JP7226018B2 - 車両運転支援装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両運転支援装置に係り、特に走行経路を設定する車両運転支援装置に関する。

従来、車両の走行経路生成アルゴリズムとして、ポテンシャル法，スプライン補間関数，Ａスター（Ａ＊），ＲＲＴ，ステートラティス法等が知られている。そして、このようなアルゴリズムを用いた車両運転支援装置が提案されている。

ステートラティス法では、走行路に多数のグリッド点からなるグリッド領域が設定され、グリッド点を順次に連結することにより多数の経路候補が設定される。そして、これら経路候補から１つの走行経路が選択され、運転支援に用いられる。例えば、特許文献１には、グリッドマップ上の複数の走行経路を算出し、これらから経路コストに基づいて１つの走行経路を選択する車両運転支援装置が開示されている。

複数の走行経路のうち、経路コストが最も小さい走行経路が運転支援制御のために選択される。経路コストは、種々のファクタによって設定される複数のコストからなる。例えば、経路コストには、車両と障害物（他の車両、構造物等）との衝突をファクタとする衝突コストや、乗員の乗り心地に影響を与える車両の加速度をファクタとする加速度コストが含まれる。

国際公開第２０１３／０５１０８１号パンフレット

衝突と加速度は重要なファクタであるため、従来の装置では、複数のコストのうち衝突コストと加速度コストの重みが比較的大きく設定されていた。そして、従来の装置においては、衝突を確実に回避し、且つ、乗員の乗り心地を良好とするため、複数の走行経路から、衝突コストがゼロであり、加速度コストが小さい走行経路が選択されていた。このため、選択された走行経路では、総じて車両が緩慢な挙動になりがちであった。

しかしながら、緊急時（例えば、運転者の身体に異常が発生した場合）には、比較的大きな加速度を許容して速やかに停車するような走行経路が選択されることが好ましい。また、通常時においても、緩慢な車両挙動の走行経路の選択は回避されるべきである。

さらに、例えば、車両前方への他の車両の急な割り込みの際には、衝突を確実に回避するための走行経路が選択されると、乗員に過大な加速度が掛かる場合があった。したがって、従来、種々のコストに対する重み付けの設定は困難であった。

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、経路コストを適切に見積もることによって、適切な車両挙動の走行経路を選択可能とする車両運転支援装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、車両の走行経路を設定する車両運転支援装置であって、所定の目標到達位置に停止するための複数の経路候補から１つの経路候補を選択経路として選択するコントローラを備え、コントローラは、車両の位置及び速度を含む複数の経路候補を計算する経路候補計算処理と、複数の経路候補の各経路コストを計算する経路コスト計算処理と、経路コストに基づいて、複数の経路候補から１つの経路候補を選択経路として選択する経路選択処理と、を実行し、コントローラは、経路コスト計算処理において、車両の現在位置における運動エネルギーを基準エネルギーに設定し、目標到達位置を中心として、目標到達位置からの距離が大きくなるほど、エネルギー値が小さくなり、車両の現在位置においてゼロになるように距離エネルギーの分布を設定し、各経路候補に沿って車両の運動エネルギーと距離エネルギーの合計値を計算し、各経路候補に沿った合計値の基準エネルギーに対する変動成分の累積値を経路コストとして計算するように構成されていることを特徴としている。

このように構成された本発明によれば、コントローラは、複数の経路候補上における車両の運動エネルギーと距離エネルギーの和（合計エネルギー）を計算し、この合計エネルギーの基準エネルギーに対する変動成分の累積値を各候補経路コストとして算出する。このため、本発明では、経路コストをエネルギーという１つのファクタに統一することができる。また、本発明では、運動エネルギーの減少分が距離エネルギーに効率的に変換されると、経路コストの増大が抑制される。このため、本発明では、障害物を大きく迂回することにより目標到達位置への移動距離が長くなるような緩慢な候補経路の選択を回避し、適切な車両挙動の走行経路を選択することができる。

本発明において、好ましくは、走行路上に存在する障害物を検出する障害物検出センサを更に備え、コントローラは、経路コスト計算処理において、各経路候補について、車両が障害物と衝突することになる場合には、所定の衝突エネルギーを合計値から差し引く。このように構成された本発明によれば、衝突事象もエネルギーというファクタに組み込むことにより、統一的に経路コストを計算することができる。

本発明において、好ましくは、コントローラは、選択経路上を走行するように、車両の速度制御及び／又は操舵制御を含む運転制御処理を更に実行する。

本発明において、好ましくは、コントローラは、経路選択処理において、最も小さい経路コストを有する経路候補を選択経路として選択する。

本発明において、好ましくは、コントローラは、障害物を考慮することなく、車両の現在位置から目標到達位置に停止するための車両の位置及び速度を含む目標経路を計算し、目標経路について、目標経路に沿って車両の運動エネルギーと距離エネルギーの合計値を計算し、目標経路に沿った合計値の基準エネルギーに対する変動成分の累積値を目標経路コストとして計算するように構成されており、コントローラは、経路選択処理において、複数の経路候補のうち、目標経路コストとの差が最も小さい経路コストを有する経路候補を選択経路として選択するように構成されている。

このように構成された本発明によれば、障害物とは無関係に車両が走行すべき目標経路が計算され、この目標経路の経路コスト（目標経路コスト）に最も近い経路コストを有する経路候補が選択される。これにより、本発明では、経路コストは低いが緩慢な運動特性を有するような経路候補が選択されることを回避することができる。

本発明の車両運転支援装置によれば、適切な車両挙動の走行経路を選択することが可能となる。

本発明の実施形態における車両運転支援装置の構成図である。 本発明の実施形態におけるグリッド領域の説明図である。 本発明の実施形態における走行経路の説明図である。 本発明の実施形態における運転支援制御処理のフローチャートである。 本発明の実施形態における走行経路の説明図である。 本発明の実施形態における経路コストの説明図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態による車両運転支援装置について説明する。まず、図１を参照して、車両運転支援装置の構成について説明する。図１は、車両運転支援装置の構成図である。

本実施形態の車両運転支援装置１００は、車両１（図２等参照）のための走行経路を算出し、この走行経路を用いた運転支援制御を提供するように構成されている。車両運転支援装置１００は、ステートラティス法を用いて複数の経路候補を計算し、これらの中からそれぞれの経路候補の経路コストに基づいて１つの経路候補を選択する。

図１に示すように、車両１に搭載された車両運転支援装置１００は、車両制御装置又はコントローラ（ＥＣＵ）１０と、複数のセンサ及びスイッチと、複数の制御装置とを備えている。複数のセンサ及びスイッチには、車載カメラ２１，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）及び複数の挙動スイッチ（操舵角センサ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、複数の制御装置には、エンジン制御装置３１，ブレーキ制御装置３２，ステアリング制御装置３３が含まれる。

また、他のセンサ及びスイッチとして、車両１に対する周辺構造物の距離及び位置を測定する周辺ソナー、車両１の４箇所の角部における周辺構造物の接近を測定するコーナーレーダ、車両１の車室内を撮像するインナーカメラを含んでいてもよい。この場合、ＥＣＵ１０は、これらセンサ及びスイッチから測定信号／データを受信する。

ＥＣＵ１０は、プロセッサ１１，プロセッサ１１が実行する各種プログラムを記憶するメモリ１２，入出力装置等を備えたコントローラ（コンピュータ装置）により構成される。ＥＣＵ１０は、複数のセンサ及びスイッチから受け取った信号に基づき、エンジン制御装置３１，ブレーキ制御装置３２，ステアリング制御装置３３に対して、それぞれエンジン装置，ブレーキ装置，ステアリング装置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。

ＥＣＵ１０は、センサ及びスイッチから各種情報を取得し、これら情報に基づいて、車両１が走行する走行路に関する走行路情報を演算する。走行路情報には、走行路自体の形状に関する情報や、走行路上の対象物（又は障害物）に関する情報が含まれる。走行路形状に関する情報には、走行路の形状（直線、カーブ、カーブ曲率）、走行路幅、車線数、各車線幅等が含まれる。対象物に関する情報には、車両１に対する対象物の相対位置及び相対速度、対象物の属性（種類，移動方向）等が含まれる。

また、ＥＣＵ１０は、走行路情報に基づいて走行路上に仮想のグリッド領域（図２参照）を設定する。このグリッド領域は、複数のグリッド点を有する。各グリッド点により、走行路上の位置が特定される。
ＥＣＵ１０は、グリッド領域内の複数のグリッド点を用いた経路探索により複数の経路候補を演算する。本実施形態では、経路探索方法としてステートラティス法を採用している。ステートラティス法では、あるグリッド点から車両１の進行方向前方の任意のグリッド点へ経路が枝分かれしていく。よって、各経路候補は、複数のグリッド点を順次に通過するように設定される。各経路候補は、各グリッド点を通過する時間を表す時間情報，各グリッド点での速度・加速度等に関する速度情報，その他車両運動に関する情報等も含む。

ＥＣＵ１０は、複数の経路候補から経路コストに基づいて１つの走行経路を選択する。そして、ＥＣＵ１０は、選択した走行経路に沿って車両１を走行させるように、車両制御装置３１，３２，３３に対して、要求信号を出力する。

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、区画線等）を特定する。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。これにより、対象物の種類，相対位置，移動方向等が特定される。車載カメラ２１は、障害物検知センサである。

レーダ（ミリ波レーダ）２２は、対象物（特に、他の走行車両、駐車車両、歩行者等）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、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、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。レーダ２２は、障害物検知センサである。

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（前後方向の縦加減速度、横方向の横加速度）を検出する。
ヨーレートセンサ２５は、車両１のヨーレートを検出する。
操舵角センサ２６は、車両１のステアリングホイールの回転角度（操舵角）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。

測位システム２９は、ＧＰＳシステム及び／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。
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。

エンジン制御装置３１は、車両１のエンジンを制御するコントローラ（コンピュータ装置）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、エンジン制御装置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。本実施形態では、エンジンは動力駆動源であり、内燃機関（ガソリンエンジン，ディーゼルエンジン等）、電気モータを含む。

ブレーキ制御装置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（コンピュータ装置）である。ＥＣＵ１０は、車両１を減速させる必要がある場合に、ブレーキ制御装置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。

ステアリング制御装置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（コンピュータ装置）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、ステアリング制御装置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。各制御装置のコンピュータ装置は、メモリ内のプログラムをプロセッサが実行することにより、各種の処理を行うように構成されている。

次に、図２～図４を参照して、本実施形態による運転支援制御処理について説明する。図２はグリッド領域の説明図、図３は走行経路の説明図、図４は運転支援制御処理のフローチャートである。

図４の運転支援制御処理は、所定時間毎に繰り返し実行される（例えば、０．０５～０．２秒毎）。車両１は、この運転支援制御処理により計算された走行経路に沿って走行することが可能である。図２及び図３では、車両１が走行する走行路５上には他の車両３が停止しており、車両１が進路変更しない場合には、車両１は車両３と衝突する可能性がある。

運転支援制御処理が開始されると、ＥＣＵ１０は、複数のセンサ及びスイッチから各種情報を取得し、走行路情報を演算する情報取得処理を実行する（ステップＳ１１）。

次に、図２に示すように、ＥＣＵ１０は、走行路情報に基づいて、グリッド点設定処理を実行する（ステップＳ１２）。グリッド点設定処理において、ＥＣＵ１０は、先ず走行路５の形状（即ち、走行路５の延びる方向，走行路幅等）を特定し、走行路５上にグリッド点Ｇｎ（ｎ＝１，２，・・・Ｎ）を含むグリッド領域４０を設定する。

グリッド領域４０は、走行路５に沿って車両１の周囲から車両１の所定距離前方まで延びる。この距離（縦方向長さ）Ｌは、車両１の現在の車速に基づいて計算される。本実施形態では、距離Ｌは、現在の車速（Ｖ）で所定の固定時間ｔ（例えば、３秒）に走行すると予想される距離である（Ｌ＝Ｖ×ｔ）。しかしながら、距離Ｌは、所定の固定距離（例えば、１００ｍ）であってもよいし、車速（及び加速度）の関数であってもよい。また、グリッド領域４０の幅Ｗは、走行路５の幅に設定される。

グリッド領域４０は、走行路５の延伸方向Ｘと幅方向（横方向）Ｙとに沿ってそれぞれ延びる複数のグリッド線によって多数の矩形のグリッド区画に分割される。Ｘ方向とＹ方向のグリッド線の交点がグリッド点Ｇｎである。グリッド点ＧｎのＸ方向の間隔、及びＹ方向の間隔は、それぞれ固定値に設定される。本実施形態では、例えば、Ｘ方向のグリッド間隔は１０ｍ、Ｙ方向のグリッド間隔は０．８７５ｍである。しかしながら、グリッド間隔を、車速等に応じて可変値としてもよい。

なお、図２では、走行路５が直線区間であるため、グリッド領域４０及びグリッド区画が矩形状に設定されている。しかしながら、本実施形態では、走行路の延伸方向がＸ方法、幅方向がＹ方向に設定されるため、走行路が曲線区間を含む場合には、グリッド領域及びグリッド区画は矩形にはならない。なお、車両１の運動特性等を考慮して、車両１が通過不能なグリッド点Ｇｎを除去してもよい。

次に、ＥＣＵ１０は、目標経路演算処理を実行する（ステップＳ１３）。この目標経路演算処理において、ＥＣＵ１０は、まず目標経路を計算する目標経路計算処理を実行する（ステップＳ１３ａ）。目標経路の計算において、ＥＣＵ１０は、図３に示すように、外部信号に応じて、グリッド領域４０内の所定のグリッド点Ｇ_Tを目標到達位置Ｐ_Eに設定すると共に、目標到達位置Ｐ_E（Ｇ_T）での目標速度を設定する。外部信号は、例えば、ナビゲーションシステム３０から送信される目的地（パーキングエリア、待避所等）への誘導指示信号である。なお、本実施形態において、障害物（車両３）を考慮することなく目標経路ＲＴが計算される。

また、外部信号を受信していない場合は、目標到達位置Ｐ_Eは走行路５に沿って車両１の前方位置に設定され、目標速度は現在速度に設定される。よって、この場合、車両１が現在の挙動を維持した状態（一定速度）で走行路５を走行するように目標経路ＲＴが設定される。

そして、ＥＣＵ１０は、車両１の現在位置Ｐ_Sと目標到達位置Ｐ_Eとの間を、メモリ１２に記憶された所定の経路曲線パターン（Ｙ＝Ｆ（Ｘ））でフィッティングすることにより、目標経路ＲＴの位置情報を計算する。Ｆ（Ｘ）は、例えば５次関数で表現される。また、ＥＣＵ１０は、現在位置Ｐ_Sでの現在速度が目標到達位置Ｐ_Eにおいて目標速度まで変化するように、メモリ１２に記憶された所定の速度変化パターンに適合するように、目標経路ＲＴ上の速度変化プロファイルを計算する。例えば、速度変化パターンが等加速度で速度変化するパターンである場合には、車両１の速度は、現在速度から目標速度まで線形的に変化する。

また、ＥＣＵ１０は、目標経路ＲＴ上に所定の間隔で複数のサンプリング点ＳＰを設定し、各サンプリング点ＳＰでの速度情報を計算する。隣り合うサンプリング点ＳＰの間隔は、Ｘ方向において等間隔（例えば、０．２ｍ毎）になるように設定される。なお、サンプリング点ＳＰを目標経路ＲＴに沿って等間隔に設定してもよい。

また、目標経路演算処理において、ＥＣＵ１０は、目標経路ＲＴの経路コストを計算する目標経路コスト計算処理を実行する（ステップＳ１３ｂ）。本実施形態では、目標経路ＲＴの経路コストは、車両１の運動エネルギーＥｋと位置エネルギーＥｐに基づいて計算される。

位置エネルギーＥｐは、目標到達位置Ｐ_Eから車両１までの間の距離ｒに応じて設定される。位置エネルギーＥｐは、車両１が現在位置Ｐ_S（始点）から目標到達位置Ｐ_Eに対して近づくにつれて増大していく。すなわち、位置エネルギーＥｐは、目標到達位置Ｐ_Eと車両１との間の距離ｒが小さくなるほど増大し、目標到達位置Ｐ_Eにおいて最大となる。このため、ＥＣＵ１０は、図３に示すように、目標到達位置Ｐ_Eを中心として、位置エネルギーＥｐを規定する位置エネルギー分布５０を設定する。図３には、同心円状の複数の等エネルギー線が例示されている。

本実施形態では、位置エネルギー分布５０において、位置エネルギーＥｐは、現在位置Ｐ_Sから目標到達位置Ｐ_Eに近づいた距離（＝Ｌ₀－ｒ）の２乗に比例するように設定される（Ｅｐ＝１／２×ｋ×（Ｌ₀－ｒ）²）。よって、現在位置Ｐ_Sで（ｒ＝Ｌ₀）、位置エネルギーＥｐはゼロであり（Ｅｐ＝０）、目標到達位置Ｐ_Eで（ｒ＝０）、位置エネルギーＥｐは最大値となる（Ｅｐ＝１／２×ｋ×Ｌ₀ ²）。

なお、ｋは位置エネルギーの係数である。係数ｋは、任意の正の数値に設定することができる。例えば、係数ｋは、車両１が目標到達位置Ｐ_Eに位置するとき（ｒ＝０）、位置エネルギーＥｐが所定の基準エネルギーＥ₀に等しくなるように設定することができる（ｋ＝２Ｅ₀／Ｌ₀ ²）。

また、本実施形態では、位置エネルギーＥｐが「Ｌ₀－ｒ」の２乗に比例するように設定されているが、これに限らず、例えば、位置エネルギーＥｐが「Ｌ₀－ｒ」に比例するように設定されてもよいし、「ｒ」に反比例するように設定されてもよい。

運動エネルギーＥｋは、車両１の質量（メモリ１２内に記憶された規定値Ｍ）と車両１の速度Ｖの２乗に比例する値である（Ｅｋ＝１／２×Ｍ×Ｖ²）。なお、本実施形態では、基準エネルギーＥ₀は、現在位置Ｐｓ（Ｖ＝Ｖ₀とする）における運動エネルギーＥｋに設定される（Ｅ₀＝１／２×Ｍ×Ｖ₀ ²）。

ＥＣＵ１０は、各サンプリング点ＳＰ（現在位置Ｐ_S、目標到達位置Ｐ_Eを含む）において、運動エネルギーＥｋと位置エネルギーＥｐの合計値である合計エネルギーＥを計算する（Ｅ＝Ｅｋ＋Ｅｐ）。そして、ＥＣＵ１０は、目標経路ＲＴに沿って、現在位置Ｐ_Sから目標到達位置Ｐ_Eまで、合計エネルギーＥの変動成分（Ｅ－Ｅ₀）の累積値を経路コスト（目標経路コスト）ＥＴとして算出する。すなわち、本実施形態では、経路コストＥＴは、目標経路ＲＴ上のすべてのサンプリング点ＳＰにおける合計エネルギーＥと基準エネルギーＥ₀との差分（絶対値）の合計値である（ＥＴ＝Σ（｜Ｅ－Ｅ₀｜））。

なお、目標経路は、外部信号による要求に基づいて設定される理想的な経路である。すなわち、目標経路は、同じ目標到達位置に到達する多数の経路のうち、最適な運動特性を有する経路として設定される。したがって、目標経路は、必ずしも目標経路コストＥＴがゼロ又は最小値となる経路ではない。

次に、ＥＣＵ１０は、経路候補演算処理を実行する（ステップＳ１４）。この経路候補演算処理において、ＥＣＵ１０は、まず複数の経路候補ＲＣｍ（ｍ＝1，２，３・・・）を計算する経路候補計算処理を実行する（ステップＳ１４ａ）。この処理は、従前のステートラティス法を用いた経路候補の計算と同様である。

経路候補の計算の概略を説明する。ＥＣＵ１０は、車両１の現在位置Ｐ_S（始点）からグリッド領域４０内の各グリッド点Ｇｎ（終点）までの経路候補を作成する。また、ＥＣＵ１０は、終点における速度情報を設定する。グリッド領域４０において、車両１から最も遠い端部に位置する複数のグリッド点Ｇｎに対しては、例えば、現在速度又は指定速度で走行するように速度情報が設定され、最遠端部以外の複数のグリッド点Ｇｎに対しては、速度ゼロの速度情報が設定される。

始点と終点は、１又は複数のグリッド点Ｇｎを介して、又はグリッド点Ｇｎを介さないで、連結される。ＥＣＵ１０は、各経路候補について、目標経路と同様に、グリッド点間を経路曲線パターンでフィッティングすることにより位置情報を計算し、速度変化パターンに適合するように速度変化プロファイルを計算する。さらに、ＥＣＵ１０は、各経路候補について、目標経路と同様に、サンプリング点ＳＰを設定し、各サンプリング点ＳＰでの速度情報を計算する。図３には、多数の経路候補のうち、２つの経路候補ＲＣ₁，ＲＣ₂のみが示されている。

図３において、経路候補ＲＣ₁，ＲＣ₂は、始点Ｐｓ（現在位置）から、目標経路ＲＴと同じ目標到達位置Ｐ_E（グリッド点Ｇ_T）までの経路である。なお、経路候補ＲＣｍは、障害物を考慮して計算されてもよい。このため、経路候補ＲＣｍは、経路候補ＲＣ₁，ＲＣ₂のような障害物（車両３）を回避して目標到達位置Ｐ_Eに到達する経路に限らず、障害物との衝突を回避するために障害物付近で停止する経路や、障害物と衝突して停止するような経路も含まれ得る。

また、経路候補演算処理において、ＥＣＵ１０は、得られた経路候補ＲＣｍの経路コストを計算する候補経路コスト計算処理を実行する（ステップＳ１４ｂ）。本実施形態では、各経路候補ＲＣｍの経路コストを、目標経路ＲＴの経路コストと同様に、運動エネルギーＥｋ，位置エネルギーＥｐに基づいて計算する。

なお、各経路候補ＲＣｍの経路コストの計算において、車両１と障害物との衝突による衝突エネルギーＥｃを考慮してもよい。この場合、衝突エネルギーＥｃは、衝突時の運動エネルギーＥｋの所定の割合Ｚ（０＜Ｚ＜１）の値に設定することができる（Ｅｃ＝Ｅｋ×Ｚ）。例えば、Ｚを「０．９５」としてよい（Ｚ＝０．９５）。衝突エネルギーＥｃは、車両１が衝突により失うエネルギーである。

したがって、ＥＣＵ１０は、各サンプリング点ＳＰについて、車両１の運動エネルギーＥｋ，位置エネルギーＥｐを計算し、さらにこれらの合計値である合計エネルギーＥを計算する（Ｅ＝Ｅｋ＋Ｅｐ）。また、衝突を考慮する場合は、衝突エネルギーＥｃが差し引かれる（Ｅ＝Ｅｋ＋Ｅｐ－Ｅｃ）。そして、ＥＣＵ１０は、各経路候補ＲＣｍに沿って、現在位置Ｐ_Sから目標到達位置Ｐ_Eまで、合計エネルギーＥの変動成分（Ｅ－Ｅ₀）の累積値を経路コスト（候補経路コスト）ＥＰｍとして算出する（ＥＰｍ＝Σ（｜Ｅ－Ｅ₀｜））。

次に、ＥＣＵ１０は、経路選択処理を実行する（ステップＳ１５）。この経路選択処理において、ＥＣＵ１０は、すべての経路候補ＲＣｍのうち、候補経路コストＥＰｍと目標経路コストＥＴとの差が最も小さい経路候補ＲＣｍを選択経路として選択する。

なお、最小の候補経路コストを有する経路候補が、必ずしも最良の運動特性を有する経路ではない。したがって、本実施形態では、経路選択処理において、最小の候補経路コストを有する経路候補が選択されるのではなく、目標経路コストに最も近い候補経路コストを有する経路候補が選択される。しかしながら、本実施形態の改変例として、経路選択処理において、最小の候補経路コストを有する経路候補を選択するように構成してもよい。

次に、ＥＣＵ１０は、車両１が選択経路上を走行するように運転制御処理を実行し（ステップＳ１６）、処理を終了する。ＥＣＵ１０は、運転制御処理において、装置３１，３２，３３に対してそれぞれ要求信号を出力する。

次に、図５及び図６を参照して、本実施形態の運転支援制御処理の動作の概略について説明する。図５は走行経路の説明図、図６は経路コストの説明図である。

図５Ａは、走行路５上を走行中の車両１に対して、待避所６内へ緊急停止の要求（外部信号）をＥＣＵ１０が受けた場合の経路を示している。この例では、目標到達位置Ｐ_E0が待避所６内に設定され、目標到達位置Ｐ_E0での目標速度がゼロに設定され、目標経路ＲＴが計算される。現在位置Ｐ_Sと目標到達位置Ｐ_E0の直線距離はＬ₀である。そして、この例では、障害物（例えば、車両３）が存在しないので、目標経路ＲＴと同一の経路候補ＲＣ_Aが選択経路として選択される。

また、図６Ａは、図５Ａの例における合計エネルギーＥの変化を示す。この例では、車両１が候補経路ＲＣ_A（＝ＲＴ）を走行したとき、合計エネルギーＥは、ほぼ一定に維持される。このため、候補経路ＲＣ_Aの候補経路コストＥＰ_A（＝目標経路コストＥＴ）は、ほぼゼロである（ＥＰ_A＝ＥＴ≒０）。すなわち、図５Ａの例では、車両１の速度低下による運動エネルギーＥｋの減少分が、位置エネルギーＥｐに変換されている。

これに対して、図５Ｂ～図５Ｄは、車両１の前方に障害物（停車中の車両３）が存在する状況で、待避所６内への緊急停止の要求があった場合の候補経路ＲＣ_B～ＲＣ_Eを示している。図５Ｂでは、候補経路ＲＣ_Bは、車両１が比較的速度を低下させることなく車両３の側方を通過して、待避所６内の目標到達位置Ｐ_E0に到達するように設定されている。図６Ｂは、図５Ｂの例における合計エネルギーＥの変化を示す。この例では、障害物を回避するために、目標経路ＲＴに比べて余分な加減速動作が行われることにより、速度変動が大きくなるため、候補経路ＲＣ_B上の各位置において、運動エネルギーＥｋの減少分が位置エネルギーＥｐに等しく置換されない。このため、候補経路ＲＣ_Bの候補経路コストＥＰ_B（図６Ｂの斜線部を参照）は、ある大きさを有する（ＥＰ_B＞ＥＴ）。なお、図６では、理解の容易のため、横軸を目標到達位置Ｐ_E0からの距離としている。このため、図６の斜線部の面積は、経路コストの指標となるが、正確に経路コストを示すものではない。

また、図５Ｃでは、候補経路ＲＣ_Cは、車両１が車両３を大きく迂回して、待避所６内の目標到達位置Ｐ_E0に到達するように設定されている。図６Ｃは、図５Ｃの例における合計エネルギーＥの変化を示す。この例では、図５Ｂの例よりも大きな加減速動作が行われることにより、速度変動がより大きくなる。また、車両１が実質的に等エネルギー線に沿って移動する距離が長くなるので、運動エネルギーが位置エネルギーにほとんど変換されない距離が増加する。このため、候補経路ＲＣ_Cの候補経路コストＥＰ_C（図６Ｃの斜線部を参照）は、ＥＰ_Bよりも大きな値を有する（ＥＰ_C＞ＥＰ_B＞ＥＴ）。

また、図５Ｄでは、候補経路ＲＣ_Dは、車両１が本来の目標到達位置Ｐ_E0に到達することなく、車両３の後方位置（変更後の目標到達位置Ｐ_E1）に急停止するように設定されている。図６Ｄは、図５Ｄの例における合計エネルギーＥの変化を示す。この例では、急減速動作が行われることにより、急速に運動エネルギーＥｋが失われるが、車両１は本来の目標到達位置Ｐ_E0に到達しないので、位置エネルギーＥｐはほとんど増加しない。このため、候補経路ＲＣ_Dの候補経路コストＥＰ_D（図６Ｄの斜線部を参照）は、ＥＰ_Cよりも更に大きな値を有する（ＥＰ_D＞ＥＰ_C＞ＥＰ_B＞ＥＴ）。

また、図５Ｅでは、候補経路ＲＣ_Eは、車両１が一定速度で車両３に衝突し、本来の目標到達位置Ｐ_E0に到達する前に、車両３の前方位置（変更後の目標到達位置Ｐ_E2）に停止するように設定されている。図６Ｅは、図５Ｅの例における合計エネルギーＥの変化を示す。この例では、衝突までは速度が一定に維持されるため、合計エネルギーＥは増加する。しかしながら、衝突により運動エネルギーＥｋが瞬間的に失われる（さらに、衝突エネルギーＥｃが失われる）。さらに、車両１は本来の目標到達位置Ｐ_E0に到達しないので、位置エネルギーＥｐはほとんど増加しない。このため、候補経路ＲＣ_Eの候補経路コストＥＰ_E（図６Ｅの斜線部を参照）は、ＥＰ_Cよりも更に大きな値を有する（ＥＰ_E＞ＥＰ_C＞ＥＰ_B＞ＥＴ）。

なお、図５Ｄ及び図５Ｅのように、車両１が本来の目標到達位置Ｐ_E0に到達しない候補経路においては、候補経路コストを所定値ＥＰ_ADDだけ加算した値としてもよい。例えば、車両１が変更後の目標到達位置（Ｐ_E1，Ｐ_E2）から本来の目標到達位置Ｐ_E0まで移動したと仮定して、位置エネルギーＥｐと基準エネルギーＥ₀との差分の累積値を所定値ＥＰ_ADDとしてもよい。

したがって、経路候補演算処理（Ｓ１４）において、図５Ｂ～図５Ｅの候補経路ＲＣ_B～ＲＣ_Eのみが計算された場合には、経路選択処理（Ｓ１５）において、目標経路コストＥＴと最も差が小さい経路コストＥＰ_Bを有する候補経路ＲＣ_B（図５Ｂ）が選択経路として選択されることになる。

次に、本実施形態の車両運転支援装置の作用について説明する。
本実施形態において、車両１の走行経路を設定する車両運転支援装置１００は、所定の目標到達位置Ｐ_Eへの複数の経路候補ＲＣｍから１つの経路候補を選択経路として選択するコントローラ（ＥＣＵ１０）を備える。コントローラは、車両１の位置及び速度を含む複数の経路候補ＲＣｍを計算する経路候補計算処理（Ｓ１４ａ）と、複数の経路候補Ｒｃｍの各候補経路コストＥＰｍを計算する経路コスト計算処理（Ｓ１４ｂ）と、候補経路コストＥＰｍに基づいて、複数の経路候補ＲＣｍから１つの経路候補を選択経路として選択する経路選択処理（Ｓ１５）と、を実行する。コントローラは、経路コスト計算処理（Ｓ１４ｂ）において、目標到達位置Ｐ_Eを中心として、目標到達位置Ｐ_Eからの距離ｒが大きくなるほど、エネルギー値が小さくなる位置エネルギーＥｐの分布５０を設定し、各経路候補ＲＣｍに沿って車両１の運動エネルギーＥｋと位置エネルギーＥｐの合計値Ｅを計算し、各経路候補ＲＣｍに沿った合計値Ｅの変動成分の累積値を候補経路コストＥＰｍとして計算するように構成されている。

このように本実施形態では、コントローラ（ＥＣＵ１０）は、複数の経路候補ＲＣｍ上における車両１の運動エネルギーＥｋと位置エネルギーＥｐの和（合計エネルギーＥ）を計算し、この合計エネルギーＥの変動成分の累積値を各候補経路コストＥＰｍとして算出する。このため、本実施形態では、経路コストをエネルギーという１つのファクタに統一することができる。また、本実施形態では、運動エネルギーの減少分が位置エネルギーに効率的に変換されると、経路コストの増大が抑制される。このため、本実施形態では、障害物を大きく迂回することにより目標到達位置Ｐ_Eへの移動距離が長くなるような緩慢な候補経路の選択を回避することができる。

また、本実施形態の車両運転支援装置１００は、走行路５上に存在する障害物（例えば、車両４）を検出する障害物検出センサ（車載カメラ２１，レーダ２２）を更に備え、コントローラ（ＥＣＵ１０）は、経路コスト計算処理（Ｓ１４ｂ）において、各経路候補ＲＣｍについて、車両１が障害物と衝突することになる場合には、所定の衝突エネルギーＥｃを合計値Ｅから差し引く。このように本実施形態では、衝突事象もエネルギーというファクタに組み込むことにより、統一的に経路コストを計算することができる。

また、本実施形態において、コントローラ（ＥＣＵ１０）は、選択経路上を走行するように、車両１の速度制御及び／又は操舵制御を含む運転制御処理（Ｓ１６）を更に実行する。具体的には、ＥＣＵ１０は、エンジン制御装置３１，ブレーキ制御装置３２を介して車両１のエンジン，ブレーキ装置へ要求信号を出力して速度制御を実行すると共に、ステアリング制御装置３３を介してステアリング装置へ要求信号を出力して操舵制御を実行する。

また、本実施形態において、コントローラ（ＥＣＵ１０）は、経路選択処理（Ｓ１５）において、最も小さい候補経路コストＥＰｍを有する経路候補ＲＣｍを選択経路として選択する。

また、本実施形態において、コントローラ（ＥＣＵ１０）は、障害物（車両３）を考慮することなく、車両１の現在位置Ｐ_Sから目標到達位置Ｐ_Eまでの車両１の位置及び速度を含む目標経路ＲＴを計算し、目標経路ＲＴについて、目標経路ＲＴに沿って車両１の運動エネルギーＥｋと位置エネルギーＥｐの合計値Ｅを計算し、目標経路ＲＴに沿った合計値ＥＴの変動成分の累積値を目標経路コストＥＴとして計算するように構成されており、コントローラは、経路選択処理（Ｓ１５）において、複数の経路候補ＲＣｍのうち、目標経路コストＥＴとの差が最も小さい候補経路コストＥＰｍを有する経路候補ＲＣｍを選択経路として選択するように構成されている。

このように、本実施形態では、障害物とは無関係に車両１が走行すべき目標経路が計算され、この目標経路の経路コスト（目標経路コストＥＴ）に最も近い経路コストを有する経路候補が選択される。これにより、本実施形態では、経路コストは低いが緩慢な運動特性を有するような経路候補が選択されることを回避し、適切な車両挙動の走行経路を選択することができる。

１ 車両
３ 車両（障害物）
５ 走行路
１０ ＥＣＵ（コントローラ）
１１ プロセッサ
１２ メモリ
２１ 車載カメラ
２２ レーダ
４０ グリッド領域
５０ 位置エネルギーの分布
１００ 車両運転支援装置
ＥＰ 候補経路コスト
ＥＴ 目標経路コスト
Ｅｋ 運動エネルギー
Ｅｐ 位置エネルギー
Ｅｃ 衝突エネルギー
ＲＣ 経路候補
ＲＴ 目標経路

Claims (6)

1. 車両の走行経路を設定する車両運転支援装置であって、
   所定の目標到達位置に停止するための複数の経路候補から１つの経路候補を選択経路として選択するコントローラを備え、前記コントローラは、
   前記車両の位置及び速度を含む前記複数の経路候補を計算する経路候補計算処理と、
   前記複数の経路候補の各経路コストを計算する経路コスト計算処理と、
   前記経路コストに基づいて、前記複数の経路候補から１つの経路候補を前記選択経路として選択する経路選択処理と、を実行し、
   前記コントローラは、前記経路コスト計算処理において、
   前記車両の現在位置における運動エネルギーを基準エネルギーに設定し、
   前記目標到達位置を中心として、前記目標到達位置からの距離が大きくなるほど、エネルギー値が小さくなり、前記車両の現在位置においてゼロになるように距離エネルギーの分布を設定し、
   各経路候補に沿って前記車両の運動エネルギーと距離エネルギーの合計値を計算し、各経路候補に沿った前記合計値の前記基準エネルギーに対する変動成分の累積値を前記経路コストとして計算するように構成されている、車両運転支援装置。
2. 走行路上に存在する障害物を検出する障害物検出センサを更に備え、
   前記コントローラは、前記経路コスト計算処理において、各経路候補について、前記車両が前記障害物と衝突することになる場合には、所定の衝突エネルギーを前記合計値から差し引く、請求項１に記載の車両運転支援装置。
3. 前記コントローラは、前記選択経路上を走行するように、前記車両の速度制御及び／又は操舵制御を含む運転制御処理を更に実行する、請求項１に記載の車両運転支援装置。
4. 前記コントローラは、前記経路選択処理において、最も小さい前記経路コストを有する経路候補を前記選択経路として選択する、請求項１に記載の車両運転支援装置。
5. 前記コントローラは、
   障害物を考慮することなく、前記車両の現在位置から前記目標到達位置に停止するための前記車両の位置及び速度を含む目標経路を計算し、
   前記目標経路について、前記目標経路に沿って前記車両の運動エネルギーと距離エネルギーの合計値を計算し、前記目標経路に沿った前記合計値の前記基準エネルギーに対する変動成分の累積値を目標経路コストとして計算するように構成されており、
   前記コントローラは、前記経路選択処理において、
   前記複数の経路候補のうち、前記目標経路コストとの差が最も小さい前記経路コストを有する経路候補を前記選択経路として選択するように構成されている、請求項１に記載の車両運転支援装置。
6. 前記距離エネルギーは、前記目標到達位置において、前記基準エネルギーと一致するように設定される、請求項１に記載の車両運転支援装置。

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