JP2008149855A - 車両の目標進路変更軌跡生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一般道路における車線変更やその他の進路変更にも広く対応できる車両の目標進路変更軌跡生成装置を提供する。
【解決手段】自車位置情報取得部３Ａが自車両の位置情報を取得し、進路変更先位置情報取得部３Ｂが自車両の進路変更先の位置情報を取得すると、目標通過位置算出部３Ｃが自車両の進路変更途中の目標通過位置を算出する。続いて、算出された目標通過位置を自車両の位置と仮定して目標通過位置逐次算出部３Ｄが進路変更先との間の次の目標通過位置を逐次算出する。そして、算出された各目標通過位置の情報に基づき、目標進路変更軌跡生成部３Ｅが自車両の進路変更の際の目標進路変更軌跡を生成し、その目標進路変更軌跡を目標進路変更軌跡出力部３Ｆに出力する。
【選択図】図２

Description

本発明は、自車両の進路変更の際の目標進路変更軌跡を生成する車両の目標進路変更軌跡生成装置に関するものである。

近年、車両の自動運転や自律走行に関する技術が種々提案されており、車線変更を自動的に行うための技術も種々提案されている。例えば、特許文献１には、車線変更を案内するように道路に埋設された一群の磁気ネイルを磁気センサで順次検出することにより、一群の磁気ネイルに沿って車線変更するように車両の操舵を制御する技術が開示されている。

また、特許文献２には、道路の車線変更区間の直前に埋設された複数の磁気ネイルのＳ極とＮ極の適宜の組み合わせからなる磁気情報を磁気センサで検出することにより、車線変更区間の区間長および車線変更に必要な車両の横移動量の情報を取得し、この情報に基づいて車両が車線変更する際の走行目標ラインを認識する技術が開示されている。

さらに、特許文献３には、画像入力手段からの入力画像に基づいて隣接車線の区画線（白線）を抽出し、この区画線（白線）を基準線として車線変更の目標点を特定すると共に、その目標点への走行経路を区画線（白線）と水平線とのなす角度に基づいて生成する技術が開示されている。
特開平１０−１０５８８１号公報（段落００２６、図１） 特開平１０−１０５２３２号公報（段落００２２〜００２３、図１） 特許第２９８９６５１号公報（図２）

ところで、特許文献１や特許文献２に開示された技術は、磁気ネイル等の磁気発生器が埋設されている特定の道路を前提としているため、磁気発生器が埋設されていない一般道路では全く機能しない。また、特許文献３に開示された技術は、画像入力手段を備えた車両を対象としており、画像入力手段を備えていない車両には全く適用できない。そして、特許文献１〜３に開示された技術は、いずれも自車両の車線変更を自動的に行うための技術であり、他車両や障害物を回避するための自車両の進路変更には適用できない。

そこで、本発明は、一般道路における車線変更やその他の進路変更にも広く対応できる車両の目標進路変更軌跡生成装置を提供することを課題とする。

第１の発明に係る車両の目標進路変更軌跡生成装置は、自車両の位置情報を取得する自車位置情報取得手段と、自車両の進路変更先の位置情報を取得する進路変更先位置情報取得手段と、取得された自車両の位置情報と進路変更先の位置情報とに基づいて自車両の進路変更途中の目標通過位置を算出する目標通過位置算出手段と、算出された目標通過位置を自車両の位置と仮定して進路変更先との間の次の目標通過位置を逐次算出する目標通過位置逐次算出手段と、目標通過位置算出手段および目標通過位置逐次算出手段により算出された各目標通過位置の情報に基づいて自車両の進路変更の際の目標進路変更軌跡を生成する目標進路変更軌跡生成手段とを備えていることを特徴とする。

第１の発明に係る車両の目標進路変更軌跡生成装置では、自車位置情報取得手段が自車両の位置情報を取得し、進路変更先位置情報取得手段が自車両の進路変更先の位置情報を取得すると、取得された自車両の位置情報と進路変更先の位置情報とに基づいて目標通過位置算出手段が自車両の進路変更途中の目標通過位置を算出する。続いて、算出された目標通過位置を自車両の位置と仮定して目標通過位置逐次算出手段が進路変更先との間の次の目標通過位置を算出する。また、この目標通過位置逐次算出手段は、算出した目標通過位置を自車両の位置と仮定することで進路変更先との間の次の目標通過位置を逐次算出する。そして、目標通過位置算出手段および目標通過位置逐次算出手段により算出された各目標通過位置の情報に基づいて目標進路変更軌跡生成手段が自車両の進路変更の際の目標進路変更軌跡を生成する。

第１の発明に係る車両の目標進路変更軌跡生成装置において、進路変更先位置情報取得手段は、自車両の進路変更先の位置情報として、複数地点（走行路に沿った複数地点）の位置情報を取得するように構成されているのが好ましい。この場合、目標通過位置算出手段および目標通過位置逐次算出手段は、自車両の位置情報と進路変更先の複数地点（走行路に沿った複数地点）の位置情報とに基づいてそれぞれ目標通過位置を算出するため、目標進路変更軌跡生成手段が生成する目標進路変更軌跡は滑らかな軌跡となる。

ここで、第１の発明に係る車両の目標進路変更軌跡生成装置には、自車両の走行障害領域の位置情報を取得する走行障害領域情報取得手段を備えることができる。この場合、目標通過位置算出手段および目標通過位置逐次算出手段は、走行障害領域情報取得手段により取得された走行障害領域の位置情報に基づき、走行障害領域を回避するように自車両の進路変更途中の目標通過位置を算出するため、目標進路変更軌跡生成手段が生成する目標進路変更軌跡は自車両の走行障害領域を回避する軌跡となる。

一方、第２の発明に係る車両の目標進路変更軌跡生成装置は、自車両の位置情報を取得する自車位置情報取得手段と、自車両の進路変更の際の進路変更区間の前後の走行路の線形情報を取得する走行路線形情報取得手段と、この走行路線形情報取得手段により取得された走行路の線形情報に基づき、前記進路変更区間の前後の走行路に滑らかに連続する目標進路変更軌跡を生成する目標進路変更軌跡生成手段とを備えていることを特徴とする。

第２の発明に係る車両の目標進路変更軌跡生成装置では、自車位置情報取得手段が自車両の位置情報を取得し、走行路線形情報取得手段が自車両の進路変更の際の進路変更区間の前後の走行路の線形情報を取得すると、取得された走行路の線形情報に基づいて目標進路変更軌跡生成手段が進路変更区間の前後の走行路に滑らかに連続する目標進路変更軌跡を生成する。

第１の発明に係る車両の目標進路変更軌跡生成装置によれば、自車両の進路変更の際、自車両の位置情報と自車両の進路変更先の位置情報とに基づいて目標進路変更軌跡を生成することができ、一般道路における車線変更やその他の進路変更にも広く対応できる。

また、第２の発明に係る車両の目標進路変更軌跡生成装置によれば、自車両の進路変更の際、自車両の位置情報と自車両の進路変更の際の進路変更区間の前後の走行路の線形情報とに基づいて目標進路変更軌跡を生成することができ、一般道路における車線変更やその他の進路変更にも広く対応できる。そして、特に、目標進路変更軌跡として、進路変更区間の前後の走行路に滑らかに連続する目標進路変更軌跡を生成することができ、進路変更の際の車両の乗り心地の向上に寄与できる。

以下、図面を参照して本発明に係る車両の目標進路変更軌跡生成装置の最良の実施形態を説明する。この説明において、同一または同様の構成要素については、同一の符号を付して重複した説明を省略することがある。ここで、参照する図面において、図１は第１実施形態に係る目標進路変更軌跡生成装置を備えた車両を模式的に示す平面図、図２は図１に示した進路変更用ＥＣＵの機能を説明するブロック図である。

第１実施形態に係る車両の目標進路変更軌跡生成装置は、例えば図１に示すような自車両１に適用されることで、自車両１が走行路上で車線変更等の進路変更を行う際の目標進路変更軌跡を生成する装置であり、生成した目標進路変更軌跡に沿って自車両１を自動操舵することを可能とする。この目標進路変更軌跡生成装置は、自車両１に搭載されている例えばカーナビゲーションシステム２のＧＰＳ受信機２Ａおよびディスクドライブ２Ｂから情報が入力される進路変更用ＥＣＵ（Electric Control Unit）３を主体に構成されている。

カーナビゲーションシステム２のＧＰＳ受信機２Ａは、自車両１の二次元位置情報を受信してディスクドライブ２Ｂおよび進路変更用ＥＣＵ３に出力する。また、ディスクドライブ２Ｂは、ＧＰＳ受信機２Ａから入力される位置情報に基づき、予め道路地図情報が記録されている適宜のディスク（例えば、ＨＤ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭなど）から自車両１の位置に応じた道路地図情報を読み出してモニタ２Ｃおよび進路変更用ＥＣＵ３に出力する。なお、道路地図情報は、路側インフラ装置や他車両との通信、あるいは自車両の走行履歴を利用して取得してもよい。

進路変更用ＥＣＵ３は、入出力インターフェースＩ／Ｏ、Ａ／Ｄコンバータ、プログラムおよびデータを記憶したＲＯＭ(Read Only Memory)、入力データ等を一時記憶するＲＡＭ(Random Access Memory)、プログラムを実行するＣＰＵ(Central Processing Unit)等をハードウェアとして備えたマイクロコンピュータである。この進路変更用ＥＣＵ３には、図２に示すように、自車位置情報取得部３Ａ、進路変更先位置情報取得部３Ｂ、目標通過位置算出部３Ｃ、目標通過位置逐次算出部３Ｄ、目標進路変更軌跡生成部３Ｅ、目標進路変更軌跡出力部３Ｆがソフトウェアとして構成されている。

自車位置情報取得部３Ａは、ＧＰＳ受信機２Ａから自車両１の位置情報が入力され、ディスクドライブ２Ｂから自車両１の現在位置付近の地図情報が入力されることにより、自車両１が走行する道路上における自車両１の現在位置の情報を取得する。すなわち、自車両１が図３に示す道路の右車線ＬＲを走行している場合、その右車線ＬＲ上における自車両１の重心Ｇの現在位置Ｐの情報を取得する。

進路変更先位置情報取得部３Ｂは、ＧＰＳ受信機２Ａから自車両１の位置情報が入力され、ディスクドライブ２Ｂから自車両１の現在位置付近の道路地図情報が入力されることにより、自車両１が走行する道路上における自車両１の前方の進路変更先の位置情報を取得する。

その際、進路変更先位置情報取得部３Ｂは、進路変更先の走行路に沿った複数地点の位置情報を取得する。すなわち、進路変更先位置情報取得部３Ｂは、自車両１が図３に示す道路の右車線ＬＲを走行している場合、隣接する左車線ＬＬの一点鎖線で示す中心線に沿った複数地点Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３…の位置情報を取得する。

ここで、自車位置情報取得部３Ａが取得する自車両１の重心Ｇの現在位置Ｐの情報は、自車両１の進行方向をＸ軸方向としたＸＹ座標において（ｘ_ｋ，ｙ_ｋ）で与えられる。また、進路変更先位置情報取得部３Ｂが取得する複数地点Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３…の位置情報は、同様のＸＹ座標において（ａ_ｍ，ｂ_ｍ）、（ａ_ｍ＋１，ｂ_ｍ＋１）、（ａ_ｍ＋２，ｂ_ｍ＋２）…で与えられる。

目標通過位置算出部３Ｃは、自車位置情報取得部３Ａが取得した自車両１の重心Ｇの現在位置Ｐ（ｘ_ｋ，ｙ_ｋ）の情報と、進路変更先位置情報取得部３Ｂが取得した複数地点Ｓ１（ａ_ｍ，ｂ_ｍ）、Ｓ２（ａ_ｍ＋１，ｂ_ｍ＋１）、Ｓ３（ａ_ｍ＋２，ｂ_ｍ＋２）…の位置情報とが入力されることにより、自車両１の進路変更途中の重心Ｇの目標通過位置Ｐ１を算出する。

この目標通過位置Ｐ１の算出は、図３に示した自車両１の現在位置Ｐ（ｘ_ｋ，ｙ_ｋ）の重心Ｇに対して進路変更先の複数地点Ｓ１（ａ_ｍ，ｂ_ｍ）、Ｓ２（ａ_ｍ＋１，ｂ_ｍ＋１）、Ｓ３（ａ_ｍ＋２，ｂ_ｍ＋２）…からそれぞれ破線で示す距離Ｌ_ｍ，Ｌ_ｍ+１，Ｌ_ｍ+２…の平方(二乗)に反比例する引力Ｆ_ｍ、Ｆ_ｍ＋１、Ｆ_ｍ＋２、Ｆ_ｍ＋３…（図４、図５参照）が作用するものと仮定し、これらの引力Ｆ_ｍ、Ｆ_ｍ＋１、Ｆ_ｍ＋２、Ｆ_ｍ＋３…の合力Ｆ１が速度ベクトルＶ１を有する自車両１の重心Ｇに作用することで速度ベクトルＶ１がＶ２へと変化し（図６参照）、所定時間後の自車両１の重心Ｇが白抜き矢印（図３参照）のように引き寄せられるものと仮定して行う。

ここで、図４、図５は、自車両１の現在位置Ｐ（ｘ_ｋ，ｙ_ｋ）の重心Ｇに対して作用する引力Ｆ_ｍ、Ｆ_ｍ＋１、Ｆ_ｍ＋２、Ｆ_ｍ＋３…の一例を示しており、図４に示すように進路変更先の地点Ｓ１（ａ_ｍ，ｂ_ｍ）から作用するものと仮定される引力Ｆ_ｍは、自車両１の進行方向に沿う分力（ｘ成分）をＦ_ｍ（ｘ）、これに直交する分力（ｙ成分）をＦ_ｍ（ｙ）としたとき、以下の数１の式で求められる。また、図５に示すように進路変更先の地点Ｓ２（ａ_ｍ＋１，ｂ_ｍ＋１）から作用するものと仮定される引力Ｆ_ｍ＋１は、そのｘ成分をＦ_ｍ＋１（ｘ）、ｙ成分をＦ_ｍ＋１（ｙ）としたとき、以下の数２の式で求められる。

なお、数１および数２の式において、Ｑは自車両１が引力Ｆ_ｍ、Ｆ_ｍ＋１によって引かれる際の引かれ易さを示す反応パラメータであって、等価的には自車両１の慣性力の係数である。また、ｑ_ｍ、ｑ_ｍ＋１は進路変更先地点Ｓ１（ａ_ｍ，ｂ_ｍ）、Ｓ２（ａ_ｍ，ｂ_ｍ）への作用力パラメータである。ここで、反応パラメータＱを前述した距離Ｌ_ｍ，Ｌ_ｍ+１，Ｌ_ｍ+２…に応じて漸減させれば、進路変更先地点Ｓ１（ａ_ｍ，ｂ_ｍ）、Ｓ２（ａ_ｍ＋１，ｂ_ｍ＋１）…への収束性が安定する。

そして、引力Ｆ_ｍ＋２、Ｆ_ｍ＋３…も数２と同様の式で求められ、こうして求められた引力Ｆ_ｍ、Ｆ_ｍ＋１、Ｆ_ｍ＋２、Ｆ_ｍ＋３…の合成引力Ｆ１は、自車両１の進行方向に沿う分力（ｘ成分）をＦ_ａｌｌ（ｘ）、これに直交する分力（ｙ成分）をＦ_ａｌｌ（ｙ）としたとき、以下の数３の式で求められる。

ここで、目標通過位置算出部３Ｃは、数３の式で求めた引力Ｆ_ｍ、Ｆ_ｍ＋１、Ｆ_ｍ＋２、Ｆ_ｍ＋３…の合力Ｆ１の速度ベクトルを自車両１の速度ベクトルＶ１に加算して速度ベクトルＶ２を求め、この速度ベクトルＶ２のＸ，Ｙ座標（ｘ，ｙ）から図３に示した目標通過位置Ｐ１を算出する。

この場合、目標通過位置算出部３Ｃは、質量をｍ、質量ｍに作用する力をｆ、質量ｍの加速度をａ、速度をｖ、単位時間をΔｔとしたとき、ｆ＝ｍ×ａ＝ｍ×ｖ／Δｔの一般式から導かれるｖ＝（ｆ／ｍ）×Δｔの式に基づいて合力Ｆ１の速度ベクトルを求める。すなわち、図６に示すように合力Ｆ１のｘ成分をＦ_ｘ１、ｙ成分をＦ_ｙ１としたとき、ｘ成分Ｆ_ｘ１の速度ベクトルとして（Ｆ_ｘ１／ｍ）×Δｔを求め、ｙ成分Ｆ_ｙ１の速度ベクトルとして（Ｆ_ｙ１／ｍ）×Δｔを求める。

そして、目標通過位置算出部３Ｃは、図６に示すように自車両１の速度ベクトルＶ１のｘ成分をＶ_ｘ１、ｙ成分をＶ_ｙ１とし、速度ベクトルＶ２のｘ成分をＶ_ｘ２、ｙ成分をＶ_ｙ２として、以下の数４の一連の式により速度ベクトルＶ２を求め、この速度ベクトルＶ２のＸ，Ｙ座標（ｘ，ｙ）から図３に示した目標通過位置Ｐ１を算出する。

目標通過位置逐次算出部３Ｄは、進路変更先位置情報取得部３Ｂが取得した複数地点Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４…の位置情報と、目標通過位置算出部３Ｃが算出した目標通過位置Ｐ１の情報が入力されることにより、その目標通過位置Ｐ１を自車両１の重心Ｇの現在位置と仮定して進路変更先の複数地点Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４…との間の次の目標通過位置Ｐ２を算出する（図３参照）。この目標通過位置Ｐ２の算出は、前述した目標通過位置算出部３Ｃによる目標通過位置Ｐ１の算出と同様に行われる。

すなわち、目標通過位置逐次算出部３Ｄは、図７に示すように、目標通過位置算出部３Ｃが求めた速度ベクトルＶ２のｘ成分をＶ_ｘ２、ｙ成分をＶ_ｙ２とし、目標通過位置Ｐ１における自車両１の重心Ｇに作用する合力Ｆ２のｘ成分をＦ_ｘ２、ｙ成分をＦ_ｙ２とし、この合力Ｆ２の作用によって変化した速度ベクトルＶ３のｘ成分をＶ_ｘ３、ｙ成分をＶ_ｙ３として、以下の数５の一連の式により速度ベクトルＶ３を求め、この速度ベクトルＶ３のＸ，Ｙ座標（ｘ，ｙ）から図３に示した目標通過位置Ｐ２を算出する。

そして、この目標通過位置逐次算出部３Ｄは、図８に示すように、自身が算出した目標通過位置Ｐ２を自車両１の重心Ｇの現在位置と仮定して進路変更先の複数地点Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５…との間の次の目標通過位置Ｐ３を算出し、以下、同様の演算を繰り返して目標通過位置Ｐ４…を逐次算出する。

目標進路変更軌跡生成部３Ｅは、目標通過位置算出部３Ｃが算出した目標通過位置Ｐ１および目標通過位置逐次算出部３Ｄが算出した各目標通過位置Ｐ２、Ｐ３…の情報が入力されることにより、これらの情報に基づいて自車両１の進路変更の際の目標進路変更軌跡Ｔ（図３参照）を生成する。すなわち、各目標通過位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３…の前後３点を通る円弧を円の方程式から算出し、この円弧により滑らかに連続する曲線として目標進路変更軌跡Ｔを生成する。

目標進路変更軌跡出力部３Ｆは、目標進路変更軌跡生成部３Ｅから目標進路変更軌跡Ｔの情報が入力されることにより、その目標進路変更軌跡Ｔの情報を図１に示した自車両１に搭載されている例えば操舵制御用ＥＣＵ４に出力する。これにより、自車両１は、図３に示した目標進路変更軌跡Ｔに沿って自動操舵可能となる。

以上のように構成された第１実施形態の車両の目標進路変更軌跡生成装置では、例えば図３に示す右車線ＬＲから隣接する左車線ＬＬへ自車両１が車線変更する際、まず、図２に示した進路変更用ＥＣＵ３の自車位置情報取得部３Ａが自車両１の重心Ｇの現在位置Ｐ（ｘ_ｋ，ｙ_ｋ）の情報を取得し、進路変更先位置情報取得部３Ｂが自車両１の進路変更先の位置情報として、左車線ＬＬの中心線に沿った複数地点Ｓ１（ａ_ｍ，ｂ_ｍ）、Ｓ２（ａ_ｍ＋１，ｂ_ｍ＋１）、Ｓ３（ａ_ｍ＋２，ｂ_ｍ＋２）…の位置情報を取得する。

続いて、目標通過位置算出部３Ｃが自車両１の進路変更途中の重心Ｇの目標通過位置Ｐ１を算出し、目標通過位置逐次算出部３Ｄが各目標通過位置Ｐ２、Ｐ３…を逐次算出する。そして、各目標通過位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３…の前後３点を円弧により滑らかに連続させた曲線の目標進路変更軌跡Ｔを目標進路変更軌跡生成部３Ｅが生成し、この目標進路変更軌跡Ｔの情報を目標進路変更軌跡出力部３Ｆが操舵制御用ＥＣＵ４に出力する。

すなわち、第１実施形態の車両の目標進路変更軌跡生成装置によれば、自車両１の進路変更の際、自車両１の現在位置Ｐ（ｘ_ｋ，ｙ_ｋ）の情報と、自車両１の進路変更先の複数地点Ｓ１（ａ_ｍ，ｂ_ｍ）、Ｓ２（ａ_ｍ＋１，ｂ_ｍ＋１）、Ｓ３（ａ_ｍ＋２，ｂ_ｍ＋２）…の位置情報とに基づいて目標進路変更軌跡Ｔを生成することができ、この目標進路変更軌跡Ｔに沿って自動操舵可能となるため、一般道路における車線変更やその他の進路変更にも広く対応できる。

次に、第２実施形態に係る車両の目標進路変更軌跡生成装置を説明する。この目標進路変更軌跡生成装置は、図２に示した進路変更用ＥＣＵ３の機能を若干変更したものであり、その他は第１実施形態と略同様に構成されているため、同様の構成部分については同一符号を付して詳細な説明を省略する。

第２実施形態に係る車両の目標進路変更軌跡生成装置は、図９に示す進路変更用ＥＣＵ３を備えている。この進路変更用ＥＣＵ３には、図２に示した進路変更用ＥＣＵ３と同様の自車位置情報取得部３Ａ、進路変更先位置情報取得部３Ｂ、目標通過位置算出部３Ｃ、目標通過位置逐次算出部３Ｄ、目標進路変更軌跡生成部３Ｅ、目標進路変更軌跡出力部３Ｆに加えて走行障害領域情報取得部３Ｇが走行障害領域情報取得手段として構成されている。

走行障害領域情報取得部３Ｇには、ＧＰＳ受信機２Ａから自車両１の位置情報が入力され、ディスクドライブ２Ｂから自車両１の現在位置付近の道路地図情報が入力され、自車両１に搭載されているミニ波レーダ装置やＣＣＤカメラ装置などの障害物検出装置５から自車両１と障害物などの走行障害領域との距離情報が入力される。

この走行障害領域情報取得部３Ｇは、入力された自車両１の位置情報、自車両１の現在位置付近の道路地図情報および自車両１と走行障害領域との距離情報に基づき、自車両１が走行する道路上の前方の走行障害領域の位置情報を取得して目標通過位置算出部３Ｃおよび目標通過位置逐次算出部３Ｄに出力する。例えば図１０に示す道路の右車線ＬＲを自車両１が走行しているとき、その右車線ＬＲ上の前方に故障車両や道路工事現場などの走行障害領域ＯＢが存在する場合には、その走行障害領域ＯＢの位置情報を取得して目標通過位置算出部３Ｃおよび目標通過位置逐次算出部３Ｄに出力する。

ここで、目標通過位置算出部３Ｃおよび目標通過位置逐次算出部３Ｄは、前述したと同様に自車両１の目標通過位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４…を算出するのであるが、走行障害領域情報取得部３Ｇから走行障害領域ＯＢの位置情報が入力されると、走行障害領域ＯＢを回避するように修正して自車両１の目標通過位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４…を算出する。

この走行障害領域ＯＢを回避する目標通過位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４…の算出は、例えば図１０に示す走行障害領域ＯＢから自車両１の重心Ｇに対して相互間の距離の平方(二乗)に反比例する斥力（点線矢印で表示）が作用するものと仮定し、この斥力と進路変更先の複数地点…Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５…からの引力（太線矢印で表示）との合成ベクトルが最終的に自車両１の重心Ｇに働くものと仮定して行う。

例えば図１１に示すように、目標通過位置Ｐ２の自車両１の重心Ｇに対し、進路変更先の複数地点Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５からそれぞれ矢印で示す引力が作用し、走行障害領域ＯＢから点線矢印で示す斥力が作用するものと想定される場合、目標通過位置Ｐ２の算出は、図１２に示すように、複数地点Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５からの引力の合成引力ベクトル（Ｆ_ａｌｌ（ｘ），Ｆ_ａｌｌ（ｙ））と、走行障害領域ＯＢからの合成斥力ベクトル（Ｆ_ｒｅｐ（ｘ），Ｆ_ｒｅｐ（ｙ））との合成ベクトル（（Ｆ_ａｌｌ（ｘ）＋Ｆ_ｒｅｐ（ｘ）），（Ｆ_ａｌｌ（ｙ）＋Ｆ_ｒｅｐ（ｙ）））が自車両１の重心Ｇに作用するものと仮定して行う。

ここで、走行障害領域ＯＢからの合成斥力ベクトルは、走行障害領域ＯＢの各部位からの斥力の合力であり、各部位の危険度は異なる。そこで、前述した数式１および数式２と同様の式により走行障害領域ＯＢの各部位から自車両１の重心Ｇに作用する斥力Ｆ_ｍ、Ｆ_ｍ＋１、Ｆ_ｍ＋２、Ｆ_ｍ＋３…を求める場合、走行障害領域ＯＢの各部位毎に異なる重み付けをする。例えば、走行障害領域ＯＢの各部位のＸ座標をａ２_ｍ、ａ２_ｍ＋１…、Ｙ座標をａ２_ｍ、ａ２_ｍ＋１…、重み付けをＷ_ｍ、Ｗ_ｍ＋１…として、以下の数６および数７の式により走行障害領域ＯＢの各部位から自車両１の重心Ｇに作用する斥力Ｆ_ｍ、Ｆ_ｍ＋１…を求める。なお、斥力Ｆ_ｍ＋２、Ｆ_ｍ＋３…も数７と同様の式で求める。

このように構成された第２実施形態の車両の目標進路変更軌跡生成装置では、例えば図１０に示す道路の右車線ＬＲを自車両１が走行しているとき、その右車線ＬＲ上の前方に故障車両や道路工事現場などの走行障害領域ＯＢが存在すると、自車両１に搭載されているミニ波レーダ装置やＣＣＤカメラ装置などの障害物検出装置５が自車両１と走行障害領域ＯＢとの距離を検出して走行障害領域情報取得部３Ｇに出力する。

そして、走行障害領域情報取得部３Ｇが走行障害領域ＯＢの位置情報を目標通過位置算出部３Ｃおよび目標通過位置逐次算出部３Ｄに出力すると、目標通過位置算出部３Ｃおよび目標通過位置逐次算出部３Ｄは、走行障害領域ＯＢを回避するように修正して自車両１の目標通過位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４…を算出する。

従って、第２実施形態の車両の目標進路変更軌跡生成装置によれば、自車両１の走行障害領域ＯＢを回避した安全な目標進路変更軌跡Ｔを生成することができ、より安全な自動操舵を可能とする。

続いて、第３実施形態に係る車両の目標進路変更軌跡生成装置を説明する。この目標進路変更軌跡生成装置は、図２に示した進路変更用ＥＣＵ３の機能を変更したものであり、図１３に示す進路変更用ＥＣＵ３を備えている。その他は第１実施形態と略同様に構成されているため、同様の構成部分については同一符号を付して詳細な説明を省略する。

図１３に示すように、進路変更用ＥＣＵ３には、自車位置情報取得部３Ａ、走行路線形情報取得部３Ｈ、進路変更軌跡パターン記憶部３Ｉ、目標進路変更軌跡生成部３Ｊ、目標進路変更軌跡出力部３Ｆが構成されている。ここで、自車位置情報取得部３Ａおよび目標進路変更軌跡出力部３Ｆは、図２に示したものと同様の機能を有するため、その説明は省略し、走行路線形情報取得部３Ｈ、進路変更軌跡パターン記憶部３Ｉおよび目標進路変更軌跡生成部３Ｊについて説明する。

走行路線形情報取得部３Ｈには、ＧＰＳ受信機２Ａから自車両１の位置情報が入力され、ディスクドライブ２Ｂから自車両１の現在位置付近の道路地図情報が入力される。この走行路線形情報取得部３Ｈは、入力された自車両１の位置情報および自車両１の現在位置付近の道路地図情報に基づき、自車両１の進路変更の際の進路変更区間の前後の走行路の線形情報を取得する。

例えば、走行路線形情報取得部３Ｈは、自車両１が図１４に示すように左に折れ曲がった道路の右車線ＬＲから左車線ＬＬに車線変更する際、車線(進路)変更区間の開始点側となる右車線ＬＲの直線ＳＬの開始線形情報と、車線(進路)変更区間の終了点側の左に折れ曲がった左車線ＬＬの直線ＳＬの終了線形情報とを取得する。

進路変更軌跡パターン記憶部３Ｉには、例えば図１５の（ａ)〜（ｇ)に示すような種々の進路変更軌跡パターンが記憶されている。ここで、自車両１の進行方向に対して左側および左回転を（＋）、右側および右回転を（−）と定義すると、図１５の（ａ)に示す進路変更軌跡パターンは、進路変更開始点側の直線の開始線形と、この直線の開始線形に対して角度をなす進路変更終了点側の直線の終了線形との間を２つの凸曲線で結んだ「直線―凸^＋―凸⁻―直線」のパターンである。

図１５の（ｂ)に示す進路変更軌跡パターンは、直線の開始線形と、この直線の開始線形に平行な直線の終了線形との間を２つの凸曲線および２つの凹曲線で結んだ「直線―凸^＋―凸⁻―凹^＋―凹⁻―直線」のパターンである。また、図１５の（ｃ)に示す進路変更軌跡パターンは、直線の開始線形と円弧の終了線形との間を１つの凸曲線で結んだ「直線―凸^＋―円弧線」のパターンである。

図１５の（ｄ)に示す進路変更軌跡パターンは、直線の開始線形と円弧の終了線形との間を２つの凸曲線と１つの凹曲線で結んだ「直線―凸^＋―円弧線」のパターンである。また、図１５の（ｅ)に示す進路変更軌跡パターンは、円弧の開始線形と円弧の終了線形との間を２つの凸曲線で結んだ「円弧線―凸⁻―凸^＋―円弧線」のパターンである。

図１５の（ｆ)に示す進路変更軌跡パターンは、円弧の開始線形と円弧の終了線形との間を１つの凸曲線と１つの凹曲線で結んだ「円弧線―凸⁻―凹^＋―円弧線」のパターンである。また、図１５の（ｇ)に示す進路変更軌跡パターンは、円弧の開始線形と円弧の終了線形との間を１つの凸曲線で結んだ「円弧線―凸⁻―円弧線」のパターンである。

目標進路変更軌跡生成部３Ｊには、走行路線形情報取得部３Ｈから進路変更区間の前後の開始線形および終了線形の情報が入力される。この目標進路変更軌跡生成部３Ｊは、入力された開始線形および終了線形に応じ、その開始線形および終了線形に滑らかに連続する緩和曲線（クロソイド曲線）の目標進路変更軌跡を生成する。その際、目標進路変更軌跡生成部３Ｊは、進路変更軌跡パターン記憶部３Ｉを参照することで、これに記憶されている種々の進路変更軌跡パターンから最適の進路変更軌跡パターンを選択して目標進路変更軌跡を生成する。

すなわち、目標進路変更軌跡生成部３Ｊは、走行路線形情報取得部３Ｈから入力された開始線形および終了線形を図１６に示すＸＹ座標系に変換し、このＸＹ座標系に基づく種々の判別式を用いて進路変更軌跡パターン記憶部３Ｉに記憶された種々の進路変更軌跡パターン（図１５参照）から最適の進路変更軌跡パターンを選択する。

なお、図１６に示すＸＹ座標系において、ａ，ｂ，ｃは進路変更開始点（０，０）の開始線形、イ，ロ，ハは進路変更終了点（ｐ，ｑ）の終了線形、θは進路変更終了点（ｐ，ｑ）における終了線形の接線方向角度をそれぞれ示している。また、Ｒｏは進路変更開始点（０，０）における開始線形の曲線半径、Ｒｉは進路変更終了点（ｐ，ｑ）における終了線形の曲線半径、（Ｘｏ，Ｙｏ）は開始線形の曲線の中心座標、（Ｘｉ，Ｙｉ）は終了線形の曲線の中心座標をそれぞれ示している。

ここで、目標進路変更軌跡生成部３Ｊは、表１に示すように、開始線形と終了線形との組み合わせに応じ、所定の判別式を用いて図１５の（ａ)〜（ｇ)に示す進路変更軌跡パターンから最適の進路変更軌跡パターンを選択する。例えば図１６に示す開始線形が直線のｂ、終了線形が直線のイであって、終了線形の接線方向角度θがθ≠０の判別式に適合する場合には、図１５の（ａ)の進路変更軌跡パターンを選択する。

そして、目標進路変更軌跡生成部３Ｊは、選択した進路変更軌跡パターンに基づいて目標進路変更軌跡Ｔを生成する。例えば、図１５の（ａ)に示す進路変更軌跡パターンに基づいて目標進路変更軌跡Ｔを生成する場合、目標進路変更軌跡生成部３Ｊは、図１６に示す進路変更開始点（０，０）および進路変更終了点（ｐ，ｑ）からそれぞれ緩和曲線を延伸し、双方線分が一点で交わり、かつ、曲率が連続するように逐次演算を行って目標進路変更軌跡Ｔを生成する。この緩和曲線は、例えば自車両１が等速度で走行している場合に横加速度が一定となるようなクロソイド曲線であり、進路変更区間の前後の開始線形および終了線形に滑らかに連続する。

なお、図１５の（ａ)〜（ｇ)に示した進路変更軌跡パターンに基づいて目標進路変更軌跡Ｔを生成する場合の緩和曲線の演算条件を示すと、図１５の（ａ)の進路変更軌跡パターンに対応した緩和曲線の演算条件は、「延伸両点での曲率中心座標の一致」、「曲率一致」、「延伸両点の座標一致」である。

図１５の（ｂ)の進路変更軌跡パターンに対応した緩和曲線の演算条件は、「全緩和屈曲の端点方向角一致」、「全緩和屈曲の端点座標一致」である。図１５の（ｃ)の進路変更軌跡パターンに対応した緩和曲線の演算条件は、「延伸両点での曲率中心座標の一致」、「半径一致」、「延伸両点の座標一致」である。

図１５の（ｄ)の進路変更軌跡パターンに対応した緩和曲線の演算条件は、進路変更開始点側から全緩和屈曲を延伸し、進路変更終了点側から緩和屈曲を延伸して曲率が０となった点における「延伸両点での端点方向角一致」、「両端点の座標一致」である。

図１５の（ｅ)の進路変更軌跡パターンに対応した緩和曲線の演算条件は、進路変更開始点および進路変更終了点の両側から緩和曲線を延伸して曲率が０となった点における「延伸両点での端点方向角一致」、「両端点の座標一致」である。図１５の（ｅ)の進路変更軌跡パターンに対応した緩和曲線の演算条件は、進路変更開始点および進路変更終了点の両側から緩和曲線を延伸して曲率が０となった点における「延伸両点での端点方向角一致」、「両端点の座標一致」である。

図１５の（ｆ)の進路変更軌跡パターンに対応した緩和曲線の演算条件は、進路変更開始点および進路変更終了点の両側から緩和曲線を延伸して曲率が０となった点における「延伸両点での端点方向角一致」、「両端点の座標一致」である。そして、図１５の（ｇ)の進路変更軌跡パターンに対応した緩和曲線の演算条件は、「延伸両点での曲率中心座標の一致」、「半径一致」、「延伸両点の座標一致」である。

以上のように構成された第３実施形態の車両の目標進路変更軌跡生成装置では、例えば図１４に示す右車線ＬＲから隣接する左車線ＬＬへ自車両１が車線変更する際、まず、図１３に示した進路変更用ＥＣＵ３の自車位置情報取得手段３Ａが自車両１の位置情報を取得し、走行路線形情報取得部３Ｈが自車両１の進路変更の際の進路変更区間の前後の走行路の線形情報を取得する。

続いて、取得された走行路の線形情報に基づいて目標進路変更軌跡生成部３Ｊが進路変更区間の前後の走行路に滑らかに連続するクロソイド曲線の目標進路変更軌跡Ｔを生成し、この目標進路変更軌跡Ｔの情報を目標進路変更軌跡出力部３Ｆに出力する。

従って、第３実施形態の車両の目標進路変更軌跡生成装置によれば、自車両１の進路変更の際、自車両１の位置情報と自車両１の進路変更の際の進路変更区間の前後の走行路の線形情報とに基づいて目標進路変更軌跡Ｔを生成することができ、この目標進路変更軌跡Ｔに沿って自動操舵可能となるため、一般道路における車線変更やその他の進路変更にも広く対応できる。そして、特に、目標進路変更軌跡Ｔとして、進路変更区間の前後の走行路に滑らかに連続するクロソイド曲線の目標進路変更軌跡Ｔを生成することができ、進路変更の際の車両の乗り心地の向上に寄与できる。

本発明に係る車両の目標進路変更軌跡生成装置は、前述した各実施形態に限定されるものではない。例えば、目標進路変更軌跡Ｔの生成は、図１７に示すように、進路変更先走行路ＬＬの中心線ＣＬに対する自車両１の重心位置のオフセット量ｙｉをＷから０に緩やかに減少させる軌跡として生成してもよい。なお、Ｗは、進路変更元走行路ＬＲの中心線ＣＬと進路変更先走行路ＬＬの中心線ＣＬとの間隔である。

本発明の第１実施形態に係る目標進路変更軌跡生成装置を備えた車両を模式的に示す平面図である。 図１に示した進路変更用ＥＣＵの機能を説明するブロック図である。 図２に示した進路変更用ＥＣＵが生成する目標進路変更軌跡を説明する自車両の走行路の平面図である。 図１に示した進路変更先の地点Ｓ１から自車両の重心に作用する引力Ｆ_ｍを説明する線図である。 図１に示した進路変更先の地点Ｓ２から自車両の重心に作用する引力Ｆ_ｍ＋１を説明する線図である。 図２に示した目標通過位置算出部が図３に示した目標通過位置Ｐ１を算出する方法を説明する線図である。 図２に示した目標通過位置逐次算出部が図３に示した目標通過位置Ｐ２を算出する方法を説明する線図である。 図２に示した目標通過位置逐次算出部が逐次算出する複数の目標通過位置を示す線図である。 本発明の第２実施形態に係る目標進路変更軌跡生成装置の要部である進路変更用ＥＣＵの機能を説明するブロック図である。 図９に示した進路変更用ＥＣＵが生成する目標進路変更軌跡を説明する自車両の走行路の平面図である。 図１０に示した進路変更先の複数地点から自車両に作用する合成引力および走行障害領域から自車両に作用する合成斥力を説明する線図である。 図１１に示した合成引力と合成斥力との合成ベクトルを拡大して示す線図である。 本発明の第３実施形態に係る目標進路変更軌跡生成装置の要部である進路変更用ＥＣＵの機能を説明するブロック図である。 図１３に示した進路変更用ＥＣＵが生成する目標進路変更軌跡を説明する自車両の走行路の平面図である。 図１３に示した進路変更軌跡パターン記憶部に記憶されている種々の進路変更軌跡パターンを示す線図である。 図１３に示した目標進路変更軌跡生成部が開始線形および終了線形を座標変換するＸＹ座標系の線図である。 他の実施形態に係る目標進路変更軌跡生成装置が生成する目標進路変更軌跡を説明する自車両の走行路の平面図である。

符号の説明

１…自車両、２…カーナビゲーションシステム、２Ａ…ＧＰＳ受信機、２Ｂ…ディスクドライブ、３…進路変更用ＥＣＵ、３Ａ…自車位置情報取得部、３Ｂ…進路変更先位置情報取得部、３Ｃ…目標通過位置算出部、３Ｄ…目標通過位置逐次算出部、３Ｅ…目標進路変更軌跡生成部、３Ｆ…目標進路変更軌跡出力部、３Ｇ…走行路形状情報取得部、３Ｈ…走行路線形情報取得部、３Ｉ…進路変更軌跡パターン記憶部、３Ｊ…目標進路変更軌跡生成部。

Claims (4)

1. 自車両の位置情報を取得する自車位置情報取得手段と、自車両の進路変更先の位置情報を取得する進路変更先位置情報取得手段と、取得された自車両の位置情報と進路変更先の位置情報とに基づいて自車両の進路変更途中の目標通過位置を算出する目標通過位置算出手段と、算出された目標通過位置を自車両の位置と仮定して進路変更先との間の次の目標通過位置を逐次算出する目標通過位置逐次算出手段と、前記目標通過位置算出手段および目標通過位置逐次算出手段により算出された各目標通過位置の情報に基づいて自車両の進路変更の際の目標進路変更軌跡を生成する目標進路変更軌跡生成手段とを備えていることを特徴とする車両の目標進路変更軌跡生成装置。
2. 前記進路変更先位置情報取得手段は、自車両の進路変更先の位置情報として、複数地点の位置情報を取得することを特徴とする請求項１に記載の車両の目標進路変更軌跡生成装置。
3. 自車両の走行障害領域の位置情報を取得する走行障害領域情報取得手段を備え、前記目標通過位置算出手段および前記目標通過位置逐次算出手段は、前記走行障害領域情報取得手段により取得された走行障害領域の位置情報に基づき、走行障害領域を回避するように自車両の進路変更途中の目標通過位置を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の車両の目標進路変更軌跡生成装置。
4. 自車両の位置情報を取得する自車位置情報取得手段と、自車両の進路変更の際の進路変更区間の前後の走行路の線形情報を取得する走行路線形情報取得手段と、この走行路線形情報取得手段により取得された走行路の線形情報に基づき、前記進路変更区間の前後の走行路に滑らかに連続する目標進路変更軌跡を生成する目標進路変更軌跡生成手段とを備えていることを特徴とする車両の目標進路変更軌跡生成装置。

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