DE102022108974A1

DE102022108974A1 - Management der seitenbewegung von fahrzeugen mit informationen über die strassenoberfläche

Info

Publication number: DE102022108974A1
Application number: DE102022108974.6A
Authority: DE
Inventors: Nikolai Moshchuk; Bakhtiar Litkouhi; Qingrong Zhao
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2021-05-26
Filing date: 2022-04-12
Publication date: 2022-12-01
Also published as: CN115402303A; US20220379881A1; US11772641B2

Abstract

Es werden Systeme und Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeugs bereitgestellt. In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren: Empfangen eines ersten Oberflächenwerts, der einem ersten Straßenoberflächenbereich in einer bevorstehenden Umgebung des Fahrzeugs zugeordnet ist; Empfangen eines zweiten Oberflächenwerts, der einem zweiten Straßenoberflächenbereich in der bevorstehenden Umgebung des Fahrzeugs zugeordnet ist; Bestimmen einer Änderung des Oberflächenwerts auf der Grundlage des ersten Oberflächenwerts und des zweiten Oberflächenwerts; und in Reaktion darauf, dass die Änderung des Oberflächenwerts größer als ein Schwellenwert ist, Anpassen mindestens eines von Fahrzeugkollisionswarnmeldungen, Fahrzeugbremssteuerung, Fahrzeuglenksteuerung und Wegplanung auf der Grundlage des zweiten Oberflächenwerts.

Description

EINFÜHRUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf Fahrzeugsteuerungen und im Besonderen auf Systeme und Verfahren zur Steuerung der Seitenbewegung von Fahrzeugen auf der Grundlage von Informationen über die Straßenoberfläche.
Sensordaten und/oder Modelle können verwendet werden, um die Oberflächenbedingungen vor dem Fahrzeug in Echtzeit zu bestimmen. In einigen Fällen wird ein Oberflächenbereich der kommenden Straße als Oberflächenbereich mit geringer Reibung eingeschätzt, z. B. aufgrund von Schnee oder Eis. In solchen Fällen ist es wünschenswert, die autonome oder teilautonome Steuerung des Fahrzeugs so zu modifizieren, dass die Bedingungen mit geringer Reibung berücksichtigt werden.
So können beispielsweise die Methoden der Steuerungs-/Fahrerschnittstelle für autonome oder halbautonome Funktionen wie Spurzentrierung, Spurwechsel, Lenkung bei drohender Kollision und Bremsen bei drohender Kollision zu einem Verlust der Spurführungsfähigkeiten führen, wenn das Fahrzeug auf eine Änderung der Oberflächenbeschaffenheit (z. B. Wechsel von hoher zu niedriger Reibung) trifft. Es ist wünschenswert, diese Methoden der Steuerung/Fahrerschnittstelle zu modifizieren, um dieser Veränderung Rechnung zu tragen. Weitere wünschenswerte Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Offenbarung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen und dem vorstehenden technischen Gebiet und Hintergrund ersichtlich.
BESCHREIBUNG
Es werden Systeme und Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeugs bereitgestellt. In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren: Empfangen eines ersten Oberflächenwerts, der mit einem ersten Straßenoberflächenbereich in einer bevorstehenden Umgebung des Fahrzeugs verbunden ist; Empfangen eines zweiten Oberflächenwerts, der mit einem zweiten Straßenoberflächenbereich in der bevorstehenden Umgebung des Fahrzeugs verbunden ist; Bestimmen einer Änderung des Oberflächenwerts auf der Grundlage des ersten Oberflächenwerts und des zweiten Oberflächenwerts; und in Reaktion darauf, dass die Änderung des Oberflächenwerts größer als ein Schwellenwert ist, Anpassen mindestens eines von Fahrzeugkollisionswarnmeldungen, Fahrzeugbremssteuerung, Fahrzeuglenksteuerung und Wegplanung auf der Grundlage des zweiten Oberflächenwerts.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Anpassen der Fahrzeugkollisionswarnmeldungen das Anpassen eines Zeitplans für die Erzeugung der Fahrzeugkollisionswarnmeldungen auf der Grundlage der Änderung des Oberflächenwerts.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die Anpassung der Fahrzeugbremssteuerung die Anpassung des Zeitpunkts der Erzeugung eines Fahrzeugbremsbefehls auf der Grundlage der Änderung des Oberflächenwerts.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Anpassen der Fahrzeuglenksteuerung das Anpassen des Zeitpunkts der Erzeugung eines Fahrzeuglenkbefehls auf der Grundlage der Änderung des Oberflächenwerts.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner das Projizieren des zweiten Oberflächenwertes auf Wegpunkte eines bevorstehenden Pfades, wobei die Anpassung auf den Wegpunkten und den projizierten Oberflächenwerten basiert.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die Anpassung der Fahrzeugbremssteuerung die Anpassung eines Fahrzeugbremsbefehls auf der Grundlage einer modellprädiktiven Steuerung, die auf den projizierten Oberflächenwerten basiert.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die Anpassung der Fahrzeuglenksteuerung die Anpassung eines Lenksteuerbefehls auf der Grundlage einer modellprädiktiven Steuerung, die auf den projizierten Oberflächenwerten basiert.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die Anpassung der Bahnplanung den Vergleich einer Bahnkrümmung mit einer maximalen Bahnkrümmung für ein Oberflächen-My.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Anpassen der Wegplanung das Ändern des Weges, um das Fahrzeug als Reaktion auf ein Ergebnis des Vergleichs in einer neuen Spur zu positionieren.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner die Berechnung eines Fehlers, und wobei die Anpassung der Pfadplanung als Reaktion auf den Fehler durchgeführt wird, der größer als ein Schwellenwert ist.
In einer anderen Ausführungsform umfasst ein System zur Steuerung eines Fahrzeugs: mindestens einen Sensor, der Straßenoberflächen in einer Umgebung des Fahrzeugs erfasst; und ein Steuermodul, das so konfiguriert ist, dass es durch einen Prozessor einen ersten Oberflächenwert empfängt, der mit einem ersten Straßenoberflächenbereich in einer bevorstehenden Umgebung des Fahrzeugs verbunden ist, einen zweiten Oberflächenwert empfängt, der mit einem zweiten Straßenoberflächenbereich in der bevorstehenden Umgebung des Fahrzeugs verbunden ist, eine Änderung des Oberflächenwerts auf der Grundlage des ersten Oberflächenwerts und des zweiten Oberflächenwerts bestimmt, und als Reaktion darauf, dass die Änderung des Oberflächenwerts größer als ein Schwellenwert ist, mindestens eine der folgenden Maßnahmen anpasst: Fahrzeugkollisionswarnmeldungen, Fahrzeugbremssteuerung, Fahrzeuglenksteuerung und Wegplanung auf der Grundlage des zweiten Oberflächenwerts.
In verschiedenen Ausführungsformen passt das Steuermodul die Fahrzeugkollisionswarnmeldungen an, indem es den Zeitpunkt der Erzeugung der Fahrzeugkollisionswarnmeldungen auf der Grundlage der Änderung des Oberflächenwertes anpasst.
In verschiedenen Ausführungsformen passt das Steuermodul die Fahrzeugbremssteuerung an, indem es den Zeitpunkt der Erzeugung eines Fahrzeugbremsbefehls auf der Grundlage der Änderung des Oberflächenwerts anpasst.
In verschiedenen Ausführungsformen passt das Steuermodul die Fahrzeuglenksteuerung an, indem es den Zeitpunkt der Erzeugung eines Fahrzeuglenkbefehls auf der Grundlage der Änderung des Oberflächenwerts anpasst.
In verschiedenen Ausführungsformen ist das Steuermodul ferner so konfiguriert, dass es den zweiten Oberflächenwert auf Wegpunkte eines bevorstehenden Weges projiziert und auf der Grundlage der Wegpunkte und der projizierten Oberflächenwerte anpasst.
In verschiedenen Ausführungsformen passt das Steuermodul die Fahrzeugbremssteuerung an, indem es einen Fahrzeugbremsbefehl auf der Grundlage einer modellprädiktiven Steuerung anpasst, die auf den projizierten Oberflächenwerten basiert.
In verschiedenen Ausführungsformen passt das Steuermodul die Fahrzeuglenkung an, indem es einen Lenksteuerbefehl auf der Grundlage einer modellprädiktiven Steuerung anpasst, die auf dem projizierten Oberflächenwert basiert.
In verschiedenen Ausführungsformen passt das Steuermodul die Bahnplanung an, indem es eine Bahnkrümmung mit einer maximalen Bahnkrümmung für ein Oberflächen-My vergleicht.
In verschiedenen Ausführungsformen passt das Steuermodul die Wegplanung an, indem es den Weg modifiziert, um das Fahrzeug als Reaktion auf ein Ergebnis des Vergleichs in einer neuen Spur zu positionieren.
In verschiedenen Ausführungsformen ist das Steuermodul ferner so konfiguriert, dass es einen Fehler berechnet und die Bahnplanung anpasst, wenn der Fehler größer als ein Schwellenwert ist.
Figurenliste
Die beispielhaften Ausführungsformen werden im Folgenden in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Ziffern gleiche Elemente bezeichnen und wobei:

1 ist ein funktionelles Blockdiagramm, das ein autonomes Fahrzeug mit einem oberflächenbasierten Steuersystem gemäß verschiedenen Ausführungsformen zeigt;
2 ist ein Datenflussdiagramm, das ein Steuermodul des oberflächenbasierten Steuersystems in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen zeigt;
3 ist ein Zeitdiagramm, das den Zeitablauf und die Steuerung des oberflächenbasierten Steuersystems in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen veranschaulicht; und
4 ist ein Flussdiagramm, das ein Steuerungsverfahren zur Steuerung des Fahrzeugs auf der Grundlage des oberflächenbasierten Steuersystems in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen veranschaulicht.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende detaillierte Beschreibung ist lediglich beispielhaft und soll die Anwendung und den Gebrauch nicht einschränken. Darüber hinaus besteht nicht die Absicht, an eine ausdrückliche oder implizite Theorie gebunden zu sein, die in dem vorangehenden technischen Gebiet, dem Hintergrund, der kurzen Zusammenfassung oder der folgenden detaillierten Beschreibung dargelegt ist. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff Modul auf jede Hardware, Software, Firmware, elektronische Steuerkomponente, Verarbeitungslogik und/oder Prozessorvorrichtung, einzeln oder in beliebiger Kombination, einschließlich, aber nicht beschränkt auf: anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam, dediziert oder als Gruppe) und einen Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme ausführt, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können hier in Form von funktionalen und/oder logischen Blockkomponenten und verschiedenen Verarbeitungsschritten beschrieben werden. Solche Blockkomponenten können durch eine beliebige Anzahl von Hardware-, Software- und/oder Firmware-Komponenten realisiert werden, die so konfiguriert sind, dass sie die angegebenen Funktionen ausführen. Beispielsweise kann eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verschiedene integrierte Schaltungskomponenten verwenden, z. B. Speicherelemente, digitale Signalverarbeitungselemente, Logikelemente, Nachschlagetabellen oder Ähnliches, die eine Vielzahl von Funktionen unter der Kontrolle eines oder mehrerer Mikroprozessoren oder anderer Steuergeräte ausführen können. Darüber hinaus wird der Fachmann erkennen, dass Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung in Verbindung mit einer beliebigen Anzahl von Systemen verwendet werden können und dass die hier beschriebenen Systeme lediglich beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind.
Der Kürze halber werden konventionelle Techniken im Zusammenhang mit Signalverarbeitung, Datenübertragung, Signalisierung, Steuerung und anderen funktionellen Aspekten der Systeme (und der einzelnen Betriebskomponenten der Systeme) hier nicht im Detail beschrieben. Darüber hinaus sollen die in den verschiedenen Abbildungen dargestellten Verbindungslinien beispielhafte funktionale Beziehungen und/oder physikalische Kopplungen zwischen den verschiedenen Elementen darstellen. Es sollte beachtet werden, dass viele alternative oder zusätzliche funktionale Beziehungen oder physikalische Verbindungen in einer Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung vorhanden sein können.
In Bezug auf 1 ist ein allgemein mit 100 bezeichnetes oberflächenbasiertes Steuersystem mit einem Fahrzeug 10 in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen verbunden. Wie im Folgenden näher erläutert wird, überwacht das oberflächenbasierte Steuersystem 100 kontinuierlich die Umgebung des Fahrzeugs 10 und bestimmt einen Oberflächenwert, der mit einer kommenden Straße verbunden ist. Das oberflächenbasierte Steuersystem 100 führt automatisierte Manöver durch oder unterstützt den Fahrer bei der Durchführung komplexer Manöver, während es Warnungen ausgibt oder das Fahrzeug auf die Übergabe der Kontrolle vorbereitet, wenn eine bestimmte bevorstehende Änderung der Straßenoberflächenbedingungen (z. B. ein bevorstehender rutschiger Straßenzustand) eintritt.
Wie in 1 dargestellt, umfasst das Fahrzeug 10 im Allgemeinen ein Fahrgestell 12, einen Aufbau 14, Vorderräder 16 und Hinterräder 18. Die Karosserie 14 ist auf dem Fahrgestell 12 angeordnet und umschließt im Wesentlichen die Komponenten des Fahrzeugs 10. Die Karosserie 14 und das Fahrgestell 12 können zusammen einen Rahmen bilden. Die Räder 16-18 sind jeweils in der Nähe einer Ecke der Karosserie 14 drehbar mit dem Fahrgestell 12 verbunden.
In verschiedenen Ausführungsformen ist das Fahrzeug 10 ein autonomes Fahrzeug, und das System 100 ist in das autonome Fahrzeug 10 (im Folgenden als das autonome Fahrzeug 10 bezeichnet) eingebaut. Das autonome Fahrzeug 10 ist zum Beispiel ein Fahrzeug, das automatisch gesteuert wird, um Fahrgäste von einem Ort zu einem anderen zu befördern. Das Fahrzeug 10 ist in der gezeigten Ausführungsform als Pkw dargestellt, aber es sollte verstanden werden, dass jedes andere Fahrzeug, einschließlich Motorräder, Lastwagen, Sport Utility Vehicles (SUVs), Freizeitfahrzeuge (RVs), Wasserfahrzeuge, Flugzeuge usw., ebenfalls verwendet werden kann. In einer beispielhaften Ausführungsform ist das autonome Fahrzeug 10 insofern autonom, als es dem Fahrer, der das Fahrzeug 10 bedient, teilweise oder vollständig automatisierte Unterstützung bietet. Der hier verwendete Begriff „Fahrer“ umfasst einen Fahrer des Fahrzeugs 10 und/oder ein autonomes Fahrsystem des Fahrzeugs 10.
Wie dargestellt, umfasst das autonome Fahrzeug 10 im Allgemeinen ein Antriebssystem 20, ein Getriebesystem 22, ein Lenksystem 24, ein Bremssystem 26, ein Sensorsystem 28, ein Aktuatorsystem 30, mindestens eine Datenspeichereinrichtung 32, mindestens ein Steuergerät 34 und ein Kommunikationssystem 36. Das Antriebssystem 20 kann in verschiedenen Ausführungsformen einen Verbrennungsmotor, eine elektrische Maschine, wie z. B. einen Fahrmotor, und/oder ein Brennstoffzellen-Antriebssystem umfassen. Das Getriebesystem 22 ist so konfiguriert, dass es die Leistung des Antriebssystems 20 entsprechend wählbarer Geschwindigkeitsverhältnisse an die Fahrzeugräder 16-18 überträgt. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Getriebesystem 22 ein stufenloses Automatikgetriebe, ein stufenloses Getriebe oder ein anderes geeignetes Getriebe umfassen. Das Bremssystem 26 ist so konfiguriert, dass es ein Bremsmoment auf die Fahrzeugräder 16-18 ausübt. Das Bremssystem 26 kann in verschiedenen Ausführungsformen Reibungsbremsen, Seilzugbremsen, ein regeneratives Bremssystem, wie z. B. eine elektrische Maschine, und/oder andere geeignete Bremssysteme umfassen. Das Lenksystem 24 beeinflusst eine Position der Fahrzeugräder 16-18. Obwohl zur Veranschaulichung ein Lenkrad dargestellt ist, kann das Lenksystem 24 in einigen Ausführungsformen, die im Rahmen der vorliegenden Offenbarung in Betracht gezogen werden, kein Lenkrad enthalten.
Das Sensorsystem 28 umfasst eine oder mehrere Erfassungsvorrichtungen 40a-40n, die beobachtbare Bedingungen der äußeren Umgebung und/oder der inneren Umgebung des autonomen Fahrzeugs 10 erfassen. Die Sensorvorrichtungen 40a-40n können Radare, Lidare, globale Positionierungssysteme, optische Kameras, Wärmekameras, Ultraschallsensoren, Trägheitsmesseinheiten und/oder andere Sensoren umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt.
Das Betätigungssystem 30 umfasst eine oder mehrere Betätigungsvorrichtungen 42a-42n, die eine oder mehrere Fahrzeugfunktionen steuern, wie z. B. das Antriebssystem 20, das Getriebesystem 22, das Lenksystem 24 und das Bremssystem 26, ohne darauf beschränkt zu sein. In verschiedenen Ausführungsformen können die Fahrzeugmerkmale außerdem Innen- und/oder Außenmerkmale des Fahrzeugs umfassen, wie z. B. Türen, einen Kofferraum und Kabinenmerkmale wie Luft, Musik, Beleuchtung usw. (nicht nummeriert).
Das Kommunikationssystem 36 ist so konfiguriert, dass es drahtlos Informationen zu und von anderen Einheiten 48, wie z. B. anderen Fahrzeugen („V2V“-Kommunikation), der Infrastruktur („V2I“-Kommunikation), entfernten Systemen und/oder persönlichen Geräten (ausführlicher in Bezug auf 2 beschrieben), übermittelt. In einer beispielhaften Ausführungsform ist das Kommunikationssystem 36 ein drahtloses Kommunikationssystem, das so konfiguriert ist, dass es über ein drahtloses lokales Netzwerk (WLAN) unter Verwendung von IEEE 802.11-Standards oder unter Verwendung zellularer Datenkommunikation kommuniziert. Zusätzliche oder alternative Kommunikationsmethoden, wie z. B. ein dedizierter Kurzstrecken-Kommunikationskanal (DSRC-Kanal), werden jedoch im Rahmen der vorliegenden Offenbarung ebenfalls berücksichtigt. DSRC-Kanäle beziehen sich auf ein- oder zweiseitige drahtlose Kommunikationskanäle mit kurzer bis mittlerer Reichweite, die speziell für den Einsatz in Kraftfahrzeugen entwickelt wurden, sowie auf eine Reihe von Protokollen und Standards.
Die Datenspeichervorrichtung 32 speichert Daten zur Verwendung bei der automatischen Steuerung des autonomen Fahrzeugs 10. In verschiedenen Ausführungsformen speichert die Datenspeichervorrichtung 32 definierte Karten der navigierbaren Umgebung. In verschiedenen Ausführungsformen können die definierten Karten durch ein entferntes System vordefiniert und von diesem bezogen werden (in Bezug auf 2 ausführlicher beschrieben). Beispielsweise können die definierten Karten von dem entfernten System zusammengestellt und an das autonome Fahrzeug 10 (drahtlos und/oder drahtgebunden) übermittelt und in der Datenspeichereinrichtung 32 gespeichert werden. Wie zu erkennen ist, kann die Datenspeichervorrichtung 32 Teil des Steuergeräts 34, getrennt vom Steuergerät 34, oder Teil des Steuergeräts 34 und Teil eines separaten Systems sein.
Das Steuergerät 34 umfasst mindestens einen Prozessor 44 und ein computerlesbares Speichergerät oder -medium 46. Der Prozessor 44 kann ein beliebiger kundenspezifischer oder handelsüblicher Prozessor sein, eine Zentraleinheit (CPU), eine Grafikverarbeitungseinheit (GPU), ein Hilfsprozessor unter mehreren Prozessoren, die mit dem Steuergerät 34 verbunden sind, ein Mikroprozessor auf Halbleiterbasis (in Form eines Mikrochips oder Chipsets), ein Mikroprozessor, eine beliebige Kombination davon oder allgemein eine beliebige Vorrichtung zur Ausführung von Befehlen. Die computerlesbaren Speichergeräte oder -medien 46 können flüchtige und nichtflüchtige Speicher umfassen, z. B. Festwertspeicher (ROM), Direktzugriffsspeicher (RAM) und Keep-Alive-Speicher (KAM). KAM ist ein dauerhafter oder nichtflüchtiger Speicher, der zur Speicherung verschiedener Betriebsvariablen verwendet werden kann, während der Prozessor 44 ausgeschaltet ist. Die computerlesbare(n) Speichervorrichtung(en) 46 kann/können unter Verwendung einer beliebigen Anzahl bekannter Speichervorrichtungen wie PROMs (programmierbarer Nur-Lese-Speicher), EPROMs (elektrisch PROM), EEPROMs (elektrisch löschbares PROM), Flash-Speicher oder anderer elektrischer, magnetischer, optischer oder kombinierter Speichervorrichtungen implementiert werden, die in der Lage sind, Daten zu speichern, von denen einige ausführbare Befehle darstellen, die von der Steuereinheit 34 bei der Steuerung des autonomen Fahrzeugs 10 verwendet werden.
Die Anweisungen können ein oder mehrere separate Programme umfassen, von denen jedes eine geordnete Auflistung von ausführbaren Anweisungen zur Implementierung logischer Funktionen enthält. Die Anweisungen, wenn sie vom Prozessor 44 ausgeführt werden, empfangen und verarbeiten Signale vom Sensorsystem 28, führen Logik, Berechnungen, Methoden und/oder Algorithmen zur automatischen Steuerung der Komponenten des autonomen Fahrzeugs 10 durch und erzeugen Steuersignale für das Aktuatorsystem 30, um die Komponenten des autonomen Fahrzeugs 10 auf der Grundlage der Logik, der Berechnungen, der Methoden und/oder der Algorithmen automatisch zu steuern. Obwohl in 1 nur ein Steuergerät 34 dargestellt ist, können Ausführungsformen des autonomen Fahrzeugs 10 eine beliebige Anzahl von Steuergeräten 34 umfassen, die durch Kommunikationsnachrichten über ein beliebiges geeignetes Kommunikationsmedium oder eine Kombination von Kommunikationsmedien kommunizieren und die zusammenarbeiten, um die Sensorsignale zu verarbeiten, Logik, Berechnungen, Methoden und/oder Algorithmen durchzuführen und Steuersignale zu erzeugen, um Merkmale des autonomen Fahrzeugs 10 automatisch zu steuern.
In verschiedenen Ausführungsformen sind eine oder mehrere Anweisungen des Steuergeräts 34 in dem System 100 enthalten. Wenn die Anweisungen vom Prozessor 44 ausgeführt werden, sagen sie die Oberflächenbedingungen einer bevorstehenden Straße voraus und steuern auf dieser Grundlage eine oder mehrere Funktionen des Fahrzeugs 10.
Wie zu erkennen ist, bietet der hier offengelegte Gegenstand bestimmte erweiterte Merkmale und Funktionen für ein autonomes oder halbautonomes Fahrzeug 10, das als Standard oder Basisfahrzeug angesehen werden kann. Zu diesem Zweck können ein autonomes Fahrzeug und ein teilautonomes Fahrzeug modifiziert, verbessert oder anderweitig ergänzt werden, um die im Folgenden näher beschriebenen zusätzlichen Funktionen bereitzustellen.
Unter Bezugnahme auf 2 und unter fortgesetzter Bezugnahme auf 1 veranschaulicht ein Datenflussdiagramm verschiedene Ausführungsformen des Steuermoduls 34 von 1. Verschiedene Ausführungsformen des Steuermoduls 34 gemäß der vorliegenden Offenbarung können eine beliebige Anzahl von Untermodulen umfassen. Wie zu erkennen ist, können die in 2 dargestellten Untermodule kombiniert und/oder weiter unterteilt werden, um in ähnlicher Weise Oberflächenbedingungen zu bestimmen und das Fahrzeug 10 auf dieser Grundlage zu steuern. Eingaben an das Steuermodul 34 können von den Sensorvorrichtungen 40a-40n oder von anderen Steuermodulen (nicht dargestellt) des Fahrzeugs 10 empfangen und/oder von anderen Untermodulen (nicht dargestellt) des Steuermoduls 34 bestimmt werden. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Steuermodul 34 ein Modul 102 zur Bestimmung von Oberflächenänderungen, ein Modul 104 zur Einstellung der Kollisionsbeurteilungslinie, ein Modul 106 zur Einstellung des Wegpunkts, ein Modul 108 zur Einstellung der Steuerung, ein Modul 110 zur Einstellung des Weges und ein Modul 112 zur Steuerung der geografischen Breite/Länge.
In verschiedenen Ausführungsformen empfängt das Modul 102 zur Bestimmung von Oberflächenänderungen als Eingabe Oberflächendaten 114, die von einer oder mehreren Erfassungsvorrichtungen 40a-40n des Fahrzeugs 10 erfasst werden. Die Oberflächendaten 114 umfassen einen ersten Oberflächenwert, der mit einer ersten Straßenoberfläche in einer kommenden Umgebung des Fahrzeugs 10 und einer zweiten Straßenoberfläche in der kommenden Umgebung des Fahrzeugs 10 verbunden ist. Das Modul 102 zur Bestimmung der Oberflächenänderung bestimmt eine Änderung der Oberflächenwerte zwischen den beiden Oberflächenbereichen in der bevorstehenden Umgebung des Fahrzeugs 10. Das Modul 102 zur Bestimmung der Oberflächenänderung erzeugt Oberflächenänderungsdaten 116, die die beiden Oberflächenwerte und ein Kennzeichen enthalten, das anzeigt, wenn die berechnete Änderung größer als ein Schwellenwert ist.
In verschiedenen Ausführungsformen empfängt das Modul 104 zur Einstellung der Kollisionsbeurteilungslinie als Eingabe die Oberflächenveränderungsdaten 116, Fahrzeugdaten 118, einschließlich Geschwindigkeit und Beschleunigung des Fahrzeugs 10, und Fahrzeugdaten 120, die einem anderen Fahrzeug zugeordnet sind, das als potenzielles Kollisionsfahrzeug identifiziert wurde. Das Modul 104 zur Anpassung der Kollisionsbeurteilungslinie passt den Zeitpunkt an, zu dem automatische Kontroll- und/oder Warnfunktionen auf der Grundlage der Oberflächenänderungsdaten 116 eingeleitet werden. Wie in 3 detaillierter dargestellt, veranschaulicht beispielsweise eine Zeitleiste 200 für die Zeit bis zur Kollision ein Timing (in Sekunden) von Warn- und/oder Kontrollaktivitäten für das Standardoberflächen-My (z.B., µ₁ = 1); und eine zweite Zeit bis zur Kollision 202 veranschaulicht ein Timing (in Sekunden) von Warn- und/oder Kontrollaktivitäten für das Oberflächen-My (z.B., µ₂ = 0,5) der zweiten Oberfläche.
In verschiedenen Ausführungsformen stellt das Modul 104 zur Einstellung der Kollisionsbeurteilungslinie, wie gezeigt, ein Timing von der Zeit 204 bis zur Zeit 206 ein, das angibt, wann Warnungen an einen Fahrer ausgelöst werden sollen. Das Modul 104 zur Einstellung der Kollisionsbeurteilungslinie erzeugt auf dieser Grundlage Zeitdaten 122 zur Verwendung durch ein Kollisionssystem.
In verschiedenen Ausführungsformen stellt das Modul 104 zur Einstellung der Kollisionsbeurteilungslinie, wie dargestellt, ein Timing von Zeit 208 bis Zeit 210 ein, das angibt, wann eine Vollbremsung erfolgen sollte. Das Modul 104 zur Einstellung der Kollisionsbeurteilungslinie erzeugt Zeitdaten 122 auf der Grundlage der folgenden Beziehung: $T T C_{f u l l b r a k i n g} = \frac{V}{2 μ_{1} a} + T_{2} (1 - \frac{μ_{2}}{μ_{1}}) .$
In verschiedenen Ausführungsformen stellt das Modul 104 zur Einstellung der Kollisionsbeurteilungslinie ein Timing von Zeitpunkt 212 bis Zeitpunkt 214 ein, das angibt, wann die volle Lenkung erfolgen sollte. Das Modul 104 zur Einstellung der Kollisionsbeurteilungslinie erzeugt Zeitdaten 122 auf der Grundlage der folgenden Beziehung: $T T C_{f u l l s t e e r} = T_{2} \sqrt{1 - \frac{μ_{2}}{μ_{1}} + \frac{2 w}{μ_{1} a T_{2}^{2}}}, = T_{2} = \frac{s_{2}}{V} .$
In verschiedenen Ausführungsformen passt das Modul 104 zur Einstellung der Kollisionsbeurteilungslinie ein Timing von Zeit 216 bis Zeit 218 an, das angibt, wann eine optimale Kombination aus Bremsen und Lenken erfolgen sollte, z. B. bei einem Fahrbahnwechsel. Das Modul 104 zur Einstellung der Kollisionsbeurteilungslinie erzeugt Zeitdaten 122 auf der Grundlage des Standardwerts und der Einstellung der Zeitsteuerung.
Wie man sich vorstellen kann, können in verschiedenen Ausführungsformen auch andere Zeitpunkte eingestellt werden, da die Offenbarung nicht auf die vorliegenden Beispiele beschränkt ist.
Zurück zu 2: Das Modul 106 für die Wegpunktanpassung empfängt als Eingabe die Oberflächenänderungsdaten 116 und Wegpunktdaten 124, die Punkte des bevorstehenden Pfades definieren. Das Wegpunktanpassungsmodul 106 formuliert die Wegpunkte des Pfades neu, um zukünftige Oberflächenwerte einzubeziehen. Zum Beispiel wird das aktuelle Oberflächen-My zum Zeitpunkt t bestimmt als µ(t); und der aktuelle Krümmungswert zum Zeitpunkt t ist definiert als h(t). Das Wegpunktanpassungsmodul 106 projiziert zukünftige Reibungswerte: µ(t+nτ). Das Wegpunkt-Einstellmodul 106 ordnet dann die zukünftigen Reibungswerte den Krümmungswerten der Wegpunkte zum Zeitpunkt zu. Das Wegpunktanpassungsmodul 106 liefert umformulierte Wegpunktdaten 126 mit Wegpunkten, die durch die Krümmung und den Oberflächenwert definiert sind.
In verschiedenen Ausführungsformen erhält das Steuereinstellmodul 108 als Eingabe die neu formulierten Wegpunktdaten 126, Bremsbefehlsdaten 128 und/oder Lenkbefehlsdaten 130. Wenn die Querführung im Fahrzeug 10 aktiv ist, passt das Steuereinstellmodul 108 den Lenkbefehl und/oder den Bremsbefehl auf der Grundlage der neu formulierten Wegpunktdaten 126 an. Beispielsweise verwendet das Steuereinstellmodul 108 eine modellprädiktive Steuerung, um den Lenkbefehl und/oder den Bremsbefehl einzustellen. In einem Beispiel kann ein nichtlineares Fahrradmodell modifiziert werden, um die Oberflächenwerte zu berücksichtigen: $\begin{array}{l} M {\dot{V}}_{y} = - M r V_{x} + F_{y ƒ} (α_{ƒ}, μ (t)) cos (δ) + F_{y r} (a_{r}, μ (t)) - M g cos (θ) sin (φ) \\ I_{z} \dot{r} = a F_{y ƒ} (a_{ƒ}, μ) - b F_{y r} (a_{r}, μ (t)) \end{array}$
$\dot{d} = V_{y} + (V_{x} + d r) tan Δ ψ$
Das Steuermodul 108 berechnet dann die Fehlerverfolgungsdaten 134. Beispielsweise können ein seitlicher Kurs- und Versatzfehler auf der Grundlage von berechnet werden: $Δ \dot{ψ} = r - X \frac{V_{x} + d r}{cos Δ ψ} .$
In verschiedenen Ausführungsformen erhält das Pfadanpassungsmodul 110 als Eingabe die neu formulierten Wegpunktdaten 126 und die Fehlerverfolgungsdaten 134. Das Pfadanpassungsmodul 110 passt den bevorstehenden Pfad an, indem es die Pfadkrümmung umverteilt, um die Reibungsbeschränkungen zu erfüllen. Beispielsweise wird die Bahnkrümmung (x) zwischen den einzelnen Wegpunkten auf einen Wert eingestellt, der kleiner ist als die maximal zulässige Bahnkrümmung für das Oberflächen-My bei x. Das Bahneinstellmodul 110 erzeugt auf der Grundlage der eingestellten Werte eingestellte Bahndaten 136.
Das Quer- und Längssteuerungsmodul 112 empfängt als Eingabe die angepassten Befehlsdaten 132 und die angepassten Wegdaten 136. Das Quer- und Längssteuermodul 112 erzeugt Steuersignale 138 für die Aktuatoren des Fahrzeugs 10, um die Lenkung und/oder das Bremsen des Fahrzeugs 10 so zu steuern, dass das Fahrzeug dem durch die empfangenen Daten angezeigten Radwinkel, dem Bremsen und/oder dem eingestellten Weg folgt.
Unter Bezugnahme auf 4 und unter fortgesetzter Bezugnahme auf 1-3 veranschaulichen Flussdiagramme die Steuerungsverfahren 400, die vom System 100 der 1-3 gemäß der vorliegenden Offenbarung ausgeführt werden können. Wie im Lichte der Offenbarung zu erkennen ist, ist die Reihenfolge der Verfahren nicht auf die in 4 dargestellte sequentielle Ausführung beschränkt, sondern kann in einer oder mehreren variierenden Reihenfolge(n) ausgeführt werden, je nach Anwendbarkeit und in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren 400 so geplant werden, dass es auf der Grundlage eines oder mehrerer vorbestimmter Ereignisse ausgeführt wird, und/oder es kann während des Betriebs des autonomen Fahrzeugs 10 kontinuierlich ausgeführt werden.
In einem Beispiel kann das Verfahren 400 bei 405 beginnen. Der aktuelle Straßenradwinkel, der Fahrzeugzustand und der gewünschte Weg (zu verfolgende Wegpunkte) werden bei 410 empfangen. Danach werden bei 420 Oberflächenwertdaten empfangen und bei 430 bestimmt, ob auf dem bevorstehenden Weg ein Wechsel zu geringer Reibung zu erwarten ist. Wenn auf dem bevorstehenden Weg bei 430 keine geringe Reibung erwartet wird, fährt das Verfahren 400 mit dem Empfang der Steuerdaten bei 410 fort. Wenn für den bevorstehenden Weg bei 430 eine geringe Reibung erwartet wird, wird bei 440 bestimmt, ob die automatische Seitensteuerung aktiv ist. Wenn die automatische Querführung bei 440 nicht aktiv ist, fährt das Verfahren 400 bei 450 mit der Erzeugung einer Warnmeldung an den Fahrer fort, die anzeigt, dass ein Bereich mit geringer Reibung vor ihm liegt. Danach kann das Verfahren bei 460 beendet werden.
Wenn die automatische Querführung bei 440 aktiviert ist, werden die Reibungswerte auf jeden vorausliegenden Wegpunkt bei 470 projiziert, wie oben beschrieben. Die modellprädiktive Steuerung wird zur Bestimmung des optimalen Radwinkels und des Bremsbefehls verwendet, z. B. bei 480, wie oben beschrieben.
Danach wird bei 490 ein vorhergesagter Spurfehler berechnet und bei 500 mit einem Schwellenwert verglichen. Wenn der vorhergesagte Spurfehler nicht größer ist als ein Schwellenwert bei 500, übermittelt die Quer- und Längsbewegungssteuerung Steuereingabebefehle an das Stellantriebssystem des Fahrzeugs, um das Fahrzeug auf der Grundlage der aktualisierten Wegpunkte bei 510 zu steuern. Danach kann das Verfahren bei 460 enden.
Wenn der vorhergesagte Tracking-Fehler größer ist als ein Schwellenwert bei 500, verteilt der Bahnplaner die Bahnkrümmung neu, um die Reibungsbegrenzung bei 520 zu erfüllen, und übermittelt die neue Bahn an die Quer- und Längsbewegungssteuerung bei 530. Danach übermittelt die Quer- und Längsbewegungssteuerung Steuereingabebefehle an das Aktuatorsystem des Fahrzeugs, um das Fahrzeug basierend auf den aktualisierten Wegpunkten bei 510 zu steuern. Danach kann das Verfahren bei 460 enden.
Obwohl in der vorangegangenen detaillierten Beschreibung mindestens eine beispielhafte Ausführungsform vorgestellt wurde, sollte man sich darüber im Klaren sein, dass es eine Vielzahl von Varianten gibt. Es sollte auch gewürdigt werden, dass die beispielhafte Ausführungsform oder die beispielhaften Ausführungsformen nur Beispiele sind und nicht dazu gedacht sind, den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der Offenbarung in irgendeiner Weise zu begrenzen. Vielmehr soll die vorstehende detaillierte Beschreibung dem Fachmann einen praktischen Leitfaden für die Umsetzung der beispielhaften Ausführungsform oder der beispielhaften Ausführungsformen an die Hand geben. Es versteht sich, dass verschiedene Änderungen in der Funktion und der Anordnung der Elemente vorgenommen werden können, ohne dass der Umfang der Offenbarung, wie er in den beigefügten Ansprüchen und deren gesetzlichen Äquivalenten dargelegt ist, verlassen wird.

Claims

Ein Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeugs, aufweisend: Empfangen eines ersten Oberflächenwerts, der mit einem ersten Straßenoberflächenbereich in einer kommenden Umgebung des Fahrzeugs verbunden ist; Empfangen eines zweiten Oberflächenwerts, der mit einem zweiten Straßenoberflächenbereich in der kommenden Umgebung des Fahrzeugs verbunden ist; Bestimmen einer Änderung des Oberflächenwertes auf der Grundlage des ersten Oberflächenwertes und des zweiten Oberflächenwertes; und als Reaktion darauf, dass die Änderung des Oberflächenwerts größer als ein Schwellenwert ist, Anpassen mindestens eines von Fahrzeugkollisionswarnmeldungen, Fahrzeugbremssteuerung, Fahrzeuglenksteuerung und Wegplanung auf der Grundlage des zweiten Oberflächen-My-Werts.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Anpassen der Fahrzeugkollisionswarnmeldungen das Anpassen des Zeitpunkts der Erzeugung der Fahrzeugkollisionswarnmeldungen auf der Grundlage der Änderung des Oberflächenwerts umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Anpassen der Fahrzeugbremssteuerung das Anpassen des Zeitpunkts der Erzeugung eines Fahrzeugbremsbefehls auf der Grundlage der Änderung des Oberflächenwerts umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Anpassen der Fahrzeuglenksteuerung das Anpassen des Zeitpunkts der Erzeugung eines Fahrzeuglenkbefehls auf der Grundlage der Änderung des Oberflächenwerts umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner aufweisend Projizieren des zweiten Oberflächenwertes auf Wegpunkte eines bevorstehenden Pfades, wobei die Anpassung auf den Wegpunkten und den projizierten Oberflächenwerten basiert.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Anpassen der Fahrzeugbremssteuerung das Anpassen eines Fahrzeugbremsbefehls auf der Grundlage einer modellprädiktiven Steuerung umfasst, die auf den projizierten Oberflächenwerten basiert.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Anpassen der Fahrzeuglenksteuerung das Anpassen eines Lenksteuerbefehls auf der Grundlage einer modellprädiktiven Steuerung umfasst, die auf den projizierten Oberflächenwerten basiert.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Anpassen der Wegplanung das Vergleichen einer Bahnkrümmung mit einer maximalen Bahnkrümmung für ein Oberflächen-My umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Anpassen der Wegplanung das Ändern des Weges umfasst, um das Fahrzeug als Reaktion auf ein Ergebnis des Vergleichs in einer neuen Spur zu positionieren.
Ein System zur Steuerung eines Fahrzeugs, aufweisend: mindestens einen Sensor, der die Straßenoberfläche in der Umgebung des Fahrzeugs erfasst; und ein Steuermodul, das so konfiguriert ist, dass es durch einen Prozessor einen ersten Oberflächenwert empfängt, der mit einem ersten Straßenoberflächenbereich in einer kommenden Umgebung des Fahrzeugs assoziiert ist, einen zweiten Oberflächenwert empfängt, der mit einem zweiten Straßenoberflächenbereich in der kommenden Umgebung des Fahrzeugs assoziiert ist, eine Änderung des Oberflächenwerts auf der Grundlage des ersten Oberflächenwerts und des zweiten Oberflächenwerts bestimmt, und als Reaktion darauf, dass die Änderung des Oberflächenwerts größer als ein Schwellenwert ist, mindestens eine der folgenden Funktionen anpasst: Fahrzeugkollisionswarnmeldungen, Fahrzeugbremssteuerung, Fahrzeuglenksteuerung und Wegplanung auf der Grundlage des zweiten Oberflächenwerts.