(57)【要約】一組の移動物体と共有する道路上を走行する車両の運動を制御する車両の制御システムは、一組の平衡点に対応する車両の横方向動特性の状態の領域の集合を記憶するメモリを備える。各領域は、車両の異なるスピードに対して決定された横方向動特性の状態の制御不変集合を規定し、或るスピードに対して決定された或る領域内で或る状態を有する車両が、そのスピードで移動している間に領域内でその状態を維持することができるようにする。各領域は、対応する平衡点を含み、少なくとも１つの隣接する領域と交差する。各平衡点は、異なるスピードに対して決定された１つ又は複数の領域に関連付けられる。衝突検出器は、時間ホライズン内での制御の各時間ステップにおける少なくとも１つの物体との各領域の衝突を、制御の時間ステップにおける物体の軌道が、その制御の時間ステップにおける車両の前後方向変位と、領域の横方向変位の値の範囲とによって規定される空間と交差する場合に検出して、制御の異なる時間ステップにおける無衝突領域を示すデータ構造を生成する。経路プランナーは、初期変位を含む領域を、目標変位を含む領域と接続する空間及び時間的な領域の和集合を形成する領域の無衝突シーケンスを規定する時系列を決定して、和集合内に初期変位を目標変位と接続する軌道を生成する。コントローラは、生成された軌道に従って車両を制御する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一組の移動物体と共有する道路上を走行する車両の運動を制御する車両の制御システムであって、
前記車両が走行した前記道路上の横方向変位を規定する一組の平衡点を記憶し、かつ前記一組の平衡点に対応する前記車両の横方向動特性の状態の領域の集合を記憶するメモリであって、横方向動特性の各状態は、横方向変位、前記横方向変位の変化率、横方向方位及び前記横方向方位の変化率を含み、各前記領域は、前記車両の異なるスピードに対して、或るスピードに対して決定された或る領域内で或る状態を有する前記車両が前記或るスピードで移動している間に前記領域内でその状態を維持することができるように決定された、前記横方向動特性の前記状態の制御不変集合を規定し、各前記領域は、対応する平衡点を含み、少なくとも１つの隣接する領域と交差し、各前記平衡点は、異なるスピードに対して決定された１つ又は複数の領域に関連付けられる、メモリと、
前記車両と共有する道路上での前記一組の移動物体内の各物体の運動軌道を示す時系列信号を生成する少なくとも１つのセンサと、
第１のスピードに対して、時間ホライズン内での制御の各時間ステップにおける少なくとも１つの物体との決定された各前記領域の衝突を、制御の前記時間ステップにおける前記物体の運動軌道が、制御の前記時間ステップにおける前記車両の前後方向変位と、前記領域の横方向変位の値の範囲とによって規定される空間と交差する場合に検出して、制御の異なる時間ステップにおける無衝突領域を示すデータ構造を生成する衝突検出器と、
初期変位を含む領域を、目標変位を含む領域と接続する空間及び時間的な領域の和集合を形成する領域の無衝突シーケンスを規定する時系列を決定して、前記和集合内に前記初期変位を前記目標変位と接続する軌道を生成する経路プランナーと、
生成された軌道に従って前記車両を制御するコントローラと、
を備える、制御システム。
【請求項２】
前記衝突検出器は、前記経路プランナーが、前記第１のスピードに対して決定された前記領域の無衝突シーケンスを規定する時系列を決定しなかった場合、第２のスピードに対して決定される各前記領域の衝突を検出し、前記経路プランナーは、前記車両を制御するために前記第２のスピードに対して決定された前記領域の無衝突シーケンスを決定する、請求項１に記載の制御システム。
【請求項３】
前記衝突検出器は、前記領域の無衝突シーケンスが決定されるスピードの値が見つかるまで、異なるスピードの値で反復する、請求項２に記載の制御システム。
【請求項４】
前記第１のスピードは、前記車両の現在のスピードである、請求項２に記載の制御システム。
【請求項５】
前記車両の現在の変位を表す平衡点に対して決定される領域は、前記第１のスピード及び前記第２のスピードを含むスピードのシーケンスを包含する、請求項２に記載の制御システム。
【請求項６】
前記衝突検出器は、前記第１のスピードで移動する前記車両の将来の状態を計算することにより、前記第１のスピードに対する障害物位置を決定し、前記第１のスピードと前記第２のスピードとの差に基づいて前記第１のスピードで移動する前記車両の将来の状態を調整することにより、前記第２のスピードに対する前記障害物位置を決定する、請求項２に記載の制御システム。
【請求項７】
前記領域を決定するスピードは、少なくとも１つのスピードに対して同様の横方向変位での異なるスピードに対応する前記領域がオーバーラップするように選択される、請求項２に記載の制御システム。
【請求項８】
前記領域を決定するスピードは、制限スピードに対応する最大スピードから開始して降順で反復的にテストされる、請求項２に記載の制御システム。
【請求項９】
前記メモリは、障害物を考慮せずに同じスピード及び異なるスピードに対して決定された制御の異なる時間ステップに対する領域間のあり得る遷移を規定する状態遷移グラフを表すデータ構造を記憶し、
前記衝突検出器は、前記障害物の検出に応答して前記状態遷移グラフ上の少なくともいくつかの遷移を無効にして、前記無衝突領域を示す前記データ構造を形成し、
前記経路プランナーは、前記状態遷移グラフの有効な遷移を探索して領域の前記和集合を見つける、請求項１に記載の制御システム。
【請求項１０】
前記状態遷移グラフを示すデータ構造は、上部ブロック対角行列を含む、請求項１に記載の制御システム。
【請求項１１】
前記衝突検出器は、前記物体の運動を示す時系列信号と一致する前記物体の将来の軌道を推定し、制御の各時間ステップにおいて前記将来の軌道の各領域との交差の確率を推定し、前記交差の確率が閾値を下回る場合に、制御の時間ステップにおいて前記領域を無衝突として検出する、請求項１に記載の制御システム。
【請求項１２】
前記衝突検出器は、
前記車両の運転領域内を移動する仮想物体の一組の実現可能な軌道を決定し、
制御の各時間ステップにおいて各前記実現可能な軌道が各領域と交差する確率を決定し、
前記時系列信号を使用して、各前記実現可能な軌道が少なくとも１つの物体によって追従される確率を決定し、
制御の各時間ステップにおいて各前記実現可能な軌道が各領域と交差する危険性のレベルを、制御の各時間ステップにおいて前記実現可能な軌道が各前記領域と交差する確率と、前記実現可能な軌道が少なくとも１つの物体によって追従される確率との組合せとして決定し、
制御の時間ステップにおける領域を、制御の時間ステップにおいて全ての実現可能な軌道が前記領域と交差する前記危険性のレベルが閾値を下回る場合、無衝突として検出する、
ように構成されている、請求項１に記載の制御システム。
【請求項１３】
前記実現可能な軌道は、仮想車両の運動の運動学的モデルを使用して決定され、
前記方法は、
環境の異なる位置において、一組の運転意図から選択された異なる運転意図で走行する前記仮想車両の異なるスピードに対して、前記実現可能な軌道を生成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記車両の現在のスピードを測定する速度計を更に備え、前記衝突検出器は、制御の前記時間ステップに対応する期間と前記現在のスピードとの積に基づいて、制御の前記時間ステップにおける前記車両の前記前後方向変位を決定する、請求項１に記載の制御システム。
【請求項１５】
一組の移動物体と共有される道路上を走行する車両の運動を制御する制御方法であって、前記制御方法は、前記車両が走行した前記道路上の横方向変位を規定する一組の平衡点を記憶し、かつ前記一組の平衡点に対応する前記車両の横方向動特性の状態の領域の集合を記憶するように構成されたメモリに結合された、少なくとも１つのプロセッサを使用し、横方向動特性の各前記状態は、横方向変位、前記横方向変位の変化率、横方向方位及び前記横方向方位の変化率を含み、各前記領域は、前記車両の異なるスピードに対して、或るスピードに対して決定された或る領域内で或る状態を有する前記車両が前記或るスピードで移動している間に前記領域内でその状態を維持することができるように決定された、前記横方向動特性の前記状態の制御不変集合を規定し、各前記領域は、対応する平衡点を含み、少なくとも１つの隣接する領域と交差し、各前記平衡点は、異なるスピードに対して決定された１つ又は複数の領域に関連付けられ、前記プロセッサは、前記制御方法を実施する記憶された命令と結合され、前記プロセッサによって実行されたときに、前記命令は前記制御方法のステップを実行し、前記制御方法は、
前記車両と共有される道路上の一組の移動物体における各物体の運動軌道を示す時系列信号を生成することと、
第１のスピードに対して、時間ホライズン内での制御の各時間ステップにおける少なくとも１つの物体との各領域の衝突を、制御の時間ステップにおける前記物体の運動軌道が、制御の時間ステップにおける前記車両の前後方向変位と、前記領域の前記横方向変位の値の範囲とによって規定される空間と交差する場合に検出して、制御の異なる時間ステップにおける無衝突領域を示すデータ構造を生成することと、
初期変位を含む領域を、目標変位を含む領域と接続する空間及び時間的な領域の和集合を形成する領域の無衝突シーケンスを規定する時系列を決定して、前記和集合内に前記初期変位を前記目標変位と接続する軌道を生成することと、
生成された軌道に従って前記車両を制御することと、
を含む、制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包括的には、自律運転及び先進運転支援システムに関し、より詳細には、他の車両の運転によってもたらされる危険性を考慮して可変速度での車両の運動を制御することに関する。
【背景技術】
【０００２】
信頼性が高い位置の特定及び運動予測は、自律運転及び先進運転支援システム（ＡＤＡＳ）の重要な構成要素である。例えば、自律走行車両及びＡＤＡＳの１つの構成要素はモーションプランナーである。モーションプランナーは、多くの場合、移動する障害物が存在する状況で、周囲の状況に関する情報を取得し、目的位置に向かって誘導するための軌道プロファイルを計算する。別の例として、車線変更システム等のＡＤＡＳは、現時点だけでなく将来においても、他の車両が存在する場所に関する正確な情報を必要とする。
【０００３】
そのため、最新の自動車には、衝突の警報又は回避、及び他の能動的安全アプリケーションを可能にするために使用される物体検出センサを採用する、脅威評価及び／又は衝突回避システムが備えられていることがある。物体検出センサとしては、短距離レーダ、長距離レーダ、画像処理機能を備えたカメラ、レーザ又はＬｉＤＡＲ、超音波等の多くの技術のいずれかを使用することができる。物体検出センサは、自車両の経路内にある車両及び物体を検出し、アプリケーションソフトウェアは、物体検出情報を使用して警告を発するか、又は必要に応じて措置を講じる。多くの車両において、物体検出センサは、フロントバンパーに直接取り付けられているか、又はダッシュボード内に組み込まれている。
【０００４】
しかしながら、自車両が横方向運動を計画する場合、脅威を評価すること及び／又は衝突を回避することは困難な作業である。例えば、特許文献１に記載されているシステムは、最適な車両状態を生成し、それらの最適状態に基づいて脅威評価を生成することにより、脅威評価を検討している。しかしながら、特に複雑な環境では、最適な経路を計算することは非常に困難である可能性が高い。
【０００５】
特許文献２では、脅威評価は、車両の動特性を使用した自車両の予測された軌道と検出された物体の複数の戻り走査点とに基づいて、検出された各物体が自車両の予測経路と交差する危険性を計算することである。しかしながら、自車両の横方向運動のあり得るそれぞれの軌道において、他の車両が採り得る軌道との交差を予測することは、非常に困難である可能性が高い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第８５４３２６１号
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１６／０１０９５７１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、計算上効率的な方法で他の車両の運動によってもたらされる危険性を考慮して、車両の横方向運動を制御するシステム及び方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
いくつかの実施の形態は、車両の横方向運動は異なる軌道に従って制御することができるという理解に基づく。例えば、車線変更操作は、横方向変位の変化率の異なる値と、異なる前進速度（以降スピードとして示す）とを有する複数の軌道によって達成実現することができる。そのため、横方向運動の異なる目標に対して異なる軌道を事前に計算し、車両の運動をリアルタイムで制御しながら現在の交通状況に対してそれらの軌道の実現可能性をテストすることが望ましい場合がある。
【０００９】
しかしながら、いくつかの実施の形態は、それらの軌道を事前に計算しテストすることが依然として計算上困難である可能性が高いという理解に基づく。具体的には、右から左への車線変更、左から右への車線変更、右からの通過又は左からの通過等の横方向に動く各目標に対して、車両を現在位置から現在の目標に対応する位置まで運ぶことは、無限ではないにしても莫大な数の軌道がありうる。さらに、障害物がわずか１つの点でも軌道と交差する場合、軌道全体を破棄する必要があり、それにより計算時間及びメモリ資源が無駄になる。
【００１０】
いくつかの実施の形態は、多数の軌道と部分衝突に対する軌道の全ての点の感度とがある理由は、軌道の全ての点における時間的な相互依存性にあるという理解に基づく。具体的には、軌道は、点のシーケンスのみではなく、点の間の遷移もまた時間の関数として指定する、時間の関数である。これらの遷移は、軌道の各点における車両の状態と動特性とを決定し、車両をその軌道に従って移動させる。２つの近傍点の間の同じ横方向変位は、異なる時間遷移及び車両の異なるスピードで達成することができる。そして、異なる時間遷移により、それらの２つの近傍点において車両の異なる状態が課され、各軌道が一意でありかつ相互に依存する。
【００１１】
いくつかの実施の形態は、車両の横方向変位及び車両のスピードの値の間の時間相互依存性を破棄することによって、車両の横方向運動に対する無衝突軌道の計算を単純化することができるという理解に基づく。いくつかの実施の形態は、各横方向変位及び車両スピードに対して、或る領域内の或る状態を有する車両がその領域内でその状態を維持することができるように決定された横方向の動特性の状態の制御不変集合を規定する領域を構成することにより、横方向変位の異なる値を互いに分離することができるという理解に基づく。
【００１２】
いくつかの実施の形態は、領域内で車両の状態を維持することが可能である場合、異なる時点での異なる障害物とのその領域の衝突を、他の領域の衝突評価とは別個にかつ独立して評価することができるという理解に基づく。評価が完了した後、横方向運動の所望の目標に従って、空間及び時間的に領域の和集合を形成する無衝突の領域のシーケンスを規定する時系列を選択することが可能である。より比喩的に言うと、所望の領域のシーケンスは、時間の無衝突スレッドで連結されている。時間の無衝突スレッドを変更することにより、異なる無衝突軌道を形成することができる。
【００１３】
いくつかの実施の形態では、所与の車両スピードに対する車両の横方向動特性の状態の領域の集合は、車両が走行した道路上の横方向変位を規定する対応する点の集合に対して決定される。横方向動特性の各状態は、車両の横方向変位、横方向変位の変化率、横方向方位及び横方向方位の変化率を含む。各領域は、或る領域内の或る状態を有する車両が、制限された速度の範囲における車両速度に対してその領域内にその状態を維持することができるように決定された横方向動特性の状態の制御不変集合を規定する。
【００１４】
いくつかの実施の形態では、領域は互いに交差している。このような方法では、領域の外側の遷移を評価することなく、空間的及び時間的に衝突しない領域の和集合を形成することができる。
【００１５】
いくつかの実施の形態では、領域の集合は、車両の前後方向の動特性を考慮することなく車両の横方向の動特性について予め決定されるが、車両スピードは横方向の動特性に対するパラメータである。そうした分離により、異なる時点における異なる領域の衝突を決定するために、車両の異なる前後方向変位に対して同じ領域の集合を再使用することができる。
【００１６】
別の実施の形態では、領域の集合は、車両の前後方向動特性を考慮して、車両の横方向の動特性に対して予め決定される。例えば、１つの実施の形態では、車両の前後方向の速度の異なる値に対して異なる領域の集合が決定される。この実施の形態により、車両の現在の前後方向の速度及び／又は所望の前後方向の速度に対応する領域の集合を選択することができる。１つの実施の形態では、異なる速度に対する領域の集合の間の接続は、前後方向の動特性を考慮して行われる。
【００１７】
様々な実施の形態において、領域の集合は、制御システムのメモリに記憶される。例えば、ある実施の形態では、領域の集合は、道路状況の全てのあり得る変動に対して事前に計算される。この実施の形態では、車両の横方向の動特性に影響を与える道路の形状の変動は、モーションコントローラによって処理される。
【００１８】
別の実施の形態では、制御システムは、車両の現在位置を送信し、その送信に応答して、道路の現在の形状について決定された領域の集合を受信する、送受信機を備える。
【００１９】
したがって、１つの実施の形態は、一組の移動物体と共有される道路上を走行する車両の運動を制御する車両の制御システムを開示する。制御システムは、車両が走行した道路上の横方向変位を規定する一組の平衡点を記憶し、かつ一組の平衡点に対応する車両の横方向動特性の状態の領域の集合を記憶するメモリであって、横方向動特性の各状態は、横方向変位、横方向変位の変化率、横方向方位及び横方向方位の変化率を含み、各領域は、車両の異なるスピードに対して、或るスピードに対して決定された或る領域内で或る状態を有する車両がそのスピードで移動している間にその領域内でその状態を維持することができるように決定された、横方向動特性の状態の制御不変集合を規定し、各領域は、対応する平衡点を含み、少なくとも１つの隣接する領域と交差し、各平衡点は、異なるスピードに対して決定された１つ以上の領域に関連付けられる、メモリと、車両と共有される道路上での一組の移動物体内の各物体の運動軌道を示す時系列信号を生成する少なくとも１つのセンサと、第１のスピードに対して、時間ホライズン内での制御の各時間ステップにおける少なくとも１つの物体との決定された各領域の衝突を、制御のその時間ステップにおける物体の運動軌道が、制御のその時間ステップにおける車両の前後方向変位と、領域の横方向変位の値の範囲とによって規定される空間と交差する場合に検出して、制御の異なる時間ステップにおける無衝突領域を示すデータ構造を生成する衝突検出器と、初期変位を含む領域を、目標変位を含む領域と接続する空間及び時間的な領域の和集合を形成する領域の無衝突シーケンスを規定する時系列を決定して、和集合内に初期変位を目標変位と接続する軌道を生成する経路プランナーと、軌道に従って車両を制御するコントローラとを備える。
【００２０】
例えば、衝突検出器は、経路プランナーが、第１のスピードに対して決定された領域の無衝突シーケンスを規定する時系列を決定しなかった場合、第２のスピードに対して決定される各領域の衝突を検出することができる。この状況では、経路プランナーは、車両を制御するために第２のスピードに対して決定された領域の無衝突シーケンスを決定する。
【００２１】
例えば、いくつかの実施の形態では、衝突検出器は、領域の無衝突シーケンスが決定されるスピードの値が見つかるまで、異なるスピードの値で反復する。例えば、衝突検出器は、車両の現在のスピードとして第１のスピードを選択し、現在のスピードから反復を開始することができる。また、衝突検出器は、走行した道路上で許容される制限スピードから反復を開始することができる。
【００２２】
いくつかの実施態様では、車両の現在の変位を表す平衡点に対して決定される領域は、第１のスピード及び第２のスピードを含むスピードのシーケンスを包含する。例えば、領域を決定するスピードは、少なくとも１つのスピードに対して同様の横方向変位での異なるスピードに対する領域がオーバーラップするように選択される。このように、制御システムは、車両のスピードを安全に変更することができる。
【００２３】
別の実施の形態は、一組の移動物体と共有される道路上を走行する車両の運動を制御する制御方法であって、本方法は、車両が走行した道路上の横方向変位を規定する一組の平衡点を記憶し、かつ一組の平衡点に対応する車両の横方向動特性の状態の領域の集合を記憶するように構成されたメモリに結合された、少なくとも１つのプロセッサを使用し、横方向動特性の各状態は、横方向変位、横方向変位の変化率、横方向方位及び横方向方位の変化率を含み、各領域は、車両の異なるスピードに対して、或るスピードに対して決定された或る領域内で或る状態を有する車両がそのスピードで移動している間にその領域内でその状態を維持することができるように決定された、横方向動特性の状態の制御不変集合を規定し、各領域は、対応する平衡点を含み、少なくとも１つの隣接する領域と交差し、各平衡点は、異なるスピードに対して決定された１つ又は複数の領域に関連付けられ、プロセッサは、方法を実施する記憶された命令と結合され、プロセッサによって実行されたときに、命令は方法のステップを実行する、方法を開示する。
【００２４】
本方法は、車両と共有される道路上の一組の移動物体における各物体の運動軌道を示す時系列信号を生成することと、第１のスピードに対して、時間ホライズン内での制御の各時間ステップにおける少なくとも１つの物体との各領域の衝突を、制御のその時間ステップにおける物体の運動軌道が、制御のその時間ステップにおける車両の前後方向変位と、領域の横方向変位の値の範囲とによって規定される空間と交差する場合に検出して、制御の異なる時間ステップにおける無衝突領域を示すデータ構造を生成することと、初期変位を含む領域を、目標変位を含む領域と接続する空間及び時間的な領域の和集合を形成する領域の無衝突シーケンスを規定する時系列を決定して、和集合内に初期変位を目標変位と接続する軌道を生成することと、軌道に従って車両を制御することとを含む。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１Ａ】車両が２車線道路の左車線を移動する例示的な状況を示す図である。
【図１Ｂ】車両の横方向運動のためにいくつかの実施形態によって採用される原理を例示する概略図である。
【図２】一組の移動障害物と共有される道路上を走行する車両を制御する方法のフローチャートである。
【図３Ａ】いくつかの実施形態による、一組の移動物体と共有される道路上を走行する車両の運動を制御する制御システムのブロック図である。
【図３Ｂ】１つの実施形態による制御システムの全体的な構造を示す図である。
【図４Ａ】車両の運動目標の概略図である。
【図４Ｂ】いくつかの実施形態による制御不変領域の利点を示す図である。
【図４Ｃ】いくつかの実施形態によって使用される例示的な制御不変領域の概略図である。
【図４Ｄ】いくつかの実施形態による、制御不変領域の集合を通る目標位置への運動のシナリオを示す図である。
【図５Ａ】いくつかの実施形態による、車両の座標内の車両制御をモデル化する一例を示す図である。
【図５Ｂ】いくつかの実施形態によって使用される車両の状態のモデルの概略図である。
【図５Ｃ】制御不変集合に対するシステムの物理的制約の影響の一例を示す図である。
【図５Ｄ】制御不変集合に対するシステムの物理的制約の影響の一例を示す図である。
【図５Ｅ】平衡点の間の接続を決定する代替的な例を示す図である。
【図６Ａ】いくつかの実施形態による、障害物を考慮することなく、制御の異なる時間ステップに対して異なる領域に対応する平衡点の間のあり得る遷移を規定する状態遷移グラフの一例を示す図である。
【図６Ｂ】いくつかの実施形態による、無衝突領域を示すデータ構造を形成するために障害物を検出することに応答して更新された図６Ａのグラフである。
【図６Ｃ】いくつかの実施形態によって使用される状態遷移グラフを示すデータ構造の概略図である。
【図７Ａ】安全領域７００ａの一部が予測される障害物と交差する状況を示す図である。
【図７Ｂ】１つの実施形態による無衝突領域を確率論的に決定する概略図である。
【図８Ａ】１つの実施形態による、無衝突領域を示すデータ構造を決定する衝突検出器の例示的な実施態様を示す図である。
【図８Ｂ】いくつかの実施形態による、実現可能な軌道を生成し、その軌道の或る領域との交差の確率を決定する方法のフローチャートである。
【図８Ｃ】いくつかの実施形態による仮想運転者の様々な意図を列挙する表である。
【図８Ｄ】図８Ｂの方法の反復を例示する状態遷移のシーケンスを示す図である。
【図８Ｅ】１つの実施形態による、サンプリングされた状態の集合を決定する例示的な実施態様のフローチャートである。
【図８Ｆ】サンプリングされた状態が図８Ｃに示す運転者の意図と一致する確率を更新する方法のフローチャートである。
【図８Ｇ】確率密度関数（ＰＤＦ）の各別個のセクションに対して１つの状態を生成する方法の反復の簡易概略図である。
【図８Ｈ】図８Ｇの第１の反復における５つの状態のあり得る割り当てられた確率を示す図である。
【図８Ｉ】１つの実施形態によって使用される総確率密度関数のグラフである。
【図９】車両のあり得る実現可能な軌道の一例を示す図である。
【図１０Ａ】車両の運転者の意図を判断するためにいくつかの実施形態によって使用される、車両のステアリングホイールの操舵軌道及び車両の加速度軌道の時系列信号を示す図である。
【図１０Ｂ】いくつかの実施形態による、部分集合からの実現可能な軌道と時系列信号からの車両の意図との一致に基づいて、追従すべき各実現可能な軌道の確率を更新する方法の例示的な実施態様のフローチャートである。
【図１１Ａ】異なるスピードで領域サイズを変更する実例を示す図である。
【図１１Ｂ】異なる速度に対する安全領域のシーケンスを決定することを示す図である。
【図１２】異なる車両スピードに対する横方向変位の選択を示す図である。
【図１３Ａ】いずれの領域をメモリに記憶するべきかを選択する方法の概略図である。
【図１３Ｂ】いくつかの実施形態による、メモリに記憶すべき領域を選択する概略図である。
【図１４Ａ】あり得るスピードの順序付けの図である。
【図１４Ｂ】あり得るスピードの順序付けの図である。
【図１４Ｃ】本発明のいくつかの実施形態による、異なるスピードの間での安全な遷移を確実に行う方法の図である。
【図１５】車両を制御する方法のフローチャートである。
【図１６】無衝突領域を示すデータ構造を決定する方法の例示的な実施態様を示す図である。
【図１７】状態遷移に対するコスト関数の選択の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明のいくつかの実施形態では、車両の横方向運動は異なる軌道に従って制御することができ、車両は、一般的に、乗用車、バス、トラック等の路上走行車両であるという理解に基づく。例えば、車線変更操作は、横方向変位の変化率が異なる複数の軌道によって達成することができる。特定の交通状況及び車両の乗員の好みによっては、別の軌道が他の軌道よりも適切である場合がある。そのため、横方向運動の異なる目標に対して異なる軌道を事前に計算し、車両の運動をリアルタイムで制御しながら現在の交通状況に対してそれらの軌道の実現可能性をテストすることが望ましい場合がある。
【００２７】
図１Ａは、車両１０１ａが道路境界１１０ａ及び車線分割線１２０ａを有する２車線道路の左車線を移動する例示的な状況を示す。目的は、車線を右車線１３０ａに変更することである。車線変更に対応する運動は、いくつかの運動１４０ａのうちの任意のものとすることができる。周囲に他の車両があるか否かに応じて、軌道１４０ａのうちのいくつかは実行するのに適しておらず、又は更には差し迫った衝突に起因して不可能である場合がある。
【００２８】
概して、軌道１４０ａの数は多い可能性がある。このため、軌道を事前計算して実現可能性に関してテストすることは、困難なかつ計算上要求が厳しい作業である可能性がある。具体的には、右から左への車線変更、左から右への車線変更、右からの通過又は左からの通過等の横方向運動の各目標に対して、無限ではないにしても莫大な数の軌道がありうる。さらに、障害物がわずか１つの点でも軌道と交差する場合、軌道全体を破棄する必要があり、それにより計算時間及びメモリ資源が無駄になる。
【００２９】
図１Ｂは、車両の横方向運動のためにいくつかの実施形態によって採用される原理を例示する概略図を示す。例えば、初期の横方向位置１１０ｂから目標の横方向位置１２０ｂまでの４つの時間ステップにおける移動の概略図を示す、図１Ｂの左側部分を検討する。これを行うために、軌道は、４つの時間ステップ後に１２０ｂに達するように、点１１１ｂの間の状態遷移１１３ｂによって規定される車両の運動から構成される。ここで、状態軌道は、時間の経過による車両の位置及び進行方向、すなわち車両の速度を含む。別の車両１２１ｂが計算された軌道１１３ｂと交差する場合、その軌道１１３ｂは有効でなくなり、新たな軌道を計算して障害物１２１ｂとの衝突があるか再度チェックするか、又は、事前に計算された軌道のライブラリから取得する必要がある。
【００３０】
多数の軌道と部分衝突に対する軌道の全ての点の感度とがある理由の一部は、軌道の全ての点１１１ｂの時間的な相互依存性にある。具体的には、軌道１１３ｂは、点１１１ｂのシーケンスのみではなく、点の間の遷移もまた時間の関数として指定する、時間の関数である。これらの遷移は、軌道の各点における車両の状態と動特性とを決定し、車両をその軌道に従って移動させる。２つの近傍点の間の同じ横方向変位は、異なる時間遷移で達成することができる。そして、異なる時間遷移により、それらの２つの近傍点において車両の異なる状態が課され、各軌道が一意でありかつ相互に依存する。
【００３１】
いくつかの実施形態は、車両の横方向変位の値の間の時間相互依存性を破棄する（１４０ｂ）ことによって、車両の横方向運動に対する無衝突軌道の計算を著しく単純化することができるという理解に基づく。いくつかの実施形態は、或る領域内の或る状態を有する車両がその領域内でその状態を維持することができ、維持するように決定された領域を構成することにより、横方向変位の異なる値を互いに分離することができるという理解に基づく。
【００３２】
例えば、図１Ｂの右側部分は、目的が初期の横方向変位１１０ｂから目標の横方向変位１２０ｂまで車両を制御することである場合の状況を示す。点１１１ｂと点の間の対応する状態遷移とを画定する軌道１１３ｂを決定する代わりに、１つの実施形態は、車両が安全である領域を構成することによって１１０ｂから目標の横方向変位１２０ｂに達することができることを実現する。これらの領域はオーバーラップしており、それは、衝突が回避されるように、領域内の最初の点１１０ｂから最終横方向変位１２０ｂまでの領域の安全な通路内を移動することが可能であることを意味する。その結果、特定の軌道の代わりにそれらの領域を使用することによって、その領域の安全な通路にある安全な軌道を決定することができ、それにより、障害物１２１ｂが特定の時間窓において特定の領域１３０ｂと交差する場合、その領域は安全でないものとしてマークされ、代わりに他の安全領域を使用することができることが確実になる。
【００３３】
図２は、一組の移動する障害物又は物体（以降、車両と同義で示す）と共有される道路上を走行する車両を制御する方法のフローチャートを示す。本方法は、本方法のステップを実施するために必要な情報を記憶するメモリを使用する。本方法は、メモリ１０９から、道路上の車両の横方向変位及び方位を規定する一組の平衡点と、平衡点に対応する車両の横方向動特性の状態の領域の集合とを抽出し（１１０）、ここでは、横方向動特性の各状態は、横方向変位、横方向変位の変化率、横方向方位及び横方向方位の変化率を含む。各領域は、或る領域内の或る状態を有する車両がその領域内でその状態を維持することができるように決定された横方向動特性の状態の制御不変集合を規定する。いくつかの実施態様では、各領域は対応する平衡点を含み、少なくとも１つの隣接する領域と交差する。
【００３４】
本方法は、車両に直接接続されているか又は車両に遠隔接続されている少なくとも１つのセンサからの情報１１９を使用して、センサによって検出された一組の移動物体における各物体の運動を示す時系列信号１２１を生成する（１２０）。測定値は、カメラ測定値又はレーザ／ＬＩＤＡＲ測定値を含むことができる。測定値は、車車間通信からの測定値を含むことができ、測定値はＧＰＳデータを含むことができる。測定シーケンスの長さは、車両ごとに異なる可能性がある。
【００３５】
本方法は、時系列信号１２１とメモリからの抽出された情報１１１とを使用して、制御の異なる時間ステップにおける無衝突領域を示すデータ構造を決定する（１３０）。この決定１３０において、衝突検出器は、時間ホライズン内での制御の各時間ステップにおける各領域の少なくとも１つの物体との衝突を、制御のその時間ステップにおける物体の軌道が、制御のその時間ステップでの車両の前後方向変位とその領域の横方向変位の値の範囲とによって規定される空間と交差する場合に検出する。次いで、本方法は、決定されたデータ構造１３１を用いて、経路プランナーを使用して、初期変位を含む領域を目標変位を含む領域と接続する空間及び時間的領域の和集合を形成する領域の無衝突シーケンスを規定する時系列を決定して（１４０）、和集合内に初期変位を目標変位と接続する軌道１４１を生成する。最後に、本方法は、軌道１４１に従う車両運動１５１を生成するように車両を制御する（１５０）。
【００３６】
図３Ａは、いくつかの実施形態による、一組の移動物体と共有される道路上を走行する車両３００の運動を制御する制御システム２９９のブロック図を示す。車両はまた、制御システム２９９のコマンドを無効にする外部入力３１０を受信することができる。そうした場合、車両は半自律走行車両である。
【００３７】
制御システム２９９は、車両が走行した道路上の横方向変位を規定する一組の平衡点を記憶し、かつその一組の平衡点に対応する車両の横方向動特性の状態の領域の集合を記憶する、メモリ３２０を備え、横方向の動特性の各状態は、横方向変位、横方向変位の変化率、横方向方位及び横方向方位の変化率を含む。各領域は、或る領域内で或る状態を有する車両がその領域内でその状態を維持することができるように決定された横方向動特性の状態の制御不変集合を規定する。各領域は、対応する平衡点を含み、少なくとも１つの隣接する領域と交差する。
【００３８】
制御システムは、環境３７０内を走行する一組の車両における各車両の運動を示す時系列信号３３１を生成する少なくとも１つのセンサを含む検知システム３３０を備える。例えば、検知システム３３０は、全地球測位システム（ＧＰＳ）情報を用いて位置を測定することができ、及び／又は慣性測定装置（ＩＭＵ）を用いて慣性運動を測定することができる。例えば、ＩＭＵは、３軸加速度計、３軸ジャイロスコープ及び／又は磁力計を含むことができる。ＩＭＵは、加速度、速度、方位及び／又は他の位置関連情報を、制御システム２９９の他のコンポーネントに提供することができる。
【００３９】
制御システム２９９は衝突検出器３４０を備える。衝突検出器３４０は、時間ホライズン内での制御の各時間ステップにおけるメモリ３２０に記憶された各領域の少なくとも１つの物体との衝突を、制御のその時間ステップにおけるその物体の軌道が、制御のその時間ステップでの車両の前後方向変位と車両の横方向変位の値の範囲とによって規定される空間と交差する場合に検出する。衝突検出器は、制御の異なる時間ステップにおける無衝突領域を示すデータ構造を出力する（３４１）。データ構造３４１は、制御システム２９９に組み込まれた経路プランナー３５０によって使用され、経路プランナー３５０は、初期変位を含む領域を目標変位を含む領域と接続する空間及び時間的領域の和集合を形成する領域の無衝突シーケンスを規定する時系列を決定して、和集合内に初期変位を目標変位と接続する軌道を生成する。決定された軌道３５１は、その軌道に従って車両を制御するために車両の少なくとも１つのコントローラ３６０によって使用される。
【００４０】
図３Ｂは、１つの実施形態による制御システム２９９の全体的な構造を示す。制御システム２９９は、衝突検出及び経路計画のモジュールを実行する少なくとも１つのプロセッサ３９０を備える。プロセッサ３９０は、車両が走行した道路上の横方向変位及び横方向方位を規定する一組の平衡点３８１と、その一組の平衡点に対応する車両の横方向動特性の状態の領域の集合３８２とを記憶するメモリ３８０に接続されており（３９１）、横方向動特性の各状態は、横方向変位、横方向変位の変化率、横方向方位及び横方向方位の変化率を含み、各領域は、或る領域内の或る状態を有する車両がその領域内でその状態を維持することができるように決定された横方向動特性の状態の制御不変集合を規定し、各領域は対応する平衡点を含み、少なくとも１つの隣接する領域と交差する。
【００４１】
図４Ａは、車両４００が左車線から右車線への車線変更を開始する車両の運動目標の概略図を示しており、目的は右車線の中央に達することである。車線変更の開始は、制御システムによって、又は制御システムへの外部入力によって行うことができる。例えば、車両の運転者は、車両のダッシュボードから車線変更を開始することができる。いくつかの実施形態は、車両の最終目標横方向変位をもたらすことができるいくつかの軌道があるという理解に基づく。車両４００は、軌道４１９を規定する状態遷移により、位置４２０で右車線の中央に到達することになり、軌道４０９を規定する状態遷移により、位置４１０で右車線の中央に到達することになる。４１９及び４０９が無衝突であると判断することは、多数の障害物がありかつ多数の軌道４０９及び４１９がある環境では計算が非常に困難となる可能性がある。例えば、４１０と４２０との間の任意の位置により異なる軌道がもたらされた場合、最終的に所望の横方向変位に至る軌道は無限の数となる。しかしながら、車両の所望の横方向変位に至る正確な軌道は、車両が実際に所望の横方向変位に達することより重要性は低い。
【００４２】
図４Ｂは、いくつかの実施形態による制御不変領域の利点を示す。領域４３０は、或る領域内の或る状態を有する車両がその領域内でその状態を維持することができるように決定されている。個々の軌道の代わりに領域を考慮することにより、軌道４０９及び４１９を決定することなく、領域４３０内の全ての軌道４０９及び４１９を除外して、物体がその領域４３０と交差するか否かを決定することで十分である。
【００４３】
したがって、１つの実施形態は、車両の横方向変位に関連する領域を決定し、各領域は、車両が取ることができる多数の状態遷移及び対応する軌道を包含し、横方向変位は、車両の平衡点を規定する。例えば、１つの実施形態では、横方向変位に関連する車両の横方向動特性の状態の制御不変集合として領域を決定する。制御不変集合は、車両の横方向動特性の平衡点、すなわち静止点と、車両の横方向運動を制御するコントローラとに関連する領域である。領域のサイズは、車両の横方向動特性のパラメータと、車両の横方向動特性を制御するために使用されるコントローラとによって決まる。コントローラを使用して車両の横方向運動を制御する場合、制御不変集合を、コントローラと、道路上の車両の平衡点、すなわち横方向変位とに関連付けることができる。
【００４４】
図４Ｃは、いくつかの実施形態によって使用される例示的な制御不変領域の概略図を示す。車両の初期状態３９９ｃは、制御不変集合４１０ｃの内側にある。目的、すなわち運動又は横方向の操縦の目標は、コントローラを使用して車両を位置４００ｃに制御することである。このため、初期状態３９９ｃは制御不変集合によって規定される領域４１０ｃの内側にあるため、車両を目標変位４００ｃに制御することからもたらされる軌道４２０ｃは、所望の変位が変化しない限り、その領域内にあることが保証される。
【００４５】
いくつかの実施形態において、横方向変位は、対応する領域が交差するように決定される。このようにして、領域の通路は、領域が物体と交差しないときに、横方向変位及び関連する軌道の安全なシーケンスを提供して車両を初期横方向変位から目標横方向変位に移動させるように構成される。
【００４６】
図４Ｄは、いくつかの実施形態による、制御不変領域の集合を通る目標位置４４０ｄまでの運動のシナリオを示す。４４０ｄに関連付する領域４２０ｄは、初期位置３９９ｃを包含する領域４１０ｃと交差しない。このために、１つの実施形態は、領域４１０ｃ及び領域４２０ｄと交差する関連領域４１０ｄを有する、位置４３０ｄによって示す別の横方向変位を決定する。このため、軌道４５０ｄが少なくとも２つの領域と共有される領域の一部４６０ｄの内側にあるとき、中間目標位置４００ｃは、最初に４３０ｄに変更され、次いで最終目標位置４４０ｄに変更されて、領域の和集合の安全な通路内に封入される軌道を生成することができる。
【００４７】
図５Ａは、いくつかの実施形態による車両の座標における車両制御をモデル化する一例を示す。図５Ａを参照すると、１つの実施形態では、グローバル座標における代わりに車両の座標において車両５００ａの制御をモデル化することにより、表現が著しく単純化することが理解される。しかしながら、車両のローカル座標におけるモデル化のために、平衡点はまた、グローバル座標からローカル座標に進むときの慣性効果を考慮するために、横方向変位に加えて横方向方位も有する可能性がある。この例では、運動目標は、車両を横方向変位５００ａから最終横方向変位５１０ａまで移動させることである。例えば、グローバル座標５２０ａにおける道路のモデル化により、数学的に表現することが困難である複雑な形状を有する領域５４０ａに至る制御不変集合がもたらされる。代わりに、数値的な近似手法を使用する必要がある。しかしながら、車両のローカル座標５３０においてモデル化を行うことにより、制御不変集合は楕円５５０ａ等の単純な形状を有し、それは厳密に、したがってより正確に表すことができる。
【００４８】
様々な実施形態によって使用されるように、制御不変集合は、車両の前方及び横方向の次元の領域である。しかしながら、概して、これらの集合はより高次元であり、平衡点の周囲の車両の状態を組み込み、横方向動特性の各状態は、横方向変位、横方向変位の変化率、横方向方位及び横方向方位の変化率を含み、各領域は、或る領域内の或る状態を有する車両がその領域内でその状態を維持することができるように決定された横方向動特性の状態の制御不変集合を規定する。車両のモデルは、いくつかの形態を取ることができる。１つの実施形態では、車両モデルは、力が無視される運動学的モデルである。そうしたモデルは、限られた運転条件下で好適である。別の実施形態では、車両モデルは、ニュートンの力−質量のバランスからの動的システムとして表される。
【００４９】
図５Ｂは、いくつかの実施形態によって使用される車両の状態のモデルの概略図を示す。例えば、状態は、
【数１】
2021519719.tif 000003
でモデル化され、式中、ｅｙ及びｅψ＝ψ−ψｄは、道路に位置合わせされた座標枠におけるそれぞれ横方向位置及び車両方位を示し、ψｄは、慣性座標５１０ｂに対する道路の接線の角度である。この車両モデルは線形力学系
【数２】
2021519719.tif 000004
として書くことができ、式中、項
【数３】
2021519719.tif 000005
は、グローバル座標からローカル座標への座標系の変化から来る車両モデルに作用する外乱である。１つの実施形態では、この外乱は、制御不変集合を構成するために使用されるコントローラによって相殺される。
【００５０】
図５Ｃ及び図５Ｄは、制御不変集合に対するシステムの物理的制約の影響の例を示す。具体的には、制御不変集合は、システムの物理的制約に応じて形状及び形態を変化させることができる。例えば、図５Ｃは、時点０における制御不変集合５１０ｃを示し、ここで領域のサイズは、障害物５２０ｃと交差しないように制限されている。
【００５１】
さらに、時点０における領域は、時点１における領域５３０ｃと交差しており、これは、５０９ｃから５２９ｃに１つの時間ステップで移動することが可能であることを意味する。しかしながら、車両の操舵に対する制限も設定されている場合、制限された作動に起因して、これ以上、広い領域に留まることを保証することは不可能であるため、制御不変集合はより小さくなる可能性がある。したがって、図５Ｄに示すように、制御不変集合５１０ｃは５１０ｄまで縮小され、５３０ｃと交差しなくなる。このため、５０９ｃから５２９ｃまでに無衝突軌道を見つけることはできない。
【００５２】
いくつかの実施形態では、領域の集合は、車両の前後方向動特性を考慮することなく車両の横方向動特性について予め決定される。そうした分離により、異なる時点における異なる領域の衝突を決定するために、車両の異なる前後方向変位に対して同じ領域の集合を再使用することができる。代替的な実施形態では、領域の集合は、車両の前後方向動特性を考慮して、車両の横方向動特性に対して予め決定される。例えば、１つの実施形態では、車両の前後方向速度の異なる値に対して異なる領域の集合が決定される。この実施形態により、車両の現在の前後方向速度及び／又は所望の前後方向速度に対応する領域の集合を選択することができる。
【００５３】
図５Ｅは、平衡点の間の接続を決定する代替的な例を示す。概して、時間が増大するに従い、状態は制御不変集合内に維持されるだけでなく平衡点に収束し、これは時間が変化するに従い有効な制御不変集合がサイズを変化させることを意味する。したがって、１つの実施形態では、安全な通路の決定は、時間が増大するに従い安全領域のサイズを縮小することに基づいて行われる。例えば、図５Ｅでは、目的は５０９ｅから５２９ｅに移動することであり、それぞれの不変集合は５１０ｅ及び５３０ｅで示されている。制御の１つの時間ステップにおいて、不変集合５３０ｅはサイズを５４０ｅに変化させ、これは、５４０ｅに含まれる全ての状態が制御の１つの時間ステップで不変集合５３０ｅに到達することができることを意味する。しかしながら、集合５４０ｅは集合５１０ｅを含まないため、５１０ｅ内の全ての状態が５３０ｅに達することができることは確実ではない。しかしながら、制御の更に別の時間ステップでは、集合５３０ｅは５５０ｅにサイズを増大させ、これは５１０ｅを含む。したがって、制御の２つの時間ステップでは、５１０ｅの任意の状態から平衡点５２９ｅに関連する不変集合５３０ｅに到達することが可能であり、したがって、これは、制御の２つの時間ステップで５０９ｅから５２９ｅに移動することが可能であることを意味する。
【００５４】
図６Ａは、いくつかの実施形態による、障害物を考慮することなく、制御の異なる時間ステップに対して異なる領域に対応する平衡点の間のあり得る遷移を規定する状態遷移グラフの一例を示す。図６Ａの例では、車両は横方向変位６００ａに対応する領域内にあり、運動目標は横方向変位６１０ａまで移動することである。例えば、制御の各時間ステップに対して道路上に３つの横方向変位、平衡点がある。所望の横方向変位に達するためのあり得る時系列を形成するあり得る遷移６２０は、状態遷移グラフを形成し、この状態遷移グラフはメモリに記憶される。図６Ａから、横方向変位６１０ａに到達するためのあり得る遷移を評価することができ、６３０ａに対応する状態時系列は、最短時間である制御の２つの時間ステップで横方向変位に到達する平衡点のシーケンスであり、それにより軌道６４０ａが生成されることになる。
【００５５】
図６Ｂは、いくつかの実施形態による、無衝突領域を示すデータ構造を形成するために障害物を検出することに応答して更新された図６Ａのグラフを示す。例えば、図６Ｂは、衝突検出器が障害物６３０ｂを検出し、それにより遷移６４０ｂが無効になる状況を示す。
【００５６】
いくつかの実施形態では、状態遷移グラフは障害物がないと仮定して予め決定され、衝突検出器は障害物の検出に応答してグラフ上の少なくともいくつかの遷移を無効にし、経路プランナーはグラフの有効な遷移を検索して領域の和集合を見つける。例えば、経路プランナーは、最小時系列６５０ｂを検索し、これはここでは、制御の３つの時間ステップである。さらに又は代替的に、いくつかの実施形態では、状態遷移グラフがマルコフ連鎖であるように、遷移は不確実性を含む。
【００５７】
１つの実施形態では、領域の集合は、道路状況のあり得る全ての変動に対して事前計算され、制御システムのメモリに記憶される。この実施形態では、車両の横方向動特性に影響を与える道路の形状の変動は、モーションコントローラ、例えば、制御不変集合に関連する運動制御によって処理される。
【００５８】
図６Ｃは、いくつかの実施形態によって使用される状態遷移グラフを示すデータ構造の概略図を示す。例えば、１つの実施形態は、状態遷移グラフを示す制御の時間ステップにわたる平衡点の組を、上部ブロック対角行列として記憶し、そこでは、あり得る遷移に至る全ての要素は非ゼロである。また、あり得ない遷移に至る全ての要素はゼロである。例えば、制御の時間ステップの数がＮであり、平衡点の数がＭである場合、行列は図６Ｃのような構造でサイズＭＮ×ＭＮとなり、ここで非ゼロ要素の値は、本発明の他の実施形態によって説明するように、或る平衡点から別の平衡点に移動するコストによって決定される。各要素６００ｃはＭ個の要素を含み、合計してＮ個の要素６００ｃがある。対角線より下の全ての要素は、１つの時間ステップより短い時間で平衡点に達することができないため、すなわちシステムが時間因果関係を有するため、ゼロである。不変集合は限られたサイズを有するため、行列の右側までの要素はゼロである。
【００５９】
衝突検出器３４０は、物体の運動を示す時系列信号に基づいて将来の運動を推定する。１つの実施形態では、衝突検出器は、物体の将来の運動が横方向変位に関連する各領域と交差するか否かを判定する。
【００６０】
図７Ａは、安全領域７００ａの部分７１０ａが予測された障害物７２０ａと交差し、そのため衝突検出器が領域７１０ａに対応するグラフ上の遷移を無効にする状況を示す。このようにして、経路プランナーは、初期変位を含む領域を目標変位を含む領域と接続する空間及び時間的領域の和集合を形成する領域の無衝突シーケンスを規定する時系列を決定し、和集合内に初期変位を目標変位と接続する軌道を生成する。例えば、領域７３５ａと７４５ａとの和集合は、空間及び時間的に状態又は平衡点７３０ａ及び７４０ａを接続して、無衝突通路を提供する。その通路内のいかなる軌道も無衝突である。
【００６１】
例えば、１つの実施形態では、経路プランナーは、和集合内での車両の運動のコスト関数を最適化することによって軌道を決定する。さらに又は代替的に、１つの実施形態では、経路プランナーは、和集合を形成する最短時系列を決定する。例えば、経路プランナーは、初期変位及び目標変位を規定する平衡点を接続する軌道を決定することができる。
【００６２】
いくつかの実施形態では、障害物の予測された軌道は、少なくとも経路、速度及び方位／進行方向を含むが、回転速度、加速度及び操舵等の更なる要素も含むことができる。さらに、運動は、運動が或る特定の時間において或る特定の場所にある確率を測定する確率密度関数（ＰＤＦ）として表すことができる。
【００６３】
いくつかの実施形態では、衝突検出器は、物体の運動を示す時系列信号と一致する物体の将来の軌道を推定し、制御の各時間ステップにおいて将来の軌道の各領域との交差の確率を推定し、交差の確率が閾値を下回る場合に、制御の時間ステップにおいて領域を無衝突として検出する。
【００６４】
図７Ｂは、１つの実施形態による無衝突領域を確率論的に決定する概略図を示す。例えば、図７Ｂにおいて、制御の１つの時間ステップにおける障害物７００ｂの推定位置及びその位置の関連するＰＤＦ７１０ｂは、制御の１つの時間ステップにおける平衡点７３０ｂに対応する領域７２０ｂと交差する。安全領域の境界７２１ｂと交差する確率が閾値７４０ｂを上回る場合、平衡点７３０ｂに至る遷移は無効化され、対応する上部ブロック対角行列の対応する要素を設定することによって経路プランナーのグラフ検索から除外される。
【００６５】
いくつかの実施形態は、自車両と共有される環境内を走行する車両が、自車両の軌道と交差する軌道に沿って移動している場合にのみ自車両に対して脅威をもたらすという認識に基づく。しかしながら、この記述を逆にすることができ、それにより、自車両の軌道と交差する仮想軌道は、その仮想軌道に沿って走行する別の車両がある場合にのみ自車両に対して脅威をもたらすということが理解される。
【００６６】
いくつかの実施形態は、自車両に対する他の車両の運動の危険性を評価するのではなく、自車両に対する軌道の危険性を評価することが可能であり、かつ計算上より効率的であるという理解に基づく。これは、運転可能領域、道路交通及び／又は環境の地図によって課せられる実現可能な軌道の数が限られているためである。これらの実現可能な軌道は、計算上効率的な方法で事前計算することができ、車両が、移動中の車両に対して全てのあり得る軌道を生成するのではなく事前計算された軌道を追従するか否かをテストする方が容易である。このようにして、最適な軌道を生成する問題は、割当て及び／又は分類の問題と置き換えられ、そうした問題は計算上より効率的である。
【００６７】
いくつかの実施形態は、実現可能な軌道の自車両の軌道との交差を確率論的に決定することができるという理解に基づく。このようにして、実現可能な軌道は、運転可能領域のより広い空間を網羅する確率密度関数によって表すことができ、それにより、生成すべき実現可能な軌道の数を減少させることができる。同様に、実現可能な軌道への車両の割当てもまた、運動の測定値の不確実性、車両の運転者の運転意図の急激な変化の可能性、及び複数の軌道に属するセグメントに沿った運動の可能性を表すために確率論的に決定することができる。
【００６８】
そのために、いくつかの実施形態は、実現可能な軌道が自車両の軌道と交差する確率と、実現可能な軌道が少なくとも１つの車両によって追従される確率との組合せとして、実現可能な軌道の危険性のレベルを決定する。
【００６９】
図８Ａは、１つの実施形態による、無衝突領域を示すデータ構造を決定する（１３０）、衝突検出器の例示的な一実施態様を示す。例示的な実施態様は、車両の運転領域内を移動する仮想物体の実現可能な軌道の組を決定する（８１０）。次いで、例示的な実施態様は、制御の各時間ステップで各実現可能な軌道が各領域と交差する確率を決定する（８２０）。次いで、例示的な実施態様は、時系列信号を使用して、各実現可能な軌道が少なくとも１つの物体によって追従される確率を決定する。最後に、制御の各時間ステップで各領域と交差する実現可能な軌道の確率と、実現可能な軌道が少なくとも１つの物体によって追従される確率との組合せとして、制御の各時間ステップで各実現可能な軌道が各領域と交差する危険性のレベルが決定され、例示的な実施態様は、制御の時間ステップにおいて全ての実現可能な軌道が領域と交差する危険性のレベルが閾値を下回る場合、制御の時間ステップにおける領域を無衝突として検出することで終了する。
【００７０】
いくつかの実施形態では、実現可能な軌道は、仮想車両の運動の運動学的モデルを使用して、例えば、環境の異なる位置において、一組の運転意図から選択された異なる運転意図で走行する仮想車両の異なるスピードに対して、実現可能な軌道を生成することによって、決定される。
【００７１】
さらに又は代替的に、いくつかの実施形態は、仮想物体の状態空間を反復的にサンプリングし、サンプリングされた状態が運動の意図と一致するときに、仮想物体の運動の意図に対して、実現可能な軌道内にサンプリングされた状態を追加することによって、実現可能な軌道を決定する。
【００７２】
図８Ｂは、いくつかの実施形態による、実現可能な軌道を生成し、それが領域と交差する確率を決定する方法８１０のフローチャートを示す。本方法は、例えば、仮想運転者の様々な意図を満足させながら、車両の初期仮想状態から車両の目標車線への車両の運動を指定する状態のシーケンスを反復的に決定する。異なる実施形態では、初期仮想状態は過去に観測された車両の状態であり、及び／又は初期仮想状態は本方法の以前の反復中に決定された対応する状態である。
【００７３】
図８Ｃは、いくつかの実施形態による仮想運転者の様々な意図を列挙する表を示す。例えば、いくつかの実施形態は、仮想車両を自車両の運転領域に移動させる、環境によって許容される異なる運転意図を実施する各仮想車両に対する実現可能な軌道を決定する。例えば、運転意図の組は、左折意図、右折意図、直進走行意図、左車線変更意図、右車線変更意図、ブレーキ意図、加速意図及び速度維持意図のうちの１つ又は組合せを含む。
【００７４】
運動は、車両の状態を接続する状態遷移によって規定される。各状態は、車両の位置、速度及び進行方向を含む。運動は、終了条件が満たされるまで、例えば、或る期間、所定の反復回数、又は実現可能な軌道が関心領域内にある限り、反復的に決定される。終了条件は、経路プランナー３５０における計画ホライズンに関連して設定することができる。手動運転車両の場合、終了条件は、道路区間の可視性に関連して設定することができる。
【００７５】
図８Ｄは、図８Ｂの方法の反復を例示する状態遷移のシーケンスを示す。本方法は、状態及び遷移が車両の状態に対する静的制約及び動的制約を満足させるように、初期状態８００ｄから開始して、サンプリングされた状態８２０ｄ及び８７０ｄの集合、並びに対応する状態遷移８２１ｄの集合を決定する（８００ｂ）。例えば、本方法は、障害物８９０ｄを回避し、環境の地図からの車両の運動に対する制約８３０ｄを満足させながら、状態８８０ｄで開始し、図８Ｄの状態８６０ｄ及び状態遷移８８１ｄを決定する。
【００７６】
図８Ｅは、１つの実施形態による、サンプリングされた状態の集合を決定する（８００ｂ）例示的な実施態様のフローチャートを示す。決定８００ｂは、環境、以前の反復を使用して決定された状態、及び図８Ｃの運転者の意図に関する情報を使用する。以前の状態の例は、図８Ｄのノード８８０ｄ、８７０ｄ、８２０ｄ及び初期状態８００ｄを含む。
【００７７】
例示的な実施態様は、状態の初期決定８０１ｅを実施する。それが本方法の最初の反復である場合、初期状態は、不確実性が関連付けられた、車両の現在の仮想状態である。不確実性は信頼区間の形状とすることができ、又は、いくつかの可能な場所の形状とすることができる。こうしたシナリオは、例えば、検知システムが非常に不確実な測定値を提供する場合、又は地図が不確実である場合に起こる可能性がある。それ以外の場合、初期状態は本方法の以前の反復によって決定される。
【００７８】
本方法は、予め決定するか又は適応的とすることができる、車両の運動に対する制約を満足させる予測状態の集合をサンプリングする（８０２ｅ）。本発明のいくつかの実施形態では、状態８０２ｅは、動的システムの架空のノイズ源から、すなわちｗｋから、入力の平均値として公称入力を用いて生成される。例えば、ｗｋは、ガウス分布ｗｋ〜Ｎ（ｕｋ，Ｑｋ）から生じるものとして選択することができ、又は実現可能な軌道に関連する特定の意図に適合された確率密度関数（ＰＤＦ）として選択することができる。
【００７９】
本発明の他の実施形態では、サンプリングされた状態８０２ｅは、図８Ｃの意図を使用することによって生成される。運転者の意図は予め既知であり、動的システムのノイズ源から生成された状態は、意図をより十分に満足させるように修正される。例えば、確率関数ｑ（ｘｋ＋１｜ｘｋ，ｙｋ＋１）を用いて状態を生成することができ、それは、時間インデックスｋでの状態と時間インデックスｋ＋１での仕様とを考慮すると、時間インデックスｋ＋１における状態の関数である。
【００８０】
特定の一例として、両方が加法的である場合、ガウスＰＤＦであるｑは、
【数４】
2021519719.tif 000006
として選択することができ、式中、
【数５】
2021519719.tif 000007
及び
【数６】
2021519719.tif 000008
であり、すなわち、状態は、動的システムのノイズ源からランダムサンプルとして生成し、車両の数学的記述を通じて伝播し、意図からの偏差を考慮するように決定論的項で修正することができ、対応する状態は、この修正された項を使用して予測される。
【００８１】
１つの実施形態では、サンプリングされた状態８０２ｅの生成と対応する状態の予測とはループで実行され、ここで反復の回数は事前に決定されている。別の実施形態では、状態８０２ｅの生成は、時間的に先行する意図された軌道の時間ステップに基づいて行われる。例えば、反復の回数は、固定のステップの数として決定することができ、又は、反復は、検知システム３３０のセンサの分解能の関数として決定することができる。８０２ｅが複数の時間ステップで実行されると、状態は、時間インデックスｋ＋１から時間インデックスｋ＋Ｔまでの意図された軌道に対応する全ての位置に従って、すなわち、ｑ（ｘｋ＋１｜ｘｋ，ｙｋ＋１，．．．，ｙｋ＋Ｔ）として生成される。
【００８２】
図８Ｆは、サンプリングされた状態が図８Ｃに示される運転者の意図と一致する確率を更新する方法のフローチャートを示す。具体的には、本方法は、サンプリングされた状態が、運転者の意図と一致する目標状態に至る状態と一致するか否かを判定し（８１２ｆ）、一致の評価に基づいて状態の確率を更新する（８１３ｆ）。例えば、運転者の意図が左車線への変更である場合、目標状態は左車線の中央にある可能性があり、目標状態に至る中間状態は運転者の意図と一致するが、他の状態は運転者の意図と一致しない。
【００８３】
いくつかの実施形態では、決定８１２ｅは、意図／制約のＰＤＦ
【数７】
2021519719.tif 000009
、次の状態、及び以前の反復中に決定された状態の確率
【数８】
2021519719.tif 000010
の組合せとして行われる。例えば、状態が車両の動的モデルに従って生成される場合、確率は仕様のＰＤＦに比例し、すなわち、
【数９】
2021519719.tif 000011
である。別の例として、状態のサンプリングが
【数１０】
2021519719.tif 000012
に従って行われる場合、確率は意図する軌道のＰＤＦの予測に比例し、すなわち、
【数１１】
2021519719.tif 000013
である。１つの実施形態では、確率は、それらがＰＤＦを表すように正規化される。
【００８４】
１つの実施形態において、非ゼロであるが低い確率を有する状態は、いくつかの時間ステップにおいて、より高い確率を有する状態に置き換えられる。例えば、１つの実施形態は、
【数１２】
2021519719.tif 000014
を生成する確率が
【数１３】
2021519719.tif 000015
であるように新しい状態の集合を生成する。別の実施形態では、確率の逆二乗和が何らかの所定の閾値を下回るたびに置換が実施される。このように行うことにより、良好である可能性がある状態のみが使用されることが確実になる。
【００８５】
状態の決定８２０ｂはいくつかの方法で行うことができる。例えば、１つの実施形態は、加重平均関数を使用して
【数１４】
2021519719.tif 000016
として状態を生成することにより、状態を決定する。別の実施形態は、最も高い確率を有する状態、すなわち、
【数１５】
2021519719.tif 000017
として、状態を決定する。さらに又は代替的に、１つの実施形態は、固定数ｍ＜Ｎのサンプリングされた状態にわたって平均することによって状態を決定する。
【００８６】
図８Ｇは、ＰＤＦの各別個のセクションに対して１つの状態を生成する方法の反復の簡易概略図を示す。この例では、状態８２３ｇ及び８２４ｇは、単一の反復に対して選択されている。少なくとも１回の反復に対して複数の状態を選択することにより、車両の現在の状態を車両の目標状態に接続する運動の集合がもたらされる。そのために、１つの実施形態は、運動の集合からコスト関数を最適化する運動を選択する。
【００８７】
図８Ｈは、図８Ｇの第１の反復における５つの状態のあり得る割り当てられた確率を示す。これらの確率８２１ｈ、８２２ｈ、８２３ｈ、８２４ｈ及び８２５ｈは、状態８２１ｇ、８２２ｇ、８２３ｇ、８２４ｇ及び８２５ｇを示すドットのサイズの選択に反映される。
【００８８】
再び図８Ｇを参照すると、状態８２３ｇ及び８２４ｇは、初期状態から次の状態への車両の５つのサンプリングされた状態遷移を再び生成する次の反復のための初期状態になる。
【００８９】
図８Ｉは、１つの実施形態によって使用される総確率密度関数のグラフを示す。例えば、実現可能な軌道が制御の時間ステップの各領域と交差する確率を決定するために、実現可能な軌道は、決定８１０ｂからの確率分布を含む。１つの実施形態では、図８Ｉを参照すると、実現可能な軌道は、総確率密度から最も高い確率を有する軌道８１０ｉとして決定され、１つの実施形態では、それは密度にわたる集約状態８２０ｉとして決定される。１つの実施形態では、確率は、特定の時点でのＰＤＦの部分８３０ｉが特定の時間ステップで領域と交差している大きさの程度として決定される。例えば、ＰＤＦ全体が交差している場合、確率は１である。
【００９０】
実現可能な軌道が自車両の意図された軌道と交差する確率は、いずれかの車両が実現可能な軌道を追従するか否かを示さないため、実現可能な軌道の危険性のレベルを決定するのに十分ではない。
【００９１】
図９は、車両のあり得る実現可能な軌道の一例を示す。車両９１０に対して追従するべき８つのあり得る軌道がある、図９を検討する。仮想の軌道９２０は測定された車両９１０と一致しないため、実現可能な軌道の部分集合は９３０を含む。９３０が自車両の軌道と交差する確率が決定されたと仮定する。次いで、１つの実施形態では、危険性のレベルは、実現可能な軌道が自車両の軌道と交差する確率と、実現可能な軌道が少なくとも１つの車両によって追従される確率との組合せとして決定される。
【００９２】
１つの実施形態は、車両の時系列信号を分類して車両の運転意図を生成し、部分集合からの実現可能な軌道の車両の意図との一致に基づいて部分集合からの各実現可能な軌道の確率を更新する。概念は、以前に観測されたデータを使用して将来行われる決定を予測することができるということである。例えば、車線を変更する運転者の特性が何であるかを学習することによって、将来の車線変更を予測することができる。
【００９３】
図１０Ａは、車両の運転者の意図を判断するためにいくつかの実施形態によって使用される、車両のステアリングホイールの操舵軌道及び車両の加速度軌道の時系列信号を示す。運転者は時点１０１０ａで車線変更を開始する。しかしながら、車線変更の前に、短時間、操舵角のわずかな増大１０２０ａがあることに留意することができる。これは、例えば、車両の運転者が死角に車両があるか否かを確認するために肩越しに見ることに起因する可能性がある。さらに、加速度１０３０ａは、車線変更が開始される前に徐々に上昇を開始し、その後、車線変更を通して維持されることを見ることができる。したがって、記録されたデータからの情報は将来の意図を予測するために使用することができる。
【００９４】
図１０Ｂは、いくつかの実施形態による、部分集合からの実現可能な軌道の、時系列信号からの車両の意図との一致に基づいて、追従すべき各実現可能な軌道の確率８３０を更新する方法１０１０ｂの例示的な実施態様のフローチャートを示す。本方法は、車両の意図を決定する（１０１０ｂ）。例えば、図８Ｃに例示したように、１つの実施形態は以下の意図、すなわち、ブレーキをかける（８６０ｃ）、加速する（８７０ｃ）、又は速度を維持する（８８０ｃ）ことに加えて、左折する（８１０ｃ）、右折する（８２０ｃ）、直進する（８３０ｃ）、左車線に変更する（８４０ｃ）、右車線に変更する（８５０ｃ）ことを考慮する。いくつかの実施形態は、多くの車両の挙動を観察することによって意図を選択する方法を学習する。例えば、１つの実施形態は、深い決定木（deep decision trees）に基づくランダムフォレストアルゴリズムを訓練するために既知の意図を有する車両データを使用し、別の実施形態は、サポートベクトルマシンを訓練し、第３の実施形態は、ニューラルネットワークを訓練する。
【００９５】
次いで、本方法は、実現可能な軌道が車両によって追従される確率を更新する（１０２０ｂ）。１つの実施形態では、この確率は、８１０ｉから生成された実現可能な軌道の確率８１０ｉ、すなわち最も可能性の高い軌道の確率によって更新される。別の実施形態では、更新は、実現可能な軌道のＰＤＦにわたる加重平均８２０ｉによって行われる。
【００９６】
１つの実施形態は、実現可能な軌道が追従される確率と交差する実現可能な軌道の確率を取得し、これらの確率を合わせて重み付けする。例えば、１つの実施形態は確率の加重平均を使用する。
【００９７】
本発明のいくつかの実施形態は、危険性のレベルを使用して、自車両の軌道を調整する。例えば、１つの実施形態では、危険性のレベルが何らかの閾値を上回る場合、車両の実現可能な軌道と自車両のモーションプランナーの軌道との間の衝突余裕時間が計算される。１つの実施形態は、警告音、ダッシュボード上の信号又は両方として、車両の運転者に衝突余裕時間としての危険性のレベルを提供し、次いで、運転者から受け取られた入力コマンドに応答して軌道を調整する。別の実施形態では、閾値を超える危険性のレベルは、自車両の衝突回避モジュールに伝播され、衝突回避モジュールから受け取られた入力コマンドに応答して軌道を調整する。例えば、衝突回避モジュールは、モーションプランナー３５０、又は車両の別のコントローラ３６０とすることができる。入力コマンドは、ステアリングホイール及びスロットルコマンドを含むことができる。
【００９８】
いくつかの実施形態では、経路プランナーは、和集合内での車両の運動のコスト関数を最適化することによって、点の時系列及び対応する軌道を見つける。例えば、図６Ａに概説したように、１つのコスト関数は横方向変位に達するための最短時間である。別のコスト関数は、例えば、乗員に快適な乗り心地を提供する必要性に起因して、車両の運動の滑らかさを最適化することとすることができる。
【００９９】
時系列６３０ａに対応する軌道６４０ａは、いくつかの方法で決定することができる。１つの実施形態では、軌道は、図４Ｄ及び図６Ａに示すように、平衡点を追跡し、経路プランナーによって決定された制御の時間ステップで平衡点を切り替えることによって決定される。
【０１００】
他の実施形態では、制御システムは、車両の前後方向速度を測定する速度計を備え、衝突検出器は、制御の時間ステップに対応する期間と前後方向速度との積に基づいて、制御の時間ステップにおける車両の前後方向変位を決定する。しかしながら、１つの実施形態では、速度計を想定せず、代わりに、衝突検出は、例えば車両の指令された前後方向速度から推定される、一定速度に基づく。
【０１０１】
更に別の実施形態では、車両の現在位置を決定するためにＧＰＳ等の位置センサが車両に装備され、別の実施形態は、送受信機を使用して車両の現在位置を送信し、送信に応答して現在位置を含む道路の形状に対して決定された領域の集合を受信する。
【０１０２】
可変速度
いくつかの実施形態は、時間の連結された無衝突スレッドを形成するために使用される領域の形状が車両速度によって変化するという理解に基づく。例えば、車両が高速で走行する場合、低速の場合より時間的に高速な車線変更を実施する可能性があり、それは、無衝突領域が異なることを意味する。
【０１０３】
図１１Ａは、異なるスピードで領域サイズを変更する実例を示す。道路上に３つの横方向変位１１１０ａ、１１２０ａ及び１１３０ａがある。１つの車両スピードｖ１では、領域１１１１ａに留まることにより、横方向変位１１１０ａから横方向変位１１２０ａに移動することが可能である。同じスピードでは、１１１０ａから１１３０ａに安全に直接移動することは可能でなく、その理由は、領域１１１３ａが横方向変位１１３０ａを包含しないためである。しかしながら、異なる車両スピードｖ２では、１１１０ａから１１２０ａ及び１１３０ａの両方に移動することが可能であり、その理由は、その速度に関連する領域１１１２ａ及び１１１４ａがこれらの横方向変位両方を包含するためである。
【０１０４】
図１１Ｂは、３つの横方向変位１１１０ａ、１１２０ａ及び１１３０ａを使用して異なる速度に対して領域の安全なシーケンスを決定することを示す。２つの障害物１１１０ｂ及び１１２０ｂにより、同じ横方向変位１１１０ａに留まるか、又は速度ｖ１で横方向変位１１２０ａに移動することは不可能になる。その理由は、領域１１１１ａが障害物と交差するためである。同時に、領域１１１３ａは１１３０ａとオーバーラップしないため、スピードｖ１で横方向変位１１３０ａに移動することは可能ではない。しかしながら、車両スピードｖ２に変更することにより、スピードｖ２に関連する領域１１１４ａが１１３０ａとオーバーラップするため、横方向変位１１３０ａに移動することは可能である。このため、車両スピードを変更することにより、障害物１１１０ｂ及び１１２０ｂとの衝突を安全に回避することが可能である。
【０１０５】
異なる速度により、道路上に横方向変位を配置する方法における柔軟性を含むことが可能である。例えば、異なる速度に関連する領域はサイズが変化するため、特定の車両スピードに対していくつかの横方向変位を互いにより近接するように配置することが可能であり、それが有利である場合がある。
【０１０６】
図１２は、異なる車両スピードに対する横方向変位の選択を示す。速度ｖ１では、変位１１１０ａから変位１１２０ａまで移動するために、道路上の３つの横方向変位と３つの時間ステップとで十分である。しかしながら、速度ｖ２では、いずれかの４つの横方向変位が必要であり、その理由は、そうでなければ、空間及び時間的な領域の無衝突シーケンスを形成することが可能でないためである。
【０１０７】
１つの実施形態では、横方向変位の数は、道路上の最終変位ではない各横方向変位が、事前に規定された数の制御の時間ステップで現在の横方向変位の各側における少なくとも１つの隣接する横方向変位に移動するのが可能であることを確実にしながら、特定のスピードに対する横方向変位の間の間隔を最大限にすることによって、決定される。言い換えれば、横方向変位の配置は、変位が依然として接続されているという制約の下で、横方向変位の数を最小限にしようとする最適化問題に対する解として決定される。
【０１０８】
別の実施形態では、横方向変位の数は、制御の関連する時間ステップに対して変位がオーバーラップすることを依然として確実にしながら、車両の乗員に対して滑らかさを最大限にする横方向変位の数として決定される。滑らかさは、滑らかさに関連するパラメータを最小化することによって決定される。例えば、１つの実施形態は、車両の動特性のモデルに含まれる、車両に対する制御入力として操舵速度をモデル化し、安全領域を構成する制御不変集合が領域の安全な無衝突シーケンスを可能にする接続を依然として形成するように、制御の大きさを最小限にする。
【０１０９】
各横方向変位及び各異なる速度に対する全ての異なる領域を記憶することは、計算上かつメモリが膨大なものとなる。このために、いくつかの実施形態は、領域の部分集合を記憶し、異なる速度及び横方向変位に対して同じ領域を利用することで十分であるということを実現する。
【０１１０】
図１３Ａは、いくつかの実施形態によるメモリに記憶すべき領域を選択する概略図を示す。この例では、横方向変位１３１０は４つの領域１３２０、１３３０、１３４０及び１３５０を有し、各々が異なる車両スピードに関連する。領域１３４０は領域１３３０及び１３２０を含み、これにより、領域１３４０が、領域１３２０及び１３３０に関連する速度に対しても使用することができることが確実になる。このように、領域を記憶するために必要なメモリが低減する。
【０１１１】
１つの実施形態では、同じ領域が複数のスピードに使用され、制御の異なる時間ステップに対する横方向変位の間の接続性を決定することは、異なるスピードに対して同じ領域を使用することである。実際に、障害物が領域１３４０と交差しない場合、障害物はまた、領域１３４０のいかなる部分領域とも交差しない。しかしながら、領域１３５０は、他の領域のいずれにも含まれず、それ自体他のいかなる領域も包含しない。このため、横方向変位１３１０に対して、最初に４つの異なる領域があるにも関わらず、２つの領域１３４０及び１３５０を使用することで十分である。
【０１１２】
１つの実施形態では、メモリに記憶する必要がある領域の数を更に低減させるために、最適化ルーチンを使用して、領域１３５０もまた複数の領域内に含まれるような領域を見つける。図１３Ｂは、他の全ての領域が包含されるような追加の領域１３６０ｂが決定されている状況を示す。いくつかの実施態様では、この問題は、推定問題として提示され、目的は、他の速度に関連する他の全ての領域を包含しながら、領域１３６０ｂの体積を最小限にすることであり、これには、その領域に関連するコントローラを見つけることが含まれる。このように行うことにより、衝突が最小限になり、メモリ要件が最小化されるような保守性が確保される。
【０１１３】
領域１３４０と交差する障害物をテストするとき、制御の特定の時間ステップにおける車両に対する障害物位置は、異なる車両スピードに対して異なることになる。このため、異なるスピードに対して同じ領域を使用することにより幾分かの保守性が導入されるとともに、異なる相対位置により、異なるスピードに対して異なる領域を識別することが可能であることが依然として確実になる。
【０１１４】
いくつかの実施形態では、異なるスピードは、それらがいかに望ましいかによるシーケンスで順序付けされる。例えば、特定の道路に対する制限スピードが所望のスピードであり、その制限スピードを超えることは交通規則に違反すると想定すると、自然な順序は、その制限スピードで開始し、最低スピードに達するまで降順でトラバースすることである。その後にのみ、領域の無衝突シーケンスが見つかっていないとすると、制限スピードを超えるスピードがテストされる。
【０１１５】
図１４Ａは、あり得るスピード順序付けの図を示す。第１の優先事項は、制限スピードを維持することである。それが可能でない場合、すなわち、横方向変位の無衝突シーケンスを形成する領域の和集合のシーケンスがない場合、１つの実施形態は、解が見つかるまで、公称車両速度１４２０のシーケンスを通して反復する。再び図１２を参照すると、このように行うことにより、異なるスピードに対する接続性を確保するために、異なる車両スピードに対して横方向変位の数を変更することが確実に行える。
【０１１６】
１つの実施形態では、ゼロスピードは、トラバースする速度のシーケンスにある。図１４Ｂは、停止まで低下する全ての速度を含まない別の順序付け１４２０を示す。
【０１１７】
公称スピードの集合の分解能、すなわち、無衝突シーケンスに対してテストする公称車両スピードの数は、安全領域のサイズによって決まる可能性がある。例えば、図１３Ａを参照すると、領域１３５０が公称スピードｖ１に対応し、領域１３４０が公称スピードｖ２に対応し、領域１３３０が公称スピードｖ３に対応し、領域１３２０がスピードｖ４に対応する場合、領域１３５０は領域１３４０、１３３０又は１３２０のいずれも包含しないため、ｖ１からｖ２、ｖ３又はｖ４のいずれにも即座にスピードを変更することは可能ではない。しかしながら、図５Ｅを参照すると、制御の異なる時間ステップに対して異なる領域の縮小を決定することにより、或る特定の数の制御の時間ステップにおいて、領域１３５０に対応するスピードｖ１から領域１３４０に対応するスピードｖ２に達することは可能であり得る。例えば、図５Ｅにおける領域５３０ｅが領域１３５０であり、領域５１０ｅが領域１３４０である場合、制御の異なる時間ステップに対して領域５３０ｅのサイズ及び形状を変更することにより、領域５５０ｅが制御の２つの時間ステップの後の領域５３０ｅに対応するため、制御の２つの時間ステップでスピードｖ２に達することが可能である。
【０１１８】
別の実施形態では、車両スピードの分解能すなわち離散化レベルは、車両の乗員に対して快適な乗り心地を確保する滑らかさの条件に基づいて決定される。例えば、１つの実施形態は、公称車両スピードの分解能を決定するときに車両の前後方向スピードコントローラをモデル化する。許容される加速度の最大値及び最小値が決定され、スピードの分解能は、最小値及び最大値のいずれも超えない最大分解能として決定される。
【０１１９】
図１４Ｃは、本発明のいくつかの実施形態による異なるスピードの間での安全な遷移を確実に行う方法の図を示す。異なる車両スピード１４０９ｃに、いくつかの領域１４１０ｃ、１４２０ｃ、１４３０ｃ及び１４４０ｃが関連付けられ、各領域が、本発明の他の実施形態によって決定されるような複数のスピードに対して使用される。例えば、領域１４１０ｃは、スピードｖ１、ｖ１１、ｖ１２及びｖ２に対して適用可能である。ここで、車両がスピードｖ２で走行しており、ｖ１及びｖ２の範囲におけるスピードのいずれに対しても領域の無衝突シーケンスがないと想定する。しかしながら、領域１４２０ｃはスピードｖ２、ｖ２１、ｖ２２及びｖ３に適用可能である。このため、無衝突軌道をもたらす領域の無衝突シーケンスがある場合、スピードｖ２からスピードｖ２１、ｖ２２及びｖ３のうちの任意のものへ、確実に安全な遷移を行うことができる。
【０１２０】
１つの実施形態では、好ましいスピードは、車両の乗員により、例えば、音声又はダッシュボードを使用して設定される。別の実施形態では、好ましいスピードは、制限スピードに対応するスピードである。
【０１２１】
１つの実施形態では、障害物位置は、好ましいスピード等、公称スピードに対する車両の座標系で決定される。そして、障害物位置と第２のスピードに対する領域を後続して無効にすることとが、好ましいスピードと第２のスピードとの差を考慮することにより制御の異なる時間ステップに対して障害物位置を移動させることにより、決定される。公称スピードを使用し、このように行うことにより、確実に計算が減少する。
【０１２２】
図１５は、一組の移動する障害物又は物体（以降、車両と同義で示す）と共有される道路上を走行する車両を制御する方法のフローチャートを示す。本方法は、本方法のステップを実施するために必要な情報を記憶するメモリを使用する。本方法は、メモリ１５０９から、道路上の車両の横方向変位及び方位を規定する一組の所望のスピード及び一組の平衡点と、平衡点に対応する車両の横方向動特性の状態の領域の集合とを抽出し（１５１０）、ここでは、横方向動特性の各状態は、横方向変位、横方向変位の変化率、横方向方位及び横方向方位の変化率を含む。各領域は、或る領域内の或る状態を有する車両がその領域内でその状態を維持することができるように、所望のスピードのうちの少なくとも１つに対して決定された横方向動特性の状態の制御不変集合を規定する。いくつかの実施態様では、各領域は対応する平衡点を含み、少なくとも１つの隣接する領域と交差する。
【０１２３】
本方法は、車両に直接接続されているか又は車両に遠隔接続されている少なくとも１つのセンサからの情報１５１９を使用して、センサによって検出された一組の移動物体における各物体の運動を示す時系列信号１５２１を生成する（１５２０）。測定値は、カメラ測定値又はレーザ／ＬＩＤＡＲ測定値を含むことができる。測定値は、車車間通信からの測定値を含むことができ、測定値はＧＰＳデータを含むことができる。測定シーケンスの長さは、車両ごとに異なる可能性がある。
【０１２４】
本方法は、時系列信号１５２１とメモリからの抽出された情報１５１１とを使用して、制御の異なる時間ステップにおける無衝突領域を示すデータ構造を決定する（１５３０）。この決定１５３０において、衝突検出器は、時間ホライズン内での制御の各時間ステップにおける少なくとも１つの物体との各領域の衝突を、制御のその時間ステップにおける物体の軌道が、所定の所望のスピードに対する制御のその時間ステップでの車両の前後方向変位とその領域の横方向変位の値の範囲とによって規定される空間と交差する場合に検出する。次いで、本方法は、決定されたデータ構造１５３１を用いて、経路プランナーを使用して、少なくとも１つの基準スピードに対して、初期変位を含む領域を目標変位を含む領域と接続する空間及び時間的領域の和集合を形成する領域の無衝突シーケンスを規定する時系列を決定して（１５４０）、和集合内に初期変位を目標変位と接続する軌道１５４１を生成する。最後に、本方法は、軌道１５４１に従う車両運動１５５１を生成するように車両を制御する（１５５０）。
【０１２５】
図１６は、本発明の実施形態による、無衝突領域を示すデータ構造を決定し（１５３０）、横方向変位の無衝突シーケンスと対応する車両軌道とを決定する（１５４０）方法の例示的な実施態様を示す。本方法は、車両の所望のスピードを選び出す（１６０９）。そして、本方法は、所望のスピードに対する横方向変位及び関連する領域を使用して、それらの領域と交差する障害物の予測をチェックする（１６１０）。本方法は、制御の各時間ステップに対して、少なくとも１つの障害物が関連する領域と交差する、対応する横方向変位を除外する（１６２０）。そして、本方法は、現在位置１６２８及び目標変位１６２９を使用して、現在位置に関連する初期変位を決定し（１６３０）、目標変位に対する解を見つけようとする。１つの実施形態では、初期変位は、現在位置に最も近い変位として選択される。解が見つかると、本方法は、終了して、本発明の他の実施形態に従って車両を制御する。無衝突解をもたらす変位のシーケンスがない場合、別の所望のスピード１６０９が選択され、本方法は別の反復を実施する。
【０１２６】
１つの実施形態では、経路プランナーは、無衝突領域の和集合内で車両の運動のコスト関数を最適化することにより軌道を決定する。例えば、１つの実施形態では、制御の時間ステップにおける異なる変位の間の遷移のコストは、車線の中央からの逸脱と周囲の障害物までの距離との組合せとして決定される。
【０１２７】
図１７は、１つの実施形態によって使用される状態遷移に対するコスト関数の選択の図を示す。例えば、道路は、２車線一方通行道路とすることができる。車線の間に対応する横方向変位に遷移するコストは、制御の時間ステップが増大するに従って増大し、車線の中央のいずれかの近くに留まるコストは低く維持される。そのように行うことにより、経路プランナーが早い段階で車線を変更することを優先的に選択することが確実になり、それにより、道路上での他の物体までの距離が増大する。
【０１２８】
本発明の上記の実施形態は、数多くの方法のいずれにおいても実現することができる。例えば、それらの実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア又はその組み合わせを用いて実現することができる。ソフトウェアにおいて実現されるとき、そのソフトウェアコードは、単一のコンピューター内に設けられるにしても、複数のコンピューター間に分散されるにしても、任意の適切なプロセッサ、又はプロセッサの集合体において実行することができる。そのようなプロセッサは集積回路として実現することができ、集積回路構成要素内に１つ以上のプロセッサが含まれる。一方、プロセッサは、任意の適切な構成における回路を用いて実現することができる。
【０１２９】
付加的又は代替的に、上述の実施形態は、様々な実施形態の方法を実行するプロセッサによって実行可能なプログラムを具現化した非一時的コンピューター可読記憶媒体として実現することができる。
【０１３０】
また、本明細書において概説される様々な方法又はプロセスは、種々のオペレーティングシステム又はプラットフォームのいずれか１つを利用する１つ以上のプロセッサ上で実行可能であるソフトウェアとしてコード化することができる。さらに、そのようなソフトウェアは、いくつかの適切なプログラミング言語及び／又はプログラミングツール若しくはスクリプト記述ツールのいずれかを用いて書くことができ、フレームワーク又は仮想機械上で実行される実行可能機械語コード又は中間コードとしてコンパイルすることもできる。通常、プログラムモジュールの機能は、種々の実施形態において望ましいように、組み合わせることもできるし、分散させることもできる。
【０１３１】
また、本発明の実施形態は方法として具現することができ、その一例が提供されてきた。その方法の一部として実行される動作は、任意の適切な方法において順序化することができる。したがって、例示的な実施形態において順次の動作として示される場合であっても、例示されるのとは異なる順序において動作が実行される実施形態を構成することもでき、異なる順序は、いくつかの動作を同時に実行することを含むことができる。
【図１Ａ】
2021519719.tif 000018
【図１Ｂ】
2021519719.tif 000019
【図２】
2021519719.tif 000020
【図３Ａ】
2021519719.tif 000021
【図３Ｂ】
2021519719.tif 000022
【図４Ａ】
2021519719.tif 000023
【図４Ｂ】
2021519719.tif 000024
【図４Ｃ】
2021519719.tif 000025
【図４Ｄ】
2021519719.tif 000026
【図５Ａ】
2021519719.tif 000027
【図５Ｂ】
2021519719.tif 000028
【図５Ｃ】
2021519719.tif 000029
【図５Ｄ】
2021519719.tif 000030
【図５Ｅ】
2021519719.tif 000031
【図６Ａ】
2021519719.tif 000032
【図６Ｂ】
2021519719.tif 000033
【図６Ｃ】
2021519719.tif 000034
【図７Ａ】
2021519719.tif 000035
【図７Ｂ】
2021519719.tif 000036
【図８Ａ】
2021519719.tif 000037
【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図８Ｆ】
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【図８Ｇ】
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【図８Ｈ】
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【図８Ｉ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年10月23日(2020.10.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一組の移動物体と共有する道路上を走行する車両の運動を制御する車両の制御システムであって、
前記車両が走行した前記道路上の横方向変位を規定する一組の平衡点を記憶し、かつ前記一組の平衡点に対応する前記車両の横方向動特性の状態の領域の集合を記憶するメモリであって、横方向動特性の各状態は、横方向変位、前記横方向変位の変化率、横方向方位及び前記横方向方位の変化率を含み、各前記領域は、前記車両の異なるスピードに対して、或るスピードに対して決定された或る領域内で或る状態を有する前記車両が前記或るスピードで移動している間に前記領域内でその状態を維持することができるように決定された、前記横方向動特性の前記状態の制御不変集合を規定し、各前記領域は、対応する平衡点を含み、少なくとも１つの隣接する領域と交差し、各前記平衡点は、異なるスピードに対して決定された１つ又は複数の領域に関連付けられる、メモリと、
前記車両と共有する道路上での前記一組の移動物体内の各物体の運動軌道を示す時系列信号を生成する少なくとも１つのセンサと、
第１のスピードに対して、時間ホライズン内での制御の各時間ステップにおける少なくとも１つの物体との決定された各前記領域の衝突を、制御の前記時間ステップにおける前記物体の運動軌道が、制御の前記時間ステップにおける前記車両の前後方向変位と、前記領域の横方向変位の値の範囲とによって規定される空間と交差する場合に検出して、制御の異なる時間ステップにおける無衝突領域を示すデータ構造を生成する衝突検出器と、
初期変位を含む領域を、目標変位を含む領域と接続する空間及び時間的な領域の和集合を形成する領域の無衝突シーケンスを規定する時系列を決定して、前記和集合内に前記初期変位を前記目標変位と接続する軌道を生成する経路プランナーと、
生成された軌道に従って前記車両を制御するコントローラと、
を備える、制御システム。
【請求項２】
前記衝突検出器は、前記経路プランナーが、前記第１のスピードに対して決定された前記領域の無衝突シーケンスを規定する時系列を決定しなかった場合、第２のスピードに対して決定される各前記領域の衝突を検出し、前記経路プランナーは、前記車両を制御するために前記第２のスピードに対して決定された前記領域の無衝突シーケンスを決定する、請求項１に記載の制御システム。
【請求項３】
前記衝突検出器は、前記領域の無衝突シーケンスが決定されるスピードの値が見つかるまで、異なるスピードの値で反復する、請求項２に記載の制御システム。
【請求項４】
前記第１のスピードは、前記車両の現在のスピードである、請求項２に記載の制御システム。
【請求項５】
前記車両の現在の変位を表す平衡点に対して決定される領域は、前記第１のスピード及び前記第２のスピードを含むスピードのシーケンスを包含する、請求項２に記載の制御システム。
【請求項６】
前記衝突検出器は、前記第１のスピードで移動する前記車両の将来の状態を計算することにより、前記第１のスピードに対する障害物位置を決定し、前記第１のスピードと前記第２のスピードとの差に基づいて前記第１のスピードで移動する前記車両の将来の状態を調整することにより、前記第２のスピードに対する前記障害物位置を決定する、請求項２に記載の制御システム。
【請求項７】
前記領域を決定するスピードは、少なくとも１つのスピードに対して同様の横方向変位での異なるスピードに対応する前記領域がオーバーラップするように選択される、請求項２に記載の制御システム。
【請求項８】
前記領域を決定するスピードは、制限スピードに対応する最大スピードから開始して降順で反復的にテストされる、請求項２に記載の制御システム。
【請求項９】
前記メモリは、障害物を考慮せずに同じスピード及び異なるスピードに対して決定された制御の異なる時間ステップに対する領域間のあり得る遷移を規定する状態遷移グラフを表すデータ構造を記憶し、
前記衝突検出器は、前記障害物の検出に応答して前記状態遷移グラフ上の少なくともいくつかの遷移を無効にして、前記無衝突領域を示す前記データ構造を形成し、
前記経路プランナーは、前記状態遷移グラフの有効な遷移を探索して領域の前記和集合を見つける、請求項１に記載の制御システム。
【請求項１０】
前記状態遷移グラフを示すデータ構造は、上部ブロック対角行列を含む、請求項９に記載の制御システム。
【請求項１１】
前記衝突検出器は、前記物体の運動を示す時系列信号と一致する前記物体の将来の軌道を推定し、制御の各時間ステップにおいて前記将来の軌道の各領域との交差の確率を推定し、前記交差の確率が閾値を下回る場合に、制御の時間ステップにおいて前記領域を無衝突として検出する、請求項１に記載の制御システム。
【請求項１２】
前記衝突検出器は、
前記車両の運転領域内を移動する仮想物体の一組の実現可能な軌道を決定し、
制御の各時間ステップにおいて各前記実現可能な軌道が各領域と交差する確率を決定し、
前記時系列信号を使用して、各前記実現可能な軌道が少なくとも１つの物体によって追従される確率を決定し、
制御の各時間ステップにおいて各前記実現可能な軌道が各領域と交差する危険性のレベルを、制御の各時間ステップにおいて前記実現可能な軌道が各前記領域と交差する確率と、前記実現可能な軌道が少なくとも１つの物体によって追従される確率との組合せとして決定し、
制御の時間ステップにおける領域を、制御の時間ステップにおいて全ての実現可能な軌道が前記領域と交差する前記危険性のレベルが閾値を下回る場合、無衝突として検出する、
ように構成されている、請求項１に記載の制御システム。
【請求項１３】
前記実現可能な軌道は、仮想車両の運動の運動学的モデルを使用して決定され、
環境の異なる位置において、一組の運転意図から選択された異なる運転意図で走行する前記仮想車両の異なるスピードに対して生成される、請求項１２に記載の制御システム。
【請求項１４】
前記車両の現在のスピードを測定する速度計を更に備え、前記衝突検出器は、制御の前記時間ステップに対応する期間と前記現在のスピードとの積に基づいて、制御の前記時間ステップにおける前記車両の前記前後方向変位を決定する、請求項１に記載の制御システム。
【請求項１５】
一組の移動物体と共有される道路上を走行する車両の運動を制御する制御方法であって、前記制御方法は、前記車両が走行した前記道路上の横方向変位を規定する一組の平衡点を記憶し、かつ前記一組の平衡点に対応する前記車両の横方向動特性の状態の領域の集合を記憶するように構成されたメモリに結合された、少なくとも１つのプロセッサを使用し、横方向動特性の各前記状態は、横方向変位、前記横方向変位の変化率、横方向方位及び前記横方向方位の変化率を含み、各前記領域は、前記車両の異なるスピードに対して、或るスピードに対して決定された或る領域内で或る状態を有する前記車両が前記或るスピードで移動している間に前記領域内でその状態を維持することができるように決定された、前記横方向動特性の前記状態の制御不変集合を規定し、各前記領域は、対応する平衡点を含み、少なくとも１つの隣接する領域と交差し、各前記平衡点は、異なるスピードに対して決定された１つ又は複数の領域に関連付けられ、前記プロセッサは、前記制御方法を実施する記憶された命令と結合され、前記プロセッサによって実行されたときに、前記命令は前記制御方法のステップを実行し、前記制御方法は、
前記車両と共有される道路上の一組の移動物体における各物体の運動軌道を示す時系列信号を生成することと、
第１のスピードに対して、時間ホライズン内での制御の各時間ステップにおける少なくとも１つの物体との各領域の衝突を、制御の時間ステップにおける前記物体の運動軌道が、制御の時間ステップにおける前記車両の前後方向変位と、前記領域の前記横方向変位の値の範囲とによって規定される空間と交差する場合に検出して、制御の異なる時間ステップにおける無衝突領域を示すデータ構造を生成することと、
初期変位を含む領域を、目標変位を含む領域と接続する空間及び時間的な領域の和集合を形成する領域の無衝突シーケンスを規定する時系列を決定して、前記和集合内に前記初期変位を前記目標変位と接続する軌道を生成することと、
生成された軌道に従って前記車両を制御することと、
を含む、制御方法。
【国際調査報告】
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