JP6669640B2 - 軌道評価装置、軌道評価方法、および軌道評価プログラム - Google Patents

Description

本発明は、軌道評価装置、軌道評価方法、および軌道評価プログラムに関する。

従来、自車両の周辺環境を認識し、認識した周辺環境の各対象に現在の危険度を設定し、各対象と自車両との相対速度と相対加速度の少なくとも一方に応じて現在の危険度を補正し、補正された各対象の危険度を加算するとともに、各対象の位置の時間的変化を予測して加算した危険度の時間的変化を予測し、予測した危険度の時間的変化を基に、各時間での自車両の位置毎に該位置での現在の自車幅方向における危険度から危険度の極小点を演算し、少なくとも各極小点に基づいて自車両の旋回制御量を演算し、旋回制御量に基づいて自車両の回避ルートを生成して最終的な回避ルートを決定する、車両の運転支援装置の発明が開示されている（特許文献１参照）。

特許第４９７０１５６号公報

上記従来の技術では、各時間での自車両の位置毎に、専ら自車幅方向における危険度から危険度の極小点を演算し、極小点に基づいて自車両の旋回制御量を演算している。このため、危険度の算出精度が十分でない場合がある。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、より適正に軌道を評価することができる軌道評価装置、軌道評価方法、および軌道評価プログラムを提供することを目的の一つとする。

請求項１記載の発明は、車両が走行する将来の軌道を生成する生成部（１２３Ａ、１２５Ａ）と、前記車両の周辺の物体の将来位置を予測する予測部（１２３Ｂ、１２５Ｂ）と、前記生成部により生成された軌道上の複数の地点（座標）であって、前記車両の通過タイミングが異なる複数の地点のそれぞれについて、前記予測部により予測された物体の将来位置との間の、道路の長手方向に沿った第１の方向に関する相対位置関係と、道路の幅方向に沿った第２の方向に関する相対位置関係とに基づいて評価を行い、前記地点ごとの評価結果に基づいて前記軌道を評価する評価部（１２３Ｃ、１２５Ｃ）と、を備え、前記評価部は、前記軌道上の複数の地点のそれぞれについて、更に、予め設定された目的地までの経路に沿って進行するために前記経路を分割したブロックごとに決定される推奨車線との乖離に関する条件に基づいて評価を行い、少なくとも前記第１の方向に関する相対位置関係について、前記車両に対して前方に存在する前記物体に関しては前記車両の速度に基づいて変動する閾値を用いて評価を行い、前記車両に対して後方に存在する前記物体に関しては前記物体の速度に基づいて変動する閾値を用いて評価を行う、軌道評価装置である。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記評価部は、前記複数の地点のそれぞれについて、更に、前記軌道上の複数の地点の前記第２の方向に関する変動程度に基づいて評価を行うものである。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記評価部は、前記軌道上の複数の地点のそれぞれについて、更に、前記車両の旋回程度に基づいて評価を行うものである。

請求項４記載の発明は、請求項１から３のうちいずれか１項記載の発明において、前記物体の種別を判別する判別部を更に備え、前記評価部は、前記判別部によって判別された前記物体の種別に基づいて、評価の基準を異ならせるものである。

請求項５記載の発明は、請求項１から４のうちいずれか１項記載の発明において、前記生成部は、複数の前記軌道を生成し、前記評価部は、前記生成部により生成された複数の軌道について、それぞれ評価を行い、良好な評価結果が得られた軌道を選択するものである。

請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記生成部は、前記評価部により良好な評価結果が得られた軌道が選択されるまで、繰り返し前記軌道を生成するものである。

請求項７記載の発明は、コンピュータが、車両が走行する将来の軌道を生成し、前記車両の周辺の物体の将来位置を予測し、前記軌道上の複数の地点であって、前記車両の通過タイミングが異なる複数の地点のそれぞれについて、前記予測された物体の将来位置との間の、道路の長手方向に沿った第１の方向に関する相対位置関係と、道路の幅方向に沿った第２の方向に関する相対位置関係とに基づいて評価を行い、前記地点ごとの評価結果に基づいて前記軌道を評価する、軌道評価方法であって、前記軌道を評価する際に、前記軌道上の複数の地点のそれぞれについて、更に、予め設定された目的地までの経路に沿って進行するために前記経路を分割したブロックごとに決定される推奨車線との乖離に関する条件に基づいて評価を行い、少なくとも前記第１の方向に関する相対位置関係について、前記車両に対して前方に存在する前記物体に関しては前記車両の速度に基づいて変動する閾値を用いて評価を行い、前記車両に対して後方に存在する前記物体に関しては前記物体の速度に基づいて変動する閾値を用いて評価を行う、軌道評価方法である。

請求項８記載の発明は、コンピュータに、車両が走行する将来の軌道を生成させ、前記車両の周辺の物体の将来位置を予測させ、前記軌道上の複数の地点であって、前記車両の通過タイミングが異なる複数の地点のそれぞれについて、前記予測された物体の将来位置との間の、道路の長手方向に沿った第１の方向に関する相対位置関係と、道路の幅方向に沿った第２の方向に関する相対位置関係とに基づいて評価を行わせ、前記地点ごとの評価結果に基づいて前記軌道を評価させる、軌道評価プログラムであって、前記軌道を評価させる際に、前記軌道上の複数の地点のそれぞれについて、更に、予め設定された目的地までの経路に沿って進行するために前記経路を分割したブロックごとに決定される推奨車線との乖離に関する条件に基づいて評価を行わせ、少なくとも前記第１の方向に関する相対位置関係について、前記車両に対して前方に存在する前記物体に関しては前記車両の速度に基づいて変動する閾値を用いて評価を行わせ、前記車両に対して後方に存在する前記物体に関しては前記物体の速度に基づいて変動する閾値を用いて評価を行わせる、軌道評価プログラムである。

請求項１〜３、および７〜１１記載の発明によれば、より適正に軌道を評価することができる。

請求項４、５記載の発明によれば、車両と物が互いに接近する速度に基づいて、更に適正に軌道を評価することができる。

請求項６記載の発明によれば、特に接近に対して注意が必要な物体について、余裕を持った走行をすることができる。

第１実施形態に係る軌道評価装置を利用した車両システム１の構成図である。 自車位置認識部１２２により走行車線Ｌ１に対する自車両Ｍの相対位置および姿勢が認識される様子を示す図である。 推奨車線に基づいて目標軌道が生成される様子を示す図である。 目標軌道生成手法の一例について説明するための図である。 目標軌道生成手法の一例について説明するための図である。 間隔Ｓ_ｉｅとＷ_ｉｅについて説明するための図である。 ペナルティ関数Ｐ_２（Ｓ_ｉ，Ｗ_ｉ）について説明するための図である。 目標軌道生成手法の他の例について説明するための図である。 行動計画生成部１２３により実行される処理の流れの一例を示すフローチャートである。 行動計画生成部１２３により実行される処理の流れの他の例を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る軌道評価装置を利用した車両システム２の構成図である。

以下、図面を参照し、本発明の軌道評価装置、軌道評価方法、および軌道評価プログラムの実施形態について説明する。

＜第１実施形態＞
［全体構成］
第１実施形態では、軌道評価装置が自動運転車両に適用されたものとして説明する。図１は、第１実施形態に係る軌道評価装置を利用した車両システム１の構成図である。車両システム１が搭載される車両は、例えば、二輪や三輪、四輪等の車両であり、その駆動源は、ディーゼルエンジンやガソリンエンジンなどの内燃機関、電動機、或いはこれらの組み合わせである。電動機は、内燃機関に連結された発電機による発電電力、或いは二次電池や燃料電池の放電電力を使用して動作する。

車両システム１は、例えば、カメラ１０と、レーダ装置１２と、ファインダ１４と、物体認識装置１６と、通信装置２０と、ＨＭＩ（Human Machine Interface）３０と、ナビゲーション装置５０と、ＭＰＵ（Micro-Processing Unit）６０と、車両センサ７０と、運転操作子８０と、自動運転制御ユニット１００と、走行駆動力出力装置２００と、ブレーキ装置２１０と、ステアリング装置２２０とを備える。これらの装置や機器は、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信線等の多重通信線やシリアル通信線、無線通信網等によって互いに接続される。なお、図１に示す構成はあくまで一例であり、構成の一部が省略されてもよいし、更に別の構成が追加されてもよい。

カメラ１０は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の固体撮像素子を利用したデジタルカメラである。カメラ１０は、車両システム１が搭載される車両（以下、自車両Ｍと称する）の任意の箇所に一つまたは複数が取り付けられる。前方を撮像する場合、カメラ１０は、フロントウインドシールド上部やルームミラー裏面等に取り付けられる。カメラ１０は、例えば、周期的に繰り返し自車両Ｍの周辺を撮像する。カメラ１０は、ステレオカメラであってもよい。

レーダ装置１２は、自車両Ｍの周辺にミリ波などの電波を放射すると共に、物体によって反射された電波（反射波）を検出して少なくとも物体の位置（距離および方位）を検出する。レーダ装置１２は、自車両Ｍの任意の箇所に一つまたは複数が取り付けられる。レーダ装置１２は、ＦＭ−ＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）方式によって物体の位置および速度を検出してもよい。

ファインダ１４は、照射光に対する散乱光を測定し、対象までの距離を検出するＬＩＤＡＲ（Light Detection and Ranging、或いはLaser Imaging Detection and Ranging）である。ファインダ１４は、自車両Ｍの任意の箇所に一つまたは複数が取り付けられる。

物体認識装置１６は、カメラ１０、レーダ装置１２、およびファインダ１４のうち一部または全部による検出結果に対してセンサフュージョン処理を行って、物体の位置、種類、速度などを認識する。物体認識装置１６は、認識結果を自動運転制御ユニット１００に出力する。

通信装置２０は、例えば、セルラー網やＷｉ−Ｆｉ網、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＤＳＲＣ（Dedicated Short Range Communication）などを利用して、自車両Ｍの周辺に存在する他車両と通信し、或いは無線基地局を介して各種サーバ装置と通信する。

ＨＭＩ３０は、自車両Ｍの乗員に対して各種情報を提示すると共に、乗員による入力操作を受け付ける。ＨＭＩ３０は、各種表示装置、スピーカ、ブザー、タッチパネル、スイッチ、キーなどを含む。

ナビゲーション装置５０は、例えば、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）受信機５１と、ナビＨＭＩ５２と、経路決定部５３とを備え、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やフラッシュメモリなどの記憶装置に第１地図情報５４を保持している。ＧＮＳＳ受信機は、ＧＮＳＳ衛星から受信した信号に基づいて、自車両Ｍの位置を特定する。自車両Ｍの位置は、車両センサ７０の出力を利用したＩＮＳ（Inertial Navigation System）によって特定または補完されてもよい。ナビＨＭＩ５２は、表示装置、スピーカ、タッチパネル、キーなどを含む。ナビＨＭＩ５２は、前述したＨＭＩ３０と一部または全部が共通化されてもよい。経路決定部５３は、例えば、ＧＮＳＳ受信機５１により特定された自車両Ｍの位置（或いは入力された任意の位置）から、ナビＨＭＩ５２を用いて乗員により入力された目的地までの経路を、第１地図情報５４を参照して決定する。第１地図情報５４は、例えば、道路を示すリンクと、リンクによって接続されたノードとによって道路形状が表現された情報である。第１地図情報５４は、道路の曲率やＰＯＩ（Point Of Interest）情報などを含んでもよい。経路決定部５３により決定された経路は、ＭＰＵ６０に出力される。また、ナビゲーション装置５０は、経路決定部５３により決定された経路に基づいて、ナビＨＭＩ５２を用いた経路案内を行ってもよい。なお、ナビゲーション装置５０は、例えば、ユーザの保有するスマートフォンやタブレット端末等の端末装置の機能によって実現されてもよい。また、ナビゲーション装置５０は、通信装置２０を介してナビゲーションサーバに現在位置と目的地を送信し、ナビゲーションサーバから返信された経路を取得してもよい。

ＭＰＵ６０は、例えば、推奨車線決定部６１として機能し、ＨＤＤやフラッシュメモリなどの記憶装置に第２地図情報６２を保持している。推奨車線決定部６１は、ナビゲーション装置５０から提供された経路を複数のブロックに分割し（例えば、車両進行方向に関して１００［ｍ］毎に分割し）、第２地図情報６２を参照してブロックごとに推奨車線を決定する。推奨車線決定部６１は、左から何番目の車線を走行するといった決定を行う。推奨車線決定部６１は、経路において分岐箇所や合流箇所などが存在する場合、自車両Ｍが、分岐先に進行するための合理的な経路を走行できるように、推奨車線を決定する。

第２地図情報６２は、第１地図情報５４よりも高精度な地図情報である。第２地図情報６２は、例えば、車線の中央の情報あるいは車線の境界の情報等を含んでいる。また、第２地図情報６２には、道路情報、交通規制情報、住所情報（住所・郵便番号）、施設情報、電話番号情報などが含まれてよい。道路情報には、高速道路、有料道路、国道、都道府県道といった道路の種別を表す情報や、道路の車線数、各車線の幅員、道路の勾配、道路の位置（経度、緯度、高さを含む３次元座標）、車線のカーブの曲率、車線の合流および分岐ポイントの位置、道路に設けられた標識等の情報が含まれる。第２地図情報６２は、通信装置２０を用いて他装置にアクセスすることにより、随時、アップデートされてよい。

車両センサ７０は、自車両Ｍの速度を検出する車速センサ、加速度を検出する加速度センサ、鉛直軸回りの角速度を検出するヨーレートセンサ、自車両Ｍの向きを検出する方位センサ等を含む。

運転操作子８０は、例えば、アクセルペダル、ブレーキペダル、シフトレバー、ステアリングホイールその他の操作子を含む。運転操作子８０には、操作量あるいは操作の有無を検出するセンサが取り付けられており、その検出結果は、自動運転制御ユニット１００、もしくは、走行駆動力出力装置２００、ブレーキ装置２１０、およびステアリング装置２２０のうち一方または双方に出力される。

自動運転制御ユニット１００は、例えば、第１制御部１２０と、第２制御部１４０とを備える。第１制御部１２０と第２制御部１４０は、それぞれ、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサがプログラム（ソフトウェア）を実行することで実現される。また、以下に説明する第１制御部１２０と第２制御部１４０の機能部のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）などのハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。

第１制御部１２０は、例えば、外界認識部１２１と、自車位置認識部１２２と、行動計画生成部１３０とを備える。外界認識部１２１は、物体種別判別部１２１Ａを備える。また、行動計画生成部１２３は、軌道生成部１２３Ａと、将来位置予測部１２３Ｂと、評価部１２３Ｃとを備える。物体種別判別部１２１Ａと、軌道生成部１２３Ａと、将来位置予測部１２３Ｂと、評価部１２３Ｃとを合わせたものが、軌道評価装置の一例である。

外界認識部１２１は、カメラ１０、レーダ装置１２、およびファインダ１４から物体認識装置１６を介して入力される情報に基づいて、自車両Ｍの周辺にある物体の位置、および速度、加速度等の状態を認識する。物体の位置は、その物体の重心やコーナー等の代表点で表されてもよいし、表現された領域で表されてもよい。物体の「状態」とは、物体両の加速度やジャーク、あるいは「行動状態」（例えば車線変更をしている、またはしようとしているか否か）を含んでもよい。

また、外界認識部１２１の物体種別判別部１２１Ａは、物体の種別（大型車両、普通車両、トラック、二輪車、歩行者、ガードレールや電柱、駐車車両など）を判別する。物体種別判別部１２１Ａは、例えば、カメラ１０により撮像される物体のサイズや形状、レーダ装置１２における受信強度、その他の情報に基づいて、物体の種別を判別する。

自車位置認識部１２２は、例えば、自車両Ｍが走行している車線（走行車線）、並びに走行車線に対する自車両Ｍの相対位置および姿勢を認識する。自車位置認識部１２２は、例えば、第２地図情報６２から得られる道路区画線のパターン（例えば実線と破線の配列）と、カメラ１０によって撮像された画像から認識される自車両Ｍの周辺の道路区画線のパターンとを比較することで、走行車線を認識する。この認識において、ナビゲーション装置５０から取得される自車両Ｍの位置やＩＮＳによる処理結果が加味されてもよい。

そして、自車位置認識部１２２は、例えば、走行車線に対する自車両Ｍの位置や姿勢を認識する。図２は、自車位置認識部１２２により走行車線Ｌ１に対する自車両Ｍの相対位置および姿勢が認識される様子を示す図である。自車位置認識部１２２は、例えば、自車両Ｍの基準点（例えば重心）の走行車線中央ＣＬからの乖離ＯＳ、および自車両Ｍの進行方向の走行車線中央ＣＬを連ねた線に対してなす角度θを、走行車線Ｌ１に対する自車両Ｍの相対位置および姿勢として認識する。なお、これに代えて、自車位置認識部１２２は、自車線Ｌ１のいずれかの側端部に対する自車両Ｍの基準点の位置などを、走行車線に対する自車両Ｍの相対位置として認識してもよい。自車位置認識部１２２により認識される自車両Ｍの相対位置は、推奨車線決定部６１および行動計画生成部１２３に提供される。

行動計画生成部１２３は、推奨車線決定部６１により決定されて推奨車線を走行するように、且つ、自車両Ｍの周辺状況に対応できるように、自動運転において順次実行されるイベントを決定する。イベントには、例えば、一定速度で同じ走行車線を走行する定速走行イベント、前走車両に追従する追従走行イベント、前走車両を追い越す追い越しイベント、障害物を回避する回避イベント、車線変更イベント、合流イベント、分岐イベント、緊急停止イベント、自動運転を終了して手動運転に切り替えるためのハンドオーバイベントなどがある。また、これらのイベントの実行中に、自車両Ｍの周辺状況（周辺車両や歩行者の存在、道路工事による車線狭窄など）に基づいて、回避のための行動が計画される場合もある。

行動計画生成部１２３は、軌道生成部１２３Ａ、将来位置予測部１２３Ｂ、および評価部１２３Ｃの機能によって、自車両Ｍが将来走行する目標軌道を生成する。各機能部の詳細については後述する。目標軌道は、例えば、速度要素を含んでいる。例えば、目標軌道は、所定のサンプリング時間（例えば０コンマ数［ｓｅｃ］程度）ごとに将来の基準時刻を複数設定し、それらの基準時刻に到達すべき目標地点（軌道点）の集合として生成される。このため、軌道点同士の間隔が広い場合、その軌道点の間の区間を高速に走行することを示している。

図３は、推奨車線に基づいて目標軌道が生成される様子を示す図である。図示するように、推奨車線は、目的地までの経路に沿って走行するのに都合が良いように設定される。行動計画生成部１２３は、推奨車線の切り替わり地点の所定距離手前（イベントの種類に応じて決定されてよい）に差し掛かると、車線変更イベント、分岐イベント、合流イベントなどを起動する。各イベントの実行中に、障害物を回避する必要が生じた場合には、図示するように回避軌道が生成される。

第２制御部１４０は、走行制御部１４１を備える。走行制御部１４１は、行動計画生成部１２３によって生成された目標軌道を、予定の時刻通りに自車両Ｍが通過するように、走行駆動力出力装置２００、ブレーキ装置２１０、およびステアリング装置２２０を制御する。

走行駆動力出力装置２００は、車両が走行するための走行駆動力（トルク）を駆動輪に出力する。走行駆動力出力装置２００は、例えば、内燃機関、電動機、および変速機などの組み合わせと、これらを制御するＥＣＵとを備える。ＥＣＵは、走行制御部１４１から入力される情報、或いは運転操作子８０から入力される情報に従って、上記の構成を制御する。

ブレーキ装置２１０は、例えば、ブレーキキャリパーと、ブレーキキャリパーに油圧を伝達するシリンダと、シリンダに油圧を発生させる電動モータと、ブレーキＥＣＵとを備える。ブレーキＥＣＵは、走行制御部１４１から入力される情報、或いは運転操作子８０から入力される情報に従って電動モータを制御し、制動操作に応じたブレーキトルクが各車輪に出力されるようにする。ブレーキ装置２１０は、運転操作子８０に含まれるブレーキペダルの操作によって発生させた油圧を、マスターシリンダを介してシリンダに伝達する機構をバックアップとして備えてよい。なお、ブレーキ装置２１０は、上記説明した構成に限らず、走行制御部１４１から入力される情報に従ってアクチュエータを制御して、マスターシリンダの油圧をシリンダに伝達する電子制御式油圧ブレーキ装置であってもよい。

ステアリング装置２２０は、例えば、ステアリングＥＣＵと、電動モータとを備える。電動モータは、例えば、ラックアンドピニオン機構に力を作用させて転舵輪の向きを変更する。ステアリングＥＣＵは、走行制御部１４１から入力される情報、或いは運転操作子８０から入力される情報に従って、電動モータを駆動し、転舵輪の向きを変更させる。

［軌道評価に基づく軌道決定］
以下、行動計画生成部１２３による目標軌道生成手法の一例について説明する。以下に説明する手法は、前述した各種イベントのうち一部のイベントが起動しているときに実行される。

図４は、目標軌道生成手法の一例について説明するための図である。行動計画生成部１２３の軌道生成部１２３Ａは、まず、対象区間における対象車線内の路面領域を、道路の長手方向に沿った方向（進行方向）Ｓ、道路の幅方向に沿った方向（横方向）Ｗを軸とした座標系を想定し、路面領域を二方向に一定幅で仮想的に区切って得られるグリッドを設定する。グリッドの区切り幅は、進行方向と横方向とで等しくなるように設定してもよいし、異なるように設定してもよい。対象車線は、例えば、自車両Ｍが走行している車線Ｌｐと、前述したようにＭＰＵ６０により決定される推奨車線Ｌｒとを含む。対象車線については特段の制限は無く、任意に設定されてよい。また、図４は説明を簡易化するために直線路で表しているが、カーブに関しても、何らかの変換処理を介することで同様の処理を行うことができる。

軌道生成部１２３Ａは、図示するように仮想的に設定したグリッドに対して、進行方向に関して一グリッドごとに、横方向の座標を選択することで特定される軌道を、目標軌道候補とする。図中、ハッチングが付けられた部分が、一つの目標軌道候補に相当する。なお、図では横方向に関しても一グリッド刻みで座標を持つように表現しているが、目標軌道候補に含まれる座標は、横方向に関して小数点以下の座標を持つようにしてよい。この目標軌道候補は、自車両Ｍの代表点（前述したように重心など）が通過するものである。軌道生成部１２３Ａは、例えば、所定の制約下で生成し得る全ての組み合わせを、目標軌道候補として生成する。

以下、対象区間における進行方向Ｓに関するグリッド数（座標の数）をＮとし、一つの目標軌道候補は、Ｎ個の座標を含むものとする。また、各座標を、（Ｓ_ｉ，Ｗ_ｉ）で表す（ｉ＝１、２、…、Ｎ）。なお、所定数ｒおきにグリッドを選択する場合、一つの目標軌道候補は、Ｎ／ｒ個のグリッドを含むことになる。

例えば、軌道生成部１２３Ａは、離散化された傾き（入力）を一つ選択することで、ある座標（Ｓ_ｉ，Ｗ_ｉ）に基づいて一つ先の座標（Ｓ_ｉ＋１，Ｗ_ｉ＋１）を決定する。図５は、目標軌道生成手法の一例について説明するための図である。図示するように、軌道生成部１２３Ａは、ある座標（Ｓ_ｉ，Ｗ_ｉ）に対して、進行方向Ｓに対する傾きに対して上限を設け、上限までの範囲内で有限数の角度を所定角度刻みで設定し、その角度で延伸した先にある座標を次の座標（Ｓ_ｉ＋１，Ｗ_ｉ＋１）の選択肢として決定する（以上、「所定の制約」の一例）。図では、有限数の角度として、θ、２θ、０、−θ、−２θの５つを例示している。このようにして、起点である座標（Ｓ_１，Ｗ_１）から波及的に求められる一連の座標の組み合わせの全てが、目標軌道候補に相当する。なお、行動計画生成部１２３の軌道生成部１２３Ａは、進行方向Ｓに関して所定数おきにグリッドを選択してもよい。

将来位置予測部１２３Ｂは、外界認識部１２１により認識された物体の将来の位置を予測する。将来位置予測部１２３Ｂは、例えば、物体が等速運動をするものとして物体の将来の位置を予測する。これに代えて、将来位置予測部１２３Ｂは、物体が等加速度運動、等ジャーク運動をするものとして物体の将来の位置を予測してもよい。また、将来位置予測部１２３Ｂは、例えば、自車両Ｍが目標軌道候補において進行方向Ｓに１グリッド分移動するごとの将来のタイミングについて、物体の将来の位置を予測する。自車両Ｍが目標軌道候補において進行方向Ｓに１グリッド分移動するのに所要する時間は、自車両Ｍの将来の速度変化に依存するが、将来位置予測部１２３Ｂは、例えば、自車両Ｍが等速運動、等加速度運動、等ジャーク運動、或いは確率統計モデルから計算される予測運動モデルに基づく運動など、予測可能な任意の運動をするものとして、将来のタイミングを定める。

評価部１２３Ｃは、軌道生成部１２３Ａによって生成された目標軌道候補について、座標ごとに、物体との相対位置関係などに基づく評価を行い、座標ごとの評価結果に基づいて（例えば加算して）目標軌道候補を評価する。

式（１）は、座標ごとの評価手法の一例を示す式である。このように表される評価値Ｊｉは、値が小さいほど、そのグリッドにおける評価が良好であることを示している。

Ｃ１は、正の定数である。Ｗ_ｒｅｆは、目標とすべき横方向の位置であり、例えば、推奨車線Ｌｒの中心線に対応する位置である。各グリッドにおいて、横方向の位置がＷｒｅｆから乖離する程、（Ｗ_ｉ−Ｗ_ｒｅｆ）^２が大きくなるため、Ｊ_ｉの値は大きくなる。

Ｃ２は、正の定数である。Ｃ２が乗算される項は、進行方向に関して隣接する目標軌道候補上のグリッド間における横方向の変動量を示す。従って、自車両Ｍに急な旋回が生じるのに応じて、Ｊ_ｉの値は大きくなる。なお、この項は、目標軌道候補を走行することによって生じる角速度や操舵角（旋回程度）が大きくなる程、大きくなる項であってもよい。

Ｐ_１（Ｓ_ｉ，Ｗ_ｉ）は、対象車線からの逸脱に関するペナルティ関数である。Ｐ_１（Ｓ_ｉ，Ｗ_ｉ）は、例えば、式（２）で表される。式中、｜Ｗ_ｉ−Ｗｂ｜は、対象車線のいずれかの側端部からの逸脱量を示す。なお、｜Ｗ_ｉ−Ｗｂ｜に代えて、十分に大きい（これが加算されることで、その目標軌道候補が選択される可能性が非常に低くなる）正の定数を式の要素としてもよい。

Ｐ_２（Ｓ_ｉ，Ｗ_ｉ）は、物体への接近に関するペナルティ関数である。自車両Ｍの周辺に複数の物体が存在する場合、Ｐ_２（Ｓ_ｉ，Ｗ_ｉ）は、物体のそれぞれについて設定されてもよい。Ｐ_２（Ｓ_ｉ，Ｗ_ｉ）は、例えば、式（３）で表される。Ｓ_ｉｅは、自車両Ｍと物体との進行方向に関する間隔、Ｗ_ｉｅは、自車両Ｍと物体との横方向に関する間隔、Ｓ_ｍｉｎおよびＷ_ｍｉｎは閾値である。Ｃ３は、十分に大きい（これが加算されることで、その目標軌道候補が選択される可能性が非常に低くなる）正の定数である。なお、Ｃ３に代えて、物体に近いほど大きくなる値を式の要素としてもよい。

図６は、間隔Ｓ_ｉｅとＷ_ｉｅについて説明するための図である。図示する例では、物体が他車両ｍであるものとしている。図６の上図に示すように、間隔Ｓ_ｉｅは、物体が自車両Ｍの前方に存在する場合は、例えば、自車両Ｍの代表点Ｒから他車両ｍの後端部ｍｒまでの間隔である。また、図６の下図に示すように、間隔Ｓ_ｉｅは、物体が自車両の後方に存在する場合は、例えば、自車両Ｍの代表点Ｒから他車両ｍの前端部ｍｆまでの間隔である。間隔Ｗ_ｉｅは、例えば、自車両Ｍの代表点と物体の代表点との横方向に関する間隔である。物体の代表点とは、物体が他車両ｍである場合、例えば、車両幅方向に関する中心線の通る点である。なお、このような定義はあくまで一例であり、同様の性質が維持される限り、任意に定義を行ってよい。

図７は、ペナルティ関数Ｐ_２（Ｓ_ｉ，Ｗ_ｉ）について説明するための図である。図７（Ａ）に示すように、Ｓ_ｉｅ≧Ｓ_ｍｉｎおよびＷ_ｉｅ≧Ｗ_ｍｉｎが成立している場合、他車両ｍは例えば自車両Ｍとは異なる車線を走行していると推測され、車間距離も十分に保たれているのであるから、ペナルティ関数Ｐ_２（Ｓ_ｉ，Ｗ_ｉ）はゼロとなる。

図７（Ｂ）に示すように、Ｓ_ｉｅ≧Ｓ_ｍｉｎおよびＷ_ｉｅ＜Ｗ_ｍｉｎが成立している場合、他車両ｍは自車両Ｍと同じ車線を走行していると推測されるが、車間距離が十分に保たれているのであるから、ペナルティ関数Ｐ_２（Ｓ_ｉ，Ｗ_ｉ）はゼロとなる。

図７（Ｃ）に示すように、Ｓ_ｉｅ＜Ｓ_ｍｉｎおよびＷ_ｉｅ≧Ｗ_ｍｉｎが成立している場合、車間距離は十分でないが、他車両ｍは自車両Ｍと異なる車線を走行していると推測されるため、このまま自車両Ｍが加速しても安全に追い越すことができる。このため、ペナルティ関数Ｐ_２（Ｓ_ｉ，Ｗ_ｉ）はゼロとなる。

そして、図７（Ｄ）に示すように、Ｓ_ｉｅ＜Ｓ_ｍｉｎおよびＷ_ｉｅ＜Ｗ_ｍｉｎが成立している場合、他車両ｍは自車両Ｍと同じ車線を走行していると推測され、しかも車間距離が十分に保たれていないため、ペナルティ関数Ｐ_２（Ｓ_ｉ，Ｗ_ｉ）は大きい値Ｃ３となる。

ここで、閾値Ｗ_ｍｉｎは例えば一定の値であるが、閾値Ｓ_ｍｉｎは、式（４）に示すように速度に応じた可変値であってもよい。式中、ｖ_ｘは、自車両Ｍが他車両ｍよりも後方に存在する場合は自車両Ｍの速度であり、自車両Ｍが他車両ｍよりも前方に存在する場合は他車両ｍの速度である。また、値ｔｈは固定値であってもよいし、実行中のイベントによって異なる値に設定されてもよい。例えば、車線変更イベントの場合は小さく、追従走行イベントの場合は大きく設定されてもよい。また、閾値Ｗ_ｍｉｎも閾値Ｓ_ｍｉｎと同様に、自車両Ｍの横方向の速度に応じた可変値にしてもよい。

Ｓ_ｍｉｎ＝ｖ_ｘ×ｔｈ …（４）

また、ペナルティ関数Ｐ_２（Ｓ_ｉ，Ｗ_ｉ）における閾値Ｓ_ｍｉｎおよび／またはＷ_ｍｉｎは、物体種別判別部１２１Ａにより判別された物体の種別に基づいて補正されてもよい。例えば、特に接近を避けるべき物体（歩行者、二輪車、大型車両など）については、１以上の補正係数が閾値Ｓ_ｍｉｎおよび／またはＷ_ｍｉｎに乗算されてもよい。これによって、特に接近を避けるべき物体に対しては、余裕をもって走行することができる。

なお、自車両Ｍの前方に、道路上に置かれたコーンなどによる車線狭窄がある場合、コーンを物体と捉えてもよいし、対象車線が狭くなったと捉えてもよい。

式（１）によって座標ごとの評価値を求めると、評価部１２３Ｃは、式（５）に基づいて目標軌道候補に対する評価値Ｊを求める。式中、Ｗ_Ｎ−Ｗ_ｒｅｆは、目標軌道候補の終点におけるグリッドの横方向の位置と、目標とすべき横方向の位置Ｗ_ｒｅｆとの乖離である。

最終的に、評価部１２３Ｃは、例えば、評価値Ｊの最も小さい（評価の高い）目標軌道候補を選択し、目標軌道として決定する。これによって、より適正に軌道を評価することができる。

以上説明した手法は、目標とすべき横方向の位置Ｗ_ｒｅｆが一つに定まる例である。これに限らず、追い越しイベントや障害物回避イベントにおいて、目標とすべき横方向の位置Ｗ_ｒｅｆが複数設定されることがあってもよい。図８は、目標軌道生成手法の他の例について説明するための図である。図示するように、自車両Ｍの前方を低速で走行する他車両ｍが存在し、左右の車線のいずれにも進行可能な場合、行動計画生成部１２３は、目標とすべき横方向の位置Ｗ_ｒｅｆを左右それぞれの車線に設定し（図中Ｗ_ｒｅｆ（１）、Ｗ_ｒｅｆ（２））、それぞれについて評価値Ｊを計算し、より小さい（評価の高い）評価値Ｊが得られた方の車線に進行する目標軌道を選択してもよい。このような処理によって、より適正な軌道を生成できる側に車線変更することができる。

以下、行動計画生成部１２３の処理の流れについて、フローチャートを用いて説明する。図９は、行動計画生成部１２３により実行される処理の流れの一例を示すフローチャートである。

まず、軌道生成部１２３Ａが、目標軌道の候補を複数生成する（ステップＳ１００）。次に、将来位置予測部１２３Ｂが、自車両Ｍの周辺にある物体の将来位置を予測する（ステップＳ１０２）。

次に、評価部１２３Ｃが、目標軌道の候補を一つ選択し（ステップＳ１０４）、座標ごとに評価を行う（ステップＳ１０６）。そして、座標ごとの評価を統合して目標軌道の候補を評価する（ステップＳ１０８）。

次に、評価部１２３Ｃは、ステップＳ１０４において、ステップＳ１００で生成された目標軌道の候補を全て選択したか否かを判定する（ステップＳ１１０）。目標軌道の候補を全て選択していないと判定された場合、ステップＳ１０４に処理が戻る。一方、目標軌道の候補を全て選択したと判定された場合、評価部１２３Ｃは、評価値の最も小さい目標軌道の候補を目標軌道として選択する（ステップＳ１１２）。

図９のフローチャートでは、複数の目標軌道の候補のうち、評価値が最も小さいものを選択するものとしたが、これに代えて、以下に説明するような処理を行ってもよい。図１０は、行動計画生成部１２３により実行される処理の流れの他の例を示すフローチャートである。

まず、将来位置予測部１２３Ｂが、自車両Ｍの周辺にある物体の将来位置を予測する（ステップＳ２００）。

次に、軌道生成部１２３Ａが、目標軌道の候補を生成する（ステップＳ２０２）。次に、評価部１２３Ｃが、座標ごとに評価を行い（ステップＳ２０４）、座標ごとの評価を統合して目標軌道の候補を評価する（ステップＳ２０６）。

次に、評価部１２３Ｃは、目標軌道の評価値が基準値以下となったか否かを判定する（ステップＳ２０８）。目標軌道の評価値が基準値を超える場合、ステップＳ２０２に処理が戻り、軌道生成部１２３Ａが、他の目標軌道の候補を生成する。一方、目標軌道の評価値が基準値以下となった場合、目標軌道の候補を目標軌道として決定する（ステップＳ２１０）。

以上説明した第１実施形態の車両システム１（軌道評価装置）によれば、軌道生成部１２３Ａにより生成された軌道上のグリッドのそれぞれについて、将来位置予測部１２３Ｂにより予測された物体の将来位置との間の、道路の長手方向に沿った第１の方向（Ｓ）に関する相対位置関係と、道路の幅方向に沿った第２の方向（Ｗ）に関する相対位置関係とに基づいて評価を行い、座標ごとの評価結果に基づいて軌道を評価することにより、より適正に軌道を評価することができる。

＜第２実施形態＞
第２実施形態では、軌道評価装置が、自動車線変更などの運転支援を行う運転支援装置に適用されたものとして説明する。図１１は、第２実施形態に係る軌道評価装置を利用した車両システム２の構成図である。図１１において、図１と共通する機能を有する構成要素については、同じ符号を付している。従って、それらについて再度の説明を省略する。

車両システム２は、ＡＬＣ（Auto Lane Change）スイッチ４０に対してなされた操作に基づいて、自動的に車線変更を行う。ＡＬＣスイッチ４０は、例えば、方向指示器が兼用される。運転支援ユニット１００Ａは、第１実施形態における行動計画生成部１２３に代えて車線変更制御部１２５を備える。車線変更制御部１２５は、ＡＬＣスイッチ４０が操作されたときに、所定の条件（自車両Ｍの速度が規定範囲内であり、周辺の車両との距離が基準値以上に保たれているなど）を満たした場合に、自動的に車線変更を行う。

自動的に車線変更を行う際に、軌道生成部１２５Ａ、将来位置予測部１２５Ｂ、および評価部１２５Ｃが、目標軌道を決定する。これらの機能は、第１実施形態における軌道生成部１２３Ａ、将来位置予測部１２３Ｂ、および評価部１２３Ｃの機能と同様である。

以上説明した第２実施形態の車両システム２（軌道評価装置）によれば、第１実施形態と同様に、より適正に軌道を評価することができる。

以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び置換を加えることができる。

１００ 自動運転制御ユニット
１００Ａ 運転支援ユニット
１２０ 第１制御部
１２１ 外界認識部
１２１Ａ 物体種別判別部
１２２ 自車位置認識部
１２３ 行動計画生成部
１２３Ａ 軌道生成部
１２３Ｂ 将来位置予測部
１２３Ｃ 評価部
１２５ 車線変更制御部
１２５Ａ 軌道生成部
１２５Ｂ 将来位置予測部
１２５Ｃ 評価部
１４０ 第２制御部
１４１ 走行制御部

Claims (8)

1. 車両が走行する将来の軌道を生成する生成部と、
   前記車両の周辺の物体の将来位置を予測する予測部と、
   前記生成部により生成された軌道上の複数の地点であって、前記車両の通過タイミングが異なる複数の地点のそれぞれについて、前記予測部により予測された物体の将来位置との間の、道路の長手方向に沿った第１の方向に関する相対位置関係と、道路の幅方向に沿った第２の方向に関する相対位置関係とに基づいて評価を行い、前記地点ごとの評価結果に基づいて前記軌道を評価する評価部と、
   を備え、
   前記評価部は、
   前記軌道上の複数の地点のそれぞれについて、更に、予め設定された目的地までの経路に沿って進行するために前記経路を分割したブロックごとに決定される推奨車線との乖離に関する条件に基づいて評価を行い、
   少なくとも前記第１の方向に関する相対位置関係について、前記車両に対して前方に存在する前記物体に関しては前記車両の速度に基づいて変動する閾値を用いて評価を行い、前記車両に対して後方に存在する前記物体に関しては前記物体の速度に基づいて変動する閾値を用いて評価を行う、
   軌道評価装置。
2. 前記評価部は、前記複数の地点のそれぞれについて、更に、前記軌道上の複数の地点の前記第２の方向に関する変動程度に基づいて評価を行う、
   請求項１記載の軌道評価装置。
3. 前記評価部は、前記軌道上の複数の地点のそれぞれについて、更に、前記車両の旋回程度に基づいて評価を行う、
   請求項１記載の軌道評価装置。
4. 前記物体の種別を判別する判別部を更に備え、
   前記評価部は、前記判別部によって判別された前記物体の種別に基づいて、評価の基準を異ならせる、
   請求項１から３のうちいずれか１項記載の軌道評価装置。
5. 前記生成部は、複数の前記軌道を生成し、
   前記評価部は、前記生成部により生成された複数の軌道について、それぞれ評価を行い、良好な評価結果が得られた軌道を選択する、
   請求項１から４のうちいずれか１項記載の軌道評価装置。
6. 前記生成部は、前記評価部により良好な評価結果が得られた軌道が選択されるまで、繰り返し前記軌道を生成する、
   請求項５記載の軌道評価装置。
7. コンピュータが、
   車両が走行する将来の軌道を生成し、
   前記車両の周辺の物体の将来位置を予測し、
   前記軌道上の複数の地点であって、前記車両の通過タイミングが異なる複数の地点のそれぞれについて、前記予測された物体の将来位置との間の、道路の長手方向に沿った第１の方向に関する相対位置関係と、道路の幅方向に沿った第２の方向に関する相対位置関係とに基づいて評価を行い、
   前記地点ごとの評価結果に基づいて前記軌道を評価する、
   軌道評価方法であって、
   前記軌道を評価する際に、
   前記軌道上の複数の地点のそれぞれについて、更に、予め設定された目的地までの経路に沿って進行するために前記経路を分割したブロックごとに決定される推奨車線との乖離に関する条件に基づいて評価を行い、
   少なくとも前記第１の方向に関する相対位置関係について、前記車両に対して前方に存在する前記物体に関しては前記車両の速度に基づいて変動する閾値を用いて評価を行い、前記車両に対して後方に存在する前記物体に関しては前記物体の速度に基づいて変動する閾値を用いて評価を行う、
   軌道評価方法。
8. コンピュータに、
   車両が走行する将来の軌道を生成させ、
   前記車両の周辺の物体の将来位置を予測させ、
   前記軌道上の複数の地点であって、前記車両の通過タイミングが異なる複数の地点のそれぞれについて、前記予測された物体の将来位置との間の、道路の長手方向に沿った第１の方向に関する相対位置関係と、道路の幅方向に沿った第２の方向に関する相対位置関係とに基づいて評価を行わせ、
   前記地点ごとの評価結果に基づいて前記軌道を評価させる、
   軌道評価プログラムであって、
   前記軌道を評価させる際に、
   前記軌道上の複数の地点のそれぞれについて、更に、予め設定された目的地までの経路に沿って進行するために前記経路を分割したブロックごとに決定される推奨車線との乖離に関する条件に基づいて評価を行わせ、
   少なくとも前記第１の方向に関する相対位置関係について、前記車両に対して前方に存在する前記物体に関しては前記車両の速度に基づいて変動する閾値を用いて評価を行わせ、前記車両に対して後方に存在する前記物体に関しては前記物体の速度に基づいて変動する閾値を用いて評価を行わせる、
   軌道評価プログラム。

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