JP7314882B2 - 自動運転装置 - Google Patents

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本発明は、自動運転装置に関する。
近年、ポテンシャル場を用いて自車両が走行すべき走行軌跡を設定する技術が提案されている。例えば、下記の特許文献１には、基本走行ポテンシャル、顕在ポテンシャル及び潜在ポテンシャルを加算することでポテンシャル場を演算し、当該ポテンシャル場に基づいて走行軌跡を設定する技術が開示されている。
特開２０１８－１９２９５４号公報
引用文献１に記載された基本走行ポテンシャルは、車線境界に対する斥力ポテンシャルに過ぎない。このため、特に車線がない場合に自車両が目標位置へ向かう際の運転行動（例えば、自車両のヨーレート等）を適切に設定できない。同時に、目標速度を維持するための運転行動（例えば、自車両の加減速度等）の設定をポテンシャルを介して導入できない。
そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、目標とする速度で目的地へ向かう自車両の運転行動を適切に設定するための基本走行ポテンシャルを求めることを目的とする。
本発明の一の態様においては、基本走行ポテンシャルを含むポテンシャル場に基づいて自車両の運転行動を設定する自動運転装置であって、自車両の位置や速度に関する車両情報を取得する車両情報取得部と、走行すべき目標位置や目標速度に関する目標情報を取得する目標情報取得部と、前記目標速度と前記自車両の速度との速度差に比例したポテンシャルである速度差ポテンシャルを生成する第１ポテンシャル生成部と、前記目標位置と前記自車両の位置の間の方位差に比例したポテンシャルである方位差ポテンシャルを生成する第２ポテンシャル生成部と、生成した前記速度差ポテンシャル及び前記方位差ポテンシャルを加算して、目的の方向へ目標速度で向かわせるための目標ポテンシャルを求める第１算出部と、求めた前記目標ポテンシャルに基づいて、前記自車両が将来走行する走行位置の推奨度合いを示す前記基本走行ポテンシャルを求める第２算出部と、を備える、自動運転装置を提供する。
また、前記第１ポテンシャル生成部は、前記速度差ポテンシャルとして、前記速度差に比例した斥力ポテンシャル又は引力ポテンシャルを生成し、前記第２ポテンシャル生成部は、前記方位差ポテンシャルとして、前記方位差に比例した引力ポテンシャルを生成することとしてもよい。
また、前記第１ポテンシャル生成部は、前記速度差が所定の最小値又は最大値を超える場合には、前記最小値又は前記最大値に比例した前記速度差ポテンシャルを生成することとしてもよい。
また、前記第２ポテンシャル生成部は、前記方位差が所定の閾値を超える場合には、前記閾値に比例した前記方位差ポテンシャルを生成することとしてもよい。
また、前記第２算出部が求めた前記基本走行ポテンシャルに基づいて、前記運転行動として、前記自車両の加減速度とヨーレートを設定する運転行動設定部を更に備えることとしてもよい。
本発明によれば、目標とする速度で目的地へ向かう自車両の運転行動を適切に設定するための基本走行ポテンシャルを求められるという効果を奏する。
一の実施形態に係る自動運転装置１の構成の一例を説明するための模式図である。 制御装置１０の詳細構成の一例を説明するためのブロック図である。 自車両の位置を説明するための模式図である。 速度差ポテンシャルの一例を説明するための模式図である。 方位差ポテンシャルの一例を説明するための模式図である。 自動運転装置１の動作例を説明するためのフローチャートである。 基本走行ポテンシャルの算出の流れを説明するためのフローチャートである。
＜自動運転装置の構成＞
本発明の一の実施形態に係る自動運転装置の構成について、図１を参照しながら説明する。
図１は、一の実施形態に係る自動運転装置１の構成の一例を説明するための模式図である。自動運転装置１は、例えばトラック等の車両に搭載されており、自車両の運転を支援する。自動運転装置１は、例えば自動運転時に、自車両の運転行動を設定し、設定した運転行動に基づいて運転経路を決定する。自動運転装置１は、基本走行ポテンシャルを含むポテンシャル場に基づいて、自車両の運転行動を設定する。自車両は、自動運転装置１が設定した運転行動に沿って走行する。また、自車両は、自動運転装置１が決定した運転経路に沿って走行可能となっている。
自動運転装置１は、図１に示すように、車両検出部２と、環境認識部４と、地図データベース６と、制御装置１０とを有する。
車両検出部２は、自車両の状態を検出する。車両検出部２は、自車両の位置や速度を検出する。例えば、車両検出部２は、ＧＰＳ（Global Positioning System）受信機を有しており、ＧＰＳ受信機が受信した電波により自車両の位置を検出する。
環境認識部４は、自車両の周囲の環境状況を認識する。例えば、環境認識部４は、カメラ、レーダ等の外部センサを有する。環境認識部４は、例えば自車両が走行する車線の位置や幅等を認識する。また、環境認識部４は、外部センサの出力に基づいて、自車両の周囲の障害物（例えば、他車両、自転車、歩行者等）を認識しうる。
地図データベース６は、道路地図情報を記憶している。道路地図情報には、例えば、道路の緯度、経度及び標高の３次元座標を示すデータが含まれている。また、道路地図情報には、自車両が走行する道路の車線数や車線構造の情報が含まれている。さらに、地図データベース６は、車両検出部２が検出した自車両の位置に基づいて、環境認識部４で認識する車線の情報を代わりに取得することができる。
制御装置１０は、自動運転装置１の動作を制御する。制御装置１０は、ポテンシャル場を用いて自車両の運転行動を設定する。ポテンシャル場は、例えば公知のように、基本走行ポテンシャルや顕在リスクポテンシャルを加算することで求められる。本実施形態の制御装置１０は、詳細は後述するが、自車両の速度と目標速度の速度差に依存した速度差ポテンシャルと、自車両の位置と目標地点との方位差に依存した方位差ポテンシャルとを加算して、基本走行ポテンシャルを求める。これにより、自車両の運転行動を適切に設定するための基本走行ポテンシャルを精度良く求められる。
＜制御装置１０の詳細構成＞
制御装置１０の詳細構成について、図２を参照しながら説明する。
図２は、制御装置１０の詳細構成の一例を説明するためのブロック図である。制御装置１０は、図２に示すように、記憶部１２と、制御部１４とを有する。
記憶部１２は、例えばＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を含む。記憶部１２は、制御部１４が実行するためのプログラムや各種データを記憶する。
制御部１４は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）である。制御部１４は、記憶部１２に記憶されたプログラムを実行することにより、車両情報取得部１４２、目標情報取得部１４３、第１ポテンシャル生成部１４４、第２ポテンシャル生成部１４５、第１算出部１４６、第２算出部１４７、運転行動設定部１４８及び運転経路決定部１４９として機能する。
車両情報取得部１４２は、自車両の走行情報を取得する。例えば、車両情報取得部１４２は、走行中の自車両の位置や速度を取得する。車両情報取得部１４２は、車両検出部２（図１）の検出結果から、自車両の位置や速度を取得する。
図３は、自車両の位置を説明するための模式図である。自車両である車両１００の位置は、車両重心であり、ここでは図３に示すように車両１００の後輪軸中心である。以下では、車両重心から前方をＸ軸方向とし、車両重心から左右をＹ軸方向とする。また、車両重心から目標位置Ｔの間の方位差をΔΨとする。また、目標位置Ｔの座標は、（Ｘdst、Ｙdst）であるものとする。
目標情報取得部１４３は、走行すべき目標位置や目標速度に関する目標情報を取得する。目標位置は、例えば自車両から所定距離（一例として１００ｍ）だけ前方の位置である。目標位置は、地図データベース６に記憶された道路地図情報に設定された任意地点であってもよい。目標速度は、例えば車線の法定速度である。目標情報取得部１４３は、例えば、地図データベース６に記憶された道路地図情報を参照して、目標情報を取得しうる。
第１ポテンシャル生成部１４４は、目標速度と自車両の速度との速度差に比例したポテンシャルである速度差ポテンシャルを生成する。速度差は、自車両の速度から目標速度を減算した値である。第１ポテンシャル生成部１４４は、速度差が大きいほど、大きなポテンシャルとなる速度差ポテンシャルを生成する。第１ポテンシャル生成部１４４は、地図データベース６から車線の法定速度の情報を取得してもよい。なお、第１ポテンシャル生成部１４４は、速度差が無い場合には、速度差ポテンシャルを生成しない。
第１ポテンシャル生成部１４４は、速度差ポテンシャルとして、速度差に比例した斥力ポテンシャル又は引力ポテンシャルを生成する。第１ポテンシャル生成部１４４は、速度差が正の場合（自車両の速度が目標速度よりも速い場合）には、斥力ポテンシャルを生成する。一方で、第１ポテンシャル生成部１４４は、速度差が負の場合（自車両の速度が目標速度よりも遅い場合）には、引力ポテンシャルを生成する。ここで、図３に示すように目標位置が自車両前方に存在することから、斥力ポテンシャルは、自車両の速度を遅くして（減速して）速度差を０に近づけようとするポテンシャルであり、引力ポテンシャルは、自車両の速度を速くして（加速して）速度差を０に近づけようとするポテンシャルである。
図４は、速度差ポテンシャルの一例を説明するための模式図である。図４（ａ）には、正のポテンシャルである斥力ポテンシャルが示され、図４（ｂ）には、負のポテンシャルである引力ポテンシャルが示されている。斥力ポテンシャル及び引力ポテンシャルの大きさは、目標位置Ｘdstにおいて最大となっている。
第１ポテンシャル生成部１４４は、速度差ポテンシャルが過大にならないように、閾値処理を行ってもよい。例えば、第１ポテンシャル生成部１４４は、速度差が所定の最小値又は最大値を超える場合には、最小値又は最大値に比例した速度差ポテンシャルを生成する。より具体的には、第１ポテンシャル生成部１４４は、速度差が最小値を超える場合には、最小値に対応した引力ポテンシャルを生成し、速度差が最大値を超える場合には、最大値に対応した引力ポテンシャルを生成する。
第１ポテンシャル生成部１４４は、例えば、下記の式（１）のように示される速度差ポテンシャルUvel(X)を生成する。
式（１）で、ΔVは速度差を意味し、wvelは速度差ポテンシャルの重みを意味し、σvelは速度差ポテンシャルの標準偏差を意味し、ΔVmaxが速度差の最大値を意味し、ΔVminが速度差の最小値を意味する。
第２ポテンシャル生成部１４５は、目標位置と自車両の位置の間の方位差に比例したポテンシャルである方位差ポテンシャルを求める。方位差は、例えば、図３に示す方位差ΔΨである。第２ポテンシャル生成部１４５は、方位差が大きいほど、大きなポテンシャルとなる方位差ポテンシャルを生成する。なお、第２ポテンシャル生成部１４５は、方位差が無い場合には、方位差ポテンシャルを生成しない。
第２ポテンシャル生成部１４５は、方位差ポテンシャルとして、方位差に比例した引力ポテンシャルを生成する。すなわち、第２ポテンシャル生成部１４５は、自車両のヨーレートを変更して方位差を０に近づけとするポテンシャルを生成する。
図５は、方位差ポテンシャルの一例を説明するための模式図である。図５（ａ）には、目標位置が車両から見て右側に位置する場合の引力ポテンシャルが示され、図５（ｂ）には、目標位置が車両から見て左側に位置する場合の引力ポテンシャルが示されている。引力ポテンシャルの大きさは、目標位置Ｙdstにおいて最大となっている。
第２ポテンシャル生成部１４５は、方位差ポテンシャルが過大にならないように、閾値処理を行ってもよい。例えば、第２ポテンシャル生成部１４５は、方位差が所定の閾値を超える場合には、閾値に比例した方位差ポテンシャルを生成する。より具体的には、第２ポテンシャル生成部１４５は、方位差が閾値を超える場合には、閾値に対応した引力ポテンシャルを生成する。
第２ポテンシャル生成部１４５は、下記の式（２）のように示される方位差ポテンシャルUdir(Y)を生成する。
式（２）で、ΔΨは方位差を意味し、wdirは方位差ポテンシャルの重みを意味し、σdirは方位差ポテンシャルの標準偏差を意味し、ΔΨthが方位差の閾値を意味する。
第１算出部１４６は、自車両を目的の方向へ目標速度で向かわせるための目標ポテンシャルを求める。第１算出部１４６は、速度差ポテンシャル及び方位差ポテンシャルを加算して、目標ポテンシャルを求める。すなわち、第１算出部１４６は、第１ポテンシャル生成部１４４が生成した速度差ポテンシャルと、第２ポテンシャル生成部１４５が生成した方位差ポテンシャルを加算して、自車両を目標位置へ向かわせる目標ポテンシャルを求める。
第１算出部１４６は、上記の式（１）及び式（２）を用いて、下記の式（３）のように示される目標ポテンシャルUdst(X,Y)を求める。
第２算出部１４７は、自車両が将来走行する走行位置の推奨度合いを示す基本走行ポテンシャルを求める。第２算出部１４７は、第１算出部１４６が求めた目標ポテンシャルに基づいて、基本走行ポテンシャルを求める。例えば、第２算出部１４７は、第１算出部１４６が求めた目標ポテンシャルと、自車両が車線内の所定位置を維持するための車線ポテンシャルとを加算して、基本走行ポテンシャルを求めうる。
第２算出部１４７は、式（３）を用いて、下記の式（４）のように示される基本走行ポテンシャルUbase(X,Y)を求める。
式（４）のUlane(X,Y)は、上述した車線ポテンシャルを意味する。
なお、第２算出部１４７は、式（４）に自車両を走行不可領域に侵入させないためのポテンシャルを加えたものを、基本走行ポテンシャルとして求めてもよい。
運転行動設定部１４８は、第２算出部１４７が求めた基本走行ポテンシャル（すなわち、速度差ポテンシャル及び方位差ポテンシャルを含む基本走行ポテンシャル）に基づいて、運転行動を設定する。運転行動設定部１４８は、自車両が走行する車線内での短期的な運転行動を予測して設定する。
運転行動設定部１４８は、運転行動として、自車両の加減速度とヨーレートを設定する。例えば、運転行動設定部１４８は、速度差ポテンシャルが斥力ポテンシャルである場合には、自車両を減速させ、速度差ポテンシャルが引力ポテンシャルである場合には自車両を加速させるように設定する。また、運転行動設定部１４８は、方位差ポテンシャルの大きさに応じたヨーレートを設定する。上記のように速度差ポテンシャル及び方位差ポテンシャルを用いることで、自車両の最適な運転行動（加減速度やヨーレート）を設定できる。
運転経路決定部１４９は、設定した運転行動に基づいて、自車両の運転経路を決定する。例えば、運転経路決定部１４９は、運転行動設定部１４８による短期的な運転行動の設定を繰り返して、自車両の長期的な運転経路を決定する。この際、運転経路決定部１４９は、ポテンシャルが小さくなる経路を選択するように決定しうる。これにより、最適な運転経路を決定できる。
＜自動運転装置の動作例＞
自動運転装置１の動作例について、図６を参照しながら説明する。
図６は、自動運転装置１の動作例を説明するためのフローチャートである。本フローチャートに示す処理は、車両が走行している際に行われる。ここでは、車両が高速走行で自動運転を行っているものとする。
まず、自動運転装置１の制御装置１０は、自車両の基本走行ポテンシャルを算出する（ステップＳ１０２）。具体的には、制御装置１０は、図７に示す処理を行って、基本走行ポテンシャルを算出する。
図７は、基本走行ポテンシャルの算出の流れを説明するためのフローチャートである。制御装置１０の車両情報取得部１４２は、自車両の位置や速度に関する車両情報を取得する（ステップＳ１２２）。また、目標情報取得部１４３は、走行すべき目標位置や目標速度に関する目標情報を取得する（ステップＳ１２４）。
次に、第１ポテンシャル生成部１４４は、自車両の速度と目標速度との速度差に比例した速度差ポテンシャルを生成する（ステップＳ１２６）。具体的には、第１ポテンシャル生成部１４４は、速度差ポテンシャルとして、斥力ポテンシャル又は引力ポテンシャルを生成する。第２ポテンシャル生成部１４５は、自車両の位置と目標位置との間の方位差に比例した方位差ポテンシャルを生成する（ステップＳ１２８）。具体的には、第２ポテンシャル生成部１４５は、方位差ポテンシャルとして、引力ポテンシャルを生成する。
次に、第２算出部１４７は、生成した速度差ポテンシャル及び方位差ポテンシャルに基づいて、基本走行ポテンシャルを求める（ステップＳ１３０）。例えば、第２算出部１４７は、速度差ポテンシャルと方位差ポテンシャルを加算して、基本走行ポテンシャルを求める。
基本走行ポテンシャルを算出すると、制御装置１０は、図６に戻り、走行中の道路の障害物を避けるための顕在リスクポテンシャルを算出する（ステップＳ１０４）。なお、制御装置１０は、公知の算出方法で、顕在リスクポテンシャルを求めてもよい。
次に、制御装置１０の運転行動設定部１４８は、算出した基本走行ポテンシャル及び顕在リスクポテンシャルを用いて、自車両の運転行動を設定する（ステップＳ１０６）。例えば、運転行動設定部１４８は、基本走行ポテンシャルと顕在リスクポテンシャルを加算したポテンシャル場にいわゆるコスト関数を適用して、自車両の運転行動を設定する。
次に、運転経路決定部１４９は、設定した運転行動を用いて、自車両の運転経路を決定する（ステップＳ１０８）。例えば、運転経路決定部１４９は、短期的な予測である運転行動の設定を繰り返して、運転経路を決定する。
＜本実施形態における効果＞
上述した実施形態の自動運転装置１は、自車両の速度と目標速度との速度差に比例した速度差ポテンシャルと、自車両の位置と目標位置との間の方位差に比例した方位差ポテンシャルを生成する。そして、自動運転装置１は、生成した前記速度差ポテンシャル及び前記方位差ポテンシャルを加算して、自車両の基本走行ポテンシャルを求める。
これにより、自車両の加減速度を設定するための速度差ポテンシャルと、自車両のヨーレートを設定するための方位差ポテンシャルを含む基本走行ポテンシャルを求めることができる。このため、求めた基本走行ポテンシャルを用いて、自車両の運転行動を適切に設定することが可能となる。
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。
１ 自動運転装置
１００車両
１４２ 車両情報取得部
１４３ 目標情報取得部
１４４ 第１ポテンシャル生成部
１４５ 第２ポテンシャル生成部
１４６ 第１算出部
１４７ 第２算出部
１４８ 運転行動設定部

Claims (5)

  1. 基本走行ポテンシャルを含むポテンシャル場に基づいて自車両の運転行動を設定する自動運転装置であって、
    自車両の位置及び速度に関する車両情報を取得する車両情報取得部と、
    走行すべき目標位置及び目標速度に関する目標情報を取得する目標情報取得部と、
    前記目標速度と前記自車両の速度との速度差に比例したポテンシャルである速度差ポテンシャルを生成する第１ポテンシャル生成部と、
    前記目標位置と前記自車両の位置の間の方位差に比例したポテンシャルである方位差ポテンシャルを生成する第２ポテンシャル生成部と、
    生成した前記速度差ポテンシャル及び前記方位差ポテンシャルを加算して、目的の方向へ目標速度で向かわせるための目標ポテンシャルを求める第１算出部と、
    求めた前記目標ポテンシャルと、前記自車両が車線内の所定位置を維持するために、前記所定位置のポテンシャルが最も小さく、前記所定位置から前記車線の端部に向かってポテンシャルが大きくなる形状となっている車線ポテンシャルとを加算して、前記自車両が将来走行する走行位置の推奨度合いを示す前記基本走行ポテンシャルを求める第２算出部と、
    を備える、自動運転装置。
  2. 前記第１ポテンシャル生成部は、前記速度差ポテンシャルとして、前記速度差に比例した斥力ポテンシャル又は引力ポテンシャルを生成し、
    前記第２ポテンシャル生成部は、前記方位差ポテンシャルとして、前記方位差に比例した引力ポテンシャルを生成する、
    請求項１に記載の自動運転装置。
  3. 前記第１ポテンシャル生成部は、前記速度差が所定の最小値又は最大値を超える場合には、前記最小値又は前記最大値に比例した前記速度差ポテンシャルを生成する、
    請求項１又は２記載の自動運転装置。
  4. 前記第２ポテンシャル生成部は、前記方位差が所定の閾値を超える場合には、前記閾値に比例した前記方位差ポテンシャルを生成する、
    請求項１から３のいずれか１項に記載の自動運転装置。
  5. 前記第２算出部が求めた前記基本走行ポテンシャルに基づいて、前記運転行動として、前記自車両の加減速度とヨーレートを設定する運転行動設定部を更に備える、
    請求項１から４のいずれか１項に記載の自動運転装置。
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