CN114475646A - 车辆控制装置、车辆控制方法及存储介质 - Google Patents

车辆控制装置、车辆控制方法及存储介质 Download PDF

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Abstract

提供能够实现精度提高和处理负荷的抑制的车辆控制装置、车辆控制方法及存储介质。车辆控制装置，其具备：第一线生成部，其基于车辆的行进方向的道路的形状来生成第一线；第二线生成部，其将至少包含距所述第一线的横向偏差的初始状态、以及至少包含目标到达地点的目标状态作为几何曲线的参数，由此以与初始状态相比在所述目标到达地点处较接近第一线的方式生成第二线；第三线生成部，其基于用于通过反馈控制使所述第一线与所述第二线之间的横向偏差接近零的目标值，来生成第三线；以及行驶控制部，其基于所述第三线来使所述车辆行驶。

Description

车辆控制装置、车辆控制方法及存储介质
技术领域
本发明涉及车辆控制装置、车辆控制方法及存储介质。
背景技术
以往，公开了生成车辆的轨道的技术(专利文献1)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-110403号公报
发明内容
发明要解决的课题
在以往的技术中，存在生成轨道的处理未被恰当地分阶段进行的情况，其结果是，存在精度不充分、处理负荷变得过大的情况。
本发明是考虑这样的情况而完成的，其目的之一在于提供能够实现精度提高和处理负荷的抑制的车辆控制装置、车辆控制方法及存储介质。
用于解决课题的方案
本发明的车辆控制装置、车辆控制方法及存储介质采用了以下的结构。
(1)：本发明的一方案的车辆控制装置具备：第一线生成部，其基于车辆的行进方向的道路的形状，来生成第一线；第二线生成部，其将至少包含距所述第一线的横向偏差的初始状态、以及至少包含目标到达地点的目标状态作为几何曲线的参数，由此以与初始状态相比在所述目标到达地点处较接近第一线的方式生成第二线；第三线生成部，其基于用于通过反馈控制来使所述第一线与所述第二线之间的横向偏差接近零的目标值，来生成第三线；以及行驶控制部，其基于所述第三线来使所述车辆行驶。
(2)：在上述(1)的方案的基础上，所述第一线生成部生成所述第一线、第二线生成部生成所述第二线、所述第三线生成部生成所述第三线的处理针对每个控制循环而反复执行，所述第二线生成部将在上次以前的控制循环中生成的所述第二线中的与本次的控制循环中的所述车辆的位置对应的地点处的距所述第一线的横向偏差设为所述初始状态所包含的距所述第一线的横向偏差。
(3)：在上述(2)的方案的基础上，所述初始状态还包括初始移动方向，所述第二线生成部将在上次以前的控制循环中生成的所述第二线中的与本次的控制循环中的所述车辆的位置对应的地点处的切线的方向设为所述初始移动方向。
(4)：在上述(2)或(3)的方案的基础上，所述第二线生成部考虑基于从所述初始状态起发生的变化的限制和基于从上次的控制循环起发生的变化的限制而求出所述目标到达地点的横向位置。
(5)：在上述(4)的方案的基础上，所述第二线生成部进行如下处理：从利用速率限制器对从上次的控制循环起发生的变化进行限制得到的横向移动量、以及如下加权和中选择较大的一方，所述加权和是在上次的控制循环中算出的横向移动量与在本次的控制循环中算出的横向移动量的加权和；从选择出的横向移动量、以及根据基于从所述初始状态起发生的变化的限制而求出的横向移动量中选择较小的一方；以及基于作为所述较小的一方而选择出的横向移动量，来求出所述目标到达地点的横向位置。
(6)：本发明的另一方案的车辆控制方法使车辆控制装置进行如下处理：基于车辆的行进方向的道路的形状来生成第一线；将至少包含距所述第一线的横向偏差的初始状态、以及至少包含目标到达地点的目标状态作为几何曲线的参数，由此以与初始状态相比在所述目标到达地点处较接近第一线的方式生成第二线；基于用于通过反馈控制使所述第一线与所述第二线之间的横向偏差接近零的目标值，来生成第三线；基于所述第三线来使所述车辆行驶。
(7)：本发明的另一方案的存储介质存储有程序，其中，所述程序使车辆控制装置的处理器进行如下处理：基于车辆的行进方向的道路的形状来生成第一线；将至少包含距所述第一线的横向偏差的初始状态、以及至少包含目标到达地点的目标状态作为几何曲线的参数，由此以与初始状态相比在所述目标到达地点处较接近第一线的方式生成第二线；基于用于通过反馈控制来使所述第一线与所述第二线之间的横向偏差接近零的目标值，来生成第三线；基于所述第三线来使所述车辆行驶。
发明效果
根据上述(1)～(7)的方案，能够实现精度提高和处理负荷的抑制。
附图说明
图1是利用了实施方式的车辆控制装置的车辆***1的结构图。
图2是第一控制部120及第二控制部180的功能结构图。
图3是用于说明生成目标轨道的处理的概要的图。
图4是用于说明继承轨道生成部144的处理的图。
图5是表示参照线生成部146的功能结构的一例的图。
图6是表示初始状态算出部146A的功能结构的一例的图。
图7是表示目标状态算出部146B中的用于求出目标状态纵向位置Ltgt的功能结构的一例的图。
图8是表示由目标收敛时间设定部146Ba进行的目标收敛时间的设定方法的一例的图。
图9是表示目标状态算出部146B中的用于求出目标状态横向位置的功能结构的一例的图。
图10是表示目标状态转移比率的特性的一例的图。
图11是用于说明目标状态算出部146B的处理的图。
图12是表示决定转弯R的提取范围的情形的图。
图13是表示决定与转弯R对应的暂定目标状态修正量的情形的图。
图14是用于说明偏差收敛参考基准算出部146C的处理的图。
图15是表示设定横向偏差收敛系数u的情形的图。
图16是用于说明时间序列追随轨道生成部148的处理内容的图。
图17是用于说明输出路径生成部150的处理的图。
图18是用于说明外推处理的图。
图19是用于说明决定系数q的方法的图。
图20是用于说明生成附加信息的处理的图。
图21是表示确定使用相机而识别出的行驶车道的边界线的算出范围的特性的一例的图。
附图标记说明：
100 自动驾驶控制装置
120 第一控制部
130 识别部
132 车道中心识别部
140 行动计划生成部
142 目标行驶线生成部
144 继承轨道生成部
146 参照线生成部
148 时间序列追随轨道生成部
150 输出路径生成部
180 第二控制部。
具体实施方式
以下，参照附图来说明本发明的车辆控制装置、车辆控制方法及存储介质的实施方式。
[整体结构]
图1是利用了实施方式的车辆控制装置的车辆***1的结构图。搭载车辆***1的车辆例如是二轮、三轮、四轮等的车辆，其驱动源是柴油发动机、汽油发动机等内燃机、电动机、或者它们的组合。电动机使用由与内燃机连结的发电机发出的发电电力、或者二次电池、燃料电池的放电电力来进行动作。
车辆***1例如具备相机10、雷达装置12、LIDAR(Light Detection and Ranging)14、物体识别装置16、通信装置20、HMI(Human Machine Interface)30、车辆传感器40、导航装置50、MPU(Map Positioning Unit)60、驾驶操作件80、自动驾驶控制装置100、行驶驱动力输出装置200、制动装置210、以及转向装置220。这些装置、设备通过CAN(ControllerArea Network)通信线等多路通信线、串行通信线、无线通信网等而互相连接。需要说明的是，图1所示的结构只是一例，可以省略结构的一部分，也可以还追加别的结构。
相机10例如是利用了CCD(Charge Coupled Device)、CMOS(Complementary MetalOxide Semiconductor)等固体摄像元件的数码相机。相机10安装于搭载车辆***1的车辆(以下称作本车辆M)的任意部位。在对前方进行拍摄的情况下，相机10安装于前风窗玻璃上部、车室内后视镜背面等。相机10例如周期反复对本车辆M的周边进行拍摄。相机10也可以是立体相机。
雷达装置12向本车辆M的周边放射毫米波等电波，并且检测由物体反射的电波(反射波)来至少检测物体的位置(距离及方位)。雷达装置12安装于本车辆M的任意部位。雷达装置12也可以通过FM-CW(Frequency Modulated Continuous Wave)方式来检测物体的位置及速度。
LIDAR14向本车辆M的周边照射光(或者接近光的波长的电磁波)，并测定散射光。LIDAR14基于从发光到受光的时间，来检测直至对象为止的距离。照射的光例如是脉冲状的激光。LIDAR14安装于本车辆M的任意部位。
物体识别装置16对由相机10、雷达装置12及LIDAR14中的一部分或全部检测的检测结果进行传感器融合处理，来识别物体的位置、种类、速度等。物体识别装置16将识别结果向自动驾驶控制装置100输出。物体识别装置16可以将相机10、雷达装置12及LIDAR14的检测结果直接向自动驾驶控制装置100输出。也可以从车辆***1省略物体识别装置16。
通信装置20例如利用蜂窝网、Wi-Fi网、Bluetooth(注册商标)、DSRC(DedicatedShort Range Communication)等，来与存在于本车辆M的周边的其他车辆通信，或者经由无线基站而与各种服务器装置通信。
HMI30对本车辆M的乘员提示各种信息，并且接受由乘员进行的输入操作。HMI30包括各种显示装置、扬声器、蜂鸣器、触摸面板、开关、按键等。
车辆传感器40包括检测本车辆M的速度的车速传感器、检测加速度的加速度传感器、检测绕铅垂轴的角速度的横摆角速度传感器、检测本车辆M的朝向的方位传感器等。
导航装置50例如具备GNSS(Global Navigation Satellite System)接收机51、导航HMI52及路径决定部53。导航装置50将第一地图信息54保持于HDD(Hard Disk Drive)、闪存器等存储装置。GNSS接收机51基于从GNSS卫星接收到的信号，来确定本车辆M的位置。本车辆M的位置也可以由利用了车辆传感器40的输出的INS(Inertial Navigation System)确定或补充。导航HMI52包括显示装置、扬声器、触摸面板、按键等。导航HMI52也可以一部分或全部与前述的HMI30共用化。路径决定部53例如参照第一地图信息54来决定从由GNSS接收机51确定的本车辆M的位置(或者输入的任意的位置)到由乘员使用导航HMI52而输入的目的地的路径(以下称作地图上路径)。第一地图信息54例如是通过表示道路的路段和由路段连接的节点来表现道路形状的信息。第一地图信息54也可以包括道路的曲率、POI(PointOf Interest)信息等。地图上路径向MPU60输出。导航装置50也可以基于地图上路径来进行使用了导航HMI52的路径引导。导航装置50例如也可以通过乘员持有的智能手机、平板终端等终端装置的功能来实现。导航装置50也可以经由通信装置20向导航服务器发送当前位置和目的地，并从导航服务器取得与地图上路径同等的路径。
MPU60例如包括推荐车道决定部61，将第二地图信息62保持于HDD、闪存器等存储装置。推荐车道决定部61将从导航装置50提供的地图上路径分割为多个区块(例如在车辆行进方向上按每100[m]进行分割)，并参照第二地图信息62针对每个区块而决定推荐车道。推荐车道决定部61进行在从左数第几个车道上行驶这样的决定。推荐车道决定部61在地图上路径存在分支部位的情况下，决定推荐车道，以使本车辆M能够在用于向分支目的地行进的合理的路径上行驶。
第二地图信息62是比第一地图信息54高精度的地图信息。第二地图信息62例如包括车道的中央的信息或车道的边界的信息等。另外，第二地图信息62可以包括道路信息、交通限制信息、住所信息(住所、邮政编码)、设施信息、电话号码信息等。第二地图信息62可以通过通信装置20与其他装置通信而随时被更新。
驾驶操作件80例如包括油门踏板、制动踏板、换挡杆、转向盘、异形转向器、操纵杆、其他操作件。在驾驶操作件80上安装有检测操作量或操作的有无的传感器，其检测结果向自动驾驶控制装置100、或者行驶驱动力输出装置200、制动装置210及转向装置220中的一部分或全部输出。
自动驾驶控制装置100例如具备第一控制部120和第二控制部180。第一控制部120和第二控制部180分别例如通过CPU(Central Processing Unit)等硬件处理器执行程序(软件)来实现。另外，这些构成要素中的一部分或全部可以通过LSI(Large ScaleIntegration)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)、GPU(Graphics Processing Unit)等硬件(包括电路部：circuitry)来实现，也可以通过软件与硬件的协同配合来实现。程序可以预先保存于自动驾驶控制装置100的HDD、闪存器等存储装置(具备非暂时性的存储介质的存储装置)，也可以保存于DVD、CD-ROM等能够装卸的存储介质，并通过存储介质(非暂时性的存储介质)装配于驱动装置而安装于自动驾驶控制装置100的HDD、闪存器。自动驾驶控制装置100为“车辆控制装置”的一例，第二控制部180为“行驶控制部”的一例。
图2是第一控制部120及第二控制部180的功能结构图。第一控制部120例如具备识别部130和行动计划生成部140。第一控制部120例如并行实现基于AI(ArtificialIntelligence：人工智能)的功能和基于预先给出的模型的功能。例如，“识别交叉路口”的功能可以通过“并行执行基于深度学习等的交叉路口的识别和基于预先给出的条件(存在能够图案匹配的信号、道路标示等)的识别，并对双方评分而综合性评价”来实现。由此，确保自动驾驶的可靠性。
识别部130基于从相机10、雷达装置12及LIDAR14经由物体识别装置16输入的信息，来识别处于本车辆M的周边的物体的位置、及速度、加速度等状态。物体的位置例如被识别为以本车辆M的代表点(重心、驱动轴中心等)为原点的绝对坐标上的位置，并使用于控制。物体的位置可以由该物体的重心、角部等代表点表示，也可以由表现出的区域表示。物体的“状态”也可以包括物体的加速度、加加速度、或者“行动状态”(例如是否正进行车道变更或要进行车道变更)。
另外，识别部130例如识别本车辆M行驶着的车道(行驶车道)。例如，识别部130通过将从第二地图信息62得到的道路划分线的图案(例如实线与虚线的排列)与根据由相机10拍摄到的图像而识别出的本车辆M的周边的道路划分线的图案进行比较，由此识别行驶车道。需要说明的是，识别部130不限于识别道路划分线，也可以识别道路划分线、包括路肩、缘石、中央隔离带、护栏等在内的行驶路边界(道路边界)，由此识别行驶车道。识别部130具备车道中心识别部132。车道中心识别部识别将行驶车道的宽度方向上的中心点相连的直线或曲线(以下将其称作车道中心)。在这些识别中，也可以加进从导航装置50取得的本车辆M的位置、由INS处理的处理结果。另外，识别部130识别暂时停止线、障碍物、红灯、收费站、其他道路现象。
识别部130在识别行驶车道时，识别本车辆M相对于行驶车道的位置、姿态。识别部130例如也可以识别本车辆M的基准点从车道中央的偏离、以及本车辆M的行进方向相对于将车道中央相连的线所成的角度，来作为本车辆M相对于行驶车道的相对位置及姿态。也可以代替于此，识别部130识别本车辆M的基准点相对于行驶车道的任意侧端部(道路划分线或道路边界)的位置等，来作为本车辆M相对于行驶车道的相对位置。
行动计划生成部140以原则上在由推荐车道决定部61决定的推荐车道上行驶、而且能够应对本车辆M的周边状况的方式，生成本车辆M自动地(不依赖于驾驶员的操作地)将来行驶的目标轨道。目标轨道例如包含速度要素。例如，目标轨道表现为将本车辆M应该到达的地点(轨道点)依次排列而成的轨道。轨道点是按沿途距离计每隔规定的行驶距离(例如几[m]程度)的本车辆M应该到达的地点，有别于此，每隔规定的采样时间(例如零点几[sec]程度)的目标速度及目标加速度作为目标轨道的一部分而生成。另外，轨道点也可以是每隔规定的采样时间的、在该采样时刻本车辆M应该到达的位置。在该情况下，目标速度、目标加速度的信息由轨道点的间隔表现。
行动计划生成部140在生成目标轨道时，可以设定自动驾驶的事件。在自动驾驶的事件中，存在定速行驶事件、低速追随行驶事件、车道变更事件、分支事件、汇合事件、接管事件等。行动计划生成部140生成与起动了的事件相应的目标轨道。
行动计划生成部140例如具备目标行驶线生成部142、继承轨道生成部144、参照线生成部146、时间序列追随轨道生成部148、输出路径生成部150、以及级别判断部152。关于这些功能部的具体处理见后述。
第二控制部180控制行驶驱动力输出装置200、制动装置210及转向装置220，以使本车辆M按照预定的时刻通过由行动计划生成部140生成的目标轨道。
返回图2，第二控制部180例如具备取得部162、速度控制部164、转向控制部166。取得部162取得由行动计划生成部140生成的目标轨道(轨道点)的信息，并使存储器(未图示)存储该信息。速度控制部164基于存储于存储器的目标轨道所附带的速度要素，来控制行驶驱动力输出装置200或制动装置210。转向控制部166根据存储于存储器的目标轨道的弯曲状况，来控制转向装置220。速度控制部164及转向控制部166的处理例如通过前馈控制与反馈控制的组合来实现。作为一例，转向控制部166将与本车辆M的前方的道路的曲率相应的前馈控制和基于从目标轨道的偏离进行的反馈控制组合而执行。
行驶驱动力输出装置200将用于车辆行驶的行驶驱动力(转矩)向驱动轮输出。行驶驱动力输出装置200例如具备内燃机、电动机及变速器等的组合、以及控制它们的ECU(Electronic Control Unit)。ECU按照从第二控制部180输入的信息、或者从驾驶操作件80输入的信息7，来控制上述的结构。
制动装置210例如具备制动钳、向制动钳传递液压的液压缸、使液压缸产生液压的电动马达、制动ECU。制动ECU按照从第二控制部180输入的信息、或者从驾驶操作件80输入的信息来控制电动马达，使得与制动操作相应的制动转矩向各车轮输出。制动装置210可以具备将通过驾驶操作件80所包含的制动踏板的操作而产生的液压经由主液压缸向液压缸传递的机构作为备用。需要说明的是，制动装置210不限于上述说明的结构，也可以是按照从第二控制部180输入的信息来控制致动器，从而将主液压缸的液压向液压缸传递的电子控制式液压制动装置。
转向装置220例如具备转向ECU和电动马达。电动马达例如使力作用于齿条-小齿轮机构来变更转向轮的朝向。转向ECU按照从第二控制部180输入的信息、或者从驾驶操作件80输入的信息，来驱动电动马达，使转向轮的朝向变更。
[目标轨道的生成]
以下，说明生成目标轨道为止的行动计划生成部140的各部分的处理。行动计划生成部140例如按每个控制循环进行如下处理：以由车道中心识别部132识别到的车道中心为基础，阶段性地生成目标行驶线、参照线、时间序列追随轨道这些轨道，并最终输出目标轨道。以下，将反复到来的控制循环称作本次的控制循环、上次的控制循环等来进行说明。图3是用于说明生成目标轨道的处理的概要的图。在图中，箭头DM是本车辆M的行进方向且车身中心轴所朝向的方向。另外，LM1表示左侧的道路划分线，LM2表示右侧的道路划分线，CL表示车道中心，L#表示目标行驶线，Lref表示参照线，Tjt表示时间序列追随轨道。图的横轴表示以本车辆M的代表点(设定前端部中心、驱动轴中心、重心等)为基准的大致道路宽度方向的坐标，纵轴表示大致道路延伸方向的坐标。以下，将大致道路宽度方向称作“横向”，将大致道路延伸方向称作“纵向”。
目标行驶线生成部142进行相对于车道中心CL在弯道处稍微向里侧靠近等期望的处理而生成目标行驶线L#。另外，目标行驶线生成部142在使本车辆M进行车道变更的场景中，以在本车辆M行进目的地的期望的地点从本车辆M行驶的车道向车道变更目的地的车道的车道中心切换方式，生成目标行驶线L#。目标行驶线L#为“第一线”的一例。
继承轨道生成部144考虑在上次的控制循环生成的参照线Lref中由于经过了与1个控制循环相应的时间而本车辆M行驶了这一情况，生成仅将比本次的控制循环中的本车辆M的代表点的位置所对应的部位(与从本车辆M的代表点沿着横向延伸的直线相交的部位)靠行进方向侧的部分切出得到的轨道，来作为继承轨道。若本车辆M静止，则继承轨道与参照线Lref相同。图4是用于说明继承轨道生成部144的处理的图。在图中，iL为继承轨道。括弧内的“k-1”、“k”表示第几个控制循环。k为任意的自然数。
[参照线生成]
参照线生成部146基于从继承轨道iLref得到的初始状态和以目标行驶线为基准设定的目标到达地点，来生成参照线Lref。参照线生成部146通过将初始状态和目标到达地点作为贝济埃曲线等几何曲线的输入参数，来生成参照线Lref。参照线Lref为“第二线”的一例。参照线生成部146的处理包括用于在车道识别暂时丢失了等情况下抑制急剧的变化的机制。
图5是表示参照线生成部146的功能结构的一例的图。参照线生成部146例如具备初始状态算出部146A、目标状态算出部146B、偏差收敛参考基准算出部146C、以及参照线算出部146D。参照线生成部146生成参照线Lref，以便在目标到达地点处使参照线Lref接近目标行驶线L#(如果可能的话使它们一致)。
图6是表示初始状态算出部146A的功能结构的一例的图。初始状态算出部146A例如具备姿态角偏差算出部146Aa、横向偏差提取部146Ab、饱和处理部146Ac、平均值算出部146Ad、最小值输出部146Ae、横向偏差修正部146Af、保持要求部146Ag、以及选择器146Ah。
姿态角偏差算出部146Aa算出继承轨道iL的起点处的切线与目标行驶线的起点处的切线所成的角度，来作为初始状态姿态角偏差Δθ0。
横向偏差提取部146Ab算出继承轨道iL的起点与目标行驶线的起点之间的道路宽度方向的距离，来作为暂定横向偏差Δy0_ini。
在将暂定横向偏差Δy0_ini直接作为初始状态横向偏差Δy0而输出的情况下，有可能发生参照线Lref稳态地从目标行驶线L#分离开而不向目标行驶线L#收敛这样的现象。于是，初始状态算出部146A通过以下的处理来修正继承轨道iLref的起点，避免继承轨道iLref的起点稳态地从目标行驶线L#的起点分离开。
关于暂定横向偏差Δy0_ini，由初始状态算出部146A求出其符号函数值sign(Δy0_ini)和绝对值ABS(Δy0_ini)。符号函数是指，若输入值为正则输出1、若输入值为零则输出零、若输入值为负则输出负1的函数。另一方面，车道内行驶控制中标志(flag)、以及车道变更中标志(flag)的负逻辑的值向与门(AND gate)146Ai输入，初始状态算出部146A将与门146Ai的输出和暂定横向偏差Δy0_ini相乘而求出有效横向偏差，关于该车道内行驶控制标志，在本车辆M中进行着车道内行驶控制的情况下被设定为1、且在并非如此的情况下被设定为0，关于该车道变更中标志，在本车辆M为车道变更中的情况下被没定为1、且在并非如此的情况下被设定为0。车道内行驶控制是指，通过各种方法来控制本车辆M的主要转向，以便沿着车道中心CL或避免脱离车道。有效横向偏差由饱和处理部146Ac以最大横向偏差(例如零点几[m]程度)限制(以下将该限制的值设为sat)，并由平均值处理部146Ad求出例如过去10[sec]左右的平均值AV(sat)之后，求出平均值AV(sat)的绝对值ABS(AV(sat))。最小值输出部146Ae将绝对值ABS(Δy0_ini)和绝对值ABS(AV(sat))中的值较小的一方选择性地输出。
比较器164Ae的输出是继承轨道iL与目标行驶线L#之间的横向偏差成为零的修正量、以及以最大修正量进行限制得到的有效横向偏差的平均值中的较小的一方的值。当以最大修正量进行限制得到的有效横向偏差稳态地具有值时，有效横向偏差的平均值逐渐变大，比较器164Ae的输出变大。由此，比较器164Ae的输出沿着消除继承轨道iLref的起点与目标行驶线L#的起点之间的稳态的偏离的方向进行作用。然后，将负逻辑的值sign(Δy0_ini)和比较器164Ae的输出相乘得到的值作为横向偏差修正量而向横向偏差修正部146Af输入。横向偏差修正部146Af将暂定横向偏差Δy0_ini与横向偏差修正量相加而算出初始状态横向偏差Δy0，并输出该初始状态横向偏差Δy0。
向保持要求部146Ag输入初始状态横向偏差Δy0、车道内行驶控制中标志及本车辆M的速度v。保持要求部146Ag在满足以下的条件1～3的全部的情况下，将保持要求向选择器146Ah输出。
(条件1)车道内行驶中标志成为1。
(条件2)本次的控制循环中的速度v(k)比上次的控制循环中的速度v(k-1)大。
(条件3)初始状态横向偏差Δy0超过规定值(例如0.3[m])。
选择器146Ah在未被输入保持要求的情况下(False)，将在本次的控制循环中输入的本车辆M的速度v作为初始状态速度v0输出，在被输入了保持要求的情况下(True)，将在上次的控制循环中输出的初始状态速度v0作为本次的控制循环中的初始状态速度v0输出。
[目标状态算出]
目标状态算出部146B算出成为对后述的偏差收敛参考基准适用的终点的信息的目标状态。
图7是表示目标状态算出部146B中的用于求出目标状态纵向位置Ltgt的功能结构的一例的图。目标状态算出部146B例如具备目标收敛时间设定部146Ba、MinMax处理部146Bb、速率限制器146Bc、选择器146Bd、比较器146Be、与门146Bf。
向目标收敛时间设定部146Ba输入初始状态横向偏差Δy0。目标收敛时间设定部146Ba基于初始状态横向偏差Δy0，按照例如图8所示的特性来设定目标收敛时间。目标收敛时间是成为以多少时间消除初始状态横向偏差Δy0的指针的时间。
图8是表示由目标收敛时间设定部146Ba进行的目标收敛时间的设定方法的一例的图。图中的(1)表示通常时的设定规则，(2)表示车道变更取消时的设定规则。“车道变更取消时”是指如下标志建立了时，该标志在车道变更的执行触发因素产生后规定时间以内被建立，且在本车辆M的一部分进入到道路划分线上时被撤销。目标收敛时间设定部146Ba在通常时无论初始状态横向偏差Δy0如何，均将目标收敛时间设定为大致恒定，在车道变更取消时，以随着初始状态横向偏差Δy0增加而使目标收敛时间增加、且当目标收敛时间达到上限时固定为上限的方式设定目标收敛时间。
目标状态算出部146B将目标收敛时间与初始状态速度v0相乘而算出暂定目标状态纵向位置。暂定目标状态纵向位置向MinMax处理部146Bb输入。MinMax处理部146Bb在暂定目标状态纵向位置超过最大值的情况下输出最大值，在小于最小值的情况下输出最小值。最大值例如是一百几十[m]程度的值，最小值例如是几十[m]程度的值。
将MinMax处理部146Bb的输出值向速率限制器146Bc输入从而得到的输出值、以及MinMax处理部146Bb的输出值向选择器146Bd输入。速率限制器146Bc将在上次的控制循环与本次的控制循环之间值的增加限制为一定以内。设定于速率限制器146Bc的速率限制值例如是数[m/cnt]程度的值。需要说明的是，cnt为1个控制循环。
MinMax处理部146Bb的输出值也向比较器146Be输入。比较器146Be在MinMax处理部146Bb的输出值比目标状态纵向位置Ltgt的上次值大的情况下输出1。与门146Bf在比较器146Be的输出值和车道内行驶控制中标志这双方均为1的情况下输出1，在并非如此的情况下输出零。选择器146Bd在被从与门146Bf输入了1的情况下将速率限制器146Bc的输出值作为目标状态纵向位置Ltgt输出，在并非如此的情况下将MinMax处理部146Bb的输出值作为目标状态纵向位置Ltgt输出。即，目标状态算出部146B在对暂定目标状态纵向位置进行MinMax处理部146Bb的处理得到的值增加了的情况下，将速率限制器146Bc的输出值作为目标状态纵向位置Ltgt输出。目标状态纵向位置Ltgt是成为距离上行驶多少之后消除初始状态横向偏差Δy0的指针的值。进行上述的处理的结果是，在本车辆M加速着的场景中，能够抑制由于目标状态纵向位置Ltgt过度增加从而初始状态横向偏差Δy0的消除过于延迟这一情况。尤其在进行车道变更的场景中当初始状态横向偏差Δy0的消除延迟时，直至车道变更的完成为止的时间徒然变长，因此适宜进行上述的控制。
图9是表示目标状态算出部146B中的用于求出目标状态横向位置的功能结构的一例的图。目标状态算出部146B除了具备图7所示的结构以外，例如还具备比较器146Bg、选择器146Bh、减法器146Bi及146Bj、MAX处理部146Bk、乘法器146Bl、加法器146Bm、目标车道切换后的经过时间算出部146Bo、目标状态转移比率算出部146Bp、考虑了稳态偏差除去的移动量限制部146Bn、High(高值)选择器146Bq、Low(低值)选择器146Br、以及加法器146Bs。
比较器146Bg在初始状态横向偏差Δy0比允许最大横向偏差小的情况下将1向选择器146Bh输出，在并非如此的情况下将零向选择器146Bh输出。选择器146Bh在被从比较器146Bg输入了1的情况下将设定值(例如零)作为目标状态横向偏差Ytgt输出，在被从比较器146Bg输入了零的情况下，将由减法器146Bi求出的从初始状态横向偏差Δy0减去允许最大横向偏差得到的值作为目标状态横向偏差Ytgt输出。减法器146Bj将从目标状态横向偏差Ytgt减去上次目标状态横向偏差Ytgt(1/Z)得到的值作为移动量A输出。
移动量A的符号函数值sign(A)向乘法器146B1输入。另一方面，向MAX处理部146Bk输入从上次目标状态横向位置移动的最大移动量(恒定值)以及如下和，该和是求上次的乘法器的输出(移动量B)的绝对值得到的ABS(B)的上次值ABS(B)(1/z)与横向移动量速率限制值之和。MAX处理部146Bk将输入的值中的较大的一方向乘法器146B1输出。乘法器146B1将移动量A的符号函数值sign(A)与从MAX处理部146Bk输入的值相乘得到的值(移动量B)向Higi选择器146Bq输出。
向考虑了稳态偏差除去的移动量限制部146Bn输入目标状态横向偏差Ytgt和上次目标状态横向偏差Ytgt(1/z)。考虑了稳态偏差除去的移动量限制部146Bn例如进行式(1)所示的计算而求出移动量C，该式(1)是求取加权和的式子。
C＝w·Ytgt+(1-w)·Ytgt(1/z)…(1)
向目标车道切换后的经过时间算出部146Bo输入初始状态横向偏差Δy0和上次目标状态横向偏差Ytgt(1/z)。目标车道切换后的经过时间算出部146Bo例如在初始状态横向偏差Δy0与上次目标状态横向偏差Ytgt(1/z)之间的差量超过设定值的情况下，判断为目标车道进行了切换，测定(计数)从判断的时间点经过的经过时间并向目标状态转移比率算出部146Bp输出。
经过时间越长，则目标状态转移比率算出部146Bp使目标状态转移比率(系数w)越上升而接近1。目标状态转移比率算出部146Bp使该上升特性在通常时与在车道变更取消时不同。图10是表示目标状态转移比率的特性的一例的图。目标状态转移比率算出部146Bp在车道变更取消时，与通常时相比，相对于经过时间而使系数w早上升。这样计算出的系数w向考虑了稳态偏差除去的移动量限制部146Bn提供。
High选择器146Bq将移动量B和移动量C中绝对值较大的一方向Low选择器146Br输出。Low选择器146Br将移动量A和High选择器146Bq的输出值中绝对值较小的一方作为从上次目标状态移动的移动量向加法器146Bs输出。
加法器146Bs将从上次目标状态移动的移动量与上次目标状态之和作为目标状态横向位置ΔYtgt输出。
在此，说明移动量A、B、C。图11是用于说明目标状态算出部146B的处理的图。在图中，纵轴为相对于目标行驶线L#的横向偏差，横轴为以本车辆M的代表点的位置为基准的车道的行进方向的距离。在图中，记载为初始状态(P0)的是初始状态横向偏差Δy0，α0为目标行驶线L#的横向位置。但是，α0(目标行驶线L#的横向位置)可以如以下那样进行与弯道相应的修正。目标状态算出部146B基于图12所示的特性，根据本车车辆M的速度v来决定转弯R(称作道路的曲率半径)的提取范围。转弯R的提取范围是指进行了如下规定的信息，即，规定：参照相机10的拍摄图像等用于监视车外的状况的信息中的、从本车辆M起到朝向行进方向侧多远距离为止的信息。并且，目标状态算出部146B基于图13所示的特性，来决定与转弯R对应的暂定目标状态修正量。目标状态算出部146B以速率限制器限制暂定目标状态修正量的变化量而决定目标状态修正量。由该目标状态修正量来修正α0的位置。
返回图11，α1是考虑了从初始状态起的限制得出的目标状态。α0与α1的差量相当于移动量A。α2反映从变换到本次的本车坐标系后的上次目标状态α3起的限制而为目标状态。α2与α3的差量相当于移动量B。α2用作后述的贝济埃曲线的控制点P3的横坐标。移动量C未出现于图11，其是用于使α2可靠地接近α0的修正值。
[参照线算出]
偏差收敛参考基准算出部146C算出向目标行驶线L#附加的横向的调整量(偏差收敛参考基准)。偏差收敛参考基准算出部146C例如对贝济埃曲线等几何曲线适用初始状态和目标状态，由此算出偏差收敛参考基准。在以下的说明中使用贝济埃曲线。适用的初始状态是初始状态速度v0、初始状态横向偏差Δy0及初始状态姿态角偏差Δθ0。适用的目标状态是目标状态纵向位置Ltgt及目标状态横向位置ΔYtgt。对此，作为参数而赋予初始状态继承时间T和横向偏差收敛系数u，由此算出偏差收敛参考基准。
图14是用于说明偏差收敛参考基准算出部146C的处理的图。偏差收敛参考基准算出部146C通过定义4个控制点(P0～P3)来决定偏差收敛参考基准的曲线。各控制点的坐标如以下这样决定。
P0：(0，Δy0)
P1：(v0·T·cosθ0，v0·T·cosθ0)
P2：(k·Ltgt，Δytgt)
P3：(Ltgt，Δytgt)
初始状态继承时间T例如为恒定值，在车道变更取消时设定比通常时短的时间。偏差收敛参考基准算出部146C例如按照图15所示的特性来设定横向偏差收敛系数u。初始状态横向偏差Δy0越大，则偏差收敛参考基准算出部146C将横向偏差收敛系数u设定为越小。当横向偏差收敛系数u小时，控制点P2靠近P0侧，因此横向偏差较早收敛。而且，也可以设定控制点P0与控制点P1的最低距离。偏差收敛参考基准的曲线始终处于控制点的凸包(convex hull)的内侧，因此能够防止控制发散(超调(overshoot))。
偏差收敛参考基准在将与车道坐标系即道路的延伸方向及宽度方向大致吻合的方向作为轴的坐标系下制作，因此参照线算出部146D将偏差收敛参考基准变换为本车坐标系。本车坐标系是将本车辆M的代表点作为原点、且将车身中心线的方向及与之正交的车宽方向作为轴的坐标系。参照线算出部146D通过将变换到本车坐标系的偏差收敛参考基准附加(加法计算)于目标行驶线L#，由此算出参照线Lref。
[时间序列追随轨道算出]
时间序列追随轨道生成部148基于继承轨道iLref和参照线Lref，来生成时间序列追随轨道。时间序列追随轨道Tjt生成与数[sec]相应的量的从初始状态起每隔规定周期[例如百[ms]程度)的控制量。因此，时间序列追随轨道Tjt由车辆M从初始状态起每隔规定周期应该抵达的一系列的地点(时间序列轨道点)表示。将每隔地点规定周期而到来的将来的时机称作样本时机。
图16是用于说明时间序列追随轨道生成部148的处理内容的图。时间序列追随轨道生成部148基于初始状态和参照线，来算出每隔样本时机的偏差Δy、速度向量(Vx，Vy)及道路的曲率R。偏差Δy是随着样本时机推移而本车辆M移动之后的位置和与该位置对应的参照线Lref上的位置(从移动之后的位置沿着横向延伸的直线与参照线Lref相交的点；以下称作“对应位置”)之间的距离。时间序列追随轨道生成部148算出各样本时机的FF(前馈)项和FB(反馈)项。FF项和FB项分别由式(2)、(3)表示。Δθ例如是对应位置处的参照线Lref的切线相对于本车辆M的车身中心轴的斜率。
(FF项)＝(Vx·cosΔθ-Vy·sinΔθ)/(R-Δy)…(2)
(FB项)＝{1/(Vx·cosΔθ-Vy·sinΔθ)}·{-KD·(dΔy/dt)-KP·Δy-KI·∫Δy·dt}…(3)
时间序列追随轨道生成部148针对FF项和FB项分别进行低通滤波器处理之后相加，得到目标横摆角速度γ。而且，时间序列追随轨道生成部148基于目标横摆角速度γ和输入速度来算出输入转向操纵角。输入速度例如从成为前述的速度向量的来源的信息取得，用于根据横摆角速度来推定转向角，或者在轨道生成时，算出下一时刻步骤的车辆的位置。此时，时间序列追随轨道生成部148限制输入转向操纵角，避免横向加速度超过上限值。接下来，时间序列追随轨道生成部148将输入转向操纵角和输入速度向等效二轮模型、几何运动模型等车辆模型输入，生成与1个样本时机相应的量的时间序列追随轨道Tjt。通过使用车辆模型，能够生成不超过本车辆M的运动界限那样的时间序列追随轨道Tjt，能够抑制本车辆M产生突然的行为。将在轨道生成的阶段生成的位置、姿态、速度、转向操纵角的信息等反映到接下来的样本时机的偏差Δy、速度向量(Vx，Vy)及转弯R的算出处理中。
[输出路径生成]
图17是用于说明输出路径生成部150的处理的图。输出路径生成部150将初始路线和基于时间序列追随轨道Tjt得到的路径中的任一方选择性地作为目标轨道输出。初始路线是指，将在上次的控制循环中作为目标轨道而输出的轨道，以本次的控制循环的本车辆M的位置为纵向的起点而重新生成的轨道。基于时间序列追随轨道Tjt得到的路径通过对时间序列追随轨道Tjt进行输出路径变换处理和输出路径LPF处理来求出。
输出路径生成部150例如在自动驾驶级别为规定级别以上且由识别部130进行的行驶车道识别无效的情况、或者作出了MRM(Minimum Risk Maneuver)初始路线输出要求的情况下，将初始路线作为目标轨道输出，在并非如此的情况下，将基于时间序列追随轨道Tjt得到的路径作为目标轨道输出。规定级别例如是允许驾驶员放手的自动驾驶级别。MRM初始路线输出要求出于在应该进行手动驾驶的乘员不进行驾驶操作的情况下使本车辆M自动停止的目的而进行。
在输出路径变换处理中，输出路径生成部150将每隔规定周期的时间序列追随轨道Tjt变换为恒定距离间隔(例如每隔数[m])的输出路径(暂定目标轨道Tj#)。暂定目标起动Tj生成与数[sec]相应的量的从初始状态起每隔规定距离周期[例如百[ms]程度)的控制量。因此，暂定目标起动Tj#为了车辆M从初始状态抵达，由恒定距离间隔的一系列的地点(轨道点)表示。
在将时间序列追随轨道Tjt变换为暂定目标起动Tj#时，输出路径生成部150在时间序列追随轨道Tjt的长度未填满下限距离(例如百[m]程度)的情况下，暂定目标起动Tj#也未填满下限距离，因此可以进行用于将暂定目标起动Tj#延伸到下限距离的外推处理。这是因为，时间序列追随轨道Tjt的长度取决于本车辆M的速度，若为低速则有时小于下限距离。图18是用于说明外推处理的图。在图中，Ke是构成暂定目标起动Tj#的轨道点的距本车辆M最远的轨道点。在该情况下，输出路径生成部150首先决定收敛点Kc。输出路径生成部150例如将从本车辆M观察时具有本车辆M的速度v乘以规定时间(例如数[sec]程度的时间)而求出的距离、且在速度v的方向上与某地点对应的(纵向的位置相同)的地点决定为收敛点Kc。并且，以恒定步调缩小与目标行驶线L#之间的横向的偏离Δy的方式(每当接近一点儿收敛点Kc时偏离Δy就减少恒定幅度)，以恒定距离间隔对轨道点进行外推。在图中，由白三角表示的是外推出的轨道点。
在输出路径LPF处理中输出路径生成部150将在上次的控制循环中生成的目标轨道Tj(k-1)与在本次的控制循环中通过输出路径变换处理而生成的暂定目标起动Tj#(k)混合而生成目标轨道Tj。输出路径生成部150例如基于式(4)来生成目标轨道。在式中，q为系数。需要说明的是，在上次的控制循环中生成的目标轨道Tj(k-1)中的轨道点与本车辆M的代表点的位置有时不一致，因此输出路径生成部150将在上次的控制循环中生成的目标轨道Tj(k-1)以本车辆M的代表点的位置为基准而再次设定之后，进行上述的混合处理(LPF处理)。另外，可以不仅反映在上次的控制循环中生成的目标轨道Tj(k-1)，也反映2次前、3次前的控制循环中生成的目标轨道Tj(k-2)、Tj(k-3)等来进行LPF处理。
Tj＝(1-q)·Tj(k-1)+q·Tj#(k)…(4)
输出路径生成部150例如基于本车辆M的速度v和转弯R来决定系数q。图19是用于说明决定系数q的方法的图。如图所示，速度v越大，则输出路径生成部150使系数q越小，转弯R越小(越是急弯道)，则输出路径生成部150使系数q为小。当系数q变小时，反映上次的控制循环中生成的目标轨道Tj(k-1)的比例变大，因此成为控制的骤变被抑制的状态。需要说明的是，输出路径生成部150在满足(a)关于本车辆M的当前位置而能够参照的地图未包含于第二地图信息62、(b)正接近道路划分线从而进行着躲避控制、(c)处于车道变更中(包括车道变更取消中)、(d)正在执行ELK(车道脱离时等、紧急时的自动转向功能的总称)的期间、(e)车道内行驶控制关闭等条件中的至少一部分的情况下，可以不进行LPF处理而将通过输出路径变换处理而生成的暂定目标起动Tj#(k)直接作为目标轨道Tj(k)进行输出。
输出路径生成部150连同目标轨道Tj一起地制作以下说明的附加信息，并向第二控制部180输出。输出路径生成部150针对目标轨道Tj的每个轨道点而算出到左侧边界点的距离和到右侧边界点的距离，并包含于附加信息。
图20是用于说明生成附加信息的处理的图。左侧边界点是使用相机而识别出的行驶车道的左侧边界线(L1)和使用地图而识别出的行驶车道的左侧边界线(L2)中的距轨道点较近的一方。右侧边界点是使用相机而识别出的行驶车道的右侧边界线(L3)和使用地图而识别出的行驶车道的右侧边界线(L4)中的距轨道点较近的一方。但是，在转弯R为基准值以下的情况下，距目标轨道Tj的距离未单调增加的边界线被除外。在图20的例子中，使用相机而识别出的行驶车道的右侧边界线(L3)被从处理对象除外。另外，使用相机而识别出的行驶车道的边界线的算出范围也可以基于转弯R来调整。图21是表示确定使用相机而识别出的行驶车道的边界线的算出范围的特性的一例的图。
输出路径生成部150当如上述那样与轨道点建立对应关系而求出左侧边界点和右侧边界点时，从左侧边界点与轨道点之间的距离减去本车辆M的车宽的一半而设为“到左侧边界点的距离”，从右侧边界点与轨道点之间的距离减去本车辆M的车宽的一半而设为“到右侧边界点的距离”。
而且，输出路径生成部150可以在附加信息中包含初始状态的重置的有无、是否生成了ELK输出、初始路线、相机10是否识别到左右的道路划分线、地图使用的有无、是否使用着对先行车辆进行追踪的车道的信息、左右的道路划分线的识别的有无等信息。附加信息用于判定是否能够继续前述的“规定级别”。
根据以上说明的实施方式，具备：第一线生成部(目标行驶线生成部142)，其基于车辆(本车辆M)的行进方向的道路的形状来生成第一线(目标行驶线L#)；第二线生成部(参照线生成部146)，其将至少包含距第一线的横向偏差(Δy0)的初始状态、以及至少包含目标到达地点的目标状态作为几何曲线的参数(P0、P3)，由此以与初始状态相比在目标到达地点处较接近第一线的方式生成第二线(参照线Lref)；第三线生成部(时间序列追随轨道生成部148)，其基于用于通过反馈控制使第一线与第二线之间的横向偏差接近零的目标值(目标横摆角速度γ)，来生成第三线(时间序列追随轨道Tjt)；以及行驶控制部(第二控制部180)，其基于第三线来使车辆行驶，由此能够实现精度提高和处理负荷的抑制。
上述说明的实施方式能够如以下这样表现。
车辆控制装置构成为，具备：
存储装置，其存储有程序；以及
硬件处理器，
通过所述硬件处理器执行存储于所述存储装置的程序而进行如下处理：
基于车辆的行进方向的道路的形状来生成第一线；
将至少包含距所述第一线的横向偏差的初始状态、以及至少包含目标到达地点的目标状态作为几何曲线的参数，由此以与初始状态相比在所述目标到达地点处较接近第一线的方式生成第二线；
基于用于通过反馈控制来使所述第一线与所述第二线之间的横向偏差接近零的目标值，来生成第三线。
以上使用实施方式说明了本发明的具体实施方式，但本发明丝毫不被这样的实施方式限定，在不脱离本发明的主旨的范围内能够施加各种变形及替换。

Claims (7)

1.一种车辆控制装置，其中，
所述车辆控制装置具备：
第一线生成部，其基于车辆的行进方向的道路的形状，来生成第一线；
第二线生成部，其将至少包含距所述第一线的横向偏差的初始状态、以及至少包含目标到达地点的目标状态作为几何曲线的参数，由此以与初始状态相比在所述目标到达地点处较接近第一线的方式生成第二线；
第三线生成部，其基于用于通过反馈控制来使所述第一线与所述第二线之间的横向偏差接近零的目标值，来生成第三线；以及
行驶控制部，其基于所述第三线来使所述车辆行驶。
2.根据权利要求1所述的车辆控制装置，其中，
所述第一线生成部生成所述第一线、第二线生成部生成所述第二线、所述第三线生成部生成所述第三线的处理针对每个控制循环而反复执行，
所述第二线生成部将在上次以前的控制循环中生成的所述第二线中的与本次的控制循环中的所述车辆的位置对应的地点处的距所述第一线的横向偏差设为所述初始状态所包含的距所述第一线的横向偏差。
3.根据权利要求2所述的车辆控制装置，其中，
所述初始状态还包括初始移动方向，
所述第二线生成部将在上次以前的控制循环中生成的所述第二线中的与本次的控制循环中的所述车辆的位置对应的地点处的切线的方向设为所述初始移动方向。
4.根据权利要求2或3所述的车辆控制装置，其中，
所述第二线生成部考虑基于从所述初始状态起发生的变化的限制和基于从上次的控制循环起发生的变化的限制而求出所述目标到达地点的横向位置。
5.根据权利要求4所述的车辆控制装置，其中，
所述第二线生成部进行如下处理：
从利用速率限制器对从上次的控制循环起发生的变化进行限制得到的横向移动量、以及如下加权和中选择较大的一方，所述加权和是在上次的控制循环中算出的横向移动量与在本次的控制循环中算出的横向移动量的加权和；
从选择出的横向移动量、以及根据基于从所述初始状态起发生的变化的限制而求出的横向移动量中选择较小的一方；以及
基于作为所述较小的一方而选择出的横向移动量，来求出所述目标到达地点的横向位置。
6.一种车辆控制方法，其中，
所述车辆控制方法使车辆控制装置进行如下处理：
基于车辆的行进方向的道路的形状来生成第一线；
将至少包含距所述第一线的横向偏差的初始状态、以及至少包含目标到达地点的目标状态作为几何曲线的参数，由此以与初始状态相比在所述目标到达地点处较接近第一线的方式生成第二线；
基于用于通过反馈控制使所述第一线与所述第二线之间的横向偏差接近零的目标值，来生成第三线；
基于所述第三线来使所述车辆行驶。
7.一种存储介质，其存储有程序，其中，
所述程序使车辆控制装置的处理器进行如下处理：
基于车辆的行进方向的道路的形状来生成第一线；
将至少包含距所述第一线的横向偏差的初始状态、以及至少包含目标到达地点的目标状态作为几何曲线的参数，由此以与初始状态相比在所述目标到达地点处较接近第一线的方式生成第二线；
基于用于通过反馈控制来使所述第一线与所述第二线之间的横向偏差接近零的目标值，来生成第三线；
基于所述第三线来使所述车辆行驶。
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