JP2022168406A - 走行計画生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両走行に用いられる目標軌道を生成するための演算負荷を低減させる走行計画生成装置を得る。【解決手段】参照経路生成部３１０が、車両の周辺の道路情報に基づいて、車両が走行するための参照経路を生成し、目標点設定部３１１が、参照経路生成部３１０によって生成された参照経路に基づいて、車両の目指す目標点を設定し、次いで、経路点生成部３３２が、車両の位置から目標点に至るまでの間に、車両の位置および速度を含む車両の状態に基づいて 経路点を複数設定し、走行計画生成部３３３により、この設定された複数の経路点を経由しつつ、目標点を終点とする目標軌道を生成するとともに、前周期の目標軌道に次いで、新たな現周期の目標軌道を生成する場合に、現周期の目標軌道の始点を、前周期の目標軌道の複数の経路点のいずれかにする。【選択図】図３

Description

本願は、走行計画生成装置に関するものである。

従来、車両の自動運転システムにおいて、車両走行のための目標軌道を生成する手法として、カメラ、地図などから取得した基準軌道に基づき、車両の状態と車両周辺の状況を含めて演算し、目標軌道を生成する技術が知られている。
例えば、特許文献１には、基準軌道の状況に基づいて、目標軌道生成のためのサンプル点群を生成し、各サンプル点をつないで、パスにすることで、車両走行のための目標軌道を生成するものが記載されている。

特開２０２０－９７３８８号公報（第９～１２頁、第３Ａ図）

特許文献１の手法は、地図とルート情報から作成した基準軌道から所定距離ごとにサンプル点群を曲率に応じて生成する。所定距離ごとに生成した各サンプル点群をつなぎ、一番コストの低い各サンプル点の組み合わせを目標軌道とする。
この特許文献１のような目標軌道を生成する手法では、目標軌道生成には、所定距離ごとに生成したサンプル点をすべて用いて演算するため、演算時間が膨大になる可能性があるという問題があった。

本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、車両走行に用いられる目標軌道を生成するための演算負荷を低減させる走行計画生成装置を提供することを目的とする。

本願に開示される走行計画生成装置は、車両が追従する目標軌道を、車両の走行にしたがい、順次生成して、走行計画を生成する走行計画生成装置であって、車両の周辺の道路情報に基づいて、車両が走行するための基準経路を生成する基準経路生成部、この基準経路生成部によって生成された基準経路に基づいて、車両の目指す目標点を設定する目標点設定部、車両の位置から目標点に至るまでの間に、車両の位置および速度を含む車両の状態に基づいて定義した経由点を、複数設定する経由点設定部、この経由点設定部により設定された複数の経由点を経由しつつ、目標点を終点とする目標軌道を生成する目標軌道生成部を備え、目標軌道生成部は、第一の目標軌道に次いで、第二の目標軌道を生成する場合に、第二の目標軌道の始点を、第一の目標軌道の複数の経由点のいずれかにするものである。

本願に開示される走行計画生成装置によれば、車両走行に用いられる目標軌道を生成するための演算負荷を低減することができる。

実施の形態１による走行計画生成装置を搭載した車両の概略構成を示す図である。 実施の形態１による走行計画生成装置で用いる座標系を模式的に示す図である。 実施の形態１による走行計画生成装置が適用された自動運転システムを示す機能ブロック図である。 実施の形態１による走行計画生成装置の動作を示すフローチャートである。 実施の形態２による走行計画生成装置が適用された自動運転システムを示す機能ブロック図である。 実施の形態２による走行計画生成装置の動作を示すフローチャートである。 実施の形態２による走行計画生成装置において、障害物の予測軌道が目標軌道に侵入していると判定する範囲を模式的に示す図である。 実施の形態２による走行計画生成装置において、障害物の予測軌道が目標軌道に侵入しているときの、新たな目標軌道の始点を選択する範囲を模式的に示す図である。 実施の形態２による走行計画生成装置において、障害物の予測軌道が目標軌道に侵入し、障害物距離と任意距離が重なる場合の、新たな目標軌道の始点を選択する範囲を模式的に示す図である。 実施の形態２による走行計画生成装置において、障害物の予測軌道が目標軌道に侵入していないときの、新たな目標軌道の始点を選択する範囲を模式的に示す図である。 実施の形態２による走行計画生成装置において、障害物の予測軌道が目標軌道に侵入せず、目標軌道の長さが任意距離より短い場合の、新たな目標軌道の始点を選択する範囲を模式的に示す図である。 実施の形態１および実施の形態２による走行計画生成装置のハードウェア構成を示す図である。 実施の形態１および実施の形態２による走行計画生成装置の処理回路がプロセッサを用いた場合のハードウェア構成を示す図である。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１による走行計画生成装置を搭載した車両の概略構成を示す図である。
図１において、車両１は、駆動システムとして、後述する、ステアリングホイール２、ステアリング軸３、操舵ユニット４、ＥＰＳ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ）モータ５、パワートレインユニット６およびブレーキユニット７を有する。
また、センサシステムとして、後述する、前方カメラ１１、レーダセンサ１２およびＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）センサ１３、ヨーレートセンサ１６、速度センサ１７、加速度センサ１８、操舵角センサ２０および操舵トルクセンサ２１を有する。

これらの他に、後述する、ナビゲーション装置１４、Ｖ２Ｘ（Ｖｅｈｉｃｌｅ－ｔｏ－Ｅｖｅｒｙｔｈｉｎｇ）受信機１５、車両制御ユニット３０、ＥＰＳコントローラ４０、パワートレインコントローラ４１およびブレーキコントローラ４２を有する。

実施の形態１による走行計画生成装置は、車両制御ユニット３０の一部として実現される。
なお、ここでは、実施の形態１による走行計画生成装置が、車両の自動運転システムに適用される場合を例示しているが、実施の形態１による走行計画生成装置は、自律走行ロボットなど、自律制御によって走行する車両以外の移動体にも適用可能である。

ドライバが車両１を運転するために設置されているステアリングホイール２は、ステアリング軸３に結合されている。ステアリング軸３には、操舵ユニット４が連接されている。
操舵ユニット４は、操舵輪としての前輪の２つのタイヤを回動自在に支持すると共に、車体フレームに転舵自在に支持されている。従って、ドライバのステアリングホイール２の操作によって発生したトルクは、ステアリング軸３を回転させ、操舵ユニット４によって前輪を左右方向へ転舵する。
これによって、ドライバは、車両１が前進および後進する際の車両１の横移動量を操作することができる。
なお、ステアリング軸３は、ＥＰＳモータ５によって回転させることも可能であり、ＥＰＳコントローラ４０によってＥＰＳモータ５に流れる電流を制御することで、ドライバのステアリングホイール２の操作と独立して、前輪を自在に転舵させることができる。

車両制御ユニット３０は、ＡＤＡＳ－ＥＣＵ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｒｉｖｉｎｇ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）とも呼称され、マイクロプロセッサ等の集積回路であり、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ）変換回路、Ｄ／Ａ（Ｄｉｇｉｔａｌ／Ａｎａｌｏｇ）変換回路、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等を有する。
車両制御ユニット３０には、前方カメラ１１、レーダセンサ１２、ＧＮＳＳセンサ１３、ナビゲーション装置１４、Ｖ２Ｘ受信機１５、操舵角を検出する操舵角センサ２０、操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ２１、ヨーレートを検出するヨーレートセンサ１６、自車の速度を検出する速度センサ１７、自車の加速度を検出する加速度センサ１８、ＥＰＳコントローラ４０、パワートレインコントローラ４１およびブレーキコントローラ４２が接続されている。

車両制御ユニット３０は、接続されているセンサから入力された情報を、ＲＯＭに格納 されたプログラムに従って処理し、ＥＰＳコントローラ４０に目標操舵角を送信し、パワートレインコントローラ４１に目標駆動力を送信し、ブレーキコントローラ４２に目標制動力を送信する。

前方カメラ１１は、車両１前方の区画線が画像として検出できる位置に設置され、画像情報を基に、車線情報および障害物の位置などの車両１の前方環境を検出する。
なお、本実施の形態１では、車両１の前方環境を検出するカメラのみを例に挙げたが、後方および側方の環境を検出するカメラも設置しても良い。
また、前方カメラ１１は、車両１が走行する路面の状態を推定するために使用することもできる。

レーダセンサ１２は、レーダを照射し、その反射波を検出することで、車両１と障害物との相対距離と相対速度を出力する。
このレーダセンサとしては、ミリ波レーダ、ＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）、レーザーレンジファインダ、超音波レーダなど、周知の方式の測距センサを用いることができる。
ＧＮＳＳセンサ１３は、測位衛星からの電波をアンテナで受信し、測位演算することによって、車両１の絶対位置、絶対方位を出力する。

ナビゲーション装置１４は、ドライバが設定した行き先に対する最適な走行ルートを演 算する機能を有し、走行ルート上の道路情報を記憶している。道路情報は、道路線形を表現する地図ノードデータであり、各地図ノードデータは、各ノードでの絶対位置を示す緯度、経度および標高の情報、車線幅、カント角、傾斜角情報などが組み込まれている。

Ｖ２Ｘ受信機１５は、他車両および路側機との通信によって情報を取得し、出力する機能を有している。取得する情報は、他車両および歩行者を含む車両１にとっての障害物の位置、速度などの障害物情報および路面の摩擦係数などの道路情報を含んでいる。

ＥＰＳコントローラ４０は、車両制御ユニット３０から送信された目標操舵角を実現す るように、ＥＰＳモータ５を制御することで、車両１の軌道を制御する。
パワートレインコントローラ４１は、車両制御ユニット３０から送信された目標駆動力 を実現するように、パワートレインユニット６を制御することで、車両１の加速を制御す る。
ブレーキコントローラ４２は、車両制御ユニット３０から送信された目標制動力を実現 するように、ブレーキユニット７を制御することで、車両１の減速を制御する。

なお、本実施の形態１では、エンジンのみを駆動力源とする車両を例に挙げたが、電動モータのみを駆動力源とする車両、エンジンと電動モータの両方を駆動力源とする車両等に本実施の形態１を適用しても良い。

図２は、実施の形態１による走行計画生成装置で用いる座標系を模式的に示す図である。
図２において、Ｘ軸、Ｙ軸は慣性座標系を表し、Ｘｃ、Ｙｃ、Θｃは慣性座標系での自車両の位置と方位を示す。ｘｂ、ｙｂは自車の重心を原点とし、自車前方にｘｂ軸、自車前方に向かって左手方向にｙｂ軸を取った自車座標系である。

図３は、実施の形態１による走行計画生成装置が適用された自動運転システムを示す機能ブロック図である。
図３において、自動運転システム１００は、車両制御ユニット３０を有し、車両制御ユニット３０には、情報取得部３００が接続され、車両制御ユニット３０内の車両制御部３４０には、ＥＰＳコントローラ４０、パワートレインコントローラ４１およびブレーキコントローラ４２が接続されている。

情報取得部３００は、車両１の情報および車両１の周辺環境の情報を取得する機能を有し、道路情報取得部３０１および車両状態取得部３０２を有している。情報取得部３００は、情報取得装置と呼称することもできる。
道路情報取得部３０１は、車両１の周辺の障害物の位置、移動量などの障害物情報を取得するレーダセンサ１２、車両１が走行する道路の情報である道路形状を取得するナビゲーション装置１４、障害物情報と道路形状両方を取得する前方カメラ１１、およびＶ２Ｘ受信機１５を有する。なお、障害物情報および道路形状が、車両１の周辺環境の情報となる。
車両状態取得部３０２は、車両１の情報である車両情報を取得する。車両情報には、車両１の状態を表す車両１の状態量が含まれる。ＧＮＳＳセンサ１３、ヨーレートセンサ１６、速度センサ１７、加速度センサ１８、操舵角センサ２０および操舵トルクセンサ２１が、車両状態取得部３０２に含まれる。

車両制御ユニット３０は、参照経路生成部３１０、目標点設定部３１１、走行経路生成部３３０および車両制御部３４０を有している。
参照経路生成部３１０（基準経路生成部）は、情報取得部３００から得られる車両１周辺の道路情報に基づき、他車両、障害物または交通状況などを無視した点である参照経路点を取得し、取得した各参照経路点を連ねることで、他車両、障害物または交通状況などからの干渉を受けていない、車両１が走行するための基準となる経路である参照経路（基準経路）を、生成する機能を有している。
目標点設定部３１１は、車両１から設定時間後の地点に最も近い参照経路点を目標点とし、もしくは、車両１から設定時間後の地点にまで参照経路が到達していないときは、参照経路の終端点を目標点として、設定する機能を有している。ここで、設定時間は予め設定した時間のことである。

走行経路生成部３３０は、自動運転システムで制御された車両１が追従するための目標軌道を走行計画として演算する機能を有するとともに、走行計画の情報を車両制御部３４０に出力する機能を有している。
走行経路生成部３３０は、走行計画生成装置と呼称することもできる。走行経路生成部３３０の詳細については後述する。

車両制御部３４０は、走行経路生成部３３０から得られた目標軌道情報と、車両状態取得部３０２から車両情報として得られる車両１の状態量を用いて、ＥＰＳコントローラ４０に出力するための目標操舵角を演算し、出力する機能を有している。
また、車両制御部３４０は、走行経路生成部３３０から得られた目標軌道に保持されている車両１の速度情報と、車両状態取得部３０２から得られる車両１の状態量を用いて、パワートレインコントローラ４１に転送するための目標駆動力と、ブレーキコントローラ４２に転送するための目標制動力を演算し、出力する機能を有している。
この車両制御部３４０は、車両制御装置と呼称することもできる。

走行経路生成部３３０は、制約生成部３３１、経路点生成部３３２および走行計画生成部３３３を有している。
制約生成部３３１は、走行計画の生成に用いるために、車両１の状態量に関する制約を生成し、経路点生成部３３２に出力する機能を有している。
この制約は、例えば、車体の横滑り角、タイヤの横滑り角、舵角、舵角速度、車体の速度、車体の加速度およびヨーレートのうちの少なくとも１つ、およびこれらの組み合わせが挙げられ、これらの状態量が取り得る値の範囲である。

経路点生成部３３２（経由点設定部）は、車両状態取得部３０２により取得された車両１の状態量を用いて、車両１が走行可能な制約を満たす範囲で、状態推定演算を行うことにより、所定時間毎の車両１の状態量を保持した各経路点（経由点）を作成することができる。ここで、所定時間とは、予め設定された時間のことである。
なお、状態推定演算としては、カルマンフィルタ、拡張カルマンフィルタ、パーティクルフィルタ等、の演算を用いることができる。
例えば、システムモデルおよび測定関数ｈが、線形と見做せる場合には、カルマンフィルタを使用することもできる。
また、システムモデルおよび測定関数ｈが、線形と見做せない場合には、拡張カルマンフィルタを用いることもできる。
パーティクルフィルタを用いれば、カルマンフィルタまたは拡張カルマンフィルタを用いる場合と比較して、より高精度な状態推定が可能となる。
パーティクルフィルタ、カルマンフィルタおよび拡張カルマンフィルタは、総称としてベイズフィルタと呼ばれることもある。

走行計画生成部３３３（目標軌道生成部）は、例えば、特許第６５９４５８９号（走行計画生成装置および自動運転システム）に記載されている手法を用いて、目標軌道を生成する機能を有している。

次に、動作について説明する。
図４を用いて、実施の形態１による走行計画生成装置の動作について説明する。図４は、車両制御ユニット３０における目標軌道生成の処理を示している。
まず、ステップＳ１２０で、走行計画生成部３３３は、道路情報取得部３０１から得た情報から、車両１近傍の車線情報を抽出する。
道路情報取得部３０１において、車線情報を取得する方法としては、例えば、前方カメラ１１で撮影された画像に対して、エッジ検出処理を行い、区画線を構成する線を近似的に求め、得られた近似線に基づいて、車線情報を求める方法が挙げられる。
また、Ｖ２Ｘ受信機１５を用いて、ネットワークと接続し、車両１の位置を送信し、ネットワークを介して、車両１近傍の地図を受信する方法が挙げられるが、これらに限定されるものではなく、本実施の形態１では、どのような方法を用いて、車線情報を取得しても効果には影響しない。
実施の形態１では、ナビゲーション装置１４とＧＮＳＳセンサ１３から得られる情報を組み合わせる方法を説明する。以下に、その方法を説明する。

次に、ステップＳ１２１において、車両状態取得部３０２が、ＧＮＳＳセンサ１３から車両１の位置情報と方位情報を取得し、道路情報取得部３０１は、ナビゲーション装置１４が記憶している道路情報を取得する。
参照経路生成部３１０で、車両状態取得部３０２が取得した車両１の位置情報と、道路情報取得部３０１が取得した道路情報とを、それぞれマッチングすることにより、車両１の近傍の地図ノードデータが得られる。この地図ノードデータをＮｇ点分、参照経路として抽出する。Ｎｇは、２以上の整数である。
走行計画生成部３３３は、抽出した参照経路を、車両１の方位を用いて、自車座標系に変換する。

次に、ステップＳ１２２において、走行計画生成部３３３が、前周期で生成した目標軌道（第一の目標軌道）が保持されているかどうかを確認し、保持されている場合は、ステップＳ１２３に進み、前周期の目標軌道を現周期の目標軌道（第二の目標軌道）の生成元とする。
保持されていない場合は、ステップＳ１２４に進み、参照経路生成部３１０により生成された参照経路を、前周期の目標軌道として考え、現周期の目標軌道の生成元とする。

実施の形態１では、目標軌道は、所定時間ごとの車両１の状態量を保持した各経路点の連なりによって構成される。経路点は、例えば、車両１の位置、方位、速度、加速度、舵角、舵角速度、ヨーレートおよび車体の横滑り角等の、自車状態を保持している。

次に、ステップＳ１２５において、目標点設定部３１１により、目標点を決定する。

次に、ステップＳ１２６において、前周期の目標軌道の経路点を始点として、目標点に向かって、現周期の目標軌道を生成する。現周期の目標軌道の始点は、前周期の目標軌道の各経路点から無作為に選択する。
選択した経路点から現周期の目標軌道を生成する方法は、例えば、特許第６５９４５８９号（走行計画生成装置および自動運転システム）に記載されている手法を用いて行う。

実施の形態１では、障害物の位置、移動量などの情報を考慮せず、前周期の目標軌道の各経路点から無作為に選んだ点から、目標点設定部３１１により決定した目標点に向けて、制約生成部３３１の制約を満たす範囲で状態推定した、所定時間ごとの車両１の状態量を保持した各経路点を連ねることで、車両１が追従するための現周期の目標軌道を生成する。
また、走行計画生成部３３３が、前周期の目標軌道を保持していない場合は、参照経路生成部３１０により生成した参照経路を前周期の目標軌道として考え、現周期の目標軌道の生成元とする。
実施の形態１によれば、車両走行のための新たな現周期の目標軌道を生成する演算量を減らすことが可能になる。
また、走行計画生成部が、目標軌道を保持していないとき、参照経路を初期の目標軌道とすることで、新たな目標軌道の生成距離を短くすることができ、演算量を削減することが可能となる。

実施の形態２．
実施の形態１の目標軌道の生成は、図３の参照経路生成部３１０を用いて、走行計画生成部３３３で行われるが、障害物の軌道を予測し、予測結果をもとに走行計画生成部３３３から目標軌道を生成しても良い。
また、現周期目標軌道の始点とする、前周期目標軌道の経路点の選択範囲を制限しても良い。
実施の形態２は、これらについてのものである。

図５は、実施の形態２による走行計画生成装置が適用された自動運転システムを示す機能ブロック図である。
図５において、符号３０、４０～４２、１００、３００～３０２、３１０、３１１、３３０～３３３、３４０は図３におけるものと同一のものである。図５では、車両制御ユニット３０に、障害物状態推定部３２０を設けている。
障害物状態推定部３２０は、障害物軌道予測装置３２１（障害物軌道予測部）および障害物侵入判定装置３２２（障害物侵入判定部）を有している。障害物軌道予測装置３２１は、例えば、特開昭６１－１５５８１３号公報（移動体位置推定装置）に記載されている手法を用いて、車両１周辺の障害物の軌道を予測する機能を有している。
障害物侵入判定装置３２２は、障害物軌道予測装置３２１によって得られた障害物の予測軌道が、車両１の目標軌道に侵入しているかどうかを判定する機能を有している。
なお、走行経路生成部３３０に、障害物状態推定部３２０を含めて、走行計画生成装置と呼称することもできる。

図５の自動運転システム１００の車両制御ユニット３０においては、障害物軌道予測装置３２１による判定結果を走行経路生成部３３０で取得し、制約生成部３３１により、現周期目標軌道の始点とする、前周期目標軌道の経路点の選択範囲を制限して、走行計画生成部３３３により、現周期目標軌道を生成する構成となっている。

図７は、実施の形態２による走行計画生成装置において、障害物の予測軌道が目標軌道に侵入していると判定する範囲を模式的に示す図である。
図７において、車両１の目標軌道の各経路点ｔｐは、前方に長さＦｖ、後方に長さＲｖ、左方に長さＬｗ、右方に長さＲｗの侵入領域７０を持つ。障害物６０の予測軌道６１が、侵入領域７０内の縦距離ｄｖ、横距離ｄｗの少なくともいずれか一方に入ると、障害物侵入判定装置３２２は、障害物６０の予測軌道６１が、目標軌道に侵入していると判定する。
なお、縦距離ｄｖ、横距離ｄｗは、予め設定したパラメータである。

図８は、実施の形態２による走行計画生成装置において、障害物の予測軌道が目標軌道に侵入しているときの、新たな目標軌道の始点を選択する範囲を模式的に示す図である。
図８において、限定範囲ｌｒは、障害物手前である目標軌道の範囲ｔｏｂｏから障害物距離ｏｄ（障害物側における距離範囲）と任意距離ａｄ（車両側における距離範囲）を引いた範囲である。
障害物距離始点ｏｄｓは、障害物６０の予測軌道６１が、目標軌道に侵入したと判定した目標軌道の経路点ｔｐの保持する車両１の位置から、障害物距離ｏｄだけ車両１に近づけた位置とする。障害物距離始点ｏｄｓと障害物距離終点ｏｄｅを結ぶ距離が、障害物距離ｏｄである。
また、任意距離始点ａｄｓは、車両１の中心位置とする。任意距離終点ａｄｅは、任意距離始点ａｄｓから任意距離ａｄ離れた位置とする。

図９は、実施の形態２による走行計画生成装置において、障害物の予測軌道が目標軌道に侵入し、障害物距離と任意距離が重なる場合の、新たな目標軌道の始点を選択する範囲を模式的に示す図である。
図９において、障害物６０の予測軌道６１が、車両１の目標軌道に侵入し、障害物距離ｏｄと任意距離ａｄが重なる場合に、現周期目標軌道の始点の選択範囲を模式的に示している。
障害物距離ｏｄと、任意距離ａｄが重なる場合、任意距離終点ａｄｅと障害物距離始点ｏｄｓの中点ｍｐに最も近い前周期目標軌道の経路点を、現周期目標軌道の始点とする。
なお、ａｄｓ、ｏｄｅ、ｔｏｂｏは図８におけるものと同じものである。

図１０は、実施の形態２による走行計画生成装置において、障害物の予測軌道が目標軌道に侵入していないときの、新たな目標軌道の始点を選択する範囲を模式的に示す図である。
図１０において、任意範囲ａｒは、前周期目標軌道の全体距離ｔｏａｄから任意距離ａｄを引いた範囲である。目標軌道終点ｔｏｅは、前周期目標軌道の全体距離ｔｏａｄ内で終端の経路点が保持する車両１の位置とする。
また、任意距離終点ａｄｅは、任意距離始点ａｄｓから任意距離ａｄ離れた位置である。

図１１は、実施の形態２による走行計画生成装置において、障害物の予測軌道が目標軌道に侵入せず、目標軌道の長さが任意距離より短い場合の、新たな目標軌道の始点を選択する範囲を模式的に示す図である。
図１１において、障害物６０の予測軌道６１が目標軌道に侵入していないとき、前周期目標軌道の全体距離ｔｏａｄが任意距離ａｄより小さくなる場合、現周期目標軌道の始点を選択する範囲を模式的に示している。
任意距離ａｄが前周期目標軌道の全体距離ｔｏａｄより大きくなる場合、現周期目標軌道の始点は目標軌道終点ｔｏｅとする。
なお、任意距離終点ａｄｅは、任意距離始点ａｄｓから任意距離ａｄ離れた位置である。

次に、動作について説明する。
図６のフローチャートにしたがって、実施の形態２による走行計画生成装置の動作について説明する。図６は、車両制御ユニット３０における目標軌道生成の処理フローを示している。
図６において、ステップＳ１２０～ステップＳ１２６は、図４におけるステップＳ１２０～ステップＳ１２６と同一の処理であり、その説明を省略する。
図６では、ステップＳ１２５とステップＳ１２６の間に、ステップＳ１２７～ステップＳ１２９の処理が挿入されている。

以下に、ステップＳ１２７～ステップＳ１２９について説明する。
まず、ステップＳ１２７において、障害物軌道予測装置３２１により予測された障害物の予測軌道が、前周期目標軌道に侵入しているかどうかを、障害物侵入判定装置３２２により判定する。

障害物侵入判定装置３２２の判定方法について、以下に、図７を用いて説明する。
車両１の目標軌道に障害物６０の予測軌道６１が侵入している条件を模式的に示す図７で、目標軌道の各経路点ｔｐは、前方に長さＦｖ、後方に長さＲｖ、左方に長さＬｗ、右方に長さＲｗの侵入領域７０を持っている。
障害物６０の予測軌道６１が、侵入領域７０内の縦距離ｄｖ、横距離ｄｗの少なくともいずれか一方に入ると、障害物侵入判定装置３２２は、障害物６０の予測軌道６１が、目標軌道に侵入していると判定する。ここで、縦距離ｄｖ、横距離ｄｗは、予め設定したパラメータである。

侵入領域７０の前方の長さＦｖは、障害物６０の予測軌道６１が、目標軌道に侵入したと判定した目標軌道の経路点ｔｐが保持する速度Ｖｔｐと障害物６０の速度Ｖｏの相対速度と、予め設定した前方余裕時間ＴＦを用いて、以下の数式（１）で表すものとする。
ここで、前方余裕時間ＴＦとは、車両１の前方から障害物６０まで、十分に余裕のある距離を保つために設定された時間である。
Ｆｖ＝｜Ｖｔｐ－Ｖｏ｜・ＴＦ ・・・・・（１）

また、侵入領域７０の後方の長さＲｖは、障害物６０の予測軌道６１が目標軌道に侵入したと判定した目標軌道の経路点ｔｐが保持する速度Ｖｔｐと、障害物６０の速度Ｖｏの相対速度と、予め設定した後方余裕時間ＴＲを用いて、以下の数式（２）で表すものとする。
ここで、後方余裕時間ＴＲとは、車両１の後方から障害物６０まで、十分に余裕のある距離を保つために設定された時間である。
Ｒｖ＝｜Ｖｔｐ－Ｖｏ｜・ＴＲ ・・・・・（２）

また、侵入領域７０の長さＬｗおよびＲｗは、それぞれ、予め設定された左方余裕時間Ｔｌｗおよび右方余裕時間Ｔｒｗを用いて、以下の数式（３）、数式（４）で表すものとする。
ここで、左方余裕時間Ｔｌｗとは、車両１の左方から障害物６０まで、十分に余裕のある距離を保つために設定された時間である。右方余裕時間Ｔｒｗとは、車両１の右方から障害物まで、十分に余裕のある距離を保つために設定された時間である。
Ｌｗ＝｜Ｖｔｐ－Ｖｏ｜・Ｔｌｗ ・・・・・（３）
Ｒｗ＝｜Ｖｔｐ－Ｖｏ｜・Ｔｒｗ ・・・・・（４）

次に、ステップＳ１２７で、障害物６０の予測軌道６１が目標軌道に侵入していると障害物侵入判定装置３２２により判定された場合、ステップＳ１２８において、限定範囲内から現周期目標軌道の始点を選択する。

以下に、この限定範囲について説明する。
図８は、障害物６０の予測軌道６１が、目標軌道に侵入しているときの、現周期目標軌道の始点を選択する範囲を模式的に示している。図８に示すとおり、限定範囲ｌｒは、障害物手前である目標軌道の範囲ｔｏｂｏから、障害物距離ｏｄと任意距離ａｄを引いた範囲である。

障害物距離ｏｄは、障害物６０の予測軌道６１が、目標軌道に侵入したと判定した目標軌道の経路点ｔｐが保持する速度Ｖｔｐと、障害物６０の速度Ｖｏの相対速度と、予め設定された障害物距離確保時間Ｔｏｄを用いて、以下の数式（５）で表すものとする。
ｏｄ＝｜Ｖｔｐ－Ｖｏ｜・Ｔｏｄ ・・・・・（５）

障害物距離始点ｏｄｓは、障害物６０の予測軌道６１が、目標軌道に侵入したと判定された目標軌道の経路点ｔｐの保持する車両１の位置から、障害物距離ｏｄだけ車両１に近づけた位置とする。
障害物距離終点ｏｄｅは、障害物６０の予測軌道６１が、目標軌道に侵入したと判定された目標軌道の経路点ｔｐの保持する車両１の位置とする。
障害物距離ｏｄを算出することにより、障害物近傍にある前周期目標軌道の経路点が、現周期目標軌道の始点として選ばれなくなるため、障害物近傍で車両１に急激挙動を要求する目標軌道の生成を防ぐことができる。

また、任意距離ａｄは、車両１の速度Ｖと、予め設定された任意距離確保時間Ｔａｄを用いて、以下の数式（６）で表すものとする。
ａｄ＝Ｖ・Ｔａｄ ・・・・・（６）
ここで、任意距離始点ａｄｓは、車両１の中心位置とする。
任意距離終点ａｄｅは、任意距離始点ａｄｓから任意距離ａｄ離れた位置とする。
任意距離ａｄを算出することにより、車両１近傍にある前周期目標軌道の経路点が、現周期目標軌道の始点として選ばれなくなるため、車両１に急激挙動を要求する目標軌道の生成を防ぐことができる。

図９は、障害物６０の予測軌道６１が、車両１の目標軌道に侵入し、障害物距離ｏｄと任意距離ａｄが重なる場合に、現周期目標軌道の始点の選択範囲を模式的に示している。
障害物距離ｏｄと任意距離ａｄが重なる場合、任意距離終点ａｄｅと障害物距離始点ｏｄｓの中点ｍｐに最も近い前周期目標軌道の経路点を現周期目標軌道の始点とする。

次に、ステップＳ１２７で、障害物６０の予測軌道６１が、前周期目標軌道に侵入していないと障害物侵入判定装置３２２により判定された場合、ステップＳ１２９において、現周期目標軌道の始点の選択を任意範囲内にする。

以下に、この任意範囲について説明する。
障害物６０の予測軌道６１が、目標軌道に侵入していないときの、現周期目標軌道の始点を選択する範囲を模式的に示す図１０では、任意範囲ａｒは、前周期目標軌道の全体距離ｔｏａｄから任意距離ａｄを引いた範囲になっている。
ここで、目標軌道終点ｔｏｅは、前周期目標軌道の全体距離ｔｏａｄ内で、終端の経路点が保持する車両１の位置とする。

次に、図１１の場合について説明する。
図１１は、障害物６０の予測軌道６１が、目標軌道に侵入していないとき、前周期目標軌道の全体距離ｔｏａｄが任意距離ａｄより小さくなる場合、現周期目標軌道の始点を選択する範囲を模式的に示している。
任意距離ａｄが、前周期目標軌道の全体距離ｔｏａｄより大きくなる場合、現周期目標軌道の始点は、目標軌道終点ｔｏｅとする。

実施の形態２によれば、前周期の目標軌道へ障害物の予測軌道が侵入する時、次周期の目標軌道を生成するための始点の選択範囲を、車両と障害物の間にある前周期の目標軌道内の範囲に限定することにより、車両が障害物と接触する目標軌道の生成を減らすことで、走行不可能な目標軌道生成にかかる演算量を下げることができる。
また、障害物がない場合、自車付近の目標軌道の経路点が、現周期の目標軌道の始点になることを防ぎ、自車が急挙動を起こす可能性がある目標軌道の生成を防ぐことができる。
また、新たな目標軌道の始点の選択範囲が短く車両に近くても、車両から最も離れた点を選択することで、車両が急挙動を起こす可能性がある目標軌道の生成を防ぐことができる。

さらに、新たな目標軌道の始点を車両と障害物から距離をとることで、現周期の目標軌道の始点が障害物付近または車両付近で選択されることを防ぎ、車両が急挙動を起こす可能性がある目標軌道の生成を防ぐことができる。
また、障害物があり、現周期の目標軌道の始点の選択範囲が短く車両に近くても、現周期の目標軌道の始点が障害物付近または車両付近で選択されることを防ぎ、車両が急挙動を起こす可能性がある目標軌道の生成を防ぐことができる。

なお、以上説明した実施の形態１および実施の形態２による走行計画生成装置である走行経路生成部３３０の各構成要素は、コンピュータを用いて構成することができ、コンピュータがプログラムを実行することで実現される。すなわち、走行経路生成部３３０は、例えば図１２に示す処理回路５０により実現される。処理回路５０には、ＣＰＵ、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）などのプロセッサが適用され、記憶装置に格納されるプログラムを実行することで各部の機能が実現される。
なお、処理回路５０には、専用のハードウェアが適用されても良い。処理回路５０が専用のハードウェアである場合、処理回路５０は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、またはこれらを組み合わせたもの等が該当する。
走行経路生成部３３０は、構成要素の各々の機能が個別の処理回路で実現されても良いし、それらの機能がまとめて１つの処理回路で実現されても良い。

また、図１３には、処理回路５０がプロセッサを用いて構成されている場合におけるハードウェア構成を示している。この場合、走行経路生成部３３０の各部の機能は、ソフトウェア等（ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェア）との組み合わせにより実現される。ソフトウェア等はプログラムとして記述され、メモリ５２に格納される。処理回路５０として機能するプロセッサ５１は、メモリ５２（記憶装置）に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。すなわち、このプログラムは、走行経路生成部３３０の構成要素の動作の手順および方法をコンピュータに実行させるものであると言える。

ここで、メモリ５２は、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）およびそのドライブ装置等、または、今後使用されるあらゆる記憶媒体であっても良い。

以上、走行経路生成部３３０の各構成要素の機能が、ハードウェアおよびソフトウェア等のいずれか一方で実現される構成について説明した。しかし、これに限ったものではなく、走行経路生成部３３０の一部の構成要素を専用のハードウェアで実現し、別の一部の構成要素をソフトウェア等で実現する構成であっても良い。例えば、一部の構成要素については専用のハードウェアとしての処理回路５０でその機能を実現し、他の一部の構成要素については、プロセッサ５１としての処理回路５０がメモリ５２に格納されたプログラムを読み出して実行することによってその機能を実現することが可能である。
以上のように、走行経路生成部３３０は、ハードウェア、ソフトウェア等、またはこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。

本開示は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１ 車両、２ ステアリングホイール、３ ステアリング軸、４ 操舵ユニット、
５ ＥＰＳモータ、６ パワートレインユニット、７ ブレーキユニット、
１１ 前方カメラ、１２ レーダセンサ、１３ ＧＮＳＳセンサ、
１４ ナビゲーション装置、１５ Ｖ２Ｘ受信機、１６ ヨーレートセンサ、
１７ 速度センサ、１８ 加速度センサ、２０ 操舵角センサ、
２１ 操舵トルクセンサ、３０ 車両制御ユニット、４０ ＥＰＳコントローラ、
４１ パワートレインコントローラ、４２ ブレーキコントローラ、５０ 処理回路、
５１ プロセッサ、５２ メモリ、６０ 障害物、６１ 予測軌道、
７０ 侵入領域、１００ 自動運転システム、３００ 情報取得部、
３０１ 道路情報取得部、３０２ 車両状態取得部、３１０ 参照経路生成部、
３１１ 目標点設定部、３２０ 障害物状態推定部、３２１ 障害物軌道予測装置、
３２２ 障害物侵入判定装置、３３０ 走行経路生成部、３３１ 制約生成部、
３３２ 経路点生成部、３３３ 走行計画生成部、３４０ 車両制御部

本願に開示される走行計画生成装置は、車両が追従する目標軌道を、車両の走行にしたがい、順次生成して、走行計画を生成する走行計画生成装置であって、車両の周辺の道路情報に基づいて、車両が走行するための基準経路を生成する基準経路生成部、この基準経路生成部によって生成された基準経路に基づいて、車両の目指す目標点を設定する目標点設定部、車両の位置から目標点に至るまでの間に、車両の位置、速度および舵角を含む車両の状態量に基づいて定義した経由点を、複数設定する経由点設定部、この経由点設定部により設定された複数の経由点を経由しつつ、目標点を終点とする目標軌道を生成する目標軌道生成部を備え、目標軌道生成部は、第一の目標軌道に次いで、第二の目標軌道を生成する場合に、第二の目標軌道の始点を、第一の目標軌道の複数の経由点から無作為に選んだ経由点とするものである。

Claims (7)

1. 車両が追従する目標軌道を、上記車両の走行にしたがい、順次生成して、走行計画を生成する走行計画生成装置であって、
   上記車両の周辺の道路情報に基づいて、上記車両が走行するための基準経路を生成する基準経路生成部、
   この基準経路生成部によって生成された基準経路に基づいて、上記車両の目指す目標点を設定する目標点設定部、
   上記車両の位置から上記目標点に至るまでの間に、上記車両の位置および速度を含む上記車両の状態に基づいて定義した経由点を、複数設定する経由点設定部、
   この経由点設定部により設定された複数の経由点を経由しつつ、上記目標点を終点とする目標軌道を生成する目標軌道生成部を備え、
   上記目標軌道生成部は、第一の目標軌道に次いで、第二の目標軌道を生成する場合に、上記第二の目標軌道の始点を、上記第一の目標軌道の複数の経由点のいずれかにすることを特徴とする走行計画生成装置。
2. 上記目標軌道生成部は、上記第一の目標軌道が無い場合に、上記基準経路を上記第一の目標軌道として用いることを特徴とする請求項１に記載の走行計画生成装置。
3. 上記車両の周辺の道路情報に含まれる障害物の軌道を予測する障害物軌道予測部、
   上記第一の目標軌道に上記障害物の予測軌道が侵入しているか否かを判定する障害物侵入判定部を備え、
   上記目標軌道生成部は、上記障害物侵入判定部によって、上記第一の目標軌道に上記障害物の予測軌道が侵入していると判定された場合に、上記障害物との接触を回避するように、上記第二の目標軌道を生成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の走行計画生成装置。
4. 上記目標軌道生成部は、上記障害物侵入判定部により、上記障害物の予測軌道が上記第一の目標軌道に侵入していると判定された場合に、上記車両に急激な挙動が生じない距離にある上記第一の目標軌道の経由点を、上記第二の目標軌道の始点とすることを特徴とする請求項３に記載の走行計画生成装置。
5. 上記車両に急激な挙動が生じる車両側における距離範囲と、上記障害物を避けるために上記車両に急激な挙動が生じる上記障害物側における距離範囲とが重なる場合には、重なる部分の中間に最も近い上記第一の目標軌道の経由点を、上記第二の目標軌道の始点とすることを特徴とする請求項４に記載の走行計画生成装置。
6. 上記目標軌道生成部は、上記障害物侵入判定部により、上記第一の目標軌道に上記障害物の予測軌道が侵入していないと判定された場合に、上記車両に急激な挙動が生じない距離にある上記第一の目標軌道の経由点を、上記第二の目標軌道の始点とすることを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか一項に記載の走行計画生成装置。
7. 上記目標軌道生成部は、上記障害物侵入判定部により、上記第一の目標軌道に上記障害物の予測軌道が侵入していないと判定された場合で、かつ、上記第一の目標軌道の終点までの距離が、上記車両に急激な挙動が生じる距離範囲内にある場合には、上記第一の目標軌道の終点を、上記第二の目標軌道の始点とすることを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか一項に記載の走行計画生成装置。

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