DE102020107627A1

DE102020107627A1 - Dynamische lidar-anpassung

Info

Publication number: DE102020107627A1
Application number: DE102020107627.4A
Authority: DE
Inventors: Brian J. Hufnagel; Robert D. Sims III; Nathaniel W. Hart
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2019-04-26
Filing date: 2020-03-19
Publication date: 2020-10-29
Also published as: US11698641B2; US20200341482A1

Abstract

Es werden Systeme und Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeugs bereitgestellt. In einer Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren: Auslösen, durch eine Steuerung an Bord des Fahrzeugs, eines ersten Laserimpulses von einer ersten Laservorrichtung; Auslösen, durch eine Steuerung an Bord des Fahrzeugs, eines zweiten Laserimpulses von einer zweiten Laservorrichtung, wobei das Auslösen des zweiten Laserimpulses auf einem Phasenverschiebungswinkel basiert; Empfangen, durch die Steuerung an Bord des Fahrzeugs, von ersten Rückgabedaten und zweiten Rückgabedaten als Ergebnis des ersten Laserimpulses und zweiten Laserimpulses; Verschachteln, durch die Steuerung an Bord des Fahrzeugs, des ersten Rückgabeimpulses und zweiten Rückgabeimpulses zur Bildung einer Punktwolke; und Steuern des Fahrzeugs durch die Steuerung an Bord des Fahrzeugs auf der Grundlage der Punktwolke.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf Lidarsysteme und insbesondere auf Systeme und Verfahren für Lidare eines Fahrzeugs.
Ein autonomes Fahrzeug ist ein Fahrzeug, das in der Lage ist, seine Umgebung zu erfassen und mit wenigen oder keinen Benutzereingaben zu navigieren. Ein autonomes Fahrzeug erfasst seine Umgebung mit Hilfe von Sensorvorrichtungen wie Radar, Lidar, Bildsensoren und dergleichen. Das autonome Fahrzeugsystem nutzt darüber hinaus Informationen aus der Technologie der globalen Positionierungssysteme (GPS), Navigationssysteme, Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation, Fahrzeug-zu-Infrastruktur-Technologie und/oder Drive-by-Wire-Systeme zur Navigation des Fahrzeugs.
Während autonome und halbautonome Fahrzeuge viele potenzielle Vorteile gegenüber traditionellen Fahrzeugen bieten, kann es unter bestimmten Umständen wünschenswert sein, den Betrieb der Fahrzeuge zu verbessern. So hängt beispielsweise die Auflösung der von den Sensoren des Fahrzeugs gelieferten Daten von der Qualität und den Beschränkungen des Sensors ab. Beschränkungen der Sensorauflösung können den Bereich der Erfassung von Objekten durch den Sensor einschränken. Darüber hinaus reichen die mechanischen Montage- und Ausrichtungstoleranzen möglicherweise nicht aus, um die genaue Ausrichtung mehrerer Sensoren in einem System zu gewährleisten.
Dementsprechend ist es wünschenswert, verbesserte Systeme und Verfahren zur Anpassung von Sensordaten und/oder Sensorsystemen bereitzustellen, um Reichweite und Auflösung zu verbessern. Darüber hinaus ergeben sich weitere wünschenswerte Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen und dem vorhergehenden technischen Gebiet und Hintergrund aufgenommen werden.
BESCHREIBUNG
Es werden Systeme und Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeugs bereitgestellt. In einer Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren: Auslösen eines ersten Laserimpulses von einer ersten Laservorrichtung durch eine Steuerung an Bord des Fahrzeugs; Auslösen eines zweiten Laserimpulses von einer zweiten Laservorrichtung durch ein Steuergerät an Bord des Fahrzeugs, wobei das Auslösen des zweiten Laserimpulses auf einem Phasenverschiebungswinkel basiert; Empfangen von ersten Rückgabedaten und zweiten Rückgabedaten durch die Steuerung an Bord des Fahrzeugs als Ergebnis des ersten und zweiten Laserimpulses; Verschachtelung des ersten Rückgabeimpulses und des zweiten Rückgabeimpulses durch die Steuerung an Bord des Fahrzeugs zur Bildung einer Punktwolke; und Steuern des Fahrzeugs durch die Steuerung an Bord des Fahrzeugs basierend auf der Punktwolke. In verschiedenen Ausführungsformen sind die erste Laservorrichtung und die zweite Laservorrichtung ein und dieselbe Laservorrichtung. In verschiedenen Ausführungsformen sind die erste Laservorrichtung und die zweite Laservorrichtung unterschiedliche Laservorrichtungen.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Verfahren die Bestimmung des Phasenverschiebungswinkels auf der Grundlage eines gewünschten Bereichs. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Verfahren die Bestimmung des gewünschten Bereichs auf der Grundlage eines erkannten Objekts innerhalb einer Szene.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Verfahren die Bestimmung des Phasenverschiebungswinkels auf der Grundlage eines bevorstehenden Szenarios.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Verfahren die Bestimmung des Phasenverschiebungswinkels auf der Grundlage von Ortsdaten.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Verfahren die Bestimmung des Phasenverschiebungswinkels auf der Grundlage einer Position einer Spiegelvorrichtung relativ zur ersten Laservorrichtung.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Verfahren die Bestimmung des Phasenverschiebungswinkels auf der Grundlage einer gewünschten Leistung.
In verschiedenen Ausführungsformen beinhaltet das Verfahren die Überlappung des ersten Rückgabeimpulses und des zweiten Rückgabeimpulses, um eine Punktwolke mit der gewünschten Leistung bereitzustellen.
In einer anderen Ausführungsform umfasst ein Verfahren: eine erste Lidarvorrichtung; eine zweite Lidarvorrichtung; und eine Steuerung, die konfiguriert ist, um durch einen Prozessor einen ersten Impuls von der ersten Lidarvorrichtung auszulösen; einen zweiten Laserimpuls von einer zweiten Lidarvorrichtung auszulösen, wobei das Auslösen des zweiten Laserimpulses auf einem Phasenverschiebungswinkel basiert; erste Rückgabedaten und zweite Rückgabedaten als Ergebnis des ersten Laserimpulses und des zweiten Laserimpulses zu empfangen; die ersten Rückgabedaten und die zweiten Rückgabedaten zu verschachteln, um eine Punktwolke zu bilden; und das Fahrzeug auf der Grundlage der Punktwolke zu steuern.
In verschiedenen Ausführungsformen ist die Steuerung außerdem konfiguriert, um den Phasenverschiebungswinkel auf der Grundlage eines gewünschten Bereichs zu bestimmen. In verschiedenen Ausführungsformen wird die Steuerung außerdem konfiguriert, um den gewünschten Bereich auf der Grundlage eines erkannten Objekts innerhalb einer Szene zu bestimmen.
In verschiedenen Ausführungsformen ist die Steuerung konfiguriert, um die ersten Rückgabedaten und die zweiten Rückgabedaten zu verschachteln, so dass eine Auflösung im gewünschten Bereich erhöht wird.
In verschiedenen Ausführungsformen wird die Steuerung außerdem konfiguriert, um den Phasenverschiebungswinkel auf der Grundlage eines bevorstehenden Szenarios zu bestimmen.
In verschiedenen Ausführungsformen ist die Steuerung außerdem konfiguriert, um den Phasenverschiebungswinkel auf der Grundlage von Ortsdaten zu bestimmen.
In verschiedenen Ausführungsformen ist die Steuerung ferner konfiguriert, um den Phasenverschiebungswinkel auf der Grundlage einer Position einer Spiegelvorrichtung relativ zu einer Laservorrichtung der zweiten Lidarvorrichtung zu bestimmen.
In verschiedenen Ausführungsformen ist die Steuerung außerdem konfiguriert, um den Phasenverschiebungswinkel auf der Grundlage einer gewünschten Leistung zu bestimmen.
In verschiedenen Ausführungsformen ist die Steuerung außerdem konfiguriert, um den ersten Rückgabeimpuls und den zweiten Rückgabeimpuls zu überlappen, um eine Punktwolke mit einer gewünschten Leistung zu liefern.
In verschiedenen Ausführungsformen ist die Steuerung konfiguriert, um die ersten Rückgabedaten und die zweiten Rückgabedaten so zu verschachteln, so dass eine Auflösung im gewünschten Bereich erhöht wird, und der erste Rückgabeimpuls und der zweite Rückgabeimpuls überlappt werden, um eine Punktwolke mit der gewünschten Leistung zu erzeugen.
Figurenliste
Die beispielhaften Ausführungsformen werden im Folgenden in Verbindung mit den folgenden Zeichnungsfiguren beschrieben, wobei gleiche Zahlen gleiche Elemente bezeichnen und wobei

1 ein funktionales Blockdiagramm ist, das ein autonomes Fahrzeug mit einem Lidar-Anpassungssystem gemäß verschiedenen Ausführungsformen darstellt;
2 ein schematisches Blockschaltbild eines automatisierten Fahrsystems (ADS) für ein Fahrzeug gemäß einer oder mehreren beispielhaften Ausführungsformen ist;
3 ein Datenflussdiagramm eines Steuermoduls des Lidar-Anpassungssystem gemäß einer oder mehrerer exemplarischer Ausführungsformen ist;
4 Lidar-Impulse gemäß einer oder mehreren beispielhaften Ausführungsformen darstellt;
5A und 5B Darstellungen von Lidar-Rückgabedaten gemäß einer oder mehrerer beispielhafter Ausführungsformen sind;
6 ein Flussdiagramm ist, das ein Lidar-Anpassungsverfahren gemäß einer oder mehrerer beispielhafter Ausführungsformen veranschaulicht. ---

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende detaillierte Beschreibung hat lediglich beispielhaften Charakter und soll die Anmeldung und ihre Verwendungen nicht einschränken. Darüber hinaus besteht nicht die Absicht, sich an eine ausdrückliche oder implizite Theorie zu binden, die im vorhergehenden technischen Gebiet, im Hintergrund, der kurzen Beschreibung oder in der folgenden detaillierten Beschreibung dargestellt wird. Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff Modul auf jede Hardware, Software, Firmware, elektronische Steuerkomponente, Verarbeitungslogik und/oder Prozessorvorrichtung, einzeln oder in beliebiger Kombination, einschließlich, aber nicht beschränkt auf: anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (geteilt, dediziert oder gruppiert) und Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführt, eine kombinierte Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können hier in Form von funktionalen und/oder logischen Blockkomponenten und verschiedenen Verarbeitungsschritten beschrieben werden. Es sollte verstanden werden, dass solche Blockkomponenten durch eine beliebige Anzahl von Hardware-, Software- und/oder Firmwarekomponenten realisiert werden können, die so konfiguriert sind, dass sie die angegebenen Funktionen erfüllen. Eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann beispielsweise verschiedene integrierte Schaltkreiskomponenten verwenden, z.B. Speicherelemente, digitale Signalverarbeitungselemente, Logikelemente, Nachschlagetabellen oder dergleichen, die unter der Kontrolle eines oder mehrerer Mikroprozessoren oder anderer Steuervorrichtungen eine Vielzahl von Funktionen ausführen können. Darüber hinaus werden die Fachleute erkennen, dass Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung in Verbindung mit einer beliebigen Anzahl von Systemen praktiziert werden können und dass die hier beschriebenen Systeme lediglich beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind.
Der Kürze halber werden konventionelle Techniken der Signalverarbeitung, Datenübertragung, Signalisierung, Steuerung und andere funktionelle Aspekte der Systeme (und der einzelnen Betriebskomponenten der Systeme) hierin nicht im Detail beschrieben. Darüber hinaus sollen die in den verschiedenen Figuren gezeigten Verbindungslinien beispielhafte funktionale Beziehungen 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.
In einer oder mehreren beispielhaften Ausführungsformen, die hier beschrieben werden, umfasst ein Fahrzeug, das autonom betrieben werden kann, eine Reihe verschiedener Vorrichtungen, die Daten erzeugen, die repräsentativ sind für eine Szene oder Umgebung in der Nähe des Fahrzeugs aus unterschiedlichen Perspektiven. Der Erfassungswinkel eines einzelnen Sensors oder mehrerer Sensoren kann geändert werden, um die Reichweite und/oder die Auflösung der Sensordaten zu verbessern. In diesem Zusammenhang kann der verstärkte oder erweiterte Datensatz dann analysiert und zur Bestimmung von Befehlen für den autonomen Betrieb eines oder mehrerer Aktoren an Bord des Fahrzeugs verwendet werden. Auf diese Weise wird der autonome Betrieb des Fahrzeugs durch die erweiterten Datensätze beeinflusst.
Zum Beispiel wird, wie unten im Zusammenhang mit den 1-5 näher beschrieben, in beispielhaften Ausführungsformen ein Steuerungssystem, das im Allgemeinen bei 100 gezeigt wird, mit einem Fahrzeug 10 gemäß verschiedenen Ausführungsformen assoziiert. Im Allgemeinen passt das Steuerungssystem 100 selektiv Lidar-Rückgabedaten von mindestens zwei Lidar-Impulsen oder Chirps (Zirpe) an, um die Auflösung und/oder den Erfassungsbereich zu erhöhen, die durch den endgültig angepassten Datensatz bereitgestellt werden.
Wie in 1 dargestellt, umfasst das Fahrzeug 10 im Allgemeinen ein Fahrgestell 12, eine Karosserie 14, Vorderräder 16 und Hinterräder 18. Der Aufbau 14 ist auf dem Fahrgestell 12 angeordnet und umschließt im Wesentlichen Komponenten des Fahrzeugs 10. Der Aufbau 14 und das Fahrgestell 12 können gemeinsam einen Rahmen bilden. Die Räder 16-18 sind jeweils in der Nähe einer Ecke der Karosserie 14 mit dem Fahrgestell 12 drehgekoppelt.
In verschiedenen Ausführungsformen ist das Fahrzeug 10 ein autonomes Fahrzeug und das Steuerungssystem 100 ist in das autonome Fahrzeug 10 (im Folgenden als autonomes Fahrzeug 10 bezeichnet) integriert. Das autonome Fahrzeug 10 ist zum Beispiel ein automatisch gesteuertes Fahrzeug, das Passagiere von einem Ort zu einem anderen befördert. Das Fahrzeug 10 ist in der dargestellten Ausführungsform als PKW dargestellt, aber es sollte verstanden werden, dass jedes andere Fahrzeug, einschließlich Motorräder, LKWs, Geländewagen (SUVs), Freizeitfahrzeuge (RVs), Wasserfahrzeuge, Flugzeuge usw., ebenfalls verwendet werden kann. In einer beispielhaften Ausführungsform ist das autonome Fahrzeug 10 ein so genanntes Level-Vier- oder Level-Fünf-Automatisierungssystem. Ein System des Levels 4 weist auf eine „hohe Automatisierung“ hin und bezieht sich auf die fahrmodusspezifische Durchführung aller Aspekte der dynamischen Fahraufgabe durch ein automatisiertes Fahrsystem, selbst wenn ein menschlicher Fahrer nicht angemessen auf eine Aufforderung zum Eingreifen reagiert. Ein System des Levels 5 bedeutet „Vollautomatisierung“ und bezieht sich auf die Vollzeitdurchführung eines automatisierten Fahrsystems in allen Aspekten der dynamischen Fahraufgabe unter allen Straßen- und Umgebungsbedingungen, die von einem menschlichen Fahrer bewältigt werden können. Wie man erkennen kann, kann das Fahrzeug in verschiedenen Ausführungsformen ein nicht autonomes Fahrzeug sein und ist nicht auf die vorliegenden Beispiele beschränkt.
Wie gezeigt, umfasst das Fahrzeug 10 im Allgemeinen ein Antriebssystem 20, ein Getriebesystem 22, ein Lenksystem 24, ein Bremssystem 26, ein Sensorsystem 28, ein Aktuatorsystem 30, mindestens eine Datenspeichervorrichtung 32, mindestens eine Steuerung 34 und ein Kommunikationssystem 36. Das Antriebssystem 20 kann in verschiedenen Ausführungsformen einen Verbrennungsmotor, eine elektrische Maschine, wie z.B. einen Fahrmotor, und/oder ein Brennstoffzellen-Antriebssystem umfassen. Das Getriebesystem 22 ist konfiguriert, um die Leistung vom Antriebssystem 20 auf die Fahrzeugräder 16-18 entsprechend wählbarer Geschwindigkeitsverhältnisse zu übertragen. Je nach Ausführung kann das Getriebesystem 22 ein Stufenautomatikgetriebe, ein stufenloses Getriebe oder ein anderes geeignetes Getriebe umfassen. Das Bremssystem 26 ist konfiguriert, um die Fahrzeugräder 16-18 mit Bremsmoment zu versorgen. Das Bremssystem 26 kann in verschiedenen Ausführungsformen Reibungsbremsen, eine Drahtbremse, ein regeneratives Bremssystem, wie z.B. eine elektrische Maschine, und/oder andere geeignete Bremssysteme umfassen. Das Lenksystem 24 beeinflusst die Position der Fahrzeugräder 16-18. Obwohl das Lenksystem 24 zur Veranschaulichung mit einem Lenkrad dargestellt wird, kann es in einigen Ausführungsformen, die im Rahmen dieser Offenbarung in Betracht gezogen werden, kein Lenkrad enthalten.
Das Sensorsystem 28 umfasst eine oder mehrere Sensorvorrichtungen 40a-40n, die beobachtbare Bedingungen der äußeren Umgebung und/oder der inneren Umgebung des autonomen Fahrzeugs 10 erfassen. Die Sensorvorrichtungen 40a-40n können unter anderem Radare, Lidare, globale Positionierungssysteme, optische Kameras, Wärmebildkameras, Ultraschallsensoren und/oder andere Sensoren umfassen.
In verschiedenen Ausführungsformen sind die Sensorvorrichtungen 40a-40n an verschiedenen Stellen des Fahrzeugs 10 angeordnet. In den hier beispielhaft beschriebenen Ausführungsformen sind die Sensorvorrichtungen 4040n als Lidarvorrichtungen realisiert. In diesem Zusammenhang kann jede der Sensorvorrichtungen 40a-40n einen oder mehrere Laser, Abtastkomponenten, optische Anordnungen, Fotodetektoren und andere Komponenten enthalten oder beinhalten, die geeignet sind, die Umgebung in der Nähe des Fahrzeugs 10 mit einer bestimmten Winkelfrequenz oder Drehgeschwindigkeit horizontal und drehbar abzutasten. In einer Ausführungsform ist beispielsweise jede Lidarvorrichtung konfiguriert, um sich horizontal zu drehen und um 360° (oder einen anderen Winkel) bei einer Frequenz von 10 Hertz (Hz) abzutasten. Wie hier verwendet, sollte ein Lidar-Scan so verstanden werden, dass er sich auf eine einzige Umdrehung einer Lidarvorrichtung bezieht. In verschiedenen Ausführungsformen umfassen ein oder mehrere der Lidargeräte einen Laser und einen Spiegel, die selektiv gesteuert werden können.
Das Aktuatorsystem 30 umfasst eine oder mehrere Aktuatorvorrichtungen 42a-42n, die ein oder mehrere Fahrzeugmerkmale wie z.B. das Antriebssystem 20, das Getriebesystem 22, das Lenksystem 24 und das Bremssystem 26 steuern, aber nicht darauf beschränkt sind. In verschiedenen Ausführungsformen können die Fahrzeugmerkmale darüber hinaus Innen- und/oder Außenmerkmale des Fahrzeugs umfassen, wie z.B. Türen, einen Kofferraum und Kabinenmerkmale wie Luft, Musik, Beleuchtung usw. (nicht nummeriert), aber nicht ausschließlich.
Das Datenspeichergerät 32 speichert Daten zur Verwendung bei der automatischen Steuerung des autonomen Fahrzeugs 10. In verschiedenen Ausführungsformen speichert das Datenspeichergerät 32 definierte Karten der navigierbaren Umgebung. In verschiedenen Ausführungsformen können die definierten Karten von einem entfernten System (näher beschrieben in Bezug auf 2) vordefiniert und von diesem bezogen werden. Die definierten Karten können z.B. durch das entfernte System zusammengestellt und an das autonome Fahrzeug 10 (drahtlos und/oder kabelgebunden) übermittelt und im Datenspeicher 32 gespeichert werden. Wie man sich vorstellen kann, kann das Datenspeichergerät 32 Teil der Steuerung 34, getrennt von der Steuerung 34, oder Teil der Steuerung 34 und Teil eines separaten Systems sein.
Die Steuerung 34 umfasst mindestens einen Prozessor 44 und eine computerlesbare Speichervorrichtung oder -medium 46. Bei dem Prozessor 44 kann es sich um einen beliebigen kundenspezifischen oder kommerziell erhältlichen Prozessor, eine zentrale Recheneinheit (CPU), eine Grafikverarbeitungseinheit (GPU), einen Hilfsprozessor unter mehreren mit der Steuerung 34 verbundenen Prozessoren, einen Mikroprozessor auf Halbleiterbasis (in Form eines Mikrochips oder Chipsatzes), einen Makroprozessor, eine beliebige Kombination davon oder allgemein eine beliebige Vorrichtung zur Ausführung von Befehlen handeln. Die computerlesbare Speichervorrichtung bzw. die computerlesbaren Speichermedien 46 können z.B. flüchtige und nichtflüchtige Speicherung in Nur-Lese-Speicher (ROM), Direktzugriffsspeicher (RAM) und Keep-Alive-Speicher (KAM) umfassen. KAM ist ein persistenter oder nichtflüchtiger Speicher, der zur Speicherung verschiedener Betriebsvariablen verwendet werden kann, während der Prozessor 44 abgeschaltet ist. Die computerlesbare Speichervorrichtung oder -medium 46 kann unter Verwendung einer beliebigen Anzahl bekannter Speichergeräte wie PROMs (programmierbarer Nur-Lese-Speicher), EPROMs (elektrisches PROM), EEPROMs (elektrisch löschbares PROM), Flash-Speicher oder jedes anderen elektrischen, magnetischen, optischen oder kombinierten Speichergeräts, das in der Lage ist, Daten zu speichern, von denen einige ausführbare Befehle darstellen, die von der Steuerung 34 beim Steuern des autonomen Fahrzeugs 10 verwendet werden, implementiert werden.
Die Anweisungen können ein oder mehrere separate Programme enthalten, von denen jedes eine geordnete Auflistung von ausführbaren Anweisungen zur Implementierung logischer Funktionen enthält. Die Befehle empfangen und verarbeiten, wenn sie 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 aus und erzeugen Steuersignale für das Aktuatorsystem 30, um die Komponenten des autonomen Fahrzeugs 10 auf der Grundlage der Logik, Berechnungen, Verfahren und/oder Algorithmen automatisch zu steuern. Obwohl nur eine Steuerung 34 in 1 dargestellt ist, können Ausführungsformen des autonomen Fahrzeugs 10 eine beliebige Anzahl von Steuerungen 34 enthalten, die über ein beliebiges geeignetes Kommunikationsmedium oder eine Kombination von Kommunikationsmedien kommunizieren und die zusammenarbeiten, um die Sensorsignale zu verarbeiten, Logik, Berechnungen, Verfahren und/oder Algorithmen durchzuführen und Steuersignale zur automatischen Steuerung von Funktionen des autonomen Fahrzeugs 10 zu erzeugen. In verschiedenen Ausführungsformen sind ein oder mehrere Befehle der Steuerung 34 im Steuerungssystem 100 verankert und veranlassen den Prozessor bei Ausführung durch den Prozessor 44, die im Folgenden näher beschriebenen Verfahren und Systeme auszuführen.
In beispielhaften Ausführungsformen bezieht sich das Kommunikationssystem 36 immer noch auf 1 und ist konfiguriert, um drahtlos Informationen zu und von anderen Einheiten 48 zu übermitteln, wie z.B., aber nicht nur, anderen Fahrzeugen („V2V“-Kommunikation), Infrastruktur („V2I“-Kommunikation), entfernten Systemen und/oder persönlichen Geräten (die in 2 näher beschrieben werden). In einer beispielhaften Ausführungsform ist das Kommunikationssystem 36 ein drahtloses Kommunikationssystem, das für die Kommunikation über ein drahtloses lokales Netzwerk (WLAN) unter Verwendung der IEEE 802.11 -Standards oder durch zelluläre Datenkommunikation konfiguriert ist. Zusätzliche oder alternative Kommunikationsverfahren, wie z.B. ein dedizierter Kurzstreckenkommunikations (DSRC) - Kanal, werden jedoch ebenfalls im Rahmen dieser Offenbarung in Betracht gezogen. DSRC-Kanäle beziehen sich auf Einweg- oder Zweiwege-Kommunikationskanäle mit kurzer bis mittlerer Reichweite, die speziell für den Einsatz in Kraftfahrzeugen entwickelt wurden, sowie auf einen entsprechenden Satz von Protokollen und Standards.
Entsprechend verschiedener Ausführungsformen implementiert die Steuerung 34 ein autonomes Fahrsystem (ADS) 70, wie in 2 dargestellt. Das heißt, geeignete Software- und/oder Hardwarekomponenten des Steuerung 34 (z.B. Prozessor 44 und computerlesbares Speichergerät 46) werden verwendet, um ein autonomes Antriebssystem 70 bereitzustellen, das z.B. in Verbindung mit dem Fahrzeug 10 verwendet wird, um verschiedene Aktuatoren 30 an Bord des Fahrzeugs 10 automatisch zu steuern, um dadurch die Fahrzeugbeschleunigung, die Lenkung und das Bremsen ohne menschliches Eingreifen zu regeln.
In verschiedenen Ausführungsformen können die Anweisungen des autonomen Antriebssystems 70 nach Funktion oder System organisiert sein. Wie in 3 dargestellt, kann das autonome Fahrsystem 70 beispielsweise ein Computer-Visions-System 74, ein Positionierungssystem 76, ein Leitsystem 78 und ein Fahrzeugsteuerungssystem 80 umfassen. Wie zu verstehen ist, können die Anweisungen in verschiedenen Ausführungsformen in beliebig vielen Systemen (z.B. kombiniert, weiter unterteilt usw.) organisiert werden, da die Offenbarung nicht auf die vorliegenden Beispiele beschränkt ist.
In verschiedenen Ausführungsformen synthetisiert und verarbeitet das Computer-Visions-System 74 Sensordaten und sagt die Anwesenheit, den Standort, die Klassifizierung und/oder den Pfad von Objekten und Merkmalen der Umgebung des Fahrzeugs 10 voraus. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Computer-Visions-System 74 Informationen von mehreren Sensoren aufnehmen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Kameras, Lidare, Radare und/oder eine beliebige Anzahl anderer Sensortypen. Das Computer-Visions-System 74 implementiert in verschiedenen Ausführungsformen das hier beschriebene Steuerungssystem 100.
Das Positionierungssystem 76 verarbeitet Sensordaten zusammen mit anderen Daten, um eine Position (z.B. eine lokale Position relativ zu einer Karte, eine genaue Position relativ zur Fahrspur einer Straße, die Fahrzeugrichtung, die Geschwindigkeit usw.) des Fahrzeugs 10 relativ zur Umgebung zu bestimmen. Das Leitsystem 78 verarbeitet Sensordaten zusammen mit anderen Daten, um einen Pfad für das Fahrzeug 10 zu bestimmen. Das Fahrzeugsteuerungssystem 80 erzeugt Steuersignale zur Steuerung des Fahrzeugs 10 entsprechend des festgelegten Pfades.
In verschiedenen Ausführungsformen implementiert die Steuerung 34 Techniken des maschinellen Lernens, um die Funktionalität der Steuerung 34 zu unterstützen, wie z.B. Merkmalserkennung/Klassifizierung, Hindernisüberwindung, Routenüberquerung, Kartierung, Sensorintegration, Bestimmung der Bodenwahrheit und ähnliches.
Unter Bezugnahme auf 3 und unter Fortführung von 1 und 2 zeigt 3 eine Ausführungsform eines Steuerungsmoduls 200 des Steuerungssystems 100, das durch die Steuerung 34, den Prozessor 44 und/oder das Computer-Visions-System 74 implementiert oder in dieses/diesen eingebaut sein kann. Das Steuerungsmodul 200 kann in verschiedenen Ausführungsformen als ein oder mehrere Untermodule implementiert werden. Wie man sich vorstellen kann, können die gezeigten und beschriebenen Untermodule in verschiedenen Ausführungsformen kombiniert und/oder weiter unterteilt werden. Dateneingänge zum Steuerungsmodul 200 können direkt von den Sensorvorrichtungen 40a-40n, von anderen Modulen (nicht abgebildet) der Steuerung 34 und/oder von anderen Steuerungen (nicht abgebildet) empfangen werden. Das Verarbeitungsmodul 200 umfasst in verschiedenen Ausführungsformen ein Signalsteuerungsmodul 202, ein Datenverarbeitungsmodul 204 und einen Kalibrierdatenspeicher 206.
In verschiedenen Ausführungsformen erzeugt das Signalsteuerungsmodul 202 mindestens zwei Steuersignale 208, 210. In verschiedenen Ausführungsformen wird das Steuersignal 208 an eine erste Lidarvorrichtung 40a übertragen; und das Steuersignal 210 wird an eine zweite Lidarvorrichtung 40b übertragen. Wie zu verstehen ist, kann das Signalsteuermodul 202 eine beliebige Anzahl von Steuersignalen für eine beliebige Anzahl von Lidarvorrichtungen erzeugen, da die beiden Steuersignale nur beispielhaft diskutiert und beschrieben werden.
Die erste Lidarvorrichtung 40a und die zweite Lidarvorrichtung 40b enthalten in verschiedenen Ausführungsformen jeweils einen Laser und einen Spiegel (z.B. sind sie als MEMS-Scanner implementiert). In verschiedenen Ausführungsformen steuern die Steuersignale 208, 210 die Laser. In verschiedenen anderen Ausführungsformen steuern die Steuersignale 207, 210 die mit den Spiegeln verbundenen Positionierungsvorrichtungen. In jeder Ausführungsform werden die Steuersignale 208, 210 erzeugt, um den Laser zu einem Zeitpunkt relativ zu einer Position des Spiegels zum Pulsieren oder Zirpen (im Folgenden allgemein als Puls bezeichnet) zu veranlassen. Dies kann durch die Steuerung des Lasers und/oder des Spiegels erfolgen.
In verschiedenen Ausführungsformen bewirken die Steuersignale 208, 210 eine Phasenverschiebung des Pulses vom zweiten Laser 40b gegenüber dem Puls vom ersten Laser 40a. Indem man den Laser veranlasst, zu einer Zeit relativ zu einer Position des Spiegels zu pulsieren, kann die Auflösung und/oder Leistung der Rückgabedaten sowohl der ersten Laservorrichtung 40a als auch der zweiten Laservorrichtung 40b verbessert werden.
Zum Beispiel, wie im Hinblick auf die 4, 5A und 5B ausführlicher dargestellt, wenn ein Impuls L_T1 abgegeben wird und die Spiegelposition bei M_T1 liegt, ergibt sich der Winkel F₁. Wenn ein phasenverschobener Impuls L_T2 abgegeben wird und die Spiegelposition bei M_T2 liegt, ergibt sich der Winkel F₂. Die ausgehende Winkeldifferenz Dθ = θ1 - θ2 führt zu einer Verschiebung einer Position d in einem Bereich r von einer Sensoreinrichtung. Daraus ergibt sich die verbesserte Auflösung R₂ im Objektbereich r (5A). Wenn der Impuls L_T2 nicht phasenverschoben ist, überlappen sich die Rückgabedaten (5B) ferner im Bereich r. Dies führt zu einer erhöhten Leistung im Bereich r.
In Anlehnung an 3 bestimmt das Signalsteuerungsmodul 202 in verschiedenen Ausführungsformen die Phasenverschiebung und damit den Abtastwinkel auf Basis der im Kalibrierdatenspeicher 206 gespeicherten Kalibrierinformationen. In verschiedenen Ausführungsformen enthalten die Kalibrierdaten Standardwerte für die Phasenverschiebung. In verschiedenen Ausführungsformen umfassen die Kalibrierdaten die extrinsischen Montageorte der Lidarvorrichtungen 40a, 40b und die intrinsischen Eigenschaften der Lidarvorrichtungen 40a, 40b. Solche Kalibrierungsinformationen können bei der Berechnung der Phasenverschiebung verwendet werden. In verschiedenen Ausführungsformen berechnet beispielsweise das Signalsteuerungsmodul 202 den Wert der Phasenverschiebung auf der Grundlage der folgenden Gleichungen:
$ø (t, f) = ø {M (t), L (t, f)} .$
$Dd (f, r) = r * (tan (ø (T 1, f) + F) - tan (ø (T 1,0) + F)), 0 > f > F .$
Dabei ist Ø der Ausgangswinkel des Lidars zum Zeitpunkt t und f ist die Phasenverschiebung, M die Abtastwinkelposition zum Zeitpunkt t, L der Laserzustand zum Zeitpunkt t und der Phasenverschiebung von f. Dd ist die resultierende lineare Verschiebung in einem Bereich von r und einer Phasenverschiebung von f. F ist die Periode der Laserausgabe. F ist der extrinsische Montagewinkel von der Bezugsachse aus.
In verschiedenen Ausführungsformen empfängt das Signalsteuerungsmodul 202 Abstandsdaten 212, die einem Abstand zu einem erfassten Objekt entsprechen. In solchen Ausführungsformen bestimmt das Signalsteuerungsmodul 202 eine Phasenverschiebung, die die Auflösung oder Leistung für den gewünschten Abstand verbessert. Für solche Ausführungsformen gelten noch Gleichung 1 und Gleichung 2, wobei der Abstand in den Bereich (r) dieser Gleichungen eintritt.
In verschiedenen Ausführungsformen empfängt das Signalsteuerungsmodul 202 die Szenariodaten 214, die einem Szenario entsprechen, dem sich das Fahrzeug 10 nähert (z.B. eine Kreuzung, einen Fußgängerüberweg usw.). Das Signalsteuerungsmodul 202 bestimmt die Phasenverschiebung für eine Entfernung, die die Auflösung oder Leistung für das gewünschte Szenario verbessert.
Das Zusammenführungs-Modul 204 empfängt die Lidar-Rückgabedaten 216, 218 und erzeugt darauf basierende Punktwolkendaten 220. Die Lidar-Rückgabedaten 216, 218 sind ein Ergebnis der von den Lasern erzeugten Rückgabesignale des Lidar-Ausgangs. In verschiedenen Ausführungsformen erzeugt das Zusammenführungs-Modul 204 die Punktwolkendaten 208 durch Verschachtelung der Lidar-Rückgabedaten 216, 218 und verbessert so die Auflösung, wie in 5A dargestellt. In verschiedenen Ausführungsformen erzeugt das Zusammenführungs-Modul 204 die Punktwolkendaten 220 durch Überlagerung der Lidar-Rückgabedaten 216, 218 aus den zwei oder mehr Signalimpulsen und verbessert so die Leistung, wie in 5B dargestellt. Die Punktwolkendaten 220 können dann von anderen Systemen zur weiteren Analyse und zur Steuerung des Fahrzeugs 10 verwendet werden.
Unter Bezugnahme auf 6 und unter weiterer Bezugnahme auf 1-5 veranschaulicht ein Flussdiagramm verschiedene Ausführungsformen eines Prozesses 300, der in einer Steuerung 34 in das Steuerungssystem 100 von 1, das die ADS 70 und das Steuerungsmodul 200 von 3 unterstützt, gemäß der vorliegenden Offenbarung eingebettet sein kann. Wie im Lichte der Offenbarung zu erkennen ist, ist die Reihenfolge der Operationen innerhalb der Verfahren nicht auf die sequentielle Ausführung, wie in 6 dargestellt, beschränkt, sondern kann je nach Fall und in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung in einer oder mehreren unterschiedlichen Reihenfolgen durchgeführt werden. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Prozess 300 auf der Grundlage eines oder mehrerer vorbestimmter Ereignisse geplant werden und/oder während des Betriebs des Fahrzeugs 10 kontinuierlich laufen.
In einem Beispiel kann das Verfahren bei 305 beginnen. Der Winkel 1 und der Winkel 2 werden gemäß einer Standardphase bei 310 bestimmt. Die Steuerungssignale 208, 210 werden erzeugt, um die Lidarvorrichtungen 40a, 40b entsprechend den Winkeln 1 und 2 bei 320 zu steuern. Die Rückgabedaten 216, 218 von den Lidarvorrichtungen 40a, 40b werden empfangen und zu Punktwolkendaten 220 bei 330 zusammengeführt. Die Punktwolkendaten 220 werden z.B. durch ein Wahrnehmungssystem ausgewertet, um die Objektdaten 212 zu 340 zu bestimmen. Kartendaten, GPS-Daten und/oder Lokalisierungsdaten können ausgewertet werden, um die Szenariodaten 214 zu 350 zu bestimmen. Wenn ein Objekt und ein Szenario verschwunden sind oder bei 360 nicht identifiziert werden, wird der Prozess 300 mit der Steuerung der Lidarvorrichtungen 40a, 40b auf der Grundlage der Standardphase bei 310 fortgesetzt.
Wenn jedoch ein Objekt oder ein Szenario identifiziert wird, das von einer verbesserten Auflösung oder Leistung profitieren würde, bestimmt der Prozess 300 die Phasenverschiebung für die zweite Lidarvorrichtung 40b basierend auf den Objektdaten 212, den Szenariodaten 214 und/oder den Kalibrierdaten bei 370. Der Winkel für die erste Lidarvorrichtung 40a wird auf der Grundlage der Standardphase bei 380 bestimmt. Der Winkel für die zweite Lidarvorrichtung 40b wird auf der Grundlage der Phasenverschiebung bei 390 bestimmt. Danach werden die Steuerungssignale 208, 210 auf der Grundlage des ersten Winkels und des zweiten Winkels bei 400 erzeugt. Danach wird der Prozess 300 mit der Auswertung der Rückgabedaten 216, 218 bei 330 fortgesetzt. Wie man sich vorstellen kann, kann der Prozess 300 so lange fortgesetzt werden, wie die Lidarvorrichtungen 40a, 40b in Betrieb sind. So kann der Prozess 300 enden, sobald eine oder mehrere der Lidarvorrichtungen 40a, 40b nicht mehr in Betrieb sind.
Obwohl in der vorstehenden detaillierten Beschreibung mindestens eine beispielhafte Ausführungsform vorgestellt wurde, sollte man sich darüber im Klaren sein, dass es eine große Anzahl von Variationen gibt. Es sollte auch verstanden werden, dass die beispielhafte Ausführungsform oder beispielhafte Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und nicht dazu gedacht sind, den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der Offenbarung in irgendeiner Weise einzuschränken. Vielmehr wird die vorstehende detaillierte Beschreibung den Fachleuten einen praktischen Fahrplan für die Umsetzung der beispielhaften Ausführungsform oder der beispielhaften Ausführungsformen liefern. Es sollte verstanden werden, dass verschiedene Änderungen in der Funktion und Anordnung der Elemente vorgenommen werden können, ohne dass der Umfang der Offenbarung, wie er in den beigefügten Ansprüchen und deren rechtlichen Äquivalenten festgelegt ist, verlassen wird.

Claims

Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs, wobei das Verfahren umfasst: Auslösen, durch eine Steuerung an Bord des Fahrzeugs, eines ersten Laserimpulses von einer ersten Laservorrichtung; Auslösen, durch eine Steuerung an Bord des Fahrzeugs, eines zweiten Laserimpulses von einer zweiten Laservorrichtung, wobei das Auslösen des zweiten Laserimpulses auf einem Phasenverschiebungswinkel basiert; Empfangen, durch die Steuerung an Bord des Fahrzeugs, von ersten Rückgabedaten und zweiten Rückgabedaten als Ergebnis des ersten Laserimpulses und des zweiten Laserimpulses; Verschachteln, durch die Steuerung an Bord des Fahrzeugs, des ersten Rückgabeimpulses und des zweiten Rückgabeimpulses zur Bildung einer Punktwolke; und Steuern des Fahrzeugs durch die Steuerung an Bord des Fahrzeugs auf der Grundlage der Punktwolke.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Laservorrichtung und die zweite Laservorrichtung eine gleiche Laservorrichtung sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Laservorrichtung und die zweite Laservorrichtung unterschiedliche Laservorrichtungen sind.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Bestimmen des Phasenverschiebungswinkels auf der Grundlage eines gewünschten Bereichs.
Verfahren nach Anspruch 4, ferner umfassend das Bestimmen des gewünschten Bereichs auf der Grundlage eines erfassten Objekts innerhalb einer Szene.
Verfahren von Anspruch 1, ferner umfassend das Bestimmen des Phasenverschiebungswinkels auf der Grundlage eines bevorstehenden Szenarios.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Bestimmen des Phasenverschiebungswinkels auf der Grundlage von Ortsdaten.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Bestimmen des Phasenverschiebungswinkels auf der Grundlage einer Position einer Spiegelvorrichtung relativ zur ersten Laservorrichtung.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Bestimmen des Phasenverschiebungswinkels auf der Grundlage einer gewünschten Leistung.
Fahrzeug, umfassend: eine erste Lidarvorrichtung; eine zweite Lidarvorrichtung; und eine Steuerung, die konfiguriert ist, um durch einen Prozessor einen ersten Impuls von der ersten Lidarvorrichtung auszulösen; einen zweiten Laserimpuls von einer zweiten Lidarvorrichtung auszulösen, wobei das Auslösen des zweiten Laserimpulses auf einem Phasenverschiebungswinkel basiert; erste Rückgabedaten und zweite Rückgabedaten als Ergebnis des ersten Laserimpulses und des zweiten Laserimpulses zu empfangen; die ersten Rückgabedaten und die zweiten Rückgabedaten zu verschachteln, um eine Punktwolke zu bilden; und das Fahrzeug auf der Grundlage der Punktwolke zu steuern.