JPWO2020090004A1 - 目標軌跡生成装置、車両制御装置、目標軌跡生成方法および車両制御方法 - Google Patents

目標軌跡生成装置、車両制御装置、目標軌跡生成方法および車両制御方法 Download PDF

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Abstract

目標軌跡生成装置(10)において、先行車位置取得部(1)は、先行車の相対位置を取得する。自車状態量取得部(2)は、自車の状態量を取得する。自車移動量算出部(3)は、自車の状態量に基づいて、自車の移動量を算出する。自車基準先行車位置算出部(4)は、先行車の相対位置および自車移動量に基づいて、先行車の相対位置の履歴を自車の現在位置を基準にする座標系で表した自車基準先行車位置の点群を算出する。目標軌跡生成部(5)は、自車基準先行車位置の点群に基づいて、自車の目標軌跡を生成する。目標軌跡補正判定部(6)は、自車基準先行車位置の点群または目標軌跡に基づいて、目標軌跡の補正が必要か否か判定する。目標軌跡の補正が必要と判定されると、補正目標軌跡生成部(7)は、自車基準先行車位置の点群または目標軌跡に基づいて、目標軌跡を補正した補正目標軌跡を生成する。

Description

本発明は、車両を先行車(前方を走行する他の車両)に追従させるための目標軌跡を生成する技術に関するものである。
近年、車両を先行車に追従して走行させる自動運転技術の開発が進んでいる。例えば下記の特許文献1には、自車に対する先行車の相対位置から当該先行車の走行軌跡を算出し、当該走行軌跡を、自車を先行車に追従させるための目標軌跡として設定する技術が提案されている。
特開2004−322916号公報
特許文献1の技術では、先行車の相対位置から自車の目標軌跡を算出している。そのため、先行車の相対位置に検出誤差が含まれていると、自車の目標軌跡に誤差が生じる。例えば、先行車が直進走行中(以下、単に「直進中」という)のとき、目標軌跡は直線状になるべきであるが、検出誤差の影響によって、蛇行した目標軌跡が算出されるおそれがある。そのような目標軌跡に自車を追従させると、自車の操舵回数が必要以上に増え、適確かつスムーズな自車の制御が困難になる。
本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、先行車の相対位置の検出誤差が自車の目標軌跡に与える影響を抑制することを目的とする。
本発明に係る目標軌跡生成装置は、自車の前方を走行する先行車の相対位置を取得する先行車位置取得部と、前記自車の状態量を取得する自車状態量取得部と、前記自車の状態量に基づいて、前記自車の移動量を算出する自車移動量算出部と、前記先行車の相対位置および前記自車移動量に基づいて、前記先行車の相対位置の履歴を前記自車の現在位置を基準にする座標系で表した自車基準先行車位置の点群を算出する自車基準先行車位置算出部と、前記自車基準先行車位置の点群に基づいて、前記自車の目標軌跡を生成する目標軌跡生成部と、前記自車基準先行車位置の点群または前記目標軌跡に基づいて、前記目標軌跡の補正が必要か否か判定する目標軌跡補正判定部と、前記目標軌跡の補正が必要と判定されると、前記自車基準先行車位置の点群または前記目標軌跡に基づいて、前記目標軌跡を補正した補正目標軌跡を生成する補正目標軌跡生成部と、を備えるものである。
本発明によれば、先行車の相対位置から算出された目標軌跡が、自車基準先行車位置の点群または目標軌跡に基づいて補正されることにより、先行車の相対位置の検出誤差が目標軌跡に与える影響を抑制することができる。
本発明の目的、特徴、態様、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
実施の形態1に係る車両制御装置の構成を示すブロック図である。 自車の移動量の算出方法を説明するための図である。 実施の形態1に係る車両制御装置の目標軌跡補正判定部の構成を示すブロック図である。 自車が追従する先行車の位置の履歴および目標軌跡の例を示す図である。 自車が追従する先行車の位置の履歴および目標軌跡の例を示す図である。 先行車直進判定の方法を説明するための図である。 実施の形態1に係る車両制御装置の動作を示すフローチャートである。 実施の形態1における目標軌跡補正判定のフローチャートである。 実施の形態1における先行車直進判定のフローチャートである。 実施の形態2に係る車両制御装置の目標軌跡補正判定部の構成を示すブロック図である。 自車が追従する先行車の位置の履歴および目標軌跡の例を示す図である。 自車が追従する先行車の位置の履歴および目標軌跡の例を示す図である。 車間距離判定の方法を説明するための図である。 実施の形態2における目標軌跡補正判定のフローチャートである。 実施の形態2における車間距離判定のフローチャートである。 実施の形態3に係る車両制御装置の目標軌跡補正判定部の構成を示すブロック図である。 目標軌跡差分判定の方法を説明するための図である。 実施の形態3における目標軌跡補正判定のフローチャートである。 実施の形態3における目標軌跡差分判定のフローチャートである。 目標軌跡生成装置のハードウェア構成例を示す図である。 目標軌跡生成装置のハードウェア構成例を示す図である。
<実施の形態1>
図1は、本発明の実施の形態1に係る車両制御装置100の構成を示すブロック図である。図1のように、車両制御装置100は、先行車位置取得部1、自車状態量取得部2、自車移動量算出部3、自車基準先行車位置算出部4、目標軌跡生成部5、目標軌跡補正判定部6および補正目標軌跡生成部7を備える目標軌跡生成装置10と、制御部8とから構成される。以下、車両制御装置100が搭載された車両を「自車」と称し、自車の前方を走行する他の車両を「先行車」と称す。
先行車位置取得部1は、先行車の自車に対する相対位置を取得する。より具体的には、先行車位置取得部1は、例えば、前方カメラ(自車の前方を撮影するカメラ)やミリ波レーダなど、自車の周辺に存在する物体を検出可能な車載センサを用いて、自車から先行車までの距離および方向を検出することにより、先行車の相対位置を取得する。また、先行車位置取得部1は、取得した先行車の相対位置の履歴を一定期間分、記憶する。
自車状態量取得部2は、自車の状態量を取得する。本実施の形態では、自車状態量取得部2は、自車移動量算出部3が自車の移動量を算出するために必要な自車状態量として、自車の速度およびヨーレートを取得する。ただし、自車状態量取得部2が取得する情報は、自車の移動量の演算に用いることができるものであれば任意の情報でよく、例えば、自車の速度に代えて、タイヤの回転速度などの情報を取得してもよい。
自車移動量算出部3は、自車状態量取得部2が取得した自車状態量に基づいて、自車の移動量を算出する。例えば図2のように、自車の進行方向をX軸、自車の車幅方向をY軸とする座標系をとると、ある時刻tにおける自車移動量(X方向の移動量ΔX(t)、Y方向の移動量ΔY(t)、回転角(進行方向の変化量)Δγ(t))は、自車の速度V(t)およびヨーレートγ(ドット)(t)と、サンプリング時間Δtとを用いて、以下の式(1)〜(3)より算出できる。
Figure 2020090004
Figure 2020090004
Figure 2020090004
自車基準先行車位置算出部4は、先行車位置取得部1が取得した先行車の相対位置と、自車移動量算出部3が算出した自車移動量とに基づいて、先行車の相対位置を、自車の現在位置を基準にする座標系へと座標変換する。以下、自車の現在位置を基準にする座標系を「自車基準座標系」と称し、自車基準座標系に変換された先行車の相対位置を「自車基準先行車位置」と称す。
より詳細には、自車基準先行車位置算出部4は、先行車位置取得部1に記憶されている先行車の相対位置の履歴と、自車移動量算出部3が算出した自車移動量とに基づいて、自車基準先行車位置の履歴からなる点群を算出する。例えば、自車基準座標系として図2と同様に自車の進行方向をX軸、自車の車幅方向をY軸とする座標系をとると、自車基準先行車位置算出部4は、サンプリング時間ごとに、先行車位置取得部1に記憶されている先行車の相対位置(X(t)、Y(t))を、式(2)、(3)で得られた自車移動量(ΔX(t)、ΔY(t))だけシフトさせ、式(1)で得られた回転角(Δγ(t))だけ回転させる座標変換式である以下の式(4)、(5)を用いて、自車基準先行車位置(Xmct(t)、Ymct(t))を算出する。
Figure 2020090004
Figure 2020090004
自車基準先行車位置算出部4は、先行車位置取得部1に記憶されている相対位置(X(t)、Y(t))の履歴の全てに対して式(4)、(5)の演算を行うことで、自車基準先行車位置(Xmct(t)、Ymct(t))の点群を算出する。
目標軌跡生成部5は、自車基準先行車位置算出部4が算出した自車基準先行車位置の点群に対して、多項式近似を行うことで、先行車の走行軌跡を生成し、それを自車の目標軌跡とする。例えば、自車基準先行車位置(Xmct(t)、Ymct(t))の点群を3次関数近似して目標軌跡を生成する場合、自車の進行方向をX軸、自車の車幅方向のY軸とする自車基準座標系において、ある時刻tでの目標軌跡Y(t)は、次の式(6)で表現できる。
Figure 2020090004
式(6)において、K03(t)は自車の基準位置からの横位置(車幅方向の位置)に関わる項、K13(t)は目標軌跡の傾きに関わる項、K23(t)は目標軌跡の曲率に関わる項、K33(t)は目標軌跡の曲率変化率に関わる項をそれぞれ表している。ただし、目標軌跡上のX座標Xttにおける実際の目標軌跡の曲率K2r(t)、曲率変化率K3r(t)は以下の式(7)、(8)により算出できる。
Figure 2020090004
Figure 2020090004
また、目標軌跡を曲率変化の無い曲線とみなして、自車基準先行車位置(Xmct(t)、Ymct(t))の点群を2次関数近似した目標軌跡を生成する場合、目標軌跡Y(t)は次の式(9)で表現できる。
Figure 2020090004
式(9)において、K02(t)は自車の基準位置からの横位置に関わる項、K12(t)は目標軌跡の傾きに関わる項、K22(t)は目標軌跡の曲率に関わる項をそれぞれ表している。ただし、実際の目標軌跡の曲率K2r(t)は次の式(10)により算出できる。
Figure 2020090004
目標軌跡補正判定部6は、自車基準先行車位置算出部4が算出した自車基準先行車位置、または、目標軌跡生成部5が生成した目標軌跡に基づいて、目標軌跡の補正が必要か否かの判定(以下「目標軌跡補正判定」と称す)を行う。
図3は、実施の形態1の目標軌跡補正判定部6の構成を示すブロック図である。実施の形態1の目標軌跡補正判定部6は、先行車が直進中か否かの判定(以下「先行車直進判定」と称す)を行う先行車直進判定部6aを備えており、先行車直進判定部6aによる先行車直進判定の結果に基づいて、目標軌跡の補正が必要か否かを判定する。
先行車直進判定部6aが行う先行車直進判定について説明する。図4および図5に、自車VEHが追従する先行車VEHの位置の履歴(自車基準先行車位置の点群)および目標軌跡の例を示す。図4および図5には、先行車VEHの自車基準先行車位置の点群として、検出誤差を含まない点群Pfvneと、検出誤差を含む点群をPfvとが示されている。
図4は、カーブ走行中の先行車VEHに自車VEHが追従走行する場合の例であり、検出誤差を含まない点群Pfvneを多項式近似して得られる目標軌跡TTと、検出誤差を含む点群Pfvを多項式近似して得られる目標軌跡TT(以下「誤差を含む目標軌跡」ということもある)とが示されている。図5は、直進中の先行車VEHに自車VEHが追従走行する場合の例であり、検出誤差を含まない点群Pfvneを多項式近似して得られる目標軌跡TT(以下「誤差を含まない目標軌跡」ということもある)と、検出誤差を含む点群Pfvを多項式近似して得られる目標軌跡TTとが示されている。
図4および図5のように、カーブ走行時および直進走行時のどちらにおいても、誤差を含む目標軌跡(TTまたはTT)と誤差を含まない目標軌跡(TTまたはTT)との間に差が生じる。ただし、カーブ走行時(図4)では、先行車の車幅方向の移動量に対する検出誤差の大きさが小さいため、誤差を含む目標軌跡TTの形状と誤差を含まない目標軌跡TTの形状とには大きな差は生じにくい。一方、直進時(図5)には、先行車の車幅方向の移動量(≒0)に対する検出誤差の大きさが大きいため、誤差を含む目標軌跡TTの形状と誤差を含まない目標軌跡TTの形状との差は比較的大きいものとなる。そのため、カーブ走行時には目標軌跡の補正を行う必要性は低く、直進時にはその必要性が高いと言える。
従って、実施の形態1の目標軌跡補正判定部6は、先行車直進判定部6aにより先行車が直進中であると判定された場合に、目標軌跡の補正が必要と判定する。
図6を用いて、先行車直進判定部6aが行う先行車直進判定の方法について説明する。ここで、図6のように、自車VEHの進行方向をX軸、車幅方向をY軸とする自車基準座標系をとり、自車VEHの基準位置をPsd、自車VEHの基準位置Psdに対する先行車の相対位置をPfv、自車VEHの基準位置Psdから先行車の相対位置PfvまでのX軸方向の距離(車間距離)をl、目標軌跡をTTとする。また、X軸からY軸方向に一定距離だけ離れた位置に先行車直進判定用の閾値dth1を設定し、自車VEHの基準位置PsdからX軸方向に車間距離lだけ離れた位置からY軸方向に閾値dth1だけ離れた位置を、先行車直進判定位置Psjとして定める。
この場合、自車の基準位置Psdと先行車直進判定位置Psj(Xsj(t)、Ysj(t))とを結ぶ軌跡CTは、次の式(11)で表現できる。
Figure 2020090004
また、式(11)で表される軌跡CTの曲率KCT1(t)は、次の式(12)で表現できる。
Figure 2020090004
先行車直進判定部6aは、式(12)で表される曲率KCT1(t)の大きさと、式(7)もしくは式(10)で表される目標軌跡TTの曲率K2r(t)の大きさとを比較し、曲率K2r(t)の大きさが曲率KCT1(t)の大きさより小さい場合、先行車は直進中と判定する。目標軌跡補正判定部6は、先行車直進判定部6aで先行車が直進中であると判定された場合に、目標軌跡生成部5で生成された目標軌跡の補正が必要であると判定する。
補正目標軌跡生成部7は、目標軌跡補正判定部6で目標軌跡の補正が必要と判定されたときに、自車基準先行車位置算出部4が算出した自車基準先行車位置、または目標軌跡生成部5が生成した目標軌跡に基づいて、目標軌跡を補正する。以下、補正後の目標軌跡を「補正目標軌跡」と称す。具体的には、補正目標軌跡生成部7は、目標軌跡生成部5が多数項近似によって生成した目標軌跡に対し、当該目標軌跡を表す多項式の次数を下げることによって補正目標軌跡を生成する。つまり、補正目標軌跡生成部7が生成する補正目標軌跡は、自車基準先行車位置の点群に対して、目標軌跡生成部5が目標軌跡の生成に用いた多項式近似よりも次数の低い多項式近似を行うことによって生成される。
例えば、目標軌跡生成部5が生成した目標軌跡が式(6)で表される3次近似の目標軌跡であった場合、補正目標軌跡生成部7は、式(9)で表される2次近似の目標軌跡、もしくは、次の式(13)で表される1次近似の目標軌跡を、補正目標軌跡として生成する。
Figure 2020090004
式(13)において、K01(t)は自車の基準位置からの横位置に関わる項を表し、K11(t)は目標軌跡の傾きに関わる項を表している。
また、補正目標軌跡生成部7は、目標軌跡生成部5が生成した目標軌跡の近似式に含まれる高次の項を0にすることによって、低い次数の目標軌跡を生成し、その目標軌跡を補正目標軌跡としてもよい。
制御部8は、目標軌跡生成装置10が生成した目標軌跡(目標軌跡生成部5が生成した目標軌跡、または、補正目標軌跡生成部7が生成した補正目標軌跡)に基づいて、自車の動作を制御する。具体的には、制御部8は、目標軌跡生成装置10が生成した目標軌跡に自車を追従させるように、自車の舵角を制御する。
実施の形態1に係る目標軌跡生成装置10は、先行車が直進中のときに、目標軌跡を表す多項式の次数を下げることによって、目標軌跡を補正する。先行車が直進中のときは、先行車の相対位置の検出誤差が目標軌跡の形状に影響しやすいが、目標軌跡の次数が下げられることで、その影響を抑制できる。例えば、3次近似で得られた目標軌跡を2次近似で得られる目標軌跡へと補正することで、検出誤差に起因する目標軌跡の曲率変動を抑制できる。また、車両制御装置100は、目標軌跡生成装置10が生成した目標軌跡に基づいて自車を制御することにより、適確に且つスムーズに自車の制御を実行することができる。
以下、フローチャートを用いて、実施の形態1に係る車両制御装置100の動作を説明する。
図7は、車両制御装置100の全体的な動作を示すフローチャートである。ステップST1では、自車状態量取得部2が、自車の速度やヨーレートなどの状態量を取得する。ステップST2では、自車移動量算出部3が、ステップST1で取得された自車状態量に基づいて、自車の移動量を算出する。ステップST3では、先行車位置取得部1が、先行車の自車に対する相対位置を取得する。ステップST3で取得された先行車の相対位置の履歴は、先行車位置取得部1に一定期間分だけ記憶される。
ステップST4では、自車基準先行車位置算出部4が、ステップST2で算出された自車移動量と、ステップST3で取得された先行車の相対位置の履歴とに基づいて、自車基準座標系に変換した先行車位置の履歴(自車基準先行車位置の点群)を算出する。ステップST5では、目標軌跡生成部5が、ステップST4で算出された自車基準先行車位置の点群に対する多項式近似を行うことで、目標軌跡を生成する。ステップST6では、目標軌跡補正判定部6が、ステップST5で生成された目標軌跡の補正が必要か否かを判定する。ステップST6の詳細なフローは後述する。
ステップST6において目標軌跡の補正が必要と判定された場合、ステップST7において、補正目標軌跡生成部7が、ステップST5で生成された目標軌跡を補正する。目標軌跡の補正方法は、ステップST5で生成された目標軌跡を、それよりも低い次数で再度多項式近似を行って補正目標軌跡を生成することにより行われる。また、次数の高い方の目標軌跡の高次の項を0とすることで低い次数の目標軌跡を算出し、この目標軌跡を補正目標軌跡としてもよい。
ステップST8では、制御部8が、目標軌跡生成装置10が生成した目標軌跡に追従するように自車を制御する。すなわち、目標軌跡の補正が必要ないと判定された場合には、制御部8は、ステップST5で生成された目標軌跡に基づいて自車の動作を制御する。また、目標軌跡の補正が必要であると判断された場合には、制御部8は、ステップST7で補正された目標軌跡(補正目標軌跡)に基づいて自車の動作を制御する。車両制御装置100は、図7の処理を繰り返し実行する。
図7のステップST6の判定処理(目標軌跡補正判定)の詳細を、図8のフローチャートに示す。ステップST6aでは、先行車直進判定部6aが、先行車が直進中か否かを判断する。先行車が直進中と判定された場合、ステップST6bへ進み、目標軌跡補正判定部6は目標軌跡の補正が必要と判定する。一方、先行車が直進中でないと判定された場合、ステップST6cへ進み、目標軌跡補正判定部6は目標軌跡の補正は必要ないと判定する。
図8のステップST6aの判定処理(先行車直進判定)の詳細を、図9のフローチャートに示す(図6の説明図も参照されたい)。ステップST6a1では、先行車直進判定部6aは、基準位置Psd(Xsd、Ysd)から車幅方向(Y軸方向)に一定距離だけ離れた位置に先行車直進判定用の閾値dth1を設定する。ステップST6a2では、先行車直進判定部6aは、自車と先行車との車間距離lを算出する。
ステップST6a3では、先行車直進判定部6aは、基準位置Psd(Xsd、Ysd)から進行方向(X軸方向)に車間距離lだけ離れた位置から車幅方向に閾値dth1だけ離れた位置に、先行車直進判定位置Psj(Xsj、Ysj)=(l、dth1)を設定する。ステップST6a4では、先行車直進判定部6aは、自車の基準位置Psd(Xsd、Ysd)と先行車直進判定位置Psjを結ぶ軌跡CTを生成する。ステップST6a5では、先行車直進判定部6aは、軌跡CTの曲率KCT1(t)を算出する。
ステップST6a6では、先行車直進判定部6aは、目標軌跡の曲率K2r(t)の大きさが軌跡CTの曲率KCT1(t)よりも小さいか否かを判定する。目標軌跡の曲率K2r(t)の大きさが軌跡CTの曲率KCT1(t)よりも小さい場合、ステップST6a7へ進み、先行車直進判定部6aは、先行車は直進中であると判定する。目標軌跡の曲率K2r(t)の大きさが軌跡CTの曲率KCT1(t)以上である場合、ステップST6a8へ進み、先行車直進判定部6aは、先行車は直進中でないと判定する。
<実施の形態2>
実施の形態1では、目標軌跡補正判定部6は、目標軌跡の補正の要否を、先行車が直進中か否かに応じて判定したが、実施の形態2では、その判定を、自車と先行車との車間距離に基づいて行う。
図10は、実施の形態2の目標軌跡補正判定部6の構成を示すブロック図である。実施の形態2の目標軌跡補正判定部6は、自車と先行車との車間距離が予め定められた閾値以下か否かの判定(以下「車間距離判定」と称す)を行う車間距離判定部6bを備えている。
なお、実施の形態2に係る車両制御装置100の全体構成は、実施の形態1(図1)と同様であるため、ここでの説明は省略する。
車間距離判定部6bが行う車間距離判定について説明する。図11および図12に、自車VEHが追従する先行車VEHの位置の履歴(自車基準先行車位置の点群)および目標軌跡の例を示す。図11および図12には、先行車VEHの自車基準先行車位置の点群として、検出誤差を含まない点群Pfvneと、検出誤差を含む点群をPfvとが示されている。
図11は、自車VEHと先行車VEHと車間距離が短い場合の例であり、検出誤差を含まない点群Pfvneを多項式近似して得られる目標軌跡TTと、検出誤差を含む点群Pfvを多項式近似して得られる目標軌跡TTとが示されている。図12は、自車VEHと先行車VEHと車間距離が長い場合の例であり、検出誤差を含まない点群Pfvneを多項式近似して得られる目標軌跡TTと、検出誤差を含む点群Pfvを多項式近似して得られる目標軌跡TTとが示されている。
図11および図12のように、車間距離が短い場合と長い場合のどちらにおいても、誤差を含む目標軌跡(TTまたはTT)と誤差を含まない目標軌跡(TTまたはTT)との間に差が生じる。ただし、車間距離が短い場合(図11)では、誤差を含む目標軌跡TTの車幅方向の揺らぎの周期が短いため、自車VEHを目標軌跡TTに追従走行させると、一定時間あたり(または一定距離あたり)の操舵回数は比較的多くなる。一方、車間距離が長い場合(図12)には、誤差を含む目標軌跡TTの車幅方向の揺らぎの周期が長いため、自車VEHを目標軌跡TTに追従走行させても、一定時間あたりの操舵回数が比較的少なくて済む。そのため、車間距離が長い場合には目標軌跡の補正を行う必要性は低く、車間距離が短い場合にはその必要性が高いと言える。
従って、実施の形態2の目標軌跡補正判定部6は、車間距離判定部6bにより自車と先行車との車間距離が閾値以下と判定された場合に、目標軌跡の補正が必要と判定する。
図13を用いて、車間距離判定部6bが行う先行車直進判定の方法について説明する。ここで、図13のように、自車VEHの進行方向をX軸、車幅方向をY軸とする自車基準座標系をとり、自車VEHの基準位置をPsd、自車VEHの基準位置Psdに対する先行車の相対位置をPfv、自車VEHの基準位置Psdから先行車の相対位置PfvまでのX軸方向の距離(車間距離)をlとする。また、X軸からY軸方向に一定距離だけ離れた位置に車間距離判定用の第1の閾値dth2を設定する。
自車の速度をV(t)、横加速度の制限値をαylimとすると、横加速度が制限値αylimとなる状態の定常円旋回を想定した際の軌跡CTは、次の式(14)で表現できる。
Figure 2020090004
実施の形態2では、式(14)で表される軌跡CTのY座標が第1の閾値dth2と等しくなるときのX座標を、車間距離判定用の第2の閾値lthとして設定する。第2の閾値lthは次の式(15)で表現できる。
Figure 2020090004
車間距離判定部6bは、自車と先行車との車間距離lと、式(15)で表される第2の閾値lthと比較して、車間距離lが第2の閾値lth以下のときに、車間距離が短い状態であると判定する。
車間距離が短い状態か否かの判定基準とする閾値(第2の閾値lth)をこのように設定することで、自車の速度に応じた車間距離判定が可能になる。ただし、当該閾値の決定方法は、横加速度の制限値αylimに基づく方法でなくてもよい。例えば、自車の車速と車間距離判定用の閾値との関係を記述したテーブルを予め用意してもよい。
実施の形態2の目標軌跡補正判定部6は、車間距離判定部6bで自車と先行車との間の車間距離が短いと判定された場合に、目標軌跡生成部5で生成された目標軌跡の補正が必要であると判定する。なお、補正目標軌跡生成部7による目標軌跡の補正方法は、実施の形態1と同様に、目標軌跡を表す多項式の次数を下げる方法でよい。
実施の形態2に係る目標軌跡生成装置10は、自車と先行車との車間距離が短い状態のときに、目標軌跡を表す多項式の次数を下げることによって、目標軌跡を補正する。車間距離が短いときは、先行車の相対位置の検出誤差に起因する目標軌跡の揺らぎの周期が短くなるが、目標軌跡の次数が下げられることで、目標軌跡の揺らぎが少なくなり、一定時間当たりの操舵回数が増えることが防止される。また、車両制御装置100は、目標軌跡生成装置10が生成した目標軌跡に基づいて自車を制御することにより、適確に且つスムーズに自車の制御を実行することができる。
以下、フローチャートを用いて、実施の形態2に係る車両制御装置100の動作を説明する。なお、車両制御装置100の全体的な動作は実施の形態1で説明した図7のフローチャートと同様であるため、ここでは図7のステップST6の判定処理(目標軌跡補正判定)のみを説明する。
実施の形態2における目標軌跡補正判定の処理を、図14のフローチャートに示す。ステップST6dでは、車間距離判定部6bが、自車と先行車との車間距離が予め定められた車間距離判定用の閾値(例えば上記の第2の閾値dth2)以下か否かを判断する。自車と先行車との車間距離が閾値以下である場合、ステップST6eへ進み、目標軌跡補正判定部6は、目標軌跡の補正が必要と判定する。一方、自車と先行車との車間距離が閾値よりも大きい場合、ステップST6fへ進み、目標軌跡補正判定部6は、目標軌跡の補正は必要ないと判定する。
図14のステップST6dの判定処理(車間距離判定)の詳細を、図15のフローチャートに示す(図13の説明図も参照されたい)。ここで、自車基準座標系のX軸は自車の進行方向、Y軸とする自車の車幅方向とする。
ステップST6d1では、車間距離判定部6bは、自車基準座標系のX軸からY軸方向に一定距離だけ離れた位置に車間距離判定用の第1の閾値dth2を設定する。ステップST6d2では、車間距離判定部6bは、自車と先行車との車間距離lを算出する。ステップST6d3では、車間距離判定部6bは、自車の横加速度の制限値αylimを設定する。ステップST6d4では、車間距離判定部6bは、自車の横加速度が制限値αylim時の定常円旋回を想定した軌跡CTを生成する。ステップST6d5では、車間距離判定部6bは、軌跡CTのY座標が第1の閾値dth2と等しくなるときのX座標を算出し、その値を車間距離判定用の第2の閾値lthとして設定する。
ステップST6d6では、車間距離判定部6bは、車間距離lが第2の閾値lth以下か否かを判定する。車間距離lが第2の閾値lth以下である場合、ステップST6d7へ進み、車間距離判定部6bは、車間距離lが短い状態であると判定する。車間距離lが第2の閾値lthより大きい場合、ステップST6d8へ進み、車間距離判定部6bは、車間距離lが長い状態であると判定する。
<実施の形態3>
実施の形態3では、目標軌跡生成部5が、多項式近似の次数が異なる2つの目標軌跡を生成し、目標軌跡補正判定部6が、その2つの目標軌跡の差に基づいて、目標軌跡の補正の要否を判定する。
図16は、実施の形態3の目標軌跡補正判定部6の構成を示すブロック図である。実施の形態3の目標軌跡補正判定部6は、多項式近似の次数が異なる2つの目標軌跡の差が予め定められた閾値以下か否かの判定(以下「目標軌跡差分判定」と称す)を行う目標軌跡差分判定部6cを備えている。
目標軌跡差分判定部6cが行う目標軌跡差分判定について説明する。図17に、自車VEHが追従する先行車VEHの位置の履歴(自車基準先行車位置の点群)および目標軌跡の例を示す。
図17に示すように、自車VEHの進行方向をX軸、車幅方向をY軸とする自車基準座標系をとり、先行車の位置の履歴(自車基準先行車位置の点群)をPfvrecとする。目標軌跡生成部5は、点群Pfvrecに対し、次数の異なる2種類の多項式近似を行うことで、2つの目標軌跡を生成する。図17の例では、目標軌跡生成部5は、式(6)を用いて点群Pfvrecを3次近似した目標軌跡TTと、式(13)を用いて点群Pfvrecを1次近似した目標軌跡TTとを生成している。また、自車基準先行車位置の点群Pfvrecのうち、最も新しく検出した先行車の位置を表す点をPfvnew(Xfvnew、Yfvnew)とする。
目標軌跡差分判定部6cは、目標軌跡TTにおいて、X座標が点PfvnewのX座標(Xfvnew)と等しくなるときのY座標Yと、目標軌跡TT8において、X座標が点をPfvnewのX座標(Xfvnew)と等しくなるときのY座標Yとを算出し、さらに、YとYとの差の大きさを目標軌跡差分dとして算出する。
そして、目標軌跡差分判定部6cは、目標軌跡差分dと予め定められた目標軌跡差分判定用の閾値dth3とを比較する。目標軌跡差分dが閾値dth3以下であれば、目標軌跡差分判定部6cは、2つの目標軌跡TTとTTとの差が小さいと判定する。目標軌跡差分dが閾値dth3よりも大きければ、目標軌跡差分判定部6cは、2つの目標軌跡TTとTTとの差が大きいと判定する。
ここで、次数の高い多項式近似で得られる目標軌跡は、近似の精度は高いが、曲率変動の多い形状となるため、自車を追従走行させたときの操舵回数が多くなる。逆に、次数の低い多項式近似で得られる目標軌跡は、近似の精度は高くないが、曲率変動が少ない安定した形状となるため、自車を追従走行させたときの操舵回数を少なくでき、スムーズな自車の制御に寄与できる。そのため、次数の高い多項式近似で得られる目標軌跡と、次数の低い多項式近似で得られる目標軌跡との形状が互いに類似している場合は、次数の低い多項式近似で得られる目標軌跡を用いることが好ましい。
そのため、実施の形態3の目標軌跡補正判定部6は、次数の異なる2つの目標軌跡の差が小さい場合には、スムーズな自車の制御を実現するために、次数の高い目標軌跡を次数の低い目標軌跡へ補正することが必要と判定する。また、2つの目標軌跡の差が大きい場合には、目標軌跡補正判定部6は、近似の精度を維持するために、次数の高い目標軌跡の補正は必要でないと判定する。
補正目標軌跡生成部7は、目標軌跡の補正が必要と判定された場合、2つの目標軌跡のうち、多項式近似の次数が低い方を補正目標軌跡とし、目標軌跡の補正が必要ないと判定された場合、多項式近似の次数が高い方を補正目標軌跡とする。
実施の形態3に係る目標軌跡生成装置10は、次数の異なる2の目標軌跡の差が小さいときに、次数の小さい方の目標軌跡を採用することで目標軌跡を補正することで、検出誤差に起因する目標軌跡の曲率変動を抑制できる。また、車両制御装置100は、目標軌跡生成装置10が生成した目標軌跡に基づいて自車を制御することにより、適確に且つスムーズに自車の制御を実行することができる。
以下、フローチャートを用いて、実施の形態3に係る車両制御装置100の動作を説明する。車両制御装置100の全体的な動作は実施の形態1で説明した図7のフローチャートとほぼ同様であるが、ステップST5における目標軌跡の生成処理と、ステップST6における目標軌跡補正判定の処理と、ステップST7における補正目標軌跡の生成処理の内容が、実施の形態1とは異なる。そのため、ここでは図7のステップST5,ST6,ST7の処理について説明する。
実施の形態3において、図7のステップST5では、目標軌跡生成部5が、目標軌跡生成部5が、多項式近似の次数が異なる2つの目標軌跡を生成する。2つの目標軌跡のうち次数の高い方を正規の目標軌跡とする。次数の低い方の目標軌跡は、ステップST6における目標軌跡補正判定に用いられる他、目標軌跡の補正が必要と判断されたときの補正目標軌跡となる。
なお、目標軌跡生成部5は、次数の異なる3つ以上の目標軌跡を生成し、目標軌跡補正判定部6がそのうちの2つを選択してもよい。また、目標軌跡生成部5は、次数の高い方の目標軌跡の高次の項を0とすることで、次数の低い方の目標軌跡を生成してもよい。
実施の形態3におけるステップST6の判定処理を、図18のフローチャートに示す。ステップST6gでは、目標軌跡差分判定部6cが、次数の異なる2つの目標軌跡の差が小さいか否かを判定する。目標軌跡の差が小さい場合、ステップST6hへ進み、目標軌跡差分判定部6cは、目標軌跡の補正は必要と判定する。目標軌跡の差分が大きい場合、ステップST6iへ進み、目標軌跡差分判定部6cは、目標軌跡の補正は必要でないと判定する。
図18のステップST6gの判定処理(目標軌跡差分判定)の詳細を、図19のフローチャートに示す(図17の説明図も参照されたい)。ここで、自車基準座標系のX軸は自車の進行方向、Y軸とする自車の車幅方向とする。
ステップST6g1では、目標軌跡差分判定部6cは、目標軌跡差分判定用の閾値dth3を設定する。ステップST6g2では、目標軌跡差分判定部6cは、次数の高い方の目標軌跡おいて、X座標が特定の値(例えば図17のXfvnew)と等しくなるときのY座標Yを算出する。ステップST6g3では、目標軌跡差分判定部6cは、次数の低い方の目標軌跡おいて、X座標が上記特定の値と等しくなるときのY座標Yを算出する。ステップST6g4では、目標軌跡差分判定部6cは、目標軌跡差分d=|Y−Y|を算出する。
ステップST6g5では、目標軌跡差分判定部6cは、目標軌跡差分dが閾値dth3以下であるか否かを判定する。目標軌跡差分dが閾値dth3以下であれば、ステップST6g6へ進み、目標軌跡差分判定部6cは、2つの目標軌跡の差は小さいと判定する。目標軌跡差分dが閾値dth3より大きければ、ステップST6g7へ進み、2つの目標軌跡の差は大きいと判定する。
また、実施の形態3において、図7のステップST7では、ステップST6で目標軌跡の補正が必要であると判定された場合に、ステップST5で生成した2つの目標軌跡のうち、次数の低い方の目標軌跡を補正目標軌跡とする。
<ハードウェア構成例>
図20および図21は、それぞれ目標軌跡生成装置10のハードウェア構成の例を示す図である。図1に示した目標軌跡生成装置10の構成要素の各機能は、例えば図20に示す処理回路50により実現される。すなわち、目標軌跡生成装置10は、自車の前方を走行する先行車の相対位置を取得し、自車の状態量を取得し、自車の状態量に基づいて、自車の移動量を算出し、先行車の相対位置および自車移動量に基づいて、先行車の相対位置の履歴を自車の現在位置を基準にする座標系で表した自車基準先行車位置の点群を算出し、自車基準先行車位置の点群に基づいて、自車の目標軌跡を生成し、自車基準先行車位置の点群または目標軌跡に基づいて、目標軌跡の補正が必要か否か判定し、目標軌跡の補正が必要と判定されると、自車基準先行車位置の点群または目標軌跡に基づいて、目標軌跡を補正した補正目標軌跡を生成するための処理回路50を備える。処理回路50は、専用のハードウェアであってもよいし、メモリに格納されたプログラムを実行するプロセッサ(中央処理装置(CPU:Central Processing Unit)、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、DSP(Digital Signal Processor)とも呼ばれる)を用いて構成されていてもよい。
処理回路50が専用のハードウェアである場合、処理回路50は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)、またはこれらを組み合わせたものなどが該当する。目標軌跡生成装置10の構成要素の各々の機能が個別の処理回路で実現されてもよいし、それらの機能がまとめて一つの処理回路で実現されてもよい。
図21は、処理回路50がプログラムを実行するプロセッサ51を用いて構成されている場合における目標軌跡生成装置10のハードウェア構成の例を示している。この場合、目標軌跡生成装置10の構成要素の機能は、ソフトウェア等(ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせ)により実現される。ソフトウェア等はプログラムとして記述され、メモリ52に格納される。プロセッサ51は、メモリ52に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。すなわち、目標軌跡生成装置10は、プロセッサ51により実行されるときに、自車の前方を走行する先行車の相対位置を取得する処理と、自車の状態量を取得する処理と、自車の状態量に基づいて、自車の移動量を算出する処理と、先行車の相対位置および自車移動量に基づいて、先行車の相対位置の履歴を自車の現在位置を基準にする座標系で表した自車基準先行車位置の点群を算出する処理と、自車基準先行車位置の点群に基づいて、自車の目標軌跡を生成する処理と、自車基準先行車位置の点群または目標軌跡に基づいて、目標軌跡の補正が必要か否か判定する処理と、目標軌跡の補正が必要と判定されると、自車基準先行車位置の点群または目標軌跡に基づいて、目標軌跡を補正した補正目標軌跡を生成する処理と、が結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ52を備える。換言すれば、このプログラムは、目標軌跡生成装置10の構成要素の動作の手順や方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。
ここで、メモリ52は、例えば、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリー、EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)などの、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、HDD(Hard Disk Drive)、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、DVD(Digital Versatile Disc)およびそのドライブ装置等、または、今後使用されるあらゆる記憶媒体であってもよい。
以上、目標軌跡生成装置10の構成要素の機能が、ハードウェアおよびソフトウェア等のいずれか一方で実現される構成について説明した。しかしこれに限ったものではなく、目標軌跡生成装置10の一部の構成要素を専用のハードウェアで実現し、別の一部の構成要素をソフトウェア等で実現する構成であってもよい。例えば、一部の構成要素については専用のハードウェアとしての処理回路50でその機能を実現し、他の一部の構成要素についてはプロセッサ51としての処理回路50がメモリ52に格納されたプログラムを読み出して実行することによってその機能を実現することが可能である。
以上のように、目標軌跡生成装置10は、ハードウェア、ソフトウェア等、またはこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
本発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての態様において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
100 車両制御装置、10 目標軌跡生成装置、1 先行車位置取得部、2 自車状態量取得部、3 自車移動量算出部、4 自車基準先行車位置算出部、5 目標軌跡生成部、6 目標軌跡補正判定部、7 補正目標軌跡生成部、8 制御部、6a 先行車直進判定部、6b 車間距離判定部、6c 目標軌跡差分判定部。

Claims (16)

  1. 自車の前方を走行する先行車の相対位置を取得する先行車位置取得部(1)と、
    前記自車の状態量を取得する自車状態量取得部(2)と、
    前記自車の状態量に基づいて、前記自車の移動量を算出する自車移動量算出部(3)と、
    前記先行車の相対位置および前記自車移動量に基づいて、前記先行車の相対位置の履歴を前記自車の現在位置を基準にする座標系で表した自車基準先行車位置の点群を算出する自車基準先行車位置算出部(4)と、
    前記自車基準先行車位置の点群に基づいて、前記自車の目標軌跡を生成する目標軌跡生成部(5)と、
    前記自車基準先行車位置の点群または前記目標軌跡に基づいて、前記目標軌跡の補正が必要か否か判定する目標軌跡補正判定部(6)と、
    前記目標軌跡の補正が必要と判定されると、前記自車基準先行車位置の点群または前記目標軌跡に基づいて、前記目標軌跡を補正した補正目標軌跡を生成する補正目標軌跡生成部(7)と、
    を備える目標軌跡生成装置(10)。
  2. 前記目標軌跡生成部(5)は、前記自車基準先行車位置の点群の多項式近似により前記目標軌跡を生成し、
    前記補正目標軌跡生成部(7)は、前記目標軌跡を生成した多項式近似の次数を下げることによって前記補正目標軌跡を生成する、
    請求項1に記載の目標軌跡生成装置(10)。
  3. 前記補正目標軌跡生成部(7)は、前記目標軌跡を表す多項式の高次の項を0に設定することによって前記補正目標軌跡を生成する、
    請求項2に記載の目標軌跡生成装置(10)。
  4. 前記目標軌跡補正判定部(6)は、前記先行車が直進中か否かを判定し、前記先行車が直進中であると判定した場合に、前記目標軌跡の補正が必要と判定する、
    請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の目標軌跡生成装置(10)。
  5. 前記目標軌跡補正判定部(6)は、前記自車と前記先行車との車間距離が予め定められた閾値よりも小さい場合に、前記目標軌跡の補正が必要と判定する、
    請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の目標軌跡生成装置(10)。
  6. 前記目標軌跡生成部(5)は、前記自車基準先行車位置の点群に次数の異なる2つの多項式近似を行うことで、次数の異なる2つの目標軌跡を生成し、
    前記目標軌跡補正判定部(6)は、前記2つの目標軌跡の差の大きさを判定し、前記2つの目標軌跡の差が予め定められた閾値以下の場合に、前記目標軌跡の補正が必要であると判定し、
    前記2つの目標軌跡のうち、次数の低い方は前記補正目標軌跡として扱われ、次数の高い方は補正前の目標軌跡として扱われる、
    請求項1に記載の目標軌跡生成装置(10)。
  7. 前記2つの目標軌跡は、1次関数近似した目標軌跡、2次関数近似した目標軌跡、3次関数近似した目標軌跡のうちのいずれか2つである
    請求項6に記載の目標軌跡生成装置(10)。
  8. 請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の目標軌跡生成装置(10)と、
    前記目標軌跡または前記補正目標軌跡に基づいて、前記自車の動作を制御する制御部(8)と、
    を備える車両制御装置(100)。
  9. 目標軌跡生成装置(10)における目標軌跡生成方法であって、
    前記目標軌跡生成装置(10)の先行車位置取得部(1)が、自車の前方を走行する先行車の相対位置を取得し、
    前記目標軌跡生成装置(10)の自車状態量取得部(2)が、前記自車の状態量を取得し、
    前記目標軌跡生成装置(10)の自車移動量算出部(3)が、前記自車の状態量に基づいて、前記自車の移動量を算出し、
    前記目標軌跡生成装置(10)の自車基準先行車位置算出部(4)が、前記先行車の相対位置および前記自車移動量に基づいて、前記先行車の相対位置の履歴を前記自車の現在位置を基準にする座標系で表した自車基準先行車位置の点群を算出し、
    前記目標軌跡生成装置(10)の目標軌跡生成部(5)が、前記自車基準先行車位置の点群に基づいて、前記自車の目標軌跡を生成し、
    前記目標軌跡生成装置(10)の目標軌跡補正判定部(6)が、前記自車基準先行車位置の点群または前記目標軌跡に基づいて、前記目標軌跡の補正が必要か否か判定し、
    前記目標軌跡の補正が必要と判定されると、前記目標軌跡生成装置(10)の補正目標軌跡生成部(7)が、前記自車基準先行車位置の点群または前記目標軌跡に基づいて、前記目標軌跡を補正した補正目標軌跡を生成する、
    目標軌跡生成方法。
  10. 前記目標軌跡生成部(5)は、前記自車基準先行車位置の点群の多項式近似により前記目標軌跡を生成し、
    前記補正目標軌跡生成部(7)は、前記目標軌跡を生成した多項式近似の次数を下げることによって前記補正目標軌跡を生成する、
    請求項9に記載の目標軌跡生成方法。
  11. 前記補正目標軌跡生成部(7)は、前記目標軌跡を表す多項式の高次の項を0に設定することによって前記補正目標軌跡を生成する、
    請求項10に記載の目標軌跡生成方法。
  12. 前記目標軌跡補正判定部(6)は、前記先行車が直進中か否かを判定し、前記先行車が直進中であると判定した場合に、前記目標軌跡の補正が必要と判定する、
    請求項9から請求項11のいずれか一項に記載の目標軌跡生成方法。
  13. 前記目標軌跡補正判定部(6)は、前記自車と前記先行車との車間距離が予め定められた閾値よりも小さい場合に、前記目標軌跡の補正が必要と判定する、
    請求項9から請求項11のいずれか一項に記載の目標軌跡生成方法。
  14. 前記目標軌跡生成部(5)は、前記自車基準先行車位置の点群に次数の異なる2つの多項式近似を行うことで、次数の異なる2つの目標軌跡を生成し、
    前記目標軌跡補正判定部(6)は、前記2つの目標軌跡の差の大きさを判定し、前記2つの目標軌跡の差が予め定められた閾値以下の場合に、前記目標軌跡の補正が必要であると判定し、
    前記2つの目標軌跡のうち、次数の低い方は前記補正目標軌跡として扱われ、次数の高い方は補正前の目標軌跡として扱われる、
    請求項9に記載の目標軌跡生成方法。
  15. 前記2つの目標軌跡は、1次関数近似した目標軌跡、2次関数近似した目標軌跡、3次関数近似した目標軌跡のうちのいずれか2つである
    請求項14に記載の目標軌跡生成方法。
  16. 前記目標軌跡生成装置(10)を備える車両制御装置(100)における車両制御方法であって、
    前記目標軌跡生成装置(10)が、請求項9から請求項15のいずれか一項に記載の目標軌跡生成方法により前記目標軌跡または前記補正目標軌跡を生成し、
    前記車両制御装置(100)の制御部(8)が、前記目標軌跡または前記補正目標軌跡に基づいて、前記自車の動作を制御する、
    車両制御方法。
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