JP7388580B1 - 情報出力装置及び情報出力方法 - Google Patents

Abstract

【課題】車両が目標軌道を追従する精度を向上させる。【解決手段】目標軌道と、目標速度と、走行位置と、方位角とを取得する取得部２０１と、目標ヨーレートと、目標操舵角とを特定し、横偏差を特定する特定部２０２と、それぞれの予測ステップについて予測ステップに対応する方位角偏差と予測ステップの次の予測ステップに対応する方位角偏差との関係を示し、且つ、目標軌道の曲率を含まずに目標ヨーレートを含む第１式と、それぞれの予測ステップについて予測ステップに対応する横偏差と予測ステップの次の予測ステップに対応する横偏差との関係を示す第２式と、を含む予測モデルを用いて、横偏差に関する項、方位角偏差に関する項、及び、目標操舵角と車両の操舵角との偏差に関する項、を含む評価関数を最小化するための操舵角を導出する導出部２０３と、制御装置４へ操舵角を出力する出力部３０３と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、車両が自律的に走行するための情報を出力する情報出力装置及び情報出力方法に関する。

目標軌道に追従して車両を自動走行する技術が提案されている。例えば、特許文献１には、車両の縦速度及び横速度等に対応する評価関数に、車両の横速度、方位角偏差及び曲率を入力し、評価関数を最小等にするための補正操舵角を算出することが記載されている。

国際公開第２０２２／２０３０２６号

特許文献１に記載された方法では、車両の発進時等の車速が比較的低い区間では、目標軌道間の空間的な距離が近くなることに起因して、曲率の誤差が大きくなるという問題があった。このため、車両が目標軌道を追従する精度が低下するという問題があった。

本発明はこの点に鑑みてなされたものであり、車両が目標軌道を追従する精度を向上させることができる情報出力装置及び情報出力方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様の情報出力装置は、車両が走行するための目標軌道と、当該目標軌道上の複数の位置における前記車両の目標速度と、前記車両が走行する走行位置と、前記車両の向きを示す方位角とを取得する取得部と、前記目標軌道上の複数の位置において前記目標軌道が延びる接線方向が回転する目標ヨーレートと、前記目標軌道上の複数の位置において前記目標軌道に沿って前記車両が旋回するための目標操舵角とを特定し、且つ、前記走行位置と前記目標軌道との当該目標軌道に垂直な横方向のずれを示す横偏差を特定する特定部と、予測時間範囲に含まれる複数の予測ステップのそれぞれの予測ステップについて当該予測ステップに対応する方位角偏差であって前記車両の前記方位角と目標軌道が延びる接線方向を示す目標方位角とのずれを示す当該方位角偏差と当該予測ステップの次の予測ステップに対応する前記方位角偏差との関係を示し、且つ、前記目標軌道の曲率を含まずに前記目標ヨーレートを含む第１式と、前記予測時間範囲に含まれるそれぞれの予測ステップについて当該予測ステップに対応する前記横偏差と当該予測ステップの次の予測ステップに対応する前記横偏差との関係を示す第２式と、を含む予測モデルを用いて、前記横偏差に関する項、前記方位角偏差に関する項、及び、前記目標操舵角と前記車両の操舵角との偏差に関する項、を含む評価関数を最小化するための前記車両が旋回する操舵角を導出する導出部と、前記車両の走行を制御する制御装置へ前記操舵角を出力する出力部と、を備える。

前記評価関数は、前記方位角偏差の前記予測時間範囲における終端値に関する項と、前記横偏差の前記予測時間範囲における終端値に関する項とをさらに含んでもよい。前記取得部は、前記車両が走行する走行速度を取得し、前記走行速度と、前記車両が旋回する操舵角速度の上限値とを関連付けて記憶する記憶部とをさらに備え、前記出力部は、前記導出部が導出した前記操舵角と前記車両の現在の操舵角との差分に基づく操舵角速度が、前記取得部が取得した前記走行速度に関連付けて前記記憶部に記憶されている前記操舵角速度の上限値以下である場合に、前記導出部が導出した前記操舵角を出力してもよい。

前記出力部は、バターワースフィルタにより平滑化処理した後の前記操舵角を出力してもよい。前記導出部は、前記車両が駐車する予定の駐車位置を含む前記目標軌道を前記取得部が取得した場合に、ローパスフィルタで平滑化処理した前記車両の前記横偏差と、前記ローパスフィルタで平滑化処理した前記車両の前記方位角偏差とを前記予測モデルに入力することにより、前記評価関数を最小化するための前記操舵角を導出してもよい。

前記取得部は、前記車両が走行する走行速度を取得し、前記導出部は、前記横偏差に関する項として前記横偏差に第１重み値を乗じた項を含み、前記方位角偏差に関する項として前記方位角偏差に第２重み値を乗じた項を含み、かつ、前記目標操舵角と前記車両の操舵角とのずれに関する項として、前記目標操舵角と前記車両の操舵角とのずれに第３重み値を乗じた項を含む前記評価関数を最小化するための前記操舵角を導出してもよい。

本発明の第２の態様の情報出力方法は、コンピュータが実行する、車両が走行するための目標軌道と、当該目標軌道上の複数の位置における前記車両の目標速度と、前記車両が走行する走行位置と、前記車両の向きを示す方位角とを取得する手順と、前記目標軌道上の複数の位置において前記目標軌道が延びる接線方向が回転する目標ヨーレートと、前記目標軌道上の複数の位置において前記目標軌道に沿って前記車両が旋回するための目標操舵角とを特定し、且つ、前記走行位置と前記目標軌道との当該目標軌道に垂直な横方向のずれを示す横偏差を特定する手順と、予測時間範囲に含まれる複数の予測ステップのそれぞれの予測ステップについて当該予測ステップに対応する方位角偏差であって前記車両の前記方位角と目標軌道が延びる接線方向を示す目標方位角とのずれを示す当該方位角偏差と当該予測ステップの次の予測ステップに対応する前記方位角偏差との関係を示し、且つ、前記目標軌道の曲率を含まずに前記目標ヨーレートを含む第１式と、前記予測時間範囲に含まれるそれぞれの予測ステップについて当該予測ステップに対応する前記横偏差と当該予測ステップの次の予測ステップに対応する前記横偏差との関係を示す第２式と、を含む予測モデルを用いて、前記横偏差に関する項、前記方位角偏差に関する項、及び、前記目標操舵角と前記車両の操舵角との偏差に関する項、を含む評価関数を最小化するための前記車両が旋回する操舵角を導出する手順と、前記車両の走行を制御する制御装置へ前記操舵角を出力する手順と、を備える。

本発明によれば、車両が目標軌道を追従する精度を向上させるという効果を奏する。

実施形態の情報出力装置の構成を示す。 目標軌道の例を示す。 情報出力装置の要部の構成を示す。 車両の走行速度と重み値との関係を示す。 操舵角重み情報の例を示す。 終端重み値の例を示す。 走行速度と操舵角速度の上限値との関係を示す操舵角速度制約情報の一例を示す。 情報出力装置による目標軌道を車両が追従するための操舵角の導出の処理手順を示すフローチャートである。

［車両の概要］
図１は、本実施形態の情報出力装置１００の構成を示す。情報出力装置１００は、プランナー１、モデル予測制御器２、フィルタ処理部３及び制御装置４を備える。情報出力装置１００は、車両に搭載されている。

プランナー１は、車両が走行するための目標軌道を生成する。プランナー１は、目標軌道に加えて、車両が目標軌道を走行したと仮定した場合の目標軌道上のそれぞれの位置の車両１０の向きを示す目標方位角を決定する。プランナー１は、目標軌道を走行した場合の目標軌道上のそれぞれの位置の車両の走行速度を示す目標速度を決定する。プランナー１は、生成した目標軌道ｃ、目標方位角及び目標速度をモデル予測制御器２へ入力する。

図２は、目標軌道の例を示す。図２中の符号ｃは、目標軌道を示す。図２中の矢印ｘは、目標軌道ｃが延びる接線方向を示し、矢印ｙは、目標軌道の接線方向に垂直な横方向を示す。以下、矢印ｘが延びる接線方向に対応する方位角を目標方位角ともいう。図２中のθは、車両１０の向きを示す方位角と、目標方位角とのずれ（以下、方位角偏差ともいう）を示す。図２中のｖは、車両１０が走行する走行速度を示す。図２中のδは、車両１０が旋回する操舵角を示す。

プランナー１は、目標軌道を生成する際に、車両１０が走行する走行位置と、車両１０の向きを示す方位角とを制御装置４から取得する。プランナー１は、取得した車両１０の走行位置と方位角とをモデル予測制御器２へ入力する。

モデル予測制御器２は、所定のサンプリング時間ごとに、プランナー１が生成した目標軌道に車両１０が追従して走行するための操舵角δを導出する。モデル予測制御器２のサンプリング時間は、例えば、１００ミリ秒である。予測モデルの詳細については後述するが、モデル予測制御器２は、目標軌道の曲率Κ_γを含まずに目標ヨーレートを含む予測モデルを用いて、目標軌道を追従するための操舵角を導出する。モデル予測制御器２は、導出した操舵角δをフィルタ処理部３に入力する。

フィルタ処理部３は、所定のサンプリング時間ごとに、導出した操舵角と、現在の車両１０の操舵角との差分に基づいて、操舵角速度を特定する。フィルタ処理部３のサンプリング時間は、例えば、１０ミリ秒である。フィルタ処理部３は、特定した操舵角速度が所定の制約条件を満たすか否かを判定する。制約条件の詳細については後述する。フィルタ処理部３は、操舵角速度が制約条件を満たすと判定した場合に、導出した操舵角をバターワースフィルタにより平滑化処理する。フィルタ処理部３は、平滑化処理後の操舵角を制御装置４へ出力する。

制御装置４は、例えば、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。制御装置４は、車両１０の走行を制御する。制御装置４は、フィルタ処理部３による平滑化処理後の操舵角に基づいて、車両１０の操舵角を変化させて車両１０を走行させる。制御装置４は、走行中の車両１０の状態を示す車両状態情報をモデル予測制御器２へ入力する。例えば、車両状態情報は、車両１０の走行速度ｖ、方位角、操舵角δを含む。

車両１０の走行速度が比較的低い状態では、目標軌道間の空間的な距離が近いことに起因して、曲率の算出の精度が低下する。これに対し、モデル予測制御器２は、曲率を含まない予測モデルを用いることにより、車両１０の走行速度が比較的低い状態において操舵角を導出する精度を向上させることができる。

［情報出力装置１００の要部の構成］
図３は、情報出力装置１００の要部の構成を示す。情報出力装置１００は、モデル予測制御器２、フィルタ処理部３、記憶部５及び記憶部６を備える。モデル予測制御器２は、取得部２０１、特定部２０２及び導出部２０３を備える。フィルタ処理部３は、制約処理部３０１、バターワースフィルタ（図３中のＢＷＦ）３０２及び出力部３０３を備える。

記憶部５は、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等により構成される。記憶部５は、モデル予測制御器２を機能させるための各種プログラムや各種データを記憶する。記憶部５には、車両１０の走行速度ｖと、横偏差ｙに対応する第１重み値との関係を示す横偏差重み情報が記憶されている。記憶部５には、車両１０の走行速度ｖと、方位角偏差θに対応する第２重み値との関係を示す方位角偏差重み情報が記憶されている。

図４（ａ）及び図４（ｂ）は、車両１０の走行速度ｖと重み値との関係を示す。図４（ａ）は、車両１０の走行速度ｖと、横偏差ｙに対応する第１重み値との関係を示す横偏差重み情報の例を示す。図４（ｂ）は、車両１０の走行速度ｖと、方位角偏差θに対応する第２重み値との関係を示す方位角偏差重み情報の例を示す。図４（ａ）の縦軸は、横偏差ｙに対応する第１重み値を示す。第１重み値は、例えば、１より小さい倍率である。図４（ａ）の横軸は、車両１０の走行速度ｖを示す。図４（ａ）に示すように、車両１０の走行速度ｖが高いほど、第１重み値は小さい値になる。

図４（ｂ）の縦軸は、方位角偏差θに対応する第２重み値を示す。第２重み値は、例えば、０より大きい倍率である。図４（ｂ）の横軸は、車両１０の走行速度ｖを示す。図４（ｂ）に示すように、車両１０の走行速度ｖが高いほど、第２重み値は小さい値になる。横偏差重み情報及び方位角偏差重み情報は、目標軌道を車両１０が追従するための操舵角δを導出部２０３が導出する際に利用する評価関数に含まれる第１重み値及び第２重み値を特定するために用いられる。

記憶部５には、車両１０の走行速度ｖと、第３重み値との関係を示す操舵角重み情報が記憶されている。第３重み値は、目標操舵角δ_γと車両１０の操舵角δとの偏差に乗じるための係数である。図５は、操舵角重み情報の例を示す。図５の縦軸は、第３重み値を示す。図５の横軸は、車両１０の走行速度ｖを示す。図５の例では、第３重み値は、一定である。操舵角重み情報は、目標軌道を車両１０が追従するための操舵角δを導出部２０３が導出する際に利用する評価関数に含まれる第３重み値を特定するために用いられる。

記憶部５には、車両１０の走行速度ｖと、横偏差ｙに関する終端重み値との関係を示す横偏差終端情報が記憶されている。この終端重み値は、後述する評価関数において横偏差の予測時間範囲における終端値に対応する重み値である。記憶部５には、車両１０の走行速度ｖと、方位角偏差に関する終端重み値との関係を示す方位角偏差終端情報が記憶されている。この終端重み値は、後述する評価関数において方位角偏差の予測時間範囲における終端値に対応する重み値である

図６は、終端情報の例を示す。図６（ａ）は、横偏差終端情報の例を示す。図６（ｂ）は、方位角偏差終端情報の例を示す。図６（ａ）の縦軸は、横偏差ｙに関する終端重み値を示す。横偏差ｙに関する終端重み値は、０より大きな値である。

図６（ｂ）の縦軸は、方位角偏差θに関する終端重み値を示す。方位角偏差θに関する終端重み値は、０より大きな値である。横偏差終端情報及び方位角偏差終端情報は、目標軌道を車両１０が追従するための操舵角δを導出部２０３が導出する際に用いる評価関数の終端重み値を特定するために用いられる。

記憶部６は、例えば、ＲＯＭ及びＲＡＭ等により構成される。記憶部６は、フィルタ処理部３を機能させるための各種プログラムや各種データを記憶する。記憶部６には、車両１０の走行速度ｖと操舵角速度の上限値とを関連付けた操舵角速度制約情報が記憶されている。図７は、走行速度ｖと操舵角速度の上限値との関係を示す操舵角速度制約情報の一例を示す。図７の縦軸は、操舵角速度の上限値を示す。図７の横軸は、車両１０の走行速度ｖを示す。走行速度ｖが比較的低い状態では、操舵角速度の上限値は一定である。走行速度ｖが中程度から比較的高い状態では、操舵角速度の上限値は、走行速度ｖが高くなるほど低い値になる。

［モデル予測制御器２の構成］
取得部２０１は、各種の情報をプランナー１又は制御装置４から取得する。取得部２０１は、プランナー１が生成した目標軌道及び目標速度をプランナー１から取得する。取得部２０１は、目標軌道を走行した場合の目標軌道上のそれぞれの位置の車両１０の向きを示す目標方位角をプランナー１から取得する。取得部２０１は、車両１０の走行位置と、車両１０の走行する向きを示す方位角とをプランナー１から取得する。また、取得部２０１は、車両１０の走行位置と、車両１０の方位角とを制御装置４から取得してもよい。

取得部２０１は、車両状態を示す車両状態情報を制御装置４から取得する。例えば、車両状態情報は、車両１０の走行速度ｖ又は操舵角δの少なくとも一つ以上を含む。取得部２０１は、取得した目標軌道、目標方位角、目標速度、車両１０の走行位置、方位角、走行速度を特定部２０２へ出力する。取得部２０１は、取得した目標軌道、目標方位角、目標速度、車両１０の走行位置、方位角、走行速度ｖ及び操舵角δを導出部２０３へ出力する。

特定部２０２はサンプリング時間ごとに、目標軌道上を目標速度で走行する車両１０の目標ヨーレートを特定する。目標ヨーレートは、この車両１０の向きが回転する角速度である。目標軌道上を走行する車両１０の向きは、目標軌道の接線方向といいかえることもできる。目標ヨーレートは、図２中のｘｙ座標系がグローバル座標系（例えば、東経、北緯等）に対して回転する角速度に相当する。特定部２０２は、取得した目標軌道上を車両１０が走行したと仮定した場合に、目標軌道上の複数の位置において目標軌道に沿って車両１０が旋回するための目標操舵角を特定する。目標操舵角は、例えば、後述する式（６）により定められる。

特定部２０２は、取得部２０１が取得した車両１０の走行位置と目標軌道との横方向（図２中のｙ方向）のずれを示す横偏差を特定する。例えば、特定部２０２は、車両１０の走行位置を図２に示すｘｙ座標系に変換し、ｙ座標を横偏差として特定する。このとき、特定部２０２は、ｘｙ座標系の原点として、目標軌道上において車両１０の走行位置のｘ座標が０になる位置を指定する。特定部２０２は、ｘｙ座標系の原点として、目標軌道上において車両１０の走行位置に最も近い位置を指定してもよい。

特定部２０２は、車両１０の方位角と、目標軌道が延びる接線方向に対応する目標方位角とのずれを示す方位角偏差を特定する。例えば、特定部２０２は、車両１０の走行位置とｘ座標が同じ目標軌道上の位置を特定し、この位置において目標軌道の接線が延びる方向に対応する方位角を目標方位角として特定する。特定部２０２は、車両１０の方位角と目標方位角との差分を算出することにより方位角偏差を特定する。

一例として、特定部２０２は、車両１０が駐車する予定の駐車位置を含む目標軌道を取得部２０１が取得した場合に、特定した横偏差をローパスフィルタで平滑化処理し、平滑化処理した後の横偏差を特定する。駐車位置とは、例えば、目標軌道上において目標速度が０（ゼロ）の地点である。このようにして、特定部２０２は、車両１０が目標軌道を追従する精度が特に要求される駐車時において車両１０の位置を推定する際のノイズを平滑化処理により除去するので、車両１０を駐車位置に精度よく駐車させることができる。

同様に、特定部２０２は、車両１０が駐車する予定の駐車位置を含む目標軌道を取得部２０１が取得した場合に、特定した方位角偏差をローパスフィルタで平滑化処理し、平滑化処理した後の方位角偏差を特定する。特定部２０２は、駐車位置を含まない目標軌道を取得部２０１が取得した場合に、特定した横偏差及び方位角偏差をいずれも平滑化処理しない。特定部２０２は、特定した目標ヨーレート、目標操舵角、横偏差及び方位角偏差を導出部２０３へ出力する。特定部２０２は、車両１０が駐車する予定の駐車位置を含む目標軌道を取得部２０１が取得した場合には、平滑化処理した後の横偏差及び方位角偏差を導出部２０３へ出力する。

［曲率を含む予測モデル］
導出部２０３は、取得部２０１が取得した目標軌道に車両１０が追従するための操舵角を導出する。まず、操舵角を導出するための予測モデルについて説明する。図２に示す車両のモデルにおいて以下の式（１）～（３）が成り立つ。
ｘ_ｋ＋１＝ｘ_ｋ＋ｖｃｏｓθ_ｋｄｔ・・・（１）
ｙ_ｋ＋１＝ｙ_ｋ＋ｖｓｉｎθ_ｋｄｔ・・・（２）
θ_ｋ＋１＝θ_ｋ＋（ｖｔａｎδ_ｋ／Ｌ）ｄｔ・・・（３）
式（１）中、ｘは、車両１０の位置と、目標軌道上を目標速度で走行したと仮定した場合の車両１０の位置との目標軌道の接線方向におけるずれを示す接線方向偏差である。ｙは横偏差である。Ｌはホイールベース長である。

目標軌道近傍において目標軌道からの誤差は、以下の式（４）～（５）により表される。
ｙ_ｋ＋１＝ｙ_ｋ＋ｖ・ｓｉｎθ_ｋｄｔ・・・（４）
θ_ｋ＋１＝θ_ｋ＋（ｖｔａｎδ_ｋ／Ｌ）ｄｔ－Κ_γｖｃｏｓθ_ｋｄｔ・・・（５）
Κ_γは、目標軌道上（図２中のｘｙ座標系の原点）における曲率である。式（５）中の第３項は目標ヨーレートを示す。

ここで、目標軌道の曲率を用いて、その曲率を曲がる際のおおよその操舵角である目標操舵角δ_γは、式（３）から以下の式（６）により求められる。
δ_γ＝ｔａｎ^－１（ＬΚ_γ）・・・（６）
δ_ｋとδ_γとの差分が微小であるため、式（６）は以下の式（７）のように近似される。
ｔａｎδ≒ＬΚ_γ＋（１／ｃｏｓ^２δ_γ）（δ－δ_γ）・・・（７）
式（７）を式（５）に代入し整理すると、式（８）となる。
θ_ｋ＋１＝θ_ｋ＋（（ｖｄｔ）／Ｌｃｏｓ^２δ_γ）δ_ｋ－（（ｖδ_γｄｔ）／（Ｌｃｏｓ^２δ_γ））・・・（８）

式（４）において方位角偏差θ_ｋが微小であるとみなすと、最終的に予測モデルは式（９）のように変形される。
ｘ_ｋ＋１＝Ａ_ｋ＋Ｂ_ｋｕ_ｋ＋ｗ_ｋ・・・（９）
その結果、以下の式（１０）を得られる。

式（１０）は、目標軌道及び目標速度に依存して変化する。このため、式（１０）は、予測時間範囲の各予測ステップ（ｋ＝１、２、．．．、ｐ）において行列Ａ_ｋ、Ｂ_ｋ、ｗ_ｋが変化するＬＴＶ－ＭＰＣ（Linear Time Varying Model Predictive Control)として扱われる。予測時間範囲は、現在から所定の未来（一例としては数秒先）までの時間範囲である。予測時間範囲は、例えば予測ホライズンである。

［曲率を含まない予測モデル］
上述の予測モデルでは、車両１０の発進時又は停車時等において走行速度ｖが比較的低い状態では、目標軌道間の距離が近くなるため、曲率の導出の精度が著しく低下するという問題がある。そこで、曲率を用いない導出モデルを導出する方法について説明する。

導出部２０３は、予測モデルを用いて、目標軌道ｃを車両１０が追従するための操舵角δを導出する。この予測モデルの第１式は、目標軌道の曲率Κ_γを含まずに目標ヨーレートφ_ｔを含む。この第１式は、予測時間範囲に含まれる複数の予測ステップ（ｋ＝１，２，．．．，ｐ）のそれぞれの予測ステップについて予測ステップ（ｋ）に対応する方位角偏差θ（ｋ）と、この予測ステップ（ｋ）の次の予測ステップ（ｋ＋１）に対応する方位角偏差θ（ｋ＋１）との関係を示す。ｐは、予測時間範囲の長さを示す。

この予測モデルの第２式は、予測時間範囲に含まれるそれぞれの予測ステップ（ｋ＝１，２，．．．，ｐ）について予測ステップ（ｋ）に対応する横偏差ｙ（ｋ）と、この予測ステップ（ｋ）の次の予測ステップ（ｋ＋１）に対応する横偏差ｙ（ｋ＋１）との関係を示す。

目標軌道近傍において目標軌道からの誤差は以下の式（４）及び（１１）により表される。
ｙ_ｋ＋１＝ｙ_ｋ＋ｖ・ｓｉｎθ_ｋｄｔ・・・（４）
θ_ｋ＋１＝θ_ｋ＋（ｖ・ｔａｎδ_ｋ／Ｌ）ｄｔ－φ_ｔｄｔ・・・（１１）
式（１１）中、φ_ｔは目標ヨーレートである。式（１１）においてｔａｎδｋ＝δｋと近似することで、最終的に予測モデルは以下の式（１２）により表される。

式（１２）も式（１０）と同様、行列Ａ_ｋ、Ｂ_ｋ、ｗ_ｋが変化するＬＴＶ－ＭＰＣとして扱われる。式（１２）に示す予測モデルは、左辺の予測ステップ（ｋ＋１）に対応する横偏差ｙ（ｋ＋１）と、右辺の予測ステップ（ｋ）に対応する横偏差ｙ（ｋ）との関係を示す。式（１２）に示す予測モデルは、左辺の予測ステップ（ｋ＋１）に対応する方位角偏差θ（ｋ＋１）と、右辺の予測ステップ（ｋ）に対応する方位角偏差θ（ｋ）との関係を示す。式（１２）に示す式は、目標軌道の曲率Κ_γを含まず、代わりに目標ヨーレートφ_ｔを含む。

［モデル予測制御による操舵角の導出］
導出部２０３は、横偏差ｙに関する項、方位角偏差θに関する項、及び、目標操舵角δ_γと車両の操舵角δとのずれに関する項、を含む評価関数を最小化するための操舵角δを導出する。評価関数は、方位角偏差θの予測時間範囲における終端値θ（ｐ）に関する項と、横偏差ｙの予測時間範囲における終端値ｙ（ｐ）に関する項とをさらに含む。評価関数は、横偏差ｙに関する項として横偏差ｙに第１重み値を乗じた項を含む。評価関数は、方位角偏差θに関する項として方位角偏差θに第２重み値を乗じた項を含む。評価関数は、目標操舵角δ_γと車両の操舵角δとのずれに関する項として、目標操舵角δ_γと車両の操舵角δとのずれに第３重み値を乗じた項を含む。

評価関数Ｊは、以下の式（１３）で表される。
式（１３）の第１項は、横偏差ｙに関する項である。式（１３）の第２項は、方位角偏差θに関する項である。式（１３）の第３項は、目標操舵角δ_γと車両の操舵角δとのずれに関する項である。式（１３）の第４項は、横偏差ｙの予測時間範囲における終端値ｙ（ｐ）に関する項である。式（１３）の第５項は、方位角偏差の予測時間範囲における終端値θ（ｐ）に関する項である。

導出部２０３は、δ_ｍｉｎ≦δ（ｋ）≦δ_ｍａｘの条件を満たす範囲内において式（１３）の評価関数を最小化する操舵角δを導出する。操舵角の最小値δ_ｍｉｎ及び操舵角の最大値δ_ｍａｘは、例えば、車両１０の仕様により定められる。式（１３）中、Ｑ_yは、横偏差ｙに関する第１重み値である。Ｑ_θは、方位角偏差θに関する第２重み値である。Ｒ_δは、目標操舵角δ_γと車両の操舵角δとのずれに関する第３重み値である。

ｙ（ｐ）は、横偏差の予測時間範囲における終端値を示す。θ（ｐ）は、方位角偏差の予測時間範囲における終端値を示す。Ｑ_{ｙｆｉｎａｌ}は、横偏差に関する終端重み値である。Ｑ_{θｆｉｎａｌ}は、方位角偏差に関する終端重み値である。ｐは、予測時間範囲の長さである。導出部２０３は、式（１２）に示す予測モデルが成り立つことを条件として実時間最適化問題を解き、式（１３）の評価関数を最小にする操舵角δを導出する。例えば、導出部２０３は、アクティブセット法により、この評価関数を最小にする操舵角δを導出する。導出部２０３は、導出した操舵角δを制約処理部３０１へ出力する。

導出部２０３は、車両１０が駐車する予定の駐車位置を含む目標軌道を取得部２０１が取得した場合に、ローパスフィルタで平滑化処理した車両１０の横偏差ｙと、ローパスフィルタで平滑化処理した車両１０の方位角偏差θとを上述の予測モデルに入力することにより、この予測モデルが成り立つ条件において評価関数を最小化するための操舵角速度δを導出する。このようにして、導出部２０３は、車両１０の走行位置等を推定する際のノイズの影響を受けて操舵角δを導出する精度が低下することを抑制することができる。

［操舵角速度の制約に基づく操舵角の調整］
続いて、フィルタ処理部３の動作を説明する。制約処理部３０１は、操舵角速度に関する制約条件を満たすように、モデル予測制御器２が導出した操舵角を調整する。まず、制約処理部３０１は、導出した操舵角と、現在の車両１０の操舵角との差分に基づいて、操舵角速度を特定する。

制約処理部３０１は、走行速度ｖと操舵角速度の上限値との関係を示す操舵角速度制約情報（図７参照）を記憶部６から読み出す。制約処理部３０１は、読み出した操舵角速度制約情報を参照して、車両１０の走行速度ｖに関連付けられた操舵角速度の上限値を特定する。制約処理部３０１は、特定した操舵角速度が操舵角速度の上限値以下である否かを判定する。制約処理部３０１は、特定した操舵角速度が特定した上限値以下である場合、モデル予測制御器２が導出した操舵角が上限値の制約を満たすと判定する。制約処理部３０１は、この操舵角をバターワースフィルタ３０２へ出力する。

制約処理部３０１は、特定した操舵角速度が上限値を超える場合、モデル予測制御器２が導出した操舵角が上限値の制約を満たさないと判定する。このとき、制約処理部３０１は、操舵角速度を上限値と同じ値に補正する。制約処理部３０１は、車両１０の現在の操舵角δから補正後の操舵角速度で変化した操舵角を算出する。制約処理部３０１は、算出した操舵角をバターワースフィルタ３０２へ出力する。

また、制約処理部３０１は、操舵角速度が上限値以下となる操舵角の範囲を導出部２０３に通知してもよい。導出部２０３は、操舵角がこの範囲内になる条件を満たすように評価関数を最小にする操舵角を導出してもよい。

［バターワースフィルタ３０２による平滑化］
バターワースフィルタ３０２は、制約処理部３０１が上限値の制約を満たすと判定した操舵角、又は、制約処理部３０１が補正した後の操舵角速度に対応する操舵角が車両１０の現在及び過去の操舵角に対して急激に変化する高周波成分を含む場合に、この高周波成分を平滑化処理により除去する。

バターワースフィルタ３０２は、平滑化処理後の操舵角を出力部３０３へ出力する。バターワースフィルタ３０２は、制約処理部３０１が上限値の制約を満たすと判定した操舵角等が車両１０の現在及び過去の操舵角に対して急激に変化する高周波成分を含まない場合に、この操舵角をそのまま出力部３０３へ出力する。

［操舵角の出力］
出力部３０３は、導出部２０３が導出した操舵角を制御装置４へ出力する。出力部３０３は、導出部２０３が導出した操舵角と車両１０の現在の操舵角との差分に基づいて制約処理部３０１が特定した操舵角速度が、操舵角速度の上限値以下である場合に、導出した操舵角を制御装置４へ出力する。一方、出力部３０３は、制約処理部３０１が特定した操舵角速度が、操舵角速度の上限値を超える場合には、操舵角速度の上限値に対応する操舵角を制御装置４へ出力する。

出力部３０３は、導出部２０３が導出した操舵角が車両１０の現在及び過去の操舵角に対して急激に変化する高周波成分を含む場合には、バターワースフィルタ３０２により平滑化処理した後の操舵角を出力する。出力部３０３は、導出部２０３が導出した操舵角がこの高周波成分を含まない場合には、バターワースフィルタ３０２により平滑化処理する前と同じ値の操舵角を出力する。

［情報出力装置１００による操舵角の導出の処理手順］
図８は、情報出力装置１００による目標軌道を車両１０が追従するための操舵角の導出の処理手順を示すフローチャートである。この処理手順は、例えば、車両１０の走行中に開始される。まず、取得部２０１は、プランナー１が生成した目標軌道及び目標速度をプランナー１から取得する（Ｓ１０１）。取得部２０１は、車両１０の走行位置と、車両１０の走行する向きを示す方位角とをプランナー１から取得する（Ｓ１０２）。

特定部２０２は、取得部２０１が取得した目標軌道上の複数の位置において目標軌道が延びる接線方向がグローバル座標系（例えば、東経、北緯等）に対して回転する目標ヨーレートを特定する。特定部２０２は、取得した目標軌道上を車両１０が走行したと仮定した場合に、目標軌道上の複数の位置において目標軌道に沿って車両１０が旋回するための目標操舵角を特定する（Ｓ１０３）。

導出部２０３は、目標軌道の曲率Κ_γを含まずに目標ヨーレートφ_ｔを含む予測モデル（式（１２）参照）を用いて、目標軌道を追従するための操舵角を導出する。導出部２０３は、この予測モデルが成り立つ条件下において、横偏差ｙに関する項、方位角偏差θに関する項、及び、目標操舵角δ_γと車両の操舵角δとのずれに関する項、を含む評価関数（式（１３）参照）を最小化するための操舵角δを導出する（Ｓ１０４）。

制約処理部３０１は、導出部２０３が導出した操舵角と、現在の車両１０の操舵角との差分に基づいて、操舵角速度を特定する。制約処理部３０１は、特定した操舵角速度が上限値を超えるか否かを判定する（Ｓ１０５）。制約処理部３０１は、特定した操舵角速度が上限値を超えると判定した場合に（Ｓ１０５のＹＥＳ）、操舵角速度を上限値と同じ値に補正し、この補正後の操舵角速度に対応する操舵角を算出する（Ｓ１０６）。バターワースフィルタ３０２は、操舵角が車両１０の現在及び過去の操舵角に対して急激に変化する高周波成分を含む場合にこの高周波成分を平滑化処理により除去する（Ｓ１０７）。出力部３０３は、高周波成分が除去された操舵角を制御装置４へ出力する。制御装置４は、この操舵角に基づいて車両１０の操舵角を変化させて車両１０を走行させる（Ｓ１０８）。制御装置４は、車両１０の走行を終了したか否かを判定する（Ｓ１０９）。制御装置４は、車両１０の走行を終了したと判定した場合（Ｓ１０９のＹＥＳ）、処理を終了する。

制約処理部３０１は、Ｓ１０５の判定において特定した操舵角速度が上限値以下であると判定した場合に（Ｓ１０５のＮＯ）、Ｓ１０７の処理に移る。制御装置４は、Ｓ１０９の判定において車両１０の走行を終了していないと判定した場合（Ｓ１０９のＮＯ）、Ｓ１０１の処理に戻る。

［本実施形態の情報出力装置１００による効果］
導出部２０３は、目標軌道の曲率Κ_γを含まずに目標ヨーレートを含む予測モデルを用いて、評価関数Ｊを最小化する操舵角を導出する。導出部２０３は、曲率を含まない予測モデルを用いることにより、車両１０の走行速度が比較的低い状態において曲率の算出の精度が低下することに起因して、操舵角の導出の精度が低下することを抑制することができる。したがって、導出部２０３は、操舵角を導出する精度を向上させることができる。

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 プランナー
２ モデル予測制御器
３ フィルタ処理部
４ 制御装置
５ 記憶部
６ 記憶部
１０ 車両
１００ 情報出力装置
２０１ 取得部
２０２ 特定部
２０３ 導出部
３０１ 制約処理部
３０２ バターワースフィルタ
３０３ 出力部

Claims (7)

1. 車両が走行するための目標軌道と、当該目標軌道上の複数の位置における前記車両の目標速度と、前記車両が走行する走行位置と、前記車両の向きを示す方位角とを取得する取得部と、
   前記目標軌道上の複数の位置において前記目標軌道が延びる接線方向が回転する目標ヨーレートと、前記目標軌道上の複数の位置において前記目標軌道に沿って前記車両が旋回するための目標操舵角とを特定し、且つ、前記走行位置と前記目標軌道との当該目標軌道に垂直な横方向のずれを示す横偏差を特定する特定部と、
   予測時間範囲に含まれる複数の予測ステップのそれぞれの予測ステップについて当該予測ステップに対応する方位角偏差であって前記車両の前記方位角と目標軌道が延びる接線方向を示す目標方位角とのずれを示す当該方位角偏差と当該予測ステップの次の予測ステップに対応する前記方位角偏差との関係を示し、且つ、前記目標軌道の曲率を含まずに前記目標ヨーレートを含む第１式と、前記予測時間範囲に含まれるそれぞれの予測ステップについて当該予測ステップに対応する前記横偏差と当該予測ステップの次の予測ステップに対応する前記横偏差との関係を示す第２式と、を含む予測モデルを用いて、前記横偏差に関する項、前記方位角偏差に関する項、及び、前記目標操舵角と前記車両の操舵角との偏差に関する項、を含む評価関数を最小化するための前記車両が旋回する操舵角を導出する導出部と、
   前記車両の走行を制御する制御装置へ前記操舵角を出力する出力部と、
   を備える情報出力装置。
2. 前記評価関数は、前記方位角偏差の前記予測時間範囲における終端値に関する項と、前記横偏差の前記予測時間範囲における終端値に関する項とをさらに含む、
   請求項１に記載の情報出力装置。
3. 前記取得部は、前記車両が走行する走行速度を取得し、
   前記走行速度と、前記車両が旋回する操舵角速度の上限値とを関連付けて記憶する記憶部とをさらに備え、
   前記出力部は、前記導出部が導出した前記操舵角と前記車両の現在の操舵角との差分に基づく操舵角速度が、前記取得部が取得した前記走行速度に関連付けて前記記憶部に記憶されている前記操舵角速度の上限値以下である場合に、前記導出部が導出した前記操舵角を出力する、
   請求項１又は２に記載の情報出力装置。
4. 前記出力部は、バターワースフィルタにより平滑化処理した後の前記操舵角を出力する、
   請求項３に記載の情報出力装置。
5. 前記導出部は、前記車両が駐車する予定の駐車位置を含む前記目標軌道を前記取得部が取得した場合に、ローパスフィルタで平滑化処理した前記車両の前記横偏差と、前記ローパスフィルタで平滑化処理した前記車両の前記方位角偏差とを前記予測モデルに入力することにより、前記評価関数を最小化するための前記操舵角を導出する、
   請求項１又は２に記載の情報出力装置。
6. 前記取得部は、前記車両が走行する走行速度を取得し、
   前記導出部は、前記横偏差に関する項として前記横偏差に第１重み値を乗じた項を含み、前記方位角偏差に関する項として前記方位角偏差に第２重み値を乗じた項を含み、かつ、前記目標操舵角と前記車両の操舵角とのずれに関する項として、前記目標操舵角と前記車両の操舵角とのずれに第３重み値を乗じた項を含む前記評価関数を最小化するための前記操舵角を導出する、
   請求項１又は２に記載の情報出力装置。
7. コンピュータが実行する、
   車両が走行するための目標軌道と、当該目標軌道上の複数の位置における前記車両の目標速度と、前記車両が走行する走行位置と、前記車両の向きを示す方位角とを取得する手順と、
   前記目標軌道上の複数の位置において前記目標軌道が延びる接線方向が回転する目標ヨーレートと、前記目標軌道上の複数の位置において前記目標軌道に沿って前記車両が旋回するための目標操舵角とを特定し、且つ、前記走行位置と前記目標軌道との当該目標軌道に垂直な横方向のずれを示す横偏差を特定する手順と、
   予測時間範囲に含まれる複数の予測ステップのそれぞれの予測ステップについて当該予測ステップに対応する方位角偏差であって前記車両の前記方位角と目標軌道が延びる接線方向を示す目標方位角とのずれを示す当該方位角偏差と当該予測ステップの次の予測ステップに対応する前記方位角偏差との関係を示し、且つ、前記目標軌道の曲率を含まずに前記目標ヨーレートを含む第１式と、前記予測時間範囲に含まれるそれぞれの予測ステップについて当該予測ステップに対応する前記横偏差と当該予測ステップの次の予測ステップに対応する前記横偏差との関係を示す第２式と、を含む予測モデルを用いて、前記横偏差に関する項、前記方位角偏差に関する項、及び、前記目標操舵角と前記車両の操舵角との偏差に関する項、を含む評価関数を最小化するための前記車両が旋回する操舵角を導出する手順と、
   前記車両の走行を制御する制御装置へ前記操舵角を出力する手順と、
   を備える情報出力方法。

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