JP6485639B2 - 経路生成装置、経路生成方法、および経路生成プログラム - Google Patents

Description

本発明は、経路生成装置、経路生成方法、および経路生成プログラムに関する。

車両の通過点を設定し、通過点を通るようにスプライン関数により軌道を生成する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。この軌道生成技術では、地図情報に始点、終点、および通過交差点を指示し、指示された始点、終点、および通過交差点を通る主要通過点を作成し、主要通過点を通るスプライン曲線に沿って軌道を作成している。

特開平８−１２３５４７号公報

しかしながら、スプライン曲線は、始点や終点その他の情報に依存するため、軌道が道路からはみ出す場合があった。これに対し、特許文献１に記載された技術では、軌道が道路からはみ出している場合には主要通過点を追加または修正して再度軌道を生成しているので、修正した軌道が道路からはみ出すことを抑制できるものの、適切な位置に主要通過点を設定しないと、修正した軌道が道路形状に沿わない可能性がある。また、特許文献１に記載された技術は、主要通過点を追加または修正する度に軌道の生成および評価を行う必要があり、処理量が多くなる場合もあった。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、処理量の増加を抑制しつつ道路形状により近い経路を生成することができる経路生成装置、経路生成方法、および経路生成プログラムを提供することを目的の一つとする。

請求項１記載の発明は、車両の挙動を検出する検出部（２０）と、現在の車両の位置に基づく目標経路の始点、地図情報に基づく目標経路の終点、および前記検出部により検出された車両の挙動に基づく大きさおよび方向を有する打ち出しベクトルを設定する設定部（１１３）と、前記地図情報に含まれる道路の形状情報に基づいて、前記打ち出しベクトルを補正する補正部（１１５）と、前記設定部により設定された始点および終点と、前記補正部により補正された打ち出しベクトルとに基づいて前記始点から前記終点までを補間する曲線を演算する経路演算部（１１６）と、を備え、前記補正部は、前記道路の形状情報から得られる道路の曲率に応じたゲインを乗算することで、前記打ち出しベクトルを補正する、経路生成装置（１００、１１０）である。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記補正部は、前記道路の曲率とゲインの関係を規定したテーブルを検索することで、前記ゲインを導出する。

請求項３記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記検出部は、前記車両の速度を検出し、前記補正部は、前記検出部により検出された前記車両の速度に基づいて前記道路の曲率に対応したゲインを変更する。

請求項４記載の発明は、請求項１から３のうちいずれか１項に記載の発明において、前記検出部は、前記車両のステアリング操舵角または前記車両のヨーレート角を検出し、前記補正部は、前記検出部により検出された前記車両のステアリング操舵角またはヨーレート角に基づいて前記打ち出しベクトルの方向を補正する。

請求項５記載の発明は、請求項１から３のうちいずれか１項に記載の発明において、前記補正部は、前記道路の曲率が高くなるに従って低下する傾向を有し、前記低下する過程で上方向に凸となるような曲線から下方向に凸となるような曲線に変化する特性に従って、前記ゲインを変化させる。

請求項６記載の発明は、車載コンピュータが、現在の車両の位置に基づく目標経路の始点、地図情報に基づく目標経路の終点、および前記車両の挙動に基づく大きさおよび方向を有する打ち出しベクトルを設定し、前記地図情報に含まれる道路の形状情報に基づいて、前記打ち出しベクトルを補正し、前記設定した始点および終点と、前記補正した打ち出しベクトルとに基づいて前記始点から前記終点までを補間する曲線を演算し、前記道路の形状情報から得られる道路の曲率に応じたゲインを乗算することで、前記打ち出しベクトルを補正する。

請求項７記載の発明は、車載コンピュータに、現在の車両の位置に基づく目標経路の始点、地図情報に基づく目標経路の終点、および前記車両の挙動に基づく大きさおよび方向を有する打ち出しベクトルを設定させ、前記地図情報に含まれる道路の形状情報に基づいて、前記打ち出しベクトルを補正させ、前記設定させた始点および終点と、前記補正させた打ち出しベクトルとに基づいて前記始点から前記終点までを補間する曲線を演算させ、前記道路の形状情報から得られる道路の曲率に応じたゲインを乗算することで、前記打ち出しベクトルを補正させる。

請求項１、請求項６および請求項７記載の発明によれば、地図情報に含まれる道路の形状情報に基づいて前記曲線の演算手法を修正して、始点から終点までを補間する曲線を演算するので、道路の形状によって目標経路が道路からはみ出るような状況であっても、処理量の増加を抑制しつつ道路形状により近い経路を生成することができる。

また、請求項１、請求項６および請求項７記載の発明によれば、打ち出しベクトルを構成する速度にゲインを乗算することで、曲線の演算手法を修正するので、車両の速度が高く、道路の形状に対して目標経路が道路からはみ出るような状況であっても、道路形状により近い経路を生成することができる。

請求項２記載の発明によれば、道路の形状情報から得られる道路の曲率を用いて、道路の曲率とゲインの関係を規定したテーブルを検索することで、ゲインを導出するので、道路の曲率によって始点から終点までを補間する曲線を変更することができ、道路の曲率に対応して道路の形状により近い経路を生成することができる。

請求項３記載の発明によれば、車両の速度に基づいて道路の曲率に対応したゲインを変更するので、車両の速度に対応したゲインにより打ち出しベクトルの大きさを変更でき、道路の形状により近い経路を生成することができる。

請求項４記載の発明によれば、車両のステアリング操舵角または車両のヨーレート角に基づいて打ち出しベクトルの方向を設定するので、ステアリング操舵角およびヨーレート角に対応して打ち出しベクトルの角度を変更でき、道路の形状により近い経路を生成することができる。

請求項５記載の発明によれば、道路の曲率が高くなるに従って低下する傾向を有し、低下する過程で上方向に凸となるような曲線から下方向に凸となるような曲線に変化する特性に従って、ゲインを変化させるので、道路の曲率に対応してより細やかにゲインを調整して、さらに道路の形状に近い経路を生成することができる。

実施形態に係る車両制御装置１００を中心とした自車両の機能構成図である。 実施形態に係る経路生成部１１０の機能的な構成を示すブロック図である。 実施形態の経路生成部１１０により目標経路を演算する処理の流れを示すフローチャートである。 実施形態の経路生成部１１０により目標経路を演算する処理を説明する図である。 実施形態における道路Ｌの曲率半径とゲインとの関係を示す図である。 実施形態における曲率−ゲインテーブルデータ１３８の一例を示す図である。 実施形態の経路演算部１１６により目標経路を演算することを説明する図である。 比較例として示す目標経路Ｔｇ＃を示す図である。 実施形態のエルミート関数により目標経路を演算することを説明する図である。 他の変形例の車両制御装置１００Ａを中心とした自車両の機能構成図である。

以下、図面を参照し、本発明の経路生成装置、経路生成方法、および経路生成プログラムの実施形態について説明する。

図１は、実施形態に係る車両制御装置１００を中心とした自車両の機能構成図である。自車両には、ナビゲーション装置１０と、車両センサ２０と、操作デバイス３０と、操作検出センサ３２と、切替スイッチ４０と、走行駆動力出力装置５０と、ステアリング装置５２、ブレーキ装置５４と、車両制御装置１００とが搭載される。

ナビゲーション装置１０は、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）受信機や地図情報（ナビ地図）、ユーザインターフェースとして機能するタッチパネル式表示装置、スピーカ、マイク等を有する。ナビゲーション装置１０は、ＧＮＳＳ受信機によって自車両の位置を特定し、その位置からユーザによって指定された目的地までの経路を導出する。ナビゲーション装置１０により導出された経路は、地図情報１３２に含まれるリンク、およびノードの組み合わせにより定義される。ノードとは、交差点等の道路網を表現する上の結節点を表す情報である。リンクとは、ノード間の道路区間を表す情報である。

ナビゲーション装置１０により導出された経路は、経路情報１３４として記憶部１３０に格納される。自車両の位置は、車両センサ２０の出力を利用したＩＮＳ（Inertial Navigation System）によって特定または補完されてもよい。また、ナビゲーション装置１０は、車両制御装置１００が手動運転モードを実行している際に、目的地に至る経路について音声やナビ表示によって案内を行う。なお、自車両の位置を特定するための構成は、ナビゲーション装置１０とは独立して設けられてもよい。また、ナビゲーション装置１０は、例えば、ユーザの保有するスマートフォンやタブレット端末等の端末装置の一機能によって実現されてもよい。この場合、端末装置と車両制御装置１００との間で無線または通信によって情報の送受信が行われる。

車両センサ２０は、自車両の速度（車速）を検出する車速センサ２２と、鉛直軸回りの角速度を検出するヨーレートセンサ２４とを備える。車両センサ２０は、加速度を検出する加速度センサ、および自車両の向きを検出する方位センサ等を含んでいてもよい。

操作デバイス３０は、例えば、アクセルペダルやステアリングホイール、ブレーキペダル、シフトレバー等を含む。操作デバイス３０には、運転者による操作の有無や量を検出する操作検出センサ３２が取り付けられている。操作検出センサ３２は、例えば、アクセル開度センサ、ステアリングトルクセンサ、ブレーキセンサ、シフト位置センサ等を含む。操作検出センサ３２は、検出結果としてのアクセル開度、ステアリングトルク、ブレーキ踏量、シフト位置等を走行制御部１２０に出力する。なお、これに代えて、操作検出センサ３２の検出結果が、直接的に走行駆動力出力装置５０、ステアリング装置５２、またはブレーキ装置５４に出力されてもよい。

切替スイッチ４０は、運転者等によって操作されるスイッチである。切替スイッチ４０は、機械式のスイッチであってもよいし、ナビゲーション装置１０のタッチパネル式表示装置に設けられるＧＵＩ（Graphical User Interface）スイッチであってもよい。切替スイッチ４０は、運転者が手動で運転する手動運転モードと、運転者が操作を行わない（或いは手動運転モードに比して操作量が小さい、または操作頻度が低い）状態で走行する自動運転モードとの切替指示を受け付け、走行制御部１２０による制御モードを自動運転モードまたは手動運転モードのいずれか一方に指定する制御モード指定信号を生成する。

走行駆動力出力装置５０は、例えば、エンジンと走行用モータのうち一方または双方を含む。走行駆動力出力装置５０がエンジンのみを有する場合、走行駆動力出力装置５０は更にエンジンを制御するエンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）を含む。エンジンＥＣＵは、例えば、走行制御部１２０から入力される情報に従い、スロットル開度やシフト段等を調整することで、車両が走行するための走行駆動力（トルク）を制御する。走行駆動力出力装置５０が走行用モータのみを有する場合、走行駆動力出力装置５０は、走行用モータを駆動するモータＥＣＵを含む。モータＥＣＵは、例えば、走行用モータに与えるＰＷＭ信号のデューティ比を調整することで、車両が走行するための走行駆動力を制御する。走行駆動力出力装置５０がエンジンと走行用モータの双方を含む場合は、エンジンＥＣＵとモータＥＣＵの双方が協調して走行駆動力を制御する。

ステアリング装置５２は、例えば、ラックアンドピニオン機能等に力を作用させて転舵輪の向きを変更可能な電動モータ等を備える。ステアリング装置５２は、ステアリング操舵角（または実舵角）を検出する操舵角センサ５２ａを備える。ステアリング装置５２は、走行制御部１２０から入力される情報に従い、電動モータを駆動する。

ブレーキ装置５４は、ブレーキペダルになされたブレーキ操作が油圧として伝達されるマスターシリンダー、ブレーキ液を蓄えるリザーバータンク、各車輪に出力される制動力を調節するブレーキアクチュエータ等を備える。ブレーキ装置５４は、走行制御部１２０から入力される情報に従い、所望の大きさのブレーキトルクが各車輪に出力されるように、ブレーキアクチュエータ等を制御する。なお、ブレーキ装置５４は、上記説明した油圧により作動する電子制御式ブレーキ装置に限らず、電動アクチュエーターにより作動する電子制御式ブレーキ装置であってもよい。

以下、車両制御装置１００について説明する。車両制御装置１００は、例えば、自車位置認識部１０２と、行動計画生成部１０４と、経路生成部１１０と、走行制御部１２０と、制御切替部１２２と、記憶部１３０とを備える。自車位置認識部１０２、行動計画生成部１０４、経路生成部１１０、走行制御部１２０、および制御切替部１２２のうち一部または全部は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサ（車載コンピュータ）がプログラムを実行することにより機能するソフトウェア機能部である。また、これらのうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のハードウェア機能部であってもよい。また、記憶部１３０は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、フラッシュメモリ等で実現される。プログラムは、予め記憶部１３０に格納されていてもよいし、車載インターネット設備等を介して外部装置からダウンロードされてもよい。また、プログラムを格納した可搬型記憶媒体が図示しないドライブ装置に装着されることで記憶部１３０にインストールされてもよい。

自車位置認識部１０２は、記憶部１３０に格納された地図情報１３２と、ナビゲーション装置１０、または車両センサ２０から入力される情報とに基づいて、自車両が走行している車線（自車線）、および、走行車線に対する自車両の相対位置を認識する。地図情報１３２は、例えば、ナビゲーション装置１０が有するナビ地図よりも高精度な地図情報であり、車線の中央の情報あるいは車線の境界の情報等を含んでいる。自車位置認識部１０２は、例えば、自車両の基準点（例えば車両の先端部）の走行車線中央からの乖離、および自車両の進行方向の走行車線中央を連ねた線に対してなす角度を、走行車線に対する自車両の相対位置として認識する。なお、これに代えて、自車位置認識部１０２は、自車線のいずれかの側端部に対する自車両の基準点の位置などを、走行車線に対する自車両の相対位置として認識してもよい。なお、自車位置認識部１０２は、ファインダ、レーダ、またはカメラにより車線を認識して、自車両の車線に対する相対位置を認識してもよい。

行動計画生成部１０４は、所定の区間における行動計画を生成する。所定の区間とは、例えば、ナビゲーション装置１０により導出された経路のうち、高速道路等の有料道路を通る区間である。なお、これに限らず、行動計画生成部１０４は、任意の区間について行動計画を生成してもよい。

行動計画は、例えば、順次実行される複数のイベントで構成される。イベントには、例えば、自車両を減速させる減速イベントや、自車両を加速させる加速イベント、走行車線を逸脱しないように自車両を走行させるレーンキープイベント、走行車線を変更させる車線変更イベント等が含まれる。例えば、有料道路（例えば高速道路等）においてジャンクション（分岐点）が存在する場合、車両制御装置１００は、自動運転モードにおいて、自車両を目的地の方向に進行するように車線を変更したり、車線を維持したりする必要がある。従って、行動計画生成部１０４は、車線を変更したり、車線を維持するイベントを設定する。

経路生成部１１０は、行動計画生成部１０４により生成された行動計画のうち、例えば、レーンキープイベントが実行される際に、自車両が走行する際の経路を生成する。なお、経路生成部１１０は、その他のイベントが実行される際にも同様の処理を行ってよい。経路生成部１１０は、ナビゲーション装置１０により導出されたノードおよりリンクで特定される経路よりも、より詳細な経路を生成する。図２は、実施形態に係る経路生成部１１０の機能的な構成を示すブロック図である。経路生成部１１０は、地図情報取得部１１１と、道路形状算出部１１２と、初期パラメータ設定部１１３と、車両状態取得部１１４と、補正部１１５と、経路演算部１１６とを備える。初期パラメータ設定部１１３は、設定部の一例である。

地図情報取得部１１１は、ナビゲーション装置１０により演算された自車両の位置に基づいて、記憶部１３０に記憶された地図情報１３２を取得する。地図情報取得部１１１は自車両の位置に周辺の道路を含む地図情報１３２を道路形状算出部１１２に出力する。

道路形状算出部１１２は、地図情報取得部１１１により出力された地図情報１３２に基づいて、自車両が走行する道路の曲率情報を算出する。道路形状算出部１１２は、例えば、地図情報１３２に含まれる連続した道路の座標値の変化に基づいて、自車両が走行する道路の曲率を算出する。また、道路形状算出部１１２は、予め地図情報１３２に道路に対応した道路の曲率が記憶されている場合には、地図情報１３２から自車両が走行する車線の曲率を抽出してもよい。道路形状算出部１１２は、自車両が走行する道路の曲率情報を経路演算部１１６に出力する。

初期パラメータ設定部１１３は、自車両が走行する道路における座標点のち、自車両が走行する目標経路の目標点（終点）を設定する。初期パラメータ設定部１１３は、自車位置認識部１０２により認識された自車位置から所定距離だけ離れた自車両の走行方向に沿った道路のうち、例えば、当該道路の中央線上の座標点を目標点に設定する。また、初期パラメータ設定部１１３は、現在の自車両の位置に基づく目標経路の始点と、前記検出部により検出された車両の挙動に基づく大きさおよび方向を有する初期の打ち出しベクトルＶ１とを設定する。なお、上述した始点、終点、および打ち出しベクトルは、地図情報１３２によって示される地図と同期した座標系上において設定される。初期パラメータ設定部１１３の詳細な説明は、フローチャートに即して後述する。

車両状態取得部１１４は、車速センサ２２により検出された車速信号、ヨーレートセンサ２４により検出されたヨーレート角信号、および操舵角センサ５２ａにより検出されたステアリング操舵角信号を取得する。本実施形態において車両状態取得部１１４は、車速、ヨーレート角、およびステアリング操舵角を検出するものとするが、車両状態取得部１１４は、少なくとも車速を取得すればよい。また、車両状態取得部１１４は、自車両の挙動のうちの回転成分の信号としてヨーレート角およびステアリング操舵角を取得したが、ヨーレート角とステアリング操舵角の一方を取得すればよく、自車両の回転成分を表す信号であれば他の信号を取得してもよい。

補正部１１５は、地図情報１３２に含まれる道路の形状情報に基づいて、初期パラメータ設定部１１３により設定された初期の打ち出しベクトルＶ１を補正する。以下、補正部１１５によって補正された初期の打ち出しベクトルＶ１を、打ち出しベクトルＶ２と称して説明する。なお、補正部１１５の詳細な説明は、フローチャートに即して後述する。

経路演算部１１６は、初期パラメータ設定部１１３により設定された始点および終点と、補正部１１５により補正された打ち出しベクトルＶ２とに基づいて始点から終点までを補間する曲線を演算する。経路演算部１１６は、自車両の現在位置を始点とし、初期パラメータ設定部１１３により出力された目標点を終点に設定して、所定の曲線関数に基づく演算を行う。所定の曲線関数とは、少なくとも始点、終点、および速度をパラメータとして設定された場合に、当該パラメータが代入された関数を演算して、始点から終点までを補間する曲線を演算する関数である。本実施形態において、所定の曲線関数は、例えばスプライン曲線を演算するスプライン関数である。経路演算部１１６は、演算した曲線を自車両が走行する目標経路として走行制御部１２０に出力する。

以下、実施形態の経路生成部１１０により目標経路を演算する処理について説明する。図３は、実施形態の経路生成部１１０により目標経路を演算する処理の流れを示すフローチャートである。

経路生成部１１０は、所定の演算周期Ｔの開始タイミングが到来したか否かを判定する（ステップＳ１００）。所定の演算周期Ｔは、例えば、車両制御装置１００が自車両の走行を制御する演算周期と同期する。経路生成部１１０は、所定の演算周期Ｔの開始タイミングが到来していないと判定した場合には待機し、所定の演算周期Ｔの開始タイミングが到来したと判定した場合にはステップＳ１０２に処理を進める。

次に、初期パラメータ設定部１１３は、目標経路の始点および終点を設定する（ステップＳ１０２）。図４は、実施形態の経路生成部１１０により目標経路を演算する処理を説明する図である。初期パラメータ設定部１１３は、図４（ａ）に示すように、自車両Ｍの現在位置を始点Ｐｓに設定し、始点Ｐｓから自車両Ｍが走行する道路Ｌの中央線Ｃ上に目標点Ｐｅを設定する。初期パラメータ設定部１１３は、例えば、自車両Ｍの前端部のうち車幅方向の中央位置に始点Ｐｓを設定する。道路Ｌの中央線Ｃは、例えば、一つの車線を区画する２本の区画線の間（白線と白線の間）に設定される仮想的な中央線である。目標点Ｐｅは、経路演算部１１６により目標経路を演算する終点（以下、終点Ｐｅとも記載する。）である。なお、終点Ｐｅは、道路Ｌの中央線Ｃに設定されることに限らなくてもよく、例えば、道路Ｌの中央線Ｃから幅方向にずれた偏差を設定した位置に設定されてもよい。

次に、初期パラメータ設定部１１３は、初期の打ち出しベクトルＶ１を設定する（ステップＳ１０４）。初期パラメータ設定部１１３は、ステップＳ１０２において設定された始点Ｐｓに初期の打ち出しベクトルＶ１を設定する。初期パラメータ設定部１１３は、図４（ｂ）に示すように、初期の打ち出しベクトルＶ１の大きさ（速度成分）ＳＣ１と、向き（角度成分）と、を決定する。打ち出しベクトルＶ１の大きさＳＣ１は、例えば、自車両Ｍの速度に相当する速度成分として決定される。また、初期の打ち出しベクトルＶ１の向き（角度成分）は、例えば、車体角に応じて設定される。

次に、補正部１１５が、道路Ｌの曲率等に基づいて、ステップＳ１０４において設定された初期の打ち出しベクトルＶ１の大きさを変更する（ステップＳ１０６）。補正部１１５は、道路形状算出部１１２により演算された道路Ｌの曲率に対応したゲインを導出する。図５は、実施形態における道路Ｌの曲率半径とゲインとの関係を示す図である。補正部１１５は、道路Ｌの曲率が高くなるに従って低下する傾向を有し、低下する過程で上方向に凸となるような曲線から下方向に凸となるような曲線に変化する特性に従って、ゲインＧを変化させる。補正部１１５は、道路Ｌの曲率半径が所定の１／Ｒよりも大きい場合、ゲインＧを一定の値に設定する。ゲインＧの最低値Ｇ_Ｌは、例えば、初期の打ち出しベクトルＶ１の大きさが小さくなりすぎることを抑制し、且つ、大きな曲率の道路Ｌを滑らかに自車両Ｍが走行することができるような値が設定される。曲率−ゲインテーブルデータ１３８は、記憶部１３０に記憶されているが、これに限らず、経路生成プログラムや関数等に埋め込まれていてもよい。

補正部１１５は、導出したゲインＧを、初期の打ち出しベクトルＶ１の大きさＳＣ１に乗算する。そして、乗算結果として得られる補正後のベクトルに対して角度成分を変更することで、打ち出しベクトルＶ２を得る。

補正部１１５は、例えば、車両状態取得部１１４により取得されたヨーレート角、およびステアリング操舵角に基づいて、ゲインＧが乗算された初期の打ち出しベクトルＶ１の向き（角度成分）を変更して、打ち出しベクトルＶ２の角度（方向）を決定する。例えば、補正部１１５は、ヨーレート角およびステアリング操舵角を参照して、初期の打ち出しベクトルＶ１の向き（角度成分）を基準として、打ち出しベクトルＶ２の向き（角度成分）に変更するための角度幅θを演算し、ゲインＧが乗算された初期の打ち出しベクトルＶ１の向き（角度成分）を、演算した角度幅θ分補正する。

また、補正部１１５は、車両状態取得部１１４により取得された現在の自車両Ｍの車速が高いほど、打ち出しベクトルＶ２の大きさ（速度成分）が小さくなるように、初期の打ち出しベクトルＶ１を補正してもよい。補正部１１５は、例えば、所定の車速の範囲毎に、図６に示す道路Ｌの曲率半径とゲインＧとを対応づけた曲率−ゲインテーブルデータ１３８を記憶部１３０に記憶させる。図６は、車速の範囲毎に設定される曲率−ゲインテーブルデータ１３８を示す図である。所定の車速の範囲は、曲率に対するゲインＧの特性を切り替える必要があるような範囲に設定される。この場合の車速毎の曲率−ゲインテーブルデータ１３８は、自車両Ｍの車速が高くなるほど、ゲインＧが小さくなるように設定される。補正部１１５は、例えば、上記の曲率−ゲインテーブルデータ１３８を参照してゲインＧを変化させる。

次に、経路演算部１１６が、スプライン関数により目標経路を演算する（ステップＳ１０８）。図７は、実施形態の経路演算部１１６により目標経路を演算することを説明する図である。図７は、自車両Ｍが存在する空間をＸＹ座標で表している。経路演算部１１６は、ステップＳ１０６において変更された打ち出しベクトルＶ２の打ち出し位置を始点Ｐｓに設定する。経路演算部１１６は、始点Ｐｓから終点Ｐｅまでを補間する曲線を演算する。

図７に示すように、始点Ｐｓの座標（ｘ_０，ｙ_０）において自車両Ｍの速度がｖ_０であり、加速度がａ_０であるものとする。自車両Ｍの速度ｖ_０は、速度のｘ方向成分ｖ_ｘ０とｙ方向成分ｖ_ｙ０とが合成されたものである。自車両Ｍの加速度ａ_０は、加速度のｘ方向成分ａ_ｘ０とｙ方向成分ａ_ｙ０とが合成されたものである。終点Ｐｅの座標（ｘ_１，ｙ_１）において自車両Ｍの速度がｖ_１であり、加速度がａ_１であるものとする。自車両Ｍの速度ｖ_１は、速度のｘ方向成分ｖ_ｘ１とｙ方向成分ｖ_ｙ１とが合成されたものである。自車両Ｍの加速度ａ_１は、加速度のｘ方向成分ａ_ｘ１とｙ方向成分ａ_ｙ１とが合成されたものである。なお、終点Ｐｅの速度ｖ_１や加速度ａ_１は、始点Ｐｓにおける現在の速度ｖ_０や加速度ａ_０、地図情報１３２に記憶された道路Ｌに対応した法定速度、道路Ｌの曲率等に基づいて推定してよい。例えば、カーブの出口では車速を加速することが想定されるため、道路Ｌの曲率に基づいて終点Ｐｅの加速度を求めるテーブルを予め用意してもよい。

経路演算部１１６は、自車両Ｍが始点Ｐｓから終点Ｐｅまでに至る単位時間Ｔが経過する周期中の時間ｔごとに、目標点（ｘ，ｙ）を設定する。目標点（ｘ，ｙ）の演算式は、式（１）および式（２）のように、道路の形状によって演算手法が修正されたスプライン関数により表される。式（１）および式（２）におけるＧは、道路Ｌの曲率に対応して得られるゲインである。
ｘ：ｆ（ｔ）＝ｍ_５×ｔ^５＋ｍ_４×ｔ^４＋ｍ_３×ｔ^３＋（１／２）×ａ_ｘ０×ｔ^２＋Ｇｖ_ｘ０×ｔ＋ｘ_０ 式（１）
ｙ：ｆ（ｔ）＝ｍ_５×ｔ^５＋ｍ_４×ｔ^４＋ｍ_３×ｔ^３＋（１／２）×ａ_ｙ０×ｔ^２＋Ｇｖ_ｙ０×ｔ＋ｙ_０ 式（２）
式（１）および式（２）において、ｍ_３、ｍ_４、およびｍ_５は、下記の式（３）、式（４）および式（５）のように表される。
ｍ_３＝−（２０ｐ_０−２０ｐ_１＋１２ｖ_０Ｔ＋８ｖ_１Ｔ＋３ａ_０Ｔ^２−ａ_１Ｔ^２）／２Ｔ^３ 式（３）
ｍ_４＝（３０ｐ_０−３０ｐ_１＋１６ｖ_０Ｔ＋１４ｖ_１Ｔ＋３ａ_０Ｔ^２−２ａ_１Ｔ^２）／２Ｔ^４ 式（４）
ｍ_５＝−（１２ｐ_０−１２ｐ_１＋６ｖ_０Ｔ＋６ｖ_１Ｔ＋ａ_０Ｔ^２−ａ_１Ｔ^２）／２Ｔ^５ 式（５）
式（３）、式（４）および式（５）においてｐ_０は始点Ｐｓにおける自車両Ｍの位置（ｘ_０，ｙ_０）であり、ｐ_１は終点Ｐｅにおける自車両Ｍの位置（ｘ_１，ｙ_１）である。

経路演算部１１６は、式（１）および式（２）におけるｖ_ｘ０およびｖ_ｙ０に車両状態取得部１１４により取得された車速にゲインＧを掛け合わせて、単位時間Ｔを時刻ｔごとに式（１）および式（２）の演算結果により特定された目標点（ｘ（ｔ），ｙ（ｔ））を取得する。これにより、経路演算部１１６は、始点Ｐｓと終点Ｐｅとを複数の目標点（ｘ（ｔ），ｙ（ｔ））により補間したスプライン曲線を得る。経路演算部１１６は、得られたスプライン曲線を、目標経路Ｔｇとして走行制御部１２０に出力する（ステップＳ１１０）。
なお、実施形態の経路演算部１１６は、５次元のスプライン関数によってスプライン曲線を演算しているが、５次元のスプライン関数に限らず、高次元のスプライン関数であれば、式（１）〜式（５）を変形して目標経路Ｔｇを演算してもよい。

走行制御部１２０は、制御切替部１２２による制御によって、制御モードを自動運転モードあるいは手動運転モードに設定し、設定した制御モードに従って制御対象を制御する。走行制御部１２０は、自動運転モード時において、行動計画生成部１０４によって生成された行動計画情報１３６を読み込み、行動計画情報１３６におよび目標経路Ｔｇに基づいて制御対象を制御する。走行制御部１２０は、行動計画に基づき、目標経路Ｔｇに沿って自車両Ｍが走行するようにステアリング装置５２における電動モータの制御量（例えば回転数）と、走行駆動力出力装置５０におけるＥＣＵの制御量（例えばエンジンのスロットル開度やシフト段等）とを決定する。走行制御部１２０は、決定した制御量を示す情報を、対応する制御対象に出力する。これによって、制御対象の各装置（５０、５２、５４）は、走行制御部１２０から入力された制御量を示す情報に従って、自装置を制御することができる。また、走行制御部１２０は、車両センサ２０の検出結果に基づいて、決定した制御量を適宜調整する。

以上説明した実施形態の車両制御装置１００によれば、地図情報１３２に含まれる道路の形状情報に基づいて、目標経路となる曲線の演算手法を修正するのでことができる。これにより、車両制御装置１００によれば、自車両Ｍの現在の車速に基づいて初期の打ち出しベクトルＶ１を設定した場合に、目標経路Ｔｇが道路Ｌを超えてしまうことを抑制することができる。この結果、実施形態の車両制御装置１００によれば、道路Ｌの形状により近い目標経路Ｔｇを生成することができる。

また、実施形態の車両制御装置１００によれば、始点Ｐｓと終点Ｐｅとの間に経由点を設定することなく、道路Ｌの形状に沿った目標経路Ｔｇを１回の処理で演算することができる。図８は、比較例として示す目標経路Ｔｇ＃を示す図である。図８によれば、目標経路Ｔｇ＃を演算する際の自車両Ｍの車速に基づいて初期の打ち出しベクトルＶ１を設定した場合、道路Ｌの曲率に対して自車両Ｍの車速が高いと、目標経路Ｔｇ＃が道路Ｌからはみ出てしまう。これに対し、実施形態の車両制御装置１００によれば、道路Ｌの形状により近い目標経路Ｔｇを１回の処理で生成することができるので、比較例のような目標経路Ｔｇ＃を演算して、再度目標経路Ｔｇを計算し直すことを抑制でき、処理量の増加を抑制することができる。さらに、実施形態の車両制御装置１００によれば、目標経路Ｔｇが道路Ｌからはみ出さないために終点Ｐｅを適切な位置に設定するなどの複雑な処理を行うことがなく、処理量の増加を抑制することができる。

さらに、実施形態の車両制御装置１００によれば、初期の打ち出しベクトルＶ１を構成する速度にゲインＧを乗算することで、目標経路Ｔｇの演算手法を修正するので、自車両Ｍの速度が高く、道路Ｌの形状に対して目標経路Ｔｇが道路からはみ出るような状況であっても、道路Ｌの形状により近い経路を生成することができる。

さらに、実施形態の車両制御装置１００によれば、道路Ｌの曲率を用いて、道路Ｌの曲率とゲインＧの関係を規定した曲率−ゲインテーブルデータ１３８を検索することで、ゲインＧを導出するので、道路Ｌの曲率によって始点Ｐｓから終点Ｐｅまでを補間する目標経路Ｔｇを変更することができ、道路Ｌの曲率に対応して道路Ｌの形状により近い目標経路Ｔｇを生成することができる。

さらに、実施形態の車両制御装置１００によれば、自車両Ｍの速度に基づいて道路Ｌの曲率に対応したゲインＧを変更するので、自車両Ｍの速度に対応したゲインＧにより初期の打ち出しベクトルＶ１の大きさ（速度成分）ＳＣ１を変更でき、道路Ｌの形状により近い目標経路Ｔｇを生成することができる。

さらに、実施形態の車両制御装置１００によれば、自車両Ｍの車体角に応じて設定した初期の打ち出しベクトルＶ１の方向を、ステアリング操舵角およびヨーレート角に応じて初期の打ち出しベクトルＶ１の向き（角度成分）を変更でき、道路Ｌの形状により近い目標経路Ｔｇを生成することができる。

さらに、実施形態の車両制御装置１００によれば、道路Ｌの曲率が高くなるに従って低下する傾向を有し、低下する過程で上方向に凸となるような曲線から下方向に凸となるような曲線に変化する特性に従って、ゲインＧを変化させるので、道路Ｌの曲率に対応してより細やかにゲインＧを調整して、さらに道路Ｌの形状に近い目標経路Ｔｇを生成することができる。

（変形例）
以下、実施形態の車両制御装置１００の変形例について説明する。上述した実施形態は、経路演算部１１６がスプライン関数に従って目標経路Ｔｇを演算していたが、これには限られず、他の関数に従って目標経路Ｔｇを演算してもよい。変形例の車両制御装置１００は、エルミート関数により始点Ｐｓと終点Ｐｅとを補間する。

図９は、実施形態のエルミート曲線により目標経路を演算することを説明する図である。図９に示すように、始点Ｐｓの座標（ｘ_０，ｙ_０）において自車両Ｍの速度がｖ_０であるものとする。自車両Ｍの速度ｖ_０は、速度のｘ方向成分ｖ_ｘ０とｙ方向成分ｖ_ｙ０とが合成されたものである。終点Ｐｅの座標（ｘ_１，ｙ_１）において自車両Ｍの速度がｖ_１であるものとする。自車両Ｍの速度ｖ_１は、速度のｘ方向成分ｖ_ｘ１とｙ方向成分ｖ_ｙ１とが合成されたものである。なお、終点Ｐｅにおける速度は、始点Ｐｓにおける速度と同じ速度であってもよく、例えば行動計画情報１３６に基づいて変更した値を設定してもよい。

経路演算部１１６は、自車両Ｍが始点Ｐｓと終点Ｐｅとの間を、式（６）および式（７）のエルミート関数により補間する。式（６）および式（７）のエルミート関数は、例えば３次元関数である。
ｘ＝ｆ（ｋ）＝ｎ_３×ｋ^３＋ｎ_２×ｋ^２＋ｎ_１×ｋ＋ｘ_０ 式（６）
ｙ＝ｆ（ｋ）＝ｎ_３×ｋ^３＋ｎ_２×ｋ^２＋ｎ_１×ｋ＋ｙ_０ 式（７）
式（６）および式（７）において、ｋは媒介変数（０≦ｋ≦１）であり、始点Ｐｓにおいて０が代入され、終点Ｐｅにおいて１が代入され、始点Ｐｓから終点Ｐｅまでを補間する各点において０から１の範囲で変化される。 式（６）および式（７）において、ｎ_３、ｎ_２、およびｎ_１は、下記の式（８）、式（９）および式（１０）のように表される。
ｎ_３＝２ｐ_０−２ｐ_１＋Ｇｖ_０＋ｖ_１ 式（８）
ｎ_２＝−３ｐ_０＋３ｐ_１＋２Ｇｖ_０−ｖ_１ 式（９）
ｎ_１＝ｖ_０ 式（１０）
式（８）および式（９）において、Ｇは道路Ｌの曲率に対応して得られるゲインであり、ｐ_０は始点Ｐｓにおける自車両Ｍの位置（ｘ_０，ｙ_０）であり、ｐ_１は終点Ｐｅにおける自車両Ｍの位置（ｘ_１，ｙ_１）である。

経路演算部１１６は、式（８）および式（９）におけるｖ_０に車両状態取得部１１４により取得された車速にゲインＧを掛け合わせて、式（６）および式（７）の演算結果により特定された目標点（ｘ（ｋ），ｙ（ｋ））を取得する。これにより、経路演算部１１６は、始点Ｐｓと終点Ｐｅとを複数の目標点（ｘ（ｋ），ｙ（ｋ））により補間したエルミート曲線を得る。経路演算部１１６は、得られたエルミート曲線を、目標経路Ｔｇとして走行制御部１２０に出力する。

以上説明した変形例の車両制御装置１００によれば、実施形態と同様に、地図情報１３２に含まれる道路の形状情報に基づいて、初期の打ち出しベクトルＶ１の大きさを変更して始点Ｐｓから終点Ｐｅまでを補間する目標経路Ｔｇを演算することができる。これにより、変形例の車両制御装置１００によれば、道路Ｌの形状により近い目標経路Ｔｇを生成することができる。

以下、他の変形例ついて説明する。図１０は、他の変形例の車両制御装置１００Ａを中心とした自車両の機能構成図である。他の変形例の車両制御装置１００Ａは、ナビゲーション装置１０との連携で行動計画を生成する構成を備えておらず、任意のトリガが入力されたときに自動運転モードの制御を切り替え、それ以外の場合に手動運転モードで制御を行う。なお、自車位置認識部１０２は、ＧＮＳＳ受信機や地図情報等（ナビゲーション装置に属するものとは限らない）を参照して自車位置を認識する。

任意のトリガは、例えば、運転者によって車線維持支援システムのためのスイッチ操作等がなされたときに生成される。また、車線維持支援システムのトリガは、車両の状態に応じて自動的に生成されてもよい。

以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び置換を加えることができる。

２０‥車両センサ
２２‥車速センサ
２４‥ヨーレートセンサ
５２ａ‥操舵角センサ
１００‥車両制御装置
１１０‥経路生成部
１１１‥地図情報取得部
１１２‥道路形状算出部
１１３‥初期パラメータ設定部（設定部）
１１４‥車両状態取得部（検出部）
１１５…補正部
１１６‥経路演算部
１３８‥曲率−ゲインテーブルデータ

Claims (7)

1. 車両の挙動を検出する検出部と、
   現在の車両の位置に基づく目標経路の始点、地図情報に基づく目標経路の終点、および前記検出部により検出された車両の挙動に基づく大きさおよび方向を有する打ち出しベクトルを設定する設定部と、
   前記地図情報に含まれる道路の形状情報に基づいて、前記打ち出しベクトルを補正する補正部と、
   前記設定部により設定された始点および終点と、前記補正部により補正された打ち出しベクトルとに基づいて前記始点から前記終点までを補間する曲線を演算する経路演算部と、
   を備え、
   前記補正部は、前記道路の形状情報から得られる道路の曲率に応じたゲインを乗算することで、前記打ち出しベクトルを補正する、
   経路生成装置。
2. 前記補正部は、前記道路の曲率とゲインの関係を規定したテーブルを検索することで、前記ゲインを導出する、
   請求項１に記載の経路生成装置。
3. 前記検出部は、前記車両の速度を検出し、
   前記補正部は、前記検出部により検出された前記車両の速度に基づいて前記道路の曲率に対応したゲインを変更する、
   請求項２に記載の経路生成装置。
4. 前記検出部は、前記車両のステアリング操舵角または前記車両のヨーレート角を検出し、
   前記補正部は、前記検出部により検出された前記車両のステアリング操舵角またはヨーレート角に基づいて前記打ち出しベクトルの方向を補正する、
   請求項１から３のうちいずれか１項に記載の経路生成装置。
5. 前記補正部は、前記道路の曲率が高くなるに従って低下する傾向を有し、前記低下する過程で上方向に凸となるような曲線から下方向に凸となるような曲線に変化する特性に従って、前記ゲインを変化させる、
   請求項１から３のうちいずれか１項に記載の経路生成装置。
6. 車載コンピュータが、
   現在の車両の位置に基づく目標経路の始点、地図情報に基づく目標経路の終点、および前記車両の挙動に基づく大きさおよび方向を有する打ち出しベクトルを設定し、
   前記地図情報に含まれる道路の形状情報に基づいて、前記打ち出しベクトルを補正し、
   前記設定した始点および終点と、前記補正した打ち出しベクトルとに基づいて前記始点から前記終点までを補間する曲線を演算し、
   前記道路の形状情報から得られる道路の曲率に応じたゲインを乗算することで、前記打ち出しベクトルを補正する、
   経路生成方法。
7. 車載コンピュータに、
   現在の車両の位置に基づく目標経路の始点、地図情報に基づく目標経路の終点、および前記車両の挙動に基づく大きさおよび方向を有する打ち出しベクトルを設定させ、
   前記地図情報に含まれる道路の形状情報に基づいて、前記打ち出しベクトルを補正させ、
   前記設定させた始点および終点と、前記補正させた打ち出しベクトルとに基づいて前記始点から前記終点までを補間する曲線を演算させ、
   前記道路の形状情報から得られる道路の曲率に応じたゲインを乗算することで、前記打ち出しベクトルを補正させる、
   経路生成プログラム。

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