CN109844669A - 车辆控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种车辆控制装置。车辆控制装置(10)具有连接点设定部(94)和插值处理部(88)，其中，连接点设定部(94)设定位于点列的起始点(124)和终点(130)之间的连接点(136)，其中所述点列表示行驶轨迹的至少一部分的位置；插值处理部(88)根据满足与轨迹起始点(132)和连接点(136)有关的边界条件的回旋曲线，在行驶轨迹中的从轨迹起始点(132)至由连接点设定部(94)设定的连接点(136)的区间进行插值，据此来确定行驶轨迹的位置。

Description

车辆控制装置
技术领域
本发明涉及一种车辆控制装置，其依次生成车辆的行驶轨迹，并且根据该行驶轨迹来控制所述车辆。
背景技术
现有技术中，已知一种车辆控制装置，其依次生成车辆的行驶轨迹，并且根据该行驶轨迹来控制所述车辆。例如，已开发了各种在考虑曲率的连续性和曲率变化率的连续性(以下称为“轨迹的平滑度”)的同时生成行驶轨迹的技术。
日本发明专利公开公报特开2010-073080号(第[0032]～[0037]段等)中提出了一种方法，其中，根据需要导入急弯点(switchback point)以满足被输入的约束条件且使包含弯道曲率大小或变化率的要素的成本函数(cost function)的值达到最小，然后生成车辆的行驶轨迹。具体而言记载了如下内容：使用B-样条曲线在位于入口点(轨迹起始点)与出口点(轨迹终点)之间的各个插值点(Interpolation point：插补点)进行插值(插补)。
发明内容
然而，根据日本发明专利公开公报特开2010-073080号中所提出的方法，假设了一次生成行驶轨迹，而没有考虑轨迹起始点和轨迹终点时刻发生变化的状况。例如，通过追加与是否需要急弯点的判断和位置确定有关的运算处理来获取行驶轨迹，用于获取该行驶轨迹的运算时间过长，相应地损害行驶控制的实时性。另外，在车辆脱离行驶轨迹的情况下，产生按时间序列生成的行驶轨迹彼此的不连续性，因此难以确保曲率的连续性和曲率变化率的连续性。
本发明是为了解决上述问题而完成的，目的在于提供一种车辆控制装置，其能够在减少进行插值处理需要的运算时间的同时，确保轨迹起始点前后的轨迹平滑度。
本发明所涉及的车辆控制装置是依次生成车辆的行驶轨迹，并且根据所述行驶轨迹来控制所述车辆的装置，该车辆控制装置具有连接点设定部和插值处理部，其中，所述连接点设定部设定位于点列的起始点和终点之间的连接点，其中所述点列表示所述行驶轨迹的至少一部分的位置；所述插值处理部根据满足与所述轨迹起始点和所述连接点有关的边界条件(boundary condition)的回旋曲线(clothoid)，在所述行驶轨迹中的从轨迹起始点至由所述连接点设定部设定的所述连接点的区间(路段)进行插值，据此来确定所述行驶轨迹的位置。
如此，根据满足与所述轨迹起始点和所述连接点有关的边界条件的回旋曲线，在行驶轨迹中的从轨迹起始点至设定的连接点为止的区间进行插值，因此，无论从连接点至点列的终点的区间中的插值曲线的形状如何，包含轨迹起始点和连接点的轨迹的整个区间均平滑。据此，能够在减少插值处理的运算时间的同时，确保轨迹起始点前后的轨迹的平滑度。
另外，所述插值处理部也可以根据多项式插值曲线在从所述连接点至所述终点的区间进行插值。通过根据运算时间比回旋曲线少的多项式插值曲线在容易确保轨迹平滑度的区间(从连接点至终点的区间)进行插值，能够进一步减少插值处理的运算时间。
另外，该车辆控制装置还可以具有一次评价部和二次评价部，其中，所述一次评价部对所述行驶轨迹的候选组进行一次评价；所述二次评价部对已由所述一次评价部进行所述一次评价的所述行驶轨迹的候选组的一部分进行二次评价，所述一次评价部对根据多项式插值曲线在从所述轨迹起始点至所述连接点的区间(路段)进行插值的各所述行驶轨迹进行所述一次评价，所述二次评价部对根据回旋曲线在从所述轨迹起始点至所述连接点的区间进行插值的各所述行驶轨迹进行所述二次评价。据此，能够省略对在一次评价中被排除的候选轨迹执行基于回旋曲线的插值处理，由此能够大幅地降低用于生成各行驶轨迹的运算时间。
另外，所述二次评价部还可以进行与所述一次评价相比其运算量、运算时间和项目数量中的至少一项不同的所述二次评价。例如，所述一次评价部进行不包括与所述轨迹起始点前后的轨迹的平滑度有关的评价项目的所述一次评价，所述二次评价部进行包括与所述轨迹起始点前后的轨迹平滑度有关的评价项目的所述二次评价。通过省略对暂定候选轨迹的轨迹平滑度的评价(一次评价)，且进行对最终候选轨迹的轨迹平滑度的评价(二次评价)，能够大幅地减少用于评价各行驶轨迹的运算时间。
根据本发明所涉及的车辆控制装置，在能够减少插值处理的运算时间的同时，也能够确保轨迹起始点前后的轨迹的平滑度。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式所涉及的车辆控制装置的结构的框图。
图2是图1所示的中期轨迹生成部的功能框图。
图3是图2所示的一次选定部的功能框图。
图4是表示虚拟空间上的车辆与确定候选轨迹的点列之间的位置关系的第一概略图。
图5是表示虚拟空间上的车辆与确定候选轨迹的点列之间的位置关系的第二概略图。
图6是图2所示的二次选定部的功能框图。
图7是用于说明与图6的功能框图有关的动作的流程图。
图8是表示图7的步骤S2的连接点的设定结果的图。
图9是表示三连回旋曲线上的曲率和曲率变化率的位置依存性的图。
图10是表示对三连回旋曲线实施仿射变换的结果的图。
图11是表示图7的步骤S7的输出轨迹的确定结果的图。
图12是表示在点列的始点和轨迹起始点不同的情况下的输出轨迹的确定结果的图。
具体实施方式
下面，列举优选的实施方式，边参照附图边对本发明所涉及的车辆控制装置进行说明。
[车辆控制装置10的结构]
＜整体结构＞
图1是表示本发明的一实施方式所涉及的车辆控制装置10的结构的框图。车辆控制装置10被组装于车辆120(图4)，且构成为能够执行车辆120的自动驾驶或者自动驾驶辅助。车辆控制装置10具有控制系统12、输入装置和输出装置。输入装置和输出装置分别经由通信线与控制系统12连接。
输入装置具有外界传感器14、导航装置16、车辆传感器18、通信装置20、自动驾驶开关22和连接于操作设备24的操作检测传感器26。
输出装置具有：驱动力装置28，其驱动未图示的车轮；操舵装置30，其对所述车轮进行操舵(方向操纵)；和制动装置32，其对所述车轮进行制动。
＜输入装置的具体结构＞
外界传感器14具有多个摄像头33和多个雷达34，所述多个摄像头33和所述多个雷达34获取表示车辆120的外界状态的信息(以下称为外界信息)，外界传感器14将获取到的外界信息输出给控制系统12。外界传感器14还可以具有多个LIDAR(Light Detection andRanging、Laser Imaging Detection and Ranging；光探测和测距)装置。
导航装置16构成为包括能够检测车辆120的当前位置的卫星定位装置和用户接口(例如触摸屏式的显示器、扬声器和麦克风)。导航装置16根据车辆120的当前位置或用户指定的位置，计算到达所指定的目的地为止的路径，并将该路径输出给控制系统12。由导航装置16计算出的路径作为路径信息存储在存储装置40的路径信息存储部44中。
车辆传感器18包括检测车辆120的速度(车速)的速度传感器、检测加速度的加速度传感器、检测横向加速度(横向G)的横向G传感器、检测绕垂直轴的角速度的偏航角速率传感器、检测朝向、方位的方位传感器和检测坡度的坡度传感器，并将来自各传感器的检测信号输出给控制系统12。这些检测信号作为本车状态信息Ivh存储于存储装置40的本车状态信息存储部46。
通信装置20构成为能够与包括路边设备、其他车辆和服务器的外部装置进行通信，其发送和接收例如与交通设备有关的信息、与其他车辆有关的信息、探测信息或最新的地图信息。此外，地图信息被存储在导航装置16中，并且还作为地图信息被存储于存储装置40的地图信息存储部42。
操作设备24构成为包括加速踏板、方向盘(handle)、制动踏板、换挡杆和方向指示器控制杆。在操作设备24上安装有操作检测传感器26，该操作检测传感器26检测有无驾驶员的操作和操作量、操作位置。
操作检测传感器26将加速器踩踏量(加速器开度)、方向盘操作量(操舵量)、制动器踩踏量、挡位、左右转弯方向等作为检测结果输出给车辆控制部60。
自动驾驶开关22例如设置于仪表板，是用于包括驾驶员在内的用户通过手动操作来切换非自动驾驶模式(手动驾驶模式)和自动驾驶模式的按钮开关。
在本实施方式中，设定为每当按下自动驾驶开关22时，切换自动驾驶模式和非自动驾驶模式。作为替代，也可以为了可靠地确认驾驶员的自动驾驶意向，而例如设定为按压两次时从非自动驾驶模式切换为自动驾驶模式，按压一次时从自动驾驶模式切换为非自动驾驶模式。
自动驾驶模式是在驾驶员不对操作设备24(具体而言，加速踏板、方向盘和制动踏板)进行操作的状态下，车辆120在控制系统12的控制下行驶的驾驶模式。换言之，自动驾驶模式是控制系统12根据依次确定的行动计划(短期的情况下为后述的短期轨迹St)来控制驱动力装置28、操舵装置30和制动装置32的一部分或者全部的驾驶模式。
此外，在自动驾驶模式期间，在驾驶员开始操作设备24的操作的情况下，自动驾驶模式被自动解除，而切换到非自动驾驶模式(手动驾驶模式)。
<输出装置的具体结构>
驱动力装置28由驱动力ECU(电子控制装置；Electronic Control Unit)、和包括发动机、驱动马达的驱动源构成。驱动力装置28按照从车辆控制部60输入的车辆控制值Cvh来生成用于使车辆120行驶的行驶驱动力(扭矩)，并将该行驶驱动力经由变速器或直接地传递给车轮。
操舵装置30由EPS(电动助力转向系统)ECU和EPS装置构成。操舵装置30按照从车辆控制部60输入的车辆控制值Cvh来改变车轮(操舵轮)的朝向。
制动装置32例如是并用液压式制动器的电动伺服制动器，由制动ECU和制动执行器构成。制动装置32按照从车辆控制部60输入的车辆控制值Cvh对车轮进行制动。
＜控制系统12的结构＞
控制系统12由一个或多个ECU构成，除了具有各种功能实现部之外，还具有存储装置40等。此外，在本实施方式中，功能实现部是通过CPU(中央处理单元)执行存储装置40中所存储的程序来实现功能的软件功能部，但还能够通过由集成电路等构成的硬件功能部来实现。
控制系统12构成为除了包括存储装置40和车辆控制部60之外，还包括外界识别部52、识别结果接收部53、局部环境映射生成部54、总括控制部70、长期轨迹生成部71、中期轨迹生成部72和短期轨迹生成部73。在此，总括控制部70通过控制识别结果接收部53、局部环境映射生成部54、长期轨迹生成部71、中期轨迹生成部72和短期轨迹生成部73的任务同步来进行对各部的总括控制。
外界识别部52在参照来自车辆控制部60的本车状态信息Ivh的基础上，根据来自外界传感器14的外界信息(包括图像信息)，识别车辆120两侧的车道标识线(白线)，并且生成包括距停车线的距离和可行驶区域的“静态”的外界识别信息。另外，外界识别部52根据来自外界传感器14的外界信息，生成障碍物(包括泊车车辆和停车车辆)、交通参与者(人、其他车辆)、和信号灯的颜色{蓝(绿)、黄(橙)、红}等“动态”的外界识别信息。
外界识别部52将分别生成的静态和动态的外界识别信息(以下也统称为“外界识别信息Ipr”)输出(发送)给识别结果接收部53。与此同时，外界识别信息Ipr被存储到存储装置40的外界识别信息存储部45。
识别结果接收部53响应于运算指令Aa，将在规定运算周期Toc(基准周期或基准运算周期)内接收到的外界识别信息Ipr与更新计数器的计数值一起输出给总括控制部70。在此，运算周期Toc是控制系统12内部的基准运算周期，例如设定为数十毫秒(ms)左右的值。
局部环境映射生成部54响应于来自总括控制部70的运算指令Ab，参照本车状态信息Ivh和外界识别信息Ipr，在运算周期Toc内生成局部环境映射信息Iem，并且将该局部环境映射信息Iem与更新计数器的计数值一起输出给总括控制部70。即，在开始控制时，到生成局部环境映射信息Iem为止需要2×Toc的运算周期。
概略而言，局部环境映射信息Iem是将本车状态信息Ivh与外界识别信息Ipr合成得到的信息。局部环境映射信息Iem被存储于存储装置40的局部环境映射信息存储部47。
长期轨迹生成部71响应于来自总括控制部70的运算指令Ac，参照局部环境映射信息Iem(仅利用外界识别信息Ipr中的静态分量)、本车状态信息Ivh和存储于地图信息存储部42的道路地图(弯道的曲率等)，以相对最长的运算周期(例如9×Toc)生成长期轨迹Lt。然后，长期轨迹生成部71将所生成的长期轨迹Lt与更新计数器的计数值一起输出给总括控制部70。此外，长期轨迹Lt作为轨迹信息被存储于存储装置40的轨迹信息存储部48。
中期轨迹生成部72响应于来自总括控制部70的运算指令Ad，参照局部环境映射信息Iem(利用外界识别信息Ipr中的动态分量和静态分量这两者)、本车状态信息Ivh和长期轨迹Lt，以相对中等长度的运算周期(例如，3×Toc)生成中期轨迹Mt。然后，中期轨迹生成部72将所生成的中期轨迹Mt与更新计数器的计数值一起输出给总括控制部70。此外，与长期轨迹Lt同样，中期轨迹Mt作为轨迹信息存储于轨迹信息存储部48。
短期轨迹生成部73响应于来自总括控制部70的运算指令Ae，参照局部环境映射信息Iem(利用外界识别信息Ipr中的动态分量和静态分量这两者)、本车状态信息Ivh和中期轨迹Mt，以相对最短的运算周期(例如，Toc)生成短期轨迹St。然后，短期轨迹生成部73将所生成的短期轨迹St与更新计数器的计数值一起同时输出给总括控制部70和车辆控制部60。此外，与长期轨迹Lt和中期轨迹Mt同样，短期轨迹St作为轨迹信息存储于轨迹信息存储部48。
此外，长期轨迹Lt表示例如10秒左右的行驶时间的轨迹，是优先考虑乘车感觉、舒适性的轨迹。另外，短期轨迹St表示例如1秒左右的行驶时间的轨迹，是以实现车辆动力学和确保安全性为优先的轨迹。中期轨迹Mt表示例如5秒左右的行驶时间的轨迹，是相对于长期轨迹Lt和短期轨迹St的中间轨迹。
短期轨迹St相当于表示每个短周期Ts(＝Toc)的、车辆120的目标行为的数据集。短期轨迹St例如是以纵向(X轴)的位置x、横向(Y轴)的位置y、姿态角θz、速度Vs、加速度Va、曲率κ、曲率变化率κ'、偏航角速率γ、操舵角δst为数据单位的轨迹点列(x、y、θz、Vs、Va、κ、κ'、γ、δst)。另外，长期轨迹Lt或中期轨迹Mt是虽然周期分别不同但与短期轨迹St同样地定义的数据集。
车辆控制部60根据在短期轨迹St(轨迹点列)中所确定的行为，来确定使车辆120能够行驶的车辆控制值Cvh，并将所得到的车辆控制值Cvh输出给驱动力装置28、操舵装置30和制动装置32。
[中期轨迹生成部72的结构和动作]
本实施方式中的车辆控制装置10如上述那样构成。接着，边参照图2～图12，边对中期轨迹生成部72的结构和动作详细地进行说明。
＜中期轨迹生成部72的功能框图＞
图2是图1所示的中期轨迹生成部72的功能框图。中期轨迹生成部72具有：候选路径生成部80，其生成候选路径；和输出轨迹生成部82，其从候选路径中选定所期望的路径来生成输出轨迹(在此为中期轨迹Mt)。
候选路径生成部80使用局部环境映射信息Iem和前一次输出轨迹(具体而言，最近生成的中期轨迹Mt)来生成候选的车辆120应通过的点列(x，y)(即，候选路径)。
输出轨迹生成部82除了使用由候选路径生成部80生成的候选路径以外，还使用局部环境映射信息Iem、上层轨迹(具体而言，为长期轨迹Lt)和前一次输出轨迹(最近的中期轨迹Mt)来生成最新的中期轨迹Mt。输出轨迹生成部82构成为，包括一次选定部84、二次选定部86和插值处理部88，其中，一次选定部84进行后述的一次选定处理；二次选定部86进行后述的二次选定处理；插值处理部88根据插值曲线对任意点列进行插值。
＜一次选定部84的结构＞
图3是图2所示的一次选定部84的功能框图。一次选定部84进行对多个候选轨迹Cmt1的一次选定处理。具体而言，一次选定部84具有轨迹制作部90、一次评价部91和最佳候选确定部92。
轨迹制作部90通过将所期望的速度模式(目标速度的时间序列模式)与各候选路径合成，来制作候选轨迹Cmt1的集合体(以下也称为候选轨迹组100)。
一次评价部91通过对候选轨迹组100进行一次评价来计算各候选轨迹Cmt1中的综合评价值112。具体而言，一次评价部91具有：减法器102，其计算候选轨迹Cmt1与上层轨迹(长期轨迹Lt)之间的偏差(第一特征量)；上层轨迹评价部104，其根据规定的评价基准将第一特征量换算为评价值；减法器106，其计算候选轨迹Cmt1与外界识别信息Ipr之间的偏差(第二特征量)；外界信息评价部108，其根据规定的评价基准将第二特征量换算为评价值；和加法器110，其将按评价项目的评价值相加来计算综合评价值112。
上位轨迹评价部104例如也可以考虑候选轨迹Cmt1和长期轨迹Lt中的各分量(x，y，θz，vs，va，δst)的近似性来求出评价值。具体而言，可以以横向的位置偏差(Δy)越小则评价值越高，该位置偏差越大则评价值越低的方式设置评价基准。
外界信息评价部108例如可以考虑(1)候选轨迹Cmt1所表示的姿态角θz和车道标识线的朝向的近似性；(2)障碍物与车辆120干涉的可能性等，来计算评价值。在前者的情况下，可以以朝向越接近相同则评价值越高，该朝向越不相同(偏离越大)则评价值越低的方式设置评价基准。在后者的情况下，可以以干涉可能性越低则评价值越高，该干涉可能性越高则评价值越低的方式设置评价基准。
最佳候选确定部92从候选轨迹组100中选择一个或多个候选轨迹Cmt1，确定最佳候选轨迹Cmt2。具体而言，最佳候选确定部92参照在一次评价部91中得到的综合评价值112，按照评价结果从优到劣的顺序(按照评价值从大到小的顺序)选择候选轨迹Cmt1。
＜候选轨迹Cmt1的确定＞
图4是表示虚拟空间122上的车辆120与确定候选轨迹Cmt1的点列之间的位置关系的第一概略图。该虚拟空间122是由局部坐标系(Local Coordinate)定义的平面空间，该局部坐标系将接近表示车辆120位置的始点124的点(以下称为附近点126)作为原点O。
在此，附近点126相当于构成最近生成的中期轨迹Mt的轨迹点列中最接近车辆120的位置的点。虚拟空间122上的X轴相当于通过附近点126假定的车辆120的行进方向(即车长方向)。虚拟空间122上的Y轴是与X轴正交的坐标轴，相当于通过附近点126假定的车辆120的车宽方向。
图4中所示的“稀疏”点列表示候选轨迹Cmt1的位置，由一个始点124、两个经由点128、129和一个终点130构成。始点124是相当于车辆120当前位置的点。经由点128表示位于附近点126的车辆120在3秒后能够到达的位置之一。经由点129表示位于附近点126的车辆120在5秒后能够到达的一个位置。终点130表示位于附近点126的车辆120在7秒后能够到达的位置之一。
图5是表示虚拟空间122上的车辆120与确定候选轨迹Cmt1的点列之间的位置关系的第二概略图。更具体而言，图5表示对图4的“稀疏”点列进行样条插值而得到的候选轨迹Cmt1的形状(单点划线)。
在形成“密集”点列的11个点中，候选轨迹Cmt1的起始点(以下称为轨迹起始点132)对应于始点124，且候选轨迹Cmt1的终点(以下称为轨迹终点134)对应于终点130。在此，需要注意的是：从轨迹起始点132至轨迹终点134的整个区间根据样条曲线被插值。
＜二次选定部86的结构＞
图6是图2所示的二次选定部86的功能框图。二次选定部86进行对已实施一次评价的候选轨迹组100的一部分(一个或多个最佳候选轨迹Cmt2)的二次选定处理。具体而言，二次选定部86具有连接点设定部94、二次评价部95和输出轨迹确定部96。
与一次评价部91(图3)同样，二次评价部95具有：减法器140，其计算候选轨迹Cmt1与上层轨迹(长期轨迹Lt)之间的偏差(第一特征量)；上层轨迹评价部142，其根据规定的评价基准将第一特征量换算为评价值；减法器144，其计算候选轨迹Cmt1与外界识别信息Ipr之间的偏差(第二特征量)；外界信息评价部146，其根据规定的评价基准将第二特征量换算为评价值；和加法器148，其将按评价项目的评价值相加来计算综合评价值150。
＜二次选定部86的动作＞
接着，边参照图7的流程图和图8～图11边对图6所示的二次选定部86的动作详细地进行说明。
在图7的步骤S1中，输出轨迹生成部82选择一个或多个最佳候选轨迹Cmt2中还未进行二次评价的一个。然后，插值处理部88获取由一次选定部84选择的最佳候选轨迹Cmt2。
在图7的步骤S2中，连接点设定部94设定位于点列的始点124与终点130之间的连接点136，该点列表示在步骤S1中被选择的最佳候选轨迹Cmt2(行驶轨迹)的位置。
如图8所示，在形成“密集”点列的11个点中，从始点124(轨迹起始点132)起的第三个点被设定为连接点136。此外，连接点136可以是样条曲线上的中间点(除了始点124和终点130以外的点)，且曲率(κ)和曲率变化率(κ')是已知的。
在图7的步骤S3中，插值处理部88计算表示满足确定的边界条件的回旋曲线(包括各种改良模型)的插值系数。下面，以三连回旋曲线为例详细说明插值系数的计算方法。
在将回旋曲线的起始点、即轨迹起始点132的坐标设为(xs，ys)、将回旋曲线的终点、即连接点136的坐标设为(xg，yg)时，回旋曲线上的坐标(x，y)使用坐标值(xs，ys)通过下面的(1)式求出。
【数学公式1】
在此，参数S相当于被标准化为可取值在[0，1]的范围内的曲线长度(以下称为“标准化长度S”)。即，轨迹起始点132的坐标相当于(x(0)，y(0))，连接点136的坐标相当于(x(1)，y(1))。
在三连回旋曲线的情况下，(1)式所示的姿态角θ(S)通过下面的(2)式和(3)式求出。此外，S1、S2是满足0＜S1＜S2＜1的正数(例如，固定值：S1＝1/3、S2＝2/3)。
【数学公式2】
【数学公式3】
在此，姿态角截距{θi}、曲率{κi}、曲率变化率{κ'i}(i＝0～2)和比例(scale)变量L相当于能够确定三连回旋曲线形状的合计共10个插值系数。
图9是表示三连回旋曲线上的曲率κ和曲率变化率κ'的位置依存性的图。曲线图的横轴是标准化长度S，曲线图的纵轴是曲率κ(上段)和曲率变化率κ'(下段)。
曲率κ(S)使用标准化长度S由下面的(4)式和(5)式给出。此外，给予用于连接在S＝S1、S2相邻的直线彼此的边界条件，据此能够确保曲率κ(S)的连续性。
【数学公式4】
【数学公式5】
如图10所示，通过对回旋曲线实施仿射变换，使轨迹起始点132移动到原点O(0，0)，使连接点136移动到X轴上的1点(r，0)。由下面的(6)式给出表示轨迹起始点132与连接点136之间的相对位置关系的四个特征值(Δx，Δy，r，φ)。
【数学公式6】
在此，Δx相当于连接点136相对于轨迹起始点132在X轴上的位置偏差。Δy相当于连接点136相对于轨迹起始点132在Y轴上的位置偏差。r相当于轨迹起始点132与连接点136之间的距离。φ相当于连结轨迹起始点132和连接点136的直线与X轴所成的角。
仿射变换后的回旋曲线上的坐标(x，y)使用标准化长度S通过下面的(7)式求出。
【数学公式7】
在三连回旋曲线的情况下，(7)式所示的姿态角θ(S)通过下面的(8)式～(10)式求出。此外，S1、S2是满足0＜S1＜S2＜1的正数，与(2)式中的值一致。
【数学公式8】
【数学公式9】
【数学公式10】
曲率κ(S)使用标准化长度S由下面的(11)式给出。在此，系数{bij}与由上述的(5)式所示的系数相同。
【数学公式11】
与回旋曲线上的位置有关的边界条件由下面的(12)式表示。通过给予该边界条件，能够同时确保S＝0(轨迹起始点132)、S＝1(连接点136)前后的位置的连续性。
【数学公式12】
与回旋曲线上的曲率有关的边界条件由下面的(13)式表示。通过给予该边界条件，能够同时确保S＝0(轨迹起始点132)、S＝S1(第一拐点)、S＝S2(第二拐点)、S＝1(连接点136)前后的曲率的连续性。
【数学公式13】
与回旋曲线上的曲率变化率有关的边界条件由下面的(14)式表示。通过给予该边界条件，能够同时确保S＝0(轨迹起始点132)、S＝1(连接点136)前后的曲率变化率的连续性。
【数学公式14】
插值处理部88通过对(12)式～(14)式所示的合计共10个非线性联立方程式求解，计算作为未知数的10个插值系数。作为非线性方程式的解法，也可以采用包括牛顿-拉夫森(Newton-Raphson)法的公知的方法。
此外，插值系数的计算方法不限于上述的例子，例如也可以给予与上述的边界条件不同的约束条件(限制条件)。另外，也可以不将S1、S2作为固定值而将其作为插值系数的一种来处理，据此使其具有解的冗余度(自由度)。
在图7的步骤S4中，插值处理部88使用在步骤S3中计算出的插值系数，进行基于上述的(1)式～(5)式所示的回旋曲线的插值处理。具体而言，插值处理部88通过替换从轨迹起始点132至连接点136的区间来修正最佳候选轨迹Cmt2的一部分。
如图11所示，最佳候选轨迹Cmt2由从始点124(轨迹起始点132)至连接点136的“回旋区间”和从连接点136至终点130(轨迹终点134)的“样条区间”构成。
在使用样条曲线插值的“样条区间”中，确保了轨迹的平滑度。另外，在使用回旋曲线插值的“回旋区间”中，确保了轨迹的平滑度。而且，该回旋曲线满足与轨迹起始点132和连接点136有关的边界条件(即，保证位置、曲率和曲率变化率的连续性的边界条件)，因此，确保了轨迹起始点132和连接点136前后的轨迹的平滑度。
在图7的步骤S5中，二次评价部95对在步骤S4中修正的最佳候选轨迹Cmt2进行二次评价。在此，二次评价部95可以进行与一次评价相同的评价(二次评价)，或者，也可以进行与一次评价相比其运算量、运算时间和项目数量中的至少一项不同的二次评价。
在后者的情况下，例如可以构成为，一次评价部91进行不包括与轨迹起始点132前后的轨迹的平滑度有关的评价项目的一次评价，二次评价部95进行包括与轨迹起始点132前后的轨迹的平滑度有关的评价项目的二次评价。通过省略对暂定候选轨迹的轨迹平滑度的评价(一次评价)，且进行对最终候选轨迹的轨迹平滑度的评价(二次评价)，能够大幅地减少用于评价各行驶轨迹的运算时间。
另外，除了上述样条曲线之外，插值处理部88还可以根据包括B-样条曲线、拉格朗日(Lagrange)曲线和贝塞尔(bezier)曲线的多项式插值曲线在从连接点136至终点130(轨迹终点134)的区间进行插值。通过根据运算时间比回旋曲线少的多项式插值曲线在容易确保轨迹平滑度的区间(从连接点136至终点130的区间)进行插值，能够进一步减少插值处理的运算时间。
另外，也可以构成为，一次评价部91对各候选轨迹Cmt1(行驶轨迹)进行一次评价，二次评价部95对各最佳候选轨迹Cmt2(行驶轨迹)进行二次评价，其中，各候选轨迹Cmt1是根据多项式插值曲线(例如样条曲线)在从轨迹起始点132至连接点136的区间进行插值的轨迹；各最佳候选轨迹Cmt2是根据回旋曲线在从轨迹起始点132至连接点136的区间进行插值的轨迹。据此，能够省略对在一次评价中被排除的候选轨迹执行基于回旋曲线的插值处理，由此能够大幅地降低用于生成各行驶轨迹的运算时间。
在图7的步骤S6中，输出轨迹生成部82判定对全部的最佳候选轨迹Cmt2的二次评价是否结束。在判定为还未结束的情况下(步骤S6：否)，返回步骤S1，依次重复步骤S1～S6，直到二次评价全部结束为止。另一方面，在判定为二次评价全部结束的情况下(步骤S6：是)，进入下一步骤(S7)。
在图7的步骤S7中，输出轨迹确定部96从一个或多个最佳候选轨迹Cmt2中选择一个，来确定作为输出轨迹的中期轨迹Mt。具体而言，输出轨迹确定部96参照由二次评价部95获取的综合评价值150，选择评价结果最好(评价值最大)的最佳候选轨迹Cmt2。
＜始点124和轨迹起始点132不同的情况＞
如此一来，图6所示的二次选定部86的动作结束。在上述动作的例子中，设想了轨迹起始点132与始点124一致的情况，但轨迹起始点132也可以与始点124不同。
如图12所示，最佳候选轨迹Cmt2由从轨迹起始点132至连接点136的“回旋区间”和从连接点136至终点130(轨迹终点134)的“样条区间”构成。在此，在用样条曲线在从始点124至终点130的整个区间进行插值后，外插“回旋区间”来代替“样条区间”。即使如此构成，也与图11的情况相同，确保了轨迹的平滑度。
[该车辆控制装置10的效果]
如上所述，车辆控制装置10是[1]依次生成车辆120的行驶轨迹，并且根据行驶轨迹控制车辆120的装置，具有：[2]连接点设定部94，其设定位于点列的始点124和终点130之间的连接点136，该点列表示最佳候选轨迹Cmt2(行驶轨迹)的至少一部分的位置；[3]插值处理部88，其根据满足与轨迹起始点132和连接点136有关的边界条件的回旋曲线，在最佳候选轨迹Cmt2中的从轨迹起始点132至设定的连接点136的区间进行插值，来确定最佳候选轨迹项Cmt2的位置。
另外，使用车辆控制装置10的车辆控制方法是[1]依次生成车辆120的行驶轨迹并且根据行驶轨迹控制车辆120的方法，由一个或多个计算机执行如下步骤：[2]设定步骤(S2)，设定位于点列的始点124和终点130之间的连接点136，该点列表示最佳候选轨迹Cmt2(行驶轨迹)的至少一部分的位置；[3]插值步骤(S4)，根据满足与轨迹起始点132和连接点136有关的边界条件的回旋曲线，在最佳候选轨迹Cmt2的从轨迹起始点132至设定的连接点136的区间进行插值，来确定最佳候选轨迹Cmt2的位置。
如此，根据满足与轨迹起始点132和连接点136有关的边界条件的回旋曲线在从轨迹起始点132至连接点136的区间进行插值，因此，无论从连接点136至点列的终点130的区间中的插值曲线的形状如何，包含轨迹起始点132和连接点136的轨迹的整个区间均平滑。据此，在能够减少插值处理的运算时间的同时，也能够确保轨迹起始点132前后的轨迹的平滑度。
[补充]
此外，本发明不限定于上述实施方式，当然可以在不脱离本发明主旨的范围内自由变更。

Claims (5)

1.一种车辆控制装置(10)，其依次生成车辆(120)的行驶轨迹，并且根据所述行驶轨迹来控制所述车辆(120)，其特征在于，
具有连接点设定部(94)和插值处理部(88)，其中，
所述连接点设定部(94)设定位于点列的起始点(124)和终点(130)之间的连接点(136)，其中所述点列表示所述行驶轨迹的至少一部分的位置；
所述插值处理部(88)根据满足与所述轨迹起始点(132)和所述连接点(136)有关的边界条件的回旋曲线，在所述行驶轨迹中的从轨迹起始点(132)至由所述连接点设定部(94)设定的所述连接点(136)的区间进行插值，据此来确定所述行驶轨迹的位置。
2.根据权利要求1所述的车辆控制装置(10)，其特征在于，
所述插值处理部(88)根据多项式插值曲线在从所述连接点(136)至所述终点(130)的区间进行插值。
3.根据权利要求2所述的车辆控制装置(10)，其特征在于，
还具有一次评价部(91)和二次评价部(95)，其中，
所述一次评价部(91)对所述行驶轨迹的候选组(100)进行一次评价；
所述二次评价部(95)对已由所述一次评价部(91)进行所述一次评价的所述行驶轨迹的候选组(100)的一部分进行二次评价，
所述一次评价部(91)对根据多项式插值曲线在从所述轨迹起始点(132)至所述连接点(136)的区间进行插值的各所述行驶轨迹进行所述一次评价，
所述二次评价部(95)对根据回旋曲线在从所述轨迹起始点(132)至所述连接点(136)的区间进行插值的各所述行驶轨迹进行所述二次评价。
4.根据权利要求3所述的车辆控制装置(10)，其特征在于，
所述二次评价部(95)进行与所述一次评价相比其运算量、运算时间和项目数量中的至少一项不同的所述二次评价。
5.根据权利要求4所述的车辆控制装置(10)，其特征在于，
所述一次评价部(91)进行不包括与所述轨迹起始点(132)前后的轨迹的平滑度有关的评价项目的所述一次评价，
所述二次评价部(95)进行包括与所述轨迹起始点(132)前后的轨迹平滑度有关的评价项目的所述二次评价。
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