專利名稱：行駛軌跡生成方法以及行駛軌跡生成裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及行駛軌跡生成方法以及行駛軌跡生成裝置。
技術(shù)背景以往，生成車輛的行駛軌跡的方法例如被用于通過顯示器等將所預(yù) 測的行駛軌跡提供給駕駛者的裝置(例如，參照專利文獻l)。專利文獻l 的裝置是一種基于道路形狀和本車輛的行駛速度來導(dǎo)出行駛軌跡，并將 所導(dǎo)出的行駛軌跡投影到前擋風(fēng)玻璃等上提供給駕駛者的裝置。專利文獻1:日本專利特開2005-228139號7>凈艮。但是，在以往的行駛軌跡生成裝置中，由于基于道路形狀和本車輛 的行駛速度來導(dǎo)出行駛軌跡，所以，即使能夠?qū)С鲎羁斓竭_或者通過的 行駛軌跡，導(dǎo)出將其他要求同時考慮的行駛軌跡、例如將駕駛者要求的 耗油量與通過時間 一起考慮的行駛軌跡也是困難的。發(fā)明內(nèi)容因而，本發(fā)明就是為了解決這種技術(shù)課題而完成的，其目的是提供 一種能夠?qū)С鰸M足了駕駛者要求的通過時間以及其他運行條件的行駛 軌跡的行駛軌跡生成方法以及行駛軌跡生成裝置。即，本發(fā)明所涉及的行駛軌跡生成方法具備以下步驟而構(gòu)成第l收 斂運算步驟，以實現(xiàn)基于規(guī)定的目標(biāo)通過時間和道路邊界線的第1約束條 件的方式進行收斂運算來導(dǎo)出行駛軌跡；以及行駛軌跡導(dǎo)出步驟，在已實 現(xiàn)上述第1約束條件的狀態(tài)下，對用于使規(guī)定的運行條件優(yōu)先的評價函 數(shù)進行收斂運算來導(dǎo)出行駛軌跡。根據(jù)此發(fā)明，以實現(xiàn)基于規(guī)定的目標(biāo)通過時間和道路邊界線的第1 約束條件的方式進行收斂運算來導(dǎo)出行駛軌跡，在已實現(xiàn)第1約束條件 的狀態(tài)下，對用于使規(guī) 優(yōu)先的評價函數(shù)進行收斂運算來導(dǎo) 出行駛軌跡。由此，就能夠在滿足目標(biāo)通過時間的同時，在滿足該條件4的范圍內(nèi)，導(dǎo)出最能夠滿足用評價函數(shù)確定的規(guī)定的運行條件的行駛軌 跡。據(jù)此，就可以導(dǎo)出滿足了駕駛者要求的通過時間以及其他運行條件 的行駛軌跡。
此外，為了導(dǎo)出滿足了目標(biāo)通過時間以及其他運行條件的行駛軌 跡，也可以考慮導(dǎo)出最快的行駛軌跡和最能夠滿足其他運行條件的行駛 軌跡，并根據(jù)駕駛者的要求對兩者的行駛軌跡加權(quán)后加起來導(dǎo)出行駛軌 跡的方法，但是通過此方法所導(dǎo)出的行駛軌跡，雖然為某種程度考慮了 駕駛者要求的其他運行條件的行駛軌跡，卻存在成為幾何學(xué)上的折衷方 案的傾向，有的時候不是充分地反映所設(shè)定的加權(quán)的行駛軌跡。因此， 在本發(fā)明中將目標(biāo)通過時間作為約束條件之一 ，并將運行條件作為評價 函數(shù)進行最優(yōu)化。由此，就能夠生成理想的行駛軌跡而不成為幾何學(xué)上 的折衷方案。
另外，優(yōu)選，在行駛軌跡生成方法中，行駛軌跡導(dǎo)出步驟使用用于 使低耗油量行駛優(yōu)先的評價函數(shù)作為評價函數(shù)，通過如此構(gòu)成，就能夠 導(dǎo)出反映了駕駛者要求的通過時間以及耗油量的行駛軌跡。
進而，優(yōu)選，還具備第2收斂運算步驟，在指定耗油量作為運行 條件的情況下，以實現(xiàn)基于道路邊界線的第2約束條件的方式進行收斂 運算來導(dǎo)出行駛軌跡；最快行駛軌跡導(dǎo)出步驟，在已實現(xiàn)第2約束條件 的狀態(tài)下，對用于使規(guī)定區(qū)間的通過時間優(yōu)先的評價函數(shù)進行收斂運算 來導(dǎo)出最快行駛軌跡；低耗油量行駛軌跡導(dǎo)出步驟，在已實現(xiàn)第2約束 條件的狀態(tài)下，對用于使低耗油量行駛優(yōu)先的評價函數(shù)進行收斂運算來 導(dǎo)出低耗油量行駛軌跡；以及目標(biāo)通過時間計算步驟，對根據(jù)最快行駛 軌跡求出的最快通過時間和根據(jù)低耗油量行駛軌跡求出的低耗油量通 過時間進行加權(quán)來計算出目標(biāo)通過時間，其中，第l收斂運算步驟采用 通過目標(biāo)通過時間計算步驟計算出的目標(biāo)通過時間作為規(guī)定的目標(biāo)通 過時間。
通過如此構(gòu)成，能夠基于最快行駛軌跡和低耗油量行駛軌跡來計算 各個通過時間(最快通過時間、低耗油量通過時間)，并根據(jù)駕駛者的要 求對所計算出的兩者的通過時間進行加權(quán)，來計算出目標(biāo)通過時間。因 此，通過基于所計算出的目標(biāo)通過時間來導(dǎo)出行駛軌跡，就可以更加準(zhǔn) 確地反映駕駛者要求的條件。另外，本發(fā)明所涉及的行駛軌跡生成裝置具備第l收斂運算部，以 實現(xiàn)基于規(guī)定的目標(biāo)通過時間和道路邊界線的第1約束條件的方式進行收 斂運算來導(dǎo)出行駛軌跡；以及行駛軌跡導(dǎo)出部，在已實現(xiàn)第1約束條件 的狀態(tài)下，對用于使規(guī)定的運行條件優(yōu)先的評價函數(shù)進行收斂運算來導(dǎo) 出行駛軌跡。
這里，優(yōu)選，在行駛軌跡生成裝置中，行駛軌跡導(dǎo)出部使用用于使 低耗油量行駛優(yōu)先的評價函數(shù)作為評價函數(shù)。
進而，優(yōu)選，在指定耗油量作為運行條件的情況下，行駛軌跡生成裝 置還具備第2收斂運算部，以實現(xiàn)基于道路邊界線的第2約束務(wù)泮的方 式進行收斂運算來導(dǎo)出行駛軌跡；最快行駛軌跡導(dǎo)出部，在已實現(xiàn)第2約 束條件的狀態(tài)下，對用于4&現(xiàn)定區(qū)間的通過時間優(yōu)先的評價函數(shù)進行收斂 運算來導(dǎo)出最快行駛軌跡；低耗油量行駛軌跡導(dǎo)出部，在已實現(xiàn)第2約束 條件的狀態(tài)下，對用于使^4C油量行駛優(yōu)先的評價函數(shù)進行收斂運算來導(dǎo) 出低耗油量行駛軌跡；以及目標(biāo)通過時間計算部，對根據(jù)最快行駛軌跡 求出的最快通過時間和根據(jù)低耗油量行駛軌跡求出的低耗油量通過時 間進行加權(quán)來計算出目標(biāo)通過時間，其中，第1收斂運算部采用由目標(biāo) 通過時間計算部計算出的目標(biāo)通過時間作為規(guī)定的目標(biāo)通過時間。
此各行駛軌跡生成裝置達到與上述各行駛軌跡生成方法同樣的作 用效果。
根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)С鰸M足了駕駛者要求的通過時間以及其他運行 條件的行駛軌跡。


圖l是表示具備第1實施方式所涉及的行駛軌跡生成裝置的車輛之 構(gòu)成概要的框圖。
圖2是表示圖1的行駛軌跡生成裝置之動作的流程圖。
圖3是說明圖1的行駛軌跡生成裝置之動作的概要圖。
圖4是說明以往的行駛軌跡生成裝置之動作的概要圖。附圖標(biāo)記說明
1行駛軌跡生成裝置
2 ECU
21第2收斂運算部(第2收斂運算步驟) 22最快行駛軌跡導(dǎo)出部(最快行駛軌跡導(dǎo)出步驟) 23低耗油量行駛軌跡導(dǎo)出部(低耗油量行駛軌跡導(dǎo)出步驟) 24目標(biāo)通過時間計算部(目標(biāo)通過時間計算步驟) 25第1收斂運算部(第1收斂運算步驟) 26行駛軌跡導(dǎo)出部(行駛軌跡導(dǎo)出步驟)
具體實施例方式
以下，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。此外，在各圖中對 相同或者相當(dāng)部分附加相同標(biāo)記，并省略重復(fù)的說明。
本實施方式所涉及的行駛軌跡生成裝置是生成車輛的行駛軌跡的 裝置，例如適合應(yīng)用于具備追蹤駕駛或保持車道駕駛等自動駕駛功能的 車輛以及搭載了提高行駛安全性的駕駛者輔助系統(tǒng)的車輛。
首先，說明本實施方式所涉及的行駛軌跡生成裝置之構(gòu)成。圖l是 表示具備本發(fā)明實施方式所涉及的行駛軌跡生成裝置的車輛之構(gòu)成的 框圖。
圖l所示的車輛5是具備自動駕駛功能的車輛，具備GPS接收機 30、傳感器31、操作部32、導(dǎo)航系統(tǒng)33、 ECU2、轉(zhuǎn)向致動器40、節(jié) 氣門致動器41以及制動器致動器42。在這里，ECU(Electronic Control Unit)是進行電子控制的汽車設(shè)備的計算機，具備CPU(Central Processing Unit)、 ROM(Read only Memory) 、 RAM(Random Access Memory)以及輸入輸出接口等而構(gòu)成。
GPS接收機30例如具備接收駕駛者的位置信息的功能。在這里，GPS(Global Positioning System)是指利用了衛(wèi)星的測量系統(tǒng)，適合用于 把握本車輛的當(dāng)前位置。另外，GPS接收機30還具有將位置信息輸出 至ECU2的功能。
傳感器31具有取得車輛5周圍的行駛環(huán)境及本車輛的行駛狀態(tài)的 功能。作為傳感器31，例如采用用于識別車輛5行駛的道路的車道的車 道識別傳感器或圖像傳感器、探測車輛5的前方障礙物的電磁波傳感器 及毫米波傳感器、測量車輛5的橫擺率的橫擺率傳感器、測量車輛5的 車輪速度的車輪速度傳感器等。另外，傳感器31還具有將已取得的信 息輸出至ECU2的功能。
操作部32具有輸入駕駛者要求的條件的功能。作為操作部32，例 如使用輸入目標(biāo)通過時間及目標(biāo)耗油量等的操作面板等。另外，操作部 32還具有將已輸入的信息輸出至ECU2的功能。
導(dǎo)航系統(tǒng)33主要具有進行到目的地的路徑引導(dǎo)等的功能。另外， 導(dǎo)航系統(tǒng)33還具有以下功能例如從地圖數(shù)據(jù)庫讀出當(dāng)前所行駛的道 路的形狀信息，并將該道路形狀信息作為導(dǎo)航信號輸出至ECU2。車輛 5還可以采取如下構(gòu)成，即取代導(dǎo)航系統(tǒng)而具備至少保存了道路形狀信 息的數(shù)據(jù)庫，并具有將該數(shù)據(jù)庫中所保存的道路形狀信息輸出至ECU2 的功能。另外，還可以采取如下構(gòu)成，即具有通過通信來參照道路形狀 信息，并將所參照的道路形狀信息輸出至ECU2的功能。
ECU2具備行駛軌跡生成裝置1、車輛運動控制部27、轉(zhuǎn)向控制部 28以及加減速控制部29。
行駛軌跡生成裝置1具有使車輛5的行駛軌跡最優(yōu)化來生成的功 能。在本實施方式中，作為行駛軌跡生成裝置l執(zhí)行的最優(yōu)化方法之一 例，i兌明采用了 SCGRA[Sequential Conjugate Gradient Restoration Algorithm]的例子。SCGRA是直到滿足約束條件為止基于最速下降法 進行收斂運算，并直到評價函數(shù)的評價值成為最小為止基于共軛梯度法 進行收斂運算來生成行駛軌跡的最優(yōu)化方法。在這里，約束條件是指行 駛軌跡必須滿足的必要條件，評價函數(shù)則用于評價在行駛中重視的條 件。而且，行駛軌跡生成裝置l生成的行駛軌跡由位置、速度模式、加 速度模式、橫擺角、橫擺率等車輛行駛所需要的許多參數(shù)而構(gòu)成。作為 這種行駛軌跡的生成方法之一例，在本實施方式中，說明將一個彎道道 路等作為區(qū)塊單位，并以對行駛道路分割后的區(qū)間即網(wǎng)格為單位生成各 區(qū)塊中的行駛軌跡的例子。
行駛軌跡生成裝置1具備第2收斂運算部21、最快行駛軌跡導(dǎo)出 部22、低耗油量行駛軌跡導(dǎo)出部23、目標(biāo)通過時間計算部24、第1收 斂運算部25以及行駛軌跡導(dǎo)出部26。
第2收斂運算部21具有以下功能從導(dǎo)航系統(tǒng)33輸入道路邊界線 等道路環(huán)境信息，并基于已輸入的信息來設(shè)定第2約束條件。例如基于 在道路上行駛等交通上的要求及摩擦圓、加減速界限、轉(zhuǎn)向界限等根據(jù) 車輛性能而產(chǎn)生的要求來設(shè)定第2約束條件。另外，第2收斂運算部21 例如具有以下功能直到滿足已設(shè)定的第2約束條件為止，采用最速下 降法進行收斂運算，生成滿足第2約束條件的行駛軌跡。進而，第2收 斂運算部21還具有以下功能將已生成的滿足第2約束條件的行駛軌 跡作為第2約束條件實現(xiàn)狀態(tài)進行保存，并且將第2約束條件實現(xiàn)狀態(tài) 輸出至最快行駛軌跡導(dǎo)出部22以及低耗油量行駛軌跡導(dǎo)出部23。
最快行駛軌跡導(dǎo)出部22具有以下功能從第2收斂運算部21輸入 第2約束條件以及第2約束條件實現(xiàn)狀態(tài)，在已實現(xiàn)所輸入的第2約束 條件的狀態(tài)下將第2約束條件實現(xiàn)狀態(tài)設(shè)為初始值，導(dǎo)出以最短時間通 過規(guī)定的區(qū)塊(例如圖3所示的從出發(fā)地點A到目標(biāo)地點B的區(qū)間)的行 駛軌跡(最快行駛軌跡)。具體而言，就是將區(qū)塊的通過時間作為評價函 數(shù)，例如基于共軛梯度法來實施收斂運算，生成最快行駛軌跡的功能。 另外，最快行駛軌跡導(dǎo)出部22還具有將所計算出的最快行駛軌跡輸出 至目標(biāo)通過時間計算部24的功能。
低耗油量行駛軌跡導(dǎo)出部23具有以下功能從第2收斂運算部21 輸入第2約束條件以及第2約束條件實現(xiàn)狀態(tài)，在已實現(xiàn)所輸入的第2 約束條件的狀態(tài)下將第2約束條件實現(xiàn)狀態(tài)設(shè)為初始值，導(dǎo)出以最低耗 油量通過規(guī)定的區(qū)塊的行駛軌跡(低耗油量行駛軌跡)。具體而言，就是 將區(qū)塊的耗油量作為評價函數(shù)，例如基于共軛梯度法來實施收斂運算， 生成低耗油量行駛軌跡的功能。另外，低耗油量行駛軌跡導(dǎo)出部23還具有將所計算出的低耗油量行駛軌跡輸出至目標(biāo)通過時間計算部24的 功能。
目標(biāo)通過時間計算部24具有以下功能從最快行駛軌跡導(dǎo)出部22 輸入最快行駛軌跡并且從低耗油量行駛軌跡導(dǎo)出部23輸入低耗油量行 駛軌跡，計算出按最快行駛軌跡來行駛時的區(qū)塊的通過時間(最快通過 時間)和按低耗油量行駛軌跡來行駛時的區(qū)塊的通過時間(低耗油量通過 時間)。另外，還具有以下功能基于由操作部32所輸入的目標(biāo)通過時 間及目標(biāo)耗油量等對最快通過時間和低耗油量通過時間加權(quán)后加起來， 計算出區(qū)塊的目標(biāo)通過時間。目標(biāo)通過時間計算部24還具有將所計算 出的目標(biāo)通過時間輸出至第1收斂運算部25的功能。
第1收斂運算部25具有以下功能從導(dǎo)航系統(tǒng)33輸入道路邊界線 等道路環(huán)境信息并且基于從目標(biāo)通過時間計算部24輸入的目標(biāo)通過時 間來設(shè)定第1約束條件。在生成行駛軌跡方面，第1約束條件是作為前 提的必要條件，這一點與第2約束條件相同，但包含目標(biāo)通過時間的條 件這一點與第2約束條件不同。
另外，第1收斂運算部25還具有以下功能例如采用最速下降法 進行收斂運算直到滿足已設(shè)定的第1約束條件為止，生成滿足第1約束 條件的行駛軌跡。第1收斂運算部25與第2收斂運算部21同樣地以網(wǎng) 格為單位進行運算來計算行駛軌跡。進而，第1收斂運算部25還具有 以下功能將已生成的滿足第1約束條件的行駛軌跡作為第1約束條件 實現(xiàn)狀態(tài)進行保存，并且將第1約束條件實現(xiàn)狀態(tài)輸出至行駛軌跡導(dǎo)出 部26。
行駛軌跡導(dǎo)出部26具有以下功能在已實現(xiàn)所輸入的第1約束條 件的狀態(tài)下將第l約束條件實現(xiàn)狀態(tài)設(shè)為初始值來導(dǎo)出滿足規(guī)定的運行 條件的行駛軌跡。規(guī)定的運行條件是指通過時間以外的條件，例如是表 示駕駛者要求的耗油量及駕駛者要求的行駛安全性及舒適性的條件。行 駛軌跡導(dǎo)出部26具有將已導(dǎo)出的行駛軌跡輸出至車輛運動控制部27的 功能。
車輛運動控制部27具有以下功能基于從行駛軌跡導(dǎo)出部26所輸 入的行駛軌跡以及來自傳感器31的周圍行駛環(huán)境及本車輛的行駛狀態(tài)，來計算轉(zhuǎn)向控制信息及加減速控制信息。另外，車輛運動控制部27還 具有將所計算出的轉(zhuǎn)向控制信息輸出至轉(zhuǎn)向控制部28,并將所計算出的 加減速控制信息輸出至加減速控制部29的功能。
轉(zhuǎn)向控制部28具有以下功能基于從車輛運動控制部27輸入的轉(zhuǎn) 向控制信息來生成用于控制轉(zhuǎn)向致動器40的信號，并將已生成的控制 信號輸出至轉(zhuǎn)向致動器40。此外，轉(zhuǎn)向致動器40是控制車輛行駛的機 械上的構(gòu)成要素，例如是轉(zhuǎn)向角控制電機等。
加減速控制部29具有以下功能基于從車輛運動控制部27輸入的 加減速控制信息來生成用于控制節(jié)氣門致動器41以及制動器致動器42 的信號，并將已生成的控制信號輸出至節(jié)氣門致動器41以及制動器致 動器42。節(jié)氣門致動器41是控制車輛行駛的機械上的構(gòu)成要素，例如 是電子節(jié)氣門等。另外，例如在是液壓式制動器的情況下，制動器致動 器42，具有進行各車輪的制動器液壓的調(diào)整的功能。
其次，對本實施方式所涉及的行駛軌跡生成裝置1的動作進行說明。 圖2是表示本實施方式所涉及的行駛軌跡生成裝置1的動作的流程圖。 另外，圖3是用于說明本實施方式所涉及的行駛軌跡生成裝置1的動作 的概要圖，并示意性地表示行駛軌跡。此外，在下面，設(shè)搭載了行駛軌 跡生成裝置1的車輛5為HV(Hybrid Vehicle)車來進行說明。
例如在點火打開后的規(guī)定的時刻反復(fù)執(zhí)行圖2所示的控制處理。
若開始了圖2所示的控制處理，行駛軌跡生成裝置1則從行駛軌跡 生成處理開始進行處理(SIO)。 S10的處理是由第2收斂運算部21執(zhí)行 的以滿足約束條件的方式計算區(qū)塊的行駛軌跡的處理。首先，第2收斂 運算部21設(shè)定基于道路邊界線以及車輛性能界限的約束條件即第2約 束條件。第2收斂運算部21例如從導(dǎo)航系統(tǒng)33輸入包含道路邊界線的 道路環(huán)境信息，并設(shè)定第2約束條件。例如，在如圖3所示那樣，生成 從出發(fā)地點A行駛到目標(biāo)地點B(區(qū)塊)的軌跡時，第2收斂運算部21 輸入將出發(fā)地點A和目標(biāo)地點B聯(lián)結(jié)起來的道路D的寬度、傾斜度、 彎道半徑等，來設(shè)定第2約束條件。由此，設(shè)定車輛必須在區(qū)塊中行駛 在道路D上這樣的最基本的約束條件。接著，第2收斂運算部21使用 上次所求出的行駛軌跡(在是初次收斂運算時為初始軌跡)，以滿足第2約束條件的方式生成此次的行駛軌跡。具體而言，就是例如基于最速下 降法所使用的修正式對構(gòu)成上次所求出的行駛軌跡(在是初次收斂運算
時為初始軌跡)的參數(shù)加以變更，生成與實現(xiàn)第2約束條件的行駛軌跡 接近的行駛軌跡。若結(jié)束了 S10的處理，則轉(zhuǎn)移至第2約束條件判定處 理(S12)。
S12的處理是第2收斂運算部21所執(zhí)行的、判定在S10的處理中所 生成的行駛軌跡是否滿足第2約束條件的處理。當(dāng)在S12的處理中判定 為所計算出的行駛軌跡不滿足第2約束條件的情況下，再次轉(zhuǎn)移至行駛 軌跡生成處理(SIO)。由此，直到能夠生成滿足第2約束條件的行駛軌跡 為止第2收斂運算部21反復(fù)進行S10所示的收斂運算和S12所示的判 定(收斂運算)，生成滿足第2約束條件的行駛軌跡(第2收斂運算步驟)。 此外，例如對按規(guī)定距離將區(qū)塊分割后的每個網(wǎng)格進行S10以及S12的 處理。
另一方面，當(dāng)在S12的處理中判定為已生成的行駛軌跡滿足第2約 束條件的情況下，轉(zhuǎn)移至最快行駛軌跡生成處理(S14)。 S14的處理是最 快行駛軌跡導(dǎo)出部22所執(zhí)行的、設(shè)定與通過時間有關(guān)的評價函數(shù)并導(dǎo) 出最快行駛軌跡的處理。最快行駛軌跡導(dǎo)出部22從第2收斂運算部21 輸入第2約束條件，在已實現(xiàn)所輸入的第2約束條件的狀態(tài)下，例如基 于在共軛梯度法中所使用的修正式以使上次所求出的行駛軌跡(在是初 次收斂運算時為S10中所計算出的滿足第2約束條件的行駛軌跡)的與 通過時間有關(guān)的評價值變小的方式，變更上次所求出的行駛軌跡的參 數(shù)，來生成此次的行駛軌跡。例如，若設(shè)區(qū)塊被分割成n(n:自然數(shù)) 個網(wǎng)格，從出發(fā)地點A行駛到第n個網(wǎng)格的時間為tn，用于決定與通過 時間有關(guān)的評價值的評價函數(shù)Jl則如下式那樣來表示。
[數(shù)學(xué)公式1
1=》:,"(i >
若結(jié)束了 S14的處理，則轉(zhuǎn)移至最快評價條件判定處理(S16)。
S16的處理是最快行駛軌跡導(dǎo)出部22所執(zhí)行的、使用在S14的處理 中所生成的行駛軌跡來判定是否已滿足評價條件的處理。具體而言，最快行駛軌跡導(dǎo)出部22使用在S14的處理中所生成的行駛軌跡利用評價 函數(shù)Jl來計算出評價值，并在所計算出的評價值成為最小的情況下， 判定為滿足了評價條件。關(guān)于評價值是否成為最小的判定，當(dāng)在此次的 處理以前所計算出的評價值的變動、即評價值的微分值為O或者大致為 O的情況下，判定為評價值最小。當(dāng)在S16的處理中判定為在S14的處 理中所生成的行駛軌跡未滿足評價條件的情況下，再次轉(zhuǎn)移至最快行駛 軌跡生成處理(S14)。由此，直到能夠生成滿足與行駛時間有關(guān)的評價條 件的行駛軌跡為止，最快行駛軌跡導(dǎo)出部22反復(fù)進行S14所示的收斂 運算和S16所示的判定(收斂運算)，來生成最快的行駛軌跡(最快行駛 軌跡導(dǎo)出步驟)。通過上述的S14以及S16的處理，最快行駛軌跡導(dǎo)出 部22導(dǎo)出例如圖3所示的外內(nèi)外的最快行駛軌跡L1。
然后，當(dāng)在S16的處理中判定為在S14的處理中所生成的行駛軌跡 已滿足最快評價條件的情況下，轉(zhuǎn)移至低耗油量行駛軌跡生成處理 (S18)。 S18的處理是低耗油量行駛軌跡導(dǎo)出部23所執(zhí)行的、設(shè)定與低 耗油量有關(guān)的評價函數(shù)并導(dǎo)出低耗油量行駛軌跡的處理。低耗油量行駛 軌跡導(dǎo)出部23從第2收斂運算部21輸入第2約束條件，在已實現(xiàn)所輸 入的第2約束條件的狀態(tài)下，例如基于在共軛梯度法中所使用的修正式， 以使上次所求出的行駛軌跡(在是初次收斂運算時為S10中所計算出的 滿足第2約束條件的行駛軌跡)的與低耗油量有關(guān)的評價值變小的方式， 變更上次所求出的行駛軌跡的參數(shù)，來生成此次的行駛軌跡。用于決定 與低耗油量有關(guān)的評價值的評價函數(shù)J2,例如包含通過規(guī)定的網(wǎng)格以前 所排放的液壓制動器散熱量和通過該網(wǎng)格以前再生及再輸出之際所損 耗的能量損耗量而構(gòu)成，例如若與S14的處理同樣地設(shè)區(qū)塊被分割成 n(n:自然數(shù))個網(wǎng)格，設(shè)從出發(fā)地點A行駛到第n個網(wǎng)格的時間為tn， 設(shè)前后(第n-l個和第n個)網(wǎng)格間的車速分別為vp v2，設(shè)車輛5的重 量為m, i殳液壓減速加速度為設(shè)減速加速度為G2，設(shè)再生加速度為 G3，設(shè)再生所造成的能量損耗率為20%，則如下式那樣來表示。
[數(shù)學(xué)公式2<formula>formula see original document page 13</formula>這里，在式2中，根據(jù)混合動力系統(tǒng)的不同來決定再生加速度G3 的上限值(例如0.2G)。另外，根據(jù)前后網(wǎng)格間的車速微分值來計算減速 加速度G2。另外，在式2中，為了避免無限循環(huán)等計算處理的失敗， 在不會對整體評價帶來影響的程度(此處為1。/。)的范圍內(nèi)，附加與通過 時間有關(guān)的條件。由此，就能夠避免導(dǎo)出例如以O(shè)km/h行駛(停止)為最 佳的行駛軌跡之類的缺乏實用性的解。另外，液壓減速加速度Gp減 速加速度G2以及再生加速度G3被i殳定成滿足以下關(guān)系。
[數(shù)學(xué)公式3<formula>formula see original document page 14</formula>
這里，在減速加速度G2未超過再生加速度G3的上限的情況下，液
壓減速加速度Gi為0。低耗油量行駛軌跡導(dǎo)出部23以使式2所示的評 價函數(shù)J2變小的方式使用上次所求出的行駛軌跡(在是初次收斂運算時 為S10中所計算出的滿足第2約束條件的行駛軌跡)來運算此次的行駛 軌跡。此外，在式2中，在各個行駛軌跡生成裝置中考慮各個車輛5所 要求的性能等根據(jù)需要追加與通過時間有關(guān)的條件即可。若結(jié)束了 S18 的處理，則轉(zhuǎn)移至低耗油量評價條件判定處理(S20)。
S20的處理是低耗油量行駛軌跡導(dǎo)出部23所執(zhí)行的、使用在S18 的處理中所生成的行駛軌跡來判定是否滿足使低耗油量行駛優(yōu)先的評 價條件的處理。具體而言，低耗油量行駛軌跡導(dǎo)出部23使用在S18的 處理中所生成的行駛軌跡利用評價函數(shù)J2來計算出評價值，并在所計 算出的評價值成為最小的情況下判定為滿足了評價條件。關(guān)于評價值是 否成為最小的判定，當(dāng)在此次處理以前所計算出的評價值的變動、即評 價值的微分值為0或者大致為0的情況下判定為評價值最小。當(dāng)在S20 的處理中判定為未滿足評價條件的情況下，再次轉(zhuǎn)移至低耗油量行駛軌 跡生成處理(S18)。由此，直到能夠生成滿足使低耗油量行駛優(yōu)先的評價 條件的行駛軌跡為止，低耗油量行駛軌跡導(dǎo)出部23，反復(fù)進行S18所 示的收斂運算和S20所示的判定(收斂運算)，來生成使低耗油量行駛優(yōu) 先的行駛軌跡(低耗油量行駛軌跡導(dǎo)出步驟)。通過上述的S18以及S20 的處理，低耗油量行駛軌跡導(dǎo)出部23導(dǎo)出例如圖3所示的低耗油量行 駛軌跡L2。而且，當(dāng)在S20的處理中判定為在S18的處理中所生成的行駛軌跡 已滿足低耗油量評價條件的情況下，轉(zhuǎn)移至目標(biāo)通過時間計算處理 (S22)。 S22的處理是目標(biāo)通過時間計算部24所執(zhí)行的、計算通過區(qū)塊 的目標(biāo)時間的處理。首先，目標(biāo)通過時間計算部24基于通過S14以及 S16的處理所生成的最快行駛軌跡來計算按最快行駛軌跡行駛時的最快 通過時間tu,并且基于通過S18以及S20的處理所生成的低耗油量行駛 軌跡來計算按低耗油量行駛軌跡行駛時的低耗油量通過時間tp。接著， 目標(biāo)通過時間計算部24使用所計算出的最快通過時間tu以及低耗油量 通過時間tp來計算目標(biāo)通過時間ts。在這里，若例如設(shè)最快優(yōu)先級為k， 則由于速度和耗油量是互反事項，所以耗油量優(yōu)先級能夠用(l-k)來表 示。由此，目標(biāo)通過時間ts就如下式那樣來表示。
[數(shù)學(xué)公式4
<formula>formula see original document page 15</formula>
目標(biāo)通過時間計算部24使用式4來計算目標(biāo)行駛時間(目標(biāo)通過時 間計算步驟)。此外，基于駕駛者從操作部32輸入的值來設(shè)定式4中所 用的最快優(yōu)先級k即可。若結(jié)束了 S22的處理，則轉(zhuǎn)移至笫l約束條件 i殳定處理(S24)。
S24的處理是第1收斂運算部25所執(zhí)行的、以滿足約束條件的方式 計算區(qū)塊的行駛軌跡的處理。首先，第1收斂運算部25設(shè)定基于道路 邊界線、車輛性能界限以及目標(biāo)行駛時間的約束條件即第l約束條件。 第1收斂運算部25例如從導(dǎo)航系統(tǒng)33輸入包含道路邊界線的道路環(huán)境 信息，進而使用在S22的處理中所生成的目標(biāo)通過時間ts來設(shè)定第1約 束條件。輸入道路邊界線時的具體例子與S10的處理相同。即、第1約 束條件包含車輛必須在區(qū)塊中行駛在道路D上這樣的最基本的約束條 件和必須在目標(biāo)通過時間ts內(nèi)行駛這樣的約束條件。接著，第l收斂運 算部25使用上次所求出的行駛軌跡(在是初次收斂運算時為初始軌跡)， 以滿足第1約束條件的方式生成此次的行駛軌跡。具體而言，就是例如 基于在最速下降法中所使用的修正式對構(gòu)成上次所求出的行駛軌跡(在 是初次收斂運算時為初始軌跡)的參數(shù)加以變更，生成與實現(xiàn)第1約束 條件的行駛軌跡接近的行駛軌跡。若結(jié)束了 S24的處理，則轉(zhuǎn)移至笫1 約束條件判定處理(S16)。
15S26的處理是第1收斂運算部25所執(zhí)行的、判定在S24的處理中所 生成的行駛軌跡是否滿足第1約束條件的處理。當(dāng)在S26的處理中判定 為所計算出的行駛軌跡不滿足第1約束條件的情況下，再次轉(zhuǎn)移至第1 約束條件設(shè)定處理(S24)。由此，直到能夠生成滿足第l約束條件的行駛 軌跡為止第1收斂運算部25反復(fù)進行S24所示的收斂運算和S26所示 的判定(收斂運算)，來生成滿足第1約束條件的行駛軌跡(第1收斂運算 步驟)。此外，例如按規(guī)定距離分割區(qū)塊并對分割后的每個網(wǎng)格進行S24 以及S26的處理。
而且，當(dāng)在S26的處理中判定為所生成的行駛軌跡滿足第1約束條 件的情況下，轉(zhuǎn)移至行駛軌跡生成處理(S28)。 S28的處理是最快行駛軌 跡導(dǎo)出部26所執(zhí)行的、設(shè)定與低耗油量有關(guān)的評價函數(shù)并導(dǎo)出低耗油 量行駛軌跡的處理。行駛軌跡導(dǎo)出部26從第1收斂運算部25輸入第1 約束條件，在已實現(xiàn)所輸入的第1約束條件的狀態(tài)下，例如基于在共軛 梯度法中所使用的修正式以使上次所求出的行駛軌跡(在是初次收斂運 算時為S24中所計算出的滿足第1約束條件的行駛軌跡)的與低耗油量 有關(guān)的評價值變小的方式，變更上次所求出的行駛軌跡的參數(shù)來生成此 次的行駛軌跡。用于決定與低耗油量有關(guān)的評價值的評價函數(shù)J3，例如 包含通過規(guī)定的網(wǎng)格以前所排放的液壓制動器散熱量和通過該網(wǎng)格以 前再生及再輸出之際所損耗的能量損耗量而構(gòu)成，例如若與S18的處理 同樣地設(shè)區(qū)塊被分割成n(n:自然數(shù))個網(wǎng)格，設(shè)前后(第n-l個和第n 個)網(wǎng)格間的速度分別為vp v2， i殳車輛5的重量為m，設(shè)液壓減速加 速度為G" *沒減速加速度為G2,設(shè)再生加速度為G3，設(shè)再生所造成的 能量損耗率為20%，則如下式那樣來表示。
[數(shù)學(xué)公式5
…(5)<formula>formula see original document page 16</formula>
由于在S24以及S26的處理中將通過時間作為約束條件，所以在式 5所示的評價函數(shù)中不需要通過時間這一項。另外，與S18的處理同樣 地，液壓減速加速度Gp減速加速度G2以及再生加速度G3滿足式4 所示的關(guān)系，在減速加速度G2未超過再生加速度G3的上限的情況下液壓減速加速度Gt為0。
若結(jié)束了 S28的處理，則轉(zhuǎn)移至低耗油量評價條件判定處理(S30)。
S30的處理是行駛軌跡導(dǎo)出部26所執(zhí)行的、使用在S28的處理中所 生成的行駛軌跡來判定是否滿足使低耗油量行駛優(yōu)先的評價條件的處 理。具體而言，行駛軌跡導(dǎo)出部26使用在S28的處理中所生成的行駛 軌跡利用評價函數(shù)J3來計算評價值，并在所計算出的評價值成為最小 的情況下判定為滿足了評價條件。關(guān)于評價值是否成為最小的判定，在 此次處理以前所計算出的評價值的變動、即評價值的微分值為O或者大 致為0的情況下判定為評價值最小。當(dāng)在S30的處理中判定為未滿足評 價條件的情況下，再次轉(zhuǎn)移至低耗油量行駛軌跡生成處理(S28)。由此， 直到能夠生成滿足使低耗油量行駛優(yōu)先的評價條件的行駛軌跡為止，行 駛軌跡導(dǎo)出部26反復(fù)進行S28所示的收斂運算和S30所示的判定(收 斂運算)，來生成使低耗油量行駛優(yōu)先的行駛軌跡(行駛軌跡導(dǎo)出步驟)。 通過上述的S28以及S30的處理，行駛軌跡導(dǎo)出部26導(dǎo)出例如圖3所 示的最佳行駛軌跡L3。當(dāng)在S30的處理中判定為在S28的處理中所生 成的行駛軌跡滿足低耗油量評價條件的情況下，結(jié)束圖2所示的控制處 理。
以上，圖2的控制處理結(jié)束。如圖2所示那樣，行駛軌跡生成裝置 1通過在約束條件之中包含通過時間，從而不需要用評價函數(shù)對通過時 間進行最優(yōu)化，可以僅僅評價耗油量來進行最優(yōu)化。
以往，生成適當(dāng)?shù)胤从沉笋{駛者要求的通過時間和耗油量的行駛軌 跡是困難的，例如，根據(jù)駕駛者的要求將最快行駛軌跡L1和低耗油量 行駛軌跡L2加權(quán)后加起來導(dǎo)出行駛軌跡。在這種情況下，如圖4的行 駛軌跡L4那樣，存在成為幾何學(xué)上的折衷方案的傾向，而缺乏實用性， 有的時候不是充分地反映了所設(shè)定的加權(quán)的行駛軌跡。
相對于此，根據(jù)本實施方式所涉及的行駛軌跡生成方法以及行駛軌 跡生成裝置1，由于以實現(xiàn)基于目標(biāo)通過時間ts和道路D的道路邊界線 等設(shè)定的第1約束條件的方式進行收斂運算，來導(dǎo)出行駛軌跡，在已實 現(xiàn)第1約束條件的狀態(tài)下對用于使低耗油量優(yōu)先的評價函數(shù)進行收斂運 算來導(dǎo)出行駛軌跡，所以，能夠以在目標(biāo)通過時間內(nèi)進行行駛作為必要條件，并在此基礎(chǔ)上生成具有優(yōu)異的燃油效率的行駛軌跡。由此，就能 夠?qū)С鰸M足了駕駛者要求的通過時間以及低耗油量條件的在實用上沒
有問題的行駛軌跡。基于這樣進行最優(yōu)化后的行駛軌跡L3，車輛運動 控制部27將車輛控制信息輸出給轉(zhuǎn)向控制部28以及加減速控制部29， 轉(zhuǎn)向控制部28以及加減速控制部29對轉(zhuǎn)向致動器40、節(jié)氣門致動器 41以及制動器致動器42進行控制，由此，車輛5就能夠進行使通過時 間和耗油量最優(yōu)化后的行駛。
另外，根據(jù)本實施方式所涉及的行駛軌跡生成方法以及行駛軌跡生 成裝置1,能夠基于最快行駛軌跡Ll和低耗油量行駛軌跡L2來計算最 快通過時間tu、低耗油量通過時間tp，并根據(jù)駕駛者的要求對所計算出 的通過時間tu、 tp進行加權(quán)，來計算目標(biāo)通過時間ts。因此，通過使用 所計算出的目標(biāo)通過時間ts來導(dǎo)出行駛軌跡，就能夠更加準(zhǔn)確地反映駕 駛者要求的條件。
此外，上述的實施方式表示本發(fā)明所涉及的行駛軌跡生成裝置的一 例。本發(fā)明所涉及的行駛軌跡生成裝置并不限于實施方式所涉及的行駛 軌跡生成裝置，還可以在不變更各技術(shù)方案所記載的要點的范圍內(nèi)將實 施方式所涉及的行駛軌跡生成裝置進行變形，或者應(yīng)用于其他。
例如，雖然在上述實施方式中說明了目標(biāo)通過時間計算部24計算 用于設(shè)定第1約束條件的目標(biāo)通過時間的例子，但是例如還可以采用駕 駛者通過操作部32輸入的目標(biāo)通過時間。
另外，雖然在上述實施方式中說明了車輛5為HV車的情況，但車 輛5也可以是不具有再生機構(gòu)的車輛。在這種情況下，采用在上述實施 方式中所說明的評價函數(shù)J2、 J3之中的、去除了再生以及再輸出之際 的能量損耗一項的公式對低耗油量行駛軌跡進行評價、計算即可。
另外，雖然在上述實施方式中說明了車輛5為具備自動駕駛功能的 車輛的情況，但還可以應(yīng)用于使手動駕駛和自動駕駛協(xié)同的車輛及系 統(tǒng)。
另外，雖然在上述實施方式中說明了以通過時間作為約束條件，導(dǎo) 出使低耗油量優(yōu)先的行駛軌跡的例子，但是例如還可以是導(dǎo)出使乘坐舒服感優(yōu)先的行駛軌跡及使安全性優(yōu)先的行駛軌跡的情況，總而言之，只 要將通過時間作為約束條件，對使之優(yōu)先的事項沒有限定。
權(quán)利要求
1.一種行駛軌跡生成方法，其特征在于，包括第1收斂運算步驟，以實現(xiàn)基于規(guī)定的目標(biāo)通過時間和道路邊界線的第1約束條件的方式進行收斂運算來導(dǎo)出行駛軌跡；以及行駛軌跡導(dǎo)出步驟，在已實現(xiàn)上述第1約束條件的狀態(tài)下，對用于使規(guī)定的運行條件優(yōu)先的評價函數(shù)進行收斂運算來導(dǎo)出行駛軌跡。
2. 按照權(quán)利要求l所記載的行駛軌跡生成方法，其特征在于，上述行駛軌跡導(dǎo)出步驟使用用于使低耗油量行駛優(yōu)先的評價函數(shù) 作為上述評價函數(shù)。
3. 按照權(quán)利要求2所記載的行駛軌跡生成方法，其特征在于，包括第2收斂運算步驟，以實現(xiàn)基于道路邊界線的第2約束條件的方式 進行收斂運算來導(dǎo)出行駛軌跡；最快行駛軌跡導(dǎo)出步驟，在已實現(xiàn)上述第2約束條件的狀態(tài)下，對 用于使規(guī)定區(qū)間的通過時間優(yōu)先的評價函數(shù)進行收斂運算來導(dǎo)出最快 行駛軌跡；低耗油量行駛軌跡導(dǎo)出步驟，在已實現(xiàn)上述第2約束條件的狀態(tài)下， 對用于使低耗油量行駛優(yōu)先的評價函數(shù)進行收斂運算來導(dǎo)出低耗油量 行駛軌跡；以及目標(biāo)通過時間計算步驟，對根據(jù)上述最快行駛軌跡求出的最快通過 時間和根據(jù)上述低耗油量行駛軌跡求出的低耗油量通過時間進行加權(quán) 來計算出目標(biāo)通過時間，其中，上述第l收斂運算步驟采用通過上述目標(biāo)通過時間計算步驟 計算出的上述目標(biāo)通過時間作為上述規(guī)定的目標(biāo)通過時間。
4. 一種行駛軌跡生成裝置，其特征在于，包括第1收斂運算部，以實現(xiàn)基于規(guī)定的目標(biāo)通過時間和道路邊界線的 第1約束條件的方式進行收斂運算來導(dǎo)出行駛軌跡；以及行駛軌跡導(dǎo)出部，在已實現(xiàn)上述第l約束條件的狀態(tài)下，對用于使 規(guī)定的運行條件優(yōu)先的評價函數(shù)進行收斂運算來導(dǎo)出行駛軌跡。
5. 按照權(quán)利要求4所記載的行駛軌跡生成裝置，其特征在于，上述行駛軌跡導(dǎo)出部使用用于使低耗油量行駛優(yōu)先的評價函數(shù)作 為上述評價函數(shù)。
6.按照權(quán)利要求5所記載的行駛軌跡生成裝置，其特征在于，包括第2收斂運算部，以實現(xiàn)基于道路邊界線的第2約束條件的方式進 行收斂運算來導(dǎo)出行駛軌跡；最快行駛軌跡導(dǎo)出部，在已實現(xiàn)上述第2約束條件的狀態(tài)下，對用 于使規(guī)定區(qū)間的通過時間優(yōu)先的評價函數(shù)進行收斂運算來導(dǎo)出最快行 駛軌跡；低耗油量行駛軌跡導(dǎo)出部，在已實現(xiàn)上述第2約束條件的狀態(tài)下， 對用于使低耗油量行駛優(yōu)先的評價函數(shù)進行收斂運算來導(dǎo)出低耗油量 行駛軌跡；以及目標(biāo)通過時間計算部，對根據(jù)上述最快行駛軌跡求出的最快通過時 間和根據(jù)上述低耗油量行駛軌跡求出的低耗油量通過時間進行加權(quán)來計算出目標(biāo)通過時間，其中，上述第1收斂運算部采用由上述目標(biāo)通過時間計算部計算出 的上述目標(biāo)通過時間作為上述規(guī)定的目標(biāo)通過時間。
全文摘要
一種行駛軌跡生成裝置，具備進行以實現(xiàn)基于目標(biāo)通過時間(t_s)和道路(D)的道路邊界線的第1約束條件的方式進行收斂運算來導(dǎo)出行駛軌跡的第1收斂運算部(25)；以及在已實現(xiàn)第1約束條件的狀態(tài)下，對用于使規(guī)定的運行條件優(yōu)先的評價函數(shù)(J3)進行收斂運算來導(dǎo)出行駛軌跡的行駛軌跡導(dǎo)出部(26)，其中，以滿足基于目標(biāo)通過時間(t_s)和道路(D)的道路邊界線所設(shè)定的第1約束條件的方式對行駛軌跡進行收斂運算，并在滿足該第1約束條件的狀態(tài)下對用于使規(guī)定的運行條件優(yōu)先的評價函數(shù)(J3)進行收斂運算來導(dǎo)出行駛軌跡。
文檔編號G08G1/16GK101681561SQ20088001854
公開日2010年3月24日 申請日期2008年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月1日
發(fā)明者田口康治 申請人:豐田自動車株式會社