JP2020087266A - 経路候補設定システム及び経路候補設定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】多様な経路候補を設定することが可能な経路候補設定システム及び経路候補設定方法を提供する。【解決手段】経路候補設定システムである運転支援システム１００のＥＣＵ１０は、格子状に配列された複数のグリッド点Ｇnを走行路５上に設定し、演算実行時の車両１の位置を始点Ｐsとするとともに車両１の進行方向前方のグリッド点Ｇnを終点Ｐeとして延び、且つ、ｙ座標がｘ座標の関数として表わされる曲線を規定し、当該曲線を経路候補ＲＣとして設定するように構成されている。さらに、ＥＣＵ１０は、始点Ｐs及び終点Ｐeにおける車両１の走行状態を示す境界条件を設定し、複数の境界条件を有する境界条件セットを設定し、複数の境界条件セットのそれぞれを満たす曲線を、経路候補ＲＣとして設定するように構成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、経路候補設定システム及び経路候補設定方法に関する。

車両の経路候補（つまり、実際に車両を走行させる目標経路となり得る候補）の設定に用いられるアルゴリズムとして、ポテンシャル法、スプライン補間関数、Ａスター（Ａ＊）、ＲＲＴ、ステートラティス法等が知られている。また、このようなアルゴリズムを用いた運転支援システムも提案されている。

ステートラティス法では、走行路に多数のグリッド点が設定され、各グリッド点に対して経路候補が設定される。各経路候補は障害物回避等の観点から経路コストを評価され、当該評価の結果、適切と判断された１つの経路候補が目標経路として選択される。例えば、特許文献１には、グリッドマップ上に複数の経路候補を設定し、これらから移動コストに基づいて１つの経路候補を選択する運転支援システムが開示されている。

国際公開第２０１３／０５１０８１号

近年の運転支援システムでは、障害物回避の際であっても、乗員に与える不快感の軽減や、回避前後の車両の挙動を考慮して、目標経路を設定することが待望されている。このため、多様な経路候補の設定が必要とされている。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、多様な経路候補を設定することが可能な経路候補設定システム及び経路候補設定方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、車両の経路候補を設定する経路候補設定システムであって、走行路に関する走行路情報を取得する走行路情報取得装置と、走行路情報に基づいて経路候補を設定するための演算を実行する演算装置と、を備え、走行路が延びる方向をｘ方向と定義し、走行路の幅方向をｙ方向と定義したとき、演算装置は、格子状に配列された複数のグリッド点を走行路上に設定し、演算実行時の車両の位置を始点とするとともに車両の進行方向前方のグリッド点を終点として延び、且つ、ｙ座標がｘ座標を変数とする関数で表わされる曲線を規定し、当該曲線を経路候補として設定するように構成され、さらに、演算装置は、始点及び終点における車両の走行状態を示す境界条件を設定し、複数の境界条件を有する境界条件セットを設定し、複数の境界条件セットのそれぞれを満たす曲線を、経路候補として設定するように構成されている、ことを特徴としている。

この構成によれば、演算装置は、複数の境界条件セットのそれぞれを満たす曲線を、経路候補として設定する。すなわち、この構成によれば、複数の境界条件セットを設定するという簡易な方法により、複数の経路候補を設定することが可能になる。

本発明において、好ましくは、曲線は、ｙ座標がｘ座標を変数とするｎ次関数で表され、演算装置は、少なくともｎ＋１個の境界条件を設定する。
ここで、ｎは正の整数である。ｎ次関数の一般式は、ｎ＋１個の係数を用いて表される。係数は、０を含む場合もある。
上記構成によれば、演算装置は、少なくともｎ＋１個の境界条件を適用することにより、各係数を定めるためのｎ＋１個の関係式を得ることができる。この結果、始点から終点まで延びる曲線を具体的に規定することが可能になる。

本発明において、好ましくは、曲線は、ｙ座標がｘ座標を変数とする５次関数で表される。
この構成によれば、５次関数をｘ座標で１回〜３回微分することにより、車両のヨー角、ヨー角速度、及びヨー角加速度と相関がある関係式を得ることができる。当該関係式により、車両のヨー角、ヨー角速度、及びヨー角加速度を評価することが可能になる。この結果、ヨー方向における車両の挙動を考慮し、当該挙動が乗員に与える不快感を軽減する経路候補を設定することが可能になる。

本発明において、好ましくは、境界条件は、始点又は終点における車両のヨー角速度及びヨー角加速度をゼロとして含んでいる。
この構成によれば、始点における車両のヨー角速度及びヨー角加速度がゼロである場合、始点近傍における車両の直進性が高まる。このような境界条件を適用することにより設定した経路候補は、例えば、車両が始点近傍の先行車両を迅速に追い越すために、大きな加速が求められる場合等に有用である。
また、終点における車両のヨー角速度及びヨー角加速度がゼロである場合、終点近傍における車両の直進性が高まる。このような境界条件を適用することにより設定した経路候補は、例えば、車両を終点において安定的に停止させようとする場合等に有用である。

本発明において、好ましくは、境界条件は、始点のｘ座標及びｙ座標を含んでいる。
この構成によれば、演算装置による演算の負荷を軽減し、当該境界条件を満たす曲線を迅速に規定することが可能になる。

上記課題を解決するために、本発明は、車両の経路候補を設定する経路候補設定方法であって、走行路に関する走行路情報を取得し、走行路情報に基づいて経路候補を設定するための演算を実行し、走行路が延びる方向をｘ方向と定義し、走行路の幅方向をｙ方向と定義したとき、演算において、走行路上に複数のグリッド点を設定し、演算実行時の車両の位置を始点とするとともにグリッド点を終点として延び、且つ、ｙ座標がｘ座標を変数とする関数で表わされる曲線を規定し、該曲線を経路候補として設定し、さらに、始点及び終点における車両の状態を示す境界条件を設定し、複数の境界条件を有する境界条件セットを設定し、複数の境界条件セットのそれぞれを満たす曲線を、経路候補として設定する、ことを特徴とする。

本発明によれば、多様な経路候補を設定することが可能な経路候補設定システム及び経路候補設定方法を提供することができる。

実施形態に係る運転支援システムの構成図である。 経路候補の説明図である。 経路候補の説明図である。 経路候補の説明図である。 図１のＥＣＵが実行する演算を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照しながら実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

まず、図１及び図２を参照しながら、本発明に係る経路候補設定システムの一例である運転支援システム１００の概要について説明する。図１は、運転支援システム１００の構成図である。図２は、経路候補ＲＣの説明図である。

運転支援システム１００は、車両１に搭載され、車両１を目標経路に沿って走行させる運転支援制御を提供する。図１に示されるように、運転支援システム１００は、ＥＣＵ（電子制御装置）１０と、複数のセンサ類と、複数の制御システムと、を備えている。複数のセンサ類には、カメラ２１、レーダ２２や、車両１の挙動や乗員による運転操作を検出するための車速センサ２３、加速度センサ２４、ヨーレートセンサ２５、操舵角センサ２６、アクセルセンサ２７、ブレーキセンサ２８が含まれている。さらに、複数のセンサ類には、車両１の位置を検出するための測位システム２９、ナビゲーションシステム３０が含まれている。複数の制御システムには、エンジン制御システム３１、ブレーキ制御システム３２、ステアリング制御システム３３が含まれている。

また、他のセンサ類として、車両１に対する周辺構造物の距離及び位置を測定する周辺ソナー、車両１の４箇所の角部における周辺構造物の接近を測定するコーナーレーダや、車両１の車室内を撮影するインナーカメラが含まれていてもよい。

ＥＣＵ１０は、本発明に係る演算装置の一例である。ＥＣＵ１０は、ＣＰＵ、各種プログラムを記憶するメモリ、入出力装置等を備えたコンピュータにより構成される。ＥＣＵ１０は、複数のセンサ類から受け取った信号に基づいて種々の演算を実行し、エンジン制御システム３１、ブレーキ制御システム３２、ステアリング制御システム３３に対して、それぞれエンジンシステム、ブレーキシステム、ステアリングシステムを適宜に作動させるための制御信号を送信する。

ＥＣＵ１０は、走行路情報に基づいて、走行路上の位置を特定するための演算を行う。走行路情報は、車両１が走行している走行路に関する情報であり、カメラ２１、レーダ２２、ナビゲーションシステム３０等により取得される。走行路情報は、例えば、走行路の形状（直線、カーブ、カーブ曲率）、走行路幅、車線数、車線幅等に関する情報を含んでいる。

図２は、車両１が走行路５上を走行している様子を示している。ＥＣＵ１０は、走行路情報に基づく演算により、車両１の進行方向前方に存在する走行路５上に、仮想の複数のグリッド点Ｇ_n（ｎ＝１，２，・・・Ｎ）を設定する。走行路５が延びる方向をｘ方向と定義し、走行路５の幅方向をｙ方向と定義した場合に、グリッド点Ｇ_nは、ｘ方向及びｙ方向に沿って格子状に配列されている。

ＥＣＵ１０がグリッド点Ｇ_nを設定する範囲は、走行路５に沿って、距離Ｌだけ車両１の前方に亘っている。距離Ｌは、演算実行時の車両１の速度に基づいて計算される。本実施形態では、距離Ｌは、演算実行時の速度（Ｖ）で所定の固定時間ｔ（例えば、３秒）に走行すると予想される距離である（Ｌ＝Ｖ×ｔ）。しかしながら、距離Ｌは、所定の固定距離（例えば、１００ｍ）であってもよいし、速度（及び加速度）の関数であってもよい。また、グリッド点Ｇ_nが設定される範囲の幅Ｗは、走行路５の幅と略等しい値に設定される。このような複数のグリッド点Ｇ_nの設定により、走行路５上の位置を特定することが可能になる。

なお、図２に示される走行路５は直線区間であるため、グリッド点Ｇ_nは矩形状に配置されている。しかしながら、グリッド点Ｇ_nは走行路が延びる方向に沿って配置されるため、走行路がカーブ区間を含んでいる場合は、グリッド点Ｇ_nはカーブ区間の湾曲に沿って配置される。

また、ＥＣＵ１０は、走行路情報と障害物情報に基づいて、経路候補ＲＣ（つまり、実際に車両１を走行させる目標経路となり得る候補）を設定するための演算を実行する。障害物情報は、車両１の進行方向の走行路５上の障害物（例えば、先行車両、駐車車両、歩行者、落下物等）の有無や、その移動方向、移動速度等に関する情報であり、カメラ２１及びレーダ２２により取得される。

また、ＥＣＵ１０は、ステートラティス法を用いた経路探索により、複数の経路候補ＲＣを設定する。ステートラティス法によれば、車両１の位置から、車両１の進行方向に存在するグリッド点Ｇ_nに向かって枝分かれするように、複数の経路候補ＲＣが設定される。図２は、ＥＣＵ１０が設定する複数の経路候補ＲＣの一部である経路候補ＲＣ_a，ＲＣ_b，ＲＣ_cを示している。

また、ＥＣＵ１０は、所定条件に基づいて、複数の経路候補ＲＣの中から経路コストが最小である１つの経路候補ＲＣを選択する。具体的には、まず、ＥＣＵ１０は、図２に示されるように、各経路候補ＲＣに沿って複数のサンプリング点ＳＰを設定するとともに、各サンプリング点ＳＰにおける経路コストを計算する。次に、ＥＣＵ１０は、経路コストが最小である経路候補ＲＣを選択し、目標経路として設定する。

また、ＥＣＵ１０は、設定した目標経路に沿って車両１が走行するように、エンジン制御システム３１、ブレーキ制御システム３２、ステアリング制御システム３３に対して制御信号を送信する。

カメラ２１は、本発明に係る走行路情報取得装置の一例である。カメラ２１は、車両１の周囲を撮影し、画像データを出力する。ＥＣＵ１０は、カメラ２１から受信した画像データに基づいて、対象物（例えば、先行車両、駐車車両、歩行者、走行路、区画線（車線境界線、白線、黄線）、交通信号、交通標識、停止線、交差点、障害物等）を特定する。なお、ＥＣＵ１０は、交通インフラや車々間通信等により、外部から対象物の情報を取得してもよい。これにより、対象物の種類、相対位置、移動方向等が特定される。

レーダ２２は、本発明に係る走行路情報取得装置の一例である。レーダ２２は、対象物（特に、先行車両、駐車車両、歩行者、走行路５上の落下物等）の位置及び速度を測定する。レーダ２２として、例えばミリ波レーダを用いることができる。レーダ２２は、車両１の進行方向に電波を送信し、対象物により送信波が反射されて生じた反射波を受信する。そして、レーダ２２は、送信波と受信波に基づいて、車両１と対象物との間の距離（例えば、車間距離）や、車両１に対する対象物の相対速度を測定する。なお、本実施形態において、レーダ２２に代えて、レーザレーダや超音波センサ等を用いて対象物との距離や相対速度を測定してもよい。また、複数のセンサ類を用いて、位置及び速度測定装置を構成してもよい。

車速センサ２３は、車両１の絶対速度を検出する。
加速度センサ２４は、車両１の加速度（前後方向の縦加減速度、横方向の横加減速度）を検出する。
ヨーレートセンサ２５は、車両１のヨーレートを検出する。
操舵角センサ２６は、車両１のステアリングホイールの回転角度（操舵角）を検出する。ＥＣＵ１０は、車速センサ２３が検出した絶対速度、及び、操舵角センサ２６が検出した操舵角に基づいて所定の演算を実行することにより、車両１のヨー角（つまり、後述するｘ軸に対して車両１の前後方向が成す角度）を取得することができる。
アクセルセンサ２７は、アクセルペダルの踏み込み量を検出する。
ブレーキセンサ２８は、ブレーキペダルの踏み込み量を検出する。

測位システム２９は、ＧＰＳシステム及び／又はジャイロシステムであり、車両１の位置（現在車両位置情報）を検出する。
ナビゲーションシステム３０は、内部に地図情報を格納しており、ＥＣＵ１０に地図情報を提供することができる。ＥＣＵ１０は、地図情報及び現在車両位置情報に基づいて、車両１の周囲（特に、進行方向）に存在する道路、交差点、交通信号、建造物等を特定する。地図情報は、ＥＣＵ１０内に格納されていてもよい。

エンジン制御システム３１は、車両１のエンジンを制御する。ＥＣＵ１０は、車両１を加速又は減速させる必要がある場合に、エンジン制御システム３１に対して、エンジン出力を変更するために制御信号を送信する。

ブレーキ制御システム３２は、車両１のブレーキ装置を制御する。ＥＣＵ１０は、車両１を減速させる必要がある場合に、ブレーキ制御システム３２に対して、制動力を発生させるために制御信号を送信する。

ステアリング制御システム３３は、車両１のステアリング装置を制御する。ＥＣＵ１０は、車両１の進行方向を変更する必要がある場合に、ステアリング制御システム３３に対して、操舵方向を変更するために制御信号を送信する。

次に、図２〜図４を参照しながら、経路候補ＲＣを設定するための演算について説明する。図３及び図４は、経路候補ＲＣの説明図である。

図２〜図４に示されるように、経路候補ＲＣは、始点Ｐ_sから終点Ｐ_eまで延びている。始点Ｐ_sは、演算実行時の車両１の位置である。始点Ｐ_sの座標は（ｘ_s，ｙ_s）で表される。図２〜図４に示される例では、車両１はｘｙ座標の原点に位置しているため、始点Ｐ_sの座標は（０，０）である。終点Ｐ_eは、複数のグリッド点Ｇ_nから選択された１つのグリッド点Ｇ_nであり、その座標は（ｘ_e，ｙ_e）で表される。

ＥＣＵ１０は、経路候補ＲＣとして設定する曲線として、式ｆ１で示されるように、ｙ座標がｘ座標を変数とする５次関数を暫定的に規定する。式ｆ１は、本発明に係るｎ次関数の一例である。また、式ｆ１に基づいてｘｙ座標に描画される曲線は、本発明に係る曲線の一例である。

ａ〜ｆは未知の係数である。始点Ｐ_sから終点Ｐ_eまで延びる曲線を具体的に規定するためには、少なくとも６つの関係式を解いて、係数ａ〜ｆを定める必要がある。そこで、ＥＣＵ１０は、式ｆ１をｘで１回〜３回微分した式ｆ２〜ｆ４を用意する。

始点Ｐ_sの座標（ｘ_s，ｙ_s）と、終点Ｐ_eの座標（ｘ_e，ｙ_e）は、それぞれ式ｆ１の関係を満たす。したがって、ＥＣＵ１０は、関係式ｆ５，ｆ６を得ることができる。

また、以下の説明では、図３に示されるように、車両１の前後方向に沿って延びる直線１Ｌがｘ軸に対して成す角度を「ヨー角」という。さらに、始点Ｐ_sにおけるヨー角をＨ_sし、終点Ｐ_eにおけるヨー角をＨ_eとする。ヨー角Ｈ_s，Ｈ_eの単位は、いずれもラジアンである。

始点Ｐ_sのｘ座標（ｘ_s）と、始点Ｐ_sにおけるヨー角Ｈ_sの正接は、式ｆ２の関係を満たす。また、終点Ｐ_eのｘ座標（ｘ_e）と、終点Ｐ_eにおけるヨー角Ｈ_eの正接も、式ｆ２の関係を満たす。したがって、ＥＣＵ１０は、関係式ｆ７，ｆ８を得ることができる。

式ｆ３は、ｘに対するｙ’の変化率を示すものであるから、ヨー角速度と相関がある。これより、始点Ｐ_sのｘ座標（ｘ_s）と、始点Ｐ_sにおけるヨー角速度Ｋ_sは、概ね式ｆ３の関係を満たす。また、終点Ｐ_eのｘ座標（ｘ_e）と、終点Ｐ_eにおけるヨー角速度Ｋ_eも、概ね式ｆ３の関係を満たす。したがって、ＥＣＵ１０は、関係式ｆ９，ｆ１０を得ることができる。

また、式ｆ４は、ｘに対するｙ’’の変化率を示すものであるから、ヨー角加速度と相関がある。これより、始点Ｐ_sのｘ座標（ｘ_s）と、始点Ｐ_sにおけるヨー角加速度Ｋ_s’は、概ね式ｆ４の関係を満たす。また、終点Ｐ_eのｘ座標（ｘ_e）と、ヨー角加速度Ｋ_e’も、概ね式ｆ４の関係を満たす。したがって、ＥＣＵ１０は、関係式ｆ１１，ｆ１２を得ることができる。

ＥＣＵ１０は、始点Ｐ_s及び終点Ｐ_eのそれぞれにおける車両１の状態（つまり、座標、ヨー角、ヨー角速度、ヨー角加速度）を示す複数の境界条件を適宜設定する。ＥＣＵ１０は、当該境界条件を適用して、８つの関係式ｆ５〜ｆ１２のうち少なくとも６つの関係式を解くことにより、係数ａ〜ｆを定める。これにより、ＥＣＵ１０は、始点Ｐ_sから終点Ｐ_eまで延び、経路候補ＲＣとして設定される曲線を、具体的に規定することができる。

図４は、車両１（図２及び図３等参照）がｘ方向に１００ｍ移動する間にｙ方向に４ｍ移動する場合において、第１境界条件セット、第２境界条件セット、第３境界条件セットのそれぞれを適用することにより設定される経路候補ＲＣ₁，ＲＣ₂，ＲＣ₃を示している。ｘｙ座標は、演算実行時の車両１の位置である始点Ｐ_sが、原点に位置するように設定されている。

＜第１境界条件セット＞
第１境界条件セットは、
［境界条件１−１］始点Ｐ_sの座標
［境界条件１−２］終点Ｐ_eの座標
［境界条件１−３］始点Ｐ_sにおけるヨー角Ｈ_s
［境界条件１−４］終点Ｐ_eにおけるヨー角Ｈ_e
［境界条件１−５］始点Ｐ_sにおけるヨー角速度Ｋ_s
［境界条件１−６］終点Ｐ_eにおけるヨー角速度Ｋ_e
の６つの境界条件を有している。

［境界条件１−１］及び［境界条件１−２］について
ＥＣＵ１０は、始点Ｐ_sの座標（０，０）と、終点Ｐ_eの座標（１００，４）と、を式ｆ１に代入する。これにより、ＥＣＵ１０は、始点Ｐ_sと終点Ｐ_eのそれぞれにおいて式ｆ５，ｆ６のように成立する２つの関係式を得ることができる。

［境界条件１−３］及び［境界条件１−４］について
また、ＥＣＵ１０は、始点Ｐ_sのｘ座標（０）及び始点Ｐ_sにおけるヨー角Ｈ_sの正接と、終点Ｐ_eのｘ座標（１００）及び終点Ｐ_eにおけるヨー角Ｈ_eの正接と、を式ｆ２に代入する。これにより、ＥＣＵ１０は、始点Ｐ_sと終点Ｐ_eのそれぞれにおいて式ｆ７，ｆ８のように成立する２つの関係式を得ることができる。

［境界条件１−５］及び［境界条件１−６］について
また、ＥＣＵ１０は、始点Ｐ_sのｘ座標（０）及び始点Ｐ_sにおけるヨー角速度Ｋ_sと、終点Ｐ_eのｘ座標（１００）及び終点Ｐ_eにおけるヨー角速度Ｋ_eと、を式ｆ３に代入する。これにより、ＥＣＵ１０は、始点Ｐ_sと終点Ｐ_eのそれぞれにおいて式ｆ９，ｆ１０のように成立する２つの関係式を得ることができる。

このように、ＥＣＵ１０は、第１境界条件セットを適用することにより合計６つの関係式を得ることができる。ＥＣＵ１０は、これら６つの関係式を解くことにより、係数ａ〜ｆを定める。これにより、終点Ｐ_eから終点Ｐ_eまで延び、経路候補ＲＣ₁として設定される曲線を、具体的に規定することができる。図４に示される経路候補ＲＣ₁は、始点Ｐ_sにおけるヨー角Ｈ_s及びヨー角速度Ｋ_sと、終点Ｐ_eにおけるヨー角Ｈ_e及びヨー角速度Ｋ_eと、をいずれもゼロとした場合に設定されるものである。

ＥＣＵ１０が第１境界条件セットを適用して設定した経路候補ＲＣ₁は、後述する経路候補ＲＣ₂，ＲＣ₃と比較して、車両１に発生する横加速度の最大値が小さい経路となっている。このため、経路候補ＲＣ₁は、横加速度が乗員に与える不快感を軽減する場合等に有用である。

＜第２境界条件セット＞
第２境界条件セットは、
［境界条件２−１］始点Ｐ_sの座標
［境界条件２−２］終点Ｐ_eの座標
［境界条件２−３］始点Ｐ_sにおけるヨー角Ｈ_s
［境界条件２−４］終点Ｐ_eにおけるヨー角Ｈ_e
［境界条件２−５］始点Ｐ_sにおけるヨー角速度Ｋ_s
［境界条件２−６］始点Ｐ_sにおけるヨー角加速度Ｋ_s’
の６つの境界条件を有している。

［境界条件２−１］〜［境界条件２−５］について
第２境界条件セットの［境界条件２−１］〜［境界条件２−５］は、第１境界条件セットの［境界条件１−１］〜［境界条件１−５］とそれぞれ等しい。このため、ＥＣＵ１０は、第２境界条件セットを適用した場合においても、第１境界条件セットを適用した場合と同様の５つの関係式を得ることができる。

［境界条件２−６］について
第２境界条件セットでは、第１境界条件セットの［境界条件１−６］に代えて、［境界条件２−６］が設定されている。ＥＣＵ１０は、始点Ｐ_sのｘ座標（０）及び始点Ｐ_sにおけるヨー角加速度Ｋ_s’を式ｆ４に代入する。これより、ＥＣＵ１０は、始点Ｐ_sにおいて式ｆ１１のように成立する１つの関係式を得ることができる。

このように、ＥＣＵ１０は、第２境界条件セットを適用することにより合計６つの関係式を得ることができる。ＥＣＵ１０は、これら６つの関係式を解くことにより、係数ａ〜ｆを定める。これにより、ＥＣＵ１０は、終点Ｐ_eから終点Ｐ_eまで延び、経路候補ＲＣ₂として設定される曲線を、具体的に規定することができる。図４に示される経路候補ＲＣ₂は、始点Ｐ_sにおけるヨー角Ｈ_s、ヨー角速度Ｋ_s、及びヨー角加速度Ｋ_s’と、終点Ｐ_eにおけるヨー角Ｈ_eと、をいずれもゼロとした場合に設定されるものである。

図４から明らかなように、第２境界条件セットを適用して設定した経路候補ＲＣ₂は、経路候補ＲＣ₁，ＲＣ₃と比較して、始点Ｐ_s近傍における車両１の直進性が高い経路となっている。この差異は、［境界条件２−６］において、始点Ｐ_sにおけるヨー角加速度Ｋ_s’をゼロとしたことに起因している。経路候補ＲＣ₂は、例えば、車両１が始点Ｐ_s近傍の先行車両を迅速に追い越すために、始点Ｐ_s近傍において大きな加速が求められる場合等に有用である。

＜第３境界条件セット＞
第３境界条件セットは、
［境界条件３−１］始点Ｐ_sの座標
［境界条件３−２］終点Ｐ_eの座標
［境界条件３−３］始点Ｐ_sにおけるヨー角Ｈ_s
［境界条件３−４］終点Ｐ_eにおけるヨー角Ｈ_e
［境界条件３−５］終点Ｐ_eにおけるヨー角速度Ｋ_e
［境界条件３−６］終点Ｐ_eにおけるヨー角加速度Ｋ_e’
の６つの境界条件を有している。

［境界条件３−１］〜［境界条件３−５］について
第３境界条件セットの［境界条件３−１］〜［境界条件３−５］は、第１境界条件セットの［境界条件１−１］〜［境界条件１−４］，［境界条件１−６］とそれぞれ等しい。このため、ＥＣＵ１０は、第３境界条件セットを適用した場合においても、第１境界条件セットを適用した場合と同様の５つの関係式を得ることができる。

［境界条件３−６］について
第３境界条件セットでは、第１境界条件セットの［境界条件１−５］に代えて、［境界条件３−６］が設定されている。ＥＣＵ１０は、終点Ｐ_eのｘ座標（１００）と、終点Ｐ_eにおけるヨー角加速度Ｋ_e’と、を式ｆ４に代入する。これより、ＥＣＵ１０は、終点Ｐ_eにおいて式ｆ１２のように成立する１つの関係式を得ることができる。

このように、ＥＣＵ１０は、第３境界条件セットを適用することにより合計６つの関係式を得ることができる。ＥＣＵ１０は、これら６つの関係式を解くことにより、係数ａ〜ｆを定める。これにより、ＥＣＵ１０は、終点Ｐ_eから終点Ｐ_eまで延び、経路候補ＲＣ₃として設定される曲線を、具体的に規定することができる。図４に示される経路候補ＲＣ₃は、始点Ｐ_sにおけるヨー角Ｈ_sと、終点Ｐ_eにおけるヨー角Ｈ_e，ヨー角速度Ｋ_e，及びヨー角加速度Ｋ_e’をいずれもゼロとした場合に設定されるものである。

図４から明らかなように、第３境界条件セットを適用して設定した経路候補ＲＣ₃は、経路候補ＲＣ₁，ＲＣ₂と比較して、終点Ｐ_e近傍における車両１の直進性が高い経路となっている。この差異は、［境界条件３−６］において、終点Ｐ_eにおけるヨー角加速度Ｋ_e’をゼロとしたことに起因している。経路候補ＲＣ₃は、例えば、車両１を終点Ｐ_e近傍に安定的に停止させようとする場合等に有用である。

次に、図５を参照して、ＥＣＵ１０が運転支援制御を提供する際に実行する演算について説明する。図５は、ＥＣＵ１０が実行する演算を示すフローチャートである。ＥＣＵ１０は、図５に示される演算を繰返し実行する（例えば、０．０５〜０．２秒毎）。

まず、ステップＳ１で、ＥＣＵ１０は、カメラ２１、レーダ２２、及びナビゲーションシステム３０から走行路情報を取得する。

次に、ステップＳ２で、ＥＣＵ１０は、走行路情報に基づいて、走行路５の形状（例えば、走行路５が延びる方向、走行路５の幅等）を特定するとともに、走行路５上に複数のグリッド点Ｇ_n（ｎ＝１，２，・・・Ｎ）を設定する。ＥＣＵ１０は、例えば、ｘ方向に１０ｍ毎、ｙ方向に０．８７５ｍ毎にグリッド点Ｇ_nを設定する。

次に、ステップＳ３で、ＥＣＵ１０は、カメラ２１及びレーダ２２から障害物情報を取得する。すなわち、ＥＣＵ１０は、車両１の進行方向の走行路５上の障害物の有無や、障害物の移動方向、移動速度等に関する情報を取得する。

ステップＳ４は、経路候補ＲＣの設定（ステップＳ４ａ〜Ｓ４ｃ）と、サンプリング点ＳＰの設定（ステップＳ４ｄ）と、各経路候補ＲＣの経路コストの計算（ステップＳ４ｅ）と、を含んでいる。

ステップＳ４ａ〜Ｓ４ｃで、ＥＣＵ１０は、グリッド点Ｇ_nを終点Ｐ_eとして、上述したように第１境界条件セット、第２境界条件セット、及び第３境界条件セットのそれぞれを適用することにより、３つの経路候補ＲＣを設定する。

次に、ステップＳ４ｄで、ＥＣＵ１０は、複数のサンプリング点ＳＰ（図２参照）を設定する。サンプリング点ＳＰは、ステップＳ４ａ〜Ｓ４ｃにより設定された各経路候補ＲＣに沿って、ｘ方向に等間隔（例えば、０．２ｍ毎）に設定される。

次に、ステップＳ４ｅで、ＥＣＵ１０は、各経路候補ＲＣの各サンプリング点ＳＰにおける経路コストを計算する。経路コストには、速度、加速度、横加速度、経路変化率、障害物等に関するコストが含まれる。これらのコストは適宜設定することができる。概略的には、経路コストは、移動コストと安全コストを含む。例えば、直線経路を走行する場合は、移動距離が短いため移動コストが小さくなるが、障害物等を回避する経路を走行する場合は、移動距離が長くなるため移動コストが大きくなる。また、横加速度が大きくなるほど移動コストは増大する。

ＥＣＵ１０は、各経路候補ＲＣの各サンプリング点ＳＰに対して計算した経路コストのうち、最も大きな経路コストを、当該経路候補ＲＣの経路コストとして、不図示のメモリに格納する。

ＥＣＵ１０は、このようなステップＳ４の演算を、全てのグリッド点Ｇ_n（ｎ＝１，２，・・・Ｎ）を終点Ｐ_eとして実行する。すなわち、ステップＳ４において設定される経路候補ＲＣの総数は３Ｎとなる。また、ＥＣＵ１０は、３Ｎ本の経路候補ＲＣのそれぞれに関してサンプリング点ＳＰを設定し、経路コストを計算する。

次に、ステップＳ５で、ＥＣＵ１０は、目標経路を設定する。具体的には、ＥＣＵ１０は、経路コストが最小の経路候補ＲＣを選択し、当該経路候補ＲＣを目標経路に設定する。

次に、ステップＳ６で、ＥＣＵ１０は、目標経路に沿って車両１が走行するように、エンジン制御システム３１、ブレーキ制御システム３２、及びステアリング制御システム３３に対して制御信号を送信する。

次に、本実施形態の運転支援システム１００の作用について説明する。

この構成によれば、演算装置であるＥＣＵ１０は、第１境界条件セット、第２境界条件セット、及び第３境界条件セットのそれぞれを満たす曲線を、経路候補ＲＣ₁，ＲＣ₂，ＲＣ₃として設定する。すなわち、この構成によれば、複数の境界条件セットを設定するという簡易な方法により、複数の経路候補ＲＣを設定することが可能になる。

また、曲線は、ｙ座標がｘ座標を変数とする５次関数で表され、ＥＣＵ１０は、少なくとも６つの境界条件を設定する。
この構成によれば、少なくとも６つの境界条件を用いることにより、各係数ａ〜ｆを定めるための６つの関係式を得ることができる。この結果、始点Ｐ_sから終点Ｐ_eまで延びる曲線を具体的に規定することが可能になる。

また、曲線は、ｙ座標がｘ座標を変数とする５次関数で表される。
この構成によれば、５次関数をｘ座標で１回〜３回微分することにより、車両１のヨー角、ヨー角速度、及びヨー角加速度と相関がある関係式を得ることができる。当該関係式により、車両１のヨー角、ヨー角速度、及びヨー角加速度を評価することが可能になる。この結果、ヨー方向における車両１の挙動を考慮し、当該挙動が乗員に与える不快感を軽減する経路候補を設定することが可能になる。

格子状に配列された複数のグリッド点を走行路上に設定するステートラティス法では、Ａスター法等の他の手法と比べて、設定される経路候補の数が膨大となる。このため、ステートラティス法を用いる運転支援システム１００によれば、膨大な数の経路候補から、車両１のヨー角、ヨー角速度、及びヨー角加速度まで考慮して、より適切な経路候補を設定することが可能になる。

また、境界条件は、始点Ｐ_s、終点Ｐ_eにおける車両１のヨー角速度Ｋ_s，Ｋ_e、ヨー角加速度Ｋ_s’，Ｋ_e’をゼロとして含んでいる。
この構成によれば、始点Ｐ_sにおける車両１のヨー角速度Ｋ_s及びヨー角加速度Ｋ_s’がゼロである場合、始点Ｐ_s近傍における車両１の直進性が高まる。このような境界条件を適用することにより設定した経路候補ＲＣは、例えば、車両１が始点Ｐ_s近傍の先行車両を迅速に追い越すために、大きな加速が求められる場合等に有用である。
また、終点Ｐ_eにおける車両１のヨー角速度Ｋ_e及びヨー角加速度Ｋ_e’がゼロである場合は、終点Ｐ_e近傍における車両１の直進性が高まる。このような境界条件を適用することにより設定した経路候補ＲＣは、例えば、車両１を終点Ｐ_eにおいて安定的に停止させようとする場合等に有用である。

また、境界条件は、始点Ｐ_sのｘ座標及びｙ座標を含んでいる。
この構成によれば、ＥＣＵ１０による演算の負荷を軽減し、当該境界条件を満たす曲線を迅速に規定することが可能になる。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。

上記実施形態では、ＥＣＵ１０は、全てのグリッド点Ｇ_n（ｎ＝１，２，・・・Ｎ）を終点Ｐ_eとして、経路候補ＲＣの設定、及び経路コストの計算を実行している。しかしながら、本発明はこの形態に限定されない。例えば、終点Ｐ_eとするグリッド点Ｇ_nを、取得された障害物情報に基づいて適宜間引いて、演算負荷をさらに軽減してもよい。

１ 車両
１０ ＥＣＵ（演算装置）
２１ カメラ（走行路情報取得装置）
２２ レーダ（走行路情報取得装置）
３０ ナビゲーションシステム（走行路情報取得装置）
１００ 運転支援システム（経路候補設定システム）
Ｇ_n グリッド点
ＲＣ 経路候補

Claims (6)

1. 車両の経路候補を設定する経路候補設定システムであって、
   走行路に関する走行路情報を取得する走行路情報取得装置と、
   前記走行路情報に基づいて前記経路候補を設定するための演算を実行する演算装置と、を備え、
   走行路が延びる方向をｘ方向と定義し、走行路の幅方向をｙ方向と定義したとき、
   前記演算装置は、
   格子状に配列された複数のグリッド点を走行路上に設定し、
   演算実行時の車両の位置を始点とするとともに車両の進行方向前方の前記グリッド点を終点として延び、且つ、ｙ座標がｘ座標を変数とする関数で表わされる曲線を規定し、該曲線を前記経路候補として設定するように構成され、
   さらに、前記演算装置は、
   前記始点及び前記終点における車両の走行状態を示す境界条件を設定し、
   複数の前記境界条件を有する境界条件セットを設定し、
   複数の前記境界条件セットのそれぞれを満たす前記曲線を、前記経路候補として設定するように構成されている、
   ことを特徴とする経路候補設定システム。
2. 前記曲線は、ｙ座標がｘ座標を変数とするｎ次関数で表され、
   前記演算装置は、少なくともｎ＋１個の前記境界条件を設定する、請求項１に記載の経路候補設定システム。
3. 前記曲線は、ｙ座標がｘ座標を変数とする５次関数で表される、請求項２に記載の経路候補設定システム。
4. 前記境界条件は、前記始点又は前記終点における車両のヨー角速度及びヨー角加速度をゼロとして含んでいる、請求項３に記載の経路候補設定システム。
5. 前記境界条件は、前記始点のｘ座標及びｙ座標を含んでいる、請求項１から３のいずれか一項に記載の経路候補設定システム。
6. 車両の経路候補を設定する経路候補設定方法であって、
   走行路に関する走行路情報を取得し、
   前記走行路情報に基づいて前記経路候補を設定するための演算を実行し、
   走行路が延びる方向をｘ方向と定義し、走行路の幅方向をｙ方向と定義したとき、
   前記演算において、
   走行路上に複数のグリッド点を設定し、
   演算実行時の車両の位置を始点とするとともに前記グリッド点を終点として延び、且つ、ｙ座標がｘ座標を変数とする関数で表わされる曲線を規定し、該曲線を前記経路候補として設定し、
   さらに、
   前記始点及び前記終点における車両の状態を示す境界条件を設定し、
   複数の前記境界条件を有する境界条件セットを設定し、
   複数の前記境界条件セットのそれぞれを満たす前記曲線を、前記経路候補として設定する、
   ことを特徴とする経路候補設定方法。

Images