JP2018177121A - 自動運転システム - Google Patents

Abstract

【課題】パス追従制御を行う自動運転システムにおいて、計算負荷の増大を抑えながら、追従性能を向上させる。【解決手段】自動運転システムは、目標パスの算出に必要な必要情報を、第１タイミングにおいて取得する。第１座標系は、第１タイミングにおける車両座標系である。第２座標系は、第１タイミングより後の第２タイミングにおける車両座標系である。自動運転システムは、必要情報に基づいて、第１座標系で定義される第１目標パスを算出する。更に、自動運転システムは、第１座標系から第２座標系への座標変換を行うことにより、第１目標パスを第２座標系で定義される第２目標パスに補正する。そして、自動運転システムは、第２目標パスに追従するように車両走行を制御する。【選択図】図６

Description

本発明は、自動運転システムに関する。特に、本発明は、目標パスに追従するように車両の走行を制御する自動運転システムに関する。

特許文献１は、車両の走行を支援する車両走行支援装置を開示している。その車両走行支援装置は、センサによって検出される車両運動状態及び障害物状態に基づいて、障害物を回避するための制御指令値を演算する。より詳細には、車両走行支援装置は、低精度の第１制御指令値と高精度の第２制御指令値の両方を演算する。高精度の第２制御指令値の演算に要する時間は、低精度の第１制御指令値の演算に要する時間より長い。すなわち、第２制御指令値を算出する際には、演算遅れが発生する。そのような演算遅れを補償するために、車両走行支援装置は、センサによって検出される車両運動状態及び障害物状態を用いて、演算遅れ時間分だけ将来の車両運動状態及び障害物状態を“予測”する。そして、車両走行支援装置は、予測された将来の車両運動状態及び障害物状態に基づいて、高精度の第２制御指令値を演算する。

特許文献２は、自動運転システムを開示している。その自動運転システムは、車両の周辺情報を検出する周辺情報検出部と、検出された周辺情報及び地図情報に基づいて車両の走行計画を生成する走行計画生成部と、生成された走行計画に従って車両の走行を自動的に制御する走行制御部と、を備える。

特開２０１０−１７３６１６号公報 特開２０１６−０９９７１３号公報

自動運転システムによる「パス追従制御（path-following control）」について考える。パス追従制御において、自動運転システムは、車両の目標パスを定期的に算出し、最新の目標パスに追従するように車両の走行を制御する。このパス追従制御では、様々な要因により制御遅れが発生する可能性がある。

例えば、制御遅れの１つの要因として、目標パスの算出に要する演算時間が挙げられる。すなわち、目標パスの算出に必要な情報は所定のタイミングで取得されるが、取得された情報に基づく目標パスの算出が完了するのは、所定のタイミングよりも後である。このような目標パスの算出に要する演算時間が、制御遅れの原因となる。

パス追従制御の制御遅れは、目標パスに対する追従性能の低下を招く。自動運転システムの追従性能が低下すると、車両の乗員は、不安感や違和感を感じる。このことは、自動運転システムに対する信頼の低下につながる。

上記の特許文献１に開示された技術では、高精度の第２制御指令値を演算する際に、演算遅れが考慮される。具体的には、センサによって検出される車両運動状態及び障害物状態を用いて、演算遅れ時間分だけ将来の車両運動状態及び障害物状態が“予測”される。そして、予測された将来の車両運動状態及び障害物状態に基づいて、第２制御指令値が演算される。しかしながら、車両運動状態及び障害物状態を予測するためには、複雑な計算処理が必要であり、それは計算負荷、計算時間、及び計算資源の増大を招く。

本発明の１つの目的は、目標パスに追従するように車両の走行を制御する自動運転システムにおいて、計算負荷の増大を抑えながら、追従性能を向上させることができる技術を提供することにある。

第１の発明は、車両に搭載される自動運転システムを提供する。
その自動運転システムは、
目標パスの算出に必要な必要情報を定期的に取得する必要情報取得部と、
前記必要情報に基づいて前記目標パスを決定する目標パス決定部と、
前記目標パスに追従するように前記車両の走行を制御する車両走行制御を行う車両走行制御部と
を備える。
車両座標系は、前記車両に固定された相対座標系である。
前記必要情報取得部が前記必要情報を取得するタイミングは、第１タイミングである。
第１座標系は、前記第１タイミングにおける前記車両座標系である。
第２座標系は、前記第１タイミングより後の第２タイミングにおける前記車両座標系である。
前記目標パス決定部は、
前記第１タイミングにおいて取得された前記必要情報に基づいて、前記第１座標系で定義される第１目標パスを算出する目標パス算出部と、
前記第１座標系から前記第２座標系への座標変換を行うことにより、前記第１目標パスを前記第２座標系で定義される第２目標パスに補正する目標パス補正部と
を有する。
前記車両走行制御部は、前記第２目標パスを前記目標パスとして用いて前記車両走行制御を行う。

第２の発明は、第１の発明において、次の特徴を更に有する。
前記第１タイミングから前記第２タイミングまでの遅延時間は、予め決められている。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、次の特徴を更に有する。
前記第１タイミングから前記第２タイミングまでの遅延時間は、前記目標パス算出部が前記第１目標パスを算出するために要する時間に相当する。

第４の発明は、第３の発明において、次の特徴を更に有する。
前記必要情報取得部が前記必要情報を取得するたびに、前記目標パス決定部は前記目標パスを決定して更新する。
前記目標パス決定部は、最新の目標パスの先頭から所定区間が前回の目標パスとオーバーラップするように、前記最新の目標パスを決定する。
前記所定区間は、前記第１タイミングから前記第２タイミングまでの期間に相当する区間を少なくとも含む。

第１の発明によれば、自動運転システムは、パス追従制御において目標パス補正処理を行う。具体的には、自動運転システムは、第１座標系で定義される第１目標パスを第２座標系で定義される第２目標パスに補正する。第１座標系は、必要情報が取得される第１タイミングにおける車両座標系である。第２座標系は、第１タイミングよりも後の第２タイミングにおける車両座標系である。目標パス補正処理を行うことによって、制御遅れの影響が軽減される。従って、補正後の第２目標パスを用いて車両走行制御を行う場合、第１目標パスを用いる場合と比較して、制御誤差は小さくなり、制御精度は高くなる。言い換えれば、目標パスに対する追従性能が向上する。自動運転システムの追従性能が向上すると、車両の乗員の不安感や違和感は軽減される。このことは、自動運転システムに対する信頼の向上につながる。

また、目標パス補正処理に、複雑な計算処理は不要である。第１座標系から第２座標系への単純な座標変換を行うことによって、第２目標パスを容易に取得することが可能である。第２目標パスを算出するために、第２タイミングにおける必要情報を予測する必要はない。複雑な予測処理が不要であるため、計算負荷の増大が抑制される。このように、第１の発明によれば、計算負荷の増大を抑えながら、追従性能を向上させることが可能となる。

第２の発明によれば、第１タイミングから第２タイミングまでの遅延時間は、予め決められている。この場合、目標パス補正処理がシンプルになり、好適である。

第３の発明によれば、第１タイミングから第２タイミングまでの遅延時間は、目標パス算出処理に要する時間に相当する。この場合、目標パス算出時間による制御遅れの影響を軽減することが可能となる。

第４の発明によれば、最新の目標パスの先頭から所定区間が前回の目標パスとオーバーラップするように、最新の目標パスが決定される。これにより、最新の目標パスは前回の目標パスからスムーズにつながることになる。よって、車両走行制御において用いられる目標パスが切り替わる際に、車両制御量が不連続的に変化することが抑制される。結果として、車両挙動の急変や乱れが抑制される。

本発明の第１の実施の形態に係る自動運転システムによるパス追従制御を説明するための概念図である。 本発明の第１の実施の形態における車両走行制御を説明するための概念図である。 本発明の第１の実施の形態における目標パス算出時間による制御遅れを説明するための概念図である。 本発明の第１の実施の形態における第１座標系と第２座標系との間の目標パスの見え方の違いを示す概念図である。 本発明の第１の実施の形態における目標パス補正処理を説明するための概念図である。 本発明の第１の実施の形態に係る自動運転システムによるパス追従制御を説明するための概念図である。 本発明の第１の実施の形態に係る自動運転システムの構成例を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係る自動運転システムによる情報取得処理を説明するためのブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係る自動運転システムによる自動運転制御処理を説明するためのブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係る自動運転システムのパス追従制御装置の機能構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係るパス追従制御装置によるパス追従制御を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態における更新周期を説明するための概念図である。 本発明の第２の実施の形態における課題を説明するための概念図である。 本発明の第２の実施の形態における目標パス算出処理を説明するための概念図である。 本発明の第２の実施の形態に係る自動運転システムのパス追従制御装置の機能構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施の形態に係るパス追従制御装置によるパス追従制御を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施の形態に係る自動運転システムのパス追従制御装置の機能構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施の形態に係るパス追従制御装置によるパス追従制御を示すフローチャートである。

添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

１．第１の実施の形態
１−１．自動運転システムによるパス追従制御の概要
図１は、本実施の形態に係る自動運転システムによるパス追従制御を説明するための概念図である。自動運転システムは、車両１に搭載されており、車両１の自動運転を制御する。パス追従制御は、自動運転制御の一種である。具体的には、パス追従制御において、自動運転システムは、車両１の目標パスＴＰを定期的に算出し、最新の目標パスＴＰに追従するように車両１の走行を制御する。

ここで、車両座標系（Ｘ，Ｙ）について定義する。車両座標系は、車両１に固定された相対座標系であり、車両１の運動と共に変動する。すなわち、車両座標系は、車両１の位置及び方位によって定義される。図１に示される例では、Ｘ方向は車両１の前方方向であり、Ｙ方向はＸ方向と直交する平面方向である。但し、車両座標系は、図１で示された例に限られない。

パス追従制御は、車両座標系に基づいて行われる。すなわち、自動運転システムは、車両座標系における目標パスＴＰを定期的に算出する。そして、自動運転システムは、最新の目標パスＴＰに追従するように車両１の走行を制御する。目標パスＴＰに追従するように車両１の走行を制御することは、以下「車両走行制御」と呼ばれる。

図２は、車両走行制御を説明するための概念図である。図２には、車両座標系における車両１及び目標パスＴＰの位置関係の一例が示されている。車両走行制御では、車両１を目標パスＴＰに追従させるために、車両１と目標パスＴＰとの間の偏差を減少させる制御が行われる。そのために、例えば、横偏差Ｅｄ、方位角差θｄ、目標パスＴＰの曲率、等のパラメータが考慮される。横偏差Ｅｄは、車両１と目標パスＴＰとの間のＹ方向偏差である。方位角差θｄは、車両１と目標パスＴＰとの間の方位角の差である。自動運転システムは、横偏差Ｅｄ、方位角差θｄ、目標パスＴＰの曲率、等に基づいて、車両走行制御を行うことができる。

本願発明者は、パス追従制御に関して、次のような課題を認識した。それは、パス追従制御では、様々な要因により制御遅れが発生する可能性があることである。パス追従制御の制御遅れは、目標パスＴＰに対する追従性能の低下を招き、好ましくない。制御遅れの様々な要因としては、情報通信時間、演算処理時間、アクチュエータ応答時間、などが考えられる。それらの中でも最も制御遅れに寄与すると考えられるのが、目標パスＴＰの算出に要する演算時間、すなわち、目標パス算出時間である。

図３は、目標パス算出時間による制御遅れを説明するための概念図である。自動運転システムは、第１タイミングＴ１において、目標パスＴＰの算出に必要な情報を取得する。目標パスＴＰの算出に必要な情報は、以下「必要情報」と呼ばれる。そして、自動運転システムは、取得した必要情報に基づいて最新の目標パスＴＰを算出する。この目標パスＴＰの算出にはある程度の時間がかかり、目標パスＴＰの算出が完了するのは、第１タイミングＴ１よりも後の第２タイミングＴ２である。この第１タイミングＴ１から第２タイミングＴ２までの期間が、目標パス算出時間に相当する。

図３において、第１位置Ｐ１は、第１タイミングＴ１における車両１の位置である。第２位置Ｐ２は、第２タイミングＴ２における車両１の位置である。第１座標系（Ｘ１，Ｙ１）は、第１タイミングＴ１、すなわち、第１位置Ｐ１における車両座標系である。第２座標系（Ｘ２，Ｙ２）は、第２タイミングＴ２、すなわち、第２位置Ｐ２における車両座標系である。第１座標系と第２座標系は、目標パス算出時間の分だけ異なっている。従って、第１座標系と第２座標系のそれぞれにおける目標パスＴＰの“見え方”も互いに異なることになる。

図４は、第１座標系と第２座標系との間の目標パスＴＰの見え方の違いを示している。図４において、第１目標パスＴＰ１は、第１位置Ｐ１から見た目標パスＴＰ、すなわち、第１座標系で定義される目標パスＴＰを表している。一方、第２目標パスＴＰ２は、第２位置Ｐ２から見た目標パス、すなわち、第２座標系で定義される目標パスＴＰを表している。第１目標パスＴＰ１と第２目標パスＴＰ２は、目標パス算出時間の分だけ異なっている。

ここで、自動運転システムによる車両走行制御（図２参照）を考える。最新の目標パスＴＰに基づく車両走行制御は、当然、最新の目標パスＴＰが決定した後、つまり、第２位置Ｐ２（第２タイミングＴ２）よりも後から開始可能である。第２位置Ｐ２よりも後から車両走行制御を行うのだから、第１目標パスＴＰ１ではなく第２目標パスＴＰ２を用いて車両走行制御を行う方が、制御精度は高くなる。しかしながら、第２目標パスＴＰ２を必要情報から直接算出することはできない。何故なら、必要情報は、第１位置Ｐ１（第１タイミングＴ１）において取得されたものだからである。第１位置Ｐ１において取得された必要情報を用いて算出できるのは、第１座標系で定義される第１目標パスＴＰ１だけである。

第１座標系における第１目標パスＴＰ１を用いて車両走行制御を行う場合、第２座標系における第２目標パスＴＰ２を用いる場合と比較して、制御誤差は大きくなり、制御精度は低くなる。言い換えれば、目標パスＴＰに対する追従性能が低下する。自動運転システムの追従性能が低下すると、車両１の乗員は、不安感や違和感を感じる。このことは、自動運転システムに対する信頼の低下につながる。

そこで、本実施の形態に係る自動運転システムは、第１目標パスＴＰ１を第２目標パスＴＰ２に補正する「目標パス補正処理」を実施する。図５は、本実施の形態における目標パス補正処理を説明するための概念図である。上述の通り、第１位置Ｐ１（第１タイミングＴ１）において取得された必要情報からは、第１座標系における第１目標パスＴＰ１が算出される。目標パス補正処理では、自動運転システムは、第１座標系から第２座標系への「座標変換」を行うことにより、第１目標パスＴＰ１を第２目標パスＴＰ２に補正（変換）する。このような座標変換には複雑な計算処理は不要であり、容易に第２目標パスＴＰ２を取得することが可能である。

図６は、本実施の形態に係る自動運転システムによるパス追従制御を要約的に示している。第１タイミングＴ１（第１位置Ｐ１）において、自動運転システムは、必要情報を取得する。その後、第２タイミングＴ２（第２位置Ｐ２）において、自動運転システムは、第１位置Ｐ１での必要情報に基づく目標パスＴＰ、すなわち、第１目標パスＴＰ１の算出を完了する。更に、自動運転システムは、目標パス補正処理を行い、算出した第１目標パスＴＰ１を第２目標パスＴＰ２に補正する。そして、自動運転システムは、第２目標パスＴＰ２を目標パスＴＰとして用い、車両１が第２目標パスＴＰ２に追従するように車両走行制御を行う。

１−２．効果
以上に説明されたように、本実施の形態に係る自動運転システムは、パス追従制御において目標パス補正処理を行う。具体的には、自動運転システムは、第１座標系で定義される第１目標パスＴＰ１を第２座標系で定義される第２目標パスＴＰ２に補正する。このような目標パス補正処理を行うことによって、制御遅れの影響が軽減される。従って、補正後の第２目標パスＴＰ２を用いて車両走行制御を行う場合、第１目標パスＴＰ１を用いる場合と比較して、制御誤差は小さくなり、制御精度は高くなる。言い換えれば、目標パスＴＰに対する追従性能が向上する。自動運転システムの追従性能が向上すると、車両１の乗員の不安感や違和感は軽減される。このことは、自動運転システムに対する信頼の向上につながる。

尚、図３〜図６で示された例では、制御遅れの要因の代表として、目標パス算出時間が考慮された。しかしながら、本実施の形態は、それだけに限定されない。例えば、他の要因（情報通信時間、アクチュエータ応答時間、など）による制御遅れが考慮されてもよい。あるいは、目標パス算出時間の一部だけが考慮されてもよい。一般化すれば、第２タイミングＴ２は、制御遅れの少なくとも一部に相当する時間だけ、第１タイミングＴ１から遅延していればよい。第２タイミングＴ２が第１タイミングＴ１より少しでも後であれば、本実施の形態に係る目標パス補正処理によって、制御遅れの影響は多少なりとも軽減される。

また、本実施の形態に係る目標パス補正処理に、複雑な計算処理は不要である。第１座標系から第２座標系への単純な座標変換を行うことによって、第２目標パスＴＰ２を容易に取得することが可能である。

比較例として、上記の特許文献１に開示された技術を考える。当該技術によれば、高精度の第２制御指令値を演算するために、“予測処理”が必要である。具体的には、センサによって検出される車両運動状態及び障害物状態を用いて、将来の車両運動状態及び障害物状態が予測される。そして、予測された将来の車両運動状態及び障害物状態に基づいて、高精度の第２制御指令値が演算される。しかしながら、そのような予測には複雑な計算処理が必要であり、それは計算負荷、計算時間、及び計算資源の増大を招く。

一方、本実施の形態によれば、比較例のような予測処理は不要である。例えば、高精度の第２目標パスＴＰ２を算出するために、将来の第２タイミングＴ２における必要情報を予測する必要はない。目標パスＴＰの算出に用いられるのは、あくまで、第１タイミングＴ１において得られた必要情報である。第１タイミングＴ１において得られた必要情報から第１目標パスＴＰ１が算出され、その後、単純な座標変換によって第２目標パスＴＰ２が得られるのである。複雑な予測処理が不要であるため、計算負荷、計算時間、計算資源の増大が抑制される。

このように、本実施の形態に係る自動運転システムは、計算負荷の増大を抑えながら、追従性能を向上させることができる。以下、本実施の形態に係る自動運転システムの具体的な構成例を説明する。

１−３．自動運転システムの構成例
図７は、本実施の形態に係る自動運転システム１００の構成例を示すブロック図である。自動運転システム１００は、車両１に搭載されており、車両１の自動運転を制御する。より詳細には、自動運転システム１００は、ＧＰＳ（Global Positioning System）受信器１０、地図データベース２０、周辺状況センサ３０、車両状態センサ４０、通信装置５０、走行装置６０、及び制御装置７０を備えている。

ＧＰＳ受信器１０は、複数のＧＰＳ衛星から送信される信号を受信し、受信信号に基づいて車両１の位置及び方位を算出する。ＧＰＳ受信器１０は、算出した情報を制御装置７０に送る。

地図データベース２０には、地図上の各レーンの境界位置を示す情報があらかじめ記録されている。各レーンの境界位置は、点群あるいは線群で表される。この地図データベース２０は、所定の記憶装置に格納されている。

周辺状況センサ３０は、車両１の周囲の状況を検出する。周辺状況センサ３０としては、ライダー（LIDAR: Laser Imaging Detection and Ranging）、レーダー、カメラなどが例示される。ライダーは、光を利用して車両１の周囲の物標を検出する。レーダーは、電波を利用して車両１の周囲の物標を検出する。カメラは、車両１の周囲の状況を撮像する。周辺状況センサ３０は、検出した情報を制御装置７０に送る。

車両状態センサ４０は、車両１の走行状態を検出する。車両状態センサ４０としては、車速センサ、舵角センサ、ヨーレートセンサ、横加速度センサなどが例示される。車速センサは、車両１の速度を検出する。舵角センサは、車両１の操舵角を検出する。ヨーレートセンサは、車両１のヨーレートを検出する。横加速度センサは、車両１に作用する横加速度を検出する。車両状態センサ４０は、検出した情報を制御装置７０に送る。

通信装置５０は、Ｖ２Ｘ通信（車車間通信および路車間通信）を行う。具体的には、通信装置５０は、他の車両との間でＶ２Ｖ通信（車車間通信）を行う。また、通信装置５０は、周囲のインフラとの間でＶ２Ｉ通信（路車間通信）を行う。Ｖ２Ｘ通信を通して、通信装置５０は、車両１の周囲の環境に関する情報を取得することができる。通信装置５０は、取得した情報を制御装置７０に送る。

走行装置６０は、操舵装置、駆動装置、制動装置、トランスミッション等を含んでいる。操舵装置は、車輪を転舵する。駆動装置は、駆動力を発生させる動力源である。駆動装置としては、エンジンや電動機が例示される。制動装置は、制動力を発生させる。

制御装置７０は、車両１の自動運転を制御する自動運転制御を行う。典型的には、制御装置７０は、プロセッサ、記憶装置、及び入出力インタフェースを備えるマイクロコンピュータである。制御装置７０は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）とも呼ばれる。制御装置７０は、入出力インタフェースを通して各種情報を受け取る。そして、制御装置７０は、受け取った情報に基づいて自動運転制御を行う。

より詳細には、制御装置７０は、機能ブロックとして、情報取得部７１及び自動運転制御部７２を備えている。これら機能ブロックは、制御装置７０のプロセッサが記憶装置に格納された制御プログラムを実行することにより実現される。制御プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納されていてもよい。情報取得部７１は、情報取得処理を行う。自動運転制御部７２は、自動運転制御処理を行う。

図８は、本実施の形態に係る情報取得処理を説明するためのブロック図である。情報取得処理において、情報取得部７１は、自動運転制御に必要な情報を取得する。尚、情報取得処理は、一定サイクル毎に繰り返し実行される。

より詳細には、情報取得部７１は、ＧＰＳ受信器１０から、車両１の現在位置及び方位を示す位置方位情報８１を取得する。

また、情報取得部７１は、地図データベース２０からレーンに関する情報を読み出し、レーン情報８２を生成する。レーン情報８２は、地図上の各レーンの配置（位置、形状、傾き）を含んでいる。情報取得部７１は、レーン情報８２に基づいて、レーンの合流、分岐、交差等を把握することができる。また、情報取得部７１は、レーン情報８２に基づいて、レーン曲率、レーン幅等を算出することができる。

また、情報取得部７１は、周辺状況センサ３０によって検出された情報に基づいて、周辺状況情報８３を生成する。周辺状況情報８３は、車両１の周囲の物標に関する物標情報を含んでいる。物標としては、白線、路側物、周辺車両などが例示される。

また、情報取得部７１は、車両状態センサ４０によって検出された情報に基づいて、車両状態情報８４を生成する。車両状態情報８４は、車両１の速度、操舵角、ヨーレート、横加速度などの情報を含む。

また、情報取得部７１は、通信装置５０による通信を通して、配信情報８５を受け取る。配信情報８５は、インフラや周辺車両から配信される情報である。配信情報８５としては、工事区間情報、事故情報などが例示される。

以上に例示された位置方位情報８１、レーン情報８２、周辺状況情報８３、車両状態情報８４、及び配信情報８５は全て、車両１の運転環境を示している。そのような車両１の運転環境を示す情報は、以下「運転環境情報８０」と呼ばれる。すなわち、運転環境情報８０は、位置方位情報８１、レーン情報８２、周辺状況情報８３、車両状態情報８４、及び配信情報８５を含んでいる。

制御装置７０の情報取得部７１は、運転環境情報８０を取得する機能を有していると言える。図８に示されるように、この情報取得部７１は、ＧＰＳ受信器１０、地図データベース２０、周辺状況センサ３０、車両状態センサ４０、及び通信装置５０と共に、「情報取得装置１１０」を構成している。情報取得装置１１０は、自動運転システム１００の一部として、上述の情報取得処理を行う。

図９は、本実施の形態に係る自動運転制御処理を説明するためのブロック図である。自動運転制御部７２は、上記の運転環境情報８０に基づいて、自動運転制御を行う。特に、自動運転制御部７２は、自動運転制御の１つとしてパス追従制御を行う。パス追従制御において、自動運転制御部７２は、車両１の目標パスＴＰを算出し、目標パスＴＰに追従するように車両１の走行を制御する。車両１の走行は、走行装置６０を適宜作動させることにより制御可能である。

自動運転制御部７２と走行装置６０は、「パス追従制御装置１２０」を構成している。パス追従制御装置１２０は、自動運転システム１００の一部として、パス追従制御を行う。以下、本実施の形態に係るパス追従制御装置１２０によるパス追従制御について、更に詳しく説明する。

１−４．パス追従制御装置
図１０は、本実施の形態に係るパス追従制御装置１２０の機能構成を示すブロック図である。パス追従制御装置１２０は、必要情報取得部１２１、目標パス決定部１２２、及び車両走行制御部１２６を備えている。目標パス決定部１２２は、目標パス算出部１２３と目標パス補正部１２４を含んでいる。

図１１は、本実施の形態に係るパス追従制御装置１２０によるパス追従制御を示すフローチャートである。図１０及び図１１を参照して、本実施の形態に係るパス追従制御装置１２０によるパス追従制御を説明する。

ステップＳ１０：
必要情報取得部１２１は、情報取得装置１１０を通して、必要情報９０を定期的に取得する。必要情報９０は、目標パスＴＰの算出に必要な情報であり、上記の運転環境情報８０の一部である。例えば、必要情報９０は、位置方位情報８１、レーン情報８２、周辺状況情報８３、及び配信情報８５を含む。必要情報取得部１２１が必要情報９０を取得するタイミングは、第１タイミングＴ１である（図３、図６参照）。必要情報取得部１２１は、第１タイミングＴ１毎に、必要情報９０を取得し、必要情報９０を目標パス決定部１２２に出力する。

ステップＳ２０：
目標パス決定部１２２は、ステップＳ１０において取得された必要情報９０に基づいて、目標パスＴＰを決定する。より詳細には、ステップＳ２０は、次のステップＳ３０〜Ｓ５０を含む。

ステップＳ３０：
まず、目標パス算出部１２３は、目標パス算出処理を行う。具体的には、目標パス算出部１２３は、ステップＳ１０において取得された必要情報９０に基づいて、目標パスＴＰを算出する。目標パスＴＰの算出方法としては、様々なものが提案されている。本実施の形態における目標パスＴＰの算出方法は、特に限定されない。必要情報９０は第１位置Ｐ１において取得されたものであり、その必要情報９０に基づいて算出される目標パスＴＰは、第１座標系で定義される第１目標パスＴＰ１（図４参照）である。すなわち、目標パス算出部１２３は、必要情報９０に基づいて、第１目標パスＴＰ１を算出する。

ステップＳ４０：
第１目標パスＴＰ１が算出された後、目標パス補正部１２４は、目標パス補正処理（図５参照）を行う。具体的には、目標パス補正部１２４は、第１座標系から第２座標系への座標変換を行うことにより、第１目標パスＴＰ１を、第２座標系で定義される第２目標パスＴＰ２に補正（変換）する。

第１座標系は、必要情報９０を取得した第１タイミングＴ１における車両座標系である。第２座標系は、第１タイミングＴ１よりも後の第２タイミングＴ２における車両座標系である。第１座標系と第２座標系の差は、例えば、第１タイミングＴ１と第２タイミングＴ２のそれぞれにおける位置方位情報８１から算出可能である。あるいは、第１座標系と第２座標系の差は、第１タイミングＴ１における車両状態情報８４（車速、ヨーレート等）及び第１タイミングＴ１から第２タイミングＴ２までの遅延時間から算出可能である。

第１タイミングＴ１から第２タイミングＴ２までの遅延時間は、予め決められていると好適である。その場合、当該遅延時間を示す設定情報が、制御装置７０の記憶装置に予め格納される。目標パス補正部１２４は、その設定情報を参照することによって、遅延時間及び第２タイミングＴ２を認識することができる。第１タイミングＴ１から第２タイミングＴ２までの遅延時間が予め決められている場合、目標パス補正処理がシンプルになり、好適である。

第１タイミングＴ１から第２タイミングＴ２までの遅延時間は、例えば、目標パス算出時間（目標パス算出部１２３が目標パスＴＰを算出するのに要する時間）に相当するように設定される。この場合、目標パス補正処理を行うことによって、目標パス算出時間による制御遅れの影響を軽減することが可能となる。

ステップＳ５０：
目標パス決定部１２２は、ステップＳ４０で得られた第２目標パスＴＰ２を目標パスＴＰに設定する。そして、目標パス決定部１２２は、目標パスＴＰを車両走行制御部１２６に出力する。

ステップＳ６０：
車両走行制御部１２６は、目標パスＴＰに追従するように車両１の走行を制御する車両走行制御を行う（図２、図６参照）。具体的には、車両走行制御部１２６は、横偏差Ｅｄ、方位角差θｄ、目標パスＴＰの曲率等のパラメータに基づき、車両１と目標パスＴＰとの間の偏差を減少させるための車両制御量を算出する。そして、車両走行制御部１２６は、算出した車両制御量に従って走行装置６０を作動させる。

例えば、走行装置６０は、車両１の車輪を転舵するためのパワーステアリング（EPS: Electric Power Steering）装置を含んでいる。パワーステアリング装置のモータを駆動制御することによって、車輪を転舵することができる。車両走行制御部１２６は、目標パスＴＰに追従するために必要な目標舵角を算出する。また、車両走行制御部１２６は、車両状態情報８４から実舵角を取得する。そして、車両走行制御部１２６は、実舵角と目標舵角の差に応じたモータ電流指令値を算出し、そのモータ電流指令値に従ってモータを駆動する。このようにして車両走行制御が実現される。

１−５．変形例
第１タイミングＴ１から第２タイミングＴ２までの遅延時間は、目標パス算出時間に必ずしも限られない。例えば、第１タイミングＴ１から第２タイミングＴ２までの遅延時間は、情報通信時間やアクチュエータ応答時間等も考慮して設定されてもよい。

第１タイミングＴ１から第２タイミングＴ２までの遅延時間が目標パス算出時間である場合、その遅延時間を、所定値として与える代わりに、実際に計測してもよい。具体的には、上述のステップＳ３０において、目標パス算出部１２３は、目標パス算出処理にかかった処理時間を計測し、計測結果を目標パス補正部１２４に出力する。目標パス補正部１２４は、当該計測結果に基づいて、第２タイミングＴ２及び第２座標系を認識することができる。

２．第２の実施の形態
２−１．概要
目標パスＴＰの算出に必要な必要情報９０は、定期的に取得され、更新される。そして、必要情報９０が更新されるたびに、目標パスＴＰも決定され、更新される。以下の説明において、符号“ｋ−１”は前回を表し、符号“ｋ”は最新を表す。

図１２及び図１３は、必要情報９０及び目標パスＴＰの更新の例を示している。前回の第１タイミングＴ１（ｋ−１）において、前回の必要情報９０が取得される。前回の第２タイミングＴ２（ｋ−１）において、前回の目標パスＴＰ（ｋ−１）が得られる。第１タイミングＴ１（ｋ）において、最新の必要情報９０が取得される。第２タイミングＴ２（ｋ）において、最新の目標パスＴＰ（ｋ）が得られる、つまり、目標パスＴＰが更新される。

第１タイミングＴ１（ｋ）から第２タイミングＴ２（ｋ）までの期間、最新の目標パスＴＰ（ｋ）は算出中であり、まだ決まっていない。よって、第１タイミングＴ１（ｋ）から第２タイミングＴ２（ｋ）までの期間、車両走行制御は、前回の目標パスＴＰ（ｋ−１）に基づいて実施される。第２タイミングＴ２（ｋ）において、最新の目標パスＴＰ（ｋ）が決まる。それ以降、最新の目標パスＴＰ（ｋ）に基づいて車両走行制御を実施することがでくる。

ここで、図１３に示されるように、前回の目標パスＴＰ（ｋ−１）と最新の目標パスＴＰ（ｋ）が、互いに関連しておらず、連続していない場合を考える。この場合、目標パスＴＰが切り替わるタイミングにおいて、車両走行制御における車両制御量が不連続的に変化する。車両制御量の不連続変化は、車両挙動の急変や乱れの原因となり、車両１の乗客に違和感や不安感を与える。そこで、本発明の第２の実施の形態は、車両制御量の不連続変化を抑制することができる目標パス算出処理を提案する。

図１４は、第２の実施の形態における目標パス算出処理を説明するための概念図である。第２の実施の形態によれば、最新の目標パスＴＰ（ｋ）は、前回の目標パスＴＰ（ｋ−１）と一部オーバーラップするように決定される。より詳細には、図１４に示されるように、最新の目標パスＴＰ（ｋ）の先頭から所定区間が前回の目標パスＴＰ（ｋ−１）とオーバーラップするように、最新の目標パスＴＰ（ｋ）が決定される。所定区間は、少なくとも、第１タイミングＴ１（ｋ）における第１位置Ｐ１（ｋ）から第２タイミングＴ２（ｋ）における第２位置Ｐ２（ｋ）までの区間を含む。

このような目標パス算出処理によって、最新の目標パスＴＰ（ｋ）は、前回の目標パスＴＰ（ｋ−１）からスムーズにつながることになる。特に、第１位置Ｐ１（ｋ）から第２位置Ｐ２（ｋ）までの区間、最新の目標パスＴＰ（ｋ）は、前回の目標パスＴＰ（ｋ−１）とオーバーラップしている。そのため、第２位置Ｐ２（ｋ）において、前回の目標パスＴＰ（ｋ−１）と最新の目標パスＴＰ（ｋ）との間に不連続は発生しない。これにより、目標パスＴＰが切り替わるタイミングにおいて、車両制御量が不連続的に変化することが抑制される。結果として、車両挙動の急変や乱れが抑制される。

２−２．パス追従制御装置
図１５は、第２の実施の形態に係るパス追従制御装置１２０の機能構成を示すブロック図である。図１０で示された第１の実施の形態の場合と重複する説明は、適宜省略される。第２の実施の形態に係るパス追従制御装置１２０は、目標パス決定部１２２の代わりに、目標パス決定部１２２Ａを有している。目標パス決定部１２２Ａは、目標パス算出部１２３Ａを有している。

図１６は、第２の実施の形態に係るパス追従制御装置１２０によるパス追従制御を示すフローチャートである。図１１で示された第１の実施の形態の場合と重複する説明は、適宜省略される。第２の実施の形態では、ステップＳ２０がステップＳ２０Ａに置き換えられる。

ステップＳ２０Ａ：
目標パス決定部１２２Ａは、ステップＳ１０において取得された必要情報９０に基づいて、目標パスＴＰを決定する。より詳細には、ステップＳ２０は、次のステップＳ３０Ａを含む。

ステップＳ３０Ａ：
目標パス算出部１２３Ａは、必要情報９０と前回の目標パスＴＰ（ｋ−１）とに基づいて、目標パス算出処理を行う。より詳細には、目標パス算出部１２３Ａは、最新の目標パスＴＰ（ｋ）の先頭から所定区間が前回の目標パスＴＰ（ｋ−１）とオーバーラップするように、最新の目標パスＴＰ（ｋ）を算出する。所定区間は、少なくとも第１位置Ｐ１（ｋ）から第２位置Ｐ２（ｋ）までの区間を含む。

目標パス決定部１２２Ａは、ステップＳ３０Ａにおいて算出された目標パスＴＰ（ｋ）を、車両走行制御部１２６に出力する。目標パスＴＰは、前回の目標パスＴＰ（ｋ−１）から最新の目標パスＴＰ（ｋ）に切り替えられ、車両走行制御部１２６は、最新の目標パスＴＰ（ｋ）に基づく車両走行制御を開始する。この切り替わりタイミングにおいて、車両制御量が不連続的に変化することが抑制される。結果として、車両挙動の急変や乱れが抑制される。

３．第３の実施の形態
本発明の第３の実施の形態は、第１の実施の形態と第２の実施の形態の組み合わせである。第１の実施の形態あるいは第２の実施の形態と重複する説明は、適宜省略される。

図１７は、第３の実施の形態に係るパス追従制御装置１２０の機能構成を示すブロック図である。第３の実施の形態に係るパス追従制御装置１２０は、目標パス決定部１２２の代わりに、目標パス決定部１２２Ｂを有している。目標パス決定部１２２Ｂは、目標パス算出部１２３Ｂ及び目標パス補正部１２４Ｂを有している。

図１８は、第３の実施の形態に係るパス追従制御装置１２０によるパス追従制御を示すフローチャートである。第３の実施の形態では、ステップＳ２０がステップＳ２０Ｂに置き換えられる。

ステップＳ２０Ｂ：
目標パス決定部１２２Ｂは、ステップＳ１０において取得された必要情報９０に基づいて、目標パスＴＰを決定する。より詳細には、ステップＳ２０Ｂは、次のステップＳ３０Ｂ〜Ｓ５０Ｂを含む。

ステップＳ３０Ｂ：
目標パス算出部１２３Ｂは、必要情報９０と前回の目標パスＴＰ（ｋ−１）とに基づいて、目標パス算出処理を行う。より詳細には、目標パス算出部１２３Ｂは、最新の目標パスＴＰ（ｋ）の先頭から所定区間が前回の目標パスＴＰ（ｋ−１）とオーバーラップするように、最新の目標パスＴＰ（ｋ）を算出する。所定区間は、少なくとも第１位置Ｐ１（ｋ）から第２位置Ｐ２（ｋ）までの区間を含む。このステップＳ３０Ｂで算出される目標パスＴＰ（ｋ）は、第１座標系で定義される第１目標パスＴＰ１（ｋ）である。

ステップＳ４０Ｂ：
最新の第１目標パスＴＰ１（ｋ）が算出された後、目標パス補正部１２４Ｂは、目標パス補正処理（図５参照）を行う。具体的には、目標パス補正部１２４Ｂは、第１座標系から第２座標系への座標変換を行うことにより、第１目標パスＴＰ１（ｋ）を、第２座標系で定義される第２目標パスＴＰ２（ｋ）に補正する。

ステップＳ５０Ｂ：
目標パス決定部１２２Ｂは、ステップＳ４０Ｂで得られた第２目標パスＴＰ２（ｋ）を目標パスＴＰに設定する。そして、目標パス決定部１２２Ｂは、目標パスＴＰを車両走行制御部１２６に出力する。

第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態による効果と第２の実施の形態の効果の両方が得られる。

１ 車両
１０ ＧＰＳ受信器
２０ 地図データベース
３０ 周辺状況センサ
４０ 車両状態センサ
５０ 通信装置
６０ 走行装置
７０ 制御装置
７１ 情報取得部
７２ 自動運転制御部
８０ 運転環境情報
８１ 位置方位情報
８２ レーン情報
８３ 周辺状況情報
８４ 車両状態情報
８５ 配信情報
９０ 必要情報
１００ 自動運転システム
１１０ 情報取得装置
１２０ パス追従制御装置
１２１ 必要情報取得部
１２２、１２２Ａ、１２２Ｂ 目標パス決定部
１２３、１２３Ａ、１２３Ｂ 目標パス算出部
１２４、１２４Ｂ 目標パス補正部
１２６ 車両走行制御部
ＴＰ 目標パス

Claims (4)

1. 車両に搭載される自動運転システムであって、
   目標パスの算出に必要な必要情報を定期的に取得する必要情報取得部と、
   前記必要情報に基づいて前記目標パスを決定する目標パス決定部と、
   前記目標パスに追従するように前記車両の走行を制御する車両走行制御を行う車両走行制御部と
   を備え、
   車両座標系は、前記車両に固定された相対座標系であり、
   前記必要情報取得部が前記必要情報を取得するタイミングは、第１タイミングであり、
   第１座標系は、前記第１タイミングにおける前記車両座標系であり、
   第２座標系は、前記第１タイミングより後の第２タイミングにおける前記車両座標系であり、
   前記目標パス決定部は、
   前記第１タイミングにおいて取得された前記必要情報に基づいて、前記第１座標系で定義される第１目標パスを算出する目標パス算出部と、
   前記第１座標系から前記第２座標系への座標変換を行うことにより、前記第１目標パスを前記第２座標系で定義される第２目標パスに補正する目標パス補正部と
   を有し、
   前記車両走行制御部は、前記第２目標パスを前記目標パスとして用いて前記車両走行制御を行う
   自動運転システム。
2. 請求項１に記載の自動運転システムであって、
   前記第１タイミングから前記第２タイミングまでの遅延時間は、予め決められている
   自動運転システム。
3. 請求項１又は２に記載の自動運転システムであって、
   前記第１タイミングから前記第２タイミングまでの遅延時間は、前記目標パス算出部が前記第１目標パスを算出するために要する時間に相当する
   自動運転システム。
4. 請求項３に記載の自動運転システムであって、
   前記必要情報取得部が前記必要情報を取得するたびに、前記目標パス決定部は前記目標パスを決定して更新し、
   前記目標パス決定部は、最新の目標パスの先頭から所定区間が前回の目標パスとオーバーラップするように、前記最新の目標パスを決定し、
   前記所定区間は、前記第１タイミングから前記第２タイミングまでの期間に相当する区間を少なくとも含む
   自動運転システム。

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