JP2015016799A - 走行経路生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】適切な横加速度となるように走行経路の曲率を設定する走行経路生成装置を提供する。
【解決手段】走行経路生成装置は、カメラの画像およびレーダが走査する走査情報等から、自車両の周囲の物体および道路状況を表わす周囲情報を取得し（Ｓ４００）、車速センサ、加速度センサ、ＧＰＳ等から、車速、横加速度、自車位置等の走行状態を取得し（Ｓ４０２）、周囲情報に基づいて取得する道路幅、道路形状および障害物等から、自車両の走行可能領域と走行不可領域とを認識する（Ｓ４０４）。走行経路生成装置は、走行可能領域において、自車両の車速と目標横加速度とに基づいて走行経路の曲率を設定し、この曲率からサポートベクターマシンでカーネル関数として使用する動径基底関数の係数を曲率パラメータとして設定する（Ｓ４０６）。サポートベクターマシンは、設定された曲率パラメータに基づいて車両の走行経路を生成する（Ｓ４０８）。
【選択図】図３

Description

本発明は、自車両が走行する走行経路を生成する走行経路生成装置に関する。

自車両が走行する走行経路を車両自体が生成する技術が公知である（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１には、前方距離と一定の左右幅で規定される走行領域を、走行可能領域内で最大の曲率半径および最大の左右幅になるように設定し、設定された走行領域の中央線を走行経路とすることが記載されている。

特開２０１２−３３６５号公報

しかし、走行可能領域内において最大の曲率半径および最大の左右幅になるように走行領域を設定し、走行領域の中央線を走行経路とすると、走行経路の曲率半径は常に最大になるように設定される。

このように、走行経路の曲率半径が最大になるように、言い換えれば走行経路の曲率が最小になるように走行経路が生成されると、前方の障害物を避けるときや車線変更をする場合、車両が極力早いタイミングで緩やかに横方向に移動することになるので、発生する横加速度は小さくなる。しかし、緩やかに横方向に移動するので、自車両の移動先を走行する他の車両と接触するおそれが大きくなる。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、適切な横加速度となるように走行経路の曲率を設定する走行経路生成装置を提供することを目的とする。

本発明の走行経路生成装置は、周囲情報取得手段と、走行状態取得手段と、領域認識手段と、曲率設定手段と、経路生成手段と、を備えている。
周囲情報取得手段は自車両の周囲の物体および道路状況を周囲情報として取得し、走行状態取得手段は自車両の走行状態を取得する。領域認識手段は周囲情報取得手段が取得する周囲情報に基づいて自車両の走行可能領域および走行不可領域を認識し、曲率設定手段は、走行状態取得手段により走行状態として取得された自車両の車速、ならびに自車両の走行に伴い生じる横加速度として許容される値として設定された目標横加速度に基づいて、自車両が走行する走行経路の曲率を設定し、経路生成手段は、曲率設定手段により設定された曲率に基づいて、領域認識手段が認識する走行可能領域において自車両が走行する走行経路を生成する。

これにより、走行可能領域において、車速と目標横加速度とに基づいて走行経路の曲率を適切な値に設定し、走行経路を走行するときに自車両に発生する横加速度を目標範囲内にすることができる。 尚、走行経路の曲率は、自車両の車速と、目標横加速度と、走行経路と走行不可領域との距離との少なくともいずれか一つに基づいて設定されることが望ましい。

本実施形態の走行経路生成装置を示す機能ブロック図。 経路生成を説明する模式図。 経路生成処理を示すフローチャート。 走行経路の曲率とカーネル関数の係数との関係を示す特性図。 経路生成を説明する模式図。 経路生成を説明する模式図。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図１に示す走行経路生成装置１０は、周囲情報取得部１２と、走行状態取得部１４と、走行可能領域認識部２０と、曲率パラメータ設定部２２と、経路生成部３０とを備えており、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を有するマイクロコンピュータにより主に構成されている。

周囲情報取得部１２は、車両前方の直進方向を中心とする所定角度範囲を検出エリアとする前方センサと、車両左側方の車幅方向を中心とする所定角度範囲を検出エリアとする左側方センサと、車両右側方の所定角度範囲（左側方センサと同様）を検出エリアとする右側方センサとが出力する信号に基づいて、車両周囲の物体および道路状況を表わす周囲情報を取得する。

前方センサおよび左右の側方センサは、カメラ等の画像センサ、レーザレーダ、ミリ波レーダ、ソナー等の少なくともいずれかから構成されている。
車両周囲の物体は、車線区画突起物、他車両、歩行者等の他、自車両の走行領域を制限する地形や建造物等を含む。周囲情報取得部１２は、個々の物体の情報として、位置、大きさ、高さ、道路に沿った長さ等を取得する。

また、周囲情報取得部１２は、道路状況として、車線境界線、車道中央線、車道外側線等の路面に描かれた区画線の種類と、区画線が自車両の進行方向に向かって直線であるか曲線であるかの道路形状の情報と、道路幅とを取得する。周囲情報取得部１２は、道路状況として、ナビゲーション装置から道路形状および道路幅を取得してもよい。

例えば図２の（Ａ）において、周囲情報取得部１２は、駐車車両１０２の存在と、車道外側線２００、２０２および車道中央線２０４の存在とを自車両１００の周囲の物体および道路状況を表わす周囲情報として取得する。

走行状態取得部１４は、車速センサから自車両の車速を取得し、加速度センサから自車両に加わる横加速度を取得し、ＧＰＳ装置などの衛星測位装置から自車両の位置を取得する。走行状態取得部１４は、ＧＰＳ装置から取得する位置情報から自車両の車速を求めてもよい。

走行可能領域認識部２０は、周囲情報取得部１２が取得する周囲情報に基づいて、自車両が走行可能な領域を認識する。例えば図２の（Ａ）において、走行可能領域認識部２０は、車道外側線２００と車道外側線２０２との間の領域で、駐車車両１０２を除いた領域を走行可能領域と認識する。自車両１００から見て、走行可能領域の左右の外側が走行不可領域となる。

曲率パラメータ設定部２２は、走行状態取得部１４が取得する車速と、経路生成部３０が生成する走行経路を自車両が走行するときに生じる横加速度として許容される値に設定された目標横加速度とに基づいて、経路生成部３０が生成する走行経路の曲率を決定するパラメータを設定する。走行経路の曲率を決定するパラメータについては後述する。

経路生成部３０は、走行可能領域認識部２０が認識する走行可能領域において、曲率パラメータ設定部２２が設定する曲率パラメータに基づいて、走行可能領域を走行する自車両の走行経路を生成する。

（経路生成処理）
図３に走行経路生成装置１０が実行する経路生成処理のフローチャートを示す。経路生成処理は常時実行される。図３において「Ｓ」はステップを表わしている。

周囲情報取得部１２は、カメラの画像およびレーダが走査する走査情報等から、自車両の周囲の物体および道路状況を表わす周囲情報を取得する（Ｓ４００）。走行状態取得部１４は、車速センサ、加速度センサ、ＧＰＳ等から、車速、横加速度、自車位置等の走行状態を取得する（Ｓ４０２）。

走行可能領域認識部２０は、Ｓ４００において取得した周囲情報に基づいて取得する道路幅、道路形状および障害物等から、自車両の走行可能領域と走行不可領域とを認識する（Ｓ４０４）。

次に、Ｓ４０６において曲率パラメータ設定部２２が設定する曲率パラメータと、Ｓ４０８において曲率パラメータに基づいて経路生成部３０が生成する走行経路とについて説明するために、まず、走行経路の曲率と車速と横加速度との関係について説明する。横加速度をａ_lateral、車速をｖ、曲率半径をＲ、曲率をρ、角速度をωとすると、横加速度ａ_lateralは次式（１）で簡易的に表わされる。

ａ_lateral＝Ｒω
ａ_lateral＝ｖ^２／Ｒ
ａ_lateral＝ρｖ^２ ・・・（１）
式（１）から、曲率ρは次式（２）で表わされる。

ρ＝ａ_lateral／ｖ^２ ・・・（２）
式（２）から、自車両の車速ｖが速いほど走行経路の曲率は小さくなり、横加速度ａ_lateralが大きいほど走行経路の曲率は大きくなる。

ここで、ドライバは、例えば自車両が前方の駐車車両等の障害物を避けたり車線変更をする場合、車速が速い場合には大きな横加速度が生じると予測し、車速が遅い場合には小さな横加速度が生じると予測している。予測しているよりも横加速度が小さくなるか大きくなると、ドライバは違和感を覚えることがある。

そこで、横加速度ａ_lateralの目標値は、車速が速いほど大きな値に設定され、車速が遅いほど小さな値に設定されることが望ましい。曲率パラメータ設定部２２は、車速と目標横加速度との特性をマップ等に記憶している。ただし、目標横加速度には上限値が設定されている。

また、道路形状や周囲の状況に基づいて目標横加速度を設定することが望ましい。例えば、道路のカーブの曲率が小さい場合には目標横加速度を小さくし、カーブの曲率が大きい場合には目標横加速度を大きくする。この場合、曲率パラメータ設定部２２は、道路の曲率と目標横加速度との特性をマップ等に記憶している。

また、緊急回避が必要な場合には目標横加速度を大きくする。この場合、曲率パラメータ設定部２２は、例えば自車両が定常状態の場合に障害物に衝突すると予測される時間および車速と目標横加速度との特性をマップ等に記憶している。

目標横加速度の上限値は、運転者の運転の傾向または運転者の設定によっても調整されることが望ましい。例えば、普段から大きく操舵を行う運転者の場合には目標横加速度を大きくし、小さく操舵を行う運転者の場合には目標横加速度を小さくする。この場合、曲率パラメータ設定部２２は、運転履歴の学習によるマップや運転者による操作などを用いて目標横加速度を設定する。

曲率パラメータ設定部２２は、自車両が走行している車速と、車速および道路形状に基づいてマップから取得する目標横加速度とに基づいて、式（２）から走行経路の曲率ρを求める。

次に、経路生成部３０がＳ４０８において走行経路を生成するために使用する曲率パラメータについて説明する。例えば、図２の（Ａ）において、経路生成部３０は、自車両１００が駐車車両１０２を避けつつ、車道外側線２００と車道外側線２０２との間で走行可能領域認識部２０が認識する走行可能領域を走行するときの走行経路を生成する。

経路生成部３０は、走行可能領域認識部２０が認識する走行可能領域の情報に基づき、図２の（Ｂ）に示すように、車道外側線２００と駐車車両１０２とを示す各点を一方のクラス２１０に属する特徴点とし、車道外側線２０２を示す各点を他方のクラス２１２に属する特徴点とする。そして、経路生成部３０は、クラス２１０に属する特徴点と、クラス２１２に属する特徴点とを分類する識別面を、サポートベクターマシン（ＳＶＭ）を識別器として生成する。

ＳＶＭは、クラス２１０、２１２にそれぞれ属する特徴点のうち識別面に最も近い特徴点をサポートベクターとし、サポートベクターと識別面との距離が最大になるように識別面を生成する。この識別面が走行可能領域を走行する自車両１００の走行経路２２０となる。

識別面を生成するとき、経路生成部３０はＳＶＭのカーネル関数として次式（３）に示す動径基底関数を使用する。
Ｋ（ｘ，ｙ）＝ｅｘｐ（−γ‖ｘ−ｙ‖^２） ・・・（３）
本出願人は、式（３）の係数γと、式（３）を用いてＳＶＭが生成する走行経路の曲率ρとの間に、図４に示すように一方が増加すると他方が増加する特性があることに注目した。式（３）の係数γが、曲率パラメータ設定部２２が設定する曲率パラメータである。尚、図４では、式（３）の係数γと走行経路の曲率ρとの特性を直線で示したが、実際の特性は直線とは限らない。

図２の（Ｂ）に示すように、係数γが小さくなると走行経路２２０の曲率ρは小さくなり、曲率半径は大きくなる。一方、係数γが大きくなると走行経路２２０の曲率ρは大きくなり、曲率半径は小さくなる。

その結果、自車両１００は、係数γが小さいほど駐車車両１０２を避けるために早いタイミングで右側に操舵し、係数γが大きいほど駐車車両１０２を避けるために遅いタイミングで右側に操舵する。また、係数γが小さいほど駐車車両１０２を通過してから遅いタイミングで左側に操舵し、係数γが大きいほど駐車車両１０２を通過してから早いタイミングで左側に操舵する。

曲率パラメータ設定部２２は、式（３）の係数γと走行経路の曲率ρとの特性をマップ等に記憶しており、式（２）から取得する曲率ρに基づいてマップから曲率パラメータである係数γを取得して経路生成部３０に出力する（Ｓ４０６）。

Ｓ４０６において曲率パラメータ設定部２２により曲率ρに応じた係数γが設定されると、経路生成部３０は、曲率パラメータ設定部２２で設定された係数γを式（３）に代入し、ＳＶＭにより識別面を生成する。経路生成部３０はＳＶＭが生成する識別面を走行経路２２０とする（Ｓ４０８）。経路生成部３０が生成する走行経路２２０は、曲率パラメータ設定部２２で設定された係数γに基づいて、走行可能領域に応じた形状になる。走行経路２２０の曲率ρは係数γにより決定される。

図５の（Ａ）に示すように、道路が折れ曲がっており、走行可能領域認識部２０が認識する走行可能領域が折れ曲がっている場合にも、ＳＶＭは、図５の（Ｂ）に示すように、車道外側線２３０に相当するクラス２４０に属する特徴点と、車道外側線２３０に相当するクラス２４２に属する特徴点とを分類する場合、クラス２４０、２４２にそれぞれ属する特徴点のうち識別面に最も近い特徴点であるサポートベクターと識別面との距離が最大になるように識別面を生成する。これにより、道路形状に沿った形状の走行経路２５０が生成される。

また、図６に示すように、自車両１００が交差点２６０を左折する場合、自車両１００の前方が交差点であることを周囲情報取得部１２が取得し、方向指示器が左折を指示するか、ステアリングが左側に操作されていることを走行状態取得部１４が取得すると、走行可能領域認識部２０は、走行可能領域がＬ字状であると認識する。

このように交差点２６０を左折する場合、曲率パラメータ設定部２２は、式（２）から求める曲率ρに加え、交差点２６０に進入する前と交差点２６０から抜け出た後の走行可能領域の直線部分の形状と、交差点２６０で左折するときの走行可能領域の角部の形状とに基づき、直線部分では係数γを小さくし、角部では係数γを大きくする。

経路生成部３０のＳＶＭは、図６の（Ｂ）に示すように、車道外側線２６２に相当するクラス２７０に属する特徴点と、車道中央線２６４に相当するクラス２７２に属する特徴点とのうち、識別面に最も近い特徴点であるサポートベクターと識別面との距離が最大になるように識別面を生成する。

ＳＶＭは、図６の（Ｂ）において、走行可能領域の形状に応じて曲率パラメータ設定部２２が設定する係数γに基づき、直線部分では直線状の走行経路２８０を生成し、曲線部分では交差点２６０の角部に沿った曲線状の走行経路２８０を生成する。

尚、図６の（Ｂ）では、交差点２６０の中央付近にも車道中央線２６４を延長して特徴点を設置したが、交差点２６０の中央付近の特徴点を空白にして識別面を生成してもよい。

ここで、図２、図５および図６において、走行可能領域と走行不可領域との境界に位置するサポートベクターと走行経路との距離が所定距離よりも近くなり、自車両１００が走行不可領域に接触すると推測される場合、つまり自車両１００が駐車車両または車道外側線に接触すると推測される場合（Ｓ４１０：Ｎｏ）、経路生成部３０は、Ｓ４０６に処理を戻し、自車両が走行不可領域に接触しないように曲率パラメータ設定部２２に曲率が大きくなるように係数γを再設定させる。

自車両１００が走行不可領域に接触するか否かの判定に使用する所定距離は、車幅および接触を避けるための安全マージンを考慮して設定される。
以上説明した本実施形態では、走行可能領域と車速とに基づいて、目標横加速度となるように、自車両が走行する走行経路の曲率を設定した。これにより、車速に応じた適切な横加速度になるように走行経路の曲率を設定できる。その結果、ドライバは、車速に対して生じる横加速度に違和感を覚えることなく運転できる。

また、走行可能領域と車速とに基づいて適切な曲率で走行経路を生成するので、常に極力小さい曲率で極力大きい曲率半径により走行経路を形成することにより、発生する横加速度を低減する方式に比べ、自車両が走行経路に沿って横に移動する場合に移動先を走行する他車両と接触することを極力避けることができる。

［他の実施形態］
上記実施形態では、車速および道路形状に基づいて目標横加速度を可変に設定した。これに対し、車速および道路形状に関わらず目標横加速度を固定値にしてもよい。

また、走行経路を生成する識別器として、ＳＶＭ以外にも、パーセプトロン、ニューラルネットワークを用いてもよい。 また、経路生成部３０が生成する走行経路を走行するときに加速度センサから取得する実際の横加速度が目標横加速度の範囲から外れる場合、曲率パラメータ設定部２２は、加速度センサから取得する実際の横加速度が目標横加速度の範囲内に収まるように、係数γを適宜補正してもよい。

また、経路生成部３０が生成する目標の走行経路と、ＧＰＳ装置等から取得する自車両の実際の走行経路との差が所定値以上の場合、曲率パラメータ設定部２２は、目標の走行経路と実際の走行経路との差が所定値未満になるように、係数γを適宜補正してもよい。

上記実施形態では、図３に示す経路生成処理のＳ４１０において、走行経路と走行不可領域との距離に基づき、自車両１００が走行不可領域に接触するか否かを判定したが、経路生成部３０が生成した走行経路の曲率が適切に設定されるのであれば、Ｓ４１０の判定を省略してもよい。

また、走行可能領域と車速とから走行経路の曲率を設定する場合、道路形状または走行可能領域から目標車速を設定し、設定した目標車速と走行可能領域とから走行経路の曲率を設定してもよい。
また、周囲情報取得部１２は、前方および側方を検出エリアとする一つのセンサにより周囲情報を取得してもよいし、車両後方の直進方向を中心とする所定角度範囲を検出エリアとする後方センサから周囲情報を取得してもよい。

上記実施形態では、ＧＰＳ装置などの衛星測位装置から自車両の位置を取得した。これ以外にも、周囲情報取得部１２が取得する周囲情報として、例えば実際の建物、横断歩道、信号等の情報と地図ＤＢが示す情報とを照合して自車両の位置を取得してもよい。

また、走行可能領域認識部２０は、車線変更、合流、分流等の運転者の操作に基づいて、道路の区画線を跨ぐ走行可能領域の形状を認識してもよい。
上記実施形態では、曲率ρに基づいてマップから曲率パラメータである係数γを取得した。これに対し、障害物、道路形状等の周囲情報と、これらの周囲情報における車速、操舵角等の走行状態とから得られる走行パターンに基づいてマップから係数γを取得してもよい。また、これらの入力情報を変数とした数式を用いて係数γを取得してもよい。

本発明は、生成された走行経路に基づいて自動運転する車両に適用すると、目標横加速度となるように適切な曲率の走行経路を車両が生成するので効果的である。
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。

１０：走行経路生成装置、１２：周囲情報取得部（周囲情報取得手段）、１４：走行状態取得部（走行状態取得手段）、２０：走行可能領域認識部（領域認識手段）、２２：曲率パラメータ設定部（曲率設定手段、加速度設定手段）、３０：経路生成部（経路生成手段）

Claims (7)

1. 自車両の周囲の物体および道路状況を周囲情報として取得する周囲情報取得手段（１２、Ｓ４００）と、
   自車両の走行状態を取得する走行状態取得手段（１４、Ｓ４０２）と、
   前記周囲情報取得手段が取得する前記周囲情報に基づいて自車両の走行可能領域および走行不可領域を認識する領域認識手段（２０、Ｓ４０４）と、
   前記走行状態取得手段により前記走行状態として取得された自車両の車速、ならびに自車両の走行に伴い生じる横加速度として許容される値として設定された目標横加速度に基づいて、自車両が走行する走行経路の曲率を設定する曲率設定手段（２２、Ｓ４０６）と、
   前記曲率設定手段により設定された前記曲率に基づいて、前記領域認識手段が認識する前記走行可能領域において前記走行経路を生成する経路生成手段（３０、Ｓ４０８、Ｓ４１０）と、
   を備えることを特徴とする走行経路生成装置（１０）。
2. 前記曲率設定手段は、自車両の車速が速いほど前記走行経路の曲率を小さくすることを特徴とする請求項１に記載の走行経路生成装置。
3. 前記曲率設定手段は、前記目標横加速度が大きいほど前記走行経路の曲率を大きくすることを特徴とする請求項１または２に記載の走行経路生成装置。
4. 前記経路生成手段（Ｓ４１０）は、前記走行経路と前記走行不可領域との距離が所定距離より近くなると、前記走行経路の曲率が大きくなるように前記曲率設定手段に前記曲率を再設定させることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の走行経路生成装置。
5. 前記周囲情報として取得される自車両が走行する道路の形状に基づいて前記目標横加速度を設定する加速度設定手段（２２、Ｓ４０６）を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の走行経路生成装置。
6. 自車両の車速に基づいて前記目標横加速度を設定する加速度設定手段（２２、Ｓ４０６）を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の走行経路生成装置。
7. 前記経路生成手段は、サポートベクターマシンを識別器とし、サポートベクターマシンのカーネル関数Ｋ（ｘ，ｙ）として次式
   Ｋ（ｘ，ｙ）＝ｅｘｐ（−γ‖ｘ−ｙ‖^２）
   に基づいて前記走行経路を生成し、
   前記曲率設定手段は、前記式のγと前記曲率との特性に基づいて前記曲率に応じた前記式のγを設定する、
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の走行経路生成装置。

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