JP6910973B2 - 車両制御装置及びその制御方法並びに車両制御システム - Google Patents

Description

本発明は、自車両を前方の先行車両に追従させて走行させる制御を行う車両制御装置及びその制御方法並びに車両制御システムに関する。

従来の自動車等の車両において、例えば特許文献１に記載されているように、自車両の前方を移動する先行車両の移動軌跡を推定して、この推定した移動軌跡に基づいて自車両を先行車両に追従させる制御を行うものが知られている。

かかる先行車両の移動軌跡の推定では、自車両に対する先行車両の相対位置を逐次登録し、登録した複数の相対位置から移動軌跡を推定するが、先行車両の相対位置の登録周期を、自車両の車速、及び、自車両と先行車両との車間距離に応じて調整している。これにより、先行車両の相対位置をバッファリングするメモリを所定容量以下に保ちつつ、先行車両の移動軌跡の推定精度を向上させている。

特開２０１７−０６５４７３号公報

しかしながら、先行車両の相対位置の登録周期を自車両の車速及び車間距離に応じて調整しても、登録した複数の相対位置のうち、先行車両の移動軌跡を推定する際に用いる範囲が適切でないと、移動軌跡の推定における精度及び応答性を両立することが困難となる。例えば、先行車両の移動軌跡に対する自車両の横位置を推定する際に、登録した複数の相対位置のうち自車両の横位置の推定精度を確保することに適した範囲で移動軌跡を推定すると、曲率推定の応答性が不足する可能性がある。

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、先行車両の移動軌跡の推定における精度と応答性との両立性を向上させた車両制御装置及びその制御方法並びに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、自車両の前方における追従対象である先行車両と自車両との相対位置情報の履歴のうち、最新の相対位置情報から遡る範囲を複数設定した各範囲における複数の相対位置情報から、それぞれ先行車両の移動軌跡としてＮ次関数（ここでＮは１以上の整数）の近似式を算出して、各近似式における所定の次数の係数を算出する。このとき、相対的に高次の係数を算出する場合には、相対的に低次の係数を算出する場合と比較して、上記範囲を同じに又は狭く設定したときの複数の相対位置情報から算出した近似式を用いるが、少なくとも、最大の次数の係数を算出する場合には、最小の次数の係数を算出する場合と比較して、上記範囲を狭く設定したときの複数の相対位置情報から算出した近似式を用いる。そして、算出した各次数の係数に応じた指令が自車両の操舵制御装置に出力される。

本発明によれば、先行車両の移動軌跡の推定における精度と応答性との両立性を向上させることができる。

運転支援システムの一例を示す概略構成図である。 複数の登録相対位置からなる相対位置履歴を示す説明図である。 目標操舵角度関連の制御パラメータの演算処理を示すフローチャートである。 目標操舵角度関連の制御パラメータの演算処理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示す説明図である。 先行車両追従走行制御の実施を確認する方法を示す説明図である。 先行車両追従走行制御による効果を示すタイムチャートである。 先行車両追従走行制御による効果を示すタイムチャートである。 演算処理の変形例を示すフローチャートである。

以下、添付された図面を参照し、本発明を実施するための実施形態について詳述する。図１は、車両に搭載された運転支援システムの一例を示す。運転支援システムは、自動車等である車両（自車両）１を前方の先行車両に追従させて走行させる先行車両追従走行制御を行うための車載制御システムである。運転支援システムは、その中心的な構成である運転支援制御装置（車両制御装置）１０の他に、外界認識装置２０を有している。運転支援制御装置１０は、外界認識装置２０に加えて、自車両に搭載された電動パワーステアリングＰＳを制御する操舵制御装置３０と通信可能に接続されている。先ず、外界認識装置２０及び操舵制御装置３０について説明する。

外界認識装置２０は、単眼カメラ若しくはステレオカメラ、ミリ波レーダ又はレーザレーダ等の外界検出手段（デバイス）を用いて自車両周囲の外部環境を認識する、運転支援システムにおける外界認識部である。以下、外界認識装置２０として、２台のカメラ２１ａ，２１ｂで構成されたステレオカメラ２１と、ステレオカメラ２１で撮像した画像に対して画像処理を行う画像処理用ＬＳＩ（Large Scale Integration）を備えた画像処理装置２２と、を有する例を用いて説明する。

ステレオカメラ２１では、２台のカメラ２１ａ，２１ｂが自車両１の前方の対象物を異なる方向から同期して撮像する。２台のカメラ２１ａ，２１ｂは、例えば車室内のフロントウインドウ近傍で、車幅方向すなわち左右方向に所定の基線長で離間配置されている。また、２台のカメラ２１ａ，２１ｂは、それぞれ、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）又はＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像素子とこれに所定の焦点距離で離間したレンズを備えている。そして、２台のカメラ２１ａ，２１ｂは、それぞれ、対象物からレンズを通して撮像素子に入射した光を、その強度に応じて電気信号に変換することにより、撮像した対象物の画像データを画像処理装置２２へ出力する。

画像処理装置２２は、ステレオカメラ２１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、左右一対の画像の対応位置の画素ずれ量（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、画像処理装置２２は、２台のカメラ２１ａ，２１ｂの基線長及び焦点距離と三角測量の原理とを用いることで、距離画像上の点を、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次元の実空間上の座標に変換する。これにより、外界認識装置２０は、自車両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、自車両１の前方を移動する先行車両等の撮像対象物と自車両１との相対位置関係を認識する。

画像処理装置２２は、特に、距離画像のうち自車両１の前方を移動する先行車両の背面領域における特定の点を、自車両１を原点としたＸＹ座標に変換し、変換したＸＹ座標値を自車両１に対する先行車両の相対位置情報とする。特定の点としては、例えば、距離画像の先行車両の背面領域における車幅方向の中心位置を採用し得る。ＸＹ座標の原点としては、自車両１の中心点、すなわち、自車両１の車幅方向における中心線と自車両１の車長方向における中心線とが重なる点を採用し得る。そして、画像処理装置２２は、相対位置情報に対応する信号を運転支援制御装置１０へ出力する。

操舵制御装置３０は、運転者の操舵操作を補助すべく、例えば、自車両１の車速、運転者による操舵トルク、操舵角度等の車両情報に基づき、自車両１の操舵系に設けた電動パワーステアリングＰＳを駆動するモータ（図示省略）によるアシストトルクを制御する。また、操舵制御装置３０は、運転支援制御装置１０からの指示信号により先行車両追従走行制御を実施する際には、自車両１の前方を移動する先行車両の移動軌跡に追従するように操舵量を設定し、この操舵量に従って電動パワーステアリングＰＳのモータを駆動制御する。

次に、運転支援制御装置１０について説明する。運転支援制御装置１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro Processing Unit）等の演算部１１、外部装置との信号の入出力インタフェースである入出力部１２、各種情報を記憶する記憶部１３等を備えている。また、運転支援制御装置１０は、入出力部１２を介して、画像処理装置２２から相対位置情報に対応する信号を入力する。さらに、運転支援制御装置１０は、自車両１の車速Ｖを検出する車速センサ４０、及び自車両１のヨーレートγを検出するヨーレートセンサ５０と接続され、車速Ｖ及びヨーレートγに対応する信号を、入出力部１２を介して入力する。

運転支援制御装置１０は、演算部１１が記憶部１３のＲＯＭ（Read Only Memory）等に格納された制御プログラムを読み出して実行することで、車速Ｖ、ヨーレートγ及び相対位置情報に基づいて、自車両１を前方の先行車両に追従させて走行させる先行車両追従走行制御を行う。

具体的には、演算部１１は、演算周期毎に相対位置情報から自車両１に対する先行車両の相対位置を検出する。自車両１に対する先行車両の相対位置のうち、Ｘ座標値が自車両１の車長方向の成分であり、これを前後位置といい、Ｙ座標値が自車両１の車幅方向の成分であり、これを横位置という。演算部１１によって検出された、自車両１に対する先行車両の相対位置は、書き込み可能なＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶部１３に順次記憶され、これにより登録相対位置となる。

図２は、複数の登録相対位置からなる相対位置履歴を示す。演算部１１は、記憶部１３に記憶された複数の登録相対位置に基づいて先行車両の移動軌跡Ｗを推定する。そして、演算部１１は、自車両１の位置が先行車両の推定移動軌跡に一致するように、操舵制御装置３０を介して電動パワーステアリングＰＳのモータ（図示省略）を駆動制御する。このため、演算部１１は、電動パワーステアリングＰＳにおける目標操舵角度の設定に関連した制御パラメータを算出し、これに対応する指示信号を操舵制御装置３０へ出力する。

先行車両の移動軌跡Ｗは、演算部１１が相対位置履歴の複数の登録相対位置に対して最小二乗法を適用して算出したＮ次関数（Ｎは１以上の整数）の近似式によって推定可能である。最小二乗法は、Ｎ次関数の近似式が複数の登録相対位置に対してよい近似となるように、残差の二乗和を最小とするような係数を決定する方法である。そして、目標操舵角度の設定に関連した制御パラメータは、Ｎ次関数の近似式における各次数の係数を特定することで求められる。

例えば、演算部１１が、先行車両の移動軌跡Ｗを２次関数の近似式により推定する場合には、目標操舵角度の設定に関連した制御パラメータは、２次関数の近似式における０次から２次の各係数を特定することで求められる。ここで、２次係数は移動軌跡Ｗの曲率成分を示し、１次係数は移動軌跡Ｗのヨー角成分（自車両に対する移動軌跡の傾き成分）を示し、０次係数は自車両１に対する移動軌跡Ｗの横位置成分を示している。以下、説明の便宜上、先行車両の移動軌跡Ｗを２次関数の近似式により推定するものとする。

従来、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は、１つの２次関数の近似式における各次数の係数を特定することで求められていた。しかし、相対位置履歴のうち最小二乗法を適用する登録相対位置の範囲が適切でない場合には、先行車両の移動軌跡Ｗの推定における精度及び応答性を両立することが困難となるおそれがある。

例えば、先行車両の移動軌跡Ｗを２次関数の近似式により推定する際に、相対位置履歴のうち最小二乗法を適用する登録相対位置の範囲を、実際の移動軌跡Ｗにおける横位置の計測誤差に対して影響を受け難くするように、図２の範囲Ｒ３で設定する。このように最小二乗法を適用する登録相対位置の範囲を範囲Ｒ３で設定して２次関数の近似式を算出すると、ヨー角は横位置の時間微分に基づく値であるが、近似計算には、横位置の小さな変化が反映され難い範囲Ｒ３で算出するため、実際の移動軌跡Ｗにおけるヨー角の情報が反映され難くなり、近似精度が低下する。同様に、曲率はヨー角の時間微分に基づく値であるため、近似曲線には、実際の移動軌跡Ｗにおける曲率の情報がヨー角の情報よりもさらに反映され難くなる。

したがって、近似曲線において実際の移動軌跡Ｗにおける横位置と同等の精度でヨー角の情報を反映させるためには、以下のようにする必要がある。すなわち、図２に示すように、先行車両の相対位置履歴のうち横位置の算出に用いられる登録相対位置の範囲Ｒ３よりも狭い範囲Ｒ２の複数の登録相対位置に対して最小二乗法を適用する必要がある。同様に、近似曲線において実際の移動軌跡Ｗにおける横位置と同等の精度で曲率の情報を反映させるためには、先行車両の相対位置履歴のうちヨー角の算出に用いられる範囲Ｒ２よりもさらに狭い範囲Ｒ１の複数の登録相対位置に対して最小二乗法を適用する必要がある。

そこで、運転支援制御装置１０の演算部１１は、実際の移動軌跡Ｗにおける横位置、ヨー角及び曲率の情報を近似曲線に適切に反映させた状態で３つの制御パラメータを算出するために、制御パラメータの算出毎に２次関数の近似式を個別に算出している。

図３及び図４は、イグニッションスイッチのオン操作によって運転支援制御装置１０に電源供給が開始されたことを契機として、運転支援制御装置１０の演算部１１において演算周期Ｔｓ毎に繰り返し実行される、目標操舵角度に関連した制御パラメータの演算処理を示す。

ステップＳ１（図中において「Ｓ１」と略記する。以下同様である。）では、演算部１１は、一演算周期Ｔｓ前から現在までの自車両１の挙動変化を検出する。具体的には、演算部１１は、車速センサ４０からの車速Ｖと、ヨーレートセンサ５０からのヨーレートγと、を読み込んで、自車両１の回転並進変化量を算出する。ここで、図５は一演算周期Ｔｓ前から現在までの自車両１の回転並進変化量を示している。図５に示すように、自車両１の回転変化量をΔθ、自車両１の車長方向の並進変化量をΔＸ、自車両１の車幅方向の並進変化量をΔＹとすると、Δθ、ΔＸ及びΔＹは、下式で示される。
Δθ＝γ×Ｔｓ
ΔＸ＝Ｖ×Ｔｓ×cosΔθ
ΔＹ＝Ｖ×Ｔｓ×sinΔθ

ステップＳ２では、演算部１１は、画像処理装置２２からの相対位置情報に基づいて、現在の自車両１に対する先行車両の相対位置を検出する。検出した相対位置のうち、前後位置をＸnowとし、横位置をＹnowとする。図５に示すように、検出した相対位置（Ｘnow，Ｙnow）は、現在の自車両１の位置を原点とするＸＹ座標で示される。

ステップＳ３では、演算部１１は、先行車両の移動軌跡を推定すべく、記憶部１３に記憶されている相対位置履歴の全ての登録相対位置を、ステップＳ１で算出した回転並進変化量に応じて、現在の自車両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(Ｉ)，Ｙ(Ｉ)とすると、座標変換後の登録相対位置｛Ｘ(Ｉ)，Ｙ(Ｉ)｝は下式の左辺で示される。ただし、Ｉは、複数の登録相対位置の記憶時点を逆時系列順に示す零以上の整数であり、最も新しい登録相対位置の記憶時点をＩ＝０として、登録相対位置の記憶時点が過去に遡るに従って１つずつ増大する。
Ｘ(Ｉ)＝{Ｘ(Ｉ)−ΔＸ}×cos(−Δθ)−{Ｙ(Ｉ)−ΔＹ}×sin(−Δθ)
Ｙ(Ｉ)＝{Ｘ(Ｉ)−ΔＸ}×sin(−Δθ)＋{Ｙ(Ｉ)−ΔＹ}×cos(−Δθ)

例えば、図５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前の自車両１の位置を原点とするＸＹ座標で示されている。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、上式に従って、現在の自車両１の位置を原点とするＸＹ座標で示されるように変換される。

ステップＳ４では、演算部１１は、ステップＳ２で検出した相対位置（Ｘnow，Ｙnow）と、ステップＳ３で登録相対位置を座標変換してなる相対位置履歴中の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）に対して下式を満たしているか否かを判定する。
Ｄ＝[{Ｘ(０)−Ｘnow}^２＋{Ｙ(０)−Ｙnow}^２]^１／２＞Ｄth

ステップＳ４において距離Ｄと閾値Ｄthとの大小関係を判定しているのは、以下の理由による。すなわち、自車両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、検出した相対位置（Ｘnow，Ｙnow）を相対位置履歴に追加して先行車両の移動軌跡を推定しても、２次関数の近似式は殆ど変化しない。このため、距離Ｄが閾値Ｄth以下であれば、記憶部１３におけるメモリ資源の無駄となるおそれがあると判断して、検出した相対位置（Ｘnow，Ｙnow）を記憶部１３に記憶しないようにしている。したがって、閾値Ｄthは、記憶部１３のＲＡＭ等のメモリ容量と演算部１１の処理能力を考慮して適宜設定される。

ステップＳ４において、演算部１１は、距離Ｄが閾値Ｄthより大きいと判定した場合には（ＹＥＳ）、処理をステップＳ５へ進める一方、距離Ｄが閾値Ｄth以下であると判定した場合には（ＮＯ）、ステップＳ５を省略して、処理をステップＳ６へ進める。

ステップＳ５では、演算部１１は、ステップＳ２で検出した相対位置（Ｘnow，Ｙnow）を書き込み可能なＲＡＭ等の記憶部１３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、演算部１１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)｝を下式のように書き換える。
Ｘ(０)＝Ｘnow
Ｙ(０)＝Ｙnow

そして、演算部１１は、記憶部１３の相対位置履歴の残りの登録相対位置（Ｉ＞０）を下式のように書き換える。ここで、下式の左辺は書き換え後の登録相対位置を示し、右辺は書き換え前の登録相対位置を示す。
Ｘ(Ｉ＋１)＝Ｘ(Ｉ)
Ｙ(Ｉ＋１)＝Ｙ(Ｉ)

ただし、記憶部１３のＲＡＭ等には登録相対位置{Ｘ(Ｉ)，Ｙ(Ｉ)}のＩがＩmax（正の整数）となるまで登録相対位置を記憶しておくことができる。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、（Ｘold，Ｙold）は消去される。なお、演算部１１は、例えば自車両１の前方における追従対象となる先行車両が外界認識装置２０で認識されない等、先行車両追従走行制御を実施できないと判定した場合には、記憶部１３のＲＡＭ等に記憶された登録相対位置を消去する。

ステップＳ６では、演算部１１は、相対位置履歴のうち最も古い登録相対位置の前後位置Ｘoldが所定値Ｘ１以下であるか否かを判定する。所定値Ｘ１は、後述のステップにおいて曲率成分の制御パラメータを求めるための２次関数の近似式を算出する際に、最小二乗法を適用する登録相対位置の範囲Ｒ１を画する閾値（例えば０[ｍ]）である。そして、演算部１１は、前後位置Ｘoldが所定値Ｘ１以下であると判定した場合には（ＹＥＳ）、処理をステップＳ７へ進める一方、前後位置Ｘoldが所定値Ｘ１より大きいと判定した場合には（ＮＯ）、処理をステップＳ８へ進める。

ステップＳ７では、演算部１１は、相対位置履歴のうち所定範囲の登録相対位置に対して最小二乗法を適用して２次関数の近似式Ｙ＝Ｆ_１(Ｘ)を算出する。最小二乗法を適用する登録相対位置の範囲Ｒ１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)｝から、相対位置履歴における登録相対位置{Ｘ(Ｉ)，Ｙ(Ｉ)}のうち前後位置Ｘoldが所定値Ｘ１よりも大きくなる登録相対位置までとなる。２次関数の近似式Ｙ＝Ｆ_１(Ｘ)は、２次係数Ａ_１、１次係数Ｂ_１、０次係数Ｃ_１によって下式で示される。
Ｙ＝Ｆ_１(Ｘ)＝Ａ_１×Ｘ^２＋Ｂ_１×Ｘ＋Ｃ_１

そして、演算部１１は、２次関数Ｙ＝Ｆ_１(Ｘ)の近似式から、現在の自車両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として算出する。Ｘ＝０における移動軌跡の曲率（１／Ｒ）は、下式のように、２次関数の近似式Ｙ＝Ｆ_１(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。
１／Ｒ＝Ｆ_１”(０)／（１＋Ｆ_１’(０)^２）^３／２＝２×Ａ_１／（１＋Ｂ_１ ^２）^３／２

上式において、１次係数Ｂ_１は０に近い値であるため、曲率（１／Ｒ）は、１／Ｒ＝２×Ａ_１なる式から算出することができる。このため、演算部１１は、曲率成分の制御パラメータとして２次関数の近似式Ｙ＝Ｆ_１(Ｘ)における２次係数Ａ_１を特定して記憶部１３のＲＡＭ等に記憶し、処理をステップＳ９へ進める。

ステップＳ８では、演算部１１は、曲率成分の制御パラメータとしての２次係数Ａ_１を零に設定して記憶部１３のＲＡＭ等に記憶し、処理をステップＳ９へ進める。

ステップＳ９では、演算部１１は、相対位置履歴のうち最も古い登録相対位置の前後位置Ｘoldが所定値Ｘ２以下であるか否かを判定する。所定値Ｘ２は、後述のステップにおいてヨー角成分の制御パラメータを求めるための２次関数の近似式を算出する際に、最小二乗法を適用する登録相対位置の範囲Ｒ２を画する閾値であり、前述の所定値Ｘ１よりも小さい値（例えば−１５[ｍ]）である。このため、前述のように曲率成分の制御パラメータを求めるための２次関数の近似式を算出する際に、最小二乗法を適用する登録相対位置の範囲Ｒ１は、ヨー角成分の制御パラメータを求める場合の登録相対位置の範囲Ｒ２よりも狭くなっている。

ステップＳ９において、演算部１１は、前後位置Ｘoldが所定値Ｘ２以下であると判定した場合には（ＹＥＳ）、処理をステップＳ１０へ進める一方、前後位置Ｘoldが所定値Ｘ２より大きいと判定した場合には（ＮＯ）、処理をステップＳ１１へ進める。

ステップＳ１０では、演算部１１は、相対位置履歴のうち所定範囲の登録相対位置に対して最小二乗法を適用して２次関数の近似式Ｙ＝Ｆ_２(Ｘ)を算出する。最小二乗法を適用する登録相対位置の範囲Ｒ２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)｝から、相対位置履歴における登録相対位置{Ｘ(Ｉ)，Ｙ(Ｉ)}のうち前後位置Ｘoldが所定値Ｘ２よりも大きくなる登録相対位置までとなる。２次関数の近似式Ｙ＝Ｆ_２(Ｘ)は、２次係数Ａ_２、１次係数Ｂ_２、０次係数Ｃ_２によって下式で示される。
Ｙ＝Ｆ_２(Ｘ)＝Ａ_２×Ｘ^２＋Ｂ_２×Ｘ＋Ｃ_２

そして、演算部１１は、２次関数Ｙ＝Ｆ_２(Ｘ)の近似式から、現在の自車両１の前後位置すなわちＸ＝０における移動軌跡のヨー角ψをヨー角成分の制御パラメータとして算出する。Ｘ＝０における移動軌跡のヨー角ψは下式のように２次関数Ｙ＝Ｆ_２（Ｘ）をＸに関して１階微分した導関数から得られるので、演算部１１は、ヨー角成分の制御パラメータとして１次係数Ｂ_２を特定して記憶部１３のＲＡＭ等に記憶し、処理をステップＳ１２へ進める。
ψ＝Ｆ_２’(０)＝Ｂ_２

ステップＳ１１では、演算部１１は、曲率成分の制御パラメータとしての１次係数Ｂ_２を零に設定して記憶部１３のＲＡＭ等に記憶し、処理をステップＳ１２へ進める。

ステップＳ１２では、演算部１１は、相対位置履歴のうち最も古い登録相対位置の前後位置Ｘoldが所定値Ｘ３以下であるか否かを判定する。所定値Ｘ３は、後述のステップにおいて横位置成分の制御パラメータを求めるための２次関数の近似式を算出する際に、最小二乗法を適用する登録相対位置の範囲Ｒ３を画する閾値であり、前述の所定値Ｘ２よりも小さい値（例えば−３０[ｍ]）である。このため、前述のようにヨー角成分の制御パラメータを求めるために２次関数の近似式を算出する際に、最小二乗法を適用する登録相対位置の範囲Ｒ２は、横位置成分の制御パラメータを算出する場合の登録相対位置の範囲Ｒ３よりも狭くなっている。

ステップＳ１２において、演算部１１は、前後位置Ｘoldが所定値Ｘ３以下であると判定した場合には（ＹＥＳ）、処理をステップＳ１３へ進める一方、前後位置Ｘoldが所定値Ｘ３より大きいと判定した場合には（ＮＯ）、処理をステップＳ１４へ進める。

ステップＳ１３では、演算部１１は、相対位置履歴のうち所定範囲の登録相対位置に対して最小二乗法を適用して２次関数の近似式Ｙ＝Ｆ_３(Ｘ)を算出する。最小二乗法を適用する登録相対位置の範囲Ｒ３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)｝から、相対位置履歴における登録相対位置{Ｘ(Ｉ)，Ｙ(Ｉ)}のうち、前後位置Ｘoldが所定値Ｘ３よりも大きくなる登録相対位置までとなる。２次関数の近似式Ｙ＝Ｆ_３(Ｘ)は、２次係数Ａ_３、１次係数Ｂ_３、０次係数Ｃ_３によって下式で示される。
Ｙ＝Ｆ_３(Ｘ)＝Ａ_３×Ｘ^２＋Ｂ_３×Ｘ＋Ｃ_３

そして、演算部１１は、２次関数Ｙ＝Ｆ_３(Ｘ)の近似式から、現在の自車両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として算出する。Ｘ＝０における移動軌跡の横位置Ｙ_X=0は下式のように０次係数Ｃ_３となるので、演算部１１は、横位置成分の制御パラメータとして０次係数Ｃ_３を特定して記憶部１３のＲＡＭ等に記憶し、処理をステップＳ１５へ進める。
Ｙ_X=0＝Ｆ_３(０)＝Ｃ_３

ステップＳ１４では、演算部１１は、曲率成分の制御パラメータとしての０次係数Ｃ_３を零に設定して記憶部１３のＲＡＭ等に記憶し、処理をステップＳ１５へ進める。

ステップＳ１５では、演算部１１は、記憶部１３のＲＡＭ等に記憶されている２次係数Ａ_１、１次係数Ｂ_２及び０次係数Ｃ_３を目標操舵角度に関連する３つの制御パラメータとして、これらに対応する指示信号を、入出力部１２を介して操舵制御装置３０へ出力する。以上のステップＳ１〜Ｓ１５を実行することで運転支援制御装置１０による先行車両追従走行制御が実施される。なお、２次係数Ａ_１、１次係数Ｂ_２及び０次係数Ｃ_３が全て零である場合には、演算部１１は先行車両追従走行制御を実施できないと判定することができる。この場合には、操舵制御装置３０は、運転者による操舵操作を補助すべく、各種車両情報に基づき、電動パワーステアリングＰＳを駆動するモータ（図示省略）によるアシストトルクを制御する。

操舵制御装置３０では、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ＰＳの目標操舵角度を演算する。そして、この目標操舵角度を実現する目標操舵トルクで電動パワーステアリングＰＳのモータ（図示省略）が駆動制御される。

図６は、運転支援制御装置１０による先行車両追従走行制御が実施されているか否かを確認する方法の一例を示す。本方法では、曲率成分の制御パラメータが零ではないが横位置成分の制御パラメータが零となる走行状態１（図６（ａ）参照）と、横位置成分の制御パラメータが零ではないが曲率成分の制御パラメータが零となる走行状態２（図６（ｂ）参照）とで、電動パワーステアリングＰＳに働くトルクの変化を観察する。

先ず、走行状態１におけるトルク観察について説明する。図６（ａ）に示すように、一定曲率路（例えば曲率半径Ｒ＝５００[ｍ]）において、自車両１とその前方を移動する先行車両ＰＶとの車間距離を一定にした状態で、定常円旋回を行う。このとき、運転者は、自車両１の位置が先行車両ＰＶの円弧状の移動軌跡上となる（自車両１の移動軌跡に対する横位置偏差が零となる）ように操舵する。また、記憶部１３が自車両１に対する先行車両ＰＶの相対位置を全く記憶していない状態となっているように、自車両１の外界認識装置２０における外部環境の情報入力は遮断されている。例えば、ステレオカメラ２１を用いる場合には、光透過率の極めて低い遮蔽物でカメラ２１ａ，２１ｂのレンズを覆うことで、光の入射を遮蔽するようにする。その後、運転者は、例えばカメラ２１ａ，２１ｂのレンズを覆っていた遮蔽物を取り除くことで、外界認識装置２０に外部環境の情報が入力されるようにするとともに、時間の計測を開始する。運転者は、電動パワーステアリングＰＳの保舵力が低減したと感じたときに時間の計測を終了し、このときの計測時間をＴ１として記録する。

次に、走行状態２におけるトルク観察について説明する。図６（ｂ）に示すように、直線路において、運転者は、直進する先行車両ＰＶに対して自車両１の横位置をオフセットさせた状態で先行車両ＰＶと同じ車速で自車両１を直進させる。このとき、記憶部１３が自車両１に対する先行車両ＰＶの相対位置を全く記憶していない状態となっているように、自車両１の外界認識装置２０に対する外部環境の情報入力は遮断されている。例えば、ステレオカメラ２１を用いる場合には、光透過率の極めて低い遮蔽物でカメラ２１ａ，２１ｂのレンズを覆うことで、光の入射を遮蔽するようにする。その後、運転者は、例えばカメラ２１ａ，２１ｂのレンズを覆っていた遮蔽物を取り除くことで、外界認識装置２０に外部環境の情報が入力されるようにするとともに、時間の計測を開始する。運転者は、自車両１の横位置を先行車両ＰＶの移動軌跡に一致させる操舵トルクの変化を感じたときに時間の計測を終了し、このときの計測時間をＴ２として記録する。

走行状態１で保舵力の低減を感知するのは、演算部１１が、相対位置履歴のうち範囲Ｒ１の登録相対位置に最小二乗法を適用して算出した２次関数の近似式Ｙ＝Ｆ(Ｘ)から曲率成分としての２次係数Ａ_１を特定して操舵制御装置３０へ出力したときである（図４のステップＳ７，Ｓ１５参照）。一方、走行状態２で操舵トルクの変化を感知するのは、演算部１１が、相対位置履歴のうち範囲Ｒ３の登録相対位置に最小二乗法を適用して算出した２次関数の近似式Ｙ＝Ｆ(Ｘ)から横位置成分としての０次係数Ｃ_３を特定して操舵制御装置３０へ出力したときである（図４のステップＳ１３，Ｓ１５参照）。範囲Ｒ１に含まれる登録相対位置の数は範囲Ｒ３に比べて少ないので、相対位置が基本的には演算周期Ｔｓ毎に記憶部１３に記憶されることを考慮すると、走行状態１で計測された計測時間Ｔ１は、走行状態２で計測された計測時間Ｔ２よりも短くなる。これに対し、従来のように、範囲Ｒ１及び範囲Ｒ３に同じ数の登録相対位置が含まれる場合には、計測時間Ｔ１は計測時間Ｔ２と同一あるいはこれに近い値となる。したがって、計測時間Ｔ１が計測時間Ｔよりも短い場合には、運転支援制御装置１０による先行車両追従走行制御が行われていることを確認できる。

次に、運転支援制御装置１０による先行車両追従走行制御の効果を、直進路において制御する場合と車線変更において制御する場合とに分けて説明する。

図７は、直進路において時速８０[ｋｍ]で走行する先行車両に自車両１を追従させる場合の運転支援制御装置１０による先行車両追従走行制御の効果を示す。図７（ａ）は、運転支援制御装置１０による先行車両追従走行制御において、図４の所定値Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３をそれぞれ、Ｘ１＝２０[ｍ]、Ｘ２＝３０[ｍ]、Ｘ３＝４０[ｍ]と設定したときに演算部１１が検出した先行車両の横位置の時間変化を示している。図７（ａ）から明らかなように、先行車両の横位置の最大変動幅はΔＹ１となることがわかる。これに対し、図７（ｂ）は、従来のように、図４の所定値Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３を全て４０[ｍ]と設定したときに演算部１１が検出した先行車両の横位置の時間変動幅を示している。図７（ｂ）から明らかなように、横位置の最大変動幅はΔＹ２となり、ΔＹ１よりも大きくなることがわかる。これによると、運転支援制御装置１０による先行車両追従走行制御では、所定値Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３を全て４０[ｍ]に設定するよりも、Ｘ１＝２０[ｍ]、Ｘ２＝３０[ｍ]、Ｘ３＝４０[ｍ]に設定した方が、直進路において先行車両に対する追従安定性を向上させることができる。

図８は、片側二車線の直進路において時速８０[ｋｍ]で走行する先行車両が車線変更したときに自車両１を先行車両に追従させる場合の運転支援制御装置１０による先行車両追従走行制御の効果を示す。図８（ａ）及び（ｃ）は演算部１１が検出した先行車両の横位置の時間変化を示し、図８（ｂ）及び（ｄ）は、ＲＴＫ（Real Time Kinematic）測位により検出された、自車両１の車道外側線からの横位置（白線横位置）の時間変化を示す。

図８（ａ）及び（ｂ）では、運転支援制御装置１０による先行車両追従走行制御において、図４の所定値Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３がそれぞれ、Ｘ１＝２０[ｍ]、Ｘ２＝３０[ｍ]、Ｘ３＝４０[ｍ]と設定されている。図８（ａ）から明らかなように、先行車両が車線変更したときに、先行車両追従走行制御の応答遅れが発生し、この応答遅れによって、先行車両と自車両１との横位置の乖離量は最大でΔＹ３となる。また、図８（ｂ）から明らかなように、自車両１が先行車両に追従して車線変更したときに、先行車両の横位置がΔＹ３のときと反対方向に振れるオーバーシュートが発生する。このオーバーシュートによって、自車両１は車道外側線に接近して、自車両１の車道外側線からの横位置は最小でΔＬ１となる。

一方、図８（ｃ）及び（ｄ）では、従来のように、運転支援制御装置１０による先行車両追従走行制御において、図４の所定値Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３が全て４０[ｍ]と設定されている。図８（ｃ）から明らかなように、先行車両が車線変更したときに先行車両追従走行制御の応答遅れが発生し、この応答遅れによって、先行車両と自車両１との横位置の乖離量は最大でΔＹ４となる。しかし、応答遅れは、Ｘ１＝２０[ｍ]、Ｘ２＝３０[ｍ]、Ｘ３＝４０[ｍ]に設定した場合と比較して増大するため、先行車両と自車両１との横位置の乖離量はΔＹ３よりも大きいΔＹ４となる。また、図８（ｄ）から明らかなように、自車両１が先行車両に追従して車線変更したときに、先行車両の横位置がΔＹ４のときと反対方向に振れるオーバーシュートが発生する。しかし、横位置の収束性は、Ｘ１＝２０[ｍ]、Ｘ２＝３０[ｍ]、Ｘ３＝４０[ｍ]に設定した場合と比較して低下しているため、自車両１の車道外側線からの横位置はΔＬ１よりも小さいΔＬ２となって、自車両１は、より車道外側線に接近してしまうことになる。

このような運転支援制御装置１０によれば、相対位置履歴のうち最小二乗法を適用する登録相対位置の範囲をＲ１＜Ｒ２＜Ｒ３の関係式を満たす範囲Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３に分け、範囲毎に個別に２次関数の近似式を算出している。すなわち、範囲Ｒ１の登録相対位置からは曲率成分を求めるための近似式を算出し、範囲Ｒ２の登録相対位置からはヨー角成分を求めるための近似式を算出し、範囲Ｒ３の登録相対位置からは横位置成分を求めるための近似式を算出している。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るので、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。

次に、目標操舵角度に関連した制御パラメータの演算処理の変形例について説明する。なお、上記実施形態における構成と同一の構成については同一の符号を付すことで、その説明を省略ないし簡潔にする。

上記演算処理では、３つの制御パラメータを求めるための２次関数の近似式をそれぞれ算出するときに、最小二乗法を適用する登録相対位置の範囲Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３を画する閾値である所定値Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３は、Ｘ１＜Ｘ２＜Ｘ３の関係を有する固定値である。したがって、各範囲に含まれる登録相対位置の数は固定であり、各範囲間の登録相対位置の個数差も固定である。これに対し、本変形例は、自車両１の車速Ｖに応じて、各範囲間の登録相対位置の個数差を増減できるようにし、これにより、３つの制御パラメータの精度を向上させるものである。

図９は、上記実施形態における目標操舵角度に関連した制御パラメータの演算処理（図４参照）に対する本変形例による変更部分を示す。かかる変更部分は、図９（ａ）に示すようにステップＳ６に代えてステップＳ６Ａを実行し、図９（ｂ）に示すようにステップＳ９に代えてステップＳ９Ａを実行し、図９（ｃ）に示すようにステップＳ１２に代えてステップＳ１２Ａを実行する点にある。

ステップＳ６Ａでは、演算部１１は、相対位置履歴のうち最も古い登録相対位置の前後位置Ｘoldが、Ｘold≦０−Ｋ１×Ｖの関係式を満たしているか否かを判定する。ここで、Ｋ１は予め設定された正数である。曲率成分の制御パラメータを求めるための２次関数の近似式を算出する際に最小二乗法を適用する登録相対位置の範囲Ｒ１は、自車両１の車速Ｖが高くなるに従って広くなる。

ステップＳ９Ａでは、演算部１１は、相対位置履歴のうち最も古い登録相対位置の前後位置Ｘoldが、Ｘold≦０−Ｋ２×Ｖの関係式を満たしているか否かを判定する。ここで、Ｋ２は予め設定された正数であり、Ｋ１よりも大きい値である。ヨー角成分の制御パラメータを求めるための２次関数の近似式を算出する際に最小二乗法を適用する登録相対位置の範囲Ｒ２は、範囲Ｒ１よりも広く、自車両１の車速Ｖが高くなるに従って広くなるが、その広がり方は範囲Ｒ１よりも大きい。

ステップＳ１２Ａでは、演算部１１は、相対位置履歴のうち最も古い登録相対位置の前後位置Ｘoldが、Ｘold≦０−Ｋ３×Ｖの関係式を満たしているか否かを判定する。ここで、Ｋ３は予め設定された正数であり、Ｋ２よりも大きい値である。横位置成分の制御パラメータを求めるための２次関数の近似式を算出する際に最小二乗法を適用する登録相対位置の範囲Ｒ３は、範囲Ｒ２よりも広く、自車両１の車速Ｖが高くなるに従って広くなるが、その広がり方は範囲Ｒ２よりも大きい。

本変形例によれば、車速Ｖに応じて、各範囲間の登録相対位置の個数差を増減できるので、３つの制御パラメータの精度を向上させることができる。

以上、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。

前述の実施形態では、相対位置履歴のうち最小二乗法を適用する登録相対位置の範囲をＲ１＜Ｒ２＜Ｒ３の関係式を満たす範囲Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３に分け、範囲毎に個別に２次関数の近似式を算出している。これに代えて、範囲Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３がＲ１＝Ｒ２＜Ｒ３又はＲ１＜Ｒ２＝Ｒ３の関係式を満たすようにしてもよい。このようにしても、範囲Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３がＲ１＝Ｒ２＝Ｒ３の関係式を満たすようにした従来の場合と比較すれば、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。

したがって、先行車両の移動軌跡をＮ次関数（Ｎは１以上の整数）の近似式で推定する場合に広げていえば、以下のようになる。すなわち、相対的に高次の係数を算出する場合には、相対的に低次の係数を算出する場合と比較して、相対位置履歴のうち最小二乗法を適用する登録相対位置の範囲を同じに又は狭く設定する。ただし、少なくとも、最大の次数の係数を算出する場合には、最小の次数の係数を算出する場合と比較して、相対位置履歴のうち最小二乗法を適用する登録相対位置の範囲を狭く設定する。

前述の実施形態において、運転支援制御装置１０による先行車両追従走行制御（図３及び図４の演算処理）はイグニッションスイッチのオン操作を契機として実施されていた。これに代えて、先行車両追従走行制御は、車線追従走行制御を実施できないと判定したことを契機として実施を開始してもよい。車線追従走行制御は、外界認識装置２０が自車両１の前方における道路の区画線を走行車線として認識し、この走行車線に自車両１を追従させる制御であり、運転支援制御装置１０が先行車両追従走行制御と同様に実施することができる。逆に、運転支援制御装置１０が車線追従走行制御を実施できると判定した場合には、先行車両追従走行制御を終了させて車線追従走行制御へ移行する。運転支援制御装置１０が車線追従走行制御及び先行車両追従走行制御のいずれも実施できないと判定した場合には、操舵制御装置３０は、運転者による操舵操作を補助すべく、電動パワーステアリングＰＳを駆動するモータ（図示省略）によるアシストトルクを制御する。

前述のステップＳ１において自車両１の回転変化量Δθを算出する際に用いるヨーレートγは、ヨーレートセンサ５０によって検出された検出値に基づいている。しかし、ヨーレートセンサ５０が車載ＣＡＮ（Controller Area Network）によって運転支援制御装置１０と接続される場合には、運転支援制御装置１０で受信されるヨーレートは、ＶＤＣ（Vehicle Dynamics Control）内部で使用している値に対して、分解能や精度が低くなる可能性がある。そこで、運転支援制御装置１０は、演算部１１において、アンダーステア・オーバーステアのシャシー特性を示す既知の定数であるスタビリティファクタを用いつつ、車速Ｖと、ステアリングの回転量を示す操舵角度と、に基づいて、ヨーレートを推定してもよい。この場合、運転支援制御装置１０には操舵角度を検出する舵角センサが接続され、舵角センサは操舵角度に対応する信号を運転支援制御装置１０へ出力する。

先行車両の移動軌跡の推定は２次関数の近似式を算出することで行われていたが、これに限らず、１次関数又は３次以上の関数の近似式で先行車両の移動軌跡を推定することができる。例えば１次関数の近似式の場合には、これによって示される近似曲線には、実際の移動軌跡におけるヨー角及び横位置の情報が反映される。要するに、先行車両の移動軌跡の推定は、前述のように、Ｎ次関数（Ｎは１以上の整数）の近似式を算出することで可能である。

１…自車両、１０…運転支援制御装置、１１…演算部、１２…入出力部、１３…記憶部、２０…外界認識装置、２１…ステレオカメラ、２２…画像処理装置、３０…操舵制御装置、４０…車速センサ、５０…ヨーレートセンサ、Ｘ…前後位置、Ｙ…横位置、Ｘ(Ｎ)，Ｙ(Ｎ)…登録相対位置、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３…登録相対位置の範囲、Ａ_１，Ａ_２，Ａ_３…２次係数、Ｂ_１，Ｂ_２，Ｂ_３…１次係数、Ｃ_１，Ｃ_２，Ｃ_３…０次係数

Claims (6)

1. 外界認識装置により取得された、自車両の前方における追従対象である先行車両の前記自車両に対する相対位置情報を、時間軸で複数回入力し、
   前記入力した相対位置情報を記憶し、
   前記記憶した相対位置情報の履歴のうち、最新の相対位置情報から遡る範囲を複数設定した各範囲における複数の相対位置情報から、それぞれ前記先行車両の移動軌跡としてＮ次関数（ここでＮは１以上の整数）の近似式を算出して、各近似式における所定の次数の係数を算出し、このとき、相対的に高次の係数を算出する場合には、相対的に低次の係数を算出する場合と比較して、前記範囲を同じに又は狭く設定したときの前記複数の相対位置情報から算出した近似式を用いるが、少なくとも、最大の次数の係数を算出する場合には、最小の次数の係数を算出する場合と比較して、前記範囲を狭く設定したときの前記複数の相対位置情報から算出した近似式を用い、
   前記算出した各次数の係数に応じた指令を前記自車両の操舵制御装置に出力する、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、
   相対的に高次の係数を算出する場合の前記範囲は、相対的に低次の係数を算出する場合の前記範囲と比較して狭くすることを特徴とする車両制御装置。
3. 請求項２に記載の車両制御装置において、
   前記Ｎ次関数は２次関数であることを特徴とする車両制御装置。
4. 請求項２に記載の車両制御装置において、
   前記自車両の速度が高くなるに従って、相対的に高次の係数を算出する場合の前記範囲と相対的に低次の係数を算出する場合の前記範囲との差を広げることを特徴とする、車両制御装置。
5. 外界認識装置により取得された、自車両の前方における追従対象である先行車両の前記自車両に対する相対位置情報を、時間軸で複数回入力し、
   前記入力した相対位置情報を記憶し、
   前記記憶した相対位置情報の履歴のうち、最新の相対位置情報から遡る範囲を複数設定した各範囲における複数の相対位置情報から、それぞれ前記先行車両の移動軌跡としてＮ次関数（ここでＮは１以上の整数）の近似式を算出して、各近似式における所定の次数の係数を算出し、このとき、相対的に高次の係数を算出する場合には、相対的に低次の係数を算出する場合と比較して、前記範囲を同じに又は狭く設定したときの前記複数の相対位置情報から算出した近似式を用いるが、少なくとも、最大の次数の係数を算出する場合には、最小の次数の係数を算出する場合と比較して、前記範囲を狭く設定したときの前記複数の相対位置情報から算出した近似式を用い、
   前記算出した各次数の係数に応じた指令を前記自車両の操舵制御装置に出力する、車両制御方法。
6. 自車両の前方における追従対象である先行車両の前記自車両に対する相対位置情報を取得する外界認識部と、
   前記外界認識部より取得された前記相対位置情報を時間軸で複数回入力し、前記入力した相対位置情報を記憶する記憶部と、
   前記記憶部によって記憶された前記相対位置情報の履歴のうち、最新の相対位置情報から遡る範囲を複数設定した各範囲における複数の相対位置情報から、それぞれ前記先行車両の移動軌跡としてＮ次関数（ここでＮは１以上の整数）の近似式を算出して、各近似式における所定の次数の係数を算出し、このとき、相対的に高次の係数を算出する場合には、相対的に低次の係数を算出する場合と比較して、前記範囲を同じに又は狭く設定したときの前記複数の相対位置情報から算出した近似式を用いるが、少なくとも、最大の次数の係数を算出する場合には、最小の次数の係数を算出する場合と比較して、前記範囲を狭く設定したときの前記複数の相対位置情報から算出した近似式を用いる演算部と、
   前記算出した各次数の係数に応じた指令を受けて前記自車両の操舵制御装置に出力する出力部と、
   を備える車両制御システム。

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