DE102021110157A1

DE102021110157A1 - Av-wegplanung mit kalibrierungsinformationen

Info

Publication number: DE102021110157A1
Application number: DE102021110157.3A
Authority: DE
Inventors: Jun Shern Chan; Bartolomeo Della Corte; Maurilio di Cicco
Original assignee: Motional AD LLC
Current assignee: Motional AD LLC
Priority date: 2020-09-25
Filing date: 2021-04-21
Publication date: 2022-03-31
Also published as: US11970183B2; KR20220042038A; US20220097725A1; KR102580097B1; GB2599175A; GB202019983D0; GB202217390D0; CN114252066A; GB2599175B

Abstract

Es werden u.a. Methoden zum Kalibrieren eines Sensors eines Fahrzeugs beschrieben. Eine Methode beinhaltet Identifizieren eines Auslösers zum Kalibrieren mindestens eines Sensors eines Fahrzeugs. In Reaktion auf das Identifizieren des Auslösers beinhaltet die Methode dann ein Einleiten eines Kalibrierwegplanungsmodus für das Fahrzeug. Im Kalibrierwegplanungsmodus beinhaltet die Methode: Erzeugen einer Vielzahl kalibrierfähiger Wege, die jeweils mindestens eine Kalibriertrajektorie entlang mindestens einer Straße umfassen, und Auswählen eines ersten kalibrierfähigen Wegs für das Fahrzeug aus der Vielzahl von Wegen, wobei der mindestens eine Sensor kalibriert wird, während das Fahrzeug entlang des ausgewählten Wegs fährt.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Beschreibung betrifft Fahrzeugwegplanung mit Kalibrierungsinformationen.
HINTERGRUND
Aus verschiedenen Gründen verschlechtert sich die Kalibrierung von Fahrzeugsensoren mit der Zeit oder der Laufleistung. Dies kann dazu führen, dass die Sicherheit des Fahrzeugs aufgrund abnehmender Leistung bei der Kartierung, Lokalisierung, Planung, Steuerung und Wahrnehmung nachlässt. Daher müssen Fahrzeugsensoren nachkalibriert werden, um Fehler in der Funktion der Sensoren zu vermeiden.
Figurenliste

1 zeigt ein Beispiel eines autonomen Fahrzeugs mit autonomer Fähigkeit.
2 veranschaulicht eine beispielhafte „Cloud“-Datenverarbeitungsumgebung.
3 veranschaulicht ein Computersystem.
4 zeigt eine beispielhafte Architektur für ein autonomes Fahrzeug.
5 zeigt ein Beispiel für Eingänge und Ausgänge, die von einem Wahrnehmungsmodul verwendet werden können.
6 zeigt ein Beispiel eines LiDAR-Systems.
7 zeigt das LiDAR-System im Betrieb.
8 zeigt weitere Einzelheiten des Betriebs des LiDAR-Systems.
9 zeigt ein Blockdiagramm der Beziehungen zwischen Eingängen und Ausgängen eines Planungsmoduls.
10 zeigt einen für Wegplanung verwendeten gerichteten Graphen.
11 zeigt ein Blockdiagramm der Eingänge und Ausgänge eines Steuermoduls.
12 zeigt ein Blockdiagramm der Eingänge, Ausgänge und Komponenten einer Steuereinheit.
13A und 13B zeigen einen Vergleich zwischen einem uneingeschränkten Kalibrierweg und einem eingeschränkten Kalibrierweg.
14 zeigt ein Blockdiagramm eines Kalibriersystems.
15 zeigt beispielhafte kalibrierfähige Wege für ein Fahrzeug.
16 zeigt ein Flussdiagramm eines Prozesses zum Erzeugen eines kalibrierfähigen Wegs für ein Fahrzeug.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
In der nachfolgenden Beschreibung werden zu Erläuterungszwecken zahlreiche konkrete Einzelheiten dargelegt, um ein umfassendes Verständnis der vorliegenden Erfindung zu vermitteln. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Erfindung auch ohne diese konkreten Einzelheiten umgesetzt werden kann. In anderen Fällen werden allgemein bekannte Strukturen und Einrichtungen in Blockdiagrammform gezeigt, um die vorliegende Erfindung klarer darzustellen.
In den Zeichnungen sind konkrete Anordnungen oder Ordnungen schematischer Elemente, beispielsweise solcher, die Einrichtungen, Module, Anweisungsblöcke und Datenelemente repräsentieren, aus Gründen einer vereinfachten Beschreibung gezeigt. Ein Fachmann sollte jedoch verstehen, dass die konkrete Ordnung oder Anordnung der schematischen Elemente in den Zeichnungen nicht implizieren soll, dass eine bestimmte Reihenfolge oder Abfolge der Verarbeitung oder eine Trennung von Prozessen erforderlich ist. Ferner soll die Aufnahme eines schematischen Elements in eine Zeichnung nicht bedeuten, dass dieses Element in allen Ausführungsformen erforderlich ist oder dass die durch dieses Element dargestellten Merkmale in einigen Ausführungsformen nicht in andere Elemente aufgenommen oder mit anderen Elementen kombiniert werden können.
Wenn ferner in den Zeichnungen Verbindungselemente wie beispielsweise durchgezogene oder gestrichelte Linien oder Pfeile verwendet werden, um eine Verbindung, eine Beziehung oder einen Zusammenhang zwischen oder unter zwei oder mehr anderen schematischen Elementen zu veranschaulichen, so ist das Fehlen solcher Verbindungselemente nicht so zu verstehen, dass keine Verbindung, keine Beziehung oder kein Zusammenhang vorliegen kann. Mit anderen Worten, einige Verbindungen, Beziehungen oder Zusammenhänge zwischen Elementen sind in den Zeichnungen nicht gezeigt, um nicht von der Offenbarung abzulenken. Zudem wird aus Gründen einer vereinfachten Darstellung ein einziges Verbindungselement verwendet, um mehrere Verbindungen, Beziehungen oder Zusammenhänge zwischen Elementen zu repräsentieren. Wenn beispielsweise ein Verbindungselement eine Kommunikation von Signalen, Daten oder Anweisungen repräsentiert, sollte ein Fachmann verstehen, dass ein solches Element einen oder mehrere Signalwege (z.B. einen Bus) repräsentiert, je nachdem, was erforderlich ist, um die Kommunikation zu bewirken.
Es wird nun im Einzelnen Bezug auf Ausführungsformen genommen, zu denen Beispiele in den begleitenden Zeichnungen veranschaulicht sind. In der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung werden zahlreiche konkrete Einzelheiten dargelegt, um ein vollständiges Verständnis der verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen zu gewährleisten. Ein Fachmann versteht jedoch, dass die verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen auch ohne diese konkreten Einzelheiten umgesetzt werden können. In anderen Fällen wurden allgemein bekannte Verfahren, Prozeduren, Komponenten, Schaltungen und Netzwerke nicht im Einzelnen beschrieben, um nicht unnötig von Aspekten der Ausführungsformen abzulenken.
Nachstehend werden verschiedene Merkmale beschrieben, die jeweils unabhängig voneinander oder mit jedweder Kombination weiterer Merkmale verwendet werden können. Ein einzelnes Merkmal löst jedoch möglicherweise noch keines der vorstehend erörterten Probleme oder löst möglicherweise nur eines der vorstehend erörterten Probleme. Einige der vorstehend erörterten Probleme werden möglicherweise von keinem der vorliegend beschriebenen Merkmale vollständig gelöst. Auch wenn Überschriften angegeben sind, können Informationen, die sich auf eine bestimmte Überschrift beziehen, aber nicht in dem Abschnitt mit dieser Überschrift zu finden sind, auch an anderer Stelle in dieser Beschreibung zu finden sein. Ausführungsformen werden vorliegend gemäß der nachstehenden Gliederung beschrieben:

1. Allgemeine Übersicht
2. Systemübersicht
3. Architektur des autonomen Fahrzeugs
4. Eingänge des autonomen Fahrzeugs
5. Planung des autonomen Fahrzeugs
6. Steuerung des autonomen Fahrzeugs
7. Kalibriersystem

Allgemeine Übersicht
Ein unüberwachtes Kalibriersystem führt Sensorkalibrierung und -validierung durch, indem es Wegplanung eines Fahrzeugs nutzt, z.B. durch Auswählen von Wegen, die bei der Kalibrierung verwendete Merkmale umfassen. Im Allgemeinen erfordert Sensorkalibrierung eine Erkundung eines Parameterraums, wobei es sich bei einem Parameterraum um alle möglichen Kombinationen von Werten in Bezug auf einen Satz von Sensorparametern handelt. Das Kalibriersystem nutzt Straßennetze, die von Haus aus verschiedene Fahrzeugtrajektorien bereitstellen, die es Sensoren ermöglichen, den Parameterraum effektiv zu erkunden. Zusätzlich bieten Strukturen entlang von Straßennetzen Kalibrierziele, die es Sensoren ebenfalls ermöglichen, den Parameterraum zu erkunden. Beim Betrieb im Kalibriermodus erzeugt das Kalibriersystem kalibrierfähige Wege entlang der Straßennetze, wobei jeder kalibrierfähige Weg Fahrzeugtrajektorien und Strukturen umfasst, die für die Sensorkalibrierung förderlich sind. Das System bewertet jeden Weg gemäß Fahrfaktoren und/oder Kalibrierungsfaktoren und wählt auf Grundlage der Bewertungen einen der Wege aus. Wenn das Fahrzeug dann den ausgewählten Weg entlangfährt, werden die Sensoren aufgrund der verschiedenen Fahrzeugtrajektorien und Strukturen entlang des Wegs kalibriert, die es den Sensoren ermöglichen, den Parameterraum zu erkunden.
Einige der Vorteile des Kalibriersystems umfassen die Möglichkeit, Sensorkalibrierung ohne die Notwendigkeit spezieller Kalibriereinrichtungen durchzuführen. Des Weiteren verbessert das Kalibriersystem die Effizienz von einem Fahrzeug bereitgestellter Dienste, da die Sensorkalibrierung des Fahrzeugs durchgeführt werden kann, ohne das Fahrzeug aus dem Einsatz zu nehmen. Zudem vermeidet die Möglichkeit, die Sensorkalibrierung während des Einsatzes eines Fahrzeugs durchzuführen, unnötige Verzögerungen oder Aufschiebungen der Sensorkalibrierung. Diese kontinuierliche Aktualisierung von Parametern verbessert die Kartierung, Lokalisierung, Planung, Steuerung und Wahrnehmung eines Fahrzeugs und damit die Sicherheit der Fahrgäste.
Systemübersicht
1 zeigt ein Beispiel eines autonomen Fahrzeugs 100 mit autonomer Fähigkeit.
Die Bezeichnung „autonome Fähigkeit“ bezieht sich vorliegend auf eine Funktion, ein Merkmal oder eine Einrichtung, die es ermöglicht, ein Fahrzeug teilweise oder vollständig ohne menschliche Echtzeit-Intervention zu betreiben, darunter, ohne hierauf eingeschränkt zu sein, vollständig autonome Fahrzeuge, hochgradig autonome Fahrzeuge und bedingt autonome Fahrzeuge.
Ein autonomes Fahrzeug (autonomous vehicle, AV) ist vorliegend ein Fahrzeug, das autonome Fähigkeit besitzt.
Ein „Fahrzeug“ umfasst vorliegend Transportmittel für Güter oder Personen. Beispielsweise Autos, Busse, Züge, Flugzeuge, Drohnen, Lastwagen, Boote, Schiffe, Tauchfahrzeuge, Luftschiffe usw. Ein fahrerloses Auto ist ein Beispiel für ein Fahrzeug.
„Trajektorie“ bezieht sich vorliegend auf einen Weg oder eine Route zum Navigieren eines AV von einem ersten räumlich-zeitlichen Ort zu einem zweiten räumlich-zeitlichen Ort. In einer Ausführungsform wird der erste räumlich-zeitliche Ort als Anfangs- oder Startort und der zweite räumlich-zeitliche Ort als Bestimmungsort, Endort, Ziel, Zielposition oder Zielort bezeichnet. In einigen Beispielen besteht eine Trajektorie aus einem oder mehreren Teilstücken (z.B. Straßenabschnitten) und besteht jedes Teilstück aus einem oder mehreren Blöcken (z.B. Abschnitten einer Fahrspur oder Kreuzung). In einer Ausführungsform entsprechen die räumlich-zeitlichen Orte realen Orten. Beispielsweise handelt es sich bei den räumlich-zeitlichen Orten um Abhol- oder Absetzpunkte zum Abholen oder Absetzen von Personen oder Gütern.
„Sensor(en)“ umfassen vorliegend eine oder mehrere Hardwarekomponenten, die Informationen über die Umgebung des Sensors erfassen. Einige der Hardwarekomponenten können Sensorkomponenten (z.B. Bildsensoren, biometrische Sensoren), Sende- und/oder Empfangskomponenten (z.B. Laser- oder Hochfrequenzwellensender und -empfänger), elektronische Komponenten wie beispielsweise Analog-Digital-Wandler, eine Datenspeichereinrichtung (wie beispielsweise einen RAM und/oder einen nichtflüchtigen Speicher), Software- oder Firmwarekomponenten und Datenverarbeitungskomponenten wie beispielsweise eine ASIC (anwendungsspezifische integrierte Schaltung), einen Mikroprozessor und/oder einen Mikrocontroller umfassen.
Bei einer „Szenenbeschreibung“ handelt es sich vorliegend um eine Datenstruktur (z.B. Liste) oder einen Datenstrom, die ein oder mehrere klassifizierte oder gekennzeichnete Objekte umfassen, die durch einen oder mehrere Sensoren am AV-Fahrzeug erfasst oder durch eine außerhalb des AV befindliche Quelle bereitgestellt werden.
Eine „Straße“, ist vorliegend ein physischer Bereich, der von einem Fahrzeug befahren werden kann und einer benannten Durchgangsstraße (z.B. Stadtstraße, Autobahn usw.) oder einer unbenannten Durchgangsstraße (z.B. eine Einfahrt in einem Haus oder Bürogebäude, ein Abschnitt eines Parkplatzes, ein Abschnitt eines leeren Grundstücks, ein Feldweg in einem ländlichen Gebiet usw.) entsprechen kann. Da einige Fahrzeuge (z.B. Allrad-Pickup-Fahrzeuge, Sport Utility Vehicles usw.) in der Lage sind, eine Vielzahl von physischen Bereichen zu befahren, die nicht speziell für Fahrzeuge geeignet sind, kann eine „Straße“ ein physischer Bereich sein, der von keiner Gemeinde oder anderen Regierungs- oder Verwaltungsbehörde formal als Durchgangsstraße definiert ist.
Bei einer „Fahrspur“ handelt es sich vorliegend um einen Abschnitt einer Straße, der von einem Fahrzeug befahren werden kann. Eine Fahrspur wird manchmal auf Grundlage von Fahrspurmarkierungen identifiziert. Beispielsweise kann eine Fahrspur größtenteils oder vollständig dem Raum zwischen Fahrspurmarkierungen entsprechen oder kann nur einem Teil (z.B. weniger als 50 %) des Raums zwischen Fahrspurmarkierungen entsprechen. Beispielsweise könnte eine Straße mit weit auseinander liegenden Fahrspurmarkierungen zwei oder mehr Fahrzeuge zwischen den Markierungen aufnehmen, so dass ein Fahrzeug das andere überholen kann, ohne die Fahrspurmarkierungen zu überqueren, und könnte daher so interpretiert werden, dass die Fahrspur schmaler ist als der Raum zwischen den Fahrspurmarkierungen, oder dass zwischen den Fahrspurmarkierungen zwei Fahrspuren liegen. Eine Fahrspur könnte auch ohne vorhandene Fahrspurmarkierungen interpretiert werden. Beispielsweise kann eine Fahrspur auf Grundlage physischer Merkmale einer Umgebung definiert werden, z.B. Felsen und Bäume entlang einer Durchgangsstraße in einem ländlichen Gebiet oder z.B. natürliche Hindernisse, die in einem unbebauten Gebiet umgangen werden sollen. Eine Fahrspur könnte auch unabhängig von Fahrspurmarkierungen oder physischen Merkmalen interpretiert werden. Beispielsweise könnte eine Fahrspur auf Grundlage eines willkürlichen, hindernisfreien Weges in einem Gebiet interpretiert werden, in dem ansonsten Merkmale fehlen, die als Fahrspurbegrenzungen interpretiert werden würden. In einem Beispielszenario könnte ein AV eine Fahrspur durch einen hindernisfreien Teil eines Feldes oder einer leeren Parzelle interpretieren. In einem weiteren Beispielszenario könnte ein AV eine Fahrspur durch eine breite (z.B. breit genug für zwei oder mehr Fahrspuren) Straße interpretieren, die keine Fahrspurmarkierungen besitzt. In diesem Szenario könnte das AV Informationen über die Fahrspur an andere AVs kommunizieren, damit die anderen AVs dieselben Fahrspurinformationen verwenden können, um die Wegplanung untereinander zu koordinieren.
Die Bezeichnung „Over-the-Air- (OTA-, über den freien Raum, per Funk) Client“ umfasst jedes AV oder jede elektronische Einrichtung (z.B. Computer, Steuereinheit, IoT-Einrichtung, elektronische Steuereinheit (ECU)), die in ein AV eingebettet ist, mit diesem gekoppelt ist oder mit diesem in Kommunikation steht.
Der Begriff „Over-the-Air- (OTA-) Aktualisierung“ bezeichnet jede Aktualisierung, Änderung, Löschung oder Hinzufügung von Software, Firmware, Daten oder Konfigurationseinstellungen oder jede Kombination aus diesen, die einem OTA-Client unter Verwendung proprietärer und/oder standardisierter drahtloser Kommunikationstechnologie geliefert wird, darunter, ohne jedoch hierauf eingeschränkt zu sein: zellulare Mobilfunkkommunikation (z.B. 2G, 3G, 4G, 5G), drahtlose Funknetze (z.B. WiFi) und/oder Satelliten-Internet.
Die Bezeichnung „Edge-Knoten“ (Randknoten) bezeichnet eine oder mehrere mit einem Netzwerk gekoppelte Edge-Einrichtungen, die ein Portal für die Kommunikation mit AVs bieten und mit anderen Edge-Knoten und einer Cloud-basierten Datenverarbeitungsplattform kommunizieren können, um OTA-Updates zu planen und an OTA-Clients zu liefern.
Die Bezeichnung „Edge-Einrichtung“ meint eine Einrichtung, die einen Edge-Knoten implementiert und einen physischen drahtlosen Zugangspunkt (AP) in Kernnetze von Unternehmen oder Dienstanbietern (z.B. VERIZON, AT&T) bereitstellt. Zu Beispielen für Edge-Knoten zählen, ohne jedoch hierauf eingeschränkt zu sein: Computer, Steuereinheiten, Sender, Router, Routing-Switches, integrierte Zugangseinrichtungen (IADs, integrated access devices), Multiplexer, Zugangseinrichtungen für Stadtnetze (MAN, metropolitan area network) und Weitverkehrsnetze (WAN, wide area network).
„Ein(e) oder mehrere“ umfasst eine von einem Element ausgeführte Funktion, eine von mehr als einem Element ausgeführte Funktion, z.B. verteilt, mehrere Funktionen, die von einem Element ausgeführt werden, mehrere Funktionen, die von mehreren Elementen ausgeführt werden, oder eine beliebige Kombination aus diesen.
Zudem versteht es sich, dass zwar in einigen Fällen die Bezeichnungen erste(r/s), zweite(r/s) usw. verwendet werden, um verschiedene Elemente zu beschreiben, diese Elemente jedoch durch diese Bezeichnungen nicht eingeschränkt werden sollen. Diese Bezeichnungen werden lediglich verwendet, um ein Element von einem anderen zu unterscheiden. Beispielsweise könnte ein erster Kontakt als zweiter Kontakt bezeichnet werden und entsprechend ein zweiter Kontakt als erster Kontakt, ohne vom Umfang der verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen abzuweichen. Sowohl beim ersten Kontakt als auch beim zweiten Kontakt handelt es sich um Kontakte, jedoch nicht um denselben Kontakt.
Die vorliegend verwendete Terminologie der verschiedenen vorliegend beschriebenen Ausführungsformen dient lediglich dem Zweck der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und soll nicht einschränkend sein. Die Singularformen „ein/eine“ und „der/die/das“ wie in der Beschreibung der verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen und den Ansprüchen verwendet sollen ebenso die Pluralformen einschließen, sofern nicht durch den Kontext offensichtlich anders angegeben. Zudem versteht es sich, dass sich die Angabe „und/oder“ wie vorliegend verwendet auf sämtliche mögliche Kombinationen aus einem oder mehreren der zugehörigen aufgeführten Elemente bezieht und diese umfasst. Ferner ist zu beachten, dass die Ausdrücke „umfasst“ und/oder „umfassend,“ soweit in dieser Spezifikation verwendet, das Vorliegen genannter Merkmale, Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten angibt, jedoch nicht das Vorliegen oder Hinzufügen eines oder mehrerer weiterer Merkmale, Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließt.
Die Bezeichnung „falls“ ist je nach Kontext wahlweise auszulegen als „wenn“, „bei/nach“ oder „in Reaktion auf Bestimmen“ oder „in Reaktion auf Erfassen“. Entsprechend ist die Formulierung „falls bestimmt wird“ oder „falls [eine genannte Bedingung oder ein genanntes Ereignis] erfasst wird“ je nach Kontext wahlweise auszulegen als „bei/nach Bestimmen“ oder „in Reaktion auf Bestimmen“ oder „bei/nach Erfassen [der genannten Bedingung oder des genannten Ereignisses]“ oder „in Reaktion auf Erfassen [der genannten Bedingung oder des genannten Ereignisses]“.
Ein AV-System bezeichnet vorliegend das AV zusammen mit der Gruppierung aus Hardware, Software, gespeicherten Daten und in Echtzeit generierten Daten, die den Betrieb des AV unterstützen. In einer Ausführungsform ist das AV-System in das AV integriert. In einer Ausführungsform ist das AV-System auf mehrere Orte verteilt. Beispielsweise wird ein Teil der Software des AV-Systems in einer Cloud-Computing-Umgebung ähnlich der nachstehend in Bezug auf 3 beschriebenen Cloud-Computing-Umgebung implementiert.
Im Allgemeinen beschreibt dieses Dokument Technologien, die auf alle Fahrzeuge anwendbar sind, die über eine oder mehrere autonome Fähigkeiten verfügen, darunter vollständig autonome Fahrzeuge, hochautonome Fahrzeuge und bedingt autonome Fahrzeuge, wie beispielsweise so genannte Level-5-, Level-4- bzw. Level-3-Fahrzeuge (für weitere Einzelheiten zur Klassifizierung von Autonomiestufen in Fahrzeugen vgl. Norm J3016 von SAE International: Taxonomy and Definitions for Terms Related to On-Road Motor Vehicle Automated Driving Systems (Taxonomie und Definitionen für Begriffe im Zusammenhang mit automatisierten On-Road-Kraftfahrzeug-Fahrsystemen), die durch Bezugnahme vollumfänglich hierin aufgenommen wird). Die in diesem Dokument beschriebenen Technologien sind auch auf teilautonome Fahrzeuge und fahrerunterstützte Fahrzeuge anwendbar, wie z.B. sogenannte Level-2- und Level-1-Fahrzeuge (vgl. Norm J3016 von SAE International: Taxonomy and Definitions for Terms Related to On-Road Motor Vehicle Automated Driving Systems). In einer Ausführungsform können eines oder mehrere der Level-1-, 2-, 3-, 4- und 5-Fahrzeugsysteme bestimmte Fahrzeugoperationen unter bestimmten Betriebsbedingungen auf Grundlage der Verarbeitung von Sensoreingaben automatisieren (z.B. Lenkung, Bremsen und Verwenden von Karten). Die in diesem Dokument beschriebenen Technologien können Fahrzeugen aller Stufen zugute kommen, von vollständig autonomen Fahrzeugen bis hin zu von Menschen betriebenen Fahrzeugen.
Autonome Fahrzeuge weisen Vorteile gegenüber Fahrzeugen auf, die einen menschlichen Fahrer erfordern. Ein Vorteil besteht in der Sicherheit. Im Jahr 2016 zum Beispiel gab es in den Vereinigten Staaten 6 Millionen Autounfälle, 2,4 Millionen Verletzte, 40.000 Tote und 13 Millionen verunglückte Fahrzeuge, deren gesellschaftliche Kosten auf über 910 Milliarden Dollar geschätzt werden. Die Zahl der Verkehrstoten pro 100 Millionen gefahrener Meilen ist in den USA von 1965 bis 2015 von etwa sechs auf etwa einen zurückgegangen, was zum Teil auf zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen in den Fahrzeugen zurückzuführen ist. Beispielsweise wird davon ausgegangen, dass eine zusätzliche halbe Sekunde Vorwarnzeit, dass eine Kollision bevorsteht, 60 % der Auffahrunfälle abmildert. Allerdings haben passive Sicherheitsmerkmale (z.B. Sicherheitsgurte, Airbags) bei der Verbesserung dieser Zahl wahrscheinlich ihre Grenze erreicht. Somit stellen aktive Sicherheitsmaßnahmen wie beispielsweise automatisierte Steuerung eines Fahrzeugs den naheliegenden nächsten Schritt bei der Verbesserung dieser Statistiken dar. Da davon ausgegangen wird, dass bei 95 % der Unfälle menschliche Fahrer für ein entscheidendes Ereignis vor dem Unfall verantwortlich sind, werden automatisierte Fahrsysteme wahrscheinlich bessere Sicherheitsergebnisse erzielen, z.B. indem sie kritische Situationen zuverlässiger als Menschen erkennen und vermeiden, bessere Entscheidungen treffen, Verkehrsgesetze befolgen und zukünftige Ereignisse besser vorhersagen als Menschen und ein Fahrzeug zuverlässiger als Menschen steuern.
Unter Bezugnahme auf 1 betreibt ein AV-System 120 das AV 100 entlang einer Trajektorie 198 durch eine Umgebung 190 bis zu einem Zielort 199 (manchmal auch als Endpunkt bezeichnet) unter Umgehung von Objekten (z.B. natürliche Hindernisse 191, Fahrzeuge 193, Fußgänger 192, Radfahrer und andere Hindernisse) und unter Einhaltung von Verkehrsregeln (z.B. Betriebsregeln oder Fahrpräferenzen).
In einer Ausführungsform umfasst das AV-System 120 Einrichtungen 101, die so instrumentiert sind, dass sie Betriebsbefehle von den Computerprozessoren 146 empfangen und auf diese reagieren. Der Ausdruck „Betriebsbefehl“ wird vorliegend in der Bedeutung einer ausführbaren Anweisung (oder eines Satzes von Anweisungen) verwendet, die ein Fahrzeug veranlasst, eine Aktion (z.B. ein Fahrmanöver) durchzuführen. Betriebsbefehle können, ohne Einschränkung, Anweisungen für ein Fahrzeug beinhalten, eine Vorwärtsbewegung zu starten, eine Vorwärtsbewegung zu stoppen, eine Rückwärtsbewegung zu starten, eine Rückwärtsbewegung zu stoppen, zu beschleunigen, abzubremsen, eine Linkskurve und eine Rechtskurve durchzuführen. In einer Ausführungsform ähneln die Datenverarbeitungsprozessoren 146 dem nachstehend in Bezug auf 3 beschriebenen Prozessor 304. Zu Beispielen für die Einrichtungen 101 zählen eine Lenksteuerung 102, Bremsen 103, Schaltung, Gaspedal oder andere Beschleunigungssteuerungsmechanismen, Scheibenwischer, Seitentürenschlösser, Fenstersteuerungen und Blinker.
In einer Ausführungsform umfasst das AV-System 120 Sensoren 121 zum Messen oder Ableiten von Zustandseigenschaften des AV 100, beispielsweise der Position des AV, Linear- und Winkelgeschwindigkeit und Beschleunigung sowie Fahrtrichtung (z.B. eine Ausrichtung des vorderen Endes des AV 100). Zu Beispielen für Sensoren 121 zählen GPS, Trägheitsmesseinheiten (IMU, inertial measurement unit), die sowohl lineare Fahrzeugbeschleunigungen als auch Winkelgeschwindigkeiten messen, Raddrehzahlsensoren zur Messung oder Schätzung von Radschlupfverhältnissen, Radbremsdruck- oder Bremsmomentsensoren, Motordrehmoment- oder Raddrehmomentsensoren sowie Lenkwinkel- und Winkelgeschwindigkeitssensoren.
In einer Ausführungsform umfassen die Sensoren 121 zudem Sensoren zum Erfassen oder Messen von Eigenschaften der Umgebung des AV. Zum Beispiel Monokular- oder Stereo-Videokameras 122 im sichtbaren Licht-, Infrarot- oder Wärmespektrum (oder beidem), LiDAR 123, RADAR, Ultraschallsensoren, Flugzeit- (ToF, Time of Flight) Tiefensensoren, Drehzahlsensoren, Temperatursensoren, Feuchtigkeitssensoren und Niederschlagssensoren.
In einer Ausführungsform umfasst das AV-System 120 eine Datenspeichereinheit 142 und einen Speicher 144 zum Speichern von Maschinenanweisungen im Zusammenhang mit den Computerprozessoren 146 oder mit durch die Sensoren 121 gesammelten Daten. In einer Ausführungsform ähnelt die Datenspeichereinheit 142 dem ROM 308 oder der Speichereinheit 310, die nachstehend in Bezug auf 3 beschrieben sind. In einer Ausführungsform ähnelt der Speicher 144 dem nachstehend beschriebenen Hauptspeicher 306. In einer Ausführungsform speichern die Datenspeichereinheit 142 und der Speicher 144 historische, Echtzeit- und/oder Vorhersageinformationen über die Umgebung 190. In einer Ausführungsform zählen zu den gespeicherten Informationen Karten, Fahrverhalten, Aktualisierungen zum Verkehrsaufkommen oder Wetterbedingungen. In einer Ausführungsform werden die Umgebung 190 betreffende Daten von einer entfernt gelegenen Datenbank 134 über einen Kommunikationskanal an das AV 100 übertragen.
In einer Ausführungsform umfasst das AV-System 120 Kommunikationseinrichtungen 140 zum Kommunizieren gemessener oder abgeleiteter Eigenschaften der Zustände und Bedingungen anderer Fahrzeuge, beispielsweise Positionen, Linear- und Winkelgeschwindigkeiten, Linear- und Winkelbeschleunigungen sowie Linear- und Winkelausrichtungen, an das AV 100. Zu diesen Einrichtungen zählen Fahrzeug-zu-Fahrzeug-(V2V, vehicle to vehicle) und Fahrzeug-zu-Infrastruktur- (V2I, vehicle to infrastructure) Kommunikationseinrichtungen und Einrichtungen für drahtlose Kommunikation über Punkt-zu-Punkt- oder Ad-hoc-Netzwerke oder beides. In einer Ausführungsform kommunizieren die Kommunikationseinrichtungen 140 über das elektromagnetische Spektrum (darunter Funk- und optische Kommunikation) oder andere Medien (z.B. Luft und akustische Medien). Eine Kombination aus Fahrzeug-zu-Fahrzeug- (V2V-) und Fahrzeug-zu-Infrastruktur- (V2I-) Kommunikation (und in einigen Ausführungsformen einer oder mehreren weiteren Arten von Kommunikation) wird manchmal als Fahrzeug-zu-Alles- (V2X-) Kommunikation bezeichnet. V2X-Kommunikation entspricht üblicherweise einem oder mehreren Kommunikationsstandards zur Kommunikation mit, zwischen und unter autonomen Fahrzeugen.
In einer Ausführungsform umfassen die Kommunikationseinrichtungen 140 Kommunikationsschnittstellen. Beispiele hierfür sind drahtgebundene, drahtlose, WiMAX-,--, Bluetooth-, Satelliten-, Mobilfunk-, optische, Nahfeld-, Infrarot- oder Funkschnittstellen. Die Kommunikationsschnittstellen übertragen Daten von einer entfernt gelegenen Datenbank 134 an das AV-System 120. In einer Ausführungsform ist die entfernt gelegene Datenbank 134 in eine Cloud-Computing-Umgebung 200 eingebettet, wie in 2 beschrieben. Die Kommunikationsschnittstellen 140 übertragen von den Sensoren 121 gesammelte Daten oder andere den Betrieb des AV 100 betreffende Daten an die entfernt gelegene Datenbank 134. In einer Ausführungsform übertragen die Kommunikationsschnittstellen 140 Informationen, die Teleoperationen betreffen, an das AV 100. In einigen Ausführungsformen kommuniziert das AV 100 mit weiteren entfernten (z.B. „Cloud“-) Servern 136.
In einer Ausführungsform speichert und überträgt die entfernt gelegene Datenbank 134 zudem digitale Daten (z.B. speichert Daten wie Verkehrswege- und Straßenstandorte). Solche Daten werden im Speicher 144 im AV 100 gespeichert oder von der entfernt gelegenen Datenbank 134 über einen Kommunikationskanal an das AV 100 übertragen.
In einer Ausführungsform speichert und überträgt die entfernt gelegene Datenbank 134 historische Informationen über Fahreigenschaften (z.B. Geschwindigkeits- und Beschleunigungsprofile) von Fahrzeugen, die zuvor zu ähnlichen Tageszeiten die Trajektorie 198 befahren haben. In einer Implementierung können solche Daten im Speicher 144 im AV 100 gespeichert oder von der entfernt gelegenen Datenbank 134 über einen Kommunikationskanal an das AV 100 übertragen werden.
Im AV 100 befindliche Datenverarbeitungseinrichtungen 146 generieren algorithmisch Steueraktionen auf Grundlage von Echtzeit-Sensordaten und früheren Informationen und ermöglichen so dem AV-System 120, seine autonomen Fahrfähigkeiten auszuüben.
In einer Ausführungsform umfasst das AV-System 120 Computerperipheriegeräte 132, die mit Datenverarbeitungseinrichtungen 146 gekoppelt sind, um Informationen und Warnungen an einen Nutzer (z.B. einen Insassen oder einen entfernten Nutzer) des AV 100 zu liefern und Eingaben von diesem zu empfangen. In einer Ausführungsform ähneln die Peripheriegeräte 132 der Anzeige 312, der Eingabeeinrichtung 314 und der Cursor-Steuereinheit 316, die nachstehend in Bezug auf 3 behandelt werden. Die Kopplung ist drahtlos oder drahtgebunden. In eine einzige Einrichtung können beliebige zwei oder mehr der Schnittstelleneinrichtungen integriert sein.
In einer Ausführungsform empfängt das AV-System 120 eine Vertraulichkeitsstufe eines Fahrgastes, die z.B. vom Fahrgast angegeben oder in einem dem Fahrgast zugeordneten Profil gespeichert ist, und setzt diese durch. Die Vertraulichkeitsstufe des Fahrgastes bestimmt, wie bestimmte mit dem Fahrgast verbundene Informationen (z.B. Fahrgastkomfortdaten, biometrische Daten usw.) verwendet, im Fahrgastprofil gespeichert und/oder auf dem Cloud-Server 136 gespeichert und mit dem Fahrgastprofil verknüpft werden dürfen. In einer Ausführungsform legt die Vertraulichkeitsstufe bestimmte mit einem Fahrgast verbundene Informationen fest, die nach Beendigung der Fahrt gelöscht werden. In einer Ausführungsform legt die Vertraulichkeitsstufe bestimmte Informationen fest, die mit einem Passagier verbunden sind, und identifiziert eine oder mehrere Instanzen, die zum Zugriff auf die Informationen autorisiert sind. Zu Beispielen für festgelegte Instanzen, die zum Zugriff auf Informationen autorisiert sind, können andere AVs, AV-Systeme Dritter oder jede Instanz zählen, die potenziell auf die Informationen zugreifen könnte.
Eine Vertraulichkeitsstufe eines Passagiers kann auf einer oder mehreren Granularitätsstufen festgelegt werden. In einer Ausführungsform identifiziert eine Vertraulichkeitsstufe bestimmte Informationen, die gespeichert oder freigegeben werden sollen. In einer Ausführungsform gilt die Vertraulichkeitsstufe für alle mit dem Fahrgast verbundenen Informationen, so dass der Fahrgast festlegen kann, dass keine seiner persönlichen Informationen gespeichert oder freigegeben werden. Die Festlegung der Instanzen, die auf bestimmte Informationen zugreifen dürfen, kann ebenfalls auf verschiedenen Granularitätsstufen festgelegt werden. Zu verschiedenen Gruppen von Instanzen, die auf bestimmte Informationen zugreifen dürfen, können beispielsweise andere AVs, Cloud-Server 136, bestimmte AV-Systeme Dritter usw. zählen.
In einer Ausführungsform bestimmt das AV-System 120 oder der Cloud-Server 136, ob bestimmte Informationen, die mit einem Fahrgast verbunden sind, vom AV 100 oder einer anderen Instanz abgerufen werden können. Beispielsweise muss ein AV-System Dritter, das versucht, auf Fahrgasteingaben zuzugreifen, die sich auf einen bestimmten räumlich-zeitlichen Standort beziehen, eine Autorisierung einholen, z.B. vom AV-System 120 oder dem Cloud-Server 136, um auf die mit dem Fahrgast verbundenen Informationen zuzugreifen. Zum Beispiel verwendet das AV-System 120 die vom Fahrgast festgelegte Vertraulichkeitsstufe, um zu bestimmen, ob die Fahrgast-Eingaben, die sich auf den räumlich-zeitlichen Standort beziehen, dem AV-System Dritter, dem AV 100 oder einem anderen AV angezeigt werden können. Auf diese Weise kann die Vertraulichkeitsstufe des Fahrgastes festlegen, welche anderen Instanzen Daten über die Aktionen des Fahrgastes oder andere mit dem Fahrgast verbundene Daten empfangen dürfen.
2 veranschaulicht eine beispielhafte „Cloud“-Datenverarbeitungsumgebung. Cloud-Computing ist ein Dienstbereitstellungsmodell zum Ermöglichen eines problemlosen bedarfsgesteuerten Netzwerkzugriffs auf einen gemeinsam genutzten Pool von konfigurierbaren Datenverarbeitungsressourcen (z.B. Netzwerken, Netzwerkbandbreite, Server, Verarbeitung, Hauptspeicher, Speicher, Anwendungen, virtuellen Maschinen und Diensten). In typischen Cloud-Computing-Systemen sind die zum Liefern der durch die Cloud bereitgestellten Dienste verwendeten Maschinen in einem oder mehreren großen Cloud-Datenzentren untergebracht. Gemäß 2 umfasst die Cloud-Computing-Umgebung 200 Cloud-Datenzentren 204a, 204b und 204c, die durch die Cloud 202 untereinander verbunden sind. Die Datenzentren 204a, 204b und 204c stellen mit der Cloud 202 verbundenen Computersystemen 206a, 206b, 206c, 206d, 206e und 206f Cloud-Computing-Dienste bereit.
Die Cloud-Computing-Umgebung 200 umfasst ein oder mehrere Cloud-Datenzentren. Grundsätzlich bezeichnet ein Cloud-Datenzentrum, beispielsweise das in 2 gezeigte Cloud-Datenzentrum 204a, die physische Anordnung aus Servern, die eine Cloud, beispielsweise die in 2 gezeigte Cloud 202, oder einen bestimmten Abschnitt einer Cloud bilden. Beispielsweise sind Server in dem Cloud-Datenzentrum physisch in Räumen, Gruppen, Reihen und Racks angeordnet. Ein Cloud-Datenzentrum verfügt über eine oder mehrere Zonen, die einen oder mehrere Serverräume umfassen. Jeder Raum verfügt über eine oder mehrere Reihen von Servern, und jede Reihe umfasst ein oder mehrere Racks. Jedes Rack umfasst einen oder mehrere einzelne Serverknoten. In einigen Implementierungen werden Server basierend auf den physischen Infrastrukturanforderungen der Rechenzentreneinrichtung, die Strom-, Energie-, Wärme- und/oder andere Anforderungen umfassen, in Zonen, Räumen, Racks und/oder Reihen in Gruppen angeordnet. In einer Ausführungsform ähneln die Serverknoten dem in 3 beschriebenen Computersystem. Das Datenzentrum 204a verfügt über viele Datenverarbeitungssysteme, die auf viele Racks verteilt sind.
Die Cloud 202 umfasst die Cloud-Datenzentren 204a, 204b und 204c sowie die Netzwerk- und Netzwerkbetriebsressourcen (beispielsweise Netzwerkbetriebsausrüstung, Knoten, Router, Switches und Netzwerkkabel), die die Cloud-Datenzentren 204a, 204b und 204c untereinander verbinden und dabei helfen, den Zugriff der Computersysteme 206a bis f auf Cloud-Computing-Dienste zu ermöglichen. In einer Ausführungsform repräsentiert das Netzwerk eine beliebige Kombination aus einem oder mehreren lokalen Netzwerken, Weitverkehrsnetzen oder Verbundnetzwerken, die mittels drahtgebundener oder drahtloser Verbindungen gekoppelt sind, die mittels terrestrischer oder Satellitenverbindungen realisiert sind. Daten, die über das Netzwerk ausgetauscht werden, werden unter Verwendung einer beliebigen Anzahl von Protokollen der Netzwerkschicht übertragen, wie z.B. Internet Protocol (IP), Multiprotocol Label Switching (MPLS), Asynchronous Transfer Mode (ATM), Frame Relay, etc. Darüber hinaus werden in Ausführungsformen, in denen das Netzwerk eine Kombination aus mehreren Teilnetzen darstellt, in jedem der zugrunde liegenden Teilnetze unterschiedliche Netzwerkschichtprotokolle verwendet. In einigen Ausführungsformen repräsentiert das Netzwerk ein oder mehrere untereinander verbundene Verbundnetze, beispielsweise das öffentliche Internet.
Die Datenverarbeitungssysteme 206a-f oder Cloud-Computing-Dienst-Konsumenten sind mit der Cloud 202 durch Netzwerkverbindungen und Netzwerkadapter verbunden. In einer Ausführungsform sind die Datenverarbeitungssysteme 206a-f als verschiedene Datenverarbeitungseinrichtungen implementiert, beispielsweise Server, Desktops, Laptops, Tablet, Smartphones, Internet-der-Dinge- (IoT-, Internet of Things) Einrichtungen, autonome Fahrzeuge (darunter Autos, Drohnen, Shuttles, Züge, Busse usw.) und Unterhaltungselektronik. In einer Ausführungsform sind die Datenverarbeitungssysteme 206a-f in oder als Teil anderer Systeme implementiert.
3 veranschaulicht ein Computersystem 300. In einer Implementierung handelt es sich bei dem Computersystem 300 um eine Spezial-Datenverarbeitungseinrichtung. Die Spezial-Datenverarbeitungseinrichtung ist für die Durchführung der Methoden fest verdrahtet oder umfasst digitale elektronische Einrichtungen wie eine oder mehrere anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs) oder feldprogrammierbare Gate-Arrays (FPGAs), die dauerhaft für die Durchführung der Methoden programmiert sind, oder kann einen oder mehrere Universal-Hardwareprozessoren umfassen, die für die Durchführung der Methoden gemäß Programmbefehlen in Firmware, Speicher, anderen Speichern oder einer Kombination programmiert sind. Solche Spezial-Datenverarbeitungseinrichtungen können auch kundenspezifisch festverdrahtete Logik, ASICs oder FPGAs mit kundenspezifischer Programmierung kombinieren, um die Methoden umzusetzen. In verschiedenen Ausführungsformen handelt es sich bei den Spezial-Datenverarbeitungseinrichtungen um Desktop-Computersysteme, tragbare Computersysteme, Handgeräte, Netzwerkeinrichtungen oder eine beliebige andere Einrichtung, die festverdrahtete und/oder Programmlogik enthält, um die Methoden umzusetzen.
In einer Ausführungsform umfasst das Computersystem 300 einen Bus 302 oder einen anderen Kommunikationsmechanismus zum Kommunizieren von Informationen und einen mit einem Bus 302 gekoppelten Hardwareprozessor 304 zum Verarbeiten von Informationen. Bei dem Hardwareprozessor 304 handelt es sich beispielsweise um einen Universal-Mikroprozessor. Das Computersystem 300 umfasst zudem einen Hauptspeicher 306, beispielsweise einen Direktzugriffsspeicher (RAM) oder eine andere dynamische Speichereinrichtung, der mit dem Bus 302 gekoppelt ist, um Informationen und Anweisungen zur Ausführung durch den Prozessor 304 zu speichern. In einer Implementierung wird der Hauptspeicher 306 zum Speichern temporärer Variablen und anderer Zwischeninformationen während der Ausführung von durch den Prozessor 304 auszuführenden Anweisungen verwendet. Solche Anweisungen, wenn sie in durch den Prozessor 304 abrufbaren nicht transienten Speichermedien gespeichert sind, machen das Computersystem 300 zu einer Spezialmaschine, die darauf spezialisiert ist, die in den Anweisungen vorgegebenen Operationen durchzuführen.
In einer Ausführungsform umfasst das Computersystem 300 ferner einen mit dem Bus 302 gekoppelten Nur-Lese-Speicher (ROM) 308 oder eine andere statische Speichereinrichtung zum Speichern statischer Informationen und Anweisungen für den Prozessor 304. Eine Speichereinrichtung 310, beispielsweise eine Magnetplatte, eine optische Platte, ein Solid-State-Speicher oder ein dreidimensionaler Kreuzpunktspeicher, ist vorhanden und mit dem Bus 302 zum Speichern von Informationen und Anweisungen gekoppelt.
In einer Ausführungsform ist das Computersystem 300 über den Bus 302 an eine Anzeige 312 gekoppelt, beispielsweise eine Kathodenstrahlröhre (CRT), eine Flüssigkristallanzeige (LCD), eine Plasmaanzeige, eine Leuchtdioden- (LED) Anzeige oder eine organische Leuchtdiodenanzeige (OLED), um Informationen für einen Computernutzer anzuzeigen. Eine Eingabeeinrichtung 314, die alphanumerische und andere Tasten umfasst, ist mit dem Bus 302 gekoppelt, um Informationen und Befehlsauswahlen an den Prozessor 304 zu kommunizieren. Eine andere Art von Nutzereingabeneinrichtung ist eine Cursor-Steuereinheit 316, beispielsweise eine Maus, ein Trackball, eine Anzeige mit Berührungsfunktion, oder Cursor-Richtungstasten zum Kommunizieren von Richtungsinformationen und Befehlsauswahlen an den Prozessor 304 und zum Steuern von Cursor-Bewegungen auf der Anzeige 312. Diese Eingabeeinrichtung verfügt typischerweise über zwei Freiheitsgrade in zwei Achsen, einer ersten Achse (z.B. x-Achse) und einer zweiten Achse (z.B. y-Achse), mit denen die Einrichtung Positionen in einer Ebene festlegen kann.
Gemäß einer Ausführungsform werden die vorliegenden Methoden durch ein Computersystem 300 in Reaktion darauf durchgeführt, dass der Prozessor 304 eine oder mehrere Abfolgen aus einer oder mehreren im Hauptspeicher 306 enthaltenen Anweisungen ausführt. Solche Anweisungen werden von einem anderen Speichermedium, beispielsweise der Speichereinrichtung 310, in den Hauptspeicher 306 gelesen. Die Ausführung der im Hauptspeicher 306 enthaltenen Abfolgen von Anweisungen bewirkt, dass der Prozessor 304 die vorliegend beschriebenen Prozessschritte durchführt. In alternativen Ausführungsformen wird anstelle von oder in Kombination mit Softwareanweisungen festverdrahtete Schalttechnik verwendet.
Die Bezeichnung „Speichermedien“ bezeichnet vorliegend alle nicht transienten Medien, die Daten und/oder Anweisungen speichern, die eine Maschine veranlassen, auf eine bestimmte Weise zu arbeiten. Zu solchen Speichermedien zählen nichtflüchtige Medien und/oder flüchtige Medien. Zu nichtflüchtigen Medien zählen beispielsweise optische Platten, Magnetplatten, Solid-State-Speicher oder dreidimensionaler Kreuzpunktspeicher, beispielsweise die Speichereinrichtung 310. Zu flüchtigen Medien zählt dynamischer Speicher, beispielsweise der Hauptspeicher 306. Zu gängigen Formen von Speichermedien zählen beispielsweise eine Diskette, eine flexible Platte, eine Festplatte, ein Solid-State-Speicher, ein Magnetband oder jedes andere magnetische Datenspeichermedium, eine CD-ROM, jedes andere optische Datenspeichermedium, jedes physikalische Medium mit Lochmustern, ein RAM, ein PROM und EPROM, ein FLASH-EPROM, NV-RAM oder jeder andere Speicherchip oder jede andere Speicherkassette.
Speichermedien unterscheiden sich von Übertragungsmedien, können jedoch mit diesen zusammen verwendet werden. Übertragungsmedien sind an der Übertragung von Informationen zwischen Speichermedien beteiligt. Beispielsweise umfassen Übertragungsmedien Koaxialkabel, Kupferdraht und Glasfaser, darunter auch die Drähte, die im Bus 302 umfasst sind. Die Übertragungsmedien können auch die Form von Schall- oder Lichtwellen haben, wie sie z.B. bei der Funkwellen- und Infrarot-Datenkommunikation entstehen.
In einer Ausführungsform sind verschiedene Formen von Medien am Transport einer oder mehrerer Abfolgen aus einer oder mehreren Anweisungen an den Prozessor 304 zur Ausführung beteiligt. Beispielsweise sind die Anweisungen zunächst auf einem Magnetplattenlaufwerk oder Solid-State-Speicher eines entfernten Computers enthalten. Der entfernte Computer lädt die Anweisungen in seinen dynamischen Speicher und sendet die Anweisungen über eine Telefonleitung mittels eines Modems. Ein am Ort des Computersystems 300 befindliches Modem empfängt die Daten über die Telefonleitung und verwendet einen Infrarotsender, um die Daten in ein Infrarotsignal umzuwandeln. Ein Infrarotdetektor empfängt die in dem Infrarotsignal enthaltenen Daten, und geeignete Schalttechnik legt die Daten auf den Bus 302. Der Bus 302 transportiert die Daten zum Hauptspeicher 306, aus dem der Prozessor 304 die Anweisungen abruft, um diese auszuführen. Die durch den Hauptspeicher 306 empfangenen Anweisungen können wahlweise entweder vor oder nach der Ausführung durch den Prozessor 304 in der Speichereinrichtung 310 gespeichert werden.
Das Computersystem 300 umfasst zudem eine mit dem Bus 302 gekoppelte Kommunikationsschnittstelle 318. Die Kommunikationsschnittstelle 318 stellt eine Zwei-Wege-Datenkommunikationskopplung mit einer Netzwerkverbindung 320 bereit, die mit einem lokalen Netzwerk 322 verbunden ist. Bei der Kommunikationsschnittstelle 318 handelt es sich beispielsweise um eine ISDN-Karte (Integrated Service Digital Network), ein Kabelmodem, ein Satellitenmodem oder ein Modem zur Bereitstellung einer Datenkommunikationsverbindung mit einer entsprechenden Art von Telefonleitung. Als weiteres Beispiel handelt es sich bei der Kommunikationsschnittstelle 318 um eine LAN-Karte (Local Area Network) zum Bereitstellen einer Datenkommunikationsverbindung mit einem kompatiblen LAN. In einigen Implementierungen werden zudem drahtlose Verbindungen umgesetzt. In jeder dieser Implementierungen sendet und empfängt die Kommunikationsschnittstelle 318 elektrische, elektromagnetische oder optische Signale, die digitale Datenströme enthalten, die verschiedene Arten von Informationen repräsentieren.
Die Netzwerkverbindung 320 stellt üblicherweise Datenkommunikation durch ein oder mehrere Netzwerke an andere Dateneinrichtungen bereit. Beispielsweise bietet die Netzwerkverbindung 320 eine Verbindung über das lokale Netzwerk 322 zu einem Host-Computer 324 oder zu einem Cloud-Datenzentrum oder zu Geräten, die von einem Internet-Dienstanbieter (ISP, Internet Service Provider) 326 betrieben werden. Der ISP 326 stellt seinerseits Datenkommunikationsdienste durch das weltweite Paketdaten-Kommunikationsnetzwerk bereit, das heute gemeinhin als das „Internet“ 328 bezeichnet wird. Sowohl das lokale Netzwerk 322 als auch das Internet 328 nutzen elektrische, elektromagnetische oder optische Signale, die digitale Datenströme enthalten. Bei den Signalen durch die verschiedenen Netzwerke und den Signalen über die Netzwerkverbindung 320 und durch die Kommunikationsschnittstelle 318, welche die digitalen Daten an das und von dem Computersystem 300 enthalten, handelt es sich um beispielhafte Formen von Übertragungsmedien. In einer Ausführungsform enthält das Netzwerk 320 die Cloud 202 oder einen Teil der Cloud 202 wie vorstehend beschrieben.
Das Computersystem 300 sendet Nachrichten und empfängt Daten, darunter Programmcode, durch das oder die Netzwerke, die Netzwerkverbindung 320 und die Kommunikationsschnittstelle 318. In einer Ausführungsform empfängt das Computersystem 300 Code zur Verarbeitung. Der empfangene Code wird bei Empfang durch den Prozessor 304 ausgeführt und/oder in der Speichereinrichtung 310 oder einem anderen nichtflüchtigen Speicher zur späteren Ausführung gespeichert.
Architektur des autonomen Fahrzeugs
4 zeigt eine beispielhafte Architektur 400 für ein autonomes Fahrzeug (z.B. das in 1 gezeigte AV 100). Die Architektur 400 umfasst ein Wahrnehmungsmodul 402 (manchmal bezeichnet als Wahrnehmungsschaltung), ein Planungsmodul 404 (manchmal bezeichnet als Planungsschaltung), ein Steuermodul 406 (manchmal bezeichnet als Steuerschaltung), ein Lokalisierungsmodul 408 (manchmal bezeichnet als Lokalisierungsschaltung) und ein Datenbankmodul 410 (manchmal bezeichnet als Datenbankschaltung). Jedes Modul spielt eine Rolle im Betrieb des AV 100. Zusammen können die Module 402, 404, 406, 408 und 410 Teil des in 1 gezeigten AV-Systems 120 sein. In einigen Ausführungsformen handelt es sich bei jedem der Module 402, 404, 406, 408 und 410 um eine Kombination aus Computersoftware (z.B. auf einem computerlesbaren Medium gespeichertem ausführbarem Code) und Computerhardware (z.B. einem oder mehreren Mikroprozessoren, Mikrocontrollern, anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen [ASICs], Hardware-Speichereinrichtungen, anderen Arten integrierter Schaltungen, anderen Arten von Computerhardware oder einer Kombination beliebiger oder aller dieser Dinge). Jedes der Module 402, 404, 406, 408 und 410 wird manchmal als Verarbeitungsschaltung (z.B. Computerhardware, Computersoftware oder eine Kombination der beiden) bezeichnet. Eine Kombination aus beliebigen oder allen diesen Modulen 402, 404, 406, 408 und 410 ist ebenfalls ein Beispiel für eine Verarbeitungsschaltung.
Im Betrieb empfängt das Planungsmodul 404 Daten, die einen Zielort 412 repräsentieren, und bestimmt Daten, die eine Trajektorie 414 (manchmal als Route bezeichnet) repräsentieren, die von dem AV 100 befahren werden kann, um den Zielort 412 zu erreichen (z.B. dort anzukommen). Damit das Planungsmodul 404 die die Trajektorie 414 repräsentierenden Daten bestimmen kann, empfängt das Planungsmodul 404 Daten vom Wahrnehmungsmodul 402, dem Lokalisierungsmodul 408 und dem Datenbankmodul 410.
Das Wahrnehmungsmodul 402 identifiziert in der Nähe befindliche physische Objekte mittels eines oder mehrerer Sensoren 121, wie z.B. auch in 1 gezeigt. Die Objekte werden klassifiziert (z.B. in Typen wie beispielsweise Fußgänger, Fahrrad, Automobil, Verkehrszeichen usw. gruppiert), und eine die klassifizierten Objekte 416 umfassende Szenenbeschreibung wird dem Planungsmodul 404 bereitgestellt.
Das Planungsmodul 404 empfängt zudem die Position 418 des AV repräsentierende Daten vom Lokalisierungsmodul 408. Das Lokalisierungsmodul 408 bestimmt die AV-Position, indem es Daten von den Sensoren 121 und Daten aus dem Datenbankmodul 410 (z.B. geografische Daten) verwendet, um eine Position zu berechnen. Beispielsweise verwendet das Lokalisierungsmodul 408 Daten von einem GNSS- (Global Navigation Satellite System) Sensor und geografische Daten, um einen Längen- und einen Breitengrad des AV zu berechnen. In einer Ausführungsform umfassen die vom Lokalisierungsmodul 408 verwendeten Daten hochpräzise Karten der geometrischen Eigenschaften der Fahrbahn, Karten, die die Verbindungseigenschaften des Straßennetzes beschreiben, Karten, die die physikalischen Eigenschaften der Fahrbahn beschreiben (z. B. Verkehrsgeschwindigkeit, Verkehrsaufkommen, Anzahl der Fahrspuren für den Auto- und Radverkehr, Fahrspurbreite, Fahrspurrichtungen oder Fahrspurmarkierungstypen und -orte oder Kombinationen davon), sowie Karten, die die räumliche Lage von Straßenmerkmalen wie Fußgängerüberwegen, Verkehrsschildern oder anderen Verkehrssignalen verschiedener Arten beschreiben. In einer Ausführungsform werden die hochpräzisen Karten durch Hinzufügen von Daten durch automatische oder manuelle Annotation zu Karten mit niedriger Präzision erstellt.
Das Steuermodul 406 empfängt die die Trajektorie 414 repräsentierenden Daten und die die AV-Position 418 repräsentierenden Daten und betreibt die Steuerfunktionen 420a-c (z.B. Lenkung, Drosselung, Bremsen, Zündung) des AV so, dass das AV 100 die Trajektorie 414 bis zum Zielort 412 abfährt. Wenn z.B. die Trajektorie 414 eine Linkskurve umfasst, steuert das Steuermodul 406 die Steuerfunktionen 420a-c so, dass der Lenkwinkel der Lenkfunktion das AV 100 zum Linksabbiegen veranlasst und die Drosselung und Bremsung das AV 100 veranlasst, anzuhalten und auf vorbeifahrende Fußgänger oder Fahrzeuge zu warten, bevor die Kurve genommen wird.
Eingaben an das autonome Fahrzeug
5 zeigt ein Beispiel für Eingänge 502a-d (z.B. die in 1 gezeigten Sensoren) und Ausgänge 504a-d (z.B. Sensordaten), die vom Wahrnehmungsmodul 402 verwendet werden (4). Bei einem Eingang 502a handelt es sich um ein LiDAR- (Light Detection and Ranging) System (z.B. das in 1 gezeigte LiDAR 123). LiDAR ist eine Technologie, die Licht (z.B. Lichtblitze wie beispielsweise Infrarotlicht) verwendet, um Daten über physische Objekte in ihrer Sichtlinie zu erhalten. Ein LiDAR-System produziert LiDAR-Daten als Ausgang 504a. LiDAR-Daten sind beispielsweise Sammlungen von 3D- oder 2D-Punkten (auch als Punktwolken bekannt), die zur Konstruktion einer Darstellung der Umgebung 190 verwendet werden.
Bei einem weiteren Eingang 502b handelt es sich um ein RADAR-System. RADAR ist eine Technologie, die Radiowellen verwendet, um Daten über in der Nähe befindliche physische Objekte zu erhalten. RADAR kann Daten über Objekte gewinnen, die sich nicht in der Sichtlinie eines LiDAR-Systems befinden. Ein RADAR-System 502b produziert RADAR-Daten als Ausgang 504b. RADAR-Daten sind beispielsweise ein oder mehrere elektromagnetische Hochfrequenzsignale, die verwendet weden, um eine Darstellung der Umgebung 190 zu konstruieren.
Bei einem weiteren Eingang 502c handelt es sich um ein Kamerasystem. Ein Kamerasystem verwendet eine oder mehrere Kameras (z.B. Digitalkameras, die einen Lichtsensor wie beispielsweise eine ladungsgekoppelte Einrichtung [CCD, charge-coupled device] verwenden), um Informationen über in der Nähe befindliche physische Objekte zu erhalten. Ein Kamerasystem produziert Kameradaten als Ausgang 504c. Kameradaten haben häufig die Form von Bilddaten (z.B. Daten in einem Bilddatenformat wie beispielsweise RAW, JPEG, PNG usw.). In einigen Beispielen verfügt das Kamerasystem über mehrere unabhängige Kameras, z.B. für Stereopsis (räumliches Sehen), welche dem Kamerasystem Tiefenwahrnehmung ermöglicht. Auch wenn die durch das Kamerasystem wahrgenommenen Objekte hier als „nahe“ beschrieben werden, ist dies für das AV relativ. Im Betrieb kann das Kamerasystem so ausgelegt sein, dass es Objekte „sieht“, die weit weg sind und z.B. bis zu einem Kilometer oder mehr vor dem AV liegen. Entsprechend kann das Kamerasystem über Merkmale wie beispielsweise Sensoren und Linsen verfügen, die für die Wahrnehmung weit entfernter Objekte optimiert sind.
Bei einem weiteren Eingang 502d handelt es sich um ein System für Verkehrsampelerkennung (TLD, traffic light detection). Ein TLD-System verwendet eine oder mehrere Kameras, um Informationen über Verkehrsampeln, Straßenschilder und andere physische Objekte zu erhalten, die optische Navigationsinformationen liefern. Ein TLD-System produziert TLD-Daten als Ausgang 504d. TLD-Daten haben häufig die Form von Bilddaten (z.B. Daten in einem Bilddatenformat wie beispielsweise RAW, JPEG, PNG usw.). Ein TLD-System unterscheidet sich von einem System mit einer Kamera dadurch, dass bei einem TLD-System eine Kamera mit weitem Sichtfeld (z.B. mit einem Weitwinkelobjektiv oder einem Fischaugenobjektiv) verwendet wird, um Informationen über möglichst viele physische Objekte zu erhalten, die optische Navigationsinformationen liefern, so dass das AV 100 Zugriff auf alle relevanten Navigationsinformationen hat, die von diesen Objekten geliefert werden. Beispielsweise kann der Sichtwinkel des TLD-Systems etwa 120 Grad oder mehr betragen.
In einigen Ausführungsformen werden die Ausgänge 504a-d mit Hilfe einer Sensorfusionstechnik kombiniert. Somit werden entweder die einzelnen Ausgänge 504a-d anderen Systemen des AV 100 zur Verfügung gestellt (z.B. einem Planungsmodul 404 wie in 4 gezeigt), oder der kombinierte Ausgang kann den anderen Systemen zur Verfügung gestellt werden, entweder in Form eines einzigen kombinierten Ausgangs oder mehrerer kombinierter Ausgänge desselben Typs (z.B. mittels derselben Kombinationstechnik oder durch Kombination derselben Ausgänge oder beides) oder unterschiedlicher Typen (z.B. mittels jeweils unterschiedlicher Kombinationstechniken oder durch Kombination jeweils unterschiedlicher Ausgänge oder beides). In einigen Ausführungsformen wird eine Frühfusionstechnik verwendet. Eine Frühfusionstechnik ist gekennzeichnet durch das Kombinieren von Ausgängen, bevor ein oder mehrere Datenverarbeitungsschritte auf den kombinierten Ausgang angewendet werden. In einigen Ausführungsformen wird eine Spätfusionstechnik verwendet. Eine Spätfusionstechnik ist gekennzeichnet durch das Kombinieren von Ausgängen, nachdem ein oder mehrere Datenverarbeitungsschritte auf den kombinierten Ausgang angewendet wurden.
6 zeigt ein Beispiel eines LiDAR-Systems 602 (z.B. den in 5 gezeigten Eingang 502a). Das LiDAR-System 602 emittiert Licht 604a-c aus einem Lichtstrahler 606 (z.B. einem Lasersender). Von einem LiDAR-System emittiertes Licht liegt üblicherweise nicht im sichtbaren Spektrum, beispielsweise wird häufig Infrarotlicht verwendet. Ein Teil des emittierten Lichts 604b trifft auf ein physisches Objekt 608 (z.B. ein Fahrzeug) und reflektiert zurück zum LiDAR-System 602. (Von einem LiDAR-System emittiertes Licht durchdringt üblicherweise keine physischen Objekte, z.B. physische Objekte in fester Form). Das LiDAR-System 602 verfügt zudem über einen oder mehrere Lichtdetektoren 610, die das reflektierte Licht erfassen. In einer Ausführungsform erzeugen ein oder mehrere dem LiDAR-System zugehörige Datenverarbeitungssysteme ein Bild 612, welches das Sichtfeld 614 des LiDAR-Systems darstellt. Das Bild 612 umfasst Informationen, die die Begrenzungen 616 eines physischen Objekts 608 darstellen. Auf diese Weise wird das Bild 612 verwendet, um die Begrenzungen 616 eines oder mehrerer physischer Objekte in der Nähe eines AV zu bestimmen.
7 zeigt das LiDAR-System 602 im Betrieb. In dem in dieser Figur gezeigten Szenario empfängt das AV 100 sowohl den Kamerasystemausgang 504c in Form eines Bilds 702 als auch den LiDAR-Systemausgang 504a in Form von LiDAR-Datenpunkten 704. Im Betrieb vergleichen die Datenverarbeitungssysteme des AV 100 das Bild 702 mit den Datenpunkten 704. Insbesondere wird ein im Bild 702 identifiziertes physisches Objekt 706 auch unter den Datenpunkten 704 identifiziert. Auf diese Weise nimmt das AV 100 die Begrenzungen des physischen Objekts auf Grundlage der Kontur und Dichte der Datenpunkte 704 wahr.
8 zeigt weitere Einzelheiten des Betriebs des LiDAR-Systems 602. Wie vorstehend beschrieben, erfasst das AV 100 die Begrenzung eines physischen Objekts auf Grundlage von Eigenschaften der durch das LiDAR-System 602 erfassten Datenpunkte. Wie in 8 gezeigt, reflektiert ein flaches Objekt wie beispielsweise der Boden 802 von einem LiDAR-System 602 emittiertes Licht 804a-d in konsistenter Weise. Anders ausgedrückt, da das LiDAR-System 602 Licht unter Verwendung konsistenter Abstände emittiert, reflektiert der Boden 802 Licht mit den gleichen konsistenten Abständen zurück zum LiDAR-System 602. Während sich das AV 100 über den Boden 802 bewegt, erfasst das LiDAR-System 602 weiter Licht, das vom nächsten gültigen Bodenpunkt 806 reflektiert wird, sofern nichts die Straße behindert. Wenn jedoch ein Objekt 808 die Straße behindert, wird das vom LiDAR-System 602 emittierte Licht 804e-f von den Punkten 810a-b in einer Weise reflektiert, die nicht mit der erwarteten konsistenten Weise übereinstimmt. Aus diesen Informationen kann das AV 100 bestimmen, dass das Objekt 808 vorhanden ist.
Wegplanung
9 zeigt ein Blockdiagramm 900 der Beziehungen zwischen Eingängen und Ausgängen eines Planungsmoduls 404 (z.B. wie in 4 gezeigt). Grundsätzlich handelt es sich beim Ausgang eines Planungsmoduls 404 um eine Route 902 von einem Startpunkt 904 (z.B. einem Ausgangspunkt oder Anfangspunkt) bis zu einem Endpunkt 906 (z.B. Zielort oder Endort). Die Route 902 wird üblicherweise durch ein oder mehrere Teilstücke definiert. Ein Teilstück ist beispielsweise eine Strecke, die über zumindest einen Abschnitt einer Straße, Fahrbahn, Autobahn, Durchfahrt oder eines anderen für den Autoverkehr geeigneten physischen Bereichs zurückgelegt werden muss. In einigen Beispielen, z.B. wenn das AV 100 ein geländegängiges Fahrzeug wie ein allradgetriebener (4WD-) oder allradgetriebener (AWD-) PKW, SUV, Pick-up oder dergleichen ist, umfasst die Route 902 „Gelände“-Abschnitte wie unbefestigte Wege oder offene Felder.
Zusätzlich zur Route 902 gibt ein Planungsmodul zudem Routenplanungsdaten 908 auf Fahrspurebene aus. Die Routenplanungsdaten 908 auf Fahrspurebene werden verwendet, um Teilstücke der Route 902 auf Grundlage von Bedingungen des Teilstücks zu einer bestimmten Zeit zu durchlaufen. Falls beispielsweise die Route 902 eine mehrspurige Autobahn umfasst, umfassen die Routenplanungsdaten 908 auf Fahrspurebene Trajektorieplanungsdaten 910, die das AV 100 verwenden kann, um unter den mehreren Fahrspuren eine Fahrspur auszuwählen, z.B. danach, ob sich eine Ausfahrt nähert, ob eine oder mehrere der Spuren von anderen Fahrzeugen befahren werden, oder anderen Faktoren, die sich im Verlauf weniger Minuten oder weniger ändern. Ebenso umfassen in einigen Implementierungen die Routenplanungsdaten 908 auf Fahrspurebene Geschwindigkeitseinschränkungen 912, die für ein Teilstück der Route 902 spezifisch sind. Falls beispielsweise das Teilstück Fußgänger oder unerwarteten Verkehr aufweist, können die Geschwindigkeitseinschränkungen 912 das AV 100 auf eine Reisegeschwindigkeit einschränken, die langsamer ist als eine erwartete Geschwindigkeit, z.B. eine auf Geschwindigkeitsbegrenzungsdaten für das Teilstück basierende Geschwindigkeit.
In einer Ausführungsform umfassen die Eingänge in das Planungsmodul 404 Datenbankdaten 914 (z.B. von dem in 4 gezeigten Datenbankmodul 410), aktuelle Standortdaten 916 (z.B. die in 4 gezeigte AV-Position 418), Zielortdaten 918 (z.B. für den in 4 gezeigten Zielort 412) und Objektdaten 920 (z.B. die durch das Wahrnehmungsmodul 402 wahrgenommenen klassifizierten Objekte 416 wie in 4 gezeigt). In einigen Ausführungsformen umfassen die Datenbankdaten 914 bei der Planung verwendete Regeln. Die Regeln sind mittels einer formalen Sprache festgelegt, z.B. mittels Boolescher Logik. In jeder Situation, in der sich das AV 100 befindet, sind zumindest einige der Regeln auf die Situation anwendbar. Eine Regel ist auf eine gegebene Situation anwendbar, falls die Regel Bedingungen aufweist, die auf Grundlage für das AV 100 verfügbarer Informationen, z.B. Informationen über die Umgebung, erfüllt sind. Regeln können Priorität haben. Beispielsweise kann eine Regel, die besagt „falls es sich bei der Straße um eine Autobahn handelt, auf die ganz linke Fahrspur wechseln“, eine niedrigere Priorität besitzen als „falls die Ausfahrt noch weniger als eine Meile entfernt ist, auf die ganz rechte Fahrspur wechseln“.
10 zeigt einen gerichteten Graphen 1000, der für Wegplanung verwendet wird, z.B. vom Planungsmodul 404 (4). Grundsätzlich wird ein gerichteter Graph 1000 wie der in 10 gezeigte verwendet, um einen Weg zwischen einem Startpunkt 1002 und einem Endpunkt 1004 zu bestimmen. In der Praxis kann die Entfernung zwischen dem Startpunkt 1002 und dem Endpunkt 1004 relativ groß (z.B. in zwei verschiedenen Ballungsgebieten) oder relativ klein sein (z.B. zwei Kreuzungen, die an einen Stadtblock angrenzen oder zwei Fahrspuren einer mehrspurigen Straße).
In einer Ausführungsform weist ein gerichteter Graph 1000 Knoten 1006a-d auf, die verschiedene Standorte zwischen dem Startpunkt 1002 und dem Endpunkt 1004 repräsentieren, die ein AV 100 einnehmen könnte. In einigen Beispielen, z.B. wenn der Startpunkt 1002 und der Endpunkt 1004 verschiedene Ballungsgebiete repräsentieren, repräsentieren die Knoten 1006a-d Teilstücke von Straßen. In einigen Beispielen, z.B. wenn der Startpunkt 1002 und der Endpunkt 1004 verschiedene Standorte auf der gleichen Straße repräsentieren, repräsentieren die Knoten 1006a-d verschiedene Positionen auf dieser Straße. Auf diese Weise umfasst der gerichtete Graph 1000 Informationen unterschiedlicher Granularität. In einer Ausführungsform ist ein gerichteter Graph mit hoher Granularität gleichzeitig ein Teilgraph eines anderen gerichteten Graphen mit größerem Maßstab. Zum Beispiel hat ein gerichteter Graph, bei dem der Startpunkt 1002 und der Endpunkt 1004 weit entfernt sind (z.B. viele Meilen voneinander entfernt), die meisten seiner Informationen in einer niedrigen Granularität und basiert auf gespeicherten Daten, enthält aber auch einige Informationen mit hoher Granularität für den Teil des Graphen, der physische Orte im Sichtfeld des AV 100 darstellt.
Die Knoten 1006a-d unterscheiden sich von Objekten 1008a-b, die sich nicht mit einem Knoten überlappen können. In einer Ausführungsform repräsentieren bei niedriger Granularität die Objekte 1008a-b Regionen, die nicht mit einem Auto befahrbar sind, z.B. Bereiche, die keine Straßen oder Verkehrswege aufweisen. Bei hoher Granularität repräsentieren die Objekte 1008a-b physische Objekte im Sichtfeld des AV 100, z.B. andere Autos, Fußgänger oder andere Objekte, mit denen sich das AV 100 nicht den gleichen physischen Raum teilen kann. In einer Ausführungsform sind einige oder alle der Objekte 1008a-b statische Objekte (z.B. ein Objekt, das seine Position nicht ändert, wie eine Straßenlaterne oder ein Strommast) oder dynamische Objekte (z.B. ein Objekt, das seine Position ändern kann, wie ein Fußgänger oder ein anderes Auto).
Die Knoten 1006a-d sind durch Kanten 1010a-c verbunden. Wenn zwei Knoten 1006a-b durch eine Kante 1010a verbunden sind, ist es möglich, dass ein AV 100 zwischen dem einen Knoten 1006a und dem anderen Knoten 1006b hin- und herfahren kann, z.B. ohne zu einem Zwischenknoten fahren zu müssen, bevor er am anderen Knoten 1006b ankommt. (Wenn gesagt wird, dass sich ein AV 100 zwischen Knoten bewegt, ist damit gemeint, dass sich das AV 100 zwischen den beiden physischen Positionen bewegt, die durch die jeweiligen Knoten repräsentiert werden.) Die Kanten 1010a-c sind häufig insofern bidirektional, als sich ein AV 100 von einem ersten Knoten zu einem zweiten Knoten oder von dem zweiten Knoten zum ersten Knoten bewegt. In einer Ausführungsform sind die Kanten 1010a-c insofern unidirektional, als sich ein AV 100 von einem ersten Knoten zu einem zweiten Knoten, jedoch nicht von dem zweiten Knoten zum ersten Knoten bewegen kann. Kanten 1010a-c sind unidirektional, wenn sie beispielsweise Einbahnstraßen, einzelne Fahrspuren einer Straße, Fahrbahn oder Autobahn oder andere Merkmale repräsentieren, die aufgrund gesetzlicher oder physischer Einschränkungen nur in einer Richtung befahren werden können.
In einer Ausführungsform verwendet das Planungsmodul 404 den gerichteten Graphen 1000, um einen aus Knoten und Kanten gebildeten Weg 1012 zwischen dem Startpunkt 1002 und Endpunkt 1004 zu identifizieren.
Eine Kante 1010a-c weist zugehörige Kosten 1014a-b auf. Bei den Kosten 1014a-b handelt es sich um einen Wert, der die Ressourcen repräsentiert, die aufgewendet werden, wenn das AV 100 diese Kante wählt. Eine typische Ressource ist Zeit. Wenn beispielsweise eine Kante 1010a eine physische Entfernung repräsentiert, die das Zweifache einer anderen Kante 1010b beträgt, dann können die zugehörigen Kosten 1014a der ersten Kante 1010a das Zweifache der zugehörigen Kotsen 1014b der zweiten Kante 1010b betragen. Zu anderen Faktoren, die die Zeit beeinflussen, zählen der erwartete Verkehr, die Anzahl an Kreuzungen, Geschwindigkeitsbegrenzung usw. Eine weitere typische Ressource ist Kraftstoffökonomie. Zwei Kanten 1010a-b können die gleiche physische Entfernung repräsentieren, jedoch kann eine Kante 1010a mehr Kraftstoff erfordern als eine andere Kante 1010b, z.B. aufgrund von Straßenbedingungen, erwarteter Wetterlage usw.
Wenn das Planungsmodul 404 einen Weg 1012 zwischen dem Startpunkt 1002 und dem Endpunkt 1004 identifiziert, wählt das Planungsmodul 404 üblicherweise einen kostenoptimierten Weg, z.B. den Weg mit den geringsten Gesamtkosten, wenn die einzelnen Kosten der Kanten zusammenaddiert werden.
Steuerung des autonomen Fahrzeugs
11 zeigt ein Blockdiagramm 1100 der Eingänge und Ausgänge eines Steuermoduls 406 (z.B. wie in 4 gezeigt). Ein Steuermodul arbeitet in Übereinstimmung mit einer Steuereinheit 1102, die beispielsweise einen oder mehrere Prozessoren (z.B. einen oder mehrere Computerprozessoren wie Mikroprozessoren oder Mikrocontroller oder beides) ähnlich dem Prozessor 304, Kurzzeit- und/oder Langzeit-Datenspeicherung (z.B. Direktzugriffsspeicher oder Flashspeicher oder beides) ähnlich dem Hauptspeicher 306, ROM 308 und eine Speichereinrichtung 310 und im Speicher gespeicherte Anweisungen umfasst, die Arbeitsschritte der Steuereinheit 1102 ausführen, wenn die Anweisungen ausgeführt werden (z.B. durch den einen oder die mehreren Prozessoren).
In einer Ausführungsform empfängt die Steuereinheit 1102 Daten, die einen gewünschten Ausgang 1104 repräsentieren. Der gewünschte Ausgang 1104 umfasst üblicherweise eine Geschwindigkeit, z.B. eine Fortbewegungsgeschwindigkeit und eine Fahrtrichtung. Der gewünschte Ausgang 1104 kann beispielsweise auf von einem Planungsmodul 404 (z.B. wie in 4 gezeigt) empfangenen Daten basieren. Gemäß dem gewünschten Ausgang 1104 produziert die Steuereinheit 1102 Daten, die als Drosseleingang 1106 und Lenkeingang 1108 verwendbar sind. Der Drosseleingang 1106 stellt das Ausmaß dar, in dem die Drossel (z.B. Beschleunigungsregelung) eines AV 100 zu betätigen ist, z.B. durch Betätigen des Lenkpedals oder durch Betätigen einer anderen Drosselsteuerung, um den gewünschten Ausgang 1104 zu erhalten. In einigen Beispielen umfasst der Drosseleingang 1106 zudem Daten, die zum Betätigen der Bremse (z.B. Bremsregelung) des AV 100 verwendbar sind. Der Lenkeingang 1108 repräsentiert einen Lenkwinkel, z.B. den Winkel, in dem die Lenksteuerung (z.B. Lenkrad, Lenkwinkelstellglied oder eine andere Funktion zur Steuerung des Lenkwinkels) des AV positioniert werden sollte, um den gewünschten Ausgang 1104 zu erhalten.
In einer Ausführungsform empfängt die Steuereinheit 1102 Rückmeldungen, die beim Anpassen der an die Drossel und die Lenkung bereitgestellten Eingänge verwendet wird. Wenn das AV 100 z.B. auf eine Störung 1110 stößt, wie z.B. einen Hügel, wird die gemessene Geschwindigkeit 1112 des AV 100 unter die gewünschte Ausgangsgeschwindigkeit abgesenkt. In einer Ausführungsform wird jeder gemessene Ausgang 1114 der Steuereinheit 1102 bereitgestellt, damit die nötigen Anpassungen vorgenommen werden, z.B. auf Grundlage der Differenz 1113 zwischen der gemessenen Geschwindigkeit und dem gewünschten Ausgang. Der gemessene Ausgang 1114 umfasst gemessene Position 1116, gemessene Geschwindigkeit 1118 (umfassend Fortbewegungsgeschwindigkeit und Fahrtrichtung), gemessene Beschleunigung 1120 und andere durch die Sensoren des AV 100 messbare Ausgänge.
In einer Ausführungsform werden Informationen über die Störung 1110 vorab erfasst, z.B. durch einen Sensor wie eine Kamera oder einen LiDAR-Sensor, und einem prädiktiven Rückmeldungsmodul 1122 bereitgestellt. Das prädiktive Rückmeldungsmodul 1122 stellt der Steuereinheit 1102 dann Informationen bereit, die die Steuereinheit 1102 verwenden kann, um entsprechende Anpassungen vorzunehmen. Falls beispielsweise die Sensoren des AV 100 einen Hügel erfassen („sehen“), kann diese Information von der Steuereinheit 1102 verwendet werden, um den Einsatz der Drossel zum geeigneten Zeitpunkt vorzubereiten, um ein deutliches Abbremsen zu vermeiden.
12 zeigt ein Blockdiagramm 1200 der Eingänge, Ausgänge und Komponenten der Steuereinheit 1102. Die Steuereinheit 1102 verfügt über eine Geschwindigkeitsprofileinheit 1202, die den Betrieb einer Drossel-/Bremssteuereinheit 1204 beeinflusst. Beispielsweise instruiert die Geschwindigkeitsprofileinheit 1202 die Drossel-/Bremssteuereinheit 1204 abhängig von z.B. Rückmeldungen, die durch die Steuereinheit 1102 empfangen und durch die Geschwindigkeitsprofileinheit 1202 verarbeitet werden, Beschleunigung oder Abbremsen mittels der Drossel/Bremse 1206 durchzuführen.
Die Steuereinheit 1102 verfügt zudem über eine seitliche Spurführungssteuereinheit 1208, die den Betrieb einer Lenksteuereinheit 1210 beeinflusst. Beispielsweise instruiert die seitliche Spurführungssteuereinheit 1208 die Lenksteuereinheit 1210 abhängig von z.B. Rückmeldungen, die durch die Steuereinheit 1102 empfangen und durch die seitliche Spurführungssteuereinheit 1208 verarbeitet werden, die Position des Lenkwinkelstellglieds 1212 anzupassen.
Die Steuereinheit 1102 empfängt verschiedene Eingänge, die verwendet werden, um zu bestimmen, wie die Drossel/Bremse 1206 und das Lenkwinkelstellglied 1212 gesteuert werden sollen. Ein Planungsmodul 404 stellt Informationen bereit, die beispielsweise von der Steuereinheit 1102 verwendet werden, um eine Fahrtrichtung zu wählen, wenn das AV 100 den Betrieb aufnimmt, und um zu bestimmen, welches Straßenteilstück zu befahren ist, wenn das AV 100 eine Kreuzung erreicht. Ein Lokalisierungsmodul 408 stellt der Steuereinheit 1102 Informationen bereit, die den aktuellen Standort des AV 100 beschreiben, damit beispielsweise die Steuereinheit 1102 bestimmen kann, ob sich das AV 100 auf Grundlage der Art und Weise, in der die Drossel/Bremse 1206 und das Lenkwinkelstellglied 1212 gesteuert werden, an einem erwarteten Standort befindet. In einer Ausführungsform empfängt die Steuereinheit 1102 Informationen aus anderen Eingängen 1214, z.B. Informationen, die von Datenbanken, Computernetzwerken usw. empfangen werden.
Kalibriersystem
Sensorkalibrierung erfordert eine Erkundung des Parameterraums des Sensors, wobei es sich bei einem Parameterraum um alle möglichen Kombinationen von Werten (oder einen Teil davon) in Bezug auf einen Satz von Sensorparametern handelt. Traditionell wird die Kalibrierung von Fahrzeugsensoren in strukturierten Umgebungen (z.B. in ausgewiesenen Innenanlagen) durchgeführt, in denen ein Fahrzeug einem uneingeschränkten Weg folgt, der es einem Sensor ermöglicht, seinen Parameterraum zu erkunden. Dieser Prozess ist jedoch kostspielig und zeitaufwendig, zumal das Fahrzeug für die Durchführung der Kalibrierung von der Straße genommen werden muss.
Um die Kalibrierung von Fahrzeugsensoren effizienter durchzuführen, erzeugt das offenbarte Kalibriersystem einen eingeschränkten Kalibrierweg entlang von Straßennetzen. Straßennetze stellen von Haus aus verschiedene Fahrzeugtrajektorien bereit, die es Sensoren ermöglichen, ihren Parameterraum effektiv zu erkunden. Der eingeschränkte Weg, der auch als kalibrierfähiger Weg bezeichnet wird, umfasst Kalibriertrajektorien, die es den Sensoren ermöglichen, ihren Parameterraum effektiv zu erkunden. Kalibriertrajektorien umfassen jede Fahrzeugbewegung entlang Achsen des Koordinatensystems des Fahrzeugs. Beispiele für Kalibriertrajektorien sind Fahrzeugkurven (z.B. 90-Grad-Kurven oder kreisförmige Kurven), Höhenänderungen (z.B. Fahrt entlang einer abschüssigen Straße), Beschleunigung, Bremsen und andere Beispiele. Zusätzlich bieten Strukturen entlang von Straßennetzen Kalibrierziele, die es Sensoren ebenfalls ermöglichen, ihren Parameterraum zu erkunden. Wenn ein Fahrzeug also einen kalibrierfähigen Weg entlangfährt, können sich Sensoren des Fahrzeugs anhand der Kalibriertrajektorien und/oder der Kalibrierziele kalibrieren. Durch das Durchführen der Kalibrierung entlang von Straßennetzen verringert das offenbarte Kalibriersystem den Bedarf an speziellen Kalibriereinrichtungen und ermöglicht eine effizientere Durchführung der Sensorkalibrierung.
13A und 13B zeigen einen Vergleich zwischen einem uneingeschränkten Kalibrierweg 1300 und einem eingeschränkten Kalibrierweg 1302. Wie in 13A gezeigt, kann ein Fahrzeug, wenn es sich um eine uneingeschränkte Umgebung handelt, entlang des uneingeschränkten Kalibrierwegs 1300 fahren, um Sensoren des Fahrzeugs zu kalibrieren. In einer eingeschränkten Umgebung, die Infrastruktur wie Straßen und Gebäude (z.B. Gebäude 1304) umfasst, kann das Fahrzeug jedoch dem uneingeschränkten Kalibrierweg 1300 nicht folgen. Wie in 13B gezeigt, kann das Fahrzeug aufgrund der Infrastruktur und der Vorschriften (z.B. Fahrregeln) in eingeschränkten Umgebungen nicht dem uneingeschränkten Weg auf ausgewiesenen Straßen folgen. Um die gleiche Kalibrierung in der eingeschränkten Umgebung zu ermöglichen, erzeugt das offenbarte Kalibriersystem den eingeschränkten Kalibrierweg 1302. Wie in 13B gezeigt, umfasst der eingeschränkte Kalibrierweg 1302 zwei Abschnitte 1306a, 1306b, die in Kombination eine ähnliche Gesamttrajektorie wie der uneingeschränkte Kalibrierweg 1300 aufweisen. Obwohl der eingeschränkte Kalibrierweg 1302 durch die Umgebung eingeschränkt ist, ermöglicht somit der Weg die gleiche Sensorkalibrierung wie der uneingeschränkte Kalibrierweg 1300.
14 zeigt ein Blockdiagramm eines Kalibriersystems 1400. Das Kalibriersystem 1400 ist so konfiguriert, dass es einen kalibrierfähigen Weg erzeugt, um mindestens einen Sensor eines Fahrzeugs zu kalibrieren. Wie in 14 gezeigt, umfasst das Kalibriersystem 1400 eine Steuereinheit 1402 und einen Weggenerator 1404. Obwohl das Kalibriersystem 1400 in 14 als eigenständiges System dargestellt ist, ist das Kalibriersystem 1400 in einigen Beispielen Teil anderer Systeme, beispielsweise eines Planungsmoduls 404 (z.B. wie in 4 gezeigt). Obwohl die nachfolgende Beschreibung das Kalibriersystem 1400 als Erzeugung eines kalibrierfähigen Wegs zur Kalibrierung eines einzelnen Sensors beschreibt, wird ferner in einigen Beispielen ein kalibrierfähiger Weg zur Kalibrierung einer Vielzahl von Sensoren verwendet. In diesen Beispielen kann der kalibrierfähige Weg verwendet werden, um die mehreren Sensoren gleichzeitig zu kalibrieren, oder es können verschiedene Segmente des kalibrierfähigen Wegs verwendet werden, um verschiedene Sensoren zu kalibrieren. Zum Beispiel kann das Kalibriersystem 1400 einen einzelnen kalibrierfähigen Weg auf Grundlage von Informationen erzeugen, die mit der Vielzahl von Sensoren verbunden sind, oder es kann für jeden Sensor einen entsprechenden kalibrierfähigen Weg erzeugen, die dann zu einem kalibrierfähigen Gesamtweg kombiniert werden.
In einer Ausführungsform identifiziert die Steuereinheit 1402 einen Auslöser zum Kalibrieren eines Sensors des Fahrzeugs. In einem Beispiel ist der Auslöser ein Schwellenwert für die Zeit, die seit einer letzten Kalibrierung des Sensors verstrichen ist. In einem anderen Beispiel ist der Auslöser eine Kalibrieranfrage, die vom Sensor oder einem System, das die Kalibrierung des Sensors überwacht, empfangen wird. Als Reaktion auf das Identifizieren des Auslösers bestimmt die Steuereinheit 1402, ob der Sensor kalibriert werden soll, möglicherweise auf Grundlage von Faktoren wie der aktuellen Uhrzeit (z.B. morgens oder abends) und ob das Fahrzeug gerade einen Fahrgast transportiert. In Beispielen kann die Steuereinheit 1402 so konfiguriert sein, dass sie Sensoren zu einer bestimmten Tageszeit oder unter bestimmten Bedingungen kalibriert (z.B. wenn sich das Fahrzeug zwischen zwei Fahrgast-Transportfahrten befindet).
Wenn die Steuereinheit 1402 bestimmt, den Sensor nicht zu kalibrieren, kann die Steuereinheit 1402 die Kalibrierung auf einen späteren Zeitpunkt verschieben. Umgekehrt sendet, wenn die Steuereinheit 1402 bestimmt, die Kalibrierung durchzuführen, die Steuereinheit 1402 eine Anfrage an den Weggenerator 1404, um kalibrierfähige Wege für das Fahrzeug zu erzeugen. Die Anfrage kann Fahrtinformationen (z.B. den aktuellen Fahrzeugstandort, ein Fahrtziel und eine bevorzugte Fahrtrichtung) und/oder Kalibrierungsinformationen (z.B. den Typ des zu kalibrierenden Sensors und den aktuellen Sensor-Offset) umfassen.
In einer Ausführungsform empfängt der Weggenerator 1404 als Eingabe die Anfrage von der Steuereinheit 1402 und erzeugt als Ausgabe infrage kommende kalibrierfähige Wege. Wie in 14 gezeigt, umfasst der Weggenerator 1404 eine Weltkarte 1410 und eine Datenbank 1412 kalibrierfähiger Wege, die der Weggenerator 1404 verwendet, um die infrage kommenden kalibrierfähigen Wege zu erzeugen. Beachten Sie, dass der Weggenerator 1404 mit dem vorstehend beschriebenen Planungsmodul 404 aus 4 zusammenarbeiten oder ein Teil davon sein kann. Die Weltkarte 1410 umfasst Informationen, die mit geografischen Gebieten verbunden sind, beispielsweise Informationen, die Formen, geografische Standortkoordinaten und Höhen verschiedener Objekte wie Straßen, Merkmale zur Definition von Fahrspuren, Kreuzungen, Fußgängerüberwegen, Verkehrssignalen, Gebäuden, Schildern, Vegetation oder anderen solchen Objekten und Informationen identifizieren. Die Datenbank kalibrierfähiger Wege 1412 umfasst zuvor erzeugte kalibrierfähige Wege (z.B. generiert durch das Kalibriersystem 1400 oder ein anderes System). Jeder kalibrierfähige Weg kann identifizierende Informationen umfassen, beispielsweise die Koordinaten der Straßen, mit denen der Weg verbunden ist, den Sensortyp, der mit dem Weg kalibriert wurde, die Kalibriertrajektorien und/oder Kalibrierziele entlang des Wegs und alle anderen Einzelheiten zu den mit dem Weg durchgeführten Kalibrierungen.
In einer Ausführungsform erzeugt der Weggenerator 1404 die infrage kommenden kalibrierfähigen Wege mit einem von zwei Prozessen. In einem ersten Prozess ermittelt der Weggenerator 1404 aus den Fahrtinformationen des Fahrzeugs und der Weltkarte 1410 mögliche Wege von einem aktuellen Standort des Fahrzeugs aus. Wenn die Fahrtinformationen ein Ziel umfassen, dann verwendet der Weggenerator 1404 die Weltkarte 1410, um mögliche Wege zum Ziel zu bestimmen. Und wenn die Anfrage kein Ziel umfasst, erkundet der Weggenerator 1404 alle möglichen Wege für das Fahrzeug, vielleicht innerhalb einer Schwellenentfernung oder unter bestimmten Einschränkungen (z.B. einer bevorzugten Fahrtrichtung). In einigen Szenarien erzeugt der Weggenerator 1404 einen Weg, der einen Abschnitt umfasst, der nicht entlang einer Straße verläuft. Der Abschnitt kann beispielsweise durch einen Parkplatz, ein Parkhaus oder einen anderen öffentlich zugänglichen Bereich verlaufen.
Nachdem der Weggenerator 1404 die möglichen Wege erzeugt hat, wertet der Weggenerator 1404 die Wege aus, um zu bestimmen, welche Wege Kalibriertrajektorien und/oder Kalibrierziele umfassen, die zum Kalibrieren des Sensors verwendet werden können. Wenn die Anfrage von der Steuereinheit 1402 Kalibrierungsinformationen umfasst, verwendet der Weggenerator 1404 die Kalibrierungsinformationen, um die möglichen Wege zu bewerten. Und wenn die Anfrage keine Kalibrierungsinformationen umfasst, wertet der Weggenerator 1404 die möglichen Wege anhand vorab bestimmter Referenzwerte aus. Auf Grundlage der Bewertung der Kalibriertrajektorien wählt der Weggenerator 1404 die infrage kommenden kalibrierfähigen Wege aus. Die ausgewählten Wege umfassen beispielsweise alle möglichen Wege, die zur Kalibrierung des Sensors verwendet werden können.
In einigen Ausführungsformen bestimmt der Weggenerator 1404 nach dem Erzeugen der möglichen Wege, ob die Datenbank 1412 kalibrierfähiger Wege zuvor erzeugte kalibrierfähige Wege umfasst, die die möglichen Wege überlappen. Wie vorstehend beschrieben, zeigen die gespeicherten kalibrierfähigen Wege die Kalibrierungsinformationen früherer Kalibrierungen an, die entlang der Wege durchgeführt wurden. So kann der Weggenerator 1404 diese Informationen verwenden, um zu bestimmen, ob ein jeweiliger gespeicherter kalibrierfähiger Weg für die Kalibrierung geeignet ist. Wenn der Weggenerator 1404 einen geeigneten kalibrierfähigen Weg identifiziert, wählt der Weggenerator 1404 diesen Weg unter den infrage kommenden kalibrierfähigen Wegen aus.
In einem zweiten Prozess zum Erzeugen der infrage kommenden kalibrierfähigen Wege verwendet der Weggenerator 1404, wenn die Anfrage Kalibrierungsinformationen umfasst, die Kalibrierungsinformationen, um Kalibriertrajektorien zu erzeugen, die zur Durchführung der gewünschten Kalibrierung verwendet werden können. Der Weggenerator 1404 verwendet dann die Weltkarte 1410, um mögliche Wege zu identifizieren, die die erzeugten Kalibriertrajektorien umfassen. In einigen Beispielen passt der Weggenerator 1404 die generierten Kalibriertrajektorien so an, dass sie zu den möglichen Wegen passen (z.B. zu der eingeschränkten Umgebung, wie in 13B gezeigt). Die möglichen Wege, die die erzeugten Kalibriertrajektorien umfassen, werden als die infrage kommenden kalibrierfähigen Wege bezeichnet.
In einer Ausführungsfonn stellt der Weggenerator 1404, nachdem er die infrage kommenden kalibrierfähigen Wege erzeugt hat, die Wege der Steuereinheit 1402 zur Verfügung. Die Steuereinheit 1402 bewertet die Wege anhand von Kalibrierfaktoren 1406 und/oder Fahrfaktoren 1408. Beispiele für Kalibrierfaktoren umfassen eine Anzahl von Kalibrierzielen entlang eines Wegs, Fahrbahnbeschaffenheit entlang des Wegs (z.B. Bodenwellen, Schlaglöcher, Geschwindigkeitsschwellen, Straßenunebenheiten), eine Anzahl von Kalibriertrajektorien entlang des Wegs oder eine Ausdehnung eines Parameterraums, der entlang des Wegs erkundet wird. Beispiele für Fahrfaktoren sind eine Fahrtdauer entlang des Wegs, eine Strecke des Wegs, ein Verkehrsaufkommen entlang des Wegs oder Fahrvorschriften entlang des Wegs. Auf Grundlage der Bewertung der infrage kommenden Wege weist die Steuereinheit 1402 jedem Weg eine entsprechende Bewertung zu. Die Steuereinheit 1402 wählt den kalibrierfähigen Weg für das Fahrzeug auf Grundlage der Bewertungen aus. In einem Beispiel wählt die Steuereinheit 1402 den kalibrierfähigen Weg mit der höchsten Gesamtbewertung aus. In einigen Beispielen kann die Steuereinheit 1402 jedem Weg verschiedene Kategorien von Bewertungen geben, beispielsweise eine Streckenbewertung, eine Fahrerkomfortbewertung, eine Kalibrierungsbewertung und eine Zeitbewertung. Die Steuereinheit 1402 kann dann einen Weg auswählen, der in einer dieser Kategorien die höchste Punktzahl aufweist (z.B. auf Grundlage vorab bestimmter Anweisungen). Zusätzlich kann die Steuereinheit 1402 einen auf Ressourcenkosten optimierten Weg wählen, z.B. den Weg mit den geringsten Gesamtkosten, wenn die Einzelkosten der Wege addiert werden. Eine typische Ressource ist Zeit. Zu anderen Faktoren, die die Zeit beeinflussen, zählen der erwartete Verkehr, die Anzahl an Kreuzungen, Geschwindigkeitsbegrenzung usw. Eine weitere typische Ressource ist Kraftstoffökonomie. Zwei Wege können die gleiche physische Entfernung repräsentieren, jedoch kann ein Weg mehr Kraftstoff erfordern als ein anderer Weg, z.B. aufgrund von Straßenbedingungen, erwarteter Wetterlage usw.
In Szenarien, in denen das Fahrzeug einen Fahrgast transportiert, kann die Steuereinheit 1402 zusätzlich und/oder alternativ die infrage kommenden Wege auf Grundlage von Nutzerrückmeldungen bewerten. Beispielsweise kann die Steuereinheit 1402 dem Fahrgast, z.B. über eine Fahrgasteinrichtung, Informationen zur Verfügung stellen, die die infrage kommenden kalibrierfähigen Wege und mit jedem der Wege verbundene Fahrtinformationen anzeigen. Die Fahrtinformationen können die Fahrtlänge, die Fahrtkosten und eine Angabe zum Fahrgastkomfort umfassen. In einigen Beispielen verwendet die Steuereinheit 1402 geschäftliche Anreize, wie beispielsweise Rabatte und Belohnungen, um den Fahrgast zu veranlassen, einen kalibrierfähigen Weg zu wählen (z.B. den kalibrierfähigen Weg mit der höchsten Gesamtbewertung). Die Steuereinheit 1402 verwendet den vom Nutzer ausgewählten Weg für das Fahrzeug.
15 zeigt beispielhafte Kalibrierwege, die im Szenario 1500 erzeugt werden. Im Szenario 1500 hat ein Fahrzeug (in 15 nicht dargestellt) eine geplante Fahrt zwischen einem Ausgangspunkt 1502 und einem Ziel 1504. Wie in 15 gezeigt, befindet sich die Fahrt in einer Umgebung, die Straßen, Gebäude und andere Strukturen umfasst. Die Strukturen sind durch schattierte Quadrate dargestellt, beispielsweise die Quadrate 1506, 1508.
In einer Ausführungsform identifiziert das Kalibriersystem des Fahrzeugs einen Auslöser für die Kalibrierung eines Fahrzeugsensors. In Reaktion hierauf erzeugt das Kalibriersystem eine Vielzahl kalibrierfähiger Wege für das Fahrzeug. Wie in 15 gezeigt, erzeugt das Kalibriersystem drei Wege, die als Weg 1506 (auch „Weg 1“ genannt), Weg 1508 (auch „Weg 2“ genannt) und Weg 1510 (auch „Weg 3“ genannt) bezeichnet werden. Das Kalibriersystem bewertet die erzeugten Wege anhand von Kalibrierfaktoren und/oder Fahrfaktoren. Das Kalibriersystem bewertet die Wege beispielsweise auf Grundlage einer Anzahl starker Kalibrierziele entlang eines Wegs, der Fahrbahnbeschaffenheit entlang eines Wegs (z.B. Bodenwellen, Schlaglöcher, Geschwindigkeitsschwellen, Straßenunebenheiten), einer Anzahl von Kalibriertrajektorien entlang eines Wegs (z.B. 90-Grad-Kurven und Höhenänderungen) oder einer Ausdehnung eines Parameterraums, der entlang des Wegs erkundet wird. In einigen Beispielen unterscheidet das Kalibriersystem zwischen starken Kalibrierzielen (z.B. Gebäuden) und schwachen Kalibrierzielen (z.B. Vegetation). Das Kalibriersystem weist jedem der Wege eine entsprechende Bewertung zu und wählt einen Weg für das Fahrzeug auf Grundlage der Bewertungen aus. In diesem Szenario wählt die Steuereinheit den Weg 3, der unter den drei Wegen die höchste Gesamtbewertung aufweist.
16 zeigt ein Flussdiagramm eines Prozesses 1600 zum Erzeugen eines kalibrierfähigen Wegs für ein Fahrzeug, das mindestens einen Sensor umfasst. Der Prozess könnte zum Beispiel vom Kalibriersystem 1400 aus 14 durchgeführt werden. Bei 1602 wird ein Auslöser (z.B. verstrichene Zeit seit der letzten Kalibrierung oder eine Anzeige von einem Sensor oder einem System, das den Sensor überwacht) für die Kalibrierung des mindestens einen Sensors (z.B. monokulare oder Stereo-Videokameras, Infrarot, Thermospektren, Ultraschallsensoren, Laufzeit- (TOF-) Tiefensensoren, Kameras, Radar, LiDAR, Infrarot, Beschleunigungsmesser) identifiziert.
In Reaktion auf das Identifizieren des Auslösers wird bei 1604 ein Kalibrierwegplanungsmodus für das Fahrzeug eingeleitet. Bei 1606 wird eine Vielzahl kalibrierfähiger Wege erzeugt, die jeweils mindestens eine Kalibriertrajektorie (z.B. 90-Grad-Kurven, kreisförmige Kurven, Trajektorie mit Gefälle) entlang mindestens einer Straße (z.B. einer städtischen Straße in einer Stadt) umfassen. Die kalibrierfähigen Wege können auch Kalibrierziele umfassen (z.B. Strukturen wie Gebäude, Werbetafeln und speziell zu diesem Zweck eingesetzte Kalibrierziele). Bei 1608 wird ein erster kalibrierfähiger Weg für das Fahrzeug aus der Vielzahl kalibrierfähiger Wege ausgewählt. Der mindestens eine Sensor wird kalibriert, während das Fahrzeug den ersten kalibrierfähigen Weg entlangfährt.
In einigen Implementierungen beinhaltet der Prozess 1600 ferner Veranlassen, dass das Fahrzeug den ersten kalibrierfähigen Weg entlangfährt (z.B. durch Senden von Anweisungen an eine Steuereinheit des Fahrzeugs).
In einigen Implementierungen handelt es sich bei der Vielzahl kalibrierfähiger Wege um eine erste Vielzahl kalibrierfähiger Wege, wobei der Prozess 1600 ferner, nachdem das Fahrzeug ein Ziel erreicht hat, ein Bestimmen, dass der mindestens eine Sensor die Kalibrierung nicht abgeschlossen hat (z.B. durch Überprüfen von Einzelheiten der Kalibrierung während der ersten Fahrt, durch Testen des Sensors); in Reaktion auf das Bestimmen ein Erzeugen einer zweiten Vielzahl kalibrierfähiger Wege; und ein Veranlassen des Fahrzeugs umfasst, entlang eines der zweiten Vielzahl kalibrierfähiger Wege zu fahren.
In einigen Implementierungen beinhaltet das Auswählen des ersten kalibrierfähigen Wegs aus der Vielzahl kalibrierfähiger Wege ein Bewerten jedes der kalibrierfähigen Wege auf Grundlage mindestens eines der Kalibrierfaktoren oder Fahrfaktoren, die dem kalibrierfähigen Weg zugeordnet sind (z.B. gewichtete Bewertung der Faktoren); und ein Auswählen des kalibrierfähigen Wegs mit einer höchsten Bewertung.
In einigen Implementierungen umfassen die Fahrfaktoren eine Fahrtdauer entlang eines Wegs, eine Strecke des Wegs, ein Verkehrsaufkommen entlang des Wegs und/oder Fahrvorschriften (z.B. Geschwindigkeitsbegrenzung, Straßenvorschriften) entlang des Wegs.
In einigen Implementierungen umfassen die Kalibrierfaktoren eine Anzahl von Kalibrierzielen entlang eines Wegs, eine Fahrbahnbeschaffenheit entlang des Wegs (z.B. Schlaglöcher, Bodenwellen), eine Anzahl von Kalibrierfahrzeugtrajektorien entlang des Wegs und/oder eine Ausdehnung eines Parameterraums, der entlang des Wegs erkundet wird.
In einigen Implementierungen basiert die Bewertung jedes der Vielzahl kalibrierfähiger Wege ferner auf einem Typ des mindestens einen Sensors (z.B. Bewertung der Wege durch Bestimmen, welcher der Wege den gewünschten Sensor am besten kalibriert).
In einigen Implementierungen beinhaltet der Prozess 1600 ferner ein Speichern des ersten kalibrierfähigen Wegs in einer Datenbank kalibrierfähiger Wege (z.B. einer Kartendatenbank).
In einigen Implementierungen beinhaltet das Erzeugen der Vielzahl kalibrierfähiger Wege ein Verwenden einer Datenbank kalibrierfähiger Wege, um mindestens einen der Vielzahl kalibrierfähiger Wege zu erzeugen.
In einigen Implementierungen beinhaltet das Erzeugen der Vielzahl kalibrierfähiger Wege ein Analysieren eines Straßennetzes zwischen einem Ausgangspunkt und einem Ziel des Fahrzeugs unter Verwendung einer Weltkarte und auf Grundlage von Fahrtinformationen des Fahrzeugs; und auf Grundlage der Analyse erfolgendes Bestimmen von Wegen, die eine Schwellenanzahl (z.B. einen vorab bestimmten Schwellenwert) an Kalibrierzielen und/oder Fahrzeugkalibriertrajektorien umfassen.
In einigen Implementierungen beinhaltet das Erzeugen der Vielzahl kalibrierfähiger Wege ein Bestimmen von Fahrzeugtrajektorien, die den mindestens einen Sensor kalibrieren; und auf Grundlage der Fahrzeugtrajektorien erfolgendes Erzeugen mindestens eines der Vielzahl kalibrierfähiger Wege.
In einigen Implementierungen ist das Fahrzeug für eine Fahrt von einem Ausgangspunkt zu einem Ziel geplant (z.B. während einer Fahrgastfahrt, zwischen Fahrgastfahrten).
In einigen Implementierungen sind der Ausgangspunkt und das Ziel mit einer Fahrgasttransportfahrt verbunden, wobei der Prozess 1600 ferner ein an eine Fahrgasteinrichtung (z.B. eine mobile Nutzereinrichtung oder eine Einrichtung innerhalb des Fahrzeugs) erfolgendes Ausgeben (i) von Informationen, die die Vielzahl kalibrierfähiger Wege anzeigen (z.B. visuelle Darstellung der Route) und (ii) Fahrtinformationen beinhaltet, die jedem der Vielzahl kalibrierfähiger Wege zugeordnet sind, wobei die Fahrtinformationen Fahrgastkomfort und Fahrtkosten (z.B. Rabatte für das Nehmen des kalibrierfähigen Wegs) umfassen.
In einigen Implementierungen beinhaltet das Auswählen eines ersten kalibrierfähigen Wegs für das Fahrzeug aus der Vielzahl kalibrierfähiger Wege ein Empfangen einer Eingabe von dem Fahrgast über die Fahrgasteinrichtung, die den ersten kalibrierfähigen Weg anzeigt.
In der vorstehenden Beschreibung wurden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf zahlreiche konkrete Einzelheiten beschrieben, die von Implementierung zu Implementierung variieren können. Entsprechend sind die Beschreibung und die Zeichnungen als veranschaulichend und nicht einschränkend anzusehen. Der einzige und ausschließliche Indikator für den Umfang der Erfindung und das, was die Anmelder als Umfang der Erfindung beabsichtigen, ist der wörtliche und äquivalente Umfang des Satzes von Ansprüchen, die aus dieser Anmeldung hervorgehen, in der spezifischen Form, in der diese Ansprüche ausgegeben werden, einschließlich jeder späteren Korrektur. Alle hierin ausdrücklich festgelegten Definitionen von Bezeichnungen, die in solchen Ansprüchen enthalten sind, gelten für die Bedeutung der in den Ansprüchen verwendeten Bezeichnungen. Wenn in der vorstehenden Beschreibung oder in den folgenden Ansprüchen die Bezeichnung „ferner umfassend“ verwendet wird, kann das, was auf diesen Satz folgt, ein zusätzlicher Schritt oder eine zusätzliche Entität oder ein Unterschritt/eine Untereinheit eines zuvor erwähnten Schritts oder einer Entität sein.

Claims

Fahrzeug, umfassend: mindestens einen Sensor, mindestens einen Computer und Speicher, der Anweisungen speichert, die bei Ausführung durch den mindestens einen Computer den mindestens einen Computer veranlassen, Arbeitsschritte durchzuführen, die Folgendes umfassen: Identifizieren eines Auslösers zum Kalibrieren des mindestens einen Sensors, in Reaktion auf das Identifizieren des Auslösers erfolgendes Einleiten eines Kalibrierwegplanungsmodus für das Fahrzeug und im Kalibrierwegplanungsmodus: Erzeugen einer Vielzahl kalibrierfähiger Wege, die jeweils mindestens eine Kalibriertrajektorie entlang mindestens einer Straße umfassen, und Auswählen eines ersten kalibrierfähigen Wegs für das Fahrzeug aus der Vielzahl kalibrierfähiger Wege, wobei der mindestens eine Sensor kalibriert wird, während sich das Fahrzeug entlang des ersten kalibrierfähigen Wegs bewegt.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Arbeitsschritte ferner umfassen: Veranlassen, dass das Fahrzeug entlang des ersten kalibrierfähigen Weges fährt.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei es sich bei der Vielzahl kalibrierfähiger Wege um eine erste Vielzahl kalibrierfähiger Wege handelt, und wobei die Arbeitsschritte ferner umfassen: nachdem das Fahrzeug ein Ziel erreicht hat, Bestimmen, dass der mindestens eine Sensor die Kalibrierung nicht abgeschlossen hat, in Reaktion auf das Bestimmen erfolgendes Erzeugen einer zweiten Vielzahl kalibrierfähiger Wege und Auswählen eines der zweiten Vielzahl kalibrierfähiger Wege und Veranlassen des Fahrzeugs, entlang des ausgewählten der zweiten Vielzahl kalibrierfähiger Wege zu fahren.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei das Auswählen des ersten kalibrierfähigen Wegs aus der Vielzahl kalibrierfähiger Wege Folgendes umfasst: Bewerten jedes der kalibrierfähigen Wege auf Grundlage von Kalibrierfaktoren und/oder Fahrfaktoren, die dem kalibrierfähigen Weg zugeordnet sind, und Auswählen des kalibrierfähigen Wegs mit einer höchsten Bewertung.
Fahrzeug nach Anspruch 4, wobei die Fahrfaktoren eine Fahrtdauer entlang eines Wegs, eine Strecke des Wegs, ein Verkehrsaufkommen entlang des Wegs und/oder Fahrvorschriften entlang des Wegs umfassen.
Fahrzeug nach Anspruch 4, wobei die Kalibrierfaktoren eine Anzahl von Kalibrierzielen entlang eines Wegs, eine Fahrbahnbeschaffenheit entlang des Wegs, eine Anzahl von Kalibrierfahrzeugtrajektorien entlang des Wegs und/oder eine Ausdehnung eines Parameterraums umfassen, der entlang des Wegs erkundet wird.
Fahrzeug nach Anspruch 4, wobei das Bewerten jedes der Vielzahl kalibrierfähiger Wege ferner auf Grundlage eines Typs des mindestens einen Sensors erfolgt.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Arbeitsschritte ferner Folgendes umfassen: Speichern des ersten kalibrierfähigen Wegs in einer Datenbank kalibrierfähiger Wege.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei das Erzeugen der Vielzahl kalibrierfähiger Wege Folgendes umfasst: Verwenden einer Datenbank kalibrierfähiger Wege, um mindestens einen der Vielzahl kalibrierfähiger Wege zu erzeugen.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei das Erzeugen der Vielzahl kalibrierfähiger Wege Folgendes umfasst: Analysieren eines Straßennetzes zwischen einem Ausgangspunkt und einem Ziel des Fahrzeugs unter Verwendung einer Weltkarte und auf Grundlage von Fahrtinformationen des Fahrzeugs und auf Grundlage der Analyse erfolgendes Bestimmen von Wegen, die eine Schwellenanzahl von Fahrzeugkalibriertrajektorien umfassen.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei das Erzeugen der Vielzahl kalibrierfähiger Wege Folgendes umfasst: Bestimmen von Fahrzeugtrajektorien, die den mindestens einen Sensor kalibrieren, und auf Grundlage der Fahrzeugtrajektorien erfolgendes Erzeugen mindestens eines der Vielzahl kalibrierfähiger Wege.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei das Fahrzeug für eine Fahrt von einem Ausgangspunkt zu einem Ziel eingeplant ist.
Fahrzeug nach Anspruch 12, wobei der Ausgangspunkt und das Ziel einer Fahrgasttransportfahrt zugeordnet sind und wobei die Arbeitsschritte ferner Folgendes umfassen: an eine Fahrgasteinrichtung erfolgendes Ausgeben (i) von Informationen, die die Vielzahl kalibrierfähiger Wege anzeigen, und (ii) von Fahrtinformationen, die jedem der Vielzahl kalibrierfähiger Wege zugeordnet sind, wobei die Fahrtinformationen Fahrgastkomfort und Fahrtkosten umfassen.
Fahrzeug nach Anspruch 13, wobei das Auswählen eines ersten kalibrierfähigen Wegs für das Fahrzeug aus der Vielzahl kalibrierfähiger Wege Folgendes umfasst: Empfangen einer den ersten kalibrierfähigen Weg anzeigenden Eingabe von dem Fahrgast über die Fahrgasteinrichtung.
Verfahren, umfassend: Identifizieren eines Auslösers zum Kalibrieren des mindestens einen Sensors, in Reaktion auf das Identifizieren des Auslösers erfolgendes Einleiten eines Kalibrierwegplanungsmodus für das Fahrzeug und im Kalibrierwegplanungsmodus: Erzeugen einer Vielzahl kalibrierfähiger Wege, die jeweils ein Kalibrierziel und/oder eine Kalibriertrajektorie entlang mindestens einer Straße umfassen, und Auswählen eines ersten kalibrierfähigen Wegs für das Fahrzeug aus der Vielzahl kalibrierfähiger Wege, wobei der mindestens eine Sensor kalibriert wird, während sich das Fahrzeug entlang des ersten kalibrierfähigen Wegs bewegt.
Nicht transientes computerlesbares Speichermedium, das ein oder mehrere Programme zur Ausführung durch einen oder mehrere Prozessoren einer ersten Einrichtung umfasst, wobei das eine oder die mehreren Programme Anweisungen umfassen, die bei Ausführung durch den einen oder die mehreren Prozessoren die erste Einrichtung veranlassen, das Verfahren nach Anspruch 15 durchzuführen.