CN101405174A - 回避操作计算装置、回避控制装置、具备各装置的车辆、回避操作计算方法及回避控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种回避操作计算装置、回避控制装置、具备各装置的车辆、回避操作计算方法及回避控制方法，该回避操作计算装置对本车辆在道路的可行驶范围内可进行障碍物的回避的驾驶操作量进行计算。该回避操作计算装置具备有：道路边界检测部，其对车辆(12)行驶的道路(13)及其边界部(29)进行检测；障碍物检测部，其对道路(13)上所存在的障碍物(14)进行检测；本车辆信息检测部，其对车辆(12)的信息进行检测；回避操作计算部(28)，其对用于在道路(13)上回避障碍物(14)的操作量进行计算。

Description

回避操作计算装置、回避控制装置、具备各装置的车辆、回避操作计算方法及回避控制方法

技术领域

本发明涉及用于回避本车辆行驶的道路上的障碍物的回避操作计算装置、回避控制装置、具备各装置的车辆、回避操作计算方法以及回避控制方法。

背景技术

现有的行驶安全装置对本车辆行驶的道路上的障碍物进行检测，在检测到障碍物时，驱动电动动力转向装置的驱动装置来操纵本车辆。由此，使本车辆回避障碍物。该行驶安全装置由于随着回避障碍物而使本车辆行驶的方向偏离道路的方向即沿着道路的走向形状的方向，因此驾驶员必须进行使本车辆的行驶方向回到道路方向的转向，该转向成为驾驶员的负担。另外，利用行驶安全装置的转向使本车辆的行驶方向偏离道路的方向，因此使驾驶员感觉到不协调。

因此，(日本)特开2001-1925号公报(第2～18页，第5图)记载了一种行驶安全装置，若判断出已经回避了障碍物，则按照使本车辆的行进方向与道路的方向相一致的方式来进行转向。由于该行驶安全装置在使本车辆回避了障碍物之后，使偏离了道路方向的本车辆的行进方向再次与道路方向相一致，因而与只有回避操作的情况相比较，可减轻驾驶员的负担及不协调感。

上述的现有行驶安全装置所进行的操作只考虑障碍物并回避障碍物。但是，由于一般道路的宽度即在道路上的可行驶的范围有限，因而若进行行驶安全装置的转向，则有可能使本车辆过于靠近道路的边缘。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供一种本车辆在道路的可行驶的范围内计算出能够回避障碍物的驾驶操作量的回避操作计算装置、基于由该回避操作计算装置计算得出的驾驶操作量来进行驾驶操作的回避控制装置、具备这些装置的本车辆、回避操作计算方法及回避控制方法。

为了解决上述的课题，本发明的回避操作计算装置具备：道路边界检测部，其位于本车辆的前方，对本车辆行驶的道路及其边界部进行检测；障碍物检测部，其对本车辆前方道路上所存在的障碍物进行检测；本车辆信息检测部，其对相对于道路方向的作为本车辆行驶方向的姿势角、在道路上的本车辆位置及本车辆速度进行检测；回避操作计算部，其基于来自各检测部的检测信息计算出用于在道路上回避障碍物的操作量。

本发明的回避操作计算装置，在计算用于回避障碍物的操作量时，除了障碍物之外还考虑道路的边界部并计算操作量。即，回避操作计算装置所计算得出的操作量，其可使本车辆在道路的宽度即可行驶的范围内回避障碍物。因此，回避操作计算装置例如可计算出即使在道路两侧设置有围墙的情况下，也可使本车辆回避障碍物，而且不过于靠边就可回到回避前的行进路线的操作量。

附图说明

图1是示意性表示采用了本发明的回避操作计算装置及回避控制装置的车辆的平面图；

图2是表示回避控制装置的框图；

图3是表示假想实际上进行回避的实施例1的情况的示意平面图；

图4是用于说明将被处理的信息展示于坐标系的平面图；

图5是车辆运动模式中的一例轮胎侧向力的函数形状的曲线图；

图6是表示实施例1的假想场面的由障碍物及道路边界构成的评价项在某时刻的一例函数形状的曲线图；

图7是表示回避操作计算装置的处理的时序图；

图8是表示由实施例1的回避操作计算装置计算得出的一例最佳驾驶操作量的曲线图；

图9表示由实施例1的回避控制装置进行的车辆回避障碍物的移动轨迹的平面图；

图10是表示只考虑障碍物的现有的回避障碍物的移动轨迹的平面图；

图11是表示只考虑障碍物的现有的用于回避障碍物的驾驶操作量的曲线图；

图12是表示本发明的回避控制装置的另一例的框图；

图13是表示实际可进行回避的假想的实施例2的场面的示意平面图；

图14是用于说明实施例2的姿势角目标值的设定方法的平面图；

图15是表示由实施例2的回避控制装置进行的车辆回避障碍物的移动轨迹的平面图；

图16是表示本发明的实施例2的最佳驾驶操作量的生成区间及回避转向的执行区间即执行区间的时间变化的曲线图；

图17是示意性表示采用了本发明的回避操作计算装置及回避控制装置的车辆的另一例的平面图；

图18是表示本发明的回避控制装置的另一例的框图；

图19是假想实际上进行回避的实施例2的情形的示意性平面图，是说明坐标系的设定方法的附图；

图20是用于说明在实施例3所假想的情形下的姿势角目标值的设定方法的平面图；

图21是表示利用实施例3的回避控制装置进行的车辆回避障碍物的移动轨迹的平面图。

具体实施方式

按照图1～21所示的各实施例来详细说明本发明。

实施例1

图1是示意性表示采用了本发明的回避操作计算装置10及具备该回避操作计算装置的回避控制装置11的车辆12的平面图，图2是表示回避控制装置11的框图。

回避操作计算装置10，在车辆12(本车辆)行驶的道路13上存在障碍物14(参照图3)的情况下，对车辆12可回避障碍物14的驾驶操作量进行计算。回避控制装置11具备有回避操作计算装置10和车辆运动控制部15。车辆运动控制部15进行驾驶操作由回避操作计算装置10计算得出的驾驶控制量。

在车辆12上设置有：摄像机16、车速传感器17、偏航率传感器18、加速度传感器19、微处理器20、转向角传感器21、转向用电动机22、转向角伺服控制器23。在实施例1中，车辆12采用齿轮齿条方式的前轮转向机构，转向角传感器21、转向用电动机22及转向角伺服控制器23与前轮转向机构相对应而设置。如下所述，转向角传感器21安装于前轮转向机构，与转向角伺服控制器23电连接。转向角伺服控制器23与转向用电动机22及微处理器20电连接。该微处理器20分别与摄像机16、车速传感器17、偏航率传感器18及加速度传感器19电连接。

摄像机16被安装于车辆12的车厢内，对车辆12的前方进行拍摄。在实施例1中，摄像机16左右成对设置有两台。下述的微处理器20的采集信息处理部24(参照图2)根据来自摄像机16的图像信息来生成图像，在对图像内的信息进行三维处理。采集信息处理部24例如对自车辆12存在的位置至障碍物14(参照图3)的距离进行检测。摄像机16向下述的采集信息处理部24的本车信息处理部25、障碍物信息处理部26及道路边界信息处理部27(参照图2)输出图像信息。

车速传感器17生成用于对车辆12的行驶速度进行检测的信号。在实施例1中，车速传感器17由安装于车辆12的车轮上的回转式编码器构成，并将与车轮的旋转成比例的脉冲信号输出到本车信息处理部25(参照图2)。

偏航率传感器18将用于检测车辆12中产生的偏航率的信号输出到本车信息处理部25(参照图2)。偏航率传感器18由水晶振子或者半导体构成。

加速度传感器19将用于检测车辆12所产生的特定方向的加速度的信号输出到本车信息处理部25(参照图2)。加速度传感器19例如由压电元件构成。在实施例1中，加速度传感器19以生成车辆12所产生的宽度方向加速度相对应的信号的形式来设定。

微处理器20由A/D转换电路、D/A转换电路、中央运算处理装置、存储器等构成。微处理器20作为采集信息处理部24、回避操作计算部28而发挥作用，具有存储器35(参照图2)。如下所述，采集信息处理部24对来自摄像机16及各传感器17～19的信号进行处理并生成各种信息，回避操作计算部28根据来自采集信息处理部24的各种信息来计算驾驶操作量，并将与计算得出的驾驶操作量相对应的信号输出到转向角伺服控制器23。由此，因为微处理器20根据来自摄像机16及各传感器17～19的信号来计算驾驶操作量，因而，使摄像机16、各传感器17～19及微处理器20作为回避操作计算装置10发挥作用。存储器35储存有信息，与采集信息处理部24及回避操作计算部28进行信息的存取。

转向角伺服控制器23由进行各种运算的微处理器和用于驱动转向用电动机22的升压电路等(未图示)构成，进行与从回避操作计算部28输出的信号相对应的驾驶操作量、即与被输出的信号相对应的转向角为目标的伺服控制。

转向角传感器21将用于检测实际转向的转向角的信号输出到转向角伺服控制器23。转向角伺服控制器23将基于该信号的信息作为伺服控制中的反馈信息来利用。在实施例1中，转向角传感器21将前轮转向机构中的与齿条行程量相对应的信号输出到转向角伺服控制器23。转向角伺服控制器23可根据该信号来检测转向角。

转向用电动机22除了驾驶员的操作之外，还根据来自转向角伺服控制器23的信号进行转向。在本实施例1中，转向用电动机22通过用电动机使前轮转向机构的行星齿轮转动来进行转向。

这样，转向角伺服控制器23通过驱动转向用电动机22来进行转向。转向角传感器21通过将该转向的转向量反馈到转向角伺服控制器23，将驾驶操作进行由回避操作计算装置10计算得出的驾驶操作量。因此，转向角传感器21、转向用电动机22及转向角伺服控制器23作为车辆运动控制部15而发挥作用。因此，如图2所示，回避操作计算装置10及车辆运动控制部15构成回避控制装置11。

如上所述，回避操作计算装置10具有采集信息处理部24和回避操作计算部28，其中，采集信息处理部24对来自摄像机16及各传感器17～19的信号进行处理并生成各种信息，回避操作计算部28根据所生成的各种信息来计算驾驶操作量。在实施例1中，采集信息处理部24具有：本车信息处理部25、障碍物信息处理部26及道路边界信息处理部27。本车信息处理部25根据来自摄像机16及各传感器17～19的信号生成本车辆(车辆12)的信息，障碍物信息处理部26生成障碍物14的信息，道路边界信息处理部27生成道路13的可行驶范围的信息。

在实施例1中，所谓的本车辆信息(本车辆的信息)，是指车辆相对于行驶的道路13的车辆12的位置、车辆12的姿势角θ(参照图4)、车辆12所生成的偏航率γ、车辆12所产生的侧滑角β(参照图4)以及车辆12的行驶速度v。姿势角θ是相对于道路13的方向即相对于道路13的走向形状延伸的方向，与车辆12前进的方向所形成的角度。侧滑角β是相对于根据实际转向预测的车辆12的前进方向，与车辆12实际前进的方向所形成的角度。

车辆12相对于道路13的位置是通过对从成对的摄像机16输出的图像信号进行图像处理来进行检测的。

假设道路为直线，则如后述，姿势角θ是道路边界信息处理部27检测到的道路13的边界部29和车辆12(本车)所朝向的方向而形成的角。姿势角θ也可以通过设定适当的初始值，对来自偏航率传感器18的输出值进行积分来计算。该适当的初始值，例如是沿道路13的方向行驶的车辆12的前进方向，即为了回避的驾驶操作之前车辆12前进的方向。

如上所述，偏航率γ及行驶速度v是根据来自偏航角传感器18及车速传感器17的输出信号检测到的。

若设车辆12的前后方向的速度为v_x、车辆12的宽度方向的速度为v_y，则侧滑角β可通过下式(1)计算。

B＝arctan(v_y/v_x)......(1)

可以认为，宽度方向的速度成分与前后方向的速度成分相比非常小，v_x就是v。另外，v_y是通过对加速度传感器19的输出进行积分而求出的。因此，可根据式(1)得到侧滑角β的近似值。而已知有基于车轮速度、偏航率、横向加速度等，通过观测者推导出更高精度的侧滑角的公知技术。因此，也可以使用这样的方法来求出侧滑角β。

障碍物信息是通过对从成对的摄像机16所输入的图像信息进行图像处理而检测到的。

道路13的可行驶的范围是基于道路13及其边界部29(参照图3)而检测出的。在此，道路13及其边界部29都是通过对从成对的摄像机16输入的图像信息进行图像处理而检测出的。

如上所述，本车信息处理部25通过与摄像机16、车速传感器17、偏航角传感器18及加速度传感器19协动而作为本车信息检测部发挥作用，障碍物信息处理部26通过与摄像机16协动而作为障碍物检测部发挥作用。另外，道路边界信息处理部27通过与摄像机16协动而作为道路边界检测部发挥作用。而由图像处理进行的障碍物及道路边界的检测方法，由于大多数方法都作为公知技术被公开，因而在此省略其详细说明。

这样，采集信息处理部24根据来自摄像机16及各传感器17～19的信号来生成所期望的各种信息，回避操作计算部基于该信息来计算驾驶操作量。

回避操作计算部28具有：最佳操作量计算部30、评价函数设定部31、障碍物移动轨迹预测部32、姿势角目标值设定部33、缓冲存储器34。

最佳操作量计算部30根据基于本车信息的目前的车辆12的运动状态，从在目前时刻至规定时间后之间在道路13上车辆12可得到的驾驶操作量的图形中，计算出对车辆12最适宜的，即最佳的驾驶操作量，并将计算得到的数据存储于缓冲存储器34。由此，由于最佳操作量计算部30求出的不只是目前时刻而是至规定时间后的驾驶操作量，因此需要进行车辆12在未来的运动状态的预测，为了该预测而使用车辆运动模式。如下所述，车辆运动模式，是在为了描述车辆12及障碍物14的运动而设定的坐标系上，根据车辆12目前时刻的驾驶操作量及运动状态来描述的预测行驶轨迹。在该坐标系上，障碍物14及道路13的边界部29的信息与坐标值相对应，即进行展示，统一处理各种信息及预测行驶轨迹。(参照图4)。

在实施例1中，如图3及图4所述，沿着道路13的方向设定为X轴，与X轴相垂直的方向即道路13的宽度方向设定为Y轴。坐标原点可任意选择。作为其中一例，在实施例1将车辆12的目前位置设为X坐标的原点，将道路的中心线附近设为Y坐标的原点(参照图3)。通过设定坐标系，就可用坐标值来表示车辆12、障碍物14及道路13的边界部29的位置。在下述的说明中，车辆12(本车)的位置看作是其重心点并表示为(X，Y)＝(x，y)，将障碍物14(在实施例1是一位步行者)的位置设为(X，Y)＝(x_p，y_p)，将道路13的左侧边界部29设为Y＝y_L，将道路13的右侧边界部29设为Y＝y_R(参照图4)。

另外，最佳操作量计算部30为了从车辆12可取得的驾驶操作量图形中计算出对车辆12的最佳的驾驶操作量，而使用评价函数J，该评价函数J是以如下进行定义的，即，怎样的驾驶操作对车辆12是最适宜的驾驶操作。

评价函数J由表现车辆12所求得的事项的数学式构成。由此，具体的驾驶操作图形和与此相随的本车运动图形的好坏，即车辆状态的好坏都可进行数值评价。本发明的回避操作计算装置10，在回避到达障碍物14的位置的情况下，首要的是要求不能到达障碍物14的位置，其次是要求利用计算出的驾驶操作量使车辆12所走的行驶轨迹在道路13的可行驶范围内。该两项要求事项可通过障碍物14及道路13的边界部29和车辆12的间隔来评价。在障碍物移动的情况下，其信息被加入到评价函数J。障碍物移动轨迹预测部32对检测到的障碍物14的移动轨迹进行预测。

障碍物移动轨迹预测部32是基于下述假定来计算移动轨迹的，即，根据至目前时刻的障碍物14的检测历史纪录来推测障碍物14的移动速度，假定障碍物14保持推测的移动速度进行匀速直线运动。若将目前时刻t₀的障碍物的位置设为(x⁰ _p，y⁰ _p)，将障碍物14的移动速度的推测值设为(v^x _p，v^y _p)，则在时刻t的障碍物14的位置推测值可用下述式(2)、(3)表示，

x_p(t)＝x⁰ _p+x^x _p(t-t₀)    (2)

y_p(t)＝y⁰ _p+x^y _p(t-t₀)    (3)

在对障碍物14进行回避的情况下，还要求将回避后的车辆12的姿势保持与当时的交通状况相一致。为了使该回避后的车辆12的理想姿势反映到评价函数J，而由姿势角目标值设定部33计算出与此情况相对应的姿势角目标值θ^*。由姿势角目标值设定部33计算得出的姿势角目标值θ^*的设定如下。该姿势角目标值θ^*，是根据在道路13上行驶的车辆12在下述的评价结束时刻(t₀+T)所到达的地方所设定的本车辆的目标姿势角的值。

其次，说明车辆运动模式和使用该模式的车辆12的运动状态的计算。作为车辆运动模式可利用各种模式，但是在实施例1是根据用两轮车辆的运动近似四轮车辆的运动的两轮模式来进行运动预测的。

若假设车辆速度一定，则两轮模式可用下述式(4)～(9)的微分方程式来描述。其中标记为x′的表示x的时间积分。

x′＝vcos(β+θ)    (4)

y′＝vsin(β+θ)    (5)

θ′＝γ            (6)

v′＝0              (7)

β′＝-γ+2{Y_f(β_f)+Y_r(β_r)}/mv    (8)

γ′＝2l_fY_f(β_f)/I-2l_rY_r(β_r)/I    (9)

在此，如前所述，θ是车辆12的姿势角(偏航角)、β是侧滑角，v是行驶速度，γ是偏航角。另外，m是车辆12的重量，I是车辆12所产生的车辆偏航惯性矩，l_f是自车辆重心至前轮轴的距离，l_r是自车辆重心至后轮轴的距离。还假设，Y_f是表示前轮的轮胎横向力且Y是表示后轮的轮胎横向力的函数，分别为前轮侧滑角β_f、后轮侧滑角β_r的函数。具体的函数形状例如图5所示。而如图5所示的W_f为前轮载重，W_r为后轮载重。在此，若设前轮转向角为δ，则β_f、β_r可用下述式(10)、(11)表示，

β_f＝β+l_fγ/v-δ    (10)

β_r＝β-l_rγ/v       (11)

在使用上述的模式的情况下，表示车辆12的运动状态的状态矢量x就是下述的六个自变量的矢量。

数学式1

x＝(x，y，θ，v，β，γ)        (12)

利用式(4)～(9)所表示的模式是以δ为输入的非线性微分方程式，若归纳模式的右边并表示成矢量值函数，则可用下述的一般表现式来表示。

数学式2

x′＝f(x，δ)        (13)

因此，表示车辆12的运动状态的矢量x的值可基于各传感器17～19的检测值来计算。

下面，来说明评价函数J。评价函数J由下面的式(14)的函数构成。

数学式3

$J=\mathrm{\Ψ}\left(x(t_0+T)\right)+{\∫}_{t_0}^{t_0+T}L(x\left(\mathrm{\τ}\right),\mathrm{\δ}\left(\mathrm{\τ}\right),\mathrm{\τ})\mathrm{d\τ}---\left(14\right)$

其中，Ψ是对时刻(t₀+T)时的车辆12的姿势及位置的期望值进行评价的评价式，L是对在自现在时刻t₀至时刻(t₀+T)之间的各时刻的车辆12的运动状态及驾驶操作量的期望值进行评价的评价式。τ是自现在时刻t₀变化至时刻(t₀+T)的积分参变量。

在实施例1中，评价式L通过对反应以下要求项目的评价项进行组合而构成。即，评价式L具有由下述的要求项目构成的评价基准。

要求项目1.车辆12不能距障碍物太近；

要求项目2.车辆12不能距道路的边界部29太近；

要求项目3.不能使前轮转向角在所需大小以上；

要求项目1表示与障碍物相对的车辆12的接近状态，用随着车辆12和障碍物14的距离逐渐变小，而值逐渐变大的函数来表示。要求项目1例如可用下述式(15)的函数来表示

数学式4

$L_P(x,y,x_p,y_p)=\exp (-\frac{{(x-x_p)}^2}{{\mathrm{\σ}}_x^2}-\frac{{(y-y_p)}^2}{{\mathrm{\σ}}_y^2})---\left(15\right)$

σ_x、σ_y是确定函数形状的参数，在此检测到的障碍物14的与X轴方向的宽度相对应的值为σ_x，与Y轴方向的宽度相对应的值为σ_y。在得不到障碍物14的行进方向即X轴方向的信息的情况下，设定为σ_x＝σ_y。障碍物14的位置(x_p，y_p)是根据由障碍物移动轨迹预测部32计算得出的障碍物14的移动轨迹之值而计算得出的。而在障碍物14静止的情况下，障碍物14的位置(x_p，y_p)就是从障碍物信息处理部26得到的障碍物14的位置。

要求项目2表示与道路13的边界部29相对的车辆12的接近状态，用随着车辆12和道路13边界部29的距离逐渐变小而值逐渐变大的函数来表示。要求项目2例如可用下述式(16)的函数来表示，

数学式5

$L_R(x,y)=\left\{\begin{array}{ccc}\frac{1}{2}{(y-y_L-\mathrm{\&Delta;})}^2& ...& y\&le;y_L+\mathrm{\&Delta;}\\ 0& ...& y_L+\mathrm{\&Delta;}<y<y_R-\mathrm{\&Delta;}\\ \frac{1}{2}{(y-y_R+\mathrm{\&Delta;})}^2& ...& y\&GreaterEqual;y_R-\mathrm{\&Delta;}\end{array}\right.---\left(16\right)$

其中，Δ是指定向边界部29接近的富裕宽度的参数，Δ值越大，可计算出在车辆12和边界部29之间间隔越大的回避路径。

将评价式L_P和L_R定义为，在展示于坐标系的道路13上，反应到达障碍物14及道路边界13的边界部29的位置的到达风险的危险潜在性。将评价式L_P和L_R相加的函数描绘于X-Y坐标的图如图6所示。中央的山是与障碍物14相对应的由函数L_P形成的潜在性，两侧的山是与道路13的边界部29相对应的由函数L_R形成的潜在性。回避路径以尽可能地沿着如图6所示的危险潜在性的值较低的区域来生成。

要求项目3表示用于车辆12的驾驶操作量的操作状态，是为了要求通过以尽可能小的转向角进行用于回避的驾驶操作而有地效回避而导入的项目。要求项目3例如可用下述式(17)的函数来表示。

L_F(δ)＝β²/2    (17)

在以上的三个评价式中加上适当的加权并相加的函数成为评价式L。即，若将W_P、W_R、W_F设为分别与要求项目1、2、3相对的加权，则评价式L可用下述式(18)表示。

L＝W_PL_P+W_RL_R+W_FL_F    (18)

评价式Ψ是后述的回避之后的评价结束时刻(t₀+T)即结束了对车辆12的运动状态的评价时刻的对车辆姿势进行评价的项目。具体而言，就是将在评价结束时刻(t₀+T)以后本车可平稳地进行此后的正常行驶的车辆姿势，作为姿势角目标值θ^*(偏航角目标值)来设定的，其由要求使姿势角目标值θ^*和评价结束时刻(t₀+T)的车辆姿势角预测值(预测姿势角)θ(t₀+T)的偏差变小的评价式构成。因此，评价式Ψ对根据姿势角目标值θ^*和车辆姿势角预测值(预测姿势角)θ求出的车辆12的姿势状态进行评价。作为这样的评价式，例如可利用下述式(19)的函数。

Ψ_yaw(θ)＝(θ-θ^*)²/2    (19)

在该函数上加上适当的加权参数W_yaw，就是

Ψ＝W_yawΨ_yaw        (20)

由此构成评价结束时刻(t₀+T)的评价项。利用该评价式L及评价式Ψ进行了评价的各项目就是本车辆的车辆状态。

另外，评价函数设定部31决定在(14)式的评价函数J的评价区间的长度T。为了考虑至车辆12回避了障碍物14之后的车辆运动并计算出操作量，必须将评价区间延长至与障碍物14的回避后的时间。将回避状态定义为，车辆12和障碍物14的X坐标变得相等而且车辆12和障碍物14的Y坐标足够远的状态。在将车辆12的行驶速度v视为一定的情况下，至车辆12回避障碍物14的时间T_A可通过下述式进行推测。

T_A＝{x⁰ _P-x(t)}/(v-v_Y)    (21)

对回避了障碍物14的时间进行预测，必须使评价区间的长度T至少比时间T_A长。虽然将回避后的运动预先考虑到何种程度为好因情况不同而各异，但是若假设车辆12开始回避运动之后至回避障碍物14所需要的时间和从车辆回避了障碍物14之后至回到正常行驶所需要的时间大致相同，则评价区间的长度T可用下述式(22)来设定。

T＝2T_A    (22)

因此，在实施例1中，若将开始用于回避障碍物14的动作的时刻作为评价开始时刻t₀，则车辆12回避了障碍物14的状态即回避时刻就是(t₀+T_A)，完成车辆12的运动状态评价的评价结束时刻就是(t₀+T)＝(t₀+2T_A)。

由此，评价函数J可在自评价开始时刻t₀至评价结束时刻(t₀+T)之间，对车辆运动模式所记述的预测行驶轨迹的集合的每一个进行评价。将该评价作为评价函数J的值进行表示，评价函数J的值为最小值的预测行驶轨迹就是将通过评价式L及评价式Ψ进行了评价的各项目进行了综合判断后最佳的预测行驶轨迹，通过根据车辆运动模式来计算描绘该最佳预测行驶轨迹的驾驶操作量，可得到最佳驾驶操作量。

下面，沿着如图7所示的时序图来说明用于由本发明的回避操作装置10所进行的回避障碍物14的驾驶操作量的计算工序。该时序图为假想图3的情况。图3表示，在两侧砌有围墙(边界部29)的道路上，本车辆即车辆12正在行驶，步行者(障碍物14)从车辆12的前方左侧快速进入道路13的可行驶范围内的情况。

回避操作计算部28根据由采集信息处理部24进行了处理的信息，来识别车辆12行驶的道路13、其边界部29以及在道路13上的车辆12可行驶的范围，进而确定车辆12可行驶的范围内是否存在障碍物14，并继续进行其确认(步骤S1)。此时，根据从各传感器17～19输出的信号，由采集信息处理部24进行了处理的信息储存在存储器35，存储器35的信息可由回避操作计算部28进行读取。

回避操作计算部28若检测到道路13的可行驶的范围内存在障碍物14(在实施例1为步行者)，则为了计算用于回避该障碍物14的驾驶操作量而进入步骤S2(步骤S2)。评价函数设定部31将检测到障碍物14的时刻(t₀)设定为评价开始时刻t₀。若在道路13的可行驶范围内不存在障碍物14(在实施例1为步行者)，则返回到步骤S1，继续确认道路13上是否存在障碍物14。

回避操作计算部28，设定坐标系(参照图3)、将储存于存储器35的信息及被采集信息处理部24进行了处理的信息适当展示于所设定的坐标系上(参照图4)(步骤S3)。

回避操作计算部28根据被采集信息处理部24进行了处理的信息，来计算表示车辆12的运动状态的状态矢量x(参照式(13))的值(步骤S4)。

障碍物移动轨迹预测部32根据障碍物14的移动轨迹的预测，即根据被采集信息处理部24进行了处理的信息，并通过式(2)、(3)计算任意时刻t的障碍物14的位置(x_p，y_p)(步骤S5)。而回避操作计算部28根据由采集信息处理部24进行了处理的信息判断出障碍物14静止时，则不进行由障碍物移动轨迹预测部32进行的障碍物14的移动轨迹的计算。

评价函数设定部31根据被采集信息处理部24进行了处理的信息并通过式(19)、(20)来设定评价区间的长度T(步骤S6)。

由姿势角目标值设定部33设定姿势角目标值θ^*(步骤S7)。下面，来说明姿势角目标值θ^*的设定。

姿势角目标值θ^*是在评价结束时刻(t₀+T)＝(t₀+2T_A)与预测车辆12存在的位置的状况相符合的车辆12所要求的姿势角，其用于评价式Ψ(参照式(20))。在实施例1假想的图3时的情况下，结束了回避到达障碍物14的位置的驾驶操作之后，由于优选在评价结束时刻(t₀+T)的时间点使车辆12回到在道路13上的正常行驶状态，因而优选在评价结束时刻(t₀+T)这一时间点以沿着道路13的方向的形式使车辆12行驶。因此，只要将在评价结束时刻(t₀+T)的车辆12的姿势角设定为与道路13的方向相一致即可，就是姿势角目标值θ^*＝0。

评价函数设定部31，根据在目前时刻(t₀)的被采集信息处理部24进行了处理的信息、来自障碍物移动轨迹预测部32的信息及来自姿势角目标值设定部33的信息，来设定评价函数J(参照式(14)、(18)、(20)、(22))(步骤S8)。

最佳操作量计算部30根据上述的车辆运动模式和评价函数J来计算使评价函数J的值达到最佳(最小)的最佳驾驶操作量(步骤S9)。求出评价函数J的值为最佳操作量这一问题，作为最佳控制问题是众所周知的问题，计算其数值解的算法已经作为公知文献被公开。作为这样的文献，例如可列举“連続変形法とGMRES法を組み合わせた非線形Receding horizon制御の高速アルゴリズム(A continuation/CMRES method for fast computation of nonlinearreceding horizon control)”{大

敏之(T.Ohtsuka)，オ一トマテイカ(Automatica)，第40卷，p563～574，2004}。

在实施例1的情况下，最佳操作量是前轮转向角δ，因此，可计算出自评价楷书时刻t₀至评价结束时刻(t₀+T)的前轮转向角操作量的时间系列。在实际的最佳驾驶操作量的计算时，按适当的阶跃数N(规定的间隔)来分割评价区间，计算出在各离散化阶跃点的最佳驾驶操作量的值。即，

数学式6

${\mathrm{\&delta;}}^{*}=(\mathrm{\&delta;}\left(t_0\right)\mathrm{\&delta;}(t_0+\frac{T}{N})\mathrm{\&delta;}(t_0+\frac{2T}{N})...\mathrm{\&delta;}(t_0+\frac{N-1}{N}T))---\left(23\right)$

得到上述的N个前轮转向角δ的时间序列。

回避操作计算部28将通过最佳操作量计算部30计算得出的N个前轮转向角δ(最佳驾驶操作量)的时间序列储存于缓冲存储器34(步骤S10)。

如该时序图所示，由回避操作计算装置10计算出最佳驾驶操作量。在实施例1中，回避操作计算装置10组成回避控制装置11的一部分，由其它部分即车辆运动控制部15执行与各最佳驾驶操作量相适应的转向。

若缓冲存储器34储存有最佳驾驶操作量(N个前轮转向角δ)的时间序列数据，则启动车辆运动控制部15，按照T/N的时间周期将储存于缓冲存储器34的数据沿着最佳驾驶操作量的时间序列依次读入，将被读入的最佳驾驶操作量即前轮转向角δ作为目标转向角来进行前轮转向角的伺服控制。车辆运动控制部15将预置于缓冲存储器34的最佳驾驶操作量都读出后则结束伺服控制，在该结束的同时，车辆12恢复到由驾驶员进行驾驶操作的正常行驶状态。表示为了回避障碍物14而计算得出的最佳驾驶操作量的曲线图如图8所示，由该最佳驾驶操作量进行的车辆12的移动轨迹如图9所示。而在图9，用实线表示评价开始时刻t₀的车辆12及障碍物14，用双点划线表示自此至结束回避的评价结束时刻(t₀+T)的车辆12及障碍物14的移动轨迹。

如图9所示，可通过回避控制装置11使车辆12回避障碍物14及道路13的边界部29。另外，在结束了由回避控制装置11进行的回避驾驶操作的评价结束时刻，车辆12按照沿着道路13的方向的行驶姿势在道路13的可行驶范围内行驶。

由于本发明的回避操作计算装置10不只是考虑障碍物14而是还考虑到与道路13的边界部29的接近程度并计算出最佳驾驶操作量，因而可在道路13的可行驶范围内计算出用于回避障碍物14的最佳驾驶操作量。

另外，回避操作计算装置10还考虑到在回避障碍物14之后到车辆12的姿势角θ返回到道路13的方向进行最佳驾驶操作量的计算。即，如图8所示，回避操作计算装置10计算下述的驾驶操作量，即为了回避障碍物14而在对可确保必须的向Y轴方向(道路13的宽度方向)的移动量进行预测的阶段开始回转前轮转向角，回避了障碍物14之后立即反向转动转向角，在到达评价结束时刻(t₀+T)返回至中立位置(姿势角θ＝0°)。因此，如图9所示，能计算出车辆12可回避障碍物14及道路13的边界部29的最佳驾驶操作量。

与此相对，现有的技术在只考虑障碍物而计算驾驶操作量的装置中，有可能使车辆描画出如图10所示的移动轨迹。图10是表示用现有的行驶安全装置来回避障碍物的移动轨迹，图11是表示用现有的行驶安全装置计算得出的驾驶操作量的曲线图。而在图10上，用实线表示目前时刻的车辆12，用双点划线表示自此至回避结束的车辆12的移动轨迹。由于现有的行驶安全装置至回避障碍物14，仅进行以回避障碍物为目标的控制，因而不拘泥于道路的可行驶范围，为了回避障碍物14而将向必须的Y轴方向的移动量一样设定。因此，如图10所示，在回避时刻即使在障碍物14(步行者)的回避上成功，也将成为使回避时刻的车辆姿势角相对于道路方向具有很大的倾斜的状态。在回避障碍物之后，为了使发生了大的倾斜的车辆的姿势角恢复到原来的姿势，而输出回转前轮转向角的操作指令(参照图11)。但是，如图3所示的情况，在为了回避障碍物14而使必须的向Y轴方向的移动量与道路的可行驶范围不对应的情况下，如图10所示，有可能在使车辆的姿势角恢复到原来之前而到达道路右侧的边界部。

实施例2

参照图12～图16来说明本发明的回避操作计算装置100及包含此装置的回避控制装置110的实施例2。

如图13所示，在本发明的实施例2中，车辆12行驶的道路40，其中央划有车道隔离线41并被划分为两个车道42、43，允许车辆12在车道42及车道43相互相对的方向前进。另外，实施例2的回避操作计算装置100(参照图12)可对于障碍物14在道路40上的移动速度发生变化相对应的最佳驾驶操作量进行计算。而在实施例2中，车道隔离线41是将道路40划分成彼此的走向方向不同的车道的虚线，若道路上划分为多个车道，也可以是划分为道路相同的方向的车道的线，或者也既可以是不同颜色的线，也可以是由虚线以外的线构成。

实施例2的回避操作计算装置100及包含此装置的回避控制装置110(参照图12)基本上是与实施例1的回避操作计算装置10及包含此装置的回避控制装置11相同的构成及动作，在等同的地方使用相同的符号而省略了详细的说明，而且对相同的动作也省略了详细的说明。

如图12所示，采集信息处理部24具有隔离线信息处理部44。隔离线信息处理部44通过对从成对的摄像机16输入的图像信息进行图像处理来检测道路13的车道隔离线41(参照图13)。由此，隔离线信息处理部44与摄像机16相协调并作为隔离线检测部发挥作用。

对用于回避障碍物14的驾驶操作量进行计算的处理，由于在步骤S7的姿势角目标值θ^*′的设定方法及在步骤S8设定的评价函数J的评价式Ψ与实施例1不同，因而对此给予说明。

如图13所示，被车道隔离线41划分的两个车道42、43相对，车辆12沿车道42行驶。因此，回避操作计算装置100在使车辆12回避了障碍物14之后，考虑到使车辆12回到车道42并计算驾驶操作量。因此，在如(14)式所示的评价函数J的评价结束时刻(t₀+T)的评价式Ψ中，增加有评价项，该评价项要求车辆12回避了障碍物14之后使车辆回到原来的车道42或者朝向返回的方向。

将返回到原来的车道的要求，用在评价结束时刻(t₀+T)车辆12的位置越接近Y＝y_LC越好的评价式，例如用下述式(24)的评价式表示。在此，将左侧车道42(原来的车道)的中央坐标定义为Y＝y_LC。

Ψ_Y＝(y-y_LC)²/2    (24)

用该(24)式，对根据评价结束时刻(t₀+T)的目标行驶位置(在该场合是原来的车道即左侧的车道42)和基于预测行驶轨迹计算得出的评价结束时刻(t₀+T)的本车的预计达到位置所求出的车辆12的姿势状态进行评价。

另外，如图14所示，在回到左侧的车道42的方向上来设定姿势角目标值θ^*′的情况下，利用车辆12的Y坐标可使姿势角目标值θ^*′发生变化。而在评价开始时刻t₀，车辆12存在于直线X＝X1上，在评价结束时刻(t₀+T)，车辆12存在于直线X＝X2上。假设车辆12(参照单点划线的车辆12)置于距评价结束时刻(t₀+T)的本车的预想到达线有距离D的前方的车道42的中央部(坐标(X3，y_LC))。以评价结束时刻(t₀+T)的车辆12的姿势角θ朝向其假想车辆12的方向的形式，来设定姿势角目标值θ^*′。姿势角目标值θ^*′可用下述式(25)表示。

θ^*′＝arctan{(y-y_LC)/D}    (25)

对姿势角进行评价的评价式用(20)式表示。因此，评价项Ψ可用下述式(26)表示。

Ψ＝W_yawΨ_yaw+W_YΨ_Y      (26)

由此，可在步骤S7设定姿势角目标值θ^*′，而且可在步骤S8设定评价函数J。

另外，如上所述，为了对应障碍物14的移动速度发生的变化，在每个一定的周期Δt，障碍物信息检测部26检测与障碍物14的位置及移动有关的信息，使回避操作计算部28根据该检测结果来更新最佳驾驶操作量的计算结果。

在此，在每个一定的周期Δt计算最佳驾驶操作量的情况下，若更新至基于实施例1的(21)、(22)式计算的评价区间T，则随着行驶的车辆12靠近障碍物14而使评价区间变短。于是，根据车辆12靠近障碍物14的接近程度，有可能不能充分确保回避后的评价区间。因此，回避操作计算装置100将最初启动装置时所设定的评价区间的长度T，即，将自评价开始时刻t₀至评价结束时刻(t₀+T)的评价区间的长度T的值至回避障碍物14结束为止固定。

另外，回避操作计算部28将在每个一定的周期Δt所计算得出的最佳驾驶操作量数据分别储存于缓冲存储器34，删除此前所储存的最佳驾驶操作量数据。车辆运动控制部15进行与输入的缓冲存储器34的最佳驾驶操作量数据即前轮转向角δ相适应的转向。另一方面，新的最佳驾驶操作量数据被输入到缓冲存储器34，同时删除以前的最佳驾驶操作量数据。因此，车辆运动控制部15总是基于被更新的新的最佳驾驶操作量的数据进行转向。回避操作计算部28若判断出回避了障碍物14，则停止新的最佳驾驶操作量的计算，使车辆运动控制部15至完全执行储存于缓冲存储器34的时间序列的最佳驾驶操作量的数据为止进行伺服控制。将构成基于回避操作计算部28的最佳驾驶操作量的计算及所计算得出的最佳驾驶操作量的转向的执行区间的推移表示于图16的曲线图。实际上至回避障碍物所经过的时间就是T_A′。在图16中，纵轴表示实际的时间T2，横轴表示从实际的时间看到的执行区间的长度T1。执行区间，至时刻(t₀+T_A′)，随着每个一定周期Δt的经过，长度T的评价区间保持一定值按时间间隔Δt向未来转移。由于若判断出到达时刻(t₀+T_A′)即回避了障碍物14，则停止回避操作计算部28的最佳驾驶操作量的计算及缓冲存储器34的数据更新，因而执行区间以(t₀+T_A′)为基准只保留长度T。因此，执行区间在回避时刻(t₀+T_A′)以后随着时间的经过而变短，在评价结束时刻(t₀+T_A′+T)执行所有的最佳驾驶操作量，结束用于回避的运动控制。

如上所述，图15表示回避控制装置110执行了通过回避操作计算装置100计算得出的最佳驾驶操作量的车辆12的移动轨迹。图15中，用实线表示目前时刻t₀的车辆12及障碍物14，用双点划线表示自此至回避操作结束的评价结束时刻(t₀+T_A′+T)的车辆12及障碍物14的移动轨迹。而车辆12在评价开始时刻t₀存在于直线X＝X1上，在评价结束时刻(t₀+T_A′+T)车辆12存在于直线X＝X4上。车辆12回避障碍物14及道路40的边界部29，可使其前进方向朝向原来行驶的车道42的方向。

由于实施例2的回避操作装置100及回避控制装置110，即使在道路13被车道隔离线41隔离成两个车道42、43的情况下，也可计算出直至车辆12回到原来行驶的车道42的最佳驾驶操作量，或者直至车辆12的行驶方向朝向回到车道42的方向的最佳驾驶操作量，因此，可根据道路13的状况进行障碍物14的回避。

另外，由于回避操作装置100及回避控制装置110，即使障碍物14的移动速度发生变化的情况下，也可计算出与障碍物14的移动速度相适应的最佳驾驶操作量，因而可使车辆12回避障碍物14。

而在实施例2中，由于车道隔离线41将道路40划分为彼此相对的两个车道42、43，因此，虽然回避操作计算装置100计算出描绘车辆12回到原来的行驶车道(在实施例2为车道42)的移动轨迹的最佳驾驶操作量，但是并不局限于此。例如，即使道路被车道隔离线分为两个车道，只要允许车辆在两车道相同的方向的前进，在回避了障碍物14之后的评价结束时刻，也可使车辆12不是沿着原来的行驶路线而是沿着与此平行的车道行驶。在该情况下，评价式Ψ_Y可用下述式(24′)表示。在此，将与原来的行驶路线相平行的车道的中央坐标定义为Y＝y_LC2。

Ψ_Y＝(y-y_LC2)²/2    (24′)

实施例3

参照图17～图21来说明本发明的回避操作计算装置1000及包含此装置的回避控制装置1100的实施例3。

实施例3的回避操作计算装置1000及包含此装置的回避控制装置1100(参照图18)基本上是与实施例1的回避操作计算装置10及包含此装置的回避控制装置11相同的构成及动作，在相同的地方使用相同的符号而省略了详细的说明，而且相同的动作也省略了详细的说明。

在本实施例3回避操作计算装置1000具有GPS信号接收装置50及道路信息记录装置51，车辆运动控制部1500(参照图18)具有制动控制器52及制动驱动装置53。

GPS信号接收装置50为了检测车辆12的行驶位置而接收发自人造地球卫星的GPS(Global Positioning System)信号。

道路信息记录装置51由被称为CD-ROM及DVD-ROM或者硬盘的电子记录介质及其读取装置构成，记录介质储存有道路地图信息。GPS信号接收装置50及道路信息记录装置51与微处理器20电连接。

制动驱动装置53被分别设置于车辆12的四轮，对四轮分别进行制动。该各制动驱动装置53与制动控制器52电连接。该制动控制器52与微处理器20电连接。制动控制器52为了执行由回避操作计算部28计算得出的最佳驾驶操作量而计算需要的车辆12的四轮各自的制动力。制动控制器52将与计算得出的制动力相对应的驱动信号输出到制动驱动装置53。由此，制动控制器52可使车辆12减速，而且可对左右轮的制动力设置差值。其结果是，制动控制器52可使车辆12产生横摆力矩。

图18表示上述的装置构成的框图。与实施例1不同，采集信号处理部24具有道路形状信息处理部54，其可输入来自GPS信号接收装置50和道路信息记录装置51的信号。道路形状信息处理部54通过对根据从GPS信号接收装置50所接收的GPS信号计算得出的车辆12的位置和从道路信息记录装置51得到的道路地图信息进行地图匹配，可得到车辆12的前方道路13的道路形状信息。在此，所谓道路13的走向形状是指沿着道路13的延伸方向的方向，在道路13发生弯曲的情况下，是指道路13的延伸方向即曲线的切线方向。由此，道路形状信息处理部54与GPS信号接收装置50及道路信息记录装置51协动并作为道路形状信息采集部发挥作用。

如图19所示，在实施例3，车辆行驶的道路55被画成曲线，第二车辆(障碍物56)停在该曲线部。道路55与实施例1一样在两侧砌有围墙(边界部29)，两边界部29之间是车辆12的可行驶的范围。

下面，将说明在回避操作计算装置1000计算驾驶操作量的处理中，与实施例1的回避操作计算装置10的不同之处。

在步骤S1，道路形状信息处理部54根据来自GPS信号接收装置50和道路信息记录装置51的信息进行地图匹配处理，从而取得与车辆12在道路55上的位置及道路55的走向形状有关的信息。

在步骤S3的坐标系的设定也与实施例1不同。首先，与实施例1一样，作为平面直角坐标系设定了X轴、Y轴。如图19所示，在实施例3的回避操作计算装置1000上，除此之外还设定了作为道路55的中心线的S坐标轴及与S坐标轴相垂直的R坐标轴。由于道路55的中心线是根据道路信息记录装置51的数据得到的，因此X、Y坐标和S、R坐标之间的转换公式可用下述式(27)、(28)表示。

数学式7

$\left(\begin{array}{c}X\\ Y\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}{g}_x& (s,r)\\ g_y& (s,r)\end{array}\right)---\left(27\right)$

$\left(\begin{array}{c}S\\ R\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}{h}_s& (X,Y)\\ h_r& (X,Y)\end{array}\right)---\left(28\right)$

步骤S4中的构成车辆运动模式的状态矢量x的值的计算也与实施例1不同。实施例3的回避操作计算装置1000及回避控制装置1100由于除前轮转向角δ之外，还执行制动力的控制，因而操作量增加了前轮转向角δ、车辆减速度a、左右制动力之差d这三项。与操作量的种类的增加相对应的车辆运动模式就是下述式。

x′＝vcos(β+θ)    (29)

y′＝vsin(β+θ)    (30)

θ′＝γ……        (31)

v′＝d……          (32)

β′＝-γ+2{Y_f(β_f)+Y_r(β_r)}/mv    (33)

γ′＝2l_fY_f(β_f)/I-2l_rY_r(β_r)/I+2l_td/I    (34)

在此，l_t是胎面宽度，其它符号与实施例1相同。状态矢量x与实施例1一样，与实施例1一样并计算出状态矢量值。

由于在实施例3障碍物56静止，因而只进行障碍物56的位置(x_p，y_p)的计算，而不进行移动轨迹预测的处理(步骤S5)。

如图20所示，在步骤S6，沿着本车到达预测点的道路55的方向设定姿势角目标值θ^*(＝0)。而车辆12在评价开始时刻t₀存在于直线S＝SX1上，在评价结束时刻(t₀+T)存在于直线S＝SX2上。箭头SV1表示道路55的方向。

另外，在实施例1的(14)式的评价式L上追加了下述的要求项目。

要求项目4.不可进行超过需要的减速；(不进行紧急制动。)

要求项目5.不能使左右制动力之差变大；

要求项目6.控制在与道路的走向形状相适应的车速；(不用适于通过道路的曲线部的车速以上的车速行驶。)

要求项目4及要求项目5表示用于车辆12的驾驶操作的操作状态，要求项目4可用下述式(35)来表示，要求项目5可用下述式(36)来表示。

L_A＝a²/2    (35)

L_D＝d²/2    (36)

要求项目6可用下述式表示。

L_V＝(v-v^*)²/2    (37)

目标车速v^*可用下述的顺序来确定。

首先，可从道路信息记录装置51的数据读出车辆12前方的道路55的曲率半径，在自评价开始时刻t₀的车辆12的位置至评价结束时刻(t₀+T)预测车辆12到达的本车到达预测地点的范围内，计算出曲率半径的最小值，将该值记做ρ_min。

然后，参照预先确定的车辆横向加速度的上限值a_y ^max，根据下述式(38)计算用横向加速度a_y ^max通过曲率半径ρ_min的道路55时的车辆速度v_max。

v_max＝(a_y ^maxρ_min)^1/2    (38)

接着，对目前的车速v(f)和v_max进行比较，将值较小的一方设为v^*。

因此，用式(37)对与道路55的曲线部相适应的车速v_max和车辆12通过曲线部的速度求出的车辆12的姿势状态进行评价。

要求项目2在如图19所示的道路曲线部分，距道路中心的距离不是Y坐标而是用R坐标表示，因而可表示为下述式(39)的形式。

数学式8

$L_R\left(r\right)=\left\{\begin{array}{ccc}\frac{1}{2}{(r-r_L-\mathrm{\&Delta;})}^2& ...& r\&le;r_L+\mathrm{\&Delta;}\\ 0& ...& r_L+\mathrm{\&Delta;}<r<r_R-\mathrm{\&Delta;}\\ \frac{1}{2}(r{-r_R+\mathrm{\&Delta;})}^2& ...& r\&GreaterEqual;r_R-\mathrm{\&Delta;}\end{array}\right.---\left(39\right)$

在此，r_L是道路55左侧(可行驶的范围的左端)的R坐标值，r_R是道路55右侧(可行驶的范围的右端)的R坐标值。

由于通过在(39)式的r中代入(28)式的变化式r＝h_r(x，y)，可得到用X、Y坐标表示L_R的式L_R(x，y)，因而可以此为评价式使用。

由上述可知，评价式L以下述形式构成。

L＝W_PL_P+W_RL_R+W_FL_F+W_AL_A+W_DL_D+W_VL_V    (40)

其中，W_A、W_D、W_V是分别与要求项目4、5、6相对的加权。而评价式Ψ与实施例1一样，可用(19)、(20)式表示。

最佳操作量计算部30，作为最佳驾驶操作量计算出下述的3种类型(41)、(42)、(43)的最佳驾驶操作量(步骤S9)。

数学式9

${\mathrm{\&delta;}}^{*}=(\mathrm{\&delta;}\left(t_0\right)\mathrm{\&delta;}(t_0+\frac{T}{N})\mathrm{\&delta;}(t_0+\frac{2T}{N})...\mathrm{\&delta;}(t_0+\frac{N-1}{N}T))---\left(41\right)$

$a^{*}=(a\left(t_0\right)a(t_0+\frac{T}{N})a(t_0+\frac{2T}{N})...a(t_0+\frac{N-1}{N}T))---\left(42\right)$

$d^{*}=(d\left(t_0\right)d(t_0+\frac{T}{N})d(t_0+\frac{2T}{N})...d(t_0+\frac{N-1}{N}T))---\left(43\right)$

由此，虽然使要求出的操作量的数量增加了，但是用于最优化的算法与实施例1一样。

在缓冲存储器34内，作为最佳驾驶操作量，除前轮转向角δ^*之外，还储存有车辆减速度a^*及左右制动力差d^*(步骤S10)。

如上所述，图21表示回避控制装置1100执行了由回避操作计算装置1000计算得出的最佳驾驶操作量的车辆12的移动轨迹。而在图21上，用实线表示评价开始时刻t₀的车辆12，双点划线表示自此至结束了回避的评价结束时刻(t₀+T)的车辆12的移动轨迹。如图21所示，车辆12可回避障碍物56及道路55的边界部29，而且可使其前进方向与道路55的方向相一致。

由GPS信号接收装置50、道路信息记录装置51及道路形状信息处理部54构成的道路形状信息采集部，可检测道路55的走向形状，回避操作计算部28对最佳驾驶操作量进行计算。因此，回避操作计算装置1000不拘泥于道路55的走向形状，车辆回避了障碍物56及道路55的边界部29，在结束回避障碍物56之后，使其前进方向与道路55的方向相一致，而且可计算出其行驶位置就是道路55的可行驶范围内的合适位置的最佳驾驶操作量。

转向角伺服控制器7根据前轮转向角δ^*进行伺服控制，制动控制器52根据车辆减速度a^*及左右制动力差d^*进行伺服控制。由此，可使车辆回避障碍物56及道路55的边界部29，在结束回避障碍物56之后使其前进方向与道路55的方向相一致，而且可使其行驶位置成为道路55的可行驶范围内的最佳位置。

因此，本发明的回避操作控制装置可计算出本车辆在道路的可行驶范围内进行障碍物的回避的驾驶操作量。即，在由评价函数进行评价的本车辆的车况状态中，除了在自评价开始时刻至评价结束时刻之间的各时刻的相对于障碍物的接近状态以及根据评价结束时刻的目标姿势角和预测姿势角而求出的本车辆的姿势状态之外，还包含各时刻的相对于道路的边界部的本车辆的接近状态。回避操作计算装置根据该评价函数的值达到最小值的预测行驶轨迹，来计算对本车辆的最佳驾驶操作量。因此，回避操作计算装置可使车辆在道路的宽度内即可行驶的范围内回避障碍物，计算出可使回避后的姿势与道路相适应的驾驶操作量。因此，回避操作计算装置例如可计算出即使在道路两侧设置有围墙的情况下，也可使车辆回避障碍物、回避后不会过于靠近道路的边缘、且可回到回避前的行驶路线的驾驶操作量。

另外，本发明的回避控制装置可使本车辆在道路的可行驶的范围内为了回避障碍物而进行必要的转向。因此，与只有用于回避的转向的情况相比较，可减轻进行回避障碍物的转向这一负担及不和谐感。另外，本车辆可在道路的可行驶的范围内回避障碍物。

应用于上述的各实施例的回避操作计算装置及回避控制装置的各检测部及车辆运动控制部，可与被车辆所采用的其它驾驶辅助装置兼用。例如，隔离线检测部、转向机构的控制部及制动机构的控制部可与行车线控制(レ一ンキ一プ)机构兼用，隔离线检测部及制动机构的控制部可与自动追尾机构兼用，道路形状信息采集部可与导航系统兼用。

上述的实施例由于除障碍物之外还考虑了道路的边界部并计算出用于回避障碍物的操作量，因而利用该操作量可使本车辆在道路的宽度即在可行驶的范围内回避障碍物。上述的实施例例如可计算出即使在道路两侧设有围墙的情况下，也可使本车辆回避障碍物、回避后不至于太靠近道路的边缘并可回到回避前的行驶路线的驾驶操作量。

上述的实施例不仅考虑到与障碍物的接近程度，而且考虑到与道路的边界部的接近程度和回避障碍物后的车辆姿势角来构建评价函数。即，上述的实施例是考虑到本车辆实际回避障碍物之前的阶段和回避了障碍物后，本车辆如何行驶的基础上，来计算最佳驾驶操作量的。因此，上述的实施例可计算出用于兼得障碍物回避和防止偏离到路外的最佳驾驶操作量。

上述的实施例由于是在对移动的障碍物预测了其移动轨迹的基础上来计算最佳驾驶操作量的，因而不论障碍物静止的情况还是障碍物移动的情况的哪一种，都可计算出有效的最佳驾驶操作量。

上述的实施例，通过不光是涉及回避障碍物后的车辆姿势角还涉及车辆到达位置来设定目标值，可计算出与更精细的驾驶目标相适应的最佳驾驶操作量。因此，上述的实施例对回避后的车辆行驶状态可增加选择的余地。

上述的实施例根据道路上的车道隔离线的信息来判断道路的车道。上述的实施例在本车辆回避了障碍物之后，基于该判断以使车辆的前进方向朝着本车辆回到当初行驶的车道的方向的形式来计算最佳驾驶操作量。因此，上述的实施例能够计算出与设置有多个车道的道路相适应的最佳驾驶操作量。

上述的实施例基于道路上的车道隔离线的信息对道路的车道进行判断。上述的实施例，使本车辆回避了障碍物之后，根据该判断，以使本车辆的前进方向为与本车辆原来行驶的车道相平行的车道的形式来计算最佳驾驶操作量。因此，上述的实施例可计算出与设定有多个车道的道路相适应的最佳驾驶操作工作量。

上述的实施例采集与前方道路的行进方向有关的信息，计算出在本车辆回避了障碍物之后可迅速重新开始沿着道路的方向的行驶的车辆操作量。因此，上述的实施例，例如是画成曲线的道路，也可计算出与该道路的走向形状相适应的最佳驾驶操作量。

上述的实施例由于在规定的每一时间根据新的信息来更新最佳驾驶操作量，因而即使在障碍物采取当初的预想之外的动作，也可计算出与障碍物实际采取的举动相适应的最佳驾驶操作量。

上述的实施例由于考虑驾驶员进行的驾驶操作并可计算出最佳驾驶操作量，因而例如可避免紧急转弯操纵及紧急制动等。

上述的实施例由于将驾驶操作进行计算得出的最佳驾驶操作量，因而可不依据驾驶员的操作来可靠地执行最佳驾驶操作量的驾驶操作。

上述的实施例可计算出本车辆在道路的可行驶范围内回避障碍物的最佳驾驶操作量。

在上述的实施例中，本车辆可在道路的可行时范围内回避障碍物。

而上述的各实施例是根据回避操作计算装置计算得出的最佳驾驶操作量来执行车辆运动控制部的车辆的转向的机构，但是车辆运动控制部的车辆的转向也可以是辅助性地进行驾驶员的驾驶操作。该情况下，例如车辆运动控制部也可以是对应于最佳驾驶操作量和驾驶员进行的驾驶操作的差分进行转向，在驾驶员进行驾驶操作的情况下，也可以中止有别于驾驶员的转向。

另外，上述的各实施例采用包含回避操作计算装置的回避控制装置，是根据计算得出的最佳驾驶操作量来执行车辆运动控制部的车辆转向的机构，但也可以是不进行车辆转向的结构。该情况下，例如只是将回避操作计算装置搭载于车辆，在车厢内设置显示器，使适合最佳驾驶操作量的用于回避的移动轨迹显示于显示器上。由此，来辅助用于回避障碍物的转向。

如上述的各实施例所示的回避操作计算部及回避控制装置被做成彼此不同的结构，但是个构成可适当组合。具体而言，就是实施例2具有分隔线检测部，采用与障碍物的移动速度的变化相对应的计算方法，实施例3具有道路形状信息采集部，进行制动机构的控制。这些构成及方法等可适当地被实施例1的回避操作计算装置及回避控制装置所采用。

另外，在上述的各实施例中，虽然回避操作计算装置根据计算得出的最佳驾驶操作量即前轮转向角δ来进行转向，但是利用计算得出的最佳驾驶操作量也可以只控制制动机构。

工业上应用的可行性

本发明可应用于车辆产业。

Claims (27)

1、一种回避操作计算装置，其特征在于，具备：

道路边界检测部，其对位于本车辆前方且该本车辆正在行驶的道路及该道路的边界部进行检测；

障碍物检测部，其对存在于所述本车辆前方的所述道路上的障碍物进行检测；

本车辆信息检测部，其对本车辆相对于所述道路方向的前进方向所形成的姿势角、在所述道路上的所述本车辆的位置及该本车辆的速度进行检测；

回避操作计算部，其基于来自所述各检测部的检测信息，对用于在所述道路上回避所述障碍物的操作量进行计算。

2、如权利要求1所述的回避操作计算装置，其特征在于，所述回避操作计算装置具有：

姿势角目标值设定部，其根据所述本车辆回避了所述障碍物之后的所述道路来设定所述本车辆的目标姿势角；

评价函数设定部，其设定评价函数，该评价函数，根据在检测到所述障碍物时刻即评价开始时刻及该评价开始时刻的所述本车辆的车速，将预测到该本车辆到达所述障碍物的位置的时刻作为回避时刻进行设定，并设定预计该回避时刻的评价结束时刻，且基于如下状态来评价所述本车辆相对于车辆操作的预测行驶轨迹中从所述评价开始时刻至所述评价结束时刻之间的所述预测行驶轨迹中的车辆状态，即，所述状态包括：各时刻的所述本车辆相对于所述障碍物的接近状态、所述本车辆相对于所述道路的所述边界部的接近状态、从基于所述评价结束时刻的所述目标姿势角和所述预测行驶轨迹的所述本车辆的预测姿势角计算得出的所述本车辆的姿势状态，

最佳操作量计算部，其基于由所述评价函数得到的值为最小值的所述预测行驶轨迹来计算用于回避所述障碍物的操作量。

3、如权利要求2所述的回避操作计算装置，其特征在于，

所述障碍物和所述本车辆的间隔及所述边界部和所述本车辆的间隔越大，且所述预测姿势角和所述目标姿势角之差越小，所述评价函数的其输出值越小，

所述最佳操作量计算部，根据以所述评价函数的输出值为最小值的所述预测行驶轨迹，在所述评价开始时刻计算向所述本车辆的最佳驾驶操作量。

4、如权利要求3所述的回避操作计算装置，其特征在于，

所述回避操作计算部具有障碍物移动轨迹预测部，其根据由所述障碍物检测部检测到的所述障碍物的信息来对该障碍物的移动轨迹进行预测，

所述评价函数设定部，替代在各时刻的所述本车辆相对于所述障碍物的接近状态，而使用基于由所述障碍物移动轨迹预测部所预测的所述障碍物的所述移动轨迹的所述本车辆相对于该障碍物的接近状态。

5、如权利要求3所述的回避操作计算装置，其特征在于，

所述评价函数包含所述本车辆的姿势状态，所述本车辆的姿势状态是根据在所述评价结束时刻所述本车辆所到达的目标行驶位置和由所述预测行驶轨迹而计算得出的在所述评价结束时刻的所述本车辆的预测行驶位置来求出的，所述目标行驶位置和所述预测行驶位置的间隔越小，所述评价函数输出值越小。

6、如权利要求5所述的回避操作计算装置，其特征在于，

还具备隔离线检测部，其对记于所述本车辆行驶的所述道路的车道隔离线进行检测，

所述回避操作计算部基于来自所述隔离线检测部的所述车道隔离线信息来判断所述道路的车道，

所述目标行驶位置被设定于所述本车辆现在行驶的车道，

所述目标姿势角被设定为，该本车辆朝向回到所述本车辆现在行驶的车道的方向。

7、如权利要求5所述的回避操作计算装置，其特征在于，

还具备隔离线检测部，其对记于所述本车辆行驶的所述道路的车道隔离线进行检测，

所述回避操作计算部基于来自所述隔离线检测部的所述车道隔离线信息来判断所述道路的车道，

所述目标行驶位置被设定于与所述本车辆现在行驶的车道相平行的车道，

将所述目标姿势角设定为朝向所述本车辆所设定的车道。

8、如权利要求5所述的回避操作计算装置，其特征在于，

还具备道路形状信息采集部，其对所述道路的走向形状进行采集，

所述姿势角目标值设定部设定所述本车辆的所述目标姿势角，以便在根据所述评价开始时刻的所述本车辆的速度所计算得出的所述评价结束时刻，使所述本车辆的前进方向与所述本车辆到达的所述道路的位置的方向相一致。

9、如权利要求2所述的回避操作计算装置，其特征在于，

所述回避操作计算部按照规定的间隔来分割自所述评价开始时刻至所述评价结束时刻的时间，在所规定的每一时间，来采集由所述道路边界检测部、所述障碍物检测部及所述本车辆信息检测部所检测到的信息，

所述评价函数设定部在所述规定的每一时间，将来自所述各检测部的检测信息应用于所述评价函数，

所述姿势角目标值设定部在所述规定的每一时间设定所述目标姿势角，

所述最佳操作量设定部在所述规定的每一时间计算向所述本车辆的最佳驾驶操作量。

10、如权利要求3所述的回避操作计算装置，其特征在于，

所述评价函数包含用于所述本车辆的驾驶操作量的操作状态，用于所述本车辆的驾驶操作量越小则所述评价函数输出值越小。

11、一种回避控制装置，其特征在于，具备：

如权利要求1所述的回避操作计算装置；

车辆运动控制部，其按照由该回避操作计算装置所计算得出的最佳驾驶操作量来进行所述本车辆的驾驶操作。

12、如权利要求11所述的回避控制装置，其特征在于，

所述车辆运动控制部对所述本车辆的转向机构及所述本车辆的制动机构中的至少一方的动作进行控制。

13、一种车辆，其特征在于，具备如权利要求1所述的回避操作计算装置。

14、一种车辆，其特征在于，具备如权利要求11所述的回避控制装置。

15、一种回避操作计算方法，其特征在于，包含：

对位于本车辆前方且该本车辆所行驶的道路及该道路的边界部进行检测；

对存在于所述本车辆前方所述道路上的障碍物进行检测；

对构成与所述道路方向相对的本车辆前进方向的姿势角、所述道路上的所述本车辆的位置及该本车辆的速度进行检测，并根据所述各检测信息对用于在所述道路上回避所述障碍物的操作量进行计算。

16、如权利要求15所述的回避操作计算方法，其特征在于，包含：

根据所述本车辆回避了所述障碍物之后的所述道路来设定所述本车辆的目标姿势角；

设定评价函数，该评价函数，根据在检测到所述障碍物时刻即评价开始时刻及该评价开始时刻的所述本车辆的车速，将预测到该本车辆到达所述障碍物的位置的时刻作为回避时刻进行设定，并设定预计该回避时刻的评价结束时刻，且基于如下状态来评价所述本车辆相对于车辆操作的预测行驶轨迹中从所述评价开始时刻至所述评价结束时刻之间的所述预测行驶轨迹中的车辆状态，即，所述状态包括：各时刻的所述本车辆相对于所述障碍物的接近状态、所述本车辆相对于所述道路的所述边界部的接近状态、从基于所述评价结束时刻的所述目标姿势角和所述预测行驶轨迹的所述本车辆的预测姿势角计算得出的所述本车辆的姿势状态；

基于由该评价函数得到的值为最小值的所述预测行驶轨迹来计算用于回避所述障碍物的操作量。

17、如权利要求16所述的回避操作计算方法，其特征在于，

所述障碍物和所述本车辆的间隔及所述边界部和所述本车辆的间隔越大，而且所述预测姿势角和所述目标姿势角之差越小，则所述评价函数的输出值越小，

计算所述操作量，根据使该评价函数的输出值为最小值的所述预测行驶轨迹，在所述评价开始时刻来计算向所述本车辆的最佳驾驶操作量。

18、如权利要求17所述的回避操作计算方法，其特征在于，包含：

取代基于检测到的所述障碍物信息来预测该障碍物的移动轨迹，在各时刻的与所述障碍物相对的所述本车辆的接近状态，而使用基于预测到的所述障碍物的所述移动轨迹的与该障碍物相对的所述本车辆的接近状态。

19、如权利要求17所述的回避操作计算方法，其特征在于，

所述评价函数包含所述本车辆的姿势状态，所述本车辆的姿势状态是根据在所述评价结束时刻所述本车辆所到达的目标行驶位置和由所述预测行驶轨迹而计算得出的在所述评价结束时刻的所述本车辆的预测行驶位置来求出的，所述目标行驶位置和所述预测行驶位置的间隔越小，所述评价函数输出值越小。

20、如权利要求19所述的回避操作计算方法，其特征在于，

还包括：对记于所述本车辆行驶的所述道路的车道隔离线进行检测；

基于该车道隔离线信息来判断所述道路的车道，并将所述目标行驶位置设定于所述本车辆现在行驶的车道，且将所述目标姿势角设定为，使该本车辆朝向回到所述本车辆现在行驶的车道的方向。

21、如权利要求19所述的回避操作计算方法，其特征在于，包含：

对记于所述本车辆行驶的所述道路的车道隔离线进行检测；

基于该车道隔离线信息来判断所述道路的车道，并将所述目标行驶位置设定于与所述本车辆现在行驶的车道相平行的车道，且将所述目标姿势角设定为朝向所述本车辆所设定的车道。

22、如权利要求19所述的回避操作计算方法，其特征在于，

还对所述道路的走向形状进行采集；

设定所述本车辆的所述目标姿势角，以便在根据所述评价开始时刻的所述本车辆的速度所计算得出的所述评价结束时刻，使所述本车辆的前进方向与所述本车辆到达的所述道路的位置的方向相一致。

23、如权利要求16所述的回避操作计算方法，其特征在于，

按照规定的间隔来分割自所述评价开始时刻至所述评价结束时刻的时间，在每个规定的时间采集所述各检测信息；

在每个所述规定的时间将所述各检测信息应用于所述评价函数；

在每个所述规定的时间设定所述目标姿势角；

在每个所述规定的时间计算向所述本车辆的最佳驾驶操作量。

24、如权利要求17所述的回避操作计算方法，其特征在于，

所述评价函数包含用于所述本车辆的驾驶操作量的操作状态，用于所述本车辆的驾驶操作量越小，所述评价函数输出值越小。

25、一种回避控制方法，其特征在于，利用通过如权利要求15所述的回避操作计算方法计算得出的最佳驾驶操作量来进行所述本车辆的驾驶操作。

26、如权利要求25所述的回避控制方法，其特征在于，对所述本车辆的转向及所述本车辆的制动操作中的至少一方的动作进行控制。

27、一种回避操作计算装置，其特征在于，具备：

道路边界检测机构，其对位于本车辆前方且该本车辆行驶的道路及该道路的边界部进行检测；

障碍物检测机构，其对存在于所述本车辆前方的所述道路上的障碍物进行检测；

本车辆信息检测机构，其对相对于所述道路方向的本车辆前进方向所形成的姿势角、在所述道路上的所述本车辆的位置及该本车辆的速度进行检测；

回避操作计算机构，其基于来自所述各检测机构的检测信息，对用于在所述道路上回避所述障碍物的操作量进行计算。

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