JP6954180B2 - 自動運転システム - Google Patents

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Description

本発明は、車両に搭載される自動運転システムに関する。
特許文献1は、車両の制御装置を開示している。制御装置は、計画路を生成し、計画路に沿って車両を走行させる。計画路を生成する際、制御装置は、重量を考慮する。例えば、牽引走行時、車両と被牽引車両の重量の合計は、車両だけの重量よりも大きくなる。従って、非牽引走行の場合と同じ旋回半径で車両を走行させると、遠心力が過大となるおそれがある。そこで、牽引走行時、制御装置は、重量増加を考慮して、非牽引走行時よりも旋回半径を大きくする。
特開2016−215921号公報
車両に搭載される自動運転システムは、目的地までの目標走行ルートを決定する。目標走行ルートは、車両が実際に通行可能なものである必要がある。例えば、目標走行ルートに狭い区間が含まれる場合、幅の大きい車両はその狭い区間を通行できない可能性がある。他の例として、目標走行ルートに鋭角のカーブ区間が含まれる場合、長い車両はそのカーブ区間を通行できない可能性がある。自動運転システムによって決定された目標走行ルートを実際の車両が通行できない場合、自動運転システムに対する信頼が低下する。
上記の特許文献1に開示された従来技術によれば、車両及び被牽引車両の重量を考慮して、旋回半径が決定される。しかしながら、当該従来技術には、車両及び被牽引車両のサイズを考慮するという観点は記載されていない。
本発明の1つの目的は、車両が通行可能な適切な目標走行ルートを決定することができる自動運転システムを提供することにある。
第1の発明は、車両に搭載される自動運転システムを提供する。
前記自動運転システムは、
前記車両の運転環境を示す運転環境情報を取得する情報取得装置と、
前記運転環境情報に基づいて前記車両の自動運転を制御する自動運転制御装置と
を備える。
前記運転環境情報は、
地図情報と、
前記車両と一体的に移動するルーティング対象のサイズを示すサイズ情報と
を含む。
前記自動運転制御装置は、前記地図情報と前記サイズ情報を参照して、前記ルーティング対象が車道からはみ出すことなく通行可能な走行ルートを、目的地までの目標走行ルートとして決定する。
第2の発明は、第1の発明において、更に次の特徴を有する。
前記自動運転制御装置は、前記地図情報に基づいて、前記目的地までの走行ルートに含まれるカーブ区間の曲率に相当する曲率パラメータを算出する。
前記自動運転制御装置は、前記曲率パラメータと前記サイズ情報に基づいて、前記ルーティング対象が前記カーブ区間を通行可能か否かを判断する。
第3の発明は、第1又は第2の発明において、更に次の特徴を有する。
前記自動運転制御装置は、前記運転環境情報に基づいて目標パスを決定し、前記目標パスに追従するように前記車両の走行を制御する。
前記自動運転制御装置は、前記サイズ情報を参照し、前記ルーティング対象と周囲の物体との間の距離が所定値以上となるように前記目標パスを決定する。
第4の発明は、第1から第3の発明のいずれかにおいて、更に次の特徴を有する。
前記ルーティング対象は、前記車両である。
第5の発明は、第1から第3の発明のいずれかにおいて、更に次の特徴を有する。
前記ルーティング対象は、前記車両と、前記車両によって牽引される被牽引車両とを含む。
前記ルーティング対象の長さは、前記車両の長さと前記被牽引車両の長さの合計である。
前記ルーティング対象の幅は、前記車両の幅と前記被牽引車両の幅のうち大きい方である。
前記ルーティング対象の高さは、前記車両の高さと前記被牽引車両の高さのうち大きい方である。
本発明に係る自動運転システムは、ルーティング対象のサイズを考慮して、目的地までの目標走行ルートを決定する。具体的には、自動運転システムは、ルーティング対象が車道からはみ出すことなく通行可能な走行ルートを、目的地までの目標走行ルートとして決定する。その結果、自動運転システムによって決定された目標走行ルートを実際のルーティング対象が通行できないといった事態が防止される。従って、自動運転システムに対する信頼が向上する。
本発明の実施の形態に係る自動運転システムを説明するための概念図である。 非牽引状態におけるルーティング対象のサイズを説明するための概念図である。 牽引状態におけるルーティング対象のサイズを説明するための概念図である。 本発明の実施の形態に係る自動運転システムの構成例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る自動運転システムにおいて用いられる運転環境情報の例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態における目標走行ルートの決定方法を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態における目標走行ルートの決定方法を説明するための概念図である。 本発明の実施の形態における車両走行制御を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施の形態のおける目標パスの決定方法を説明するための概念図である。 本発明の実施の形態のおける目標パスの決定方法を説明するための概念図である。
添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
1.概要
図1は、本実施の形態に係る自動運転システム10を説明するための概念図である。自動運転システム10は、車両1に搭載されており、車両1の自動運転を制御する「自動運転制御」を行う。自動運転制御において、自動運転システム10は、目的地までの走行ルートである目標走行ルートを決定する。そして、自動運転システム10は、車両1が目標走行ルートに沿って目的地まで走行するように自動運転を行う。
ここで、本実施の形態において用いられる「ルーティング対象A」という用語について定義する。ルーティング対象Aは、目標走行ルートに沿って移動する物体であり、目標走行ルートを決定する際に考慮されるべき物体である。図2は、車両1が他車両を牽引していない「非牽引状態」を示している。非牽引状態の場合、ルーティング対象Aは、車両1である。図3は、車両1が被牽引車両(towed vehicle, trailer)Tを牽引している「牽引状態」を示している。牽引状態の場合、ルーティング対象Aは、車両1と被牽引車両Tの全体である。すなわち、ルーティング対象Aとは、少なくとも車両1を含み、車両1と一体的に移動する物体であると言える。
自動運転システム10が決定する目標走行ルートは、ルーティング対象Aが実際に通行可能なものである必要がある。例えば、目標走行ルートに狭い区間が含まれる場合、幅の大きいルーティング対象Aはその狭い区間を通行できない可能性がある。他の例として、目標走行ルートに鋭角のカーブ区間が含まれる場合、長いルーティング対象Aはそのカーブ区間を通行できない可能性がある。自動運転システム10によって決定された目標走行ルートを実際のルーティング対象Aが通行できない場合、自動運転システム10に対する信頼が低下する。
そこで、本実施の形態に係る自動運転システム10は、ルーティング対象Aの“サイズ”を考慮して、目的地までの目標走行ルートを決定する。サイズは、少なくとも、前後方向の“長さ”を含む。何故なら、“長さ”は、旋回時の内輪差に大きく寄与するからである。サイズは、横方向の“幅”、鉛直方向の“高さ”、ホイールベース、等を含んでいてもよい。
図2で示された非牽引状態の場合、ルーティング対象Aは、車両1である。ルーティング対象Aの長さL、幅W、及び高さ(図示されない)は、それぞれ、車両1の長さL1、幅W1、及び高さである。また、ルーティング対象AのホイールベースWBは、車両1の前輪2Fと後輪2Rとの間のホイールベースWB1である。
図3で示された牽引状態の場合、ルーティング対象Aは、車両1と被牽引車両Tの全体である。ルーティング対象Aの長さLは、車両1の長さL1と被牽引車両Tの長さLtの合計である。ルーティング対象Aの幅Wは、車両1の幅W1と被牽引車両Tの幅Wtのうち大きい方である。ルーティング対象Aの高さ(図示されない)は、車両1の高さと被牽引車両Tの高さのうち大きい方である。ルーティング対象AのホイールベースWBは、車両1の前輪2Fと被牽引車両Tの最も後方の車輪2Tとの間の距離である。
本実施の形態に係る自動運転システム10は、ルーティング対象Aのサイズを考慮して、目的地までの目標走行ルートを決定する。具体的には、自動運転システム10は、ルーティング対象Aが車道からはみ出すことなく通行可能な走行ルートを、目的地までの目標走行ルートとして決定する。その結果、自動運転システム10によって決定された目標走行ルートを実際のルーティング対象Aが通行できないといった事態が防止される。従って、自動運転システム10に対する信頼が向上する。
以下、本実施の形態に係る自動運転システム10について更に詳しく説明する。
2.自動運転システムの構成
図4は、本実施の形態に係る自動運転システム10の構成例を示すブロック図である。自動運転システム10は、GPS(Global Positioning System)受信器20、地図データベース30、センサ群40、通信装置50、HMI(Human Machine Interface)ユニット60、走行装置70、及び制御装置100を備えている。
GPS受信器20は、複数のGPS衛星から送信される信号を受信し、受信信号に基づいて車両1の位置及び方位を算出する。
地図データベース30には、地図情報が記録されている。地図情報は、レーン配置(レーン位置、レーン形状)の情報を含んでいる。地図情報は、更に、路側の構造物(壁、建物、標識、等)の位置情報を含んでいてもよい。
センサ群40は、車両1の周囲の状況を検出する周囲状況センサを含んでいる。周囲状況センサとしては、ライダー(LIDAR: Laser Imaging Detection and Ranging)、レーダー、ステレオカメラ、等が例示される。ライダーは、光を利用して車両1の周囲の物標を検出する。レーダーは、電波を利用して車両1の周囲の物標を検出する。ステレオカメラは、車両1の周囲の状況を撮像する。
また、センサ群40は、車両1の走行状態を検出する車両状態センサを含んでいる。車両状態センサとしては、車速センサ、舵角センサ、等が例示される。車速センサは、車両1の速度を検出する。舵角センサは、車両1の舵角を検出する。更に、車両状態センサは、車両1に被牽引車両Tが接続されているか否かを検出する牽引状態センサを含んでいる。
通信装置50は、車両1の外部と通信を行う。例えば、通信装置50は、周囲のインフラとの間でV2I通信(路車間通信)を行う。通信装置50は、周辺車両との間でV2V通信(車車間通信)を行ってもよい。
HMIユニット60は、ドライバに情報を提供し、また、ドライバから情報を受け付けるためのインタフェースである。具体的には、HMIユニット60は、入力装置と出力装置を有している。入力装置としては、タッチパネル、スイッチ、マイク、等が例示される。出力装置としては、表示装置、スピーカ、等が例示される。
走行装置70は、操舵装置、駆動装置、制動装置を含んでいる。操舵装置は、車輪を転舵する。駆動装置は、駆動力を発生させる動力源である。駆動装置としては、電動機やエンジンが例示される。制動装置は、制動力を発生させる。
制御装置100は、車両1の自動運転を制御する。この制御装置100は、プロセッサ及び記憶装置を備えるマイクロコンピュータである。制御装置100は、ECU(Electronic Control Unit)とも呼ばれる。プロセッサが記憶装置に格納された制御プログラムを実行することにより、制御装置100による自動運転制御が実現される。
より詳細には、制御装置100は、自動運転制御に必要な情報を取得する。自動運転制御に必要な情報は、車両1の運転環境を示す情報であり、以下「運転環境情報200」と呼ばれる。運転環境情報200は、記憶装置に格納され、適宜読み出されて利用される。
図5は、本実施の形態における運転環境情報200の例を示している。運転環境情報200は、位置方位情報220、地図情報230、センサ検出情報240、配信情報250、ドライバ入力情報260、及びサイズ情報270を含んでいる。
位置方位情報220は、車両1の位置及び方位を示す。制御装置100は、GPS受信器20から位置方位情報220を取得する。
地図情報230は、レーン配置(レーン位置、レーン形状)の情報を含んでいる。地図情報230は、更に、路側の構造物(壁、建物、標識、等)の位置情報を含んでいてもよい。制御装置100は、位置方位情報220と地図データベース30に基づいて、車両1の周囲や目的地までの地図情報230を取得する。制御装置100は、地図情報230に基づいて、車道(車両走行用の領域)、レーン曲率、レーン合流、レーン分岐、路側の構造物、等を把握することができる。
センサ検出情報240は、センサ群40による検出結果から得られる情報である。具体的には、センサ検出情報240は、車両1の周囲の物標に関する物標情報を含んでいる。車両1の周囲の物標としては、被牽引車両T、周辺車両、白線、路側の構造物などが例示される。また、センサ検出情報240は、車両1の状態を示す車両状態情報を含んでいる。車両1の状態としては、車速、舵角、牽引状態などが例示される。制御装置100は、センサ群40による検出結果に基づいて、センサ検出情報240を取得する。
配信情報250は、通信装置50を通して得られる情報である。制御装置100は、通信装置50を用いて外部と通信を行うことにより、配信情報250を取得する。
ドライバ入力情報260は、HMIユニット60を通して入力される情報である。ドライバは、HMIユニット60を用いて必要な情報を入力する。制御装置100は、HMIユニット60を通してドライバ入力情報260を取得する。
サイズ情報270は、ルーティング対象Aのサイズを示す。ルーティング対象Aは、車両1だけの場合もあるし(図2参照)、車両1と被牽引車両Tの全体である場合もある(図3参照)。制御装置100は、センサ検出情報240に含まれる牽引状態に基づいて、車両1が被牽引車両Tを牽引しているか否かを認識する。そして、制御装置100は、牽引状態に応じて必要なサイズ情報270を取得する。
車両1のサイズの情報は、制御装置100に予め登録される。被牽引車両Tのサイズの取得方法としては、様々な手法が考えられる。例えば、制御装置100は、周囲状況センサを用いて被牽引車両Tを物標として検出し、その検出結果(つまり、センサ検出情報240)から被牽引車両Tのサイズを取得する。他の例として、制御装置100は、外部システムから通信装置50を介して、被牽引車両Tのサイズを示す配信情報250を受け取ってもよい。更に他の例として、制御装置100は、ドライバからHMIユニット60を介して、被牽引車両Tのサイズを示すドライバ入力情報260を受け取ってもよい。
図4に示されるように、GPS受信器20、地図データベース30、センサ群40、通信装置50、HMIユニット60、及び制御装置100は、運転環境情報200を取得する「情報取得装置110」を構成していると言える。
制御装置100は、運転環境情報200に基づいて、車両1の自動運転を制御する。具体的には、制御装置100は、運転環境情報200に基づいて、車両1の走行プランを生成する。走行プランは、目的地までの目標走行ルートや、直近の目標パス(目標軌道)を含んでいる。そして、制御装置100は、走行装置70を適宜作動させ、走行プランに従って車両1を走行させる。
図4に示されるように、制御装置100と走行装置70は、運転環境情報200に基づいて車両1の自動運転を制御する「自動運転制御装置120」を構成していると言える。以下、本実施の形態に係る自動運転制御装置120による処理を更に詳しく説明する。
3.自動運転制御装置による処理
3−1.目標走行ルートの決定
図6は、本実施の形態における目標走行ルートの決定方法を示すフローチャートである。
ステップS110において、自動運転制御装置120は、位置方位情報220と地図情報230に基づいて、目的地までの走行ルート(仮の走行ルート)を生成する。その後、処理はステップS120に進む。
ステップS120において、自動運転制御装置120は、ステップS110で生成された走行ルートに含まれるカーブ区間を抽出する。そして、自動運転制御装置120は、地図情報230に基づいて、カーブ区間の曲率パラメータを算出する。曲率パラメータは、曲率1/Rに相当するパラメータである。曲率パラメータは、曲率1/Rであってもよいし、曲率半径Rであってもよい。その後、処理はステップS130に進む。
ステップS130において、自動運転制御装置120は、ルーティング対象AがステップS110で決定された走行ルートを通行可能か否かを判断する。より詳細には、自動運転制御装置120は、地図情報230とサイズ情報270を参照して、ルーティング対象Aが車道からはみ出すことなく走行ルートを通行可能か否かを判断する。
例えば、自動運転制御装置120は、ルーティング対象AがステップS120で抽出されたカーブ区間を通行可能か否かを判断する。カーブ区間に関しては、特に、旋回時のルーティング対象Aの内輪差を考慮することが重要である。
図7は、内輪差を考慮した判断手法の一例を説明するための概念図である。横軸は、ルーティング対象AのホイールベースWBを表している。縦軸は、カーブ区間の曲率1/Rを表している。図7中のRAは「通行可能領域」を表し、RBは「通行不可領域」を表している。ホイールベースWBが増加するにつれて、内輪差は大きくなる(経験的には、内輪差=WB/3で与えられる)。また、曲率1/Rが増加するにつれて、内輪差は大きくなる。内輪差が大きくなると、ルーティング対象Aがカーブ区間を通行できる確率が低下する。
自動運転制御装置120は、図7で示される関係に基づいて、ルーティング対象Aがカーブ区間を通行可能か否かを判断する。すなわち、自動運転制御装置120は、ステップS120で得られた曲率パラメータとサイズ情報270に基づいて、ルーティング対象Aがカーブ区間を通行可能か否かを判断する。
また、走行ルートには、道幅が狭い区間が含まれている可能性もある。そこで、自動運転制御装置120は、ルーティング対象Aの幅Wに着目して、ルーティング対象Aが車道からはみ出すことなく走行ルートを通行可能か否かを判断してもよい。走行ルート上の車道の幅は、地図情報230から得られる。
また、走行ルートには、車高が制限されている地点が存在する可能性もある。そこで、自動運転制御装置120は、ルーティング対象Aの高さに着目して、ルーティング対象Aが走行ルートを通行可能か否かを判断してもよい。車高の上限値は、地図情報230から得られる。
ルーティング対象Aは走行ルートを通行できないと判断された場合(ステップS130;No)、処理はステップS110に戻る。すなわち、自動運転制御装置120は、走行ルートを再度生成する(リルーティング)。一方、ルーティング対象Aは走行ルートを通行可能と判断された場合(ステップS130;Yes)、処理はステップS140に進む。
ステップS140において、自動運転制御装置120は、ステップS110で生成された走行ルートを、目的地までの目標走行ルートとして決定する。このように、自動運転制御装置120は、地図情報230とサイズ情報270を参照して、ルーティング対象Aが車道からはみ出すことなく通行可能な走行ルートを、目標走行ルートとして決定する。
ルーティング対象Aのサイズは、車両1が被牽引車両Tを牽引しているか否かに依って変わる(図2、3参照)。従って、目標走行ルートも、車両1が被牽引車両Tを牽引しているか否かに依って変わる可能性がある。
3−2.車両走行制御
車両1が目標走行ルートに沿って走行している最中、自動運転制御装置120は、車両1の走行を制御する車両走行制御を行う。車両走行制御は、操舵制御、加速制御、及び減速制御を含む。より詳細には、自動運転制御装置120は、運転環境情報200に基づいて、車両1が「目標パス(目標軌道)」に追従するように車両走行制御を行う。上述の目標走行ルートが目的地までの大局的なルートであるのに対し、目標パスは、車両1の局地的な軌道を意味する。例えば、目標パスは、あるレーン内の車両1の軌道を含む。また、目標パスは、車線変更や追い越しのための車両1の軌道を含む。
本実施の形態によれば、自動運転制御装置120は、目標パスを決定する際にもルーティング対象Aのサイズを考慮する。これにより、安全マージンが満たされるように目標パスを適切に決定することが可能となる。
図8は、本実施の形態における車両走行制御を説明するためのフローチャートである。図8に示されるフローは、一定サイクル毎に繰り返し実行される。
ステップS210において、自動運転制御装置120は、運転環境情報200に基づいて目標パスを生成する。例えば、自動運転制御装置120は、地図情報230を参照して、合流レーンから本線への車線変更を行うための目標パスを生成する。他の例として、自動運転制御装置120は、センサ検出情報240(物標情報)を参照して、先行車両を追い抜くための目標パスを生成する。その後、処理はステップS220に進む。
ステップS220において、自動運転制御装置120は、ステップS210において生成された目標パスが安全マージンを満たすか否かを判定する。より詳細には、自動運転制御装置120は、ルーティング対象Aが目標パスに沿って走行した場合のルーティング対象Aと周囲の物体(例:壁、周辺車両)との間の距離を算出する。そのために、自動運転制御装置120は、地図情報230、センサ検出情報240(物標情報)、及びサイズ情報270を参照する。
ルーティング対象Aと周囲の物体との間の距離が所定値未満の場合、安全マージンは満たされないと判定される(ステップS220;No)。この場合、処理はステップS210に戻る。すなわち、自動運転制御装置120は、目標パスを再度生成する。一方、ルーティング対象Aと周囲の物体との間の距離が所定値以上の場合、安全マージンは満たされると判定される(ステップS220;Yes)。この場合、処理はステップS230に進む。
図9は、安全マージンを満たさない目標パスの一例を示している。ルーティング対象Aのサイズは、サイズ情報270から得られる。旋回時のルーティング対象Aの内輪差は、経験的に、「ホイールベースWB/3」で与えられる。ルーティング対象Aの周囲の壁の位置は、地図情報230あるいはセンサ検出情報240(物標情報)から得られる。
図10は、安全マージンを満たす目標パスの一例を示している。図9の場合と比較して、目標パスは、より旋回外側に寄っている。図10に示される目標パスを用いることによって、スムーズな車両走行が可能となる。
ステップS230において、自動運転制御装置120は、ステップS210で生成された目標パスを採用する。その後、処理はステップS240に進む。
ステップS240において、自動運転制御装置120は、車両1が目標パスに追従するように、走行装置70を作動させて車両走行制御(操舵制御、加速制御、減速制御)を行う。周辺物体に対する余裕が比較的小さい場合、自動運転制御装置120は、HMIユニット60を通してドライバに注意を促してもよい。
以上に説明されたように、自動運転制御装置120は、サイズ情報270を参照して、安全マージンが満たされるように目標パスを決定する。これにより、スムーズな車両走行が可能となる。
1 車両
10 自動運転システム
20 GPS受信器
30 地図データベース
40 センサ群
50 通信装置
60 HMIユニット
70 走行装置
100 制御装置
110 情報取得装置
120 自動運転制御装置
200 運転環境情報
220 位置方位情報
230 地図情報
240 センサ検出情報
250 配信情報
260 ドライバ入力情報
270 サイズ情報
T 被牽引車両

Claims (5)

  1. 車両に搭載される自動運転システムであって、
    前記車両の運転環境を示す運転環境情報を取得する情報取得装置と、
    前記運転環境情報に基づいて前記車両の自動運転を制御する自動運転制御装置と
    を備え、
    前記運転環境情報は、
    地図情報と、
    前記車両と一体的に移動するルーティング対象のサイズを示すサイズ情報と
    を含み、
    前記ルーティング対象は、前記車両と、前記車両によって牽引される被牽引車両とを含み、
    前記自動運転制御装置は、前記地図情報と前記サイズ情報を参照して、前記ルーティング対象が車道からはみ出すことなく通行可能な走行ルートを、目的地までの目標走行ルートとして決定する
    自動運転システム。
  2. 請求項1に記載の自動運転システムであって、
    前記サイズ情報は、前記車両の前輪と前記被牽引車両の最も後方の車輪との間の距離であるホイールベースを含み、
    前記自動運転制御装置は、前記地図情報と前記ホイールベースを参照して、前記ルーティング対象が少なくともカーブ区間において前記車道からはみ出すことなく通行可能な走行ルートを、前記目的地までの前記目標走行ルートとして決定する
    自動運転システム。
  3. 請求項に記載の自動運転システムであって、
    前記自動運転制御装置は、前記地図情報に基づいて、前記目的地までの走行ルートに含まれる前記カーブ区間の曲率に相当する曲率パラメータを算出し、
    前記自動運転制御装置は、前記曲率パラメータと前記ホイールベースに基づいて、前記ルーティング対象が前記車道からはみ出すことなく前記カーブ区間を通行可能か否かを判断する
    自動運転システム。
  4. 請求項1乃至3のいずれか一項に記載の自動運転システムであって、
    前記自動運転制御装置は、前記運転環境情報に基づいて目標パスを決定し、前記目標パスに追従するように前記車両の走行を制御し、
    前記自動運転制御装置は、前記サイズ情報を参照し、前記ルーティング対象と周囲の物体との間の距離が所定値以上となるように前記目標パスを決定する
    自動運転システム。
  5. 請求項1乃至のいずれか一項に記載の自動運転システムであって、
    記ルーティング対象の長さは、前記車両の長さと前記被牽引車両の長さの合計であり、
    前記ルーティング対象の幅は、前記車両の幅と前記被牽引車両の幅のうち大きい方であり、
    前記ルーティング対象の高さは、前記車両の高さと前記被牽引車両の高さのうち大きい方である
    自動運転システム。
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