特許 7688371 車両制御装置

(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】2025-05-27

(45)【発行日】2025-06-04

(54)【発明の名称】車両制御装置

(51)【国際特許分類】

   B60W 30/095 20120101AFI20250528BHJP

【ＦＩ】

B60W30/095

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2024556963

(86)(22)【出願日】2022-11-10

(86)【国際出願番号】 JP2022041954

(87)【国際公開番号】W WO2024100853

(87)【国際公開日】2024-05-16

【審査請求日】2025-03-14

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000003137

【氏名又は名称】マツダ株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000125370

【氏名又は名称】学校法人東京理科大学

(74)【代理人】

【識別番号】110004303

【氏名又は名称】弁理士法人三協国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 晶太

(72)【発明者】

【氏名】上條 賢治

(72)【発明者】

【氏名】波多野 崇

(72)【発明者】

【氏名】中村 文一

(72)【発明者】

【氏名】手塚 一成

【審査官】吉村 俊厚

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－２３２７８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１３６９５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０９６３４９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

ＩＰＣ Ｂ６０Ｗ １０／００－ ６０／００

Ｇ０８Ｇ １／００－ ９９／００

Ｂ６０Ｔ ７／１２－ ８／１７６９

８／３２－ ８／９６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両の走行状態を変える操作入力に対して零化制御バリア関数に基づきアシスト制御入力を生成し、前記操作入力および前記アシスト制御入力に基づき前記走行状態を制御する車両制御装置であって、
安全とされる所定の安全領域を表す安全集合の部分集合を、前記操作入力および前記アシスト制御入力に関わる所定の制約に基づき求める部分集合演算部と、
前記部分集合演算部で求めた部分集合に、制御開始における車両の初期状態が属するか否かを判定する属否判定部と、
前記属否判定部で前記部分集合に前記初期状態が属すると判定した場合に、前記操作入力および前記アシスト制御入力に基づき前記走行状態を制御する走行制御部とを備え、
前記走行制御部は、前記属否判定部で前記部分集合に前記初期状態が属しないと判定した場合に、前記零化制御バリア関数の微分を最大化するアシスト制御入力を生成し、前記操作入力および前記アシスト制御入力に基づき前記走行状態を制御する、
車両制御装置。

【請求項2】

前記車両の周囲に存在する物標を検出し、前記車両に対する、前記検出した物標の位置を検出する物標検出部をさらに備え、
前記部分集合演算部は、さらに、前記物標検出部で検出した物標から前記車両までの間に前記安全領域を設定することによって前記安全集合を求める、
請求項１に記載の車両制御装置。

【請求項3】

前記制約は、加速度の第１制約、および、加速度の時間微分である躍度の第２制約である、
請求項１または請求項２に記載の車両制御装置。

【請求項4】

前記制約は、舵角の第３制約、および、舵角の時間微分である舵角速度の第４制約である、
請求項１または請求項２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、車両の走行を制御する車両制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

車両は、通常、運転者による車両の運転操作により走行するが、近年、渋滞中の追従走行や、物体との衝突回避等の、運転者による車両の運転を支援する技術が研究開発されている。このような運転者の運転操作が介入するシステムの制御理論の１つとして、いわゆる制御バリア関数（ＣＢＦ、Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を用いたヒューマンアシスト制御が知られている。このＣＢＦには、安全な領域として設定された安全領域の境界において、ＣＢＦの関数値が無限大に発散する特性を持つ逆数型ＣＢＦと、前記安全領域の境界でＣＢＦの関数値が０となる特性を持つＺｅｒｏ型ＣＢＦ（零化ＣＢＦ）に大別される。この零化ＣＢＦを用いたヒューマンアシスト制御は、例えば、非特許文献１に開示されている。

【0003】

この非特許文献１では、運転者による車両の運転操作ｕ_ｈ（ｔ）をフィードフォワードする入力アフィン非線形制御システム；ｄｘ／ｄｔ＝ｆ（ｘ）＋ｇ（ｘ）（ｕ＋ｕ_ｈ（ｔ））に、Ｚｅｒｏ型ＣＢＦを用いることによってヒューマンアシスト制御ｕが設計されている。

【0004】

ところで、実際の車両には、車両の性能等により、加速度（加速するための正の加速度だけではなく減速するための負の加速度を含む）や操舵等に制約がある。あるいは、車両の乗り心地等により、これら加速度や操舵等に制約が設けられる場合がある。前記非特許文献１では、このような制約が考慮されていない。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0005】

【文献】手塚一成、中村文一、“Ｚｅｒｏ型制御バリア関数を用いたヒューマンアシスト制御”、第６４回自動制御連合講演会、２０２１年１１月１３日、１４日、オンライン開催、ｐ１０５～Ｐ１１２

【発明の概要】

【0006】

本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、制約を考慮した、零化ＣＢＦを用いたアシスト制御で車両を制御できる車両制御装置を提供することである。

【0007】

本発明にかかる車両制御装置は、車両の走行状態を変える操作入力に対して零化制御バリア関数に基づきアシスト制御入力を生成し、前記操作入力および前記アシスト制御入力に基づき前記走行状態を制御する装置および方法であって、安全とされる所定の安全領域を表す安全集合の部分集合を、前記操作入力および前記制御入力に関わる所定の制約に基づき求め、この求めた部分集合に、制御開始における車両の初期状態が属するか否かを判定し、その結果、前記部分集合に前記初期状態が属すると判定した場合に、前記操作入力および前記アシスト制御入力に基づき前記走行状態を制御する。

【0008】

上記並びにその他の本発明の目的、特徴および利点は、以下の詳細な記載と添付図面から明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施形態における車両制御装置の構成を示すブロック図である。

【図2】第１実施形態における対象システムを説明するための図である。

【図3】実施形態における車両制御装置の動作を示すフローチャートである。

【図4】第２実施形態における対象システムを説明するための図である。

【図5】車両の挙動が第１パターンである場合における加速度および速度の各時間変化を表すグラフである。

【図6】車両の挙動が第２パターンである場合における加速度および速度の各時間変化を表すグラフである。

【図7】第２実施形態における対象システムにおいて、シミュレーション結果の一例を示すグラフである。

【図8】第３実施形態における対象システムを説明するための図である。

【図9】車両の挙動が第３パターンである場合における舵角速度および舵角の各時間変化を表すグラフである。

【図10】車両の挙動が第４パターンである場合における舵角速度および舵角の各時間変化を表すグラフである。

【図11】第３実施形態における対象システムにおいて、シミュレーション結果の一例を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明にかかる実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。な本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。

【0011】

（準備）
まず、非特許文献１に開示されたＺｅｒｏ型（零化）制御バリア関数を用いたヒューマンアシスト制御について説明する。

【0012】

表記法について、表記の簡略化のため、連続関数ｆ：Ｒ^ｎ×Ｒ→Ｒ^ｎ、ｇ：Ｒ^ｎ×Ｒ→Ｒ^ｎ×ｍに対するＣ^１級可微分関数ｈ：Ｒ^ｎ→ＲのＬｉｅ微分Ｌ_ｆｈ（ｘ、ｔ）、Ｌ_ｇｈ（ｘ、ｔ）それぞれを次式１、２によって定義する。

【0013】

【数1】

【0014】

【数2】

【0015】

ある連続関数γ_１：Ｒ_≧０→Ｒ_≧０がクラスκに含まれるとは、γ_１（・）が狭義単調増加関数でかつγ_１（０）＝０となることである。Ｒは、実数を表し、Ｒ_≧０は、非負の実数を表し、また、Ｒ_＞０は、正の実数を表す。

【0016】

ある連続関数γ_２：Ｒ→Ｒが拡張クラスκに含まれているとは、γ_２（・）が狭義単調増加関数でかつγ_２（０）＝０となることである。

【0017】

ヒューマンアシスト制御の対象システムは、運転者による車両の操作入力ｕ_ｈ（ｔ）をフィードフォワードする、次式３に表される入力アフィン非線形制御システムである。

【0018】

【数3】

【0019】

ここで、ｘ∈Ｒ^ｎは、状態を表し、ｔ∈Ｒは、時間を表し、ｕ∈Ｒ^ｍは、制御入力（制御入力量、ヒューマンアシスト制御の入力量）を表し、ｕ_ｈ∈Ｒ→Ｒ^ｍは、フィードフォワード入力（運転者による車両の運転操作の入力量）を表す。写像ｆ：Ｒ^ｎ×Ｒ→Ｒ^ｎおよびｇ：Ｒ^ｎ×Ｒ→Ｒ^ｎ×ｍは、局所Ｌｉｐｓｃｈｉｔｚ連続写像であるとし、ｕ_ｈは、連続写像であるとする。

【0020】

前記式３に表される入力アフィン非線形制御システムにおける状態ｘの定義域が安全集合Ｘ⊂Ｒ^ｎと残余の集合Ｘ_ｕ⊂Ｒ^ｎ＼Ｘ⊂Ｒ^ｎと分けられる。安全集合Ｘは、次式４－１および式４－２に示すＣ^１級可微分関数ｈ：Ｒ^ｎ→Ｒを用いて定義される開集合かつ時不変な集合であるとする。ここで、∂Ｘは、安全集合Ｘの境界である。ｘ∈Ｘであるとき、対象システムは、安全である。

【0021】

【数4】

【0022】

前記式３、式４－１および式４－２において、ヒューマンアシスト制御入力ｕとは、制御入力ｕ∈Ｒ^ｍが次の条件Ａ１、Ａ２を満たすことである。

【0023】

条件Ａ１は、人の任意の操作入力ｕ_ｈ∈Ｒ→Ｒ^ｍに対し、制御入力ｕ∈Ｒ^ｍが安全集合Ｘの正不変性を保障することである。

【0024】

条件Ａ２は、制御入力ｕ∈Ｒ^ｍが予め規定された評価規範の下で最小となることである。

【0025】

Ｚｅｒｏ型（零化）制御バリア関数を用いたヒューマンアシスト制御とは、零化ＣＢＦを用いて上記条件Ａ１、Ａ２を満たす制御入力ｕ＝ｋ（ｘ、ｔ）を求めることである。

【0026】

すなわち、前記式３、式４－１および式４－２において、零化ＣＢＦとは、Ｃ^１級可微分関数ｈ：Ｒ^ｎ→Ｒが次の条件Ｂ１、Ｂ２を満たすことである。

【0027】

条件Ｂ１は、ｘ∈Ｘに関してプロパー、つまり、任意のＬ∈Ｒ_≧０に対して、上位集合｛ｘ｜ｈ（ｘ）≧Ｌ｝がコンパクト集合であることである。

【0028】

条件Ｂ２は、任意の連続写像ｕ_ｈ∈Ｒ→Ｒ^ｍに対して、次式５を満たす拡張クラスκ局所Ｌｉｐｓｃｈｉｔｚ連続関数αが存在することである。

【0029】

【数5】

【0030】

導出等は、非特許文献１に開示されており、制御入力ｕ＝ｋ（ｘ、ｔ）は、次式６によって与えられ、任意の連続写像ｕ_ｈ：Ｒ→Ｒ^ｍに対し、任意の時刻ｔ≧０において、ｘ（ｔ）∈Ｘとなる。

【0031】

【数6】

【0032】

ここで、関数Ｉ：Ｒ^ｎ×Ｒ×Ｒ^ｍ→Ｒ、Ｊ：Ｒ^ｎ→Ｒは、それぞれ、次式７－１および式７－２で定義される関数である。

【0033】

【数7】

【0034】

なお、制御入力ｕ＝ｋ（ｘ、ｔ）は、任意の（ｘ、ｔ）∈Ｘ×Ｒ_≧０において、次式８を満たす制御入力ｕの中で｜｜ｕ｜｜が最小となる。このため、次式８を満たす｜｜ｕ｜｜を最小にする制御入力ｕの設計問題は、次式８の制約条件下における｜｜ｕ｜｜の最小化問題となる。

【0035】

【数8】

【0036】

（実施形態の原理）
次に、制約を考慮した、零化制御バリア関数を用いたヒューマンアシスト制御について説明する。

【0037】

前記式３で表される対象システムが、操作入力ｕ_ｈおよび制御入力ｕに関わる所定の制約（入力制約）を有する場合、安全集合Ｘ内に初期状態ｘ_０があったとしても、安全が保障されるとは限らない。これは、ある安全集合Ｘの部分集合において、ＣＢＦの条件Ｂ２を入力制約ν∈Ｕ内で満たすことができないからである。この点は、ここでは、Ｖｉａｂｉｌｉｔｙ Ｋｅｒｎｅｌを用いて解決される。

【0038】

前記式３で表される対象システムおよび安全集合Ｘにおいて、Ｖｉａｂｉｌｉｔｙ Ｋｅｒｎｅｌ Ｖ：＝Ｖｉａｂ（Ｘ）は、次式９で定義される。

【0039】

【数9】

【0040】

すなわち、前記式３で表される対象システムの初期状態ｘ_０がｘ_０∈Ｖを満たすとき、安全集合Ｘを不変集合にする制御入力ｕおよび操作入力ｕ_ｈが入力制約ν内で存在する。ここで、全てのｘ_０∈Ｘに対し、ｘ（ｔ）∈Ｘ、∀ｔ≧０が成立するとき、安全集合Ｘは、不変集合であるという。

【0041】

本実施形態では、入力制約ν∈Ｕを満たした上で、ｘ∈Ｘを満たすヒューマンアシスト制御ｕ＝ｋ（ｘ、ｔ）を求めることであるが、これは、上述のＶｉａｂｉｌｉｔｙ Ｋｅｒｎｅｌを用いると、Ｖｉａｂｉｌｉｔｙ Ｋｅｒｎｅｌ Ｖ⊂Ｘを不変集合にするヒューマンアシスト制御ｕ＝ｋ（ｘ、ｔ）を求めること、と言い換えることができる。

【0042】

入力制約ν∈Ｕを次式１０で表す連続微分可能な凸関数ｇ_ｉとした場合、前記式３で表される対象システムおよび安全集合Ｘにおいて、Ｖｉａｂｉｌｉｔｙ ＫｅｒｎｅｌとＣＢＦの概念を融合したバイアビリティ制御バリア関数（Ｖ－ＣＢＦ）は、以下の条件Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３を満たす、Ｃ^１級可微分関数ｈ：Ｒ^ｎ→Ｒであると定義できる。

【0043】

条件Ｃ１は、安全集合Ｘに対するＶｉａｂｉｌｉｔｙ Ｋｅｒｎｅｌ Ｖについて、ｈ（ｘ）が次式１１－１～１１－３を満たすことである。ここで、∂Ｖは、Ｖの境界であり、Ｖ^ｃは、Ｖの補集合である。

【0044】

条件Ｃ２は、ｘ∈Ｖに関してプロパー、すなわち、任意のＬ∈Ｒ_≧０に対して、上位レベル集合｛ｘ｜ｈ（ｘ）≧Ｌ｝がコンパクトであることである。

【0045】

条件Ｃ３は、任意の連続写像ｕ_ｈ：Ｒ→Ｕ_ｈに対して、次の不等式１２を満たす拡張クラスκ局所Ｌｉｐｓｃｈｉｔｚ連続関数α：Ｒ→Ｒが存在することである。ここで、ｈ（ｘ）の時間微分は、次式１３によって定義される。

【0046】

【数10】

【0047】

【数11】

【0048】

【数12】

【0049】

【数13】

このように定義されるＶ－ＣＢＦに対し、次式１４で表す入力の集合Ｓ_νｃｂｆは、Ｖｉａｂｉｌｉｔｙ Ｋｅｒｎｅｌ Ｖを不変集合にするので、対象システムの論理的安全性を保障する。

【0050】

【数14】

【0051】

入力制約ν∈Ｕを次式１０で表す連続微分可能な凸関数ｇ_ｉとしたので、ヒューマンアシスト制御ｕ＝ｋ（ｘ、ｔ）は、次式１５で与えられる凸最適化問題を解くことによって求められる。ここで、関数Ｉ：Ｒ^ｎ×Ｒ^ｍ→Ｒは、次式１６で定義される。

【0052】

【数15】

【0053】

【数16】

【0054】

前記式３で表される対象システムが１入力システムである場合、入力制約は、次式１７で表されるノルム制約で与えられ、凸最適化問題を解くと、任意の連続写像ｕ_ｈ：Ｒ→［－ａ_ｍａｘ、ａ_ｍａｘ］において、ヒューマンアシスト制御ｕ＝ｋ（ｘ、ｔ）は、次式１８で与えられる。ここで、関数α：Ｒ→Ｒは、拡張クラスκ局所Ｌｉｐｓｃｈｉｔｚ連続関数であり、関数Ｉ：Ｒ^ｎ×Ｒ→Ｒは、次式１９で定義される。

【0055】

【数17】

【0056】

【数18】

【0057】

【数19】

【0058】

なお、上述では、前記式９から、初期状態ｘ_０∈Ｖであれば、初期状態ｘ_０は、Ｖｉａｂｉｌｉｔｙ Ｋｅｒｎｅｌ内であり、対象システムは、安全である。一方、初期状態ｘ_０がＶｉａｂｉｌｉｔｙ Ｋｅｒｎｅｌ外である場合、すなわち、初期状態ｘ_０∈Ｘ＼Ｖ⊂Ｘである場合には、前記式１０で表される入力制約の下、安全に欠けるが、Ｖ－ＣＢＦの微分を最大化する制御入力とすることで、その被害は、軽減できる。

【0059】

（第１実施形態）
第１実施形態は、入力制約を持つ２重積分系で表される車両システムを、対象システムとして、Ｖ－ＣＢＦを適用した実施形態である。

【0060】

図１は、実施形態における車両制御装置の構成を示すブロック図である。第１ないし第３実施形態における車両制御装置Ｓａ～Ｓｃの構成は、基本的に同一であるので、図１には、第１実施形態における車両制御装置Ｓａだけでなく、第２および第３実施形態における車両制御装置Ｓｂ、Ｓｃの構成も図示されている。このため、図１では、第１実施形態における車両制御装置Ｓａの構成には、参照符号にさらに添え字ａが付され、第２実施形態における車両制御装置Ｓｂの構成には、参照符号にさらに添え字ｂが付され、第３実施形態における車両制御装置Ｓｃの構成には、参照符号にさらに添え字ｃが付され、第１ないし第３実施形態における車両制御装置Ｓａ～Ｓｃで同一の構成には、参照符号のみ付されている。後述の図３も同様である。

【0061】

第１実施形態における車両制御装置Ｓａは、車両ＶＣに搭載され、例えば、図１に示すように、物標検出部１と、走行状態検出部２と、操作入力部３と、制御処理部４ａと、記憶部５ａと、第１動力部（駆動輪駆動部）６と、第２動力部（操舵輪駆動部）７と、制動部８と、インターフェース部（ＩＦ部）９とを備える。第１実施形態における車両制御方法は、この車両制御装置Ｓａに実装される。

【0062】

物標検出部１は、制御処理部４ａに接続され、制御処理部４ａの制御に従って車両（自車両）ＶＣの周囲に存在する物標を検出し、前記車両ＶＣに対する、前記検出した物標の位置（相対物標位置）を検出する装置である。物標検出部１は、その検出結果を制御処理部４ａへ出力する。物標検出部１は、所定の検出範囲で前記物標を検出する。前記相対物標位置は、自車両ＶＣから物標までの距離（相対距離）および自車両ＶＣから見た物標の方向（方位）によって表される。なお、車両制御装置Ｓ（Ｓａ～Ｓｃ）を搭載した車両ＶＣは、適宜、「自車両」と呼称される。このような物標検出部１は、例えば、自車両ＶＣの前端部（例えばバンパーの中央位置）に配設され、所定の検出範囲で物標を探知するレーダと、自車両ＶＣ内において、フロントガラス近傍の天井面（ルーフ内側面）に、前記検出範囲をカバーして撮像できるように配設され、前記自車両ＶＣの前方を撮像するカメラとを備え、前記カメラで生成した画像から、機械学習済みの学習モデルによって物標を検出し、この検出した物標の相対物標位置（相対距離および方位）を前記レーダの探知結果から求めて出力する。物標検出部１は、自車両ＶＣに比較的近接した物標を検出するために、例えば車両ＶＣの四角に配置されたソナーをさらに備えてもよい。

【0063】

本実施形態では、物標検出部１は、前記車両（自車両）ＶＣに対する、前記検出した物標の速度（相対物標速度）、および、前記車両（自車両）ＶＣに対する、前記検出した物標の加速度（相対物標加速度）のうちの少なくとも１つをさらに検出し、その検出結果を制御処理部４ａへ出力する。物標検出部１は、対象システムに応じて前記相対物標速度および前記相対物標加速度のうちの少なくとも１つをさらに検出する。相対物標速度を検出する場合、例えば、前記レーダは、送信波に対する反射波のドップラーシフトに基づき、自車両ＶＣに対する物標の相対物標速度を求める。相対物標加速度を検出する場合、例えば、この相対物標速度を時間微分することによって相対物標加速度が求められる。

【0064】

なお、物標検出部１は、カメラおよびレーダを備えて構成される場合に限らず、本実施形態では、相対物標位置を検出できればよく、例えば、カメラおよびレーダに代え、ステレオカメラを備えて構成されてもよい。この場合では、ステレオカメラの一方のカメラが前記カメラとして機能し、前記ステレオカメラが前記レーダとして機能できる。

【0065】

走行状態検出部２は、制御処理部４ａに接続され、制御処理部４ａの制御に従って、車両（自車両）ＶＣの走行状態を検出する装置である。走行状態検出部２は、その検出結果を制御処理部４ａへ出力する。走行状態検出部２は、例えば、自車両ＶＣの速度（車速）を検出する速度検出部（車速センサ）、自車両ＶＣの加速度を検出する加速度検出部（加速度センサ）、自車両ＶＣの姿勢角（ヨー）を検出する姿勢角検出部（ヨーレートセンサ）、および、自車両ＶＣの舵角（操舵輪の舵角）を検出する舵角検出部（第１舵角センサ）のうちの少なくとも１つを含む。走行状態検出部２は、対象システムに応じて前記速度検出部、前記加速度検出部、前記姿勢角検出部および前記舵角検出部のうちの少なくとも１つを備えて構成される。もちろん、前記速度検出部、前記加速度検出部、前記姿勢角検出部および前記舵角検出部は、例示であり、走行状態検出部２は、対象システムに応じて他の検出部を備えてもよい。

【0066】

操作入力部３は、制御処理部４ａに接続され、車両（自車両）ＶＣの走行状態を変える操作入力（操作入力量、フィードフォワード入力、フィードフォワード入力の入力量）を制御処理部４ａへ出力する装置である。例えば、運転者により操作入力が入力され、この運転者による操作入力を制御処理部４ａへ出力する場合には、操作入力部３は、例えば、アクセルペダルの踏込み量（ストローク量）を測定するアクセルセンサ、ブレーキペダルの踏込み量（ストローク量）を測定するブレーキセンサ、および、ステアリングホイールの回転角度（操舵角）を測定する操舵角センサ（第２舵角センサ）を備えて構成され、各センサで測定された測定結果を制御処理部４ａへ出力する。あるいは例えば、操作入力部３は、例えば定速走行する定速走行運転システムや自動運転する自動運転システム等の、公知の運転システムを備えて構成され、前記運転システムで生成した操作入力を制御処理部４ａへ出力する。

【0067】

第１動力部（駆動輪駆動部）６は、制御処理部４ａに接続され、制御処理部４ａの制御に従って、車両（自車両）ＶＣの駆動輪を駆動する装置である。第１動力部６は、例えば、動力を生成する動力源（第１動力源）、および、前記第１動力源で生成された動力を駆動輪に伝達する動力伝達機構（トランスミッション等）を備えて構成され、前記動力によって前記駆動輪を回転させる。前記第１動力源は、例えば、エンジン、モータおよびこれらのハイブリッド装置等の原動機およびその付属機器を備えて構成される。

【0068】

第２動力部（操舵輪駆動部）７は、制御処理部４ａに接続され、制御処理部４ａの制御に従って、車両（自車両）ＶＣの操舵輪を駆動する装置である。第２動力部７は、例えば、動力を生成する動力源（第２動力源）、および、前記第２動力源で生成された動力でステアリングホイールのステアリングシャフトを回転駆動する、例えばラックアンドピニオン式等の駆動機構を備えて構成され、前記動力によって前記ステアリングシャフトを回転させる。前記第２動力源は、例えば、モータや、前記第１動力源としてのエンジンによって作動され、油圧を動力として生成するポンプ等を備えて構成される。

【0069】

制動部８は、制御処理部４ａに接続され、制御処理部４ａの制御に従って車両（自車両）ＶＣに制動力を与え、自車両ＶＣを減速する装置である。制動部８は、自車両ＶＣを減速した結果、停止させることもでき、自車両ＶＣの停止中に制動力を与え続けた結果、自車両ＶＣの停止を維持することもできる。制動部８は、例えば、ディスクブレーキおよび回生ブレーキ等のブレーキ装置およびその付属機器を備えて構成される。

【0070】

第１動力部６および制動部８のうちの少なくとも１つを制御することで、自車両ＶＣの加速度が調整され、自車両ＶＣの速度（車速）が調整される。第２動力部７を制御することで、自車両ＶＣの走行方向が調整される。

【0071】

ＩＦ部９は、制御処理部４ａに接続され、ＩＦ部９に接続された外部の機器と制御処理部４ａとの間でデータを入出力する装置であり、例えば、シリアル通信方式であるＲＳ－２３２Ｃのインターフェース回路、および、ＵＳＢ規格を用いたインターフェース回路等である。前記外部の機器は、例えば、テンキーパッドやキーボード等の、データを入力する入力装置、および、液晶表示装置（ＬＣＤ）等の、データを表示する表示装置等である。

【0072】

記憶部５ａは、制御処理部４ａに接続され、制御処理部４ａの制御に従って、各種の所定のプログラムおよび各種の所定のデータを記憶する回路である。前記各種の所定のプログラムには、例えば、制御処理プログラムが含まれ、前記制御処理プログラムには、例えば、車両制御装置Ｓａの各部１～３、５ａ、６～９を当該各部の機能に応じてそれぞれ制御する制御プログラムや、安全とされる所定の安全領域を表す安全集合の部分集合を、操作入力および制御入力に関わる所定の制約に基づき求める部分集合演算プログラムや、前記部分集合演算プログラムで求めた部分集合に、制御開始における車両の初期状態が属するか否かを判定する属否判定プログラムや、前記属否判定プログラムで前記部分集合に前記初期状態が属すると判定した場合に、前記操作入力および前記アシスト制御入力に基づき前記走行状態を制御する走行制御プログラム等が含まれる。前記各種の所定のデータには、例えば、前記制約や、物標検出部１の検出結果や、走行状態検出部２の検出結果や、操作入力部３の操作入力等の、これら各プログラムを実行する上で必要なデータが含まれる。このような記憶部５ａは、例えば不揮発性の記憶素子であるＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）や書き換え可能な不揮発性の記憶素子であるＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）やＦＬＡＳＨメモリ等を備える。そして、記憶部５ａは、前記所定のプログラムの実行中に生じるデータ等を記憶するいわゆる制御処理部４ａのワーキングメモリとなるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等を含む。

【0073】

記憶部５ａは、前記制約を表す制約情報を記憶する制約情報記憶部５１ａを機能的に備える。前記制約は、上述の通り、操作入力および制御入力に関わる所定の制約であり、言い換えれば、車両（自車両）ＶＣの走行状態に関わる制約である。前記制約は、加速度（正の加速度および負の加速度を含む）の第１制約、加速度の時間微分である躍度の第２制約、舵角の第３制約、および、舵角の時間微分である舵角速度の第４制約のうちの少なくとも１つを含む。前記制約は、対象システムに応じて前記第１ないし第４制約のうちの少なくとも１つを備える。もちろん、第１ないし第４制約は、例示であり、対象システムに応じて他の制約があってもよい。なお、加速度、躍度、舵角、舵角速度それぞれを間接的に表す関連値等であってもよい。前記制約は、例えば車両ＶＣの仕様等に応じて適宜に決定され、例えば、車両ＶＣの製造段階や、納車段階や、点検段階等のタイミングで、例えばＩＦ部９に入力装置や表示装置が接続され、前記表示装置を参照しながら前記入力装置から入力され、制約情報記憶部５１ａに記憶される。あるいは例えば、車両自体の状況や車両の周囲環境の状況に応じて予め適宜に設定されたアルゴリズムに従った前記制約は、演算されてもよい。

【0074】

制御処理部４ａは、車両制御装置Ｓａの各部１～３、５ａ、６～９を当該各部の機能に応じてそれぞれ制御し、車両ＶＣの走行状態を変える操作入力に対して零化制御バリア関数に基づきアシスト制御入力を生成し、前記操作入力および前記アシスト制御入力に基づき前記走行状態を制御するための回路である。制御処理部４ａは、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）およびその周辺回路を備えて構成される。制御処理部４ａは、制御処理プログラムが実行されることによって、制御部４１、部分集合演算部４２ａ、属否判定部４３ａおよび走行制御部４４ａを機能的に備える。

【0075】

制御部４１は、車両制御装置Ｓａの各部１～３、５ａ、６～９を当該各部の機能に応じてそれぞれ制御し、車両制御装置Ｓａの全体制御を司るものである。

【0076】

部分集合演算部４２ａは、安全とされる所定の安全領域を表す安全集合の部分集合を、操作入力および制御入力に関わる所定の制約に基づき求めるものである。実施形態では、部分集合演算部４２ａは、さらに、物標検出部１で検出した物標から車両（自車両）ＶＣまでの間に安全領域を設定することによって前記安全集合を求める。

【0077】

属否判定部４３ａは、部分集合演算部４２ａで求めた部分集合に、制御開始における車両の初期状態が属するか否かを判定するものである。前記制御開始における車両の初期状態は、零化制御バリア関数に基づきアシスト制御入力を生成して走行状態を制御する際の最初の状態であり、所定の時間間隔で繰り返し零化制御バリア関数に基づくアシスト制御を開始する場合には、今回のタイミングでの車両の状態である。

【0078】

走行制御部４４ａは、属否判定部４３ａで部分集合に前記初期状態が属すると判定した場合に、操作入力およびアシスト制御入力に基づき走行状態を制御するものである。走行制御部４４ａは、属否判定部４３ａで部分集合に前記初期状態が属しないと判定した場合に、零化制御バリア関数の微分を最大化するアシスト制御入力を生成し、操作入力およびアシスト制御入力に基づき走行状態を制御する。走行制御部４４ａは、車両（自車両）ＶＣを加減速して自車両ＶＣの走行状態を変える場合に、第１動力部６および制動部８のうちの少なくとも一方を制御することによって走行状態を制御する。走行制御部４４ａは、車両（自車両）ＶＣの舵角を変えて自車両ＶＣの走行状態を変える場合に、第２動力部７を制御することによって走行状態を制御する。

【0079】

これら部分集合演算部４２ａ、属否判定部４３ａおよび走行制御部４４ａについて、より具体的に説明する。

【0080】

第１実施形態における車両制御装置Ｓａの対象システムである車両システムは、次式２０－１で表され、その入力制約は、次式２０－２で表される。

【0081】

【数20】

【0082】

ここで、ｘ＝［ｘ_１、ｘ_２］^Ｔ∈Ｒ^２は、車両の状態を表し（ｘ_１は車両の位置を表し、ｘ_２は車両の速度を表す）、ｔ∈Ｒは、時間を表し、ｕ∈Ｒは、制御入力（制御入力量、アシスト制御の入力量）を表し、ｕ_ｈ：Ｒ_≧０→（－ａ_ｍａｘ、∞）は、連続写像であり、フィードフォワード入力（操作入力、操作入力量）を表す。式２０－２におけるａ_ｍａｘ＞０は、減速方向の最大加速度であり、ｕ_ｈ≧－ａ_ｍａｘで与えられる。なお、式２０－１は、前記式３において、ｆ（ｘ）＝［ｘ_２、０］^Ｔ、ｇ（ｘ）＝［０、１］^Ｔとした場合である。

【0083】

入力の初期値は、基本的に、安全性を担保するために、式２０－２を満たすことが好ましい。後述の第２および第３実施形態も同様である。ただし、入力制約の初期値が式２０－２を満たさない場合でも、被害を軽減できる。

【0084】

図２は、第１実施形態における対象システムを説明するための図である。この車両システムでは、図２に示すように、車両ＶＣは、障害物Ｏｂの方向に進行している。障害物Ｏｂは、例えば、物標検出部１で検出された物標である。この進行方向がｘ_１軸の方向とされ、座標原点が障害物Ｏｂの境界に設定されているものとする。なお、簡単化のため、進行方向がｘ_１軸の方向とされたが、ｘ_１軸の方向は、任意であってよく、この場合、進行方向の成分を考えれば、同様に説明ができる。後述の第２実施形態も同様である。

【0085】

図２に示す場合、安全集合Ｘは、Ｘ＝（－∞、０）×Ｒ⊂Ｒ^２となり、残余の集合Ｘ_ｕは、Ｘ_ｕ＝Ｒ^２＼Ｘ⊂Ｒ^２となる。すなわち、この車両システムでは、位置ｘ_１がｘ_１∈（－∞、０）である場合、車両システムは、安全である。この安全集合Ｘは、部分集合演算部４２ａによって、物標検出部１で検出した物標（ここでは障害物Ｏｂ）から車両ＶＣまでの間に設定された安全領域を表す。

【0086】

したがって、第１実施形態では、式２０－１で表される車両システムの初期状態ｘ_０がｘ_０∈Ｘである場合に、任意のｕ_ｈに対し、任意のｔ≧０において、ｘ（ｔ）∈Ｘを満たし、かつ、式２０－２で表される入力制約を満たす、制御入力（アシスト制御の入力）ｕが求められる。初期位置をｘ_１０とし、初期速度をｘ_２０とすると、初期状態ｘ_０は、ｘ_０＝［ｘ_１０、ｘ_２０］^Ｔである。

【0087】

まず、Ｖｉａｂｉｌｉｔｙ Ｋｅｒｎｅｌが求められる。第１実施形態では、部分集合演算部４２ａによって、安全集合Ｘの部分集合Ｖｉａｂ（Ｘ）として、Ｖｉａｂｉｌｉｔｙ Ｋｅｒｎｅｌが求められる。より具体的には、最大加速度－ａ_ｍａｘで車両ＶＣが静止するまでの時間をτとした場合、ｘ_２＜０ならば、車両ＶＣが障害物Ｏｂの境界から離れて行くことになるので、ｘ_２≧０として、次式２１が成り立ち、この時間τまでに車両ＶＣが進行する距離ｄ（ｘ）は、次式２２で与えられる。

【0088】

【数21】

【0089】

【数22】

【0090】

以上より、安全集合Ｘに対するＶｉａｂｉｌｉｔｙ Ｋｅｒｎｅｌ Ｖ_ｘは、次式２３で与えられる。

【0091】

【数23】

【0092】

すなわち、ｘ_０∈Ｖ_ｘ⊆Ｘであれば、式２０－２で表す入力制約の下において、任意のｔ≧０に対し、ｘ_１（ｔ）∈（－∞、０）を保障する制御入力ｕが少なくとも１つ存在する。第１実施形態では、属否判定部４３ａによって、制御開始における車両の初期状態ｘ_０（＝［ｘ_１０、ｘ_２０］^Ｔ）が部分集合Ｖ_ｘに属するか否かが判定される。

【0093】

なお、ｘ_２＜０を考慮すると、Ｖｉａｂｉｌｉｔｙ Ｋｅｒｎｅｌ Ｖ_ｘは、次式２４で与えられる。

【0094】

【数24】

【0095】

そして、このＶｉａｂｉｌｉｔｙ Ｋｅｒｎｅｌ Ｖ_ｘから、制御入力ｕが求められる。より具体的には、式２３で表されるＶｉａｂｉｌｉｔｙ Ｋｅｒｎｅｌ Ｖ_ｘにおいて、関数ｈ（ｘ）：Ｒ^２→Ｒは、次式２５となり、Ｌ_ｆｈ（ｘ）およびＬ_ｇｈ（ｘ）は、この式２５から、それぞれ、式２６－１および式２６－２となり、したがって、制御入力（アシスト制御の入力）ｕは、次式２７となる。

【0096】

【数25】

【0097】

【数26】

【0098】

【数27】

【0099】

ここで、γ：Ｒ^２→Ｒ、Ｉ：Ｒ^２×Ｒ→ＲおよびＪ：Ｒ^２×Ｒ→Ｒは、任意の非負の定数Ｋ、Ｃ≧０において、それぞれ、次式２８－１、式２８－２および式２８－３のように定義される。

【0100】

【数28】

【0101】

なお、定数Ｋの値が大きくなると、制御入力の介入時間が遅くなり、このため、より大きな制御入力が働く。定数Ｃの値が大きくなると、制御入力の介入時間が遅くなり、このため、より大きな制御入力が働く。定数Ｋと比較すると、定数Ｃは、制御入力が働き始める時間に与える影響が大きい。

【0102】

第１実施形態では、走行制御部４４ａは、属否判定部４３ａで部分集合Ｖ_ｘに前記初期状態ｘ_０が属すると判定した場合に、式２７から、まず、ＩとＪとの大小関係を比較することによって、アシスト制御するか否かを判定し、ＩがＪ以上である場合（Ｉ≧Ｊ）には、アシスト制御せずに、前記運転者や前記運転システムによる操作入力ｕ_ｈに基づき第１動力部６、第２動力部７および制動部８のうちの少なくとも１つを制御することによって走行状態を制御し（非アシスト制御の走行制御）、ＩがＪ未満である場合（Ｉ＜Ｊ）には、アシスト制御するために、式２７、式２８－１～式２８－３、式２５、式２６－１、式２６－２により、アシスト制御入力ｕを求め、運転者や前記運転システムによる操作入力ｕ_ｈおよびアシスト制御入力ｕに基づき第１動力部６、第２動力部７および制動部８のうちの少なくとも１つを制御することによって走行状態を制御する（第１態様の走行制御）。一方、走行制御部４４ａは、属否判定部４３ａで部分集合Ｖ_ｘに前記初期状態ｘ_０が属しないと判定した場合に、零化制御バリア関数の微分を最大化するアシスト制御入力ｕを生成し、前記操作入力ｕ_ｈおよび前記アシスト制御入力ｕに基づき第１動力部６、第２動力部７および制動部８のうちの少なくとも１つを制御することによって走行状態を制御する（第２態様の走行制御）。

【0103】

なお、図２に示す車両システムが対象システムである場合、走行状態検出部２は、少なくとも前記速度検出部（車速センサ）を備え、第１および第２態様の走行制御において、走行制御部４４ａは、前記操作入力ｕ_ｈおよび前記アシスト制御入力ｕに基づき第１動力部６および制動部８のうちの少なくとも１つを制御することによって走行状態を制御する。

【0104】

このような制御処理部４ａおよび記憶部５ａは、いわゆるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）と呼称される、車両ＶＣに搭載されたコンピュータによって構成可能である。

【0105】

次に、第１実施形態の動作について説明する。図３は、実施形態における車両制御装置の動作を示すフローチャートである。

【0106】

このような車両制御装置Ｓａは、車両ＶＣが稼働を始めると、必要な各部の初期化を実行し、その稼働を始める。その制御処理プログラムの実行によって、制御処理部４ａには、制御部４１、部分集合演算部４２ａ、属否判定部４３ａおよび走行制御部４４ａが機能的に構成される。

【0107】

車両制御装置Ｓａは、車両ＶＣの稼働終了等の終了まで、所定の時間間隔ごとの各タイミングで図３に示す処理Ｓ１ないし処理Ｓ８ａの各処理を繰り返し、実行する。

【0108】

図３において、今回のタイミングになると、まず、車両制御装置Ｓａは、制御処理部４ａの制御部４１によって、物標検出部１から、その検出結果を取得し、この取得した検出結果を記憶部５ａに記憶し、走行状態検出部２から、その検出結果を取得し、この取得した検出結果を記憶部５ａに記憶する（Ｓ１）。制御開始における車両の初期状態における位置（物標に対する自車両の位置）（ここでは初期位置）は、物標検出部１で検出した相対物標位置の逆として求められ、制御開始における車両の初期状態における速度（ここでは初期速度）は、走行状態検出部２における前記速度検出部の検出結果である。

【0109】

続いて、車両制御装置Ｓａは、制御部４１によって、物標検出部１から取得した検出結果を参照することによって、物標を検出したか否かを判定する（Ｓ２）。この判定の結果、物標を検出している場合（Ｙｅｓ）には、車両制御装置Ｓａは、次に、処理Ｓ３ａを実行する。一方、前記判定の結果、物標を検出していない場合（Ｎｏ）には、車両制御装置Ｓａは、次に、処理Ｓ６を実行する。

【0110】

この処理Ｓ３ａでは、車両制御装置Ｓａは、制御処理部４ａの部分集合演算部４２ａによって、物標検出部１で検出した物標から車両（自車両）ＶＣまでの間に安全領域を設定することによって安全集合Ｘを求め、Ｖｉａｂｉｌｉｔｙ Ｋｅｒｎｅｌを求めることによって部分集合Ｖｉａｂ（Ｘ）を求める。図２に示す例では、部分集合演算部４２ａは、物標検出部１で物標として検出した障害物Ｏｂから車両（自車両）ＶＣまでの範囲を安全領域に設定することによって安全集合Ｘ＝（－∞、０）を求め、式２３で与えられる部分集合Ｖ_ｘを求める。

【0111】

続いて、車両制御装置Ｓａは、制御処理部４ａの属否判定部４３ａによって、部分集合演算部４２ａで求めた部分集合Ｖ_ｘに、処理Ｓ１で取得した制御開始における車両の初期状態ｘ_０が属するか否かを判定する（Ｓ４ａ）。この判定の結果、前記部分集合Ｖ_ｘに、前記初期状態ｘ_０が属すると判定した場合（Ｙｅｓ）には、車両制御装置Ｓａは、次に、処理Ｓ５ａを実行する。一方、前記判定の結果、前記部分集合Ｖ_ｘに、前記初期状態ｘ_０が属しないと判定した場合（Ｎｏ）には、車両制御装置Ｓａは、次に、処理Ｓ８ａを実行する。

【0112】

この処理Ｓ５ａでは、ＩとＪとの大小関係を比較することによって、アシスト制御するか否かを判定する。図２に示す例では、前記Ｉは、式２８－２で表され、前記Ｊは、式２８－３で表される。この判定の結果、ＩがＪ以上である場合（Ｉ≧Ｊ、Ｎｏ）には、車両制御装置Ｓａは、制御処理部４ａの走行制御部４４ａによって、前記非アシスト制御の走行制御を実行し（Ｓ６）、今回のタイミングにおける本処理を終了する。一方、ＩがＪ未満である場合（Ｉ＜Ｊ、Ｙｅｓ）には、車両制御装置Ｓａは、制御処理部４ａの走行制御部４４ａによって、アシスト制御における前記第１態様の走行制御を実行し（Ｓ７ａ）、今回のタイミングにおける本処理を終了する。

【0113】

前記処理Ｓ８ａでは、車両制御装置Ｓａは、制御処理部４ａの走行制御部４４ａによって、アシスト制御における前記第２態様の走行制御を実行し、今回のタイミングにおける本処理を終了する。

【0114】

これら前記非アシスト制御の走行制御、前記第１態様の走行制御および前記第２態様の走行制御それぞれは、次回のタイミングまで継続される。なお、次回のタイミングまでに、第１および第２態様の走行制御が終了した場合には、アシスト制御の走行制御が終了される。後述の第２および第３実施形態も同様である。

【0115】

以上説明したように、第１実施形態における車両制御装置Ｓａおよびこれに実装された車両制御方法は、零化制御バリア関数に基づきアシスト制御入力を生成する際に、安全集合Ｘの部分集合Ｖｉａｂ（Ｘ）を、操作入力ｕ_ｈおよび制御入力ｕに関わる所定の制約に基づき求めるので、制約を考慮した、零化ＣＢＦを用いたアシスト制御で車両ＶＣを制御できる。

【0116】

上記車両制御装置Ｓａおよび車両制御方法は、物標検出部１で検出した物標（図２に示す例では障害物Ｏｂ）から車両（自車両）ＶＣまでの間に、安全とされる所定の安全領域に設定することによって安全集合Ｘを求めるので、車両（自車両）ＶＣの周囲の状況に応じて安全集合Ｘを求めることができる。

【0117】

上記車両制御装置Ｓａおよび車両制御方法は、属否判定部４３ａで部分集合Ｖｉａｂ（Ｘ）に制御開始における車両の初期状態ｘ_０が属しないと判定した場合に、零化制御バリア関数ｈ（ｘ）の微分を最大化するアシスト制御入力ｕを生成するので、安全に欠けるが、その被害を軽減できる。

【0118】

（第２実施形態）
次に、別の実施形態について説明する。第２実施形態は、加速度ａおよび躍度ｊの入力制約を持つ２重積分系で表される車両システムを、対象システムとして、Ｖ－ＣＢＦを適用した実施形態である。躍度ｊは、加速度ａの時間微分であると定義される。

【0119】

第２実施形態における車両制御装置Ｓｂは、車両ＶＣに搭載され、例えば、図１に示すように、物標検出部１と、走行状態検出部２と、操作入力部３と、制御処理部４ｂと、記憶部５ｂと、第１動力部（駆動輪駆動部）６と、第２動力部（操舵輪駆動部）７と、制動部８と、インターフェース部（ＩＦ部）９とを備える。第２実施形態における車両制御方法は、この車両制御装置Ｓｂに実装される。

【0120】

これら第２実施形態の車両制御装置Ｓｂにおける物標検出部１、走行状態検出部２、操作入力部３、第１動力部（駆動輪駆動部）６、第２動力部（操舵輪駆動部）７、制動部８およびＩＦ部９は、それぞれ、第１実施形態の車両制御装置Ｓａにおける物標検出部１、走行状態検出部２、操作入力部３、第１動力部（駆動輪駆動部）６、第２動力部（操舵輪駆動部）７、制動部８およびＩＦ部９と同様であるので、その説明を省略する。

【0121】

第２実施形態の車両制御装置Ｓｂにおける制御処理部４ｂおよびその機能的な構成４１、４２ｂ、４３ｂ、４４ｂ、ならびに、記憶部５ｂおよびその機能的な構成５１ｂは、それぞれ、その対象システムが異なるため、制約および数式が異なる点を除き、基本的に、第１実施形態の車両制御装置Ｓａにおける制御処理部４ａおよびその機能的な構成４１、４２ａ、４３ａ、４４ａ、ならびに、記憶部５ａおよびその機能的な構成５１ａと同様であるので、前記異なる点のみを説明し、残余の説明を省略する。

【0122】

第２実施形態における車両制御装置Ｓｂの対象システムである車両システムは、次式２９－１で表され、そのＦ_ｒは、次式２９－２で与えられ、その加速度ａの入力制約は、次式２９－３で表され、躍度ｊの入力制約は、次式２９－４で表される。躍度ｊは、乗り心地や乗員の安全性に影響を与えるパラメータであり、本実施形態では、上述のように制約が設けられている。

【0123】

【数29】

【0124】

ここで、ｘ_１は、車両ＶＣの位置［ｍ］を表し、ｘ_２は、車両ＶＣの速度［ｍ／ｓ］を表し、車両の状態ｘは、第１実施形態と同様に、ｘ＝［ｘ_１、ｘ_２］^Ｔである。ｔは、時間[ｓ]を表し、ｕは、制御入力、ここでは、要求加速度［ｍ／ｓ^２］を表し、ｕ_ｈは、フィードフォワード入力（操作入力）［ｍ／ｓ^２］を表す。なお、フィードフォワード入力（操作入力）ｕ_ｈは、躍度制約を満たす、あるいは、制御周期が加速度変化に対し十分に短い。Ｆ_ｒは、走行抵抗［Ｎ］を表し、Ｍは、車両ＶＣの質量［ｋｇ］を表し、Ｒ_０、Ｒ_１、Ｒ_２は、走行抵抗係数を表す。ａ_ｍｉｎは、加速度の下限値を表し、ａ_ｍａｘは、加速度の上限値を表す。ｊ_ｍｉｎは、躍度の下限値を表し、ｊ_ｍａｘは、躍度の上限値を表す。

【0125】

図４は、第２実施形態における対象システムを説明するための図である。この車両システムでは、図４に示すように、車両ＶＣは、障害物Ｏｂの方向に速度ｘ_２で進行し、この進行方向とは逆向きに走行抵抗Ｆ_ｒを受けている。この進行方向がｘ_１軸の方向とされ、車両の初期位置が座標原点とされ、位置Ｃ_ｗに障害物Ｏｂの境界が位置するように、障害物Ｏｂが静止状態で配置されているものとする。

【0126】

障害物Ｏｂは、例えば、物標検出部１で検出された物標である。第２実施形態では、走行状態検出部２は、少なくとも前記速度検出部（車速センサ）および前記加速度検出部（加速度センサ）を備える。記憶部５ｂには、式２９－１から、前記各種の所定のデータとして、車両（自車両）ＶＣの質量Ｍが記憶され、式２９－２から、前記各種の所定のデータとして、走行抵抗係数Ｒ_０、Ｒ_１、Ｒ_２が記憶される。なお、車両（自車両）ＶＣの質量Ｍは、前記車両ＶＣに備えられた重量センサによって測定されてもよい。走行抵抗係数Ｒ_０、Ｒ_１、Ｒ_２は、例えば複数のサンプルから予め適宜に決定される。制約情報記憶部５１ｂには、式２９－３および式２９－４の制約が記憶される。なお、路面に勾配があると、車両（自車両）ＶＣに前記勾配に応じた力が作用するので、走行状態検出部２は、水平に対する車両（自車両）ＶＣの傾きを検出する傾き検出部（勾配検出部、傾斜センサ）を備えてもよい。

【0127】

図４に示す車両システムでは、走行中の車両ＶＣが停止するまで、車両ＶＣの挙動（振る舞い）は、２つの第１および第２パターンに分かれる。第１パターンは、加速度ａがその下限値ａ_ｍｉｎに到達する前に減速が緩まって停車するパターンである。第２パターンは、加速度ａがその下限値ａ_ｍｉｎに到達した後に減速が緩まって停車するパターンである。車両ＶＣの挙動が第１および第２パターンのうちのいずれかになるかは、次式３０で表される判別式（第１判別式）Ｄ１によって判別でき、第１判別式Ｄ１の値が０以下である場合（非正、Ｄ１≦０）には、車両ＶＣの挙動は、第１パターンとなり、第１判別式Ｄ１の値が０を越える場合（正、Ｄ１＞０）には、車両ＶＣの挙動は、第２パターンとなる。

【0128】

【数30】

【0129】

車両ＶＣの挙動が第１パターンである場合、ある時点における加速度をａ_０、速度をｘ_２０としたとき、入力制約内で車両ＶＣが停車するまでの走行距離ｄ［ｍ］は、車両ＶＣの挙動が第１パターンである場合には、次式３１－１～式３１－３で与えられ、車両ＶＣの挙動が第２パターンである場合には、次式３２－１～式３２－５で与えられる。

【0130】

【数31】

【0131】

【数32】

【0132】

図５には、一例として、車両の挙動が第１パターンである場合において、加速度の時間変化のグラフおよび速度の時間変化のグラフが示されている。図６には、一例として、車両の挙動が第２パターンである場合において、加速度の時間変化のグラフおよび速度の時間変化のグラフが示されている。図５および図６の各横軸は、経過時間であり、これら各縦軸の上側は、加速度ａであり、各縦軸の下側が速度ｘ_２である。

【0133】

障害物Ｏｂの境界位置をＣ_ｗとしたので、Ｖｉａｂｉｌｉｔｙ Ｋｅｒｎｅｌは、次式３３で与えられ、関数ｈ（ｘ）は、次式３４で与えられる。上述したように、式３３および式３４の走行距離ｄ（ｘ）は、車両ＶＣの挙動のパターンに応じて次式３１－１～式３１－３および式３２－１～式３２－５のうちのいずれかの式となる。

【0134】

【数33】

【0135】

【数34】

【0136】

Ｌｉｅ微分Ｌ_ｆｈおよびＬ_ｇｈそれぞれは、車両ＶＣの挙動が第１パターンである場合には、次式３５－１、式３５－２で与えられ、車両ＶＣの挙動が第２パターンである場合には、次式３６－１、式３６－２で与えられる。

【0137】

【数35】

【0138】

【数36】

【0139】

したがって、制御入力ｕは、次式３７－１～式３７－３となる。

【0140】

【数37】

【0141】

第２実施形態では、部分集合演算部４２ｂによって、安全集合Ｘの部分集合Ｖｉａｂ（Ｘ）として、式３３のＶｉａｂｉｌｉｔｙ Ｋｅｒｎｅｌが求められる。属否判定部４３ｂによって、この部分集合Ｖｉａｂ（Ｘ）に、制御開始における車両の初期状態ｘ_０が属するか否かが判定される。そして、走行制御部４４ｂは、部分集合Ｖｉａｂ（Ｘ）に、前記初期状態ｘ_０が属する場合、式３７－２で与えられるＩと式３７－３で与えられるＪとの大小関係を比較し、アシスト制御しない場合には、非アシスト制御の走行制御を実行し、アシスト制御する場合には、操作入力ｕ_ｈ、および、式３７－１で与えられるアシスト制御入力ｕに基づき第１態様の走行制御を実行し、部分集合Ｖｉａｂ（Ｘ）に、前記初期状態ｘ_０が属しない場合には、式３４の零化制御バリア関数ｈ（ｘ）に基づく第２態様の走行制御を実行する。

【0142】

第２実施形態の動作について説明する。図３において、今回のタイミングになると、まず、車両制御装置Ｓｂは、制御処理部４ｂの制御部４１によって、第１実施形態と同様な処理Ｓ１を実行し、続いて、処理Ｓ２を実行する。この処理Ｓ２における判定の結果、物標を検出している場合（Ｙｅｓ）には、車両制御装置Ｓｂは、次に、処理Ｓ３ｂを実行する。一方、前記判定の結果、物標を検出していない場合（Ｎｏ）には、車両制御装置Ｓｂは、次に、第１実施形態と同様な処理Ｓ６を実行する。

【0143】

この処理Ｓ３ｂでは、車両制御装置Ｓｂは、制御処理部４ｂの部分集合演算部４２ｂによって、物標検出部１で検出した物標から車両（自車両）ＶＣまでの間に安全領域を設定することによって安全集合Ｘ＝（－∞、Ｃ_ｗ）を求め、式３３のＶｉａｂｉｌｉｔｙ Ｋｅｒｎｅｌを求めることによって部分集合Ｖｉａｂ（Ｘ）を求める。

【0144】

続いて、車両制御装置Ｓｂは、制御処理部４ｂの属否判定部４３ａによって、部分集合演算部４２ｂで求めた部分集合Ｖｉａｂ（Ｘ）に、処理Ｓ１で取得した制御開始における車両の初期状態ｘ_０が属するか否かを判定する（Ｓ４ｂ）。この判定の結果、前記部分集合Ｖｉａｂ（Ｘ）に、前記初期状態ｘ_０が属すると判定した場合（Ｙｅｓ）には、車両制御装置Ｓｂは、次に、処理Ｓ５ｂを実行する。一方、前記判定の結果、前記部分集合Ｖｉａｂ（Ｘ）に、前記初期状態ｘ_０が属しないと判定した場合（Ｎｏ）には、車両制御装置Ｓｂは、次に、処理Ｓ８ｂを実行する。

【0145】

この処理Ｓ５ｂでは、式３７－２で与えられるＩと式３７－３で与えられるＪとの大小関係を比較することによって、アシスト制御するか否かを判定する。この判定の結果、ＩがＪ以上である場合（Ｉ≧Ｊ、Ｎｏ）には、車両制御装置Ｓｂは、制御処理部４ｂの走行制御部４４ｂによって、前記非アシスト制御の走行制御を実行し（Ｓ６）、今回のタイミングにおける本処理を終了する。一方、ＩがＪ未満である場合（Ｉ＜Ｊ、Ｙｅｓ）には、車両制御装置Ｓｂは、走行制御部４４ｂによって、操作入力ｕ_ｈ、および、式３７－１で与えられるアシスト制御入力ｕに基づき第１態様の走行制御を実行し（Ｓ７ａ）、今回のタイミングにおける本処理を終了する。

【0146】

前記処理Ｓ８ｂでは、車両制御装置Ｓｂは、走行制御部４４ｂによって、式３４の零化制御バリア関数ｈ（ｘ）に基づく第２態様の走行制御を実行し、今回のタイミングにおける本処理を終了する。

【0147】

これら前記非アシスト制御の走行制御、前記第１態様の走行制御および前記第２態様の走行制御それぞれは、次回のタイミングまで継続される。

【0148】

シミュレーション結果の一例について説明する。図７は、第２実施形態における対象システムにおいて、シミュレーション結果の一例を示すグラフである。図７Ａは、位置の時間変化を示すグラフであり、その横軸は、経過時間［ｓ］であり、その縦軸は、位置［ｍ］である。図７Ｂは、速度の時間変化を示すグラフであり、その横軸は、経過時間で［ｓ］あり、その縦軸は、速度［ｍ／ｓ］である。図７Ｃは、加速度の時間変化を示すグラフであり、その横軸は、経過時間［ｓ］であり、その縦軸は、加速度［ｍ／ｓ^２］である。図７Ｄは、躍度の時間変化を示すグラフであり、その横軸は、経過時間［ｓ］であり、その縦軸は、躍度［ｍ／ｓ^３］である。このシミュレーションでは、各値は、Ｃ_ｗ＝１０［ｍ］、初期位置ｘ_１０＝０［ｍ］、初期速度ｘ_２０＝５［ｍ／ｓ］、初期加速度ａ_０＝３［ｍ／ｓ^２］、加速度の上限値ａ_ｍａｘ＝３［ｍ／ｓ^２］、加速度の下限値ａ_ｍｉｎ＝－３［ｍ／ｓ^２］、躍度の上限値ｊ_ｍａｘ＝３．９２［ｍ／ｓ^３］、躍度の下限値ｊ_ｍｉｎ＝－３．９２［ｍ／ｓ^３］とされた。図７から、加速度の制約および躍度の制約が遵守されつつ、車両ＶＣが安全に停車していることが分かる。

【0149】

第２実施形態における車両制御装置Ｓｂおよびこれに実装された車両制御方法は、第１実施形態における車両制御装置Ｓａおよびこれに実装された車両制御方法と同様な作用効果を奏する。

【0150】

第２実施形態によれば、加速度ａの第１制約（加速度ａに関する制約）および躍度ｊの第２制約（躍度ｊに関する制約）を制約として考慮した、零化ＣＢＦを用いたアシスト制御による車両制御装置Ｓｂおよび車両制御方法が提供できる。

【0151】

（第３実施形態）
次に、別の実施形態について説明する。第３実施形態は、舵角φおよび舵角速度Ψの入力制約を持つ２重積分系で表される車両システムを、対象システムとして、Ｖ－ＣＢＦを適用した実施形態である。舵角速度Ψは、舵角φの時間微分であると定義される。

【0152】

第３実施形態における車両制御装置Ｓｃは、車両ＶＣに搭載され、例えば、図１に示すように、物標検出部１と、走行状態検出部２と、操作入力部３と、制御処理部４ｃと、記憶部５ｃと、第１動力部（駆動輪駆動部）６と、第２動力部（操舵輪駆動部）７と、制動部８と、インターフェース部（ＩＦ部）９とを備える。第３実施形態における車両制御方法は、この車両制御装置Ｓｃに実装される。

【0153】

これら第３実施形態の車両制御装置Ｓｃにおける物標検出部１、走行状態検出部２、操作入力部３、第１動力部（駆動輪駆動部）６、第２動力部（操舵輪駆動部）７、制動部８およびＩＦ部９は、それぞれ、第１実施形態の車両制御装置Ｓａにおける物標検出部１、走行状態検出部２、操作入力部３、第１動力部（駆動輪駆動部）６、第２動力部（操舵輪駆動部）７、制動部８およびＩＦ部９と同様であるので、その説明を省略する。

【0154】

第３実施形態の車両制御装置Ｓｃにおける制御処理部４ｃおよびその機能的な構成４１、４２ｃ、４３ｃ、４４ｃ、ならびに、記憶部５ｃおよびその機能的な構成５１ｃは、それぞれ、その対象システムが異なるため、制約および数式が異なる点を除き、基本的に、第１実施形態の車両制御装置Ｓａにおける制御処理部４ａおよびその機能的な構成４１、４２ａ、４３ａ、４４ａ、ならびに、記憶部５ａおよびその機能的な構成５１ａと同様であるので、前記異なる点のみを説明し、残余の説明を省略する。

【0155】

第３実施形態における車両制御装置Ｓｃの対象システムである車両システムは、次式３８－１で表され、その舵角Φの入力制約は、次式３８－２で表され、舵角速度Ψの入力制約は、次式３８－３で表される。舵角速度Ψは、乗り心地に影響を与えるパラメータであり、本実施形態では、上述のように入力制約が設けられている。

【0156】

【数38】

【0157】

ここで、ｘ_１は、車両ＶＣのｘ_１座標の位置［ｍ］を表し、ｙ_１は、車両ＶＣのｙ_１座標の位置［ｍ］を表し、ｘ_２は、車両ＶＣの速度［ｍ／ｓ］を表す。ここでは、２次元であるので、ｘ_２は、ベクトルである（ｘ_２＝（ｄｘ_１／ｄｔ、ｄｙ_１／ｄｔ））。θは、車両ＶＣの姿勢角［ｒａｄ］を表し、φは、舵角［ｒａｄ］を表し、Ψは、舵角速度［ｒａｄ／ｓ］を表す。ｔは、時間[ｓ]を表し、ｕは、制御入力、ここでは、要求舵角［ｒａｄ］を表し、ｕ_ｈは、フィードフォワード入力（操作入力）［ｒａｄ］を表す。φ_ｍｉｎは、舵角の下限値を表し、φ_ｍａｘは、舵角の上限値を表す。ψ_ｍｉｎは、舵角速度の下限値を表し、ψ_ｍａｘは、舵角速度の上限値を表す。車両の状態は、車両の位置（ｘ_１、ｙ_１）、速度ｘ_２および姿勢角θである。

【0158】

図８は、第３実施形態における対象システムを説明するための図である。この車両システムでは、図８に示すように、車両ＶＣは、障害物Ｏｂの方向に速度ｘ_２で進行している。車両ＶＣは、車幅Ｗであって車長Ｌ_ｆ＋Ｌ＋Ｌ_ｒで構成されている。第１車長Ｌ_ｆは、車両ＶＣの前端から前輪中心までの長さであり、第２車長Ｌは、前輪中心から後輪中心までの長さであり、第３車長Ｌ_ｒは、後輪中心から車両ＶＣの後端までの長さである。この対象システムに、車両の初期位置を座標原点とする直交座標系が設定され、位置ｙ_１＝Ｃ_ｗに障害物Ｏｂの境界が位置するように、かつ、障害物Ｏｂの延長方向がｘ_１軸に沿うように、障害物Ｏｂが静止状態で配置されているものとする。姿勢角θは、このｘ_１軸とベクトルの速度ｘ_２との成す角度であり、舵角φは、ベクトルの速度ｘ_２（車長方向）と操舵輪（ここでは前輪）との成す角度である。なお、簡単化のため、障害物Ｏｂの延長方向がｘ_１軸の方向とされたが、ｘ_１軸の方向は、任意であってよく、この場合、前記延長方向の成分およびこれに直交する方向の成分を考えれば、同様に説明ができる。

【0159】

障害物Ｏｂは、例えば、物標検出部１で検出された物標である。第３実施形態では、走行状態検出部２は、少なくとも前記速度検出部（車速センサ）、前記姿勢角検出部（ヨーレートセンサ）および前記舵角検出部（第１舵角センサ）を備える。記憶部５ｃには、式３８－１から、前記各種の所定のデータとして、車両（自車両）ＶＣの第２車長Ｌが記憶される。制約情報記憶部５１ｂには、式３８－２および式３８－３の制約が記憶される。

【0160】

図８に示す車両システムでは、走行中の車両ＶＣが障害物Ｏｂに対し平行となれば、操舵により障害物Ｏｂとの衝突を回避できるので、車両ＶＣの挙動（振る舞い）は、２つの第３および第４パターンに分かれる。第３パターンは、舵角φがその制約に到達する前に切り戻しが始まり、障害物Ｏｂに対し車両ＶＣが平行になるパターンである。第４パターンは、舵角φがその制約に到達した後に切り戻しが始まり、障害物Ｏｂに対し車両ＶＣが平行になるパターンである。車両ＶＣの挙動が第３および第４パターンのうちのいずれかになるかは、次式３９で表される判別式（第２判別式）Ｄ２によって判別でき、第２判別式Ｄ２の値が舵角の下限値φ_ｍｉｎ以上である場合（Ｄ２≧φ_ｍｉｎ）には、車両ＶＣの挙動は、第４パターンとなり、第２判別式Ｄ２の値が舵角の下限値φ_ｍｉｎ未満である場合（Ｄ２＜φ_ｍｉｎ）には、車両ＶＣの挙動は、第４パターンとなる。

【0161】

【数39】

【0162】

車両ＶＣの挙動が第３パターンである場合、ある時点における姿勢角をθ_０、舵角をφ_０としたとき、入力制約内で車両ＶＣが障害物Ｏｂに対し姿勢角θが平行になるまでの走行距離ｄ［ｍ］は、車両ＶＣの挙動が第３パターンである場合には、次式４０－１～式４０－３で与えられ、車両ＶＣの挙動が第４パターンである場合には、次式４１－１～式４１－４で与えられる。

【0163】

【数40】

【0164】

【数41】

【0165】

図９には、一例として、車両の挙動が第３パターンである場合において、舵角速度の時間変化のグラフおよび舵角の時間変化のグラフが示されている。図１０には、一例として、車両の挙動が第４パターンである場合において、舵角速度の時間変化のグラフおよび舵角の時間変化のグラフが示されている。図９および図１０の各横軸は、経過時間であり、これら各縦軸の上側は、舵角速度ψであり、各縦軸の下側が舵角φである。

【0166】

障害物Ｏｂの境界位置をｙ＝Ｃ_ｗとしたので、Ｖｉａｂｉｌｉｔｙ Ｋｅｒｎｅｌは、次式４２で与えられ、関数ｈ（ｘ）は、次式４３で与えられる。上述したように、式４２および式４３の走行距離ｄ（ｘ）は、車両ＶＣの挙動のパターンに応じて次式４０－１～式４０－３および式４１－１～式４１－４のうちのいずれかの式となる。

【0167】

【数42】

【0168】

【数43】

【0169】

Ｌｉｅ微分Ｌ_ｆｈおよびＬ_ｇｈそれぞれは、次式４４－１、式４４－２で与えられるが、車両ＶＣの挙動のパターンに応じて計算する必要がある。

【0170】

【数44】

【0171】

したがって、制御入力ｕは、次式４５－１～式４５－３となる。

【0172】

【数45】

【0173】

第３実施形態では、部分集合演算部４２ｃによって、安全集合（ｙ＝Ｃ_ｗより－ｙ側の領域の集合）の部分集合Ｖｉａｂとして、式４２のＶｉａｂｉｌｉｔｙ Ｋｅｒｎｅｌが求められる。属否判定部４３ｃによって、この部分集合Ｖｉａｂに、制御開始における車両の初期状態が属するか否かが判定される。そして、走行制御部４４ｃは、部分集合Ｖｉａｂに、前記初期状態が属する場合、式４５－２で与えられるＩと式４５－３で与えられるＪとの大小関係を比較し、アシスト制御しない場合には、非アシスト制御の走行制御を実行し、アシスト制御する場合には、操作入力ｕ_ｈ、および、式４５－１で与えられるアシスト制御入力ｕに基づき第１態様の走行制御を実行し、部分集合Ｖｉａｂに、前記初期状態が属しない場合には、式４３の零化制御バリア関数ｈ（ｘ）に基づく第２態様の走行制御を実行する。

【0174】

第３実施形態の動作について説明する。図３において、今回のタイミングになると、まず、車両制御装置Ｓｃは、制御処理部４ｃの制御部４１によって、第１実施形態と同様な処理Ｓ１を実行し、続いて、処理Ｓ２を実行する。この処理Ｓ２における判定の結果、物標を検出している場合（Ｙｅｓ）には、車両制御装置Ｓｃは、次に、処理Ｓ３ｃを実行する。一方、前記判定の結果、物標を検出していない場合（Ｎｏ）には、車両制御装置Ｓｃは、次に、第１実施形態と同様な処理Ｓ６を実行する。

【0175】

この処理Ｓ３ｃでは、車両制御装置Ｓｃは、制御処理部４ｃの部分集合演算部４２ｃによって、物標検出部１で検出した物標から車両（自車両）ＶＣまでの間に安全領域に設定することによって安全集合（ｙ＝Ｃ_ｗより－ｙ側の領域の集合）を求め、式４２のＶｉａｂｉｌｉｔｙ Ｋｅｒｎｅｌを求めることによって部分集合Ｖｉａｂを求める。

【0176】

続いて、車両制御装置Ｓｃは、制御処理部４ｃの属否判定部４３ｃによって、部分集合演算部４２ｃで求めた部分集合Ｖｉａｂに、処理Ｓ１で取得した制御開始における車両の初期状態が属するか否かを判定する（Ｓ４ｃ）。この判定の結果、前記部分集合Ｖｉａｂに、前記初期状態が属すると判定した場合（Ｙｅｓ）には、車両制御装置Ｓｃは、次に、処理Ｓ５ｃを実行する。一方、前記判定の結果、前記部分集合Ｖｉａｂに、前記初期状態が属しないと判定した場合（Ｎｏ）には、車両制御装置Ｓｂは、次に、処理Ｓ８ｃを実行する。

【0177】

この処理Ｓ５ｃでは、式４５－２で与えられるＩと式４５－３で与えられるＪとの大小関係を比較することによって、アシスト制御するか否かを判定する。この判定の結果、ＩがＪ以上である場合（Ｉ≧Ｊ、Ｎｏ）には、車両制御装置Ｓｃは、制御処理部４ｃの走行制御部４４ｃによって、前記非アシスト制御の走行制御を実行し（Ｓ６）、今回のタイミングにおける本処理を終了する。一方、ＩがＪ未満である場合（Ｉ＜Ｊ、Ｙｅｓ）には、車両制御装置Ｓｃは、走行制御部４４ｃによって、操作入力ｕ_ｈ、および、式４５－１で与えられるアシスト制御入力ｕに基づき第１態様の走行制御を実行し（Ｓ７ｃ）、今回のタイミングにおける本処理を終了する。

【0178】

前記処理Ｓ８ｃでは、車両制御装置Ｓｃは、走行制御部４４ｃによって、式４３の零化制御バリア関数ｈ（ｘ）に基づく第２態様の走行制御を実行し、今回のタイミングにおける本処理を終了する。

【0179】

これら前記非アシスト制御の走行制御、前記第１態様の走行制御および前記第２態様の走行制御それぞれは、次回のタイミングまで継続される。

【0180】

シミュレーション結果の一例について説明する。図１１は、第３実施形態における対象システムにおいて、シミュレーション結果の一例を示すグラフである。図１１Ａは、ｘ_１軸での位置の時間変化を示すグラフであり、その横軸は、経過時間［ｓ］であり、その縦軸は、ｘ_１軸での位置［ｍ］である。図１１Ｂは、ｙ_１軸での位置の時間変化を示すグラフであり、その横軸は、経過時間［ｓ］であり、その縦軸は、ｙ_１軸での位置［ｍ］である。図１１Ｃは、姿勢角の時間変化を示すグラフであり、その横軸は、経過時間で［ｓ］あり、その縦軸は、姿勢角［ｒａｄ］である。図１１Ｄは、舵角の時間変化を示すグラフであり、その横軸は、経過時間［ｓ］であり、その縦軸は、舵角［ｒａｄ］である。図１１Ｅは、舵角速度の時間変化を示すグラフであり、その横軸は、経過時間［ｓ］であり、その縦軸は、舵角速度［ｒａｄ／ｓ］である。このシミュレーションでは、各値は、Ｃ_ｗ＝４［ｍ］、初期位置ｘ_１０＝０、ｙ_１０＝０［ｍ］、初期速度ｘ_２０＝４［ｍ／ｓ］、ｙ_２０＝０［ｍ／ｓ］、初期姿勢角θ_０＝π／６［ｒａｄ］、舵角の上限値φ_ｍａｘ＝π／４［ｒａｄ］、舵角の下限値φ_ｍｉｎ＝－π／４［ｒａｄ］、舵角速度の上限値ψ_ｍａｘ＝π／２４［ｒａｄ／ｓ］、舵角速度の下限値ψ_ｍｉｎ＝－π／２４［ｒａｄ／ｓ］とされた。図１１から、舵角の制約および舵角速度の制約が遵守されつつ、車両ＶＣが安全に障害物Ｏｂに平行になっていることが分かる。

【0181】

第３実施形態における車両制御装置Ｓｃおよびこれに実装された車両制御方法は、第１実施形態における車両制御装置Ｓａおよびこれに実装された車両制御方法と同様な作用効果を奏する。

【0182】

第３実施形態によれば、舵角φの第３制約（舵角φに関する制約）および舵角速度ψの第４制約（舵角速度ψに関する制約）を制約として考慮した、零化ＣＢＦを用いたアシスト制御による車両制御装置Ｓｃおよび車両制御方法が提供できる。

【0183】

本明細書は、上記のように様々な態様の技術を開示しているが、そのうち主な技術を以下に纏める。

【0184】

一態様にかかる車両制御装置は、車両の走行状態を変える操作入力に対して零化制御バリア関数に基づきアシスト制御入力を生成し、前記操作入力および前記アシスト制御入力に基づき前記走行状態を制御する装置である。この車両制御装置は、安全とされる所定の安全領域を表す安全集合の部分集合を、前記操作入力および前記制御入力に関わる所定の制約に基づき求める部分集合演算部と、前記部分集合演算部で求めた部分集合に、制御開始における車両の初期状態が属するか否かを判定する属否判定部と、前記属否判定部で前記部分集合に前記初期状態が属すると判定した場合に、前記操作入力および前記アシスト制御入力に基づき前記走行状態を制御する走行制御部とを備える。

【0185】

なお、操作入力は、運転者による操作入力だけでなく、上述のように、例えば自動運転システム等の運転システムによる操作入力も含むので、「ヒューマンアシスト制御」ではなく、「アシスト制御」と呼称している。このため、「零化ＣＢＦを用いたアシスト制御（Ｚｅｒｏ型ＣＢＦを用いたアシスト制御）」の原理は、「零化ＣＢＦを用いたヒューマンアシスト制御（Ｚｅｒｏ型ＣＢＦを用いたヒューマンアシスト制御）」の原理と同一である。

【0186】

このような車両制御装置は、零化制御バリア関数に基づきアシスト制御入力を生成する際に、安全集合の部分集合を、操作入力および制御入力に関わる所定の制約に基づき求めるので、制約を考慮した、零化ＣＢＦを用いたアシスト制御で車両を制御できる。

【0187】

好ましくは、上述の車両制御装置において、前記車両の周囲に存在する物標を検出し、前記車両に対する、前記検出した物標の位置（相対物標位置）を検出する物標検出部をさらに備え、前記部分集合演算部は、さらに、前記物標検出部で検出した物標から前記車両までの間に前記安全領域を設定することによって前記安全集合を求める。好ましくは、前記物標検出部は、前記車両に対する、前記検出した物標の速度（相対物標速度）、および、前記車両に対する、前記検出した物標の加速度（相対物標加速度）のうちの少なくとも１つをさらに検出する。好ましくは、上述の車両制御装置において、前記制約は、前記車両の走行状態に関わる制約である。好ましくは、上述の車両制御装置において、前記制約は、加速度（正の加速度および負の加速度を含む）の第１制約、加速度の時間微分である躍度の第２制約、舵角の第３制約、および、舵角の時間微分である舵角速度の第４制約のうちの少なくとも１つを含む。好ましくは、上述の車両制御装置において、前記部分集合演算部は、Ｖｉａｂｉｌｉｔｙ Ｋｅｒｎｅｌを求めることによって前記部分集合を求める。好ましくは、上述の車両制御装置において、前記車両の走行状態を検出する走行状態検出部をさらに備える。好ましくは、前記走行状態検出部は、前記車両の速度（車速）を検出する速度検出部、前記車両の加速度を検出する加速度検出部、前記車両の姿勢角を検出する姿勢角検出部、および、前記車両の舵角を検出する舵角検出部のうちの少なくとも１つを含む。好ましくは、前記部分集合演算部は、前記物標検出部で検出した物標の境界を座標原点とした座標系を設定し、前記物標の境界から前記車両までの範囲を安全領域に設定する。好ましくは、前記部分集合演算部は、今の車両の位置を座標原点とした座標系を設定し、前記物標の境界から今の車両の位置までの範囲を安全領域に設定する。好ましくは、上述の車両制御装置において、前記車両の周囲に存在する物標を検出し、前記車両に対する、前記検出した物標の位置を検出する物標検出部と、前記車両の速度を検出する速度検出部とをさらに備え、前記車両の初期状態は、車両の初期位置および初期速度によって表される。好ましくは、上述の車両制御装置において、前記車両の周囲に存在する物標を検出し、前記車両に対する、前記検出した物標の位置を検出する物標検出部と、前記車両の速度を検出する速度検出部と、前記車両の姿勢角を検出する姿勢角検出部とをさらに備え、前記車両の初期状態は、車両の初期位置、初期速度、初期加速度および初期姿勢角によって表される。好ましくは、上述の車両制御装置において、前記車両の駆動輪を駆動する第１動力部、および、前記車両を制動する制動部をさらに備え、前記走行制御部は、前記車両を加減速して前記車両の走行状態を変える場合に、前記第１動力部および前記制動部のうちの少なくとも一方を制御することによって前記走行状態を制御する。好ましくは、上述の車両制御装置において、前記車両の操舵輪を駆動する第２動力部をさらに備え、前記走行制御部は、前記車両の舵角を変えて前記車両の走行状態を変える場合に、前記第２動力部を制御することによって前記走行状態を制御する。

【0188】

他の一態様では、上述の車両制御装置において、前記車両の周囲に存在する物標を検出し、前記検出した物標に対する前記車両の位置を検出する物標検出部をさらに備え、前記部分集合演算部は、さらに、前記物標検出部で検出した物標から前記車両までの間に前記安全領域を設定することによって前記安全集合を求める。

【0189】

このような車両制御装置は、物標検出部を備え、前記物標検出部で検出した物標から前記車両までの間に前記安全領域を設定することによって前記安全集合を求めるので、車両の周囲の状況に応じて安全集合を求めることができる。

【0190】

他の一態様では、これら上述の車両制御装置において、前記走行制御部は、前記属否判定部で前記部分集合に前記初期状態が属しないと判定した場合に、前記零化制御バリア関数の微分を最大化するアシスト制御入力を生成し、前記操作入力および前記アシスト制御入力に基づき前記走行状態を制御する。

【0191】

このような車両制御装置は、属否判定部で部分集合に前記初期状態が属しないと判定した場合に、零化制御バリア関数の微分を最大化するアシスト制御入力を生成するので、安全に欠けるが、その被害を軽減できる。

【0192】

他の一態様では、これら上述の車両制御装置において、前記制約は、加速度の第１制約、および、加速度の時間微分である躍度の第２制約である。

【0193】

これによれば、加速度の第１制約（加速度に関する制約）および躍度の第２制約（躍度に関する制約）を制約として考慮した、零化ＣＢＦを用いたアシスト制御による車両制御装置が提供できる。

【0194】

他の一態様では、これら上述の車両制御装置において、前記制約は、舵角の第３制約、および、舵角の時間微分である舵角速度の第４制約である。

【0195】

これによれば、舵角の第３制約（舵角に関する制約）および舵角速度の第４制約（舵角速度に関する制約）制約として考慮した、零化ＣＢＦを用いたアシスト制御による車両制御装置が提供できる。

【0196】

他の一態様にかかる車両制御方法は、車両の走行状態を変える操作入力に対して零化制御バリア関数に基づきアシスト制御入力を生成し、前記操作入力および前記アシスト制御入力に基づき前記走行状態を制御する方法である。この車両制御方法は、安全とされる所定の安全領域を表す安全集合の部分集合を、前記操作入力および前記制御入力に関わる所定の制約に基づき求める部分集合演算工程と、前記部分集合演算工程で求めた部分集合に、制御開始における車両の初期状態が属するか否かを判定する属否判定工程と、前記属否判定工程で前記部分集合に前記初期状態が属すると判定した場合に、前記操作入力および前記アシスト制御入力に基づき前記走行状態を制御する走行制御工程とを備える。

【0197】

このような車両制御方法は、零化制御バリア関数に基づきアシスト制御入力を生成する際に、安全集合の部分集合を、操作入力および制御入力に関わる所定の制約に基づき求めるので、制約を考慮した、零化ＣＢＦを用いたアシスト制御で車両を制御できる。

【0198】

本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。

【産業上の利用可能性】

【0199】

本発明によれば、車両の走行を制御する車両制御装置および車両制御方法が提供できる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】