JP2007253746A - 回避操作算出装置、回避制御装置、各装置を備える車両、回避操作算出方法および回避制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】自車両のタイヤのグリップ力の最大値を超える力を車両に作用させることなく、制動制御および操舵制御により自車両が障害物を回避することができる運転操作量を算出する回避操作算出装置を提供する。
【解決手段】本発明の回避操作算出装置１０は、車両１２よりも前方の道路１３上に存在する障害物１４を検出する障害物検出手段と、車両１２の走行状態を検出する自車情報検出手段と、該自車情報検出手段および前記障害物検出手段からの検出情報に基づいて車両１２が障害物１４を回避するための回避操作量を生成する回避操作量生成手段３０とを備える。回避操作量生成手段３０は、車両１２に生じる加速力、減速力および横力の合成力が車両１２のタイヤ３３のグリップ力の最大値よりも小さくなる範囲内で回避操作量を算出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、自車両が走行している道路上の障害物を回避するための回避操作算出装置、回避制御装置、各装置を備える車両、回避操作算出方法および回避制御方法に関する。

従来、車両には、自ら（自車両）が走行している道路上で自車両よりも前方に存在する障害物の検出が可能であり、障害物を検出した場合、制動制御により自車両を減速させ、自車両が障害物の位置に到達することを回避させるものがある。

ところが、自車両を減速させても障害物の位置に到達することを回避することができない場合が考えられるので、制動制御および操舵制御を行って自車両を運転操作し、自車両が障害物の位置に到達することを回避させる運動制御装置が考えられている。この運動制御装置では、自車両を制動制御により減速させても障害物の回避が不可であると判定した場合、旋回して障害物を回避するのに必要な第１のヨーレートと、現在車両に生じている第２のヨーレートとを演算し、第１のヨーレートと第２のヨーレートとを比較して、絶対値の大きな方を目標ヨーレートに設定し、この目標ヨーレートに基づいて左右輪の制動力差および操舵によって自車両に旋回力を付与するので、自車両が障害物の位置に到達することを回避することができる（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００１‐２４７０２３号公報

しかしながら、上記した運動制御装置では、制動制御および操舵制御により自車両に旋回力を与えているが、前方障害物を旋回により回避すべく算出された目標ヨーレートを実現するために、急制動および急な操舵が必要となる虞がある。一般に車両では、急制動および急な操舵となる運転操作が実行されると、タイヤのグリップ力の最大値（限界値）を超える力が車両に作用する虞がある。

そこで、本発明の目的は、自車両のタイヤのグリップ力の最大値を超える力を車両に作用させることなく、制動制御および操舵制御により自車両が障害物を回避することができる運転操作量を算出する回避操作算出装置、この回避操作算出装置により算出された運転操作を行う回避制御装置、これらの装置を備える車両、回避操作算出方法および回避操作算出方法を提供することにある。

上記した課題を解決するために、本発明に係る回避操作算出装置は、自車両よりも前方の道路上に存在する障害物を検出する障害物検出手段と、前記自車両の走行状態を検出する自車情報検出手段と、該自車情報検出手段および前記障害物検出手段からの検出情報に基づいて前記自車両が前記障害物を回避するための回避操作量を生成する回避操作量生成手段とを備え、該回避操作量生成手段は、前記自車両に生じる加速力、減速力および横力の合成力が前記自車両のタイヤのグリップ力の最大値よりも小さくなる範囲内で前記回避操作量を算出する。

本発明に係る回避操作算出装置によれば、障害物を回避するために算出された回避操作量により自車両に生じる加速力、減速力および横力の合成力を自車両のタイヤのグリップ力の最大値よりも小さくすることができる。このため、安定した挙動で自車両が障害物を回避させることができる回避操作量を算出することができる。

本発明を図１ないし図１７に示した各実施例に沿って詳細に説明する。

図１は、本発明に係る回避操作算出装置１０およびこれを備える回避制御装置１１が採用された車両１２を模式的に示す平面図であり、図２は、回避制御装置１１を示すブロック線図である。

回避操作算出装置１０は、車両１２（自車両）が走行する道路１３上に障害物１４（図３参照。）が存在する場合、車両１２が障害物１４を回避することができる運転操作量を算出するものである。回避制御装置１１は、回避操作算出装置１０と車両運動制御手段１５とを備え、回避操作算出装置１０により算出された運転操作量を車両運動制御手段１５が実行するものである。

車両１２には、カメラ１６と、車速センサ１７と、ヨーレートセンサ１８と、加速度センサ１９と、マイクロプロセッサ２０と、操舵角センサ２１と、操舵用モータ２２と、操舵角サーボコントローラ２３と、ブレーキコントローラ２４と、油圧制御系２５と、ブレーキ２６とが設けられている。車両１２は、実施例１では、ラック−ピニオン方式の前輪操舵機構が採用されており、操舵角センサ２１、操舵用モータ２２および操舵角サーボコントローラ２３は、前輪操舵機構に対応して設けられている。操舵角センサ２１は、後述するように、前輪操舵機構に取り付けられており、操舵角サーボコントローラ２３に電気的に接続されている。操舵角サーボコントローラ２３は、操舵用モータ２２およびマイクロプロセッサ２０に電気的に接続されている。このマイクロプロセッサ２０は、カメラ１６、車速センサ１７、ヨーレートセンサ１８、加速度センサ１９およびブレーキコントローラ２４のそれぞれと電気的に接続されている。

カメラ１６は、車両１２の車室内に配設されており、車両１２の前方を撮像可能とされている。カメラ１６は、実施例１では、左右で対を為して２台設けられており、後述するマイクロプロセッサ２０の取得情報処理手段２７（図２参照。）がカメラ１６からの画像信号から画像を生成すると共に、画像内の情報を３次元で処理すること、例えば車両１２が存在する位置から障害物１４（図３参照。）までの距離を検出することを可能としている。カメラ１６は、後述する取得情報処理手段２７の自車情報処理部２８および障害物情報処理部２９（図２参照。）に画像信号を出力する。

車速センサ１７は、車両１２の走行速度を検出するための信号を生成するものであり、実施例１では、車両１２のホイールに取り付けられたロータリーエンコーダで構成され、ホイールの回転に比例するパルス信号を自車情報処理部２８（図２参照。）に出力する。

ヨーレートセンサ１８は、車両１２に生じるヨーレートを検出するための信号を自車情報処理部２８（図２参照。）に出力するものであり、水晶振動子または半導体を用いて構成された公知のデバイスが利用されている。

加速度センサ１９は、車両１２に生じる特定の方向の加速度を検出するための信号を自車情報処理部２８（図２参照。）に出力するものであり、例えば、圧電素子等を用いて構成された公知のデバイスを利用することができる。加速度センサ１９は、実施例１では、車両１２に生じる幅方向の加速度に応じる信号を生成するように設定されている。

マイクロプロセッサ２０は、Ａ／Ｄ変換回路、Ｄ／Ａ変換回路、中央演算処理装置、メモリ等から構成される集積回路であり、メモリに格納されたプログラムである取得情報処理手段２７、回避操作量生成手段３０およびメモリ３１（図２参照。）を有する。マイクロプロセッサ２０は、後述するように、取得情報処理手段２７がカメラ１６および各センサ１７〜１９からの信号を処理して各種情報を生成し、回避操作量生成手段３０が取得情報処理手段２７からの各種情報に基づいて障害物１４（図２参照。）を回避するための回避操作量を算出し、算出した回避操作量に応じる信号を操舵角サーボコントローラ２３およびブレーキコントローラ２４に出力する。このように、マイクロプロセッサ２０がカメラ１６および各センサ１７〜１９からの信号に応じて回避操作量を算出することから、カメラ１６、各センサ１７〜１９およびマイクロプロセッサ２０が回避操作算出装置１０として機能する。マイクロプロセッサ２０のメモリ３１は、情報を格納することができ、取得情報処理手段２７および回避操作量生成手段３０との情報のやり取りが可能とされている。

操舵角サーボコントローラ２３は、制御演算のためのマイクロプロセッサと操舵用モータ２２を駆動するための昇圧回路等（図示せず。）から構成され、マイクロプロセッサ２０の回避操作量生成手段３０から出力される信号に応じた回避操作量、すなわち出力される信号に応じた操舵角（操舵量）を目標とするサーボ制御を実行する。

操舵角センサ２１は、実際に操舵された操舵角（操舵量）を検出するための信号を操舵角サーボコントローラ２３に出力するものであり、この信号に基づく情報を操舵角サーボコントローラ２３がサーボ制御におけるフィードバック情報として利用する。操舵角センサ２１は、実施例１では、ラック−ピニオン方式の前輪操舵機構におけるラックストローク量に応じる信号を操舵角サーボコントローラ２３に出力し、この信号に基づき操舵角サーボコントローラ２３が操舵角（操舵量）を検出することができる。

操舵用モータ２２は、運転者の操作とは別に、操舵角サーボコントローラ２３からの信号に応じて操舵を行うものであり、実施例１では、ラック−ピニオン方式の前輪操舵機構におけるピニオンギアをモータで回転させることによって操舵を行う。

このように、操舵角サーボコントローラ２３が操舵用モータ２２を駆動することにより操舵が行われ、かつこの操舵による操舵量を操舵角センサ２１が操舵角サーボコントローラ２３にフィードバックすることにより、マイクロプロセッサ２０の回避操作量生成手段３０（図２参照。）により算出された回避操作量のうちの操舵量、すなわち回避操作算出装置１０により算出された回避操作量のうちの操舵量が実行されるので、操舵角センサ２１、操舵用モータ２２および操舵角サーボコントローラ２３は、車両運動制御手段１５における操舵制御手段３２として機能する。

ブレーキ２６は、車両１２の４つのタイヤ３３のそれぞれに設けられており、各タイヤ３３の回転をそれぞれ制動制御可能である。この各ブレーキ２６は、油圧制御系２５からの油圧により動作が制御されており、油圧制御系２５の制御弁（図示せず。）にはブレーキコントローラ２４が電気的に接続されている。

ブレーキコントローラ２４は、運転者の操作とは別に、マイクロプロセッサ２０の回避操作量生成手段３０で算出された回避操作量のうちの減速操作量を実行するために必要な車両１２への制動力に基づいて、各タイヤ３３に作用させる制動力（グリップ力）を算出するマイクロプロセッサである。ブレーキコントローラ２４は、算出された制動力を各タイヤ３３が発揮するように、油圧制御系２５の制御弁（図示せず。）の開閉動作を制御する。これにより、車両１２を減速させることと共に、左右輪における制動力に差を設けることによって車両１２にヨーモーメントを発生させることができる。

このように、ブレーキコントローラ２４が油圧制御系２５の制御弁（図示せず。）を制御することによりマイクロプロセッサ２０の回避操作量生成手段３０（図２参照。）により算出された回避操作量のうちの減速操作量が各タイヤ３３の制動力の発揮により実行されるので、各ブレーキ２６、油圧制御系２５、ブレーキコントローラ２４および各タイヤ３３は、車両運動制御手段１５における制動運動制御手段３４として機能する。

前記したように、車両運動制御手段１５は、操舵制御手段３２および制動運動制御手段３４を有しており、回避操作算出装置１０が算出した回避操作量を実行するので、回避操作算出装置１０および車両運動制御手段１５は、回避制御装置１１を構成している（図２参照。）。

前述したように、回避操作算出装置１０は、図２に示すように、カメラ１６および各センサ１７〜１９からの信号を処理して各種情報を生成する取得情報処理手段２７と、この生成された各種情報に基づいて回避操作量を算出する回避操作量生成手段３０とを有する。取得情報処理手段２７は、自車情報処理部２８、障害物情報処理部２９および到達可能性判定手段３５を有し、カメラ１６および各センサ１７〜１９からの信号に応じて、自車情報処理部２８が自車（車両１２）（図３参照。）の情報を、障害物情報処理部２９が障害物１４の情報を生成している。

自車情報処理部２８が生成する自車情報とは、走行している道路１３に対する車両１２の位置の情報、車両１２の姿勢角θの情報、車両１２に生じるヨーレートγの情報、車両１２に生じるすべり角βの情報、および車両１２の走行速度ｖの情報をいう。ここで、姿勢角θとは、道路１３の方向すなわち道路１３の走路形状が延在する方向を基準として車両１２が進行する方向が為す角度をいい、すべり角βとは、実際の操舵に基づき予測される車両１２の進行方向に対し、車両１２が実際に進行する方向が為す角度をいう。

道路１３に対する車両１２の位置は、対を為すカメラ１６から出力された画像信号を自車情報処理部２８が画像処理することにより検出することができる。

姿勢角θは、例えば、道路が直線であると仮定すれば、道路１３の境界部と、車両１２（自車）の向いている方向とのなす角を画像処理により推定することで求めることができる。なお、適当な初期値を定めて、ヨーレートセンサ１８からの出力値を積分することで算出してもよい。この適当な初期値は、例えば、道路１３の方向に走行している車両１２の進行方向、すなわち回避の運転操作が為される前に車両１２が進んでいた方向とすることができる。

ヨーレートγおよび走行速度ｖは、前述したようにヨーレートセンサ１８および車速センサ１７により出力された信号から自車情報処理部２８が検出することができる。

すべり角βは、車両１２の前後方向の速度をｖ_ｘ、車両１２の幅方向の速度をｖ_ｙとすれば、次式（１）で求めることができる。

β＝arctan(ｖ_ｙ／ｖ_ｘ) （１）
この場合、例えば、車両１２では前後方向の速度成分に比べて幅方向の速度成分が十分に小さいとみなし、ｖ_ｘをｖとする。また、ｖ_ｙは加速度センサ１９の出力を積分することによって求めることができる。このため、（１）式からすべり角βの近似値を得ることができる。なお、車速センサ１７からの車輪速、ヨーレートセンサ１８からのヨーレート、加速度センサ１９からの横加速度等の信号からオブザーバによってより精度良くすべり角を推定する公知技術も知られているので、そのような手法を用いてすべり角βを求めてもよい。

障害物情報は、対を為すカメラ１６から入力された画像信号を障害物情報処理部２９が画像処理することにより検出することができる。

以上述べてきたように、自車情報処理部２８は、カメラ１６、車速センサ１７、ヨーレートセンサ１８および加速度センサ１９と協働して自車情報検出手段として機能し、障害物情報処理部２９は、カメラ１６と協働して障害物検出手段として機能する。なお、画像処理による障害物の検出方法については多数の手法が公知技術として開示されているので、ここではその詳細な説明は省略する。

ここで、自車情報検出手段および障害物検出手段により検出された各種情報および後述する予測走行軌跡等が統一的に扱えるように座標系が設定され、車両１２および障害物１４の情報が座標値に対応づけされすなわち展開される（図３参照。）。実施例１では、到達可能性判定手段３５により座標系が設定され、図３に示すように、道路１３の方向に沿ってＸ軸が、Ｘ軸と垂直方向すなわち道路１３の幅方向にＹ軸が設定される。座標原点は任意に選ぶことが可能であるが、その一例として実施例１では車両１２の現在位置にＸ座標およびＹ座標の原点を設定する（図３参照。）。座標系を設定することにより、車両１２および障害物１４の位置を座標値で表現することができるようになる。以下の説明では、車両１２（自車）の位置をその重心点でみて（Ｘ，Ｙ）＝（ｘ，ｙ）とし、障害物１４（実施例１では歩行者）の位置を（Ｘ，Ｙ）＝（ｘ_ｐ，ｙ_ｐ）とする。また、障害物１４の速度をｖ_ｐとし、その道路１３の方向の速度をｖ_ｐｘとしかつ道路１３の幅方向の速度をｖ_ｐｙとする。

到達可能性判定手段３５は、図２に示すように、自車情報および障害物１４の情報に基づいて、車両１２が障害物１４を回避するための回避操作量を算出する必要があるか否かを判定する。これは、道路１３上に障害物１４を検出した場合であっても、現状の走行状態を維持した（据置予測軌跡を辿る）車両１２が検出された障害物１４の位置に到達する虞がないのであれば、回避操作量を算出する必要はないことによる。

この判定方法の一例として、実施例１では、次式（２）、（３）を共に満たした場合、回避操作量を算出する必要があると判定する。前述したように、車両１２の走行速度ｖを（ｖ_ｘ、ｖ_ｙ）とし、障害物１４の移動速度ｖ_ｐを（ｖ_ｐｘ、ｖ_ｐｙ）とする。

｜ｘ_ｐ−ｘ｜／｜ｖ_ｐｘ−ｖ_ｘ｜≦ＴＴＣ１ （２）
｜ｙ_ｐ−ｙ｜／max（｜ｖ_ｐｙ−ｖ_ｙ｜，ｖ_ｙmin）≦ＴＴＣ２ （３）
但し、max（ａ，ｂ）は、ａとｂとのうち大きな値を選択する関数である。また、ｖ_ｙminは０ではない任意の値として、車両１２の幅をＢとし、障害物１４として想定される各属性（この属性については後述する。）における平均的な厚さをＣとすると、次式（４）を満足するものとする。

ＴＴＣ２×ｖ_ｙmin＝（Ｂ＋Ｃ）／２ （４）
これは、｜ｖ_ｐｙ−ｖ_ｙ｜＝０の場合、｜ｙ_ｐ−ｙ｜の値が（Ｂ＋Ｃ）／２よりも小さくなると、車両１２が障害物１４の位置に到達すると判定する必要があるので、（３）式の分母を切り替える必要があることによる。

式（２）は、｜ｖ_ｐｘ−ｖ_ｘ｜＝０となるような場面では、車両１２の走行速度ｖが数（ｋｍ/ｓ）であり、運転者による回避操作で十分に障害物１４を回避できることが考えられるので、条件を満たさなかったものと判定する。これに代えて、式（２）において、（ｖ_ｙ≧所定値＞ｖ_ｐｙ）を判定の条件としてもよい。この所定値は、例えば、一般に回避操作量による回避制御を行うまでもなく障害物１４を回避することができるような低い速度に設定すればよい。

ここで、実施例１では、（２）、（３）式を共に満たすことを条件としているので、ＴＴＣ１＝ＴＴＣ２となる。このＴＴＣ１（＝ＴＴＣ２）は、判定閾値を表す正の値をとるパラメータであり、例えば３〜４秒程度の値を設定する。

前述したように、マイクロプロセッサ２０では、その取得情報処理手段２７がカメラ１６および各センサ１７〜１９からの信号に応じて所望の各種情報を生成し、この情報に基づき回避操作量生成手段３０が回避操作量を算出する。

回避操作量生成手段３０は、自車移動軌跡算出手段３６と、障害物移動軌跡予測手段３７と、到達予測手段３８と、摩擦力限界設定手段３９と、回避目標位置算出手段４０と、回避操作量算出手段４１と、バッファメモリ４２とを有する。

自車移動軌跡算出手段３６は、任意の減速度ｄ_０を設定し、自車情報に基づく現在の車両１２の運動状態に基づいて、車両１２を減速度ｄ_０により減速させた場合、現在時刻から所定時間後までの間において、車両１２が辿ることが予測される予測減速移動軌跡を算出する。この減速度ｄ_０は、車両１２の４つのタイヤ３３に最大値となるグリップ力（制動力）を作用させたときに車両１２に生じ得る減速度よりも小さくなる範囲内であれば所望の値に設定することができる。実施例１では、減速度ｄ_０は、車両１２を速やかに減速することができ、かつこの減速の際に横力を許容する余地を各タイヤ３３が有する制動力（後述する図５に示すタイヤ摩擦円参照。）に基づいて設定されている。

ここで、現在時刻をＴ_０とし、現在時刻Ｔ_０よりも後の時刻を表す時間変数をｔとする。また、例えば、図３に示すように、車両１２は、真っ直ぐな道路１３上に位置しており、現在時刻Ｔ_０において道路１３の方向に沿って速度ｖで走行しているとする。この車両１２に減速度ｄ_０を作用させた場合の予測減速移動軌跡は次式（５）、（６）で表すことができる。

ｘ（ｔ）＝ｘ（ｔ_０）＋ｖ（ｔ_０）（ｔ−ｔ_０）−ｄ_０（ｔ−ｔ_０）^２ ／２ （５）
ｙ（ｔ）＝ｙ（ｔ_０） （６）
障害物移動軌跡予測手段３７は、それまでの障害物１４の検出履歴から障害物１４の移動方向、移動速度および属性を推定し、障害物１４が推定した移動速度を保って等速直線運動を行う、という仮定のもとで予測障害物移動軌跡を算出する。属性とは、障害物１４が、例えば、歩行者であるのかまたは車両であるのかのように、大きさおよび形状等の特徴をいい、実施例１では、推定した属性に応じて障害物１４の大きさの設定を行う。

ここで、例えば、図３に示すように、障害物１４がＹ軸と平行な方向に、すなわち道路１３を幅方向に移動しているものとし、現在時刻Ｔ_０における障害物１４の位置Ｐ_０を（ｘ_ｐ（ｔ_０）、ｙ_ｐ（ｔ_０））とし、障害物１４の移動速度の推定値を一定の値ｖ_ｐとする。すると、障害物１４の移動速度は、（ｖ_ｐｘ、ｖ_ｐｙ）＝（０、ｖ_ｐ）となり、時刻ｔにおける障害物１４の位置となる予測障害物移動軌跡は次式（７）、（８）で表すことができる。

ｘ_ｐ（ｔ）＝ｘ_ｐ（ｔ_０） （７）
ｙ_ｐ（ｔ）＝ｙ_ｐ（ｔ_０）＋ｖ_ｐ（ｔ−ｔ_０） （８）
なお、障害物１４が静止していることが判明した場合には、予測障害物移動軌跡の算出は行わない。

到達予測手段３８は、自車移動軌跡算出手段３６により算出された予測減速移動軌跡と、障害物移動軌跡予測手段３７により算出された予測障害物移動軌跡とに基づいて、車両１２を減速度ｄ_０で減速させた場合に、車両１２が障害物１４の位置に到達するか否かの判定を行う。また、到達予測手段３８は、到達すると判定した場合、障害物１４の位置に到達することが予測される時刻を算出し予測時刻Ｔ_Ａとして設定すると共に、障害物１４を検知した時刻を評価開始時刻Ｔ_Ｓとして設定する。さらに、到達予測手段３８は、到達すると判定した場合、車両１２と障害物１４との到達状態を算出する。ここで、到達とは、障害物１４の外周位置（実施例１では後述する半径ｒの円の外周）の一部と、車両１２の外周位置（実施例１では後述する長さ（Ｌ_Ｆ＋Ｌ_Ｒ）幅Ｂの長方形の外周）の一部とが一致する状態をいい、到達状態とは、車両１２が障害物１４の位置に到達する際の互いの位置関係をいう。

実施例１では、到達予測手段３８は、図４に示すように、減速度ｄ_０の車両１２が障害物１４の位置に到達するか否かの判定の際、車両１２と障害物１４との大きさを考慮するために、検出された各種情報に基づいて、車両１２をＸ軸方向に（Ｌ_Ｆ＋Ｌ_Ｒ）（車両１２の重心点から前端までをＬ_Ｆ、後端までをＬ_Ｒ）の長さをもち、かつＹ軸方向にＢの幅をもつ長方形とみなし、障害物１４を半径ｒの広がりをもつ円とみなしている。ここで、実施例１では、障害物１４が歩行者である場合を想定していることから、障害物１４を半径ｒの円とみなしているが、障害物移動軌跡予測手段３７による障害物１４の属性の推定に基づいて大きさおよび形状等が適宜設定される。なお、障害物１４が静止している場合には、予測障害物移動軌跡に代えて現在時刻Ｔ_０における障害物１４の位置Ｐ_０（ｘ_ｐ（ｔ_０）、ｙ_ｐ（ｔ_０））＝（ｘ_ｐ０、ｙ_ｐ０）を用いて、車両１２が障害物１４の位置に到達するか否かの判定を行う。

摩擦力限界設定手段３９（図２参照。）は、車両１２の４つのタイヤ３３の摩擦力の限界、すなわち車両１２の各タイヤ３３が発揮し得るグリップ力の最大値（以下、最大グリップ力）に基づいて、車両１２に生じる加速力、減速力および横力の合成力の限界範囲を設定する。一般に、路面摩擦係数をμ、各タイヤ３３にかかる垂直荷重をＷとするとき、各タイヤ３３の摩擦力は（μＷ）よりも大きくならない。従って、各タイヤ３３にかかる垂直荷重が等しいと仮定すると、車両１２に生じる制動力Ｄと横力Ｆには、各タイヤ３３では次式（９）で表す不等式を満たさなければならない、という制約条件が課せられる（図５参照。）。

（Ｄ／４）^２＋（Ｆ／４）^２≦（μＷ）^２ （９）
なお、（９）式は、左辺の第１項が制動力Ｄを用いて（Ｄ／４）^２とされているが、Ｄで表される変数は、加速力および減速力、すなわち車両１２に対する駆動力および制動力からなるものである。実施例１では、回避操作量を算出する際、車両１２に制動力を作用させた場合のみを想定していることから（９）式の左辺の第１項に制動力Ｄを用いている。（９）式により描かれる円（図５参照。）がタイヤ摩擦円であり、（９）式の条件を満たすとき、すなわちタイヤ摩擦円内の各作用点では、各タイヤ３３が走行している路面とグリップしている状態を示し、タイヤ摩擦円の円周上の作用点で各タイヤ３３が最大グリップ力を発揮すること示す。

各タイヤ３３にかかる垂直荷重Ｗは、それぞれで異なる上に、厳密には車両１２の運動状態に依存して変化する力であるが、各タイヤ３３の違いや車両運動への依存性を無視すれば、車両１２の重量をｍとしかつ重力加速度をｇとすると、垂直荷重Ｗは次式（１０）で近似することができる。

Ｗ＝ｍｇ／４ （１０）
ここで、路面摩擦係数μは、実際に走行することを想定している路面の路面摩擦係数を超えない範囲で適宜設定することができる。また、路面摩擦係数μは、車両１２に用いられた車両運動制御手段１５の制動運動制御手段３４の性能の範囲内で設定することが考えられる。この場合、例えば、制動運動制御手段３４の仕様上の最大制御力がＤ_maxである場合には、次式（１１）を満たすように設定すればよい。

μ≦Ｄ_max／４Ｗ （１１）
さらに、路面摩擦係数μは、実際に車両１２が走行している道路１３に基づいて算出してもよい。この場合、道路１３の画像または車両１２の運動状態から推定する公知技術が多数知られており、公知の路面摩擦係数推定技術を用いて算出することができる。

回避目標位置算出手段４０は、到達予測手段３８により車両１２が障害物１４の位置に到達すると判定された場合、予測時刻Ｔ_Ａにおいて車両１２が到達し得る領域内で、車両１２が障害物１４の位置に到達することを回避することができる回避目標位置Ｇ_Ａを算出する。回避目標位置Ｇ_Ａは、予測減速移動軌跡を辿る車両１２が障害物１４の位置に到達することを前提として算出されるので、実施例１では、予測減速移動軌跡を辿る車両１２に旋回力を加えることにより到達可能な領域に設定される。前述したように、摩擦力限界設定手段３９において、車両１２に生じる制動力Ｄおよび横力Ｆの合成力の限界範囲が（９）式により規定されており、この（９）式を座標上に示したものが図５に示すタイヤ摩擦円であり、この円の円周上が制動力Ｄおよび横力Ｆの合成力の限界範囲となる。この（９）式から、車両１２が減速度ｄ_０で減速している場合に、車両１２に生じさせ得る横力Ｆの範囲は次式（１２）、（１３）で表すことができる。

−Ｆ_max（ｄ_０）≦Ｆ≦Ｆ_max（ｄ_０） （１２）

ここで、操舵されていない状態において車両１２が減速度ｄ_０で減速している場合、各タイヤ３３が発揮する制動力は（ｍｄ_０／４）となり、この制動力による作用点が図５のタイヤ摩擦円上でＥ_１となる。タイヤ摩擦円が示す合成力の限界範囲から、作用点Ｅ_１にある車両１２には、作用点Ｅ_１から横軸方向すなわち横力方向に沿う線と円との交点Ｅ_Ｌおよび交点Ｅ_Ｒで規定される線分Ｅ_ＬＥ_Ｒ上にある任意の作用点に相当する横力を作用させることができることを読み取ることができる。

この減速度ｄ_０で減速する車両１２に、作用点Ｅ_Ｌに対応する左側への横力を作用させた場合、および作用点Ｅ_Ｒに対応する右側への横力を作用させた場合において、共に横力Ｆ_max（ｄ_０）で等加速度運動するものと仮定すると、予測時刻Ｔ_Ａにおいて車両１２が到達する位置のＹ座標は、次式（１４）で表すことができる。

ｙ（Ｔ_Ａ）＝±Ｆ_max（ｄ_０）＊Ｔ_Ａ ^２／２ （１４）
この（１４）式から算出された車両１２の到達位置を模式的に示したのが図６であり、作用点Ｅ_Ｒに対応する到達点がＡ_Ｒであり、作用点Ｅ_Ｌに対応する到達点がＡ_Ｌである。なお、位置Ａ_１は、操舵されていない状態において車両１２が減速度ｄ_０で減速している場合、予測時刻Ｔ_Ａに車両１２が到達することが予測される位置である。このことから、線分Ｅ_ＬＥ_Ｒ上の作用点を用いた場合、車両１２は、線分Ａ_ＲＡ_Ｌ上に到達することとなるので、回避目標位置Ｇ_Ａは、線分Ａ_ＲＡ_Ｌの範囲内に設定される。

さらに、実施例１では、回避目標位置算出手段４０は、到達予測手段３８により算出された到達状態に基づいて、線分Ａ_ＲＡ_Ｌの範囲内でかつ障害物１４の位置に到達しない範囲内から、最も小さな移動量（操舵量）により到達できる位置に回避目標位置Ｇ_Ａを設定する。

例えば、算出された到達状態が、図４に拡大して示すように、車両１２の先端部において、車両１２の幅方向で見て車両１２の中心から右側にｂだけずれた点で障害物１４を示す半径ｒの円の位置に到達すると予測されたものであるとする。この場合、予測時刻Ｔ_Ａにおいて障害物１４の位置に到達することを回避するためには、車両１２は、位置Ａ_１（Ｙ座標が０。）を基準とすると、左側に（ｒ−ｂ＋Ｂ／２）以上移動するか、右側に（ｒ＋ｂ＋Ｂ／２）以上移動する必要がある。さらに、障害物１４が右側へ移動していることを考慮すると、位置Ａ_１から右側に回避する場合、車両１２の先端部が障害物１４の位置に到達しないことに加え、車両１２が線分Ａ_ＲＡ_Ｌ上に到達した位置から車両１２の長さ（Ｌ_Ｆ＋Ｌ_Ｒ）だけ車両１２が前進する間に、車両１２が障害物１４の位置に到達しないことが要求されることとなる。このため、位置Ａ_１から右側に回避する場合、（ｒ＋ｂ＋Ｂ／２）の移動量に、車両１２が（Ｌ_Ｆ＋Ｌ_Ｒ）だけ前進する間に障害物１４が前進する移動量を加える必要がある。このことから、回避目標位置算出手段４０は、移動量が少なくなる観点から、位置Ａ_１から左側に回避目標位置Ｇ_Ａを設定する。実施例１では、回避目標位置Ｇ_Ａは、（ｒ−ｂ＋Ｂ／２）に適当な回避余裕距離Δｙを加えた距離だけ、位置Ａ_１から左側に変位した位置に設定する。この回避目標位置Ｇ_Ａの座標（ｘ_Ｇ、ｙ_Ｇ）は（図７参照。）、次式（１５）、（１６）で表すことができる。

ｘ_Ｇ＝ｘ_Ｐ（ｔ_０）−Ｌ_Ｆ （１５）
ｙ_Ｇ＝−（ｒ−ｂ＋Δｙ＋Ｂ／２） （１６）
回避操作量算出手段４１は、車両１２が回避目標位置Ｇ_Ａに到達するために必要な車両１２への回避操作量を算出する。

実施例１では、回避操作量算出手段４１は、先ず横方向の運動、すなわち道路１３の幅方向となるＹ軸方向への運動を考える。予測時刻Ｔ_Ａにおいて、回避目標位置Ｇ_ＡのＹ座標ｙ_Ｇに到達するように、等加速度運動で移動するとした場合、必要な横加速度ａ_ｙは次式（１７）で表すことができる。

ａ_ｙ＝２ｙ_Ｇ／Ｔ_Ａ ^２ （１７）
この横加速度ａ_ｙを実現する前輪舵角を計算する必要がある。一般に前輪舵角入力に対する横加速度の応答との間には、次式（１８）のような関係式を想定することができる。

この（１８）式において動特性の部分を表すＱ（s、v）を１とみなし、定常特性の関係だけを抜き出した近似式を次式（１９）に示す。

以上のような伝達特性を事前に同定しておけば、（１７）式の目標横加速度ａ_ｙ ^＊を漸近的に達成するための前輪舵角目標値δ^＊が次式（２０）により算出することができる。

実際には、伝達関数Ｑ（s、v）で表現される応答遅れが存在するため、直ちに目標横加速度ａ_ｙが得られるわけではないが、応答遅れに見合うように回避余裕距離Δ_ｙを設定しておけば、車両１２の障害物１４の回避という目的は十分に達成することができる。

次に、縦方向の運動、すなわち道路１３の方向となるＸ軸方向への運動を考える。車両１２の減速運動に関しては、油圧制御系２５から各ブレーキ２６に付与されるブレーキ圧の値ｐと、ブレーキ圧の値ｐにより各ブレーキ２６が動作した際に車両１２に現れる挙動としての減速度ｄ（この場合、減速度ｄは定常値とする。）との間の関係を事前に測定することによって、次式（２１）のような関係式が得られている。

そこで、減速度ｄ_０に対応するブレーキ圧の値ｐ^＊を、関数Ｒの逆関数Ｒ^−１を用いて、次式（２２）で算出することができる。

次に、本発明に係る回避操作算出装置１０による障害物１４を回避するための運転操作量の算出の工程を図８に示すフローチャート（これを処理Ａとする。）に沿って説明する。このフローチャートは、図３に示す場面を想定している。図３は、道路１３を自車両である車両１２が走行しており、車両１２の前方の左側から歩行者（障害物１４）が道路１３に飛び出してきた場面を表している。なお、このフローチャートは、車両１２が走行している間、繰り返し行なわれるものである。

到達可能性判定手段３５は、自車情報処理部２８および障害物情報処理部２９で処理された情報に基づき車両１２が走行している道路１３を認識し、道路１３に障害物１４が存在しているか否かを確認し、障害物１４が存在する場合ステップＳ２へ進み、障害物１４が存在しない場合確認を継続する（ステップＳ１）。この際、各センサ１７〜１９から出力された信号に基づき自車情報処理部２８および障害物情報処理部２９で処理された情報は、メモリ３１に格納されており、メモリ３１の情報は、到達可能性判定手段３５および回避操作量生成手段３０よる読み取りが可能とされている。

到達可能性判定手段３５は、取得情報処理手段２７で処理された情報に基づき道路１３上に、障害物１４（実施例１では歩行者）が存在することを検知すると、この障害物１４の回避のための回避操作量の算出が必要であるか否かの判定を行う（ステップＳ２）。回避操作量の算出が必要であると判定した場合、座標系を設定し（図３参照。）、メモリ３１に格納された情報および取得情報処理手段２７で処理された情報を設定した座標系に適宜展開（図３参照。）してステップＳ３へ進む。回避操作量の算出が必要ないと判定した場合、フローチャートを終了する。

回避操作量の算出が必要であると判定された場合、自車移動軌跡算出手段３６は、予測減速移動軌跡を算出し、障害物移動軌跡予測手段３７は、予測障害物移動軌跡を算出する（ステップＳ３）。なお、障害物移動軌跡予測手段３７は、障害物１４が静止していると判断した場合、予測障害物移動軌跡の算出は行わない。また、自車移動軌跡算出手段３６は、一般的なタイヤ摩擦円または前回のフローチャートでのタイヤ摩擦円に基づき減速度ｄ_０を設定する。

到達予測手段３８は、予測減速移動軌跡を辿る車両１２が、予測障害物移動軌跡を辿る障害物１４の位置に到達するか否かを判定する（ステップＳ４）。到達すると判定した場合、回避操作量を算出すべくステップＳ５に進む。到達しないと判定した場合、車両１２に予測減速移動軌跡を実行させるべくステップＳ８に進む。なお、障害物１４が静止している場合、予測障害物移動軌跡に代えて、障害物１４の位置（ｘ_ｐ０、ｙ_ｐ０）を用いて、到達の判定をおこなう。

摩擦力限界設定手段３９は、車両１２に生じさせ得る加速力、減速力および横力の合成力の限界範囲（図５参照。）を設定する（ステップＳ５）。

回避目標位置算出手段４０は、回避目標位置Ｇ_Ａ（図７参照。）を算出する（ステップＳ６）。

回避操作量算出手段４１は、車両１２が回避目標位置Ｇ_Ａに到達するための回避操作量（図７参照。）、すなわち前輪舵角目標値δ^＊およびブレーキ圧の値ｐ^＊を算出する（ステップＳ７）。

ステップＳ４において、予測減速移動軌跡を辿る車両１２が障害物１４の位置に到達しないと判定された場合、回避操作量算出手段４１は、予測減速移動軌跡の根拠となった減速度ｄ_０を実現する操作量を回避操作量とし、減速度ｄ_０を実現させるブレーキ圧の値ｐ^＊を算出する（ステップＳ８）。

回避操作量算出手段４１は、算出した回避操作量をバッファメモリ４２に送信し、バッファメモリ４２を介して、操舵角サーボコントローラ２３およびブレーキコントローラ２４に送信する（ステップＳ９）。

このフローチャートのように、回避操作算出装置１０は、少ない操作量で障害物１４を回避することができる回避操作量を算出する。実施例１では、回避操作算出装置１０が回避制御装置１１の一部を構成しており、他部である車両運動制御手段１５により各最適運転操作量に応じた操舵および制動操作が実行される。

障害物１４の位置への到達の回避のために算出された回避操作量による車両１２の移動軌跡を図７に示す。なお、図７では、予測時刻Ｔ_Ａにおける車両１２（Ｇ_Ａ）および障害物１４（Ｐ_１）を実線で示し、障害物１４を検出した時刻（評価開始時刻Ｔ_Ｓ）における車両１２（Ａ_０）と、障害物１４（Ｐ_０）と、予測時刻Ｔ_Ａに至るまでの車両１２および障害物１４の移動軌跡とを二点鎖線で示している。

図７に示すように、車両１２は、回避制御装置１１により、障害物１４の位置に到達することを回避することができる。この際、回避操作量は、図５および図６に示すように、車両１２に生じさせ得る加速力、減速力および横力の合成力の限界範囲内で算出されているので、車両１２に意図しない挙動が生じることはなく、的確に障害物１４を回避することができる。換言すると、車両１２に生じる加速力、減速力および横力の合成力が、車両１２を支える各タイヤ３３のグリップ力の総和を超える範囲を積極的に排除して回避操作量を算出しているので、回避操作量に応じた回避移動軌跡を確実に実現することができ、障害物１４の位置への到達を回避することができる。

よって、本発明に係る回避操作算出装置１０では、車両１２に生じさせ得る加速力、減速力および横力の合成力の限界範囲内で回避操作量が算出されているので、車両１２を安定した挙動で、障害物１４の位置への到達を回避することができる回避操作量を算出することができる。

本発明に係る回避操作算出装置１０およびこれを含む回避制御装置１１の実施例２を図９および図１０の図面に基づいて説明する。実施例２は、実施例１の回避操作算出装置１０およびこれを含む回避制御装置１１において、回避操作量算出手段４１における回避操作量の算出の方法が実施例１とは異なる例である。このため、実施例２の回避操作算出装置１０およびこれを含む回避制御装置１１（図２参照。）は、基本的に実施例１の回避操作算出装置１０およびこれを含む回避制御装置１１と同様の構成および動作であり、構成の詳細な説明を省略し、かつ等しい動作についても詳細な説明を省略する。

実施例１では、回避操作量算出手段４１における回避操作量の算出の際、車両運動制御の詳細なダイナミクスや車両制御系の応答遅れを考慮せずに、簡易的な方法で回避操作量を算出する方法を示した。この実施例１に示した方法は、単純な演算規則で実現できるという長所がある。実施例２では、例えば、回避までの時間および距離等の余裕が少なく精度の高い車両運動制御が必要とされる場面において、確実な回避を実現するために制御誤差が無視できなくなる場面を想定し、車両運動のダイナミクスと制御系の時間遅れを明示的に考慮した形で回避操作量を算出する方法を示す。

実施例２では、回避操作量算出手段４１における回避操作量の算出（ステップＳ７）の方法以外は実施例１のフローチャート（図８参照。）と同様の処理を行う。このことから、実施例２では、実施例１と同様に図３に示した場面を想定して説明し、実施例１と同様の目標回避位置Ｇ_Ａ（ｘ_Ｇ、ｙ_Ｇ）（図６参照。）が設定されているものとする。

回避操作量算出手段４１は、回避操作量の算出のために、車両の運動と制御系のモデルとしての車両モデルを導入する。車両運動モデルとしては様々なモデルを利用することができるが、実施例２では以下の車両モデルを導入する。

車両モデルは以下（２３）〜（３０）の微分方程式で記述される。なお、ｘ´と表記したのはｘの時間微分を示す。

ｘ´＝ｖｃｏｓ（β＋θ） （２３）
ｙ´＝ｖｓｉｎ（β＋θ） （２４）
θ´＝γ （２５）
ｖ´＝ｄ （２６）

ここで、前述したように、θは車両１２の姿勢角（ヨー角）、βはすべり角、ｖは走行速度、γはヨーレートである。また、ｍは車両１２の重量、Ｉは車両１２に生じる車両ヨー慣性モーメント、ｌ_ｆは車両重心から前輪軸までの距離、ｌ_ｒは車両重心から後輪軸までの距離を表す。Ｙ_ｆは２つの前輪のタイヤ横力を表し、かつＹ_ｒは２つの後輪のタイヤ横力を表す関数であり、それぞれ前輪すべり角β_ｆ、後輪すべり角β_ｒの関数であると仮定している。（２９）、（３０）式は、それぞれブレーキコントローラ２４および操舵角サーボコントローラ２３に目標指令値（回避操作量）を与えてから制御量が目標指令値に到達するまでの時間遅れを表現しており、Ｔ_Ｂ、Ｔ_Ｓはそれぞれの制御系の応答時定数である。ここで、前輪舵角をδとすると、前輪すべり角β_ｆ、後輪すべり角β_ｒは次式（３１）、（３２）で表すことができる。

β_ｆ＝β＋ｌ_ｆγ／ｖ−δ （３１）
β_ｒ＝β−ｌ_ｒγ／ｖ （３２）
タイヤ横力Ｙ_ｆ、Ｙ_ｒは、タイヤ摩擦力のすべり角依存性と、図５に示すタイヤ摩擦円の制約（限界範囲）とを反映した関数を用いて表すことができる。タイヤ横力の特性を近似したモデルとしては多くのモデルが提案されているが、実施例２では次式（３３）、（３４）の簡略化されたタイヤモデルを考える。

以上で導入した式をまとめると、車両モデルは、次式（３５）で表す非線形モデルにまとめられる。

車両１２を精度良く回避目標位置まで到達させる回避操作量を算出するために、到達予測手段３８により設定された評価開始時刻Ｔ_Ｓから、車両１２が回避目標位置Ｇ_Ａ（ｘ_Ｇ、ｙ_Ｇ）に到達する予測時刻Ｔ_Ａに至るまでの入力ベクトルｕの時系列を考え、予測時刻Ｔ_Ａにおいて回避目標位置Ｇ_Ａ（ｘ_Ｇ、ｙ_Ｇ）になるべく近い位置に到達するという意味で最適なｕを算出する最適制御問題を考える。最適制御問題において評価関数は一般に、次式（３８）で定義することができる。

ただし、ψは、回避目標位置Ｇ_Ａ（ｘ_Ｇ、ｙ_Ｇ）を基準とする予測時刻Ｔ_Ａにおける車両１２の位置の望ましさを評価する評価式であり、Ｌは、評価開始時刻Ｔ_Ｓから予測時刻Ｔ_Ａまでの間の各時刻における車両１２の減速操作量および操舵量からなる回避操作量の小ささの望ましさを評価する評価式であり、τは、評価開始時刻Ｔ_Ｓから予測時刻Ｔ_Ａまで変化する積分変数である。評価式ψは次式（３９）で、かつ評価式Ｌは次式（４０）で表すことができる。

ただし、Ｗ_ｘ、Ｗ_ｙ、Ｗ_ｐ、Ｗ_δは各評価項に対する重みパラメータである。

一般に（３５）式で記述されるシステムに対して、（３８）式の評価関数の値が最小となる（３７）式の制御入力ｕを求める最適制御問題を解くためのアルゴリズム（最適化アルゴリズム）としては、いくつかの公知技術が知られており、そうした公知技術を用いることで最適な制御入力ｕを算出することができる。

最適化アルゴリズムのうちのいくつかは、最適解の算出に先立って適当な初期値を設定する必要があり、初期値の設定によって最適解を求めるまでの演算時間が変化することもある。効率的に解を求めるためには、なるべく最適解に近い初期値を設定することが望ましい。実施例２の回避目標位置算出手段４０は、実施例１と同様に、減速度ｄ_０での減速操作（予測減速移動軌跡）で到達する位置Ａ_１を基準に、位置Ａ_１からなるべく離れない場所に回避目標位置Ｇ_Ａ（ｘ_Ｇ、ｙ_Ｇ）を設定していることから、求めるべき最適な回避操作量は、予測時刻Ｔ_Ａにおいて車両１２が位置Ａ_１に到達する操作量、すなわち操舵されていない状態において車両１２を減速度ｄ_０で減速させるための操作量に近いことが予想される。この予測時刻Ｔ_Ａにおいて車両１２が位置Ａ_１に到達する操作量は、次式（４１）で表すことができる。

このため、（４１）式を最適化計算の初期値とすることが、効率的に解を求めるための有効な手段であると考えられる。

実施例２の場合、最適な回避操作量は、ブレーキ圧の値ｐにより制御される減速操作量、および前輪舵角δにより制御される操舵量からなるので、減速操作量および操舵量の時系列が算出される。実際の最適な回避操作量の算出にあたっては、評価区間を適当なステップ数Ｎ（所定の間隔）で分割して、各離散化ステップ時点における最適な回避操作量の値を算出することになる。このような最適制御問題を解くことによって得られる結果（回避操作量）の一例を図１０に示す。車両モデルに応答遅れを考慮したモデルを用いることで、実際の操作量よりも大きな指令値を算出して応答遅れを補償した操作量指令値（回避操作量）の時系列が自動的に算出されている。

図１０（ａ）は、車両１２の減速度と時間との関係を示すグラフであり、応答遅れを考慮しない場合に算出される理想の減速操作量で車両１２を制御した場合に車両１２に生じることが予想される予想減速度ｄ_ｃを実線で示し、算出された減速操作量で車両１２を制御した場合に車両１２に生じる減速度である減速指令値ｄ_ｓを破線で示している。減速指令値ｄ_ｓは、評価開始時刻Ｔ_Ｓにおいて、応答遅れに対応するために理想の減速操作量よりも大きな減速度ｄ_ｓmaxが減速指令値とされており、遅れ時刻Ｔ_１以降は、予想減速度ｄ_ｃに等しい減速指令値ｄ_ｓとされている。

また、図１０（ｂ）は、車両１２の操舵量と時間との関係を示すグラフであり、応答遅れを考慮しない場合に算出される理想の操舵量で車両１２を制御した場合に車両１２に生じることが予想される予想操舵量δ_ｃを実線で示し、算出された操舵量で車両１２を制御した場合に車両１２に生じる操舵量である操舵量指令値δ_ｓを破線で示している。操舵量指令値δ_ｓは、評価開始時刻Ｔ_Ｓにおいて、応答遅れに対応するために理想の操舵量よりも大きな操舵量δ_ｓmaxが操舵量指令値とされており、遅れ時刻Ｔ_１以降操舵量が減少している予想操舵量δ_ｃに対応して、時刻Ｔ_２以降は、予想操舵量δ_ｃに等しい操舵量指令値δ_ｓとされている。

車両運動制御手段１５は、バッファメモリ４２に最適な回避操作量（Ｎ個のブレーキ圧の値ｐ^＊および前輪舵角δ^＊）の時系列のデータが格納されると起動され、バッファメモリ４２に格納されたデータをＴ／Ｎの時間周期で最適運転操作量の時系列に沿って順番に読み込み、読み込まれた最適な減速操作量であるブレーキ圧の値ｐ^＊に応じてブレーキコントローラ２４が油圧制御系２５を制御し、かつ読み込まれた最適な操舵量である前輪舵角δ^＊を目標舵角として操舵制御手段３２が前輪操舵角のサーボ制御を実行する。車両運動制御手段１５は、予測時刻Ｔ_Ａに至り、バッファメモリ４２に格納された回避操作量がすべて読み出されると、回避制御の実行を終了し、この終了と共に車両１２は、運転者が運転操作を行う通常走行の状態に復帰する。

実施例２の回避操作算出装置１０および回避制御装置１１では、車両運動のダイナミクスと制御系の時間遅れを考慮して回避操作量を算出しているので、回避までの余裕（時間および距離等の）が少なく精度の高い車両運動制御が必要とされる場面であっても、確実な回避を実現することができる。

本発明に係る回避操作算出装置１０およびこれを含む回避制御装置１１の実施例３を図１１から図１４までの図面に基づいて説明する。実施例３は、実施例２の回避操作算出装置１０およびこれを含む回避制御装置１１と同様の構成であり、かつ回避操作量算出手段４１における回避操作量の算出の方法も実施例２と同様である。このため、回避操作算出装置１０およびこれを含む回避制御装置１１の構成の詳細な説明を省略し、かつ等しい動作についても詳細な説明を省略する。

実施例３の回避操作算出装置１０およびこれを含む回避制御装置１１は、一定の制御時間を設定し、この制御時間毎に障害物１４０の予測障害物移動軌跡を算出し、算出された予測障害物移動軌跡を辿る障害物１４０の位置に、算出された回避操作量を辿る車両１２０が到達するか否かを制御時間毎に判定し、必要であれば回避操作量を再び算出し直すものである。これは、障害物１４０（図１１参照。）が、評価開始時刻Ｔ_Ｓにおいて障害物移動軌跡予測手段３７により算出された予測障害物移動軌跡とは異なる挙動を、評価開始時刻Ｔ_Ｓの後にした場合であっても、この障害物１４０の挙動の変化に対応することができる回避操作量を算出できるようにしたものである。

実施例３では、図１１に示すように、現在時刻ｔ_０に至るまでに、車両１２０が位置Ａ_０から位置Ａ_０１へと移動した際、障害物１４０（歩行者）が位置Ｐ_０から位置Ｐ_０１へと移動し、その後、移動を停止する場面を想定している。

実施例３においてマイクロプロセッサ２０で実行される車両制御のフローチャートを図１２に示し、この処理を処理Ｂとする。図１２のフローチャートの処理は、一定の制御時間毎に繰り返し実行されることを前提としている。なお、この図１２のフローチャートにおいて現在時刻ｔ_０とは、フローチャートによる処理を開始した時刻をいう。

回避操作量算出手段４１は、到達回避制御が実行されているか否かを判定する（ステップＳ１）。この判定方法として、例えば、回避操作量算出手段４１は、バッファメモリ４２をチェックし、バッファメモリ４２に現在時刻ｔ_０以降に対応する指令値（回避操作量）が格納されていれば到達回避制御を実行中であり、そうでなければ到達回避制御は実行されていない、と判定することができる。到達回避制御を実行中であればステップＳ４に進み、実行中でなければステップＳ２に進む。

到達回避制御の実行中でない場合、回避操作量生成手段３０および到達可能性判定手段３５は、処理Ａ（図８に示したフローチャート）に沿って回避操作量の算出を行う（ステップＳ２）。回避操作量生成手段３０および到達可能性判定手段３５は、現在時刻ｔ_０における車両１２０の自車情報、障害物１４０の情報およびそれに基づく予測障害物移動軌跡をもとに、回避操作量の算出をやり直す。実施例３では、算出のやり直しの際、現在時刻ｔ_０を評価開始時刻Ｔ_Ｓとし、実施例２と同様に、評価開始時刻Ｔ_Ｓから予測時刻Ｔ_Ａに至るまでの回避操作量の時系列を算出する。

回避操作量算出手段４１は、ステップＳ２の処理Ａにおいて回避操作量が算出されたか否かを判定する（ステップＳ３）。この判定方法として、ステップＳ２での処理Ａに沿う回避操作量の算出の処理において、回避操作量を算出する必要がないと判定された場合（図８のフローチャートのステップＳ２における到達可能性判定手段３５による判定。）、回避操作量が算出されていないと判定することができ、それ以外ならば回避操作量が算出されていると判定することができる。回避操作量が算出されていない場合フローチャートを終了し、回避操作量が算出されている場合、ステップＳ７に進む。

ステップＳ１において到達回避制御が実行されていると判定された場合、回避操作量算出手段４１は、車両１２０が回避操作量を辿った場合の予測回避移動軌跡を算出し、障害物移動軌跡予測手段３７は、現在時刻ｔ_０における障害物１４０の情報に基づいた予測障害物移動軌跡を算出する（ステップＳ４）。

車両１２０の予測回避移動軌跡は、例えば、次のように算出することができる。実行されている到達回避制御での評価開始時刻Ｔ_Ｓにおいて到達回避制御が開始され、予測時刻Ｔ_Ａまでの回避操作量ｕ（ｔ）（Ｔ_Ｓ≦ｔ≦Ｔ_Ａ）が生成されたものとする。生成されたｕ（ｔ）に従って到達回避制御を実行し、現在時刻ｔ_０において（３６）式で定義された車両１２０の状態ベクトルがｘ（ｔ_０）に変化したとする。この時、予測時刻Ｔ_Ａまでの車両運動軌跡ｘ（ｔ）（ｔ_０≦ｔ≦Ｔ_Ａ）は、ｘ（ｔ_０）を初期値として（３５）式の微分方程式を順方向に予測時刻Ｔ_Ａまで積分することによって算出することができる。なお、障害物１４０が移動をしている場合、評価開始時刻Ｔ_Ｓから現在時刻ｔ_０までの障害物１４０の情報に基づいて、実施例１と同様に、予測回避移動軌跡を算出することができる。

また、障害物１４０の予測障害物移動軌跡は、現在時刻ｔ_０において障害物１４０が位置Ｐ_０１｛ｘ_ｐ（ｔ_０）、ｙ_ｐ（ｔ_０）｝に到達し、位置Ｐ_０１で動きが停止したとすれば、予測時刻Ｔ_Ａまでの間、障害物１４０はずっと位置Ｐ_０１に留まり続けるという予測が得られることとなり、このような予測に基づき算出することができる。

到達予測手段３８は、ステップＳ４で算出された予測回避移動軌跡および予測障害物移動軌跡に基づき、現在の到達回避制御を実行し続けた場合に車両１２０が障害物１４０の位置に到達するか否かを判定する（ステップＳ５）。到達しないと判定した場合、ステップＳ７に進み、到達すると判定した場合（図１１参照。）、ステップＳ６に進む。

到達すると判定されると、回避操作量算出手段４１は、バッファメモリ４２に格納されている指令値（回避操作量）をすべてクリアして、ステップ２へ進む（ステップＳ６）。

到達しないと判定されると、回避操作量算出手段４１は、算出した回避操作量をバッファメモリ４２に送信し、バッファメモリ４２を介して、操舵角サーボコントローラ２３およびブレーキコントローラ２４に送信する（ステップＳ７）。

なお、ステップＳ２において、回避操作をやり直す場合（ステップＳ６からステップＳ２に進んだ場合）であっても、その処理の内容は実施例２に示したものと同様である。例えば、図１３に示すように、車両１２０が、現在時刻ｔ_０において、評価開始時刻Ｔ_Ｓにおける位置Ａ_０（図１１参照。）から位置Ａ_０１へと移動した場合、位置Ａ_０１における車両１２０の自車状態を基準として、一定減速度ｄ_０で減速した場合の予想到達位置Ａ_１１に基づき、タイヤ摩擦円（図５参照。）から円周上の作用点に対応する予想到達点Ａ_Ｌ０、Ａ_Ｒ０を算出する。図１３に示すように、実施例３では、位置Ａ_１１、位置Ａ_Ｌ０が共に到達を避けられない結果が予想されているので、位置Ａ_１１から右側の位置Ａ_Ｒ０に近い位置に回避目標位置Ｇ_Ａ３（図１４参照。）が設定されることとなる。回避目標位置をＧ_Ａ３に設定し直すと、現在時刻ｔ_０で算出される回避操作量は、図１４のような車両運動軌跡をたどるような操作量となる。以上のような構成により、障害物１４０が突然その挙動を変えた場合でも、挙動変化に対応した回避操作量を得ることができる。なお、図１４では、予測時刻Ｔ_Ａにおける車両１２０（Ｇ_Ａ３）および障害物１４０（Ｐ_０１）を実線で示し、当初設定された評価開始時刻Ｔ_Ｓにおける車両１２０（Ａ_０）と、算出のし直しを開始した現在時刻ｔ_０における車両１２０（Ａ_０１）と、予測時刻Ｔ_Ａに至るまでの車両１２０の移動軌跡とを二点鎖線で示している。

実施例３の回避操作算出装置１０およびこれを含む回避制御装置１１では、回避制御を実行している際、障害物１４０の挙動が評価開始時刻Ｔ_Ｓで予測されたものから変化した場合であっても、障害物１４０の挙動の変化に対応した回避操作量を算出することができる。このため、例えば、車両１２０が位置Ａ_０から位置Ａ_０１へと移動した際、障害物１４０（歩行者）が位置Ｐ_０から位置Ｐ_０１へと移動し、その後、移動を停止した場合であっても、図１４に示すように、障害物１４０の位置に到達することのない回避操作量を算出し、実行することができる。

本発明に係る回避操作算出装置１０およびこれを含む回避制御装置１１の実施例４を図１５から図１７までの図面に基づいて説明する。

本発明の実施例４では、実施例１ないし実施例３の回避操作算出装置１０およびこれを含む回避制御装置１１とは、回避操作算出装置１０の回避目標位置算出手段４０による回避目標位置の設定方法が異なる例である。

実施例４の回避操作算出装置１０およびこれを含む回避制御装置１１（図２参照。）は、基本的に実施例１の回避操作算出装置１０およびこれを含む回避制御装置１１と同様の構成であり、等しい個所については詳細な説明を省略する。また、回避操作量の算出については、実施例３と同様であり、等しい動作についても詳細な説明を省略する。

実施例４では、実施例１および実施例２と同様の図３に示す場面を想定している。実施例４では、回避目標位置Ｇ_Ａ４（図１６および図１７参照。）の算出にあたって、実施例１ないし実施例３のように、タイヤ摩擦円で示す限界範囲（図５参照。）から減速度ｄ_０で固定した線分Ｅ_ＬＥ_Ｒの中の作用点に基づいて回避目標位置Ｇ_Ａ（図７参照。）を算出することに代えて、図１５に示すように減速度を変更する場合も含めて適切な回避目標位置Ｇ_Ａ４を探す構成を示す。

さらに、実施例４では障害物１４００が左方向から接近していることを考慮して、回避目標位置Ｇ_Ａ４の設定範囲を右方向への回避に限定して実施する構成とした。この例では、評価開始時刻Ｔ_Ｓにおいて位置Ａ_０に存在する車両１２００が、タイヤ摩擦力の作用点の限界範囲に対応する以下（ａ）〜（ｄ）の操作量で動作した場合に、予測時刻Ｔ_Ａにおいて到達することが予想される４点で囲まれる領域を考えている。
（ａ）減速度ｄ_０、横力０
（ｂ）減速度ｄ_０、右横力 最大
（ｃ）減速度０、横力０
（ｄ）減速度０、右横力 最大
このうち、（ａ）、（ｂ）は、図５でも考慮した作用点Ｅ_１、Ｅ_Ｒである。（ｃ）は、到達回避操作を何も行わずに評価開始時刻Ｔ_Ｓにおける走行を続けることに対応し、ここでは作用点Ｅ_３と表記する。（ｄ）はまったく減速をせずに右方向へ限界まで操舵することに対応し、ここでは作用点Ｅ_２と表記する。以上のように作用点を定義すると、それぞれの作用点に対応する自車の予測時刻Ｔ_Ａにおける到達点Ａ_１、Ａ_Ｒ、Ａ_３、Ａ_２（図１６参照。）を算出することができる。回避目標位置算出手段４０は、この四角形Ａ_１Ａ_ＲＡ_３Ａ_２で規定された領域の中から回避目標位置Ｇ_Ａ４を設定する。

予測時刻Ｔ_Ａにおいて、車両１２００が障害物１４００の予想到達位置Ｐ_１よりも前方に到達していれば、それ以降の時間に障害物１４００と衝突する可能性はなくなる。従って、Ｘ軸方向には位置Ｐ_１を中心とする半径ｒの占有領域からΔ_ｘの間隔を置いた仮想線ｓ_ｘよりも前方に回避目標位置を設定することが望ましい。また、位置Ｐ_１よりも左側の領域では、車両１２００が回避目標位置に到達する過程において障害物１４００の位置に到達してしまう虞があり回避目標位置として望ましくない。そこで、Ｙ軸方向にも位置Ｐ_１を中心とする半径ｒの占有領域からΔ_ｙの間隔を置いた仮想線ｓ_ｙよりも右側に回避目標位置を設定することが望ましい。四角形Ａ_１Ａ_ＲＡ_３Ａ_２の領域内で、位置Ｐ_１を中心とする半径ｒの占有領域から２本の仮想線ｓ_ｘ、ｓ_ｙにより間隔を置いた領域の中から、車両の幅と長さを考慮した上で最も位置Ａ_１に近い場所に回避目標位置を設定する。図１４の場合、回避目標位置Ｇ_Ａ４の座標は、次式（４２）で表すことができる。

Ｇ_Ａ４｛ｘ_ｐ（ｔ_Ａ）＋Δ_ｘ＋Ｂ／２ , ｙ_ｐ（ｔ_Ａ）＋Δ_ｙ＋Ｌ_Ｒ｝ （４２）
それ以外の処理は実施例２および実施例３と同様である。

このようにして回避目標位置Ｇ_Ａ４を算出した結果、現在時刻ｔ_０において算出される回避操作量に従って到達回避制御を行った場合の車両１２００の移動軌跡は図１７に示すものとなり、減速度を緩めて右方向へ回避することによって、障害物１４００の挙動の不確実性の影響を受けることなく余裕のある到達回避運動を実現することができる。なお、図１７では、予測時刻Ｔ_Ａにおける車両１２００（Ｇ_Ａ４）および障害物１４００（Ｐ_１）を実線で示し、評価開始時刻Ｔ_Ｓにおける車両１２００（Ａ_０）および障害物１４００（Ｐ_０）と、予測時刻Ｔ_Ａに至るまでの車両１２００および障害物１４００の移動軌跡とを二点鎖線で示している。

実施例１ないし実施例３では、図５に示すように、当初設定した減速度ｄ_０は固定した上で、それに追加して発生させ得る横力の範囲内で回避目標位置の設定を行ない、回避目標位置Ｇ_Ａを設定していた。これは、減速して車速を落とすことは安全確保のための基本的操作であることによる。

これに対し、実施例４に示した回避操作量の算出方法では、減速度を当初の設定値であるｄ_０よりも小さく修正し、この修正により拡がった生じさせ得る横力の範囲を利用することを考慮して回避目標位置Ｇ_Ａ４を設定する。これにより、実施例４の算出方法では、タイヤ摩擦力の制約によって発生させ得る横力の範囲を広げることができ、横方向への回避の余地を大きくすることができる。

また、実施例１ないし実施例３では、図３で想定する場面において、到達予測手段３８により算出された判定結果に基づき、移動量（操舵量）が小さい左側に回避目標位置Ｇ_Ａを設定していた。このような回避目標位置の設定は、障害物の挙動の予測の精度が高い場合には合理的な目標設定であると共に、移動量（操舵量）を小さくできるという利点がある。

これに対し、実施例４では、到達回避制御が開始された直後から、障害物１４００が存在する方向とは逆の方向へ向かう回避操作量が算出されかつ実行されることから、運転者に違和感を覚えさせることのない回避操作量を算出し実行することができる。

なお、実施例４では、タイヤ摩擦力の作用点の限界範囲に対応する操作量を４点設定して、四角形Ａ_１Ａ_ＲＡ_０Ａ_２の領域の中から回避目標位置Ｇ_Ａ４を設定する構成であったが、この点数は適宜増やすことができる。点数を増やすと演算量が増加するが、よりタイヤ摩擦円により規定される各タイヤ３３の限界範囲に近い領域から回避目標位置を設定することができる。

よって、本発明に係る回避操作算出装置によれば、制動制御および操舵制御により安定した挙動で、すなわち自車両に作用する力を自車両のタイヤのグリップ力の最大値よりも小さな範囲内として自車両が障害物の位置に到達することを回避することができる運転操作量を算出することができる。

また、本発明に係る回避制御装置によれば、制動制御および操舵制御により安定した挙動で、すなわち自車両に作用する力を自車両のタイヤのグリップ力の最大値よりも小さな範囲内として自車両が障害物の位置に到達することを回避することができる運転操作により障害物を回避させる車両の回避操作を行うことができる。

請求項１、請求項２、請求項１９および請求項２０の発明によれば、自車両に生じる加速力、減速力および横力の合成力が、自車両のタイヤのグリップ力の最大値よりも小さな範囲内となるように、回避操作量が算出されるので、自車両に予期しない挙動を生じさせることなく、障害物の位置への到達を回避させることができる回避操作量を算出することができる。

請求項３および請求項２１の発明によれば、静止している障害物だけでなく移動する障害物に対しても有効な回避操作量を算出することができる。

請求項４および請求項２２の発明によれば、任意減速力に応じた限界横力に基づいて回避目標位置を算出しているので、想定した任意の減速操作量に加える操舵量を算出することができる。

請求項５および請求項２３の発明によれば、複数の異なる限界横力に基づく多角形領域内で回避目標位置を算出しているので、タイヤのグリップ力の限界範囲内で、障害物の回避に適した減速操作量と操舵量の組み合わせによる回避操作量を算出することができる。

請求項６および請求項２４の発明によれば、評価関数の最適化に基づいて回避操作量を時系列として求めることができるので、単一の目標制御量を決める場合と比較して、より滑らかで精度の高い回避操作量を算出することができる。

請求項７および請求項２５の発明によれば、回避のための操作量そのものではなく、到達予測地点の算出時に想定した操作に対する補正量を最適化によって算出する構成とすることで、最適化問題を解きやすい問題として定式化することが可能で、操作量演算を高速化することができる。

請求項８および請求項２６の発明によれば、回避操作量の算出に先立って減速度を０とした場合の衝突可能性判定を行うこととなるので、衝突回避操作が不要な場合に装置が起動して運転者に違和感を与えることを防止することができる。

請求項９および請求項２７の発明によれば、操舵による回避が不要な場合には制動だけを実行する回避操作量を指令することができる。

請求項１０および請求項２８の発明によれば、路面状態に応じて最大グリップ力を変更し合成力の限界範囲を変更することにより、精度の高い回避操作量を算出することができる。このため、例えば、滑りやすい道路状況においても、道路に応じたタイヤ摩擦力の範囲内で回避操作量を算出することができる。

請求項１１および請求項２９の発明によれば、車両の到達状態を考慮した上で回避操作量を算出することができるので、より小さな回避操作で確実に障害物の位置への到達を回避することができる回避操作量を算出することができる。

請求項１２および請求項３０の発明によれば、制動運動制御手段により制動操作を実行させることができるので、算出された回避操作量を確実に実現させることができる。

請求項１３および請求項３１の発明によれば、制動運動制御手段が自車両に対し最大の制動力を発生させた場合の減速度を前提に到達予測を行うことになるので、回避目標位置を設定する際、減速度を緩める場合のみを想定すればよいので、回避目標位置の算出に伴う演算量を低減することができる。

請求項１４および請求項３２の発明によれば、車両に設けられた制動運動制御手段に適合する回避操作量を算出することができる。

請求項１５および請求項３３の発明によれば、算出された回避操作量のうち減速操作のみならず操舵も操舵制御手段により実行させることができるので、算出された回避操作量をより確実に実現させることができる。

請求項１６および請求項３４の発明によれば、到達回避制御を実行している間も到達可能性の判定を行うことで、障害物が当初の予測とは異なる挙動をとった場合、衝突回避操作を算出し直すこととなり、障害物の挙動の変化に対応した回避操作を実行させることができる。

なお、上記した各実施例では、回避操作算出装置が算出した最適運転操作量に基づいて車両運動制御手段による車両の操舵を実行する構成であったが、車両運動制御手段による車両の操舵は、運転者による運転操作を補助的に行うものであってもよい。この場合、例えば、車両運動制御手段は、最適運転操作量と運転者が行った運転操作との差分に応じて操舵するものであってもよく、運転者が運転操作を行った場合、運転者とは別の操舵を中止するものであってもよい。

また、上記した各実施例では、車両には、回避操作算出装置を含む回避制御装置が採用され、算出した最適運転操作量に基づいて車両運動制御手段による車両の操舵を実行する構成であったが、車両の操舵を行わないものであってもよい。この場合、例えば、回避操作算出装置のみを車両に採用し、車室にディスプレイを設置し、最適運転操作量に適合する到達回避のための移動軌跡をディスプレイ上に表示して、障害物の位置への到達の回避のための操舵を補助することができる。

上記した各実施例に示した回避操作算出装置および回避制御装置では、互いに異なる方法で回避操作量が算出されていたが、各方法を適宜組み合わせることができる。例えば、回避目標位置の設定は、実施例１および実施例２において、操作量が小さくなるように位置Ａ_１の左側に設定されていたが、減速力および横力の合成力が、タイヤ摩擦円の限界範囲内であれば、位置Ａ_１の左側に設定されてもよく、上記したものに限定されるものではない。

また、上記した各実施例では、車両には、回避操作算出装置は、算出された最適運転操作量である前輪操舵δに基づき操舵を行っていたが、算出された最適運転操作量によっては、制動機構により操舵を行ってもよく、上記した実施例に限定されるものではない。

本発明に係る回避操作算出装置および回避制御装置が採用された車両を模式的に示す平面図である。 回避制御装置を示すブロック図である。 実際に到達回避が行われるべく想定された実施例１の場面を示す模式的な平面図であり、処理された情報が座標系に展開された状態も示されている。 図３の場面において、到達予測手段による処理を説明するための平面図である。 タイヤ摩擦円を示すグラフである。 タイヤ摩擦円の限界範囲に応じた車両の移動範囲を示す模式的な平面図である。 実施例１の回避操作量による到達回避の状態を示す平面図である。 回避操作算出装置の処理を示すフローチャートである。 車両運動モデルにおけるタイヤ横力の関数形状の一例を示すグラフである。 算出される回避操作量の一例を示すグラフである。 実際に到達回避が行われるべく想定された実施例３の場面を示す模式的な平面図である。 実施例３の回避操作算出装置の処理を示すフローチャートである。 実施例３のタイヤ摩擦円の限界範囲に応じた車両の移動範囲を示す模式的な平面図である。 実施例３の回避操作量により行われた車両の障害物の回避の移動軌跡を示す平面図である。 タイヤ摩擦円を示すグラフであり、実施例４による回避目標位置の算出方法を説明するための作用点が示されている。 実施例４による回避目標位置の算出方法を説明するための平面図である。 実施例４の回避操作量により行われた車両の障害物の回避の移動軌跡を示す平面図である。

符号の説明

１０ 回避操作算出装置
１１ 回避制御装置
１２、１２０、１２００ 車両
１３ 道路
１４、１４０、１４００ 障害物
１５ 車両運動制御手段
１６ （障害物検出手段および自車情報検出手段の一部を構成する）カメラ
１７ （自車情報検出手段の一部を構成する）車速センサ
１８ （自車情報検出手段の一部を構成する）ヨーレートセンサ
１９ （自車情報検出手段の一部を構成する）加速度センサ
２８ （自車情報検出手段の一部を構成する）自車情報処理部
２９ （障害物検出手段の一部を構成する）障害物情報処理部
３０ 回避操作量生成手段
３５ 到達可能性判定手段
３６ 自車移動軌跡算出手段
３７ 障害物移動軌跡予測手段
３８ 到達予測手段
３９ 摩擦力限界設定手段
４０ 回避目標位置算出手段
４１ 回避操作量算出手段
ｄ_０ （任意の）減速度
Ｔ_Ｓ 評価開始時刻
Ｔ_Ａ 予測時刻
Ｇ_Ａ、Ｇ_Ａ３、Ｇ_Ａ４ 回避目標位置
δ^＊ （回避操作量としての）操舵量
ｐ^＊ （回避操作量である減速操作量としての）ブレーキ圧の値

Claims (34)

1. 自車両よりも前方の道路上に存在する障害物を検出する障害物検出手段と、前記自車両の走行状態を検出する自車情報検出手段と、該自車情報検出手段および前記障害物検出手段からの検出情報に基づいて前記自車両が前記障害物を回避するための回避操作量を生成する回避操作量生成手段とを備える回避操作算出装置であって、
   前記回避操作量生成手段は、前記自車両に生じる加速力、減速力および横力の合成力が前記自車両のタイヤのグリップ力の最大値よりも小さくなる範囲内で前記回避操作量を算出することを特徴とする回避操作算出装置。
2. 前記回避操作量生成手段は、前記自車両が走行する道路上で前記自車両のタイヤが発揮可能な最大グリップ力を設定し該最大グリップ力に基づいて前記合成力の限界範囲を設定する摩擦力限界設定手段と、
   前記限界範囲内の減速力により前記自車両に生じ得る任意の減速度を設定し、かつ前記自車両が前記任意の減速度により減速した場合の予測減速移動軌跡を算出する自車移動軌跡算出手段と、
   前記予測減速移動軌跡上の前記自車両が前記障害物の位置に到達するか否かを判定し、かつ到達すると判定した場合に前記自車両が前記障害物の位置に到達することが予測される予測時刻を算出する到達予測手段と、
   前記自車両が前記限界範囲内の合成力により前記予測時刻において到達可能な動作領域を設定し、かつ該動作領域内で前記自車両が前記障害物を回避することができる回避目標位置を算出する回避目標位置算出手段と、
   前記自車両を前記回避目標位置に到達させる減速操作量および操舵量を算出する回避操作量算出手段とを有し、
   前記減速操作量および前記操舵量が前記回避操作量となることを特徴とする請求項１に記載の回避操作算出装置。
3. 前記回避操作量生成手段は、前記障害物検出手段により検出された前記障害物の情報に基づき該障害物の予測移動軌跡である予測障害物移動軌跡を算出する障害物移動軌跡予測手段を有し、前記到達予測手段は、前記予測減速移動軌跡上の前記自車両が前記予測障害物移動軌跡上の前記障害物の位置に到達するか否かを判定し、かつ到達すると判定した場合に到達することが予測される予測時刻を算出することを特徴とする請求項２に記載の回避操作算出装置。
4. 前記回避目標位置算出手段は、前記自車両を前記任意の減速度とさせる任意減速力を算出し、前記合成力が前記限界範囲内となるように前記任意減速力に対応する前記自車両への限界横力を算出し、該限界横力よりも小さな横力で到達できる範囲内で前記回避目標位置を算出することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の回避操作算出装置。
5. 前記回避目標位置算出手段は、前記自車両を前記任意の減速度とさせる任意減速力を算出し、前記合成力が前記限界範囲内となるように前記任意減速力に対応する前記自車両への限界横力を算出し、
   さらに、前記限界範囲内で前記任意減速力よりも小さい仮想減速力を少なくとも１つ以上設定し、前記合成力が前記限界範囲内となるように前記各仮想減速力に対応する前記自車両への限界横力をそれぞれ算出し、
   前記予測時刻において、
   前記自車両に前記任意減速力を作用させた際の前記自車両の予測位置と、
   前記自車両に前記任意減速力および該任意減速力に対応する限界横力を作用させた際の前記自車両の予測位置と、
   前記自車両に前記各仮想減速力を作用させた際の前記自車両の各予測位置と、
   前記自車両に前記各仮想減速力および該各仮想減速力に対応する各限界横力を作用させた際の前記自車両の各予測位置と、
   により構成される多角形領域内で前記回避目標位置を算出することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の回避操作算出装置。
6. 前記回避操作量算出手段は、前記障害物を検出した時刻である評価開始時刻を設定して該評価開始時刻から前記予測時刻までの時間を所定の間隔で分割し、前記自車両への車両操作に対する該自車両の予測走行軌跡を記述する車両運動モデルに基づき前記評価開始時刻から前記予測時刻までの間の前記自車両への車両操作量を数値的に評価すると共に、少なくとも、前記予測時刻における前記目標回避位置および前記車両運動モデルからの前記予測走行軌跡に基づく前記自車両の予測到達位置の接近状態を数値的に評価する評価関数が最良値となる最適運転操作量を前記所定の時間毎に算出し、前記各最適運転操作量が前記回避操作量となることを特徴とする請求項２ないし請求項５のいずれか１項に記載の回避操作算出装置。
7. 前記回避操作量算出手段は、前記自車移動軌跡算出手段において前記自車両の前記予想移動軌跡を算出することに用いた前記任意の減速度に応じる減速操作量を減速操作量の初期値とすることを特徴とする請求項６に記載の回避操作算出装置。
8. さらに、前記障害物検出手段が前記障害物を検出した際の前記自車両の走行状態を該自車両が維持した場合の走行軌跡を据置予測軌跡として算出し、該据置予測軌跡上の前記自車両が前記障害物の位置に到達するか否かを判定する到達可能性判定手段を備え、該到達可能性判定手段により前記自車両が前記障害物の位置に到達すると判定されると、前記回避操作量生成手段が前記回避操作量の算出を開始することを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の回避操作算出装置。
9. 前記回避操作量生成手段の前記到達予測手段により前記減速予測軌跡上の前記自車両が前記障害物の位置に到達しないと判定された場合、前記回避操作量生成手段の前記回避操作量算出手段は、前記自車移動軌跡算出手段により設定された前記任意の減速度を実現させる減速操作量を算出し、該減速操作量が前記回避操作量となることを特徴とする請求項２ないし請求項８のいずれか１項に記載の回避操作算出装置。
10. さらに、前記自車両が走行する前記道路の路面摩擦係数の情報を取得する路面情報取得手段を備え、前記回避操作量生成手段の前記摩擦力限界設定手段は、前記路面摩擦係数に応じて前記自車両のタイヤの前記最大グリップ力を変更し前記合成力の限界範囲を変更することを特徴とする請求項２ないし請求項９のいずれか１項に記載の回避操作算出装置。
11. 前記到達予測手段は、前記予測減速移動軌跡上の前記自車両が前記障害物の位置に到達すると判定した場合、前記自車両が前記障害物の位置に到達する際の前記自車両と前記障害物との位置関係を到達状態として算出することを特徴とする請求項２ないし請求項１０のいずれか１項に記載の回避操作算出装置。
12. 請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載の回避操作算出装置と、該回避操作算出装置により算出された前記回避操作量に基づいて前記自車両の制動操作を行う制動運動制御手段を有する車両運動制御手段と、を備えることを特徴とする回避制御装置。
13. 前記回避操作算出装置の前記自車移動軌跡算出手段は、前記制動運動制御手段が前記自車両に対し最大の制動力を発生させた場合に該自車両に作用する減速度を前記任意の減速度として設定することを特徴とする請求項１２に記載の回避制御装置。
14. 前記摩擦力限界設定手段は、前記制御運動制御手段が発揮し得る最大の制動力を前記自車両のタイヤのグリップ力の最大値として設定することを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の回避制御装置。
15. 前記車両運動制御手段は、前記回避操作量に基づいて前記自車両の操舵を行う操舵制御手段を備えることを特徴とする請求項１２ないし請求項１４のいずれか１項に記載の回避制御装置。
16. 前記回避操作算出装置の前記回避操作量算出手段は、前記障害物を検出した時刻である評価開始時刻を設定して該評価開始時刻から前記予測時刻までの時間を所定の間隔で分割し、該所定の時間毎に、前記回避操作量に基づく予測回避移動軌跡上での前記自車両が前記障害物の位置に到達するか否かを判定し、到達すると判定された場合、前記回避操作量生成手段は、算出した前記回避操作量を破棄して新たに回避操作量を算出し、前記車両運動制御手段は、新たに算出された前記回避操作量で前記自車両の運転操作を行うことを特徴とする請求項１２ないし請求項１５のいずれか１項に記載の回避制御装置。
17. 請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載の回避操作算出装置を備えたことを特徴とする車両。
18. 請求項１２または請求項１６のいずれか１項に記載の回避制御装置を備えたことを特徴とする車両。
19. 自車両よりも前方の道路上に存在する障害物を検出し、前記自車両の走行状態を検出し、該走行状態および前記障害物の検出情報に基づいて前記自車両が前記障害物を回避するための回避操作量を生成する回避操作算出方法であって、
    前記自車両に生じる加速力、減速力および横力の合成力が前記自車両のタイヤのグリップ力の最大値よりも小さくなる範囲内で前記回避操作量を算出することを特徴とする回避操作算出方法。
20. 前記自車両が走行する道路上で前記自車両のタイヤが発揮可能な最大グリップ力を設定し該最大グリップ力に基づいて前記合成力の限界範囲を設定し、
    前記限界範囲内の減速力により前記自車両に生じ得る任意の減速度を設定し、かつ前記自車両が前記任意の減速度により減速した場合の予測減速移動軌跡を算出し、
    前記予測減速移動軌跡上の前記自車両が前記障害物の位置に到達するか否かを判定し、かつ到達すると判定した場合に前記自車両が前記障害物の位置に到達することが予測される予測時刻を算出し、
    前記自車両が前記限界範囲内の合成力により前記予測時刻において到達可能な動作領域を設定し、かつ該動作領域内で前記自車両が前記障害物を回避することができる回避目標位置を算出し、
    前記自車両を前記回避目標位置に到達させる減速操作量および操舵量を算出し、
    前記減速操作量および前記操舵量を前記回避操作量とすることを特徴とする請求項１９に記載の回避操作算出方法。
21. 前記障害物の情報に基づき該障害物の予測移動軌跡である予測障害物移動軌跡を算出し、前記予測減速移動軌跡上の前記自車両が前記予測障害物移動軌跡上の前記障害物の位置に到達するか否かを判定し、かつ到達すると判定した場合に到達することが予測される予測時刻を算出することを特徴とする請求項２０に記載の回避操作算出方法。
22. 前記自車両を前記任意の減速度とさせる任意減速力を算出し、前記合成力が前記限界範囲内となるように前記任意減速力に対応する前記自車両への限界横力を算出し、該限界横力よりも小さな横力で到達できる範囲内で前記回避目標位置を算出することを特徴とする請求項２０または請求項２１に記載の回避操作算出方法。
23. 前記自車両を前記任意の減速度とさせる任意減速力を算出し、前記合成力が前記限界範囲内となるように前記任意減速力に対応する前記自車両への限界横力を算出し、
    さらに、前記限界範囲内で前記任意減速力よりも小さい仮想減速力を少なくとも１つ以上設定し、前記合成力が前記限界範囲内となるように前記各仮想減速力に対応する前記自車両への限界横力をそれぞれ算出し、
    前記予測時刻において、
    前記自車両に前記任意減速力を作用させた際の前記自車両の予測位置と、
    前記自車両に前記任意減速力および該任意減速力に対応する限界横力を作用させた際の前記自車両の予測位置と、
    前記自車両に前記各仮想減速力を作用させた際の前記自車両の各予測位置と、
    前記自車両に前記各仮想減速力および該各仮想減速力に対応する各限界横力を作用させた際の前記自車両の各予測位置と、
    により構成される多角形領域内で前記回避目標位置を算出することを特徴とする請求項２０または請求項２１に記載の回避操作算出方法。
24. 前記障害物を検出した時刻である評価開始時刻を設定して該評価開始時刻から前記予測時刻までの時間を所定の間隔で分割し、前記自車両への車両操作に対する該自車両の予測走行軌跡を記述する車両運動モデルに基づき前記評価開始時刻から前記予測時刻までの間の前記自車両への車両操作量を数値的に評価すると共に、少なくとも、前記予測時刻における前記目標回避位置および前記車両運動モデルからの前記予測走行軌跡に基づく前記自車両の予測到達位置の接近状態を数値的に評価する評価関数が最良値となる最適運転操作量を前記所定の時間毎に算出し、前記各最適運転操作量を前記回避操作量とすることを特徴とする請求項２０ないし請求項２３のいずれか１項に記載の回避操作算出方法。
25. 前記自車移動軌跡算出手段において前記自車両の前記予想移動軌跡を算出することに用いた前記任意の減速度に応じる減速操作量を減速操作量の初期値とすることを特徴とする請求項２４に記載の回避操作算出方法。
26. さらに、前記障害物を検出した際の前記自車両の走行状態を該自車両が維持した場合の走行軌跡を据置予測軌跡として据置予測軌跡を算出し、該据置予測軌跡上の前記自車両が前記障害物の位置に到達するか否かを判定し、前記据置予測軌跡上の前記自車両が前記障害物の位置に到達すると判定すると、前記回避操作量の算出を開始することを特徴とする請求項１９ないし請求項２５のいずれか１項に記載の回避操作算出方法。
27. 前記減速予測軌跡上の前記自車両が前記障害物の位置に到達しないと判定された場合、前記自車移動軌跡算出手段により設定された前記任意の減速度を実現させる減速操作量を算出し、該減速操作量を前記回避操作量とすることを特徴とする請求項２０ないし請求項２６のいずれか１項に記載の回避操作算出方法。
28. さらに、前記自車両が走行する前記道路の路面摩擦係数の情報を取得し、該路面摩擦係数に応じて前記自車両のタイヤの前記最大グリップ力を変更し前記合成力の限界範囲を変更することを特徴とする請求項２０ないし請求項２７のいずれか１項に記載の回避操作算出方法。
29. 前記予測減速移動軌跡上の前記自車両が前記障害物の位置に到達すると判定した場合、前記自車両が前記障害物の位置に到達する際の前記自車両と前記障害物との位置関係を到達状態として算出することを特徴とする請求項２０ないし請求項２８のいずれか１項に記載の回避操作算出方法。
30. 請求項１９ないし請求項２９のいずれか１項に記載の回避操作算出方法により算出された前記回避操作量に基づいて前記自車両が備える車両運動制御手段の制動運動制御装置により前記自車両の制動操作を行うことを特徴とする回避制御方法。
31. 前記制動運動制御手段が前記自車両に対し最大の制動力を発生させた場合に該自車両に作用する減速度を前記任意の減速度として設定することを特徴とする請求項３０に記載の回避制御方法。
32. 前記制御運動制御手段が発揮し得る最大の制動力を前記自車両のタイヤのグリップ力の最大値として設定することを特徴とする請求項３０または請求項３１に記載の回避制御方法。
33. 前記回避操作量に基づいて前記車両運動制御手段の操舵制御手段により前記自車両の操舵を行うことを特徴とする請求項３０ないし請求項３２のいずれか１項に記載の回避制御方法。
34. 前記障害物を検出した時刻である評価開始時刻を設定して該評価開始時刻から前記予測時刻までの時間を所定の間隔で分割し、該所定の時間毎に、前記回避操作量に基づく予測回避移動軌跡上での前記自車両が前記障害物の位置に到達するか否かを判定し、到達すると判定された場合、算出した前記回避操作量を破棄して新たに回避操作量を算出し、新たに算出された前記回避操作量で前記自車両の運転操作を行うことを特徴とする請求項３０ないし請求項３３のいずれか１項に記載の回避制御方法。
    

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