JP6201561B2 - 走行軌道生成装置、および走行軌道生成プログラム - Google Patents

Description

本発明は、自車両の走行軌道を生成する走行軌道生成装置、および走行軌道生成プログラムに関する。

上記の走行軌道生成装置として、現在の周囲物体の位置に基づいて繰り返し自車両の走行軌道を生成するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

米国特許出願公開ＵＳ２０１２／０１０９６１０号明細書

しかしながら、上記走行軌道生成装置では、周囲物体の移動に伴って生成した走行軌道が利用できなくなると、新たな走行軌道を生成することとなり、新たな走行軌道では、急な加減速や急な旋回が必要なることが想定される。この結果、自車両の挙動が不安定になる虞があった。

そこで、このような問題点を鑑み、自車両の走行軌道を生成する走行軌道生成装置において、自車両の挙動が安定した走行軌道を生成できるようにすることを本発明の目的とする。

かかる目的を達成するために成された本発明の走行軌道生成装置において、情報取得手段は、自車両の速度を含む自車両情報を取得し、複数軌道生成手段は、自車両情報を加味して、自車両がある開始位置から終了位置まで移動するための複数の走行軌道を生成する。そして、相対速度取得手段は、自車両と周囲の障害物との相対速度を取得し走行軌道選択手段は、相対速度を加味して複数の走行軌道から１つの走行軌道を選択する。

このような構成において、複数軌道生成手段は、自車両が開始位置から終了位置まで移動する際の、所要時間、自車両の加減速の程度、および自車両の左右方向および進行方向の移動の程度、のうちの少なくとも１つが異なる走行軌道を、予め設定された軌道生成条件に従って複数生成する。そして、走行軌道選択手段は、複数の走行軌道から、相対速度を加味して得られる障害物との衝突の可能性が低い走行軌道であって、かつ自車両の前後方向および左右方向のそれぞれにおいて求めた車両挙動のスムーズさを示すパラメータの和が最小となる走行軌道を、１つの走行軌道として選択する。

このような走行軌道生成装置によれば、障害物との相対速度を加味して走行軌道を生成するので、障害物の移動によって走行軌道を設定し直す必要性を低減させることができる。よって、走行軌道を設定し直すことによって自車両の挙動が不安定になる事象を抑制することができる。

また、複数の走行軌道を予め設定された軌道生成条件に従って生成し、この中から採用する走行軌道を選択する構成であるため、複数の走行軌道を障害物の位置等に従って走行軌道を生成し、障害物の移動に起因して走行軌道を再生成する構成（特許文献１記載の構成）と比較して、走行軌道を再生成する確率を低減できるため処理負荷を軽減できる。

なお、上記目的を達成するためには、コンピュータを、走行軌道生成装置を構成する各手段として実現するための走行軌道生成プログラムとしてもよい。また、各請求項の記載は、可能な限りにおいて任意に組み合わせることができる。この際、発明の目的を達成できる範囲内において一部構成を除外してもよい。

本発明が適用された運転支援システム１の概略構成を示すブロック図である。 走行軌道生成装置１０の機能を示すブロック図である。 走行軌道生成装置１０（ＣＰＵ１１）が横方向走行軌道生成部４４の機能として実行する横方向軌道生成処理を示すフローチャートである。 走行環境の一例を示す平面図である。 レーンチェンジの態様を示す平面図である。 走行軌道集合を示す説明図である。 走行軌道生成装置１０（ＣＰＵ１１）が進行方向走行軌道生成部４５の機能として実行する進行方向軌道生成処理を示すフローチャートである。 走行軌道生成装置１０（ＣＰＵ１１）が走行軌道集合生成部４６の機能として実行する軌道集合生成処理を示すフローチャートである。 走行軌道生成装置１０（ＣＰＵ１１）が安全性検証部４７の機能として実行する安全性検証処理を示すフローチャートである。 安全走行軌道集合を示す説明図である。 走行軌道生成装置１０（ＣＰＵ１１）が走行軌道最適化部４８の機能として実行する軌道最適化処理を示すフローチャートである。 横方向において最適な走行軌道を選択する際の考え方を示すモデル図である。 レーンチェンジにおいて最適な走行軌道の一例を示す平面図である。 追い越しの際の走行軌道の一例を示す平面図である。 追い越し時において横方向の加速度変化の一例を示すグラフである。 追い越し時において進行方向の加速度変化の一例を示すグラフである。

以下に本発明にかかる実施の形態を図面と共に説明する。
［本実施形態の構成］
本発明が適用された運転支援システム１は、乗用車等の車両（自車両）に搭載されたシステムであり、ドライバによる指示を受けたときや、自動運転中等において、自車両がこれから走行すべき走行軌道（走行経路）を生成し、この走行軌道に従って自車両を制御する機能を有する。詳細には、運転支援システム１は、図１に示すように、走行軌道生成装置１０と、車載ネットワーク１５と、カメラ２０と、ＬＩＤＡＲ（ライダ）２５と、レーンチェンジスイッチ３０と、車両制御装置３５と、を備えている。

車載ネットワーク１５は、自車両におけるネットワーク（通信線）を示し、この車載ネットワーク１５には、走行軌道生成装置１０や、周知の車速センサ、加速度センサ、或いは位置検出センサ等の各種センサ等が接続されている。カメラ２０は、自車両の前方の走行路を撮像し、撮像画像を走行軌道生成装置１０に送る。

ＬＩＤＡＲ２５は、比較的波長が短い電磁波（光波等）を自車両の前方に照射し、この反射波を受信することで物標の位置を得る周知のライダとしての構成を備えている。ＬＩＤＡＲ２５は、物標の点群（相対位置、方位、反射強度、照射時刻）情報を走行軌道生成装置１０に送る。

レーンチェンジスイッチ３０は、ドライバが操作可能な物理スイッチであって、本実施形態では自車両をレーンチェンジ（車線変更）させたいときに操作される。
車両制御装置３５は、走行軌道生成装置１０から出力された走行軌道を受信し、この走行軌道に沿って自車両を制御するために、自車両の動力や操舵力を制御する。

走行軌道生成装置１０は、ＣＰＵ１１と、ＲＯＭやＲＡＭ等のメモリ１２とを備えたコンピュータとして構成されている。ＣＰＵ１１は、メモリに格納されたプログラム（走行軌道生成プログラムを含む）に基づく各種処理を実行する。また、走行軌道生成装置１０は、車載ネットワーク１５を介して各種センサからの情報を取得する。

走行軌道生成装置１０は、プログラムに従って、図２に示すように、走行路検出部４１、加速度制約・ジャーク制約生成部４２、障害物検出部４３、横方向走行軌道生成部４４、進行方向軌道生成部４５、走行軌道集合生成部４６、安全性検証部４７、および走行軌道最適化部４８としての機能を実行する。

上記の各機能は、走行軌道生成装置１０以外の装置が実行してもよい。例えば、走行路検出部４１としての機能は、カメラ２０に備えられていてもよい。また、障害物検出部４３としての機能はＬＩＤＡＲ２５に備えられていてもよい。

［本実施形態の処理］
以下の記載においては、記載を簡素化するために、走行軌道生成装置１０が実行する各機能について、個別に処理を行う部位として取り扱うことがある。例えば、横方向走行軌道生成部４４としての機能を用いてＡという処理を実行する場合、横方向走行軌道生成部４４が処理Ａを実行する、と記載し、横方向走行軌道生成部４４としての機能で生成されたＢというデータを取得する場合、横方向走行軌道生成部４４が生成したデータＢを取得する、等と記載することがある。

走行路検出部４１は、カメラ２０からの撮像画像を取得し、この撮像画像から白線を認識する周知の処理を実施することで、走行路（自車線や隣接車線）の幅、走行路の形状（走行路の位置毎の曲率）や起伏（地形）等の情報を走行路情報として得る。

加速度制約・ジャーク制約生成部４２は、車両ダイナミクス（車両の特性）、自車両や障害物（他車両、歩行者、自転車、路側物等）の挙動（位置、速度、加速度）、或いは実行するアプリケーションの種別（レーンチェンジ、追い越し等）に応じて加速度やジャーク（加速度の変化率）の制約（軌道生成条件）を生成する処理を行う。この処理は、レーンチェンジ３０が操作されたときや、横方向走行軌道生成部４４または進行方向軌道生成部４５による処理が開始されたとき等に実施され、生成された値は横方向走行軌道生成部４４または進行方向軌道生成部４５による処理にて利用される。

障害物検出部４３は、ＬＩＤＡＲ２５によって得られた物標の点群情報（最新および過去のもの）を利用して、障害物の位置、サイズを特定し、時系列に従って障害物の位置を監視することで、障害物の速度および加速度の情報を得る。なお、本実施形態においては、走行路の形状を認識するためにカメラ２０を用い、障害物を検出するためにＬＩＤＡＲ２５を用いたが、それぞれカメラ、レーダ、ソナー等、任意の検出手段を採用しうる。例えば走行路の形状認識には、衛星等を用いた自車位置推定と地図情報に含まれる道路形状から自車両周辺の道路形状を認識してもよい。

横方向走行軌道生成部４４は、図３に示す横方向軌道生成処理を実行する。横方向軌道生成処理は、レーンチェンジスイッチ３０が操作されたとき等、走行軌道を生成する指令が入力されると開始される処理であり、一連の作動が終了するまで（レーンチェンジの場合、自車両が開始位置から終了位置まで移動してレーンチェンジが終了するまで）繰り返し実施される。

また、横方向軌道生成処理では、横方向の軌道を生成する。この際、次式に示す５次の多項式を用いる。ここで、ｔは動作時間、ｙ（ｔ）は車両横方向への変位である。

横方向軌道生成処理の詳細は、図３に示すように、車載ネットワーク１５を介して、自車両の位置、横方向の移動速度、横方向の加速度を取得する（Ｓ１１０）。

そして、これらの取得値を用いて、下記のように定義を行う。

続いて、加速度制約・ジャーク制約生成部４２から車両制御制約（横方向最小加速度、横方向最大加速度、横方向最小ジャーク、横方向最大ジャーク）を取得する（Ｓ１１５）。

そして、動作時間Δｔ（開始時刻から終了時刻までの時間）をｔ_min 〜ｔ_maxにおいてランダムサンプリングしてΔｔ_i（ｉ＝１,…,Ｍ）を複数決定する（Ｓ１２０〜Ｓ１３５）。ｔ_minおよびｔ_maxは、それぞれ走行軌道を車両が走行する時間の最小時間、最大時間であり、アプリケーション毎にあらかじめ設定されている固定値である。

ここで、動作時間Δｔを複数設定するのは、複数の他車両が存在する状況であっても安全かつスムーズにレーンチェンジ等を実施できるようにするためである。例えば、図４に示すように、自車両Ａの右側の車線に他車両ＢおよびＣが位置する状況において、この右側の車線にレーンチェンジしようとする場合、図５（ａ）に示すように、減速してレーンチェンジしたり、図５（ｂ）に示すように車速を変更することなくレーンチェンジしたり、図５（ｃ）に示すように、加速してレーンチェンジしたりすること考えられる。

この際、それぞれのパターンでレーンチェンジに要する時間が異なるため、動作時間Δｔが１つであると、何れか１つのパターン（速度）しか採用できない。そこで、本実施形態では、様々なパターンでのレーンチェンジの可能性を考慮できるように、複数の動作時間Δｔを設定する。

詳細には、ｉを１にセットし（Ｓ１２０）、ｉと所定値Ｍとを比較する（Ｓ１２５）。所定値Ｍは、選択するΔｔ_iの個数を示し、後述する図６に示す例ではＭ＝３とされている。

ｉがＭ以下であれば（Ｓ１２５：ＹＥＳ）、ｔ_min 〜ｔ_maxにおいてランダムに選択された値を選択し、Δｔ_iに対応付ける（Ｓ１３０）。そして、ｉをインクリメントし（Ｓ１３５）、Ｓ１２５の処理に戻る。

ｉがＭよりも大きければ（Ｓ１２５：ＮＯ）、動作時間集合を進行方向起動生成部に送信する（Ｓ１３７）。次に、各Δｔ_iに対応した横方向走行軌道を次の手順をＫ回繰り返してＫ通り作成する（Ｓ１４０〜Ｓ２２５）。すなわち、ｉおよびｋを初期状態の１にそれぞれセットし（Ｓ１４０）、横方向における走行軌道の終了位置、速度、加速度を設定する（Ｓ１５５）。

走行軌道の終了位置ｙ（ｔ_０＋Δｔ_i） は、最小値ｙ_min、最大値ｙ_maxの間の値として、ランダムにサンプリングして決定する。これら走行軌道の終了位置の最小値、最大値は、運転支援アプリケーション（例えば、レーンチェンジ、追い越し、自動駐車等）、道路幅等に応じて設定される。

ここでは、レーンチェンジアプリを想定し、国内道路幅３．５ｍ、誤差マージン０．５ｍとして、ｙ_min＝ｙ（ｔ_０）−４．０、ｙ_max＝ｙ（ｔ_０）−３．０と設定する。つまり、本実施形態においてこれらの値は固定値とされる。なお、走行路の幅や曲率の情報を取得して、これらの値に従って終了位置に関する値（最小値ｙ_min、最大値ｙ_max等）を設定してもよい。

走行軌道の終了位置における車速は、最小値ｖ_min、最大値ｖ_maxの間の値として、ランダムにサンプリングして決定する。これら走行軌道終了時点の車速の最小値、最大値は、運転支援アプリケーションや交通規則によってあらかじめ設定されている。ここでは、高速道路のレーンチェンジアプリを想定し、ｖ_min＝15.28［ｍ／ｓ］（時速５５ｋｍ／ｈ）、ｖ_max＝27.78 [ｍ／ｓ］（時速１００ｋｍ／ｈ）と設定される。

次に、走行軌道終了時点の車両加速度は、最小値ａ_ｙ ^min、最大値ａ_ｙ ^maxの間の値として、ランダムにサンプリングして算出する。ａ_ｙ ^maxおよびａ_ｙ ^maxは、車両の駆動力、走行抵抗、車両重量等から定まる横方向の加速度の最大値、最小値である。

続いて、初期状態および終了状態における各値から、上記式（１）の係数ａ_０〜ａ_５を算出する（Ｓ１６０）。つまり、初期状態および終了状態における各値を上記式（１）に代入して得られる連立方程式を解くことで、係数ａ_０〜ａ_５を得る。

続いて、走行軌道ｙ（ｔ）における最小加速度、最大加速度、最小ジャーク、最大ジャークを算出する（Ｓ１６５）。そして、この走行軌道が車両制御制約を満足するか否かを判定する（Ｓ１７０）。この処理では、走行軌道ｙ（ｔ）における最小加速度、最大加速度、最小ジャーク、最大ジャークの全てが、加速度制約・ジャーク制約生成部４２にて設定された車両制御制約を満足するか否かを判定する。

走行軌道が車両制御制約を満足していなければ（Ｓ１７０：ＮＯ）、Ｓ１５５の処理に戻る。また、走行軌道が車両制御制約を満足していれば（Ｓ１７０：ＹＥＳ）、横方向の走行軌道(閉区間［Δｔ_０，ｔ_０＋Δｔ_i］における式（１）の連続値（車両制御に必要な分解能r[s]で）サンプリングした点集合)を算出し、下記のように横方向の走行軌道を得る（Ｓ１７５）。ただし、Δｔ_０＋ｎｒ＝Δｔ_iである。

続いて、ｋをインクリメントし（Ｓ２１０）、ｋと予め設定された走行軌道の生成数Ｋとを比較する（Ｓ２１５）。ｋが生成数Ｋ未満であれば（Ｓ２１５：ＹＥＳ）、Ｓ１５５の処理に戻る。

また、ｋが生成数Ｋ以上であれば（Ｓ２１５：ＮＯ）、ｉをインクリメントするとともにｋを１にセットし（Ｓ２２０）、ｉと前述のＭとを比較する（Ｓ２２５）。ｉがＭ以下であれば（Ｓ２２５：ＹＥＳ）、Ｓ１５５の処理に戻る。

また、ｉがＭよりも大きければ（Ｓ２２５：ＮＯ）、横方向の走行軌道集合(Latset)を得る。

そして、この横方向の走行軌道集合(Latset)を走行軌道集合生成部４６に送信する（Ｓ２３０）。このようにすることで、例えば、図６（ａ）に示すように、多数の走行軌道の集合が得られる。このような処理が終了すると横方向軌道生成処理を終了する。

進行方向走行軌道生成部４５は、図７に示す進行方向軌道生成処理を実行する。進行方向軌道生成処理は、横方向軌道生成処理と並行して、または横方向軌道生成処理の前後、後述する軌道集合生成処理の前に実施される。

また、進行方向軌道生成処理では、進行方向（前後方向）の軌道を生成する。この際、 ４次の多項式を用いる。ここで、ｔは動作時間、ｘ（ｔ）は車両進行方向への変位である。

進行方向軌道生成処理の詳細は、図７に示すように、車載ネットワーク１５を介して、自車両の位置、進行方向の移動速度、進行方向の加速度を取得する（Ｓ３１０）。

これらの取得値を用いて、下記のように定義を行う。なお、ｘ（ｔ）は、走行軌道における車両進行方向への変位であるから、ｘ（ｔ_０）＝ｘ（０）＝ｂ_０＝０である。

続いて、加速度制約・ジャーク制約生成部４２から車両制御制約（進行方向最小加速度、進行方向最大加速度、進行方向最小ジャーク、進行方向最大ジャーク）を取得する（Ｓ３１５）。

そして、横方向走行軌道生成部４４の機能で採用した動作時間集合Δｔ_i（i=1,…,M）を受信する（Ｓ３３０）。このように進行方向および横方向において同一の動作時間Δｔ_iを採用することにより、後述する走行軌道集合生成部４６の機能にて、横方向走行軌道と進行方向走行軌道を統合可能とすることができるとともに、後述する走行軌道最適化部４８にて横方向走行軌道と進行方向走行軌道の両面から最適な走行経路を選択することが可能になる。

なお、本実施例では、横方向走行軌道生成部で動作時間集合を生成しているが、逆に縦方向走行軌道生成部で動作時間集合を生成し、横方向走行軌道生成部に送信しても良い。もしくは、動作時間集合生成部を別処理にて生成し、横方向走行軌道生成部と縦方向走行軌道生成部で利用してもよい。このように構成し、横方向走行軌道生成部と縦方向走行軌道生成部が同時実行し、並列処理による処理時間短縮を図ってもよい。

続いて、各Δｔ_iに対応した進行方向走行軌道を次の手順をＬ回繰り返してＬ通り作成する（Ｓ３４０〜Ｓ４２５）。すなわち、ｉとｌを初期状態の１にそれぞれセットし（Ｓ３４０）、進行方向における走行軌道の終了位置、速度、加速度を設定する（Ｓ３５５）。走行軌道の終了位置における車速および加速度については、横方向の走行軌道生成時と同様にランダムにサンプリングして算出する。

続いて、初期状態および終了状態における各値から、上記数式（２）の係数ｂ_０〜ｂ_４を算出する（Ｓ３６０）。そして、進行方向の走行軌道ｘ（ｔ）における最小加速度、最大加速度、最小ジャーク、最大ジャークを算出する（Ｓ３６５）。

さらに、この走行軌道が車両制御制約を満足するか否かを判定する（Ｓ３７０）。この処理では、走行軌道ｘ（ｔ）における最小加速度、最大加速度、最小ジャーク、最大ジャークの全てが、加速度制約・ジャーク制約生成部４２にて設定された車両制御制約を満足するか否かを判定する。

走行軌道が車両制御制約を満足していなければ（Ｓ３７０：ＮＯ）、Ｓ３５５の処理に戻る。また、走行軌道が車両制御制約を満足していれば（Ｓ３７０：ＹＥＳ）、進行方向の走行軌道(閉区間［Δｔ_０，ｔ_０＋Δｔ_i］における式（１）の連続値（車両制御に必要な分解能r[s]で）サンプリングした点集合)を算出し、下記のように進行方向の走行軌道を得る（Ｓ３７５）。

続いて、ｌをインクリメントし（Ｓ３８０）、ｌと予め設定された走行軌道の生成数Ｌとを比較する（Ｓ４１５）。ｌが生成数Ｌ未満であれば（Ｓ４１５：ＹＥＳ）、Ｓ３５５の処理に戻る。

また、ｌが生成数Ｌ以上であれば（Ｓ４１５：ＮＯ）、ｉをインクリメントするとともにｌを１にセットし（Ｓ４２０）、ｉと前述のＬとを比較する（Ｓ４２５）。iがＭ以下であれば（Ｓ４２５：ＹＥＳ）、Ｓ３５５の処理に戻る。

また、iがＭよりも大きければ（Ｓ４２５：ＮＯ）、進行方向の走行軌道集合(Lonset)を得る。

そして、この横方向の走行軌道集合(Lonset)を走行軌道集合生成部４６に送信する（Ｓ４３０）。このようにすることで、例えば、図６（ｂ）に示すように、多数の走行軌道の集合が得られる。このような処理が終了すると進行方向軌道生成処理を終了する。

次に、走行軌道集合生成部４６は、図８に示す軌道集合生成処理を実行する。軌道集合生成処理は、進行方向軌道生成処理と後述する安全性検証処理との間で実行される処理である。また、軌道集合生成処理は、複数の横方向走行軌道と縦方向走行軌道を結合して、横方向と進行方向を合わせた走行軌道集合を生成する処理である。

この軌道集合生成処理では、図８に示すように、変数ｐ、ｉを１に設定し（Ｓ５１０、Ｓ５１５）、前述の変数ｋを１に設定する（Ｓ５２０）。変数ｐは生成した走行軌道の総数を示す値であり、変数ｉは設定したΔｔ_iに対応する値である。

続いて、横方向走行軌道生成部４４の機能で得られた横方向走行軌道集合

を受信し、現在のｉ、ｋに対応する横方向軌道を選択する（Ｓ５２５）。そして、前述の変数ｌを１にセットする（Ｓ５３０）。

続いて、進行方向走行軌道集合生成部４４の機能で得られた進行方向軌道集合

を受信し、現在のｉ、ｌに対応する進行方向軌道を選択する（Ｓ５３５）。つまり、Ｓ５２５、Ｓ５３５の処理では、各軌道集合から、同一の動作時間で生成された要素を組み合わせるために選択する。そして、これらの組み合わせた走行軌道を生成する（Ｓ５４０）。

続いて、ｐをインクリメントし（Ｓ５５５）、ｌと走行軌道の生成数Ｌとを比較する（Ｓ５６０）。ｌが生成数Ｌ以下であれば（Ｓ５６０：ＹＥＳ）、ｌをインクリメントし（Ｓ５６５）、Ｓ５３５の処理に戻る。

また、ｌが生成数Ｌよりも大きければ（Ｓ５６０：ＮＯ）、ｋと走行軌道の生成数Ｋとを比較する（Ｓ５７０）。ｋが生成数Ｋ以下であれば（Ｓ５７０：ＹＥＳ）、ｋをインクリメントし（Ｓ５７５）、Ｓ５２５の処理に戻る。

ｋが生成数Ｋよりも大きければ（Ｓ５７０：ＮＯ）、ｉと前述のＭとを比較する（Ｓ５８０）。ｉがＭ以下であれば（Ｓ５８０：ＹＥＳ）、ｉをインクリメントし（Ｓ５８５）、Ｓ５２０の処理に戻る。

ｉがＭよりも大きければ（Ｓ５８０：ＮＯ）、生成された走行軌道の集合である走行軌道集合

を安全性検証部４７に送信し（Ｓ５９０）、軌道集合生成処理を終了する。

次に、安全性検証部４７は、図９に示す安全性検証処理を実行する。安全性検証処理は、軌道集合生成処理と後述する軌道最適化処理との間で実行される処理である。また、安全性検証処理は、走行軌道集合から障害物と衝突する確率が規定値以上となる走行軌道を除外した安全走行軌道集合を得るための処理である。

本実施形態の安全性検証処理では、図９に示すように、まず、障害物検出部４３から障害物の位置、速度、加速度、障害物のサイズに関する障害物情報を取得する（Ｓ７１０）。そして、走行路検出部４１から走行路情報を取得する（Ｓ７１５）。

続いて、iとｐを１に設定し（Ｓ７２０、Ｓ７２５）、設定したｉとｐに対応する走行軌道を選択する（Ｓ７３０）。続いて、ＩＣＳ（Inevitable Collision States）手法（[参考文献1]. T. Fraichard and H. Asama “Inevitable Collision States. A step towards safer robots?”. Advanced Robotics, 18:1001-1024, 2004.[参考文献2] Daniel Althoff, Martin Buss, Andreas Lawitzky, Moritz Werling, Dirk Wollherr “On-line Trajectory Generation for Safe and Optimal Vehicle Motion Planning”, AMS 2012: 99-107）を用いて、全ての障害物との安全性を評価する（Ｓ７３５）。

ＩＣＳ手法では、走行軌道集合生成部４６の機能で得た走行軌道集合Ｓに示す各走行軌道のうち、障害物検出部から受信した障害物と重なる軌道および障害物との距離が安全マージン（相対速度を考慮して決定される距離）［ｍ］未満の軌道の安全性が低いものと評価される。

続いて、この評価に基づいて走行軌道が安全であるか否かを判定する（Ｓ７４０）。この処理では、ＩＣＳ手法で得られた評価値が予め設定された基準値以上であれば、走行軌道が安全であると判断する。

走行軌道が安全であれば（Ｓ７４０：ＹＥＳ）、この走行軌道を安全走行軌道集合 Ｓ_safeに追加し（Ｓ７４５）、Ｓ７５５の処理に移行する。走行軌道が安全でなければ（Ｓ７４０：ＮＯ）、変数pとPとを比較する（Ｓ７５５）。

変数pがP以下であれば（Ｓ７５５：ＹＥＳ）、pをインクリメントし（Ｓ７６０）、Ｓ７３０の処理に戻る。また、変数pがＰよりも大きければ（Ｓ７５５：ＮＯ）、変数iと走行軌道の総数Ｍとを比較する（Ｓ７６５）。

変数ｐが総数Ｐ以下であれば（Ｓ７６５：ＹＥＳ）、ｐをインクリメントし（Ｓ７７０）、Ｓ７２５の処理に戻る。また、変数ｐが総数Ｐよりも大きければ（Ｓ７６５：ＮＯ）、安全走行軌道集合Ｓ_safeをを走行軌道最適化部４８に送信する（Ｓ７７５）。

なお、図９中のＱは、安全走行軌道集合の総数を示す。このような処理が終了すると、安全性検証処理を終了する。
ここで、安全走行軌道集合Ｓ_safeをグラフにて表現すると、例えば図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すようになる。すなわち、左右方向の変位を示す図７（ａ）のグラフにおいては、安全走行軌道集合Ｓ_safeの走行軌道の数が図６（ａ）に示す走行軌道の総数Ｐよりも減少していることが分かる。また、進行方向の変位を示す図１０（ｂ）のグラフおいても、安全走行軌道集合Ｓ_safeの走行軌道の数が図６（ｂ）に示す走行軌道の総数Ｐよりも減少していることが分かる。

次に、走行軌道最適化部４８は、図１１に示すように、走行軌道最適化処理を実行する。走行軌道最適化処理は、安全性検証処理の後に実行される処理であって、この処理では最適な走行軌道を選択する。すなわち、安全走行軌道集合Ｓ_safeを構成する各走行軌道をコスト関数Ｃで評価し、最もコストが低い走行軌道を最適と判断し、その最適な走行軌道を車両制御装置３５に送信する。

ここで、コスト関数Ｃは、安全性と車両挙動の滑らかさを定量化したものであり、横方向の走行軌道のコスト関数Ｃ_latと進行方向のコスト関数Ｃ_lonの和として算出される。

詳細には、図１１に示すように、まず、アプリケーションの種別に応じて後述するコスト関数を構成する各項の係数を設定する（Ｓ８０５）。すなわち、レーンチェンジや追い越し等、実行するアプリケーションに応じて最適な挙動は異なるため、最適な挙動に対応した条件（重み付け）を設定できるよう構成している。

続いて、最小コストmin-costを予め設定された充分大きな値に設定し（Ｓ８１０）、変数ｑを１に設定する（Ｓ８１５）。そして、変数ｑが対応する安全走行軌道集合Ｓ_safeを構成する走行軌道を選択する（Ｓ８２０）。

続いて、選択した安全走行軌道Ｓ_qの横方向のコストを算出する（Ｓ８２５）。横方向の走行軌道のコスト関数Ｃ_latには、例えば、下記のような項を用いる。

上記式において、第１項は走行軌道におけるジャーク（加速度の変化量）の合計を示し、第２項は走行軌道を走行する際の所要時間、第３項は走行軌道における最終位置と目標位置ｌ_ｄとの差を示す。ｌ_ｄは、現在の横位置を基準としたときの、目標とする車線変更後の左右方向中心位置までの横方向の距離である（図１２のＥｒｒｏｒ）。

また、第４項は走行軌道の最終位置における走行軌道の曲率（図１２のκ（ｔ_ｆ））と、走行路（図１２のＢａｓｅ Ｌｉｎｅ）の曲率（図１２のκ_d）との差分である。そして、第５項は走行軌道を走行する際において単位時間当たりの曲率変化量の累積値であり、第６項はスリップを抑制するための制御式である。

なお、各項におけるｋの値は、アプリケーションに応じてＳ８０５の処理で設定される係数を示しており、これらの係数ｋの値を変更することで各項の重み付けを変更することができる。また、上記関数の第６項では、スリップの虞があるときに０でない数値が出力されるよう設定される。また、関数κ（ｔ）は、曲率を示す関数であり、一般的に次式で定義される。

なお、ｌ_ｄはアプリケーションによって異なるが、ここでは車線変更アプリを想定し、下記のように定める。

続いて、選択した安全走行軌道Ｓ_qの進行方向のコストを算出する（Ｓ８３０）。進行方向のコスト関数Ｃ_lonには、例えば、下記のような項を用いる。

上記式において、第１項は走行軌道におけるジャーク（加速度の変化量）の合計を示し、第２項は走行軌道を走行する際の所要時間、第３項は目標車速と走行軌道最終位置での目標車速との差分を示す。

続いて、進行方向および横方向のコストの和であるコストＣを、安全走行軌道Ｓ_qのコストcost(s_q)として算出し（Ｓ８３５）、コストcost(s_q)と最小コストmin-costとを比較する（Ｓ８４０）。コストcost(S_q)が最小コストmin-cost未満であれば（Ｓ８４０：ＹＥＳ）、最小コストmin-costをコストcost(s_q)に更新するとともに、この走行軌道ｑをmin indexとして記録（更新）する（Ｓ８４５）。

コストcost(s_q)が最小コストmin-cost以上であれば（Ｓ８４０：ＮＯ）、変数ｑと安全走行軌道Ｓ_qの総数Ｑとを比較する（Ｓ８５０）。変数ｑが総数Ｑ以下であれば（Ｓ８５０：ＹＥＳ）、変数ｑをインクリメントし（Ｓ８５５）、Ｓ８２０の処理に戻る。

また、変数ｑが総数Ｑよりも大きければ（Ｓ８５０：ＮＯ）、min indexとして最終的に記録された安全走行軌道Ｓ_qを車両制御装置３５に送信し（Ｓ８６０）、軌道最適化処理を終了する。

このようにして生成された走行軌道は、例えば図１３に示すように、隣接車線に多数の障害物（他車両）が存在したとしても、それらの速度を考慮して安全に車線変更するための走行軌道とすることができる。

［本実施形態による効果］
以上のように詳述した運転支援システム１において走行軌道生成装置１０は、自車両の速度を含む自車両情報を取得し、自車両情報を加味して、自車両がある開始位置から終了位置まで移動するための複数の走行軌道を生成する。そして、自車両と周囲の障害物との相対速度を加味して複数の走行軌道から１つの走行軌道を選択する。

このような構成において、走行軌道生成装置１０は、複数の走行軌道を生成する際に、自車両が開始位置から終了位置まで移動する際の、所要時間、自車両の加減速の程度、および自車両の左右方向の移動の程度、のうちの少なくとも１つが異なる走行軌道を、予め設定された軌道生成条件に従って複数生成する。そして、走行軌道生成装置１０は、１つの走行軌道を選択する際に、複数の走行軌道から、相対速度を加味して得られる障害物との衝突の可能性が低い走行軌道であって、かつ自車両の進行方向および左右方向のそれぞれにおいて求めた車両挙動の安全性とスムーズさを示すパラメータの和が最小となる走行軌道を選択する。

このような走行軌道生成装置１０によれば、障害物との相対速度を加味して走行軌道を生成するので、障害物の移動によって走行軌道を設定し直す必要性を低減させることができる。よって、走行軌道を設定し直すことによって自車両の挙動が不安定になる事象を抑制することができる。

また、複数の走行軌道を予め設定された軌道生成条件に従って生成し、この中から採用する走行軌道を選択する構成であるため、複数の走行軌道を障害物の位置等に従って走行軌道を生成し、障害物の移動に起因して走行軌道を再生成する構成（特許文献１記載の構成）と比較して、走行軌道を再生成する確率を低減できるため処理負荷を軽減できる。

また、上記運転支援システム１において走行軌道生成装置１０は、走行路情報として、終了位置における走行路の曲率を取得し、終了位置における各走行軌道の曲率と走行路の曲率との差異を前述のパラメータに含めて演算を行う。

すなわち、終了位置における各走行軌道の曲率と走行路の曲率との差異が大きくなると、終了位置において舵角を大きく修正する必要性が生じるため、これらの曲率の差異が小さくなるような走行軌道を選択しやすくする。

このような走行軌道生成装置１０によれば、終了位置において自車両の挙動が不安定になる事象を抑制することができる。
さらに、上記運転支援システム１において走行軌道生成装置１０は、複数の走行軌道から障害物との衝突の可能性が高い走行軌道を除去し、その後、除去されなかった複数の走行軌道からパラメータ（コスト関数における各項）の和が最小となる走行軌道を選択する。

このような走行軌道生成装置１０によれば、パラメータの和の演算を行う前に、障害物との衝突の可能性が高い走行軌道を除去しておくので、パラメータの和の演算を行う走行軌道の数を少なくすることができる。よって、走行軌道を生成する際の処理負荷を軽減することができる。

また、上記運転支援システム１においては、自車両が実施する作動内容の入力を受け付け、作動内容に応じて軌道生成条件を設定する加速度制約・ジャーク制約生成部４２としての機能を備えている。

このような走行軌道生成装置１０によれば、作動内容に応じて走行軌道の形状や走行軌道を選択する際の条件を変更することができるので、複数のアプリケーションに対応して車両を複数の異なる挙動で制御することができる。

さらに、上記運転支援システム１において走行軌道生成装置１０は、パラメータに、終了位置における各走行軌道の曲率と走行路の曲率との差異、自車両の進行方向および左右方向のジャーク、走行軌道の距離、目標となる終了位置と走行軌道の終了位置との距離、走行軌道の曲率変化の累積値、のうちの複数を含めて演算を行う。

このような走行軌道生成装置１０によれば、複数のパラメータを総合的に鑑みて安全かつよりスムーズな走行軌道を選択することができる。
また、上記運転支援システム１において走行軌道生成装置１０は、自車両が実施する作動内容の入力を受け付け、作動内容に応じて複数のパラメータの重み付けを設定する。

このような走行軌道生成装置１０によれば、複数のパラメータのうち重視すべきものとそうでないものとを区別することができる。
［その他の実施形態］
本発明は、上記の実施形態によって何ら限定して解釈されない。また、上記の実施形態の構成の一部を、課題を解決できる限りにおいて省略した態様も本発明の実施形態である。また、上記の複数の実施形態を適宜組み合わせて構成される態様も本発明の実施形態である。また、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される発明の本質を逸脱しない限度において考え得るあらゆる態様も本発明の実施形態である。また、上記の実施形態の説明で用いる符号を特許請求の範囲にも適宜使用しているが、各請求項に係る発明の理解を容易にする目的で使用しており、各請求項に係る発明の技術的範囲を限定する意図ではない。

例えば、上記実施形態の運転支援システム１においては、レーンチェンジスイッチ３０が操作された際にレーンチェンジのための走行軌道（車線変更走行軌道）を生成したが、自動運転による車両制御が実施されている場合等においては、図１４に示すように、自車両の走行路内に自転車等の低速移動物体や停止車両等の障害物が存在する場合、これらの障害物を避けて走行するための走行軌道（追い越し用走行軌道）を生成してもよい。

この場合、走行軌道の開始位置、終了位置、経由位置等を設定し、また、各パラメータ値を追い越し用走行軌道に合わせて最適化することで、例えば、図１５や図１６に示す挙動を得ることができる。

ここで、図１５は、生成した追い越し用走行軌道によって発生する横方向の加速度の時間変化を示しており、図１６は同様に、進行方向の加速度の時間変化を示している。この例では、対向車をやり過ごすため、緩やかに減速し（時間５まで）、その後、速度一定で障害物を避け（時間５〜１１）、加速しながら元の車線に戻る（時間１１〜１６）作動を行っていることが分かる。

また、速度が速くなると、車線変更に要する時間が速度に対応して短くなるよう設定されていることも分かる。つまり、速度と横方向の変位とを同時かつ一体に制御することができるといえる。

［実施形態の構成と本発明の手段との対応関係］
上記実施形態において、走行軌道生成装置１０が実行する処理のうち、Ｓ１１０の処理は本発明でいう情報取得手段に相当し、上記実施形態のＳ１２０〜Ｓ２３０、Ｓ３２０〜Ｓ４３０の処理は本発明でいう複数軌道生成手段に相当する。また、上記実施形態のＳ７１０、Ｓ７３５の処理は本発明でいう相対速度取得手段に相当し、上記実施形態のＳ７２０〜Ｓ７７５、Ｓ８１０〜Ｓ８６０の処理は本発明でいう走行軌道選択手段に相当する。

さらに、上記実施形態のＳ８０５の処理は本発明でいう重み付け設定手段に相当し、上記実施形態の加速度制約・ジャーク制約生成部４２の処理は本発明でいう作動条件設定手段に相当する。

１…運転支援システム、１０…走行軌道生成装置、１１…ＣＰＵ、１２…メモリ、１５…車載ネットワーク、２０…カメラ、２５…ＬＩＤＡＲ、３０…レーンチェンジスイッチ、３５…車両制御装置、４１…走行路検出部、４２…加速度制約・ジャーク制約生成部、４３…障害物検出部、４４…横方向走行軌道生成部、４５…進行方向軌道生成部、４５…進行方向走行軌道生成部、４６…走行軌道集合生成部、４７…安全性検証部、４８…走行軌道最適化部。

Claims (6)

1. 自車両に搭載され、自車両の走行軌道を生成する走行軌道生成装置（１０）であって、
   自車両の速度を含む自車両情報を取得する情報取得手段（Ｓ１１０）と、
   前記自車両情報を加味して、自車両がある開始位置から終了位置まで移動するための複数の走行軌道を生成する複数軌道生成手段（Ｓ１２０〜Ｓ２３０、Ｓ３２０〜Ｓ４３０）と、
   自車両と周囲の障害物との相対速度を取得する相対速度取得手段（Ｓ７１０、Ｓ７３５）と、
   前記相対速度を加味して前記複数の走行軌道から１つの走行軌道を選択する走行軌道選択手段（Ｓ７２０〜Ｓ７７５、Ｓ８１０〜Ｓ８６０）と、
   を備え、
   前記複数軌道生成手段は、自車両が前記開始位置から前記終了位置まで移動する際の、所要時間、自車両の加減速の程度、および自車両の左右方向の移動の程度、のうちの少なくとも１つが異なる走行軌道を、予め設定された軌道生成条件に従って複数生成し、
   前記情報取得手段は、前記終了位置における走行路の曲率を含む、自車両が走行する走行路の形状を含む走行路情報も取得し、
   前記走行軌道選択手段は、前記複数の走行軌道から、前記相対速度を加味して得られる前記障害物との衝突の可能性が低い走行軌道であって、かつ自車両の前後方向および左右方向のそれぞれにおいて求めた車両挙動のスムーズさを示すパラメータとして、前記終了位置における各走行軌道の曲率と前記走行路の曲率との差異を含むパラメータの和が最小となる走行軌道を、前記１つの走行軌道として選択すること
   を特徴とする走行軌道生成装置。
2. 請求項１に記載の走行軌道生成装置において、
   前記走行軌道選択手段は、前記複数の走行軌道から前記障害物との衝突の可能性が高い走行軌道を除去し、その後、除去されなかった複数の走行軌道から前記パラメータの和が最小となる走行軌道を選択すること
   を特徴とする走行軌道生成装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の走行軌道生成装置において、
   自車両が実施する作動内容の入力を受け付け、前記作動内容に応じて前記軌道生成条件を設定する作動条件設定手段（４２）、
   を備えたことを特徴とする走行軌道生成装置。
4. 請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の走行軌道生成装置において、
   前記走行軌道選択手段は、前記パラメータとして、
   前記終了位置における各走行軌道の曲率と前記走行路の曲率との差異、自車両の前後方向および左右方向のジャーク、走行軌道の距離、目標となる終了位置と走行軌道の終了位置との距離、走行軌道の曲率変化の累積値、のうちの複数を含めること
   を特徴とする走行軌道生成装置。
5. 請求項４に記載の走行軌道生成装置において、
   自車両が実施する作動内容の入力を受け付け、前記作動内容に応じて前記複数のパラメータの重み付けを設定する重み付け設定手段（Ｓ８０５）、
   を備えたことを特徴とする走行軌道生成装置。
6. コンピュータを、請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の走行軌道生成装置を構成する各手段として機能させるための走行軌道生成プログラム。