JP4466716B2 - 走行軌跡生成方法及び走行軌跡生成装置 - Google Patents

Description

本発明は、走行軌跡生成方法及び走行軌跡生成装置に関するものである。

従来、車両の走行軌跡を生成する方法は、例えば、予測される走行軌跡を運転者にディスプレイ等を通じて提供する装置に採用されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の装置は、道路形状と自車両の走行速度とに基づいて走行軌跡を導出し、導出した走行軌跡をフロントガラス等に投影して運転者に提供する装置である。
特開２００５−２２８１３９号公報

しかしながら、従来の走行軌跡生成装置にあっては、道路形状と自車両の走行速度とに基づいて走行軌跡を導出しているため、最速で到達又は通過する走行軌跡を導出することはできても、その他の要求を同時に取り入れた走行軌跡、例えば通過時間と共に、運転者の要求する燃費を考慮した走行軌跡を導出することは困難である。

そこで、本発明はこのような技術課題を解決するためになされたものであって、運転者の要求する通過時間及びその他の運転条件を満足した走行軌跡を導出することができる走行軌跡生成方法及び走行軌跡生成装置を提供することを目的とする。

すなわち本発明に係る走行軌跡生成方法は、所定の目標通過時間と道路境界線とに基づいた第１拘束条件を達成するように収束演算して走行軌跡を導出する第１収束演算ステップと、第１拘束条件を達成している状態において、所定の運転条件を評価するための評価関数による評価値の変動が小さくなるように収束演算して走行軌跡を導出する走行軌跡導出ステップとを備えて構成される。
また、本発明に係る走行軌跡生成方法は、所定の目標通過時間と道路境界線とに基づいた第１拘束条件を達成するように収束演算して走行軌跡を導出する第１収束演算ステップと、第１拘束条件を達成している状態において、所定の運転条件を評価するための評価関数を最適化するように収束演算して走行軌跡を導出する走行軌跡導出ステップとを備えて構成される。

この発明によれば、所定の目標通過時間と道路境界線とに基づいた第１拘束条件を達成するように収束演算して走行軌跡を導出し、第１拘束条件を達成している状態において、所定の運転条件を評価するための評価関数を収束演算して走行軌跡を導出する。これにより、目標通過時間を満たしながら、その条件が満たされる範囲内で、評価関数で評価する所定の運転条件を最も満たすことができる走行軌跡を導出することができる。よって、運転者の要求する通過時間及びその他の運転条件を満足した走行軌跡を導出することが可能となる。

なお、目標通過時間及びその他の運転条件を満足した走行軌跡を導出するために、最速となる走行軌跡と、その他の運転条件を最も満たすことができる走行軌跡とを導出し、両者の走行軌跡を運転者の要求に応じて重み付けして合算し、走行軌跡を導出する方法も考えられるが、この方法によって導出した走行軌跡は、運転者の要求するその他の運転条件をある程度考慮した走行軌跡にはなるものの、幾何学的な折衷案となる傾向があり、設定した重み付けが十分に反映された走行軌跡にならない場合もある。そこで、本発明では目標通過時間を拘束条件の一つとし、運転条件を評価関数として最適化を行う。これにより、幾何学的な折衷案とならずに理想的な走行軌跡を生成できる。

また、走行軌跡生成方法において、走行軌跡導出ステップは、評価関数として、低燃費走行を評価するための評価関数を用いることが好適であり、このように構成することで、運転者の要求する通過時間及び燃費を反映させた走行軌跡を導出することができる。

さらに、運転条件として燃費を指定する場合において、道路境界線に基づいた第２拘束条件を達成するように収束演算して走行軌跡を導出する第２収束演算ステップと、第２拘束条件を達成している状態において、所定区間の通過時間を評価するための評価関数による評価値の変動が小さくなるように収束演算して最速走行軌跡を導出する最速走行軌跡導出ステップと、第２拘束条件を達成している状態において、低燃費走行を評価するための評価関数による評価値の変動が小さくなるように収束演算して低燃費走行軌跡を導出する低燃費走行軌跡導出ステップと、最速走行軌跡から求められた最速通過時間と低燃費走行軌跡から求められた低燃費通過時間とに対して重み付けをして目標通過時間を算出する目標通過時間算出ステップと、を備え、第１収束演算ステップは、所定の目標通過時間として、目標通過時間算出ステップによって算出された目標通過時間を採用することが好適である。

このように構成することで、最速走行軌跡と低燃費走行軌跡とに基づいて、それぞれの通過時間（最速通過時間、低燃費通過時間）を算出し、算出した両者の通過時間を運転者の要求に応じて重み付けすることで、目標通過時間を算出することができる。このため、算出した目標通過時間に基づいて走行軌跡を導出することで、運転者の要求する条件をより正確に反映させることが可能となる。

また、本発明に係る走行軌跡生成装置は、所定の目標通過時間と道路境界線とに基づいた第１拘束条件を達成するように収束演算して走行軌跡を導出する第１収束演算部と、第１拘束条件を達成している状態において、所定の運転条件を評価するための評価関数による評価値の変動が小さくなるように収束演算して走行軌跡を導出する走行軌跡導出部と備えて構成される。
また、本発明に係る走行軌跡生成装置は、所定の目標通過時間と道路境界線とに基づいた第１拘束条件を達成するように収束演算して走行軌跡を導出する第１収束演算部と、第１拘束条件を達成している状態において、所定の運転条件を評価するための評価関数を最適化するように収束演算して走行軌跡を導出する走行軌跡導出部とを備えて構成される。

ここで、走行軌跡生成装置において、走行軌跡導出部は、評価関数として、低燃費走行を評価するための評価関数を用いることが好適である。

さらに、運転条件として燃費を指定する場合において、走行軌跡生成装置は、道路境界線に基づいた第２拘束条件を達成するように収束演算して走行軌跡を導出する第２収束演算部と、第２拘束条件を達成している状態において、所定区間の通過時間を評価するための評価関数による評価値の変動が小さくなるように収束演算して最速走行軌跡を導出する最速走行軌跡導出部と、第２拘束条件を達成している状態において、低燃費走行を評価するための評価関数による評価値の変動が小さくなるように収束演算して低燃費走行軌跡を導出する低燃費走行軌跡導出部と、最速走行軌跡から求められた最速通過時間と低燃費走行軌跡から求められた低燃費通過時間とに対して重み付けをして目標通過時間を算出する目標通過時間算出部と、を備え、第１拘束演算部は、所定の目標通過時間として、目標通過時間算出部によって算出された目標通過時間を採用することが好適である。
また、本発明に係る走行軌跡生成装置は、所定の目標通過時間と道路境界線とに基づいた第１拘束条件を達成するための走行軌跡を演算し、運転者の要求する所定の運転条件に基づいて走行軌跡中の位置ごとに設定する目標速度を演算する演算部を備えて構成される。

この各走行軌跡生成装置では、上記した各走行軌跡生成方法と同様の作用効果を奏する。

本発明によれば、運転者の要求する通過時間及びその他の運転条件を満足した走行軌跡を導出することができる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

本実施形態に係る走行軌跡生成装置は、車両の走行軌跡を生成する装置であって、例えば、追従運転や車線維持運転などの自動運転機能を備えた車両や、走行安全性を向上させる運転者支援システムを搭載した車両に好適に採用されるものである。

最初に、本実施形態に係る走行軌跡生成装置の構成を説明する。図１は本発明の実施形態に係る走行軌跡生成装置を備えた車両の構成を示すブロック図である。

図１に示す車両５は、自動運転機能を備えた車両であって、ＧＰＳ受信機３０、センサ３１、操作部３２、ナビゲーションシステム３３、ＥＣＵ２、操舵アクチュエータ４０、スロットルアクチュエータ４１及びブレーキアクチュエータ４２を備えている。ここで、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）とは、電子制御する自動車デバイスのコンピュータであり、ＣＰＵ（CentralProcessing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、および入出力インターフェイスなどを備えて構成されている。

ＧＰＳ受信機３０は、例えば、運転者の位置情報を受信する機能を有している。ここで、ＧＰＳ（Global Positioning System）とは、衛星を用いた計測システムのことであり、自車両の現在位置の把握に好適に用いられるものである。また、ＧＰＳ受信機３０は、位置情報をＥＣＵ２へ出力する機能を有している。

センサ３１は、車両５の周囲の走行環境や、自車両の走行状態を取得する機能を有している。センサ３１としては、例えば、車両５が走行する道路のレーンを認識するためのレーン認識センサや画像センサ、車両５の前方障害物を検知する電磁波センサやミリ波センサ、車両５のヨーレートを計測するヨーレートセンサ、車両５の車輪速を計測する車輪速センサ等が用いられる。また、センサ３１は、取得した情報をＥＣＵ２へ出力する機能を有している。

操作部３２は、運転者の要求する条件を入力する機能を有している。操作部３２としては、例えば、目標通過時間や目標燃費等を入力する操作パネル等が用いられる。また、操作部３２は、入力した情報をＥＣＵ２へ出力する機能を有している。

ナビゲーションシステム３３は、主に目的地までの経路案内等を行う機能を有している。また、ナビゲーションシステム３３は、例えば地図データベースから現在走行中の道路の形状情報を読み出し、その道路形状情報をナビ信号としてＥＣＵ２へ出力する機能を有している。車両５は、ナビゲーションシステムの代わりとして、少なくとも道路形状情報を格納したデータベースを備え、そのデータベースに格納された道路形状情報をＥＣＵ２へ出力する機能を有する構成としてもよい。また、通信を介して道路形状情報を参照し、参照した道路形状情報をＥＣＵ２へ出力する機能を有する構成としてもよい。

ＥＣＵ２は、走行軌跡生成装置１、車両運動制御部２７、操舵制御部２８及び加減速制御部２９を備えている。

走行軌跡生成装置１は、車両５の走行軌跡を最適化して生成する機能を有している。本実施形態においては、走行軌跡生成装置１が実行する最適化手法の一例として、ＳＣＧＲＡ［Sequential Conjugate Gradient Restoration Algorithm］を用いた例を説明する。ＳＣＧＲＡは、拘束条件を満たすまで最急降下法に基づいて収束演算し、評価関数の評価値が最小となるまで共役勾配法に基づいて収束演算して走行軌跡を生成する最適化手法である。ここで、拘束条件とは、走行軌跡が満たさなければならない必須条件であり、評価関数とは、走行において重視する条件を評価するためのものである。

そして、走行軌跡生成装置１が生成する走行軌跡は、位置、速度パターン、加速度パターン、ヨー角、ヨーレートなどの車両の走行に必要な多数のパラメータから構成されている。このような走行軌跡の生成手法の一例として、本実施形態では、一つのカーブ路などをブロック単位とし、各ブロックでの走行軌跡を、走行路を分割した区間であるメッシュ単位で生成する例を説明する。

走行軌跡生成装置１は、第２収束演算部２１、最速走行軌跡導出部２２、低燃費走行軌跡導出部２３、目標通過時間算出部２４、第１収束演算部２５及び走行軌跡導出部２６を備えている。

第２収束演算部２１は、ナビゲーションシステム３３から道路境界線等の道路環境情報を入力し、入力した情報に基づいて第２拘束条件を設定する機能を有している。第２拘束条件は、例えば、道路上を走行する等の交通上の要求や、摩擦円、加減速限界、操舵限界等の車両性能から生じる要求に基づいて設定される。また、第２収束演算部２１は、例えば最急降下法を用いて、設定した第２拘束条件を満たすまで収束演算して、第２拘束条件を満たす走行軌跡を生成する機能を有している。さらに、第２収束演算部２１は、生成した第２拘束条件を満たす走行軌跡を第２拘束条件達成状態として保存すると共に、第２拘束条件達成状態を最速走行軌跡導出部２２及び低燃費走行軌跡導出部２３へ出力する機能を有している。

最速走行軌跡導出部２２は、第２収束演算部２１から第２拘束条件及び第２拘束条件達成状態を入力し、入力した第２拘束条件を達成している状態で第２拘束条件達成状態を初期値として、最も短時間で所定のブロック（例えば、図３に示す出発地点Ａから目標地点Ｂまでの区間）を通過する走行軌跡（最速走行軌跡）を導出する機能を有している。具体的には、ブロックの通過時間を評価関数として、例えば共役勾配法に基づいて収束演算を実施し、最速走行軌跡を生成する機能である。また、最速走行軌跡導出部２２は、算出した最速走行軌跡を目標通過時間算出部２４へ出力する機能を有している。

低燃費走行軌跡導出部２３は、第２収束演算部２１から第２拘束条件及び第２拘束条件達成状態を入力し、入力した第２拘束条件を達成している状態で第２拘束条件達成状態を初期値として、最も低燃費で所定のブロックを通過する走行軌跡（低燃費走行軌跡）を導出する機能を有している。具体的には、ブロックの燃費を評価関数として、例えば共役勾配法に基づいて収束演算を実施し、低燃費走行軌跡を生成する機能である。また、低燃費走行軌跡導出部２３は、算出した低燃費走行軌跡を目標通過時間算出部２４へ出力する機能を有している。

目標通過時間算出部２４は、最速走行軌跡導出部２２から最速走行軌跡を入力すると共に、低燃費走行軌跡導出部２３から低燃費走行軌跡を入力し、最速走行軌跡で走行した場合のブロックの通過時間（最速通過時間）と、最燃費走行軌跡で走行した場合のブロックの通過時間（最燃費通過時間）とを算出する機能を有している。また、操作部３２によって入力した目標通過時間や、目標燃費等に基づいて、最速通過時間と最燃費通過時間とを重み付けして合算し、ブロックの目標通過時間を算出する機能を有している。目標通過時間算出部２４は、算出した目標塚時間を第１収束演算部２５へ出力する機能を有している。

第１収束演算部２５は、ナビゲーションシステム３３から道路境界線等の道路環境情報を入力すると共に、目標通過時間算出部２４から入力した目標通過時間に基づいて、第１拘束条件を設定する機能を有している。第１拘束条件は、走行軌跡を生成する上で前提となる必須条件である点は第２拘束条件と同様であるが、目標通過時間の条件を含んでいる点が第２拘束条件と相違する。

また、第１収束演算部２５は、例えば最急降下法を用いて、設定した第１拘束条件を満たすまで収束演算して、第１拘束条件を満たす走行軌跡を生成する機能を有している。第１収束演算部２５は、第２収束演算部２１と同様にメッシュ単位で演算して走行軌跡を算出する。さらに、第１収束演算部２５は、生成した第１拘束条件を満たす走行軌跡を第１拘束条件達成状態として保存すると共に、第１拘束条件達成状態を走行軌跡導出部２６へ出力する機能を有している。

走行軌跡導出部２６は、入力した第１拘束条件を達成している状態で、第１拘束条件達成状態を初期値として所定の運転条件を満足する走行軌跡を導出する機能を有している。所定の運転条件とは、通過時間以外の条件であって、例えば、運転者の要求する燃費や、運転者の要求する走行の安全性や快適性を示す条件である。走行軌跡導出部２６は、導出した走行軌跡を車両運動制御部２７へ出力する機能を有している。

車両運動制御部２７は、走行軌跡導出部２６から入力した走行軌跡及びセンサ３１からの周囲の走行環境や自車両の走行状態に基づいて、操舵制御情報や加減速制御情報を算出する機能を有している。また、車両運動制御部２７は、算出した操舵制御情報を操舵制御部２８へ、算出した加減速制御情報を加減速制御部２９へ出力する機能を有している。

操舵制御部２８は、車両運動制御部２７から入力した操舵制御情報に基づいて操舵アクチュエータ４０を制御するための信号を生成し、生成した制御信号を操舵アクチュエータ４０へ出力する機能を有している。なお、操舵アクチュエータ４０は、車両の走行を制御する機械的な構成要素であり、例えば、操舵角制御モータ等である。

加減速制御部２９は、車両運動制御部２７から入力した加減速制御情報に基づいてスロットルアクチュエータ４１及びブレーキアクチュエータ４２を制御するための信号を生成し、生成した制御信号をスロットルアクチュエータ４１及びブレーキアクチュエータ４２へ出力する機能を有している。スロットルアクチュエータ４１は、車両の走行を制御する機械的な構成要素であり、例えば電子スロットル等である。また、ブレーキアクチュエータ４２は、例えば油圧式ブレーキの場合には、各車輪のブレーキ油圧の調整を行う機能を有したものである。

次に、本実施形態に係る走行軌跡生成装置１の動作について説明する。図２は、本実施形態に係る走行軌跡生成装置１の動作を示すフローチャートである。また、図３は本実施形態に係る走行軌跡生成装置１の動作を説明するための概要図であり、走行軌跡を模式的に示すものである。なお、以下では、走行軌跡生成装置１が搭載された車両５をＨＶ（Hybrid Vehicle）車として説明する。

図２に示す制御処理は、例えばイグニッションオンされてから所定のタイミングで繰り返し実行される。

図２に示す制御処理が開始されると、走行軌跡生成装置１は、走行軌跡生成処理から開始する（Ｓ１０）。Ｓ１０の処理は、第２収束演算部２１で実行され、ブロックの走行軌跡を、拘束条件を満足するように算出する処理である。最初に、第２収束演算部２１は、道路境界線及び車両性能限界に基づいた拘束条件である第２拘束条件を設定する。第２収束演算部２１は、例えば、ナビゲーションシステム３３から道路境界線を含む道路環境情報を入力して、第２拘束条件を設定する。例えば、図３に示すように、出発地点Ａから目標地点Ｂまで（ブロック）を走行する軌跡を生成する場合、第２収束演算部２１は、出発地点Ａと目標地点Ｂとを結ぶ道路Ｄの幅、傾斜、カーブ半径等を入力して、第２拘束条件を設定する。これにより、車両は、ブロックにおいては道路Ｄ上を走行しなければならないという、最も基本的な拘束条件が設定される。次に、第２収束演算部２１は、前回求めた走行軌跡（初回の収束演算の場合には初期軌跡）を用いて、第２拘束条件を満たすべく今回の走行軌跡を生成する。具体的には、例えば最急降下法で用いられる補正式に基づいて、前回求めた走行軌跡（初回の収束演算の場合には初期軌跡）を構成するパラメータに対して変更を加え、第２拘束条件を達成する走行軌跡に近い走行軌跡を生成する。Ｓ１０の処理が終了すると、第２拘束条件判定処理へ移行する（Ｓ１２）。

Ｓ１２の処理は、第２収束演算部２１で実行され、Ｓ１０の処理で生成した走行軌跡が、第２拘束条件を満足するか否かを判定する処理である。Ｓ１２の処理において、算出した走行軌跡が第２拘束条件を満たさないと判定した場合には、走行軌跡生成処理へ再度移行する（Ｓ１０）。これにより、第２収束演算部２１は、第２拘束条件を満たす走行軌跡を生成できるまで、Ｓ１０に示す収束演算とＳ１２に示す判定とを繰り返し行い（収束演算）、第２拘束条件を満たす走行軌跡を生成する（第２収束演算ステップ）。なお、Ｓ１０及びＳ１２の処理は、例えばブロックを所定距離で分割したメッシュごとにおいて行われる。

一方、Ｓ１２の処理において、生成した走行軌跡が第２拘束条件を満たすと判定した場合には、最速走行軌跡生成処理へ移行する（Ｓ１４）。Ｓ１４の処理は、最速走行軌跡導出部２２で実行され、通過時間に関する評価関数を設定し、最速走行軌跡を導出する処理である。最速走行軌跡導出部２２は、第２収束演算部２１から第２拘束条件を入力し、入力した第２拘束条件を達成している状態で、例えば共役勾配法で用いられる補正式に基づいて、前回求められた走行軌跡（初回の収束演算ではＳ１０で算出した第２収束条件を満たした走行軌跡）の通過時間に関する評価値が小さくなるように、前回求められた走行軌跡のパラメータを変更して今回の走行軌跡を生成する。通過時間に関する評価値を決定する評価関数Ｊ１は、例えば、ブロックがｎ（ｎ：自然数）個のメッシュに分割されているとし、出発地点Ａからｎ番目のメッシュを走行する時間をｔ_ｎとすると、以下式のように表される。

Ｓ１４の処理が終了すると、最速評価条件判定処理へ移行する（Ｓ１６）。

Ｓ１６の処理は、最速走行軌跡導出部２２で実行され、Ｓ１４の処理で生成した走行軌跡を用いて、評価条件を満足しているか否かを判定する処理である。具体的には、最速走行軌跡導出部２２は、Ｓ１４の処理で生成した走行軌跡を用いて評価関数Ｊ１から評価値を算出し、算出した評価値が最小となった場合には、評価条件を満足していると判定する。評価値が最小となったか否かの判定は、今回の処理までに算出した評価値の変動、すなわち評価値の微分値が０あるいは略０になった場合に、評価値が最小であると判定する。Ｓ１６の処理において、Ｓ１４の処理で生成した走行軌跡が評価条件を満足していないと判定した場合には、最速走行軌跡生成処理へ再度移行する（Ｓ１４）。これにより、最速走行軌跡導出部２２は、走行時間に関する評価条件を満たす走行軌跡を生成できるまで、Ｓ１４に示す収束演算とＳ１６に示す判定とを繰り返し行い（収束演算）、最速の走行軌跡を生成する（最速走行軌跡導出ステップ）。上述したＳ１４及びＳ１６の処理によって、最速走行軌跡導出部２２は、例えば図３に示すアウト・イン・アウトの最速走行軌跡Ｌ１を導出する。

そして、Ｓ１６の処理において、Ｓ１４の処理で生成した走行軌跡が最速評価条件を満足していると判定した場合には、低燃費走行軌跡生成処理へ移行する（Ｓ１８）。Ｓ１８の処理は、低燃費走行軌跡導出部２３で実行され、低燃費に関する評価関数を設定し、低燃費走行軌跡を導出する処理である。低燃費走行軌跡導出部２３は、第２収束演算部２１から第２拘束条件を入力し、入力した第２拘束条件を達成している状態で、例えば共役勾配法で用いられる補正式に基づいて、前回求められた走行軌跡（初回の収束演算ではＳ１０で算出した第２収束条件を満たした走行軌跡）の低燃費に関する評価値が小さくなるように、前回求められた走行軌跡のパラメータを変更して今回の走行軌跡を生成する。低燃費に関する評価値を決定する評価関数Ｊ２は、例えば、所定のメッシュを通過するまでに放出した油圧ブレーキ放熱量と、当該メッシュを通過するまでに回生や再出力の際に損失したエネルギー損失量とを含んで構成され、例えば、Ｓ１４の処理と同様に、ブロックがｎ（ｎ：自然数）個のメッシュに分割されているとし、出発地点Ａからｎ番目のメッシュを走行する時間をｔ_ｎ、前後（ｎ−１番目とｎ番目）のメッシュ間の車速をそれぞれｖ_１，ｖ_２、車両５の重量をｍ、油圧減速加速度をＧ_１、減速加速度をＧ_２、回生加速度をＧ_３、回生によるエネルギー損失率を２０％とすると、以下式のように表される。

ここで、式２において、回生加速度Ｇ_３は、ハイブリットシステムに依存して上限値を決定する（例えば０．２Ｇ）。また、減速加速度Ｇ_２は、前後のメッシュ間の車速の微分値から算出する。また、式２では、無限ループ等の計算処理の破綻を回避するために、全体の評価に影響を与えない程度（ここでは１％）の範囲内において、通過時間に関する条件を加えている。これにより、例えば、０ｋｍ／ｈで走行（停止）することが最適な走行軌跡であるという、実用性に欠いた解を導出することを回避することができる。また、油圧減速加速度Ｇ_１、減速加速度Ｇ_２及び回生加速度Ｇ_３は以下関係を満たすように設定される。

ここで、減速加速度Ｇ_２が回生加速度Ｇ_３の上限を超えない場合には、油圧減速加速度Ｇ_１は０となる。低燃費走行軌跡導出部２３は、式２で示す評価関数Ｊ２が小さくなるように、前回求められた走行軌跡（初回の収束演算ではＳ１０で算出した第２収束条件を満たした走行軌跡）を用いて今回の走行軌跡を演算する。なお、式２において、通過時間に関する条件は、個々の車両５に要求される性能等を勘案し、個々の走行軌跡生成装置において必要に応じて追加すればよい。Ｓ１８の処理が終了すると、低燃費評価条件判定処理へ移行する（Ｓ２０）。

Ｓ２０の処理は、低燃費走行軌跡導出部２３で実行され、Ｓ１８の処理で生成した走行軌跡を用いて、低燃費走行を優先させる評価条件を満足しているか否かを判定する処理である。具体的には、低燃費走行軌跡導出部２３は、Ｓ１８の処理で生成した走行軌跡を用いて評価関数Ｊ２から評価値を算出し、算出した評価値が最小となった場合には、評価条件を満足していると判定する。評価値が最小となったか否かの判定は、今回の処理までに算出した評価値の変動、すなわち評価値の微分値が０あるいは略０になった場合に、評価値が最小であると判定する。Ｓ２０の処理において、評価条件を満足していないと判定した場合には、低燃費走行軌跡生成処理へ再度移行する（Ｓ１８）。これにより、低燃費走行軌跡導出部２３は、低燃費走行を優先させる評価条件を満たす走行軌跡を生成できるまでＳ１８に示す収束演算とＳ２０に示す判定とを繰り返し行い（収束演算）、低燃費走行を優先させる走行軌跡を生成する（低燃費走行軌跡導出ステップ）。上述したＳ１８及びＳ２０の処理によって、低燃費走行軌跡導出部２３は、例えば図３に示す低燃費走行軌跡Ｌ２を導出する。

そして、Ｓ２０の処理において、Ｓ１８の処理で生成した走行軌跡が低燃費評価条件を満足していると判定した場合には、目標通過時間算出処理へ移行する（Ｓ２２）。Ｓ２２の処理は、目標通過時間算出部２４で実行され、ブロックを通過する目標時間を算出する処理である。まず、目標通過時間算出部２４は、Ｓ１４及びＳ１６の処理によって生成した最速走行軌跡に基づいて、最速走行軌跡で走行した場合の最速通過時間ｔ_Ｕを算出すると共に、Ｓ１８及びＳ２０の処理によって生成した低燃費走行軌跡に基づいて、低燃費走行軌跡で走行した場合の低燃費通過時間ｔ_ｐを算出する。次に、目標通過時間算出部２４は、算出した最速通過時間ｔ_Ｕ及び低燃費通過時間ｔ_ｐを用いて目標通過時間ｔ_ｓを算出する。ここで、例えば最速優先度をｋとすると、速度と燃費は背反事項であるので、燃費優先度は（１−ｋ）で表すことができる。これにより、目標通過時間ｔ_ｓは、以下式のように表される。

目標通過時間算出部２４は、式４を用いて、目標走行時間を算出する（目標通過時間算出ステップ）。なお、式４で用いる最速優先度ｋは、運転者が操作部３２から入力した値に基づいて設定すればよい。Ｓ２２の処理が終了すると、第１拘束条件設定処理へ移行する（Ｓ２４）。

Ｓ２４の処理は、第１収束演算部２５で実行され、ブロックの走行軌跡を、拘束条件を満足するように算出する処理である。最初に、第１収束演算部２５は、道路境界線、車両性能限界、及び目標走行時間に基づいた拘束条件である第１拘束条件を設定する。第１収束演算部２５は、例えば、ナビゲーションシステム３３から道路境界線を含む道路環境情報を入力し、さらにＳ２２の処理で生成した目標通過時間ｔ_ｓを用いて、第１拘束条件を設定する。道路境界線を入力する場合の具体例は、Ｓ１０の処理と同様である。すなわち、第１拘束条件は、車両は、ブロックにおいては道路Ｄ上を走行しなければならないという最も基本的な拘束条件と、目標通過時間ｔ_ｓ内に走行しなければならないという拘束条件とを含むものである。次に、第１収束演算部２５は、前回求めた走行軌跡（初回の収束演算の場合には初期軌跡）を用いて、第１拘束条件を満たすべく今回の走行軌跡を生成する。具体的には、例えば最急降下法で用いられる補正式に基づいて、前回求めた走行軌跡（初回の収束演算の場合には初期軌跡）を構成するパラメータに対して変更を加え、第１拘束条件を達成する走行軌跡に近い走行軌跡を生成する。Ｓ２４の処理が終了すると、第１拘束条件判定処理へ移行する（Ｓ２６）。

Ｓ２６の処理は、第１収束演算部２５で実行され、Ｓ２４の処理で生成した走行軌跡が、第１拘束条件を満足するか否かを判定する処理である。Ｓ２６の処理において、算出した走行軌跡が第１拘束条件を満たさないと判定した場合には、第１拘束条件設定処理へ再度移行する（Ｓ２４）。これにより、第１収束演算部２５は、第１拘束条件を満たす走行軌跡を生成できるまでＳ２４に示す収束演算とＳ２６に示す判定とを繰り返し行い（収束演算）、第１拘束条件を満たす走行軌跡を生成する（第１収束演算ステップ）。なお、Ｓ２４及びＳ２６の処理は、例えばブロックを所定距離で分割し、分割したメッシュごとにおいて行われる。

そして、Ｓ２６の処理において、生成した走行軌跡が第１拘束条件を満たすと判定した場合には、走行軌跡生成処理へ移行する（Ｓ２８）。Ｓ２８の処理は、走行軌跡導出部２６で実行され、低燃費に関する評価関数を設定し、低燃費走行軌跡を導出する処理である。走行軌跡導出部２６は、第１収束演算部２５から第１拘束条件を入力し、入力した第１拘束条件を達成している状態で、例えば共役勾配法で用いられる補正式に基づいて、前回求められた走行軌跡（初回の収束演算ではＳ２４で算出した第１収束条件を満たした走行軌跡）の低燃費に関する評価値が小さくなるように、前回求められた走行軌跡のパラメータを変更して今回の走行軌跡を生成する。低燃費に関する評価値を決定する評価関数Ｊ３は、例えば、所定のメッシュを通過するまでに放出した油圧ブレーキ放熱量と、当該メッシュを通過するまでに回生や再出力の際に損失したエネルギー損失量とを含んで構成され、例えば、Ｓ１８の処理と同様に、ブロックがｎ（ｎ：自然数）個のメッシュに分割されているとし、前後（ｎ−１番目とｎ番目）のメッシュ間の速度をそれぞれｖ_１，ｖ_２、車両５の重量をｍ、油圧減速加速度をＧ_１、減速加速度をＧ_２、回生加速度をＧ_３、回生によるエネルギー損失率を２０％とすると、以下式のように表される。

Ｓ２４及びＳ２６の処理で通過時間を拘束条件としているため、式５に示す評価関数には通過時間の項は不要である。また、Ｓ１８の処理と同様に、油圧減速加速度Ｇ_１、減速加速度Ｇ_２及び回生加速度Ｇ_３は式４に示す関係を満足し、減速加速度Ｇ_２が回生加速度Ｇ_３の上限を超えない場合には、油圧減速加速度Ｇ_１が０となる。

Ｓ２８の処理が終了すると、低燃費評価条件判定処理へ移行する（Ｓ３０）。

Ｓ３０の処理は、走行軌跡導出部２６で実行され、Ｓ２８の処理で生成した走行軌跡を用いて、低燃費走行を優先させる評価条件を満足しているか否かを判定する処理である。具体的には、走行軌跡導出部２６は、Ｓ２８の処理で生成した走行軌跡を用いて評価関数Ｊ３から評価値を算出し、算出した評価値が最小となった場合には、評価条件を満足していると判定する。評価値が最小となったか否かの判定は、今回の処理までに算出した評価値の変動、すなわち評価値の微分値が０あるいは略０になった場合に、評価値が最小であると判定する。Ｓ３０の処理において、評価条件を満足していないと判定した場合には、低燃費走行軌跡生成処理へ再度移行する（Ｓ２８）。これにより、走行軌跡導出部２６は、低燃費走行を優先させる評価条件を満たす走行軌跡を生成できるまで、Ｓ２８に示す収束演算とＳ３０に示す判定とを繰り返し行い（収束演算）、低燃費走行を優先させる走行軌跡を生成する（走行軌跡導出ステップ）。上述したＳ２８及びＳ３０の処理によって、走行軌跡導出部２６は、例えば図３に示す最適走行軌跡Ｌ３を導出する。Ｓ３０の処理において、Ｓ２８の処理で生成した走行軌跡が低燃費評価条件を満足していると判定した場合には、図２に示す制御処理を終了する。

以上で図２の制御処理が終了する。図２に示すように、走行軌跡生成装置１は、拘束条件の中に通過時間を含めることで、通過時間について評価関数で最適化する必要がなくなり、燃費のことのみを評価して最適化をすることが可能となる。

従来、運転者が要求する通過時間と燃費とを適切に反映させた走行軌跡を生成することは困難であり、例えば、最速走行軌跡Ｌ１と低燃費走行軌跡Ｌ２とを運転者の要求に応じて重み付けして合算して走行軌跡を導出している。このような場合には、図４の走行軌跡Ｌ４のように、幾何学的な折衷案となる傾向があり、実用性に乏しく、設定した重み付けが十分に反映された走行軌跡にならない場合もある。

これに対して、本実施形態に係る走行軌跡生成方法及び走行軌跡生成装置１によれば、目標通過時間ｔ_ｓと道路Ｄの道路境界線等とに基づいて設定した第１拘束条件を達成するように収束演算して走行軌跡を導出し、第１拘束条件を達成している状態において、低燃費を優先させるための評価関数を収束演算して走行軌跡を導出するので、目標通過時間内で走行することを必須条件とした上で、燃費に優れた走行軌跡を作成することができる。これにより、運転者の要求する通過時間及び低燃費条件を満足した実用上問題の無い走行軌跡を導出することができる。このように最適化した走行軌跡Ｌ３に基づいて、車両運動制御部２７は操舵制御部２８及び加減速制御部２９に車両制御情報を出力し、操舵制御部２８及び加減速制御部２９が、操舵アクチュエータ４０、スロットルアクチュエータ４１及びブレーキアクチュエータ４２を制御することで、車両５は通過時間と燃費とを最適化した走行を行うことができる。

また、本実施形態に係る走行軌跡生成方法及び走行軌跡生成装置１によれば、最速走行軌跡Ｌ１と低燃費走行軌跡Ｌ２とに基づいて、最速通過時間ｔ_Ｕ、低燃費通過時間ｔ_ｐを算出し、算出した通過時間ｔ_Ｕ、ｔ_ｐを運転者の要求に応じて重み付けすることで、目標通過時間ｔ_ｓを算出することができる。このため、算出した目標通過時間ｔ_ｓを用いて走行軌跡を導出することで、運転者の要求する条件をより正確に反映させることができる。

なお、上述した実施形態は本発明に係る走行軌跡生成装置の一例を示すものである。本発明に係る走行軌跡生成装置は、実施形態に係る走行軌跡生成装置に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で、実施形態に係る走行軌跡生成装置を変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。

例えば、上記実施形態では、第１拘束条件を設定するための目標通過時間は、目標通過時間算出部２４が算出する例を説明したが、例えば運転者が操作部３２を介して入力した目標通過時間を採用してもよい。

また、上記実施形態では、車両５がＨＶ車である場合を説明したが、車両５は回生機構を有さない車両であってもよい。このような場合には、上記実施形態で説明した評価関数Ｊ２、Ｊ３のうち、回生及び再出力の際のエネルギー損失の項を除いたものを用いて低燃費走行軌跡を評価、算出すればよい。

また、上記実施形態では、車両５が自動運転機能を備えた車両である場合を説明したが、手動運転と自動運転とを協調させた車両やシステムにも適用可能である。

また、上記実施形態では、通過時間を拘束条件として、低燃費を優先させた走行軌跡を導出する例を説明したが、例えば、乗心地を優先させた走行軌跡や安全性を優先させた走行軌跡を導出する場合であってもよく、要は、通過時間を拘束条件とさえすれば、優先させる事項に限定されない。

第１実施形態に係る走行軌跡生成装置を備える車両の構成概要を示すブロック図である。 図１の走行軌跡生成装置の動作を示すフローチャートである。 図１の走行軌跡生成装置の動作を説明する概要図である。 従来の走行軌跡生成装置の動作を説明する概要図である。

符号の説明

１…走行軌跡生成装置、２…ＥＣＵ、２１…第２収束演算部（第２収束演算ステップ）、２２…最速走行軌跡導出部（最速走行軌跡導出ステップ）、２３…低燃費走行軌跡導出部（低燃費走行軌跡導出ステップ）、２４…目標通過時間算出部（目標通過時間算出ステップ）、２５…第１収束演算部（第１収束演算ステップ）、２６…走行軌跡導出部（走行軌跡導出ステップ）。

Claims (9)

1. 所定の目標通過時間と道路境界線とに基づいた第１拘束条件を達成するように収束演算して走行軌跡を導出する第１収束演算ステップと、
   前記第１拘束条件を達成している状態において、所定の運転条件を評価するための評価関数による評価値の変動が小さくなるように収束演算して走行軌跡を導出する走行軌跡導出ステップと、
   を備える走行軌跡生成方法。
2. 前記走行軌跡導出ステップは、前記評価関数として、低燃費走行を評価するための評価関数を用いることを特徴とする請求項１に記載の走行軌跡生成方法。
3. 道路境界線に基づいた第２拘束条件を達成するように収束演算して走行軌跡を導出する第２収束演算ステップと、
   前記第２拘束条件を達成している状態において、所定区間の通過時間を評価するための評価関数による評価値の変動が小さくなるように収束演算して最速走行軌跡を導出する最速走行軌跡導出ステップと、
   前記第２拘束条件を達成している状態において、低燃費走行を評価するための評価関数による評価値の変動が小さくなるように収束演算して低燃費走行軌跡を導出する低燃費走行軌跡導出ステップと、
   前記最速走行軌跡から求められた最速通過時間と前記低燃費走行軌跡から求められた低燃費通過時間とに対して重み付けをして目標通過時間を算出する目標通過時間算出ステップと、
   を備え、
   前記第１収束演算ステップは、前記所定の目標通過時間として、前記目標通過時間算出ステップによって算出された前記目標通過時間を採用すること、
   を特徴とする請求項２に記載の走行軌跡生成方法。
4. 所定の目標通過時間と道路境界線とに基づいた第１拘束条件を達成するように収束演算して走行軌跡を導出する第１収束演算部と、
   前記第１拘束条件を達成している状態において、所定の運転条件を評価するための評価関数による評価値の変動が小さくなるように収束演算して走行軌跡を導出する走行軌跡導出部と、
   を備える走行軌跡生成装置。
5. 前記走行軌跡導出部は、前記評価関数として、低燃費走行を評価するための評価関数を用いることを特徴とする請求項４に記載の走行軌跡生成装置。
6. 道路境界線に基づいた第２拘束条件を達成するように収束演算して走行軌跡を導出する第２収束演算部と、
   前記第２拘束条件を達成している状態において、所定区間の通過時間を評価するための評価関数による評価値の変動が小さくなるように収束演算して最速走行軌跡を導出する最速走行軌跡導出部と、
   前記第２拘束条件を達成している状態において、低燃費走行を評価するための評価関数による評価値の変動が小さくなるように収束演算して低燃費走行軌跡を導出する低燃費走行軌跡導出部と、
   前記最速走行軌跡から求められた最速通過時間と前記低燃費走行軌跡から求められた低燃費通過時間とに対して重み付けをして目標通過時間を算出する目標通過時間算出部と、
   を備え、
   前記第１拘束演算部は、前記所定の目標通過時間として、前記目標通過時間算出部によって算出された前記目標通過時間を採用すること、
   を特徴とする請求項５に記載の走行軌跡生成装置。
7. 所定の目標通過時間と道路境界線とに基づいた第１拘束条件を達成するように収束演算して走行軌跡を導出する第１収束演算ステップと、
   前記第１拘束条件を達成している状態において、所定の運転条件を評価するための評価関数を最適化するように収束演算して走行軌跡を導出する走行軌跡導出ステップと、
   を備える走行軌跡生成方法。
8. 所定の目標通過時間と道路境界線とに基づいた第１拘束条件を達成するように収束演算して走行軌跡を導出する第１収束演算部と、
   前記第１拘束条件を達成している状態において、所定の運転条件を評価するための評価関数を最適化するように収束演算して走行軌跡を導出する走行軌跡導出部と、
   を備える走行軌跡生成装置。
9. 所定の目標通過時間と道路境界線とに基づいた第１拘束条件を達成するための走行軌跡を演算し、運転者の要求する所定の運転条件に基づいて前記走行軌跡中の位置ごとに設定する目標速度を演算する演算部を備える走行軌跡生成装置。
   
   
   

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