JP7573335B2 - 走行支援方法及び走行支援装置 - Google Patents

Description

本発明は、走行支援方法及び走行支援装置に関する。

特許文献１には、過渡状態において後輪舵角制御を行って車両の応答性・安定性を向上する一方で、定常状態では横滑り角を後輪舵角制御していないときと同じにする後輪舵角制御装置が記載されている。

国際公開第２００８／０４７４８１号パンフレット

特許文献１に記載の後輪舵角制御装置は、曲率が変化しない定常形状を有する道路を走行する場合には、後輪の転舵角を制御していない場合と同等の大きさのスリップ角（すなわち、車体の前後方向と車両の進行方向とのずれ角）しか生成しない。このため、車両の車体の前後方向が自車の進行方向よりも旋回方向へずれた内向き状態となっても後輪荷重が大きくならないため十分な安定性を得られないことがある。
本発明は、前輪及び後輪の転舵が可能な車両において、曲率が変化しない定常形状を有する道路を走行する場合の自車両の安定性を向上することを目的とする。

本発明の一態様による走行支援方法では、自車両が走行する道路の道路形状の情報を取得し、道路形状に沿って自車両が走行するために自車両に生じる目標横力を設定し、道路形状が、曲率が変化しない定常形状であるか否かを判定し、道路形状が定常形状であると判定した場合に定常形状でないと判定した場合に比べて、後輪に掛かる荷重である後輪荷重を増加するように、自車両のスリップ角の目標値である目標スリップ角を算出し、走行する予定の道路を走行する際には目標横力を発生し且つ自車両のスリップ角が目標スリップ角となるように自車両の前輪及び後輪を転舵する。

本発明によれば、前輪及び後輪の転舵が可能な車両において、定常形状を有する道路を走行する場合の自車両の安定性を向上できる。

実施形態の走行支援装置の概略構成図である。 実施形態の走行支援装置による自動運転制御のアーキテクチャの一例の説明図である。 実施形態の走行支援装置の自動運転制御部の機能構成の一例を示すブロック図である。 図１に示す車両制御部の機能構成の一例を示すブロック図である。 内向き状態において生じる後輪荷重の説明図である。 規範コーナリングスティフネスの設定方法の一例の説明図である。 図４に示す道路形状判定部の機能構成の一例を示すブロック図である。 実施形態の走行支援方法の一例のフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、各図面は模式的なものであって、現実のものとは異なる場合がある。また、以下に示す本発明の実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の構造、配置等を下記のものに特定するものではない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

（構成）
図１を参照する。自車両１は、右前輪２ＦＲ、左前輪２ＦＬ、右後輪２ＲＲ及び左後輪２ＲＬを転舵可能な四輪操舵車両である。
自車両１は、自車両１の走行支援を行う走行支援装置１０を備える。走行支援装置１０による走行支援には、自車両１の周辺の走行環境に基づいて、運転者が関与せずに自車両１を自動で運転する自動運転制御や、運転者による自車両１の運転を支援する運転支援制御を含んでよい。
運転支援制御には、自動操舵、自動ブレーキ、定速走行制御、車線維持制御、合流支援制御など、自車両１の転舵装置、駆動装置、制動装置の少なくとも一つを制御する走行制御を含んでよい。

走行支援装置１０は、物体センサ１１と、車両センサ１２と、測位装置１３と、地図データベース（地図ＤＢ）１４と、ナビゲーション装置１５と、コントローラ１７と、アクチュエータ１８とを備える。
物体センサ１１は、自車両の周囲の物体を検出する。物体センサ１１は、自車両１に搭載されたレーザレーダやミリ波レーダ、カメラ、LIDAR（Light Detection and Ranging、Laser Imaging Detection and Ranging）など、自車両１の周辺の物体を検出する複数の異なる種類の物体検出センサを備える。

車両センサ１２は、自車両１に搭載され、自車両１から得られる様々な情報（車両信号）を検出する。車両センサ１２には、例えば、自車両１の車速（走行速度）Ｖを検出する車速センサ、車輪の回転速度や回転量を検出する車輪センサ、自車両１の３軸方向の加速度（減速度を含む）を検出する３軸加速度センサ（Ｇセンサ）、操舵角（転舵角を含む）を検出する操舵角センサ、自車両１に生じる角速度を検出するジャイロセンサ、ヨーレイトを検出するヨーレイトセンサ、自車両１のアクセル開度を検出するアクセルセンサと、運転者によるブレーキ操作量を検出するブレーキセンサが含まれる。

測位装置１３は、全地球型測位システム（ＧＮＳＳ）受信機を備え、複数の航法衛星から電波を受信して自車両１の現在位置を測定する。ＧＮＳＳ受信機は、例えば地球測位システム（ＧＰＳ）受信機等であってよい。測位装置１３は、例えば慣性航法装置であってもよい。
地図データベース１４は、自動運転用の地図として好適な高精度地図データ（以下、単に「高精度地図」という。）を記憶してよい。高精度地図は、ナビゲーション用の地図データ（以下、単に「ナビ地図」という。）よりも高精度の地図データであり、道路単位の情報よりも詳細な車線単位の情報を含む。
ナビゲーション装置１５は、測位装置１３等により自車両１の現在位置を認識する。ナビゲーション装置１５は、認識した現在位置に基づいて、自車両１の周囲の道路情報や交通情報を取得し、コントローラ１７に出力する。また、ナビゲーション装置１５は、乗員に対して経路案内を行い、また道路情報、交通情報を提供する。

コントローラ１７は、プロセッサと、記憶装置等の周辺部品とを含み、自車両１の走行支援制御を行う電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）である。プロセッサは、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro-Processing Unit）であってよい。
記憶装置は、半導体記憶装置や、磁気記憶装置、光学記憶装置等を備えてよい。記憶装置は、レジスタ、キャッシュメモリ、主記憶装置として使用されるＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリを含んでよい。
コントローラ１７のプロセッサが、記憶装置に格納されたコンピュータプログラムを実行することにより、コントローラ１７は、自動運転制御部２０、入力仲裁部２１及び車両制御部２２として機能する。自動運転制御部２０、入力仲裁部２１及び車両制御部２２の機能については後述する。

なお、コントローラ１７を、以下に説明する各情報処理を実行するための専用のハードウエアにより形成してもよい。
例えば、コントローラは、汎用の半導体集積回路中に設定される機能的な論理回路を備えてもよい。例えばコントローラはフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ：Field-Programmable Gate Array）等のプログラマブル・ロジック・デバイス（ＰＬＤ：Programmable Logic Device）等を有していてもよい。

アクチュエータ１８は、コントローラ１７からの制御信号に応じて、自車両１の転舵装置と、駆動装置と制動装置を操作して、自車両１の車両挙動を発生させる。アクチュエータ１８は、転舵アクチュエータと、アクセル開度アクチュエータと、ブレーキ制御アクチュエータを備える。
転舵アクチュエータは、前輪２ＦＲ、２ＦＬの転舵角である前輪転舵角δ_Ｆと後輪２ＲＲ、２ＲＬの転舵角である後輪転舵角δ_Ｒを制御する。
転舵アクチュエータは、例えば、電動パワーステアリングシステムにおいて操舵補助力を付与する操舵補助モータであってもよく、ステアリングホイールと車輪２ＦＲ、２ＦＬ、２ＲＲ、２ＲＬとが機械的に分離されたステアリングバイワイヤシステムにおいてこれら車輪を転舵する転舵モータであってもよい。
アクセル開度アクチュエータは、自車両１の駆動力を発生させる動力源である駆動装置（例えばエンジン、電動機）のアクセル開度を制御する。ブレーキ制御アクチュエータは、自車両１の制動装置の制動動作を制御する。

次に、実施形態の走行支援装置１０による走行支援制御の一例を説明する。図２は、走行支援装置による自動運転制御のアーキテクチャの一例を示す。自動運転制御は、自動運転レイヤ（AD Layer）３０と、仲裁部（Arbitration）３１と、規範モデル部（Reference Model）３２と、車体挙動制御部（Body Motion Control）３３と、車輪挙動制御部（Wheel Motion Control）３４と、上述のアクチュエータ１８によって実行される。
自動運転レイヤ３０は、自車両１の目的地を設定し、自車両１の現在位置から目的地までの走行経路を設定する。
自動運転レイヤ３０は、走行経路を走行する自車両１の目標走行軌道と目標速度プロファイルとを、自動運転レイヤ３０からの指示入力である自動運転入力（ＡＤ入力）として生成する。

仲裁部３１は、運転者によるステアリングホイール、アクセル及びブレーキの操作入力である手動運転入力（ＭＤ入力）と、自動運転レイヤ３０からの自動運転入力とを仲裁し、自車両１が行うべき車両運動を設定する。
規範モデル部３２は、仲裁部３１が設定した車両運動を自車両１が実現するための自車両１の車体挙動を計算するために用いる車両運動モデルのパラメータ（例えばヨー慣性モーメント、車輪のコーナリングスティフネス等）を設定する。
車体挙動制御部３３は、規範モデル部３２によって設定された車両運動モデルに基づいて、仲裁部３１が設定した車両運動を実現するための車体挙動（例えば、車速、加減速、ヨーレイト、ヨー角加速度、ヨーモーメント等）を算出する。

車輪挙動制御部３４は、車体挙動制御部３３が算出した車体挙動を自車両１に発生させるための車輪の制御量（転舵角、制動量、駆動量等）を算出し、アクチュエータ１８により車輪挙動を制御する。
例えば、自動運転レイヤ３０の機能は、図１に示す自動運転制御部２０が担い、仲裁部３１の機能は入力仲裁部２１が担い、規範モデル部３２、車体挙動制御部３３及び車輪挙動制御部３４の機能は、車両制御部２２が担ってよい。

次に、図３を参照して自動運転制御部２０の機能構成の一例を説明する。自動運転制御部２０は、定位部（Localization）４０と、目的地設定部４１（Destination Setting）と、経路計画部（Route Planning）４２と、行動決定部（Decision Making）４３と、運転ゾーン計画部（Drive Zone Planning）４４と、軌道生成部（Trajectory）４５を備える。

定位部４０は、物体センサ１１の検出信号に基づいて自車両１の周囲環境を認識する。定位部４０は、認識結果と地図データベース１４の高精度地図との間のマップマッチングにより、高精度地図上の自車両１の現在位置を判断する。
また、周囲環境の認識結果に基づいて、自車両１の周囲環境のモデルであるローカルモデル（Local Model）４７が生成される。さらに、ローカルモデル４７と、高精度地図と、ナビゲーション装置１５の道路情報や交通情報とを融合することによって、ワールドモデル（World Model）４６が生成される。

目的地設定部４１は、ナビゲーション装置１５を介した運転者の操作入力に基づいて自車両１の目的地を設定する。
経路計画部４２は、ナビゲーション装置１５の道路情報に基づいて、現在位置から目的地までの予定走行経路を演算する。なお、予定走行経路はこれに限らず、例えば現在位置から自車両所定距離前方までの予定経路であっても良い。あるいは、ナビゲーション装置１５の道路情報を用いずに、自車両前方をカメラ等で撮像し、撮像した画像から検出した自車両所定距離前方までの予定経路であっても良い。
行動決定部４３は、周囲環境の認識結果と、自車両１の現在位置と、ワールドモデル４６と、予定走行経路とに基づいて、走行支援装置１０により実行する自車両１の運転行動計画を決定する。

運転行動には、例えば、自車両１の停止、一時停止、走行速度、減速、加速、進路変更、右折、左折、直進、合流区間や複数車線における車線変更、車線維持、追越、障害物への対応などの行動が含まれる。
行動決定部４３は、自車両１の現在位置及び姿勢と、自車両１の周囲環境と、ワールドモデル４６とに基づいて、自車両１の運転行動計画を生成する。

運転ゾーン計画部４４は、生成した運転行動計画と、自車両１の運動特性、ローカルモデル４７に基づいて、自車両１を走行させることができる領域である運転ゾーンを算出する。
軌道生成部４５は、運転ゾーン計画部４４が算出した運転ゾーン内を自車両１が走行するように、自車両１の目標走行軌道と目標速度プロファイルを生成する。

図１を参照する。入力仲裁部２１は、自動運転制御部２０が設定した目標走行軌道及び目標速度プロファイルの自動運転入力と運転者による手動運転入力とを仲裁して、自車両１が行うべき車両運動を設定する。
車両制御部２２は、入力仲裁部２１により設定された車両運動を実現するように自車両１の挙動を制御する。

次に、車両制御部２２による転舵制御について説明する。自車両１が走行する道路の道路形状は、曲率が変化する過渡形状と、曲率が変化しない定常形状とに分類できる。例えば単一のカーブ区間であっても曲率が連続的に変化する道路形状と、曲率が一定である道路形状が存在する。あるいは、直線区間からカーブ区間へ進入する区間、カーブ区間から直線区間へ進入する区間においては曲率が変化する。
過渡形状を有する道路（例えば、曲率が大きく変化する道路）を自車両１が走行する場合には、曲率変化に応じて自車両に発生させる横力を変化させる必要がある。このため、小さな転舵角で大きな横力が得られるように自車両１の回頭性が高いことが好ましい。旋回に要する転舵角が小さいことでアクチュエータ１８の駆動量が少なくて済み、アクチュエーションの遅れが小さくなる。このため車両の旋回挙動の遅れも小さくなる。

また、過渡形状を有する道路を走行する場合には、自車両１の挙動が安定するように追加操舵や修正操舵を行うことがある。このため、旋回中の転舵角を低減することにより、追加操舵や修正操舵のための余裕ができる。
一方で、定常形状を有する道路（例えば、曲率変化が小さい道路を含んでもよい）を自車両１が走行する場合には、曲率変化がないため（又は曲率変化が小さいため）回頭性よりも安定性が高いことが好ましい。

そこで、車両制御部２２は、自車両１が走行する予定の道路の道路形状（走行予定経路上の任意の地点における道路形状）が過渡形状であるか否かを判定し、道路形状が過渡形状であると判定した場合に過渡形状でないと判定した場合に比べて転舵角が低減するように、自車両１のスリップ角の目標値である目標スリップ角β_ＲＥＱを算出する。
また、車両制御部２２は、道路形状が定常形状であるか否かを判定し、道路形状が定常形状であると判定した場合に定常形状でないと判定した場合に比べて、後輪２ＲＲ、２ＲＬに掛かる荷重である後輪荷重を増加するように、目標スリップ角β_ＲＥＱを算出する。例えば、車両制御部２２は、自車両１の車体の前後方向が自車両１の進行方向よりも旋回方向へずれた状態である内向き状態となるように、目標スリップ角β_ＲＥＱを算出してよい。
車両制御部２２は、道路形状に沿って走行するために自車両１に生じる目標横力Ｆｙ_ＲＥＱを発生し且つ自車両１のスリップ角が目標スリップ角β_ＲＥＱとなるように前輪２ＦＲ、２ＦＬ及び後輪２ＲＲ、２ＲＬの転舵制御を実行する。

これにより、自車両１が走行する予定の道路の道路形状が過渡形状である場合に、より小さな転舵角で旋回するように自車両１のスリップ角が制御されるので、自車両１の回頭性を向上できる。
また、自車両１が走行する予定の道路の道路形状が定常形状である場合に、後輪荷重を増加するように自車両１のスリップ角が制御されるので、後輪で発生する横力が増加して自車両１の安定性を向上できる。

以下、車両制御部２２の詳細を説明する。図４は、車両制御部２２の機能構成の一例を示すブロック図である。車両制御部２２は、目標ヨー角加速度算出部５０と、乗算器５１、５６、５７、５９と、目標ヨーレイト算出部５２と、基準スリップ角算出部５３と、拡張スリップ角算出部５４と、道路形状判定部５５と、加算器５８と、減算器６０と、目標横力算出部６１と、転舵角算出部６２を備える。

車両制御部２２は、入力仲裁部２１から要求された自車両１の車両運動に基づいて、自車両１が走行する予定の道路の道路形状に沿って自車両１を旋回させるための目標横力Ｆｙ_ＲＥＱを設定する。
例えば、図３の軌道生成部４５が、自車両１が走行する予定の道路の道路形状に沿って自車両１を走行させる目標走行軌道を生成し、車両制御部２２が、目標走行軌道の曲率と自車両１の車速Ｖとに基づいて、目標走行軌道に沿って自車両１を走行させる目標横力Ｆｙ_ＲＥＱを設定してよい。

目標ヨー角加速度算出部５０は、目標横力Ｆｙ_ＲＥＱと車速Ｖに基づいて、自車両１に発生させるヨー角加速度の目標値である目標ヨー角加速度ｒ’_ＲＥＱを算出する。乗算器５１は、目標ヨー角加速度ｒ’_ＲＥＱに自車両１の慣性モーメントＩｚを乗算して、自車両１の目標ヨーモーメントＭｚ_ＲＥＱを算出する。
目標ヨーレイト算出部５２は、目標横力Ｆｙ_ＲＥＱと車速Ｖに基づいて、自車両１に発生させるヨーレイトの目標値である目標ヨーレイトｒ_ＲＥＱを算出する。

基準スリップ角算出部５３は、前輪２ＦＲ、２ＦＬを転舵することにより自車両１に発生させるスリップ角である基準スリップ角Ｇ^β _ｆｙ・Ｆｙ_ＲＥＱを算出する。基準スリップ角Ｇ^β _ｆｙ・Ｆｙ_ＲＥＱは、特許請求の範囲に記載の「第１スリップ角」の一例である。
例えば、基準スリップ角Ｇ^β _ｆｙ・Ｆｙ_ＲＥＱを、自車両１を内向き状態する方向の角度としてもよい。自車両１を内向き状態すると後輪荷重が増加して自車両１の安定性を向上できる。
図５を参照する。実線７０は自車両１の進行方向を示し、破線７１は自車両１の車体の前後方向を示し、矢印７２は旋回中に自車両１の車体に働く遠心力を示し、矢印７３は自車両１を旋回させる向心力を示す。
図５に示す内向き状態では、車体に働く遠心力７２が、車体の前後方向の後ろ向きの成分７４を有するので、後輪荷重が増加する。

基準スリップ角Ｇ^β _ｆｙ・Ｆｙ_ＲＥＱを算出する場合、例えば、基準スリップ角算出部５３は、後輪２ＲＲ、２ＲＬに発生する横力の目標上限値である後輪横力上限値Ｆｙ’_ＲＡを設定してよい。
例えば基準スリップ角算出部５３は、自車両１の自動運転制御において許容される最大許容前後加速度Ｇｘ_ＡＤ及び最大許容横加速度Ｇｙ_ＡＤと、路面の摩擦係数μに基づいて、後輪横力上限値Ｆｙ’_ＲＡを設定してよい。
具体的には、次式（１）を満たすように後輪横力上限値Ｆｙ’_ＲＡを設定してよい。

式（１）においてｍは自車両１の質量、ｇは重力加速度、ｌはホイールベース長であり、ｌ_Ｆは車両重心から前輪軸までの長さである。係数Ｋ_ｐは、前後加速度により生じる荷重変化量と前後加速度との間の比例係数であり、車両に応じて設定される。

次に、基準スリップ角算出部５３は、後輪横力上限値Ｆｙ’_ＲＡに応じて後輪２ＲＲ、２ＲＬのコーナリングスティフネスの規範値である規範コーナリングスティフネスＣｐ_Ｒｅａｒを算出する。
図６を参照する。曲線７５は、自車両１の後輪２ＲＲ、２ＲＬのスリップ角βと後輪横力との関係を表すタイヤの非線形特性線である。非線形特性線７５は、自車両１の車両諸元と後輪２ＲＲ、２ＲＬのタイヤに応じて予め設定する。なお、図中のＦｙ’ｍａｘは、後輪２ＲＲ、２ＲＬの摩擦限界における発生横力である。

基準スリップ角算出部５３は、非線形特性線７５において後輪横力が後輪横力上限値Ｆｙ’_ＲＡとなる点と原点とを結ぶ直線との傾きを、規範コーナリングスティフネスＣｐ_Ｒｅａｒとして算出する。
すなわち、非線形特性線７５において後輪横力が後輪横力上限値Ｆｙ’_ＲＡとなるスリップ角βをβｍとすると、Ｃｐ_Ｒｅａｒ＝Ｆｙ’_ＲＡ／βｍとなる。
基準スリップ角算出部５３は、規範コーナリングスティフネスＣｐ_Ｒｅａｒと目標横力Ｆｙ_ＲＥＱと車速Ｖとに応じて、次式（２）に基づいて基準スリップ角Ｇ^β _ｆｙ・Ｆｙ_ＲＥＱを算出する。

式（２）においてｌ_Ｒは車両重心から後輪軸までの長さである。

図４を参照する。拡張スリップ角算出部５４は、後輪２ＲＲ、２ＲＬを転舵することにより自車両１に発生させるスリップ角である拡大スリップ角Ｇｅ^β _ｆｙ・Ｆｙ_ＲＥＱを算出する。拡大スリップ角Ｇｅ^β _ｆｙ・Ｆｙ_ＲＥＱは、特許請求の範囲に記載の「第２スリップ角」の一例である。
拡大スリップ角Ｇｅ^β _ｆｙ・Ｆｙ_ＲＥＱは、自車両１を内向き状態する方向の角度としてもよい。
拡張スリップ角算出部５４は、基準スリップ角Ｇ^β _ｆｙ・Ｆｙ_ＲＥＱと同様の算出方法によって、拡大スリップ角Ｇｅ^β _ｆｙ・Ｆｙ_ＲＥＱを算出してよい。
例えば、拡張スリップ角算出部５４は、前輪２ＦＲ、２ＦＬに発生する横力の目標上限値である前輪横力上限値Ｆｙ’_ＦＡを設定してよい。拡張スリップ角算出部５４は、最大許容前後加速度Ｇｘ、最大許容横加速度Ｇｙ、摩擦係数μに基づいて前輪横力上限値Ｆｙ’_ＦＡを設定してよい。
具体的には、次式（３）を満たすように前輪横力上限値Ｆｙ’_ＦＡを設定してよい。

拡張スリップ角算出部５４は、後輪２ＲＲ、２ＲＬの規範コーナリングスティフネスＣｐ_Ｒｅａｒと同様の算出方法によって、前輪横力上限値Ｆｙ’_ＦＡと、前輪２ＦＲ、２ＦＬのタイヤの非線形特性線とに基づいて前輪２ＦＲ、２ＦＬのコーナリングスティフネスの規範値である規範コーナリングスティフネスＣｐ_{Ｆｒｏｎｔ}を算出する。
拡張スリップ角算出部５４は、規範コーナリングスティフネスＣｐ_{Ｆｒｏｎｔ}と目標横力Ｆｙ_ＲＥＱと車速Ｖとに応じて、次式（４）に基づいて拡大スリップ角Ｇｅ^β _ｆｙ・Ｆｙ_ＲＥＱを算出する。

拡張スリップ角算出部５４は、拡大スリップ角Ｇｅ^β _ｆｙ・Ｆｙ_ＲＥＱと基準スリップ角Ｇ^β _ｆｙ・Ｆｙ_ＲＥＱとの差分である次式（５）のスリップ角差分ΔＧ^β _ｆｙ・Ｆｙ_ＲＥＱを算出する。

上式（５）のＡは、次式（６）で与えられるスタビリティファクタである。

乗算器５９は、スリップ角差分ΔＧ^β _ｆｙ・Ｆｙ_ＲＥＱに拡張スリップ角ゲインλ_βを乗算し、減算器６０は、その積λ_β・ΔＧ^β _ｆｙ・Ｆｙ_ＲＥＱを基準スリップ角Ｇ^β _ｆｙ・Ｆｙ_ＲＥＱから減じることより次式（７）の目標スリップ角β_ＲＥＱを算出する。

上式（７）から分かるとおり、目標スリップ角β_ＲＥＱは、拡張スリップ角ゲインλ_βにより設定される配分比率（１－λ_β）：λ_βによって基準スリップ角Ｇ^β _ｆｙ・Ｆｙ_ＲＥＱと拡大スリップ角Ｇｅ^β _ｆｙ・Ｆｙ_ＲＥＱとを配分することによって得られる。

ここで、目標横力Ｆｙ_ＲＥＱを発生しつつ前輪転舵角δ_Ｆと後輪転舵角δ_Ｒとを低減できる目標スリップ角β_ＲＥＱを与える拡張スリップ角ゲインλ_βとして、第１拡張スリップ角ゲインλ_β１を設定する。例えば、目標横力Ｆｙ_ＲＥＱを発生しつつ前輪転舵角δ_Ｆと後輪転舵角δ_Ｒとを最小化できる第１拡張スリップ角ゲインλ_β１を設定してよい。
前輪転舵角δ_Ｆと後輪転舵角δ_Ｒとを最小化するには、評価関数Ｊ＝Ｋ_Ｆδ_Ｆ＋Ｋ_Ｒδ_Ｒを最小にすればよい。この評価関数Ｊは、前輪転舵角δ_Ｆと後輪転舵角δ_Ｒの重み付け和である。
Ｋ_Ｆ、Ｋ_Ｒは、Ｋ_Ｆ＋Ｋ_Ｒ＝１となるように定められた重み付け係数であり、例えばＫ_Ｆ＝Ｋ_Ｒ＝０．５であってよい。実際に実現可能な後輪転舵角δ_Ｒの上限が前輪転舵角δ_Ｆの上限とよりも小さい場合には、Ｋ_Ｆ＞Ｋ_Ｒであってよい。

第１拡張スリップ角ゲインλ_β１の設定の際に、規範コーナリングスティフネスＣｐ_{Ｆｒｏｎｔ}、Ｃｐ_Ｒｅａｒは、前輪２ＦＲ、２ＦＬ及び後輪２ＲＲ、２ＲＬの実コーナリングスティフネスＣ_Ｆ、Ｃ_Ｒと略等しいと近似する（Ｃｐ_{Ｆｒｏｎｔ}≒Ｃ_Ｆ、Ｃｐ_Ｒｅａｒ≒Ｃ_Ｒ）。
前輪転舵角δ_Ｆ、後輪転舵角δ_Ｒと、目標スリップ角β_ＲＥＱは次式（８）及び（９）により得られる。

評価関数Ｊ＝Ｋ_Ｆδ_Ｆ＋Ｋ_Ｒδ_Ｒを最小化するためにＪ≒０とすると、次式（１０）が得られる。

簡単のため、Ｍｚ_ＲＥＱ≒０とすれば次式（１１）が得られてλ_β１≒Ｋ_Ｆとなる。

このように、第１拡張スリップ角ゲインλ_β１は評価関数Ｊ＝Ｋ_Ｆδ_Ｆ＋Ｋ_Ｒδ_Ｒの重み係数Ｋ_Ｆと等しい値に設定してよい。上記のとおり重み係数Ｋ_Ｆは例えば０．５であってよい。

次に、後輪２ＲＲ、２ＲＬに掛かる後輪荷重を増加する目標スリップ角β_ＲＥＱを与える拡張スリップ角ゲインλ_βとして、第２拡張スリップ角ゲインλ_β２を設定する。
この場合には、上式（７）のλ_β・ΔＧ^β _ｆｙが最大となる拡張スリップ角ゲインλ_βを第２拡張スリップ角ゲインλ_β２として設定すればよい。
例えば、第２拡張スリップ角ゲインλ_β２は、λ_β・ΔＧ^β _ｆｙが最大となるように、λ_β２＝１に設定してよい。
λ_β２＝１に設定すると、後輪転舵角δ_Ｒが実際に実現可能な上限を越える場合には、後輪転舵角δ_Ｒが上限となる拡張スリップ角ゲインλ_βを第２拡張スリップ角ゲインλ_β２として設定してもよい。

道路形状判定部５５は、自車両１がこれから走行する予定の道路の曲率の情報である道路曲率情報に基づいて、自車両１がこれから走行する予定の道路の道路形状が、曲率が変化しない定常形状であるか、曲率が変化する過渡形状であるかを判定する。
道路形状判定部５５は、道路形状が定常形状である度合いを表す定常形状係数Ｋｓと道路形状が過渡形状である度合いを表す過渡形状係数Ｋｔとを算出する。定常形状係数Ｋｓ及び過渡形状係数Ｋｔは、０～１の範囲の値を有する正規化された係数であり、Ｋｓ＝（１－Ｋｔ）の関係を有する。道路形状判定部５５の詳細は後述する。

乗算器５６、５７は、過渡形状係数Ｋｔと定常形状係数Ｋｓを第１拡張スリップ角ゲインλ_β１に第２拡張スリップ角ゲインλ_β２それぞれ乗算し、加算器５８はこれらの積Ｋｔ・λ_β１及びＫｓ・λ_β２の和（Ｋｔ・λ_β１＋Ｋｓ・λ_β２）を拡張スリップ角ゲインλ_βとして算出する。
したがって、過渡形状である度合いが高く過渡形状係数Ｋｔが１に近い場合には、拡張スリップ角ゲインλ_βは第１拡張スリップ角ゲインλ_β１に近くなる。このため、上式（７）の目標スリップ角β_ＲＥＱは、目標横力Ｆｙ_ＲＥＱを発生しつつ前輪転舵角δ_Ｆと後輪転舵角δ_Ｒとを低減できるスリップ角となる。

一方で、定常形状である度合いが高く定常形状係数Ｋｓが１に近い場合には、拡張スリップ角ゲインλ_βは第２拡張スリップ角ゲインλ_β２に近くなる。このため目標スリップ角β_ＲＥＱは、後輪荷重を増加できるスリップ角となる。
また、道路形状が、定常形状よりも過渡形状に近い場合には、過渡形状よりも定常形状に近いと判定した場合に比べて転舵角が低減するように目標スリップ角β_ＲＥＱが算出される。
道路形状が、過渡形状よりも定常形状に場合には、定常形状よりも過渡形状に近いと判定した場合に比べて後輪荷重を増加するように目標スリップ角β_ＲＥＱが算出される。

図７は、道路形状判定部５５の機能構成の一例を示すブロック図である。道路形状判定部５５は、道路曲率情報として、自車両１がこれから走行する予定の道路の曲率の標準偏差ＲｈｏＳｔｄと、左最大曲率ＲｈｏＭａｘと、右最大曲率ＲｈｏＭｉｎと、歪度ＳＱＮを入力する。
左最大曲率ＲｈｏＭａｘは、自車両１がこれから走行する予定の道路の左カーブの最大曲率である。右最大曲率ＲｈｏＭｉｎは、自車両１がこれから走行する予定の道路の右カーブの最大曲率である。

標準偏差ＲｈｏＳｔｄは、自車両１がこれから走行する予定の道路上の各点における曲率を集めた集合の分布である曲率分布の標準偏差であり、歪度ＳＱＮは曲率分布の歪度である。
歪度は、曲率分布が正規分布からどれだけ逸脱しているかを表し、歪度が大きいほど道路形状が過渡形状に近くなり、歪度が小さいほど道路形状が定常形状に近くなる。
道路形状判定部５５は、基準曲率算出部８０と、有次元化８１と、曲率成分変換部８２と、係数演算部８３を備える。

基準曲率算出部８０は、自車両１の走行シーンを判定する際に基準とする基準曲率ＲｈｏＲｅｆを次式（１２）に基づき算出する。
ＲｈｏＲｅｆ＝Ｋ_ＰＴＣ・Ｇ_ｍａｘ・ｇ／Ｖ^２ …（１２）
記号Ｋ_ＰＴＣは、ベースゲインであり、記号Ｇ_ｍａｘは自動運転レイヤ３０に設定された最大許容横加速度である。

有次元化８１は、無次元量である歪度ＳＱＮを、標準偏差ＲｈｏＳｔｄと、左最大曲率ＲｈｏＭａｘと、右最大曲率ＲｈｏＭｉｎとに基づいて、曲率と同じ単位を有する値ＲｈｏＳＱＮに有次元化する。例えば、有次元化８１は、次式（１３）～（１５）に基づき歪度ＳＱＮを有次元化してよい。
ＲｈｏＳＱＮ_Ｌ＝３・ＲｈｏＳｔｄ・｜ｓｉｇｎ（ＲｈｏＭａｘ）｜・ｍａｘ（ＳＱＮ，０） …（１３）
ＲｈｏＳＱＮ_Ｒ＝３・ＲｈｏＳｔｄ・｜ｓｉｇｎ（ＲｈｏＭｉｎ）｜・ｍｉｎ（ＳＱＮ，０） …（１４）
ＲｈｏＳＱＮ＝ＲｈｏＳＱＮ_Ｌ＋ＲｈｏＳＱＮ_Ｒ …（１５）

曲率成分変換部８２は、有次元化された歪度ＲｈｏＳＱＮと、標準偏差ＲｈｏＳｔｄとが０～１の範囲の値を有するように、基準曲率ＲｈｏＲｅｆを用いて正規化する（無次元化する）。
例えば、曲率成分変換部８２は、次式（１６）及び（１７）に基づいて、歪度ＲｈｏＳＱＮを正規化した正規化歪度ＮｏｒｍＲｈｏＳＱＮと標準偏差ＲｈｏＳｔｄを正規化した正規化標準偏差ＮｏｒｍＲｈｏＳｔｄを算出する。
ＮｏｒｍＲｈｏＳＱＮ＝ＲｈｏＳＱＮ／ＲｈｏＲｅｆ …（１６）
ＮｏｒｍＲｈｏＳｔｄ＝ＲｈｏＳｔｄ／ＲｈｏＲｅｆ …（１７）

係数演算部８３は、正規化歪度ＮｏｒｍＲｈｏＳＱＮと正規化標準偏差ＮｏｒｍＲｈｏＳｔｄに基づき、次式（１８）及び（１９）に従って定常形状係数Ｋ_ｓ及び過渡形状係数Ｋ_ｔを算出する。
Ｋ_ｔ＝ｍａｘ（ＮｏｒｍＲｈｏＳＱＮ，ＮｏｒｍＲｈｏＳｔｄ） …（１８）
Ｋ_ｓ＝１－Ｋ_ｔ …（１９）
なお、道路形状判定部５５の構成は、図７に例示した構成に限定されるものではない。道路形状判定部５５は、道路形状が定常形状である度合いを表す定常形状係数Ｋｓと道路形状が過渡形状である度合いを表す過渡形状係数Ｋｔとを算出できれば、様々な構成、手法を採用できる。

図４を参照する。目標横力算出部６１は、目標横力Ｆｙ_ＲＥＱと目標ヨーモーメントＭｚ_ＲＥＱとを自車両１に付与するのに要する目標前輪横力Ｆｙ_Ｆ及び目標後輪横力Ｆｙ_Ｒを算出する。
転舵角算出部６２は、目標前輪横力Ｆｙ_Ｆ及び目標後輪横力Ｆｙ_Ｒと、目標ヨーレイトｒ_ＲＥＱと、目標スリップ角β_ＲＥＱに基づいて、これらの目標値を達成する前輪の目標転舵角δ_Ｆ及び後輪の目標転舵角δ_Ｒを算出する。例えば転舵角算出部６２は、自車両１の車両運動モデルに基づいて、前輪の目標転舵角δ_Ｆ及び後輪の目標転舵角δ_Ｒを算出してよい。
アクチュエータ１８に含まれる転舵アクチュエータは、前輪２ＦＲ、２ＦＬ及び後輪２ＲＲ、２ＲＬの転舵角がそれぞれ目標転舵角δ_Ｆ及びδ_Ｒとなるように、前輪２ＦＲ、２ＦＬ及び後輪２ＲＲ、２ＲＬを転舵する。

なお、上記の実施形態では、道路形状が過渡形状であると判定した場合に転舵角δ_Ｆ及びδ_Ｒを低減する目標スリップ角β_ＲＥＱを算出したが、本発明はこのような形態に限定されない。例えば、道路形状判定部５５は、過渡形状係数Ｋｔを算出しなくてもよく、乗算器５６及び加算器５８を省略してもよい。

（動作）
図８は、実施形態の走行支援方法の一例のフローチャートである。
ステップＳ１において車両制御部２２は、自車両１が走行する予定の道路の道路形状に沿って自車両１を旋回させるための目標横力Ｆｙ_ＲＥＱを設定する。
ステップＳ２において目標ヨー角加速度算出部５０、乗算器５１、目標ヨーレイト算出部５２は、目標ヨー角加速度ｒ’_ＲＥＱ、目標ヨーモーメントＭｚ_ＲＥＱ、目標ヨーレイトｒ_ＲＥＱをそれぞれ算出する。
ステップＳ３において目標横力算出部６１は、目標横力Ｆｙ_ＲＥＱと目標ヨーモーメントＭｚ_ＲＥＱとを自車両１に付与するのに要する目標前輪横力Ｆｙ_Ｆ及び目標後輪横力Ｆｙ_Ｒを算出する。
ステップＳ４において基準スリップ角算出部５３は、基準スリップ角Ｇ^β _ｆｙ・Ｆｙ_ＲＥＱを算出する。
ステップＳ５において拡張スリップ角算出部５４は、拡大スリップ角Ｇｅ^β _ｆｙ・Ｆｙ_ＲＥＱを算出する。
ステップＳ６において道路形状判定部５５は、自車両１がこれから走行する予定の道路の道路形状を判定して、過渡形状係数Ｋｔと定常形状係数Ｋｓを算出する。
ステップＳ７において乗算器５６、５７と加算器５８は、拡張スリップ角ゲインλ_βを算出する。

ステップＳ８において乗算器５９と減算器６０は、目標スリップ角β_ＲＥＱを算出する。

ステップＳ９において転舵角算出部６２は、目標前輪横力Ｆｙ_Ｆ及び目標後輪横力Ｆｙ_Ｒと、目標ヨーレイトｒ_ＲＥＱと、目標スリップ角β_ＲＥＱを達成する前輪の目標転舵角δ_Ｆ及び後輪の目標転舵角δ_Ｒを算出する。
ステップＳ１０においてアクチュエータ１８は、前輪２ＦＲ、２ＦＬ及び後輪２ＲＲ、２ＲＬの転舵角がそれぞれ目標転舵角δ_Ｆ及びδ_Ｒとなるように、前輪２ＦＲ、２ＦＬ及び後輪２ＲＲ、２ＲＬを転舵する。その後に処理は終了する。

（実施形態の効果）
（１）コントローラ１７は、自車両１が走行する予定の道路の道路形状の情報を取得し、道路形状に沿って自車両１が走行するために自車両１に生じる目標横力を設定し、道路形状が、曲率が変化しない定常形状であるか否かを判定し、道路形状が定常形状であると判定した場合に定常形状でないと判定した場合に比べて、後輪に掛かる荷重である後輪荷重を増加するように、自車両１のスリップ角の目標値である目標スリップ角を算出する。アクチュエータ１８は、コントローラ１７が算出した転舵角となるように前輪及び後輪を転舵する。
これにより、自車両１が走行する予定の道路の道路形状が定常形状である場合に、後輪荷重を増加するように自車両１のスリップ角が制御されるので、自車両１の安定性を向上できる。

（２）コントローラ１７は、自車両１が内向き状態となるように目標スリップ角を算出してもよい。これにより後輪荷重を増加するように目標スリップ角を算出できる。
（３）目標スリップ角は、前輪の転舵により自車両１に発生させるスリップ角である第１スリップ角、又は後輪の転舵により自車両１に発生させるスリップ角である第２スリップ角の、少なくとも一方により発生させてよい。
コントローラ１７は、後輪荷重を増加するように第１スリップ角と第２スリップ角との間の第１配分比率を設定し、第１スリップ角と第２スリップ角を第１配分比率で配分することにより目標スリップ角を算出してよい。
これにより、前輪及び後輪の転舵を用いて目標スリップ角を実現できる。

（４）コントローラ１７は、第２スリップ角の配分比率を増加させることにより後輪荷重を増加させてもよい。これにより、後輪荷重を増加する目標スリップ角を算出できる。
（５）コントローラ１７は、道路形状が定常形状である度合いを表す定常形状係数を算出し、第１配分比率と定常形状係数の積とに応じて目標スリップ角を変化させてもよい。
コントローラ１７は、道路形状が、曲率が変化する過渡形状よりも定常形状に近いと判定した場合に、定常形状よりも過渡形状に近いと判定した場合に比べて後輪荷重を増加するように目標スリップ角を算出してもよい。
これにより、定常形状である度合いに応じて段階的に目標スリップ角を設定できる。

（６）コントローラ１７は、道路形状が、曲率が変化する過渡形状であるか否かを判定し、道路形状が過渡形状であると判定した場合に過渡形状でないと判定した場合に比べて転舵角が低減するように、目標スリップ角を算出してもよい。
これにより、自車両１が走行する予定の道路の道路形状が過渡形状である場合に、より小さな転舵角で旋回するように自車両１のスリップ角が制御されるので、自車両１の回頭性を向上できる。
（７）このとき、道路形状が過渡形状であると判定した場合に、目標スリップ角を、第１スリップ角と、第２スリップ角とにより発生させてよい。
コントローラ１７は、転舵角を低減するように第１スリップ角と第２スリップ角との間の第２配分比率を設定し、道路形状が過渡形状であると判定した場合に、第１スリップ角と第２スリップ角を第２配分比率で配分することにより目標スリップ角を算出してよい。
これにより、前輪及び後輪の転舵を用いて目標スリップ角を実現できる。

（８）コントローラ１７は、前輪の転舵角と後輪の転舵角の重み付け和が最小になるように第２配分比率を設定してよい、これにより、転舵角が最小となる目標スリップ角を算出できる。
（９）コントローラ１７は、道路形状が過渡形状である度合いを表す過渡形状係数を算出し、第２配分比率と過渡形状係数の積とに応じて、目標スリップ角を変化させてもよい。これにより過渡形状である度合いに応じて段階的に目標スリップ角を設定できる。
（１０）コントローラ１７は、道路形状が、定常形状よりも過渡形状に近いと判定した場合に、過渡形状よりも定常形状に近いと判定した場合に比べて転舵角が低減するように目標スリップ角を算出してもよい。これにより、道路形状に応じて段階的に目標スリップ角を設定できる。
（１１）コントローラ１７は、車輪に発生させる横力の上限値である横力上限値を設定し、横力上限値に応じてコーナリングスティフネスの規範値である規範コーナリングスティフネスを設定し、目標横力を規範コーナリングスティフネスで除算した値に応じて第１スリップ角又は第２スリップ角を設定してよい。これにより、第１スリップ角又は第２スリップ角を、自車両１のタイヤの特性に応じて設定できる。

１…自車両、１０…走行支援装置、１１…物体センサ、１２…車両センサ、１３…測位装置、１４…地図データベース、１５…ナビゲーション装置、１７…コントローラ、１８…アクチュエータ、５０…目標ヨー角加速度算出部、５１、５６、５７、５９…乗算器、５２…目標ヨーレイト算出部、５３…基準スリップ角算出部、５４…拡張スリップ角算出部、５５…道路形状判定部、５８…加算器、６０…減算器、６１…目標横力算出部、６２…転舵角算出部

Claims (14)

1. 自車両が走行する道路の道路形状の情報を取得し、
   前記道路形状に沿って前記自車両が走行するために前記自車両に生じる目標横力を設定し、
   前記道路形状が、曲率が変化しない定常形状であるか否かを判定し、
   前記道路形状が前記定常形状であると判定した場合に前記定常形状でないと判定した場合に比べて、後輪に掛かる荷重である後輪荷重を増加するように、前記自車両のスリップ角の目標値である目標スリップ角を算出し、
   前記走行する道路を走行する際に、目標横力を発生し且つ前記自車両のスリップ角が前記目標スリップ角となるように自車両の前輪及び後輪を転舵し、
   前記道路形状が、曲率が変化する過渡形状よりも前記定常形状に近いと判定した場合に、前記定常形状よりも前記過渡形状に近いと判定した場合に比べて前記後輪荷重を増加するように前記目標スリップ角を算出することを特徴とする走行支援方法。
2. 前記自車両の車体の前後方向が前記自車両の進行方向よりも旋回方向へずれた状態である内向き状態となるように、前記目標スリップ角を算出することを特徴とする請求項１に記載の走行支援方法。
3. 前記目標スリップ角を、前記前輪の転舵により前記自車両に発生させるスリップ角である第１スリップ角、又は前記後輪の転舵により前記自車両に発生させるスリップ角である第２スリップ角の、少なくとも一方により発生させることを特徴とする請求項１又は２に記載の走行支援方法。
4. 前記後輪荷重を増加するように前記第１スリップ角と前記第２スリップ角との間の第１配分比率を設定し、
   前記第１スリップ角と前記第２スリップ角を前記第１配分比率で配分することにより前記目標スリップ角を算出する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の走行支援方法。
5. 前記第２スリップ角の配分比率を増加させることにより前記後輪荷重を増加することを特徴とする請求項４に記載の走行支援方法。
6. 前記道路形状が前記定常形状である度合いを表す定常形状係数を算出し、
   前記第１配分比率と前記定常形状係数の積とに応じて、前記前記目標スリップ角を変化させる、
   ことを特徴とする請求項４又は５に記載の走行支援方法。
7. 前記道路形状が、曲率が変化する前記過渡形状であるか否かを判定し、
   前記道路形状が前記過渡形状であると判定した場合に前記過渡形状でないと判定した場合に比べて転舵角が低減するように、前記目標スリップ角を算出する、
   ことを特徴とする請求項１～６のいずれか一項に記載の走行支援方法。
8. 前記道路形状が、曲率が変化する前記過渡形状であるか否かを判定し、
   前記道路形状が前記過渡形状であると判定した場合に、前記過渡形状でないと判定した場合に比べて転舵角が低減するように、前記目標スリップ角を算出し、
   前記目標スリップ角を、前記第１スリップ角と、前記第２スリップ角と、により発生させる、
   ことを特徴とする請求項３～６のいずれか一項に記載の走行支援方法。
9. 前記転舵角を低減するように前記第１スリップ角と前記第２スリップ角との間の第２配分比率を設定し、
   前記道路形状が前記過渡形状であると判定した場合に、前記第１スリップ角と前記第２スリップ角を前記第２配分比率で配分することにより前記目標スリップ角を算出する、
   ことを特徴とする請求項８に記載の走行支援方法。
10. 前記前輪の転舵角と前記後輪の転舵角の重み付け和が最小になるように前記第２配分比率を設定することを特徴とする請求項９に記載の走行支援方法。
11. 前記道路形状が前記過渡形状である度合いを表す過渡形状係数を算出し、
    前記第２配分比率と前記過渡形状係数の積とに応じて、前記目標スリップ角を変化させる、
    ことを特徴とする請求項９又は１０に記載の走行支援方法。
12. 前記道路形状が、前記定常形状よりも前記過渡形状に近いと判定した場合に、前記過渡形状よりも前記定常形状に近いと判定した場合に比べて転舵角が低減するように前記目標スリップ角を算出することを特徴とする請求項７～１１のいずれか一項に記載の走行支援方法。
13. 車輪に発生させる横力の上限値である横力上限値を設定し、
    前記横力上限値に応じてコーナリングスティフネスの規範値である規範コーナリングスティフネスを設定し、
    前記目標横力を前記規範コーナリングスティフネスで除算した値に応じて前記第１スリップ角又は前記第２スリップ角を設定する、
    ことを特徴とする請求項２～５又は８～１１のいずれか一項に記載の走行支援方法。
14. 自車両の前輪及び後輪を転舵する転舵装置と、
    前記自車両が走行する道路の道路形状の情報を取得し、前記道路形状に沿って前記自車両が走行するために前記自車両に生じる目標横力を設定し、前記道路形状が、曲率が変化しない定常形状であるか否かを判定し、前記道路形状が前記定常形状であると判定した場合に前記定常形状でないと判定した場合に比べて、後輪に掛かる荷重である後輪荷重を増加するように、前記自車両のスリップ角の目標値である目標スリップ角を算出し、
    前記走行する予定の道路を走行する際に、前記目標横力を発生し且つ前記自車両のスリップ角が前記目標スリップ角となるように、自車両の前記転舵装置を駆動して前記前輪及び前記後輪の転舵制御を実行するコントローラと、
    を備え、
    前記コントローラは、前記道路形状が、曲率が変化する過渡形状よりも前記定常形状に近いと判定した場合に、前記定常形状よりも前記過渡形状に近いと判定した場合に比べて前記後輪荷重を増加するように前記目標スリップ角を算出することを特徴とする走行支援装置。

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