DE112020000572T5

DE112020000572T5 - Drehmomentkompensation einer elektrischen servolenkung

Info

Publication number: DE112020000572T5
Application number: DE112020000572.0T
Authority: DE
Inventors: Ning Wu; Hans Andersen; Francesco Seccamonte
Original assignee: Motional AD LLC
Current assignee: Motional AD LLC
Priority date: 2019-01-29
Filing date: 2020-01-29
Publication date: 2021-12-02
Also published as: CN115071811A; CN112166068B; GB2585318A; GB202017176D0; KR20210110558A; KR102223836B1; KR20200133390A; KR102619281B1; GB2604690A; DK201970163A1; CN112166068A; DK180545B1; GB202115652D0; GB2585318B; GB2604690B

Abstract

Unter anderem sind Techniken zur Drehmomentkompensation einer elektrischen Servolenkung beschrieben. Techniken sind für ein Verfahren bereitgestellt, das durch einen Computer implementiert wird, z. B. einen Computer an Bord eines autonomen Fahrzeugs. Eine Planungsschaltung an Bord des Fahrzeugs, die mit einer EPS des Fahrzeugs verbunden ist, bestimmt ein Kompensationsdrehmomentsignal, um einen tatsächlichen Lenkwinkel eines Lenkrades des Fahrzeugs so zu modifizieren, dass er mit einem erwarteten Lenkwinkel des Lenkrades übereinstimmt. Die Planungsschaltung überträgt das Kompensationsdrehmomentsignal zu einer Steuerschaltung, die den Lenkwinkel des Lenkrades steuert. Die EPS modifiziert den tatsächlichen Lenkwinkel basierend auf dem Kompensationsdrehmomentsignal, was zu einem modifizierten Lenkwinkel führt. Die Steuerschaltung betreibt das Fahrzeug basierend auf dem modifizierten Lenkwinkel.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung mit der Nr. 62/798,419 , eingereicht am 29. Januar 2019, und der dänischen Patentanmeldung mit der Nr. PA201970163 , eingereicht am 14. März 2019, deren gesamte Inhalte hiermit durch Bezugnahme aufgenommen werden.
GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Beschreibung betrifft Drehmomentkompensation einer elektrischen Servolenkung.
HINTERGRUND
Ein elektrisches Servolenksystem (EPS-System) ist ein System, das ein Drehmoment an einer Lenksäule eines Fahrzeugs anlegt, um das Fahrzeug in eine Richtung oder eine andere zu drehen. Das EPS-System (manchmal als elektrisches angetriebenes Servolenksystem bezeichnet) ist an entweder der Lenksäule oder einem Lenkgetriebe montiert und legt ein Drehmoment an die das Lenkrad drehende Lenksäule an. In einem autonomen Fahrzeug kann ein EPS-System ein Drehmoment an die Lenksäule anlegen, wodurch der Betrieb des Fahrzeugs gesteuert wird.
KURZFASSUNG
Techniken sind für ein Verfahren bereitgestellt, das durch einen Computer implementiert wird, z. B. einen Computer an Bord eines autonomen Fahrzeugs. Eine Planungsschaltung an Bord des Fahrzeugs, die mit einem EPS-System des Fahrzeugs verbunden ist, bestimmt ein Kompensationsdrehmomentsignal, um einen tatsächlichen Lenkwinkel eines Lenkrades des Fahrzeugs so zu modifizieren, dass er mit einem erwarteten Lenkwinkel des Lenkrades übereinstimmt. Die Planungsschaltung überträgt das Kompensationsdrehmomentsignal zu einer Steuerschaltung, die den Lenkwinkel des Lenkrades steuert. Das EPS-System modifiziert den tatsächlichen Lenkwinkel basierend auf dem Kompensationsdrehmomentsignal, was zu einem modifizierten Lenkwinkel führt. Die Steuerschaltung betreibt das Fahrzeug basierend auf dem modifizierten Lenkwinkel.
Diese und andere Aspekte, Merkmale und Implementierungen können als Verfahren, Einrichtungen, Systeme, Komponenten, Programmprodukte, Mittel oder Schritte zum Durchführen einer Funktion, oder auf andere Weisen ausgedrückt werden.
Diese und andere Aspekte, Merkmale und Implementierungen werden aus den folgenden Beschreibungen, einschließlich den Ansprüchen, ersichtlich werden.
Figurenliste

1 zeigt ein Beispiel für ein autonomes Fahrzeug mit autonomer Fähigkeit.
2 veranschaulicht eine beispielhafte „Cloud“-Rechenumgebung.
3 veranschaulicht ein Computersystem.
4 zeigt eine beispielhafte Architektur für ein autonomes Fahrzeug.
5 zeigt ein Beispiel für Eingaben und Ausgaben, die durch ein Wahrnehmungsmodul verwendet werden können.
6 zeigt ein Beispiel für ein LiDAR-System.
7 zeigt das LiDAR-System im Betrieb.
8 zeigt den Betrieb des LiDAR-Systems mit zusätzlichen Einzelheiten.
9 zeigt ein Blockdiagramm der Beziehungen zwischen Eingaben und Ausgaben eines Planungsmoduls.
10 zeigt einen gerichteten Graphen, der bei der Pfadplanung verwendet wird.
11 zeigt ein Blockdiagramm der Eingaben und Ausgaben eines Steuermoduls.
12 zeigt ein Blockdiagramm der Eingaben, Ausgaben und Komponenten einer Steuerung.
13 zeigt ein schematisches Diagramm einer mit einem Lenkrad verbundenen Steuerung.
14 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Prozesses zum Anlegen eines Kompensationsdrehmoments an die Lenksäule.
15 ist ein Beispiel für Spannungssignale, die an das EPS-System angelegt werden können.
16 ist ein schematisches Diagramm einer Steuerschleife mit einer Vorwärtskopplungsfunktion.
17 ist eine grafische Darstellung, die Fahrzeugzustände und Lenkwinkel mit Vorwärtskopplung-Drehmoment in Beziehung setzt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
In der folgenden Beschreibung sind für Erläuterungszwecke zahlreiche spezifische Einzelheiten dargelegt, um ein vollständiges Verständnis der vorliegenden Erfindung bereitzustellen. Es wird jedoch ersichtlich werden, dass die vorliegende Erfindung ohne diese spezifischen Einzelheiten umgesetzt werden kann. In anderen Fällen sind wohlbekannte Strukturen und Vorrichtungen in Blockdiagrammform gezeigt, um eine unnötige Verundeutlichung der vorliegenden Erfindung zu vermeiden.
In den Zeichnungen sind zur Vereinfachung der Beschreibung spezifische Anordnungen oder Reihenfolgen schematischer Elemente, wie etwa jener, die Vorrichtungen, Module, Anweisungsblöcke und Datenelemente repräsentieren, gezeigt. Fachleute sollten jedoch verstehen, dass die spezifische Reihenfolge oder Anordnung der schematischen Elemente in den Zeichnungen nicht andeuten soll, dass eine spezielle Verarbeitungsreihenfolge oder -sequenz oder eine Trennung von Prozessen notwendig ist. Ferner soll der Einschluss eines schematischen Elements in einer Zeichnung nicht andeuten, dass ein solches Element in allen Ausführungsformen notwendig ist oder die durch ein solches Element repräsentierten Merkmale in manchen Ausführungsformen möglicherweise nicht in anderen Elementen enthalten sind oder möglicherweise nicht mit diesen kombiniert werden.
In den Zeichnungen, in denen verbindende Elemente, wie etwa durchgezogene oder gestrichelte Linien oder Pfeile, zum Veranschaulichen einer Verbindung, einer Beziehung oder einer Assoziation zwischen oder unter zwei oder mehr anderen schematischen Elementen verwendet werden, soll das Nichtvorhandensein irgendwelcher solcher verbindender Elemente ferner nicht andeuten, dass keine Verbindung, Beziehung oder Assoziation vorhanden sein kann. Mit anderen Worten sind manche Verbindungen, Beziehungen oder Assoziationen zwischen Elementen nicht in den Zeichnungen gezeigt, sodass die Offenbarung nicht verundeutlicht wird. Zusätzlich wird zur Vereinfachung der Veranschaulichung ein einzelnes verbindendes Element verwendet, um mehrere Verbindungen, Beziehungen oder Assoziationen zwischen Elementen zu repräsentieren. Wenn ein verbindendes Element beispielsweise eine Kommunikation von Signalen, Daten oder Anweisungen repräsentiert, sollten Fachleute verstehen, dass ein solches Element einen oder mehrere Signalpfade (z. B. einen Bus), wie möglicherweise benötigt, repräsentiert, um die Kommunikation zu bewirken.
Nun wird ein ausführlicher Bezug auf Ausführungsformen genommen, deren Beispiele in den begleitenden Zeichnungen veranschaulicht sind. In der folgenden ausführlichen Beschreibung sind zahlreiche spezifische Einzelheiten dargelegt, um ein vollständiges Verständnis der verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen bereitzustellen. Einem Durchschnittsfachmann wird jedoch ersichtlich werden, dass die verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen ohne diese spezifischen Einzelheiten umgesetzt werden können. In anderen Fällen wurden wohlbekannte Verfahren, Prozeduren, Komponenten, Schaltungen und Netzwerke nicht ausführlich beschrieben, sodass Aspekte der Ausführungsformen nicht unnötig verundeutlicht werden.
Nachfolgend sind mehrere Merkmale beschrieben, die jeweils unabhängig voneinander oder mit einer beliebigen Kombination anderer Merkmale verwendet werden können. Ein beliebiges individuelles Merkmal wird jedoch möglicherweise nicht irgendwelche der oben besprochenen Probleme ansprechen oder könnte nur eines der oben besprochenen Probleme ansprechen. Manche der oben besprochenen Probleme könnten möglicherweise nicht vollständig durch irgendwelche der hierin beschriebenen Merkmale angesprochen werden. Obwohl Überschriften bereitgestellt sind, können Informationen bezüglich einer speziellen Überschrift, die aber nicht in dem Abschnitt mit dieser Überschrift aufgefunden werden, auch andernorts in dieser Beschreibung aufgefunden werden. Ausführungsformen sind hierin gemäß der folgenden Gliederung beschrieben:

1. Allgemeiner Überblick
2. Systemüberblick
3. Architektur eines autonomen Fahrzeugs
4. Eingaben in das autonome Fahrzeug
5. Planung des autonomen Fahrzeugs
6. Steuerung des autonomen Fahrzeugs

Allgemeiner Überblick
Diese Offenbarung beschreibt ein autonomes Fahrzeug mit einer Planungsschaltung (nachstehend beschrieben) an Bord des Fahrzeugs, die mit einem EPS-System des Fahrzeugs verbunden ist. Das EPS-System wird durch eine Steuerschaltung gesteuert, die ein Basisdrehmoment an eine Lenksäule des Fahrzeugs anlegt, um das Lenkrad zu einem gewünschten Lenkwinkel zu drehen. In manchen Ausführungsformen bestimmt die Steuerschaltung ein Basisdrehmoment, das zu dem gewünschten Lenkwinkel führen wird, bestimmt ein Basisdrehmomentsignal (beispielsweise ein Spannungssignal) mit einem Betrag, der einem Betrag des Basisdrehmoments entspricht, und überträgt das Basisdrehmomentsignal zu der EPS. Als Reaktion darauf legt die EPS das durch das Basisdrehmomentsignal repräsentierte Basisdrehmoment an die Lenksäule an. Auf diese Weise wird erwartet, dass das Basisdrehmomentsignal das Lenkrad um den gewünschten Lenkwinkel dreht. In manchen Fällen, beispielsweise bei gewissen Fahrzeuggeschwindigkeiten, weicht ein tatsächlicher Lenkwinkel, um den das Lenkrad als Reaktion auf das Basisdrehmomentsignal gedreht wird, von dem gewünschten (oder erwarteten) Lenkwinkel ab. In manchen Ausführungsformen wird der tatsächliche Lenkwinkel der Steuerschaltung als ein Rückkopplungssignal bereitgestellt und das Basisdrehmoment wird durch ein Kompensationsdrehmoment kompensiert, das den tatsächlichen Lenkwinkel zusätzlich so modifiziert, dass er im Wesentlichen mit dem erwarteten Lenkwinkel übereinstimmt.
Diese Offenbarung beschreibt das Anlegen eines Kompensationsdrehmoments an die Lenksäule als ein Vorwärtskopplungssignal, anstatt als ein Rückkopplungssignal, basierend auf der vorherigen Kenntnis einer erwarteten Abweichung des tatsächlichen Lenkwinkels vom erwarteten Lenkwinkel, das heißt, bevor das Basisdrehmomentsignal an die EPS angelegt wird. Das Vorwärtskopplungssignal repräsentiert den Betrag des Kompensationsdrehmoments, um den das Basisdrehmoment anzupassen (zum Beispiel zu erhöhen oder zu verringern) ist, sodass der tatsächliche Lenkwinkel im Wesentlichen mit dem erwarteten Lenkwinkel übereinstimmt. Mit anderen Worten erwartet die Planungsschaltung, basierend auf Fahrzeugfahrbedingungen, eine Abweichung zwischen einem tatsächlichen Lenkwinkel und einem erwarteten Lenkwinkel. Als eine proaktive Reaktion bestimmt die Planungsschaltung ein Kompensationsdrehmomentsignal, um den tatsächlichen Lenkwinkel des Lenkrades so zu modifizieren, dass er mit dem erwarteten Lenkwinkel übereinstimmt, und überträgt das Kompensationsdrehmomentsignal zu der Steuerschaltung. Die Steuerschaltung modifiziert das Basisdrehmomentsignal gemäß dem Kompensationsdrehmomentsignal und legt das modifizierte Drehmomentsignal an das EPS-System an. Ausführungsformen der Offenbarung sind mit Bezug auf ein an eine Lenksäule angelegtes Drehmoment zum Drehen eines mit der Lenksäule verbundenen Lenkrades beschrieben. Die hier beschriebenen Techniken sind bei Fahrzeugen ohne ein Lenkrad anwendbar, bei dem die Lenksäule andere Merkmale des Fahrzeugs betreibt, um das Fahrzeug zu drehen.
Systemüberblick
1 zeigt ein Beispiel für ein autonomes Fahrzeug 100 mit autonomer Fähigkeit.
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „autonome Fähigkeit“ auf eine Funktion, ein Merkmal oder eine Einrichtung, die/das ermöglicht, dass ein Fahrzeug teilweise oder vollständig ohne einen menschlichen Eingriff in Echtzeit betrieben wird, einschließlich unter anderem vollautonomer Fahrzeuge, hochautonomer Fahrzeuge und bedingt autonomer Fahrzeuge.
Wie hierin verwendet, ist ein autonomes Fahrzeug (AV) ein Fahrzeug, das autonome Fähigkeit besitzt.
Wie hierin verwendet, beinhaltet „Fahrzeug“ Mittel für den Transport von Gütern oder Menschen. Beispielsweise Autos, Busse, Züge, Flugzeuge, Drohnen, Lastkraftwagen, Boote, Schiffe, Unterwasserfahrzeuge, Luftfahrzeuge usw. Ein fahrerloses Auto ist ein Beispiel eines Fahrzeugs.
Wie hierin verwendet, bezieht sich „Trajektorie“ auf einen Pfad oder eine Route zum Navigieren eines AV von einem ersten raumzeitlichen Ort zu einem zweiten raumzeitlichen Ort. In einer Ausführungsform wird der erste raumzeitliche Ort als Anfangs- oder Startort bezeichnet und wird der zweite raumzeitliche Ort als Bestimmungsort, endgültiger Ort, Ziel, Zielposition oder Zielort bezeichnet. In manchen Beispielen besteht die Trajektorie aus einem oder mehreren Segmenten (z. B. Straßenabschnitten), und jedes Segment besteht aus einem oder mehreren Blöcken (z. B. Teilen einer Fahrbahn oder Kreuzung). In einer Ausführungsform entsprechen die raumzeitlichen Orte Orten der realen Welt. Beispielsweise sind die raumzeitlichen Orte Abhol- oder Abladeorte zum Abholen oder Abladen von Personen oder Gütern.
Wie hierin verwendet, beinhaltet „Sensor(en)“ eine oder mehrere Hardwarekomponenten, die Informationen über die Umgebung im Umfeld des Sensors detektieren. Manche der Hardwarekomponenten können Erfassungskomponenten (z. B. Bildsensoren, biometrische Sensoren), Übertragungs- und/oder Empfangskomponenten (z. B. Laser- oder Hochfrequenzwellen-Sender und -Empfänger), elektronische Komponenten wie etwa Analog-Digital-Wandler, eine Datenspeicherungsvorrichtung (wie etwa einen RAM und/oder eine nichtflüchtige Speicherung), Software- oder Firmwarekomponenten und Datenverarbeitungskomponenten wie etwa eine ASIC (anwendungsspezifische integrierte Schaltung), einen Mikroprozessor und/oder einen Mikrocontroller beinhalten.
Wie hierin verwendet, ist eine „Szenenbeschreibung“ eine Datenstruktur (z. B. Liste) oder ein Datenstrom, die/der ein oder mehrere klassifizierte oder gelabelte Objekte beinhaltet, die durch einen oder mehrere Sensoren am AV-Fahrzeug detektiert oder durch eine Quelle extern zu dem AV bereitgestellt werden.
Wie hierin verwendet, ist eine „Straße“ ein physischer Bereich, der von einem Fahrzeug durchfahren werden kann, und kann einer benannten Verkehrsstraße entsprechen (z. B. Stadtstraße, Autobahn usw.) oder kann einer unbenannten Verkehrsstraße entsprechen (z. B. einer Einfahrt in einem Haus oder Bürogebäude, einem Abschnitt eines Parkplatzes, einem Abschnitt eines leeren Grundstücks, einem Feldweg in einem ländlichen Gebiet usw.). Da manche Fahrzeuge (z. B. Allrad-Pickup-Trucks, Geländewagen usw.) in der Lage sind, eine Vielfalt physischer Bereiche zu durchfahren, die nicht spezifisch für den Fahrzeugverkehr konzipiert sind, kann eine „Straße“ ein physischer Bereich sein, der nicht formell durch irgendeine Gemeinde oder andere Regierungsstelle oder Behörde als eine Verkehrsstraße definiert ist.
Wie hierin verwendet, ist eine „Fahrbahn“ ein Teil einer Straße, auf dem ein Fahrzeug fahren kann. Eine Fahrbahn wird manchmal basierend auf Fahrbahnmarkierungen identifiziert. Beispielsweise kann eine Fahrbahn dem Großteil oder dem gesamten Raum zwischen Fahrbahnmarkierungen entsprechen, oder kann nur einem Teil (z. B. weniger als 50 %) des Raums zwischen Fahrbahnmarkierungen entsprechen. Beispielsweise könnte eine Straße mit Fahrbahnmarkierungen zwei oder mehr Fahrzeuge zwischen den Markierungen unterbringen, sodass ein Fahrzeug an dem anderen vorbeifahren kann, ohne die Fahrbahnmarkierungen zu überfahren, und könnte somit als eine Fahrbahn aufweisend, die schmaler als der Raum zwischen den Fahrbahnmarkierungen ist, oder als zwei Fahrbahnen zwischen den Fahrbahnmarkierungen aufweisend interpretiert werden. Eine Fahrbahn könnte auch bei Nichtvorhandensein von Fahrbahnmarkierungen interpretiert werden. Beispielsweise kann eine Fahrbahn basierend auf physischen Merkmalen einer Umgebung definiert werden, z. B. Gestein und Bäume entlang einer Verkehrsstraße in einem ländlichen Gebiet oder z. B. natürliche Hindernisse, die in einem unbebauten Gebiet vermieden werden sollen. Eine Fahrbahn könnte auch unabhängig von Fahrbahnmarkierungen oder physischen Merkmalen interpretiert werden. Beispielsweise könnte eine Fahrbahn basierend auf einem beliebigen hindernisfreien Pfad in einem Gebiet interpretiert werden, dem anderweitig Merkmale fehlen, die als Fahrbahnabgrenzungen interpretiert werden würden. In einem beispielhaften Szenario könnte ein AV eine Fahrbahn durch einen hindernisfreien Teil eines Feldes oder unbebauten Grundstücks interpretieren. In einem anderen beispielhaften Szenario könnte ein AV eine Fahrbahn durch eine breite (z. B. breit genug für zwei oder mehr Fahrbahnen) Straße interpretieren, die keine Fahrbahnmarkierungen aufweist. In diesem Szenario könnte das AV Informationen über die Fahrbahn zu anderen AVs kommunizieren, sodass die anderen AVs die gleichen Fahrbahninformationen verwenden können, um die Pfadplanung untereinander zu koordinieren.
Der Begriff „Over-the Air(OTA)-Client“ beinhaltet ein beliebiges AV oder eine beliebige elektronische Vorrichtung (z. B. Computer, Steuerung, IdD-Vorrichtung, elektronische Steuereinheit (ECU)), die in ein AV eingebettet ist, mit diesem gekoppelt ist oder mit diesem in Kommunikation steht.
Der Begriff „Over-the-Air(OTA)-Aktualisierung“ bedeutet eine beliebige Aktualisierung, Änderung, Löschung oder Hinzufügung bei Software, Firmware, Daten oder Konfigurationseinstellungen, oder eine beliebige Kombination davon, die einem OTA-Client unter Verwendung proprietärer und/oder standardisierter Drahtloskommunikationstechnologie geliefert wird, einschließlich unter anderem: zellularer Mobilkommunikationen (z. B. 2G, 3G, 4G, 5G), Funk-Drahtlosnetzwerken (z. B. WiFi) und/oder Satelliten-Internet.
Der Begriff „Edge-Knoten“ bedeutet eine oder mehrere Edge-Vorrichtungen, die mit einem Netzwerk gekoppelt sind und ein Portal zur Kommunikation mit AVs bereitstellen und mit anderen Edge-Knoten und einer Cloud-basierten Rechenplattform kommunizieren können, um OTA-Aktualisierungen zu planen und zu OTA-Clients zu liefern.
Der Begriff „Edge-Vorrichtung“ bedeutet eine Vorrichtung, die einen Edge-Knoten implementiert und einen physischen drahtlosen Zugangspunkt (AP) in Unternehmens- oder Dienstanbieter(z. B. VERIZON, AT&T)-Kernnetzen bereitstellt. Beispiele für Edge-Vorrichtungen beinhalten unter anderem: Computer, Steuerungen, Sender, Router, Routing-Switches, integrierte Zugangsvorrichtungen (IADs: Integrated Access Devices), Multiplexer, Zugangsvorrichtungen für städtische Netzwerke (MAN) und großflächige Netzwerke (WAN).
„Ein oder mehr“ beinhaltet eine Funktion, die durch ein Element durchgeführt wird, eine Funktion, die durch mehr als ein Element durchgeführt wird, z. B. auf eine verteilte Weise, mehrere Funktionen, die durch ein Element durchgeführt werden, mehrere Funktionen, die durch mehrere Elemente durchgeführt werden, oder eine beliebige Kombination des Obenstehenden.
Es versteht sich außerdem, dass, obwohl die Begriffe erster, zweiter usw. in manchen Fällen hierin zum Beschreiben verschiedener Elemente verwendet werden, diese Elemente nicht durch diese Begriffe beschränkt werden sollten. Diese Begriffe werden nur verwendet, um ein Element von einem anderen zu unterscheiden. Beispielsweise könnte ein erster Kontakt als ein zweiter Kontakt bezeichnet werden, und gleichermaßen könnte ein zweiter Kontakt als ein erster Kontakt bezeichnet werden, ohne vom Schutzumfang der verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen abzuweichen. Der erste Kontakt und der zweite Kontakt sind beide Kontakte, aber sie sind nicht derselbe Kontakt.
Die in der Beschreibung der verschiedenen hierin beschriebenen Ausführungsformen verwendete Terminologie soll nur spezielle Ausführungsformen beschreiben und nicht beschränkend sein. Wie in der Beschreibung der verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen und in den angehängten Ansprüchen verwendet, sollen die Singularformen „ein“, „eine“ und „der/die/das“ auch die Pluralformen einschließen, insofern der Zusammenhang nicht deutlich etwas anderes angibt. Es versteht sich auch, dass sich der Begriff „und/oder“, wie hierin verwendet, auf beliebige und alle möglichen Kombinationen eines oder mehrerer der assoziierten aufgelisteten Elemente bezieht und diese einschließt. Es versteht sich ferner, dass die Begriffe „beinhaltet“, „einschließlich“, „umfasst“ und/oder „umfassend“, wenn in dieser Beschreibung verwendet, das Vorhandensein genannter Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten spezifizieren, aber nicht das Vorhandensein oder den Zusatz einer/eines oder mehrerer anderer Elemente, ganzer Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließt.
Wie hierin verwendet, soll der Begriff „falls“ optional so ausgelegt werden, dass er in Abhängigkeit vom Zusammenhang „wenn“ oder „bei“ oder „als Reaktion auf das Bestimmen“ oder „als Reaktion auf das Detektieren“ bedeutet. Gleichermaßen soll der Ausdruck „falls bestimmt wird“ oder „falls [eine genannte Bedingung oder ein genanntes Ereignis] detektiert wird“ optional so ausgelegt werden, dass er in Abhängigkeit vom Zusammenhang „bei der Bestimmung“ oder „als Reaktion auf das Bestimmen“ oder „bei der Detektion [der genannten Bedingung oder des genannten Ereignisses]“ oder „als Reaktion auf das Detektieren [der genannten Bedingung oder des genannten Ereignisses]“ bedeutet.
Wie hierin verwendet, bezieht sich ein AV-System auf das AV zusammen mit dem Array von Hardware, Software, gespeicherten Daten und in Echtzeit erzeugten Daten, die den Betrieb des AV unterstützen. In einer Ausführungsform ist das AV-System in dem AV integriert. In einer Ausführungsform ist das AV-System über mehrere Orte verteilt. Beispielsweise wird ein Teil der Software des AV-Systems auf einer Cloud-Rechenumgebung implementiert, die der unten mit Bezug auf 3 beschriebenen Cloud-Rechenumgebung 300 ähnelt.
Im Allgemeinen beschreibt dieses Dokument Technologien, die bei beliebigen Fahrzeugen anwendbar sind, die eine oder mehrere autonome Fähigkeiten aufweisen, einschließlich vollautonomen Fahrzeugen, hochautonomen Fahrzeugen und bedingt autonomen Fahrzeugen, wie etwa sogenannten Stufe-5-, Stufe-4- bzw. Stufe-3-Fahrzeugen (siehe Standard von SAE International J3016: Taxonomy and Definitions for Terms Related to On-Road Motor Vehicle Automated Driving Systems, der durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit aufgenommen wird, für weitere Einzelheiten über die Klassifikation von Autonomiestufen in Fahrzeugen). Die in diesem Dokument beschriebenen Technologien sind auch bei teilautonomen Fahrzeugen und fahrergestützten Fahrzeugen anwendbar, wie etwa sogenannten Stufe-2- und Stufe-1-Fahrzeugen (siehe Standard von SAE International J3016: Taxonomy and Definitions for Terms Related to On-Road Motor Vehicle Automated Driving Systems). In einer Ausführungsform können ein oder mehrere der Fahrzeugsysteme der Stufe 1, 2, 3, 4 und 5 gewisse Fahrzeugoperationen (z. B. Lenkung, Bremsung und Kartenverwendung) unter gewissen Betriebsbedingungen basierend auf der Verarbeitung von Sensoreingaben automatisieren. Die in diesem Dokument beschriebenen Technologien können für Fahrzeuge in beliebigen Stufen vorteilhaft sein, angefangen von vollautonomen Fahrzeugen bis zu menschlich betriebenen Fahrzeugen.
Autonome Fahrzeuge sind gegenüber einen menschlichen Fahrer erfordernden Fahrzeugen vorteilhaft. Bei einem Vorteil handelt es sich um Sicherheit. Beispielsweise traten in 2016 in den Vereinigten Staaten 6 Millionen Kraftfahrzeugunfälle, 2,4 Millionen Verletzungen, 40.000 Todesopfer und 13 Millionen Fahrzeuge in Autounfällen auf, mit geschätzten gesellschaftlichen Kosten von $910+ Milliarden. Verkehrstote in den USA pro 100 Millionen gefahrenen Meilen wurden von 1965 bis 2015 von etwa sechs auf etwa eins reduziert, teilweise aufgrund zusätzlicher in den Fahrzeugen eingesetzter Sicherheitsmaßnahmen. Beispielsweise wird angenommen, dass eine zusätzliche halbe Sekunde an Warnungszeit für einen in Kürze stattfindenden Unfall 60 % von Auffahrunfällen mindert. Passive Sicherheitsmaßnahmen (z. B. Sicherheitsgurte, Airbags) haben jedoch wahrscheinlich ihre Grenze für die Verbesserung dieser Anzahl erreicht. Somit sind aktive Sicherheitsmaßnahmen, wie etwa automatisierte Steuerung eines Fahrzeugs, wahrscheinlich der nächste Schritt bei der Verbesserung dieser Statistiken. Da menschliche Fahrer wahrscheinlich in 95 % der Unfälle für ein kritisches Vorunfallereignis verantwortlich sind, werden automatisierte Fahrsysteme wahrscheinlich bessere Sicherheitsauswirkungen erreichen, z. B. durch zuverlässiges Erkennen und Vermeiden kritischer Situationen besser als Menschen; bessere Entscheidungsfindung, Einhalten von Verkehrsregeln und Vorhersagen zukünftiger Ereignisse besser als Menschen; und zuverlässige Steuerung eines Fahrzeugs besser als ein Mensch.
Mit Bezug auf 1 betreibt ein AV-System 120 das AV 100 entlang einer Trajektorie 198 durch eine Umgebung 190 zu einem Bestimmungsort 199 (manchmal als ein endgültiger Ort bezeichnet), während Objekte (z. B. natürliche Behinderungen 191, Fahrzeuge 193, Fußgänger 192, Fahrradfahrer und andere Hindernisse) vermieden und Straßenregeln (z. B. Betriebsregeln oder Fahrpräferenzen) eingehalten werden.
In einer Ausführungsform beinhaltet das AV-System 120 Vorrichtungen 101, die instrumentiert sind, Betriebsbefehle von den Computerprozessoren 146 zu empfangen und darauf zu reagieren. In einer Ausführungsform ähneln die Rechenprozessoren 146 dem unten mit Bezug auf 3 beschriebenen Prozessor 304. Beispiele für die Vorrichtungen 101 beinhalten eine Lenkungssteuerung 102, Bremsen 103, Gänge, Gaspedal oder andere Beschleunigungssteuermechanismen, Scheibenwischer, Seitentürverriegelungen, Fenstersteuerungen und Blinker.
In einer Ausführungsform beinhaltet das AV-System 120 Sensoren 121 zum Messen oder Inferieren von Eigenschaften des Status oder Zustands des AV 100, wie etwa die Position des AV, Linear- und Winkelgeschwindigkeit und -beschleunigung und Kurs (z. B. eine Orientierung des führenden Endes des AV 100). Beispiele für die Sensoren 121 sind GPS, inertiale Messeinheiten (IMU), die sowohl Fahrzeuglinearbeschleunigungen als auch Winkelraten messen, Radgeschwindigkeitssensoren zum Messen oder Schätzen von Radschlupfverhältnissen, Radbremsdruck- oder Bremsmomentsensoren, Motordrehmoment- oder Raddrehmomentsensoren und Lenkwinkel- und Winkelratensensoren.
In einer Ausführungsform beinhalten die Sensoren 121 auch Sensoren zum Erfassen oder Messen von Eigenschaften der Umgebung des AV. Beispielsweise Monokular- oder Stereo-Videokameras 122 im sichtbaren Licht, Infrarotspektrum oder thermischen Spektrum (oder beiden), LiDAR 123, RADAR, Ultraschallsensoren, Laufzeit(ToF)-Tiefensensoren, Geschwindigkeitssensoren, Temperatursensoren, Luftfeuchtigkeitssensoren und Niederschlagssensoren.
In einer Ausführungsform beinhaltet das AV-System 120 eine Datenspeicherungseinheit 142 und einen Speicher 144 zum Speichern von Maschinenanweisungen, die mit den Computerprozessoren 146 assoziiert sind, oder von Daten, die durch die Sensoren 121 gesammelt werden. In einer Ausführungsform ähnelt die Datenspeicherungseinheit 142 dem ROM 308 oder der Speicherungsvorrichtung 310, die nachstehend in Bezug auf 3 beschrieben sind. In einer Ausführungsform ähnelt der Speicher 144 dem nachstehend beschriebenen Hauptspeicher 306. In einer Ausführungsform speichern die Datenspeicherungseinheit 142 und der Speicher 144 historische, Echtzeit- und/oder prädiktive Informationen über die Umgebung 190. In einer Ausführungsform beinhalten die gespeicherten Informationen Karten, Fahrleistung, Verkehrsüberlastungsaktualisierungen oder Wetterbedingungen. In einer Ausführungsform werden Daten bezüglich der Umgebung 190 von einer entfernten Datenbank 134 über einen Kommunikationskanal zu dem AV 100 übertragen.
In einer Ausführungsform beinhaltet das AV-System 120 Kommunikationsvorrichtungen 140 zum Kommunizieren von gemessenen oder inferierten Eigenschaften der Status oder Zustände anderer Fahrzeuge, wie etwa Positionen, Linear- und Winkelgeschwindigkeiten, Linear- und Winkelbeschleunigungen und Linear- und Winkelkurse, zu dem AV 100. Diese Vorrichtungen beinhalten Fahrzeug-zu-Fahrzeug- (V2V) und Fahrzeug-zu-Infrastruktur(V2I)-Kommunikationsvorrichtungen und Vorrichtungen für Drahtloskommunikationen über Punkt-zu-Punkt oder Ad-Hoc-Netzwerke oder beide. In einer Ausführungsform kommunizieren die Kommunikationsvorrichtungen 140 über das elektromagnetische Spektrum (einschließlich Funkkommunikationen und optischer Kommunikationen) oder andere Medien (z. B. Luft und akustische Medien). Eine Kombination von Fahrzeug-zu-Fahrzeug- (V2V) und Fahrzeug-zu-Infrastruktur(V2I)-Kommunikation (und in manchen Ausführungsformen einer oder mehrerer anderer Kommunikationsarten) wird manchmal als eine Fahrzeug-zu-Allem(V2X)-Kommunikation bezeichnet. Eine V2X-Kommunikation entspricht typischerweise einem oder mehreren Kommunikationsstandards zur Kommunikation mit, zwischen und unter autonomen Fahrzeugen.
In einer Ausführungsform beinhalten die Kommunikationsvorrichtungen 140 Kommunikationsschnittstellen. Beispielsweise drahtgebundene, drahtlose, WiMAX-, WiFi-, Bluetooth-, Satelliten-, zellulare, optische, Nahfeld-, Infrarot- oder Funk-Schnittstellen. Die Kommunikationsschnittstellen übertragen Daten von einer entfernten Datenbank 134 zu dem AV-System 120. In einer Ausführungsform ist die entfernte Datenbank 134 in einer Cloud-Rechenumgebung 200 eingebettet, wie in 2 beschrieben. Die Kommunikationsschnittstellen 140 übertragen von den Sensoren 121 gesammelte Daten oder andere Daten bezüglich des Betriebs des AV 100 zu der entfernten Datenbank 134. In einer Ausführungsform übertragen die Kommunikationsschnittstellen 140 Informationen, die sich auf Teleoperationen beziehen, zu dem AV 100. In manchen Ausführungsformen kommuniziert das AV 100 mit anderen Fern(z. B. „Cloud“)-Servern 136.
In einer Ausführungsform speichert und überträgt die entfernte Datenbank 134 auch digitale Daten (z. B. Speichern von Daten wie etwa Landstraßen- und Stadtstraßenorten). Solche Daten werden auf dem Speicher 144 im AV 100 gespeichert oder von der entfernten Datenbank 134 über einen Kommunikationskanal zu dem AV 100 übertragen.
In einer Ausführungsform speichert und überträgt die entfernte Datenbank 134 historische Informationen über Fahreigenschaften (z. B. Geschwindigkeits- und Beschleunigungsprofile) von Fahrzeugen, die zuvor zu ähnlichen Tageszeiten entlang der Trajektorie 198 fuhren. In einer Implementierung können solche Daten auf dem Speicher 144 im AV 100 gespeichert oder von der entfernten Datenbank 134 über einen Kommunikationskanal zu dem AV 100 übertragen werden.
Die sich am AV 100 befindlichen Rechenvorrichtungen 146 erzeugen algorithmisch Steuerhandlungen basierend auf sowohl Echtzeit-Sensordaten als auch vorherigen Informationen, was dem AV-System 120 ermöglicht, seine autonomen Fahrfähigkeiten auszuführen.
In einer Ausführungsform beinhaltet das AV-System 120 mit den Rechenvorrichtungen 146 gekoppelte Computerperipheriegeräte 132 zum Bereitstellen von Informationen und Warnungen an einen Benutzer (z. B. einen Insassen oder einen Fernbenutzer) des AV 100 und Empfangen einer Eingabe von diesem. In einer Ausführungsform ähneln die Peripheriegeräte 132 der Anzeige 312, der Eingabevorrichtung 314 und der Cursor-Steuerung 316, die nachstehend mit Bezug auf 3 besprochen sind. Die Kopplung ist drahtlos oder drahtgebunden. Zwei oder mehr beliebige der Schnittstellenvorrichtungen können in eine einzelne Vorrichtung integriert sein.
2 veranschaulicht eine beispielhafte „Cloud“-Rechenumgebung. Cloud-Computing ist ein Dienstlieferungsmodell zum Ermöglichen eines zweckmäßigen On-Demand-Netzwerkzugangs für einen gemeinsam genutzten Pool konfigurierbarer Rechenressourcen (z. B. Netzwerke, Netzwerkbandbreite, Server, Verarbeitung, Speicher, Speicherung, Anwendungen, virtuelle Maschinen und Dienste). In typischen Cloud-Rechensystemen sind die zum Liefern der durch die Cloud bereitgestellten Dienste verwendeten Maschinen in einem oder mehreren großen Cloud-Datenzentren untergebracht. Jetzt mit Bezug auf 2 beinhaltet die Cloud-Rechenumgebung 200 Cloud-Datenzentren 204a, 204b und 204c, die über die Cloud 202 miteinander verbunden sind. Die Datenzentren 204a, 204b und 204c stellen Computersystemen 206a, 206b, 206c, 206d, 206e und 206f, die mit der Cloud 202 verbunden sind, Cloud-Rechendienste bereit.
Die Cloud-Rechenumgebung 200 beinhaltet ein oder mehrere Cloud-Datenzentren. Im Allgemeinen bezieht sich ein Cloud-Datenzentrum, zum Beispiel das in 2 gezeigte Cloud-Datenzentrum 204a, auf die physische Anordnung von Servern, die eine Cloud bilden, zum Beispiel die in 2 gezeigte Cloud 202, oder einen speziellen Teil einer Cloud. Beispielsweise sind Server in dem Cloud-Datenzentrum physisch in Räume, Gruppen, Reihen und Racks angeordnet. Ein Cloud-Datenzentrum weist eine oder mehrere Zonen auf, die einen oder mehrere Serverräume beinhalten. Jeder Raum weist eine oder mehrere Serverreihen auf, und jede Reihe beinhaltet ein oder mehrere Racks. Jedes Rack beinhaltet einen oder mehrere individuelle Serverknoten. In manchen Implementierungen sind Server in Zonen, Räume, Racks und/oder Reihen basierend auf physischen Infrastrukturanforderungen der Datenzentrumeinrichtung, einschließlich Leistungs-, Energie-, thermaler, Wärme- und/oder anderer Anforderungen, in Gruppen angeordnet. In einer Ausführungsform ähneln die Serverknoten dem in 3 beschriebenen Computersystem. Das Datenzentrum 204a weist viele Rechensysteme auf, die über viele Racks verteilt sind.
Die Cloud 202 beinhaltet Cloud-Datenzentren 204a, 204b und 204c zusammen mit dem Netzwerk und Networking-Ressourcen (zum Beispiel Networking-Geräten, Knoten, Routern, Switches und Vernetzungskabeln), die die Cloud-Datenzentren 204a, 204b und 204c miteinander verbinden und dabei helfen, den Zugang der Rechensysteme 206a-f auf Cloud-Rechensysteme zu ermöglichen. In einer Ausführungsform repräsentiert das Netzwerk eine beliebige Kombination eines oder mehrerer Lokalnetzwerke, großflächiger Netzwerke oder Inter-Netzwerke, die unter Verwendung drahtgebundener oder drahtloser Links gekoppelt sind, die unter Verwendung terrestrischer Verbindungen oder Satellitenverbindungen eingesetzt werden. Über das Netzwerk ausgetauschte Daten werden unter Verwendung einer beliebigen Anzahl von Netzwerkschichtprotokollen transferiert, wie etwa Internetprotokoll (IP), Multiprotocol Label Switching (MPLS), Asynchronous Transfer Mode (ATM), Frame Relay usw. Ferner werden in Ausführungsformen, in denen das Netzwerk eine Kombination mehrerer Teilnetzwerke repräsentiert, unterschiedliche Netzwerkschichtprotokolle an jedem der zugrundeliegenden Teilnetzwerke verwendet. In manchen Ausführungsformen repräsentiert das Netzwerk ein oder mehrere miteinander verbundene Inter-Netzwerke, wie etwa das öffentliche Internet.
Die Rechensysteme 206a-f oder Verbraucher der Cloud-Rechensysteme sind über Netzwerklinks und Netzwerkadapter mit der Cloud 202 verbunden. In einer Ausführungsform werden die Rechensysteme 206a-f als verschiedene Rechenvorrichtungen implementiert, zum Beispiel Server, Desktops, Laptops, Tablets, Smartphones, Internet-der-Dinge(IdD)-Vorrichtungen, autonome Fahrzeuge (einschließlich Autos, Drohnen, Shuttles, Zügen, Bussen usw.) und Verbraucherelektronik. In einer Ausführungsform werden die Rechensysteme 206a-f in anderen Systemen oder als ein Teil von diesen implementiert.
3 veranschaulicht ein Computersystem 300. In einer Implementierung ist das Computersystem 300 eine Spezialzweck-Rechenvorrichtung. Die Spezialzweck-Rechenvorrichtung ist festverdrahtet, um die Techniken durchzuführen, oder beinhaltet digitale elektronische Vorrichtungen wie etwa eine oder mehrere anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs) oder feldprogrammierbare Gate-Arrays (FPGAs), die persistent programmiert sind, um die Techniken durchzuführen, oder können einen oder mehrere Allgemeinzweck-Hardwareprozessoren beinhalten, die programmiert sind, die Techniken gemäß Programmanweisungen in Firmware, Speicher, anderer Speicherung oder einer Kombination durchzuführen. Solche Spezialzweck-Rechenvorrichtungen können auch benutzerdefinierte festverdrahtete Logik, ASICs oder FPGAs mit benutzerdefinierter Programmierung kombinieren, um die Techniken zu verwirklichen. In verschiedenen Ausführungsformen sind die Spezialzweck-Rechenvorrichtungen Desktop-Computersysteme, tragbare Computersysteme, Handheld-Vorrichtungen, Netzwerkvorrichtungen oder eine beliebige andere Vorrichtung, die festverdrahtete Logik und/oder Programmlogik einbezieht, um die Techniken zu implementieren.
In einer Ausführungsform beinhaltet das Computersystem 300 einen Bus 302 oder einen anderen Kommunikationsmechanismus zum Kommunizieren von Informationen und einen mit dem Bus 302 gekoppelten Hardwareprozessor 304 zum Verarbeiten von Informationen. Der Hardwareprozessor 304 ist beispielsweise ein Allgemeinzweck-Mikroprozessor. Das Computersystem 300 beinhaltet außerdem einen Hauptspeicher 306, wie etwa einen Direktzugriffsspeicher (RAM) oder eine andere dynamische Speicherungsvorrichtung, der/die mit dem Bus 302 gekoppelt ist, zum Speichern von Informationen und Anweisungen, die durch den Prozessor 304 auszuführen sind. In einer Implementierung wird der Hauptspeicher 306 zum Speichern temporärer Variablen oder anderer Zwischeninformationen während der Ausführung von durch den Prozessor 304 auszuführenden Anweisungen verwendet. Solche Anweisungen machen, wenn sie in für den Prozessor 304 zugreifbaren nicht transitorischen Speicherungsmedien gespeichert sind, das Computersystem 300 zu einer Spezialzweckmaschine, die dafür zugeschnitten ist, die in den Anweisungen spezifizierten Operationen durchzuführen.
In einer Ausführungsform beinhaltet das Computersystem 300 ferner einen Nur-LeseSpeicher (ROM) 308 oder eine andere statische Speicherungsvorrichtung, die mit dem Bus 302 gekoppelt ist, zum Speichern statischer Informationen und Anweisungen für den Prozessor 304. Eine Speicherungsvorrichtung 310, wie etwa eine magnetische Platte, eine optische Platte, ein Solid-State-Laufwerk oder ein dreidimensionaler Cross-Point-Speicher, ist bereitgestellt und mit dem Bus 302 gekoppelt, um Informationen und Anweisungen zu speichern.
In einer Ausführungsform ist das Computersystem 300 über den Bus 302 mit einer Anzeige 312 gekoppelt, wie etwa einer Kathodenstrahlröhre (CRT)-, einer Flüssigkristallanzeige (LCD), einer Plasmaanzeige, einer Leuchtdioden(LED)-Anzeige oder einer Organische-Leuchtdioden(OLED)-Anzeige, um Informationen für einen Computerbenutzer anzuzeigen. Eine Eingabevorrichtung 314, die alphanumerische und andere Tasten beinhaltet, ist mit dem Bus 302 zum Kommunizieren von Informationen und Befehlsauswahlen zu dem Prozessor 304 gekoppelt. Eine andere Art von Benutzereingabevorrichtung ist eine Cursor-Steuerung 316, wie etwa eine Maus, ein Trackball, eine berührungsgestützte Anzeige oder Cursorrichtungstasten zum Kommunizieren von Richtungsinformationen und Befehlsauswahlen zu dem Prozessor 304 und zum Steuern der Cursorbewegung auf der Anzeige 312. Diese Eingabevorrichtung weist typischerweise zwei Freiheitsgrade in zwei Achsen auf, einer ersten Achse (z. B. x-Achse) und einer zweiten Achse (z. B. y-Achse), was der Vorrichtung ermöglicht, Positionen in einer Ebene zu spezifizieren.
Gemäß einer Ausführungsform werden die Techniken hierin durch das Computersystem 300 als Reaktion darauf durchgeführt, dass der Prozessor 304 eine oder mehrere Sequenzen einer oder mehrerer in dem Hauptspeicher 306 enthaltenen Anweisungen ausführt. Solche Anweisungen werden von einem anderen Speicherungsmedium, wie etwa der Speicherungsvorrichtung 310, in den Hauptspeicher 306 gelesen. Die Ausführung der im Hauptspeicher 306 enthaltenen Anweisungssequenzen veranlasst, dass der Prozessor 304 die hierin beschriebenen Prozessschritte durchführt. In alternativen Ausführungsformen wird eine festverdrahtete Schaltungsanordnung anstelle von oder in Kombination mit Softwareanweisungen verwendet.
Der Begriff „Speicherungsmedien“, wie hierin verwendet, bezieht sich auf beliebige nicht transitorische Medien, die Daten und/oder Anweisungen speichern, die veranlassen, dass eine Maschine auf eine spezifische Weise arbeitet. Solche Speicherungsmedien beinhalten beständige Medien und/oder unbeständige Medien. Beständige Medien beinhalten beispielsweise optische Platten, Magnetplatten, Solid-State-Laufwerke oder dreidimensionalen Cross-Point-Speicher, wie etwa die Speicherungsvorrichtung 310. Unbeständige Medien beinhalten dynamischen Speicher, wie etwa den Hauptspeicher 306. Übliche Formen von Speicherungsmedien beinhalten beispielsweise eine Diskette, eine flexible Platte, eine Festplatte, ein Solid-State-Laufwerk, Magnetband oder ein beliebiges anderes magnetisches Datenspeicherungsmedium, eine CD-ROM, ein beliebiges anderes optisches Datenspeicherungsmedium, ein beliebiges physisches Medium mit Lochmustern, einen RAM, einen PROM und EPROM, einen FLASH-EPROM, NV-RAM oder einen beliebigen anderen Speicherchip oder eine beliebige andere Speicherkassette.
Speicherungsmedien unterscheiden sich von Übertragungsmedien, können jedoch in Verbindung mit diesen verwendet werden. Übertragungsmedien nehmen bei dem Transfer von Informationen zwischen Speicherungsmedien teil. Beispielsweise beinhalten Übertragungsmedien Koaxialkabel, Kupferdraht und Faseroptik, einschließlich der Drähte, die den Bus 302 umfassen. Übertragungsmedien können auch die Form akustischer Wellen oder Lichtwellen annehmen, wie etwa jene, die während Funkwellen- oder Infrarot-Datenkommunikationen erzeugt werden.
In einer Ausführungsform sind verschiedene Formen von Medien beim Führen einer oder mehrerer Sequenzen einer oder mehrerer Anweisungen zu dem Prozessor 304 für die Ausführung beteiligt. Beispielsweise werden die Anweisungen anfänglich auf einer magnetischen Platte oder einem Solid-State-Laufwerk eines Ferncomputers geführt. Der Ferncomputer lädt die Anweisungen in seinen dynamischen Speicher und sendet die Anweisungen über eine Telefonleitung unter Verwendung eines Modems. Ein Modem lokal zu dem Computersystem 300 empfängt die Daten auf der Telefonleitung und verwendet einen Infrarotsender, um die Daten in ein Infrarotsignal umzuwandeln. Ein Infrarotdetektor empfängt die in dem Infrarotsignal geführten Daten und eine geeignete Schaltungsanordnung platziert die Daten auf den Bus 302. Der Bus 302 führt die Daten zum Hauptspeicher 306, aus dem der Prozessor 304 die Anweisungen abruft und ausführt. Die durch den Hauptspeicher 306 empfangenen Anweisungen können optional in der Speicherungsvorrichtung 310 entweder vor oder nach der Ausführung durch den Prozessor 304 gespeichert werden.
Das Computersystem 300 beinhaltet auch eine Kommunikationsschnittstelle 318, die mit dem Bus 302 gekoppelt ist. Die Kommunikationsschnittstelle 318 stellt eine Zweiwege-Datenkommunikationskopplung mit einem Netzwerklink 320 bereit, der mit einem Lokalnetzwerk 322 verbunden ist. Beispielsweise ist die Kommunikationsschnittstelle 318 eine ISDN(Integrated Service Digital Network)-Karte, ein Kabelmodem, ein Satellitenmodem oder ein Modem zum Bereitstellen einer Datenkommunikationsverbindung mit einer entsprechenden Art von Telefonleitung. Als ein anderes Beispiel ist die Kommunikationsschnittstelle 318 eine Lokalnetzwerk(LAN)-Karte zum Bereitstellen einer Datenkommunikationsverbindung mit einem kompatiblen LAN. In manchen Implementierungen werden auch Drahtlos-Links implementiert. In einer beliebigen derartigen Implementierung sendet und empfängt die Kommunikationsschnittstelle 318 elektrische, elektromagnetische oder optische Signale, die digitale Datenströme führen, die verschiedene Informationsarten repräsentieren.
Der Netzwerklink 320 stellt typischerweise eine Datenkommunikation über ein oder mehrere Netzwerke zu anderen Datenvorrichtungen bereit. Beispielsweise stellt der Netzwerklink 320 eine Verbindung über das Lokalnetzwerk 322 zu einem Host-Computer 324 oder zu einem Cloud-Datenzentrum oder -Gerät bereit, der/das durch einen Internetdienstanbieter (ISP) 326 betrieben wird. Der ISP 326 stellt im Gegenzug Datenkommunikationsdienste über das weltweite Paketdatenkommunikationsnetzwerk bereit, heutzutage gewöhnlich bezeichnet als das „Internet“ 328. Sowohl das Lokalnetzwerk 322 als auch das Internet 328 verwenden elektrische, elektromagnetische oder optische Signale, die digitale Datenströme führen. Die Signale über die verschiedenen Netzwerke und die Signale auf dem Netzwerklink 320 und über die Kommunikationsschnittstelle 318, die die digitalen Daten zu und von dem Computersystem 300 führen, sind beispielhafte Formen von Übertragungsmedien. In einer Ausführungsform enthält das Netzwerk 320 die Cloud 202 oder einen Teil der oben beschriebenen Cloud 202.
Das Computersystem 300 sendet Nachrichten und empfängt Daten, einschließlich Programmcode, über das (die) Netzwerk(e), den Netzwerklink 320 und die Kommunikationsschnittstelle 318. In einer Ausführungsform empfängt das Computersystem 300 Code zur Verarbeitung. Der empfangene Code wird durch den Prozessor 304 wie empfangen ausgeführt und/oder in der Speicherungsvorrichtung 310 oder einer anderen nichtflüchtigen Speicherung zur späteren Ausführung gespeichert.
Architektur eines autonomen Fahrzeugs
4 zeigt eine beispielhafte Architektur 400 für ein autonomes Fahrzeug (z. B. das in 1 gezeigte AV 100). Die Architektur 400 beinhaltet ein Wahrnehmungsmodul 402 (manchmal als eine Wahrnehmungsschaltung bezeichnet), ein Planungsmodul 404 (manchmal als eine Planungsschaltung bezeichnet), ein Steuermodul 406 (manchmal als eine Steuerschaltung bezeichnet), ein Lokalisierungsmodul 408 (manchmal als eine Lokalisierungsschaltung bezeichnet) und ein Datenbankmodul 410 (manchmal als eine Datenbankschaltung bezeichnet). Jedes Modul spielt beim Betrieb des AV 100 eine Rolle. Zusammen können die Module 402, 404, 406, 408 und 410 Teil des in 1 gezeigten AV-Systems 120 sein. In manchen Ausführungsformen sind beliebige der Module 402, 404, 406, 408 und 410 eine Kombination von Computersoftware (z. B. ausführbarer Code, der auf einem computerlesbaren Medium gespeichert ist) und Computerhardware (z. B. ein/e oder mehrere Mikroprozessoren, Mikrocontroller, anwendungsspezifische integrierte Schaltungen [ASICs], Hardwarespeichervorrichtungen, andere Arten von integrierten Schaltungen, andere Arten von Computerhardware oder eine Kombination beliebiger oder aller dieser Dinge). Jedes der Module 402, 404, 406, 408 und 410 wird manchmal als eine Verarbeitungsschaltung (z. B. Computerhardware, Computersoftware oder eine Kombination beider) bezeichnet. Eine Kombination beliebiger oder aller der Module 402, 404, 406, 408 und 410 ist auch ein Beispiel für eine Verarbeitungsschaltung.
Im Gebrauch empfängt das Planungsmodul 404 Daten, die einen Bestimmungsort 412 repräsentieren, und bestimmt Daten, die eine Trajektorie 414 (manchmal als eine Route bezeichnet) repräsentieren, auf der das AV 100 fahren kann, um den Bestimmungsort 412 zu erreichen (z. B. dort anzukommen). Damit das Planungsmodul 404 die die Trajektorie 414 repräsentierenden Daten bestimmt, empfängt das Planungsmodul 404 Daten vom Wahrnehmungsmodul 402, vom Lokalisierungsmodul 408 und vom Datenbankmodul 410.
Das Wahrnehmungsmodul 402 identifiziert nahegelegene physische Objekte unter Verwendung eines oder mehrerer Sensoren 121, z. B. wie auch in 1 gezeigt. Die Objekte werden klassifiziert (z. B. in Typen wie etwa Fußgänger, Fahrrad, Kraftfahrzeug, Verkehrsschild usw. gruppiert) und dem Planungsmodul 404 wird eine Szenenbeschreibung einschließlich der klassifizierten Objekte 416 bereitgestellt.
Das Planungsmodul 404 empfängt auch Daten, die die AV-Position 418 repräsentieren, vom Lokalisierungsmodul 408. Das Lokalisierungsmodul 408 bestimmt die AV-Position unter Verwendung von Daten von den Sensoren 121 und Daten vom Datenbankmodul 410 (z. B. geografische Daten), um eine Position zu berechnen. Beispielsweise verwendet das Lokalisierungsmodul 408 Daten von einem GNSS(globales Satellitennavigationssystem)-Sensor und geografische Daten, um einen Längengrad und Breitengrad des AV zu berechnen. In einer Ausführungsform beinhalten die durch das Lokalisierungsmodul 408 verwendeten Daten hochpräzise Karten der geometrischen Eigenschaften der Verkehrsstraße, Karten, die Straßennetzkonnektivitätseigenschaften beschreiben, Karten, die physische Eigenschaften der Verkehrsstraße beschreiben (wie etwa Verkehrsgeschwindigkeit, Verkehrsvolumen, die Anzahl von Fahrzeug- und Fahrrad-Verkehrsfahrbahnen, Fahrbahnbreite, Fahrbahnverkehrsrichtung oder Fahrbahnmarkierungsarten und -orte oder Kombinationen davon), und Karten, die die räumlichen Orte von Straßenmerkmalen beschreiben, wie etwa Fußgängerüberwege, Verkehrsschilder oder andere Verkehrssignale verschiedener Arten. In einer Ausführungsform werden die hochpräzisen Karten erstellt, indem zu Karten mit niedriger Präzision durch automatische oder manuelle Annotation Daten hinzugefügt werden.
Das Steuermodul 406 empfängt die die Trajektorie 414 repräsentierenden Daten und die die AV-Position 418 repräsentierenden Daten und betreibt die Steuerfunktionen 420a-c (z. B. Lenkung, Gasgeben, Bremsen, Zündung) des AV auf eine Weise, die bewirken wird, dass das AV 100 entlang der Trajektorie 414 zu dem Bestimmungsort 412 fährt. Falls beispielsweise die Trajektorie 414 eine Linksabbiegung beinhaltet, wird das Steuermodul 406 die Steuerfunktionen 420a-c auf eine Weise betreiben, dass der Lenkwinkel der Lenkfunktion bewirken wird, dass das AV 100 nach links abbiegt, und das Gasgeben und Bremsen bewirken werden, dass das AV 100 anhält und darauf wartet, dass Fußgänger und Fahrzeuge passieren, bevor das Abbiegen vorgenommen wird.
Eingaben in das autonome Fahrzeug
5 zeigt ein Beispiel für Eingaben 502a-d (z. B. die in 1 gezeigten Sensoren 121) und Ausgaben 504a-d (z. B. Sensordaten), die durch das Wahrnehmungsmodul 402 (4) verwendet werden. Eine Eingabe 502a ist ein LiDAR(Lichtdetektion und -entfernungsmessung)-System (z. B. das in 1 gezeigte LiDAR 123). LiDAR ist eine Technologie, die Licht (z. B. Impulse von Licht wie etwa Infrarotlicht) verwendet, um Daten über physische Objekte in ihrer Sichtlinie zu erhalten. Ein LiDAR-System erzeugt LiDAR-Daten als die Ausgabe 504a. Beispielsweise sind LiDAR-Daten Sammlungen von 3D- oder 2D-Punkten (auch als Punktwolken bekannt), die zum Erstellen einer Repräsentation der Umgebung 190 verwendet werden.
Eine andere Eingabe 502b ist ein RADAR-System. RADAR ist eine Technologie, die Funkwellen verwendet, um Daten über nahegelegene physische Objekte zu erhalten. RADARs können Daten über Objekte erhalten, die sich nicht innerhalb der Sichtlinie eines LiDAR-Systems befinden. Ein RADAR-System 502b erzeugt RADAR-Daten als die Ausgabe 504b. Beispielsweise sind RADAR-Daten ein oder mehrere elektromagnetische Hochfrequenz-Signale, die zum Erstellen einer Repräsentation der Umgebung 190 verwendet werden.
Eine andere Eingabe 502c ist ein Kamerasystem. Ein Kamerasystem verwendet eine oder mehrere Kameras (z. B. Digitalkameras, die einen Lichtsensor wie etwa eine CCD [Charge-Coupled Device] verwenden), um Informationen über nahegelegene physische Objekte zu erhalten. Ein Kamerasystem erzeugt Kameradaten als die Ausgabe 504c. Kameradaten nehmen häufig die Form von Bilddaten an (z. B. Daten in einem Bilddatenformat wie etwa RAW, JPEG, PNG usw.). In manchen Beispielen weist das Kamerasystem mehrere unabhängige Kameras auf, z. B. für Stereopsis (Stereovision), was dem Kamerasystem ermöglicht, Tiefe wahrzunehmen. Obwohl die durch das Kamerasystem wahrgenommenen Objekte hier als „nahegelegen“ beschrieben sind, ist dies relativ zu dem AV. Im Gebrauch kann das Kamerasystem dazu ausgelegt sein, Objekte zu „sehen“, die sich entfernt, z. B. bis zu einem Kilometer oder mehr, vor dem AV befinden. Dementsprechend kann das Kamerasystem Merkmale wie etwa Sensoren und Objektive aufweisen, die zum Wahrnehmen von weit entfernten Objekten optimiert sind.
Eine andere Eingabe 502d ist ein Ampeldetektionssystem (TLD-System; TLD: Traffic Light Detection). Ein TLD-System verwendet eine oder mehrere Kameras, um Informationen über Ampeln, Verkehrsschilder und andere physische Objekte zu erhalten, die visuelle Navigationsinformationen bereitstellen. Ein TLD-System erzeugt TLD-Daten als die Ausgabe 504d. TLD-Daten nehmen häufig die Form von Bilddaten an (z. B. Daten in einem Bilddatenformat wie etwa RAW, JPEG, PNG usw.). Ein TLD-System unterscheidet sich von einem eine Kamera einbeziehenden System darin, dass ein TLD-System eine Kamera mit einem weiten Sichtfeld verwendet (z. B. unter Verwendung eines Weitwinkelobjektivs oder eines Fischaugenobjektivs), um Informationen über so viele physische Objekte, die visuelle Navigationsinformationen bereitstellen, wie möglich zu erhalten, sodass das AV 100 einen Zugang zu allen relevanten Navigationsinformationen aufweist, die durch diese Objekte bereitgestellt werden. Beispielsweise kann der Sichtwinkel des TLD-Systems etwa 120 Grad oder mehr betragen.
In manchen Ausführungsformen werden die Ausgaben 504a-d unter Verwendung einer Sensorfusionstechnik kombiniert. Somit werden entweder die individuellen Ausgaben 504a-d anderen Systemen des AV 100 bereitgestellt (z. B. einem Planungsmodul 404 bereitgestellt, wie in 4 gezeigt), oder die kombinierte Ausgabe kann den anderen Systemen bereitgestellt werden, entweder in der Form einer einzelnen kombinierten Ausgabe oder mehrerer kombinierter Ausgaben des gleichen Typs (z. B. unter Verwendung der gleichen Kombinationstechnik oder Kombinieren der gleichen Ausgaben oder beides) oder unterschiedlicher Typen (z. B. unter Verwendung verschiedener jeweiliger Kombinationstechniken oder Kombinieren verschiedener jeweiliger Ausgaben oder beides). In manchen Ausführungsformen wird eine Frühfusionstechnik verwendet. Eine Frühfusionstechnik ist gekennzeichnet durch das Kombinieren von Ausgaben, bevor ein oder mehrere Datenverarbeitungsschritte an der kombinierten Ausgabe angewendet werden. In manchen Ausführungsformen wird eine Spätfusionstechnik verwendet. Eine Spätfusionstechnik ist gekennzeichnet durch das Kombinieren von Ausgaben, nachdem ein oder mehrere Datenverarbeitungsschritte an den individuellen Ausgaben angewendet werden.
6 zeigt ein Beispiel für ein LiDAR-System 602 (z. B. die in 5 gezeigte Eingabe 502a). Das LiDAR-System 602 emittiert Licht 604a-c von einem Lichtemitter 606 (z. B. einem Laser-Sender). Durch ein LiDAR-System emittiertes Licht liegt typischerweise nicht im sichtbaren Spektrum; beispielsweise wird häufig Infrarotlicht verwendet. Ein Teil des emittierten Lichts 604b trifft auf ein physisches Objekt 608 (z. B. ein Fahrzeug) und wird zurück zu dem LiDAR-System 602 reflektiert. (Von einem LiDAR-System emittiertes Licht dringt typischerweise nicht in physische Objekte, z. B. physische Objekte in fester Form, ein.) Das LiDAR-System 602 weist auch einen oder mehrere Lichtdetektoren 610 auf, die das reflektierte Licht detektieren. In einer Ausführungsform erzeugen ein oder mehrere mit dem LiDAR-System assoziierte Datenverarbeitungssysteme ein Bild 612, das das Sichtfeld 614 des LiDAR-Systems repräsentiert. Das Bild 612 beinhaltet Informationen, die die Abgrenzungen 616 eines physischen Objekts 608 repräsentieren. Auf diese Weise wird das Bild 612 zum Bestimmen der Abgrenzungen 616 eines oder mehrerer physischer Objekte in der Nähe eines AV verwendet.
7 zeigt das LiDAR-System 602 im Betrieb. In dem in dieser Figur gezeigten Szenario empfängt das AV 100 sowohl die Kamerasystemausgabe 504c in der Form eines Bildes 702 als auch die LiDAR-Systemausgabe 504a in der Form von LiDAR-Datenpunkten 704. Im Gebrauch vergleichen die Datenverarbeitungssysteme des AV 100 das Bild 702 mit den Datenpunkten 704. Insbesondere wird ein im Bild 702 identifiziertes physisches Objekt 706 auch unter den Datenpunkten 704 identifiziert. Auf diese Weise nimmt das AV 100 die Abgrenzungen des physischen Objekts basierend auf der Kontur und der Dichte der Datenpunkte 704 wahr.
8 zeigt den Betrieb des LiDAR-Systems 602 mit zusätzlichen Einzelheiten. Wie oben beschrieben, detektiert das AV 100 die Abgrenzungen eines physischen Objekts basierend auf Charakteristiken der durch das LiDAR-System 602 detektierten Datenpunkte. Wie in 8 gezeigt, wird ein flaches Objekt, wie etwa der Boden 802, von einem LiDAR-System 602 emittiertes Licht 804a-d konsistent reflektieren. Anders ausgedrückt, da das LiDAR-System 602 Licht unter Verwendung eines konstanten Abstands emittiert, wird der Boden 802 Licht zurück zu dem LiDAR-System 602 mit dem gleichen konsistenten Abstand reflektieren. Während das AV 100 über den Boden 802 fährt, wird das LiDAR-System 602 fortfahren, durch den nächsten gültigen Bodenpunkt 806 reflektiertes Licht zu detektieren, falls nichts die Straße versperrt. Falls jedoch ein Objekt 808 die Straße versperrt, wird durch das LiDAR-System 602 emittiertes Licht 804e-f von Punkten 810a-b inkonsistent zu der erwarteten konsistenten Weise reflektiert. Aus diesen Informationen kann das AV 100 bestimmen, dass das Objekt 808 vorhanden ist.
Pfadplanung
9 zeigt ein Blockdiagramm 900 der Beziehungen zwischen Eingaben und Ausgaben eines Planungsmoduls 404 (z. B. wie in 4 gezeigt). Im Allgemeinen ist die Ausgabe eines Planungsmoduls 404 eine Route 902 von einem Startpunkt 904 (z. B. Quellstandort oder Anfangsstandort) und einem Endpunkt 906 (z. B. Bestimmungsort oder endgültigen Ort). Die Route 902 wird typischerweise durch ein oder mehrere Segmente definiert. Beispielsweise ist ein Segment eine zu fahrende Distanz über zumindest einen Abschnitt einer Straße, Landstraße, Autobahn, Einfahrt oder eines anderen physischen Bereichs, der sich zur Fahrt eines Kraftfahrzeugs eignet. In manchen Beispielen, falls z. B. das AV 100 ein geländefähiges Fahrzeug ist, wie etwa ein Vierrad(4WD)- oder Allrad(AWD)-Auto, SUV, Pickup-Truck oder dergleichen, beinhaltet die Route 902 „Off-Road“-Segmente, wie etwa unbefestigte Pfade oder offene Felder.
Zusätzlich zu der Route 902 gibt ein Planungsmodul auch Routenplanungsdaten 908 auf Fahrbahnebene aus. Die Routenplanungsdaten 908 auf Fahrbahnebene werden verwendet, um Segmente der Route 902 basierend auf Zuständen des Segments zu einer speziellen Zeit zu durchfahren. Falls die Route 902 eine mehrspurige Autobahn beinhaltet, beinhalten die Routenplanungsdaten 908 auf Fahrbahnebene Trajektorieplanungsdaten 910, die das AV 100 verwendet kann, um eine Fahrbahn unter den mehreren Fahrbahnen zu wählen, z. B. basierend darauf, ob sich einer Ausfahrt genähert wird, ob eine oder mehrere der Fahrbahnen andere Fahrzeuge aufweisen, oder andere Faktoren, die im Verlauf weniger Minuten oder weniger variieren. Gleichermaßen beinhalten die Routenplanungsdaten 908 auf Fahrbahnebene in manchen Implementierungen für ein Segment der Route 902 spezifische Geschwindigkeitsbeschränkungen 912. Falls das Segment beispielsweise Fußgänger oder unerwarteten Verkehr beinhaltet, können die Geschwindigkeitsbeschränkungen 912 das AV 100 auf eine Fahrgeschwindigkeit einschränken, die langsamer als eine voraussichtliche Geschwindigkeit ist, z. B. eine Geschwindigkeit basierend auf Geschwindigkeitsbegrenzungsdaten für das Segment.
In einer Ausführungsform beinhalten die Eingaben in das Planungsmodul 404 Datenbankdaten 914 (z. B. von dem in 4 gezeigten Datenbankmodul 410), aktuelle Standortdaten 916 (z. B. die in 4 gezeigte AV-Position 418), Bestimmungsortdaten 918 (z. B. für den in 4 gezeigten Bestimmungsort 412) und Objektdaten 920 (z. B. die klassifizierten Objekte 416, wie durch das in 4 gezeigte Wahrnehmungsmodul 402 wahrgenommen). In manchen Ausführungsformen beinhalten die Datenbankdaten 914 bei der Planung verwendete Regeln. Regeln werden unter Verwendung einer formellen Sprache spezifiziert, z. B. unter Verwendung von boolescher Logik. In einer beliebigen gegebenen Situation, auf die das AV 100 trifft, werden zumindest manche der Regeln für die Situation gelten. Eine Regel gilt für eine gegebene Situation, falls die Regel Bedingungen aufweist, die basierend auf dem AV 100 zur Verfügung stehenden Informationen erfüllt werden, z. B. Informationen über die umliegende Umgebung. Regeln können eine Priorität aufweisen. Beispielsweise kann eine Regel, die besagt „falls die Straße eine Schnellstraße ist, soll sich zu der am weitesten links gelegenen Spur bewegt werden“, eine niedrigere Priorität aufweisen als „falls sich der Ausfahrt innerhalb einer Meile genähert wird, soll sich zu der am weitesten rechts gelegenen Spur bewegt werden“.
10 zeigt einen gerichteten Graphen 1000, der bei der Pfadplanung z. B. durch das Planungsmodul 404 (4) verwendet wird. Im Allgemeinen wird ein gerichteter Graph 1000, wie der in 10 gezeigte, zum Bestimmen eines Pfads zwischen einem beliebigen Startpunkt 1002 und einem Endpunkt 1004 verwendet. In der realen Welt kann die den Startpunkt 1002 und den Endpunkt 1004 trennende Distanz relativ groß sein (z. B. in zwei unterschiedlichen Großstadtgebieten) oder kann relativ klein sein (z. B. zwei Kreuzungen, die an einen Häuserblock angrenzen, oder zwei Fahrbahnen einer mehrspurigen Straße).
In einer Ausführungsform weist der gerichtete Graph 1000 Knoten 1006a-d auf, die unterschiedliche Orte zwischen dem Startpunkt 1002 und dem Endpunkt 1004 repräsentieren, die durch ein AV 100 belegt sein könnten. In manchen Beispielen, z. B. wenn der Startpunkt 1002 und der Endpunkt 1004 unterschiedliche Großstadtgebiete repräsentieren, repräsentieren die Knoten 1006a-d Segmente von Straßen. In manchen Beispielen, z. B. wenn der Startpunkt 1002 und der Endpunkt 1004 unterschiedliche Orte auf derselben Straße repräsentieren, repräsentieren die Knoten 1006a-d unterschiedliche Positionen auf dieser Straße. Auf diese Weise beinhaltet der gerichtete Graph 1000 Informationen bei unterschiedlichen Granularitätsstufen. In einer Ausführungsform ist der eine hohe Granularität aufweisende gerichtete Graph auch ein Teilgraph eines anderen gerichteten Graphen mit einem größeren Maßstab. Beispielsweise weist ein gerichteter Graph, in dem der Startpunkt 1002 und der Endpunkt 1004 weit voneinander entfernt sind (z. B. mehrere Meilen getrennt), den Großteil seiner Informationen mit niedriger Granularität auf und basiert auf gespeicherten Daten, beinhaltet aber auch einige hochgranulare Informationen für den Abschnitt des Graphen, der physische Orte im Sichtfeld des AV 100 repräsentiert.
Die Knoten 1006a-d unterscheiden sich von den Objekten 1008a-b, die sich nicht mit einem Knoten überlappen können. In einer Ausführungsform, wenn die Granularität niedrig ist, repräsentieren die Objekte 1008a-b Gebiete, die das Kraftfahrzeug nicht durchfahren kann, z. B. Bereiche, die keine Straßen oder Landstraßen aufweisen. Wenn die Granularität hoch ist, repräsentieren die Objekte 1008a-b physische Objekte im Sichtfeld des AV 100, z. B. andere Kraftfahrzeuge, Fußgänger oder andere Entitäten, mit denen das AV 100 keinen physischen Raum teilen kann. In einer Ausführungsform sind manche oder alle der Objekte 1008a-b statische Objekte (z. B. ein Objekt, das seine Position nicht ändert, wie etwa eine Straßenlampe oder ein Strommast) oder dynamische Objekte (z. B. ein Objekt, das in der Lage ist, seine Position zu ändern, wie etwa ein Fußgänger oder ein anderes Auto).
Die Knoten 1006a-d sind durch Kanten 1010a-c verbunden. Falls zwei Knoten 1006ab durch eine Kante 1010a verbunden sind, ist es für das AV 100 möglich, zwischen einem Knoten 1006a und dem anderen Knoten 1006b zu fahren, z. B. ohne zu einem Zwischenknoten fahren zu müssen, bevor es an dem anderen Knoten 1006b ankommt. (Wenn sich auf ein zwischen Knoten fahrendes AV 100 bezogen wird, bedeutet dies, dass das AV 100 zwischen den beiden physischen Positionen fährt, die durch die jeweiligen Knoten repräsentiert werden.) Die Kanten 1010a-c sind häufig bidirektional in dem Sinne, dass ein AV 100 von einem ersten Knoten zu einem zweiten Knoten oder vom zweiten Knoten zum ersten Knoten fährt. In einer Ausführungsform sind die Kanten 1010a-c unidirektional in dem Sinne, dass ein AV 100 von einem ersten Knoten zu einem zweiten Knoten fahren kann, das AV 100 jedoch nicht vom zweiten Knoten zum ersten Knoten fahren kann. Die Kanten 1010a-c sind unidirektional, wenn sie beispielsweise Einbahnstraßen, individuelle Fahrbahnen einer Straße, Landstraße oder Autobahn oder andere Merkmale, auf denen aufgrund rechtlicher oder physischer Beschränkungen nur in einer Richtung gefahren werden kann, repräsentieren.
In einer Ausführungsform verwendet das Planungsmodul 404 den gerichteten Graphen 1000, um einen Pfad 1012 zu identifizieren, der aus Knoten und Kanten zwischen dem Startpunkt 1002 und dem Endpunkt 1004 besteht.
Eine Kante 1010a-c weist assoziierte Kosten 1014a-b auf. Die Kosten 1014a-b sind ein Wert, der die Ressourcen repräsentiert, die verbraucht werden, falls das AV 100 diese Kante wählt. Eine typische Ressource ist Zeit. Falls beispielsweise eine Kante 1010a eine physische Distanz repräsentiert, die zweimal die einer anderen Kante 1010b ist, dann können die assoziierten Kosten 1014a der ersten Kante 1010a zweimal so groß sein wie die assoziierten Kosten 1014b der zweiten Kante 1010b. Andere Faktoren, die die Zeit beeinflussen, beinhalten erwarteter Verkehr, Anzahl von Kreuzungen, Geschwindigkeitsbegrenzung usw. Eine andere typische Ressource ist Kraftstoffeffizienz. Zwei Kanten 1010a-b können die gleiche physische Distanz repräsentieren, aber eine Kante 1010a kann mehr Kraftstoff erfordern als die andere Kante 1010b, z. B. infolge von Straßenbedingungen, erwartetem Wetter usw.
Wenn das Planungsmodul 404 einen Pfad 1012 zwischen dem Startpunkt 1002 und dem Endpunkt 1004 identifiziert, wählt das Planungsmodul 404 typischerweise einen für die Kosten optimierten Pfad, z. B. den Pfad, der die geringsten Gesamtkosten aufweist, wenn die individuellen Kosten der Kanten zusammenaddiert werden.
Steuerung des autonomen Fahrzeugs
11 zeigt ein Blockdiagramm 1100 der Eingaben und Ausgaben eines Steuermoduls 406 (z. B. wie in 4 gezeigt). Ein Steuermodul arbeitet gemäß einer Steuerung 1102, die beispielsweise einen oder mehrere Prozessoren (z. B. einen oder mehrere Computerprozessoren wie etwa Mikroprozessoren oder Mikrocontroller oder beides) ähnlich dem Prozessor 304, Kurzzeit- und/oder Langzeit-Datenspeicherung (z. B. Speicher-Direktzugriffsspeicher oder Flash-Speicher oder beides) ähnlich dem Hauptspeicher 306, dem ROM 1308 und der Speicherungsvorrichtung 210 und im Speicher gespeicherte Anweisungen, die Operationen der Steuerung 1102 ausführen, wenn die Anweisungen (z. B. durch den einen oder die mehreren Prozessoren) ausgeführt werden, beinhaltet.
In einer Ausführungsform empfängt die Steuerung 1102 Daten, die eine gewünschte Ausgabe 1104 repräsentieren. Die gewünschte Ausgabe 1104 beinhaltet typischerweise eine Bahngeschwindigkeit, z. B. eine Geschwindigkeit und einen Kurs. Die gewünschte Ausgabe 1104 kann beispielsweise auf Daten basieren, die von einem Planungsmodul (z. B. wie in 4 gezeigt) empfangen werden. Gemäß der gewünschten Ausgabe 1104 erzeugt die Steuerung 1102 Daten, die als eine Gaspedaleingabe 1106 und eine Lenkeingabe 1108 verwendbar sind. Die Gaspedaleingabe 1106 repräsentiert den Betrag, mit dem das Gaspedal (z. B. Beschleunigungssteuerung) eines AV 100 zu betätigen ist, z. B. durch Einwirken auf das Lenkpedal oder Einwirken auf eine andere Gaspedalsteuerung, um die gewünschte Ausgabe 1104 zu erreichen. In manchen Beispielen beinhaltet die Gaspedaleingabe 1106 auch Daten, die zum Betätigen der Bremse (z. B. Verlangsamungssteuerung) des AV 100 verwendbar sind. Die Lenkeingabe 1108 repräsentiert einen Lenkwinkel, z. B. den Winkel, mit dem die Lenksteuerung (z. B. Lenkrad, Lenkwinkelaktor oder eine andere Funktionalität zum Steuern des Lenkwinkels) des AV positioniert werden sollte, um die gewünschte Ausgabe 1104 zu erreichen.
In einer Ausführungsform empfängt die Steuerung 1102 eine Rückmeldung, die zum Anpassen der Eingaben verwendet wird, die dem Gaspedal und der Lenkung bereitgestellt werden. Falls das AV 100 beispielsweise auf eine Beeinträchtigung 1110 trifft, wie etwa einen Hügel, wird die gemessene Geschwindigkeit 1112 des AV 100 unter die gewünschte Ausgabegeschwindigkeit gesenkt. In einer Ausführungsform wird eine jegliche gemessene Ausgabe 1114 der Steuerung 1102 bereitgestellt, sodass die notwendigen Anpassungen durchgeführt werden, z. B. basierend auf dem Unterschied 1113 zwischen der gemessenen Geschwindigkeit und der gewünschten Ausgabe. Die gemessene Ausgabe 1114 beinhaltet eine gemessene Position 1116, eine gemessene Bahngeschwindigkeit 1118 (einschließlich Geschwindigkeit und Kurs), eine gemessene Beschleunigung 1120 und andere Ausgaben, die durch Sensoren des AV 100 messbar sind.
In einer Ausführungsform werden Informationen über die Beeinträchtigung 1110 im Voraus detektiert, z. B. durch einen Sensor wie etwa eine Kamera oder einen LiDAR-Sensor, und einem prädiktiven Rückmeldemodul 1122 bereitgestellt. Das prädiktive Rückmeldemodul 1122 stellt dann der Steuerung 1102 Informationen bereit, die die Steuerung 1102 verwenden kann, um eine entsprechende Anpassung vorzunehmen. Falls die Sensoren des AV 100 beispielsweise einen Hügel detektieren („sehen“), können diese Informationen durch die Steuerung 1102 verwendet werden, um sich darauf vorzubereiten, das Gaspedal zu der geeigneten Zeit zu betätigen, um eine erhebliche Verlangsamung zu vermeiden.
12 zeigt ein Blockdiagramm 1200 der Eingaben, Ausgaben und Komponenten der Steuerung 1102. Die Steuerung 1102 weist einen Geschwindigkeitsprofilersteller 1202 auf, der den Betrieb einer Gaspedal-/Bremssteuerung 1204 beeinflusst. Beispielsweise weist der Geschwindigkeitsprofilersteller 1202 die Gaspedal-/Bremssteuerung 1204 an, Beschleunigung zu bewirken oder Verlangsamung zu bewirken, unter Verwendung des Gaspedals/der Bremse 1206, in Abhängigkeit von z. B. der Rückmeldung, die durch die Steuerung 1102 empfangen und durch den Geschwindigkeitsprofilersteller 1202 verarbeitet wird.
Die Steuerung 1102 weist auch eine Lateralverfolgungssteuerung 1208 auf, die den Betrieb einer Lenksteuerung 1210 beeinflusst. Beispielsweise weist die Lateralverfolgungssteuerung 1208 die Lenksteuerung 1210 an, die Position des Lenkwinkelaktors 1212 in Abhängigkeit von z. B. einer Rückmeldung, die durch die Steuerung 1102 empfangen und durch die Lateralverfolgungssteuerung 1208 verarbeitet wird, anzupassen.
Die Steuerung 1102 empfängt mehrere Eingaben, die zum Bestimmen verwendet werden, wie das Gaspedal/die Bremse 1206 und der Lenkwinkelaktor 1212 zu steuern sind. Ein Planungsmodul 404 stellt Informationen bereit, die durch die Steuerung 1102 verwendet werden, um z. B. einen Kurs zu wählen, wenn das AV 100 den Betrieb beginnt, und um zu bestimmen, welches Straßensegment zu durchfahren ist, wenn das AV 100 eine Kreuzung erreicht. Ein Lokalisierungsmodul 408 stellt der Steuerung 1102 Informationen bereit, die den aktuellen Standort des AV 100 beschreiben, sodass die Steuerung 1102 beispielsweise basierend auf der Weise, mit der das Gaspedal/die Bremse 1206 und der Lenkwinkelaktor 1212 gesteuert werden, bestimmen kann, ob sich das AV 100 an einem erwarteten Standort befindet. In einer Ausführungsform empfängt die Steuerung 1102 Informationen von anderen Eingaben 1214, z. B. Informationen, die von Datenbanken, Computernetzwerken usw. empfangen werden.
Lenkwinkelsteuerung unter Verwendung eines Vorwärtskopplungssignals
13 zeigt ein schematisches Diagramm einer mit einem Lenkrad 1310 eines Fahrzeugs verbundenen Steuerung 1102. Die Steuerung 1102 kann mit dem EPS-System des Fahrzeugs verbunden oder eine Komponente von diesem sein. Ein durch die Steuerung 1102 angelegtes Lenkungssteuersignal kann über das Lenkgetriebe 1302, die Zwischenwelle 1304, die Lenksäule 1306 und die Lenksäulenbaugruppe 1308 zu dem Lenkrad 1310 übertragen werden. Als Reaktion darauf kann das Lenkrad 1308 um einen Lenkwinkel gedreht werden, der einer Stärke des Lenkungssteuersignals entspricht. In einer Ausführungsform beinhaltet das Fahrzeug kein Lenkrad 1308.
14 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Prozesses 1400 zum Anlegen eines Kompensationsdrehmoments an die Lenksäule. Gewisse Aspekte des Prozesses 1400 können durch das Planungsmodul 404, die Steuerung 1102 oder Kombinationen von diesen implementiert werden. Bei 1402 wird ein Basisdrehmomentsignal zu der Steuerung übertragen. Beispielsweise überträgt das Planungsmodul 404 ein Basisdrehmomentsignal zu der Steuerung 1102. Das Basisdrehmomentsignal repräsentiert ein Basisdrehmoment, das die Steuerung 1102 an die Lenksäule des Fahrzeugs anlegen muss, um den Betrieb des Fahrzeugs auf eine durch das Planungsmodul 404 bestimmte Weise zu steuern. In manchen Ausführungsformen bestimmt das Planungsmodul 404 basierend auf einer Trajektorie des Fahrzeugs einen Lenkwinkel, um den das Lenkrad gedreht werden muss, damit die Trajektorie fortgesetzt wird. Das Planungsmodul 404 bestimmt ein an die Lenksäule anzulegendes Basisdrehmoment, um das Lenkrad zu dem bestimmten Lenkwinkel zu drehen. Das Planungsmodul 404 bestimmt ein Basisdrehmomentsignal, das das Basisdrehmoment repräsentiert. Das Planungsmodul 404 erzeugt und überträgt das Basisdrehmomentsignal zu der Steuerung 1102 mit einer Anweisung, das Basisdrehmomentsignal zu der Lenksäule zu übertragen. Alternativ überträgt das Planungsmodul 404 die Anweisung zu der Steuerung 1102, die dann das Basisdrehmomentsignal erzeugt und zu der Lenksäule überträgt.
In manchen Implementierungen können die Drehmomentsignale Spannungssignale sein. 15 ist ein Beispiel für Spannungssignale, die an das EPS-System angelegt werden können. Beispielsweise kann die Steuerung 1102 einen Digital-Analog-Wandler (DAC) 1502 beinhalten. Der DAC 1502 kann Spannungssignale in einem Bereich von Spannungen ausgeben, beispielsweise 0,0 V bis 1,0 V. Das EPS-System des Fahrzeugs kann eine Spannung (V_EPS) in einem Bereich ausgeben, der sich von dem Bereich der durch den DAC 1502 ausgegebenen Spannungen unterscheidet (zum Beispiel höher ist). Beispielsweise kann das EPS-System Spannungen in dem Bereich von 2,0 V bis 3,0 V akzeptieren, was die Spannung ist, die der Lenksäulendrehmomentsensor ausgibt. Die Spannung vom DAC 1502 kann um eine Spannung (Vint) von 2 V augmentiert werden (das heißt, die Differenz zwischen der Spannung des DAC 1502 und der für das EPS-System akzeptablen Spannung), um die Spannung (Vt) zu erlangen, die dem Drehmomentsignal entspricht. In manchen Ausführungsformen wird ein Mittelungsmechanismus implementiert, um die Spannung vom DAC 1502 zu augmentieren, beispielsweise ein -2,5-V-Spannungsmittelungsmechanismus.
Idealerweise wird das an die Lenksäule angelegte Basisdrehmoment das Lenkrad um den durch das Planungsmodul 404 bestimmten erwarteten Lenkwinkel drehen. Bei gewissen Fahrzeugzuständen (zum Beispiel Fahrzeuggeschwindigkeit, Fahrzeuglast, Fahrbedingungen oder ähnliche Fahrzeugbedingungen) weicht ein tatsächlicher Lenkwinkel, um den das Lenkrad gedreht wird, jedoch von dem erwarteten Lenkwinkel ab. Eine solche Abweichung kann zum Beispiel bei Geschwindigkeiten im Bereich von 7 m/s bis 11 m/s beobachtet werden. In manchen Ausführungsformen kann die Steuerung 1102 eine Steuerschleife implementieren, beispielsweise eine Proportional-Integral-Differential(PID)-Steuerschleife, um das Drehmomentsignal basierend auf dem tatsächlichen Lenkwinkel zu modifizieren.
In manchen Ausführungsformen bestimmt das Planungsmodul 404 basierend beispielsweise auf Fahrzeugzuständen, dass ein an die Lenksäule angelegtes Basisdrehmoment zu einem tatsächlichen Lenkwinkel führen wird, der von einem für dieses Basisdrehmoment bestimmten erwarteten Lenkwinkel abweicht. Dementsprechend kompensiert das Planungsmodul 404 die Abweichung, indem es ein Kompensationsdrehmoment als ein Vorwärtskopplungssignal an die Steuerschleife anlegt, wie nachstehend beschrieben.
16 ist ein schematisches Diagramm einer Steuerschleife mit einer Vorwärtskopplungsfunktion. Die Steuerschleife kann durch die Steuerung 1102 oder das Planungsmodul 404 implementiert werden. Die Steuerschleife ist mit dem EPS-System 1602 verbunden, das ein Eingangsdrehmomentsignal in ein an die Lenksäule anzulegendes Ausgangsdrehmoment umwandelt. Das Spannungsmodul 1606 beinhaltet den DAC 1502 und die mit Bezug auf 15 beschriebenen Spannungsaugmentierungsmechanismen. Das Vorwärtskopplungsfunktionsmodul 1608 legt ein Vorwärtskopplungssignal an, wie nachstehend beschrieben. Das Regulierungsmodul 1604 repräsentiert den reaktiven Term der PID-Steuerschleife, der basierend auf dem tatsächlichen Lenkwinkel modifiziert wird. Das Regulierungsmodul 1604 reguliert den Fehler, das heißt die Abweichung zwischen dem tatsächlichen Lenkwinkel und dem erwarteten Lenkwinkel, auf null.
Die „Referenztrajektorie“ repräsentiert ein Signal von dem Planungsmodul 404, gemäß dem die Steuerung 1102 das Lenkrad steuert. Basierend auf der „Referenztrajektorie“ erzeugt das Spannungsmodul 1606 eine ein Drehmomentsignal repräsentierende Spannung und überträgt das Drehmomentsignal zu dem EPS-System 1602. Das EPS-System 1602 legt das Drehmoment an. Der tatsächliche Lenkwinkel des Lenkrades wird der Steuerung 1102 oder dem Planungsmodul 404 durch das EPS-System 1602 als eine Rückkopplung bereitgestellt. Basierend auf der Rückkopplung kann das Planungsmodul 404 oder die Steuerung 1102 das Spannungsmodul 1606 dahingehend betreiben, die Spannung so anzupassen (zum Beispiel die Spannung zu erhöhen oder zu verringern), dass der tatsächliche Lenkwinkel mit dem erwarteten Lenkwinkel übereinstimmt.
In manchen Ausführungsformen kann das Planungsmodul 404 oder die Steuerung 1102 das Vorwärtskopplungsfunktionsmodul 1608 dahingehend betreiben, ein Vorwärtskopplungssignal an das Spannungsmodul 1606 selbst ohne die Rückkopplung vom EPS-System 1602 anzulegen. Erneut mit Bezug auf 14 wird bei 1404 ein an die Lenksäule anzulegendes Kompensationsdrehmoment bestimmt. Bei 1406 wird ein das Kompensationsdrehmoment repräsentierendes Kompensationsdrehmomentsignal (zum Beispiel ein Spannungssignal) als ein Vorwärtskopplungssignal angelegt. Durch das Planungsmodul 404 implementierte experimentelle Techniken zum Bestimmen des Kompensationsdrehmomentsignals sind später beschrieben. Bei 1408 wird das Basisdrehmomentsignal gemäß dem Kompensationsdrehmomentsignal modifiziert. Beispielsweise wird das durch das Spannungsmodul 1606 ausgegebene Basisdrehmomentsignal durch das Kompensationsdrehmomentsignal augmentiert. Das heißt, ein Betrag des Basisdrehmomentsignals wird um einen Betrag des Kompensationsdrehmomentsignals erhöht oder verringert. Bei 1410 wird das modifizierte Drehmomentsignal an die Lenksäule angelegt. Beispielsweise überträgt das Spannungsmodul 1606 das modifizierte Drehmomentsignal zu dem EPS-System 402, das das augmentierte Drehmomentsignal an die Lenksäule anlegt, was dazu führt, dass das Lenkrad zu dem erwarteten Lenkwinkel gedreht wird. Bei 1412 wird das Fahrzeug basierend auf dem modifizierten Lenkwinkel betrieben. Das Planungsmodul 404 oder die Steuerung 1102 (oder beide) kann (können) die vorstehenden Schritte des Prozesses 1400 für die Dauer des Betriebs des Fahrzeugs implementieren.
Um ein Kompensationsdrehmoment an ein Basisdrehmoment als ein Vorwärtskopplungssignal anzulegen, erzeugt und speichert das Planungsmodul 404 oder die Steuerung 1102 im Voraus mehrere Kompensationsdrehmomentsignale, die jeweils ein Kompensationsdrehmoment repräsentieren, das basierend auf Fahrzeugzuständen anzulegen ist. Die Fahrzeugzustände können zum Beispiel unterschiedliche Geschwindigkeiten des Fahrzeugs, Wetterbedingungen, in denen das Fahrzeug betrieben wird, Bedingungen der Straßen, auf denen das Fahrzeug betrieben wird, Lasten am Fahrzeug oder Kombination von diesen beinhalten. Lasten am Fahrzeug können Passagierprofile beinhalten, das heißt Beschreibungen von Passagieren, die bekanntermaßen das Fahrzeug fahren.
Bei 1414 werden die mehreren Kompensationsdrehmomentsignale erzeugt. Dafür können in manchen Ausführungsformen die folgenden Prozessschritte implementiert werden. In manchen Ausführungsformen kann das Planungsmodul 404 jedem Fahrzeugzustand einen quantitativen Wert zuweisen und das Fahrzeug bei diesem Fahrzeugzustand betreiben. Das Planungsmodul 404 kann ein Kompensationsdrehmomentsignal für jeden Fahrzeugzustand bestimmen. Bei 1416 wird ein erwarteter Lenkwinkel für ein jeweiliges Drehmomentsignal bestimmt. Beispielsweise kann das Planungsmodul 404 einen erwarteten Lenkwinkel für das Basisdrehmomentsignal bestimmen. In manchen Ausführungsformen bestimmt das Planungsmodul 404 den erwarteten Lenkwinkel durch Kurvenanpassung einer Polynomoberfläche zweiter Ordnung, die Fahrzeugzustände (zum Beispiel Geschwindigkeit) und Lenkwinkel mit einem Vorwärtskopplungsdrehmoment in Beziehung setzt. 17 ist eine grafische Darstellung 1700, die Fahrzeugzustände und Lenkwinkel mit Vorwärtskopplungsdrehmoment in Beziehung setzt. In manchen Ausführungsformen bestimmt das Planungsmodul 404 den erwarteten Lenkwinkel durch Messen des Lenkwinkels des Lenkrades bei konstanter Geschwindigkeit.
Bei 1418 kann das Drehmomentsignal an die Lenksäule angelegt werden. Beispielsweise kann das Planungsmodul 404 ein Basisdrehmomentsignal an die Steuerung 1102 anlegen, wie zuvor beschrieben. Bei 1420 kann das Fahrzeug bei vorbestimmten Fahrzeugzuständen betrieben werden. Beispielsweise kann das Planungsmodul 404 das Fahrzeug bei jedem Fahrzeugzustand betreiben, wie zuvor beschrieben. Bei 1422 wird ein tatsächlicher Lenkwinkel gemessen. Beispielsweise kann das EPS-System 1602 einen tatsächlichen Lenkwinkel messen, um den das Lenkrad als Reaktion auf das vom Planungsmodul 404 empfangene Basisdrehmomentsignal gedreht wurde. Bei 1424 wird ein zum Modifizieren des tatsächlichen Lenkwinkels erforderliches Kompensationsdrehmomentsignal bestimmt. Beispielsweise kann das Planungsmodul 404 ein an das Basisdrehmomentsignal anzuwendendes Kompensationsdrehmomentsignal bestimmen, um eine Abweichung zwischen dem erwarteten Lenkwinkel und dem tatsächlichen Lenkwinkel zu eliminieren. Bei 1426 können das Kompensationsdrehmomentsignal, der tatsächliche Lenkwinkel und die vorbestimmten Fahrzeugzustände gespeichert werden. Beispielsweise kann das Planungsmodul 404 einen Datensatz erzeugen, der das Kompensationsdrehmomentsignal, das Basisdrehmomentsignal und den dem Fahrzeugzustand zugewiesenen quantitativen Wert beinhaltet.
Das Planungsmodul 404 kann die Prozessschritte 1416-1426 mehrere Male bei verschiedenen Fahrzeugzuständen implementieren und mehrere Datensätze erzeugen. Ein Datensatz kann einen Fahrzeugzustand (zum Beispiel eine Fahrzeuggeschwindigkeit) oder mehrere Fahrzeugzustände (zum Beispiel Fahrzeuggeschwindigkeiten an einem regnerischen Tag, Fahrzeuggeschwindigkeiten auf unbefestigten Straßen usw.) beinhalten. Auf diese Weise kann das Planungsmodul 404 experimentelle Techniken implementieren, um als Vorwärtskopplungssignale anzulegende Kompensationsdrehmomentsignale zu erzeugen und zu speichern. Während des Fahrzeugbetriebs kann das Planungsmodul 404 Fahrzeugbetriebszustände detektieren und aus den gespeicherten Datensätzen den Datensatz identifizieren, der im Wesentlichen mit den Fahrzeugbetriebszuständen übereinstimmt. Aus dem Datensatz kann das Planungsmodul 404 das Kompensationsdrehmomentsignal identifizieren und das Kompensationsdrehmomentsignal als das Vorwärtskopplungssignal übertragen. In manchen Ausführungsformen kann das Planungsmodul 404 das Kompensationsdrehmomentsignal in Echtzeit anlegen. Echtzeit bedeutet, dass eine Zeit zwischen der Bestimmung des Planungsmoduls 404, das Vorwärtskopplungssignal anzulegen, und dem Identifizieren und Übertragen des Vorwärtskopplungssignals vernachlässigbar sein kann (beispielsweise in der Größenordnung von Nanosekunden, Mikrosekunden oder Millisekunden).
Beispielsweise kann das Planungsmodul 404 das Kompensationsdrehmomentsignal basierend auf Wetterbedingungen, in denen das Fahrzeug betrieben wird, anlegen. Die Wetterbedingung kann zum Beispiel Regen, Schnee, starken Wind, andere Wetterbedingungen oder Kombinationen von diesen beinhalten. Das Planungsmodul 404 kann die Wetterbedingungen basierend auf Informationen, die durch an dem AV 100 montierten Sensoren erfasst werden, basierend auf dem geografischen Standort und der Zeit, in dem bzw. zu der das AV 100 fährt, von einem entfernten Standort oder Kombinationen von diesen bestimmen. Während sich die Bahngeschwindigkeit des AV 100 erhöht, wenn das AV 100 unter solchen extremen Wetterbedingungen gefahren wird, kann die Abweichung zwischen einem geschätzten Lenkwinkel und einem tatsächlichen Lenkwinkel größer sein als in einer Situation, in der das AV 100 unter normalen Wetterbedingungen gefahren wird. In manchen Ausführungsformen kann das Planungsmodul 404 eine Änderung der Wetterbedingung bestimmen und als Reaktion darauf (beispielsweise in Echtzeit) das Vorwärtskopplung-Kompensationsdrehmomentsignal anlegen, um die Abweichung zwischen dem geschätzten Lenkwinkel und dem tatsächlichen Lenkwinkel zu verringern oder zu eliminieren.
In einem anderen Beispiel kann das Planungsmodul 404 das Kompensationsdrehmomentsignal basierend auf Straßenbedingungen, unter denen das Fahrzeug gefahren wird, anlegen. Die Straßenbedingung kann zum Beispiel nasse Straßen, glatte Straßen, schmutzige Straßen, beschädigte Straßen oder andere Straßenbedingungen beinhalten. Das Planungsmodul 404 kann die Straßenbedingungen basierend auf Informationen, die durch an dem AV 100 montierten Sensoren erfasst werden, basierend auf dem geografischen Standort, in dem das AV 100 fährt, von einem entfernten Standort oder Kombinationen von diesen bestimmen. Während sich die Bahngeschwindigkeit des AV 100 erhöht, wenn das AV 100 unter solchen extremen Straßenbedingungen gefahren wird, kann die Abweichung zwischen einem geschätzten Lenkwinkel und einem tatsächlichen Lenkwinkel größer sein als in einer Situation, in der das AV 100 unter normalen Straßenbedingungen gefahren wird. In manchen Ausführungsformen kann das Planungsmodul 404 eine Änderung der Straßenbedingung bestimmen und als Reaktion darauf (beispielsweise in Echtzeit) das Vorwärtskopplung-Kompensationsdrehmomentsignal anlegen, um die Abweichung zwischen dem geschätzten Lenkwinkel und dem tatsächlichen Lenkwinkel zu verringern oder zu eliminieren.
In einem weiteren Beispiel kann das Planungsmodul 404 das Kompensationsdrehmomentsignal basierend auf einer Last am Fahrzeug anlegen. Die Last kann größer als eine normale Last sein, zum Beispiel aufgrund erhöhter Belegung oder eines schweren Gegenstands, der im Fahrzeug transportiert wird. Das Planungsmodul 404 kann die Last basierend auf Informationen, die durch an dem AV 100 montierten Sensoren erfasst werden, von einem entfernten Standort oder Kombinationen von diesen bestimmen. Während sich die Bahngeschwindigkeit des AV 100 erhöht, wenn das AV 100 unter hoher Last gefahren wird, kann die Abweichung zwischen einem geschätzten Lenkwinkel und einem tatsächlichen Lenkwinkel größer sein als in einer Situation, in der das AV 100 unter normaler Last gefahren wird. In manchen Ausführungsformen kann das Planungsmodul 404 eine Änderung der Last bestimmen und als Reaktion darauf (beispielsweise in Echtzeit) das Vorwärtskopplung-Kompensationsdrehmomentsignal anlegen, um die Abweichung zwischen dem geschätzten Lenkwinkel und dem tatsächlichen Lenkwinkel zu verringern oder zu eliminieren.
In einem anderen Beispiel kann das Planungsmodul 404 das Kompensationsdrehmomentsignal basierend auf einem Passagierprofil eines oder mehrerer Passagiere des AV 100 anlegen. Das Planungsmodul 404 kann generische Fahrpräferenzen speichern, die bei einem beliebigen Passagier des AV 100 anwendbar sind. Die generischen Fahrpräferenzen können die Fahrpräferenzen eines Passagiers spezifizieren, wie etwa unter anderem das Auswählen der kürzesten Route zu dem Bestimmungsort, das Vermeiden von Autobahnen oder Mautgebühren. Basierend auf den generischen Fahrpräferenzen kann das Planungsmodul 404 einen Satz von anzuwendenden Fahrzeugfahrbedingungen bestimmen, die die generischen Fahrpräferenzen erfüllen. Außerdem kann das Planungsmodul 404 ein an die Lenksäule anzulegendes Kompensationsdrehmomentsignal für den Satz von Fahrzeugfahrbedingungen bestimmen. Im Laufe der Zeit kann das Planungsmodul 404 die generischen Fahrpräferenzen basierend auf jedem das AV 100 verwendenden Passagier modifizieren. Anschließend kann das Planungsmodul 404 den in das Fahrzeug eingestiegenen Passagier identifizieren, das Passagierprofil für diesen Passagier identifizieren und das an die Lenksäule anzulegende Kompensationsdrehmomentsignal für einen Satz von Fahrzeugfahrbedingungen bestimmen, die die Fahrpräferenzen dieses Passagiers erfüllen. Das Planungsmodul 404 kann das bestimmte Kompensationsdrehmomentsignal in Echtzeit anlegen.
In einer Ausführungsform kann ein Betrag des an die Lenksäule anzulegenden Kompensationsdrehmomentsignals unter Verwendung trainierter Modelle für das AV 100 bestimmt werden. Die trainierten Modelle können durch Anwenden maschineller Lerntechniken an historischen Durchfahrtsdaten erzeugt werden, basierend auf denen vorherige Kompensationsdrehmomentsignale erzeugt und angelegt wurden. Das trainierte Modell kann auch Tageszeit, Verkehrsbedingungen, Fußgängerdichte basierend auf audiovisuellen oder anderen Daten, und Wetter unter anderen Faktoren berücksichtigen. Beispielsweise können die Fahrzeugfahrbedingungen und die für die Fahrzeugfahrbedingungen angelegten Kompensationsdrehmomentsignale erzeugt und gespeichert werden. Die hier beschriebenen Techniken zum Bestimmen des Betrags des Kompensationsdrehmomentsignals können an den historischen Durchfahrtsdaten angewendet werden. Maschinelle Lerntechniken können zum Trainieren des Planungsmoduls 404 implementiert werden, um den Betrag des Kompensationsdrehmomentsignals für eine beliebige Kombination von Fahrzeugzuständen aus den historischen Durchfahrtsdaten zu bestimmen. Die durch maschinelles Lernen bestimmten Beträge können mit den in Echtzeit bestimmten Beträgen verbessert werden. Zusätzlich können die historischen Durchfahrtsdaten aktualisiert werden, um die maschinellen Lerntechniken zu verbessern.
In manchen Ausführungsformen können die Prozessschritte 1416-1426 durch ein sich entfernt zu dem Fahrzeug befindliches Computersystem implementiert werden oder können durch das Planungsmodul 404 und die zu dem sich entfernt zu dem Fahrzeug befindlichen Computersystem übertragenen Datensätze implementiert werden. In solchen Fällen kann das an das EPS-System 1602 anzulegende Kompensationsdrehmoment durch das Planungsmodul 404 vom entfernten Computersystem empfangen werden.
In manchen Ausführungsformen kann das Planungsmodul 404 die Abweichung zwischen dem erwarteten Lenkwinkel und dem tatsächlichen Lenkwinkel bis zu einer vorbestimmten Lenkwinkelschwelle, zum Beispiel 10° oder einem anderen Winkel, kompensieren. Eine Abweichung über die vorbestimmte Schwelle hinaus gibt ein mechanisches Problem mit dem Fahrzeug an, das in einer Werkstatt untersucht werden sollte. In solchen Fällen, das heißt nach der Bestimmung, dass die Abweichung die vorbestimmte Schwelle überschreitet, kann das Planungsmodul 404 das Fahrzeug zu einem Zielort, zum Beispiel einer Werkstatt oder einem anderen Zielort, fahren. In manchen Ausführungsformen kann das Planungsmodul 404 Operationen zusätzlich zu dem Fahren des Fahrzeugs zu dem Zielort implementieren. Die zusätzlichen Operationen können beispielsweise Übertragen von anzuzeigenden Warnungen zu einem Passagier in dem Fahrzeug, zu dem Zielort, zu einem anderen Ort, Einschränken von Anweisungen, die zu dem EPS-System 1602 gesendet werden können, oder Kombinationen von diesen beinhalten.
In der vorstehenden Beschreibung wurden Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf zahlreiche spezifische Einzelheiten beschrieben, die von Implementierung zu Implementierung variieren können. Die Beschreibung und Zeichnungen sind dementsprechend als veranschaulichend anstatt beschränkend anzusehen. Der alleinige und ausschließliche Indikator des Schutzumfangs der Erfindung, und was durch die Anmelder als der Schutzumfang der Erfindung beabsichtigt ist, ist der wörtliche und äquivalente Schutzumfang des Satzes von Ansprüchen, die aus dieser Anmeldung hervorgehen, in der spezifischen Form, in der derartige Ansprüche hervorgehen, einschließlich einer beliebigen anschließenden Korrektur. Jegliche hierin ausdrücklich dargelegte Definitionen für in derartigen Ansprüchen enthaltene Begriffe sollen die Bedeutung solcher Begriffe regulieren, wie in den Ansprüchen verwendet. Zusätzlich kann, wenn der Begriff „ferner umfassend“ in der vorstehenden Beschreibung oder in den folgenden Ansprüchen verwendet wird, das, was diesem Ausdruck folgt, ein zusätzlicher Schritt oder eine zusätzliche Entität oder ein Teilschritt/eine Teilentität eines zuvor vorgetragenen Schritts oder einer zuvor vorgetragenen Entität sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 62/798419 [0001]
PA 201970163 [0001]

Claims

Computerimplementiertes Verfahren, umfassend: Bestimmen, durch eine Planungsschaltung an Bord eines Fahrzeugs, die mit einem elektrischen Servolenksystem (EPS-System) des Fahrzeugs verbunden ist, eines Kompensationsdrehmomentsignals, um einen tatsächlichen Lenkwinkel eines Lenkrades des Fahrzeugs so zu modifizieren, dass er mit einem erwarteten Lenkwinkel des Lenkrades übereinstimmt; Übertragen, durch die Planungsschaltung und zu einer Steuerschaltung, eines Basisdrehmomentsignals, das ein Drehmoment an das Lenkrad anlegt; Modifizieren des Basisdrehmomentsignals gemäß dem Kompensationsdrehmomentsignal, wobei das Kompensationsdrehmomentsignal und/oder das Basisdrehmomentsignal eine Spannung ist; Übertragen, durch die Planungsschaltung, des Kompensationsdrehmomentsignals zu der Steuerschaltung, die den Lenkwinkel des Lenkrades steuert; Modifizieren, durch die EPS, des tatsächlichen Lenkwinkels basierend auf dem Kompensationsdrehmomentsignal, was zu einem modifizierten Lenkwinkel führt; und Betreiben, unter Verwendung der Steuerschaltung, des Fahrzeugs basierend auf dem modifizierten Lenkwinkel.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Modifizieren des Basisdrehmomentsignals gemäß dem Kompensationsdrehmomentsignal Hinzufügen eines Betrags des Kompensationsdrehmomentsignals zu einem Betrag des Basisdrehmomentsignals umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Kompensationsdrehmomentsignal als ein Vorwärtskopplungssignal zu der Steuerschaltung übertragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend Erzeugen mehrerer Kompensationsdrehmomentsignale, wobei jedes erzeugte Kompensationsdrehmomentsignal ein jeweiliges an das Lenkrad anzulegendes Drehmomentsignal umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Erzeugen der mehreren Kompensationsdrehmomentsignale für jedes erzeugte Kompensationsdrehmomentsignal Folgendes umfasst: Bestimmen eines erwarteten Lenkwinkels des Lenkrades für das jeweilige Drehmomentsignal; Anlegen des jeweiligen Drehmomentsignals an den Lenkwinkel; Betreiben des Fahrzeugs mit dem Lenkwinkel bei einer vorbestimmten Geschwindigkeit; Bestimmen eines tatsächlichen Lenkwinkels des Lenkrades für das jeweilige Drehmomentsignal; und Speichern des erzeugten Kompensationsdrehmomentsignals und des tatsächlichen Lenkwinkels als ein Datenpaar.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei das Bestimmen des erwarteten Lenkwinkels des Lenkrades für das jeweilige Drehmomentsignal Kurvenanpassen einer Polynomoberfläche, die Fahrzeuggeschwindigkeit und Lenkwinkel mit dem angelegten Drehmoment in Beziehung setzt, umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner umfassend: Bestimmen einer Differenz zwischen dem erwarteten Lenkwinkel und dem tatsächlichen Lenkwinkel; und gemäß einer Bestimmung, dass die Differenz eine vorbestimmte Schwelle überschreitet, Fahren des Fahrzeugs zu einem Zielort.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner umfassend: Bestimmen, durch die Planungsschaltung, von Betriebsbedingungen des Fahrzeugs; und Modifizieren des Kompensationsdrehmomentsignals gemäß den Betriebsbedingungen.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Kompensationsdrehmomentsignal gemäß den Betriebsbedingungen in Echtzeit modifiziert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 9, wobei die Betriebsbedingungen Wetterbedingungen umfassen, in denen das Fahrzeug betrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Betriebsbedingungen Straßenbedingungen umfassen, unter denen das Fahrzeug gefahren wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die Betriebsbedingungen eine Last umfassen, die durch das Fahrzeug geführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die Betriebsbedingungen Fahrbedingungen umfassen, die durch die Planungsschaltung in einem Passagierprofil gespeichert werden, das Fahrpräferenzen eines oder mehrerer Passagiere des Fahrzeugs umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, ferner umfassend Empfangen, durch die Planungsschaltung, einer Anweisung zum Modifizieren des Kompensationsdrehmomentsignals von einem sich entfernt zu dem Fahrzeug befindlichen entfernten Standort, wobei das Kompensationsdrehmomentsignal als Reaktion auf den Empfang der Anweisung von dem entfernten Standort modifiziert wird.
Fahrzeug, umfassend: eine Planungsschaltung; Speicher; und mindestens ein in dem Speicher gespeichertes Programm, wobei das mindestens eine Programm Anweisungen beinhaltet, die durch die Planungsschaltung ausführbar sind, um das Verfahren nach einem der Ansprüche 1-14 durchzuführen.
Computerlesbares Speicherungsmedium, das mindestens ein Programm zur Ausführung durch eine Planungsschaltung eines Fahrzeugs umfasst, wobei das mindestens eine Programm Anweisungen beinhaltet, die bei ihrer Ausführung durch die Planungsschaltung bewirken, dass das Fahrzeug das Verfahren nach einem der Ansprüche 1-14 durchführt.