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(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】2024-11-05
(45)【発行日】2024-11-13
(54)【発明の名称】車速制御方法及び走行制御装置
(51)【国際特許分類】
B60W 30/02 20120101AFI20241106BHJP
B60T 7/12 20060101ALI20241106BHJP
B60W 30/10 20060101ALI20241106BHJP
B60W 40/06 20120101ALI20241106BHJP
B60W 40/105 20120101ALI20241106BHJP
B60W 40/107 20120101ALI20241106BHJP
B60W 40/109 20120101ALI20241106BHJP
B60W 60/00 20200101ALI20241106BHJP
G08G 1/16 20060101ALI20241106BHJP
【ＦＩ】
B60W30/02
B60T7/12 F
B60T7/12 Z
B60W30/10
B60W40/06
B60W40/105
B60W40/107
B60W40/109
B60W60/00
G08G1/16 D
【請求項の数】
2
(21)【出願番号】P 2021040363
(22)【出願日】2021-03-12
(65)【公開番号】P2022139818
(43)【公開日】2022-09-26
【審査請求日】2023-11-07
(73)【特許権者】
【識別番号】000003997
【氏名又は名称】日産自動車株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】507308902
【氏名又は名称】ルノー エス．ア．エス．
【氏名又は名称原語表記】ＲＥＮＡＵＬＴ Ｓ．Ａ．Ｓ．
【住所又は居所原語表記】１２２－１２２ ｂｉｓ， ａｖｅｎｕｅ ｄｕ Ｇｅｎｅｒａｌ Ｌｅｃｌｅｒｃ， ９２１００ Ｂｏｕｌｏｇｎｅ－Ｂｉｌｌａｎｃｏｕｒｔ， Ｆｒａｎｃｅ
(74)【代理人】
【識別番号】100103850
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 秀▲てつ▼
(74)【代理人】
【識別番号】100114177
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 龍
(74)【代理人】
【識別番号】100066980
【弁理士】
【氏名又は名称】森 哲也
(72)【発明者】
【氏名】島影 正康
(72)【発明者】
【氏名】小田 貴嗣
(72)【発明者】
【氏名】宮下 直樹
(72)【発明者】
【氏名】丹羽 雄哉
【審査官】戸田 耕太郎
(56)【参考文献】
【文献】特開平１０－３１００４２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－１９１７７４（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１３／０２５３７９３（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１７－０４３１７１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ６０Ｗ ３０／０２
Ｂ６０Ｔ ７／１２
Ｂ６０Ｗ ３０／１０
Ｂ６０Ｗ ４０／０６
Ｂ６０Ｗ ４０／１０５
Ｂ６０Ｗ ４０／１０７
Ｂ６０Ｗ ４０／１０９
Ｂ６０Ｗ ６０／００
Ｇ０８Ｇ １／１６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
自車両の目標走行軌道を設定し、前記目標走行軌道の曲率プロファイルと前記自車両の車速とに応じて求まる前記自車両の横加速度をａｙとし、路面の摩擦係数をμとし、前記自車両の質量をｍとし、前記自車両の慣性モーメントをＩｚとし、前記自車両のヨー角速度をωとし、ホイールベース長をｌとし、前記自車両の重心から前輪軸及び後輪軸までの長さをそれぞれｌｆ及びｌｒとし、前輪及び後輪に掛かる荷重をそれぞれＦｚｆ及びＦｚｒとし、前輪及び後輪の横力をそれぞれＦｙｆ及びＦｙｒとし、前輪及び後輪の前後力をそれぞれＦｘｆ及びＦｘｒとして、次式（１）～（４）により定義される制約条件を満たす車速のみからなるプロファイルを目標車速プロファイルとして生成し、
前記目標車速プロファイルに基づいて、前記自車両の車速を制御する、
ことを特徴とする車速制御方法。
【数1】
【請求項2】
自車両の目標走行軌道を設定し、前記目標走行軌道の曲率プロファイルと前記自車両の車速とに応じて求まる前記自車両の横加速度をａｙとし、路面の摩擦係数をμとし、前記自車両の質量をｍとし、前記自車両の慣性モーメントをＩｚとし、前記自車両のヨー角速度をωとし、ホイールベース長をｌとし、前記自車両の重心から前輪軸及び後輪軸までの長さをそれぞれｌｆ及びｌｒとし、前輪及び後輪に掛かる荷重をそれぞれＦｚｆ及びＦｚｒとし、前輪及び後輪の横力をそれぞれＦｙｆ及びＦｙｒとし、前輪及び後輪の前後力をそれぞれＦｘｆ及びＦｘｒとして、次式（６）～（８）により定義される制約条件を満たす車速のみからなるプロファイルを目標車速プロファイルとして生成するコントローラと、
前記目標走行軌道に基づいて、前記自車両の転舵角を制御する転舵機構と、
前記目標車速プロファイルに基づいて、前記自車両の駆動力を制御する駆動装置と、
前記目標車速プロファイルに基づいて、前記自車両の制動力を制御する制動装置と、
を備えることを特徴とする走行制御装置。
【数2】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、車速制御方法及び走行制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、前後加速度がゼロである場合の摩擦円を限界まで使用してカーブ路を曲がる最大速度に基づいて車速を制御する車速制御装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１７－４３１７１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、特許文献１に記載の車速制御装置は、車両の運動状態によらずに摩擦円を限界まで使用した場合の最大速度を算出することから、ヨーモーメントが車両に働く状況において実際の車輪の摩擦限界を超えてしまうおそれがある。
本発明は、自車両を目標走行軌道で走行させる際に、自車両に働くヨーモーメントによって車輪の摩擦限界を超えるのを抑制する目標車速プロファイルを設定することを目的とする。
本発明は、自車両を目標走行軌道で走行させる際に、自車両に働くヨーモーメントによって車輪の摩擦限界を超えるのを抑制する目標車速プロファイルを設定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の一態様による車速制御方法は、自車両の目標走行軌道を設定し、目標走行軌道の曲率プロファイルと自車両の車速とに応じて求まる自車両の横加速度をａｙとし、路面の摩擦係数をμとし、自車両の質量をｍとし、自車両の慣性モーメントをＩｚとし、自車両のヨー角速度をωとし、ホイールベース長をｌとし、自車両の重心から前輪軸及び後輪軸までの長さをそれぞれｌｆ及びｌｒとし、前輪及び後輪に掛かる荷重をそれぞれＦｚｆ及びＦｚｒとし、前輪及び後輪の横力をそれぞれＦｙｆ及びＦｙｒとし、前輪及び後輪の前後力をそれぞれＦｘｆ及びＦｘｒとして、後述の式（１）、（２）、（７）及び（８）により定義される制約条件を満たす車速のみからなるプロファイルを目標車速プロファイルとして生成し、目標車速プロファイルに基づいて、自車両の車速を制御する。
【発明の効果】
【0006】
本発明によれば、自車両を目標走行軌道で走行させる際に、自車両に働くヨーモーメントによって車輪の摩擦限界を超えるのを抑制する目標車速プロファイルを設定できる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】実施形態の走行制御装置の一例の概略構成図である。
【図2】前輪の摩擦限界に基づく前後加速度の制限と後輪の摩擦限界に基づく前後加速度の制限の一例を示す図である。
【図3A】旋回方向と同一方向へヨーモーメントが発生する場合の前後加速度の制限の変化の一例を示す図である。
【図3B】旋回方向と反対方向へヨーモーメントが発生する場合の前後加速度の制限の変化の一例を示す図である。
【図4】実施形態の走行制御装置の機能構成の一例のブロック図である。
【図5】摩擦円制約設定部と速度プロファイル設定部の機能構成の一例のブロック図である。
【図6】実施形態の車速制御方法の一例のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、各図面は模式的なものであって、現実のものとは異なる場合がある。また、以下に示す本発明の実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の構造、配置等を下記のものに特定するものではない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【0009】
図１を参照する。自車両１は、自車両１の走行制御を行う走行制御装置１０を備える。走行制御装置１０による走行制御には、自車両１の周辺の走行環境に基づいて、運転者が関与せずに自車両１を自動で運転する自動運転や、定速走行制御、車線維持制御、合流支援制御などの運転支援制御を含んでよい。
走行制御装置１０は、物体センサ１１と、車両センサ１２と、測位装置１３と、地図データベース（地図ＤＢ）１４と、コントローラ１５と、アクチュエータ１６、転舵装置１７、駆動装置１８、制動装置１９とを備える。
走行制御装置１０は、物体センサ１１と、車両センサ１２と、測位装置１３と、地図データベース（地図ＤＢ）１４と、コントローラ１５と、アクチュエータ１６、転舵装置１７、駆動装置１８、制動装置１９とを備える。
【0010】
物体センサ１１は、自車両１に搭載されたレーザレーダやミリ波レーダ、カメラ、LIDAR（Light Detection and Ranging、Laser Imaging Detection and Ranging）など、自車両１の周辺の物体を検出する複数の異なる種類の物体検出センサを備える。
車両センサ１２は、自車両１に搭載され、自車両１から得られる様々な情報（車両信号）を検出する。車両センサ１２には、例えば、自車両１の走行速度（車速）を検出する車速センサ、自車両１が備える各タイヤの回転速度を検出する車輪速センサ、自車両１の３軸方向の加速度（減速度を含む）を検出する３軸加速度センサ（Ｇセンサ）、操舵角（転舵角を含む）を検出する操舵角センサ、自車両１に生じる角速度を検出するジャイロセンサ、ヨーレイトを検出するヨーレイトセンサ、自車両１のアクセル開度を検出するアクセルセンサと、運転者によるブレーキ操作量を検出するブレーキセンサが含まれる。
車両センサ１２は、自車両１に搭載され、自車両１から得られる様々な情報（車両信号）を検出する。車両センサ１２には、例えば、自車両１の走行速度（車速）を検出する車速センサ、自車両１が備える各タイヤの回転速度を検出する車輪速センサ、自車両１の３軸方向の加速度（減速度を含む）を検出する３軸加速度センサ（Ｇセンサ）、操舵角（転舵角を含む）を検出する操舵角センサ、自車両１に生じる角速度を検出するジャイロセンサ、ヨーレイトを検出するヨーレイトセンサ、自車両１のアクセル開度を検出するアクセルセンサと、運転者によるブレーキ操作量を検出するブレーキセンサが含まれる。
【0011】
測位装置１３は、全地球型測位システム（ＧＮＳＳ）受信機を備え、複数の航法衛星から電波を受信して自車両１の現在位置を測定する。ＧＮＳＳ受信機は、例えば地球測位システム（ＧＰＳ）受信機等であってよい。測位装置１３は、例えば慣性航法装置であってもよい。
地図データベース１４は、自動運転用の地図として好適な高精度地図データ（以下、単に「高精度地図」という。）を記憶する記憶装置であってよい。高精度地図は、ナビゲーション用の地図データ（以下、単に「ナビ地図」という。）よりも高精度の地図データであり、道路単位の情報よりも詳細な車線単位の情報を含む。
地図データベース１４は、自動運転用の地図として好適な高精度地図データ（以下、単に「高精度地図」という。）を記憶する記憶装置であってよい。高精度地図は、ナビゲーション用の地図データ（以下、単に「ナビ地図」という。）よりも高精度の地図データであり、道路単位の情報よりも詳細な車線単位の情報を含む。
【0012】
コントローラ１５は、自車両１の走行支援制御を行う電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）である。コントローラ１５は、プロセッサ２０と、記憶装置２１等の周辺部品とを含む。プロセッサ２０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro-Processing Unit）であってよい。
記憶装置２１は、半導体記憶装置や、磁気記憶装置、光学記憶装置等を備えてよい。記憶装置２１は、レジスタ、キャッシュメモリ、主記憶装置として使用されるＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリを含んでよい。
以下に説明するコントローラ１５の機能は、例えばプロセッサ２０が、記憶装置２１に格納されたコンピュータプログラムを実行することにより実現される。
なお、コントローラ１５を、以下に説明する各情報処理を実行するための専用のハードウエアにより形成してもよい。
例えば、コントローラ１５は、汎用の半導体集積回路中に設定される機能的な論理回路を備えてもよい。例えばコントローラ１５はフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ：Field-Programmable Gate Array）等のプログラマブル・ロジック・デバイス（ＰＬＤ：Programmable Logic Device）等を有していてもよい。
記憶装置２１は、半導体記憶装置や、磁気記憶装置、光学記憶装置等を備えてよい。記憶装置２１は、レジスタ、キャッシュメモリ、主記憶装置として使用されるＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリを含んでよい。
以下に説明するコントローラ１５の機能は、例えばプロセッサ２０が、記憶装置２１に格納されたコンピュータプログラムを実行することにより実現される。
なお、コントローラ１５を、以下に説明する各情報処理を実行するための専用のハードウエアにより形成してもよい。
例えば、コントローラ１５は、汎用の半導体集積回路中に設定される機能的な論理回路を備えてもよい。例えばコントローラ１５はフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ：Field-Programmable Gate Array）等のプログラマブル・ロジック・デバイス（ＰＬＤ：Programmable Logic Device）等を有していてもよい。
【0013】
アクチュエータ１６は、コントローラ１５からの制御信号に応じて転舵装置１７、駆動装置１８及び制動装置１９を作動させて、自車両１の車両挙動を発生させる。アクチュエータ１６は、ステアリングアクチュエータと、アクセル開度アクチュエータと、ブレーキ制御アクチュエータを備える。
ステアリングアクチュエータは、転舵装置１７を作動させて自車両１の操舵方向及び操舵量を制御する。アクセル開度アクチュエータは、エンジンや駆動モータである駆動装置１８を作動させて自車両１の前後加速度を制御する。ブレーキ制御アクチュエータは、制動装置１９を作動させて自車両１の前後減速度を制御する。
ステアリングアクチュエータは、転舵装置１７を作動させて自車両１の操舵方向及び操舵量を制御する。アクセル開度アクチュエータは、エンジンや駆動モータである駆動装置１８を作動させて自車両１の前後加速度を制御する。ブレーキ制御アクチュエータは、制動装置１９を作動させて自車両１の前後減速度を制御する。
【0014】
次に、コントローラ１５による走行制御の一例の概要を説明する。
コントローラ１５は、自車両１を自動で運転する自動運転や、定速走行制御、車線維持制御、合流支援制御などの運転支援制御において、物体センサ１１によって検出した自車両１の周囲環境の情報と、測位装置１３が測定した自車両１の現在位置と、地図データベース１４とに基づいて、自車両１を将来走行させる目標走行軌道を生成する。
さらにコントローラ１５は、自車両１を目標走行軌道で走行させる車速のプロファイルである目標車速プロファイルを生成する。
コントローラ１５は、自車両１を自動で運転する自動運転や、定速走行制御、車線維持制御、合流支援制御などの運転支援制御において、物体センサ１１によって検出した自車両１の周囲環境の情報と、測位装置１３が測定した自車両１の現在位置と、地図データベース１４とに基づいて、自車両１を将来走行させる目標走行軌道を生成する。
さらにコントローラ１５は、自車両１を目標走行軌道で走行させる車速のプロファイルである目標車速プロファイルを生成する。
【0015】
目標車速プロファイルを生成する際に、コントローラ１５は、自車両１の前輪の摩擦限界に基づく前後力の制約条件と、後輪の摩擦限界に基づく前後力の制約条件との両方を満足する目標車速プロファイルを生成する。
例えばコントローラ１５は、車輪の摩擦限界に関する以下の条件（Ａ）を満たす目標車速プロファイルを生成してよい。
例えばコントローラ１５は、車輪の摩擦限界に関する以下の条件（Ａ）を満たす目標車速プロファイルを生成してよい。
【0016】
（Ａ）摩擦限界に関する制約条件
上式（１）中のＦｙｆ、Ｆｘｆは、それぞれ前輪で発生する横力（前輪横力）及び前後力（前輪前後力）であり、Ｆｚｆは前輪に係る荷重（前輪荷重）である。上式（２）中のＦｙｒ、Ｆｘｒは、それぞれ後輪で発生する横力（後輪横力）及び前後力（後輪前後力）であり、Ｆｚｒは後輪に係る荷重（後輪荷重）である。μは路面の摩擦係数である。
上式（１）は前輪の摩擦限界に関する制約条件であり、前輪横力Ｆｙｆと前輪前後力Ｆｘｆの二乗和を、前輪荷重Ｆｚｆと摩擦係数μとの積の二乗値以下に制限する。すなわち、前輪横力Ｆｙｆと前輪前後力Ｆｘｆの合力の大きさを、前輪のタイヤの摩擦限界（摩擦円）以下に制限する。同様に、上式（２）は後輪の摩擦限界に関する制約条件である。
【数1】
上式（１）は前輪の摩擦限界に関する制約条件であり、前輪横力Ｆｙｆと前輪前後力Ｆｘｆの二乗和を、前輪荷重Ｆｚｆと摩擦係数μとの積の二乗値以下に制限する。すなわち、前輪横力Ｆｙｆと前輪前後力Ｆｘｆの合力の大きさを、前輪のタイヤの摩擦限界（摩擦円）以下に制限する。同様に、上式（２）は後輪の摩擦限界に関する制約条件である。
【0017】
このため、前輪荷重Ｆｚｆが大きく後輪荷重Ｆｚｒが小さい場合には、前輪荷重Ｆｚｆが小さく後輪荷重Ｆｚｒが大きい場合に比べて、前輪の前後力の大きさを制限する上限値を大きな値に設定し、後輪の前後力の大きさを制限する上限値を小さな値に設定できる。
また、後輪荷重Ｆｚｒが大きく前輪荷重Ｆｚｆが小さい場合には、後輪荷重Ｆｚｒが小さく前輪荷重Ｆｚｆが大きい場合に比べて、後輪の前後力の大きさを制限する上限値を大きな値に設定し、前輪の前後力の大きさを制限する上限値を小さな値に設定できる。
また、後輪荷重Ｆｚｒが大きく前輪荷重Ｆｚｆが小さい場合には、後輪荷重Ｆｚｒが小さく前輪荷重Ｆｚｆが大きい場合に比べて、後輪の前後力の大きさを制限する上限値を大きな値に設定し、前輪の前後力の大きさを制限する上限値を小さな値に設定できる。
【0018】
ここで、車速が変化すると前輪荷重Ｆｚｆ及び後輪荷重Ｆｚｒが変動するため、前輪横力Ｆｙｆ、前輪前後力Ｆｘｆ、後輪横力Ｆｙｒ、後輪前後力Ｆｘｒが取り得る上限が変化する。そこでコントローラ１５は、条件（Ａ）に加えて、荷重移動に関する下記の付加条件（ａ１）を満たすように、目標車速プロファイルを生成する。
【0019】
付加条件（ａ１）
上式（３）、（４）中のｍは自車両１の質量であり、ｇは重力加速度であり、ｌはホイールベース長であり、ｌｒは車両重心から後輪軸までの長さであり、ｌｆは車両重心から前輪軸までの長さであり、ｈは車両重心の高さであり、ａｘは自車両１の前後方向の加速度（前後加速度）である。
これにより、自車両１の加速度（ａｘ＞０）が大きい場合には小さい場合に比べて、前輪荷重Ｆｚｆが小さく設定され、自車両１の減速度（ａｘ＜０）が大きい場合には小さい場合に比べて、後輪荷重Ｆｚｒが小さく設定される。
【数2】
これにより、自車両１の加速度（ａｘ＞０）が大きい場合には小さい場合に比べて、前輪荷重Ｆｚｆが小さく設定され、自車両１の減速度（ａｘ＜０）が大きい場合には小さい場合に比べて、後輪荷重Ｆｚｒが小さく設定される。
【0020】
さらに、自車両１を制動するための前後力は、制動力配分比に応じて前輪前後力Ｆｘｆ及び後輪前後力Ｆｘｒに配分される。また、自車両１が四輪駆動車両である場合に、自車両１を駆動するための前後力は、駆動力配分比に応じて前輪前後力Ｆｘｆ及び後輪前後力Ｆｘｒに配分される。
そこでコントローラ１５は、条件（Ａ）及び（ａ１）に加えて、制動力配分比及び／又は駆動力配分比に関する下記の付加条件（ａ２）を満たすように、目標車速プロファイルを生成してよい。
そこでコントローラ１５は、条件（Ａ）及び（ａ１）に加えて、制動力配分比及び／又は駆動力配分比に関する下記の付加条件（ａ２）を満たすように、目標車速プロファイルを生成してよい。
【0021】
付加条件（ａ２）
上式（５）、（６）中のＲは、制動力配分比（減速時、すなわちａｘ＜０である時）又は駆動力配分比（加速時、すなわちａｘ＞０である時）である。
【数3】
【0022】
また、直線路からカーブ路に進入する場合や、カーブ路から直線路へ抜けて加速する場合などヨーレイトが変化する状況では、ヨーモーメントＭを発生させるために前輪横力Ｆｙｆ及び後輪横力Ｆｙｒが使用される。このため、自車両１の加減速に使用できる前輪前後力Ｆｘｆ及び後輪前後力Ｆｘｒが減少する。このため、前後加速度ａｘはヨーモーメントＭによって制限される。
そこでコントローラ１５は、条件（Ａ）（ａ１）及び（ａ２）に加えて、自車両１に働くヨーモーメントに関する下記の付加条件（ａ３）を満たすように、目標車速プロファイルを生成してよい。
そこでコントローラ１５は、条件（Ａ）（ａ１）及び（ａ２）に加えて、自車両１に働くヨーモーメントに関する下記の付加条件（ａ３）を満たすように、目標車速プロファイルを生成してよい。
【0023】
付加条件（ａ３）
上式（７）及び（８）においてωはヨー角速度を示す。Ｉｚは自車両１の慣性モーメントである。
このように、前輪横力Ｆｙｆ及び後輪横力Ｆｙｒは、自車両１の横加速度ａｙとヨー角加速度ω’＝ｄω／ｄｔに基づいて定まる変数となる。
ここで、横加速度ａｙは、演算対象である目標車速プロファイルによって定まる変数である。
【数4】
このように、前輪横力Ｆｙｆ及び後輪横力Ｆｙｒは、自車両１の横加速度ａｙとヨー角加速度ω’＝ｄω／ｄｔに基づいて定まる変数となる。
ここで、横加速度ａｙは、演算対象である目標車速プロファイルによって定まる変数である。
【0024】
そこでコントローラ１５は、横加速度ａｙの各値に対して、上式（１）、（３）、（５）及び（７）を満足する自車両１の前後加速度ａｘ＝Ｆｘｆ／ｍのそれぞれの上限値及び下限値を前輪の摩擦限界に基づく前後加速度の制約条件として算出する。また、上式（２）、（４）、（６）及び（８）を満足する自車両１の前後加速度ａｘ＝Ｆｘｒ／ｍのそれぞれの上限値及び下限値を、後輪の摩擦限界に基づく前後加速度の制約条件として算出する。
【0025】
具体的には、まず上式（７）からヨーモーメントＭ＝ｍ×ω’の影響を除外して得られる次式（９）と、上式（１）、（３）及び（５）を満足する自車両１の前後加速度ａｘ＝Ｆｘｆ／ｍのそれぞれの上限値及び下限値を、前輪の摩擦限界に基づく前輪前後加速度制約Ａｘｆ［ａｙ］として算出する。
【数5】
【0026】
同様に、横加速度ａｙの各値に対して、次式（１０）と上式（２）、（４）及び（６）を満足する自車両１の前後加速度ａｘ＝Ｆｘｒ／ｍのそれぞれの上限値及び下限値を、後輪の摩擦限界に基づく後輪前後加速度制約Ａｘｒ［ａｙ］として算出する。
図２は、前輪前後加速度制約Ａｘｆ［ａｙ］及び後輪前後加速度制約Ａｘｒ［ａｙ］の一例を示す図である。実線３０が前輪前後加速度制約Ａｘｆ［ａｙ］を示し、一点鎖線３１が後輪前後加速度制約Ａｘｒ［ａｙ］を示す。
また、Ｘ方向及びＹ方向は、自車両１の前後方向及び横方向を示し、左方向及び右方向をそれぞれ正及び負の方向とし、前方及び後方をそれぞれ正及び負の方向としている。
【数6】
また、Ｘ方向及びＹ方向は、自車両１の前後方向及び横方向を示し、左方向及び右方向をそれぞれ正及び負の方向とし、前方及び後方をそれぞれ正及び負の方向としている。
【0027】
次にコントローラ１５は、ヨーモーメントＭ＝ｍ×ω’が自車両１に働いている場合の前後加速度の上限値及び下限値を、前輪前後加速度制約Ａｘｆ［ａｙ］と後輪前後加速度制約Ａｘｒ［ａｙ］から各々取得する。
具体的には、前輪前後加速度制約Ａｘｆ［ａｙ］（実線３０）を－Ｉｚ・ω’／（ｍ・ｌｒ）だけＹ方向（横方向）に平行移動する。同様に、後輪前後加速度制約Ａｘｒ［ａｙ］（一点鎖線３１）をＩｚ・ω’／（ｍ・ｌｆ）だけＹ方向（横方向）に平行移動する。
すなわち、前輪前後加速度制約Ａｘｆ［ａｙ＋Ｉｚ・ω’／（ｍ・ｌｒ）］、後輪前後加速度制約Ａｘｒ［ａｙ－Ｉｚ・ω’／（ｍ・ｌｆ）］を、横加速度がａｙである時の値として取得する。
具体的には、前輪前後加速度制約Ａｘｆ［ａｙ］（実線３０）を－Ｉｚ・ω’／（ｍ・ｌｒ）だけＹ方向（横方向）に平行移動する。同様に、後輪前後加速度制約Ａｘｒ［ａｙ］（一点鎖線３１）をＩｚ・ω’／（ｍ・ｌｆ）だけＹ方向（横方向）に平行移動する。
すなわち、前輪前後加速度制約Ａｘｆ［ａｙ＋Ｉｚ・ω’／（ｍ・ｌｒ）］、後輪前後加速度制約Ａｘｒ［ａｙ－Ｉｚ・ω’／（ｍ・ｌｆ）］を、横加速度がａｙである時の値として取得する。
【0028】
図３Ａ及び図３Ｂは、ヨーモーメントＭの影響を反映した前輪前後加速度制約Ａｘｆ［ａｙ＋Ｉｚ・ω’／（ｍ・ｌｒ）］と、後輪前後加速度制約Ａｘｒ［ａｙ－Ｉｚ・ω’／（ｍ・ｌｆ）］の一例を示す図である。
図３Ａは、左旋回時に、自車両１が発生するヨーモーメントを旋回方向と同じ方向に増加させる場合の例を示している。これは例えば、直線路からカーブ路に進入してヨーレイトが増加する場合や、ステアリングホイールを切り増し側に操舵してヨーレイトが増加する場合に発生する。
この場合には、正のヨーモーメントが発生するため、前輪前後加速度制約Ａｘｆ［ａｙ＋Ｉｚ・ω’／（ｍ・ｌｒ）］は、Ｉｚ・ω’／（ｍ・ｌｒ）だけ負の方向に平行移動する。反対に、後輪前後加速度制約Ａｘｒ［ａｙ－Ｉｚ・ω’／（ｍ・ｌｆ）］は、Ｉｚ・ω’／（ｍ・ｌｆ）だけ正の方向に平行移動する。
この結果、左旋回時（すなわち横加速度ａｙ＞０）に、前輪前後加速度制約Ａｘｆ［ａｙ＋Ｉｚ・ω’／（ｍ・ｌｒ）］（実線３０）が矢印３２に示すように小さくなる。反対に、後輪前後加速度制約Ａｘｒ［ａｙ－Ｉｚ・ω’／（ｍ・ｌｆ）］（一点鎖線３１）は矢印３３に示すように大きくなる。
図３Ａは、左旋回時に、自車両１が発生するヨーモーメントを旋回方向と同じ方向に増加させる場合の例を示している。これは例えば、直線路からカーブ路に進入してヨーレイトが増加する場合や、ステアリングホイールを切り増し側に操舵してヨーレイトが増加する場合に発生する。
この場合には、正のヨーモーメントが発生するため、前輪前後加速度制約Ａｘｆ［ａｙ＋Ｉｚ・ω’／（ｍ・ｌｒ）］は、Ｉｚ・ω’／（ｍ・ｌｒ）だけ負の方向に平行移動する。反対に、後輪前後加速度制約Ａｘｒ［ａｙ－Ｉｚ・ω’／（ｍ・ｌｆ）］は、Ｉｚ・ω’／（ｍ・ｌｆ）だけ正の方向に平行移動する。
この結果、左旋回時（すなわち横加速度ａｙ＞０）に、前輪前後加速度制約Ａｘｆ［ａｙ＋Ｉｚ・ω’／（ｍ・ｌｒ）］（実線３０）が矢印３２に示すように小さくなる。反対に、後輪前後加速度制約Ａｘｒ［ａｙ－Ｉｚ・ω’／（ｍ・ｌｆ）］（一点鎖線３１）は矢印３３に示すように大きくなる。
【0029】
図３Ｂは、左旋回時に、自車両１が発生するヨーモーメントを旋回方向と反対方向に増加させる場合の例を示している。これは例えば、カーブ路から直線路に抜けて加速するようなヨーレイトが減少する場合や、ステアリングホイールを切り戻し側に操舵してヨーレイトが減少する場合に発生する。
この場合には、負のヨーモーメントが発生するため、前輪前後加速度制約Ａｘｆ［ａｙ＋Ｉｚ・ω’／（ｍ・ｌｒ）］は、Ｉｚ・ω’／（ｍ・ｌｒ）だけ正の方向に平行移動する。反対に、後輪前後加速度制約Ａｘｒ［ａｙ－Ｉｚ・ω’／（ｍ・ｌｆ）］は、Ｉｚ・ω’／（ｍ・ｌｆ）だけ負の方向に平行移動する。
この場合には、負のヨーモーメントが発生するため、前輪前後加速度制約Ａｘｆ［ａｙ＋Ｉｚ・ω’／（ｍ・ｌｒ）］は、Ｉｚ・ω’／（ｍ・ｌｒ）だけ正の方向に平行移動する。反対に、後輪前後加速度制約Ａｘｒ［ａｙ－Ｉｚ・ω’／（ｍ・ｌｆ）］は、Ｉｚ・ω’／（ｍ・ｌｆ）だけ負の方向に平行移動する。
【0030】
この結果、左旋回時（すなわち横加速度ａｙ＞０）に、前輪前後加速度制約Ａｘｆ［ａｙ＋Ｉｚ・ω’／（ｍ・ｌｒ）］（実線３０）が矢印３２に示すように大きくなる。反対に、後輪前後加速度制約Ａｘｒ［ａｙ－Ｉｚ・ω’／（ｍ・ｌｆ）］（一点鎖線３１）は矢印３３に示すように小さくなる。
ヨーモーメントＭの影響を反映した前輪前後加速度制約Ａｘｆ［ａｙ＋Ｉｚ・ω’／（ｍ・ｌｒ）］と、後輪前後加速度制約Ａｘｒ［ａｙ－Ｉｚ・ω’／（ｍ・ｌｆ）］は、それぞれ特許請求の範囲に記載の「第１制約条件」及び「第２制約条件」の一例である。
ヨーモーメントＭの影響を反映した前輪前後加速度制約Ａｘｆ［ａｙ＋Ｉｚ・ω’／（ｍ・ｌｒ）］と、後輪前後加速度制約Ａｘｒ［ａｙ－Ｉｚ・ω’／（ｍ・ｌｆ）］は、それぞれ特許請求の範囲に記載の「第１制約条件」及び「第２制約条件」の一例である。
【0031】
自車両１全体が発生させることができる横力及び前後力は、前輪前後加速度制約Ａｘｆ［ａｙ＋Ｉｚ・ω’／（ｍ・ｌｒ）］の上下限値と後輪前後加速度制約Ａｘｒ［ａｙ－Ｉｚ・ω’／（ｍ・ｌｆ）］の上下限値の両者の範囲内の横力及び前後力である。
したがってコントローラ１５は、前輪前後加速度制約Ａｘｆ［ａｙ＋Ｉｚ・ω’／（ｍ・ｌｒ）］を示す実線３０の内側（原点側）の領域と、後輪前後加速度制約Ａｘｒ［ａｙ－Ｉｚ・ω’／（ｍ・ｌｆ）］を示す一点鎖線３１の内側（原点側）の領域と、が重複する領域３４（図３Ａ及び図３Ｂにてハッチングが施された領域）を自車両１の前後加速度ａｘが超えないように目標車速プロファイルを生成する。
したがってコントローラ１５は、前輪前後加速度制約Ａｘｆ［ａｙ＋Ｉｚ・ω’／（ｍ・ｌｒ）］を示す実線３０の内側（原点側）の領域と、後輪前後加速度制約Ａｘｒ［ａｙ－Ｉｚ・ω’／（ｍ・ｌｆ）］を示す一点鎖線３１の内側（原点側）の領域と、が重複する領域３４（図３Ａ及び図３Ｂにてハッチングが施された領域）を自車両１の前後加速度ａｘが超えないように目標車速プロファイルを生成する。
【0032】
例えばコントローラ１５は、加速時（ａｘ＞０）の場合における前後加速度の上限値Ａｘを、次式（１１）に基づいて前輪前後加速度制約Ａｘｆ［ａｙ］及び後輪前後加速度制約Ａｘｒ［ａｙ］から選択してよい。
また例えばコントローラ１５は、減速時（ａｘ＜０）の場合の前後加速度の下限値（すなわち負の前後加速度の大きさの上限値）Ａｘを、次式（１２）に基づいて前輪前後加速度制約Ａｘｆ［ａｙ］及び後輪前後加速度制約Ａｘｒ［ａｙ］から選択してよい。
【数7】
【数8】
【0033】
このように、前輪前後加速度制約Ａｘｆ［ａｙ］の上下限値と後輪前後加速度制約Ａｘｒ［ａｙ］の上下限値の両者の範囲内になるように選択された前後加速度の制限値Ａｘを、以下の説明で「前後加速度制約」と表記することがある。前後加速度制約Ａｘは、特許請求の範囲に記載の「第３制約条件」の一例である。
コントローラ１５は、上記の制約条件（Ａ）、（ａ１）、（ａ２）及び（ａ３）を満たしつつ目標走行軌道上の区間Ｓを通過する通過時間ｔが最短となる自車両１の車速ｖのプロファイルを目標車速プロファイルとして生成する。
上式（１３）中、Ｓ１及びＳ２は目標車速プロファイルを生成する区間Ｓの始点区間及び終点区間である。
コントローラ１５は、上記の制約条件（Ａ）、（ａ１）、（ａ２）及び（ａ３）を満たしつつ目標走行軌道上の区間Ｓを通過する通過時間ｔが最短となる自車両１の車速ｖのプロファイルを目標車速プロファイルとして生成する。
【数9】
【0034】
このときコントローラ１５は、目標車速プロファイルの車速ｖと曲率プロファイルρとに応じて、横加速度ａｙとヨーモーメントＭ＝ｍ×ω’を演算する。コントローラ１５は、横加速度ａｙとヨー角加速度ω’に基づいて、前輪前後加速度制約Ａｘｆ［ａｙ＋Ｉｚ・ω’／（ｍ・ｌｒ）］と後輪前後加速度制約Ａｘｒ［ａｙ－Ｉｚ・ω’／（ｍ・ｌｆ）］を取得する。そして、上式（１１）及び（１２）に基づいて前後加速度制約Ａｘを設定する。
コントローラ１５は、目標車速プロファイルの車速ｖが、上記の制約条件（Ａ）、（ａ１）、（ａ２）及び（ａ３）を満たしているか否かを前後加速度制約Ａｘに基づいて判定する。コントローラ１５は、制約条件（Ａ）、（ａ１）、（ａ２）及び（ａ３）を満たす車速ｖのみからなるプロファイルを目標車速プロファイルとして生成する。
なお、コントローラ１５は、摩擦限界に関する制約条件（Ａ）、（ａ１）、（ａ２）及び（ａ３）に加えて、走行路の曲率から求まる限界速度の制約条件（Ｂ）、前後ジャークｊｘの制約条件（Ｃ）及び／又は横ジャークｊｙの制約条件（Ｄ）を満たすように、目標車速プロファイルを生成してもよい。
コントローラ１５は、目標車速プロファイルの車速ｖが、上記の制約条件（Ａ）、（ａ１）、（ａ２）及び（ａ３）を満たしているか否かを前後加速度制約Ａｘに基づいて判定する。コントローラ１５は、制約条件（Ａ）、（ａ１）、（ａ２）及び（ａ３）を満たす車速ｖのみからなるプロファイルを目標車速プロファイルとして生成する。
なお、コントローラ１５は、摩擦限界に関する制約条件（Ａ）、（ａ１）、（ａ２）及び（ａ３）に加えて、走行路の曲率から求まる限界速度の制約条件（Ｂ）、前後ジャークｊｘの制約条件（Ｃ）及び／又は横ジャークｊｙの制約条件（Ｄ）を満たすように、目標車速プロファイルを生成してもよい。
【0035】
（Ｂ）走行路の曲率から求まる限界速度の制約条件
（Ｃ）前後ジャークｊｘの制約条件
｜ｊｘ｜≦ｊｘｍａｘ …（１５）
上式（１５）中、ｊｘｍａｘはピッチングによって車両挙動を不安定にさせない前後ジャークの大きさの上限値である。
（Ｄ）横ジャークｊｙの制約条件
｜ｊｙ｜≦ｊｙｍａｘ…（１６）
上式（１６）中、ｊｙｍａｘは自車両１のヨー角変化及び横運動が追従できる横ジャークの大きさの上限値である。
コントローラ１５は、生成した目標車速プロファイルに従う速度で自車両１が目標走行軌道を走行するように、アクチュエータ１６を駆動する。
【数10】
｜ｊｘ｜≦ｊｘｍａｘ …（１５）
上式（１５）中、ｊｘｍａｘはピッチングによって車両挙動を不安定にさせない前後ジャークの大きさの上限値である。
（Ｄ）横ジャークｊｙの制約条件
｜ｊｙ｜≦ｊｙｍａｘ…（１６）
上式（１６）中、ｊｙｍａｘは自車両１のヨー角変化及び横運動が追従できる横ジャークの大きさの上限値である。
コントローラ１５は、生成した目標車速プロファイルに従う速度で自車両１が目標走行軌道を走行するように、アクチュエータ１６を駆動する。
【0036】
図４は、実施形態の走行制御装置の一例であるコントローラ１５の機能構成の一例のブロック図である。図５は、図４に示す摩擦円制約設定部４２と速度プロファイル設定部４３の機能構成の一例のブロック図である。図６は、実施形態の車速制御方法の一例のフローチャートである。
コントローラ１５は、軌道生成部４０と、摩擦係数推定部４１と、摩擦円制約設定部４２と、速度プロファイル設定部４３を備える。
軌道生成部４０は、物体センサ１１によって検出した自車両１の周囲環境の情報と、測位装置１３が測定した自車両１の現在位置と、地図データベース１４とに基づいて、自車両１を将来走行させる目標走行軌道を生成する（ステップＳ１）。
摩擦係数推定部４１は、自車両１が走行する路面の摩擦係数μを推定する（ステップＳ２）。例えば、摩擦係数推定部４１は、自車両１の前後加速度ａｘ及び車輪速度に応じて、路面の摩擦係数μを推定してよい。
コントローラ１５は、軌道生成部４０と、摩擦係数推定部４１と、摩擦円制約設定部４２と、速度プロファイル設定部４３を備える。
軌道生成部４０は、物体センサ１１によって検出した自車両１の周囲環境の情報と、測位装置１３が測定した自車両１の現在位置と、地図データベース１４とに基づいて、自車両１を将来走行させる目標走行軌道を生成する（ステップＳ１）。
摩擦係数推定部４１は、自車両１が走行する路面の摩擦係数μを推定する（ステップＳ２）。例えば、摩擦係数推定部４１は、自車両１の前後加速度ａｘ及び車輪速度に応じて、路面の摩擦係数μを推定してよい。
【0037】
摩擦円制約設定部４２は、前輪摩擦円制約設定部４４と後輪摩擦円制約設定部４５を備える。速度プロファイル設定部４３は、摩擦円制約補正部４６と、速度プロファイル最適化部４７と、ヨーモーメント／横加速度演算部４８を備える。
前輪摩擦円制約設定部４４は、上式（１）、（３）、（５）、（９）に基づいて、横加速度ａｙの各値に対して、前輪前後加速度制約Ａｘｆ［ａｙ］をそれぞれ設定する（ステップＳ３）。
後輪摩擦円制約設定部４５は、上式（２）、（４）、（６）、（１０）に基づいて、横加速度ａｙの各値に対して、後輪前後加速度制約Ａｘｒ［ａｙ］をそれぞれ設定する（ステップＳ４）。
ヨーモーメント／横加速度演算部４８は、目標車速プロファイルの車速ｖと曲率プロファイルρとに応じて、横加速度ａｙとヨーモーメントＭ＝ｍ×ω’を演算する（ステップＳ５）。
前輪摩擦円制約設定部４４は、上式（１）、（３）、（５）、（９）に基づいて、横加速度ａｙの各値に対して、前輪前後加速度制約Ａｘｆ［ａｙ］をそれぞれ設定する（ステップＳ３）。
後輪摩擦円制約設定部４５は、上式（２）、（４）、（６）、（１０）に基づいて、横加速度ａｙの各値に対して、後輪前後加速度制約Ａｘｒ［ａｙ］をそれぞれ設定する（ステップＳ４）。
ヨーモーメント／横加速度演算部４８は、目標車速プロファイルの車速ｖと曲率プロファイルρとに応じて、横加速度ａｙとヨーモーメントＭ＝ｍ×ω’を演算する（ステップＳ５）。
【0038】
摩擦円制約補正部４６は、横加速度ａｙとヨー角加速度ω’に基づいて、ステップＳ３及びＳ４で設定した前輪前後加速度制約Ａｘｆ［ａｙ］と後輪前後加速度制約Ａｘｒ［ａｙ］から、前輪前後加速度制約Ａｘｆ［ａｙ＋Ｉｚ・ω’／（ｍ・ｌｒ）］と後輪前後加速度制約Ａｘｒ［ａｙ－Ｉｚ・ω’／（ｍ・ｌｆ）］を取得する。そして、上式（１１）及び（１２）に基づいて前後加速度制約Ａｘを設定する（ステップＳ６）。
速度プロファイル最適化部４７は、前後加速度制約Ａｘと、走行路の曲率から求まる限界速度の制約条件（Ｂ）と、前後ジャークｊｘの制約条件（Ｃ）と、横ジャークｊｙの制約条件（Ｄ）とを満たすように、目標車速プロファイルを生成する（ステップＳ７）。
アクチュエータ１６は、目標車速プロファイルに従う速度で自車両１が目標走行軌道を走行するように、転舵装置１７、駆動装置１８及び制動装置１９を制御する（ステップＳ８）。その後に処理は終了する。
速度プロファイル最適化部４７は、前後加速度制約Ａｘと、走行路の曲率から求まる限界速度の制約条件（Ｂ）と、前後ジャークｊｘの制約条件（Ｃ）と、横ジャークｊｙの制約条件（Ｄ）とを満たすように、目標車速プロファイルを生成する（ステップＳ７）。
アクチュエータ１６は、目標車速プロファイルに従う速度で自車両１が目標走行軌道を走行するように、転舵装置１７、駆動装置１８及び制動装置１９を制御する（ステップＳ８）。その後に処理は終了する。
【0039】
（実施形態の効果）
（１）コントローラ１５は、自車両１の目標走行軌道を設定し、自車両１に働く横力とヨーモーメントとに応じて制限される、自車両１の前輪の前後力の制約条件である第１制約条件と後輪の前後力の制約条件である第２制約条件とを、これら前輪及び後輪の摩擦限界に基づいて設定し、第１制約条件と第２制約条件のうち前後力の大きさをより小さい値に制限する方を、第３制約条件として設定し、目標走行軌道の曲率プロファイルに基づいて、第３制約条件に従って目標走行軌道を走行する目標速度プロファイルを生成し、目標速度プロファイルに基づいて、自車両１の車速を制御する。
これにより、車輪に生じさせることができる前後力を、ヨーモーメントのために使用される横力によって制限できる。この結果、自車両１を目標走行軌道で走行させる際に、自車両１に働くヨーモーメントによって車輪の摩擦限界を超えるのを抑制する目標車速プロファイルを設定できる。
（１）コントローラ１５は、自車両１の目標走行軌道を設定し、自車両１に働く横力とヨーモーメントとに応じて制限される、自車両１の前輪の前後力の制約条件である第１制約条件と後輪の前後力の制約条件である第２制約条件とを、これら前輪及び後輪の摩擦限界に基づいて設定し、第１制約条件と第２制約条件のうち前後力の大きさをより小さい値に制限する方を、第３制約条件として設定し、目標走行軌道の曲率プロファイルに基づいて、第３制約条件に従って目標走行軌道を走行する目標速度プロファイルを生成し、目標速度プロファイルに基づいて、自車両１の車速を制御する。
これにより、車輪に生じさせることができる前後力を、ヨーモーメントのために使用される横力によって制限できる。この結果、自車両１を目標走行軌道で走行させる際に、自車両１に働くヨーモーメントによって車輪の摩擦限界を超えるのを抑制する目標車速プロファイルを設定できる。
【0040】
（２）自車両１の旋回方向と同一方向へヨーモーメントが発生する場合には、ヨーモーメントが増加しない場合と比べて第１制約条件が制限する前後力の大きさの上限値を小さくし、第２制約条件が制限する前後力の大きさの上限値を大きくしてよい。
その際に、ヨーモーメントが大きい場合に小さい場合と比べて第１制約条件が制限する前後力の大きさの上限値を小さくしてよい。
これにより、自車両１の旋回方向と同一方向へ発生するヨーモーメントによって前輪及び後輪で生じる前後力を制限できる。
その際に、ヨーモーメントが大きい場合に小さい場合と比べて第１制約条件が制限する前後力の大きさの上限値を小さくしてよい。
これにより、自車両１の旋回方向と同一方向へ発生するヨーモーメントによって前輪及び後輪で生じる前後力を制限できる。
【0041】
（３）自車両１の旋回方向と反対方向へヨーモーメントが発生する場合には、ヨーモーメントが増加しない場合と比べて第１制約条件が制限する前後力の大きさの上限値を大きくし、第２制約条件が制限する前後力の大きさの上限値を小さくしてよい。
その際に、ヨーモーメントが大きい場合に小さい場合と比べて第２制約条件が制限する前後力の大きさの上限値を小さくしてよい。
これにより、自車両１の旋回方向と反対方向へ発生するヨーモーメントによって前輪及び後輪で生じる前後力を制限できる。
その際に、ヨーモーメントが大きい場合に小さい場合と比べて第２制約条件が制限する前後力の大きさの上限値を小さくしてよい。
これにより、自車両１の旋回方向と反対方向へ発生するヨーモーメントによって前輪及び後輪で生じる前後力を制限できる。
【符号の説明】
【0042】
１…自車両、１０…走行制御装置、１１…物体センサ、１２…車両センサ、１３…測位装置、１４…地図データベース、１５…コントローラ、１６…アクチュエータ、１７…転舵装置、１８…駆動装置、１９…制動装置、２０…プロセッサ、２１…記憶装置、４０…軌道生成部、４１…摩擦係数推定部、４２…摩擦円制約設定部、４３…速度プロファイル設定部、４４…前輪摩擦円制約設定部、４５…後輪摩擦円制約設定部、４６…摩擦円制約補正部、４７…速度プロファイル最適化部、４８…ヨーモーメント／横加速度演算部
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5】
【図6】