CN112703539A - 行驶路径生成装置及车辆控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种能够高精度地生成行驶路径的行驶路径生成装置、及以按照行驶路径生成装置生成的行驶路径行驶的方式进行车辆的行驶控制的车辆控制装置。本发明的行驶路径生成装置(11)具备取得车辆正在行驶的区域的信息即行驶区域信息的行驶区域信息取得部(15)、以及基于行驶区域信息而生成表现车辆应行进路径的曲线的信息的行驶路径生成部(16)，行驶路径生成部(16)的输出被提供给担任车辆的转向控制的车辆控制部(21)，行驶路径生成部(16)使行驶区域信息中的用于转向控制的范围的行驶区域信息的权重比未用于转向控制的范围的行驶区域信息的权重大地生成曲线的信息。

Description

行驶路径生成装置及车辆控制装置

技术领域

本发明涉及生成车辆行驶的行驶路径的行驶路径生成装置、及以按照该行驶路径生成装置生成的行驶路径行驶的方式进行车辆的行驶控制的车辆控制装置。

背景技术

为了进行车辆的驾驶支援或者进行车辆的自动行驶，需要检测车辆应行驶的道路或车辆能够行驶的区域，生成作为车辆应行驶的路径的行驶路径，以按照生成的行驶路径行驶的方式控制车辆。而且，为了以按照生成的行驶路径行驶的方式控制车辆，不仅使用行驶路径与车辆的位置误差，而且还使用行驶路径与车辆的角度误差及曲率等信息的方法能够使车辆更顺畅地按照行驶路径行驶。

然而，当通过离散的点列来求解行驶路径时，若直接使用这些离散的点列则会由于精度的不均而得不到顺畅的行驶路径，有时会产生乘坐舒适度恶化等问题。

针对上述问题，以往，公开了基于本车的速度及横摆角速度、本车的行驶车道、前车的位置来推定行驶路径的曲率，算出本车应预先转向的转向量的车辆行驶支援装置(例如，参照专利文献1)。在专利文献1中，通过圆弧曲率来表现行驶路径，基于本车的车速及横摆角速度、推定曲率的历史来调整权重，以使行驶路径的推定曲率顺畅地变化的方式进行运算，并进行本车的转向控制，使得按照得到的曲率在行驶路径上行驶。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2014-135016号公报

发明内容

发明要解决的课题

在专利文献1中，仅是基于本车的车速及横摆角速度、前车的位置而以行驶路径的曲率顺畅地变化的方式进行推定，在仅有曲率的表现的情况，例如在弯路的近前表现行驶路径时会产生误差，行驶路径与本车应行驶的实际的道路形状未必一致。这样，一直以来，行驶路径的精度还有改善的余地。

本发明是为了解决这样的问题而作出的发明，其目的在于提供一种能够高精度地生成行驶路径的行驶路径生成装置、及以按照行驶路径生成装置生成的行驶路径行驶的方式进行车辆的行驶控制的车辆控制装置。

用于解决课题的方案

为了解决上述课题，本发明的行驶路径生成装置具备：行驶区域信息取得部，所述行驶区域信息取得部取得车辆正在行驶的区域的信息即行驶区域信息；及行驶路径生成部，所述行驶路径生成部基于行驶区域信息，生成表现车辆应行进路径的曲线的信息，行驶路径生成部的输出被提供给担任车辆的转向控制的车辆控制部，行驶路径生成部使行驶区域信息中的用于转向控制的范围的行驶区域信息的权重比未用于转向控制的范围的行驶区域信息的权重大地生成曲线的信息。

发明效果

根据本发明，行驶路径生成装置具备：行驶区域信息取得部，所述行驶区域信息取得部取得车辆正在行驶的区域的信息即行驶区域信息；及行驶路径生成部，所述行驶路径生成部基于行驶区域信息，生成表现车辆应行进路径的曲线的信息，行驶路径生成部的输出被提供给担任车辆的转向控制的车辆控制部，行驶路径生成部使行驶区域信息中的用于转向控制的范围的行驶区域信息的权重比未用于转向控制的范围的行驶区域信息的权重大地生成曲线的信息，因此，能够高精度地生成行驶路径。

本发明的目的、特征、形态及优点通过以下的详细说明和附图而更加清楚明白。

附图说明

图1是表示包含本发明的实施方式1的行驶路径生成装置的车辆系统的整体结构的图。

图2是表示本发明的实施方式1的行驶路径生成装置的结构的一例的框图。

图3是表示本发明的实施方式1的行驶路径生成装置的硬件结构的一例的框图。

图4是表示本发明的实施方式1的车辆控制装置的结构的一例的框图。

图5是表示本发明的实施方式1的车辆控制装置的硬件结构的一例的框图。

图6是表示本发明的实施方式1的行驶路径生成装置的动作的一例的流程图。

图7是用于说明本发明的实施方式1的控制参照点的图。

图8是表示本发明的实施方式1的参照范围中的各点的权重的一例的图。

图9是表示比较例的以无加权的三次函数近似算出的行驶路径的一例的图。

图10是表示本发明的实施方式1的以加权的三次函数近似算出的行驶路径的一例的图。

图11是表示本发明的实施方式1的车辆控制装置的动作的一例的流程图。

图12是表示比较例的以无加权的三次函数近似算出的行驶路径的一例的图。

图13是表示本发明的实施方式1的以加权的三次函数近似算出的行驶路径的一例的图。

图14是表示本发明的实施方式2的行驶路径生成装置的动作的一例的流程图。

图15是用于说明本发明的实施方式2的参照范围的图。

图16是表示本发明的实施方式2的参照范围中的各点的权重的一例的图。

图17是表示本发明的实施方式2的车辆控制装置的动作的一例的流程图。

图18是表示本发明的实施方式3的行驶路径生成装置的动作的一例的流程图。

图19是表示本发明的实施方式3的参照范围中的各点的权重的一例的图。

具体实施方式

关于本发明的实施方式，以下基于附图进行说明。

<实施方式1>

<结构>

图1是表示包含本发明的实施方式1的行驶路径生成装置11的车辆系统的整体结构的图。

如图1所示，车辆系统应用于具备车轮2及方向盘3的车辆1，具备转向装置4、天线10、位置检测装置6、地图发布装置7、车速传感器8、车辆控制装置9、行驶路径生成装置11、以及未图示的横摆角速度传感器。

需要说明的是，在图1中，位置检测装置6与地图发布装置7单独构成，但是也可以将它们一体构成。而且，行驶路径生成装置11与车辆控制装置9单独构成，但是也可以将它们一体构成。

转向装置4例如由EPS(Electric Power Steering，电动助力转向系统)用电机及ECU(Electronic Control Unit，电子控制单元)构成。转向装置4按照从车辆控制装置9输入的转向指令值进行动作，能够控制方向盘3或前方的两个车轮2的旋转。

卫星5例如由多个GPS(Global Positioning System，全球定位系统)卫星构成。需要说明的是，在本实施方式1中，说明卫星5为GPS卫星的情况，但是并不局限于此。卫星5可以是例如GLONASS(Global Navigation Satellite System，全球导航卫星系统)等其他的定位卫星。

天线10接收从卫星5发送的卫星信号，并将接收到的卫星信号向位置检测装置6输出。

位置检测装置6由GPS接收机构成，对天线10接收到的卫星信号进行处理来检测车辆1的位置及方位角，并将检测到的车辆1的位置及方位角向地图发布装置7及行驶路径生成装置11输出。

需要说明的是，在本实施方式1中，说明位置检测装置6为GPS接收机的情况，但是并不局限于此。位置检测装置6也可以是例如与GLONASS等其他系统对应的接收机。

为了提高位置检测装置6检测的位置的精度，可以经由从卫星5接收的卫星信号或互联网来取得补正信息，也可以将位置检测装置6设为与DGPS(Differential GPS，差分全球定位系统)对应的结构。而且，位置检测装置6为了对于干扰进行鲁棒性的位置检测，可以与横摆角速度传感器及车速传感器组合来算出车辆1的位置及方位角，即设为进行航位推算的结构。

车速传感器8检测车辆1的行驶速度，将检测结果设为速度V向车辆控制装置9及行驶路径生成装置11输出。需要说明的是，在图1中，设为在四个车轮2中的一个上设置的车速传感器8检测速度V的结构，但是并不局限于此。例如，也可以构成为将分别设置在四个车轮2上的车速传感器8检测到的车速的平均或设置在后方的两个车轮2上的车速传感器8检测到的车速的平均作为车速V而检测。

地图发布装置7基于从位置检测装置6输入的车辆1的位置及方位角，将车辆1行驶的道路的信息即道路信息向行驶路径生成装置11输出。在此，道路信息包括例如由车道中央的纬度及经度表示的位置的集合即点组信息、车道数、及道路的曲率等。需要说明的是，地图发布装置7也可以基于从位置检测装置6输入的车辆1的方位角，将变换成以车辆1或该车辆1的附近为原点的本车坐标系的点组信息向行驶路径生成装置11输出。

图2是表示行驶路径生成装置11的结构的一例的框图。

如图2所示，行驶路径生成装置11具备车辆位置信息取得部12、道路信息取得部13、车辆信息取得部14、行驶区域信息取得部15、以及行驶路径生成部16。

车辆位置信息取得部12从位置检测装置6取得车辆1的当前位置信息。当前位置信息包括车辆1的位置及方位角。道路信息取得部13从地图发布装置7取得道路信息。车辆信息取得部14从设置于车辆1的各种传感器取得与车辆1相关的信息即车辆信息。例如，车辆信息取得部14从车速传感器8取得车辆1的速度信息即速度V。而且，车辆信息取得部14从未图示的横摆角速度传感器取得车辆1的横摆角速度。

行驶区域信息取得部15基于车辆位置信息取得部12取得的当前位置信息、道路信息取得部13取得的点组信息、车辆信息取得部14取得的车辆信息，取得车辆1正在行驶的区域的信息即行驶区域信息。行驶区域信息包括当前位置信息及点组信息。

行驶路径生成部16基于行驶区域信息取得部15取得的行驶区域信息，生成表现车辆1应行进路径的曲线的信息。在此，表现车辆1应行进路径的曲线相当于车辆1的行驶路径。即，行驶路径生成部16生成车辆1的行驶路径。行驶路径生成部16生成的行驶路径向车辆控制装置9输出。

图3是表示行驶路径生成装置11的硬件结构的一例的框图。

行驶路径生成装置11中的车辆位置信息取得部12、道路信息取得部13、车辆信息取得部14、行驶区域信息取得部15及行驶路径生成部16的各功能由处理电路实现。即，行驶路径生成装置11具备用于取得车辆1的当前位置信息，取得道路信息，取得车辆信息，取得行驶区域信息，并生成行驶路径的处理电路。处理电路是执行存储器18保存的程序的处理器17(也称为中央处理装置、处理装置、运算装置、微型处理器、微型计算机、DSP(DigitalSignal Processor，数字信号处理器))。

行驶路径生成装置11中的车辆位置信息取得部12、道路信息取得部13、车辆信息取得部14、参照范围决定部15及行驶路径生成部16的各功能通过软件、固件、或者软件与固件的组合来实现。软件或固件被记述为程序并保存于存储器18。处理电路通过将存储于存储器18的程序读出并执行而实现各部的功能。即，行驶路径生成装置11具备用于保存程序的存储器18，该程序执行在结果上取得车辆1的当前位置信息的步骤、取得道路信息的步骤、取得车辆信息的步骤、取得行驶区域信息的步骤、以及生成行驶路径的步骤。而且，这些程序也可以说是使计算机执行车辆位置信息取得部12、道路信息取得部13、车辆信息取得部14、参照范围决定部15及行驶路径生成部16的步骤或方法的程序。在此，存储器可以是例如RAM(Random Access Memory，随机存储器)、ROM(Read Only Memory，只读存储器)、闪速存储器、EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory，可擦可编程只读存储器)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory，电可擦可编程只读存储器)等非易失性或易失性的半导体存储器、磁盘、软盘、光盘、CD、DVD等、或者今后使用的一切存储介质。

图4是表示车辆控制装置9的结构的一例的框图。

如图4所示，车辆控制装置9具备行驶路径信息取得部19、车辆信息取得部20、以及车辆控制部21。车辆控制装置9构成为生成向转向装置4输出的转向指令值的ECU。

行驶路径信息取得部19从行驶路径生成装置11取得行驶路径信息。车辆信息取得部20从车速传感器8等设置于车辆1的各种传感器取得与车辆1相关的信息即车辆信息。例如，车辆信息取得部20从车速传感器8取得车辆1的速度信息即速度V。而且，车辆信息取得部20从未图示的横摆角速度传感器取得车辆1的横摆角速度。

车辆控制部21基于行驶路径信息取得部19取得的路径信息和车辆信息取得部20取得的车辆信息，以使车辆1按照行驶路径行驶的方式进行车辆1的转向控制。具体而言，车辆控制部21将用于进行车辆1的转向控制的转向指令值向转向装置4输出。

图5是表示车辆控制装置9的硬件结构的一例的框图。

车辆控制装置9中的行驶路径信息取得部19、车辆信息取得部20及车辆控制部21的各功能由处理电路实现。即，车辆控制装置9具备用于取得行驶路径信息，取得车辆信息，并进行车辆1的转向控制的处理电路。处理电路是执行存储器23保存的程序的处理器22。

车辆控制装置9中的行驶路径信息取得部19、车辆信息取得部20及车辆控制部21的各功能通过软件、固件、或者软件与固件的组合来实现。软件或固件被记述为程序，并保存于存储器23。处理电路通过将存储器23存储的程序读出并执行而实现各部的功能。即，车辆控制装置9具备用于保存程序的存储器23，该程序执行在结果上取得行驶路径信息的步骤、取得车辆信息的步骤、以及进行车辆1的转向控制的步骤。而且，这些程序也可以说是使计算机执行行驶路径信息取得部19、车辆信息取得部20及车辆控制部21的步骤或方法的程序。

<动作>

<行驶路径生成装置11的动作>

图6是表示行驶路径生成装置11的动作的一例的流程图。

在步骤S11中，行驶路径生成部16基于车辆1的位置及方位角、行驶区域中的点组信息，将点组信息变换成以车辆1为原点并以车辆1的行进方向为X轴的本车坐标系。

具体而言，行驶路径生成部16将由纬度、经度及高度表示的点组信息通过高斯＝克吕格法等坐标变换而变换到平面上。在本实施方式1中，变换成以东方向为X轴，以北方向为Y轴的米制坐标系。而且，为了变换成以车辆1的位置为原点、以车辆1的行进方向为X轴的本车坐标系，使点组信息的X，Y以车辆1的位置成为原点的方式偏置，而且，以使车辆1的方位角与X轴一致的方式进行旋转。

在步骤S12中，行驶路径生成部16决定控制参照点Pref，该控制参照点Pref是根据预先设定的车辆1的状态量而确定的用于转向控制的范围。在此，作为车辆1的状态量，可列举例如车辆1的速度等。

具体而言，控制参照点Pref作为车辆1的速度的一次函数而被提供。例如，当车速Vx为20m/s，2秒后的点为控制参照点Pref时，行驶路径生成部16基于下述的式(1)，算出从车辆1的当前位置至控制参照点Pref的距离Ld。

Ld＝Vx×2···(1)

在此，例如，如果地图以10m间隔作成，则如图7所示，控制参照点Pref成为从车辆1的附近点开始的四个之前的点。行驶路径生成部16将该控制参照点Pref决定为用于转向控制的范围。即，在本实施方式1中，用于转向控制的范围成为一个控制参照点Pref。需要说明的是，在图7中，圆形标记表示构成点组信息的各点。

在步骤S13中，行驶路径生成部16决定将点组信息近似为曲线的范围。

具体而言，行驶路径生成部16决定包含通过步骤S12决定的控制参照点Pref在内的参照范围。参照范围是在行驶路径生成部16生成行驶路径时参照的点组信息的范围，是指将点组信息近似为曲线的范围。在本实施方式1中，如图7所示，以控制参照点Pref为基准沿前后方向每40m即每4个点进行参照，合计9个点成为参照范围。这样，行驶路径生成部16决定包含控制参照点Pref在内的参照范围。

在步骤S14中，行驶路径生成部16在参照范围内，决定在近似时使用的各点的权重。

具体而言，如图8所示，行驶路径生成部16在参照范围内，将控制参照点Pref的权重决定为比控制参照点Pref以外的点的权重大。

在步骤S15中，行驶路径生成部16基于在步骤S14中决定的权重，通过对点组信息进行曲线近似来算出行驶路径。

具体而言，使用基于加权的最小二乘法的三次函数近似，基于在步骤S14中决定的权重，将点组的坐标近似成三次函数。

根据上述，增大控制参照点Pref的权重而进行三次函数近似，由此，以加权的三次函数近似算出的曲线的控制参照点Pref处的近似精度(参照图10)比以无加权的三次函数近似算出的曲线的控制参照点Pref处的近似精度(参照图9)提高。

<车辆控制装置9的动作>

图11是表示车辆控制装置9的动作的一例的流程图。

在步骤S21中，车辆控制部21算出控制参照点Pref处的横向偏差YLd。

具体而言，如果将行驶路径生成装置11的行驶路径生成部16算出的三次函数设为x的函数y＝f(x)，则使用至控制参照点Pref的距离Ld通过下述的式(2)表示横向偏差YLd。

YLd＝f(Ld)···(2)

在步骤S22中，车辆控制部21根据车速V来算出增益K1。

具体而言，预先计算根据车辆规格等而求出的增益来作为车速可变的函数或映射，算出与车辆1的当前的速度V对应的增益K1，以使车辆1能够稳定且高响应地追随行驶路径。

在步骤S23中，车辆控制部21算出指令转向角θref。在此，指令转向角θref相当于为了进行车辆1的转向控制而向转向装置4输出的转向指令值。

具体而言，车辆控制部21基于车速V来算出指令转向角θref，以便减小控制参照点Pref处的横向偏差YLd。指令转向角θref由下述的式(3)表示。

θref＝K1×YLd···(3)

由于以上的情况，根据本实施方式1，通过使控制参照点Pref的权重比除此以外的点大，由此能够提高控制参照点Pref处的近似精度。例如，如图12所示，在以无加权的三次函数近似来算出曲线的情况下，由于要以三次函数来表现各点，因此控制参照点Pref处的横向偏差YLd成为与行进方向前方的弯路相反方向的负值。从而，车辆控制部21向右方向算出指令转向角θref，因此车辆1对于行驶路径的追随性下降，针对车辆1的行驶可能会给驾驶者带来违和感。另一方面，通过使控制参照点Pref的权重比除此以外的点大，能够使横向偏差YLd成为接近于实际值的偏差，因此如图13所示，成为大致直行的指令转向角θref，良好地确保车辆1对于行驶路径的追随性，能够抑制驾驶者对于车辆1的行驶的违和感。

需要说明的是，在本实施方式1中，说明了通过控制参照点Pref处的横向偏差YLd算出指令转向角θref的情况，但是并不局限于此。例如，可以如下述的式(4)、(5)那样，还使用控制参照点Pref处的角度偏差eLd和与K1同样地预先确定的增益K2来算出指令转向角θref。

eLd＝f’(Ld)···(4)

θref＝K1×YLd+K2×eLd···(5)

由此，能够不仅考虑车辆1的前方的横向偏差YLd，而且也考虑角度偏差地按照行驶路径行驶，车辆1对于行驶路径的追随性提高。

在本实施方式1中，使用三次函数的近似表现了行驶路径，但是也可以使用其他的加权的近似方法。例如，可以使用五次函数近似、非均匀有理B样条(NURBS：Non-UniformRational B-Spline)等来表现行驶路径。在该情况下，也能得到与本实施方式1同样的效果。

在本实施方式1中，行驶路径的点组设为基于道路信息及卫星定位的结构，但也可以通过其他方法构成。例如，可以将通过Lidar(Lightdetection and ranging，激光探测与测量)或相机等检测行驶路径而进行了离散化的值设为行驶路径的点组的结构。

<实施方式2>

在实施方式1中，说明了在车辆1的前方使控制参照点Pref的权重比除此以外的点的权重大的情况。在本发明的实施方式2中，说明控制参照点Pref为车辆1的重心位置，行驶路径生成装置11算出控制参照点Pref处的行驶路径的切线及曲率，车辆控制装置9基于控制参照点Pref处的行驶路径的切线及曲率来算出指令转向角θref的情况。需要说明的是，本实施方式2的车辆1、行驶路径生成装置11及车辆控制装置9的各结构与实施方式1同样，因此这里省略详细的说明。

<动作>

<行驶路径生成装置11的动作>

图14是表示行驶路径生成装置11的动作的一例的流程图。

在步骤S31中，与图6的步骤S11同样，行驶路径生成部16基于车辆1的位置及方位角、行驶区域中的点组信息，将点组信息变换成以车辆1为原点并以车辆1的行进方向为X轴的本车坐标系。接下来，行驶路径生成部16将车辆1的重心位置设为控制参照点Pref。

在步骤S32中，行驶路径生成部16决定将点组信息近似为曲线的范围。

具体而言，如图15所示，以控制参照点Pref为基准沿前后方向每Lref m(例如Lref＝25m)即每5个点进行参照，合计11个点成为参照范围。这样，行驶路径生成部16决定包含控制参照点Pref在内的参照范围。

在步骤S33中，行驶路径生成部16在参照范围内，决定在近似时使用的各点的权重。

具体而言，如图16所示，行驶路径生成部16在参照范围内，将控制参照点Pref的权重决定为比控制参照点Pref以外的点的权重大。在本实施方式2中，将车辆1的重心位置设为控制参照点Pref，因此，在包含车辆1的后方的点组在内的范围内对点组信息进行近似。

在步骤S34中，行驶路径生成部16基于在步骤S33中决定的权重，通过对点组信息进行曲线近似来算出行驶路径。

具体而言，使用基于加权的最小二乘法的三次函数近似，基于在步骤S33中决定的权重，将点组的坐标近似成三次函数。

根据上述，以增大车辆1的重心位置即控制参照点Pref的权重且车辆1的前方及后方的点组的权重减小的方式加权而进行三角函数近似，由此，算出的曲线的控制参照点Pref处的近似精度比以无加权的三次函数近似算出的曲线的控制参照点Pref处的近似精度提高。

<车辆控制装置9的动作>

图17是表示车辆控制装置9的动作的一例的流程图。

在步骤S41中，车辆控制部21算出与控制参照点Pref处的行驶路径的位置偏差及斜度偏差、控制参照点Pref处的行驶路径的曲率。

具体而言，如果将行驶路径生成装置11的行驶路径生成部16算出的三次函数设为x的函数y＝f(x)，则控制参照点Pref处的位置偏差y0由下述的式(6)表示，斜度偏差d0由下述的式(7)表示，行驶路径的曲率κ由下述的式(8)表示。

y0＝f(0)…(6)

d0＝f’(0)…(7)

κ＝(f”(0))/(1+f’(0))^3/2…(8)

在步骤S42中，车辆控制部21根据车速V算出增益K1、增益K2及增益K3。

具体而言，由于在步骤S41中算出的位置偏差y0及斜度偏差d0表示车辆1与行驶路径中的切线的关系，因此，预先计算根据车辆规格等求出的增益来作为车速可变的函数或映射，算出与车辆1的当前的速度V对应的增益K1及增益K2，以使车辆1能够稳定且高响应地追随行驶路径。

另外，车辆1为了追随行驶路径的曲率κ而所需的横摆角速度γref使用车速V由下述的式(9)表示。

γref＝κ×V…(9)

如果将常规转弯状态下的转向角θ与横摆角速度γ的关系设为θ＝K3×γ，则能够预先计算根据车辆规格等求出的增益来作为车速可变的函数或映射，算出与车辆1的当前的速度V对应的增益K3。

指令转向角θref使用上述算出的增益K1、增益K2及增益K3而由下述的式(10)表示。

θref＝K1×y0+K2×d0+K3×V×κ…(10)

由于以上的情况，根据本实施方式2，通过使控制参照点Pref的权重比除此以外的点大，能够提高控制参照点Pref处的近似精度。而且，通过使控制参照点Pref的权重比除此以外的点大，能够使控制参照点Pref处的位置偏差y0、斜度偏差d0及行驶路径的曲率κ接近于实际值，因此能够良好地确保车辆1对于行驶路径的追随性，抑制驾驶者对于车辆1的行驶的违和感。

<实施方式3>

在实施方式1、2中，说明了控制参照点Pref为车辆1的前方的1点或车辆1的重心位置的情况。在本发明的实施方式3中，说明控制参照点Pref存在多个的情况。需要说明的是，本实施方式3的车辆1、行驶路径生成装置11及车辆控制装置9的各结构与实施方式1同样，因此这里省略详细的说明。

具体而言，车辆1的转向控制使用模型预测控制。在模型预测控制中，使用数学性地表示车辆的动力学的动态车辆模型，预测从当前时刻t至Th的期间的状态，并每隔一定期间解决最优化问题，由此算出最优的指令转向角θref，其中，最优化问题是求出对表现车辆的优选动作的评价函数J进行减小的控制输入的问题。以下，将从当前时刻t至Th的期间称为界限(ホライズン)。

在模型预测控制中，在本实施方式3中，每隔一定期间解决下述的带有制约的最优化问题，用于转向控制的范围不是由1点来定义，而是由具有预先确定的幅度的时刻范围来定义。以下，将用于转向控制的范围也称为控制对象范围。这样，控制对象范围由多个控制参照点构成。将在模型预测控制使用的控制对象范围的点组的权重比控制对象范围外的点组增大地进行近似，由此能够进行成为目标的行驶路径的生成及车辆控制。

<动作>

<行驶路径生成装置11的动作>

图18是表示行驶路径生成装置11的动作的一例的流程图。

在步骤S51中，与图6的步骤S11同样，行驶路径生成部16基于车辆1的位置及方位角和行驶区域中的点组信息，将点组信息变换成以车辆1为原点并以车辆1的行进方向为X轴的本车坐标系。

在步骤S52中，行驶路径生成部16决定模型预测控制的控制对象范围。在实施方式1、2中，控制参照点为1点，但是在本实施方式3中，由于以界限内的评价函数J减小的方式算出指令转向角θref，因此控制对象范围成为多个点即多个控制参照点。

在步骤S53中，行驶路径生成部16决定将点组信息近似为曲线的范围。

具体而言，行驶路径生成部16决定以包含从当前时刻t至Th的期间的点组在内的方式近似为曲线的范围。例如，如果Th为3秒，当前时刻的速度V为20m/s，则在模型预测控制中，作为从当前时刻t至Th的期间的点组，参照车辆1的前方的V×Th＝60m、即12个点量。该范围成为控制对象范围。并且，近似为曲线的范围即参照范围成为包含控制对象范围的前后各5点的范围、即合计22个点量。在该例中，车辆1的位置成为第6点。

在步骤S54中，行驶路径生成部16在参照范围内，决定在近似时使用的各点的权重。

具体而言，如图19所示，在参照范围内，将控制对象范围即界限的范围的权重决定为比控制对象范围以外的权重大。在本实施方式3中，由于控制对象范围设为从当前时刻t起3秒钟，因此在包含车辆1的后方的点组在内的范围中对点组信息进行近似。

在步骤S55中，行驶路径生成部16基于在步骤S54中决定的权重，通过对点组信息进行曲线近似而算出行驶路径。

具体而言，使用基于加权的最小二乘法的三次函数近似，基于在步骤S54中决定的权重，将点组的坐标近似为三次函数。

根据上述，以增大控制对象范围即界限的范围的权重且控制对象范围以外的点组的权重减小的方式加权来进行三角函数近似，由此，算出的界限的范围的近似精度比以无加权的三次函数近似算出的界限的范围的近似精度提高。

<车辆控制装置9的动作>

车辆控制部21使用模型预测控制算出指令转向角θref。在本实施方式3中，车辆控制部21每隔一定期间，例如每隔100msec解决下述的式(11)所示的带制约的最优化问题。

在此，J是评价函数，x是车辆状态量，u是控制输入，f是与动态车辆模型相关的向量值函数，x0是时刻t的车辆状态量，g是与制约条件相关的函数。

需要说明的是，上述的式(11)所示的带制约的最优化问题通过使评价函数的符号反转而等价于最大化问题。因此，在以下的说明中，对最小化问题进行说明，但是可以作为最大化问题来处理。

在本实施方式中，如下述的式(12)、(13)那样设定车辆状态量x和控制输入u。

x＝[x_bc y_bc θ_bc βγδ]^T…(12)

u＝s_δ..(13)

在此，x_bc是本车坐标系中的车辆的x_b坐标，y_bc是本车坐标系中的车辆1的x_c坐标，θ_bc是本车坐标系中的方位，β是横向滑移角，γ是车辆横摆角速度，δ是转向角，s_δ是转向角速度。

另外，作为动态车辆模型，使用下述的式(14)所示的二轮模型。

在此，M是车辆质量，V是车速，γ是横摆角速度，I是车辆的横摆惯性力矩，lf及lr是车辆重心至前后车轴的距离，Yf及Yr是前后轮的转向力(cornering force)。

在通常的行驶时能够设为β≈0，因此Yf及Yr可以使用作为车辆的固有值的前后轮的侧偏刚度Cf及Cr，如下述的式(15)、(16)那样进行近似。

使用上述的式(15)、(16)，动态车辆模型f成为下述的式(17)所示那样。

在本实施方式3中，评价函数J使用下述的式(18)。

在此，t是当前时刻，Th是界限，τ是界限内的时刻，xf是时刻t+T的车辆状态量，p是表示行驶路径p的索引，Np是行驶路径的总数。

评价函数J内的z是将在界限内的时刻τ预测的车辆状态中的y_bc及横摆角θ_bc汇总的向量，即z＝[y_bc，θ_bc]^T，z_p是行驶路径p的x_bc处的将y_bc与角度θ_bp汇总的向量，即z_p＝[y_bp，θ_bp]^T。

在此，如果通过三次多项式表现行驶路径p，则通过下述的式(19)、(20)求出。

x_bp＝C_p3·x_bc3+C_p2·x_bc2+C_p1·x_bc+C_p0…(19)

θ_bp＝tan^-1(3·C_P3·x_bc ²+2·C_p2·x_bc+C_p1)…(20)

通过行驶路径的权重生成手段得到的Ω_p是将相对于行驶路径p的权重排列成对角的矩阵，如果将行驶路径p的权重设为ω_p，则通过下述的式(21)进行设定。

评价函数J中的

这一项按照预测的车辆的位置及方位和行驶路径p，通过Ω_p加权来进行评价。

因此，即使相对于权重小的行驶路径的偏差大，对于评价函数J的输出的影响也小，与权重大的行驶路径的偏差越大，则评价函数J的输出越大，因此进行尽可能追随权重大的行驶路径那样的转向控制。

Q是设为车辆状态量中的想要抑制的状态量的大小而设定的矩阵，通常设定对角矩阵。即，相对于车辆状态量x的Q通过下述的式(22)进行设定。

在此，q₁～q₅是相对于各状态量的常数，关于各状态量如果增大该值，则对于评价函数J的影响增大，因此以抑制对应的变量的大小的方式进行转向控制。

r是相对于转向速度s_δ的大小的常数，如果增大r的值，则对于评价函数J的影响增大，因此以抑制控制输入的大小的方式进行转向控制。

接下来，说明与制约条件相关的向量值函数g。函数g是在带制约的最优化问题中，用于设定车辆状态量x和控制输入u的上下限值的函数，最优化在g(x,u)≤0的条件下执行。

在本实施方式3中，如下设定制约条件。即，将转向速度s_δ的上限值设为s_δmax(>0)，将转向速度s_δ的下限值设为s_δmix(<0)，将横摆角速度γ的上限值设为γ_max(>0)，将横摆角速度γ的下限值设为γ_mix(<0)，将转向角δ的上限值设为δ_max(>0)，将转向角δ的下限值设为δ_mix(<0)，设定下述的式(23)所示的向量值函数g。

如果这样设定向量值函数g，则转向速度s_δ、滑移角β、横摆角速度γ及转向角δ在设定的上下限值的基础上被最优化。

通过设定滑移角β、横摆角速度γ及转向角δ的上下限值，能够避免成为危险的车辆运动。而且，通过设定转向速度s_δ的上下限值，能够进行确保了乘坐舒适度的转向控制。

由于以上的情况，根据本实施方式3，如模型预测控制那样，在使用预先确定的范围或多个点组进行转向控制那样的结构中，将控制对象范围的权重设定得比控制对象范围以外的权重大地进行近似，由此能够进一步提高车辆对于行驶路径的追随性，能够提高车辆的行驶的安全性及舒适性。

需要说明的是，在本实施方式3中，设定了制约条件，但是也可以不设定制约条件。即，可以设为未定义向量值函数g的结构。在该情况下，由于没有制约条件，因此不会输出最优化问题的不可执行解，因此能够稳定地算出最优化。

需要说明的是，本发明在该发明的范围内，可以将各实施方式自由组合或者对各实施方式适当进行变形、省略。

虽然详细地说明了本发明，但是上述说明在全部的形态上为例示，本发明没有限定于此。可知在不脱离本发明的范围的情况下能够想到未例示的无数的变形例。

附图标记说明

1车辆，2车轮，3方向盘，4转向装置，5卫星，6位置检测装置，7地图发布装置，8车速传感器，9车辆控制装置，10天线，11行驶路径生成装置，12车辆位置信息取得部，13道路信息取得部，14车辆信息取得部，15行驶区域信息取得部，16行驶路径生成部，17处理器，18存储器，19行驶路径信息取得部，20车辆信息取得部，21车辆控制部，22处理器，23存储器。

Claims (9)

1.一种行驶路径生成装置，其中，

所述行驶路径生成装置具备：

行驶区域信息取得部(15)，所述行驶区域信息取得部取得车辆正在行驶的区域的信息即行驶区域信息；及

行驶路径生成部(16)，所述行驶路径生成部基于所述行驶区域信息，生成表现所述车辆应行进路径的曲线的信息，

所述行驶路径生成部(16)的输出被提供给担任所述车辆的转向控制的车辆控制部(21)，

所述行驶路径生成部(16)使所述行驶区域信息中的用于所述转向控制的范围的所述行驶区域信息的权重比未用于所述转向控制的范围的所述行驶区域信息的权重大地生成所述曲线的信息。

2.根据权利要求1所述的行驶路径生成装置，其特征在于，

所述行驶路径生成装置还具备：

车辆位置信息取得部(12)，所述车辆位置信息取得部取得所述车辆的当前位置信息；

道路信息取得部(13)，所述道路信息取得部取得道路信息，所述道路信息包含沿着道路的多个位置的集合即点组信息；及

车辆信息取得部(14)，所述车辆信息取得部取得至少包含所述车辆的速度信息的车辆信息，

所述行驶区域信息取得部(15)取得基于所述当前位置信息、所述点组信息以及所述车辆信息的所述行驶区域信息，

所述行驶路径生成部(16)基于所述当前位置信息、所述点组信息以及所述车辆信息，决定在生成所述曲线的信息时参照的所述点组信息的范围即参照范围，在该参照范围内，使所述点组信息中的与用于所述转向控制的位置对应的控制参照点的权重比未用于所述转向控制的所述控制参照点以外的点的权重大地生成所述曲线的信息。

3.根据权利要求2所述的行驶路径生成装置，其特征在于，

所述控制参照点位于所述车辆的前方，并根据所述速度信息来确定。

4.根据权利要求2所述的行驶路径生成装置，其特征在于，

所述控制参照点是所述车辆的重心位置。

5.根据权利要求2～4中任一项所述的行驶路径生成装置，其特征在于，

所述控制参照点为点列，

所述行驶路径生成部(16)在所述参照范围内，使作为点列的所述控制参照点的权重比所述控制参照点以外的点的权重大地生成所述曲线的信息。

6.根据权利要求2所述的行驶路径生成装置，其特征在于，

所述行驶路径生成部(16)将从所述车辆的当前位置至所述车辆的速度乘以预先确定的时间而得到的位置决定为所述参照范围。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的车辆控制装置，其特征在于，

所述车辆控制装置具备：

行驶路径信息取得部(19)，所述行驶路径信息取得部取得所述行驶路径生成部(16)生成的所述曲线的信息；及

所述车辆控制部(21)，所述车辆控制部基于所述行驶路径信息取得部(19)取得的所述曲线的信息，以所述车辆按照所述行驶路径行驶的方式进行所述车辆的转向控制。

8.根据权利要求2～6中任一项所述的车辆控制装置，其特征在于，

所述车辆控制装置具备：

行驶路径信息取得部(19)，所述行驶路径信息取得部取得所述行驶路径生成部(16)生成的所述曲线的信息；及

所述车辆控制部(21)，所述车辆控制部基于所述行驶路径信息取得部(19)取得的所述曲线的信息，以所述车辆按照所述行驶路径行驶的方式进行所述车辆的转向控制，

所述车辆控制部(21)使用所述控制参照点处的所述曲线的曲率、所述控制参照点与所述曲线的距离、及所述控制参照点处的所述曲线的向量与所述车辆的速度向量所成的角度中的至少一个进行所述转向控制。

9.根据权利要求2～6中任一项所述的车辆控制装置，其特征在于，

所述车辆控制装置具备：

行驶路径信息取得部(19)，所述行驶路径信息取得部取得所述行驶路径生成部(16)生成的所述曲线的信息；及

所述车辆控制部(21)，所述车辆控制部基于所述行驶路径信息取得部(19)取得的所述曲线的信息，以所述车辆按照所述行驶路径行驶的方式进行所述车辆的转向控制，

所述车辆控制部(21)基于评价函数进行所述转向控制，所述评价函数使用了所述控制参照点与所述曲线的距离、及所述控制参照点处的所述曲线的向量与所述车辆的速度向量所成的角度中的至少一个。

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