DE102018129077A1

DE102018129077A1 - Systeme und verfahren zum einfahren in den verkehrsfluss von autonomen fahrzeugen

Info

Publication number: DE102018129077A1
Application number: DE102018129077.2A
Authority: DE
Inventors: Jeremy Allan; Eric LUJAN; Peter Gao; Siddhartho Bhattacharya; Wei Mou; Jonathan UESATO
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2017-11-22
Filing date: 2018-11-19
Publication date: 2019-05-23
Also published as: US20180095466A1; US10488861B2; CN109808701B; CN109808701A

Abstract

Systeme und Verfahren werden zum Steuern eines Fahrzeugs bereitgestellt. In einer Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zur Hindernisverwaltung das Empfangen von Sensordaten über eine oder mehrere Sensorvorrichtungen, die sich auf eine einem Fahrzeug zugeordnete Umgebung beziehen, wobei das Fahrzeug im Wesentlichen stillsteht und einen vorgesehenen Weg entsprechend dem Eintritt in einen Verkehrsfluss einer ersten Fahrspur aufweist. Das Verfahren beinhaltet das Bestimmen des Vorhandenseins eines Hindernisses, das zumindest teilweise eine Sicht auf die erste Fahrspur durch eine erste Abtastvorrichtung der einen oder mehreren Abtastvorrichtungen verdeckt, und das Positionieren des Fahrzeugs mit einem Prozessor in Bezug auf das Hindernis, um die Sicht auf die erste Fahrspur durch die erste Abtastvorrichtung zu verbessern, ohne die erste Fahrspur wesentlich zu behindern. Die erste Fahrspur wird dann über die erste Abtastvorrichtung überwacht, um zu bestimmen, wann der vorgesehene Weg frei ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf autonome Fahrzeuge und insbesondere auf Systeme und Verfahren zum Einfahren in den Verkehrsfluss von autonomen Fahrzeugen.
HINTERGRUND
Ein autonomes Fahrzeug ist ein Fahrzeug, das in der Lage ist, seine Umgebung zu erfassen und mit geringfügiger oder gar keiner Benutzereingabe zu navigieren. Dies geschieht durch den Einsatz von Sensoren, wie beispielsweise Radar, Lidar, Bildsensoren und dergleichen. Autonome Fahrzeuge nutzen weiterhin Informationen von globalen Positioniersystemen (GPS), Navigationssystemen, Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikationen, Fahrzeug-Infrastruktur-Technologien und/oder drahtgesteuerten Systemen, um das Fahrzeug zu navigieren.
Während in den letzten Jahren signifikante Fortschritte bei autonomen Fahrzeugen erzielt wurden, könnten diese Fahrzeuge in einer Reihe von Aspekten noch verbessert werden. So ist es beispielsweise nicht ungewöhnlich, dass ein autonomes Fahrzeug auf Hindernisse stößt, die das Sichtfeld verschiedener Abtastvorrichtungen bei der Überwachung des Gegenverkehrs bis zu einem gewissen Grad verdecken können. Dies betrifft insbesondere Szenarien, in denen das autonome Fahrzeug an einer Kreuzung steht, um beispielsweise in den Strom des Gegenverkehrs einzutreten, während es versucht, von einer Nebenstraße oder Gasse aus nach rechts in den Verkehr einzufädeln.
Dementsprechend ist es wünschenswert, Systeme und Verfahren zum Verwalten von Hindernissen vorzusehen, die es einem autonomen Fahrzeug ermöglichen, in den Verkehrsfluss einzutreten, wenn ein Hindernis das Sichtfeld einer oder mehrerer Abtastvorrichtungen, die vom autonomen Fahrzeug verwendet werden, behindert. 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
Es sind Systeme und Verfahren zur Steuerung eines ersten Fahrzeugs vorgesehen. In einer Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zur Hindernisverwaltung das Empfangen von Sensordaten über eine oder mehrere Abtastvorrichtungen, die sich auf eine einem Fahrzeug zugeordnete Umgebung beziehen, wobei das Fahrzeug im Wesentlichen stillsteht und einen vorgesehenen Weg entsprechend dem Einfahren in einen Verkehrsfluss einer ersten Fahrspur aufweist. Das Verfahren beinhaltet ferner das Bestimmen des Vorhandenseins eines Hindernisses in der Umgebung mit den Sensordaten, das zumindest teilweise eine Sicht auf die erste Fahrspur durch eine erste Abtastvorrichtung der einen oder mehreren Abtastvorrichtungen verdeckt; und das Positionieren des Fahrzeugs mit einem Prozessor in Bezug auf das Hindernis, um die Sicht auf die erste Fahrspur durch die erste Abtastvorrichtung zu verbessern, ohne die erste Fahrspur wesentlich zu behindern. Das Verfahren fährt dann mit dem Überwachen der ersten Fahrspur über die erste Abtastvorrichtung fort, um zu bestimmen, wann der vorgesehene Weg frei ist, und das Einfahren in den Verkehrsfluss der ersten Fahrspur, wenn bestimmt wird, dass der vorgesehene Weg frei ist.
In einer Ausführungsform ist die erste Abtastvorrichtung ein Radarsensor.
In einer Ausführungsform erfolgt das Positionieren des Fahrzeugs so lange, bis sich die Sicht auf die erste Fahrspur durch die erste Abtastvorrichtung um einen vorgegebenen Betrag verbessert hat.
In einer Ausführungsform beinhaltet das iterative Durchführen der Fahrzeugpositionierung das Bestimmen, ob ein weiteres Neupositionieren des Fahrzeugs die erste Spur wesentlich behindern würde; und wenn bestimmt wird, dass ein weiteres Neupositionieren die erste Fahrspur nicht wesentlich behindern würde, Vorwärtsbewegen des Fahrzeugs um einen vorbestimmten Betrag, um die Sicht auf die erste Fahrspur zu verbessern.
In einer Ausführungsform beinhaltet das Positionieren des Fahrzeugs das Ändern mindestens einer Stellung und einer Position des Fahrzeugs, sodass sich ein Teil des Fahrzeugs teilweise in die erste Fahrspur erstreckt.
In einer Ausführungsform beinhaltet das Überwachen der ersten Fahrspur über die erste Abtastvorrichtung das Verfolgen nur eines vorausfahrenden Fahrzeugs aus einer Vielzahl von entgegenkommenden Fahrzeugen innerhalb der ersten Fahrspur.
In einer Ausführungsform beinhaltet das Verfahren das Übertragen von Informationen in Bezug auf das Hindernis an einen vom Fahrzeug entfernten Server.
Ein System zum Steuern eines Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform beinhaltet ein Objekterkennungsmodul, ein Positioniermodul und ein Freigabemodul. Das Objekterkennungsmodul beinhaltet einen Prozessor, der konfiguriert ist, um: über eine oder mehrere Abtastvorrichtungen Sensordaten in Bezug auf eine einem Fahrzeug zugeordnete Umgebung zu empfangen, wobei das Fahrzeug im Wesentlichen stillsteht und einen vorgesehenen Weg aufweist, der dem Einfahren in einen Verkehrsfluss einer ersten Fahrspur entspricht; Bestimmen des Vorhandenseins eines Hindernisses aus den Sensordaten, das zumindest teilweise eine Sicht auf die erste Fahrspur durch eine erste Abtastvorrichtung der einen oder mehreren Abtastvorrichtungen verdeckt. Das Positioniermodul ist konfiguriert, um das Fahrzeug mit einem Prozessor in Bezug auf das Hindernis zu positionieren, um die Sicht auf die erste Fahrspur durch die erste Abtastvorrichtung zu verbessern, ohne die erste Fahrspur wesentlich zu behindern. Das Freigabemodul ist konfiguriert, um die erste Fahrspur über die erste Abtastvorrichtung zu überwachen, um zu bestimmen, wann der vorgesehene Weg frei ist, und das Einfahren in den Verkehrsfluss der ersten Fahrspur, wenn bestimmt wird, dass der vorgesehene Weg frei ist.
In einer Ausführungsform ist die erste Abtastvorrichtung ein Radarsensor.
In einer Ausführungsform positioniert das Positioniermodul des Fahrzeugs so lange, bis sich die Sicht auf die erste Fahrspur durch die erste Abtastvorrichtung um einen vorgegebenen Betrag verbessert hat. In einer Ausführungsform beinhaltet das iterative Durchführen der Fahrzeugpositionierung das Bestimmen, ob ein weiteres Neupositionieren des Fahrzeugs die erste Spur wesentlich behindern würde; und wenn bestimmt wird, dass ein weiteres Neupositionieren die erste Fahrspur nicht wesentlich behindern würde, Vorwärtsbewegen des Fahrzeugs um einen vorbestimmten Betrag, um die Sicht auf die erste Fahrspur zu verbessern.
In einer Ausführungsform beinhaltet das Positionieren des Fahrzeugs das Ändern mindestens einer Stellung und einer Position des Fahrzeugs, sodass sich ein Teil des Fahrzeugs teilweise in die erste Fahrspur erstreckt.
In einer Ausführungsform überwacht das Freigabemodul die erste Fahrspur über die erste Abtastvorrichtung und verfolgt nur ein vorausfahrenden Fahrzeug einer Vielzahl von entgegenkommenden Fahrzeugen innerhalb der ersten Fahrspur.
In einer Ausführungsform überträgt das Freigabemodul ferner Informationen in Bezug auf das Hindernis an einen vom Fahrzeug entfernten Server.
Ein autonomes Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform beinhaltet eine Vielzahl von Abtastvorrichtungen, die Sensordaten bereitstellen, und eine Steuerung, die einen Prozessor beinhaltet, der basierend auf den Sensordaten: über eine oder mehrere Abtastvorrichtungen Sensordaten in Bezug auf eine einem Fahrzeug zugeordnete Umgebung empfängt, wobei das Fahrzeug im Wesentlichen stillsteht und einen vorgesehenen Weg aufweist, der dem Einfahren in einen Verkehrsfluss einer ersten Fahrspur entspricht; Bestimmen des Vorhandenseins eines Hindernisses aus den Sensordaten, das zumindest teilweise eine Sicht auf die erste Fahrspur durch eine erste Abtastvorrichtung der einen oder mehreren Abtastvorrichtungen verdeckt. Die Steuerung positioniert ferner das Fahrzeug in Bezug auf das Hindernis mit einem Prozessor, um die Sicht auf die erste Fahrspur durch die erste Abtastvorrichtung zu verbessern, ohne die erste Fahrspur wesentlich zu behindern; überwacht die erste Fahrspur über die erste Abtastvorrichtung, um zu bestimmen, wann der vorgesehene Weg frei ist; und fährt in den Verkehrsfluss der ersten Fahrspur ein, wenn bestimmt wird, dass der vorgesehene Weg frei ist.
In einer Ausführungsform ist die erste Abtastvorrichtung ein Radarsensor.
In einer Ausführungsform positioniert die Steuerung das Fahrzeug so lange, bis sich die Sicht auf die erste Fahrspur durch die erste Abtastvorrichtung um einen vorgegebenen Betrag verbessert hat.
In einer Ausführungsform ändert die Steuerung mindestens eine von einer Stellung und einer Position des Fahrzeugs, sodass sich ein Teil des Fahrzeugs teilweise in die erste Fahrspur erstreckt.
In einer Ausführungsform überwacht das Freigabemodul die erste Fahrspur über die erste Abtastvorrichtung, wobei nur ein vorausfahrendes Fahrzeug einer Vielzahl von entgegenkommenden Fahrzeugen innerhalb der ersten Fahrspur verfolgt wird.
In einer Ausführungsform überträgt das Freigabemodul ferner Informationen in Bezug auf das Hindernis an einen vom Fahrzeug entfernten Server.
Figurenliste
Die exemplarischen Ausführungsformen werden nachfolgend in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen beschrieben, worin gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, und worin gilt:

1 ist ein Funktionsblockdiagramm, das ein autonomes Fahrzeug mit einem Hindernismanagementsystem gemäß verschiedenen Ausführungsformen veranschaulicht;
2 ist ein Funktionsblockdiagramm, das ein Transportsystem mit einem oder mehreren autonomen Fahrzeugen aus 1 gemäß verschiedenen Ausführungsformen veranschaulicht;
3 ist ein Funktionsblockdiagramm, das ein autonomes Antriebssystem (ADS) in Verbindung mit einem autonomen Fahrzeug gemäß verschiedenen Ausführungsformen veranschaulicht;
Die 4-6 sind aufeinanderfolgende Draufsichten eines exemplarischen autonomen Fahrzeugs, das gemäß verschiedenen Ausführungsformen in den Verkehrsfluss einfährt; sie sind von oben nach unten zu betrachten;
7 ist ein Datenflussdiagramm, das ein Hindernismanagementsystem eines autonomen Fahrzeugs gemäß verschiedenen Ausführungsformen veranschaulicht;
8 ist ein Flussdiagramm, das ein Steuerverfahren zum Steuern des autonomen Fahrzeugs gemäß verschiedenen Ausführungen veranschaulicht; und
9 ist ein Flussdiagramm, das iterativ ein Steuerverfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen veranschaulicht.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende ausführliche Beschreibung dient lediglich als Beispiel und soll die Anwendung und Verwendung in keiner Weise einschränken. Weiterhin besteht keine Absicht, im vorstehenden technischen Bereich, Hintergrund, der Kurzzusammenfassung oder der folgenden detaillierten 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, Verarbeitungslogik und/oder Prozessorgeräte, einzeln oder in allen Kombinationen, unter anderem beinhaltend, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppenprozessor) und einen Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten ausführt, welche 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 können konventionelle Techniken in Verbindung mit der Signalverarbeitung, Datenübertragung, Signalgebung, Steuerung, Maschinenlernmodelle, Radar, Lidar, Bildanalyse und weiteren funktionalen Aspekten der Systeme (und den einzelnen Bedienkomponenten der Systeme) hierin nicht im Detail beschrieben werden. 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.
Unter Bezugnahme auf 1 ist ein bei 100 allgemein dargestelltes Hindernismanagementsystem mit einem Fahrzeug 10 gemäß verschiedenen Ausführungsformen assoziiert. Im Allgemeinen ermöglicht das Hindernismanagementsystem (oder einfach „System“) 100 das Positionieren des Fahrzeugs 10, um die Okkludationswirkung eines Hindernisses zu reduzieren, ohne den Verkehrsfluss in einer Fahrspur wesentlich zu behindern, und dann die Fahrspur und den Gegenverkehr (z. B. über Radar, Lidar usw.) zu überwachen, um zu bestimmen, wann ein vorgesehener Weg frei ist. Somit implementiert das System 100 ein System, das hierin als „Schauen und Freigeben“ bezeichnet werden könnte, das effektiv hinter sichtbehindernden Hindernissen „hervorschaut“ und den Weg zum Vollenden des gewünschten Manövers „frei“ macht.
Wie in 1 dargestellt, beinhaltet das Fahrzeug 10 im Allgemeinen ein Fahrgestell 12, eine Karosserie 14, Vorderräder 16 und Hinterräder 18. Die Karosserie 14 ist auf dem Fahrgestell 12 angeordnet und umhüllt im Wesentlichen die anderen Komponenten des Fahrzeugs 10. Die Karosserie 14 und das Fahrgestell 12 können gemeinsam einen Rahmen bilden. Die Räder 16-18 sind jeweils mit dem Fahrgestell 12 in der Nähe einer jeweiligen Ecke der Karosserie 14 drehbar verbunden.
In verschiedenen Ausführungsformen ist das Fahrzeug 10 ein autonomes Fahrzeug und das Hindernismanagementsystem 100 ist in das autonome Fahrzeug 10 (nachfolgend als das autonomes 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 entspricht das autonome Fahrzeug 10 einem Automatisierungssystem des Levels vier oder Levels fünf gemäß der Standardtaxonomie automatisierter Fahrlevels der Society of Automotive Engineers (SAE) „J3016“. Mit dieser Terminologie bezeichnet ein Level-Vier-System eine „hohe Automatisierung“ unter Bezugnahme auf einen Fahrmodus, bei dem das automatisierte Fahrsystem alle Aspekte der dynamischen Fahraufgabe übernimmt, selbst wenn ein menschlicher Fahrer nicht angemessen auf eine Aufforderung zum Eingreifen reagiert. Ein Level-Fünf-System hingegen zeigt eine „Vollautomatisierung“ und bezeichnet einen Fahrmodus, bei dem das automatisierte Fahrsystem alle Aspekte der dynamischen Fahraufgabe unter allen Fahrbahn- und Umweltbedingungen erfüllt, die ein menschlicher Fahrer bewältigen kann. Es versteht sich, dass die Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Thematik nicht auf eine bestimmte Taxonomie oder Rubrik der Automatisierungskategorien beschränkt sind. Darüber hinaus können Systeme gemäß der vorliegenden Ausführungsform in Verbindung mit jedem Fahrzeug verwendet werden, in dem der vorliegende Gegenstand umgesetzt werden kann, unabhängig von seiner Autonomie.
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 auf die Fahrzeugräder 16 und 18 gemäß den wählbaren Übersetzungsverhältnissen 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 und 18 ein Bremsmoment bereitzustellen. Das Bremssystem 26 kann in verschiedenen Ausführungsformen Reibungsbremsen, Bake-by-Wire, ein regeneratives Bremssystem, wie beispielsweise eine elektrische Maschine und/oder andere geeignete Bremssysteme, beinhalten.
Das Lenksystem 24 beeinflusst eine Position der Fahrzeugräder 16 und/oder 18. Während in einigen Ausführungsformen innerhalb des Umfangs der vorliegenden Offenbarung zur Veranschaulichung als ein Lenkrad 25 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 (zum Beispiel den Zustand eines oder mehrerer Insassen) erfassen und entsprechende Sensordaten erzeugen. Sensorvorrichtungen 40a-40n können, sind jedoch nicht beschränkt auf, Radare (z. B. Langstrecken-, Mittelstrecken-Kurzbereich), Lidare, globale Positionierungssysteme, optische Kameras (z. B. nach vorne gerichtet, 360-Grad, nach hinten gerichtet, seitlich gerichtet, Stereo, usw.), beinhalten, Wärmebildkameras (z. B. Infrarot), Ultraschallsensoren, Geschwindigkeitsmesssensoren (z. B. Encoder) und/oder andere Sensoren, die in Verbindung mit Systemen und Verfahren gemäß dem vorliegenden Gegenstand verwendet werden können.
Das Stellantriebssystem 30 beinhaltet ein oder mehrere Stellantriebsvorrichtungen 42a-42n, die ein oder mehrere Fahrzeugeigenschaften, wie zum Beispiel das Antriebssystem 20, das Übertragungssystem 22, das Lenksystem 24 und das Bremssystem 26, steuern, sind aber nicht darauf beschränkt. In verschiedenen Ausführungsformen kann das autonome Fahrzeug 10 auch Fahrzeug-Innen- und/oder Außenausstattungen beinhalten, die nicht in 1 dargestellt sind, wie beispielsweise verschiedene Türen, Kofferraum- und Kabinenausstattungen, wie Luft, Musik, Beleuchtung, Touchscreen-Display-Komponenten (wie sie in Verbindung mit Navigationssystemen verwendet werden) und dergleichen.
Die Datenspeichervorrichtung 32 speichert Daten zur Verwendung beim automatischen Steuern des autonomen Fahrzeugs 10. In verschiedenen Ausführungsformen speichert die Datenspeichervorrichtung 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. Routeninformationen können auch in der Datenspeichervorrichtung 32 gespeichert werden - d. h. in einer Reihe von Straßenabschnitten (die geografisch mit einer oder mehreren der definierten Karten verknüpft sind), die zusammen eine Route definieren, die der Benutzer von einem Startort (z. B. dem aktuellen Standort des Benutzers) zu einem Zielort zurücklegen kann. Wie ersichtlich ist, 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), eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) (z.B. eine benutzerdefinierte ASIC, die ein neuronales Netzwerk implementiert), ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA), ein Hilfsprozessor unter mehreren Prozessoren, verbunden mit der Steuerung 34, ein Mikroprozessor auf Halbleiterbasis (in Form eines Mikrochips oder Chip-Satzes) 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. In verschiedenen Ausführungsformen ist die Steuerung 34 konfiguriert, um das im Folgenden ausführlich erläuterte Hindernismanagementsystem zu implementieren.
Die Anweisungen können ein oder mehrere separate Programme beinhalten, von denen jede eine geordnete Auflistung von ausführbaren Anweisungen zum Implementieren von logischen Funktionen beinhaltet. Die Anweisungen empfangen und verarbeiten, wenn diese durch den Prozessor 44 ausgeführt werden, Signale (z. B. Sensordaten) vom Sensorsystem 28, führen Logik, Berechnungen, Verfahren und/oder Algorithmen zur automatischen Steuerung der Komponenten des autonomen Fahrzeugs 10 durch und erzeugen Steuersignale, die an das Stellgliedsystem 30 übertragen werden, 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.
Das Kommunikationssystem 36 ist konfiguriert, um Informationen drahtlos an und von anderen Einheiten 48, wie beispielsweise, jedoch nicht beschränkt auf andere Fahrzeuge („V2V“-Kommunikation,) Infrastruktur („V2I“-Kommunikation), Netzwerke („V2N“-Kommunikation), Fußgänger („V2P“-Kommunikation), entfernte Transportsysteme und/oder Benutzervorrichtungen zu übermitteln (näher beschrieben in Bezug auf 2). 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 entferntes Transportsystem (oder einfach „entferntes Transportsystem“) 52 beinhaltet, das, wie mit Bezug auf 1 beschrieben, einem oder mehreren autonomen Fahrzeugen 10a-10n zugeordnet ist. In verschiedenen Ausführungsformen beinhaltet die Betriebsumgebung 50 (die ganz oder teilweise den in 1 dargestellten Einheiten 48 entsprechen können) 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 Drahtlosträgersystem 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 Drahtlosträgersystems 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 Drahtlosträgersystem 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 Drahtlosträgersystems 60 kann ein zweites Drahtlosträgersystem 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 Drahtlosträgersystems 60 verwendet werden.
Ein Festnetz-Kommunikationssystem 62 kann ein konventionelles Festnetz-Telekommunikationsnetzwerk beinhalten, das mit einem oder mehreren Festnetztelefonen verbunden ist und das Drahtlosträgersystem 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 Drahtlosträgersystem 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 die Benutzervorrichtung 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; eine Komponente 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, nicht dargestellt), 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, einem System der künstlichen Intelligenz oder einer Kombination davon 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 Teilnehmer-Authentisierungsdaten, Fahrzeugkennzeichen, Profilaufzeichnungen, biometrische Daten, 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 Fahrzeug 10 verwendet wird.
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 Computer-Sichtsystem 74, ein Positionierungssystem 76, ein Leitsystem 78 und ein Fahrzeugsteuersystem 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 Computer-Sichtsystem 74 die erfassten Sensordaten und prognostiziert Anwesenheit, Standort, Klassifizierung und/oder Verlauf von Objekten und Merkmalen der Umgebung des Fahrzeugs 10. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Computer-Vision-System 74 Informationen von mehreren Sensoren (z. B. dem Sensorsystem 28) 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, usw.) des Fahrzeugs 10 in Bezug auf die Umgebung zu bestimmen. Wie zu erkennen ist, können verschiedene Techniken eingesetzt werden, um diese Lokalisierung durchzuführen, beispielsweise simultane Lokalisierung und Kartierung (SLAM), Partikelfilter, Kalman-Filter, Bayes'sche Filter und dergleichen.
Das Leitsystem 78 verarbeitet Sensordaten zusammen mit anderen Daten, um eine Strecke zu bestimmen, dem das Fahrzeug 10 folgen soll. Das Fahrzeugsteuerungssystem 80 erzeugt Steuersignale zum Steuern des Fahrzeugs 10 entsprechend der ermittelten Strecke.
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.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Hindernismanagementsystems 100 ganz oder teilweise in das Computer-Sichtsystem 74, das Positioniersystem 76, das Leitsystem 78 und/oder das Fahrzeugsteuerungssystem 80 eingebunden werden. Wie bereits kurz erwähnt, ist das Hindernismanagementsystem 100 von 1 so konfiguriert, dass es das AV 10 (möglicherweise iterativ) so positioniert, dass es die Okklusionswirkung eines Hindernisses reduziert, ohne den Verkehrsfluss wesentlich zu behindern, und dann den Gegenverkehr (z.B. über Radar, Lidar usw.) überwacht, um zu bestimmen, wann der vorgesehene Weg frei ist, um in den Fluss des Gegenverkehrs einzufahren, z. B. beim Versuch, von einer Nebenstraße oder Allee nach rechts in den Verkehr einzufädeln (eine Technik, die hierin als „Peek and Clear“ bezeichnet wird).
In diesem Zusammenhang zeigen die 4-6 aufeinanderfolgende Draufsichten eines exemplarischen Szenarios, das für das Verständnis des vorliegenden Gegenstands nützlich ist. Insbesondere veranschaulicht 4 ein AV 10, das innerhalb einer Fahrspur 420, wie dargestellt, an einer Kreuzung gestoppt hat oder im Wesentlichen stillsteht. Der beabsichtigte Weg des AV 10 (Weg 602) erfordert das Einfahren in den Fluss des Gegenverkehrs auf der Fahrspur 410, die auch die Fahrzeuge 421 und 422 beinhaltet, die in 4 als sich nach rechts bewegend dargestellt sind. Anders ausgedrückt, wartet das AV 10 darauf, dass die Fahrspur 410 ausreichend frei ist, um von einer Nebenstraße (Fahrspur 420) rechts in den Verkehr einzufädeln.
Wie zu erkennen ist, ist das Fahrzeug 10 so positioniert, dass ein Hindernis 408 (in diesem Beispiel ein großer Baum) das Sichtfeld 502 einer oder mehrerer Abtastvorrichtungen (z. B. des seitwärts gerichteten Radarsensors 590) des AV 10 blockiert oder teilweise verdeckt, wodurch die Fähigkeit des AV 10, den Gegenverkehr innerhalb der Fahrspur 410 zu beobachten, eingeschränkt wird. So kann beispielsweise das AV 10 möglicherweise nicht vollständig die entgegenkommenden Fahrzeuge 421 und/oder 422 über die Abtastvorrichtung 590 verfolgen.
Unter Bezugnahme nun auf die 5 und 6 ist ein Hindernismanagementsystem 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen konfiguriert, um das AV 10 so zu positionieren, dass es die Okklusionswirkung des Hindernisses 408 (in Bezug auf eine oder mehrere Abtastvorrichtungen) reduziert, ohne den Gegenverkehr auf der Fahrspur 410 wesentlich zu beeinträchtigen. Im Folgenden werden verschiedene Verfahren zum Durchführen dieser Bewegung ausführlich beschrieben. In diesem Zusammenhang bezieht sich der Begriff „ohne wesentliche Beeinträchtigung“, wie er hierin verwendet wird, auf eine Position und Stellung, die den Gegenverkehr nicht daran hindern würde, auf der Fahrspur 410 jenseits des AV 10 zu fahren. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Position“ auf die räumliche Lage des AV 10 (z. B. in Bezug auf GPS-Koordinaten oder dergleichen), während sich der Begriff „Stellung“ auf die Ausrichtung oder den „Kurs“ des AV 10 unter Verwendung jeder geeigneten Winkeleinheit oder Richtungsanzeige bezieht.
So wurde beispielsweise, wie in 5 dargestellt, das AV 10 so positioniert, dass sich ein vorderer Abschnitt 561 des AV 10 leicht über eine Linie 562 des Kreuzungspunktes hinaus erstreckt, und seine Stellung wurde so eingestellt, dass seine Längsachse nicht parallel zur Fahrspur 410 um einen kleinen Winkel verläuft, wie dargestellt. Wie veranschaulicht, führt diese Änderung der Position und Stellung zu einem wirkungsvolleren Sichtfeld 502, wodurch jede Abtastvorrichtung 590 oder andere ähnlich angeordnete Abtastvorrichtungen die Fahrspur 410 überwachen können, einschließlich der Geschwindigkeit, Position und Beschleunigung entgegenkommender Fahrzeuge, wie beispielsweise der Fahrzeuge 421 und/oder 422. Es ist zu beachten, dass das AV 10, wie in 5 veranschaulicht, nicht so in die Fahrspur 410 hineinragt, dass das Fahrzeug 421 - einschließlich eines angemessenen Pufferraums um das Fahrzeug 421 herum - nicht vom vorbeifahrenden Fahrzeug 421 in der Fahrspur 410 verhindert würde.
Sobald das AV 10 wie in 5 dargestellt positioniert ist, kann das Hindernismanagementsystem 100 dann den entgegenkommenden Verkehr überwachen und bestimmen, wann die Fahrspur 410 ausreichend frei ist, sodass das AV 10 auf einem Weg 602 wie in 6 dargestellt in den Verkehrsfluss einfahren und den ursprünglich vorgesehenen Weg fortsetzen kann (d. h. einen Weg, der geradlinig entlang der Fahrspur 410 verläuft). Es ist zu beachten, dass die in den 4-6 veranschaulichten besonderen Winkel und Positionen nicht als Einschränkung gedacht sind und dass der vorliegende Gegenstand so angepasst werden kann, dass er einem breiten Spektrum von Hindernissen, Fahrbahngeometrien und Kreuzungen entspricht. So kann beispielsweise das Hindernis 408 ein anderes Fahrzeug (z. B. ein geparktes Fahrzeug), ein Gebäude oder eine andere feste Struktur, eine Gruppe von Fußgängern, natürliche Flora, Beschilderung, bauliche Objekte oder dergleichen sein.
Unter Bezugnahme nun auf 7 beinhaltet ein exemplarisches Hindernismanagementsystem 100 im Allgemeinen ein Hindernismanagementmodul (oder einfach „Modul“) 710, das wiederum ein Hinderniserkennungssubmodul (oder „Modul“ 715), ein Positioniersubmodul (oder „Modul“) 720 und ein Clearing-Submodul (oder „Modul“) 730 beinhaltet. Im Allgemeinen empfängt das Hindernismanagementmodul 710, Sensordaten 701 (z. B. optische Kameradaten, Radarsensorrückgaben, Lidarsensorrückgaben, usw.), aus denen es das Vorhandensein eines Hindernisses bestimmen kann (z. B. das Hindernis 408 in 4), das die Sicht auf eine Fahrspur (z. B. die Fahrspur 410 in 6) teilweise verdeckt und, nachdem es bestimmt hat, dass der Weg frei ist, eine Ausgabe 731 erzeugt, die anzeigt, dass das AV 10 seinen vorgesehenen Weg fortsetzen und in den Verkehrsfluss einfahren kann (wie in 6 dargestellt).
Das Hinderniserkennungsmodul 715 ist konfiguriert, um zu bestimmen, dass ein Hindernis (z. B. Hindernis 408 von 4) tatsächlich ein Objekt ist, das wahrscheinlich für eine längere Zeit stillsteht - z. B. eine Zeitdauer, die größer ist als die Zeitdauer, das AV 10 zur Bestätigung benötigt, dass der Weg ausreichend frei ist, damit es in den Verkehrsfluss einfahren kann. Nicht einschränkende Beispiele für derartige Hindernisse beinhalten Bäume, Sträucher, Schilder, Gebäudekonstruktionen, Fußgänger, Autos, LKWs, Mülltonnen und dergleichen. Die Klassifizierung von Hindernissen kann mit jedem geeigneten Verfahren durchgeführt werden, einschließlich verschiedener Maschinenlernmodelle, die zum Klassifizieren dieser Hindernisse basierend auf Sensordaten 701 geschult wurden. So kann beispielsweise das Hindernismanagementsystem 100 ein neuronales Faltungsnetzwerk (CNN) oder einen anderen Klassifizierer implementieren, der zum Erkennen eines breiten Spektrums dieser Hindernisse geschult ist. Es ist zu beachten, dass es nicht erforderlich ist, das Hindernis zu klassifizieren, solange das Vorhandensein des Hindernisses in irgendeiner Weise festgestellt wurde. In diesem Zusammenhang kann das Hindernis als Verdeckungen bestimmt werden, die den Sensoren auf der Sensorebene vorliegen, nicht notwendigerweise als Teil eines expliziten Objekterkennungssystems, wie in der dargestellten Ausführungsform dargestellt.
Das Positioniersubmodul 720 unterstützt das Anpassen der Position und/oder Stellung des AV 10, sodass die Okklusionswirkung des Hindernisses reduziert oder beseitigt wird, ohne die entgegenkommende(n) Fahrspur(en), wie in 5 verdeutlicht, wesentlich zu beeinträchtigen. Das Clearing-Submodul 730 ist im Allgemeinen konfiguriert, um den Gegenverkehr in der Nähe des AV 10 (z. B. auf der Gegenfahrbahn 410) zu überwachen und zu bestimmen, ob das AV 10 zum Fortfahren freigegeben ist, wie in 6 dargestellt. Das Submodul 730 kann bestimmen, ob die Vorgehensweise mit einer Vielzahl von Verfahren ersichtlich ist.
Es ist zu verstehen, dass verschiedene Ausführungsformen des Hindernismanagementsystems 100 gemäß der vorliegenden Offenbarung eine beliebige Anzahl zusätzlicher, in die Steuerung 34 eingebetteter Teilmodule beinhalten, die mit den hierin beschriebenen Systemen und Verfahren kombiniert und/oder weiter untergliedert werden können. Weiterhin können Eingaben in das Hindernismanagementsystem 100 vom Sensorsystem 28 empfangen werden, die von anderen Steuermodulen (nicht dargestellt) empfangen werden, die dem autonomen Fahrzeug 10 zugeordnet sind, die vom Kommunikationssystem 36 empfangen werden und/oder von anderen Untermodulen (nicht dargestellt), die innerhalb der Steuerung 34 von 1 ermittelt/modelliert werden. Weiterhin können die Eingaben auch einer Vorverarbeitung unterzogen werden, wie beispielsweise Teilabtastung, Rauschunterdrückung, Normalisierung, Merkmalsextraktion, fehlende Datenreduktion und dergleichen.
Die verschiedenen vorstehend beschriebenen Module können als ein oder mehrere maschinelle Lernmodelle implementiert werden, die einem überwachten, unbeaufsichtigten, teilüberwachten oder verstärkten Lernen unterzogen werden und Klassifizierungen (z. B. binäre oder mehrstufige Klassifizierungen), Erkennung, Regression, Clustering, Dimensionalitätsreduktion und/oder solche Aufgaben durchführen. Beispiele für diese Modelle sind künstliche neuronale Netze (ANN) (z. B. rekurrierende neuronale Netze (RNN) und faltungsneuronale Netze (CNN)), Entscheidungsbaummodelle (z. B. Klassifikations- und Regressionsbäume (CART)), Ensemble-Lernmodelle (z. B. Boosting, Bootstrapped Aggregation, Gradienten-Boost-Maschinen und Random Forest), Bayes'sche Netzwerkmodelle (z. B. naive Bayes), Hauptkomponentenanalyse (PCA), Unterstützungsvektormaschinen (SVM), Clustering-Modelle (wie K-Neighbor, K-Mittel, Erwartungsmaximierung, hierarchisches Clustering usw.), lineare Di skriminanzanal ysemodell e.
In einigen Ausführungsformen erfolgt das Lernen der vom System 100 verwendeten maschinellen Lernmodelle innerhalb eines vom AV 10 entfernten Systems (z. B. das System 52 in 2) und wird anschließend für den normalen Betrieb des Fahrzeugs 10 auf das Fahrzeug 10 heruntergeladen. In weiteren Ausführungsformen erfolgt das Lernen zumindest teilweise innerhalb der Steuerung 34 des Fahrzeugs 10 selbst, und das Modell wird anschließend mit externen Systemen und/oder anderen Fahrzeugen einer Flotte geteilt (wie in 2 dargestellt). Trainingsdaten können in ähnlicher Weise vom Fahrzeug 10 erzeugt oder extern erfasst und vor dem Anlernen in Trainings-, Validierungs- und Testsätze aufgeteilt werden.
Unter jetziger Bezugnahme auf 8 und fortgesetzter Bezugnahme auf die 1-7, veranschaulicht ein Flussdiagramm ein Steuerverfahren 800, das von dem Hindernismanagementsystem 100 gemäß der vorliegenden Offenbarung ausgeführt werden kann. Wie angesichts der vorliegenden Offenbarung zu erkennen ist, ist die Abfolge der Vorgänge innerhalb der Verfahrens nicht auf die sequenzielle Ausführung beschränkt, wie in der Figur dargestellt, sondern kann in einer oder mehreren variierenden anwendbaren Reihenfolgen gemäß der vorliegenden Offenbarung durchgeführt werden. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren basierend auf einem oder mehreren vordefinierten Ereignissen zur Ausführung geplant werden und/oder kontinuierlich während des Betriebs des autonomen Fahrzeugs 10 ausgeführt werden.
In verschiedenen Ausführungsformen beginnt das Verfahren bei 801, in dem Sensordaten bezüglich der dem AV 10 zugeordneten Umgebung empfangen werden. Wie vorstehend ausgeführt, können diese Sensordaten von einer Vielzahl von Abtastvorrichtungen empfangen werden, wie beispielsweise optischen Kameras, Lidar-Sensoren, Radarsensoren usw. Bei 802 werden diese Sensordaten dann verwendet, um das Vorhandensein eines Hindernisses (z. B. des Hindernisses 408) zu bestimmen, wie vorstehend beschrieben und exemplarisch in 4 veranschaulicht. Bei einer Ausführungsform erkennt das Hinderniserkennungsmodul 715 ein Objekt, das eine Sicht auf die Gegenfahrbahn (z. B. auf den Gegenverkehr) durch mindestens eine Abtastvorrichtung des Sensorsystems 28 (wie in 4 dargestellt) zumindest teilweise verdeckt. Wie zu erkennen ist, können je nach Größe und Form des Hindernisses 408 einige Abtastvorrichtungen des Sensorsystems 28 eine vollständige Sicht auf die Fahrspur 410 aufweisen (z. B. oben montierte Kameras, Lidar usw.), während andere Abtastvorrichtungen des Sensorsystems 28 nur eine teilweise Sicht auf die gegenüberliegende Fahrspur 410 in einer Richtung aufweisen, die dem Gegenverkehr zugewandt ist (z. B. seitlich montierter Radarsensor 590 aus 4). Inwieweit das Hindernis die Sicht des AV 10 versperrt, kann als Konfidenzniveau quantifiziert werden - d. h. ein Konfidenzniveau, das damit zusammenhängt, ob und inwieweit das System 100 bestimmen kann, dass der Weg zum Einfahren in den Verkehrsfluss frei ist. Die Aufgabe des Systems 100 kann dann als Versuch, dieses Konfidenzniveau zu erhöhen (z. B. über einen Schwellenwert), durch Neupositionieren des Fahrzeugs 10, durch „herumschauen“ um das Hindernis 408, umgestaltet werden. Dieses Konfidenzniveau kann vorgegeben sein (z. B. größer oder gleich einem 96 % Konfidenzintervall oder adaptiv basierend auf einem oder mehreren Faktoren, wie beispielsweise der Art der aktuellen Position, Witterungsfaktoren und dergleichen).
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „frei“ in Bezug auf einen Weg im Allgemeinen auf den Fall, in dem das System 100 bestimmt hat, dass das AV 10 eine geeignete Ansicht des interessierenden Bereichs aufweist und überprüfen kann, ob es alle relevanten Objekte beobachten kann und somit mit einer angemessenen geplanten Beschleunigung, Geschwindigkeit und anderen in der Technik bekannten kinematischen Eigenschaften auf seinem vorgesehenen Weg voranschreiten kann. Dies erfolgt mit einem ausreichenden räumlichen Abstand zwischen dem AV 10 und allen Fahrzeugen und Objekten in der Umgebung des AV 10, wie beispielsweise das Bewegen von Fahrzeugen auf der gleichen und angrenzenden Fahrspur, geparkte Fahrzeuge, Fußgänger, geografische Merkmale und dergleichen (d. h. „relevante“ Objekte). Eine derartige Bestimmung kann durch ein oder mehrere Module innerhalb des ADS 70 von 3 erfolgen.
Dementsprechend positioniert (oder bestimmt die erforderliche Position des) AV 10 bei 803 das Hindernismanagementmodul 710, um die Okklusionswirkung des Hindernisses (wie in 5 dargestellt) zu reduzieren, ohne die erste Fahrspur wesentlich zu behindern. Die Position und/oder Stellung des AV 10 nach diesem Verfahren kann in verschiedenen Ausführungsformen von der Sollposition und/oder der Stellung des AV abweichen, wenn es unter normalen Bedingungen an einer Kreuzung angehalten werden soll. Anders ausgedrückt, könnte sich das AV 10 in eine Position bewegen, in der das Vorderteil über den üblichen Haltepunkt für diese Kreuzung hinausragt. 4. veranschaulicht hingegen, was als Sollstellung und Position betrachtet werden könnte, wenn das Hindernis 408 nicht vorhanden wäre.
Das Bestimmen, was eine „signifikante Behinderung einer Fahrspur“ bedeutet, kann beispielsweise Fahrspurbreiteninformationen aus Kartendaten, die erwarteten Breiten des Gegenverkehrs, andere Objekte in der Umgebung, die das Verkehrsverhalten beeinflussen können, usw. berücksichtigen. In einigen Ausführungsformen können Sensordaten zum Durchführen dieser Bestimmung verwendet werden (z. B. durch direktes Bestimmen der Fahrspurbreite).
Der Bereich der Fahrzeugpositionen und -stellungen, die zum „Herumschauen“ um Objekte herum verwendet werden, kann je nach Art des Hindernisses, der Art des AV 10, der Art der Sensoren, die zum Überwachen des Gegenverkehrs verwendet werden, der Geometrie der relevanten Fahrspuren und anderen Eigenschaften der Umgebung, der Fahrbahn und der umliegenden Objekte variieren.
In einigen Ausführungsformen kann die Geometrie (z. B. Breite, Länge, Höhe) des Hindernisses geschätzt werden, um die optimale „Peeking“-Position für das AV 10 zu bestimmen. In einigen Ausführungsformen wird beispielsweise ein neuronales Faltungsnetzwerk mit einer Reihe bekannter Hindernisarten geschult, wie beispielsweise Bäume, Sträucher, Schilder, Fußgänger, Autos, LKWs, Mülltonnen und dergleichen. In Kenntnis der Klasse des Hindernisses 408 kann das Hindernismanagementmodul 710 dann eine Datenbank mit diesen Hinderniskategorien und bekannten Abmessungen (lokal oder entfernt gespeichert) heranziehen, um seine Geometrie zu schätzen. In einer Ausführungsform überwacht das Freigabemodul 730 die erste Fahrspur über die erste Abtastvorrichtung, wobei nur ein vorausfahrendes Fahrzeug einer Vielzahl von entgegenkommenden Fahrzeugen innerhalb der ersten Fahrspur verfolgt wird. Das heißt, es ist anzunehmen, dass nur das vorausfahrende Fahrzeug verfolgt werden muss, da es unwahrscheinlich ist, dass (in einigen Kontexten) alle Fahrzeuge hinter dem vorausfahrenden Fahrzeug das vorausfahrende Fahrzeug 421 überholen würden (z. B. wenn die Fahrzeuge auf einer einspurigen Straße 410 fahren). In einigen Ausführungsformen wird für diese Aufgabe ein schnelles, heuristisches Verfahren verwendet. In einer Ausführungsform beschränkt das System beispielsweise den freizugebenden Bereich basierend auf dem ersten entgegenkommenden Fahrzeug, was lediglich ein geometrischer Vorgang ist. Es versteht sich, dass der Begriff „erste Fahrspur“ nicht dazu bestimmt ist, die vorliegenden Ausführungsformen auf das „Freigeben“ einer einzelnen Fahrspur zu beschränken; das gegenwärtige System und die Verfahren können im Kontext von Fahrbahnen mit einer beliebigen Anzahl von Fahrspuren verwendet werden.
In einigen Ausführungsformen erfolgt das Positionieren des AV 10 bei 803 iterativ. Das heißt, das Positioniermodul 720 kann das AV 10 anweisen, eine geringfügige Anpassung der Position vorzunehmen, zu bestimmen, ob dessen Sichtfeld zufriedenstellend ist, eine weitere geringfügige Anpassung vorzunehmen und so weiter, bis dessen Position und Stellung mit einem vorgegebenen Konfidenzniveau und/oder anderen geeigneten Kriterien ausreichend sind. Eine derartige Ausführungsform ist in 9 veranschaulicht, in der Schritt 803 von 8 als iterativer Prozess veranschaulicht ist. Das heißt, die Verarbeitung kann bei 901 beginnen, wobei das System 100 abfragt, ob eine weitere Neupositionierung des AV 10 die Fahrspur, auf der sich der Gegenverkehr bewegen könnte, erheblich behindern würde, gefolgt von einer Neupositionierung des AV 10 (bei 903) um einen vorbestimmten Betrag (z.B. vorwärts kriechen, die Stellung anpassen, usw.), um die Sicht auf den Gegenverkehr zu verbessern. Als nächstes wird bei 904 bestimmt, ob die Sicht auf den Gegenverkehr unter den aktuellen Bedingungen optimal ist. Das heißt, es wird im Hinblick auf diese Bedingungen bestimmt, ob das System 100 eine ausreichend hohe Sicherheit besitzt, dass das AV 10 in den fließenden Verkehr einfahren kann, wenn die Geometrie der Kreuzung, die Geometrie des Hindernisses, der Umfang, in dem sich das AV 10 über eine Sollposition hinaus bewegt hat, und dergleichen gegeben ist. Wenn ja, wird das Verarbeiten mit 805 fortgesetzt, wenn nicht, kehrt das Verarbeiten zu 901 zurück, wie veranschaulicht. Es ist zu beachten, dass diese iterativen Bewegungen das Verhalten menschlicher Fahrer, die dazu neigen, allmählich um Hindernisse herum zu „kriechen“, um eine bessere Sicht auf den Gegenverkehr zu erhalten, genau nachahmen.
Unter erneuter Bezugnahme auf 8 überwacht das Clearing-Modul 730 bei 806 die Gegenfahrbahn und den Gegenverkehr (z. B. die Fahrbahn 410 von 4) sowie alle Objekte in der Umgebung, die zum Beenden des vorgesehenen Manöverwegs relevant sein könnten. Bei 807 bestimmt das Clearing-Modul 730, ob der Gegenverkehr ausreichend frei ist, damit das AV 10 fortfahren und in den Verkehrsfluss einfahren kann. Wenn ja, wird das Verarbeiten mit 808 fortgesetzt, und das AV 10 tritt auf seinem ursprünglich vorgesehenen Weg in den Verkehrsfluss ein. Wenn der Weg nicht ausreichend frei ist, kehrt das Verarbeiten zu 806 zurück, woraufhin das Clearing-Modul 730 weiterhin den Gegenverkehr überwacht. In einigen Ausführungsformen überträgt das Clearing-Modul 730 ferner Informationen in Bezug auf das Hindernis an einen vom Fahrzeug entfernten Server (z. B. den Server 52). Auf diese Weise können andere Fahrzeuge (z. B. Fahrzeuge innerhalb einer Fahrzeugflotte, die auf dasselbe Hindernis stoßen können) Informationen vom entfernten Server herunterladen, um so das Erkennen des Vorhandenseins eines derartigen Hindernisses zu unterstützen.
Während mindestens eine exemplarische Ausführungsform in der vorstehenden ausführlichen Beschreibung dargestellt wurde, versteht es sich, 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

Hindernismanagementverfahren, umfassend: Empfangen von Sensordaten über eine oder mehrere Abtastvorrichtungen, die sich auf eine einem Fahrzeug zugeordnete Umgebung beziehen, worin das Fahrzeug im Wesentlichen stillsteht und einen vorgesehenen Weg entsprechend dem Einfahren in einen Verkehrsfluss einer ersten Fahrspur aufweist; Hindernisverwaltungsverfahren, umfassend: Bestimmen des Vorhandenseins eines Hindernisses in der Umgebung durch einen Prozessor und die eine oder mehreren Abtastvorrichtungen, das zumindest teilweise eine Sicht auf die erste Fahrspur durch eine erste Abtastvorrichtung der einen oder mehreren Abtastvorrichtungen verdeckt; Positionieren des Fahrzeugs in Bezug auf das Hindernis mit einem Prozessor, um die Sicht auf die erste Fahrspur durch die erste Abtastvorrichtung zu verbessern, ohne die erste Fahrspur wesentlich zu behindern; Überwachen der ersten Fahrspur mit einem Prozessor über die erste Abtastvorrichtung, um zu bestimmen, wann der vorgesehene Weg frei ist; und Steuern des Fahrzeugs, um in den Verkehrsfluss der ersten Fahrspur einzufahren, wenn bestimmt wird, dass der vorgesehene Weg frei ist.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die erste Abtastvorrichtung ein Radarsensor ist.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Positionieren des Fahrzeugs iterativ durchgeführt wird, bis sich die Sicht auf die erste Fahrspur durch die erste Abtastvorrichtung um einen vorbestimmten Betrag verbessert hat.
Verfahren nach Anspruch 3, worin das iterative Durchführen des Positionierens des Fahrzeugs Folgendes beinhaltet: Bestimmen, ob ein weiteres Neupositionieren des Fahrzeugs die erste Fahrspur erheblich behindern würde; und wenn bestimmt wird, dass ein weiteres Neupositionieren die erste Fahrspur nicht wesentlich behindern würde, Bewegen des Fahrzeugs um einen vorbestimmten Betrag nach vorne, um die Sicht auf die erste Fahrspur zu verbessern.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Positionieren des Fahrzeugs das Ändern mindestens einer Stellung und einer Position des Fahrzeugs beinhaltet, sodass sich ein Teil des Fahrzeugs teilweise in die erste Fahrspur erstreckt.
System zum Steuern eines Fahrzeugs, umfassend: ein Hinderniserkennungsmodul, das einen Prozessor beinhaltet und konfiguriert ist, um: über eine oder mehrere Abtastvorrichtungen Sensordaten in Bezug auf eine einem Fahrzeug zugeordnete Umgebung zu empfangen, worin das Fahrzeug im Wesentlichen stillsteht und einen vorgesehenen Weg aufweist, der dem Eintritt in einen Verkehrsfluss einer ersten Fahrspur entspricht; das Vorhandensein eines Hindernisses mit den Sensordaten zu bestimmen, das zumindest teilweise eine Sicht auf die erste Fahrspur durch eine erste Abtastvorrichtung der einen oder mehreren Abtastvorrichtungen verdeckt; ein Positioniermodul, das einen Prozessor beinhaltet, der konfiguriert ist, um: das Fahrzeug mit einem Prozessor in Bezug auf das Hindernis zu positionieren, um die Sicht auf die erste Fahrspur durch die erste Abtastvorrichtung zu verbessern, ohne die erste Fahrspur wesentlich zu behindern; ein Clearing-Modul, das einen Prozessor beinhaltet und konfiguriert ist, um: die erste Fahrspur über die erste Abtastvorrichtung zu überwachen, um zu bestimmen, wann der beabsichtigte Weg frei ist; und Steuern des Fahrzeugs, um in den Verkehrsfluss der ersten Fahrspur einzufahren, wenn bestimmt wird, dass der vorgesehene Weg frei ist.
System nach Anspruch 6, worin die erste Abtastvorrichtung ein Radarsensor ist.
System nach Anspruch 6, worin das Positioniermodul das Fahrzeug iterativ positioniert, bis sich die Sicht auf die erste Fahrspur durch die erste Abtastvorrichtung um einen vorbestimmten Betrag verbessert hat.
System nach Anspruch 8, worin das iterative Durchführen des Positionierens des Fahrzeugs Folgendes beinhaltet: Bestimmen, ob ein weiteres Neupositionieren des Fahrzeugs die erste Fahrspur erheblich behindern würde; und wenn bestimmt wird, dass ein weiteres Neupositionieren die erste Fahrspur nicht wesentlich behindern würde, Bewegen des Fahrzeugs um einen vorbestimmten Betrag nach vorne, um die Sicht auf die erste Fahrspur zu verbessern.
System nach Anspruch 6, worin das Positionieren durch das Positioniermodul des Fahrzeugs das Ändern mindestens einer Stellung und einer Position des Fahrzeugs beinhaltet, sodass sich ein Teil des Fahrzeugs teilweise in die erste Fahrspur erstreckt.