專利名稱：回避操作計算裝置、回避控制裝置、具備各裝置的車輛、回避操作計算方法及回避控制方法
回避操作計算裝置、回避控制裝置、具備各裝置的車輛、 回避操作計算方法及回避控制方法技術領域置、回避控制裝置、具備各裝置的車輛、回避操作計算方法以及回避控制方法。
背景技術：
現(xiàn)有的行駛安全裝置對本車輛行駛的道路上的障礙物進行檢測，在檢測 到障礙物時，驅動電動動力轉向裝置的驅動裝置來操縱本車輛。由此，使本車輛回避障礙物。該行駛安全裝置由于隨著回避障礙物而使本車輛行駛的方 向偏離道路的方向即沿著道路的走向形狀的方向，因此駕駛員必須進行使本 車輛的行駛方向回到道路方向的轉向，該轉向成為駕駛員的負擔。另外，利 用行駛安全裝置的轉向使本車輛的行駛方向偏離道路的方向，因此使駕駛員 感覺到不協(xié)調。因此，(日本)特開2001 - 1925號公報(第2~18頁，第5圖)記載了 一種行駛安全裝置，若判斷出已經(jīng)回避了障礙物，則按照使本車輛的行進方 向與道路的方向相一致的方式來進行轉向。由于該行駛安全裝置在使本車輛 回避了障礙物之后，使偏離了道路方向的本車輛的行進方向再次與道路方向 相一致，因而與只有回避操作的情況相比較，可減輕駕駛員的負擔及不協(xié)調 感。上述的現(xiàn)有行駛安全裝置所進行的操作只考慮障礙物并回避障礙物。但 是，由于一般道路的寬度即在道路上的可行駛的范圍有限，因而若進行行駛 安全裝置的轉向，則有可能使本車輛過于靠近道路的邊緣。發(fā)明內容因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種本車輛在道路的可行駛的范圍內計 算出能夠回避障礙物的駕駛操作量的回避操作計算裝置、基于由該回避操作計算裝置計算得出的駕駛操作量來進行駕駛操作的回避控制裝置、具備這些 裝置的本車輛、回避操作計算方法及回避控制方法。為了解決上述的課題，本發(fā)明的回避操作計算裝置具備道路邊界檢測 部，其位于本車輛的前方，對本車輛行駛的道路及其邊界部進行;險測；障礙 物檢測部，其對本車輛前方道路上所存在的障礙物進行檢測；本車輛信息檢 測部，其對相對于道路方向的作為本車輛行駛方向的姿勢角、在道路上的本 車輛位置及本車輛速度進行檢測；回避操作計算部，其基于來自各檢測部的 檢測信息計算出用于在道路上回避障礙物的操作量。本發(fā)明的回避操作計算裝置，在計算用于回避障礙物的操作量時，除了 障礙物之外還考慮道路的邊界部并計算操作量。即，回避操作計算裝置所計 算得出的操作量，其可使本車輛在道路的寬度即可行駛的范圍內回避障礙物。 因此，回避操作計算裝置例如可計算出即使在道路兩側設置有圍墻的情況下， 也可使本車輛回避障礙物，而且不過于靠邊就可回到回避前的行進路線的操 作量。


圖1是示意性表示采用了本發(fā)明的回避操作計算裝置及回避控制裝置的 車輛的平面圖；圖2是表示回避控制裝置的框圖；圖3是表示假想實際上進行回避的實施例1的情況的示意平面圖； 圖4是用于說明將被處理的信息展示于坐標系的平面圖； 圖5是車輛運動模式中的一例輪胎側向力的函數(shù)形狀的曲線圖； 圖6是表示實施例1的假想場面的由障礙物及道路邊界構成的評價項在 某時刻的 一例函數(shù)形狀的曲線圖；圖7是表示回避操作計算裝置的處理的時序圖；圖8是表示由實施例1的回避操作計算裝置計算得出的一例最佳駕駛操 作量的曲線圖；圖9表示由實施例1的回避控制裝置進行的車輛回避障礙物的移動軌跡 的平面圖；圖10是表示只考慮障礙物的現(xiàn)有的回避障礙物的移動軌跡的平面圖； 圖11是表示只考慮障礙物的現(xiàn)有的用于回避障礙物的駕駛操作量的曲線圖；圖12是表示本發(fā)明的回避控制裝置的另一例的框圖； 圖13是表示實際可進行回避的假想的實施例2的場面的示意平面圖； 圖14是用于說明實施例2的姿勢角目標值的設定方法的平面圖； 圖15是表示由實施例2的回避控制裝置進行的車輛回避障礙物的移動軌 跡的平面圖；圖16是表示本發(fā)明的實施例2的最佳駕駛操作量的生成區(qū)間及回避轉向 的執(zhí)行區(qū)間即執(zhí)行區(qū)間的時間變化的曲線圖；圖17是示意性表示采用了本發(fā)明的回避操作計算裝置及回避控制裝置的 車輛的另一例的平面圖；圖18是表示本發(fā)明的回避控制裝置的另 一例的框圖；圖19是假想實際上進行回避的實施例2的情形的示意性平面圖，是說明 坐標系的設定方法的附圖；圖20是用于說明在實施例3所假想的情形下的姿勢角目標值的設定方法 的平面圖；圖21是表示利用實施例3的回避控制裝置進行的車輛回避障礙物的移動 軌跡的平面圖。
具體實施方式
按照圖1 ~21所示的各實施例來詳細說明本發(fā)明。 實施例1圖1是示意性表示采用了本發(fā)明的回避操作計算裝置IO及具備該回避操 作計算裝置的回避控制裝置11的車輛12的平面圖，圖2是表示回避控制裝 置11的框圖?；乇懿僮饔嬎阊b置10，在車輛12 (本車輛)行駛的道路13上存在障礙 物14 (參照圖3 )的情況下，對車輛12可回避障礙物14的駕駛操作量進行 計算。回避控制裝置11具備有回避操作計算裝置IO和車輛運動控制部15。 車輛運動控制部15進行駕駛操作由回避操作計算裝置IO計算得出的駕駛控制量。在車輛12上設置有攝像機16、車速傳感器17、偏航率傳感器18、加 速度傳感器19、微處理器20、轉向角傳感器21、轉向用電動機22、轉向角伺服控制器23。在實施例1中，車輛12采用齒輪齒條方式的前輪轉向機構， 轉向角傳感器21、轉向用電動機22及轉向角伺服控制器23與前輪轉向機構 相對應而設置。如下所述，轉向角傳感器21安裝于前輪轉向機構，與轉向角 伺服控制器23電連接。轉向角伺服控制器23與轉向用電動機22及微處理器 20電連接。該微處理器20分別與攝像機16、車速傳感器17、偏航率傳感器 18及加速度傳感器19電連接。攝像機16被安裝于車輛12的車廂內，對車輛12的前方進行拍攝。在實 施例l中，攝像機16左右成對設置有兩臺。下述的微處理器20的采集信息 處理部24 (參照圖2)根據(jù)來自攝像機16的圖像信息來生成圖像，在對圖像 內的信息進行三維處理。采集信息處理部24例如對自車輛12存在的位置至 障礙物14 (參照圖3 )的距離進行檢測。攝像機16向下述的釆集信息處理部 24的本車信息處理部25、障礙物信息處理部26及道路邊界信息處理部27(參 照圖2)輸出圖像信息。車速傳感器17生成用于對車輛12的行駛速度進行檢測的信號。在實施 例1中，車速傳感器17由安裝于車輛12的車輪上的回轉式編碼器構成，并 將與車輪的旋轉成比例的脈沖信號輸出到本車信息處理部25 (參照圖2)。偏航率傳感器18將用于檢測車輛12中產(chǎn)生的偏航率的信號輸出到本車 信息處理部25 (參照圖2)。偏航率傳感器18由水晶振子或者半導體構成。加速度傳感器19將用于檢測車輛12所產(chǎn)生的特定方向的加速度的信號 輸出到本車信息處理部25 (參照圖2)。加速度傳感器19例如由壓電元件構 成。在實施例1中，加速度傳感器19以生成車輛12所產(chǎn)生的寬度方向加速 度相對應的信號的形式來設定。微處理器20由A/D轉換電路、D/A轉換電路、中央運算處理裝置、 存儲器等構成。微處理器20作為采集信息處理部24、回避操作計算部28而 發(fā)揮作用，具有存儲器35 (參照圖2)。如下所述，采集信息處理部24對來 自攝像機16及各傳感器17 ~ 19的信號進行處理并生成各種信息，回避操作 計算部28根據(jù)來自采集信息處理部24的各種信息來計算駕駛操作量，并將 與計算得出的駕駛操作量相對應的信號輸出到轉向角伺服控制器23。由此， 因為微處理器20根據(jù)來自攝像機16及各傳感器17-19的信號來計算駕駛操 作量，因而，使攝像機16、各傳感器17-19及微處理器20作為回避操作計 算裝置10發(fā)揮作用。存儲器35儲存有信息，與采集信息處理部24及回避操作計算部28進行信息的存取。轉向角伺服控制器23由進行各種運算的微處理器和用于驅動轉向用電動 機22的升壓電路等(未圖示)構成，進行與從回避操作計算部28輸出的信 號相對應的駕駛操作量、即與被輸出的信號相對應的轉向角為目標的伺服控制。轉向角傳感器21將用于檢測實際轉向的轉向角的信號輸出到轉向角伺服 控制器23。轉向角伺服控制器23將基于該信號的信息作為伺服控制中的反饋 信息來利用。在實施例1中，轉向角傳感器21將前輪轉向機構中的與齒條行 程量相對應的信號輸出到轉向角伺服控制器23。轉向角伺服控制器23可才艮據(jù) 該信號來^企測轉向角。轉向用電動機22除了駕駛員的操作之外，還根據(jù)來自轉向角伺服控制器 23的信號進行轉向。在本實施例1中，轉向用電動機22通過用電動積/使前輪 轉向機構的行星齒輪轉動來進行轉向。向角傳感器21通過將該轉向的轉向量反饋到轉向角伺服控制器23，將駕駛操 作進行由回避操作計算裝置10計算得出的駕駛4喿作量。因此，轉向角傳感器 21、轉向用電動機22及轉向角伺服控制器23作為車輛運動控制部15而發(fā)揮 作用。因此，如圖2所示，回避才喿作計算裝置IO及車輛運動控制部15構成 回避控制裝置11。如上所述，回避操作計算裝置10具有采集信息處理部24和回避操作計 算部28，其中，采集信息處理部24對來自攝像機16及各傳感器17 ~ 19的信 號進行處理并生成各種信息，回避操作計算部28才艮據(jù)所生成的各種信息來計 算駕駛操作量。在實施例1中，采集信息處理部24具有本車信息處理部25、 障礙物信息處理部26及道路邊界信息處理部27。本車信息處理部25根據(jù)來 自攝像機16及各傳感器17~ 19的信號生成本車輛(車輛12)的信息，障礙 物信息處理部26生成障礙物14的信息，道路邊界信息處理部27生成道路13 的可行駛范圍的信息。在實施例1中，所謂的本車輛信息(本車輛的信息)，是指車輛相對于行 駛的道路13的車輛12的位置、車輛12的姿勢角0 (參照圖4 )、車輛12所 生成的偏航率Y、車輛12所產(chǎn)生的側滑角卩(參照圖4)以及車輛12的行駛 速度v。姿勢角e是相對于道路13的方向即相對于道路13的走向形狀延伸的方向，與車輛12前進的方向所形成的角度。側滑角卩是相對于根據(jù)實際轉向 預測的車輛12的前進方向，與車輛12實際前進的方向所形成的角度。車輛12相對于道路13的位置是通過對從成對的攝像機16輸出的圖像信 號進行圖像處理來進行;險測的。假設道路為直線，則如后述，姿勢角e是道路邊界信息處理部27檢測到 的道路13的邊界部29和車輛12 (本車)所朝向的方向而形成的角。姿勢角 e也可以通過設定適當?shù)某跏贾?，對來自偏航率傳感?8的輸出值進行積分 來計算。該適當?shù)某跏贾?，例如是沿道?3的方向行駛的車輛12的前進方 向，即為了回避的駕駛操作之前車輛12前進的方向。如上所述，偏航率y及行駛速度v是根據(jù)來自偏航角傳感器18及車速傳 感器17的輸出信號檢測到的。若設車輛12的前后方向的速度為vx、車輛12的寬度方向的速度為Vy， 則側滑角p可通過下式(1 )計算。B=arctan (vy / vx) ...... ( 1 )可以認為，寬度方向的速度成分與前后方向的速度成分相比非常小，vx 就是v。另外，Vy是通過對加速度傳感器19的輸出進行積分而求出的。因此， 可根據(jù)式(1)得到側滑角卩的近似值。而已知有基于車輪速度、偏航率、橫 向加速度等，通過觀測者推導出更高精度的側滑角的公知技術。因此，也可 以使用這樣的方法來求出側滑角卩。障礙物信息是通過對從成對的攝像機16所輸入的圖像信息進行圖像處理 而檢測到的。道路13的可行駛的范圍是基于道路13及其邊界部29 (參照圖3 )而檢 測出的。在此，道路13及其邊界部29都是通過對從成對的才聶像機16輸入的 圖像信息進行圖像處理而檢測出的。如上所述，本車信息處理部25通過與攝像機16、車速傳感器17、偏航 角傳感器18及加速度傳感器19協(xié)動而作為本車信息檢測部發(fā)揮作用，障礙 物信息處理部26通過與攝像機16協(xié)動而作為障礙物4全測部發(fā)揮作用。另夕卜， 道路邊界信息處理部27通過與攝像機16協(xié)動而作為道路邊界檢測部發(fā)揮作 用。而由圖像處理進行的障礙物及道路邊界的斥企測方法，由于大多數(shù)方法都 作為公知技術被公開，因而在此省略其詳細說明。這樣，采集信息處理部24根據(jù)來自攝像機16及各傳感器17 ~ 19的信號來生成所期望的各種信息，回避操作計算部基于該信息來計算駕駛操作量?；乇懿僮饔嬎悴?8具有最佳操作量計算部30、評價函數(shù)設定部31、 障礙物移動軌跡預測部32、姿勢角目標值設定部33、緩沖存儲器34。最佳操作量計算部30根據(jù)基于本車信息的目前的車輛12的運動狀態(tài)， 從在目前時刻至規(guī)定時間后之間在道路13上車輛12可得到的駕駛操作量的 圖形中，計算出對車輛12最適宜的，即最佳的駕駛操作量，并將計算得到的 數(shù)據(jù)存儲于緩沖存儲器34。由此，由于最佳操作量計算部30求出的不只是目 前時刻而是至規(guī)定時間后的駕駛操作量，因此需要進行車輛12在未來的運動 狀態(tài)的預測，為了該預測而使用車輛運動模式。如下所述，車輛運動模式， 是在為了描述車輛12及障礙物14的運動而設定的坐標系上，根據(jù)車輛12目 前時刻的駕駛操作量及運動狀態(tài)來描述的預測行駛軌跡。在該坐標系上，障 礙物14及道路13的邊界部29的信息與坐標值相對應，即進行展示，統(tǒng)一處 理各種信息及預測行駛軌跡。(參照圖4 )。在實施例l中，如圖3及圖4所述，沿著道路13的方向設定為X軸，與 X軸相垂直的方向即道路13的寬度方向設定為Y軸。坐標原點可任意選擇。 作為其中一例，在實施例1將車輛12的目前位置設為X坐標的原點，將道路 的中心線附近設為Y坐標的原點(參照圖3)。通過設定坐標系，就可用坐標 值來表示車輛12、障礙物14及道路13的邊界部29的位置。在下述的說明中， 車輛12 (本車)的位置看作是其重心點并表示為(X, Y) = (x, y)，將障礙 物14 (在實施例l是一位步行者)的位置設為(X, Y) = (Xp, yp)，將道路 13的左側邊界部29設為Y= yL，將道路13的右側邊界部29設為Y= yR (參 照圖4)。另外，最佳操作量計算部30為了從車輛12可取得的駕駛操作量圖形中 計算出對車輛12的最佳的駕駛操作量，而使用評價函數(shù)J，該評價函數(shù)J是 以如下進行定義的，即，怎樣的駕駛操作對車輛12是最適宜的駕駛操作。評價函數(shù)J由表現(xiàn)車輛12所求得的事項的數(shù)學式構成。由此，具體的駕 駛操作圖形和與此相隨的本車運動圖形的好壞，即車輛狀態(tài)的好壞都可進行 數(shù)值評價。本發(fā)明的回避操作計算裝置10，在回避到達障礙物14的位置的情 況下，首要的是要求不能到達障礙物14的位置，其次是要求利用計算出的駕 駛操作量使車輛12所走的行駛軌跡在道路13的可行駛范圍內。該兩項要求 事項可通過障礙物14及道路13的邊界部29和車輛12的間隔來評價。在障礙物移動的情況下，其信息被加入到評價函數(shù)J。障礙物移動軌跡預測部32對斗企測到的障礙物14的移動軌跡進行預測。障礙物移動軌跡預測部32是基于下述假定來計算移動軌跡的，即，根據(jù) 至目前時刻的障礙物14的檢測歷史紀錄來推測障礙物14的移動速度，假定 障礙物14保持推測的移動速度進行勻速直線運動。若將目前時刻t。的障礙物 的位置設為(xGp， yGp)，將障礙物14的移動速度的推測值設為(vxp， vyp)， 則在時刻t的障礙物14的位置推測值可用下述式(2 )、 ( 3 )表示，<formula>formula see original document page 0</formula>( 2 )<formula>formula see original document page 0</formula> (3)在對障礙物14進行回避的情況下，還要求將回避后的車輛12的姿勢保 持與當時的交通狀況相一致。為了使該回避后的車輛12的理想姿勢反映到評 價函數(shù)J，而由姿勢角目標值設定部33計算出與此情況相對應的姿勢角目標 值0*。由姿勢角目標值設定部33計算得出的姿勢角目標值0*的設定如下。 該姿勢角目標值e*，是根據(jù)在道路13上行駛的車輛12在下述的評價結束時 刻(tQ + T)所到達的地方所設定的本車輛的目標姿勢角的值。其次，說明車輛運動模式和使用該模式的車輛12的運動狀態(tài)的計算。作 為車輛運動模式可利用各種模式，但是在實施例l是根據(jù)用兩輪車輛的運動 近似四輪車輛的運動的兩輪;漠式來進行運動預測的。若假設車輛速度一定，則兩輪模式可用下述式(4) ~ (9)的微分方程 式來描述。其中標記為x'的表示x的時間積分。<formula>formula see original document page 0</formula>( 4 )<formula>formula see original document page 0</formula> ( 5 )0' =y (6)v' =0 (7)<formula>formula see original document page 0</formula> (8)<formula>formula see original document page 0</formula> (9)在此，如前所述，e是車輛12的姿勢角(偏航角)、(3是側滑角，v是行 駛速度，y是偏航角。另外，m是車輛12的重量，I是車輛12所產(chǎn)生的車輛 偏航慣性矩，lf是自車輛重心至前輪軸的距離，lr是自車輛重心至后輪軸的距 離。還假設，Yf是表示前輪的輪胎橫向力且Y是表示后輪的輪胎橫向力的函 數(shù)，分別為前輪側滑角Pf、后輪側滑角(3r的函數(shù)。具體的函數(shù)形狀例如圖5所示。而如圖5所示的Wf為前輪載重，Wr為后輪載重。在此，若設前輪轉 向角為S，則卩f、 &可用下述式(10)、 (11)表示，Pf-P + W/v-3 (10) (3r = P_lrY/v (11)在使用上述的模式的情況下，表示車輛12的運動狀態(tài)的狀態(tài)矢量x就是 下述的六個自變量的矢量。 數(shù)學式1x= (x,y， e，v,卩，y ) (12)利用式(4) ~ (9)所表示的模式是以S為輸入的非線性微分方程式， 若歸納模式的右邊并表示成矢量值函數(shù)，則可用下述的一般表現(xiàn)式來表示。 數(shù)學式2x' =f(x， S) (13)因此，表示車輛12的運動狀態(tài)的矢量x的值可基于各傳感器17-19的 檢測值來計算。下面，來說明評價函數(shù)J。評價函數(shù)J由下面的式(14)的函數(shù)構成。 數(shù)學式3 / = T(jc(/。 + r)) + f 。" "x(r)，外),r)dr (14)其中，屮是對時刻(to + T)時的車輛12的姿勢及位置的期望值進行評價 的評價式，L是對在自現(xiàn)在時刻tQ至時刻(tQ + T )之間的各時刻的車輛12的 運動狀態(tài)及駕駛操作量的期望值進行評價的評價式。T是自現(xiàn)在時刻tQ變化 至時刻(tQ + T)的積分參變量。構成。即，評價式L具有由下述的要求項目構成的評價基準。 要求項目l.車輛12不能距障礙物太近； 要求項目2.車輛12不能距道路的邊界部29太近； 要求項目3.不能使前輪轉向角在所需大小以上；要求項目1表示與障礙物相對的車輛12的接近狀態(tài)，用隨著車輛12和 障礙物14的距離逐漸變小，而值逐漸變大的函數(shù)來表示。要求項目l例如可 用下述式(15)的函數(shù)來表示數(shù)學式4<formula>formula see original document page 0</formula>dX、 (7y是確定函數(shù)形狀的參數(shù)，在此檢測到的障礙物14的與X軸方向的寬度相對應的值為crx，與Y軸方向的寬度相對應的值為ay。在得不到障礙物14的行進方向即X軸方向的信息的情況下，設定為(Jx= ay。障礙物14的位置(xp， yp)是根據(jù)由障礙物移動軌跡預測部32計算得出的障礙物14的移動軌跡之值而計算得出的。而在障礙物14靜止的情況下，障礙物14的位置(xp， yp)就是從障礙物信息處理部26得到的障礙物14的位置。要求項目2表示與道路13的邊界部29相對的車輛12的接近狀態(tài)，用隨著車輛12和道路13邊界部29的距離逐漸變小而值逐漸變大的函數(shù)來表示。要求項目2例如可用下述式(16)的函數(shù)來表示， 浙數(shù)學式<formula>formula see original document page 0</formula>其中，A是指定向邊界部29接近的富裕寬度的參數(shù)，A值越大，可計算 出在車輛12和邊界部29之間間隔越大的回避路徑。將評價式Lp和U定義為，在展示于坐標系的道路13上，反應到達障礙 物14及道路邊界13的邊界部29的位置的到達風險的危險潛在性。將評價式 Lp和U相加的函數(shù)描繪于X-Y坐標的圖如圖6所示。中央的山是與障礙物 14相對應的由函數(shù)Lp形成的潛在性，兩側的山是與道路13的邊界部29相對 應的由函數(shù)U形成的潛在性?；乇苈窂揭员M可能地沿著如圖6所示的危險潛 在性的值較低的區(qū)域來生成。要求項目3表示用于車輛12的駕駛操作量的操作狀態(tài)，是為了要求通過 以盡可能小的轉向角進行用于回避的駕駛操作而有地效回避而導入的項目。 要求項目3例如可用下述式(17)的函數(shù)來表示。Lp (5) =|32/2 (17)在以上的三個評〈介式中加上適當?shù)募觀又并相加的函凄t成為評價式L。即， 若將Wp、 WR、 Wp設為分別與要求項目1、 2、 3相對的加權，則評價式L可 用下述式(18)表示。<formula>formula see original document page 18</formula>評價式屮是后述的回避之后的評價結束時刻(tQ + T)即結束了對車輛12 的運動狀態(tài)的評價時刻的對車輛姿勢進行評價的項目。具體而言，就是將在 評價結束時刻(tG + T)以后本車可平穩(wěn)地進行此后的正常行駛的車輛姿勢， 作為姿勢角目標值9* (偏航角目標值)來設定的，其由要求使姿勢角目標值 6*和評^^結束時刻(to + T)的車輛姿勢角預測值(預測姿勢角)6 (t0 + T) 的偏差變小的評價式構成。因此，評價式平對根據(jù)姿勢角目標值0*和車輛姿勢角預測值(預測姿勢角)e求出的車輛12的姿勢狀態(tài)進行評價。作為這樣的評價式，例如可利用下述式(19)的函數(shù)。<formula>formula see original document page 18</formula>
在該函數(shù)上加上適當?shù)募訖鄥?shù)wyaw，就是<formula>formula see original document page 18</formula>由此構成評價結束時刻(to + T)的評價項。利用該評價式L及評價式^進行了評價的各項目就是本車輛的車輛狀態(tài)。另外，評價函數(shù)設定部31決定在(14)式的評價函數(shù)J的評價區(qū)間的長 度T。為了考慮至車輛12回避了障礙物14之后的車輛運動并計算出操作量， 必須將評價區(qū)間延長至與障礙物14的回避后的時間。將回避狀態(tài)定義為，車 輛12和障礙物14的X坐標變得相等而且車輛12和障礙物14的Y坐標足夠 遠的狀態(tài)。在將車輛12的行駛速度v視為一定的情況下，至車輛12回避障 礙物14的時間TA可通過下述式進行推測。<formula>formula see original document page 18</formula>
對回避了障礙物14的時間進行預測，必須使評價區(qū)間的長度T至少比時 間TA長。雖然將回避后的運動預先考慮到何種程度為好因情況不同而各異， 但是若假設車輛12開始回避運動之后至回避障礙物14所需要的時間和從車 輛回避了障礙物14之后至回到正常行駛所需要的時間大致相同，則評價區(qū)間 的長度T可用下述式(22)來設定。<formula>formula see original document page 18</formula>因此，在實施例1中，若將開始用于回避障礙物14的動作的時刻作為評 價開始時刻tQ,則車輛12回避了障礙物14的狀態(tài)即回避時刻就是(tQ + TA)， 完成車輛12的運動狀態(tài)評價的評價結束時刻就是(to + T) = (tQ + 2TA )。由此，評價函數(shù)J可在自評價開始時刻to至評價結束時刻(to + T)之間，對車輛運動模式所記述的預測行駛軌跡的集合的每一個進行評價。將該評價 作為評價函數(shù)J的值進行表示，評價函數(shù)J的值為最小值的預測行駛軌跡就是 將通過評價式L及評價式甲進行了評價的各項目進行了綜合判斷后最佳的預 測行駛軌跡，通過根據(jù)車輛運動模式來計算描繪該最佳預測行駛軌跡的駕駛 操作量，可得到最佳駕駛操作量。下面，沿著如圖7所示的時序圖來說明用于由本發(fā)明的回避搡作裝置10 所進行的回避障礙物14的駕駛操作量的計算工序。該時序圖為假想圖3的情 況。圖3表示，在兩側砌有圍墻(邊界部29)的道路上，本車輛即車輛12 正在行駛，步行者(障礙物14)從車輛12的前方左側快速進入道路13的可 行駛范圍內的情況。回避操作計算部28根據(jù)由采集信息處理部24進行了處理的信息，來識 別車輛12行駛的道路13、其邊界部29以及在道路13上的車輛12可行駛的 范圍，進而確定車輛12可行駛的范圍內是否存在障礙物14，并繼續(xù)進行其確 認(步驟S1)。此時，根據(jù)從各傳感器17 19輸出的信號，由采集信息處理 部24進行了處理的信息儲存在存儲器35，存儲器35的信息可由回避操作計 算部28進行讀JF又?；乇懿僮饔嬎悴?8若檢測到道路13的可行駛的范圍內存在障礙物14(在 實施例1為步行者)，則為了計算用于回避該障礙物14的駕駛操作量而進入 步驟S2 (步驟S2 )。評價函數(shù)設定部31將檢測到障礙物14的時刻(tG)設定 為評價開始時刻to。若在道路13的可行駛范圍內不存在障礙物14 (在實施例 1為步行者)，則返回到步驟Sl，繼續(xù)確認道路13上是否存在障礙物14?；乇懿僮饔嬎悴?8,設定坐標系(參照圖3)、將儲存于存儲器35的信 息及被釆集信息處理部24進行了處理的信息適當展示于所設定的坐標系上 (參照圖4)(步驟S3 )。回避操作計算部28根據(jù)被采集信息處理部24進行了處理的信息，來計 算表示車輛12的運動狀態(tài)的狀態(tài)矢量x (參照式(13))的值(步驟S4)。障礙物移動軌跡預測部32根據(jù)障礙物14的移動軌跡的預測，即根據(jù)被 采集信息處理部24進行了處理的信息，并通過式(2)、 (3)計算任意時刻t 的障礙物14的位置(Xp， yp)(步驟S5 )。而回避操:作計算部28才艮據(jù)由采集 信息處理部24進行了處理的信息判斷出障礙物14靜止時，則不進行由障礙 物移動軌跡預測部32進行的障礙物14的移動軌跡的計算。評價函數(shù)設定部31根據(jù)被采集信息處理部24進行了處理的信息并通過 式(19)、 (20)來設定評價區(qū)間的長度T (步驟S6)。由姿勢角目標值設定部33設定姿勢角目標值0* (步驟S7 )。下面，來說 明姿勢角目標值9*的設定。姿勢角目標值0*是在評價結束時刻(to + T) = (t。 + 2TA)與預測車輛 12存在的位置的狀況相符合的車輛12所要求的姿勢角，其用于評價式屮(參 照式(20))。在實施例l假想的圖3時的情況下，結束了回避到達障礙物14 的位置的駕駛操作之后，由于優(yōu)選在評價結束時刻(to + T)的時間點使車輛 12回到在道路13上的正常行駛狀態(tài)，因而優(yōu)選在評價結束時刻(to + T)這 一時間點以沿著道路13的方向的形式使車輛12行駛。因此，只要將在評價 結束時刻(t。 + T)的車輛12的姿勢角設定為與道路13的方向相一致即可， 就是姿勢角目標值e*=o。評價函數(shù)設定部31，根據(jù)在目前時刻(tQ)的被采集信息處理部24進行 了處理的信息、來自障礙物移動軌跡預測部32的信息及來自姿勢角目標值設 定部33的信息，來設定評價函數(shù)J (參照式(14)、 (18)、 (20)、 (22))(步 驟S8 )。最佳操作量計算部30根據(jù)上述的車輛運動模式和評價函數(shù)J來計算使評 價函數(shù)J的值達到最佳(最小)的最佳駕駛操作量(步驟S9 )。求出評價函數(shù) J的值為最佳操作量這一問題，作為最佳控制問題是眾所周知的問題，計算其 數(shù)值解的算法已經(jīng)作為公知文獻被公開。作為這樣的文獻，例如可列舉"連 続変形法& GMRES法全組^合b甘/"二非線形Receding horizon制御(D高速7 /lx :i、 y 乂厶(A continuation / CMRES method for fast computation of nonlinear receding horizon control )，， {大塚每文之(T.Ohtsuka )，才一 卜7亍 < 力 (Automatica),第40巻，p563 ~ 574， 2004}。在實施例1的情況下，最佳操作量是前輪轉向角5，因此，可計算出自評 價楷書時刻to至評價結束時刻(to + T)的前輪轉向角操作量的時間系列。在 實際的最佳駕駛操作量的計算時，按適當?shù)碾A躍數(shù)N (規(guī)定的間隔)來分割 評價區(qū)間，計算出在各離散化階躍點的最佳駕駛操作量的值。即，數(shù)學式6<formula>formula see original document page 20</formula>得到上述的N個前輪轉向角5的時間序列。回避操作計算部28將通過最佳操作量計算部30計算得出的N個前輪轉 向角5 (最佳駕駛操作量)的時間序列儲存于緩沖存儲器34 (步驟SIO)。如該時序圖所示，由回避操作計算裝置IO計算出最佳駕駛操作量。在實 施例l中，回避操作計算裝置IO組成回避控制裝置11的一部分，由其它部 分即車輛運動控制部15執(zhí)行與各最佳駕駛操作量相適應的轉向。若緩沖存儲器34儲存有最佳駕駛操作量(N個前輪轉向角5)的時間序 列數(shù)據(jù)，則啟動車輛運動控制部15,按照T/N的時間周期將儲存于緩沖存 儲器34的數(shù)據(jù)沿著最佳駕駛操作量的時間序列依次讀入，將被讀入的最佳駕 駛操作量即前輪轉向角S作為目標轉向角來進行前輪轉向角的伺服控制。車 輛運動控制部15將預置于緩沖存儲器34的最佳駕駛操作量都讀出后則結束 伺服控制，在該結束的同時，車輛12恢復到由駕駛員進行駕駛操作的正常行 駛狀態(tài)。表示為了回避障礙物14而計算得出的最佳駕馬史操作量的曲線圖如圖 8所示，由該最佳駕駛操作量進行的車輛12的移動軌跡如圖9所示。而在圖 9，用實線表示評價開始時刻to的車輛12及障礙物14，用雙點劃線表示自此 至結束回避的評價結束時刻(tQ + T)的車輛12及障礙物14的移動軌跡。如圖9所示，可通過回避控制裝置11使車輛12回避障礙物14及道路13 的邊界部29。另夕卜，在結束了由回避控制裝置11進行的回避駕駛操作的評價 結束時刻，車輛12按照沿著道路13的方向的行駛姿勢在道路13的可行駛范 圍內行駛。由于本發(fā)明的回避操作計算裝置10不只是考慮障礙物14而是還考慮到 與道路13的邊界部29的接近程度并計算出最佳駕駛操作量，因而可在道路 13的可行駛范圍內計算出用于回避障礙物14的最佳駕駛操作量。另外，回避操作計算裝置IO還考慮到在回避障礙物14之后到車輛12的 姿勢角e返回到道路13的方向進行最佳駕駛操作量的計算。即，如圖8所示， 回避操作計算裝置10計算下述的駕駛操作量，即為了回避障礙物14而在對 可確保必須的向Y軸方向(道路13的寬度方向)的移動量進行預測的階段開 始回轉前輪轉向角，回避了障礙物14之后立即反向轉動轉向角，在到達評價 結束時刻(to + T)返回至中立位置(姿勢角0=0° )。因此，如圖9所示，能 計算出車輛12可回避障礙物14及道路13的邊界部29的最佳駕駛操作量。與此相對，現(xiàn)有的技術在只考慮障礙物而計算駕駛操作量的裝置中，有可能使車輛描畫出如圖IO所示的移動軌跡。圖IO是表示用現(xiàn)有的行駛安全裝置來回避障礙物的移動軌跡，圖ll是表示用現(xiàn)有的行駛安全裝置計算得出的駕駛操作量的曲線圖。而在圖10上，用實線表示目前時刻的車輛12,用雙 點劃線表示自此至回避結束的車輛12的移動軌跡。由于現(xiàn)有的行駛安全裝置 至回避障礙物14，僅進行以回避障礙物為目標的控制，因而不拘泥于道路的 可行駛范圍，為了回避障礙物14而將向必須的Y軸方向的移動量一樣設定。 因此，如圖IO所示，在回避時刻即使在障礙物14 (步行者)的回避上成功，在回避障礙物之后，為了使發(fā)生了大的傾斜的車輛的姿勢角恢復到原來的姿 勢，而輸出回轉前輪轉向角的操作指令(參照圖11)。但是，如圖3所示的情 況，在為了回避障礙物14而使必須的向Y軸方向的移動量與道路的可行馬史范 圍不對應的情況下，如圖IO所示，有可能在使車輛的姿勢角恢復到原來之前 而到達道路右側的邊界部。 實施例2參照圖12~圖16來說明本發(fā)明的回避操作計算裝置100及包含此裝置的 回避控制裝置110的實施例2。如圖13所示，在本發(fā)明的實施例2中，車輛12行駛的道路40,其中夾 劃有車道隔離線41并#:劃分為兩個車道42、 43,允許車輛12在車道42及車 道43相互相對的方向前進。另外，實施例2的回避操作計算裝置100 (參照操作量進行計算。而在實施例2中，車道隔離線41是將道路40劃分成彼此 的走向方向不同的車道的虛線，若道路上劃分為多個車道，也可以是劃分為 道路相同的方向的車道的線，或者也既可以是不同顏色的線，也可以是由虛 線以外的線構成。實施例2的回避操作計算裝置IOO及包含此裝置的回避控制裝置IIO(參 照圖12)基本上是與實施例1的回避操作計算裝置IO及包含此裝置的回避控 制裝置ll相同的構成及動作，在等同的地方使用相同的符號而省略了詳細的 說明，而且對相同的動作也省略了詳細的說明。如圖12所示，采集信息處理部24具有隔離線信息處理部44。隔離線信 息處理部44通過對從成對的攝像機16輸入的圖像信息進行圖像處理來檢測 道路13的車道隔離線41 (參照圖13)。由此，隔離線信息處理部44與攝像機16相協(xié)調并作為隔離線檢測部發(fā)揮作用。對用于回避障礙物14的駕駛操作量進行計算的處理，由于在步驟S7的 姿勢角目標值0*'的設定方法及在步驟S8設定的評價函數(shù)J的評價式平與 實施例1不同，因而對此給予說明。如圖13所示，被車道隔離線41劃分的兩個車道42、 43相對，車輛12 沿車道42行駛。因此，回避操作計算裝置100在使車輛12回避了障礙物14 之后，考慮到使車輛12回到車道42并計算駕駛操作量。因此，在如(14) 式所示的評價函數(shù)J的評價結束時刻(to + T)的評價式平中，增加有評價項， 該評價項要求車輛12回避了障礙物14之后使車輛回到原來的車道42或者朝 向返回的方向。將返回到原來的車道的要求，用在評價結束時刻(to + T)車輛12的位置 越接近Y-yLc越好的評價式，例如用下述式(24)的評價式表示。在此，將 左側車道42 (原來的車道)的中央坐標定義為Y^yu;。平f (y-yLc) V2 (24)用該(24)式，對根據(jù)評價結束時刻(to + T)的目標行駛位置(在該場 合是原來的車道即左側的車道42 )和基于預測行駛軌跡計算得出的評價結束 時刻(tQ + T)的本車的預計達到位置所求出的車輛12的姿勢狀態(tài)進行評價。另外，如圖14所示，在回到左側的車道42的方向上來設定姿勢角目標 值0*'的情況下，利用車輛12的Y坐標可使姿勢角目標值e*'發(fā)生變化。 而在評價開始時刻to,車輛12存在于直線X=X1上，在評價結束時刻(tG + T )， 車輛12存在于直線X-X2上。假設車輛12 (參照單點劃線的車輛12)置于 距評價結束時刻(t。 + T)的本車的預想到達線有距離D的前方的車道42的 中央部(坐標(X3,yLC))。以評價結束時刻(t0 + T)的車輛12的姿勢角e 朝向其假想車輛12的方向的形式，來設定姿勢角目標值e*'。姿勢角目標值 e*'可用下述式(25)表示。6*' =arctan{ (y-yLC) /D} (25)對姿勢角進行評價的評價式用(20)式表示。因此，評價項甲可用下述 式(26)表示。甲=WyawTyaw + \WFY ( 26 )由此，可在步驟S7設定姿勢角目標值0*'，而且可在步驟S8設定評價 函數(shù)J。另外，如上所述，為了對應障礙物14的移動速度發(fā)生的變化，在每個一 定的周期At，障礙物信息檢測部26檢測與障礙物14的位置及移動有關的信 息，使回避操作計算部28根據(jù)該檢測結果來更新最佳駕駛操作量的計算結果。在此，在每個一定的周期At計算最佳駕駛操作量的情況下，若更新至基 于實施例1的(21 )、 (22)式計算的評價區(qū)間T，則隨著4亍駛的車輛12靠近 障礙物14而使評價區(qū)間變短。于是，根據(jù)車輛12靠近障礙物14的接近程度， 有可能不能充分確?；乇芎蟮脑u價區(qū)間。因此，回避操作計算裝置IOO將最 初啟動裝置時所設定的評價區(qū)間的長度T,即，將自評價開始時刻to至評價 結束時刻(to + T)的評價區(qū)間的長度T的值至回避障礙物14結束為止固定。另外，回避操作計算部28將在每個一定的周期At所計算得出的最佳駕 駛操作量數(shù)據(jù)分別儲存于緩沖存儲器34，刪除此前所儲存的最佳駕駛操作量 數(shù)據(jù)。車輛運動控制部15進行與輸入的緩沖存儲器34的最佳駕駛」燥作量數(shù) 據(jù)即前輪轉向角S相適應的轉向。另一方面，新的最佳駕駛操作量數(shù)據(jù)被輸 入到緩沖存儲器34,同時刪除以前的最佳駕駛操作量數(shù)據(jù)。因此，車輛運動 控制部15總是基于被更新的新的最佳駕駛操作量的數(shù)據(jù)進行轉向。回避操作 計算部28若判斷出回避了障礙物14，則停止新的最佳駕駛操作量的計算，使 車輛運動控制部15至完全執(zhí)行儲存于緩沖存儲器34的時間序列的最佳駕駛 操作量的數(shù)據(jù)為止進行伺服控制。將構成基于回避操作計算部28的最佳駕駛 操作量的計算及所計算得出的最佳駕駛操作量的轉向的4丸行區(qū)間的推移表示 于圖16的曲線圖。實際上至回避障礙物所經(jīng)過的時間就是TV 。在圖16中， 縱軸表示實際的時間T2，橫軸表示從實際的時間看到的執(zhí)行區(qū)間的長度T1。 執(zhí)行區(qū)間，至時刻(tQ + TA')，隨著每個一定周期At的經(jīng)過，長度T的評價 區(qū)間保持一定值按時間間隔At向未來轉移。由于若判斷出到達時刻(t。 + TA ')即回避了障礙物14,則停止回避操作計算部28的最佳駕駛操作量的計算 及緩沖存儲器34的數(shù)據(jù)更新，因而執(zhí)行區(qū)間以(to + TA')為基準只保留長 度T。因此，執(zhí)行區(qū)間在回避時刻(to + TA')以后隨著時間的經(jīng)過而變短， 在評價結束時刻(to + TV +T)執(zhí)行所有的最佳駕駛操作量，結束用于回避 的運動纟空制。如上所述，圖15表示回避控制裝置110執(zhí)行了通過回避操作計算裝置100 計算得出的最佳駕駛操作量的車輛12的移動軌跡。圖15中，用實線表示目 前時刻to的車輛12及障礙物14，用雙點劃線表示自此至回避操作結束的評價結束時刻(t。 + TA' + T)的車輛12及障礙物14的移動軌跡。而車輛12在評 價開始時刻t。存在于直線X=X1上，在評價結束時刻(to + TA' + T)車輛12 存在于直線X-X4上。車輛12回避障礙物14及道路40的邊界部29，可使 其前進方向朝向原來行駛的車道42的方向。由于實施例2的回避操作裝置100及回避控制裝置110，即4吏在道路13 被車道隔離線41隔離成兩個車道42、 43的情況下，也可計算出直至車輛12 回到原來行駛的車道42的最佳駕駛操作量，或者直至車輛12的行駛方向朝 向回到車道42的方向的最佳駕駛操作量，因此，可根據(jù)道路13的狀況進行 障礙物14的回避。另外，由于回避操作裝置100及回避控制裝置110,即使障礙物14的移 動速度發(fā)生變化的情況下，也可計算出與障礙物14的移動速度相適應的最佳 駕駛操作量，因而可使車輛12回避障礙物14。而在實施例2中，由于車道隔離線41將道路40劃分為彼此相對的兩個 車道42、 43,因此，雖然回避操作計算裝置100計算出描繪車輛12回到原來 的行駛車道(在實施例2為車道42)的移動軌跡的最佳駕駛操作量，但是并 不局限于此。例如，即使道路被車道隔離線分為兩個車道，只要允許車輛在 兩車道相同的方向的前進，在回避了障礙物14之后的評價結束時刻，也可使 車輛12不是沿著原來的行駛路線而是沿著與此平行的車道行駛。在該情況下， 評價式平Y可用下述式(24')表示。在此，將與原來的行駛路線相平行的車 道的中央坐標定義為Y=yLC2。(y-yLC2) 2/2 (24')實施例3參照圖17~圖21來說明本發(fā)明的回避操作計算裝置1000及包含此裝置 的回避控制裝置1100的實施例3。實施例3的回避操作計算裝置1000及包含此裝置的回避控制裝置1100 (參照圖18)基本上是與實施例1的回避操作計算裝置IO及包含此裝置的回 避控制裝置ll相同的構成及動作，在相同的地方使用相同的符號而省略了詳 細的說明，而且相同的動作也省略了詳細的說明。在本實施例3回避操作計算裝置1000具有GPS信號接收裝置50及道路 信息記錄裝置51，車輛運動控制部1500 (參照圖18)具有制動控制器52及 制動驅動裝置53。GPS信號接收裝置50為了檢測車輛12的行駛位置而接收發(fā)自人造地球 衛(wèi)星的GPS ( Global Positioning System )信號。道路信息記錄裝置51由被稱為CD - ROM及DVD - ROM或者硬盤的電 子記錄介質及其讀取裝置構成，記錄介質儲存有道路地圖信息。GPS信號4妄 收裝置50及道路信息記錄裝置51與微處理器20電連接。制動驅動裝置53被分別設置于車輛12的四輪，對四輪分別進行制動。 該各制動驅動裝置53與制動控制器52電連接。該制動控制器52與微處理器 20電連接。制動控制器52為了執(zhí)行由回避操作計算部28計算得出的最佳駕 駛操作量而計算需要的車輛12的四輪各自的制動力。制動控制器52將與計 算得出的制動力相對應的驅動信號輸出到制動驅動裝置53。由此，制動控制 器52可使車輛12減速，而且可對左右輪的制動力設置差值。其結果是，制 動控制器52可使車輛12產(chǎn)生橫擺力矩。圖18表示上述的裝置構成的框圖。與實施例1不同，采集信號處理部24 具有道路形狀信息處理部54,其可輸入來自GPS信號接收裝置50和道路信 息記錄裝置51的信號。道路形狀信息處理部54通過對根據(jù)從GPS信號接收 裝置50所接收的GPS信號計算得出的車輛12的位置和從道路信息記錄裝置 51得到的道路地圖信息進行地圖匹配，可得到車輛12的前方道路13的道路 形狀信息。在此，所謂道路13的走向形狀是指沿著道路13的延伸方向的方 向，在道路13發(fā)生彎曲的情況下，是指道路13的延伸方向即曲線的切線方 向。由此，道路形狀信息處理部54與GPS信號接收裝置50及道路信息記錄 裝置51協(xié)動并作為道路形狀信息采集部發(fā)揮作用。如圖19所示，在實施例3,車輛行駛的道路55被畫成曲線，第二車輛(障 礙物56 )停在該曲線部。道路55與實施例1 一樣在兩側砌有圍墻(邊界部 29),兩邊界部29之間是車輛12的可行馬史的范圍。下面，將說明在回避搡作計算裝置1000計算駕駛操作量的處理中，與實 施例1的回避操作計算裝置10的不同之處。在步驟Sl ，道路形狀信息處理部54根據(jù)來自GPS信號接收裝置50和道 路信息記錄裝置51的信息進行地圖匹配處理，從而取得與車輛12在道路55 上的位置及道路55的走向形狀有關的信息。在步驟S3的坐標系的設定也與實施例1不同。首先，與實施例1 一樣， 作為平面直角坐標系設定了 X軸、Y軸。如圖19所示，在實施例3的回避才喿作計算裝置IOOO上，除此之外還設定了作為道路55的中心線的S坐標軸及 與S坐標軸相垂直的R坐標軸。由于道路55的中心線是根據(jù)道路信息記錄裝 置51的數(shù)據(jù)得到的，因此X、 Y坐標和S、 R坐標之間的轉換乂仝式可用下述 式(27)、 (28)表示。 數(shù)學式7<formula>formula see original document page 27</formula>乂步驟S4中的構成車輛運動模式的狀態(tài)矢量x的值的計算也與實施例1不 同。實施例3的回避操作計算裝置1000及回避控制裝置1100由于除前4侖轉 向角S之外，還執(zhí)行制動力的控制，因而操作量增加了前輪轉向角S、車輛減 速度a、左右制動力之差d這三項。與操作量的種類的增加相對應的車輛運動 模式就是下述式。x' = vcos ((3 + e )( 29 )y' = vsin (|3 + 0 )( 30 )e' =y……(31)v' =d……(32)P' —Y + 2(Y條)+Yr(pr)}/mv (33)Y' =21fYf((3f) /I-21rYr(pr) /l + 21td/I (34)在此，lt是胎面寬度，其它符號與實施例l相同。狀態(tài)矢量x與實施例l 一樣，與實施例1一樣并計算出狀態(tài)矢量值。由于在實施例3障礙物56靜止，因而只進行障礙物56的位置(Xp， yp) 的計算，而不進行移動軌跡預測的處理(步驟S5)。如圖20所示，在步驟S6，沿著本車到達預測點的道路55的方向設定姿 勢角目標值0*(=0)。而車輛12在評價開始時刻to存在于直線S^SXl上，在 評價結束時刻(tQ + T )存在于直線S=SX2上。箭頭SV1表示道路55的方向。另外，在實施例1的(14 )式的評價式L上追加了下述的要求項目。要求項目4.不可進行超過需要的減速；(不進行緊急制動。)要求項目5.不能使左右制動力之差變大；要求項目6.控制在與道路的走向形狀相適應的車速；(不用適于通過道 路的曲線部的車速以上的車速行駛。)要求項目4及要求項目5表示用于車輛12的駕駛操作的操作狀態(tài)，要求 項目4可用下述式(35)來表示，要求項目5可用下述式(36)來表示。 LA = a2/2 (35) LD = d2/2 (36) 要求項目6可用下述式表示。 Lv= (v-v" 2/2 (37) 目標車速￥*可用下述的順序來確定。首先，可從道路信息記錄裝置51的數(shù)據(jù)讀出車輛12前方的道路55的曲 率半徑，在自評價開始時刻tQ的車輛12的位置至評價結束時刻(to + T)預測 車輛12到達的本車到達預測地點的范圍內，計算出曲率半徑的最小值，將該值記做pmin。然后，參照預先確定的車輛橫向加速度的上限值ay"^，根據(jù)下述式(38) 計算用橫向加速度 <狄通過曲率半徑pmin的道路55時的車輛速度vmax。 v_= (n) 1/2 (38)接著，對目前的車速V (f)和Vm^進行比較，將值較小的一方設為V承。 因此，用式(37)對與道路55的曲線部相適應的車速Vmax和車輛12通過曲線部的速度求出的車輛12的姿勢狀態(tài)進行評價。要求項目2在如圖19所示的道路曲線部分，距道路中心的距離不是Y坐 標而是用R坐標表示，因而可表示為下述式(39)的形式。數(shù)學式8<formula>formula see original document page 28</formula>在此，a是道路55左側(可行駛的范圍的左端)的R坐標值，rR是道路 55右側(可行駛的范圍的右端)的R坐標值。由于通過在(39)式的r中代入(28)式的變化式Fhr (x， y),可得到 用X、 Y坐稱表示Lr的式Lr (x， y),因而可以此為評價式使用。由上述可知，評價式L以下述形式構成。L = Wp LP + WRLR + WF LF + WALA + WDLD + Wv Lv (40 ) 其中，WA、 WD、 Wv是分別與要求項目4、 5、 6相對的加權。而評價式 甲與實施例i一樣，可用(19)、 (20)式表示。最佳操作量計算部30，作為最佳駕駛操作量計算出下述的3種類型(41 )、 (42)、 (43)的最佳駕駛操作量(步驟S9)。 數(shù)學式9<formula>formula see original document page 29</formula>由此，雖然使要求出的操作量的數(shù)量增加了，但是用于最優(yōu)化的算法與 實施例1 一才羊。在緩沖存儲器34內，作為最佳駕駛操作量，除前輪轉向角5*之外，還儲 存有車輛減速度3*及左右制動力差(1* (步驟SIO)。如上所述，圖21表示回避控制裝置IIOO執(zhí)行了由回避操作計算裝置1000 計算得出的最佳駕駛操作量的車輛12的移動軌跡。而在圖21上，用實線表 示評價開始時刻to的車輛12，雙點劃線表示自此至結束了回避的評價結束時 刻(t。 + T)的車輛12的移動軌跡。如圖21所示，車輛12可回避障礙物56 及道路55的邊界部29,而且可使其前進方向與道路55的方向相一致。由GPS信號接收裝置50、道路信息記錄裝置51及道路形狀信息處理部 54構成的道路形狀信息采集部，可檢測道路55的走向形狀，回避操作計算部 28對最佳駕駛操作量進行計算。因此，回避操作計算裝置1000不拘泥于道3各 55的走向形狀，車輛回避了障礙物56及道路55的邊界部29,在結束回避障 礙物56之后，使其前進方向與道路55的方向相一致，而且可計算出其行駛 位置就是道路55的可行駛范圍內的合適位置的最佳駕駛操作量。轉向角伺服控制器7根據(jù)前輪轉向角5*進行伺服控制，制動控制器52 根據(jù)車輛減速度^及左右制動力差cP進行伺服控制。由此，可使車輛回避障礙物56及道路55的邊界部29,在結束回避障礙物56之后使其前進方向與道 路55的方向相一致，而且可使其行駛位置成為道路55的可行駛范圍內的最佳位置。因此，本發(fā)明的回避操作控制裝置可計算出本車輛在道路的可行駛范圍 內進行障礙物的回避的駕駛操作量。即，在由評價函數(shù)進行評價的本車輛的 車況狀態(tài)中，除了在自評價開始時刻至評價結束時刻之間的各時刻的相對于 障礙物的接近狀態(tài)以及根據(jù)評價結束時刻的目標姿勢角和預測姿勢角而求出 的本車輛的姿勢狀態(tài)之外，還包含各時刻的相對于道路的邊界部的本車輛的 接近狀態(tài)?；乇懿僮饔嬎阊b置根據(jù)該評價函數(shù)的值達到最小值的預測行駛軌 跡，來計算對本車輛的最佳駕駛操作量。因此，回避操作計算裝置可使車輛 在道路的寬度內即可行駛的范圍內回避障礙物，計算出可使回避后的姿勢與 道路相適應的駕駛操作量。因此，回避操作計算裝置例如可計算出即使在道 路兩側設置有圍墻的情況下，也可使車輛回避障礙物、回避后不會過于靠近 道路的邊緣、且可回到回避前的行駛路線的駕駛操作量。另外，本發(fā)明的回避控制裝置可使本車輛在道路的可行駛的范圍內為了 回避障礙物而進行必要的轉向。因此，與只有用于回避的轉向的情況相比較， 可減輕進行回避障礙物的轉向這一負擔及不和諧感。另外，本車輛可在道路 的可行駛的范圍內回避障礙物。應用于上述的各實施例的回避操作計算裝置及回避控制裝置的各檢測部 及車輛運動控制部，可與^C車輛所采用的其它駕駛輔助裝置兼用。例如，隔 離線檢測部、轉向機構的控制部及制動機構的控制部可與行車線控制(P— 乂年一7°)機構兼用，隔離線檢測部及制動機構的控制部可與自動追尾機構 兼用，道路形狀信息采集部可與導航系統(tǒng)兼用。避障礙物的操作量，因而利用該操作量可使本車輛在道路的寬度即在可行駛 的范圍內回避障礙物。上述的實施例例如可計算出即使在道路兩側設有圍墻 的情況下，也可使本車輛回避障礙物、回避后不至于太靠近道路的邊緣并可 回到回避前的行駛路線的駕駛操作量。上述的實施例不僅考慮到與障礙物的接近程度，而且考慮到與道路的邊 界部的接近程度和回避障礙物后的車輛姿勢角來構建評價函數(shù)。即，上述的 實施例是考慮到本車輛實際回避障礙物之前的階段和回避了障礙物后，本車輛如何行駛的基礎上，來計算最佳駕駛操作量的。因此，上述的實施例可計 算出用于兼得障礙物回避和防止偏離到路外的最佳駕駛操作量。上述的實施例由于是在對移動的障礙物預測了其移動軌跡的基礎上來計 算最佳駕駛操作量的，因而不論障礙物靜止的情況還是障礙物移動的情況的 哪一種，都可計算出有效的最佳駕駛操作量。上述的實施例，通過不光是涉及回避障礙物后的車輛姿勢角還涉及車輛 到達位置來設定目標值，可計算出與更精細的駕駛目標相適應的最佳駕馬史操 作量。因此，上述的實施例對回避后的車輛行駛狀態(tài)可增加選擇的余地。上述的實施例根據(jù)道路上的車道隔離線的信息來判斷道路的車道。上述 的實施例在本車輛回避了障礙物之后，基于該判斷以使車輛的前進方向朝著 本車輛回到當初行駛的車道的方向的形式來計算最佳駕駛#:作量。因此，上 述的實施例能夠計算出與設置有多個車道的道路相適應的最佳駕駛操作量。上述的實施例基于道路上的車道隔離線的信息對道路的車道進行判斷。 上述的實施例，使本車輛回避了障礙物之后，根據(jù)該判斷，以使本車輛的前 進方向為與本車輛原來行駛的車道相平行的車道的形式來計算最佳駕駛操作 量。因此，上述的實施例可計算出與設定有多個車道的道路相適應的最佳駕 駛操作工作量。上述的實施例采集與前方道路的行進方向有關的信息，計算出在本車輛 回避了障礙物之后可迅速重新開始沿著道路的方向的行駛的車輛操作量。因 此，上述的實施例，例如是畫成曲線的道路，也可計算出與該道路的走向形 狀相適應的最佳駕駛操作量。上述的實施例由于在規(guī)定的每一時間根據(jù)新的信息來更新最佳駕駛操作 量，因而即使在障礙物采取當初的預想之外的動作，也可計算出與障礙物實 際采取的舉動相適應的最佳駕駛操作量。上述的實施例由于考慮駕駛員進行的駕駛操作并可計算出最佳駕駛操作 量，因而例如可避免緊急轉彎操縱及緊急制動等。上述的實施例由于將駕駛操作進行計算得出的最佳駕駛操作量，因而可 不依據(jù)駕駛員的操作來可靠地執(zhí)行最佳駕駛操作量的駕駛操作。上述的實施例可計算出本車輛在道路的可行駛范圍內回避障礙物的最佳 駕駛操作量。在上述的實施例中，本車輛可在道路的可行時范圍內回避障礙物。而上述的各實施例是根據(jù)回避操作計算裝置計算得出的最佳駕馬史操作量 來執(zhí)行車輛運動控制部的車輛的轉向的機構，但是車輛運動控制部的車輛的轉向也可以是輔助性地進行駕駛員的駕駛操作。該情況下，例如車輛運動控 制部也可以是對應于最佳駕駛操作量和駕駛員進行的駕駛操作的差分進行轉 向，在駕駛員進行駕駛操作的情況下，也可以中止有別于駕駛員的轉向。另外，上述的各實施例采用包含回避操作計算裝置的回避控制裝置，是 根據(jù)計算得出的最佳駕駛操作量來執(zhí)行車輛運動控制部的車輛轉向的機構， 但也可以是不進行車輛轉向的結構。該情況下，例如只是將回避操作計算裝 置搭載于車輛，在車廂內設置顯示器，使適合最佳駕駛操作量的用于回避的 移動軌跡顯示于顯示器上。由此，來輔助用于回避障礙物的轉向。如上述的各實施例所示的回避操作計算部及回避控制裝置被做成彼此不同的結構，但是個構成可適當組合。具體而言，就是實施例2具有分隔線檢 測部，采用與障礙物的移動速度的變化相對應的計算方法，實施例3具有道 路形狀信息采集部，進行制動機構的控制。這些構成及方法等可適當?shù)?皮實 施例1的回避操作計算裝置及回避控制裝置所采用。另外，在上述的各實施例中，雖然回避操作計算裝置才艮據(jù)計算得出的最 佳駕駛操作量即前輪轉向角5來進行轉向，但是利用計算得出的最佳駕駛操 作量也可以只控制制動機構。工業(yè)上應用的可^f亍性本發(fā)明可應用于車輛產(chǎn)業(yè)。
權利要求
1、一種回避操作計算裝置，其特征在于，具備道路邊界檢測部，其對位于本車輛前方且該本車輛正在行駛的道路及該道路的邊界部進行檢測；障礙物檢測部，其對存在于所述本車輛前方的所述道路上的障礙物進行檢測；本車輛信息檢測部，其對本車輛相對于所述道路方向的前進方向所形成的姿勢角、在所述道路上的所述本車輛的位置及該本車輛的速度進行檢測；回避操作計算部，其基于來自所述各檢測部的檢測信息，對用于在所述道路上回避所述障礙物的操作量進行計算。
2、 如權利要求1所述的回避操作計算裝置，其特征在于，所述回避操 作計算裝置具有姿勢角目標值設定部，其根據(jù)所述本車輛回避了所述障礙物之后的所述 道路來設定所述本車輛的目標姿勢角；評價函數(shù)設定部，其設定評價函數(shù)，該評價函數(shù)，根據(jù)在檢測到所述障 礙物時刻即評價開始時刻及該評價開始時刻的所述本車輛的車速，將預測到 該本車輛到達所述障礙物的位置的時刻作為回避時刻進行設定，并i殳定預計 該回避時刻的評價結束時刻，且基于如下狀態(tài)來評價所述本車輛相對于車輛 操作的預測行駛軌跡中從所述評價開始時刻至所述評價結束時刻之間的所 述預測行駛軌跡中的車輛狀態(tài)，即，所述狀態(tài)包括各時刻的所述本車輛相 對于所述障礙物的接近狀態(tài)、所述本車輛相對于所述道路的所述邊界部的接 近狀態(tài)、從基于所述評價結束時刻的所述目標姿勢角和所述預測行駛軌跡的 所述本車輛的預測姿勢角計算得出的所述本車輛的姿勢狀態(tài)，最佳操作量計算部，其基于由所述評價函數(shù)得到的值為最小值的所述預 測行駛軌跡來計算用于回避所述障礙物的操作量。
3、 如權利要求2所述的回避操作計算裝置，其特征在于， 所述障礙物和所述本車輛的間隔及所述邊界部和所述本車輛的間隔越大，且所述預測姿勢角和所述目標姿勢角之差越小，所述評價函數(shù)的其輸出 值越小，所述最佳操作量計算部，根據(jù)以所述評價函數(shù)的輸出值為最小值的所述預測行駛軌跡，在所述評價開始時刻計算向所述本車輛的最佳駕駛:操作量。
4、 如權利要求3所述的回避操作計算裝置，其特征在于， 所述回避操作計算部具有障礙物移動軌跡預測部，其根據(jù)由所述障礙物檢測部檢測到的所述障礙物的信息來對該障礙物的移動軌跡進行預測，所述評價函數(shù)設定部，替代在各時刻的所述本車輛相對于所述障石尋物的 接近狀態(tài)，而使用基于由所述障礙物移動軌跡預測部所預測的所述障)礙物的 所述移動軌跡的所述本車輛相對于該障礙物的接近狀態(tài)。
5、 如權利要求3所述的回避操作計算裝置，其特征在于，所述評價函數(shù)包含所述本車輛的姿勢狀態(tài)，所述本車輛的姿勢狀態(tài)是根 據(jù)在所述評價結束時刻所述本車輛所到達的目標行馬史位置和由所述預測行 駛軌跡而計算得出的在所述評價結束時刻的所述本車輛的預測行駛位置來 求出的，所述目標行駛位置和所述預測行駛位置的間隔越小，所述評1介函數(shù) 輸出值越小。
6、 如權利要求5所述的回避操作計算裝置，其特征在于， 還具備隔離線檢測部，其對記于所述本車輛行駛的所述道路的車道隔離線進行;險測，所述回避操作計算部基于來自所述隔離線檢測部的所述車道隔離線信息來判斷所述道^^的車道，所述目標行駛位置被設定于所述本車輛現(xiàn)在行馬史的車道，所述目標姿勢角祐:設定為，該本車輛朝向回到所述本車輛現(xiàn)在4亍馬史的車道的方向。
7、 如權利要求5所述的回避操作計算裝置，其特征在于，還具備隔離線檢測部，其對記于所述本車輛行駛的所述道路的車道隔離 線進行檢測，所述回避操,計算部基于來自所述隔離線檢測部的所述車道隔離線信 息來判斷所述道路的車道，所述目標行駛位置被設定于與所述本車輛現(xiàn)在行駛的車道相平行的車道，將所述目標姿勢角設定為朝向所述本車輛所設定的車道。
8、 如權利要求5所述的回避操作計算裝置，其特征在于， 還具備道路形狀信息采集部，其對所述道路的走向形狀進行采集，據(jù)所述評價開始時刻的所述本車輛的速度所計算得出的所述評價結束時刻， 使所述本車輛的前進方向與所述本車輛到達的所述道路的位置的方向相一致。
9、 如權利要求2所述的回避操作計算裝置，其特征在于，所述回避操作計算部按照規(guī)定的間隔來分割自所述評價開始時刻至所 述評價結束時刻的時間，在所規(guī)定的每一時間，來采集由所述道路邊界4企測 部、所述障礙物檢測部及所述本車輛信息檢測部所檢測到的信息，所述評價函數(shù)設定部在所述規(guī)定的每一時間，將來自所述各檢測部的檢 測信息應用于所述評價函數(shù)，所述姿勢角目標值設定部在所述規(guī)定的每一時間設定所述目標姿勢角，所述最佳操作量設定部在所述規(guī)定的每一時間計算向所述本車輛的最 佳駕駛操作量。
10、 如權利要求3所述的回避操作計算裝置，其特征在于， 所述評價函數(shù)包含用于所述本車輛的駕駛操作量的操作狀態(tài)，用于所述本車輛的駕駛操作量越小則所述評價函數(shù)輸出值越小。
11、 一種回避控制裝置，其特征在于，具備 如權利要求1所述的回避操作計算裝置；車輛運動控制部，其按照由該回避操作計算裝置所計算得出的最佳駕駛 操作量來進行所述本車輛的駕駛操作。
12、 如權利要求11所述的回避控制裝置，其特征在于， 所述車輛運動控制部對所述本車輛的轉向才幾構及所述本車輛的制動才幾構中的至少一方的動作進行控制。
13、 一種車輛，其特征在于，具備如權利要求1所述的回避操作計算裝置。
14、 一種車輛，其特征在于，具備如權利要求11所述的回避控制裝置。
15、 一種回避操作計算方法，其特征在于，包含 對位于本車輛前方且該本車輛所行駛的道路及該道路的邊界部進行檢測；對存在于所述本車輛前方所述道路上的障礙物進行4企測； 對構成與所述道路方向相對的本車輛前進方向的姿勢角、所述道路上的所述本車輛的位置及該本車輛的速度進行檢測，并根據(jù)所述各檢測信息對用 于在所述道路上回避所述障礙物的操作量進行計算。
16、如權利要求15所述的回避操作計算方法，其特征在于，包含的目標姿勢角；設定評價函數(shù)，該評價函數(shù)，根據(jù)在檢測到所述障礙物時刻即評價開始 時刻及該評價開始時刻的所述本車輛的車速，將預測到該本車輛到達所述障 礙物的位置的時刻作為回避時刻進行設定，并設定預計該回避時刻的+平<介結 束時刻，且基于如下狀態(tài)來評價所述本車輛相對于車輛操作的預測行駛軌跡 中從所述評價開始時刻至所述評價結束時刻之間的所述預測行駛軌跡中的 車輛狀態(tài)，即，所述狀態(tài)包括各時刻的所述本車輛相對于所述障礙物的接 近狀態(tài)、所述本車輛相對于所述道路的所述邊界部的接近狀態(tài)、從基于所述姿勢角計算得出的所述本車輛的姿勢狀態(tài)；基于由該評價函數(shù)得到的值為最小值的所述預測行駛軌跡來計算用于 回避所述障礙物的操作量。
17、 如權利要求16所述的回避操作計算方法，其特征在于， 所述障礙物和所述本車輛的間隔及所述邊界部和所述本車輛的間隔越大，而且所述預測姿勢角和所述目標姿勢角之差越小，則所述評價函^:的輸 出值越小，計算所述操作量，根據(jù)使該評價函數(shù)的輸出值為最小值的所述預測行駛 軌跡，在所述評價開始時刻來計算向所述本車輛的最佳駕駛操作量。
18、 如權利要求17所述的回避操作計算方法，其特征在于，包含 取代基于檢測到的所述障礙物信息來預測該障礙物的移動軌跡，在各時刻的與所述障礙物相對的所述本車輛的接近狀態(tài)，而使用基于預測到的所述 障礙物的所述移動軌跡的與該障礙物相對的所述本車輛的接近狀態(tài)。
19、 如權利要求17所述的回避操作計算方法，其特征在于， 所述評價函數(shù)包含所述本車輛的姿勢狀態(tài)，所述本車輛的姿勢狀態(tài)是根據(jù)在所述評價結束時刻所述本車輛所到達的目標行駛位置和由所述預測行 駛軌跡而計算得出的在所述評價結束時刻的所述本車輛的預測行駛位置來 求出的，所述目標行駛位置和所述預測行駛位置的間隔越小，所述評價函數(shù)輸出值越小。
20、 如權利要求19所述的回避操作計算方法，其特征在于，還包括對記于所述本車輛行駛的所述道路的車道隔離線進行;險測；基于該車道隔離線信息來判斷所述道路的車道，并將所述目標行駛位置設定于所述本車輛現(xiàn)在行駛的車道，且將所述目標姿勢角"i殳定為，4吏該本車 輛朝向回到所述本車輛現(xiàn)在行駛的車道的方向。
21、 如權利要求19所述的回避操作計算方法，其特征在于，包含 對記于所述本車輛行駛的所述道路的車道隔離線進行檢測； 基于該車道隔離線信息來判斷所述道路的車道，并將所述目標行駛位置設定于與所述本車輛現(xiàn)在行駛的車道相平行的車道，且將所述目標姿勢角設 定為朝向所述本車輛所設定的車道。
22、 如權利要求19所述的回避操作計算方法，其特征在于， 還對所述道路的走向形狀進行采集；設定所述本車輛的所述目標姿勢角，以便在#^居所述評-階開始時刻的所 述本車輛的速度所計算得出的所述評價結束時刻，使所述本車輛的前進方向 與所述本車輛到達的所述il^各的位置的方向相 一 致。
23、 如權利要求16所述的回避操作計算方法，其特征在于， 按照規(guī)定的間隔來分割自所述評價開始時刻至所述評1介結束時刻的時間，在每個規(guī)定的時間采集所述各^r測信息；在每個所述規(guī)定的時間設定所述目標姿勢角； 在每個所述規(guī)定的時間計算向所述本車輛的最佳駕駛操作量。
24、 如權利要求17所述的回避操作計算方法，其特征在于， 所述評價函數(shù)包含用于所述本車輛的駕駛操作量的操作狀態(tài)，用于所述本車輛的駕駛操作量越小，所述評價函數(shù)輸出值越小。
25、 一種回避控制方法，其特征在于，利用通過如權利要求15所述的 回避操作計算方法計算得出的最佳駕駛操作量來進行所述本車輛的駕駛操 作。
26、 如權利要求25所述的回避控制方法，其特征在于，對所述本車輛 的轉向及所述本車輛的制動操作中的至少 一 方的動作進行控制。
27、 一種回避操作計算裝置，其特征在于，具備道路邊界檢測機構，其對位于本車輛前方且該本車輛行駛的道路及該道路的邊界部進行;險測；障礙物檢測機構，其對存在于所述本車輛前方的所述道路上的障礙物進行檢測；本車輛信息;險測機構，其對相對于所述道路方向的本車輛前進方向所形 成的姿勢角、在所述道路上的所述本車輛的位置及該本車輛的速度進4亍檢測；回避操作計算機構，其基于來自所述各檢測機構的檢測信息，對用于在 所述道路上回避所述障礙物的操作量進行計算。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種回避操作計算裝置、回避控制裝置、具備各裝置的車輛、回避操作計算方法及回避控制方法，該回避操作計算裝置對本車輛在道路的可行駛范圍內可進行障礙物的回避的駕駛操作量進行計算。該回避操作計算裝置具備有道路邊界檢測部，其對車輛(12)行駛的道路(13)及其邊界部(29)進行檢測；障礙物檢測部，其對道路(13)上所存在的障礙物(14)進行檢測；本車輛信息檢測部，其對車輛(12)的信息進行檢測；回避操作計算部(28)，其對用于在道路(13)上回避障礙物(14)的操作量進行計算。
文檔編號B60R11/02GK101405174SQ20078001013
公開日2009年4月8日 申請日期2007年3月19日 優(yōu)先權日2006年3月22日
發(fā)明者出口欣高, 西羅光 申請人:日產(chǎn)自動車株式會社