CN109478063B - 车辆的自动自主驾驶 - Google Patents
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Abstract
一种机动车辆包括多个传感器、无线通信单元和控制装置,所述控制装置构造成从多个传感器并经由无线通信单元接收与环境状况、机械状况和健康相关状况中的至少一个有关的数据。所述控制单元将接收的数据格式化为对应于至少一个所探测的状况的预定格式并比较所述至少一个所探测的状况与多个已知状况。所述控制单元还被构造成当所述至少一个所探测的状况与多个已知状况中的至少一个匹配时识别出所探测的已知状况,响应于识别出所探测的已知状况选择车辆的自动自主驾驶模式,并且然后执行与所探测的已知状况相对应的预定的驾驶操纵。
Description
技术领域
本发明涉及车辆的自动自主驾驶,并且更具体地,本发明涉及在没有操作者输入的情况下响应于所探测的已知状况而执行的车辆的自动自主控制。
背景技术
传统上,已经在车辆中使用驾驶员辅助系统,例如作为车道偏离警告系统用于确定到前方车辆的最佳路线、速度和距离,用于超车操纵、用于沿高速公路行驶、用于停车等。然而,所有这些系统都需要来自驾驶员的明确输入和监控,并因此不被认为是自主系统。
近来,目前正在开发更先进的基于操作者的自动驾驶系统,其中车辆被设计成自主地行驶到由操作者定义的目的地或者根据一些其他操作者输入行驶到由操作者定义的目的地。这样的系统在某种意义上是自主的,一旦操作者激活系统并提供指令,则该系统构造成在不需要额外的操作者输入和监控的情况下将车辆操纵到指示的目的地,原因在于系统被设计成使用各种技术(如雷达、激光雷达、GPS、测距和计算机视觉)探测车辆的周围环境。
然而,这种基于操作者的自主驾驶系统存在不足,原因在于它们仍然需要操作者输入,这意味着它们仍然受到操作者对情况的认识、反应时间和可能不正确的响应的限制。因此,本领域需要一种真正的自动自主系统,其在某些已知条件下操纵车辆而无需任何用户输入或指导。
因此,本发明的目的是提供一种用于在没有任何操作者输入的情况下操作车辆的自动自主系统。
发明内容
在本发明的一个实施例中,机动车辆包括多个传感器、无线通信单元和控制装置,所述控制装置耦合到多个传感器和无线通信单元。该控制装置构造成从多个传感器并经由无线通信单元接收与环境状况、机械状况和健康相关状况中的至少一个有关的数据。然后,所述控制单元将接收的数据格式化为对应于至少一个所探测的状况的预定格式并且比较所述至少一个所探测的状况与多个已知状况。所述控制单元还被构造成当所述至少一个所探测的状况与多个已知状况中的至少一个匹配时识别出所探测的已知状况,响应于识别出所探测的已知状况选择车辆的自动自主驾驶模式,然后执行与所探测的已知状况相对应的预定的驾驶操纵。
当结合附图考虑时,从以下对一个或多个优选实施例的详细描述,本发明的其他目的、优点和新颖特征将变得显而易见。
附图说明
图1示出了构造成实现本发明的一个或多个方面的通信系统的一个实施例;
图2示出了构造成执行本发明的一个或多个实施例的车载车辆系统的简化示意图;以及
图3示出了用于实施本发明的过程的一个实施例的流程图。
具体实施方式
本发明的一个方面是一种机动车辆的控制装置,其中,所述控制装置的评估单元构造成处理所采集和/或接收的数据,所述数据作为用于识别和评估与环境、机械或健康相关的状况的基础,所述与环境、机械或健康相关的状况可能被需要用来选择自动自主驾驶模式并且执行预定的操纵。已知状况的识别以及基于其的自动选择适当的驾驶模式和对应的操纵降低了对突然改变的情况作出过晚或不正确反应的危险并且进一步减轻了驾驶员的负担。
如本文所用,术语“a”或“an”应表示一个或多于一个。术语“多个”应表示两个或多于两个。术语“另一个”被定义为第二个或更多个。术语“包括”和/或“具有”为开放式(例如包含)。如本文所用的术语“或”应解释为包含性或意指任何一种或任何组合。因此,“A、B或C”表示以下情况的任意一种:A;B;C;A和B;A和C;B和C;A、B和C”。仅当元素、函数、步骤或动作的组合以某种方式固有地相互排斥时,才会出现该定义的例外。
在全文中对“一个实施例”,“某些实施例”,“实施例”或类似术语的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。因此,在整个说明书中出现这些短语或在各个地方出现这些短语不一定都指同一实施例。此外,特定特征、结构或特性可以以任何合适的方式组合在一个或多个实施例中而不受限制。
根据计算机编程领域的技术人员的实践,下文参照由计算机系统或类似电子系统执行的操作来描述本发明。这些操作有时被称为被计算机执行的。应当理解的是,象征性地表示的操作包括处理器(例如中央处理单元)对表示数据比特的电信号的操纵和对存储器位置上(例如在系统存储器中)的数据比特的保存以及其他信号处理。保存数据比特的存储器位置是具有对应于数据比特的特定电、磁、光或有机属性的物理位置。
当以软件实现时,本发明的元素本质上是执行所需要任务的代码段。代码段可以存储在处理器可读介质中或由计算机数据信号传输。“处理器可读介质”可以包括能够存储信息的任何介质。处理器可读介质的示例包括电子电路、半导体存储器装置、ROM、闪存或其他非易失性存储器、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘等。
术语“后端服务器”表示功能相关的电子组件组、例如网络环境中的计算机系统,所述计算机系统可以包括硬件和软件组件或者可选地仅包括在执行时实施某些功能的软件组件。“后端服务器”还可以与数据库管理系统和一个或多个相关联的数据库相集成。
术语“环境状况”或“环境数据”分别表示广泛涉及车辆外部信息的状况或数据,所述车辆外部信息例如包括与天气有关的信息、与外部物体(例如车辆、行人、障碍物等)的接近、日期或一天中的时间、车辆上的碎片堆积、交通状况、道路建设和封闭、危险(如火灾、龙卷风、飓风、地震等),正在进行的犯罪、暴乱、已知的高犯罪区域、已知的车辆高发事故区域;来自环境传感器(如CO、CO2、PM2.5、烟雾、湿度和辐射传感器等)的信息。
术语“机械状况”或“机械数据”分别表示广泛涉及车辆和/或其机械的操作的状况或数据,所述状况或数据例如包括燃料水平、油位(或其他液位)、车辆故障、车辆维修、车辆检查、电动车电池荷电状态、轮胎压力、车辆形状/尺寸等。
术语“健康相关状况”或“健康相关数据”分别表示广泛涉及人(例如车辆乘员)健康的状况或数据,所述状况或数据例如包括人类生命体征、心脏病发作、中风、癫痫状态、体温过高、体温过低、缺氧、困倦或任何妨碍驾驶员安全操作车辆的健康状态。
图1示出了构造成实现本发明的一个或多个方面的系统100的方框图。在一个实施例中,系统100为具有蜂窝能力的车辆提供无线通信信道,例如车辆1101﹣110i(“110”),当车辆110从具有多个基站140中之一的网络覆盖范围移动到另一个或者从一个载波网络120/130移动到另一个时,所述车辆通过本地基站1401﹣140i(“140”)的网络与一个或多个载波网络120和130通信。此外,应当理解的是,载波网络120和130可以是GSM、CDMA等,并且可以使用各种接入技术来接入,例如WiFi、近场通信、卫星通信、蓝牙或使用波和/或粒子的任何其他无线通信方法。
系统100还包括后端服务器150,该后端服务器可以由车辆110的一个或多个制造商操作或代表其操作。应当理解的是后端服务器150可以使用多个地理上分散的服务器来实现或者可以在更集中的架构中来实现。
继续参照图1,后端服务器150可以构造成与车辆110的车载计算机系统通信并且可以特别是构造成向车辆100发送和从车辆100接收各种数据/指令。以非限制性示例的方式,后端服务器150可以构造成接收和处理由车辆110收集并且无线传输到后端服务器150的基于传感器的数据。这种基于传感器的数据可以包括与环境、机械或健康相关数据,如下文更详细地描述的那样。
另外,后端服务器150可以构造成根据执行本发明的一个或多个方面来收集环境数据并将其无线传输到车辆110以进行进一步处理,如下文进一步详述的那样。
现在参照图2,描绘了车辆110的简化示意图。该车辆110具有多个不同的传感器单元250、260、270、280。尽管图2中仅示出了并且在下文描述了四个传感器单元,但是应当理解的是,车辆110可以配备有任意数量的已知传感器。图2中各个组件之间的虚线表示在各个单元之间的数据通信线路或数据通信信道。
关于示例性描绘的各传感器,声学传感器单元250可以构造成接收声音和可听信号。可听信号可以是例如警笛或警报等。例如,光学传感器单元260可包括基于激光雷达的相机和/或光学扫描系统。例如,雷达单元270可用于定位物体并用微波扫描车辆周围的环境。红外单元280可以构造成探测由物体反射或发射的红外光波。
应当进一步理解的是,车辆110可以包括其他传感器,如上所述,所述其他传感器包括例如用于感测雨雪条件的湿度传感器、温度和烟雾传感器、振动和运动传感器以及与车辆操作和/或车辆机械相关的任何其他已知传感器(例如燃料水平传感器、油位传感器、轮胎压力传感器、车辆诊断传感器、车辆维护传感器等)。
尽管未示出,但还应当理解的是,车辆110可以优选地装配有地理定位系统或其他定位系统或自定位系统,例如全球定位系统(GPS)或类似系统(例如GLONASS、GALILEO等)。
图2的车辆110还包括无线通信单元290,用于通过无线电信号进行通信,例如与后端服务器150进行通信,如上所述。还应该理解的是无线通信单元290可以使车辆110能够与控制中心、救援中心或其他车辆通信。
车辆110还包括控制装置210,所述控制装置包括评估单元220。在某些实施例中,控制装置210可包括车辆的车载电气系统的一部分并且可包括由传统数据处理单元组成的一个或多个硬件模块,例如逻辑电路或微型计算机或者诸如现场可编程门阵列(FPGA)的可重新构造的存储器单元。为此,评估单元220(以及包括下文描述的控制装置210的其他单元)可以使用这样的数据处理单元或FPGA中的一个或多个以硬件或软件实现。
评估单元220接收由传感器单元250、260、270和280采集的传感器数据以及例如经由无线通信单元290接收的数据的接收数据。还可以使用存储在车辆数据存储器或数据库(未示出)中的其他信息来处理连续或周期性接收的该采集/接收的数据,这些信息在车辆领域中是公知的。另外,评估单元220可以构造成通过使用多普勒、交通信息来评估可听数据、视觉数据、无线电数据等和/或通过评估来自车辆到车辆/或车辆到基础设施通信的信息来处理所接收或采集的数据,所述车辆到车辆/或车辆到基础设施通信可以基于蜂窝和/或无线LAN技术。因此,可以评估各种复杂性的和来自不同的源的信息,然后可以以预定格式对其进行格式化。
在评估单元220能以连续或周期性地执行的方式评估上述采集/接收的数据之后,所述评估单元可以生成并提供对应的模式信号以指示选择单元230选择车辆的驾驶模式。下文参照图3更详细地描述模式信号的产生。无论如何,选择单元230可以构造成基于从评估单元220接收的模式信号在手动驾驶模式、基于驾驶员的自主模式和自动自主模式之间进行选择。在手动驾驶模式中,车辆由操作者手动操作(例如操作者转向、制动、加速)或借助于传统的驾驶员辅助系统(例如巡航控制)。在基于驾驶员的自主模式中,操作者提供用于前往期望目的地的初始输入/指令,之后车辆行驶到所指示的目的地而无需其他输入或仅需最少的驾驶员输入。最后,在作为本发明的提交的自动自主模式中,车辆在没有任何用户输入的情况下启动并执行驾驶操纵。
替代地,选择单元230可以构造成仅在非自动自主模式和自动自主模式之间进行选择,其中自动自主模式如上所述,而非自动自主模式是标准模式或任何其他基于操作者的模式。
如下文将更详细描述的那样,所述自动自主模式可以包括以下特殊驾驶操纵和例程,例如:执行规避动作以回避车辆偏离正路,使得车辆移动到附近车库(例如响应于天气状况),将车辆移出车库(例如响应于火灾或其他危险情况),前往维修店(例如响应于过期维护或严重故障),前往最近或优选的加油站或充电站(例如响应于低燃料或充电水平),前往附近或优选的医院或急救中心(例如响应于乘客健康状况),如果车辆脏了前往洗车场;前往取包裹或例如日用品的其它物品。这些操纵由控制装置210自动控制,而驾驶员不需要干预车辆110的控制。
所选择的驱动模式被传输到致动单元240。致动单元240运转车辆110的对应功能元件,例如转向机构、制动器、燃料计量(“气体”)、电驱动器的运转(在电动车辆和混合动力车辆的情况下)、传动装置、照明设备以及在选定的驾驶模式下操作车辆110所需的任何和所有其他车辆组件和计算系统。在自动自主模式的情况下,致动单元240可以构造成访问具有多个预定操纵的数据库,所述预定操纵被设计成适当地响应所探测的特定已知状况,如下文更详细描述的那样。
现在参照图3,描绘了用于实施本发明的过程的一个实施例的流程图。假设车辆最初处于标准模式,即,处于手动模式或基于操作者的自主模式。然后,过程300开始于方框305,其中,可以如上所述地以连续或周期性的方式接收/采集传感器数据和/或外部提供的数据(例如从后端服务器接收)。这样的传感器数据可以包括与环境、机械和/或健康相关的状况有关的任何由传感器提供的数据,而外部提供的数据还可以包括与环境状况有关的数据(例如交通信息、天气状况、危险位置、交通事故、正在进行的犯罪等)。
然后,可以将方框305的接收数据格式化为对应于一个或多个所探测的状况的预定格式(方框310)。应当理解的是,预定格式可以采用任何形式,只要所选择的格式适合于表征或以其他方式表示上述环境、机械和健康相关的状况即可。
一旦数据被格式化以便代表所探测的状况,则过程300随后可以继续至方框315,在该方框处可以将所探测的状况与已知状况进行比较。虽然已知状况可以存储在车辆的存储器中,但是它们也可以存储在远程数据库、例如后端服务器150的一部分中。在任何一种情况下,可以仅仅按照示例的方式根据模板匹配技术来执行方框315的比较操作。
过程300继续至方框320,在该方框处确定所探测的状况中的一个或多个是否已被识别为已知状况。如果不是,则过程300返回到方框305,在该方框处根据上文参照方框310和315描述的操作连续地或周期性地接收和评估由传感器和外部提供的数据。
另一方面,如果在方框320处确定已经探测到已知状况,则过程300可以继续至方框325,在该方框处可以访问自动自主驾驶模式。在某些实施例中,上述图2的评估单元220可以构造成执行方框310、315和320的操作,而选择单元230可以构造成执行方框325的操作。
在任何情况下,一旦进入自动自主模式,过程300便可以继续至方框330,在该方框处,确定对已知状况的响应,例如通过访问具有被设计成适当响应所探测的特定已知状框的多个预定操纵的数据库。例如,可以从车辆的计算机存储器或从与车辆无线通信的后端服务器访问预定的驾驶操纵。
一旦已经访问了适当的预定操纵,便可以执行预定操纵,在某些实施例中,所述预定操纵可以包括自动执行一个或多个预定的驾驶操纵和例程,如上所述,例如执行规避动作以回避偏离正道的车辆,使得车辆移动到附近车库(例如响应于天气状况),将车辆移出车库(例如响应于火灾或其他危险情况),前往维修店(例如响应于过期维护或严重故障),前往最近或优选的加油站或充电站(例如响应于低燃料或充电水平),前往附近或优选的医院或急救中心(例如响应于乘客健康状况),如果车辆脏了前往洗车场;前往取包裹或例如日用品的其它物品。
虽然在方框335处执行的操纵按照预定了操纵目标并且在完全没有用户输入的情况下执行的意义是预定的,但是实际上实现目标的方式将基于以下内容而变化:车辆的位置,其周围环境以及可能影响车辆沿特定方向移动或以某些速度运转的能力的其他环境因素。例如,在探测到火灾的情况下执行离开车库的预定操纵将需要从车辆的当前位置到最近的出口的绘制路线并且考虑可能位于沿途的已识别的车辆和行人。然而,由于将路线绘制到确定目的地而同时避开沿途的障碍物的能力处于自主车辆操作的一般领域内,因此本公开将不再重复关于自主车辆操作的通常已知的情况。
当预定操纵涉及在与健康相关状况的情况下前往目的地(例如医院或急救中心)时,执行该操纵的方式例如可以优选地包括搜索最近的适当的医疗设施。
在某些实施例中,方框330和335的操作可以由图2的致动单元240执行。
还应当理解的是,执行预定操纵还可以包括激活外部信号(听觉、视觉等)以警告其他车辆和行人正在执行自主操纵。而且,在目的地是医院或急救中心的操纵的情况下,操纵还可以包括与对应的医院建立语音和/或视频呼叫以通知中心操作者/乘员到达以及将相关医疗数据传输到医院/急救中心(例如当前的生命体征、历史医疗记录等)。
继续参照图3,过程300还可以包括向驾驶员提供关于车辆正在执行什么操纵或操作的信息(方框340),例如通过在车辆内部或外部向驾驶员显示信息,向移动设备或电子邮件地址发送推送通知,所述通知包含描述、事件位置、目的地和/或来自车辆摄像机的视频信号。这可能是有利的,使得如果驾驶员认为操纵不必要或不合需要,则驾驶员可以重新获得对车辆的控制。为此,系统可以被编程为在执行操纵期间连续地监测车辆操作者是否已经恢复对车辆的控制(方框345)。在驾驶员中断操纵的情况下,过程300继续至方框350,在该方框处操纵结束。还可以向驾驶员显示与被取消的预定操纵有关的显示信息(方框355)。
前面已经阐述的公开内容仅仅是为了说明本发明而非限制。由于本领域技术人员可以设想结合本发明的精神和实质的所公开实施例的修改,因此本发明应该被解释为包括所附权利要求及其等效物的范围内的所有内容。
Claims (16)
1.一种机动车辆,其包括:
多个传感器;
无线通信单元;和
控制装置,其耦合到所述多个传感器和无线通信单元,其中,所述控制装置构造成:
从所述多个传感器并经由所述无线通信单元接收与环境状况、机械状况和健康相关状况中的至少一个有关的数据;
将所接收的数据格式化为对应于至少一个所探测的状况的预定格式;
比较所述至少一个所探测的状况与多个已知状况;
当所述至少一个所探测的状况与所述多个已知状况中的至少一个匹配时,识别出所探测的已知状况;
响应于识别出所探测的已知状况,选择车辆的自动自主驾驶模式;以及
执行与所探测的已知状况相对应的预定的驾驶操纵;
其中,所述控制装置还被构造成在执行所述预定的驾驶操纵之前访问来自所述车辆和后端服务器中至少一个的计算机存储器的预定的驾驶操纵,所述车辆与所述后端服务器处于无线通信;
其中,所述预定的驾驶操纵包括回避动作、将所述车辆移入或移出车库、前往修理店、前往加油站、前往医院或急救中心、前往洗车场、前往包裹取件目的地以及前往商户中的一项。
2.根据权利要求1所述的机动车辆,其中,至少一个环境状况包括天气、与外部物体的接近、日期、一天中的时间、机动车辆上的碎片堆积、交通状况、道路建设、道路封闭、危险、正在进行的犯罪、暴乱、已知的高犯罪区域、已知的车辆高发事故区域以及来自环境传感器的信息中的至少一个。
3.根据权利要求1所述的机动车辆,其中,至少一个机械状况包括燃料水平、油位、车辆故障、车辆维护、车辆检查、电池荷电状态、轮胎压力和车辆形状/尺寸中的至少一个。
4.根据权利要求1所述的机动车辆,其中,至少一种健康相关状况包括人体生命体征、心脏病发作、中风、癫痫状态、体温过高、体温过低、缺氧、困倦和妨碍驾驶员安全操作车辆的健康状态中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的机动车辆,其中,所述控制装置构造成通过基于所述至少一个所探测的状况和所述多个已知状况执行模板匹配操作来识别所探测的已知状况。
6.根据权利要求1所述的机动车辆,其中,所述控制装置构造成在没有来自所述车辆的操作者的任何输入的情况下执行所述预定的驾驶操纵。
7.根据权利要求1所述的机动车辆,其中,在执行所述预定的驾驶操纵时,所述控制装置构造成考虑所述车辆的位置和所述车辆的周围环境。
8.根据权利要求1所述的机动车辆,其中,所述控制装置还被构造成提供与所述预定的驾驶操纵相对应的信息。
9.一种用于自动自主驾驶机动车辆的方法,其包括:
从所述车辆的多个传感器并经由所述车辆的无线通信单元接收与环境状况、机械状况和健康相关状况中的至少一种有关的数据;
将所接收的数据格式化为对应于至少一个所探测的状况的预定格式;
比较所述至少一个所探测的状况与多个已知状况;
当所述至少一个所探测的状况与所述多个已知状况中的至少一个匹配时,识别出所探测的已知状况;
响应于识别出所探测的已知状况,选择所述车辆的自动自主驾驶模式;以及
执行对应于所探测的已知状况的预定的驾驶操纵;
其中,在执行所述预定的驾驶操纵之前访问来自所述车辆和后端服务器中至少一个的计算机存储器的预定的驾驶操纵,所述车辆与所述后端服务器处于无线通信;
其中,所述预定的驾驶操纵包括回避动作、将所述车辆移入或移出车库、前往修理店、前往加油站、前往医院或急救中心、前往洗车场、前往包裹取件目的地以及前往商户中的一项。
10.根据权利要求9所述的方法,其中,至少一个环境状况包括天气、与外部物体的接近、日期、一天中的时间、机动车辆上的碎片堆积、交通状况、道路建设、道路封闭、危险、正在进行的犯罪、暴乱、已知的高犯罪区域、已知的车辆高发事故区域以及来自环境传感器中的信息中的至少一个。
11.根据权利要求9所述的方法,其中,至少一种机械状况包括燃料水平、油位、车辆故障、车辆维护、车辆检查、电池荷电状态、轮胎压力和车辆形状/尺寸中的至少一个。
12.根据权利要求9所述的方法,其中,至少一种健康相关状况包括人体生命体征、心脏病发作、中风、癫痫状态、体温过高、体温过低、缺氧、困倦以及妨碍驾驶员安全操作车辆的健康状态中的至少一种。
13.根据权利要求9所述的方法,其中,通过基于所述至少一个所探测的状况和所述多个已知状况执行模板匹配操作来识别所探测的已知状况。
14.根据权利要求9所述的方法,其中,在没有来自所述车辆的操作者的任何输入的情况下执行所述预定的驾驶操纵。
15.根据权利要求9所述的方法,其中,在执行所述预定的驾驶操纵时,考虑所述车辆的位置和所述车辆的周围环境。
16.根据权利要求9所述的方法,其中,所述方法还包括在所述车辆的显示器上显示与所述预定的驾驶操纵相对应的信息。
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