DE102019102939A1

DE102019102939A1 - Systeme und Verfahren für Bewegungsplanung von autonomen Fahrzeugen

Info

Publication number: DE102019102939A1
Application number: DE102019102939.2A
Authority: DE
Inventors: Kevin Chu; Sohrab Haghighat; Brooks Reed
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2018-02-09
Filing date: 2019-02-06
Publication date: 2019-08-14
Also published as: CN110126837A; US20180164822A1

Abstract

Es werden Systeme und Verfahren zum Erzeugen eines Fahrzeugweges zum Betreiben eines autonomen Fahrzeugs bereitgestellt. Ein Verfahren beinhaltet einen lateralen Raumordnungsplan, der durch Anwenden eines lateral-bezogenen Optimierungsmodells auf laterale Vorplanungsdaten erzeugt wird. Ein longitudinaler Zeitplan wird durch Anwenden eines longitudinal-bezogenen Optimierungsmodells auf longitudinale Vorplanungsdaten erzeugt. Ein Fahrzeugweg wird durch Verschmelzen des lateralen Raumordnungsplans mit dem longitudinalen Zeitplan erstellt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf autonome Fahrzeuge und insbesondere auf Systeme und Verfahren für die Bewegungsplanung in einem autonomen Fahrzeug.
EINLEITUNG
Ein autonomes Fahrzeug ist ein Fahrzeug, das in der Lage ist, seine Umgebung zu erfassen und mit geringfügiger oder gar keiner Benutzereingabe zu navigieren. Ein autonomes Fahrzeug erfasst seine Umgebung unter Verwendung von Sensorvorrichtungen, wie beispielsweise Radar-, Lidar-, Bildsensoren und dergleichen. 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 nummerischen 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.
Die Trajektorienplanung wird für das automatisierte Fahren verwendet und kann auf Änderungen dynamischer Objekte auf den Straßen reagieren. Eine berechnete Trajektorie sollte den Verkehrsregeln folgen, innerhalb der Straßenbegrenzungen sicher sein, dynamische Beschränkungen erfüllen usw. Bestehende Algorithmen zur Bewegungsplanung sind jedoch rechenintensiv oder nicht für mehrere verschiedene mögliche Szenarien für Stadt- und Autobahnfahrten ausgelegt.
Dementsprechend ist es wünschenswert, Systeme und Verfahren bereitzustellen, die die Verarbeitung der Bewegungsplanung für automatisiertes Fahren effizienter beschleunigen können. 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 werden Systeme und Verfahren zum Erzeugen eines Fahrzeugweges zum Betreiben eines autonomen Fahrzeugs bereitgestellt. In einer Ausführungsform beinhaltet ein System und Verfahren einen lateralen Raumordnungsplan, der durch Anwenden eines lateral-bezogenen Optimierungsmodells auf laterale Vorplanungsdaten erzeugt wird. Ein longitudinaler Zeitplan wird durch Anwenden eines longitudinal-bezogenen Optimierungsmodells auf longitudinale Vorplanungsdaten erzeugt. Ein Fahrzeugweg wird durch Verschmelzen des lateralen Raumordnungsplans mit dem longitudinalen Zeitplan erzeugt.
In anderen Ausführungsformen beinhaltet ein System und Verfahren das Empfangen von lateralen und longitudinalen Vorplanungsdaten. Ein lateraler Raumordnungsplan wird durch Anwenden eines lateral-bezogenen Optimierungsmodells auf die lateralen Vorplanungsdaten erzeugt. Ein longitudinaler Zeitplan wird durch Anwenden eines longitudinal-bezogenen Optimierungsmodells auf die longitudinalen Vorplanungsdaten erzeugt. Der laterale Raumordnungsplan beinhaltet Fahrzeugwegpositionen innerhalb einer Karte und der longitudinale Zeitplan stellt Zeitinformationen für Wegpositionen bereit. Ein Fahrzeugweg wird durch Verschmelzen des lateralen Raumordnungsplans mit dem longitudinalen Zeitplan erzeugt.
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 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 und 5 sind Funktionsblockdiagramme, die ein Fahrzeugweg-Steuersystem gemäß verschiedenen Ausführungsformen darstellen;
6 ist ein Flussdiagramm, das ein Betriebsszenario mit einer Fahrzeugwegplanung gemäß verschiedenen Ausführungsformen darstellt;
7 ist ein Funktionsblockdiagramm, das ein Fahrzeugbewegungsplanungssystem gemäß verschiedenen Ausführungsformen darstellt;
Die 8 und 9 sind Funktionsblockdiagramme, die Optimierungsmodelle für das Fahrzeugbewegungsplanungssystem gemäß verschiedenen Ausführungsformen darstellen;
10 ist ein Flussdiagramm, das laterale Vorverarbeitungsvorgänge gemäß verschiedenen Ausführungsformen darstellt;
11 ist ein Flussdiagramm, das die longitudinalen Vorverarbeitungsvorgänge gemäß verschiedenen Ausführungsformen darstellt;
12 ist ein Funktionsblockdiagramm, das ein Fahrzeugwegfolgesystem gemäß verschiedenen Ausführungsformen darstelle;
13 ist ein Funktionsblockdiagramm, das ein untergeordnetes Fahrzeug-Steuersystem gemäß verschiedenen Ausführungsformen darstellt;
14 ist ein Steuerblockdiagramm, das ein Vorsteuerungssystem gemäß verschiedenen Ausführungsformen darstellt; und
15 zeigt ein exemplarisches Fahrzeug, das eine Vielzahl von Radarvorrichtungen, Kameras und Lidar-Vorrichtungen beinhaltet, die gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung um das Fahrzeug herum verteilt sind.

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- (z. B. einem oder mehreren Datenprozessoren), 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, maschinellen Lernen, 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.
Wie unter Bezugnahme auf 1 ersichtlich, ist ein bei 100 allgemein dargestelltes System zum Durchführen einer autonomen Fahrzeugwegsteuerung mit einem Fahrzeug 10 gemäß verschiedenen Ausführungsformen assoziiert. Im Allgemeinen optimiert das System 100 Fahrzeugwegpläne und korrigiert Fehler, die während des Planungsverfahrens zur Verwendung beim Steuern des Fahrzeugs 10 auftreten können.
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 System 100 und/oder Komponenten davon 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 und dergleichen 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 jedoch, 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 autonomen oder anderen Fahrzeug verwendet werden, das ein Navigationssystem und/oder andere Systeme zur Routenführung und/oder -implementierung verwendet.
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 Getriebesystem 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 erfassen. Die Abtastvorrichtungen 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 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 Karten der navigierbaren Umgebung. In verschiedenen Ausführungsformen werden die definierten Karten vordefiniert und von einem entfernten System (in weiteren Einzelheiten in Bezug auf 2 beschrieben) erhalten. So können beispielsweise die definierten Karten 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 Datenvorrichtung 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. Auch in verschiedenen Ausführungsformen speichert die Datenspeichervorrichtung 32 Verarbeitungsalgorithmen und Daten zum Verarbeiten von dreidimensionalen Punktwolken, um die Geschwindigkeit von Objekten in der Umgebung auf einer Bild-für-Bild-Basis zu ermitteln. 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) 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.
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, 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. In einer Ausführungsform, wie nachfolgend im Detail erörtert, ist die Steuerung 34 zur Verwendung in der Verarbeitung dreidimensionaler Bildgebungsdaten der Umgebung des Fahrzeugs 10 in Form von Punktwolken konfiguriert, um die Geschwindigkeit zur Verwendung bei der autonomen Steuerung des Fahrzeugs auf einer Bild-für-Bild-Basis zu ermitteln.
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), entfernte Transportsysteme und/oder Benutzervorrichtungen (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 (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 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 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, und dergleichen) 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. In einer Ausführungsform, wie nachfolgend näher beschrieben, beinhaltet das entfernte Transportsystem 52 eine Routendatenbank 53, in der Informationen über die Routen des Navigationssystems, einschließlich Fahrbahnmarkierungen für Fahrbahnen entlang der verschiedenen Routen, gespeichert sind und ob und inwieweit bestimmte Streckenabschnitte von Baustellenbereichen oder anderen möglichen Gefahren oder Hindernissen betroffen sind, die von einem oder mehreren autonomen Fahrzeugen 10a-10n erkannt wurden.
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 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, Lidare, Radars und/oder eine beliebige Anzahl anderer Arten von Sensoren.
Das Positioniersystem 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 beinhaltet ein Fahrzeugweg-Steuersystem 100, um Sensordaten zusammen mit anderen Daten zu verarbeiten, um laterale Raumordnungs- und longitudinale Zeitpläne zu erzeugen. Die Pläne werden zusammengefügt, um einen Weg zu bilden, dem das Fahrzeug 10 folgen kann. 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.
4 zeigt bei 100 das Fahrzeugweg-Steuersystem gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Das Fahrzeugweg-Steuersystem 100 beinhaltet ein Planungssystem 102, ein Bewegungsplanersystem 104 und ein Wegfolgersystem 106. Das Fahrzeugweg-Steuersystem 100 kommuniziert mit einem untergeordneten Steuersystem 108, das beispielsweise ein Teil des Fahrzeugsteuersystems 80 (3) ist. Das Fahrzeugweg-Steuersystem 100 optimiert im Allgemeinen die Wegpläne und korrigiert Fehler, die während des Planungsverfahrens auftreten können. Das Planungssystem 102 verwaltet die Vorplanungsvorgänge von Wegen. Das Planungssystem 102 erzeugt Vorplanungsdaten 103 für Fahrzeugquerrichtungsüberlegungen (z. B. Lenksteuerung) und Vorplanungsdaten 103 für Längssteuerungsüberlegungen (z. B. Brems- und Drosselklappensteuerung). Die Vorplanungsdaten 103 können Straßeninformationen, Standort/Größe von verfolgten Objekten innerhalb der Fahrzeugumgebung usw. beinhalten. Solche Daten 103 aus dem Planungssystem 102 werden aus Daten abgeleitet, die von dem Fahrzeugsensorsystem, dem Datenspeicher (z. B. Karteninformationen) usw. bereitgestellt werden.
Das Bewegungsplanersystem 104 verwendet die Vorplanungsdaten 103 vom Planungssystem 102 als Eingabe in Optimierungsmodelle, die in Frage kommende Fahrzeugwegpläne und ihre Kosten 105 identifizieren, die Wegkriterien erfüllen. So kann beispielsweise das Bewegungsplanersystem 104 konfiguriert werden, um ein Kostenmodell zu verwenden, um einen Fahrzeugwegplan zu erzeugen, der einen realisierbaren Bereich darstellt, in dem das Fahrzeug arbeiten soll. Das Kostenmodell kann für den reibungslosesten kollisionsfreien Weg gelöst werden, indem die Positionen und die Vermeidung dynamischer Hindernisse in der Fahrzeugumgebung berücksichtigt werden. Die Kosten können eine Trajektorieglätte, eine Trajektoriekonsistenz usw. beinhalten. Die resultierenden idealen Fahrzeugwegpläne und Kosten 105 werden dem Planungssystem 102 bereitgestellt. Das Planungssystem 102 wählt basierend auf den Kosten den idealen Fahrzeugwegplan als gewinnenden Fahrzeugwegplan 107 aus.
Das Wegfolgersystem 106 wertet den idealen gewinnenden Fahrzeugwegplan 107 aus, indem er die tatsächliche Fahrzeugposition mit der idealen Fahrzeugposition prüft, die in dem siegenden Fahrzeugwegplan 107 identifiziert ist. Die tatsächliche Fahrzeugposition wird durch Lokalisierungsvorgänge bereitgestellt, die eine lokale Odometrie beinhalten, die auf Trägheitssensoren und Radcodierer basiert, zusammen mit einem iterativen Algorithmus für den nächstliegenden Punkt, der Lidar-Rückgaben mit einer zuvor erzeugten Bodenkarte der Lidar-Rückgaben abbildet. Wenn das Wegfolgersystem 106 einen signifikanten Fehler zwischen den beiden Positionen identifiziert, der sich aus den zwei Positionen ergibt, die sich von den zwei Positionen unterscheiden, die sich um mehr als einen vorbestimmten Schwellenwert unterscheiden, korrigiert das Wegfolgersystem 106 dies durch Lösen eines Wegwiedereintrittsplans, der das Fahrzeug von der aktuellen Position zum gewinnenden Wegplan 107 führt. Um den Korrekturplan zu implementieren, stellt das Wegfolgersystem 106 laterale (Lenkung) und longitudinale (Bremse und Drosselklappe) Befehle 109 an ein untergeordnetes Steuersystem 108 bereit. Das untergeordnete Steuersystem 108 wandelt die lateralen und longitudinalen Befehle in den gewünschten Lenkwinkel und das Drosselklappen-/Bremsdrehmoment um, um den Plan zu verfolgen.
5 veranschaulicht, dass das untergeordnete Steuersystem 108 von 4 mit verschiedenen Steuereinheiten des Fahrzeugs interagieren kann. Diese können die elektrische Servolenkungseinheit 120 des Fahrzeugs, das elektrische Bremssteuermodul 122 und das Motorsteuergerät 124 beinhalten. Die Interaktion (z. B. die Übertragung von Befehlen) kann über den Bus des Fahrzeugs erfolgen, der mit der elektrischen Servolenkungseinheit 120, dem elektrischen Bremssteuermodul 122 und dem Motorsteuergerät 124 verbunden ist.
6 zeigt bei 200 ein Verfahren zur Fahrzeugwegplanung, das beispielsweise durch das Fahrzeugweg-Steuersystem 100 durchgeführt werden kann. Bei Verfahrensblock 202 werden laterale und longitudinale Vorplanungsdaten vom Planungssystem als Eingabe für Optimierungsmodelle verwendet. Genauer gesagt berechnen Kostenmodelle in diesem Beispiel die Kosten für Fahrzeugwege unter Verwendung der lateralen und longitudinalen Vorplanungsdaten zum Bewerten von Kostenfunktionen, die den Beschränkungen des Fahrzeugwegs unterliegen.
Bei Verfahrensblock 204 wird der gewinnende Fahrzeugweg basierend auf den Ergebnissen der Kostenmodelle ausgewählt. In Verfahrensblock 206 wird basierend auf lateralen und longitudinalen Daten Wegwiedereintrittsdaten ein lokaler Plan erzeugt, um etwaige Wegfehler auszugleichen. Der lokale Plan wird bei Verfahrensblock 208 in untergeordnete Steuerbefehle umgewandelt, um die Befehle an die Fahrzeugsteuereinheiten, wie beispielsweise diejenigen, die mit der Lenkung, dem Bremsen usw. zusammenhängen, zu kommunizieren.
7 zeigt ein Beispiel für Komponenten innerhalb des Fahrzeugbewegungsplanersystems 104. Das Fahrzeugbewegungsplanersystem 104 beinhaltet ein laterales Vorplanermodul 304, ein longitudinales Vorplanermodul 306 und ein Fahrzeugwegkonstruktormodul 316. In diesem Beispiel erzeugen die Komponenten des Fahrzeugbewegungsplanersystems 104 (laterale) Raumordnungspläne 312 und (longitudinale) Zeitpläne 314. Ein (lateraler) Raumordnungsplan 312 beinhaltet die gewünschten Positionen innerhalb einer Karte und der (longitudinale) Zeitplan 314 stellt die gewünschten Zeitinformationen für den Weg bereit. Der Fahrzeugwegkonstruktor 316 fügt die Raumordnungs- und Zeitpläne 312 und 314 zu einem Fahrzeugweg zur Verwendung durch das Planungssystem 102 zusammen.
Um die Pläne 312 und 314 zu erzeugen, empfangen das laterale Vorplanermodul 304 und das longitudinale Vorplanermodul 306 Eingabedaten vom Planungssystem 102. Die Eingabedaten für das laterale Vorplanermodul 304 beinhalten laterale Vorplanungsdaten (wie bei 103 in 4 dargestellt), die die vorherige longitudinale Lösung von dem longitudinalen Vorplaner 306, Straßeninformationen, Wahrnehmungsinformationen (z. B. Standort/Größe der verfolgten Objekte usw.) usw. beinhalten können. Basierend auf den Eingabedaten verwendet das laterale Vorplanermodul 304 ein Kostenmodell, das von einem Löser 308 bereitgestellt wird, um einen realisierbaren Bereich zu erzeugen, in dem das Fahrzeug arbeiten soll. Innerhalb dieses Bereichs löst das laterale Vorplanermodul 304 den reibungslosesten kollisionsfreien Weg, indem es Positionen von dynamischen Hindernissen basierend auf dem vorherigen longitudinalen Plan berücksichtigt. Das laterale Vorplanermodul 304 bestimmt ferner, wie weit (in der Fahrt) das Fahrzeug zu einem bestimmten Zeitpunkt sein wird, sodass das laterale Vorplanermodul 304 wissen kann, welcher Belegungsfilmrahmen beim Erzeugen eines bestimmten CTE-Bands (Cross Track Error-Band) verwendet werden soll. CTE-Bänder werden verwendet, um akzeptable Betriebsbereiche anzuzeigen. CTE-Bänder treten in lateralem diskretem Abstand auf und sind senkrecht zur Fahrspurmitte. CTE-Bänder können als Linearisierung des Fahrzeugarbeitsbereichs um die Mitte der Fahrspur herum betrachtet werden. Die CTE-Banderzeugung wird weiter unten mit Bezug auf 10 erörtert.
Das longitudinale Vorplanermodul 306 empfängt Eingaben vom Planungssystem 102 (wie bei 103 in 4 beschrieben) sowie den Raumordnungsplan von dem lateralen Vorplanermodul 304 und löst ein reibungslosestes kollisionsfreies Geschwindigkeitsprofil entlang des lateralen Weges. Dies beinhaltet die Interpolation räumlicher Größen in eine zeitliche Diskretisierung sowie die Berücksichtigung anderer Anforderungen, wie beispielsweise Folgeabstand, Querbeschleunigung, Geschwindigkeitsbegrenzungen usw. Zur Veranschaulichung werden die Straßenkrümmung und die Aufprallgeschwindigkeit der Straßenverengung durch ein Kostenmodell berechnet, das von einem Löser 310 bereitgestellt wird, sodass das Fahrzeug um eine Kurve herum verlangsamt und verlangsamt, wenn der Raum zwischen Hindernissen/Objekten eng ist.
Wie in 7 dargestellt, lösen die lateralen und longitudinalen Vorplanermodule 304 und 306 die lateralen und longitudinalen Probleme für eine rechnerisch effiziente Lösung der Probleme im Planerzeugungsverfahren getrennt. Auf diese Weise werden die Berechnungen für die lateralen und longitudinalen Probleme durch die Module 304 und 306 lose gekoppelt (z. B. indirekt gekoppelt).
In einer Ausführungsform erzeugt das Bewegungsplanersystem 104 Raumordnungs- und Zeitpläne 312 und 314 in einem bestimmten Zeitintervall, beispielsweise alle 100 ms, basierend auf neuen Sensorinformationen. Zur Einstellung der Anfangsbedingung werden die vorherigen 100 ms zusammen mit dem aktuellen Plan als Anfangsbedingung für die Optimierung verwendet. Sobald es in Betrieb ist, interpoliert das Bewegungsplanersystem 104 in einer Ausführungsform entlang der vorhergehenden Lösung (im Gegensatz zur Interpolation unter Verwendung einer glatten lokalisierten Stellung). Dies ermöglicht, dass die Trajektorie eines idealen kinematischen Fahrzeugs Beschränkungen unterliegt, denen das echte Fahrzeug folgen sollte.
Die lateralen und longitudinalen Vorplanermodule 304 und 306 liefern die Raumordnungs- und Zeitpläne 312 und 314 an das Fahrzeugwegkonstruktormodul 316. Das Fahrzeugwegkonstruktormodul 316 verschmilzt die Informationen zwischen dem Raumordnungsplan 312 (der die Wegpositionen innerhalb einer Karte enthält) und dem Zeitplan 314 (der die Zeitsteuerungsinformationen für den Weg enthält), um eine Reihe von Punkten entlang des Weges zu erzeugen. Das Verschmelzen der Informationen wird durch Interpolation durchgeführt, bei der die lateralen und longitudinalen Informationen in konstanten Zeit- und/oder Raumintervallen zusammengepackt werden, wobei jeder Punkt einen Zeitstempel und eine Fahrt entlang der Fahrspur aufweist. Dies führt dazu, dass jeder Punkt entlang des Weges mit einer Zeit, x Position, y Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Krümmung und Richtung verbunden ist und die Trajektorie erzeugt, die als Referenz für das Wegfolgersystem 106 verwendet wird. Auf diese Weise werden die Ergebnisse des Bewegungsplanersystems 104 mit der Verarbeitung des Wegfolgersystems 106 kombiniert. Dadurch wird sichergestellt, dass bei Lokalisierungssprüngen, Modellfehlern usw. ein reibungsloser Ablauf erzielt wird. Dies führt auch zu einer modulareren Verifikation und Prüfung zwischen Planern und Folger/untergeordneter Steuerung.
Die 8 und 9 zeigen eine Optimierungssteuerungsmodellierung bei 340 und 356, die von den lateralen und longitudinalen Vorplanermodulen 304 und 306 verwendet wird, um ihre jeweiligen Pläne 312 und 314 zu erzeugen. Die Optimierung erfolgt durch Lösen eines optimalen Steuerungsproblems für einen kurzen Horizont in die Zukunft. Die Optimierung beinhaltet beispielsweise die Verwendung konvexer quadratischer Kostenfunktionen 342 und 358. Ein konvexer quadratischer Ansatz beinhaltet eine Optimierungskostenfunktion, wobei die Kosten die folgende Form annehmen: x^T * Q * x, wobei x der Vektor der Entscheidungsvariablen ist und Q eine positive definite Gewichtungsmatrix ist. Jede Variable weist quadratische Kosten auf, die gelten, wenn Q eine Diagonale mit mehr oder gleichen Elementen ist.
Die konvexen quadratischen Kostenfunktionen 342 und 358 beinhalten affine Beschränkungen (lineare und konstante Beschränkungen), wie bei 352 und 362 angegeben. Die affinen Beschränkungen 352 und 362 können die Form f <= A*x + c haben, worin f eine Untergrenze ist, A eine Beschränkungsmatrix ist, x der Vektor der Entscheidungsvariablen und c eine Konstante ist. Diese Beschränkungen weisen eine mathematische Struktur auf, die es dem Optimierungslösungsalgorithmus ermöglicht, sich relativ zu einer allgemeinen Funktionsform schnell zu lösen.
Wie in 8 für das laterale Vorplanermodul 304 dargestellt, können die Kosten 354, die für die konvexe quadratische Kostenfunktion 342 optimiert werden sollen, Glätte (z. B. Minimierung von Seitenruck usw.) beinhalten, wobei 50 Punkte für laterale und diskretisierte Werte von 0,5 - 2,5 m basierend auf der Geschwindigkeit (25 m - 150 m) verwendet werden. Andere Kosten 354 können die gewünschte laterale Anordnung in einer Fahrspur beinhalten.
Die Auflösungspunkte können so eingestellt werden, dass sie ausreichend sind, um die Dynamik des Fahrzeugs und von Hindernissen zu erfassen. Der Horizont kann auch ausreichend lang genug sein, um einen „Gleichgewichtszustand“ nahe dem Ende (z. B. Fahrspurmitte) zu erreichen. Die linearisierte Formulierung um die Fahrspurmitte kann in bestimmten Situationen modifiziert werden, sodass die modifizierte Fahrspurmitte möglicherweise nicht die Mitte der abgebildeten Fahrspuren sein kann.
Beschränkungen 352 können CTE (Cross Track Error)-Beschränkungen beinhalten, wie beispielsweise die Vermeidung von Hindernissen, Vermeidung von Fahrspurbegrenzungen (mit den Überlegungen, dass bestimmte Begrenzungsarten verletzt werden könnten; z. B. „gestrichelte Linie“) usw. Andere Beschränkungen können das Erfüllen von Kurvenradius- (Krümmungs)-Beschränkungen des Autos, der Lenkradgeschwindigkeit und der Lenkradbeschleunigung unter Verwendung der vorhergehenden longitudinalen Lösung usw. beinhalten.
Ein kinematisches Modell 350 wird verwendet, um die Bewegung von Objekten innerhalb des Bereichs des autonomen Fahrzeugs zu modellieren. Das kinematische Modell 350 kann für die Objekte die Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung usw. beschreiben. Diese Informationen werden bei der Optimierung der Kostenfunktion, wie zum Beispiel in Bezug auf die Minimierung des Seitenrucks, verwendet. Kinematisches Modell 350 kann folgende Zustände aufweisen: Abweichung von der Fahrspurmitte; Kurs; Krümmung; räumlicher Ruck (räumliche Ableitung der Krümmung); usw.
Im Folgenden wird eine Darstellung zum Bewerten der quadratischen Kostenfunktion 342 für das laterale Vorplanermodul 304 bereitgestellt. Das Planungssystem 102 liefert Eingabedaten an das laterale Vorplanermodul 304. Die Eingabedaten können Straßenbegrenzungen von einer Karte beinhalten, wie beispielsweise gestrichelte Grenzlinieninformationen und durchgehende Grenzlinieninformationen. Bei der Auswertung der quadratischen Kostenfunktion 342 kann bei Bedarf eine gestrichelte Grenzlinie überschritten werden. Andere Eingaben in das Modell können Folgendes beinhalten: Mittellinie (aus einer Karte, einschließlich Metadaten über die Fahrspur), Geschwindigkeitsbegrenzungen, Schulzonen/ Geschwindigkeitsschwellen/Straßensteigung; Erfassungsinformationen (z. B. Standort/Größe verfolgter Objekte, Vorhersagen von Objekttrajektorien über den Planungshorizont); und Haltepunkte (z. B. an einer Kreuzung anhalten, wenn das Licht rot oder ein Stoppschild vorhanden ist usw.).
9 zeigt exemplarische Kosten 364 für das longitudinale Vorplanermodul 306. Die Kosten 364 für die konvexe quadratische Kostenfunktion 358 zum Optimieren können Folgendes beinhalten: Glätte und Konsistenz der Trajektorien; Geschwindigkeit und Abstandverfolgung; Ausgleichskomfort und angemessene Vorwärtsbeschleunigungsprofile; reibungslose Verfolgung von Fahrzeugen; sanfte Verlangsamungen für Kurven; usw. Die Auflösung kann die Einstellung von 24 Punkten für die Längsrichtung beinhalten, die auf 0,5 s (d. h. 12 Sekunden) diskretisiert sind. Diese Auflösung kann so eingestellt werden, dass sie ausreichend ist, um relevante Dynamiken des Fahrzeugs und anderer Hindernisse zu erfassen. Der Horizont kann auch ausreichend lang genug sein, um Krümmung und Kreuzungen weit voraus und Hindernisse zu sehen.
Beschränkungen 362 für die quadratische Kostenfunktion 358 können beinhalten:

* Geschwindigkeitsbegrenzungen, wie: Befriedigung der lateralen Beschleunigung, Lenkradgeschwindigkeit und Lenkradbeschleunigungsbeschränkungen basierend auf dem lateralen Weg; „Verlangsamung bei Straßenverengung“ basierend auf dem Betrag, um den das CTE-Band (z. B. akzeptabler Betriebsbereich) durch Hindernisse reduziert wird; usw.
* Beschleunigungsbegrenzungen, wie „harte“ Grenzen basierend auf Fähigkeiten des Fahrzeugs; „Weiche“ Vorwärtsbeschleunigungsgrenzen basierend auf Komfort; usw.
* Ruckbegrenzungen basierend auf den Fähigkeiten des Fahrzeugs.
* das Befriedigen von „Haltelinien“, wie beispielsweise Kreuzungen oder rote Ampeln.
* dringende Beschränkungen, um einen sicheren Folgeabstand hinter Hindernissen aufrechtzuerhalten.
* milde Beschränkung, um einen längeren Folgeabstand hinter Hindernissen einzuhalten, wobei eine milde Beschränkung typischerweise verletzt wird, sodass eine „federnde“ Reaktion auf Änderungen der Leitfahrzeuggeschwindigkeit auftreten kann.

Ein kinematisches Modell 360 erzeugt Informationen über die Bewegung von Objekten innerhalb des Bereichs des autonomen Fahrzeugs. Diese Informationen werden bei der Optimierung der quadratischen Kostenfunktion 358 verwendet, beispielsweise hinsichtlich Beschleunigungsgrenzen. Das kinematische Modell 360 kann die folgenden Zustände aufweisen: Bewegung (z. B. Bogenlänge entlang des lateralen Wegs); Geschwindigkeit; Beschleunigung; Ruck; usw.
10 zeigt bei 500 laterale Vorverarbeitungsvorgänge, die sich auf die CTE („Cross Track Error“) Banderzeugung beziehen. Wie in Bezug auf 7 erläutert, werden CTE-Bänder (Cross Track Error-Bänder) als Teil der Operationen des lateralen Vorplanermoduls verwendet. CTE-Bänder werden verwendet, um akzeptable Bereiche des Fahrzeugbetriebs anzuzeigen. CTE-Bänder werden basierend auf Fahrspurmitte und Fahrspurbegrenzungen erzeugt und ähneln optisch Gleisen. Diese treten im lateralen Diskretisierungsabstand auf und werden senkrecht zur Fahrspurmitte gezogen. CTE-Bänder können als Linearisierung des Fahrzeugarbeitsbereichs um die Mitte der Fahrspur herum betrachtet werden.
Unter Bezugnahme auf 10 werden die CTE-Bänder im Verarbeitungsblock 502 erzeugt, indem sie senkrechte Linien zur Fahrspurmitte erzeugen, die sich bis zu den Fahrspurbegrenzungen erstrecken. Jedes CTE-Band wird im Verfahrensblock 504 in einer festgelegten Anzahl von Punkten (z. B. 50 Punkten) lateral von einer Fahrspurbegrenzung zur anderen aufgeteilt. Bei Verfahrensblock 506 wird ein CTE-Band basierend darauf verkleinert, in welchem Bereich das autonome Fahrzeug sicher fahren kann. Der Verfahrensblock 508 bestimmt (während der Fahrt), wie weit das autonome Fahrzeug zu einem bestimmten Zeitpunkt erwartet wird. Dies wird unter Verwendung der vorhergehenden longitudinalen Lösung durchgeführt.
Der Verfahrensblock 510 findet die Positionen von Hindernissen, von denen vorhergesagt wird, dass sie sich zu dieser bestimmten Zeit entlang des betreffenden CTE-Bandes befinden. Bei Verfahrensblock 512 wird das CTE-Band erzeugt, sodass das CTE-Band eine Position darstellt, an der die Hinterachse des autonomen Fahrzeugs frei von vorhergesagten Hindernissen fahren kann. Jeder Punkt auf dem CTE-Band zeigt an, dass ein fahrzeugförmiges Polygon (an der Hinterachse zentriert) frei von Kollisionen ist.
11 zeigt bei 600 longitudinale Vorverarbeitungsvorgänge zum Bestimmen des reibungslosesten kollisionsfreien Geschwindigkeitsprofils entlang des lateralen Wegs, der durch das laterale Vorplanermodul bereitgestellt wird. Der Verfahrensblock 602 verwendet den vorherigen longitudinalen Plan und den zuletzt gelösten lateralen Plan, um räumliche Mengen in Zeitdiskretisierung zu interpolieren. Dies wird bei Verfahrensblock 604 durchgeführt, indem die Straßenkrümmung und die Straßenverengung in Zeit umgewandelt werden, die auf der zu erwartenden Zeit basiert, zu der das autonome Fahrzeug jede Position im Raum erreichen wird.
Der Verfahrensblock 606 identifiziert Hindernisse entlang des Weges, indem er für jeden Schritt in dem longitudinalen Planhorizont die Objekte abfragt, die zu diesem Zeitpunkt vorhergesagt wurden. Dies wird durch das Vorwärtsdurchlaufen entlang des lateralen Wegs bis zum Erkennen einer Kollision bestimmt.
Der Verfahrensblock 608 löst das reibungsloseste kollisionsfreie Geschwindigkeitsprofil entlang des lateralen Wegs unter Berücksichtigung anderer Beschränkungen (z. B. Folgeabstand, Querbeschleunigung, Geschwindigkeitsbegrenzungen usw.). In diesem Beispiel wird das Lösen für das Geschwindigkeitsprofil unter Verwendung einer „inneren Iteration“ durchgeführt, die die Konvergenz räumlicher Mengen in die zeitliche Diskretisierung, wie bei Verfahrensblock 610 angegeben, ermöglicht. Die innere Iteration beinhaltet eine Sequenz von „longitudinaler Vorverarbeitung“ und dann „longitudinaler Lösung“, die wiederholt werden, bis räumliche Mengen konvergieren. Genauer gesagt verwendet die longitudinale Vorverarbeitung die longitudinale Lösung des vorhergehenden Schrittes in der ersten inneren Iteration und verwendet die vorherige longitudinale Iterationslösung, die in nachfolgenden Wechselwirkungen erhalten wird. Die longitudinale Lösung bietet eine neue longitudinale Lösung zur Verwendung in der nächsten Wiederholung der Vorverarbeitungsschritte. Dieser Vorgang wird wiederholt (z. B. bis zu 3-mal), um eine Konvergenz zu ermöglichen.
12 zeigt bei 106 ein Wegfolgersystem. Das Wegfolgersystem 106 verbindet den realen (z. B. glatte lokalisierte Stellung) mit dem idealen Fahrzeugstandort entlang des Plans (z. B. „Geiststellung“). Wenn das Lokalisierungssystem 702 springt oder das untergeordnete Steuersystem 108 einen Fehler aufweist, korrigiert das Wegfolgersystem 106 dies durch Lösen eines kinematisch realisierbaren Wiedereintrittsplans aus der aktuellen Position zum aktuellen Plan.
Ähnlich wie das Bewegungsplanersystem 104 wird das Wegfolgersystem 106 bei 712 und 716 in longitudinale und laterale Verarbeitung entkoppelt, wobei jedes als ein quadratisches Optimierungsproblem formuliert wird, wie bei 714 und 718 angegeben. Das Wegfolgersystem 106 arbeitet mit 50 Hz, was die Frequenz der glatten lokalisierten Stellung ist. Die Ausgangsposition ist von der Lokalisierung und wird verwendet, um laterale und longitudinale Wiedereintrittsfehler zu ermitteln.
Eine Spline-Bibliothek 710 empfängt Eingabedaten von dem Planungssystem 102, dem Lokalisierungssystem 702 und der Odometrie 704, um sowohl den lateralen Wiedereintrittsfehler als auch den longitudinalen Wiedereintrittsfehler zu bestimmen. Die Spline-Bibliothek 710 erreicht dies durch Berechnen des nächstgelegenen Punktes entlang eines Spline-Weges zur aktuellen Position des Fahrzeugs. Dieser Punkt wird basierend auf der aktuellen Fahrtrichtung in laterale und longitudinale Komponenten zerlegt. Alternative Interpolationsverfahren (andere als Splines) könnten ebenfalls verwendet werden.
Das laterale Wiedereintrittsplanermodul 712 verwendet eine räumliche diskretisierte Optimierung, um den lateralen Wiedereintrittsfehler zu korrigieren. Die Optimierung bestimmt die optimale Krümmung, Richtung und die CTE-Trajektorie, um dem verlängerten Fahrzeugweg zu folgen. Das laterale Wiedereintrittsplanermodul 712 verwendet ein ähnliches kinematisches Modell wie das vorstehend beschriebene laterale Vorplanermodul sowie ähnliche Krümmungsbeschränkungen (j edoch auf einem etwas „offeneren“ oder permissiveren Niveau).
Das longitudinale Wiedereintrittsplanermodul 716 verwendet eine zeitliche diskretisierte Optimierung, um den longitudinalen Wiedereintrittsfehler zu korrigieren. Die Optimierung bestimmt die optimale Beschleunigung/Geschwindigkeit/Fahrtrajektorie, um dem Fahrzeugweg zu folgen. Das longitudinale Wiedereintrittsplanermodul 716 verwendet ein ähnliches kinematisches Modell wie das vorstehend beschriebene longitudinale Vorplanermodul sowie ähnliche Beschleunigungs- und Ruckbeschränkungen (jedoch auf einem etwas „offeneren“ oder permissiveren Niveau).
Lösungen von den longitudinalen und lateralen Wiedereintrittsplanermodulen 712 und 716 werden dann kombiniert, um bei 720 einen lokalen Plan zu erzeugen, der als Referenz für das untergeordnete Steuersystem 108 dient. Der lokale Plan kann Zeit, Position (x, y), Geschwindigkeit, Beschleunigung, Richtung, Krümmung und Ableitung der Krümmung enthalten.
Die 13 und 14 zeigen Komponenten eines untergeordneten Steuersystems 108. Unter Bezugnahme auf 13 löst das untergeordnete Steuersystem 108 den gewünschten Lenkwinkel und das Drossel-/Bremsdrehmoment, um den bei 720 erzeugten lokalen Plan zu verfolgen. Das untergeordnete Steuersystem 108 arbeitet mit 100 Hz. Innerhalb des untergeordneten Steuersystems 108 nimmt eine laterale Steuerung 802 den lokalen Plan und löst für die gewünschte Krümmung auf. Die laterale Steuerung 802 bildet den Lenkwinkel zur Verwendung bei der Steuerung der elektrischen Servolenkung 120 ab.
Eine longitudinale Steuerung 804 löst das gewünschte Drosselklappen- oder Bremsdrehmoment unter Verwendung von PID (Proportional-Integral-Derivativ) und Feed-Forward-Ansätzen auf, die nachfolgend mit Bezug auf 14 beschrieben werden. Das elektrische Bremssteuermodul 122 verwendet den gelösten gewünschten Bremsdrehmomentwert in seinen Steuervorgängen. Das Motorsteuergerät 124 verwendet den gelösten gewünschten Drosselklappenwert in ähnlicher Weise. Die longitudinale Steuerung 804 berücksichtigt Stellgliedverzögerungen, indem sie entlang des lokalen Plans um den erwarteten Betrag der Verzögerung voraussieht. Die longitudinale Steuerung 804 löst das gewünschte Drosseklappen- oder Bremsdrehmoment unter Verwendung eines PID- und Feed-Forward-Ansatzes, wie in 14 dargestellt
14 zeigt ein Steuersystem zur Verwendung mit der longitudinalen Steuerung 804 des untergeordneten Steuersystems 108. Die longitudinale Steuerung 804 empfängt die Referenzgeschwindigkeit und Geschwindigkeitsschätzung von der Odometrie 704, um die gewünschte Beschleunigung zu lösen. Die Daten aus der Odometrie 704 basieren auf Messungen der IMU des Fahrzeugs (z. B. einer Trägheitsmesseinheit mit Gyroskopmetern und Beschleunigungsmessern) und Radcodierern. Diese stellen nichtlineare Zustandsschätzungen für Stellung (z. B. Rollen, Neigen und Gieren), Geschwindigkeit, Beschleunigung usw. bereit.
Das Steuersystem hat einen Regelkreis 902 (z. B. einen PID-Regelkreis) um den Geschwindigkeitsfehler plus einen Feed-Forward-Begriff 900 auf, der die Lookahead-Beschleunigung im lokalen Plan sowie die Neigung von der Odometrie 704 berücksichtigt. Die gewünschte Beschleunigung wird dann durch ein Modell 904 in die gewünschte Eingabe für die spezifischen Schnittstellen des Fahrzeugs 906 umgewandelt. So können beispielsweise die Eingaben für einen bestimmten Fahrzeugmodelltyp Drosselklappen- oder Bremsmoment sein, die unter Verwendung eines Modells basierend auf dem Raddurchmesser und der Masse des Fahrzeugs umgewandelt werden. Für einen anderen Fahrzeugmodelltyp könnten die Eingaben Prozentsätze der Brems- und Gaspedalstellungen sein, die durch das Modell 904 aus der gewünschten Beschleunigung umgewandelt werden. Zusätzliche Parameter für das Modell 904 beinhalten Fahrzeugmasse, Radradius, konzentrierte Trägheit des Antriebsstrangs, aerodynamische Luftwiderstandsbegriffe, Rollwiderstandsbegriffe, Widerstand aufgrund von Reifenschlupf beim Drehen usw.
Die vom Modell 904 erzeugten Befehle werden über den Fahrzeugbus an die Antriebs- und Bremssteuereinheiten gesendet. Die Steuereinheiten passen den Motorstrom, die regenerative Bremslast und den Reibungsbremsbremssatteldruck an, damit das Fahrzeug 906 dem korrekten berechneten Fahrzeugweg folgt.
Das Planungssystem 102 verwaltet die Vorplanungsvorgänge von Wegen. Das Planungssystem 102 erzeugt Vorplanungsdaten 103 für Fahrzeugquerrichtungsüberlegungen (z. B. Lenksteuerung) und Vorplanungsdaten 103 für Längssteuerungsüberlegungen (z. B. Brems- und Drosselklappensteuerung). Die Vorplanungsdaten 103 können Straßeninformationen, Standort/Größe von verfolgten Objekten innerhalb der Fahrzeugumgebung usw. beinhalten. Solche Daten 103 aus dem Planungssystem 102 werden aus Daten abgeleitet, die von dem Fahrzeugsensorsystem, dem Datenspeicher (z. B. Karteninformationen) usw. bereitgestellt werden.
Wie mit Bezugnahme auf 4 erörtert, verwaltet das Planungssystem 102 die Vorplanungsvorgänge von Wegen. Das Planungssystem 102 erzeugt Vorplanungsdaten 103 für Fahrzeugquerrichtungsüberlegungen (z. B. Lenksteuerung) und Vorplanungsdaten 103 für Längssteuerungsüberlegungen (z. B. Brems- und Drosselklappensteuerung). Die Vorplanungsdaten 103 werden aus Daten abgeleitet, die von dem Fahrzeugsensorsystem bereitgestellt werden. 15 zeigt ein Beispiel des Fahrzeugsensorsystems bei 950 für ein exemplarisches autonomes Fahrzeug 952. D Fahrzeugsensorsystem bei 950 beinhaltet eine Vielzahl von um das Fahrzeug 952 verteilten Radarvorrichtungen 954a, eine Vielzahl von um das Fahrzeug 952 verteilten Kameras 954b und eine Vielzahl von um das Fahrzeug 952 herum verteilten Lidar-Vorrichtungen 954c. Diese Kombination von Sensoren innerhalb des Sensorsystems 28 eines Fahrzeugs erhält Informationen für die Umgebungs- und Objekterfassung und -analyse. Es können viele verschiedene Arten von Sensorkonfigurationen verwendet werden, wie zum Beispiel in 15 dargestellt.
Die Radarvorrichtungen 954a sind an unterschiedlichen Orten des Fahrzeugs 952 angeordnet und in einer Ausführungsform sind diese symmetrisch um die Längsachse des Fahrzeugs 952 angeordnet, um eine Parallaxe zu bilden. Jede der Radarvorrichtungen 954a kann Komponenten beinhalten oder einbinden, die geeignet konfiguriert sind, um die Umgebung horizontal und drehbar abzutasten, um Radardaten zu erzeugen, die für andere Systeme bereitgestellt werden.
Die Kameras 954b sind ebenfalls an verschiedenen Orten angeordnet und so ausgerichtet, dass diese ein unterschiedliches Sichtfeld bereitstellen, das unterschiedliche Teile der Umgebung in der Umgebung des Fahrzeugs 952 erfasst. Zum Beispiel ist eine erste Kamera 954b an der vorderen linken Seite (oder Fahrerseite) des Fahrzeugs 952 positioniert und ihr Sichtfeld ist 45° gegen den Uhrzeigersinn bezüglich der Längsachse des Fahrzeugs 952 in der Vorwärtsrichtung ausgerichtet, und eine andere Kamera 954b kann an der vorderen rechten Seite (oder Beifahrerseite) des Fahrzeugs 952 positioniert sein und ihr Sichtfeld ist um 45° im Uhrzeigersinn relativ zu der Längsachse des Fahrzeugs 952 ausgerichtet. Zusätzliche Kameras 954b sind an den hinteren linken und rechten Seiten des Fahrzeugs 952 positioniert und in ähnlicher Weise von der Längsachse unter 45° relativ zu der Fahrzeuglängsachse weggerichtet, zusammen mit Kameras 954b, die an der linken und rechten Seite des Fahrzeugs 952 positioniert und von der Längsachse senkrecht zur Fahrzeuglängsachse weggerichtet sind. Die dargestellte Ausführungsform umfasst ebenfalls ein Paar Kameras 954b, die an oder nahe der Fahrzeuglängsachse positioniert und ausgerichtet sind, um ein nach vorne schauendes Sichtfeld entlang einer Sichtlinie im Wesentlichen parallel zur Fahrzeuglängsachse zu erfassen.
In exemplarischen Ausführungsformen haben die Kameras 954b Sichtwinkel, Brennweiten und andere Attribute, die sich von jenen der einen oder mehreren Kameras 954b unterscheiden. Zum Beispiel können die Kameras 954b auf der rechten und der linken Seite des Fahrzeugs einen Blickwinkel aufweisen, der größer ist als der Blickwinkel, der den Kameras 954b zugeordnet ist, die vorne links, vorne rechts, hinten links oder hinten rechts am Fahrzeug positioniert sind. In einigen Ausführungsformen sind die Sichtwinkel der Kameras 954b so gewählt, dass sich das Sichtfeld der verschiedenen Kameras 954b zumindest teilweise überlappt, um eine Abdeckung des Kameraerfassungsbereichs an bestimmten Stellen oder Ausrichtungen relativ zum Fahrzeug 952 zu gewährleisten.
Die Lidar-Vorrichtungen 954c sind ebenfalls an verschiedenen Stellen des Fahrzeugs 952 angeordnet und in einer Ausführungsform sind diese symmetrisch um die Längsachse des Fahrzeugs 952 angeordnet, um eine Parallaxe zu erzielen. Jede der Lidar-Vorrichtungen 954c kann einen oder mehrere Laser, Abtastkomponenten, optische Anordnungen, Fotoerfassungsvorrichtung und andere Komponenten aufweisen oder beinhalten, die in geeigneter Weise konfiguriert sind, um die Umgebung in der Nähe des Fahrzeugs 952 mit einer bestimmten Winkelfrequenz oder Drehgeschwindigkeit horizontal und drehbar abzutasten. Zum Beispiel ist in einer Ausführungsform jede Lidar-Vorrichtung 954c konfiguriert, horizontal um 360° mit einer Frequenz von 10 Hertz (Hz) zu rotieren und abzutasten. Wie hierin verwendet, sollte eine Lidar-Abtastung so verstanden werden, dass diese sich auf eine einzelne Umdrehung einer Lidar-Vorrichtung 954c bezieht.
In hierin beschriebenen exemplarischen Ausführungsformen ist die Frequenz oder Rate, mit der die Kameras 954b Bilder erfassen, größer als die Winkelfrequenz der Lidar-Vorrichtungen 954c. Zum Beispiel erfassen in einer Ausführungsform die Kameras 954b neue Bilddaten, die ihrem jeweiligen Sichtfeld entsprechen, mit einer Rate von 30 Hz. Somit kann jede Kamera 954b mehrere Bilder pro Lidar-Abtastung erfassen und die Bilder zu unterschiedlichen Zeiten, unabhängig von der Ausrichtung der Lidar-Vorrichtung 954c oder der Winkelposition innerhalb der Abtastung, erfassen. Dementsprechend wählt der hierin beschriebene Gegenstand ein Bild der jeweiligen Kamera 954b aus, das den Lidarpunktwolkendaten aus einer bestimmten Lidarabtastung zeitlich zugeordnet ist, basierend auf den Zeitstempeln der von der jeweiligen Kamera 954b aufgenommenen Bilder in Bezug auf eine Abtastzeit, zu der die Winkelposition der Lidarabtastung der Sichtlinie einer Lidarvorrichtung 954c entspricht, die im Wesentlichen parallel zur Halbierungslinie (oder Sichtlinie) des Sichtwinkels der jeweiligen Kamera 954b ausgerichtet ist.
Das autonome Fahrzeug 952 verwendet die Informationen von diesen unterschiedlichen Arten von Sensoren, um den dreidimensionalen Ort und die Geometrie von Objekten in der Nähe des Fahrzeugs zu verfolgen. In einer exemplarischen Ausführungsform kann das autonomen Fahrzeug 952 eine solche Verfolgung von dreidimensionalen Orten von Objekten, Entfernung/Tiefe des Objekts von dem Fahrzeug, Abmessungen und Formen der Objekte, Geschwindigkeit der Objekte usw. zur Verwendung bei der Bestimmung eines Weges eines Fahrzeugs erzeugen oder verwenden.
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

Verfahren zum Erzeugen eines Fahrzeugweges zum Betreiben eines autonomen Fahrzeugs, umfassend: das Empfangen von lateralen und longitudinalen Vorplanungsdaten durch einen oder mehrere Prozessoren; Erzeugen eines lateralen Raumordnungsplans durch den einen oder die mehreren Prozessoren durch Anwenden eines lateral-bezogenen Optimierungsmodells auf die lateralen Vorplanungsdaten; Erzeugen eines longitudinalen Zeitplans durch den einen oder die mehreren Prozessoren durch Anwenden eines longitudinal-bezogenen Optimierungsmodells auf die longitudinalen Vorplanungsdaten; worin der laterale Raumordnungsplan Fahrzeugwegpositionen innerhalb einer Karte beinhaltet und der longitudinale Zeitplan Zeitinformationen für Wegpositionen bereitstellt; Erzeugen des Fahrzeugwegs durch den einen oder die mehreren Prozessoren durch Verschmelzen des lateralen Raumordnungsplans mit dem longitudinalen Zeitplan.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: das getrennte Durchführen des Erzeugens des lateralen Raumordnungsplans und des Erzeugens des longitudinalen Zeitplans und auf eine indirekt gekoppelte Weise, die es ermöglicht, dass der erzeugte laterale Raumordnungsplan bei der Erzeugung des longitudinalen Zeitplans verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die lateralen und longitudinalen Vorplanungsdaten Straßeninformationen und Position und Größe der verfolgten Objekte innerhalb der Umgebung des autonomen Fahrzeugs beinhalten.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das lateral-bezogene Optimierungsmodell Kostenfunktionen, Beschränkungen und ein kinematisches Modell beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 4, ferner umfassend: Anwenden des lateral-bezogenen Optimierungsmodells, um einen Bereich zu identifizieren, in dem das autonome Fahrzeug sicher arbeiten kann.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das longitudinal-bezogene Optimierungsmodell Kostenfunktionen, Beschränkungen und ein kinematisches Modell beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend: Anwenden des longitudinal-bezogenen Optimierungsmodells, um ein reibungslosestes kollisionsfreies Geschwindigkeitsprofil entlang eines lateralen Wegs zu identifizieren.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Erzeugen des Fahrzeugwegs, um Punkte entlang eines Weges zu beinhalten, die einer Zeit, x-Position, y-Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Krümmung und Richtung zugeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Verwenden eines Wegfolgesystems zum Untersuchen einer tatsächlichen Fahrzeugposition in Bezug auf eine ideale Fahrzeugposition; und Erzeugen von Wegkorrekturbefehlen basierend auf der untersuchten tatsächlichen Fahrzeugposition und der idealen Fahrzeugposition.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Übertragen der erzeugten Wegkorrekturbefehle zum Steuern von Lenk-, Brems- und Motorkomponenten.