(57)【要約】【課題】最大演算量が走行シーンやパラメータに依存することなく、最大演算量を既定の演算量以下に収めることができる走行軌道生成装置を提供する。【解決手段】走行軌道生成装置２０は、自車両が走行中の車線情報に基づく規範軌道を生成する規範軌道生成部２０１と、状態量制約情報及び操作量制約情報を算出する制約情報生成部２０２と、規範軌道と、状態量制約情報及び操作量制約情報の少なくとも一方と、に基づいて自車両の走行軌道を生成する軌道生成部２０３と、を備える。軌道生成部２０３は、規範軌道を基準として、状態量制約情報又は操作量制約情報を反映させた一部反映軌道を生成し、一部反映軌道を基準として、一部反映軌道に反映されていない状態量制約情報又は操作量制約情報を反映させることで走行軌道を生成する。【選択図】図１
2018140735.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行軌道生成装置であって、
自車両が走行中の車線情報に基づく規範軌道を生成する規範軌道生成部（２０１）と、
前記自車両の状態量に対する上下限制約を規定する状態量制約情報及び前記自車両の操作量に対する上下限制約を規定する操作量制約情報を算出する制約情報生成部（２０２）と、
前記規範軌道と、前記状態量制約情報及び前記操作量制約情報の少なくとも一方と、に基づいて前記自車両の走行軌道を生成する軌道生成部（２０３）と、を備え、
前記軌道生成部は、
前記規範軌道を基準として、前記状態量制約情報又は前記操作量制約情報を反映させた一部反映軌道を生成し、
前記一部反映軌道を基準として、前記一部反映軌道に反映されていない前記状態量制約情報又は前記操作量制約情報を反映させることで前記走行軌道を生成する、走行軌道生成装置。
【請求項２】
請求項１に記載の走行軌道生成装置であって、
前記軌道生成部は、前記規範軌道に前記状態量制約情報を反映させて一部反映軌道として状態量反映軌道を生成し、前記状態量反映軌道に前記操作量制約情報を反映させて前記走行軌道を生成する、走行軌道生成装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の走行軌道生成装置であって、
前記制約情報生成部は、前記自車両の中心の、前記自車両が走行する車線の横位置に対する上下限制約を規定して前記状態量制約情報を算出する、走行軌道生成装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の走行軌道生成装置であって、
前記制約情報生成部は、前記自車両の向く方向が前記規範軌道と成す角に対する上下限制約を規定して前記状態量制約情報を算出する、走行軌道生成装置。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の走行軌道生成装置であって、
前記制約情報生成部は、前記自車両の横位置が変化する速度に対する上下限制約を規定して前記状態量制約情報を算出する、走行軌道生成装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の走行軌道生成装置であって、
前記制約情報生成部は、前記自車両の前輪舵角に対する上下限制約を規定して前記操作量制約情報を算出する、走行軌道生成装置。
【請求項７】
請求項１から５のいずれか１項に記載の走行軌道生成装置であって、
前記制約情報生成部は、前記自車両の中心の横位置が変化する加速度に対する上下限制約を規定して前記操作量制約情報を算出する、走行軌道生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、走行軌道生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両といった移動体の走行軌道を生成する装置として、下記特許文献１に記載の装置が提案されている。下記特許文献１に記載の装置は、路上障害物や周囲の物と衝突しない条件や道路境界外に出ない条件をリスクポテンシャルとして扱い、前輪舵角の可動範囲を不等式制約条件として扱うことで、最適制御問題へとモデリングし走行軌道を生成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１８６８７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、最適制御問題を解くにあたって、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を行っている。反復演算の処理を行った後、その結果をチェックし、反復演算を終了する条件が満たされているか否かを判定する。反復演算の終了条件としては、例えば反復回数が所定の回数に達した場合や、反復演算による変化量の大きさが所定の水準よりも小さくなった場合等、種々のものが用いられる。そのため、リスクポテンシャルのパラメータや、終了条件の設定によっては、終了条件を満たすのに想定以上の時間を要する場合がある。従って、最大演算量が走行シーンに依存し、走行軌道を更新する周期の上限を明確に把握することができない。
【０００５】
本開示は、最大演算量が走行シーンやパラメータに依存することなく、最大演算量を既定の演算量以下に収めることができる走行軌道生成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】
【０００６】
本開示は、走行軌道生成装置であって、自車両が走行中の車線情報に基づく規範軌道を生成する規範軌道生成部（２０１）と、自車両の状態量に対する上下限制約を規定する状態量制約情報及び自車両の操作量に対する上下限制約を規定する操作量制約情報を算出する制約情報生成部（２０２）と、規範軌道と、状態量制約情報及び操作量制約情報の少なくとも一方と、に基づいて自車両の走行軌道を生成する軌道生成部（２０３）と、を備える。軌道生成部は、規範軌道を基準として、状態量制約情報又は操作量制約情報を反映させた一部反映軌道を生成し、一部反映軌道を基準として、一部反映軌道に反映されていない状態量制約情報又は操作量制約情報を反映させることで走行軌道を生成する。
【０００７】
本開示では、制約を受けず車線情報のみに基づく規範軌道を生成し、その規範軌道に制約情報を１種類ずつ反映させることで、走行軌道を生成するまでの演算量を既定以下に抑えることができる。
【０００８】
尚、「課題を解決するための手段」及び「特許請求の範囲」に記載した括弧内の符号は、後述する「発明を実施するための形態」との対応関係を示すものであって、「課題を解決するための手段」及び「特許請求の範囲」が、後述する「発明を実施するための形態」に限定されることを示すものではない。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、最大演算量が走行シーンやパラメータに依存することなく、最大演算量を既定の演算量以下に収めることができる走行軌道生成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本実施形態における走行軌道生成装置の機能的な構成を説明するためのブロック構成図である。
【図２】図２は、状態量の設定について説明するための図である。
【図３】図３は、進入禁止領域の設定について説明するための図である。
【図４】図４は、横位置に対する上下限設定について説明するための図である。
【図５】図５は、加速度に対する上下限設定について説明するための図である。
【図６】図６は、走行軌道生成装置の処理フローについて説明するためのフローチャートである。
【図７】図７は、走行軌道生成の一例を説明するための図である。
【図８】図８は、走行軌道生成の一例を説明するための図である。
【図９】図９は、追従誤差の処理について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照しながら本実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
【００１２】
図１は、本実施形態における走行軌道生成装置２０が含まれるシステムのブロック構成図である。
【００１３】
車載カメラ１０は、自車両の前方を撮影する。車載カメラ１０は、自車両が走行する走路上の車道外側線や車線境界線や車道中央線を含む風景画像を連続的に撮影する。車載カメラ１０は、撮影した風景画像の画像データを走行軌道生成装置２０に出力する。
【００１４】
測距センサ１１は、他車両や歩行者や自転車といった、走路上の障害物表面までの距離を計測するセンサである。計測は、測距角度を変えながら連続的に実行される。測距センサ１１は、距離と測距角度が対になったデータを測距データとして走行軌道生成装置２０に出力する。
【００１５】
車速センサ１２は、自車両の速度を検出し、車速データとして走行軌道生成装置２０に出力する。ヨーレートセンサ１３は、自車両のヨーレートを検出し、ヨーレートデータとして走行軌道生成装置２０に出力する。
【００１６】
走行軌道生成装置２０は、画像データ、測距データ、車速データ、及びヨーレートデータに基づいて走行軌道を生成する演算を実行し、制御装置１４に出力する。制御装置１４は、出力された走行軌道を追従するための操舵トルクを演算し、操舵トルク指令として電動パワーステアリング装置１５に出力する。電動パワーステアリング装置１５は、操舵トルク指令に基づいて前輪を操舵する。
【００１７】
走行軌道生成装置２０及び制御装置１４は、ハードウェア的な構成要素として、ＣＰＵといった演算部、ＲＡＭやＲＯＭといった記憶部、データの授受を行うためのインターフェイス部を備えるコンピュータとして構成されている。
【００１８】
続いて、走行軌道生成装置２０の機能的な構成要素について説明する。走行軌道生成装置２０は機能的な構成要素として、規範軌道生成部２０１と、制約情報生成部２０２と、軌道生成部２０３と、を備えている。
【００１９】
規範軌道生成部２０１は、自車両が走行中の車線情報に基づく規範軌道を生成する部分である。規範軌道生成部２０１は、自車両が走行中の車線情報に基づき、路上障害物が存在しないとした場合の走行軌道を規範軌道として生成する。
【００２０】
規範軌道生成部２０１は、車載カメラ１０で撮像した風景画像の画像データから、車道外側線や車線境界線や車道中央線といった白線をハフ変換等の方法により検出する。規範軌道生成部２０１は、図２に示されるように、検出した白線から左右の車線境界の中央に位置する仮想線を規範軌道Ｔｒとして生成する。規範軌道生成部２０１は、生成した規範軌道を軌道生成部２０３に出力する。
【００２１】
制約情報生成部２０２は、自車両の状態量に対する上下限制約を規定する状態量制約情報及び自車両の操作量に対する上下限制約を規定する操作量制約情報を算出する部分である。
【００２２】
制約情報生成部２０２は、自車両の状態量を算出する。図２に示されるように、一例として、自車位置ｙ及び自車角度θを自車両Ｃの状態量とすることができる。自車位置ｙは、規範軌道Ｔｒ上の最近傍点Ｎｐに対する自車中心の横位置として定義される。自車角度θは、最近傍点Ｎｐにおける規範軌道Ｔｒの接線に対する自車両Ｃの向きとして定義される。
【００２３】
尚、自車角度θに変えて、自車位置ｙの変化速度ｖｙを状態量とすることができる。変化速度ｖｙは、例えば自車位置ｙを用いた差分近似や近似微分フィルタといった方法で推定することができる。
【００２４】
制約情報生成部２０２は、自車両を操作する入力である操作量を算出する。操作量の例としては、前輪舵角δや、自車位置ｙの加速度ａｙが用いられる。
【００２５】
制約情報生成部２０２は、自車両の状態量である自車位置ｙに対して、上下限制約を規定する状態量制約情報を算出する。例えば図３に示されるように、路上障害物３１，３２が含まれる侵入禁止領域を、自車位置ｙの上下限制約によって回避することができる。図３に示される例では、自車両Ｃの前方における規範軌道Ｔｒ上に、予測点を等間隔で設定している。その予測点毎に上限値と下限値がセットになったデータ群として、（ｙｌ［１］，ｙｕ［１］）、（ｙｌ［２］，ｙｕ［２］）、（ｙｌ［３］，ｙｕ［３］）を状態量制約情報として算出する。
【００２６】
具体的な状態量制約情報の算出手法について、図４を参照しながら説明する。図４は、上限値を規定する状態量制約情報の算出について例示しているが、下限値を規定する状態量制約情報についても同様に算出することができる。
【００２７】
図４の（Ａ）に示されるように、測距センサ１１の計測データを、規範軌道に沿った道程を意味するｓ軸と、自車位置ｙに対応するｙ軸からなる座標上の点群に変換する。より具体的には、路上障害物３１，３２を避けるように座標上の点群を生成する。
【００２８】
続いて、図４の（Ｂ）に示されるように、点群データを道程ｓをパラメータとする曲線に当てはめ、ｙｕ＝ｆｕ（ｓ）とする。この際に、車線外に位置するデータは使用せず、車載カメラ１０で検出した車線上に点を設定する。
【００２９】
続いて、図４の（Ｃ）に示されるように、曲線を自車両の半幅以上オフセットさせてマージンを与え、ｙｕ'＝ｆｕ（ｓ）−ｙｄとする。このようにして得られた曲線において、各予測点に対応する上限値となる。
【００３０】
状態量制約情報としては、状態量を自車角度θや自車位置の変化速度ｖｙとし、それらに対する上下限制約を規定することができる。これらの場合は、路上障害物等の外的要因による制約ではなく、自車両の達成したい運動状態による制約となるので、その制約を前提として所望の上下限を規定する。
【００３１】
制約情報生成部２０２は、自車両の操作量である前輪舵角δや、自車位置ｙの加速度ａｙに対して、上下限制約を規定する操作量制約情報を算出する。これらの場合も、路上障害物等の外的要因による制約ではなく、自車両の達成したい運動状態による制約となるので、その制約を前提として所望の上下限を規定する。
【００３２】
図５に示されるように、状態量の場合とは異なり、現在の自車位置を含み、終端の予測点を含まないデータセットを算出する。このような点列おける操作量の上限値と下限値とがセットになったデータ群として、（ａｌ［０］，ａｕ［０］）、（ａｌ［１］，ａｕ［１］）、（ａｌ［２］，ａｕ［２］）を操作量制約情報として算出する。
【００３３】
制約情報生成部２０２は、状態量制約情報及び操作量制約情報を、軌道生成部２０３に出力する。
【００３４】
軌道生成部２０３は、規範軌道と、状態量制約情報及び操作量制約情報の少なくとも一方と、に基づいて自車両の走行軌道を生成する部分である。軌道生成部２０３の処理内容に対する説明の準備として、各種の変数及び関数を設定する。
【００３５】
状態量と操作量は扱う制約に応じて異なる物理量となるため、一般に状態量をｘ［ｋ]＝[ｘ１[ｋ],ｘ２[ｋ]]Tとし、操作量をｕ[ｋ] とする．ただしｘ１[ｋ]＝ｙ[ｋ]とする。ｋは予測点のインデックスで、ｋ＝０で現在の自車位置を示すものとする。
【００３６】
このとき、ｘ［ｋ]とｕ[ｋ]との関係は、必要に応じて非線形関数を線形近似することで、式ｆ０１で表現される。
【数１】
2018140735.tif 000003
【００３７】
Ａは行列、ｂはベクトルである。例えば、状態量を自車位置ｙと自車角度θ、操作量を前輪舵角δとした場合、式ｆ０２の関係が成立する。
【数２】
2018140735.tif 000004
【００３８】
続いて、各種の変数を自車位置と各予測点の値を要素とするベクトルでまとめると次のようになる。操作量ｕ［ｋ］は、式ｆ０３で表される。状態量ｘ［ｋ］は、式ｆ０４で表される。第１状態量ｘ1［ｋ］は、式ｆ０５で表される。第２状態量ｘ2［ｋ］は、式ｆ０６で表される。操作量下限値ｕl［ｋ］は、式ｆ０７で表される。操作量上限値ｕu［ｋ］は、式ｆ０８で表される。状態量下限値ｘl［ｋ］は、式ｆ０９で表される。状態量上限値ｘu［ｋ］は、式ｆ１０で表される。
【数３】
2018140735.tif 000005
【００３９】
続いて、制約を満たす走行軌道は無数に存在するため、走行軌道の良し悪しの指標を設定することで一意に決定できるようにする。本実施形態では一般に「２次形式」と呼ばれる式ｆ１１の関数を指標として使用する。
【数４】
2018140735.tif 000006
【００４０】
ここで、Ｑは、生成する軌道を規範軌道に近づける作用を調整するためのパラメータ行列、Ｒは生成する軌道の変化の急峻さを調整するためのパラメータである。また、Ｎは予測点の総数である。式ｆ１１を変形すると、Ｕを用いて式ｆ１２のように表現することができる。
【数５】
2018140735.tif 000007
【００４１】
ただし、Ｈは式ｆ１３で表される行列、Ｆは式ｆ１４で表される行列である。
【数６】
2018140735.tif 000008
【００４２】
さらにＸ、Ｘ１＝Ｙ、Ｘ２は、式ｆ１５，ｆ１６，ｆ１７のように表すことができる。
【数７】
2018140735.tif 000009
【００４３】
続いて、規範軌道生成部２０１及び軌道生成部２０３の処理について、図６、図７、図８を参照しながら説明を続ける。ステップＳ１０１では、規範軌道生成部２０１が、制約がない場合の走行軌道を規範軌道として生成する。図７の（Ａ）のように、制約がない場合に指標とした関数を最小にする走行軌道を規範軌道Ｔｒとして生成する。規範軌道Ｔｒは、式ｆ１８，ｆ１９，ｆ２０のように代数的に成立する。規範軌道Ｔｒは、Ｙ0*で表される。
【数８】
2018140735.tif 000010
【００４４】
ステップＳ１０１に続くステップＳ１０２では、軌道生成部２０３が、規範軌道Ｔｒを、状態量の下限制約を満たす一部反映軌道Ｔｒａに修正する。図７の（Ｂ）に示されるように、路上障害物３３及び車線が下限制約となっている。第１状態量に対する一部反映軌道は式ｆ２１で求められ、第２状態量に対する一部反映軌道は式ｆ２２で求められる。尚、修正ベクトルλｘｌは、軌道の修正量を決定するベクトルである。
【数９】
2018140735.tif 000011
【００４５】
制約を満たすための修正ベクトルを求める問題は、線形相補性問題と呼ばれ、これを解く方法としてはＬｅｍｋｅ法等の公知の方法が知られている。１種類の制約に対する修正ベクトルを求める場合は、演算量が有限で既定以下となるので、ステップＳ１０２での最大演算量は既定以下となる。
【００４６】
ステップＳ１０２に続くステップＳ１０３では、軌道生成部２０３が、一部反映軌道Ｔｒａを、状態量の上限制約を満たす一部反映軌道Ｔｒｂに修正する。図７の（Ｃ）に示されるように、路上障害物３４及び車線が上限制約となっている。第１状態量に対する一部反映軌道は式ｆ２３で求められ、第２状態量に対する一部反映軌道は式ｆ２４で求められる。
【数１０】
2018140735.tif 000012
【００４７】
ステップＳ１０２と同様に、修正ベクトルを求める演算量は有限で既定以下となるので、ステップＳ１０３での最大演算量も既定以下となる。
【００４８】
ステップＳ１０３に続くステップＳ１０４では、軌道生成部２０３が、一部反映軌道Ｔｒｂを、操作量の下限制約を満たす一部反映軌道Ｔｒｃに修正する。図８の（Ａ）に示される一部反映軌道Ｔｒｃは、式ｆ２５で求められる。
【数１１】
2018140735.tif 000013
【００４９】
ステップＳ１０２，Ｓ１０３と同様に、修正ベクトルを求める演算量は有限で既定以下となるので、ステップＳ１０４での最大演算量も既定以下となる。
【００５０】
ステップＳ１０４に続くステップＳ１０５では、軌道生成部２０３が、一部反映軌道Ｔｒｃを、操作量の上限制約を満たす一部反映軌道Ｔｒｄに修正する。図８の（Ｂ）に示される一部反映軌道Ｔｒｄは、式ｆ２６で求められる。
【数１２】
2018140735.tif 000014
【００５１】
ステップＳ１０５に続くステップＳ１０６では、軌道生成部２０３が、以上のステップで求められた一部反映軌道Ｔｒｄが全ての制約を満たしているかチェックする。図８の（Ｃ）に示されるように、全ての制約を満たしていれば走行軌道Ｔｒｅとし、ステップＳ１０７の処理に進む。全ての制約を満たしていなければ、ステップＳ１０８の処理に進む。
【００５２】
ステップＳ１０７では、軌道生成部２０３は、走行軌道Ｔｒｅの生成が完了したこと及び走行軌道Ｔｒｅを制御装置１４に通知し処理を終了する。ステップＳ１０８では、軌道生成部２０３は、生成した走行軌道が制約を満たしていないことを制御装置１４に通知し処理を終了する。
【００５３】
続いて、図９を参照しながら、制御装置１４の処理について説明する。制御装置１４は、走行軌道Ｔｒｆを成す予測点の内１点を選択し、自車両の中央軸と選択した点との距離ｅを算出する。距離ｅを追従誤差として、これを減少させるように、目標前輪舵角δｔを式ｆ２７で算出する。尚、ｇは適合パラメータである。
【数１３】
2018140735.tif 000015
【００５４】
続いて、実際の前輪舵角δｗと目標前輪舵角δｔとを用いて、式ｆ２８に基づいて操舵トルクＴｗを算出する。尚、ｇp、ｇd、ｇiは適合パラメータである。
【数１４】
2018140735.tif 000016
【００５５】
上記したように本実施形態に係る走行軌道生成装置２０は、自車両Ｃが走行中の車線情報に基づく規範軌道を生成する規範軌道生成部２０１と、自車両Ｃの状態量に対する上下限制約を規定する状態量制約情報及び自車両Ｃの操作量に対する上下限制約を規定する操作量制約情報を算出する制約情報生成部２０２と、規範軌道と、状態量制約情報及び操作量制約情報の少なくとも一方と、に基づいて自車両Ｃの走行軌道を生成する軌道生成部２０３と、を備える。軌道生成部２０３は、規範軌道を基準として、状態量制約情報又は操作量制約情報を反映させた一部反映軌道を生成し、一部反映軌道を基準として、一部反映軌道に反映されていない状態量制約情報又は操作量制約情報を反映させることで走行軌道を生成する。
【００５６】
本実施形態では、制約を受けず車線情報のみに基づく規範軌道を生成し、その規範軌道に制約情報を１種類ずつ反映させることで、走行軌道を生成するまでの演算量を既定以下に抑えることができる。
【００５７】
また本実施形態では、軌道生成部２０３は、規範軌道に状態量制約情報を反映させて一部反映軌道として状態量反映軌道（図７の（Ｂ）（Ｃ）及びその説明参照）を生成し、状態量反映軌道に操作量制約情報を反映させて走行軌道を生成する。自車両側でコントロールできない外的要因である状態量制約情報を先に反映させることで、その反映させた状態量反映軌道を前提として、操作量を制御することができる。
【００５８】
また本実施形態では、制約情報生成部２０２は、自車両Ｃの中心の、自車両Ｃが走行する車線の横位置に対する上下限制約を規定して状態量制約情報を算出する。
【００５９】
また本実施形態では、制約情報生成部２０２は、自車両Ｃの向く方向が規範軌道と成す角に対する上下限制約を規定して状態量制約情報を算出することもできる。
【００６０】
また本実施形態では、制約情報生成部２０２は、自車両Ｃの横位置が変化する速度に対する上下限制約を規定して状態量制約情報を算出することもできる。
【００６１】
また本実施形態では、制約情報生成部２０２は、自車両Ｃの前輪舵角に対する上下限制約を規定して操作量制約情報を算出することもできる。
【００６２】
また本実施形態では、制約情報生成部２０２は、自車両Ｃの中心の横位置が変化する加速度に対する上下限制約を規定して操作量制約情報を算出することもできる。
【００６３】
以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。
【符号の説明】
【００６４】
２０：走行軌道生成装置
２０１：規範軌道生成部
２０２：制約情報生成部
２０３：軌道生成部
【図１】
2018140735.tif 000017
【図２】
2018140735.tif 000018
【図３】
2018140735.tif 000019
【図４】
2018140735.tif 000020
【図５】
2018140735.tif 000021
【図６】
2018140735.tif 000022
【図７】
2018140735.tif 000023
【図８】
2018140735.tif 000024
【図９】
2018140735.tif 000025