JP6623421B2 - 走行制御装置および走行制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両の自動運転システムに用いて好適な走行制御装置および走行制御方法に関する。

車両の自動運転に関する従来技術として、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。この特許文献１には、自動運転許可スイッチによる許可に基づいて、走行路面上に敷設された誘導線に沿って自動運転を開始させる技術が記載されている。

自動運転システムでは、道路車線上に目標となる走行経路を設定するとともに、走行経路上に複数の目標位置を設定して、各目標位置を目標にして車両を走行させるようにしている。各目標位置には、Ｘ座標、Ｙ座標および当該各目標位置に車両が到達した際の目標速度が与えられており、車両はこれらの情報に従って走行を行う。

図１は、道路車線１００上に設定された走行経路１１０の一例を示す図である。図１に示すように、走行経路１１０上には、自動運転を開始する開始位置「Ｓ０」および自動運転を終了する目標停止位置「Ｓｎ」が設定されるとともに、開始位置Ｓ０と目標停止位置Ｓｎとの間に複数の目標位置Ｓ１〜目標位置Ｓｎ−１が設定される。開始位置Ｓ０のＸ座標、Ｙ座標および目標速度は「Ｘ０，Ｙ０，Ｖ０」、目標停止位置ＳｎのＸ座標、Ｙ座標および目標速度は「Ｘｎ，Ｙｎ，Ｖｎ」であり、目標位置Ｓ１〜目標位置Ｓｎ−１のＸ座標、Ｙ座標および目標速度は「Ｘ１，Ｙ１，Ｖ１」、「Ｘ２，Ｙ２，Ｖ２」、「Ｘ３，Ｙ３，Ｖ３」、…、「Ｘｎ−２，Ｙｎ−２，Ｖｎ−２」、「Ｘｎ−１，Ｙｎ−１，Ｖｎ−１」である。また、最初の目標位置Ｓ１と開始位置Ｓ０との間の目標距離、それに続く各目標位置の間の目標距離、最後の目標位置Ｓｎ−１と目標停止位置Ｓｎとの間の目標距離は、「ｄ１」、「ｄ２」、「ｄ３」、…、「ｄｎ−１」、「ｄｎ」である。

自動運転システムでは、最初の目標位置Ｓ１と開始位置Ｓ０との間、それに続く各目標位置の間、最後の目標位置Ｓｎ−１と目標停止位置Ｓｎとの間のそれぞれにおいて、車両の加減速度制御を行っている。加減速度制御は、式（１）に示す目標加減速度ａに基づいて行われる。

目標加減速度ａ＝第１制御ゲイン×(目標速度−実速度)＋第２制御ゲイン×(目標距離−実距離)・・・（１）

式（１）において、「目標速度」は、例えば開始位置Ｓ０から目標位置Ｓ１までの間においては「Ｖ１」、目標位置Ｓ１から目標位置Ｓ２までの間においては「Ｖ２」である。また、「実速度」は車両の現在速度である。また、「目標距離」は、例えば開始位置Ｓ０から目標位置Ｓ１までの間においては「ｄ１」である。また、「実距離」は、例えば開始位置Ｓ０から目標位置Ｓ１までの間においては、開始位置Ｓ０から現在位置までの距離である。なお、式（１）において、第１制御ゲイン×(目標速度−実速度)を「速度制御項」と称し、第２制御ゲイン×(目標距離−実距離)を「位置制御項」と称する。

自動運転システムは、開始位置Ｓ０から車両の走行を開始させた後、実距離が目標距離（例えば、ｄ１）に達すると、現在の目標位置（例えば、Ｓ１）を次の目標位置（例えば、Ｓ２）に更新し、更新した目標位置（例えば、Ｓ２）に向かって走行させる。

特開平３−１４２５０７号公報

しかしながら、上述した従来の自動運転システムでは、実際に走行している経路（実走行経路）が目標とする走行経路から離れた場合、実距離が早々に目標距離に達してしまい、目標位置を更新するタイミングがずれてしまうという問題があった。目標位置を更新するタイミングにずれが生ずると、現在位置における目標速度にずれが生じたり、式（１）における位置制御項の値が０になるタイミングにずれが生じたりすることにより、現在位置に対応して算出される目標加減速度ａが正しい値でなくなり、最終的な車両の停止位置と目標停止位置との間にずれが生じてしまう。図２は、従来の自動運転システムにおいて、実走行経路１１１が目標とする走行経路１１０から離れたときに生ずる課題を説明するための図である。同図に示すように、車両（不図示）が走行経路１１０から離れた実走行経路１１１を走行すると、目標位置Ｓ１に達するまでの実距離ｄ１’が目標距離ｄ１より長くなる。すなわち、実走行経路１１１を走行すると、目標距離ｄ１を走行したときの位置が目標位置Ｓ１の手前に来てしまい、当該位置で目標値の更新が行われることになる。したがって、目標位置の更新が走行経路１１０を走行する場合よりも早く行われることから、現在位置に対応して算出される目標加減速度ａが正しい値でなくなり、ゴール（Ｇ）となる車両の停止位置（Ｇ’）が目標停止位置Ｓｎ（Ｇ）の手前に来てしまうことになる。

本発明の目的は、実走行経路が目標となる走行経路から離れても、目標位置を更新するタイミングがずれることなく正確に更新することが可能な走行制御装置および走行制御方法を提供することである。

本発明に係る走行制御装置は、
複数の車両位置から構成される走行経路に沿って走行する車両の走行制御装置であって、
前記車両の現在位置を取得する現在位置取得部と、
前記車両の現在速度を取得する現在速度取得部と、
前記現在位置取得部により取得された前記現在位置を前記走行経路上に投影した位置を投影位置として算出する投影位置算出部と、
前記走行経路上における前記複数の車両位置のうち前記投影位置の前方かつ直近に位置する第１車両位置に設定されている目標速度と前記現在速度との第１差分と、前記走行経路上における前記複数の車両位置のうち前記投影位置の後方かつ直近に位置する第２車両位置から前記第１車両位置までの距離と、前記第２車両位置から前記投影位置までの距離との第２差分とに基づいて前記車両の目標加減速度を算出する目標加減速度算出部と、
前記目標加減速度算出部により算出された前記目標加減速度に応じて前記車両の加減速度を制御する制御部と、
を備える。

本発明に係る走行制御方法は、
複数の車両位置から構成される走行経路に沿って走行する車両の走行制御方法であって、
前記車両の現在位置を取得し、
前記車両の現在速度を取得し、
取得された前記現在位置を前記走行経路上に投影した位置を投影位置として算出し、
前記走行経路上における前記複数の車両位置のうち前記投影位置の前方かつ直近に位置する第１車両位置に設定されている目標速度と前記現在速度との第１差分と、前記走行経路上における前記複数の車両位置のうち前記投影位置の後方かつ直近に位置する第２車両位置から前記第１車両位置までの距離と、前記第２車両位置から前記投影位置までの距離との第２差分とに基づいて前記車両の目標加減速度を算出し、
算出された前記目標加減速度に応じて前記車両の加減速度を制御する。

本発明によれば、実走行経路が目標となる走行経路から離れても、目標位置を更新するタイミングがずれることなく正確に更新することができる。

道路車線上に設定された走行経路の一例を示す図である。 従来の自動運転システムにおける課題を説明するための図である。 本実施の形態における走行制御装置の概略構成と走行制御装置の制御対象である車両の駆動系の概略構成を示す図である。 本実施の形態における走行制御装置による投影位置の算出および目標加減速度の算出を説明するための図である。 本実施の形態における走行制御装置による目標位置の更新を説明するための図である。 本実施の形態における走行制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。 本実施の形態における走行制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。

以下、本実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図３は、本実施の形態における走行制御装置１の概略構成と走行制御装置１の制御対象である車両２９の駆動系の概略構成（１例）を示す図である。同図において、本実施の形態の走行制御装置１は、道路情報取得部１０、現在位置取得部１１、現在速度取得部１２、投影位置算出部１３、目標加減速度算出部１４、および車両２９の加減速度を制御する制御部１５を備える。

道路情報取得部１０は、ハードディスクや半導体メモリ等の記憶装置を有し、半導体メモリ等の記録媒体や、無線または有線を使用したデータ通信により、開始位置Ｓ０および目標停止位置Ｓｎを含む複数の目標位置Ｓ１，Ｓ２，…それぞれにおける位置情報（Ｘ座標、Ｙ座標）と速度情報（目標速度）等を取得して保存する。現在位置取得部１１は、地図情報を有するとともに、ＧＰＳ(Global Positioning System)電波受信機能を有し、車両２９の現在位置を取得する。現在速度取得部１２は、速度センサ（不図示）を有し、車両２９の現在速度を取得する。投影位置算出部１３は、現在位置取得部１１により取得された車両２９の現在位置を走行経路上に投影した位置を投影位置として算出する。投影位置の算出には、道路情報取得部１０により取得された位置情報が用いられる。

ここで、投影位置の算出について図４を用いて説明する。同図では、車両２９の現在位置（実走行経路１１１上の実位置Ｓ１’）に対する投影位置Ｐを示している。投影位置Ｐは、現在位置である実走行経路１１１上の実位置Ｓ１’を走行経路１１０上に略垂直に投影した位置（Ｘｐ，Ｙｐ）となる。

車両２９の走行方向Ｘにおいて目標距離ｄｌに対する投影距離ｄｐの割合ｋ＝ｄｐ／ｄｌは、以下の式（２）より求めることができる。
ｋ＝ｄｐ／ｄｌ＝((Ｘ_１-Ｘ_０)(Ｘ_１’-Ｘ_０)＋(Ｙ_１-Ｙ_０)(Ｙ_１’-Ｙ_０))/√（(Ｘ_１-Ｘ_０)²+(Ｙ_１-Ｙ_０)²）・・（２）

また、投影位置Ｐの座標（Ｘｐ，Ｙｐ）は、以下の式（３）より求めることができる。
Ｘ_p＝Ｘ_０＋ｋ×(Ｘ_１-Ｘ_０)，Ｙ_p＝Ｙ_０＋ｋ×(Ｙ_１−Ｙ_０)・・・（３）
これは、目標距離「ｄ１」に対する投影距離ｄｐの割合ｋを計算する１例であり、目標距離「ｄ２」、「ｄ３」、…、「ｄｎ−１」、「ｄｎ」に対する投影距離ｄｐの割合ｋを同様の方法によって繰り返し計算する。

また、投影位置Ｐにおける速度Ｖｐは、以下の式（４）より求めることができる。
Ｖp＝Ｖ_１＋ｋ×(Ｖ_１−Ｖ_０)・・・（４）

このように、実走行経路１１１上の実位置Ｓ１’を走行経路１１０上に投影した投影位置Ｐおよび速度Ｖｐを求めることができる。なお、本明細書に記載されている目標位置のＸ座標、Ｙ座標、および、現在位置のＸ座標、Ｙ座標は、説明を簡易にするための１例である。実際には、走行制御装置１には、目標位置および現在位置として、Ｘ座標、Ｙ座標、Ｚ座標の三次元データが提供される。そして、走行制御装置１は、Ｘ座標、Ｙ座標、Ｚ座標の三次元データを用いて投影位置を算出する。

図３に戻り、目標加減速度算出部１４は、車両２９を自動運転する際の目標加減速度を算出する。目標加減速度ａは、以下の式（５）より求めることができる。

目標加減速度ａ＝第１制御ゲイン×(目標速度−実速度)＋第２制御ゲイン×(目標距離−投影距離)・・・（５）

ここで、目標加減速度の算出について図４を用いて説明する。同図において、目標加減速度算出部１４は、まず車両の走行方向（進行方向）Ｘにおいて投影位置Ｐの前方かつ直近に位置する目標位置Ｓ１（以下、「第１車両位置」とも言う）に設定されている目標速度Ｖ１と現在速度（実速度）Ｖ１’との第１差分に第１制御ゲインを乗算し、得られた値を一時的に保存する。次いで、目標加減速度算出部１４は、車両２９の走行方向における投影位置Ｐの後方かつ直近に位置する開始位置Ｓ０（以下、「第２車両位置」とも言う）から目標位置Ｓ１までの距離ｄ１と、開始位置Ｓ０から投影位置Ｐまでの投影距離ｄｐとの第２差分に第２制御ゲインを乗算し、得られた値を一時的に保存する。そして、目標加減速度算出部１４は、保存した２つの値を積算して目標加減速度を得る。目標加減速度算出部１４は、投影位置Ｐが目標位置Ｓ１に達するまでの間、繰り返し目標加減速度を計算する。そして、目標加減速度算出部１４は、目標位置Ｓ１を通過した時点で目標位置を次の目標位置Ｓ２に更新し、目標位置Ｓ２に向けた目標加減速度の計算を開始する。以後、投影位置Ｐが目標停止位置Ｓｎに達するまで、同様の計算を繰り返し行う。

本実施の形態では、目標加減速度算出部１４は、目標位置の更新を目標距離に対する投影距離の割合で判断する。ここで、目標位置の更新について図５を参照しながら説明する。同図は、目標位置を目標位置Ｓ１から目標位置Ｓ２に更新する場合について説明するための図である。同図に示すように、目標距離ｄ１に対する投影距離ｄｐの割合ｋは、上記した式（２）より求めることができる。目標距離ｄ１に対する投影距離ｄｐの割合ｋが、０≦ｋ≦１の場合、投影位置Ｐが目標距離ｄ１内にあり、目標位置Ｓ１に到達していないと判断することができる。一方、当該割合ｋが、ｋ＞１の場合は、投影位置Ｐが目標位置Ｓ１に到達したと判断することができる。目標加減速度算出部１４は、投影位置Ｐが目標位置Ｓ１に到達したと判断すると、道路情報取得部１０より次の目標位置Ｓ２を取得し、目標位置を更新する。なお、開始位置Ｓ０と目標停止位置Ｓｎとの間において目標位置の設定数を多くすることによって、より高精度な加減速度制御を行うことができる。

図３に戻り、制御部１５は、目標加減速度算出部１４で算出された目標加減速度に応じて車両２９の加減速度を制御する。ここで、車両２９の駆動系は、主にエンジン３０、クラッチ３１、変速機（トランスミッション）３２、推進軸（プロペラシャフト）３３、差動装置（デファレンシャルギヤ）３４および駆動軸（ドライブシャフト）３５で構成される。そして、この駆動系において、エンジン３０の動力は、クラッチ３１を経由して変速機３２に伝わり、さらに、推進軸３３から差動装置３４に伝わった後、駆動軸３５を介して車輪４０に伝わる。このような経路で、エンジン３０の動力が車輪４０に伝達される。

エンジン３０の出力は、エンジン用ＥＣＵ５０により制御される。また、クラッチ３１の切断および変速機３２の変速は、動力伝達用ＥＣＵ５１により制御される。また、制動は、リターダ３６やフットブレーキ３７で行われる。なお、エンジン用ＥＣＵ５０と動力伝達用ＥＣＵ５１により制御される排気ブレーキなどの補助ブレーキも制動に含まれる。

制御部１５は、車両２９を加速させるときは、エンジン用ＥＣＵ５０に対してアクセルを踏み込むための信号を出力し、車両２９を減速させるときは、リターダ３６やフットブレーキ３７および排気ブレーキを動作させる信号を出力する。

図６は、本実施の形態における走行制御装置１の動作を説明するためのフローチャートである。同図において、まず、現在位置取得部１１は、車両２９の現在位置を取得する（ステップＳ１０）。次いで、現在速度取得部１２は、車両２９の現在速度を取得する（ステップＳ１１）。現在位置取得部１１が車両２９の現在位置を取得すると、投影位置算出部１３は、道路情報取得部１０にて取得された開始位置Ｓ０および目標停止位置Ｓｎを含む複数の目標位置Ｓ１，Ｓ２，…それぞれにおける位置情報を用いて、車両２９の現在位置を走行経路１１０上に投影した投影位置Ｐを算出する（ステップＳ１２）。

投影位置算出部１３が投影位置Ｐを算出した後、目標加減速度算出部１４は、投影位置Ｐと、現在位置取得部１１で取得された現在位置と、現在速度取得部１２で取得された現在速度と、道路情報取得部１０で取得された開始位置Ｓ０および目標停止位置Ｓｎを含む複数の目標位置Ｓ１，Ｓ２，…それぞれにおける位置情報・速度情報とを用いて、車両２９の自動運転時の目標加減速度ａを算出する（ステップＳ１３）。なお、目標加減速度ａの算出処理については後述する。

目標加減速度算出部１４が目標加減速度ａを算出すると、制御部１５は、目標加減速度ａに応じて車両２９の加減速度を制御する（ステップＳ１４）。すなわち、制御部１５は、車両２９を加速させるときは、エンジン用ＥＣＵ５０に対してアクセルを踏み込むための信号を出力し、車両２９を減速させるときは、リターダ３６やフットブレーキ３７を動作させる信号を出力し、また動力伝達用ＥＣＵ５１に対して補助ブレーキを動作させる信号を出力する。

制御部１５が車両２９の加減速度制御を行った後、目標加減速度算出部１４は、投影位置Ｐが現在の目標位置（例えば、目標位置Ｓ１）を通過したか否かについて判定する（ステップＳ１５）。この判定の結果、投影位置Ｐが現在の目標位置を通過していない場合（ステップＳ１５にてＮＯ）、処理はステップＳ１０の前に戻る。一方、投影位置Ｐが現在の目標位置を通過した場合（ステップＳ１５にてＹＥＳ）、目標加減速度算出部１４は、現在の目標位置が目標停止位置であるか否かについて判定する（ステップＳ１６）。判定の結果、現在の目標位置が目標停止位置でない場合（ステップＳ１６にてＮＯ）、目標加減速度算出部１４は、目標位置を次の目標位置（例えば、目標位置Ｓ２）に更新し（ステップＳ１７）、処理はステップＳ１０の前に戻る。一方、現在の目標位置が目標停止位置である場合（ステップＳ１６にてＹＥＳ）、走行制御装置１は、図６における処理を終了する。

図７は、目標加減速度算出部１４による目標加減速度の算出を説明するためのフローチャートである。同図において、まず、目標加減速度算出部１４は、第１車両位置を取得する（ステップＳ１３１）。次いで、目標加減速度算出部１４は、第１車両位置に設定されている目標速度を取得する（ステップＳ１３２）。次いで、目標加減速度算出部１４は、取得した目標速度と現在の速度との第１差分を算出する（ステップＳ１３３）。第１差分を算出した後、目標加減速度算出部１４は、第２車両位置を取得する（ステップＳ１３４）。次いで、目標加減速度算出部１４は、第２車両位置から第１車両位置までの距離Ｌ１（＝ｄｌ）を算出する（ステップＳ１３５）。さらに、目標加減速度算出部１４は、第２車両位置から投影位置Ｐまでの距離Ｌ２（＝ｄｐ）を算出する（ステップＳ１３６）。距離Ｌ１，Ｌ２を算出した後、目標加減速度算出部１４は、これらの差分を第２差分として算出する（ステップＳ１３７）。第１差分と第２差分とを求めた後、目標加減速度算出部１４は、車両２９の目標加減速度を算出する（ステップＳ１３８）。すなわち、目標加減速度算出部１４は、第１差分に第１制御ゲインを乗算するとともに、第２差分に第２制御ゲインを乗算し、それぞれにて得られた値を積算する。これにより、車両２９の目標加減速度が得られる。車両２９の目標加減速度を算出した後、走行制御装置１は、図６における処理（メイン処理）に戻る。

このように構成した実施の形態の走行制御装置１は、投影位置算出部１３が、現在位置取得部１１により取得された車両２９の現在位置を走行経路１１０上に投影した位置を投影位置Ｐとして算出し、目標加減速度算出部１４が、車両２９の走行方向において投影位置Ｐの前方かつ直近に位置する目標位置Ｓ１に設定されている目標速度Ｖ１と現在速度（実速度）Ｖ１’との第１差分に第１制御ゲインを乗算するとともに、車両２９の走行方向における投影位置Ｐの後方かつ直近に位置する開始位置Ｓ０から目標位置Ｓ１までの距離ｄ１と、開始位置Ｓ０から投影位置Ｐまでの投影距離ｄｐとの第２差分に第２制御ゲインを乗算し、得られた２つの値を積算して目標加減速度を得る。そのため、実走行経路１１１が目標となる走行経路１１０から離れても、目標位置を更新するタイミングがずれることなく正確に更新することが可能となり、自動運転における車両の停止位置の精度を向上させることができる。ちなみに、シミュレーションした結果、車両の停止位置の誤差が従来の制御に比べて約１／１０になった。

なお、上記実施の形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

例えば、上記実施の形態では、目標位置の更新を、目標距離ｄｌに対する投影距離ｄｐの割合で判断する例について説明したが、投影位置Ｐが直近かつ前方の目標位置に達したか否かを判定することで判断するようにしても良い。これにより、目標距離に対する投影距離の割合を算出する場合と比べて、目標位置の更新タイミングであるか否かについてより簡便に判断することができる。

本発明は、実走行経路が目標となる走行経路から離れても、目標位置を更新するタイミングがずれることなく正確に更新することが可能な走行制御装置および走行制御方法として有用である。

１ 走行制御装置
１０ 道路情報取得部
１１ 現在位置取得部
１２ 現在速度取得部
１３ 投影位置算出部
１４ 目標加減速度算出部
１５ 制御部
２９ 車両
３０ エンジン
３１ クラッチ
３２ 変速機
３３ 推進軸
３４ 差動装置
３５ 駆動軸
３６ リターダ
３７ フットブレーキ
４０ 車輪
５０ エンジン用ＥＣＵ
５１ 動力伝達用ＥＣＵ
１００ 道路車線
１１０ 走行経路
１１１ 実走行経路

Claims (4)

1. 複数の車両位置から構成される走行経路に沿って走行する車両の走行制御装置であって、
   前記車両の現在位置を取得する現在位置取得部と、
   前記車両の現在速度を取得する現在速度取得部と、
   前記現在位置取得部により取得された前記現在位置を前記走行経路上に投影した位置を投影位置として算出する投影位置算出部と、
   前記走行経路上における前記複数の車両位置のうち前記投影位置の前方かつ直近に位置する第１車両位置に設定されている目標速度と前記現在速度との第１差分と、前記走行経路上における前記複数の車両位置のうち前記投影位置の後方かつ直近に位置する第２車両位置から前記第１車両位置までの距離と、前記第２車両位置から前記投影位置までの距離との第２差分とに基づいて前記車両の目標加減速度を算出する目標加減速度算出部と、
   前記目標加減速度算出部により算出された前記目標加減速度に応じて前記車両の加減速度を制御する制御部と、
   を備える走行制御装置。
2. 前記目標加減速度算出部は、前記第１差分に第１制御ゲインを乗算することで得られた値と、前記第２差分に第２制御ゲインを乗算することで得られた値とを積算することによって前記目標加減速度を算出する、
   請求項１に記載の走行制御装置。
3. 前記投影位置算出部は、前記第１および第２車両位置と前記現在位置とに基づいて前記投影位置を算出する、
   請求項１または２に記載の走行制御装置。
4. 複数の車両位置から構成される走行経路に沿って走行する車両の走行制御方法であって、
   前記車両の現在位置を取得し、
   前記車両の現在速度を取得し、
   取得された前記現在位置を前記走行経路上に投影した位置を投影位置として算出し、
   前記走行経路上における前記複数の車両位置のうち前記投影位置の前方かつ直近に位置する第１車両位置に設定されている目標速度と前記現在速度との第１差分と、前記走行経路上における前記複数の車両位置のうち前記投影位置の後方かつ直近に位置する第２車両位置から前記第１車両位置までの距離と、前記第２車両位置から前記投影位置までの距離との第２差分とに基づいて前記車両の目標加減速度を算出し、
   算出された前記目標加減速度に応じて前記車両の加減速度を制御する、
   走行制御方法。

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