JP5463971B2 - 移動体走行経路生成装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両などの移動体が、移動方向前方に存在する障害物を適切に回避して走行するための走行経路を生成する移動体走行経路生成装置に関するものである。

移動体の移動経路を設定する技術としては従来、例えば特許文献1に記載のようなものが知られている。
この特許文献文献1により提案されている移動経路設定技術は、検出した障害物の位置情報に基づいて障害物が存在し得る確率を表した確率ポテンシャル場を生成し、
この確率ポテンシャル場に、目標位置へ向かう勾配を付加した上で、目標位置に向かう経路を探索するようになし、
これにより、動的な障害物の将来の動作を予測しつつ、センサデータの揺らぎを受けることなく、移動体の障害物回避行動を実現し得るようにしたものである。

特開２００３−２４１８３６号公報

この提案技術によれば、障害物の存在確率に基づいてポテンシャル場が形成され、ポテンシャル場の勾配に基づいて経路を生成するため、
生成される経路の、障害物に対する通過方向（回避方向）は、ポテンシャル場の勾配が大きい方向に決定される。

しかし、運転者が移動体の運転を行う場合には、運転者が望む通過方向と、ポテンシャル場の勾配が大きい方向とが必ずしも一致しないことから、
上記の提案技術を用いる場合、状況によっては運転者の意図と異なる方向へ移動体を移動させることがあり、運転者に違和感を与える可能性があるという問題が生ずる懸念を払拭しきれない。

本発明は、障害物回避方向の明示的な設定を行った上で、回避経路の生成に際し、回避経路候補の障害物に対する回避方向をチェックし、該回避経路候補の障害物回避方向が、上記設定した方向と反対方向になる場合、回避経路候補を、その障害物回避方向が上記の設定方向となるよう補正して、移動体の走行経路を生成するようになすことで、上記違和感の問題を払拭可能にした移動体走行経路生成装置を提案することを目的とする。

この目的のため、本発明による移動体走行経路生成装置は、以下のごとき障害物検出手段と、障害物回避方向設定手段と、目標回避経路候補設定手段と、第1の経路評価手段と、回避方向相違度判定手段と、仮想障害物設定手段と、第2の経路評価手段と、目標回避経路候補補正手段と、回避経路決定手段とを具備した構成となす。

障害物検出手段は、運転者が運転する移動体の前方における障害物の現在位置を検出する。
障害物回避方向設定手段は、上記の障害物検出手段により検出した障害物位置を移動体が、運転者の操作に基づく移動体の進行方向と交差する方向へ回避するのに必要な回避方向を設定する。
目標回避経路候補設定手段は、上記障害物検出手段により検出された障害物位置を移動体が上記移動体進行方向と交差する方向へ回避するのに必要な目標回避経路候補を設定する。

第1の経路評価手段は、上記障害物検出手段からの障害物位置情報に基づいて、上記目標回避経路候補と検出障害物との接近度合いを算出する。
回避方向相違度判定手段は、上記障害物回避方向設定手段で設定された回避方向と、上記目標回避経路候補設定手段で設定された目標回避経路候補の前記検出障害物に対する回避方向との相違度を判別する。

仮想障害物設定手段は、上記回避方向相違度判定手段の判定結果に基づき、相違度の大きい目標回避経路候補を対象として、上記障害物位置から移動体進行方向と交差する方向へ移動した点に仮想障害物を設定する。
第2の経路評価手段は、上記の仮想障害物と、上記目標回避経路候補との接近度合いを算出する。

目標回避経路候補補正手段は、上記目標回避経路候補を上記第1の経路評価手段または第2の経路評価手段による評価値に基づいて補正する。
回避経路決定手段は、上記補正された目標回避経路候補と、上記障害物回避方向設定手段で設定された回避方向とに基づいて回避経路を決定し、これを移動体走行経路となす。

上記した本発明による移動体走行経路生成装置にあっては、障害物回避方向設定手段によって障害物の回避方向を設定し、目標回避経路候補設定手段により障害物回避用の目標回避経路候補を設定し、障害物に対する目標回避経路候補の回避方向と、障害物回避方向設定手段により設定された障害物の回避方向とが異なる可能性がある場合、目標回避経路候補補正手段により目標回避経路候補を、その回避方向が、障害物回避方向設定手段により設定された障害物の回避方向に向かうよう補正して回避経路を決定することとなる。
このため本発明の移動体走行経路生成装置によれば、移動体の障害物回避方向を確実に、上記設定した障害物回避方向に一致させることができ、従って運転者の意図と異なる方向へ移動体を回避走行させることがなく、運転者に違和感を与えるという前記の問題を払拭することができる。

本発明の第1実施例になる移動体走行経路生成装置を具えた四輪車両1を、その上方から見て示す概略平面図である。 図1におけるマイクロプロセッサの機能別ブロック線図である。 図1におけるマイクロプロセッサが実行する障害物回避経路生成プログラムのメインルーチンを示すフローチャートである。 図3のメインルーチンにおける障害物回避経路算出処理に関したサブルーチンを示すフローチャートである。 図3,4の障害物回避経路生成プログラムを説明するに当たって用いた自車の走行状態を例示する平面図である。 図5の例示において、自車および障害物の状態量を定義するために設定した座標系を示す説明図である。 図5,6の自車走行状況において求めた、障害物および道路境界に対する自車のリスクポテンシャルを示す説明図である。 タイヤ横力をモデル化した非線形関数を例示する特性線図である。 図3,4による障害物回避経路生成演算に際して用いる第2リスクポテンシャルを例示する特性線図で、 (a)は、自車の障害物回避方向が左側である場合の特性線図、 (b)は、自車の障害物回避方向が右側である場合の特性線図である。 図5,6の自車走行状況において、図3,4による障害物回避経路生成処理の演算過程を順次示す説明図で、 (a)は、演算開始時における初期状態を示す説明図、 (b)は、第2リスクポテンシャル適用時における説明図 (c)は、最終的な演算結果を示す説明図である。 図10に示す障害物回避経路生成処理の演算結果を示す説明図で、 (a)は、目標前輪転舵角の時系列変化を示すタイムチャート、 (b)は、自車の障害物回避経路の経路図である。 図5,6の自車走行状況において、図3,4による障害物回避経路生成処理の反復演算を示す説明図で、 (a)は、演算開始時における初期状態を示す説明図、 (b)は、運転操作に基づく障害物回避方向と、目標回避経路候補の回避方向との不一致により、仮想障害物位置が設定された時における説明図、 (c)は、目標回避経路候補が仮想障害物に基づき補正された時における説明図、 (d)は、目標回避経路候補が補正によっても適切でなく、仮想障害物位置の再設定がなされた後、この再設定された仮想障害物に基づき目標回避経路候補が再度補正された時における最終的な演算結果を示す説明図である。 本発明の第2実施例になる障害物回避経路生成処理を説明するに当たって用いた自車の走行状態を例示する平面図である。 図13の自車走行状況において、第2実施例の障害物回避経路生成処理を行った場合における、第1障害物および第2障害物に関した仮想障害物位置の時系列変化を示すタイムチャートで、 (a)は、自車が第1障害物を左方に回避した後、第2障害物を左方に回避するよう設定した場合のタイムチャート、 (b)は、自車が第1障害物を左方に回避した後、第2障害物を右方に回避するよう設定した場合のタイムチャート、 (c)は、自車が第1障害物を右方に回避した後、第2障害物を左方に回避するよう設定した場合のタイムチャート、 (d)は、自車が第1障害物を右方に回避した後、第2障害物を右方に回避するよう設定した場合のタイムチャートである。 図13の自車走行状況において、第2実施例の障害物回避経路生成処理を行った結果を示す説明図で、 (a)は、自車が第1障害物を左方に回避した後、第2障害物を左方に回避するよう設定した場合の説明図、 (b)は、自車が第1障害物を左方に回避した後、第2障害物を右方に回避するよう設定した場合の説明図、 (c)は、自車が第1障害物を右方に回避した後、第2障害物を左方に回避するよう設定した場合の説明図、 (d)は、自車が第1障害物を右方に回避した後、第2障害物を右方に回避するよう設定した場合の説明図である。 本発明の第3実施例になる障害物回避経路生成処理を説明するに当たって用いた自車の走行状態を例示する平面図である。 図16の自車走行状況において、第3実施例の障害物回避経路生成処理を行った場合における演算結果を示し、 (a)は、障害物移動速度パラメータの時系列変化を示すタイムチャート、 (b)は、障害物の移動状況と、この移動障害物に対する自車の回避経路とを示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。
＜第1実施例＞
図1は、本発明の第1実施例になる移動体走行経路生成装置を具えた四輪車両1を、その上方から見て示し、図中、2は車体、3L,3Rはそれぞれ左右前輪、4L,4Rはそれぞれ左右後輪である。
図1に示す車両1（移動体）は、運転者が操舵するステアリングホイール5からの操舵力がステアリングコラム6およびステアリングギヤボックス7を介して前輪転舵系に伝達され、この転舵系により左右前輪3L,3Rを転舵されるものとする。

図1に示すごとく、車体2内には、2台一組のカメラ11L,11Rをそれぞれ前向きにして取り付け、これらにより自車前方の道路状況を撮影し、障害物、道路境界、車線区分線等を検出する。
従ってカメラ11L,11Rは、本発明における障害物検出手段に相当する。
2台一組のカメラ11L,11Rは車幅方向に離間して、略車室内同レベルに配置することにより、自車からの被写体への方向だけでなく、自車から被写体までの距離をも検出可能なものとする。

左右前輪3L,3Rは非駆動輪とし、これらの車輪速Vwを検出する車輪速センサ12L,12Rを車速センサとして設ける。
車速センサ12L,12Rは、左右前輪3L,3Rに取り付けられたロータリーエンコーダ等で構成することができ、左右前輪3L,3Rの回転に比例したパルス幅のパルス信号を発生し、これらパルス信号から車速ｖを計測可能である。

車体2には、車両のヨーレートγを検出するヨーレートセンサ13、および加速度αを検出する加速度センサ14を設ける。
ヨーレートセンサ13は、水晶振動子や半導体を用いて構成される公知のデバイスを利用可能であり、加速度センサ14は圧電素子等を用いて構成される公知のデバイスを利用可能である。
なお加速度センサ14は、車体2に発生する特定方向の加速度を検出するものとし、ここでは特に、車体2の横方向に発生する横加速度αを検出するものとする。

ステアリングコラム6には、ステアリングホイール5の操舵角θ_sを検出する操舵角センサ15、およびステアリングホイール5からの操舵トルクTsを検出する操舵トルクセンサ16を設ける。
操舵角センサ15は、ステアリングコラム6内におけるステアリングシャフト（図示せず）の回転角から操舵角θ_sを検出し、操舵トルクセンサ16は、同じくステアリングコラム6内におけるステアリングシャフト（図示せず）へのトルクから操舵トルクTsを検出するものとする。

ここで図1の車両1は、左右前輪3L,3Rをステアリングホイール5により転舵されるだけでなく、この時パワーステアリング機能を果たす転舵アシストモータ17によりステアリングコラム6内のステアリングシャフト（図示せず）を回転させることによっても左右前輪3L,3Rを付加的に転舵され得るものとする。
転舵アシストモータ17はモータコントローラ18を介してマイクロプロセッサ19により駆動制御する。

マイクロプロセッサ19は、A/D変換回路、D/A変換回路、中央演算処理装置、およびメモリ等から構成される集積回路であり、上記カメラ11L,11Rからの情報や、上記各種センサ12L,12R,13,14,15,16からの情報を入力される。
これら入力情報を基にマイクロプロセッサ19は、上記メモリ内の格納プログラムを実行して、当該入力情報の信号処理を行うと共に、目標とすべき走行経路（回避経路）、すなわち左右前輪3L,3Rの目標転舵量の時系列信号を算出する。

モータコントローラ18は、マイクロプロセッサ19からの当該算出した時々刻々の目標転舵量に応動し、転舵アシストモータ17を介してステアリングコラム6内のステアリングシャフト（図示せず）に転舵アシストトルクを付与することで、左右前輪3L,3Rを目標転舵量となるよう転舵するものとする。

＜回避経路制御システム＞
図2は、上記のマイクロプロセッサ19を機能別ブロック線図により示すもので、マイクロプロセッサ19は概ね、センサ信号処理部21と、障害物回避方向設定部22と、目標回避経路候補設定部23と、目標回避経路候補記憶部24と、第1リスクポテンシャル生成部25と、第2リスクポテンシャル生成部26と、回避経路補正部27と、指令値出力処理部28とから成るものである。

センサ信号処理部21は、マイクロプロセッサ19に入力されたカメラ11L,11Rからの情報や、各種センサ12L,12R,13,14,15,16からの情報を統合的に処理して、自車の運動状態、運転者の操作状態、障害物の位置、および道路境界に関する情報へと変換し、これらを同一の座標系上に展開された情報となす。
具体的にどのような情報に変換されるかについては後述するが、変換処理要領については、画像処理による障害物や道路境界の検出方法をはじめとして、多数の手法が既に知られているため、ここでは詳細な説明を省略する。

障害物回避方向設定部22は、本発明における障害物回避方向設定手段を構成するもので、センサ信号処理部21で検出された運転者の操作状態から生成する走行経路が満たすべき障害物回避方向の設定を行う。
目標回避経路候補設定部23は、本発明における目標回避経路候補設定手段を構成するもので、障害物回避経路の算出に先立って任意の適当な回避経路の候補を設定し、
この設定した目標回避経路候補を目標回避経路候補記憶部24の所定領域内に格納しておく。

第1リスクポテンシャル生成部25は、本発明における第1の経路評価手段を構成するもので、センサ信号処理部21で検出された障害物の位置を基に、道路上の任意の位置について障害物との接近度合いの大きさを定量的に表す関数を構築する処理を行う。
第2リスクポテンシャル生成部26は、本発明における第2の経路評価手段を構成するもので、センサ信号処理部21で検出された障害物の位置に対し、障害物回避方向設定部22が設定した障害物回避方向の道路領域に小さなリスク評価値を割り当てたリスクポテンシャル関数を構築する処理を行う。

回避経路補正部27は、本発明における目標回避経路候補補正手段を構成するもので、目標回避経路候補記憶部24から目標回避経路候補を読み出し、更に第1リスクポテンシャル生成部25からの第1リスクポテンシャル、または第2リスクポテンシャル生成部26からの第2リスクポテンシャルを読み込んで、目標回避経路候補のリスク評価値が小さくなるように目標回避経路候補に補正を加え、新たな目標回避経路候補を算出する処理を行う。

回避経路補正部27に読み込む第1リスクポテンシャルおよび第2リスクポテンシャルの切り替えや、目標回避経路候補の補正演算の反復処理は、
目標回避経路候補記憶部24と、第1リスクポテンシャル生成部25と、第2リスクポテンシャル生成部26と、回避経路補正部27とから成る回避経路算出部29によって制御されている。

つまり、センサ信号処理部21で検出した障害物の位置に基づき目標回避経路候補設定部23が算出した目標回避経路候補の障害物回避方向と、運転者の操作に基づいて障害物回避方向設定部22が設定した障害物回避方向とを比較する。
目標回避経路候補の障害物回避方向と、運転者の操作に基づく障害物回避方向とが合致しない場合は、第2リスクポテンシャル生成部26からの第2リスクポテンシャルが回避経路補正部27に読み込まれ、
目標回避経路候補の障害物回避方向と、運転者の操作に基づく障害物回避方向とが合致する場合は、第1リスクポテンシャル生成部25からの第1リスクポテンシャルが回避経路補正部27に読み込まれる。

回避経路算出部29において所定回数の反復処理が実行された後の回避経路補正部27の補正結果が目標回避経路となり、
同時に回避経路補正部27は、後述するように目標回避経路に沿って車両1が走行するために必要な時々刻々の目標前輪転舵量を算出し、この目標前輪転舵量が指令値出力処理部28に送られる。

指令値出力処理部28は、送られてきた時系列的な目標前輪転舵量を順番に読み出して、読み出された目標転舵量を実現するのに必要な転舵アシストトルク指令値を算出し、この指令値をモータコントローラ18に出力する。
モータコントローラ18は、転舵アシストモータ17を転舵アシストトルク指令値が発生するよう駆動制御することにより、車両の走行経路が目標回避経路となるよう運転者の操縦操作を支援する。

＜回避経路の生成演算＞
マイクロプロセッサ19が上記の処理を行うため実行する制御プログラムを、図3,4に基づき以下に詳述する。
但しここでは、説明が判りやすくなるよう、自車1が図5,6に示すごとく直線道路31上で左右道路境界31L,31R間を走行していて、左前方に障害物32がある場合の具体例につき説明を展開することとする。

図3は、所定の時間隔ごとに繰り返し実行されるメインルーチンで、先ずステップＳ1において、カメラ11L,11Rからの情報や、各種センサ12L,12R,13,14,15,16からの信号をマイクロプロセッサ19のメモリ上に読み込み、これらに基づき車両運動状態および障害物情報を以下のごとく、任意に設定された座標系上の値として算出する。

座標系は任意に定めることができるが、本実施例では、図5,6（図6は、自車1が図5の位置から更に走行した後の状態）に示すように、道路の自車進行方向に沿ってX軸を、またX軸と直角な方向に沿ってY軸を設定し、
図5に示す自車1の現在位置をX座標の原点、道路の中心線付近にY座標の原点を置く座標系を設定した場合につき説明する。
上記のように座標系を設定することにより、自車（中心点）の位置を図6に示すごとく（X,Y）＝（x,y）の形で表記することができる。

また、自車1の運動状態を表す物理量としては、ヨー角θ、車両速度ｖ、車体横すべり角β、ヨーレートγ、前輪舵角δが重要な運動物理量である。
これら運動物理量のうち、車両速度ｖに関しては非駆動輪の車輪速で近似することができるので、前記した通り左右前輪3L,3Rにとりつけた車速センサ12L,12Rの検出値を用いることができる。

ヨーレートγは、ヨーレートセンサ13の検出値を用いることができ、ヨー角θは、適当な初期値を定めて、ヨーレートセンサ13の出力値を積分して求めたり、直線道路であれば、道路境界31L,31Rと自車1の向いている方向とのなす角度を画像処理により推定することによって求めることができる。

すべり角βは、車両縦方向の速度をv_x、車両横方向の速度をv_yとすれば、

の演算により求めることができる。
なお、車両縦方向の速度v_xを車速ｖで近似し、車両横方向の速度v_yを加速度センサ14の検出値である車両横加速度αの積分によって求めれば、上記の(1)式からすべり角βの近似値を得ることができる。
これ以外にも、車輪速Vw、ヨーレートγ、横加速度α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βを推定する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を得てもよい。

前輪舵角δは、操舵角センサ15で検出した操舵角θ_sと、操舵系のギア比Kとから、

の演算により求めることができる。
以上に説明した通り、上記で挙げた自車1の運動状態を記述する運動物理量は全てセンサの検出信号を処理することによって具体的な値を算出することができる。

障害物32が検出されている場合は図6に示すごとく、その中心点の座標位置（x_p,y_p）、および障害物32の幅σ_y、奥行きσ_xの各値がカメラで取得した画像情報の処理によって算出される。
奥行きσ_xは撮影方向によっては測定が困難な場合もあるが、その場合は便宜的に幅σ_yと同じ値に設定しておくことにする。
なお、障害物32が検出されなかった場合は、障害物に関する物理量の算出を行わないこと勿論である。

更に、カメラ11L,11Rによる道路境界31L,31Rの検出によって得られた道路31の左端および右端の位置を、上記座標系上の値に変換して、それぞれY＝y_L、Y＝y_Rとする。
以上のように図3のステップＳ1では、任意のX−Y座標系を導入し、自車1、障害物32および道路境界31L,31Rに関する情報を、当該X−Y座標系上の値として算出する。

次のステップＳ2においては、現在の時刻が目標回避経路の更新時刻であるか否かをチェックする。
目標回避経路の更新時刻になっている場合は制御をステップＳ3へ進め、目標回避経路の更新時刻になっていなければ制御をステップＳ11に進める。

ステップＳ3では、障害物32が検出されたか否かをチェックし、障害物32が検出されている場合は制御をステップＳ4に進め、障害物32が検出されていなければ制御をステップＳ11に進める。
ステップＳ4においては、検出した障害物32の情報に基づいて第1リスクポテンシャルの生成を行う。
図5,6の場面において自車1が接近を回避すべき対象は、障害物32と道路境界31L,31Rとの2種類であることから、これら障害物32と道路境界31L,31Rとについてそれぞれのリスクポテンシャルを生成し、二つの項の和をとることで全体のリスクポテンシャルを生成する。

障害物32のリスクポテンシャルは、自車1と障害物32との距離が近くなれば近くなるほど値が大きくなる関数によって表現することができる。
具体的には、障害物32のリスクポテンシャルの大きさを規定するパラメータｗ_Pを用いた、例えば次式の関数を利用することができる。

道路境界31L,31Rのリスクポテンシャルは、自車1と道路境界31L,31Rとの距離が近くなれば近くなるほど値が大きくなる関数によって表現する。
具体的には、道路境界31L,31Rへの接近の余裕幅を指定するパラメータΔ_R（値が大きいほど道路境界31L,31Rとの接近余裕を大きくとる回避経路が算出される）、および道路境界31L,31Rのリスクポテンシャルの大きさを規定するパラメータw_Rを用いた、例えば次式の関数を利用することができる。

以上の２つのリスクポテンシャルL_P,L_Rから、第1リスクポテンシャルL₁を、

と定義する。
第1リスクポテンシャルL₁をX―Y座標上にプロットした図を図5に示す。
図5における中央の山が障害物32に対応する関数L_Pによって形成されたリスクポテンシャルであり、両側の山が道路境界31L,31Rに対応する関数L_Rによって形成されたリスクポテンシャルである。

図3に示す次のステップＳ5においては、運転者の操作に基づき生成する目標回避経路の障害物回避方向を設定する。
従ってステップＳ5は、本発明における障害物回避方向設定手段に相当する。
図7に示すように、障害物32を表すリスクポテンシャルは障害物検出位置をピークとする山形となるので、障害物32が道路31の中心付近に存在する場合には、障害物32の右側と左側の両方にリスクポテンシャルの小さい領域が存在し、どちらの方向にも障害物32を回避できる経路が存在する可能性がある。

ステップＳ5で左右どちらの方向に障害物32を回避する経路を生成すべきかの設定を行に際しては、例えば操舵角θ_Sの大きさが或る所定の閾値以下であって運転者が目立った操舵を行っていない場合は、障害物32から道路境界31L,31Rまでの距離の大きい方を回避方向として設定し、
操舵角θ_Sの大きさが上記の閾値を越えていて運転者が明らかに操舵を行っている場合は、操舵が行われている方向を回避方向に選択するといったような設定方法を採用することができる。

次のステップＳ6においては、目標回避経路候補の設定を行う。
従ってステップＳ6は、本発明における目標回避経路候補設定手段に相当する。
目標回避経路は一般的に、自車位置を表す座標位置（x,y）の時系列信号として表現されるが、本実施例では運転者の操作をより直接的に支援する目標値を生成するために、自車の操作量である転舵角δの時系列変化によって回避経路を表現する定式化を行う。
転舵角δの時系列変化と自車1の道路31上のにおける走行経路とを相互に関連付けるため、転舵角δを入力として車両の運動を予測する車両モデルを導入する。

車両の運動を記述するモデルとしては、四輪車両の運動を二輪車両の運動で近似する二輪モデルが一般的によく知られている。
車両速度ｖが一定であると仮定すると、二輪モデルは、微分演算子(d)を用いた以下の微分方程式で記述される。

ただし、ｍは車両質量、Iは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、i_rは車両重心から後輪軸までの距離を表し、Y_f,Y_rはタイヤ横力をあらわす関数であり、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。

なお、前輪すべり角β_fおよび後輪すべり角β_rはそれぞれ、次式の演算によって求めることができる。

タイヤ横力関数Y_f,Y_rは、図8に示すような非線形関数で表現することができる。
以上の(6)〜(13)式をまとめると、状態ベクトルvxおよびその微分値dvxを用いた、前輪転舵角δを入力とする以下の微分方程式モデルが得られる。

ただし状態ベクトルvxは、vx＝（x y θ v β γ）と定義される。
車両が上記の(14)式に従って動くと仮定すると、入力である前輪転舵角δの時系列を決めれば、(14)式を積分することで状態ベクトルvxの時系列も決まることになる。

状態ベクトルvxには自車1の座標位置(x,y)が含まれているので、vxの時系列は走行経路の情報を含んでいることになる。
すなわち、回避経路は操舵角δの時系列によって表現することができる。
例えば、本実施例ではT秒間分の回避経路を算出する設定とし、T秒間の時間区間をN等分して各分割区間ごとに値をサンプリングした信号として表現する場合には、時刻ｔにおける走行経路は一般に、

と表すことができる。
ただし、t₀＝t t_i＝t＋(T/N)i,(i＝1,2,・・・N-1)である。
従って、指定された方向のリスクポテンシャルが小さな領域を通過するようなU(t)を算出することが走行経路算出の目的となる。

目的に合致する経路の算出に先立って、その候補となるU(t)を具体的に設定することがステップＳ6の処理内容である。
具体的には、例えば現時刻tよりもΔtだけ前の時刻t−Δtにおいて走行経路U^*(t−Δt)が算出されていた場合、
Δtが十分に短ければ走行経路にも大きな変化はないと見なし得るので、U^*(t−Δt)をU^*(t)の候補として設定する方法が考えられる。
現時刻よりも前の時刻において走行経路の算出が行われていない場合は、U(t)＝（0 0 ・・・0）といった設定を行うことで対処可能である。

次のステップＳ7においては、図4のサブルーチンに示す回避経路算出処理のアルゴリズムを実行する。
図4のステップＳ71においては、図3のステップＳ6で上記のごとくに設定した目標回避経路候補が、障害物32のどちら側へ回避するものであるのかを以下のように判定する。
まず、前記(15)式で求めたU(t)を用いて前記(14)式を積分すると、状態ベクトルの時系列として、vx(t₀), vx(t_１),・・・,vx(t_N-1)が得られる。

ここでは座標系のx軸を自車の進行方向に沿ってとってあるので、状態ベクトルのx座標成分は単調増加すると見なすことができる。
従って、障害物32のx座標であるｘ_Pが、x(t₀)<x_P≦x(t_N-1)の条件を満たす場合には、x(t_P)=x_Pを満たす時刻t_Pが存在し、サンプル時刻間の信号の変化を直線補間等の適当な補間手法を用いて近似することにより、時刻t_Pにおける自車のｙ座標の値ｙ(t_P)を近似的に算出することができる。
この時、目標回避経路候補の障害物回避方向を以下のように判定する。

なお、x_P>x(t_N-1)となる場合には、t_P＝t_N-1 として上記(16)式の判定を行うこととする。

次のステップＳ72においては、上記した(16)式に基づく判定結果（目標回避経路候補の障害物回避方向）と、図3のステップＳ5で設定した運転者の操作に基づく障害物回避方向とを比較し、両者が一致している場合は制御をステップＳ73に進め、両者が一致していなければ制御をステップＳ76に進める。
従ってステップＳ72は、本発明における回避方向相違度判定手段に相当する。

ステップＳ73は、本発明における第1の経路評価手段に相当し、このステップＳ73においては、図3のステップＳ4で求めた第1リスクポテンシャルを読み込み、次のステップＳ74での回避経路候補の補正演算に用いる。
ステップＳ74においては、リスクポテンシャルの一層小さい領域を通過するように目標回避経路候補に対して補正を加える処理を行う。
従ってステップＳ74は、本発明における目標回避経路候補補正手段に相当する。

この補正処理を定式化するために、目標回避経路候補を数値的に評価する次式の評価関数を導入する。

ここで、Ψは時刻t＋Tにおける車両状態の望ましさを評価する評価式、Lは時刻tからt＋Tまでの間の各時刻における車両状態および操作量の望ましさを評価する評価式、τはtからt＋Tまで変化する積分変数である。

評価式Lには、前ステップで読み込まれたリスクポテンシャルが組み込まれる他、必要以上に大きな転舵に基づく回避経路が算出されるのを抑制するために、前輪転舵角の大きさにもリスクポテンシャルと同様のペナルティを課す以下の評価項を付加する。

ただし、ｗ_Sは前輪舵角の大きさに対するペナルティの評価重みパラメータである。
従って、評価式Lは、

のように構成される。

また、障害物を回避する際には操舵によって車両姿勢が直進状態から外れるので、障害物回避後に車両姿勢を立て直す操作が必要になる。
そのような回避経路に対する要請を反映するために、時刻t＋Tにおける車両ヨー角θを評価する評価項を導入する。
この場合、直進状態はθ＝0と定義されているので、時刻t＋Tにおける車両ヨー角に対してペナルティを課すという次式

のような評価式を導入する。
ただし、w_yは車両ヨー角のペナルティに対する評価重みを表すパラメータである。

以上のように評価関数を定義すると、操舵角時系列の計算を前記(14)式の制御対象および(19)式の評価関数で定義される最適制御問題として定式化することができるので、最適制御問題を解くアルゴリズムを利用することにより、リスク評価値の小さい走行経路を算出することができる。
ただし、あまり大きな前輪舵角が指令値として算出されることのないようにするために、ここでは(18)式のペナルティに加えて、指令値として算出される前輪舵角が取れる値の範囲を、

という不等式で制限する制約条件を最適制御問題に課すことにする。

最適制御問題を解く際には、一般的には適当な解の候補を与えて、解の候補に補正を加える演算を反復する処理が行われる。
この場合、マイクロプロセッサ19の記憶領域に格納された目標回避経路候補U(t)に対し反復演算のアルゴリズムを適用して新たなU(t)を得る処理が行われる。
最適制御問題を解く具体的なアルゴリズムについては、いくつかのものが周知であるから、ここではその詳細な説明を省略する。

ステップＳ75においては、前ステップの反復演算処理の結果をチェックして、反復演算を終了する条件が満たされているかどうかを判定する。
ここでは、例えば反復回数が所定の回数に達した場合や、反復演算による解の変化量の大きさが所定の水準よりも小さくなった場合に反復演算を終了するという条件を設定することができる。
終了条件が満たされていない場合は、反復演算終了条件が満足されるまでステップＳ74を繰り返し実行し、これにより反復演算終了条件が満たされた場合に、図4のサブルーチンから抜けて図3のメインルーチンに復帰し、制御をステップ8に進める。

図4のステップＳ72で目標回避経路候補の障害物回避方向と、図3のステップＳ5で設定した運転者の操作に基づく障害物回避方向とが一致していないと判定した時に選択されるステップＳ76では、ステップＳ75と同様な判定により、反復演算を終了する条件が満たされたか否かをチェックする。
反復演算終了条件が成立していない場合は制御をステップＳ77に進め、反復演算終了条件が成立したときに制御をステップＳ79に進める。

反復演算終了条件非成立時に選択されるステップＳ77では、第2リスクポテンシャルを生成する。
この第2リスクポテンシャルは、任意の目標回避経路候補が、運転者の操作に基づき設定された障害物回避方向を満たすように補正されることを促進するためのリスクポテンシャルである。

そのようなリスクポテンシャルとしては、例えば障害物回避方向が左方向に設定された場合、道路の進行方向に対して障害物の左側の領域であるｙ>y_Pの領域に低いリスク評価値を割り当て、逆にｙ<y_Pとなる領域に高いリスク評価値を割り当てるリスクポテンシャルを設定することが考えられ、例えば、

といった関数で表されるリスクポテンシャルを設定することができる。
ただし、w₂はリスクポテンシャルの大きさを表すパラメータ、Δは自車と障害物が接触しないために最低限確保されなければならない距離の大きさを表す正のパラメータである。

逆に、障害物回避方向が右方向に設定された場合、障害物の右側の領域に高いリスク評価値を割り当てるリスクポテンシャルが必要になるので、

といった関数で表されるリスクポテンシャルを設定することができる。
図9は、上記した第2リスクポテンシャル関数の概形を例示するものである。

なお、ステップＳ72で目標回避経路候補の障害物回避方向と、運転者の操作に基づく障害物回避方向とが一致していないと判定し、ステップＳ76で反復演算終了条件が成立していないと判定したとき、ステップＳ77において、第1リスクポテンシャルではなく、第2リスクポテンシャルを生成することとした理由は以下の通りである。

回避経路の補正アルゴリズムは、一般的に、与えられた解の近傍で評価値が小さくなる（改善する）解を探索する構成となっている。
従って、例えば初期解として設定した目標回避経路候補が障害物の右側を通過する経路になっていた場合、リスクポテンシャルを解の近傍で小さくするように解を補正すると、補正される経路もやはり障害物の右側を通過する経路になる可能性が高く、運転者の操作に基づき設定された通過方向が左側になっていた場合には所望の回避経路を得ることができない懸念がある。

そこで、目標回避経路候補の障害物回避方向と、運転者の操作に基づき設定された障害物回避方向とが異なっている場合には、まず両者が一致するような目標回避経路候補を得ることが先決であり、
そのためにステップＳ77では、障害物回避方向だけを考慮した、より単純な第2リスクポテンシャルを用いて回避経路の補正を行うこととした。

ステップＳ78においては、ステップＳ74で行ったと同様な処理により目標回避経路候補に対し、リスクポテンシャルの一層小さい領域を通過するように補正を加える。
従ってステップＳ78は、本発明における目標回避経路候補補正手段に相当する。
但しステップＳ78での処理に当たって用いる評価式は、前記(19)式における第1リスクポテンシャルの評価項を、第2リスクポテンシャルの評価項に置き換えた、

のような評価式であるのは言うまでもない。

ステップＳ76で反復演算終了条件が成立したと判定するときに選択されるステップＳ79においては、反復演算によってもステップＳ72が回避方向の一致判定をするに至らなかったことから、指定された障害物回避方向を満たす目標回避経路が得られなかったとの判定結果を確定し、運転者に警報を発したり、目標回避経路に基づく運転支援を中止するなどの回避経路算出失敗処理を実行する。
従ってステップＳ79は、本発明における回避経路算出エラー警告手段に相当する。

ステップＳ79の実行後は、ステップＳ75で反復演算終了条件が成立したと判定するとき、つまり指定された障害物回避方向を満たす目標回避経路が得られたときと同じく、図4のサブルーチンから抜けて図3のメインルーチンに復帰し、制御をステップ8に進める。

図3のステップＳ8は、本発明における回避経路決定手段に相当し、このステップＳ8においては、ステップＳ7での回避経路算出処理が正常に終了し、指定された障害物回避方向を満たす目標回避経路が得られていれば、最終の反復演算で得られた解を目標回避経路U^*(t)として確定する。
この目標回避経路U^*(t)は、以下のような転舵角指令値δ^*の時系列ベクトルとして得られ、

かかる転舵角指令値の時系列ベクトルがマイクロプロセッサ19内のメモリに書き込まれる。
過去の処理サイクルにおいて既に指令値ベクトルが生成・保持されていた場合であっても、過去の指令値ベクトルは破棄されて最新の指令値ベクトルに上書き、更新される。

次のステップＳ9においては、マイクロプロセッサ19内のメモリに書き込まれた指令値ベクトルのうち、現在時刻に対応する指令値が読み出される。
現在時刻との対応をとり易くするため、例えばマイクロプロセッサ19内における指令値の時系列を保持するメモリにシフト操作を施し、常にメモリの先頭アドレスに格納されている指令値を読み出す方式をとることが考えられる。
その場合、ステップＳ9を実行する前のメモリ状態が、

となっていた場合には、制御目標値として目標転舵角θ_S ^*(t₁)が読み出された後、メモリ状態が、

となるようなシフト操作を行っておく。

次のステップＳ10においては、読み出された目標転舵角に基づいて、これが達成されるように操舵アシストモータ17を駆動するための補助操舵トルク指令値の算出・出力が行われる。
補助操舵トルクの制御則としては様々な方式が考えられるが、例えば操舵角指令値（目標前輪転舵角から換算可能）と、実際の操舵角との偏差をフィードバックする以下のような制御則を用いることができる。

ここで、T_a ^*は補助操舵トルクの目標値を表す。補助操舵トルクと転舵アシストモータ17への電流i_Mとの間には、比例定数をK_Mとして、

という関係式が存在するため、上記(27)式から転舵アシストモータ17の電流指令値を算出し、この電流指令値をモータコントローラ18に出力して、処理が終了する。

ステップＳ2で目標回避経路の更新時刻でないと判定したり、ステップＳ3で障害物32の検出がないと判定したときに選択されるステップＳ11においては、
マイクロコンピュータ19のメモリ内に目標転舵角の時系列が未だ残っているか否かをチェックする。
目標転舵角の時系列が未だ残っている場合は、制御をステップＳ9およびステップＳ10に進めて、残存する目標転舵角の時系列に基づく支援を引き続き行わせる。
ステップＳ11で目標転舵角の時系列が残っていないと判定する場合、つまり生成した目標転舵角の時系列を全てを実現済みである場合や、或いは目標回避経路の生成が行われて居ない場合は、制御をそのまま処理を終了する。

上記した回避経路生成演算の処理例を、図10(a),(b),(c)に基づき以下に概略説明する。
図10(a)は、回避経路演算開始時における運転操作基準の障害物回避方向X1および初期目標回避経路候補X2と、目標前輪転舵角δ^＊の時系列初期解とを示す。
ここでは、図10(a)の時点で初めて回避経路演算が開始されるものと仮定し、初期解として全ての目標値を0、すなわち自車1が直進状態を保つこととしたU(t)＝(0 0 ・・0)に設定された状況を示している。
そして検出障害物32が、自車正面よりも左方向にオフセットした位置に検出され、運転操作に基づいて設定された障害物回避方向X1が左方向であり、回避経路候補X2の障害物回避方向が右方向である。

従って運転操作に基づく障害物回避方向X1と、回避経路候補X2の障害物回避方向とが一致していないことになり、第2リスクポテンシャルに基づく目標回避経路候補補正演算が図10(b)に示すごとくに実行される。
この第2リスクポテンシャルに基づく補正により初期回避経路候補X2は、図10(b)に示すように、障害物32を障害物回避方向X1と同様に左方向に回避する回避経路候補X3へと補正され、これを達成するための目標前輪転舵角δ^＊の時系列が同図に示すように求められる。

ところで上記の補正により回避経路候補X3は、その障害物回避方向が運転者の操作に基づく障害物回避方向X1に一致することになったものの、今度は道路境界31Lに接近することになってしまい、第1リスクポテンシャルによる補正が必要になり、
第1リスクポテンシャルに基づく目標回避経路候補補正演算が図10(c)に示すごとくに実行される。
この第1リスクポテンシャルに基づく補正により上記の回避経路候補X3は、図10(c)に示すように、障害物32を左方向に回避しつつ、道路境界31Lへの接近が緩和されるよう目標走行経路X4へと補正され、これを達成するための目標前輪転舵角δ^＊の時系列が同図に示すように求められる。

図11(a),(b)は、障害物回避方向を左方向と右方向に設定した場合に得られる、目標前輪転舵角の時系列および回避経路をそれぞれ示す。
なお、第1リスクポテンシャルだけを用いて回避経路生成演算を行った場合は、障害物回避方向を右方向と設定した場合と同じ走行経路は得られるが、左方向への回避経路が得られない。
すなわち図11(a),(b)に示す結果は、方向選択的に走行経路を生成する上での本発明の有効性を示している。

ところで、図4のステップＳ77において第2リスクポテンシャルを設定するに際し、前記(22)式および(23)式を用いて当該設定を行う場合、第2リスクポテンシャルが第1リスクポテンシャルから大きく乖離する。
この場合、図4のステップＳ72での回避方向一致判定がNoからYesに切り替わって、目標回避経路候補補正演算がステップＳ77での第2リスクポテンシャルに基づく補正からステップＳ73での第1リスクポテンシャルに基づく補正に切り替わるとき、
目標前輪転舵角の時系列および回避経路が図10に示すように大きく変化し、演算効率が悪くなると共に、運転者に違和感を与える。

この問題を回避するためには、第2リスクポテンシャルとしてなるべく第1リスクポテンシャルに近い関数を設定し、第2リスクポテンシャルから第1リスクポテンシャルに回避経路補正演算用の評価式を切り替える際の解の乖離を小さく抑制するのが良い。
このため、図4のステップＳ77で第2リスクポテンシャルを設定するに際しては、前記(22)式および(23)式を用いて第2リスクポテンシャルを設定するのではなく、前記(3)式のリスクポテンシャルを変形することで第2リスクポテンシャルを設定することとする。

具体的には、センサから得られた障害物32の検出位置(x_P y_P)を別の仮想障害物位置に変更して、前記の(3)式を適用した関数を第2リスクポテンシャルとして設定する。
第2リスクポテンシャルを構成する仮想的な障害物位置の設定に際しては、仮想障害物に対する目標回避経路候補の回避方向（目標回避経路候補の仮想障害物回避方向）が、運転者の操作に基づく障害物回避方向と一致する場所に設定する。

ここでは、自車1の進行方向と直角な方向にｙ軸をとっているため、目標回避経路候補の障害物回避方向は主に障害物のｙ座標に依存している。
そこで、障害物のｙ座標をy_Pからty_Pに変更した以下のリスクポテンシャルを障害物のリスクポテンシャルとして構成する。

ここでty_Pは、前記(16)式の障害物回避方向条件が設定された障害物回避方向と一致する範囲内で、出来るだけy_Pに近い値を設定し、具体的には、

の式に従って当該設定を行う。

なお道路境界31L,31Rに関するリスクポテンシャルは、前記(4)式をそのまま用いることにし、従って第2リスクポテンシャルは以下のように構成される。

かかる第2リスクポテンシャルは、検出障害物ではなく上記仮想障害物に対して、目標回避経路候補が運転者の操作に基づく障害物回避方向と合致する方向へ向かうにつれて、リスク評価を低くするものとなる。

以上のようにステップＳ77で第2リスクポテンシャルを設定した後のステップＳ78は、第2リスクポテンシャルとして上記(32)式で求めたものを用いること以外、前記したと同様の処理を行う。
従って、この場合もステップＳ78は、本発明における目標回避経路候補補正手段に相当する。

上記のように第2リスクポテンシャルを設定した場合における回避経路演算要領を、図12の具体例につき以下に詳述する。
図12は、図10の場合と同じ状況のもとでの具体例で、同図(a)は、図3のステップＳ1〜ステップＳ6の処理により得られた回避経路演算開始時における運転操作基準の障害物回避方向X1および初期目標回避経路候補X2を示す。
つまり図12(a)は、ステップＳ3で障害物32が検出され、ステップＳ4で検出障害物32に対応する第1リスクポテンシャルが生成され、ステップＳ5で運転者の操作に基づき障害物回避方向がX1のごとく左方向に設定され、ステップＳ6で初期の目標回避経路候補がX2のごとく設定された状況を示す。

図12(b)は、ステップＳ6に続くステップＳ7での処理、つまり図4での処理を示す。
しかし図12(b)は、同図(a)のごとく運転操作に基づく障害物回避方向X1と、初期目標回避経路候補X2の障害物回避方向とが異なることから、図4のステップＳ72が制御をステップＳ76に進めるため、同図のステップＳ71→ステップＳ72→ステップＳ76→ステップＳ77による演算結果を示す。

つまりステップＳ77が、前記(31)式に基づき、第2リスクポテンシャルを生成するための仮想障害物32aを設置する。
かかる仮想障害物32aの位置は、初期目標回避経路候補X2が仮想障害物32aを、運転操作に基づく障害物回避方向X1と同じく左方に回避するような位置であって、且つこの回避が余裕幅Δをもって行われるような位置である。
従ってテップＳ77は、本発明における仮想障害物設定手段に相当する。

図12(c)は、図4のステップＳ78による処理状況を示し、設定された仮想障害物32aに基づき、第2の経路評価手段としての第2リスクポテンシャルを生成し、この第2リスクポテンシャルに基づいて最適化演算により目標回避経路候補X2を、左方向回避のための目標回避経路候補X3へと補正する。

図12(d)は、図4のステップＳ78で図12(c)のように補正された補正後目標回避経路候補X3の障害物回避方向が未だ左方向回避判定基準に達していないため、ステップＳ72が制御を再びステップＳ76〜ステップＳ78へ進める場合の処理を示す。
つまり、ステップＳ77が、前記(31)式に基づき、第2リスクポテンシャルを生成するための新たな仮想障害物32bを設置し、この新たな仮想障害物32bに基づき第2リスクポテンシャルを生成し直し、この生成し直した第2リスクポテンシャルに基づいて最適化演算により補正後目標回避経路候補X3を、左方向回避のための最終的な目標走行経路X4へと補正する。
従ってステップＳ77は、本発明における第2の経路評価手段に相当する。

以上のような最適化した目標走行経路の生成演算の繰り返しにより、最終的に図11(a),(b)に実線で示すような演算結果（目標前輪舵角δ^＊の時系列および目標走行経路）が得られる。
11(a),(b)には更に、障害物回避方向が反対側の右方向である場合における目標前輪舵角δ^＊の時系列および目標走行経路を、参考までに破線で例示した。

＜第1実施例の作用効果＞
上記した第1実施例によれば、運転者の操作に基づき設定した障害物回避方向（ステップＳ5）と、障害物回避用に設定された目標回避経路候補（ステップＳ6）の障害物回避方向とが異なる場合（ステップＳ72）、目標回避経路候補を、その回避方向が、運転者の操作に基づき設定した障害物回避方向に向かうよう補正して回避経路を決定するため（ステップＳ78）、
自車1の回避経路を、その障害物回避方向が確実に、運転者の操作に基づき設定した障害物回避方向に一致するよう決定することができ、従って運転者の意図と異なる方向へ自車1を回避走行させることがなく、運転者に違和感を与えるという問題を払拭することができる。

しかも第1実施例によれば、上記目標回避経路候補の補正に際して設定すべき仮想障害物32a,32bの位置を図12(b)につき前述した通り、仮想障害物32aに対する目標回避経路候補X2の回避方向が、運転者の操作に基づき設定された障害物回避方向X1と合致するような位置としたため、
仮想障害物32aの位置を、運転者の操作に基づく回避方向に確実に符合させ得て、運転者の障害物回避意図を反映した目標回避経路を生成可能になり、上記の作用効果を更に顕著なものにすることができる。

更に、第1リスクポテンシャルは、検出障害物に対して目標回避経路候補が運転者の操作に基づく障害物回避方向と合致する方向へ向かうにつれ、リスク評価を低くするものとしたのに対し、
第2リスクポテンシャルは、検出障害物ではなく上記仮想障害物に対して、目標回避経路候補が運転者の操作に基づく障害物回避方向と合致する方向へ向かうにつれて、リスク評価を低くするものとしたため、以下の作用効果を奏し得る。

かかる第2リスクポテンシャルは、検出障害物32の位置を仮想障害物32aの位置までずらしてリスクポテンシャルを生成していることになるため、
回避経路の補正演算に際し、第2リスクポテンシャルと第1リスクポテンシャルとを切り替える時に、リスクポテンシャルの変化代を小さく抑制することができ、効率的に回避経路の生成演算を進めることができる。

また第1実施例においては、目標回避経路候補の補正を所定回数繰り返した後でも、目標回避経路候補の検出障害物に対する回避方向と、運転者の操作に基づき設定された障害物回避方向とが合致しない場合、適切な回避経路の生成が失敗したとの判定を下して運転者に警報を発するようにしたため（ステップＳ76およびステップＳ79）、
好適な指定方向の回避経路が存在しない場合においては、不適切な回避経路に基づいて運転者の誘導や支援が行われる事態を抑制することができる。

＜第2実施例＞
次に、図13〜15を用いて本発明の第2実施例を説明する。
本実施例においても、システム構成は基本的に図1,2につき前述したと同様なものとし、またマイクロプロセッサ19による演算要領は基本的に図3,4につき前述したと同様なものとする。
本実施例は、図13に示すごとく自車1の前方に第1障害物33および第2障害物34のような複数個の障害物が有る場合に、障害物回避経路を如何にして生成するを趣旨とするものである。
そのため以下では、図3,4の制御プログラムに関し、複数障害物の検出に伴って変更すべき箇所を説明するのみとする。

なお、説明が判りやすくなるように具体性を持たせるため、図13に示すごとく自車1が直線道路31上を矢印方向へ走行中に、前方の第1障害物33および第2障害物34を検出した場合につき説明を展開する。
図3のステップＳ1においては、障害物33,34のそれぞれについて、両者の位置座標および大きさ情報を算出する。
ここでは、第1障害物33の位置座標を（x_P ¹,y_P ¹）とし、奥行きをσ_x ¹とし、幅をσ_ｙ ¹とし、第2障害物34の位置座標を（x_P ^２,y_P ^２）とし、奥行きをσ_x ^２とし、幅をσ_ｙ ^２とする。

図3のステップＳ4においては、障害物33,34のそれぞれに対してリスクポテンシャルを生成する。
すなわち、前記（3）式に示したL_P(x,y)は、次式のようなものとなる。

図3のステップＳ5では障害物回避方向の設定を行うが、本実施例では2個の障害物33,34が存在しているため、障害物回避方向もそれぞれ障害物33,34について2方向づつ、合計4種類の障害物回避方向が考えられる。
つまり走行方向手前側の第1障害物33および走行方向奥側の第2障害物34に対する順次回避方向の組み合わせとしては、（左、左）、（左、右）、（右、左）、（右、右）の全部で4通りの回避方向が有り得るので、これら4通りの回避方向の中から、目標回避経路を生成する時の回避方向が選択される。

図4のステップＳ71では目標回避経路候補が障害物33,34の左右どちら方向に回避するかを判定するが、前記(16)式を障害物33,34のそれぞれに適用して当該判定を行う。
なお(16)式のパラメータΔは、障害物33,34の幅σ_ｙ ^１,σ_ｙ ^２が異なる場合、障害物33,34ごとに異なるΔを設定して判定を行うことができる。

次のステップＳ72では、全ての障害物33,34について回避方向が一致したか否かをチェックし、全ての障害物33,34について回避方向が一致した場合にのみ制御をステップＳ73へ進め、かかる回避方向の完全一致が得られない限り制御をステップＳ76へ進めるものとする。

ステップ77においては、障害物33,34のうち、回避方向が一致しない障害物につき、その位置情報を変更して第2リスクポテンシャルを構築する。
かかる第2リスクポテンシャルの構築は、前記(31)式を、該当する障害物ごとに適用することで実現することができる。
両方の障害物33,34が該当する場合は、ty_P ¹,ty_P ²という二つの仮想障害物位置を表すパラメータが生成される。

図13に示す走行状況において、上記のような仮想障害物の設定により得られる障害物回避経路の生成結果は、図14,15に示すごときものとなる。
図14は、各障害物回避方向別に横軸に反復演算の回数を目盛り、縦軸に第1障害物33に係わる仮想障害物のY軸方向位置ty_P ¹および第2障害物34に係わる仮想障害物のY軸方向位置ty_P ²をプロットした図である。

第1障害物33を右方向に回避する設定では、図14(c),(d)に示すように反復演算の進行につれて、第1障害物33に係わる仮想障害物のY軸方向位置ty_P ¹および第2障害物34に係わる仮想障害物のY軸方向位置ty_P ²がそれぞれ、第1障害物33のY軸方向検出位置y_P ¹および第2障害物34のY軸方向検出位置y_P ²と最終的に一致する。
このことは、第1障害物33を右方向に回避する設定にすれば、適切な目標回避経路が見つることを意味する。
従って、図13のような走行状況では、第1障害物33を右方向に回避する設定にし、図14(c),(d)に示すように仮想障害物を設定して、図15(c)および(d)に示すごとくに目標回避経路を求めることとする。

しかし、第1障害物33を左方向に回避する設定では、図14(a),(b)に示すように反復演算の進行によっても、仮想障害物のY軸方向位置ty_P ¹およびty_P ²がともに、対応するY軸方向検出位置y_P ¹,y_P ²と一致するという状態にならない。
図14(a)では反復演算の進行によっても、仮想障害物のY軸方向位置ty_P ¹が、対応するY軸方向検出位置y_P ¹に一致し得ず、また図14(b)では反復演算の進行によっても、仮想障害物のY軸方向位置ty_P ¹およびty_P ²の双方が、対応するY軸方向検出位置y_P ¹,y_P ²と一致し得ない。
このことは、第1障害物33を左方向に回避する設定だと、目標回避経路が見つからないことを意味する。

実際上、図14(a),(b)のような仮想障害物のY軸方向位置ty_P ¹およびty_P ²に基づき目標回避経路を求めた場合、目標回避経路はそれぞれ図15(a)および(b)に示すごときものとなるが、いずれの場合も目標回避経路は、第1障害物33のごく近傍を通過する経路となって目標とする経路たり得ない。
このような場合は、得られた目標回避経路に基づいて前輪転舵を支援しても、第1障害物33を確実に回避できるとは限らないため、図4のステップＳ79で回避経路算出の失敗時処理を行い、例えば運転者に当該事実を知らせるための警報を発したり、別の障害物回避方向を設定して回避可能な経路の再計算を実行したり、転舵支援制御を中止して障害物との接触を想定した別の支援制御へと切り替える等の処理を行うようにする。

上記は、2個の障害物33,34が存在する場合における目標回避経路算出要領であるが、3個以上の障害物が存在する場合も同様な考え方により、目標回避経路を効率的に生成することができるのは言うまでもない。

＜第2実施例の作用効果＞
第2実施例おいては、上記した所から明らかなように、複数個の障害物が存在する場合であっても、第1実施例とは障害物の個数増大に応じて演算要領が部分的に異なるだけで、基本的には同様に回避経路を生成することができ、第1実施例による前記の作用効果をそのまま達成することができる。

＜第3実施例＞
次に、図16,17に基づき本発明の第3実施例を説明する。
本実施例においても、システム構成は基本的に図1,2につき前述したと同様なものとし、またマイクロプロセッサ19による演算要領は基本的に図3,4につき前述したと同様なものとする。
本実施例は、図16に示すごとく自車1の前方に、自車進行経路を左側から右方向へ横切るよう移動する障害物35が有る場合に、障害物回避経路を如何にして生成するを趣旨とするものである。
そのため以下では、図3,4の制御プログラムに関し、移動障害物35の検出に伴って変更すべき箇所を説明するのみとする。

なお、説明が判りやすくなるように具体性を持たせるため、図16に示すごとく自車1が直線道路31上を矢印方向に走行中、前方左側を矢印で示すごとく移動している障害物35を検出した場合につき説明を展開する。
図3のステップＳ1では、検出した移動障害物35について、その位置座標(x_P,y_P)だけでなく、その移動速度v_Pをも算出する。
従ってステップＳ1は、本発明における障害物移動検出手段に相当する。
但し、ここでは説明を判りやすくするため、移動障害物35が直進道路31を自車進行方向に直角な方向に横切っており、X軸方向の移動速度は0であると仮定する。

図3のステップＳ4で第1リスクポテンシャルを生成するに際しては、障害物35の移動に伴いリスクポテンシャルも、時間の経過とともに変化する関数として構成する。
まず、障害物35の検出速度v_Pから、障害物35の将来の移動軌跡を推定する。
従ってステップＳ4は、本発明における障害物移動軌跡推定手段に相当する。
ここでは簡単のため、障害物35が等速直線移動を行うものと仮定し、時刻τ（t≦τ≦t+T）における障害物35の存在位置cy_P(τ)を、

の演算により求めるものとする。

かかる移動障害物35の時々刻々変化する存在位置cy_P(τ)に基づき、時間τに応じて変化するのリスクポテンシャルL_P(x,y,τ)を、次式の演算により求める。

従って第1リスクポテンシャルは、障害物移動軌跡に対して目標回避経路候補が、運転者の操作に基づき設定された障害物回避方向と合致する方向へ向かうにつれ、リスク評価を低くされたものとなる。

図3のステップＳ5における回避方向の一致判定に際しては、障害物35が移動していることを考慮すると、前記した(16)式の代わりに、次式

を用いて障害物回避方向の判定を行う。

図4のステップＳ77で行う第2リスクポテンシャルの生成に当たっては、障害物35の移動速度v_Pをtv_Pに変更し、予測した障害物位置ty_P(t_P)が前記(31)式を満足するという条件の下で、障害物35の移動速度検出値v_Pに最も近い値をtv_Pに設定することにより第2リスクポテンシャルの生成を実現する。すなわち、

に基づき第2リスクポテンシャルを求める。
従って第2リスクポテンシャルは、障害物移動軌跡に対して目標回避経路候補が障害物移動方向と合致する方向へ向かうにつれてリスク評価を低くされたものとなる。

図16に示す走行状況において、上記のような第2リスクポテンシャルの設定により得られる障害物回避経路の生成結果は、図17に示すごときものとなる。
図17 (a)は、横軸に反復演算の回数ｎ、縦軸に上記した障害物35の移動速度検出値v_Pに最も近い値tv_P（移動速度パラメータ）の値をプロットしたものであり、図17(b)は初期回避経路候補X2と、移動速度パラメータtv_Pが移動速度検出値ｖ_Pに一致した時の回避経路を示したものである。

図17 (a)に示すような移動速度パラメータtv_Pの補正を行わない場合、初期回避経路候補X2は移動障害物35の左側を回避する経路となるので、このまま回避経路演算を行うと回避経路候補X2が左側に補正されるため、回避方向を右方向に設定した場合は所望の走行経路が得られない。
しかし移動速度パラメータとして図17 (a)のようなtv_Pを用いれば、初期目標回避経路候補X2の障害物回避方向を右方向に保つことができるため、最終的に右方向の回避経路X5を得ることができる。

障害物回避方向が左方向に設定された場合も同様であり、障害物が移動していても前記の第2リスクポテンシャルを用いて走行経路演算を行うことにより、所望の障害物回避方向の走行経路を安定して算出することができる。

なお本実施例においても、指定された方向に障害物を回避することが不可能な場合には、反復演算を進めても移動速度パラメータtv_Pが検出移動速度v_Pに一致しない状態が続く。
この場合、第2実施例と同様に、障害物回避の確実性が裏付けられないことを運転者に警告した上で、転舵支援を打ち切ることとする。

＜第3実施例の作用効果＞
上記した第3実施例によれば、障害物35の移動方向および移動速度に基づき障害物35の移動軌跡を推定し、第1リスクポテンシャルがこの障害物移動軌跡に基づいてリスク評価を行なうため、
障害物35が移動するものである場合においても、この移動を考慮しつつ適切な障害物回避経路を算出することができる。

また第1リスクポテンシャルは、障害物移動軌跡に対して目標回避経路候補が、運転者の操作に基づき設定された障害物回避方向と合致する方向へ向かうにつれリスク評価を低くされたものであり、
第2リスクポテンシャルは、障害物移動軌跡に対して目標回避経路候補が障害物移動方向と合致する方向へ向かうにつれてリスク評価を低くされたものであるため、以下の作用効果を達成し得る。
つまりこの場合、検出障害物35の位置だけでなく、その速度をもずらしてリスクポテンシャルを生成していることとなり、障害物35が移動している場合でも、障害物回避経路の補正演算に際して第2リスクポテンシャルから第1リスクポテンシャルへ切り替わる時のリスクポテンシャルの変化を小さく抑制することができ、回避経路の生成演算を効率的に行うことができる。

＜その他の実施例＞
なお上記した何れの実施例においても、第2リスクポテンシャルの生成を図4のステップＳ77で演算サイクルごとに繰り返し行うこととしたが、
この代わりに第2リスクポテンシャルの生成を図4の冒頭で行うこととし、ここで求めた第2リスクポテンシャルを図4のステップＳ77で読み込むようにしてもよいのは言うまでもない。

1 自車量（移動体）
2 車体
3L,3R 左右前輪
4L,4R 左右後輪
5 ステアリングホイール
6 ステアリングコラム
7 ステアリングギヤボックス
11L,11R カメラ（障害物検出手段）
12L,12R 車輪速センサ
13 ヨーレートセンサ
14 加速度センサ
15 操舵角センサ
16 操舵トルクセンサ
17 転舵アシストモータ
18 モータコントローラ
19 マイクロプロセッサ
21 センサ信号処理部
22 障害物回避方向設定部（障害物回避方向設定手段）
23 目標回避経路候補設定部（目標回避経路候補設定手段）
24 目標回避経路候補記憶部
25 第1リスクポテンシャル生成部（第1の経路評価手段）
26 第2リスクポテンシャル生成部（第2の経路評価手段）
27 回避経路補正部（目標回避経路候補補正手段）
28 指令値出力処理部
29 回避経路算出部
31 道路
31L,31R 道路境界
32〜35 障害物

Claims (6)

1. 運転者が運転する移動体の前方における障害物の現在位置を検出する障害物検出手段と、
   この障害物検出手段により検出した障害物位置を移動体が、運転者の操作に基づく移動体の進行方向と交差する方向へ回避するのに必要な回避方向を設定する障害物回避方向設定手段と、
   前記障害物検出手段が検出した障害物位置を移動体が前記移動体進行方向と交差する方向へ回避するのに必要な目標回避経路候補を設定する目標回避経路候補設定手段と、
   前記障害物検出手段からの障害物位置情報に基づいて、前記目標回避経路候補と前記検出障害物との接近度合いを算出する第1の経路評価手段と、
   前記障害物回避方向設定手段で設定された回避方向と、前記目標回避経路候補設定手段で設定された目標回避経路候補の前記検出障害物に対する回避方向との相違度を判別する回避方向相違度判定手段と、
   この回避方向相違度判定手段の判定結果に基づき、相違度の大きい目標回避経路候補を対象として、前記障害物位置から移動体進行方向と交差する方向へ移動した点に仮想障害物を設定する仮想障害物設定手段と、
   該仮想障害物と、前記目標回避経路候補との接近度合いを算出する第2の経路評価手段と、
   前記目標回避経路候補を前記第1の経路評価手段または第2の経路評価手段による評価値に基づいて補正する目標回避経路候補補正手段と、
   該補正された目標回避経路候補と、前記障害物回避方向設定手段で設定された回避方向とに基づいて回避経路を決定する回避経路決定手段と、
   を具備してなることを特徴とする移動体走行経路生成装置。
2. 請求項１に記載の移動体走行経路生成装置において、
   前記仮想障害物設定手段は、仮想障害物に対する前記目標回避経路候補の回避方向が、前記障害物回避方向設定手段により設定された運転者の操作に基づく障害物回避方向と合致するような位置に仮想障害物検出点を設定するものであることを特徴とする移動体走行経路生成装置。
3. 請求項1または2に記載の移動体走行経路生成装置において、
   前記第1の経路評価手段は、前記障害物検出手段が検出した障害物位置に対して、前記目標回避経路候補設定手段により設定された目標回避経路候補が、前記障害物回避方向設定手段で設定された障害物回避方向と合致する方向へ向かうにつれリスク評価を低くするものであり、
   前記第2の経路評価手段は、前記仮想障害物設定手段で設定された仮想障害物に対して、前記目標回避経路候補設定手段で設定された目標回避経路候補が前記障害物回避方向設定手段で設定された障害物回避方向と合致する方向へ向かうにつれて、リスク評価を低くするものであることを特徴とする移動体走行経路生成装置。
4. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の移動体走行経路生成装置において、
   前記障害物検出手段で検出した障害物の移動方向および移動速度を検出する障害物移動検出手段と、
   該検出した障害物の移動方向および移動速度に応じて障害物の移動軌跡を推定する障害物移動軌跡推定手段とを具備し、
   前記第1の経路評価手段は、前記障害物の移動軌跡に応じてリスク評価を行なうものであることを特徴とする移動体走行経路生成装置。
5. 請求項4に記載の移動体走行経路生成装置において、
   前記第1の経路評価手段は、前記障害物移動軌跡推定手段が算出した障害物移動軌跡に対して、前記目標回避経路候補設定手段で設定された目標回避経路候補が、前記障害物回避方向設定手段で設定された障害物回避方向と合致する方向へ向かうにつれてリスク評価を低くするものであり、
   前記第2の経路評価手段は、前記障害物移動軌跡推定手段で推定された障害物移動軌跡に対して、前記目標回避経路候補設定手段で設定した目標回避経路候補が、前記障害物移動検出手段で検出した障害物移動方向と合致する方向へ向かうにつれてリスク評価を低くするものであることを特徴とする移動体走行経路生成装置。
6. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の移動体走行経路生成装置において、
   前記目標回避経路候補補正手段が目標回避経路候補の補正を所定回数繰り返した後でも、前記目標回避経路候補の検出障害物に対する回避方向と、前記障害物回避方向設定手段で設定された回避方向とが合致しない場合、適切な回避経路の生成が失敗したとの判定を下して運転者に警報を発する回避経路算出エラー警告手段を設けたことを特徴とする移動体走行経路生成装置。

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