JP7225816B2 - 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が含まれる。

衝突コストは、通常、他のコストよりも重みが高く設定される（例えば、衝突コストの重み係数が大きな値に設定される）。よって、衝突可能性のある走行経路は、車両が障害物と衝突する可能性が極めて低くても、経路コスト（衝突コスト）が大きく見積もられるため、選択肢から確実に排除される。

国際公開第２０１３／０５１０８１号パンフレット

一方、衝突ファクタ以外のファクタによるコストには、車両の加速度に関する加速度コストが含まれる。加速度に起因して乗員にはストレス又は負荷が掛かる。よって、特に疾患がある乗員に対しては、このような加速度に起因して大きなストレスが掛かることを回避すべきである。

しかしながら、上述のように加速度コストは、衝突コストよりも重みが低く設定される。例えば、車両前方への他の車両の急な割り込みの際には、衝突の可能性がわずかでもある走行経路は選択肢から排除される。このため、乗員に過大な加速度が掛かるような走行経路が選択され得る。よって、この場合、選択された走行経路よりも、排除された走行経路の方が、乗員への身体的負荷が低くなり得る。

したがって、乗員へ掛かる身体的負担の観点において、衝突可能性がわずかでもある走行経路が選択肢から排除される従来の選択手法には改善の余地があった。

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、乗員の身体的負担がより小さい走行経路を選択することが可能な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、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と、検出された障害物を回避するように走行経路を設定するコントローラと、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、各経路候補上に複数のサンプリング点を設定し、各経路候補について、経路候補を車両が走行することにより各サンプリング点で車両の乗員が受ける慣性力と、障害物と衝突したときに各サンプリング点で乗員が受ける反作用力と、障害物と車両とが各サンプリング点で衝突する衝突確率とを計算し、慣性力，反作用力及び衝突確率に基づいて、各サンプリング点で乗員が受ける外力を計算し、更に各経路候補における外力の合計値を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、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までの車両の位置及び速度を含む目標経路を計算し、目標経路上に複数のサンプリング点を設定し、目標経路を車両が走行することにより各サンプリング点で乗員が受ける慣性力を計算し、更に目標経路における慣性力の合計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、経路コストと目標経路コストとの差が最も小さい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、複数の経路候補を計算し、これらの中から各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。本発明では、経路コスト計算処理において、経路候補上で乗員が受ける慣性力と、衝突時に受ける反作用力（又は衝撃力）と、衝突確率とに基づいて、候補経路を移動したときに乗員に掛かる外力の総和が経路コストとして計算される。この構成により、本発明では、従来とは異なり、衝突コストと加速度コストをそれぞれ重み付け（例えば、重み係数を付与）することなく、乗員に掛かる「力」として１つの判断基準により経路選択することができる。これにより、本発明では、乗員に掛かる身体的負荷として最適な経路を選択可能である。また、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走行挙動制御処理を更に実行する。

本発明において、好ましくは、外力は、反作用力と衝突確率の積と、慣性力との和である。
このように構成された本発明によれば、衝突により乗員に掛かる反作用力（又は衝撃力）自体は大きくても衝突確率が小さければ、乗員に掛かる外力の合計値（すなわち、経路コスト）も小さく見積もられる。したがって、本発明では、衝突可能性が低い経路候補を積極的に排除することなく、より多くの経路候補の中から、乗員に対して掛かる外力が適切な経路候補を選択可能となる。

本発明において、好ましくは、経路候補は、車両が所定の距離又は所定の時間長さにわたって走行するように設定される。
このように構成された本発明によれば、車両の実際の走行に関連する所定の区間についてのみ経路候補を計算する。これにより、本発明では、時間経過に伴う交通状況の変化に応じて、新たな経路候補を繰り返し計算することが可能となる。

本発明の車両運転支援装置によれば、乗員の身体的負担がより小さい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運転支援制御処理の簡略化された動作例の説明図である。 本発明の実施形態における候補経路コストの計算例である。 本発明の実施形態における経路選択処理の説明図である。 本発明の実施形態における経路選択処理の説明図である。 本発明の実施形態における経路選択処理の説明図である。

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及び図３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は走行経路の説明図、図３は運転支援制御処理のフローチャートである。

図２では、車両１は走行路５上を走行している。図３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では、車両１の進路上に他の車両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、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（パーキングエリア等）への誘導指示信号である。

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。

図２では、外部信号を受信していないので、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。したがって、図２では、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。なお、図２では、障害物（車両３）が車両１の前方に存在するが、障害物は目標経路ＲＴの計算において考慮されない。

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（すなわち、車両１の加速度）によって、乗員に対して掛かる負荷又は外力ＦＴに基づいて計算される。この場合の外力ＦＴは慣性力Ｆｉである。慣性力Ｆｉは、座席に着座した乗員（主に上半身）の質量に対して加速度が作用することにより生じる力であり、質量（ｍ）と加速度（ａ）との積である（Ｆｉ＝ｍ×ａ）。なお、慣性力Ｆｉは、ベクトル値である。

したがって、ＥＣＵ１０は、各サンプリング点ＳＰにおいて、慣性力Ｆｉ（又はＦＴ）を計算する。そして、ＥＣＵ１０は、目標経路ＲＴ上のすべてのサンプリング点ＳＰでの慣性力Ｆｉ（絶対値）の合計値を経路コスト（目標経路コスト）ＥＴとして算出する。なお、図２では、車両１は、直線経路である目標経路ＲＴを一定速度（ａ＝０）で走行するので、目標経路コストＥＴはゼロとなる（ＥＴ＝０）。

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。

なお、正常な意識状態では、乗員は、慣性力Ｆｉに応答して、慣性力Ｆｉを打ち消すように、姿勢を維持するための姿勢維持力Ｆｈ（ベクトル値）を作用させる。よって、姿勢維持力Ｆｈを考慮する場合には、経路コストの計算において、慣性力Ｆｉから姿勢維持力Ｆｈを差し引いた値の合計値を経路コストとしてもよい。姿勢維持力Ｆｈは、例えば、方向にかかわらず一定の最大値（例えば、０．１Ｇに相当する値。ただし、Ｇは重力加速度。）を有することができる。

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２には、多数の経路候補のうち、３つの経路候補ＲＣ₁，ＲＣ₂，ＲＣ₃のみが示されている。なお、本実施形態では、各経路候補ＲＣｍは、始点から固定時間（例えば、３秒）後の到達位置までの経路である。

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の経路コストの計算において、ＥＣＵ１０は、各サンプリング点ＳＰについて、車両１の運動による慣性力Ｆｉ，障害物との衝突確率Ｐｃ，及びこの衝突により乗員が受ける衝撃力Ｆｃ（又は衝突に対する反作用力）を計算し、これらの値に基づいて乗員に掛かる外力ＦＣを計算する。そして、ＥＣＵ１０は、経路候補ＲＣｍ上のすべてのサンプリング点ＳＰでの外力ＦＣ（絶対値）の合計値を、経路候補ＲＣｍの経路コスト（候補経路コスト）ＥＰｍとして算出する。慣性力Ｆｉは、目標経路における慣性力と同様である。また、衝撃力Ｆｃは、ベクトル値である。

経路候補ＲＣｍの各サンプリング点における外力ＦＣは、以下の式で表される。
ＦＣ＝（Ｆｉ＋Ｆｃ）×Ｐｃ＋Ｆｉ×（１－Ｐｃ）
右辺第１項は衝突時における外力を表し、右辺第２項は非衝突時における外力を表す。この式は、以下の式のように簡略化される。
ＦＣ＝Ｆｃ×Ｐｃ＋Ｆｉ

また、目標経路の経路コストの計算と同様に、慣性力又は外力を打ち消す方向の姿勢維持力Ｆｈを考慮して、候補経路コストを計算してもよい。

衝撃力Ｆｃの計算は、従来と同様であり、車両１が障害物（例えば、他の車両）と衝突した時に乗員に掛かる力である。概略的には、ある速度で移動中の乗員が、衝突期間において所定の運動量を失ったと仮定して衝撃力Ｆｃが計算される。ＥＣＵ１０は、例えば、車両１と障害物とが所定の反発係数で弾性衝突すると仮定した所定の衝突モデルに基づいて、乗員に掛かる衝撃力Ｆｃを計算する。ＥＣＵ１０は、衝突モデルを用いて、相対速度及び障害物の種類等に応じて、衝突の際の車両１の移動距離又は衝突期間を計算する。また、ＥＣＵ１０は、走行路情報及びメモリ１２内のテーブルに基づいて、障害物の速度、障害物の種類（乗用車、トラック等）に基づく障害物の質量、障害物に対する車両１の衝突角度、障害物に対する衝突後の車両１の反射角度等を計算する。メモリ１２内には、障害物の種類に対する障害物の重量，車両１の車重，乗員の重量等が設定されたテーブルが記憶されている。さらに、ＥＣＵ１０は、経路候補における車両１の速度情報等を用いる。

また、衝突確率Ｐｃは、車載カメラ２１及びレーダ２２により検出された障害物の位置精度と、経路候補ＲＣｍ上の車両１の位置精度に基づいて計算される。障害物及び車両１の位置精度は、２次元の確率密度関数で表すことができる。これらの確率密度関数から衝突確率Ｐｃが算出される。

理解の容易のため１次元（ｘ軸上で車両１及び障害物が運動すると仮定）の場合の衝突確率Ｐｃの計算方法について説明する。
まず、車両１の予想位置をｘ軸上のμ₁、分散をσ₁ ²としたとき、車両１の位置の確率密度関数Ｐｖｅｈ（ｘ）は、以下の式１で表される。

また、障害物の観測位置をｘ軸上のμ₂、分散をσ₂ ²としたとき、障害物の位置の確率密度関数Ｐｏｂｊ（ｘ）は、以下の式２で表される。

上記式１，式２に基づいて、車両１が位置Ｘのときに障害物と衝突する衝突確率Ｐｃ（Ｘ）は、以下の式３で表される。ただし、ｓ＝（車両１の長さ＋障害物の長さ）／２である。

したがって、車両１が障害物とｘ軸上の任意の位置で衝突する衝突確率Ｐｃは、以下の式４で表される。ただし、車両１は正規分布Ｎ（μ₁，σ₁ ²）、障害物はＮ（μ₂，σ₂ ²）で分布しているとする。

ＥＣＵ１０は、車載カメラ２１及びレーダ２２を障害物の位置検出に用いることを前提として、車両１の経路候補ＲＣｍ上の予想位置（サンプリング点ＳＰ），障害物の観測位置に応じて、正規分布の分散等を設定する。したがって、経路候補ＲＣ上で車両１が現在位置よりも遠くに位置するほどσ₁が大きくなり、車両１からより遠くに障害物が位置するほどσ₂が大きくなる。

なお、図２に示された経路候補ＲＣ₁，ＲＣ₂では、車両１は、衝突を回避するため障害物３の後方に急停止する経路である。このため、各経路候補において、衝突確率は低いが、急減速による慣性力が大きく見積もられるため、候補経路コストＥＰ₁，ＥＰ₂は大きな値となる。一方、経路候補ＲＣ₃では、車両１は、障害物３の側方を通過するため、レーンチェンジを行う。この場合、レーンチェンジに起因して慣性力が生じるが、衝突確率は極めて小さくなるため、候補経路コストＥＰ₃は、小さな値となる。

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。仮に、図２の例において、３つの経路候補ＲＣ₁，ＲＣ₂，ＲＣ₃のみが計算されていた場合には、目標経路コストＥＴ（＝ゼロ）との差が最も小さい、経路候補ＲＣ₃が選択されることになる。

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４及び図５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４は簡略化された動作例の説明図、図５は候補経路コストの計算例である。なお、図４では、理解の容易のため１次元（Ｘ軸上で車両１及び障害物が運動すると仮定）の例を示す。

図４Ａ～図４Ｃにおいて、車両１は走行路５上を走行しており、前方に車両３が停止している。この状況において、図４Ａ，図４Ｂ，図４Ｃにおいて、３秒間にわたる経路候補ＲＣ₁，ＲＣ₂，ＲＣ₃が計算されている。経路候補ＲＣ₁，ＲＣ₂，ＲＣ₃では、それぞれ一定の加速度「－０．８Ｇ」，「－０．４Ｇ」，「０Ｇ（等速）」が設定されている。この場合、図４Ａでは、車両１は車両３の後方で車両３から遠い位置に急停止する。図４Ｂでは、車両１は車両３の後方近傍に停止する。図４Ｃでは、車両１は等速走行するため車両３に衝突する。なお、障害物３を考慮せずに計算される目標経路は、経路候補ＲＣ₃と同じである。

図５には、ｔ秒後（ｔ＝１，２，３）の慣性力Ｆｉ，衝撃力Ｆｃ，衝突確率Ｐｃが示されている。さらに、図５には、３秒間の間に車両１が障害物３に衝突する合計衝突確率（ΣＰｃ）と、各経路候補の候補経路コストＥＰの時間平均値が示されている。

図５を参照すると、経路候補ＲＣ₁は、合計衝突確率はほぼゼロであり、候補経路コストＥＰ₁の時間平均値は約３５０（Ｎ）である。また、経路候補ＲＣ₂は、合計衝突確率は約２％であり、候補経路コストＥＰ₂の時間平均値は約１８０（Ｎ）である。また、経路候補ＲＣ₃は、合計衝突確率は約９９％であり、候補経路コストＥＰ₃の時間平均値は約７７０（Ｎ）である。

目標経路コストＥＴは、ゼロとなる。したがって、図４に示された３つの経路候補ＲＣ₁，ＲＣ₂，ＲＣ₃から選択される選択経路は、経路コストがゼロに最も近い経路候補ＲＣ₂となる。

なお、従来技術に係る経路コストの計算では、上述のように衝突コストの重みが大きく見積もられる。このため、従来技術では、経路候補ＲＣ₂のように衝突可能性がある経路候補の経路コストは大きくなる。したがって、従来は、３つの経路候補から衝突可能性がほぼゼロである経路候補ＲＣ₁が選択され、衝突可能性がある経路候補ＲＣ₂が選択されることはなかった。

しかしながら、本実施形態の車両運転支援装置１００では、乗員に掛かる負荷（又は外力）という観点から、力の単位のみを用いて経路コストを計算するように構成されている。このため、本実施形態では、従来のように衝突コストを他のコストと比べて過度に重み付けすることがなくなるため、乗員に対する身体的負担が低い経路候補を選択することができる。

次に、図６～図８を参照して、本実施形態の運転支援制御処理の他の動作例について説明する。図６～図８は選択経路の説明図である。図６～図８では、車両１は一定速度で走行車線を走行しており、右隣の追越車線へレーンチェンジ可能である。

図６は、他の車両３が車両１の前方を走行している例である。図６Ａは、他の車両３が車両１と同様な大きさの車両である場合であり、図６Ｂは、他の車両３が車両１よりも大きな車両（例えば、トラック，バス）である場合である。

図６において、目標経路ＲＴは、３秒間にわたって一定速度で走行するように設定されている。よって、目標経路コストＥＴはゼロである。また、図６Ａ及び図６Ｂでは、計算された多数の経路候補のうち、同じ経路候補ＲＣ₁，ＲＣ₂，ＲＣ₃がそれぞれ示されている。なお、経路候補ＲＣ₁は、目標経路ＲＴと同一である。

経路候補ＲＣ₂では、車両１が減速するため、３秒後の到達位置が目標経路ＲＴの到達位置よりも車両１の現在位置に近くなる。一方、経路候補ＲＣ₃では、車両１は追越車線へ車線変更する。

図６Ａの場合、経路候補ＲＣ₁では、慣性力はゼロであり、前方の車両３も走行しているので、衝突確率はほぼゼロである。よって、候補経路コストＥＰ₁は、小さな値となる。また、経路候補ＲＣ₂では、衝突確率はゼロであるが、減速（縦加速度）により慣性力が増加する。よって、候補経路コストＥＰ₂は、中程度の大きさの値となる。また、経路候補ＲＣ₃では、衝突確率がゼロであるが、車線変更（横加速度）により慣性力が増加する。よって、候補経路コストＥＰ₃は、比較的大きな値となる。よって、図６Ａでは、経路候補ＲＣ₁が選択経路として選択される（ＥＰ₁＜ＥＰ₂＜ＥＰ₃）。

一方、図６Ｂの場合、経路候補ＲＣ₁では、衝突確率はほぼゼロであるが、他の車両３の重量が大きいため、衝撃力が大きく見積もられる。よって、候補経路コストＥＰ₁は、中程度の大きさの値となる。また、経路候補ＲＣ₂では、減速（縦加速度）により慣性力は増加するが、衝突確率はゼロである。よって、候補経路コストＥＰ₂は小さな値となる。また、経路候補ＲＣ₃では、上述のように、候補経路コストＥＰ₃は、比較的大きな値となる。よって、図６Ｂでは、経路候補ＲＣ₂が選択経路として選択される（ＥＰ₂＜ＥＰ₁＜ＥＰ₃）。

本実施形態では、図６Ａの例から分かるように、前方車両との衝突に起因する衝撃力の大きさを考慮することにより、衝突確率が非ゼロである経路候補が選択され得る。

次に、図７は、他の車両３が車線変更により車両１の前方に移動する例である。図７Ａは、他の車両３と車両１との車間距離が長い場合であり、図７Ｂは、車間距離が短い場合である。図７においても、図６と同様に、経路候補ＲＣ₁（目標経路ＲＴ），経路候補ＲＣ₂，経路候補ＲＣ₃が示されている。

図７Ａの場合、経路候補ＲＣ₁では、慣性力はゼロであるが、衝突確率が比較的大きな値となる。よって、候補経路コストＥＰ₁は、比較的大きな値となる。また、経路候補ＲＣ₂では、減速（縦加速度）により慣性力が増加するが、衝突確率がゼロに近い小さな値である。よって、候補経路コストＥＰ₂は、小さな値となる。また、経路候補ＲＣ₃では、衝突確率がゼロであるが、車線変更（横加速度）により慣性力が増加する。よって、候補経路コストＥＰ₃は、中程度の大きさの値となる。よって、図７Ａでは、経路候補ＲＣ₂が選択経路として選択される（ＥＰ₂＜ＥＰ₃＜ＥＰ₁）。

一方、図７Ｂの場合、経路候補ＲＣ₁では、衝突確率が大きな値となる。よって、候補経路コストＥＰ₁は、大きな値となる。また、経路候補ＲＣ₂では、衝突確率が比較的大きくなるので、候補経路コストＥＰ₂は中程度の大きさの値となる。また、経路候補ＲＣ₃では、衝突確率がゼロであるため、候補経路コストＥＰ₃は比較的小さな値となる。よって、図７Ｂでは、経路候補ＲＣ₃が選択経路として選択される（ＥＰ₃＜ＥＰ₂＜ＥＰ₁）。

本実施形態では、図７Ａの例から分かるように、前方車両との衝突確率が非ゼロである経路候補が選択され得る。

次に、図８は、他の車両３が車線変更により車両１の前方に移動する例である。この例では、更に別の車両４が追越車線を走行している。図８Ａは、車両４（例えば、１００ｋｍ／ｈ）が車両１（例えば、７５ｋｍ／ｈ）を大きな相対速度（２５ｋｍ／ｈ）で追い抜こうとしている場合である。一方、図８Ｂは、車両４（例えば、８０ｋｍ／ｈ）が車両１を小さな相対速度（例えば、５ｋｍ／ｈ）で追い抜こうとしている場合である。図８においても、図６及び図７と同様に、経路候補ＲＣ₁（目標経路ＲＴ），経路候補ＲＣ₂，経路候補ＲＣ₃が示されている。

図８Ａの場合、経路候補ＲＣ₁では、車両１が車両３と衝突する衝突確率が極めて大きくなる。よって、候補経路コストＥＰ₁は、非常に大きな値となる。また、経路候補ＲＣ₂では、減速（縦加速度）により慣性力が増加すると共に、車両３との衝突確率が比較的大きい。よって、候補経路コストＥＰ₂は、大きな値となる。また、経路候補ＲＣ₃では、車両３との衝突確率は小さくなるが、後方からの車両４との衝突確率が比較的大きくなる。よって、候補経路コストＥＰ₃も、非常に大きな値となる。よって、図８Ａでは、いずれの候補経路コストＥＰ₁～ＥＰ₃も大きな値を有するが、これらのうち最も目標経路コスト（ＥＴ＝０）に近い値を有する経路候補ＲＣ₂が選択経路として選択される（ＥＰ₂＜ＥＰ₃＜ＥＰ₁）。

一方、図８Ｂの場合、経路候補ＲＣ₁では、上述のように候補経路コストＥＰ１が非常に大きな値となる。また、経路候補ＲＣ₂では、上述のように候補経路コストＥＰ₂は大きな値となる。また、経路候補ＲＣ₃では、車両３との衝突確率は小さくなり、後方からの車両４との衝突確率も小さい。よって、候補経路コストＥＰ₃は、比較的大きな値となる。よって、図８Ｂでは、いずれの候補経路コストＥＰ₁～ＥＰ₃も大きな値を有するが、これらのうち最も小さな値を有する経路候補ＲＣ₃が選択経路として選択される（ＥＰ₃＜ＥＰ₂＜ＥＰ₁）。

本実施形態では、図８Ａ，図８Ｂの例から分かるように、いずれの経路候補も衝突確率が非ゼロである場合であっても、最良の経路候補を選択することができる。

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、走行路５上に存在する障害物３を検出する障害物検出センサ（車載カメラ２１，レーダ２２）と、検出された障害物３を回避するように走行経路を設定するコントローラ（ＥＣＵ１０）と、を備え、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、を実行し、コントローラは、経路コスト計算処理（Ｓ１４ｂ）において、各経路候補ＲＣｍ上に複数のサンプリング点ＳＰを設定し、各経路候補ＲＣｍについて、経路候補ＲＣｍを車両１が走行することにより各サンプリング点ＳＰで車両１の乗員が受ける慣性力Ｆｉと、障害物３と衝突したときに各サンプリング点ＳＰで乗員が受ける反作用力（衝撃力）Ｆｃと、障害物３と車両１とが各サンプリング点ＳＰで衝突する衝突確率Ｐｃとを計算し、慣性力Ｆｉ，反作用力Ｆｃ及び衝突確率Ｐｃに基づいて、各サンプリング点ＳＰで乗員が受ける外力を計算し、更に各経路候補ＲＣｍにおける外力の合計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。

本実施形態では、コントローラは、複数の経路候補を計算し、これらの中から各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。本実施形態では、経路コスト計算処理において、経路候補上で乗員が受ける慣性力Ｆｉと、衝突時に受ける反作用力（又は衝撃力）Ｆｃと、衝突確率Ｐｃとに基づいて、候補経路を移動したときに乗員に掛かる外力の総和が経路コストとして計算される。この構成により、本実施形態では、従来とは異なり、衝突コストと加速度コストをそれぞれ重み付け（例えば、重み係数を付与）することなく、乗員に掛かる「力」として１つの判断基準により経路選択することができる。これにより、本実施形態では、乗員に掛かる身体的負荷として最適な経路を選択可能である。

また、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、具体的には、外力は、反作用力Ｆｃと衝突確率Ｐｃの積と、慣性力Ｆｉとの和（Ｆｃ×Ｐｃ＋Ｆｉ）である。すなわち、本実施形態では、衝突により乗員に掛かる反作用力（又は衝撃力）Ｆｃ自体は大きくても衝突確率Ｐｃが小さければ、乗員に掛かる外力の合計値（すなわち、経路コスト）も小さく見積もられる。したがって、本実施形態では、衝突可能性が低い経路候補を積極的に排除することなく、より多くの経路候補の中から、乗員に対して掛かる外力が適切な経路候補を選択可能となる。

また、コントローラ（ＥＣＵ１０）は、障害物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上に複数のサンプリング点ＳＰを設定し、目標経路ＲＴを車両１が走行することにより各サンプリング点ＳＰで乗員が受ける慣性力Ｆｉを計算し、目標経路ＲＴにおける慣性力Ｆｉの合計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、記複数の経路候補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することができる。

また、経路候補ＲＣｍは、車両１が所定の距離（例えば、１００ｍ）又は所定の時間長さ（例えば、３秒）にわたって走行するように設定される。このように、本実施形態では、車両１の実際の走行に関連する所定の区間についてのみ経路候補ＲＣｍを計算する。これにより、本実施形態では、時間経過に伴う交通状況の変化に応じて、新たな経路候補を繰り返し計算することが可能となる。

１ 車両
３、４ 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
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
Ｆｉ 慣性力
Ｆｃ 衝撃力（反作用力）
Ｐｃ 衝突確率
ＲＣ 経路候補
ＲＴ 目標経路

Claims (4)

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、
   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と、
   検出された障害物を回避するように前記走行経路を設定するコントローラと、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、
   各経路候補上に複数のサンプリング点を設定し、
   各経路候補について、前記経路候補を前記車両が走行することにより各サンプリング点で前記車両の乗員が受ける慣性力と、前記障害物と衝突したときに各サンプリング点で前記乗員が受ける反作用力と、前記障害物と前記車両とが各サンプリング点で衝突する衝突確率とを計算し、前記慣性力，前記反作用力及び前記衝突確率に基づいて、各サンプリング点で前記乗員が受ける外力を計算し、更に各経路候補における前記外力の合計値を前記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、
   前記障害物を考慮することなく、前記車両の現在位置から目標到達位置までの前記車両の位置及び速度を含む目標経路を計算し、
   前記目標経路上に複数のサンプリング点を設定し、
   前記目標経路を前記車両が走行することにより各サンプリング点で前記乗員が受ける慣性力を計算し、更に前記目標経路における前記慣性力の合計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、前記経路コストと前記目標経路コストとの差が最も小さい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、車両運転支援装置。
2. 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。
3. 前記外力は、前記反作用力と前記衝突確率の積と、前記慣性力との和である、請求項１に記載の車両運転支援装置。
4. 前記経路候補は、前記車両が所定の距離又は所定の時間長さにわたって走行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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