合は、前記最適値候補演算の繰り返しを中断すると判定し、前記回数上限閾値を超えていない場合は、前記最適値候補演算の繰り返しを中断しないと判定し、
前記演算中断部は、前記制御内容に基づいて、前記制約数上限閾値及び前記回数上限閾値を設定する付記２に記載の最適演算装置。
【0127】
（付記９）
前記最適値演算部は、車両制御に係る前記入力変数を用い、車両の挙動を表す前記状態変数を用い、前記予測期間の各時点の前記入力変数及び前記状態変数の前記最適値に基づいて、前記予測期間の各時点の車両制御量の目標値を設定し、前記車両制御の制御内容に基づいて、前記入力変数、前記状態変数、前記状態方程式、前記車両制御量の目標値、及び前記設定数の制約条件を設定し、
前記演算中断部は、前記最適値候補演算の繰り返し中に、次回の前記最適値候補演算に用いられる前記有効制約条件の数が、前記制約数上限閾値を超えていない場合において、繰り返し回数が、回数上限閾値を超えた場合は、前記最適値候補演算の繰り返しを中断すると判定し、前記回数上限閾値を超えていない場合は、前記最適値候補演算の繰り返しを中断しないと判定し、
前記車両制御の制御内容に基づいて、前記制約数上限閾値及び前記回数上限閾値を設定する付記２に記載の最適演算装置。
前記最適値演算部は、車両制御に係る前記入力変数を用い、車両の挙動を表す前記状態変数を用い、前記予測期間の各時点の前記入力変数及び前記状態変数の前記最適値に基づいて、前記予測期間の各時点の車両制御量の目標値を設定し、前記車両制御の制御内容に基づいて、前記入力変数、前記状態変数、前記状態方程式、前記車両制御量の目標値、及び前記設定数の制約条件を設定し、
前記演算中断部は、前記最適値候補演算の繰り返し中に、次回の前記最適値候補演算に用いられる前記有効制約条件の数が、前記制約数上限閾値を超えていない場合において、繰り返し回数が、回数上限閾値を超えた場合は、前記最適値候補演算の繰り返しを中断すると判定し、前記回数上限閾値を超えていない場合は、前記最適値候補演算の繰り返しを中断しないと判定し、
前記車両制御の制御内容に基づいて、前記制約数上限閾値及び前記回数上限閾値を設定する付記２に記載の最適演算装置。
【0128】
（付記１０）
前記最適値演算部は、前記車両制御の制御内容として、車両の前後方向の挙動を制御する前後方向制御と車両の横方向の挙動を制御する横方向制御との一方又は双方を選択的に実行し、
前記演算中断部は、前記前後方向制御と前記横方向制御との双方を実行する場合の前記制約数上限閾値を、前記前後方向制御と前記横方向制御との一方を実行する場合の前記制約数上限閾値よりも大きくし、前記前後方向制御と前記横方向制御との双方を実行する場合の前記回数上限閾値を、前記前後方向制御と前記横方向制御との一方を実行する場合の前記回数上限閾値よりも小さくする付記９に記載の最適演算装置。
前記最適値演算部は、前記車両制御の制御内容として、車両の前後方向の挙動を制御する前後方向制御と車両の横方向の挙動を制御する横方向制御との一方又は双方を選択的に実行し、
前記演算中断部は、前記前後方向制御と前記横方向制御との双方を実行する場合の前記制約数上限閾値を、前記前後方向制御と前記横方向制御との一方を実行する場合の前記制約数上限閾値よりも大きくし、前記前後方向制御と前記横方向制御との双方を実行する場合の前記回数上限閾値を、前記前後方向制御と前記横方向制御との一方を実行する場合の前記回数上限閾値よりも小さくする付記９に記載の最適演算装置。
【0129】
（付記１１）
前記最適値演算部は、前記状態変数の数及び前記入力変数の数が増加するに従って、前記制約数上限閾値を増加させると共に前記回数上限閾値を減少させる付記８から１０のいずれか一項に記載の最適演算装置。
前記最適値演算部は、前記状態変数の数及び前記入力変数の数が増加するに従って、前記制約数上限閾値を増加させると共に前記回数上限閾値を減少させる付記８から１０のいずれか一項に記載の最適演算装置。
【0130】
（付記１２）
前記最適値演算部は、前記最適値を用いる制御内容に基づいて、前記入力変数、前記状態変数、及び前記設定数の制約条件を設定し、
前記演算中断部は、前記制御内容に基づいて、前記有効制約条件の数に対する前記演算処理負荷のコストの設定を変化させる付記３に記載の最適演算装置。
前記最適値演算部は、前記最適値を用いる制御内容に基づいて、前記入力変数、前記状態変数、及び前記設定数の制約条件を設定し、
前記演算中断部は、前記制御内容に基づいて、前記有効制約条件の数に対する前記演算処理負荷のコストの設定を変化させる付記３に記載の最適演算装置。
【0131】
（付記１３）
前記最適値演算部は、車両制御に係る前記入力変数を用い、車両の挙動を表す前記状態変数を用い、前記予測期間の各時点の前記入力変数及び前記状態変数の前記最適値に基づいて、前記予測期間の各時点の車両制御量の目標値を設定し、前記車両制御の制御内容に基づいて、前記入力変数、前記状態変数、前記状態方程式、前記車両制御量の目標値、及び前記設定数の制約条件を設定し、
前記演算中断部は、前記車両制御の制御内容に基づいて、前記有効制約条件の数に対する前記演算処理負荷のコストの設定を変化させる付記３に記載の最適演算装置。
前記最適値演算部は、車両制御に係る前記入力変数を用い、車両の挙動を表す前記状態変数を用い、前記予測期間の各時点の前記入力変数及び前記状態変数の前記最適値に基づいて、前記予測期間の各時点の車両制御量の目標値を設定し、前記車両制御の制御内容に基づいて、前記入力変数、前記状態変数、前記状態方程式、前記車両制御量の目標値、及び前記設定数の制約条件を設定し、
前記演算中断部は、前記車両制御の制御内容に基づいて、前記有効制約条件の数に対する前記演算処理負荷のコストの設定を変化させる付記３に記載の最適演算装置。
【0132】
（付記１４）
前記最適値演算部は、前記車両制御の制御内容として、車両の前後方向の挙動を制御する前後方向制御と車両の横方向の挙動を制御する横方向制御との一方又は双方を選択的に実行し、
前記演算中断部は、前記前後方向制御と前記横方向制御との双方を実行する場合における前記有効制約条件の数に対する前記演算処理負荷のコストを、前記前後方向制御と前記横方向制御との一方を実行する場合における前記有効制約条件の数に対する前記演算処理負荷のコストよりも大きくする付記１３に記載の最適演算装置。
前記最適値演算部は、前記車両制御の制御内容として、車両の前後方向の挙動を制御する前後方向制御と車両の横方向の挙動を制御する横方向制御との一方又は双方を選択的に実行し、
前記演算中断部は、前記前後方向制御と前記横方向制御との双方を実行する場合における前記有効制約条件の数に対する前記演算処理負荷のコストを、前記前後方向制御と前記横方向制御との一方を実行する場合における前記有効制約条件の数に対する前記演算処理負荷のコストよりも大きくする付記１３に記載の最適演算装置。
【0133】
（付記１５）
前記最適値演算部は、前記状態変数の数及び前記入力変数の数が増加するに従って、前記有効制約条件の数に対する前記演算処理負荷のコストを増加させる付記１２から１４のいずれか一項に記載の最適演算装置。
前記最適値演算部は、前記状態変数の数及び前記入力変数の数が増加するに従って、前記有効制約条件の数に対する前記演算処理負荷のコストを増加させる付記１２から１４のいずれか一項に記載の最適演算装置。
【0134】
本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
【符号の説明】
【0135】
５４：最適値演算部、５５：演算中断部、Ｃｓｔ：演算処理負荷のコスト、Ｄａｌｌ：制約条件の設定数、Ｄａｃｔ：有効制約条件の数、Ｉｎｔｃ：コストの累積値、Ｎｉｔ：繰り返し回数、ＴＨｄａｃｔ：制約数上限閾値、ＴＨｉｎｔ：累積上限値、ＴＨｎｉｔ：回数上限閾値、ｇ：制約条件、ｇａｃｔ：有効制約条件、ｋ：各時点、ｕ：入力変数、ｕｔｍｐ：入力変数の候補、ｕ＊：入力変数の最適値、ｘ：状態変数、ｘｔｍｐ：状態変数の候補、ｘ＊：状態変数の最適値
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】