知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-06-10
(45)【発行日】2024-06-18
(54)【発明の名称】車両制御装置
(51)【国際特許分類】
B60W 30/12 20200101AFI20240611BHJP
【ＦＩ】
B60W30/12
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2021051913
(22)【出願日】2021-03-25
(65)【公開番号】P2022149658
(43)【公開日】2022-10-07
【審査請求日】2023-08-22
(73)【特許権者】
【識別番号】000003137
【氏名又は名称】マツダ株式会社
(72)【発明者】
【氏名】大村 博志
【審査官】鶴江 陽介
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１７／０４７２６１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００７－２６１４５２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－７７２９０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－１７９１４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ６０Ｗ ３０／００－６０／００
Ｇ０８Ｇ １／００－ １／１６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
車両の車線変更を支援する車両制御装置であって、前記車両制御装置は、前記車両の走行における制約条件を決定する制約条件決定部と、
前記制約条件下で、前記車両の舵角を含む制御目標値を決定する制御目標決定部と、
前記制約条件の決定と、前記制御目標値の決定と、を含む一連の処理フローを、所定の制御周期ごとに繰り返し実行させる制御指令部と、を備え、
前記制約条件は、前記車両が走行している車線に対応する仮想車線を設定し、前記仮想車線の外側へ前記車両が進入することを抑制する車線制約条件を含み、
前記制約条件決定部は、前記車両が車線変更を行う場合、車線変更を開始する制御周期から車線変更を終了する制御周期にわたって、前記仮想車線の再設定処理を実行するように構成され、
前記再設定処理は、車線変更後の走行車線を目標車線とし、前記目標車線に対応する仮想車線を目標仮想車線として、
前記再設定処理を実行する制御周期のうち一部または全部の制御周期において、前記仮想車線の幅方向位置が、前回の制御周期における前記仮想車線よりも前記目標仮想車線に近い位置に設定されるとともに、
前記再設定処理を実行する制御周期のうち最後の制御周期において、前記仮想車線の幅方向位置が前記目標仮想車線と一致していることを特徴とする、車両制御装置。
【請求項2】
前記再設定処理は、車線変更前の走行車線を起点車線とし、前記仮想車線の幅方向の端部のうち前記目標車線側の端部を第１基準位置とし、前記仮想車線の幅方向の端部のうち前記起点車線側の端部を第２基準位置として、
前記第１基準位置及び前記第２基準位置を再設定することで前記仮想車線の再設定処理を実行するように構成され、
制御周期ごとの前記第１基準位置の幅方向位置の変化量と、制御周期ごとの前記第２基準位置の幅方向位置の変化量とは、少なくとも一部の制御周期において互いに異なる値をとるように設定されている、請求項１に記載の車両制御装置。
【請求項3】
前記再設定処理は、前記第１基準位置を再設定する第１再設定処理と、前記第２基準位置を再設定する第２再設定処理とを含み、前記第１再設定処理を開始した制御周期より後の制御周期に、前記第２再設定処理を開始するように設定されている、請求項２に記載の車両制御装置。
【請求項4】
前記再設定処理は、前記第１再設定処理が終了した次の制御周期に、前記第２再設定処理を開始するように設定されている、請求項３に記載の車両制御装置。
【請求項5】
前記第１再設定処理において、制御周期ごとの前記第１基準位置の幅方向位置の変化量は、制御周期の経過とともに単調増加し、前記第２再設定処理において、制御周期ごとの前記第２基準位置の幅方向位置の変化量は、制御周期の経過とともに単調減少する、請求項４に記載の車両制御装置。
【請求項6】
前記第２再設定処理のうち最初の制御周期における前記第２基準位置の幅方向位置の変化量は、前記第１再設定処理のうち最後の制御周期における前記第１基準位置の幅方向位置の変化量と等しい、請求項４または５に記載の車両制御装置。
【請求項7】
前記車両制御装置は、前記車両の周辺に存在する他車両を検出するセンサをさらに備え、
前記制約条件決定部は、前記他車両の周囲に、前記車両が進入することを抑制する進入禁止領域を設定し、
前記第１基準位置または前記第２基準位置が前記進入禁止領域と重なる場合は、前記重なる第１基準位置または第２基準位置を、前記進入禁止領域と重ならないように、前記車両に近づける方向に補正するように設定されている、請求項２～６のいずれか１項に記載の車両制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、車両制御装置に係り、特に、車両の車線変更を支援する車両制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、車両の車線変更を支援する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された走行支援装置では、合流地点付近での車線変更を支援するため、合流地点の前後では、合流地点のある車線に含まれるリスクを高く設定したうえで、各車線上のノードをリスクが最も低くなるように接続することで、走行経路を算出する。特許文献１を応用すれば、合流地点付近に限らず、ドライバが車線変更を意図したタイミングで、各車線のリスクを再設定することで、車線変更時の走行経路を算出することができると考えられる。
【0003】
また、車両の車線からの逸脱を抑制するために、走行車線の端部に設けた基準位置よりも内側を車両が走行するように走行経路を算出する技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１６－１７９１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
走行車線の端部に設けた基準位置よりも内側を車両が走行するように走行経路を算出する技術と特許文献１を組み合わせて、車線変更を行うタイミングで、車線変更後の走行車線である目標車線の端部に基準位置を再設定することにより、車線変更をより容易に実現できると考えられる。しかし、一般に、走行車線の端部に設けた基準位置よりも内側を車両が走行するように走行経路を算出する技術において、制御周期（例えば、０．１秒）は、ドライバ自身が操舵して車線変更にかける時間（例えば、３～５秒）よりも短い。そのため、車線変更を開始する制御周期において、単に基準位置を目標車線の端部に設定すると、車両の走行経路に制約を与える基準位置が、１回の制御周期分の時間（例えば、０．１秒間）で車線幅分だけ移動することになる。この場合、車両制御装置が算出する走行経路において、１回の制御周期分の時間における車両の移動量が、ドライバの操舵による車両の移動量を大きく上回ってしまい、ドライバに違和感を与える車両挙動につながるおそれがある。
【0006】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、車線変更時にドライバに違和感を与える車両挙動を抑制することが可能な車両制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上述した課題を解決するために、本発明は、車両の車線変更を支援する車両制御装置であって、前記車両制御装置は、前記車両の走行における制約条件を決定する制約条件決定部と、前記制約条件下で、前記車両の舵角を含む制御目標値を決定する制御目標決定部と、前記制約条件の決定と、前記制御目標値の決定と、を含む一連の処理フローを、所定の制御周期ごとに繰り返し実行させる制御指令部と、を備え、前記制約条件は、前記車両が走行している車線に対応する仮想車線を設定し、前記仮想車線の外側へ前記車両が進入することを抑制する車線制約条件を含み、前記制約条件決定部は、前記車両が車線変更を行う場合、車線変更を開始する制御周期から車線変更を終了する制御周期にわたって、前記仮想車線の再設定処理を実行するように構成され、前記再設定処理は、車線変更後の走行車線を目標車線とし、前記目標車線に対応する仮想車線を目標仮想車線として、前記再設定処理を実行する制御周期のうち一部または全部の制御周期において、前記仮想車線の幅方向位置が、前回の制御周期における前記仮想車線よりも前記目標仮想車線に近い位置に設定されるとともに、前記再設定処理を実行する制御周期のうち最後の制御周期において、前記仮想車線の幅方向位置が前記目標仮想車線と一致していることを特徴としている。
【0008】
このように構成された本発明によれば、車線変更を開始する制御周期から車線変更を終了する制御周期にわたって、仮想車線が制御周期ごとに段階的に目標仮想車線に近づくように設定される。これにより、車線変更時において、制御周期ごとの車両の移動量が、ドライバの操舵による車両の移動量を大きく上回ることを抑制し、ドライバに違和感を与える車両挙動を抑制することができる。
【0009】
本発明において、好ましくは、前記再設定処理は、車線変更前の走行車線を起点車線とし、前記仮想車線の幅方向の端部のうち前記目標車線側の端部を第１基準位置とし、前記仮想車線の幅方向の端部のうち前記起点車線側の端部を第２基準位置として、前記第１基準位置及び前記第２基準位置を再設定することで前記仮想車線の再設定処理を実行するように構成され、制御周期ごとの前記第１基準位置の幅方向位置の変化量と、制御周期ごとの前記第２基準位置の幅方向位置の変化量とは、少なくとも一部の制御周期において互いに異なる値をとるように設定されている。
【0010】
両基準位置の幅方向位置の変化量が常に等しくなる再設定処理では、起点車線と目標車線とで車線の幅が異なっている場合に、少なくとも一方の基準位置が目標仮想車線の基準位置からずれてしまう。その結果、仮想車線の再設定処理において、仮想車線を目標仮想車線と一致させることが困難になるおそれがある。一方、上記のように構成された本発明によれば、起点車線と目標車線とで車線の幅が異なっている場合にも、仮想車線を目標仮想車線に対し一致させることができる。
【0011】
本発明において、好ましくは、前記再設定処理は、前記第１基準位置を再設定する第１再設定処理と、前記第２基準位置を再設定する第２再設定処理とを含み、前記第１再設定処理を開始した制御周期より後の制御周期に、前記第２再設定処理を開始するように設定されている。
【0012】
このように構成された本発明によれば、第１再設定処理を開始して車両が目標車線へ進入することを許容した後も、第２基準位置が起点車線に対応する仮想車線の第２基準位置と一致しているため、車線変更を中断し起点車線への退避が必要になった場合にも、退避時の車両の走行位置を起点車線内に適切に定めることが容易になる。
【0013】
本発明において、好ましくは、前記再設定処理は、前記第１再設定処理が終了した次の制御周期に、前記第２再設定処理を開始するように設定されている。
【0014】
このように構成された本発明によれば、再設定処理を実行している間、常に、第１基準位置が目標仮想車線の第１基準位置と一致しているか、または、第２基準位置が起点車線に対応する仮想車線の第２基準位置と一致している。これにより、急な他車両の接近などに起因して一方の車線への退避が必要になった場合にも、退避時の車両の走行位置を退避先の車線内に適切に定めることが容易になる。
【0015】
本発明において、好ましくは、前記第１再設定処理において、制御周期ごとの前記第１基準位置の幅方向位置の変化量は、制御周期の経過とともに単調増加し、前記第２再設定処理において、制御周期ごとの前記第２基準位置の幅方向位置の変化量は、制御周期の経過とともに単調減少する。
【0016】
このように構成された本発明によれば、車線変更の開始直後と車線変更の終了直前における車両の横方向の移動速度を、両者の間の期間と比較して小さくすることができる。これにより、車線変更の開始直後と車線変更の終了直前において車両に加わる横方向の重力加速度をより小さく抑え、ドライバに違和感を与える車両挙動をより一層抑制することができる。
【0017】
本発明において、好ましくは、前記第２再設定処理のうち最初の制御周期における前記第２基準位置の幅方向位置の変化量は、前記第１再設定処理のうち最後の制御周期における前記第１基準位置の幅方向位置の変化量と等しい。
【0018】
このように構成された本発明によれば、第１再設定処理から第２再設定処理への移行時において、車両の横方向の移動速度が変化することを抑制し、ドライバに違和感を与える車両挙動をより一層抑制することができる。
【0019】
本発明において、好ましくは、前記車両制御装置は、前記車両の周辺に存在する他車両を検出するセンサをさらに備え、前記制約条件決定部は、前記他車両の周囲に、前記車両が進入することを抑制する進入禁止領域を設定し、前記第１基準位置または前記第２基準位置が前記進入禁止領域と重なる場合は、前記重なる第１基準位置または第２基準位置を、前記進入禁止領域と重ならないように、前記車両に近づける方向に補正するように設定されている。
【0020】
このように構成された本発明によれば、車線変更の途中で他車両と接近した場合に、単に再設定処理を中止するのではなく、再設定処理を続行しながら他車両との接触を回避するように基準位置を補正することができる。これにより、他車両との接触を回避しつつ、回避後の車線変更の再開をスムーズに行うことができる。
【発明の効果】
【0021】
本発明の車両制御装置によれば、車線変更時においてドライバに違和感を与える車両挙動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】本発明の実施形態による車両制御装置の構成図である。
【図2】本発明の実施形態による車両制御装置の制御ブロック図である。
【図3A】本発明の実施形態による車両制御装置における仮想車線の例である。
【図3B】本発明の実施形態による車両制御装置における仮想車線の例である。
【図4】本発明の実施形態による車両制御装置における進入禁止領域の説明図である。
【図5】本発明の実施形態による車両制御装置における制御目標決定処理の説明図である。
【図6】本発明の実施形態による車両制御装置における補正走行経路の説明図である。
【図7】本発明の実施形態による車両制御装置における車両モデルの説明図である。
【図8】本発明の実施形態による車両制御装置における運転支援制御の処理フローである。
【図9】本発明の実施形態による車両制御装置における車線制約条件の決定の処理フローである。
【図10A】本発明の実施形態による車両制御装置における再設定処理の説明図である。
【図10B】本発明の実施形態による車両制御装置における再設定処理の説明図である。
【図10C】本発明の実施形態による車両制御装置における再設定処理の説明図である。
【図10D】本発明の実施形態による車両制御装置における再設定処理の説明図である。
【図10E】本発明の実施形態による車両制御装置における再設定処理の説明図である。
【図11】本発明の実施形態による車両制御装置における再設定処理の説明図である。
【図12A】本発明の実施形態による車両制御装置における制御周期ごとの第１基準位置の幅方向位置の変化量のグラフである。
【図12B】本発明の実施形態による車両制御装置における制御周期ごとの第２基準位置の幅方向位置の変化量のグラフである。
【図13A】本発明の実施形態の変形例における再設定処理の説明図である。
【図13B】本発明の実施形態の変形例における制御周期ごとの第１基準位置の幅方向位置の変化量のグラフである。
【図13C】本発明の実施形態の変形例における制御周期ごとの第２基準位置の幅方向位置の変化量のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0023】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態による車両制御装置について説明する。
まず、図１及び図２を参照して、車両制御装置の構成について説明する。図１は車両制御装置の構成図、図２は車両制御装置の制御ブロック図である。
まず、図１及び図２を参照して、車両制御装置の構成について説明する。図１は車両制御装置の構成図、図２は車両制御装置の制御ブロック図である。
【0024】
本実施形態の車両制御装置１００は、これを搭載した車両１（図３Ａ等参照）に対して運転支援制御を提供するように構成されている。
【0025】
図１に示すように、車両制御装置１００は、車両１に搭載されており、車両制御演算部（ＥＣＵ）１０と、複数のセンサ及びスイッチと、複数の制御システムと、運転支援の設定についてのユーザ入力を行うためのドライバ操作部３５を備えている。複数のセンサ及びスイッチには、車載カメラ２１，ミリ波レーダ２２，車両の挙動を検出する複数の挙動センサ（車速センサ２３，加速度センサ２４，ヨーレートセンサ２５，舵角センサ２６，アクセルセンサ２７，ブレーキセンサ２８），測位システム２９，ナビゲーションシステム３０が含まれる。また、複数の制御システムには、エンジン制御システム３１，ブレーキ制御システム３２，ステアリング制御システム３３が含まれる。
【0026】
図１に示すＥＣＵ１０は、プロセッサ，各種プログラムを記憶するメモリ，入出力装置等を備えたコンピュータにより構成される。ＥＣＵ１０は、複数のセンサ及びスイッチ，ドライバ操作部３５から受け取った信号に基づき、エンジン制御システム３１，ブレーキ制御システム３２，ステアリング制御システム３３に対して、それぞれエンジンシステム，ブレーキシステム，ステアリングシステムを適宜に作動させるための要求信号を出力可能に構成されている。
【0027】
車載カメラ２１は、車両１の周囲を撮像し、撮像した画像データを出力する。ＥＣＵ１０は、画像データに基づいて対象物（例えば、車両，歩行者，道路，区画線（車線境界線，白線，黄線），縁石，交通信号，交通標識，停止線，交差点，障害物等）を特定する。さらに、本実施形態においては、車載カメラ２１として、車両を運転中の運転者を撮像する車室内カメラも備えている。なお、ＥＣＵ１０は、交通インフラや車々間通信等によって、車載通信機器を介して外部から対象物の情報を取得してもよい。
【0028】
ミリ波レーダ２２は、対象物（特に、先行車，駐車車両，歩行者，障害物等）の位置及び速度を測定する測定装置であり、車両１の周囲へ向けて電波（送信波）を送信し、対象物により送信波が反射されて生じた反射波を受信する。そして、ミリ波レーダ２２は、送信波と受信波に基づいて、車両１と対象物との間の距離（例えば、車間距離）や車両１に対する対象物の相対速度を測定する。なお、本実施形態において、ミリ波レーダ２２に代えて、レーザレーダや超音波センサ等を用いて対象物との距離や相対速度を測定するように構成してもよい。また、複数のセンサを用いて、位置及び速度測定装置を構成してもよい。
【0029】
車速センサ２３は、車両１の絶対速度を検出する。
加速度センサ２４は、車両１の加速度（前後方向の縦加速度、横方向の横加速度）を検出する。なお、加速度は、増速側（正）及び減速側（負）を含む。
ヨーレートセンサ２５は、車両１のヨーレートを検出する。
舵角センサ２６は、車両１のステアリングホイールの回転角度（舵角）を検出する。
アクセルセンサ２７は、アクセルペダルの踏み込み量を検出する。
ブレーキセンサ２８は、ブレーキペダルの踏み込み量を検出する。
加速度センサ２４は、車両１の加速度（前後方向の縦加速度、横方向の横加速度）を検出する。なお、加速度は、増速側（正）及び減速側（負）を含む。
ヨーレートセンサ２５は、車両１のヨーレートを検出する。
舵角センサ２６は、車両１のステアリングホイールの回転角度（舵角）を検出する。
アクセルセンサ２７は、アクセルペダルの踏み込み量を検出する。
ブレーキセンサ２８は、ブレーキペダルの踏み込み量を検出する。
【0030】
測位システム２９は、全球測位衛星システム（ＧＮＳＳ）及び／又はジャイロシステムであり、車両１の位置（現在車両位置情報）を検出する。また、測位システム２９は、後述するナビゲーションシステム３０と連動したマップマッチングや、路車間通信（Ｗｉ－Ｆｉ等を用いる）による位置情報取得手段を含んでもよい。
【0031】
ナビゲーションシステム３０は、内部に地図情報を格納しており、ＥＣＵ１０へ地図情報を提供することができる。ＥＣＵ１０は、地図情報及び現在車両位置情報に基づいて、車両１の周囲（特に、進行方向前方）に存在する道路、交差点、交通信号、建造物等を特定する。地図情報は、ＥＣＵ１０内に格納されていてもよい。
【0032】
エンジン制御システム３１は、車両１のエンジンを制御するコントローラである。ＥＣＵ１０は、車両１を加速又は減速させる必要がある場合に、エンジン制御システム３１に対して、エンジン出力の変更を要求するエンジン出力変更要求信号を出力する。
【0033】
ブレーキ制御システム３２は、車両１のブレーキ装置を制御するためのコントローラである。ＥＣＵ１０は、車両１を減速させる必要がある場合に、ブレーキ制御システム３２に対して、車両１への制動力の発生を要求するブレーキ要求信号を出力する。
【0034】
ステアリング制御システム３３は、車両１のステアリング装置を制御するコントローラである。ＥＣＵ１０は、車両１の進行方向を変更する必要がある場合に、ステアリング制御システム３３に対して、操舵方向の変更を要求する操舵方向変更要求信号を出力する。
【0035】
ドライバ操作部３５は、ドライバが操作可能なように車両１の車室内に設けられており、運転支援に関する種々の設定を行うためにドライバにより操作される入力装置である。本実施形態では、ドライバ操作部３５は、運転支援制御のオン／オフの切替や、運転支援制御の内容の調整を行えるようになっている。例えば、ドライバがドライバ操作部３５を操作することで、自動で速度制御を行う場合の車速の設定や、先行車を追従して走行する場合の車間距離（実質的には、車間距離に代わる車間時間）の設定などを行えるようになっている。
【0036】
図２に示すように、ＥＣＵ１０は、入力処理部１０ａ、制約条件決定部１０ｂ、目標走行経路決定部１０ｃ、運転操作判断部１０ｅ、制御目標決定部１０ｆ、及び制御指令部１０ｚとして機能する単一のＣＰＵ又はプロセッサを備えている。なお、本実施形態では、単一のＣＰＵが複数の上記機能を実行するように構成されているが、これに限らず、複数のＣＰＵがこれら機能を実行するように構成することができる。
【0037】
入力処理部１０ａは、車載カメラ２１を含む種々のセンサ／スイッチ群、及びドライバ操作部３５から入力された入力情報を処理するように構成されている。この入力処理部１０ａは、走行路面を撮像したカメラ２１の画像を解析し、車両１が走行している走行車線の端部（白線等の区画線，道路端，縁石，中央分離帯，ガードレール等）を検出する画像解析部として機能する。また、入力処理部１０ａは、ミリ波レーダ２２、車載カメラ２１等からの入力情報に基づいて周辺物標を検出する物標検出部として機能する。
【0038】
制約条件決定部１０ｂは、ミリ波レーダ２２，車載カメラ２１，センサ群，ドライバ操作部３５等からの入力情報に基づいて車両の走行における制約条件を求めるように構成されている。目標走行経路決定部１０ｃは、ミリ波レーダ２２、車載カメラ２１、センサ群、ドライバ操作部３５等からの入力情報に基づいて車両の目標走行経路を求めるように構成されている。
【0039】
運転操作判断部１０ｅは、運転支援制御として自動速度制御及び／又は自動操舵制御が実行されているときに、乗員がアクセルペダル，ブレーキペダル，又はステアリングホイールを操作した場合、乗員による操作を優先して、乗員による操作に応じた要求信号を制御システム３１～３３へ出力するように構成されている。すなわち、運転操作判断部１０ｅにより、乗員は、自動的な運転支援制御をオーバーライドして、自らが運転操作を行うことが可能である。
【0040】
制御目標決定部１０ｆは、目標走行経路決定部１０ｃによって求められた目標走行経路を補正して、補正走行経路を求め、この補正走行経路に基づいて制御システム３１～３３へ要求信号を出力するように構成されている。
【0041】
例えば、制御目標決定部１０ｆは、入力処理部１０ａによって回避すべき周辺物標が検出された場合に、目標走行経路を補正して補正走行経路を求める。また、制御目標決定部１０ｆは、運転支援制御の内容変更や車線変更等によって目標走行経路自体が変更になった場合にも、新たな目標走行経路を補正して補正走行経路を求める。車両１は、この補正走行経路を走行することにより、新たな目標走行経路へ合流する。すなわち、この場合の補正走行経路は、現在の車両挙動（舵角，加速度等）を新たな目標走行経路における車両挙動に適合させるための遷移的な経路である。
【0042】
制御目標決定部１０ｆは、補正走行経路を求めるため、所定の評価関数を用いる。制御目標決定部１０ｆは、目標走行経路を基準として評価関数を用いて複数の候補走行経路を評価し、所定の制約条件（制約条件決定部１０ｂによって求められた制約条件を含む）を満足するように最適化された１つの補正走行経路を求める。また、本実施形態においては、評価関数及び制約条件は、設定されている運転支援制御の内容や走行車線の端部、周辺物標等に基づいて、適宜設定される。また、制御目標決定部１０ｆは、求められた補正走行経路を走行するための制御目標（加速度目標、舵角目標）を求める。
【0043】
ＥＣＵ１０は、制御目標決定部１０ｆによって決定された制御目標に基づき、少なくともエンジン制御システム３１，ブレーキ制御システム３２，又はステアリング制御システム３３のいずれか１つ又は複数に対する要求信号を生成し、出力する。ここで、制御指令部１０ｚは、が所定の制御周期（例えば、０．１秒）ごとにＥＣＵ１０が要求信号を出力するよう、入力処理部１０ａ、制約条件決定部１０ｂ、目標走行経路決定部１０ｃ、運転操作判断部１０ｅ、及び制御目標決定部１０ｆに対して指令を行う。
【0044】
次に、本実施形態による車両制御装置１００が備える運転支援制御の内容について説明する。本実施形態では、運転支援制御として、少なくともレーンキープ制御が備えられている。
【0045】
レーンキープ制御は、車両１が走行車線の中央付近を走行するようにステアリングを制御するものであり、車両制御装置１００による自動的なステアリング制御、速度制御（エンジン制御、ブレーキ制御）を伴う。
【0046】
自動的な速度制御における車両の速度は、ドライバ操作部３５に入力された設定車速、又は、先行車に追従するための車速から、適切に選択される。例えば、先行車に追いついた場合には、車速に応じた車間距離又は車間時間を維持しながら先行車に追従するように速度制御され、先行車が存在しなくなると、設定車速に復帰するように速度制御される。
【0047】
次に、本実施形態による車両制御装置１００により計算される制約条件について説明する。ここでは、ＥＣＵ１０に備えられた制約条件決定部１０ｂにより計算される、走行車線からの逸脱を抑制するための車線制約条件と、周辺物標に対する進入禁止領域について説明する。
【0048】
【0049】
本実施形態では、ＥＣＵ１０に備えられた制約条件決定部１０ｂが、以下に示すように２つの基準位置ＢＲ，ＢＬを時間的に繰返し計算するように構成されている（例えば、０．１秒毎）。本実施形態では、ＥＣＵ１０は、センサ等の情報に基づいて、現時点から所定の予測期間（例えば、３秒）が経過するまでの間の基準位置を計算する。そして、２つの基準位置ＢＲ，ＢＬに挟まれた領域Ｓを仮想車線とする。
【0050】
図３Ａ及び図３Ｂでは、車両１は、車線７上を走行している。このとき、入力処理部１０ａは、車載カメラ２１により撮像された車両１の周囲の画像データの画像認識処理を実行し、車線端部７Ｒ，７Ｌを検出する。なお、車線端部とは、車両１が走行している車線の端部（白線等の区画線，道路端，縁石，中央分離帯，ガードレール等）であり、隣接する車線や歩道等との境界である。入力処理部１０ａは、この車線端部を車載カメラ２１より撮像された画像データから検出する。また、ナビゲーションシステム３０の地図情報から車線端部を検出してもよい。
【0051】
制約条件決定部１０ｂは、入力処理部１０ａによって検出された車線端部７Ｒ，７Ｌをもとに、基準位置ＢＲ，ＢＬを設定する。具体的には、図３Ａのように、車線端部７Ｒ上に基準位置ＢＲを、車線端部７Ｌ上に基準位置ＢＬを設定する。あるいは、図３Ｂのように、車線端部７Ｒを車線７内に所定距離（例えば、１０ｃｍ）だけ平行移動した位置に基準位置ＢＲを設定し、車線端部７Ｌを車線７内に所定距離（例えば、１０ｃｍ）だけ平行移動した位置に基準位置ＢＬを設定してもよい。そして、２つの基準位置ＢＲ，ＢＬに挟まれた領域Ｓ（図３Ａまたは図３Ｂの破線領域）を車線７に対する仮想車線とする。なお、２つの基準位置ＢＲ，ＢＬ及び仮想車線Ｓは、車両の進行方向において、少なくとも後述する目標走行経路Ｒと同じ距離だけ設定されるように、現時点から所定の予測期間（例えば、３秒）が経過するまでの車両１の走行距離だけ遠方まで設定されるが、より遠方まで設定されても良い。
【0052】
なお、この２つの基準位置ＢＲ，ＢＬが、本発明における第１基準位置、第２基準位置に相当する。後述する車線変更において、車両１が右側の車線８に車線変更をする場合は、２つの基準位置のうち車線８側の（言い換えれば、車線７の端部のうち車線８に近い端部７Ｒをもとに設定された）基準位置ＢＲが第１基準位置に相当し、車線７の端部のうち車線７側の（言い換えれば、車線７の端部のうち車線８に遠い端部７Ｌをもとに設定された）基準位置ＢＬが第２基準位置に相当する。そこで、以降の説明においては、基準位置ＢＲを第１基準位置、基準位置ＢＬを第２基準位置とする。なお、車両１が左側の車線（図示せず）に車線変更をする場合は、基準位置ＢＬが第１基準位置に相当し、基準位置ＢＲが第２基準位置に相当する。
【0053】
制約条件決定部１０ｂは、上記のように設定された仮想車線Ｓを車両１が走行するように、車線制約条件を求める。具体的には、後述するように、仮想車線Ｓからの車両１の逸脱量に応じて評価関数に対してペナルティ値を与えるような制約項を、制御目標決定部１０ｆに入力する。これにより、車両１が仮想車線Ｓから逸脱するような走行経路が求められることを抑制できる。
【0054】
次に、図４を参照して、周辺物標に対する進入禁止領域について説明する。図４は、周辺物標に対する進入禁止領域の一例である。図４では、車両１は車線７上を走行しており、走行中又は停車中の車両４とすれ違って、車両４を追い抜こうとしている。
【0055】
一般に、道路上又は道路付近の障害物（例えば、先行車、駐車車両、歩行者等）とすれ違うとき（又は追い抜くとき）、車両１の運転者は、先行車が急に進路変更したり、障害物の死角から歩行者が出てきたり、駐車車両のドアが開いたりするといった危険を回避するため、車両１と障害物との間に所定のクリアランスを保ちながら走行する。
【0056】
そこで、本実施形態では、図４に示すように、制約条件決定部１０ｂは、車両１から検知される障害物（例えば、車両４）に対して、障害物の周囲（横方向領域，後方領域，及び前方領域にわたって）に、車両１が進入することを抑制する進入禁止領域４０を設定し、この進入禁止領域４０を制御目標決定部１０ｆに入力する。これにより、車両１は障害物との間に所定のクリアランスを保ちながら走行することができる。
【0057】
なお、車両１の速度が高いほど障害物との間のクリアランスは広く保たれるべきであるため、車両１の絶対速度が高いほど、障害物からより遠方まで進入禁止領域４０が設定されても良い。あるいは、車両１の障害物に対する相対速度が高いほど、障害物からより遠方まで進入禁止領域４０が設定されても良い。
【0058】
次に、本実施形態による車両制御装置１００により計算される目標走行経路について説明する。本実施形態では、ＥＣＵ１０に備えられた目標走行経路決定部１０ｃが、以下の目標走行経路Ｒを時間的に繰返し計算するように構成されている（例えば、０．１秒毎）。本実施形態では、ＥＣＵ１０は、センサ等の情報に基づいて、現時点から所定の予測期間（例えば、３秒）が経過するまでの間の目標走行経路を計算する。目標走行経路Ｒは、所定の設定経過時間において設定される車両１の目標位置（Ｐｋ）及び目標速度（Ｖｋ）により特定される（ｋ＝０，１，２，・・・，ｎ）。更に、各目標位置において、目標速度以外に複数の変数（加速度、ジャーク、ヨーレート、舵角、車両角度等）について目標値が特定される。
【0059】
目標走行経路Ｒは、道路形状に即して車両１に走行車線内の走行を維持させるように所定期間分だけ設定される。詳しくは、目標走行経路Ｒは、原則的に、車線の中央付近の走行を維持するように設定される。目標走行経路決定部１０ｃは、制約条件決定部１０ｂによって求められた仮想車線Ｓの幅方向中央部を、車両１の幅方向中央部（例えば、重心位置）が通過するように、目標走行経路Ｒの複数の目標位置Ｐｋを設定する。また、目標走行経路Ｒの各目標位置Ｐｋにおける目標速度Ｖｋは、原則的に、ドライバがドライバ操作部に入力した設定車速、又は車両制御装置１００によって予め設定された所定の設定車速（一定速度）に設定される。
【0060】
次に、図５～図７を参照して、本実施形態によるＥＣＵ１０の制御目標決定部１０ｆにおいて実行される制御目標決定処理について説明する。図５は制御目標決定処理の説明図、図６は補正走行経路の説明図、図７は車両モデルの説明図である。本実施形態において、制御目標決定処理には、走行経路補正処理が含まれる。
【0061】
図５及び図６に示すように、制御目標決定部１０ｆは、目標走行経路Ｒを外部環境（障害物等）や車両１の位置，姿勢等に応じて補正して、補正走行経路Ｒｃを求める。そして、制御目標決定部１０ｆは、車両１がこの補正走行経路Ｒｃを走行するための所定の制御量の制御目標値（加速度目標、舵角目標）を計算し、制御目標に基づいて車両１の制御システムへ要求信号を出力する。なお、図６には、所定期間（例えば、３秒）にわたる例示的な目標走行経路Ｒ，補正走行経路Ｒｃが示されている。補正走行経路Ｒｃが図６に例示したような経路となるのは、例えば、運転支援制御の内容変更や車線変更等によって目標走行経路Ｒが変更になり、車両が新たな目標走行経路Ｒに合流しようとしている場合である。各経路Ｒ，Ｒｃには、それぞれ所定の設定経過時間における目標位置Ｐ，補正目標位置Ｐｃが示されている。
【0062】
具体的には、制御目標決定部１０ｆは、センサ／スイッチ群から各種情報を受け取り、目標走行経路決定部１０ｃから目標走行経路Ｒを受け取り、制約条件決定部１０ｂから制約条件に関する情報を受け取る。制御目標決定部１０ｆは、これらの情報に基づいて、制約条件を満足しつつ、目標走行経路Ｒからの逸脱量が小さくなるように最適化された補正走行経路Ｒｃを、モデル予測制御を用いて計算する。すなわち、本実施形態では、制御目標決定部１０ｆは、制約条件下で所定の評価関数Ｊの評価値を最小にするという最適化問題を解くように構成されたソルバーを含む。このため、制御目標決定部１０ｆは、最適化計算部１１ａとモデル予測部１１ｂを備えている。
【0063】
本実施形態では、概略的には、最適化計算部１１ａは、車両１の現在の挙動（速度、位置、加速度、舵角等）に基づいて、制約条件を満足するような候補補正走行経路を設定し、候補補正走行経路上の各候補目標位置での物理量（加速度、舵角）を入力値としてモデル予測部１１ｂへ与える。モデル予測部１１ｂは、入力値を車両モデルに適用することにより、候補補正走行経路上での車両１の挙動を計算し、候補補正走行経路上の各候補目標位置を特定すると共に、車両挙動に基づく種々の物理量を最適化計算部１１ａへフィードバックする。各候補目標位置は、隣り合う候補目標位置間での移動距離を積算していくことにより算出される。
【0064】
車両モデルは、車両１の物理的な運動を規定するものであり、以下の運動方程式で記述される。この車両モデルは、本例では図７に示す２輪モデルである。車両モデルにより車両１の物理的な運動が規定される。
【0065】
【数1】
【数2】
【0066】
図７及び式（１）、（２）中、ｍは車両１の質量、Ｉは車両１のヨーイング慣性モーメント、ｌはホイールベース、ｌfは車両重心点と前車軸間の距離、ｌrは車両重心点と後車軸間の距離、Ｋfは前輪１輪あたりのタイヤコーナリングパワー、Ｋrは後輪１輪あたりのタイヤコーナリングパワー、Ｖは車両１の車速、δは前輪の実舵角、βは車両重心点の横すべり角、ｒは車両１のヨー角速度、θは車両１のヨー角、ｘは絶対空間に対する車両１の縦変位、ｙは絶対空間に対する車両１の横変位、ｔは時間である。
【0067】
最適化計算部１１ａは、候補補正走行経路上での車両１の挙動を表すフィードバックに基づいて評価関数Ｊを用いて、候補補正走行経路を評価する。本実施形態では、評価関数Ｊは、補正走行経路の評価に関する評価項ＪＥと、制約条件に関する制約項ＪＣとを含む。評価項ＪＥは、複数の評価ファクタを有する。また、制約項ＪＣは複数の制約ファクタを有する。制御目標決定部１０ｆは、実行中の運転支援制御の内容及びセンサ情報等に応じて異なるように評価関数Ｊを設定する。
【0068】
複数の評価ファクタは、補正目標位置での車両１の挙動を表す複数の物理量（例えば、速度（縦方向及び横方向）、加速度（縦方向及び横方向）、ジャーク（縦方向及び横方向）、ヨーレート、車線中心に対する横位置、車両角度、舵角、舵角速度、その他ソフト制約）にそれぞれ対応して設定されている。評価ファクタには、目標走行経路と補正走行経路の物理量の差が小さいほど評価が高くなる第１評価ファクタと、物理量自体の大きさが小さいほど評価が高くなる第２評価ファクタが含まれる。本実施形態では、評価値が小さな値となるほど、評価が高くなる。
【0069】
第１評価ファクタは、目標走行経路と補正走行経路の差を最小化するための評価ファクタであり、第１評価ファクタの物理量は、例えば、速度（縦方向及び横方向）、横位置等である。一方、第２評価ファクタは、所定の物理量を最小化するための評価ファクタであり、第２評価ファクタの物理量は、例えば、加速度（縦方向及び横方向）、ジャーク（縦方向及び横方向）、舵角、舵角速度等である。
【0070】
また、複数の制約ファクタは、複数の物理量にそれぞれ対応して設定されている。制約ファクタは、対応する物理量に対して規定された制限範囲（下限値～上限値）をその物理量が超えた量に応じて、ペナルティ値として見積もられる。よって、超過量が大きいほど、ペナルティ値は大きくなる（すなわち、結果的に、評価値は大きくなる）。
【0071】
例えば、速度（縦方向及び横方向）、加速度（縦方向及び横方向）、ジャーク（縦方向及び横方向）、舵角、舵角速度、ヨーレートを含む複数の物理量には、それぞれ固定された制限範囲が規定されている。また、上述した進入禁止領域（図４参照）が制約条件として適用される場合には、車両１が進入禁止領域外を走行するような制約条件が加わる。
【0072】
評価関数Ｊ（＝ＪＥ＋ＪＣ）は、以下の式で記述される。
【数3】
【数4】
【数5】
【0073】
評価項ＪＥについて、式中、Ｗｋ（Ｘｋ－Ｘｒｅｆｋ）２は評価ファクタ、Ｘｋは補正走行経路の物理量、Ｘｒｅｆｋは目標走行経路の物理量又は０（ゼロ値）、Ｗｋは評価ファクタの重み係数（例えば、０≦Ｗｋ≦１）である（但し、ｋ＝１～ｎ）。したがって、本実施形態の評価項ＪＥは、ｎ個の評価ファクタの物理量について、候補補正走行経路の物理量から目標走行経路の物理量（目標走行経路との差を最小化する評価ファクタの場合）又はゼロ値（物理量自体を最小化する評価ファクタの場合）を差し引いた差分の２乗の和を重み付けして、所定期間（例えば、３秒）の走行経路長にわたってさらに重み付けして合計した値に相当する。なお、重み係数Ｗｋは、運転支援制御の内容に応じて異なって設定される。
【0074】
一方、制約項ＪＣは、複数の物理量の制限範囲からの超過量に応じた評価値の合計値を、所定期間（例えば、３秒）の走行経路長にわたって合計した値に相当する。各評価値は、例えば、超過量を２乗した値に所定の重み係数Ｗを乗じた値とすることができる。なお、所定の物理量の制限範囲は、周辺物標等に応じて変動し得る。
【0075】
このように、評価項ＪＥ，制約項ＪＣは、それぞれ各予測点（又は補正目標位置）におけるすべての評価ファクタ，制約ファクタの重み付け評価値を、各予測点に設定された重み係数ＣＥｋ，ＣＣｋ（ｋ＝１～Ｎ）で重み付けし、すべての予測点（ｋ＝１～Ｎ）について加算することにより算出される総和である。
【0076】
本実施形態では、評価関数Ｊは、制約項ＪＣが組み込まれたラグランジュ関数である。よって、最適化計算部１１ａは、無制約の最適化問題を解くように構成されており、良好な収束性で最適解を導出可能である。仮に評価関数Ｊが制約項ＪＣを含まない場合、モデル予測部１１ｂからのフィードバックが制約条件を満足しないと、そのフィードバックは最適化問題の収束性に何ら寄与しない。この場合、最適解が所定計算時間内に得られないおそれがある。
【0077】
さらに、本実施形態では、フィードバックが制約条件を完全には満足しない場合であっても、最適化計算部１１ａは、その候補補正走行経路を、制約条件を考慮して評価関数Ｊにより評価することができる。これにより、本実施形態では、収束性を向上させることができる。例えば、センサ情報等のノイズ誤差や、道路環境の評価に対する誤差や、モデル関数に起因する誤差等により、制約条件をわずかに超えるような候補補正走行経路を確実に評価することができる。ただし、本実施形態では、制約項ＪＣの重み係数を大きな値に設定することにより、制約項ＪＣを制約条件として確実に機能させることができる。
【0078】
本実施形態では、最適化計算部１１ａは、モデル予測部１１ｂからのフィードバックに基づいて、評価関数Ｊを用いて候補補正走行経路についての評価値を算出する。最適化計算部１１ａは、評価値に応じて、新たな候補目標走行経路を設定し、この新たな候補補正走行経路に基づいて、修正した入力値をモデル予測部１１ｂへ与える。本実施形態では、このような最適化計算部１１ａとモデル予測部１１ｂとの間でのフィードバックが複数回繰り返されることにより、評価関数Ｊの評価値が最小化（又は、最適化）された補正走行経路Ｒｃが算出される。なお、フィードバックの最大繰り返し回数は、所定回数に制限されてもよい。
【0079】
次に、図８を参照して、本実施形態の車両制御装置１００における運転支援制御の処理フローを説明する。図８は運転支援制御の処理フローである。
ＥＣＵ１０は、図８の処理フローを所定時間（例えば、０．１秒）ごとに繰り返して実行している。まず、ＥＣＵ１０（入力処理部１０ａ）は、情報取得処理を実行する（Ｓ１１）。情報取得処理において、ＥＣＵ１０は、測位システム２９及びナビゲーションシステム３０から、現在車両位置情報及び地図情報を取得し（Ｓ１１ａ）、車載カメラ２１，ミリ波レーダ２２，車速センサ２３，加速度センサ２４，ヨーレートセンサ２５，ドライバ操作部３５等からセンサ情報を取得し（Ｓ１１ｂ）、舵角センサ２６，アクセルセンサ２７，ブレーキセンサ２８等からスイッチ情報を取得する（Ｓ１１ｃ）。
ＥＣＵ１０は、図８の処理フローを所定時間（例えば、０．１秒）ごとに繰り返して実行している。まず、ＥＣＵ１０（入力処理部１０ａ）は、情報取得処理を実行する（Ｓ１１）。情報取得処理において、ＥＣＵ１０は、測位システム２９及びナビゲーションシステム３０から、現在車両位置情報及び地図情報を取得し（Ｓ１１ａ）、車載カメラ２１，ミリ波レーダ２２，車速センサ２３，加速度センサ２４，ヨーレートセンサ２５，ドライバ操作部３５等からセンサ情報を取得し（Ｓ１１ｂ）、舵角センサ２６，アクセルセンサ２７，ブレーキセンサ２８等からスイッチ情報を取得する（Ｓ１１ｃ）。
【0080】
次に、ＥＣＵ１０（入力処理部１０ａ）は、情報取得処理（Ｓ１１）において取得した各種の情報を用いて所定の情報検出処理を実行する（Ｓ１２）。情報検出処理において、ＥＣＵ１０は、現在車両位置情報及び地図情報並びにセンサ情報から、車両１の周囲及び前方エリアにおける走行路形状に関する走行路情報（直線区間及びカーブ区間の有無，各区間長さ，カーブ区間の曲率半径，車線幅，車線両端部位置，車線数，交差点の有無，カーブ曲率で規定される制限速度等）、走行規制情報（制限速度、赤信号等）、先行車情報（先行車の位置，速度，加速度等），周辺物標情報を検出する（Ｓ１２ａ）。
【0081】
また、ＥＣＵ１０は、スイッチ情報から、運転者による車両操作に関する車両操作情報（舵角，アクセルペダル踏み込み量，ブレーキペダル踏み込み量等）を検出し（Ｓ１２ｂ）、更に、スイッチ情報及びセンサ情報から、車両１の挙動に関する走行挙動情報（車速、縦加速度、横加速度、ヨーレート等）を検出する（Ｓ１２ｃ）。
【0082】
次に、ＥＣＵ１０（制約条件決定部１０ｂ）は、計算により得られた情報に基づいて、制約条件決定処理を実行する（Ｓ１３）。制約条件決定処理では、上述のように、車線制約条件に関する第１基準位置ＢＲ，第２基準位置ＢＬ及び仮想車線Ｓを設定し、車線制約条件を決定するとともに、障害物に対する進入禁止領域４０を設定する。
【0083】
次に、ＥＣＵ１０（目標走行経路決定部１０ｃ）は、計算により得られた情報に基づいて、目標走行経路決定処理を実行する（Ｓ１４）。目標走行経路決定処理では、上述のように、目標走行経路Ｒが計算される。
【0084】
次に、ＥＣＵ１０（制御目標決定部１０ｆ）は、目標走行経路Ｒ、制約条件、各種のセンサ情報等に基づいて、制御目標決定処理を実行する（Ｓ１５）。制御目標決定処理では、上述のように、補正走行経路Ｒｃが算出され、この補正走行経路Ｒｃ上の各補正目標位置Ｐｃにおける所定の制御量の制御目標（加速度目標、舵角目標）が生成される。
【0085】
最後に、ＥＣＵ１０（制御目標決定部１０ｆ）は、生成した補正走行経路Ｒｃにおける制御目標に基づいて、システム制御処理を実行して（Ｓ１６）、処理を終了する。システム制御処理では、補正走行経路Ｒｃにおける制御目標に応じて、要求信号（エンジン要求信号，ブレーキ要求信号，ステアリング要求信号）が生成され、生成された要求信号が車両１の制御システム３１～３３へ出力される。
【0086】
次に、図９～図１３を参照して、本実施形態の車両制御装置１００における仮想車線の再設定処理を説明する。図９は車線制約条件の決定処理のフロー、図１０Ａ，図１０Ｂ，図１０Ｃ，図１０Ｄ，図１０Ｅは再設定処理の説明図、図１１は隣接車線に他車両等の障害物が存在する場合の再設定処理の説明図、図１２Ａ，図１２Ｂは車線制約条件の基準位置の制御周期ごとの幅方向位置の変化量を示すグラフ、図１３Ａ，図１３Ｂ，図１３Ｃは、本実施形態の変形例の説明図である。
【0087】
図９は、図８に示した制約条件決定処理（Ｓ１３）のうち、車線制約条件の決定処理のフローを示している。図１０Ａ～図１０Ｅは、車線変更の一例として、車両１が、走行中の車線７（車線変更の起点車線）から右側の車線８（車線変更の目標車線）に車線変更をする場合における、車両１の位置、車線制約条件に関する基準位置ＢＲ，ＢＬ及び仮想車線Ｓの位置、及び目標走行経路Ｒの位置を示した図であり、図１０Ａ，図１０Ｂ，図１０Ｃ，図１０Ｄ，図１０Ｅの順に時系列順に並んでいる。ここでは、図１０Ａ～図１０Ｅの例を用いて、車両１が図１０Ａのように車線７を走行している場合について、図９に示した車線制約条件の決定処理のフローついて説明する。
【0088】
まず、Ｓ１３１において、ＥＣＵ１０（制約条件決定部１０ｂ）は、車線変更の要求が検出されているか否かを判定する。車線変更の要求が検出されている場合としては、例えば、ドライバによりウインカー操作が行われた場合や、ナビゲーションシステム３０から車線変更が要求された場合（例えば、合流地点に近づいた場合や、目的地までのルート案内において車線変更が要求された場合）等がある。
【0089】
Ｓ１３１の結果、車線変更の要求が検出されていない場合（Ｓ１３１：Ｎｏ）は、ＥＣＵ１０（制約条件決定部１０ｂ）は、Ｓ１３７に進み、車両１が走行している車線７の端部７Ｒ（ＢＲ０）に第１基準位置ＢＲを、車線７の端部７Ｌ（ＢＬ０）に第２基準位置ＢＬを設定し、第１基準位置ＢＲと第２基準位置ＢＬに挟まれた領域を仮想車線Ｓとする。
【0090】
Ｓ１３１の結果、車線変更の要求が検出されている場合（Ｓ１３１：Ｙｅｓ）は、ＥＣＵ１０（制約条件決定部１０ｂ）は、Ｓ１３２に進み、Ｓ１３２～Ｓ１３６に示す仮想車線の再設定処理を開始する。Ｓ１３２では、ＥＣＵ１０（制約条件決定部１０ｂ）は、車線変更の目標車線（車線８）に対する仮想車線（目標仮想車線）の基準位置を設定する。すなわち、再設定処理における第１基準位置ＢＲと第２基準位置ＢＬの最終的な幅方向位置を決定する。ここで、幅方向とは、車線の幅方向、すなわち、車線の長さ方向に対して垂直な方向を意味する。図１０Ａの例では、ＥＣＵ１０（制約条件決定部１０ｂ）は、車線８の右側の端部８Ｒを第１基準位置ＢＲの最終的な位置（ＢＲ５）とし、車線８の左側の端部８Ｌを第２基準位置ＢＬの最終的な位置（ＢＬ５）とする。そして、２つの基準位置の最終的な位置（ＢＲ５とＢＬ５）に挟まれた領域（図１０ＥのＳＯに相当）を、目標仮想車線とする。
【0091】
次に、Ｓ１３３において、ＥＣＵ１０（制約条件決定部１０ｂ）は、第１基準位置ＢＲと第２基準位置ＢＬの制御周期ごとの幅方向位置を決定する。図１０Ａの例では、第１基準位置ＢＲの制御周期ごとの位置は、順にＢＲ１，ＢＲ２，ＢＲ３，ＢＲ４，ＢＲ５であり、第１基準位置ＢＬの制御周期ごとの位置は、順にＢＬ１，ＢＬ２，ＢＬ３，ＢＬ４，ＢＬ５である。また、このように制御周期ごとの仮想車線Ｓを設定することで、制御周期ごとの仮想車線Ｓの幅方向位置（代表して、仮想車線Ｓの幅方向中央部Ｒの幅方向位置を仮想車線Ｓの幅方向位置と見なす）は、前回の制御周期における仮想車線Ｓよりも目標仮想車線ＳＯに近い位置に設定されるとともに、再設定処理を実行する制御周期のうち最後の制御周期（図１０Ｅ）において、仮想車線Ｓの幅方向位置は目標仮想車線ＳＯの幅方向位置と一致する。
【0092】
Ｓ１３３においては、第１基準位置ＢＲと第２基準位置ＢＬの制御周期ごとの位置は、第１基準位置ＢＲと第２基準位置ＢＬの制御周期ごとの幅方向位置の変化量（すなわち、
前回周期と比較した幅方向位置の変化量）を考慮して決定される。図１２Ａは、図１０Ａ～図１０Ｅの例における第１基準位置ＢＲの制御周期ごとの幅方向位置の変化量ＶＢＲを示すグラフであり、図１２Ｂは、図１０Ａ～図１０Ｅの例における第２基準位置ＢＬの制御周期ごとの幅方向位置の変化量ＶＢＬを示すグラフである。本実施形態では、第１基準位置ＢＲと第２基準位置ＢＬの制御周期ごとの幅方向位置の変化量は、必ずしも同一の値をとる必要はなく、それぞれ独立して決定され、少なくとも一部の制御周期において互いに異なる値をとっても良い。
前回周期と比較した幅方向位置の変化量）を考慮して決定される。図１２Ａは、図１０Ａ～図１０Ｅの例における第１基準位置ＢＲの制御周期ごとの幅方向位置の変化量ＶＢＲを示すグラフであり、図１２Ｂは、図１０Ａ～図１０Ｅの例における第２基準位置ＢＬの制御周期ごとの幅方向位置の変化量ＶＢＬを示すグラフである。本実施形態では、第１基準位置ＢＲと第２基準位置ＢＬの制御周期ごとの幅方向位置の変化量は、必ずしも同一の値をとる必要はなく、それぞれ独立して決定され、少なくとも一部の制御周期において互いに異なる値をとっても良い。
【0093】
また、Ｓ１３３においては、第１基準位置ＢＲと第２基準位置ＢＬの制御周期ごとの幅方向位置の変化量は、次の４点を充たすように決定されることが望ましい。第１に、第１基準位置ＢＲを最終的な位置ＢＲ５に設定するまでの処理（本発明における第１再設定処理）を先に開始し、第１再設定処理の開始よりも後のいずれかの制御周期に、第２基準位置ＢＬを最終的な位置ＢＬ５に設定するまでの処理（本発明における第２再設定処理）を開始する。第２に、第１再設定処理を先に実行し、その終了直後の制御周期から第２再設定処理を開始する。本実施形態では、図１２Ａ及び図１２Ｂに示す通り、時刻ｔ０以前の制御周期においては、第１基準位置ＢＲの制御周期ごとの幅方向位置の変化量ＶＢＲをゼロより大きい値とする一方で第２基準位置ＢＬの制御周期ごとの幅方向位置の変化量ＶＢＬをゼロとし、時刻ｔ０以後の制御周期においては、第１基準位置ＢＲの制御周期ごとの幅方向位置の変化量ＶＢＲをゼロとする一方で第２基準位置ＢＬの制御周期ごとの幅方向位置の変化量ＶＢＬをゼロより大きい値とすることにより、時刻ｔ０以前の制御周期において第１再設定処理を実行し、その直後、時刻ｔ０以降の制御周期において第２再設定処理を実行するようになっている。
【0094】
第３に、図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように、第１再設定処理では第１基準位置ＢＲの制御周期ごとの幅方向位置の変化量ＶＢＲは単調増加し、第２再設定処理では第２基準位置ＢＬの制御周期ごとの幅方向位置の変化量ＶＢＬは単調減少する。
【0095】
第４に、第１再設定処理の最後の制御周期における第１基準位置ＢＲの幅方向位置の変化量ＶＢＲと、第２再設定処理の最初の制御周期における第２基準位置ＢＬの幅方向位置の変化量ＶＢＬが一致する。本実施形態では、図１２Ａ及び図１２Ｂに示す通り、時刻ｔ０直前における第１基準位置ＢＲの幅方向位置の変化量ＶＢＲと、時刻ｔ０直後における第２基準位置ＢＬの幅方向位置の変化量ＶＢＬが、いずれもＶＢＭＡＸの値をとり、一致している。
【0096】
Ｓ１３３において、第１基準位置ＢＲ，第２基準位置ＢＬそれぞれの制御周期ごとの幅方向位置の変化量が決定され、第１基準位置ＢＲと第２基準位置ＢＬの制御周期ごとの位置が決定される。図１０Ａ～図１０Ｅの例における再設定処理では、まず第１再設定処理として、１回目から５回目までの制御周期にわたって、第１基準位置ＢＲがＢＲ１→ＢＲ２→ＢＲ３→ＢＲ４→ＢＲ５の順に設定され、次に第２再設定処理として、６回目から１０回目までの制御周期にわたって、第２基準位置ＢＬがＢＬ１→ＢＬ２→ＢＬ３→ＢＬ４→ＢＬ５の順に設定される。なお、図１０Ｂ～図１０Ｅは、順に１回目、５回目、６回目、１０回目の再設定処理を示したものである。このように、本実施形態では、制御周期ごとに第１基準位置ＢＲと第２基準位置ＢＬを再設定することにより、仮想車線Ｓを制御周期ごとに再設定する。なお、ここでは１０回の制御周期にわたって再設定処理が実行されるが、他の回数にわたって実行されても良い。一般にドライバが運転する際に車線変更にかける時間は３～５秒程度のため、再設定処理が３～５秒間にわたって実行されれば、よりドライバの感覚に合った車両挙動を実現できる。
【0097】
なお、第１基準位置ＢＲ，第２基準位置ＢＬそれぞれの制御周期ごとの幅方向位置の変化量は、上述の４点を必ずしも充たさなくても良い。具体的には、第１再設定処理と第２再設定処理は同一の制御周期に開始されても良いし、第１再設定処理が終了する前に第２再設定処理が開始されても良いし、第１再設定処理が終了した後、複数の制御周期が経過した後に第２再設定処理が実行されても良い。また、第１基準位置ＢＲ，第２基準位置ＢＬそれぞれの制御周期ごとの幅方向位置の変化量は、全ての制御周期で同一の値をとっても良いし、幅方向位置の変化量がゼロとなる制御周期があっても良い（ただし、２つ以上の制御周期で幅方向位置の変化量がゼロより大きい値をとるのが望ましい）。また、第１再設定処理の最後の制御周期における第１基準位置ＢＲの幅方向位置の変化量と、第２再設定処理の最初の制御周期における第２基準位置ＢＬの幅方向位置の変化量は、必ずしも一致する必要はない。
【0098】
Ｓ１３３において上述の４点を必ずしも充たさない、本発明の実施形態の変形例を、図１３を用いて説明する。図１３Ｂ及び図１３Ｃに示すように、第１基準位置ＢＲの制御周期ごとの幅方向位置の変化量ＶＢＲと、第２基準位置ＢＬの制御周期ごとの幅方向位置の変化量ＶＢＬは、全ての制御周期において互いに等しく、いずれも一定の値ＶＣＯをとる。この場合、例えば５回の制御周期にわたって再設定処理が実行されるとすると、図１３Ａに示すように、５回の制御周期にわたって第１基準位置ＢＲがＢＲ１１→ＢＲ１２→ＢＲ１３→ＢＲ１４→ＢＲ５の順に設定され、それと並行して第２基準位置ＢＬがＢＬ１１→ＢＬ１２→ＢＬ１３→ＢＬ１４→ＢＬ５の順に設定される。その結果、仮想車線Ｓは常に一定の幅を保ったまま再設定される。図１３Ａに示した仮想車線Ｓは３回目の制御周期における仮想車線を示している。
【0099】
次に、Ｓ１３４において、ＥＣＵ１０（制約条件決定部１０ｂ）は、２つの基準位置を、今回の制御周期における位置に設定する。例えば、１回目の制御周期であれば、図１０Ｂに示すように、第１基準位置ＢＲをＢＲ１の位置に設定し、第２基準位置ＢＬをＢＬ０の位置に設定する。同様に、例えば６回目の制御周期では、図１０Ｄに示すように、第１基準位置ＢＲをＢＲ５の位置に設定し、第２基準位置ＢＬをＢＬ１の位置に設定する。
【0100】
次に、Ｓ１３５において、ＥＣＵ１０（制約条件決定部１０ｂ）は、第１基準位置ＢＲ及び第２基準位置ＢＬが他車両等の障害物に対する進入禁止領域４０と重なっていないか（言い換えれば、仮想車線Ｓが進入禁止領域４０と重なっていないか）を判定する。Ｓ１３５の結果、第１基準位置ＢＲと第２基準位置ＢＬのうち少なくとも一方が進入禁止領域４０と重なっている場合（Ｓ１３５：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１０（制約条件決定部１０ｂ）はＳ１３６に進み、重なっている基準位置を補正する。Ｓ１３５及びＳ１３６の詳細については後述する。
【0101】
Ｓ１３５の結果、第１基準位置ＢＲと第２基準位置ＢＬのいずれも進入禁止領域４０と重なっていない場合、ＥＣＵ１０（制約条件決定部１０ｂ）はＳ１３８に進み、評価関数Ｊの制約項ＪＣのうち、車線制約条件に関する制約項を求める。この制約項は、例えば、車両１の幅方向中央部（例えば、重心位置）の、仮想車線Ｓからの逸脱量が大きいほど、大きな値をとる（すなわち、評価関数Ｊに与えるペナルティ値が大きくなる）ような制約項である。
【0102】
図１１を参照して、Ｓ１３５及びＳ１３６の詳細について説明する。図１１は、車線変更の目標車線８上に他車両等の障害物（図示せず）が存在し、その周囲に進入禁止領域４０が設定されている状況を示している。Ｓ１３５において、ＥＣＵ１０（制約条件決定部１０ｂ）は、Ｓ１３４で新たに設定された第１基準位置ＢＲ，第２基準位置ＢＬがそれぞれ、進入禁止領域４０と重なるか否かを判定する。図１１の例では、Ｓ１３４で第１基準位置ＢＲがＢＲ３に設定された（図１１中に破線で図示）結果、進入禁止領域４０に重なっている。
【0103】
第１基準位置ＢＲと第２基準位置ＢＬのうち少なくとも一方が進入禁止領域４０と重なっている場合（Ｓ１３５：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１０（制約条件決定部１０ｂ）はＳ１３６に進み、進入禁止領域４０と重なっている基準位置の補正を行う。ここでは、重なっている基準位置が進入禁止領域４０と重ならないよう、車両１に近づける方向に補正する。言い換えれば、仮想車線Ｓが進入禁止領域４０と重ならないように、基準位置を補正する。図１１の例では、ＢＲ３に位置している第１基準位置ＢＲを左側に補正するため、補正後の位置の候補として、第１基準位置ＢＲの制御周期ごとの位置のうちＢＲ２，ＢＲ１，ＢＲ０を挙げる。このうちＢＲ３に最も近いＢＲ２に第１基準位置ＢＲを補正しても、依然として進入禁止領域４０と重なるため、ＢＲ３に２番目に近いＢＲ１に第１基準位置ＢＲを補正することで、進入禁止領域４０と重ならないようにしている。このように、ＥＣＵ１０（制約条件決定部１０ｂ）は重なっている基準位置の補正を行った後、Ｓ１３８に進む。なお、次回の制御周期以降、Ｓ１３４にて第１基準位置ＢＲは再びＢＲ２→ＢＲ３→…と設定されるため、スムーズに再設定処理を再開することができる。
【0104】
以下、本実施形態による作用・効果について説明する。本実施形態では、上述した車線制約条件の決定処理のフローを制御周期ごとに繰り返し実行することで、車両が車線変更を行う場合、仮想車線の幅方向位置が段階的に目標仮想車線に近づくように、仮想車線を設定する。もし、１回の制御周期で仮想車線Ｓを図１０Ａに示す位置（Ｓ）から図１０Ｅに示す位置（ＳＯ）に再設定すると、車両１は依然として車線７を走行したままであるにも関わらず、仮想車線Ｓと目標走行経路Ｒが、目標車線である車線８上に位置する状態になる。すると、車両１が目標走行経路Ｒから大きく逸脱しており、また、車線制約条件に違反した状態になるため、評価関数Ｊの値が著しく悪化する。そのため、ＥＣＵ１０（制御目標決定部１０ｆ）は、制約条件の違反を回避して評価関数の値を改善するために、予測期間（例えば、３秒）のうち極力早期に車両１を目標走行経路Ｒに近づけるような補正走行経路及び制御目標を算出することがある。このような補正走行経路及び制御目標は、一般のドライバ（例えば、３～５秒程度かけて車線変更を行う）の操舵よりも急な操舵を伴い、ドライバに違和感を与える車両挙動につながるおそれがある。言い換えれば、１回の制御周期における第１基準位置ＢＲ，第２基準位置ＢＬ，仮想車線Ｓ及び目標走行経路Ｒの幅方向位置の変化量が、一般のドライバの運転で１回の制御周期分の時間（例えば０．１秒間）に車両１が移動する量よりも遥かに大きくなることにより、ドライバに違和感を与える車両挙動につながるおそれがある。一方、本実施形態のように、仮想車線Ｓを複数の制御周期にわたって段階的に目標車線に近づくように再設定することにより、１回の制御周期における第１基準位置ＢＲ，第２基準位置ＢＬ，仮想車線Ｓ及び目標走行経路Ｒの幅方向位置の変化量が、一般のドライバの運転において１回の制御周期分の時間（例えば０．１秒間）に車両１が移動する量に近づく。これにより、評価関数の値が著しく悪化することを抑制できるため、ドライバの操舵よりも急な操舵を伴い車両の移動量が大きくなるような補正走行経路及び制御目標が算出されることを抑制でき、その結果、ドライバに違和感を与える車両挙動を抑制することができる。
【0105】
なお、急な操舵を抑制する他の手段として、評価関数Ｊの制約項ＪＣに関する説明において述べたように、舵角及び／又は舵角速度の制限範囲を規定することも考えられる。一般に、本実施形態の最適化計算部１１ａのように繰り返し計算により制御目標を決定する場合には、相反する制約条件が存在していると計算の収束性が悪化し、制御目標の決定が困難になることが知られている。例えば、車両１が依然として車線７を走行したままであるにも関わらず、仮想車線Ｓが車線８上に位置している状態においては、車線制約条件を順守するために大きな舵角及び舵角速度が要求される一方、舵角及び／又は舵角速度の制限範囲を規定する制約条件を順守するために小さな舵角及び舵角速度が要求されるため、これらの制約条件が相反している。そのため、単に制約項ＪＣにおいて舵角及び／又は舵角速度の制限範囲を規定するだけでは、最適化計算の収束性が悪化し、制御目標の決定が困難になる。そこで、本実施形態のように、仮想車線Ｓを複数の制御周期にわたって段階的に目標車線に近づくように設定することにより、車線変更を行っている間は車線制約条件を緩和されるため、制約条件の相反が抑制され、計算の収束性が向上し、制御目標をより確実に決定することが可能になる。
【0106】
また、本実施形態のように、制御周期ごとの第１基準位置ＢＲの幅方向位置の変化量ＶＢＲと、制御周期ごとの第２基準位置ＢＬの幅方向位置の変化量ＶＢＬは、少なくとも一部の制御周期において互いに異なる値をとることが望ましい。もし、第１基準位置ＢＲと第２基準位置ＢＬの制御周期ごとの幅方向位置の変化量が全ての制御周期において同一の値をとるとする（図１３）と、再設定処理において仮想車線Ｓが一定の幅を保つように再設定されるため、もし車線７（起点車線）と車線８（目標車線）とで車線幅が異なっている場合、少なくとも一方の基準位置が目標仮想車線の基準位置からずれてしまい、仮想車線を目標仮想車線と一致させることが困難になるおそれがある。一方、本実施形態によれば、車線７と車線８とで車線の幅が異なっている場合にも、仮想車線を目標仮想車線に対し一致させることができる。
【0107】
また、本実施形態のように、第１基準位置ＢＲを最終的な位置ＢＲ５に設定するまでの処理（第１再設定処理）を先に開始し、第１再設定処理の開始よりも後のいずれかの制御周期に、第２基準位置ＢＬを最終的な位置ＢＬ５に設定するまでの処理（第２再設定処理）を開始することが望ましい。これにより、図１３の場合などと異なり、第１再設定処理を開始して車両が車線８へ進入することを許容した後も、第２基準位置ＢＬがＢＬ０（起点車線に対応する仮想車線の第２基準位置）に残る。その結果、例えば隣接車線の状況やドライバの判断などから車線変更を中断し車線７への退避が必要になった場合にも、退避時の車両の走行位置を車線７内に適切に定めることが容易になる。
【0108】
また、本実施形態のように、第１再設定処理が終了した次の制御周期に、第２再設定処理を開始することが望ましい。これにより、図１３の場合などと異なり、再設定処理を実行している間、常に、第１基準位置ＢＲがＢＲ５（目標仮想車線の第１基準位置）に位置しているか、または、第２基準位置ＢＬがＢＬ０（起点車線に対応する仮想車線の第２基準位置）に位置している。これにより、急な他車両の接近などに起因して一方の車線への退避が必要になった場合にも、車両の走行位置を退避先の車線内に適切に定めることが容易になる。
【0109】
また、本実施形態のように、第１再設定処理では第１基準位置ＢＲの制御周期ごとの幅方向位置の変化量ＶＢＲが単調増加し、第２再設定処理では第２基準位置ＢＬの制御周期ごとの幅方向位置の変化量ＶＢＬが単調減少することが望ましい。これにより、車線変更（再設定処理）の開始直後と車線変更の終了直前においては、両者の間の期間と比較して、第１基準位置ＢＲ，第２基準位置ＢＬ，仮想車線Ｓ及び目標走行経路Ｒの制御周期ごとの幅方向位置の変化量を小さくすることができる。すなわち、車線変更の開始直後と車線変更の終了直前においては、両者の間の期間と比較して、車両１の移動量を小さくすることができ、車両１に加わる横方向の重力加速度をより小さく抑えることができる。その結果、ドライバに違和感を与える車両挙動をより一層抑制することができる。
【0110】
また、本実施形態のように、第１再設定処理の最後の制御周期における第１基準位置ＢＲの幅方向位置の変化量ＶＢＲと、第２再設定処理の最初の制御周期における第２基準位置ＢＬの幅方向位置の変化量ＶＢＬが一致することが望ましい。これにより、第１再設定処理の最後の制御周期において算出される車両１の舵角目標と、第２再設定処理の最初の制御周期において算出される車両１の舵角目標とが概ね一致するため、第１再設定処理から第２再設定処理への移行時において、車両の横方向の移動速度が変化することを抑制し、ドライバに違和感を与える車両挙動をより一層抑制することができる。
【0111】
また、本実施形態のように、第１基準位置ＢＲと第２基準位置ＢＬのうち少なくとも一方が、他車両等の障害物に対する進入禁止領域４０と重なっている場合、重なっている基準位置を、進入禁止領域４０と重ならないよう、車両１に近づける方向に補正することが望ましい。これにより、車線変更の途中で他車両等の障害物と接近した場合に、単に再設定処理を中止するのではなく、再設定処理を続行しながら他車両との接触を回避するように第１基準位置ＢＲ，第２基準位置ＢＬを補正することができる。これにより、他車両等の障害物との接触を回避しつつ、回避後の車線変更の再開をスムーズに行うことができる。
【符号の説明】
【0112】
１ 車両
４ 障害物（停止車両）
７，８ 車線
７Ｌ，７Ｒ，８Ｌ，８Ｒ 車線端部
１０ ＥＣＵ
１０ａ 入力処理部
１０ｂ 制約条件決定部
１０ｃ 目標走行経路決定部
１０ｅ 運転操作判断部
１０ｆ 制御目標決定部
１０ｚ 制御指令部
１１ａ 最適化計算部
１１ｂ モデル予測部
４０ 進入禁止領域
１００ 車両制御装置
ＢＬ 第２基準位置
ＢＲ 第１基準位置
Ｊ 評価関数
Ｐ 目標位置
Ｐｃ 補正目標位置
Ｒ 目標走行経路
Ｒｃ 補正走行経路
Ｓ 仮想車線
ＳＯ 目標仮想車線
４ 障害物（停止車両）
７，８ 車線
７Ｌ，７Ｒ，８Ｌ，８Ｒ 車線端部
１０ ＥＣＵ
１０ａ 入力処理部
１０ｂ 制約条件決定部
１０ｃ 目標走行経路決定部
１０ｅ 運転操作判断部
１０ｆ 制御目標決定部
１０ｚ 制御指令部
１１ａ 最適化計算部
１１ｂ モデル予測部
４０ 進入禁止領域
１００ 車両制御装置
ＢＬ 第２基準位置
ＢＲ 第１基準位置
Ｊ 評価関数
Ｐ 目標位置
Ｐｃ 補正目標位置
Ｒ 目標走行経路
Ｒｃ 補正走行経路
Ｓ 仮想車線
ＳＯ 目標仮想車線
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図10D】
【図10E】
【図11】
【図12A】
【図12B】
【図13A】
【図13B】
【図13C】