(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-11-28
(45)【発行日】2022-12-06
(54)【発明の名称】経路候補設定システム及び経路候補設定方法
(51)【国際特許分類】
G08G 1/16 20060101AFI20221129BHJP
G01C 21/34 20060101ALI20221129BHJP
【ＦＩ】
G08G1/16 C
G01C21/34
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2018224934
(22)【出願日】2018-11-30
(65)【公開番号】P2020087267
(43)【公開日】2020-06-04
【審査請求日】2021-09-21
(73)【特許権者】
【識別番号】000003137
【氏名又は名称】マツダ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100094569
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 伸一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100059959
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 稔
(74)【代理人】
【識別番号】100067013
【弁理士】
【氏名又は名称】大塚 文昭
(74)【代理人】
【識別番号】100088694
【弁理士】
【氏名又は名称】弟子丸 健
(74)【代理人】
【識別番号】100196221
【弁理士】
【氏名又は名称】上潟口 雅裕
(72)【発明者】
【氏名】高橋 英輝
【審査官】竹村 秀康
(56)【参考文献】
【文献】特許第６５６２３８６（ＪＰ，Ｂ２）
【文献】国際公開第２０１８／１３１０９０（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１８／０６１６１２（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０８Ｇ １／００－９９／００
Ｇ０１Ｃ ２１／３４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
車両の経路候補を設定する経路候補設定システムであって、走行路に関する走行路情報を取得する走行路情報取得装置と、
走行路上の障害物に関する障害物情報を取得する障害物情報取得装置と、
前記走行路情報及び前記障害物情報に基づいて前記経路候補を設定するための演算を実行する演算装置と、を備え、
前記走行路が延びる方向をｘ方向と定義し、前記走行路の幅方向をｙ方向と定義したとき、
前記演算装置は、
格子状に配列された複数のグリッド点を走行路上に設定し、
演算実行時の車両の位置を始点とするとともに車両の進行方向前方の前記グリッド点を終点として延びる第１曲線であって、ｙ座標がｘ座標を変数とする第１関数で表わされる前記第１曲線と、
前記第１曲線の終点を始点とするとともに該始点よりも車両から進行方向前方に離間した位置に設定されている他の前記グリッド点を終点として延びる第２曲線であって、ｙ座標がｘ座標を変数とし前記第１関数よりも次数が低い第２関数で表わされる前記第２曲線と、を規定し、
前記第１曲線及び前記第２曲線を前記経路候補として設定するように構成され、
さらに、前記演算装置は、前記障害物情報取得装置が障害物を検出している場合は、該障害物よりも車両から進行方向前方に離間した位置に設定されている前記グリッド点を終点とする前記第１曲線と、該グリッド点を始点とする前記第２曲線と、を規定しない、
ことを特徴とする経路候補設定システム。
【請求項2】
前記演算装置は、前記障害物情報取得装置が障害物を検出している場合は、該障害物近傍の前記グリッド点を終点とする前記第１曲線と、該グリッド点を始点とする前記第２曲線と、のみを規定する、請求項１に記載の経路候補設定システム。
【請求項3】
前記第１関数は、ｘ座標を変数とする５次関数である、請求項２に記載の経路候補設定システム。
【請求項4】
前記第２関数は、ｘ座標を変数とする３次関数である、請求項３に記載の経路候補設定システム。
【請求項5】
車両の経路候補を設定する経路候補設定方法であって、走行路に関する走行路情報を取得するステップと、
走行路上の障害物に関する障害物情報を取得するステップと、
前記走行路情報及び前記障害物情報に基づいて前記経路候補を設定するための演算を実行するステップと、を有し、
前記走行路が延びる方向をｘ方向と定義し、前記走行路の幅方向をｙ方向と定義したとき、
前記演算において、
走行路上に複数のグリッド点を設定するステップと、
演算実行時の車両の位置を始点とするとともに前記グリッド点を終点として延びる第１曲線であって、ｙ座標がｘ座標を変数とする第１関数で表わされる前記第１曲線を規定するステップと、
前記第１曲線の終点を始点とするとともに該始点よりも車両から離間した位置に設定されている前記グリッド点を終点として延びる第２曲線であって、ｙ座標がｘ座標を変数とし前記第１関数よりも次数が低い第２関数で表わされる前記第２曲線を規定するステップと、
前記第１曲線及び前記第２曲線を前記経路候補として設定するステップと、を有し、
さらに、前記演算において、障害物を検出している場合は、該障害物よりも車両から離間した位置に設定されている前記グリッド点を終点とする前記第１曲線を規定するステップと、該グリッド点を始点とする前記第２曲線を規定するステップと、を実行しない、
ことを特徴とする経路候補設定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、経路候補設定システム及び経路候補設定方法に関する。
【背景技術】
【0002】
車両の経路候補（つまり、実際に車両を走行させる目標経路となり得る候補）の設定に用いられるアルゴリズムとして、ポテンシャル法、スプライン補間関数、Ａスター（Ａ＊）、ＲＲＴ、ステートラティス法等が知られている。また、このようなアルゴリズムを用いた運転支援システムも提案されている。
【0003】
ステートラティス法では、走行路に多数のグリッド点が設定され、各グリッド点に対して経路候補が設定される。各経路候補は障害物回避等の観点から経路コストを評価され、当該評価の結果、適切と判断された１つの経路候補が目標経路として選択される。例えば、特許文献１には、グリッドマップ上に複数の経路候補を設定し、これらから移動コストに基づいて１つの経路候補を選択する運転支援システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】国際公開第２０１３／０５１０８１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
多数のグリッド点を用いるステートラティス法は、多様な経路候補を設定できる点で有利である。しかしながら、その演算負荷は大きく、障害物回避の際など迅速な演算が必要とされる状況への適用にあたっては改善が求められていた。
【0006】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、多様な経路候補を設定しつつ、その演算負荷を軽減することが可能な経路候補設定システム及び経路候補設定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】
【0007】
上記課題を解決するために、本発明は、車両の経路候補を設定する経路候補設定システムであって、走行路に関する走行路情報を取得する走行路情報取得装置と、走行路上の障害物に関する障害物情報を取得する障害物情報取得装置と、走行路情報及び障害物情報に基づいて経路候補を設定するための演算を実行する演算装置と、を備え、走行路が延びる方向をｘ方向と定義し、走行路の幅方向をｙ方向と定義したとき、演算装置は、格子状に配列された複数のグリッド点を走行路上に設定し、演算実行時の車両の位置を始点とするとともに車両の進行方向前方のグリッド点を終点として延びる第１曲線であって、ｙ座標がｘ座標を変数とする第１関数で表わされる第１曲線と、第１曲線の終点を始点とするとともに当該始点よりも車両から進行方向前方に離間した位置に設定されている他のグリッド点を終点として延びる第２曲線であって、ｙ座標がｘ座標を変数とし第１関数よりも次数が低い第２関数で表わされる第２曲線と、を規定し、第１曲線及び第２曲線を経路候補として設定するように構成され、さらに、演算装置は、障害物情報取得装置が障害物を検出している場合は、当該障害物よりも車両から離間した位置に設定されているグリッド点を終点とする第１曲線と、当該グリッド点を始点とする第２曲線と、を規定しない、ことを特徴としている。
【0008】
この構成によれば、演算装置は、車両に比較的近い範囲における経路候補を第１曲線により設定し、それ以遠の範囲における経路候補を第２曲線により設定する。比較的次数が高い第１関数で表される第１曲線は、多くの要件を満たす精緻な経路候補を設定することが可能であるが、規定する際の演算負荷は大きい。一方、比較的次数が低い第２関数で表される第２曲線は、満たし得る要件は第１曲線よりも少ないものの、規定する際の演算負荷は小さい。演算装置は、第２曲線を経路候補の一部として設定することにより、経路候補を設定する際の演算負荷を軽減することができる。
【0009】
ところで、走行路上に障害物が存在する場合、車両から障害物までの範囲における経路候補は、障害物との衝突回避や、衝突回避の際に乗員に与える不快感の軽減等、種々の要求を満たすように、第１曲線により精緻に設定することが望ましい。一方、障害物以遠の範囲における経路候補については、車両から障害物までの範囲における経路候補ほどの精緻さは求められない。
【0010】
そこで、上記構成によれば、演算装置は、障害物情報取得装置が障害物を検出している場合は、当該障害物よりも車両から離間した位置に設定されているグリッド点を終点とする第１曲線と、当該グリッド点を始点とする第２曲線と、を規定しない。これにより、障害物との衝突回避や、衝突回避の際に乗員に与える不快感の軽減等の要求を満たしつつ、経路候補を設定する際の演算負荷を軽減することができる。
【0011】
本発明において、好ましくは、演算装置は、障害物情報取得装置が障害物を検出している場合は、当該障害物近傍のグリッド点を終点とする第１曲線と、当該グリッド点を始点とする第２曲線と、のみを規定する。
この構成によれば、障害物との衝突回避や、衝突回避の際に乗員に与える不快感の軽減等の要求を満たしつつ、経路候補を設定する際の演算負荷をさらに軽減することができる。
この構成によれば、障害物との衝突回避や、衝突回避の際に乗員に与える不快感の軽減等の要求を満たしつつ、経路候補を設定する際の演算負荷をさらに軽減することができる。
【0012】
本発明において、好ましくは、第１関数は、ｘ座標を変数とする５次関数である。
この構成によれば、５次関数をｘ座標で１回～３回微分することにより、車両のヨー角、ヨー角速度、及びヨー角加速度と相関がある関係式を得ることができる。当該関係式により、車両のヨー角、ヨー角速度、及びヨー角加速度を評価することが可能になる。この結果、ヨー方向における車両の挙動を考慮し、乗員に与える不快感を軽減する経路候補を設定することが可能になる。
この構成によれば、５次関数をｘ座標で１回～３回微分することにより、車両のヨー角、ヨー角速度、及びヨー角加速度と相関がある関係式を得ることができる。当該関係式により、車両のヨー角、ヨー角速度、及びヨー角加速度を評価することが可能になる。この結果、ヨー方向における車両の挙動を考慮し、乗員に与える不快感を軽減する経路候補を設定することが可能になる。
【0013】
本発明において、好ましくは、第２関数は、ｘ座標を変数とする３次関数である。
この構成によれば、３関数をｘ座標で１回～２回微分することにより、車両のヨー角及びヨー角速度と相関がある関係式を得ることができる。当該関係式により、車両のヨー角及びヨー角速度を評価することが可能になる。この結果、ヨー方向における車両の挙動を考慮し、乗員に与える不快感を軽減する経路候補を設定することが可能になる。
この構成によれば、３関数をｘ座標で１回～２回微分することにより、車両のヨー角及びヨー角速度と相関がある関係式を得ることができる。当該関係式により、車両のヨー角及びヨー角速度を評価することが可能になる。この結果、ヨー方向における車両の挙動を考慮し、乗員に与える不快感を軽減する経路候補を設定することが可能になる。
【0014】
上記課題を解決するために、本発明は、車両の経路候補を設定する経路候補設定方法であって、走行路に関する走行路情報を取得するステップと、走行路上の障害物に関する障害物情報を取得するステップと、走行路情報及び障害物情報に基づいて経路候補を設定するための演算を実行するステップと、を有し、走行路が延びる方向をｘ方向と定義し、走行路の幅方向をｙ方向と定義したとき、演算において、走行路上に複数のグリッド点を設定するステップと、演算実行時の車両の位置を始点とするとともにグリッド点を終点として延びる第１曲線であって、ｙ座標がｘ座標を変数とする第１関数で表わされる第１曲線を規定するステップと、第１曲線の終点を始点とするとともに当該始点よりも車両から離間した位置に設定されているグリッド点を終点として延びる第２曲線であって、ｙ座標がｘ座標を変数とし第１関数よりも次数が低い第２関数で表わされる第２曲線を規定するステップと、第１曲線及び第２曲線を経路候補として設定するステップと、を有し、さらに、演算において、障害物を検出している場合は、当該障害物よりも車両から離間した位置に設定されているグリッド点を終点とする第１曲線を規定するステップと、当該グリッド点を始点とする第２曲線を規定するステップと、を実行しない、ことを特徴としている。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、多様な経路候補を設定しつつ、その演算負荷を軽減することが可能な経路候補設定システム及び経路候補設定方法を提供することを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、添付図面を参照しながら実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
【0018】
まず、図１及び図２を参照しながら、本発明に係る経路候補設定システムの一例である運転支援システム１００の概要について説明する。図１は、運転支援システム１００の構成図である。図２は、経路候補ＲＣの説明図である。
【0019】
運転支援システム１００は、車両１に搭載され、車両１を目標経路に沿って走行させる運転支援制御を提供する。図１に示されるように、運転支援システム１００は、ＥＣＵ（電子制御装置）１０と、複数のセンサ類と、複数の制御システムと、を備えている。複数のセンサ類には、カメラ２１、レーダ２２や、車両１の挙動や乗員による運転操作を検出するための車速センサ２３、加速度センサ２４、ヨーレートセンサ２５、操舵角センサ２６、アクセルセンサ２７、ブレーキセンサ２８が含まれている。さらに、複数のセンサ類には、車両１の位置を検出するための測位システム２９、ナビゲーションシステム３０が含まれている。複数の制御システムには、エンジン制御システム３１、ブレーキ制御システム３２、ステアリング制御システム３３が含まれている。
【0020】
また、他のセンサ類として、車両１に対する周辺構造物の距離及び位置を測定する周辺ソナー、車両１の４箇所の角部における周辺構造物の接近を測定するコーナーレーダや、車両１の車室内を撮影するインナーカメラが含まれていてもよい。
【0021】
ＥＣＵ１０は、本発明に係る演算装置の一例である。ＥＣＵ１０は、ＣＰＵ、各種プログラムを記憶するメモリ、入出力装置等を備えたコンピュータにより構成される。ＥＣＵ１０は、複数のセンサ類から受け取った信号に基づいて種々の演算を実行し、エンジン制御システム３１、ブレーキ制御システム３２、ステアリング制御システム３３に対して、それぞれエンジンシステム、ブレーキシステム、ステアリングシステムを適宜に作動させるための制御信号を送信する。
【0022】
ＥＣＵ１０は、走行路情報に基づいて、走行路上の位置を特定するための演算を行う。走行路情報は、車両１が走行している走行路に関する情報であり、カメラ２１、レーダ２２、ナビゲーションシステム３０等により取得される。走行路情報は、例えば、走行路の形状（直線、カーブ、カーブ曲率）、走行路幅、車線数、車線幅等に関する情報を含んでいる。
【0023】
図２は、車両１が走行路５上を走行している様子を示している。ＥＣＵ１０は、走行路情報に基づく演算により、車両１の進行方向前方に存在する走行路５上に、仮想の複数のグリッド点Ｇn（ｎ＝１，２，・・・Ｎ）を設定する。走行路５が延びる方向をｘ方向と定義し、走行路５の幅方向をｙ方向と定義した場合に、グリッド点Ｇnは、ｘ方向及びｙ方向に沿って格子状に配列されている。
【0024】
ＥＣＵ１０がグリッド点Ｇnを設定する範囲は、走行路５に沿って、距離Ｌだけ車両１の前方に亘っている。距離Ｌは、演算実行時の車両１の速度に基づいて計算される。本実施形態では、距離Ｌは、演算実行時の速度（Ｖ）で所定の固定時間ｔ（例えば、３秒）に走行すると予想される距離である（Ｌ＝Ｖ×ｔ）。しかしながら、距離Ｌは、所定の固定距離（例えば、１００ｍ）であってもよいし、速度（及び加速度）の関数であってもよい。また、グリッド点Ｇnが設定される範囲の幅Ｗは、走行路５の幅と略等しい値に設定される。このような複数のグリッド点Ｇnの設定により、走行路５上の位置を特定することが可能になる。
【0025】
なお、図２に示される走行路５は直線区間であるため、グリッド点Ｇnは矩形状に配置されている。しかしながら、グリッド点Ｇnは走行路が延びる方向に沿って配置されるため、走行路がカーブ区間を含んでいる場合は、グリッド点Ｇnはカーブ区間の湾曲に沿って配置される。
【0026】
また、ＥＣＵ１０は、走行路情報と障害物情報に基づいて、経路候補ＲＣ（つまり、実際に車両１を走行させる目標経路となり得る候補）を設定するための演算を実行する。障害物情報は、車両１の進行方向の走行路５上の障害物（例えば、先行車両、駐車車両、歩行者、落下物等）の有無や、その移動方向、移動速度等に関する情報であり、カメラ２１及びレーダ２２により取得される。
【0027】
また、ＥＣＵ１０は、ステートラティス法を用いた経路探索により、複数の経路候補ＲＣを設定する。ステートラティス法によれば、車両１の位置から、車両１の進行方向に存在するグリッド点Ｇnに向かって枝分かれするように、複数の経路候補ＲＣが設定される。図２は、ＥＣＵ１０が設定する複数の経路候補ＲＣの一部を示している。
【0028】
また、ＥＣＵ１０は、所定条件に基づいて、複数の経路候補ＲＣの中から経路コストが最小である１つの経路候補ＲＣを選択する。具体的には、まず、ＥＣＵ１０は、図２に示されるように、各経路候補ＲＣに沿って複数のサンプリング点ＳＰを設定するとともに、各サンプリング点ＳＰにおける経路コストを計算する。次に、ＥＣＵ１０は、経路コストが最小である経路候補ＲＣを選択し、目標経路として設定する。
【0029】
また、ＥＣＵ１０は、設定した目標経路に沿って車両１が走行するように、エンジン制御システム３１、ブレーキ制御システム３２、ステアリング制御システム３３に対して制御信号を送信する。
【0030】
カメラ２１は、本発明に係る走行路情報取得装置の一例であり、障害物情報取得装置の一例でもある。カメラ２１は、車両１の周囲を撮影し、画像データを出力する。ＥＣＵ１０は、カメラ２１から受信した画像データに基づいて、対象物（例えば、先行車両、駐車車両、歩行者、走行路、区画線（車線境界線、白線、黄線）、交通信号、交通標識、停止線、交差点、障害物等）を特定する。なお、ＥＣＵ１０は、交通インフラや車々間通信等により、外部から対象物の情報を取得してもよい。これにより、対象物の種類、相対位置、移動方向等が特定される。
【0031】
レーダ２２は、本発明に係る走行路情報取得装置の一例であり、障害物情報取得装置の一例でもある。レーダ２２は、対象物（特に、先行車両、駐車車両、歩行者、走行路５上の落下物等）の位置及び速度を測定する。レーダ２２として、例えばミリ波レーダを用いることができる。レーダ２２は、車両１の進行方向に電波を送信し、対象物により送信波が反射されて生じた反射波を受信する。そして、レーダ２２は、送信波と受信波に基づいて、車両１と対象物との間の距離（例えば、車間距離）や、車両１に対する対象物の相対速度を測定する。なお、本実施形態において、レーダ２２に代えて、レーザレーダや超音波センサ等を用いて対象物との距離や相対速度を測定してもよい。また、複数のセンサ類を用いて、位置及び速度測定装置を構成してもよい。
【0032】
車速センサ２３は、車両１の絶対速度を検出する。
加速度センサ２４は、車両１の加速度（前後方向の縦加減速度、横方向の横加減速度）を検出する。
ヨーレートセンサ２５は、車両１のヨーレートを検出する。
操舵角センサ２６は、車両１のステアリングホイールの回転角度（操舵角）を検出する。ＥＣＵ１０は、車速センサ２３が検出した絶対速度、及び、操舵角センサ２６が検出した操舵角に基づいて所定の演算を実行することにより、車両１のヨー角（つまり、後述するｘ軸に対して車両１の前後方向が成す角度）を取得することができる。
アクセルセンサ２７は、アクセルペダルの踏み込み量を検出する。
ブレーキセンサ２８は、ブレーキペダルの踏み込み量を検出する。
加速度センサ２４は、車両１の加速度（前後方向の縦加減速度、横方向の横加減速度）を検出する。
ヨーレートセンサ２５は、車両１のヨーレートを検出する。
操舵角センサ２６は、車両１のステアリングホイールの回転角度（操舵角）を検出する。ＥＣＵ１０は、車速センサ２３が検出した絶対速度、及び、操舵角センサ２６が検出した操舵角に基づいて所定の演算を実行することにより、車両１のヨー角（つまり、後述するｘ軸に対して車両１の前後方向が成す角度）を取得することができる。
アクセルセンサ２７は、アクセルペダルの踏み込み量を検出する。
ブレーキセンサ２８は、ブレーキペダルの踏み込み量を検出する。
【0033】
測位システム２９は、ＧＰＳシステム及び／又はジャイロシステムであり、車両１の位置（現在車両位置情報）を検出する。
ナビゲーションシステム３０は、内部に地図情報を格納しており、ＥＣＵ１０に地図情報を提供することができる。ＥＣＵ１０は、地図情報及び現在車両位置情報に基づいて、車両１の周囲（特に、進行方向）に存在する道路、交差点、交通信号、建造物等を特定する。地図情報は、ＥＣＵ１０内に格納されていてもよい。
ナビゲーションシステム３０は、内部に地図情報を格納しており、ＥＣＵ１０に地図情報を提供することができる。ＥＣＵ１０は、地図情報及び現在車両位置情報に基づいて、車両１の周囲（特に、進行方向）に存在する道路、交差点、交通信号、建造物等を特定する。地図情報は、ＥＣＵ１０内に格納されていてもよい。
【0034】
エンジン制御システム３１は、車両１のエンジンを制御する。ＥＣＵ１０は、車両１を加速又は減速させる必要がある場合に、エンジン制御システム３１に対して、エンジン出力を変更するために制御信号を送信する。
【0035】
ブレーキ制御システム３２は、車両１のブレーキ装置を制御する。ＥＣＵ１０は、車両１を減速させる必要がある場合に、ブレーキ制御システム３２に対して、制動力を発生させるために制御信号を送信する。
【0036】
ステアリング制御システム３３は、車両１のステアリング装置を制御する。ＥＣＵ１０は、車両１の進行方向を変更する必要がある場合に、ステアリング制御システム３３に対して、操舵方向を変更するために制御信号を送信する。
【0037】
次に、図２～図４を参照しながら、経路候補ＲＣを設定するための演算について説明する。図３及び図４は、経路候補ＲＣの説明図である。図２は、車両１の進行方向の走行路５上に障害物が存在しない場合における、経路候補ＲＣを示している。図４は、車両１の進行方向の走行路５上に障害物が存在する場合における、経路候補ＲＣを示している。
【0038】
【0039】
第１部分ＲＣ1は、始点Ｐ1sから終点Ｐ1eまで延びている。始点Ｐ1sは、演算実行時の車両１の位置である。始点Ｐ1sの座標は（ｘ1s，ｙ1s）で表される。図２～図４に示される例では、車両１はｘｙ座標の原点に位置しているため、始点Ｐ1sの座標は（０，０）である。終点Ｐ1eは、複数のグリッド点Ｇnのうち、後述する第２部分ＲＣ2の終点Ｐ2eを除いたグリッド点Ｇnである。終点Ｐ1eの座標は（ｘ1e，ｙ1e）で表される。
【0040】
第２部分ＲＣ2は、終点Ｐ1eにおいて第１部分ＲＣ1と連続しており、終点Ｐ2eまで延びている。つまり、第１部分ＲＣ1の終点Ｐ1eは、第２部分ＲＣ2の始点でもある。終点Ｐ2eは、複数のグリッド点Ｇnのうち、ｘ方向において車両１から最も離間している複数のグリッド点Ｇnである。終点Ｐ2eの座標は（ｘ2e，ｙ2e）で表される。
【0041】
［障害物が存在しない場合］
まず、車両１の進行方向の走行路５上に障害物が存在しない場合における、経路候補ＲＣについて説明する。この場合、ＥＣＵ１０は、複数のグリッド点Ｇnのうち、ｘ方向において車両１から最も離間している複数のグリッド点Ｇnを除くグリッド点Ｇnの全てを、終点Ｐ1eとして設定する。そして、ＥＣＵ１０は、始点Ｐ1sから終点Ｐ1eまで延びる第１部分ＲＣ1を設定する。
まず、車両１の進行方向の走行路５上に障害物が存在しない場合における、経路候補ＲＣについて説明する。この場合、ＥＣＵ１０は、複数のグリッド点Ｇnのうち、ｘ方向において車両１から最も離間している複数のグリッド点Ｇnを除くグリッド点Ｇnの全てを、終点Ｐ1eとして設定する。そして、ＥＣＵ１０は、始点Ｐ1sから終点Ｐ1eまで延びる第１部分ＲＣ1を設定する。
【0042】
次に、ＥＣＵ１０は、ｘ方向において車両１から最も離間している複数のグリッド点Ｇnを終点Ｐ2eとして、各終点Ｐ1eから各終点Ｐ2eまで延びる第２部分ＲＣ2を設定する。そして、ＥＣＵ１０は、第１部分ＲＣ1及び第２部分ＲＣ2からなる曲線を、経路候補ＲＣとして設定する。
【0043】
＜第１部分ＲＣ1の設定＞
ＥＣＵ１０は、第１部分ＲＣ1として設定する曲線として、式ｆ１で示されるように、ｙ座標がｘ座標を変数とする５次関数を暫定的に規定する。式ｆ１は、本発明に係る第１関数の一例である。また、式ｆ１に基づいてｘｙ座標に描画される曲線は、本発明に係る第１曲線の一例である。
ＥＣＵ１０は、第１部分ＲＣ1として設定する曲線として、式ｆ１で示されるように、ｙ座標がｘ座標を変数とする５次関数を暫定的に規定する。式ｆ１は、本発明に係る第１関数の一例である。また、式ｆ１に基づいてｘｙ座標に描画される曲線は、本発明に係る第１曲線の一例である。
【数1】
【0044】
ａ1～ｆ1は未知の係数である。始点Ｐ1sから終点Ｐ1eまで延びる曲線を具体的に規定するためには、少なくとも６つの関係式を解いて、係数ａ1～ｆ1を定める必要がある。そこで、ＥＣＵ１０は、式ｆ１をｘで１回～３回微分した式ｆ２～ｆ４を用意する。
【数2】
【0045】
始点Ｐ1sの座標（ｘ1s，ｙ1s）と、終点Ｐ1eの座標（ｘ1e，ｙ1e）は、それぞれ式ｆ１の関係を満たす。したがって、ＥＣＵ１０は、関係式ｆ５，ｆ６を得ることができる。
【数3】
【0046】
また、以下の説明では、図３に示されるように、車両１の前後方向に沿って延びる直線１Ｌがｘ軸に対して成す角度を「ヨー角」という。さらに、始点Ｐ1sにおけるヨー角をＨ1sとし、終点Ｐ1eにおけるヨー角をＨ1eとする。ヨー角Ｈ1s，Ｈ1eの単位は、いずれもラジアンである。
【0047】
始点Ｐ1sのｘ座標（ｘ1s）と、始点Ｐ1sにおけるヨー角Ｈ1sの正接は、式ｆ２の関係を満たす。また、終点Ｐ1eのｘ座標（ｘ1e）と、終点Ｐ1eにおけるヨー角Ｈ1eの正接も、式ｆ２の関係を満たす。したがって、ＥＣＵ１０は、関係式ｆ７，ｆ８を得ることができる。
【数4】
【0048】
式ｆ３は、ｘに対するｙ’の変化率を示すものであるから、ヨー角速度と相関がある。これより、始点Ｐ1sのｘ座標（ｘ1s）と、始点Ｐ1sにおけるヨー角速度Ｋ1sは、概ね式ｆ３の関係を満たす。また、終点Ｐ1eのｘ座標（ｘ1e）と、終点Ｐ1eにおけるヨー角速度Ｋ1eも、概ね式ｆ３の関係を満たす。したがって、ＥＣＵ１０は、関係式ｆ９，ｆ１０を得ることができる。
【数5】
【0049】
また、式ｆ４は、ｘに対するｙ’’の変化率を示すものであるから、ヨー角加速度と相関がある。これより、始点Ｐ1sのｘ座標（ｘ1s）と、始点Ｐ1sにおけるヨー角加速度Ｋ1s’は、概ね式ｆ４の関係を満たす。また、終点Ｐ1eのｘ座標（ｘ1e）と、ヨー角加速度Ｋ1e’も、概ね式ｆ４の関係を満たす。したがって、ＥＣＵ１０は、関係式ｆ１１，ｆ１２を得ることができる。
【数6】
【0050】
ＥＣＵ１０は、始点Ｐ1s及び終点Ｐ1eのそれぞれにおける車両１の状態（つまり、座標、ヨー角、ヨー角速度、ヨー角加速度）を示す複数の境界条件を適宜設定する。ＥＣＵ１０は、当該境界条件を適用して、８つの関係式ｆ５～ｆ１２のうち少なくとも６つの関係式を解くことにより、係数ａ1～ｆ1を定める。これにより、ＥＣＵ１０は、始点Ｐ1sから終点Ｐ1eまで延び、第１部分ＲＣ1として設定される曲線を、具体的に規定することができる。
【0051】
＜第２部分ＲＣ2の設定＞
ＥＣＵ１０は、第２部分ＲＣ2として設定する曲線として、式ｆ１３で示されるように、ｙ座標がｘ座標を変数とする３次関数を暫定的に規定する。式ｆ１３は、本発明に係る第２関数の一例である。また、式ｆ１３に基づいてｘｙ座標に描画される曲線は、本発明に係る第２曲線の一例である。
ＥＣＵ１０は、第２部分ＲＣ2として設定する曲線として、式ｆ１３で示されるように、ｙ座標がｘ座標を変数とする３次関数を暫定的に規定する。式ｆ１３は、本発明に係る第２関数の一例である。また、式ｆ１３に基づいてｘｙ座標に描画される曲線は、本発明に係る第２曲線の一例である。
【数7】
【0052】
ａ2～ｄ2は未知の係数である。終点Ｐ1eから終点Ｐ2eまで延びる曲線を具体的に規定するためには、少なくとも４つの関係式を解いて、係数ａ2～ｄ2を定める必要がある。そこで、ＥＣＵ１０は、式ｆ１３をｘで１回～２回微分した式ｆ１４，ｆ１５を用意する。
【数8】
【0053】
終点Ｐ1eの座標（ｘ1e，ｙ1e）と、終点Ｐ2eの座標（ｘ2e，ｙ2e）は、それぞれ式ｆ１３の関係を満たす。したがって、ＥＣＵ１０は、関係式ｆ１６，ｆ１７を得ることができる。
【数9】
【0054】
また、終点Ｐ1eのｘ座標（ｘ1e）と、終点Ｐ1eにおけるヨー角Ｈ1eの正接は、式ｆ１４の関係を満たす。また、終点Ｐ2eのｘ座標（ｘ2e）と、終点Ｐ2eにおけるヨー角Ｈ2eの正接も、式ｆ１４の関係を満たす。ヨー角Ｈ1e，Ｈ2eの単位は、いずれもラジアンである。したがって、ＥＣＵ１０は、関係式ｆ１８，ｆ１９を得ることができる。
【数10】
【0055】
また、式ｆ１５は、ｘに対するｙ’の変化率を示すものであるから、ヨー角速度と相関がある。これより、終点Ｐ1eのｘ座標（ｘ1e）と、終点Ｐ1eにおけるヨー角速度Ｋ1eは、概ね式ｆ１５の関係を満たす。また、終点Ｐ2eのｘ座標（ｘ2e）と、終点Ｐ2eにおけるヨー角速度Ｋ2eも、概ね式ｆ１５の関係を満たす。したがって、ＥＣＵ１０は、関係式ｆ２０，ｆ２１を得ることができる。
【数11】
【0056】
ＥＣＵ１０は、終点Ｐ1e及び終点Ｐ2eのそれぞれにおける車両１の状態（つまり、座標、ヨー角、ヨー角速度）を示す複数の境界条件を適宜設定する。ＥＣＵ１０は、当該境界条件を適用して、６つの関係式ｆ１６～ｆ２１のうち少なくとも４つの関係式を解くことにより、係数ａ2～ｄ2を定める。これにより、ＥＣＵ１０は、終点Ｐ1eから終点Ｐ2eまで延び、第２部分ＲＣ2として設定される曲線を、具体的に規定することができる。
【0057】
［障害物が存在する場合］
次に、車両１の進行方向の走行路５上に障害物が存在する場合における、経路候補ＲＣについて説明する。図４は、車両１の進行方向の走行路５上に、障害物である先行車両１Ａが存在する場合を示している。
次に、車両１の進行方向の走行路５上に障害物が存在する場合における、経路候補ＲＣについて説明する。図４は、車両１の進行方向の走行路５上に、障害物である先行車両１Ａが存在する場合を示している。
【0058】
この場合でも、経路候補ＲＣが、５次関数を用いて設定される第１部分ＲＣ1、及び、３次関数を用いて設定される第２部分ＲＣ2から成る点は、上述した障害物が存在しない場合と同様である。しかしながら、障害物が存在する場合は、第１部分ＲＣ1の終点Ｐ1eとして設定されるグリッド点Ｇnが限定される点で、障害物が存在しない場合と異なる。
【0059】
具体的には、図４に示されるように、グリッド点Ｇnが設定されている範囲に先行車両１Ａが存在する場合、ＥＣＵ１０は、先行車両１Ａよりも車両１から離間した位置に設定されているグリッド点Ｇnを終点Ｐ1eとする曲線と、当該グリッド点Ｇnを始点とする曲線と、規定しない。このため、先行車両１Ａよりも車両１から離間した位置に設定されているグリッド点Ｇnを終点Ｐ1eとする第１部分ＲＣ１と、当該グリッド点Ｇnを始点とする第２部分ＲＣ２と、から成る経路候補ＲＣは設定されない。
【0060】
より具体的には、グリッド点Ｇnが設定されている範囲に先行車両１Ａが存在する場合、ＥＣＵ１０は、先行車両１Ａ近傍のグリッド点Ｇnを終点Ｐ1eとする曲線と、当該グリッド点Ｇnを始点とする曲線と、のみを規定する。このため、先行車両１Ａ近傍のグリッド点Ｇnを終点Ｐ1eとする第１部分ＲＣ1と、当該グリッド点Ｇnを始点とする第２部分ＲＣ2と、から成る経路候補ＲＣのみが設定される。
【0061】
次に、図５を参照して、ＥＣＵ１０が運転支援制御を提供する際に実行する演算について説明する。図５は、ＥＣＵ１０が実行する演算を示すフローチャートである。ＥＣＵ１０は、図５に示される演算を繰返し実行する（例えば、０．０５～０．２秒毎）。
【0062】
まず、ステップＳ１で、ＥＣＵ１０は、カメラ２１、レーダ２２、及びナビゲーションシステム３０から走行路情報を取得する。
【0063】
次に、ステップＳ２で、ＥＣＵ１０は、走行路情報に基づいて、走行路５の形状（例えば、走行路５が延びる方向、走行路５の幅等）を特定するとともに、走行路５上に複数のグリッド点Ｇn（ｎ＝１，２，・・・Ｎ）を設定する。ＥＣＵ１０は、例えば、ｘ方向に１０ｍ毎、ｙ方向に０．８７５ｍ毎にグリッド点Ｇnを設定する。
【0064】
次に、ステップＳ３で、ＥＣＵ１０は、カメラ２１及びレーダ２２から障害物情報を取得する。すなわち、ＥＣＵ１０は、車両１の進行方向の走行路５上の障害物の有無や、障害物の移動方向、移動速度等に関する情報を取得する。
【0065】
次に、ステップＳ４で、ＥＣＵ１０は、車両１の進行方向の走行路５上に障害物があるか否かを判定する。具体的には、ＥＣＵ１０は、ステップＳ３で取得した障害物情報に基づき、グリッド点Ｇnを設定した範囲に、先行車両や、駐車車両、歩行者等が存在するか否かを判定する。車両１の進行方向の走行路５上に障害物が存在しないと判定した場合（Ｓ４：ＮＯ）、ＥＣＵ１０は、ステップＳ５に進む。
【0066】
次に、ステップＳ５で、ＥＣＵ１０は、経路候補ＲＣの第１部分ＲＣ1の終点Ｐ1eとして設定するグリッド点Ｇnを限定しないことを決定する。つまり、ＥＣＵ１０は、図２に示されるように、複数のグリッド点Ｇnのうち、ｘ方向において車両１から最も離間している複数のグリッド点Ｇnを除いたものを、終点Ｐ1eとして設定する。
【0067】
ステップＳ７は、経路候補ＲＣの設定（ステップＳ７ａ，Ｓ７ｂ）と、サンプリング点ＳＰの設定（ステップＳ７ｃ）と、各経路候補ＲＣの経路コストの計算（ステップＳ７ｄ）と、を含んでいる。
【0068】
ステップ７ａで、ＥＣＵ１０は、始点Ｐ1sから、終点Ｐ1eとして設定された全てのグリッド点Ｇnまで延びる第１部分ＲＣ1を設定する。上述したように、始点Ｐ1sは演算実行時の車両１の位置である。
【0069】
次に、ステップ７ｂで、ＥＣＵ１０は、第１部分ＲＣ1の終点Ｐ1eから、終点Ｐ2eとして設定された全てのグリッド点Ｇnまで延びる第２部分ＲＣ
2
を設定する。上述したように、終点Ｐ2eは、複数のグリッド点Ｇnのうち、ｘ方向において車両１から最も離間している複数のグリッド点Ｇnである。
【0070】
ステップ７ａにより、複数の第１部分ＲＣ1が設定され、ステップ７ｂにより、第１部分ＲＣ1と連続する複数の第２部分ＲＣ2が設定される。複数の第１部分ＲＣ1及び第２部分ＲＣ2が設定されることにより、走行路５上に多数の経路候補ＲＣが設定される。
【0071】
次に、ステップＳ７ｃで、ＥＣＵ１０は、複数のサンプリング点ＳＰ（図２参照）を設定する。サンプリング点ＳＰは、ステップＳ７ａ，７ｂにより設定された各経路候補ＲＣに沿って、ｘ方向に等間隔（例えば、０．２ｍ毎）に設定される。
【0072】
次に、ステップＳ７ｄで、ＥＣＵ１０は、各経路候補ＲＣの各サンプリング点ＳＰにおける経路コストを計算する。経路コストには、速度、加速度、横加速度、経路変化率、障害物等に関するコストが含まれる。これらのコストは適宜設定することができる。概略的には、経路コストは、移動コストと安全コストを含む。例えば、直線経路を走行する場合は、移動距離が短いため移動コストが小さくなるが、障害物等を回避する経路を走行する場合は、移動距離が長くなるため移動コストが大きくなる。また、横加速度が大きくなるほど移動コストは増大する。
【0073】
ＥＣＵ１０は、各経路候補ＲＣの各サンプリング点ＳＰに対して計算した経路コストのうち、最も大きな経路コストを、当該経路候補ＲＣの経路コストとして、不図示のメモリに格納する。
【0074】
ＥＣＵ１０は、このようなステップＳ７の演算を、ステップＳ５において終点Ｐ1eとして設定した複数のグリッド点Ｇnの全てを対象として実行する。
【0075】
次に、ステップＳ８で、ＥＣＵ１０は、目標経路を設定する。具体的には、ＥＣＵ１０は、経路コストが最小の経路候補ＲＣを選択し、当該経路候補ＲＣを目標経路に設定する。
【0076】
次に、ステップＳ９で、ＥＣＵ１０は、目標経路に沿って車両１が走行するように、エンジン制御システム３１、ブレーキ制御システム３２、及びステアリング制御システム３３に対して制御信号を送信する。
【0077】
これに対し、ステップＳ４で、車両１の進行方向の走行路５上に障害物が存在すると判定した場合（Ｓ４：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１０は、ステップＳ６に進む。
【0078】
ステップＳ６で、ＥＣＵ１０は、経路候補ＲＣの第１部分ＲＣ1の終点Ｐ1eとして設定するグリッド点Ｇnを限定することを決定する。つまり、ＥＣＵ１０は、図４に示されるように、複数のグリッド点Ｇnのうち、障害物である先行車両１Ａ近傍のグリッド点Ｇnのみを終点Ｐ1eとして設定する。
【0079】
この場合、ＥＣＵ１０は、次のステップＳ７の演算を、ステップＳ６において終点Ｐ1eとして設定した複数のグリッド点Ｇnの全てに対して実行する。このときステップ７ａ，７ｂにより設定される経路候補ＲＣの総数は、車両１の進行方向の走行路５上に障害物が存在しない場合（Ｓ４：ＮＯ）の経路候補ＲＣの総数よりも少ない。これにより、ＥＣＵ１０の演算負荷が軽減される。
【0080】
また、車両１の進行方向の走行路５上に障害物が存在すると判定した場合（Ｓ４：ＹＥＳ）、ステップ７ｃにより設定されるサンプリング点ＳＰの総数も、車両１の進行方向の走行路５上に障害物が存在しない場合（Ｓ４：ＮＯ）の経路候補ＲＣの総数よりも少ない。このため、次のステップ７ｄにおける経路コストを計算する際の負荷も軽減される。
【0081】
次に、本実施形態の運転支援システム１００の作用について説明する。
【0082】
この構成によれば、演算装置であるＥＣＵ１０は、車両１に比較的近い範囲における経路候補ＲＣを第１曲線により設定し、それ以遠の範囲における経路候補ＲＣを第２曲線により設定する。５次関数で表される第１曲線は、多くの要件を満たす精緻な経路候補ＲＣを設定することが可能であるが、規定する際の演算負荷は大きい。一方、３次関数で表される第２曲線は、満たし得る要件は第１曲線よりも少ないものの、規定する際の演算負荷は小さい。ＥＣＵ１０は、第２曲線を経路候補ＲＣの一部として設定することにより、経路候補ＲＣを設定する際の演算負荷を軽減することができる。
【0083】
ところで、走行路５上に障害物が存在する場合、車両１から障害物までの範囲における経路候補ＲＣは、障害物との衝突回避や、衝突回避の際に乗員に与える不快感の軽減等、種々の要求を満たすように、第１曲線により精緻に設定することが望ましい。一方、障害物以遠の範囲における経路候補ＲＣについては、車両１から障害物までの範囲における経路候補ＲＣほどの精緻さは求められない。
【0084】
そこで、上記構成によれば、ＥＣＵ１０は、カメラ２１及びレーダ２２が障害物を検出している場合は、当該障害物よりも車両１から離間した位置に設定されているグリッド点Ｇnを終点Ｐ1eとする第１曲線と、当該グリッド点Ｇnを始点とする第２曲線と、を規定しない。これにより、障害物との衝突回避や、衝突回避の際に乗員に与える不快感の軽減等の要求を満たしつつ、経路候補ＲＣを設定する際の演算負荷を軽減することができる。
【0085】
また、ＥＣＵ１０は、カメラ２１及びレーダ２２が障害物を検出している場合は、当該障害物近傍のグリッド点Ｇnを終点Ｐ1eとする第１曲線と、当該グリッド点Ｇnを始点とする第２曲線と、のみを規定する。
この構成によれば、障害物との衝突回避や、衝突回避の際に乗員に与える不快感の軽減等の要件を満たしつつ、経路候補ＲＣを設定する際の演算負荷をさらに軽減することができる。
この構成によれば、障害物との衝突回避や、衝突回避の際に乗員に与える不快感の軽減等の要件を満たしつつ、経路候補ＲＣを設定する際の演算負荷をさらに軽減することができる。
【0086】
また、第１関数は、ｘ座標を変数とする５次関数である。
この構成によれば、５次関数をｘ座標で１回～３回微分することにより、車両１のヨー角、ヨー角速度、及びヨー角加速度と相関がある関係式を得ることができる。当該関係式により、車両１のヨー角、ヨー角速度、及びヨー角加速度を評価することが可能になる。この結果、ヨー方向における車両１の挙動を考慮し、乗員に与える不快感を軽減する経路候補ＲＣを設定することが可能になる。
この構成によれば、５次関数をｘ座標で１回～３回微分することにより、車両１のヨー角、ヨー角速度、及びヨー角加速度と相関がある関係式を得ることができる。当該関係式により、車両１のヨー角、ヨー角速度、及びヨー角加速度を評価することが可能になる。この結果、ヨー方向における車両１の挙動を考慮し、乗員に与える不快感を軽減する経路候補ＲＣを設定することが可能になる。
【0087】
また、第２関数は、ｘ座標を変数とする３次関数である。
この構成によれば、３関数をｘ座標で１回～２回微分することにより、車両１のヨー角及びヨー角速度と相関がある関係式を得ることができる。当該関係式により、車両１のヨー角及びヨー角速度を評価することが可能になる。この結果、ヨー方向における車両１の挙動を考慮し、乗員に与える不快感を軽減する経路候補を設定することが可能になる。
この構成によれば、３関数をｘ座標で１回～２回微分することにより、車両１のヨー角及びヨー角速度と相関がある関係式を得ることができる。当該関係式により、車両１のヨー角及びヨー角速度を評価することが可能になる。この結果、ヨー方向における車両１の挙動を考慮し、乗員に与える不快感を軽減する経路候補を設定することが可能になる。
【0088】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【0089】
１ 車両
１Ａ 先行車両（障害物）
１０ ＥＣＵ（演算装置）
２１ カメラ（走行路情報取得装置、障害物情報取得装置）
２２ レーダ（走行路情報取得装置、障害物情報取得装置）
３０ ナビゲーションシステム（走行路情報取得装置）
１００ 運転支援システム（経路候補設定システム）
Ｇn グリッド点
ＲＣ 経路候補
１Ａ 先行車両（障害物）
１０ ＥＣＵ（演算装置）
２１ カメラ（走行路情報取得装置、障害物情報取得装置）
２２ レーダ（走行路情報取得装置、障害物情報取得装置）
３０ ナビゲーションシステム（走行路情報取得装置）
１００ 運転支援システム（経路候補設定システム）
Ｇn グリッド点
ＲＣ 経路候補
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】