(57)【要約】【課題】演算時間と安全性を両立した車両走行制御を実現するために、最適化演算を用いてオンラインで走行計画を計算する際、拘束条件の収束判定基準値を大きくしすぎた場合であっても、当該収束判定基準値に応じて、道路から大きくはみだす走行計画が生成されないように拘束条件を設定することができる車両制御装置を提供することを課題とする。【解決手段】本発明は、車両の走行制御に用いる評価関数の収束判定基準値に応じて可変的に拘束条件を設定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
評価関数を用いて車両の走行制御を行う、制御部を少なくとも備えた車両制御装置であって、
上記制御部は、
上記評価関数の収束判定基準値に応じて可変的に拘束条件を設定する拘束条件設定手段、
を備えたことを特徴とする車両制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両制御装置において、
上記拘束条件は、道路情報に関する道路条件であることを特徴とする車両制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の車両制御装置において、
上記道路条件は、車両走行が許容される道路部分に関する道路部分条件であることを特徴とする車両制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の車両制御装置において、
上記道路部分条件は、道路幅に関する条件であることを特徴とする車両制御装置。
【請求項５】
請求項１から４のうちいずれか１つに記載の車両制御装置において、
上記拘束条件設定手段は、
上記収束判定基準値が大きくなるほど、限定された上記拘束条件を設定することを特徴とする車両制御装置。
【請求項６】
請求項４に記載の車両制御装置において、
上記拘束条件設定手段は、
上記収束判定基準値が大きくなるほど、上記車両走行の許容される上記道路幅が狭くなるように上記拘束条件を設定することを特徴とする車両制御装置。
【請求項７】
請求項４に記載の車両制御装置において、
上記拘束条件設定手段は、
上記拘束条件としての上記車両走行の許容される上記道路幅と、当該道路幅の許容誤差である誤差マージンと、を足した値が実道路幅よりも狭くなるように設定し、上記収束判定基準値が大きくなるほど、上記誤差マージンの幅員が広くなるように上記拘束条件を設定することを特徴とする車両制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、コーナーを最短時間で通過するため、通過時間を評価関数として設定し、最適化手法を用いて理想軌跡の演算を行う方法が開発されている。
【０００３】
例えば、非特許文献１には、人工衛星やシャトルなどの最適軌跡演算に使用されているＳＣＧＲＡ（Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ  Ｃｏｎｊｕｇａｔｅ  Ｇｒａｄｉｅｎｔ−Ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ  Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）を自動車の運動計算に応用することにより、自動車の運動性状や運転制御方法について考察し、前後輪ともに独立に制御できる自動車が、ヘアピンカーブを最短時間で通過する際の最適軌跡を最適化手法を用いて演算を行うことで、パラメータを変化させた場合における運動性状の変化を論じている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】藤岡健彦，江守大昌，「最適時間コーナリング法に関する理論的研究−第４報  状態量不等式拘束を用いた道路条件の導入−」，自動車技術会論文集，Ｖｏｌ．２４，Ｎｏ．３，Ｊｕｌｙ  １９９３，ｐ．１０６−１１１．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、非特許文献１記載の従来の最適化方法を用いた最適軌跡生成方法においては、運動方程式、拘束条件、境界条件等の収束判定基準値をどのように設定するかについて記載されておらず、最適化手法を用いて自動車の走行計画を算出する場合、道路内を走行させるよう収束判定基準値の大きさを設定する工夫が必須である。すなわち、非特許文献１記載の従来の最適化方法においては、所定の関数が一定の閾値を下回った場合に評価関数が十分小さくなり、収束したと判断し、演算を終了するが、収束判定基準値の設定に対して、道路上での車両安定性を考慮する必要があるとの課題がある。また、非特許文献１記載の従来の最適化方法を用いた最適軌跡生成方法においては、レーシングコースを想定したシミュレーションにおいて任意に設定した収束条件の下で、評価関数が収束したと判断された場合に走行軌跡を算出しているが、本発明のように一般道に適用する場合には、より安全性に配慮した工夫が必要となるという問題点があった。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、演算時間と安全性を両立した車両走行制御を実現するために、最適化演算を用いてオンラインで走行計画を計算する際、拘束条件の収束条件の閾値である収束判定基準値を大きくしすぎた場合であっても、当該収束判定基準値に応じて、一般道での安全性に配慮した拘束条件を設定することができる車両制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような目的を達成するため、本発明の車両制御装置は、評価関数を用いて車両の走行制御を行う、制御部を少なくとも備えた車両制御装置であって、上記制御部は、上記評価関数の収束判定基準値に応じて可変的に拘束条件を設定する拘束条件設定手段、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の車両制御装置は、上記記載の車両制御装置において、上記拘束条件は、道路情報に関する道路条件であることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の車両制御装置は、上記記載の車両制御装置において、上記道路条件は、車両走行が許容される道路部分に関する道路部分条件であることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の車両制御装置は、上記記載の車両制御装置において、上記道路部分条件は、道路幅に関する条件であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の車両制御装置は、上記記載の車両制御装置において、上記拘束条件設定手段は、上記収束判定基準値が大きくなるほど、限定された上記拘束条件を設定することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の車両制御装置は、上記記載の車両制御装置において、上記拘束条件設定手段は、上記収束判定基準値が大きくなるほど、上記車両走行の許容される上記道路幅が狭くなるように上記拘束条件を設定することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の車両制御装置は、上記記載の車両制御装置において、上記拘束条件設定手段は、上記拘束条件としての上記車両走行の許容される上記道路幅と、当該道路幅の許容誤差である誤差マージンと、を足した値が実道路幅よりも狭くなるように設定し、上記収束判定基準値が大きくなるほど、上記誤差マージンの幅員が広くなるように上記拘束条件を設定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、車両の走行制御に用いる評価関数の収束判定基準値に応じて可変的に拘束条件を設定することができる。これにより、本発明は、最適化演算の収束判定基準値が大きい場合であっても、車両の実走行中に計算が終了するように拘束条件を設定し、同時に一般道での安全性を確保した走行軌跡を生成できるという効果を奏する。
【００１５】
また、この発明によれば、拘束条件は、道路情報に関する道路条件とすることができる。これにより、本発明は、道路情報に基づいて車両の運動を制御することができるという効果を奏する。
【００１６】
また、この発明によれば、道路条件は、車両走行が許容される道路部分に関する道路部分条件とすることができる。これにより、本発明は、道路内に車両の運動を納めるように制御することができるという効果を奏する。
【００１７】
また、この発明によれば、道路部分条件は、道路幅に関する条件とすることができる。これにより、本発明は、道路内の一定の幅（例えば、車線内等）に車両の運動を納めるように制御することができるという効果を奏する。
【００１８】
また、この発明によれば、収束判定基準値が大きくなるほど、限定された拘束条件を設定することができる。これにより、本発明は、拘束条件の自由度を小さく設定することで、最適化演算の計算時間を短縮することができるという効果を奏する。
【００１９】
また、この発明によれば、収束判定基準値が大きくなるほど、車両走行の許容される道路幅が狭くなるように拘束条件を設定することができる。これにより、本発明は、膨大な演算時間を必要とすることなく道路幅内に車両の運動を納めるように制御することができるという効果を奏する。
【００２０】
また、この発明によれば、拘束条件としての車両走行の許容される道路幅と、当該道路幅の許容誤差である誤差マージンと、を足した値が実道路幅よりも狭くなるように設定し、収束判定基準値が大きくなるほど、誤差マージンの幅員が広くなるように拘束条件を設定することができる。これにより、本発明は、設定条件側の収束判定に用いる収束判定基準値を安易に大きくすることにより発生する誤差を、実際の道路幅から許容誤差としてのマージンをとることで、運動方程式の整合性や、道路内に車両の運動が収まっているか等の判断の誤差が大きくなってしまうことを回避することができるという効果を奏する。これにより、本発明は、道路内に車両の運動を納めることで安全性に配慮した車両走行を実現するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本システムの構成の一例を示すブロック図である。
【図２】図２は、本システムが行う最適化演算処理の一例を示すフローチャートである。
【図３】図３は、本実施の形態において算出される誤差マージンおよび拘束条件で用いる道路幅の一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、本発明にかかる車両制御装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２３】
［１．構成］
まず、本発明にかかる走行軌跡生成方法を実施するための電子制御装置および本発明にかかる車両制御装置を包含する本実施の形態のシステム（以下では本システムと記載する場合がある。）の構成について図１を参照して説明する。図１は、本システムの構成の一例を示すブロック図である。
【００２４】
本システムは、道路を走行する際の車両の走行軌跡を走行時間や車両安定性や燃費等を指標として最適化手法に基づいて演算し、演算した走行軌跡に基づいて車両の運動を制御するためのシステムである。なお、本実施の形態における「走行軌跡」とは、車両が通過するラインと、通過するラインにおける速度との両者を含む概念である。本システムは、図１に示すように、概略的に車両ＥＣＵ１００により構成されている。
【００２５】
車両ＥＣＵ１００は電子制御装置であり、概略的に制御部１０２と記憶部１０６とを備えている。制御部１０２および記憶部１０６は任意の通信路を介して通信可能に接続されている。
【００２６】
記憶部１０６はストレージ手段であり、例えば、ＲＡＭ・ＲＯＭ等のメモリ装置や、ハードディスクのような固定ディスク装置、フレキシブルディスク、光ディスク等を用いることができる。記憶部１０６には、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）と協働してＣＰＵに命令を与え各種処理を行うためのコンピュータプログラムが記録されている。記憶部１０６は、概略的に道路情報ファイル１０６ａを備えている。
【００２７】
道路情報ファイル１０６ａは、道路情報を記憶する道路情報記憶手段である。道路情報ファイル１０６ａには、最適化手法に基づく演算に使用される道路の形状（直線、曲線、幅員等）や道路の区間距離（区間の長さ）や道路の境界（車線等）等に関する道路情報を記憶している。
【００２８】
制御部１０２は車両ＥＣＵ１００の全体を統括的に制御するＣＰＵ等である。制御部１０２は、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）等の制御プログラムや各種の処理手順等を規定したプログラム、所要データなどを格納するための内部メモリを有し、これらのプログラムに基づいて種々の情報処理を実行する。制御部１０２は、機能概念的に収束判定基準設定部１０２ａと誤差マージン算出部１０２ｂと拘束条件設定部１０２ｃと最適化演算処理部１０２ｄと収束判定部１０２ｅと車両走行制御部１０２ｆを備えている。
【００２９】
収束判定基準設定部１０２ａは、計算目標（計算時間優先、精度優先等）に応じて、最適化演算の評価関数の収束判定基準値ε１を設定する収束判定基準設定手段である。ここで、評価関数は、予め設定されたものであってもよく、最適化演算の際に、制御部１０２により車両走行制御における最適の目的に応じて設定されてもよい。また、最適の目的とは、例えば、通過時間の最短となる走行、車両の振動が最も少ない走行、燃費が最もよい走行等であってもよい。また、収束判定基準値ε１は、車両状態量、拘束条件、境界条件の誤差がどの程度小さくなっているかを示す値であってもよい。
【００３０】
誤差マージン算出部１０２ｂは、収束判定基準設定部１０２ａにより設定される収束判定基準値ε１に応じて、車両走行に許容される道路幅の許容誤差である誤差マージンを算出する誤差マージン算出手段である。
【００３１】
拘束条件設定部１０２ｃは、評価関数の収束判定基準値ε１に応じて可変的に拘束条件を設定する拘束条件設定手段である。すなわち、拘束条件設定部１０２ｃは、収束判定基準値ε１に応じて、誤差マージン算出部１０２ｂにより算出された誤差マージンに基づいて、最適化演算の拘束条件を設定する拘束条件設定手段である。ここで、拘束条件は、道路情報に関する道路条件であってもよい。また、当該道路条件は、車両走行が許容される道路部分に関する道路部分条件であってもよい。また、当該道路部分条件は、道路幅に関する条件であってもよい。また、拘束条件設定部１０２ｃは、収束判定基準値ε１が大きくなるほど、限定された拘束条件を設定してもよい。また、拘束条件設定部１０２ｃは、収束判定基準値ε１が大きくなるほど、車両走行の許容される道路幅が狭くなるように拘束条件を設定してもよい。また、拘束条件設定部１０２ｃは、拘束条件としての車両走行の許容される道路幅と、誤差マージン算出部１０２ｂにより算出される当該道路幅の許容誤差である誤差マージンと、を足した値が実道路幅よりも狭くなるように設定し、収束判定基準値ε１が大きくなるほど、誤差マージン算出部１０２ｂに誤差マージンの幅員が広くなるように算出させ、拘束条件を設定してもよい。
【００３２】
最適化演算処理部１０２ｄは、評価関数と拘束条件設定部１０２ｃにより設定された拘束条件とに基づき、走行軌跡を最適化手法を用いて演算する最適化演算処理手段である。具体的には、最適化演算処理部１０２ｄは、最適化手法に基づく演算の対象となる道路区間の形状（直線、曲線、幅員等）や道路区間の区間距離（区間の長さ）や道路の境界（車線等）等に関する道路情報を道路情報ファイル１０６ａから取得して設定された車両の運動方程式、拘束条件、初端条件、終端条件、制御式等に基づき初期解を求め、評価関数について共役勾配法等の最適化手法に基づく収束演算を行うことにより、最適解を演算してもよい。また、評価関数は、最急降下法、Ｎｅｗｔｏｎ法、準Ｎｅｗｔｏｎ法等により演算してもよい。
【００３３】
収束判定部１０２ｅは、最適化演算処理部１０２ｄにより算出された走行軌跡の値が、収束判定基準設定部１０２ａにより設定された評価関数の収束判定基準値ε１を満たすか否かを判定する収束判定手段である。
【００３４】
車両走行制御部１０２ｆは、収束判定部１０２ｅにより収束判定基準値ε１を満たすと判定された、最適化演算処理部１０２ｄにより演算された走行軌跡に基づいて車両の走行を制御する。
【００３５】
［２．処理］
次に、上述のように構成された本システムが行う最適化演算処理の一例について、以下に図２および図３を参照して詳細に説明する。
【００３６】
本システムにおける最適化演算処理の詳細について図２を参照して説明する。図２は、本システムが行う最適化演算処理の一例を示すフローチャートである。図３は、本実施の形態において算出される誤差マージンおよび拘束条件で用いる道路幅の一例を示す概略図である。
【００３７】
図２に示すように、まず、収束判定基準設定部１０２ａは、計算目標（計算時間優先、精度優先等）に応じて、最適化演算の評価関数の収束判定基準値ε１を設定する（ステップＳＡ−１）。
【００３８】
そして、誤差マージン算出部１０２ｂは、収束判定基準設定部１０２ａにより設定される収束判定基準値ε１に応じて、車両走行に許容される道路幅の許容誤差である誤差マージンを算出する（ステップＳＡ−２）。
【００３９】
ここで、一例として、本システムによる誤差マージンの算出について説明する。本システムにおいては、収束判定基準値ε１の中に車両運動により道路をどの程度はみ出すかを表す値Ｐ２が含まれているため、Ｐ２＝ε１と仮定し、予め誤差マージンを設定している（すなわち、はみ出す部分を実道路幅内に入れてしまう）。具体的には、本システムにおいて、最適化演算に適した形で無次元化したＰ２を以下のように表すことができる。
Ｐ２＝（はみだし量／道路幅）＾２×Ｋｐ２
（ここで、Ｋｐ２は無次元化量、設定条件、積分計算手法に依存する変数である）
例えば、（はみだし量／道路幅）が０．００５である際のＰ２の計算値Ｐ＿２が１０＾（−１５）であり、収束判定基準設定部１０２ａにより、車両走行時の計算可能時間内で割り出された収束判定基準値ε１が１０＾（−１１）である場合、収束判定基準値ε１の中に値Ｐ２が含まれていることから、Ｐ＿２＝ε１と仮定すると、１０＾４×Ｐ＿２＝ε１の等式が成り立つ。従って、車両走行時に適用する場合、（はみだし量／道路幅）は、０．５（すなわち、（はみだし量／道路幅）＝ｓｑｒｔ（１０＾４）×０．００５）と算出される。つまり、本実施の形態において、誤差マージンの幅員は、拘束条件で用いる道路幅に対して５０％の幅の道路部分となる。
【００４０】
そして、拘束条件設定部１０２ｃは、評価関数の収束判定基準値ε１に応じて、誤差マージン算出部１０２ｂにより算出された誤差マージン（すなわち、（はみだし量／道路幅）＝０．５）に基づいて、可変的に最適化演算の拘束条件を設定する（すなわち、実道路幅に対して１／（１＋０．５）倍の道幅を拘束条件で用いる道路幅とする）（ステップＳＡ−３）。ここで、拘束条件は、道路情報に関する道路条件であってもよい。また、当該道路条件は、車両走行が許容される道路部分に関する道路部分条件であってもよい。また、当該道路部分条件は、道路幅に関する条件であってもよい。また、拘束条件設定部１０２ｃは、収束判定基準値ε１が大きくなるほど、限定された拘束条件を設定してもよい。また、拘束条件設定部１０２ｃは、収束判定基準値ε１が大きくなるほど、車両走行の許容される道路幅が狭くなるように拘束条件を設定してもよい。また、拘束条件設定部１０２ｃは、拘束条件としての車両走行の許容される道路幅と、誤差マージン算出部１０２ｂにより算出される当該道路幅の許容誤差である誤差マージンと、を足した値が実道路幅よりも狭くなるように設定し、収束判定基準値ε１が大きくなるほど、誤差マージン算出部１０２ｂに誤差マージンの幅員が広くなるように算出させ、拘束条件を設定してもよい。
【００４１】
ここで、図３を参照して、本実施の形態において算出される誤差マージンおよび拘束条件で用いる道路幅の一例を説明する。
【００４２】
図３に示すように、本実施の形態においては、一例として、誤差マージン算出部１０２ｂは、一例として、拘束条件で用いる道路幅に対して５０％の幅、すなわち、道路の両側約１６．６７％の部分の誤差マージン（斜線部分）を算出し、実道路幅から誤差マージン（斜線部分）を除いた部分の道路幅、すなわち、実道路幅の約６６．７％の幅（すなわち、実道路幅に対して１／（１＋０．５）倍の道幅）の中心部分を、拘束条件で用いる道路幅としている。
【００４３】
次に、再び図２に戻って、最適化演算処理部１０２ｄは、評価関数と拘束条件設定部１０２ｃにより設定された拘束条件とに基づき、走行軌跡を最適化手法を用いて演算する（ステップＳＡ−４）。
【００４４】
そして、収束判定部１０２ｅは、最適化演算処理部１０２ｄにより算出された走行軌跡の値が、収束判定基準設定部１０２ａにより設定された評価関数の収束判定基準値ε１を満たさないと判定した場合（ステップＳＡ−５：Ｎｏ）、処理をステップＳＡ−４に戻す。
【００４５】
一方、収束判定部１０２ｅは、最適化演算処理部１０２ｄにより算出された走行軌跡の値が、収束判定基準設定部１０２ａにより設定された評価関数の収束判定基準値ε１を満たすと判定した場合（ステップＳＡ−５：Ｙｅｓ）、最適化演算処理を終了する。
【００４６】
［３．本実施の形態のまとめ、および他の実施の形態］
本実施の形態によれば、計算目標に応じて、最適化演算の評価関数の収束判定基準値ε１を設定し、設定される収束判定基準値ε１に応じて、車両走行に許容される道路幅の許容誤差である誤差マージンを算出し、評価関数の収束判定基準値ε１に応じて、算出された誤差マージンに基づいて、可変的に最適化演算の拘束条件を設定し、評価関数と設定された拘束条件とに基づき、走行軌跡を最適化手法を用いて演算し、算出された走行軌跡の値が、設定された評価関数の収束判定基準値ε１を満たさないと判定した場合、再び走行軌跡の演算を行い、一方で、算出された走行軌跡の値が、設定された評価関数の収束判定基準値ε１を満たすと判定した場合、最適化演算処理を終了する。これにより、膨大な時間を必要とすることなく、設定された収束判定基準値ε１から、道路幅に対してどの程度の誤差マージンを取っておけば、道路からはみ出さないような計算結果（すなわち、走行軌跡）を得ることができるかが分かるという効果を奏する。
【００４７】
最後に、本発明にかかる車両制御装置は、上述した実施の形態以外にも、特許請求の範囲に記載した技術的思想の範囲内において種々の異なる実施の形態にて実施されてよいものである。例えば、実施の形態において説明した各処理のうち、自動的に行われるものとして説明した処理の全部または一部を手動的に行うこともでき、あるいは、手動的に行われるものとして説明した処理の全部または一部を公知の方法で自動的に行うこともできる。また、本明細書中や図面中で示した処理手順、制御手順、具体的名称、各処理の登録データやパラメータを含む情報については、特記する場合を除いて任意に変更することができる。また、車両ＥＣＵ１００に関して、図示の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。また、装置の分散・統合の具体的形態は図示するものに限られず、その全部または一部を、各種の付加等に応じて又は機能負荷に応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。また、上述した実施の形態では車両ＥＣＵ１００がスタンドアローンの形態で処理を行う場合を一例に説明したが、車両ＥＣＵ１００が、当該車両ＥＣＵ１００とは別筐体で構成されるＥＣＵからの要求に応じて情報処理を行い、その処理結果を当該ＥＣＵに返却するように構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
以上説明したように、本発明にかかる車両制御装置は、特に自動車製造産業で好適に実施することができ、極めて有用である。
【符号の説明】
【００４９】
１００  車両ＥＣＵ
１０２  制御部
１０２ａ  収束判定基準設定部
１０２ｂ  誤差マージン算出部
１０２ｃ  拘束条件設定部
１０２ｄ  最適化演算処理部
１０２ｅ  収束判定部
１０２ｆ  車両走行制御部
１０６  記憶部
１０６ａ  道路情報ファイル
【図１】
2010241351.tif 000003
【図２】
2010241351.tif 000004
【図３】
2010241351.tif 000005