JP2022038621A

JP2022038621A - 自動運転装置

Info

Publication number: JP2022038621A
Application number: JP2020143217A
Authority: JP
Inventors: 英之原; Hideyuki Hara
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2020-08-27
Filing date: 2020-08-27
Publication date: 2022-03-10
Anticipated expiration: 2040-08-27
Also published as: JP7314883B2

Abstract

【課題】所定の車線の任意位置を追従するための基本走行ポテンシャルを求める。【解決手段】自動運転装置は、自車両の走行状態を判定する走行状態判定部１４２と、自車両が走行する車線に関する車線情報を取得する車線情報取得部１４３と、車線の中央又は中央から左右にずれた位置に負のポテンシャルである中央側引力ポテンシャルを生成し、車線の端又は境界部に正のポテンシャルである端側斥力ポテンシャルを生成する第１ポテンシャル生成部１４４と、生成した中央側引力ポテンシャル及び端側斥力ポテンシャルを加算して、所定の車線の任意位置を追従させるための車線ポテンシャルを求める第１算出部１４６と、求めた車線ポテンシャルに基づいて、自車両が走行する場合の走行位置の推奨度合いを示す基本走行ポテンシャルを求める第２算出部１４７とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、自動運転装置に関する。

近年、ポテンシャル場を用いて自車両が走行すべき走行軌跡を設定する技術が提案されている。例えば、下記の特許文献１には、基本走行ポテンシャル、顕在ポテンシャル及び潜在ポテンシャルを加算することでポテンシャル場を演算し、当該ポテンシャル場に基づいて走行軌跡を設定する技術が開示されている。

特開２０１８－１９２９５４号公報

引用文献１に記載された基本走行ポテンシャルは、車線境界に対する斥力ポテンシャルに過ぎない。このため、例えば車線の中心を精度良く追従することができないおそれがある。また、対向車とすれ違う時などに明示的に路肩寄りを走行することができない。加えて、自車線から隣車線へ車線変更するための運転経路を決定できない。

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、自車両の車線追従性を高めるとともに所定の車線の任意位置を追従するための基本走行ポテンシャルを求めることを目的とする。

本発明の一の態様においては、基本走行ポテンシャルを含むポテンシャル場に基づいて自車両の運転行動を設定する自動運転装置であって、自車両の走行状態を判定する走行状態判定部と、前記自車両が走行する車線に関する車線情報を取得する車線情報取得部と、車線の中央又は中央から左右にずれた位置に負のポテンシャルである中央側引力ポテンシャルを生成し、車線の端又は境界部に正のポテンシャルである端側斥力ポテンシャルを生成する第１ポテンシャル生成部と、生成した前記中央側引力ポテンシャル及び前記端側斥力ポテンシャルを加算して、所定の車線を走行させるための車線ポテンシャルを求める第１算出部と、求めた前記車線ポテンシャルに基づいて、前記自車両が走行する場合の走行位置の推奨度合いを示す前記基本走行ポテンシャルを求める第２算出部と、を備える、自動運転装置を提供する。

また、前記第１ポテンシャル生成部は、前記車線の中心線上に前記中央側引力ポテンシャルを生成することとしてもよい。

また、前記第１ポテンシャル生成部は、前記自車両の走行車線の中央側に前記中央側引力ポテンシャルを生成し、前記走行車線の両端側に前記端側斥力ポテンシャルを生成することとしてもよい。

また、前記走行状態判定部によって、前記自車両が走行車線から隣車線へ車線変更すると判定された場合には、前記第１ポテンシャル生成部は、前記隣車線の中央側に前記引力ポテンシャルを生成し、前記走行車線の前記隣車線とは逆側の一端に前記端側斥力ポテンシャルを生成し、前記隣車線の前記走行車線とは逆側の他端に前記端側斥力ポテンシャルを生成することとしてもよい。

また、前記端側斥力ポテンシャルを生成した端よりも外側の領域に、前記端側斥力ポテンシャルと同じポテンシャル又は前記端側斥力ポテンシャルよりも高いポテンシャルを生成する第２ポテンシャル生成部を更に備えることとしてもよい。

本発明によれば、自車両の車線追従性を高めるとともに所定の車線の任意位置を追従するための基本走行ポテンシャルを求められるという効果を奏する。

一の実施形態に係る自動運転装置１の構成の一例を説明するための模式図である。制御装置１０の詳細構成の一例を説明するためのブロック図である。自車両の位置を説明するための模式図である。車線を維持させるためのポテンシャルの生成例を説明するための模式図である。車線変更時のポテンシャルの生成例を説明するための模式図である。自動運転装置１の動作例を説明するためのフローチャートである。基本走行ポテンシャルの算出の流れを説明するためのフローチャートである。

＜自動運転装置の構成＞
本発明の一の実施形態に係る自動運転装置の構成について、図１を参照しながら説明する。

図１は、一の実施形態に係る自動運転装置１の構成の一例を説明するための模式図である。自動運転装置１は、例えばトラック等の車両に搭載されており、自車両の運転を支援する。自動運転装置１は、例えば自動運転時に、自車両の運転行動を設定し、設定した運転行動に基づいて運転経路を決定する。自動運転装置１は、基本走行ポテンシャルを含むポテンシャル場に基づいて、自車両の運転行動を設定する。自車両は、自動運転装置１が設定した運転行動に沿って走行する。また、自車両は、自動運転装置１が決定した運転経路に沿って走行可能となっている。

自動運転装置１は、図１に示すように、車両検出部２と、環境認識部４と、地図データベース６と、制御装置１０とを有する。
車両検出部２は、自車両の状態を検出する。車両検出部２は、自車両の位置や速度を検出する。例えば、車両検出部２は、ＧＰＳ（Global Positioning System）受信機を有しており、ＧＰＳ受信機が受信した電波により自車両の位置を検出する。

環境認識部４は、自車両の周囲の環境状況を認識する。例えば、環境認識部４は、カメラ、レーダ等の外部センサを有する。環境認識部４は、例えば自車両が走行する車線の位置や幅等を認識する。また、環境認識部４は、外部センサの出力に基づいて、自車両の周囲の障害物（例えば、他車両、自転車、歩行者等）を認識しうる。

地図データベース６は、道路地図情報を記憶している。道路地図情報には、例えば、道路の緯度、経度及び標高の３次元座標を示すデータが含まれている。また、道路地図情報には、自車両が走行する道路の車線数や車線構造の情報が含まれている。さらに、地図データベース６は、車両検出部２が検出した自車両の位置に基づいて、環境認識部４で認識する車線の情報を代わりに取得することができる。

制御装置１０は、自動運転装置１の動作を制御する。制御装置１０は、ポテンシャル場を用いて自車両の運転行動を設定する。ポテンシャル場は、例えば公知のように、基本走行ポテンシャルや顕在リスクポテンシャルを加算することで求められる。本実施形態の制御装置１０は、詳細は後述するが、車線の中央側に生成した中央側引力ポテンシャルと、車線の端側に生成した端側斥力ポテンシャルとを加算した車線ポテンシャルを用いて、基本走行ポテンシャルを求める。これにより、自車両の車線追従性を高める基本走行ポテンシャルを精度良く求められる。

＜制御装置１０の詳細構成＞
制御装置１０の詳細構成について、図２を参照しながら説明する。
図２は、制御装置１０の詳細構成の一例を説明するためのブロック図である。制御装置１０は、図２に示すように、記憶部１２と、制御部１４とを有する。

記憶部１２は、例えばＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を含む。記憶部１２は、制御部１４が実行するためのプログラムや各種データを記憶する。

制御部１４は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）である。制御部１４は、記憶部１２に記憶されたプログラムを実行することにより、走行状態判定部１４２、車線情報取得部１４３、第１ポテンシャル生成部１４４、第２ポテンシャル生成部１４５、第１算出部１４６、第２算出部１４７、運転行動設定部１４８及び運転経路決定部１４９として機能する。

走行状態判定部１４２は、自車両の走行状態を判定する。例えば、走行状態判定部１４２、走行中の自車両の位置や速度を判定する。走行状態判定部１４２は、車両検出部２（図１）の検出結果から、自車両の位置や速度を判定する。また、走行状態判定部１４２は、自車両が走行車線から隣車線へ車線変更するかを判定しうる。例えば、走行状態判定部１４２は、周辺車両の位置と速度から車線変更の必要性の有無を判定する。

図３は、自車両の位置を説明するための模式図である。自車両である車両１００の位置は、車両重心であり、ここでは図３に示すように車両１００の後輪軸中心である。以下では、車両重心から前方をＸ軸方向とし、車両重心から左右をＹ軸方向とする。また、目標位置Ｔの座標は、（Ｘ^dst、Ｙ^dst）であるものとする。

車線情報取得部１４３は、自車両が走行する車線に関する車線情報を取得する。車線情報取得部１４３は、車線情報として、例えば車線の位置や車線幅の大きさを取得する。車線情報取得部１４３は、環境認識部４（図１）の検出結果又は地図データベース６から、車線の位置や車線幅を取得する。

第１ポテンシャル生成部１４４は、車線の中央又は中央から左右にずれた位置に、負のポテンシャルである中央側引力ポテンシャルを生成する。例えば、第１ポテンシャル生成部１４４は、車線の中心線上に中央側引力ポテンシャルを生成する。具体的には、第１ポテンシャル生成部１４４は、下記の式（１）のように示される中央側引力ポテンシャルU^cent(X,Y)を生成する。

Y^cent(X)は、車線中心座標を意味し、例えば、車線形状を２次曲線で近似することにより、下記の式（２）のように示される。

式（１）で、w^centは中央側引力ポテンシャルの重みを意味し、σ^centは中央側引力ポテンシャルの標準偏差を意味する。式（２）で、ρが車線（白線）の曲率を意味し、θが白線に対する自車両の方位角を意味し、Uｃが自車両の中心から車線中心までの横変位を意味し、Ｗが車線の幅を意味し、ｌはいずれの車線の車線中心であるかを表す車線番号であり、例えば、－１、０、１の値をとる。

また、第１ポテンシャル生成部１４４は、車線の端端又は境界部に、正のポテンシャルである端側斥力ポテンシャルを生成する。例えば、第１ポテンシャル生成部１４４は、車線の両端に端側斥力ポテンシャルを生成する。具体的には、第１ポテンシャル生成部１４４は、例えば、下記の式（３）のように示される端側斥力ポテンシャルU^edge(X,Y)を生成する。

Y^edge(X)は、車線端座標を意味し、車線左端の座標は車線形状を２次曲線で近似した場合、下記の式（４）のように示され、車線右端の座標は下記の式（５）のように示される。

式（３）で、w^edgeは端側斥力ポテンシャルの重みを意味し、σ^edgeは端側斥力ポテンシャルの標準偏差を意味する。

第１ポテンシャル生成部１４４は、中央側引力ポテンシャルと端側斥力ポテンシャルを共に生成する。この際、第１ポテンシャル生成部１４４は、中央側引力ポテンシャルと端側斥力ポテンシャルを、同時に生成してもよい。上記のように中央側引力ポテンシャルと端側斥力ポテンシャルを共に生成することで、自車両が車線の中心を追従走行しやすくなる。

なお、上記では車線の中心線上に中央側引力ポテンシャルを生成することとしたが、これに限定されない。例えば、第１ポテンシャル生成部１４４は、車線の中心線から左右にずれた位置に中央側引力ポテンシャルを生成してもよい。かかる場合には、自車両が車線の片側（例えば路肩側）に沿って走行しやすくなり、車線をはみ出してこない対向車とすれ違う場合などの走行中の安全性を高められる。

第１ポテンシャル生成部１４４は、車線が複数ある場合には、自車両の走行状態に応じて任意の車線にポテンシャルを生成する。具体的には、自車両が走行車線を維持するためのポテンシャルの生成態様と、自車両が円滑に車線変更するためのポテンシャルの生成態様とが異なる。

図４は、車線を維持させるためのポテンシャルの生成例を説明するための模式図である。ここでは、図４（ａ）に示すように、自車両である車両１００が走行車線である第１車線１０４を走行しているものとする。第１ポテンシャル生成部１４４は、車両１００が第１車線１０４の中心線１０６ｄ上を走行するように、図４（ｂ）に示すように、中央側引力ポテンシャル１１２を生成し、かつ端側斥力ポテンシャル１１４を生成する。中央側引力ポテンシャル１１２は、第１車線１０４の中心線１０６ｄ上（ハッチングが付された領域）に生成され、端側斥力ポテンシャル１１４は、第１車線１０４の両端１０６ａ、１０６ｂ上（ハッチングが付された領域）にそれぞれ生成されている。このように中央側引力ポテンシャル１１２及び端側斥力ポテンシャル１１４が生成されることで、車両１００は第１車線１０４の中心線１０６ｄを追従走行しやすくなる。

図５は、車線変更時のポテンシャルの生成例を説明するための模式図である。ここでは、図５（ａ）に示すように、車両１００が第１車線１０４（走行車線）から第２車線１０５（隣車線）へ車線変更するものとする。第１ポテンシャル生成部１４４は、走行状態判定部１４２によって車両１００の第１車線１０４から第２車線１０５へ車線変更すると判定されると、第１車線１０４と第２車線１０５にポテンシャルを生成する。具体的には、第１ポテンシャル生成部１４４は、図５（ｂ）に示すように、第２車線１０５の中心線１０６ｅ上（ハッチングが付された領域）に中央側引力ポテンシャル１１２を生成し、第１車線１０４の一端１０６ａ上（ハッチングが付された領域）に端側斥力ポテンシャルを生成し、第２車線１０５の他端１０６ｃ上（ハッチングが付された領域）に端側斥力ポテンシャルを生成する。このように第１車線１０４及び第２車線１０５に中央側引力ポテンシャル１１２と端側斥力ポテンシャル１１が生成されることで、車両１００は第１車線１０４から第２車線１０５へ車線変更し、中心線１０６ｅ上を走行しやすくなる。

第２ポテンシャル生成部１４５は、端側斥力ポテンシャルを生成した端よりも外側の領域に、端側斥力ポテンシャルと同じポテンシャル又は前記端側斥力ポテンシャルよりも高い高ポテンシャルを生成する。例えば、第２ポテンシャル生成部１４５が、図４（ｂ）で示す端側斥力ポテンシャル１１４の外側に高ポテンシャルを生成することで、車両１００が第１車線１０４から逸脱しにくくなる。同様に、第２ポテンシャル生成部１４５が、図５（ｂ）で示す端側斥力ポテンシャル１１４の外側に高ポテンシャルを生成することで、車両１００が第１車線１０４から第２車線１０５へ車線変更する際に関係ない車線へはみ出しにくくなる。

第１算出部１４６は、第１ポテンシャル生成部１４４が生成した中央側引力ポテンシャル及び端側斥力ポテンシャルを加算して、所定の車線を走行させるための車線ポテンシャルを求める。すなわち、第１算出部１４６は、自車両が走行車線を維持させる車線ポテンシャル、又は自車両を車線変更させる車線ポテンシャルを求める。

第１算出部１４６は、上記の式（１）及び式（３）を用いて算出された計算対象の車線全ての中央側引力ポテンシャルと端側斥力ポテンシャルを足し合わせることで、下記の式（６）のように車線ポテンシャルU^lane(X,Y)を求める。

なお、第１算出部１４６は、中央側引力ポテンシャル及び端側斥力ポテンシャルに、第２ポテンシャル生成部１４５が生成した高ポテンシャルを更に加算して、車線ポテンシャルを求めてもよい。

第２算出部１４７は、求めた車線ポテンシャルに基づいて、自車両が将来走行する走行位置の推奨度合いを示す基本走行ポテンシャルを求める。例えば、第２算出部１４７は、第１算出部１４６が求めた車線ポテンシャルと、自車両を図３に示した目的の方向へ目標速度で向かわせるための目標ポテンシャルとを加算して、基本走行ポテンシャルを求める。

第２算出部１４７は、式（６）を用いて、下記の式（７）のように示される基本走行ポテンシャルU^base(X,Y)を求める。

式（７）のU^dst(X,Y)は、上述した目標ポテンシャルを意味する。
なお、第２算出部１４７は、式（７）に自車両を走行不可領域に侵入させないためのポテンシャルを加えたものを、基本走行ポテンシャルとして求めてもよい。

運転行動設定部１４８は、第２算出部１４７が求めた基本走行ポテンシャル（すなわち、中央側引力ポテンシャル及び端側斥力ポテンシャルを含む基本走行ポテンシャル）に基づいて、運転行動を設定する。運転行動設定部１４８は、走行中の自車両の短期的な運転行動を予測して設定する。

運転行動設定部１４８は、運転行動として、自車両が車線内の所定の位置を走行するように自車両のヨーレートや加減速を設定する。例えば、運転行動設定部１４８は、中央側引力ポテンシャル及び端側斥力ポテンシャルによって、自車両が車線の中心線上を走行したり、走行車線から隣車線へ変更したりするように設定する。

運転経路決定部１４９は、設定した運転行動に基づいて、自車両の運転経路を決定する。例えば、運転経路決定部１４９は、運転行動設定部１４８による短期的な運転行動の設定を繰り返して、自車両の長期的な運転経路を決定する。この際、運転経路決定部１４９は、ポテンシャルが小さくなる経路を選択するように決定しうる。これにより、最適な運転経路を決定できる。

＜自動運転装置の動作例＞
自動運転装置１の動作例について、図６を参照しながら説明する。

図６は、自動運転装置１の動作例を説明するためのフローチャートである。本フローチャートに示す処理は、車両が走行している際に行われる。ここでは、車両が高速走行で自動運転を行っているものとする。

まず、自動運転装置１の制御装置１０は、自車両の基本走行ポテンシャルを算出する（ステップＳ１０２）。具体的には、制御装置１０は、図７に示す処理を行って、基本走行ポテンシャルを算出する。

図７は、基本走行ポテンシャルの算出の流れを説明するためのフローチャートである。制御装置１０の走行状態判定部１４２は、自車両の走行状態を判定する（ステップＳ１２２）。また、車線情報取得部１４３は、自車両が走行する車線に関する車線情報を取得する（ステップＳ１２４）。これにより、自車両が走行車線を引き続き走行するのか、車線変更するのかを判定できる。

次に、第１ポテンシャル生成部１４４は、車線の中央側に中央側引力ポテンシャルを生成し、車線の端側に端側斥力ポテンシャルを生成する（ステップＳ１２６）。例えば、第１ポテンシャル生成部１４４は、自車両が走行する走行車線の中心線上に中央側引力ポテンシャルを生成し、走行車線の両端に端側斥力ポテンシャルを生成する。そして、第１算出部１４６は、生成した中央側引力ポテンシャルと端側斥力ポテンシャルを加算して、車線ポテンシャルを求める（ステップＳ１２８）。

次に、第２算出部１４７は、求めた車線ポテンシャルに基づいて、基本走行ポテンシャルを求める（ステップＳ１３０）。例えば、第２算出部１４７は、車線ポテンシャル及び目標ポテンシャルを加算した車線ポテンシャルを用いて、基本走行ポテンシャルを求める。

基本走行ポテンシャルを算出すると、制御装置１０は、図６に戻り、走行中の道路の障害物を避けるための顕在リスクポテンシャルを算出する（ステップＳ１０４）。なお、制御装置１０は、公知の算出方法で、顕在リスクポテンシャルを求めてもよい。

次に、制御装置１０の運転行動設定部１４８は、算出した基本走行ポテンシャル及び顕在リスクポテンシャルを用いて、自車両の運転行動を設定する（ステップＳ１０６）。例えば、運転行動設定部１４８は、基本走行ポテンシャルと顕在リスクポテンシャルを加算したポテンシャル場にいわゆるコスト関数を適用して、自車両の運転行動を設定する。

次に、運転経路決定部１４９は、設定した運転行動を用いて、自車両の運転経路を決定する（ステップＳ１０８）。例えば、運転経路決定部１４９は、短期的な予測である運転行動の設定を繰り返して、運転経路を決定する。

＜本実施形態における効果＞
上述した実施形態の自動運転装置１は、車線の中央又は中央から左右にずれた位置に中央側引力ポテンシャルを生成し、車線の端端又は境界部に端側斥力ポテンシャルを生成する。そして、自動運転装置１は、生成した中央側引力ポテンシャル及び端側斥力ポテンシャルを加算した車線ポテンシャルを用いて、自車両の基本走行ポテンシャルを求める。
中央側引力ポテンシャル及び端側斥力ポテンシャルを生成することで、所定の車線の任意位置を追従するための基本走行ポテンシャルを求めることができる。このため、求めた基本走行ポテンシャルを用いて、自車両が走行車線を維持したり、車線変更を円滑に行う等の運転行動を適切に設定することが可能となる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。

１自動運転装置
１００車両
１４２走行状態判定部
１４３車線情報取得部
１４４第１ポテンシャル生成部
１４５第２ポテンシャル生成部
１４６第１算出部
１４７第２算出部

Claims

基本走行ポテンシャルを含むポテンシャル場に基づいて自車両の運転行動を設定する自動運転装置であって、
自車両の走行状態を判定する走行状態判定部と、
前記自車両が走行する車線に関する車線情報を取得する車線情報取得部と、
車線の中央又は中央から左右にずれた位置に負のポテンシャルである中央側引力ポテンシャルを生成し、車線の端又は境界部に正のポテンシャルである端側斥力ポテンシャルを生成する第１ポテンシャル生成部と、
生成した前記中央側引力ポテンシャル及び前記端側斥力ポテンシャルを加算して、所定の車線を走行させるための車線ポテンシャルを求める第１算出部と、
求めた前記車線ポテンシャルに基づいて、前記自車両が走行する場合の走行位置の推奨度合いを示す前記基本走行ポテンシャルを求める第２算出部と、
を備える、自動運転装置。
前記第１ポテンシャル生成部は、前記車線の中心線上に前記中央側引力ポテンシャルを生成する、
請求項１に記載の自動運転装置。
前記第１ポテンシャル生成部は、前記自車両の走行車線の中央側に前記中央側引力ポテンシャルを生成し、前記走行車線の両端側に前記端側斥力ポテンシャルを生成する、
請求項１又は２に記載の自動運転装置。
前記走行状態判定部によって、前記自車両が走行車線から隣車線へ車線変更すると判定された場合には、
前記第１ポテンシャル生成部は、前記隣車線の中央側に前記引力ポテンシャルを生成し、前記走行車線の前記隣車線とは逆側の一端に前記端側斥力ポテンシャルを生成し、前記隣車線の前記走行車線とは逆側の他端に前記端側斥力ポテンシャルを生成する、
請求項１又は２に記載の自動運転装置。
前記端側斥力ポテンシャルを生成した端よりも外側の領域に、前記端側斥力ポテンシャルと同じポテンシャル又は前記端側斥力ポテンシャルよりも高いポテンシャルを生成する第２ポテンシャル生成部を更に備える、
請求項３又は４に記載の自動運転装置。