行驶轨迹生成方法以及行驶轨迹生成装置的制作方法

专利名称：行驶轨迹生成方法以及行驶轨迹生成装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及生成车辆未来的行驶轨迹的行驶轨迹生成方法以及行 驶轨迹生成装置。
背景技术：
生成车辆的最佳行驶轨迹，并利用该行驶轨迹来进行各种驾驶辅助 或者进行自动驾驶的技术不断被开发。在专利文献l所记载的装置中，
公开了对本车辆前方的道路形状进行检测，基于此道路形状和本车辆 的行驶速度来运算本车未来位置，并将该本车未来位置投影显示在前挡 风玻璃上。特别是，在是弯道道路的情况下，将弯道道路的特征点即转 弯点和本车未来位置一起投影显示在前挡风玻璃上。另外，在非专利文
献1中公开了用于在弯道道路上最快行驶的最佳行驶轨迹的生成方法。 专利文献1:日本特开2005-228139号公报
非专利文献1:藤冈健彦、江守大昌汽车技术会议文集 Vol.24,No.3，July 1993,pl06-lll "关于最短时间转弯法的理论研究，，
未来的行驶轨迹的生成方法是生成将最快行驶等作为评价条件的 行驶轨迹的方法，没有考虑燃油效率特性。因此，油门操作及制动器操 作易于变得最大，而成为在燃油效率方面不佳的行驶轨迹。特别是，在 是弯道道路的情况下，由于产生横向力并且需要加减速，所以若不考虑 燃油效率特性就会成为燃油效率差的行驶轨迹。

发明内容
因而，本发明的课题就是提供一种生成考虑了燃油效率特性的行驶 轨迹的行驶轨迹生成方法以及行驶轨迹生成装置。
本发明所涉及的行驶轨迹生成方法，其特征在于，用于生成驱动方式 为混合动力方式的车辆的未来的行驶轨迹，包括约束条件运算步骤，对至少包含道路边界线条件的约束4Ht进行收敛运算；以及评价函数运算步 骤，在已满足上述约束条件运算步骤中的约束条件的状态下，利用评价 函数进行收敛运算来导出行驶轨迹，该评价函数至少包含对混合动力系 统中的电力收支为正时的电力收支的评价。
在此行驶轨迹生成方法中，首先基于至少包含道路边界线条件的约 束条件进行收敛运算，其次保持该约束条件的同时利用至少包含对混合 动力系统中的电力收支(通过电机再生而蓄积的电力-电机输出中使用的 电力)为正时(蓄积的电力多于使用的电力时)的电力收支的评价条件的 评价函数进行收敛运算，导出评价为最佳的行驶轨迹。在是混合动力车 辆的情况下，能够通过再生将动能转换成电能，并通过电机输出将该电 能作为动能再输出。因此，为了改善燃油效率，需要重视如下情况为 了没有浪费地回收能量，当在行驶过程中进行了制动器操作时，不论何 时都能够通过再生对蓄电池进行充电。也就是说，若在行驶过程中在蓄 电池为充满电的状态下进行了制动器操作，则因无法进行基于再生的充 电所以液压制动器作动。因此，就无法将减速时的动能作为电能进行回 收而使能量白白浪费，所以，从行驶道路整体来看，不能成为燃油效率 的理想状态。因此，作为最优化的评价函数，设为包含基于电机的再生 和再输出的电力收支为正时的电力收支的函数。通过使用此评价函数来 实现行驶轨迹的最优化，从而，从行驶道路整体来看的电力收支为小于 等于O(蓄电池的充电量减少的方向)，成为可以始终通过再生向蓄电池 充电的状态，能够防止浪费减速时的动能的情况。这样，在此行驶轨迹 生成方法中，通过在评价函数中包含电力收支为正时的电力收支，就能 够生成考虑了燃油效率特性的行驶轨迹，能够有助于提高燃油效率。特 别是，对于产生横向力且需要加减速的弯道道路，能够生成考虑了燃油 效率特性的最佳行驶轨迹。
还可以釆用如下构成，即，在本发明的上述行驶轨迹生成方法中包 括初始条件生成步骤，在该初始条件生成步骤中将车辆减速时优先通过 再生减速进行减速而得到的行驶轨迹作为初始条件来生成。
在此行驶轨迹生成方法中，在是混合动力车辆的情况下，将减速时敛运算。通过使再生减速优先进行减速(也就是说重视基于再生制动的 减速，仅仅通过再生制动来减速)，就能够降低因液压制动器作动时的 散热所造成的能量损失，能够有助于提高燃油效率。通过这样将考虑了 燃油效率特性的行驶轨迹作为初始条件来实现最优化，就能够从最优化 处理的最初开始使用接近最佳轨迹的行驶轨迹，所以，能够避免因局部 最小值而搞错的行驶轨迹，由于很快地接近最佳轨迹所以处理负荷亦能 够减轻。这样，在此行驶轨迹生成方法中，通过预先生成重视了混合动 力方式下的再生减速而得到的初始条件，就能够可靠地且低处理负荷地 导出在燃油效率特性上表现优异的行驶轨迹。附带指出，当在车辆上釆
用了最优化方法的情况下，由于因变速机等所造成的滞后现象(例如从2 速变成3速和从3速变成2速的滞后现象)而有可能在最优化方法中导 出因局部最小解所造成的错误解。
还可以采用如下构成，即在本发明的上述行驶轨迹生成方法的初始 条件生成步骤中，生成根据由混合动力方式的系统能力决定的减速度上 限值和加速度上限值使转弯点向弯道入口侧移动并且使最小速度点向 弯道出口侧移动而得到的行驶轨迹。
在仅仅利用再生来进行减速的情况下，与利用车辆整体的减速能力 (基于再生制动器的减速+基于液压制动器的减速)进行减速的情况相比， 在减速时存在基于液压制动器的减速部分的富余(在前后力上有富余)。 因而，在考虑基于横向力和前后力的摩擦圆界限的情况下，当在弯道道 路中减速时将这一富余部分分配到横向力，由此，在减速时能够利用该 富余部分使行驶曲线变长，在加速时由于没有富余部分所以接近直线。 为了在弯道道路设成这样的行驶轨迹，就需要将转弯点向弯道入口侧移 动，将最小车速点向弯道出口侧移动。因而，在初始条件生成步骤中， 考虑混合动力方式的系统能力来决定减速度上P艮值和加速减速值，并根 据减速度上限值和加速度上限值使转弯点向弯道入口侧移动且使最小 速度点向弯道出口侧移动来生成行驶轨迹。
还可以采用如下构成，即在本发明的上述行驶轨迹生成方法中包括 区块分割步骤，将连续的弯道分割成多个区块；最快行驶最优化步骤，进 行最快行驶条件下的最优化处理；通过时间运算步骤，基于上述最快行驶 最优化步骤中的最优化结果，分别运算在上述区块分割步骤中进行分割而
6得到的各区块的通过时间；富余时间运算步骤，基于在区块分割步骤中 进行分割而得到的各区块中的制动器散热量，分别运算各区块的富余时 间；以及目标通过时间运算步骤，基于在通过时间运算步骤中进行运算 而得到的各区块的通过时间和在富余时间运算步骤中进行运算而得到 的各区块的富余时间，分别运算各区块的目标通过时间。
在此行驶轨迹生成方法中，在是连续的弯道的情况下，将连续的弯 道分割成多个区块。另外，在行驶轨迹生成方法中对该连续的弯道整体 进行最快行驶条件下的最优化处理，并根据该最快行驶条件的最优化结 果分别运算各区块的最快行驶时的通过时间。进而，在行驶轨迹生成方 法中，分别运算与各区块中的制动器散热量成比例的富余时间。而且， 在行驶轨迹生成方法中，基于各区块的最快行驶下的通过时间和富余时 间运算各区块的目标通过时间。这样，通过将连续的弯道(多弯道路等) 分割成各区块，并与各区块的制动器散热量(是浪费的能量，燃油效率 恶化的主要原因)成比例地对对每个区块分配富余时间(比最快行驶慢的 时间)，从而，能够分成重视燃油效率的区块和重视通过时间的区块来 对每个区块进行最优化。这样，在此行驶轨迹生成方法中，就能够对每 个区块将各区块的目标通过时间作为约束条件单独地进行最优化处理， 能够减轻存储器及处理负荷。附带指出，在将多个区块作为整体进行了 最优化处理时，需要大容量的存储器和复杂的程序，处理负荷亦增大。
本发明所涉及的行驶轨迹生成装置，其特征在于，生成驱动方式为混 合动力方式的车辆的未来的行驶轨迹，具备约束条件运算单元，对至少 包含道路边界线条件的约束条件进行收敛运算；以及评价函数运算单元， 在已满足约束条件运算单元中的约束条件的状态下，利用评价函数进行 收敛运算来导出行驶轨迹，该评价函数至少包含对混合动力系统中的电 力收支为正时的电力收支的评价。
还可以采用如下构成，即在本发明的上述行驶轨迹生成装置中具备 初始条件生成单元，该初始条件生成单元将车辆减速时优先通过再生减 速进行减速而得到的行驶轨迹作为初始条件来生成。
还可以采用如下构成，即在本发明的上述行驶轨迹生成装置的初始 条件生成单元中，生成根据由混合动力方式的系统能力决定的减速度上 限值和加速度上限值使转弯点向弯道入口侧移动并且使最小速度点向
7弯道出口侧移动而得到的行驶轨迹。
还可以采用如下构成，即在本发明的上述行驶轨迹生成装置中具备 区块分割单元，将连续的弯道分割成多个区块；最快行驶最优化单元，进 行最快行驶条件下的最优化处理；通过时间运算单元，基于最快行驶最优 化单元中的最优化结果，分别运算在区块分割单元中进行分割而得到的各 区块的通过时间；富余时间运算单元，基于在区块分割单元中进行分割 而得到的各区块中的制动器散热量，分别运算各区块的富余时间；以及 目标通过时间运算单元，基于在通过时间运算单元中进行运算而得到的 各区块的通过时间和在富余时间运算单元中进行运算而得到的各区块 的富余时间，分别运算各区块的目标通过时间。
在此各行驶轨迹生成装置中具有与上述各行驶轨迹生成方法同样 的作用效果。
本发明通过使用包含混合动力系统中的电力收支为正时的电力收 支的评价函数来进行最优化，能够生成考虑了燃油效率特性后的行驶轨 迹，能够有助于燃油效率的提高。


图l是本实施方式所涉及的自动驾驶控制装置之构成图。
图2是本实施方式所涉及的自动驾驶控制装置中的行驶轨迹最优化 功能之说明图。
图3是本实施方式所涉及的自动驾驶控制装置中的初始条件生成功 能之说明图。
图4是本实施方式所涉及的自动驾驶控制装置中的连续弯道应对功
能之说明图。
图5是表示本实施方式所涉及的ECU中的行驶轨迹最优化处理之 流程的流程图。
图6是表示本实施方式所涉及的ECU中的初始条件生成处理之流 程的流程图。图7是表示本实施方式所涉及的ECU中的连续弯道应对处理之流 程的流程图。
附图标记说明
l自动驾驶控制装置
IO横摆率传感器
IIG传感器
12车轮速度传感器
13GPS传感器
14白线探测传感器
15障碍物探测传感器
16导航系统
20转向致动器
21节气门致动器
22制动器致动器
23电机
30 ECU
具体实施例方式
下面，参照附图来说明本发明所涉及的行驶轨迹生成方法以及行驶 轨迹生成装置的实施方式。
在本实施方式中将本发明应用在搭载于进行自动驾驶的混合动力 车辆的自动驾驶控制装置。本实施方式所涉及的自动驾驶控制装置通过 最优化处理来生成行驶轨迹，并进行加减速控制以及转向控制以便沿着 该最佳行驶轨迹来行驶。所生成的行驶轨迹由位置(x坐标,y坐标)、车速模式(Vx，Vy)、加速度 模式(^，ay)、横摆角、横摆率等汽车行驶所需要的许多参数而构成。在 本实施方式所涉及的自动驾驶控制装置中，如图2所示那样，将一个弯 道道路等以区块B为单位来进行处理，以沿着行驶方向将行驶道路细密 地进行了分割而得到的网格M,…为单位来生成各区块B中的行驶轨迹。 从而， 一个区块B的行驶轨迹就由(网格M,…的个数x参数的个数)的数 据构成。例如，在参数为10个、网格为100个的情况下， 一个区块B 的行驶轨迹就由1000个数据构成。
一般而言，在设定了仅重视燃油效率的行驶条件的情况下，过慢的 行驶就是理想燃油效率的行驶，这一点已经为人所知，若以仅重视燃油 效率的行驶条件进行最优化处理,则会生成具有在实际上无法使用的那 样的车速模式的行驶轨迹。因而，在本实施方式所涉及的自动驾驶控制
装置中，为了对这种情况进行抑制，在最优化处理的评价函数中，除燃 油效率提高条件以外还追加了行驶时间条件。
另外，在直线道路或高速道路等在左右方向的轮胎摩擦上有充分的 富余的状况下，用以往的最优化方法也能生成最佳的行驶轨迹。但是， 在是弯道道路的情况下，需要充分地对能够在弯道前后的直线道路上行 驶的车速进行减速，在弯道行驶过程中就成为减速、转弯、加速这样的 构成，将会产生前后方向的加减速和左右方向的横向力。因而，在本实 施方式所涉及的自动驾驶控制装置中，生成尤其是在弯道道路上最佳的 行驶轨迹。此外，虽然在本实施方式中表示了适合于弯道道路的行驶轨 迹的生成方法，但也可适合于直线道路。附带指出，对于直线道路也可 以采用以往的生成办法。
另外，在进行最优化处理的情况下，由于因变速机等所造成的滞后 现象(例如从2速变成3速和从3速变成2速的滞后现象)，有可能导出 因局部最小解所造成的错误解。因而，在本实施方式所涉及的自动驾驶 控制装置中，作为进行最优化处理的前处理而生成接近最佳的行驶轨迹 的行驶轨迹作为初始条件。
参照图1~图4，对本实施方式所涉及的自动驾驶控制装置1进行 说明。图l是本实施方式所涉及的自动驾驶控制装置之构成图。图2是 本实施方式所涉及的自动驾驶控制装置中的行驶轨迹最优化功能之说
10明图。图3是本实施方式所涉及的自动驾驶控制装置中的初始条件生成 功能之说明图。图4是本实施方式所涉及的自动驾驶控制装置中的连续 弯道应对功能之说明图。
自动驾驶控制装置1生成兼顾了实际的行驶时间和耗油量减少的最 佳轨迹(尤其是弯道道路)。自动驾驶控制装置1为了生成最佳轨迹而具 有行驶轨迹最优化功能、初始条件生成功能、连续弯道应对功能，为了 进行自动驾驶下的车辆控制而具有车辆控制功能。
自动驾驶控制装置l具备横摆率传感器IO、 G传感器ll、车轮速 度传感器12、 GPS[Global Positioning System传感器13、白线探测传 感器14、障碍物探测传感器15、转向致动器20、节气门致动器21、制 动器致动器22、电机23以及ECU[Electronic Control Unit30，并利用 来自导航系统16的信息。
横摆率传感器10是检测在本车辆中产生的横摆率的传感器。横摆 率传感器10检测横摆率，并将该横摆率作为横摆率信号发送给ECU30。
G传感器11是检测作用于本车辆的横向加速度及前后加速度的传 感器。G传感器11检测作用于本车辆的加速度，并将该加速度作为G 信号发送给ECU30。此外，对每个要检测的加速度，分别构成横向G 传感器、前后G传感器。
车轮速度传感器12是分别设置于车辆的4个轮上，检测车轮的旋 转速度(与车轮的旋转相应的脉沖数)的传感器。车轮速度传感器12检测 每隔规定时间的车轮的旋转脉冲数，并将该检测出的车轮旋转脉冲数作 为车轮速度信号发送给ECU30。 ECU30根据各车轮的旋转速度分别运 算车轮速度，并根据各轮的车轮速度来运算车体速度(车速)。
GPS传感器13是具备GPS天线及处理装置等的用于推定本车辆的 位置等的传感器。GPS传感器13用GPS天线接收来自GPS卫星的GPS 信号。而且，在GPS传感器13中，利用处理装置对该GPS信号进行 解调，并基于该经过解调的各GPS卫星的位置数据来运算本车辆的位 置等。而且，在GPS传感器13中，将表示本车辆的位置等的GPS信 息信号发送给ECU30。附带指出，为了运算当前位置需要3个以上的GPS卫星的位置数据，因此，在GPS传感器13中，分别接收来自不同 的3个以上的GPS卫星的GPS信号。
白线探测传感器14是具备照相机及图像处理装置的用于探测一对 白线(车道)的传感器。在白线探测传感器14中，利用照相机对本车辆前 方的道路进行拍摄。而且，在白线探测传感器14中，利用图像处理装 置根据拍摄图像来识别表示车辆正在行驶的车道的一对白线。进而，根 据识别出的一对白线来运算车道宽度、通过一对白线的中心的线(即、 车道的中心线)、车道中心的半径(弯道半径R)、基于弯道半径R的弯道 曲率Y(=l/R)、相对于白线的车辆朝向(横摆角)以及相对于车道中心的 车辆中心的位置(偏移)等。而且，在白线探测传感器14中，将这些识别 出的一对白线的信息及运算出的各信息作为白线探测信号发送给 EC體。
障碍物探测传感器15是具备亳米波雷达及处理装置的用于探测存 在于本车辆周边的障碍物(车辆等)的传感器。在障碍物探测传感器15
中，用亳米波雷达照射亳米波，并接收从物体返射回来的亳米波。而且， 在障碍物探测传感器15中，利用处理装置基于毫米波的收发数据来探 测有无障碍物，并在探测出障碍物的情况下对至障碍物的距离等进行运 算。在障碍物探测传感器15中，将这些探测出的障碍物的信息及运算 出的各信息作为障碍物探测信号发送给ECU30。此外，不对障碍物的 探测方法进行限制，例如有，利用了照相机的拍摄图像的方法、利用了 照相机的拍摄图像和毫米波等雷达信息的方法、通过基础设施的通信进 行取得的方法。
导航系统16是进行本车辆的当前位置检测以及至目的地的路径引 导等的系统。特别是，在导航系统16中，从地图数据库读出当前行驶 中的道路的形状信息，并将该道路形状信息作为导航信号发送给 ECU30。此外，在是不具备导航系统的车辆的情况下，也可以是至少具 备至少保存了道路形状信息的地图数据库的构成，或者还可以是利用道 路车辆间通信等来取得道路形状信息的构成。
转向致动器20是将电机的旋转驱动力经由减速机构传递给转向机 构(齿条、小齿轮、转向柱等)，并用于将转向转矩提供给转向机构的致 动器。在转向致动器20中，若从ECU30接收到了转向控制信号，电机则根据转向控制信号进行旋转驱动产生转向转矩。
节气门致动器21是调整作为驱动源之一的发动机的节气门开度的 致动器。在节气门致动器21中，若接收到了来自ECU30的发动机控制 信号，则根据发动机控制信号进行作动来调整节气门的开度。
制动器致动器22是调整各车轮的轮缸的制动器油压的致动器。在 制动器致动器22中，若接收到了来自ECU30的制动器控制信号，则根 据制动器控制信号进行作动来调整轮缸的制动器油压。
电机23是作为驱动源之一的电气马达。另外，电机23具有作为发 电机的功能，将车轮的旋转能量(动能)转换成电能，进行再生发电。在 电机23中，若接收到了电机控制信号，则根据电机控制信号进行旋转 驱动来产生驱动力。另外，电机23，若接收到了再生控制信号则根据再 生控制信号进行发电，并将所发出的电力对蓄电池进行充电。
ECU30是由CPU[Central Processing Unit] 、 ROM[Read Only Memory、RAM[Random Access Memory]等组成的、对自动驾驶控制 装置1进行统一控制的电子控制单元。在ECU30中，每隔一定时间接 收来自各传感器10~15以及导航系统16的各信号。而且，在ECU30 中，进行行驶轨迹最优化处理、初始条件生成处理、连续弯道应对处理 等来生成最佳的行驶轨迹。进而，在ECU30中基于所生成的最佳的行 驶轨迹来进行车辆控制处理，对转向致动器20、节气门致动器21、制 动器致动器22、电机23进行控制。
此外，在本实施方式中，ECU30中的行驶轨迹最优化处理相当于技 术方案中记载的约束条件运算单元以及评价函数运算单元，ECU30中 的初始条件生成处理相当于技术方案中记载的初始条件生成单元， ECU30中的连续弯道应对处理相当于技术方案中记载的区块分割单元、 最快行驶最优化单元、通过时间运算单元、富余时间运算单元以及目标 通过时间运算单元。
对行驶轨迹最优化处理进行说明。作为此最优化方法，采用怎样的 方法都可以，例如采用在非专利文献1所公开的SCGRA[Sequential Conjugate Gradient Restoration Algorithm]。在SCGRA中，基于最速下降法进行收敛运算直到满足约束条件，并基于共轭梯度法进行收敛运 算直到评价函数的评价值成为最小。约束条件是在车辆行驶中必须绝对 遵守的条件。评价函数是用于评价在车辆行驶中重视的条件的函数。
在是混合动力车辆的情况下，能够在减速时通过基于电机23的再 生来将动能转换成电能，在加速时通过基于电机23的输出将该电能作 为动能再使用。从而，为了提高燃油效率，需要重视如下情况为了不 浪费减速时的动能，在整个行驶道路中，当进行了制动器操作时，不论 何时都是能够通过再生对蓄电池进行充电的状态(非充满电的状态)。也 就是说，若在行驶过程中蓄电池的SOC[State of Charge]为充满电状态 的情况下进行了制动器操作，则因利用再生的充电无法进行，所以液压 制动器作动。在此情况下，虽然在其瞬间的燃油效率不变化，但无法将
减速时的动能作为电能进行回收，而使能量白白浪费，所以，从行驶道 路整体来看，不能成为燃油效率的理想状态(在某处进行无益的加速的 可能性较高)。因而，作为评价函数，设为包含这一混合动力系统中的 电力收支为正时的电力收支的总量的函数。这样用正的电力收支进行评 价是因为，在是上坡路等的情况下电力收支为较大的负值，但是，如果 比0小则设为与0相同的评价。电力收支，就是混合动力系统中的通过 基于电机23的再生而蓄积的电力-通过电机23的输出而使用的电力， 在蓄积的电力多于使用的电力时就为正。通过采用此评价函数来进行行 驶轨迹的最优化，电力收支在区块B整体上小于等于O(使用的电力大于 等于蓄积的电力)，相对于区块B入口处的蓄电池的SOC在出口的SOC 不增加。从而，可以始终通过再生对蓄电池进行充电，能够防止减速时 的动能浪费。
但是，如果仅仅重视燃油效率以恒定的低速(例如在弯道道路上的最 低车速)来行驶，虽然燃油效率提高了，但是成为在实际上无法使用的 那样的车速模式。因而，作为评价函数，设为除了包含电力收支为正时 的电力收支总量以外还包含区块B的通过时间的函数。通过使用这一评 价函数，就能够生成如下的行驶轨迹，即能够以在整个区块B中通过都 在实际上没有问题的车速行驶，并且电力收支在整个区块B中小于等于 0，可以始终进行基于再生的能量回收。
在ECU30中，i殳定作为初始条件的初始轨迹，并基于最速下降法进行收敛运算直到满足约束条件。作为约束条件有道路侧的条件和车辆
侧的条件，作为道路侧的条件有道路边界线(行驶在道路上)；作为车辆
侧的条件有摩擦圓、加速界限、减速界限、转向界限等车辆性能界限。
具体而言，就是使用上次所求出的行驶轨迹(在是初次收敛运算中为初
始轨迹)基于约束条件对此次的行驶轨迹进行收敛运算，并使用此次所
求出的行驶轨迹来判断是否满足约束条件，反复进行各处理循环中的收 敛运算和判断直到求得满足约束条件的行驶轨迹为止。在各处理循环
中，求解以区块B为单位的(网格M,…的个数x参数的个数)的数据组成
的行驶轨迹。
若导出了满足约束条件的行驶轨迹，则在ECU30中，基于共轭梯 度法进行收敛运算直到满足约束条件并且评价函数的评价值成为最小 为止。作为评价函数，如式(l)所示那样，设为对区块B的通过时间加 上了正的电力收支总量后的函数，使区块B整体上的通过时间和正的电 力收支总量变小。通过时间是用于通过区块B的目标时间，例如，有根 据道路的限制车速所求出的时间、由驾驶员所输入的时间。再生效率是 再生/再输出时的能量的回收率，取决于混合动力系统，例如为 0.8(80%)。再生电力是混合动力系统中的基于电机23的再生制动的减 速度上限值(取决于混合动力系统，例如为0.2G)内的减速能量。加速电 力是混合动力系统中的基于电机23的输出的加速度上P艮值(取决于混合 动力系统，例如为0.2G)内的加速能量。此外，虽然将通过时间与正的 电力收支的考虑程度设为0.5对0.5，但也可以设定任意的值，例如使用 由驾驶员所输入的考虑程度。
全部富余时间=整体目标通过时间-整体最快通过时间...(3 )
在ECU30中，判定全部富余时间是否小于0。在全部富余时间小于 O的情况下，由于即便最快行驶也要慢于整体目标通过时间，所以使用 通过基于最快行驶条件的最优化处理所求出的行驶轨迹。
在全部富余时间大于等于O的情况下，若以最快方式行驶，则能够 快于整体目标通过时间而通过。在此情况下，在ECU30中，运算各区 块中的制动器散热量。作为此运算方法，采用怎样的运算方法都可以。 然后，在ECU30中，对每个区块使用全部富余时间、各区块的制动器 散热量以及将所有区块合在一起的制动器散热量，利用式(4)来运算区块 上的富余时间。
区块的目标通过时间=区块的最快通过时间+区块的富余时间...(5)
然后，在ECU30中，对每个区块，在约束条件中加上区块上的目 标通过时间来进行最优化处理，生成行驶轨迹。虽然在这里是进行上述 的行驶轨迹最优化处理，但是，设为也考虑了目标通过时间后的约束条 件，并设成去掉通过时间条件仅仅将正方向的电力收支设为条件而得到 的评价函数来进行最优化处理。
19对车辆控制功能进行说明。在ECU30中，每隔一定时间，为了按 照所求出的最佳行驶轨迹进行行驶，考虑本车辆周边的障碍物(前方车 辆等)的同时基于最佳行驶轨迹与实际的车辆状态(横摆率、横向G、前 后G、车速、绝对位置、相对于车道中心的相对关系等)的偏差来生成 转向控制信号、发动机控制信号、制动器控制信号、电机控制信号或者 再生控制信号，并将各信号分别发送给转向致动器20、节气门致动器 21、制动器致动器22、电机23。
参照图1~图4对自动驾驶控制装置1中的动作进行说明。在这里， 对自动驾驶控制装置l中的行驶轨迹最优化功能、初始条件生成功能、 连续弯道应对功能的各动作进行说明。特别是沿着图5、图6、图7的 各流程图对ECU30中的行驶轨迹最优化处理、初始条件生成处理、连 续弯道应对处理进行说明。图5是表示本实施方式所涉及的ECU中的 行驶轨迹最优化处理之流程的流程图。图6是表示本实施方式所涉及的 ECU中的初始条件生成处理之流程的流程图。图7是表示本实施方式 所涉及的ECU中的连续弯道应对处理之流程的流程图。
对行驶轨迹最优化功能进行说明。在导航系统16中，从地图数据 库中读出当前行驶中的道路的形状信息，并将该道路形状信息作为导航 信号发送给ECU30。在ECU30中接收导航信号，取得道路形状信息。
在ECU30中，将通过初始条件生成功能等设定的初始轨迹作为初 始条件，基于以道路边界线以及车辆性能界限为条件的约束条件进行收 敛运算，生成行驶轨迹(SIO)。在ECU30中，判定此次所生成的行驶轨 迹是否满足约束条件(Sll)。当在Sll中判定为不满足约束条件的情况 下，在ECU30中使用上次所生成的行驶轨迹基于约束条件进行收敛运 算来生成行驶轨迹(S10),判定此次所生成的行驶轨迹是否满足约束条件 (Sll)。
当在Sll中判定为满足约束条件的情况下，在ECU30中使用已满 足约束条件的行驶轨迹，基于区块B的通过时间和混合动力系统中的电 力收支为正时的电力收支总量组成的评价函数进行收敛运算，生成行驶 轨迹(S12)。在ECU30中判定此次所生成的行驶轨迹的评价值是否最小 (S13)。当在S13中判定为评价值并非最小的情况下，在ECU30中使用(S12),判定此次所生成的行驶轨迹的评价值是否最小(S13)。
当在S13中判定为评价值最小的情况下，在ECU30中将所生成的 行驶轨迹设为最佳轨迹。而且，在自动驾驶控制装置l中，进行加减速 控制以及转向控制以便按照此最佳轨迹来行驶(进行车辆控制功能)。
此外，在本实施方式中，SIO、 Sll的处理相当于技术方案中记载的 约束条件运算步骤，S12、 S13的处理相当于技术方案中记载的评价函 数运算步骤。
对初始条件生成功能进行说明。在生成最佳轨迹的行驶道路为弯道 道路的情况下，在ECU30中，生成Out-In-Out的行驶轨迹(S20)。另夕卜， 在ECU30中，决定混合动力车辆中的基于再生减速的减速度上限值 (S21),并且决定发动机输出热效率良好的加速度上限值(S22)。
而且，在ECU30中，基于减速度上限值和加速度上限值将 Out-in-Out的转弯点向弯道入口侧移动(S23)。另外，在ECU30中，基 于减速度上限值和加速度上限值将Out-ln-Out的最小车速点向弯道出 口侧移动(S24)。而且，在ECU30中，将经过移动的转弯点以及最小车 速点等用平滑的曲线结合起来来生成初始轨迹，并将该初始轨迹作为行 驶轨迹最优化功能中的初始条件而使用。
此外，在本实施方式中，S20~S25的处理相当于4支术方案中记载的 初始条件生成步骤。
对连续弯道应对功能进行说明。在生成最佳轨迹的行驶道路为连续 弯道的情况下，在ECU30中，将该连续弯道分割成多个区块(S30)。另 外，在ECU30中，对该连续弯道整体利用最快行驶条件进行最优化处 理，求解连续弯道整体上的最快通过时间(S31)。然后，在ECU30中， 将该整体最快通过时间分配给各区块，运算每个区块的最快通过时间 (S32)。
在ECU30中，从整体目标通过时间中减去整体最快通过时间来运 算连续弯道整体的全部富余时间(S33)。然后，在ECU30中判定全部富 余时间是否小于0(S34)。当在S34中判定为全部富余时间小于0的情况 下，在ECU30中将通过利用最快行驶条件的最优化处理所生成的行驶轨迹设为最佳轨迹(S35)。而且，在自动驾驶控制装置1中进行加减速控 制以及转向控制以便按照此最佳轨迹来行驶。
当在S34中判定为全部富余时间大于等于0的情况下，在ECU30 中运算各区块中的制动器散热量(S36)。然后，在ECU30中对每个区块 根据区块的制动器散热量来运算富余时间(S37)。进而，在ECU30中， 对每个区块基于该区块的富余时间和最快通过时间来运算目标通过时 间(S38)。然后，在ECU30中，对每个区块将该区块的目标通过时间加 到约束条件(取而代之从评价函数中删除通过时间)中，进行最优化处理 (进行上述的行驶轨迹最优化功能)，生成最佳轨迹(S39)。
在ECU30中对连续弯道的所有区块判定最优化处理是否已经结束 (S40)。当在S40中判定为尚未全部结束的情况下，在ECU30中返回到 S37,进行有关下一区块的处理。另一方面，当在S40中判定为已全部 结束的情况下，在自动驾驶控制装置1中进行加减速控制以及转向控制 以便按照此生成的最佳轨迹来行驶。
此外，在本实施方式中，S30的处理相当于技术方案中记载的区块 分割步骤，S31的处理相当于技术方案中记载的最快行驶最优化步骤， S32的处理相当于技术方案中记载的通过时间运算步骤，S36、 S37的处 理相当于技术方案中记载的富余时间运算步骤，S38的处理相当于技术 方案中记载的目标通过时间运算步骤。
根据此自动驾驶控制装置1,通过利用在区块B的通过时间上加上 了混合动力系统中的电力收支为正时的电力收支的评价函数来进行最 优化处理，能够生成兼顾了实际的行驶时间和耗油量的减少的最佳轨 迹，利用此最佳轨迹，从行驶道路整体来看，电力收支小于等于O,能 够以实用的车速来行驶。其结果，在减速时就可以始终进行基于再生的 蓄电池充电，不会浪费减速时的动能。特别是，能够生成适合于产生横 向力且需要加减速的弯道道路的行驶轨迹。在是弯道道路的情况下，在 弯道入口侧的减速时蓄积电力，在弯道出口侧的加速时使用电力，但是， 通过以此行驶轨迹来行驶，与弯道入口相比在弯道出口蓄电池的SOC 的增减为0或者减少。
另外，根据自动驾驶控制装置1,通过生成考虑了对再生减速进行始轨迹，能够从最优化处理的最初开始使用 接近最佳轨迹的行驶轨迹，所以能够避免因局部最小值而搞错的行驶轨 迹，处理负荷亦能够减轻。
另外，根据自动驾驶控制装置1，通过在连续弯道中根据各区块的 制动器散热量来分配富余时间，能够对每个区块将目标通过时间作为约 束条件单独地进行最优化处理，能够减轻存储器及处理负荷。
虽然以上对本发明所涉及的实施方式进行了说明，但本发明可以以 各种各样的方式实施而并不限定于上述实施方式。
例如，虽然在本实施方式中是应用于自动驾驶的混合动力车辆，但 是，既可以应用于对手动驾驶使用最佳轨迹进行各种驾驶辅助的车辆， 也可用应用于内燃机、电机等单一驱动源的车辆。特别是，关于连续弯 道应对功能，还可以应用于仅将内燃机作为驱动源的车辆，关于行驶轨 迹最优化功能及初始条件生成功能，则只可以应用于混合动力车辆中。
另外，虽然在本实施方式中，是应用于生成最佳轨迹并按照最佳轨 迹进行自动驾驶的自动驾驶控制装置，但是，既可以应用于仅仅生成最 佳轨迹的装置，也可以应用于生成最佳轨迹并将该最佳轨迹通过显示等 提供给驾驶者的装置，还可以应用于生成最佳轨迹并使用最佳轨迹来进 行各种驾驶辅助的装置。
另外，虽然在本实施方式中采取利用1个ECU来构成的方式，但 是也可以利用多个ECU来构成。
另外，虽然在本实施方式中设评价函数为考虑了通过时间和正的电 力收支的函数，但是，通过作为评价函数而采取仅为正的电力收支的函 数，能够生成仅重视燃油效率的最佳轨迹。
另外，虽然在本实施方式中采取通过基于减速度上限值和加速度上 限值使转弯点和最小车速点移动来求解减速再生重视轨迹的构成，但 是，也可以采取通过其他方法来求解减速再生重视轨迹的构成。
另外，虽然在本实施方式中采用根据制动器散热量来分配富余时间 的构成，但是也可以根据考虑了燃油效率特性的其他参数来分配富余时 间。
2权利要求
1.一种行驶轨迹生成方法，其特征在于，用于生成驱动方式为混合动力方式的车辆的未来的行驶轨迹，包括约束条件运算步骤，对至少包含道路边界线条件的约束条件进行收敛运算；以及评价函数运算步骤，在已满足上述约束条件运算步骤中的约束条件的状态下，利用评价函数进行收敛运算来导出行驶轨迹，该评价函数至少包含对混合动力系统中的电力收支为正时的电力收支的评价。
2. 按照权利要求l所记载的行驶轨迹生成方法，其特征在于，包 括初始条件生成步骤，在该初始条件生成步骤中将车辆减速时优先通过 再生减速进行减速而得到的行驶轨迹作为初始条件来生成。
3. 按照权利要求2所记载的行驶轨迹生成方法，其特征在于，在上述初始条件生成步骤中，生成根据由混合动力方式的系统能力 决定的减速度上限值和加速度上限值使转弯点向弯道入口侧移动并且 使最小速度点向弯道出口侧移动而得到的行驶轨迹。
4. 按照权利要求1~3中任意一项所记载的行驶轨迹生成方法，其 特征在于，包括区块分割步骤，将连续的弯道分割成多个区块；最快行驶最优化步骤，进行最快行驶条件下的最优化处理；通过时间运算步骤，基于上述最快行驶最优化步骤中的最优化结 果，分别运算在上述区块分割步骤中进行分割而得到的各区块的通过时 间；富余时间运算步骤，基于在上述区块分割步骤中进行分割而得到的 各区块中的制动器散热量，分别运算各区块的富余时间；以及目标通过时间运算步骤，基于在上述通过时间运算步骤中进行运算 而得到的各区块的通过时间和在上述富余时间运算步骤中进行运算而 得到的各区块的富余时间，分别运算各区块的目标通过时间。
5. —种行驶轨迹生成装置，其特征在于，生成驱动方式为混合动 力方式的车辆的未来的行驶轨迹，具备约束条件运算单元，对至少包含道路边界线条件的约束条件进行收敛运算；以及评价函数运算单元，在已满足上述约束条件运算单元中的约束条件 的状态下，利用评价函数进行收敛运算来导出行驶轨迹，该评价函数至 少包含对混合动力系统中的电力收支为正时的电力收支的评价。
6. 按照权利要求5所记载的行驶轨迹生成装置，其特征在于，具 备初始条件生成单元，该初始条件生成单元将车辆减速时优先通过再生 减速进行减速而得到的行驶轨迹作为初始条件来生成。
7. 按照权利要求6所记载的行驶轨迹生成装置，其特征在于，在上述初始条件生成单元中，生成根据由混合动力方式的系统能力 决定的减速度上限值和加速度上限值使转弯点向弯道入口侧移动并且 使最小速度点向弯道出口侧移动而得到的行驶轨迹。
8. 按照权利要求5~7中任意一项所记载的行驶轨迹生成装置，其 特征在于，具备区块分割单元，将连续的弯道分割成多个区块；最快行驶最优化单元，进行最快行驶条件下的最优化处理；通过时间运算单元，基于上述最快行驶最优化单元中的最优化结 果，分别运算在上述区块分割单元中进行分割而得到的各区块的通过时 间；富余时间运算单元，基于在上述区块分割单元中进行分割而得到的 各区块中的制动器散热量，分别运算各区块的富余时间；以及目标通过时间运算单元，基于在上述通过时间运算单元中进行运算 而得到的各区块的通过时间和在上述富余时间运算单元中进行运算而 得到的各区块的富余时间，分别运算各区块的目标通过时间。
全文摘要
一种行驶轨迹生成装置(1)，用于生成驱动方式为混合动力方式的车辆的未来的行驶轨迹，其特征在于，具备约束条件运算单元(30)，对至少包含道路边界线条件的约束条件进行收敛运算；以及评价函数运算单元(30)，在已满足约束条件运算单元(30)中的约束条件的状态下，利用评价函数进行收敛运算来导出行驶轨迹，该评价函数至少包含对混合动力系统中的电力收支为正时的电力收支的评价。
文档编号G01C21/20GK101689330SQ20088002049
公开日2010年3月31日 申请日期2008年10月30日 优先权日2007年11月1日
发明者田口康治 申请人:丰田自动车株式会社