JP2021160625A - 走行経路生成システム及び車両運転支援システム - Google Patents

Abstract

【課題】車両が旋回する場合に、車線中心線及びクロソイド曲線に基づき、安全でスムーズな車両挙動を実現可能な目標走行経路を生成する。【解決手段】走行経路生成システムを含む車両運転支援システム１００は、カメラ２１及びレーダ２２などによって取得された走行路情報を取得し、走行路において車両１に走行させる目標走行経路を生成するＥＣＵ１０を有する。ＥＣＵ１０は、走行路情報に基づき、車両１が旋回する走行路の車線中心線Ｌ０上に始点及び終点が位置する複数のクロソイド曲線を生成し、複数のクロソイド曲線のそれぞれについて、クロソイド曲線と車線中心線Ｌ０との誤差を積分した誤差積分値を算出し、複数のクロソイド曲線の中で誤差積分値が最小となるクロソイド曲線を決定し、このクロソイド曲線に基づき、車両１が旋回するときに走行させる目標走行経路を生成する。【選択図】図７

Description

本発明は、車両の走行経路を生成する走行経路生成システム、及び走行経路に基づき車両の運転支援を行う車両運転支援システムに関する。

従来から、自車両の周辺の状況や自車両の状態などに基づき、自車両に走行させるための目標走行経路を設定し、この目標走行経路に基づき車両の運転支援（具体的には運転アシスト制御や自動運転制御）を行う技術が開発されている。例えば、特許文献１及び２には、クロソイド曲線を利用して目標走行経路を設定する技術が開示されている。

特開２０１９−１９４８４４号公報 特開２０１８−７９８２３号公報

一般的には、車両を安全に走行させるために、車線内において幅方向の中央に位置する中心線（車線中心線）に沿って目標走行経路が設定される。ここで、車両を交差点などで旋回させる場合、基本的には交差点内には車線が明確に規定されていないので、次のように、目標走行経路を設定するための車線中心線が規定されると考えられる。すなわち、旋回前の直線の走行路の車線中心線に対応する直線と、旋回後の直線の走行路の車線中心線に対応する直線と、これらの直線に両端が接続され、交差点内に規定される旋回すべき走行路に対応する円弧とによって、車両を交差点で旋回させるときに目標走行経路を設定するための車線中心線が規定されると考えられる。この車線中心線により設定された目標走行経路によれば、車両を安全に旋回させることができる。しかしながら、車線中心線における直線と円弧の接続部において経路が不連続となるため、旋回時にスムーズな車両挙動を実現し難い。

一方で、クロソイド曲線（例えば上記の特許文献１及び２参照）に沿って車両を旋回させると、スムーズな車両挙動を実現することができる。これは、クロソイド曲線は、一定の角速度でステアリングホイールを回すときに車両が描く軌跡となるからである。したがって、車両を交差点などで旋回させる場合には、クロソイド曲線に基づき目標走行経路を設定すればよいと考えられる。しかしながら、スムーズな車両挙動を優先して、上記したような車線中心線から比較的大きく逸脱したクロソイド曲線に基づき目標走行経路を設定すると、旋回時の安全性が確保されなくなる可能性がある。したがって、車線中心線を考慮した上で決定された適切なクロソイド曲線に基づき目標走行経路を設定することが望ましいと考えられる。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、車両が旋回する場合に、車線中心線及びクロソイド曲線に基づき、安全でスムーズな車両挙動を実現可能な目標走行経路を生成することができる走行経路生成システム、及び、この目標走行経路に基づき車両の運転支援を行うことができる車両運転支援システムを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、走行経路生成システムであって、車両の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、走行路において車両に走行させる目標走行経路を生成するよう構成された演算装置と、を有し、演算装置は、車両が旋回する場合に、走行路情報に基づき、車両が旋回する走行路に関する車線中心線の情報を取得し、取得された車線中心線上に始点及び終点が位置する複数のクロソイド曲線を生成し、生成された複数のクロソイド曲線のそれぞれについて、クロソイド曲線と車線中心線との差分を示す誤差を当該クロソイド曲線の全体にわたって積分した値である誤差積分値を算出し、複数のクロソイド曲線の中で、算出された誤差積分値が最小となるクロソイド曲線を決定し、決定されたクロソイド曲線に基づき、車両が旋回するときに走行させる目標走行経路を生成する、ことを特徴とする。

このように構成された本発明では、演算装置は、車両が旋回する走行路の車線中心線上に始点及び終点が位置する複数のクロソイド曲線を生成し、複数のクロソイド曲線のそれぞれについてクロソイド曲線と車線中心線との誤差積分値を算出し、誤差積分値が最小となるクロソイド曲線（車線中心線に最も近いクロソイド曲線に相当する）に基づき、車両が旋回するときに走行させる目標走行経路を生成する。このような目標走行経路に沿って車両を走行させると、当該目標走行経路にはクロソイド曲線が適用されているので、一定の角速度でのステアリング操作により車両を旋回させることができ、旋回時にスムーズな車両挙動を実現することが可能となる。また、車線中心線上に始点及び終点が位置し、車線中心線との誤差積分値が最小となるクロソイド曲線を目標走行経路に適用しているので、車線中心線からの車両の大きな逸脱を抑制することができ、旋回時の安全性を確保することができる。したがって、本発明によれば、車両が旋回するときに安全でスムーズな車両挙動を実現可能な目標走行経路を生成することができる。

本発明において、好ましくは、演算装置により取得される車線中心線は、旋回前の直線の走行路の車線中心線である第１直線と、旋回後の直線の走行路の車線中心線である第２直線と、一端が第１直線に接続され且つ他端が第２直線に接続された、旋回すべき走行路の車線中心線に相当する円弧と、から形成され、演算装置は、始点が車線中心線の第１直線上に位置し、且つ終点が車線中心線の第２直線上に位置する複数のクロソイド曲線を生成する。
このように構成された本発明によれば、車両が旋回するときの走行路の車線中心線に応じた適切なクロソイド曲線を生成することができる。

本発明において、好ましくは、演算装置は、車線中心線上に始点及び終点が位置するという条件下において、クロソイド曲線の始点からの曲線長及び曲率半径を変えることにより複数のクロソイド曲線を生成する。
このように構成された本発明によれば、所望の条件を満たす複数のクロソイド曲線の候補を的確に生成することができる。

本発明において、好ましくは、演算装置は、誤差積分値が最小となる２つ以上のクロソイド曲線が存在する場合には、２つ以上のクロソイド曲線のそれぞれについて、始点付近の所定範囲における誤差積分値を算出し、２つ以上のクロソイド曲線の中で、この算出された誤差積分値が最小となるクロソイド曲線を決定する。
このように構成された本発明によれば、目標走行経路に沿って車両を走行させるときに正確な情報が必要となる旋回初期において、車線中心線により近いクロソイド曲線に応じた目標走行経路を適切に生成することができる。

本発明において、好ましくは、演算装置は、誤差積分値が最小となる２つ以上のクロソイド曲線が存在する場合には、２つ以上のクロソイド曲線の中で、車両が旋回するときの操舵角が最小となるクロソイド曲線を決定する。
このように構成された本発明によれば、操舵角が最小となるクロソイド曲線を決定するので、車両を旋回させるための目標走行経路の曲率半径が大きくなる。その結果、旋回時に車両に発生する横加速度を小さくすることができる、つまり旋回時の車両挙動を改善することができる。

本発明において、好適な例では、演算装置は、車両が交差点において左折又は右折する場合に、複数のクロソイド曲線の中で誤差積分値が最小となるクロソイド曲線を決定し、決定されたクロソイド曲線に基づき目標走行経路を生成するのがよい。

他の観点では、本発明において、車両運転支援システムは、上述した走行経路生成システムによって生成された走行経路に沿って車両が走行するように、車両を運転制御するよう構成された制御装置を有することを特徴とする。

本発明の走行経路生成システムによれば、車両が旋回する場合に、車線中心線及びクロソイド曲線に基づき、安全でスムーズな車両挙動を実現可能な目標走行経路を生成することができ、また、本発明の車両運転支援システムによれば、このような目標走行経路に基づき車両の運転支援を適切に行うことができる。

本発明の実施形態による走行経路生成システムが適用された車両運転支援システムの概略構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態による車線中心線の説明図である。 本発明の実施形態による第１の例に係るクロソイド曲線の説明図である。 本発明の実施形態による第２の例に係るクロソイド曲線の説明図である。 本発明の実施形態による第３の例に係るクロソイド曲線の説明図である。 本発明の実施形態においてＳＬ座標系で表されたクロソイド曲線の説明図である。 本発明の実施形態による目標走行経路生成及び運転支援に係るフローチャートである。 本発明の実施形態の変形例１によるクロソイド曲線の決定方法の説明図である。 本発明の実施形態の変形例２によるクロソイド曲線の決定方法の説明図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態による走行経路生成システム及び車両運転支援システムについて説明する。

［システム構成］
まず、図１を参照して、本発明の実施形態による走行経路生成システムが適用された車両運転支援システムの構成について説明する。図１は、本発明の実施形態による走行経路生成システムが適用された車両運転支援システムの概略構成を示すブロック図である。

車両運転支援システム１００は、走行路において車両１に走行させるための目標走行経路を設定する走行経路生成システムとしての機能を有すると共に、車両１をこの目標走行経路に沿って走行させるように運転支援制御（運転アシスト制御や自動運転制御）を行うように構成されている。図１に示すように、車両運転支援システム１００は、演算装置及び制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）１０と、複数のセンサ類と、複数の制御システムと、を有する。

具体的には、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、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、１つ以上のプロセッサ（典型的にはＣＰＵ）と、各種プログラムを記憶するメモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭなど）と、入出力装置などを備えたコンピュータにより構成される。なお、ＥＣＵ１０は、本発明における「演算装置」及び「制御装置」の一例に相当する。

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（前方車両）、後続車両（後方車両）、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、対象物（特に、先行車両、後続車両、駐車車両、歩行者、走行路上の落下物等）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。

なお、カメラ２１及びレーダ２２は、本発明における「走行路情報取得装置」の一例に相当する。また、「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、標識などに規定された走行路の規制情報（制限速度など）、交差点、横断歩道等に関する情報を含んでいる。ＥＣＵ１０は、このような走行路情報に加えて、障害物情報に基づき、車両１に走行させるための目標走行経路を設定する。この障害物情報は、車両１の走行路上の障害物（例えば先行車両や後続車両や駐車車両や歩行者などの車両１の走行において障害となり得る対象物）の有無や、障害物の移動方向、障害物の移動速度等に関する情報を含んでいる。

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の加速度を検出する。この加速度は、前後方向の加速度と、横方向の加速度（つまり横加速度）とを含む。なお、加速度には、速度が増加する方向の速度の変化率だけでなく、速度が減少する方向の速度の変化率（つまり減速度）も含むものとする。

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。なお、ナビゲーションシステム３０も、本発明における「走行路情報取得装置」の一例に相当する。

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。エンジン制御システム３１は、エンジン出力（駆動力）を調整可能な構成部であり、例えば、点火プラグや、燃料噴射弁や、スロットルバルブや、吸排気弁の開閉時期を変化させる可変動弁機構などを含む。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。ブレーキ制御システム３２は、ブレーキ装置の制動力を調整可能な構成部であり、例えば液圧ポンプやバルブユニットなどを含む。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。ステアリング制御システム３３は、車両１の操舵角を調整可能な構成部であり、例えば電動パワーステアリングシステムの電動モータなどを含む。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。

［目標走行経路の生成］
次に、本発明の実施形態において上述したＥＣＵ１０によって実行される目標走行経路の生成について説明する。ここでは、車両１が交差点で左折する場合に生成される目標走行経路について説明する。

まず、図２を参照して、車両１が交差点で左折する場合に、目標走行経路を設定するために基準として用いられる車線中心線について説明する。基本的には、車線中心線は、走行路の車線内において幅方向の中央に位置する中心線である。他方で、交差点内には車線が明確に規定されていないので、車両１が交差点で左折する走行路については、図２に示すように交差点内に車線中心線が仮想的に規定される。

図２において、直線Ｌ０１（本発明における「第１直線」に相当する）は、左折前（つまり交差点への進入前）の直線の走行路の車線中心線を示し、直線Ｌ０３（本発明における「第２直線」に相当する）は、左折後（つまり交差点からの脱出後）の直線の走行路の車線中心線を示している。車両１が交差点で左折する場合には、車線中心線Ｌ０１の端点（終端）に一端が接続され、車線中心線Ｌ０３の端点（始端）に他端が接続された円弧Ｌ０２によって、交差点内に左折用の車線中心線が規定される。この車線中心線Ｌ０２は、接続点Ｐ０１において車線中心線Ｌ０１と接続され、接続点Ｐ０２において車線中心線Ｌ０３と接続される。

ＥＣＵ１０は、このような車線中心線Ｌ０１、Ｌ０２、Ｌ０３の情報を、上記した走行路情報取得装置からの走行路情報に基づき取得する。１つの例では、車線中心線Ｌ０１、Ｌ０２、Ｌ０３の情報は、ナビゲーションシステム３０に記憶された地図情報に含まれており、ＥＣＵ１０は、ナビゲーションシステム３０から車線中心線Ｌ０１、Ｌ０２、Ｌ０３の情報を取得する。他の例では、ＥＣＵ１０は、カメラ２１などによって取得された走行路情報、具体的には走行路の形状や走行路幅や車線幅などに基づき、車線中心線Ｌ０１、Ｌ０２、Ｌ０３を算出する。この例では、ＥＣＵ１０は、車線中心線Ｌ０１、Ｌ０２、Ｌ０３を算出するに当たって、ナビゲーションシステム３０に記憶された地図情報を適宜用いてもよい。また、ＥＣＵ１０は、直線の車線中心線Ｌ０１、Ｌ０３をナビゲーションシステム３０から取得し、円弧の車線中心線Ｌ０２を算出してもよい。

ここで、車両１を交差点で左折させる場合に、上記の車線中心線Ｌ０１、Ｌ０２、Ｌ０３を繋げた車線中心線Ｌ０を目標走行経路として設定して、この目標走行経路に沿って車両１を走行させるように運転支援（自動運転や運転アシスト）を行うことが考えられる。こうして車線中心線Ｌ０により設定された目標走行経路によれば、車両１を安全に左折させることができる。しかしながら、車線中心線Ｌ０における直線Ｌ０１、Ｌ０３と円弧Ｌ０２との接続点Ｐ０１、Ｐ０２において経路が不連続となるため、左折時にスムーズな車両挙動を実現し難い。

したがって、本実施形態では、交差点での左折時にスムーズな車両挙動が実現されるように、クロソイド曲線（一定の角速度でステアリングホイールを回すときに車両１が描く軌跡に相当する）を利用して、車両１を交差点で左折させるときに適用する目標走行経路を設定する。ここで、スムーズな車両挙動を優先して、車線中心線Ｌ０から比較的大きく逸脱したクロソイド曲線に基づき目標走行経路を設定すると、左折時の安全性が確保されなくなる可能性がある。したがって、本実施形態では、上記の車線中心線Ｌ０を考慮した上で決定された適切なクロソイド曲線に基づき、目標走行経路を設定することとした。

具体的には、本実施形態では、ＥＣＵ１０は、車線中心線Ｌ０上に始点及び終点が位置するクロソイド曲線に基づき目標走行経路を設定する。詳しくは、ＥＣＵ１０は、車線中心線Ｌ０の直線部分である車線中心線Ｌ０１、Ｌ０３上に始点及び終点がそれぞれ位置するクロソイド曲線を用いる。換言すると、ＥＣＵ１０は、車線中心線Ｌ０における車線中心線Ｌ０１、Ｌ０２の接続点Ｐ０１よりも手前に始点が位置し、且つ車線中心線Ｌ０における車線中心線Ｌ０２、Ｌ０３の接続点Ｐ０２よりも後ろに終点が位置するクロソイド曲線を用いる。

また、本実施形態では、ＥＣＵ１０は、上記のような車線中心線Ｌ０上に始点及び終点が位置するという条件下において、クロソイド曲線の始点からの曲線長Ｌ及び曲率半径Ｒを様々に変えることで複数のクロソイド曲線を生成し、これら複数のクロソイド曲線の中で車線中心線Ｌ０に最も近いクロソイド曲線を決定し、このクロソイド曲線に基づき目標走行経路を設定する。詳しくは、ＥＣＵ１０は、複数のクロソイド曲線のそれぞれについて、クロソイド曲線と車線中心線Ｌ０との差分を示す誤差を当該クロソイド曲線の全体にわたって積分した値である誤差積分値を算出し、複数のクロソイド曲線の中で誤差積分値が最小となるクロソイド曲線を決定し、このクロソイド曲線に基づき目標走行経路を設定する。このような目標走行経路に基づき、車両１を交差点で左折させるように運転支援を行うと、安全でスムーズな車両挙動を実現可能となる。

なお、クロソイド曲線は、一般的に、始点からの曲線長Ｌ、曲率半径Ｒ、及びクロソイドパラメータＡに基づき、「ＲＬ＝Ａ²」という式で表される。この式より、始点からの曲線長Ｌ及び曲率半径Ｒを設定すると、クロソイドパラメータＡが決まってクロソイド曲線が特定されることとなる。

次に、図３乃至図５を参照して、車両１を交差点で左折させる目標走行経路を設定するためのクロソイド曲線の候補の具体例（第１の例〜第３の例）について説明する。

まず、図３に示すように、第１の例に係るクロソイド曲線Ｌ１は、その始点及び終点のそれぞれが車線中心線Ｌ０における接続点Ｐ０１、Ｐ０２に位置する。このクロソイド曲線Ｌ１の曲率半径Ｒ１は（クロソイドパラメータを「Ａ１」とすると、曲率半径Ｒ１は「Ｒ１＝Ａ１²／Ｌ」となる）、車線中心線Ｌ０の円弧部分（図２の車線中心線Ｌ０２）の曲率半径Ｒ０よりもかなり小さくなる。そのため、このクロソイド曲線Ｌ１に応じた目標走行経路に基づき車両１を左折させると、車両挙動が大きくなる傾向にある。

次いで、図４に示すように、第２の例に係るクロソイド曲線Ｌ２は、その始点Ｐ２１及び終点Ｐ２２のそれぞれが、車線中心線Ｌ０における接続点Ｐ０１、Ｐ０２からかなり離れた車線中心線Ｌ０上（詳しくは図２の車線中心線Ｌ０１、Ｌ０３上）の場所に位置する。このクロソイド曲線Ｌ２の曲率半径Ｒ２は（クロソイドパラメータを「Ａ２」とすると、曲率半径Ｒ２は「Ｒ２＝Ａ２²／Ｌ」となる）、車線中心線Ｌ０の円弧部分（図２の車線中心線Ｌ０２）の曲率半径Ｒ０と同じになっている。また、クロソイド曲線Ｌ２は、車線中心線Ｌ０との誤差Ｅ２が比較的大きくなっている。このようなクロソイド曲線Ｌ２では、その始点Ｐ２１が車線中心線Ｌ０の接続点Ｐ０１よりもかなり手前に位置するので、当該クロソイド曲線Ｌ２に応じた目標走行経路に基づき車両１を左折させると、車両１の旋回の開始が早まり、車両１がコースアウトする可能性がある。

次いで、図５に示すように、第３の例に係るクロソイド曲線Ｌ３は、その始点Ｐ３１及び終点Ｐ３２のそれぞれが、車線中心線Ｌ０における接続点Ｐ０１、Ｐ０２からある程度離れた車線中心線Ｌ０上（詳しくは図２の車線中心線Ｌ０１、Ｌ０３上）の場所に位置する。このクロソイド曲線Ｌ３の曲率半径Ｒ３は（クロソイドパラメータを「Ａ３」とすると、曲率半径Ｒ３は「Ｒ３＝Ａ３²／Ｌ」となる）、車線中心線Ｌ０の円弧部分（図２の車線中心線Ｌ０２）の曲率半径Ｒ０とほぼ同じになっている。また、クロソイド曲線Ｌ３のクロソイドパラメータＡ３は、図４のクロソイド曲線Ｌ２のクロソイドパラメータＡ２とほぼ同じになっている。他方で、クロソイド曲線Ｌ３は、車線中心線Ｌ０との誤差Ｅ３が比較的小さくなっている。詳しくは、クロソイド曲線Ｌ３と車線中心線Ｌ０との誤差Ｅ３を当該クロソイド曲線Ｌ３の全体にわたって積分した誤差積分値Ｓ３（＝ΣＥ３）は、図４のクロソイド曲線Ｌ２と車線中心線Ｌ０との誤差Ｅ２を当該クロソイド曲線Ｌ２の全体にわたって積分した誤差積分値Ｓ２（＝ΣＥ２）よりも小さくなっている。特に、クロソイド曲線Ｌ３は、想定される複数のクロソイド曲線の中で誤差積分値Ｓ３が最小になるものとする。したがって、このようなクロソイド曲線Ｌ３に応じた目標走行経路に基づき車両１を左折させると、安全でスムーズな車両挙動を実現することができる。

基本的には、ＥＣＵ１０は、クロソイド曲線上の複数の点と、これらクロソイド曲線上の複数の点に対応する車線中心線Ｌ０上の複数の点とのそれぞれの間の距離を誤差として算出し、算出された複数の誤差を積算することで誤差積分値を算出する。クロソイド曲線上の或る点を「Ｘｎ、Ｙｎ」と表記し、このクロソイド曲線上の点に対応する車線中心線Ｌ０上の点を「Ｘｃ、Ｙｃ」と表記すると、誤差は、「｛（Ｘｎ−Ｘｃ）²＋（Ｙｎ−Ｙｃ）²｝^1/2」で表される。なお、このように誤差積分値を算出する上でクロソイド曲線上及び車線中心線Ｌ０上に設定される複数の点は、例えば、横方向で見ると１ｃｍ刻みに規定され、縦方向で見ると０．５〜１ｍ刻みに規定される。

ここで、複数のクロソイド曲線について車線中心線Ｌ０との誤差積分値を算出するに当たって、複数のクロソイド曲線を、車線中心線Ｌ０に沿った方向と車線中心線Ｌ０に直行する方向とで規定された座標系（以下では「ＳＬ座標系」と呼ぶ。）にて表してもよい。すなわち、ＥＣＵ１０は、一般的な横方向（ｘ軸）及び縦方向（ｙ軸）で規定される直交座標系（ｘｙ座標系）により表されたクロソイド曲線をＳＬ座標系に変換して、車線中心線Ｌ０との誤差積分値を算出してもよい。なお、ＳＬ座標系において、「Ｓ」は、車線中心線Ｌ０に沿った距離を規定する「station」の座標軸を示し、「Ｌ」は、車線中心線Ｌ０からの垂直方向（横方向）の距離を規定する「lateral」の座標軸を示している。

図６を参照して、ＳＬ座標系に変換されたクロソイド曲線から車線中心線Ｌ０との誤差積分値を算出する方法について説明する。図６は、横軸（Ｓ軸）に、車線中心線Ｌ０に沿った距離（経路長）を示し、縦軸（Ｌ軸）に、車線中心線Ｌ０からの垂直方向の距離（車線中心線Ｌ０からのオフセット量）を示している。なお、車線中心線Ｌ０は、横軸（Ｓ軸）そのものに対応する。

図６（Ａ）は、図４のクロソイド曲線Ｌ２をＳＬ座標系に変換したクロソイド曲線Ｌ２’を示し、図６（Ｂ）は、図５のクロソイド曲線Ｌ３をＳＬ座標系に変換したクロソイド曲線Ｌ３’を示している。このようにＳＬ座標系で表されたクロソイド曲線Ｌ２’、Ｌ３’と車線中心線Ｌ０との誤差積分値Ｓ２、Ｓ３は、図においてハッチングされた領域、つまりクロソイド曲線Ｌ２’、Ｌ３’と横軸（Ｓ軸）とで囲まれた領域の面積となる。ＥＣＵ１０は、複数のクロソイド曲線をＳＬ座標系に変換して、ＳＬ座標系に変換された複数のクロソイド曲線と車線中心線Ｌ０に対応する横軸（Ｓ軸）とで囲まれた領域の面積を、誤差積分値として算出することができる。これにより、複数のクロソイド曲線の中で誤差積分値が最小となるクロソイド曲線を容易に決定することができる。

次に、図７を参照して、本発明の実施形態による目標走行経路生成及び運転支援に係るフローチャートについて説明する。このフローチャートに係る処理は、ＥＣＵ１０によって所定の周期（例えば、０．０５〜０．２秒毎）で繰り返し実行される。

まず、ステップＳ１において、ＥＣＵ１０は、図１に示した複数のセンサ類（特にカメラ２１、レーダ２２、及びナビゲーションシステム３０など）から各種種の情報を取得する。この場合、ＥＣＵ１０は、上述した走行路情報を少なくとも取得する。

次いで、ステップＳ２において、ＥＣＵ１０は、ステップＳ１で取得された走行路情報に基づき、車両１の前方に交差点が存在するか否かを判定する。１つの例では、ＥＣＵ１０は、カメラ２１によって撮影された車両１の前方の画像を解析することで、車両１の前方に交差点が存在するか否かを判定する。他の例では、ＥＣＵ１０は、ナビゲーションシステム３０に記憶された車両１の周辺の地図情報を参照することで、車両１の前方に交差点が存在するか否かを判定する。この場合、ＥＣＵ１０は、測位システム２９により検出された車両１の現在位置を用いて、車両１の現在位置周辺の地図情報をナビゲーションシステム３０から取得する。若しくは、ＥＣＵ１０は、カメラ２１によって撮影された車両１の前方の画像を解析した結果と、ナビゲーションシステム３０から取得された地図情報とを照合して、車両１の現在位置を特定することで、つまり所謂マップマッチングを行うことで、車両１の現在位置周辺の地図情報をナビゲーションシステム３０から取得する。

ステップＳ２の結果、ＥＣＵ１０は、車両１の前方に交差点が存在する場合（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、ステップＳ３に進み、車両１の前方に交差点が存在しない場合（ステップＳ２：Ｎｏ）、図７に示すフローチャートに係る処理を終了する。ステップＳ３において、ＥＣＵ１０は、車両１が交差点で左折又は右折するか否かを判定する。例えば、ＥＣＵ１０は、現時点において設定されている目標走行経路において交差点で左折又は右折する経路が含まれている場合や、車両１のドライバが交差点で左折又は右折するためのウィンカ操作を行った場合に、車両１が交差点で左折又は右折すると判定する。

ステップＳ３の結果、ＥＣＵ１０は、車両１が交差点で左折又は右折する場合（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、ステップＳ４に進み、車両１が交差点で左折及び右折を行わない場合（ステップＳ３：Ｎｏ）、つまり車両１が交差点で直進する場合、図７に示すフローチャートに係る処理を終了する。

ステップＳ４において、ＥＣＵ１０は、車両１を交差点で左折又は右折させる目標走行経路を設定するための基準となる車線中心線Ｌ０を取得する。具体的には、ＥＣＵ１０は、左折前又は右折前（つまり交差点への進入前）の直線の走行路の車線中心線Ｌ０１と、左折後又は右折後（つまり交差点からの脱出後）の直線の走行路の車線中心線Ｌ０３と、これら直線の車線中心線Ｌ０１、Ｌ０３の端点に両端が接続された円弧により形成され、交差点内において旋回すべき走行路の車線中心線Ｌ０２と、から構成される車線中心線Ｌ０を取得する（図２参照）。１つの例では、ＥＣＵ１０は、ナビゲーションシステム３０から車線中心線Ｌ０の情報を取得する。他の例では、ＥＣＵ１０は、カメラ２１などによって取得された走行路情報、具体的には走行路の形状や走行路幅や車線幅などに基づき、車線中心線Ｌ０を算出する。この場合、ＥＣＵ１０は、車線中心線Ｌ０を算出するに当たって、ナビゲーションシステム３０に記憶された地図情報を適宜用いてもよい。

次いで、ステップＳ５において、ＥＣＵ１０は、ステップＳ４で取得された車線中心線Ｌ０に基づき、車両１を交差点で左折又は右折させるための目標走行経路を設定する上で候補となる複数のクロソイド曲線を生成する。具体的には、ＥＣＵ１０は、車線中心線Ｌ０上に始点及び終点が位置する複数のクロソイド曲線を生成する。詳しくは、ＥＣＵ１０は、車線中心線Ｌ０において円弧Ｌ０２の手前の直線Ｌ０１上に始点が位置し、且つ車線中心線Ｌ０において円弧Ｌ０２の後ろの直線Ｌ０３上に終点が位置する複数のクロソイド曲線を生成する。また、ＥＣＵ１０は、上記のような車線中心線Ｌ０上に始点及び終点が位置するという条件下において、クロソイド曲線の始点からの曲線長Ｌ及び曲率半径Ｒを様々に変えることにより複数のクロソイド曲線を生成する。なお、これら曲線長Ｌ及び曲率半径Ｒを様々に変えると、クロソイド曲線における車線中心線Ｌ０上の始点及び終点の位置が様々に変化する。

次いで、ステップＳ６において、ＥＣＵ１０は、ステップＳ５で生成された複数のクロソイド曲線のそれぞれについて、クロソイド曲線と車線中心線Ｌ０との差分を示す誤差を当該クロソイド曲線の全体にわたって積分した値である誤差積分値を算出する。具体的には、ＥＣＵ１０は、クロソイド曲線上の複数の点と、これらクロソイド曲線上の複数の点に対応する車線中心線Ｌ０上の複数の点とのそれぞれの間の距離を誤差として算出し、算出された複数の誤差を積算することで誤差積分値を算出する。なお、ＥＣＵ１０は、複数のクロソイド曲線をＳＬ座標系に変換して、ＳＬ座標系に変換されたクロソイド曲線と車線中心線Ｌ０に対応する横軸（Ｓ軸）とで囲まれた領域の面積を、誤差積分値として算出してもよい（図６参照）。

次いで、ステップＳ７において、ＥＣＵ１０は、ステップＳ５で生成された複数のクロソイド曲線の中で、ステップＳ６で算出された誤差積分値が最小となるクロソイド曲線を決定する。そして、ＥＣＵ１０は、ステップＳ８に進み、ステップＳ７で決定されたクロソイド曲線に対応する走行経路を、車両１を交差点で左折又は右折させるための目標走行経路として生成する。

次いで、ステップＳ９において、ＥＣＵ１０は、ステップＳ８で生成された目標走行経路に沿って車両１が走行するように、車両１の速度制御及び操舵制御を含む運転制御を実行する。具体的には、ＥＣＵ１０は、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のうちの少なくとも１以上に制御信号を送信して、エンジン制御、制動制御及び操舵制御の少なくとも１以上を実行する。

［作用及び効果］
次に、本発明の実施形態による作用及び効果について説明する。

本実施形態では、ＥＣＵ１０は、車両１が左折又は右折する走行路の車線中心線Ｌ０上に始点及び終点が位置する複数のクロソイド曲線を生成し、複数のクロソイド曲線のそれぞれについてクロソイド曲線と車線中心線Ｌ０との誤差積分値を算出し、誤差積分値が最小となるクロソイド曲線に基づき、車両１が左折又は右折するときに走行させる目標走行経路を生成する。このような目標走行経路に沿って車両１を走行させるように運転制御すると、当該目標走行経路にはクロソイド曲線が適用されているので、一定の角速度でのステアリング操作により車両１を左折又は右折させることができ、左折時又は右折時にスムーズな車両挙動を実現することが可能となる。また、車線中心線Ｌ０上に始点及び終点が位置し、車線中心線Ｌ０との誤差積分値が最小となるクロソイド曲線を目標走行経路に適用しているので、車線中心線Ｌ０からの車両１の大きな逸脱を抑制することができ、左折時又は右折時の安全性を確保することができる。したがって、本実施形態によれば、車両１が左折又は右折するときに安全でスムーズな車両挙動を実現可能な目標走行経路を生成することができる。

また、本実施形態では、ＥＣＵ１０は、左折前又は右折前の直線の走行路に対応する車線中心線Ｌ０１と、左折後又は右折後の直線の走行路に対応する車線中心線Ｌ０３と、両端が車線中心線Ｌ０１、Ｌ０３のそれぞれに接続された円弧により形成され、旋回すべき走行路に対応する車線中心線Ｌ０２と、から成る車線中心線Ｌ０を用いて、始点が直線の車線中心線Ｌ０１上に位置し且つ終点が直線の車線中心線Ｌ０３上に位置する複数のクロソイド曲線を生成する。これにより、車両が旋回するときの走行路の車線中心線Ｌ０に応じた適切なクロソイド曲線を生成することができる。

また、本実施形態では、ＥＣＵ１０は、車線中心線Ｌ０上に始点及び終点が位置するという条件下において、クロソイド曲線の始点からの曲線長Ｌ及び曲率半径Ｒを様々に変えることにより複数のクロソイド曲線を生成する。これにより、所望の条件を満たす複数のクロソイド曲線の候補を的確に生成することができる。

［変形例］
以下では、上述した実施形態の変形例について説明する。

（変形例１）
変形例１は、複数のクロソイド曲線のそれぞれについて車線中心線Ｌ０との誤差積分値を算出したときに、誤差積分値が最小となる２つ以上のクロソイド曲線が存在する場合に、目標走行経路に適用するクロソイド曲線を決定する方法に関する。変形例１では、ＥＣＵ１０は、誤差積分値が最小となる２つ以上のクロソイド曲線のそれぞれについて、クロソイド曲線の始点付近の所定範囲における誤差積分値を算出し、２つ以上のクロソイド曲線の中で、この算出された誤差積分値が最小となるクロソイド曲線を決定する。

図８は、本発明の実施形態の変形例１に係る、目標走行経路に適用するクロソイド曲線の決定方法の説明図である。図８（Ａ）及び（Ｂ）は、横軸に、車線中心線Ｌ０に沿った距離を示し、縦軸に、車線中心線Ｌ０からの垂直方向の距離を示している。また、図８（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、ＳＬ座標系に変換されたクロソイド曲線Ｌ４、Ｌ５を示している。これらクロソイド曲線Ｌ４、Ｌ５は、それぞれの誤差積分値Ｓ４、Ｓ５が同じ値であり、この２つの誤差積分値Ｓ４、Ｓ５は、複数のクロソイド曲線から得られた誤差積分値の中で最小であるものとする。

この場合、変形例１においては、ＥＣＵ１０は、クロソイド曲線Ｌ４、Ｌ５のそれぞれについて、始点付近の所定範囲（クロソイド曲線の始点から車線中心線Ｌ０に沿った距離が「Ｄ１」以下の領域）における誤差積分値Ｓ４ａ、Ｓ５ａを算出する。図８に示す例では、誤差積分値Ｓ５ａが誤差積分値Ｓ４ａよりも小さいため、ＥＣＵ１０は、誤差積分値Ｓ５ａに対応するクロソイド曲線Ｌ５を、目標走行経路に適用するものとして決定する。このような変形例１によれば、目標走行経路に沿って車両１を走行させるときに正確な情報が必要となる旋回初期において、車線中心線Ｌ０により近いクロソイド曲線に応じた目標走行経路を適切に生成することができる。

（変形例２）
変形例２も、変形例１と同様に、誤差積分値が最小となる２つ以上のクロソイド曲線が存在する場合に、目標走行経路に適用するクロソイド曲線を決定する方法に関する。変形例２では、ＥＣＵ１０は、誤差積分値が最小となる２つ以上のクロソイド曲線の中で、車両１が旋回するときの操舵角が最小となるクロソイド曲線を決定する。

図９は、本発明の実施形態の変形例２に係る、目標走行経路に適用するクロソイド曲線の決定方法の説明図である。図９（Ａ）及び（Ｂ）は、横軸に、車線中心線Ｌ０に沿った距離を示し、縦軸に、車線中心線Ｌ０からの垂直方向の距離を示している。また、図９（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、ＳＬ座標系に変換されたクロソイド曲線Ｌ６、Ｌ７を示している。これらクロソイド曲線Ｌ６、Ｌ７は、それぞれの誤差積分値Ｓ６、Ｓ７が同じ値であり、この２つの誤差積分値Ｓ６、Ｓ７は、複数のクロソイド曲線から得られた誤差積分値の中で最小であるものとする。

この場合、変形例２においては、ＥＣＵ１０は、２つのクロソイド曲線Ｌ６、Ｌ７のうちで、車両１が旋回するときの操舵角が小さいほうのクロソイド曲線を決定する。例えば、車両１が左旋回する場合には、車線中心線Ｌ０（横軸（Ｓ軸）そのもの）に対して左方向にシフトするクロソイド曲線Ｌ６よりも、車線中心線Ｌ０に対して右方向にシフトするクロソイド曲線Ｌ７のほうが、車両１が左旋回するときの操舵角が小さくなる。この場合には、ＥＣＵ１０は、クロソイド曲線Ｌ７を目標走行経路に適用するものとして決定する。これに対して、車両１が右旋回する場合には、車線中心線Ｌ０に対して右方向にシフトするクロソイド曲線Ｌ７よりも、車線中心線Ｌ０に対して左方向にシフトするクロソイド曲線Ｌ６のほうが、車両１が右旋回するときの操舵角が小さくなる。この場合には、ＥＣＵ１０は、クロソイド曲線Ｌ６を目標走行経路に適用するものとして決定する。このような変形例２によれば、車両１を旋回させるための目標走行経路の曲率半径が大きくなり、旋回時に車両１に発生する横加速度を小さくすることができる、つまり旋回時の車両挙動を改善することができる。

なお、誤差積分値が最小となる２つ以上のクロソイド曲線に関して、ＳＬ座標系に変換したクロソイド曲線が同じ方向にシフトしている場合には、車線中心線Ｌ０からのオフセット量（シフト量）が最小となるクロソイド曲線を、車両１が旋回するときの操舵角が最小となるクロソイド曲線として決定することができる。

（変形例３）
上記した実施形態では、車両１が交差点で左折又は右折するときに本発明を適用する例を示したが、本発明の適用はこれに限定はされない。本発明は、走行路上において交差点以外の場所で旋回する場合にも適用可能である。例えば、本発明は、走行路上の店舗などを利用するために車両１が右折又は左折して進入する場合にも適用可能である。

（変形例４）
上記した実施形態では、「ＲＬ＝Ａ²」という式で表されたクロソイド曲線に基づき目標走行経路を生成する例を示したが、他の例では、３次関数などの式で近似されたクロソイド曲線に基づき目標走行経路を生成してもよい。また、更に他の例では、クロソイド以外の所定の緩和曲線に基づき目標走行経路を生成してもよい。例えば、この緩和曲線としては、３次曲線や、５次曲線や、種々のスプライン曲線などを用いることができる。

（変形例５）
上記した実施形態では、エンジンを駆動源とする車両１に本発明を適用する例を示したが（図１参照）、本発明は、電気モータを駆動源とする車両（電気自動車やハイブリッド車）にも適用可能である。加えて、上述した実施形態では、ブレーキ装置（ブレーキ制御システム３２）により制動力を車両１に付与していたが、他の例では、電気モータの回生により制動力を車両に付与してもよい。

１ 車両
１０ ＥＣＵ
２１ カメラ
２２ レーダ
３０ ナビゲーションシステム
３１ エンジン制御システム
３２ ブレーキ制御システム
３３ ステアリング制御システム
１００ 車両運転支援システム（走行経路生成システム）

Claims (7)

1. 走行経路生成システムであって、
   車両の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、前記走行路において前記車両に走行させる目標走行経路を生成するよう構成された演算装置と、を有し、
   前記演算装置は、
   前記車両が旋回する場合に、前記走行路情報に基づき、前記車両が旋回する走行路に関する車線中心線の情報を取得し、
   取得された前記車線中心線上に始点及び終点が位置する複数のクロソイド曲線を生成し、
   生成された前記複数のクロソイド曲線のそれぞれについて、クロソイド曲線と前記車線中心線との差分を示す誤差を当該クロソイド曲線の全体にわたって積分した値である誤差積分値を算出し、
   前記複数のクロソイド曲線の中で、算出された前記誤差積分値が最小となるクロソイド曲線を決定し、
   決定された前記クロソイド曲線に基づき、前記車両が旋回するときに走行させる前記目標走行経路を生成する、
   ことを特徴とする走行経路生成システム。
2. 前記演算装置により取得される前記車線中心線は、旋回前の直線の走行路の車線中心線である第１直線と、旋回後の直線の走行路の車線中心線である第２直線と、一端が前記第１直線に接続され且つ他端が前記第２直線に接続された、旋回すべき走行路の車線中心線に相当する円弧と、から形成され、
   前記演算装置は、前記始点が前記車線中心線の前記第１直線上に位置し、且つ前記終点が前記車線中心線の前記第２直線上に位置する前記複数のクロソイド曲線を生成する、
   請求項１に記載の走行経路生成システム。
3. 前記演算装置は、前記車線中心線上に前記始点及び前記終点が位置するという条件下において、クロソイド曲線の始点からの曲線長及び曲率半径を変えることにより前記複数のクロソイド曲線を生成する、請求項１又は２に記載の走行経路生成システム。
4. 前記演算装置は、前記誤差積分値が最小となる２つ以上のクロソイド曲線が存在する場合には、前記２つ以上のクロソイド曲線のそれぞれについて、前記始点付近の所定範囲における前記誤差積分値を算出し、前記２つ以上のクロソイド曲線の中で、この算出された前記誤差積分値が最小となるクロソイド曲線を決定する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の走行経路生成システム。
5. 前記演算装置は、前記誤差積分値が最小となる２つ以上のクロソイド曲線が存在する場合には、前記２つ以上のクロソイド曲線の中で、前記車両が旋回するときの操舵角が最小となるクロソイド曲線を決定する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の走行経路生成システム。
6. 前記演算装置は、前記車両が交差点において左折又は右折する場合に、前記複数のクロソイド曲線の中で前記誤差積分値が最小となるクロソイド曲線を決定し、決定された前記クロソイド曲線に基づき前記目標走行経路を生成する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の走行経路生成システム。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の走行経路生成システムによって生成された目標走行経路に沿って車両が走行するように、前記車両を運転制御するよう構成された制御装置を有することを特徴とする車両運転支援システム。

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