JP6040638B2 - 車両走行制御装置及びその方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両の走行を制御する車両走行制御装置及びその方法に関する。

従来、自動運転制御を実現するための車両走行制御装置として、特許文献１に記載された車両の目標進路変更軌跡生成装置が知られている。この目標進路変更軌跡生成装置は、自車の位置情報と進路変更先の位置情報を取得し、それらに基づいて自車の進路変更途中の目標通過位置を逐次算出し、逐次算出された目標通過位置に基づいて進路変更の際の目標進路変更軌跡を生成する。

この車両走行制御装置は、自車の走行の障害となる走行障害領域の位置情報を取得する走行障害領域情報取得手段を備え、この走行障害領域情報取得手段で取得された位置情報に基づいて走行障害領域を回避するように目標通過位置を算出する。

特開２００８−１４９８５５号公報

ところで、自車位置を検出するセンサの検出誤差や障害物自体の移動によって障害物の検出位置が変化し、既存の走行経路では障害物を回避するための余裕を十分に確保できない場合があり、このような場合は走行経路の再計算が必要になる。

走行経路の再計算において、特許文献１に開示されているように、自車の現在位置を起点に走行経路を再計算する為、再計算の直後は常に現在位置における経路の追従誤差がゼロにリセットされる。したがって、走行経路の再計算が発生すると、車両の経路追従性が低下し、実際の走行経路と本来の走行経路との追従誤差が大きくなる可能性がある
本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、車両の経路追従性が損なわれるのを防止できる車両走行制御装置及びその方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明に係る車両走行制御装置は、前方状況検出部による障害物の検出等によって目標経路の修正が必要な場合に、経路起点設定部により目標経路を修正する起点を目標経路上の所定位置に設定する。この起点が自車の操舵角指令値を決めるための目標経路の制御参照区間の外側に存在する場合には、新目標経路設定部が起点から所定の終点に至る修正経路を既存の目標経路に接続することで新たな目標経路とする。起点が制御参照区間の内側に存在する場合には、制御参照区間調整部は、起点が制御参照区間の外側に出るまで、制御参照区間を短縮する。

本発明によれば、目標経路を修正する場合に、自車近傍の区間はそのままで、自車の前方の経路が連続するように経路修正が行われるので、車両の経路追従性を損なうことなく既存の目標経路を修正することができる。また、制御参照区間の外側で経路の接続が行われるので、操舵角を連続的に変化させることができ、経路の修正に伴う不自然な操舵の動きを抑制できる。

本発明の第１の実施形態の車両走行制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態の車両走行制御装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態の車両走行制御装置の動作を説明するための説明図である。 本発明の第１の実施形態の車両走行制御装置において制御参照区間長の変化履歴例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

〔第１の実施形態〕
図１は、本発明の第１の実施形態の車両走行制御装置の構成を示すブロック図である。車両走行制御装置は、前方状況検出部１１、目標経路設定部１２、目標経路修正判定部１３、経路終点設定部１４、経路起点設定部１５、修正経路生成部１６を備える。また、車両走行制御装置は、新目標経路設定部１７、制御参照区間調整部１８、目標経路追従制御部１９、車両制御部２０、車線変更指令入力部２１を備える。

目標経路修正判定部１３、経路終点設定部１４、経路起点設定部１５、修正経路生成部１６、新目標経路設定部１７、制御参照区間調整部１８、目標経路追従制御部１９、車両制御部２０は、ＥＣＵが自動走行制御用プログラムを実行して実現される。

前方状況検出部１１は、例えばカメラやレーダ等からなり、前方の障害物等を検出し、検出された前方の障害物等を示す情報を前方状況情報として目標経路修正判定部１３、経路起点設定部１５、修正経路生成部１６及び制御参照区間調整部１８に出力する。

目標経路設定部１２は、ナビゲーション装置等からなり、通常走行時、即ち前方に予期せぬ障害物等が存在しない場合に自車が走行すべき経路を算出し、目標経路として設定し設定された目標経路を目標経路修正判定部１３、経路終点設定部１４に出力する。

目標経路修正判定部１３は、前方状況検出部１１からの前方状況情報及び目標経路設定部１２からの目標経路を参照し、新目標経路設定部１７から読み出した目標経路を修正する必要があるかどうかを判定し、判定結果を修正経路生成部１６に出力する。

経路終点設定部１４は、目標経路設定部１２からの目標経路上に経路終点を設定し、経路終点を修正経路生成部１６に出力する。経路終点は、後述する経路起点から所定距離の位置とすることができる。この経路終点は、修正経路生成時の終点として使用される。

経路起点設定部１５は、新目標経路設定部１７から読み出した既存の目標経路上に経路起点を設定し、経路起点を制御参照区間調整部１８に出力する。

経路起点は、前方状況検出部１１からの前方状況情報により示される障害物を回避するために必要な距離（回避マージン）をとった位置とすることができる。具体的には、経路起点は、前方状況情報に基づき車線変更が指示された時から所定時間が経過した時の位置または車線変更が指示された時から所定距離を走行した時の位置とすることができる。経路起点は、修正経路生成時の起点として使用される。

修正経路生成部１６は、目標経路修正判定部１３が既存の目標経路を修正すべきと判定した場合、前方状況情報により示される障害物への接触を避けるよう、経路起点設定部１５の経路起点から経路終点設定部１４の経路終点に至る修正経路を生成する。また、修正経路生成部１６は、車線変更指令入力部２１から送られてくる車線変更指令に応じて修正経路を生成し、修正経路を新目標経路設定部１７に出力する。

新目標経路設定部１７は、修正経路生成部１６からの修正経路を記憶するとともに、該修正経路と既存の目標経路とを接続し、新たな目標経路として保持・管理し、記憶されている内容を目標経路修正判定部１３及び経路起点設定部１５に出力する。

制御参照区間調整部１８は、経路起点設定部１５からの経路起点が自車よりも前方の所定区間で且つ自車の操舵角指令値を決めるための目標経路の制御参照区間内に存在するように、制御参照区間を所定の割合で連続的に短縮または伸張し、短縮または伸張された制御参照区間を目標経路追従制御部１９に出力する。なお、制御参照区間調整部１８は、制御参照区間の短縮量を自車の走行速度に応じて可変するように構成しても良い。

目標経路追従制御部１９は、制御参照区間調整部１８の制御参照区間の情報、前方状況検出部１１の前方状況情報及び新目標経路設定部１７の目標経路情報に基づき自車が目標経路を追従するための車両制御情報を生成し車両制御部２０に出力する。

車両制御部２０は、目標経路追従制御部１９からの車両制御情報に従って操舵角を連続的に変化させるための操舵角指令値を生成して自車の操舵系を制御し、アクセル及びブレーキなどの駆動系を制御する。これにより、車両は目標経路に沿って走行し、車両の自動運転制御が行える。

車線変更指令入力部２１は、車線変更指令を入力し、入力された車線変更指令を修正経路生成部１６に出力する。

次に、このように構成された第１の実施形態の車両走行制御装置の動作を説明する。図２は、本発明の第１の実施形態の車両走行制御装置の動作を示すフローチャートであり、図３は、本発明の第１の実施形態の車両走行制御装置の動作を説明するための説明図である。

まず、ステップＳ１において、経路修正条件が成立したかどうかが判定される。即ち、目標経路修正判定部１３は、前方状況検出部１１からの前方状況情報及び目標経路設定部１２からの目標経路を参照し、新目標経路設定部１７から読み出した目標経路を修正する必要があるかどうかを判定し、判定結果を修正経路生成部１６に出力する。

ステップＳ１において、経路修正条件が成立したと判定されると、ステップＳ２において、修正経路終点が算出される。即ち、経路終点設定部１４は、目標経路設定部１２からの目標経路上に設定する経路終点を算出し、算出された経路終点を修正経路生成部１６に出力する。

ステップＳ３において、修正経路起点が算出される。即ち、経路起点設定部１５は、図３（ａ）に示すように、修正経路生成時の起点Ｐ１となる経路起点を算出し、起点Ｐ１を新目標経路設定部１７から読み出した既存の目標経路上に設定する。起点Ｐ１は、前方状況検出部１１からの前方状況情報により示される障害物を回避するために必要な距離（回避マージン）の位置とすることができる。

ステップＳ４において、経路起点は制御参照区間内に存在するかどうかが判定される。即ち、制御参照区間調整部１８は、経路起点設定部１５からの経路起点（起点Ｐ１）が既存の目標経路に沿ったデフォルトの制御参照区間Ｔ１内に存在するかどうかを判定する。

ステップＳ４において、経路起点が、図３（ｂ）に示すように、デフォルトの制御参照区間Ｔ１内に存在することが判断されると、ステップＳ５において、制御参照区間Ｔ２の縮小が行われる。即ち、制御参照区間調整部１８は、経路起点設定部１５からの経路起点が制御参照区間外になるまで、デフォルトの制御参照区間Ｔ１を所定の割合で連続的に短縮する。そして、起点Ｐ１が制御参照区間の外側になったら、つまり制御参照区間Ｔ２まで短縮したら、制御参照区間Ｔ２を目標経路追従制御部１９に送る。その後、ステップＳ９に進む。

一方、ステップＳ４において、経路起点が制御参照区間内に存在しないことが判断されると、ステップＳ６において、修正経路の算出が行われる。即ち、修正経路生成部１６は、経路起点設定部１５からの経路起点（起点Ｐ１）から、経路終点設定部１４から送られてくる経路終点（終点Ｐ２）に至る修正経路を生成し、生成された修正経路を新目標経路設定部１７に出力する。

ここで、修正経路の算出の原理を説明する。修正経路は、下記（１）式に示す曲線方程式を用いて算出される。

ここで、ｕは曲率変化率（仮想制御入力）である。

評価関数は、下記（２）式で表される。

ここで、入力ペナルティは下記（３）式で、曲率ペナルティは下記（４）式で、道路端・障害物ポテンシャルは下記（５）式でそれぞれ表される。

終端固定最適制御は、下記（６）式で表すことができる。

ここで、ｘ（０）、ｙ（０）、θ（０）、ｋ（０）は始点（現在状態）を示し、ｘ（Ｌ）、ｙ（Ｌ）、θ（Ｌ）［ｋ（Ｌ）はＦｒｅｅ］は終点（目標状態）を示す。

修正経路生成部１６は、両端点が指定された条件を満たし、評価関数値が最小となる経路を求め、修正経路とする。

ステップＳ７において、修正経路が既存経路に接続される。即ち、新目標経路設定部１７は、修正経路生成部１６からの修正経路を記憶するとともに、修正経路と既存の目標経路とを接続して新たな目標経路を生成して保持する。その後、ステップＳ９に進む。

ステップＳ１において、経路修正条件が成立していないことが判定されると、ステップＳ８において、デフォルトの制御参照区間が設定される。即ち、制御参照区間調整部１８は、デフォルトの制御参照区間を自己の内部に設定する。その後、ステップＳ９に進む。

ステップＳ９において、経路追従制御が実行される。即ち、目標経路追従制御部１９は、制御参照区間調整部１８の制御参照区間の情報、前方状況検出部１１の前方状況情報（図１では図示省略）及び新目標経路設定部１７の目標経路情報に基づき自車が目標経路を追従するための車両制御情報を生成する。車両制御部２０は、目標経路追従制御部１９からの車両制御情報に従って操舵、アクセル及びブレーキなどを制御する。以上により、処理を終了する。

このように、第１の実施形態の車両走行制御装置によれば、障害物の検出等によって目標経路の修正が必要な場合に、目標経路を修正する起点を目標経路上の所定位置（障害物から回避マージンをとった距離の位置）に設定する。起点が自車の操舵角指令値を決めるための目標経路の制御参照区間の外側に存在する場合には、起点から終点に至る修正経路を既存の目標経路に接続することで新たな目標経路を構成する。制御参照区間の内側に存在する場合には、起点が制御参照区間の外側に出るまで、制御参照区間を所定の割合で連続的に短縮する。

これにより、目標経路を修正する場合に、自車近傍の区間はそのままで、自車の前方の経路が連続するように経路修正が行われるので、車両の経路追従性を損なうことなく既存の目標経路を修正することができる。また、制御参照区間の外側で経路の接続が行われるので、操舵角指令値の連続性が保たれて操舵角を連続的に変化させることができ、経路の修正に伴う不自然な操舵の動きを制御できる。

なお、図４に、制御参照区間長の変化履歴例を示した。時刻ｔ１前では制御参照区間長は、標準長であるが、時刻ｔ１において、障害物を発見し、時刻ｔ２において、経路修正を実行すると、制御参照区間長が標準長よりも縮小される。標準参照区間長Ｌstdは、以下の式で表される。

Ｌstd=ｈstd×ｖ＋Ｌｏ
ここで、ｈstdは係数、ｖは車両速度、Ｌｏは最低区間長である。

次に、実施例１による定量的な効果をシミュレーションにより試算したので、これについて説明する。スムーズな障害物回避が可能な距離範囲は、従来の技術では約４０ｍ以上を必要としているのに対し、本発明の実施例１では約２５ｍ以上で済み、３７．５％の距離の短縮が可能になっている。また、目標経路に対する追従誤差の最大値は、従来の技術では約５０ｃｍであるのに対し、本発明の実施例１では約２０ｃｍであり、４０％の精度向上が可能になっている。

なお、上述した実施例１に係る車両走行制御装置において、制御参照区間調整部１８は、目標経路の修正が完了した後に制御参照区間を所定のデフォルト長まで時間の経過に従って所定の割合で連続的に伸張させることもできる。

また、制御参照区間調整部１８は、制御参照区間の短縮量を自車の走行速度に応じて可変するようにしても良い。これによれば、操舵角のスムーズな動きと障害物への即応性との適切なトレードオフをとることができる。

また、修正経路生成部１６は、修正経路として、その起点の位置座標、接線方向及び曲率が既存の目標経路に連続するような曲線を生成しても良い。これによれば、曲率の連続性まで確保するので、追従に必要な操舵角の連続性も確保することができる。

また、目標経路修正判定部１３は、既存の目標経路と前方状況検出部１１で検出された道路状況により示される障害物との距離が所定値以下になった場合に、目標経路の修正が必要であると判定しても良い。この場合、障害物より所定距離だけ手前に修正経路の起点が設定される。この構成により、障害物の回避を開始するタイミングを明示的に調整できるようになり、ドライバの障害物に対するリスク感を抑制できる。

また、制御参照区間調整部１８は、制御参照区間を短縮する際の短縮速度を、自車の速度に応じて、つまり、自車が起点に到達するまでの予想時間に応じて可変しても良い。これによれば、操舵角のスムーズな動きと障害物への即応性との適切なトレードオフをとることができる。

また、制御参照区間調整部１８は、制御参照区間を短縮する際の短縮速度を、障害物までの衝突時間に応じて可変しても良い。これによれば、操舵角のスムーズな動きと障害物への即応性との適切なトレードオフをとることができる。

また、制御参照区間調整部１８は、目標経路の曲率が制御参照区間内で直線とみなすことができる程度に小さくかつ自車の姿勢角と目標経路の進行方向との差が所定値よりも小さい状態で目標経路を修正する場合に制御参照区間を直ちに所定長まで短縮できる。これによれば、操舵角指令値の連続性に影響が小さい場合に即応性を上げることができる。

さらに、車線変更指令を入力する車線変更指令入力部２１を備えても良い。この場合、目標経路修正判定部１３は、車線変更指令入力部２１から車線変更指令が入力され、かつ、前方状況検出部１１で検出された道路状況に基づいて指示された方向への車線変更が可能であると判定した場合に目標経路の修正を指示する。

修正経路生成部１６は、制御参照区間長を変更することなく直ちに制御参照区間の先から車線変更を開始する修正経路を算出する。即ち、車線変更完了地点に制約がない条件で車線変更に伴う目標経路の修正を行う場合には、最初から現在の制御参照区間の外側に経路修正の起点を設定するように構成できる。これによれば、時間的に余裕のある条件で不必要に速い車線変更の操舵が行われるのを抑制できる。

１１ 前方状況検出部
１２ 目標経路設定部
１３ 目標経路修正判定部
１４ 経路終点設定部
１５ 経路起点設定部
１６ 修正経路生成部
１７ 新目標経路設定部
１８ 制御参照区間調整部
１９ 目標経路追従制御部
２０ 車両制御部
２１ 車線変更指令入力部

Claims (10)

1. 自車前方の道路状況を検出する前方状況検出手段と、
   自車が走行すべき目標経路を設定する目標経路設定手段と、
   前記前方状況検出手段で検出された道路状況に基づいて前記目標経路を修正する必要があるかどうかを判定する目標経路修正判定手段と、
   前記前方状況検出手段で検出された道路状況に応じて修正経路の起点を設定する経路起点設定手段と、
   前記経路起点設定手段により設定された起点から所定の終点に至る修正経路を生成する修正経路生成手段と、
   前記修正経路生成手段からの修正経路と既存の目標経路とを接続し、新たな目標経路として設定する新目標経路設定手段と、
   前記経路起点設定手段で設定された起点が自車の前方の所定区間で且つ自車の操舵角指令値を決めるための目標経路の制御参照区間外に位置するように該制御参照区間を調整する制御参照区間調整手段と、
   前記新目標経路設定手段が設定している目標経路に自車を追従させるための制御目標値を、前記制御参照区間調整手段で調整された制御参照区間内の目標経路情報に基づいて算出する目標経路追従制御手段と、
   前記目標経路追従制御手段で算出された制御目標値に従って自車の操舵系及び駆動系を制御して車両を自動走行させる車両制御手段とを備え、
   前記制御参照区間調整手段は、前記目標経路修正判定手段により経路修正が必要と判定された場合に制御参照区間を短縮し、
   前記修正経路生成手段は、前記制御参照区間調整手段により短縮された制御参照区間の先から新たな修正経路を生成することを特徴とする車両走行制御装置。
2. 前記制御参照区間調整手段は、目標経路の修正が完了した後に短縮された制御参照区間を時間の経過に従って所定の割合で連続的に伸張させることを特徴とする請求項１記載の車両走行制御装置。
3. 前記制御参照区間調整手段は、制御参照区間の短縮量を自車の走行速度に応じて可変することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の車両走行制御装置。
4. 前記修正経路生成手段は、起点の位置座標、接線方向及び曲率が既存の目標経路に連続するような曲線を修正経路として生成することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の車両走行制御装置。
5. 前記目標経路修正判定手段は、既存の目標経路と前記前方状況検出手段で検出された道路状況によって示される障害物との距離が所定値以下になった場合に、目標経路の修正が必要であると判定することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の車両走行制御装置。
6. 前記制御参照区間調整手段は、制御参照区間を短縮する際の短縮速度を、自車の速度に応じて可変することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の車両走行制御装置。
7. 前記制御参照区間調整手段は、制御参照区間を短縮する際の短縮速度を、障害物に到達するまでの時間に応じて可変することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の車両走行制御装置。
8. 前記制御参照区間調整手段は、目標経路の曲率が制御参照区間内で直線とみなすことができる程度に小さく、かつ、自車の姿勢角と目標経路の進行方向との差が所定値よりも小さい状態で目標経路を修正する場合に、制御参照区間を直ちに所定長まで短縮することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載の車両走行制御装置。
9. 車線変更指令を入力する車線変更指令入力手段を備え、
   前記目標経路修正判定手段は、前記車線変更指令入力手段から車線変更指令が入力され、かつ、前記前方状況検出手段で検出された道路状況に基づいて指示された方向への車線変更が可能であると判定した場合に目標経路の修正を指示し、
   前記修正経路生成手段は、制御参照区間長を変更することなく直ちに制御参照区間の先から車線変更を開始する修正経路を算出することを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項記載の車両走行制御装置。
10. 自車前方の道路状況を検出する前方状況検出ステップと、
    自車が走行すべき目標経路を設定する目標経路設定ステップと、
    前記前方状況検出ステップで検出された道路状況に基づいて目標経路を修正する必要があるかどうかを判定する目標経路修正判定ステップと、
    前記前方状況検出ステップで検出された道路状況に応じて修正経路の起点を設定する経路起点設定ステップと、
    前記経路起点設定ステップにより設定された起点から所定の終点に至る修正経路を生成する修正経路生成ステップと、
    前記修正経路生成ステップからの修正経路と既存の目標経路とを接続し、新たな目標経路として設定する新目標経路設定ステップと、
    前記経路起点設定ステップで設定された起点が自車の前方の所定区間で且つ自車の操舵角指令値を決めるための目標経路の制御参照区間外に位置するように該制御参照区間を調整する制御参照区間調整ステップと、
    前記新目標経路設定ステップにより設定されている目標経路に自車を追従させるための制御目標値を、前記制御参照区間調整ステップで調整された制御参照区間内の目標経路情報に基づいて算出する目標経路追従制御ステップと、
    前記目標経路追従制御ステップで算出された制御目標値に従って自車の操舵系及び駆動系を制御して車両を自動走行させるステップとを備え、
    前記制御参照区間調整ステップは、前記目標経路修正判定ステップにより経路修正が必要と判定された場合に制御参照区間を短縮し、
    前記修正経路生成ステップは、短縮された制御参照区間の先から新たな修正経路を生成することを特徴とする車両走行制御方法。

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