DE102020132859A1

DE102020132859A1 - Korrektur der lenkradwinkelverstellung für autonome fahrzeuge unter verwendung von winkelsteuerung

Info

Publication number: DE102020132859A1
Application number: DE102020132859.1A
Authority: DE
Inventors: Kevin A. O'Dea; Sami Ahmed; Christopher M. Sketch
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2020-01-15
Filing date: 2020-12-09
Publication date: 2021-07-15
Also published as: CN113120079A; US20210214005A1; US11498619B2

Abstract

Ein Verfahren zum Steuern eines autonomen Fahrzeugs beinhaltet: Bestimmen, ob ein autonomer Steuerungsmodus des autonomen Fahrzeugs aktiv ist; Bestimmen einer Lenkradwinkelverstellung in Reaktion auf die Bestimmung, dass der autonome Steuerungsmodus des autonomen Fahrzeugs aktiv ist; und Steuern eines elektronischen Lenkhilfssystems des autonomen Fahrzeugs über eine Lenkungssteuerung des autonomen Fahrzeugs unter Verwendung der Lenkradwinkelverstellung.

Description

EINLEITUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf autonome Fahrzeuge und im Besonderen auf Systeme und Verfahren zur Korrektur der Lenkradverstellung von autonomen Fahrzeugen unter Verwendung der Winkelsteuerung.
Messwerte eines Lenkradwinkelsensors enthalten eine Verstellung. Der Lenkwinkelsensor kann in der Nullstellung einen Wert ungleich Null anzeigen. Es hat sich herausgestellt, dass die Beseitigung dieser Verstellung schwierig ist. Beim autonomen Fahren mit Lenkwinkelsteuerung kann die Lenkradverstellung durch Vergleich des befohlenen Winkels mit dem gemessenen Winkel bestimmt werden.
BESCHREIBUNG
Die vorliegende Offenbarung beschreibt ein Verfahren zum Steuern eines autonomen Fahrzeugs. In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst das Verfahren: Bestimmen, ob ein autonomer Steuerungsmodus des autonomen Fahrzeugs aktiv ist; Bestimmen einer Lenkradwinkelverstellung in Reaktion auf das Bestimmen, dass der autonome Steuerungsmodus des autonomen Fahrzeugs aktiv ist; und Steuern eines elektronischen Lenkhilfssystems des autonomen Fahrzeugs unter Verwendung der Lenkradwinkelverstellung über eine Lenkungssteuerung des autonomen Fahrzeugs.
In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst das Bestimmen der Lenkradwinkelverstellung: das Bestimmen eines Lenkbefehls des elektronischen Lenkhilfssystems des autonomen Fahrzeugs; und das Messen eines Lenkwinkels des autonomen Fahrzeugs, um einen gemessenen Lenkwinkel zu erhalten. Die Lenkradwinkelverstellung wird als Funktion des Lenkbefehls und des gemessenen Lenkwinkels bestimmt.
In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird die Lenkradwinkelverstellung berechnet, indem der gemessene Lenkwinkel vom Lenkbefehl subtrahiert wird.
In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält das autonome Fahrzeug einen Sensor. Bei dem Sensor kann es sich um einen oder mehrere Gierratensensoren und/oder einen Bildsensor handeln. Der gemessene Lenkwinkel kann auf der Grundlage von Eingängen des Sensors bestimmt werden.
In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann der Lenkbefehl auf der Grundlage von Steuereingaben von einem automatisierten Steuerungssystem des autonomen Fahrzeugs bestimmt werden.
In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann die Lenkradwinkelverstellung kontinuierlich bestimmt werden.
In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann die Lenkradwinkelverstellung alle zehn Millisekunden bestimmt werden.
In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann die Lenkradwinkelverstellung gefiltert werden, um einen gefilterten Lenkradverstellungswinkel unter Verwendung eines Filters mit gleitendem Mittelwert und/oder eines Tiefpassfilters zu erhalten.
In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst das Verfahren ferner das Bestimmen, ob das autonome Fahrzeug unter stabilen Zustandsbedingungen betrieben wird. Die stabilen Zustandsbedingungen treten nur dann auf, wenn das autonome Fahrzeug geradeaus fährt und die Geschwindigkeit des autonomen Fahrzeugs konstant ist.
In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann die Lenkradwinkelverstellung als Reaktion bestimmt werden auf: (a) Bestimmen, dass der autonome Steuerungsmodus des autonomen Fahrzeugs aktiv ist und (b) Bestimmen, dass das autonome Fahrzeug im stabilen Zustand betrieben wird.
In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst das Verfahren ferner das Verwenden der Lenkradwinkelverstellung zur Korrektur des gemessenen Lenkwinkels, wodurch ein korrigierter Lenkwinkel erhalten wird.
In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird das elektronische Lenkhilfssystem über den korrigierten Lenkwinkel gesteuert.
In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst das Verfahren ferner das Speichern der Lenkradwinkelverstellung auf einer Motorsteuerungseinheit oder einer anderen geeigneten Steuerungseinheit.
In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst das Verfahren ferner das Melden der Lenkradwinkelverstellung an ein Stabilitätssteuerungssystem.
Die vorliegende Offenbarung beschreibt auch ein elektronisches Lenkhilfssystem eines autonomen Fahrzeugs. Das elektronische Lenkhilfssystem umfasst einen Sensor. Der Sensor kann ein Gierratensensor und/oder ein Bildsensor sein. Das elektronische Lenkhilfssystem umfasst eine Lenkungssteuerung, die mit dem Sensor in Kommunikation steht. Die Lenkungssteuerung ist programmiert zum: Bestimmen, ob ein autonomer Steuerungsmodus des autonomen Fahrzeugs aktiv ist; Bestimmen eines Lenkwinkels des autonomen Fahrzeugs auf der Grundlage eines Signals von dem Sensor, um einen gemessenen Lenkwinkel zu erhalten; Bestimmen eines Lenkbefehls des elektronischen Lenkhilfssystems des autonomen Fahrzeugs; Bestimmen einer Lenkradwinkelverstellung in Reaktion auf das Bestimmen, dass der autonome Steuerungsmodus des autonomen Fahrzeugs aktiv ist, wobei die Lenkradwinkelverstellung als eine Funktion des Lenkbefehls und des gemessenen Lenkwinkels bestimmt wird; und Steuern des elektronischen Lenkhilfssystems des autonomen Fahrzeugs unter Verwendung der Lenkradwinkelverstellung.
In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird die Lenkradwinkelverstellung berechnet, indem der gemessene Lenkwinkel vom Lenkbefehl subtrahiert wird.
In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist der Sensor kein Lenkwinkelsensor.
In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist die Lenkungssteuerung so programmiert, dass der gemessene Lenkwinkel auf Eingängen vom Sensor basiert.
In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist die Lenkungssteuerung so programmiert, dass sie den Lenkbefehl auf der Grundlage von Steuereingaben aus dem automatisierten Steuerungssystem des autonomen Fahrzeugs bestimmt.
In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist die Lenkungssteuerung programmiert, um: die Lenkradwinkelverstellung alle zehn Millisekunden zu bestimmen; die Lenkradwinkelverstellung zu filtern, um einen gefilterten Lenkradverstellungswinkel zu erhalten, wobei mindestens ein Filter verwendet wird, der ausgewählt ist aus einem Filter mit gleitendem Mittelwert und einem Niederfrequenzfilter; zu bestimmen, ob das autonome Fahrzeug in stabilen Zustandsbedingungen arbeitet, wobei die stabilen Zustandsbedingungen auftreten, wenn das autonome Fahrzeug geradeaus fährt und eine Geschwindigkeit des autonomen Fahrzeugs konstant ist; die Lenkradwinkelverstellung als Reaktion zu bestimmen auf: (a) Bestimmen, dass der autonome Steuerungsmodus des autonomen Fahrzeugs aktiv ist, und (b) Bestimmen, dass das autonome Fahrzeug in stabilen Zustandsbedingungen arbeitet; die Lenkradwinkelverstellung zu verwenden, um den gemessenen Lenkwinkel zu korrigieren, wodurch ein korrigierter Lenkwinkel erhalten wird; ein elektronisches Lenkhilfssystem unter Verwendung des korrigierten Lenkwinkels zu steuern; die Lenkradwinkelverstellung in einer Motorsteuereinheit des autonomen Fahrzeugs zu speichern; und die Lenkradwinkelverstellung an ein Stabilitätssteuerungssystem des autonomen Fahrzeugs zu melden.
Die vorliegende Offenbarung beschreibt auch ein autonomes Fahrzeug. In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst das autonome Fahrzeug eine Karosserie, eine Vielzahl von Rädern, die mit der Karosserie gekoppelt sind, ein automatisiertes Steuerungssystem, das so konfiguriert ist, dass es die Bewegungen des autonomen Fahrzeugs autonom steuert, ein elektronisches Lenkhilfssystem, das mit mindestens einem der Vielzahl von Rädern gekoppelt ist. Das elektronische Lenkhilfssystem umfasst einen Sensor, bei dem es sich um einen oder mehrere Gierratensensoren und/oder Bildsensoren handeln kann. Das elektronische Lenkhilfssystem kann auch eine mit dem Sensor kommunizierende Lenkungssteuerung enthalten. Die Lenkungssteuerung ist programmiert zum: Bestimmen, ob ein autonomer Steuerungsmodus des autonomen Fahrzeugs aktiv ist; Bestimmen einer Lenkradwinkelverstellung in Reaktion auf das Bestimmen, dass der autonome Steuerungsmodus des autonomen Fahrzeugs aktiv ist; Steuern des elektronischen Lenkhilfssystems des autonomen Fahrzeugs unter Verwendung der Lenkradwinkelverstellung; Bestimmen eines Lenkbefehls des elektronischen Lenkhilfssystems des autonomen Fahrzeugs; und Bestimmen eines Lenkwinkels des autonomen Fahrzeugs, um einen gemessenen Lenkwinkel auf der Grundlage eines Signals vom Sensor zu erhalten. Die Lenkradwinkelverstellung wird als Funktion des Lenkbefehls und des gemessenen Lenkwinkels bestimmt. Die Lenkradwinkelverstellung wird durch Subtrahieren des gemessenen Lenkwinkels vom Lenkbefehl berechnet. Der Sensor ist kein Lenkwinkelsensor. Die Lenkungssteuerung kann wie oben beschrieben programmiert werden.
Die oben genannten Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Lehren sind aus der folgenden detaillierten Beschreibung der besten Modi zur Durchführung der Lehren in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen leicht ersichtlich.
Figurenliste

1 ist ein funktionales Blockdiagramm, das ein Fahrzeug veranschaulicht.
2 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Korrektur einer Lenkradverstellung bei autonomen Fahrzeugen unter Verwendung einer Winkelsteuerung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende detaillierte Beschreibung hat lediglich beispielhaften Charakter und soll die Anwendung und Verwendungen nicht einschränken. Darüber hinaus besteht nicht die Absicht, an eine ausdrückliche oder implizierte Theorie gebunden zu sein, die im vorhergehenden technischen Gebiet, im Hintergrund, in der kurzen Beschreibung oder in der folgenden detaillierten Beschreibung dargestellt wird. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Modul“ auf Hardware, Software, Firmware, elektronische Steuerkomponente, Verarbeitungslogik und/oder Prozessorvorrichtung, einzeln oder in Kombination, einschließlich, aber nicht beschränkt auf: anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam, dediziert oder gruppenweise) und Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme ausführt, eine kombinierte Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können hierin in Form von funktionalen und/oder logischen Blockkomponenten und verschiedenen Verarbeitungsschritten beschrieben werden. Es ist zu beachten, dass solche Blockkomponenten durch eine Reihe von Hardware-, Software- und/oder Firmwarekomponenten realisiert werden können, die so konfiguriert sind, dass sie die angegebenen Funktionen erfüllen. Zum Beispiel kann eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verschiedene integrierte Schaltungskomponenten verwenden, z.B. Speicherelemente, digitale Signalverarbeitungselemente, Logikelemente, Nachschlagetabellen oder ähnliches, die eine Vielzahl von Funktionen unter der Steuerung eines oder mehrerer Mikroprozessoren oder anderer Steuervorrichtungen ausführen können. Darüber hinaus werden Fachleute verstehen, dass Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung in Verbindung mit einer Reihe von Systemen praktiziert werden können und dass die hier beschriebenen Systeme lediglich beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind.
Unter Bezugnahme auf 1 umfasst ein autonomes Fahrzeug 10 ein Fahrgestell 12, einen Aufbau 14, Vorderräder 16 und Hinterräder 18. Der Aufbau 14 ist auf dem Fahrgestell 12 angeordnet und umschließt im wesentlichen Komponenten des autonomen Fahrzeugs 10. Der Aufbau 14 und das Fahrgestell 12 können gemeinsam einen Rahmen bilden. Die Vorderräder 16 und die Hinterräder 18 sind jeweils in der Nähe einer Ecke des Aufbaus 14 mit dem Fahrgestell 12 drehgekoppelt. Das Fahrzeug 10 ist z.B. ein Fahrzeug, das automatisch gesteuert wird, um Passagiere von einem Ort zum anderen zu befördern. Das Fahrzeug 10 ist in der abgebildeten Ausführungsform als Personenkraftwagen dargestellt, aber es sollte verstanden werden, dass auch andere Fahrzeuge, einschließlich Motorräder, Lastkraftwagen, Geländewagen (SUVs), Freizeitfahrzeuge (RVs), Wasserfahrzeuge, Luftfahrzeuge und dergleichen, verwendet werden können. Ferner kann das Fahrzeug 10 ein Elektrofahrzeug, ein Hybridfahrzeug oder ein Motorfahrzeug sein.
Das Fahrzeug 10 kann einem Automatisierungssystem der Stufe 4 oder 5 (oder niedrigeren Stufen, solange die Hand des Fahrers nicht am Lenkrad 17 ist) gemäß der Standardklassifizierung der Society of Automotive Engineers (SAE) „J30162“ der automatisierten Fahrstufen entsprechen. Unter Verwendung dieser Terminologie bezeichnet ein System der Stufe vier eine „hohe Automatisierung“ und bezieht sich auf einen Fahrmodus, in dem das automatisierte Fahrsystem Aspekte der dynamischen Fahraufgabe ausführt, selbst wenn ein menschlicher Fahrer nicht angemessen auf eine Aufforderung zum Eingreifen reagiert. Ein System der Stufe 5 hingegen bezeichnet eine „Vollautomatisierung“, d.h. einen Fahrmodus, in dem das automatisierte Fahrsystem Aspekte der dynamischen Fahraufgabe unter Straßen- und Umgebungsbedingungen ausführt, die von einem menschlichen Fahrer bewältigt werden können. Es ist jedoch zu verstehen, dass die Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Thematik nicht auf eine bestimmte Klassifizierung oder Rubrik von Automatisierungskategorien beschränkt sind. Darüber hinaus können Systeme gemäß der vorliegenden Ausführungsform in Verbindung mit einem autonomen oder anderen Fahrzeug verwendet werden, das ein Navigationssystem und/oder andere Systeme zur Routenführung und/oder -durchführung verwendet.
Das Fahrzeug 10 umfasst im Allgemeinen ein Antriebssystem 20, ein Getriebesystem 22, ein elektronisches Lenkhilfssystem 24, ein regeneratives Bremssystem 26, ein Sensorsystem 28, ein Aktuatorsystem 30, mindestens eine Datenspeichervorrichtung 32, mindestens einen automatischen Systemprozessor 44 und ein Kommunikationssystem 36. Das Antriebssystem 20, das Getriebesystem 22 und das regenerative Bremssystem 26 sind Teil des Antriebsstrangs des Fahrzeugs 10. Das Antriebssystem 20 kann einen Verbrennungsmotor 20a und eine elektrische Maschine 20b, wie z.B. einen Elektromotor/Generator, einen Antriebsmotor und/oder ein Brennstoffzellen-Antriebssystem, umfassen. Der Verbrennungsmotor 20a kann durch eine Motorsteuereinheit 19 gesteuert werden. Die Motorsteuereinheit 19 kann eine Motorsteuerung und ein computerlesbares Medium umfassen, die gemeinsam zur Steuerung des Verbrennungsmotors 20a programmiert sind. Die elektrische Maschine 20b ist für den Betrieb als Elektromotor konfiguriert, um elektrische Energie in mechanische Energie (z.B. Drehmoment) umzuwandeln. Zusätzlich ist die elektrische Maschine 20b so konfiguriert, dass sie als elektrischer Generator arbeitet, um mechanische Energie (z.B. Drehmoment) in elektrische Energie umzuwandeln. Das Fahrzeug 10 enthält auch ein Energiespeichersystem (ESS) 21, das so konfiguriert ist, dass es elektrische Energie speichert. Das ESS 21 ist elektrisch mit der elektrischen Maschine 20b verbunden und liefert daher elektrische Energie an die elektrische Maschine 20b. Das Getriebesystem 22 ist so konfiguriert, dass es die Leistung vom Antriebssystem 20 zu den Fahrzeugrädern 16 und 18 gemäß wählbaren Geschwindigkeitsverhältnissen überträgt. Das Getriebesystem 22 kann ein gestuftes Automatikgetriebe, ein stufenloses Getriebe oder ein anderes geeignetes Getriebe umfassen.
Das Fahrzeug 10 umfasst ferner ein Abgassystem 23, das in Fluidverbindung mit dem Verbrennungsmotor 20a steht und einen Abgaskrümmer enthalten kann. Nach der Verbrennung im Verbrennungsmotor 20a empfängt und leitet das Abgassystem 23 die vom Verbrennungsmotor 20a erzeugten Abgase. Das Abgassystem 23 kann ein oder mehrere Ventile zur Führung der Abgase enthalten.
Das Fahrzeug 10 umfasst ferner ein Ansaugbaugruppe 25 zur Luftversorgung des Verbrennungsmotors 20a. Die Ansaugbaugruppe 25 kann einen Ansaugkrümmer enthalten und ist so konfiguriert, dass sie Luft aus der Atmosphäre aufnimmt und diese Luft in den Verbrennungsmotor 20a leitet. Die Luft wird dann mit Kraftstoff gemischt und im Verbrennungsmotor 20a verbrannt.
Das Fahrzeug 10 umfasst ferner einen Turbolader 27, der mit der Ansaugbaugruppe 25 und dem Abgassystem 23 in Fluidverbindung steht. Im Einzelnen umfasst der Turbolader 27 einen Verdichter 29, eine Turbine 31 und eine Welle 33, die den Verdichter 29 und die Turbine 31 drehbar miteinander verbindet.
Während des Betriebs verdichtet der Verdichter 29 den Luftstrom, bevor er in den Verbrennungsmotor 20a eintritt, um Leistung und Effizienz zu erhöhen. Dementsprechend steht der Verdichter 29 in Fluidverbindung mit der Ansaugbaugruppe 25. Der Verdichter 29 drückt mehr Luft und damit mehr Sauerstoff in die Brennräume des Verbrennungsmotors 20a, als sonst bei Umgebungsluftdruck erreichbar ist. Der Verdichter 29 wird von der Turbine 31 über die Welle 33 angetrieben. Durch die Drehung der Turbine 31 wird also der Verdichter 29 in Rotation versetzt. Um die Turbine 31 zu drehen, werden die Abgase aus dem Abgassystem 23 in die Turbine 31 gedrückt. Der sich aufbauende Abgasdruck treibt die Turbine 31 an. Der Abgasdruck, wenn der Verbrennungsmotor 20a im Leerlauf ist, bei niedrigen Motordrehzahlen arbeitet oder mit niedriger Drosselung arbeitet, reicht normalerweise nicht aus, um die Turbine 31 anzutreiben. Wenn der Verbrennungsmotor 20a eine ausreichende Drehzahl erreicht, beginnt sich die Turbine 31 aufzuladen (d.h. schnell genug zu drehen, um einen Ansaugdruck über dem atmosphärischen Druck zu erzeugen). Beim Turbolader 27 kann es daher zu einem „Turboloch“ kommen (das auch als „Ladezeit“ bezeichnet wird). Dieses Turboloch ist die Zeit zwischen der Anforderung einer Leistungssteigerung (die Drosselklappe wird geöffnet) und dem Turbolader 27, der einen erhöhten Ansaugdruck und damit eine erhöhte Leistung liefert. Es ist daher wünschenswert, den Turbolader 27 zu aufzuladen (d.h. die Turbine 31 schnell genug zu drehen, um einen Ansaugdruck über dem atmosphärischen Druck zu erzeugen), bevor das Fahrzeug 10 in Bewegung gesetzt werden muss.
Die regenerativen Bremssysteme 26 sind mit den Fahrzeugrädern 16 und 18 gekoppelt und daher so konfiguriert, dass sie Bremsmoment an die Fahrzeugräder 16 und 18 abgeben. Das regenerative Bremssystem 26 ist so konfiguriert, dass es die Fahrzeuggeschwindigkeit reduziert oder das Fahrzeug 10 zum Stillstand bringt. Das regenerative Bremssystem 26 ist elektrisch mit der elektrischen Maschine 20b verbunden. Als solche bewirkt das regenerative Bremsen, dass die elektrische Maschine 20b als Generator arbeitet, um Rotationsenergie von den Fahrzeugrädern 16 und 18 in elektrische Energie umzuwandeln, die zum Laden des Energiespeichersystems 21 verwendet wird.
Das elektronische Lenkhilfssystem 24 beeinflusst eine Stellung der Fahrzeugräder 16 und/oder 18. Während zur Veranschaulichung ein Lenkrad 17 dargestellt ist, mag das elektronische Lenkhilfssystem 24 kein Lenkrad enthalten. Das Fahrzeug 10 kann ferner ein elektronisches Stabilitätssteuerungssystem 15 (oder ein anderes Fahrzeugsteuerungssystem) enthalten, das dem Fahrer hilft, die Kontrolle über sein Fahrzeug 10 während extremer Lenkmanöver aufrechtzuerhalten, indem es das Fahrzeug 10 in der vom Fahrer beabsichtigten Richtung hält, selbst wenn sich das Fahrzeug 10 den Grenzen der Straßenhaftung nähert oder diese überschreitet.
Das Sensorsystem 28 umfasst eine oder mehrere Sensorvorrichtungen 40a-40n, die beobachtbare Bedingungen der äußeren Umgebung und/oder der inneren Umgebung des Fahrzeugs erfassen 10.
Die Sensorvorrichtungen 40a-40n können als Sensoren bezeichnet werden und können Radar, Lidar, globale Positionierungssysteme, optische Kameras, Wärmebildkameras, Ultraschallsensoren, Bildsensoren, Gierratensensoren und/oder andere Sensoren umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel ist die Sensorvorrichtung 40a ein Vorwärtskameramodul (FCM), das so konfiguriert ist, dass es Bilder an der Vorderseite des Fahrzeugs 10 erfasst und Bilddaten erzeugt, die die erfassten Bilder anzeigen. Das FCM (d.h. die Abtastvorrichtung 40a) steht in Kommunikation mit der automatischen Systemsteuerung 34 und kann daher Befehle von der automatischen Systemsteuerung 34 empfangen. Das FCM (d.h. die Abtastvorrichtung 40a) ist auch so konfiguriert, dass es die Bilddaten an die automatische Systemsteuerung 34 sendet. In der abgebildeten Ausführungsform ist die Abtastvorrichtung 40b ein Lidarsystem, das so konfiguriert ist, dass es den Abstand vom Fahrzeug 10 zu einem anderen Objekt, z.B. einem anderen Fahrzeug, misst. Das Lidarsystem (d.h. die Abtastvorrichtung 40b) steht mit der automatischen Systemsteuerung 34 in Verbindung. Die automatische Systemsteuerung 34 kann daher Signale von der Abtastvorrichtung 40b empfangen und den Abstand vom Fahrzeug 10 zu einem anderen Objekt auf der Grundlage des von der Abtastvorrichtung 40b empfangenen Signals bestimmen. Die Abtastvorrichtung 42n kann ein Tachometer sein, der so konfiguriert ist, dass er die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs 10 misst. Der Tachometer (d.h. die Abtastvorrichtung 40n) steht in Verbindung mit der automatischen Systemsteuerung 34. Die automatische Systemsteuerung 34 ist so programmiert, dass sie Signale von der Sensorvorrichtung 40n empfängt und die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs 10 auf der Grundlage der von der Sensorvorrichtung 40n empfangenen Signale bestimmt. Die automatische Systemsteuerung 34 kann Teil eines automatisierten Steuerungssystems 37 sein, das für die autonome Steuerung der Bewegungen des Fahrzeugs 10 konfiguriert ist. Das Fahrzeug 10 enthält ferner eine Benutzerschnittstelle 13, die mit dem automatischen Steuerungssystem 37 kommuniziert. Der Fahrzeugführer kann über die Benutzerschnittstelle zwischen einem autonomen Steuerungsmodus und einem fahrerbetriebenen Modus wählen. Im autonomen Steuerungsmodus steuert das automatische Steuerungssystem 37 die Bewegungen des Fahrzeugs 10. In dem fahrerbetriebenen Modus steuert der Fahrzeugführer die Bewegungen des Fahrzeugs 10.
Eine der Sensorvorrichtungen 40a-40n kann ein Lenksensor sein, der zur Messung des Lenkwinkels des elektronischen Leistungssystems 24 konfiguriert ist. Der Lenksensor kann Teil des elektronischen Lenkhilfssystems 24 sein und kann als Sensor bezeichnet werden. Der Lenksensor (d. h. mindestens eine der Abtastvorrichtungen 40a-40n) kann ein Gierratensensor und/oder ein Bildsensor sein, die jeweils so konfiguriert sind, dass sie den Lenkwinkel des autonomen Fahrzeugs indirekt messen 10. Der Bildsensor kann ein ladungsgekoppeltes Bauelement (CCD) und/oder ein Aktiv-Pixel-Sensor (CMOS-Sensor) sein. Unabhängig von der Art des Sensors kann der Bildsensor Teil eines Vorwärtskameramoduls (d.h. , Sensorvorrichtung 40a) sein. Der Lenksensor (d.h. eine der Abtastvorrichtungen 40a-40n) ist jedoch kein Lenkradwinkelsensor, um eine zusätzliche Abweichung der Lenkwinkelmessung zu vermeiden. Daher enthält die elektrische Lenkhilfssystem nicht unbedingt einen Lenkradwinkelsensor. Der Lenkradwinkel wird daher indirekt über einen Gierratensensor und/oder einen Bildsensor gemessen.
Das Aktuatorsystem 30 umfasst eine oder mehrere Aktuatorvorrichtungen 42a, 42b und 42n, die ein oder mehrere Fahrzeugmerkmale des Fahrzeugs 10 steuern. Die Aktuatorvorrichtungen 42a, 42b, 42n (auch als Aktuatoren 42 bezeichnet) steuern ein oder mehrere Merkmale wie z.B. das Antriebssystem 20, das Getriebesystem 22, das elektronische Lenkhilfssystem 24, das regenerative Bremssystem 26 und Aktuatoren zum Öffnen und Schließen der Türen des Fahrzeugs 10. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Fahrzeug 10 auch Innen- und/oder Außenausstattungsmerkmale des Fahrzeugs enthalten, die in 1 nicht dargestellt sind, wie z.B. einen Kofferraum, und Kabinenausstattungsmerkmale wie Luft-, Musik-, Beleuchtungs-, Touchscreen-Display-Komponenten (wie sie z.B. in Verbindung mit Navigationssystemen verwendet werden) und ähnliches.
Die Datenspeichervorrichtung 32 speichert Daten zur Verwendung bei der automatischen Steuerung des Fahrzeugs 10. In verschiedenen Ausführungsformen speichert die Datenspeichervorrichtung 32 definierte Karten der navigierbaren Umgebung. In verschiedenen Ausführungsformen können die definierten Karten von einem entfernten System vordefiniert und von diesem bezogen werden. Beispielsweise können die definierten Karten durch das entfernte System zusammengestellt und an das Fahrzeug 10 (drahtlos und/oder drahtgebunden) übermittelt und in der Datenspeichervorrichtung 32 gespeichert werden. Routeninformationen können auch in der Datenspeichervorrichtung 32 gespeichert werden, d.h. in einem Satz von Straßenabschnitten (die geografisch mit einer oder mehreren der definierten Karten verbunden sind), die zusammen eine Route definieren, die der Benutzer nehmen kann, um von einem Startort (z.B. dem aktuellen Standort des Benutzers) zu einem Zielort zu fahren. Die Datenspeichervorrichtung 32 speichert auch Daten, die sich auf Straßen beziehen, auf denen das Fahrzeug 10 fahren kann. Wie zu verstehen ist, kann die Datenspeichervorrichtung 32 Teil der automatischen Systemsteuerung 34, getrennt von der automatischen Systemsteuerung 34, oder Teil der automatischen Systemsteuerung 34 und Teil eines getrennten Systems sein.
Die automatische Systemsteuerung 34 umfasst mindestens einen automatisierten Systemprozessor 44 und eine computerlesbare Speichervorrichtung oder -medium 46 des automatischen Systems. Bei dem automatisierten Systemprozessor 44 kann es sich um einen speziell angefertigten oder kommerziell erhältlichen Prozessor, eine zentrale Prozessoreinheit (CPU), eine Grafikverarbeitungseinheit (GPU), einen Hilfsprozessor unter mehreren Prozessoren, die mit der automatisierten Systemsteuerung 34 des verbunden sind, einen Mikroprozessor auf Halbleiterbasis (in Form eines Mikrochips oder Chipsatzes), eine Kombination davon oder allgemein eine Vorrichtung zur Ausführung von Befehlen handeln. Die computerlesbare Speichervorrichutng oder die computerlesbaren Speichermedien 46 können z.B. flüchtige und nichtflüchtige Speicherung in Festwertspeicher (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 automatisierte Systemprozessor 44 abgeschaltet ist. Die computerlesbare Speichervorrichtung oder -medium 46 kann unter Verwendung einer Reihe bekannter Speichereinheiten wie PROMs (programmierbarer Festwertspeicher), EPROMs (elektrischer PROM), EEPROMs (elektrisch löschbarer PROM), Flash-Speicher oder andere elektrische, magnetische, optische oder kombinierte Speichereinheiten, die Daten speichern können, von denen einige ausführbare Befehle darstellen, die von der automatisierten Systemsteuerung 34 bei der Steuerung des Fahrzeugs 10 verwendet werden, implementiert werden.
Die Anweisungen können ein oder mehrere separate Programme umfassen, von denen jedes eine geordnete Auflistung ausführbarer Anweisungen zur Implementierung logischer Funktionen enthält. Die Anweisungen empfangen und verarbeiten, wenn sie vom automatisierten Systemprozessor 44 ausgeführt werden, Signale vom Sensorsystem 28, führen Logik, Berechnungen, Verfahren und/oder Algorithmen zur automatischen Steuerung der Komponenten des Fahrzeugs 10 aus und erzeugen Steuersignale, die an das Aktuatorsystem 30 übertragen werden, um die Komponenten des autonomen Fahrzeugs 10 auf der Grundlage der Logik, Berechnungen, Verfahren und/oder Algorithmen automatisch zu steuern. Obwohl in 1 nur eine automatisierte Systemsteuerung 34 dargestellt ist, können Ausführungsformen des autonomen Fahrzeugs 10 eine Anzahl von Steuerungen 34 enthalten, die über ein 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 Merkmalen des autonomen Fahrzeugs 10 zu erzeugen. In einer Ausführungsform, wie unten im Einzelnen besprochen, ist die automatisierten Systemsteuerung 34 für die Verwendung bei der Steuerung von Manövern für das Fahrzeug 10 um stehende Fahrzeuge herum konfiguriert.
Das Kommunikationssystem 36 ist so konfiguriert, dass es drahtlos Informationen zu und von anderen Entitäten 48, wie z.B., aber nicht beschränkt auf, andere Fahrzeuge („V2V“-Kommunikation), Infrastruktur („V2I“-Kommunikation), entfernte Transportsysteme und/oder Benutzergeräte (genauer beschrieben in Bezug auf 2) kommuniziert. In einer beispielhaften Ausführungsform ist das Kommunikationssystem 36 ein drahtloses Kommunikationssystem, das so konfiguriert ist, dass es über ein drahtloses lokales Netzwerk (WLAN) unter Verwendung des IEEE 802.11-Standards oder unter Verwendung mobiler Datenkommunikation kommuniziert. Zusätzliche oder alternative Kommunikationsverfahren, wie z.B. ein dedizierter Nahbereichskommunikationskanal (DSRC-Kanal), werden im Rahmen der vorliegenden Offenbarung jedoch ebenfalls in Betracht gezogen. DSRC-Kanäle beziehen sich auf drahtlose Einweg- oder Zweiweg-Kommunikationskanäle mit kurzer bis mittlerer Reichweite, die speziell für den Einsatz in Kraftfahrzeugen entwickelt wurden, sowie auf einen entsprechenden Satz von Protokollen und Standards. Das Kommunikationssystem 36 ist so konfiguriert, dass es eine verkehrsbezogene Nachricht wie unten beschrieben sendet und empfängt.
Das elektronische Lenkhilfssystem 24 kann zusätzlich eine Lenkungssteuerung 35 enthalten. Die Lenkungssteuerung 35 enthält mindestens einen Lenkprozessor 45 und eine lenkungscomputerlesbares Speichervorrichtung oder -medium 47. Bei dem Lenkprozessor 45 kann es sich um einen kundenspezifischen Prozessor, eine znetrale Prozessoreinheit (CPU), eine Graphikverarbeitungseinheit (GPU), einen Hilfsprozessor unter mehreren der Lenkungssteuerung 35 zugeordneten Prozessoren, einen Mikroprozessor auf Halbleiterbasis (in Form eines Mikrochips oder Chipsatzes), eine Kombination daraus oder allgemein um eine Vorrichtung zur Ausführung von Befehlen handeln. Die lenkungscomputerlesbare Speichervorrichtung oder -medien 47 können z.B. flüchtige und nichtflüchtige Speicherung in Festwertspeicher (ROM), Direktzugriffsspeicher (RAM) und Keep-alive-Speicher (KAM) enthalten. KAM ist ein persistenter oder nichtflüchtiger Speicher, der zur Speicherung verschiedener Betriebsvariablen verwendet werden kann, während der Lenkprozessor 45 abgeschaltet ist. Die lenkungscomputerlesbare Speichervorrichtung oder -medium 47 kann unter Verwendung einer Anzahl bekannter Speichereinrichtungen wie PROMs (programmierbarer Festwertspeicher), EPROMs (elektrischer PROM), EEPROMs (elektrisch löschbarer PROM), Flash-Speicher oder anderer elektrischer, magnetischer, optischer oder kombinierter Speichereinrichtungen zur Speicherung von Daten, von denen einige ausführbare Befehle darstellen, die von der Lenkungssteuerung 35 zur Steuerung des elektronischen Lenkhilfssystems 24 des autonomen Fahrzeugs 10 verwendet werden, implementiert werden.
2 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 100 zur Korrektur der Lenkradverstellung bei autonomen Fahrzeugen unter Verwendung einer Winkelsteuerung. Das Verfahren 100 kann durch die Lenkungssteuerung 35 ausgeführt werden und beginnt bei Block 102. Anschließend wird das Verfahren 100 bis zum Block 104 fortgesetzt. Bei Block 104 bestimmen die Lenkungssteuerung 35 und/oder die automatisierte Systemsteuerung 34, ob ein autonomer Steuerungsmodus des autonomen Fahrzeugs 10 in Betrieb ist. Das autonome Fahrzeug 10 kann in einem autonomen Steuerungsmodus und einem fahrerbetriebenen Modus arbeiten. Der Fahrzeugführer kann über die Benutzerschnittstelle 13 zwischen dem autonomen Steuerungsmodus und dem fahrerbetriebenen Modus wählen. Daher kann die Lenkungssteuerung 35 und/oder die automatisierte Systemsteuerung 34 auf der Grundlage von Eingaben, die vom automatisierten Steuerungssystem 37 über die Benutzerschnittstelle 13 empfangen werden, bestimmen, ob ein autonomer Steuerungsmodus des autonomen Fahrzeugs 10 in Betrieb ist. Wenn der autonome Steuerungsmodus des autonomen Fahrzeugs 10 nicht aktiv ist, geht das Verfahren 100 zum Block 114 über. Bei Block 114 endet das Verfahren 100 und es wird keine Aktualisierung der Lenkradwinkelverstellung vorgenommen.
Wenn der autonome Steuerungsmodus des autonomen Fahrzeugs 10 aktiv ist, fährt das Verfahren 100 mit Block 106 fort.
In Block 106 bestimmt die Lenkungssteuerung 35 anhand der Eingaben des automatisierten Steuerungssystems 37, ob das autonome Fahrzeug 10 unter stabilen Zustandsbedingungen arbeitet. Die stabilen Zustandsbedingungen treten nur auf, wenn das autonome Fahrzeug 10 geradeaus fährt und die Geschwindigkeit des autonomen Fahrzeugs konstant ist. Der Begriff „geradeaus fahren“ bedeutet, dass der befohlene Lenkwinkel gleich Null oder nahe Null und der Lenkratenbefehl nahe Null ist, und der Begriff „konstant“ in Bezug auf die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10 bedeutet, dass die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10 in Bezug auf eine Referenzgeschwindigkeit alle fünf Sekunden lediglich um ± 10 Prozent variiert. Block 106 ist optional. Wenn das autonome Fahrzeug 10 nicht unter stabilen Zustandsbedingungen arbeitet, wird das Verfahren 100 mit Block 114 fortgesetzt, wobei das Verfahren 100 endet und keine Aktualisierung der Lenkwinkelverstellung vorgenommen wird. Wenn das autonome Fahrzeug 10 unter stabilen Zustandsbedingungen betrieben wird, fährt das Verfahren 100 mit Block 108 fort.
Im Block 108 bestimmt die Lenkungssteuerung 35 einen Lenkbefehl für das Lenkungssystem des autonomen Fahrzeugs 10 auf der Grundlage von Steuereingaben des automatisierten Steuerungssystems 37. Der Lenkwinkel des autonomen Fahrzeugs 10 wird durch den Lenksensor (d.h. eine der Sensorvorrichtungen 40a-40n) gemessen, um einen gemessenen Lenkwinkel zu erhalten. Wie oben diskutiert, kann der Lenksensor ein Gierratensensor und/oder ein Bildsensor sein. Der Lenksensor ist jedoch kein Lenkwinkelsensor, um eine zusätzliche Abweichung der Messung zu vermeiden. Die Lenkungssteuerung 35 bestimmt dann den Lenkwinkel des autonomen Fahrzeugs 10 auf der Grundlage des vom Lenksensor (d.h. einem oder mehreren Gierratensensor(en) und/oder Bildsensor(en)) erzeugten Signals. Mit anderen Worten, die Lenkungssteuerung 35 bestimmt den Lenkwinkel des autonomen Fahrzeugs 10 auf der Grundlage der Eingängen vom Lenksensor. Die Lenkungssteuerung 35 bestimmt dann die Lenkradwinkelverstellung als Funktion des Lenkbefehls und des gemessenen Lenkwinkels. Um die Lenkradwinkelverstellung zu berechnen, subtrahiert die Lenkungssteuerung 35 den gemessenen Lenkwinkel vom Lenkbefehl. Zur Verbesserung der Genauigkeit wird die Lenkradwinkelverstellung kontinuierlich bestimmt. Zum Beispiel wird die Lenkradwinkelverstellung alle zehn Millisekunden bestimmt, um die Genauigkeit zu verbessern. Das Verfahren 100 fährt dann mit Block 110 fort.
Im Block 110 filtert die Lenkungssteuerung 35 die Lenkradwinkelverstellung, um eine gefilterte Lenkradverstellung zu erhalten, wobei z.B. ein Filter mit gleitendem Mittelwert oder ein Niederfrequenzfilter zur Glättung des Signals verwendet wird. Das Verfahren 100 fährt dann mit Block 112 fort.
Bei Block 112 verwendet die Lenkungssteuerung 35 die Lenkradwinkelverstellung, um den gemessenen Lenkwinkel zu korrigieren und dadurch einen korrigierten Lenkwinkel zu erhalten. Die Lenkungssteuerung 35 steuert dann das elektronische Lenkhilfssystem 24 unter Verwendung des korrigierten Lenkwinkels. Daher steuert die Lenkungssteuerung 35 das elektronische Lenkhilfssystem 24 unter Verwendung der Lenkradwinkelverstellung. Im Block 112 wird die Lenkradsteuerungswinkelverstellung auf der Motorsteuerungseinheit 19 gespeichert, um den Betrieb des Verbrennungsmotors 20a zu verbessern. Ferner wird die Lenkradwinkelverstellung an das Stabilitätssteuerungssystem 15 gemeldet, um die Wirksamkeit des Stabilitätssteuerungssystems 15 zu verbessern.
Während die besten Modi für die Durchführung der Lehren ausführlich beschrieben wurden, werden Fachleute, auf die sich diese Offenbarung bezieht, verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen für die Ausübung der Lehren im Rahmen der beigefügten Ansprüche erkennen. Das hierin illustrativ offenbarte Fahrzeug 10 kann in geeigneter Weise in Abwesenheit eines Elements praktiziert werden, das hier nicht ausdrücklich offenbart ist. Darüber hinaus sind die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen oder die Merkmale verschiedener Ausführungsformen, die in der vorliegenden Beschreibung erwähnt werden, nicht notwendigerweise als voneinander unabhängige Ausführungsformen zu verstehen. Vielmehr ist es möglich, dass jedes der in einem der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale mit einem oder mehreren anderen gewünschten Merkmalen aus anderen Ausführungsformen kombiniert werden kann, was zu anderen Ausführungsformen führt, die nicht in Worten oder durch Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben sind. Der Ausdruck „mindestens eines von“, wie er hier verwendet wird, sollte so ausgelegt werden, dass er das nicht exklusive logische „oder“ unfasst, d.h. , A und/oder B und so weiter in Abhängigkeit von der Anzahl der Komponenten.

Claims

Verfahren zum Steuern eines autonomen Fahrzeugs, umfassend: Bestimmen, ob ein autonomer Steuerungsmodus des autonomen Fahrzeugs aktiv ist; Bestimmen einer Lenkradwinkelverstellung als Reaktion auf das Bestimmen, dass der autonome Steuerungsmodus des autonomen Fahrzeugs aktiv ist; und Steuern eines elektronischen Lenkhilfssystems des autonomen Fahrzeugs über eine Lenkungssteuerung des autonomen Fahrzeugs unter Verwendung der Lenkradwinkelverstellung.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen der Lenkradwinkelverstellung umfasst: Bestimmen eines Lenkbefehls des elektronischen Lenkhilfssystems des autonomen Fahrzeugs; Messen eines Lenkwinkels des autonomen Fahrzeugs, um einen gemessenen Lenkwinkel zu erhalten; und wobei die Lenkradwinkelverstellung als eine Funktion des Lenkbefehls und des gemessenen Lenkwinkels bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Lenkradwinkelverstellung durch Subtrahieren des gemessenen Lenkwinkels vom Lenkbefehl berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei: das autonome Fahrzeug einen Sensor enthält, wobei der Sensor aus einem Gierratensensor und einem Bildsensor ausgewählt ist; der Sensor kein Lenkwinkelsensor ist; und der gemessene Lenkwinkel auf der Grundlage der Eingänge vom Sensor bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei: der Lenkbefehl auf der Grundlage von Steuereingaben von einem automatisierten Steuerungssystem des autonomen Fahrzeugs bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Lenkradwinkelverstellung kontinuierlich bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Lenkradwinkelverstellung alle zehn Millisekunden bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend das Filtern der Lenkradwinkelverstellung, um einen gefilterten Lenkradverstellungswinkel zu erhalten, wobei mindestens ein Filter verwendet wird, der ausgewählt ist aus einem Filter mit gleitendem Mittelwert und einem Niederfrequenzfilter.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend das Bestimmen, ob das autonome Fahrzeug unter stabilen Zustandsbedingungen betrieben wird, wobei die stabilen Zustandsbedingungen nur auftreten, wenn das autonome Fahrzeug geradeaus fährt und eine Geschwindigkeit des autonomen Fahrzeugs konstant ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Lenkradwinkelverstellung als Reaktion bestimmt wird auf: (a) Bestimmen, dass der autonome Steuerungsmodus des autonomen Fahrzeugs aktiv ist und (b) Bestimmen, dass das autonome Fahrzeug im stabilen Zustand arbeitet.