DE102022131626A1

DE102022131626A1 - Bidirektionale wegoptimierung in einem gitter

Info

Publication number: DE102022131626A1
Application number: DE102022131626.2A
Authority: DE
Inventors: Boaz Cornelis Floor; Marc Dominik Heim
Original assignee: Motional AD LLC
Current assignee: Motional AD LLC
Priority date: 2022-04-20
Filing date: 2022-11-29
Publication date: 2023-10-26
Also published as: GB2617885A; KR20230149709A; US20230339505A1; GB202218163D0

Abstract

Vorliegend werden Verfahren, Systeme und Computerprogrammprodukte für bidirektionale Wegoptimierung in einem Gitter bereitgestellt. Ein Beispielverfahren kann Folgendes beinhalten: Empfangen von Fahrzeugumgebungsdaten, die mit einer Umgebung eines Fahrzeugs assoziiert sind; Bestimmen einer Belegungskarte der Umgebung unter Verwendung der Fahrzeugumgebungsdaten, wobei die Belegungskarte mindestens ein Hindernis in der Umgebung identifiziert; Erzeugen eines Referenzwegs zu einem Zielstandort für das Fahrzeug; Bestimmen eines Fahrwegs zu einem Zwischenstandort in der Belegungskarte zumindest teilweise auf Grundlage des Referenzwegs und einer Längsrichtungsvariablen, wobei der Zwischenstandort in der Nähe eines Punkts auf dem Referenzweg liegt; und Erzeugen von Betätigungsbefehlen für das Fahrzeug zumindest teilweise auf Grundlage des Fahrwegs.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG(EN)
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der US-Provisional-Patentanmeldung Nr. 63/332,976 , eingereicht am 20. April 2022, mit dem Titel „BIDIRECTIONAL PATH OPTIMIZATION IN A GRID“, deren Inhalt durch Bezugnahme vollumfänglich hierin aufgenommen wird.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN

1 ist eine beispielhafte Umgebung, in der ein Fahrzeug, das eine oder mehrere Komponenten eines autonomen Systems beinhaltet, implementiert werden kann;
2 ist ein Diagramm eines oder mehrerer Systeme eines Fahrzeugs, das ein autonomes System beinhaltet;
3 ist ein Diagramm von Komponenten einer oder mehrerer Vorrichtungen und/oder eines oder mehrerer Systeme der 1 und 2;
4 ist ein Diagramm bestimmter Komponenten eines autonomen Systems;
5A ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für ein modellprädiktives Steuersystem veranschaulicht.
5B und 5C veranschaulichen Beispiele für Umgebungen, die ein modellprädiktives Steuersystem vorfinden kann.
6A ist eine Darstellung von Beispielen für Koordinatenrahmentransformationen, die von einem modellprädiktiven Steuersystem verwendet werden.
6B ist eine Darstellung eines zweidimensionalen Gitters, das mit Basisfunktionen ausgewertet wird, um kontinuierlich differenzierbare Gitterauswertungen zu liefern, die von einem modellprädiktiven Steuersystem verwendet werden.
6C ist eine Darstellung einer beispielhaften Belegungskarte, die von einem modellprädiktiven Steuersystem verwendet wird.
7A bis 7C veranschaulichen Beispiele für zusätzliche Einschränkungen und Kosten, die von einem modellprädiktiven Steuersystem verwendet werden.
8 veranschaulicht ein Beispiel für einen Fahrweg, der von einem modellprädiktiven Steuersystem bestimmt wurde.
9 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für eine Routine veranschaulicht, die von einem oder mehreren Prozessoren implementiert wird, um einen Fahrweg unter Verwendung eines modellprädiktiven Steuersystems zu bestimmen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche spezifische Einzelheiten dargelegt, um ein umfassendes Verständnis der vorliegenden Offenbarung für Erläuterungszwecke bereitzustellen. Es versteht sich jedoch, dass die durch die vorliegende Offenbarung beschriebenen Ausführungsformen ohne diese spezifischen Einzelheiten umgesetzt werden können. In einigen Fällen sind wohlbekannte Strukturen und Vorrichtungen in Blockdiagrammform veranschaulicht, um zu verhindern, die Aspekte der vorliegenden Offenbarung unnötig unklar zu machen.
Konkrete Anordnungen oder Ordnungen schematischer Elemente, wie z.B. solche, die Systeme, Vorrichtungen, Module, Befehlsblöcke, Datenelemente und/oder dergleichen darstellen, sind zur leichteren Beschreibung in den Zeichnungen veranschaulicht. Ein Fachmann versteht jedoch, 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, sofern dies nicht ausdrücklich beschrieben 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, sofern dies nicht ausdrücklich beschrieben ist.
Ferner soll in den Zeichnungen, in denen Verbindungselemente wie etwa durchgezogene oder gestrichelte Linien oder Pfeile verwendet werden, um eine Verbindung, Beziehung oder Zuordnung zwischen oder unter zwei oder mehr anderen schematischen Elementen zu veranschaulichen, das Nichtvorhandensein jeglicher solcher Verbindungselemente nicht andeuten, dass keine Verbindung, Beziehung oder Zuordnung bestehen kann. Mit anderen Worten sind einige Verbindungen, Beziehungen oder Zuordnungen zwischen Elementen in den Zeichnungen nicht veranschaulicht, um die Offenbarung nicht unklar zu machen. Zusätzlich kann zur Vereinfachung der Veranschaulichung ein einzelnes Verbindungselement verwendet werden, um mehrere Verbindungen, Beziehungen oder Zuordnungen zwischen Elementen zu repräsentieren. Wenn ein Verbindungselement eine Kommunikation von Signalen, Daten oder Anweisungen (z. B. „Softwareanweisungen“) repräsentiert, sollten Fachleute auf dem Gebiet beispielsweise verstehen, dass ein solches Element einen oder mehrere Signalpfade (z. B. einen Bus) repräsentieren kann, wie erforderlich, um die Kommunikation zu bewirken.
Auch wenn die Bezeichnungen „erste/r/s“, „zweite/r/s“, „dritte/r/s“ und/oder dergleichen verwendet werden, um verschiedene Elemente zu beschreiben, sollten diese Elemente nicht durch diese Begriffe eingeschränkt werden. Die Bezeichnungen „erste/r/s“, „zweite/r/s“, „dritte/r/s“ und/oder dergleichen werden nur 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 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. Wie in der Beschreibung der verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen und in den angehängten Ansprüchen verwendet, sollen die Singularformen „ein“, „eine“ und „der/die/das“ auch die Pluralformen einschließen und können austauschbar mit „ein/e oder mehrere“ oder „mindestens ein/e“ verwendet werden, insofern der Zusammenhang deutlich nicht etwas anderes angibt. Es versteht sich zudem, dass sich die Bezeichnung „und/oder“, wie hierin verwendet, auf jegliche und alle möglichen Kombinationen eines oder mehrerer der assoziierten aufgelisteten Punkte bezieht und einschließt. Es versteht sich ferner, dass die Begriffe „beinhaltet“, „einschließlich“, „umfasst“ und/oder „umfassend“, soweit in dieser Beschreibung verwendet, das Vorhandensein genannter Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten spezifiziert, aber nicht das Vorhandensein oder den Zusatz eines/einer oder mehrerer anderer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließt.
Vorliegend beziehen sich die Bezeichnungen „Kommunikation“ und „kommunizieren“ auf den Empfang und/oder den Erhalt und/oder die Übertragung und/oder den Transfer und/oder die Bereitstellung und/oder dergleichen von Informationen (oder Informationen, die beispielsweise durch Daten, Signale, Nachrichten, Anweisungen, Befehle und/oder dergleichen repräsentiert werden). Dass eine Einheit (z. B. eine Vorrichtung, ein System, eine Komponente einer Vorrichtung oder eines Systems, Kombinationen davon und/oder dergleichen) in Kommunikation mit einer anderen Einheit steht, bedeutet, dass die eine Einheit in der Lage ist, direkt oder indirekt Informationen von der anderen Einheit zu empfangen und/oder zu dieser zu senden (z. B. zu übertragen). Dies kann sich auf eine direkte oder indirekte Verbindung beziehen, die drahtgebunden und/oder drahtlos ist. Zusätzlich können zwei Einheiten in Kommunikation miteinander stehen, selbst wenn die übertragenen Informationen zwischen der ersten und zweiten Einheit modifiziert, verarbeitet, weitergeleitet und/oder geroutet werden. Beispielsweise kann eine erste Einheit in Kommunikation mit einer zweiten Einheit stehen, selbst wenn die erste Einheit Informationen passiv empfängt und nicht aktiv Informationen zu der zweiten Einheit überträgt. Als ein anderes Beispiel kann eine erste Einheit in Kommunikation mit einer zweiten Einheit stehen, falls mindestens eine Zwischeneinheit (z. B. eine dritte Einheit, die sich zwischen der ersten Einheit und der zweiten Einheit befindet) von der ersten Einheit empfangene Informationen verarbeitet und die verarbeiteten Informationen zu der zweiten Einheit überträgt. In einigen Ausführungsformen kann sich eine Nachricht auf ein Netzwerkpaket (z.B. ein Datenpaket und/oder dergleichen) beziehen, das Daten beinhaltet.
Vorliegend soll die Bezeichnung „falls“ optional so ausgelegt werden, dass sie in oder Abhängigkeit vom Zusammenhang „wenn“ „bei“, „in Reaktion auf Bestimmen“, „in Reaktion auf Detektieren“ und/oder dergleichen bedeutet. Gleichermaßen wird der Ausdruck „falls bestimmt wird“ oder „falls [eine angegebene Bedingung oder ein angegebenes Ereignis] detektiert wird“ optional als „beim Bestimmen“, „in Reaktion auf Bestimmen“, „beim Detektieren [der angegebenen Bedingung oder des angegebenen Ereignisses]“, „in Reaktion auf Detektieren [der angegebenen Bedingung oder des angegebenen Ereignisses]“ und/oder dergleichen bedeutend, in Abhängigkeit vom Kontext, ausgelegt. Wie hierin verwendet sollen außerdem die Bezeichnungen „hat“, „haben“, „aufweisend“ oder dergleichen offene Bezeichnungen sein. Ferner soll der Ausdruck „basierend auf“ „zumindest teilweise basierend auf“ bedeuten, insofern nichts anderes ausdrücklich angegeben ist.
Nun wird ausführlicher Bezug auf Ausführungsformen genommen, von denen Beispiele in den begleitenden Zeichnungen veranschaulicht sind. In der folgenden ausführlichen Beschreibung werden zahlreiche spezifische Einzelheiten dargelegt, um ein umfassendes Verständnis der verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen bereitzustellen. Ein Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet wird jedoch verstehen, das die verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen ohne diese spezifischen Einzelheiten umgesetzt werden können. In anderen Fällen sind wohlbekannte Verfahren, Prozeduren, Komponenten, Schaltungen und Netzwerke nicht ausführlich beschrieben, damit Aspekte der Ausführungsformen nicht unnötig unklar gemacht werden.
Allgemeiner Überblick
In einigen Aspekten und/oder Ausführungsformen beinhalten und/oder implementieren vorliegend beschriebene Systeme, Verfahren und Computerprogrammprodukte ein modellprädiktives Steuersystem (vorliegend als „MPC- (model predictive control) System“ bezeichnet). Als nicht einschränkendes Beispiel kann das MPC-System einen Fahrweg unter Verwendung einer Belegungskarte (z.B. mit Belegungsgitterdarstellungen von Objekten) bestimmen.
Belegungsgitterdarstellungen können für Bewegungsplanungsprozesse von MPC-Systemen verwendet werden. Belegungsgitterdarstellungen können Flexibilität bei der Darstellung von räumlichen Beschränkungen in der Umgebung und die Möglichkeit bieten, bewegliche Objekte und/oder probabilistische Messungen einzubeziehen. Die Ergebnisse (z.B. Fahrwege) eines Bewegungsplanungsprozesses können jedoch einen Glättungsprozess (z.B. eine kontinuierliche Optimierung) erfordern, um eine genauere Fahrzeugdynamik und den Komfort des geplanten Fahrwegs zu berücksichtigen. Darüber hinaus kann es eine Diskrepanz zwischen der Umgebungsdarstellung für den Glättungsprozess und dem Bewegungsplanungsprozess geben, da Belegungsgitterdarstellungen aufgrund der diskreten Natur von Belegungsgitterdarstellungen unter Umständen nicht für die Optimierung im Glättungsprozess verwendet werden können. Somit kann das MPC-System in einigen Fällen einen Fahrweg in einer Belegungskarte auf Grundlage eines Referenzweges bestimmen. Das MPC-System kann den Referenzweg z.B. durch einen auf Stichproben basierenden Bewegungsplanungsprozess bestimmen und den Referenzweg in die Belegungskarte transformieren. Das MPC-System kann mögliche Wege in der Belegungskarte bestimmen, mit den möglichen Wegen assoziierte Kosten bestimmen und auf Grundlage der bestimmten Kosten einen möglichen Weg auswählen (z.B. einen Weg mit den niedrigsten Kosten auswählen). Auf diese Weise kann die Sicherheit erhöht und Rechenaufwand eingespart werden, indem der Fahrweg in der gleichen Umgebungsdarstellung (z.B. der Belegungskarte) wie der Wegplanungsprozess bestimmt wird.
Bei autonomen Fahrzeugen kann die Navigation des autonomen Fahrzeugs auf engem Raum eine komplexe Aufgabe sein. Eine Schwierigkeit kann zum Beispiel darin bestehen, dass autonome Fahrzeuge nicht-holonomen Fahrzeugbewegungseinschränkungen unterliegen. So kann beispielsweise die Vorderradlenkung autonomer Fahrzeuge dazu führen, dass bei Vorwärtsbewegung nicht alle Zielpositionen ohne Kollision erreicht werden können. Somit kann das MPC-System in einigen Fällen den Fahrweg in der Belegungskarte auf Grundlage des Referenzwegs und einer Längsrichtungsvariablen bestimmen. Bei der Längsrichtungsvariablen kann es sich um eine Variable handeln, die angepasst wird, um zwischen Vorwärts- und Rückwärtsfahrt zu wechseln. Das MPC-System kann die möglichen Wege bestimmen, indem es die Längsrichtungsvariable anpasst und so eine Wegoptimierung bei Vorwärts- und Rückwärtsfahrt ermöglicht, um volle Manövrierfähigkeit zu erreichen.
Darüber hinaus kann sich der Referenzweg von einem aktuellen Standort des autonomen Fahrzeugs bis zu einem Zielort erstrecken. Um die Berechnungszeit zu verkürzen (oder Rechenressourcen zu sparen), kann das MPC-System den Fahrweg mit einer festgelegten Anzahl von Vorhersageschritten zu einem MPC-Horizont bestimmen. Der MPC-Horizont kann ein Zwischenstandort in der Belegungskarte sein, der sich nahe (z.B. in der Nähe oder auf) des Referenzwegs befindet. Bei jeder Iteration eines Lösungszyklus kann der MPC-Horizont so aktualisiert werden, dass er einer erwarteten Fahrstrecke für die festgelegte Anzahl von Vorhersageschritten von einem aktuellen Standort aus entspricht (wobei Änderungen des aktuellen Standorts des autonomen Fahrzeugs berücksichtigt werden). Der MPC-Horizont kann als zurückweichender Horizont betrachtet werden. Darüber hinaus kann bei jeder Iteration des Lösungszyklus zudem die Belegungskarte aktualisiert werden, um Änderungen in einer Umgebung zu entsprechen (z.B. sich bewegende Objekte, ein statisches Objekt bewegt sich nun usw.). Somit kann das MPC-System in einigen Fällen den Fahrweg bis zum MPC-Horizont (oder Zwischenpunkt) in der Belegungskarte auf Grundlage des Referenzwegs und der Längsrichtungsvariablen bestimmen.
Durch die Implementierung vorliegend beschriebener Systeme, Verfahren und Computerprogrammprodukte kann ein autonomes Fahrzeug oder AV-System einen Fahrweg in einer Belegungskarte bestimmen. Daher können Systeme der vorliegenden Offenbarung eine Verbesserung der Wegoptimierung für autonome Fahrzeuge und MPC-Systeme im Allgemeinen darstellen.
In 1 ist eine beispielhafte Umgebung 100 dargestellt, in der sowohl Fahrzeuge mit autonomen Systemen als auch Fahrzeuge ohne solche Systeme betrieben werden. Wie veranschaulicht wird, beinhaltet die Umgebung 100 Fahrzeuge 102a-102n, Objekte 104a-104n, Routen 106a-106n, einen Bereich 108, eine Fahrzeug-zu-Infrastruktur- (V2I-) Vorrichtung 110, ein Netzwerk 112, ein entfernt angeordnetes AV- (autonomes Fahrzeug) System 114, ein Fuhrparkverwaltungssystem 116 und ein V21-System 118. Die Fahrzeuge 102a-102n, die Fahrzeug-zu-Infrastruktur- (V2I-) Vorrichtung 110, das Netzwerk 112, das AV-System 114, das Fuhrparkverwaltungssystem 116 und das V21-System 118 sind über drahtgebundene Verbindungen, drahtlose Verbindungen oder eine Kombination von drahtgebundenen oder drahtlosen Verbindungen miteinander verbunden (z.B. stellen diese eine Verbindung zur Kommunikation her und/oder dergleichen). In einigen Ausführungsformen sind die Objekte 104a-104n über drahtgebundene Verbindungen, drahtlose Verbindungen oder eine Kombination von drahtgebundenen oder drahtlosen Verbindungen mit den Fahrzeugen 102a-102n und/oder der Fahrzeug-zu-Infrastruktur- (V2I-) Vorrichtung 110 und/oder dem Netzwerk 112 und/oder dem AV-System 114 und/oder dem Fuhrparkverwaltungssystem 116 und/oder dem V21-System 118 verbunden.
Die Fahrzeuge 102a-102n (einzeln als Fahrzeug 102 und kollektiv als Fahrzeuge 102 bezeichnet) beinhalten mindestens eine Vorrichtung, die zum Transportieren von Gütern und/oder Menschen ausgelegt ist. In einigen Ausführungsformen sind die Fahrzeuge 102 so ausgelegt, dass sie über das Netzwerk 112 mit der V21-Vorrichtung 110, dem entfernt angeordneten AV-System 114, dem Fuhrparkverwaltungssystem 116 und/oder dem V21-System 118 kommunizieren können. In einigen Ausführungsformen umfassen die Fahrzeuge 102 Autos, Busse, Lastwagen, Züge und/oder dergleichen. In einigen Ausführungsformen sind die Fahrzeuge 102 gleich oder ähnlich wie die vorliegend beschriebenen Fahrzeuge 200 (siehe 2). In einigen Ausführungsformen ist ein Fahrzeug 200 eines Satzes von Fahrzeugen 200 einem autonomen Fuhrparkverwalter zugeordnet. In einigen Ausführungsformen fahren die Fahrzeuge 102 entlang jeweiliger Routen 106a-106n (einzeln als Route 106 und gemeinsam als Routen 106 bezeichnet), wie vorliegend beschrieben. In einigen Ausführungsformen umfassen ein oder mehrere Fahrzeuge 102 ein autonomes System (z.B. ein autonomes System, das mit dem autonomen System 202 identisch oder diesem ähnlich ist).
Die Objekte 104a-104n (einzeln als Objekt 104 und kollektiv als Objekte 104 bezeichnet) beinhalten beispielsweise mindestens ein Fahrzeug, mindestens einen Fußgänger, mindestens einen Fahrradfahrer, mindestens eine Struktur (z.B. ein Gebäude, ein Schild, einen Hydranten usw.) und/oder dergleichen. Jedes Objekt 104 ist stationär (z.B. befindet sich für einen Zeitraum an einem festen Ort) oder mobil (z.B. mit einer Geschwindigkeit und mit mindestens einer Trajektorie assoziiert). In einigen Ausführungsformen sind die Objekte 104 entsprechenden Standorten im Gebiet 108 zugeordnet.
Die Routen 106a-106n (einzeln als Route 106 und kollektiv als Routen 106 bezeichnet) sind jeweils mit einer Sequenz von Handlungen (auch als eine Trajektorie bekannt) assoziiert (z.B. festgelegt), die Zustände verbinden, entlang denen ein AV navigieren kann. Jede Route 106 startet bei einem Anfangszustand (z.B. einem Zustand, der einem ersten raumzeitlichen Standort, einem ersten Geschwindigkeitsvektor und/oder dergleichen entspricht) und weist einen Endzielzustand (z.B. einem Zustand, der einem zweiten raumzeitlichen Standort entspricht, der sich vom ersten raumzeitlichen Standort unterscheidet) oder ein Zielgebiet (z.B. einen Teilraum akzeptabler Zustände (z.B. Endzustände)) auf. In einigen Ausführungsformen beinhaltet der erste Zustand einen Standort, an dem ein Individuum oder Individuen durch das AV abzuholen ist/sind, und der zweite Zustand oder das Gebiet beinhaltet einen Standort oder Standorte, an dem/denen das Individuum oder die Individuen, das/die durch das AV abgeholt wurde/n, abzusetzen ist/sind. In einigen Ausführungsformen beinhalten die Routen 106 eine Vielzahl von akzeptablen Zustandsabfolgen (z.B. eine Vielzahl von raumzeitlichen Standortabfolgen), wobei die Vielzahl von Zustandsabfolgen einer Vielzahl von Trajektorien zugeordnet ist (z.B. diese definiert). In einem Beispiel beinhalten die Routen 106 nur Handlungen hoher Ebene oder Standorte mit ungenauem Zustand, wie etwa eine Reihe von verbundenen Straßen, die Abbiegerichtungen an Straßenkreuzungen vorschreiben. Zusätzlich oder alternativ können die Routen 106 genauere Handlungen oder Zustände beinhalten, wie etwa zum Beispiel spezifische Zielspuren oder genaue Standorte innerhalb der Spurbereiche und eine Zielgeschwindigkeit an diesen Positionen. In einem Beispiel beinhalten die Routen 106 eine Vielzahl präziser Zustandsabfolgen entlang der mindestens einen Abfolge übergeordneter Aktionen mit einem begrenzten Vorausschauhorizont, um Zwischenziele zu erreichen, wobei die Kombination aufeinanderfolgender Iterationen von Zustandsabfolgen mit begrenztem Horizont kumulativ einer Vielzahl von Trajektorien entspricht, die zusammen die übergeordnete Route bilden, um im endgültigen Zielzustand oder -gebiet anzukommen.
Der Bereich 108 beinhaltet einen physischen Bereich (z.B. ein geografisches Gebiet), in dem die Fahrzeuge 102 navigieren können. In einem Beispiel umfasst der Bereich 108 mindestens einen Staat (z.B. ein Land, eine Provinz, einen einzelnen Staat einer Vielzahl von Staaten, die zu einem Land gehören, usw.), mindestens einen Teil eines Staates, mindestens eine Stadt, mindestens einen Teil einer Stadt usw. In einigen Ausführungsformen umfasst der Bereich 108 mindestens eine benannte Durchgangsstraße (im Folgenden als „Straße“ bezeichnet), wie z.B. eine Autobahn, eine Fernstraße, eine Parkstraße, eine Stadtstraße usw. Zusätzlich oder alternativ umfasst der Bereich 108 in einigen Beispielen mindestens einen unbenannten Verkehrsweg wie eine Einfahrt, einen Abschnitt eines Parkplatzes, einen Abschnitt eines freien und/oder unbebauten Grundstücks, einen Feldweg usw. In einigen Ausführungsformen umfasst eine Straße mindestens eine Fahrspur (z.B. einen Teil der Straße, der durch Fahrzeuge 102 befahren werden kann). In einem Beispiel beinhaltet eine Straße mindestens eine Spur, die mit mindestens einer Spurmarkierung assoziiert ist (z. B. basierend darauf identifiziert wird).
Die Fahrzeug-zu-Infrastruktur(V21)-Vorrichtung 110 (manchmal als eine Fahrzeug-zu-Infrastruktur(V2X)-Vorrichtung bezeichnet) beinhaltet mindestens eine Vorrichtung, die dazu ausgelegt ist, sich in Kommunikation mit den Fahrzeugen 102 und/oder dem V2I-Infrastruktursystem 118 zu befinden. In einigen Ausführungsformen ist die V21-Vorrichtung 110 dazu ausgelegt, sich über das Netzwerk 112 in Kommunikation mit den Fahrzeugen 102, dem entfernt angeordneten AV-System 114, dem Flottenverwaltungssystem 116 und/oder dem V21-System 118 zu befinden. In einigen Ausführungsformen beinhaltet die V2I-Vorrichtung 110 eine Hochfrequenzkennungs- (Radio Frequency Identification, RFID-) Vorrichtung, Verkehrsschilder, Kameras (z.B. zweidimensionale (2D-) und/oder dreidimensionale (3D-) Kameras), Fahrspurmarkierungen, Straßenlaternen, Parkuhren usw. In einigen Ausführungsformen ist die V2I-Vorrichtung 110 dazu ausgelegt, direkt mit den Fahrzeugen 102 zu kommunizieren. Zusätzlich oder alternativ ist die V21-Vorrichtung 110 in einigen Ausführungsformen dazu ausgelegt, über das V21-System 118 mit den Fahrzeugen 102, dem entfernt angeordneten AV-System 114 und/oder dem Fuhrparkverwaltungssystem 116 zu kommunizieren. In einigen Ausführungsformen ist die V21-Vorrichtung 110 so ausgelegt, dass sie über das Netzwerk 112 mit dem V21-System 118 kommuniziert.
Das Netzwerk 112 beinhaltet ein oder mehrere drahtgebundene und/oder drahtlose Netzwerke. In einem Beispiel beinhaltet das Netzwerk 112 ein Mobilfunknetz (z.B. ein LTE- (Long Term Evolution) Netz, ein 3G- (dritte Generation) Netz, ein 4G- (vierte Generation) Netz, ein 5G- (fünfte Generation) Netz, ein CDMA- (code division multiple access, Codemultiplex-Vielfachzugriff-) Netz usw.), ein öffentliches Mobilfunknetz (PLMN, public land mobile network), ein lokales Netzwerk (local area network, LAN), ein Weitverkehrsnetz (wide area network, WAN), ein Stadtnetz (metropolitan area network, MAN), ein Telefonnetz (z.B. das öffentliche Telefonnetz (PSTN, public switched telephone network), ein privates Netzwerk, ein Ad-hoc-Netz, ein Intranet, das Internet, ein glasfaserbasiertes Netzwerk, ein Cloud-Computing-Netzwerk usw., eine Kombination einiger oder aller dieser Netzwerke und/oder dergleichen.
Das entfernt angeordnete AV-System 114 beinhaltet mindestens eine Vorrichtung, die so ausgelegt ist, dass sie über das Netzwerk 112 mit den Fahrzeugen 102, der V21-Vorrichtung 110, dem Netzwerk 112, dem Fuhrparkverwaltungssystem 116 und/oder dem V21-System 118 in Kommunikation steht. In einem Beispiel beinhaltet das entfernt angeordnete AV-System 114 einen Server, eine Gruppe von Servern und/oder andere gleichartige Vorrichtungen. In einigen Ausführungsformen ist das entfernt angeordnete AV-System 114 zusammen mit dem Fuhrparkverwaltungssystem 116 angeordnet. In einigen Ausführungsformen ist das entfernt angeordnete AV-System 114 an der Installation einiger oder aller Komponenten eines Fahrzeugs beteiligt, einschließlich eines autonomen Systems, eines AV-Computers, von einem AV-Computer implementierter Software und/oder dergleichen. In einigen Ausführungsformen wartet (z.B. aktualisiert und/oder ersetzt) das entfernt angeordnete AV-System 114 solche Komponenten und/oder Software während der Lebensdauer des Fahrzeugs.
Das Fuhrparkverwaltungssystem 116 beinhaltet mindestens eine Vorrichtung, die so ausgelegt ist, dass sie sich in Kommunikation mit den Fahrzeugen 102, der V21-Vorrichtung 110, dem entfernt angeordneten AV-System 114 und/oder dem V21-Infrastruktursystem 118 befindet. In einem Beispiel beinhaltet das Fuhrparkverwaltungssystem 116 einen Server, eine Gruppe von Servern und/oder andere gleichartige Vorrichtungen. In einigen Ausführungsformen ist das Fuhrparkverwaltungssystem 116 mit einem Fahrgemeinschaftsunternehmen assoziiert (z.B. einer Organisation, die den Betrieb mehrerer Fahrzeuge steuert (z.B. Fahrzeuge, die autonome Systeme beinhalten, und/oder Fahrzeuge, die keine autonomen Systeme beinhalten), und/oder dergleichen).
In einigen Ausführungsformen beinhaltet das V21-System 118 mindestens eine Vorrichtung, die so ausgelegt ist, dass sie sich über das Netzwerk 112 mit den Fahrzeugen 102, der V21-Vorrichtung 110, dem entfernt angeordneten AV-System 114 und/oder dem Flottenverwaltungssystem 116 in Kommunikation befindet. In einigen Beispielen ist das V21-System 118 so ausgelegt, dass es mit der V21-Vorrichtung 110 über eine andere Verbindung als das Netzwerk 112 in Kommunikation steht. In einigen Ausführungsformen beinhaltet das V21-System 118 einen Server, eine Gruppe von Servern und/oder andere ähnliche Vorrichtungen. In einigen Ausführungsformen ist das V21-System 118 einer Kommune oder einer privaten Einrichtung zugeordnet (z.B. einer privaten Einrichtung, die die V21-Vorrichtung110 und/oder dergleichen unterhält).
Die Anzahl und die Anordnung der in 1 veranschaulichten Elemente sind als ein Beispiel bereitgestellt. Es kann zusätzliche Elemente, weniger Elemente, andere Elemente und/oder anders angeordnete Elemente als die in 1 veranschaulichten geben. Zusätzlich oder alternativ kann mindestens ein Element der Umgebung 100 eine oder mehrere Funktionen ausführen, die als von mindestens einem anderen Element in 1 ausgeführt beschrieben sind. Zusätzlich oder alternativ kann mindestens ein Satz von Elementen der Umgebung 100 eine oder mehrere Funktionen durchführen, die als durch mindestens einen anderen Satz von Elementen der Umgebung 100 durchgeführt beschrieben werden.
Gemäß 2 beinhaltet das Fahrzeug 200 ein autonomes System 202, ein Antriebsstrangsteuersystem 204, ein Lenkungssteuersystem 206 und ein Bremssystem 208. In einigen Ausführungsformen ist das Fahrzeug 200 gleich oder ähnlich wie das Fahrzeug 102 (siehe 1). In einigen Ausführungsformen weist das Fahrzeug 102 autonome Fähigkeit auf (z. B. implementiert mindestens eine Funktion, mindestens ein Merkmal, mindestens eine Vorrichtung und/oder dergleichen, die/das dem Fahrzeug 200 ermöglicht, teilweise oder vollständig ohne menschlichen Eingriff betrieben zu werden, einschließlich unter anderem vollautonome Fahrzeuge (z. B. Fahrzeuge, die nicht auf einen menschlichen Eingriff angewiesen sind), hochautonome Fahrzeuge (z. B. Fahrzeuge, die in gewissen Situationen nicht auf einen menschlichen Eingriff angewiesen sind) und/oder dergleichen). Für eine detaillierte Beschreibung von vollautonomen Fahrzeugen und hochautonomen Fahrzeugen kann auf den Standard J3016 von SAE International: Taxonomy and Definitions for Terms Related to On-Road Motor Vehicle Automated Driving Systems (Klassifizierung und Definitionen für Begriffe bezüglich automatisierter Fahrsysteme für Straßenkraftfahrzeuge) verwiesen werden. In einigen Ausführungsformen ist das Fahrzeug 200 einem autonomen Fuhrparkverwalter und/oder einem Fahrgemeinschaftsunternehmen zugeordnet.
Das autonome System 202 beinhaltet eine Sensorsuite, die eine oder mehrere Vorrichtungen wie etwa Kameras 202a, LiDAR-Sensoren 202b, Radarsensoren 202c und Mikrofone 202d beinhaltet. In einigen Ausführungsformen kann das autonome System 202 mehr oder weniger Vorrichtungen und/oder andere Vorrichtungen beinhalten (z.B. Ultraschallsensoren, Trägheitssensoren, GPS-Empfänger (siehe unten), Odometriesensoren, die Daten im Zusammenhang mit einer Anzeige einer zurückgelegten Strecke des Fahrzeugs 200 erzeugen, und/oder dergleichen). In einigen Ausführungsformen verwendet das autonome System 202 die eine oder die mehreren Vorrichtungen, die im autonomen System 202 enthalten sind, um Daten im Zusammenhang mit der Umgebung 100 wie vorliegend beschrieben zu erzeugen. Die durch die eine oder die mehreren Vorrichtungen des autonomen Systems 202 erzeugten Daten können durch ein oder mehrere vorliegend beschriebene Systeme verwendet werden, um die Umgebung (z.B. die Umgebung 100) zu beobachten, in der sich das Fahrzeug 200 befindet. In einigen Ausführungsformen beinhaltet das autonome System 202 eine Kommunikationsvorrichtung 202e, einen AV- (autonomous vehicle, autonomes Fahrzeug) Computer 202f und ein Drive-by-Wire- (DBW-) System 202h.
Die Kameras 202a beinhalten mindestens eine Vorrichtung , die so ausgelegt ist, dass sie über einen Bus (z.B. einen Bus, der dem Bus 302 in 3 gleicht oder ähnelt) mit der Kommunikationsvorrichtung 202e, dem AV-Computer 202f und/oder der Sicherheitssteuereinheit 202g in Kommunikation steht. Die Kameras 202a beinhalten mindestens eine Kamera (z.B. eine Digitalkamera mit einem Lichtsensor wie beispielsweise einer ladungsgekoppelten Vorrichtung (charge-coupled device, CCD), eine Wärmebildkamera, eine Infrarot- (IR-) Kamera, eine Ereigniskamera und/oder dergleichen), um Bilder mit physischen Objekten (z.B. Autos, Busse, Bordsteine, Menschen und/oder dergleichen) aufzunehmen. In einigen Ausführungsformen erzeugt die Kamera 202a Kameradaten als Ausgabe. In einigen Beispielen erzeugt die Kamera 202a Kameradaten, die mit einem Bild assoziierte Bilddaten enthalten. In diesem Beispiel können die Bilddaten mindestens einen Parameter (z.B. Bildcharakteristiken wie etwa Belichtung, Helligkeit usw., einen Bildzeitstempel und/oder dergleichen) entsprechend dem Bild spezifizieren. In einem solchen Beispiel kann das Bild in einem Format vorliegen (z.B. RAW, JPEG, PNG und/oder dergleichen). In einigen Ausführungsformen beinhaltet die Kamera 202a eine Vielzahl unabhängiger Kameras, die an einem Fahrzeug konfiguriert (z.B. positioniert) sind, um Bilder für Stereopsis (räumliches Sehen) aufzunehmen. In einigen Beispielen beinhaltet die Kamera 202a eine Vielzahl von Kameras, die Bilddaten erzeugen und die Bilddaten an den AV-Computer 202f und/oder ein Fuhrparkverwaltungssystem (z.B. ein Fuhrparkverwaltungssystem, das dem Fuhrparkverwaltungssystem 116 aus 1 gleicht oder ähnlich ist) übertragen. In einem solchen Beispiel bestimmt der AV-Computer 202f eine Tiefe eines oder mehrerer Objekte in einem Sichtfeld von mindestens zwei Kameras der Vielzahl von Kameras auf Grundlage der Bilddaten von den mindestens zwei Kameras. In einigen Ausführungsformen sind die Kameras 202a so ausgelegt, dass sie Bilder von Objekten innerhalb einer Entfernung von den Kameras 202a aufnehmen (z.B. bis zu 100 Meter, bis zu einem Kilometer und/oder dergleichen). Dementsprechend beinhalten die Kameras 202a Merkmale wie etwa Sensoren und Objektive, die zum Wahrnehmen von Objekten optimiert sind, die sich in einem oder mehreren Abständen zu den Kameras 202a befinden.
In einer Ausführungsform beinhaltet die Kamera 202a mindestens eine Kamera, die dazu ausgelegt ist, ein oder mehrere Bilder aufzunehmen, die mit einer oder mehreren Ampeln, einem oder mehreren Straßenschildern und/oder anderen physischen Objekten assoziiert sind, die visuelle Navigationsinformationen bereitstellen. In einigen Ausführungsformen erzeugt die Kamera 202a Ampeldaten (TLD-Daten), die mit einem oder mehreren Bildern assoziiert sind. In einigen Beispielen erzeugt die Kamera 202a TLD-Daten, die mit einem oder mehreren Bildern assoziiert sind, die ein Format (z.B. RAW, JPEG, PNG und/oder dergleichen) beinhalten. In einigen Ausführungsformen unterscheidet sich die Kamera 202a, die TLD-Daten erzeugt, von anderen vorliegend beschriebenen Systemen, die Kameras enthalten, dadurch, dass die Kamera 202a eine oder mehrere Kameras mit einem weiten Sichtfeld beinhalten kann (z.B. ein Weitwinkelobjektiv, ein Fischaugenobjektiv, ein Objektiv mit einem Betrachtungswinkel von etwa 120 Grad oder mehr und/oder dergleichen), um Bilder über möglichst viele physische Objekte zu erzeugen.
Die LiDAR- (laser detection and ranging, Lichtabstandsmessung) Sensoren 202b beinhalten mindestens eine Vorrichtung , die so ausgelegt ist, dass sie über einen Bus (z.B. einen Bus, der dem Bus 302 in 3 gleicht oder ähnelt) mit der Kommunikationsvorrichtung 202e, dem AV-Computer 202f und/oder der Sicherheitssteuereinheit 202g in Kommunikation steht. Die LiDAR-Sensoren 202b beinhalten ein System, das dazu ausgelegt ist, Licht von einem Lichtemitter (z.B. einem Laser-Sender) zu übertragen. Durch die LiDAR-Sensoren 202b emittiertes Licht beinhaltet Licht (z.B. Infrarotlicht und/oder dergleichen), das sich außerhalb des sichtbaren Spektrums befindet. In einigen Ausführungsformen trifft von den LiDAR-Sensoren 202b emittiertes Licht während des Betriebs auf ein physisches Objekt (z.B. ein Fahrzeug) und wird zu den LiDAR-Sensoren 202b zurückreflektiert. In einigen Ausführungsformen durchdringt das von den LiDAR-Sensoren 202b emittierte Licht die physischen Objekte, auf die das Licht trifft, nicht. Die LiDAR-Sensoren 202b beinhalten zudem mindestens einen Lichtdetektor, der das Licht detektiert, das vom Lichtemitter emittiert wurde, nachdem das Licht auf ein physisches Objekt traf. In einigen Ausführungsformen erzeugt mindestens ein Datenverarbeitungssystem, das mit den LiDAR-Sensoren 202b assoziiert ist, ein Bild (z.B. eine Punktwolke, eine kombinierte Punktwolke und/oder dergleichen), das die in einem Sichtfeld der LiDAR-Sensoren 202b enthaltenen Objekte repräsentiert. In einigen Beispielen erzeugt das mindestens eine Datenverarbeitungssystem, das dem LiDAR-Sensor 202b zugeordnet ist, ein Bild, das die Grenzen eines physischen Objekts, die Oberflächen (z.B. die Topologie der Oberflächen) des physischen Objekts und/oder dergleichen darstellt. In einem solchen Beispiel wird das Bild verwendet, um die Grenzen von physischen Objekten im Sichtfeld der LiDAR-Sensoren 202b zu bestimmen.
Die Radar- (radio detection and ranging, Funkabstandsmessung) Sensoren 202c beinhalten mindestens eine Vorrichtung , die so ausgelegt ist, dass sie über einen Bus (z.B. einen Bus, der dem Bus 302 in 3 gleicht oder ähnelt) mit der Kommunikationsvorrichtung 202e, dem AV-Computer 202f und/oder der Sicherheitssteuereinheit 202g in Kommunikation steht. Die Radarsensoren 202c beinhalten ein System, das dazu ausgelegt ist, Funkwellen (entweder gepulst oder kontinuierlich) zu übertragen. Die durch die Radarsensoren 202c übertragenen Funkwellen beinhalten Funkwellen, die innerhalb eines vorbestimmten Spektrums liegen. In einigen Ausführungsformen treffen während des Betriebs Funkwellen, die durch die Radarsensoren 202c übertragen werden, auf ein physisches Objekt und werden zu den Radarsensoren 202c zurückreflektiert. In einigen Ausführungsformen werden die von den Radarsensoren 202c gesendeten Funkwellen von einigen Objekten nicht reflektiert. In einigen Ausführungsformen erzeugt mindestens ein mit den Radarsensoren 202c assoziiertes Datenverarbeitungssystem Signale, die die in einem Sichtfeld der Radarsensoren 202c enthaltenen Objekte darstellen. Beispielsweise erzeugt das mindestens eine Datenverarbeitungssystem, das mit den Radarsensoren 202c assoziiert ist, ein Bild, das die Grenzen eines physischen Objekts, die Oberflächen (z.B. die Topologie der Oberflächen) des physischen Objekts und/oder dergleichen repräsentiert. In einigen Beispielen wird das Bild verwendet, um die Grenzen von physischen Objekten im Sichtfeld der Radarsensoren 202c zu bestimmen.
Die Mikrofone 202d beinhalten mindestens eine Vorrichtung, die so ausgelegt ist, dass sie über einen Bus (z.B. einen Bus, der dem Bus 302 in 3 gleicht oder ähnelt) mit der Kommunikationsvorrichtung 202e, dem AV-Computer 202f und/oder der Sicherheitssteuereinheit 202g in Kommunikation steht. Die Mikrofone 202d beinhalten ein oder mehrere Mikrofone (z. B. Array-Mikrofone, externe Mikrofone und/oder dergleichen), die Audiosignale erfassen und Daten erzeugen, die mit den Audiosignalen assoziiert sind (z. B. repräsentieren). In einigen Beispielen beinhalten die Mikrofone 202d Wandlervorrichtungen und/oder ähnliche Vorrichtungen. In einigen Ausführungsformen können ein oder mehrere vorliegend beschriebene Systeme die von den Mikrofonen 202d erzeugten Daten empfangen und eine Position eines Objekts relativ zum Fahrzeug 200 (z.B. eine Entfernung und/oder dergleichen) auf Grundlage der mit den Daten assoziierten Audiosignale bestimmen.
Die Kommunikationsvorrichtung 202e beinhaltet mindestens eine Vorrichtung, die so ausgelegt ist, dass sie mit den Kameras 202a, den LiDAR-Sensoren 202b, den Radarsensoren 202c, den Mikrofonen 202d, dem AV-Computer 202f, der Sicherheitssteuereinheit 202g und/oder dem DBW-System 202h in Kommunikation steht. Beispielsweise kann die Kommunikationsvorrichtung 202e eine Vorrichtung beinhalten, die der Kommunikationsschnittstelle 314 aus 3 gleicht oder ähnlich ist. In einigen Ausführungsformen beinhaltet die Kommunikationsvorrichtung 202e eine Fahrzeug-zu-Fahrzeug- (V2V-) Kommunikationsvorrichtung (z.B. eine Vorrichtung, die eine drahtlose Kommunikation von Daten zwischen Fahrzeugen ermöglicht).
Der AV-Computer 202f beinhaltet mindestens eine Vorrichtung, die so ausgelegt ist, dass sie mit den Kameras 202a, den LiDAR-Sensoren 202b, den Radarsensoren 202c, den Mikrofonen 202d, der Kommunikationsvorrichtung 202e, der Sicherheitssteuereinheit 202g und/oder dem DBW-System 202h in Kommunikation steht. In einigen Beispielen beinhaltet der AV-Computer 202f eine Vorrichtung wie etwa eine Client-Vorrichtung, eine mobile Vorrichtung (z.B. ein Mobiltelefon, ein Tablet und/oder dergleichen), einen Server (z.B. eine Rechenvorrichtung, die eine oder mehrere Zentralverarbeitungseinheiten, Grafikverarbeitungseinheiten und/oder dergleichen beinhaltet) und/oder dergleichen. In einigen Ausführungsformen gleicht oder ähnelt der AV-Computer 202f dem vorliegend beschriebenen AV-Computer 400. Zusätzlich oder alternativ ist in einigen Ausführungsformen der AV-Computer 202f so ausgelegt, dass er mit einem AV-System (z.B. einem AV-System, das dem entfernt angeordneten AV-System 114 aus 1 gleicht oder ähnelt), einem Fuhrparkverwaltungssystem (z.B. einem Fuhrparkverwaltungssystem, das dem Fuhrparkverwaltungssystem 116 aus 1 gleicht oder ähnelt), einer V21-Vorrichtung (z.B. einer V2I-Vorrichtung, die der V21-Vorrichtung 110 aus 1 gleicht oder ähnelt), und/oder einem V21-System (z.B. einem V21-System, das dem V21-System 118 aus 1 gleicht oder ähnelt) in Kommunikation steht.
Die Sicherheitssteuereinheit 202g beinhaltet mindestens eine Vorrichtung, die so ausgelegt ist, dass sie mit den Kameras 202a, den LiDAR-Sensoren 202b, den Radarsensoren 202c, den Mikrofonen 202d, der Kommunikationsvorrichtung 202e, dem AV-Computer 202f und/oder dem DBW-System 202h in Kommunikation steht. In manchen Beispielen beinhaltet die Sicherheitssteuerung 202g eine oder mehrere Steuerungen (elektrische Steuerungen, elektromechanische Steuerungen und/oder dergleichen), die dazu ausgelegt sind, Steuersignale zum Betreiben einer oder mehrerer Vorrichtungen des Fahrzeugs 200 (z. B. Antriebsstrangsteuersystem 204, Lenkungssteuersystem 206, Bremssystem 208 und/oder dergleichen) zu erzeugen und/oder zu übertragen. In einigen Ausführungsformen ist die Sicherheitssteuereinheit 202g dazu ausgelegt, Steuersignale zu erzeugen, die gegenüber Steuersignalen Vorrang haben (z.B. überschreiben), die durch den AV-Computer 202f erzeugt und/oder übertragen werden.
Das DBW-System 202h beinhaltet mindestens eine Vorrichtung, die so ausgelegt ist, dass sie mit der Kommunikationsvorrichtung 202e und/oder dem AV-Computer 202f in Kommunikation steht. In einigen Beispielen beinhaltet das DBW-System 202h eine oder mehrere Steuereinheiten (z.B. elektrische Steuereinheiten, elektromechanische Steuereinheiten und/oder dergleichen), die so ausgelegt sind, dass sie Steuersignale erzeugen und/oder übertragen, um eine oder mehrere Vorrichtungen des Fahrzeugs 200 (z.B. das Antriebsstrangsteuersystem 204, das Lenkungssteuersystem 206, das Bremssystem 208 und/oder dergleichen) zu betreiben. Zusätzlich oder alternativ sind die eine oder die mehreren Steuereinheiten des DBW-Systems 202h so ausgelegt, dass sie Steuersignale erzeugen und/oder übertragen, um mindestens eine andere Vorrichtung (z.B. einen Blinker, Scheinwerfer, Türschlösser, Scheibenwischer und/oder dergleichen) des Fahrzeugs 200 zu betreiben.
Das Antriebsstrangsteuersystem 204 beinhaltet mindestens eine Vorrichtung, die dazu ausgelegt ist, sich in Kommunikation mit dem DBW-System 202h zu befinden. In einigen Beispielen beinhaltet das Antriebsstrangsteuersystem 204 mindestens eine Steuereinheit, einen Aktuator und/oder dergleichen. In einigen Ausführungsformen empfängt das Antriebsstrangsteuersystem 204 Steuersignale vom DBW-System 202h, und das Antriebsstrangsteuersystem 204 veranlasst das Fahrzeug 200, eine Vorwärtsbewegung zu starten, eine Vorwärtsbewegung zu stoppen, eine Rückwärtsbewegung zu starten, eine Rückwärtsbewegung zu stoppen, in eine Richtung zu beschleunigen, in eine Richtung abzubremsen, eine Linkskurve auszuführen, eine Rechtskurve auszuführen und/oder dergleichen. In einem Beispiel bewirkt das Antriebsstrangsteuersystem 204, dass die einem Motor des Fahrzeugs bereitgestellte Energie (z.B. Kraftstoff, Elektrizität und/oder dergleichen) zunimmt, gleich bleibt oder abnimmt, wodurch bewirkt wird, dass sich mindestens ein Rad des Fahrzeugs 200 dreht oder nicht dreht.
Das Lenkungssteuersystem 206 beinhaltet mindestens eine Vorrichtung, die so ausgelegt ist, dass sie ein oder mehrere Räder des Fahrzeugs 200 dreht. In einigen Beispielen beinhaltet das Lenkungssteuersystem 206 mindestens eine Steuereinheit, einen Aktuator und/oder dergleichen. In einigen Ausführungsformen veranlasst das Lenkungssteuersystem 206 die beiden vorderen Räder und/oder die beiden hinteren Räder des Fahrzeugs 200, sich nach links oder rechts zu drehen, um zu bewirken, dass das Fahrzeug 200 nach links oder rechts abbiegt.
Das Bremssystem 208 beinhaltet mindestens eine Vorrichtung, die dazu ausgelegt ist, eine oder mehrere Bremsen zu betätigen, um zu bewirken, dass das Fahrzeug 200 die Geschwindigkeit reduziert und/oder stationär bleibt. In einigen Beispielen beinhaltet das Bremssystem 208 mindestens eine Steuereinheit und/oder einen Aktuator, der so ausgelegt ist, dass er einen oder mehrere Bremssättel, die einem oder mehreren Rädern des Fahrzeugs 200 zugeordnet sind, veranlasst, sich an einem entsprechenden Rotor des Fahrzeugs 200 zu schließen. Zusätzlich oder alternativ beinhaltet das Bremssystem 208 in einigen Beispielen ein automatisches Notbrems- (automatic emergency braking, AEB-) System, ein regeneratives Bremssystem und/oder dergleichen.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Fahrzeug 200 mindestens einen (nicht explizit dargestellten) Plattformsensor, der Eigenschaften eines Zustands oder einer Bedingung des Fahrzeugs 200 misst oder ableitet. In einigen Beispielen beinhaltet das Fahrzeug 200 Plattformsensoren wie einen GPS- (Global Positioning System) Empfänger, eine Trägheitsmesseinheit (inertial measurement unit, IMU), einen Raddrehzahlsensor, einen Radbremsdrucksensor, einen Raddrehmomentsensor, einen Motordrehmomentsensor, einen Lenkwinkelsensor und/oder dergleichen.
3 veranschaulicht eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 300. Wie dargestellt, beinhaltet die Vorrichtung 300 einen Prozessor 304, einen Speicher 306, eine Speicherkomponente 308, eine Eingabeschnittstelle 310, eine Ausgabeschnittstelle 312, eine Kommunikationsschnittstelle 314 und einen Bus 302. In einigen Ausführungsformen entspricht die Vorrichtung 300 mindestens einer Vorrichtung der Fahrzeuge 102 (z.B. mindestens einer Vorrichtung eines Systems der Fahrzeuge 102) und/oder einer oder mehreren Vorrichtungen des Netzwerks 112 (z.B. einer oder mehreren Vorrichtungen eines Systems des Netzwerks 112). In einigen Ausführungsformen beinhalten eine oder mehrere Vorrichtungen der Fahrzeuge 102 (z.B. eine oder mehrere Vorrichtungen eines Systems der Fahrzeuge 102) und/oder eine oder mehrere Vorrichtungen des Netzwerks 112 (z.B. eine oder mehrere Vorrichtungen eines Systems des Netzwerks 112) mindestens eine Vorrichtung 300 und/oder mindestens eine Komponente der Vorrichtung 300. Wie in 3 gezeigt, beinhaltet die Vorrichtung 300 den Bus 302, den Prozessor 304, den Speicher 306, die Speicherkomponente 308, die Eingabeschnittstelle 310, die Ausgabeschnittstelle 312 und die Kommunikationsschnittstelle 314.
Der Bus 302 beinhaltet eine Komponente, die eine Kommunikation zwischen den Komponenten der Vorrichtung 300 ermöglicht. In einigen Fällen beinhaltet der Prozessor 304 einen Prozessor (z.B. eine Zentraleinheit (CPU), eine Grafikverarbeitungseinheit (GPU), eine beschleunigte Verarbeitungseinheit (APU) und/oder dergleichen), ein Mikrofon, einen digitalen Signalprozessor (DSP) und/oder eine beliebige Verarbeitungskomponente (z.B. ein frei programmierbares Gate-Array (FPGA), eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) und/oder dergleichen), die programmiert werden kann, um mindestens eine Funktion auszuführen. Der Speicher 306 beinhaltet Direktzugriffsspeicher (RAM), Nur-Lese-Speicher (ROM) und/oder eine andere Art von dynamischer und/oder statischer Speichervorrichtung (z.B. Flash-Speicher, magnetischer Speicher, optischer Speicher und/oder dergleichen), die Daten und/oder Anweisungen zur Verwendung durch den Prozessor 304 speichert.
Die Speicherkomponente 308 speichert Daten und/oder Software bezüglich des Betriebs und der Verwendung der Vorrichtung 300. In einigen Beispielen beinhaltet die Speicherkomponente 308 eine Festplatte (z.B. eine Magnetplatte, eine optische Platte, eine magneto-optische Platte, eine Solid-State-Platte und/oder dergleichen), eine Compact Disc (CD), eine Digital Versatile Disc (DVD), eine Diskette, eine Kassette, ein Magnetband, eine CD-ROM, RAM, PROM, EPROM, FLASH-EPROM, NV-RAM und/oder eine andere Art von computerlesbarem Medium zusammen mit einem entsprechenden Laufwerk.
Die Eingangsschnittstelle 310 beinhaltet eine Komponente, die der Vorrichtung 300 ermöglicht, Informationen zu empfangen, wie etwa über eine Benutzereingabe (z. B. eine Touchscreen-Anzeige, eine Tastatur, ein Tastenfeld, eine Maus, eine Taste, einen Schalter, ein Mikrofon, eine Kamera und/oder dergleichen). Zusätzlich oder alternativ beinhaltet die Eingangsschnittstelle 310 in manchen Ausführungsformen einen Sensor, der Informationen erfasst (z. B. einen Empfänger eines globalen Positionierungssystems (GPS), einen Beschleunigungsmesser, ein Gyroskop, einen Aktor und/oder dergleichen). Die Ausgangsschnittstelle 312 beinhaltet eine Komponente, die Ausgangsinformationen von der Vorrichtung 300 bereitstellt (z. B. eine Anzeige, einen Lautsprecher, eine oder mehrere Leuchtdioden (LEDs) und/oder dergleichen).
In einigen Ausführungsformen beinhaltet die Kommunikationsschnittstelle 314 eine Sendeempfänger-ähnliche Komponente (z.B. einen Sendeempfänger, einen separaten Empfänger und Sender und/oder dergleichen), die es der Vorrichtung 300 ermöglicht, mit anderen Vorrichtungen über eine drahtgebundene Verbindung, eine drahtlose Verbindung oder eine Kombination aus drahtgebundenen und drahtlosen Verbindungen zu kommunizieren. In einigen Beispielen ermöglicht die Kommunikationsschnittstelle 314 der Vorrichtung 300, Informationen von einer anderen Vorrichtung zu empfangen und/oder einer anderen Vorrichtung Informationen bereitzustellen. In einigen Beispielen beinhaltet die Kommunikationsschnittstelle 314 eine Ethernet-Schnittstelle, eine optische Schnittstelle, eine Koaxialschnittstelle, eine Infrarotschnittstelle, eine Hochfrequenz- (radio frequency, RF-) Schnittstelle, eine USB- (Universal Serial Bus) Schnittstelle, eine Wi-Fi®-Schnittstelle, eine Zellularnetzwerkschnittstelle und/oder dergleichen.
In einigen Ausführungsformen führt die Vorrichtung 300 einen oder mehrere der vorliegend beschriebenen Prozesse durch. Die Vorrichtung 300 führt diese Prozesse basierend darauf durch, dass der Prozessor 304 Softwareanweisungen ausführt, die durch ein computerlesbares Medium gespeichert werden, wie etwa den Speicher 305 und/oder die Speicherkomponente 308. Ein computerlesbares Medium (z.B. ein nichtflüchtiges computerlesbares Medium) ist vorliegend als nichtflüchtige Speichervorrichtung definiert. Eine nichtflüchtige Speichervorrichtung beinhaltet Speicherplatz, der sich in einer einzigen physischen Speichervorrichtung befindet, oder Speicherplatz, der über mehrere physische Speichervorrichtungen verteilt ist.
In einigen Ausführungsformen werden Softwareanweisungen von einem anderen computerlesbaren Medium oder von einer anderen Vorrichtung über die Kommunikationsschnittstelle 314 in den Speicher 306 und/oder die Speicherkomponente 308 eingelesen. Bei ihrer Ausführung bewirken die im Speicher 306 und/oder in der Speicherkomponente 308 gespeicherten Softwareanweisungen, dass der Prozessor 304 einen oder mehrere vorliegend beschriebene Prozesse durchführt. Zusätzlich oder alternativ wird eine festverdrahtete Schaltungsanordnung anstelle von oder in Kombination mit Softwareanweisungen verwendet, um einen oder mehrere vorliegend beschriebene Prozesse durchzuführen. Somit sind vorliegend beschriebene Ausführungsformen nicht auf irgendeine spezifische Kombination von Hardwareschaltungsanordnung und Software beschränkt, insofern nicht anderweitig ausführlich dargelegt.
Der Speicher 306 und/oder die Speicherkomponente 308 umfassen einen Datenspeicher oder mindestens eine Datenstruktur (z.B. eine Datenbank und/oder dergleichen). Die Vorrichtung 300 ist in der Lage, Informationen von der Datenspeicherung oder der mindestens einen Datenstruktur im Speicher 306 oder in der Speicherkomponente 308 zu empfangen, Informationen darin zu speichern, Informationen zu dieser zu kommunizieren oder nach darin gespeicherten Informationen zu suchen. In einigen Beispielen beinhalten die Informationen Netzwerkdaten, Eingabedaten, Ausgabedaten oder eine beliebige Kombination aus diesen.
In einigen Ausführungsformen ist die Vorrichtung 300 so ausgelegt, dass sie Softwareanweisungen ausführt, die entweder im Speicher 306 und/oder im Speicher einer anderen Vorrichtung (z.B. einer anderen Vorrichtung, die der Vorrichtung 300 gleicht oder ähnelt) gespeichert sind. Vorliegend bezieht sich die Bezeichnung „Modul“ auf mindestens eine im Speicher 306 und/oder im Speicher einer anderen Vorrichtung gespeicherte Anweisung, die bei Ausführung durch den Prozessor 304 und/oder durch einen Prozessor einer anderen Vorrichtung (z.B. einer anderen Vorrichtung, die der Vorrichtung 300 gleicht oder ähnelt) die Vorrichtung 300 (z.B. mindestens eine Komponente der Vorrichtung 300) veranlasst, einen oder mehrere vorliegend beschriebene Prozesse durchzuführen. In einigen Ausführungsformen wird ein Modul in Software, Firmware, Hardware und/oder dergleichen implementiert.
Die Anzahl und Anordnung der in 3 dargestellten Komponenten ist lediglich beispielhaft. In einigen Ausführungsformen kann die Vorrichtung 300 zusätzliche Komponenten, weniger Komponenten, andere Komponenten oder anders angeordnete Komponenten als in 3 dargestellt enthalten. Zusätzlich oder alternativ kann ein Satz von Komponenten (z.B. eine oder mehrere Komponenten) der Vorrichtung 300 eine oder mehrere Funktionen durchführen, die als durch eine andere Komponente oder einen anderen Satz von Komponenten der Vorrichtung 300 durchgeführt beschrieben werden.
4 veranschaulicht ein beispielhaftes Blockschaubild eines AV-Computers 400 (manchmal auch als „AV-Stapel“ (AV stack) bezeichnet). Wie veranschaulicht ist, beinhaltet der AV-Computer 400 ein Wahrnehmungssystem 402 (manchmal als Wahrnehmungsmodul bezeichnet), ein Planungssystem 404 (manchmal als Planungsmodul bezeichnet), ein Lokalisierungssystem 406 (manchmal als Lokalisierungsmodul bezeichnet), ein Steuersystem 408 (manchmal als Steuermodul bezeichnet) und eine Datenbank 410. In einigen Ausführungsformen sind das Wahrnehmungssystem 402, das Planungssystem 404, das Lokalisierungssystem 406, das Steuersystem 408 und die Datenbank 410 in einem autonomen Navigationssystem eines Fahrzeugs (z.B. dem AV-Computer 202f des Fahrzeugs 200) enthalten und/oder implementiert . Zusätzlich oder alternativ sind in einigen Ausführungsformen das Wahrnehmungssystem 402, das Planungssystem 404, das Lokalisierungssystem 406, das Steuersystem 408 und die Datenbank 410 in einem oder mehreren eigenständigen Systemen enthalten (z.B. einem oder mehreren Systemen, die dem AV-Computer 400 gleichen oder ähneln, und/oder dergleichen). In einigen Beispielen sind das Wahrnehmungssystem 402, das Planungssystem 404, das Lokalisierungssystem 406, das Steuersystem 408 und die Datenbank 410 in einem oder mehreren eigenständigen Systemen enthalten, die sich in einem Fahrzeug und/oder in mindestens einem entfernt angeordneten System wie vorliegend beschrieben befinden. In einigen Ausführungsformen werden beliebige und/oder alle der im AV-Computer 400 enthaltenen Systeme in Software (z.B. in Softwareanweisungen, die im Speicher gespeichert sind), Computerhardware (z.B. durch Mikroprozessoren, Mikrocontroller, anwendungsspezifische integrierte Schaltungen [ASICs], feldprogrammierbare Gate-Arrays (FPGAs) und/oder dergleichen) oder Kombinationen von Computersoftware und Computerhardware implementiert. Es versteht sich, dass in einigen Ausführungsformen der AV-Computer 400 dazu ausgelegt ist, sich in Kommunikation mit einem Fernsystem (z.B. einem autonomen Fahrzeugsystem, das das gleiche oder ähnlich ist wie das Fern-AV-System 114, einem Fuhrparkverwaltungssystem 116, das das gleiche oder ähnlich ist wie das Fuhrparkverwaltungssystem 116, ein V21-System, das das gleiche oder ähnlich ist wie das V21-System 118, und/oder dergleichen) zu befinden.
In einigen Ausführungsformen empfängt das Wahrnehmungssystem 402 Daten im Zusammenhang mit mindestens einem physischen Objekt (z.B. Daten, die vom Wahrnehmungssystem 402 zur Erkennung des mindestens einen physischen Objekts verwendet werden) in einer Umgebung und klassifiziert das mindestens eine physische Objekt. In einigen Beispielen empfängt das Wahrnehmungssystem 402 Bilddaten, die von mindestens einer Kamera (z.B. den Kameras 202a) aufgenommen wurden, wobei das Bild mit einem oder mehreren physischen Objekten in einem Sichtfeld der mindestens einen Kamera assoziiert ist (z.B. diese darstellt). In einem solchen Beispiel klassifiziert das Wahrnehmungssystem 402 mindestens ein physisches Objekt basierend auf einer oder mehreren Gruppierungen physischer Objekte (z.B. Fahrräder, Fahrzeuge, Verkehrsschilder, Fußgänger und/oder dergleichen). In einigen Ausführungsformen überträgt das Wahrnehmungssystem 402 Daten, die mit der Klassifizierung der physischen Objekte assoziiert sind, an das Planungssystem 404 auf Grundlage des Klassifizierens der physischen Objekte durch das Wahrnehmungssystem 402.
In einigen Ausführungsformen empfängt das Planungssystem 404 Daten, die mit einem Zielort assoziiert sind, und erzeugt Daten, die mit mindestens einer Route (z.B. den Routen 106) assoziiert sind, entlang derer ein Fahrzeug (z.B. die Fahrzeuge 102) zu einem Zielort fahren kann. In einigen Ausführungsformen empfängt das Planungssystem 404 periodisch oder kontinuierlich Daten vom Wahrnehmungssystem 402 (z.B. Daten, die mit der vorstehend beschriebenen Klassifizierung physischer Objekte zusammenhängen), und das Planungssystem 404 aktualisiert die mindestens eine Trajektorie oder erzeugt mindestens eine andere Trajektorie auf Grundlage der vom Wahrnehmungssystem 402 erzeugten Daten. In einigen Ausführungsformen empfängt das Planungssystem 404 Daten im Zusammenhang mit einer aktualisierten Position eines Fahrzeugs (z.B. der Fahrzeuge 102) vom Lokalisierungssystem 406, und das Planungssystem 404 aktualisiert die mindestens eine Trajektorie oder erzeugt mindestens eine andere Trajektorie auf Grundlage der vom Lokalisierungssystem 406 erzeugten Daten.
In einigen Ausführungsformen empfängt das Lokalisierungssystem 406 Daten, die mit einem Standort eines Fahrzeugs (z.B. der Fahrzeuge 102) in einem Bereich verbunden sind (z.B. diesen darstellen). In einigen Beispielen empfängt das Lokalisierungssystem 406 LiDAR-Daten im Zusammenhang mit mindestens einer Punktwolke, die von mindestens einem LiDAR-Sensor (z.B. den LiDAR-Sensoren 202b) erzeugt wurden. In bestimmten Beispielen empfängt das Lokalisierungsmodul 406 Daten, die mit mindestens einer Punktwolke von mehreren LiDAR-Sensoren assoziiert sind, und das Lokalisierungsmodul 406 erzeugt eine kombinierte Punktwolke basierend auf jeder der Punktwolken. In diesen Beispielen vergleicht das Lokalisierungsmodul 406 die mindestens eine Punktwolke oder die kombinierte Punktwolke mit einer in der Datenbank 410 gespeicherten zweidimensionalen (2D-) und/oder einer dreidimensionalen (3D-) Karte des Bereichs. Das Lokalisierungssystem 406 bestimmt dann die Position des Fahrzeugs in dem Bereich basierend darauf, dass das System 406 die mindestens eine Punktwolke oder die kombinierte Punktwolke mit der Karte vergleicht. In einigen Ausführungsformen beinhaltet die Karte eine kombinierte Punktwolke des Bereichs, die vor der Navigation des Fahrzeugs erzeugt wird. In einigen Ausführungsformen beinhalten Karte, ohne jedoch hierauf eingeschränkt zu sein, hochpräzise Karten der geometrischen Eigenschaften der Fahrbahn, Karten, die die Verbindungseigenschaften des Straßennetzes beschreiben, Karten, die physikalische 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 einigen Ausführungsformen wird die Karte in Echtzeit auf Grundlage der vom Wahrnehmungssystem empfangenen Daten erzeugt.
In einem anderen Beispiel empfängt das Lokalisierungssystem 406 Daten eines globalen Satellitennavigationssystems (GNSS), die durch einen Empfänger eines globalen Positionsbestimmungssystems (GPS) erzeugt werden. In einigen Beispielen empfängt das Lokalisierungssystem 406 GNSS-Daten im Zusammenhang mit dem Standort des Fahrzeugs in dem Bereich, und das Lokalisierungssystem 406 bestimmt einen Breitengrad und Längengrad des Fahrzeugs in dem Bereich. In einem solchen Beispiel bestimmt das Lokalisierungssystem 406 die Position des Fahrzeugs in dem Bereich basierend auf dem Breitengrad und dem Längengrad des Fahrzeugs. In einigen Ausführungsformen erzeugt das Lokalisierungssystem 406 Daten, die mit der Position des Fahrzeugs assoziiert sind. In einigen Beispielen erzeugt das Lokalisierungssystem 406 Daten, die mit der Position des Fahrzeugs assoziiert sind, basierend darauf, dass das Lokalisierungssystem 406 die Position des Fahrzeugs bestimmt. In einem solchen Beispiel beinhalten die Daten, die mit der Position des Fahrzeugs assoziiert sind, Daten, die mit einer oder mehreren semantischen Eigenschaften entsprechend der Position des Fahrzeugs assoziiert sind.
In einigen Ausführungsformen empfängt das Steuersystem 408 Daten im Zusammenhang mit mindestens einer Trajektorie vom Planungssystem 404, und das Steuersystem 408 steuert den Betrieb des Fahrzeugs. In einigen Beispielen empfängt das Steuersystem 408 Daten im Zusammenhang mit mindestens einer Trajektorie vom Planungssystem 404, und das Steuersystem 408 steuert den Betrieb des Fahrzeugs, indem es Steuersignale erzeugt und überträgt, um ein Antriebsstrangsteuersystem (z.B. das DBW-System 202h, das Antriebsstrangsteuersystem 204 und/oder dergleichen), ein Lenkungssteuersystem (z.B. das Lenkungssteuersystem 206) und/oder ein Bremssystem (z.B. das Bremssystem 208) in Betrieb zu setzen. In einem Beispiel, in dem eine Trajektorie eine Linkskurve beinhaltet, überträgt das Steuersystem 408 ein Steuersignal, um das Lenkungssteuersystem 206 zu veranlassen, einen Lenkwinkel des Fahrzeugs 200 einzustellen, wodurch bewirkt wird, dass das Fahrzeug 200 nach links abbiegt. Zusätzlich oder alternativ erzeugt und überträgt das Steuersystem 408 Steuersignale, um zu bewirken, dass andere Vorrichtungen (z.B. Scheinwerfer, Blinker, Türverriegelungen, Scheibenwischer und/oder dergleichen) des Fahrzeugs 200 ihren Zustand ändern.
In einigen Ausführungsformen implementieren das Wahrnehmungssystem 402, das Planungssystem 404, das Lokalisierungssystem 406 und/oder das Steuersystem 408 mindestens ein maschinelles Lernmodell (z.B. mindestens ein mehrschichtiges Perzeptron (multilayer perceptron, MLP), mindestens ein neuronales Faltungsnetz (convolutional neural network, CNN), mindestens ein rekurrentes neuronales Netz (RNN), mindestens einen Autoencoder, mindestens einen Transformator und/oder dergleichen). In einigen Beispielen implementieren das Wahrnehmungssystem 402, das Planungssystem 404, das Lokalisierungssystem 406 und/oder das Steuersystem 408 mindestens ein maschinelles Lernmodell allein oder in Kombination mit einem oder mehreren der vorstehend genannten Systeme. In einigen Beispielen implementieren das Wahrnehmungssystem 402, das Planungssystem 404, das Lokalisierungssystem 406 und/oder das Steuersystem 408 mindestens ein maschinelles Lernmodell als Teil einer Pipeline (z.B. einer Pipeline zum Identifizieren eines oder mehrerer Objekte in einer Umgebung und/oder dergleichen). Auf ein Beispiel einer Implementierung eines maschinellen Lernmodells wird hier verzichtet, um die Offenbarung nicht unnötig unklar zu machen.
Die Datenbank 410 speichert Daten, die zu dem Wahrnehmungssystem 402, dem Planungssystem 404, dem Lokalisierungssystem 406 und/oder dem Steuersystem 408 übertragen, von diesen empfangen und/oder durch diese aktualisiert werden. In einigen Beispielen beinhaltet die Datenbank 410 eine Speicherkomponente (z.B. eine Speicherkomponente, die der Speicherkomponente 308 aus 3 gleicht oder ähnelt), die Daten und/oder Software im Zusammenhang mit dem Betrieb speichert und mindestens ein System des AV-Computers 400 verwendet. In einigen Ausführungsformen speichert die Datenbank 410 Daten, die mit 2D- und/oder 3D-Karten mindestens eines Bereichs assoziiert sind. In einigen Beispielen speichert die Datenbank 410 Daten im Zusammenhang mit 2D- und/oder 3D-Karten eines Teils einer Stadt, mehrerer Teile mehrerer Städte, mehrerer Städte, eines Bezirks, eines Bundesstaates, eines Staates (z.B. eines Landes) und/oder dergleichen. In einem solchen Beispiel kann ein Fahrzeug (z.B. ein Fahrzeug, das den Fahrzeugen 102 und/oder dem Fahrzeug 200 gleicht oder ähnelt) entlang einer oder mehrerer befahrbarer Regionen (z.B. einspurige Straßen, mehrspurige Straßen, Autobahnen, Nebenstraßen, Geländepfade und/oder dergleichen) fahren und mindestens einen LiDAR-Sensor (z.B. einen LiDAR-Sensor, der den LiDAR-Sensoren 202b gleicht oder ähnelt) veranlassen, Daten im Zusammenhang mit einem Bild zu erzeugen, das die in einem Sichtfeld des mindestens einen LiDAR-Sensors enthaltenen Objekte darstellt.
In einigen Ausführungsformen kann die Datenbank 410 auf einer Vielzahl von Vorrichtungen implementiert werden. In einigen Beispielen ist die Datenbank 410 in einem Fahrzeug (z.B. einem Fahrzeug, das den Fahrzeugen 102 und/oder dem Fahrzeug 200 gleicht oder ähnelt), einem AV-System (z.B. einem AV-System, das dem entfernt angeordneten AV-System 114 gleicht oder ähnelt), einem Fuhrparkverwaltungssystem (z.B. einem Fuhrparkverwaltungssystem, das dem Fuhrparkverwaltungssystem 116 aus 1 gleicht oder ähnelt), einem V2I-System (z.B. einem V21-System, das dem V21-System 118 aus 1 gleicht oder ähnelt) und/oder dergleichen enthalten.
Modellprädiktives Steuersystem
5A ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für ein modellprädiktives Steuersystem 500 (vorliegend als „MPC-System 500“ bezeichnet) zeigt. Das MPC-System 500 kann einen Fahrweg für ein autonomes Fahrzeug unter Verwendung einer bidirektionalen Wegoptimierung in einem Gitterbestimmen. Das MPC-System 500 kann ein Planungssystem 502 für unstrukturierte Bereiche und das Steuersystem 408 beinhalten. Das Planungssystem 502 für unstrukturierte Bereiche kann ein Teil des vorliegend beschriebenen Planungssystems 404 oder davon getrennt sein. Das Planungssystem 502 für unstrukturierte Bereiche kann den Fahrweg für das autonome Fahrzeug bestimmen, und das Steuersystem 408 kann die Steuerung des autonomen Fahrzeugs in Übereinstimmung mit dem bestimmten Fahrweg ausführen.
Das Planungssystem 502 für unstrukturierte Bereiche kann periodisch oder kontinuierlich Fahrzeugumfelddaten 504 vom Wahrnehmungssystem 402 und/oder dem Lokalisierungssystem 406 empfangen. Die Fahrzeugumgebungsdaten 504 können die Daten aus dem Wahrnehmungssystem 402 (z.B. Daten im Zusammenhang mit der Klassifizierung von physischen Objekten und dem Standort der Objekte, wie vorstehend beschrieben) und/oder Daten im Zusammenhang mit einer aktualisierten Position des Fahrzeugs (z.B. Fahrzeuge 102) aus dem Lokalisierungssystem 406 beinhalten.
5B und 5C veranschaulichen Beispielumgebungen 506A und 506B, die ein MPC-System 500 vorfinden kann. In jeder der Umgebungen 506A und 506B kann das MPC-System 500 einen Zustand (Standort, Orientierung, Geschwindigkeitsvektor usw.) seines eigenen Fahrzeugs (als „Ego 508“ bezeichnet) in einer Umgebung bestimmen. Beispielsweise kann das MPC-System 500 den Zustand des Ego 508 aus den Fahrzeugumgebungsdaten 504 erhalten, die vom Lokalisierungssystem 406 angezeigt werden. Das MPC-System 500 kann zudem Zustände (Standort, Orientierung, Geschwindigkeitsvektor usw.) anderer Fahrzeuge 510, Zustände (Standort, Orientierung, Geschwindigkeitsvektor usw.) anderer Objekte 512 (z.B. mobiler Objekte wie Personen usw. oder fester Objekte wie der physischen Umgebung usw.), eine lokale Grenze 514 der Umgebung, eine Fahrtrichtung 516 und/oder einen Standort einer Zielposition 518 bestimmen. Das MPC-System 500 kann die Zustände anderer Fahrzeuge 510, Zustände anderer Objekte 512, die lokale Grenze 514 und/oder die Fahrtrichtung 516 aus den Fahrzeugumgebungsdaten 504 und/oder basierend auf 2D- und/oder 3D-Karten aus der Datenbank 410 erhalten. So können beispielsweise Zustände anderer Fahrzeuge 510 und anderer mobiler Objekte 512 vom Wahrnehmungssystem 402 detektiert, verfolgt und gemeldet werden. Zum Beispiel können der Zustand von festen Objekten, die lokale Grenze 514 und/oder die Fahrtrichtung 516 gespeichert und aus den 2D- und/oder 3D-Karten extrahiert werden. Das MPC-System 500 kann den Standort der Zielposition 518 aus einer Benutzereingabe (z.B. über die Eingabeschnittstelle 310) oder einem anderen System (z.B. über die Kommunikationsschnittstelle 314) bestimmen, wie beispielsweise von einer Benutzervorrichtung oder einem Ferndienst, wie beispielsweise dem Fuhrparkverwaltungssystem 116 oder dem entfernt angeordneten AV-System 114, und dergleichen.
Die Umgebung 506A kann eine strukturierte Umgebung sein, z.B. eine Fahrspurumgebung oder dergleichen. Die Umgebung 506A kann gut definiert sein und das Manövrieren kann relativ einfach sein (z.B. leichte Anpassungen innerhalb einer Spur, Spurwechsel oder Abbiegen von einer strukturierten Umgebung in eine andere). Bei der Umgebung 506B kann es sich um eine unstrukturierte Umgebung handeln, z.B. einen Parkplatz, eine gemeinsam genutzte Umgebung (z.B. mit Fußgängern) oder eine nicht strukturierte Umgebung (z. B. eine nicht als strukturiert klassifizierte Umgebung, wie die Umgebung 506A). Im Fall der Umgebung 506B kann das Manövrieren schwieriger sein, da die Umgebung weniger definiert ist (z.B. gibt es weniger Begrenzungen wie Fahrspuren oder Regeln für die Umgebung) und das autonome Fahrzeug stecken bleiben könnte (zwischen Begrenzungen und sich bewegenden Objekten usw.). In der Umgebung 506B kann sich das MPC-System 500 insbesondere nicht darauf verlassen, dass andere Akteure einer bestimmten Straßenstruktur und/oder vorhersehbaren Bewegungsmustern folgen. Somit ist die Umgebung 506B von Natur aus unstrukturiert.
In einigen Fällen kann das MPC-System 500 (oder das Planungssystem 404) zwischen strukturierten und unstrukturierten Betriebsmodi umschalten, indem es anhand der Umgebungsbedingungen bestimmt, ob sich das Fahrzeug in einer unstrukturierten oder einer strukturierten Umgebung befindet. Beispielsweise kann das MPC-System 500 (oder das Planungssystem 404) bestimmen, ob sich das Ego 508 in einer strukturierten Umgebung befindet, indem es bestimmt, dass bestimmte Eigenschaften der Umgebung bestimmte Umgebungsbedingungen erfüllen (z.B. Vorhandensein von Fahrspurmarkierungen, Position des Egos in der Fahrspur und/oder dergleichen). Ist dies der Fall, kann das MPC-System 500 bestimmen, in einem strukturierten Modus zu arbeiten; andernfalls kann das MPC-System 500 bestimmen, in einem unstrukturierten Modus zu arbeiten. Auf die Funktionsweise des strukturierten Modus wird vorliegend nicht eingegangen, um das Verständnis des vorliegend beschriebenen unstrukturierten Modus zu erleichtern.
In einigen Fällen kann das MPC-System 500 (oder das Planungssystem 404) sowohl Ausgaben des strukturierten als auch des unstrukturierten Modus berücksichtigen. In einigen Fällen kann das MPC-System 500 bestimmen, ob der strukturierte Modus eine Lösung finden konnte, und, falls nicht, mit dem unstrukturierten Modus fortfahren. In einigen Fällen kann das MPC-System 500 (wenn beide Lösungen bestimmt haben) auswerten, welche Lösung die bessere ist. Beispielsweise kann ein bestimmter Fahrweg aus dem strukturierten Modus und der Fahrweg aus dem unstrukturierten Modus bewertet werden, und es kann der Fahrweg mit einer höheren Bewertung ausgewählt werden. Zum Beispiel kann in einigen Fällen das MPC-System 500 Bewertungen auf Grundlage von Bewertungsregeln bestimmen, wie z.B. eine Komfortmetrik einer Lösung, wie schnell eine Lösung das autonome Fahrzeug an einen Zielort bringt, eine Sicherheitsmetrik in Bezug auf Akteure in der Szenerie und/oder das Vorhandensein von Kollisionen in einer Lösung.
Unter erneuter Bezugnahme auf 5A kann, wenn der unstrukturierte Modus durch das MPC-System 500 ausgeführt wird, der unstrukturierte Modus das MPC-System 500 veranlassen, unter Verwendung des Planungssystems 502 für unstrukturierte Bereiche einen Fahrweg zu bestimmen. Das Planungssystem 502 für unstrukturierte Bereiche kann eine Referenzweg-Engine 502A, eine Belegungskarten-Engine 502B und eine Fahrweg-Engine 502C enthalten. Wie vorliegend beschrieben, kann das MPC-System 500 die mit einer Umgebung eines Fahrzeugs zusammenhängenden Fahrzeugdaten empfangen.
Die Referenzweg-Engine 502A kann einen Referenzweg 704 (siehe 7A und 7C) zu einem Zielstandort (alternativ als „Zielposition 518“ bezeichnet) für das Fahrzeug erzeugen. Zum Beispiel kann die Referenzweg-Engine 502A den Referenzweg 704 zum Zielstandort auf Grundlage der Fahrzeugumgebungsdaten erzeugen.
In einigen Fällen kann die Referenzweg-Engine 502A den Referenzweg 704 in einem geografischen Koordinatensystem 604 oder in einem Belegungskarten-Koordinatensystem 608 bestimmen (siehe nachstehende Diskussion von 6A). Falls der Referenzweg 704 im geografischen Koordinatensystem 604 bestimmt wird, kann die Referenzweg-Engine 502A den Referenzweg 704 iterativ berechnen und bestimmen, ob es zu Kollisionen mit Objekten kommen würde. Beispielsweise kann die Referenzweg-Engine 502A den Referenzweg 704 in das Belegungskarten-Koordinatensystem 608 transformieren und bestätigen, dass keine Kollisionen mit Objekten im Belegungskarten-Koordinatensystem 608 auftreten würden. Falls der Referenzweg 704 im Belegungskarten-Koordinatensystem 608 bestimmt wird, kann die Referenzweg-Engine 502A den Referenzweg 704 iterativ berechnen und bestimmen, ob Kollisionen mit Objekten auftreten würden. Um zu bestimmen, ob es zu Kollisionen mit Objekten kommen würde, kann die Referenzweg-Engine 502A in einigen Fällen bestimmen, ob sich irgendein Punkt einer Grundfläche (footprint) des Egos 508 mit einem Standort eines Objekts der Belegungskarte überschneidet (z.B. innerhalb eines Schwellenabstands liegt). Auf diese Weise kann der Referenzweg 704 in der Belegungskarte (im Belegungskarten-Koordinatensystem 608) dargestellt werden.
In einigen Fällen kann die Referenzweg-Engine 502A den Referenzweg 704 durch eine auf Stichproben beruhende Routine bestimmen. Die Referenzweg-Engine 502A kann den Referenzweg 704 iterativ und getrennt (z.B. asynchron) von der Bestimmung des Fahrwegs durch das MPC-System 500 bestimmen, vorausgesetzt, dass das MPC-System 500 Zugriff auf die letzte Bestimmung des Referenzwegs 704 hat. Auf diese Weise kann sich das MPC-System 500 auf dieselbe Belegungskarte für die Wegoptimierung (z.B. Bestimmen des Fahrwegs) und die Wegplanung (z.B. Bestimmen des Referenzwegs 704) stützen.
In einigen Fällen kann die Referenzweg-Engine 502A den Referenzweg 704 im Hinblick auf statische Objekte bestimmen, die in der Belegungskarte dargestellt sind. Beispielsweise kann die Referenzweg-Engine 502A (oder die nachstehend beschriebene Belegungskarten-Engine 502B) bestimmen, ob ein Objekt statisch ist (z.B. ein Objekt, das sich seit mehr als einer Schwellenperiode nicht bewegt hat), und, falls dies der Fall ist, das statische Objekt zur Belegungskarte hinzufügen. Auf diese Weise können sowohl bei der Wegplanung als auch bei der Wegoptimierung Kollisionen mit dem statischen Objekt vermieden werden. Die Referenzweg-Engine 502A kann, während sie die auf Stichproben beruhende Routine ausführt, den Fahrweg 714 bestimmen, indem sie diskrete Entscheidungen auswertet (z.B., ob Ego 508 ein Objekt links oder rechts passieren soll). Zur Bestimmung des Fahrwegs kann das MPC-System 500 den Fahrweg unter Berücksichtigung einer optimalen Bewegung um den Referenzweg 704 bestimmen.
Die Belegungskarten-Engine 502B kann unter Verwendung der Fahrzeugumgebungsdaten 504 eine Belegungskarte der Umgebung bestimmen. Die Belegungskarte kann zum Beispiel mindestens ein Hindernis in der Umgebung identifizieren. Die Belegungskarte kann zudem mindestens einen aktuellen Zustand des Ego 508 und die Zielposition 518 identifizieren. Bei der Belegungskarte kann es sich um eine Gitterdarstellung räumlicher Umgebungseinschränkungen (z.B. Ego 508, andere Fahrzeuge 510, andere Objekte 512, lokale Begrenzung 514 und dergleichen) handeln. Beispielsweise kann die Belegungskarten-Engine 502B die Belegungskarte bestimmen, indem sie iterativ den Zustand des Ego 508, die Zustände anderer Fahrzeuge 510, die Zustände anderer Objekte 512, die lokale Begrenzung 514 der Umgebung, die Fahrtrichtung 516 und/oder den Standort der Zielposition 518 (vorliegend auch als „Darstellungsdaten“ bezeichnet) bezieht. Die Belegungskarten-Engine 502B kann die Darstellungsdaten aus dem geografischen Koordinatensystem 604 in das Belegungskarten-Koordinatensystem 608 transformieren, um die Belegungskarte zu erstellen. Die Belegungskarten-Engine 502B kann die Belegungskarte 704 iterativ und getrennt (z.B. asynchron) von der Bestimmung des Fahrwegs durch das MPC-System 500 bestimmen, vorausgesetzt, dass das MPC-System 500 Zugriff auf die letzte Bestimmung der Belegungskarte hat. Die Belegungskarten-Engine 502B kann den Referenzweg 704 in die Belegungskarte aufnehmen (z.B. durch Transformieren des Referenzwegs, wie vorliegend beschrieben).
Die Fahrweg-Engine 502C kann einen Fahrweg zu einem Zwischenstandort (z.B. einem MPC-Horizont 716, nachstehend behandelt) in der Belegungskarte zumindest teilweise auf Grundlage des Referenzwegs 704 und einer Längsrichtungsvariablen bestimmen. Zum Beispiel kann der Zwischenstandort ein Punkt auf dem Referenzweg 704 sein, der in der Nähe eines aktuellen Standorts des autonomen Fahrzeugs liegt. In einigen Fällen kann der Zwischenstandort auf dem Referenzweg 704 zwischen dem aktuellen Standort und dem Zielstandort liegen. In einigen Fällen kann der Zwischenstandort (z.B. der MPC-Horizont 716) auf einer vordefinierten Entfernung vom aktuellen Standort basieren. Die Fahrweg-Engine 502C (oder das Steuersystem 408) kann Betätigungsbefehle (z.B. Lenkwinkel und Gasregelung) für das Fahrzeug zumindest teilweise auf Grundlage des Fahrwegs erzeugen.
Bei der Längsrichtungsvariable kann es sich um einen kontinuierlichen Zahlenbereich handeln (z.B. von einschließlich -1 bis einschließlich 1). In einigen Fällen stellen die fortlaufenden Zahlen, die einen Zahlenschwellenwert erfüllen, eine erste Längsrichtung dar und die fortlaufenden Zahlen, die den Zahlenschwellenwert nicht erfüllen, eine zweite Längsrichtung. Zum Beispiel kann die erste Längsrichtung eine Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs sein (z.B. fährt das Fahrzeug vorwärts) und die zweite Längsrichtung eine Rückwärtsrichtung (z.B. fährt das Fahrzeug rückwärts). Der Zahlenschwellenwert kann beispielsweise erfüllt sein, wenn die Längsrichtungsvariable größer als (oder gleich) Null ist.
In einigen Fällen kann die Belegungskarten-Engine 502B einen physischen Standort des Fahrzeugs in einem physischen Koordinatensystem bestimmen und einen Belegungskartenstandort des Fahrzeugs bestimmen, indem der physische Standort des Fahrzeugs vom physischen Koordinatensystem in ein Koordinatensystem der Belegungskarte transformiert wird. Zum Beispiel kann die Belegungskarten-Engine 502B den physischen Standort des Fahrzeugs aus den Fahrzeugumgebungsdaten erhalten und Koordinatenrahmentransformationen auf den physischen Standort anwenden, um den physischen Standort im physischen Koordinatensystem in das Koordinatensystem der Belegungskarte zu transformieren. Ferner kann die Fahrweg-Engine 502C zur Bestimmung des Fahrwegs zum Zwischenstandort den Fahrweg zum Zwischenstandort unter Verwendung des Belegungskartenstandorts des Fahrzeugs bestimmen.
In einigen Fällen kann die Belegungskarten-Engine 502B den Referenzweg 704 aus dem physischen Koordinatensystem in das Koordinatensystem der Belegungskarte transformieren. Zum Beispiel kann die Belegungskarten-Engine 502B die Koordinatenrahmentransformationen auf den Referenzweg 704 anwenden, um den Referenzweg 704 im physischen Koordinatensystem in das Koordinatensystem der Belegungskarte zu transformieren. Ferner kann die Fahrweg-Engine 502C zur Bestimmung des Fahrwegs zu dem Zwischenstandort den Fahrweg zum Zwischenstandort in der Belegungskarte unter Verwendung des Referenzwegs 704 im Koordinatensystem der Belegungskarte bestimmen.
In einigen Fällen kann die Belegungskarten-Engine 502B den Referenzweg 704 und den physischen Standort des Fahrzeugs aus dem physischen Koordinatensystem in das Koordinatensystem der Belegungskarte transformieren. Zum Beispiel kann die Belegungskarten-Engine 502B die Koordinatenrahmentransformationen auf den Referenzweg 704 und den physischen Standort des Fahrzeugs anwenden, um den Referenzweg 704 und den physischen Standort des Fahrzeugs im physischen Koordinatensystem in das Koordinatensystem der Belegungskarte zu transformieren. Ferner kann die Fahrweg-Engine 502C zur Bestimmung des Fahrwegs zu dem Zwischenstandort den Fahrweg zum Zwischenstandort in der Belegungskarte unter Verwendung des Referenzwegs 704 und des physischen Standorts des Fahrzeugs im Koordinatensystem der Belegungskarte bestimmen.
In einigen Fällen kann die Fahrweg-Engine 502C den Fahrweg aus dem Koordinatensystem der Belegungskarte in das physische Koordinatensystem transformieren. Beispielsweise kann die Fahrweg-Engine 502C die Koordinatenrahmentransformationen auf den Fahrweg anwenden, um den Fahrweg im Koordinatensystem der Belegungskarte in das physische Koordinatensystem zu transformieren. In diesem Fall kann die Fahrweg-Engine 502C die Betätigungsbefehle für das Fahrzeug anhand des Fahrwegs im physischen Koordinatensystem erzeugen.
In einigen Fällen kann die Fahrweg-Engine 502C unter Verwendung der Belegungskarte mindestens eine differenzierbare Belegungskartenauswertung erzeugen. Beispielsweise kann die Fahrweg-Engine 502C diskrete Gitterbelegungen von Objekten (z.B. Objekt X an Gitterposition Y) in differenzierbare Belegungskartenauswertungen für die Objekte transformieren. Differenzierbare Belegungskartenauswertungen können nicht-kontinuierliche Sprünge in der Objektdarstellung vermeiden. In diesem Fall kann die Fahrweg-Engine 502C zur Bestimmung des Fahrwegs zum Zwischenstandort den Fahrweg zum Zwischenstandort unter Verwendung der mindestens einen differenzierbaren Belegungskartenauswertung bestimmen. Um die mindestens eine differenzierbare Belegungskartenauswertung zu erzeugen, kann die Fahrweg-Engine 502C beispielsweise mindestens eine Basisfunktion auf die Belegungskarte anwenden. Die mindestens eine Basisfunktion kann zum Beispiel mindestens eine B-Spline-Basisfunktion dritter Ordnung sein. Einzelheiten zur Verwendung einer B-Spline-Basisfunktion dritter Ordnung zur Bestimmung der mindestens einen differenzierbaren Belegungskartenauswertung finden sich in 17/535,542, die durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit einbezogen ist.
In einigen Fällen kann die Fahrweg-Engine 502C zur Bestimmung des Fahrwegs zumindest teilweise auf Grundlage mindestens einer physischen Einschränkung des Fahrzeugs und Variationen einer Vielzahl variabler Steuereingaben eine Vielzahl möglicher Wege bestimmen. Dann kann die Fahrweg-Engine 502C zumindest teilweise auf Grundlage einer Gewichtungsrichtlinie einer Zielfunktion Kosten bestimmen, die mit jedem der mehreren möglichen Wege assoziiert sind. Anschließend kann die Fahrweg-Engine 502C den Fahrweg aus der Vielzahl möglicher Wege zumindest teilweise auf Grundlage der bestimmten Kosten auswählen, die mit jedem der Vielzahl möglicher Wege assoziiert sind.
Zur Bestimmung der Vielzahl möglicher Wege kann die Fahrweg-Engine 502C die Vielzahl möglicher Wege erzeugen, indem sie variable Steuereingaben für eine vorgegebene Anzahl von Vorhersageschritten einstellt. Zur Erzeugung der Vielzahl möglicher Wege kann die Fahrweg-Engine 502C eine Vielzahl von Sätzen variabler Steuereingaben für eine Periode erzeugen, die dem aktuellen Standort bis zum Zwischenstandort entspricht, mit einer Anzahl von Schritten (als „Vorhersageschritte“ bezeichnet) dazwischen. Die variablen Steuereingaben können einen Lenkwinkel und eine Längsrichtung für die Längsrichtungsvariable beinhalten. In einigen Fällen können die Steuereingaben auch einen Gasregelwert beinhalten. Jeder Satz variabler Steuereingaben kann sequentiell Steuereingaben definieren, um jeden Schritt der Anzahl von Schritten gemäß der mindestens einen physischen Einschränkung des Fahrzeugs zu vollziehen. So kann beispielsweise ein erster Satz von Steuereingaben einen ersten möglichen Weg vom aktuellen Standort zum Zwischenstandort definieren, so dass das Fahrzeug einen ersten definierten Weg durchfährt, während ein zweiter Satz von Steuereingaben einen zweiten möglichen Weg vom aktuellen Standort zum Zwischenstandort definieren kann, so dass das Fahrzeug den zweiten definierten Weg durchfährt. Jede Steuereingabe kann bei jedem Schritt innerhalb der physischen Einschränkung der Fahrzeuge liegen. Zum Beispiel kann jede variable Steuereingabe (bei jedem Schritt) eine physische Bedingung der Betriebsfähigkeit des Fahrzeugs erfüllen. So können beispielsweise bestimmte Änderungen des Lenkwinkels und/oder der Gasregelung für das Fahrzeug (in diesem Schritt) physikalisch möglich sein, während andere bestimmte Änderungen des Lenkwinkels und/oder der Gasregelung für das Fahrzeug (in diesem Schritt) physikalisch unmöglich sein können. Jede Steuereingabe aus jedem Satz von Steuereingaben kann in einem entsprechenden Schritt mindestens eine physische Einschränkung des Fahrzeugs erfüllen. Jede der Vielzahl von Sätzen variabler Steuereingaben kann einen möglichen Weg gemäß Standorten von Schritten definieren, die jede Steuereingabe angibt.
In einigen Fällen umfasst die mindestens eine physische Einschränkung des Fahrzeugs einen Betriebslenkwinkel eines Lenkrads des Fahrzeugs. So kann beispielsweise der Betriebslenkwinkel des Lenkrads auf einen festgelegten Bereich von Lenkwinkeln eingeschränkt sein (z.B. +/- 45 Grad vom aktuellen Kurs). In einigen Fällen schränkt die mindestens eine physische Einschränkung des Fahrzeugs einen kartesischen Lösungsraum des Fahrwegs auf ein Gebiet mit einem vorbestimmten Abstand zum Referenzweg 704 ein. Der kartesische Lösungsraum kann beispielsweise ein geografisches Gebiet innerhalb des Koordinatensystems der Belegungskarte sein, das sich innerhalb der vorgegebenen Entfernung vom Referenzweg 704 befindet, so dass jeder Schritt innerhalb des kartesischen Lösungsraums liegen kann. In einigen Fällen wird durch die mindestens eine physische Einschränkung des Fahrzeugs ein Fahrzeugkurs auf einen vorbestimmten Bereich von Kursen in Bezug auf einen bestimmten Punkt auf dem Referenzweg 704 eingeschränkt. Zum Beispiel kann der vorbestimmte Bereich von Kursen in Bezug auf den gegebenen Punkt auf dem Referenzweg 704 ein definierter +/--Gradbetrag eines Kurses von einem aktuellen Standort des Fahrzeugs in Bezug auf den Referenzweg 704 sein.
In einigen Fällen kann jeder der Vielzahl möglicher Wege eine Vielzahl von Einheitsentfernungsschritten beinhalten. Jeder der Einheitsentfernungsschritte kann einem der Anzahl der Schritte vom aktuellen Standort zum Zwischenstandort entsprechen. In einigen Fällen kann jeder Einheitsentfernungsschritt als Verhältnis zwischen der Entfernung zwischen dem aktuellen Standort und dem Zwischenstandort (bei Durchfahren des möglichen Wegs) und der Anzahl der Schritte definiert sein.
Zur Bestimmung der mit jedem der Vielzahl möglicher Fahrwege assoziierten Kosten kann die Fahrweg-Engine 502C unter Verwendung einer Zielfunktion Kosten für jeden der Vielzahl möglicher Wege erzeugen. So können beispielsweise die Kosten für einen möglichen Weg zumindest teilweise auf Grundlage der Gewichtungsrichtlinie der Zielfunktion und der Belegungskarten- und Steuereingaben für den möglichen Weg bestimmt werden. Die Gewichtungsrichtlinie kann mindestens einen Kostenteil für Eigenschaften des möglichen Wegs zuweisen. Zum Beispiel kann die Gewichtungsrichtlinie eine Vielzahl von Kostenteilen zuweisen. Die Vielzahl von Kostenteilen kann mindestens einen ersten Kostenteil, einen zweiten Kostenteil und einen dritten Kostenteil beinhalten.
Bei dem ersten Kostenteil kann es sich um Kosten einer kollisionsfreien Bewegung handeln. Die Kosten der kollisionsfreien Bewegung können auf einer Akkumulation von Kollisionskosten für alle Vorhersageschritte für jeden eines Satzes von Punkten einer Fahrzeuggrundfläche in Bezug auf das mindestens eine Hindernis in der Umgebung beruhen. Zum Beispiel können die Kollisionskosten proportional höher sein, wenn sich ein erster Punkt des Satzes von Punkten der Fahrzeuggrundfläche mit einer Position des mindestens einen Hindernisses in der Umgebung überlappt, als ein zweiter Punkt des Satzes von Punkten der Fahrzeuggrundfläche, der sich nicht mit einer Position des mindestens einen Hindernisses in der Umgebung überlappt. Bei der Akkumulation der Kollisionskosten für alle Vorhersageschritte können alle Kollisionskosten aller Punkte über alle Vorhersageschritte hinweg addiert werden, um jede physische Interaktion mit der Umgebung anzuzeigen. Die Gewichtungsrichtlinie kann solchen Interaktionen relativ hohe Gewichtungen zuweisen, um so die Auswahl solcher Fahrwege zu vermeiden.
Bei dem zweiten Kostenteil kann es sich um Komfortkosten handeln. Die Komfortkosten können bei jedem Vorhersageschritt auf mindestens einer Änderungsrate der Längsrichtungsvariablen und einer Änderungsrate eines Lenkwinkels beruhen. Zum Beispiel können die Komfortkosten proportional höher sein, wenn eine Änderungsrate der Längsrichtungsvariablen oder eine Änderungsrate eines Lenkwinkels zunimmt. Die Gewichtungsrichtlinie kann den Änderungsraten Gewichtungen zuweisen, um so eine komfortable (z.B. für den Menschen angenehme) Fahrt zwischen dem aktuellen Standort und dem Zwischenstandort zu gewährleisten.
Bei dem dritten Kostenteil kann es sich um Verfolgungskosten handeln. Die Verfolgungskosten können bei jedem Vorhersageschritt auf einer ersten Differenz von einem Referenzkurs des Referenzwegs 704 an einem Verfolgungszielstandort und einer zweiten Differenz von einem Referenzstandort des Referenzwegs 704 an dem Verfolgungszielstandort beruhen. In einigen Fällen ist die erste Differenz bei jedem Vorhersageschritt eine Differenz zwischen dem Lenkwinkel (wie durch die Steuereingaben für diesen Schritt angegeben) und dem durch den Referenzweg 704 angegebenen Lenkwinkel. In einigen Fällen ist die zweite Differenz bei jedem Vorhersageschritt eine Differenz zwischen dem Standort (wie durch die Steuereingaben für diesen Schritt angegeben) und einem entsprechenden Standort, der durch den Referenzweg 704 angegeben wird. Die Gewichtungsrichtlinie kann der ersten und der zweiten Differenz unterschiedliche Gewichtungen zuweisen, um so eine Konvergenz zum Zwischenstandort zu bevorzugen.
In einigen Fällen kann die Gewichtungsrichtlinie eine Vielzahl von Gewichtungen für die Kosten der kollisionsfreien Bewegung, die Komfortkosten und die Verfolgungskosten enthalten, um unterschiedliche Kosten zu bevorzugen. Beispielsweise kann ein Satz von Gewichtungen aus der Vielzahl von Gewichtungen für die Verfolgungskosten eine Zwischengewichtung für einen Zwischenvorhersageschritt vor einem endgültigen Vorhersageschritt und eine Endgewichtung für den endgültigen Vorhersageschritt beinhalten. Die Zwischengewichtung kann wesentlich geringer sein als die Endgewichtung. So können beispielsweise mögliche Wege, die näher am Referenzweg 704 enden, gegenüber Wegen, die weiter vom Referenzweg 704 entfernt sind, bevorzugt werden.
In einigen Fällen kann die Fahrweg-Engine 502C die Kosten für die kollisionsfreie Bewegung, die Komfortkosten und die Verfolgungskosten für jeden der Vielzahl möglicher Wege addieren, um Gesamtkosten für den möglichen Fahrweg zu bestimmen. Auf diese Weise können die Gesamtkosten für jede Vielzahl möglicher Wege bestimmt und der relative Nutzen jedes Wegs berücksichtigt werden.
Die Fahrweg-Engine 502C kann einen Fahrweg mit niedrigsten Kosten auswählen. Beispielsweise kann die Fahrweg-Engine 502C den Fahrweg mit den niedrigsten Kosten ermitteln, indem sie die Kosten der möglichen Wege ordnet (z.B. vom höchsten zum niedrigsten) und einen möglichen Weg mit den niedrigsten Kosten als Fahrweg auswählt. In einigen Fällen kann die Fahrweg-Engine 502C bestimmen, ob der ausgewählte Fahrweg Kosten aufweist, die unter einem Kostenschwellenwert liegen. Falls dies der Fall ist, wird fortgefahren. Falls dies nicht der Fall ist, wird der Fahrweg iterativ neu bestimmt, bis ein ausgewählter Fahrweg Kosten aufweist, die unter dem Kostenschwellenwert liegen (oder es wird ein Fehler festgestellt und ein Sicherheitsstoppmanöver durchgeführt, falls ein Schwellenwertilterationszähler überschritten wird, ohne dass eine zufriedenstellende Lösung gefunden wird).
Wie vorstehend erwähnt, kann die Fahrweg-Engine 502C (oder das Steuersystem 408), sobald ein Fahrweg ausgewählt wurde, Betätigungsbefehle (z.B. Lenkwinkel und Gasregelung) für das Fahrzeug zumindest teilweise auf Grundlage des Fahrwegs erzeugen. Somit kann es sich bei den offenbarten Verfahren und dem System um einen gitterbasierten Wegprozess handeln, der eine Umgebungsdarstellung sowohl für einen Planungsalgorithmus (z.B. den Referenzweg 704) als auch für die Wegauswahl gemäß den Kosten verwendet. Beispielsweise kann das MPC-System 500 durch die Belegungskarte in der Wegauswahlroutine räumliche Einschränkungen genau darstellen und so eine Navigation auf engem Raum ermöglichen. Darüber hinaus kann das MPC-System 500 die Längsrichtungsvariable nutzen, um einen vollen Bewegungsumfang für komplexe Manöver zu ermöglichen.
Darüber hinaus kann die Kombination von belegungskartenbasierten räumlichen Einschränkungen und Rückwärtsfahren (z.B. die Längsrichtungsvariable) für die Manövrierfähigkeit auch für die Wegoptimierung in unstrukturierten Umgebungen jenseits autonomer Fahrzeuge anwendbar sein. Daher kann der unstrukturierte Modus zur Bestimmung eines Fahrwegs auch für 3D-Drohnennavigation, Navigation mobiler Roboter (z.B. Reinigungsroboter, Überwachungsroboter, Landwirtschaftsroboter), autonome Boote und dergleichen verwendet werden. Des Weiteren können die Verfahren und das System bei der Auswahl von Trajektorien eingesetzt werden, indem eine Zeitkomponente in den Auswahlprozess einbezogen wird. Darüber hinaus kann die Belegungskarte probabilistische Eigenschaften von Messungen der Umgebung und Kosten enthalten, die mit dem Risiko einer Kollision mit bestimmten Objekten in der Umgebung assoziiert sind, wodurch die Wegplanung um probabilistische Eigenschaften erweitert wird.
Beispiel
In einigen Fällen kann das MPC-System 500 den Fahrweg unter Verwendung eines MPC-Solver (z.B. als Teil der Fahrweg-Engine 502C) bestimmen, der zeitinvariant (z.B. unter Verwendung der Einheitsentfernungsschritte) und bidirektional (z.B. unter Verwendung der Längsrichtungsvariablen) ist. In diesem Fall kann das MPC-System 500 eine Gasregelungs- (oder Geschwindigkeits-) Steuerung getrennt von einer Lenkungssteuerung oder Vorwärts-/Rückwärtssteuerung bestimmen. Einige MPC-Solver können beispielsweise einen Fahrzeugzustand über die Zeit fortschreiben, um eine Lösung (z.B. eine optimierte oder kostengünstigste Lösung) für eine Trajektorie zu bestimmen. In diesem Beispiel kann das MPC-System 500 jedoch Einheitsentfernungsschritte (anstelle von Zeitschritten) verwenden, um einen Fahrweg (anstelle einer Trajektorie) zum MPC-Horizont 716 zu bestimmen. Somit kann das MPC-System 500 räumlich und nicht zeitlich planen. Insbesondere kann das MPC-System 500 einen Fahrweg bestimmen, der ein lokales Minimum einer Zielfunktion (1) ist, so dass eine Gleichheitseinschränkung (2), eine Zustandseinschränkung (3) und eine Eingabeeinschränkung (4) erfüllt sind. Grundsätzlich handelt es sich bei den vorliegend offenbarten Funktionen oder Gleichungen um Beispielfunktionen oder -gleichungen. $z_{1 : N}^{*}, u_{1 : N - 1}^{*} = \underset{z_{1 : N}, u_{1 : N - 1}}{argmin} \sum_{k = 1}^{N - 1} J_{s t a g e} (z_{k}, u_{k}, p_{k}) + J_{t e r m i n a l} (z_{N}, p_{N})$
Dabei ist $z_{1 : N}^{*}$
ein Bewegungsweg von 1 bis N Zustandsvektoren z, und $u_{1 : N - 1}^{*}$
sind Eingaben, um den Fahrweg zu erhalten, die ein Minimum der Kosten J_stage(z_k,u_k,p_k) und J_terminal(z_N,p_N) sind, die nachstehend mit Bezug auf 7A bis 7C näher erörtert werden, wobei p_k und p_N Objekte in der Belegungskarte sind (z.B. Fahrzeuge, Fußgänger, Begrenzungen (z.B. ein Bordstein) und dergleichen). $z_{k + 1} = f (z_{k}, u_{k})$
$z \in Z, z = [\begin{matrix} x \\ y \\ θ \\ d \\ δ \end{matrix}]$
$u \in U, u = [\begin{matrix} u_{d'} \\ u_{δ'} \end{matrix}]$
Dabei ist z ein Zustandsvektor (aus der Menge aller möglichen Zustandsvektoren Z), wobei x eine x-Kartenkoordinate des Fahrzeugs ist, y eine y-Kartenkoordinate des Fahrzeugs ist, θ ein Kurs des Fahrzeugs ist, d die Längsrichtungsvariable ist, und δ ein Lenkwinkel des Fahrzeugs ist; u ein Eingabevektor (aus der Menge aller möglichen Eingabevektoren U) ist, wobei u_d' eine Änderungsrate oder Richtungsvariable über einen Fortschritt ist und u_δ' eine Änderungsrate eines Lenkwinkels über einen Fortschritt ist; und N eine voreingestellte Anzahl von Einheitsentfernungsschritten λ_k zwischen einem aktuellen Standort und dem MPC-Horizont 716 (z.B. der Zwischenstandort in der Nähe des Referenzwegs 704) ist.
In einigen Fällen kann beispielsweise die voreingestellte Anzahl N von Einheitsentfernungsschritten λ_k ein Konstruktionsparameter sein, der geändert werden kann. Mehr Schritte benötigen mehr Rechenzeit, um einen Fahrweg zu bestimmen, aber der MPC-Horizont 716 kann weiter entlang des Referenzwegs 704 liegen. Die voreingestellte Anzahl N von Einheitsentfernungsschritten λ_k kann fest oder variabel sein. Die Einheitsentfernungsschritte λ_k können eine pro Schritt zurückgelegte maximale Entfernung darstellen. Für eine längere Strecke bis zum MPC-Horizont 716 können somit mehr Schritte verwendet werden.
In einigen Fällen kann der MPC-Solver des MPC-Systems 500 den Fahrweg iterativ bestimmen. Beispielsweise kann der MPC-Solver den Fahrweg von einem aktuellen Standort zum MPC-Horizont 716 bestimmen, das MPC-System 500 (oder das Steuersystem 404) aber nur einen ersten Teil des bestimmten Fahrwegs ausführen. Es versteht sich jedoch, dass das MPC-System 500 Teile oder auch den gesamten bestimmten Fahrweg ausführen kann. In einem nächsten Lösungszyklus kann der MPC-Solver einen neuen Fahrweg für einen neuen MPC-Horizont bestimmen. Der MPC-Horizont 716 kann als zurückweichender Horizont bezeichnet werden (im Laufe einzelner Iterationen des Lösungszyklus). In einigen Fällen kann die Belegungskarte bei jedem Lösungszyklus aktualisiert werden (oder wenn neue Daten verfügbar sind). Auf diese Weise kann der MPC-Solver neue Messungen berücksichtigen.
In einigen Fällen kann die voreingestellte Anzahl N von Einheitsentfernungsschritten λ_k eine Zahl im Bereich zwischen 50 und 100 sein. In einigen Fällen kann der Lösungszyklus eine Frequenz von 10 Hz aufweisen. Der Bereich zwischen 50 und 100 und die Frequenz von 10 Hz sind Beispiele und nicht als Einschränkung zu verstehen.
In einigen Fällen kann der MPC-Horizont 716 durch Auswählen eines Punktes auf dem Referenzweg 704 bestimmt werden, der zwischen dem aktuellen Standort (für den aktuellen Schritt) des Fahrzeugs und dem Zielstandort liegt. So kann das MPC-System 500 beispielsweise einen Standort auf dem Referenzweg 704 auswählen, der innerhalb einer Schwellenentfernung zum aktuellen Standort liegt. Die Schwellenentfernung kann einem endlichen Horizont des MPC-Solvers entsprechen (z.B. auf Grundlage der voreingestellten Anzahl N von Einheitsentfernungsschritten λ_k).
In einigen Fällen können einige oder alle der vorstehend beschriebenen Einschränkungen in sehr hohe Kosten umgewandelt werden (z.B. das 10-, 100-fache usw. anderer Kosten). Auf diese Weise kann der MPC-Solver des MPC-Systems durch die nicht-kontinuierlichen Einschränkungen in die Lage versetzt werden, eine solche nichtlineare Optimierung numerisch zu lösen.
Die Gleichheitseinschränkung kann eine Gleichung zur Aktualisierung des Fahrzeugzustands durch Zustandsableitungen in Bezug auf einen Fortschritt gemäß den Zustandsableitungen definieren (5). $f (z_{k}, u_{k}) = \frac{\partial_{z}}{\partial_{s}} = [\begin{matrix} \frac{\partial x}{\partial s} \\ \frac{\partial y}{\partial s} \\ \frac{\partial θ}{\partial s} \\ \frac{\partial d}{\partial s} \\ \frac{\partial δ}{\partial s} \end{matrix}] = [\begin{matrix} d \cdot cos θ \\ d \cdot sin θ \\ \frac{d}{L} \cdot c o s δ \\ u_{d'} \\ u_{δ'} \end{matrix}]$
Dabei ist L die Länge des Fahrzeugs. Auf diese Weise können die Entscheidungsvariablen (z.B. die Längsrichtungsvariable d und der Lenkwinkel δ) variiert werden, um einen Lokalminima-Fahrweg gemäß Kosten J_stage(z_k,u_k,p_k) und J_terminal(z_N,p_N) zu finden, wie nachstehend erörtert. Wie vorstehend erwähnt, kann die Längsrichtungsvariable kontinuierlich sein (während sie für die Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung einen binären (d.h. diskreten) Wert darstellt).
In einigen Fällen kann das MPC-System 500 einen Fortschrittsskalierungswert σ verwenden, der eine maximale zurückgelegte Strecke pro Vorhersageschritt für die Einheitsentfernungsschritte λ_k parametrisiert. In diesem Fall kann die zurückgelegte Strecke s(λ) durch Integratieren der Richtungsvariablen mal der Fortschrittsskalierung über einen Vorhersagehorizont gemäß Integration der zurückgelegten Strecke erhalten werden (6). $s (λ) = σ \int_{0}^{λ} d (λ') \partial λ'$
Darüber hinaus kann in diesem Fall die Fortschrittsskalierungsvariable eine Parametrisierung der maximal zurückgelegten Strecke gemäß der Fahrzeugzustandsaktualisierungs-Gleichung (7) ermöglichen, die mit der Fortschrittsskalierungsvariablen skaliert wird. $\frac{\partial_{z}}{\partial_{s}} = f (z, u) = σ \cdot f_{u} (z, u)$
Mit zunehmendem Fortschrittsskalierungswert σ kann eine Weglänge des Fahrweges für eine gleiche Anzahl N von Einheitsentfernungsschritten λ_k zunehmen. Beispielsweise kann ein auf 80 Schritte eingestelltes N eine Berechnungszeit von 50 Millisekunden aufweisen, und ein Anpassen des Fortschrittsskalierungswerts σ kann das MPC-System 500 in die Lage versetzen, zusätzliche mögliche Wege zu berücksichtigen, um nach optimaleren (z.B. kostengünstigeren) Lösungen zu suchen.
In einigen Fällen kann das MPC-System 500 Daten (z.B. die Fahrzeugumgebungsdaten) erhalten und die Belegungskarte aktualisieren. Auf diese Weise können p_k und p_N aktualisiert werden, wenn neue Informationen auf Veränderungen in der Umgebung hinweisen.
6A veranschaulicht ein Beispiel für Koordinatenrahmentransformationen 602, die von einem MPC-System 500 verwendet werden. Die Koordinatenrahmentransformationen 602 können ein geografisches Koordinatensystem 604, ein Körperkoordinatensystem 606 und ein Belegungskarten-Koordinatensystem 608 sowie mindestens ein Objektkoordinatensystem 610 beinhalten. Das geografische Koordinatensystem 604 kann ein 2D- oder 3D-Raumsystem für einen geografischen Berreich definieren, beispielsweise ein GPS-Koordinatensystem. Das Körperkoordinatensystem 606 kann ein 2D- oder 3D-Raumsystem für Ego 508 definieren. Das Belegungskarten-Koordinatensystem 608 kann ein 2D- oder 3D-Raumsystem für einen lokalen geografischen Bereich definieren. Das mindestens eine Objektkoordinatensystem 610 kann ein 2D- oder 3D-Raumsystem für mindestens ein Objekt definieren. Jedes Objekt der Belegungskarte kann ein entsprechendes Objektkoordinatensystem 610 aufweisen, um ein 2D- oder 3D-Raumsystem für dieses Objekt zu definieren. Insbesondere können Objekte wie andere Fahrzeuge 510, andere Objekte 512, die lokale Begrenzung 514 und der Referenzweg 704 jeweils ein Objektkoordinatensystem 610 aufweisen.
Die Koordinatenrahmentransformationen 602 können auch Transformationen 612A-612E von einem Koordinatensystem in ein anderes Koordinatensystem beinhalten. Die Transformationen 612A-612E können beispielsweise eine erste Transformation 612A vom geographischen Koordinatensystem 604 in ein Objektkoordinatensystem 610, eine zweite Transformation 612B vom geographischen Koordinatensystem 604 in das Belegungskarten-Koordinatensystem 608, eine dritte Transformation 612C vom geographischen Koordinatensystem 604 in das Körperkoordinatensystem 606, eine vierte Transformation 612D vom Belegungskarten-Koordinatensystem 608 in ein Objektkoordinatensystem 610 und eine fünfte Transformation 612E vom Körperkoordinatensystem 606 in ein Objektkoordinatensystem 610 beinhalten.
Wie vorliegend beschrieben, kann das MPC-System 500 die Belegungskarte aktualisieren und dann die Umgebung (z.B. andere Objekte und dergleichen), den Referenzweg 704 und Ego 508 aus ihrem Zustand im geografischen Koordinatensystem 604 in das Belegungskarten-Koordinatensystem 608 transformieren. Das MPC-System 500 kann dann den Fahrweg im Belegungskarten-Koordinatensystem 608 bestimmen. Das MPC-System 500 kann dann den Fahrweg vom Belegungskarten-Koordinatensystem 608 in das geografische Koordinatensystem 604 transformieren, um vom Steuersystem 404 verwendet zu werden. Auf diese Weise kann das MPC-System 500 den Fahrweg ohne interne Transformation bestimmen, wodurch zusätzliche Berechnungen bei der Bestimmung des Fahrwegs vermieden werden. Darüber hinaus kann das Transformieren des geografischen Koordinatensystems 604 in das Belegungskarten-Koordinatensystem 608 eine höhere Genauigkeit bei der Verwendung von Fließkommazahlen ermöglichen, da Änderungen einer bestimmten Zahl mit Fließkommazahlen genauer verfolgt werden können. Beispielsweise kann die Genauigkeit von Gleitkommazahlen bei einer Änderung von 5000 zu 5000,5 Metern (im geografischen Koordinatensystem 604) schlechter sein als bei einer Änderung von 10 zu 10,5 Metern (im Belegungskarten-Koordinatensystem 608). Es ist zu beachten, dass das Belegungskarten-Koordinatensystem 608 während des Lösungszyklus als Inertialrahmen betrachtet werden kann, da jedes Objekt während des Lösungszyklus als stationär behandelt wird.
Auf diese Weise kann die Belegungskarte verwendet werden, um den Fahrweg zu bestimmen. Da der MPC-Solver des MPC-Systems 500 jedoch kontinuierliche Funktionen anstelle einer diskreten Gitterdarstellung zur Bestimmung des Fahrwegs verwenden kann, kann das MPC-System 500 differenzierbare Belegungskartenauswertungen bestimmen, um nicht-kontinuierliche Sprünge in der Objektdarstellung zu vermeiden. Um beispielsweise Kostenfunktionen für den MPC-Solver zu implementieren, die durch die Belegungskarte codiert sind, kann das MPC-System 500 Gradienten (als kontinuierlich differenzierbare Gitterauswertungen bezeichnet) der Belegungskarte erzeugen.
6B zeigt eine Darstellung 620 eines zweidimensionalen Gitters 622, das mit Basisfunktionen 624 ausgewertet wird, um kontinuierlich differenzierbare Gitterauswertungen 626 bereitzustellen, die vom MPC-System 500 verwendet werden. Das zweidimensionale Gitter 622 kann mit Basisfunktionen 624 ausgewertet werden, um kontinuierlich differenzierbare Gitterauswertungen 626 zu bestimmen. Zum Beispiel kann jeder Auswertungspunkt im zweidimensionalen Gitter 622 aus einer 4x4-Region abgetastet werden, z.B. als Ergebnis einer endlichen Unterstützung der Basisfunktionen 624. Die kontinuierlich differenzierbaren Gitterauswertungen 626 können analytische partielle Ableitungen für gradientenbasierte Verfahren des MPC-Solvers des MPC-Systems 500 liefern. Wie vorliegend beschrieben, können die Basisfunktionen 624 B-Spline-Basisfunktionen dritter Ordnung sein.
6C veranschaulicht ein Beispiel für eine Belegungskarte 630, die von einem MPC-System 500 verwendet wird. Die Belegungskarte 630 kann das Ego 508, andere Fahrzeuge 510 und andere Objekte 512 und dergleichen beinhalten. Die Belegungskarte 630 kann zudem eine Gitterdarstellung 632 beinhalten. Die Gitterdarstellung 632 kann Standard- und/oder beliebige Gitterformen aufweisen. Wenngleich nicht dargestellt, kann die Belegungskarte 630 Daten enthalten, die kontinuierlich differenzierbare Gitterauswertungen 626 für die Gitterdarstellung 632 angeben. Da die Belegungskarte mit kontinuierlich differenzierbaren Gitterauswertungen 626 erzeugt wurde, kann das MPC-System 500 die Kosten J_stage(z_k, u_k, p_k) und J_terminal(z_N, p_N) bestimmen.
7A bis 7C veranschaulichen Beispiele für zusätzliche Einschränkungen und Kosten, die von dem MPC-System 500 verwendet werden. 7A ist eine Darstellung 702 von zusätzlichen Einschränkungen, während 7B und 7C Darstellungen 711 und 713 von bestimmten Kosten sind, die durch J_stage(z_k, u_k, p_k) und J_terminal (z_N, p_N) bestimmt werden.
In einigen Fällen kann das MPC-System 500 den kartesischen Lösungsraum (der Belegungskarte) weiter einschränken, so dass (nur) bestimmte Zustandsvektoren z für jedes gegebene u zulässig sind. In 7A können zusätzliche Einschränkungen eine Richtungseinschränkung 706 und/oder eine Begrenzungseinschränkung 708 in Bezug auf einen Referenzweg 704 beinhalten. Wie vorliegend beschrieben, kann der Referenzweg 704 durch die auf Stichproben beruhende Routine bestimmt werden.
Die Kurseinschränkung 706 schränkt den Fahrzeugkurs relativ zum Referenzweg 704 ein, um einen Kurs zu erzwingen, der allgemein dem Referenzweg 704 folgt. Zum Beispiel kann die Richtungseinschränkung 706 mögliche Wege entfernen, die einen Zustandsvektor z aufweisen, der einen Kurs θ größer als ein Kursschwellenwert aufweist, wie beispielsweise 2Δθ_max, wobei 2Δθ_max ein Bereich von Kursen θ an einem entsprechenden Punkt auf dem Referenzweg 704 zum Zustandsvektor z ist. Wie in 7A dargestellt, wird die Richtungseinschränkung 706 an mehreren Standorten des Referenzwegs 704 für verschiedene Einheitsentfernungsschritte λ_k gezeigt.
Die Begrenzungseinschränkung 708 schränkt Fahrzeugstandorte relativ zum Referenzweg 704 ein, um einen Fahrweg zu erzwingen, der allgemein dem Referenzweg 704 folgt. Zum Beispiel kann die Begrenzungseinschränkung 708 mögliche Wege entfernen, die einen Zustandsvektor z aufweisen, der einen Standort [x,y] größer als ein Entfernungsschwellenwert zum Referenzweg 704 aufweist. Wie in 7A dargestellt, ist die Begrenzungseinschränkung 708 als künstliche Grenze in einer bestimmten Entfernung zum Referenzweg 704 dargestellt.
Auf diese Weise kann das MPC-System 500 zu einem bestimmten Fahrweg konvergieren, der allgemein dem Referenzweg 704 folgt, ohne dass der bestimmte Fahrweg genau mit dem Fahrweg 714 übereinstimmen muss. Somit kann der Referenzweg 704 den MPC-Solver des MPC-Systems 500 initialisieren, damit der MPC-Solver schneller konvergieren kann als ohne Referenzweg 704. Beispielsweise kann das MPC-System 500 den Fahrweg mithilfe des Referenzwegs 704 zehnmal schneller ermitteln als ohne den Referenzweg 704.
In einigen Fällen können die Kosten J_stage(z_k, u_k, p_k) und J_terminal(z_N, p_N) einer Kostenhierarchie unterliegen. Die Kostenhierarchie kann beispielsweise (in dieser Reihenfolge) ein Ziel einer kollisionsfreien Bewegung, ein Komfortziel und ein Verfolgungsziel sein. Insbesondere können Stufenkosten J_stage(z_k, u_k, p_k) durch die Stufenkostengleichung (8) und Endkosten J_terminal(z_N, p_N) durch die Endkostengleichung (9) definiert werden. $\begin{array}{l} J_{s t a g e} (z_{k}, u_{k}, p_{k}) \\ = J_{t a r g e t} (z_{k}, p_{k}) + w_{d} \cdot d_{k}^{2} + w_{d'} \cdot u_{d', k}^{2} + w_{δ'} \cdot u_{δ', k}^{2} + w_{c} \\ \cdot ς (z_{k}, p_{k}) \end{array}$
$J_{t e r m i n a l} (z_{N}, p_{N}) = J_{t a r g e t} (z_{N}, p_{N}) + w_{d} \cdot d_{N}^{2} + w_{c} \cdot ς (z_{N}, p_{N})$
Dabei sind J_target(z_k, p_k) und J_target(z_N, p_N) Kosten, die mit dem in 7C ausführlich beschriebenen Verfolgungsziel assoziiert sind. J_tarqet(z_k, p_k) und J_target(z_N, p_N) sind eine Verfolgungsfunktion, die bei Zwischenschritten und einem Endschritt gleich ist. $w_{d} \cdot d_{k}^{2} + w_{d'} \cdot u_{d', k}^{2} + w_{δ'} \cdot u_{δ', k}^{2}$
und $w_{d} \cdot d_{N}^{2}$
sind mit dem Komfortziel assoziierte Kosten. w_c · ζ(z_k, p_k) und w_c · ζ(z_N, p_N) sind mit dem Ziel der kollisionsfreien Bewegung assoziierte Kosten. ζ(z_k,p_k) und ζ(z_N,p_N) sind eine Kollisionskostenfunktion, die bei Zwischenschritten und einem Endschritt gleich ist, wie vorliegend zumindest in Bezug auf 7B beschrieben.
Das Verfolgungsziel kann durch die Verfolgungskostengleichung (10) definiert werden. $J_{t a r g e t} (z_{k}, p_{k}) = w_{θ, k} \cdot ({(x_{T} - x_{k})}^{2} + {(y_{T} - y_{k})}^{2}) + w_{θ, k} \cdot {(θ_{T} - θ_{k})}^{2}$
Dabei sind x_T, y_T und θ_T Zielstandorte und Kurse des Referenzwegs 704 in verschiedenen Einheitsentfernungsschritten λ_k. w_θ,k, w_target,k, w_c, w_d, w_δ' und w_d' sind jeweils Gewichtungen für jede jeweilige Komponente der Gleichungen. In einigen Fällen ist w_θ,k viel kleiner als w_θ,N und w_target,k viel kleiner als w_target,N. Zum Beispiel kann „viel kleiner“ bedeuten, dass die Gewichtungen 1/10 der Größe, 1/100 der Größe und dergleichen betragen.
7B zeigt eine Darstellung 711, wie die Kollisionskostenfunktion ζ(z_k, p_k) Kosten bestimmen kann. Insbesondere kann Ego 508 eine Vielzahl von Punkten 710 und 712 aufweisen, die mit einer Grundfläche des Fahrzeugs assoziiert sind. Um die Kollisionskosten zu berechnen, kann das MPC-System 500 bestimmen, ob einer der Vielzahl von Punkten 710 und 712 ein Objekt der Belegungskarte überlappt (z.B. einen Standort innerhalb einer Schwellenentfernung zu einem Standort eines Objekts aufweist). In diesem Fall überlappt sich Punkt 712 nicht mit einem Objekt, während sich Punkt 710 mit einem Objekt überlappt. Die Kollisionskosten können beispielsweise klein (z.B. Null) sein, wenn sich keine Punkte überlappen, und groß (im Vergleich zu anderen Kosten), wenn sich ein Punkt (z.B. einer oder mehrere) überlappt. In einigen Fällen sind die Kollisionskosten eines möglichen Wegs akkumulierte Kosten aller Grundflächen-Sondierungspunkte für alle Vorhersageschritte.
7C zeigt eine Darstellung 713, wie die mit der Verfolgungsfunktion J_target(z_k, p_k) assoziierten Kosten (die mit dem Verfolgungsziel assoziiert sind) einen bestimmten Fahrweg 714 zu einem MPC-Horizont 716 beeinflussen können. Insbesondere den vom Ego 508 ausgehenden Referenzweg 704. Unter Verwendung der Verfolgungskostengleichung (10) hat der MPC-Solver des MPC-Systems 500 einen Fahrweg 714 bestimmt, der bei Zwischenschritten der Einheitsentfernungsschritte λ_k vom Referenzweg 704 abwich, während er sich dem MPC-Horizont 716 (d.h. dem Zwischenstandort) annäherte. Auf diese Weise kann das MPC-System 500 weiterhin den Referenzweg 704 verfolgen, hat aber die Flexibilität, kostengünstigere Lösungen zu finden, z.B. für Komfort und gleichmäßige Bewegung. In einigen Fällen kann das MPC-System 500 beispielsweise den MPC-Horizont 716 verfolgen, wenn der MPC-Horizont 716 bei jeder Iteration eines Lösungszyklus angepasst wird (z.B. zurückweicht). Insbesondere kann die Verfolgungskostengleichung (10) sehr viel kleinere Gewichtungen für die Zwischenschritte verwenden, während in der Nähe des MPC-Horizonts 716 größere Gewichtungen verwendet werden, um Flexibilität für die Zwischenschritte zu schaffen (z.B. Kosten für Abweichungen zu verringern) und Konvergenz in der Nähe des MPC-Horizonts 716 zu gewährleisten (z.B. Kosten für Abweichungen in der Nähe des MPC-Horizonts zu erhöhen 716).
8 ist eine Darstellung 800 eines beispielhaften Fahrwegs 802, der von einem MPC-System 500 innerhalb einer Gitterdarstellung 632 bestimmt wurde. Das MPC-System 500 kann den Fahrweg 802, wie vorliegend beschrieben, unter Verwendung des Referenzwegs 704 zu einem Zielstandort 808 bestimmen. Der Referenzweg 704 kann Verfolgungsziele 804 und Stichprobenknoten 806 enthalten. Die Stichprobenknoten 806 können Punkte sein, die während der Ausführung der auf Stichproben beruhenden Routine aus der Belegungskarte ausgewählt werden und an denen diskrete Entscheidungen ausgewertet werden (z.B. ob Ego 508 vorwärts oder rückwärts fahren sollte, ein Objekt links oder rechts passieren sollte usw.), um den Referenzweg 704 zu erstellen. Die Verfolgungsziele 804 können den MPC-Horizont 716 über verschiedene Lösungszyklen für den Fahrweg 714 abbilden. Beispielsweise können die Verfolgungsziele 804 auf Grundlage einer Strecke bestimmt werden, die das autonome Fahrzeug pro Vorhersageschritt entlang des Referenzwegs 704 für jeden Lösungszyklus zurücklegen kann. Wie in 8 dargestellt, kann der Fahrweg 802 vom Referenzweg 704 abweichen, während er allgemein dem Referenzweg 704 folgt.
Nachdem der MPC-Solver des MPC-Systems 500 den Fahrweg 714 bestimmt hat, kann das MPC-System 500 Steuerbefehle für das autonome Fahrzeug bestimmen. Beispielsweise kann das MPC-System 500 auf Grundlage des bestimmten Wegs 714 Betätigungsbefehle (z. B. Lenkbefehle und Gasregelbefehle) bestimmen. Eine untergeordnete Lenkungssteuereinheit kann z.B. Lenkreferenzen verwenden (11). $δ_{r} (t), {\dot{δ}}_{r} (t) = \frac{\partial δ_{r}}{\partial t} (t)$
Dabei ist δ_r(t) ein Lenkwinkel des Fahrzeugs in Abhängigkeit von der Zeit und δ̇_r(t) eine Änderungsrate des Lenkwinkels des Fahrzeugs in Abhängigkeit von der Zeit. Der Lenkwinkel δ_r(t) kann bestimmt werden, indem eine Messung der Fahrzeuglage zum Zeitpunkt t erhalten und ein aktueller Fortschritt s(t) in Bezug auf den bestimmten Fahrweg 714 abgefragt wird. Der Lenkwinkel δ_r(t) kann dann bestimmt werden, indem der aktuelle Fortschritt s(t) in die Lenkwinkelabfrage-Gleichung (12) eingegeben wird. $δ_{r} (t) = δ (s (t))$
Danach kann die Kettenregel gemäß der Kettenregel für die Lenkgeschwindigkeit (13) angewendet werden, um die Änderungsrate des Lenkwinkels δ̇_r(t) zu bestimmen. ${\dot{δ}}_{r} (t) = \frac{\partial δ}{\partial s (t)} \frac{\partial s (t)}{\partial t}$
Dabei ist $\frac{\partial δ}{δ s}$
der Lenkwinkel über den Fortschritt u_δ' der für einen Vorhersageschritt bestimmt wird, und $\frac{\partial s (t)}{\partial t}$
ist eine Änderungsrate des Fortschritts in Bezug auf die Zeit. Die Änderungsrate des Fortschritts im Verhältnis zur Zeit $\frac{\partial s (t)}{\partial t}$
kann von einer Geschwindigkeitssteuereinheit erhalten werden (z.B. durch Rückmeldung einer aktuellen Geschwindigkeit des autonomen Fahrzeugs). Darüber hinaus kann die Geschwindigkeitssteuereinheit einen Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsbefehl auf Grundlage des bestimmten Fahrwegs bestimmen.
In einigen Fällen, wenn der MPC-Solver des MPC-Systems 500 nicht in der Lage ist, einen Fahrweg zu bestimmen, der akzeptable Kosten aufweist (z.B. weniger als ein Kostenschwellenwert für mehr als eine voreingestellte Anzahl von Zyklen), kann das MPC-System 500 einen Anhalteweg bestimmen. Der Anhalteweg kann ein konstanter Lenkwinkel mit einem Notanhaltmanöver sein. Wenn das MPC-System 500 keinen Fahrweg mit akzeptablen Kosten bestimmen kann, bestimmt das MPC-System 500 auf diese Weise, das Notanhaltmanöver durchzuführen und die Sicherheit des autonomen Fahrzeugs aufrechtzuerhalten.
Beispiel-Flussdiagramm für ein modellprädiktives Steuersystem
9 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für eine Routine veranschaulicht, die von einem oder mehreren Prozessoren implementiert wird, um einen Fahrweg unter Verwendung eines MPC-Systems 500 zu bestimmen. Das in 9 veranschaulichte Flussdiagramm ist lediglich für Veranschaulichungszwecke bereitgestellt. Es versteht sich, dass ein oder mehrere der Schritte der in 9 veranschaulichten Routine 900 entfernt werden können oder dass die Reihenfolge der Schritte geändert werden kann. Ferner sind für den Zweck des Veranschaulichens eines deutlichen Beispiels eine oder mehrere bestimmte Systemkomponenten im Zusammenhang des Durchführens verschiedener Operationen während jeder der Datenflussstufen beschrieben. Es können jedoch andere Systemanordnungen und Verteilungen der Verarbeitungsschritte über Systemkomponenten hinweg verwendet werden.
In Block 902 kann das MPC-System 500 mit einer Umgebung eines Fahrzeugs assoziierte Fahrzeugdaten empfangen. Beispielsweise kann das MPC-System 500 (kontinuierlich oder periodisch) den Zustand des Ego 508 vom Lokalisierungssystem 406 und/oder die Zustände anderer Fahrzeuge 510, Zustände anderer Objekte 512, die lokale Grenze 514 und/oder die Fahrtrichtung 516 vom Wahrnehmungssystem 402 und/oder auf Grundlage von 2D- und/oder 3D-Karten aus der Datenbank 410 empfangen, wie vorliegend beschrieben.
In Block 904 kann das MPC-System 500 unter Verwendung der Fahrzeugumgebungsdaten eine Belegungskarte der Umgebung bestimmen, wobei die Belegungskarte mindestens ein Hindernis in der Umgebung identifiziert. Beispielsweise kann die Belegungskarten-Engine 502B des MPC-Systems 500 asynchron die Fahrzeugumgebungsdaten erhalten, die Daten in ein Kartenkoordinatensystem transformieren und die Belegungskarte (mit differenzierbaren Belegungskartenauswertungen) erzeugen, wie vorliegend beschrieben.
In Block 906 kann das MPC-System 500 einen Referenzweg zu einem Zielort für das Fahrzeug erzeugen. Zum Beispiel kann die Referenzweg-Engine 502A des MPC-Systems 500 unter Verwendung der auf Stichproben basierenden Routine den Referenzweg asynchron erzeugen, wie vorliegend beschrieben.
In Block 908 kann das MPC-System 500 einen Fahrweg zu einem Zwischenstandort in der Belegungskarte zumindest teilweise auf Grundlage des Referenzwegs und einer Längsrichtungsvariablen bestimmen, wobei der Zwischenstandort in der Nähe eines Punktes auf dem Referenzweg liegt. Beispielsweise kann das MPC-System 500 mögliche Wege erzeugen, Kosten für die möglichen Wege bestimmen und einen möglichen Weg mit den niedrigsten Kosten als Fahrweg auswählen, wie vorliegend beschrieben. Alternativ kann das MPC-System 500 den MPC-Solver verwenden und einen Fahrweg mit den niedrigsten Kosten gemäß den Gleichungen (1) bis (13) bestimmen.
In Block 910 kann das MPC-System 500 zumindest teilweise auf Grundlage des Fahrwegs Betätigungsbefehle für das Fahrzeug erzeugen. Zum Beispiel kann das MPC-System 500 einen Lenkwinkel und eine Lenkwinkeländerungsrate gemäß einem Fortschritt des autonomen Fahrzeugs auf dem Fahrweg bestimmen, wie vorliegend beschrieben.
In der vorstehenden Beschreibung wurden Aspekte und Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung mit Bezugnahme auf zahlreiche spezifische Einzelheiten beschrieben, die von Implementierung zu Implementierung variieren können. Dementsprechend sind die Beschreibung und die Zeichnungen als veranschaulichend anstatt beschränkend aufzufassen. 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 vorliegend ausdrücklich festgelegten Definitionen von Bezeichnungen, die in solchen Ansprüchen enthalten sind, gelten für die Bedeutung der in den Ansprüchen verwendeten Bezeichnungen. Zusätzlich, wenn der Begriff „ferner umfassend“ in der vorstehenden Beschreibung oder den folgenden Ansprüchen verwendet wird, kann, was diesem Ausdruck folgt, ein zusätzlicher Schritt oder eine zusätzliche Entität oder ein Teilschritt/eine Teilentität eines zuvor vorgetragenen Schritts oder einer zuvor vorgetragenen Entität sein.
Beispiele
Klausel 1. Verfahren, umfassend: Empfangen von Fahrzeugumgebungsdaten, die mit einer Umgebung eines Fahrzeugs assoziiert sind; Bestimmen einer Belegungskarte der Umgebung unter Verwendung der Fahrzeugumgebungsdaten, wobei die Belegungskarte mindestens ein Hindernis in der Umgebung identifiziert; Erzeugen eines Referenzwegs zu einem Zielstandort für das Fahrzeug; Bestimmen eines Fahrwegs zu einem Zwischenstandort in der Belegungskarte zumindest teilweise auf Grundlage des Referenzwegs und einer Längsrichtungsvariablen, wobei der Zwischenstandort in der Nähe eines Punkts auf dem Referenzweg liegt; und Erzeugen von Betätigungsbefehlen für das Fahrzeug zumindest teilweise auf Grundlage des Fahrwegs.
Klausel 2. Verfahren nach Klausel 1, ferner umfassend: Bestimmen eines physischen Standorts des Fahrzeugs in einem physischen Koordinatensystem; und Bestimmen eines Belegungskartenstandorts des Fahrzeugs durch Transformieren des physischen Standorts des Fahrzeugs aus dem physischen Koordinatensystem in ein Koordinatensystem der Belegungskarte, wobei das Bestimmen des Fahrwegs zu dem Zwischenstandort Bestimmen des Fahrwegs zu dem Zwischenstandort unter Verwendung des Belegungskartenstandorts des Fahrzeugs umfasst.
Klausel 3. Verfahren nach Klausel 2, ferner umfassend: Transformieren des Referenzwegs aus dem physischen Koordinatensystem in das Koordinatensystem der Belegungskarte, wobei das Bestimmen des Fahrwegs zu dem Zwischenstandort in der Belegungskarte zumindest teilweise auf Grundlage des Referenzwegs und der Längsrichtungsvariablen Bestimmen des Fahrwegs zu dem Zwischenstandort in der Belegungskarte unter Verwendung des Referenzwegs in dem Koordinatensystem der Belegungskarte umfasst; und Transformieren des Fahrwegs aus dem Koordinatensystem der Belegungskarte in das physische Koordinatensystem, wobei das Erzeugen der Betätigungsbefehle für das Fahrzeug zumindest teilweise auf Grundlage des Fahrwegs Erzeugen der Betätigungsbefehle für das Fahrzeug unter Verwendung des Fahrwegs in dem physischen Koordinatensystem umfasst.
Klausel 4. Verfahren nach einer der Klauseln 1 bis 3, wobei die Längsrichtungsvariable einen Bereich von kontinuierlichen Zahlen umfasst.
Klausel 5. Verfahren nach Klausel 4, wobei die fortlaufenden Zahlen, die einen Zahlenschwellenwert erfüllen, eine erste Längsrichtung darstellen und die fortlaufenden Zahlen, die den Zahlenschwellenwert nicht erfüllen, eine zweite Längsrichtung darstellen.
Klausel 6. Verfahren nach Klausel 5, wobei die erste Längsrichtung vorwärts und die zweite Längsrichtung rückwärts verläuft.
Klausel 7. Verfahren nach einer der Klauseln 1 bis 6, ferner umfassend Erzeugen mindestens einer differenzierbaren Belegungskartenauswertung unter Verwendung der Belegungskarte, wobei das Bestimmen des Fahrwegs zu dem Zwischenstandort Bestimmen des Fahrwegs zu dem Zwischenstandort unter Verwendung der mindestens einen differenzierbaren Belegungskartenauswertung umfasst.
Klausel 8. Verfahren nach Klausel 7, wobei das Erzeugen der mindestens einen differenzierbaren Belegungskartenauswertung Anwenden mindestens einer B-Spline-Basisfunktion dritter Ordnung auf die Belegungskarte umfasst.
Klausel 9. Verfahren nach einer der Klauseln 1 bis 8, wobei das Bestimmen des Fahrwegs umfasst: Bestimmen einer Vielzahl möglicher Wege zumindest teilweise auf Grundlage mindestens einer physischen Einschränkung des Fahrzeugs und Variationen einer Vielzahl variabler Steuereingaben; Bestimmen von Kosten, die mit jedem der Vielzahl möglicher Wege assoziiert sind, zumindest teilweise auf Grundlage einer Gewichtungsrichtlinie; und Auswählen des Fahrwegs aus der Vielzahl möglicher Wege zumindest teilweise auf Grundlage der bestimmten Kosten, die mit jedem der Vielzahl möglicher Wege assoziiert sind.
Klausel 10. Verfahren nach Klausel 9, wobei die mindestens eine physische Einschränkung des Fahrzeugs einen Betätigungswinkel eines Lenkrads des Fahrzeugs umfasst.
Klausel 11. Verfahren nach Klausel 9, wobei jeder der Vielzahl möglicher Wege eine Vielzahl von Einheitsentfernungsschritten umfasst, und wobei jeder Einheitsentfernungsschritt der Vielzahl von Einheitsentfernungsschritten mit mindestens einer variablen Steuereingabe assoziiert ist.
Klausel 12. Verfahren nach Klausel 9, wobei die mindestens eine physische Einschränkung einen kartesischen Lösungsraum des Fahrwegs auf innerhalb eines Gebiets mit einer vorbestimmten Entfernung zum Referenzweg einschränkt.
Klausel 13. Verfahren nach Klausel 9, wobei die mindestens eine physische Einschränkung einen Fahrzeugkurs auf innerhalb eines vorbestimmten Bereichs von Kursen in Bezug auf einen gegebenen Punkt auf dem Referenzweg einschränkt.
Klausel 14. Verfahren nach Klausel 9, wobei das Bestimmen der mit jedem der Vielzahl möglicher Wege assoziierten Kosten zumindest teilweise auf Grundlage der Gewichtungsrichtlinie Bestimmen von Kosten einer kollisionsfreien Bewegung, Komfortkosten und Verfolgungskosten für jeden der Vielzahl möglicher Wege beinhaltet.
Klausel 15. Verfahren nach Klausel 14, wobei die Kosten der kollisionsfreien Bewegung auf einer Akkumulation von Kosten für alle Vorhersageschritte für jeden eines Satzes von Punkten einer Fahrzeuggrundfläche in Bezug auf das mindestens eine Hindernis in der Umgebung beruhen.
Klausel 16. Verfahren nach Klausel 14, wobei die Komfortkosten bei jedem Vorhersageschritt auf zumindest einer Änderungsrate der Längsrichtungsvariablen und einer Änderungsrate eines Lenkwinkels beruhen.
Klausel 17. Verfahren nach Klausel 14, wobei die Verfolgungskosten bei jedem Vorhersageschritt auf einer ersten Differenz von einem Referenzkurs des Referenzwegs an einem Verfolgungszielstandort und einer zweiten Differenz von einem Referenzstandort des Referenzwegs an dem Verfolgungszielstandort beruhen.
Klausel 18. Verfahren nach Klausel 14, wobei die Gewichtungsrichtlinie eine Vielzahl von Gewichtungen für die Kosten der kollisionsfreien Bewegung, die Komfortkosten und die Verfolgungskosten beinhaltet, und wobei ein Satz von Gewichtungen der Vielzahl von Gewichtungen für die Verfolgungskosten eine Zwischengewichtung für einen Zwischenvorhersageschritt vor einem endgültigen Vorhersageschritt und eine Endgewichtung für den endgültigen Vorhersageschritt beinhaltet, wobei die Zwischengewichtung wesentlich kleiner als die Endgewichtung ist.
Klausel 19. System, umfassend: mindestens einen Prozessor und mindestens ein nichtflüchtiges Speichermedium, das Anweisungen speichert, die bei Ausführung durch den mindestens einen Prozessor den mindestens einen Prozessor zu Folgendem veranlassen: Empfangen von Fahrzeugumgebungsdaten, die mit einer Umgebung eines Fahrzeugs assoziiert sind; Bestimmen einer Belegungskarte der Umgebung unter Verwendung der Fahrzeugumgebungsdaten, wobei die Belegungskarte mindestens ein Hindernis in der Umgebung identifiziert; Erzeugen eines Referenzwegs zu einem Zielstandort für das Fahrzeug; Bestimmen eines Fahrwegs zu einem Zwischenstandort in der Belegungskarte zumindest teilweise auf Grundlage des Referenzwegs und einer Längsrichtungsvariablen, wobei der Zwischenstandort in der Nähe eines Punkts auf dem Referenzweg liegt; und Erzeugen von Betätigungsbefehlen für das Fahrzeug zumindest teilweise auf Grundlage des Fahrwegs.
Klausel 20. Mindestens ein nichtflüchtiges Speichermedium, das Anweisungen speicher, die bei Ausführung durch mindestens einen Prozessor den mindestens einen Prozessor zu Folgendem veranlassen: Empfangen von Fahrzeugumgebungsdaten, die mit einer Umgebung eines Fahrzeugs assoziiert sind; Bestimmen einer Belegungskarte der Umgebung unter Verwendung der Fahrzeugumgebungsdaten, wobei die Belegungskarte mindestens ein Hindernis in der Umgebung identifiziert; Erzeugen eines Referenzwegs zu einem Zielstandort für das Fahrzeug; Bestimmen eines Fahrwegs zu einem Zwischenstandort in der Belegungskarte zumindest teilweise auf Grundlage des Referenzwegs und einer Längsrichtungsvariablen, wobei der Zwischenstandort in der Nähe eines Punkts auf dem Referenzweg liegt; und Erzeugen von Betätigungsbefehlen für das Fahrzeug zumindest teilweise auf Grundlage des Fahrwegs.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 63332976 [0001]

Claims

Verfahren, umfassend: Empfangen von Fahrzeugumgebungsdaten, die mit einer Umgebung eines Fahrzeugs assoziiert sind; Bestimmen einer Belegungskarte der Umgebung unter Verwendung der Fahrzeugumgebungsdaten, wobei die Belegungskarte mindestens ein Hindernis in der Umgebung identifiziert; Erzeugen eines Referenzwegs zu einem Zielstandort für das Fahrzeug; Bestimmen eines Fahrwegs zu einem Zwischenstandort in der Belegungskarte zumindest teilweise auf Grundlage des Referenzwegs und einer Längsrichtungsvariablen, wobei der Zwischenstandort in der Nähe eines Punkts auf dem Referenzweg liegt; und Erzeugen von Betätigungsbefehlen für das Fahrzeug zumindest teilweise auf Grundlage des Fahrwegs.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Bestimmen eines physischen Standorts des Fahrzeugs in einem physischen Koordinatensystem; und Bestimmen eines Belegungskartenstandorts des Fahrzeugs durch Transformieren des physischen Standorts des Fahrzeugs aus dem physischen Koordinatensystem in ein Koordinatensystem der Belegungskarte, wobei das Bestimmen des Fahrwegs zu dem Zwischenstandort Bestimmen des Fahrwegs zu dem Zwischenstandort unter Verwendung des Belegungskartenstandorts des Fahrzeugs umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend: Transformieren des Referenzwegs aus dem physischen Koordinatensystem in das Koordinatensystem der Belegungskarte, wobei das Bestimmen des Fahrwegs zu dem Zwischenstandort in der Belegungskarte zumindest teilweise auf Grundlage des Referenzwegs und der Längsrichtungsvariablen Bestimmen des Fahrwegs zu dem Zwischenstandort in der Belegungskarte unter Verwendung des Referenzwegs in dem Koordinatensystem der Belegungskarte umfasst; und Transformieren des Fahrwegs aus dem Koordinatensystem der Belegungskarte in das physische Koordinatensystem, wobei das Erzeugen der Betätigungsbefehle für das Fahrzeug zumindest teilweise auf Grundlage des Fahrwegs Erzeugen der Betätigungsbefehle für das Fahrzeug unter Verwendung des Fahrwegs in dem physischen Koordinatensystem umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Längsrichtungsvariable einen Bereich von kontinuierlichen Zahlen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die fortlaufenden Zahlen, die einen Zahlenschwellenwert erfüllen, eine erste Längsrichtung darstellen und die fortlaufenden Zahlen, die den Zahlenschwellenwert nicht erfüllen, eine zweite Längsrichtung darstellen.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die erste Längsrichtung vorwärts und die zweite Längsrichtung rückwärts verläuft.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner umfassend Erzeugen mindestens einer differenzierbaren Belegungskartenauswertung unter Verwendung der Belegungskarte, wobei das Bestimmen des Fahrwegs zu dem Zwischenstandort Bestimmen des Fahrwegs zu dem Zwischenstandort unter Verwendung der mindestens einen differenzierbaren Belegungskartenauswertung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Erzeugen der mindestens einen differenzierbaren Belegungskartenauswertung Anwenden mindestens einer B-Spline-Basisfunktion dritter Ordnung auf die Belegungskarte umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Bestimmen des Fahrwegs umfasst: Bestimmen einer Vielzahl möglicher Wege zumindest teilweise auf Grundlage mindestens einer physischen Einschränkung des Fahrzeugs und Variationen einer Vielzahl variabler Steuereingaben; Bestimmen von Kosten, die mit jedem der Vielzahl möglicher Wege assoziiert sind, zumindest teilweise auf Grundlage einer Gewichtungsrichtlinie; und Auswählen des Fahrwegs aus der Vielzahl möglicher Wege zumindest teilweise auf Grundlage der bestimmten Kosten, die mit jedem der Vielzahl möglicher Wege assoziiert sind.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die mindestens eine physische Einschränkung des Fahrzeugs einen Betätigungswinkel eines Lenkrads des Fahrzeugs umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei jeder der Vielzahl möglicher Wege eine Vielzahl von Einheitsentfernungsschritten umfasst, und wobei jeder Einheitsentfernungsschritt der Vielzahl von Einheitsentfernungsschritten mit mindestens einer variablen Steuereingabe assoziiert ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die mindestens eine physische Einschränkung einen kartesischen Lösungsraum des Fahrwegs auf innerhalb eines Gebiets mit einer vorbestimmten Entfernung zum Referenzweg einschränkt.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die mindestens eine physische Einschränkung einen Fahrzeugkurs auf innerhalb eines vorbestimmten Bereichs von Kursen in Bezug auf einen gegebenen Punkt auf dem Referenzweg einschränkt.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Bestimmen der mit jedem der Vielzahl möglicher Wege assoziierten Kosten zumindest teilweise auf Grundlage der Gewichtungsrichtlinie Bestimmen von Kosten einer kollisionsfreien Bewegung, Komfortkosten und Verfolgungskosten für jeden der Vielzahl möglicher Wege beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Kosten der kollisionsfreien Bewegung auf einer Akkumulation von Kosten für alle Vorhersageschritte für jeden eines Satzes von Punkten einer Fahrzeuggrundfläche in Bezug auf das mindestens eine Hindernis in der Umgebung beruhen.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Komfortkosten bei jedem Vorhersageschritt auf zumindest einer Änderungsrate der Längsrichtungsvariablen und einer Änderungsrate eines Lenkwinkels beruhen.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Verfolgungskosten bei jedem Vorhersageschritt auf einer ersten Differenz von einem Referenzkurs des Referenzwegs an einem Verfolgungszielstandort und einer zweiten Differenz von einem Referenzstandort des Referenzwegs an dem Verfolgungszielstandort beruhen.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Gewichtungsrichtlinie eine Vielzahl von Gewichtungen für die Kosten der kollisionsfreien Bewegung, die Komfortkosten und die Verfolgungskosten beinhaltet, und wobei ein Satz von Gewichtungen der Vielzahl von Gewichtungen für die Verfolgungskosten eine Zwischengewichtung für einen Zwischenvorhersageschritt vor einem endgültigen Vorhersageschritt und eine Endgewichtung für den endgültigen Vorhersageschritt beinhaltet, wobei die Zwischengewichtung wesentlich kleiner als die Endgewichtung ist.
System, umfassend: mindestens einen Prozessor, und mindestens ein nichtflüchtiges Speichermedium, das Anweisungen speichert, die bei Ausführung durch den mindestens einen Prozessor den mindestens einen Prozessor zu Folgendem veranlassen: Empfangen von Fahrzeugumgebungsdaten, die mit einer Umgebung eines Fahrzeugs assoziiert sind; Bestimmen einer Belegungskarte der Umgebung unter Verwendung der Fahrzeugumgebungsdaten, wobei die Belegungskarte mindestens ein Hindernis in der Umgebung identifiziert; Erzeugen eines Referenzwegs zu einem Zielstandort für das Fahrzeug; Bestimmen eines Fahrwegs zu einem Zwischenstandort in der Belegungskarte zumindest teilweise auf Grundlage des Referenzwegs und einer Längsrichtungsvariablen, wobei der Zwischenstandort in der Nähe eines Punkts auf dem Referenzweg liegt; und Erzeugen von Betätigungsbefehlen für das Fahrzeug zumindest teilweise auf Grundlage des Fahrwegs.
Nichtflüchtiges Speichermedium bzw. nichtflüchtige Speichermedien, die Anweisungen speichern, die bei Ausführung durch mindestens einen Prozessor den mindestens einen Prozessor zu Folgendem veranlassen: Empfangen von Fahrzeugumgebungsdaten, die mit einer Umgebung eines Fahrzeugs assoziiert sind; Bestimmen einer Belegungskarte der Umgebung unter Verwendung der Fahrzeugumgebungsdaten, wobei die Belegungskarte mindestens ein Hindernis in der Umgebung identifiziert; Erzeugen eines Referenzwegs zu einem Zielstandort für das Fahrzeug; Bestimmen eines Fahrwegs zu einem Zwischenstandort in der Belegungskarte zumindest teilweise auf Grundlage des Referenzwegs und einer Längsrichtungsvariablen, wobei der Zwischenstandort in der Nähe eines Punkts auf dem Referenzweg liegt; und Erzeugen von Betätigungsbefehlen für das Fahrzeug zumindest teilweise auf Grundlage des Fahrwegs.