本发明涉及车辆控制装置。
背景技术：
us2015/0197246a公开了一种装置，用于生成车辆将沿着其行驶的路线。这种装置基于车道边界等地图信息，预先计算车辆在车道内能够沿着其行驶的多个潜在路线。此后，基于传感器信息等，该装置从计算出的多个潜在路线中选择潜在路线，利用该潜在路线，车辆能够与障碍物保持距离。接着，该装置生成目标路线，沿着该目标路线，车辆能从当前路线平稳过渡到所选择的用于继续行驶的潜在路线。
技术实现要素：
us2015/0197246a没有公开用于生成车辆将从当前路线平稳过渡到潜在路线所沿着的路线的方法。可以使用例如从目标路线到潜在路线的预定目标时间(或目标距离)，来生成潜在路线。
然而，当目标时间(或目标距离)是恒定的时，则存在生成不按照道路的形状的路线的可能性，或者存在生成低可靠性的路线的可能性。例如，当车辆前方的道路是弯道时，使用类似于直道的目标时间(或目标距离)生成从当前路线到潜在路线的路线，将生成这样的路线：其中转向操作将靠近转弯处而开始。此外，随着车辆周围的道路环境变得更复杂(存在岔路、车道数量的增加或减少、从辅路并入、或在车辆周围的多个其他车辆)，必须预测更多的事件，因而其结果是用路线计算的可靠性趋于降低。
根据本发明，可以根据地图信息或车辆前方的外部状况，缩短基于地图信息生成的到达潜在路线的路线。
本发明的一个方面提供了一种车辆控制装置。根据这个方面的车辆控制装置包括：地图数据库，其存储地图信息；车辆位置识别单元，配置为识别地图位置，所述地图位置是车辆在地图上的位置；外部状况识别单元，配置为识别所述车辆的外部状况和道路位置，所述道路位置是所述车辆在道路上的位置；行驶状态识别单元，配置为识别所述车辆的行驶状态；行驶计划生成单元，配置为基于所述地图信息、所述地图位置、所述外部状况和所述行驶状态，生成目标路线；以及行驶控制单元，配置为使所述车辆基于所述目标路线行驶。所述行驶计划生成单元包括：潜在路线确定单元，配置为基于所述地图信息，确定潜在路线；位置计算单元，配置为基于目标时间或目标距离、所述道路位置和所述行驶状态，计算基准到达位置。所述目标时间是所述车辆从所述道路位置到达所述潜在路线所需的预定时间。所述目标距离是所述车辆从所述道路位置到达所述潜在路线所需的预定距离。所述基准到达位置是所述车辆使用所述目标时间或所述目标距离从所述道路位置到达所述潜在路线的位置。所述行驶计划生成单元包括：到达位置确定单元，配置为根据在所述基准到达位置的所述地图信息或所述外部状况，将所述车辆在不同于所述目标时间的时间内或以不同于所述目标距离的距离到达所述潜在路线的位置确定为目标到达位置；路线计算单元，配置为计算从所述道路位置到所述目标到达位置的过渡路线；以及路线生成单元，配置为通过连接所述过渡路线和所述目标到达位置之后的潜在路线而生成所述目标路线。
在这个方面，到达位置确定单元可能配置为，根据在所述基准到达位置处的所述地图信息或所述外部状况，将所述车辆在比所述目标时间短的时间内或以比所述目标距离短的距离到达所述潜在路线的位置确定为所述目标到达位置。
采用上述配置，当过渡至已经基于地图信息生成的潜在路线时，这种车辆控制装置计算基准到达位置，该基准到达位置是车辆使用预定目标时间(或目标距离)将到达潜在路线的位置。此后，车辆控制装置将根据在基准到达位置的地图信息或外部状况，将车辆在比目标时间短的时间内(或以比目标距离短的距离)到达潜在路线的位置确定为目标到达位置。通过这种方式，该装置可以根据地图信息或外部状况将目标到达位置设定为比基准到达位置更靠近车辆的位置。因此，这种装置可以根据车辆前方的地图信息或外部状况生成到已经基于地图信息生成的潜在路线的更短的过渡路线。
在这个方面，行驶计划生成单元可能配置为以预定周期性时间间隔生成所述目标路线。所述过渡路线包括前半部分和后半部分，所述前半部分是从所述道路位置到前次生成的目标路线上的预定点，所述后半部分是从所述预定点到所述目标到达位置。所述路线计算单元配置为计算所述后半部分。
采用上述配置，行驶计划生成单元使用前次目标路线的一部分作为过渡路线的前半部分，使其可以降低车辆转向控制的可追随性的减少。
在这个方面，所述到达位置确定单元可能配置为，当所述基准到达位置的道路曲率等于或小于预定值时，将所述基准到达位置确定为所述目标到达位置，并且可能配置为，当所述基准到达位置的道路曲率大于所述预定值时，将所述车辆在比所述目标时间短的时间内或以比所述目标距离短的距离到达潜在路线的位置确定为所述目标到达位置。
采用上述配置，在道路曲率等于或小于预定值的道路，例如直道上，这种车辆控制装置可以使车辆在基准到达位置处到达潜在路线；在另一方面，在道路曲率大于预定值的道路，例如弯道上，这种车辆控制装置可以使车辆在比基准到达位置更靠近车辆的位置处到达潜在路线。通过这种方式，这种装置可能根据地图信息(道路形状)生成到潜在路线的更短的过渡路线，该潜在路线是已经基于地图信息生成的。
在这个方面，到达位置确定单元可能配置为，将道路曲率等于或小于所述预定值处的所述潜在路线上的位置确定为所述目标到达位置。
采用上述配置，这种装置可以使车辆在靠近直道的位置处到达潜在路线。
在这个方面，所述到达位置确定单元可能配置为，当在所述基准到达位置周围的其他车辆的数量等于或小于预定车辆数量时，将所述基准到达位置确定为所述目标到达位置，并且可能配置为，当在所述基准到达位置周围的其他车辆的数量大于所述预定车辆数量时，将所述车辆在比所述目标时间短的时间内或以比所述目标距离短的距离到达潜在路线的位置确定为所述目标到达位置。
采用上述配置，这种车辆控制装置可以在其他车辆的数量较小的情况下使车辆在基准到达位置处达到潜在路线，并且在其他车辆的数量较大的情况下使车辆在比基准到达位置更靠近车辆的位置处到达潜在路线。
在这个方面，所述到达位置确定单元可能配置为，当所述车辆正在行驶的道路是车辆专用道路时，将所述基准到达位置确定为所述目标到达位置，并且可能配置为，当所述车辆正在行驶的道路是普通道路时，将所述车辆在比所述目标时间短的时间内或以比所述目标距离短的距离到达潜在路线的位置确定为所述目标到达位置。
采用上述配置，这种车辆控制装置可以在车辆正在行驶的道路是车辆专用道路的情况下使车辆在基准到达位置处到达潜在路线，并且可以在车辆正在行驶的道路是普通道路的情况下使车辆在比基准到达位置处更靠近车辆的位置处到达潜在路线。通过这种方式，这种装置可以根据地图信息(道路类型)生成到已经基于地图信息生成的潜在路线的更短的过渡路线。
在这个方面，所述潜在路线确定单元可能配置为，基于所述地图信息生成多条路线，并且可能配置为通过从所述多条路线中根据所述外部状况选择一条路线，确定所述潜在路线。
在这个方面，所述地图信息可能包括所述潜在路线上的预定点的道路曲率。
附图说明
下面参照附图描述本发明的示例性实施例的特征、优势，以及技术和工业意义。附图中或相似的附图标记表示相似的部件。
图1是展示了根据第一实施例的包括车辆控制装置的车辆的结构的方框图；
图2a是展示了由行驶计划生成单元进行的目标路线计算处理的例子的示意图；
图2b是展示了由行驶计划生成单元进行的目标路线计算处理的例子的示意图；
图2c是展示了由行驶计划生成单元进行的目标路线计算处理的例子的示意图；
图3a是展示了过渡路线的示意图；
图3b是展示了过渡路线的示意图；
图3c是展示了过渡路线的示意图；
图4是展示了到达位置的例子的示意图；
图5是展示了到达位置的另一个例子的示意图；
图6是展示了在弯道中的到达位置的示意图；
图7是展示了行驶计划生成单元的结构的方框图；
图8是展示了根据道路形状的目标到达位置搜索处理的示意图；
图9是展示了根据第一实施例的车辆控制处理的例子的流程图；
图10是展示了根据第二实施例的车辆控制处理的例子的流程图；
图11是展示了根据第三实施例的车辆控制处理的例子的流程图。
具体实施方式
下面将参照附图详细描述本发明的示例性实施例。在以下描述中，相同的附图标记用于相同或相当的部件，并且省略了重复的描述。
第一实施例
图1为展示了根据第一实施例的包括车辆控制装置1的车辆2的配置的方框图。如图1所示，车辆系统100安装在车辆2(例如客车)上。车辆系统1是使车辆2以自主的驾驶模式行驶的系统。自主驾驶是自主地驾驶车辆2朝着预设的目的地而无需驾驶员执行驾驶操作的车辆控制操作。如后面将描述的，车辆系统100包括基于目标路线控制车辆2的行驶的车辆控制装置1。
车辆系统100包括外部传感器3、全球定位系统(gps)接收器4、内部传感器5、地图数据库6、导航系统7、执行器8、人机界面(hmi)9和电子控制单元(ecu)10。
外部传感器3是检测车辆2周围的状况(外部状况)的检测器。外部传感器3包括摄像机和雷达传感器中的至少一个。
摄像机是获取车辆的外部状况的获取装置。摄像机设置在车辆的挡风玻璃的内侧。摄像机将获取的车辆的外部状况的信息发送至ecu10。摄像机可能是单目摄像机或立体摄像机。立体摄像机具有两个获取单元，这两个获取单元布置为再现左眼和右眼之间的视差。由立体摄像机获取的信息还包括关于深度方向的信息。
雷达传感器是使用无线电波(例如，毫米波)或光来检测车辆2周围的障碍物的检测器。雷达传感器包括，例如，毫米波雷达或lidar(laserimagingdetectionandranging，激光成像检测)。雷达传感器通过向车辆2的周边环境发送无线电波或光，然后接收由障碍物反射的无线电波或光，来检测障碍物。雷达传感器向ecu10发送检测到的障碍物信息。障碍物包括固定障碍物(如护栏或建筑物)和移动障碍物(如行人、自行车或其他车辆)。
gps接收器4从三个或更多个gps卫星接收信号，来获得表明车辆2的位置的位置信息。位置信息包括，例如，关于纬度和经度的信息。gps接收器4输出测量到的关于车辆2的位置信息到ecu10。可能使用能识别车辆2的经度和维度的其他装置来代替gps接收器4。
内部传感器5是检测车辆2的行驶状态的检测器。内部传感器5至少包括车速传感器。车速传感器是检测车辆2的速度的检测器。车速传感器的一个例子是车轮速度传感器，其设置在车辆2的车轮上，或者设置在与车轮同步转动的驱动轴上，以检测车轮的旋转速度。车速传感器发送检测到的车辆速度信号至ecu10。内部传感器5可能包括加速度传感器或横摆角速度传感器。
加速度传感器是检测车辆2的加速度的检测器。加速度传感器包括用于检测在车辆2的纵向方向上的加速度的纵向加速度传感器，以及用于检测车辆2的横向加速度的横向加速度传感器。加速度传感器发送关于车辆2的加速度信息至ecu10。横摆角速度传感器是检测在车辆2的重心处绕垂直轴的横摆角速度(旋转角速度)。陀螺仪传感器可能用作横摆角速度传感器。横摆角速度传感器发送检测到的关于车辆2的横摆角速度信息至ecu10。
地图数据库6是存储地图信息的数据库。地图数据库6形成在安装在车辆2上的硬盘驱动器(hdd)中。地图信息包括道路位置信息、车道信息、道路类型信息、道路形状信息、关于十字路口和分支点的信息，以及关于建筑物的位置信息。道路类型信息是识别道路的类型(如车辆专用道路或普通道路)的信息。道路形状信息是类型信息(弯道或直道)、道路曲率等等。地图数据库6可能存储在设施(如可以与车辆2通信的信息处理中心)的计算机中。
导航系统7是用于引导车辆2的驾驶员到预先设定的目的地的系统。导航系统7基于由gps接收器4测量出的车辆2的位置和存储在地图数据库6中的地图信息，识别车辆2将要行驶的行驶道路和行驶车道。导航系统7计算从车辆2的位置到目的地的目标路线，并且使用hmi9通过目标路线引导驾驶员。导航系统7发送关于车辆2的位置信息、关于车辆2的行驶车道信息，以及车辆2的目标路线至ecu10。
执行器8是控制车辆2的行驶的装置。执行器8至少包括发动机执行器、制动执行器和转向执行器。发动机执行器根据来自ecu10的控制信号，通过改变供应给发动机的空气量(例如，通过改变节气门角度)，控制车辆2的驱动力。当车辆2是混合动力车辆或电动车辆时，发动机执行器控制作为动力源的电机的驱动力。
制动执行器根据来自ecu10的控制信号控制供应给车辆2的车轮的制动力。例如，液压制动系统可以用作制动系统。当车辆2装备有再生制动系统时，制动执行器可能同时控制液压制动系统和再生制动系统。转向执行器根据来自ecu10的控制信号控制辅助电机的驱动，该辅助电机控制电动转向系统中的转向力矩。通过这种方式，转向执行器控制车辆2的转向力矩。
hmi9是用于在车辆2的搭乘者(包括驾驶员)和车辆系统100之间输出和输入信息的界面。hmi9包括例如，用于向搭乘者显示图像信息的显示面板、用于输出声音的扬声器、用于搭乘者执行输入操作的操作按钮或触摸面板。hmi9发送由搭乘者输入的信息至ecu10。此外，hmi9在显示器上显示对应于来自ecu10的控制信号生成的图像信息。
ecu10控制车辆2。ecu10是具有中央处理单元(cpu)、只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)和控制器区域网路(can)通信电路的电子控制单元。ecu10连接至通过例如can通信电路进行通信的网络。ecu10连接至上述车辆2的部件，以便与它们进行通信。例如，ecu10操作can通信电路，以根据从cpu输出的信号来输入和输出数据，将输入数据存储在ram中，加载存储在rom中的程序到ram中，并且执行加载的程序。通过这样做，ecu10实现下面将描述的它的部件的功能。ecu10可能由多个电子控制单元构成。
ecu10包括车辆位置识别单元11、外部状况识别单元12、行驶状态识别单元13、行驶计划生成单元14和行驶控制单元15。车辆控制装置1包括车辆位置识别单元11、外部状况识别单元12、行驶状态识别单元13、行驶计划生成单元14和行驶控制单元15。
车辆位置识别单元11基于由gps接收器4接收到的车辆2的位置信息和存储在地图数据库6中的地图信息，识别车辆2在地图上的位置(以下简称为“车辆位置”)。车辆位置识别单元11可能通过从导航系统7获得在导航系统7中使用的车辆位置识别车辆2的位置。当可以用安装在外部(例如，在道路上)的传感器测量车辆2的车辆位置时，车辆位置识别单元11可能通过通信从这个传感器获得车辆位置。
外部状况识别单元12基于外部传感器3的检测结果识别车辆2的外部状况。检测结果包括由摄像机获取的信息和由雷达传感器感测到的物体信息。外部状况是车辆2的周围环境。外部状况是，例如车辆2周围的物体的状况。物体包括其他车辆和障碍物。物体的状况可能包括以下内容：用于区分固定物体和移动物体的信息、物体相对于车辆2的位置、物体相对于车辆2的移动方向、以及物体相对于车辆2的相对速度。例如，外部状况可能包括识别到的道路环境。道路环境可能包括车辆2正在行驶的车道的边界的位置、车道中心的位置、道路宽度和道路形状。可能通过行驶的车道的曲率、或可用于评估外部传感器3的可见性的道路表面的坡度变化或起伏等信息来代表道路形状。
形状状态识别单元13基于内部传感器5的检测结果识别车辆2的行驶状态。内部传感器5的检测结果包括，例如，由车速传感器感测到的车速信息。内部传感器5的检测结果可能包括由加速度传感器感测到的加速度信息和由横摆角速度传感器感测到的横摆角速度信息。行驶状态是车辆2的移动的状态。可以使用车速等代表行驶状态。
行驶计划生成单元14基于由导航系统7设定的目标路线和存储在地图数据库6中的地图信息生成车辆2的行驶计划。当驾驶员执行操作以开始自主驾驶控制时，行驶计划生成单元14开始行驶计划的生成。这种行驶计划是车辆2用于从车辆2的当前位置行驶至预先设定的车辆2的目的地的长期行驶计划。
行驶计划包括根据车辆2在目标路线上的位置的车辆2的控制目标值。在目标路线上的位置是沿目标路线的延伸方向在地图上的位置。在目标路线上的位置意味着设定的纵向位置，这些纵向位置是在目标路线的延伸方向上以预定间隔(例如，以一米的间隔)设定的。每个控制目标值均为在行驶计划中使用的车辆2的控制目标的值。控制目标值是与在目标路线上每个设定的纵向位置相关联而设定的。行驶计划生成单元14通过在目标路线上的预定间隔设定纵向位置，同时为每个设定的纵向位置设定控制目标值，从而生成行驶计划。设定的纵向位置和目标横向位置可能结合并且设定为一组位置坐标。设定的纵向位置和目标横向位置意味着在行驶计划中设定为目标的纵向位置信息和横向位置信息。
除了取决于地图信息的长期行驶计划以外，行驶计划生成单元14生成与实际道路环境相对应的短期行驶计划。短期行驶计划生成为用于当车辆2在外部传感器3的检测范围内(例如，在车辆2前方的150m的范围内)行驶的持续时间所使用的计划。
类似于行驶计划，短期行驶计划具有短期控制目标值，每个短期控制目标值对应于在目标路线上的设定的纵向位置。短期控制目标值是车辆2在短期行驶计划中的控制目标值。短期控制目标值与目标路线上的每个设定的纵向位置相关联地设定。短期控制目标值包括车辆2的短期目标横向位置和车辆2的短期目标车速。短期目标横向位置是作为在短期行驶计划中的控制目标的车辆2的横向位置。短期目标车速是作为在短期行驶计划中的控制目标的车辆2的车速。
行驶计划生成单元14基于由外部状况识别单元12识别的车辆2的外部状况、由行驶状态识别单元13识别的车辆2的行驶状态、由车辆位置识别单元11识别的车辆2的位置、以及行驶计划(基于地图信息生成的车辆2从当前位置到目的地的行驶计划)生成短期行驶计划。
当地图信息是正确的时候，行驶计划生成单元14可以使用长期行驶计划的控制目标值作为短期行驶计划的短期控制目标值。例如，当车辆2正行驶在偏离行驶计划的横向位置(偏离车道的中心位置的横向位置)时，行驶计划生成单元14生成短期行驶计划，使车辆2从车辆2的当前位置返回车道的中心位置。这样的短期行驶计划的生成可以参照第2009-291540号日本专利申请公告(jp2009-291540a)。当由于干扰的影响存在控制误差时，或者当目标横向位置随外部状况改变时，可能发生车辆2行驶在偏离行驶计划的横向位置的场景。
行驶控制单元15基于由行驶计划生成单元14生成的行驶计划输出控制信号至执行器8。这个控制信号使车辆2根据行驶计划自主行驶。
下面将描述通过行驶计划生成单元14的短期行驶计划生成处理的例子。作为生成短期行驶计划的例子，行驶计划生成单元14以预定间隔生成目标路线。结果，以预定间隔生成在车辆2的前方的一定范围内(例如，外部传感器3的检测范围)使用的目标路线。
预定间隔设定为比车辆2从当前位置到达前次目标路线的末端所花费的时间短的间隔。这意味着，对于在车辆2前方的一定范围内并且更靠近车辆2的区域，可以使用前次目标路线。当存在前次目标路线时，行驶计划生成单元14使用包含在车辆2前方的一定范围内的并且与前次目标路线重叠的路线的至少一部分作为当前目标路线的一部分。也就是说，行驶计划生成单元14使用最近计算的目标路线(固定部分)作为车辆2前方的一定范围内的并且靠近车辆2的区域(邻近区域)。通过这种方式，影响行驶控制的靠近车辆2的区域中的目标路线被维持(固定)了。这提高了行驶控制的可追随性。
并且，包括在车辆2前方的一定范围内并且远离车辆2的区域中，传感器的可靠性可能降低，此外，在车辆2到达那里之前，环境可能改变。因此，对于车辆2前方的一定范围，行驶计划生成单元14仅搜索从固定部分的末端开始而在该固定部分之外的预定范围，将路线连接至基于地图信息生成的路线(用于长期行驶计划的路线)。通过这种方式，行驶计划生成单元14使用基于地图信息生成的路线作为在远距区域中的路线，因此在减少路线计算成本的同时提高了目标路线的可靠性。
下面将详细描述目标路线的固定部分的细节。图2a-2c为展示了通过行驶计划生成单元14的目标路线计算处理的例子的示意图。如图2a所示，行驶计划生成单元14通过外部传感器3获取车辆2正在行驶的车道的车道边界310和312的位置。接着，行驶计划生成单元14在延伸方向上将车道边界310和312划分为多个段，每段均具有预定长度，此后，找出多个线段l的中点t，每个线段l连接车道边界310和312上的相对的两点。连接多个中心点t以形成路线。这些线段l的中心点为目标通过点，并且如上所述计算出的目标通过点为计算出的目标通过点。行驶计划生成单元14可能生成多个路线，并且根据外部状况从多个路线中选择出一个路线。
接着，行驶计划生成单元14确定前次生成的前次目标路线是否存储在ecu10的存储单元中。如果确定没有存储前次行驶路线，那么行驶计划生成单元14生成目标路线而不使用前次行驶路线。如图2b所示，行驶计划生成单元14为如图2a所示的线路以预定间隔尺寸生成多个目标通过点t1(1)、t1(2)、……t1(n)，然后通过连接这些目标通过点对路线进行插值处理从而生成目标路线。在生成目标路线之后，行驶计划生成单元14计算短期控制目标值(车辆2的短期目标横向位置和车辆2的短期目标车速)。此外，行驶计划生成单元14为每个目标通过点给予目标时间，该目标时间是用作车辆2将通过目标通过点的目标的时间。目标时间是基于目标路线和车速计算的。
在给予每个目标通过点目标时间之后，行驶计划生成单元14确定包含在固定部分中的固定目标通过点。行驶计划生成单元14将靠近车辆2的预定区域内的目标通过点设定为固定目标通过点。行驶计划生成单元14将除固定目标通过点以外的目标通过点设定为搜索目标通过点。以以下方式确定目标通过点是固定目标通过点还是搜索通过点：当目标通过点的目标时间比通过将预取时间加上当前时间得到的固定时间更早时，目标通过点是固定目标通过点。例如，如图2c所示，存储的包含在靠近车辆2的区域内的目标通过点t1(1)、t1(2)、······、t1(n)是固定目标通过点，t1(n+1)、t1(n+2)、······、t1(n)是搜索目标通过点。
在设定固定目标通过点和搜索目标通过点之后，行驶计划生成单元14确定生成的目标路线是否是平滑的，并且是否没有偏离车道。如果确定目标路线是平滑的并且没有偏离车道，那么行驶计划生成单元14将目标路线存储在ecu10的存储单元中。当生成下个目标路线时，使用存储的目标路线。在另一方面，如果确定目标路线不是平滑的或者偏移了车道，那么行驶计划生成单元14生成用于使得车辆停止的行驶进程。
如果前次目标路线存储在ecu10的存储单元中，则行驶计划生成单元14在前次目标路线的存储的目标通过点的目标时间是过去时间时，删除该存储的目标通过点。接着，行驶计划生成单元14从前次目标路线的存储的目标通过点中提取搜索目标通过点。此后，前次目标路线的搜索目标通过点作为固定目标通过点，行驶计划生成单元14执行搜索处理来生成从固定目标通过点的末端延伸的路线。
接着，下面将描述到基于地图信息生成的路线的连接。在下面的描述中，基于地图信息生成的路线被称为潜在路线。通常，当车辆2行驶在车辆2的周围没有障碍物或干扰的直道上时，基于搜索结果生成的路线与潜在路线相匹配。然而，当存在障碍物时，目标横向位置可能在基于搜索结果生成的路线中改变。在一些其他情况下，可能由于干扰而发生横向位置中的控制误差。此外，在一些情况下，在一个车道中存在多个潜在路线，并且选择可以与障碍物保持最大距离的潜在路线。在一些情况下，需要通过将固定目标通过点的末端和潜在路线连接而生成的路线。在下面的描述中，使车辆2移动至潜在路线的路线被称为过渡路线。
图3a-3c为展示了过渡路线的示意图。如图3a所示，假设车辆2正沿着前次目标路线mc行驶。还假设在不同与前次目标路线mc的横向位置处，存在用于当前目标路线的潜在路线or。在这种情况下，如图3b所示，行驶计划生成单元14将包含在前次目标路线mc中并且靠近车辆2的目标通过点设定为固定目标通过点，并且将其他目标通过点设定为搜索目标通过点。此外，行驶计划生成单元14将包含在潜在路线or中、所具有的目标时间最接近固定目标通过点的目标时间的目标通过点设定为非搜索目标通过点，同时将所具有的目标时间最接近前次目标路线mc中的搜索目标通过点的目标时间的目标通过点设定为搜索目标通过点。
此后，行驶计划生成单元14使用前次目标路线mc中的固定目标通过点和潜在路线or中的搜索目标通过点生成过渡路线sr。例如，如图3c所示，行驶计划生成单元14在路线通过前次目标路线mc中的固定目标通过点的条件下生成接近潜在路线or中的搜索目标通过点的路线。从车辆位置c(1)到搜索目标通过点t(n+l)的路线设定为过渡路线sr，搜索目标通过点t(n+l)是车辆2将到达潜在路线or的位置。在下面的描述中，作为搜索目标通过点的结束点的t(n+l)也被称为到达位置。也就是说，过渡路线sr包括从车辆位置c(1)到上次生成的目标路线上的预定点c(n)的前半部分(固定部分)，和从预定位置c(n)到作为到达位置的搜索目标通过点t(n+l)的后半部分。通过这种方式，行驶计划生成单元14使用过渡路线sr和潜在路线or生成短期行驶计划。
图4是展示了到达位置的例子的示意图。如图4所示，车辆2正行驶在作为三个车道300、302和304中的其中一个车道的车道302中。车道300由车道边界308和310界定，车道302由车道边界310和312界定，车道304由车道边界312和306界定。行驶计划生成单元14在车辆2行驶所在的车道302内基于车道边界310和312的位置生成沿着车道302的五个潜在路线314、316、318、320和322。行驶计划生成单元14根据外部状况从五个潜在路线314、316、318、320和322中确定一个潜在路线。例如，行驶计划生成单元14根据其他车辆502和504的位置选择潜在路线316。通过将从车辆2的车辆位置到潜在路线316的过渡路线和跟在该过渡路线之后的潜在路线316结合起来，生成车辆2的目标路线30。车辆2从潜在路线314上的车辆位置到达潜在路线316所处的位置20为到达位置。
图5为展示了到达位置的另一个例子的示意图。在如图5所示的例子中，行驶计划生成单元14选择潜在路线314作为目标路线。控制车辆2，使其沿着潜在路线314行驶。在这个例子中，由于干扰等控制误差(图5和6中的40)，车辆2的横向位置从潜在路线314偏移。在这种情况下，通过将从车辆2的车辆位置到潜在路线的过渡路线和跟在该过渡路线之后的潜在路线314结合起来，生成车辆2的目标路线30。车辆2从潜在车辆位置到达潜在路线314所处的位置20为到达位置。通过这种方式，不仅当目标潜在路线改变时，而且在车辆2不能跟随目标潜在路线时(当生成控制错差时)，也生成到达位置。也就是说，当目标潜在路线和车辆位置之间存在横向偏移时，生成到达位置。
可以使用车辆2从车辆位置到达潜在路线所需的预定目标时间或目标距离获得上述到达位置。目标时间或目标距离由于其是预定值，因此是固定值。然而，当目标时间(或目标距离)是固定的时候，存在将生成不符合道路的形状的路线的可能。例如，当车辆2的前方道路是弯道时，使用用于直道的相同目标时间(或目标距离)可能生成转向必须靠近弯道开始的路线。
图6为展示了在弯道中的到达位置的示意图。如图6所示，潜在路线314在车辆2的前方弯曲。在这种情况下，当使用用于直道的相同的目标时间(或目标距离)设定到达位置时，到达位置设定在，例如，位置20a。通过这种方式生成的目标路线30a是转向必须靠近弯道开始的路线。也就是说，生成的目标路线30a不具有沿着弯道的形状。在这种情况下，如果到达位置可以从位置20a改变至更靠近车辆2的位置20b，那么可以生成沿着弯道的目标路线30b。
为了生成沿着弯道的目标路线，行驶计划生成单元14基于地图信息设定到达时间，使车辆以比假设道路是直道而设定的目标时间更短的时间从车辆位置到达到达位置。可选择地，行驶计划生成单元14基于地图信息设定到达时间，使车辆以比假设道路是直道而设定的目标距离更短的距离从车辆位置到达到达位置。换句话说，行驶计划生成单元14基于地图信息使到达位置可变。更具体地，行驶计划生成单元14基于道路形状(道路曲率)，在道路是弯道时，将到达位置设定得比在道路是直道时更靠近车辆2。
下面将描述上述行驶计划生成单元14的功能。图7是展示了行驶计划生成单元14的结构的方框图。行驶计划生成单元14包括潜在路线确定单元141、位置计算单元142、到达位置确定单元143、路线计算单元144和路线生成单元145。
潜在路线确定单元141基于地图信息确定车辆2将行驶的潜在路线。例如，潜在路线确定单元141基于地图数据库6识别在行驶路线中的车道边界，并且使用车道边界生成在车道中的多个潜在路线。接着，潜在路线确定单元141根据外部状况等从多个潜在路线中确定一个潜在路线。潜在路线确定单元141可能使用车道边界只生成一个潜在路线。在这种情况下，潜在路线确定单元141确定生成的一个路线为潜在路线。
位置计算单元142计算基准到达位置。基准到达位置是基于目标时间或目标距离、车辆位置和行驶状态，车辆2在目标时间内或以目标距离从车辆位置到达潜在路线的位置。目标时间或目标距离是车辆2从车辆位置到达潜在路线所需的时间或距离。例如，目标时间或目标距离是车辆2能够平稳地移动至直道上的潜在路线所需的时间或距离。目标时间或目标距离是预先设定。行驶状态为，例如，车速。基准到达位置是当到达位置改变至更靠近车辆2的位置时用作基准的位置，如后面将描述的。基准到达位置是当车道是直道时，车辆2在目标时间内或以目标距离到达潜在路线的位置。作为过渡路线的末端的基准到达位置由上述到达位置t(n+l)表示(参见图3a到3c)。在图5所示的例子中，车辆2从潜在路线314偏移。基准到达位置是车辆2从潜在路线314上的当前车辆位置到达潜在路线314所处的位置。当车辆2正在行驶时，以预定周期性间隔计算基准到达位置。因此，当由于干扰等控制误差导致车辆2从目标路线偏移时(参见图5)，也可能计算基准到达位置。
到达位置确定单元143根据与基准到达位置相对应的地图信息，将车辆2将以比目标时间短的时间内或以比目标距离短的距离到达潜在路线的位置确定为目标到达位置。在这种情况下，存储在地图数据库6中的地图信息代表道路形状，例如，道路曲率。到达位置确定单元143设定比目标时间短的到达时间。通过这么做，目标到达位置(位置20b)可以设定在比基准到达位置(位置20a)更靠近车辆2的位置(参见图6)。可选地，到达位置确定单元143将到达距离设定得比目标距离短。通过这么做，目标到达位置(位置20b)可以设定在比基准到达位置(位置20a)更靠近车辆2的位置(参见图6)。
当基准到达位置的道路曲率等于或小于预定值时，到达位置确定单元143确定基准到达位置为目标到达位置。在另一方面，当基准到达位置的道路曲率大于预定值时，到达位置确定单元143将车辆将在比目标时间短的时间内或以比目标距离短的距离到达潜在路线的位置确定为目标到达位置。通过这种方式，到达位置确定单元143通过参照地图数据库6将基准到达位置的道路曲率用作地图信息。预定值时预先确定以便在确定道路曲率中使用。区分道路是直道还是弯道的值可以设定为预定值。也就是说，到达位置确定单元143当道路是直道时，将基准到达位置(位置20a)确定为目标到达位置，当道路是弯道时，将比基准到达位置(位置20a)更靠近车辆2的位置(20b)确定为目标到达位置(参见图6)。
到达位置确定单元143将潜在路线上道路曲率变得等于或小于预定值的位置确定为目标到达位置。到达位置确定单元143在比基准到达位置更靠近车辆2的范围搜索潜在路线上的这样的位置：在该位置处道路曲率变得等于或小于预定值。预定值是预先设定的，以便在确定道路曲率中使用。用于确定道路是直道的值可能被设定为预定值。这个预定值可能是与用于改变目标时间的道路曲率的预定值不同或相同的值。
图8是展示了根据道路形状的目标到达位置的搜索处理的示意图。如图8所示，到达位置确定单元143从作为基准到达位置的位置20a开始向车辆2侧搜索更靠近车辆2的潜在路线314上的位置。例如，当位置20b的道路曲率不是等于或小于预定值时，到达位置确定单元143通过缩短仅针对小区段的目标时间来计算到达位置，并且重复计算直到在到达位置的道路曲率变得等于或小于预定值。当确定在位置20c处的道路曲率等于或小于预定值时，到达位置确定单元143将位置20c设定为目标到达位置。
路线计算单元144计算从车辆位置到目标到达位置的过渡路线。如上所述，过渡路线的前半部分可能使用前次目标路线来固定。在这种情况下，路线计算单元144计算过渡路线的后半部分。路线计算单元144使用目标时间和车速通过已知的方法生成过渡路线。在图8所示的例子中，从车辆2的位置到作为目标到达位置的位置20c的路线为过渡路线。
路线生成单元145通过连接过渡路线和跟在到达位置之后的潜在路线生成目标路线。在图8所示的例子中，路线生成单元145连接从车辆2的位置到作为目标到达位置的位置20c的路线和跟在潜在路线314的位置20c之后的路线。结果，路线生成单元145生成目标路线30c。
接着，将描述由车辆控制装置1执行的车辆控制处理。图9是展示了根据第一实施例的车辆控制处理的例子的流程图。当例如操作自主驾驶on/off开关以请求开始自主驾驶时，开始图9所示的车辆控制处理。假设车辆位置识别单元11一直识别车辆2的位置。
如图9所示，行驶计划生成单元14的潜在路线确定单元141首先基于安排车辆2行驶所根据的地图信息，执行潜在路线确定处理(s10)以确定多个潜在路线。例如，沿着车道302，行驶计划生成单元14基于车道边界310和312的位置在车辆2行驶的车道302内生成五个潜在路线314、316、318、320和322(参见图4)。在执行确定处理(s10)之后，执行外部状况获取处理(s12)。
外部状况识别单元12执行外部状况获取处理(s12)以基于外部传感器3的检测结果识别车辆2的外部状况。不仅在图9所示的时刻，还可以在任意时刻执行获取处理(s12)。在执行获取处理(s12)之后，执行选择处理(s14)。
潜在路线确定单元141执行选择处理(s14)以从由潜在路线确定处理(s10)确定的多个潜在路线中选择最佳潜在路线。例如，潜在路线确定单元141根据外部状况从五个潜在路线314、316、318、320和322中确定一个潜在路线。当确定处理(s10)仅确定一个潜在路线时，不需要执行获取处理(s12)和选择处理(s14)。在执行选择处理(s14)之后，执行基准到达位置计算处理(s16)。
行驶计划生成单元14的位置计算单元142执行基准到达位置计算处理(s16)，以基于目标时间(或目标距离)、车辆位置和行驶状态计算基准到达位置(参见图5中的位置20和图6中的位置20a)。在执行计算处理(s16)之后，执行地图信息获取处理(s18)。
行驶计划生成单元14的到达位置确定单元143执行地图信息获取处理(s18)，以参照地图数据库6获取在基准到达位置处的道路曲率。在执行获取处理(s18)之后，执行曲率确定处理(s20)。
到达位置确定单元143执行曲率确定处理(s20)，以确定由获取处理(s18)获取的道路曲率是否等于或小于预定值。如果在基准到达位置处的道路曲率等于或小于预定值，那么到达位置确定单元143执行目标到达位置确定处理(s22)，以将基准到达位置(位置20)确定为目标到达位置(参见图5)。在执行确定处理(s22)之后，执行路线计算处理(s24)。
行驶计划生成单元14的路线计算单元144执行路线计算处理(s24)以计算从车辆位置到目标到达位置的过渡路线。例如，路线计算单元144计算从车辆位置c(1)到目标到达位置t(n+l)的过渡路线sr(参见图3a到3c)。在执行路线计算处理(s24)之后，执行路线生成处理(s26)。
行驶计划生成单元14的路线生成单元145执行路线生成处理(s26)，以通过连接过渡路线和跟在目标位置之后的潜在路线生成目标路线。例如，路线生成单元145通过连接从车辆2的位置到作为目标到达位置的位置20的路线和跟在潜在路线314上的位置20之后的路线，生成目标路线30(参见图5)。在执行路线生成处理(s26)之后，执行车辆控制处理(s28)。
行驶控制单元15执行车辆控制处理(s28)，以基于路线生成处理(s26)生成的目标路线输出控制信号至执行器8。这使车辆2沿着行驶路线行驶。在执行车辆控制处理(s28)之后，终止车辆控制处理的一系列步骤。在这之后，判断是否满足自主驾驶结束条件。如果不满足自主驾驶结束条件，那么再次执行图9所示的流程图。
在另一方面，如果在曲率确定处理(s20)中在基准到达位置(位置20a)处的道路曲率大于预定值，那么到达位置确定单元143执行搜索处理(s30)。该到达位置确定单元143搜索比基准到达位置更靠近车辆2并且道路曲率变得等于或小于预定值的到达位置(参见图8)。到达位置确定单元143执行目标到达位置确定处理(s32)，以基于由搜索处理(s30)生成的搜索结构，将车辆2将在比目标时间短的时间内或以比目标距离短的距离到达潜在路线的位置(位置20b)确定为目标到达位置(参见图8)。在执行了确定处理(s32)之后，执行路线计算处理(s24)。路线计算处理(s24)之后的处理如上所述。
如上所述，在第一实施例中的车辆控制装置1执行如下处理。当过渡至已经基于地图信息生成的潜在路线，车辆控制装置1计算基准到达位置。基准到达位置是车辆2使用假设道路是直道而设定的目标时间(或目标距离)到达潜在路线的位置。此后，车辆控制装置1根据在基准到达位置处的道路曲率(地图信息的一个例子)将车辆2将在比目标时间短的时间内(或以比目标距离短的距离)到达潜在路线的位置确定为目标到达位置。通过这种方式，这个车辆控制装置1可以根据道路曲率将目标到达位置设定在比基准到达位置更靠近车辆2的位置。当车辆2沿着弯道行驶时，以这种方式设定目标到达位置使得车辆控制装置1能够生成到已经基于地图信息生成的潜在路线的更短的过渡路线。因为过渡路线是通过计算算出和生成的，因此缩短过渡路线有助于减少计算负担。此外，由于计算包括不确定要素，缩短过渡路线有助于抑制目标路线的可靠性的降低。此外，更短的过渡路线使得车辆控制装置1能够生成沿着弯道的目标路线。换句话说，车辆控制装置1可以生成使车辆2在靠近直道的位置处到达潜在路线的过渡路线。
此外，在第一实施例中的车辆控制装置1使用前次目标路线的一部分作为过渡路线的前半部分(用于前半部分的固定路线)，使得有可能减少车辆转向控制的跟随性的降低。
第二实施例
根据第二实施例的车辆控制装置与根据第一实施例的车辆控制装置1的区别在于，用于确定基准到达位置是否用作目标到达位置的信息不同。第二实施例的其他部分与第一实施例相同。因此，将不再重复与车辆控制装置1类似的配置和操作。
根据第二实施例的车辆控制装置的到达位置确定单元根据在基准到达位置处的外部状况，将车辆2将在比目标时间短的时间内或以比目标距离短的距离到达潜在路线的位置确定为目标到达位置。也就是说，使用外部状况而不是基准到达位置的地图信息(道路曲率)确定目标到达位置。这是因为随着外部状况变得更复杂，通过缩短过渡路线的长度可以确保过渡路线的可靠性。在这个实施例中目标时间或目标距离是预先设定的任意时间或距离。
外部状况的具体例子是在基准到达位置周围的其他车辆的数量。由于在计算目标路线时必须考虑避免与车辆2周围的其他车辆接触，因此过渡路线计算负担随着周围环境中的其他车辆的数量的增加而增加。此外，由于其他车辆的移动是不确定的，因此过渡路线的可靠性也随着周围环境中的其他车辆的数量的增加而降低。
因此，如果基准到达位置周围的其他车辆的数量等于或小于车辆的预定数量，那么到达位置确定单元将基准到达位置确定为目标到达位置。在另一方面，如果基准到达位置周围的其他车辆的数量大于车辆的预定数量，那么外部状况是复杂的。因此，在这种情况下，到达位置确定单元将车辆2将在比目标时间短的时间内或以目标距离短的距离到达潜在路线的位置确定为目标到达位置。其他配置和操作与车辆控制装置1相同。
接着，将描述由车辆控制装置执行的车辆控制控制。图10是展示了根据第二实施例的车辆控制处理的例子的流程图。当例如操作自主驾驶on/off开关以请求开始自主驾驶时，开始执行图10所示的车辆控制处理。假设驾驶车辆位置识别单元一直识别车辆2的位置。
图10所示的潜在路线确定处理(s110)、外部状况获取处理(s112)、选择处理(s114)和基准到达位置计算处理(s116)分别与图9所示的潜在路线确定处理(s10)、外部状况获取处理(s12)、选择处理(s14)和基准到达位置计算处理(s16)相同。
行驶计划生成单元的到达位置确定单元执行外部状况获取处理(s118)以通过参考从外部传感器3获取的信息获取基准到达位置周围的其他车辆的数量。在执行获取处理(s118)之后，执行车辆数量确定处理(s120)。
到达位置确定单元执行车辆数量确定处理(s120)，以确定由获取处理(s118)获取的其他车辆的数量是否等于或小于车辆的预定数量。如果其他车辆的数量等于或小于车辆的预定数量，那么到达位置确定单元执行目标到达位置确定处理(s122)，以将基准到达位置确定为目标到达位置。在执行确定处理(s122)之后，执行路线计算处理(s124)。
在另一方面，如果车辆数量确定处理(s120)确定由获取处理(s118)获取的其他车辆的数量大于车辆的预定数量，那么到达位置确定单元执行确定处理(s130)。到达位置确定单元执行确定处理(s130)以将比基准到达位置更靠近车辆2的位置确定为目标到达位置。在执行确定处理(s130)之后，执行路线计算处理(s124)。
路线计算处理(s124)、路线生成处理(s126)和车辆控制处理(s128)分别与图9所示的路线计算处理(s24)、路线生成处理(s26)和车辆控制处理(s28)相同。
如上所述，如果其他车辆的数量较小，那么在第二实施例中的车辆控制装置可以使车辆在基准到达位置处到达潜在路线。在另一方面，如果其他车辆的数量较大，车辆控制装置可以使车辆在以基准位置更靠近车辆的位置处到达潜在路线。通过这种方式，如果在周围环境中的其他车辆的数量较大，即，如果外部状况是复杂的，这个车辆控制装置可以生成更短的过渡路线，因此车辆可以尽快到达已经基于地图信息生成的潜在路线。
第三实施例
根据第三实施例的车辆控制装置与根据第一实施例的车辆控制装置1的区别在于，用于确定基准到达位置是否用作目标到达位置的信息不同。第二实施例的其他部分与第一实施例相同。因此，将不再重复与车辆控制装置1类似的配置和操作。
根据第三实施例的车辆控制装置的到达位置确定单元根据地图信息(道路类型)，将车辆2将在比目标时间短的时间内或以比目标距离短的距离到达潜在路线的位置确定为目标到达位置。也就是说，使用道路类型而不是基准到达位置的道路曲率来确定目标到达位置。存储在地图数据库6中的道路类型是用于识别车辆专用道路或除车辆专用道路以外的道路(普通道路)等类型的信息。车辆专用道路是，例如专供车辆使用而没有十字路口的道路，在车辆专用道路上没有行人或自行车往来。车辆专用道路的分支、合并的数量或车辆数据的增加/减少比普通道路少。在另一方面，普通道路的信号、分支和合并的数量比车辆专用道路大。由于这个原因，普通道路的环境比车辆专用道路更复杂。通过这种方式，道路类型用作确定外部状况是否复杂的指标。如上所述，随着外部状况变得更复杂，最好缩短过渡路线的长度。在这个实施例中，目标时间或目标距离是预先设定的任意时间或距离。
如果车辆正在行驶的道路是车辆专用道路，那么到达位置确定单元将基准到达位置确定为目标到达位置。在另一方面，如果车辆正在行驶的道路是普通道路，那么外部状况是复杂的。因此，在这种情况下，到达位置确定单元将车辆将在比目标时间短的时间内或以比目标距离短的距离到达潜在路线的位置确定为目标到达位置。其他配置和操作与车辆控制装置1相同。
接着，将描述由车辆控制装置直线的车辆控制控制。图11是展示了根据第三实施例的车辆控制处理的例子的流程图。当例如操作自主驾驶on/off开关以请求开始自主驾驶时，开始执行图11所示的车辆控制处理。假设驾驶车辆位置识别单元一直识别车辆2的位置。
图11所示的潜在路线确定处理(s210)、外部状况获取处理(s212)、选择处理(s214)和基准到达位置计算处理(s216)分别与图9所示的潜在路线确定处理(s10)、外部状况获取处理(s12)、选择处理(s14)和基准到达位置计算处理(s16)相同。
行驶计划生成单元的到达位置确定单元执行地图信息获取处理(s218)，以通过参考地图数据库6获取在基准到达位置处的道路类型。在执行获取处理(s218)之后，执行类型确定处理(s220)。
到达位置确定单元执行类型确定处理(s220)，以基于由获取处理(s218)获取的道路类型，确定车辆正行驶的到达是否是车辆专用道路。如果车辆正行驶的道路是车辆专用道路，那么到达位置确定单元执行目标到达位置确定处理(s222)，以将基准到达位置确定为目标到达位置。在执行确定处理(s222)之后，执行路线计算处理(s224)。
在另一方面，如果类型确定处理(s220)确定车辆正行驶的道路不是车辆专用道路，那么到达位置确定单元执行确定处理(s230)。该到达位置确定单元执行确定处理(s230)，以将比基准到达位置更靠近车辆2的位置确定为目标到达位置。在执行了确定处理(s230)之后，执行路线计算处理(s224)。
路线计算处理(s224)、路线生成处理(s226)和车辆控制处理(s228)分别与图9所示的路线计算处理(s24)、路线生成处理(s26)和车辆控制处理(s28)相同。
如上所述，如果车辆正行驶在车辆专用道路上，那么在第三实施例中的车辆控制装置可以使车辆在基准到达位置处到达潜在路线。在另一方面，如果车辆正行驶在普通道路上，车辆控制装置可以使车辆在比基准到达位置更靠近车辆的位置处到达潜在路线。通过这种方式，如果车辆正行驶在普通道路上，换句话说，如果外部状况是复杂的，那么车辆控制装置可以生成更短的过渡路线，因此车辆可以尽快到达已经基于地图信息生成的潜在路线。
上述实施例可以以各种方式实现，在这些方式中基于本领域技术人员的知识做出了各种变化和改进。例如，在实施例中，取决于地图信息或外部状况，车辆控制装置的到达位置确定单元可以将车辆2将在比目标时间长的时间或以比目标距离长的距离到达潜在路线的位置确定为目标到达位置。也就是说，如果确定了不需要缩短过渡路线，则到达位置确定单元可以配置为，将车辆2将以长的距离到达潜在路线的位置确定为目标到达位置。在这种情况下，也如在上述的实施例中一样，车辆控制装置能使车辆2根据地图信息或外部状况而行驶。