CN114719869A - 用于自动化车辆的导航系统 - Google Patents

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Abstract

公开了在自动化车辆中使用的多个数字地图的对准。一种用于自动化车辆的导航系统包括物体检测器、第一地图、第二地图和控制器。所述物体检测器指示主车辆附近的多个物体的相对位置。所述第一地图指示由所述物体检测器检测到的第一物体和第二物体。所述第二地图与所述第一地图不同。所述第二地图指示所述第一物体和所述第二物体。所述控制器与所述物体检测器、所述第一地图和所述第二地图通信。控制器被配置成基于第一物体和第二物体的相对位置确定主车辆在第一地图上的第一坐标，基于第一物体和第二物体的相对位置确定主车辆在第二地图上的第二坐标，并基于第一坐标、第二坐标、以及第一物体和第二物体的相对位置对准第一地图和第二地图。

Description

用于自动化车辆的导航系统
本发明申请是申请号为201810909509.6，申请日为2018年8月10日，名称为“用于自动化车辆的导航系统”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本公开大体涉及用于自动化车辆的导航系统，并且更具体地涉及基于一个或多个物体的相对位置对准第一地图和第二地图的系统。
背景技术
已知自动化车辆可以使用或配备冗余系统以实现某种程度的功能安全性。来自多个源的地图数据通常收集在不同的参考系中，并且必须在使用前对准。这通常是离线程序，它结合了在递送到车辆时产生单一源故障部件的数据。因此，所有地图数据库相对于世界GPS坐标可以未对准，但应相对准确，以确保用于自动化驾驶。
发明内容
本文描述的是利用车载传感器通过使用来自每个地图的定位物体来确定主车辆在多个数字地图上的位置的系统，该定位物体基于感知传感器和误差的统计分析被确定为相同的物体。当不能对准多个相对数据库时，系统拒绝用于对准的物体的实例，使得车辆在两个数据库上相对于第二感知物体(例如车道标记)定位在误差阈值内，例如，二十厘米(20cm)。假设可以通过例如全球定位系统(GPS)或本领域技术人员已知的其他装置在地图上进行粗略定位。系统使用形成物体检测器的一个或多个感知传感器来定位诸如路标之类的物体，并确定一个或多个角度(例如方位角和/或仰角)或方向以及到该物体的距离。然后，系统基于物体相对位置和属性将该物体与第一地图数据库中的物体相关联，并确定主车辆相对于物体在第一地图上的位置或坐标。系统还通过由相同感知传感器或第二感知传感器识别的第二物体确定车辆的位置，例如，用相机看到的车道标记或中心障碍物的相对横向位置。通过使用来自第一物体和第二物体的数据计算具有统计误差的坐标。然后将上述过程应用于第二地图数据库。然后系统对准地图，以便可以根据需要使用来自不同地图的信息来控制主车辆的操作。
根据一个实施例，提供一种用于自动化车辆的导航系统。系统包括物体检测器、第一地图、第二地图、和控制器。物体检测器指示主车辆附近的多个物体的相对位置。第一地图指示由物体检测器检测到的第一物体和第二物体。第二地图与第一地图不同。第二地图指示第一物体和第二物体。控制器与物体检测器、第一地图、和第二地图通信。控制器被配置成基于第一物体和第二物体的相对位置确定主车辆在第一地图上的第一坐标，基于第一物体和第二物体的相对位置确定主车辆在第二地图上的第二坐标，并基于第一坐标、第二坐标、和第一物体与第二物体的相对位置对准第一地图和第二地图。
阅读优选实施例的下列详细描述，进一步的特征和优点将更清楚地呈现，优选实施例通过参考附图仅作为非限制性示例给出。
附图说明
现在将参考各个附图并通过示例的方式描述本发明，其中：
图1是根据一个实施例的用于自动化车辆的导航系统的图；并且
图2是根据一个实施例在图1的系统进行对准之前的多个地图的图示。
具体实施方式
图1示出了适于由自动化车辆(例如主车辆12)使用的导航系统10(以下称为系统10)的非限制性示例。如本文中所使用的，术语“自动化车辆”可以应用于当主车辆12正以自动化模式14(即，完全自主模式)被操作时的情况，在该自动化模式14下，主车辆12的人类操作者(未示出)可能几乎不用做除了指定目的地以外的事情来操作主车辆12。然而，完全自动化不是必需的。构想到，当主车辆12以手动模式16被操作时，本文中提供的教导是有用的，在手动模式16下，由系统10提供的自动化的程度或等级可能仅仅是向总体上控制着主车辆12的转向、加速器和制动器的人类操作者提供可听和/或可视的路线指导。
系统10包括物体检测器，指示在主车辆12附近(例如，两百米(200m)内)的多个物体22的相对位置20。物体检测器18可包括以下或者由以下形成，但不限于：相机、雷达、激光雷达、超声换能器、或其组合。本领域技术人员将认识到，存在多种适合用作物体检测器18的一部分的可商购的设备。虽然图1可以被解释为表明组成物体检测器18的所有设备(相机、雷达、超声波、和/或激光雷达)共同位于统一组件中，但这不是必需的。构想到，各种设备和/或每种类型的设备的多个实例可以分布在主车辆12周围的各种有利位置处。
如下文中将更详细描述的，本文描述的系统10利用多个数字地图或多个地图数据库来操作或提供主车辆操作的引导。例如，系统可以包括但不限于第一地图24(也见图2)，其指示由物体检测器18检测的第一物体26(例如，车道标记)和第二物体28(例如，停车标志)。系统10还可以包括与第一地图24不同的第二地图30，例如，第一地图24和第二地图30由不同的公司提供。为了使第一地图24和第二地图30互相对准，需要在第一图24和第二图30两者上指示相同物体的至少一个实例。也就是说，第二地图30还可以指示或示出第一物体26和第二物体28。
虽然图1可被解释成建议第一地图24和第二地图30是被“车载”位于主车辆12上的，但这不是必需的。构想到，第一地图24和第二地图30中的一个或两个可以在“车外”存储在远程服务器上的一些远程位置，该远程服务器可以使用诸如无线Wi-Fi网络、蜂窝电话网络、或卫星通信的无线通信来访问，如本领域技术人员将认识到的。还构想到，第一地图24和第二地图30可以是不同类型的地图。例如，一个可以被表征为三维(3D)模型，而另一个可以被更准确地表征为二维(2D)模型，可能具有一些有限的高度信息。
图2是示出第一地图24和第二地图30可以相对于彼此如何未对准的图示32的非限制性示例。由X轴、Y轴和Z轴指示的参考坐标34可以被任意地选择，或者可以代表世界坐标，其中原点(O)位于地球上，具有零误差。在每个地图上示出主车辆12，以指示如何基于第一物体26和第二物体28的相对位置20(图1)确定主车辆12在第一地图24和第二地图30中的每一个上的位置。然而，因为第一地图24和第二地图30可以相对于彼此未对准，所以主车辆12相对于参考坐标34的坐标不完全匹配。认识到，如果假设差异仅是由于沿着X轴和/或Y轴的误差或偏移引起的，则可以使用第一物体26和第二物体28的单个实例来对准第一地图24和第二地图30。然而，如果存在如图2所示的可以由主车辆12在到达第一地图24和第二地图30上的所指示的位置之前的罗盘读数指示的航向差异所指示的旋转差异，则需要物体(例如，第一物体26和第二物体28)的多个实例以对准第一地图24和第二地图30。
返回图1，系统10还可以包括与物体检测器18、第一地图24、和第二地图30通信的控制器36。与物体检测器18的通信可以是通过电线、光缆或无线通信的方式进行。上文中描述了与第一地图24和第二地图30通信的可能方式。控制器36可以包括诸如微处理器的处理器(未具体示出)或诸如包括应当为本领域技术人员熟知的用于处理数据的专用集成电路(ASIC)的模拟和/或数字控制电路的其它控制电路。控制器36可以包括用于存储一个或多个例程、阈值和所捕捉的数据的存储器(未具体示出)，该存储器包括诸如电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)的非易失性存储器。可以通过处理器执行一个或多个例程以执行用于基于由控制器36从如本文中所描述的物体检测器18接收到的信号来确定/识别第一物体26和第二物体28的步骤。
为了对准第一地图24和第二地图30，控制器36被配置成基于第一物体26和第二物体28的相对位置20确定主车辆12在第一地图24上的第一坐标40。相对位置20可以包括到第一物体26的第一距离42和第一方向44以及到第二物体28的第二距离46和第二方向48。第一地图24可以提供或指示绝对坐标，例如，第一物体26和第二物体28的纬度、经度、高度。然后可以基于到第一物体26的第一距离42和第一方向44以及到第二物体28的第二距离46和第二方向48使用三角测量确定主车辆12在第一地图24上的第一坐标40。
控制器36还被配置为基于第一物体26和第二物体28的相对位置20类似地确定主车辆12在第二地图30上的第二坐标50。
给定第一坐标40和第二坐标50，控制器36然后可以基于第一坐标40和第二坐标50通过确定相对于参考坐标34的X轴、Y轴和Z轴的相对偏移来对准第一地图24和第二地图30。然而，如前所述，在第一地图24和第二地图30之间可能存在旋转差异，其可以基于或通过利用第一物体26和第二物体28的相对位置20(例如，基于到第一物体26的第一距离42和第一方向44以及到第二物体的第二距离46和第二方向48)来校正。替代地，第一地图24可以指示第一物体26和第二物体28的绝对坐标，并且第一地图24和第二地图30可以基于各种地图上的各种物体的绝对坐标至少线性地对准。例如，可以确定沿着参考坐标34的X轴、Y轴和Z轴的偏移，以针对由第一地图24和第二地图30指示的第一物体26的绝对坐标的任何差异进行调整，然后第二地图30可围绕第一物体26旋转，使得由第二地图30指示的从第一物体26到第二物体28的方向或向量与在第一地图24上的相似的方向或向量对准。
为了基于第一地图24确定车道内的接近度，通过使用第一物体26的位置，控制器36可以找到与相对第一坐标40的车道标记多项式或中心线多项式的最近点。这是一种可用于进一步验证对准的方法。还预期当检测到新的定位物体以维持对准参数时，可以始终使用地图数据库对准程序。即使很小的距离，对准参数也可能不恒定。
已经观察到，不同地图不一致的相对常见原因是由不同地图上特定物体的位置差异引起的。也就是说，定位误差更可能是由关于特定物体的错误数据引起的，而不是整个地图与世界(例如，参考坐标34)严重错位。在一些实例中，根本原因已经追溯到最近被移动的特定物体并且未对地图进行修订或更新以反映该重新定位。另一种解释可以是特定物体在特定地图上的位置可能仅被错误地测量或记录。在别处已经提出了检测和校正这种错误的技术和方法，因此这里不再详细讨论。
响应于这个问题，系统10，或者更具体地控制器36，可以被配置成仅当第一坐标40和第二坐标50相差小于误差阈值52(例如，二十五厘米(25cm))时才对准第一地图24和第二地图30。也就是说，如果误差太大，则不相对于第一物体26和第二物体28对准第一地图24和第二地图30。错误的原因可以是由于上述地图错误。替代地，误差可能是由物体检测器18作出的错误测量引起的。例如，由于信号噪声或未识别的障碍物，第一距离42、第一方向44、第二距离46、和/或第二方向48中的一个或多个可能是错误的。
为了解决当第一坐标40和第二坐标的差异不小于误差阈值52(即误差太大)时的这个问题，控制器可以被配置成“丢弃”例如作为对准第一地图24和第二地图30的基础的第一物体26，并且用物体检测器18继续识别可以用于对准第一地图24和第二地图30的第三物体54(例如，光杆)。然后，控制器36可以基于第二物体28和第三物体54的相对位置20确定主车辆12在第一地图24上的第一坐标40，并基于第二物体28和第三物体54的相对位置20确定主车辆12在第二地图30上的第二坐标50。也就是说，控制器36可以确定到第三物体54的第三方向56和第三距离58，然后将先前确定的第一坐标40和第二坐标50的值替换为基于第二物体28和第三物体54的相对位置20而不是第一物体26到第二物体28的相对位置20确定的值。
一旦差异小于误差阈值52，控制器可以基于第一坐标40、第二坐标50、和第二物体28与第三物体54的相对位置20来继续对准第一地图24和第二地图30。构想到，将作为参考点的一个物体丢弃并用随后检测到的物体替换它的过程可以继续，直到第一坐标40和第二坐标50相差小于误差阈值52。例如，如果实际问题是第二物体28的，则控制器可以检测第四物体60并使用第三物体和第四物体对准地图。
在一个方面，丢弃对象和选择新对象直到第一坐标40和第二坐标50相差小于误差阈值52的这个过程可以是有利的，因为它最小化了在任何一个时间被跟踪的物体的数量。然而，如果假定各种地图之间总是存在一些相对较小的差异，并且物体检测器18进行的测量可以包括一些适度误差，则利用一般均值定理并且从多于两个物体累积信息以确定第一坐标40和第二坐标50可以是有利的。
例如，当第一坐标40和第二坐标50的差异不小于误差阈值52时，控制器36可以被配置成用物体检测器18识别第三物体54，然后基于第一物体26、第二物体28、和第三物体54的相对位置20确定主车辆12在第一地图24上的第一坐标40。例如，三个三角测量(第一物体26&第二物体28；第二物体28&第三物体54，以及第一物体26&第三物体54)可以用于确定三个单独的坐标，然后这些单独坐标可以被平均以确定第一坐标40。
类似地，控制器36可以基于第一物体26、第二物体28、和第三物体54的相对位置通过使用上述技术确定主车辆12在第二地图30上的第二坐标50。因此，控制器然后可以基于第一坐标40、第二坐标50、以及第一物体26、第二物体28和第三物体54的相对位置20来对准第一地图24和第二地图30。与先前技术一样，该平均技术可用于包括第四物体60或许多更多物体的实例。
虽然上面的描述限于对准第一地图24和第二地图30，但是可以构想到可以对准更多的地图，例如，可以包括第三地图62，其可以是例如相对较小区域(诸如驾车通过餐厅或需要动态控制多个车辆的移动的其他商业)的高度详细的地图。
因此，提供了一种导航系统(系统10)、用于系统10的控制器36和操作系统10的方法。系统10提供利用多个地图或导航信息源来导航主车辆12的装置，但是在其中一个地图中容纳偶然的误差和/或由物体检测器18在确定各种物体的相对位置20时的偶然的误差。
尽管已经根据本发明的优选实施例描述了本发明，然而并不旨在受限于此，而是仅受随后的权利要求书中所阐述的范围限制。

Claims (13)

1.一种用于对准第一地图(24)和第二地图(30)的方法，所述方法由控制器(36)执行并且包括：
从物体检测器(18)接收主车辆(12)附近的第一物体(26)和第二物体(28)的相对位置(20)；
基于所述第一物体(26)和所述第二物体(28)的所述相对位置(20)，确定所述第一地图(24)上的所述主车辆(12)相对于参考坐标(34)的第一坐标(40)；
基于所述第一物体(26)和所述第二物体(28)的所述相对位置(20)，确定所述第一地图(24)上的所述主车辆(12)相对于参考坐标(34)的第二坐标(50)；
基于所述第一坐标(40)、所述第二坐标(50)以及所述第一物体(26)与所述第二物体(28)的相对位置(20)，确定相对于所述参考坐标(34)的三维的偏移和旋转；以及
基于所述偏移和旋转对准所述第一地图(24)和所述第二地图(30)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制器(36)位于导航系统(10)内。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述导航系统(10)在主车辆(12)内。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述主车辆(12)是自动化车辆。
5.如任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述三维包括X轴、Y轴和Z轴。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述旋转包括围绕所述X轴的旋转。
7.如任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述旋转包括所述主车辆(12)的航向的差异。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述航向的差异基于罗盘读数。
9.如任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述相对位置(20)包括到所述第一物体(26)的第一距离(42)和第一方向(44)、以及到所述第二物体(28)的第二距离(46)和第二方向(48)。
10.如任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，确定所述偏移和所述旋转是响应于确定所述第一坐标(40)和所述第二坐标(50)相差小于误差阈值(52)。
11.如权利要求10所述的方法，还包括：响应于确定所述第一坐标(40)和所述第二坐标(50)相差小于所述误差阈值(52)，
从所述物体检测器(18)接收所述主车辆(12)附近的第三物体(54)的相对位置(20)；
基于所述第二物体(28)和所述第三物体(54)的所述相对位置(20)，确定所述第一地图(24)上的所述主车辆(12)相对于所述参考坐标(34)的其它第一坐标(40)；
基于所述第二物体(28)和所述第三物体(54)的所述相对位置(20)，确定所述第二地图(30)上的所述主车辆(12)相对于所述参考坐标(34)的其它第二坐标(50)；
基于所述其它第一坐标(40)、所述其它第二坐标(50)以及所述第二物体(28)与所述第三物体(54)的所述相对位置(20)，确定相对于所述参考坐标(34)的三维的另一偏移和另一旋转；以及
基于所述其它偏移和其它旋转对准所述第一地图(24)和所述第二地图(30)。
12.如权利要求10所述的方法，还包括：响应于确定所述第一坐标(40)和所述第二坐标(50)相差小于所述误差阈值(52)，
从所述物体检测器(18)接收所述主车辆(12)附近的第三物体(54)的相对位置(20)；
基于所述第一物体(26)、所述第二物体(28)和所述第三物体(54)的所述相对位置(20)，确定所述第一地图(24)上的所述主车辆(12)相对于所述参考坐标(34)的其它第一坐标(40)；
基于所述第一物体(26)、所述第二物体(28)和所述第三物体(54)的所述相对位置(20)，确定所述第二地图(30)上的所述主车辆(12)相对于所述参考坐标(34)的其它第二坐标(50)；
基于所述其它第一坐标(40)、所述其它第二坐标(50)以及所述第一物体(26)、所述第二物体(28)和所述第三物体(54)的所述相对位置(20)，确定相对于所述参考坐标(34)的三维的另一偏移和另一旋转；以及
基于所述其它偏移和其它旋转对准所述第一地图(24)和所述第二地图(30)。
13.一种系统，包括控制器，该控制器配置成用于执行如任一前述权利要求所述的方法。
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