DE102018109161A1

DE102018109161A1 - Neigungskompensation für autonome fahrzeuge

Info

Publication number: DE102018109161A1
Application number: DE102018109161.3A
Authority: DE
Inventors: Brooks Reed
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2017-04-19
Filing date: 2018-04-17
Publication date: 2018-10-25
Anticipated expiration: 2038-04-18
Also published as: US10248129B2; CN108725446A; US20180307236A1; DE102018109161B4; CN108725446B

Abstract

Systeme und Verfahren werden zum Steuern eines Fahrzeugs bereitgestellt. In einer Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren: das Ermitteln eines Lateralplans für das fahrende Fahrzeug entlang einer Strecke durch eine Steuerung im Fahrzeug; das Erhalten von Neigungsdaten durch die Steuerung, die sich auf den Lateralplan beziehen; und Ermitteln, durch die Steuerung, eines Längsplans für den Betrieb des Fahrzeugs entlang der Strecke basierend auf den Neigungsdaten und dem Lateralplan, worin die Neigungsdaten eine geplante Geschwindigkeit der Längsbewegung des Fahrzeugs an einem oder mehreren Punkten entlang des Lateralplans beeinflussen. In diesem Zusammenhang kann die geplante Fahrzeuggeschwindigkeit oder -beschleunigung an einem zukünftigen Punkt durch Neigungsdaten eingeschränkt werden, die dem erwarteten Fahrzeugstandort an diesem zukünftigen Punkt entsprechen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf autonome Fahrzeuge und insbesondere auf Systeme und Verfahren zum Einstellen oder Kompensieren der Straßenneigung bei der Steuerung eines autonomen Fahrzeugs.
HINTERGRUND
Ein autonomes Fahrzeug ist ein Fahrzeug, das in der Lage ist, seine Umgebung zu erfassen und mit wenig oder keiner Benutzereingabe zu navigieren. Ein autonomes Fahrzeug erfasst seine Umgebung unter Verwendung von Sensorvorrichtungen, wie beispielsweise Radar-, Lidar-, Bildsensoren und dergleichen, ab. Das autonome Fahrzeugsystem nutzt weiterhin Informationen von globalen Positioniersystemen (GPS), Navigationssystemen, Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikationen, Fahrzeug- Infrastruktur-Technologien und/oder drahtgesteuerten Systemen, um das Fahrzeug zu navigieren.
Die Fahrzeugautomatisierung wurde kategorisiert nach numerischen Ebenen von null, entsprechend keiner Automatisierung mit voller menschlicher Kontrolle, bis Fünf, entsprechend der vollen Automatisierung ohne menschliche Kontrolle. Verschiedene automatisierte Fahrerassistenzsysteme, wie beispielsweise Geschwindigkeitsregelung, adaptive Geschwindigkeitsregelung und Parkassistenzsysteme, entsprechen niedrigeren Automatisierungsebenen, während echte „fahrerlose“ Fahrzeuge mit höheren Automatisierungsebenen übereinstimmen.
Bei herkömmlichen, manuell gesteuerten Fahrzeugen ist der Fahrzeugführer in der Lage, aufkommende Straßenzustände wahrzunehmen und die Fahrzeuggeschwindigkeit oder -beschleunigung proaktiv an die zu erwartenden Veränderungen durch den aufkommenden Straßenzustand anzupassen. Darüber hinaus kann der Fahrzeugführer, wenn er nicht in der Lage ist, aufkommende Straßenzustände zu erkennen, zum Beispiel auf einer Anhöhe, auch die Geschwindigkeit oder Beschleunigung des Fahrzeugs anpassen, um potenziell unbekannte Straßenverhältnisse zu berücksichtigen. Automatisierte Fahrzeuge, die in einem völlig autonomen Modus arbeiten, können jedoch nicht in der Lage sein, proaktiv auf bevorstehende Straßenverhältnisse einzugehen, was die Fahrqualität beeinträchtigen und einige Aspekte der autonomen Steuerung beeinträchtigen kann.
Dementsprechend ist es wünschenswert, Systeme und Verfahren zur Verfügung zu stellen, die es automatisierten Fahrzeugen ermöglichen, den zukünftigen Straßenzustand in einer Weise zu berücksichtigen, die die Kontrolle und die Fahrqualität verbessert. Ferner werden andere wünschenswerte Funktionen und Merkmale der vorliegenden Erfindung aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen, in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, sowie mit dem vorangehenden technischen Gebiet und Hintergrund ersichtlich offensichtlich.
KURZDARSTELLUNG
Systeme und Verfahren werden zum Steuern eines Fahrzeugs bereitgestellt. In einer Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren: das Ermitteln eines Lateralplans für den Betrieb des Fahrzeugs entlang einer Strecke durch eine fahrzeugseitige Steuerung; das Erhalten von Neigungsdaten durch die Steuerung, die sich auf den Lateralplan beziehen; und Ermitteln, durch die Steuerung, eines Längsplans für den Betrieb des Fahrzeugs entlang der Strecke basierend auf den Neigungsdaten und dem Lateralplan, worin die Neigungsdaten eine geplante Geschwindigkeit der Längsbewegung des Fahrzeugs an einem oder mehreren Punkten entlang des Lateralplans beeinflussen.
In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet ein autonomes Fahrzeug: mindestens einen Sensor, der Sensordaten liefert; eines oder mehrere Stellglieder, die sich im Fahrzeug befinden; und eine Steuerung, die durch einen Prozessor basierend auf den Sensordaten eine aktuelle Fahrzeugposition identifiziert, Objektvorhersagedaten für ein Objekt zumindest teilweise basierend auf den Sensordaten bestimmt, einen Lateralplan für den Betrieb des Fahrzeugs entlang einer Route zumindest teilweise basierend auf der aktuellen Fahrzeugposition und den Objektvorhersagedaten ermittelt und Neigungsdaten entsprechend dem Lateralplan, und autonome Betätigung eines oder mehrerer Stellglieder im Fahrzeug gemäß dem Längsplan, worin die Neigungsdaten eine geplante Geschwindigkeit der Fahrzeugbewegung an einem oder mehreren zukünftigen Punkten entlang des Lateralplans beeinflussen.
In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs: das Identifizieren einer aktuellen Stellung des Fahrzeugs durch eine im Fahrzeug befindliche Steuerung; das Ermitteln von Objektvorhersagedaten durch die Steuerung, die zumindest teilweise auf Sensordaten von einer im Fahrzeug befindlichen Sensorvorrichtung basieren; das Ermitteln eines Lateralplans für den Betrieb des Fahrzeugs entlang einer Route aus der aktuellen Stellung, der zumindest teilweise auf den Objektvorhersagedaten basiert; Erhalten von Neigungsdaten, die sich auf den Lateralplan beziehen, durch die Steuerung; Ermitteln einer oder mehrerer Längsbegrenzungen an einer geplanten Stelle entlang des Lateralplans, die zumindest teilweise auf einer Teilmenge der dem geplanten Standort entsprechenden Neigungsdaten basieren; Ermitteln eines Längsplans für den Betrieb des Fahrzeugs entlang der Route basierend auf dem Lateralplan, worin die eine oder die mehreren Längsbeschränkungen eine geplante Geschwindigkeit der Längsbewegung des Fahrzeugs zu einem zukünftigen Zeitpunkt entsprechend dem geplanten Standort beeinflussen; und autonomes Betreiben eines oder mehrerer Stellglieder im Fahrzeug gemäß dem Längsplan durch die Steuerung.
Figurenliste
Die exemplarischen Ausführungsformen werden nachfolgend in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen beschrieben, worin gleiche Ziffern gleiche Elemente bezeichnen, und worin:

1 ein Funktionsblockdiagramm ist, das ein autonomes Fahrzeug mit einem Fahrsteuerungssystem gemäß verschiedenen Ausführungsformen veranschaulicht;
2 ein Bockdiagramm ist, das ein Transportsystem mit einem oder mehreren autonomen Fahrzeugen aus 1 gemäß verschiedenen Ausführungsformen veranschaulicht;
3 ein schematisches Blockdiagramm eines automatisierten Antriebssystems (ADS) für ein Fahrzeug gemäß einer exemplarischen Ausführungsform ist;
4 ein Blockdiagramm eines Bewegungsplanungsmoduls für ein Fahrzeug gemäß einer oder mehrerer exemplarischer Ausführungsformen ist; und
5 ein Flussdiagramm ist, das einen neigungskompensierten Steuerungsprozess zum Steuern des autonomen Fahrzeugs von 1 gemäß einer oder mehreren exemplarischen Ausführungsformen darstellt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende ausführliche Beschreibung dient lediglich als Beispiel und soll die Anwendung und Verwendungen nicht einschränken. Weiterhin besteht keine Absicht, im vorstehenden technischen Bereich, Hintergrund, der Kurzzusammenfassung oder der folgenden ausführlichen Beschreibung an eine ausdrücklich oder implizit vorgestellte Theorie gebunden zu sein. Der hierin verwendete Begriff „Modul“ bezieht sich auf alle Hardware-, Software-, Firmwareprodukte, elektronische Steuerkomponenten, auf die Verarbeitungslogik und/oder Prozessorgeräte, einzeln oder in Kombinationen, unter anderem umfassend, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder gruppiert) und einen Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten ausführt, die die beschriebene Funktionalität bieten.
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können hierin als funktionale und/oder logische Blockkomponenten und verschiedene Verarbeitungsschritte beschrieben sein. Es ist zu beachten, dass derartige Blockkomponenten aus einer beliebigen Anzahl an Hardware-, Software- und/oder Firmware-Komponenten aufgebaut sein können, die zur Ausführung der erforderlichen Funktionen konfiguriert sind. Zum Beispiel kann eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eines Systems oder einer Komponente verschiedene integrierte Schaltungskomponenten, beispielsweise Speicherelemente, digitale Signalverarbeitungselemente, Logikelemente, Wertetabellen oder dergleichen, einsetzen, die mehrere Funktionen unter der Steuerung eines oder mehrerer Mikroprozessoren oder anderer Steuervorrichtungen durchführen können. Zudem werden Fachleute auf dem Gebiet erkennen, dass die exemplarischen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung in Verbindung mit einer beliebigen Anzahl an Systemen eingesetzt werden können, und dass das hierin beschriebene System lediglich eine exemplarische Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
Der Kürze halber sind konventionelle Techniken in Verbindung mit der Signalverarbeitung, Datenübertragung, Signalgebung, Steuerung und weiteren funktionalen Aspekten der Systeme (und die einzelnen Bedienelemente der Systeme) hierin vielleicht nicht im Detail beschrieben. Weiterhin sollen die in den verschiedenen Figuren dargestellten Verbindungslinien exemplarische Funktionsbeziehungen und/oder physikalische Verbindungen zwischen den verschiedenen Elementen darstellen. Es sollte beachtet werden, dass viele alternative oder zusätzliche funktionale Beziehungen oder physikalische Verbindungen in einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung vorhanden sein können.
In einer oder mehreren hierin beschriebenen exemplarischen Ausführungsformen werden Informationen oder Daten über die Neigung, Steigung oder den Winkel der Fahrbahn an verschiedenen Stellen entlang einer Route verwendet, um Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsgrenzen an diesen Stellen zu berechnen oder anderweitig zu ermitteln, die wiederum zum Ermitteln eines Bewegungsplans für den autonomen Betrieb eines Fahrzeugs entlang der Strecke herangezogen werden. So kann beispielsweise basierend auf der Straßenneigung an einer bestimmten Stelle die geplante Geschwindigkeit oder Beschleunigung an dieser Stelle entlang der Strecke begrenzt werden, um eine vertikale Beschleunigung oder Schwerkraft (g-Kraft) senkrecht zur Fahrbahnoberfläche an dieser Stelle aufrechtzuerhalten, die kleiner oder gleich einem Schwellenwert ist, um ein gewünschtes Maß an Fahrgastkomfort zu erreichen (z. B. an der Kuppe oder dem Bergtal). Ebenso kann die Straßenneigung genutzt werden, um Beschleunigungs- oder Verzögerungsgrenzen an Stellen entlang der Strecke zu ermitteln, um einen gewünschten Fahrgastkomfort zu erreichen (z. B. durch Vermeidung unnötiger oder unnatürlicher Fahrzeugbeschleunigungen beim Bergabfahren, unnötiger Verzögerungen beim Bergauffahren und dergleichen) oder durch die Berücksichtigung praktischer Fahrzeugfähigkeiten (z. B. wenn die Fahrzeugbeschleunigung beim Bergauffahren begrenzt ist, wenn die Fahrzeugverzögerung beim Bergabfahren begrenzt ist und dergleichen).
Zudem kann die Straßenneigung genutzt werden, um die geplante Geschwindigkeit oder Beschleunigung weiter zu begrenzen und so den Einfluss der Straßenneigung auf die Sensorreichweite oder die Hinderniserkennung zu berücksichtigen (z. B. wenn die Sensoren im Fahrzeug aufgrund der Fahrzeugneigung nicht über eine Kuppe oder ein Bergtal hinaus erkennen können). Dadurch kann das Ausmaß oder die Wahrscheinlichkeit von Verzögerungen, die auf neue Hindernisse oder Objekte zurückzuführen sind, die erst dann erfasst werden, wenn sie aufgrund der Neigung der Fahrbahn relativ nahe am Fahrzeug sind, verringert werden.
Aufgrund der hierin beschriebenen Fahrbahnneigungsanpassungen können die Fahrzeuggeschwindigkeit und -beschleunigung intuitiv für Fahrgäste oder Fahrzeuginsassen geglättet und eingeschränkt werden, wodurch die wahrgenommene Fahrqualität verbessert werden kann. Die Qualität der Fahrzeugsteuerung kann auch dadurch verbessert werden, dass die Auswirkungen der Fahrbahnneigung auf die Leistungsfähigkeit des Fahrzeugs berücksichtigt werden, wodurch Abweichungen von geplanten Geschwindigkeiten und Beschleunigungen minimiert werden. Darüber hinaus kann die Berücksichtigung unterschiedlicher effektiver Sensorfähigkeiten auch Schwankungen der geplanten Geschwindigkeiten und Beschleunigungen begrenzen, die ansonsten auf störende Schwankungen der Objektdaten aufgrund der Beeinflussung der Sensordaten durch die Fahrbahnneigung von fahrzeugseitigen Sensorvorrichtungen zurückzuführen sein könnten.
Während der Gegenstand hierin hauptsächlich im Zusammenhang mit der Verwendung einer Kartendatenbank, Kartendaten, Vermessungsdaten oder ähnlichem beschrieben werden, können zum Erhalten von Straßenneigungsdaten, die zukünftigen Standorten entlang der geplanten Strecke eines Fahrzeugs entsprechen, ist der Gegenstand, der hierin beschrieben wird, nicht zwangsläufig auf zugeordnete Neigungsdaten beschränkt. So können beispielsweise in verschiedenen Ausführungsformen zukünftige Fahrbahnneigungsdaten von einem oder mehreren fahrzeugseitigen Vorrichtungen, wie beispielsweise Kameras oder anderen Bildsensoren, Radar, Lidar oder anderen Entfernungsmessvorrichtungen, Trägheitsmesseinheiten (IMUs) oder anderen Trägheitssensoren im Fahrzeug und dergleichen, gewonnen oder anderweitig ermittelt werden. Darüber hinaus können in verschiedenen Ausführungsformen zukünftige Neigungsdaten der Fahrbahn berechnet oder ermittelt werden, indem die aus den Kartierungsdaten abgeleiteten Neigungsdaten mit den unter Verwendung von fahrzeugseitigen Vorrichtungen ermittelten Neigungsdaten gemischt, verschmolzen oder anderweitig ergänzt werden. Dementsprechend ist der hierin beschriebene Sachverhalt nicht auf eine bestimmte Quelle von Fahrbahnneigungsdaten für zukünftige Standorte vor einem aktuellen Fahrzeugstandort entlang einer geplanten Fahrstrecke beschränkt.
Wie unter Bezugnahme auf 1 ersichtlich, ist ein bei 100 allgemein dargestelltes Fahrzeugsteuersystem mit einem Fahrzeug 10 gemäß verschiedenen Ausführungsformen assoziiert. Die Steuerung 100 ermittelt im Allgemeinen einen Bewegungsplan für den autonomen Betrieb des Fahrzeugs 10 entlang einer Strecke gemäß den Fahrbahnneigungsinformationen. Dabei beeinflussen die Fahrbahnneigungsinformationen die Geschwindigkeit, mit der sich das Fahrzeug 10 während der Fahrt in Längsrichtung bewegt, was wiederum die Fahrweise des Insassen beeinflusst, wie im Folgenden vor allem im Rahmen der 4-5 näher beschrieben wird.
Wie in 1 dargestellt, beinhaltet das Fahrzeug 10 im Allgemeinen ein Fahrgestell, eine Karosserie 14, Vorderräder 16 und Hinterräder 18. Die Karosserie 14 ist auf dem Fahrgestell angeordnet und umhüllt im Wesentlichen die anderen Komponenten des Fahrzeugs 10. Die Karosserie 14 und das Fahrgestell können gemeinsam einen Rahmen bilden. Die Räder 16-18 sind jeweils mit dem Fahrgestell in der Nähe einer jeweiligen Ecke der Karosserie 14 drehbar gekoppelt.
In verschiedenen Ausführungsformen ist das Fahrzeug 10 ein autonomes Fahrzeug und das Fahrsteuersystem 100 ist in das autonome Fahrzeug 10 (nachfolgend als das autonome Fahrzeug 10 bezeichnet) integriert. Das autonome Fahrzeug 10 ist beispielsweise ein Fahrzeug, das automatisch gesteuert wird, um Passagiere von einem Ort zum anderen zu befördern. Das Fahrzeug 10 ist in der veranschaulichten Ausführungsform als Pkw dargestellt, es sollte jedoch beachtet werden, dass auch jedes andere Fahrzeug, einschließlich Motorräder, Lastwagen, Sportfahrzeuge (SUVs), Freizeitfahrzeuge (RVs), Schiffe, Flugzeuge usw. verwendet werden können. In einer exemplarischen Ausführungsform ist das autonome Fahrzeug 10 ein sogenanntes Level-Vier oder Level-Fünf Automatisierungssystem. Ein Level-Vier-System zeigt eine „hohe Automatisierung“ unter Bezugnahme auf die Fahrmodus-spezifische Leistung durch ein automatisiertes Fahrsystem aller Aspekte der dynamischen Fahraufgabe an, selbst wenn ein menschlicher Fahrer nicht angemessen auf eine Anforderung einzugreifen, reagiert. Ein Level-Fünf-System zeigt eine „Vollautomatisierung“ an und verweist auf die Vollzeitleistung eines automatisierten Fahrsystems aller Aspekte der dynamischen Fahraufgabe unter allen Fahrbahn- und Umgebungsbedingungen, die von einem menschlichen Fahrer verwaltet werden können.
Wie dargestellt, beinhaltet das autonome Fahrzeug 10 im Allgemeinen ein Antriebssystem 20, ein Übertragungssystem 22, ein Lenksystem 24, ein Bremssystem 26, ein Sensorsystem 28, ein Stellantriebsystem 30, mindestens einen Datenspeicher 32, mindestens eine Steuerung 34 und ein Kommunikationssystem 36. Das Antriebssystem 20 kann in verschiedenen Ausführungsformen einen Verbrennungsmotor, eine elektrische Maschine, wie beispielsweise einen Traktionsmotor und/oder ein Brennstoffzellenantriebssystem, beinhalten. Das Übertragungssystem 22 ist dazu konfiguriert, Leistung vom Antriebssystem 20 zu den Fahrzeugrädern 16-18 gemäß den wählbaren Übersetzungen zu übertragen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Getriebesystem 22 ein Stufenverhältnis-Automatikgetriebe, ein stufenlos verstellbares Getriebe oder ein anderes geeignetes Getriebe beinhalten. Das Bremssystem 26 ist dazu konfiguriert, den Fahrzeugrädern 16-18 ein Bremsmoment bereitzustellen. Das Bremssystem 26 kann in verschiedenen Ausführungsformen Reibungsbremsen, Brake-by-Wire, ein regeneratives Bremssystem, wie beispielsweise eine elektrische Maschine und/oder andere geeignete Bremssysteme beinhalten. Das Lenksystem 24 beeinflusst die Position der Fahrzeugräder 16-18. Während in einigen Ausführungsformen innerhalb des Umfangs der vorliegenden Offenbarung zur Veranschaulichung als ein Lenkrad dargestellt, kann das Lenksystem 24 kein Lenkrad beinhalten.
Das Sensorsystem 28 beinhaltet eine oder mehrere Sensorvorrichtungen 40a-40n, die beobachtbare Zustände der äußeren Umgebung und/oder der inneren Umgebung des autonomen Fahrzeugs 10 erfassen. Die Sensorvorrichtungen 40a-40n können Radargeräte, Lidare, globale Positionierungssysteme, optische Kameras, Wärmebildkameras, Ultraschallsensoren und/oder andere Sensoren beinhalten, sind aber nicht darauf beschränkt. Das Stellgliedsystem 30 beinhaltet ein oder mehrere Stellgliedvorrichtungen 42a-42n, die ein oder mehrere Fahrzeugeigenschaften, wie zum Beispiel das Antriebssystem 20, das Getriebesystem 22, das Lenksystem 24 und das Bremssystem 26, steuern, sind aber nicht darauf beschränkt. In verschiedenen Ausführungsformen können die Fahrzeugmerkmale ferner Innen- und/oder Außenfahrzeugmerkmale, wie beispielsweise Türen, einen Kofferraum und Innenraummerkmale, wie z. B. Luft, Musik, Beleuchtung usw., beinhalten, sind jedoch nicht auf diese beschränkt (nicht nummeriert).
Die Datenspeichervorrichtung 32 speichert Daten zur Verwendung beim automatischen Steuern des autonomen Fahrzeugs 10. In verschiedenen Ausführungsformen speichert das Datenspeichergerät 32 definierte Landkarten der navigierbaren Umgebung. In verschiedenen Ausführungsformen werden die definierten Landkarten vordefiniert und von einem entfernten System (in weiteren Einzelheiten in Bezug auf 2 beschrieben) erhalten. So können beispielsweise die definierten Landkarten durch das entfernte System zusammengesetzt und dem autonomen Fahrzeug 10 (drahtlos und/oder drahtgebunden) mitgeteilt und in der Datenspeichervorrichtung 32 gespeichert werden. Wie ersichtlich, kann die Datenspeichervorrichtung 32 ein Teil der Steuerung 34, von der Steuerung 34 getrennt, oder ein Teil der Steuerung 34 und Teil eines separaten Systems sein.
Die Steuerung 34 beinhaltet mindestens einen Prozessor 44 und eine computerlesbare Speichervorrichtung oder Medien 46. Der Prozessor 44 kann eine Spezialanfertigung oder ein handelsüblicher Prozessor sein, eine Zentraleinheit (CPU), eine Grafikprozessoreinheit (GPU) unter mehreren Prozessoren verbunden mit der Steuerung 34, ein Mikroprozessor auf Halbleiterbasis (in Form eines Mikrochips oder Chip-Satzes), ein Makroprozessor, eine Kombination derselben oder allgemein jede beliebige Vorrichtung zur Ausführung von Anweisungen. Die computerlesbare Speichervorrichtung oder Medien 46 können flüchtige und nicht-flüchtige Speicher in einem Nur-Lese-Speicher (ROM), einem Speicher mit direktem Zugriff (RAM) und einem Keep-Alive-Memory (KAM) beinhalten. KAM ist ein persistenter oder nicht-flüchtiger Speicher, der verwendet werden kann, um verschiedene Betriebsvariablen zu speichern, während der Prozessor 44 ausgeschaltet ist. Die computerlesbare Speichervorrichtung oder Medien 46 können unter Verwendung einer beliebigen einer Anzahl an bekannten Speichervorrichtungen, wie beispielsweise PROMs (programmierbarer Nur-Lese-Speicher), EPROMs (elektrische PROM), EEPROMs (elektrisch löschbarer PROM), Flash-Speicher oder beliebige andere elektrischen, magnetischen, optischen oder kombinierten Speichervorrichtungen implementiert werden, die Daten speichern können, von denen einige ausführbare Anweisungen darstellen, die von der Steuerung 34 beim Steuern des autonomen Fahrzeugs 10 verwendet werden.
Die Anweisungen können ein oder mehrere separate Programme beinhalten, von denen jede eine geordnete Auflistung von ausführbaren Anweisungen zum Implementieren von logischen Funktionen umfasst. Die Anweisungen empfangen und verarbeiten, wenn diese vom Prozessor 44 ausgeführt werden, Signale vom Sensorsystem 28, führen Logik, Berechnungen, Verfahren und/oder Algorithmen zur automatischen Steuerung der Komponenten des autonomen Fahrzeugs 10 durch und erzeugen Steuersignale an das Stellgliedsystem 30, um die Komponenten des autonomen Fahrzeugs 10 basierend auf der Logik, den Berechnungen, den Verfahren und/oder Algorithmen automatisch zu steuern. Obwohl in 1 nur eine Steuerung 34 dargestellt ist, können Ausführungsformen des autonomen Fahrzeugs 10 eine beliebige Anzahl an Steuerungen 34 beinhalten, die über ein geeignetes Kommunikationsmedium oder eine Kombination von Kommunikationsmedien kommunizieren und zusammenwirken, um die Sensorsignale zu verarbeiten, Logiken, Berechnungen, Verfahren und/oder Algorithmen durchzuführen, und Steuersignale zu erzeugen, um die Funktionen des autonomen Fahrzeugs 10 automatisch zu steuern.
In verschiedenen Ausführungsformen sind eine oder mehrere Anweisungen der Steuerung 34 im Fahrsteuerungssystem 100 verkörpert und bewirken beim Ausführen durch den Prozessor 44, dass der Prozessor 44 einen Bewegungsplan für den Betrieb des Fahrzeugs 10 berechnet, ermittelt oder anderweitig erzeugt, der die Neigung oder Höhenänderung des vom Plan erfassten Streckenabschnitts berücksichtigt. Wie zum Beispiel im Folgenden im Rahmen der 4-5 näher beschrieben wird, kann der Prozessor 44 entweder aus dem internen Speicher 32 oder einer anderen Entität 48 (z. B. einer vernetzten Kartendatenbank) Höhen- und/oder Neigungsdaten für einen Streckenabschnitt vor der aktuellen Fahrzeugposition erhalten und dann aus den Höhen- und Neigungsdaten Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsgrenzen ableiten, die beim Ermitteln des Bewegungsplans verwendet werden sollen.
In einer oder mehreren Ausführungsformen bezieht der Prozessor 44 Daten oder Informationen, welche die Leistung oder die Fähigkeiten eines oder mehrerer fahrzeugseitiger Abtastvorrichtungen 40a-40n charakterisieren, und unter Verwendung der Höhenänderungen und der Fahrbahnneigung an verschiedenen Positionen entlang des Streckenabschnitts ermittelt der Prozessor 44 die effektive Reichweite eines oder mehrerer entsprechender Abtastvorrichtungen 40a-40n basierend auf der Beziehung zwischen dem Sichtfeld des Sensors und der Neigung oder dem Winkel der Fahrbahn. Basierend auf der effektiven Sensorreichweite an einer bestimmten Position berechnet der Prozessor 44 eine Geschwindigkeitsgrenze, die Änderungen der Abtastfähigkeiten berücksichtigt. Wenn somit die Fahrbahnneigung und die Höhenänderung die effektive Reichweite oder den Abtastabstand eines Sensors an einer bestimmten Position verringern, kann die Geschwindigkeit entsprechend begrenzt werden, um die potenzielle Unsicherheit außerhalb der Sensorreichweite an dieser Position zu berücksichtigen. Dies kann beispielsweise dazu führen, dass die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10 an der Kuppe oder der Talsohle eines relativ steilen Hügels reduziert wird, was nicht nur den Fahrgastkomfort erhöht, sondern auch die Wahrscheinlichkeit von späteren abrupten Manövern aufgrund von Objekten oder Hindernissen, die sich an diesen Stellen wahrscheinlich außerhalb des Sensorbereichs befinden, verringert.
Als weiteres Beispiel berechnet oder ermittelt der Prozessor 44 in einer oder mehreren Ausführungsformen die Ableitung der Fahrbahnneigung entlang der Strecke und verwendet dann die Ableitung der Fahrbahnneigung, um eine Geschwindigkeitsgrenze an Stellen entlang der Strecke zu ermitteln, um die Beschleunigung der Fahrzeuginsassen in vertikaler Richtung senkrecht zur Fahrbahnoberfläche kleiner oder gleich einem maximalen vertikalen Beschleunigungswert zu halten. In diesem Zusammenhang kann die zentripetale Beschleunigungsformel $a_{m a x} = \frac{v^{2}}{r}$
verwendet werden, wobei die Ableitung der Fahrbahnneigung dem Begriff $\frac{1}{r}$
in der vertikalen Ebene an einer bestimmten Stelle entlang der Strecke entspricht und a_max.der maximale vertikale Beschleunigungswert ist.
Als weiteres Beispiel berechnet oder ermittelt der Prozessor 44 in einer oder mehreren Ausführungsformen die Schwerkraftkomponente, die das Fahrzeug 10 in Längsrichtung basierend auf der Fahrbahnneigung an einer bestimmten Position entlang der Strecke beeinflusst, und passt die mit dieser Position verbundenen Fahrzeugbeschleunigungsgrenzen basierend auf der Fahrbahnneigung an. So kann beispielsweise die Längskomponente der Schwerkraftbeschleunigung durch Multiplikation mit einem Korrekturfaktor gleich dem Sinus des Neigungswinkels der Fahrbahn ermittelt werden, der wiederum dazu verwendet werden kann, den Bereich der erreichbaren Beschleunigungen des Fahrzeugs 10 an dieser bestimmten Stelle entlang der Strecke durch Subtraktion der Schwerkraftkomponente von den Endpunkten der Strecke zu verschieben. Die Längsbeschleunigungskomponente verringert somit bei einer Steigung die maximale Vorwärtsbeschleunigung des Fahrzeugs in positiver Längsrichtung und erhöht auf ähnliche Weise die maximale Fahrzeugverzögerung in negativer Längsrichtung (z. B. durch eine negativere Größenordnung).
Ausgehend von den neigungsabhängigen Geschwindigkeits- und Beschleunigungsgrenzen kann eine Lösung zum Steuern des Fahrzeugs 10 in Längsrichtung ermittelt werden, die den Fahrgastkomfort, Schwankungen der Sensorreichweite aufgrund von Änderungen der Fahrbahnneigung und die realisierbaren Fahrzeugbeschleunigungsmöglichkeiten unter dem Einfluss der Schwerkraft berücksichtigt. Dadurch kann die autonom gesteuerte Längsbewegung des Fahrzeugs 10 einem menschlichen Fahrer besser nachempfunden oder angenähert werden.
Bezogen auf 1 ist das Kommunikationssystem 36 in exemplarischen Ausführungsformen dazu konfiguriert, Informationen drahtlos an und von anderen Einheiten 48, wie beispielsweise, jedoch nicht beschränkt auf andere Fahrzeuge („V2V“-Kommunikation,) Infrastruktur („V2I“-Kommunikation), entfernte Systeme und/oder persönliche Vorrichtungen (in Bezug auf 2 näher beschrieben), zu übermitteln. In einer exemplarischen Ausführungsform ist das drahtlose Kommunikationssystem 36 dazu konfiguriert, über ein drahtloses lokales Netzwerk (WLAN) unter Verwendung des IEEE 802.11-Standards, über Bluetooth oder mittels einer mobilen Datenkommunikation zu kommunizieren. Im Geltungsbereich der vorliegenden Offenbarung werden jedoch auch zusätzliche oder alternative Kommunikationsverfahren, wie beispielsweise ein dedizierter Nahbereichskommunikations (DSRC)-Kanal, berücksichtigt. DSRC-Kanäle beziehen sich auf Einweg- oder Zweiwege-Kurzstrecken- bis Mittelklasse-Funkkommunikationskanäle, die speziell für den Automobilbau und einen entsprechenden Satz von Protokollen und Standards entwickelt wurden.
Mit weiterem Bezug auf 2 in verschiedenen Ausführungsformen kann das autonome Fahrzeug 10, das mit Bezug auf 1 beschrieben ist, für den Einsatz im Rahmen eines Taxi- oder Shuttle-Unternehmens in einem bestimmten geografischen Gebiet (z. B. einer Stadt, einer Schule oder einem Geschäftscampus, einem Einkaufszentrum, einem Vergnügungspark, einem Veranstaltungszentrum oder dergleichen) geeignet sein. So kann beispielsweise das autonome Fahrzeug 10 einem autonomen fahrzeugbasierten Transportsystem zugeordnet sein. 2 veranschaulicht eine exemplarische Ausführungsform einer Betriebsumgebung, die im Allgemeinen bei 50 dargestellt ist und ein autonomes fahrzeugbasiertes Transportsystem 52 beinhaltet, das, wie mit Bezug auf 1 beschrieben, das mit einer oder mehreren Instanzen von autonomen Fahrzeugen 10a-10n zugeordnet ist. In verschiedenen Ausführungsformen beinhaltet die Betriebsumgebung 50 ferner eine oder mehrere Benutzervorrichtungen 54, die mit dem autonomen Fahrzeug 10 und/oder dem entfernten Transportsystem 52 über ein Kommunikationsnetzwerk 56 kommunizieren.
Das Kommunikationsnetzwerk 56 unterstützt die Kommunikation zwischen Geräten, Systemen und Komponenten, die von der Betriebsumgebung 50 unterstützt werden (z. B. über physische Kommunikationsverbindungen und/oder drahtlose Kommunikationsverbindungen). So kann beispielsweise das Kommunikationsnetzwerk 56 ein drahtloses Trägersystem 60 beinhalten, wie beispielsweise ein Mobiltelefonsystem, das eine Vielzahl von Mobilfunktürmen (nicht dargestellt), eine oder mehrere Mobilvermittlungsstellen (MSCs) (nicht dargestellt) sowie alle anderen Netzwerkkomponenten beinhalten, die zum Verbinden des drahtlosen Trägersystems 60 mit dem Festnetz erforderlich sind. Jeder Mobilfunkturm beinhaltet Sende- und Empfangsantennen und eine Basisstation, wobei die Basisstationen verschiedener Mobilfunktürme mit den MSC verbunden sind, entweder direkt oder über Zwischenvorrichtungen, wie beispielsweise eine Basisstationssteuerung. Das Drahtlosträgersystem 60 kann jede geeignete Kommunikationstechnologie implementieren, beispielsweise digitale Technologien, wie CDMA (z. B. CDMA2000), LTE (z. B. 4G LTE oder 5G LTE), GSM/GPRS oder andere aktuelle oder neu entstehende drahtlose Technologien. Andere Mobilfunkturm/Basisstation/MSC-Anordnungen sind möglich und könnten mit dem Mobilfunkanbietersystem 60 verwendet werden. So könnten sich beispielsweise die Basisstation und der Mobilfunkturm an derselben Stelle oder entfernt voneinander befinden, jede Basisstation könnte für einen einzelnen Mobilfunkturm zuständig sein oder eine einzelne Basisstation könnte verschiedene Mobilfunktürme bedienen, oder verschiedene Basisstationen könnten mit einer einzigen MSC gekoppelt werden, um nur einige der möglichen Anordnungen zu nennen.
Abgesehen vom Verwenden des drahtlosen Trägersystems 60 kann ein zweites drahtloses Trägersystem in Form eines Satellitenkommunikationssystems 64 verwendet werden, um unidirektionale oder bidirektionale Kommunikation mit dem autonomen Fahrzeug 10a-10n bereitzustellen. Dies kann unter Verwendung von einem oder mehreren Kommunikationssatelliten (nicht dargestellt) und einer aufwärts gerichteten Sendestation (nicht dargestellt) erfolgen. Die unidirektionale Kommunikation kann beispielsweise Satellitenradiodienste beinhalten, worin programmierte Inhaltsdaten (Nachrichten, Musik usw.) von der Sendestation empfangen werden, für das Hochladen gepackt und anschließend zum Satelliten gesendet werden, der die Programmierung an die Teilnehmer ausstrahlt. Die bidirektionale Kommunikation kann beispielsweise Satellitentelefondienste beinhalten, die den Satelliten verwenden, um Telefonkommunikationen zwischen dem Fahrzeug 10 und der Station weiterzugeben. Die Satellitentelefonie kann entweder zusätzlich oder anstelle des Mobilfunkanbietersystems 60 verwendet werden.
Ein Festnetz-Kommunikationssystem 62 kann ein konventionelles Festnetz-Telekommunikationsnetzwerk beinhalten, das mit einem oder mehreren Festnetztelefonen verbunden ist und das drahtlose Trägersystem 60 mit dem entfernten Transportsystem 52 verbindet. So kann beispielsweise das Festnetz-Kommunikationssystem 62 ein Fernsprechnetz (PSTN) wie jenes sein, das verwendet wird, um festverdrahtetes Fernsprechen, paketvermittelte Datenkommunikationen und die Internetinfrastruktur bereitzustellen. Ein oder mehrere Segmente des Festnetz-Kommunikationssystems 62 könnten durch Verwenden eines normalen drahtgebundenen Netzwerks, eines Lichtleiter- oder eines anderen optischen Netzwerks, eines Kabelnetzes, von Stromleitungen, anderen drahtlosen Netzwerken, wie drahtlose lokale Netzwerke (WLANs) oder Netzwerke, die drahtlosen Breitbandzugang (BWA) bereitstellen oder jeder Kombination davon implementiert sein. Weiterhin muss das entfernte Transportsystem 52 nicht über das Festnetz-Kommunikationssystem 62 verbunden sein, sondern könnte Funktelefonausrüstung beinhalten, sodass sie direkt mit einem drahtlosen Netzwerk, wie z. B. dem drahtlosen Trägersystem 60, kommunizieren kann.
Obwohl in 2 nur eine Benutzervorrichtung 54 dargestellt ist, können Ausführungsformen der Betriebsumgebung 50 eine beliebige Anzahl an Benutzervorrichtungen 54, einschließlich mehrerer Benutzervorrichtungen 54 unterstützen, die das Eigentum einer Person sind, von dieser bedient oder anderweitig verwendet werden. Jede Benutzervorrichtung 54, die von der Betriebsumgebung 50 unterstützt wird, kann unter Verwendung einer geeigneten Hardwareplattform implementiert werden. In dieser Hinsicht kann das Benutzergerät 54 in einem gemeinsamen Formfaktor realisiert werden, darunter auch in: einen Desktop-Computer; einem mobilen Computer (z. B. einem Tablet-Computer, einem Laptop-Computer oder einem Netbook-Computer); einem Smartphone; einem Videospielgerät; einem digitalen Media-Player; einem Bestandteil eines Heimunterhaltungsgeräts; einer Digitalkamera oder Videokamera; einem tragbaren Computergerät (z. B. einer Smart-Uhr, Smart-Brille, Smart-Kleidung); oder dergleichen. Jede von der Betriebsumgebung 50 unterstützte Benutzervorrichtung 54 ist als computerimplementiertes oder computergestütztes Gerät mit der Hardware-, Software-, Firmware- und/oder Verarbeitungslogik realisiert, die für die Durchführung der hier beschriebenen verschiedenen Techniken und Verfahren erforderlich ist. So beinhaltet beispielsweise die Benutzervorrichtung 54 einen Mikroprozessor in Form einer programmierbaren Vorrichtung, die eine oder mehrere in einer internen Speicherstruktur gespeicherte Anweisungen beinhaltet und angewendet wird, um binäre Eingaben zu empfangen und binäre Ausgaben zu erzeugen. In einigen Ausführungsformen beinhaltet die Benutzervorrichtung 54 ein GPS-Modul, das GPS-Satellitensignale empfangen und GPS-Koordinaten basierend auf diesen Signalen erzeugen kann. In weiteren Ausführungsformen beinhaltet die Benutzervorrichtung 54 eine Mobilfunk-Kommunikationsfunktionalität, sodass die Vorrichtung Sprach- und/oder Datenkommunikationen über das Kommunikationsnetzwerk 56 unter Verwendung eines oder mehrerer Mobilfunk-Kommunikationsprotokolle durchführt, wie hierin erläutert. In verschiedenen Ausführungsformen beinhaltet die Benutzervorrichtung 54 eine visuelle Anzeige, wie zum Beispiel ein grafisches Touchscreen-Display oder eine andere Anzeige.
Das entfernte Transportsystem 52 beinhaltet ein oder mehrere Backend-Serversysteme, die an dem speziellen Campus oder dem geografischen Standort, der vom Transportsystem 52 bedient wird, Cloud-basiert, netzwerkbasiert oder resident sein können. Das entfernte Transportsystem 52 kann mit einem Live-Berater, einem automatisierten Berater oder einer Kombination aus beidem besetzt sein. Das entfernte Transportsystem 52 kann mit den Benutzervorrichtungen 54 und den autonomen Fahrzeugen 10a-10n kommunizieren, um Fahrten zu planen, autonome Fahrzeuge 10a-10n zu versetzen und dergleichen. In verschiedenen Ausführungsformen speichert das entfernte Transportsystem 52 Kontoinformationen, wie zum Beispiel Teilnehmerauthentisierungsdaten, Fahrzeugkennzeichen, Profilaufzeichnungen, Verhaltensmuster und andere entsprechende Teilnehmerinformationen.
Gemäß einem typischen Anwendungsfall-Arbeitsablauf kann ein registrierter Benutzer des entfernten Transportsystems 52 über die Benutzervorrichtung 54 eine Fahrtanforderung erstellen. Die Fahrtanforderung gibt typischerweise den gewünschten Abholort des Fahrgastes (oder den aktuellen GPS-Standort), den gewünschten Zielort (der einen vordefinierten Fahrzeugstopp und/oder ein benutzerdefiniertes Passagierziel identifizieren kann) und eine Abholzeit an. Das entfernte Transportsystem 52 empfängt die Fahrtanforderung, verarbeitet die Anforderung und sendet ein ausgewähltes der autonomen Fahrzeuge 10a-10n (wenn und sofern verfügbar), um den Passagier an dem vorgesehenen Abholort und zu gegebener Zeit abzuholen. Das Transportsystem 52 kann zudem eine entsprechend konfigurierte Bestätigungsnachricht oder Benachrichtigung an die Benutzervorrichtung 54 erzeugen und senden, um den Passagier zu benachrichtigen, dass ein Fahrzeug unterwegs ist.
Wie ersichtlich, bietet der hierin offenbarte Gegenstand bestimmte verbesserte Eigenschaften und Funktionen für das, was als ein standardmäßiges oder Basislinien autonomes Fahrzeug 10 und/oder ein autonomes fahrzeugbasiertes Transportsystem 52 betrachtet werden kann. Zu diesem Zweck kann ein autonomes fahrzeugbasiertes Transportsystem modifiziert, erweitert oder anderweitig ergänzt werden, um die nachfolgend näher beschriebenen zusätzlichen Funktionen bereitzustellen.
Gemäß verschiedener Ausführungsformen realisiert die Steuerung 34 ein autonomes Antriebssystem (ADS) 70, wie in 3 dargestellt. Das heißt, dass geeignete Soft- und/oder Hardwarekomponenten der Steuerung 34 (z. B. der Prozessor 44 und das computerlesbare Speichermedium 46) verwendet werden, um ein autonomes Antriebssystem 70 bereitzustellen, das in Verbindung mit dem autonomen Fahrzeug 10 verwendet wird, zum Beispiel, um verschiedene Stellglieder 30 im Fahrzeug 10 automatisch zu steuern und damit die Beschleunigung, Lenkung und Bremsung des Fahrzeugs ohne menschlichen Eingriff zu steuern.
In verschiedenen Ausführungsformen können die Anweisungen des autonomen Antriebssystems 70 je nach Funktion oder System gegliedert sein. Das autonome Antriebssystem 70 kann beispielsweise, wie in 3 dargestellt, ein Sensorfusionssystem 74, ein Positioniersystem 76, ein Lenksystem 78 und ein Fahrzeugsteuerungssystem 80 beinhalten. Wie ersichtlich ist, können die Anweisungen in verschiedenen Ausführungsformen in beliebig viele Systeme (z. B. kombiniert, weiter unterteilt usw.) gegliedert werden, da die Offenbarung nicht auf die vorliegenden Beispiele beschränkt ist.
In verschiedenen Ausführungsformen synthetisiert und verarbeitet das Sensorfusionssystem 74 Sensordaten und prognostiziert Anwesenheit, Lage, Klassifizierung und/oder Verlauf von Objekten und Merkmalen der Umgebung des Fahrzeugs 10. In verschiedenen Ausführungen kann das Sensorfusionssystem 74 Informationen von mehreren Sensoren beinhalten, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Kameras, Lidars, Radars und/oder eine beliebige Anzahl anderer Arten von Sensoren.
Das Positionierungssystem 76 verarbeitet Sensordaten zusammen mit anderen Daten, um eine Position (z. B. eine lokale Position in Bezug auf eine Karte, eine exakte Position in Bezug auf die Fahrspur einer Straße, Fahrzeugrichtung, Geschwindigkeit usw.) des Fahrzeugs 10 in Bezug auf die Umgebung zu ermitteln. Das Leitsystem 78 verarbeitet Sensordaten zusammen mit anderen Daten, um eine Strecke zu ermitteln, dem das Fahrzeug 10 folgen soll. Das Fahrzeugsteuerungssystem 80 erzeugt Steuersignale zum Steuern des Fahrzeugs 10 entsprechend der ermittelten Strecke.
Wie im Folgenden im Rahmen der 4-5 näher beschrieben wird, ermittelt das ADS 70 einen seitlichen Wegbefehl zum Steuern der Lenk- oder Querposition des Fahrzeugs 10 entlang einer Strecke und einen Längswegbefehl zum Steuern der Längsposition, der Geschwindigkeit und/oder der Beschleunigung des Fahrzeugs 10 entlang der Strecke in Übereinstimmung mit dem seitlichen Wegbefehl. In den hierin beschriebenen Ausführungsformen beinhaltet der Längswegbefehl das Kompensieren oder Anpassen, wodurch die Fahrbahnneigung (oder Abweichungen davon) an zukünftigen Punkten entlang der Strecke berücksichtigt und die geplante Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung des Fahrzeugs 10 begrenzt wird. So kann beispielsweise die geplante Geschwindigkeit begrenzt werden, um die vertikale Beschleunigungskomponente senkrecht zur Fahrbahnoberfläche zu halten, der das Fahrzeug 10 aufgrund des Fahrgastkomforts, der Fahrzeugfreiheit oder anderer physikalischer Fähigkeiten und dergleichen ausgesetzt ist. Darüber hinaus kann die geplante Geschwindigkeit oder Beschleunigung begrenzt werden, um den effektiven toten Winkel des Sensors zu berücksichtigen, wenn der Abstand der zukünftigen Fahrbahn, die von der Reichweite des Sensors erfasst wird, aufgrund von Änderungen der Fahrbahnneigung abnimmt. Nicht zuletzt kann die geplante Fahrzeugbeschleunigung an zukünftigen Punkten auf das physikalisch Erreichbare basierend auf den Schwerkräften und der Neigung oder dem Gefälle der Fahrbahn an diesen zukünftigen Punkten beschränkt werden, wodurch sichergestellt ist, dass der Längswegbefehl vom Fahrzeug 10 tatsächlich realisiert werden kann. Durch die frühzeitige Berücksichtigung der zukünftigen Fahrbahnneigung kann die Fahrqualität und die Längssteuerung des Fahrzeugs 10 verbessert werden.
In verschiedenen Ausführungsformen implementiert die Steuerung 34 maschinelle Lerntechniken, um die Funktionalität der Steuerung 34 zu unterstützen, wie z. B. Merkmalerkennung/Klassifizierung, Hindernisminderung, Routenüberquerung, Kartierung, Sensorintegration, Boden-Wahrheitsbestimmung und dergleichen.
4 verdeutlicht ein zur Verwendung mit einem Fahrzeug geeignetes Bewegungsplanungsmodul 400 zum Erzeugen eines Bewegungsplans zum Steuern des Fahrzeugs während der Fahrt entlang einer Strecke, wie beispielsweise als Teil eines Leitsystems 78 in einem ADS 70, das von einem Steuermodul (z. B. der Steuerung 34 oder dem Prozessor 44) im Fahrzeug 10 von 1 implementiert wird. Das Bewegungsplanungsmodul 400 beinhaltet ein Längsauflösungsmodul 402, das einen Längsverfahrplanausgang 406 zum Steuern der Bewegung des Fahrzeugs entlang der Strecke in allgemeiner Fahrtrichtung erzeugt, beispielsweise durch Beschleunigen oder Verlangsamen des Fahrzeugs an einer oder mehreren zukünftigen Positionen entlang der Strecke. Das Bewegungsplanungsmodul 400 beinhaltet auch ein Seitenauflösungsmodul 404, das einen Seitenauflösungsplanausgang 408 zum Steuern der Seitenbewegung des Fahrzeugs entlang der Strecke erzeugt, um die allgemeine Fahrtrichtung zu ändern, beispielsweise durch Lenken des Fahrzeugs an einer oder mehreren zukünftigen Positionen entlang der Strecke. Die Längs- und Lateralplanausgänge 406, 408 können nachträglich an untergeordnete Steuermodule weitergegeben werden, welche die Fahrzeugstellglieder 30 steuern, um eine Bewegung des Fahrzeugs 10 entlang der Strecke zu erreichen, die den Längs- und Seitenplänen 406, 408 entspricht.
Wie vorstehend beschrieben, optimieren die Lösungsmodule 402, 404 in exemplarischen Ausführungsformen eine Karte der Fahrzeugtrajektorien. In einer Ausführungsform optimiert das Längslösungsmodul 402 die Beschleunigung des Fahrzeugs und damit die Drehzahl (oder Geschwindigkeit) und die Position des Fahrzeugs in der allgemeinen Fahrtrichtung (z. B. die zur Fahrzeuglängsachse ausgerichtete Vorwärtsrichtung), wodurch sich ein Längsverfahrplan 406 ergibt, der die Fahrzeuggeschwindigkeit als Funktion der Zeit entlang eines Seitenwegs charakterisiert (z.B. der Seitenverfahrplan 408), wie im Folgenden näher beschrieben wird. In einer Ausführungsform optimiert das Längslösungsmodul 404 die Ableitung der Krümmung des Seitenwegs basierend auf Abweichungen um eine einer Fahrspur entsprechende Linearisierung, wobei die Ableitung der Krümmung auf einen entsprechenden Lenkwinkel (und eine entsprechende Änderungsrate des Lenkwinkels) für das Fahrzeug abgebildet wird, indem das Fahrzeugverhalten unter Verwendung von Geschwindigkeit, Beschleunigung und möglicherweise weiteren Faktoren modelliert wird. Dementsprechend ist der resultierende Seitenverfahrplan 408 ein Weg im Raum (z. B. eine Folge von Raumkoordinaten), der die Fahrzeugposition in Querrichtung senkrecht zur Fahrtrichtung definiert, der Hindernisse vermeidet und gleichzeitig andere seitliche Randbedingungen erfüllt, wie im Folgenden näher beschrieben wird.
In exemplarischen Ausführungsformen empfängt oder erhält das Längslösungsmodul 404 die aktuelle oder momentane Stellung 410 des Fahrzeugs, welche die aktuelle Position oder den Standort des Fahrzeugs, die aktuelle Ausrichtung des Fahrzeugs und die aktuelle Drehzahl oder Geschwindigkeit des Fahrzeugs beinhaltet. Die aktuelle Fahrzeugstellung 410 kann auch bereits ausgegebene Lateral- und Längspläne 406, 408 aus einer vorhergehenden Lösung beinhalten, welche die aktuell geplanten zukünftigen Positionen oder Standorte des Fahrzeugs entlang der Strecke und die aktuell geplanten zukünftigen Drehzahlen oder Geschwindigkeiten zu einem späteren Zeitpunkt bereitstellen. Unter Verwendung der aktuellen Fahrzeugstellung 410 ruft das Längslösungsmodul 404 auch die seitliche Streckeninformationen 412 ab, die Informationen über die zurückgelegte Strecke des Fahrzeugs beinhalten, um ein Ziel aus der aktuellen Stellung 410 zu erreichen, das eine zusätzliche voraussichtliche Fahrstrecke (seitlicher Vorhersagehorizont) basierend auf der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit einnimmt. Die seitlichen Streckeninformationen 412 können beispielsweise die aktuelle und zukünftige Straßenkrümmung, aktuelle und zukünftige Fahrspurinformationen (z. B. Fahrspurtypen, Begrenzungen und andere Beschränkungen oder Einschränkungen) sowie andere mit der Fahrbahn verbundene Beschränkungen oder Einschränkungen (z. B. minimale und maximale Geschwindigkeitsgrenzen, Höhen- oder Gewichtsbeschränkungen und dergleichen) beinhalten. Die seitlichen Streckeninformationen 412 können von einem fahrzeugseitigen Datenspeicherelement 32, einer Online-Datenbank oder einer anderen Entität bezogen werden.
Das Längslösungsmodul 404 empfängt oder erhält auch die aktuellen Hindernisdaten 414, die für die Strecke und die aktuelle Stellung des Fahrzeugs relevant sind und sowohl aktuelle als auch vorhergesagte Werte für alle Objekte oder Hindernisse in der Nähe des Fahrzeugs oder der zukünftigen Strecke beinhalten können, wie zum Beispiel den Standort oder die Position, Größe, Ausrichtung oder Richtung, Geschwindigkeit, Beschleunigung und andere Objekteigenschaften. Das Längslösungsmodul 404 empfängt oder erhält auch Seitenbeschränkungsdaten 422, die die kinematischen oder physikalischen Fähigkeiten des Fahrzeugs für die Seitenbewegung charakterisieren oder anderweitig definieren, wie zum Beispiel den maximalen Lenkwinkel oder Lenkwinkelbereich, die maximale Änderungsrate für den Lenkwinkel und dergleichen. Die Seitenbeschränkungsdaten 422 können auch fahrzeugspezifisch sein und aus einem Datenspeicherelement 32 im Fahrzeug oder aus einer vernetzten Datenbank oder einer anderen Entität 48, 52, 54 gewonnen werden. Die Seitenbeschränkungsdaten 422 des Fahrzeugs können auch andere Beschränkungen beinhalten, die basierend auf Sicherheit, Fahrgastkomfort oder -präferenzen oder anderen Belangen auferlegt werden, wie zum Beispiel Beschränkungen der Seitengeschwindigkeit oder Beschleunigung des Fahrzeugs 10, der Änderungsrate für den Lenkwinkel und dessen Ableitung (z. B. die Beschleunigung des Lenkwinkels), minimale Seitenabstände oder Puffer für Hindernisse oder Fahrspurbegrenzungen, Fahrspurpräferenzen und dergleichen.
Mithilfe der verschiedenen Eingänge 410, 412, 414, 422 ermittelt das Längslösungsmodul 404 eine seitliche Fahrplanlösung innerhalb des seitlichen Vorhersagehorizonts. In diesem Zusammenhang verwendet das Längslösungsmodul 404 die geplante Strecke, die Fahrspurinformationen, die Hindernisinformationen und die aktuelle Fahrzeugposition, um einen Seitenweg abzuleiten, der eine Kostenvariable (oder eine Kombination von Kostenvariablen) minimiert oder anderweitig optimiert, ohne die seitlichen Begrenzungen 422 zu verletzen (z. B. damit der geplante Seitenweg keine scharfen Kurven oder Manöver erfordert, zu deren Ausführung das Fahrzeug physisch nicht in der Lage ist). So kann beispielsweise das Längslösungsmodul 404 versuchen, die Fahrzeit zu minimieren, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren, Seitenbeschleunigungen (oder die Ableitung von Krümmung oder Ruck) zu minimieren oder eine optimale Kombination von Fahrzeit, Kraftstoffverbrauch, Hindernisabständen und möglicherweise anderen Variablen gemäß vordefinierten Gewichtungen zu erreichen, die diesen Kostenvariablen zugeordnet sind. Der resultierende Seitenwegbefehl 408, der vom Längslösungsmodul 404 ausgegeben wird, ist eine Folge von Fahrzeugpositionskoordinaten, Fahrzeugkurs und Krümmung der Strecke, die das Fahrzeug räumlich für den seitlichen Vorhersagehorizontabstand vor der aktuellen Fahrzeugposition diskretisiert fahren soll, wobei der seitliche Vorhersagehorizontabstand eine Funktion der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit ist.
Weiterhin unter Bezugnahme auf 4 empfängt oder erhält das Längsauflösungsmodul 402 den geplanten Seitenweg 408 vom Seitenlösungsmodul 404, der die aktuelle Fahrzeugstellung 410 und die Hindernisdaten 414 darstellt und ermittelt eine Lösung 406 für die Fahrt auf dem geplanten Seitenweg 408 innerhalb eines Längsvorhersagehorizonts, der den Längsbeschränkungen 416, 418 entspricht. In exemplarischen Ausführungsformen verwendet das Längslösungsmodul 402 Längsbegrenzungen 416, die nicht von der Neigung der Fahrbahn abhängig sind, sowie Neigungsbegrenzungen 418, die Änderungen oder Schwankungen der Neigung der Fahrbahn entlang des Seitenwegs 408 berücksichtigen. In diesem Zusammenhang, wenn die Längsbeschränkungen 416, 418 für einen bestimmten Längsparameter unterschiedlich sind, kann das Längslösungsmodul 402 versuchen, den restriktiveren der Beschränkungen zu entsprechen. Wenn zum Beispiel die neigungsabhängige Geschwindigkeitsbeschränkung 418 eine maximale Geschwindigkeitsgrenze (z. B. aufgrund einer verminderten effektiven Sensorreichweite, des Fahrgastkomforts oder dergleichen) an einem Punkt entlang des Seitenwegs 408 vorgibt, der kleiner ist als andere Geschwindigkeitsbeschränkungen 416, versucht das Längslösungsmodul 402, eine Längsseitenweglösung 406 abzuleiten, die an diesem Punkt innerhalb des Seitenwegs 408 die neigungsabhängige Geschwindigkeitsbeschränkung 418 erfüllt. In exemplarischen Ausführungsformen ist die durch das Längslösungsmodul 402 bestimmte Lösung 406 ein Längsverfahrplan, der eine zeitlich diskrete Abfolge von Fahrzeuggeschwindigkeiten und Beschleunigungen beinhaltet. In diesem Zusammenhang kann die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder die zuvor geplante Geschwindigkeit verwendet werden, um zwischen den räumlichen Standorten aus dem geplanten Seitenweg 408 und zukünftigen Zeitpunkten zu korrelieren.
Die neigungsunabhängigen Längsbegrenzungen 416 können beispielsweise Fahrzeuglängsbegrenzungen beinhalten, welche die kinematischen oder physikalischen Fähigkeiten des Fahrzeugs für eine Längsbewegung charakterisieren oder anderweitig definieren, wie beispielsweise Fahrzeuggeschwindigkeits-Extrema oder ein Fahrzeuggeschwindigkeitsbereich, Fahrzeugbeschleunigungs-Extrema oder ein Fahrzeugbeschleunigungsbereich, eine der Fahrbahn zugeordnete Geschwindigkeitsgrenze, folgende Abstände oder Puffer zwischen Objekten oder Hindernissen, wie beispielsweise ein minimaler und/oder maximaler Folgeabstand für andere Fahrzeuge, ein minimaler Puffer- oder Trennungsabstand zwischen Objekten oder Hindernissen und dergleichen. Eine oder mehrere der Fahrzeuglängsbeschränkungsdaten 416 können für jedes einzelne Fahrzeug spezifisch sein und aus einem Datenspeicherelement 32 im Fahrzeug oder aus einer vernetzten Datenbank oder einer anderen Entität 48, 52, 54 erhalten werden. In einigen Ausführungsformen kann die eine oder die mehreren Fahrzeuglängsbeschränkungen 416 dynamisch oder im Wesentlichen in Echtzeit basierend auf der aktuellen Masse des Fahrzeugs, der aktuellen Kraftstoffmenge im Fahrzeug, der historischen oder aktuellen Leistung des Fahrzeugs und/oder möglicherweise anderen Faktoren berechnet oder anderweitig ermittelt werden.
Das veranschaulichte Bewegungsplanungsmodul 400 beinhaltet ein Neigungseinstellmodul 450 (das in einigen Ausführungsformen mit dem Längslösungsmodul 402 integriert oder als Teil davon implementiert werden kann), das eine oder mehrere neigungsangepasste oder neigungskompensierte Längsbeschränkungen zu verschiedenen Zeitpunkten entlang des Seitenwegs 408 basierend auf der Korrelation zwischen räumlichen Standorten und der Zeit berechnet oder auf andere Weise bestimmt. Das Neigungseinstellmodul 450 bezieht die räumlichen Informationen aus dem Seitenweg 408 und verwendet die räumlichen Informationen, um Höhen- und/oder Neigungsdaten 420, die mit Positionen entlang des Seitenwegs 408 verknüpft sind, aus einer Kartendatenbank abzurufen oder anderweitig zu erhalten. Die Kartendatenbank kann im Fahrzeug verwaltet werden (z. B. Datenspeicherelement 32), oder alternativ können die Höhen- und/oder Neigungsdaten 420 über ein Netzwerk aus einer Online-Datenbank, einem entfernten System (z. B. Ferntransportsystem 52), einer Benutzervorrichtung (z. B. Benutzervorrichtung 54) oder einer anderen Entität 48 bezogen werden.
In einigen Ausführungsformen fragt das Neigungseinstellmodul 450 die Kartendatenbank unter Verwendung der geplanten Koordinatenpositionen für das Fahrzeug aus dem Seitenweg 408 ab, um die den geplanten Koordinatenpositionen entlang des Seitenwegs 408 zugeordneten Neigungsdaten 420 zu erhalten. Die Kartendatenbank kann beispielsweise Höhen- oder Neigungsdaten entlang der Fahrbahn, auf der das Fahrzeug fährt, an Positionen beinhalten, die den Koordinatenpositionen entsprechen. In weiteren Ausführungsformen beinhaltet die Kartendatenbank Höhen- oder Neigungsdaten mit geringerer Auflösung entlang der Fahrbahn, auf der das Fahrzeug an relativ wenigen Orten fährt, die wiederum interpoliert oder extrapoliert werden, um Höhen- und Neigungsdaten für die Koordinatenpositionen entlang des Seitenwegs 408 zu erhalten. In anderen Ausführungsformen kann die Kartendatenbank vermessene Höhendaten für eine von der Fahrbahn unabhängige geographische Region beinhalten, die wiederum interpoliert oder extrapoliert wird, um geschätzte Höhendaten entlang des Seitenwegs 408 zu erhalten, aus denen die Fahrbahnneigung berechnet oder anderweitig ermittelt werden kann.
Nachdem das Neigungseinstellmodul 450 die Fahrbahnneigung an den Koordinatenpositionen entlang des Seitenwegs ermittelt hat, berechnet oder ermittelt das Neigungseinstellmodul 450 die Fahrzeuglängsbeschränkungen an den Koordinatenpositionen, die die mit diesen Koordinatenpositionen verbundene Fahrbahnneigung berücksichtigen. So kann beispielsweise das Neigungseinstellmodul 450 für jede Koordinatenposition eine oder mehrere Geschwindigkeitsgrenzen berechnen oder anderweitig ermitteln, die die Auswirkung der Fahrbahnneigung auf die Abtastfähigkeiten an dieser Position, eine Geschwindigkeitsgrenze, die die vertikalen Beschleunigungsbegrenzungen oder den Fahrgastkomfort an dieser Position berücksichtigt, und/oder neigungsangepasste Beschleunigungsbegrenzungen, die die Schwerekräfte an dieser Position berücksichtigen. Danach kann das Neigungseinstellmodul 450 die neigungsangepassten Geschwindigkeits- und Beschleunigungsbeschränkungen aus dem räumlichen Bereich in den Zeitbereich korrelieren oder anderweitig umwandeln, indem es die Korrelation zwischen räumlichen Positionen aus dem geplanten Seitenweg 408 und zukünftigen Zeitpunkten basierend auf der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder der zuvor geplanten zukünftigen Fahrzeuggeschwindigkeit, wie vorstehend beschrieben, verwendet.
Wie vorstehend und nachfolgend näher beschrieben, ermittelt das Längslösungsmodul 402 eine Lösung 406 zum Befahren des geplanten Seitenwegs 408 innerhalb eines Längsvorhersagehorizonts, die den Längsbeschränkungen 416, 418 durch Optimierung einer Kostengröße (oder einer Kombination daraus) durch Variation der Längsposition, Fahrzeuggeschwindigkeit und Fahrzeugbeschleunigung zu verschiedenen Zeitpunkten entspricht. Wie vorstehend beschrieben, kann das Längslösungsmodul 402 beispielsweise versuchen, die Fahrzeit zu minimieren, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren oder eine optimale Kombination aus Fahrzeit, Kraftstoffverbrauch, Hindernisabstand und möglicherweise anderen Variablen zu erreichen, und die Kostenvariable (oder eine Kombination daraus), die durch das Längslösungsmodul 402 optimiert werden soll, kann die gleiche oder eine andere sein als die Kostenvariable(n), die durch das Querlösungsmodul 404 optimiert wird. An Stellen innerhalb des Längsvorhersagehorizonts, an denen die neigungsabhängigen Beschränkungen 418 die Fahrzeuggeschwindigkeit begrenzen oder die Fahrzeugbeschleunigungsfähigkeiten beeinflussen, begrenzt oder passt das Längslösungsmodul 402 die Fahrzeuggeschwindigkeit oder -beschleunigung an dieser Stelle innerhalb des Längsplans 406 entsprechend an, wodurch ein Längsverfahrplan 406 entsteht, der die Fahrbahnneigung entlang des seitlichen Wegs 408 berücksichtigt.
In einer oder mehreren Ausführungsformen führt das Bewegungsplanungsmodul 400 eine oder mehrere Iterationen durch, bis eine gewünschte Konvergenz zwischen dem Seitenverfahrplan 408 und dem Längsverfahrplan 406 eintritt. Nachdem zum Beispiel das Längslösungsmodul 402 einen ersten Längsverfahrplan 406 basierend auf dem ersten Längsverfahrplan 408 basierend auf der aktuellen Fahrzeugposition 410 und/oder einem vorhergehenden Geschwindigkeitsplan ermittelt hat, kann der erste Längsverfahrplan 406 an das Längslösungsmodul 404 zurückgegeben werden, um unter Verwendung des ersten Längsverfahrplans 406 anstelle der aktuellen Fahrzeugposition 410 und/oder des vorhergehenden Geschwindigkeitsplans einen aktualisierten Längsverfahrplan 408 zu ermitteln. Somit kann der aktualisierte Seitenverfahrplan 408 basierend auf dem Längsverfahrplan 406 neu optimiert werden. Anschließend kann das Längslösungsmodul 402 einen aktualisierten Längsverfahrplan 406 basierend auf dem aktualisierten Längsverfahrplan 408 und so weiter ermitteln, bis die Pläne 406, 408 konvergieren.
Der resultierende Längsverfahrplan 406 des Bewegungsplanungsmoduls 400 beinhaltet eine Abfolge von geplanten Längspositionen, Geschwindigkeiten und Beschleunigungen für den Betrieb des Fahrzeugs innerhalb des Längsvorhersagehorizonts (z. B. die nächsten 12 Sekunden), während der resultierende Seitenverfahrplan 408 des Bewegungsplanungsmoduls 400 eine Abfolge von geplanten Koordinatenpositionen, Überschriften und Krümmungen zum Lenken des Fahrzeugs innerhalb des Prognosehorizonts während des Betriebs gemäß dem Längsverfahrplan 406 beinhaltet. Die Längs- und Lateralplanausgaben 406, 408 können einem untergeordneten Steuermodul zur Verfügung gestellt werden, das Fahrzeuglokalisierungsinformationen und eigene Steuerschemata verwendet, um Steuerausgaben zu erzeugen, welche die Fahrzeuglokalisierungsinformationen zu den Längs- und Seitenplänen 406, 408 durch Variation von Drossel- und Lenkbefehlen, die den Stellgliedern 30 zur Verfügung gestellt werden, regulieren, wodurch Geschwindigkeit, Beschleunigung und Lenkung des Fahrzeugs 10 variiert werden, um die Längs- und Seitenpläne 406, 408 nachzuahmen oder anderweitig zu beeinflussen.
Unter Bezugnahme auf 5 und mit weiterem Bezug auf die 1-4 veranschaulicht ein Datenflussdiagramm verschiedene Ausführungsformen eines neigungskompensierten Steuerungsprozesses 500, der in eine Steuerung 34 im Fahrsteuerungssystem 100 von 1 eingebettet werden kann, die das ADS 70 und das Bewegungsplanungsmodul 400 von 4 gemäß der vorliegenden Offenbarung unterstützt. Wie aus der Offenbarung ersichtlich, ist die Abfolge der Vorgänge innerhalb der Verfahren nicht, wie in 5 veranschaulicht, auf die sequenzielle Abarbeitung beschränkt, sondern kann, soweit zutreffend, in einer oder mehreren unterschiedlichen Reihenfolgen gemäß der vorliegenden Offenbarung ausgeführt werden. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Steuerungsprozess 500 basierend auf einem oder mehreren vordefinierten Ereignissen und/oder kontinuierlich während des Betriebs des Fahrzeugs 10 ausgeführt werden.
Der veranschaulichte Steuerungsprozess 500 initialisiert oder beginnt anderweitig mit dem Abrufen oder anderweitigen Erhalten von Fahrbahnneigungsdaten für einen Streckenabschnitt innerhalb eines Längsvorhersagehorizonts bei 502. Wie beschrieben, verwendet das Neigungseinstellmodul 450 beispielsweise die geplanten Koordinaten aus dem Seitenverfahrplan 408, um Daten zur Höhe oder Neigung der Strecke entlang dieser geplanten Koordinaten aus einer Kartendatenbank abzufragen oder anderweitig zu empfangen, die entweder im Fahrzeug (z. B. Onboard-Speicher 32) oder entfernt (z. B. Entität 48) sein können. In diesem Zusammenhang können in einigen Ausführungsformen die Neigungswinkel der Fahrbahn vermessen und die entsprechenden Neigungswinkeldaten in Verbindung mit den Fahrbahnkoordinaten in der Kartendatenbank gespeichert oder anderweitig verwaltet werden. In anderen Ausführungsformen kann die Kartendatenbank Höhendaten speichern, die wiederum vom Neigungseinstellmodul 450 verwendet werden, um aus den Beziehungen zwischen den Höhendaten und den geplanten Seitenwegkoordinaten entsprechende Neigungswinkel der Fahrbahn zu berechnen oder anderweitig zu ermitteln. So können zum Beispiel Höhendaten interpoliert werden, um Höhen an den geplanten Seitenwegkoordinaten zu schätzen, die wiederum zum Berechnen der Fahrbahnneigung an jeder der Seitenwegkoordinaten verwendet werden können (z. B. basierend auf den Höhenänderungen an einer bestimmten Seitenwegkoordinate relativ zu vorhergehenden oder nachfolgenden Seitenwegkoordinaten).
Nach dem Erhalt der Neigungsdaten für die geplante Strecke wird der Steuerungsprozess 500 durch Berechnen oder anderweitiges Ermitteln von Anfangswerten für die neigungskompensierten Längsbegrenzungen entlang der geplanten Strecke unter Verwendung der Neigungsdaten fortgesetzt. In diesem Zusammenhang berechnet oder ermittelt der Steuerungsprozess 500 für jede Koordinatenposition eine oder mehrere Sensorbeschränkungen bei 504 basierend auf dem Abstand an dieser Koordinatenposition und den Fähigkeiten des fahrzeugseitigen Sensors. Darüber hinaus berechnet oder ermittelt der Steuerungsprozess 500 für jede Koordinatenposition eine oder mehrere vertikale Beschleunigungsbeschränkungen bei 506 und eine oder mehrere Schwerkraftbeschränkungen bei 508, basierend auf der Steigung an dieser Koordinatenposition.
Wie vorstehend beschrieben, verwendet das Neigungseinstellmodul 450 für eine gegebene geplante Koordinatenposition (x, y) die dieser Position zugeordnete Fahrbahnneigung und die vertikale Strahlbreite, die Reichweite, das Sichtfeld und/oder andere Leistungsmerkmale, die dem/den fahrzeugseitigen Sensor(en) 28 zugrunde liegen, um eine Geschwindigkeitsgrenze und/oder Beschleunigungsbegrenzung basierend auf der geschätzten Entfernung vor dem Fahrzeug 10 zu ermitteln, die der Längsausdehnung der Reichweite des (der) fahrzeugseitigen Sensor(en) 28 entlang der geplanten Strecke entspricht. Die sich daraus ergebenden Geschwindigkeits- und/oder Beschleunigungsbegrenzungen für eine jeweilige Koordinatenposition werden dem Längslösungsmodul 402 als Randbedingung zur Verfügung gestellt, die dem Längsverfahrplan zu einem Zeitpunkt, welcher der jeweiligen Koordinatenposition entspricht, auferlegt wird.
Darüber hinaus verwendet das Neigungseinstellmodul 450 für jede geplante Koordinatenposition (x, y) die dieser Position zugeordnete Fahrbahnneigung und eine vertikale Beschleunigungsbegrenzung, wobei das Neigungseinstellmodul 450 eine Geschwindigkeitsgrenze berechnet oder anderweitig bestimmt, welche die Vertikalbeschleunigung des Fahrzeugs 10 senkrecht zur Fahrbahnoberfläche kleiner oder gleich der Vertikalbeschleunigungsbegrenzung, wie vorstehend beschrieben, aufrechterhält. Abhängig von der Ausführungsform kann die vertikale Beschleunigungsbegrenzung basierend auf dem Fahrgastkomfort, der Sicherheit, den physikalischen Eigenschaften des Fahrzeugs (z. B. Fahrzeughöhe, Gewicht, Radstand oder dergleichen) oder einem anderen Faktor gewählt werden. In einigen Ausführungsformen kann die vertikale Beschleunigungsbegrenzung durch einen Fahrzeuginsassen oder einen anderen Benutzer konfiguriert werden. Die sich daraus ergebenden Geschwindigkeitsgrenze für eine jeweilige Koordinatenposition kann ebenfalls dem Längslösungsmodul 402 als Randbedingung zur Verfügung gestellt werden, die dem Längsverfahrplan zu einem Zeitpunkt, welcher der jeweiligen Koordinatenposition entspricht, auferlegt wird. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, dass das Neigungseinstellmodul 450 in manchen Ausführungsformen nur die Begrenzung der vertikalen Beschleunigungsgeschwindigkeit und der Sensorgeschwindigkeit für das Längslösungsmodul 402 eingeben oder anderweitig bereitstellen kann.
In exemplarischen Ausführungsformen, wie vorstehend beschrieben, nutzt das Neigungseinstellmodul 450 für jede geplante Koordinatenposition (x, y) die dieser Position zugeordnete Fahrbahnneigung, um den Bereich der erreichbaren Fahrzeugbeschleunigungen einzustellen, die vom Längslösungsmodul 402 an dieser Koordinatenposition verwendet werden können. Wenn die Neigung beispielsweise einer Steigung entspricht, verschiebt das Neigungseinstellmodul 450 den Bereich der erreichbaren Beschleunigungen des Fahrzeugs 10 durch Verringern der Größe der maximalen Vorwärtsbeschleunigung und Erhöhen der Größe der maximalen Verzögerung basierend auf der Schwerkraftbeschleunigungskomponente an dieser Position. Umgekehrt, wenn die Neigung einer Verminderung entspricht, verschiebt das Neigungseinstellmodul 450 den Bereich der erreichbaren Beschleunigungen des Fahrzeugs 10 durch Erhöhen der Größe der maximalen Vorwärtsbeschleunigung und Vermindern der Größe der maximalen Verzögerung. Die sich daraus ergebenden Beschleunigungsbegrenzungen bei einer jeweiligen Koordinatenposition kann ebenfalls dem Längslösungsmodul 402 als Randbedingung zur Verfügung gestellt werden, die dem Längsverfahrplan zu einem Zeitpunkt, welcher der jeweiligen Koordinatenposition entspricht, auferlegt wird.
Nachdem die neigungskompensierten Längsbegrenzungen entlang der geplanten Strecke ermittelt wurden, wird der Steuerungsprozess 500 durch Berechnen oder anderweitiges Ermitteln eines Längsverfahrplans unter Verwendung der neigungskompensierten Längsbegrenzungen bei 510 fortgesetzt. In diesem Zusammenhang werden, wie vorstehend beschrieben, die neigungskompensierten Längsbegrenzungen 418 aus dem räumlichen Bereich in einen Zeitbereich unter Verwendung von Fahrzeuggeschwindigkeitsinformationen umgewandelt und dann dem Längsverfahrplan an den entsprechenden Zeitpunkten zugewiesen. So kann beispielsweise die geplante Fahrstrecke abhängig von der Zeit unter Verwendung eines zeitlich diskreten vorherigen Geschwindigkeitsplans ermittelt werden. Anschließend kann für jede Zeiteinheit die Koordinatenposition(en), die diesem Abstand von der aktuellen Fahrzeugposition entspricht/entsprechen, verwendet werden, um die zu diesem Zeitpunkt auferlegten neigungskompensierten Längsbegrenzungen zu ermitteln. In diesem Zusammenhang können in einigen Fällen, in denen keine direkte Eins-zu-Eins-Korrelation zwischen geplanten räumlichen Koordinaten und Zeitpunkten, für die ein Längsplan gelöst wird, besteht, neigungskompensierte Längsbegrenzungen von zwei oder mehr Koordinatenpositionen interpoliert, gemittelt oder anderweitig kombiniert werden, um eine entsprechende neigungskompensierte Längsbegrenzung zu einem bestimmten Zeitpunkt zu erhalten.
Wie vorstehend beschrieben, werden die neigungskompensierten Längsbegrenzungen 418 durch das Längslösungsmodul 402 zu den entsprechenden Zeitpunkten vorgegeben, um die optimale Lösung zu diesem Zeitpunkt zu begrenzen. In exemplarischen Ausführungsformen ist die resultierende geplante Fahrzeuggeschwindigkeit zu einem bestimmten Zeitpunkt kleiner als die vertikale Beschleunigungsgeschwindigkeitsgrenze und die Sensorgeschwindigkeitsgrenze entsprechend den geplanten seitlichen räumlichen Koordinaten, wobei das Fahrzeug zu diesem bestimmten Zeitpunkt erwartet wird, und die resultierende geplante Fahrzeugbeschleunigung zu diesem bestimmten Zeitpunkt innerhalb des neigungskompensierten erreichbaren Beschleunigungsbereichs liegt. Der resultierende Längsverfahrplan 406, der den neigungskompensierten Randbedingungen entspricht, kann dann vom Bewegungsplanungsmodul 400 ausgegeben und/oder dem Seitenlösungsmodul 404 zum Aktualisieren des Seitenverfahrplans 408 zur Verfügung gestellt werden, der wiederum zum Aktualisieren des Längsverfahrplans 406, wie vorstehend beschrieben, verwendet werden kann. Folglich wiederholt sich der Steuerungsprozess 500 in einer oder mehreren Ausführungsformen durch Abrufen oder anderweitiges Erhalten aktualisierter Fahrbahnneigungsdaten innerhalb des Längsvorhersagehorizonts für den aktualisierten Seitenverfahrplan 408 bei 502, Ermitteln aktualisierter neigungskompensierter Längsbeschränkungen 418 unter Verwendung der aktualisierten Fahrbahnneigungsdaten bei 504, 506 und 508, und anschließendes Berechnen oder anderweitiges Ermitteln eines aktualisierten Längsverfahrplans 406 unter Verwendung der aktualisierten neigungskompensierten Längsbeschränkung 418 bei 510. In diesem Zusammenhang kann der vorhergehende Längsverfahrplan 406 zum Ermitteln der geplanten Fahrstrecke als Funktion der Zeit herangezogen werden, um die aktualisierten neigungskompensierten Längsbegrenzungen 418 in ähnlicher Weise wie vorstehend beschrieben in entsprechende Zeitinstanzen zu übersetzen. Sobald die gewünschte Menge an Konvergenz mit den Fahrplänen 406, 408 erreicht ist, werden, wie vorstehend beschrieben, die Steuerprozess-500-Ausgänge und die Längs- und Seitenverfahrpläne 406, 408 an untergeordnete Steuermodule zum Betreiben der Fahrzeugstellglieder 30 bereitgestellt.
Wie vorstehend beschrieben, kann der Steuerungsprozess 500 in einer oder mehreren Ausführungsformen auch für einen Streckenabschnitt innerhalb eines Längsvorhersagehorizonts bei 502 unter Verwendung eines oder mehrerer fahrzeugseitiger Abtastvorrichtungen die Neigungsdaten abrufen oder anderweitig erhalten. In diesem Zusammenhang, wenn die Auflösung der Kartendatenbank keine ausreichenden Neigungsdaten für verschiedene Positionen innerhalb des Längsvorhersagehorizonts liefert, können ein oder mehrere fahrzeugseitigen Sensoren verwendet werden, um die Neigungsdaten für diese Positionen innerhalb des Längsvorhersagehorizonts zu berechnen oder anderweitig zu ermitteln. So können beispielsweise Neigungsdaten, die unter Verwendung von fahrzeugseitigen Sensoren abgeleitet wurden, verwendet werden, um Lücken in den aus der Kartendatenbank abgeleiteten Neigungsdaten zu schließen (z. B. durch Substitution von Neigungsdaten aus Sensoren an Positionen ohne kartenbasierte Neigungsdaten) oder durch die Verwendung von fahrzeugseitigen Sensoren für verschiedene Positionen vor dem Fahrzeug entlang der Strecke, wobei die Daten mit den aus der Kartendatenbank abgeleiteten Neigungsdaten fusioniert oder gemischt werden können (z. B. durch Interpolation von Neigungsdatenpunkten, um Lücken innerhalb des Längsvorhersagehorizonts zu füllen).
In einer Ausführungsform kann der Steuerungsprozess 500 die relativen Qualitäten der Neigungsdaten aus den verschiedenen Quellen analysieren und auswählen oder anderweitig ermitteln welche Quelle von Neigungsdaten verwendet werden soll oder wie die Neigungsdaten aus verschiedenen Quellen verwendet werden sollen. So analysiert der Steuerungsprozess 500 beispielsweise die kartenbasierten Neigungsdaten in einer Ausführungsform innerhalb des Längsvorhersagehorizonts, um zu ermitteln, ob die Neigungsdaten ein oder mehrere Kriterien erfüllen, wie beispielsweise ein Auflösungskriterium (z. B., einen Schwellenwert für die Auflösung) oder eine andere Genauigkeitsmetrik, ein zeitliches Kriterium (z. B. wurden kartenbasierte Neigungsdaten innerhalb eines Schwellenzeitraums vor der aktuellen Zeit erhalten) und/oder dergleichen, um sicherzustellen, dass die kartenbasierten Neigungsdaten ausreichend zuverlässig sind. Wenn die kartenbasierten Neigungsdaten ein oder mehrere Qualitätskriterien nicht erfüllen, analysiert der Steuerungsprozess 500 die von den fahrzeugseitigen Sensoren oder anderen fahrzeugseitigen Quellen abgeleiteten Neigungsdaten, um zu ermitteln, welche Quelle anstelle oder zusätzlich zu den kartenbasierten Neigungsdaten verwendet werden soll. So kann beispielsweise der Steuerungsprozess 500 die sensorbasierten Neigungsdaten mit den besten Werten für die anwendbaren Qualitätskriterien zur Verwendung als Neigungsdatenquelle für den Längsvorhersagehorizont identifizieren oder anderweitig auswählen. Anschließend kann der Steuerungsprozess 500 die sensorbasierten Neigungsdaten beim Ermitteln der neigungskompensierten Randbedingungen verwenden. Auch hier werden, abhängig von der Ausführungsform, die sensorbasierten Neigungsdaten fusioniert, gemischt oder anderweitig mit den kartenbasierten Neigungsdaten kombiniert (z. B. durch Verwenden der kartenbasierten Daten zum Füllen von Lücken oder blinden Flecken in den sensorbasierten Neigungsdaten), um Neigungsdaten mit der gewünschten Auflösung, Pünktlichkeit und Qualität innerhalb des Längsvorhersagehorizonts zu erreichen, und der hierin beschriebene Gegenstand soll sich nicht auf eine bestimmte Art und Weise auf das Einbeziehen oder Verwenden von sensorbasierten Neigungsdaten zum Erweitern von kartenbasierten Neigungsdaten beschränken.
Es ist zu beachten, dass der hierin beschriebene Gegenstand einen autonomen Fahrzeugbetrieb ermöglicht, der einem manuell betriebenen Fahrzeug, das unter Verwendung von Kartierungsdaten die Fahrbahnneigung berücksichtigt, nachempfunden ist. In diesem Zusammenhang können die geplanten Fahrzeuggeschwindigkeiten an Positionen mit unterschiedlicher Neigung begrenzt werden, um die von den Fahrzeuginsassen empfundene vertikale Beschleunigung zu begrenzen, die Wahrscheinlichkeit zu verringern, dass das Fahrzeug die Bodenhaftung verliert oder übermäßigen körperlichen Belastungen ausgesetzt werden und dergleichen. Darüber hinaus kann die geplante Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder -beschleunigung eingeschränkt werden, um die Wahrscheinlichkeit einer übertriebenen Reaktion (z. B. übermäßige Verzögerung oder Änderung des Lenkwinkels) auf Objekte oder Hindernisse zu verringern, die später als Reaktion auf künftige Änderungen der Fahrbahnneigung erkannt werden und dadurch die normale Abtastfähigkeit wiederherstellen können, wenn die Fahrbahnneigung beeinträchtigt ist oder tatsächlich blinde Flecken entlang der Fahrbahn vor dem Fahrzeug aufweist. Darüber hinaus können Schwerkraftkräfte und deren Auswirkungen auf das Beschleunigungsvermögen oder den Anhalteweg des Fahrzeugs berücksichtigt werden, um die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, dass die daraus resultierenden Verfahrpläne durch das Fahrzeug physisch realisierbar sind.
Während mindestens eine exemplarische Ausführungsform in der vorstehenden ausführlichen Beschreibung dargestellt wurde, ist zu beachten, dass es eine große Anzahl an Varianten gibt. Es versteht sich weiterhin, dass die exemplarische Ausführungsform oder die exemplarischen Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration dieser Offenbarung in keiner Weise einschränken sollen. Die vorstehende ausführliche Beschreibung stellt Fachleuten auf dem Gebiet vielmehr einen zweckmäßigen Plan zur Implementierung der exemplarischen Ausführungsform bzw. der exemplarischen Ausführungsformen zur Verfügung. Es versteht sich, dass verschiedene Veränderungen an der Funktion und der Anordnung von Elementen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung, wie er in den beigefügten Ansprüchen und deren rechtlichen Entsprechungen aufgeführt ist, abzuweichen.

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeugs, das Verfahren umfassend: das Ermitteln eines Lateralplans für den Betrieb des Fahrzeugs entlang einer Strecke durch eine im Fahrzeug befindliche Steuerung; das Erhalten von Neigungsdaten, die sich auf den Lateralplan beziehen, durch die Steuerung; und das Ermitteln eines Längsplans durch die Steuerung für den Betrieb des Fahrzeugs entlang der Strecke basierend auf den Neigungsdaten und dem Lateralplan, worin die Neigungsdaten eine geplante Geschwindigkeit der Längsbewegung des Fahrzeugs an einem oder mehreren Punkten entlang des Lateralplans beeinflussen.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Ermitteln des Längsplans das Ermitteln einer Geschwindigkeitsgrenze an einem ersten Punkt des einen oder der mehreren Punkte basierend zumindest teilweise auf einer Teilmenge der dem ersten Punkt entsprechenden Neigungsdaten umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, worin das Ermitteln der Geschwindigkeitsgrenze Folgendes umfasst: das Berechnen einer Ableitung der Fahrbahnneigung am ersten Punkt basierend auf der Teilmenge der Neigungsdaten; und das Berechnen der Geschwindigkeitsgrenze basierend auf einer Beziehung zwischen der Ableitung der Fahrbahnneigung und einer vertikalen Beschleunigungsschwelle.
Verfahren nach Anspruch 2, worin das Ermitteln der Geschwindigkeitsgrenze das Ermitteln der Geschwindigkeitsgrenze zumindest teilweise basierend auf der Teilmenge der Neigungsdaten und einem oder mehreren Leistungsmerkmalen, die mit einer Abtastvorrichtung im Fahrzeug verbunden sind, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, worin das Ermitteln der Geschwindigkeitsgrenze Folgendes umfasst: das Berechnen einer effektiven Reichweite der Abtastvorrichtung basierend auf einem oder mehreren Leistungsmerkmalen und der Teilmenge der Neigungsdaten; und das Ermitteln der Geschwindigkeitsgrenze basierend auf dem effektiven Bereich.
Verfahren nach Anspruch 5, worin das Berechnen des effektiven Erfassungsbereichs der Abtastvorrichtung das Ermitteln eines Abstands der Strecke vor dem Fahrzeug an dem ersten Punkt, der von der Abtastvorrichtung basierend auf dem einen oder den mehreren Leistungsmerkmalen und der Teilmenge der Neigungsdaten wahrnehmbar ist; und das Ermitteln der Geschwindigkeitsgrenze basierend auf der Entfernung.
Verfahren nach Anspruch 2, worin eine geplante Geschwindigkeit des Längsplans zu einem zukünftigen Zeitpunkt, der dem ersten Punkt entspricht, kleiner oder gleich der Geschwindigkeitsgrenze ist.
Autonomes Fahrzeug, umfassend: mindestens einen Sensor, der Sensordaten bereitstellt; eines oder mehrere fahrzeugseitige Stellglieder; und eine Steuerung, die durch einen Prozessor basierend auf den Sensordaten eine aktuelle Fahrzeugposition identifiziert, Objektvorhersagedaten für ein Objekt zumindest teilweise basierend auf den Sensordaten ermittelt, einen Lateralplan für den Betrieb des Fahrzeugs entlang einer Route zumindest teilweise basierend auf der aktuellen Fahrzeugposition und den Objektvorhersagedaten ermittelt, einen Lateralplan zum Betreiben des Fahrzeugs entlang einer Strecke basierend auf mindestens einen Teil des Lateralplans, und autonomes Betätigen eines oder mehrerer Stellglieder im Fahrzeug gemäß dem Lateralplan, worin die Neigungsdaten eine geplante Geschwindigkeit der Fahrzeugbewegung an einem oder mehreren zukünftigen Punkten entlang des Lateralplans beeinflussen.
Fahrzeug nach Anspruch 8, worin: die geplante Geschwindigkeit der Fahrzeugbewegung an einem ersten Punkt des einen oder der mehreren Punkte eine Geschwindigkeitsgrenze an dem ersten Punkt erfüllt; und die Geschwindigkeitsgrenze zumindest teilweise basierend auf einer Teilmenge der dem ersten Punkt entsprechenden Neigungsdaten ermittelt wird.
Fahrzeug nach Anspruch 8, worin: die geplante Geschwindigkeit der Fahrzeugbewegung an einem ersten Punkt des einen oder der mehreren Punkte eine Beschleunigungsgrenze an dem ersten Punkt erfüllt; und die Beschleunigungsgrenze zumindest teilweise basierend auf einer Teilmenge der Neigungsdaten entsprechend dem ersten Punkt und einer Schwerkraftbeschleunigungskomponente am ersten Punkt ermittelt wird.