JP2010155546A - 車両制御装置および車両制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】処理能力や処理時間に制限がある車両に搭載された車両制御装置において、最適化演算を用いて理想走行軌跡を算出する場合、走行条件に対する一定の精度を担保しつつ限られた時間内で演算を完了させることができる車両制御装置および走行軌跡演算方法を提供することができる車両制御装置および車両制御方法を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明は、走行軌跡を車両の運動条件および道路の形状条件を含む設定条件に収めるための第１の収束演算を収束させる演算回数に基づき第２の収束演算の実行可能回数を演算し、演算された実行可能回数と、拘束条件についての評価関数の初期値と、第２の収束演算毎の拘束条件についての評価関数の減少係数と、に基づいて、第２の収束演算を終了するための閾値を設定する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、車両制御装置および車両制御方法に関する。

従来、コーナーを最短時間で通過するため、通過時間を評価関数として設定し、最適化手法を用いて理想軌跡の演算を行う方法が開発されている。

例えば、非特許文献１には、人工衛星やシャトルなどの最適軌跡演算に使用されているＳＣＧＲＡ（Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ Ｃｏｎｊｕｇａｔｅ Ｇｒａｄｉｅｎｔ−Ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）を自動車の運動計算に応用することにより、自動車の運動性状や運転制御方法について考察して、前後輪ともに独立に制御できる自動車が、ヘアピンカーブのコーナリングを最短時間で行うと想定した場合の計算を行っており、パラメータを変化させた場合における運動性状の変化を論じている。

また、特許文献１には、無人搬送システム等の移動体の経路構成の設計にあたり、常に最適値に近い設計を誰にでも容易に行えることを可能とするために、予め複数の経路構成候補を記憶するデータベースから、要求仕様に近い１または複数の経路構成候補を選択し、ここで選択された経路構成候補を生成し、遺伝的アルゴリズムなどの最適化手法により新たな経路構成候補を生成し、新たに生成された経路構成候補を含む全候補の中から、評価関数などを用いて最も望ましい経路構成候補を選択し、経路構成候補の構成部品の幾つかを所定のルールに基づいて他の構成部品に交換することによって要求仕様に近い構成を求めて最適解を出力することが開示されている。

特開２０００−６６７２３号公報 藤岡健彦 江守大昌著 「最短時間コーナリング法に関する理論的研究 −第４報 状態量不等式拘束を用いた道路条件の導入−」自動車技術会論文集 Ｖｏｌ．２４， Ｎｏ．３， Ｊｕｌｙ １９９３， Ｐ．１０６−１１１．

しかしながら、特許文献１や非特許文献１に記載の方法では、最適化演算を用いて自動車の走行軌跡を算出する場合、机上で計算する場合が想定されており、精度を重視した計算、すなわち、走行条件（例えば、最短時間での走行等）に対する最適な経路の算出という精度の追及のみを主眼としており、計算にかかる時間に関しては考慮されていない。したがって、車両上のオンラインで計算が行われ、演算を実行する車載計算機のスペックや計算ロジックに依存する計算の許容時間に制限がある場合、これらの従来手法では、一定の精度を担保しつつ許容時間内に演算を完了させ、車両の性能や道路の形状に適した理想的な走行軌跡を出力することが困難であり、無理な形で走行軌跡が生成されてしまう恐れがあるという問題があった。

本発明は、前記問題点に鑑みてなされたもので、処理能力や処理時間に制限がある車両に搭載された等の場合であっても、最適化演算等を用いて理想走行軌跡を算出する場合、評価式の収束条件の閾値を計算許容時間内で計算が終了できるような値に設定することで、走行条件に対する一定の精度を担保しつつ限られた時間内で演算を完了させることができる車両制御装置および走行軌跡演算方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる車両制御装置は、車両の運動条件および道路の形状条件を含む設定条件、および、走行軌跡の優先条件を含む拘束条件に従って、前記走行軌跡を前記設定条件に収めるための第１の収束演算および前記拘束条件に収めるための第２の収束演算を実行する、少なくとも制御部を備えた車両制御装置であって、前記制御部は、前記第１の収束演算を収束させる演算回数に基づき前記第２の収束演算の実行可能回数を演算する回数演算手段と、前記回数演算手段により演算された前記実行可能回数と、前記拘束条件についての評価関数の初期値と、前記第２の収束演算毎の前記評価関数の減少係数と、に基づいて、前記第２の収束演算を終了するための閾値を設定する閾値設定手段と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかる車両制御装置は、前記に記載の車両制御装置において、前記演算回数は、前記設定条件についての評価関数の初期値および減少係数と、前記第１の収束演算を終了させる所定の閾値と、に基づいて、演算され、前記回数演算手段は、当該演算回数と、演算許容時間と、前記第１の収束演算の１回に必要な時間と、前記第２の収束演算の１回に必要な時間と、に基づいて、前記第２の収束演算の実行可能回数を演算すること、を特徴とする。

また、本発明にかかる車両制御装置は、前記に記載の車両制御装置において、前記演算回数は、後記の数式１により得られるＮｒ’の小数点以下を切り上げた値Ｎｒであり、前記回数演算手段は、当該Ｎｒを用いて後記の数式２により得られるＮ’を算出し、Ｎ’の小数点以下を切り捨てて、前記実行可能回数（Ｎ）を算出し、前記閾値設定手段は、後記の数式３に基づいて、前記第２の収束演算を終了するための閾値ε２を設定すること、を特徴とする。
Ｎｒ’＝ｌｏｇ_Ｋｐ（ε１／Ｐ０）・・・（数式１）
（ここで、Ｋｐは前記第１の収束演算の評価関数の減少係数を表し、ε１は前記第１の収束演算の所定の閾値を表し、Ｐ０は前記第１の収束演算の評価関数の初期値を表す。）
Ｎ’＝Ｔ／（Ｎｒ・ｔｐ＋ｔｑ）・・・（数式２）
（ここで、Ｔは前記演算許容時間を表し、ｔｐは前記第１の収束演算の１回に必要な時間を表し、ｔｑは前記第２の収束演算の１回に必要な時間を表す。）
ε２＝Ｑ０・Ｋｑ＾Ｎ・・・（数式３）
（ここで、Ｑ０は前記第２の収束演算の評価関数の初期値、Ｋｑは前記第２の収束演算の評価関数の減少係数を表す。）

また、本発明にかかる車両制御方法は、車両の運動条件および道路の形状条件を含む設定条件、および、走行軌跡の優先条件を含む拘束条件に従って、前記走行軌跡を前記設定条件に収めるための第１の収束演算および前記拘束条件に収めるための第２の収束演算を実行する、少なくとも制御部を備えた車両制御装置において実行される車両制御方法であって、前記制御部において実行される、前記第１の収束演算を収束させる演算回数に基づき前記第２の収束演算の実行可能回数を演算する回数演算ステップと、前記回数演算ステップにて演算された前記実行可能回数と、前記拘束条件についての評価関数の初期値と、前記第２の収束演算毎の前記評価関数の減少係数と、に基づいて、前記第２の収束演算を終了するための閾値を設定する閾値設定ステップと、を含むことを特徴とする。

また、本発明にかかる車両制御方法は、前記に記載の車両制御方法において、前記演算回数は、前記設定条件についての評価関数の初期値および減少係数と、前記第１の収束演算を終了させる所定の閾値と、に基づいて、演算され、前記回数演算ステップは、当該演算回数と、前記第１の収束演算および前記第２の収束演算の実行に許容される許容時間と、前記第１の収束演算の１回に必要な時間と、前記第２の収束演算の１回に必要な時間と、に基づいて、前記第２の収束演算の実行可能回数を演算すること、を特徴とする。

また、本発明にかかる車両制御方法は、前記に記載の車両制御方法において、前記演算回数は、後記の数式１により得られるＮｒ’の小数点以下を切り上げた値Ｎｒであり、前記回数演算ステップは、当該Ｎｒを用いて後記の数式２により得られるＮ’を算出し、Ｎ’の小数点以下を切り捨てて、前記実行可能回数（Ｎ）を算出し、前記閾値設定ステップは、後記の数式３に基づいて、前記第２の収束演算を終了するための閾値ε２を設定すること、を特徴とする。
Ｎｒ’＝ｌｏｇ_Ｋｐ（ε１／Ｐ０）・・・（数式１）
（ここで、Ｋｐは前記第１の収束演算の評価関数の減少係数を表し、ε１は前記第１の収束演算の所定の閾値を表し、Ｐ０は前記第１の収束演算の評価関数の初期値を表す。）
Ｎ’＝Ｔ／（Ｎｒ・ｔｐ＋ｔｑ）・・・（数式２）
（ここで、Ｔは前記演算許容時間を表し、ｔｐは前記第１の収束演算の１回に必要な時間を表し、ｔｑは前記第２の収束演算の１回に必要な時間を表す。）
ε２＝Ｑ０・Ｋｑ＾Ｎ・・・（数式３）
（ここで、Ｑ０は前記第２の収束演算の評価関数の初期値、Ｋｑは前記第２の収束演算の評価関数の減少係数を表す。）

この発明によれば、走行軌跡を車両の運動条件および道路の形状条件を含む設定条件に収めるための第１の収束演算を収束させる演算回数に基づき第２の収束演算の実行可能回数を演算し、演算された実行可能回数と、拘束条件についての評価関数の初期値と、第２の収束演算毎の拘束条件についての評価関数の減少係数と、に基づいて、第２の収束演算を終了するための閾値を設定する。これにより、本発明は、車両走行の安全に関わる条件を含む設定条件に走行軌跡が収まっているかどうかを判断する閾値を安易に大きくしなくとも、最適解に近づけるための演算の収束判定値である拘束条件についての閾値を、収束判定値の減少率等からどの程度の値にすべきなのかを求めることで、計算許容時間内に最適化演算を終了させることができるという効果を奏する。

また、本発明によれば、演算回数は、設定条件についての評価関数の初期値および減少係数と、第１の収束演算を終了させる所定の閾値と、に基づいて、演算され、当該演算回数と、演算許容時間と、第１の収束演算の１回に必要な時間と、第２の収束演算の１回に必要な時間と、に基づいて、第２の収束演算の実行可能回数を演算する。これにより、本発明は、計算時間に制限がある最適化演算において演算の繰り返し回数が計算機の計算能力等により最初に設定され、当該回数に基づいて最適化演算に対する拘束条件の達成を判定する閾値も設定されるため、車載の車両制御装置において状況に合わせて精度を保ちつつ限られた時間でより確実に最適化演算の終了を担保することができるという効果を奏する。

以下に、本発明にかかる車両制御装置および走行軌跡演算方法並びにプログラムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

［１．構成］
まず、本発明にかかる目標走行軌跡演算方法を実施するための電子制御装置および本発明にかかる車両走行制御装置を包含する本実施の形態のシステム（以下では本システムと記載する場合がある。）の構成について図１を参照して説明する。図１は、本システムの構成の一例を示すブロック図である。

本システムは、道路を走行する際の車両の目標走行軌跡を車両の運動範囲や速度や燃費等を指標として最適化手法に基づいて演算し、演算した目標走行軌跡に基づいて車両の走行を制御するためのシステムである。なお、本実施の形態における「走行軌跡」とは、車両が通過するラインと、通過するラインにおける速度との両者を含む概念である。本システムは、図１に示すように、概略的に車両ＥＣＵ１００と道路区間情報入力装置２００から構成されている。

道路区間情報入力装置２００は、最適化手法に基づく演算の対象となる道路区間の形状（直線、曲線等）や道路区間の区間距離（区間の長さ）等に関する道路区間情報を車両ＥＣＵ１００に入力する装置である。

車両ＥＣＵ１００は電子制御装置であり、概略的に制御部１０２と記憶部１０６とを備えている。制御部１０２および記憶部１０６は任意の通信路を介して通信可能に接続されている。

記憶部１０６はストレージ手段であり、例えば、ＲＡＭ・ＲＯＭ等のメモリ装置や、ハードディスクのような固定ディスク装置、フレキシブルディスク、光ディスク等を用いることができる。記憶部１０６には、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）と協働してＣＰＵに命令を与え各種処理を行うためのコンピュータプログラムが記録されている。記憶部１０６は、概略的に道路区間情報ファイル１０６ａと定数ファイル１０６ｂとを備えている。

道路区間情報ファイル１０６ａは、道路区間情報入力装置２００から入力された道路区間情報等を記憶する道路区間情報記憶手段である。道路区間情報ファイル１０６ａは、道路形状や車両の運動方程式や車両自体の大きさ等を記憶していてもよい。

定数ファイル１０６ｂは、算出された走行軌跡が設定条件および拘束条件を満たすために必要な収束演算に用いる定数や係数を記憶する定数記憶手段である。定数ファイル１０６ｂには、制御部１０２のスペックや計算ロジックや与える問題に依存する収束演算１回に必要な時間や評価関数の減少係数等に関する定数を記憶している。

制御部１０２は車両ＥＣＵ１００の全体を統括的に制御するＣＰＵ等である。制御部１０２は、ＯＳ等の制御プログラムや各種の処理手順等を規定したプログラム、所要データなどを格納するための内部メモリを有し、これらのプログラムに基づいて種々の情報処理を実行する。制御部１０２は機能概念的に回数演算部１０２ａと閾値設定部１０２ｂと走行軌跡演算部１０２ｃと評価関数演算部１０２ｄ閾値判定部１０２ｅと修正部１０２ｆと車両走行制御部１０２ｇを備えている。

回数演算部１０２ａは、走行軌跡を設定条件に収めるための第１の収束演算を収束させる演算回数に基づき、走行軌跡を拘束条件に収めるための第２の収束演算の実行可能回数を演算する回数演算手段である。また、回数演算部１０２ａは、設定条件についての評価関数の初期値および減少係数と、第１の収束演算を終了させる所定の閾値と、に基づいて、演算された演算回数と、演算許容時間と、第１の収束演算の１回に必要な時間と、第２の収束演算の１回に必要な時間と、に基づいて、第２の収束演算の実行可能回数を演算してもよい。ここで、「設定条件」とは、道路区間情報ファイル１０６ａに格納された道路形状（一例として、道路幅やカーブの形状）や車両の運動方程式や車両自体の大きさ（一例として、車両の長さや幅）等により設定される車両の運動範囲を決定する条件であり、例えば、車両が道路をはみ出さずに走行するための条件である。また、「拘束条件」とは、車両の走行軌跡に対して設定条件を満たした上で優先される条件であり、例えば、車両の速度や燃費や乗り心地等の利用者が車両の走行に対して要求する走行条件である。また、「演算許容時間」とは、目標走行軌跡の演算の実行に許容される時間である。例えば、車両の走行軌跡を算出するための最適化演算の実行に許容される時間であってもよい。具体的には、第１の収束演算および前記第２の収束演算の実行に許容される時間であってもよく、車両の走行制御が開始されるまでの時間であってもよい。

閾値設定部１０２ｂは、回数演算部１０２ａにて演算された実行可能回数と、拘束条件についての評価関数の初期値と、第２の収束演算毎の拘束条件についての評価関数の減少係数と、に基づいて、第２の収束演算を終了するための閾値を設定する閾値設定手段である。

走行軌跡演算部１０２ｃは、道路区間情報ファイル１０６ａに格納された道路区間情報等に基づいて、走行軌跡を演算する走行軌跡演算手段である。また、走行軌跡演算部１０２ｃは、当該走行軌跡に対して設定条件についての評価関数を用いて評価値を算出し、当該評価値が所定の閾値を満たすと判定した場合、走行軌跡を出力してもよい。一例として、走行軌跡演算部１０２ｃは、道路区間情報ファイル１０６ａに格納された道路区間情報に基づいて、車両が所定の速度で道路区間の所定の位置（例えば、道路区間の中心線上）を走行するものとして、走行軌跡を演算してもよい。

評価関数演算部１０２ｄは、走行軌跡演算部１０２ｃにより算出された走行軌跡に対して、拘束条件についての評価関数を用いて評価値を算出する。具体的には、走行軌跡に対して、速度または燃費等を指標とする拘束条件についての評価関数を用いて評価値を算出する。

閾値判定部１０２ｅは、評価関数演算部１０２ｄにより算出された評価値が閾値設定部１０２ｂによって設定された閾値を満たすか否か判定を行う閾値判定手段である。具体的には、評価値が閾値設定部１０２ｂにより設定された閾値を下回るか否か判定を行う。

修正部１０２ｆは、閾値判定部１０２ｅにより評価値が閾値を満たさないと判定された場合、当該評価値と前回の評価関数演算時に得られた評価値との割合に基づいて減少係数を修正し、閾値設定部１０２ｂにて当該減少係数に基づいて閾値を再設定するよう制御する修正手段である。

車両走行制御部１０２ｇは、閾値判定部１０２ｅにより評価値が閾値を満たすと判定された走行軌跡演算部１０２ｃによって算出された走行軌跡に基づいて車両の走行を制御する。

［２．処理］
次に、上述のように構成される本システムが行う目標走行軌跡演算処理の一例について、以下に図２および３を参照して詳細に説明する。

［２−１．目標走行軌跡演算処理１］
車両の目標走行軌跡演算処理の詳細について図２を参照して説明する。目標走行軌跡の最適化演算の計算時間を短縮するためには収束判定を行う閾値を大きくする必要があるものの、設定条件の中には、車両の運動方程式や道路形状等が含まれているため、安全を考慮する場面において設定条件に走行軌跡が収まっているかどうかを判断する閾値を安易に大きくすることは、車両の運動が道路幅に収まらない可能性が発生するため避けたほうが良い。そこで、以下の処理においては、所定の閾値を達成することが要求される設定条件を満たすために必要な収束演算の処理時間を確保し、当該処理時間と演算全体の計算許容時間から拘束条件に対する収束演算の実行回数を求めることで、計算許容時間内で最適化演算を終了させることができる拘束条件の閾値を算出している。図２は、本システムが行う目標走行軌跡演算処理の一例を示すフローチャートである。

まず、走行軌跡演算部１０２ｃは、道路区間情報ファイル１０６ａに格納された道路区間情報に基づいて、車両が所定の速度で道路区間の所定の位置（例えば、道路区間の中心線上）を走行するものとして、初期解となる走行軌跡を算出する。

つぎに、回数演算部１０２ａは、走行軌跡を設定条件に収めるための第１の収束演算を収束させる演算回数に基づき、走行軌跡を拘束条件に収めるための第２の収束演算の実行可能回数を演算する（ステップＳＡ−１）。

つぎに、閾値設定部１０２ｂは、回数演算部１０２ａにて演算された実行可能回数と、走行軌跡演算部１０２ｃにより算出された初期解に基づいて算出された拘束条件についての評価関数の初期値と、定数ファイル１０６ｂに格納された第２の収束演算毎の拘束条件についての評価関数の減少係数と、に基づいて、第２の収束演算を終了するための閾値を設定する（ステップＳＡ−２）。

つぎに、走行軌跡演算部１０２ｃは、道路区間情報ファイル１０６ａに格納された道路区間情報等に基づいて、走行軌跡を演算し、当該走行軌跡に対して設定条件についての評価関数を用いて評価値を算出し、当該評価値が所定の閾値を満たすと判定した場合、走行軌跡を出力し、一方、当該評価値が所定の閾値を満たさないと判定した場合、走行軌跡を再演算する（ステップＳＡ−３）。

つぎに、評価関数演算部１０２ｄは、ステップＳＡ−３にて算出された走行軌跡に対して拘束条件についての評価関数を用いて評価値を算出する（ステップＳＡ−４）。

つぎに、閾値判定部１０２ｅは、評価関数演算部１０２ｄにより算出された評価値が閾値設定部１０２ｂによって設定された閾値を満たすか否か判定を行う（ステップＳＡ−５）。

そして、走行軌跡演算部１０２ｃは、閾値判定部１０２ｅにより評価値が閾値を満たさないと判定された場合（ステップＳＡ−５：Ｎｏ）、走行軌跡を再演算する（ステップＳＡ−３）。

一方、閾値判定部１０２ｅは、評価値が閾値を満たすと判定した場合（ステップＳＡ−５：Ｙｅｓ）、走行軌跡を出力して、本処理を終了する。

［２−２．目標走行軌跡演算処理２］
車両の目標走行軌跡演算処理の詳細について図３を参照して説明する。図３は、本実施の形態における目標走行軌跡演算処理の一例を示すフローチャートである。

まず、走行軌跡演算部１０２ｃは、道路区間情報ファイル１０６ａに格納された道路区間情報に基づいて、車両が所定の速度で道路区間の所定の位置を走行するものとして、初期解となる走行軌跡を算出する。

つぎに、回数演算部１０２ａは、定数ファイル１０６ｂに格納された、走行軌跡を設定条件に収めるための第１の収束演算における評価関数Ｐの減少係数Ｋｐ（例えば、評価関数Ｐを線形近似した係数等）と、第１の収束演算が達成されたことを判定する所定の閾値ε１と、走行軌跡演算部１０２ｃにより算出された初期解と、に基づいて、算出された評価関数Ｐの初期値Ｐ０（例えば、評価関数Ｐの収束演算時に破壊が許容される評価関数Ｐの値等であって、１０以下が望ましい）に基づいて、設定条件を満たすために必要な収束演算の演算回数Ｎｒを演算する（ステップＳＢ−１）。具体的には、以下の数式１に基づいてＮｒ’を算出する。
Ｎｒ’＝ｌｏｇ_Ｋｐ（ε１／Ｐ０）・・・（数式１）
そして、当該Ｎｒ’の小数点以下を切り上げることにより、設定条件の閾値ε１を満たすために必要な収束演算回数Ｎｒを算出する。

つぎに、回数演算部１０２ａは、道路区間情報ファイル１０６ａに格納された道路区間情報に基づいて、現時点から、車両走行制御部１０２ｇにより車両の走行制御が開始される時点までの時間Ｔを算出し（時間Ｔは、予め設定された値であってもよい）、当該演算許容時間Ｔと、ステップＳＢ−１にて算出した収束演算回数Ｎｒと、制御部１０２のスペックから計算される第１の収束演算１回に必要な時間ｔｐと、走行軌跡を拘束条件に収めるための第２の収束演算１回に必要な時間ｔｑに基づいて、設定条件および拘束条件を満たすために必要な収束演算の実行可能回数Ｎを演算する（ステップＳＢ−２）。具体的には、以下の数式２に基づいてＮ’を算出する。
Ｎ’＝Ｔ／（Ｎｒ・ｔｐ＋ｔｑ）・・・（数式２）
そして、当該Ｎ’の小数点以下を切り捨てることにより、実行可能回数Ｎを算出する。

つぎに、閾値設定部１０２ｂは、回数演算部１０２ａにより算出された実行可能回数Ｎと、走行軌跡演算部１０２ｃにより算出された初期解に基づいて算出された拘束条件についての評価関数Ｑの初期値Ｑ０と、評価関数Ｑの減少係数Ｋｑ（例えば、評価関数Ｑを線形近似した係数等）と、に基づいて、第２の収束演算を終了するための閾値ε２を設定する（ステップＳＢ−３）。具体的には、以下の数式３に基づいて閾値ε２を算出する。
ε２＝Ｑ０・Ｋｑ＾Ｎ・・・（数式３）

つぎに、走行軌跡演算部１０２ｃは、道路区間情報ファイル１０６ａに格納された道路区間情報に基づいて、走行軌跡を演算し、当該走行軌跡に対して設定条件についての評価関数Ｐを用いて評価値を算出する（ステップＳＢ−４）。

つぎに、走行軌跡演算部１０２ｃは、当該評価値が所定の閾値ε１を満たすか否か判定を行う（ステップＳＢ−５）。

そして、走行軌跡演算部１０２ｃは、評価関数Ｐの評価値が閾値ε１を満たさないと判定した場合（ステップＳＢ−５：Ｎｏ）、ステップＳＢ−４にて走行軌跡を再演算する。

一方、走行軌跡演算部１０２ｃは、評価関数Ｐの評価値が閾値ε１を満たすと判定した場合（ステップＳＢ−５：Ｙｅｓ）、走行軌跡を出力する。

つぎに、評価関数演算部１０２ｄは、走行軌跡演算部１０２ｃにより算出された走行軌跡に対して拘束条件についての評価関数Ｑを用いて評価値Ｑ＿ｎを算出する（ステップＳＢ−６）。

つぎに、閾値判定部１０２ｅは、評価関数演算部１０２ｄにより算出された評価値Ｑ＿ｎが閾値設定部１０２ｂによって設定された閾値ε２を満たすか否か判定を行う（ステップＳＢ−７）。

そして、修正部１０２ｆは、閾値判定部１０２ｅにより評価値Ｑ＿ｎが閾値ε２を満たさないと判定された場合（ステップＳＢ−７：Ｎｏ）、評価関数Ｐの減少係数Ｋｐと、ステップＳＢ−１にて算出された演算回数Ｎｒと、ステップＳＢ−４、５にて第一の収束演算が閾値ε１を満たすために要した演算回数Ｎｒ＿ｔｅｍｐと、に基づいて、減少係数Ｋｐ’を算出する。具体的には、以下の数式４に基づいて減少係数Ｋｐ’を算出する。
Ｋｐ’＝Ｋｐ／（Ｎｒ／Ｎｒ＿ｔｅｍｐ）・・・（数式４）
そして、修正部１０２ｆは、当該減少係数Ｋｐ’を定数ファイル１０６ｂに格納される減少係数Ｋｐに上書きする。また、修正部１０２ｆは、評価関数Ｑの評価値Ｑ＿ｎと前回の評価関数Ｑの演算時に得られた評価値Ｑ＿ｎ−１との割合に基づいて減少係数Ｋｑ’を算出する。具体的には、以下の数式５に基づいて減少係数Ｋｑ’を算出する。
Ｋｑ’＝（Ｋｑ＋（Ｑ＿ｎ／Ｑ＿ｎ−１））／２・・・（数式５）
そして、修正部１０２ｆは、当該減少係数Ｋｑ’を定数ファイル１０６ｂに格納される減少係数Ｋｑに上書きする。

そして、回数演算部１０２ａは、閾値判定部１０２ｅにより評価値Ｑ＿ｎが閾値ε２を満たさないと判定された場合（ステップＳＢ−７：Ｎｏ）、修正部１０２ｆにより更新された定数ファイル１０６ｂに基づいて、ステップＳＢ−１にて収束演算回数Ｎｒを再計算する。

一方、閾値判定部１０２ｅは、ステップＳＢ−７にて評価値Ｑ＿ｎが閾値ε２を満たすと判定した場合（ステップＳＢ−７：Ｙｅｓ）、走行軌跡を出力し、本処理を終了する。ここで、前記処理におけるデータやパラメータを含む情報については、特記する場合を除いて任意に変更することができるものとする。

［３．本実施の形態のまとめ、および他の実施の形態］
本実施の形態によれば、車両の運動範囲に応じて設定される設定条件を満たすために必要な収束演算の実行可能回数Ｎを演算し、実行可能回数Ｎと車両の走行に関する優先事項に応じて設定される拘束条件についての評価関数Ｑの初期値Ｑ０および減少係数Ｋｑに基づいて、閾値ε２を設定し、算出された走行軌跡に対して評価関数Ｑを用いて評価値Ｑ＿ｎを算出し、当該評価値Ｑ＿ｎが設定された閾値を満たすか否か判定を行い、当該閾値Ｑ＿ｎを満たすと判定された場合、当該走行軌跡を出力する。これにより、従来手法では、関数Ｐ，Ｑが一定の閾値ε１，ε２を下回った場合、評価関数Ｉが十分小さくなり、収束したと判断して演算を終了していた。ここには、走行計画の精度に関する項目しか含まれておらず、演算時間自体は全く考慮されていなかったため、従来手法では与えられた演算時間内に全ての計算を終了することができない可能性があった。本実施の形態では、計算時間に制限がある最適化演算において演算の繰り返し回数が計算機の計算能力等により最初に設定され、当該回数に基づいて最適化演算に対する拘束条件の達成を判定する閾値ε２も設定されるため、状況に合わせて精度を保ちつつ演算を限られた時間で終わらせ、車載の車両制御装置において理想的な走行軌跡を算出することができるという効果を奏する。

また、本実施の形態によれば、評価値Ｑ＿ｎが閾値ε２を満たさないと判定された場合、当該評価値Ｑ＿ｎと前回の評価関数演算時に得られた評価値Ｑ＿ｎ−１との割合に基づいて減少係数Ｋｑを修正し、当該減少係数Ｋｑに基づいて閾値ε２を再設定するよう制御する。これにより、最適化演算に対する拘束条件の達成を判定する閾値ε２が再設定されるため、演算回数に制限がある最適化演算の誤算を修正し、限られた時間でより確実に効率的に拘束条件を満たすようにすることができるという効果を奏する。

最後に、本発明にかかる目標走行軌跡演算方法および車両走行制御装置は、上述した実施の形態以外にも、特許請求の範囲に記載した技術的思想の範囲内において種々の異なる実施の形態にて実施されてよいものである。例えば、実施の形態において説明した各処理のうち、自動的に行われるものとして説明した処理の全部または一部を手動的に行うこともでき、あるいは、手動的に行われるものとして説明した処理の全部または一部を公知の方法で自動的に行うこともできる。また、本明細書中や図面中で示した処理手順、制御手順、具体的名称、各処理の登録データやパラメータを含む情報については、特記する場合を除いて任意に変更することができる。また、車両ＥＣＵ１００に関して、図示の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。また、装置の分散・統合の具体的形態は図示するものに限られず、その全部または一部を、各種の付加等に応じて又は機能負荷に応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。また、上述した実施の形態では車両ＥＣＵ１００がスタンドアローンの形態で処理を行う場合を一例に説明したが、車両ＥＣＵ１００が、当該車両ＥＣＵ１００とは別筐体で構成されるＥＣＵからの要求に応じて情報処理を行い、その処理結果を当該ＥＣＵに返却するように構成してもよい。

以上説明したように、本発明にかかる車両制御装置および車両制御方法は、特に自動車製造産業で好適に実施することができ、極めて有用である。

本システムの構成の一例を示すブロック図である。 本システムが行う目標走行軌跡演算処理の一例を示すフローチャートである。 本実施の形態における目標走行軌跡演算処理の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１００ 車両ＥＣＵ
１０２ 制御部
１０２ａ 回数演算部
１０２ｂ 閾値設定部
１０２ｃ 走行軌跡演算部
１０２ｄ 評価関数演算部
１０２ｅ 閾値判定部
１０２ｆ 修正部
１０２ｇ 車両走行制御部
１０６ 記憶部
１０６ａ 道路区間情報ファイル
１０６ｂ 定数ファイル
２００ 道路区間情報入力装置

Claims (6)

1. 車両の運動条件および道路の形状条件を含む設定条件、および、走行軌跡の優先条件を含む拘束条件に従って、前記走行軌跡を前記設定条件に収めるための第１の収束演算および前記拘束条件に収めるための第２の収束演算を実行する、少なくとも制御部を備えた車両制御装置であって、
   前記制御部は、
   前記第１の収束演算を収束させる演算回数に基づき前記第２の収束演算の実行可能回数を演算する回数演算手段と、
   前記回数演算手段により演算された前記実行可能回数と、前記拘束条件についての評価関数の初期値と、前記第２の収束演算毎の前記評価関数の減少係数と、に基づいて、前記第２の収束演算を終了するための閾値を設定する閾値設定手段と、
   を備えたことを特徴とする車両制御装置。
2. 請求項１に記載の車両制御装置において、
   前記演算回数は、
   前記設定条件についての評価関数の初期値および減少係数と、前記第１の収束演算を終了させる所定の閾値と、に基づいて、演算され、
   前記回数演算手段は、
   当該演算回数と、演算許容時間と、前記第１の収束演算の１回に必要な時間と、前記第２の収束演算の１回に必要な時間と、に基づいて、前記第２の収束演算の実行可能回数を演算すること、
   を特徴とする車両制御装置。
3. 請求項２に記載の車両制御装置において、
   前記演算回数は、
   後記の数式１により得られるＮｒ’の小数点以下を切り上げた値Ｎｒであり、
   Ｎｒ’＝ｌｏｇ_Ｋｐ（ε１／Ｐ０）・・・（数式１）
   （ここで、Ｋｐは前記第１の収束演算の評価関数の減少係数を表し、ε１は前記第１の収束演算の所定の閾値を表し、Ｐ０は前記第１の収束演算の評価関数の初期値を表す。）
   前記回数演算手段は、
   当該Ｎｒを用いて後記の数式２により得られるＮ’を算出し、Ｎ’の小数点以下を切り捨てて、前記実行可能回数（Ｎ）を算出し、
   Ｎ’＝Ｔ／（Ｎｒ・ｔｐ＋ｔｑ）・・・（数式２）
   （ここで、Ｔは前記演算許容時間を表し、ｔｐは前記第１の収束演算の１回に必要な時間を表し、ｔｑは前記第２の収束演算の１回に必要な時間を表す。）
   前記閾値設定手段は、
   後記の数式３に基づいて、前記第２の収束演算を終了するための閾値ε２を設定すること、
   ε２＝Ｑ０・Ｋｑ＾Ｎ・・・（数式３）
   （ここで、Ｑ０は前記第２の収束演算の評価関数の初期値、Ｋｑは前記第２の収束演算の評価関数の減少係数を表す。）
   を特徴とする車両制御装置。
4. 車両の運動条件および道路の形状条件を含む設定条件、および、走行軌跡の優先条件を含む拘束条件に従って、前記走行軌跡を前記設定条件に収めるための第１の収束演算および前記拘束条件に収めるための第２の収束演算を実行する、少なくとも制御部を備えた車両制御装置において実行される車両制御方法であって、
   前記制御部において実行される、
   前記第１の収束演算を収束させる演算回数に基づき前記第２の収束演算の実行可能回数を演算する回数演算ステップと、
   前記回数演算ステップにて演算された前記実行可能回数と、前記拘束条件についての評価関数の初期値と、前記第２の収束演算毎の前記評価関数の減少係数と、に基づいて、前記第２の収束演算を終了するための閾値を設定する閾値設定ステップと、
   を含むことを特徴とする車両制御方法。
5. 請求項４に記載の車両制御方法において、
   前記演算回数は、
   前記設定条件についての評価関数の初期値および減少係数と、前記第１の収束演算を終了させる所定の閾値と、に基づいて、演算され、
   前記回数演算ステップは、
   当該演算回数と、演算許容時間と、前記第１の収束演算の１回に必要な時間と、前記第２の収束演算の１回に必要な時間と、に基づいて、前記第２の収束演算の実行可能回数を演算すること、
   を特徴とする車両制御方法。
6. 請求項５に記載の車両制御方法において、
   前記演算回数は、
   後記の数式１により得られるＮｒ’の小数点以下を切り上げた値Ｎｒであり、
   Ｎｒ’＝ｌｏｇ_Ｋｐ（ε１／Ｐ０）・・・（数式１）
   （ここで、Ｋｐは前記第１の収束演算の評価関数の減少係数を表し、ε１は前記第１の収束演算の所定の閾値を表し、Ｐ０は前記第１の収束演算の評価関数の初期値を表す。）
   前記回数演算ステップは、
   当該Ｎｒを用いて後記の数式２により得られるＮ’を算出し、Ｎ’の小数点以下を切り捨てて、前記実行可能回数（Ｎ）を算出し、
   Ｎ’＝Ｔ／（Ｎｒ・ｔｐ＋ｔｑ）・・・（数式２）
   （ここで、Ｔは前記演算許容時間を表し、ｔｐは前記第１の収束演算の１回に必要な時間を表し、ｔｑは前記第２の収束演算の１回に必要な時間を表す。）
   前記閾値設定ステップは、
   後記の数式３に基づいて、前記第２の収束演算を終了するための閾値ε２を設定すること、
   ε２＝Ｑ０・Ｋｑ＾Ｎ・・・（数式３）
   （ここで、Ｑ０は前記第２の収束演算の評価関数の初期値、Ｋｑは前記第２の収束演算の評価関数の減少係数を表す。）
   を特徴とする車両制御方法。

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