JP6982405B2 - 車両制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の自動運転または運転支援を制御する車両制御装置に関する。

車両（自車）の自動運転や運転支援を制御する車両制御装置は、制御時に、自車の周辺環境を検出し、この周辺環境に応じた走行経路や速度を算出している。例えば、特許文献１に開示の運転支援装置は、自車の走行路上に物標（他車等の障害物）を検出すると、物標を回避する回避ルート（軌道）を複数生成する。そして、運転支援装置は、生成した複数の軌道を、自車の旋回制御量に基づいて評価して最終的な軌道を選択している。

特許第４９４９０６３号公報

ところで、上記のように複数の軌道を算出する車両制御装置は、限られた演算時間の中で、複数の軌道を離散的に生成することになる。この場合、周辺環境が大きく変化していないにもかかわらず、後の評価処理において一の軌道と他の軌道のいずれを採ったとしても、前回出力との間に小さな差分が生じる可能性がある。そして、このような小さな差分に応じて自車の走行を制御すると、自車の挙動がむしろ乱雑になって快適性や走行効率が低下する不都合が生じる。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、自車の走行制御時に、小さな制御内容の変化を適切に抑制することで、走行制御の安定化及び効率化を図ることができる車両制御装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、自車の走行制御を少なくとも部分的に自動で行う車両制御装置であって、前記自車が走行する走行路の周辺環境を検出する検出部と、前記検出部の検出情報に基づき前記自車の操舵角と加速度の情報を含む出力軌道を生成する軌道生成部と、生成された前記出力軌道に基づいて前記自車の走行を制御する車両制御部と、を備え、前記軌道生成部は、複数の軌道を生成する軌道候補生成部と、生成された前記複数の軌道を評価して評価軌道を得る第１評価部と、前回の前記出力軌道の前記操舵角及び前記加速度のうち少なくとも一方と同じにした比較軌道を生成する比較軌道生成部と、前記評価軌道と、前記比較軌道とを再評価して前記出力軌道を得る第２評価部と、を備えることを特徴とする。

上記によれば、車両制御装置は、自車の走行制御時に、第１評価部により複数の軌道から評価軌道を得た後、第２評価部により評価軌道と比較軌道とを再評価することで、小さな制御内容の変化を適切に抑制することができる。すなわち、複数の軌道から生成された評価軌道は、事前までの操作量に対して小さな差分が生じている可能性があるが、比較軌道はこの差分をなくした軌道とすることができる。そのため第２評価部は、評価軌道と比較軌道とを再評価し、小さな制御内容の変化が不要であれば出力軌道として比較軌道を選択することで、操作量の変化を抑えることができる。従って、車両制御装置は、走行制御の安定化及び効率化を図ることが可能となる。

この場合、前記評価軌道は、自車の操舵角及び加速度の情報を含み、前記比較軌道生成部は、前記比較軌道として、前記評価軌道の操舵角を前回の出力軌道の操舵角と同じにした操舵角一定軌道と、前記評価軌道の加速度を前記前回の出力軌道の加速度と同じにした加速度一定軌道と、前記評価軌道の操舵角及び加速度を前記前回の出力軌道の操舵角及び加速度と同じにした操舵角・加速度一定軌道と、の少なくとも１つを生成することが好ましい。

このように、比較軌道生成部は、操舵角一定軌道、加速度一定軌道、操舵角・加速度一定軌道の少なくとも１つを生成することで、この比較軌道は、事前までの操作量に対して小さな差分をなくした軌道となる。よって、車両制御装置は、必要に応じて比較軌道を選択することで、制御内容の変化を適切に抑制することができる。

また、前記の目的を達成するために、本発明は、自車の走行制御を少なくとも部分的に自動で行う車両制御装置であって、前記自車が走行する走行路の周辺環境を検出する検出部と、前記検出部の検出情報に基づき前記自車の経路と速度の情報を含む出力軌道を生成する軌道生成部と、生成された前記出力軌道に基づいて前記自車の走行を制御する車両制御部と、を備え、前記軌道生成部は、複数の軌道を生成する軌道候補生成部と、生成された前記複数の軌道を評価して評価軌道を得る第１評価部と、前記評価軌道が前記走行制御の定常域の範囲内か否かを判定する判定部と、前記評価軌道と、前回の出力軌道とを再評価して前記出力軌道を得る第２評価部と、を備え、前記第２評価部は、前記判定部により前記評価軌道が前記定常域の範囲内と判定された場合に前記再評価を実施する一方で、前記判定部により前記評価軌道が前記定常域を超えると判定された場合に前記再評価を実施せずに前記出力軌道として前記評価軌道を出力することを特徴とする。

上記によれば、車両制御装置は、自車の走行制御時に、第１評価部により複数の軌道から評価軌道を得た後、第２評価部により評価軌道と前回の出力軌道とを再評価することでも、小さな制御内容の変化を適切に抑制することができる。すなわち、前回の出力軌道は、制御内容の変化がない軌道である。よって、車両制御装置は、小さな制御内容の変化が不要であれば今回の出力軌道として前回の出力軌道を選択することで、走行制御の安定化及び効率化を図ることができる。また、車両制御装置は、判定部により評価軌道を判定することで、第２評価部による再評価の実施を適切に判断することができる。そして、再評価が不要な場合には、評価軌道をそのまま利用することで処理効率を高めることができる。さらに、前記の目的を達成するために、本発明は、自車の走行制御を少なくとも部分的に自動で行う車両制御装置であって、前記自車が走行する走行路の周辺環境を検出する検出部と、前記検出部の検出情報に基づき前記自車の経路と速度の情報を含む出力軌道を生成する軌道生成部と、生成された前記出力軌道に基づいて前記自車の走行を制御する車両制御部と、を備え、前記軌道生成部は、複数の軌道を生成する軌道候補生成部と、生成された前記複数の軌道を評価して評価軌道を得る第１評価部と、前記評価軌道が前記走行制御の定常域の範囲内か否かを判定する判定部と、前記評価軌道を修正した比較軌道を生成する比較軌道生成部と、前記評価軌道と、前記比較軌道とを再評価して前記出力軌道を得る第２評価部と、を備え、前記第２評価部は、前記判定部により前記評価軌道が前記定常域の範囲内と判定された場合に前記再評価を実施する一方で、前記判定部により前記評価軌道が前記定常域を超えると判定された場合に前記再評価を実施せずに前記出力軌道として前記評価軌道を出力することを特徴とする。

ここで、前記第２評価部は、前記第１評価部よりも前記自車の操作量が少ない軌道を高く評価することが好ましい。

このように、第２評価部は、自車の操作量が少ない軌道を高くすることで、自車の制御内容の変化を抑えた軌道を良好に選択することができる。

本発明によれば、車両制御装置は、自車の走行制御時に、小さな制御内容の変化を適切に抑制することで、走行制御の安定化及び効率化を図ることができる。

本発明の一実施形態に係る車両制御装置の軌道の生成を示す仮想平面座標の説明図である。 図１の車両制御装置の概略構成ブロック図である。 図２の短期軌道生成部の概略構成ブロック図である。 図３の軌道評価部の概略構成ブロック図である。 軌道候補生成部が生成した複数の軌道から１つの評価軌道を決定した結果を模式的に示す図である。 図６Ａは、操舵角一定軌道の生成を模式的に示す説明図であり、図６Ｂは、加速度一定軌道の生成を模式的に示す説明図であり、図６Ｃは、操舵角・加速度一定軌道の生成を模式的に示す説明図である。 第２評価部における評価軌道、前回出力軌道、比較軌道の評価を模式的に示す説明図である。 出力軌道の生成の処理フローを示すフローチャートである。

以下、本発明に係る車両制御装置について好適な実施形態をあげ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

本発明の一実施形態に係る車両制御装置１０は、図１に示すように、車両１１（以下、自車１１ともいう）に搭載され、自車１１の自動運転を制御する制御部として機能する。自動運転では、自車１１の車速を調整する速度制御（加速、減速、速度維持等）と、自車１１の進行方向を調整する舵角制御とを一体的に行う。

自動運転において、車両制御装置１０は、自車１１の周辺環境や自車１１の状態に応じた軌道のパターンを複数生成する。そして、複数の軌道ｐｔの中から最適な出力軌道Ｔを選択して、この出力軌道Ｔに基づき自車１１の走行制御を実施する。なお、本明細書において「軌道」とは、走行路上における経路に係る情報と、自車１１の車速に係る情報とを含む概念であり、図１に示すように仮想平面座標ＳＣ上では座標点を並べた点列で示すことができる。

特に、本実施形態に係る車両制御装置１０は、複数の軌道ｐｔから評価軌道Ａｔを一旦選択した後に、比較したい幾つかの比較軌道Ｃｔと評価軌道Ａｔとを再評価して最終的な出力軌道Ｔを得る構成となっている（図７も参照）。これにより車両制御装置１０は、評価軌道Ａｔが微小な制御内容の変化だった場合に必要に応じて比較軌道Ｃｔを採ることでこの微小な制御内容の変化を抑制して、走行制御の安定化や効率化を図ることができる。以下、この車両制御装置１０について具体的に説明していく。

［自車１１の全体構成について］
図２に示すように、車両制御装置１０は、システムの主要部である車両制御システム１２（電子制御ユニット）を備え、さらに通信線を介して車両制御システム１２に接続される入力装置及び出力装置を備える。入力装置には、外界センサ１４、ナビゲーション装置１６、車両センサ１８、通信装置２０、自動運転スイッチ２２（自動運転ＳＷ）及び操作検出センサ２６等が含まれる。出力装置には、駆動力装置２８、操舵装置３０及び制動装置３２等が含まれる。

外界センサ１４は、自車１１の周辺環境（外界）を認識するセンサ機器群であり、本実施形態では１以上のカメラ３３と、１以上のレーダ３４とで構成されている。カメラ３３及びレーダ３４は、それぞれの特性に応じて外界を検出し、この検出情報を車両制御システム１２に出力する。なお、外界センサ１４は、１種類の機器で構成されてもよく、他の機器が適用されてもよい。他の機器としては、例えば、赤外線センサ、超音波センサ、ＬＩＤＡＲ（光検出機器）があげられる。

ナビゲーション装置１６は、衛星測位装置等を用いて自車１１の現在位置を検出及び特定し、また現在位置からユーザが指定した目的地までの経路を算出する。ナビゲーション装置１６の情報（地図情報、現在位置、算出した経路等）は、必要に応じて車両制御システム１２に提供され、記憶装置４０の地図情報記憶部４２に記憶される。

車両センサ１８は、自車１１の走行時等において、自車１１の状態を検出して、車両制御システム１２にその検出結果を出力するセンサ機器群（車両状態検出部）である。このセンサ機器群としては、自車１１の車速を検出する車速センサ、加速度を検出する加速度センサ、自車１１の垂直軸周りの角速度を検出するヨーレートセンサ、自車１１の向きを検出する方位センサ、自車１１の勾配を検出する勾配センサ等があげられる。車両センサ１８（または車両制御部７４）が検出した検出情報は、自車状態情報Ｉｖｈとして記憶装置４０の自車状態情報記憶部４３に記憶される。

通信装置２０は、自車１１の外部に存在する外部通信機器（路側機、他車、交通システムのサーバ等）と通信するために設けられる。例えば、通信装置２０は、路側機から信号機に係わる情報（位置や灯火色）、他車から他車に係わるプローブ情報、サーバから更新地図情報または他の情報を受信し、また自車１１のプローブ情報等を外部に送信する。

自動運転スイッチ２２は、手動運転モードと自動運転モードを搭乗者が切り替えるためのスイッチである。手動運転モードでは、自車１１の操作デバイス２４を搭乗者が操作して、出力装置（駆動力装置２８、操舵装置３０、制動装置３２）を動作させて、自車１１を走行等させる。

操作デバイス２４としては、アクセルペダル、ステアリングホイール（ハンドル）、ブレーキペダル、シフトレバー及び方向指示レバー等があげられる。また、操作デバイス２４の各構成には、搭乗者による操作の有無や操作量、操作位置を検出する操作検出センサ２６が取り付けられている。操作検出センサ２６は、検出結果としてアクセル踏込（開度）量、ハンドル操作（操舵）量、ブレーキ踏込量、シフト位置、右左折方向等を車両制御システム１２に出力する。

自動運転モードでは、操作デバイス２４を搭乗者が操作しない状態で、車両制御装置１０の制御下に自車１１を走行等させる。車両制御システム１２は、自動運転モードの実施時に、自車１１の周辺環境に基づき行動計画（後述する長期軌道Ｌｔ、中期軌道Ｍｔ、短期軌道Ｓｔ）を生成し、この行動計画に沿って出力装置（駆動力装置２８、操舵装置３０、制動装置３２）を適宜制御する。

駆動力装置２８は、図示しない駆動力ＥＣＵと、エンジンや駆動モータ等の駆動源とを含む。この駆動力装置２８は、車両制御システム１２から入力される車両制御値Ｃｖｈに従って走行駆動力（トルク）を生成し、トランスミッションを介して（或いは直接に）、走行駆動力を車輪に伝達する。

操舵装置３０は、図示しないＥＰＳ（電動パワーステアリング）ＥＣＵと、ＥＰＳ装置とを含む。この操舵装置３０は、車両制御システム１２から入力される車両制御値Ｃｖｈに従って、車輪（操舵輪）の向きを変更する。

制動装置３２は、例えば、油圧式ブレーキを併用する電動サーボブレーキであって、図示しないブレーキＥＣＵと、ブレーキアクチュエータとを含む。この制動装置３２は、車両制御システム１２から入力される車両制御値Ｃｖｈに従って、車輪を制動する。

［車両制御システム１２の構成］
車両制御システム１２は、図示しない入出力Ｉ／Ｆ及びプロセッサを有する電子制御ユニット（ＥＣＵ）として構成され、またＥＣＵに搭載或いは接続される記憶装置４０を備える。プロセッサは、記憶装置４０に記憶された図示しないプログラムを実行して、外界認識部５２、認識結果受信部５３、局所環境マップ生成部５４、統括制御部７０、長期軌道生成部７１、中期軌道生成部７２、短期軌道生成部７３及び車両制御部７４等の機能実現部を構築する。なお本実施形態において、機能実現部は、上記のとおりソフトウエア機能部であるが、集積回路等からなるハードウエア機能部により実現されてもよい。

外界認識部５２は、外界センサ１４、ナビゲーション装置１６及び通信装置２０等から入力される各検出情報に基づき、自車１１の周辺に存在する対象物の抽出情報Ｉｐを生成する。抽出情報Ｉｐを生成する際には、レーダ３４等の検出結果、車両センサ１８や車両制御部７４から送信される自車状態情報Ｉｖｈ等を参照して、自車１１に対する対象物の相対的な位置関係（自車１１に対する対象物の向きや距離）も認識する。例えば、外界認識部５２は、カメラ３３の画像情報に基づき、自車１１が走行する道路のレーンマーク（白線、黄色線、マーカ等）、舗装部分と未舗装部分の境界、路肩、ガードレール、縁石、壁、停止線、信号機、標識、交通参加者、障害物等の対象物を抽出する。

例えば、外界認識部５２は、適宜の画像処理に基づきレーンマークを抽出すると、多項式近似を行って仮想平面座標ＳＣ上で連続する２本の略平行な認識線１００（左認識線１００Ｌ、右認識線１００Ｒ）を生成する（図１参照）。これにより、左右の認識線１００は、走行路上のレーンマークがかすれている、レーンマークが物標により認識できない等の場合でも、それを補う線となる。

また例えば、外界認識部５２は、適宜の画像処理に基づき自車１１の周辺の物標（走行中の他車等の移動体またはガードレール、縁石、壁、停車中の他車、障害物等の静止体）の形状を抽出する。各物標は、認識線１００と同じ仮想平面座標ＳＣ上において位置が特定された情報として出力される。

認識結果受信部５３は、外界認識部５２の抽出情報Ｉｐ（左右の認識線１００、物標等）を外界認識部５２から定期的に受信して古い情報の更新を行う。そして、統括制御部７０から演算指令Ａａを受け付けたタイミングで、抽出情報Ｉｐを外界認識情報Ｉｐｒとして統括制御部７０に送信する。この外界認識情報Ｉｐｒは、記憶装置４０の外界認識情報記憶部４４に記憶される。

局所環境マップ生成部５４は、統括制御部７０から送信される演算指令Ａｂ、外界認識情報Ｉｐｒ、自車状態情報Ｉｖｈ等に基づき、走行路の情報である局所環境情報Ｉｅｍを生成する。例えば、局所環境情報Ｉｅｍとしては、認識線１００と物標を配置した仮想平面座標ＳＣ、走行路の左右の境界線（推奨する境界線も含む）、理想的な走行経路、車両停止位置、目標速度等があげられる。この局所環境情報Ｉｅｍは、統括制御部７０に出力され、記憶装置４０の局所環境情報記憶部４６に記憶される。

統括制御部７０は、認識結果受信部５３、局所環境マップ生成部５４、長期軌道生成部７１、中期軌道生成部７２及び短期軌道生成部７３のタスク（処理）を同期させ、また演算に必要な情報を各機能実現部に送るタスク同期モジュールとして機能する。詳細には、統括制御部７０は、基準演算周期を内部でカウントし、この基準演算周期に基づくタイミングに応じて各機能実現部に演算指令を出力して処理を実施させ、その処理結果を受信する。

一方、長期軌道生成部７１、中期軌道生成部７２及び短期軌道生成部７３は、統括制御部７０の指令下に、速度制御に必要な車速と、操舵制御に必要な経路とを含む軌道（長期軌道Ｌｔ、中期軌道Ｍｔ、短期軌道Ｓｔ）をそれぞれ生成する。生成された各軌道は、各軌道生成部から統括制御部７０に出力され、記憶装置４０の軌道情報記憶部４８に記憶される。

長期軌道生成部７１は、演算指令Ａｃ、局所環境情報Ｉｅｍ及び自車状態情報Ｉｖｈに基づき、ある程度長い期間の軌道である長期軌道Ｌｔを生成する。例えば、長期軌道Ｌｔは、１０秒の期間において時間または速度の情報を含む座標点を、数百ｍｓ程度（基準演算周期の９倍程度）の間隔で並べた点列として生成される。

中期軌道生成部７２は、演算指令Ａｄ、局所環境情報Ｉｅｍ、自車状態情報Ｉｖｈ、及び長期軌道Ｌｔに基づき、長期軌道Ｌｔよりも短い期間の軌道である中期軌道Ｍｔを生成する。例えば、中期軌道Ｍｔは、５秒の期間において時間または速度の情報を含む座標点を、百数十ｍｓ程度（基準演算周期の３倍程度）の間隔で並べた点列として生成される。

短期軌道生成部７３は、演算指令Ａｅ、局所環境情報Ｉｅｍ、自車状態情報Ｉｖｈ、長期軌道Ｌｔ及び中期軌道Ｍｔに基づき、中期軌道Ｍｔよりも短い期間の軌道である短期軌道Ｓｔを生成する。例えば、短期軌道Ｓｔは、１秒の期間において車両ダイナミクスの情報（縦方向の位置ｘ、横方向の位置ｙ、姿勢角θｚ、速度ｖｓ、加速度ｖａ、曲率ρ、ヨーレートγ、操舵角δｓｔ）を含む座標点を、数ｍｓ程度（基準演算周期）の間隔で並べた点列として生成される。

一方、車両制御部７４は、入力された短期軌道Ｓｔに沿って自車１１が走行するように、車両ダイナミクスを含む座標点を車両制御値Ｃｖｈに変換して、駆動力装置２８、操舵装置３０及び制動装置３２に出力する。また、駆動力装置２８、操舵装置３０及び制動装置３２を駆動させる情報は、自車状態情報Ｉｖｈとして外界認識部５２に送信される。

［出力軌道を生成する構成］
上述したように、車両制御装置１０は、各軌道生成部（長期軌道生成部７１、中期軌道生成部７２、短期軌道生成部７３）において、複数の軌道ｐｔをそれぞれ生成し、該複数の軌道ｐｔを評価して最適な軌道を出力軌道として出力する。長期軌道生成部７１、中期軌道生成部７２及び短期軌道生成部７３は、演算周期や生成する軌道の長さが異なるものの、同様の過程で出力軌道を生成する。以下、短期軌道生成部７３について代表的に説明していく。

図３に示すように、短期軌道生成部７３は、縦方向パターン生成部８０、横方向パターン生成部８１、軌道候補生成部８２、軌道評価部８３及び出力軌道生成部８４を備える。また、短期軌道生成部７３の内部には、過去に算出された短期軌道Ｓｔ（少なくとも前回の演算で出力した前回出力軌道Ｔ_-1を含む）を記憶する過去軌道記憶部８５が設けられている。

縦方向パターン生成部８０は、主に、自車１１の速度に関するパターン（速度パターン）を生成する機能部である。「速度パターン」は、車両制御装置１０が処理する仮想平面座標ＳＣにおいて、連続する座標点の間隔として表すことができる（図１も参照）。生成される複数の速度パターンには、例えば、時間経過に伴い、速度が増加するパターン、速度が減少するパターン、速度が略一定であるパターンが含まれる。

縦方向パターン生成部８０は、局所環境情報Ｉｅｍ及び自車状態情報Ｉｖｈに基づき演算条件を設定し、変化量、関数形、バリエーション等が異なる速度の時間変化を離散的に複数算出し、複数の速度パターンを軌道候補生成部８２に出力する。例えば、縦方向パターン生成部８０は、局所環境情報Ｉｅｍに含まれる走行路上の車両停止位置に基づき自車１１の減速を判別し、速度や減速度が異なる減速パターンを生成する。この際、縦方向パターン生成部８０は、自車１１の加速度（減速度を含む）や加加速度を加味して速度パターンを複数生成するとよい。

横方向パターン生成部８１は、主に、時計回りまたは反時計回りの操舵角に関連するパターン（経路パターン）を生成する機能部である。「経路パターン」は、車両制御装置１０が処理する仮想平面座標ＳＣにおいて連続する座標点の傾きとして表すことができる（図１も参照）。生成される複数の経路パターンには、例えば、操舵角が増加するパターン、操舵角が減少するパターン、操舵角が略一定であるパターンが含まれる。

横方向パターン生成部８１は、局所環境情報Ｉｅｍ及び自車状態情報Ｉｖｈに基づき演算条件を設定し、変化量、関数形、バリエーション等が異なる経路の時間変化を離散的に複数算出し、算出した経路パターンを軌道候補生成部８２に出力する。例えば、横方向パターン生成部８１は、局所環境情報Ｉｅｍに含まれる走行路上の障害物（物標）に基づき回避行動を判別し、回避ルートが異なる経路パターンを生成する。

軌道候補生成部８２は、生成された複数の速度パターンと複数の経路パターンとを組み合わせて、簡易的な車両モデルを用いた短期軌道Ｓｔの候補、すなわち軌道のパターンを多数生成する。複数の軌道ｐｔは、限られた演算リソースや演算時間の中で、離散的に生成される。演算リソースには、過去軌道記憶部８５に記憶されている過去の短期軌道Ｓｔ、自車１１の走行能力等が含まれるとよい。また、複数の軌道ｐｔは、仮想平面座標ＳＣ上において座標点を時間的に変化させた点列でそれぞれ算出される。

軌道評価部８３は、軌道候補生成部８２で生成された複数の軌道ｐｔを、所定の評価手法（評価関数）に従って評価し、出力軌道Ｔを出力する。短期軌道生成部７３の評価時には、局所環境情報Ｉｅｍ、上位階層軌道（長期軌道Ｌｔまたは中期軌道Ｍｔ）が参照される。この軌道評価部８３の構成については後に詳述する。

出力軌道生成部８４は、軌道評価部８３の処理により特定された出力軌道Ｔを用いて短期軌道Ｓｔを生成する。なお、出力軌道生成部８４は、前回出力軌道Ｔ_-1が存在する場合、その軌道との整合性を図るための拘束条件を設けてもよい。出力軌道生成部８４は、生成した短期軌道Ｓｔを、統括制御部７０及び車両制御部７４に出力すると共に、過去軌道記憶部８５に記憶させる。

［軌道評価部８３の構成及び処理］
以下、図４を参照して、車両制御装置１０の軌道評価部８３について具体的に説明していく。軌道評価部８３は、軌道候補生成部８２から送られた複数の軌道ｐｔを評価して評価軌道Ａｔを得て、その後に評価軌道Ａｔに応じて比較したい比較軌道Ｃｔとの間で再評価を行い最終的な出力軌道Ｔを得る構成となっている。このため、軌道評価部８３の内部には、第１評価部９０、判定部９１、前回軌道取得部９２、比較軌道生成部９３及び第２評価部９４が設けられている。

第１評価部９０は、軌道候補生成部８２が生成した複数の軌道ｐｔを評価する機能部である。この第１評価部９０は、複数の軌道ｐｔが入力される他に、複数の軌道ｐｔを評価するための情報である局所環境情報Ｉｅｍ、長期軌道Ｌｔ、中期軌道Ｍｔが入力されて、所定の評価手法（評価関数）で軌道の評価を行う。

例えば、第１評価部９０は、軌道の各プロット（ｘ，ｙ，θｚ，Ｖｓ，Ｖａ，ρ，γ，δｓｔ）を構成する１つ以上の変数と目標値（参照値）の偏差を求め、この偏差を得点化し、重み付け演算により総合得点を算出する評価手法を採用することができる。この手法によれば、特定のパラメータに対応する重み係数を相対的に大きくすることで、特定のパラメータを重視した評価結果が得られる。

図５は、軌道候補生成部８２が生成した複数の軌道ｐｔから１つの評価軌道Ａｔを決定した結果を模式的に示す図である。この図示例において、第１評価部９０は、長期軌道Ｌｔに基づき、複数の軌道ｐｔの中から長期軌道Ｌｔと近似性が高いものの得点を高めている。さらに、第１評価部９０は、車両ダイナミクスの実現及び安全性の確保等の評価基準に従ってすべての軌道について総合的な評価（得点付け）を行うと、最も得点の高い軌道（評価軌道Ａｔ）を選択する。よって例えば、評価軌道Ａｔは、図５中に示すように、長期軌道Ｌｔから僅かにずれた形状等で形成され得る。なお特に局所環境情報Ｉｅｍに物標が含まれる場合には、第１評価部９０は、物標を回避する軌道の得点を高くする。第１評価部９０は、評価軌道Ａｔを選択すると、この評価軌道Ａｔを判定部９１及び第２評価部９４に出力する。

判定部９１は、受け取った評価軌道Ａｔに基づき第２評価部９４による再評価を実施するか否かを判定する。具体的に、判定部９１は、評価軌道Ａｔに含まれる車両ダイナミクスの変数が定常域（基準データ）内にある場合に、第２評価部９４による再評価を判定する。逆に、判定部９１は、評価軌道Ａｔに含まれる車両ダイナミクスの変数が定常域を超えている場合に、再評価の不実施を判定する。

例えば、判定部９１は、局所環境情報Ｉｅｍに含まれる目標経路や左右の境界線、或いは過去軌道記憶部８５に記憶されている前回出力軌道Ｔ_-1に対する評価軌道Ａｔのｙ偏差やδｓｔ偏差（或いはｘ偏差）を算出する。そして判定部９１は、算出したｙ偏差またはδｓｔ偏差と、保有している基準データとを比較する。ｙ偏差またはδｓｔ偏差の基準データは、実験等により予め設定されて、図示しない軌道評価記憶部に記憶されているとよい。

ここで、算出したｙ偏差が基準データを超えている場合とは、評価軌道Ａｔにおいて自車１１の速度を意図的または過渡的に変化させていると見なすことができる。「意図的」とは、自車１１を目標に向けて積極的に行動（減速、加速等）させるように制御することをいう。よって、評価軌道Ａｔをそのまま利用するのが望ましく、判定部９１は再評価の不実施を判定する。

逆に、算出したｙ偏差が基準データ内の場合には、評価軌道Ａｔにおいて自車１１の速度変化の意図がないと見なすことができる。しかしながら、離散的な複数の軌道ｐｔから得た評価軌道Ａｔは、前回出力軌道Ｔ_-1との間に微量な速度変化を要求する内容となっていることがあり、この速度変化をそのまま採用すると速度に揺れが生じる。このような速度の揺れを抑制するため、判定部９１は、評価軌道Ａｔの再評価の実施を判定する。

また、δｓｔ偏差は、現在の自車１１の向きに対する時計回りまたは反時計回りのθ偏差に相当する。算出したδｓｔ偏差が基準データを超えている場合とは、評価軌道Ａｔにおいて自車１１の操舵角を意図的または過渡的に変化させていると見なすことができる。例えば、目的地や物標、レーン変更等に基づき自車１１の進行方向を変更する場合には、δｓｔ偏差が基準データを超えて大きく変化する。よって、評価軌道Ａｔをそのまま利用するのが望ましく、判定部９１は再評価の不実施を判定する。

逆に、算出したδｓｔ偏差が基準データ内の場合には、評価軌道Ａｔにおいて自車１１の操舵角変化の意図がないと見なすことができる。しかしながら、離散的な複数の軌道ｐｔから得た評価軌道Ａｔは、前回出力軌道Ｔ_-1との間に微量な操舵角変化を要求する内容となっていることがあり、この操舵角変化をそのまま採用すると舵角に揺れが生じる。このような舵角の揺れを抑制するため、判定部９１は、評価軌道Ａｔの再評価の実施を判定する。

判定部９１の判定結果Ｉｊの情報は、第２評価部９４に送信されると共に、前回軌道取得部９２、比較軌道生成部９３に出力される。

前回軌道取得部９２は、判定部９１から再評価の実施の判定結果Ｉｊを受けると、過去軌道記憶部８５から前回出力した軌道である前回出力軌道Ｔ_-1を読み出して、第２評価部９４に出力する。また、前回出力軌道Ｔ_-1は、比較軌道生成部９３にも出力される。

比較軌道生成部９３は、再評価の実施の判定結果Ｉｊに基づき、評価軌道Ａｔに対して比較・評価したい比較軌道Ｃｔを生成する機能部である。本実施形態において、比較軌道生成部９３は、評価軌道Ａｔを修正した比較軌道Ｃｔを生成する。詳細には、比較軌道生成部９３の内部には、操舵角一定軌道生成部９５、加速度一定軌道生成部９６、操舵角・加速度一定軌道生成部９７が設けられている。

操舵角一定軌道生成部９５は、評価軌道Ａｔと前回出力軌道Ｔ_-1とに基づき操舵角速度をゼロにする。つまり、初期の操舵角のまま一定舵角入力する操舵角一定軌道Ｃｔ１を生成する。換言すれば、操舵角一定軌道Ｃｔ１は、評価軌道Ａｔの経路の変化量が前回出力軌道Ｔ_-1の操舵角と同じになる一方で、その他のパラメータ（加速度等）が評価軌道Ａｔのパラメータのままとなる。例えば図６Ａ中に示すように、操舵角一定軌道生成部９５は、前回出力軌道Ｔ_-1が直線状の経路で一定速の場合に、この経路に沿い且つ各座標点の間隔（加速度）が評価軌道Ａｔと同一になる操舵角一定軌道Ｃｔ１を生成する。

加速度一定軌道生成部９６は、評価軌道Ａｔと前回出力軌道Ｔ_-1とに基づき、加速度入力またはジャーク入力をゼロにする。つまり、初期の速度のまま一定速度入力する加速度一定軌道Ｃｔ２を生成する。換言すれば、加速度一定軌道Ｃｔ２は、評価軌道Ａｔの速度の変化量が前回出力軌道Ｔ_-1の加速度と同じになる一方で、その他のパラメータ（操舵角等）が評価軌道Ａｔのパラメータのままとなる。例えば図６Ｂ中に示すように、加速度一定軌道生成部９６は、直線状の前回出力軌道Ｔ_-1と異なる経路（評価軌道Ａｔと同一になる経路）で、座標点の間隔が前回出力軌道Ｔ_-1と同じ加速度一定軌道Ｃｔ２を生成する。

操舵角・加速度一定軌道生成部９７は、評価軌道Ａｔと前回出力軌道Ｔ_-1とに基づき、操舵角加速度と、加速度入力またはジャーク入力とをゼロにする。つまり、初期の操舵角のまま一定舵角入力し、且つ初期の速度のまま一定速度入力する操舵角・加速度一定軌道Ｃｔ３を生成する。この操舵角・加速度一定軌道Ｃｔ３は、図６Ｃに示すように、前回出力軌道Ｔ_-1の経路及び速度を踏襲する一方で、車両ダイナミクスの他のパラメータ（曲率ρ、ヨーレートγ、…等）が評価軌道Ａｔと同じパラメータ（曲率ρ、ヨーレートγ、…等）の軌道となる。

以上の操舵角一定軌道生成部９５、加速度一定軌道生成部９６、操舵角・加速度一定軌道生成部９７は、操舵角一定軌道Ｃｔ１、加速度一定軌道Ｃｔ２、操舵角・加速度一定軌道Ｃｔ３をそれぞれ生成すると、生成した軌道を第２評価部９４に出力する。

第２評価部９４は、評価軌道Ａｔと、比較したい軌道（前回出力軌道Ｔ_-1、操舵角一定軌道Ｃｔ１、加速度一定軌道Ｃｔ２、操舵角・加速度一定軌道Ｃｔ３）とを再評価して、出力軌道Ｔを決定する機能部である。この第２評価部９４は、第１評価部９０と異なる評価関数によって軌道の再評価を行う。

例えば、第２評価部９４は、第１評価部９０と同様に、軌道の各プロット（ｘ，ｙ，θｚ，Ｖｓ，Ｖａ，ρ，γ，δｓｔ）を構成する１つ以上の変数と目標値の偏差を求め、この偏差を得点化し、重み付け演算により総合得点を算出する評価手法を採用するとよい。そして、第２評価部９４では、重み付け演算において、現在の出力装置（駆動力装置２８、操舵装置３０、制動装置３２）の操作量と同じ軌道の重みを増す（評価を高くする）処理を行うとよい。

一例として、図７の左図に示すように、評価軌道Ａｔは、直線状の前回出力軌道Ｔ_-1に対し、若干傾斜し且つ速度が速い軌道として算出されたとする。第２評価部９４は、この評価軌道Ａｔと、図７中の右隣の前回出力軌道Ｔ_-1、操舵角一定軌道Ｃｔ１、加速度一定軌道Ｃｔ２及び操舵角・加速度一定軌道Ｃｔ３とを比較する。そして、評価基準として現在の操作量が同じものについての重み係数が大きい場合に、例えば、前回出力軌道Ｔ_-1に高い得点がつけられる。そのため、第２評価部９４は、評価軌道Ａｔに代えて前回出力軌道Ｔ_-1を出力軌道Ｔに選択する。この出力軌道Ｔは、操舵角や速度の揺れ（小さな制御内容の変化）を抑制した軌道と言え、走行制御において、自車１１の走行をより安定化させることができる。

第２評価部９４は、上記のように選択した出力軌道Ｔを、短期軌道生成部７３の出力軌道生成部８４に出力し、出力軌道生成部８４は、短期軌道Ｓｔとして統括制御部７０及び車両制御部７４に出力する。なお、第２評価部９４は、再評価を実施しない場合に、入力された評価軌道Ａｔをそのまま出力軌道Ｔとして出力する。

また、第２評価部９４は、上記のように、評価軌道Ａｔを比較する軌道として、前回出力軌道Ｔ_-1、操舵角一定軌道Ｃｔ１、加速度一定軌道Ｃｔ２、操舵角・加速度一定軌道Ｃｔ３を用いているが、これに限定されないことは勿論である。例えば、第２評価部９４は、前回出力軌道Ｔ_-1のみを用いて、評価軌道Ａｔとの再評価を行ってもよい。また例えば、比較軌道生成部９３は、操舵角一定軌道Ｃｔ１、加速度一定軌道Ｃｔ２、操舵角・加速度一定軌道Ｃｔ３のうち少なくとも１つを生成する構成でもよい。この場合、第２評価部９４は、比較軌道生成部９３から提供された軌道と評価軌道Ａｔとの再評価を実施すればよい。或いは比較軌道生成部９３は、評価軌道Ａｔを比較する軌道として、評価軌道Ａｔの操舵角及び加速度を一定としたまま、他のパラメータ（ρ、γ、…等）の一部または全部が前回出力軌道Ｔ_-1のパラメータ（の変化率）と同じ軌道を生成してもよい。

図２に戻り、長期軌道生成部７１及び中期軌道生成部７２も、短期軌道生成部７３と同様に、複数の軌道ｐｔを生成し、軌道評価部８３により評価を行って出力軌道（長期軌道Ｌｔ、中期軌道Ｍｔ）を得ている。但し、上述したように長期軌道Ｌｔや中期軌道Ｍｔは、微小に変化しても自車１１の走行制御に直結しないため、長期軌道生成部７１及び中期軌道生成部７２では、最適軌道の再評価を行わなくてもよい。

或いは、車両制御装置１０は、長期軌道Ｌｔ、中期軌道Ｍｔの生成時にも、評価軌道Ａｔを生成し、その後評価軌道Ａｔと比較したい比較軌道Ｃｔとの再評価を行い、出力軌道を得てもよい。これにより、上位階層軌道（長期軌道Ｌｔ、中期軌道Ｍｔ）においても走行時の操舵角や速度の揺れが抑制されて、短期軌道Ｓｔの生成時に、上位階層軌道に近い軌道の評価を高めることができる。

［作用効果］
本実施形態に係る車両制御装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、以下処理フローと共にその効果について説明する。

図２に示すように車両制御装置１０は、自動運転の実施時に、外界センサ１４により自車１１の周辺環境を検出し、局所環境マップ生成部５４にて左右の認識線１００、左右の境界線、理想的な走行経路等を含む局所環境情報Ｉｅｍを生成する。この局所環境情報Ｉｅｍと自車状態情報Ｉｖｈに基づき、長期軌道生成部７１が長期軌道Ｌｔを生成し、さらに中期軌道生成部７２が長期軌道Ｌｔを勘案して中期軌道Ｍｔを生成する。そして、短期軌道生成部７３は、局所環境情報Ｉｅｍ、自車状態情報Ｉｖｈ、長期軌道Ｌｔ及び中期軌道Ｍｔに基づき短期軌道Ｓｔを生成する。車両制御部７４は、この短期軌道Ｓｔに基づき自車１１の走行制御を行う。

図８に示すように、軌道評価部８３は、短期軌道生成部７３の軌道生成時に、軌道候補生成部８２から生成された複数の軌道ｐｔを受信する（ステップＳ１０）。そして、第１評価部９０において、所定の評価関数を用いて複数の軌道ｐｔの評価を行い、評価軌道Ａｔを特定する（ステップＳ１１）。

次に、軌道評価部８３の判定部９１は、生成された評価軌道Ａｔが定常域で制御可能か否かを判定する（ステップＳ１２）。上述したようにこの判定は、評価軌道Ａｔのパラメータの偏差（ｙ偏差、δｓｔ偏差）が基準データの範囲内か否かを認識することでなされる。そして、評価軌道Ａｔが定常域の範囲内であると判定した場合、ステップＳ１３に進み、評価軌道Ａｔが定常域を超えていると判定した場合、ステップＳ１８に進む。

ステップＳ１３において、前回軌道取得部９２は、過去軌道記憶部８５から前回出力軌道Ｔ_-1を読み出す。また評価軌道Ａｔ及び前回出力軌道Ｔ_-1に基づき、操舵角一定軌道生成部９５が操舵角一定軌道Ｃｔ１を生成し（ステップＳ１４）、加速度一定軌道生成部９６が加速度一定軌道Ｃｔ２を生成し（ステップＳ１５）、操舵角・加速度一定軌道生成部９７が操舵角・加速度一定軌道Ｃｔ３を生成する（ステップＳ１６）。なお、ステップＳ１３〜Ｓ１６の処理順は任意または並行に実施してよい。

そして、軌道評価部８３の第２評価部９４は、評価軌道Ａｔ、前回出力軌道Ｔ_-1、操舵角一定軌道Ｃｔ１、加速度一定軌道Ｃｔ２、操舵角・加速度一定軌道Ｃｔ３について、評価関数を用いて再評価を行い、出力軌道Ｔを特定する（ステップＳ１７）。上述したように、第２評価部９４の評価関数は、第１評価部９０と異なり、出力装置の操作量が少ない軌道の評価を高めている。よって、得られた出力軌道Ｔは、微小な制御内容の抑制が図られた軌道となる。

また、ステップＳ１８では、評価軌道Ａｔが定常域を超えていることから、第２評価部９４は、再評価を行わずに評価軌道Ａｔをそのまま選択する。

最後に、軌道評価部８３は、選択した評価軌道Ａｔまたは比較軌道Ｃｔを出力軌道Ｔとして、出力軌道生成部８４に出力する（ステップＳ１９）。これにより、車両制御装置１０は、出力軌道Ｔ（短期軌道Ｓｔ）に沿って走行制御を行うことで、安定性や効率性が高い走行を実施することができる。

以上のように、本実施形態に係る車両制御装置１０は、第１評価部９０により複数の軌道ｐｔから評価軌道Ａｔを得た後、第２評価部９４により評価軌道Ａｔと比較軌道Ｃｔとを再評価して、小さな制御内容の変化を適切に抑制する。すなわち、複数の軌道ｐｔから生成された評価軌道Ａｔは、事前までの自車１１の操作量に対し小さな差分が生じている可能性があるが、比較軌道Ｃｔはこの差分をなくした軌道とすることができる。そのため第２評価部９４は、評価軌道Ａｔと比較軌道Ｃｔとを再評価し、小さな制御内容の変化が不要であれば出力軌道Ｔとして比較軌道Ｃｔを選択することで、操作量の変化を抑えることができる。従って、車両制御装置１０は、走行制御の安定化及び効率化を図ることが可能となる。

この際、比較軌道生成部９３は、比較軌道Ｃｔとして、操舵角一定軌道Ｃｔ１、加速度一定軌道Ｃｔ２、操舵角・加速度一定軌道Ｃｔ３の少なくとも１つを生成することで、事前までの操作量に対して小さな差分をなくした軌道を得ることができる。よって、車両制御装置１０は、必要に応じて比較軌道Ｃｔを選択することで、制御内容の変化を適切に抑制することができる。

また、車両制御装置１０は、自車１１の走行制御時に、第１評価部９０により複数の軌道ｐｔから評価軌道Ａｔを得た後、第２評価部９４により評価軌道Ａｔと前回出力軌道Ｔ_-1とを再評価することでも、小さな制御内容の変化を適切に抑制することができる。すなわち、前回出力軌道Ｔ_-1は、制御内容の変化がない軌道である。よって、車両制御装置１０は、小さな制御内容の変化が不要であれば今回の出力軌道Ｔとして前回出力軌道Ｔ_-1を選択することで、走行制御の安定化及び効率化を図ることができる。

さらに、第２評価部９４は、適宜の評価関数によって、自車１１の操作量が少ない軌道を高くすることで、自車１１の制御内容の変化を抑えた軌道を良好に選択することができる。またさらに、車両制御装置１０は、判定部９１により評価軌道Ａｔを判定することで、第２評価部９４による再評価の実施を適切に判断することができる。そして、再評価が不要な場合には、評価軌道Ａｔをそのまま利用することで処理効率を高めることができる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されず、発明の要旨に沿って種々の改変が可能である。例えば、本実施形態に係る軌道評価部８３は、評価軌道Ａｔの生成直後に、判定部９１により評価軌道Ａｔの再評価を行うか否かを判定しているが、この構成に限定されるものではない。一例として、軌道評価部８３は、第２評価部９４内に判定部９１を設けて、評価軌道Ａｔと、他の評価したい軌道（前回出力軌道Ｔ_-1、操舵角一定軌道Ｃｔ１、加速度一定軌道Ｃｔ２、操舵角・加速度一定軌道Ｃｔ３等）とを第２評価部９４に入力した後、第２評価部９４の判定部９１において再評価を行うか否かを判定する構成でもよい。

また例えば、車両制御装置１０は、車両の走行制御をすべて自動で行う完全自動運転のみならず、走行制御を部分的に自動で行う部分自動運転（運転支援）を実施するものでもよい。運転支援では、速度制御のみを行う場合、操舵制御のみを行う場合、或いは搭乗者が手動運転を行い車載装置であるモニタ、スピーカ等から目標車速や目標操舵位置を案内する場合があげられる。一例として、車両制御装置１０は、算出した推奨走行経路を自車１１のモニタに表示することで、搭乗者に適切な経路を案内する構成でもよい。

１０…車両制御装置 １１…車両（自車）
１２…車両制御システム １４…外界センサ
５２…外界認識部 ５４…局所環境マップ生成部
７０…統括制御部 ７１…長期軌道生成部
７２…中期軌道生成部 ７３…短期軌道生成部
７４…車両制御部 ８２…軌道候補生成部
８３…軌道評価部 ８５…過去軌道記憶部
９０…第１評価部 ９１…判定部
９２…前回軌道取得部 ９３…比較軌道生成部
９４…第２評価部 ９５…操舵角一定軌道生成部
９６…加速度一定軌道生成部 ９７…操舵角・加速度一定軌道生成部
Ａｔ…評価軌道 Ｃｔ…比較軌道
Ｃｔ１…操舵角一定軌道 Ｃｔ２…加速度一定軌道
Ｃｔ３…操舵角・加速度一定軌道 Ｔ…出力軌道
Ｔ_-1…前回出力軌道

Claims (5)

1. 自車の走行制御を少なくとも部分的に自動で行う車両制御装置であって、
   前記自車が走行する走行路の周辺環境を検出する検出部と、
   前記検出部の検出情報に基づき前記自車の操舵角と加速度の情報を含む出力軌道を生成する軌道生成部と、
   生成された前記出力軌道に基づいて前記自車の走行を制御する車両制御部と、
   を備え、
   前記軌道生成部は、
   複数の軌道を生成する軌道候補生成部と、
   生成された前記複数の軌道を評価して評価軌道を得る第１評価部と、
   前回の前記出力軌道の前記操舵角及び前記加速度のうち少なくとも一方と同じにした比較軌道を生成する比較軌道生成部と、
   前記評価軌道と、前記比較軌道とを再評価して前記出力軌道を得る第２評価部と、を備える
   ことを特徴とする車両制御装置。
2. 請求項１記載の車両制御装置において、
   前記評価軌道は、自車の操舵角及び加速度の情報を含み、
   前記比較軌道生成部は、前記比較軌道として、
   前記評価軌道の操舵角を前回の出力軌道の操舵角と同じにした操舵角一定軌道と、
   前記評価軌道の加速度を前記前回の出力軌道の加速度と同じにした加速度一定軌道と、
   前記評価軌道の操舵角及び加速度を前記前回の出力軌道の操舵角及び加速度と同じにした操舵角・加速度一定軌道と、の少なくとも１つを生成する
   ことを特徴とする車両制御装置。
3. 自車の走行制御を少なくとも部分的に自動で行う車両制御装置であって、
   前記自車が走行する走行路の周辺環境を検出する検出部と、
   前記検出部の検出情報に基づき前記自車の経路と速度の情報を含む出力軌道を生成する軌道生成部と、
   生成された前記出力軌道に基づいて前記自車の走行を制御する車両制御部と、
   を備え、
   前記軌道生成部は、
   複数の軌道を生成する軌道候補生成部と、
   生成された前記複数の軌道を評価して評価軌道を得る第１評価部と、
   前記評価軌道が前記走行制御の定常域の範囲内か否かを判定する判定部と、
   前記評価軌道と、前回の出力軌道とを再評価して前記出力軌道を得る第２評価部と、
   を備え、
   前記第２評価部は、前記判定部により前記評価軌道が前記定常域の範囲内と判定された場合に前記再評価を実施する一方で、前記判定部により前記評価軌道が前記定常域を超えると判定された場合に前記再評価を実施せずに前記出力軌道として前記評価軌道を出力する
   ことを特徴とする車両制御装置。
4. 自車の走行制御を少なくとも部分的に自動で行う車両制御装置であって、
   前記自車が走行する走行路の周辺環境を検出する検出部と、
   前記検出部の検出情報に基づき前記自車の経路と速度の情報を含む出力軌道を生成する軌道生成部と、
   生成された前記出力軌道に基づいて前記自車の走行を制御する車両制御部と、
   を備え、
   前記軌道生成部は、
   複数の軌道を生成する軌道候補生成部と、
   生成された前記複数の軌道を評価して評価軌道を得る第１評価部と、
   前記評価軌道が前記走行制御の定常域の範囲内か否かを判定する判定部と、
   前記評価軌道を修正した比較軌道を生成する比較軌道生成部と、
   前記評価軌道と、前記比較軌道とを再評価して前記出力軌道を得る第２評価部と、
   を備え、
   前記第２評価部は、前記判定部により前記評価軌道が前記定常域の範囲内と判定された場合に前記再評価を実施する一方で、前記判定部により前記評価軌道が前記定常域を超えると判定された場合に前記再評価を実施せずに前記出力軌道として前記評価軌道を出力する
   ことを特徴とする車両制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両制御装置において、
   前記第２評価部は、前記第１評価部よりも前記自車の操作量が少ない軌道を高く評価する
   ことを特徴とする車両制御装置。

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