WO2021085638A1 - 走行軌道修正装置および走行軌道修正方法 - Google Patents

走行軌道修正装置および走行軌道修正方法 Download PDF

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vehicle
track
traveling track
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direction angle
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山本　真
佐藤　元春
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株式会社三英技研
株式会社佐藤商會
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    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
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    • B60W30/02—Control of vehicle driving stability
    • B60W30/045—Improving turning performance
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
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    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G1/00—Traffic control systems for road vehicles
    • G08G1/16—Anti-collision systems

Definitions

  • the present invention relates to a device and a method for modifying a traveling track created as a traveling track of a vehicle, which is composed of a straight line, an arc, and a clothoid curve, according to a change in the traveling condition of the vehicle.
  • the inventor of the present application has so far set an approach straight section, a subsequent approach clothoid section, and an approach clothoid section as a traveling track on which a vehicle travels on a road having an approach straight section, a subsequent arc section, and a subsequent escape straight section.
  • the entry clothoid section and the exit clothoid section are each composed of multiple clothoids in which a plurality of clothoid curves are connected to realize further improvement in riding comfort (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
  • the traveling track created according to Patent Documents 1 and 2 is an ideal track when the vehicle travels on a curved section, but in reality, the vehicle cannot always travel along the traveling track. For example, there may be obstacles in the course, or a vehicle with a large total weight may bulge outward from the curve due to centrifugal force, causing the vehicle to deviate from the traveling track. If the amount of deviation from the traveling track is small, the vehicle can be controlled to return to the traveling track, but if the amount of deviation is large, forcibly returning the vehicle to the traveling track requires a sudden handling operation. Not only is the ride less comfortable, but it can also reduce safety. That is, the traveling track created according to the above Patent Documents 1 and 2 is created based on the fixed map data, and is a fixed one that cannot be corrected even if the traveling condition of the vehicle changes.
  • the traveling track can be regenerated according to a change in the traveling condition of the vehicle such as when the traveling vehicle deviates from the traveling track.
  • a straight section or a curved section that is, a relaxation curve section in which the radius of curvature changes although the traveling track is regenerated when the trajectory shifts in a section having a constant radius of curvature. That is, the traveling track is not regenerated in the clothoid section.
  • the present invention is a traveling track created as a track to be traveled by a vehicle, and changes in the traveling condition of the vehicle on a traveling track consisting of a straight line, an arc, and a clothoid curve without limitation of the section in which the vehicle is traveling. It is an object of the present invention to provide a device and a method of modifying according to the above.
  • the traveling track correction device which is a traveling track created as a traveling track of the vehicle and which is composed of a straight line, an arc, and a crossoid curve is corrected according to a change in the traveling condition of the vehicle.
  • a vehicle position detection unit that detects the current position of the vehicle
  • a deviation amount calculation unit that calculates the deviation amount of the current position of the vehicle from the traveling track
  • a vehicle speed detection unit that detects the vehicle speed of the vehicle.
  • a direction angle detection unit that detects a direction angle at a point corresponding to the current position of the vehicle on the traveling track, and a target point on a curved section ahead of the current position of the vehicle on the traveling track.
  • a traveling track correction device including a track correction unit that replaces a portion with the correction track and corrects the traveling track, and a traveling track correction method corresponding thereto.
  • the track correction unit may generate a route on which the vehicle can travel from the current position of the vehicle to the target point as the correction track with reference to the map data.
  • the track correction unit sets the start point of the first clothoid curve and its direction angle as the direction angle at the current position of the vehicle and the point corresponding to the current position of the vehicle on the traveling track, and the second and subsequent clothoids.
  • the start point of the curve and its direction angle are set as the end point of the previous clothoid curve and its direction angle, and the end point of the last clothoid curve and its direction angle are set as the target point and its direction angle, and a plurality of clothoid curves are connected to each other.
  • a modified orbit may be generated.
  • the target point setting unit may set the target point based on one or more parameters including at least one of the vehicle speed, the vehicle weight, the vehicle height, the vehicle width, the vehicle length, and the wheelbase of the vehicle.
  • a traveling track created as a trajectory to be traveled by a vehicle which is composed of a straight line, an arc, and a clothoid curve, is modified according to a change in the traveling condition of the vehicle without limitation of the section in which the vehicle is traveling. can do.
  • the figure which shows the example of the traveling track correction when the vehicle speed is slow The figure which shows the example of the traveling track correction when the vehicle speed is fast
  • FIG. 1 is a functional block diagram of a traveling track correction device 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the traveling track correction device 100 according to the present embodiment is a traveling track created as a track to be traveled by the vehicle, which is mounted on a vehicle or arranged in a center and connected to the vehicle by 5G wireless communication or the like.
  • the traveling track 200 composed of a straight line, an arc, and a crossoid curve is modified according to a change in the traveling condition of the vehicle.
  • the vehicle may be a passenger car, a freight vehicle, a commercial vehicle, a special purpose vehicle, or the like. Further, the vehicle is not limited to a four-wheeled vehicle and may be a two-wheeled vehicle.
  • the traveling track 200 is created by, for example, the traveling track creating device disclosed in Patent Documents 1 and 2, and the data thereof is stored in the storage device (not shown).
  • the traveling track correction device 100 can appropriately read a necessary portion of the traveling track 200 from the storage device and partially correct the traveling track 200 as necessary. Further, the traveling track 200 is appropriately read out by the vehicle control device (not shown) and used for automatic driving control of the vehicle.
  • the traveling track correction device 100 includes a vehicle position detection unit 10, a vehicle speed detection unit 20, a direction angle detection unit 30, a deviation amount calculation unit 40, a target point setting unit 50, and a track correction unit 60. .. These modules can be realized by hardware circuits, by software running on the CPU (Central Processing Unit), or by combining both, some of them are realized as hardware and others are realized as software. can do.
  • CPU Central Processing Unit
  • the vehicle position detection unit 10 detects the current position of the vehicle. Specifically, the vehicle position detection unit 10 receives signals from satellite positioning systems such as GPS (Global Positioning System) and quasi-zenith satellite system, and various sensors such as in-vehicle acceleration sensors, gyro sensors, and geomagnetic sensors. Detects the current position of. As an example, the current position can be represented as coordinate data consisting of the latitude, longitude, and altitude of the vehicle.
  • satellite positioning systems such as GPS (Global Positioning System) and quasi-zenith satellite system
  • sensors such as in-vehicle acceleration sensors, gyro sensors, and geomagnetic sensors. Detects the current position of.
  • the current position can be represented as coordinate data consisting of the latitude, longitude, and altitude of the vehicle.
  • the vehicle speed detection unit 20 detects the vehicle speed of the vehicle. Specifically, the vehicle speed detection unit 20 detects the vehicle speed of the vehicle by receiving a signal from an in-vehicle wheel encoder or the like. Alternatively, the vehicle speed of the vehicle may be detected by differentiating the current position of the vehicle detected by the vehicle position detection unit 10.
  • the direction angle detection unit 30 detects the direction angle at a point corresponding to the current position of the vehicle on the traveling track 200. Specifically, the direction angle detection unit 30 receives information on the current position of the vehicle from the vehicle position detection unit 10, and based on the information, the necessary portion of the traveling track 200 (here, the vehicle The traveling track data near the current position) is read out, a point corresponding to the current position of the vehicle is determined on the traveling track 200, and the direction angle at that point is detected.
  • a point corresponding to the current position of the vehicle on the traveling track 200 can be obtained as a foot of a perpendicular line or a normal line drawn on the traveling track 200 from the current position of the vehicle.
  • the azimuth can be expressed as a true north azimuth as a reference azimuth (direction angle 0 °) and then as a clockwise positive angle.
  • the deviation amount calculation unit 40 calculates the deviation amount of the current position of the vehicle from the traveling track 200. Specifically, the deviation amount calculation unit 40 receives information on the current position of the vehicle from the vehicle position detection unit 10, and based on the information, the necessary portion of the traveling track 200 (here, the vehicle The traveling track data near the current position) is read out, and the amount of deviation of the vehicle's current position from the traveling track 200 is calculated. The deviation amount can be obtained as the length of a perpendicular line or a normal line drawn on the traveling track 200 from the current position of the vehicle.
  • the target point setting unit 50 sets a target point on the traveling track 200 at a point ahead of the current position of the vehicle.
  • the target point is a target point for guiding the traveling position of the vehicle onto the traveling track 200 again when the vehicle is traveling deviating from the traveling track 200.
  • the target point can be set to any point on the traveling track 200. That is, the target point can be set on a straight line having an infinite radius of curvature, on an arc having a radius of curvature of a certain size, or on a clothoid curve in which the radius of curvature changes uniformly.
  • the target point setting unit 50 receives information on the current position of the vehicle from the vehicle position detection unit 10, and based on the information, the necessary portion of the traveling track 200 (here, the vehicle The traveling track data including the current position) is read out, and a target point is set at an arbitrary point of the traveling track 200.
  • the vehicle speed When the vehicle speed is slow, the vehicle can be returned to the traveling track 200 at a point relatively close to the current position of the vehicle.
  • some handling operation and speed control are required to return the vehicle to the traveling track 200, when the vehicle speed is high, it is sudden to guide the vehicle to a point relatively close to the current position of the vehicle. There is a risk that the ride will be uncomfortable and safety will be reduced due to the need for proper handling operations and sudden changes in speed. Therefore, when the vehicle speed is high, it is preferable to return the vehicle to the traveling track 200 at a point relatively far from the current position of the vehicle. That is, it is preferable that the set position of the target point for guiding the vehicle on the traveling track 200 again is changed according to the vehicle speed of the vehicle.
  • the target point setting unit 50 receives information on the vehicle speed of the vehicle from the vehicle speed detection unit 20, and when the vehicle speed is slow, the target point setting unit 50 is relatively close to the current position of the vehicle, and when the vehicle speed is high, the target point setting unit 50 is relatively close to the current position of the vehicle.
  • the target point may be set at a position relatively far from the current position of the vehicle.
  • the handling operation and speed control for returning the vehicle to the traveling track 200 may change depending on the specifications such as the weight of the vehicle, the height of the vehicle, the width of the vehicle, the length of the vehicle, and the wheelbase. Therefore, the target point setting unit 50 may set the target point in consideration of vehicle specification parameters such as weight, vehicle height, vehicle width, vehicle length, and wheelbase. For example, if the weight of the vehicle is light, the height of the vehicle is low, or the length or wheelbase is short, the target point is likely to be set relatively close to the current position of the vehicle, and conversely, the weight of the vehicle. If the vehicle is heavy, the vehicle height is high, or the vehicle length or wheelbase is long, the target point is likely to be set at a position relatively far from the current position of the vehicle.
  • vehicle specification parameters such as weight, vehicle height, vehicle width, vehicle length, and wheelbase.
  • the amount of deviation of the vehicle's current position from the traveling track 200 exceeds a threshold value (for example, twice the vehicle width) while the vehicle is traveling at a predetermined speed or more (for example, 5 km / h or more). Then, the direction angle of the start point is set as the direction angle at the point corresponding to the current position of the vehicle on the traveling track 200, the direction angle of the end point is set as the direction angle at the target point, and one or more crossoid curves are used from the current position of the vehicle. A corrected track that smoothly connects to the target point is generated, and the portion up to the target point is replaced with the corrected track in the traveling track 200 to correct the traveling track 200.
  • a threshold value for example, twice the vehicle width
  • the track correction unit 60 receives information on the vehicle speed of the vehicle from the vehicle speed detection unit 20, and receives information on the deviation amount of the current position of the vehicle from the traveling track 200 from the deviation amount calculation unit 40, and corrects the vehicle. Determine whether to generate an orbit.
  • the track correction unit 60 receives information on the current position of the vehicle from the vehicle position detection unit 10, and the azimuth detection unit 30 at a point corresponding to the current position of the vehicle on the traveling track 200.
  • the current position of the vehicle is set as the start point and the target point is set as the end point, and the direction angle of the start point corresponds to the current position of the vehicle on the traveling track 200.
  • a corrected trajectory is generated in which the azimuth at the point to be used and the azimuth at the end point are the azimuth at the target point on the traveling track 200.
  • the track correction unit 60 generates, as a correction track, a route on which the vehicle can travel from the current position of the vehicle to the target point with reference to the map data 300.
  • the map data 300 is data that is the basis for creating the traveling track 200, and includes various information such as the straight section length of the road, the start point of the arc section, the curvature of the arc section, the road width, and the curb on the side of the road. It has been. By referring to such map data 300, for example, a modified track that overcomes a curb can be excluded, and a modified track that the vehicle can actually travel can be generated.
  • the modified orbit can be constructed with a clothoid curve.
  • Clothoid curve, the radius of curvature R, the curve length as L, represented by RL A 2.
  • A is a clothoid parameter.
  • the orbit correction unit 60 can calculate the clothoid parameter A by determining the radius of curvature R and the corrected orbit length L of the target point.
  • the track correction unit 60 can calculate the clothoid curve from the current position of the vehicle to the target point based on the calculated clothoid parameter A.
  • the modified orbit may be composed of multiple clothoids in which a plurality of clothoid curves are connected so that the curvature changes gently at the connection point.
  • the track correction unit 60 sets the start point of the first clothoid curve and its direction angle as the current position of the vehicle and the direction angle at a point corresponding to the current position of the vehicle on the traveling track 200, and sets the second and subsequent points.
  • the start point of the clothoid curve and its direction angle are set as the end point of the previous clothoid curve and its direction angle, and the end point of the last clothoid curve and its direction angle are set as the target point and its direction angle, and a plurality of clothoid curves are connected.
  • a modified orbit can be generated.
  • the multiple clothoid technique is disclosed in detail in Patent Documents 1 and 2.
  • FIG. 2 shows an example of traveling track correction when the vehicle speed is slow. It is assumed that the traveling track 200 on which the vehicle 1 should travel is composed of a straight section 200a, a clothoid section 200b following the straight section 200a, and an arc section 200c following the clothoid section 200b. The vehicle 1 is currently traveling in a straight section 200a in front of the curve section. Current position of the vehicle 1 is assumed to be represented by the point P 0.
  • the target point PT is set on the traveling track 200 in consideration of the vehicle speed of the vehicle 1.
  • the target point PT is set at the boundary between the clothoid section 200b and the arc section 200c.
  • modified trajectory 200d which continues smoothly from the current position P 0 of the vehicle 1 at one or more of the clothoid curve to a target point P T is generated.
  • the traveling track 200 the portion up to the target point PT is replaced with the corrected trajectory 200d, and the traveling track 200 is modified.
  • FIG. 3 shows an example of traveling track correction when the vehicle speed is high.
  • the target point PT is set on a point farther away than when the vehicle speed is slow, for example, on the arc section 200c.
  • modified trajectory 200d which continues smoothly from the current position P 0 of the vehicle 1 at one or more of the clothoid curve to a target point P T is generated.
  • the traveling track 200 the portion up to the target point PT is replaced with the corrected trajectory 200d, and the traveling track 200 is modified.
  • FIG. 4 shows an example in which the vehicle 1 corrects the traveling track while traveling in the clothoid section 200b.
  • the target point PT is set on the traveling track 200 in consideration of the vehicle speed of the vehicle 1.
  • the target point PT is set on the arc section 200c.
  • modified trajectory 200d which continues smoothly from the current position P 0 of the vehicle 1 at one or more of the clothoid curve to a target point P T is generated.
  • the traveling track 200 the portion up to the target point PT is replaced with the corrected trajectory 200d, and the traveling track 200 is modified.
  • FIG. 5 shows an example of traveling track correction when further correction is required from the traveling track correction of FIG.
  • the traveling track 200 shown in FIG. 5 is partially replaced with the modified track 200d generated in FIG. 3, and is composed of a clothoid section 200b and an arc section 200c following the clothoid section 200b.
  • the target point PT is set on the arc section 200c at a position farther than the position set in FIG. Newly set.
  • a new modified track 200d that smoothly connects the current position P 0 of the vehicle 1 to the target point PT is generated by one or more clothoid curves. Then, the portion of the traveling track 200 up to the target point PT is replaced with a new modified trajectory 200d, and the traveling track 200 is modified again. After that, the correction of the traveling track 200 is repeated every time the vehicle 1 deviates from the modified traveling track 200 by a predetermined amount.
  • FIG. 6 shows an example of traveling track correction when the target point is set beyond the arc section.
  • the S-shaped curve section including the first arc section 200c1 having a radius of curvature R1 corresponding to the arc section 200c in FIGS. 2 to 5 and the second arc section 200c2 having a radius of curvature R2 beyond that, the target point P.
  • T is set before the first arc section 200c, for example, on the second arc section 200c2.
  • One or more crossoid curves connected to and one or more crossoid curves smoothly connected to the target point PT set on the second arc section 200c2 from the end point of the first arc section 200c1 moved to the center are generated, and these crossoids are generated.
  • a modified orbit 200d formed by connecting the curves is generated. Then, in the traveling track 200, the portion up to the target point PT is replaced with the corrected trajectory 200d, and the traveling track 200 is modified.
  • the traveling track created as the track to be traveled by the vehicle and consisting of a straight line, an arc, and a clothoid curve is used to change the traveling condition of the vehicle. It can be modified accordingly. In particular, the traveling track can be corrected even when the vehicle is traveling in the clothoid section.
  • the setting position of the target point may be changed according to the vehicle speed of the vehicle, but various driving modes such as passenger car mode, sports mode, normal mode, and freight car mode can be selected and selected.
  • the setting position of the target point may be changed according to the operation mode. For example, when the sports mode is selected, the target point is set at a relatively close position so that the vehicle can be quickly returned to the traveling track even if some lateral acceleration occurs, and the freight vehicle mode is selected. If this is the case, the target point may be set at a relatively distant position and the vehicle may be returned to the traveling track over time so that the lateral acceleration is minimized.
  • the traveling track correction device 100 can correct according to a change in the traveling condition of the vehicle without limitation of the section in which the vehicle is traveling, not only the case where the vehicle moves forward but also the case where the vehicle moves backward. For example, it can also be used to guide various vehicles such as passenger cars and towed freight vehicles in the parking lot. Further, the traveling trajectory correction device 100 according to the present embodiment can be used not only for vehicles but also for flight control of flying objects such as drones.
  • Travel track correction device 10
  • Vehicle position detection unit 20
  • Vehicle speed detection unit 30
  • Direction angle detection unit 40
  • Deviation amount calculation unit 50
  • Target point setting unit 60
  • Track correction unit 200

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Abstract

走行軌道修正装置（１００）は、車両の現在位置を検知する車両位置検知部（１０）と、走行軌道からの車両の現在位置の逸脱量を計算する逸脱量計算部（４０）と、車両の車速を検知する車速検知部（２０）と、走行軌道上で車両の現在位置に相当する点における方向角を検知する方向角検知部（３０）と、走行軌道上で車両の現在位置よりも先の曲線区間上の地点に目標点を設定する目標点設定部（５０）と、車両が所定速度以上で走行中に逸脱量が閾値を超えたとき、始点の方向角を走行軌道上で車両の現在位置に相当する点における方向角とし、終点の方向角を目標点における方向角とし、一つ以上のクロソイド曲線で車両の現在位置から目標点に滑らかに繋がる修正軌道を生成し、走行軌道において目標点までの部分を修正軌道に置き換えて走行軌道を修正する軌道修正部（６０）とを備えている。

Description

走行軌道修正装置および走行軌道修正方法
　本発明は、車両の走行すべき軌道として作成された走行軌道であって直線、円弧およびクロソイド曲線からなる走行軌道を車両の走行状況変化に応じて修正する装置および方法に関する。
　本願発明者は、これまで、進入直線区間と、それに引き続く円弧区間と、それに引き続く脱出直線区間とを有する道路を車両が走行する走行軌道として、進入直線区間と、それに引き続く進入クロソイド区間と、それに引き続く円弧区間と、それに引き続く脱出クロソイド区間と、それに引き続く脱出直線区間とからなる走行軌道を作成する技術を開発し、当該走行軌道に沿って車両が走行することでカーブ区間における車両の滑らかな走行を実現して車両の乗り心地向上を図ってきた。さらに進入クロソイド区間および脱出クロソイド区間をそれぞれ複数のクロソイド曲線を連結した多連クロソイドで構成することでより一層の乗り心地向上を実現した（例えば、特許文献１、２を参照）。
　また、事前に生成していた走行軌道では、地図に反映されていない道路の情報や外乱によって、車線を逸脱したり、障害物に衝突したり、制御量が過大になったりするおそれがある場合に、走行軌道を再生成する技術が知られている（例えば、特許文献３、特に図２６を参照）。
特許第６２５１４２１号公報 特許第６５６５０４５号公報 特開２０１７－１９３１８９号公報
　上記特許文献１、２により作成される走行軌道は車両がカーブ区間を走行する際の理想的な軌道であるが、実際には車両が常にその走行軌道に沿って走行できるとは限らない。例えば、進路上に障害物があったり、総重量の大きな車両は遠心力でカーブの外方向に膨らんだりして、車両が走行軌道から外れてしまうことがある。走行軌道からの逸脱量がわずかであれば走行軌道に戻すように車両を制御することもできようが、逸脱量が大きい場合に車両を無理に走行軌道に戻すと急なハンドリング操作を余儀なくされ、乗り心地が低下するばかりか安全性の低下につながりかねない。すなわち、上記特許文献１、２により作成される走行軌道は固定的な地図データに基づいて作成されており、車両の走行状況に変化があっても修正ができない固定的なものである。
　一方、上記特許文献３によると走行中の車両が走行軌道から逸脱した場合などの車両の走行状況変化に応じて走行軌道を再生成することができる。しかし、上記特許文献３の技術では直線区間または曲線区間、すなわち、曲率半径が一定の区間において軌道のずれが生じた場合に走行軌道は再生成されるものの、曲率半径が変化する緩和曲線区間、すなわちクロソイド区間では走行軌道は再生成されない。
　上記問題に鑑み、本発明は、車両の走行すべき軌道として作成された走行軌道であって直線、円弧およびクロソイド曲線からなる走行軌道を、車両が走行中の区間の制限なく車両の走行状況変化に応じて修正する装置および方法を提供することを目的とする。
　本発明の一局面に従うと、車両の走行すべき軌道として作成された走行軌道であって直線、円弧およびクロソイド曲線からなる走行軌道を前記車両の走行状況変化に応じて修正する走行軌道修正装置であって、前記車両の現在位置を検知する車両位置検知部と、前記走行軌道からの前記車両の現在位置の逸脱量を計算する逸脱量計算部と、前記車両の車速を検知する車速検知部と、前記走行軌道上で前記車両の現在位置に相当する点における方向角を検知する方向角検知部と、前記走行軌道上で前記車両の現在位置よりも先の曲線区間上の地点に目標点を設定する目標点設定部と、前記車両が所定速度以上で走行中に前記逸脱量が閾値を超えたとき、始点の方向角を前記走行軌道上で前記車両の現在位置に相当する点における方向角とし、終点の方向角を前記目標点における方向角とし、一つ以上のクロソイド曲線で前記車両の現在位置から前記目標点に滑らかに繋がる修正軌道を生成し、前記走行軌道において前記目標点までの部分を前記修正軌道に置き換えて前記走行軌道を修正する軌道修正部とを備えた走行軌道修正装置およびこれに対応する走行軌道修正方法が提供される。
　前記軌道修正部は、地図データを参照して前記車両の現在位置から前記目標点に至るまで前記車両が走行可能な経路を前記修正軌道として生成してもよい。
　前記軌道修正部は、第１番目のクロソイド曲線の始点およびその方向角を前記車両の現在位置および前記走行軌道上で前記車両の現在位置に相当する点における方向角とし、第２番目以降のクロソイド曲線の始点およびその方向角を一つ前のクロソイド曲線の終点およびその方向角とし、最後のクロソイド曲線の終点およびその方向角を前記目標点およびその方向角として複数のクロソイド曲線を連結して前記修正軌道を生成してもよい。
　前記目標点設定部は、前記車両の車速、車重、車高、車幅、車長およびホイールベースのうち少なくとも車速を含む一つ以上のパラメータに基づいて前記目標点を設定してもよい。
　本発明によると、車両の走行すべき軌道として作成された走行軌道であって直線、円弧およびクロソイド曲線からなる走行軌道を、車両が走行中の区間の制限なく車両の走行状況変化に応じて修正することができる。
本発明の一実施形態に係る走行軌道修正装置の機能ブロック図 車速が遅い場合の走行軌道修正例を示す図 車速が速い場合の走行軌道修正例を示す図 車両がクロソイド区間を走行中に走行軌道を修正する例を示す図 図３の走行軌道修正からさらに修正が必要になった場合の走行軌道修正例を示す図 目標点が円弧区間を超えて設定された場合の走行軌道修正例を示す図
　以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、発明者は、当業者が本発明を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
　≪走行軌道修正装置の例≫
　図１は、本発明の一実施形態に係る走行軌道修正装置１００の機能ブロック図である。本実施形態に係る走行軌道修正装置１００は、車両に搭載され、または、センターに配置されて車両と５Ｇ無線通信などで接続され、当該車両の走行すべき軌道として作成された走行軌道であって直線、円弧およびクロソイド曲線からなる走行軌道２００を車両の走行状況変化に応じて修正するものである。車両は乗用車、貨物自動車、商用車、特種用途自動車などのいずれでもよい。また、車両は四輪車に限らず二輪車であってもよい。
　走行軌道２００は、例えば、特許文献１、２などに開示された走行軌道作成装置により作成され、そのデータが図略のストレージ装置に保存されている。走行軌道修正装置１００は、当該ストレージ装置から走行軌道２００の必要部分を適宜読み出し、必要に応じて走行軌道２００を部分的に修正することができる。また、走行軌道２００は図略の車両制御装置により適宜読み出されて車両の自動運転制御などに使用される。
　走行軌道修正装置１００は、車両位置検知部１０と、車速検知部２０と、方向角検知部３０と、逸脱量計算部４０と、目標点設定部５０と、軌道修正部６０とを備えている。なお、これらモジュールは、ハードウェア回路で実現することも、ＣＰＵ（Central Processing Unit）上で動作するソフトウェアで実現することもでき、あるいはその両者を組み合わせて一部をハードウェアとしてその他をソフトウェアとして実現することができる。
　車両位置検知部１０は、車両の現在位置を検知する。具体的に、車両位置検知部１０は、ＧＰＳ（Global Positioning System）や準天頂衛星システムなどの衛星測位システムや、車載の加速度センサ、ジャイロセンサ、地磁気センサなどの各種センサからの信号を受けて車両の現在位置を検知する。一例として、現在位置は、車両の緯度、経度、高度からなる座標データとして表すことができる。
　車速検知部２０は、車両の車速を検知する。具体的に、車速検知部２０は、車載のホイールエンコーダなどの信号を受けて車両の車速を検知する。あるいは、車両位置検知部１０によって検知される車両の現在位置を微分して車両の車速を検知するようにしてもよい。
　方向角検知部３０は、走行軌道２００上で車両の現在位置に相当する点における方向角を検知する。具体的に、方向角検知部３０は、車両位置検知部１０から車両の現在位置の情報を受けて、その情報をもとに図略のストレージ装置から走行軌道２００の必要部分（ここでは車両の現在位置近辺の走行軌道データ）を読み出し、走行軌道２００上で車両の現在位置に相当する点を決定し、その点における方向角を検知する。走行軌道２００上で車両の現在位置に相当する点は、車両の現在位置から走行軌道２００上に引いた垂線または法線の足として取得することができる。一例として、方向角は、真北方向角を基準方位（方向角０°）としてそれから時計回りの正の角度として表すことができる。
　逸脱量計算部４０は、走行軌道２００からの車両の現在位置の逸脱量を計算する。具体的に、逸脱量計算部４０は、車両位置検知部１０から車両の現在位置の情報を受けて、その情報をもとに図略のストレージ装置から走行軌道２００の必要部分（ここでは車両の現在位置近辺の走行軌道データ）を読み出し、走行軌道２００からの車両の現在位置の逸脱量を計算する。逸脱量は、車両の現在位置から走行軌道２００上に引いた垂線または法線の長さとして取得することができる。
　目標点設定部５０は、走行軌道２００上で車両の現在位置よりも先の地点に目標点を設定する。目標点とは、車両が走行軌道２００から逸脱して走行している場合において車両の走行位置を再び走行軌道２００上に誘導するための目標となる地点のことである。目標点は走行軌道２００上の任意の点に設定することができる。すなわち、目標点は曲率半径が無限大である直線上あるいは一定の大きさの曲率半径を有する円弧上に設定できるほか、曲率半径が一律変化するクロソイド曲線上に設定することもできる。
　具体的に、目標点設定部５０は、車両位置検知部１０から車両の現在位置の情報を受けて、その情報をもとに図略のストレージ装置から走行軌道２００の必要部分（ここでは車両の現在位置を含むその先の走行軌道データ）を読み出し、走行軌道２００の任意の点に目標点を設定する。
　車両の車速が遅い場合には車両の現在位置から比較的近い地点において車両を走行軌道２００上に復帰させることができる。一方、車両を走行軌道２００上に復帰させるにはある程度のハンドリング操作および速度制御が必要になるため、車両の車速が速い場合において車両の現在位置から比較的近い地点に車両を誘導しようとすると急なハンドリング操作が必要となったり、急な速度変化が生じたりして乗り心地が悪くなるばかりか安全性が低下するおそれがある。したがって、車両の車速が速い場合には車両の現在位置から比較的遠い地点において車両を走行軌道２００上に復帰させることが好ましい。すなわち、車両を再び走行軌道２００上に誘導するための目標となる地点は、車両の車速に応じてその設定される位置が変更されるのが好ましい。そこで、目標点設定部５０は、車速検知部２０から車両の車速の情報を受けて、車両の車速が遅い場合には車両の現在位置から比較的近い位置に、車両の車速が速い場合には車両の現在位置から比較的遠い位置に目標点を設定するようにしてもよい。
　車両の重量、車高、車幅、車長、ホイールベースなどの諸元に応じて、車両を走行軌道２００上に復帰させるためのハンドリング操作および速度制御が変わり得る。そこで、目標点設定部５０は、重量、車高、車幅、車長、ホイールベースなどの車両の諸元パラメータを加味して目標点を設定するようにしてもよい。例えば、車両の重量が軽い、車高が低い、または車長やホイールベースが短い場合には目標点は車両の現在位置から比較的近い位置に設定されやすくなり、これとは逆に車両の重量が重い、車高が高い、または車長やホイールベースが長い場合には目標点は車両の現在位置から比較的遠い位置に設定されやすくなる。
　軌道修正部６０は、車両が所定速度以上（例えば、５ｋｍ／ｈ以上）で走行中に走行軌道２００からの車両の現在位置の逸脱量が閾値（例えば、車両の車幅の２倍）を超えたとき、始点の方向角を走行軌道２００上で車両の現在位置に相当する点における方向角とし、終点の方向角を目標点における方向角とし、一つ以上のクロソイド曲線で車両の現在位置から目標点に滑らかに繋がる修正軌道を生成し、走行軌道２００において目標点までの部分を修正軌道に置き換えて走行軌道２００を修正する。
　具体的に、軌道修正部６０は、車速検知部２０から車両の車速の情報を受け、また、逸脱量計算部４０から走行軌道２００からの車両の現在位置の逸脱量の情報を受けて、修正軌道を生成するか否かを判断する。修正軌道を生成すると判断した場合、軌道修正部６０は、車両位置検知部１０から車両の現在位置の情報を受け、方向角検知部３０から走行軌道２００上で車両の現在位置に相当する点における方向角の情報を受け、目標点設定部５０から目標点の情報を受けて、車両の現在位置を始点、目標点を終点とし、始点の方向角を走行軌道２００上で車両の現在位置に相当する点における方向角、終点の方向角を走行軌道２００上の目標点における方向角とする修正軌道を生成する。
　なお、このとき、軌道修正部６０は、地図データ３００を参照して車両の現在位置から目標点に至るまで車両が走行可能な経路を修正軌道として生成することが好ましい。地図データ３００は、走行軌道２００の作成のもととなったデータであり、道路の直線区間長、円弧区間の開始点、円弧区間の曲率、道路幅、道路脇の縁石などの各種情報が含まれている。そのような地図データ３００を参照することで、例えば、縁石を乗り越えるような修正軌道は排除して、車両が実際に走行可能な修正軌道を生成することができる。
　修正軌道はクロソイド曲線で構成することができる。クロソイド曲線は、曲率半径をＲ、曲線長をＬとして、ＲＬ＝Ａ２で表される。ただし、Ａはクロソイドパラメータである。具体的に、軌道修正部６０は、目標点の曲率半径Ｒおよび修正軌道長Ｌを決定することによりクロソイドパラメータＡが算出できる。軌道修正部６０は、この算出したクロソイドパラメータＡに基づいて車両の現在位置から目標点に至るクロソイド曲線を計算することができる。
　クロソイド曲線で構成された修正軌道が円弧区間上の目標点に接続される場合、当該接続点において曲率が台形状に変化することで車両横方向に瞬間的に大きなジャークが発生して乗り心地の低下を招くおそれがある。そこで、修正軌道を複数のクロソイド曲線を連結した多連クロソイドで構成して当該接続点において曲率がなだらかに変化するようにしてもよい。具体的に、軌道修正部６０は、第１番目のクロソイド曲線の始点およびその方向角を車両の現在位置および走行軌道２００上で車両の現在位置に相当する点における方向角とし、第２番目以降のクロソイド曲線の始点およびその方向角を一つ前のクロソイド曲線の終点およびその方向角とし、最後のクロソイド曲線の終点およびその方向角を目標点およびその方向角として複数のクロソイド曲線を連結して修正軌道を生成することができる。なお、多連クロソイド技術については特許文献１、２に詳細に開示されている。
　≪走行軌道修正例≫
　次に、走行軌道修正装置１００による走行軌道修正例をいくつか説明する。
　図２は、車速が遅い場合の走行軌道修正例を示す。車両１が走行すべき走行軌道２００は、直線区間２００ａ、直線区間２００ａに引き続くクロソイド区間２００ｂ、およびクロソイド区間２００ｂに引き続く円弧区間２００ｃで構成されているものとする。いま車両１はカーブ区間手前の直線区間２００ａを走行中である。車両１の現在位置は点Ｐ０で表されるものとする。
　車両１が直線区間２００ａから所定量逸脱した場合、車両１の車速などを考慮して走行軌道２００上に目標点ＰＴが設定される。ここでは例えばクロソイド区間２００ｂと円弧区間２００ｃとの境界に目標点ＰＴが設定されるものとする。目標点ＰＴが設定されると、一つ以上のクロソイド曲線で車両１の現在位置Ｐ０から目標点ＰＴに滑らかに繋がる修正軌道２００ｄが生成される。そして、走行軌道２００において目標点ＰＴまでの部分が修正軌道２００ｄに置き換えられて走行軌道２００が修正される。
　図３は、車速が速い場合の走行軌道修正例を示す。車両１の車速が速い場合には、車速が遅い場合に比べてより遠くの点、例えば、円弧区間２００ｃ上に目標点ＰＴが設定される。目標点ＰＴが設定されると、一つ以上のクロソイド曲線で車両１の現在位置Ｐ０から目標点ＰＴに滑らかに繋がる修正軌道２００ｄが生成される。そして、走行軌道２００において目標点ＰＴまでの部分が修正軌道２００ｄに置き換えられて走行軌道２００が修正される。
　図４は、車両１がクロソイド区間２００ｂを走行中に走行軌道を修正する例を示す。車両１がクロソイド区間２００ｂから所定量逸脱した場合、車両１の車速などを考慮して走行軌道２００上に目標点ＰＴが設定される。ここでは例えば円弧区間２００ｃ上に目標点ＰＴが設定されるものとする。目標点ＰＴが設定されると、一つ以上のクロソイド曲線で車両１の現在位置Ｐ０から目標点ＰＴに滑らかに繋がる修正軌道２００ｄが生成される。そして、走行軌道２００において目標点ＰＴまでの部分が修正軌道２００ｄに置き換えられて走行軌道２００が修正される。
　修正された走行軌道２００から車両１がさらに大きく逸脱した場合には修正軌道２００ｄが新たに生成される。図５は、図３の走行軌道修正からさらに修正が必要になった場合の走行軌道修正例を示す。図５に示した走行軌道２００は、その一部が図３で生成された修正軌道２００ｄに置き換えられたものであり、クロソイド区間２００ｂおよびクロソイド区間２００ｂに引き続く円弧区間２００ｃで構成されている。車両１がクロソイド区間２００ｂ（図３で生成された修正軌道２００ｄに相当）から所定量逸脱した場合、例えば、円弧区間２００ｃ上に、図３で設定した位置よりも遠い位置に目標点ＰＴが新たに設定される。新たな目標点ＰＴが設定されると、一つ以上のクロソイド曲線で車両１の現在位置Ｐ０から目標点ＰＴに滑らかに繋がる新たな修正軌道２００ｄが生成される。そして、走行軌道２００において目標点ＰＴまでの部分が新たな修正軌道２００ｄに置き換えられて走行軌道２００が再度修正される。以後、車両１が修正された走行軌道２００から所定量逸脱するごとに走行軌道２００の修正が繰り返される。
　図６は、目標点が円弧区間を超えて設定された場合の走行軌道修正例を示す。例えば、図２ないし図５中の円弧区間２００ｃに相当する曲率半径Ｒ１の第１円弧区間２００ｃ１と、その先の曲率半径Ｒ２の第２円弧区間２００ｃ２とを含むＳ字カーブ区間において、目標点ＰＴが第１円弧区間２００ｃよりも先、例えば、第２円弧区間２００ｃ２上に設定されとする。この場合、第２円弧区間２００ｃ２の中心Ｃ２を固定して便宜的に第１円弧区間２００ｃ１の中心Ｃ１を移動させて車両１の現在位置Ｐ０から中心移動した第１円弧区間２００ｃ１の始点に滑らかに繋がる一つ以上のクロソイド曲線と、中心移動した第１円弧区間２００ｃ１の終点から第２円弧区間２００ｃ２上に設定された目標点ＰＴに滑らかに繋がる一つ以上のクロソイド曲線が生成され、これらクロソイド曲線を繋ぎ合わせてなる修正軌道２００ｄが生成される。そして、走行軌道２００において目標点ＰＴまでの部分が修正軌道２００ｄに置き換えられて走行軌道２００が修正される。
　≪効果≫
　以上のように、本実施形態に係る走行軌道修正装置１００によると、車両の走行すべき軌道として作成された走行軌道であって直線、円弧およびクロソイド曲線からなる走行軌道を車両の走行状況変化に応じて修正することができる。特に、車両がクロソイド区間を走行中であっても走行軌道を修正することができる。
　このように車両が走行中にいつでも走行軌道が車両の走行状況変化に応じて修正されることにより、前方の障害物や外乱などを避けて安全に自動運転制御できるとともにより一層の車両の乗り心地向上が期待できる。さらに、前方の障害物や外乱などを避ける際に車両を滑らかに制御して走行軌道に復帰させることができるため燃費の向上が期待できる。
　≪変形例≫
　上記記載で車両の車速に応じて目標点の設定位置を変更してもよいと述べたが、乗用車モード、スポーツモード、ノーマルモード、貨物車モードなどの各種運転モードを選択可能にして、選択された運転モードに応じて目標点の設定位置を変更するようにしてもよい。例えば、スポーツモードが選択されている場合には比較的近い位置に目標点を設定して多少の横方向加速度が発生しても速やかに車両を走行軌道に復帰できるようにし、貨物車モードが選択されている場合には比較的遠い位置に目標点を設定して横方向加速度が極力少なくなるように時間をかけて車両を走行軌道に復帰させるようにしてもよい。
　以上のように、本発明における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。また、上述の実施の形態は、本発明における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
　本実施形態に係る走行軌道修正装置１００は車両が走行中の区間の制限なく車両の走行状況変化に応じて修正することができることから、車両が前進する場合だけでなく、車両が後進するケース、例えば、駐車場内で乗用車や牽引貨物自動車などの各種車両を後進誘導する用途にも利用可能である。また、本実施形態に係る走行軌道修正装置１００は車両に限られずドローンなどの飛行体の飛行制御にも利用することができる。
１００　走行軌道修正装置
１０　　車両位置検知部
２０　　車速検知部
３０　　方向角検知部
４０　　逸脱量計算部
５０　　目標点設定部
６０　　軌道修正部
２００　走行軌道
３００　地図データ
１　　車両

Claims (8)

  1. 　車両の走行すべき軌道として作成された走行軌道であって直線、円弧およびクロソイド曲線からなる走行軌道を前記車両の走行状況変化に応じて修正する走行軌道修正装置であって、
    　前記車両の現在位置を検知する車両位置検知部と、
    　前記走行軌道からの前記車両の現在位置の逸脱量を計算する逸脱量計算部と、
    　前記車両の車速を検知する車速検知部と、
    　前記走行軌道上で前記車両の現在位置に相当する点における方向角を検知する方向角検知部と、
    　前記走行軌道上で前記車両の現在位置よりも先の曲線区間上の地点に目標点を設定する目標点設定部と、
    　前記車両が所定速度以上で走行中に前記逸脱量が閾値を超えたとき、始点の方向角を前記走行軌道上で前記車両の現在位置に相当する点における方向角とし、終点の方向角を前記目標点における方向角とし、一つ以上のクロソイド曲線で前記車両の現在位置から前記目標点に滑らかに繋がる修正軌道を生成し、前記走行軌道において前記目標点までの部分を前記修正軌道に置き換えて前記走行軌道を修正する軌道修正部とを備えた走行軌道修正装置。
  2. 　前記軌道修正部は、地図データを参照して前記車両の現在位置から前記目標点に至るまで前記車両が走行可能な経路を前記修正軌道として生成する、請求項１に記載の走行軌道修正装置。
  3. 　前記軌道修正部は、第１番目のクロソイド曲線の始点およびその方向角を前記車両の現在位置および前記走行軌道上で前記車両の現在位置に相当する点における方向角とし、第２番目以降のクロソイド曲線の始点およびその方向角を一つ前のクロソイド曲線の終点およびその方向角とし、最後のクロソイド曲線の終点およびその方向角を前記目標点およびその方向角として複数のクロソイド曲線を連結して前記修正軌道を生成する、請求項１または２に記載の走行軌道修正装置。
  4. 　前記目標点設定部は、前記車両の車速、車重、車高、車幅、車長およびホイールベースのうち少なくとも車速を含む一つ以上のパラメータに基づいて前記目標点を設定する、請求項１ないし３のいずれかに記載の走行軌道修正装置。
  5. 　車両の走行すべき軌道として作成された走行軌道であって直線、円弧およびクロソイド曲線からなる走行軌道を前記車両の走行状況変化に応じて修正する走行軌道修正方法であって、
    　前記車両の現在位置を検知する第１のステップと、
    　前記走行軌道からの前記車両の現在位置の逸脱量を計算する第２のステップと、
    　前記車両の車速を検知する第３のステップと、
    　前記走行軌道上で前記車両の現在位置に相当する点における方向角を検知する第４のステップと、
    　前記走行軌道上で前記車両の現在位置よりも先の曲線区間上の地点に目標点を設定する第５のステップと、
    　前記車両が所定速度以上で走行中に前記逸脱量が閾値を超えたとき、始点の方向角を前記走行軌道上で前記車両の現在位置に相当する点における方向角とし、終点の方向角を前記目標点における方向角とし、一つ以上のクロソイド曲線で前記車両の現在位置から前記目標点に滑らかに繋がる修正軌道を生成し、前記走行軌道において前記目標点までの部分を前記修正軌道に置き換えて前記走行軌道を修正する第６のステップとを備えた走行軌道修正方法。
  6. 　前記第６のステップにおいて、地図データを参照して前記車両の現在位置から前記目標点に至るまで前記車両が走行可能な経路を前記修正軌道として生成する、請求項５に記載の走行軌道修正方法。
  7. 　前記第６のステップにおいて、第１番目のクロソイド曲線の始点およびその方向角を前記車両の現在位置および前記走行軌道上で前記車両の現在位置に相当する点における方向角とし、第２番目以降のクロソイド曲線の始点およびその方向角を一つ前のクロソイド曲線の終点およびその方向角とし、最後のクロソイド曲線の終点およびその方向角を前記目標点およびその方向角として複数のクロソイド曲線を連結して前記修正軌道を生成する、請求項５または６に記載の走行軌道修正方法。
  8. 　前記第５のステップにおいて、前記車両の車速、車重、車高、車幅、車長およびホイールベースのうち少なくとも車速を含む一つ以上のパラメータに基づいて前記目標点を設定する、請求項５ないし７のいずれかに記載の走行軌道修正方法。
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