JP2021062653A

JP2021062653A - 軌道生成装置、軌道生成方法及び軌道生成プログラム

Info

Publication number: JP2021062653A
Application number: JP2019186954A
Authority: JP
Inventors: 功大川; Isao Okawa; 謙一郎野中; Kenichiro Nonaka
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2019-10-10
Filing date: 2019-10-10
Publication date: 2021-04-22
Anticipated expiration: 2039-10-10
Also published as: JP7192738B2; US20210109531A1

Abstract

【課題】走行軌道を生成するための演算負荷を軽減する軌道生成装置の提供。
【解決手段】車両３の将来走行における運動物理量を時系列に規定した走行軌道Ｘを、生成する軌道生成装置１は、将来走行における制約条件を外した走行軌道Ｘとして、基準の応答パラメータＱ_ｂ，Ｒ_ｂに基づく基準軌道Ｘ_ｂを、演算する基準演算ブロック１００と、制約条件に従って基準軌道Ｘ_ｂを時系列に修正する修正量の走行軌道Ｘとして、基準軌道Ｘ_ｂとは異なる応答パラメータＱ_ｍ，Ｒ_ｍに基づく修正軌道Ｘ_ｍを、演算する修正演算ブロック１４０と、基準軌道Ｘ_ｂに修正軌道Ｘ_ｍを重畳した走行軌道Ｘとして、車両３に追従させる目標軌道Ｘ_ｐを、演算する目標演算ブロック１６０と、を備える。
【選択図】図２

Description

本開示は、車両の将来走行における運動物理量を時系列に規定した走行軌道を、生成する技術に関する。

従来、将来走行において車両に追従させる走行軌道を生成する技術は、例えば特許文献１に開示されている。この特許文献１に開示の技術では、車線情報に基づく規範軌道を制約情報により修正することで、車両に追従させる走行軌道を生成している。

特開２０１８−１４０７３５号公報

しかし、特許文献１に開示の技術では、規範軌道に対して制約情報を一種類ずつ反映させている。そのため、規範軌道上の予測点数をＮとすると、最終的な走行軌道を生成するのに必要な最大演算回数は、２^Ｎ以上に達する可能性があった。

本開示の課題は、走行軌道を生成するための演算負荷を軽減する軌道生成装置を、提供することにある。本開示の別の課題は、走行軌道を生成するための演算負荷を軽減する軌道生成方法を、提供することにある。本開示のさらに別の課題は、走行軌道を生成するための演算負荷を軽減する軌道生成プログラムを、提供することにある。

以下、課題を解決するための本開示の技術的手段について、説明する。尚、特許請求の範囲及び本欄に記載された括弧内の符号は、後に詳述する実施形態に記載された具体的手段との対応関係を示すものであり、本開示の技術的範囲を限定するものではない。

本開示の第一態様は、
車両（３）の将来走行における運動物理量を時系列に規定した走行軌道（Ｘ）を、生成する軌道生成装置（１）であって、
将来走行における制約条件を外した走行軌道として、基準の応答パラメータ（Ｑ_ｂ，Ｒ_ｂ）に基づく基準軌道（Ｘ_ｂ）を、演算する基準演算部（１００）と、
制約条件に従って基準軌道を時系列に修正する修正量の走行軌道として、基準軌道とは異なる応答パラメータ（Ｑ_ｍ，Ｒ_ｍ）に基づく修正軌道（Ｘ_ｍ）を、演算する修正演算部（１４０）と、
基準軌道に修正軌道を重畳した走行軌道として、車両に追従させる目標軌道（Ｘ_ｐ）を、演算する目標演算部（１６０）と、を備える。

本開示の第二態様は、
プロセッサ（１２）により実行される方法として、車両（３）の将来走行における運動物理量を時系列に規定した走行軌道（Ｘ）を、生成する軌道生成方法であって、
将来走行における制約条件を外した走行軌道として、基準の応答パラメータ（Ｑ_ｂ，Ｒ_ｂ）に基づく基準軌道（Ｘ_ｂ）を、演算し（Ｓ１０１）、
制約条件に従って基準軌道を時系列に修正する修正量の走行軌道として、基準軌道とは異なる応答パラメータ（Ｑ_ｍ，Ｒ_ｍ）に基づく修正軌道（Ｘ_ｍ）を、演算し（Ｓ１０３）、
基準軌道に修正軌道を重畳した走行軌道として、車両に追従させる目標軌道（Ｘ_ｐ）を、演算する（Ｓ１０４）、ことを含む。

本開示の第三態様は、
車両（３）の将来走行における運動物理量を時系列に規定した走行軌道（Ｘ）を、生成するために記憶媒体（１０）に格納され、プロセッサ（１２）に実行させる命令を、含む軌道生成プログラムであって、
命令は、
将来走行における制約条件を外した走行軌道として、基準の応答パラメータ（Ｑ_ｂ，Ｒ_ｂ）に基づく基準軌道（Ｘ_ｂ）を、演算させ（Ｓ１０１）、
制約条件に従って基準軌道を時系列に修正する修正量の走行軌道として、基準軌道とは異なる応答パラメータ（Ｑ_ｍ，Ｒ_ｍ）に基づく修正軌道（Ｘ_ｍ）を、演算させ（Ｓ１０３）、
基準軌道に修正軌道を重畳した走行軌道として、車両に追従させる目標軌道（Ｘ_ｐ）を、演算させる（Ｓ１０４）、ことを含む。

これら第一〜第三態様によると、将来走行における制約条件を外した基準軌道を制約条件に従って時系列に修正する修正量の走行軌道として、修正軌道が当該基準軌道とは応答パラメータを異ならせて演算される。これにより制約条件は、その種類によらず一挙に修正軌道の演算へと反映させられ得る。故に、基準軌道に修正軌道を重畳させて目標軌道を生成するまでの演算負荷を、軽減することが可能となる。

一実施形態による軌道生成装置の全体構成を示すブロック図である。一実施形態による軌道生成装置の詳細構成を示すブロック図である。一実施形態による走行軌道を説明するための模式図である。一実施形態による基準軌道を説明するための模式図である。一実施形態による制約条件を説明するための模式図である。一実施形態による基準軌道及び修正軌道を対比するためのグラフである。一実施形態による修正軌道を説明するための模式図である。一実施形態による目標軌道を説明するための模式図である。一実施形態による目標軌道に追従した車両制御を説明するための模式図である。一実施形態による軌道生成方法を示すフローチャートである。一実施形態（ａ）による作用効果を比較例（ｂ）と対比するためのグラフである。

以下、一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１に示すように一実施形態による軌道生成装置１は、走行制御装置２と共に、車両３に搭載される。軌道生成装置１は、車両３の将来走行において追従させる走行軌道を、生成する。走行制御装置２は、軌道生成装置１の生成した走行軌道に追従する走行制御を、車両３に対して実行する。車両３は、走行制御装置２から走行制御を受けることで定常的若しくは一時的に走行路４を自動走行可能となる、例えば自動運転車両又は高度運転支援車両等である。

車両３には、軌道生成装置１及び走行制御装置２に加えて、センサ系５が搭載される。センサ系５は、軌道生成装置１による軌道生成及び走行制御装置２による走行制御に活用可能な各種情報を、取得する。図２に示すようにセンサ系５は、外界センサ５０及び内界センサ５２を含んで構成される。

外界センサ５０は、車両３の周辺環境となる外界の情報を、生成する。外界センサ５０は、車両３の外界に存在する物体を検知することで、外界情報を生成してもよい。この検知タイプの外界センサ５０は、例えばカメラ、ＬＩＤＡＲ（Light Detection and Ranging / Laser Imaging Detection and Ranging）、レーダ及びソナー等のうち、少なくとも一種類である。外界センサ５０は、車両３の外界に存在するＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）の人工衛星又はＩＴＳ（Intelligent Transport Systems）の路側機から信号受信することで、外界情報を生成してもよい。この受信タイプの外界センサ５０は、例えばＧＮＳＳ受信機、及びテレマティクス受信機等のうち、少なくとも一種類である。

内界センサ５２は、車両３の内部環境となる内界の情報を、生成する。内界センサ５２は、車両３の内界において特定の運動物理量を検知することで、内界情報を生成してもよい。この検知タイプの内界センサ５２は、例えばジャイロ、走行速度センサ、加速度センサ及び舵角センサ等のうち、少なくとも一種類である。

こうしたセンサ系５の取得情報に基づくことで、軌道生成装置１により生成されて走行制御装置２へと出力される走行軌道は、将来走行における車両３の運動物理量を時系列に規定する。具体的に走行軌道は、現在の時系列点から設定数先の時系列点までの領域を将来予測領域として、生成される。即ち、図３に白丸で示す走行軌道上の時系列点は、走行軌道を与える予測点であるともいえる。将来予測領域に含まれる各時系列点がインデックスｋにより識別されるとすると、現在のｋ=０における時系列点及び設定数先のｋ＝Ｎにおける時系列点は、それぞれ走行軌道の始端位置及び終端位置となる。

走行軌道は、車両３の各種運動物理量のうち特定の運動物理量に関して、所望の応答特性を与えるように、将来予測領域内における各時系列点でのベクトル値又はスカラー値を規定する。走行軌道により規定される車両３の運動物理量は、例えば走行路４に対する相対的な横位置又はヨー角、走行速度、加速度、走行距離、舵角等のうち、少なくとも一種類である。但し、理解を容易にするために本実施形態は、走行路４に対する相対的な横位置の走行軌道を軌道生成装置１により生成する場合を例にとって、以下に説明されるものとする。尚、走行路４に対する相対的な横位置は、走行路４の幅方向において中央位置（図３の破線参照）からの相対位置として定義され、以下の説明では単に横位置と表記される。また、走行路４に対する相対的なヨー角は、走行路４の中央線と、車両３の幅方向において中心線（図３の一点鎖線参照）との相対角度として定義され、以下の説明では単にヨー角と表記される。

時刻ｋにおける横位置及びヨー角がそれぞれｅ［ｋ］及びθ［ｋ］と表される場合に、それら横位置及びヨー角の間には、近似的に次の式１が成立する。式１においてκ_ｐ［ｋ］は、走行路４の曲率である。式１においてκ_ｖ［ｋ］は、車両３が描くべき曲率である。式１においてΔは、時系列点の時間間隔である。こうした式１の成立下、ｋが１からＮまでの各時系列点での横位置ｅ［ｋ］を用いて当該位置の走行軌道Ｘは、次の式２により定義される。

車両３の運動状態を表す状態量ｘ［ｋ］及び車両３の運転操作を表す操作量ｕ［ｋ］が、それぞれ次の式３及び式４により定義される場合、次の式５〜式７により式１は線形近似される。この近似下、将来予測領域において横位置ｅ［ｋ］の走行軌道Ｘに関する評価指標Ｊは、次の式８により表される。式８においてパラメータ行列Ｑは、走行路４の幅方向中央位置に走行軌道Ｘを接近させる作用を調整する、応答パラメータである。式８においてパラメータ係数Ｒは、走行軌道Ｘの変化における急峻度合いを調整する、応答パラメータである。こうした式８の表す評価指標Ｊは、パラメータ行列Ｑ及びパラメータ係数Ｒの設定に応じて良しとする走行軌道Ｘの応答特性を、決めることになる。尚、走行路４の幅方向中央位置は、以下の説明では単に中央位置と表記される。

ｋが０からＮ―１までの各時系列点における操作量ｕ［ｋ］を用いて、操作量ｕ［ｋ］の走行軌道Ｕが式９により定義される場合、式５及び式８が整理されることで、次の式１０〜式１２が得られる。即ち、将来予測領域において横位置ｅ［ｋ］の走行軌道Ｘに関する評価指標Ｊは、式１１及び式１２の代入される式１０によっても、表すことができる。

このような評価指標Ｊを最良（即ち、式８及び式１０では最小）とする走行軌道Ｘを生成するために、図１に示す軌道生成装置１は、少なくとも一つのＥＣＵ（Electronic Control Unit）から構成される。軌道生成装置１を構成するＥＣＵは、車両３の自己位置を推定するロケータのＥＣＵ、又は車両３と外界との間の通信を制御するＥＣＵであってもよい。これらのＥＣＵの場合に軌道生成装置１は、例えばＬＡＮ（Local Area Network）、ワイヤハーネス及び内部バス等のうち、少なくとも一種類を介して、走行制御装置２及びセンサ系５に接続される。軌道生成装置１を構成するＥＣＵは、走行制御装置２としての機能も担うＥＣＵであってもよい。このＥＣＵの場合に軌道生成装置１は、例えばＬＡＮ、ワイヤハーネス及び内部バス等のうち、少なくとも一種類を介して、センサ系５に接続される。

軌道生成装置１は、メモリ１０及びプロセッサ１２を、少なくとも一つずつ含んで構成される、専用のコンピュータである。メモリ１０は、コンピュータにより読み取り可能なプログラム及びデータ等を非一時的に格納又は記憶する、例えば半導体メモリ、磁気媒体及び光学媒体等のうち、少なくとも一種類の非遷移的実体的記憶媒体（non-transitory tangible storage medium）である。プロセッサ１２は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）及びＲＩＳＣ（Reduced Instruction Set Computer）−ＣＰＵ等のうち、少なくとも一種類をコアとして含む。プロセッサ１２は、メモリ１０に格納された軌道生成プログラムに含まれる複数の命令を、実行する。これにより軌道生成装置１は、走行軌道Ｘを生成するための機能ブロックを、複数構築する。このように軌道生成装置１では、走行軌道Ｘを生成するためにメモリ１０に格納された軌道生成プログラムが複数の命令をプロセッサ１２に実行させることで、複数の機能ブロックが構築される。

図２に示すように、軌道生成装置１により構築される複数の機能ブロックには、基準演算ブロック１００、制約演算ブロック１２０、修正演算ブロック１４０及び目標演算ブロック１６０が含まれる。

基準演算ブロック１００は、車両３の将来走行における制約条件（後に詳述）を外した走行軌道Ｘとして、基準の応答パラメータに基づく基準軌道Ｘ_ｂを、演算する。具体的に基準演算ブロック１００は、評価指標Ｊを表す式１０のうち応答パラメータであるパラメータ行列Ｑ及びパラメータ係数Ｒとして、基準軌道Ｘ_ｂを演算するためのパラメータ行列Ｑ_ｂ及びパラメータ係数Ｒ_ｂを、設定する。パラメータ行列Ｑ_ｂ及びパラメータ係数Ｒ_ｂは、例えば実験結果若しくはシミュレーション結果、又はそれらの結果に基づく時刻点毎の演算により、それぞれ式１３及び式１４を満たす適値に、設定される。尚、式１３は、パラメータ行列Ｑ_ｂが半正定行列であることを設定要件とするための、条件式である。

パラメータ行列Ｑ_ｂ及びパラメータ係数Ｒ_ｂの設定下にて基準演算ブロック１００は、基準軌Ｘ_ｂに対する評価指標Ｊが最良となる操作量ｕ_ｂ［ｋ］の走行軌道Ｕ_ｂを、次の式１５により演算する。基準演算ブロック１００は、走行軌道Ｕ_ｂの演算結果を用いて、基準の評価指標Ｊが最良となる横位置ｅ_ｂ［ｋ］の基準軌道Ｘ_ｂを、次の式１６及び式１７により演算する。これら軌道Ｕ_ｂ，Ｘ_ｂの演算では、各センサ５０，５２からの出力情報のうち少なくとも外界情報に基づくことで、式１６及び式１７の状態量ｘ［０］が求められる。図４は、車両３に対する制約が障害物６の回避（後に詳述）となる場合に、当該制約を無視して演算される基準軌道Ｘ_ｂの例を、各時系列点での横位置ｅ_ｂ［ｋ］と併せて図示している。尚、図４においてドットハッチングの付された領域は、車両３に対して本来、制約の与えられるべき領域を示している。

図２に示す制約演算ブロック１２０は、車両３の将来走行、即ち将来予測領域での走行において予測される制約を、判断する。このとき制約演算ブロック１２０は、車両３の将来予測領域での走行に影響する制約として、例えば障害物６の回避、他車両とのインタラクション、及び法律上の走行制限等のうち、少なくとも一種類を判断する。但し、理解を容易にするために本実施形態は、障害物６の回避を制約と判断する場合を例にとって、以下に説明されるものとする。

判断した制約により制約演算ブロック１２０が走行軌道Ｘに制限を与える条件として、ｋが１からＮまでの各時系列点での横位置ｅ［ｋ］に関する制約条件は、次の式１８により定義される。式１８においてｅ_ｕ［ｋ］及びｅ_ｌ［ｋ］は、それぞれ図５に示す横位置ｅ［ｋ］の上限位置及び下限位置である。こうした式１８による定義下、ｋが１からＮまでの各時系列点における上限位置ｅ_ｕ［ｋ］及び下限位置ｅ_ｌ［ｋ］を用いて、走行軌道Ｘの上限軌道Ｘ_ｕ及び下限軌道Ｘ_ｌがそれぞれ次の式１９及び式２０により定義される場合、次の式２１〜式２４が得られる。そこで制約演算ブロック１２０は、式１７及び式２２〜式２４の代入される式２１により制約条件を与えるように、上限軌道Ｘ_ｕ及び下限軌道Ｘ_ｌを演算する。

具体的に制約演算ブロック１２０は、各センサ５０，５２からの出力情報のうち少なくとも外界情報に基づくことで、将来予測領域の走行路４における左右両側限界（即ち、左右両側縁）の横位置を演算する。それと共に制約演算ブロック１２０は、外界センサ５０からの外界情報に基づくことで、走行路４における障害物６の有無を判定する。

走行路４の中央位置よりも左側にて障害物６が存在する場合（図５参照）に制約演算ブロック１２０は、外界センサ５０からの外界情報のうち当該左側障害物６の表面情報に基づくことで、将来予測領域の走行路４における障害物６の横位置を演算する。制約演算ブロック１２０は、演算した障害物６及び左側限界の各横位置のうち、各時系列点において車両３に近い側の横位置を、上限起点位置に設定する。制約演算ブロック１２０は、この設定した上限起点位置から走行路４の中央位置側へと向かって、車両３の半幅及び安全マージン幅の和を差し引くことで、各時系列点での上限軌道Ｘ_ｕを決定する。

一方、走行路４の中央位置よりも左側には障害物６が存在しない場合に制約演算ブロック１２０は、演算した左側限界の横位置を、上限起点位置に設定する。制約演算ブロック１２０は、この設定した上限起点位置から走行路４の中央位置側へと向かって、車両３の半幅及び安全マージン幅の和を差し引くことで、各時系列点における横位置の上限軌道Ｘ_ｕを決定する。

走行路４の中央位置よりも右側にて障害物６が存在する場合に制約演算ブロック１２０は、左側障害物６が存在する場合の上記処理において、左側、上限起点位置及び上限軌道Ｘ_ｕをそれぞれ右側、下限起点位置及び下限軌道Ｘ_ｌと読み替えた処理を、実行する。一方、走行路４の中央位置よりも右側には障害物６が存在しない場合に制約演算ブロック１２０は、左側障害物６が存在しない場合の上記処理において、左側、上限起点位置及び上限軌道Ｘ_ｕをそれぞれ右側、下限起点位置及び下限軌道Ｘ_ｌと読み替えた処理を、実行する。

ここで制約条件として、横位置ｅ［ｋ］とは異なる種類の運動物理量が横位置ｅ［ｋ］に追加して考慮される場合、当該運動物理量に応じて式１７〜式２０及び式２２〜式２４は変更される。例えば式１のうち、ｋが１からＮまでの各時系列点でのヨー角θ［ｋ］に関する制約条件が追加される場合、当該制約条件は、次の式２５により定義される。式２５においてθ_ｕ［ｋ］及びθ_ｌ［ｋ］は、それぞれヨー角θ［ｋ］の上限角及び下限角である。こうした式２５による定義下、ｋが１からＮまでの各時系列点における上限角θ_ｕ［ｋ］及び下限角θ_ｌ［ｋ］を用いて、ヨー角θ［ｋ］の上限軌道Θ_ｕ及び下限軌道Θ_ｌは、それぞれ次の式２６及び式２７により定義される。この場合、式２２〜式２４に代わる次の式２８〜式３０と、式１７に代わる次の式３１とが、得られる。そこで制約演算ブロック１２０は、式２８〜式３１の代入される式２０により横位置ｅ［ｋ］及びヨー角θ［ｋ］に関する制約条件を与えるように、上限軌道Ｘ_ｕ，Θ_ｕ及び下限軌道Ｘ_ｌ，Θ_ｌを演算する。尚、上限軌道Θ_ｕ及び下限軌道Θ_ｌの具体的演算処理は、上述した上限軌道Ｘ_ｕ及び下限軌道Ｘ_ｌの具体的演算処理に準じたものとなるので、割愛する。

図２に示す修正演算ブロック１４０は、基準演算ブロック１００により演算の基準軌道Ｘ_ｂを、制約演算ブロック１２０により演算の制約条件に従って時系列に修正するために、修正軌道Ｘ_ｍを演算する。このとき修正演算ブロック１４０は、基準軌道Ｘ_ｂに対する横位置修正量の走行軌道Ｘとして、基準軌道Ｘ_ｂとは異なる応答パラメータに基づく修正軌道Ｘ_ｍを、演算する。

具体的に修正演算ブロック１４０は、評価指標Ｊを表す式１０のうち応答パラメータであるパラメータ行列Ｑ及びパラメータ係数Ｒとして、修正軌道Ｘ_ｍを演算するためのパラメータ行列Ｑ_ｍ及びパラメータ係数Ｒ_ｍを、基準のパラメータ行列Ｑ_ｂ及びパラメータ係数Ｒ_ｂとは異ならせる。このとき修正演算ブロック１４０は、図６に示すように基準軌道Ｘ_ｂよりも修正軌道Ｘ_ｍを急峻側に変化させる応答特性として、車両３に対する操作量ｕ［ｋ］が基準軌道Ｘ_ｂよりも大きくなる修正軌道Ｘ_ｍを与えるように、パラメータ行列Ｑ_ｍ及びパラメータ係数Ｒ_ｍを設定する。これらパラメータ行列Ｑ_ｍ及びパラメータ係数Ｒ_ｍの設定は、基準軌道Ｘ_ｂとは異なる応答特性を最良とするように評価指標Ｊを設計することを、意味する。

こうした設定において修正演算ブロック１４０は、Ｎステップスキーム（後に詳述）の成立条件としてＮステップベクトルｐが存在する評価指標Ｊを与えるように、次の式３２〜式３５を満たすパラメータ行列Ｑ_ｍ及びパラメータ係数Ｒ_ｍを、設定する。このとき、修正行列Ｍがパラメータ行列Ｑ_ｍ及びパラメータ係数Ｒ_ｍを用いて次の式３６により定義される場合、次の式３７を成立させるパラメータ行列Ｑ_ｍ及びパラメータ係数Ｒ_ｍを設定することにより、Ｎステップベクトルｐを存在させる修正行列Ｍが得られることとなる。式３７においてＭ_ααは、修正行列Ｍのうち、インデックス集合αに対応する部分行列である。そこで式３７は、この部分行列Ｍ_ααが正定行列となる全てのインデックス集合αに対して、成立する条件式となる。式３７においてｐ_αは、Ｎステップベクトルｐのうち、インデックス集合αに対応する部分ベクトルである。尚、式３３は、パラメータ行列Ｑ_ｍが半正定行列であることを設定要件とするための、条件式である。

パラメータ行列Ｑ_ｍ及びパラメータ係数Ｒ_ｍの設定下にて修正演算ブロック１４０は、修正ベクトルλを用いた次の式３８により、横位置修正量ｅ_ｍ［ｋ］の修正軌道Ｘ_ｍを演算する。このとき、走行軌道Ｘとして目標演算ブロックの生成する目標軌道Ｘ_ｐ（後に詳述）が次の式３９により定義される場合、修正軌道Ｘ_ｍの演算には、次の式４０〜式４５を満たす修正ベクトルλが必要となる。

そこで修正演算ブロック１４０は、修正軌道Ｘ_ｍにおける時系列点の数Ｎを将来走行の制約種類毎に最大演算ステップ数とするＮステップスキームにより、修正ベクトルλを演算する。このＮステップスキームにより、横位置ｅ［ｋ］を含む複数の運動物理量に関して制約条件が考慮される、即ち複数種類の制約が考慮される場合にあっても、修正ベクトルλの演算ステップ数は、一制約種類あたり時系列点数Ｎに制限される。修正演算ブロック１４０は、こうした修正ベクトルλの演算結果を用いて、式３８の修正軌道Ｘ_ｍをさらに演算する。図７は、車両３に対する制約が障害物６の回避となる場合に、当該制約を考慮して演算される修正軌道Ｘ_ｍの例を、各時系列点での横位置修正量ｅ_ｍ［ｋ］と併せて図示している。

図２に示す目標演算ブロック１６０は、基準演算ブロック１００により演算の基準軌道Ｘ_ｂに対して、修正演算ブロック１４０により演算の修正軌道Ｘ_ｍを、式４６により重畳させる。この重畳により目標演算ブロック１６０は、走行制御装置２への出力により車両３に追従させる走行軌道Ｘとして、式４６により定義される横位置ｅ_ｐ［ｋ］の目標軌道Ｘ_ｐを、演算する。図８は、車両３に対する制約が障害物６の回避となる場合に、当該制約を考慮した修正軌道Ｘ_ｍにより基準軌道Ｘ_ｂを修正してなる目標軌道Ｘ_ｐの例を、各時系列点での横位置ｅ_ｐ［ｋ］と併せて図示している。

図１，３に示す走行制御装置２は、目標演算ブロック１６０から出力の目標軌道Ｘ_ｐに含まれる各時系列点のうち少なくとも一点を、制御点として選定する。走行制御装置２は、選定した制御点の横位置ｅ_ｐ［ｋ］から車両３の幅方向中心線までの距離ｅ_ｃを、図９に示すように抽出する。そこで走行制御装置２は、抽出した距離ｅ_ｃを追従誤差として減少させるように、車両３へと与える目標舵角δ_ｔを次の式４７により演算する。走行制御装置２は、演算した目標舵角δ_ｔと共に車両３の実舵角δ_ｗを用いた次の式４８により、目標軌道Ｘ_ｐに対して車両３を追従制御するための操舵トルクＴを、演算する。式４７におけるｇ及び式４８におけるｇ_ｐ，ｇ_ｄ，ｇ_ｉは、それぞれ適値に設定される追従制御用の適合パラメータである。

以上より、基準演算ブロック１００は「基準演算部」に相当し、修正演算ブロック１４０は「修正演算部」に相当し，目標演算ブロック１６０は「目標演算部」に相当する。

ここまで説明した機能ブロック１００，１２０，１４０，１６０の共同により、軌道生成装置１が走行軌道Ｘを生成する軌道生成方法のフローを、図１０に従って以下に説明する。尚、本フローは、ｋを０とする時系列点に車両３が到達する毎に、開始される。また、本フローにおいて「Ｓ」とは、軌道生成プログラムに含まれた複数命令によって実行される、フローの複数ステップを意味する。

Ｓ１０１では、将来走行における制約条件を外した走行軌道Ｘとして、基準の応答パラメータに基づく基準軌道Ｘ_ｂを、基準演算ブロック１００が演算する。Ｓ１０２では、将来走行において車両３に与えられる制約条件を、制約演算ブロック１２０が演算する。

Ｓ１０３では、Ｓ１０１により演算の基準軌道Ｘ_ｂを、Ｓ１０２により演算の制約条件に従って時系列に修正する修正量の走行軌道Ｘとして、基準軌道Ｘ_ｂとは異なる応答パラメータに基づく修正軌道Ｘ_ｍを、修正演算ブロック１４０が演算する。Ｓ１０４では、Ｓ１０１により演算の基準軌道Ｘ_ｂに対して、Ｓ１０３により演算の修正軌道Ｘ_ｍを重畳させた走行軌道Ｘとして、車両３に追従させる目標軌道Ｘ_ｐを、目標演算ブロック１６０が演算する。以上により本フローは終了するが、Ｓ１０４により演算の目標軌道Ｘ_ｐが走行制御装置２へと出力されることで、車両３が当該目標軌道Ｘ_ｐへの追従制御を受けることとなる。

（作用効果）
以上説明した本実施形態の作用効果を、以下に説明する。
本実施形態によると、将来走行における制約条件を外した基準軌道Ｘ_ｂを制約条件に従って時系列に修正する修正量の走行軌道Ｘとして、修正軌道Ｘ_ｍが当該基準軌道Ｘ_ｂとは応答パラメータを異ならせて演算される。これにより制約条件は、その種類によらず一挙に修正軌道Ｘ_ｍの演算へと反映させられ得る。故に、基準軌道Ｘ_ｂに修正軌道Ｘ_ｍを重畳させて目標軌道Ｘ_ｐを生成するまでの演算負荷を、軽減することが可能となる。

本実施形態によると、基準軌道Ｘ_ｂよりも応答特性を急峻側へ変化させるように、修正軌道Ｘ_ｍが演算される。これにより、基準軌道Ｘ_ｂとは応答パラメータの異なる修正軌道Ｘ_ｍが、少ない演算回数によっても制約条件を満たすことができる。故に、目標軌道Ｘ_ｐを生成するまでの演算負荷軽減に、貢献することが可能となる。

本実施形態によると、車両３に対する操作量ｕ［ｋ］が基準軌道Ｘ_ｂよりも大きくなる応答特性を与えるように、修正軌道Ｘ_ｍが演算される。これよれば、基準軌道Ｘ_ｂよりも急峻な応答特性を有する修正軌道Ｘ_ｍを、少ない演算回数によっても適確に演算して、制約条件を満たすことができる。故に、目標軌道Ｘ_ｐを生成するまでの演算負荷軽減を、その生成精度の確保と共に、達成することが可能となる。

本実施形態によると、時系列点の数Ｎが将来走行の制約種類毎に最大演算ステップ数となるＮステップスキームの成立条件として、Ｎステップベクトルｐが存在するように、修正軌道Ｘ_ｍが演算される。これにより、修正軌道Ｘ_ｍのための演算回数を抑制することができる。ここで特に、横位置ｅ［ｋ］及びそれ以外の例えばヨー角θ［ｋ］に関して制約条件が考慮される本実施形態にあっても、演算回数の抑制効果が発揮され得る。これらのことから、目標軌道Ｘ_ｐを生成するまでの演算負荷軽減に、貢献することが可能となる。

図１１は、本実施形態（ａ）及び比較例（ｂ）の各々に関して、ｋが０以上の時系列点のうち、その総数Ｎ以下で修正軌道Ｘ_ｍを演算可能な時系列点を、黒丸により示している。図１１において縦軸の時間間隔Δの値が大きくなるほど、演算可能な時系列点が遠方であることを、意味する。上記特許文献１に準じてパラメータ行列Ｑ_ｂ及びパラメータ係数Ｒ_ｂをそのままパラメータ行列Ｑ_ｍ及びパラメータ係数Ｒ_ｍに設定した比較例に比べて、当該設定を異ならせた本実施形態では、修正軌道Ｘ_ｍを演算可能な時系列点が遠方まで増加している。これは、Ｎステップスキームでの最大演算ステップ数を時系列点数Ｎにまで抑えた少ない演算回数であっても、本実施形態では修正軌道Ｘ_ｍを演算し得ることを示している。

（他の実施形態）
以上、一実施形態について説明したが、本開示は、当該実施形態に限定して解釈されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態に適用することができる。

具体的に変形例の軌道生成装置１は、デジタル回路及びアナログ回路のうち少なくとも一方をプロセッサとして含んで構成される、専用のコンピュータであってもよい。ここで特にデジタル回路とは、例えば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＳＯＣ（System on a Chip）、ＰＧＡ（Programmable Gate Array）、及びＣＰＬＤ（Complex Programmable Logic Device）等のうち、少なくとも一種類である。またこうしたデジタル回路は、プログラムを格納したメモリを、備えていてもよい。

式１の成立下にて変形例では、式１７が式３１に置換されることで、ヨー角θ［ｋ］に関する基準軌道、修正軌道及び目標軌道が上記実施形態に準ずる原理によって演算されてもよい。あるいは式１の成立下にて変形例では、式２３及び式２４がそれぞれ次の式４９及び式５０（Ｉは単位行列）に置換されることで、曲率修正量κ_ｖ［ｋ］−κ_ｐ［ｋ］に関する基準軌道、修正軌道及び目標軌道が上記実施形態に準ずる原理によって演算されてもよい。さらに後者の変形例では、曲率修正量κ_ｖ［ｋ］−κ_ｐ［ｋ］及びその制約条件が舵角に変換されることで、当該舵角に関する基準軌道、修正軌道及び目標軌道が演算されてもよい。

車両３の状態量である走行距離ｓ［ｋ］及び走行速度ｖ［ｋ］と、車両３の操作量である加速度ａ［ｋ］との間には、次の式５１が成立する。そこで式５１の成立下にて変形例では、式１７が次の式３１に置換されることで、走行速度ｖ［ｋ］に関する基準軌道、修正軌道及び目標軌道が上記実施形態に準ずる原理によって演算されてもよい。あるいは式５１の成立下にて変形例では、式２３及び式２４がそれぞれ式４９及び式５０に置換されることで、加速度ａ［ｋ］に関する基準軌道、修正軌道及び目標軌道が上記実施形態に準ずる原理によって演算されてもよい。

変形例では、修正軌道Ｘ_ｍの応答特性を基準軌道Ｘ_ｂとは異ならせるために、修正行列Ｍを変化させる変化量行列δＭが定義される場合、正のパラメータ係数εを用いた次の式５２により、式３７を成立させる範囲で修正行列Ｍが摂動されてもよい。この変形例によっても、摂動により応答パラメータを基準とは異ならせる修正行列Ｍに基づくことで、式４０〜式４５を満たす修正ベクトルλを演算してから、その結果を用いて式３８の修正軌道Ｘ_ｍを演算することが可能となる。

１軌道生成装置、３車両、４走行路、１０メモリ、１２プロセッサ、１００基準演算ブロック、１２０制約演算ブロック、１４０修正演算ブロック、１６０目標演算ブロック、Ｊ応答特性、Ｎ数、Ｘ_ｂ基準軌道、Ｘ_ｍ修正軌道、Ｘ_ｐ目標軌道、ｐＮステップベクトル、Ｑ_ｂ，Ｑ_ｍパラメータ行列、Ｒ_ｂ，Ｒ_ｍパラメータ係数

Claims

車両（３）の将来走行における運動物理量を時系列に規定した走行軌道（Ｘ）を、生成する軌道生成装置（１）であって、
前記将来走行における制約条件を外した前記走行軌道として、基準の応答パラメータ（Ｑ_ｂ，Ｒ_ｂ）に基づく基準軌道（Ｘ_ｂ）を、演算する基準演算部（１００）と、
前記制約条件に従って前記基準軌道を時系列に修正する修正量の前記走行軌道として、前記基準軌道とは異なる応答パラメータ（Ｑ_ｍ，Ｒ_ｍ）に基づく修正軌道（Ｘ_ｍ）を、演算する修正演算部（１４０）と、
前記基準軌道に前記修正軌道を重畳した前記走行軌道として、前記車両に追従させる目標軌道（Ｘ_ｐ）を、演算する目標演算部（１６０）と、を備える軌道生成装置。
前記修正演算部は、
前記基準軌道よりも応答特性を急峻側へ変化させるように、前記修正軌道を演算する請求項１に記載の軌道生成装置。
前記修正演算部は、
前記車両に対する操作量が前記基準軌道よりも大きくなる応答特性を与えるように、前記修正軌道を演算する請求項２に記載の軌道生成装置。
前記修正演算部は、
前記修正軌道における時系列点の数（Ｎ）が前記将来走行の制約種類毎に最大演算ステップ数となるＮステップスキームの成立条件として、Ｎステップベクトル（ｐ）が存在するように、前記修正軌道を演算する請求項１〜３のいずれか一項に記載の軌道生成装置。
前記制約条件は、
走行路（４）に対する前記車両の相対的な前記運動物理量のうち横位置及びヨー角に対して、制約を与える条件である請求項１〜４のいずれか一項に記載の軌道生成装置。
プロセッサ（１２）により実行される方法として、車両（３）の将来走行における運動物理量を時系列に規定した走行軌道（Ｘ）を、生成する軌道生成方法であって、
前記将来走行における制約条件を外した前記走行軌道として、基準の応答パラメータ（Ｑ_ｂ，Ｒ_ｂ）に基づく基準軌道（Ｘ_ｂ）を、演算し（Ｓ１０１）、
前記制約条件に従って前記基準軌道を時系列に修正する修正量の前記走行軌道として、前記基準軌道とは異なる応答パラメータ（Ｑ_ｍ，Ｒ_ｍ）に基づく修正軌道（Ｘ_ｍ）を、演算し（Ｓ１０３）、
前記基準軌道に前記修正軌道を重畳した前記走行軌道として、前記車両に追従させる目標軌道（Ｘ_ｐ）を、演算する（Ｓ１０４）、ことを含む軌道生成方法。
前記基準軌道よりも応答特性を急峻側へ変化させるように、前記修正軌道を演算する請求項６に記載の軌道生成方法。
前記車両に対する操作量が前記基準軌道よりも大きくなる応答特性を与えるように、前記修正軌道を演算する請求項７に記載の軌道生成方法。
前記修正軌道における時系列点の数（Ｎ）が前記将来走行の制約種類毎に最大演算ステップ数となるＮステップスキームの成立条件として、Ｎステップベクトル（ｐ）が存在するように、前記修正軌道を演算する請求項６〜８のいずれか一項に記載の軌道生成方法。
前記制約条件は、
走行路（４）に対する前記車両の相対的な前記運動物理量のうち横位置及びヨー角に対して、制約を与える条件である請求項６〜９のいずれか一項に記載の軌道生成方法。
車両（３）の将来走行における運動物理量を時系列に規定した走行軌道（Ｘ）を、生成するために記憶媒体（１０）に格納され、プロセッサ（１２）に実行させる命令を、含む軌道生成プログラムであって、
前記命令は、
前記将来走行における制約条件を外した前記走行軌道として、基準の応答パラメータ（Ｑ_ｂ，Ｒ_ｂ）に基づく基準軌道（Ｘ_ｂ）を、演算させ（Ｓ１０１）、
前記制約条件に従って前記基準軌道を時系列に修正する修正量の前記走行軌道として、前記基準軌道とは異なる応答パラメータ（Ｑ_ｍ，Ｒ_ｍ）に基づく修正軌道（Ｘ_ｍ）を、演算させ（Ｓ１０３）、
前記基準軌道に前記修正軌道を重畳した前記走行軌道として、前記車両に追従させる目標軌道（Ｘ_ｐ）を、演算させる（Ｓ１０４）、ことを含む軌道生成プログラム。
前記基準軌道よりも応答特性を急峻側へ変化させるように、前記修正軌道を演算させる請求項１１に記載の軌道生成プログラム。
前記車両に対する操作量が前記基準軌道よりも大きくなる応答特性を与えるように、前記修正軌道を演算させる請求項１２に記載の軌道生成プログラム。
前記修正軌道における時系列点の数（Ｎ）が前記将来走行の制約種類毎に最大演算ステップ数となるＮステップスキームの成立条件として、Ｎステップベクトル（ｐ）が存在するように、前記修正軌道を演算させる請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の軌道生成プログラム。
前記制約条件は、
走行路（４）に対する前記車両の相対的な前記運動物理量のうち横位置及びヨー角に対して、制約を与える条件である請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の軌道生成プログラム。