車両制御装置および車両制御方法
【課題】評価関数の収束判定のための条件を適切に設定して、演算時間と車両安定性を両立することができる車両制御装置および車両制御方法を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明は、記憶部と制御部を少なくとも備えた車両制御装置において、車両が走行する走行路面に関する走行路面情報を記憶し、記憶した走行路面情報に応じて、評価関数の収束判定基準を可変に設定し、設定した収束判定基準に基づいて、評価関数を用いて車両の将来の走行軌跡を演算する。
【解決手段】本発明は、記憶部と制御部を少なくとも備えた車両制御装置において、車両が走行する走行路面に関する走行路面情報を記憶し、記憶した走行路面情報に応じて、評価関数の収束判定基準を可変に設定し、設定した収束判定基準に基づいて、評価関数を用いて車両の将来の走行軌跡を演算する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、コーナーを最短時間で通過するため、通過時間を評価関数として設定し、最適化手法を用いて理想軌跡の演算を行う方法が開発されている。
【０００３】
例えば、非特許文献１には、人工衛星やシャトルなどの最適軌跡演算に使用されているＳＣＧＲＡ（Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ Ｃｏｎｊｕｇａｔｅ Ｇｒａｄｉｅｎｔ−Ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）を車両の運動計算に応用し、車両がコーナーを最短で通過するために通過時間を評価関数として設定する。
【０００４】
また、特許文献１には、評価関数を用いて走行ルートを決定する技術であって、頂点に対する目的地までのルートに関連するコストの下限を表す評価関数を用いて、第１のグラフに基づく評価関数の値を決定し、決定した評価関数の値に基づいて、第２のグラフ上で出発点から目的地までのルートを検索することが開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、評価関数と拘束条件に基づいて横変位量の最適化制御を行う技術に関し、磁気センサによって検出された横変位が目標とする横変位になるように、操舵アクチュエータを制御し、磁気センサの位置での磁力源に対する車両の横方向へのセンサ滑り速度を低減することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２７５６２１号公報
【特許文献２】特開平１０−３０２１９９号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】藤岡健彦，江守大昌，「最適時間コーナリング法に関する理論的研究−第４報 状態量不等式拘束を用いた道路条件の導入−」，自動車技術会論文集，Ｖｏｌ．２４，Ｎｏ．３，Ｊｕｌｙ １９９３，ｐ．１０６−１１１．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の走行軌跡の最適化技術においては、運動方程式や拘束条件や境界条件等の収束判定を行う値をどのように設定すべきかについては開示されておらず、最適化手法を用いて自動車等の走行計画を算出する場合、車両安定性や演算時間等を考慮して収束判定のための条件を適切に設定することは難しいという問題点を有していた。
【０００９】
すなわち、走行軌跡の算出は、評価関数が収束したと判断された場合に終了するが、シミュレーションを行う上で、収束したと判断する条件を厳しく設定すれば演算精度は高まるものの長い演算時間を必要とする。一方、収束条件を緩く設定すれば、計算は早期に終了するが、実走行における車両安定性を保つため収束条件の緩和について工夫が必要となる。
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、評価関数の収束判定のための条件を適切に設定して、演算時間と車両安定性を両立することができる車両制御装置および車両制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
このような目的を達成するため、本発明の車両制御装置は、評価関数を用いて車両の将来の走行軌跡を演算する、記憶部と制御部を少なくとも備えた車両制御装置において、前記記憶部は、前記車両が走行する走行路面に関する走行路面情報を記憶する走行路面情報記憶手段を備え、前記制御部は、前記走行路面情報記憶手段により記憶された前記走行路面情報に応じて、前記評価関数の収束判定基準を可変に設定する収束判定基準設定手段を備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の車両制御装置は、上記記載の車両制御装置において、前記走行路面情報は、前記走行路面の道路幅に関する道路幅情報、前記走行路面の摩擦に関する摩擦情報、および、前記走行路面のカーブに関するカーブ情報のうち少なくとも一つを含むことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の車両制御装置は、上記記載の車両制御装置において、前記収束判定基準設定手段は、前記道路幅情報の前記道路幅が大きいほど、前記収束判定基準を大きく設定することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の車両制御装置は、上記記載の車両制御装置において、前記摩擦情報は、前記走行路面の摩擦係数を含み、前記収束判定基準設定手段は、前記摩擦情報の摩擦係数が大きいほど、前記収束判定基準を大きく設定することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の車両制御装置は、上記記載の車両制御装置において、前記カーブ情報は、前記走行路面の前記カーブの曲線半径を含み、前記収束判定基準設定手段は、前記カーブ情報の曲線半径が大きいほど、前記収束判定基準を大きく設定することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の車両制御装置は、上記記載の車両制御装置において、前記収束判定基準設定手段は、前記走行路面情報記憶手段に記憶された前記走行路面情報に基づいて、前記車両の制御を開始するまでの計算可能時間を演算し、前記計算可能時間に応じて、前記収束判定基準を可変に設定すること、を特徴とする。
【００１７】
また、本発明の車両制御装置は、上記記載の車両制御装置において、前記収束判定基設定手段は、前記計算可能時間が長いほど、前記収束判定基準を大きく設定することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の車両制御方法は、評価関数を用いて車両の将来の走行軌跡を演算する、記憶部と制御部を少なくとも備えた車両制御装置において実行される車両制御方法であって、前記記憶部は、前記車両が走行する走行路面に関する走行路面情報を記憶する走行路面情報記憶手段を備えており、前記制御部において実行される、前記走行路面情報記憶手段により記憶された前記走行路面情報に応じて、前記評価関数の収束判定基準を可変に設定する収束判定基準設定ステップを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
この発明によれば、記憶した走行路面情報に応じて、評価関数の収束判定基準を可変に設定し、設定した収束判定基準を満たすよう評価関数を用いて車両の将来の走行軌跡を演算する。これにより、評価関数の収束判定のための条件を適切に設定して、演算時間と車両安定性を両立させた走行軌跡の演算を行うことができるという効果を奏する。
【００２０】
また、この発明によれば、走行路面情報は、走行路面の道路幅に関する道路幅情報、走行路面の摩擦に関する摩擦情報、および、走行路面のカーブに関するカーブ情報のうち少なくとも一つを含む。これにより、道路幅や摩擦やカーブ等の走行路面の状態を考慮して、評価関数の収束判定のための条件を適切に設定し、演算時間と車両安定性を両立することができるという効果を奏する。
【００２１】
また、この発明によれば、道路幅情報の道路幅が大きいほど、収束判定基準を大きく設定する。これにより、道路幅が比較的大きい場合には、演算精度よりも演算時間を重視する演算を行い、道路幅が比較的小さい場合には、演算時間よりも演算精度を重視する演算を行うので、演算時間と車両安定性を両立させた走行軌跡の演算を行うことができるという効果を奏する。
【００２２】
また、この発明によれば、摩擦情報は、走行路面の摩擦係数を含み、摩擦情報の摩擦係数が大きいほど、収束判定基準を大きく設定する。これにより、摩擦係数が比較的大きい場合には、演算精度よりも演算時間を重視する演算を行い、摩擦係数が比較的小さい場合には、演算時間よりも演算精度を重視する演算を行うので、演算時間と車両安定性を両立させた走行軌跡の演算を行うことができるという効果を奏する。
【００２３】
また、この発明によれば、カーブ情報は、走行路面のカーブの曲線半径を含み、カーブ情報の曲線半径が大きいほど、収束判定基準を大きく設定する。これにより、曲線半径が比較的大きい場合には、演算精度よりも演算時間を重視する演算を行い、曲線半径が比較的小さい場合には、演算時間よりも演算精度を重視する演算を行うので、演算時間と車両安定性を両立させた走行軌跡の演算を行うことができるという効果を奏する。
【００２４】
また、この発明によれば、記憶した走行路面情報に基づいて、車両の制御を開始するまでの計算可能時間を演算し、計算可能時間に応じて、収束判定基準を可変に設定する。これにより、走行路面に応じて演算した計算可能時間に応じて車両安定性を考慮した走行軌跡の演算を行うことができるという効果を奏する。
【００２５】
また、この発明によれば、計算可能時間が長いほど、収束判定基準を大きく設定する。これにより、計算可能時間が比較的長い場合には、演算時間よりも演算精度を重視する演算を行い、計算可能時間が比較的短い場合には、演算精度よりも演算時間を重視する演算を行うので、演算時間と車両安定性を両立させた走行軌跡の演算を行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、本システムの構成の一例を示すブロック図である。
【図２】図２は、本システムが行う走行軌跡演算処理の一例を示すフローチャートである。
【図３】図３は、収束判定基準設定処理を含む走行軌跡演算処理の一例を示すフローチャートである。
【図４】図４は、道路上の実道路幅Ｗｒと安全マージンＷｍと路肩の幅と中央線の関係を模式的に示した図である。
【図５】図５は、道路幅に対するはみ出し量とはみ出し面積を模式的に示した図である。
【図６】図６は、曲線半径が小さい場合と大きい場合における許容誤差Ｅｒｒの設定例を模式的に示した図である。
【図７】図７は、摩擦係数が大きい場合と小さい場合における許容誤差Ｅｒｒの設定例を模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に、本発明にかかる車両制御装置および車両制御方法並びにプログラムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２８】
［１．構成］
まず、本発明にかかる走行軌跡生成方法を実施するための電子制御装置および本発明にかかる車両制御装置を包含する本実施の形態のシステム（以下では本システムと記載する場合がある。）の構成について図１を参照して説明する。図１は、本システムの構成の一例を示すブロック図である。
【００２９】
本システムは、道路を走行する際の車両の走行軌跡を走行時間や車両安定性や燃費等を指標とした評価関数を用いて最適化手法に基づいて演算し、演算した走行軌跡に基づいて車両の運動を制御するためのシステムである。なお、本実施の形態における「走行軌跡」とは、車両が通過するラインと、通過するラインにおける速度との両者を含み、特に、道路に対しての縦位置（例えば、加減速）や、横位置（例えば、白線に対するオフセット）を含む概念である。本システムは、図１に示すように、概略的に車両ＥＣＵ１００により構成されている。
【００３０】
車両ＥＣＵ１００は電子制御装置であり、概略的に制御部１０２と記憶部１０６とを備えている。制御部１０２および記憶部１０６は任意の通信路を介して通信可能に接続されている。
【００３１】
記憶部１０６はストレージ手段であり、例えば、ＲＡＭ・ＲＯＭ等のメモリ装置や、ハードディスクのような固定ディスク装置、フレキシブルディスク、光ディスク等を用いることができる。記憶部１０６には、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）と協働してＣＰＵに命令を与え各種処理を行うためのコンピュータプログラムが記録されている。記憶部１０６は、概略的に走行路面情報ファイル１０６ａを備えている。
【００３２】
走行路面情報ファイル１０６ａは、車両が走行する走行路面に関する走行路面情報を記憶する走行路面情報記憶手段である。走行路面情報は、一例として、走行路面の道路幅に関する道路幅情報や、走行路面の摩擦に関する摩擦情報、走行路面のカーブに関するカーブ情報、車両走行制御部１０２ｄによる車両の制御を開始するまでの計算可能時間を演算するための道路情報（例えば、道路の区間距離を格納した道路区間情報）等である。ここで、道路幅情報には、道路幅のほか、路肩の幅や、道路の中央線からの安全マージン等の数値などの道路の境界に関する情報が格納されてもよい。また、摩擦情報には、走行路面の摩擦係数（μ）のほか、走行路面がウェットであるかドライであるかの情報等が格納されてもよい。なお、摩擦情報は、車外の外部装置から取得した天候に関する天候情報に従って変更するよう構成してもよい。また、カーブ情報には、走行路面のカーブの曲線半径（Ｒ）のほか、カーブ曲率（１／Ｒ）や、カーブの大小等の情報が格納されてもよい。
【００３３】
制御部１０２は車両ＥＣＵ１００の全体を統括的に制御するＣＰＵ等である。制御部１０２は、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）等の制御プログラムや各種の処理手順等を規定したプログラム、所要データなどを格納するための内部メモリを有し、これらのプログラムに基づいて種々の情報処理を実行する。制御部１０２は、機能概念的に、収束判定基準設定部１０２ａと、走行軌跡演算部１０２ｂと、収束判定部１０２ｃと、車両走行制御部１０２ｄを備えている。
【００３４】
収束判定基準設定部１０２ａは、走行路面情報ファイル１０６ａに記憶された走行路面情報に応じて、評価関数の収束判定基準（例えば、収束判定値ε１）を可変に設定する収束判定基準設定手段である。すなわち、収束判定基準設定部１０２ａは、走行路面の状態に従って収束判定基準を設定することにより、走行軌跡の演算時間を優先する程度や、走行軌跡の演算精度を優先する程度等を決定している。ここで、収束判定基準設定部１０２ａは、走行路面情報ファイル１０６ａに記憶された道路幅情報の道路幅Ｗｒが大きいほど、収束判定値ε１を大きく設定してもよい。また、収束判定基準設定部１０２ａは、走行路面情報ファイル１０６ａに記憶された摩擦情報の摩擦係数μが大きいほど、収束判定値ε１を大きく設定してもよい。また、収束判定基準設定部１０２ａは、走行路面情報ファイル１０６ａに記憶されたカーブ情報の曲線半径Ｒが大きいほど、収束判定値ε１を大きく設定してもよい。また、収束判定基準設定部１０２ａは、走行路面情報ファイル１０６ａ等の記憶部１０６に記憶された道路情報（走行路面情報など）に基づいて、車両の制御を開始するまでの計算可能時間Ｔｃａｌｃを演算し、計算可能時間Ｔｃａｌｃに応じて、収束判定値ε１を可変に設定してもよい。この場合、収束判定基準設定部１０２ａは、演算した計算可能時間Ｔｃａｌｃが長いほど、収束判定値ε１を大きく設定してもよい。
【００３５】
また、ここで、収束判定基準設定部１０２ａは、下記の関数に基づいて、道路幅Ｗｒや曲線半径Ｒや摩擦係数μや計算可能時間Ｔｃａｌｃ等の走行路面情報に応じて、車両の道路に対するはみ出し量の許容誤差Ｅｒｒを算出し、算出した許容誤差Ｅｒｒに応じて収束判定値ε１を設定してもよい。
許容誤差Ｅｒｒ＝ｆ（Ｗｒ，Ｒ，μ，Ｔｃａｌｃ）
【００３６】
走行軌跡演算部１０２ｂは、評価関数を用いて車両の将来の走行軌跡を演算する走行軌跡演算手段である。より具体的には、走行軌跡演算部１０２ｂは、最適化手法に基づく演算の対象となる道路区間の形状（直線、曲線、幅員等）や道路区間の区間距離（区間の長さ）や道路の境界（車線等）等に関する道路情報を走行路面情報ファイル１０６ａ等の記憶部１０６から取得して、道路からはみ出していないか等の条件を拘束する拘束条件や、道路の初端条件や終端条件、走行軌跡の初期解、車両運動の物理的関係が成立しているか等の条件を定義した運動方程式や制御式等を設定し、設定した条件等に基づいて走行軌跡を生成し、評価関数を用いて繰り返し走行軌跡の生成を行って最適な走行軌跡を演算してもよい。ここで、走行軌跡演算部１０２ｂは、共役勾配法や最急降下法、Ｎｅｗｔｏｎ法、準Ｎｅｗｔｏｎ法等の最適化手法を用いて走行軌跡を生成してもよい。また、評価関数は、予め設定されたものであってもよく、車両走行制御部１０２ｄによる車両走行制御の目的（燃費重視や走行時間重視等）に応じて設定されてもよい。走行制御の目的（燃費重視や走行時間重視等）はドライバの運動操作から読み取られるものとして、時々刻々と変化するように設定するものとしてもよく、この場合には結果的にドライバの運転操作に合わせて評価関数が適宜設定されることになる。つまり、ドライバの運転操作に合わせて評価関数を動的に切り替えるようにしてもよい。
【００３７】
収束判定部１０２ｃは、走行軌跡演算部１０２ｂにより演算された走行軌跡が、収束判定基準設定部１０２ａにより設定された評価関数の収束判定値ε１を満たすか否かを判定する収束判定手段である。
【００３８】
車両走行制御部１０２ｄは、収束判定部１０２ｃにより収束判定値ε１を満たすと判定された、走行軌跡演算部１０２ｂにより演算された走行軌跡に基づいて車両の走行を制御する車両走行制御手段である。
【００３９】
［２．処理］
次に、上述のように構成された本システムの処理の一例について、以下に図２〜図７を参照して詳細に説明する。
【００４０】
本システムにおける走行軌跡演算処理の詳細について図２を参照して説明する。図２は、本システムが行う走行軌跡演算処理の一例を示すフローチャートである。
【００４１】
図２に示すように、まず、収束判定基準設定部１０２ａは、走行路面情報ファイル１０６ａから走行路面情報（道路幅情報や摩擦情報やカーブ情報等）を取得する（ステップＳＡ−１）。なお、収束判定基準設定部１０２ａは、ＧＰＳ等から得た自車両の位置情報に基づいて、車両が将来走行する道路にかかる走行路面情報を走行路面情報ファイル１０６ａから取得してもよい。
【００４２】
そして、収束判定基準設定部１０２ａは、取得した走行路面情報に応じて、評価関数の収束判定基準（例えば、収束判定値ε１）を可変に設定する（ステップＳＡ−２）。
【００４３】
そして、走行軌跡演算部１０２ｂは、評価関数を用いて最適化手法により走行軌跡を演算する（ステップＳＡ−３）。
【００４４】
そして、収束判定部１０２ｃは、走行軌跡演算部１０２ｂにより演算された走行軌跡の値が、収束判定基準設定部１０２ａにより設定された評価関数の収束判定値ε１を満たさないと判定した場合（ステップＳＡ−４：Ｎｏ）、処理をステップＳＡ−３に戻す。
【００４５】
一方、収束判定部１０２ｃが、走行軌跡演算部１０２ｂにより演算された走行軌跡の値が、収束判定基準設定部１０２ａにより設定された評価関数の収束判定値ε１を満たすと判定した場合は（ステップＳＡ−４：Ｙｅｓ）、走行軌跡演算処理を終える。そして、走行軌跡演算処理により演算された走行軌跡に基づいて、車両走行制御部１０２ｄは、車両の走行を制御する（ステップＳＡ−５）。これにて、走行軌跡演算処理の一例の説明を終える。
【００４６】
［収束判定基準設定処理］
つづいて、上述した走行軌跡演算処理のうち、収束判定基準設定部１０２ａによる収束判定基準設定処理を更に具体化した一例について、以下に図３〜図７を参照して説明する。図３は、収束判定基準設定処理を含む走行軌跡演算処理の一例を示すフローチャートである。
【００４７】
まず、収束判定基準設定部１０２ａは、走行路面情報ファイル１０６ａに記憶された道路幅情報に基づいて、車両が走行可能な道路幅に対するはみ出し量の許容誤差Ｅｒｒ（％）を設定する（ステップＳＢ−１）。ここで、許容誤差（許容はみ出し量）Ｅｒｒは、中央線付近に対する安全マージンや路肩の幅等から決定される数値である。具体的には、収束判定基準設定部１０２ａは、以下の数式に基づいて許容誤差を算出してもよい。ここで、安全マージンＷｍは、任意に設定可能な値であり、例えば、車両の種類や路肩の幅や中央分離帯の有無等に応じて変更してもよい。
（Ｗｒ−Ｗｍ）＊Ｅｒｒ／１００＝Ｗｍ
（ここで、Ｅｒｒは、許容誤差（％）であり、Ｗｒは、実道路幅であり、Ｗｍは、安全マージンである。すなわち、許容誤差は、Ｅｒｒ（％）＝（Ｗｒ−Ｗｍ）／Ｗｍ＊１００で表せる。）
【００４８】
そして、収束判定基準設定部１０２ａは、Ｗ＝Ｗｒ−Ｗｍの式に基づいて、以下の計算に使用する道路幅の制約条件を走行可能幅Ｗで設定する（ステップＳＢ−２）。ここで、図４は、道路上の実道路幅Ｗｒと安全マージンＷｍと路肩の幅と中央線の関係を模式的に示した図である。
【００４９】
図４に示すように、実道路幅Ｗｒは、中央線から路肩に至るまでの幅であり、この実道路幅Ｗｒから安全マージンＷｍを引いた値が走行可能幅Ｗとして設定される。
【００５０】
そして、収束判定基準設定部１０２ａは、道路幅に対するはみ出し量が許容誤差Ｅｒｒ以内に収まるように収束判定値ε１を設定する（ステップＳＢ−３）。本実施の形態において、一例として、走行軌跡演算部１０２ｂによる最適化演算内では、はみ出し量ははみ出している面積で表される。ここで、図５は、道路幅に対するはみ出し量とはみ出し面積を模式的に示した図である。
【００５１】
図５に示すように、走行軌跡演算部１０２ｂにより演算された走行軌跡が道路幅からはみ出している場合、最適化演算内では、そのはみ出した幅をはみ出し量とし、はみ出している面積をはみ出し面積として扱っている。そこで、本実施の形態においては、収束判定基準設定部１０２ａは、走行軌跡演算部１０２ｂによる最適化の結果、生成された走行軌跡がある１点だけではみ出している場合における（許容）面積を計算する。このとき、収束判定基準設定部１０２ａにより計算される（許容）面積は、走行軌跡演算部１０２ｂによる最適化演算内で使用される計算ロジックと同じロジック（関数Ｐ２）で求められる。ここで、一例として、走行軌跡演算部１０２ｂは、シンプソン法により面積を計算しており、最適化演算の過程で座標の無次元化を行っていると仮定した場合の、収束判定基準設定部１０２ａによる計算式を以下に示す。
Ｐ２＝ｈ／３（Ｅｒｒ／１００／Ｃｘ）＾２
（ここで、ｈは、隣り合った点同士の幅、Ｃｘは、座標無次元化係数である。）
【００５２】
例えば、収束判定基準設定部１０２ａは、ｈ＝０．０１であり、Ｅｒｒ＝０．５（道路幅が３［ｍ］の場合で許容誤差１．５［ｃｍ］）、Ｃｘ＝２５０である場合、上記の計算式に基づいて、Ｐ２＝２．７＊１０＾−１２と求める。そして、収束判定基準設定部１０２ａは、算出したＰ２を収束判定値ε１として、すなわちＰ２＝ε１として設定する。これにより、最悪でも道路幅に対して０．５（％）のはみ出し量で最適化演算を終了できる閾値（収束判定値）を設定することができる。
【００５３】
以上の収束判定基準設定処理を終えると、収束判定部１０２ｃにより設定された収束判定値ε１を達成したと判定されるまで（ステップＳＢ−５、Ｎｏ）、走行軌跡演算部１０２ｂは、走行軌跡の最適化演算処理を行い（ステップＳＢ−４）、収束判定部１０２ｃにより収束判定値ε１が達成されたと判定されると（ステップＳＢ−５、Ｙｅｓ）、最適化演算の処理を終える。
【００５４】
なお、上記の収束判定基準設定処理においては、走行路面情報ファイル１０６ａに記憶された走行路面情報のうち道路幅情報に応じてはみ出し量の許容誤差Ｅｒｒを設定したが、本実施の形態はこれに限られず、収束判定基準設定部１０２ａは、道路幅Ｗｒのほか、曲線半径Ｒや路面摩擦係数μや計算可能時間Ｔｃａｌｃに応じて、許容誤差Ｅｒｒを設定してもよい。例えば、収束判定基準設定部１０２ａは、以下の関数に基づいて許容誤差Ｅｒｒを設定する。
許容誤差Ｅｒｒ＝ｆ（Ｗｒ，Ｒ，μ，Ｔｃａｌｃ）
【００５５】
曲線半径Ｒに応じて許容誤差Ｅｒｒを設定する場合、収束判定基準設定部１０２ａは、曲線半径Ｒが大きければ大きいほど、許容誤差Ｅｒｒを大きく設定し、曲線半径Ｒが小さければ小さいほど、許容誤差Ｅｒｒを小さく設定してもよい。ここで、図６は、曲線半径が小さい場合と大きい場合における許容誤差Ｅｒｒの設定例を模式的に示した図である。図６左図に示すように、道路形状が直線であり曲線半径Ｒが大きい場合は、収束判定基準設定部１０２ａにより許容誤差Ｅｒｒが大きく設定されることにより、演算時間を短縮することができる。一方、図６右図に示すように、道路形状が曲線であり曲線半径Ｒが小さい場合は、収束判定基準設定部１０２ａにより許容誤差Ｅｒｒが小さく設定されることにより、走行軌跡を演算する上で道路幅を大きく使用することができ、車両安定性に富んだ走行軌跡を演算することができる。
【００５６】
路面の摩擦係数μに応じて許容誤差Ｅｒｒを設定する場合、収束判定基準設定部１０２ａは、摩擦係数μが大きければ大きいほど、許容誤差Ｅｒｒを大きく設定し、摩擦係数μが小さければ小さいほど、許容誤差Ｅｒｒを小さく設定してもよい。ここで、図７は、摩擦係数が大きい場合と小さい場合における許容誤差Ｅｒｒの設定例を模式的に示した図である。図７左図に示すように、ドライ路面のように摩擦係数μが大きい場合は、収束判定基準設定部１０２ａにより許容誤差Ｅｒｒが大きく設定されることにより、演算時間を短縮することができる。一方、図７右図に示すように、道路上に水溜りがありウェット路面である場合のように摩擦係数μが小さい場合は、収束判定基準設定部１０２ａにより許容誤差Ｅｒｒが小さく設定されることにより、走行軌跡を演算する上で道路幅を大きく使用することができ、車両安定性に富んだ走行軌跡を演算することができる。
【００５７】
計算可能時間Ｔｃａｌｃに応じて許容誤差Ｅｒｒを設定する場合、収束判定基準設定部１０２ａは、計算可能時間Ｔｃａｌｃが短ければ短いほど、許容誤差Ｅｒｒを大きく設定し、計算可能時間Ｔｃａｌｃが長ければ長いほど、許容誤差Ｅｒｒを小さく設定してもよい。計算可能時間Ｔｃａｌｃが短い場合は、早急に計算を終了する必要があり、収束判定基準設定部１０２ａにより許容誤差Ｅｒｒが大きく設定されることにより、演算時間を短縮することができる。一方、計算可能時間Ｔｃａｌｃが長い場合は、収束判定基準設定部１０２ａにより許容誤差Ｅｒｒが小さく設定されることにより、十分な計算可能時間を利用して、車両安定性に富んだ走行軌跡を演算することができる。
【００５８】
以上で、本実施の形態における本システムの処理の説明を終える。
【００５９】
［３．本実施の形態のまとめ、および他の実施の形態］
本実施の形態によれば、走行路面情報ファイル１０６ａに記憶した走行路面情報に応じて、評価関数の収束判定値ε１を可変に設定し、設定した収束判定値ε１を満たすよう評価関数を用いて走行軌跡を演算する。これにより、評価関数の収束判定のための条件を適切に設定して、演算時間と車両安定性を両立させた走行軌跡の演算を行うことができる。
【００６０】
本実施の形態によれば、走行路面情報は、走行路面の道路幅に関する道路幅情報、走行路面の摩擦に関する摩擦情報、および、走行路面のカーブに関するカーブ情報のうち少なくとも一つを含む。これにより、道路幅や摩擦やカーブ等の走行路面の状態を考慮して、評価関数の収束判定のための条件を適切に設定し、演算時間と車両安定性を両立することができる。
【００６１】
本実施の形態によれば、道路幅情報の道路幅Ｗが大きいほど、収束判定値ε１を大きく設定する。これにより、道路幅が比較的大きい場合には、演算精度よりも演算時間を重視する演算を行い、道路幅が比較的小さい場合には、演算時間よりも演算精度を重視する演算を行うので、演算時間と車両安定性を両立させた走行軌跡の演算を行うことができる。
【００６２】
本実施の形態によれば、摩擦情報の摩擦係数μが大きいほど、収束判定値ε１を大きく設定する。これにより、摩擦係数が比較的大きい場合には、演算精度よりも演算時間を重視する演算を行い、摩擦係数が比較的小さい場合には、演算時間よりも演算精度を重視する演算を行うので、演算時間と車両安定性を両立させた走行軌跡の演算を行うことができる。
【００６３】
本実施の形態によれば、カーブ情報の曲線半径Ｒが大きいほど、収束判定値ε１を大きく設定する。これにより、曲線半径が比較的大きい場合には、演算精度よりも演算時間を重視する演算を行い、曲線半径が比較的小さい場合には、演算時間よりも演算精度を重視する演算を行うので、演算時間と車両安定性を両立させた走行軌跡の演算を行うことができる。
【００６４】
本実施の形態によれば、走行路面情報ファイル１０６ａに記憶した走行路面情報に基づいて、車両の制御を開始するまでの計算可能時間Ｔｃａｌｃを演算し、計算可能時間Ｔｃａｌｃに応じて、収束判定値ε１を可変に設定する。これにより、走行路面に応じて演算した計算可能時間に応じて車両安定性を考慮した走行軌跡の演算を行うことができる。
【００６５】
本実施の形態によれば、計算可能時間Ｔｃａｌｃが長いほど、収束判定値ε１を大きく設定する。これにより、計算可能時間が比較的長い場合には、演算時間よりも演算精度を重視する演算を行い、計算可能時間が比較的短い場合には、演算精度よりも演算時間を重視する演算を行うので、演算時間と車両安定性を両立させた走行軌跡の演算を行うことができる。
【００６６】
最後に、本発明にかかる車両制御装置は、上述した実施の形態以外にも、特許請求の範囲に記載した技術的思想の範囲内において種々の異なる実施の形態にて実施されてよいものである。例えば、実施の形態において説明した各処理のうち、自動的に行われるものとして説明した処理の全部または一部を手動的に行うこともでき、あるいは、手動的に行われるものとして説明した処理の全部または一部を公知の方法で自動的に行うこともできる。また、本明細書中や図面中で示した処理手順、制御手順、具体的名称、各処理の登録データやパラメータを含む情報については、特記する場合を除いて任意に変更することができる。また、車両ＥＣＵ１００に関して、図示の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。また、装置の分散・統合の具体的形態は図示するものに限られず、その全部または一部を、各種の付加等に応じて又は機能負荷に応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。また、上述した実施の形態では車両ＥＣＵ１００がスタンドアローンの形態で処理を行う場合を一例に説明したが、車両ＥＣＵ１００が、当該車両ＥＣＵ１００とは別筐体で構成されるＥＣＵからの要求に応じて情報処理を行い、その処理結果を当該ＥＣＵに返却するように構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
以上説明したように、本発明にかかる車両制御装置は、特に自動車製造産業で好適に実施することができ、極めて有用である。
【符号の説明】
【００６８】
１００ 車両ＥＣＵ
１０２ 制御部
１０２ａ 収束判定基準設定部
１０２ｂ 走行軌跡演算部
１０２ｃ 収束判定部
１０２ｄ 車両走行制御部
１０６ 記憶部
１０６ａ 走行路面情報ファイル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、コーナーを最短時間で通過するため、通過時間を評価関数として設定し、最適化手法を用いて理想軌跡の演算を行う方法が開発されている。
【０００３】
例えば、非特許文献１には、人工衛星やシャトルなどの最適軌跡演算に使用されているＳＣＧＲＡ（Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ Ｃｏｎｊｕｇａｔｅ Ｇｒａｄｉｅｎｔ−Ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）を車両の運動計算に応用し、車両がコーナーを最短で通過するために通過時間を評価関数として設定する。
【０００４】
また、特許文献１には、評価関数を用いて走行ルートを決定する技術であって、頂点に対する目的地までのルートに関連するコストの下限を表す評価関数を用いて、第１のグラフに基づく評価関数の値を決定し、決定した評価関数の値に基づいて、第２のグラフ上で出発点から目的地までのルートを検索することが開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、評価関数と拘束条件に基づいて横変位量の最適化制御を行う技術に関し、磁気センサによって検出された横変位が目標とする横変位になるように、操舵アクチュエータを制御し、磁気センサの位置での磁力源に対する車両の横方向へのセンサ滑り速度を低減することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２７５６２１号公報
【特許文献２】特開平１０−３０２１９９号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】藤岡健彦，江守大昌，「最適時間コーナリング法に関する理論的研究−第４報 状態量不等式拘束を用いた道路条件の導入−」，自動車技術会論文集，Ｖｏｌ．２４，Ｎｏ．３，Ｊｕｌｙ １９９３，ｐ．１０６−１１１．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の走行軌跡の最適化技術においては、運動方程式や拘束条件や境界条件等の収束判定を行う値をどのように設定すべきかについては開示されておらず、最適化手法を用いて自動車等の走行計画を算出する場合、車両安定性や演算時間等を考慮して収束判定のための条件を適切に設定することは難しいという問題点を有していた。
【０００９】
すなわち、走行軌跡の算出は、評価関数が収束したと判断された場合に終了するが、シミュレーションを行う上で、収束したと判断する条件を厳しく設定すれば演算精度は高まるものの長い演算時間を必要とする。一方、収束条件を緩く設定すれば、計算は早期に終了するが、実走行における車両安定性を保つため収束条件の緩和について工夫が必要となる。
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、評価関数の収束判定のための条件を適切に設定して、演算時間と車両安定性を両立することができる車両制御装置および車両制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
このような目的を達成するため、本発明の車両制御装置は、評価関数を用いて車両の将来の走行軌跡を演算する、記憶部と制御部を少なくとも備えた車両制御装置において、前記記憶部は、前記車両が走行する走行路面に関する走行路面情報を記憶する走行路面情報記憶手段を備え、前記制御部は、前記走行路面情報記憶手段により記憶された前記走行路面情報に応じて、前記評価関数の収束判定基準を可変に設定する収束判定基準設定手段を備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の車両制御装置は、上記記載の車両制御装置において、前記走行路面情報は、前記走行路面の道路幅に関する道路幅情報、前記走行路面の摩擦に関する摩擦情報、および、前記走行路面のカーブに関するカーブ情報のうち少なくとも一つを含むことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の車両制御装置は、上記記載の車両制御装置において、前記収束判定基準設定手段は、前記道路幅情報の前記道路幅が大きいほど、前記収束判定基準を大きく設定することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の車両制御装置は、上記記載の車両制御装置において、前記摩擦情報は、前記走行路面の摩擦係数を含み、前記収束判定基準設定手段は、前記摩擦情報の摩擦係数が大きいほど、前記収束判定基準を大きく設定することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の車両制御装置は、上記記載の車両制御装置において、前記カーブ情報は、前記走行路面の前記カーブの曲線半径を含み、前記収束判定基準設定手段は、前記カーブ情報の曲線半径が大きいほど、前記収束判定基準を大きく設定することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の車両制御装置は、上記記載の車両制御装置において、前記収束判定基準設定手段は、前記走行路面情報記憶手段に記憶された前記走行路面情報に基づいて、前記車両の制御を開始するまでの計算可能時間を演算し、前記計算可能時間に応じて、前記収束判定基準を可変に設定すること、を特徴とする。
【００１７】
また、本発明の車両制御装置は、上記記載の車両制御装置において、前記収束判定基設定手段は、前記計算可能時間が長いほど、前記収束判定基準を大きく設定することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の車両制御方法は、評価関数を用いて車両の将来の走行軌跡を演算する、記憶部と制御部を少なくとも備えた車両制御装置において実行される車両制御方法であって、前記記憶部は、前記車両が走行する走行路面に関する走行路面情報を記憶する走行路面情報記憶手段を備えており、前記制御部において実行される、前記走行路面情報記憶手段により記憶された前記走行路面情報に応じて、前記評価関数の収束判定基準を可変に設定する収束判定基準設定ステップを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
この発明によれば、記憶した走行路面情報に応じて、評価関数の収束判定基準を可変に設定し、設定した収束判定基準を満たすよう評価関数を用いて車両の将来の走行軌跡を演算する。これにより、評価関数の収束判定のための条件を適切に設定して、演算時間と車両安定性を両立させた走行軌跡の演算を行うことができるという効果を奏する。
【００２０】
また、この発明によれば、走行路面情報は、走行路面の道路幅に関する道路幅情報、走行路面の摩擦に関する摩擦情報、および、走行路面のカーブに関するカーブ情報のうち少なくとも一つを含む。これにより、道路幅や摩擦やカーブ等の走行路面の状態を考慮して、評価関数の収束判定のための条件を適切に設定し、演算時間と車両安定性を両立することができるという効果を奏する。
【００２１】
また、この発明によれば、道路幅情報の道路幅が大きいほど、収束判定基準を大きく設定する。これにより、道路幅が比較的大きい場合には、演算精度よりも演算時間を重視する演算を行い、道路幅が比較的小さい場合には、演算時間よりも演算精度を重視する演算を行うので、演算時間と車両安定性を両立させた走行軌跡の演算を行うことができるという効果を奏する。
【００２２】
また、この発明によれば、摩擦情報は、走行路面の摩擦係数を含み、摩擦情報の摩擦係数が大きいほど、収束判定基準を大きく設定する。これにより、摩擦係数が比較的大きい場合には、演算精度よりも演算時間を重視する演算を行い、摩擦係数が比較的小さい場合には、演算時間よりも演算精度を重視する演算を行うので、演算時間と車両安定性を両立させた走行軌跡の演算を行うことができるという効果を奏する。
【００２３】
また、この発明によれば、カーブ情報は、走行路面のカーブの曲線半径を含み、カーブ情報の曲線半径が大きいほど、収束判定基準を大きく設定する。これにより、曲線半径が比較的大きい場合には、演算精度よりも演算時間を重視する演算を行い、曲線半径が比較的小さい場合には、演算時間よりも演算精度を重視する演算を行うので、演算時間と車両安定性を両立させた走行軌跡の演算を行うことができるという効果を奏する。
【００２４】
また、この発明によれば、記憶した走行路面情報に基づいて、車両の制御を開始するまでの計算可能時間を演算し、計算可能時間に応じて、収束判定基準を可変に設定する。これにより、走行路面に応じて演算した計算可能時間に応じて車両安定性を考慮した走行軌跡の演算を行うことができるという効果を奏する。
【００２５】
また、この発明によれば、計算可能時間が長いほど、収束判定基準を大きく設定する。これにより、計算可能時間が比較的長い場合には、演算時間よりも演算精度を重視する演算を行い、計算可能時間が比較的短い場合には、演算精度よりも演算時間を重視する演算を行うので、演算時間と車両安定性を両立させた走行軌跡の演算を行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、本システムの構成の一例を示すブロック図である。
【図２】図２は、本システムが行う走行軌跡演算処理の一例を示すフローチャートである。
【図３】図３は、収束判定基準設定処理を含む走行軌跡演算処理の一例を示すフローチャートである。
【図４】図４は、道路上の実道路幅Ｗｒと安全マージンＷｍと路肩の幅と中央線の関係を模式的に示した図である。
【図５】図５は、道路幅に対するはみ出し量とはみ出し面積を模式的に示した図である。
【図６】図６は、曲線半径が小さい場合と大きい場合における許容誤差Ｅｒｒの設定例を模式的に示した図である。
【図７】図７は、摩擦係数が大きい場合と小さい場合における許容誤差Ｅｒｒの設定例を模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に、本発明にかかる車両制御装置および車両制御方法並びにプログラムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２８】
［１．構成］
まず、本発明にかかる走行軌跡生成方法を実施するための電子制御装置および本発明にかかる車両制御装置を包含する本実施の形態のシステム（以下では本システムと記載する場合がある。）の構成について図１を参照して説明する。図１は、本システムの構成の一例を示すブロック図である。
【００２９】
本システムは、道路を走行する際の車両の走行軌跡を走行時間や車両安定性や燃費等を指標とした評価関数を用いて最適化手法に基づいて演算し、演算した走行軌跡に基づいて車両の運動を制御するためのシステムである。なお、本実施の形態における「走行軌跡」とは、車両が通過するラインと、通過するラインにおける速度との両者を含み、特に、道路に対しての縦位置（例えば、加減速）や、横位置（例えば、白線に対するオフセット）を含む概念である。本システムは、図１に示すように、概略的に車両ＥＣＵ１００により構成されている。
【００３０】
車両ＥＣＵ１００は電子制御装置であり、概略的に制御部１０２と記憶部１０６とを備えている。制御部１０２および記憶部１０６は任意の通信路を介して通信可能に接続されている。
【００３１】
記憶部１０６はストレージ手段であり、例えば、ＲＡＭ・ＲＯＭ等のメモリ装置や、ハードディスクのような固定ディスク装置、フレキシブルディスク、光ディスク等を用いることができる。記憶部１０６には、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）と協働してＣＰＵに命令を与え各種処理を行うためのコンピュータプログラムが記録されている。記憶部１０６は、概略的に走行路面情報ファイル１０６ａを備えている。
【００３２】
走行路面情報ファイル１０６ａは、車両が走行する走行路面に関する走行路面情報を記憶する走行路面情報記憶手段である。走行路面情報は、一例として、走行路面の道路幅に関する道路幅情報や、走行路面の摩擦に関する摩擦情報、走行路面のカーブに関するカーブ情報、車両走行制御部１０２ｄによる車両の制御を開始するまでの計算可能時間を演算するための道路情報（例えば、道路の区間距離を格納した道路区間情報）等である。ここで、道路幅情報には、道路幅のほか、路肩の幅や、道路の中央線からの安全マージン等の数値などの道路の境界に関する情報が格納されてもよい。また、摩擦情報には、走行路面の摩擦係数（μ）のほか、走行路面がウェットであるかドライであるかの情報等が格納されてもよい。なお、摩擦情報は、車外の外部装置から取得した天候に関する天候情報に従って変更するよう構成してもよい。また、カーブ情報には、走行路面のカーブの曲線半径（Ｒ）のほか、カーブ曲率（１／Ｒ）や、カーブの大小等の情報が格納されてもよい。
【００３３】
制御部１０２は車両ＥＣＵ１００の全体を統括的に制御するＣＰＵ等である。制御部１０２は、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）等の制御プログラムや各種の処理手順等を規定したプログラム、所要データなどを格納するための内部メモリを有し、これらのプログラムに基づいて種々の情報処理を実行する。制御部１０２は、機能概念的に、収束判定基準設定部１０２ａと、走行軌跡演算部１０２ｂと、収束判定部１０２ｃと、車両走行制御部１０２ｄを備えている。
【００３４】
収束判定基準設定部１０２ａは、走行路面情報ファイル１０６ａに記憶された走行路面情報に応じて、評価関数の収束判定基準（例えば、収束判定値ε１）を可変に設定する収束判定基準設定手段である。すなわち、収束判定基準設定部１０２ａは、走行路面の状態に従って収束判定基準を設定することにより、走行軌跡の演算時間を優先する程度や、走行軌跡の演算精度を優先する程度等を決定している。ここで、収束判定基準設定部１０２ａは、走行路面情報ファイル１０６ａに記憶された道路幅情報の道路幅Ｗｒが大きいほど、収束判定値ε１を大きく設定してもよい。また、収束判定基準設定部１０２ａは、走行路面情報ファイル１０６ａに記憶された摩擦情報の摩擦係数μが大きいほど、収束判定値ε１を大きく設定してもよい。また、収束判定基準設定部１０２ａは、走行路面情報ファイル１０６ａに記憶されたカーブ情報の曲線半径Ｒが大きいほど、収束判定値ε１を大きく設定してもよい。また、収束判定基準設定部１０２ａは、走行路面情報ファイル１０６ａ等の記憶部１０６に記憶された道路情報（走行路面情報など）に基づいて、車両の制御を開始するまでの計算可能時間Ｔｃａｌｃを演算し、計算可能時間Ｔｃａｌｃに応じて、収束判定値ε１を可変に設定してもよい。この場合、収束判定基準設定部１０２ａは、演算した計算可能時間Ｔｃａｌｃが長いほど、収束判定値ε１を大きく設定してもよい。
【００３５】
また、ここで、収束判定基準設定部１０２ａは、下記の関数に基づいて、道路幅Ｗｒや曲線半径Ｒや摩擦係数μや計算可能時間Ｔｃａｌｃ等の走行路面情報に応じて、車両の道路に対するはみ出し量の許容誤差Ｅｒｒを算出し、算出した許容誤差Ｅｒｒに応じて収束判定値ε１を設定してもよい。
許容誤差Ｅｒｒ＝ｆ（Ｗｒ，Ｒ，μ，Ｔｃａｌｃ）
【００３６】
走行軌跡演算部１０２ｂは、評価関数を用いて車両の将来の走行軌跡を演算する走行軌跡演算手段である。より具体的には、走行軌跡演算部１０２ｂは、最適化手法に基づく演算の対象となる道路区間の形状（直線、曲線、幅員等）や道路区間の区間距離（区間の長さ）や道路の境界（車線等）等に関する道路情報を走行路面情報ファイル１０６ａ等の記憶部１０６から取得して、道路からはみ出していないか等の条件を拘束する拘束条件や、道路の初端条件や終端条件、走行軌跡の初期解、車両運動の物理的関係が成立しているか等の条件を定義した運動方程式や制御式等を設定し、設定した条件等に基づいて走行軌跡を生成し、評価関数を用いて繰り返し走行軌跡の生成を行って最適な走行軌跡を演算してもよい。ここで、走行軌跡演算部１０２ｂは、共役勾配法や最急降下法、Ｎｅｗｔｏｎ法、準Ｎｅｗｔｏｎ法等の最適化手法を用いて走行軌跡を生成してもよい。また、評価関数は、予め設定されたものであってもよく、車両走行制御部１０２ｄによる車両走行制御の目的（燃費重視や走行時間重視等）に応じて設定されてもよい。走行制御の目的（燃費重視や走行時間重視等）はドライバの運動操作から読み取られるものとして、時々刻々と変化するように設定するものとしてもよく、この場合には結果的にドライバの運転操作に合わせて評価関数が適宜設定されることになる。つまり、ドライバの運転操作に合わせて評価関数を動的に切り替えるようにしてもよい。
【００３７】
収束判定部１０２ｃは、走行軌跡演算部１０２ｂにより演算された走行軌跡が、収束判定基準設定部１０２ａにより設定された評価関数の収束判定値ε１を満たすか否かを判定する収束判定手段である。
【００３８】
車両走行制御部１０２ｄは、収束判定部１０２ｃにより収束判定値ε１を満たすと判定された、走行軌跡演算部１０２ｂにより演算された走行軌跡に基づいて車両の走行を制御する車両走行制御手段である。
【００３９】
［２．処理］
次に、上述のように構成された本システムの処理の一例について、以下に図２〜図７を参照して詳細に説明する。
【００４０】
本システムにおける走行軌跡演算処理の詳細について図２を参照して説明する。図２は、本システムが行う走行軌跡演算処理の一例を示すフローチャートである。
【００４１】
図２に示すように、まず、収束判定基準設定部１０２ａは、走行路面情報ファイル１０６ａから走行路面情報（道路幅情報や摩擦情報やカーブ情報等）を取得する（ステップＳＡ−１）。なお、収束判定基準設定部１０２ａは、ＧＰＳ等から得た自車両の位置情報に基づいて、車両が将来走行する道路にかかる走行路面情報を走行路面情報ファイル１０６ａから取得してもよい。
【００４２】
そして、収束判定基準設定部１０２ａは、取得した走行路面情報に応じて、評価関数の収束判定基準（例えば、収束判定値ε１）を可変に設定する（ステップＳＡ−２）。
【００４３】
そして、走行軌跡演算部１０２ｂは、評価関数を用いて最適化手法により走行軌跡を演算する（ステップＳＡ−３）。
【００４４】
そして、収束判定部１０２ｃは、走行軌跡演算部１０２ｂにより演算された走行軌跡の値が、収束判定基準設定部１０２ａにより設定された評価関数の収束判定値ε１を満たさないと判定した場合（ステップＳＡ−４：Ｎｏ）、処理をステップＳＡ−３に戻す。
【００４５】
一方、収束判定部１０２ｃが、走行軌跡演算部１０２ｂにより演算された走行軌跡の値が、収束判定基準設定部１０２ａにより設定された評価関数の収束判定値ε１を満たすと判定した場合は（ステップＳＡ−４：Ｙｅｓ）、走行軌跡演算処理を終える。そして、走行軌跡演算処理により演算された走行軌跡に基づいて、車両走行制御部１０２ｄは、車両の走行を制御する（ステップＳＡ−５）。これにて、走行軌跡演算処理の一例の説明を終える。
【００４６】
［収束判定基準設定処理］
つづいて、上述した走行軌跡演算処理のうち、収束判定基準設定部１０２ａによる収束判定基準設定処理を更に具体化した一例について、以下に図３〜図７を参照して説明する。図３は、収束判定基準設定処理を含む走行軌跡演算処理の一例を示すフローチャートである。
【００４７】
まず、収束判定基準設定部１０２ａは、走行路面情報ファイル１０６ａに記憶された道路幅情報に基づいて、車両が走行可能な道路幅に対するはみ出し量の許容誤差Ｅｒｒ（％）を設定する（ステップＳＢ−１）。ここで、許容誤差（許容はみ出し量）Ｅｒｒは、中央線付近に対する安全マージンや路肩の幅等から決定される数値である。具体的には、収束判定基準設定部１０２ａは、以下の数式に基づいて許容誤差を算出してもよい。ここで、安全マージンＷｍは、任意に設定可能な値であり、例えば、車両の種類や路肩の幅や中央分離帯の有無等に応じて変更してもよい。
（Ｗｒ−Ｗｍ）＊Ｅｒｒ／１００＝Ｗｍ
（ここで、Ｅｒｒは、許容誤差（％）であり、Ｗｒは、実道路幅であり、Ｗｍは、安全マージンである。すなわち、許容誤差は、Ｅｒｒ（％）＝（Ｗｒ−Ｗｍ）／Ｗｍ＊１００で表せる。）
【００４８】
そして、収束判定基準設定部１０２ａは、Ｗ＝Ｗｒ−Ｗｍの式に基づいて、以下の計算に使用する道路幅の制約条件を走行可能幅Ｗで設定する（ステップＳＢ−２）。ここで、図４は、道路上の実道路幅Ｗｒと安全マージンＷｍと路肩の幅と中央線の関係を模式的に示した図である。
【００４９】
図４に示すように、実道路幅Ｗｒは、中央線から路肩に至るまでの幅であり、この実道路幅Ｗｒから安全マージンＷｍを引いた値が走行可能幅Ｗとして設定される。
【００５０】
そして、収束判定基準設定部１０２ａは、道路幅に対するはみ出し量が許容誤差Ｅｒｒ以内に収まるように収束判定値ε１を設定する（ステップＳＢ−３）。本実施の形態において、一例として、走行軌跡演算部１０２ｂによる最適化演算内では、はみ出し量ははみ出している面積で表される。ここで、図５は、道路幅に対するはみ出し量とはみ出し面積を模式的に示した図である。
【００５１】
図５に示すように、走行軌跡演算部１０２ｂにより演算された走行軌跡が道路幅からはみ出している場合、最適化演算内では、そのはみ出した幅をはみ出し量とし、はみ出している面積をはみ出し面積として扱っている。そこで、本実施の形態においては、収束判定基準設定部１０２ａは、走行軌跡演算部１０２ｂによる最適化の結果、生成された走行軌跡がある１点だけではみ出している場合における（許容）面積を計算する。このとき、収束判定基準設定部１０２ａにより計算される（許容）面積は、走行軌跡演算部１０２ｂによる最適化演算内で使用される計算ロジックと同じロジック（関数Ｐ２）で求められる。ここで、一例として、走行軌跡演算部１０２ｂは、シンプソン法により面積を計算しており、最適化演算の過程で座標の無次元化を行っていると仮定した場合の、収束判定基準設定部１０２ａによる計算式を以下に示す。
Ｐ２＝ｈ／３（Ｅｒｒ／１００／Ｃｘ）＾２
（ここで、ｈは、隣り合った点同士の幅、Ｃｘは、座標無次元化係数である。）
【００５２】
例えば、収束判定基準設定部１０２ａは、ｈ＝０．０１であり、Ｅｒｒ＝０．５（道路幅が３［ｍ］の場合で許容誤差１．５［ｃｍ］）、Ｃｘ＝２５０である場合、上記の計算式に基づいて、Ｐ２＝２．７＊１０＾−１２と求める。そして、収束判定基準設定部１０２ａは、算出したＰ２を収束判定値ε１として、すなわちＰ２＝ε１として設定する。これにより、最悪でも道路幅に対して０．５（％）のはみ出し量で最適化演算を終了できる閾値（収束判定値）を設定することができる。
【００５３】
以上の収束判定基準設定処理を終えると、収束判定部１０２ｃにより設定された収束判定値ε１を達成したと判定されるまで（ステップＳＢ−５、Ｎｏ）、走行軌跡演算部１０２ｂは、走行軌跡の最適化演算処理を行い（ステップＳＢ−４）、収束判定部１０２ｃにより収束判定値ε１が達成されたと判定されると（ステップＳＢ−５、Ｙｅｓ）、最適化演算の処理を終える。
【００５４】
なお、上記の収束判定基準設定処理においては、走行路面情報ファイル１０６ａに記憶された走行路面情報のうち道路幅情報に応じてはみ出し量の許容誤差Ｅｒｒを設定したが、本実施の形態はこれに限られず、収束判定基準設定部１０２ａは、道路幅Ｗｒのほか、曲線半径Ｒや路面摩擦係数μや計算可能時間Ｔｃａｌｃに応じて、許容誤差Ｅｒｒを設定してもよい。例えば、収束判定基準設定部１０２ａは、以下の関数に基づいて許容誤差Ｅｒｒを設定する。
許容誤差Ｅｒｒ＝ｆ（Ｗｒ，Ｒ，μ，Ｔｃａｌｃ）
【００５５】
曲線半径Ｒに応じて許容誤差Ｅｒｒを設定する場合、収束判定基準設定部１０２ａは、曲線半径Ｒが大きければ大きいほど、許容誤差Ｅｒｒを大きく設定し、曲線半径Ｒが小さければ小さいほど、許容誤差Ｅｒｒを小さく設定してもよい。ここで、図６は、曲線半径が小さい場合と大きい場合における許容誤差Ｅｒｒの設定例を模式的に示した図である。図６左図に示すように、道路形状が直線であり曲線半径Ｒが大きい場合は、収束判定基準設定部１０２ａにより許容誤差Ｅｒｒが大きく設定されることにより、演算時間を短縮することができる。一方、図６右図に示すように、道路形状が曲線であり曲線半径Ｒが小さい場合は、収束判定基準設定部１０２ａにより許容誤差Ｅｒｒが小さく設定されることにより、走行軌跡を演算する上で道路幅を大きく使用することができ、車両安定性に富んだ走行軌跡を演算することができる。
【００５６】
路面の摩擦係数μに応じて許容誤差Ｅｒｒを設定する場合、収束判定基準設定部１０２ａは、摩擦係数μが大きければ大きいほど、許容誤差Ｅｒｒを大きく設定し、摩擦係数μが小さければ小さいほど、許容誤差Ｅｒｒを小さく設定してもよい。ここで、図７は、摩擦係数が大きい場合と小さい場合における許容誤差Ｅｒｒの設定例を模式的に示した図である。図７左図に示すように、ドライ路面のように摩擦係数μが大きい場合は、収束判定基準設定部１０２ａにより許容誤差Ｅｒｒが大きく設定されることにより、演算時間を短縮することができる。一方、図７右図に示すように、道路上に水溜りがありウェット路面である場合のように摩擦係数μが小さい場合は、収束判定基準設定部１０２ａにより許容誤差Ｅｒｒが小さく設定されることにより、走行軌跡を演算する上で道路幅を大きく使用することができ、車両安定性に富んだ走行軌跡を演算することができる。
【００５７】
計算可能時間Ｔｃａｌｃに応じて許容誤差Ｅｒｒを設定する場合、収束判定基準設定部１０２ａは、計算可能時間Ｔｃａｌｃが短ければ短いほど、許容誤差Ｅｒｒを大きく設定し、計算可能時間Ｔｃａｌｃが長ければ長いほど、許容誤差Ｅｒｒを小さく設定してもよい。計算可能時間Ｔｃａｌｃが短い場合は、早急に計算を終了する必要があり、収束判定基準設定部１０２ａにより許容誤差Ｅｒｒが大きく設定されることにより、演算時間を短縮することができる。一方、計算可能時間Ｔｃａｌｃが長い場合は、収束判定基準設定部１０２ａにより許容誤差Ｅｒｒが小さく設定されることにより、十分な計算可能時間を利用して、車両安定性に富んだ走行軌跡を演算することができる。
【００５８】
以上で、本実施の形態における本システムの処理の説明を終える。
【００５９】
［３．本実施の形態のまとめ、および他の実施の形態］
本実施の形態によれば、走行路面情報ファイル１０６ａに記憶した走行路面情報に応じて、評価関数の収束判定値ε１を可変に設定し、設定した収束判定値ε１を満たすよう評価関数を用いて走行軌跡を演算する。これにより、評価関数の収束判定のための条件を適切に設定して、演算時間と車両安定性を両立させた走行軌跡の演算を行うことができる。
【００６０】
本実施の形態によれば、走行路面情報は、走行路面の道路幅に関する道路幅情報、走行路面の摩擦に関する摩擦情報、および、走行路面のカーブに関するカーブ情報のうち少なくとも一つを含む。これにより、道路幅や摩擦やカーブ等の走行路面の状態を考慮して、評価関数の収束判定のための条件を適切に設定し、演算時間と車両安定性を両立することができる。
【００６１】
本実施の形態によれば、道路幅情報の道路幅Ｗが大きいほど、収束判定値ε１を大きく設定する。これにより、道路幅が比較的大きい場合には、演算精度よりも演算時間を重視する演算を行い、道路幅が比較的小さい場合には、演算時間よりも演算精度を重視する演算を行うので、演算時間と車両安定性を両立させた走行軌跡の演算を行うことができる。
【００６２】
本実施の形態によれば、摩擦情報の摩擦係数μが大きいほど、収束判定値ε１を大きく設定する。これにより、摩擦係数が比較的大きい場合には、演算精度よりも演算時間を重視する演算を行い、摩擦係数が比較的小さい場合には、演算時間よりも演算精度を重視する演算を行うので、演算時間と車両安定性を両立させた走行軌跡の演算を行うことができる。
【００６３】
本実施の形態によれば、カーブ情報の曲線半径Ｒが大きいほど、収束判定値ε１を大きく設定する。これにより、曲線半径が比較的大きい場合には、演算精度よりも演算時間を重視する演算を行い、曲線半径が比較的小さい場合には、演算時間よりも演算精度を重視する演算を行うので、演算時間と車両安定性を両立させた走行軌跡の演算を行うことができる。
【００６４】
本実施の形態によれば、走行路面情報ファイル１０６ａに記憶した走行路面情報に基づいて、車両の制御を開始するまでの計算可能時間Ｔｃａｌｃを演算し、計算可能時間Ｔｃａｌｃに応じて、収束判定値ε１を可変に設定する。これにより、走行路面に応じて演算した計算可能時間に応じて車両安定性を考慮した走行軌跡の演算を行うことができる。
【００６５】
本実施の形態によれば、計算可能時間Ｔｃａｌｃが長いほど、収束判定値ε１を大きく設定する。これにより、計算可能時間が比較的長い場合には、演算時間よりも演算精度を重視する演算を行い、計算可能時間が比較的短い場合には、演算精度よりも演算時間を重視する演算を行うので、演算時間と車両安定性を両立させた走行軌跡の演算を行うことができる。
【００６６】
最後に、本発明にかかる車両制御装置は、上述した実施の形態以外にも、特許請求の範囲に記載した技術的思想の範囲内において種々の異なる実施の形態にて実施されてよいものである。例えば、実施の形態において説明した各処理のうち、自動的に行われるものとして説明した処理の全部または一部を手動的に行うこともでき、あるいは、手動的に行われるものとして説明した処理の全部または一部を公知の方法で自動的に行うこともできる。また、本明細書中や図面中で示した処理手順、制御手順、具体的名称、各処理の登録データやパラメータを含む情報については、特記する場合を除いて任意に変更することができる。また、車両ＥＣＵ１００に関して、図示の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。また、装置の分散・統合の具体的形態は図示するものに限られず、その全部または一部を、各種の付加等に応じて又は機能負荷に応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。また、上述した実施の形態では車両ＥＣＵ１００がスタンドアローンの形態で処理を行う場合を一例に説明したが、車両ＥＣＵ１００が、当該車両ＥＣＵ１００とは別筐体で構成されるＥＣＵからの要求に応じて情報処理を行い、その処理結果を当該ＥＣＵに返却するように構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
以上説明したように、本発明にかかる車両制御装置は、特に自動車製造産業で好適に実施することができ、極めて有用である。
【符号の説明】
【００６８】
１００ 車両ＥＣＵ
１０２ 制御部
１０２ａ 収束判定基準設定部
１０２ｂ 走行軌跡演算部
１０２ｃ 収束判定部
１０２ｄ 車両走行制御部
１０６ 記憶部
１０６ａ 走行路面情報ファイル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
評価関数を用いて車両の将来の走行軌跡を演算する、記憶部と制御部を少なくとも備えた車両制御装置において、
前記記憶部は、
前記車両が走行する走行路面に関する走行路面情報を記憶する走行路面情報記憶手段
を備え、
前記制御部は、
前記走行路面情報記憶手段により記憶された前記走行路面情報に応じて、前記評価関数の収束判定基準を可変に設定する収束判定基準設定手段
を備えたことを特徴とする車両制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両制御装置において、
前記走行路面情報は、
前記走行路面の道路幅に関する道路幅情報、前記走行路面の摩擦に関する摩擦情報、および、前記走行路面のカーブに関するカーブ情報のうち少なくとも一つを含むこと
を特徴とする車両制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の車両制御装置において、
前記収束判定基準設定手段は、前記道路幅情報の前記道路幅が大きいほど、前記収束判定基準を大きく設定すること
を特徴とする車両制御装置。
【請求項４】
請求項２に記載の車両制御装置において、
前記摩擦情報は、前記走行路面の摩擦係数を含み、
前記収束判定基準設定手段は、前記摩擦情報の摩擦係数が大きいほど、前記収束判定基準を大きく設定すること
を特徴とする車両制御装置。
【請求項５】
請求項２に記載の車両制御装置において、
前記カーブ情報は、前記走行路面の前記カーブの曲線半径を含み、
前記収束判定基準設定手段は、前記カーブ情報の曲線半径が大きいほど、前記収束判定基準を大きく設定すること
を特徴とする車両制御装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一つに記載の車両制御装置において、
前記収束判定基準設定手段は、前記走行路面情報記憶手段に記憶された前記走行路面情報に基づいて、前記車両の制御を開始するまでの計算可能時間を演算し、前記計算可能時間に応じて、前記収束判定基準を可変に設定すること、
を特徴とする車両制御装置。
【請求項７】
請求項６に記載の車両制御装置において、
前記収束判定基準設定手段は、前記計算可能時間が長いほど、前記収束判定基準を大きく設定すること
を特徴とする車両制御装置。
【請求項８】
評価関数を用いて車両の将来の走行軌跡を演算する、記憶部と制御部を少なくとも備えた車両制御装置において実行される車両制御方法であって、
前記記憶部は、
前記車両が走行する走行路面に関する走行路面情報を記憶する走行路面情報記憶手段
を備えており、
前記制御部において実行される、
前記走行路面情報記憶手段により記憶された前記走行路面情報に応じて、前記評価関数の収束判定基準を可変に設定する収束判定基準設定ステップ
を含むことを特徴とする車両制御方法。
【請求項１】
評価関数を用いて車両の将来の走行軌跡を演算する、記憶部と制御部を少なくとも備えた車両制御装置において、
前記記憶部は、
前記車両が走行する走行路面に関する走行路面情報を記憶する走行路面情報記憶手段
を備え、
前記制御部は、
前記走行路面情報記憶手段により記憶された前記走行路面情報に応じて、前記評価関数の収束判定基準を可変に設定する収束判定基準設定手段
を備えたことを特徴とする車両制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両制御装置において、
前記走行路面情報は、
前記走行路面の道路幅に関する道路幅情報、前記走行路面の摩擦に関する摩擦情報、および、前記走行路面のカーブに関するカーブ情報のうち少なくとも一つを含むこと
を特徴とする車両制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の車両制御装置において、
前記収束判定基準設定手段は、前記道路幅情報の前記道路幅が大きいほど、前記収束判定基準を大きく設定すること
を特徴とする車両制御装置。
【請求項４】
請求項２に記載の車両制御装置において、
前記摩擦情報は、前記走行路面の摩擦係数を含み、
前記収束判定基準設定手段は、前記摩擦情報の摩擦係数が大きいほど、前記収束判定基準を大きく設定すること
を特徴とする車両制御装置。
【請求項５】
請求項２に記載の車両制御装置において、
前記カーブ情報は、前記走行路面の前記カーブの曲線半径を含み、
前記収束判定基準設定手段は、前記カーブ情報の曲線半径が大きいほど、前記収束判定基準を大きく設定すること
を特徴とする車両制御装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一つに記載の車両制御装置において、
前記収束判定基準設定手段は、前記走行路面情報記憶手段に記憶された前記走行路面情報に基づいて、前記車両の制御を開始するまでの計算可能時間を演算し、前記計算可能時間に応じて、前記収束判定基準を可変に設定すること、
を特徴とする車両制御装置。
【請求項７】
請求項６に記載の車両制御装置において、
前記収束判定基準設定手段は、前記計算可能時間が長いほど、前記収束判定基準を大きく設定すること
を特徴とする車両制御装置。
【請求項８】
評価関数を用いて車両の将来の走行軌跡を演算する、記憶部と制御部を少なくとも備えた車両制御装置において実行される車両制御方法であって、
前記記憶部は、
前記車両が走行する走行路面に関する走行路面情報を記憶する走行路面情報記憶手段
を備えており、
前記制御部において実行される、
前記走行路面情報記憶手段により記憶された前記走行路面情報に応じて、前記評価関数の収束判定基準を可変に設定する収束判定基準設定ステップ
を含むことを特徴とする車両制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−２４７５８９（Ｐ２０１０−２４７５８９Ａ）
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−９７３１２（Ｐ２００９−９７３１２）
【出願日】平成２１年４月１３日（２００９．４．１３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月１３日（２００９．４．１３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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