DE112018008222T5 - Bewegungsplan-erzeugungseinrichtung und autonomes fahrsystem - Google Patents

Abstract

Eine Bewegungsplan-Erzeugungseinrichtung, die für ein autonomes Fahrsystem eines Fahrzeugs verwendet wird, weist eine Beschränkungs-Erzeugungseinheit auf, die konfiguriert ist zum Erzeugen einer Beschränkung, die mit einer Zustandsgröße des Fahrzeugs zusammenhängt, sowie eine Planerzeugungseinheit, die konfiguriert ist zum Erzeugen einer Soll-Trajektorie und einer Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit als einen Bewegungsplan, so dass die Beschränkung erfüllt ist, und zwar unter Verwendung eines Bayes-Filters als ei ne Zustandsschätzberechnung ohne eine Konvergenzberechnung.

Description

• Technisches Gebiet
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bewegungsplan-Erzeugungseinrichtung. Sie betrifft insbesondere eine Bewegungsplan-Erzeugungseinrichtung, die ein autonomes Fahren eines Fahrzeugs oder dergleichen ermöglicht.
• Stand der Technik
• Im Stand der Technik ist bei einem autonomen Fahrsystem eines Fahrzeugs ein Verfahren unter Verwendung von Konvergenzberechnung als ein Verfahren zum Erzeugen eines Bewegungsplans aus einer Trajektorie, die vom Fahrzeug gefahren werden soll, und der Fahrzeuggeschwindigkeit bekannt. Beispielsweise wird in dem Patentdokument 1 eine Randbedingung eines Bewegungsplans gemäß dem Zustand der Straßenoberfläche vorgegeben, auf welcher das Fahrzeug fährt, und die Konvergenzberechnung wird durchgeführt, bis der Bewegungsplan die Randbedingung erfüllt.
• Stand der Technik
• Patentdokumente
• Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2009-166623 A
• Zusammenfassung
• Mit der Erfindung zu lösendes Problem
• Bei dem Verfahren gemäß Patentdokument 1 wird die Randbedingung auf der Basis von folgenden Parametern als Randbedingungen vorgegeben: Straßenumgebungs-Erfordernissen, wie z. B. Straßenform-Information und Straßenreibungskoeffizient, Verkehrserfordernissen, wie z. B. Fahren auf einer Straße, sowie Erfordernissen, die aus dem Fahrzeug-Leistungsvermögen, wie z. B. Grenzwerten des Kammschen Kreises, Beschleunigungs-/Verlangsamungs-Grenzwerten und Lenk-Grenzwerten erzeugt werden.
• Bei dem Verfahren, das eine Konvergenzberechnung wie in dem Patentdokument 1 verwendet, wird eine lokal optimale Lösung als eine Lösung ausgegeben, die von der Bewertungsfunktion und beschränkenden Bedingungen abhängig ist. Dadurch tritt ein Fall auf, dass der Bewegungsplan nicht nach der gewünschten Lösung konvergiert, sowie ein Fall, in welchem die Konvergenzberechnung einige Zeit dauert, und ein geeigneter Bewegungsplan kann möglicherweise nicht in einem stabilen Zeitraum ausgegeben werden.
• Die vorliegende Erfindung wurde konzipiert, um die oben erwähnten Probleme zu lösen. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bewegungsplan-Erzeugungseinrichtung anzugeben, die einen geeigneten Bewegungsplan in einem stabilen Zeitraum berechnet.
• Wege zum Lösen des Problems
• Gemäß der Bewegungsplan-Erzeugungseinrichtung der vorliegenden Erfindung weist die Bewegungsplan-Erzeugungseinrichtung, die für ein autonomes Fahrsystem eines Fahrzeugs verwendet wird, Folgendes auf: eine Beschränkungs-Erzeugungseinheit, konfiguriert zum Erzeugen einer Beschränkung, die mit einer Zustandsgröße des Fahrzeugs zusammenhängt, und eine Planerzeugungseinheit, die konfiguriert ist zum Erzeugen einer Soll-Trajektorie und einer Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit als einen Bewegungsplan, so dass die Beschränkung erfüllt wird, und zwar unter Verwendung eines Bayes-Filters als eine Zustandsschätzberechnung ohne eine Konvergenzberechnung.
• Wirkungen der Erfindung
• Gemäß der Bewegungsplan-Erzeugungseinrichtung der vorliegenden Erfindung wird der Bewegungsplan unter Verwendung eines Bayes-Filters als Zustandsschätzberechnung ohne eine Konvergenzberechnung erzeugt. Daher wird die Erzeugung eines sicheren Bewegungsplans in einer stabilen Berechnungszeit gewährleistet. Indem die Zustandsschätzberechnung verwendet wird, die die Konvergenzberechnung nicht einbezieht, kann die Gesamtwahrscheinlichkeitsverteilung geschätzt werden, indem sie als ein Zustandsschätzproblem gelöst wird, das die Konvergenzberechnung nicht einbezieht, so dass die Ausgabefrequenz der lokal optimalen Lösung verringert werden kann.
• Figurenliste
• 1 zeigt ein Diagramm, das eine schematische Konfiguration eines Fahrzeugs veranschaulicht, an welchem eine Bewegungsplan-Erzeugungseinrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung angebracht ist.
• 2 ist ein Diagramm, das schematisch ein Koordinatensystem veranschaulicht, das bei der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
• 3 ist ein funktionales Blockdiagramm eines autonomen Fahrsystems, mit welchem die Bewegungsplan-Erzeugungseinrichtung gemäß Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet wird.
• 4 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Ablauf der Beschränkungs-Erzeugungsberechnung veranschaulicht.
• 5 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Ablauf einer Planerzeugungsberechnung veranschaulicht.
• 6 ist ein Diagramm, das schematisch Beobachtungsvariablen veranschaulicht.
• 7 ist ein Diagramm, das schematisch ein Planerzeugungs-Berechnungsergebnis veranschaulicht.
• 8 ist ein Diagramm, das schematisch ein Planerzeugungs-Berechnungsergebnis veranschaulicht.
• 9 ist ein funktionales Blockdiagramm eines autonomen Fahrsystems, mit welchem die Bewegungsplan-Erzeugungseinrichtung gemäß Ausführungsform 2 gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet wird.
• 10 ist ein Diagramm, das eine Hardwarekonfiguration zum Verwirklichen der Bewegungsplan-Erzeugungseinrichtungen der Ausführungsformen 1 und 2 gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
• 11 ist ein Diagramm, das eine Hardwarekonfiguration zum Verwirklichen der Bewegungsplan-Erzeugungseinrichtungen der Ausführungsformen 1 und 2 gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
• Beschreibung von Ausführungsformen
• Ausführungsform 1
• 1 ist ein Systemkonfigurationsdiagramm, das ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines Fahrzeugs 1 veranschaulicht, an welchem eine Bewegungsplan-Erzeugungseinrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung angebracht ist. Wie in 1 veranschaulicht, weist das Fahrzeug 1 als Antriebssystem Folgendes auf: ein Lenkrad 2, eine Lenkwelle 3, eine Lenkeinheit 4, einen Servolenkungsmotor 5, eine Antriebsstrang-Einheit 6, und eine Bremseinheit 7.
• Außerdem weist das Fahrzeug 1 als ein Sensorsystem Folgendes auf: eine Frontkamera 11, einen Radarsensor 12, einen Sensor 13 für globales Navigations-Satellitensystem (GNSS-Sensor), einen Gierratensensor 16, einen Geschwindigkeitssensor 17, einen Beschleunigungssensor 18, einen Lenkwinkelsensor 20 und einen Lenkmomentsensor 21.
• Zusätzlich weist das Fahrzeug 1 Folgendes auf: eine Navigationseinrichtung 14, einen Fahrzeug-an-alle-Empfänger 15 (V2X-Empfänger), eine Fahrzeug-Steuerungseinheit 30, eine Servolenkungssteuerung 40, eine Antriebsstrang-Steuerung 41 und eine Bremssteuerung 42.
• Eine Bewegungsplan-Erzeugungseinrichtung gemäß Ausführungsform 1 ist als ein Teil der Fahrzeug-Steuerungseinheit 30 verwirklicht. Obwohl hier der Fall veranschaulicht wird, wo die Bewegungsplan-Erzeugungseinrichtung gemäß Ausführungsform 1 auf ein autonomes Fahrsystem eines Fahrzeugs angewendet wird, ist die Bewegungsplan-Erzeugungseinrichtung gemäß Ausführungsformen 1 und 2 auch anwendbar auf jegliche beweglichen Körper, die von einem Fahrzeug verschieden sind und mittels autonomer Steuerung fahren, wie z. B. einen autonomen Fahrroboter.
• Das Lenkrad 2, das installiert ist, damit ein Fahrer das Fahrzeug 1 fahren kann, ist mit der Lenkwelle 3 gekoppelt. Die Lenkeinheit 4 ist mit der Lenkwelle 3 verbunden. Die Lenkeinheit 4 hält drehbar zwei Reifen der Vorderräder als Lenkräder bzw. gelenkte Räder, und es wird lenkbar von einem Fahrzeugrahmen gehalten. Daher rotiert das Drehmoment, das durch die Betätigung des Lenkrads 2 durch den Fahrer erzeugt wird, die Lenkwelle 3, und die Lenkeinheit 4 lenkt die Vorderräder nach rechts und links.
• Dies ermöglicht es dem Fahrer, den seitlichen Bewegungswert des Fahrzeugs zu steuern, während sich das Fahrzeug 1 vorwärts oder rückwärts bewegt. Die Lenkwelle 3 kann auch von dem Servolenkungsmotor 5 in Drehbewegung versetzt werden, und indem der Strom, der durch den Servolenkungsmotor 5 fließt, mit der Servolenkungssteuerung 40 gesteuert wird, können die Vorderräder frei bewegt werden, und zwar unabhängig von der Betätigung des Lenkrads 2 durch den Fahrer.
• Die Fahrzeug-Steuerungseinheit 30 wird auch als elektronische Steuerungseinheit für erweiterte Fahrtassistenzsysteme (ADAS-ECU) bezeichnet, die eine integrierte Schaltung ist, wie z. B. ein Mikroprozessor, und sie weist eine Analog/Digital-Umsetzungsschaltung (A/D), eine Digital/Analog-Umsetzungsschaltung (D/A), eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), einen Nur-Lese-Speicher (ROM), einen Speicher mit wahlweisem Zugriff (RAM) und dergleichen auf.
• Die Frontkamera 11, der Lasersensor 12, der GNSS-Sensor 13, die Navigationseinrichtung 14, der V2X-Empfänger 15, der Lenkwinkelsensor 20, der den Lenkwinkel detektiert, der Lenkmomentsensor 21, der das Lenkmoment detektiert, der Gierratensensor 16, der die Gierrate detektiert, der Geschwindigkeitssensor 17, der die Geschwindigkeit des betreffenden Fahrzeugs detektiert, der Beschleunigungssensor 18, der die Beschleunigung des betreffenden Fahrzeugs detektiert, die Servolenkungssteuerung 40, die Antriebsstrang-Steuerung 41 und die Bremssteuerung 42 sind mit der Fahrzeug-Steuerungseinheit 30 verbunden.
• Die Fahrzeug-Steuerungseinheit 30 verarbeitet die Informationen, die von den verbundenen Sensoren eingegeben werden, gemäß dem Programm, das im ROM gespeichert ist, überträgt den Soll-Lenkwinkel an die Servolenkungssteuerung 40, überträgt die Soll-Antriebskraft an die Antriebsstrang-Steuerung 41 und überträgt die Soll-Bremskraft an die Bremssteuerung 42.
• Die Frontkamera 11 ist an einer Position installiert, wo die Fahrspurmarkierungslinien vor dem Fahrzeug als ein Bild detektiert werden können, und sie detektiert die vorausliegende Umgebung des betreffenden Fahrzeugs, wie z. B. Fahrspur-Information und die Position eines Hindernisses auf der Basis von Bildinformation. Bei der Ausführungsform 1 gilt Folgendes: Obwohl nur die Kamera, die die vorausliegende Umgebung des Fahrzeugs 1 detektiert, als ein Beispiel angegeben ist, können auch Kameras installiert sein, die die dahinterliegenden und sich seitlich befindlichen Umgebungen detektieren. Die Frontkamera 11 kann auch verwendet werden, um die Bedingung der Straßenoberfläche zu schätzen, auf welcher das Fahrzeug 1 fährt.
• Der Radarsensor 12 strahlt Radar aus und detektiert die reflektierte Welle und gibt den relativen Abstand und die relative Geschwindigkeit zwischen dem betreffenden Fahrzeug und einem Hindernis aus. Als Radarsensor können Entfernungsmessungssensoren vom bekannten Typ verwendet werden, wie z. B. ein Millimeterwellenradar, eine Lichtdetektions- und Entfernungsmessungseinrichtung (LiDAR), ein Laser-Entfernungsfinder und ein Ultraschallradar.
• Der GNSS-Sensor 13 empfängt Funkwellen von einem Positionierungssatelliten mit einer Antenne und gibt die absolute Position und die absolute Richtung des Fahrzeugs 1 aus, indem er eine Positionierungsberechnung durchführt.
• Die Navigationseinrichtung 14 hat die Funktion, eine optimale Bewegungsroute bzw. Fahrtroute zu einem vom Fahrer vorgegebenen Ziel zu berechnen, und sie speichert Informationen über die Fahrtroute. Die Straßeninformation stellt Abbildungsknotendaten dar, die die Straßenausrichtung zeigen, und jedes Abbildungsknotendatum schließt Folgendes ein: die Breitengrad-, Längengrad- und Höheninformation, die die absolute Position an jedem Knoten angibt, die Fahrspurbreite, den Kanten- bzw. Kippwinkel, die Neigungswinkelinformation und dergleichen.
• Der V2X-Empfänger 15 hat die Funktion, Informationen zu erfassen und auszugeben, indem er mit anderen Fahrzeugen und Einheiten an der Straße kommuniziert. Die zu erfassende Information schließt Folgendes ein: eine Hindernis-Information, wie z. B. die Position und Geschwindigkeit von Hindernissen für das Fahrzeug 1 inklusive anderer Fahrzeuge und Fußgänger, und eine Straßeninformation, wie z. B. den Reibungskoeffizienten der Straßenoberfläche.
• Die Servolenkungssteuerung 40 steuert die Trajektorie des Fahrzeugs 1, indem sie den Servolenkungsmotor 5 so steuert, dass der Soll-Lenkwinkel verwirklicht wird, der von der Fahrzeug-Steuerungseinheit 30 übertragen wird.
• Die Antriebsstrang-Steuerung 41 steuert die Beschleunigung des Fahrzeugs 1, indem sie die Antriebsstrang-Einheit 6 so steuert, dass sie die Soll-Antriebskraft verwirklicht, die von der Fahrzeug-Steuerungseinheit 30 übertragen wird.
• Obwohl bei der Ausführungsform 1 als ein Beispiel ein Fahrzeug angegeben wird, das nur einen Verbrennungsmotor als eine Antriebskraftquelle verwendet, kann die Ausführungsform 1 auch bei einem Fahrzeug verwendet werden, dessen Antriebskraftquelle nur ein Elektromotor ist, ein Fahrzeug, dessen Antriebskraftquelle sowohl ein Verbrennungsmotor, als auch ein Elektromotor ist, und dergleichen.
• Die Bremssteuerung 42 steuert die Verlangsamung des Fahrzeugs 1, indem sie die Bremseinheit 7 so steuert, dass sie die Soll-Bremskraft verwirklicht, die von der Fahrzeug-Steuerungseinheit 30 übertragen wird.
• 2 ist ein Diagramm, das schematisch ein Koordinatensystem veranschaulicht, das bei der Ausführungsform 1 verwendet wird. Das heißt, die X-Achse und die Y-Achse in 2 stellen das Intertialsystem dar, und Xc, Yc und Oc geben die Position und die Ausrichtung des betreffenden Fahrzeugs im Intertialsystem an. xb und yb in 2 sind das Koordinatensystem des betreffenden Fahrzeugs, wobei der Schwerpunkt des betreffenden Fahrzeugs der Ursprungspunkt ist, die xb-Achse in Vorwärtsrichtung des betreffenden Fahrzeugs liegt und die yb-Achse in der Richtung nach links bezogen auf die Vorwärtsrichtung des betreffenden Fahrzeugs liegt.
• 3 ist ein funktionales Blockdiagramm eines autonomen Fahrsystems 100, bei welchem die Bewegungsplan-Erzeugungseinrichtung gemäß Ausführungsform 1 verwendet wird. Das automatische Fahrsystem 100 weist die Fahrzeug-Steuerungseinheit 30 auf, und eine Informations-Erfassungseinheit 300, die Servolenkungssteuerung 40, die Antriebsstrang-Steuerung 41 und die Bremssteuerung 42 sind mit der Fahrzeug-Steuerungseinheit 30 verbunden.
• Die Informations-Erfassungseinheit 300 hat die Funktion, Informationen über das Fahrzeug 1 und Informationen über die Umgebung des Fahrzeugs 1 zu erfassen, und sie besitzt eine Fahrzeuginformations-Erfassungseinheit 301, eine Hindernis-Informations-Erfassungseinheit 302 und eine Straßen-Informations-Erfassungseinheit 303. Die Informations-Erfassungseinheit 300 kann auch als eine Informations-Erfassungseinrichtung bezeichnet werden.
• Die Fahrzeuginformations-Erfassungseinheit 301 erfasst die Fahrzeuginformation, die eine Information über das Fahrzeug 1 ist. Die Fahrzeuginformation weist eine Zustandsgröße des Fahrzeugs 1 auf, die den Zustand des Fahrzeugs 1 anzeigt. Der GNSS-Sensor 13, der Gierratensensor 16, der Geschwindigkeitssensor 17, der Beschleunigungssensor 18, der Lenkwinkelsensor 20 und der Lenkmomentsensor 21 sind in der Fahrzeuginformations-Erfassungseinheit 301 enthalten.
• Die Hindernis-Informations-Erfassungseinheit 302 erfasst die Hindernis-Information, die eine Information über Hindernisse in der Umgebung des Fahrzeugs 1 ist. Die Frontkamera 11, der Radarsensor 12 und der V2X-Empfänger 15 sind in der Hindernis-Informations-Erfassungseinheit 302 integriert.
• Die Straßen-Informations-Erfassungseinheit 303 erfasst die Straßeninformation, die eine Information über die Straße ist, auf welcher das Fahrzeug 1 fährt. Die Frontkamera 11, die Navigationseinrichtung 14 und der V2X-Empfänger 15 sind in der Hindernis-Informations-Erfassungseinheit 302 enthalten. Die Hindernis-Information und die Straßeninformation sind Informationen über die Umgebung des Fahrzeugs 1.
• Die Fahrzeug-Steuerungseinheit 30 weist eine Umgebungszustands-Schätzeinheit 310, eine Bewegungsplan-Erzeugungseinheit 320 und eine Fahrzeug-Steuerungseinheit 330 auf.
• Die Umgebungszustands-Schätzeinheit 310 hat die Funktion, Informationen zu schätzen, die nicht direkt von der Informations-Erfassungseinheit 300 erhalten werden können, und zwar auf der Basis der Informationen über die Umgebung des Fahrzeugs 1, die von der Informations-Erfassungseinheit 300 erhalten werden, und sie hat die Funktion, die geschätzte Information an die Bewegungsplan-Erzeugungseinheit 320 auszugeben. Die Umgebungszustands-Schätzeinheit 310 kann auch die Informationen über das Fahrzeug 1 verwenden, wenn notwendig.
• Die Umgebungszustands-Schätzeinheit 310 weist eine Straßenoberflächen-Schätzeinheit 311 und eine Hindernis-Vorhersageeinheit 312 auf. Die Straßenoberflächen-Schätzeinheit 311 hat die Funktion, den Reibungskoeffizienten der Straßenoberfläche zu schätzen, auf welcher das Fahrzeug 1 fährt, indem sie beispielsweise ein Verfahren verwendet, das in der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 3-249340 A (Schätzvorrichtung für Reibungskoeffizienten der Straßenoberfläche) offenbart ist.
• Die Hindernis-Vorhersageeinheit 312 hat die Funktion, eine vorhergesagte Trajektorie eines Hindernisses in der Umgebung des Fahrzeugs 1 vorherzusagen, indem sie beispielsweise ein Verfahren verwendet, das in der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 61-155813 A (Positions-Schätzeinrichtung für bewegliches Objekt) offenbart ist. Die Umgebungszustands-Schätzeinheit 310 kann auch als eine Umgebungszustand-Schätzeinrichtung bezeichnet werden.
• Die Bewegungsplan-Erzeugungseinheit 320 hat die Funktion, einen Bewegungsplan zu berechnen, der eine Soll-Trajektorie und eine Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit für das Fahrzeug 1 enthält, das diesen folgen soll, indem es vom autonomen Fahrsystem gesteuert wird, und sie hat auch die Funktion, eine Information über den Bewegungsplan an die Fahrzeug-Steuerungseinheit 330 auszugeben. Die Bewegungsplan-Erzeugungseinheit 320 kann auch als eine Bewegungsplan-Erzeugungseinrichtung bezeichnet werden. Die Einzelheiten der Bewegungsplan-Erzeugungseinheit 320 werden später noch beschrieben.
• Die Fahrzeug-Steuerungseinheit 330 hat die Funktion, den Soll-Lenkwinkel zum Ausgeben an die Servolenkungssteuerung 40 zu berechnen, und zwar unter Verwendung der Soll-Trajektorieninformation, die von der Bewegungsplan-Erzeugungseinheit 320 erhalten wird, und der Zustandsgröße des Fahrzeugs 1, die als Fahrzeuginformation von der Informations-Erfassungseinheit 300 erhalten werden, sowie den Soll-Lenkwinkel auszugeben.
• Außerdem hat die Fahrzeug-Steuerungseinheit 330 die Funktion, eine Soll-Antriebskraft zum Übertragen an die Antriebsstrang-Steuerung 41 und eine Soll-Bremskraft zum Übertragen an die Bremssteuerung 42 auszugeben, und zwar unter Verwendung der Soll-Fahrzeuggeschwindigkeitsinformation, die von der Bewegungsplan-Erzeugungseinheit 320 erhalten wird, und der Zustandsgröße des Fahrzeugs 1, die von der Informations-Erfassungseinheit 300 erhalten wird, sowie die Soll-Antriebskraft und die Soll-Bremskraft auszugeben. Die Fahrzeug-Steuerungseinheit 330 kann auch als eine Fahrzeug-Steuerungseinrichtung bezeichnet werden.
• Im Folgenden werden die Einzelheiten der Bewegungsplan-Erzeugungseinheit 320 nachstehend beschrieben. Die Bewegungsplan-Erzeugungseinheit 320 weist eine Beschränkungs-Erzeugungseinheit 321 und eine Planerzeugungseinheit 322 auf.
• Die Beschränkungs-Erzeugungseinheit 321 hat die Funktion, eine Beschränkung zu erzeugen, die mit der Zustandsgröße des Fahrzeugs 1 zusammenhängt, sowie die Beschränkung an die Planerzeugungseinheit 322 zur Verwendung beim Erzeugen eines Bewegungsplans auszugeben. Auf der Basis des Reibungskoeffizienten der Straßenoberfläche, der von der Straßenoberflächen-Schätzeinheit 311 der Umgebungszustands-Schätzeinheit 310 geschätzt wird, nachdem eine Randbedingung vorgegeben worden ist, bei welcher die Reifenerzeugungskraft, die die Kraft ist, die vom Reifen des Fahrzeugs 1 in der Horizontalebene erzeugt wird, den Grenzwert des Kammschen Kreises der Straßenoberfläche nicht überschreitet, berechnet die Beschränkungs-Erzeugungseinheit 321 einen einen Bereich von Werten, den die Zustandsgröße des Fahrzeugs 1 annehmen kann, um die Randbedingung zu erfüllen, und sie gibt die Beschränkung hinsichtlich der Zustandsgröße des Fahrzeugs 1 vor.
• Indem eine solche Randbedingung vorgegeben wird, wird die Erzeugung eines Bewegungsplans gewährleistet, der dazu imstande ist, das Fahrzeug 1 am Rutschen zu hindern.
• Wenn das autonome Fahrsystem die Straßenoberflächen-Schätzeinheit 311 nicht aufweist, kann die Beschränkungs-Erzeugungseinheit 321 auch eine Beschränkung der Zustandsgröße 1 erhalten, indem sie den Reibungskoeffizienten einer vorgegebenen virtuellen Straßenoberfläche verwendet.
• Die Zustandsgröße des Fahrzeugs 1, die als eine Beschränkung vorgegeben werden soll, weist zumindest einen oder eine Kombination der folgenden Parameter auf: Schräglaufwinkel des Fahrzeugaufbaus, Schräglaufwinkel des Reifens, Lenkwinkel, Lenkwinkelgeschwindigkeit, Geschwindigkeit des Fahrzeugaufbaus, Beschleunigung des Fahrzeugaufbaus, Gierrate. Die Beschränkung wird als ein Bereich von Werten vorgegeben, den diese Zustandsgrößen des Fahrzeugs 1 annehmen können. Demzufolge wird ein Bewegungsplan erzeugt, wobei die Zustandsgröße des Fahrzeugs 1 berücksichtigt wird. Bei der Ausführungsform 1 wird der Lenkwinkel als ein Beispiel hergenommen.
• Die Seitenführungskraft, die durch die Reibung zwischen dem Reifen und der Straßenoberfläche erzeugt wird, nimmt linear zu, wenn der Schräglaufwinkel zunimmt, wenn der Schräglaufwinkel des Reifens klein ist. Wenn der Schräglaufwinkel jedoch größer als ein gewisser Wert wird und sich die Seitenführungskraft dem Grenzwert des Kammschen Kreises annähert, wird dessen Zunahme graduell und erreicht schließlich den Grenzwert des Kammschen Kreises und läuft in die Sättigung. Der Schräglaufwinkel des Reifens, wenn die Seitenführungskraft in Sättigung ist, wird hier als Sättigungs-Schräglaufwinkel βst bezeichnet.
• Wenn der Schräglaufwinkel des Reifens den Sättigungs-Schräglaufwinkel βst erreicht, dann erreicht die Seitenführungskraft den Grenzwert des Kammschen Kreises, und es tritt ein Rutschen auf. Unter der Annahme, dass die in Vertikalrichtung des Reifens erzeugte Kraft ausreichend klein ist, kann daher die Randbedingung, dass die Reifenerzeugungskraft den Grenzwert des Kammschen Kreises der Straßenoberfläche nicht überschreitet, ausgetauscht werden durch die Bedingung, dass der Schräglaufwinkel des Reifens den Sättigungs-Schräglaufwinkel βst nicht überschreitet.
• Falls die Fahrzeugbewegung durch ein stetiges kreisförmiges Lenken des äquivalenten Zweirad-Modells angenähert wird, kann außerdem der Schräglaufwinkel des Reifens durch die Fahrzeuggeschwindigkeit V, den Lenkwinkel δ und andere Fahrzeugparameter ausgedrückt werden. Dies ermöglicht es, dass die Bedingung hinsichtlich des Schräglaufwinkels des Reifens durch die Bedingung hinsichtlich des Lenkwinkels ersetzt wird.
• Wie oben beschrieben, wird das Herleiten der Beschränkung hinsichtlich des Lenkwinkels gewährleistet, der zur Planerzeugungsberechnung in der Planerzeugungseinheit 322 verwendet werden kann, und zwar aus der Bedingung, dass die Reifenerzeugungskraft den Grenzwert des Kammschen Kreises nicht überschreitet.
• 4 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Ablauf der Beschränkungs-Erzeugungsberechnung in der Beschränkungs-Erzeugungseinheit 321 veranschaulicht, wenn das Beschränkungsobjekt der Lenkwinkel ist. Der Lenkwinkel wird durch den Absolutwert des Winkels dargestellt.
• Zunächst bezieht im Schritt S100 die Beschränkungs-Erzeugungseinheit 321 den Reibungskoeffizienten µ der Straßenoberfläche von der Straßenoberflächen-Schätzeinheit 311.
• Im Schritt S101 wird dann der Sättigungs-Schräglaufwinkel βst aus dem Reibungskoeffizienten erhalten. Der Sättigungs-Schräglaufwinkel βst wird durch den folgenden Ausdruck (1) dargestellt, wobei Folgendes verwendet wird: eine Reifen-Vertikalbelastung Wv, die im Voraus gemessen wurde, eine Seitenführungs-Steifigkeit K und der Reibungskoeffizient µ, erhalten im Schritt S100.
  [Ausdruck 1] $${\beta }_{st}=ta{n}^{-1}\left(3\cdot \mu \cdot \frac{Wv}{K}\right)$$

  
• Hierbei bezeichnet die Seitenführungs-Steifigkeit die Seitenführungskraft pro Schräglaufwinkel-Einheit, wenn der Schräglaufwinkel klein ist.
• Als Nächstes wird im Schritt S102 ein oberer Grenzwert des Schräglaufwinkels bestimmt. Der Sättigungs-Schräglaufwinkel des Reifens βst, der im Schritt S101 erhalten wird, wird erhalten, indem die Reifen-Vertikalbelastung Wv und die Seitenführungs-Steifigkeit K als Konstanten vorgegeben werden. Es ist jedoch schwierig, einen genauen βst zu erhalten, und zwar infolge der tatsächlichen Veränderungen dieser Parameter in Abhängigkeit der Anzahl von Fahrgästen, der Beschleunigung/Verlangsamung in der Vertikalrichtung (Vertikal-Längsrichtung) des Fahrzeugs, der Alterung des Fahrzeugs usw.
• Selbst wenn der Schräglaufwinkel kleiner ist als βst, gilt daher Folgendes: Wenn ein Wert nahe diesem angenommen wird, wird der Grenzwert des Kammschen Kreises überschritten, und die Wahrscheinlichkeit für ein Rutschen ist hoch. Unter Verwendung eines Sicherheitsfaktors S_β, der im Voraus vorgegeben ist, wird daher der obere Grenzwert des Schräglaufwinkels β_mx bei der Planerzeugung mittels des folgenden Ausdrucks (2) bestimmt. Der Sicherheitsfaktor S_β ist ein positiver Wert von 1 oder weniger, und er ist typischerweise ein Wert kleiner 1.
  [Ausdruck 2] $${\beta }_{mx}={\beta }_{st}\cdot S_{\beta }$$

  
• Als Nächstes wird im Schritt S103 ein oberer Grenzwert des Lenkwinkels erhalten. Ein Verfahren zum Erhalten des oberen Grenzwerts des Lenkwinkels δ_mx, der den Schräglaufwinkel des Reifens βt dahin bringt, gleich groß wie oder kleiner als der obere Grenzwert des Schräglaufwinkels β_mx zu sein, wird nachstehend beschrieben.
• Im äquivalenten Zweirad-Modell sind die Schräglaufwinkel β_f und β_r der Vorder- und Hinterräder durch die folgenden Ausdrücke (3) bzw. (4) gegeben.
  [Ausdruck 3] $${\beta }_f=\beta +\frac{l_{f}r}{V}-\delta$$

  

  
  [Ausdruck 4] $${\beta }_r=\beta -\frac{l_{r}r}{V}$$

  
• Hier gilt Folgendes: „β“ ist der Schräglaufwinkel des Fahrzeugaufbaus, „r“ ist die Gierrate, „V“ ist die Fahrzeuggeschwindigkeit, „δ“ ist der Lenkwinkel, und „1_f“ und „1_r“ sind der Schwerpunkt des Fahrzeugs bzw. der Abstand zwischen den Vorder- und Hinterrädern. Unter der Annahme eines stetigen kreisförmigen Lenkens sind der Schräglaufwinkel und die Gierrate des Fahrzeugaufbaus durch die folgenden Ausdrücke (5) bzw. (6) gegeben.
  [Ausdruck 5] $$\beta =\left(\frac{1-\frac{m}{2L}\frac{l_f}{l_r{K}_r}{V}^2}{1-\frac{m}{2L^2}\frac{l_f{K}_f-l_r{K}_r}{K_f{K}_r}{V}^2}\right)\frac{l_r}{L}\delta$$

  

  
  [Ausdruck 6] $$r=\left(\frac{1}{1-\frac{m}{2L^2}\frac{l_f{K}_f-l_r{K}_r}{K_f{K}_r}{V}^2}\right)\frac{V}{L}\delta$$

  
• Hierbei bezeichnen „K_f“ und „K_r“ die Seitenführungs-Steifigkeit der Vorderräder bzw. der Hinterräder, und L bezeichnet den Radstand.
• Die Schräglaufwinkel der Vorder- und Hinterräder sind durch die folgenden Ausdrücke (7) bzw. (8) gegeben.
  [Ausdruck 7] $${\beta }_f=\left(\frac{-m{V}^2}{2L^2{K}_f{K}_r-m\left(l_f{K}_f-l_r{K}_r\right)V^2}\right)l_r{K}_r\delta$$

  

  [Ausdruck 8] $${\beta }_r=\left(\frac{-m{V}^2}{2L^2{K}_f{K}_r-m\left(l_f{K}_f-l_r{K}_r\right)V^2}\right)l_f{K}_f\delta$$

  
• Unter der weiteren Annahme, dass es kein Übersteuern gibt, folgt aus l_fK_f-l_rK_r ≤ 0 der Ausdruck |β_r| ≤ |β_f|.
• Um den Schräglaufwinkel des Reifens des Fahrzeugmodells auf den oberen Grenzwert β_mx oder weniger zu begrenzen, braucht daher nur der folgende Ausdruck (9) erfüllt zu sein.
  [Ausdruck 9] $$\left|{\beta }_f\right|\leqq {\beta }_{mx}$$

  
• Aus dem Schräglaufwinkel des Vorderrads, der in dem Ausdruck (7) gezeigt ist, wird der Absolutwert des Lenkwinkels 8 durch den Ausdruck (10) ausgedrückt.
  [Ausdruck 10] $$\left|\delta \right|=\frac{1}{K_r{l}_r}\frac{2L^2{K}_f{K}_r-m\left(l_f{K}_f-l_r{K}_r\right)V^2}{m{V}^2}\left|{\beta }_f\right|$$

  
• Falls der obere Grenzwert des Lenkwinkels δ_mx so vorgegeben ist, dass er den folgenden Ausdruck (11) erfüllt, ist daher die Bedingung hinsichtlich des Schräglaufwinkels erfüllt.
  [Ausdruck 11] $${\delta }_{mx}=\frac{1}{K_r{l}_r}\frac{2L^2{K}_f{K}_r-m\left(l_f{K}_f-l_r{K}_r\right)V^2}{m{V}^2}{\beta }_{mx}$$

  
• Wie aus Ausdruck (11) ersichtlich, gilt Folgendes: Je kleiner der obere Grenzwert des Schräglaufwinkels β_mx, desto kleiner ist der obere Grenzwert des Lenkwinkels δ_mx. Daher gilt Folgendes: Je kleiner der Reibungskoeffizient der Straßenoberfläche, desto kleiner der obere Grenzwert des Lenkwinkels δ_mx.
• Der obere Grenzwert des Lenkwinkels δ_mx, der durch das obige Verfahren erhalten wird, wird an die Planerzeugungseinheit 322 als eine Beschränkung ausgegeben, und die Beschränkungs-Erzeugungsberechnung ist abgeschlossen.
• In der obigen Beschreibung ist der Fall beschrieben, in welchem das Beschränkungsziel der Lenkwinkel ist. Selbst wenn jedoch das Beschränkungsziel beispielsweise die Beschleunigung oder Verlangsamung ist, gilt Folgendes: Je kleiner der Reibungskoeffizient der Straßenoberfläche ist, desto kleiner ist auch der obere Grenzwert der Beschleunigung oder Verlangsamung.
• Die Planerzeugungseinheit 322 hat die Funktion, einen Bewegungsplan inklusive der Soll-Trajektorie und der Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit für das autonome Fahrsystem zu erzeugen, zum Folgen mittels einer Zustandsschätzberechnung ohne eine Konvergenzberechnung auf der Basis der Information, die von der Informations-Erfassungseinheit 300 erhalten wird, und den Bewegungsplan an die Fahrzeug-Steuerungseinheit 330 auszugeben. Bei der Ausführungsform 1 wird ein Partikelfilter als Zustandsschätzberechnung verwendet.
• 5 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Ablauf der Planerzeugungsberechnung in der Planerzeugungseinheit 322 veranschaulicht.
• Zunächst extrahiert im Schritt S120 die Planerzeugungseinheit 322 eine Fahrspur-Information in der Nähe des Fahrzeugs aus der Information, die von der Informations-Erfassungseinheit 300 erhalten wird. Als ein Verfahren zum Erfassen der Fahrspur-Information in der Informations-Erfassungseinheit 300 wird beispielsweise ein Verfahren angegeben, in welchem ein Kantendetektionsprozess auf einem Bild ausgeführt wird, das von der Frontkamera 11 aufgenommen wird, wobei die Linien, die die Fahrspurmarkierungslinien bilden, angenähert erhalten werden und die Fahrspur-Information auf der Basis der erhaltenen angenäherten Linien erhalten werden.
• Außerdem wird ein Verfahren angegeben, bei welchem der V2X-Empfänger 15 verwendet wird, um zum Netzwerk zu verbinden, die Fahrzeugposition übertragen wird und eine Karte der Nähe des Fahrzeugs über das Netzwerk empfangen wird. Die Ausführungsform 1 ist jedoch darauf nicht beschränkt, die Wirkung bei der Ausführungsform 1 wird nicht dadurch beeinflusst, welches Verfahren zum Erfassen der Fahrspur-Information verwendet wird. Bei der Ausführungsform 1 wird ein Verfahren beschrieben, bei welchem die Information, die von der Navigationseinrichtung 14 erhalten wird, und die Information, die vom GNSS-Sensor 13 erhalten wird, kombiniert werden. Das Verfahren wird nachstehend beschrieben.
• Zunächst werden die Position und der Azimut des Fahrzeugs 1 vom GNSS-Sensor 13 erfasst. Indem die erfasste Position des Fahrzeugs 1 mit der Straßeninformation in Übereinstimmung gebracht wird, die in der Navigationseinrichtung 14 gespeichert ist, können Abbildungsknotendaten in der Nähe des Fahrzeugs 1 erhalten werden. Die Abbildungsknotendaten werden als eine Abbildungs-Punktwolke für Ng Punkte extrahiert. Ein Ng ist eine Ganzzahl größer als oder gleich groß wie 2. Die Planerzeugungseinheit 322 konvertiert die extrahierte Abbildungs-Punktwolke in das Koordinatensystem des betreffenden Fahrzeugs, unter Verwendung des Azimuts des Fahrzeugs.
• Als Nächstes werden im Schritt S121 Np Partikel auf der Basis des gegenwärtigen Zustands des Fahrzeugs definiert. Ein Partikel ist eine Datengruppe, die aus den Werten (Zustandsgrößen) jeder Zustandsvariable besteht, wobei die Mehrzahl von bestimmten Zustandsvariablen beispielsweise die Position, Azimut, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Lenkwinkel, Lenkwinkelgeschwindigkeit, Gierrate des Fahrzeugs, Schräglaufwinkel des Fahrzeugaufbaus und dergleichen sind. Jeder Partikel hat seine eigene Zustandsgröße.
• Ein geeigneter Bewegungsplan kann erzeugt werden, indem eine Zustandsschätzberechnung unter Verwendung der Zustandsvariablen durchgeführt wird.
• Der Partikelfilter ist ein Verfahren zum Vorhersagen von Zeitseriendaten auf der Basis einer Wahrscheinlichkeitsdichteverteilung, und es wird gelegentlich als sequenzielles Monte-Carlo-Verfahren bezeichnet. Außerdem nähert das Partikelfilter als eine Zustandsschätzberechnung die Wahrscheinlichkeitsdichteverteilung des Zustands mittels einer Mehrzahl von Partikeln an. Wenn es beispielsweise viele Partikel mit einer gewissen Zustandsgröße gibt, ist die Wahrscheinlichkeitsdichte des Zustands hoch.
• Das Verwenden des Partikelfilters als Zustandsschätzvorgang ermöglicht es, die Gesamt-Wahrscheinlichkeitsdichteverteilung zu schätzen, so dass die Frequenz zum Ausgeben der lokal optimalen Lösung verringert werden kann.
• Jeder Np Partikel hat eine andere Zustandsgröße. Ein Np ist eine Ganzzahl größer als oder gleich groß wie 2. Bei der Ausführungsform 1 hat eine Zustandsgröße des Partikels P die zweidimensionalen Positionen xb, yb, Azimut θb, Fahrzeuggeschwindigkeit V, Lenkwinkel δ, Beschleunigung a und Lenkwinkelgeschwindigkeit u des Fahrzeugs, und sie wird durch den folgenden Ausdruck (12) dargestellt.
  [Ausdruck 12] $$P={\left[\begin{array}{ccccccc}{x}_b& y_b& {\theta }_b& V& \delta & a& u\end{array}\right]}^T$$

  
• Hierbei werden die zweidimensionalen Positionen xb, yb und die Richtung θb durch das Koordinatensystem des betreffenden Fahrzeugs an der gegenwärtigen Position des Fahrzeugs dargestellt. Außerdem wird eine Zustandsgröße eines n-ten Partikels als Pn ausgedrückt. Die Anfangswerte der Zustandsvariablen sind dieselben für sämtliche Partikel, „xb“, „yb“ und „θb“ sind 0, „V“ ist die gegenwärtige Fahrzeuggeschwindigkeit, „δ“ ist der gegenwärtige Lenkwinkel, „a“ und „s“ sind 0.
• Außerdem wird angenommen, dass die Gewichtung W für jeden Partikel definiert ist, der Anfangswert für sämtliche Partikel derselbe ist und die Gewichtung W durch den folgenden Ausdruck (13) ausgedrückt wird. Auch werden die Zeit T definiert und der Anfangswert 0 vorgegeben.
  [Ausdruck 13] $$W=\raisebox{1ex}{$1$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$Np$}\right.$$

  
• Als Nächstes verwendet im Schritt S122 die Planerzeugungseinheit 322 eine Zufallszahl für jeden Partikel, um den Zustand nach einer diskreten Zeitbreite Td auf der Basis der Beschränkung vorherzusagen. Das Verfahren zum Vorhersagen des Partikelzustands wird nachstehend beschrieben.
• Die Vorhersage des Partikelzustands wird unter Verwendung eines Systemmodells durchgeführt, und das bei der Ausführungsform 1 zu verwendende Modell wird nachstehend beschrieben. Die Zustandsvariablen für das Systemmodell sind die zweidimensionale Position xb, yb, Azimut θb, Fahrzeuggeschwindigkeit V und Lenkwinkel δ der Partikels, und die Zustandsgröße Px wird durch den folgenden Ausdruck (14) dargestellt.
  [Ausdruck 14] $$P={\left[\begin{array}{ccccc}{x}_b& y_b& {\theta }_b& V& \delta \end{array}\right]}^T$$

  
• Außerdem ist der Eingabewert Pu in das Systemmodell aus der Beschleunigung a und der Lenkwinkelgeschwindigkeit u des Fahrzeugs gebildet, und er wird durch den folgenden Ausdruck (15) dargestellt.
  [Ausdruck 15] $$P_u={\left[\begin{array}{cc}a& u\end{array}\right]}^T$$

  
• Außerdem wird der Schräglaufwinkel des Fahrzeugaufbaus β durch den folgenden Ausdruck (16) dargestellt.
  [Ausdruck 16] $$\beta =ta{n}^{-1}\left(tan\left(\delta \right)\text{/}2\right)$$

  
• In diesem Fall wird das Systemmodell durch den folgenden Ausdruck (17) als Differentialgleichung unter Verwendung des Radstands L des Fahrzeugs dargestellt.
  [Ausdruck 17] $$\frac{dPx}{dt}=\left[\begin{array}{c}V\cdot cos\left(\theta +\beta \right)\text{/}cos\left(\beta \right)\\ V\cdot sin\left(\theta +\beta \right)\text{/}cos\left(\beta \right)\\ V\cdot tan\left(\delta \right)\text{/}L\\ a\\ u\end{array}\right]$$

  
• Obwohl gesagt werden kann, dass das oben beschriebene Systemmodell ein kinematisches Modell ist, das vier Räder auf zwei Räder annähert und Mechanik nicht umfasst, können auch andere Fahrzeugbewegungsmodelle, wie z. B. ein Zweirad-Modell verwendet werden, das ein dynamisches Modell ist, das vier Räder auf zwei Räder annähert, oder dergleichen.
• Unter den Eingangsvariablen in das Systemmodell werden für die Beschleunigung a die Werte, die den folgenden Ausdruck (18) für den vorgegebenen oberen Grenzwert a_mx und unteren Grenzwert a_mn erfüllen, unter Verwendung von Zufallszahlen für jeden Partikel bestimmt.
  [Ausdruck 18] $$a_{mx}\geqq a\geqq a_{mn}$$

  
• Unter den Eingangsvariablen in das Systemmodell soll bezogen auf die Lenkwinkelgeschwindigkeit u hinsichtlich des vorgegebenen oberen Grenzwerts u_mx( > 0) die erste Randbedingung der Lenkwinkelgeschwindigkeit u den folgenden Ausdruck (19) erfüllen.
  [Ausdruck 19] $$u_{mx}\geqq \left|u\right|$$

  
• Hinsichtlich des oberen Grenzwerts δ_mx( > 0) des Lenkwinkels, der von der Beschränkungs-Erzeugungseinheit 321 als eine Beschränkung der Zustandsgröße des Fahrzeugs 1 erhalten wird, ist die zweite Randbedingung der Lenkwinkelgeschwindigkeit u, dass der Lenkwinkel 8' nach der diskreten Zeitbreite Td den folgenden Ausdruck (20) erfüllt.
  [Ausdruck 20] $${\delta }_{mx}\geqq \left|\delta \text{'}\right|$$

  
• Der Lenkwinkel 8' nach der diskreten Zeitbreite Td wird durch den folgenden Ausdruck (21) dargestellt.
  [Ausdruck 21] $$\delta \text{'}=\delta +u\cdot Td$$

  
• Daher wird die zweite Randbedingung durch den folgenden Ausdruck (21) dargestellt.
  [Ausdruck 22] $$\left({\delta }_{mx}-\delta \right)\text{/}Td\geqq u\geqq -\left({\delta }_{mx}+\delta \right)\text{/}Td$$

  
• Unter den Eingabewerten Pu in das Systemmodell bestimmt die Lenkwinkelgeschwindigkeit u die Werte, die die erste Randbedingung und die zweite Randbedingung erfüllen, indem Zufallszahlen für jeden Partikel verwendet werden.
• Wie oben beschrieben, wird die Zustandsgröße Px' nach der diskreten Zeitbreite Td vom Systemmodell vorgehesagt, das oben beschrieben ist, unter Verwendung des Eingabewerts Pu, bestimmt auf der Basis des oberen Grenzwerts δ_mx des Lenkwinkels, der die Beschränkung darstellt. Dies ermöglicht die Vorhersage des Partikelzustands, wobei die Beschränkung berücksichtigt wird.
• Die Zustandsgröße des Partikels wird unter Verwendung der vorhergesagten Zustandsgröße Px' und dem Eingabewert Pu aktualisiert, und sie wird durch den folgenden Ausdruck (23) ausgedrückt.
  [Ausdruck 23] $$P={\left[P_x^{,T}{P}_u^T\right]}^T$$

  
• Die Zustandsgröße, die vorhergesagte Zustandsgröße und der Eingabewert der Partikel sind sämtlich Spaltenvektoren, und sie werden unter Verwendung von einer Ortsveränderung bzw. Translokation ausgedrückt, wie im obigen Ausdruck (23), und zwar zur Vereinfachung.
• Außerdem wird der Wert, der erhalten wird, indem die diskrete Zeitbreite Td zur Zeit T hinzugefügt wird, als aktualisierte Zeit vorgegeben. Unter Verwendung der vorhergesagten Trajektorie der umgebenden Hindernisse, die aus der Hindernis-Vorhersageeinheit 312 erhalten wird, wird zu diesem Zeitpunkt bestimmt, ob oder ob nicht ein Hindernis in dem Bereich existiert, wo sich das Fahrzeug befindet, und zwar in jedem Partikel gleichzeitig, und wenn das Hindernis existiert, dann wird die Gewichtung W des Partikels auf 0 vorgegeben. Dies ermöglicht es, einen Bewegungsplan zu erzeugen, der einen Kontakt zwischen dem Fahrzeug 1 und Hindernissen vermeidet.
• Als Nächstes wird im Schritt S123 der Beobachtungswert aus der aktualisierten Zustandsgröße jedes Partikels erhalten. Beobachtungsvariablen werden auf der Basis von Zielen des Bewegungsplans definiert. Die Ziele des Bewegungsplans werden von außerhalb der Planerzeugungseinheit 322 gemäß dem Bewegungszustand des Fahrzeugs 1 oder durch Vorgabe durch einen Benutzer gegeben.
• Bei der Ausführungsform 1 sollen die Ziele die Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit halten, in der Mitte der Fahrspur fahren und einen sicheren Abstand von umgebenden Hindernissen halten. Auf der Basis der Ziele wird der Beobachtungswert Py durch den folgenden Ausdruck (24) dargestellt, wobei die Fahrzeuggeschwindigkeit V, die seitliche Abweichung vom Fahrzeug zur Soll-Fahrspur y0 und der Eindringungsabstand des Hindernisses in einen gefährlichen Bereich d die Beobachtungsvariablen sind.
  [Ausdruck 24] $$P_y={\left[\begin{array}{ccc}V& y0& d\end{array}\right]}^T$$

  
• Die Beobachtungsvariablen können zumindest einen Parameter von der Fahrzeuggeschwindigkeit V, der seitlichen Abweichung vom Fahrzeug zur Soll-Fahrspur y0 und dem Eindringungsabstand des Hindernisses in den gefährlichen Bereich d einschließen. Dies ermöglicht es, einen Bewegungsplan zu erzeugen, der einen Kontakt zwischen dem Fahrzeug 1 und Hindernissen vermeidet.
• 6 ist ein Diagramm, das schematisch die obigen Beobachtungsvariablen veranschaulicht. In 6 ist das betreffende Fahrzeug OV schraffiert, und das andere Fahrzeug AV, das ein Hindernis ist, ist nicht schraffiert. Die seitliche Abweichung y0 zur Soll-Fahrspur OJL ist der Wert von yb an der Kreuzung der Soll-Fahrspur OJL mit der yb-Achse, wenn die Fahrspur durch das Koordinatensystem des betreffenden Fahrzeugs in den Positionen und Azimut der Partikel dargestellt wird. Für die Position der Soll-Fahrspur wird jedoch die Fahrspur-Information verwendet, die im Schritt S120 erhalten wird.
• Außerdem ist der Eindringungsabstand d in einen gefährlichen Bereich DR der Maximalwert des vertikalen Abstands, in welchem jedes Hindernis in den gefährlichen Bereich DR eindringt, vorgegeben auf der Basis der Positionen der Partikel, d. h. der Maximalwert des Abstands in Richtung entlang der xb-Achse. Hierbei ist der Gefahrenbereich DR durch die Ausrichtung der Partikel angegeben, d. h. ein rechteckiger Bereich, dessen Langseite bezogen auf den Azimut θb geneigt bzw. verkippt ist.
• Die Gefahrenzone DR ist so definiert, dass sie eine Breite von Lxf vorn, Lxr hinten und Ly nach rechts und links von den Partikeln aufweist, und sie ist in der Umgebung des betreffenden Fahrzeugs OV vorgegeben.
• Hierbei wird die Länge Lxf durch den Folgenden Ausdruck (25) unter Verwendung der Fahrzeuggeschwindigkeit V und einer voreingestellten Sicherheits-Schätzzeit Ts der Partikel dargestellt.
  [Ausdruck 25] $$L_{xf}=V\cdot T_s$$

  
• Außerdem werden die Längen Lxr und Ly durch die folgenden Ausdrücke (26) und (27) dargestellt, unter Verwendung der voreingestellten Parameter Tsr bzw. Tsy.
  [Ausdruck 26] $$L_{xr}=V\cdot T_{sr}$$

  

  
  [Ausdruck 27] $$L_y=V\cdot T_{sy}$$

  
• Unter Rückkehr zur Beschreibung des Ablaufdiagramms aus 5 und der folgenden, wird im Schritt S124 die Gewichtung W jedes Partikels aus der Differenz zwischen dem beobachteten Wert Py jedes Partikels und dem idealen beobachteten Wert Pyi aktualisiert. Hierbei ist der ideale beobachtete Wert Pyi ein beobachteter Wert für das Fahrzeug 1 im idealen Zustand, der virtuell vorgegeben ist, und er wird aus dem Ziel des Bewegungsplans bestimmt.
• Wenn das Fahrzeug 1 das Ziel des Bewegungsplans erfüllt, ist das Fahrzeug 1 im idealen Zustand. Bei der Ausführungsform 1 ist der ideale beobachtete Wert Pyi zusammengesetzt aus der Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit Vnom, der seitlichen Soll-Abweichung y0nom und dem Soll-Eindringungsbereich dnom, und er wird durch den folgenden Ausdruck (28) dargestellt.
  [Ausdruck 28] $$P_{yi}={\left[\begin{array}{ccc}{V}_{nom}& y{0}_{nom}& d_{nom}\end{array}\right]}^T$$

  
• Die Gewichtung W vor dem Aktualisieren jedes Partikels wird als Wp definiert. Die Gewichtung W ist proportional zur Gewichtung Wp vor der Aktualisierung und der Wahrscheinlichkeit (Likelihood) α, und sie wird aktualisiert, so dass der integrierte Wert der Gewichtungen sämtlicher Partikel 1 beträgt.
• Die Gewichtung Wn des n-ten Partikels wird durch den folgenden Ausdruck (29) dargestellt.
  [Ausdruck 29] $$W_n=\frac{W_{pn}\cdot a_n}{{\displaystyle {\sum }_{m=1}^{Np}{W}_{pm}\cdot a_m}}\left(n=1\cdots N_p\right)$$

  
• Hier wird die Wahrscheinlichkeit α durch den folgenden Ausdruck (30) erhalten, und zwar unter Verwendung der Kovarianzmatrix Q hinsichtlich der Zustandsgröße Px der Partikel und der Kovarianzmatrix R hinsichtlich des beobachteten Werts Py, die im Voraus vorgegeben werden.
  [Ausdruck 30] $$a=\frac{1}{{\left(\sqrt{2\pi }\right)}^2\sqrt{\left|\pi \right|}}\cdot exp\left(-\frac{1}{2}{\left(p_{yi}-p_y\right)}^T{\pi }^{-1}\left(p_{yi}-p_y\right)\right)$$

  
• Hierbei wird die Matrix Π durch den folgenden Ausdruck (31) dargestellt.
  [Ausdruck 31] $$\pi =HQ{H}^T+R$$

  
• Der Wert Hn des Messungsmatrix H im n-ten Partikel wird jedoch durch den folgenden Ausdruck (32) dargestellt, wo die Messungsfunktion h nach der Zustandsgröße Px abgeleitet wird, wenn Px = Pxn.
  [Ausdruck 32] $${H_n=\frac{\partial h}{\partial P_x}|}_{P_x=P_{xn}}$$

  
• Die Messungsfunktion h ist eine Funktion zum Erhalten des beobachteten Werts Py aus der Zustandsgröße Px, und sie wird durch den folgenden Ausdruck (33) dargestellt.
  [Ausdruck 33] $$Px=h\left(Py\right)$$

  
• Als Nächstes wird im Schritt S125 ein Partikel-Resampling bzw. eine Partikel-Stichprobenwiederholung durchgeführt, und zwar auf der Basis der Gewichtung jedes Partikels. Um eine signifikante Abnahme der Anzahl von Partikeln zu verhindern, wird das Resampling jedoch nur durchgeführt, wenn die Anzahl Neff von effektiven Partikeln gleich groß wie oder größer ist als der Schwellenwert Nth, und in den übrigen Fällen wird im Schritt S125 nichts durchgeführt.
• Hierbei wird die Anzahl Neff von effektiven Partikeln durch den folgenden Ausdruck (34) dargestellt.
  [Ausdruck 34] $$N_{eff}=\frac{1}{{\displaystyle {\sum }_{n=1}^{Np}{\left(W_n\right)}^2}}$$

  
• Beim Resampling wird ein Sampling in gleichen Intervallen aus der empirischen Verteilungsform durchgeführt, wie in dem Fall eines typischen Partikelfilters. Wenn das Resampling durchgeführt wird, wird das Zurücksetzen (Reset) der Gewichtung auf der Basis des folgenden Ausdrucks (35) durchgeführt, so dass die Gewichtungen jedes Partikels so vorgegeben sind, dass sie gleich sind.
  [Ausdruck 35] $$W=1\text{/}Np$$

  
• Als Nächstes wird im Schritt S126 ein gewichteter Mittelwert für die Positionen der Partikel und die Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet, und die Positionsdaten und die Fahrzeuggeschwindigkeitsdaten werden in der Planerzeugungseinheit 322 als ein Bewegungsplan gespeichert.
• Als Nächstes wird im Schritt S127 bestimmt, ob oder ob nicht die Zeit T den Planungshorizont Thr erreicht hat, der der Planungs-Zielzeitraum der Planerzeugung ist. Wenn bestimmt wird, dass die Zeit T kleiner ist als der Planungshorizont Thr, dann kehrt der Prozess zum Schritt S122 zurück. Wenn bestimmt wird, dass die Zeit T gleich groß wie oder größer als der Planungshorizont Thr ist, werden die Positionsdaten, die als Bewegungsplan gespeichert sind, als Soll-Trajektorie ausgegeben, und die Fahrzeuggeschwindigkeitsdaten werden als Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit ausgegeben, und die Berechnung der Planerzeugung ist abgeschlossen.
• 7 ist ein Diagramm, das schematisch das obige Planerzeugungs-Berechnungsergebnis veranschaulicht. Obwohl die tatsächliche Anzahl Np von Partikeln ungefähr mindestens 50 beträgt, beträgt die hier dargestellte Zahl zur Vereinfachung vier.
• In 7 wird der Anfangswert 700 sämtlicher Partikel auf der Basis des gegenwärtigen Zustands des Fahrzeugs vorgegeben, so dass sie zu Beginn den gleichen Wert haben. Für diese Partikel werden die Zustandsübergänge von jedem durch die unter Verwendung der Ausdrücke (12) bis (22) beschriebenen Prozesse vorhergesagt, und die Zustandsgrößen der Partikel werden unter Verwendung von Ausdruck (23) für die Partikel 701 bis 704 aktualisiert, so dass aktualisierte Werte davon erhalten werden.
• Diese Werte haben die Varianz, wie sie im Bereich 710 veranschaulicht ist, der in 7 mit der unterbrochenen Linie umgeben ist, und zwar auf der Basis des oberen Grenzwerts des Lenkwinkels, der als eine Beschränkung erhalten wird, und der oberen und unteren Grenzwerte der Eingangsvariablen, die im Voraus vorgegeben werden.
• Dann wird die Gewichtung jedes Partikel gemäß der Sollfahrpur 720, der Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit und der Positionsrelation mit dem Hindernis erhalten, und zwar durch die Prozesse, die unter Verwendung der obigen Ausdrücke (24) bis (35) beschrieben sind, für jeden der aktualisierten Partikel. Und es wird das Resampling gemäß der Gewichtung durchgeführt. Hierbei wird angenommen, dass die Gewichtung des Partikels 701 groß ist und die Gewichtung des Partikels 704 klein ist, so dass der Partikel 701 zunimmt und der Partikel 704 verschwindet. Anschließend wird der gewichtete Mittelwert 705, der die Zustände der Partikel 701 bis 703 hat, als ein Bewegungsplan zu diesem Zeitpunkt gespeichert. Der gleiche Prozess wird für jeden Partikel wiederholt, so dass die Bewegungspläne 705 bis 708 erhalten werden.
• 8 ist ein Diagramm, das schematisch eine Planerzeugungsberechnung veranschaulicht, wenn der obere Grenzwert des Lenkwinkels, der eine Beschränkung ist, kleiner ist als derjenig im Falle von 7. Das heißt, 8 ist ein Diagramm, das schematisch das Ergebnis der Planerzeugungsberechnung zeigt, wenn der Reibungskoeffizient der Straßenoberfläche kleiner ist als derjenige gemäß 7.
• In 8 wird ein Anfangswert 800 sämtlicher Partikel auf der Basis des gegenwärtigen Zustands des Fahrzeugs vorgegeben, und zunächst werden die Partikel-Aktualisierungswerte 801 bis 804 erhalten, indem die Zustandsübergänge vorhergesagt werden. Zu diesem Zeitpunkt gilt Folgendes: Da der obere Grenzwert des Lenkwinkels, der als eine Beschränkung erhalten wird, klein ist, wird die seitliche Dispersion klein, wie in dem Bereich 810, der in 8 von der unterbrochenen Linie umgeben ist. Im Ergebnis haben die erhaltenen Bewegungspläne 805 bis 808 einen kleineren Wert der seitlichen Bewegung in der gleichen Zeit als denjenigen der Bewegungspläne 705 bis 708, die in 7 veranschaulicht sind.
• Gemäß der Konfiguration der Bewegungsplan-Erzeugungseinheit 320, die oben beschrieben ist, gilt Folgendes: Indem die Zustandsschätzberechnung verwendet wird, die durch das Partikelfilter dargestellt wird, wird die Erzeugung eines Bewegungsplans gewährleistet, der einen Kontakt zwischen dem Fahrzeug und einem Hindernis verhindert, ohne die Konvergenzberechnung zu verwenden. Im Ergebnis kann ein Bewegungsplan in einer stabilen Berechnungszeit erhalten werden, ohne dass eine lokal optimale Lösung ausgegeben wird, so dass ein autonomes Fahrsystem mit hoher Sicherheit verwirklicht werden kann.
• Hierbei ist die Konvergenzberechnung eine Berechnung, die wiederholt wird, bis der Bewertungswert eine vorbestimmte Bedingung erfüllt, und obwohl die obere Grenze der Anzahl von Malen vorgegeben werden kann, ist die Betriebszeit bzw. Vorgangszeit nicht stabil, da sich die Anzahl von Malen der Wiederholungen in Abhängigkeit von der Bedingung ändert. Wenn eine Konvergenzberechnung durchgeführt wird, kann eine lokal optimale Lösung möglicherweise in Abhängigkeit der Bewertungsfunktion und einer beschränkenden Bedingung ausgegeben werden. Eine lokal optimale Lösung ist in vielen Fällen jedoch keine wünschenswerte Lösung.
• Andererseits ist eine Berechnung, die nicht mit einer Konvergenzberechnung verbunden ist, eine Berechnung, die eine vorbestimmte Anzahl von Malen wiederholt wird, so dass die Berechnungszeit stabil ist.
• Indem die Zustandsschätzberechnung verwendet wird, die die Konvergenzberechnung nicht einbezieht, kann die Gesamtwahrscheinlichkeitsverteilung geschätzt werden, indem sie als ein Zustandsschätzproblem gelöst wird, das die Konvergenzberechnung nicht einbezieht, so dass die Ausgabefrequenz der lokal optimalen Lösung verringert werden kann.
• Bei der Ausführungsform 1 ist das Partikelfilter als ein Beispiel der Zustandsschätzberechnung beschrieben. Es können jedoch auch andere Berechnungen, wie z. B. ein Kalman-Filter und ein erweitertes Kalman-Filter als Zustandsschätzberechnung verwendet werden. Wenn beispielsweise das Systemmodell und die Messungsfunktion h als linear angesehen werden können, kann ein Kalman-Filter verwendet werden. Außerdem kann ein erweitertes Kalman-Filter auch verwendet werden, wenn das Systemmodell und die Messungsfunktion h nicht als linear angesehen werden können.
• Falls ein Partikelfilter verwendet wird, so wird eine genauere Zustandsschätzung gewährleistet, und zwar verglichen mit dem Fall, in welchem ein Kalman-Filter oder ein erweitertes Kalman-Filter verwendet werden. Ein Partikelfilter, ein Kalman-Filter und erweitertes Kalman-Filter werden auch gemeinsam als Bayes-Filter bezeichnet.
• Ausführungsform 2
• Obwohl die Beschränkungs-Erzeugungsberechnung gemäß Ausführungsform 1, wie oben beschrieben, unter Verwendung des Straßenoberflächen-Reibungskoeffizienten durchgeführt wird, der von der Straßenoberflächen-Schätzeinheit 311 der Umgebungszustands-Schätzeinheit 310 geschätzt wird, wie in 3 gezeigt, wird in der Straßen-Informations-Erfassungseinheit 303 der Informations-Erfassungseinheit 300 beispielsweise der V2X-Empfänger 15 (1) verwendet, der eine Funktion zum Erfassen des Reibungskoeffizienten der Straßenoberfläche hat, und die Beschränkungs-Erzeugungseinheit 321 der Bewegungsplan-Erzeugungseinheit 320 kann eine Beschränkung auf der Basis des Straßenoberflächen-Reibungskoeffizienten erzeugen, der von außerhalb des Fahrzeugs mittels der Straßen-Informations-Erfassungseinheit 303 erfasst wird.
• 9 ist ein funktionales Blockdiagramm eines autonomen Fahrsystems 200, bei welchem die Bewegungsplan-Erzeugungseinrichtung gemäß Ausführungsform 2 verwendet wird. Es sei angemerkt, dass in 9 die gleichen Komponenten wie diejenigen des autonomen Fahrsystems 100, beschrieben unter Bezugnahme auf 3, mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, und dass deren überlappende Beschreibungen weggelassen werden.
• In der Fahrzeug-Steuerungseinheit 31 des autonomen Fahrsystems 200, das in 9 gezeigt ist, hat die Umgebungszustands-Schätzeinheit 310 keine Straßenoberflächen-Schätzeinheit 311, und das autonome Fahrsystem 200 ist so konfiguriert, dass es eine Beschränkung auf der Basis des Straßenoberflächen-Reibungskoeffizienten erzeugt, der von außerhalb des Fahrzeugs mittels der Straßen-Informations-Erfassungseinheit 303 erfasst wird.
• Gemäß dieser Konfiguration wird die Straßenoberflächen-Schätzeinheit 311 unnötig, und die Berechnungslast wird verringert, und der Reibungskoeffizient der Straßenoberfläche kann im Voraus erfasst werden, so dass ein Rutschen zuverlässiger verhindert werden kann.
• Hier kann als der V2X-Empfänger 15 beispielsweise unter Verwendung eines Fahrzeug-nach-Infrastruktur-Empfängers (V2I-Empfängers), der mit einer Kamera kommuniziert, die ein Bild der Straßenoberfläche erfasst, und zwar als eine Straßen-Seitenstreifen-Infrastruktur, eine Infrastruktur erhalten werden, die die Straßenoberflächen-Bedingung auf der Basis der Informationen schätzt, die aus den Kamerainformationen über den Reibungskoeffizienten der Straßenoberfläche erhalten werden.
• Als ein Verfahren zum Schätzen der Straßenoberflächen-Bedingung auf der Basis der Kamera, die das Bild der Straßenoberfläche erfasst, und der Informationen, die von der Kamera erhalten werden, wird ein Verfahren angegeben, das in der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2002-127882 A offenbart ist, wobei beispielsweise geschätzt wird, ob die Straßenoberfläche eine verschneite Straße, eine nasse Asphalt-Straßenoberfläche oder eine trockene Asphalt-Straßenoberfläche ist, sowie der Reibungskoeffizient der Straßenoberfläche, und zwar auf der Basis der bestimmten Straßenoberflächen-Bedingung. Indem die Straßenoberflächen-Bedingung durch die Straßen-Seitenstreifen-Infrastruktur auf diese Weise geschätzt und übertragen wird, kann der Reibungskoeffizient der Straßenoberfläche über den V2I-Empfänger erhalten werden.
• Außerdem ist als der V2X-Empfänger 15 auch ein Verfahren denkbar, in dem der Reibungskoeffizient der Straßenoberfläche erfasst wird, der vom vorausfahrenden Fahrzeug geschätzt wird, und zwar mittels eines Fahrzeug-an-Infrastruktur-Empfängers (V2V-Empfängers), der eine Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation durchführt.
• Jede Komponente der Bewegungsplan-Erzeugungseinheit 320, die eine Bewegungsplan-Erzeugungseinrichtung gemäß den Ausführungsformen 1 und 2 ist, die oben beschrieben sind, kann konfiguriert werden, indem ein Computer verwendet wird, und wird dadurch verwirklicht, dass der Computer ein Programm ausführt. Das heißt, die Bewegungsplan-Erzeugungseinheit 320 wird beispielsweise durch eine Verarbeitungsschaltung 50 verwirklicht, die in 10 veranschaulicht ist. Ein Prozessor, wie z. B. eine CPU oder ein digitaler Signalprozessor (DSP) wird auf die Verarbeitungsschaltung 50 angewendet, und die Funktionen jeder Einheit werden durch Ausführen eines Programms verwirklicht, das in der Speichereinrichtung gespeichert ist.
• Dedizierte Hardware kann ebenfalls bei der Verarbeitungsschaltung 50 verwendet werden. Wenn die dedizierte Hardware bei der Verarbeitungsschaltung 50 verwendet wird, dann entspricht die Verarbeitungsschaltung 50 einer Einzelschaltung, einer zusammengesetzten Schaltung, einem programmierten Prozessor, einem parallel programmierten Prozessor, einer applikationsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) oder einem feldprogrammierbaren Gate-Array (FPGA) oder der Kombination aus diesen.
• Jede Funktion der Komponenten der Bewegungsplan-Erzeugungseinheit 320 kann mit einer einzelnen Verarbeitungsschaltung verwirklicht werden, oder die Funktionen können kollektiv mit einer einzigen Verarbeitungsschaltung verwirklicht werden.
• Außerdem veranschaulicht 11 eine Hardwarekonfiguration, wenn die Verarbeitungsschaltung 50 durch Verwendung eines Prozessors konfiguriert ist. Die Funktion jeder Einheit der Bewegungsplan-Erzeugungseinheit 320 wird durch Software (Software, Firmware oder eine Kombination aus Software und Firmware) oder dergleichen verwirklicht. Die Software oder dergleichen ist als ein Programm beschrieben und in einem Speicher 52 gespeichert.
• Der Prozessor 51, der als Verarbeitungsschaltung 50 fungiert, verwirklicht die Funktion jeder Einheit, indem er das Programm, das im Speicher 52 (Speichereinrichtung) gespeichert ist, liest und ausführt. Das heißt, es kann gesagt werden, dass das Programm den Computer zum Ausführen der Prozedur und des Verfahrens des Betriebs der Komponenten der Bewegungsplan-Erzeugungseinheit 320 veranlasst.
• Hierbei kann der Speicher 52 beispielsweise Folgendes sein: ein nichtflüchtiger oder flüchtiger Halbleiterspeicher, wie z. B. ein RAM, ein ROM, ein Flash-Speicher, ein löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher (EPROM), ein elektrisch löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher (EEPROM) oder dergleichen, ein Festplattenlaufwerk (HDD), eine magnetische Scheibe, eine flexible Scheibe, eine optische Scheibe, eine Compact Disk, eine Mini Disk, eine Digital Versatile Disc (DVD) und ein Laufwerk dafür, oder irgendein Speichermedium, das in der Zukunft verwendet wird.
• Es ist bislang eine Konfiguration beschrieben, bei welcher die Funktion jeder Komponente der Bewegungsplan-Erzeugungseinheit 320 durch eines von Hardware und Software oder dergleichen verwirklicht wird. Die vorliegende Erfindung ist darauf jedoch nicht beschränkt, und es kann eine Konfiguration verwirklicht werden, bei welcher Teile der Komponenten der Bewegungsplan-Erzeugungseinheit 320 in dedizierter Hardware verwirklicht sind und ein weiterer Teil der Komponenten in Software oder dergleichen verwirklicht ist.
• Beispielsweise können die Funktionen des Teils der Komponenten durch die Verarbeitungsschaltung 50 als dedizierte Hardware verwirklicht werden, und die Funktion des anderen Teils der Komponenten kann durch die Verarbeitungsschaltung 50 als der Prozessor 51 verwirklicht sein, der das im Speicher 52 gespeicherte Programm ausliest und ausführt.
• Wie oben beschrieben, kann die Bewegungsplan-Erzeugungseinheit 320 die oben beschriebenen Funktionen mittels Hardware, Software oder dergleichen oder eine Kombination daraus verwirklichen.
• Während die Erfindung detailliert beschrieben ist, ist die obige Beschreibung in sämtlichen Aspekten nur anschaulich und nicht einschränkend. Es versteht sich, dass zahlreiche weitere Modifikationen ersonnen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.
• Es sei angemerkt, dass Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beliebig kombiniert werden können und geeignet modifiziert oder dabei Merkmale weggelassen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• JP 2009166623 A [0003]
• JP 3249340 A [0035]
• JP 61155813 A [0036]
• JP 2002127882 A [0133]

Claims (14)

1. Bewegungsplan-Erzeugungseinrichtung, die für ein autonomes Fahrsystem eines Fahrzeugs verwendet wird und Folgendes aufweist: - eine Beschränkungs-Erzeugungseinheit, konfiguriert zum Erzeugen einer Beschränkung, die mit einer Zustandsgröße des Fahrzeugs zusammenhängt; und - eine Planerzeugungseinheit, die konfiguriert ist zum Erzeugen einer Soll-Trajektorie und einer Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs als einen Bewegungsplan, so dass die Beschränkung durch eine Zustandsschätzberechnung ohne eine Konvergenzberechnung erfüllt wird.
2. Bewegungsplan-Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei nach Auferlegen einer Randbedingung, bei welcher einer Reifenerzeugungskraft des Fahrzeugs den Grenzwert des Kammschen Kreises nicht überschreitet, die Beschränkung als ein Bereich von Werten erzeugt wird, die die Zustandsgröße des Fahrzeugs annehmen kann, so dass die Randbedingung erfüllt wird.
3. Bewegungsplan-Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 2, wobei die Randbedingung auf der Basis der Bedingung der Straßenoberfläche bestimmt wird, die von außerhalb der Bewegungsplan-Erzeugungseinrichtung erfasst wird.
4. Bewegungsplan-Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Zustandsschätzberechnung ein Partikelfilter ist, der eine Wahrscheinlichkeitsdichteverteilung eines Zustands durch eine Mehrzahl von Partikeln annähert.
5. Bewegungsplan-Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 4, wobei die Planerzeugungseinheit konfiguriert ist zum Bestimmen eines Eingabewerts in ein Systemmodell, das für das Partikelfilter verwendet wird, und zwar auf der Basis der Beschränkung.
6. Bewegungsplan-Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 4, wobei auf der Basis einer vorhergesagten Trajektorie eines Hindernisses, die von außerhalb der Bewegungsplan-Erzeugungseinrichtung erhalten wird, die Planerzeugungseinheit konfiguriert ist zum Bestimmen, ob oder ob nicht das Hindernis in einer Region existiert, in welcher sich das Fahrzeug befindet, und zwar für jeden der Mehrzahl von Partikeln im Partikelfilter, und wenn bestimmt wird, dass das Hindernis existiert, eine Gewichtung eines Partikels, in welchem die Existenz des Hindernisses bestimmt wird, mit 0 vorzugeben.
7. Bewegungsplan-Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Beschränkung in einem Bereich von Werten definiert ist, den zumindest einer der folgenden Parameter annehmen kann: Schräglaufwinkel des Fahrzeugaufbaus, Schräglaufwinkel des Reifens, Lenkwinkel, Lenkwinkelgeschwindigkeit, Geschwindigkeit, Beschleunigung und Gierrate.
8. Bewegungsplan-Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Zustandsschätzberechnung als ihre Zustandsvariablen zumindest einen der folgenden Parameter aufweist: Position des Fahrzeugs, Azimut, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Lenkwinkel, Lenkwinkelgeschwindigkeit, Gierrate und Schräglaufwinkel des Fahrzeugaufbaus.
9. Bewegungsplan-Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 6, wobei die Zustandsschätzberechnung als ihre Beobachtungsvariablen zumindest einen der folgenden Parameter aufweist: Geschwindigkeit des Fahrzeugs, seitliche Abweichung des Fahrzeugs zur Soll-Fahrspur, und Eindringungsabstand des Hindernisses in die Region, die in der Umgebung des Fahrzeugs vorgegeben ist.
10. Autonomes Fahrsystem, das Folgendes aufweist: - eine Bewegungsplan-Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 1; - eine Informations-Erfassungseinrichtung, die konfiguriert ist zum Erfassen einer Information über ein Hindernis in der Umgebung des Fahrzeugs; und - eine Umgebungszustand-Schätzeinrichtung, die konfiguriert ist zum Erfassen der Information über das Hindernis von der Informations-Erfassungseinrichtung und zum Erfassen einer vorhergesagten Trajektorie des Hindernisses, wobei - auf der Basis der vorhergesagten Traj ektorie des Hindernisses, die von der Umgebungszustand-Schätzeinrichtung erfasst wird, die Bewegungsplan-Erzeugungseinrichtung konfiguriert ist zum Erzeugen des Bewegungsplans, der einen Kontakt zwischen dem Fahrzeug und dem Hindernis vermeidet.
11. Autonomes Fahrsystem nach Anspruch 10, das ferner Folgendes aufweist: eine Fahrzeug-Steuerungseinrichtung, die konfiguriert ist zum Berechnen eines Lenkwinkels, einer Soll-Antriebskraft und einer Soll-Bremskraft des Fahrzeugs auf der Basis des Bewegungsplans, der in der Bewegungsplan-Erzeugungseinrichtung erzeugt wird, zum Steuern der Trajektorie des Fahrzeugs und der Beschleunigung und Verlangsamung des Fahrzeugs.
12. Autonomes Fahrsystem, das Folgendes aufweist: - eine Bewegungsplan-Erzeugungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9; und - eine Fahrzeug-Steuerungseinrichtung, die konfiguriert ist zum Berechnen eines Lenkwinkels, einer Soll-Antriebskraft und einer Soll-Bremskraft des Fahrzeugs auf der Basis des Bewegungsplans, der in der Bewegungsplan-Erzeugungseinrichtung erzeugt wird, zum Steuern der Trajektorie des Fahrzeugs und der Beschleunigung und Verlangsamung des Fahrzeugs.
13. Autonomes Fahrsystem nach Anspruch 11 oder 12, das ferner Folgendes aufweist: - eine Informations-Erfassungseinrichtung, die konfiguriert ist zum Erfassen einer Information über die Umgebung in der Umgebung des Fahrzeugs; und - eine Umgebungszustand-Schätzeinrichtung, die konfiguriert ist zum Schätzen des Reibungskoeffizienten der Straßenoberfläche auf einer Straßenoberfläche, auf welcher das Fahrzeug fährt, auf der Basis der Information über die Umgebung, die in der Informations-Erfassungseinrichtung erfasst wird, wobei die Bewegungsplan-Erzeugungseinrichtung konfiguriert ist zum Erzeugen der Beschränkung unter Verwendung des Reibungskoeffizienten der Straßenoberfläche, der in der Umgebungszustand-Schätzeinrichtung geschätzt wird.
14. Autonomes Fahrsystem nach Anspruch 11 oder 12, das ferner Folgendes aufweist: - eine Informations-Erfassungseinrichtung, die konfiguriert ist zum Erfassen des Reibungskoeffizienten der Straßenoberfläche auf einer Straßenoberfläche, auf welcher das Fahrzeug fährt, und zwar durch Kommunizieren mit außerhalb des Fahrzeugs, wobei die Bewegungsplan-Erzeugungseinrichtung konfiguriert ist zum Erzeugen der Beschränkung unter Verwendung des Reibungskoeffizienten der Straßenoberfläche, der in der Informations-Erfassungseinrichtung erfasst wird.

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