DE102019133708A1

DE102019133708A1 - Verfahren und vorrichtung zum erfassen von statischen und dynamischen informationen auf spurniveau

Info

Publication number: DE102019133708A1
Application number: DE102019133708.9A
Authority: DE
Inventors: Fan Bai; Shu Chen; Donald K. Grimm; Jinzhu Chen; Bo Yu; David E. Bojanowski
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2019-01-18
Filing date: 2019-12-10
Publication date: 2020-07-23
Also published as: CN111457933B; US11127292B2; US20200234585A1; CN111457933A

Abstract

Verfahren und Vorrichtungen zum Steuern eines Fahrzeugs sind vorgesehen. In einer Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren: Empfangen, durch einen Prozessor, von Fahrzeugpositionsdaten vom Fahrzeug; Verarbeiten, durch den Prozessor, von Fahrzeugpositionsdaten mit Fahrzeugpositionsdaten von anderen Fahrzeugen, um eine Fahrspurtopologie zu bestimmen; Verarbeiten, durch den Prozessor, der Fahrzeugpositionsdaten, um Verkehrsbedingungen innerhalb einer Fahrspur der Fahrspurtopologie zu bestimmen; Erzeugen einer Karte zum Steuern des Fahrzeugs durch den Prozessor basierend auf der Fahrspurtopologie und den Verkehrsbedingungen.

Description

EINFÜHRUNG
Das technische Feld bezieht sich im Allgemeinen auf Verfahren und Systeme zur Abbildung von Fahrspurniveauinformationen, insbesondere auf Verfahren und Systeme zur Abbildung von Fahrspurniveauinformationen unter Verwendung von Informationen des globalen Ortungssystems von einem oder mehreren Fahrzeugen.
Autonome und teilautonome Fahrzeuge nutzen Abbildungsinformationen, um eine oder mehrere Komponenten des Fahrzeugs zu steuern. Karten werden typischerweise basierend auf Daten von Vermessungsfahrzeugen erstellt, die das Straßennetz durchqueren und die Daten erfassen. Die Erstellung dieser Karten braucht Zeit. Darüber hinaus sind diese Karten durch den Straßenbau und andere Veränderungen im Straßennetz schnell veraltet.
Dementsprechend ist es wünschenswert, verbesserte Methoden und Systeme zur Abbildung von Fahrspurniveauinformationen bereitzustellen. Darüber hinaus werden sich weitere wünschenswerte Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen in Verbindung mit den beigefügten Figuren und dem vorstehenden technischen Bereich und Hintergrund ergeben.
BESCHREIBUNG
Verfahren und Vorrichtungen zum Steuern eines Fahrzeugs sind vorgesehen. In einer Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren: Empfangen von Fahrzeugpositionsdaten vom Fahrzeug durch einen Prozessor; Verarbeiten von Fahrzeugpositionsdaten mit Fahrzeugpositionsdaten von anderen Fahrzeugen durch den Prozessor, um eine Fahrspurtopologie zu bestimmen; Verarbeiten der Fahrzeugpositionsdaten durch den Prozessor, um Verkehrsbedingungen innerhalb einer Fahrspur der Fahrspurtopologie zu bestimmen; Erzeugen einer Karte zum Steuern des Fahrzeugs durch den Prozessor basierend auf der Fahrspurtopologie und den Verkehrsbedingungen.
In verschiedenen Ausführungsformen beinhaltet die Verarbeitung der Fahrzeugpositionsdaten mit den Fahrzeugpositionsdaten der anderen Fahrzeuge zum Bestimmen der Fahrspurtopologie: Vorverarbeiten der Fahrzeugpositionsdaten durch den Prozessor; Erweitern der vorverarbeiteten Fahrzeugpositionsdaten durch den Prozessor; Ansammeln der erweiterten, vorverarbeiteten Fahrzeugpositionsdaten mit vorverarbeiteten Fahrzeugpositionsdaten aus den anderen Fahrzeugen durch den Prozessor; Bündeln der angesammelten Fahrzeugpositionsdaten durch den Prozessor, um Fahrspuren zu bestimmen; Korrigieren der Straßengeometrie der bestimmten Fahrspuren durch den Prozessor basierend auf der Gierrate des Fahrzeugs und den Fahrzeugpositionsdaten; und Bestimmen der Fahrspurtopologie durch den Prozessor basierend auf der korrigierten Straßengeometrie der bestimmten Fahrspuren.
In verschiedenen Ausführungsformen beinhaltet das Verfahren ferner das Anwenden von Einschränkungen auf die gebündelten Fahrzeugpositionsdaten, und die Korrektur der Straßengeometrie basiert auf den gebündelten Fahrzeugpositionsdaten. In verschiedenen Ausführungsformen werden die Einschränkungen mit Daten verglichen, die von einer Kamera oder einem Lidar des Fahrzeugs stammen. In verschiedenen Ausführungsformen beinhalten die Einschränkungen Lasten, die auf die Fahrzeugpositionsdaten angewendet werden.
In verschiedenen Ausführungsformen beinhalten die Fahrzeugpositionsdaten Breiten- und Längengrade des Fahrzeugs von einem globalen Positionierungssystem. In verschiedenen Ausführungsformen beinhalten die Verkehrsbedingungen zeitlich-räumliche Bedingungen, die auf einer Historie der Verkehrssituationen basieren. In verschiedenen Ausführungsformen beinhalten die Verkehrsbedingungen einen Hinweis auf eine Verkehrsbehinderung. In verschiedenen Ausführungsformen beinhalten die Verkehrsbedingungen auch erkannte Spurwechsel.
In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet ein System: ein globales Positionierungssystem, das Fahrzeugpositionsdaten erzeugt; und ein Steuermodul, das durch einen Prozessor die Fahrzeugpositionsdaten empfängt, die Fahrzeugpositionsdaten mit Fahrzeugpositionsdaten von anderen Fahrzeugen verarbeitet, um eine Fahrspurtopologie zu bestimmen, die Fahrzeugpositionsdaten verarbeitet, um Verkehrsbedingungen innerhalb einer Fahrspur der Fahrspurtopologie zu bestimmen, eine Karte zum Steuern des Fahrzeugs basierend auf der Fahrspurtopologie und den Verkehrsbedingungen erzeugt.
In verschiedenen Ausführungsformen verarbeitet das Steuermodul die Fahrzeugpositionsdaten mit den Fahrzeugpositionsdaten der anderen Fahrzeuge, um die Fahrspurtopologie zu bestimmen: Vorverarbeiten der Fahrzeugpositionsdaten durch den Prozessor; Erweitern der vorverarbeiteten Fahrzeugpositionsdaten durch den Prozessor; Ansammeln der erweiterten, vorverarbeiteten Fahrzeugpositionsdaten mit vorverarbeiteten Fahrzeugpositionsdaten aus den anderen Fahrzeugen durch den Prozessor; Bündeln der angesammelten Fahrzeugpositionsdaten durch den Prozessor, um Fahrspuren zu bestimmen; Korrigieren der Straßengeometrie der bestimmten Fahrspuren durch den Prozessor basierend auf einer Gierrate des Fahrzeugs und Fahrzeugpositionsdaten; und Bestimmen der Fahrspurtopologie basierend auf der korrigierten Straßengeometrie der bestimmten Fahrspuren.
In verschiedenen Ausführungsformen wendet das Steuermodul Einschränkungen auf die gebündelten Fahrzeugpositionsdaten an und korrigiert die Straßengeometrie basierend auf den gebündelten Fahrzeugpositionsdaten. In verschiedenen Ausführungsformen werden die Einschränkungen mit Daten verglichen, die von einer Kamera oder einem Lidar des Fahrzeugs stammen. In verschiedenen Ausführungsformen beinhalten die Einschränkungen Lasten, die auf die Fahrzeugpositionsdaten angewendet werden. In verschiedenen Ausführungsformen beinhalten die Fahrzeugpositionsdaten Breiten- und Längengrade des Fahrzeugs von einem globalen Positionierungssystem. In verschiedenen Ausführungsformen beinhalten die Verkehrsbedingungen zeitlich-räumliche Bedingungen, die auf einer Historie der Verkehrssituationen basieren.
In verschiedenen Ausführungsformen beinhalten die Verkehrsbedingungen einen Hinweis auf eine Verkehrsbehinderung. In verschiedenen Ausführungsformen beinhalten die Verkehrsbedingungen erkannte Spurwechsel.
In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet ein Fahrzeug: ein Fahrzeugpositionierungssystem, das Fahrzeugpositionsdaten bereitstellt; ein Kommunikationssystem, das Fahrzeugpositionsdaten von anderen Fahrzeugen empfängt; und ein Steuermodul, das durch einen Prozessor die Fahrzeugpositionsdaten empfängt, die Fahrzeugpositionsdaten mit Fahrzeugpositionsdaten von anderen Fahrzeugen verarbeitet, um eine Fahrspurtopologie zu bestimmen, die Fahrzeugpositionsdaten verarbeitet, um Verkehrsbedingungen innerhalb einer Fahrspur der Fahrspurtopologie zu bestimmen, eine Karte zum Steuern des Fahrzeugs basierend auf der Fahrspurtopologie und den Verkehrsbedingungen erzeugt.
In verschiedenen Ausführungsformen verarbeitet das Steuermodul die Fahrzeugpositionsdaten mit den Fahrzeugpositionsdaten der anderen Fahrzeuge, um die Fahrspurtopologie zu bestimmen: Vorverarbeiten der Fahrzeugpositionsdaten durch den Prozessor; Erweitern der vorverarbeiteten Fahrzeugpositionsdaten durch den Prozessor; Ansammeln der erweiterten, vorverarbeiteten Fahrzeugpositionsdaten mit vorverarbeiteten Fahrzeugpositionsdaten aus den anderen Fahrzeugen durch den Prozessor; Bündeln der angesammelten Fahrzeugpositionsdaten durch den Prozessor, um Fahrspuren zu bestimmen; Korrigieren der Straßengeometrie der bestimmten Fahrspuren durch den Prozessor basierend auf einer Gierrate des Fahrzeugs; und Bestimmen der Fahrspurtopologie basierend auf der korrigierten Straßengeometrie der bestimmten Fahrspuren.
Figurenliste
Die exemplarischen Ausführungsformen werden im Folgenden in Verbindung mit den folgenden Bezugszeichen beschrieben, wobei gleiche Bezugszahlen gleiche Elemente bezeichnen und wobei:

1 ist eine Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Abbildungssystem gemäß verschiedener Ausführungsformen;
2 und 3 sind Datenflussdiagramme, die das Abbildungssystem gemäß verschiedener Ausführungsformen veranschaulichen;
4 ist eine Veranschaulichung von Beispieldaten, die vom Abbildungssystem gemäß verschiedenen Ausführungsformen erzeugt werden; und
5 ist ein Flussdiagramm, das Abbildungsmethoden veranschaulicht, die vom Abbildungssystem gemäß verschiedener Ausführungsformen durchgeführt werden können.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende detaillierte Beschreibung ist lediglich exemplarischer Natur und soll die Anwendung und Verwendung nicht einschränken. Darüber hinaus besteht keine Absicht, an eine ausdrückliche oder stillschweigende Theorie gebunden zu sein, die im vorhergehenden technischen Bereich, Hintergrund, einer kurzen Zusammenfassung oder der folgenden detaillierten Beschreibung dargestellt wird. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff Modul auf eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (shared, dedicated oder group) und einen Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten ausführt, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können hierin in Bezug auf funktionale und/oder logische Blockkomponenten und verschiedene Verarbeitungsschritte beschrieben werden. Es ist zu beachten, dass solche Blockkomponenten durch eine beliebige Anzahl von Hardware-, Software- und/oder Firmwarekomponenten realisiert werden können, die zur Ausführung der angegebenen Funktionen eingerichtet sind. So kann beispielsweise eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verschiedene integrierte Schaltungskomponenten verwenden, z.B. Speicherelemente, digitale Signalverarbeitungselemente, Logikelemente, Nachschlagetabellen oder dergleichen, die eine Vielzahl von Funktionen unter der Kontrolle eines oder mehrerer Mikroprozessoren oder anderer Steuergeräte ausführen können. Darüber hinaus werden die Fachleute verstehen, dass Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung in Verbindung mit einer beliebigen Anzahl von Systemen praktiziert werden können und dass die hierin beschriebenen Systeme lediglich exemplarische Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind.
Der Kürze halber können konventionelle Techniken in Bezug auf Signalverarbeitung, Datenübertragung, Signalisierung, Steuerung, maschinelle Lernmodelle, Radar, Lidar, Bildanalyse und andere funktionale Aspekte der Systeme (und der einzelnen Betriebskomponenten der Systeme) hierin nicht im Detail beschrieben werden. Darüber hinaus sollen die in den verschiedenen Abbildungen dargestellten Verbindungslinien exemplarische Funktionsbeziehungen und/oder physikalische Kopplungen zwischen den verschiedenen Elementen darstellen. Es ist zu beachten, dass viele alternative oder zusätzliche funktionale Beziehungen oder physische Verbindungen in einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung vorhanden sein können.
Unter Bezugnahme auf 1 ist ein im Allgemeinen als 100 dargestelltes Abbildungssystem einem Fahrzeug 10 gemäß verschiedenen Ausführungsformen zugeordnet. Im Allgemeinen erzeugt das Abbildungssystem (oder einfach „System“) 100 Kartendaten einschließlich statischer und dynamischer Fahrspurniveauinformationen zur Verwendung bei der Steuerung des Fahrzeugs 10. In verschiedenen Ausführungsformen erzeugt das Abbildungssystem 100 die Kartendaten basierend auf Informationen, die von einem Ortungssystem des Fahrzeugs 10 und/oder von anderen Fahrzeugen empfangenen (nicht dargestellten) Ortungsinformationen erhalten wurden.
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 umschließt im Wesentlichen Komponenten des Fahrzeugs 10. Die Karosserie 14 und das Fahrgestell 12 können gemeinsam einen Rahmen bilden. Die Räder 16-18 sind jeweils drehbar mit dem Fahrgestell 12 in der Nähe einer entsprechenden Ecke der Karosserie 14 gekoppelt.
In verschiedenen Ausführungsformen ist das Fahrzeug 10 ein autonomes Fahrzeug oder ein teilautonomes Fahrzeug. Wie zu erkennen ist, kann das Abbildungssystem 100 in anderen nicht-autonomen Systemen implementiert werden und ist nicht auf die vorliegenden Ausführungsformen beschränkt. Das Fahrzeug 10 ist in der veranschaulichten Ausführungsform als Personenkraftwagen dargestellt, aber es ist zu beachten, dass auch jedes andere Fahrzeug, einschließlich Motorräder, Lastwagen, Sport Utility Vehicles (SUVs), Freizeitfahrzeuge (RVs), Marineschiffe, Flugzeuge usw., verwendet werden kann.
Wie dargestellt, beinhaltet das Fahrzeug 10 im Allgemeinen ein Antriebssystem 20, ein Getriebesystem 22, ein Lenksystem 24, ein Bremssystem 26, ein Sensorsystem 28, ein Stellgliedsystem 30, mindestens eine Datenspeichervorrichtung 32, mindestens eine Steuerung 34 und das Kommunikationssystem 36. Das Antriebssystem 20 kann in verschiedenen Ausführungsformen einen Verbrennungsmotor, eine elektrische Maschine, wie beispielsweise einen Fahrmotor, und/oder ein Brennstoffzellenantriebssystem beinhalten. Das Getriebesystem 22 ist eingerichtet, um die Leistung vom Antriebssystem 20 auf die Fahrzeugräder 16 und 18 entsprechend den wählbaren Übersetzungsverhältnissen zu übertragen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Getriebesystem 22 ein stufenloses Automatikgetriebe, ein stufenloses Getriebe oder ein anderes geeignetes Getriebe beinhalten.
Das Bremssystem 26 ist eingerichtet, um den Fahrzeugrädern 16 und 18 ein Bremsmoment zur Verfügung zu stellen. Das Bremssystem 26 kann in verschiedenen Ausführungsformen Reibungsbremsen, Drahtbremse, 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. Obwohl dargestellt als ein Lenkrad zu veranschaulichenden Zwecken, darf das Lenksystem 24 in einigen Ausführungsformen, die im Rahmen der vorliegenden Offenbarung vorgesehen sind, kein Lenkrad beinhalten.
Das Sensorsystem 28 beinhaltet eine oder mehrere Sensorvorrichtungen 31a-31n, die beobachtbare Bedingungen der äußeren Umgebung und/oder der inneren Umgebung des Fahrzeugs 10 (wie den Zustand eines oder mehrerer Insassen) erfassen. In verschiedenen Ausführungsformen beinhalten die Sensorvorrichtungen 31a-31n unter anderem Radargeräte (z.B. Langstrecken-, Mittel- und Kurzstreckenradar), Lidars, globale Positionierungssysteme, optische Kameras (z.B. nach vorne, 360 Grad, nach hinten, nach der Seite, Stereo, etc.), thermische (z.B, Infrarotkameras, Ultraschallsensoren, Odometriesensoren (z.B. Encoder) und/oder andere Sensoren, die in Verbindung mit Systemen und Verfahren gemäß dem vorliegenden Gegenstand verwendet werden können. Das Sensorsystem 28 liefert Informationen zum Bestimmen einer Position des Fahrzeugs 10.
Das Stellgliedsystem 30 beinhaltet eine oder mehrere Stellgliedsvorrichtungen 42a-42n, die ein oder mehrere Fahrzeugmerkmale steuern, wie beispielsweise das Antriebssystem 20, das Getriebesystem 22, das Lenksystem 24 und das Bremssystem 26. In verschiedenen Ausführungsformen kann das autonome Fahrzeug 10 auch innere und/oder äußere Fahrzeugmerkmale beinhalten, die in 1 nicht dargestellt sind, wie beispielsweise verschiedene Türen, ein Kofferraum und Kabinenmerkmale wie Luft, Musik, Beleuchtung, Touchscreen-Displaykomponenten (wie sie beispielsweise in Verbindung mit Navigationssystemen verwendet werden) und dergleichen.
Die Datenspeichervorrichtung 32 speichert Daten zur Verwendung bei der automatischen Steuerung des autonomen Fahrzeugs 10. Die Datenspeichervorrichtung 32 speichert in verschiedenen Ausführungsformen definierte Karten der navigierbaren Umgebung. In verschiedenen Ausführungsformen werden die definierten Karten vom Abbildungssystem 100 erzeugt und beinhalten statische und dynamische Fahrspurniveauinformationen, wie im Folgenden näher erläutert wird.
Das Kommunikationssystem 36 ist eingerichtet, um Informationen drahtlos an und von anderen Einheiten 48 zu übertragen, wie beispielsweise, aber nicht beschränkt auf, andere Fahrzeuge („V2V“-Kommunikation), Infrastruktur („V2I“-Kommunikation), Netzwerke („V2N“-Kommunikation), Fußgänger („V2P“-Kommunikation), entfernte Transportsysteme und/oder Benutzervorrichtungen (genauer beschrieben in Bezug auf 2). In einer exemplarischen Ausführungsform ist das Kommunikationssystem 36 ein drahtloses Kommunikationssystem, das eingerichtet ist, um über ein drahtloses lokales Netzwerk (WLAN) unter Verwendung der Standards IEEE 802.11 oder unter Verwendung einer zellularen Datenkommunikation zu kommunizieren. Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung werden jedoch auch zusätzliche oder alternative Kommunikationsmethoden, wie beispielsweise ein dedizierter Kurzstreckenkommunikationskanal (DSRC), berücksichtigt. DSRC-Kanäle beziehen sich auf ein- oder zweiseitige drahtlose Kommunikationskanäle mit kurzer bis mittlerer Reichweite, die speziell für den Einsatz im Automobil entwickelt wurden, sowie auf einen entsprechenden Satz von Protokollen und Standards.
Die Steuerung 34 beinhaltet mindestens einen Prozessor 44 und eine computerlesbare Speichervorrichtung oder ein Medium 46. Der Prozessor 44 kann ein beliebiger maßgeschneiderter oder kommerziell verfügbarer Prozessor, eine Zentraleinheit (CPU), eine Grafikverarbeitungseinheit (GPU), eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) (z.B. ein kundenspezifischer ASIC, der ein neuronales Netzwerk implementiert), ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA), ein Hilfsprozessor unter mehreren der Steuerung 34 zugeordneten Prozessoren, ein halbleiterbasierter Mikroprozessor (in Form eines Mikrochips oder Chipsatzes), eine beliebige Kombination derselben oder allgemein eine Vorrichtung zur Ausführung von Anweisungen sein. Die computerlesbare Speichervorrichtung oder das Medium 46 kann beispielsweise einen flüchtigen und nichtflüchtigen Speicher im Nur-Lese-Speicher (ROM), einen Direktzugriffsspeicher (RAM) und einen Keep-Alive-Speicher (KAM) beinhalten. KAM ist ein persistenter oder nichtflüchtiger Speicher, der zum Speichern verschiedener Betriebsvariablen verwendet werden kann, während der Prozessor 44 ausgeschaltet ist. Die computerlesbare Speichervorrichtung oder das computerlesbare Speichermedium 46 kann unter Verwendung einer beliebigen Anzahl bekannter Speichervorrichtungen wie PROMs (programmierbarer Nur-Lese-Speicher), EPROMs (elektrisch PROM), EEPROMs (elektrisch löschbares PROM), Flash-Speicher oder anderer elektrischer, magnetischer, optischer oder kombinierter Speichervorrichtungen, die Daten speichern können, von denen einige ausführbare Anweisungen darstellen, implementiert werden, die von der Steuerung 34 zur Steuerung des autonomen Fahrzeugs 10 verwendet werden. In verschiedenen Ausführungsformen ist die Steuerung 34 eingerichtet, um Anweisungen des Abbildungssystems 100 zu implementieren, wie im Folgenden ausführlich erläutert.
In verschiedenen Ausführungsformen empfangen und verarbeiten die Anweisungen, wenn sie vom Prozessor ausgeführt werden, Positionsinformationen des Fahrzeugs 10 und/oder von anderen Fahrzeugen, um statische und dynamische Spurinformationen zu bestimmen. Die Anweisungen erstellen und speichern eine Karte zur Verwendung bei der Steuerung des Fahrzeugs 10 und/oder anderer Fahrzeuge basierend auf den statischen und dynamischen F ahrspurinformati onen.
Mit Bezug auf die 2-3 und mit weiterem Bezug auf die 1 sind die 2-3 Datenflussdiagramme, die Aspekte des Abbildungssystems 100 näher veranschaulichen. ist eine Veranschaulichung der Ergebnisse aus dem Datenfluss gemäß verschiedener Ausführungsformen. Wie zu erkennen ist, können die in den 2-3 dargestellten Module und Submodule kombiniert und/oder weiter unterteilt werden, um die hierin beschriebenen Funktionen ebenfalls auszuführen. Eingänge zu Modulen und Submodulen können vom Sensorsystem 28 empfangen werden, von anderen Steuermodulen (nicht dargestellt), die dem Fahrzeug 10 zugeordnet sind, vom Kommunikationssystem 36 empfangen und/oder durch andere Submodule (nicht dargestellt) innerhalb der Steuerung 34 von 1 bestimmt/modelliert werden. Die dargestellten Module und Submodule erfüllen im Allgemeinen die Funktionen des Bestimmens von statischen und dynamischen Fahrspurinformationen und des Erstellens einer Karte zur Verwendung bei der Steuerung des darauf basierenden Fahrzeugs 10. So beinhaltet das Abbildungssystem 100, wie in 2 dargestellt, ein statisches Datenbestimmungsmodul 50, ein dynamisches Datenbestimmungsmodul 52 und ein Kartenerzeugungsmodul 54.
Das statische Datenbestimmungsmodul 50 empfängt die Positionsdaten 56 vom Fahrzeug 10 und/oder die Positionsdaten 60 von anderen Fahrzeugen. Die Positionsdaten 56, 60 können Zeitreihendaten von z.B. einem GPS-System beinhalten. In solchen Beispielen werden die Positionsdaten 56, 60 verarbeitet, um eine GPS-Spur (Breitengrad, Längengrad) (x_t, y_t), eine GPS-Fehlermargenspur δ_t und eine Wahrscheinlichkeitsverteilungsfunktion des GPS-Fehlers f_σ(σ) zu bestimmen. In verschiedenen Ausführungsformen beinhalten die Positionsdaten 56, 60 weiterhin Informationen über den Kamerabereich, einschließlich der Spurposition lt und des seitlichen Abstandsversatzes Δdt. Basierend auf den empfangenen Positionsdaten 56, 60 bestimmt das statische Datenbestimmungsmodul 50 statische Fahrspurdaten einschließlich einer Topologie von Fahrspuren und erzeugt darauf aufbauend Topologiedaten 64.
Das dynamische Datenbestimmungsmodul 52 empfängt die Topologiedaten 64 und die vorverarbeiteten Daten 62. Die vorverarbeiteten Daten 64 beinhalten Fahrzeugpositionsdaten 56, die verarbeitet wurden, wie im Folgenden näher erläutert wird. Basierend auf den empfangenen Daten 62, 64 bestimmt das dynamische Datenbestimmungsmodul 52 dynamische Fahrspurdaten 66 jeder Fahrspur, die in den Topologiedaten 64 identifiziert wurden.
In verschiedenen Ausführungsformen können die dynamischen Fahrspurendaten 66 eine aktuelle Schätzung der Verkehrssituation beinhalten. Das dynamische Datenbestimmungsmodul 52 bestimmt in verschiedenen Ausführungsformen die aktuellen Bedingungen basierend auf historischen Daten und zeitlich-räumlichen Bedingungen.
Wenn beispielsweise die Topologiedaten 64 anzeigen, dass die Spuren A, B und C vorhanden sind, kann für jede Spur ein historischer Mittelwert basierend auf einer Ansammlung von vorverarbeiteten Daten 62 bestimmt werden, die den dynamischen Spurendaten 66 zugeordnet sind, die zuvor als der Spur zugeordnet bestimmt wurden. Beispielsweise können historische Daten f_hist (x, t) als Mittelwert der Punkte S in der Spur abzüglich etwaiger Ausreißerpunkte S_outlier zum Zeitpunkt t geschätzt werden als: $f_{hist} (x, t) = avg (S (x, t) - S_{outlier} (x, t)) .$
Historische Daten f_hist(x, t) werden zur Berechnung von f(x, t) verwendet.
Danach kann der aktuelle Zustand der Fahrspur dann wie folgt geschätzt werden: $\hat{f} (x, t) = α f (x, t) + β \hat{f} (x, t - 1) .$
Wo α aund β stellen Parameter dar, die aus Kalibrierungen für die aktuelle Schätzung berechnet wurden.
In verschiedenen Ausführungsformen können die dynamischen Fahrspurendaten 66 Spurwechsel berücksichtigen. Ein Spurwechsel kann erkannt werden, z.B. anhand der Tatsache, ob es sich bei der Straße um eine gerade Straße oder eine Kurve handelt. In verschiedenen Ausführungsformen, wenn die Straße eine gerade Straße ist, kann der Spurwechsel erkannt werden, wenn ein Lenkmuster identifiziert wird (wellig, nicht gerade), und ein bestimmter seitlicher Schaltabstand ist größer als ein Schwellenwert. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Seitenverschiebungsabstand L zwischen den Punkten A und B als berechnet werden als: $L = \sum_{A}^{B} (v (t) sin θ (t) Δ t) .$
wobei v die Geschwindigkeit und θ den Winkel zwischen der geraden Straßenmittellinie und der aktuellen Richtung zum Zeitpunkt t darstellt.
In verschiedenen Ausführungsformen, wenn es sich bei der Straße um eine kurvige Straße handelt, kann der Spurwechsel anhand einer von der Menge verursachten Krümmung des Spurteilers im Vergleich zu einer erwarteten Gierrate ohne Spurwechsel erkannt werden. Die Gierrate kann z.B. berechnet werden als: $\bar{ω} = \frac{v}{R} = \frac{v}{\frac{1}{NS} \sum_{i \in S} \frac{vi}{ω i}}$
Der Spurwechsel kann anhand eines Verschiebungsabstandes L im Vergleich zu einem Schwellenwert erfasst werden. Der Verschiebungsabstand kann berechnet werden als: $L (I) = \sum_{i = 0}^{I} v Δ t (I) \cdot sin (\sum_{j = 0}^{i} (ω - \bar{ω}) Δ t (j)) .$
In verschiedenen Ausführungsformen können die dynamischen Fahrspurendaten 66 die Anzeige von Verkehrsstaus beinhalten. Die Verkehrsstörung kann anhand eines Vergleichs zwischen den Wahrscheinlichkeitsverteilungsfunktionen der Geschwindigkeit bei normalen Verkehrsbedingungen und anormalen Verkehrsbedingungen identifiziert werden. Ein Schweregrad der Verkehrsstauung kann anhand der Jensen-Shannon-Abweichung und der Kullback-Leibler-Entfernung angezeigt werden. So kann beispielsweise eine Anzeige für den Schweregrad der Stauung auf Fahrspurniveau verwendet werden, um festzustellen, welche Fahrspur weniger überlastet ist, und einem Fahrzeug kann empfohlen werden, während der Navigationsanweisung in diese weniger überlastete, wünschenswerte Fahrspur zu wechseln.
Das Kartenerstellungsmodul 54 empfängt die Topologiedaten 64 und die dynamischen Fahrspurdaten 66. Das Kartenerstellungsmodul 54 erzeugt Kartendaten 68 mit einer Karte, die die Fahrspurtopologie mit den dynamischen Fahrspurinformationen kombiniert, um eine aktuelle Darstellung der navigierbaren Umgebung zu erhalten. Die Karte kann dann von der Steuerung 34 des Fahrzeugs 10 verwendet werden, um ein oder mehrere Merkmale des Fahrzeugs 10 zu steuern.
Mit Bezug nun auf 3 wird das Modul zur statischen Datenbestimmung gemäß verschiedener Ausführungsformen näher dargestellt. In verschiedenen Ausführungsformen beinhaltet das statische Datenbestimmungsmodul 50 ein Positionsdatenvorverarbeitungsmodul 72, ein Erweiterungsmodul 74, ein Ansammelmodul 76, ein Bündelmodul 78 und ein Straßengeometriekorrekturmodul 80.
Das Positionsdatenvorverarbeitungsmodul 72 verarbeitet die vom Fahrzeug 10 und/oder anderen Fahrzeugen empfangenen Fahrzeugpositionsdaten 56, 60. Die vorverarbeiteten Daten beinhalten die GPS-Spur (x_t, y_t), die GPS-Fehlermargenspur δ_t und eine Wahrscheinlichkeitsverteilungsfunktion des GPS-Fehlers f_σ(σ).
Das Dehnungsmodul 74 empfängt die vorverarbeiteten Daten 84. Das Dehnungsmodul 74 erweitert die Positionsspuren vom Fahrzeug 10 und erzeugt darauf basierend erweiterte Daten 84. So erzeugt das Dilatationsmodul beispielsweise für jeden Abtastpunkt (x_t, y_t) N (z.B. 100 oder eine andere ganze Zahl) Pseudopunkte. Die Pseudopunkte können auf der Grundlage der folgenden Beziehungen generiert werden: $\begin{matrix} x_{t}^{i} = xt + Δ x^{i} \\ y_{t}^{i} = yt + Δ y^{i} \\ Wo (Δ x^{i}, Δ y^{i}) \sim f_{σ} (σ) . \end{matrix}$
Das Ansammelmodul 76 empfängt die erweiterten Daten 84 vom Fahrzeug 10 und die erweiterten Daten 84 von anderen Fahrzeugen. Das Ansammelmodul 76 sammelt die erweiterten Spuren 84, 86 aus den verschiedenen Fahrzeugen zu einem zweidimensionalen Streudiagramm an und erzeugt darauf aufbauend angesammelte Daten 88.
Das Bündelmodul 78 empfängt die angesammelten Daten 88 und andere Daten 90, z.B. von der Kamera. Das Bündelmodul 78 bündelt die angesammelten Daten 88 und erzeugt darauf aufbauend Clusterdaten 92. So definiert beispielsweise das Bündelmodul 78 anfängliche Clustermengen C entsprechend der Anzahl k der Spuren als {C₁, C₂, C₃, ....... C_k}. Für jeden erweiterten Punkt S_i der angesammelten Daten 88 ordnet das Bündelmodul 78 den Punkt S_i einem nächstgelegenen Cluster C_j basierend auf einem Abstand zu. Für jeden Cluster C_j aktualisiert das Bündelmodul 78 ein Zentrum, indem es den Mittelwert aller Elemente im Cluster C_j ermittelt. Das Bündelmodul 78 führt diese Schritte aus, bis der „k-mean-Algorithmus“ konvergiert.
In verschiedenen Ausführungsformen bündelt das Bündelmodul 78 die angesammelten Daten 88 basierend auf einem Vergleich definierter Randbedingungen mit den aus den Kameradaten 90 oder ähnlichen Wahrnehmungssensorquellen wie Lidar oder Radar bestimmten Informationen. So können beispielsweise für eine Reihe von Fahrspuren verschiedene Einschränkungen definiert werden. Exemplarische Einschränkungen können sein, sind aber nicht beschränkt auf:

1. Wagen A und B sind auf der gleichen Spur.
2. Wagen A und C sind auf verschiedenen Spuren.
3. Mehr Lasten für Fahrzeug A in Bahn X.
4. Geringere Lasten für Fahrzeug A mit eingeschaltetem Blinker und geradliniger Fahrt.
5. Mehr Lasten für Fahrzeug A bei eingeschaltetem Blinker und Fahren auf einer Kantenspur.

In solchen Ausführungsformen prüft das Bündeln-Modul 78, ob die Zuordnung zu einem Cluster C_j gegen die in den Randbedingungen 1 oder 2 aufgeführten Einschränkungen verstößt. Wenn die Zuordnung gegen eine der Einschränkungen 1 oder 2 verstößt, wird der erweiterte Punkt S_i dem nächstgelegenen Cluster Cj + 1 zugeordnet. Diese Prüfung kann vom Bündelmodul 78 durchgeführt werden, bis die Zuordnung zu einem Cluster nicht gegen die Einschränkungen verstößt.
In verschiedenen Ausführungsformen weist das Bündelmodul 78 den Punkten S_i in jedem Cluster C_j Gewichtungen zu, basierend auf den Einschränkungen 3, 4 und 5. Die Gewichtungen werden dann vom Bündelmodul 78 im „k-mean-Algorithmus“ ausgewertet. Wie zu erkennen ist, können andere Einschränkungen auf das Bündeln in verschiedenen Ausführungsformen angewendet werden.
Das Straßengeometriekorrekturmodul 80 empfängt die Clusterdaten 92 und die Fahrzeugdaten 94. Die Fahrzeugdaten 94 können, sind aber nicht beschränkt auf, die Gierrate des Fahrzeugs, die Fahrzeugpositionsdaten oder andere Fahrzeuginformationen, die eine physikalische Position des Fahrzeugs 10 anzeigen, beinhalten. Das Straßengeometriekorrekturmodul 80 korrigiert die Clusterdaten 92, einschließlich der Mitte des Clusters, basierend auf der bekannten Straßengeometrie und erzeugt daraus die Topologiedaten 64.
In verschiedenen Ausführungsformen korrigiert das Straßengeometriekorrekturmodul 80 die Clusterdaten 92 basierend auf einem mittleren quadratischen Fehler (MSE). In verschiedenen Ausführungsformen kann die bekannte Straßengeometrie durch die Fahrzeugdaten 94 angezeigt werden. Wenn die Gierrate beispielsweise anzeigt, dass das Fahrzeug 10 geradeaus fährt, werden die Clusterdaten basierend auf einer Straßenvorlagenfunktion korrigiert: y= ax und einer linearen MSE-Regression. In einem weiteren Beispiel, wenn die Gierrate anzeigt, dass das Fahrzeug 10 entlang einer kurvenreichen Straße fährt, werden die Clusterdaten 82 basierend auf einer Straßenvorlagenfunktion $y = \sum_{0}^{K} β_{i} * x^{i}$
und eine MSE-Regression korrigiert.
4 veranschaulicht eine Progression der Positionsdaten 56 in die Topologiedaten 64. Wie dargestellt, werden die vorverarbeiteten Daten 82 verarbeitet, um erweiterte Daten 84 bereitzustellen. Die erweiterten Daten 84 werden mit anderen Daten angesammelt, um angesammelte Daten 88 zu erhalten. Die angesammelten Daten 88 werden gebündelt und mit Einschränkungen versehen, um Clusterdaten 92 bereitzustellen. Die Fahrspurendaten 93 werden aus den Clusterdaten 92 extrahiert und die Straßengeometriekorrektur wird auf die Fahrspurendaten 93 angewendet, um die Topologiedaten 64 einschließlich der Identifizierung der Fahrspuren bereitzustellen.
Mit Bezug auf 5 veranschaulicht ein Flussdiagramm ein Abbildungsverfahren, das vom Abbildungssystem 100 (1) gemäß verschiedener Ausführungsformen durchgeführt werden kann. Wie im Hinblick auf die Offenbarung zu erkennen ist, beschränkt sich die Reihenfolge der Bedienung innerhalb des Verfahrens nicht auf die sequentielle Ausführung, wie in 5 dargestellt, sondern kann gegebenenfalls in einer oder mehreren unterschiedlichen Ordnungen und in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung durchgeführt werden. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren 200 so geplant werden, dass es basierend auf einem oder mehreren vorbestimmten Ereignissen abläuft und/oder während des Betriebs des Fahrzeugs 10 kontinuierlich abläuft.
Die Fahrzeugpositionsdaten, einschließlich GPS-Daten, CAN-Bus-Trace-Daten, Kameradaten, Lidar-Daten und/oder Radardaten, werden bei 210 empfangen. Die Fahrzeugpositionsdaten werden verarbeitet, um eine statische Topologie der Fahrspuren bei 220 zu bestimmen, wie vorstehend in Bezug auf die 3 und 4 erläutert. Die Fahrzeugpositionsdaten werden zusammen mit der Topologie der Fahrspuren verarbeitet, um die Verkehrsbedingungen in jeder Fahrspur bei 230 zu bestimmen, wie vorstehend im Hinblick auf 2 erläutert. Die Karte wird basierend auf der Fahrspurtopologie und den Verkehrsbedingungen bei 240 erzeugt und das Fahrzeug wird basierend auf dem Verstärker bei 250 gesteuert. Danach kann das Verfahren bei 260 enden.
Obwohl in der vorstehenden ausführlichen Beschreibung mindestens eine exemplarische Ausführungsform vorgestellt wurde, ist zu beachten, dass es eine Vielzahl von Varianten gibt. Es ist auch zu beachten, dass die exemplarische Ausführungsform oder die exemplarischen Ausführungsformen nur Beispiele sind und nicht dazu dienen, den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der Offenbarung in irgendeiner Weise einzuschränken. Vielmehr wird den Fachleuten durch die vorstehende detaillierte Beschreibung eine komfortable Roadmap zur Umsetzung der exemplarischen Ausführungsform oder der exemplarischen Ausführungsformen zur Verfügung gestellt. Es ist zu verstehen, dass verschiedene Änderungen in der Funktion und Anordnung der Elemente vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen und deren rechtlichen Entsprechungen dargelegt sind, abzuweichen.

Claims

Ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs, umfassend: Empfangen, durch einen Prozessor, von Fahrzeugpositionsdaten von dem Fahrzeug; Verarbeiten, durch den Prozessor, der Fahrzeugpositionsdaten mit Fahrzeugpositionsdaten von anderen Fahrzeugen, um eine Fahrspurtopologie entlang einer Straße zu bestimmen; Verarbeiten, durch den Prozessor, der Fahrzeugpositionsdaten, um Verkehrsbedingungen innerhalb einer Fahrspur der Fahrspurtopologie zu bestimmen; Erzeugen, durch den Prozessor, einer Karte zum Steuern des Fahrzeugs basierend auf der Fahrspurtopologie und den Verkehrsbedingungen innerhalb der Fahrspur der Fahrspurtopologie.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verarbeiten der Fahrzeugpositionsdaten mit den Fahrzeugpositionsdaten von den anderen Fahrzeugen zum Bestimmen der Fahrspurtopologie umfasst: Vorverarbeiten, durch den Prozessor, der Fahrzeugpositionsdaten; Erweitern, durch den Prozessor, der vorverarbeiteten Fahrzeugpositionsdaten; Ansammeln, durch den Prozessor, der erweiterten, vorverarbeiteten Fahrzeugpositionsdaten mit den vorverarbeiteten Fahrzeugpositionsdaten aus den anderen Fahrzeugen; Bündeln, durch den Prozessor, der angesammelten Fahrzeugpositionsdaten, um Fahrspuren zu bestimmen; Korrigieren, durch den Prozessor, der Straßengeometrie der bestimmten Fahrspuren basierend auf einer Gierrate des Fahrzeugs und Fahrzeugpositionsdaten; und Bestimmen, durch den Prozessor, der Fahrspurtopologie basierend auf der korrigierten Straßengeometrie der bestimmten Fahrspuren.
Das Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend das Anwenden von Einschränkungen auf die gebündelten Fahrzeugpositionsdaten, und wobei das Korrigieren der Straßengeometrie auf den eingeschränkten gebündelten Fahrzeugpositionsdaten basiert.
Das Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Einschränkungen mit Daten verglichen werden, die von einer Kamera und/oder einem Lidar des Fahrzeugs erhalten wurden.
Das Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Einschränkungen Gewichtungen beinhalten, die auf die Fahrzeugpositionsdaten aufgebracht werden.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Fahrzeugpositionsdaten Breiten- und Längenspuren des Fahrzeugs von einem globalen Positionierungssystem beinhalten.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Verkehrsbedingungen zeitlich-räumliche Bedingungen beinhalten, basierend auf einer Geschichte von Verkehrsbedingungen.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Verkehrsbedingungen eine Anzeige der Verkehrsstörung beinhalten.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Verkehrsbedingungen erfasste Spurwechsel beinhalten.
Ein System zum Steuern eines Fahrzeugs, umfassend: ein globales Positionierungssystem, das Fahrzeugpositionsdaten erzeugt; und ein Steuermodul, das, durch einen Prozessor, die Fahrzeugpositionsdaten empfängt, die Fahrzeugpositionsdaten mit Fahrzeugpositionsdaten von anderen Fahrzeugen verarbeitet, um eine Fahrspurtopologie zu bestimmen, die Fahrzeugpositionsdaten verarbeitet, um Verkehrsbedingungen innerhalb einer Fahrspur der Fahrspurtopologie zu bestimmen, eine Karte zum Steuern des Fahrzeugs basierend auf der Fahrspurtopologie und den Verkehrsbedingungen erzeugt.