專利名稱：行駛軌跡生成方法及行駛軌跡生成裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及生成車輛的將來的行駛軌跡的行駛軌跡生成方法及行駛軌跡生成裝 置。
背景技術：
已開發出了生成車輛的最佳行駛軌跡，利用該行駛軌跡來進行各種駕駛支援或進 行自動駕駛的技術。在專利文獻1中記載的裝置中，公開了下述技術檢測對象車輛前方的 道路形狀，根據該道路形狀和對象車輛的行駛速度運算對象車輛的將來位置，將該對象車 輛將來位置投影到前風擋玻璃而顯示。特別是，在彎路的情況下，將作為彎路特征點的轉彎 點和對象車輛將來位置一并投影到前風擋玻璃而顯示。另外，在非專利文獻1中公開了用 于在彎路最快行駛的最佳行駛軌跡的生成方法。專利文獻1 日本特開號公報專利文獻2 日本特開號公報非專利文獻1 藤R健彥、江守大昌自動車技術會論文集Vol. 24，No. 3, July 1993，P106-111 “有關最短時間轉彎法的理論研究”以往的行駛軌跡的生成方法是將最快行駛等作為評價條件的生成行駛軌跡的方 法，其沒有考慮到燃油經濟性。因此，加速踏板操作、制動操作容易變得最大，成為燃油經濟 性方面拙劣的行駛軌跡。特別是，在彎路的情況下，由于產生橫向力的同時需要進行加減 速，因而如不考慮燃油經濟性的話會成為燃油經濟性不好的行駛軌跡。

發明內容
本發明的目的在于提供生成考慮了燃油經濟性的行駛軌跡的行駛軌跡生成方法 及行駛軌跡生成裝置。本發明的行駛軌跡生成方法，生成車輛的將來的行駛軌跡，其特征在于，包括約 束條件運算步驟，對至少包含道路邊界線的條件的約束條件進行收斂運算；和評價函數運 算步驟，在滿足上述約束條件運算步驟中的約束條件的狀態下，通過至少包含速度方差的 評價的評價函數進行收斂運算而導出行駛軌跡。在該行駛軌跡生成方法中，首先根據至少包含道路邊界線的條件的約束條件進行 收斂運算，接著維持該約束條件的同時通過至少包含速度方差的評價條件的評價函數進行 收斂運算，導出使評價成為最佳的行駛軌跡。為了使燃油經濟性變好，重要的是在行駛路整 體抑制空氣阻力。由于空氣阻力以速度的平方來增加，因而越是高速行駛，空氣阻力增加而 使燃油經濟性變差。因此，作為最優化的評價函數，設為包含車輛的速度方差的函數。通過 使用該評價函數來實現行駛軌跡的最優化，作為行駛路整體而能盡量抑制加減速，可導出 車速的偏差少的行駛軌跡，可抑制最高速度的上升導致的空氣阻力的增加。由此，在該行駛 軌跡生成方法中，通過在評價函數上包含速度的方差，可生成考慮了燃油經濟性的行駛軌 跡，可對燃油經濟性的提高作貢獻。特別是可相對于產生橫向力且需要加減速的彎路生成考慮了燃油經濟性的最佳行駛軌跡。在本發明的上述行駛軌跡生成方法中，在車輛的驅動方式為混合動力方式的情況下，包括初始條件生成步驟，在該初始條件生成步驟中生成行駛軌跡而作為初始條件，該行 駛軌跡是在車輛減速時優先通過再生減速來進行減速而產生的軌跡。在該行駛軌跡生成方法中，在混合動力車輛的情況下，生成在減速時優先通過再 生減速來進行減速的行駛軌跡而作為初始條件，將該行駛軌跡作為初始條件來進行約束條 件收斂運算和評價函數收斂運算。通過將再生減速優先而進行減速(即，重視基于再生制 動的減速，僅通過再生制動來減速)，可減少油壓制動動作時的放熱引起的能量損失，可對 燃油經濟性的提高作貢獻。通過如此將考慮了燃油經濟性的行駛軌跡作為初始條件而進行 最優化，由于可從最優化處理的起初就能使用接近最佳軌跡的行駛軌跡，因而可避免局部 最小值導致的錯誤的行駛軌跡，早一點接近最佳軌跡而能減輕處理負荷。如此，在該行駛軌 跡生成方法中，由于預先生成重視混合動力方式的再生減速的初始條件，從而能以低處理 負荷并可靠地導出燃油經濟性優良的行駛軌跡。在車輛中應用最優化方法的情況下，有時 因變速器等引起的滯后(例如從2速向3速和從3速向2速的滯后)，在最優化方法中可能 導入基于局部最小解的錯誤解。在本發明的行駛軌跡生成方法的初始條件生成步驟中，生成根據減速度上限值和 加速度上限值使轉彎點向彎路入口側移動且使最小速度點向彎路出口側移動的行駛軌跡， 該減速度上限值和加速度上限值是由混合動力方式的系統能力決定的。在只通過再生來進行減速的情況下，與通過車輛整體的減速能力(基于再生制動 的減速+基于油壓制動的減速)進行減速的情況相比，在減速時產生油壓制動減速的量的 富余(前后力有富余)。因此，考慮基于橫向力和前后力的摩擦圓界限時，通過在彎路中 進行減速時在橫向力上分配該富余的量，在減速時可通過該富余量的橫向力使行駛曲線變 長，在加速時由于沒有富余，因而接近直線。由此，為了在彎路中形成這種行駛軌跡，需要使 轉彎點向彎路入口側移動，將最小速度點向彎路出口側移動。因此，在初始條件生成步驟 中，考慮混合動力方式的系統能力而決定減速度上限值和加速減速值，生成根據減速度上 限值和加速度上限值使轉彎點向彎路入口側移動且使最小速度點向彎路出口側移動的行 駛軌跡。在本發明的上述行駛軌跡生成方法中，其特征在于，包括塊分割步驟，將連續的 彎路分割成多個塊；最快行駛最優化步驟，進行最快行駛條件下的最優化處理；通過時間 運算步驟，根據上述最快行駛最優化步驟中的最優化結果，分別運算在上述塊分割步驟中 分割出的各塊的通過時間；富余時間運算步驟，根據在上述塊分割步驟中分割出的各塊的 制動放熱量，分別運算各塊的富余時間；和目標通過時間運算步驟，根據在上述通過時間運 算步驟中運算出的各塊的通過時間和在上述富余時間運算步驟中運算出的各塊的富余時 間，分別運算各塊的目標通過時間。在該行駛軌跡生成方法中，在連續彎路的情況下，將連續的彎路分割成多個塊。并且，在該行駛軌跡生成方法中，相對于該連續的彎路整體進行最快行駛條件下的最優化處 理，從該最快行駛條件的最優化結果分別運算各塊的最快行駛時的通過時間。另外，在行駛 軌跡生成方法中，分別運算與各塊的制動放熱量成比例的富余時間。然后，在行駛軌跡生成 方法中，根據各塊的最快行駛時的通過時間和富余時間，運算各塊的目標通過時間。如此，通過將連續的彎路(多彎道路)分割成各塊，與各塊的制動放熱量(存在無用的能量，是燃 油經濟性變差的主要原因)成比例地，將富余時間(比最快行駛慢的時間)對應每個塊進 行分配，分為可重視燃油經濟性的塊和重視通過時間的塊而對應每個塊實現最優化。如此， 在該行駛軌跡生成方法中，可對應每個塊將各塊的目標通過時間作為約束條件而能分別進 行最優化處理，能減輕存儲器、處理負荷。將多個塊作為整體來進行最優化處理的情況下， 需要巨大的存儲器和復雜的程序，處理負荷也會增大。本發明的行駛軌跡生成裝置，生成車輛的將來的行駛軌跡，其特征在于，包括約束條件運算單元，對至少包含道路邊界線的條件的約束條件進行收斂運算；和評價函數運 算單元，在滿足上述約束條件運算單元中的約束條件的狀態下，通過至少包含速度方差的 評價的評價函數進行收斂運算而導出行駛軌跡。在本發明的上述行駛軌跡生成裝置中，在車輛的驅動方式為混合動力方式的情況 下，包括初始條件生成單元，該初始條件生成單元生成行駛軌跡而作為初始條件，該行駛軌 跡是在車輛減速時優先通過再生減速來進行減速而產生的軌跡。在本發明的上述行駛軌跡生成裝置的初始條件生成單元中，生成根據減速度上限 值和加速度上限值使轉彎點向彎路入口側移動且使最小速度點向彎路出口側移動的行駛 軌跡，該減速度上限值和加速度上限值與由混合動力方式的系統能力決定的。在本發明的上述行駛軌跡生成裝置中，包括塊分割單元，將連續的彎路分割成多 個塊；最快行駛最優化單元，進行最快行駛條件下的最優化處理；通過時間運算單元，根據 上述最快行駛最優化單元的最優化結果，分別運算由上述塊分割單元分割出的各塊的通過 時間；富余時間運算單元，根據由上述塊分割單元分割出的各塊的制動放熱量，分別運算各 塊的富余時間；和目標通過時間運算單元，根據由上述通過時間運算單元運算出的各塊的 通過時間和由上述富余時間運算單元運算出的各塊的富余時間，分別運算各塊的目標通過 時間。在各行駛軌跡生成裝置中，具有與上述的各行駛軌跡生成方法相同的作用效果。本發明通過使用包含速度方差的評價函數來進行最優化，可生成考慮了燃油經濟 性的行駛軌跡，可對燃油經濟性的提高作貢獻。


圖1是本實施方式的自動駕駛控制裝置的結構圖。圖2是本實施方式的自動駕駛控制裝置中的行駛軌跡最優化功能的說明圖。圖3是本實施方式的自動駕駛控制裝置中的初始條件生成功能的說明圖。圖4是本實施方式的自動駕駛控制裝置中的連續彎路應對功能的說明圖。圖5是表示本實施方式的ECU中的行駛軌跡最優化處理的流程的流程圖。圖6是表示本實施方式的ECU中的初始條件生成處理的流程的流程圖。圖7是表示本實施方式的ECU中的連續彎路應對處理的流程的流程圖。標號說明L···自動駕駛控制裝置、10···橫擺率傳感器、11···6傳感器、12···車輪速度傳感器、 13…GPS傳感器、14…白線檢測傳感器、15···障礙物檢測傳感器、16···導航系統、20···轉向促 動器、21···節氣門促動器、22···制動促動器、23···馬達、30···Εευ
具體實施例方式下面，參照附圖對本發明的行駛軌跡生成方法及行駛軌跡生成裝置的實施方式進 行說明。在本實施方式中，將本發明應用于搭載于進行自動駕駛的混合動力車輛上的自動駕駛控制裝置中。本實施方式的自動駕駛控制裝置通過最優化處理生成行駛軌跡，進行加 減速控制及轉向控制，以沿著該最優化的行駛軌跡行駛。所生成的行駛軌跡由位置(χ坐標、y坐標)、車速特性曲線(vx、vy)、加速度特性曲 線(ax、ay)、橫擺角、橫擺率等車輛行駛中所需的多個參數構成。在本實施方式的自動駕駛 控制裝置中，如圖2所示，將一個彎路等以塊B單位進行處理，各塊B中的行駛軌跡以將行 駛路沿著行駛方向細密分割出網眼M、…單位生成。因此，一個塊B的行駛軌跡由(網眼 M、…的數量X參數的數量)的數據構成。例如，參數為10個，網眼為100個的情況下，一 個塊B的行駛軌跡由1000個數據構成。通常，設定僅重視燃油經濟性的行駛條件時，過慢的行駛被認為是理想燃油經濟 性行駛，以僅重視燃油經濟性的行駛條件進行最優化處理時，可生成具有如實際不能實用 的車速特性曲線的行駛軌跡。在本實施方式的自動駕駛控制裝置中，為了抑制這種情況，在 最優化處理的評價函數上，除了提高燃油經濟性條件以外還加上行駛時間條件。并且，在直線路、高速公路等左右方向的輪胎摩擦留有充足富余的狀況下，用以往 的最優化方法也能生成最佳行駛軌跡。但是，在彎路情況下，需要相對于可在轉彎前后直線 路行駛的車速進行充分的減速，形成轉彎行駛中減速、轉彎、加速的構成，發生前后方向的 加減速、左右方向的橫向力。因此，在本實施方式的自動駕駛控制裝置中，生成特別適合于 彎路的行駛軌跡。另外，雖然在本實施方式中表示了適合于彎路的行駛軌跡的生成方法，但 也適合于直線路。反過來講，針對直線路也能使用以往的生成方法。并且，在進行最優化處理的情況下，有時因變速器等引起的滯后(例如從2速向3 速和從3速向2速的滯后)，可能導入基于局部最小解的錯誤解。因此，在本實施方式的自 動駕駛控制裝置中，作為進行最優化處理的前處理，生成接近最佳行駛軌跡的行駛軌跡而 作為初始條件。參照圖1至圖4，對本實施方式的自動駕駛控制裝置1進行說明。圖1是本實施方 式的自動駕駛控制裝置的結構圖。圖2是本實施方式的自動駕駛控制裝置中的行駛軌跡最 優化功能的說明圖。圖3是本實施方式的自動駕駛控制裝置中的初始條件生成功能的說明 圖。圖4是本實施方式的自動駕駛控制裝置中的連續彎路應對功能的說明圖。自動駕駛控制裝置1生成同時實現實用的行駛時間與提高燃油經濟性的最佳軌 跡(特別是彎路)。自動駕駛控制裝置1為了生成最佳軌跡而具有行駛軌跡最優化功能、初 始條件生成功能、連續彎路應對功能，為了控制自動駕駛時的車輛而具有車輛控制功能。自動駕駛控制裝置1具有橫擺率傳感器10、G傳感器11、車輪速度傳感器12、 GPS(Global Positioning System，全球定位系統)傳感器13、白線檢測傳感器14、障 礙物檢測傳感器15、轉向促動器20、節氣門促動器21、制動促動器22、馬達23以及 ECU (Electronic ControlUnit，電子控制單元)30，利用來自導航系統16的信息。橫擺率傳感器10是檢測在對象車輛上產生的橫擺率的傳感器。在橫擺率傳感器10中，檢測橫擺率，將該橫擺率作為橫擺率信號發送給ECU30。G傳感器11是檢測作用于對象車輛上的橫向加速度、前后加速度的傳感器。在G傳感器11中，檢測作用于對象車輛上的加速度，將該加速度作為G信號發送給ECU30。另 夕卜，也可以對應每個要檢測的加速度分別構成橫向G傳感器、前后G傳感器。車輪速度傳感器12是分別設在車輛的四個車輪上，檢測車輪的旋轉速度(與車輪 的旋轉對應的脈沖數)的傳感器。在車輪速度傳感器12中，檢測對應每預定時間的車輪的 旋轉脈沖數，將該檢測出的車輪旋轉脈沖數作為車輪速度信號發送給ECU30。在ECU30中， 分別從各車輪的旋轉速度運算車輪速度，從各輪的車輪速度運算車身速度(車速)。GPS傳感器13是具有GPS天線、處理裝置等，推測對象車輛的位置等的傳感器。在 GPS傳感器13中，由GPS天線接收來自GPS衛星的GPS信號。并且，在GPS傳感器13中，由 處理裝置對該GPS信號進行解調，根據該被解調的各GPS衛星的位置數據運算對象車輛的 位置等。并且，在GPS傳感器13中，將表示對象車輛的位置等的GPS信息信號發送給E⑶30。 要運算當前位置，需要3個以上GPS衛星的位置數據，在GPS傳感器13中，分別接收來自不 同的3個以上GPS衛星的GPS信號。白線檢測傳感器14是具有照相機、圖像處理裝置，檢測一對白線(車道)的傳感 器。在白線檢測傳感器14中，用照相機拍攝對象車輛的前方道路。然后，在白線檢測傳感 器14中，用圖像處理裝置從拍攝圖像識別表示車輛行駛著的車道的一對白線。并且，從識 別出的一對白線運算車道寬度、通過一對白線中心的線(即車道的中心線)、車道中心的半 徑(轉彎半徑R)，從轉彎半徑R運算轉彎曲率Y( = l/R)、車輛相對于白線的方向(橫擺 角)以及車輛中心相對于車道中心的位置(偏移)等。然后，在白線檢測傳感器14中，將 所述識別出的一對白線的信息、運算出的各信息作為白線檢測信號發送給ECU30。障礙物檢測傳感器15是具有毫米波雷達、處理裝置，檢測在對象車輛的周邊存在 的障礙物(車輛等)的傳感器。在障礙物檢測傳感器15中，用毫米波雷達照射毫米波，并 接收反射到物體而返回的毫米波。然后，在障礙物檢測傳感器15中，用處理裝置根據毫米 波的收發數據檢測障礙物的有無，在檢測到障礙物的情況下運算距障礙物的距離等。在障 礙物檢測傳感器15中，將所述檢測出的障礙物的信息、運算出的各信息作為障礙物檢測信 號發送給ECU30。另外，作為障礙物的檢測方法，可以是任意方法，例如可以是利用由照相機 拍攝的拍攝圖像的方法、利用照相機的拍攝圖像和毫米波等雷達信息的方法、通過紅外線 通信取得的方法。導航系統16是進行對象車輛的當前位置的檢測以及到目的地的路徑引導等的系 統。特別是，在導航系統16中，從地圖數據庫讀取當前行駛中的道路的形狀信息，將該道路 形狀信息作為導航信息發送給ECU 30。另外，在不具備導航系統的車輛的情況下，也可以構 成為至少具有至少存儲道路形狀信息的地圖數據庫的結構，或利用道路車輛間通信等取得 道路形狀信息的結構。轉向促動器20是將基于馬達的旋轉驅動力經由減速機構傳遞給轉向機構(齒條、 小齒輪、轉向柱等)，賦予轉向機構轉向轉矩的促動器。在轉向促動器20中，當從ECU30接 收到轉向控制信號時，根據轉向控制信號使馬達旋轉驅動而產生轉向轉矩。節氣門促動器21是調整作為驅動源之一的發動機的節氣門閥的開度的促動器。 在節氣門促動器21中，當接收到來自ECU30的發動機控制信號時，根據發動機控制信號動作，調整節氣門閥的開度。制動促動器22是調整各車輪的車輪油缸的制動油壓的促動器。在制動促動器22 中，當接收到來自ECU30的制動控制信號時，根據制動控制信號動作，調整車輪油缸的制動 油壓。
馬達23是作為驅動源之一電動馬達。并且，馬達23具有作為發電機的功能，將車 輪的旋轉能(動能)變換成電能，進行再生發電。在馬達23中，當接收到馬達控制信號時， 根據馬達控制信號旋轉驅動而產生驅動力。并且，馬達23接收到再生控制信號時，根據再 生控制信號發電，將該發電的電力向充電機進行充電。ECU30 S CPU (Central Processing Unit, Φ^^Η Ι^Ι) > ROM (Readonly Memory, 只讀存儲器)RAM (Random Access Memory，隨機存儲器)等構成，其是統一控制自動駕駛控 制裝置1的電子控制單元。在ECU30中，對應每一定時間，接收來自各傳感器10 15以及 導航系統16的各信號。在E⑶30中，進行行駛軌跡最優化處理、初始條件生成處理、連續彎 路應對處理等而生成最佳行駛軌跡。并且，在E⑶30中，根據所生成的最佳行駛軌跡進行車 輛控制處理，控制轉向促動器20、節氣門促動器21、制動促動器22、馬達23。其中，在本實施方式中，E⑶30中的行駛軌跡最優化處理相當于權利范圍記載的約 束條件運算單元及評價函數運算單元，E⑶30中的初始條件生成處理相當于權利范圍記載 的初始條件生成單元，ECU30中的連續彎路應對處理相當于權利范圍記載的塊分割單元、最 快行駛最優化單元、通過時間運算單元、富余時間運算單元以及目標通過時間運算單元。對行駛軌跡最優化處理進行說明。作為該最優化方法，可以使用任意的方法，例 如可使用在非專利文獻 1 中公開的 SCGRA(SequentialConjugate Gradient Restoration Algorithm,連續的共軛梯度復原算法)。在SCGRA中，直到滿足約束條件為止根據最快降低 法進行收斂運算，直到評價函數的評價值成為最小為止根據共軛梯度法進行收斂運算。約 束條件是在車輛的行駛中絕對要遵守的條件。評價函數是用于評價在車輛行駛中所重視的 條件的函數。要想使燃油經濟性變好，重要的是通過作為行駛路的塊B整體抑制空氣阻力。由 于空氣阻力以速度的平方來增加，因而越是高速行駛，空氣阻力增加而使燃油經濟性變差。 因此，作為評價函數，設為包含塊B整體中的車速的總方差的函數。通過使用該評價函數來 實現行駛軌跡的最優化，通過塊B整體能盡量抑制加減速，可導出車速的偏差少的行駛軌 跡，可抑制最高速度的上升導致的空氣阻力的增加。但是，如只重視燃油經濟性而以一定的低速(例如彎路中的最低車速)行駛，雖然 提高燃油經濟性，但成為實際不實用的車速特性曲線。因此，作為評價函數，設為除了塊B 整體中的車速的總方差以外還包含塊B的通過時間的函數。通過使用該評價函數，可生成 通過塊B整體以實用上沒有問題的車速行駛，并且通過塊B整體盡量抑制車速變化且降低 空氣阻力的行駛軌跡。在ECU30中，設定作為初始條件的初始軌跡，直到滿足約束條件為止根據最快降 低法進行收斂運算。作為約束條件有道路側的條件和車輛側的條件，作為道路側的條件有 道路邊界線(規定在道路上行走的線)、作為車輛側的條件有摩擦圓、加速極限、減速極限、 轉向極限等的車輛性能極限。具體說明的話，使用上一次求出的行駛軌跡(在第一次收斂 運算中為初始軌跡)根據約束條件收斂運算本次的行駛軌跡，使用本次求出的行駛軌跡判斷是否滿足約束條件，直到求出滿足約束條件的行駛軌跡為止反復進行各處理循環中的收 斂運算和判斷。在各處理循環中，可求出由塊B單位的(網眼M、…的數量X參數的數量) 的數據構成的行駛軌跡。當導出滿足約束條件的行駛軌跡時，在ECU30中，直到滿足約束條件且評價函數 的評價值成為最小為止根據共軛梯度法進行收斂運算。作為評價函數，如公式(1)所示，設 為在塊B的通過時間加上車速的總方差的函數，使塊B整體中的通過時間和車速的方差變 得最小。通過時間是用于通過塊B的目標時間，例如有從道路的限制車速求出的時間、由駕 駛員輸入的時間。其中，通過時間與車速的方差之間的參與程度(加味度合…)為0.5比 0. 5，但也可以設定任意值，例如可使用由駕駛員輸入的參與程度。(數學式1)
網眼的數量
評價值=Σ(0·5χ通過時間+ 0.5x(各網眼中的車速-平均車速)2) ... (1)
i=1具體說明的話，使用前一次求出的行駛軌跡(在第一次的收斂運算中滿足約束條 件的行駛軌跡)對本次的行駛軌跡進行收斂運算，以使評價函數的評價值變得最小，并使 用本次求出的行駛軌跡判斷評價值是否變得最小，直到求出評價值變得最小的行駛軌跡為 止反復進行各處理循環中的收斂運算和判斷。即，在進行收斂運算的情況下，作為評價函數 中的各網眼的車速，使用前一次行駛軌跡中的相應的網眼的車速，作為平均車速使用前一 次行駛軌跡中的全部網眼的車速的平均值；在進行判斷的情況下，作為評價函數中的各網 眼的車速，使用在本次收斂運算中求出的行駛軌跡中的相應的網眼的車速，作為平均車速 使用在本次收斂運算中求出的行駛軌跡中的全部網眼的車速的平均值。在評價值是否成為 最小的判斷中，求出評價值的微分值，當微分值成為0或大致為0時，判斷為評價值變得最 小。在圖2所示例子的情況下，以最快通過塊B的行駛軌跡為行駛軌跡Cl，如還考慮塊 B中的空氣阻力時成為行駛軌跡C2，隨著各處理循環中的基于評價函數的收斂運算和判斷 推進而使得公式(1)的評價函數的評價值變得最小，可求出逐漸接近最佳軌跡C2的行駛軌跡。對初始化條件生成處理進行說明。作為進行行駛軌跡最優化處理的前處理，生成 作為初始條件的初始軌跡。該初始軌跡是減速再生重視軌跡，是重視了混合動力車輛中的 基于再生的減速的軌跡。即，通過在減速時盡量只由基于再生的減速來進行減速，可降低油 壓制動的使用引起的放熱所導致的能量損失，從而提高燃油經濟性。通過使用這樣考慮了 燃油經濟性的初始軌跡來進行行駛軌跡最優化處理，可使用從最優化處理的起初就接近最 佳行駛軌跡的行駛軌跡，從而可避免局部最小值導致錯誤的行駛軌跡，由于可減少直到成 為最佳行駛軌跡的收斂運算和判斷的次數，因而能減輕處理負荷。在只通過再生來進行減速的情況下，與通過車輛整體的減速能力(基于再生制動 的減速+基于油壓制動的減速)進行減速的情況相比，在減速時產生油壓制動減速的量的 富余。例如，車輛整體的減速能力為1. 0G，再生減速能力為0. 2G時，減速時產生0. 8G的量 的富余。因此，考慮基于橫向力和前后力的摩擦圓界限時，通過在彎路中進行減速時在橫向 力上分配該富余的量，可在減速G <加速G的條件下得到理想的橫向G分布，在減速時可通過該富余量的橫向力使行駛曲線變長，在加速時由于沒有富余，因而接近直線。由此，為了 在彎路中形成這種行駛軌跡，需要使轉彎點向彎路入口側移動，將最小速度點向彎路出口 側移動。其中，由于在直線路中不能適用該初始軌跡，因而作為行駛軌跡最優化處理的初始 軌跡而賦予任意軌跡。首先，在E⑶30中，生成在彎路行駛中普通的Out-In-Out的行駛軌跡。在E⑶30中，根據作為混合動力車輛的系統能力，決定基于再生的減速度上限值(例如0. 2G，可以是 系統已知)。并且，在ECU30中，決定加速時的發動機輸出的熱效率良好的加速度上限值(例 如0. 4G，可以是系統已知)。在E⑶30中，根據減速度上限值和加速度上限值，將Out-In-Out的行駛軌跡中的 彎路中央的轉彎點向彎路的入口側移動。例如通過公式⑵求出轉彎點的移動比率。(數學式2)轉彎點比率＝減速度上限值/加速度上限值＋減速度上限值…(2)
在E⑶30中，根據減速度上限值和加速度上限值，將Out-In-Out的行駛軌跡中的 彎路中央的最小速度點(最大曲率點)向彎路的出口側移動。例如，使轉彎點的移動比率 的量向出口側(與移動后的轉彎點對稱的點)移動。然后，在ECU30中，用平滑的曲線連接移動后的轉彎點、最小速度點等，并生成初 始軌跡。作為該平滑的曲線，可以是任意曲線，例如有旋渦曲線。在圖3的例子的情況下，Out-In-Out的行駛軌跡C3中的轉彎點CP3向彎路入口 側的點CP4移動，最小速度點VP3向彎路出口側的點VP4移動，由此生成初始軌跡C4。
對連續彎路應對處理進行說明。在山路等轉彎連續的情況下，對應每個轉彎以一 個彎路、直線路的單位分割成多個塊，以塊單位進行最優化處理。在這里，如圖4所示，從連 續彎路整體的目標通過時間減去整體的最快通過時間而求出整體的富余時間，對該整體富 余時間與各塊Bi、…中的基于油壓制動的放熱量成比例地進行分配，將富余時間(比最快 行駛慢的時間)分配給各塊Bi、…。然后，對應每個塊Bi、…，從最快通過時間和富余時 間求出目標通過時間，將該目標通過時間作為約束條件來進行最優化處理。使用基于油壓 制動的放熱量分配的原因在于，通過減少基于油壓制動的放熱(無用的能量)可提高燃油 經濟性。由于富余時間越多的塊，通過時間富余越多，因而可生成重視燃油經濟性的行駛 軌跡。另一方面，由于富余時間越少的塊，通過時間沒有富余，因而可生成重視快速行駛的 行駛軌跡。由此，由于分為重視燃油經濟性的塊和重視速度的塊來對應每個塊分別進行最 優化處理，因而可減輕存儲器、處理負荷。在相對于連續彎路整體進行最優化處理的情況 下，只通過最快行駛就能比較容易地進行處理。但是，還考慮燃油經濟性行駛的情況下，通 常是指定多個塊的總通過時間的時間(平均速度)的約束條件，將該約束條件針對多個塊 求解的話需要巨大的存儲器和復雜的程序，處理負荷也會增大。連續彎路的情況下，在E⑶30中，將該連續彎路以一個彎路、直線路的單位分割成 多個塊。并且，在E⑶30中，遍及連續彎路整體以最快行駛條件進行最優化處理，并生成最 快的行駛軌跡，得到整體的最快通過時間。在這里，使用現有方法，以最快行駛條件進行最優化處理。在E⑶30中，根據整體最快通過時間，運算對應每個塊的最快通過時間。并且，在 E⑶30中，使用整體最快通過時間和整體目標通過時間，通過公式(3)運算全部富余時間。 整體目標通過時間是用于通過連續彎路整體的目標時間，例如使用由駕駛員輸入的時間。(數學式3) 全部富余時間=整體目標通過時間_整體最快通過時間…(3)在E⑶30中，判斷全部富余時間是否小于0。在全部富余時間小于0時，由于即使 最快地行駛也比整體目標通過時間慢，因而使用在基于最快行駛條件的最優化處理中求出 的行駛軌跡。在全部富余時間為0以上時，最快地行駛時能比整體目標通過時間更快地通過。 此時，在ECU30中，運算各塊的制動放熱量。作為該運算方法，可使用任意運算方法。并且， 在ECU 30中，對應每個塊，使用全部富余時間、各塊的制動放熱量以及全部塊合一起的制 動放熱量，通過公式(4)運算塊的富余時間。(數學式4)
塊的富余時間=全部富余時間
全邰制動放熱量在E⑶30中，對應每個塊，使用塊的最快通過時間和富余時間，通過公式(5)運算 塊的目標通過時間。(數學式5)塊的目標通過時間=塊的最快通過時間+塊的富余時間…(5)并且，在E⑶30中，對應每個塊，在約束條件上加上塊的目標通過時間而進行最優 化處理，并生成行駛軌跡。在這里，進行了上述的行駛軌跡最優化處理，但也可以設為還加 上目標通過時間的約束條件，也可以設為除去通過時間的條件而僅將車速的方差作為條件 的評價函數來進行最優化處理。對車輛控制功能進行說明。在ECU30中，對應每一定時間，為根據求出的最佳行駛 軌跡行駛，考慮對象車輛周邊的障礙物(前方車輛等)，并且根據最佳行駛軌跡和實際車輛 狀態(橫擺率、橫向G、前后G、車速、絕對位置、相對于車道中心的相對關系等)之間的偏 差，生成轉向控制信號、發動機控制信號、制動控制信號、馬達控制信號或再生控制信號，將 各信號分別發送給轉向促動器20、節氣門促動器21、制動促動器22、馬達23。參照圖1至圖4，對自動駕駛控制裝置1的動作進行說明。在這里，對自動駕駛控 制裝置1的行駛軌跡最優化功能、初始條件生成功能、連續彎路應對功能的各動作進行說 明。特別是，根據圖5、圖6、圖7的各流程圖對ECU30中的行駛軌跡最優化處理、初始條件 生成處理、連續彎路應對處理進行說明。圖5是表示本實施方式的ECU中的行駛軌跡最優 化處理的流程的流程圖。圖6是表示本實施方式的ECU中的初始條件生成處理的流程的流程圖。圖7是表示本實施方式的ECU中的連續彎路應對處理的流程的流程圖。對行駛軌跡最優化功能進行說明。在導航系統16中，從地圖數據庫讀取當前行駛 中的道路的形狀信息，將該道路形狀信息作為導航信號發送給E⑶30。在E⑶30中，接收導 航信號，從而取得道路形狀信息。
在ECU30中，將在初始條件生成功能等中設定的初始軌跡作為初始條件，根據以道路邊界線及車輛性能極限作為條件的約束條件進行收斂運算，生成行駛軌跡(SlO)。在 ECU30中，判斷本次生成的行駛軌跡是否滿足約束條件(Sll)。在Sll判斷為不滿足約束條 件時，在ECU30中，使用前一次生成的行駛軌跡并根據約束條件進行收斂運算而生成行駛 軌跡(SlO)，并判斷該本次生成的行駛軌跡是否滿足約束條件(Sll)。在Sll判斷為滿足約束條件時，在ECU30中，使用滿足了約束條件的行駛軌跡， 根據由塊B的通過時間和車速的總方差組成的評價函數進行收斂運算，并生成行駛軌跡 (S12)。在ECU30中，判斷本次生成的行駛軌跡的評價值是否最小(S13)。在S13判斷為評 價值最小時，在ECU30，使用前一次生成的行駛軌跡根據評價函數進行收斂運算而生成行駛 軌跡(S12)，并判斷該本次生成的行駛軌跡的評價值是否最小(S13)。在S13判斷為評價值最小時，在E⑶30，將該生成的行駛軌跡設為最佳軌跡。然后， 在自動駕駛控制裝置1中，進行加減速控制及轉向控制，以沿著該最佳軌跡行駛(進行車輛 控制功能)。其中，在本實施方式中，S10、S11的處理相當于在權利范圍內記載的約束條件運算 步驟，S12、S13的處理相當于在權利范圍內記載的評價函數運算步驟。對初始條件生成功能進行說明。在生成最佳軌跡的行駛路為彎路的情況下，在 E⑶30中，生成Out-In-Out的行駛軌跡(S20)。另外，在E⑶30中，決定混合動力車輛中 的基于再生減速的減速度上限值(S21)，并且決定發動機輸出熱效率良好的加速度上限值 (S22)。然后，在E⑶30中，根據減速度上限值和加速度上限值，將Out-In-Out的轉彎 點向彎路入口側移動(S23)。并且，在ECU 30中，根據減速度上限值和加速度上限值，將 Out-In-Out的最小速度點向彎路出口側移動(S24)。并且，在E⑶30中，用平滑的曲線連接 移動后的轉彎點和最小速度點等而生成初始軌跡，將該初始軌跡用作行駛軌跡最優化功能 中的初始條件。其中，在本實施方式中，S20至S25的處理相當于權利范圍內記載的初始條件生成步驟。對連續彎路應對功能進行說明。在生成最佳軌跡的行駛路為連續彎路的情況下， 在ECU30中，將該連續彎路分割成多個塊(S30)。并且，在ECU30中，以最快行駛條件對該 連續彎路整體進行最優化處理，求出連續彎路整體的最快通過時間(S31)。并且，在ECU30 中，將該整體最快通過時間分配給各塊，運算對應每個塊的最快通過時間(S32)。在E⑶30中，從全部目標通過時間減去整體最快通過時間，運算連續彎路整體的 全部富余時間(S33)。并且，在E⑶30中，判斷全部富余時間是否小于0(S34)。在S34判斷 為全部富余時間小于0時，在ECU30中，將最快行駛條件下的最優化處理中生成的行駛軌跡 作為最佳軌跡(S35)。然后，在自動駕駛控制裝置1中，進行加減速控制及轉向控制，以沿著 該最佳軌跡行駛。在S34判斷為全部富余時間在0以上時，在E⑶30中，運算各塊的制動放熱量 (S36)。并且，在ECU30中，對應每個塊，根據塊的制動放熱量運算富余時間(S37)。并且， 在ECU30中，對應每個塊，根據該塊的富余時間和最快通過時間運算目標通過時間(S38)。 然后，在ECU30中，對應每個塊，在約束條件中加上該塊的目標通過時間(代替其而從評價函數刪除通過時間)，進行最優化處理(進行上述的行駛軌跡最優化功能)，生成最佳軌跡 (S39)。在E⑶30中，針對連續彎路的全部塊判斷最優化處理是否結束(S40)。在S40判斷 為沒有全部結束時，在E⑶30中，返回S37而進行針對下一個塊的處理。另一方面，在S40 判斷為全部結束時，在自動駕駛控制裝置1中，進行加減速控制及轉向控制，以沿著所生成 的最佳的行駛軌跡行駛。其中，在本實施方式中，S30的處理相當于權利范圍內記載的塊分割步驟，S31的處理相當于權利范圍內記載的最快行駛最優化步驟，S32的處理相當于權利范圍內記載的 通過時間運算步驟，S36、S37的處理相當于權利范圍內記載的富余時間運算步驟，S38的處 理相當于權利范圍內記載的目標通過時間運算步驟。根據該自動駕駛控制裝置1，通過使用在塊B的通過時間加上車速的總方差的評 價函數進行最優化處理，可生成同時實現實用的行駛時間和燃油經濟性的提高的最佳軌 跡，利用該最佳軌跡可在行駛路整體抑制空氣阻力的同時以實用的車速行駛。特別是可生 成適合于產生橫向力且需要加減速的彎路的行駛軌跡。并且，根據自動駕駛控制裝置1，通過生成考慮重視了再生減速的燃油經濟性的初 始軌跡，可從最優化處理的起初就能使用接近最佳軌跡的行駛軌跡，因而可避免局部最小 值導致的錯誤的行駛軌跡，能減輕處理負荷。并且，根據自動駕駛控制裝置1，通過在連續彎路中根據各塊的制動放熱量分配富 余時間，可對應每個塊將目標通過時間作為約束條件分別進行最優化處理，能減輕存儲器、 處理負荷。以上，對本發明的實施方式進行了說明，但本發明不限于上述實施方式，可通過各 種方式來實施。例如，在本實施方式中適用于自動駕駛的混合動力車輛，但也可以適用于相對于 手動駕駛使用最佳軌跡來進行各種駕駛支援的車輛，還可以適用于內燃機、馬達等單一驅 動源的車輛。特別是，也可以適用于針對行駛軌跡最優化功能、連續彎路應對功能僅將內燃 機作為驅動源的車輛，針對初始條件生成功能僅可適用于混合動力車輛。并且，在本實施方式適用于生成最佳軌跡，根據最佳軌跡來進行自動駕駛的自動 駕駛控制裝置，但也可以適用于僅生成最佳軌跡的裝置。可適用于生成最佳軌跡，通過顯示 該最佳軌跡等方式提供給駕駛人員的裝置，還可以適用于生成最佳軌跡，使用最佳軌跡進 行各種駕駛支援的裝置。并且，在本實施方式中為由1個E⑶構成的方式，但也可以由多個E⑶構成。并且，在本實施方式中將評價函數設為加入通過時間和車速的方差的函數，但作 為評價函數可以是僅車速方差的函數，由此生成僅重視了燃油經濟性的最佳軌跡。并且，在本實施方式中，形成根據減速度上限值和加速度上限值，將轉彎點和最小 速度點移動而求出重視減速再生的軌跡的結構，但也可以是通過其他方法求出重視減速再 生的軌跡的結構。并且，在本實施方式中，形成通過制動放熱量分配富余時間的結構，但也可以通過 考慮了燃油經濟性的其他參數來分配富余時間。工業實用性
本發明通過使用包含速度方差的評價函數來進行最優化，可生成考慮了燃油經濟 性的行駛軌跡， 可對燃油經濟性的提高作貢獻。
權利要求
一種行駛軌跡生成方法，生成車輛的將來的行駛軌跡，其特征在于，包括約束條件運算步驟，對至少包含道路邊界線的條件的約束條件進行收斂運算；和評價函數運算步驟，在滿足所述約束條件運算步驟中的約束條件的狀態下，通過至少包含速度方差的評價的評價函數進行收斂運算而導出行駛軌跡。
2.如權利要求1所述的行駛軌跡生成方法，其特征在于，在車輛的驅動方式為混合動 力方式的情況下，包括初始條件生成步驟，在該初始條件生成步驟中生成行駛軌跡而作為 初始條件，該行駛軌跡是在車輛減速時優先通過再生減速來進行減速而產生的軌跡。
3.如權利要求2所述的行駛軌跡生成方法，其特征在于，在所述初始條件生成步驟中， 生成根據減速度上限值和加速度上限值使轉彎點向彎路入口側移動且使最小速度點向彎 路出口側移動的行駛軌跡，該減速度上限值和加速度上限值是由混合動力方式的系統能力 決定的。
4.如權利要求1至3中任一項所述的行駛軌跡生成方法，其特征在于，包括 塊分割步驟，將連續的彎路分割成多個塊； 最快行駛最優化步驟，進行最快行駛條件下的最優化處理；通過時間運算步驟，根據所述最快行駛最優化步驟中的最優化結果，分別運算在所述 塊分割步驟中分割出的各塊的通過時間；富余時間運算步驟，根據在所述塊分割步驟中分割出的各塊的制動放熱量，分別運算 各塊的富余時間；和目標通過時間運算步驟，根據在所述通過時間運算步驟中運算出的各塊的通過時間和 在所述富余時間運算步驟中運算出的各塊的富余時間，分別運算各塊的目標通過時間。
5.一種行駛軌跡生成裝置，生成車輛的將來的行駛軌跡，其特征在于，包括 約束條件運算單元，對至少包含道路邊界線的條件的約束條件進行收斂運算；和 評價函數運算單元，在滿足所述約束條件運算單元中的約束條件的狀態下，通過至少包含速度方差的評價的評價函數進行收斂運算而導出行駛軌跡。
6 如權利要求5所述的行駛軌跡生成裝置，其特征在于，在車輛的驅動方式為混合動 力方式的情況下，包括初始條件生成單元，該初始條件生成單元生成行駛軌跡而作為初始 條件，該行駛軌跡是在車輛減速時優先通過再生減速來進行減速而產生的軌跡。
7.如權利要求6所述的行駛軌跡生成裝置，其特征在于，在所述初始條件生成單元中， 生成根據減速度上限值和加速度上限值使轉彎點向彎路入口側移動且使最小速度點向彎 路出口側移動的行駛軌跡，該減速度上限值和加速度上限值是由混合動力方式的系統能力 決定的。
8.如權利要求5至7中任一項所述的行駛軌跡生成裝置，其特征在于，包括 塊分割單元，將連續的彎路分割成多個塊；最快行駛最優化單元，進行最快行駛條件下的最優化處理；通過時間運算單元，根據所述最快行駛最優化單元的最優化結果，分別運算由所述塊 分割單元分割出的各塊的通過時間；富余時間運算單元，根據由所述塊分割單元分割出的各塊的制動放熱量，分別運算各 塊的富余時間；和目標通過時間運算單元，根據由所述通過時間運算單元運算出的各塊的通過時間和由所述富余時間運算單元運算出的各塊的富余時間，分別運算各塊的目標通過時間 。
全文摘要
本發明的目的在于提供生成考慮了燃油經濟性的行駛軌跡的行駛軌跡生成方法及行駛軌跡生成裝置。本發明的行駛軌跡生成裝置用于生成車輛的將來的行駛軌跡，其特征在于，包括約束條件運算單元，對至少包含道路邊界線的條件的約束條件進行收斂運算；和評價函數運算單元，在滿足約束條件運算單元中的約束條件的狀態下，通過至少包含速度方差的評價的評價函數進行收斂運算而導出行駛軌跡。
文檔編號B60W40/02GK101842820SQ20088011399
公開日2010年9月22日 申請日期2008年10月29日 優先權日2007年11月1日
發明者田口康治 申請人:豐田自動車株式會社