DE112018007121B4 - Pfaderzeugungseinrichtung und Fahrzeug-Steuerungssystem - Google Patents

Abstract

Pfaderzeugungseinrichtung, die Folgendes aufweist:
- einen Pfaderzeuger (30), der eine Mehrzahl von Pfaden erzeugt, entlang derer ein Fahrzeug fahren soll, und zwar gemäß jedem Teil von Umgebungsmessdaten über die Umgebung des Fahrzeugs, die von einer Mehrzahl von Detektoren detektiert werden;
- eine Zuverlässigkeits-Vorgabeeinrichtung (300), die für jeden der erzeugten Pfade eine Zuverlässigkeit des Pfades an sich vorgibt, wobei die Zuverlässigkeit einem Grad entspricht, um welchen eine Variation in dem Pfad in einen vorbestimmten Bereich fällt; und
- eine Pfadgewichtungs-Vorgabeeinrichtung (31), die eine Gewichtung für jeden der Mehrzahl von Pfaden auf der Basis der Zuverlässigkeit des Pfades an sich vorgibt.

Description

• Technisches Gebiet
• Die in der Beschreibung der vorliegenden Anmeldung offenbarte Erfindung betrifft eine Pfaderzeugungseinrichtung und ein Fahrzeug-Steuerungssystem.
• Stand der Technik
• Um ein autonomes Fahren eines Fahrzeugs zu erzielen, erzeugt eine herkömmliche Fahrzeug-Steuerungseinrichtung zunächst einen Sollpfad (d. h. einen Zielpfad) und erfasst einen Soll-Lenkwinkel des Fahrzeugs, so dass ermöglicht wird, dass das Fahrzeug dem Sollpfad folgt. Die Fahrzeug-Steuerungseinrichtung steuert dann das Fahren des Fahrzeugs derart, dass der tatsächliche Lenkwinkel des Fahrzeugs dem erfassten Soll-Lenkwinkel folgt.
• Beispiele für Techniken zum Erzeugen eines Sollpfads schließen Folgendes ein: Eine Technik zum Erkennen der Kantenlinien einer Fahrspur mit Bildsensoren und eine Technik zum Erkennen eines Pfads des vorausfahrenden Fahrzeugs, dem gefolgt werden soll, mit einem globalen Navigations-Satellitensystem (GNSS) und einem Voraus-Radar, mit denen das Fahrzeug ausgestattet ist.
• Beispielsweise erzielt die Technik gemäß dem Patentdokument 1 eine hochgenaue Fahrzeugsteuerung, indem den Straßeninformationen, die von einem Bildsensor oder einem GNSS-Sensor (Globales-Navigationssystem-Sensor) erfasst werden, eine Zuverlässigkeit zugewiesen wird und das Verhältnis der Anpassung von Ausgabe-informationen von jedem Sensor in Abhängigkeit der Zuverlässigkeit angepasst wird.
• Dokument zum Stand der Technik
• Patentdokument
• Patentdokument 1: Japanisches Patent JP 6 055 525 B2
• Zusammenfassung
• Mit der Erfindung zu lösendes Problem
• Eine solche Fahrzeug-Steuerungseinrichtung verwendet nur die Zuverlässigkeit der Straßeninformationen, die von dem jeweiligen Sensor ausgegeben werden, um das Verhältnis der Anpassung der ausgegebenen Informationen von dem Sensor zu verändern.
• Beispielsweise kann hier an einem Ort, wie z. B. einer Gabelung der Straße, wo sich eine Fahrspur in eine Mehrzahl von Richtungen verzweigt, ein Sensor Informationen ausgeben, die angeben, dass eine Verzweigungs-Fahrspur eine höhere Zuverlässigkeit hat, und ein anderer Sensor kann Informationen ausgeben, die angeben, dass die Fahrspur, die keine Abzweigungs-Fahrspur ist (d. h. die ursprüngliche Fahrspur vor der Verzweigung) eine höhere Zuverlässigkeit hat. In einem solchen Fall kann die Fahrzeugsteuerung auf der Basis der Informationen instabil werden.
• Die in der Beschreibung der vorliegenden Anmeldung offenbarte Erfindung wurde konzipiert, um das oben beschriebene Problem zu lösen, und es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Pfaderzeugungseinrichtung und ein Fahrzeug-Steuerungssystem anzugeben, die die Erzeugung von solchen Pfaden hemmen können, die Fahrzeug instabil werden lassen.
• Wege zum Lösen des Problems
• Ein erster Aspekt der in der Beschreibung offenbarten Erfindung der vorliegenden Anmeldung weist Folgendes auf: einen Pfaderzeuger, der eine Mehrzahl von Pfaden erzeugt, entlang derer ein Fahrzeug fahren soll, und zwar gemäß jedem Teil von Umgebungsmessdaten über die Umgebung des Fahrzeugs, die von einer Mehrzahl von Detektoren detektiert werden; eine Zuverlässigkeits-Vorgabeeinrichtung, die für jeden der erzeugten Pfade eine Zuverlässigkeit des Pfades an sich vorgibt, wobei die Zuverlässigkeit einem Grad entspricht, um welchen eine Variation in dem Pfad in einen vorbestimmten Bereich fällt; und eine Pfadgewichtungs-Vorgabeeinrichtung, die eine Gewichtung eines jeden der Mehrzahl von Pfaden auf der Basis der Zuverlässigkeit des Pfades an sich vorgibt.
• Wirkungen der Erfindung
• Der erste Aspekt der in der Beschreibung offenbarten Erfindung der vorliegenden Anmeldung weist Folgendes auf: einen Pfaderzeuger, der eine Mehrzahl von Pfaden erzeugt, entlang derer ein Fahrzeug fahren soll, und zwar gemäß jedem Teil von Umgebungsmessdaten über die Umgebung des Fahrzeugs, die von einer Mehrzahl von Detektoren detektiert werden; eine Zuverlässigkeits-Vorgabeeinrichtung, die für jeden der erzeugten Pfade eine Zuverlässigkeit des Pfades an sich vorgibt, wobei die Zuverlässigkeit einem Grad entspricht, um welchen eine Variation in dem Pfad in einen vorbestimmten Bereich fällt; und eine Pfadgewichtungs-Vorgabeeinrichtung, die eine Gewichtung eines jeden der Mehrzahl von Pfaden auf der Basis der Zuverlässigkeit des Pfades an sich vorgibt. Diese Konfiguration kann die Erzeugung von Pfaden hemmen, die Fahrzeuge instabil werden lassen, indem die Gewichtung jedes Pfades auf der Basis des Grades vorgegeben wird, um welchen eine Variation in der Straße in einen vorbestimmten Bereich fällt.
• Die Ziele, Merkmale, Aspekte und Vorteile, die die in der Beschreibung der vorliegenden Anmeldung offenbarte Erfindung betreffen, werden noch deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen.
• Figurenliste
• 1 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Konfigurationsbeispiels eines Fahrzeug-Lenksystems gemäß einer Ausführungsform.
• 2 zeigt schematisch einen Pfad, der auf der Basis von Informationen erzeugt wird, die aus einer Voraus-Kamera ausgegeben werden, einen Pfad, der auf der Basis von Informationen erzeugt wird, die aus einem GNSS-Sensor (Globales-Navigationssystem-Sensor) ausgegeben werden, und einen Pfad, der auf der Basis von Informationen erzeugt wird, die aus einem Voraus-Radar ausgegeben werden.
• 3 zeigt ein Beispiel für den Pfad, der auf der Basis von Informationen erzeugt wird, die aus dem GNSS-Sensor (Globales-Navigationssystem-Sensor) ausgegeben werden.
• 4 zeigt ein Beispiel für den Pfad, der auf der Basis von Informationen erzeugt wird, die aus der Voraus-Kamera ausgegeben werden.
• 5 zeigt ein Beispiel für Pfade, die erzeugt werden, wenn eine Straße abzweigt.
• 6 veranschaulicht schematisch ein Koordinatensystem, das in der Ausführungsform verwendet wird.
• 7 ist ein Funktions-Blockdiagramm des Fahrzeug-Lenksystems gemäß der Ausführungsform.
• 8 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Berechnungsprozedur darstellt, die zum Berechnen eines Sollpfads mittels einer Pfaderzeugungseinrichtung verwendet wird, gemäß der Ausführungsform.
• 9 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Technik zum Erzeugen eines Pfads zeigt, entlang dessen das Fahrzeug fahren soll, mit kombinierter Verwendung einer Navigationseinrichtung und des GNSS-Sensors.
• 10 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Technik zum Erzeugen eines Pfads zeigt, entlang dessen das Fahrzeug fahren soll, mit Verwendung des Voraus-Radars.
• 11 ist ein schematisches Diagramm, das den Fall zeigt, wo eine Mehrzahl von Pfaden in einem Fahrzeug-Koordinatensystem ausgedrückt wird.
• 12 ist ein Diagramm zum Beschreiben der Verarbeitung, die in Abhängigkeit der Zuverlässigkeit eines Pfades an sich und einer Bedingung durchgeführt wird, ob ein Schwellenwert entsprechend der Zuverlässigkeit erfüllt ist.
• 13 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Berechnungsprozedur darstellt, die von einem Lenksteuerungssystem in einem Fahrzeug-Steuerungssystem verwendet wird.
• 14 stellt schematisch die Parameter dar, die verwendet werden um einen Solllenkwert zu erhalten, für den Fall, dass ein Sollpfad vorgegeben ist.
• 15 ist ein Blockdiagramm, das eine Prozedur zum Erhalten eines Solllenkwerts δ* darstellt.
• 16 ist ein Funktions-Block des Fahrzeug-Lenksystems gemäß der Ausführungsform.
• 17 ist ein Funktions-Block des Fahrzeug-Lenksystems gemäß der Ausführungsform.
• 18 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Berechnungsprozedur darstellt, die von dem Lenksteuerungssystem in dem Fahrzeug-Steuerungssystem verwendet wird.
• 19 ist ein Diagramm zum Beschreiben von Symbolen, die in der Ausführungsform verwendet werden.
• 20 ist ein Funktions-Blockdiagramm des Fahrzeug-Lenksystems gemäß der Ausführungsform.
• Beschreibung von Ausführungsformen
• Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
• Es sei angemerkt, dass die Zeichnungen schematisch sind und dass zur Vereinfachung der Beschreibung Konfigurationen in geeigneter Weise weggelassen oder vereinfacht werden können. Die gegenseitigen Größen- und Positionsrelationen zwischen den Konfigurationen oder dergleichen, die in den verschiedenen Zeichnungen dargestellt sind, sind nicht immer akkurat, und sie können in geeigneter Weise geändert werden. Um das Verständnis der Inhalte der Ausführungsformen zu vereinfachen, kann auch in den Zeichnungen, die von Schnittansichten verschieden sind, wie z. B. Draufsichten, eine Schraffierung verwendet werden.
• In der folgenden Beschreibung sind ähnliche Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und es wird angenommen, dass sie die gleichen Namen und die gleichen Funktionen haben. Demzufolge kann die detaillierte Beschreibung dieser Komponenten in manchen Fällen weggelassen werden, um redundate Beschreibungen zu vermeiden.
• In der folgenden Beschreibung können in manchen Fällen Begriffe verwendet werden, die spezifische Positionen und Richtungen bezeichnen, wie z. B. „obere“, „untere“, „linke“, „rechte“, „Seite(n)-“, „untere“, „vordere“ und „hintere“. Diese Begriffe dienen jedoch nur der Vereinfachung des Verständnisses des Inhalts der Ausführungsformen und können sich auch nicht auf die Richtungen zur Zeit der tatsächlichen Implementierung beziehen.
• In der folgenden Beschreibung werden in manchen Fällen Ordinalzahlen, wie z. B. „erste“ und „zweite“ verwendet. Diese Begriffe dienen jedoch nur der Vereinfachung des Verständnisses des Inhalts der Ausführungsformen und sollen keine Beschränkung auf eine Abfolge oder dergleichen darstellen, die von den Ordinalzahlen angegeben wird.
• Erste Ausführungsform
• Ein Fahrzeug-Lenksystem, das eine Pfaderzeugungseinrichtung und ein Fahrzeug-Steuerungssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform aufweist, wird später noch beschrieben.
• Konfiguration der Pfaderzeugungseinrichtung
• 1 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Konfigurationsbeispiels eines Fahrzeug-Lenksystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Wie in dem Beispiel in 1 dargestellt, ist ein Lenkrad 1, das montiert ist, um es einem Fahrer (d. h. einer Bedienperson) zu ermöglichen, ein reales Fahrzeug 20 zu bedienen, mit einer Lenkwelle 2 gekoppelt. Die Lenkwelle 2 ist mit einer Ritzelwelle in Eingriff und bildet einen Zahnstangenmechanismus 4, der sich frei hin- und herbewegt.
• Vordergelenke 17 sind über Zugstangen 16 in Verbindung mit der linken und rechten Seite einer Zahnstange des Zahnstangenmechanismus 4 ausgebildet. Die Vordergelenke 17 halten jeweils Vorderräder 22, die als gelenkte Räder dienen, so dass sich die Vorderräder 22 frei drehen können, und sie werden auch von einem Körperrahmen gehalten, so dass sie frei lenken können.
• Demzufolge veranlasst ein Drehmoment, das von dem Fahrer erzeugt wird, der das Lenkrad 1 betätigt, dass sich die Lenkwelle 2 dreht. Dann wird die Zahnstange in der Links-Rechts-Richtung von dem Zahnstangenmechanismus 4 bewegt. Die Bewegung der Zahnstange veranlasst, dass sich die Vordergelenke 17 um Lenkzapfwellen (nicht dargestellt) drehen, und dadurch wird es ermöglicht, dass die Vorderräder 22 in der Links-Rechts-Richtung gelenkt werden.
• Auf diese Weise ist der Fahrer dazu imstande, den Wert der Lateralfahrt des Fahrzeugs zu manipulieren, wenn sich das Fahrzeug vorwärts oder rückwärts bewegt. Es ist auch möglich, einen Elektromotor 3 zum Drehen der Lenkwelle 2 zu verwenden. Als Ergebnis dessen, dass der Elektromotor 3 mit dem Strom aus einem Motorantrieb 5 angetrieben werden kann, können die Vorderräder 22 frei gelenkt werden, und zwar unabhängig von der Betätigung des Lenkrads 1 durch den Fahrer.
• Der Motorantrieb 5 ist eine Einrichtung zum Steuern des Stroms, der durch den Elektromotor 3 fließt, indem als Sollwert ein Strombefehlswert verwendet wird, der von einer Lenksteuerungseinrichtung 6 empfangen wird.
• Die Lenksteuerungseinrichtung 6 hat die Funktion, Informationen hinsichtlich eines Solllenkwerts, der aus einem Fahrzeug-Steuerungssystem 21 ausgegeben wird, in einen Strombefehlswert umzuwandeln, der an den Motorantrieb 5 ausgegeben wird.
• Die Lenksteuerungseinrichtung 6 ist mit einem Lenkwinkelsensor 14 und einem Lenkmomentsensor 15 verbunden. Die Lenksteuerungseinrichtung 6 führt eine Rückführungsregelung eines Lenkwinkels δ und eines Lenkmoments Td durch, um den Strombefehlswert zu bestimmen, der an den Motorantrieb 5 ausgegeben wird, wobei der Lenkwinkel 8 von dem Lenkwinkelsensor 14 detektiert wird und an die Lenksteuerungseinrichtung 6 ausgegeben wird, und wobei das Lenkmoment Td von dem Lenkmomentsensor 15 detektiert wird und an die Lenksteuerungseinrichtung 6 ausgegeben wird.
• Das Fahrzeug-Steuerungssystem 21 hat die Funktion, einen Solllenkwert zu bestimmen, der an die Lenksteuerungseinrichtung 6 ausgegeben wird. Das Fahrzeug-Steuerungssystem 21 ist mit Folgendem verbunden: einem Geschwindigkeitssensor 10, einem Gyrosensor 11, dem Lenkwinkelsensor 14, dem Lenkmomentsensor 15, einem Beschleunigungssensor 18, einer Voraus-Kamera 12, einem Voraus-Radar 13, einem GNSS-Sensor 9 (Globales-Navigationssystem-Sensor) und einer Navigationseinrichtung 8.
• Die Lenksteuerungseinrichtung 6 und das Fahrzeug-Steuerungssystem 21 entsprechen Verarbeitungsschaltungen. Die Verarbeitungsschaltungen können so konfiguriert sein, dass sie Programme ausführen, die z. B. in einer Speichereinrichtung, einer externen CD-ROM, einer externen DVD-ROM oder einem externen Flash-Speicher gespeichert sind.
• Das heißt, die Verarbeitungsschaltungen können z. B. Zentralverarbeitungseinheiten (d. h. CPUs), Mikroprozessoren, Mikrocomputer oder digitale Signalprozessoren (d. h. DSPs) sein.
• Die Speichereinrichtung kann hier beispielsweise Folgendes sein: ein Festplattenlaufwerk (d. h. HDD), ein flüchtiger oder nichtflüchtiger Halbleiterspeicher, wie z. B. ein Speicher mit wahlweisem Zugriff (d. h. RAM), ein Nur-Lese-Speicher (d. h. ROM), ein Flash-Speicher, ein löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher (EPROM), ein elektrisch löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher (EEPROM), ein Speicher (Speichermedium) inklusive beispielsweise einer Magnetscheibe, einer flexiblen Scheibe, einer optischen Scheibe, einer Compact Disc, einer Minidisc oder einer DVD, oder irgendein anderes mögliches Speichermedium, das in Zukunft verwendet werden kann.
• Für den Fall, dass die Verarbeitungsschaltungen so konfiguriert sind, dass sie Programme ausführen, die z. B. in einer Speichereinrichtung, einer externen CD-ROM, einer externen DVD-ROM oder einem externen Flash-Speicher gespeichert sind, werden die Lenksteuerungseinrichtung 6 und das Fahrzeug-Steuerungssystem 21 durch Software, Firmware oder eine Kombination aus Software und Firmware verkörpert, in welchen die Programme, die in der Speichereinrichtung gespeichert sind, von den Verarbeitungsschaltungen ausgeführt werden. Es sei angemerkt, dass die Funktionen der Lenksteuerungseinrichtung 6 und des Fahrzeug-Steuerungssystems 21 beispielsweise durch die Zusammenarbeit einer Mehrzahl von Verarbeitungsschaltungen verkörpert werden können.
• Software und Firmware können als Programme beschrieben sein und in der Speichereinrichtung gespeichert sein. In diesem Fall erzielen die Verarbeitungsschaltungen die oben beschriebenen Funktionen durch Auslesen und Ausführen der in der Speichereinrichtung gespeicherten Programme. Das heißt, die Speichereinrichtung kann so konfiguriert sein, dass sie Programme speichert, die die oben beschriebenen Funktionen erzielen, indem sie von den Verarbeitungsschaltungen ausgeführt werden.
• Als eine weitere Alternative können die Verarbeitungsschaltungen entsprechend der Lenksteuerungseinrichtung 6 und dem Fahrzeug-Steuerungssystem 21 dedizierte Hardware sein. Das heißt, die Verarbeitungsschaltungen können beispielsweise Folgendes sein: Einzelschaltungen, zusammengesetzte Schaltungen, programmierte Prozessoren, parallelprogrammierte Prozessoren, anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (d. h. ASICs), feldprogrammierbare Gate-Arrays (FPGAs) oder eine Kombination aus diesen Schaltungen.
• Der Geschwindigkeitssensor 10 hat die Funktion, die Ausgaben von Geschwindigkeitsimpulssensoren (nicht dargestellt) in eine Fahrzeuggeschwindigkeit V des Fahrzeugs umzuwandeln, wobei die Geschwindigkeitsimpulssensoren jeweils an den Vorderrädern 22 und den Hinterrädern 23 montiert sind und die Werte der Umdrehung der Räder detektieren.
• Der Gyrosensor 11 detektiert die Gierrate γ des Fahrzeugs. Der Beschleunigungssensor 18 detektiert die Beschleunigung des Fahrzeugs.
• Die Navigationseinrichtung 8 führt den Fahrer an ein Ziel, das vom Fahrer vorgegeben worden ist.
• Der GNSS-Sensor 9 empfängt Funkwellen, die von Positionierungssatelliten ausgesendet werden, wobei dessen Antenne und dessen Ausgaben eine Absolutposition (d. h. Breitengrad, Längengrad und Höhe) und eine Absolutausrichtung des Fahrzeugs sind, sowie eine Zuverlässigkeit Rsg der Absolutposition und der Absolutausrichtung, und zwar durch Positionierungs-Berechnungen.
• Im Allgemeinen hat der GNSS-Sensor die Funktion, die Positionierungsqualität in einem Positionierungsmodus oder eine Präzisionsverringerung (Dilution of Precisision, DOP) auszugeben, wobei die DOP der Grad der Wirkung der Satellitengeometrien auf die Positionierungs-Präzision ist. Demzufolge wird die Zuverlässigkeit der Ausgabeinformationen für gewöhnlich auf der Basis dieser Werte berechnet.
• Die Navigationseinrichtung 8 hat die Funktion, einen optimalen Fahrweg zu dem Ziel zu berechnen, das vom Fahrer vorgegeben wird. Die Navigationseinrichtung 8 zeichnet auch Straßeninformationen bezüglich dieses Fahrwegs auf.
• Die Straßeninformationen sind Kartenknotendaten, die die geometrische Linienform der Straße ausdrücken. Jedes Element der Kartenknotendaten schließt beispielsweise Folgendes ein: die Absolutposition (d. h., den Breitengrad, den Längengrad und die Höhe), die Fahrspurbreite und den Neigungswinkel oder den Kippwinkel an jedem Knoten.
• Die Voraus-Kamera 12 ist an einer Position montiert, an welcher die Kantenlinien vor dem Fahrzeug als ein Bild detektiert werden können. Die Voraus-Kamera 12 detektiert die vorausliegende Umgebung des Fahrzeugs, wie z. B. eine Fahrspur, auf der Basis von Informationen bezüglich dieses Bildes. Dann gibt die Voraus-Kamera 12 ein Ergebnis aus, das durch Approximieren der vorausliegenden Fahrspur bei Betrachtung vom Fahrzeug aus mittels eine Polynom- oder Spline-Kurve erhalten wird, sowie die Zuverlässigkeit Rsc des Ergebnisses der Approximation.
• Das Voraus-Radar 13 ist vor dem Fahrzeug montiert. Das Voraus-Radar 13 sendet Radarwellen in Richtung vor dem Fahrzeug und detektiert reflektierte Wellen der Radarwellen, so dass es den relativen Abstand und die relative Geschwindigkeit des Fahrzeugs bezogen auf das vorausfahrende Fahrzeug ausgibt, das vor dem Fahrzeug fährt. Das Voraus-Radar 13 gibt auch die Zuverlässigkeiten Rsr dieser Informationselemente aus, und zwar unter Berücksichtigung der Umstände, unter denen das vorausfahrende Fahrzeug erfasst wird.
• Wie später noch beschrieben, gilt Folgendes: Durch die kombinierte Verwendung des GNSS-Sensors 9, der Navigationseinrichtung 8, der Voraus-Kamera 12 und des Voraus-Radars 13 kann jeder Sensor einen Pfad erzeugen, entlang dessen das Fahrzeug fahren soll.
• 2 zeigt schematisch einen Pfad B, der auf der Basis von Informationen erzeugt wird, die aus der Voraus-Kamera 12 ausgegeben werden, einen Pfad A, der auf der Basis von Informationen erzeugt wird, die aus dem GNSS-Sensor 9 ausgegeben werden, und einen Pfad C, der auf der Basis von Informationen erzeugt wird, die aus dem Voraus-Radar 13 ausgegeben werden. In 2 wird der Pfad A erzeugt, indem Kartenknoten verbunden werden, die mit schwarzen Punkten dargestellt sind. Der Pfad C wird erzeugt, indem Knoten des vorausfahrenden Fahrzeugs verbunden werden, die mit weißen Punkten dargestellt sind.
• In dem obigen Beispiel gilt Folgendes: Für den Fall, dass die Pfade A, B und C ungefähr den gleichen Zuverlässigkeitsgrad haben, d. h. die Pfade selbst hohe Zuverlässigkeiten vom gleichen Grad haben, scheint kein besonderes Problem als ein Ergebnis dessen aufzutreten, dass irgendeiner dieser Pfade verwendet wird. Selbst wenn einer dieser Pfade verwendet wird, kann die Pfaderzeugung infolge verschiedener Faktoren fehlerhaft enden.
• Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Zuverlässigkeit jedes Pfades an sich (d. h. der Grad, in welchem der Pfad zuverlässig ist) numerisch ausgedrückt.
• 3 zeigt ein Beispiel für den Pfad, der auf der Basis von Informationen erzeugt wird, die aus dem GNSS-Sensor 9 ausgegeben werden. Wie beispielhaft in 3 dargestellt, können Funkwellen von Satelliten durch Strukturen 50 gestört werden, wie z. B. Gebäuden in der Nähe der Straße, die als Funkabschirmungen oder Funkreflektoren fungieren. In einem solchen Fall kann die Pfaderzeugung fehlerhaft enden, falls die aus dem GNSS-Sensor ausgegebenen Informationen zum Erzeugen eines Pfades verwendet werden.
• Genauer gesagt: Der Pfad A kann plötzlich gestört werden, und zwar als Ergebnis der Unfähigkeit, eine akkurate Position und Ausrichtung des Fahrzeugs zu berechnen, infolge dessen, dass die Funkwellen von den Satelliten gestört werden. Das bedeutet, dass die Zuverlässigkeit des Pfades A an sich verringert ist.
• 4 zeigt ein Beispiel für den Pfad, der auf der Basis von Informationen erzeugt wird, die aus der Voraus-Kamera 12 ausgegeben werden. Wie beispielhaft in 4 dargestellt, kann die Anwesenheit eines Objekts 60 auf einer Fahrspur, wie z. B. angesammelter Schnee oder Leitkegel, bewirken, dass die Voraus-Kamera 12 die Fahrspur fehlerhaft wahrnimmt. Im Ergebnis kann der Pfad B plötzlich gestört werden. Das bedeutet, dass die Zuverlässigkeit des Pfades A an sich verringert ist.
• Wie oben beschrieben, gilt Folgendes: Wenn eine Mehrzahl von Pfaden erzeugt wird, kann ein Annehmen bzw. Verwenden eines der Pfade ein instabiles Verhalten des Fahrzeugs hervorrufen, und zwar infolge einer niedrigen Zuverlässigkeit des Pfades, und im Ergebnis führt dies zu einer Verringerung der Dauer des autonomen Fahrens.
• In diesem Fall ist das Folgende ein wirksames Verfahren: In Abhängigkeit von der Zuverlässigkeit der Informationen, die aus jedem Sensor ausgegeben werden und zum Erzeugen eines Pfades verwendet werden, wird das Übernahmeverhältnis des Pfades verändert, der auf der Basis der Informationen erzeugt wird.
• 5 zeigt ein Beispiel für Pfade, die erzeugt werden, wenn eine Straße abzweigt. Wie beispielhaft in 5 gezeigt, wird dann, wenn die Straße abzweigt und das vorausfahrende Fahrzeug 40 in Richtung einer abzweigenden Straße fährt, der Pfad C erzeugt, so dass er in Richtung der abzweigenden Straße weist.
• In diesem Fall gilt Folgendes: Falls das Ziel, das durch die Navigationseinrichtung 8 angegeben wird, in Richtung der ursprünglichen Straße vor der Abzweigung geht, wird der Pfad A auf der Basis des GNSS-Sensors 9 so erzeugt, dass er in Richtung der ursprünglichen Straße vor dem Abzweigen weist, und er weist demzufolge in eine Richtung, die von der Richtung des Pfades C verschieden ist.
• Für den Fall, dass sowohl der Pfad A, als auch der Pfad C auf Informationen mit hoher Zuverlässigkeit basieren, ist das Übernahmeverhältnis jedes Pfades ungefähr dasselbe. Wenn die Übernahmeverhältnisse der Pfade A und C, die in unterschiedliche Richtungen weisen, ungefähr gleich groß gemacht werden, kann der Betrieb des Fahrzeugs instabil werden und Unfälle verursachen.
• In Anbetracht dessen beschreibt die vorliegende Ausführungsform eine Erfindung, bei welcher ein endgültiger Pfad, entlang dessen das Fahrzeug fahren soll, unter Berücksichtigung der Zuverlässigkeiten der Mehrzahl von Pfaden an sich bestimmt wird, inklusive der Richtung (d. h. der Fahrtrichtung) jedes Pfades, anstelle einer Technik, bei welcher das Übernahmeverhältnis jedes Pfades direkt aus der Zuverlässigkeit von Informationen bestimmt wird, die aus jedem Sensor ausgegeben werden.
• 6 veranschaulicht schematisch ein Koordinatensystem, das in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird. Wie in 6 veranschaulicht, stellen X und Y ein Inertialkoordinatensystem dar, wobei Xc und Yc jeweils die Position des Fahrzeugs im Inertialkoordinatensystem angeben und θc die Ausrichtung des Fahrzeugs im Inertialkoordinatensystem angibt. In 6 bilden xb und yb ein Fahrzeug-Koordinatensystem mit dem Schwerpunkt des Fahrzeugs als Ursprung, der Vorausrichtung des Fahrzeugs als xb-Achse und der Linksrichtung als yb-Achse.
• 7 ist ein Funktions-Blockdiagramm des Fahrzeug-Lenksystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Wie beispielhaft in 7 veranschaulicht, weist das Fahrzeug-Lenksystem Folgendes auf: einen Fahrtumgebungsdetektor 50, einen Fahrzeugzustandsdetektor 51, ein Fahrzeug-Steuerungssystem 21, das die Eingabe der Ausgaben aus dem Fahrtumgebungsdetektor 50 und dem Fahrzeugzustandsdetektor 51 entgegennimmt, und eine Lenksteuerungseinrichtung 6, die die Eingabe einer Ausgabe aus dem Fahrzeug-Steuerungssystem 21 entgegennimmt.
• Der Fahrtumgebungsdetektor 50 weist Folgendes auf: die Navigationseinrichtung 8, den GNSS-Sensor 9, die Voraus-Kamera 12 und das Voraus-Radar 13. Der Fahrtumgebungsdetektor 50 ist eine Funktionseinheit, die eine Sensorgruppe aufweist, die zum Erzeugen von Pfaden notwendig ist.
• Der Fahrzeugzustandsdetektor 51 weist Folgendes auf: den Geschwindigkeitssensor 10, den Gyrosensor 11, den Lenkwinkelsensor 14 und den Beschleunigungssensor 18. Der Fahrzeugzustandsdetektor 51 ist eine Funktionseinheit, die eine Sensorgruppe aufweist, die zum Detektieren des Fahrzustands des Fahrzeugs notwendig ist.
• Das Fahrzeug-Steuerungssystem 21 weist eine Pfaderzeugungseinrichtung 52 und eine Fahrzeug-Steuerungseinrichtung 53 auf. Die Pfaderzeugungseinrichtung 52 weist Folgendes auf: einen Pfaderzeuger 30, eine Zuverlässigkeits-Vorgabeeinrichtung 300, eine Pfadgewichtungs-Vorgabeeinrichtung 31 und einen Sollpfaderzeuger 32. Die Fahrzeug-Steuerungseinrichtung 53 weist eine Fahrzeugzustands-Schätzeinheit 33 und eine Lenkwert-Berechnungseinheit 34 auf.
• Die Pfaderzeugungseinrichtung 52 ist eine Einrichtung, die Pfade erzeugt, die für die Fahrzeugsteuerung notwendig sind, und sie arbeitet unabhängig, wenn sie die obigen Vorgänge durchführt, beispielsweise sogar dann, wenn sie nicht zusammen mit der Fahrzeug-Steuerungseinrichtung 53 installiert ist. Die Pfaderzeugungseinrichtung 52 berechnet einen einzelnen Sollpfad, entlang dessen das Fahrzeug fahren soll, und überträgt Informationen bezüglich dieses Pfades an die Fahrzeug-Steuerungseinrichtung 53.
• Der Pfaderzeuger 30 in der Pfaderzeugungseinrichtung 52 ist eine Funktionseinheit, die Pfade unter Verwendung von Informationen erzeugt, die aus jedem Sensor im Fahrtumgebungsdetektor 50 ausgegeben werden. 7 zeigt schematisch einen Erzeuger 30A, der einen Pfad unter Verwendung der Informationen erzeugt, die aus dem GNSS-Sensor 9 ausgegeben werden, einen Erzeuger 30B, der einen Pfad unter Verwendung der Informationen erzeugt, die aus der Voraus-Kamera 12 ausgegeben werden, und einen Erzeuger 30C, der einen Pfad unter Verwendung der Informationen erzeugt, die aus dem Voraus-Radar 13 ausgegeben werden.
• Die Zuverlässigkeits-Vorgabeeinrichtung 300 in der Pfaderzeugungseinrichtung 52 gibt die Zuverlässigkeit jedes Pfades an sich vor, der vom Pfaderzeuger 30 erzeugt wird.
• Die Pfadgewichtungs-Vorgabeeinrichtung 31 in der Pfaderzeugungseinrichtung 52 gibt die Gewichtung jedes Pfades unter Berücksichtigung einer Mehrzahl von Pfaden, die vom Pfaderzeuger 30 erzeugt werden, und der Zuverlässigkeit dieser Pfade an sich vor. Hierbei bezeichnet die Gewichtung eines Pfades den Wert, der der Priorität des Pfades entspricht, und die Priorität des Pfades wird höher, wenn die Gewichtung des Pfades zunimmt.
• Der Sollpfaderzeuger 32 in der Pfaderzeugungseinrichtung 52 erzeugt einen einzelnen Sollpfad unter Verwendung der Mehrzahl von Pfaden, die vom Pfaderzeuger 30 erzeugt werden, und der Gewichtung jedes Pfades, die von der Pfadgewichtungs-Vorgabeeinrichtung 31 vorgegeben wird.
• Die Fahrzeug-Steuerungseinrichtung 53 berechnet einen Soll-Lenkwinkel unter Verwendung von Informationen bezüglich des einzelnen Sollpfads, der aus der Pfaderzeugungseinrichtung 52 ausgegeben wird, und der Informationen (d. h. der Fahrzustanddaten), die aus jedem Sensor im Fahrzeugzustandsdetektor 51 ausgegeben werden, und sie gibt den Soll-Lenkwinkel an die Lenksteuerungseinrichtung 6 aus.
• Genauer gesagt: Zunächst schätzt die Fahrzeugzustands-Schätzeinheit 33 eine Fahrzeugzustandsgröße unter Verwendung von Informationen, die von jedem Sensor im Fahrzeugzustandsdetektor 51 ausgegeben werden. Die Fahrzeugzustands-Schätzeinheit 33 schätzt die Fahrzeugzustandsgröße akkurat unter Verwendung der Fahrzeuggeschwindigkeit V des Fahrzeugs, die vom Geschwindigkeitssensor 10 detektiert wird, der Gierrate γ des Fahrzeugs, die vom Gyrosensor 11 detektiert wird, des Lenkwinkels δ des Fahrzeugs, der vom Lenkwinkelsensor 14 detektiert wird, und der Beschleunigung α des Fahrzeugs, der vom Beschleunigungssensor 18 detektiert wird, während das Rauschen daraus entfernt wird. Die Fahrzeugzustandsgröße, wie hier verwendet, bezeichnet eine Größe, die die Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs, die Gierrate des Fahrzeugs, den Lenkwinkel des Fahrzeugs und die Beschleunigung des Fahrzeugs enthält. Dann berechnet die Lenkwert-Berechnungseinheit 34 den Solllenkwert (Soll-Lenkwinkel) unter Verwendung der oben genannten Sollpfadinformationen und der Fahrzeugzustandsgröße.
• Im Übrigen wird ein Lokator als ein Beispiel für die Einrichtung zum Erzeugen von Pfaden angegeben. Der Lokator hat die Funktion, einen Fahrweg gemäß dem Ziel des Fahrers (Bedienperson) zu berechnen, und die Funktion, die Position des Fahrzeugs mit hoher Präzision durch kombinierte Verwendung eines GNSS-Sensors, eines Gyrosensors und eines Geschwindigkeitssensors zu schätzen.
• Die Funktionen dieses Lokators hat man in jüngster Zeit ausgeweitet. Genauer gesagt, es gilt Folgendes: Ein Pfad auf der Basis des GNSS-Sensors kann erzeugt werden, indem die Kartenknotendaten innerhalb des Lokators aufgezeichnet werden. Demzufolge kann ein Pfad, der durch kombinierte Verwendung des GNSS-Sensors und der Navigationseinrichtung erzeugt wird, wie in der vorliegenden Ausführungsform beschrieben, die Ausgabe des Lokators sein.
• Betrieb der Pfaderzeugungseinrichtung
• 8 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Berechnungsprozedur darstellt, die zum Berechnen eines Sollpfads mittels der Pfaderzeugungseinrichtung 52 verwendet wird, gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Unter Bezugnahme auf dieses Ablaufdiagramm wird nachfolgend eine Technik zum Erzeugen eines Sollpfads beschrieben.
• Zunächst erfasst im Schritt ST100 der Fahrtumgebungsdetektor 50 den Ausgabewert jedes Sensors.
• Als Nächstes erzeugt im Schritt ST101 die Pfaderzeugungseinrichtung 52 eine Mehrzahl von Pfaden unter Verwendung des Ausgabewerts jedes Sensors, erfasst vom Fahrtumgebungsdetektor 50.
• Genauer gesagt: Der Erzeuger 30A erzeugt einen Pfad unter Verwendung des Ausgabewerts des GNSS-Sensors 9. Der Erzeuger 30B erzeugt einen Pfad unter Verwendung des Ausgabewerts der Voraus-Kamera 12. Der Erzeuger 30C erzeugt einen Pfad unter Verwendung des Ausgabewerts des Voraus-Radars 13.
• Es folgt die Beschreibung einer Technik gemäß der Erfindung zum Erzeugen von Pfaden unter Verwendung der Ausgabewerte der Sensoren im Fahrtumgebungsdetektor 50.
• Pfad auf der Basis des Ausgabewerts des GNSS-Sensors 9
• 9 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Technik zum Erzeugen eines Pfades darstellt, entlang dessen das Fahrzeug fahren soll (nachfolgend auch als ein „Pfad auf der Basis des GNSS-Sensors 9“ bezeichnet), mit kombinierter Verwendung der Navigationseinrichtung 8 und des GNSS-Sensors 9.
• Zunächst erfasst im Schritt ST120 die Pfaderzeugungseinrichtung 52 die Position und die Ausrichtung des Fahrzeugs sowie die Zuverlässigkeit Rsg der Position und der Ausrichtung aus dem Ausgabewert des GNSS-Sensors 9. Hierbei gibt die Zuverlässigkeit Rsg die Präzision der Positionsschätzung an, die im Schätzprozess während des Positionierungsvorgangs erhalten wird.
• Im Schritt ST121 erfasst als Nächstes die Pfaderzeugungseinrichtung 52 Kartenknotendaten in der Nähe des Fahrzeugs durch Inübereinstimmungbringen der Position des Fahrzeugs, d. h. von Informationen bezüglich der Absolutposition des Fahrzeugs, wie im Schritt ST120 erhalten, mit den Straßeninformationen, die in der Navigationseinrichtung 8 aufgezeichnet sind.
• Im Schritt ST122 extrahiert als Nächstes die Pfaderzeugungseinrichtung 52 Ng Elemente der Kartenknotendaten, die im Schritt ST121 erhalten werden, als eine Kartenpunktgruppe.
• Im Schritt ST123 wandelt als Nächstes die Pfaderzeugungseinrichtung 52 die Kartenknotendaten, die im Schritt ST122 erhalten werden, in ein Fahrzeug-Koordinatensystem um, und zwar unter Verwendung der Ausrichtung des Fahrzeugs, die im Schritt ST120 erhalten wird.
• Im Schritt ST124 gibt als Nächstes die Pfaderzeugungseinrichtung 52 einen Pfad (d. h. die Mitte einer Fahrspur), entlang dessen das Fahrzeug fahren soll, durch Approximieren der Kartenpunktgruppe mittels einer Polynom- oder Spline-Kurve aus.
• Bei der vorliegenden Erfindung wird angenommen, dass der Pfad, der im Schritt ST124 erhalten wird, durch ein kubisches Polynom ausgedrückt wird, und beispielsweise werden die Werte von Cg0, Cg1, Cg2 und Cg3 in der nachstehenden Gleichung 1 als ein Pfad (d. h. die Mitte einer Fahrspur) ausgedrückt, entlang dessen das Fahrzeug fahren soll. $$\text{yb}=\text{Cg}3\cdot x{b}^3+Cg2\cdot x{b}^2+Cg1\cdot xb+Cg0$$

  
• Pfad auf der Basis eines Ausgabewerts der Voraus-Kamera 12
• Die Kantenlinien bei Betrachtung von der Voraus-Kamera 12 auf der rechten und linken Seite des Fahrzeugs aus werden durch Parameter einer kubischen Kurve ausgedrückt und aus der Pfaderzeugungseinrichtung 52 ausgegeben.
• Hier werden die Informationen bezüglich der rechten Kantenlinie durch den nachstehenden Ausdruck 2 ausgedrückt, und die Werte von Ccr0, Ccr1, Ccr2 und Ccr3 im nachstehenden Ausdruck 2 werden aus der Pfaderzeugungseinrichtung 52 ausgegeben. $$\text{yb}=\text{Ccr}3\cdot x{b}^3+Ccr2\cdot x{b}^2+Ccr1\cdot xb+Ccr0$$

  
• Informationen bezüglich der linken Kantenlinie werden durch den nachstehenden Ausdruck 3 ausgedrückt, und die Werte von Ccl0, Ccl1, Ccl2 und Ccl3 im nachstehenden Ausdruck 3 werden aus der Pfaderzeugungseinrichtung 52 ausgegeben. $$\text{yb}=\text{Ccl}3\cdot x{b}^3+Ccl2\cdot x{b}^2+Ccl1\cdot xb+Ccl0$$

  
• In diesem Fall wird der Pfad (d. h. die Mitte der Fahrspur), entlang dessen das Fahrzeug fahren soll, durch den nachstehenden Ausdruck 4 ausgedrückt. $$\text{yb}=\text{Cc}3\cdot x{b}^3+Cc2\cdot x{b}^2+Cc1\cdot xb+Cc0$$

  
• Hierbei erfüllen Cc0, Cc1, Cc2 und Cc3 die folgenden Relationen: $$\text{Cc}3=\left(\text{Ccr}3+\text{Ccl}3\right)/2$$

  

  $$\text{Cc2}=\left(\text{Ccr}2+\text{Ccl}2\right)/2$$

  

  $$\text{Cc1}=\left(\text{Ccr}1+\text{Ccl}1\right)/2$$

  

  $$\text{Cc0}=\left(\text{Ccr}0+\text{Ccl}0\right)/2$$

  
• Pfade auf der Basis des Ausgabewerts des Voraus-Radars 13
• 10 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Technik zum Erzeugen eines Pfads zeigt, entlang dessen das Fahrzeug fahren soll, mit Verwendung des Voraus-Radars 13.
• Zunächst erfasst im Schritt ST130 die Pfaderzeugungseinrichtung 52 eine Relativposition (relativen Abstand) des vorausfahrenden Fahrzeugs bezüglich des Fahrzeugs als einen Knoten des vorausfahrenden Fahrzeugs aus dem Ausgabewert des Voraus-Radars 13. Die Pfaderzeugungseinrichtung 52 erfasst auch die Zuverlässigkeit Rsr des relativen Abstands.
• Im Schritt ST131 zeichnet als Nächstes die Pfaderzeugungseinrichtung 52 den Knoten des vorausfahrenden Fahrzeugs, der im Schritt ST130 erhalten wird, auf einer Speichereinrichtung für Knoten des vorausfahrenden Fahrzeugs auf.
• Im Schritt ST132 lädt als Nächstes die Pfaderzeugungseinrichtung 52 die zurückliegenden Nr Knoten des vorausfahrenden Fahrzeugs als Punktgruppe für vorausfahrendes Fahrzeug von der Speichereinrichtung für Knoten des vorausfahrenden Fahrzeugs.
• Im Schritt ST133 gibt als Nächstes die Pfaderzeugungseinrichtung 52 einen Pfad aus, entlang dessen das Fahrzeug fahren soll (d. h. einen Pfad, den das vorausfahrende Fahrzeug durchfahren hat), indem es die im Schritt ST132 geladene Punktgruppe für vorausfahrendes Fahrzeug mittels einer Polynom- oder Spline-Kurve approximiert.
• Bei der vorliegenden Ausführungsform wird angenommen, dass der Pfad, der im Schritt ST133 erhalten wird, durch ein kubisches Polynom ausgedrückt wird, und beispielsweise werden die Werte von Cr0, Crl, Cr2 und Cr3 im nachstehenden Ausdruck 5 als der Pfad ausgegeben, entlang dessen das Fahrzeug fahren soll (d. h. der Pfad, den das vorausfahrende Fahrzeug durchfahren hat). $$\text{yb}=\text{Cr}3\cdot x{b}^3+Cr2\cdot x{b}^2+Cr1\cdot xb+Cr0$$

  
• 11 ist ein schematisches Diagramm, das den Fall zeigt, wo die Mehrzahl von Pfaden im Fahrzeug-Koordinatensystem ausgedrückt wird.
• Die Pfade A, B und C in 11 werden als eine Polynom- oder eine Spline-Kurve im Fahrzeug-Koordinatensystem ausgedrückt, wobei der Schwerpunkt des Fahrzeugs im Ursprung liegt.
• Unter Verwendung der Voraus-Kamera 12 oder unter kombinierter Verwendung des GNSS-Sensors 9 und der Navigationseinrichtung 8 können die rechte Kantenlinie D und die linke Kantenlinie E auch als eine Polynom- oder eine Spline-Kurve ausgedrückt werden.
• Im Schritt ST102 in 8 wird als Nächstes die Zuverlässigkeit jedes im Schritt ST101 erzeugten Pfades an sich berechnet. Die vorliegende Ausführungsform verwendet das folgende Verfahren als ein Verfahren zum Erhalten der Zuverlässigkeit jedes Pfades an sich.
• Hier soll ein Pfad p berücksichtigt werden, der als ein kubisches Polynom ausgedrückt wird. Es wird angenommen, dass der Pfad p aus dem nachstehenden Ausdruck 6 erhalten wird. $$\text{yb}=\text{Cp}3\cdot x{b}^3+Cp2\cdot x{b}^2+Cp1\cdot xb+Cp0$$

  
• Ein Verfahren zum Erhalten der Zuverlässigkeit Rp des Pfades p ist die direkte Verwendung der Zuverlässigkeit Rs, die von jedem Sensor ausgegeben wird, beim Erzeugen des Pfades. Das heißt, das Verhältnis zwischen der Zuverlässigkeit Rp des Pfades p und der Zuverlässigkeit Rs, die von jedem Sensor ausgegeben wird, wird wie folgt ausgedrückt: $$\text{Rp}=\text{Rs}$$

  
• Als ein weiteres Verfahren zum Erhalten der Zuverlässigkeit Rp des Pfades p durch die Zuverlässigkeits-Vorgabeeinrichtung 300 wird unten ein Verfahren beschrieben, das einen Ratenbegrenzer verwendet.
• Die Pfadparameter Cp0, Cp1, Cp2 und Cp3 des Pfades p zum gegenwärtigen Zeitpunkt werden mit den Pfadparametern eines Pfades verglichen, der einen Erzeugungszyklus vor dem Pfad P erzeugt wird. Falls eine Variation in irgendeinem der Pfadparameter Cp0, Cp1, Cp2 und Cp3 zum gegenwärtigen Zeitpunkt größer als oder gleich groß wie ein Schwellenwert ist, wird die Zuverlässigkeit dieses Pfadparameters verringert.
• Genauer gesagt: Die Werte der Pfadparameter, die einen Zyklus vor den Pfadparametern Cp0, Cp1, Cp2 und Cp3 zum gegenwärtigen Zeitpunkt erzeugt werden, werden jeweils angenommen als Cp0b, Cp1b, Cp2b und Cp3b.
• Wenn die Zuverlässigkeiten dieser Pfadparameter jeweils als Rp0, Rp1, Rp2 und Rp3 gegeben sind, die Schwellenwerte der Raten der Pfadparameter jeweils als ΔCpt0, ΔCpt1, ΔCpt2 und ΔCpt3 gegeben sind und angepasste Parameter jeweils als α0, α1, α2 und α3 gegeben sind, werden die Zuverlässigkeiten Rp0, Rp1, Rp2 und Rp3 der Pfadparameter jeweils wie folgt vorgegeben: $$R_{pi}=\{\begin{array}{c}0\\ e^{{\alpha }_{i*}}{\left(c_{pi}-c_{pib}\right)}^2\end{array}wenn\begin{array}{c}\left|C_{pi}-C_{pib}\right|\le \mathrm{\Delta }{C}_{pti}\\ sonst\end{array}i=\mathrm{0,}\cdots \mathrm{,3}$$

  
• Unter Verwendung der Zuverlässigkeiten Rp0, Rp1, Rp2 und Rp3 der Pfadparameter wird die Zuverlässigkeit des Pfades p an sich so vorgegeben wie im nachstehenden Ausdruck 7 ausgedrückt. $$\text{Rp}=\text{Rp}0\cdot \text{Rp}1\cdot \text{Rp}2\cdot \text{Rp}3$$

  
• Als Nächstes wird ein weiteres Verfahren beschrieben, das zum Erhalten der Zuverlässigkeit des Pfades p an sich durch die Zuverlässigkeits-Vorgabeeinrichtung 300 verwendet wird. Genauer gesagt: Es wird ein Verfahren beschrieben, bei welchem die möglichen Bereiche der Werte für die Pfadparameter Cp0, Cp1, Cp2 und Cp3, die jeweils einen Pfad ausdrücken, im Voraus vorgegeben sind, und bei welchem - falls irgendeiner der Pfadparameter außerhalb dieses Bereichs liegt - die Zuverlässigkeit dieses Pfades an sich verringert wird.
• Zunächst wird eine geometrische Linienform der Straße geschätzt, auf welcher das Fahrzeug fahren soll. Die Vorgaben bzw. Einstellungen, wie hier verwendet, sind derart, dass das Fahrzeug entlang der Straße wie folgt fährt.
• Genauer gesagt: Angenommen, dass das Fahrzeug entlang der halben Breiten der Straßenbreite fährt, und falls ein Minimalwert Lpmin mit 1,4 m vorgegeben ist und ein Maximalwert Lpmax mit 1,8 m, dann wird bestimmt, dass der Bereich von Cp0 größer als oder gleich groß wie 1,4 m ist und kleiner als oder gleich groß wie 1,8 m ist, gemäß dem Ausdruck 6. Als eine Funktion, die verwendet wird, um die Zuverlässigkeit Rp0 des Cp0-Terms zu erhalten, kann der folgende Ausdruck verwendet werden. $$R_0=\{\begin{array}{ll}0\hfill & wenn{C}_{p0}\le \mathrm{\Delta }{L}_{pmin}\hfill \\ e^{-{\alpha }_0\cdot C_{p0}^2}\hfill & wenn{L}_{pmin}\le C_{p0}\le \mathrm{\Delta }{L}_{pmax}\hfill \\ 0\hfill & wenn{C}_{p0}\ge \mathrm{\Delta }{L}_{pmax}\hfill \end{array}$$

  
• Wenn diese Funktion verwendet wird, so wird die Zuverlässigkeit Rp0 erhalten.
• Falls ein Minimalwert θpmin des Azimutwinkels des Fahrzeugs relativ zur Straße mit -1 rad vorgegeben ist und ein Maximalwert θpmax davon mit 1 rad vorgegeben ist, wird die Ausrichtung θp des Pfades p in xb durch den nachstehenden Ausdruck 8 ausgedrückt. $$\mathrm{\theta }\text{p}={\text{tan}}^{-1}\left(Cp1\right)$$

  
• Demzufolge wird bestimmt, dass der Bereich von Cp1 im Bereich von tan(-1) bis tan(1) liegt. Als eine Funktion, die verwendet wird, um die Zuverlässigkeit Rp1 des Cp1-Terms zu erhalten, kann der folgende Ausdruck verwendet werden. $$R_{p1}=\{\begin{array}{ll}0\hfill & wenn{C}_{p1}\le \text{tan}\left({\theta }_{pmin}\right)\hfill \\ e^{-{\alpha }_1\cdot C_{p2}^2}\hfill & wenn\text{ tan}\left({\theta }_{pmin}\right)\le C_{p1}\le \text{tan}\left({\theta }_{pmax}\right)\hfill \\ 0\hfill & wenn{C}_{p1}\ge \text{tan}\left({\theta }_{pmax}\right)\hfill \end{array}$$

  
• Wenn diese Funktion verwendet wird, so wird die Zuverlässigkeit Rp1 erhalten.
• Falls ein Minimalwert κmin der Krümmung der Straße mit 0 [1/m] vorgegeben ist und ein Maximalwert κmax davon mit 0,02 [1/m] vorgegeben ist, dann wird die Krümmung κp des Pfades p durch den nachstehenden Ausdruck 9 ausgedrückt. $$\mathrm{\kappa }\text{p}=2\cdot \text{Cp}2$$

  
• Demzufolge wird bestimmt, dass der Bereich von Cp2 größer als oder gleich groß wie 0 [1/m] und kleiner als oder gleich groß wie 0,02 [1/m] ist. Als eine Funktion, die verwendet wird, um die Zuverlässigkeit Rp2 des Cp2-Terms zu erhalten, kann der folgende Ausdruck verwendet werden. $$R_{p2}=\{\begin{array}{ll}0\hfill & wenn\text{ 2}\cdot C_{p2}\le {\kappa }_{min}\hfill \\ e^{-{\alpha }_2\cdot C_{p3}^2}\hfill & wenn{\kappa }_{min}\le \text{2}\cdot C_{p2}\le {\kappa }_{max}\hfill \\ 0\hfill & wenn\text{ 2}\cdot C_{p2}\ge {\kappa }_{max}\hfill \end{array}$$

  
• Schließlich wird die Zuverlässigkeit Rp des Pfades p an sich wie folgt erhalten: $$\text{Rp}=\text{Rp}0\cdot \text{Rp}1\cdot \text{Rp}2$$

  
• Die Zuverlässigkeits-Vorgabeeinrichtung 300 gibt die Zuverlässigkeit Rp jedes Pfades an sich durch Verwendung eines der oben beschriebenen Verfahren vor.
• Im Schritt ST103 in 8 gibt als Nächstes die Pfadgewichtungs-Vorgabeeinrichtung 31 die Gewichtung jedes der Pfade vor, die vom Pfaderzeuger 30 erzeugt werden.
• In der vorliegenden Ausführungsform wird angenommen, dass die Pfade, die vom Pfaderzeuger 30 erhalten werden, als kubische Polynome ausgedrückt werden. Das bedeutet, der Pfad auf der Basis des GNSS-Sensors 9 wird durch den Ausdruck 1 ausgedrückt, der Pfad auf der Basis der Voraus-Kamera 12 wird durch den Ausdruck 4 ausgedrückt, und der Pfad auf der Basis des Voraus-Radars 13 wird durch den Ausdruck 5 ausgedrückt.
• Es wird auch angenommen, dass die rechten und linken Kantenlinien bei Betrachtung vom Fahrzeug aus in der Form von kubischen Polynomen erhalten werden, und zwar unter Verwendung des GNSS-Sensors 9 oder der Kartenknotendaten, die auf der Navigationseinrichtung 8 aufgezeichnet sind, oder durch Kantenliniendetektion unter Verwendung der Voraus-Kamera 12. Das heißt, es wird angenommen, dass die rechte Kantenlinie durch den Ausdruck 2 ausgedrückt wird, und dass die linke Kantenlinie durch den Ausdruck 3 ausgedrückt wird.
• Es folgt die Beschreibung eines Verfahrens, das von der Pfadgewichtungs-Vorgabeeinrichtung 31 verwendet wird, um die Gewichtung jedes Pfades zu bestimmen, und zwar in Abhängigkeit von Situationen auf der Basis der Zuverlässigkeit des Pfades an sich.
• Zunächst werden Schwellenwerte für die Zuverlässigkeit der Mehrzahl von Pfaden vorgegeben. In der vorliegenden Ausführungsform ist ein Schwellenwert für die Zuverlässigkeit Rg des Pfades an sich auf der Basis des GNSS-Sensors 9 als Thg gegeben, ein Schwellenwert für die Zuverlässigkeit Rc des Pfades an sich auf der Basis der Voraus-Kamera 12 ist als Thc gegeben, und ein Schwellenwert für die Zuverlässigkeit Rr des Pfades an sich auf der Basis des Voraus-Radars 13 ist als Thr gegeben.
• 12 ist ein Diagramm zum Beschreiben der Verarbeitung, die in Abhängigkeit der Zuverlässigkeit jedes Pfades an sich und einer Bedingung durchgeführt wird, ob der Schwellenwert entsprechend der Zuverlässigkeit erfüllt ist oder nicht.
• Der Pfad auf der Basis des GNSS-Sensors 9 ist als Referenzpfad sehr geeignet, da dieser Pfad unter Berücksichtigung des Fahrwegs erzeugt wird. In dem in 12 veranschaulichten Beispiel wird folglich der Fahrspur-Abweichungsbestimmung für den Pfad auf der Basis des GNSS-Sensors 9 eine höhere Priorität zugewiesen als derjenigen für den Pfad auf der Basis der Voraus-Kamera 12 oder den Pfad auf der Basis des Voraus-Radars 13.
• Bei der Fahrspur-Abweichungsbestimmung unter Verwendung des GNSS-Sensors 9 und der Navigationseinrichtung 8 werden der Pfad der rechten Kantenlinie und der Pfad der linken Kantenlinie (nachfolgend auch als die „Kantenlinien auf der Basis des GNSS-Sensors“ bezeichnet) geschätzt, und zwar unter Verwendung der Fahrzeugposition, die vom GNSS-Sensor 9 erhalten wird, und der Kartenknotendaten, die auf der Navigationseinrichtung 8 aufgezeichnet sind.
• Für den Pfad p, der anderen Schwellenwert-Bestimmungen unterzogen worden ist, mit Ausnahme derjenigen für den Pfad auf der Basis des GNSS-Sensors 9, wird bestimmt, ob der Pfad p aus den Kantenlinien herausläuft, und zwar auf der Basis des GNSS-Sensors 9.
• Als ein Bestimmungsverfahren gibt es ein Verfahren, bei welchem unter Verwendung eines Punktes Lt (> 0) auf einer vorbestimmten xb-Achse, der im Voraus vorgegeben ist, bestimmt wird, ob der Pfad auf der Basis des GNSS-Sensors 9 und der Pfad p einen Schnittpunkt innerhalb eines Bereichs haben, der größer als oder gleich groß wie 0 und kleiner als oder gleich groß wie Lt ist.
• Als ein weiteres Bestimmungsverfahren gibt es ein Verfahren, bei welchem Lt in Nt Segmente geteilt ist und ein Vergleich zwischen ybp, ybl und ybr durchgeführt wird, wobei ybp der Wert von yb auf dem Pfad für jede Segmentbreite ht ist (d. h. ht = Lt/Nt), wobei ybl der Wert von yb auf der linken Kantenlinie auf der Basis des GNSS-Sensors 9 für jede Segmentbreite ht ist, und wobei ybr der Wert von yb auf der rechten Kantenlinie auf der Basis des GNSS-Sensors 9 für jede Segmentbreite ht ist, und bei dem an jedem Punkt bestimmt wird, ob der nachstehende Ausdruck 11 erfüllt ist. $$\text{ybl}<\text{ybp}<\text{ybr}$$

  
• Falls der Pfad p nicht den Ausdruck 11 erfüllt, dann weicht der Pfad p von den Kantenlinien auf der Basis des GNSS-Sensors 9 innerhalb des Bereichs von Lt ab.
• Für den Fall, dass der Pfad p von den Kantenlinien auf der Basis des GNSS-Sensors 9 abweicht, gibt die Pfadgewichtungs-Vorgabeeinrichtung 31 die Gewichtung ωρ des Pfades p als Null vor.
• Für den Fall wiederum, dass der Pfad p nicht von den Kantenlinien auf der Basis des GNSS-Sensors 9 abweicht, gibt die Pfadgewichtungs-Vorgabeeinrichtung 31 die Gewichtung ωg des Pfades auf der Basis des GNSS-Sensors 9 und die Gewichtung ωp des Pfades p wie folgt vor, unter Verwendung der Zuverlässigkeit Rg des Pfades auf der Basis des GNSS-Sensors 9 an sich, wie im Schritt ST102 erhalten, und der Zuverlässigkeit Rp des Pfades p an sich. $$\mathrm{\omega }\text{g}=\text{Rg}$$

  

  $$\mathrm{\omega }\text{p}=\text{Rp}$$

  
• Als Nächstes wird die Fahrspurabweichungs-Bestimmung unter Verwendung der Voraus-Kamera 12 in 12 beschrieben. Wie oben beschrieben, gibt die Voraus-Kamera 12 die Pfade für die rechten und linken Kantenlinien aus, die vor dem Fahrzeug gesehen werden (nachfolgend auch als „Kantenlinien auf der Basis der Voraus-Kamera“ abgekürzt).
• Die Verarbeitung, wie hier durchgeführt, verwendet die Kantenlinien auf der Basis der Voraus-Kamera 12 und ist ähnlich zu der Verarbeitung, die bei der Fahrspurabweichungs-Bestimmung unter Verwendung des GNSS-Sensors 9 und der Navigationseinrichtung 8 durchgeführt wird. Das heißt, die Pfadgewichtungs-Vorgabeeinrichtung 31 bestimmt, ob der Pfad p von den Kantenlinien abweicht, und zwar auf der Basis der Voraus-Kamera 12, und sie gibt eine Gewichtung auf der Basis des Bestimmungsergebnisses vor.
• Für den Fall, dass die Zuverlässigkeit des Pfades an sich auf der Basis des GNSS-Sensors 9, die Zuverlässigkeit des Pfades an sich auf der Basis der Voraus-Kamera 12 und die Zuverlässigkeit des Pfades an sich auf der Basis des Voraus-Radars 13 sämtlich niedriger sind als die oben beschriebenen Schwellenwerte, wird das autonome Fahren angehalten, unter der Erwägung, dass autonomes Fahren unmöglich ist. Zu dieser Zeit kann die Befugnis zum Fahren des Fahrzeugs an den Fahrer delegiert werden.
• Die in 12 veranschaulichte Gewichtungsvorgabe wird in dem Fall vorgenommen, in welchem die Zuverlässigkeit von nur einem der Mehrzahl von Pfaden höher ist als der Schwellenwert. In diesem Fall gibt die Pfadgewichtungs-Vorgabeeinrichtung 31 die Gewichtung des Pfades p auf die Zuverlässigkeit des Pfades an sich vor, wie im Schritt ST102 erhalten, und gibt die Gewichtungen ωq der übrigen Pfade q mit Null vor. Das heißt, die Gewichtungen werden wie folgt bestimmt. $$\mathrm{\omega }\text{p}=\text{Rp}$$

  

  $$\mathrm{\omega }\text{q}=\text{0}$$

  
• Es sei angemerkt, dass das Verfahren zum Vorgeben der Gewichtung eines Pfades, wie hier beschrieben, ein Verfahren zum Erhöhen der Gewichtung eines Pfades sein kann, den der Fahrer auswählen möchte. Ein Beispiel: Für den Fall, in welchem der Fahrer vorzugsweise den Pfad auf der Basis des Voraus-Radars 13 auswählen möchte, können die folgenden Ausdrücke verwendet werden, wobei Rg und ωg jeweils die Zuverlässigkeit und Gewichtung des Pfades an sich auf der Basis des GNSS-Sensors 9 sind, Rc und ωc jeweils die Zuverlässigkeit und Gewichtung des Pfades an sich auf der Basis der Voraus-Kamera 12 sind und Rr und ωr jeweils die Zuverlässigkeit und Gewichtung des Pfades an sich auf der Basis des Voraus-Radars 13 sind. $$\mathrm{\omega }\text{g}=0.2\cdot \text{Rg}$$

  

  $$\mathrm{\omega }\text{c}=0.2\cdot \text{Rc}$$

  

  $$\mathrm{\omega }\text{r}=1.0\cdot \text{Rr}$$

  
• Durch eine solche Vorgehensweise wird der Auswahl des Pfades auf der Basis des Voraus-Radars 13 der Vorzug gegeben.
• Als eine weitere Alternative kann die Gewichtung jedes Pfades sanft verändert werden, unter Verwendung eines Tiefpassfilters. In diesem Fall ist es möglich, die Wirkung zu erzielen, dass es möglich ist, instabile Fahrzeugbewegungen zu vermeiden, die durch abrupte Veränderungen der Gewichtung hervorgerufen werden.
• Im Schritt ST104 in 8 erzeugt als Nächstes der Sollpfaderzeuger 32 einen einzelnen Sollpfad.
• In der vorliegenden Ausführungsform wird der Betrieb des Sollpfaderzeugers 32 unter Verwendung von gewichteter Mittelwertbildung beschrieben.
• In dem Fall, in welchem die Pfadgewichtungs-Vorgabeeinrichtung 31 die Gewichtung des Pfades auf der Basis des GNSS-Sensors 9 mit ωg vorgibt, die Gewichtung des Pfades auf der Basis der Voraus-Kamera 12 mit ωc vorgibt und die Gewichtung des Pfades auf der Basis des Voraus-Radars 13 mit ωr vorgibt, wird ein Sollpfad, der durch gewichtete Mittelwertbildung erhalten wird, wie folgt ausgedrückt: $$\text{yb}=\text{Cw}3\cdot x{b}^3+Cw2\cdot x{b}^2+Cw1\cdot xb+Cw0$$

  
• Zunächst wird das folgende Verhältnis definiert. $$\mathrm{\omega }\text{w}=\mathrm{\omega }\text{g}+\mathrm{\omega }\text{r}+\mathrm{\omega }\text{c}$$

  
• Dann können Cw0, Cw1, Cw2 und Cw3 aus den folgenden Ausdrücken erhalten werden. $$\text{Cw}3=\left(\mathrm{\omega }\text{g}\cdot \text{Cg}3+\mathrm{\omega }\text{c}\cdot \text{Cc}3+\mathrm{\omega }\text{r}\cdot \text{Cr}3\right)/\mathrm{\omega }\text{w}$$

  

  $$\text{Cw}2=\left(\mathrm{\omega }\text{g}\cdot \text{Cg}2+\mathrm{\omega }\text{c}\cdot \text{Cc}2+\mathrm{\omega }\text{r}\cdot \text{Cr}2\right)/\mathrm{\omega }\text{w}$$

  

  $$\text{Cw1}=\left(\mathrm{\omega }\text{g}\cdot \text{Cg1}+\mathrm{\omega }\text{c}\cdot \text{Cc1}+\mathrm{\omega }\text{r}\cdot \text{Cr1}\right)/\mathrm{\omega }\text{w}$$

  

  $$\text{Cw0}=\left(\mathrm{\omega }\text{g}\cdot \text{Cg0}+\mathrm{\omega }\text{c}\cdot \text{Cc0}+\mathrm{\omega }\text{r}\cdot \text{Cr0}\right)/\mathrm{\omega }\text{w}$$

  
• Durch diese Berechnungsprozedur kann die Pfaderzeugungseinrichtung 52 einen einzelnen Pfad erzeugen.
• 13 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Berechnungsprozedur darstellt, die von einem Lenksteuerungssystem in dem Fahrzeug-Steuerungssystem 21 verwendet wird. Unter Bezugnahme auf dieses Ablaufdiagramm wird im Folgenden eine Technik zum Berechnen eines Solllenkwerts beschrieben.
• Im Schritt ST141 erfasst zunächst der Fahrzeugzustandsdetektor 51 den Ausgabewert jedes Sensors.
• Im Schritt ST142 schätzt als Nächstes die Fahrzeugzustands-Schätzeinheit 33 einen Fahrzeugzustand (genauer gesagt: eine Fahrzeugzustandsgröße) unter Verwendung des Ausgabewerts des jeweiligen Sensors, wie im Schritt ST141 erhalten. Um die Fahrzeugzustands-größe zu schätzen, kann eine bekannte Technologie, wie z. B. ein Tiefpassfilter, ein Beobachter, ein Kalman-Filter oder ein Partikelfilter verwendet werden.
• Im Schritt ST143 erfasst indessen die Lenkwert-Berechnungseinheit 34 den einzelnen Sollpfad, der aus der Pfaderzeugungseinrichtung 52 ausgegeben wird.
• Nach den beiden Schritten ST142 und ST143 fährt die Prozedur mit dem Schritt ST144 fort.
• Im Schritt ST144 berechnet als Nächstes die Lenkwert-Berechnungseinheit 34 einen Solllenkwert des Fahrzeugs unter Verwendung des einzelnen Sollpfads und der Fahrzeugzustandsgröße.
• Es folgt die Beschreibung eines Verfahrens, wobei die Lenkwert-Berechnungseinheit 34 den Solllenkwert berechnet, und zwar unter Verwendung des Sollpfads, der vom Sollpfaderzeuger 32 erzeugt wird, und der Fahrzeugzustandsgröße, die von der Fahrzeugzustands-Schätzeinheit 33 geschätzt wird.
• 14 stellt schematisch die Parameter dar, die verwendet werden, um den Solllenkwert zu erhalten, für den Fall, dass ein Sollpfad vorgegeben ist. In 14 entspricht die Postion des Schwerpunkts des Fahrzeugs dem Ursprung der xb-Achse und der yb-Achse. Die gerade gepunktete Linie ist die Tangente an den Sollpfad, der mit der durchgezogenen Linie angegeben ist, an einem Vorausschauungs-Punkt.
• Zunächst wird der Vorausschauungs-Punkt im Pfad vorgegeben. Als ein Verfahren zum Vorgeben des Vorausschauungs-Punkts wird in der vorliegenden Ausführungsform ein vorausliegender Fixierungsabstand Ld wie folgt vorgegeben, unter Verwendung der Fahrzeuggeschwindigkeit V des Fahrzeugs, die mit hoher Genauigkeit von der Fahrzeugzustands-Schätzeinheit 33 geschätzt wird, und einer voreingestellten Fixierungszeit T1 (> 0). $$\text{Ld}=\text{V}\cdot \text{TI}$$

  
• Ein vorausliegender Vorausschauungs-Punkt (d. h, ein vorausliegender Fixierungspunkt) wird an der Position des vorausliegender Fixierungsabstands Ld auf der xb-Achse im Fahrzeug-Koordinatensystem vorgegeben.
• Hierbei wird der Sollpfad durch den folgenden Ausdruck ausgedrückt. $$\text{yb}=Cw3\cdot x{b}^3+Cw2\cdot x{b}^2+Cw1\cdot xb+Cw0$$

  
• Die Seitenabweichung ybd beim vorausliegenden Fixierungsabstand Ld wird durch den folgenden Ausdruck ausgedrückt. $$\text{ybd}=Cw3\cdot L{d}^3+Cw2\cdot L{d}^2+Cw1\cdot Ld+Cw0$$

  
• Die Tangente an den Sollpfad im Vorausschauungs-Punkt wird erhalten, indem der Sollpfad nach xb abgeleitet wird, und wird durch den folgenden Ausdruck ausgedrückt. $$\text{yb'}=3\cdot Cw3\cdot x{b}^2+2\cdot Cw2\cdot xb+Cw1$$

  
• Eine Winkelabweichung εbd im vorausliegenden Fixierungsabstand Ld zwischen der xb-Achse und der Tangente an den Sollpfad beim Vorausschauungs-Punkt wird durch den folgenden Ausdruck ausgedrückt. $$\mathrm{\epsilon }\text{bd}={\text{tan}}^{-1}\left(3\cdot C{w}^3\cdot L{d}^2+2\cdot Cw2\cdot Ld+Cw1\right)$$

  
• Außerdem wird der folgende Ausdruck durch eine Ableitung zweiter Ordnung des Sollpfads nach xb erhalten. $$\text{yb}\text{'}\text{'}=6\cdot \text{Cw}3\cdot \text{xb}+2\cdot \text{Cw2}$$

  
• Demzufolge wird die Krümmung κbd des Sollpfads am Vorausschauungs-Punkt im vorausliegenden Fixierungsabstand Ld durch den folgenden Ausdruck ausgedrückt. $$\kappa \text{bd}=6\cdot \text{Cw}3\cdot \text{Ld}+2\cdot \text{Cw}2$$

  
• 15 ist ein Blockdiagramm, das eine Prozedur zum Erhalten eines Solllenkwerts δ* darstellt. Wie in 15 veranschaulicht, wird der Solllenkwert δ* wie folgt erhalten, unter Verwendung der Seitenabweichung ybd im Vorausschauungs-Punkt auf dem Sollpfad und deren Verstärkung Ky, der Winkelabweichung εbd und deren Verstärkung Kε, der Krümmung κbd am Vorausschauungs-Punkt und deren Verstärkung Kκ und der Gierrate γ, die von der Fahrzeugzustands-Schätzeinheit 33 erhalten wird, und deren Verstärkung Kγ. $$\delta *=Ky\cdot ybd+K\epsilon \cdot \epsilon bd+K\kappa \cdot \kappa bd+K\gamma \cdot \gamma$$

  
• Im Schritt ST145 in 13 wird als Nächstes der Solllenkwert δ*, der im Schritt ST144 erhalten wird, in die Lenksteuerungseinrichtung 6 eingegeben, so dass das Fahrzeug so gesteuert wird, dass es dem Sollpfad folgt.
• Auf diese Weise kann das Fahrzeug-Steuerungssystem 21 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Gewichtung jedes Pfades auf der Basis der Zuverlässigkeiten einer Mehrzahl von Pfaden an sich vorgeben. Als ein Ergebnis der Verringerung der Gewichtung eines unerwünschten Pfades auf der Basis der Grade, zu welchen die Pfadparameter in vorbestimmte Bereiche fallen, ist es möglich, die Erzeugung eines Pfades zu hemmen, der das Fahrzeug instabil macht. Demzufolge kann das Fahrzeug-Steuerungssystem 21 mit hoher Präzision bezüglich der Fahrzeugsteuerung und hoher Stabilität erzielt werden.
• Zweite Ausführungsform
• Ein Fahrzeug-Lenksystem, das eine Pfaderzeugungseinrichtung und ein Fahrzeug-Steuerungssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform aufweist, wird im Folgenden beschrieben. In der folgenden Beschreibung sind den Bestandteilselementen, die denjenigen in der obigen Ausführungsform ähnlich sind, die gleichen Bezugszeichen zugewiesen, und deren detaillierte Beschreibung wird weggelassen, wenn zweckmäßig.
• Konfiguration der Pfaderzeugungseinrichtung
• 16 ist ein Funktions-Blockdiagramm des Fahrzeug-Lenksystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Wie beispielhaft in 16, veranschaulicht, weist das Fahrzeug-Lenksystem Folgendes auf: einen Fahrtumgebungsdetektor 50, einen Fahrzeugzustandsdetektor 51, ein Fahrzeug-Steuerungssystem 21A, das die Eingabe der Ausgaben aus dem Fahrtumgebungsdetektor 50 und dem Fahrzeugzustandsdetektor 51 entgegennimmt, und eine Lenksteuerungseinrichtung 6, die die Eingabe einer Ausgabe aus dem Fahrzeug-Steuerungssystem 21A entgegennimmt.
• Das Fahrzeug-Steuerungssystem 21A weist eine Pfaderzeugungseinrichtung 52A und eine Fahrzeug-Steuerungseinrichtung 53A auf. Die Pfaderzeugungseinrichtung 52A weist Folgendes auf: einen Pfaderzeuger 30A, eine Zuverlässigkeits-Vorgabeeinrichtung 300A und eine Pfadgewichtungs-Vorgabeeinrichtung 31A. Die Fahrzeug-Steuerungseinrichtung 53A weist einen Sollpfaderzeuger 32, eine Fahrzeugzustands-Schätzeeinheit 33 und eine Lenkwert-Berechnungseinheit 34 auf.
• Die Pfaderzeugungseinrichtung 52A ist eine Einrichtung, die Pfade erzeugt, die für die Fahrzeugsteuerung notwendig sind, und sie arbeitet unabhängig, wenn sie die obigen Vorgänge durchführt, beispielsweise sogar dann, wenn sie nicht zusammen mit der Fahrzeug-Steuerungseinrichtung 53A installiert ist.
• Das heißt, in dem Fahrzeug-Lenksystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist der Sollpfaderzeuger 32 nicht in der Pfaderzeugungseinrichtung 52A, sondern in der Fahrzeug-Steuerungseinrichtung 53A enthalten.
• Diese Konfiguration ermöglicht es, dass die Fahrzeug-Steuerungseinrichtung 53A einen Sollpfad erzeugt, und ermöglicht es folglich, dass die Fahrzeug-Steuerungseinrichtung 53A die Zuverlässigkeit jedes Pfades an sich erneut überprüft oder die Gewichtung jedes Pfades erneut definiert. Auf diese Weise wird ein Doppelprüfungs-Mechanismus konfiguriert, und demzufolge wird erwartet, dass die Zuverlässigkeit des Fahrzeug-Steuerungssystems verbessert wird.
• Dritte Ausführungsform
• Ein Fahrzeug-Lenksystem, das eine Pfaderzeugungseinrichtung und ein Fahrzeug-Steuerungssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform aufweist, wird im Folgenden beschrieben. In der folgenden Beschreibung sind den Bestandteilselementen, die denjenigen in den obigen Ausführungsformen ähnlich sind, die gleichen Bezugszeichen zugewiesen, und deren redundante Beschreibung wird weggelassen, wenn zweckmäßig.
• Konfiguration der Pfaderzeugungseinrichtung
• In der zweiten Ausführungsform wird ein Sollpfad mittels gewichteter Mittelwertbildung unter Verwendung einer Mehrzahl von Pfaden und der Gewichtung jedes Pfades erzeugt. Falls jedoch ein Optimierungproblem mit Nebenbedingungen wiederholt unter Verwendung eines dynamischen Fahrzeugmodells gelöst wird, ist es möglich, eine Fahrzeugsteuerung mit höherer Präzision und einem größeren Grad an Fahrkomfort zu erzielen.
• Im Folgenden werden Vorgänge des Fahrzeug-Lenksystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Der ersten und zweiten Ausführungsform ähnliche Beschreibungen werden weggelassen.
• Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein optimaler Solllenkwert berechnet, indem in regelmäßigen Intervallen ein Optimierungsproblem gelöst wird, und zwar, bei welchem - unter Verwendung eines dynamischen Fahrzeugmodells, das die Dynamik des Fahrzeugs mathematisch angibt - der Zustand während eines Zeitraums vom gegenwärtigen Zeitpunkt t zum Zeitpunkt Th (nachfolgend kann das Zeitintervall zwischen vom Zeitpunkt t bis zum Zeitpunkt Th als ein „Horizont“ abgekürzt werden) vorhergesagt wird, um eine Steuerungseingabe zu erhalten, die eine Auswertungsfunktion J minimiert, wobei die Auswertungsfunktion den gewünschten Betrieb des Fahrzeugs darstellt.
• Während eine Integration nötig ist, um den Fahrzeugzustand vorherzusagen, kann der Grund für eine Verschlechterung des Fahrkomforts, wie z. B. ein plötzliches Lenken, abgemildert werden, und zwar durch Verwendung einer Fahrzeugzustandsgröße x0 zum gegenwärtigen Zeitpunkt t als Anfangswert für die Integration und durch Vorgeben von oberen und unteren Grenzwerten der Fahrzeugzustandsgröße als Grenzbedingungen.
• Wie oben beschrieben, wird in der vorliegenden Ausführungsform ein Optimierungsproblem mit Nebenbedingungen bzw. Grenzbedingungen, das durch den nachstehenden Ausdruck 100 ausgedrückt wird, in regelmäßigen Intervallen gelöst. $$\begin{array}{l}\underset{\text{u}}{\text{min}J}\hfill \\ \text{s}\text{.tx}=\text{f}\left(\text{x}\text{,u}\right)\hfill \\ x_0=x\left(t\right)\hfill \\ \text{g}\left(\text{x}\text{,u}\right)\le 0\hfill \end{array}$$

  
• Hierbei ist J die Auswertungsfunktion, x ist die Fahrzeugzustandsgröße, u ist die Steuerungseingabe, f ist die Vektorfunktion bezogen auf das dynamische Fahrzeugmodell, x0 ist die Fahrzeugzustandsgröße zum Zeitpunkt t, und g ist die Funktion bezogen auf die Grenzbedingungen.
• Während das vorgenannte Optimierungsproblem in der folgenden Beschreibung als ein Minimierungsproblem gehandhabt wird, kann das Problem aber auch als ein Maximierungsproblem gehandhabt werden, da es äquivalent zum Maximierungsproblem wird, und zwar als Ergebnis dessen, dass das Vorzeichen der Auswertungsfunktion invertiert wird.
• 19 ist ein Diagramm zum Beschreiben von Symbolen, die in der oben beschriebenen vorliegenden Ausführungsform verwendet werden. Die folgende Beschreibung erfolgt unter Bezugnahme auf 19. In 19 entspricht die Postion des Schwerpunkts des Fahrzeugs zum Zeitpunkt t dem Ursprung der xb-Achse und der yb-Achse. Das Fahrzeug, das mit der gepunkteten Linie angezeigt ist, gibt die vorhergesagte Postion des Schwerpunkts und Ausrichtung des Fahrzeugs zum Zeitpunkt t + τ an. Die mit der durchgezogenen Linie in 19 angezeigte Linie entspricht dem Pfad p.
• In der vorliegenden Ausführungsform sind die Fahrzeugzustandsgröße x und die Steuerungseingabe u so vorgegeben, wie durch die nachstehenden Ausdrücke 101 und 102 ausgedrückt. $$\text{x}={\left[x_{bc}{y}_{bc}{\theta }_{bc}\beta \gamma \delta \right]}^T$$

  

  $$\text{u}=s_{\delta }$$

  
• Hierbei stellt ein hochgestelltes T oben rechts eine Transponierung dar. Außerdem gilt Folgendes: xbc ist die xb-Koordinate des Fahrzeugs im Fahrzeug-Koordinatensystem. ybc ist die yb-Koordinate des Fahrzeugs im Fahrzeug-Koordinatensystem. θbc ist die Ausrichtung im Fahrzeug-Koordinatensystem. β ist der Rutschwinkel. γ ist die Gierrate des Fahrzeugs. δ ist der Lenkwinkel. s_σ ist die Lenkwinkelgeschwindigkeit.
• Als das dynamische Fahrzeugmodell wird ein zweirädriges Modell verwendet, das durch den nachstehenden Ausdruck 103 ausgedrückt wird. $$\frac{dx}{dt}=\left[\begin{array}{l}V\text{ cos}\left({\theta }_{bc}+\beta \right)\hfill \\ V\text{ sin}\left({\theta }_{bc}+\beta \right)\hfill \\ \gamma \hfill \\ -\gamma +\frac{2}{MV}\left(Y_f+Y_r\right)\hfill \\ \frac{2}{I}\left(l_f{Y}_f-l_r{Y}_r\right)\hfill \end{array}\right]$$

  
• Hierbei gilt Folgendes: M ist die Masse des Fahrzeugs. V ist die Fahrzeuggeschwindigkeit. γ ist die Gierrate. I ist das Gier-Trägheitsmoment des Fahrzeugs, If ist der Abstand zwischen dem Schwerpunkt des Fahrzeugs und der Vorderachse. lr ist der Abstand zwischen dem Schwerpunkt des Fahrzeugs und der Hinterachse. Yf ist die Seitenführungskraft der Vorderräder. Yr ist die Seitenführungskraft der Hinterräder.
• Da während des normalen Fahrens erfüllt ist, können Yf und Yr wie folgt angenähert werden, und zwar unter Verwendung der Seitenführungs-Steifigkeit Cf der Vorderräder und der Seitenführungs-Steifigkeit Cr der Hinterräder, wobei Cf und Cr Werte sind, die für das Fahrzeug eindeutig sind. $$Y_r=-C_f\left(\beta +\frac{l_f}{v}\gamma -\delta \right)$$

  

  $$Y_r=-c_r\left(\beta -\frac{l_r}{v}\gamma \right)$$

  
• Demzufolge wird das dynamische Fahrzeugmodell f durch den nachstehenden Ausdruck 104 ausgedrückt. $$\frac{dx}{dt}=f\left(x,u\right)=\left[\begin{array}{l}V\text{ cos}\left({\theta }_{bc}+\beta \right)\hfill \\ V\text{ sin}\left({\theta }_{bc}+\beta \right)\hfill \\ \gamma \hfill \\ -\left(1+\frac{2\left(C_f{l}_f-C_r{l}_r\right)}{M{V}^2}\right)\gamma -\frac{2}{MV}\left(C_f+C_r\right)\beta +\frac{2C_f}{MV}\sigma \hfill \\ -\frac{2}{IV}\left(C_f{l}_f{}^2+C_r{l}_r{}^2\right)\gamma -\frac{2}{l}\left(C_f{l}_f-C_r{l}_r\right)\beta +\frac{2}{l}{C}_f{l}_f\sigma \hfill \\ s_{\delta }\hfill \end{array}\right]$$

  
• Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der nachstehende Ausdruck 105 als Auswertungsfunktion verwendet. $$\text{J}=x_f^{T}P{x}_f+{\displaystyle {\int }_t^{t+T_h}\left[{\displaystyle {\sum }_p^{N_p}\left\{{\left(z-z_p\right)}^T{\mathrm{\Omega }}_p\left(z-z_p\right)\right\}+x^{T}Qx+r\cdot s_{\delta }^2}\right]}d\tau$$

  
• Hierbei gilt Folgendes: t ist die gegenwärtige Zeit. Th ist der Horizont. τ ist die Zeit innerhalb des Horizonts. xf ist die Fahrzeugzustandsgröße zum Zeitpunkt t + Th. p ist der Index, der den Pfad p darstellt. Np ist die Gesamtanzahl von Pfaden.
• Bei der Auswertungsfunktion gilt Folgendes: z ist ein Vektor, der ybc und den Gierwinkel θbc des Fahrzeugzustands zusammenfasst, der zum Zeitpunkt τ innerhalb des Horizonts vorhergesagt wird. Das heißt, z ist der unten ausgedrückte Vektor: $$\text{z}={\left[ybc,\theta bc\right]}^T$$

  
• Es sei angemerkt, dass zp in der Auswertungsfunktion ein Vektor ist, der ybp aus xbc im Pfad p und den Winkel θbp zusammenfasst.
  Das heißt, zp ist der unten ausgedrückte Vektor: $$\text{z}={\left[ybc,\theta bp\right]}^T$$

  
• Hierbei kann der Pfad p durch ein nachstehendes kubisches Polynom (Ausdruck 106) ausgedrückt werden. $$\text{ybp}=Cp3\cdot xb{c}^3+Cp2\cdot xb{c}^2+Cp1\cdot xbc+Cp0$$

  
• Außerdem kann θbp aus dem nachstehenden Ausdruck 107 erhalten werden. $$\mathrm{\theta }\text{bp}={\text{tan}}^{-1}\left(3\cdot Cp3\cdot xb{c}^2+2\cdot Cp2\cdot \text{xbc}+\text{Cp}1\right)$$

  
• Ωp in der Auswertungsfunktion, erhalten durch die Pfadgewichtungs-Vorgabeeinrichtung 31, ist die Matrix , bei der die Gewichtung des Pfades p diagonal angeordnet ist, und sie wird wie durch den nachstehenden Ausdruck 108 ausgedrückt vorgegeben, wobei ωp die Gewichtung des Pfades p ist. $${\mathrm{\Omega }}_p=\left[\begin{array}{cc}{\mathrm{\omega }}_p& 0\\ 0& {\mathrm{\omega }}_p\end{array}\right]$$

  
• Hierbei wird der nachstehende Ausdruck 109 aus der Auswertungsfunktion extrahiert. $${\displaystyle {\sum }_p^{N_p}\left\{{\left(z-z_p\right)}^T{\Omega }_p\left(z-z_p\right)\right\}}$$

  
• Der Ausdruck 109 ist der Term, der einen kleineren Wert ausgibt, wenn die Abweichung der vorhergesagten Position und Ausrichtung des Fahrzeugs von der Position und Ausrichtung im Pfad p kleiner wird, und er wird durch Gewichtung unter Verwendung von Ωp für jeden Pfad ausgewertet.
• Demzufolge gilt Folgendes: Selbst wenn es eine große Abweichung von einem gering gewichteten Pfad gibt, ist der Einfluss auf die Ausgabe der Auswertungsfunktion klein, und die Ausgabe der Auswertungsfunktion nimmt zu, wenn die Abweichung von einem stark gewichteten Pfad größer wird. Demzufolge wird die Fahrzeugsteuerung so durchgeführt, dass das Fahrzeug einem stark gewichteten Pfad so viel wie möglich folgt.
• Es sei angemerkt, dass Q in der Auswertungsfunktion eine Matrix ist, die auf die Stärke der Zustandsgröße vorgegeben ist, für die gewünscht ist, dass sie die Fahrzeugzustandsgröße beibehält, und sie ist üblicherweise als eine Diagonalmatrix vorgegeben.
• Das heißt, Q bezogen auf die Fahrzeugzustandsgröße x ist so vorgegeben, wie im nachstehenden Ausdruck 110 ausgedrückt. $$Q=\left(\begin{array}{lllll}q1\hfill & 0\hfill & 0\hfill & 0\hfill & 0\hfill \\ 0\hfill & q2\hfill & 0\hfill & 0\hfill & 0\hfill \\ 0\hfill & 0\hfill & q3\hfill & 0\hfill & 0\hfill \\ 0\hfill & 0\hfill & 0\hfill & q4\hfill & 0\hfill \\ 0\hfill & 0\hfill & 0\hfill & 0\hfill & q5\hfill \end{array}\right)$$

  
• Hierbei sind q1, q2, q3, q4 und q5 Konstanten für jede Zustandsgröße. Demzufolge nimmt der Einfluss auf die Auswertungsfunktion zu, wenn die Werte von q1, q2, q3, q4, q5 für jede Zustandsgröße zunehmen. Demzufolge wird die Fahrzeugsteuerung so durchgeführt, dass die Stärke einer entsprechenden Variable niedrig gehalten wird.
• Es sei angemerkt, dass r in der Auswertungsfunktion eine Konstante für die Stärke der Lenkgeschwindigkeit s_δ ist. Demzufolge nimmt der Einfluss auf die Auswertungsfunktion zu, wenn der Wert von r zunimmt. Demzufolge wird die Fahrzeugsteuerung so durchgeführt, dass die Stärke der Steuerungseingabe niedrig gehalten wird.
• Als Nächstes folgt eine Beschreibung einer Vektorfunktion g bezüglich der Grenzbedingungen bzw. Nebenbedingungen. Die Funktion g wird verwendet, um die Fahrzeugzustandsgröße x und die oberen und unteren Grenzwerte der Steuerungseingabe u im Optimierungsproblem mit Nebenbedingungen bzw. Grenzbedingungen vorzugeben, und diese Optimierung wird unter der Bedingung von of g(x, u) ≤ 0 durchgeführt.
• In der vorliegenden Ausführungsform sind die Grenzbedingungen wie folgt. Die Vektorfunktion, die vom nachstehenden Ausdruck 111 ausgedrückt wird, wird vorgegeben. Hierbei gilt: s_σmax (>0) ist der obere Grenzwert der Lenkgeschwindigkeit s_δ. s_σmin (< 0) ist der untere Grenzwert der Lenkgeschwindigkeit s_δ. β_max (> 0) ist der obere Grenzwert des Rutschwinkels β. β_min, (< 0) ist der untere Grenzwert des Rutschwinkels β. Ymax (> 0) ist der obere Grenzwert der Gierrate γ. γmin (< 0) ist der untere Grenzwert der Gierrate γ. δ_max (> 0) ist der obere Grenzwert des Lenkwinkels δ. δmin (< 0) ist der untere Grenzwert des Lenkwinkels δ. $$g=\left[\begin{array}{c}{s}_{\delta }-s_{\delta max}\\ s_{\delta }+s_{\delta min}\\ \beta -{\beta }_{max}\\ \beta +\beta min\\ \gamma -{\gamma }_{max}\\ \gamma +{\gamma }_{min}\\ \delta -{\delta }_{max}\\ \delta +{\delta }_{min}\end{array}\right]$$

  
• Indem die Vektorfunktion g auf diese Weise vorgegeben wird, werden die Lenkgeschwindigkeit s8, der Rutschwinkel β, die Gierrate γ und der Lenkwinkel δ innerhalb der vorgegebenen oberen und unteren Grenzwerte optimiert.
• Indem die oberen und unteren Grenzwerte des Rutschwinkels β, der Gierrate γ und des Lenkwinkels δ vorgegeben werden, ist es möglich, gefährliche Fahrzeugbewegungen zu vermeiden. Auch kann eine Fahrzeugsteuerung erzielt werden, die einen großen Grad von Fahrkomfort gewährleistet, indem die oberen und unteren Grenzwerte der Lenkgeschwindigkeit sδ vorgegeben werden.
• Während die Grenzbedingungen in der vorliegenden Ausführungsform vorgegeben sind, können diese Grenzbedingungen auch beseitigt werden. Das heißt, es kann eine Konfiguration verwendet werden, die die Vektorfunktion g nicht definiert. In diesem Fall werden keine undurchführbaren Lösungen aus dem Optimierungsproblem ausgegeben, und zwar infolge der Abwesenheit von Grenzbedingungen, und daher ist es möglich, eine optimale Lösung mit Stabilität zu berechnen.
• 17 ist ein Funktions-Blockdiagramm des Fahrzeug-Lenksystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Wie beispielhaft in 17 veranschaulicht, weist das Fahrzeug-Lenksystem Folgendes auf: einen Fahrtumgebungsdetektor 50, einen Fahrzeugzustandsdetektor 51, ein Fahrzeug-Steuerungssystem 21B, das die Eingabe der Ausgaben aus dem Fahrtumgebungsdetektor 50 und dem Fahrzeugzustandsdetektor 51 entgegennimmt, und eine Lenksteuerungseinrichtung 6, die die Eingabe einer Ausgabe aus dem Fahrzeug-Steuerungssystem 21B entgegennimmt.
• Das Fahrzeug-Steuerungssystem 21B weist eine Pfaderzeugungseinrichtung 52A und eine Fahrzeug-Steuerungseinrichtung 53B auf. Die Pfaderzeugungseinrichtung 52A weist Folgendes auf: einen Pfaderzeuger 30A, eine Zuverlässigkeits-Vorgabeeinrichtung 300A und eine Pfadgewichtungs-Vorgabeeinrichtung 31A. Die Fahrzeug-Steuerungseinrichtung 53B weist Folgendes auf: eine Fahrzeugzustands-Schätzeinheit 33A, eine Auswertungsfunktion-Vorgabeeinrichtung 40, eine Grenzbedingungs-Vorgabeeinrichtung 41, eine Anfangswert-Vorgabeeinrichtung 42 und eine Berechnungseinheit 43 für optimal-manipulierte Variable.
• Die Pfaderzeugungseinrichtung 52A ist eine Einrichtung, die Pfade erzeugt, die für die Fahrzeugsteuerung notwendig sind, und sie arbeitet unabhängig, wenn sie die obigen Vorgänge durchführt, beispielsweise sogar dann, wenn sie nicht zusammen mit der Fahrzeug-Steuerungseinrichtung 53B installiert ist.
• Die Auswertungsfunktion-Vorgabeeinrichtung 40 gibt die Auswertungsfunktion vor, und zwar unter Verwendung einer Mehrzahl von Pfaden, die aus der Pfaderzeugungseinrichtung 52A ausgegeben werden, und der Gewichtung jedes Pfades, die von der Pfadgewichtungs-Vorgabeeinrichtung 31 vorgegeben wird.
• Die Grenzbedingungs-Vorgabeeinrichtung 41 gibt die Bedingungen zum Begrenzen des Fahrzeugzustands vor. Die Anfangswert-Vorgabeeinrichtung 42 gibt den Anfangswert zur Integration von Optimierungsproblemen vor, und zwar unter Verwendung des Schätzwertes der Fahrzeugzustandsgröße, der von der Fahrzeugzustands-Schätzeinheit 33 ausgegeben wird.
• Unter Verwendung der Auswertungsfunktion, die von der Auswertungsfunktion-Vorgabeeinrichtung 40 vorgegeben wird, der Grenzbedingungen, die von der Grenzbedingungs-Vorgabeeinrichtung 41 vorgegeben werden, und des Anfangswerts, der von der Anfangswert-Vorgabeeinrichtung 42 vorgegeben wird, optimiert die Berechnungseinheit 43 für optimal-manipulierte Variable die vorgegebene Auswertungsfunktion unter Verwendung des vorgegebenen Anfangswerts und innerhalb der Grenzbedingungen.
• 18 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Berechnungsprozedur darstellt, die von dem Lenksteuerungssystem in dem Fahrzeug-Steuerungssystem 21B verwendet wird. Unter Bezugnahme auf dieses Ablaufdiagramm wird eine Technik zum Berechnen eines Solllenkwerts beschrieben.
• Im Schritt ST201 erfasst zunächst der Fahrzeugzustandsdetektor 51 den Ausgabewert jedes Sensors.
• Im Schritt ST202 wird als Nächstes die Fahrzeugzustandsgröße zum gegenwärtigen Zeitpunkt unter Verwendung einer Technik ähnlich derjenigen geschätzt, die im Schritt ST142 in 10 verwendet wird.
• Im Schritt ST203 wird als Nächstes ein Anfangswert x0 für das Optimierungsroblem unter Verwendung der im Schritt ST202 geschätzten Fahrzeugzustandsgröße vorgegeben.
• Im Schritt ST204 erfasst indessen die Lenkwert-Berechnungseinheit 34 eine Mehrzahl von Pfaden, die aus der Pfaderzeugungseinrichtung 52A ausgegeben werden, und die Gewichtung jedes Pfades.
• Im Schritt ST205 wird als Nächstes die Auswertungsfunktion, die durch den Ausdruck 105 ausgedrückt wird, unter Verwendung der Mehrzahl von Pfaden und der Gewichtung jedes Pfades vorgegeben, wie im Schritt ST204 erfasst.
• Im Schritt ST206 werden indessen die Grenzbedingungen bezüglich des Optimierungsproblems mit Nebenbedingungen bzw. Grenzbedingungen vorgegeben, wie durch den Ausdruck 111 ausgedrückt.
• Nach sämtlichen Schritten ST203, ST205 und ST206 fährt die Prozedur mit dem Schritt ST207 fort.
• Als Nächstes wird im Schritt ST207 das Optimierungsproblem mit Nebenbedingungen bzw. Grenzbedingungen gelöst, und zwar unter Verwendung der im Schritt ST205 vorgegebenen Auswertungsfunktion, der im Schritt ST206 vorgegebenen Grenzbedingungen und des im Schritt ST203 vorgegebenen Anfangswerts.
• Beispielsweise sind AutoGen als ein automatisches Code-Erzeugungswerkzeug zum Lösen von Optimierungsproblemen (Referenz: „Actual Application of Control By Real-Time Optimization“, veröffentlicht durch CORONA PUBLISHING CO., LTD) oder ACADO (Automatic Control And Dynamic Optimization), entwickelt von der Katholischen Universität Leuven, der Öffentlichkeit zugänglich gemacht worden, und zwar als eine Basis des C/GMRES-Algorithmus.
• Indem das Optimierungsproblem mit Nebenbedingungen, das durch den Ausdruck 100 ausgedrückt wird, in einem solchen Werkzeug vorgegeben wird und Codes verwendet werden, die mittels automatischer Code-Erzeugung erzeugt werden, ist es möglich das Optimierungsproblem mit Nebenbedingungen zu lösen.
• Im Schritt ST208 wird als Nächstes ein Solllenkwert vorgegeben. Für den Fall, dass AutoGen oder ACADO verwendet wird, wird das Zeitintervall von t bis t + Th in Nh Intervalle geteilt, und zwar durch ein diskretes Intervall h (d. h. h = T/Nh), und das Optimierungsproblem mit Nebenbedingungen wird unter Verwendung des diskreten Intervalls gelöst. Demzufolge sind die Ausgaben im Schritt ST207 eine Steuerungseingabe u*, die für jedes diskrete Intervall h während des Zeitraums von t bis Th optimiert ist, und die Fahrzeugzustandsgröße x*. Das heißt, die Ausgaben im Schritt ST207 werden durch die nachstehenden Ausdrücke 112 und 113 ausgedrückt. $$u*={\left[s_{{\delta }_1}{s}_{{\delta }_2}\dots s_{{\delta }_k}\dots s_{{\delta }_{Nh-1}}\right]}^T$$

  

  $$x*={\left[x_1^T{x}_2^T\dots x_k^T\dots x_{Nh}^T\right]}^T$$

  
• Hierbei ist x₁ im Ausdruck 113 eine optimale Zustandsgröße zum Zeitpunkt t + h und wird demzufolge wie folgt ausgedrückt: $$x_1={\left[x_{bc1}{y}_{bc1}{\theta }_{bc1}{\beta }_1{\gamma }_1{\delta }_1\right]}^T$$

  
• Da der optimale Solllenkwert zum Zeitpunkt t + h den Wert δ₁ ist, wird der Solllenkwert δ* als δ₁ vorgegeben.
• Als Nächstes fährt die Prozedur mit dem Schritt ST209 fort, und der Solllenkwert δ*, der im Schritt ST208 erhalten wird, wird in die Lenksteuerungseinrichtung 6 eingegeben. Dadurch ist es möglich, das Fahrzeug so zu steuern, dass es dem Sollpfad folgt.
• Auf diese Weise kann das Fahrzeug-Steuerungssystem 21B gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Fahrzeugsteuerung erzielen, mit der Faktoren verringert werden können, wie z. B. ein plötzliches Lenken, das den Fahrkomfort verschlechtern kann, indem die Vorgänge des Fahrzeugs vorhergesagt werden und die oberen und unteren Grenzwerte der Fahrzeugzustandsgröße als Grenzbedingung bzw. Nebenbedingungen vorgegeben werden, unter Verwendung des dynamischen Fahrzeugmodells.
• Vierte Ausführungsform
• Ein Fahrzeug-Lenksystem, das eine Pfaderzeugungseinrichtung und ein Fahrzeug-Steuerungssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform aufweist, wird im Folgenden beschrieben. In der folgenden Beschreibung sind den Komponenten, die denjenigen in den obigen Ausführungsformen ähnlich sind, die gleichen Bezugszeichen zugewiesen, und deren detaillierte Beschreibung wird weggelassen, wenn zweckmäßig.
• Konfiguration der Pfaderzeugungseinrichtung
• 20 ist ein Funktions-Blockdiagramm eines Fahrzeug-Lenksystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Wie beispielhaft in 20 veranschaulicht, weist das Fahrzeug-Lenksystem Folgendes auf: einen Fahrtumgebungsdetektor 50, einen Fahrzeugzustandsdetektor 51, ein Fahrzeug-Steuerungssystem 21C, das Eingaben von Ausgaben aus dem Fahrtumgebungsdetektor 50 und dem Fahrzeugzustandsdetektor 51, entgegennimmt, und eine Lenksteuerungseinrichtung 6 die die Eingabe einer Ausgabe aus dem Fahrzeug-Steuerungssystem 21C entgegennimmt.
• Das Fahrzeug-Steuerungssystem 21C weist eine Pfaderzeugungseinrichtung 52C und eine Fahrzeug-Steuerungseinrichtung 53C auf. Die Pfaderzeugungseinrichtung 52C weist Folgendes auf: einen Pfaderzeuger 30, eine Zuverlässigkeits-Vorgabeeinrichtung 300, eine Pfadgewichtungs-Vorgabeeinrichtung 31, eine Fahrzeugzustands-Schätzeinheit 33A, eine Auswertungsfunktion-Vorgabeeinrichtung 40, eine Grenzbedingungs-Vorgabeeinrichtung 41, eine Anfangswert-Vorgabeeinrichtung 42 und eine Berechnungseinheit 44 für optimale Pfade. Die Fahrzeug-Steuerungseinrichtung 53C weist eine Fahrzeugzustands-Schätzeeinheit 33B und eine Lenkwert-Berechnungseinheit 34 auf.
• Die Pfaderzeugungseinrichtung 52C ist eine Einrichtung, die Pfade erzeugt, die für die Fahrzeugsteuerung notwendig sind, und sie arbeitet unabhängig, wenn sie die obigen Vorgänge durchführt, beispielsweise sogar dann, wenn sie nicht zusammen mit der Fahrzeug-Steuerungseinrichtung 53C installiert ist.
• Die Fahrzeugzustands-Schätzeinheit 33A und die Fahrzeugzustands-Schätzeinheit 33B schätzen eine Fahrzeugzustandsgröße unter Verwendung von Informationen, die von jedem Sensor im Fahrzeugzustandsdetektor 51 ausgegeben werden.
• Unter Verwendung der Auswertungsfunktion, die von der Auswertungsfunktion-Vorgabeeinrichtung 40 vorgegeben wird, der Grenzbedingungen, die von der Grenzbedingungs-Vorgabeeinrichtung 41 vorgegeben werden, und des Anfangswerts, der von der Anfangswert-Vorgabeeinrichtung 42 vorgegeben werden, optimiert die Berechnungseinheit 44 für optimale Pfade die vorgegebene Auswertungsfunktion unter Verwendung des vorgebenen Anfangswerts und innerhalb der vorgegebenen Grenzbedingungen.
• Unter Verwendung der Auswertungsfunktion, die mittels der Berechnungseinheit 44 für optimale Pfade optimiert ist, und der Fahrzustandsdaten über den Fahrzustand des Fahrzeugs berechnet die Lenkwert-Berechnungseinheit 34 einen Solllenkwert, mit dem das Fahrzeug entlang des Sollpfads fahren soll, wie von der optimierten Auswertungsfunktion angegeben.
• Das heißt, bei dem Fahrzeug-Lenksystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die Berechnungseinheit 44 für optimale Pfade, die den Optimierungsvorgang durchführt, nicht in der Fahrzeug-Steuerungseinrichtung 53C ausgebildet, sondern in der Pfaderzeugungseinrichtung 52C.
• Im Allgemeinen hat die Fahrzeug-Steuerungseinrichtung geringe Berechnungsressourcen, und demzufolge hat sie Schwierigkeiten damit, eine Optimierungsberechnung in Echtzeit durchzuführen. Andererseits kann die Pfaderzeugungseinrichtung oftmals mehr Berechnungsressourcen als die Fahrzeug-Steuerungseinrichtung gewährleisten. Falls der Optimierungsvorgang in der Pfaderzeugungseinrichtung 52C durchgeführt wird, wie in der vorliegenden Ausführungsform, dann ist es demzufolge möglich, das Fahrzeug zu steuern, während ein Pfad stabiler erzeugt wird.
• Eine Berechnungsprozedur, die vom Lenksteuerungssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, ist ähnlich derjenigen der dritten Ausführungsform bis zum Schritt ST207 in 18.
• Demzufolge werden die Ergebnisse der Ausdrücke 112 und 113 auch in der vorliegenden Ausführungsform erzielt. Zu diesem Zeitpunkt kann ein optimaler Pfad wie folgt berechnet werden.
• Genauer gesagt: Der Ausdruck 113 drückt die zeitliche Historie des Größenzustands aus, und zwar optimiert für jedes diskrete Intervall h während des Zeitraums vom gegenwärtigen Zeitpunkt t bis zum Horizont Th. Falls die zeitlichen Historien von xbc und ybc aus x* erfasst werden, können demzufolge die Ergebnisse als ein optimaler Pfad verwendet werden.
• Das heißt, es kann ein optimaler Pfad erhalten werden, indem Nh xbc und Nh ybc aus x* erfasst werden und diese mittels eines Polynoms oder eine Spline-Kurve approximiert werden. Dann wird der erhaltene optimale Pfad an die Fahrzeug-Steuerungseinrichtung 53C ausgegeben, um das Fahrzeug so zu steuern, dass es dem optimalen Pfad folgt.
• Diese Konfiguration ermöglicht es der Pfaderzeugungseinrichtung 52C, Berechnungsvorgänge mit hoher Last durchzuführen, und sie erzielt damit eine stabile Pfaderzeugung. Die Fahrzeug-Steuerungseinrichtung 53C kann auch bei anderen Vorgängen verwendet werden, was zu einer Verringerung der Entwicklungsrate führt.
• Wirkungen, die mit den oben beschriebenen Ausführungsformen erzielt werden
• Als Nächstes folgt eine Beschreibung von Beispielen der Wirkungen, die von den oben beschriebenen Ausführungsformen erzielt werden In der folgenden Beschreibung werden die Wirkungen auf der Basis der spezifischen Konfigurationen beschrieben, die als Beispiele in den oben beschriebenen Ausführungsformen veranschaulicht sind, aber diese Konfigurationen können auch durch andere spezifische Konfigurationen ersetzt werden, die als Beispiele in der Beschreibung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht sind, solange ähnliche Wirkungen erzielt werden können.
• Ein solches Ersetzen bzw. ein solcher Austausch kann über eine Mehrzahl von Ausführungsformen hinweg geschehen. Das bedeutet, das ähnliche Wirkungen erzielt werden können durch eine Kombination der Konfigurationen, die als Beispiele in den verschiedenen Ausführungsformen gezeigt sind.
• Gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen weist die Pfaderzeugungseinrichtung Folgendes auf: den Pfaderzeuger 30, die Zuverlässigkeits-Vorgabeeinrichtung 300 und die Pfadgewichtungs-Vorgabeeinrichtung 31. Der Pfaderzeuger 30 erzeugt eine Mehrzahl von Pfaden, entlang derer ein Fahrzeug fahren soll, und zwar unter Zuordnung von jedem Teil von Umgebungsmessdaten über die Umgebung des Fahrzeugs, die von einer Mehrzahl von Detektoren detektiert werden, d. h. Detektoren, die den GNSS-Sensor 9, die Voraus-Kamera 12 und das Voraus-Radar 13 einschließen. Die Zuverlässigkeits-Vorgabeeinrichtung 300 gibt die Zuverlässigkeit jedes Pfades an sich vor, der vom Pfaderzeuger 30 erzeugt wird, wobei die Zuverlässigkeit dem Grad entspricht, um welchen der Pfad in einen vorbestimmten Bereich fällt.
• Genauer gesagt: Die Wertbereiche, die die Pfadparameter annehmen können, um jeden Pfad zu repräsentieren, werden im Voraus vorgeben, und die Zuverlässigkeit des Pfades an sich wird so vorgegeben, dass - falls irgendeiner der Pfadparameter außerhalb des vorbestimmten Bereichs fällt - die Zuverlässigkeit dieses Pfadparameters verringert wird. Die Pfadgewichtungs-Vorgabeeinrichtung 31 gibt die Gewichtung jedes Pfades auf der Basis der Zuverlässigkeit des Pfades an sich vor.
• Gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen weist die Pfaderzeugungseinrichtung eine Verarbeitungsschaltung auf, die Programme ausführt, und eine Speichereinrichtung, die auszuführende Programme speichert. Die folgenden Vorgänge werden von der Verarbeitung implementiert, die die Programme ausführt.
• Genauer gesagt: Eine Mehrzahl von Pfaden, entlang welcher das Fahrzeug fahren soll, wird unter Zuordnung von jedem Teil von Umgebungsmessdaten über die Umgebung des Fahrzeugs erzeugt, die von einer Mehrzahl von Detektoren detektiert werden. Dann wird für jeden der erzeugten Pfade die Zuverlässigkeit des Pfades an sich vorgegeben, wobei die Zuverlässigkeit dem Grad entspricht, um welchen eine Variation in dem Pfad in einen vorbestimmten Bereich fällt. Dann wird die Gewichtung jedes Pfades auf der Basis der Zuverlässigkeit des Pfades an sich vorgegeben.
• Gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen weist die Pfaderzeugungseinrichtung eine Verarbeitungsschaltung auf, die dedizierte Hardware ist. Dann führt die Verarbeitungsschaltung oder dedizierte Hardware die folgenden Vorgänge durch.
• Genauer gesagt: Die Verarbeitungsschaltung oder dedizierte Hardware erzeugt eine Mehrzahl von Pfaden, entlang welchen das Fahrzeug fahren soll, unter Zuordnung von jedem Teil von Umgebungsmessdaten über die Umgebung des Fahrzeugs, die von einer Mehrzahl von Detektoren detektiert werden. Für jeden der erzeugten Pfade gibt dann die Verarbeitungsschaltung die Zuverlässigkeit des Pfades an sich vor, wobei die Zuverlässigkeit dem Grad entspricht, um welchen eine Variation in dem Pfad in einen vorbestimmten Bereich fällt. Die Verarbeitungsschaltung gibt dann die Gewichtung jedes Pfades auf der Basis der Zuverlässigkeit des Pfades an sich vor.
• Diese Konfiguration kann die Erzeugung von Pfaden hemmen, die das Fahrzeug instabil werden lassen, indem die Gewichtung (d. h. die Priorität) jedes Pfades auf der Basis des Grades vorgegeben wird, um welchen eine Variation im Pfad in einen vorbestimmten Bereich fällt. Demzufolge ist es möglich, das Fahrzeug-Steuerungssystem 21 mit hoher Präzision bei der Fahrzeugsteuerung und mit hoher Stabilität zu erzielen.
• Es sei angemerkt, dass Konfigurationen, die sich von den oben beschriebenen unterscheiden und als Beispiele in der Beschreibung der vorliegenden Anmeldung gezeigt sind, in geeigneter Weise weggelassen werden können. Das heißt, die oben beschriebenen Wirkungen können erzielt werden, solange zumindest die oben beschriebenen Konfigurationen verwendet werden.
• Ähnliche Wirkungen können jedoch auch erzielt werden, indem in geeigneter Weise zumindest eine der anderen Konfigurationen, die als Beispiele in der Beschreibung der vorliegenden Anmeldung gezeigt sind, den oben beschriebenen Konfigurationen hinzugefügt werden, d. h. indem in geeigneter Weise andere Konfigurationen hinzugefügt werden, auf die in den oben beschriebenen Konfigurationen nicht Bezug genommen wird, die aber als Beispiele in der Beschreibung der vorliegenden Anmeldung gezeigt sind.
• Gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen erzeugt der Pfaderzeuger 30 eine Mehrzahl von Pfaden sequenziell über die Zeit bzw. im Zeitverlauf. Dann gibt die Zuverlässigkeits-Vorgabeeinrichtung 300 die Zuverlässigkeit eines Pfades an sich so vor, dass sie niedriger ist, und zwar in dem Fall, in welchem eine Variation irgendeines der Pfadparameter des Pfades von dem Pfadparameter eines entsprechenden Pfades, der einen Erzeugungszyklus vorher erzeugt wird, größer ist als der Schwellenwert (d. h. einer von ΔCpt0, ΔCpt1, ΔCpt2 und ΔCpt3) als in dem Fall, in welchem die Variation kleiner ist als der Schwellenwert (d. h. einer von ΔCpt0, ΔCpt1, ΔCpt2 und ΔCpt3). Diese Konfiguration ermöglicht ein unabhängiges Vorgeben der Zuverlässigkeit jedes Pfadparameters, der stark von dem Pfad abweicht, der einen Erzeugungszyklus vorher erzeugt wird.
• Gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen sind die Gewichtungen, die von der Pfadgewichtungs-Vorgabeeinrichtung 31 vorgegeben werden, in dem Fall kleiner, in welchem die Zuverlässigkeit des Pfades an sich kleiner ist als ein zweiter Schwellenwert als in dem Fall, wo die Zuverlässigkeit des Pfades höher ist als der zweite Schwellenwert. Diese Konfiguration ermöglicht ein Vorgeben der Gewichtungen auf der Basis der Zuverlässigkeit des Pfades an sich und ein Vergleichen der Prioritäten einer Mehrzahl von Pfaden.
• Gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen wird die Fahrspur für den Pfad auf der Basis der Umgebungs-Messdaten geschätzt, und die Gewichtung, die von der Pfadgewichtungs-Vorgabeeinrichtung 31 vorgegeben wird, ist in dem Fall kleiner, in welchem der Pfad von der Fahrspur abweicht, als in dem Fall, wo der Pfad nicht von der Fahrspur abweicht. Diese Konfiguration ermöglicht ein Vorgeben der Gewichtung in Abhängigkeit davon, ob der Pfad von der Fahrspur abweicht, und schließt beispielsweise einen Pfad aus, der offensichtlich von der Fahrspur abweicht.
• Gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen weist die Pfaderzeugungseinrichtung den Sollpfaderzeuger 32 auf, der einen einzelnen Sollpfad unter Verwendung von Pfaden erzeugt, deren Gewichtungen vorgegeben sind. Diese Konfiguration ermöglicht ein Erzeugen eines einzelnen Sollpfades, entlang dessen das Fahrzeug fahren soll, aus einer Mehrzahl von Pfaden, während die für jeden Pfad vorgegebene Gewichtung berücksichtigt wird.
• Gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen erzeugt der Sollpfaderzeuger 32 einen einzelnen Sollpfad durch gewichtete Mittelwertbildung unter Verwendung einer Mehrzahl von Pfaden, deren Gewichtungen nicht vorgegeben sind. Diese Konfiguration ermöglicht das Erzeugen eines einzelnen Sollpfads, entlang dessen das Fahrzeug fahren soll, durch gewichtete Mittelwertbildung unter Verwendung einer Mehrzahl von Pfaden, während die vorgegebene Gewichtung jedes Pfades berücksichtigt wird.
• Gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen weist die Pfaderzeugungseinrichtung die Auswertungsfunktion-Vorgabeeinrichtung 40, die Grenzbedingungs-Vorgabeeinrichtung 41, die Anfangswert-Vorgabeeinrichtung 42 und eine Optimierungseinrichtung auf. Die Optimierungseinrichtung, wie hier verwendet, entspricht beispielsweise der Berechnungseinheit 44 für optimale Pfade. Die Auswertungsfunktion-Vorgabeeinrichtung 40 gibt die Auswertungsfunktion unter Verwendung einer Mehrzahl von Pfaden vor, deren Gewichtungen vorgegeben sind. Die Grenzbedingungs-Vorgabeeinrichtung 41 gibt vorhergesagte obere und untere Grenzwerte der Zustandsgröße des Fahrzeugs als Grenzbedingungen bzw. Nebenbedingungen vor.
• Die Anfangswert-Vorgabeeinrichtung 42 gibt die Fahrzeugzustandsgröße zum gegenwärtigen Zeitpunkt als einen Anfangswert zur Optimierung vor. Die Berechnungseinheit 44 für optimale Pfade optimiert die Auswertungsfunktion unter Verwendung der Grenzbedingungen und des Anfangswerts als Bedingung zur Optimierung. Diese Konfiguration ermöglicht es der Pfaderzeugungseinrichtung Berechnungsvorgänge mit hoher Last durchzuführen, und sie ermöglicht es dadurch, eine stabile Pfaderzeugung zu erzielen.
• Gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen weist das Fahrzeug-Steuerungssystem die Pfaderzeugungseinrichtung und die Fahrzeug-Steuerungseinrichtung auf. Die Fahrzeug-Steuerungseinrichtung weist eine Berechnungseinheit auf. Die Berechnungseinheit, wie hier verwendet, entspricht beispielsweise der Lenkwert-Berechnungseinheit 34. Die Lenkwert-Berechnungseinheit 34 berechnet einen Solllenkwert, mit welchem das Fahrzeug entlang des Sollpfads fahren soll, unter Verwendung des einzelnen Sollpfads, der von der Pfaderzeugungseinrichtung erzeugt wird, und von Fahrzustandsdaten über einen Fahrzustand des Fahrzeugs.
• Diese Konfiguration ermöglicht es, eine Fahrzeugsteuerung zu erzielen, die einen großen Grad von Fahrkomfort gewährleistet, während die Erzeugung von Pfaden gehemmt wird, die das Fahrzeug instabil machen, unter Verwendung der Fahrzustandsdaten und des einzelnen Sollpfades auf der Basis der Gewichtung jedes Pfades.
• Gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen berechnet die Lenkwert-Berechnungseinheit 34 den Solllenkwert unter Verwendung der Fahrzeugzustandsgröße des Fahrzeugs im einzelnen Sollpfad, wobei die Fahrzeugzustandsgröße auf der Basis der Krümmung des Sollpfads, dem Seitenabweichungswert, dem Winkelabweichungswert und den Fahrzustandsdaten an einem vorausliegenden Vorausschauungs-Punkt geschätzt wird, der vor dem Fahrzeug liegend vorgegeben ist.
• Diese Konfiguration ermöglicht es, eine Fahrzeugsteuerung zu erzielen, die einen großen Grad von Fahrkomfort gewährleistet, während die Erzeugung von Pfaden gehemmt wird, die das Fahrzeug instabil machen, unter Verwendung des einzelnen Sollpfads auf der Basis der Gewichtung jedes Pfades und der Fahrzeugzustandsgröße.
• Gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen weist das Fahrzeug-Steuerungssystem die Pfaderzeugungseinrichtung und die Fahrzeug-Steuerungseinrichtung auf. Die Fahrzeug-Steuerungseinrichtung weist den Sollpfaderzeuger 32 und die Lenkwert-Berechnungseinheit 34 auf. Der Sollpfaderzeuger 32 erzeugt einen einzelnen Sollpfad unter Verwendung einer Mehrzahl von Pfaden, deren Gewichtungen vorgegeben sind. Die Lenkwert-Berechnungseinheit 34 berechnet einen Solllenkwert, mit welchem das Fahrzeug entlang des Sollpfads fahren soll, unter Verwendung des einzelnen Sollpfads und von Fahrzustanddaten über den Fahrzustand des Fahrzeugs.
• Diese Konfiguration ermöglicht es, dass die Fahrzeug-Steuerungseinrichtung einen Sollpfad erzeugt, und ermöglicht es dadurch, dass die Fahrzeug-Steuerungseinrichtung die Zuverlässigkeit jedes Pfades an sich erneut überprüft oder die Gewichtung jedes Pfades erneut vorgibt bzw. zurücksetzt.
• Gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen weist das Fahrzeug-Steuerungssystem die Pfaderzeugungseinrichtung und die Fahrzeug-Steuerungseinrichtung auf. Die Fahrzeug-Steuerungseinrichtung weist die Auswertungsfunktion-Vorgabeeinrichtung 40, die Grenzbedingungs-Vorgabeeinrichtung 41, die Anfangswert-Vorgabeeinrichtung 42 und eine Berechnungseinheit auf. Die Berechnungseinheit, wie hier verwendet, entspricht beispielsweise der Berechnungseinheit 43 für optimum-manipulierte Variable. Die Auswertungsfunktion-Vorgabeeinrichtung 40 gibt die Auswertungsfunktion unter Verwendung einer Mehrzahl von Pfaden vor, deren Gewichtungen von der Pfaderzeugungseinrichtung vorgegeben sind.
• Die Grenzbedingungs-Vorgabeeinrichtung 41 gibt vorhergesagte obere und untere Grenzwerte der Fahrzeugzustandsgröße als Grenzbedingungen bzw. Nebenbedingungen vor. Die Anfangswert-Vorgabeeinrichtung 42 gibt die Fahrzeugzustandsgröße zum gegenwärtigen Zeitpunkt als einen Anfangswert zur Optimierung vor. Die Berechnungseinheit 43 für optimal-manipulierte Variable optimiert die Auswertungsfunktion unter Verwendung der Grenzbedingungen und des Anfangswerts als Bedingungen für die Optimierung, und sie berechnet den Solllenkwert, mit welchem das Fahrzeug entlang des Sollpfads fahren soll, der von der optimierten Auswertungsfunktion angegeben wird.
• Diese Konfiguration ermöglicht es, eine Fahrzeugsteuerung zu erzielen, die Faktoren, wie z. B. ein plötzliches Lenken verringern kann, das den Fahrkomfort verschlechtern kann, indem die Vorgänge des Fahrzeugs vorhergesagt werden und die oberen und unteren Grenzwerte der Fahrzeugzustandsgröße als Grenzbedingungen vorgegeben werden, unter Verwendung des dynamischen Fahrzeugmodells.
• Gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen weist das Fahrzeug-Steuerungssystem die Pfaderzeugungseinrichtung und die Fahrzeug-Steuerungseinrichtung auf. Die Fahrzeug-Steuerungseinrichtung weist die Lenkwert-Berechnungseinheit 34 auf. Unter Verwendung der optimierten Auswertungsfunktion und der Fahrzustandsdaten über den Fahrzustand des Fahrzeugs berechnet die Lenkwert-Berechnungseinheit 34 den Solllenkwert, mit welchem das Fahrzeug entlang des Sollpfads fahren soll, der von der optimierten Auswertungsfunktion angegeben wird. Diese Konfiguration ermöglicht es der Pfaderzeugungseinrichtung Berechnungsvorgänge mit hoher Last durchzuführen, und sie ermöglicht es dadurch, eine stabile Pfaderzeugung zu erzielen.
• Gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen berechnet die Lenkwert-Berechnungseinheit 34 den Solllenkwert unter Verwendung der optimierten Auswertungsfunktion und der Fahrzeugzustandsgröße des Fahrzeugs, die auf der Basis der Fahrzustandsdaten geschätzt wird. Diese Konfiguration ermöglicht es, eine Fahrzeugsteuerung zu erzielen, die einen hohen Grad von Fahrkomfort gewährleistet, während die Erzeugung von Pfaden gehemmt wird, die das Fahrzeug instabil machen, unter Verwendung des einzelnen Sollpfads auf der Basis der Gewichtung jedes Pfades und der Fahrzeugzustandsgröße.
• Variationen der oben beschriebenen Ausführungsformen
• Während in den oben beschriebenen Ausführungsformen Bedingungen zur Implementierung oder Dimensionen, Form und relative Orte und Anordnungen für jede Komponente beschrieben sind, sind diese Merkmale in allen Aspekten anschaulich und nicht auf die in der Beschreibung der vorliegenden Anmeldung beschriebenen Beispiele beschränkt.
• Demzufolge wird angenommen, dass eine beliebige Anzahl von Variationen und Äquivalenten, die nicht beispielhaft beschrieben sind, in den Umfang der Erfindung fallen, die in der Beschreibung der vorliegenden Anmeldung beschrieben ist. Beispielsweise wird angenommen, dass der Umfang der Erfindung Fälle einschließt, beispielsweise wobei zumindest eine Komponente modifiziert, hinzugefügt oder weggelassen ist oder wobei zumindest eine Ausführungsform extrahiert wird oder mit Bestandteilselementen kombiniert wird, die in anderen Ausführungsformen beschrieben sind.
• In den oben beschriebenen Ausführungsformen kann „ein“ Bestandteilselement auch „ein oder mehrere“ Bestandteilselemente einschließen, solange kein Widerspruch entsteht.
• Jedes Bestandteilselement in den oben beschriebenen Ausführungsformen wird als konzeptuelle Einheit aufgefasst, und es wird angenommen, dass der Umfang der Erfindung, die in der Beschreibung der vorliegenden Anmeldung offenbart ist, Fälle einschließt, bei denen ein Bestandteilselement von einer Mehrzahl von Strukturelementen konfiguriert wird, wo ein Bestandteilselement einem Teil eines gegebenen Strukturelements entspricht, und wo eine Mehrzahl von Bestandteilselementen in einem Strukturelement enthalten ist.
• Es wird angenommen, dass jedes Bestandteilselement, das in den oben beschriebenen Ausführungsformen beschrieben ist, Strukturelemente einschließt, die andere Strukturen oder Formen aufweisen, solange das Bestandteilselement die gleiche Funktion hat.
• Auf die Beschreibung in der Beschreibung der vorliegenden Anmeldung soll für sämtliche Zwecke Bezug genommen werden, die sich auf die Erfindung der vorliegenden Anmeldung beziehen, und nichts in der Beschreibung soll als herkömmliche Technologie aufgefasst werden.
• Es wird angemerkt, dass jedes Bestandteilselement, das in den oben beschriebenen Ausführungsformen beschrieben ist, Software, Firmware oder Hardware entsprechend Software oder Firmware ist, und in beiden Konzepten wird jedes Bestandteilselement beispielsweise als ein „Teil“ oder eine „Verarbeitungsschaltung“ bezeichnet.
• Bezugszeichenliste

1

Lenkrad

2

Lenkwelle

3

Elektromotor

4

Zahnstangenmechanismus

5

Motorantrieb

6

Lenksteuerungseinrichtung

8

Navigationseinrichtung

9

GNSS-Sensor

10

Geschwindigkeitssensor

11

Gyrosensor

12

Voraus-Kamera

13

Voraus-Radar

14

Lenkwinkelsensor

15

Lenkmomentsensor

16

Zugstange

17

Vordergelenk

18

Beschleunigungssensor

20

reales Fahrzeug

21

Fahrzeug-Steuerungssystem

21

Fahrzeug-Steuerungssystem

21B

Fahrzeug-Steuerungssystem

21C

Fahrzeug-Steuerungssystem

22

Vorderrad

23

Hinterrad

30

Pfaderzeuger

30A

Erzeuger

30B

Erzeuger

30C

Erzeuger

31

Pfadgewichtungs-Vorgabeeinrichtung

32

Sollpfaderzeuger

33

Fahrzeugzustands-Schätzeinheit

33A

Fahrzeugzustands-Schätzeinheit

33B

Fahrzeugzustands-Schätzeinheit

34

Lenkwert-Berechnungseinheit

40

Auswertungsfunktion-Vorgabeeinrichtung

40

vorausfahrendes Fahrzeug

41

Grenzbedingungs-Vorgabeeinrichtung

42

Anfangswert-Vorgabeeinrichtung

43

Berechnungseinheit für optimum-manipulierte Variable

44

Berechnungseinheit für optimalen Pfad

50

Fahrtumgebungsdetektor

50

Struktur

51

Fahrzeugzustandsdetektor

52

Pfaderzeugungseinrichtung

52A

Pfaderzeugungseinrichtung

52C

Pfaderzeugungseinrichtung

53

Fahrzeug-Steuerungseinrichtung

53A

Fahrzeug-Steuerungseinrichtung

53B

Fahrzeug-Steuerungseinrichtung

53C

Fahrzeug-Steuerungseinrichtung

60

Objekt

300

Zuverlässigkeits-Vorgabeeinrichtung.

Claims (13)

1. Pfaderzeugungseinrichtung, die Folgendes aufweist: - einen Pfaderzeuger (30), der eine Mehrzahl von Pfaden erzeugt, entlang derer ein Fahrzeug fahren soll, und zwar gemäß jedem Teil von Umgebungsmessdaten über die Umgebung des Fahrzeugs, die von einer Mehrzahl von Detektoren detektiert werden; - eine Zuverlässigkeits-Vorgabeeinrichtung (300), die für jeden der erzeugten Pfade eine Zuverlässigkeit des Pfades an sich vorgibt, wobei die Zuverlässigkeit einem Grad entspricht, um welchen eine Variation in dem Pfad in einen vorbestimmten Bereich fällt; und - eine Pfadgewichtungs-Vorgabeeinrichtung (31), die eine Gewichtung für jeden der Mehrzahl von Pfaden auf der Basis der Zuverlässigkeit des Pfades an sich vorgibt.
2. Pfaderzeugungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei der Pfaderzeuger (30) eine Mehrzahl von Pfaden sequenziell über die Zeit erzeugt, und wobei die Zuverlässigkeits-Vorgabeeinrichtung (300) die Zuverlässigkeit jedes Pfades an sich so vorgibt, dass sie in einem Fall, in welchem eine Variation im Pfad von einem entsprechenden vorher erzeugten Pfad größer ist als ein erster Schwellenwert niedriger ist als in einem Fall, in welchem die Variation kleiner ist als der erste Schwellenwert.
3. Pfaderzeugungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Gewichtung, die von der Pfadgewichtungs-Vorgabeeinrichtung (31) vorgegeben wird, in einem Fall, in welchem die Zuverlässigkeit des Pfades an sich niedriger ist als ein zweiter Schwellenwert, niedriger ist als in einem Fall, in welchem die Zuverlässigkeit des Pfades an sich höher ist als der zweite Schwellenwert.
4. Pfaderzeugungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Fahrspur für den Pfad auf der Basis der Umgebungs-Messdaten geschätzt wird, und wobei die Gewichtung, die von der Pfadgewichtungs-Vorgabeeinrichtung (31) vorgegeben wird, in einem Fall, in welchem der Pfad von der Fahrspur abweicht, kleiner ist als in einem Fall, in welchem der Pfad nicht von der Fahrspur abweicht.
5. Pfaderzeugungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die ferner Folgendes aufweist: einen Sollpfaderzeuger (32), der einen einzelnen Sollpfad erzeugt, und zwar unter Verwendung der Mehrzahl von Pfaden, deren Gewichtungen vorgegeben sind.
6. Pfaderzeugungseinrichtung nach Anspruch 5, wobei der Sollpfaderzeuger (32) den einzelnen Sollpfad durch gewichtete Mittelwertbildung erzeugt, und zwar unter Verwendung der Mehrzahl von Pfaden, deren Gewichtungen vorgegeben sind.
7. Pfaderzeugungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die ferner Folgendes aufweist: - eine Auswertungsfunktion-Vorgabeeinrichtung (40), die eine Auswertungsfunktion vorgibt, und zwar unter Verwendung der Mehrzahl von Pfaden, deren Gewichtungen vorgegeben sind; - eine Grenzbedingungs-Vorgabeeinrichtung (41), die vorhergesagte obere und untere Grenzwerte einer Fahrzeugzustandsgröße des Fahrzeugs als Grenzbedingungen vorgibt; - eine Anfangswert-Vorgabeeinrichtung (42), die die Fahrzeugzustandsgröße zu einem gegenwärtigen Zeitpunkt als Anfangswert zur Optimierung vorgibt; und - eine Optimierungseinrichtung (44), die die Auswertungsfunktion optimiert, und zwar unter Verwendung der Grenzbedingungen und des Anfangswerts als Bedingungen zur Optimierung.
8. Fahrzeug-Steuerungssystem, das Folgendes aufweist: - eine Pfaderzeugungseinrichtung nach Anspruch 5 oder 6; und - eine Fahrzeug-Steuerungseinrichtung, wobei die Fahrzeug-Steuerungseinrichtung Folgendes aufweist: - eine Berechnungseinheit (34), die - unter Verwendung des einzelnen Sollpfads, der von der Pfaderzeugungseinrichtung erzeugt wird, und Fahrzustandsdaten über einen Fahrzustand des Fahrzeugs - einen Solllenkwert berechnet, mit welchem das Fahrzeug entlang des Sollpfads fahren soll.
9. Fahrzeug-Steuerungssystem nach Anspruch 8, wobei die Berechnungseinheit (34) Folgendes berechnet: den Solllenkwert unter Verwendung einer Fahrzeugzustandsgröße des Fahrzeugs im einzelnen Sollpfad, die Fahrzeugzustandsgröße, die auf der Basis einer Krümmung des Sollpfads geschätzt wird, einen Seitenabweichungswert, einen Winkelabweichungswert und die Fahrzustandsdaten an einem vorausliegenden Vorausschauungs-Punkt, der vor dem Fahrzeug liegend vorgegeben ist.
10. Fahrzeug-Steuerungssystem, das Folgendes aufweist: - eine Pfaderzeugungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4; und - eine Fahrzeug-Steuerungseinrichtung, wobei die Fahrzeug-Steuerungseinrichtung Folgendes aufweist: - einen Sollpfaderzeuger (32), der einen einzelnen Sollpfad erzeugt, und zwar unter Verwendung der Mehrzahl von Pfaden, deren Gewichtungen vorgegeben sind; und eine Berechnungseinheit (34), die unter Verwendung des einzelnen Sollpfads und Fahrzustandsdaten über einen Fahrzustand des Fahrzeugs einen Solllenkwert berechnet, mit welchem das Fahrzeug entlang des Sollpfads fahren soll.
11. Fahrzeug-Steuerungssystem, das Folgendes aufweist: - eine Pfaderzeugungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4; und - eine Fahrzeug-Steuerungseinrichtung, wobei die Fahrzeug-Steuerungseinrichtung Folgendes aufweist: - eine Auswertungsfunktion-Vorgabeeinrichtung (40), die eine Auswertungsfunktion vorgibt, und zwar unter Verwendung der Mehrzahl von Pfaden, deren Gewichtungen von der Pfaderzeugungseinrichtung vorgegeben sind; eine Grenzbedingungs-Vorgabeeinrichtung (41), die vorhergesagte obere und untere Grenzwerte einer Fahrzeugzustandsgröße des Fahrzeugs als Grenzbedingungen vorgibt; - eine Anfangswert-Vorgabeeinrichtung (42), die die Fahrzeugzustandsgröße zu einem gegenwärtigen Zeitpunkt als Anfangswert zur Optimierung vorgibt; und - eine Berechnungseinheit (43), die die Auswertungsfunktion optimiert, und zwar unter Verwendung der Grenzbedingungen und des Anfangswerts als Bedingungen für die Optimierung, und die einen Solllenkwert berechnet, mit welchem das Fahrzeug entlang des Sollpfads fahren soll, der von der optimierten Auswertungsfunktion angegeben wird.
12. Fahrzeug-Steuerungssystem, das Folgendes aufweist: - eine Pfaderzeugungseinrichtung nach Anspruch 7; und - eine Fahrzeug-Steuerungseinrichtung, wobei die Fahrzeug-Steuerungseinrichtung Folgendes aufweist: - eine Berechnungseinheit (34), die unter Verwendung der optimierten Auswertungsfunktion und Fahrzustandsdaten über einen Fahrzustand des Fahrzeugs einen Solllenkwert berechnet, mit welchem das Fahrzeug entlang des Sollpfads fahren soll, der von der optimierten Auswertungsfunktion angegeben wird.
13. Fahrzeug-Steuerungssystem nach Anspruch 12, wobei die Berechnungseinheit (34) den Solllenkwert unter Verwendung der optimierten Auswertungsfunktion und einer Fahrzeugzustandsgröße des Fahrzeugs berechnet, wobei die Fahrzeugzustandsgröße auf der Basis der Fahrzustandsdaten geschätzt wird.

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