DE102023114041A1

DE102023114041A1 - Systeme und Verfahren zur hybriden Pfadplanung ohne und mit Rückkopplung

Info

Publication number: DE102023114041A1
Application number: DE102023114041.8A
Authority: DE
Inventors: Daniel Althoff; Andreas Joachim Knoblach; Scott Julian Varnhagen
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2022-06-02
Filing date: 2023-05-29
Publication date: 2023-12-07
Also published as: CN117163060A; US20230391350A1

Abstract

Hierin sind Systeme, Verfahren und Computerprogrammprodukte zur Pfadplanung eines Fahrzeugs offenbart. Die Verfahren umfassen: Schätzen eines aktuellen Zustands eines Fahrzeugs basierend auf Sensordaten; Erzeugen eines Steuerfehlers, der eine Differenz zwischen dem geschätzten aktuellen Zustand des Fahrzeugs und einem gewünschten Zustand des Fahrzeugs, wie durch einen zuvor veröffentlichte Trajektorie beschrieben, repräsentiert; Vergleichen des Steuerfehlers mit einem Schwellenwert; Erzeugen eines ersten Plans für das Fahrzeug unter Verwendung eines Pfadplanungsansatzes mit offener Schleife, wenn der Steuerfehler unter dem Schwellenwert liegt, oder eines zweiten Plans für das Fahrzeug unter Verwendung eines Pfadplanungsansatzes mit geschlossener Schleife, wenn der Steuerfehler über dem Schwellenwert liegt; und Veranlassen, dass das Fahrzeug den ersten oder den zweiten Plan ausführt.

Description

Moderne Fahrzeuge haben mindestens einen Bordcomputer und verfügen über eine Internet-/Satellitenkonnektivität. Die auf diesen Bordcomputern ausgeführte Software überwacht und/oder steuert den Betrieb der Fahrzeuge. Das Fahrzeug umfasst auch Molekular- oder Stereo-Kameras und/oder Lidar-Detektoren zum Detektieren von Objekten in seiner Nähe. Die Kameras erfassen Bilder einer Szene. Die Lidar-Detektoren erzeugen Lidar-Datensätze, die den Abstand von dem Fahrzeug zu einem Objekt zu einer Vielzahl unterschiedlicher Zeiten messen. Diese Bilder und Abstandsmessungen können zum Detektieren und Verfolgen von Bewegungen des Objekts, Treffen von Vorhersagen für die Trajektorie des Objekts und Planen von Fahrwegen für das Fahrzeug basierend auf der vorhergesagten Trajektorie des Objekts verwendet werden. Beim Befahren von Straßen sollte das Fahrzeug Objekten (zum Beispiel Fußgängern und anderen Tieren), die beabsichtigen, dieselbe zu überqueren, die Vorfahrt gewähren.
Typische hierarchische Pfadplanungssysteme für Fahrzeuge weisen typischerweise ein Pfadplanersystem auf, das eine Trajektorie plant, angefangen von einem gegebenen Startpunkt, der ein Pfadfolgersystem folgen soll. Das Pfadplanungsproblem wird häufig periodisch wiederholt, sodass der Plan aktualisiert werden kann, während neue Informationen von den Wahrnehmungs-/Verfolgungs-/Vorhersagesystemen des Fahrzeugs verfügbar werden, und auch um Fehler bei den Pfadfolgesystemen/physischen Fahrzeugsystemen, dem geplanten Fahrweg perfekt zu folgen, zu berücksichtigen. Das Pfadplanungsproblem kann Pfadpläne von zwei Startpunkten aus erzeugen: (1) einem geschätzten tatsächlichen Fahrzeugzustand (zum Beispiel Position/Geschwindigkeit/Beschleunigung/andere Informationen) des Fahrzeugs; und (2) einem erwarteten Fahrzeugzustand (zum Beispiel Position/Geschwindigkeit/Beschleunigung/andere Informationen) des Fahrzeugs, wie durch eine vorherige Trajektorie beschrieben.
Ansatz (1) wird hierin als ein Plan mit geschlossener Schleife bezeichnet, da das Pfadplanersystem an dem geschätzten Zustand des Fahrzeugs „die Schleife schließt“, indem es eine Zustandsrückmeldung in seinen Plan einbezieht. Falls das Pfadplanersystem latent ist (d. h. es eine erhebliche Zeit braucht, einen Plan zu erzeugen), kann der Planungsprozess mit geschlossener Schleife dort initiieren, wo sich das Fahrzeug voraussichtlich zu der Zeit befindet, zu der der Plan zur Ausführung veröffentlicht wird. Ein veranschaulichender Planungsansatz mit geschlossener Schleife ist in der US-Patentanmeldung mit der Serien-Nr. 17/071,140 beschrieben, die am 15. Oktober 2020 eingereicht wurde („die '140-Anmeldung“) und mit der US-Patentveröffentlichung Nr. 2022/0121201 am 21. April 2022 veröffentlicht wurde. Die Inhalte dieser Patentdokumente werden hiermit durch Bezugnahme in ihren Gesamtheiten aufgenommen. Planungsansätze mit geschlossener Schleife haben dasselbe gemein: Messungen informieren über eine Schätzung des Fahrzeugzustands (Position/Geschwindigkeit/Beschleunigung), von dem der Plan initiiert wird.
Ansatz (2) wird hierin als ein Plan mit offener Schleife oder ohne Rückkopplung bezeichnet, da das Pfadplanersystem keine Rückmeldung (Messungen) vom tatsächlichen Zustand des Fahrzeugs nutzt, wenn sein anfänglicher Planungszustand identifiziert wird. Die vorherige Trajektorie umfasst einen geplanten räumlichen Pfad des Fahrzeugs, einschließlich, wie weit entlang des Pfades das Fahrzeug im Laufe der Zeit sein sollte.
Die Pläne (Trajektorien), die durch das Pfadplanersystem erzeugt werden, werden dann an ein Pfadfolgersystem veröffentlicht. Das Pfadfolgersystem veröffentlicht longitudinale und laterale Befehle (zum Beispiel eine longitudinale Drehmomentanforderung und/oder eine Lenkradwinkelanforderung) an eine Fahrzeugplattform, um zu versuchen, das Fahrzeug genau entlang der Trajektorie zu steuern. Das Pfadfolgersystem: (a) schätzt den Zustand des Fahrzeugs relativ zu der Trajektorie (wobei ein Fehler zwischen dem geschätzten Zustand und dem gewünschten Zustand (wie durch die Trajektorie beschrieben) als Steuerfehler bezeichnet wird); und (b) nutzt Steuerungen mit geschlossener Schleife zum Ausgeben von Befehlen, um zu versuchen, den Steuerfehler zu reduzieren. Das Pfadfolgersystem wird häufig mit einer höheren Frequenz (zum Beispiel häufiger) als das Pfadplanersystem ausgeführt.
Sowohl Planansätze mit offener Schleife als auch geschlossener Schleife (ohne bzw. mit Rückkopplung) haben ihre Vorzüge (oder Vorteile) und Schwächen (oder Nachteile). Bezüglich des Plans mit offener Schleife wird ein Steuerfehler erzeugt, wenn das Fahrzeug der veröffentlichten Trajektorie nicht perfekt folgt. Dies liegt daran, dass sich der geschätzte Fahrzeugzustand und der erwartete Fahrzeugzustand unterscheiden. Die erzeugte Trajektorie wird dann von dem Fahrzeugzustand versetzt sein, und das Pfadfolgersystem arbeitet daran, den resultierenden Steuerfehler mittels Steuerstrategien mit geschlossener Schleife zu reduzieren. Es wird allgemein erwartet, dass das Fahrzeug veröffentlichten Trajektorien aufgrund von Störungen nicht perfekt folgen wird. Störungen können einschließen: externe Störungen, zum Beispiel: Windböen, rutschige Straßenoberflächen; und Modelldiskrepanz, zum Beispiel: der Antriebsstrang des Fahrzeugs verhält sich nicht genau wie erwartet.
Die Vorteile des Planansatzes mit offener Schleife beinhalten eine Fähigkeit, zu ermöglichen, dass der Steuerfehler erzeugt wird, was dem Pfadfolgersystem einen Anreiz bietet, Betätigungsanforderungen, die bei der Fahrzeugplattform vorgenommen werden, zu augmentieren, um diesen Steuerfehler zu minimieren. Falls der Steuerfehler aufgrund einer Störung auftrat, wird das Pfadfolgersystem daran arbeiten, diese Störung zu korrigieren oder „zu überwinden“. Dies wird in der Steuerungstheorie als „Störfestigkeit“ bezeichnet. Falls ein unerwartet großer Steuerfehler beobachtet wird, ist es klar, dass das Fahrzeug nicht in der Lage ist, dem gewünschten Pfad zu folgen. Abhilfestrategien, wie etwa das sichere Anhalten des Fahrzeugs, können dann ausgeführt werden.
Da die Verantwortung bei dem Pfadfolgersystem liegt, gegenüber den vorgenannten Störungen robust zu sein, muss der Pfadplaner sie nicht berücksichtigen. Dies ist insbesondere während der Designverifizierung der Fahrzeugsysteme relevant. Anders ausgedrückt muss die Robustheit gegenüber diesen Störungen nur auf der Ebene des Pfadfolgers des Softwarestapels getestet werden. Der Pfadplanungsstapel kann verifiziert werden, ohne diese Störungen zu berücksichtigen, was den Verifizierungsaufwand stark reduziert. Die Verifizierung der Pfadplanung und des Folgesystems können separat gehandhabt werden.
Die Nachteile des Planansatzes mit offener Schleife beinhalten signifikante Differenzen zwischen dem geplanten Pfad des Fahrzeugs und dem Pfad, den das Fahrzeug tatsächlich erreichen wird, wenn der Steuerfehler groß genug wird. Dies kann insofern problematisch sein, dass der geplante Pfad möglicherweise das Kreuzen anderer Objekte (Straßengrenze, statische Hindernisse, dynamische Hindernisse) vermeidet, aber der tatsächliche Pfad, den das Fahrzeug ausführen wird, dies möglicherweise nicht tut.
Falls der Steuerfehler groß genug wird, wird das Folgen der geplanten Trajektorie mit offener Schleife möglicherweise nicht machbar sein. Falls zum Beispiel das Fahrzeug um eine Kurve fährt und auf unerwartetes Eis trifft und beginnt, zu rutschen, kann die beste Handlung darin bestehen, einen Halt zu planen, während sich geradegerichtet wird, im Gegensatz zu den fortgesetzten Versuchen, eine unausführbare Kurve vorzunehmen. Da der Planer mit offener Schleife nicht von dem geschätzten tatsächlichen Fahrzeugzustand plant, ist er nicht in der Lage, solche Ausweichpläne zu erzeugen.
Bezüglich des Plans mit geschlossener Schleife erzeugt der Planer mit geschlossener Schleife Pläne (Trajektorien), die bei dem geschätzten Zustand des Fahrzeugs initiieren. Anders ausgedrückt minimieren die Pläne mit geschlossener Schleife explizit den Steuerfehler, indem sie versuchen, die Trajektorie in die Nähe der Stelle zu platzieren, an der das Fahrzeug sein wird, wenn der Pfadfolger beginnt, danach zu handeln. Falls eine Störung verursacht, dass das Fahrzeug von der zuvor veröffentlichten Trajektorie abweicht, wird sich die durch den Planer mit geschlossener Schleife veröffentlichte nächste Trajektorie „bewegen“, um in der Nähe des aktuellen Zustands des Fahrzeugs zu sein.
Die Vorteile des Planansatzes mit geschlossener Schleife beinhalten das jederzeitige Initiieren der Trajektorie in der Nähe des tatsächlichen Zustands des Fahrzeugs. In der Tat ist die Trajektorie eine beste Vermutung darüber, wie das Fahrzeug tatsächlich entlang der Trajektorie fahren wird. Auf diese Weise ist es wahrscheinlich, falls die geplante Trajektorie mit geschlossener Schleife Konflikte mit Objekten (Straßengrenze, statische Hindernisse, dynamische Hindernisse) vermeidet, dass das Fahrzeug auch solche Konflikte vermeidet, während es dem Pfad folgt. Falls sehr große Störungen (zum Beispiel Rutschen auf unerwartetem Eis) das Fahrzeug von dem beabsichtigten Pfad weg schieben, wird der Plan mit geschlossener Schleife weiterhin den am durchführbarsten möglichen Pfad in Anbetracht des tatsächlichen Zustands des Fahrzeugs bereitstellen. Dies wird dem Fahrzeug ermöglichen, sich elegant von einem solchen Störereignis zu erholen.
Die Nachteile des Planansatzes mit geschlossener Schleife beinhalten eine Minimierung des Steuerfehlers ungeachtet dessen, wie gut der Pfadfolger und die Fahrzeugplattform relativ zu dem geplanten Pfad funktionieren. Auf diese Weise kann der Pfadfolger keine Störungen alleine zurückweisen. Der Pfadplaner ist ein Teil der Rückmeldeschleife beim Zurückweisen solcher Störungen. Dies bedeutet, dass, falls eine Störung das Fahrzeug von dem geplanten Pfad und in Richtung eines Hindernisses schiebt, der Pfadplaner zunehmend „steife“ Pfade planen muss, um das Fahrzeug von dem Hindernis weg zu lenken. Auf diese Weise reicht es nicht aus, die Robustheit des Pfadfolgers gegenüber Störungen zu verifizieren. Der volle Pfadplanungs- und Pfadfolge-Softwarestapel muss in solchen Situationen getestet werden. Dies erhöht den Designverifizierungsaufwand des Softwarestapels erheblich, da der Pfadplaner in Abhängigkeit vom Kontext anders reagiert (zum Beispiel wird er steifer reagieren, falls eine Störung das Fahrzeug in Richtung eines Hindernisses schiebt, im Vergleich zu der Situation, falls die Störung das Fahrzeug in Richtung des leeren Raums schiebt). Die kombinatorische Art der gemeinsamen Verifizierung des Pfadplaners und des Pfadfolgers ist potenziell unlösbar. Ohne die Erzeugung eines Steuerfehlers ist es kompliziert, zu bestimmen, ob der Pfadfolger und die Fahrzeugplattform wie erwartet funktionieren oder nicht. Beispielsweise gibt es keine einfache Metrik, um zu verstehen, ob das Fahrzeug unerwartet nach links tendiert.
Dieses Dokument beschreibt Verfahren und Systeme, die auf das Ansprechen der oben beschriebenen Probleme und/oder anderer Probleme ausgerichtet sind.
KURZDARSTELLUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft das Implementieren von Systemen und Verfahren zur Planung des Fahrzeugpfades. Das Verfahren umfasst das Durchführen der folgenden Operationen durch eine Rechenvorrichtung: Schätzen eines aktuellen Zustands eines Fahrzeugs basierend auf Sensordaten; Erzeugen eines Steuerfehlers, der eine Differenz zwischen dem geschätzten aktuellen Zustand des Fahrzeugs und einem gewünschten Zustand des Fahrzeugs, wie durch eine zuvor veröffentlichte Trajektorie beschrieben, repräsentiert; Vergleichen des Steuerfehlers mit einem Schwellenwert; Erzeugen eines ersten Plans für das Fahrzeug unter Verwendung eines Pfadplanungsansatzes mit offener Schleife, wenn der Steuerfehler unter dem Schwellenwert liegt, oder eines zweiten Plans für das Fahrzeug unter Verwendung eines Pfadplanungsansatzes mit geschlossener Schleife, wenn der Steuerfehler über dem Schwellenwert liegt; und Veranlassen, dass das Fahrzeug den ersten oder den zweiten Plan ausführt.
Die implementierenden Systeme können umfassen: einen Prozessor; und ein nichtflüchtiges computerlesbares Speichermedium, das Programmieranweisungen umfasst, die dazu ausgelegt sind, den Prozessor zu veranlassen, ein Verfahren zum Betreiben eines automatisierten Systems zu implementieren. Die oben beschriebenen Verfahren können auch durch ein Computerprogrammprodukt implementiert werden, das Speicher und Programmieranweisungen umfasst, die dazu ausgelegt sind, einen Prozessor zu veranlassen, Operationen durchzuführen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die begleitenden Zeichnungen sind hierin einbezogen und bilden einen Teil der Patentschrift.

1 ist eine Veranschaulichung eines veranschaulichenden Systems.
2 ist eine Veranschaulichung einer veranschaulichenden Architektur für ein Fahrzeug.
3 ist eine Veranschaulichung einer veranschaulichenden Rechenvorrichtung.
4 liefert ein Blockdiagramm eines veranschaulichenden Fahrzeugtrajektorie-Planungsprozesses.
5 liefert ein Flussdiagramm eines veranschaulichenden Verfahrens zur Planung eines Fahrzeugpfades gemäß einem hybriden Ansatz mit offener Schleife und geschlossener Schleife.
6 liefert ein Flussdiagramm eines veranschaulichenden Pfadplanungsprozesses mit offener Schleife.
7 liefert ein Flussdiagramm eines veranschaulichenden Verfahrens zum Ziehen von Schlussfolgerungen darüber, ob es für ein Fahrzeug akzeptierbar ist, mit dem normalen Betrieb fortzufahren.
8 liefert ein Flussdiagramm eines veranschaulichenden Pfadplanungsprozesses mit geschlossener Schleife.
9 liefert ein Flussdiagramm eines veranschaulichenden Verfahrens zur Planung des Fahrzeugpfades.

In den Zeichnungen geben gleiche Bezugsnummern allgemein identische oder ähnliche Elemente an. Zusätzlich und allgemein identifiziert bzw. identifizieren die Ziffer(n) am weitesten links einer Bezugsnummer die Zeichnung, in der die Bezugsnummer zuerst auftrat.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Wie oben angemerkt, gibt es Vorteile und Nachteile, die mit dem Fahrzeugtrajektorie-Planungsansatz mit offener Schleife und den Fahrzeugtrajektorie-Planungsansatz mit geschlossener Schleife assoziiert sind. Die vorliegende Lösung liefert eine hybride Technik mit offener Schleife/geschlossener Schleife, die die Trajektorienplanung für autonome Fahrzeuge (AVs) verbessert, während die Vorteile beider Ansätze erhalten und die Nachteile beider Ansätze vermieden werden. Dies ermöglicht eine einfachere Fahrzeugdesignverifizierungsstrategie, da die Vorzüge des Planungsansatzes mit offener Schleife wirksam eingesetzt werden können. Die vorliegende Lösung verbessert die Fähigkeit des AV, zu detektieren, wann es aufgrund von Störungen nicht wie erwartet funktioniert, und auf eine komfortable, sichere und effektive Art und Weise zu einem Halt gebracht zu werden, wenn eine solche Detektion erfolgt. Somit ist das AV besser in der Lage, unerwartete Störungen (zum Beispiel Eisflächen und/oder Reifenpanne) im Vergleich zu herkömmlichen autonomen Fahrzeugen zu überwinden, die entweder einen Planer mit offener Schleife oder einen Planer mit geschlossener Schleife verwenden.
Die vorliegende Lösung betrifft allgemein das Implementieren von Systemen und Verfahren zur verbesserten Planung der Fahrzeugtrajektorie. Die Verfahren beinhalten: Erhalten von Sensordaten und einer veröffentlichten Trajektorie für ein Fahrzeug; Schätzen eines aktuellen Zustands eines Fahrzeugs basierend auf den Sensordaten; Erzeugen eines Steuerfehlers, der eine Differenz zwischen dem geschätzten aktuellen Zustand des Fahrzeugs und einem gewünschten Zustand des Fahrzeugs, wie durch die zuvor veröffentlichte Trajektorie beschrieben, repräsentiert; Vergleichen des Steuerfehlers mit einem Schwellenwert; Erzeugen eines ersten Plans für das Fahrzeug unter Verwendung eines Pfadplanungsansatzes mit offener Schleife, wenn der Steuerfehler unter dem Schwellenwert liegt, oder eines zweiten Plans für das Fahrzeug unter Verwendung eines Pfadplanungsansatzes mit geschlossener Schleife, wenn der Steuerfehler über dem Schwellenwert liegt; und/oder Veranlassen, dass das Fahrzeug den ersten oder den zweiten Plan ausführt.
In einigen Szenarien beinhalten die Verfahren auch das Durchführen von Operationen durch die Rechenvorrichtung, um zu schlussfolgern, dass es für das Fahrzeug akzeptabel ist oder nicht, mit dem normalen Betrieb fortzufahren, basierend auf Charakteristiken einer oder mehrerer Störungen, denen das Fahrzeug ausgesetzt wurde. Die Rechenvorrichtung kann schlussfolgern, dass es nicht akzeptabel ist, mit dem normalen Betrieb fortzufahren, wenn die eine oder die mehreren Störungen (i) eine vorübergehende schwerwiegende Störung, die zu einem unerwartet großen Steuerfehler führt (d. h. ein Steuerfehler, der um einen vordefinierten Betrag größer als ein erwarteter Wert ist), und/oder (ii) eine anhaltende Störung, die dazu führt, dass das Fahrzeug daran scheitert, eine Nennleistung zu erreichen, umfassen. Der zweite Plan könnte darauf abzielen, zu veranlassen, dass das Fahrzeug anhält, wenn die Rechenvorrichtung schlussfolgert, dass es für das Fahrzeug nicht akzeptabel ist, mit dem normalen Betrieb fortzufahren.
Die Rechenvorrichtung kann schlussfolgern, dass es akzeptabel ist, mit dem normalen Betrieb fortzufahren, wenn die eine oder die mehreren Störungen eine vorübergehende leichte Störung umfassen, die sich auf die Leistung des Fahrzeugs auswirkt, die sich voraussichtlich innerhalb einer bestimmten Zeit wieder auf den Nennwert erholt. Die Begriffe „Nennwert“ und „Nennleistung“, wie hier verwendet, bedeuten ein Betriebsniveau, bei dem eine Vorrichtung für den Betrieb konzipiert ist. Der Ausdruck „sich auf den Nennwert erholen“, wie hier verwendet, bezieht sich auf den Betrieb, der zu einem oder mehreren Niveaus übergeht oder anderweitig zu diesen zurückkehrt, bei denen eine Vorrichtung für den Betrieb konzipiert ist. Der Begriff „vorübergehende leichte Störung“ bezieht sich auf eine Störung, die für einen begrenzten Zeitraum oder weniger als eine vordefinierte Dauer (zum Beispiel weniger als oder gleich 30 Sekunden) andauert. Die vorübergehende leichte Störung unterscheidet sich von einer anhaltenden leichten Störung. Der Begriff „anhaltende leichte Störung“ bezieht sich auf eine Störung, die für einen längeren Zeitraum (z. B. größer als 30 Sekunden) besteht. Eine vorübergehende leichte Störung kann unter anderem eine Seitenwindböe beinhalten. Eine anhaltende leichte Störung kann unter anderem einen niedrigen Reifendruck beinhalten. Eine leichte Störung schließt keine schwerwiegende Störung ein. Eine schwerwiegende Störung kann zu einem außergewöhnlich großen Steuerfehler führen (d. h. ein Steuerfehler, der um einen vordefinierten Betrag größer als ein erwarteter Wert ist) und/oder kann dazu führen, dass das Fahrzeug daran scheitert, eine Nennleistung zu erreichen. Die schwerwiegende Störung kann vorübergehend oder anhaltend sein. Eine vorübergehende schwerwiegende Störung bezieht sich auf eine Störung, die für einen begrenzten Zeitraum (zum Beispiel weniger als oder gleich 30 Sekunden) besteht. Eine anhaltende schwerwiegende Störung bezieht sich auf eine Störung, die für einen längeren Zeitraum (zum Beispiel größer als 30 Sekunden) besteht. Eine vorübergehende schwerwiegende Störung kann unter anderem eine Eisfläche beinhalten. Eine anhaltende schwerwiegende Störung kann unter anderem eine Reifenpanne beinhalten. Der zweite Plan kann dazu ausgelegt sein, das Fahrzeug zu veranlassen, die Fahrt mit oder ohne Anhalten fortzusetzen, wenn die Rechenvorrichtung schlussfolgert, dass es für das Fahrzeug akzeptabel ist, mit dem normalen Betrieb fortzufahren.
Der oben beschriebene hybride Ansatz der vorliegenden Lösung erreicht die Vorteile von sowohl dem Planerzeugungsansatz mit offener Schleife als auch geschlossener Schleife, während die Nachteile dieser Ansätze vermieden werden. Das Endergebnis ist eine Pfadplanungsarchitektur, die gegenüber nominalen oder kurzzeitigen Störungen robust ist, gegenüber schwerwiegenden oder langzeitigen Störungen robust ist (während ihre Detektion und Minderung durch Anhalten des Fahrzeugs ermöglicht werden) und leichter als Planungssysteme mit geschlossener Schleife verifiziert wird.
Wie in diesem Dokument verwendet, schließen die Singularformen „ein“, „eine“ und „der/die/das“ Pluralbezüge ein, sofern der Kontext nicht deutlich etwas anderes angibt. Sofern nicht anderweitig definiert, haben alle hierin verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die gleiche Bedeutung, wie sie gewöhnlich durch einen Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet verstanden werden. Wie in diesem Dokument verwendet, bedeutet der Begriff „umfassend“ „einschließlich, aber nicht darauf beschränkt“. Definitionen für zusätzliche Begriffe, die für dieses Dokument relevant sind, sind am Ende dieser ausführlichen Beschreibung eingeschlossen.
Eine „elektronische Vorrichtung“ oder eine „Rechenvorrichtung“ bezieht sich auf eine Vorrichtung, die einen Prozessor und Speicher beinhaltet. Jede Vorrichtung kann ihren eigenen Prozessor und/oder Speicher aufweisen, oder der Prozessor und/oder Speicher kann mit anderen Vorrichtungen wie in einer virtuellen Maschine oder Container-Anordnung gemeinsam genutzt werden. Der Speicher wird Programmieranweisungen enthalten oder empfangen, die, wenn sie durch den Prozessor ausgeführt werden, veranlassen, dass die elektronische Vorrichtung eine oder mehrere Operationen gemäß den Programmieranweisungen durchführt.
Die Begriffe „Speicher“, „Speichervorrichtung“, „Datenspeicher“, „Datenspeichereinrichtung“ und dergleichen beziehen sich jeweils auf eine nichtflüchtige Vorrichtung, auf der computerlesbare Daten, Programmieranweisungen oder beides gespeichert sind. Sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, sollen die Begriffe „Speicher“, „Speichervorrichtung“, „Datenspeicher“, „Datenspeichereinrichtung“ und dergleichen Ausführungsformen mit einer einzelnen Vorrichtung, Ausführungsformen, bei denen mehrere Speichervorrichtungen zusammen oder kollektiv einen Satz von Daten oder Anweisungen speichern, sowie individuelle Abschnitte innerhalb solcher Vorrichtungen einschließen.
Die Begriffe „Prozessor“ und „Verarbeitungsvorrichtung“ beziehen sich auf eine Hardwarekomponente einer elektronischen Vorrichtung, die dazu ausgelegt ist, Programmieranweisungen auszuführen. Sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, soll der Singularbegriff „Prozessor“ oder „Verarbeitungsvorrichtung“ sowohl Ausführungsformen mit einer einzelnen Verarbeitungsvorrichtung als auch Ausführungsformen, bei denen mehrere Verarbeitungsvorrichtungen zusammen oder kollektiv einen Prozess durchführen, einschließen.
Der Begriff „Fahrzeug“ bezieht sich auf ein jegliches Fortbewegungsmittel, das in der Lage ist, entweder einen oder mehrere menschliche Insassen und/oder Fracht zu befördern, und durch eine beliebige Form von Energie angetrieben wird. Der Begriff „Fahrzeug“ beinhaltet unter anderem Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Kleintransporter, Züge, autonome Fahrzeuge, teilautonome Fahrzeuge, manuell betriebene Fahrzeuge, teleoperierte Fahrzeuge, ein Wasserfahrzeug, ein Luftfahrzeug, Luftdrohnen und dergleichen. Ein „autonomes Fahrzeug“ (oder „AV“) ist ein Fahrzeug mit einem Prozessor, Programmieranweisungen und Antriebsstrangkomponenten, die durch den Prozessor steuerbar sind, ohne einen menschlichen Betreiber zu erfordern. Ein autonomes Fahrzeug kann in dem Sinne vollautonom sein, dass es keinen menschlichen Betreiber für die meisten oder alle Fahrbedingungen und -funktionen erfordert, oder es kann in dem Sinne teilautonom sein, dass ein menschlicher Betreiber unter bestimmten Bedingungen oder für bestimmte Vorgänge erforderlich sein kann, oder dass ein menschlicher Betreiber das autonome System des Fahrzeugs überschreiben kann und die Kontrolle des Fahrzeugs übernehmen kann.
In diesem Dokument, wenn Begriffe wie etwa „erster“ und „zweiter“ verwendet werden, um ein Substantiv zu modifizieren, soll eine derartige Verwendung lediglich ein Element von einem anderen unterscheiden, und soll keine sequenzielle Reihenfolge erfordern, insofern nicht speziell angegeben. Zusätzlich sollen Begriffe von relativer Position wie etwa „vertikal“ und „horizontal“ oder „Vorderseite“ und „Rückseite“, wenn verwendet, relativ zueinander sein und müssen nicht absolut sein, und sich nur auf eine mögliche Position der Vorrichtung, die mit diesen Begriffen assoziiert ist, in Abhängigkeit von der Orientierung der Vorrichtung beziehen.
Insbesondere wird die vorliegende Lösung hierin im Kontext von autonomen Fahrzeugen beschrieben. Die vorliegende Lösung ist jedoch nicht auf Anwendungen mit autonomen Fahrzeugen beschränkt. Die vorliegende Lösung kann in anderen Anwendungen verwendet werden, wie etwa robotischen Anwendungen (zum Beispiel zur Steuerung von Bewegungen von Gelenkarmen) und/oder Systemleistungsanwendungen.
1 veranschaulicht ein beispielhaftes System 100 gemäß Aspekten der Offenbarung. Das System 100 umfasst ein Fahrzeug 102, das veranlasst wurde, entlang einer Straße auf eine teilautonome oder autonome Art und Weise zu fahren. Das Fahrzeug 102 wird hierin auch als ein AV 102 bezeichnet. Das AV 102 kann unter anderem Landfahrzeuge (wie 1 gezeigt), ein Luftfahrzeug, ein Wasserfahrzeug, unterirdische Fahrzeuge, Raumfahrzeuge, Drohnen und/oder einen Gelenkarm (zum Beispiel mit einem Greifer an einem freien Ende) beinhalten. Wie oben angemerkt, sofern nicht ausdrücklich darauf hingewiesen wird, ist diese Offenbarung nicht notwendigerweise auf AV-Ausführungsformen beschränkt und kann nicht-autonome Fahrzeuge in einigen Ausführungsformen einschließen.
Das AV 102 ist allgemein dazu ausgelegt, Objekte 103, 114, 116 in seiner Nähe zu detektieren. Die Objekte können unter anderem ein Fahrzeug 103, einen Radfahrer 114 (wie etwa einen Fahrer eines Fahrrads, eines Elektro-Scooters, eines Motorrads oder dergleichen) und/oder einen Fußgänger 116 beinhalten.
Wie in 1 veranschaulicht, kann das AV 102 ein Sensorsystem 118, eine Onboard-Rechenvorrichtung 122, eine Kommunikationsschnittstelle 120 und eine Benutzerschnittstelle 124 beinhalten. Das AV 102 kann ferner bestimmte Komponenten (wie beispielsweise in 2 veranschaulicht) beinhalten, die in Fahrzeugen enthalten sind, die durch die Onboard-Rechenvorrichtung 122 unter Verwendung einer Vielfalt von Kommunikationssignalen und/oder -befehlen gesteuert werden können, wie etwa zum Beispiel Beschleunigungssignale oder -befehle, Abbremsungssignale oder -befehle, Lenksignale oder -befehle, Bremssignale oder - befehle usw.
Das Sensorsystem 118 kann einen oder mehrere Sensoren beinhalten, die mit dem AV 102 gekoppelt und/oder in diesem enthalten sind, wie in 2 veranschaulicht. Beispielsweise können solche Sensoren unter anderem ein Lidar-System, ein RADAR-System, ein LADAR-System (Laserdetektion und -entfernungsmessung), ein SONAR-System (Schallnavigation und -entfernungsmessung), eine oder mehrere Kameras (zum Beispiel eine oder mehrere Kameras des sichtbaren Spektrums, eine oder mehrere Infrarot-Kameras usw.), Temperatursensoren, Positionssensoren (zum Beispiel ein globales Positionierungssystem (GPS) usw.), Standortsensoren, Kraftstoffsensoren, Bewegungssensoren (zum Beispiel eine inertiale Messeinheit (IMU), Radgeschwindigkeitssensoren usw.), Luftfeuchtigkeitssensoren, Belegtheitssensoren und/oder dergleichen beinhalten. Die Sensoren sind allgemein dazu ausgelegt, Sensordaten zu erzeugen. Die Sensordaten können Informationen, die den Standort von Objekten innerhalb der umliegenden Umgebung des AV 102 beschreiben, Informationen über die Umgebung selbst, Informationen über die Bewegung des AV 102, Informationen über eine Route des Fahrzeugs und/oder dergleichen beinhalten. Während das AV 102 über eine Oberfläche (zum Beispiel eine Straße) fährt, können zumindest einige der Sensoren Daten bezüglich der Oberfläche sammeln.
Wie ausführlicher beschrieben wird, kann das AV 102 mit einem Lidar-System (zum Beispiel Lidar-System 264 von 2) konfiguriert sein. Das Lidar-System kann dazu ausgelegt sein, einen Lichtimpuls 104 zum Detektieren von Objekten zu übertragen, die sich innerhalb eines Abstands oder eines Bereichs von Abständen des AV 102 befinden. Der Lichtimpuls 104 kann auf ein oder mehrere Objekte (zum Beispiel AV 103) einfallen und zurück zu dem Lidar-System reflektiert werden. Der reflektierte Lichtimpuls 106, der auf das Lidar-System einfällt, kann verarbeitet werden, um einen Abstand dieses Objekts zu dem AV 102 zu bestimmen. Der reflektierte Lichtimpuls 106 kann unter Verwendung, in einigen Szenarien, eines Photodetektors oder eines Arrays von Photodetektoren detektiert werden, die positioniert und dazu ausgelegt sind, das in das Lidar-System zurückreflektierte Licht zu empfangen. Lidar-Informationen, wie etwa detektierte Objektdaten, werden von dem Lidar-System zu der Onboard-Rechenvorrichtung 122 kommuniziert. Das AV 102 kann auch Lidar-Daten über ein Netzwerk 108 zu einer entfernten Rechenvorrichtung 110 (zum Beispiel einem Cloud-Verarbeitungssystem) kommunizieren. Die Rechenvorrichtung 110 kann mit einem oder mehreren Servern konfiguriert sein, um einen oder mehrere Prozesse der hierin beschriebenen Technologie zu verarbeiten. Die Rechenvorrichtung 110 kann auch dazu ausgelegt sein, Daten/Anweisungen zu/von dem AV 102 über das Netzwerk 108, zu/von einem oder mehreren Servern und/oder einer oder mehreren Datenbanken 112 zu kommunizieren.
Es sollte angemerkt werden, dass die Lidar-Systeme zum Sammeln von Daten bezüglich der Oberfläche in anderen Systemen als das AV 102 eingeschlossen sein können, wie etwa, ohne Beschränkung, anderen Fahrzeugen (autonom oder gefahren), Robotern, Satelliten usw.
Das Netzwerk 108 kann ein oder mehrere drahtgebundene oder drahtlose Netzwerke einschließen. Beispielsweise kann das Netzwerk 108 ein zellulares Netzwerk (zum Beispiel ein Long-Term-Evolution(LTE)-Netzwerk, ein Codemultiplex-Mehrfachzugriff(CDMA)-Netzwerk, ein 3G-Netzwerk, ein 4G-Netzwerk, ein 5G-Netzwerk, eine andere Art von Netzwerk der nächsten Generation usw.) einschließen. Das Netzwerk kann auch ein öffentliches Landmobilfunknetz (PLMN), ein Lokalnetzwerk (LAN), ein Weitbereichsnetzwerk (WAN), ein städtisches Netzwerk (MAN), ein Telefonnetz (zum Beispiel ein öffentliches Fernsprechnetz (PSTN), ein privates Netzwerk, ein Ad-Hoc-Netzwerk, ein Intranet, das Internet, ein faseroptisches Netzwerk, ein Cloud-Computing-Netzwerk und/oder dergleichen und/oder eine Kombination von diesen oder anderen Arten von Netzwerken einschließen.
Das AV 102 kann Informationen, die von einer lokalen Anwendung erzeugt oder über das Netzwerk 108 von der Datenbank 112 geliefert werden, abrufen, empfangen, anzeigen und bearbeiten. Die Datenbank 112 kann dazu ausgelegt sein, Rohdaten, indizierte Daten, strukturierte Daten, Kartendaten, Programmanweisungen oder andere Konfigurationen, wie bekannt ist, zu speichern und zu liefern.
Die Kommunikationsschnittstelle 120 kann dazu ausgelegt sein, die Kommunikation zwischen dem AV 102 und externen Systemen, wie etwa zum Beispiel externen Vorrichtungen, Sensoren, anderen Fahrzeugen, Servern, Datenspeichern, Datenbanken usw., zu ermöglichen. Die Kommunikationsschnittstelle 120 kann jegliche jetzt oder später bekannte Protokolle, Schutzschemen, Codierungen, Formate, Packaging usw. nutzen, wie etwa, ohne Beschränkung, WiFi, einen Infrarot-Link, Bluetooth usw. Die Benutzerschnittstelle 124 kann Teil von Peripherievorrichtungen sein, die innerhalb des AV 102 implementiert werden, einschließlich zum Beispiel einer Tastatur, einer Touchscreen-Anzeigevorrichtung, eines Mikrofons und eines Lautsprechers usw. Das Fahrzeug kann auch Zustandsinformationen, deskriptive Informationen oder andere Informationen über Vorrichtungen oder Objekte in seiner Umgebung über die Kommunikationsschnittstelle 120 über Kommunikationslinks empfangen, wie etwa jene, die als Fahrzeug-zu-Fahrzeug-, Fahrzeug-zu-Objekt- oder andere V2X-Kommunikationslinks bekannt sind. Der Begriff „V2X“ bezieht sich auf eine Kommunikation zwischen einem Fahrzeug und einem beliebigen Objekt, das das Fahrzeug in seiner Umgebung antreffen oder beeinflussen kann.
Wie oben angemerkt, kann das AV 102 Objekte 103, 114, 116 in seiner Nähe detektieren. Solche Objektdetektionen werden unter Verwendung der durch das Sensorsystem 118 erzeugten Sensordaten ermöglicht (zum Beispiel Lidar-Datensätze, die durch einen Onboard-Lidar-Detektor erzeugt werden). Die Sensordaten werden durch die Onboard-Rechenvorrichtung 122 des AV 102 und/oder durch die entfernte Rechenvorrichtung 110 verarbeitet, um eine oder mehrere vorhergesagte Trajektorien für das Objekt in Anbetracht der Sensordaten zu erhalten. Die vorhergesagten Trajektorien für das Objekt können dann verwendet werden, um eine Trajektorie für das AV 102 zu erzeugen. Das AV 103 kann dann durch die Onboard-Rechenvorrichtung veranlasst werden, der Trajektorie zu folgen.
2 veranschaulicht eine Systemarchitektur 200 für ein Fahrzeug gemäß Aspekten der Offenbarung. Die Fahrzeuge 102 und/oder 103 von 1 können die gleiche oder eine ähnliche Systemarchitektur wie die in 2 gezeigte aufweisen. Somit reicht die folgende Erörterung der Systemarchitektur 200 für das Verständnis des einen oder der mehreren Fahrzeuge 102, 103 von 1 aus. Andere Arten von Fahrzeugen werden jedoch innerhalb des Schutzumfangs der hierin beschriebenen Technologie in Erwägung gezogen und können mehr oder weniger Elemente enthalten, wie in Verbindung mit 2 beschrieben sind. Als ein nicht beschränkendes Beispiel kann ein Luftfahrzeug Brems- oder Gangsteuerungen ausschließen, aber kann einen Höhensensor einschließen. In einem anderen nicht beschränkenden Beispiel kann ein Wasserfahrzeug einen Tiefensensor einschließen. Ein Fachmann auf dem Gebiet wird erkennen, dass andere Antriebssysteme, Sensoren und Steuerungen basierend auf einer Art von Fahrzeug eingeschlossen sein können, wie bekannt ist.
Wie in 2 gezeigt, beinhaltet die Systemarchitektur 200 einen Verbrennungsmotor oder Motor 202 und verschiedene Sensoren 204-218 zum Messen verschiedener Parameter des Fahrzeugs. Bei benzinbetriebenen oder hybriden Fahrzeugen mit einem kraftstoffbetriebenen Verbrennungsmotor können die Sensoren zum Beispiel einen Verbrennungsmotortemperatursensor 204, einen Batteriespannungssensor 206, einen Verbrennungsmotordrehzahlsensor (Verbrennungsmotor-RPM-Sensor) 208 und einen Drosselpositionssensor 210 beinhalten. Falls das Fahrzeug ein Elektro- oder Hybridfahrzeug ist, dann kann das Fahrzeug einen Elektromotor aufweisen, und wird dementsprechend Sensoren wie etwa ein Batterieüberwachungssystem 212 (zum Messen des Stroms, der Spannung und/oder der Temperatur der Batterie), Sensoren für Motorstrom 214 und -spannung 216 und Motorpositionssensoren 218 wie etwa Resolver und Encoder 218 aufweisen.
Betriebsparametersensoren, die beiden Arten von Fahrzeugen gemein sind, beinhalten zum Beispiel: einen Positionssensor 236 wie etwa einen Beschleunigungsmesser, ein Gyroskop und/oder eine inertiale Messeinheit; einen Geschwindigkeitssensor 238; und einen Hodometersensor 240. Das Fahrzeug kann auch einen Takt 242 aufweisen, den das System verwendet, um die Fahrzeugzeit während des Betriebs zu bestimmen. Der Takt 242 kann in die Fahrzeug-Onboard-Rechenvorrichtung 220 codiert sein, er kann eine separate Vorrichtung sein, oder mehrere Takte können verfügbar sein.
Das Fahrzeug wird auch verschiedene Sensoren beinhalten, die betrieben werden, um Informationen über die Umgebung zu sammeln, in der das Fahrzeug fährt. Diese Sensoren können zum Beispiel beinhalten: einen Standortsensor 260 (zum Beispiel eine GPS-Vorrichtung); Objektdetektionssensoren wie etwa eine oder mehrere Kameras 262; ein Lidar-Sensorsystem 264; und/oder ein RADAR- und/oder SONAR-System 266. Die Sensoren können auch Umgebungssensoren 268 wie etwa einen Niederschlagssensor und/oder einen Umgebungstemperatursensor beinhalten. Die Objektdetektionssensoren können dem Fahrzeug ermöglichen, Objekte zu detektieren, die sich innerhalb eines gegebenen Abstandsbereichs des Fahrzeugs in eine beliebige Richtung befinden, während die Umgebungssensoren Daten über Umgebungsbedingungen innerhalb des Fahrbereichs des Fahrzeugs sammeln.
Während des Betriebs werden Informationen von den Sensoren zu einer Fahrzeug-Onboard-Rechenvorrichtung 220 kommuniziert. Die Fahrzeug-Onboard-Rechenvorrichtung 220 kann unter Verwendung des Computersystems von 4 implementiert werden. Die Fahrzeug-Onboard-Rechenvorrichtung 220 analysiert die durch die Sensoren erfassten Daten und steuert optional Vorgänge des Fahrzeugs basierend auf Ergebnissen der Analyse. Beispielsweise kann die Fahrzeug-Onboard-Rechenvorrichtung 220 steuern: Bremsen über eine Bremssteuerung 222; Richtung über eine Lenksteuerung 224; Geschwindigkeit und Beschleunigung über eine Drosselsteuerung 226 (in einem benzinbetriebenen Fahrzeug) oder eine Motordrehzahlsteuerung 228 (wie etwa eine Strompegelsteuerung in einem Elektrofahrzeug); eine Differenzialgetriebesteuerung 230 (in Fahrzeugen mit Getrieben); und/oder andere Steuerungen. Eine Hilfsvorrichtungssteuerung 254 kann dazu ausgelegt sein, eine oder mehrere Hilfsvorrichtungen zu steuern, wie etwa Prüfsysteme, Hilfssensoren, mobile Vorrichtungen, die vom Fahrzeug transportiert werden, usw.
Geographische Standortinformationen können von dem Standortsensor 260 zu der Fahrzeug-Onboard-Rechenvorrichtung 220 kommuniziert werden, die dann auf eine Karte der Umgebung zugreifen kann, die den Standortinformationen entspricht, um bekannte feste Merkmale der Umgebung wie etwa Straßen, Gebäude, Stoppschilder und/oder Anhalten/Losfahren-Signale bestimmen. Erfasste Bilder von den Kameras 262 und/oder Objektdetektionsinformationen, die von Sensoren wie etwa dem Lidar-System 264 erfasst werden, werden von diesen Sensoren zu der Fahrzeug-Onboard-Rechenvorrichtung 220 kommuniziert. Die Objektdetektionsinformationen und/oder erfassten Bilder werden durch die Fahrzeug-Onboard-Rechenvorrichtung 220 verarbeitet, um Objekte in der Nähe des Fahrzeugs zu detektieren. Eine beliebige bekannte oder in der Zukunft bekannte Technik zum Vornehmen einer Objektdetektion basierend auf Sensordaten und/oder erfassten Bildern kann in den in diesem Dokument offenbarten Ausführungsformen verwendet werden.
Lidar-Informationen werden von dem Lidar-System 264 zu der Fahrzeug-Onboard-Rechenvorrichtung 220 kommuniziert. Zusätzlich werden erfasste Bilder von der einen oder den mehreren Kameras 262 zu der Fahrzeug-Onboard-Rechenvorrichtung 220 kommuniziert. Die Lidar-Informationen und/oder erfassten Bilder werden durch die Fahrzeug-Onboard-Rechenvorrichtung 220 verarbeitet, um Objekte in der Nähe des Fahrzeugs zu detektieren. Die Art und Weise, mit der die Objektdetektionen durch die Fahrzeug-Onboard-Rechenvorrichtung 220 vorgenommen werden, beinhalten solche Fähigkeiten, die in dieser Offenbarung ausführlich dargelegt sind.
Zusätzlich kann die Systemarchitektur 200 eine Onboard-Anzeigevorrichtung 270 beinhalten, die eine Benutzeroberfläche erzeugen und ausgeben kann, auf der Sensordaten, Fahrzeugstatusinformationen oder Ausgaben, die durch die in diesem Dokument beschriebenen Prozesse erzeugt werden, für einen Fahrgast des Fahrzeugs angezeigt werden. Die Anzeigevorrichtung kann einen Audiolautsprecher beinhalten, oder eine separate Vorrichtung kann ein Audiolautsprecher sein, der solche Informationen in einem Audioformat präsentiert.
Die Fahrzeug-Onboard-Rechenvorrichtung 220 kann eine Routenplanungssteuerung 232 beinhalten und/oder kann mit dieser in Kommunikation stehen, die eine Navigationsroute von einer Startposition zu einer Zielposition für ein autonomes Fahrzeug erzeugt. Die Routenplanungssteuerung 232 kann auf einen Kartendatenspeicher zugreifen, um mögliche Routen und Straßensegmente zu identifizieren, die ein Fahrzeug befahren kann, um von der Startposition zu der Zielposition zu gelangen. Die Routenplanungssteuerung 232 kann die möglichen Routen bewerten und eine bevorzugte Route zum Erreichen des Ziels identifizieren. Beispielsweise kann die Routenplanungssteuerung 232 eine Navigationsroute erzeugen, die die gefahrene euklidische Distanz oder eine andere Kostenfunktion während der Route minimiert, und kann ferner auf die Verkehrsinformationen und/oder -schätzungen zugreifen, die eine Menge an Zeit beeinflussen können, die das Fahren auf einer bestimmten Route in Anspruch nehmen wird. In Abhängigkeit von der Implementierung kann die Routenplanungssteuerung 232 eine oder mehrere Routen unter Verwendung verschiedener Routenplanungsverfahren erzeugen, wie etwa Dijkstra-Algorithmus, Bellman-Ford-Algorithmus oder andere Algorithmen. Die Routenplanungssteuerung 232 kann auch die Verkehrsinformationen verwenden, um eine Navigationsroute zu erzeugen, die erwartete Bedingungen der Route (zum Beispiel aktueller Wochentag oder aktuelle Tageszeit usw.) widerspiegelt, sodass eine Route, die für die Fahrt während des Stoßverkehrs erzeugt wird, sich von einer Route unterscheiden kann, die für eine Fahrt spät in der Nacht erzeugt wird. Die Routenplanungssteuerung 232 kann auch mehr als eine Navigationsroute zu einem Ziel erzeugen und mehr als eine von diesen Navigationsrouten zu einem Benutzer zur Auswahl durch den Benutzer aus verschiedenen möglichen Routen senden.
In einigen Szenarien kann die Fahrzeug-Onboard-Rechenvorrichtung 220 Wahrnehmungsinformationen der umliegenden Umgebung des Fahrzeugs bestimmen. Basierend auf den Sensordaten, die durch einen oder mehrere Sensoren bereitgestellt werden, und Standortinformationen, die erhalten werden, kann die Fahrzeug-Onboard-Rechenvorrichtung 220 Wahrnehmungsinformationen der umliegenden Umgebung des Fahrzeugs bestimmen. Die Wahrnehmungsinformationen können repräsentieren, was ein gewöhnlicher Fahrer in der umliegenden Umgebung eines Fahrzeugs wahrnehmen würde. Die Wahrnehmungsdaten können Informationen bezüglich eines oder mehrerer Objekte in der Umgebung des Fahrzeugs beinhalten. Beispielsweise kann die Fahrzeug-Onboard-Rechenvorrichtung 220 Sensordaten (zum Beispiel Lidar-Daten, RADAR-Daten, Kamerabilder usw.) verarbeiten, um Objekte und/oder Merkmale in der Umgebung des Fahrzeugs zu identifizieren. Die Objekte können unter anderem Verkehrssignale, Fahrbahngrenzen, andere Fahrzeuge, Fußgänger und/oder Hindernisse beinhalten. Die Fahrzeug-Onboard-Rechenvorrichtung 220 kann beliebige jetzt oder später bekannte Objekterkennungsalgorithmen, Videoverfolgungsalgorithmen und Computer-Vision-Algorithmen (zum Beispiel frameweises Verfolgen von Objekten iterativ über eine Anzahl von Zeiträumen) verwenden, um die Wahrnehmung zu bestimmen.
In diesen oder anderen Szenarien kann die Fahrzeug-Onboard-Rechenvorrichtung 220 auch für ein oder mehrere identifizierte Objekte in der Umgebung den aktuellen Zustand des Objekts bestimmen. Die Zustandsinformationen können unter anderem für jedes Objekt Folgendes beinhalten: einen aktuellen Standort; eine aktuelle Geschwindigkeit; eine Beschleunigung; einen aktuellen Steuerkurs; eine aktuelle Stellung; eine aktuelle Form, Größe und/oder Grundfläche; eine Objektart oder -klassifikation (zum Beispiel Fahrzeug, Fußgänger, Fahrrad, statisches Objekt oder Hindernis); und/oder andere Zustandsinformationen.
Die Fahrzeug-Onboard-Rechenvorrichtung 220 kann eine oder mehrere Vorhersage- und/oder Prognoseoperationen durchführen. Beispielsweise kann die Fahrzeug-Onboard-Rechenvorrichtung 220 zukünftige Standorte, Trajektorien und/oder Handlungen eines oder mehrerer Objekte vorhersagen. Beispielsweise kann die Fahrzeug-Onboard-Rechenvorrichtung 220 die zukünftigen Standorte, Trajektorien und/oder Handlungen der Objekte basierend zumindest teilweise auf Wahrnehmungsinformationen (zum Beispiel die Zustandsdaten für jedes Objekt, umfassend eine geschätzte Form und Stellung, die wie unten erörtert bestimmt werden), Standortinformationen, Sensordaten und/oder beliebigen anderen Daten vorhersagen, die den vorherigen und/oder aktuellen Zustand der Objekte, des Fahrzeugs, der umliegenden Umgebung und/oder ihre Beziehung(en) beschreiben. Falls beispielsweise ein Objekt ein Fahrzeug ist und die aktuelle Fahrumgebung eine Kreuzung einschließt, kann die Fahrzeug-Onboard-Rechenvorrichtung 220 vorhersagen, ob das Objekt wahrscheinlich geradeaus vorwärts fährt oder abbiegt. Falls die Wahrnehmungsdaten angeben, dass die Kreuzung keine Ampel hat, kann die Fahrzeug-Onboard-Rechenvorrichtung 220 auch vorhersagen, ob das Fahrzeug möglicherweise vollständig anhalten muss, bevor es in die Kreuzung einfährt.
In diesen oder anderen Szenarien kann die Fahrzeug-Onboard-Rechenvorrichtung 220 einen Bewegungsplan für das Fahrzeug bestimmen. Beispielsweise kann die Fahrzeug-Onboard-Rechenvorrichtung 220 einen Bewegungsplan für das Fahrzeug basierend auf den Wahrnehmungsdaten und/oder den Vorhersagedaten bestimmen. Spezifisch, in Anbetracht von Vorhersagen über die zukünftigen Standorte von nahegelegenen Objekten und anderen Wahrnehmungsdaten, kann die Fahrzeug-Onboard-Rechenvorrichtung 220 einen Bewegungsplan für das Fahrzeug bestimmen, der das Fahrzeug relativ zu den Objekten an ihren zukünftigen Standorten am besten navigiert.
In diesen und anderen Szenarien kann die Fahrzeug-Onboard-Rechenvorrichtung 220 Vorhersagen empfangen und eine Entscheidung bezüglich dessen treffen, wie Objekte und/oder Akteure in der Umgebung des Fahrzeugs zu handhaben sind. Beispielsweise für einen bestimmten Akteur (zum Beispiel ein Fahrzeug mit einer gegebenen Geschwindigkeit, einer gegebenen Richtung, einem gegebenen Abbiegewinkel usw.) entscheidet die Fahrzeug-Onboard-Rechenvorrichtung 220, ob überholt, die Vorfahrt gewährt, angehalten und/oder passiert werden soll, basierend zum Beispiel auf Verkehrsbedingungen, Kartendaten, dem Zustand des autonomen Fahrzeugs usw. Ferner plant die Fahrzeug-Onboard-Rechenvorrichtung 220 auch einen Pfad für das Fahrzeug zum Befahren einer gegebenen Route sowie Fahrparameter (zum Beispiel Distanz, Geschwindigkeit und/oder Abbiegewinkel). Das heißt, für ein gegebenes Objekt entscheidet die Fahrzeug-Onboard-Rechenvorrichtung 220, was mit dem Objekt zu tun ist, und bestimmt, wie es zu tun ist. Zum Beispiel kann für ein gegebenes Objekt die Fahrzeug-Onboard-Rechenvorrichtung 220 entscheiden, das Objekt zu passieren, und kann bestimmen, ob auf der linken Seite oder der rechten Seite des Objekts zu passieren ist (einschließlich Bewegungsparameter wie etwa Geschwindigkeit). Die Fahrzeug-Onboard-Rechenvorrichtung 220 kann auch das Risiko einer Kollision zwischen einem detektierten Objekt und dem Fahrzeug beurteilen. Falls das Risiko eine akzeptable Schwelle überschreitet, kann sie bestimmen, ob die Kollision vermieden werden kann, falls das Fahrzeug einer definierten Fahrzeugtrajektorien folgt und/oder ein oder mehrere dynamisch erzeugte Notfallmanöver in einem Zeitraum (zum Beispiel N Millisekunden) implementiert. Falls die Kollision vermieden werden kann, dann kann die Fahrzeug-Onboard-Rechenvorrichtung 220 eine oder mehrere Steueranweisungen ausführen, um ein vorsichtiges Manöver (zum Beispiel leicht verlangsamen, beschleunigen, die Spur wechseln oder ausweichen) durchzuführen. Falls im Gegensatz dazu die Kollision nicht vermieden werden kann, dann kann die Fahrzeug-Onboard-Rechenvorrichtung 220 eine oder mehrere Steueranweisungen zur Ausführung eines Notfallmanövers (zum Beispiel Bremsen und/oder Ändern der Fahrtrichtung) ausführen.
Wie oben erörtert, werden Planungs- und Steuerdaten bezüglich der Bewegung des Fahrzeugs zur Ausführung erzeugt. Die Fahrzeug-Onboard-Rechenvorrichtung 220 kann beispielsweise durchführen: Steuern des Bremsens über eine Bremssteuerung; der Richtung über eine Lenksteuerung; der Geschwindigkeit und Beschleunigung über eine Drosselsteuerung (in einem benzinbetriebenen Fahrzeug) oder eine Motordrehzahlsteuerung (wie etwa eine Strompegelsteuerung in einem Elektrofahrzeug); des Gangwechsels über eine Differenzialgetriebesteuerung (in Fahrzeugen mit Getrieben); und/oder Steuern anderer Vorgänge über andere Steuerungen.
Die vorliegende Lösung kann zum Beispiel unter Verwendung eines oder mehrerer Computersysteme implementiert werden, wie etwa des in 3 gezeigten Computersystems 300. Das Computersystem 300 kann ein beliebiger Computer sein, der in der Lage ist, die hierin beschriebenen Funktionen durchzuführen. Die Onboard-Rechenvorrichtung 122 von 1, die Rechenvorrichtung 110 von 1, die eine oder die mehreren robotischen Vorrichtungen 152 von 1, die eine oder die mehreren mobilen Kommunikationsvorrichtungen 156 von 1 und/oder die Fahrzeug-Onboard-Rechenvorrichtung 220 von 2 können das gleiche wie oder ähnlich zu dem Rechensystem 300 sein. Demnach reicht die Erörterung des Rechensystems 300 zum Verständnis der Vorrichtungen 110, 122, 152, 156 und 220 von 1-2 aus.
Das Rechensysteme 300 kann auch mehr oder weniger Komponenten als jene einschließen, die 3 gezeigt sind. Die gezeigten Komponenten sind jedoch ausreichend, um eine veranschaulichende Lösung zu offenbaren, die die vorliegende Lösung implementiert. Die Hardwarearchitektur von 3 repräsentiert eine Implementierung eines repräsentativen Rechensystems, das dazu ausgelegt ist, ein Fahrzeug zu betreiben, wie hierin beschrieben. Demnach implementiert das Rechensysteme 300 von 3 zumindest einen Teil des einen oder der mehreren hierin beschriebenen Verfahren.
Einige oder alle Komponenten des Rechensystems 300 können als Hardware, Software und/oder eine Kombination aus Hardware und Software implementiert werden. Die Hardware beinhaltet unter anderem eine oder mehrere elektronische Schaltungen. Die elektronischen Schaltungen können unter anderem passive Komponenten (zum Beispiel Widerstände und Kondensatoren) und/oder aktive Komponenten (zum Beispiel Verstärker und/oder Mikroprozessoren) beinhalten. Die passiven und/oder aktiven Komponenten können dazu eingerichtet, angeordnet und/oder programmiert sein, eine oder mehrere der hierin beschriebenen Methoden, Prozeduren oder Funktionen durchzuführen.
Das Computersystem 300 beinhaltet einen oder mehrere Prozessoren (auch Zentralverarbeitungseinheiten oder CPUs genannt), wie etwa einen Prozessor 304. Der Prozessor 304 ist mit einer Kommunikationsinfrastruktur oder einem Bus 302 verbunden. Der eine oder die mehreren Prozessoren 304 können jeweils eine Grafikverarbeitungseinheit (GPU) sein. In einigen Szenarien ist eine GPU ein Prozessor, der eine spezialisierte elektronische Schaltung ist, die dazu ausgebildet ist, mathematisch intensive Anwendungen zu verarbeiten. Die GPU kann eine parallele Struktur aufweisen, die für die Parallelverarbeitung von großen Blöcken von Daten effizient ist, wie etwa mathematisch intensive Daten, die Computergrafikanwendungen, Bildern, Videos usw. gemein sind.
Das Computersystem 300 beinhaltet auch eine oder mehrere Benutzereingabe-/-ausgabevorrichtungen 316, wie etwa Monitore, Tastaturen, Zeigevorrichtungen usw., die mit der Kommunikationsinfrastruktur 302 über eine oder mehrere Benutzereingabe-/-ausgabeschnittstellen 308 kommunizieren. Das Computersystem 300 beinhaltet ferner einen Haupt- oder Primärspeicher 306, wie etwa Direktzugriffsspeicher (RAM). Der Hauptspeicher 306 kann eine oder mehrere Cacheebenen beinhalten. In dem Hauptspeicher 306 sind Steuerlogik (d. h. Computersoftware) und/oder Daten gespeichert.
Eine oder mehrere sekundäre Speichervorrichtungen oder Speicher 310 können mit dem Computersystem 300 bereitgestellt sein. Der Sekundärspeicher 310 kann zum Beispiel ein Festplattenlaufwerk 312 und/oder eine entfernbare Speichervorrichtung oder ein entfernbares Speicherlaufwerk 314 beinhalten. Das entfernbare Speicherlaufwerk 314 kann eine externe Festplatte, ein Universal-Serial-Bus(USB)-Laufwerk, eine Speicherkarte wie etwa eine Compact-Flash-Karte oder ein Secure-Digital-Speicher, ein Diskettenlaufwerk, ein Magnetbandlaufwerk, ein Compact-Disc-Laufwerk, eine optische Speichervorrichtung, eine Band-Backup-Vorrichtung und/oder ein(e) beliebige(s) andere(s) Speichervorrichtung/Speicherlaufwerk sein.
Das entfernbare Speicherlaufwerk 314 kann mit der entfernbaren Speichereinheit 318 interagieren. Die entfernbare Speichereinheit 318 beinhaltet eine computernutzbare oder -lesbare Speichervorrichtung mit darauf gespeicherter Computersoftware (Steuerlogik) und/oder Daten. Die entfernbare Speichereinheit 318 kann eine externe Festplatte, ein Universal-Serial-Bus(USB)-Laufwerk, eine Speicherkarte wie etwa eine Compact-Flash-Karte oder ein Secure-Digital-Speicher, eine Diskette, ein Magnetband, eine Compact Disc, eine DVD, eine optische Speicherplatte und/oder eine beliebige andere Computerdatenspeichervorrichtung sein. Das entfernbare Speicherlaufwerk 314 liest von und/oder schreibt zu der entfernbaren Speichereinheit 314 auf eine wohlbekannte Art und Weise.
In einigen Szenarien kann der Sekundärspeicher 310 andere Mittel, Instrumentalitäten oder andere Ansätze beinhalten, um zu ermöglichen, dass das Computersystem 300 auf Computerprogramme und/oder andere Anweisungen und/oder Daten zugreifen kann. Solche Mittel, Instrumentalitäten oder anderen Ansätze können zum Beispiel eine entfernbare Speichereinheit 322 und eine Schnittstelle 320 beinhalten. Beispiele für die entfernbare Speichereinheit 322 und die Schnittstelle 320 können eine Programmkassette und Kassettenschnittstelle (wie etwa die, die in Videospielvorrichtungen vorgefunden werden), einen entfernbaren Speicherchip (wie etwa einen EPROM oder PROM) und assoziiertes Socket, einen Speicherstick und USB-Anschluss, eine Speicherkarte und assoziierten Speicherkarten-Slot und/oder eine beliebige andere entfernbare Speichereinheit und assoziierte Schnittstelle beinhalten.
Das Computersystem 300 kann ferner eine Kommunikations- oder Netzwerkschnittstelle 324 beinhalten. Die Kommunikationsschnittstelle 324 ermöglicht dem Computersystem 300, mit einer beliebigen Kombination aus entfernten Vorrichtungen, entfernten Netzwerken, entfernten Entitäten usw. (individuell und kollektiv durch Bezugsnummer 328 referenziert) zu kommunizieren und zu interagieren. Beispielsweise kann die Kommunikationsschnittstelle 324 dem Computersystem 300 ermöglichen, mit entfernten Vorrichtungen 328 über einen Kommunikationspfad 326 zu kommunizieren, der drahtgebunden und/oder drahtlos sein kann, und der eine beliebige Kombination aus LANs, WANs, das Internet usw. beinhalten kann. Steuerlogik und/oder Daten können zu und von dem Computersystem 300 über den Kommunikationspfad 326 übertragen werden.
In einigen Szenarien wird eine greifbare nichtflüchtige Einrichtung oder ein Herstellungsartikel, das ein greifbares nichtflüchtiges computernutzbares oder -lesbares Medium mit darauf gespeicherter Steuerlogik (Software) umfasst, hierin auch als ein Computerprogrammprodukt oder eine Programmspeichervorrichtung bezeichnet. Dies beinhaltet unter anderem das Computersystem 300, den Hauptspeicher 306, den Sekundärspeicher 310 und die entfernbaren Speichereinheiten 318 und 322, sowie greifbare Herstellungsartikel, die eine beliebige Kombination des Vorstehenden verkörpern. Solche Steuerlogik, wenn durch eine oder mehrere Datenverarbeitungsvorrichtungen (wie etwa das Computersystem 300) ausgeführt, bewirkt, dass solche Datenverarbeitungsvorrichtungen wie hierin beschrieben arbeiten.
Basierend auf den diese Offenbarung enthaltenen Lehren wird es Fachleuten auf dem relevanten Gebiet ersichtlich werden, wie die vorliegende Lösung unter Verwendung von anderen Datenverarbeitungsvorrichtungen, Computersystemen und/oder Computerarchitekturen als die, die 3 gezeigt sind, herzustellen und zu verwenden sind. Insbesondere kann die vorliegende Lösung mit anderen Software-, Hardware- und/oder Betriebssystemimplementierungen als den hierin beschriebenen arbeiten.
4 liefert ein Blockdiagramm, das für das Verständnis nützlich ist, wie die Bewegung oder Fortbewegung eines AV gemäß der vorliegenden Lösung erreicht wird. Alle der Operationen, die in den Blöcken 402-412 durchgeführt werden, können durch die Onboard-Rechenvorrichtung (zum Beispiel Onboard-Rechenvorrichtung 122 von 1 und/oder 220 von 2) eines Fahrzeugs (zum Beispiel AV 102 von 1) durchgeführt werden.
Bei Block 402 wird ein Standort des AV (zum Beispiel AV 102 von 1) detektiert. Diese Detektion kann basierend auf Sensordaten vorgenommen werden, die von einem Standortsensor (zum Beispiel Standortsensor 260 von 2) des AV ausgegeben werden. Diese Sensordaten können unter anderem GPS-Daten beinhalten. Der detektierte Standort des AV wird dann zu Block 406 übergeben.
Bei Block 404 wird ein Objekt (zum Beispiel Fahrzeug 103 von 1) innerhalb der Nähe des AV (zum Beispiel < 100+ Meter) detektiert. Diese Detektion wird basierend auf Sensordaten vorgenommen, die von einer Kamera (zum Beispiel Kamera 262 von 2) des AV und/oder einem Lidar-System (zum Beispiel Lidar-System 264 von 2) des AV ausgegeben werden. Beispielsweise wird eine Bildverarbeitung durchgeführt, um eine Instanz eines Objekts einer bestimmten Klasse (zum Beispiel ein Fahrzeug, ein Radfahrer oder ein Fußgänger) in einem Bild zu detektieren. Die Bildverarbeitung/Objektdetektion kann gemäß einem beliebigen bekannten oder in der Zukunft bekannten Bildverarbeitungs-/Objektdetektionsalgorithmus erreicht werden.
Zusätzlich wird bei Block 404 eine vorhergesagte Trajektorie für das Objekt bestimmt. Die Trajektorie des Objekts wird bei Block 404 basierend auf der Klasse des Objekts, Quadergeometrie(n), Quadersteuerkurs(en) und/oder Inhalten einer Karte 418 (zum Beispiel Orte von Fußwegen, Orte von Spuren, Fahrtrichtung von Spuren, Fahrregeln usw.) vorhergesagt. Die Art und Weise, mit der die Quadergeometrie(n) und -steuerkurs(e) bestimmt werden, wird bei Fortführung der Erörterung ersichtlich werden. Zu dieser Zeit sollte angemerkt werden, dass die Quadergeometrie(n) und/oder -steuerkurs(e) unter Verwendung von Sensordaten von verschiedenen Typen (zum Beispiel 2D-Bilder, 3D-Lidar-Punktwolken) und einer Vektorkarte 418 (zum Beispiel Spurgeometrien) bestimmt werden. Techniken zum Vorhersagen von Objekttrajektorien basierend auf Quadergeometrien und Steuerkursen können zum Beispiel das Vorhersagen beinhalten, dass sich das Objekt auf einem linearen Pfad in die gleiche Richtung wie die Steuerkursrichtung eines Quaders bewegt. Die vorhergesagten Objekttrajektorien können unter anderem die folgenden Trajektorien beinhalten: eine Trajektorie, die durch die tatsächliche Geschwindigkeit (zum Beispiel 1 Meile pro Stunde) und die tatsächliche Fahrtrichtung (zum Beispiel Westen) des Objekts definiert ist; eine Trajektorie, die durch die tatsächliche Geschwindigkeit des Objekts (zum Beispiel 1 Meile pro Stunde) und eine andere mögliche Fahrtrichtung (zum Beispiel Süden, Südwesten oder X (zum Beispiel 40°) Grad von der tatsächlichen Fahrtrichtung des Objekts in eine Richtung zu dem AV) für das Objekt definiert ist; eine Trajektorie, die durch eine andere mögliche Geschwindigkeit für das Objekt (zum Beispiel 2-10 Meilen pro Stunde) und die tatsächliche Fahrtrichtung (zum Beispiel Westen) des Objekts definiert ist; und/oder eine Trajektorie, die durch eine andere mögliche Geschwindigkeit für das Objekt (zum Beispiel 2-10 Meilen pro Stunde) und eine andere mögliche Fahrtrichtung (zum Beispiel Süden, Südwesten oder X (zum Beispiel 40°) Grad von der tatsächlichen Fahrtrichtung des Objekts in eine Richtung zu dem AV) für das Objekt definiert ist. Die eine oder die mehreren möglichen Geschwindigkeiten und/oder die eine oder die mehreren möglichen Fahrtrichtungen können für Objekte in derselben Klasse und/oder Unterklasse wie das Objekt vordefiniert sein. Es sollte erneut angemerkt werden, dass der Quader ein volles Ausmaß des Objekts und einen Steuerkurs des Objekts definiert. Der Steuerkurs definiert eine Richtung, in der die Vorderseite des Objekts zeigt, und liefert daher eine Angabe für die tatsächliche und/oder mögliche Fahrtrichtung für das Objekt.
Informationen 420, die die vorhergesagte Trajektorie des Objekts, die Quadergeometrie(n)/-steuerkurs(e) spezifizieren, wird zu Block 406 bereitgestellt. In einigen Szenarien wird eine Klassifikation des Objekts auch zu Block 406 weitergeleitet. Bei Block 406 wird eine Fahrzeugtrajektorie unter Verwendung der Informationen von den Blöcken 402 und 404 erzeugt. Techniken zum Bestimmen einer Fahrzeugtrajektorie unter Verwendung von Quadern können zum Beispiel das Bestimmen einer Trajektorie für das AV beinhalten, die das Objekt passieren würde, wenn sich das Objekt vor dem AV befindet, wobei der Quader eine Steuerkursrichtung aufweist, die mit der Richtung ausgerichtet ist, in die sich das AV bewegt, und der Quader eine Länge aufweist, die größer als ein Schwellenwert ist. Die vorliegende Lösung ist nicht auf die Einzelheiten dieses Szenarios beschränkt. Die Fahrzeugtrajektorie 420 kann basierend auf den Standortinformationen vom Block 402, den Objektdetektionsinformationen vom Block 404 und/oder Karteninformationen 414, die in einem Datenspeicher des Fahrzeugs vorgespeichert sind) bestimmt werden. Die Karteninformationen 414 können unter anderem alle oder einen Teil von einer oder mehreren Straßenkarten 160 von 1 beinhalten. Die Fahrzeugtrajektorie 420 kann einen glatten Pfad repräsentieren, der keine abrupten Änderungen aufweist, die ansonsten Unbehagen für die Passagiere liefern würden. Beispielsweise wird die Fahrzeugtrajektorie durch einen Fahrfahrt entlang einer gegebenen Spur einer Straße definiert, für die nicht vorhergesagt wird, dass das Objekt darin innerhalb einer gegebenen Menge an Zeit fährt. Die Fahrzeugtrajektorie 420 wird dann dem Block 408 bereitgestellt.
Bei Block 410 wird ein Lenkwinkel- und Geschwindigkeitsbefehl basierend auf der Fahrzeugtrajektorie 420 erzeugt. Der Lenkwinkel- und Geschwindigkeitsbefehl wird dem Block 410 zur Fahrzeugdynamiksteuerung bereitgestellt, d. h. der Lenkwinkel- und Geschwindigkeitsbefehl bewirkt, dass das AV der Fahrzeugtrajektorie 408 folgt.
5 liefert ein Flussdiagramm eines veranschaulichenden Verfahrens 500 zur Planung eines Fahrzeugpfades gemäß einem hybriden Ansatz mit offener Schleife und geschlossener Schleife. Das Verfahren 500 kann zumindest teilweise durch eine Onboard-Rechenvorrichtung (zum Beispiel Onboard-Rechenvorrichtung 122 von 1 und/oder Fahrzeug-Onboard-Rechenvorrichtung 220 von 2) eines Fahrzeugs (zum Beispiel Fahrzeug 102 von 1) und/oder eine andere Rechenvorrichtung (zum Beispiel Server 110 von 1 und/oder Computersystem 300 von 3) durchgeführt werden.
Das Verfahren 500 beginnt mit 502 und fährt mit 504 fort, bei dem die Rechenvorrichtung Sensordaten erhält, die durch einen oder mehrere Sensoren (zum Beispiel Sensorsystem 118 von 1 und/oder 236-240, 260-268 von 2) des Fahrzeugs erzeugt werden. Die Sensordaten können unter anderem Bewegungssensordaten (zum Beispiel Radgeschwindigkeitsdaten und/oder IMU-Daten), Fahrzeugpositionsdaten, Umgebungsdaten und/oder dergleichen beinhalten.
Die Rechenvorrichtung verarbeitet die Sensordaten bei 506, um eine Schätzung eines aktuellen Zustands des Fahrzeugs zu erhalten. Der aktuelle Zustand des Fahrzeugs kann einen oder mehrere geschätzte Zustandsteilwerte beinhalten, die in zwei bis sechs Freiheitsgraden ausgedrückt werden. Der eine oder die mehreren geschätzten Zustandsteilwerte können unter anderem eine Fahrzeugposition (zum Beispiel eine x-Koordinate und eine y-Koordinate), eine Orientierung (oder Gieren), eine Gierrate, eine Nickrate, eine Rollrate, eine longitudinale Geschwindigkeit, eine laterale Geschwindigkeit, eine vertikale Geschwindigkeit, eine Drehgeschwindigkeit, eine longitudinale Beschleunigung, eine laterale Beschleunigung, eine vertikale Beschleunigung, eine Winkelbeschleunigung, eine longitudinale Distanz, die entlang eines Pfades zurückgelegt wurde, einen lateralen Versatz (d. h. laterale Distanz zwischen dem Fahrzeug und dem räumlichen Pfad), einen Steuerkursversatz (d. h. Gierversatz zwischen dem Fahrzeug und dem räumlichen Pfad) und/oder einen oder mehrere Fahrzeugkomponentenzustände (zum Beispiel eine Aktorposition und/oder ein Batterieladeniveau) beinhalten.
Als Nächstes erhält die Rechenvorrichtung bei 508 eine zuvor veröffentlichte Trajektorie für das Fahrzeug von einem Datenspeicher (zum Beispiel Speicher 306 und/oder 310 von 3) einer Onboard-Rechenvorrichtung (zum Beispiel Fahrzeug-Onboard-Rechenvorrichtung 220 von 2). Die zuvor veröffentlichte Trajektorie wird durch die Rechenvorrichtung bei 510 verwendet, um einen Steuerfehler zu erzeugen. Der Steuerfehler repräsentiert eine Differenz zwischen dem geschätzten Zustand des Fahrzeugs und einem gewünschten Zustand des Fahrzeugs, wie durch die zuvor veröffentlichte Trajektorie beschrieben. Der Steuerfehler kann durch das Vergleichen eines oder mehrerer geschätzter aktueller Zustandswerte des Fahrzeugs und eines oder mehrerer gewünschter Zustandswerte des Fahrzeugs erzeugt werden. Beispielsweise wird eine geschätzte longitudinale Geschwindigkeit des Fahrzeugs mit einer gewünschten longitudinalen Geschwindigkeit des Fahrzeugs verglichen, eine geschätzte longitudinale Beschleunigung für das Fahrzeug wird mit einer gewünschten longitudinalen Beschleunigung für das Fahrzeug verglichen, eine geschätzte longitudinale Distanz, die entlang eines Pfades zurückgelegt wurde, wird mit einer gewünschten longitudinalen Distanz verglichen, die entlang eines Pfades zurückgelegt wurde, ein geschätzter lateraler Versatz kann optional mit einem gewünschten lateralen Versatz verglichen werden, eine geschätzte Fahrzeugposition wird mit einer gewünschten Fahrzeugposition verglichen, ein geschätztes Gieren wird mit einem gewünschten Gieren verglichen, eine geschätzte Gierrate wird mit einer gewünschten Gierrate verglichen, und/oder eine geschätzte Fahrzeugorientierung wird mit einer gewünschten Fahrzeugorientierung verglichen. Die vorliegende Lösung ist nicht auf die Einzelheiten dieses Beispiels beschränkt. Die Vergleichsoperationen können zum Beispiel euklidische/kartesische Distanzen und/oder Differenzen in Frenet-Rahmen spezifizieren.
Der Steuerfehler kann einen einzelnen Fehlerwert E oder einen Satz von Fehlerwerten [e₁, e₂, ..., e_N] umfassen. Im letztgenannten Fall können die Fehlerwerte des Satzes kombiniert werden, um einen kombinierten Fehlerwert C zu erzeugen. Die Fehlerwerte können miteinander auf eine beliebige Art und Weise kombiniert werden, die für eine gegebene Anwendung geeignet ist. Beispielsweise können die Fehlerwerte gewichtet, addiert, gemittelt, subtrahiert und/oder multipliziert werden. Eine veranschaulichende mathematische Gleichung (1), die den kombinierten Fehlerwert C beschreibt, ist unten bereitgestellt: $C = ((w_{1} \cdot e_{1}) + (w_{2} \cdot e_{2}) + \dots + (w_{N} \cdot e_{N})) / N$
wobei w₁, w₂, ... w_N Gewichte sind und N eine Ganzzahl ist. Die Gewichte können vordefiniert sein oder basierend auf bestimmten Kriterien wie etwa aktuellen Stra-ßenbedingungen, aktuellen Wetterbedingungen, geographischem Standort des Fahrzeugs und/oder Tageszeit dynamisch ausgewählt werden.
Bei 512 vergleicht die Rechenvorrichtung den Steuerfehler mit einem nominalen Schwellenwert thr_nominal (zum Beispiel eine Zahl von 0-100 basierend auf dem gegebenen Teilwert). Jegliche oben erwähnten Steuerfehlerwerte E, C, e₁, e₂, . . und/oder e_N können gegen einen nominalen Schwellenwert geprüft werden. Beispielsweise kann das Prüfen eines Steuerfehlers der longitudinalen Geschwindigkeit durch die folgende mathematische Gleichung (2) definiert sein: $| v_{g e s c h \ddot{a} t z t} - v_{e r w a r t e t} | > t h r_{n o m i n a l e - G e s c h w i n d i g k e i t}$
wobei v_geschätzt eine geschätzte longitudinale Geschwindigkeit für das Fahrzeug (zum Beispiel in Metern pro Sekunde (m/s)) repräsentiert, v_erwartet eine erwartete longitudinale Geschwindigkeit für ein Fahrzeug (zum Beispiel in Metern pro Sekunde) repräsentiert und thr_{nominale-Geschwindigkeit} einem nominalen Schwellenwert für die longitudinale Geschwindigkeit repräsentiert. thr_{nominale-Geschwindigkeit} kann einen Wert zwischen 0 und 10 m/s (zum Beispiel 1 m/s) aufweisen. Der Schwellenwert kann einen beliebigen Wert aufweisen, der gemäß einer gegebenen Anwendung ausgewählt wird. Zum Beispiel kann ein nominaler Schwellenwert für longitudinale Beschleunigungen 0,5 m/s² betragen, ein nominaler Schwellenwert für longitudinale Distanz entlang eines Pfades kann 0,35 m betragen, ein nominaler Schwellenwert für lateralen Versatz kann 0,25 m betragen, ein nominaler Schwellenwert für Gierversatz kann 5.0° betragen und ein nominaler Schwellenwert für Gierrate kann 1,0 Grad/Sek. betragen. Die vorliegende Lösung ist nicht auf die Einzelheiten dieser Beispiele beschränkt.
Wie durch [512:JA] gezeigt, fährt das Verfahren 500 mit 514 fort, wenn der Steuerfehlerwert E gleich oder größer als der nominale Schwellenwert ist, der kombinierte Steuerfehlerwert C gleich oder größer als der nominale Schwellenwert ist und/oder mindestens einer der Steuerfehlerwerte e₁, e₂, ..., e_N des Satzes gleich oder größer als ein jeweiliger einer Vielzahl von nominalen Schwellenwerten ist. In diesem Fall wird das Fahrzeug dem zuvor geplanten Pfad genau folgen, und es wird als akzeptabel erachtet, mit dem normalen Betrieb fortzufahren. Das Vermeiden des Überschreitens des einen oder der mehreren nominalen Schwellenwerte ist erreichbar, wenn der Pfadfolger und die Fahrzeugplattform korrekt arbeiten und Störungen einen Typ aufweisen, gegenüber dem der Pfadfolger robust ist. Die Prozesse von 514 beinhalten auch das Erzeugen eines neuen Plans für das Fahrzeug unter Verwendung eines Pfadplanungsansatzes mit offener Schleife. Ein jeglicher bekannter oder in der Zukunft bekannter Pfadplanungsansatz mit offener Schleife kann hier verwendet werden. Der bei 514 erzeugte neue Plan sollte bei dem erwarteten Fahrzeugzustand basierend auf der zuvor veröffentlichten Trajektorie initiieren.
Ein veranschaulichender Pfadplanungsprozess 600 mit offener Schleife ist in 6 gezeigt. Der Prozess 600 beinhaltet allgemein: (604) Erhalten eines erwarteten Zustands des Fahrzeugs, wie durch die zuvor veröffentlichte Trajektorie beschrieben; (606) Initiieren eines Pfadplanungsalgorithmus mit offener Schleife bei dem erwarteten Zustand des Fahrzeugs; (608) Erzeugen eines neuen Plans für das Fahrzeug unter Verwendung eines Pfadplanungsalgorithmus durch Evaluierung von Sensordaten und anderen Informationen bezüglich des Fahrzeugs und einer umliegenden Umgebung; und (610) Ausgeben des neuen Plans. Der neue Plan kann eine vollständige oder teilweise Zustandsentwicklung des Fahrzeugs umfassen. Eine teilweise Zustandsentwicklung kann zum Beispiel eine Trajektorie beinhalten, die durch x-Koordinaten, y-Koordinaten, Gierwinkel und Geschwindigkeit definiert ist. Eine vollständige Zustandsentwicklung kann zum Beispiel dynamische Zustände, die in zwei bis drei Freiheitsgraden repräsentiert werden, und/oder Fahrzeugkomponentenzustände (zum Beispiel Aktorposition und/oder Batterieladeniveau) beinhalten.
Erneut mit Bezug auf 5 fährt das Verfahren 500 mit 522-524 fort, sobald ein neuer Pfad von dem Pfadplanungsprozess mit offener Schleife ausgegeben wurde. 522-524 beinhalten: Ersetzen des aktuellen Plans mit dem neuen Plan; und Veranlassen, dass das Fahrzeug den neuen Plan ausführt. Der neue Plan kann gemäß einem Fahrzeugtrajektorie-Planungsprozess ausgeführt werden (zum Beispiel Prozess 400, der oben mit Bezug auf 4 beschrieben wurde). Beispielsweise kann eine Trajektorie gemäß dem neuen Plan erzeugt und zum Bewegen oder Lenken des Fahrzeugs verwendet werden. Anschließend wird 526 durchgeführt, bei dem das Verfahren 500 endet oder andere Operationen durchgeführt werden (zum Beispiel Rückkehr zu 504).
Wie durch [512:NEIN] gezeigt, fährt das Verfahren 500 mit 516 fort, wenn der Steuerfehlerwert E unter dem nominalen Schwellenwert liegt, der kombinierte Steuerfehlerwert C unter dem nominalen Schwellenwert liegt und/oder mindestens einer der Steuerfehlerwerte e₁, e₂, ..., e_N des Satzes unter einem jeweiligen einer Vielzahl von nominalen Schwellenwerten liegt. In diesem Fall ist das Fahrzeug daran gescheitert, dem zuvor geplanten Pfad genau zu folgen. 516 beinhaltet das Bestimmen, ob es für das Fahrzeug akzeptabel ist, mit dem normalen Betrieb fortzufahren. Die Art und Weise, mit der diese Bestimmung vorgenommen wird, wird unten mit Bezug auf 7 beschrieben.
Wenn die Rechenvorrichtung schlussfolgert, dass es für das Fahrzeug akzeptabel ist, mit dem normalen Betrieb fortzufahren [516:JA], dann wird ein neuer Bewegungsplan bei 518 für das Fahrzeug unter Verwendung eines Pfadplanungsansatzes mit geschlossener Schleife erzeugt. Wenn die Rechenvorrichtung schlussfolgert, dass es für das Fahrzeug nicht akzeptabel ist, mit dem normalen Betrieb fortzufahren [516:NEIN], dann wird ein neuer Anhalteplan bei 518 für das Fahrzeug unter Verwendung eines Pfadplanungsansatzes mit geschlossener Schleife erzeugt. Ein jeglicher bekannter oder in der Zukunft bekannter Pfadplanungsansatz mit geschlossener Schleife kann bei 518, 520 verwendet werden. Bei sowohl 518 als auch 520 sollte der neue Plan bei dem geschätzten aktuellen Fahrzeugzustand oder geschätzten zukünftigen Fahrzeugzustand initiiert werden, in dem Fall, wenn Latenzkompensation genutzt wird. Der bei 518 erzeugte neue Bewegungsplan kann das Fahrzeug zum einem Halt bringen oder nicht, während der bei 520 erzeugte neue Anhalteplan das Fahrzeug auf eine komfortable, sichere und effektive Art und Weise zum Anhalten bringen sollte.
Ein veranschaulichender Pfadplanungsprozess 800 mit geschlossener Schleife ist in 8 gezeigt. Der Prozess 800 beinhaltet allgemein: (804) Erhalten von Sensordaten; (806) Schätzen eines Fahrzeugzustands zu einer aktuellen Zeit oder einer zukünftigen Zeit basierend auf den Sensordaten und/oder der zuvor veröffentlichten Trajektorie; (808) Bereitstellen des geschätzten Fahrzeugzustands als einen anfänglichen Fahrzeugzustand an einen Pfadplanungsalgorithmus mit geschlossener Schleife; (810) Erzeugen eines neuen Bewegungs- oder Anhalteplans durch Evaluieren von Sensordaten und anderen Informationen bezüglich des Fahrzeugs und einer umliegenden Umgebung; und (812) Ausgeben des neuen Bewegungs- oder Anhalteplans. Der neue Plan kann eine vollständige oder teilweise Zustandsentwicklung des Fahrzeugs umfassen. Eine teilweise Zustandsentwicklung kann zum Beispiel eine Trajektorie beinhalten, die durch x-Koordinaten, y-Koordinaten, Gierwinkel und Geschwindigkeit definiert ist. Eine vollständige Zustandsentwicklung kann zum Beispiel dynamische Zustände, die in zwei bis drei Freiheitsgraden repräsentiert werden, und/oder Fahrzeugkomponentenzustände (zum Beispiel Aktorposition und/oder Batterieladeniveau) beinhalten. Die '140-Anmeldung (oben darauf Bezug genommen) lehrt einen Pfadplanungsprozess mit geschlossener Schleife, bei dem Fahrzeugzustände zu zukünftigen Zeiten geschätzt werden. Die '140-Anmeldung wird hierin in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme aufgenommen.
Erneut mit Bezug auf 5 fährt das Verfahren 500 mit 522-524 fort, sobald ein neuer Bewegungs- oder Anhalteplan von dem Pfadplanungsprozess mit geschlossener Schleife ausgegeben wurde. 522-524 beinhalten: Ersetzen des aktuellen Plans mit dem neuen Bewegungs- oder Anhalteplan; und Veranlassen, dass das Fahrzeug den neuen Bewegungs- oder Anhalteplan ausführt. Der neue Bewegungs- oder Anhalteplan kann gemäß einem Fahrzeugtrajektorie-Planungsprozess ausgeführt werden (zum Beispiel Prozess 400, der oben mit Bezug auf 4 beschrieben wurde). Beispielsweise kann eine Trajektorie gemäß dem neuen Bewegungs- oder Anhalteplan erzeugt und zum Bewegen oder Lenken des Fahrzeugs verwendet werden. Anschließend wird 526 durchgeführt, bei dem das Verfahren 500 endet oder andere Operationen durchgeführt werden (zum Beispiel Rückkehr zu 504).
Eine ausführlichere Besprechung wird nun für die Erläuterung bereitgestellt, wie die Entscheidung von 516 durch die Rechenvorrichtung vorgenommen wird. Die Prozesse von 516 beinhalten auch das Bestimmen, ob es für das Fahrzeug akzeptabel ist, mit dem normalen Betrieb fortzufahren, wenn der eine oder die mehreren Steuerfehlerwerte gleich dem einen oder den mehreren nominalen Schwellenwerten sind oder über diesen liegen. Der Prozess von 516 beginnt bei 702 und fährt mit 704 und/oder 706 fort, die parallel, wie in 7 gezeigt, oder hintereinander (nicht gezeigt) durchgeführt werden können. Die Operationen von 704 werden hierin als momentane Eskalationsoperationen bezeichnet, bei denen es nicht nur einen oder mehrere Steuerfehler, die einen oder mehrere nominale Schwellenwerte zu einer gegebenen Zeit überschreiten, sondern auch eine positive Detektion eines tatsächlichen oder vorhergesagten Fehlers oder eines anderen Problems gibt (zum Beispiel eine tatsächliche oder vorhergesagte Reifenpanne oder eine detektierte Eisfläche beim Kurvenfahren). Die Operationen von 706 werden hierin als akkumulierte Eskalationsoperationen bezeichnet, bei denen es nicht nur einen oder mehrere Steuerfehler, die einen oder mehrere nominale Schwellenwerte über einen Zeitraum überschreiten, sondern auch eine positive Detektion eines tatsächlichen Fehlers oder eines anderen Problems gibt (zum Beispiel eine Reifenpanne).
Die momentanen Eskalationsoperationen von 704 beinhalten das Bestimmen, ob das Fahrzeug schwerwiegenden Störungen ausgesetzt wurde, die zu einem unerwartet großen Steuerfehler führen. Die schwerwiegenden Störungen können vorübergehende schwerwiegende Störungen beinhalten. Diese Bestimmung kann durch Prüfen eines Steuerfehlers gegen eine oder mehrere liberale Schwellen vorgenommen werden. Eine liberale Schwelle kann unter anderem eine Schwelle mit einem Wert größer als eine nominale Schwelle beinhalten. Dieser größerer Schwellenwert kann als ein schwerwiegender Schwellenwert bezeichnet werden. Beispielsweise im Fall von longitudinaler Geschwindigkeit wird der entsprechende Steuerfehlerwert mit einem schwerwiegenden Schwellenwert verglichen. Dieser Vergleich wird durch die folgende mathematische Gleichung (3) definiert: $| v_{g e s c h \ddot{a} t z t} - v_{e r w a t e t} | < t h r_{s c h w e r w i e g e n d e - G e s c h w i n d i g k e i t}$
wobei v_geschätzt eine geschätzte longitudinale Geschwindigkeit für das Fahrzeug repräsentiert, v_erwartet eine erwartete longitudinale Geschwindigkeit für ein Fahrzeug repräsentiert und thr_{schwerwiegende-Geschwindigkeit} den schwerwiegenden Schwellenwert für longitudinale Geschwindigkeit repräsentiert. thr_{schwerwiegende-Geschwindigkeit} kann einen Wert größer als der nominale Schwellenwert thr_{nominale-Geschwindigkeit} aufweisen, und bildet daher einen liberaleren Schwellenwert als der nominale Schwellenwert. Falls die obige Prüfung wahr ist (d. h. der Steuerfehler ist größer als der nominale Schwellenwert und kleiner als der schwerwiegende Schwellenwert) [704: JA], dann schlussfolgert die Rechenvorrichtung, dass es nicht akzeptabel ist, mit dem normalen Betrieb fortzufahren, wie durch 708 gezeigt. In diesem Fall wird ein neuer Anhalteplan gemäß einem Planungsansatz mit geschlossener Schleife erzeugt. Die Entscheidung, das Fahrzeug anzuhalten, kann dadurch hängen, dass durch den Pfadplaner nur Anhaltepläne in zukünftigen Pfadplanungsausführungszyklen erzeugt werden können, bis das Fahrzeug zu einem sicheren Halt gekommen ist, und als sicher zertifiziert ist, die Fahrt fortzusetzen.
Die akkumulierten Eskalationsoperationen von 706 beinhalten das Bestimmen, ob das Fahrzeug einer anhaltenden Störung ausgesetzt wurde, gegenüber der der Pfadfolger nicht robust ist. Die anhaltende Störung kann eine anhaltende leichte Störung und/oder eine anhaltende schwerwiegende Störung beinhalten. In diesem Fall wird sich die Leistung des Fahrzeugs nicht in einer kurzen Zeitspanne auf den Nennwert erholen. Dies kann auftreten, wenn der Antriebsstrang der Fahrzeugplattform ausgefallen ist, sodass er nur fünfzig Prozent der angeforderten longitudinalen Befehle erreicht, und/oder ein Reifen einen erheblich niedrigen Druck aufweist, der verursacht, dass das Fahrzeug zu einer bestimmten Richtung tendiert. Die Bestimmung von 706 kann durch das Überwachen der Frequenz des Scheiterns, eine oder mehrere nominale Steuerfehlerschwellen über aufeinanderfolgende Planungsausführungszyklen hinweg zu erreichen, vorgenommen werden. Falls beispielsweise das Fahrzeug daran gescheitert ist, das Überschreiten der einen oder der mehreren nominalen Schwellen für X Planungszyklen aus den Y jüngsten Planungszyklen zu vermeiden, dann zeigt dies eine anhaltende Störung von der Nennleistung an. X und Y können beliebige Ganzzahlen größer als null sein (zum Beispiel X = 4 und Y = 10). In einem solchen Szenario [706:JA] schlussfolgert die Rechenvorrichtung, dass es nicht akzeptabel ist, mit dem normalen Betrieb fortzufahren, wie durch 708 gezeigt. In diesem Fall wird ein neuer Anhalteplan gemäß einem Planungsansatz mit geschlossener Schleife erzeugt. Die Entscheidung, das Fahrzeug anzuhalten, kann dadurch hängen, dass durch den Pfadplaner nur Anhaltepläne in zukünftigen Pfadplanungsausführungszyklen erzeugt werden können, bis das Fahrzeug zu einem sicheren Halt gekommen ist, und als sicher zertifiziert ist, die Fahrt fortzusetzen.
Der Prozess fährt mit 710 fort, wenn die Rechenvorrichtung (i) bestimmt, dass das Fahrzeug keinen schwerwiegenden Störungen ausgesetzt wurde, die zu einem außergewöhnlich großen Steuerfehler führen [704:NEIN], und (ii) bestimmt, dass das Fahrzeug einer anhaltenden Störung ausgesetzt wurde, die zu einem Scheitern führen, eine Nennleistung zu erreichen [706:NEIN]. In diesem Fall nimmt die Rechenvorrichtung an, dass das Fahrzeug einer vorübergehenden Störung ausgesetzt ist, die sich auf die Leistung auswirkt, die sich voraussichtlich in Kürze wieder auf den Nennwert erholt. Die vorübergehende Störung kann unter anderem eine vorübergehende leichte Störung beinhalten. Dies kann auftreten, wenn eine große Windböe das Fahrzeug lateral oder longitudinal schiebt und/oder eine kleine Kiesfläche eine vorübergehende Reduzierung der Bremsleistung verursacht. In diesem Fall kann es für das Fahrzeug akzeptabel sein, mit dem normalen Betrieb fortzufahren. Somit schlussfolgert die Rechenvorrichtung bei 712, dass es für das Fahrzeug akzeptabel ist, mit dem normalen Betrieb fortzufahren, bei dem ein neuer Bewegungsplan gemäß einem Pfadplanungsansatz mit geschlossener Schleife erzeugt wird. Der neue Bewegungspfad kann veranlassen oder nicht, dass das Fahrzeug anhält. Anschließend wird 714 durchgeführt, bei dem der Prozess endet oder andere Operationen durchgeführt werden (zum Beispiel mit 518 oder 520 von 5 fortgefahren wird).
Jetzt mit Bezug auf 9 ist ein Flussdiagramm eines veranschaulichenden Verfahrens 900 zur Planung des Fahrzeugpfades bereitgestellt. Das Verfahren 900 beginnt mit 902 und fährt mit 904 fort, bei dem Sensordaten und eine veröffentlichte Trajektorie für ein Fahrzeug (zum Beispiel Fahrzeugs 102 von 1) durch eine Rechenvorrichtung (zum Beispiel Onboard-Rechenvorrichtung 122 von 1, Fahrzeug-Onboard-Rechenvorrichtung 220 von 2, Server 110 von 1 und/oder Computersystem 300 von 3) erhalten werden. Bei 906 führt die Rechenvorrichtung Operationen zum Schätzen eines aktuellen Zustands des Fahrzeugs basierend auf den Sensordaten durch. Beliebige bekannte oder in der Zukunft bekannte Techniken zum Schätzen aktueller Zustände von Fahrzeugen unter Verwendung von Sensordaten können hier verwendet werden. Der geschätzte aktuelle Zustand wird bei 908 zum Bestimmen eines Steuerfehlers verwendet. Der Steuerfehler repräsentiert eine Differenz zwischen dem geschätzten aktuellen Zustand des Fahrzeugs und einem gewünschten Zustand des Fahrzeugs, wie durch die zuvor veröffentlichte Trajektorie beschrieben. Der Steuerfehler wird bei 910 mit einem Schwellenwert verglichen. Ein erster Plan wird für das Fahrzeug unter Verwendung eines Pfadplanungsansatzes mit offener Schleife erzeugt, wenn der Steuerfehler unter dem Schwellenwert liegt, wie bei 912 gezeigt. Ein zweiter Plan wird für das Fahrzeug unter Verwendung eines Pfadplanungsansatzes mit geschlossener Schleife erzeugt, wenn der Steuerfehler über dem Schwellenwert liegt, wie bei 914 gezeigt. Als Nächstes wird bei 916 das Fahrzeug veranlasst, den ersten oder den zweiten Plan auszuführen. Anschließend wird 918 durchgeführt, bei dem das Verfahren 900 endet oder andere Operationen durchgeführt werden.
In einigen Szenarien kann der zweite Plan dazu ausgelegt sein, das Fahrzeug zu veranlassen, anzuhalten, wenn die Rechenvorrichtung schlussfolgert, dass es für das Fahrzeug nicht akzeptabel ist, mit dem normalen Betrieb fortzufahren. Der zweite Plan kann dazu ausgelegt sein, das Fahrzeug zu veranlassen, die Fahrt mit oder ohne Anhalten fortzusetzen, wenn die Rechenvorrichtung schlussfolgert, dass es für das Fahrzeug akzeptabel ist, mit dem normalen Betrieb fortzufahren. Eine Schlussfolgerung kann bei 914 gezogen werden, dass es für das Fahrzeug akzeptabel ist oder nicht, mit dem normalen Betrieb fortzufahren, basierend auf Charakteristiken einer oder mehrerer Störungen, denen das Fahrzeug ausgesetzt wurde. Die Rechenvorrichtung kann bei 914 schlussfolgern, dass es nicht akzeptabel ist, mit dem normalen Betrieb fortzufahren, wenn die eine oder die mehreren Störungen (i) eine vorübergehende schwerwiegende Störung, die zu einem außergewöhnlich großen Steuerfehler führt, und/oder (ii) eine anhaltende Störung, die dazu führt, dass das Fahrzeug daran scheitert, eine Nennleistung zu erreichen, umfassen. Die Rechenvorrichtung kann bei 914 schlussfolgern, dass es akzeptabel ist, mit dem normalen Betrieb fortzufahren, wenn die eine oder die mehreren Störungen eine vorübergehende Störung umfassen, die sich auf die Leistung des Fahrzeugs auswirkt, die sich voraussichtlich in einer gegebenen Zeitspanne wieder auf den Nennwert erholt. Die vorübergehende Störung schließt keine vorübergehende schwerwiegende Störung, die zu einem außergewöhnlich großen Steuerfehler führt, und anhaltende Störung, die dazu führt, dass das Fahrzeug daran scheitert, eine Nennleistung zu erreichen, ein.
Die implementierenden Systeme des einen oder der mehreren oben beschriebenen Verfahren können umfassen: einen Prozessor; und ein nichtflüchtiges computerlesbares Speichermedium, das Programmieranweisungen umfasst, die dazu ausgelegt sind, den Prozessor zu veranlassen, ein Verfahren zum Betreiben eines automatisierten Systems zu implementieren. Die oben beschriebenen Verfahren können auch durch ein Computerprogrammprodukt implementiert werden, das einen Speicher und Programmieranweisungen umfasst, die dazu ausgelegt sind, einen Prozessor zu veranlassen, Operationen durchzuführen.
Es soll gewürdigt werden, dass der Abschnitt der ausführlichen Beschreibung, und kein anderer Abschnitt, zum Interpretieren der Ansprüche verwendet werden soll. Andere Abschnitte können eine oder mehrere, aber nicht alle beispielhaften Ausführungsformen darlegen, wie durch den einen oder die mehreren Erfinder in Erwägung gezogen, und sollen daher nicht diese Offenbarung oder die angehängten Ansprüche auf irgendeine Weise einschränken.
Obwohl diese Offenbarung beispielhafte Ausführungsformen für beispielhafte Gebiete und Anwendungen beschreibt, sollte verstanden werden, dass die Offenbarung nicht darauf beschränkt ist. Andere Ausführungsformen und Modifikationen daran sind möglich und liegen innerhalb des Schutzumfangs und des Gedankens dieser Offenbarung. Beispielsweise, und ohne die Generalität dieses Absatzes einzuschränken, sind die Ausführungsformen nicht auf die Software, Hardware, Firmware und/oder Entitäten beschränkt, die in den Figuren veranschaulicht und/oder hierin beschrieben sind. Ferner haben Ausführungsformen (egal ob hierin explizit beschrieben oder nicht) erheblichen Nutzen für Gebiete und Anwendungen über die hierin beschriebenen Beispiele hinaus.
Ausführungsformen werden hierin mithilfe von Funktionsbausteinen beschrieben, die die Implementierung von spezifizierten Funktionen und Beziehungen davon veranschaulichen. Die Grenzen dieser Funktionsbausteine wurden hierin für die Vereinfachung der Beschreibung willkürlich definiert. Alternative Grenzen können definiert werden, solange die spezifizierten Funktionen und Beziehungen (oder Äquivalente davon) zweckmäßig durchgeführt werden. Außerdem können alternative Ausführungsformen funktionelle Blöcke, Schritte, Operationen, Verfahren usw. unter Verwendung von anderen Reihenfolgen als jene durchführen, die hierin beschrieben sind.
Bezüge hierin auf „eine Ausführungsform“, „eine beispielhafte Ausführungsform“ oder ähnliche Phrasen geben an, dass die beschriebene Ausführungsform ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder eine bestimmte Charakteristik einschließen kann, aber jede Ausführungsformen nicht notwendigerweise das bestimmte Merkmal, die bestimmte Struktur oder die bestimmte Charakteristik einschließen kann. Darüber hinaus sollen sich solche Phrasen nicht notwendigerweise auf dieselbe Ausführungsform beziehen. Ferner würde, wenn ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder eine bestimmte Charakteristik in Verbindung mit einer Ausführungsform beschrieben ist, es innerhalb der Kenntnis von Fachleuten auf dem relevanten Gebiet liegen, ein solches Merkmal, eine solche Struktur und eine solche Charakteristik in andere Ausführungsformen einzubeziehen, egal ob sie hierin explizit erwähnt oder beschrieben sind oder nicht. Zusätzlich können einige Ausführungsformen unter Verwendung des Ausdrucks „gekoppelt“ und „verbunden“ zusammen mit ihren Ableitungen beschrieben werden. Diese Begriffe sind nicht notwendigerweise als Synonyme füreinander beabsichtigt. Beispielsweise können einige Ausführungsformen unter Verwendung der Begriffe „verbunden“ und/oder „gekoppelt“ beschrieben werden, um anzugeben, dass zwei oder mehr Elemente in direktem physischem oder elektrischem Kontakt miteinander stehen. Der Begriff „gekoppelt“ kann jedoch auch bedeuten, dass zwei oder mehr Elemente nicht in direktem Kontakt miteinander stehen, aber jedoch weiterhin miteinander kooperieren oder interagieren.
Die Breite und der Schutzumfang dieser Offenbarung sollte nicht durch irgendwelche der oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen eingeschränkt werden, sondern sollte nur gemäß den folgenden Ansprüchen und ihren Äquivalenten definiert werden.
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 17/071140 [0003]
US 2022/0121201 [0003]

Claims

Verfahren zur Planung eines Fahrzeugpfades, umfassend: Schätzen, durch eine Rechenvorrichtung, eines aktuellen Zustands eines Fahrzeugs basierend auf Sensordaten; Erzeugen, durch die Rechenvorrichtung, eines Steuerfehlers, der eine Differenz zwischen dem geschätzten aktuellen Zustand des Fahrzeugs und einem gewünschten Zustand des Fahrzeugs, wie durch eine zuvor veröffentlichte Trajektorie beschrieben, repräsentiert; Vergleichen, durch die Rechenvorrichtung, des Steuerfehlers mit einem Schwellenwert; Erzeugen, durch die Rechenvorrichtung, eines ersten Plans für das Fahrzeug unter Verwendung eines Pfadplanungsansatzes mit offener Schleife, wenn der Steuerfehler unter dem Schwellenwert liegt, oder eines zweiten Plans für das Fahrzeug unter Verwendung eines Pfadplanungsansatzes mit geschlossener Schleife, wenn der Steuerfehler über dem Schwellenwert liegt; und Veranlassen, durch die Rechenvorrichtung, dass das Fahrzeug den ersten oder den zweiten Plan ausführt.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Schlussfolgern, durch die Rechenvorrichtung, dass es für das Fahrzeug akzeptabel ist oder nicht, mit dem normalen Betrieb fortzufahren, basierend auf Charakteristiken einer oder mehrerer Störungen, denen das Fahrzeug ausgesetzt wurde.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Rechenvorrichtung schlussfolgert, dass es nicht akzeptabel ist, mit dem normalen Betrieb fortzufahren, wenn die eine oder die mehreren Störungen zu einem Steuerfehler eines bestimmten Typs führen.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Rechenvorrichtung schlussfolgert, dass es nicht akzeptabel ist, mit dem normalen Betrieb fortzufahren, wenn die eine oder die mehreren Störungen eine Störung umfassen, die für eine längere Dauer anhält, die dazu führt, dass das Fahrzeug daran scheitert, eine Nennleistung zu erreichen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Rechenvorrichtung schlussfolgert, dass es akzeptabel ist, mit dem normalen Betrieb fortzufahren, wenn die eine oder die mehreren Störungen eine Störung umfassen, die sich auf die Leistung des Fahrzeugs auswirkt, die sich voraussichtlich in einer gegebenen Zeitspanne wieder auf den Nennwert erholt.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Störung (i) keine Störung, die eine begrenzte Dauer andauert, die zu einem Steuerfehler größer als ein erwarteter Wert führt, und (ii) keine Störung, die für eine längere Dauer andauert, die dazu führt, dass das Fahrzeug daran scheitert, eine Nennleistung zu erreichen, einschließt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei der zweite Plan dazu ausgelegt ist, das Fahrzeug zu veranlassen, anzuhalten, wenn die Rechenvorrichtung schlussfolgert, dass es für das Fahrzeug nicht akzeptabel ist, mit dem normalen Betrieb fortzufahren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei der zweite Plan dazu ausgelegt ist, das Fahrzeug zu veranlassen, die Fahrt ohne Anhalten fortzusetzen, wenn die Rechenvorrichtung schlussfolgert, dass es für das Fahrzeug akzeptabel ist, mit dem normalen Betrieb fortzufahren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Steuerfehler durch einen Satz von Steuerfehlerwerten definiert ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Vergleichen ein Vergleichen jedes Steuerfehlerwerts des Satzes mit einem jeweiligen einer Vielzahl von Schwellenwerten umfasst, und der zweite Plan erzeugt wird, wenn mindestens einer der Steuerfehlerwerte über dem jeweiligen einen einer Vielzahl von Schwellenwerten liegt.
System, umfassend: einen Prozessor; ein nichtflüchtiges computerlesbares Speichermedium, das Programmieranweisungen umfasst, die dazu ausgelegt sind, zu veranlassen, dass der Prozessor ein Verfahren zur Planung eines Fahrzeugpfades implementiert, wobei die Programmieranweisungen Anweisungen umfassen zum: - Schätzen eines aktuellen Zustands eines Fahrzeugs basierend auf Sensordaten; - Erzeugen eines Steuerfehlers, der eine Differenz zwischen dem geschätzten aktuellen Zustand des Fahrzeugs und einem gewünschten Zustand des Fahrzeugs, wie durch eine zuvor veröffentlichte Trajektorie beschrieben, repräsentiert; - Vergleichen des Steuerfehlers mit einem Schwellenwert; - Erzeugen eines ersten Plans für das Fahrzeug unter Verwendung eines Pfadplanungsansatzes mit offener Schleife, wenn der Steuerfehler unter dem Schwellenwert liegt, oder eines zweiten Plans für das Fahrzeug unter Verwendung eines Pfadplanungsansatzes mit geschlossener Schleife, wenn der Steuerfehler über dem Schwellenwert liegt; und - Veranlassen, dass das Fahrzeug den ersten oder den zweiten Plan ausführt.
System nach Anspruch 11, wobei die Programmieranweisungen ferner Anweisungen zum Schlussfolgern umfassen, dass es für das Fahrzeug akzeptabel ist oder nicht, mit dem normalen Betrieb fortzufahren, basierend auf Charakteristiken einer oder mehrerer Störungen, denen das Fahrzeug ausgesetzt wurde.
System nach Anspruch 12, wobei eine Schlussfolgerung gezogen wird, dass es nicht akzeptabel ist, mit dem normalen Betrieb fortzufahren, wenn die eine oder die mehreren Störungen zu einem Steuerfehler eines bestimmten Typs führen.
System nach Anspruch 12 oder 13, wobei eine Schlussfolgerung gezogen wird, dass es nicht akzeptabel ist, mit dem normalen Betrieb fortzufahren, wenn die eine oder die mehreren Störungen eine Störung umfassen, die für eine längere Dauer anhält, die dazu führt, dass das Fahrzeug daran scheitert, eine Nennleistung zu erreichen.
Nichtflüchtiges computerlesbares Medium, das Anweisungen speichert, die dazu ausgelegt sind, wenn sie durch mindestens eine Rechenvorrichtung ausgeführt werden, die mindestens eine Rechenvorrichtung zu veranlassen, Operationen durchzuführen, die umfassen: Schätzen eines aktuellen Zustands eines Fahrzeugs basierend auf Sensordaten; Erzeugen eines Steuerfehlers, der eine Differenz zwischen dem geschätzten aktuellen Zustand des Fahrzeugs und einem gewünschten Zustand des Fahrzeugs, wie durch eine zuvor veröffentlichte Trajektorie beschrieben, repräsentiert; Vergleichen des Steuerfehlers mit einem Schwellenwert; Erzeugen eines ersten Plans für das Fahrzeug unter Verwendung eines Pfadplanungsansatzes mit offener Schleife, wenn der Steuerfehler unter dem Schwellenwert liegt, oder eines zweiten Plans für das Fahrzeug unter Verwendung eines Pfadplanungsansatzes mit geschlossener Schleife, wenn der Steuerfehler über dem Schwellenwert liegt; und Veranlassen, dass das Fahrzeug den ersten oder den zweiten Plan ausführt.