JP2020006866A - 車両制御装置、車両制御方法及び車両制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】追従操舵制御における操舵に関する指令の変動を抑制する。【解決手段】本発明の車両制御装置は、車両の前方を走行する先行車両が走行した道路曲率に関する情報と、前記車両と前記先行車両との相対位置に関する情報と、に基づいて、前記先行車両に対して前記車両を１次の軌跡を用いて追従させる１次追従制御と、前記先行車両に対して前記車両を２次の軌跡を用いて追従させる２次追従制御と、の配分を求め、求められた前記１次追従制御と前記２次追従制御を達成するための前記車両の操舵に関する指令を前記車両の操舵に関する操舵アクチュエータ部に出力する。【選択図】図２

Description

本発明は、車両制御装置、車両制御方法及び車両制御システムに関する。

特許文献１には、自車両前方の追従対象の自車両に対する相対位置を対象位置として算出し、算出した対象位置を時間軸上で複数回取得してバッファメモリに記憶するとともに、バッファメモリに記憶した複数の対象位置に基づき推定した追従対象の移動軌跡に基づいて操舵についての制御目標値を算出する操舵支援制御装置において、現在の自車両位置よりも後方に位置していた追従対象について算出した対象位置がバッファメモリに記憶されている状態で移動軌跡を推定するように、自車両と追従対象との離間距離と自車速とに基づいて対象位置の取得周期を調整することが開示されている。

特開２０１７−０６５４７３号公報

ところで、先行車両に自車両を追従させるように操舵に関する目標値を算出する追従操舵制御において、自車両に搭載したカメラで前方の先行車両を撮影する場合、自車両と先行車両との車間距離が短いと、先行車両の全体をカメラで撮影することができなくなることで、先行車両の横位置の検出値に誤差が生じ、係る誤差によって指令舵角の変動が発生し易くなる。
一方、自車両と先行車両との車間距離が長い場合は、移動軌跡の算出に用いるヨーレート検出値の誤差が累積して移動軌跡の算出が不正確になり、指令舵角の変動要因になる場合があった。

本発明は、従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、追従操舵制御における操舵に関する指令の変動を抑制できる、車両制御装置、車両制御方法及び車両制御システムを提供することにある。

本発明によれば、その１つの態様において、車両の前方を走行する先行車両が走行した道路曲率に関する情報と、前記車両と前記先行車両との相対位置に関する情報と、に基づいて、前記先行車両に対して前記車両を１次の軌跡を用いて追従させる１次追従制御と、前記先行車両に対して前記車両を２次の軌跡を用いて追従させる２次追従制御と、の配分を求め、求められた前記１次追従制御と前記２次追従制御を達成するための前記車両の操舵に関する指令を前記車両の操舵に関する操舵アクチュエータ部に出力する。

本発明によれば、追従操舵制御における操舵に関する指令の変動を抑制して、追従操舵制御の性能を向上させることができる。

車両制御システムを示すブロック図である。 追従操舵制御の手順を示すフローチャートである。 自車両の回転並進変化量を説明するための線図である。 軌跡追従方式及びヨー角追従方式の評価パターンを示す図である。 追従操舵制御の手順を示すフローチャートである。 ヨー角追従方式の評価点の補正値と遠心加速度との相関を示す線図である。 ヨー角追従方式の評価点の補正値と車速との相関を示す線図である。

以下、本発明に係る車両制御装置、車両制御方法及び車両制御システムの実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る車両制御システムの一態様を示す構成ブロック図である。
図１の車両制御システム１０は、車両（自車両）１を前方の先行車両に追従させる追従操舵制御の機能を有した運転支援システムである。

車両制御システム１０は、運転支援制御装置２０、走行制御装置３０、操舵制御装置４０、外界認識装置５０を備える。
運転支援制御装置２０、走行制御装置３０、及び操舵制御装置４０は、ＭＰＵ（Microprocessor Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などを有するマイクロコンピュータを備えた電子制御装置であり、車両制御システム１０のコントローラを構成する。

外界認識装置５０は、カメラ、ミリ波レーダ、レーザレーダなどの外界検出デバイスを用いて車両１の外部環境を認識する外界認識部である。
外界認識装置５０は、例えば、ステレオカメラで撮像した対象物の左右一対の画像に対して画像マッチング処理を行うことで、左右一対の画像間における対応位置の画素ずれ量、つまり視差を算出し、各点が視差に応じた輝度等によって距離情報の分布を示す距離画像を生成する。

そして、外界認識装置５０は、距離画像上の各点を、車長方向すなわち距離方向をＸ軸、車幅方向すなわち左右方向をＹ軸、車高方向をＺ軸とする３次元実空間の座標に変換する。
これにより、外界認識装置５０は、車両１が走行する道路の区画線（車道中央線や車道外側線等）、障害物、車両１の前方を走行する先行車両などの撮像対象物と、車両１との相対位置関係を認識する。

ここで、外界認識装置５０は、先行車両と車両１との相対位置関係の認識処理において、距離画像のうちの先行車両の背面における特定の点を、車両１を原点としたＸＹ座標に変換し、変換したＸＹ座標値を車両１に対する先行車両の相対位置情報とする。
なお、外界認識装置５０は、先行車両の背面における特定の点を、例えば、先行車両の背面における車幅方向の中心位置とする。また、外界認識装置５０は、ＸＹ座標の原点を、例えば、車両１の中心点、すなわち、車両１の車幅方向における中心線と車両１の車長方向における中心線とが重なる点とする。
そして、外界認識装置５０は、先行車両などと車両１との相対位置関係に関する情報を運転支援制御装置２０に出力する。

また、車両１は、車両１の車速（走行速度）Ｖ（m/s）を検出する車速センサ６０、車両１のヨーレートγ（rad/s）を検出するヨーレートセンサ７０、自律的に操舵可能なステアリング装置である電動パワーステアリング装置９０の舵角θs（deg）を検出する舵角センサ８０を備える。
そして、運転支援制御装置２０は、外界認識装置５０が取得した相対位置関係に関する情報とともに、車速センサ６０が検出した車速Ｖに関する情報、ヨーレートセンサ７０が検出したヨーレートγに関する情報、更に、舵角センサ８０が検出した舵角θsに関する情報を入力する。

運転支援制御装置２０は、相対位置検出部２１、移動軌跡算出部２２、曲率算出部２３、ヨー角算出部２４、横位置算出部２５などの機能をソフトウェアとして備える。そして、運転支援制御装置２０は、目標操舵角の設定に関連した制御パラメータを算出し、係る制御パラメータに対応する指示信号、つまり、操舵に関する指令を走行制御装置３０に出力する。
走行制御装置３０は、運転支援制御装置２０と相互通信可能であり、運転支援制御装置２０からの制御パラメータに対応する指示信号を受信する。そして、走行制御装置３０は、制御パラメータに対応する指示信号に基づき目標操舵角を求め、目標操舵角に関する指令を操舵に関する指令として操舵制御装置４０に出力する。

操舵制御装置４０は、入力した目標操舵角に関する指令に基づいて電動パワーステアリング装置９０、つまり、操舵アクチュエータとしての電動モータを制御する。
ここで、運転支援制御装置２０は、２つの異なる制御方式によって車両１を前方の先行車両に追従させる追従操舵制御を実施する機能を有する。そして、運転支援制御装置２０は、２つの制御方式を切り換えるか又は配分して、目標操舵角の設定に関連した制御パラメータを求め、求めた制御パラメータに関する情報を走行制御装置３０に出力する。

上記２つの異なる制御方式のうちの一方は、先行車両の移動軌跡を２次関数で近似し、近似式の係数である曲率成分、ヨー角成分、及び横位置を制御パラメータ（第１制御パラメータ）として求める方式、つまり、先行車両に対して車両１を２次の軌跡を用いて追従させる２次追従制御を行う軌跡追従方式である。
また、上記２つの異なる制御方式のうちの他方は、車両１から先行車両までの移動軌跡を１次関数で近似し、近似式の係数であるヨー角成分を制御パラメータ（第２制御パラメータ）として求める方式、つまり、先行車両に対して車両１を１次の軌跡を用いて追従させる１次追従制御を行うヨー角追従方式（最短追従制御方式）である。

先行車両の移動軌跡を２次関数で近似する場合、２次関数における２次の係数は移動軌跡の曲率成分を、１次の係数は移動軌跡のヨー角成分（自車両に対する移動軌跡の傾き成分）を、０次の係数は車両１に対する移動軌跡の横位置成分を表す。
そして、軌跡追従方式では、これら０次から２次の各係数を走行制御装置３０に出力し、走行制御装置３０は、２次関数で表される目標軌跡に沿って車両１を走行させるように目標操舵角を求める。つまり、軌跡追従方式は、先行車両に対して車両１を２次の軌跡を用いて追従させる方式である。
一方、ヨー角追従方式では、ヨー角を１次の係数とする１次関数で表される目標軌跡に沿って車両１を走行させるように目標操舵角を求める方式であって、先行車両に対して車両１を１次の軌跡を用いて追従させる方式である。

図２のフローチャートは、運転支援制御装置２０による追従操舵制御（軌跡追従方式、ヨー角追従方式の切り換え制御）の一態様を示す。
なお、図２のフローチャートに示すルーチンは、一定時間（例えば50ms）毎の割り込み処理で実行される。

運転支援制御装置２０は、ステップＳ１０１（図中において「Ｓ１０１」と略記する。以下同様である。）で、演算周期Ｔｓ（s）当たりの車両１の挙動変化を算出する。
具体的には、運転支援制御装置２０は、車速センサ６０が検出した車速Ｖと、ヨーレートセンサ７０が検出したヨーレートγと、を読み込んで、車両１の回転並進変化量を算出する。
なお、運転支援制御装置２０は、ヨーレートγに関する情報をヨーレートセンサ７０から取得する代わりに、舵角θの検出値、車速Ｖの検出値、更に、車両１のホイールベースやスタビリティファクターを用いて算出することができる。

図３は、演算周期Ｔｓ（s）当たり、つまり、１演算周期前から現在までの車両１の回転並進変化量を示している。
図３に示すように、車両１の回転変化量をΔθ（rad）、車両１の車長方向の並進変化量をΔＸ（m）、車両１の車幅方向の並進変化量をΔＹ（m）とすると、Δθ、ΔＸ及びΔＹは、以下の数式１で表すことができる。

ステップＳ１０２（相対位置検出部２１）で、運転支援制御装置２０は、外界認識装置５０からの相対位置関係の情報に基づいて、現在の車両１に対する先行車両の相対位置を検出する。
なお、現在の車両１に対する先行車両の相対位置は、図３に示すように、前後位置をＸnow、横位置をＹnowとして、現在の車両１の位置を原点とするＸＹ座標で表すものとする。
運転支援制御装置２０は、ステップＳ１０２で検出した車両１に対する先行車両の相対位置を、ＲＡＭ等の内蔵メモリに順次記憶する。これにより、相対位置の検出結果は登録相対位置となる。

ステップＳ１０３で、運転支援制御装置２０は、先行車両の移動軌跡を推定するために、メモリに記憶した時系列の相対位置データである相対位置履歴の全ての登録相対位置を、ステップＳ１０１で算出した回転並進変化量に応じて、現在の車両１の位置を原点とするＸＹ座標に変換して書き換える。
相対位置履歴中の登録相対位置における前後位置及び横位置をそれぞれＸ，Ｙとすると、座標変換後の登録相対位置Ｘ′，Ｙ′は以下の数式２で示される。

ここで、Ｘ［ｎ］及びＹ［ｎ］は、ｎ回だけ過去に記憶された先行車両の前後位置及び左右位置を表す。
例えば、図３において、相対位置履歴のうち最も新しい登録相対位置Ｘ［0］，Ｙ［0］は、現在から演算周期Ｔｓ前の車両１の位置を原点とするＸＹ座標で表されている。このため、相対位置履歴のうち最も新しい登録相対位置Ｘ［0］，Ｙ［0］は、数式２にしたがって、現在の車両１の位置を原点とするＸＹ座標上の位置に変換される。

ステップＳ１０４で、運転支援制御装置２０は、ステップＳ１０２で検出した相対位置（Ｘnow，Ｙnow）と、ステップＳ１０３で登録相対位置を座標変換した後の相対位置履歴中で最も新しい登録相対位置（Ｘ［0］，Ｙ［0］）との距離Ｄ（＞０）が閾値Ｄth（＞０）に対して以下の数式３を満たしているか否かを判定する。

ステップＳ１０４における距離Ｄと閾値Ｄthとの比較は、メモリ容量を有効利用するための処理である。
すなわち、車両１に対する先行車両の相対位置が殆ど変化していない場合に、今回新たに検出した相対位置（Ｘnow，Ｙnow）を相対位置履歴に追加しても、先行車両の移動軌跡を近似する２次関数は殆ど変化しない。

このため、距離Ｄが閾値Ｄth以下である場合、今回新たに検出した相対位置（Ｘnow，Ｙnow）をメモリに記憶させることは、メモリ容量を無駄に消費することになる。
そこで、運転支援制御装置２０は、距離Ｄと閾値Ｄthとの比較結果に基づいて、今回新たに検出した相対位置（Ｘnow，Ｙnow）のデータをメモリに記憶するか破棄するかを切り換える。ここで、先行車両の位置を記憶する間隔に相当する閾値Ｄthは、登録相対位置を記憶させるメモリの容量やプロセッサの処理能力などに応じた値である。

距離Ｄが閾値Ｄthより大きい場合（Ｄ＞Ｄth）、運転支援制御装置２０は、ステップＳ１０４からステップＳ１０５に進んで、今回新たに検出した相対位置（Ｘnow，Ｙnow）のデータを相対位置履歴に追加して記憶する処理を実施する。
一方、距離Ｄが閾値Ｄth以下である場合（Ｄ≦Ｄth）、運転支援制御装置２０は、ステップＳ１０４からステップＳ１０５を迂回してステップＳ１０６に進み、今回新たに検出した相対位置（Ｘnow，Ｙnow）のデータを相対位置履歴に追加する処理を実施しない。つまり、距離Ｄが閾値Ｄth以下である場合、運転支援制御装置２０は、今回新たに検出した相対位置（Ｘnow，Ｙnow）のデータを保存せずに破棄する。

運転支援制御装置２０は、ステップＳ１０５において、ステップＳ１０２で検出した相対位置（Ｘnow，Ｙnow）のデータをＲＡＭ等のメモリに記憶して、相対位置履歴に新たな登録相対位置として追加する。
具体的には、運転支援制御装置２０は、相対位置履歴のうち最も新しい登録相対位置（Ｘ［0］，Ｙ［0］）を以下の数式４にしたがって書き換え、今回ステップＳ１０２で新たに検出した相対位置（Ｘnow，Ｙnow）を最も新しい登録相対位置（Ｘ［0］，Ｙ［0］）とする。

そして、運転支援制御装置２０は、相対位置履歴の残りの登録相対位置（Ｘ［Ｉ］，Ｙ［Ｉ］：Ｉ＞０）を以下の数式５にしたがって書き換えることで、それまでの登録相対位置（Ｘ［Ｉ］，Ｙ［Ｉ］）をそれぞれ１回だけより過去のデータとして更新記憶させる。
なお、数式５の左辺は書き換え後の登録相対位置を示し、数式５の右辺は書き換え前の登録相対位置を示す。

ここで、運転支援制御装置２０のメモリは、登録相対位置（Ｘ［Ｉ］，Ｙ［Ｉ］）のＩが最大値Ｉmax（正の整数）となるまで数の登録相対位置を記憶する容量を有しているものとする。
したがって、書き換え前の相対位置履歴のうち最も古い登録相対位置（Ｘold，Ｙold）が（Ｘ［Ｉmax］，Ｙ［Ｉmax］）であるとき、書き換え前の登録相対位置（Ｘold，Ｙold）のデータは破棄される。
なお、運転支援制御装置２０は、例えば車両１の前方における追従対象となる先行車両を外界認識装置５０が認識できない場合など、追従操舵制御を実施できない条件になった場合、メモリに記憶した登録相対位置のデータを全て消去する。

運転支援制御装置２０は、ステップＳ１０６（移動軌跡算出部２２）において、複数の登録相対位置（Ｘ［Ｉ］，Ｙ［Ｉ］）のデータを用いた最小二乗法によって、先行車両の移動軌跡を近似する２次関数Ｙ＝f（Ｘ）を算出する。
ここで、２次関数Ｙ＝f（Ｘ）は、２次の係数Ａ、１次の係数Ｂ、０次の係数Ｃによって以下の数式６で表される。

そして、運転支援制御装置２０は、先行車両の移動軌跡を近似する２次関数Ｙ＝f（Ｘ）から、現在の車両１の前後位置すなわちＸ＝０における先行車両の移動軌跡の曲率（１／Ｒ）を曲率成分の制御パラメータ（２次の係数）として算出する（曲率算出部２３）。
Ｘ＝０における移動軌跡の曲率（１／Ｒ）は、以下の数式７のように、２次関数Ｙ＝f（Ｘ）をＸに関して２階微分及び１階微分した導関数を用いて得られる。

数式７において、１次の係数Ｂは０に近い値であるため、曲率（１／Ｒ）は、１／Ｒ＝２×Ａなる式から算出することができ、運転支援制御装置２０は、曲率成分の制御パラメータとして、２次の係数Ａを特定してメモリに記憶する。
また、運転支援制御装置２０は、先行車両の移動軌跡を近似する２次関数Ｙ＝f（Ｘ）から、現在の車両１の前後位置すなわちＸ＝０における移動軌跡のヨー角φをヨー角成分の制御パラメータ（１次の係数）として算出する（ヨー角算出部２４）。
Ｘ＝０における移動軌跡のヨー角φは、以下の数式８のように、２次関数Ｙ＝ｆ（Ｘ）をＸに関して１階微分した導関数から得られるので、運転支援制御装置２０は、ヨー角成分の制御パラメータとして１次の係数Ｂを特定してメモリに記憶する。

更に、運転支援制御装置２０は、先行車両の移動軌跡を近似する２次関数Ｙ＝f（Ｘ）から、現在の車両１の前後位置すなわちＸ＝０における移動軌跡の横位置Ｙ_X=0を横位置成分の制御パラメータ（０次の係数）として算出する（横位置算出部２５）。
Ｘ＝０における移動軌跡の横位置Ｙ_X=0は、以下の数式９のように、０次の係数Ｃとなるので、運転支援制御装置２０は、横位置成分の制御パラメータとして０次の係数Ｃを特定してメモリに記憶する。

先行車両の移動軌跡を近似する２次関数Ｙ＝f（Ｘ）から上記のようにして求めた、曲率成分、ヨー角成分及び横位置成分の３つの制御パラメータに基づいて、電動パワーステアリング装置９０の目標操舵角を設定するのが、軌跡追従方式である。
つまり、運転支援制御装置２０は、軌跡追従方式で追従操舵制御を行う場合、先行車両の移動軌跡を２次関数Ｙ＝f（Ｘ）で近似して、これを車両１の目標軌跡とし、この目標軌跡に沿って車両１が移動するように操舵角を制御する。

なお、運転支援制御装置２０は、先行車両の移動軌跡を近似する２次関数Ｙ＝f（Ｘ）を算出するときに用いる登録相対位置（Ｘ［Ｉ］，Ｙ［Ｉ］）の範囲を、２次の係数Ａを求めるときには最新値から最も短い範囲とし、０次の係数Ｃを求めるときには最新値から最も長い範囲とし、１次の係数Ｂを求めるときには２次の係数Ａを求めるとき以上でかつ０次の係数Ｃを求めるとき以下の範囲とすることができる。
これにより、範囲毎に算出した近似式の近似曲線には、先行車両の実際の移動軌跡における、横位置、ヨー角、曲率の情報を反映させやすくなり、移動軌跡の推定における精度及び応答性の両立性を向上させることができる。

運転支援制御装置２０は、ステップＳ１０７において、先行車両の前後位置Ｘnow及び横位置Ｙnowに基づいてヨー角に相当する係数（１次の係数）を求める。
ステップＳ１０７で求めるヨー角に相当する１次の係数は、ヨー角追従方式で用いる制御パラメータであり、ヨー角追従方式では、曲率成分及び横位置成分を使用しないので、以下の数式１０に示すように、曲率成分及び横位置成分をそれぞれ零とする。

現在の車両１に対する先行車両の相対位置である前後位置Ｘnow及び横位置Ｙnowに基づいて求めたヨー角成分のみを制御パラメータとし、電動パワーステアリング装置９０の目標操舵角を設定するのが、ヨー角追従方式である。
つまり、ヨー角追従方式では、１次の係数をヨー角φとする１次関数（Ｙ＝φＸ）で目標軌跡を特性し、この目標軌跡に沿って車両１が移動するように操舵角を制御する。

上記のようにして、運転支援制御装置２０は、軌跡追従方式における３つの制御パラメータである曲率成分、ヨー角成分、横位置成分を求め、更に、ヨー角追従方式における１つの制御パラメータであるヨー角成分を求める。
次いで、運転支援制御装置２０は、軌跡追従方式、ヨー角追従方式の切り換えを実施する。

運転支援制御装置２０は、ステップＳ１０８で、走路や先行車両の状況などの条件に基づいて、軌跡追従方式、ヨー角追従方式それぞれについて適正度合を評価する。
軌跡追従方式の場合、車間が遠いとヨーレートセンサの誤差が累積して指令舵角が変動し、車間が短いと先行車両の横位置を誤検出して指令舵角が変動する。一方、ヨー角追従方式の場合、先行車両に最短距離で追従するように制御するため、カーブでは車両１の走行ラインがショートカットする可能性がある。
そこで、運転支援制御装置２０は、各制御方式の短所を補うことができるように、そのときの条件でより適正である制御方式を選択し、選択した制御方式で求めた制御パラメータにしたがって舵角を制御する。

図４は、各制御方式の評価パターンの一態様を示す。
図４では、評価条件として、道路曲率、先行車両との距離（車間距離）、及び、車両１に対する先行車両の横ずれ量を用い、評価条件毎に各制御方式の適正度合を「高」「中」「低」の３段階に評価する。
なお、後述するように各制御方式の適正度合を比較して制御方式を切り換えるので、適正度合の「高」「中」「低」の３段階評価は、各制御方式の重み付けに相当し、適正度合が高いほど重み付けを大きくすることになる。

道路曲率の条件について、運転支援制御装置２０は、走行路を直線（曲率小）とカーブ（曲率大）とに大別する。
前述のように、ヨー角追従方式はカーブの曲率が大きいほど（急カーブであるときほど）、走行ラインがショートカット（内回り）する可能性が高くなり、カーブでヨー角追従方式を採用することは好ましくない。

そのため、運転支援制御装置２０は、カーブではヨー角追従方式の適正度合を、ショートカットの可能性に基づき「低」と評価する。
また、軌跡追従方式は直線路での制御応答が遅れることになるから、直線路では軌跡追従方式の適正度合が「中」と評価する。
更に、運転支援制御装置２０は、カーブでの軌跡追従方式の適正度合を、ショートカットを抑止できることから「高」と評価し、直線路でのヨー角追従方式の適正度合を、高い応答性に基づき「高」と評価する。

また、運転支援制御装置２０は、車間距離の条件を、近傍、中間、遠方に大別する。
軌跡追従方式の場合、車間距離が近傍であると、先行車両の全体をカメラで撮影することができなくなることで、先行車両の横位置の検出誤差が生じ、係る誤差によって指令舵角の変動が発生し易くなる。また、軌跡追従方式の場合、車間距離が遠方であると、移動軌跡の算出に用いるヨーレート検出値の誤差が累積して、指令舵角の変動要因になる。
そこで、運転支援制御装置２０は、車間距離が近傍であるとき及び遠方であるときの軌跡追従方式の適正度合を「低」と評価し、車間距離が中間であるときの軌跡追従方式の適正度合を「高」と評価する。

一方、ヨー角追従方式については、車間距離が近傍であって先行車両の横位置の検出誤差が生じても影響が比較的小さく、また、車間距離が遠方であるときのセンサ誤差の累積がない。
そこで、運転支援制御装置２０は、車間距離が近傍であるとき及び遠方であるときのヨー角追従方式の適正度合が「中」と評価し、車間距離が中間であるときのヨー角追従方式の適正度合を「高」と評価する。

更に、運転支援制御装置２０は、車両１に対する先行車両の横ずれ量の条件を、横ずれ量小と横ずれ量大とに大別する。
ヨー角追従方式は、先行車両の横ずれに対して応答が速いが、横ずれ量が大きいと走行ラインのショートカットが生じる可能性がある。これに対し、軌跡追従方式では、横ずれ量が大きい場合でもショートカットを抑止できるが、先行車両の横ずれに対して応答が遅いという特性がある。

そこで、運転支援制御装置２０は、ヨー角追従方式の適正度合を、横ずれ量が大きいときは「中」と評価し、横ずれ量が小さいときは「高」と評価する。
また、運転支援制御装置２０は、軌跡追従方式の適正度合を、横ずれ量が大きいときは「高」と評価し、横ずれ量が小さいときは「中」と評価する。

運転支援制御装置２０は、ステップＳ１０９で、軌跡追従方式とヨー角追従方式とのうち、道路曲率、先行車両との距離（車間距離）、及び、先行車両の横ずれ量の各項目で「高」の評価をより多く得た制御方式がどちらであったかを判断する。
なお、運転支援制御装置２０は、例えば、「高」の評価点を５点、「中」の評価点を３点、「低」の評価点を１点とし、各項目で得た評価点の合計値が高かった方の制御方式を、ステップＳ１０９で判断することができる。

そして、軌跡追従方式の「高」評価の数がヨー角追従方式の「高」評価の数よりも多かった場合（軌跡追従方式の評価点の合計がヨー角追従方式の評価点の合計よりも大きかった場合）、運転支援制御装置２０は、ステップＳ１１０に進む。
ステップＳ１１０で、運転支援制御装置２０は、追従操舵制御の方式として軌跡追従方式を選択し、軌跡追従方式で求めた曲率成分（２次の係数）、ヨー角成分（１次の係数）、横位置成分（０次の係数）を、後段の走行制御装置３０に出力する制御パラメータとする。

一方、ヨー角追従方式の「高」評価の数が軌跡追従方式の「高」評価の数よりも多かった場合（ヨー角追従方式の評価点の合計が軌跡追従方式の評価点の合計よりも大きかった場合）、運転支援制御装置２０は、ステップＳ１１１に進む。
ステップＳ１１１で、運転支援制御装置２０は、追従操舵制御の方式としてヨー追従方式を選択し、ヨー追従方式で求めたヨー角成分（１次の係数）を後段の走行制御装置３０に出力する制御パラメータとし、曲率成分（２次の係数）及び横位置成分（０次の係数）については零とする。

なお、「高」評価の数が同数である場合（或いは評価点の合計が同点である場合）、運転支援制御装置２０は、軌跡追従方式とヨー角追従方式とのうち標準制御方式として予め定めた制御方式（例えば軌跡追従方式）を選択することができる。
上記ステップＳ１１０、ステップＳ１１１での制御方式の選択は仮の選択であり、運転支援制御装置２０は、ステップＳ１１２以降で、遠心加速度及び車速の条件に基づき制御方式を最終的に決定する。

運転支援制御装置２０は、ステップＳ１１２で、軌跡追従方式によって追従操舵制御を行った場合に、所定以上の追従遅れが発生するか否かを判断する。
ここで、運転支援制御装置２０は、曲率半径ｒ及び車速Ｖから先行車両に追従させるときの遠心加速度を演算し、演算した遠心加速度が閾値ACth（ACth＞０）以上であるときに、所定以上の追従遅れが発生すると判断する。
つまり、運転支援制御装置２０は、以下の数式１１の条件を満たすときに、軌跡追従方式での追従操舵制御において所定以上の応答遅れが発生すると判断する。
なお、数式１１において、abs（α）は変数αの絶対値を返す関数であり、閾値ACthは例えば1.5m/s²程度の値である。

遠心加速度が閾値ACth以上であるとき、運転支援制御装置２０は、ステップＳ１１３に進み、後段の走行制御装置３０に出力する制御パラメータとして、ヨー角追従方式で得たヨー角成分（１次の係数）を選択する。
つまり、運転支援制御装置２０は、ステップＳ１１０において軌跡追従方式を選択した場合であっても、軌跡追従方式で所定以上の応答遅れが発生すると予測すると、軌跡追従方式よりも応答が速いヨー角追従方式に切り替える。

一方、遠心加速度が閾値ACth未満であるとき、運転支援制御装置２０は、ステップＳ１１３を迂回してステップＳ１１４に進む。
つまり、遠心加速度が閾値ACth未満である場合、軌跡追従方式であっても十分な応答速度で追従操舵制御を行える条件であるので、運転支援制御装置２０は、ステップＳ１１０又はステップＳ１１１における制御方式の選択を保持する。

運転支援制御装置２０は、ステップＳ１１４で、車速Ｖが閾値Ｖth以上であるか否かを判断する。
ここで、車速Ｖが閾値Ｖth以上である状態とは、追従操舵制御に高い応答性が要求される状態である。

そのため、運転支援制御装置２０は、車速Ｖが閾値Ｖth以上である場合、ステップＳ１１５に進み、後段の走行制御装置３０に出力する制御パラメータとして、ヨー角追従方式で得たヨー角成分（１次の係数）を選択する。
つまり、運転支援制御装置２０は、ステップＳ１１０において軌跡追従方式を選択した場合、遠心加速度が閾値ACth未満であっても車速Ｖが閾値Ｖth以上であれば、追従操舵制御の応答性の低下を抑止するためにヨー角追従方式に切り換える。

一方、車速Ｖが閾値Ｖth未満であるときは、軌跡追従方式であっても十分な応答性で追従操舵制御を行えるので、運転支援制御装置２０は、ステップＳ１１５を迂回することで、それまでの制御方式の選択を保持する。
したがって、運転支援制御装置２０は、ステップＳ１１０で軌跡追従方式を選択した場合は、遠心加速度が閾値ACth未満でかつ車速Ｖが閾値Ｖth未満であるときに、軌跡追従方式を最終的に追従操舵制御の制御方式として選択し、ステップＳ１１１でヨー角追従方式を選択した場合は、遠心加速度及び車速Ｖの条件に関わらずに、ヨー角追従方式を最終的に追従操舵制御の制御方式として選択することになる。

なお、運転支援制御装置２０は、まず、遠心加速度、車速Ｖの条件に基づきヨー角追従方式を選択すべきか否かを判断し、遠心加速度及び車速Ｖがともに閾値よりも小さいときに、図４の評価パターンに基づいて軌跡追従方式とヨー角追従方式とのいずれか一方を選択することができる。
また、運転支援制御装置２０は、遠心加速度及び車速Ｖの条件についても適正度合の設定（評価点の付与）を行い、曲率、車間距離、横ずれに基づく適正度合との総合評価で、軌跡追従方式とヨー角追従方式とのいずれか一方を選択することができる。

前述したように、軌跡追従方式は、車間距離が短いと先行車両の横位置の検出誤差が生じて指令舵角の変動が発生し、また、車間距離が長いと移動軌跡の算出に用いるヨーレート検出値の誤差が累積して指令舵角の変動要因になるという特性を有する、また、ヨー角追従方式は、応答性は軌跡追従方式より高いものの、走行ラインのショートカットが発生するという特性を有する。
そこで、運転支援制御装置２０は、曲率（直線／カーブ）、車間距離、先行車両の横ずれ、遠心加速度、車速の各条件に基づき、現状での走行条件において軌跡追従方式とヨー角追従方式とのいずれの適正がより高いかを判断し、より適正が高い方の制御方式を選択して追従操舵制御に適用する。
これにより、指令舵角の変動や走行ラインのショートカットを抑制しつつ、車両１（自車両）を先行車両に十分な応答で追従させることができ、追従操舵制御の性能を向上させることができる。

ところで、運転支援制御装置２０は、走行条件に応じて軌跡追従方式の重み及びヨー角追従方式の重みを変更する重み付けを行い、係る重み付けによる配分で軌跡追従方式とヨー角追従方式との双方を組み合わせて用いることができる。
図５のフローチャートは、重み付けによる配分で軌跡追従方式とヨー角追従方式との双方を組み合わせて用いる追従操舵制御の一態様を示す。

なお、図５のフローチャートにおけるステップＳ２０１−ステップＳ２０７での処理内容は、図２のフローチャートのステップＳ１０１−ステップＳ１０７と同様であるので、ステップＳ２０１−ステップＳ２０７についての詳細な説明は省略する。
運転支援制御装置２０は、ステップＳ２０８で、前述のステップＳ１０８と同様に、図４の評価パターンを参照して各制御方式の適正評価を行う。

ここで、運転支援制御装置２０は、適正度合の「高」「中」「低」の３段階評価において、各評価で制御方式毎に評価点を与える。
例えば、適正度合が「高」のときの評価点を５点とし、適正度合が「中」のときの評価点を３点とし、適正度合が「低」のときの評価点を１点とする。
そして、運転支援制御装置２０は、曲率、車間距離、先行車両の横ずれの各条件での評価点を制御方式別に集計し、軌跡追従方式についての集計結果をＣ１に代入し、ヨー角追従方式についての集計結果をＣ２に代入する。

つまり、集計値Ｃ１は、曲率の条件での軌跡追従方式に対する評価点と、車間距離の条件での軌跡追従方式に対する評価点と、先行車両の横ずれの条件での軌跡追従方式に対する評価点との合計で、集計値Ｃ２は、曲率の条件でのヨー角追従方式に対する評価点と、車間距離の条件でのヨー角追従方式に対する評価点と、先行車両の横ずれの条件でのヨー角追従方式に対する評価点との合計であり、評価点集計値Ｃ１、Ｃ２は、大きいほど適正度合がより高いことを示す。
次いで、運転支援制御装置２０は、ステップＳ２０９で、遠心加速度に応じてヨー角追従方式についての評価点集計値Ｃ２の補正値ΔＣ２ac（ΔＣ２ac≧０）を求め、ステップＳ２０８で求めた評価点集計値Ｃ２に補正値ΔＣ２acを加算した結果に、評価点集計値Ｃ２を更新する。

図６は、遠心加速度と補正値ΔＣ２acとの相関を示す。
補正値ΔＣ２acの最大値は、ステップＳ２０８での適正度合が「高」のときの評価点と同じ５点であり、遠心加速度が高くなるにしたがって最小値である０点から最大値である５点にまで徐々に増加する（０≦ΔＣ２ac≦５）。
これは、遠心加速度が大きくなるほど軌跡追従方式の応答が低下し、ヨー角追従方式の適正が相対的に増すためで、運転支援制御装置２０は、遠心加速度が大きいときに評価点集計値Ｃ２をより大きく補正することで、ヨー角追従方式の重みを大きくして応答遅れの発生を抑制する。

次いで、運転支援制御装置２０は、ステップＳ２１０で、車速Ｖに応じてヨー角追従方式についての評価点集計値Ｃ２の補正値ΔＣ２vs（ΔＣ２vs≧０）を求め、ステップＳ２０９での補正値ΔＣ２acによる補正後の評価点集計値Ｃ２に補正値ΔＣ２vsを加算した結果に、評価点集計値Ｃ２を更新する。
図７は、車速と補正値ΔＣ２vsとの相関を示す。

補正値ΔＣ２vsの最大値は、ステップＳ２０８での適正度合が「高」のときの評価点と同じ５点であり、車速Ｖが高くなるにしたがって最小値である０点から最大値である５点にまで徐々に増加する（０≦ΔＣ２vs≦５）
これは、車速Ｖが高くなるほど軌跡追従方式の応答が低下し、ヨー角追従方式の適正が相対的に増すためで、運転支援制御装置２０は、車速が高いときに評価点集計値Ｃ２をより大きく補正することで、ヨー角追従方式の重みを大きくして応答遅れの発生を抑制する。

運転支援制御装置２０は、ステップＳ２１１で、軌跡追従方式で求めた各係数（曲率成分、ヨー角成分、横位置成分）及びヨー角追従方式で求めた各係数（曲率成分、ヨー角成分、横位置成分）に対し、評価点集計値Ｃ１，Ｃ２による重み付けを行って、後段の走行制御装置３０に出力する各係数を決定する。
なお、ヨー角追従方式の場合、曲率成分（２次の係数）及び横位置成分（０次の係数）は零である。

運転支援制御装置２０は、以下の数式１２にしたがって、走行制御装置３０に制御パラメータとして出力する各係数（曲率成分、ヨー角成分、横位置成分）を算出する。
なお、数式１２では、軌跡追従方式で求めた曲率成分を［1/R］tr、ヨー角成分を［φ］tr、横位置成分を［Ｙ_x=0］trと表し、ヨー角追従方式で求めた曲率成分を［1/R］ya、ヨー角成分を［φ］ya、横位置成分を［Ｙ_x=0］yaと表す。

ここで、ヨー角追従方式での［1/R］ya及び［Ｙ_x=0］yaは零であるから、運転支援制御装置２０は、走行制御装置３０に制御パラメータとして出力する各係数を、以下の数１３にしたがって算出することになる。

つまり、走行制御装置３０に制御パラメータとして出力される各係数は、評価点集計値Ｃ１が評価点集計値Ｃ２よりも小さくなるほどヨー角追従方式での係数に近づき、評価点集計値Ｃ１が評価点集計値Ｃ２よりも大きくなるほど軌跡追従方式での係数に近づくことになる。

図５のフローチャートに示す追従操舵制御によると、運転支援制御装置２０は、曲率、車間距離、先行車両の横ずれ、遠心加速度、車速の各条件における軌跡追従方式の適正度合及びヨー角追従方式の適正度合を求め、各制御方式で求めた各係数に対して各制御方式の適正度合に応じた重み付けを行って最終的に走行制御装置３０に出力する係数（制御パラメータ）を決定する。
つまり、運転支援制御装置２０は、軌跡追従方式とヨー角追従方式とを組み合わせて用いることで、相互に短所を補って追従操舵制御が行えるようになり、軌跡追従方式における滑らかな応答性やヨー角追従方式の高い応答性を活かしつつ、指令舵角の変動や走行ラインのショートカットを抑制でき、追従操舵制御の性能を向上させることができる。

なお、軌跡追従方式とヨー角追従方式とを配分する処理には、軌跡追従方式とヨー角追従方式とのいずれか一方に切り換えて追従操舵制御を行うことが含まれる。例えば、軌跡追従方式の重みが１００％で、ヨー角追従方式の重みが０％であれば、運転支援制御装置２０は、軌跡追従方式で追従操舵制御を実施することになる。

上記実施形態で説明した各技術的思想は、矛盾が生じない限りにおいて、適宜組み合わせて使用することができる。
また、好ましい実施形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。

上記の実施形態では、運転支援制御装置２０は、曲率、車間、先行車両の横ずれ、遠心加速度、車速に基づき、軌跡追従方式及びヨー角追従方式の適正を判断するが、これら走行条件のうちの少なくとも１つに基づき適正判断することができる。
また、運転支援制御装置２０は、指令舵角の変動の増大に基づき、軌跡追従方式からヨー追従方式に切り換えたり、ヨー角追従方式への重み付けをより大きく変化させたりすることができる。
また、運転支援制御装置２０は、路面の摩擦係数の大きさに応じて軌跡追従方式とヨー追従方式とを切り換えたり、両制御方式の重みを変更したりすることができる。

また、軌跡追従方式の評価点集計値Ｃ１（Ｃ１＞０）及びヨー追従方式の評価点集計値Ｃ２（Ｃ２＞０）をそれぞれ固定値とし、両制御方式の重み付けを固定として追従操舵制御の制御パラメータを決定することができる。
また、運転支援制御装置２０は、係数毎に軌跡追従方式の適正度合及びヨー角追従方式の適正度合を評価し、係数毎に異なる重み付けを行って最終的な係数を求めることができる。

また、運転支援制御装置２０は、曲率や車間距離などの評価項目毎に重み付けすることができる。評価項目毎の重み付けは、例えば、評価点の最大値を評価項目毎に異ならせることで実現できる。
また、運転支援制御装置２０は、評価点集計値Ｃ１と評価点集計値Ｃ２との偏差の絶対値ΔＣが閾値ΔＣth以上であるときに、軌跡追従方式とヨー角追従方式のいずれか一方を選択し、前記偏差ΔＣが閾値ΔＣth未満であるときに軌跡追従方式とヨー角追従方式とに評価点集計値Ｃ１，Ｃ２に応じた重み付けを行うことができる。

ここで、上述した実施形態から把握し得る技術的思想について、以下に記載する。
操舵支援装置は、その一態様として、
外部認識部が取得した自車両の外部環境に関する情報、及び、センサ装置が取得した前記自車両の挙動に関する情報を入力し、
前記外部環境に関する情報及び前記自車両の挙動に関する情報に基づいて、前記自車両の前方の先行車両の前記自車両に対する相対位置を求めるとともに前記相対位置の時系列データを更新記憶し、
前記相対位置の時系列データに基づき前記先行車両の移動軌跡を２次関数で近似して、前記自車両の目標軌跡の成分を第１制御パラメータとして求め、
前記自車両から前記先行車両までの移動軌跡を１次関数で近似して、前記自車両の目標軌跡の成分を第２制御パラメータとして求め、
前記第１制御パラメータ及び前記第２制御パラメータを配分した第３制御パラメータに基づく操舵に関する指令を、前記自車両の操舵アクチュエータ部に出力することを特徴とする。

上記操舵支援装置の好ましい態様では、道路の曲率の増大に応じて前記第１制御パラメータに対する重みを前記第２制御パラメータよりも大きくする重み付けを実施して前記第３制御パラメータを求めることを特徴とする。
また、上記操舵支援装置の好ましい態様では、前記先行車両と前記自車両との車間距離が所定中間値からの増大に応じて前記第２制御パラメータの重みを前記第１制御パラメータよりも大きくし、前記車間距離の前記所定中間値からの減少に応じて前記第２制御パラメータに対する重みを前記第１制御パラメータよりも大きくする重み付けを実施して前記第３制御パラメータを求めることを特徴とする。

また、上記操舵支援装置の好ましい態様では、前記先行車両の横ずれの増大に応じて前記第１制御パラメータに対する重みを前記第２制御パラメータよりも大きくする重み付けを実施して前記第３制御パラメータを求めることを特徴とする。
また、上記操舵支援装置の好ましい態様では、遠心加速度が大きくなるほど前記第２制御パラメータに対する重みを大きくして前記第３制御パラメータを求めることを特徴とする。

また、上記操舵支援装置の好ましい態様では、車速が高くなるほど前記第２制御パラメータに対する重みを大きくして前記第３制御パラメータを求めることを特徴とする。
更に、上記操舵支援装置の好ましい態様では、前記第１制御パラメータは曲率成分、ヨー角成分、及び横位置成分、前記第２制御パラメータはヨー角成分であることを特徴とする。

１…車両（自車両）、１０…車両制御システム、２０…運転支援制御装置（車両制御装置）、３０…走行制御装置、４０…操舵制御装置、５０…外界認識装置（外界認識部）、６０…車速センサ、７０…ヨーレートセンサ、８０…舵角センサ、９０…電動パワーステアリング装置（操舵アクチュエータ）

Claims (12)

1. 外界認識部によって取得された車両の前方を走行する先行車両が走行した道路曲率に関する情報が入力され、
   前記車両と、前記外界認識部によって取得された前記車両の前方を走行する先行車両と、の相対位置に関する情報が入力され、
   入力された前記道路曲率に関する情報と、入力された前記車両と前記先行車両との相対位置に関する情報と、に基づいて、前記先行車両に対して前記車両を１次の軌跡を用いて追従させる１次追従制御と、前記先行車両に対して前記車両を２次の軌跡を用いて追従させる２次追従制御と、の配分を求め、
   求められた前記１次追従制御と前記２次追従制御を達成するための前記車両の操舵に関する指令を前記車両の操舵に関する操舵アクチュエータ部に出力する、
   車両制御装置。
2. 請求項１に記載の車両制御装置において、
   入力された前記道路曲率に関する情報と、入力された前記車両と前記先行車両との相対位置に関する情報と、に基づいて、前記１次追従制御と前記２次追従制御とを選択的に切り替える、
   車両制御装置。
3. 請求項２に記載の車両制御装置において、
   遠心加速度が閾値以上であるときに前記１次追従制御を選択する、
   車両制御装置。
4. 請求項２に記載の車両制御装置において、
   車速が閾値以上であるときに前記１次追従制御を選択する、
   車両制御装置。
5. 請求項１に記載の車両制御装置において、
   入力された前記道路曲率に関する情報と、入力された前記車両と前記先行車両との相対位置に関する情報と、に基づいて、前記１次追従制御と前記２次追従制御とに重み付けを行って配分する、
   車両制御装置。
6. 請求項５に記載の車両制御装置において、
   遠心加速度が大きくなるほど前記１次追従制御に対する重みを大きくする、
   車両制御装置。
7. 請求項５に記載の車両制御装置において、
   車速が高くなるほど前記１次追従制御に対する重みを大きくする、
   車両制御装置。
8. 請求項１に記載の車両制御装置において、
   道路曲率の増大に応じて前記２次追従制御に対する重みを前記１次追従制御よりも大きくする重み付けを実施する、
   車両制御装置。
9. 請求項１に記載の車両制御装置において、
   前記車両と前記先行車両との車間距離の所定中間値からの増大に応じて前記１次追従制御の重みを前記２次追従制御よりも大きくし、前記車間距離の前記所定中間値からの減少に応じて前記１次追従制御に対する重みを前記２次追従制御よりも大きくする重み付けを実施する、
   車両制御装置。
10. 請求項１に記載の車両制御装置において、
    前記先行車両の横ずれの増大に応じて前記２次追従制御に対する重みを前記１次追従制御よりも大きくする重み付けを実施する、
    車両制御装置。
11. 外界認識部によって取得された車両の前方を走行する先行車両が走行した道路曲率に関する情報が入力され、
    前記車両と、前記外界認識部によって取得された前記車両の前方を走行する先行車両と、の相対位置に関する情報が入力され、
    入力された前記道路曲率に関する情報と、入力された前記車両と前記先行車両との相対位置に関する情報と、に基づいて、前記先行車両に対して前記車両を１次の軌跡を用いて追従させる１次追従制御と、前記先行車両に対して前記車両を２次の軌跡を用いて追従させる２次追従制御と、の配分を求め、
    求められた前記１次追従制御と前記２次追従制御を達成するための前記車両の操舵に関する指令を前記車両の操舵に関する操舵アクチュエータ部に出力する、
    車両制御方法。
12. 車両の前方を走行する先行車両が走行した道路曲率に関する情報を取得する外界認識部と、
    前記外界認識部によって取得された前記道路曲率に関する情報が入力され、
    前記車両と、前記外界認識部によって取得された前記車両の前方を走行する先行車両と、の相対位置に関する情報が入力され、
    入力された前記道路曲率に関する情報と、入力された前記車両と前記先行車両との相対位置に関する情報と、に基づいて、前記先行車両に対して前記車両を１次の軌跡を用いて追従させる１次追従制御と、前記先行車両に対して前記車両を２次の軌跡を用いて追従させる２次追従制御と、の配分を求め、
    求められた前記１次追従制御と前記２次追従制御を達成するための前記車両の操舵に関する指令を出力する、
    コントローラと、
    前記コントローラから出力された前記指令が入力される前記車両の操舵に関する操舵アクチュエータ部と、
    を備える車両制御システム。