JP2019505423A - 比例、積分及び微分（ｐｉｄ）コントローラを用いた自律走行車のステアリング制御方法及びシステム - Google Patents

Abstract

一実施形態では、自律走行車（ＡＤＶ）のステアリング制御システムは、計画されたルートの障害物を回避するには、ステアリング制御をいつ且つどのぐらい使用するかを決定する。ステアリング制御システムはＡＤＶの目標方向角及び実際方向角に基づいて第１のステアリング角を計算し、ＡＤＶの目標横方向位置及び実際横方向位置に基づいて第２のステアリング角を計算して、計画されたルート、オブジェクト又は障害物コースを処理する。ステアリング制御システムは第１のステアリング角及び第２のステアリング角に基づいて目標ステアリング角を決定し、且つ目標ステアリング角を利用してＡＤＶの後続のステアリング角を制御する。
【選択図】図７

Description

本発明の実施形態は、大体自律走行車を操作することに関する。より具体的には、本発明の実施形態は自律走行車のステアリング制御に関する。

自律モード（例えば、自律運転）で走行している車両は、乗員（特に運転者）を、特定の運転に関連する責任から解放することができる。自律モードで走行している場合、車両は車載センサで様々な場所にナビゲートすることができ、それにより車両がヒューマンコンピュータインタラクションの最も少ない場合又はいくつかの乗客がない場合で運行することを可能にさせる。

ステアリング制御は自律走行において重要な操作である。自律走行車は、計画されたルートに沿って自律的に障害物を操縦するように、ステアリング制御を必要とする。しかしながら、異なる時間間隔で、計画されたルートはステアリング制御の感度に影響を与える様々な要素を有する可能性があり、例えば、車両速度、車両の旋回半径、及び実行される操縦（例えば、最後のコマンド）である。また、自律車両又は自律走行車又はＡＤＶは計画されたルートから相対横方向変位又はずれが発生する可能性があり、従ってステアリング補償を必要とする。

本発明の実施形態は、図面の各図に限定されるのではなく例示的に示され、図面において、同じ参照符号が類似する要素を示す。

本発明の一実施形態に係るネットワーク化システムを示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る自律走行車の実例を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る自律走行車と共に使用する感知及び計画システムの実例を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る感知及び計画システムの制御モジュールの一例を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラの一例を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係るステアリング角調整の応用を示す図である。 本発明の一実施形態に係る横方向変位ステアリング補償の応用を示す図である。 一実施形態に係るＡＤＶの後続ステアリング角を計算する手順を示すフローチャートである。 一実施形態に係る第１のステアリング角を計算する手順を示すフローチャートである。 一実施形態に係る第２のステアリング角を計算する手順を示すフローチャートである。 一実施形態に係るデータ処理システムを示すブロック図である。

以下、説明の詳細を参照しながら、本発明の様々な実施形態及び方法を説明し、図面は、前記様々な実施形態を示す。以下の説明及び図面は、本出願を説明するためのものであり、本出願を限定するものではない。本出願の様々な実施形態を完全に把握するために、多数の特定の詳細を説明する。なお、いくつかの例では、本発明の実施形態に対する簡単な説明を提供するために、周知又は従来技術の詳細について説明していない。

本明細書では「一つの実施形態」又は「実施形態」とは、当該実施形態について組み合わせて説明された特定特徴、構造又は特性が、本出願の少なくとも一つの実施形態に含まれてもよい。語句「一つの実施形態では」は、本明細書全体において同一実施形態を指すとは限らない。

いくつかの実施形態によれば、感知及び計画システムの制御モジュールは、命令をハンドル制御に送信するコマンド遅延及びＡＤＶの方向角及び位置のデータを取得する遅延を考慮して、自律走行車（ＡＤＶ）のステアリング制御のステアリング角の形態でステアリングコマンドをいつ且つどのぐらい使用するかを決定し、旋回するか、計画されたルートの障害物を迂回し及び／又は回避するように操縦する。計画されたルートはステアリング制御の感度に影響を与える様々な要素を有する可能性があり、例えば、車両速度、車両の旋回半径、又は実行している旋回又は操縦（例えば、最後のコマンド）。

実施形態では、制御モジュールは、自律走行車の目標方向角及び実際方向角に基づいて第１のステアリング角を計算し、ＡＤＶの目標横方向位置及び実際横方向位置に基づいて第２のステアリング角を計算する。制御モジュールは、命令を送信してＡＤＶをステアリングする遅延及びＡＤＶの方向角及び位置についてのデータを取得する遅延を考慮して、第１及び第２のステアリング角に基づいて目標ステアリング角を決定して、ＡＤＶの後続ステアリング角を制御する。

一実施形態では、第１の比例−積分−微分（ＰＩＤ）コントローラで、ＡＤＶの目標方向角及び実際方向角に基づいて第１のステアリング角を計算する。別の実施形態では、第１のＰＩＤコントローラの比例係数はＡＤＶの現在速度に基づいて動的に調整される。別の実施形態では、第１のＰＩＤコントローラの比例係数は、現在速度が所定閾値を超えると決定されたことに応答して減少する。別の実施形態では、ＡＤＶが動作する時、第１のＰＩＤコントローラの微分係数はＡＤＶの現在速度に基づいて調整される。

一実施形態では、第１のＰＩＤコントローラの比例係数はＡＤＶの旋回半径に基づいて調整される。別の実施形態では、第１のＰＩＤコントローラの比例係数は旋回半径が所定閾値を超えると決定されたことに応答して増大する。

一実施形態では、制御モジュールはＡＤＶの目標横方向位置及びＡＤＶの実際横方向位置に基づいて第２のステアリング角を計算する。制御モジュールは第２のＰＩＤコントローラで第２のステアリング角を計算して、ＡＤＶの横方向のずれを補償する。別の実施形態では、第２のＰＩＤコントローラの比例係数、積分係数及び微分係数はＡＤＶの現在速度、ＡＤＶの現在旋回半径及びＡＤＶの最後のコマンドに基づいて動的に調整される。

図１は本発明に係る一実施形態に係る自律走行車のネットワーク配置を示すブロック図である。図１を参照して、ネットワーク配置１００はネットワーク１０２によって１つ以上のサーバ１０３〜１０４に通信可能に接続することができる自律走行車１０１を含む。１つの自律走行車を示すが、ネットワーク１０２によって複数の自律走行車は互いに接続され、及び／又はサーバ１０３〜１０４に接続されることができる。ネットワーク１０２は、任意のタイプのネットワーク、例えば有線又は無線のローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、例えばインターネット、セルラーネットワーク、衛星ネットワークの広域ネットワーク（ＷＡＮ）又はその組み合わせであってもよい。サーバ１０３〜１０４は任意のタイプのサーバ又はサーバクラスタ、例えばＷｅｂサーバ又はクラウドサーバ、アプリケーションサーバ、バックエンドサーバ又はその組み合わせであってもよい。サーバ１０３〜１０４は、データ分析サーバ、内容サーバ、交通情報サーバ、地図（マップ）及び興味のあるポイント（ＭＰＯＩ）サーバ又は位置サーバ等であってもよい。

自律走行車とは、自律モードになるように配置できる車両を指し、前記自律モードで車両が運転者からの入力が非常に少ない又はない場合にもナビゲーションして環境を通過する。このような自律走行車は、センサシステムを含んでもよく、前記センサシステムは車両走行環境に関連する情報を検出するように配置される１つ以上のセンサを有する。前記車両及びその関連するコントローラは検出した情報を使用してナビゲーションし環境を通過する。自律走行車１０１は、手動モード、完全自律モード又は部分自律モードで運行することができる。

一実施形態において、自律走行車１０１は、感知及び計画システム１１０と、車両制御システム１１１と、無線通信システム１１２と、ユーザインターフェースシステム１１３と、センサシステム１１５とを含むが、これらに制限されない。自律走行車１０１は、通常の車両に含まれるある一般的な構成要素（部材）、例えばエンジン、車輪、ハンドル、変速器等をさらに含んでもよく、前記構成要素は、車両制御システム１１１及び／又は感知及び計画システム１１０により多種の通信信号及び／又は命令（例えば加速度信号又は命令、減速信号又は命令、ステアリング信号又は命令、ブレーキ信号又は命令等）を使用して制御することができる。

構成要素１１０〜１１５は、インターコネクト、バス、ネットワーク又はそれらの組み合わせを介して互いに通信可能に接続することができる。例えば、構成要素１１０〜１１５は、コントローラローカルエリアネットワーク（ＣＡＮ）バスを介して互いに通信可能に接続することができる。ＣＡＮバスは、マイクロコントローラ及び装置がホストコンピューターのない使用において互いに通信することを許可するような車両バス標準として設計される。それはメッセージに基づくプロトコルであり、最初に自動車内における複数の電線のために設計されたが、数多くのその他の環境（状況）にも用いられる。

現在、図２を参照して、一実施形態において、センサシステム１１５は、１つ以上のカメラ２１１と、全地球測位システム（ＧＰＳ）ユニット２１２と、慣性計測ユニット（ＩＭＵ）２１３と、レーダーユニット２１４と、ＬＩＤＡＲ（光検出及び測距）ユニット２１５とを含むが、これらに制限されない。ＧＰＳシステム２１２は、送受信機を含んでもよく、前記送受信機は、自律走行車の位置に関する情報を提供するように動作することができる。ＩＭＵユニット２１３は、慣性加速度に基づいて自律走行車の位置及び方向変化を感知することができる。レーダーユニット２１４は、無線信号を利用して自律走行車のローカル環境内の対象を感知するシステムを示すことができる。いくつかの実施形態において、対象を感知する以外、レーダーユニット２１４は、さらに対象の速度及び／又は進行方向を感知することができる。ＬＩＤＡＲユニット２１５はレーザを使用して自律走行車の所在する環境における対象を感知することができる。その他のシステム構成要素以外、ＬＩＤＡＲユニット２１５は１つ以上のレーザ光源、レーザースキャナ及び１つ以上の検出器をさらに含んでもよい。カメラ２１１は、自律走行車の周辺環境の画像をキャプチャするための１つ以上の装置を含んでもよい。カメラ２１１は、スチルカメラ及び／又はビデオカメラであってもよい。カメラは、例えば回転及び／又は傾斜のプラットフォームに取り付けられる、機械的に移動可能なものであってもよい。

センサシステム１１５は、その他のセンサ、例えばソナーセンサ、赤外線センサ、ステアリングセンサ、スロットルセンサ、ブレーキセンサ、及びオーディオセンサ（例えばマイクロフォン）をさらに含んでもよい。オーディオセンサは、自律走行車周辺の環境から音をキャプチャするように配置されてもよい。ステアリングセンサは、ハンドル、車両の車輪又はその組み合わせのステアリング角を感知するように配置できる。スロットルセンサ及びブレーキセンサは、それぞれ車両のスロットル位置及びブレーキ位置を感知する。いくつかの場合、スロットルセンサ及びブレーキセンサは、集積型スロットル／ブレーキセンサに一体化されてもよい。

一実施形態において、車両制御システム１１１は、ステアリングユニット２０１と、スロットルユニット２０２（加速ユニットとも呼ばれる）と、ブレーキユニット２０３とを含むが、これらに制限されない。ステアリングユニット２０１は、車両の方向又は進行方向を調整することに用いられる。スロットルユニット２０２は、モーター又はエンジンの速度を制御して、続いて車両の速度及び加速度を制御することに用いられる。ブレーキユニット２０３は、摩擦を提供することによって車両の車輪又はタイヤをスローダウンして車両を減速させることに用いられる。注意すべきなのは、図２に示すような構成要素はハードウェア、ソフトウェア又はその組み合わせで実現されることができる。

図１を再び参照して、無線通信システム１１２は、自律走行車１０１と、例えば装置、センサ、その他の車両等の外部システムとの間に通信することを可能にする。例えば、無線通信システム１１２は、１つ以上の装置に直接に又は通信ネットワークを介して無線通信し、例えばネットワーク１０２によってサーバ１０３〜１０４に通信できる。無線通信システム１１２は、任意のセルラー通信ネットワーク又は無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）（例えばＷｉＦｉ）を使用して他の構成要素やシステムに通信することができる。無線通信システム１１２は、例えば赤外線リンク、ブルートゥース（登録商標）等を使用して装置（例えば、乗客の移動装置、表示装置、車両１０１内のスピーカー）に直接に通信できる。ユーザインターフェースシステム１１３は、車両１０１内で実行される周辺装置の一部であってもよく、例えばキーワード、タッチスクリーンディスプレイ装置、マイクロフォン、及びスピーカー等を含む。

自律走行車１０１の一部又は全ての機能は、特に自律運転モードで操作する場合、感知及び計画システム１１０により制御したり管理したりすることができる。感知及び計画システム１１０は、必要なハードウェア（例えば、プロセッサ、メモリ、メモリ）、及びソフトウェア（例えば、オペレーティングシステム、計画及びルーティングプログラム）を含み、センサシステム１１５、制御システム１１１、無線通信システム１１２、及び／又はユーザインターフェースシステム１１３から情報を受信し、受信された情報を処理し、出発地から目的地までのルートや経路を計画し、そして計画及び制御情報に基づいて車両１０１を運転させる。あるいは、感知及び計画システム１１０と車両制御システム１１１とは一体化されてもよい。

例えば、乗客のユーザとして、例えばユーザインターフェースによって旅程の出発位置及び目的位置を指定することができる。感知及び計画システム１１０は旅程関連データを取得する。例えば、感知及び計画システム１１０は、ＭＰＯＩサーバから位置及びルート情報を取得することができ、前記ＭＰＯＩサーバはサーバ１０３〜１０４の一部であってもよい。位置サーバは、位置サービスを提供し、かつＭＰＯＩサーバはマップサービス及びある位置のＰＯＩを提供する。あるいは、このような位置及びＭＰＯＩ情報は、感知及び計画システム１１０の永続的記憶装置にローカルでキャッシュされることができる。

自律走行車１０１がルートに沿って移動する時に、感知及び計画システム１１０は、さらに交通情報システムやサーバ（ＴＩＳ）からリアルタイム交通情報を取得することができる。注意すべきなのは、サーバ１０３〜１０４は、第三者エンティティにより動作されることができる。あるいは、サーバ１０３〜１０４の機能は、感知及び計画システム１１０と一体化されてもよい。リアルタイム交通情報、ＭＰＯＩ情報、位置情報、及びセンサシステム１１５が検出又は感知したリアルタイムなローカル環境データ（例えば、障害物、対象、付近車両）に基づいて、感知及び計画システム１１０は、安全で効果的に指定した目的地に到達するように、最適なルートを計画し、かつ計画したルートにより例えば制御システム１１１を介して車両１０１を運転することができる。

一実施形態では、第１及び第２のＰＩＤコントローラは、比例、積分及び微分係数のそれぞれの第１及び第２の係数によりそれぞれモデリングされる。これらの係数は、データ分析システム（例えば、データ分析システム又はサーバ１０３）により大量の運転統計データに基づいてオフラインで設定されてもよい。

一実施形態では、データ分析システム１０３はデータコレクタ１２１及び機器学習エンジン１２２を含む。データコレクタ１２１は、所定期間内に様々な車両から運転統計データ１２３を収集する。運転統計データ１２３はＡＤＶの目標ステアリング角及び実際ステアリング角に関する情報、時間に関するＧＰＳ位置、ＡＤＶのブランド／モデル、車両ＩＤ番号、計画されたルート、及び天気及び道路状況のような運転環境のセンサ出力を含む。機器学習エンジン１２２は運転統計データ１２３を分析して、ＰＩＤモデル１２４の適切な比例、積分及び微分係数を学習して決定して、迅速且つ安定的なＰＩＤコントローラの応答を示し、それにより目標ステアリング角と実際ステアリング角のずれ及びＡＤＶの目標横方向位置と実際横方向位置のずれを補償する。続いて、ＰＩＤモデル１２４は自律走行車１０１の感知及び計画システム１１０にアップロードされて、ステアリング制御の決定に用いられることができる。

図３は、本発明の一実施形態に係る自律走行車と共に使用される感知及び計画システムの実例を示すブロック図である。システム３００は、図１の自律走行車１０１の一部（感知及び計画システム１１０、制御システム１１１及びセンサシステム１１５を含むが、これらに制限されない）となるように実現されることができる。図３を参照し、感知及び計画システム１１０は、位置決めモジュール３０１と、感知モジュール３０２と、決定モジュール３０３と、計画モジュール３０４と、制御モジュール３０５とを含むが、これらに制限されない。

モジュール３０１〜３０５における一部又は全部は、ソフトウェア、ハードウェア又はその組み合わせで実現されてもよい。例えば、これらのモジュールは、永続的記憶装置３５２に取り付けられ、メモリ３５１にロードされ、かつ１つ以上のプロセッサ（図示せず）により実行されてもよい。注意すべきなのは、これらのモジュールにおける一部又は全部は、図２の車両制御システム１１１の一部又は全部のモジュールに通信可能に接続されてもよく、一体化されてもよい。モジュール３０１〜３０５における一部は、一緒に集積モジュールとして一体化されてもよい。

位置決めモジュール３０１（地図及びルーティングモジュールとも言われる）は、ユーザの旅程又はルートに関連する任意のデータを管理する。ユーザは、例えばユーザインターフェースを介してログインするとともに旅程の出発位置及び目的位置を指定してもい。位置決めモジュール３０１は、旅程に関連するデータを取得するように、自律走行車３００のその他の構成要素（例えば地図及びルート情報３１１）と通信する。例えば、位置決めモジュール３０１は、位置サーバと、地図及びＰＯＩ（ＭＰＯＩ）サーバから位置及びルート情報を取得することができる。位置サーバは、位置サービスを提供し、かつＭＰＯＩサーバは、地図及びルート情報３１１の一部としてキャッシュされてもよい地図サービスと特定な位置のＰＯＩとを提供する。自律走行車３００がルートに沿って移動する時に、位置決めモジュール３０１は、さらに交通情報システムやサーバからリアルタイム交通情報を取得することができる。

センサシステム１１５により提供されたセンサデータ、及び位置決めモジュール３０１により得られた位置決め情報に基づいて、感知モジュール３０２は周辺環境に対する感知を決定する。感知情報は、普通の運転者が自分で運転している車両周辺から感知したもの（状況）を示すことができる。感知は、例えば対象形式で現される車線配置（例えば、ストレート又はカーブ）、トラフィック信号、他の車両の相対位置、歩行者、建築物、横断歩道又はその他の交通関連標識（例えば、停止標識、譲り標識）などを含んでもよい。

感知モジュール３０２は、コンピュータビジョンシステム又はコンピュータビジョンシステムの機能を含んでもよく、自律走行車環境における対象及び／又は特徴を認識するように、１つ以上のカメラによりキャプチャされた画像を処理及び分析することに用いられる。前記対象は交通信号、車道の境界線、他の車両、歩行者及び／又は障害物等を含んでもよい。コンピュータビジョンシステムは、対象認識アルゴリズム、ビデオトラッキング及びその他のコンピュータビジョン技術を使用することができる。いくつかの実施形態において、コンピュータビジョンシステムは、環境をマッピングし、対象を追跡し、かつ対象の速度を推定することなどができる。感知モジュール３０２は、その他のセンサ（例えばレーダー及び／又はＬＩＤＡＲ）により提供されたその他のセンサデータに基づいて対象を検出することもできる。

それぞれの対象に対して、決定モジュール３０３は、如何に対象を処理する決定をする。例えば、特定な対象（例えば、交差ルートにおける他の車両）及び対象を記述するメタデータ（例えば、速度、方向、ステアリング角）に対して、決定モジュール３０３は、遇う対象に如何に対応する（例えば、追い越し、道譲り、停止、通過）ことを決定する。決定モジュール３０３は、永続的記憶装置３５２（図示せず）に記憶されてもよい１セットのルール（例えば交通ルール）に基づいてこのような決定をすることができる。

感知したそれぞれ対象に対する決定に基づいて、計画モジュール３０４は、自律走行車のためにルート又は経路及び運転パラメータ（例えば、距離、速度及び／又はステアリング角）を計画する。即ち、所定対象に対して、決定モジュール３０３は前記対象に対して如何に対応するかを決定し、計画モジュール３０４は如何に実行するかを決定する。例えば、所定対象に対して、決定モジュール３０３は、前記対象を追い越すことを決定することができ、計画モジュール３０４は、前記対象の左側に追い越すか、右側に追い越すかを決定することができる。計画モジュール３０４は、計画及び制御データを生成し、車両３００が次の移動周期（例えば、次のルート／経路セグメント）に如何に移動するかを記述する情報を含む。例えば、計画及び制御データは車両３００が毎時間３０マイル（ｍｐｈ）の速度で１０メートル移動し、次に２５ｍｐｈの速度で右車線まで変わることを指示することができる。

計画及び制御データに基づいて、制御モジュール３０５は計画及び制御データにより定義されたルート又は経路に基づいて、車両制御システム１１１へ適切な命令又は信号を送信することによって自律走行車を制御及び運転する。前記ルート又は経路に沿って違う場所で適時に適切な車両設置又は運転パラメータ（例えば、スロットル、ブレーキ及びステアリング命令）を使用して車両を第１点から第２点まで運転するように、計画及び制御データは十分な情報を含む。

注意すべきなのは、決定モジュール３０３及び計画モジュール３０４は、集積モジュールに一体化されてもよい。決定モジュール３０３／計画モジュール３０４は、自律走行車の運転経路を決定するために、ナビゲーションシステム又はナビゲーションシステムの機能を含んでもよい。例えば、ナビゲーションシステムは、自律走行車が以下の経路に沿って移動することを実現するための一連の速度及びディレクショナ進行方向を決定することができ、前記経路は、自律走行車を総体的に最終目的位置を向けて通じる車線経路に進ませると同時に、基本的に感知された障害物を避けることができる。目的地はユーザインターフェースシステム１１３により実現されたユーザ入力に基づいて設置できる。ナビゲーションシステムは、自律走行車が走行していると同時に走行経路を動的に更新することができる。ナビゲーションシステムは、自律走行車用の走行経路を決定するように、ＧＰＳシステム及び１つ以上の地図からのデータを合併することができる。

決定モジュール３０３／計画モジュール３０４は、自律走行車環境における潜在障害物を、認識・評価・回避又はその他の方式で迂回するために、衝突回避システム又は衝突回避システムの機能をさらに含んでもよい。例えば、衝突回避システムは、以下の方式によって自律走行車のナビゲーションにおける変更を実現することができ、制御システム１１１の中の１つ以上のサブシステムを動作してターン操縦、ステアリング操縦、ブレーキ操縦等を採る。衝突回避システムは、周辺の交通モード、道路状況等に基づいて障害物を回避可能な操縦を自動的に決定することができる。衝突回避システムは、その他のセンサシステムは、自律走行車がターンして入ろうとする隣接領域における車両、建築障害物等を検出する際にターン操縦を採らないように配置できる。衝突回避システムは、使用可能でありかつ自律走行車の乗員の安全性を最大化させる操縦を自動的に選択することができる。衝突回避システムは、自律走行車の乗員室内で最小の加速度を出現させることが予測された回避操縦を選択することができる。

図４Ａは一実施形態に係る制御モジュール３０５を示す。制御モジュール３０５は方向角調整サブモジュール４０１及び横方向位置調整サブモジュール４０２を含む。これらのサブモジュールはそれぞれ目標方向（ステアリング）角と実際方向（ステアリング）角のずれ及びＡＤＶの目標横方向位置と実際横方向位置のずれを減少させるためのものである。方向角調整サブモジュール４０１はＡＤＶの目標方向ステアリング角と実際方向ステアリング角のずれを減少させる。

方向角調整サブモジュール４０１の例は第１のＰＩＤコントローラを含んでもよい。図４Ｂは一実施形態に係る比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラを示すブロック図である。ＰＩＤコントローラは工業制御システムで一般的に使用される制御ループフィードバックメカニズムである。ＰＩＤコントローラはプロセスの目標値と実際値との差である誤差値を連続的に計算し、且つそれぞれＰ、Ｉ及びＤと示される比例項、積分項及び微分項に基づいて補正する。例えば、ＰＩＤコントローラは、以下の方程式で示され、即ち、

ここで、ｅ（ｔ）＝誤差（ｔ）＝目標＿設定点（ｔ）−測定した＿出力（ｔ）は減少する誤差項であり、Ｋ_ｐ、Ｋ_ｉ及びＫ_ｄはそれぞれＰＩＤコントローラの比例、積分及び微分係数である。図４Ｂに示すように、ＰＩＤコントローラ４００はアナログデバイスであってもよい。ＰＩＤコントローラ４００は所望の目標値を表す入力目標設定点４０５を有する。目標設定点４０５をプロセス出力４４５（ＰＩＤコントローラ４００の測定出力を表す）から減算して、誤差４１０を取得する。誤差４１０は比例（Ｐ）制御モード４１５、積分（Ｉ）制御モード４２０及び微分（Ｄ）制御モード４２５に与えられる。積分（Ｉ）制御モード４２０及び微分（Ｄ）制御モード４２５はそれぞれ積分器（例えば、ローパスフィルタ）回路及びその等価物、及び微分器（例えば、ハイパスフィルタ）回路及びその等価物によって実施されてもよい。Ｐ制御モード４１５、Ｉ制御モード４２０及びＤ制御モード４２５の出力は、合計で、ＰＩＤ出力４３０である。ＰＩＤ出力４３０はプロセス４４０（制御されるシステム）に接続され、それによりプロセス４４０は外乱（external disturbance）４３５を含む。プロセス４４０は測定出力４４５を生成し、測定出力４４５がＰ制御モード４１５、Ｉ制御モード４２０及びＤ制御モード４２５の入力に与えられ、それにより閉ループを形成する。

動作中、外乱４３５がゼロであり、又は目標設定点４０５とプロセス出力４４５とが同じである場合、誤差４１０がゼロに等しく且つＰＩＤ出力４３０がゼロに等しい。ゼロ外乱４３５が存在する場合、ゼロＰＩＤ出力４３０がプロセス４４０に与えられるため、プロセス出力４４５を調整しない。その後、プロセス出力４４５が変わらず、且つＰＩＤコントローラ４００がバランスに達する。しかしながら、非ゼロ外乱４３５が存在し、又は目標設定点４０５とプロセス出力４４５（例えば、前のサイクルのプロセス出力４４５）が異なる場合、誤差４１０がゼロではなく、且つＰ制御モード４１５、Ｉ制御モード４２０及びＤ制御モード４２５はＰＩＤコントローラのＫ_ｐ、Ｋ_ｉ及びＫ_ｄ係数に基づいて中間出力４３０を生成し、それにより誤差４１０を補正（又は減少）する。ＰＩＤコントローラ４００はアナログデバイスに限定されるものではなく、デジタル装置又はソフトウェアプログラムとして実施されてもよい。

図４Ｂに示すように、ＰＩＤコントローラ４００の例示的なデジタル実装は、クロックサイクル（又はサイクル）が１０ミリ秒のクロック（図示せず）を含んでもよい。デジタルＰＩＤコントローラ４００は現在のサイクルの目標値を表す入力目標設定点４０５を有する。目標設定点４０５をプロセス出力４４５（前のサイクルのＰＩＤコントローラ４００の測定出力を表す）から減算して、現在のサイクルの誤差４１０を取得する。現在のサイクルの誤差４１０は比例（Ｐ）制御モード４１５、積分（Ｉ）制御モード４２０及び微分（Ｄ）制御モード４２５にフィードバックされる。積分（Ｉ）制御モード４２０及び微分（Ｄ）制御モード４２５はそれぞれ積分器回路及び微分器回路によって実施されてもよい。Ｐ制御モード４１５、Ｉ制御モード４２０及びＤ制御モード４２５の出力は合計でＰＩＤ出力４３０である。ＰＩＤ出力４３０はプロセス４４０に接続され、それによりプロセス４４０は外乱４３５を含み且つプロセス遅延を含む可能性がある。プロセス４４０は現在のサイクルの測定出力４４５を生成し、測定出力４４５がＰ制御モード４１５、Ｉ制御モード４２０及びＤ制御モード４２５の入力に与えられ、それにより閉ループを形成する。例示的な実施形態では、入力及び中間信号線は８ビットであってもよく、加算、減算及び乗算演算は演算増幅器、加算器、ＸＯＲゲート及びＡＮＤ/ＯＲゲートで実施されてもよい。

ＰＩＤコントローラ４００はソフトウェアプログラムとして実装されてもよい。例えば、ＰＩＤコントローラ４００は１０ミリ秒ごとに呼び出されるサブルーチンによってｐｙｔｈｏｎ又は任意のプログラミング言語で実装されてもよい。ＰＩＤコントローラサブルーチンは５つの入力、例えば、現在のサイクルの誤差４１０の入力（即ち、現在のサイクルの目標設定点４０５から前のサイクルの測定出力４４５を減算する）、前のサイクルの誤差４１０の入力（即ち、前のサイクルの目標設定点４０５から前の２つのサイクルの測定出力４４５を減算する）、及びそれぞれＰＩＤコントローラのＫ_ｐ、Ｋ_ｉ及びＫ_ｄ係数に用いられる３つの入力を有してもよい。サブルーチンの出力はＰＩＤ出力４３０である。

Ｐ制御モード４１５は現在のサイクルの入力Ｋ_ｐ係数及び誤差４１０を乗算する。Ｉ制御モード４２０は現在のサイクルのＫ_ｉ係数、サイクル期間（このような場合で、１０ミリ秒である）及び誤差４１０を乗算する。Ｄ制御モード４２５は現在のサイクルのＫ_ｄ係数、誤差４１０を乗算してから前のサイクルの誤差４１０を減算し、サイクル期間で割る。Ｐ制御モード４１５、Ｉ制御モード４２０及びＤ制御モード４２５の出力を合計して、現在のサイクルのＰＩＤ出力４３０又はサブルーチンの出力を生成する。ＰＩＤ出力４３０又はサブルーチンの出力をプロセス４４０に追加して、プロセス４４０は外乱４３５を含み、且つプロセス遅延を含む可能性がある。プロセス４４０は現在のサイクルの測定出力４４５を生成し、測定出力４４５は次のサイクルのＰＩＤコントローラサブルーチンの入力として用いられる。例えば、ＰＩＤコントローラサブルーチンは、以下の離散化方程式で示され、即ち、

ここで、ｅ（ｎ）＝誤差（ｎ）＝目標＿設定点（ｎ）−測定した＿出力（ｎ−１）は、減少する第ｎ個のサイクルの誤差項であり、Ｋ_ｐ、Ｋ_ｉ及びＫ_ｄはそれぞれＰＩＤコントローラの比例、積分及び微分係数であり、且つ
はサイクル期間である。

図５は、一実施形態に係る方向角ずれ又は誤差５２０で動作するＡＤＶ ５０１を示す図である。ＡＤＶ ５０１は計画されたルート５０５において方向５０２に沿って進行する。ＡＤＶ ５０１は旋回角５０６で後続の旋回を行い、それにより後続の目標方向角５１０でルート上に維持される。この例では、旋回角５０６が目標方向角５１０と同じである。図５は、ＡＤＶ ５０１が目標方向角５１０に基づくステアリングコマンドに応答して、次の実際方向角５１５、即ち、ＡＤＶの測定／検知出力角を有し、それにより方向角ずれ又は誤差５２０が生じる。方向角調整サブモジュール４０１は、ステアリング制御システムにコマンドを出す遅延及び／又はＡＤＶの現在のステアリング制御方向角のデータ取得の遅延を考慮して方向角ずれ又は誤差５２０を減少させ又は低下させる。

一実施形態では、方向角調整サブモジュール４０１は第１の比例−積分−微分（ＰＩＤ）コントローラによりモデリングされてもよい。例えば、ＰＩＤモデル３１２は、以下の方程式を含んでもよく、即ち、

ここで、ｅ（ｔ）＝方向_{ｔａｒｇｅｔ}−方向_{ａｃｔｕａｌ}は減少する方向角の誤差又はずれであり、Ｋ_ｐ、Ｋ_ｉ及びＫ_ｄはそれぞれ第１のＰＩＤコントローラの比例、積分及び微分係数の第１の集合であり、且つ角（ｔ）は第１のステアリング角である。第１のステアリング角はハンドル制御の数学的モデルに基づいて、ステアリング制御コマンドに変換されて、ＡＤＶの後続ステアリング角を制御する。

最初に、Ｋ_ｐ、Ｋ_ｉ及びＫ_ｄ係数を訓練又は調整することを必要とする。一実施形態では、第１のＰＩＤコントローラの係数Ｋ_ｐ、Ｋ_ｉ及びＫ_ｄは機器学習エンジン１２２によってデータ分析システム１０３における大量の集合の運転統計データ１２３に基づいて、オフラインで調整又は訓練される。別の実施形態では、ＡＤＶの動作期間、感知及び計画システム１１０の制御モジュール３０５によって第１のＰＩＤコントローラの係数を動的に調整してもよい。一実施形態では、第１のＰＩＤコントローラはアナログ又はデジタルハードウェア装置により実施されてもよい。別の実施形態では、第１のＰＩＤコントローラはソフトウェアプログラムにより実施されてもよい。

第１のＰＩＤコントローラについて、一実施形態では、Ｋ_ｐ係数はＡＤＶの現在速度に基づいて動的に調整される。別の実施形態では、Ｋ_ｐ係数は現在速度が所定閾値を超えると決定されたことに応答して減少する。一実施形態では、Ｋ_ｄ係数はＡＤＶの現在速度に基づいて動的に調整される。別の実施形態では、Ｋ_ｐはＡＤＶの旋回半径に基づいて動的に調整される。別の実施形態では、Ｋ_ｐは旋回半径が所定閾値を超える（例えば、０．１より大きい）と決定されたことに応答して増大する。

横方向位置調整サブモジュール４０２はＡＤＶの目標横方向位置と実際横方向位置のずれを減少させる。図６は、一実施形態に係る横方向位置ずれ６２０で動作するＡＤＶ６０１を示す図である。ＡＤＶ６０１は計画されたルート６０５において方向角６０２で進行する。ＡＤＶ６０１は旋回角６０６で後続のステアリングを行い、それにより後続の目標横方向位置６１０でルート上に維持される。図６に示すように、ＡＤＶ６０１が横方向位置変位を有し、それにより現在の横方向位置（ＡＤＶ６０１の中心）と現在の目標横方向位置６１５との差が横方向位置ずれ６２０となる。横方向位置調整サブモジュール４０２は、命令をステアリング制御に送信するコマンド遅延及びＡＤＶの現在の横方向位置６０２を取得する遅延を考慮して、横方向位置ずれ６２０を減少させ又は低下させる。

一実施形態では、横方向位置調整サブモジュール４０２は第２のＰＩＤコントローラによりモデリングされる。例えば、ＰＩＤモデル３１２は以下の方程式を含んでもよく、即ち、
、
ここで、ｅ（ｔ）＝横方向_{ｔａｒｇｅｔ}−横方向_{ａｃｔｕａｌ}は減少するＡＤＶの横方向位置ずれであり、Ｌ_ｐ、Ｌ_ｉ及びＬ_ｄは第２のＰＩＤコントローラの比例、積分及び微分係数の第２の集合であり、且つ横方向（ｔ）は第２のステアリング角である。第２のステアリング角はハンドル制御の数学的モデルに基づいて、ステアリング制御コマンドに変換され、ＡＤＶの後続ステアリング角を制御する。

最初に、Ｌ_ｐ、Ｌ_ｉ及びＬ_ｄ係数を訓練又は調整することを必要とする。一実施形態では、第２のＰＩＤコントローラの係数Ｌ_ｐ、Ｌ_ｉ及びＬ_ｄは機器学習エンジン１２２がデータ分析システム１０３における大量の集合の運転統計データ１２３に基づいて、オフラインで訓練又は調整される。別の実施形態では、ＡＤＶの動作期間、感知及び計画システム１１０の制御モジュール３０５によりこれらの係数を動的に調整してもよい。一実施形態では、第２のＰＩＤコントローラはアナログ又はデジタルハードウェア装置により実施されてもよい。別の実施形態では、第２のＰＩＤコントローラはソフトウェアプログラムにより実施されてもよい。

第２のＰＩＤコントローラについて、一実施形態では、Ｌｐ、Ｌｉ及びＬｄの係数は、ＡＤＶの現在速度、ＡＤＶの現在の旋回半径、及びＡＤＶの最後のコマンドのうちの少なくともいずれかに基づいて動的に調整される。別の実施形態では、第１と第２のステアリング角の和に基づいて目標ステアリング角を決定して、ＡＤＶの後続ステアリング角を制御する。なお、方向サイクル調整に用いられる第１のＰＩＤコントローラと横方向位置調整に用いられる第２のＰＩＤコントローラが存在するが、これらの２つのＰＩＤコントローラは１つのＰＩＤコントローラとして統合されてもよい。

図７は、一実施形態に係るＡＤＶの後続のステアリング角を計算する手順を示すフローチャートである。手順７００は、ソフトウェア、ハードウェア又はその組み合わせを含んでもよい処理ロジックにより実行されてもよい。例えば、手順７００は自律走行車の制御モジュール、例えば、感知及び計画システム１１０の制御モジュール３０５によって実行されてもよい。図７に示すように、ブロック７０１において、処理ロジックはＡＤＶの目標方向角及び実際方向角に基づいて第１のステアリング角を計算して、計画されたルート又は障害物コースを自律的に処理（maneuver）する。ブロック７０２において、処理ロジックはＡＤＶの目標横方向位置及び実際横方向位置に基づいて第２のステアリング角を計算して、計画されたルート又は障害物コースを自律的に処理する。ブロック７０３において、処理ロジックは第１及び第２のステアリング角に基づいて目標ステアリング角を決定する。ブロック７０４において、感知及び計画システム１１０の制御モジュール３０５は目標ステアリング角に基づいてＡＤＶの後続のステアリングを制御する。

図８は、一実施形態に係る第１のステアリング角を計算する手順を示すフローチャートである。手順８００は、ソフトウェア、ハードウェア又はその組み合わせを含んでもよい処理ロジックにより実行されてもよい。例えば、手順８００は自律走行車の制御モジュール、例えば、感知及び計画システム１１０の制御モジュール３０５により実行されてもよい。手順８００はブロック７０１の操作の一部として実行されてもよい。図８に示すように、ブロック８０１において、処理ロジックは自律走行車の目標方向角を決定して、計画されたルート又はオブジェクト又は障害物コースを操縦する。ブロック８０２において、処理ロジックは移動中のＡＤＶの実際方向角を決定する。ブロック８０３において、コマンド遅延及びＡＤＶの実際方向角を取得する遅延を考慮して、処理ロジックは目標ステアリング角及び実際ステアリング角に基づいて、第１のＰＩＤコントローラで第１のステアリング角を計算する。

図９は、一実施形態に係る第２のステアリング角を計算する手順を示すフローチャートである。手順９００は、ソフトウェア、ハードウェア又はその組み合わせを含んでもよい処理ロジックにより実行されてもよい。例えば、手順９００は、自律走行車の制御モジュール、例えば、感知及び計画システム１１０の制御モジュール３０５により実行されてもよい。手順９００はブロック７０２の操作の一部として実行されてもよい。図９に示すように、ブロック９０１において、処理ロジックは自律走行車の目標横方向位置を決定し、計画されたルート又はオブジェクト又は障害物コースを操縦する。ブロック９０２において、処理ロジックは移動中のＡＤＶの実際横方向位置を決定する。ブロック９０３において、コマンド遅延及びＡＤＶの実際横方向位置を取得する遅延を考慮して、処理ロジックは目標横方向位置及び実際横方向位置に基づいて、第２のＰＩＤコントローラで第２のステアリング角を計算する。

注意すべきなのは、前記の示されたとともに記述された一部又は全部の構成要素は、ソフトウェア、ハードウェア又はその組み合わせで実現されることができる。例えば、このような構成要素は、永続記憶装置にインストールされるとともに記憶されたソフトウェアとして実現されてもよく、前記ソフトウェアは、本出願にわたって記載の手順又は動作を実施するように、プロセッサ（図示せず）でメモリにロードして実行されてもよい。あるいは、このような構成要素は、集積回路（例えば特定用途向けＩＣ又はＡＳＩＣ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、又はフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ））にプログラミングされ又は嵌め込みされた専用ハードウェアにおける実行可能なコードとして実現されてもよく、前記実行可能なコードは、アプリケーションからの対応するドライバープログラム及び／又はオペレーティングシステムによってアクセスされてもよい。なお、このような構成要素は、プロセッサ又はプロセッサコアにおける特定のハードウェアロジックとして実現されてもよく、ソフトウェア構成要素が１つ以上の特定命令によってアクセス可能な命令セットの一部とする。

図１０は、本出願の一実施形態と組み合わせて使用されるデータ処理システムを例示的に示すブロック図である。例えば、システム１５００は、上記手順又は方法のいずれか（例えば、感知及び計画システム１１０、及び図１のサーバ１０３〜１０４のいずれか）を実行する上記任意のデータ処理システムを示してもよい。システム１５００は、多数の異なる構成要素を含んでもよい。これらの構成要素は、集積回路（ＩＣ）、集積回路の一部、分散型電子装置又は回路基板に適用された他のモジュール（例えばコンピュータシステムのマザーボード又はアドインカード）、又は他の方式でコンピュータシステムのシャシーに組み込まれた構成要素として実現されることができる。

さらに、システム１５００は、コンピュータシステムの多数の構成要素の高レベルビューを示すことを目的とする。しかしながら、いくつかの実現形態では、付加的構成要素が存在する場合があることを理解すべきである。また、他の実現形態において示される構成要素が異なる配置を有してもよい。システム１５００は、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、サーバ、携帯電話、メディアプレーヤー、パーソナルディジタルアシスタント（ＰＤＡ）、スマート腕時計、パーソナルコミュニケーター、ゲーム装置、ネットワークルータ又はハブ、無線アクセスポイント（ＡＰ）又はリピーター、セットトップボックス、又はそれらの組合せを示してもよい。また、単一の機器又はシステムのみを示したが、用語「機器」又は「システム」は、さらに、独立又は共同で１つ（又は複数）の命令セットを実行することにより本明細書に説明される任意の１種又は複数種の方法を実行する機器又はシステムの任意のセットを含むことを理解すべきである。

一実施形態において、システム１５００は、バス又は相互接続部材１５１０によって接続されたプロセッサ１５０１、メモリ１５０３及び装置１５０５〜１５０８を備える。プロセッサ１５０１は、単一のプロセッサコア又は複数のプロセッサコアを含む単一のプロセッサ又は複数のプロセッサであってもよい。プロセッサ１５０１は、マイクロプロセッサ、中央処理装置（ＣＰＵ）等のような１つ又は複数の汎用プロセッサであってもよい。より具体的には、プロセッサ１５０１は、複雑命令セット計算（ＣＩＳＣ）マイクロプロセッサ、縮小命令セットコンピュータ（ＲＩＳＣ）マイクロプロセッサ、超長命令語（ＶＬＩＷ）マイクロプロセッサ、又は他の命令セットを実現するプロセッサ、又は命令セットの組合せを実現するプロセッサであってもよい。プロセッサ１５０１は、さらに、専用集積回路（ＡＳＩＣ）、セルラ又はベースバンドプロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、ネットワークプロセッサ、グラフィックプロセッサ、ネットワークプロセッサ、通信プロセッサ、暗号プロセッサ、コプロセッサ、組み込みプロセッサのような１つ又は複数の専用プロセッサ、あるいは命令処理可能な任意の他のタイプのロジックであってもよい。

プロセッサ１５０１（超低電圧プロセッサのような低電力マルチコアプロセッサソケットであってもよい）は、前記システムの各種構成要素と通信するための主処理ユニット及び中央ハブとして用いられてもよい。このようなプロセッサは、システムオンチップ（ＳｏＣ）として実現されることができる。プロセッサ１５０１は、命令を実行することにより本明細書に説明される動作及びステップを実行するための命令を実行するように構成される。また、システム１５００は、選択可能なグラフィックサブシステム１５０４と通信するグラフィックインターフェースをさらに含み、グラフィックサブシステム１５０４は、表示コントローラ、グラフィックプロセッサ及び／又は表示装置をさらに備えてもよい。

プロセッサ１５０１は、メモリ１５０３と通信してもよく、メモリ１５０３は、一実施形態において複数のメモリによって所定量のシステムメモリを提供する。メモリ１５０３は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、動的ＲＡＭ（ＤＲＡＭ）、シンクロナスＤＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ）、静的ＲＡＭ（ＳＲＡＭ）又は他のタイプのメモリのような１つ又は複数の揮発性記憶装置（又はメモリ）を備えてもよい。メモリ１５０３は、プロセッサ１５０１又は任意の他の装置により実行される命令列を含む情報を記憶できる。例えば、複数種のオペレーティングシステム、装置ドライバー、ファームウェア（例えば、基本入出力システム又はＢＩＯＳ）及び／又はアプリケーションの実行可能なコード及び／又はデータはメモリ１５０３にロードされてもよく、プロセッサ１５０１により実行される。オペレーティングシステムは、ロボットオペレーティングシステム（ＲＯＳ）、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ（登録商標）会社からのＷｉｎｄｏｗｓ（登録商標）オペレーティングシステム、アップル会社からのＭａｃ ＯＳ（登録商標）／ｉＯＳ（登録商標）、Ｇｏｏｇｌｅ（登録商標）会社からのＡｎｄｒｏｉｄ（登録商標）、Ｌｉｎｕｘ（登録商標）、Ｕｎｉｘ又は他のリアルタイム又は組み込みオペレーティングシステムのような任意のタイプのオペレーティングシステムであってもよい。

システム１５００は、ＩＯ装置、例えば装置１５０５〜１５０８をさらに備えてもよく、ネットワークインターフェース装置１５０５、選択可能な入力装置１５０６及び他の選択可能なＩＯ装置１５０７を備える。ネットワークインターフェース装置１５０５は、無線送受信機及び／又はネットワークインターフェースカード（ＮＩＣ）を備えてもよい。前記無線送受信機は、ＷｉＦｉ送受信機、赤外送受信機、ブルートゥース（登録商標）送受信機、ＷｉＭａｘ送受信機、無線セルラーホン送受信機、衛星送受信機（例えば、全地球測位システム（ＧＰＳ）送受信機）又は他の無線周波数（ＲＦ）送受信機又はそれらの組合せであってもよい。ＮＩＣはイーサネット（登録商標）カードであってもよい。

入力装置１５０６は、マウス、タッチパッド、タッチスクリーン（それは表示装置１５０４と一体化されてもよい）、ポインタデバイス（例えばスタイラス）及び／又はキーボード（例えば、物理キーボード又はタッチスクリーンの一部として表示された仮想キーボード）を備えてもよい。例えば、入力装置１５０６は、タッチスクリーンに接続されるタッチスクリーンコントローラを含んでもよい。タッチスクリーン及びタッチスクリーンコントローラは、例えば複数種のタッチ感度技術（容量、抵抗、赤外及び表面音波の技術を含むが、それらに限定されない）のいずれか、及びタッチスクリーンの１つ又は複数の接触点を決定するための他の近接センサアレイ又は他の素子を用いてそのタッチ点及び移動又は断続を検出することができる。

ＩＯ装置１５０７は音声装置を備えてもよい。音声装置は、スピーカ及び／又はマイクロホンを含んでもよく、それにより音声認識、音声コピー、デジタル記録及び／又は電話機能のような音声サポートの機能を促進する。他のＩＯ装置１５０７は、汎用シリアルバス（ＵＳＢ）ポート、パラレルポート、シリアルポート、印刷機、ネットワークインターフェース、バスブリッジ（例えば、ＰＣＩ−ＰＣＩブリッジ）、センサ（例えば、加速度計、ジャイロスコープ、磁力計、光センサ、コンパス、近接センサ等のような動きセンサ）又はそれらの組合せをさらに備えてもよい。装置１５０７は、結像処理サブシステム（例えば、カメラ）をさらに備えてもよく、前記結像処理サブシステムは、カメラ機能（例えば、写真及びビデオ断片の記録）を促進するための電荷カップリング装置（ＣＣＤ）又は相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）光学センサのような光学センサを備えてもよい。あるセンサは、センサハブ（図示せず）によって相互接続部材１５１０に接続されてもよく、キーボード又は熱センサのような他の装置は、組み込みコントローラ（図示せず）により制御されてもよく、これはシステム１５００の特定配置又は設計により決められる。

データ、アプリケーション、１つ又は複数のオペレーティングシステム等のような情報の永続記憶を提供するために、大容量メモリ（図示せず）は、プロセッサ１５０１に接続されてもよい。様々な実施形態において、薄型化と軽量化のシステム設計を実現しかつシステムの応答能力を向上させるために、このような大容量メモリは、ソリッドステート装置（ＳＳＤ）によって実現されることができる。なお、他の実施形態において、大容量メモリは、主にハードディスクドライブ（ＨＤＤ）で実現されてもよく、少量のＳＳＤ記憶量は、ＳＳＤキャッシュとして停電イベント期間にコンテキスト状態及び他のこのような情報の不揮発性記憶を実現し、それによりシステム動作が再開する時に通電を速く実現することができる。さらに、フラッシュデバイスは、例えばシリアルペリフェラルインターフェース（ＳＰＩ）によってプロセッサ１５０１に接続されてもよい。このようなフラッシュデバイスは、システムソフトウェアの不揮発性記憶に用いられてもよく、前記システムソフトウェアは、前記システムのＢＩＯＳ及び他のファームウェアを備える。

記憶装置１５０８は、任意の１種又は複数種の本明細書に記載の方法又は機能を体現する１つ又は複数の命令セット又はソフトウェア（例えば、モジュール、ユニット及び／又はロジック１５２８）が記憶されるコンピュータアクセス可能な記憶媒体１５０９（機械可読記憶媒体又はコンピュータ可読媒体とも呼ばれる）を備えてもよい。処理モジュール／ユニット／ロジック１５２８は、例えば、制御モジュール３０５又は機器学習エンジンのような上記構成要素のいずれかを示してもよい。処理モジュール／ユニット／ロジック１５２８は、さらにデータ処理システム１５００により実行される期間にメモリ１５０３内及び／又はプロセッサ１５０１内に完全又は少なくとも部分的に存在してもよく、ここで、メモリ１５０３及びプロセッサ１５０１も、機器アクセス可能な記憶媒体を構成する。処理モジュール／ユニット／ロジック１５２８は、さらにネットワークによってネットワークインターフェース装置１５０５を経由して送受信されてもよい。

コンピュータ可読記憶媒体１５０９は、以上に説明されたいくつかのソフトウェア機能の一部を永続的に記憶してもよい。コンピュータ可読記憶媒体１５０９は、例示的な実施形態において単一の媒体として示されたが、用語「コンピュータ可読記憶媒体」は、前記１つ又は複数の命令セットが記憶される単一の媒体又は複数の媒体（例えば、集中型又は分散型データベース、及び／又は関連するキャッシュ及びサーバ）を備えることを理解すべきである。用語「コンピュータ可読記憶媒体」は、さらに命令セットを記憶又はコーディング可能な任意の媒体を備えることを理解すべきであり、前記命令セットは、機器により実行されかつ前記機器に本発明の任意の１種又は複数種の方法を実行させる。従って、用語「コンピュータ可読記憶媒体」は、ソリッドステートメモリ及び光学媒体と磁気媒体又は任意の他の非一時的機械可読媒体を備えるが、それらに限定されないことを理解すべきである。

本明細書に記載の処理モジュール／ユニット／ロジック１５２８、構成要素及び他の特徴は、ディスクリートハードウェアコンポーネントとして実現されてもよく、又はハードウェアコンポーネント（例えばＡＳＩＣs、ＦＰＧＡ、ＤＳＰ又は類似装置）の機能に統合されてもよい。さらに、処理モジュール／ユニット／ロジック１５２８は、ハードウェア装置内のファームウェア又は機能回路として実現されてもよい。また、処理モジュール／ユニット／ロジック１５２８は、ハードウェア装置及びソフトウェアコンポーネントの任意の組合せで実現されてもよい。

なお、システム１５００は、データ処理システムの各種の構成要素を有するように示されているが、構成要素に相互接続させる任意の具体的な構造又は方式を限定するものではないことに注意すべき、それは、このような詳細が本発明の実施形態に密接な関係がないためである。また、より少ない構成要素又はより多くの構成要素を有するネットワークコンピュータ、ハンドヘルドコンピュータ、携帯電話、サーバ及び／又は他のデータ処理システムは、本発明の実施形態と共に使用されてもよい。

上記詳細な説明の一部は、コンピュータメモリにおけるデータビットに対する演算のアルゴリズム及び記号表現で示される。これらのアルゴリズムの説明及び表現は、データ処理分野における当業者によって使用される、それらの作業実質を所属分野の他の当業者に最も効果的に伝達する方法である。ここで、アルゴリズムは、通常、所望の結果につながる首尾一貫した動作列（ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｏｆ ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ）と考えられる。これらの動作とは、物理量に対して物理的動作を行う必要となるステップを指す。

ただし、これらの全ての及び類似の用語は、いずれも適切な物理量に関連付けられ、かつただこれらの量に適用される適切なラベルであることに注意すべきである。特に断らない限り、本出願の全体にわたって用語（例えば、添付している特許請求の範囲に説明された用語）による説明とは、コンピュータシステム又は類似の電子計算装置の動作及び処理であり、前記コンピュータシステム又は電子計算装置は、コンピュータシステムのレジスタ及びメモリに物理（例えば、電子）量としてデータを示し、かつ前記データをコンピュータシステムメモリ又はレジスタ又は他のこのような情報メモリ、伝送又は表示装置内において類似に物理量として示される他のデータに変換する。

本発明の実施形態は、さらに本明細書における動作を実行するための装置に関する。このようなコンピュータプログラムは、非一時的コンピュータ可読媒体に記憶される。機器可読媒体は、機器（例えば、コンピュータ）可読な形態で情報を記憶する任意の機構を備える。例えば、機器可読（例えば、コンピュータ可読）媒体は、機器（例えば、コンピュータ）可読記憶媒体（例えば、読み出し専用メモリ（「ＲＯＭ」）、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）、磁気ディスク記憶媒体、光記憶媒体、フラッシュメモリメモリ）を備える。

上記図面に示される手順又は方法は、ハードウェア（例えば、回路、専用ロジック等）、ソフトウェア（例えば、非一時的コンピュータ可読媒体に具現化される）、又は両方の組合せを含む処理ロジックにより実行されてもよい。前記手順又は方法は、本明細書において特定の順序に応じて説明されるが、説明された動作の一部は、異なる順序に応じて実行されてもよい。また、いくつかの動作は、順番ではなく並行に実行されてもよい。

本発明の実施形態は、いずれかの特定のプログラミング言語を参照して説明されていないが、複数種のプログラミング言語で本明細書に記載の本発明の実施形態の教示を実現できることを理解すべきである。

以上の明細書では、本発明の具体的な例示的な実施形態を参照してその実施形態を説明した。明らかなように、添付している特許請求の範囲に記載の本発明のより広い趣旨及び範囲を逸脱しない限り、様々な変形が可能である。従って、限定的なものではなく例示的なものとして本明細書及び図面を理解すべきである。

本発明の実施形態は、大体自律走行車を操作することに関する。より具体的には、本発明の実施形態は自律走行車のステアリング制御に関する。

自律モード（例えば、自律運転）で走行している車両は、乗員（特に運転者）を、特定の運転に関連する責任から解放することができる。自律モードで走行している場合、車両は車載センサで様々な場所にナビゲートすることができ、それにより車両がヒューマンコンピュータインタラクションの最も少ない場合又はいくつかの乗客がない場合で運行することを可能にさせる。

ステアリング制御は自律走行において重要な操作である。自律走行車は、計画されたルートに沿って自律的に障害物を回避するように、ステアリング制御を必要とする。しかしながら、異なる時間間隔で、計画されたルートはステアリング制御の感度に影響を与える様々な要素を有する可能性があり、例えば、車両速度、車両の旋回半径、及び実行される操縦（例えば、最後のコマンド）である。また、自律車両又は自律走行車又はＡＤＶは計画されたルートから相対横方向変位又はずれが発生する可能性があり、従ってステアリング補償を必要とする。

本開示の実施形態は、自律走行車のステアリング制御用のコンピュータ実装方法、非一時的機械可読媒体及びデータ処理システムを提供する。

本発明の一態様によれば、コンピュータ実施方法を提供し、この方法は、
前記自律走行車の目標方向角及び実際方向角に基づいて第１のステアリング角を計算して、障害物コースを処理するステップと、
前記自律走行車の目標横方向位置及び実際横方向位置に基づいて第２のステアリング角を計算して、前記障害物コースを処理するステップと、
前記第１のステアリング角及び前記第２のステアリング角に基づいて目標ステアリング角を決定するステップと、
次の目標ステアリング角に基づいて前記自律走行車の後続のステアリング角を制御するステップと、を含む。

本発明の別の一態様によれば、命令が記憶された非一時的な機械可読媒体を提供し、
前記命令が、プロセッサにより実行される場合、前記プロセッサに自律走行車のステアリング制御操作を実行させ、前記操作は、
前記自律走行車の目標方向角及び実際方向角に基づいて第１のステアリング角を計算して、障害物コースを処理するステップと、
前記自律走行車の目標横方向位置及び実際横方向位置に基づいて第２のステアリング角を計算して、前記障害物コースを処理するステップと、
前記第１のステアリング角及び前記第２のステアリング角に基づいて目標ステアリング角を決定するステップと、
次の目標ステアリング角に基づいて前記自律走行車の後続のステアリング角を制御するステップと、を含む。

本発明の別の一態様によれば、データ処理システムを提供し、このシステムは、プロセッサと、前記プロセッサに連結されて命令を記憶するメモリと、を備え、
前記命令が、前記プロセッサにより実行される場合、前記プロセッサに自律走行車のステアリング制御操作を実行させ、前記操作は、
前記自律走行車の目標方向角及び実際方向角に基づいて第１のステアリング角を計算して、障害物コースを処理するステップと、
前記自律走行車の目標横方向位置及び実際横方向位置に基づいて第２のステアリング角を計算して、前記障害物コースを処理するステップと、
前記第１のステアリング角及び前記第２のステアリング角に基づいて目標ステアリング角を決定するステップと、
次の目標ステアリング角に基づいて前記自律走行車の後続のステアリング角を制御するステップと、を含む。

本発明の実施形態は、図面の各図に限定されるのではなく例示的に示され、図面において、同じ参照符号が類似する要素を示す。

本発明の一実施形態に係るネットワーク化システムを示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る自律走行車の実例を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る自律走行車と共に使用する感知及び計画システムの実例を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る感知及び計画システムの制御モジュールの一例を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラの一例を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係るステアリング角調整の応用を示す図である。 本発明の一実施形態に係る横方向変位ステアリング補償の応用を示す図である。 一実施形態に係るＡＤＶの後続ステアリング角を計算する手順を示すフローチャートである。 一実施形態に係る第１のステアリング角を計算する手順を示すフローチャートである。 一実施形態に係る第２のステアリング角を計算する手順を示すフローチャートである。 一実施形態に係るデータ処理システムを示すブロック図である。

以下、説明の詳細を参照しながら、本発明の様々な実施形態及び方法を説明し、図面は、前記様々な実施形態を示す。以下の説明及び図面は、本出願を説明するためのものであり、本出願を限定するものではない。本出願の様々な実施形態を完全に把握するために、多数の特定の詳細を説明する。なお、いくつかの例では、本発明の実施形態に対する簡単な説明を提供するために、周知又は従来技術の詳細について説明していない。

本明細書では「一つの実施形態」又は「実施形態」とは、当該実施形態について組み合わせて説明された特定特徴、構造又は特性が、本出願の少なくとも一つの実施形態に含まれてもよい。語句「一つの実施形態では」は、本明細書全体において同一実施形態を指すとは限らない。

いくつかの実施形態によれば、感知及び計画システムの制御モジュールは、命令をハンドル制御に送信するコマンド遅延及びＡＤＶの方向角及び位置のデータを取得する遅延を考慮して、自律走行車（ＡＤＶ）のステアリング制御のステアリング角の形態でステアリングコマンドをいつ且つどのぐらい使用するかを決定し、旋回するか、計画されたルートの障害物を迂回し及び／又は回避するように操縦する。計画されたルートはステアリング制御の感度に影響を与える様々な要素を有する可能性があり、例えば、車両速度、車両の旋回半径、又は実行している旋回又は操縦（例えば、最後のコマンド）。

一実施形態では、制御モジュールは、自律走行車の目標方向角及び実際方向角に基づいて第１のステアリング角を計算し、ＡＤＶの目標横方向位置及び実際横方向位置に基づいて第２のステアリング角を計算する。制御モジュールは、命令を送信してＡＤＶをステアリングする遅延及びＡＤＶの方向角及び位置についてのデータを取得する遅延を考慮して、第１及び第２のステアリング角に基づいて目標ステアリング角を決定して、ＡＤＶの後続ステアリング角を制御する。

一実施形態では、第１の比例−積分−微分（ＰＩＤ）コントローラで、ＡＤＶの目標方向角及び実際方向角に基づいて第１のステアリング角を計算する。別の実施形態では、第１のＰＩＤコントローラの比例係数はＡＤＶの現在速度に基づいて動的に調整される。別の実施形態では、第１のＰＩＤコントローラの比例係数は、現在速度が所定閾値を超えると決定されたことに応答して減少する。別の実施形態では、ＡＤＶが動作する時、第１のＰＩＤコントローラの微分係数はＡＤＶの現在速度に基づいて調整される。

一実施形態では、第１のＰＩＤコントローラの比例係数はＡＤＶの旋回半径に基づいて調整される。別の実施形態では、第１のＰＩＤコントローラの比例係数は旋回半径が所定閾値を超えると決定されたことに応答して増大する。

一実施形態では、制御モジュールはＡＤＶの目標横方向位置及びＡＤＶの実際横方向位置に基づいて第２のステアリング角を計算する。制御モジュールは第２のＰＩＤコントローラで第２のステアリング角を計算して、ＡＤＶの横方向のずれを補償する。別の実施形態では、第２のＰＩＤコントローラの比例係数、積分係数及び微分係数はＡＤＶの現在速度、ＡＤＶの現在旋回半径及びＡＤＶの最後のコマンドに基づいて動的に調整される。

図１は本発明に係る一実施形態に係る自律走行車のネットワーク配置を示すブロック図である。図１を参照して、ネットワーク配置１００はネットワーク１０２によって１つ以上のサーバ１０３〜１０４に通信可能に接続することができる自律走行車１０１を含む。１つの自律走行車を示すが、ネットワーク１０２によって複数の自律走行車は互いに接続され、及び／又はサーバ１０３〜１０４に接続されることができる。ネットワーク１０２は、任意のタイプのネットワーク、例えば有線又は無線のローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、例えばインターネット、セルラーネットワーク、衛星ネットワークの広域ネットワーク（ＷＡＮ）又はその組み合わせであってもよい。サーバ１０３〜１０４は任意のタイプのサーバ又はサーバクラスタ、例えばＷｅｂサーバ又はクラウドサーバ、アプリケーションサーバ、バックエンドサーバ又はその組み合わせであってもよい。サーバ１０３〜１０４は、データ分析サーバ、内容サーバ、交通情報サーバ、地図（マップ）及び興味のあるポイント（ＭＰＯＩ）サーバ又は位置サーバ等であってもよい。

自律走行車とは、自律モードになるように配置できる車両を指し、前記自律モードで車両が運転者からの入力が非常に少ない又はない場合にもナビゲーションして環境を通過する。このような自律走行車は、センサシステムを含んでもよく、前記センサシステムは車両走行環境に関連する情報を検出するように配置される１つ以上のセンサを有する。前記車両及びその関連するコントローラは検出した情報を使用してナビゲーションし環境を通過する。自律走行車１０１は、手動モード、完全自律モード又は部分自律モードで運行することができる。

一実施形態において、自律走行車１０１は、感知及び計画システム１１０と、車両制御システム１１１と、無線通信システム１１２と、ユーザインターフェースシステム１１３と、センサシステム１１５とを含むが、これらに制限されない。自律走行車１０１は、通常の車両に含まれるある一般的な構成要素（部材）、例えばエンジン、車輪、ハンドル、変速器等をさらに含んでもよく、前記構成要素は、車両制御システム１１１及び／又は感知及び計画システム１１０により多種の通信信号及び／又は命令（例えば加速度信号又は命令、減速信号又は命令、ステアリング信号又は命令、ブレーキ信号又は命令等）を使用して制御することができる。

構成要素１１０〜１１５は、インターコネクト、バス、ネットワーク又はそれらの組み合わせを介して互いに通信可能に接続することができる。例えば、構成要素１１０〜１１５は、コントローラローカルエリアネットワーク（ＣＡＮ）バスを介して互いに通信可能に接続することができる。ＣＡＮバスは、マイクロコントローラ及び装置がホストコンピューターのない使用において互いに通信することを許可するような車両バス標準として設計される。それはメッセージに基づくプロトコルであり、最初に自動車内における複数の電線のために設計されたが、数多くのその他の環境（状況）にも用いられる。

現在、図２を参照して、一実施形態において、センサシステム１１５は、１つ以上のカメラ２１１と、全地球測位システム（ＧＰＳ）ユニット２１２と、慣性計測ユニット（ＩＭＵ）２１３と、レーダーユニット２１４と、ＬＩＤＡＲ（光検出及び測距）ユニット２１５とを含むが、これらに制限されない。ＧＰＳシステム２１２は、送受信機を含んでもよく、前記送受信機は、自律走行車の位置に関する情報を提供するように動作することができる。ＩＭＵユニット２１３は、慣性加速度に基づいて自律走行車の位置及び方向変化を感知することができる。レーダーユニット２１４は、無線信号を利用して自律走行車のローカル環境内の対象を感知するシステムを示すことができる。いくつかの実施形態において、対象を感知する以外、レーダーユニット２１４は、さらに対象の速度及び／又は進行方向を感知することができる。ＬＩＤＡＲユニット２１５はレーザを使用して自律走行車の所在する環境における対象を感知することができる。その他のシステム構成要素以外、ＬＩＤＡＲユニット２１５は１つ以上のレーザ光源、レーザースキャナ及び１つ以上の検出器をさらに含んでもよい。カメラ２１１は、自律走行車の周辺環境の画像をキャプチャするための１つ以上の装置を含んでもよい。カメラ２１１は、スチルカメラ及び／又はビデオカメラであってもよい。カメラは、例えば回転及び／又は傾斜のプラットフォームに取り付けられる、機械的に移動可能なものであってもよい。

センサシステム１１５は、その他のセンサ、例えばソナーセンサ、赤外線センサ、ステアリングセンサ、スロットルセンサ、ブレーキセンサ、及びオーディオセンサ（例えばマイクロフォン）をさらに含んでもよい。オーディオセンサは、自律走行車周辺の環境から音をキャプチャするように配置されてもよい。ステアリングセンサは、ハンドル、車両の車輪又はその組み合わせのステアリング角を感知するように配置できる。スロットルセンサ及びブレーキセンサは、それぞれ車両のスロットル位置及びブレーキ位置を感知する。いくつかの場合、スロットルセンサ及びブレーキセンサは、集積型スロットル／ブレーキセンサに一体化されてもよい。

一実施形態において、車両制御システム１１１は、ステアリングユニット２０１と、スロットルユニット２０２（加速ユニットとも呼ばれる）と、ブレーキユニット２０３とを含むが、これらに制限されない。ステアリングユニット２０１は、車両の方向又は進行方向を調整することに用いられる。スロットルユニット２０２は、モーター又はエンジンの速度を制御して、続いて車両の速度及び加速度を制御することに用いられる。ブレーキユニット２０３は、摩擦を提供することによって車両の車輪又はタイヤをスローダウンして車両を減速させることに用いられる。注意すべきなのは、図２に示すような構成要素はハードウェア、ソフトウェア又はその組み合わせで実現されることができる。

図１を再び参照して、無線通信システム１１２は、自律走行車１０１と、例えば装置、センサ、その他の車両等の外部システムとの間に通信することを可能にする。例えば、無線通信システム１１２は、１つ以上の装置に直接に又は通信ネットワークを介して無線通信し、例えばネットワーク１０２によってサーバ１０３〜１０４に通信できる。無線通信システム１１２は、任意のセルラー通信ネットワーク又は無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）（例えばＷｉＦｉ）を使用して他の構成要素やシステムに通信することができる。無線通信システム１１２は、例えば赤外線リンク、ブルートゥース等を使用して装置（例えば、乗客の移動装置、表示装置、車両１０１内のスピーカー）に直接に通信できる。ユーザインターフェースシステム１１３は、車両１０１内で実行される周辺装置の一部であってもよく、例えばキーボード、タッチスクリーンディスプレイ装置、マイクロフォン、及びスピーカー等を含む。

自律走行車１０１の一部又は全ての機能は、特に自律運転モードで操作する場合、感知及び計画システム１１０により制御したり管理したりすることができる。感知及び計画システム１１０は、必要なハードウェア（例えば、プロセッサ、メモリ、メモリ）、及びソフトウェア（例えば、オペレーティングシステム、計画及びルーティングプログラム）を含み、センサシステム１１５、車両制御システム１１１、無線通信システム１１２、及び／又はユーザインターフェースシステム１１３から情報を受信し、受信された情報を処理し、出発地から目的地までのルートや経路を計画し、そして計画及び制御情報に基づいて車両１０１を運転させる。あるいは、感知及び計画システム１１０と車両制御システム１１１とは一体化されてもよい。

例えば、乗客のユーザとして、例えばユーザインターフェースによって旅程の出発位置及び目的位置を指定することができる。感知及び計画システム１１０は旅程関連データを取得する。例えば、感知及び計画システム１１０は、ＭＰＯＩサーバから位置及びルート情報を取得することができ、前記ＭＰＯＩサーバはサーバ１０３〜１０４の一部であってもよい。位置サーバは、位置サービスを提供し、かつＭＰＯＩサーバはマップサービス及びある位置のＰＯＩを提供する。あるいは、このような位置及びＭＰＯＩ情報は、感知及び計画システム１１０の永続的記憶装置にローカルでキャッシュされることができる。

自律走行車１０１がルートに沿って移動する時に、感知及び計画システム１１０は、さらに交通情報システムやサーバ（ＴＩＳ）からリアルタイム交通情報を取得することができる。注意すべきなのは、サーバ１０３〜１０４は、第三者エンティティにより動作されることができる。あるいは、サーバ１０３〜１０４の機能は、感知及び計画システム１１０と一体化されてもよい。リアルタイム交通情報、ＭＰＯＩ情報、位置情報、及びセンサシステム１１５が検出又は感知したリアルタイムなローカル環境データ（例えば、障害物、対象、付近車両）に基づいて、感知及び計画システム１１０は、安全で効果的に指定した目的地に到達するように、最適なルートを計画し、かつ計画したルートにより例えば車両制御システム１１１を介して車両１０１を運転することができる。

一実施形態では、第１及び第２のＰＩＤコントローラは、比例、積分及び微分係数のそれぞれの第１及び第２の係数によりそれぞれモデリングされる。これらの係数は、データ分析システム（例えば、データ分析システム又はサーバ１０３）により大量の運転統計データに基づいてオフラインで設定されてもよい。

一実施形態では、データ分析システム１０３はデータコレクタ１２１及び機器学習エンジン１２２を含む。データコレクタ１２１は、所定期間内に様々な車両から運転統計データ１２３を収集する。運転統計データ１２３はＡＤＶの目標ステアリング角及び実際ステアリング角に関する情報、時間に関するＧＰＳ位置、ＡＤＶのブランド／モデル、車両ＩＤ番号、計画されたルート、及び天気及び道路状況のような運転環境のセンサ出力を含む。機器学習エンジン１２２は運転統計データ１２３を分析して、ＰＩＤモデル１２４の適切な比例、積分及び微分係数を学習して決定して、迅速且つ安定的なＰＩＤコントローラの応答を示し、それにより目標ステアリング角と実際ステアリング角のずれ及びＡＤＶの目標横方向位置と実際横方向位置のずれを補償する。続いて、ＰＩＤモデル１２４は自律走行車１０１の感知及び計画システム１１０にアップロードされて、ステアリング制御の決定に用いられることができる。

図３は、本発明の一実施形態に係る自律走行車と共に使用される感知及び計画システムの実例を示すブロック図である。システム３００は、図１の自律走行車１０１の一部（感知及び計画システム１１０、制御システム１１１及びセンサシステム１１５を含むが、これらに制限されない）となるように実現されることができる。図３を参照し、感知及び計画システム１１０は、位置決めモジュール３０１と、感知モジュール３０２と、決定モジュール３０３と、計画モジュール３０４と、制御モジュール３０５とを含むが、これらに制限されない。

モジュール３０１〜３０５における一部又は全部は、ソフトウェア、ハードウェア又はその組み合わせで実現されてもよい。例えば、これらのモジュールは、永続的記憶装置３５２に取り付けられ、メモリ３５１にロードされ、かつ１つ以上のプロセッサ（図示せず）により実行されてもよい。注意すべきなのは、これらのモジュールにおける一部又は全部は、図２の車両制御システム１１１の一部又は全部のモジュールに通信可能に接続されてもよく、一体化されてもよい。モジュール３０１〜３０５における一部は、一緒に集積モジュールとして一体化されてもよい。

位置決めモジュール３０１（地図及びルーティングモジュールとも言われる）は、ユーザの旅程又はルートに関連する任意のデータを管理する。ユーザは、例えばユーザインターフェースを介してログインするとともに旅程の出発位置及び目的位置を指定してもよい。位置決めモジュール３０１は、旅程に関連するデータを取得するように、自律走行車３００（システム）のその他の構成要素（例えば地図及びルート情報３１１）と通信する。例えば、位置決めモジュール３０１は、位置サーバと、地図及びＰＯＩ（ＭＰＯＩ）サーバから位置及びルート情報を取得することができる。位置サーバは、位置サービスを提供し、かつＭＰＯＩサーバは、地図及びルート情報３１１の一部としてキャッシュされてもよい地図サービスと特定な位置のＰＯＩとを提供する。システム３００がルートに沿って移動する時に、位置決めモジュール３０１は、さらに交通情報システムやサーバからリアルタイム交通情報を取得することができる。

センサシステム１１５により提供されたセンサデータ、及び位置決めモジュール３０１により得られた位置決め情報に基づいて、感知モジュール３０２は周辺環境に対する感知を決定する。感知情報は、普通の運転者が自分で運転している車両周辺から感知したもの（状況）を示すことができる。感知情報は、例えば対象形式で現される車線配置（例えば、ストレート又はカーブ）、トラフィック信号、他の車両の相対位置、歩行者、建築物、横断歩道又はその他の交通関連標識（例えば、停止標識、譲り標識）などを含んでもよい。

感知モジュール３０２は、コンピュータビジョンシステム又はコンピュータビジョンシステムの機能を含んでもよく、自律走行車環境における対象及び／又は特徴を認識するように、１つ以上のカメラによりキャプチャされた画像を処理及び分析することに用いられる。前記対象は交通信号、車道の境界線、他の車両、歩行者及び／又は障害物等を含んでもよい。コンピュータビジョンシステムは、対象認識アルゴリズム、ビデオトラッキング及びその他のコンピュータビジョン技術を使用することができる。いくつかの実施形態において、コンピュータビジョンシステムは、環境をマッピングし、対象を追跡し、かつ対象の速度を推定することなどができる。感知モジュール３０２は、その他のセンサ（例えばレーダー及び／又はＬＩＤＡＲ）により提供されたその他のセンサデータに基づいて対象を検出することもできる。

それぞれの対象に対して、決定モジュール３０３は、如何に対象を処理する決定をする。例えば、特定な対象（例えば、交差ルートにおける他の車両）及び対象を記述するメタデータ（例えば、速度、方向、ステアリング角）に対して、決定モジュール３０３は、遇う対象に如何に対応する（例えば、追い越し、道譲り、停止、通過）ことを決定する。決定モジュール３０３は、永続的記憶装置３５２（図示せず）に記憶されてもよい１セットのルール（例えば交通ルール）に基づいてこのような決定をすることができる。

感知したそれぞれ対象に対する決定に基づいて、計画モジュール３０４は、自律走行車のためにルート又は経路及び運転パラメータ（例えば、距離、速度及び／又はステアリング角）を計画する。即ち、所定対象に対して、決定モジュール３０３は前記対象に対して如何に対応するかを決定し、計画モジュール３０４は如何に実行するかを決定する。例えば、所定対象に対して、決定モジュール３０３は、前記対象を追い越すことを決定することができ、計画モジュール３０４は、前記対象の左側に追い越すか、右側に追い越すかを決定することができる。計画モジュール３０４は、計画及び制御データを生成し、車両３００が次の移動周期（例えば、次のルート／経路セグメント）に如何に移動するかを記述する情報を含む。例えば、計画及び制御データは車両３００が毎時間３０マイル（ｍｐｈ）の速度で１０メートル移動し、次に２５ｍｐｈの速度で右車線まで変わることを指示することができる。

計画及び制御データに基づいて、制御モジュール３０５は計画及び制御データにより定義されたルート又は経路に基づいて、車両制御システム１１１へ適切な命令又は信号を送信することによって自律走行車を制御及び運転する。前記ルート又は経路に沿って違う場所で適時に適切な車両設置又は運転パラメータ（例えば、スロットル、ブレーキ及びステアリング命令）を使用して車両を第１点から第２点まで運転するように、計画及び制御データは十分な情報を含む。

注意すべきなのは、決定モジュール３０３及び計画モジュール３０４は、集積モジュールに一体化されてもよい。決定モジュール３０３／計画モジュール３０４は、自律走行車の運転経路を決定するために、ナビゲーションシステム又はナビゲーションシステムの機能を含んでもよい。例えば、ナビゲーションシステムは、自律走行車が以下の経路に沿って移動することを実現するための一連の速度及びディレクショナ進行方向を決定することができ、前記経路は、自律走行車を総体的に最終目的位置を向けて通じる車線経路に進ませると同時に、基本的に感知された障害物を避けることができる。目的地はユーザインターフェースシステム１１３により実現されたユーザ入力に基づいて設置できる。ナビゲーションシステムは、自律走行車が走行していると同時に走行経路を動的に更新することができる。ナビゲーションシステムは、自律走行車用の走行経路を決定するように、ＧＰＳシステム及び１つ以上の地図からのデータを合併することができる。

決定モジュール３０３／計画モジュール３０４は、自律走行車環境における潜在障害物を、認識・評価・回避又はその他の方式で迂回するために、衝突回避システム又は衝突回避システムの機能をさらに含んでもよい。例えば、衝突回避システムは、以下の方式によって自律走行車のナビゲーションにおける変更を実現することができ、制御システム１１１の中の１つ以上のサブシステムを動作してターン操縦、ステアリング操縦、ブレーキ操縦等を採る。衝突回避システムは、周辺の交通モード、道路状況等に基づいて障害物を回避可能な操縦を自動的に決定することができる。衝突回避システムは、その他のセンサシステムは、自律走行車がターンして入ろうとする隣接領域における車両、建築障害物等を検出する際にターン操縦を採らないように配置できる。衝突回避システムは、使用可能でありかつ自律走行車の乗員の安全性を最大化させる操縦を自動的に選択することができる。衝突回避システムは、自律走行車の乗員室内で最小の加速度を出現させることが予測された回避操縦を選択することができる。

図４Ａは一実施形態に係る制御モジュール３０５を示す。制御モジュール３０５は方向角調整サブモジュール４０１及び横方向位置調整サブモジュール４０２を含む。これらのサブモジュールはそれぞれ目標方向（ステアリング）角と実際方向（ステアリング）角のずれ及びＡＤＶの目標横方向位置と実際横方向位置のずれを減少させるためのものである。方向角調整サブモジュール４０１はＡＤＶの目標方向ステアリング角と実際方向ステアリング角のずれを減少させる。

方向角調整サブモジュール４０１の例は第１のＰＩＤコントローラを含んでもよい。図４Ｂは一実施形態に係る比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラを示すブロック図である。ＰＩＤコントローラは工業制御システムで一般的に使用される制御ループフィードバックメカニズムである。ＰＩＤコントローラはプロセスの目標値と実際値との差である誤差値を連続的に計算し、且つそれぞれＰ、Ｉ及びＤと示される比例項、積分項及び微分項に基づいて補正する。例えば、ＰＩＤコントローラは、以下の方程式で示され、即ち、
ここで、ｅ（ｔ）＝誤差（ｔ）＝目標＿設定点（ｔ）−測定した＿出力（ｔ）は減少する誤差項であり、Ｋ_ｐ、Ｋ_ｉ及びＫ_ｄはそれぞれＰＩＤコントローラの比例、積分及び微分係数である。図４Ｂに示すように、ＰＩＤコントローラ４００はアナログデバイスであってもよい。ＰＩＤコントローラ４００は所望の目標値を表す入力目標設定点４０５を有する。目標設定点４０５をプロセス出力４４５（ＰＩＤコントローラ４００の測定出力を表す）から減算して、誤差４１０を取得する。誤差４１０は比例（Ｐ）制御モード４１５、積分（Ｉ）制御モード４２０及び微分（Ｄ）制御モード４２５に与えられる。積分（Ｉ）制御モード４２０及び微分（Ｄ）制御モード４２５はそれぞれ積分器（例えば、ローパスフィルタ）回路及びその等価物、及び微分器（例えば、ハイパスフィルタ）回路及びその等価物によって実施されてもよい。Ｐ制御モード４１５、Ｉ制御モード４２０及びＤ制御モード４２５の出力は、合計で、ＰＩＤ出力４３０である。ＰＩＤ出力４３０はプロセス４４０（制御されるシステム）に接続され、それによりプロセス４４０は外乱（external disturbance）４３５を含む。プロセス４４０は測定出力４４５を生成し、測定出力４４５がＰ制御モード４１５、Ｉ制御モード４２０及びＤ制御モード４２５の入力に与えられ、それにより閉ループを形成する。

動作中、外乱４３５がゼロであり、又は目標設定点４０５とプロセス出力４４５とが同じである場合、誤差４１０がゼロに等しく且つＰＩＤ出力４３０がゼロに等しい。ゼロ外乱４３５が存在する場合、ゼロＰＩＤ出力４３０がプロセス４４０に与えられるため、プロセス出力４４５を調整しない。その後、プロセス出力４４５が変わらず、且つＰＩＤコントローラ４００がバランスに達する。しかしながら、非ゼロ外乱４３５が存在し、又は目標設定点４０５とプロセス出力４４５（例えば、前のサイクルのプロセス出力４４５）が異なる場合、誤差４１０がゼロではなく、且つＰ制御モード４１５、Ｉ制御モード４２０及びＤ制御モード４２５はＰＩＤコントローラのＫ_ｐ、Ｋ_ｉ及びＫ_ｄ係数に基づいて中間出力４３０を生成し、それにより誤差４１０を補正（又は減少）する。ＰＩＤコントローラ４００はアナログデバイスに限定されるものではなく、デジタル装置又はソフトウェアプログラムとして実施されてもよい。

図４Ｂに示すように、ＰＩＤコントローラ４００の例示的なデジタル実装は、クロックサイクル（又はサイクル）が１０ミリ秒のクロック（図示せず）を含んでもよい。デジタルＰＩＤコントローラ４００は現在のサイクルの目標値を表す入力目標設定点４０５を有する。目標設定点４０５をプロセス出力４４５（前のサイクルのＰＩＤコントローラ４００の測定出力を表す）から減算して、現在のサイクルの誤差４１０を取得する。現在のサイクルの誤差４１０は比例（Ｐ）制御モード４１５、積分（Ｉ）制御モード４２０及び微分（Ｄ）制御モード４２５にフィードバックされる。積分（Ｉ）制御モード４２０及び微分（Ｄ）制御モード４２５はそれぞれ積分器回路及び微分器回路によって実施されてもよい。Ｐ制御モード４１５、Ｉ制御モード４２０及びＤ制御モード４２５の出力は合計でＰＩＤ出力４３０である。ＰＩＤ出力４３０はプロセス４４０に接続され、それによりプロセス４４０は外乱４３５を含み且つプロセス遅延を含む可能性がある。プロセス４４０は現在のサイクルの測定出力４４５を生成し、測定出力４４５がＰ制御モード４１５、Ｉ制御モード４２０及びＤ制御モード４２５の入力に与えられ、それにより閉ループを形成する。例示的な実施形態では、入力及び中間信号線は８ビットであってもよく、加算、減算及び乗算演算は演算増幅器、加算器、ＸＯＲゲート及びＡＮＤ/ＯＲゲートで実施されてもよい。

ＰＩＤコントローラ４００はソフトウェアプログラムとして実装されてもよい。例えば、ＰＩＤコントローラ４００は１０ミリ秒ごとに呼び出されるサブルーチンによってｐｙｔｈｏｎ又は任意のプログラミング言語で実装されてもよい。ＰＩＤコントローラサブルーチンは５つの入力、例えば、現在のサイクルの誤差４１０の入力（即ち、現在のサイクルの目標設定点４０５から前のサイクルの測定出力４４５を減算する）、前のサイクルの誤差４１０の入力（即ち、前のサイクルの目標設定点４０５から前の２つのサイクルの測定出力４４５を減算する）、及びそれぞれＰＩＤコントローラのＫ_ｐ、Ｋ_ｉ及びＫ_ｄ係数に用いられる３つの入力を有してもよい。サブルーチンの出力はＰＩＤ出力４３０である。

Ｐ制御モード４１５は現在のサイクルの入力Ｋ_ｐ係数及び誤差４１０を乗算する。Ｉ制御モード４２０は現在のサイクルのＫ_ｉ係数、サイクル期間（このような場合で、１０ミリ秒である）及び誤差４１０を乗算する。Ｄ制御モード４２５は現在のサイクルのＫ_ｄ係数、誤差４１０を乗算してから前のサイクルの誤差４１０を減算し、サイクル期間で割る。Ｐ制御モード４１５、Ｉ制御モード４２０及びＤ制御モード４２５の出力を合計して、現在のサイクルのＰＩＤ出力４３０又はサブルーチンの出力を生成する。ＰＩＤ出力４３０又はサブルーチンの出力をプロセス４４０に追加して、プロセス４４０は外乱４３５を含み、且つプロセス遅延を含む可能性がある。プロセス４４０は現在のサイクルの測定出力４４５を生成し、測定出力４４５は次のサイクルのＰＩＤコントローラサブルーチンの入力として用いられる。例えば、ＰＩＤコントローラサブルーチンは、以下の離散化方程式で示され、即ち、
ここで、ｅ（ｎ）＝誤差（ｎ）＝目標＿設定点（ｎ）−測定した＿出力（ｎ−１）は、減少する第ｎ個のサイクルの誤差項であり、Ｋ_ｐ、Ｋ_ｉ及びＫ_ｄはそれぞれＰＩＤコントローラの比例、積分及び微分係数であり、且つ
はサイクル期間である。

図５は、一実施形態に係る方向角ずれ又は誤差５２０で動作するＡＤＶ ５０１を示す図である。ＡＤＶ ５０１は計画されたルート５０５において方向５０２に沿って進行する。ＡＤＶ ５０１は旋回角５０６で後続の旋回を行い、それにより後続の目標方向角５１０でルート上に維持される。この例では、旋回角５０６が目標方向角５１０と同じである。図５は、ＡＤＶ ５０１が目標方向角５１０に基づくステアリングコマンドに応答して、次の実際方向角５１５、即ち、ＡＤＶの測定／検知出力角を有し、それにより方向角ずれ又は誤差５２０が生じる。方向角調整サブモジュール４０１は、ステアリング制御システムにコマンドを出す遅延及び／又はＡＤＶの現在のステアリング制御方向角のデータ取得の遅延を考慮して方向角ずれ又は誤差５２０を減少させ又は低下させる。

一実施形態では、方向角調整サブモジュール４０１は第１の比例−積分−微分（ＰＩＤ）コントローラによりモデリングされてもよい。例えば、ＰＩＤモデル３１２は、以下の方程式を含んでもよく、即ち、
ここで、ｅ（ｔ）＝方向_{ｔａｒｇｅｔ}−方向_{ａｃｔｕａｌ}は減少する方向角の誤差又はずれであり、Ｋ_ｐ、Ｋ_ｉ及びＫ_ｄはそれぞれ第１のＰＩＤコントローラの比例、積分及び微分係数の第１の集合であり、且つ角（ｔ）は第１のステアリング角である。第１のステアリング角はハンドル制御の数学的モデルに基づいて、ステアリング制御コマンドに変換されて、ＡＤＶの後続ステアリング角を制御する。

最初に、Ｋ_ｐ、Ｋ_ｉ及びＫ_ｄ係数を訓練又は調整することを必要とする。一実施形態では、第１のＰＩＤコントローラの係数Ｋ_ｐ、Ｋ_ｉ及びＫ_ｄは機器学習エンジン１２２によってデータ分析システム１０３における大量の集合の運転統計データ１２３に基づいて、オフラインで調整又は訓練される。別の実施形態では、ＡＤＶの動作期間、感知及び計画システム１１０の制御モジュール３０５によって第１のＰＩＤコントローラの係数を動的に調整してもよい。一実施形態では、第１のＰＩＤコントローラはアナログ又はデジタルハードウェア装置により実施されてもよい。別の実施形態では、第１のＰＩＤコントローラはソフトウェアプログラムにより実施されてもよい。

第１のＰＩＤコントローラについて、一実施形態では、Ｋ_ｐ係数はＡＤＶの現在速度に基づいて動的に調整される。別の実施形態では、Ｋ_ｐ係数は現在速度が所定閾値を超えると決定されたことに応答して減少する。一実施形態では、Ｋ_ｄ係数はＡＤＶの現在速度に基づいて動的に調整される。別の実施形態では、Ｋ_ｐはＡＤＶの旋回半径に基づいて動的に調整される。別の実施形態では、Ｋ_ｐは旋回半径が所定閾値を超える（例えば、０．１より大きい）と決定されたことに応答して増大する。

横方向位置調整サブモジュール４０２はＡＤＶの目標横方向位置と実際横方向位置のずれを減少させる。図６は、一実施形態に係る横方向位置ずれ６２０で動作するＡＤＶ６０１を示す図である。ＡＤＶ６０１は計画されたルート６０５において方向角６０２で進行する。ＡＤＶ６０１は旋回角６０６で後続のステアリングを行い、それにより後続の目標横方向位置６１０でルート上に維持される。図６に示すように、ＡＤＶ６０１が横方向位置変位を有し、それにより現在の横方向位置（ＡＤＶ６０１の中心）と現在の目標横方向位置６１５との差が横方向位置ずれ６２０となる。横方向位置調整サブモジュール４０２は、命令をステアリング制御に送信するコマンド遅延及びＡＤＶの現在の横方向位置６０２を取得する遅延を考慮して、横方向位置ずれ６２０を減少させ又は低下させる。

一実施形態では、横方向位置調整サブモジュール４０２は第２のＰＩＤコントローラによりモデリングされる。例えば、ＰＩＤモデル３１２は以下の方程式を含んでもよく、即ち、
、
ここで、ｅ（ｔ）＝横方向_{ｔａｒｇｅｔ}−横方向_{ａｃｔｕａｌ}は減少するＡＤＶの横方向位置ずれであり、Ｌ_ｐ、Ｌ_ｉ及びＬ_ｄは第２のＰＩＤコントローラの比例、積分及び微分係数の第２の集合であり、且つ横方向（ｔ）は第２のステアリング角である。第２のステアリング角はハンドル制御の数学的モデルに基づいて、ステアリング制御コマンドに変換され、ＡＤＶの後続ステアリング角を制御する。

最初に、Ｌ_ｐ、Ｌ_ｉ及びＬ_ｄ係数を訓練又は調整することを必要とする。一実施形態では、第２のＰＩＤコントローラの係数Ｌ_ｐ、Ｌ_ｉ及びＬ_ｄは機器学習エンジン１２２がデータ分析システム１０３における大量の集合の運転統計データ１２３に基づいて、オフラインで訓練又は調整される。別の実施形態では、ＡＤＶの動作期間、感知及び計画システム１１０の制御モジュール３０５によりこれらの係数を動的に調整してもよい。一実施形態では、第２のＰＩＤコントローラはアナログ又はデジタルハードウェア装置により実施されてもよい。別の実施形態では、第２のＰＩＤコントローラはソフトウェアプログラムにより実施されてもよい。

第２のＰＩＤコントローラについて、一実施形態では、Ｌｐ、Ｌｉ及びＬｄの係数は、ＡＤＶの現在速度、ＡＤＶの現在の旋回半径、及びＡＤＶの最後のコマンドのうちの少なくともいずれかに基づいて動的に調整される。別の実施形態では、第１と第２のステアリング角の和に基づいて目標ステアリング角を決定して、ＡＤＶの後続ステアリング角を制御する。なお、方向サイクル調整に用いられる第１のＰＩＤコントローラと横方向位置調整に用いられる第２のＰＩＤコントローラが存在するが、これらの２つのＰＩＤコントローラは１つのＰＩＤコントローラとして統合されてもよい。

図７は、一実施形態に係るＡＤＶの後続のステアリング角を計算する手順を示すフローチャートである。手順７００は、ソフトウェア、ハードウェア又はその組み合わせを含んでもよい処理ロジックにより実行されてもよい。例えば、手順７００は自律走行車の制御モジュール、例えば、感知及び計画システム１１０の制御モジュール３０５によって実行されてもよい。図７に示すように、ブロック７０１において、処理ロジックはＡＤＶの目標方向角及び実際方向角に基づいて第１のステアリング角を計算して、計画されたルート又は障害物コースを自律的に処理（maneuver）する。ブロック７０２において、処理ロジックはＡＤＶの目標横方向位置及び実際横方向位置に基づいて第２のステアリング角を計算して、計画されたルート又は障害物コースを自律的に処理する。ブロック７０３において、処理ロジックは第１及び第２のステアリング角に基づいて目標ステアリング角を決定する。ブロック７０４において、感知及び計画システム１１０の制御モジュール３０５は目標ステアリング角に基づいてＡＤＶの後続のステアリングを制御する。

図８は、一実施形態に係る第１のステアリング角を計算する手順を示すフローチャートである。手順８００は、ソフトウェア、ハードウェア又はその組み合わせを含んでもよい処理ロジックにより実行されてもよい。例えば、手順８００は自律走行車の制御モジュール、例えば、感知及び計画システム１１０の制御モジュール３０５により実行されてもよい。手順８００はブロック７０１の操作の一部として実行されてもよい。図８に示すように、ブロック８０１において、処理ロジックは自律走行車の目標方向角を決定して、計画されたルート又はオブジェクト又は障害物コースを処理する。ブロック８０２において、処理ロジックは移動中のＡＤＶの実際方向角を決定する。ブロック８０３において、コマンド遅延及びＡＤＶの実際方向角を取得する遅延を考慮して、処理ロジックは目標ステアリング角及び実際ステアリング角に基づいて、第１のＰＩＤコントローラで第１のステアリング角を計算する。

図９は、一実施形態に係る第２のステアリング角を計算する手順を示すフローチャートである。手順９００は、ソフトウェア、ハードウェア又はその組み合わせを含んでもよい処理ロジックにより実行されてもよい。例えば、手順９００は、自律走行車の制御モジュール、例えば、感知及び計画システム１１０の制御モジュール３０５により実行されてもよい。手順９００はブロック７０２の操作の一部として実行されてもよい。図９に示すように、ブロック９０１において、処理ロジックは自律走行車の目標横方向位置を決定し、計画されたルート又はオブジェクト又は障害物コースを処理する。ブロック９０２において、処理ロジックは移動中のＡＤＶの実際横方向位置を決定する。ブロック９０３において、コマンド遅延及びＡＤＶの実際横方向位置を取得する遅延を考慮して、処理ロジックは目標横方向位置及び実際横方向位置に基づいて、第２のＰＩＤコントローラで第２のステアリング角を計算する。

注意すべきなのは、前記の示されたとともに記述された一部又は全部の構成要素は、ソフトウェア、ハードウェア又はその組み合わせで実現されることができる。例えば、このような構成要素は、永続記憶装置にインストールされるとともに記憶されたソフトウェアとして実現されてもよく、前記ソフトウェアは、本出願にわたって記載の手順又は動作を実施するように、プロセッサ（図示せず）でメモリにロードして実行されてもよい。あるいは、このような構成要素は、集積回路（例えば特定用途向けＩＣ又はＡＳＩＣ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、又はフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ））にプログラミングされ又は嵌め込みされた専用ハードウェアにおける実行可能なコードとして実現されてもよく、前記実行可能なコードは、アプリケーションからの対応するドライバープログラム及び／又はオペレーティングシステムによってアクセスされてもよい。なお、このような構成要素は、プロセッサ又はプロセッサコアにおける特定のハードウェアロジックとして実現されてもよく、ソフトウェア構成要素が１つ以上の特定命令によってアクセス可能な命令セットの一部とする。

図１０は、本出願の一実施形態と組み合わせて使用されるデータ処理システムを例示的に示すブロック図である。例えば、システム１５００は、上記手順又は方法のいずれか（例えば、感知及び計画システム１１０、及び図１のサーバ１０３〜１０４のいずれか）を実行する上記任意のデータ処理システムを示してもよい。システム１５００は、多数の異なる構成要素を含んでもよい。これらの構成要素は、集積回路（ＩＣ）、集積回路の一部、分散型電子装置又は回路基板に適用された他のモジュール（例えばコンピュータシステムのマザーボード又はアドインカード）、又は他の方式でコンピュータシステムのシャシーに組み込まれた構成要素として実現されることができる。

さらに、システム１５００は、コンピュータシステムの多数の構成要素の高レベルビューを示すことを目的とする。しかしながら、いくつかの実現形態では、付加的構成要素が存在する場合があることを理解すべきである。また、他の実現形態において示される構成要素が異なる配置を有してもよい。システム１５００は、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、サーバ、携帯電話、メディアプレーヤー、パーソナルディジタルアシスタント（ＰＤＡ）、スマート腕時計、パーソナルコミュニケーター、ゲーム装置、ネットワークルータ又はハブ、無線アクセスポイント（ＡＰ）又はリピーター、セットトップボックス、又はそれらの組合せを示してもよい。また、単一の機器又はシステムのみを示したが、用語「機器」又は「システム」は、さらに、独立又は共同で１つ（又は複数）の命令セットを実行することにより本明細書に説明される任意の１種又は複数種の方法を実行する機器又はシステムの任意のセットを含むことを理解すべきである。

一実施形態において、システム１５００は、バス又は相互接続部材１５１０によって接続されたプロセッサ１５０１、メモリ１５０３及び装置１５０５〜１５０８を備える。プロセッサ１５０１は、単一のプロセッサコア又は複数のプロセッサコアを含む単一のプロセッサ又は複数のプロセッサであってもよい。プロセッサ１５０１は、マイクロプロセッサ、中央処理装置（ＣＰＵ）等のような１つ又は複数の汎用プロセッサであってもよい。より具体的には、プロセッサ１５０１は、複雑命令セット計算（ＣＩＳＣ）マイクロプロセッサ、縮小命令セットコンピュータ（ＲＩＳＣ）マイクロプロセッサ、超長命令語（ＶＬＩＷ）マイクロプロセッサ、又は他の命令セットを実現するプロセッサ、又は命令セットの組合せを実現するプロセッサであってもよい。プロセッサ１５０１は、さらに、専用集積回路（ＡＳＩＣ）、セルラ又はベースバンドプロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、ネットワークプロセッサ、グラフィックプロセッサ、通信プロセッサ、暗号プロセッサ、コプロセッサ、組み込みプロセッサのような１つ又は複数の専用プロセッサ、あるいは命令処理可能な任意の他のタイプのロジックであってもよい。

プロセッサ１５０１（超低電圧プロセッサのような低電力マルチコアプロセッサソケットであってもよい）は、前記システムの各種構成要素と通信するための主処理ユニット及び中央ハブとして用いられてもよい。このようなプロセッサは、システムオンチップ（ＳｏＣ）として実現されることができる。プロセッサ１５０１は、命令を実行することにより本明細書に説明される動作及びステップを実行するための命令を実行するように構成される。また、システム１５００は、選択可能なグラフィックサブシステム１５０４と通信するグラフィックインターフェースをさらに含み、グラフィックサブシステム１５０４は、表示コントローラ、グラフィックプロセッサ及び／又は表示装置をさらに備えてもよい。

プロセッサ１５０１は、メモリ１５０３と通信してもよく、メモリ１５０３は、一実施形態において複数のメモリによって所定量のシステムメモリを提供する。メモリ１５０３は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、動的ＲＡＭ（ＤＲＡＭ）、シンクロナスＤＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ）、静的ＲＡＭ（ＳＲＡＭ）又は他のタイプのメモリのような１つ又は複数の揮発性記憶装置（又はメモリ）を備えてもよい。メモリ１５０３は、プロセッサ１５０１又は任意の他の装置により実行される命令列を含む情報を記憶できる。例えば、複数種のオペレーティングシステム、装置ドライバー、ファームウェア（例えば、基本入出力システム又はＢＩＯＳ）及び／又はアプリケーションの実行可能なコード及び／又はデータはメモリ１５０３にロードされてもよく、プロセッサ１５０１により実行される。オペレーティングシステムは、ロボットオペレーティングシステム（ＲＯＳ）、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ（登録商標）会社からのＷｉｎｄｏｗｓ（登録商標）オペレーティングシステム、アップル会社からのＭａｃ ＯＳ（登録商標）／ｉＯＳ（登録商標）、Ｇｏｏｇｌｅ（登録商標）会社からのＡｎｄｒｏｉｄ（登録商標）、Ｌｉｎｕｘ（登録商標）、Ｕｎｉｘ又は他のリアルタイム又は組み込みオペレーティングシステムのような任意のタイプのオペレーティングシステムであってもよい。

システム１５００は、ＩＯ装置、例えば装置１５０５〜１５０８をさらに備えてもよく、ネットワークインターフェース装置１５０５、選択可能な入力装置１５０６及び他の選択可能なＩＯ装置１５０７を備える。ネットワークインターフェース装置１５０５は、無線送受信機及び／又はネットワークインターフェースカード（ＮＩＣ）を備えてもよい。前記無線送受信機は、ＷｉＦｉ送受信機、赤外送受信機、ブルートゥース送受信機、ＷｉＭａｘ送受信機、無線セルラーホン送受信機、衛星送受信機（例えば、全地球測位システム（ＧＰＳ）送受信機）又は他の無線周波数（ＲＦ）送受信機又はそれらの組合せであってもよい。ＮＩＣはイーサネットカードであってもよい。

入力装置１５０６は、マウス、タッチパッド、タッチスクリーン（それは表示装置１５０４と一体化されてもよい）、ポインタデバイス（例えばスタイラス）及び／又はキーボード（例えば、物理キーボード又はタッチスクリーンの一部として表示された仮想キーボード）を備えてもよい。例えば、入力装置１５０６は、タッチスクリーンに接続されるタッチスクリーンコントローラを含んでもよい。タッチスクリーン及びタッチスクリーンコントローラは、例えば複数種のタッチ感度技術（容量、抵抗、赤外及び表面音波の技術を含むが、それらに限定されない）のいずれか、及びタッチスクリーンの１つ又は複数の接触点を決定するための他の近接センサアレイ又は他の素子を用いてそのタッチ点及び移動又は断続を検出することができる。

ＩＯ装置１５０７は音声装置を備えてもよい。音声装置は、スピーカ及び／又はマイクロホンを含んでもよく、それにより音声認識、音声コピー、デジタル記録及び／又は電話機能のような音声サポートの機能を促進する。他のＩＯ装置１５０７は、汎用シリアルバス（ＵＳＢ）ポート、パラレルポート、シリアルポート、印刷機、ネットワークインターフェース、バスブリッジ（例えば、ＰＣＩ−ＰＣＩブリッジ）、センサ（例えば、加速度計、ジャイロスコープ、磁力計、光センサ、コンパス、近接センサ等のような動きセンサ）又はそれらの組合せをさらに備えてもよい。装置１５０７は、結像処理サブシステム（例えば、カメラ）をさらに備えてもよく、前記結像処理サブシステムは、カメラ機能（例えば、写真及びビデオ断片の記録）を促進するための電荷カップリング装置（ＣＣＤ）又は相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）光学センサのような光学センサを備えてもよい。あるセンサは、センサハブ（図示せず）によって相互接続部材１５１０に接続されてもよく、キーボード又は熱センサのような他の装置は、組み込みコントローラ（図示せず）により制御されてもよく、これはシステム１５００の特定配置又は設計により決められる。

データ、アプリケーション、１つ又は複数のオペレーティングシステム等のような情報の永続記憶を提供するために、大容量メモリ（図示せず）は、プロセッサ１５０１に接続されてもよい。様々な実施形態において、薄型化と軽量化のシステム設計を実現しかつシステムの応答能力を向上させるために、このような大容量メモリは、ソリッドステート装置（ＳＳＤ）によって実現されることができる。なお、他の実施形態において、大容量メモリは、主にハードディスクドライブ（ＨＤＤ）で実現されてもよく、少量のＳＳＤ記憶量は、ＳＳＤキャッシュとして停電イベント期間にコンテキスト状態及び他のこのような情報の不揮発性記憶を実現し、それによりシステム動作が再開する時に通電を速く実現することができる。さらに、フラッシュデバイスは、例えばシリアルペリフェラルインターフェース（ＳＰＩ）によってプロセッサ１５０１に接続されてもよい。このようなフラッシュデバイスは、システムソフトウェアの不揮発性記憶に用いられてもよく、前記システムソフトウェアは、前記システムのＢＩＯＳ及び他のファームウェアを備える。

記憶装置１５０８は、任意の１種又は複数種の本明細書に記載の方法又は機能を体現する１つ又は複数の命令セット又はソフトウェア（例えば、モジュール、ユニット及び／又はロジック１５２８）が記憶されるコンピュータアクセス可能な記憶媒体１５０９（機械可読記憶媒体又はコンピュータ可読媒体とも呼ばれる）を備えてもよい。処理モジュール／ユニット／ロジック１５２８は、例えば、制御モジュール３０５又は機器学習エンジンのような上記構成要素のいずれかを示してもよい。処理モジュール／ユニット／ロジック１５２８は、さらにデータ処理システム１５００により実行される期間にメモリ１５０３内及び／又はプロセッサ１５０１内に完全又は少なくとも部分的に存在してもよく、ここで、メモリ１５０３及びプロセッサ１５０１も、機器アクセス可能な記憶媒体を構成する。処理モジュール／ユニット／ロジック１５２８は、さらにネットワークによってネットワークインターフェース装置１５０５を経由して送受信されてもよい。

コンピュータ可読記憶媒体１５０９は、以上に説明されたいくつかのソフトウェア機能の一部を永続的に記憶してもよい。コンピュータ可読記憶媒体１５０９は、例示的な実施形態において単一の媒体として示されたが、用語「コンピュータ可読記憶媒体」は、前記１つ又は複数の命令セットが記憶される単一の媒体又は複数の媒体（例えば、集中型又は分散型データベース、及び／又は関連するキャッシュ及びサーバ）を備えることを理解すべきである。用語「コンピュータ可読記憶媒体」は、さらに命令セットを記憶又はコーディング可能な任意の媒体を備えることを理解すべきであり、前記命令セットは、機器により実行されかつ前記機器に本発明の任意の１種又は複数種の方法を実行させる。従って、用語「コンピュータ可読記憶媒体」は、ソリッドステートメモリ及び光学媒体と磁気媒体又は任意の他の非一時的機械可読媒体を備えるが、それらに限定されないことを理解すべきである。

本明細書に記載の処理モジュール／ユニット／ロジック１５２８、構成要素及び他の特徴は、ディスクリートハードウェアコンポーネントとして実現されてもよく、又はハードウェアコンポーネント（例えばＡＳＩＣs、ＦＰＧＡ、ＤＳＰ又は類似装置）の機能に統合されてもよい。さらに、処理モジュール／ユニット／ロジック１５２８は、ハードウェア装置内のファームウェア又は機能回路として実現されてもよい。また、処理モジュール／ユニット／ロジック１５２８は、ハードウェア装置及びソフトウェアコンポーネントの任意の組合せで実現されてもよい。

なお、システム１５００は、データ処理システムの各種の構成要素を有するように示されているが、構成要素に相互接続させる任意の具体的な構造又は方式を限定するものではないことに注意すべき、それは、このような詳細が本発明の実施形態に密接な関係がないためである。また、より少ない構成要素又はより多くの構成要素を有するネットワークコンピュータ、ハンドヘルドコンピュータ、携帯電話、サーバ及び／又は他のデータ処理システムは、本発明の実施形態と共に使用されてもよい。

上記詳細な説明の一部は、コンピュータメモリにおけるデータビットに対する演算のアルゴリズム及び記号表現で示される。これらのアルゴリズムの説明及び表現は、データ処理分野における当業者によって使用される、それらの作業実質を所属分野の他の当業者に最も効果的に伝達する方法である。ここで、アルゴリズムは、通常、所望の結果につながる首尾一貫した動作列（ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｏｆ ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ）と考えられる。これらの動作とは、物理量に対して物理的動作を行う必要となるステップを指す。

ただし、これらの全ての及び類似の用語は、いずれも適切な物理量に関連付けられ、かつただこれらの量に適用される適切なラベルであることに注意すべきである。特に断らない限り、本出願の全体にわたって用語（例えば、添付している特許請求の範囲に説明された用語）による説明とは、コンピュータシステム又は類似の電子計算装置の動作及び処理であり、前記コンピュータシステム又は電子計算装置は、コンピュータシステムのレジスタ及びメモリに物理（例えば、電子）量としてデータを示し、かつ前記データをコンピュータシステムメモリ又はレジスタ又は他のこのような情報メモリ、伝送又は表示装置内において類似に物理量として示される他のデータに変換する。

本発明の実施形態は、さらに本明細書における動作を実行するためのコンピュータプログラムに関する。このようなコンピュータプログラムは、非一時的コンピュータ可読媒体に記憶される。機器可読媒体は、機器（例えば、コンピュータ）可読な形態で情報を記憶する任意の機構を備える。例えば、機器可読（例えば、コンピュータ可読）媒体は、機器（例えば、コンピュータ）可読記憶媒体（例えば、読み出し専用メモリ（「ＲＯＭ」）、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）、磁気ディスク記憶媒体、光記憶媒体、フラッシュメモリメモリ）を備える。

上記図面に示される手順又は方法は、ハードウェア（例えば、回路、専用ロジック等）、ソフトウェア（例えば、非一時的コンピュータ可読媒体に具現化される）、又は両方の組合せを含む処理ロジックにより実行されてもよい。前記手順又は方法は、本明細書において特定の順序に応じて説明されるが、説明された動作の一部は、異なる順序に応じて実行されてもよい。また、いくつかの動作は、順番ではなく並行に実行されてもよい。

本発明の実施形態は、いずれかの特定のプログラミング言語を参照して説明されていないが、複数種のプログラミング言語で本明細書に記載の本発明の実施形態の教示を実現できることを理解すべきである。

以上の明細書では、本発明の具体的な例示的な実施形態を参照してその実施形態を説明した。明らかなように、添付している特許請求の範囲に記載の本発明のより広い趣旨及び範囲を逸脱しない限り、様々な変形が可能である。従って、限定的なものではなく例示的なものとして本明細書及び図面を理解すべきである。

Claims (27)

1. 前記自律走行車の目標方向角及び実際方向角に基づいて第１のステアリング角を計算して、障害物コースを操縦するステップと、
   前記自律走行車の目標横方向位置及び実際横方向位置に基づいて第２のステアリング角を計算して、前記障害物コースを操縦するステップと、
   前記第１のステアリング角及び前記第２のステアリング角に基づいて目標ステアリング角を決定するステップと、
   次の目標ステアリング角に基づいて前記自律走行車の後続のステアリング角を制御するステップと、を含む
   ことを特徴する自律走行車のステアリング制御用のコンピュータ実装方法。
2. 第１のステアリング角を計算するステップには、
   前記自律走行車の前記目標方向角を決定して、前記障害物コースを操縦するステップと、
   移動中の前記自律走行車の前記実際方向角を決定するステップと、
   前記目標ステアリング角及び前記実際ステアリング角に基づいて第１の比例−積分−微分（ＰＩＤ）コントローラで前記第１のステアリング角を計算するステップと、を含む
   ことを特徴する請求項１に記載の方法。
3. 前記自律走行車の現在速度を決定するステップと、
   前記自律走行車の前記現在速度に基づいて前記第１のＰＩＤコントローラの比例係数を調整するステップと、をさらに含む
   ことを特徴する請求項２に記載の方法。
4. 前記現在速度が所定閾値を超えると決定されたことに応答し、前記第１のＰＩＤコントローラの前記比例係数を減少するステップをさらに含む
   ことを特徴する請求項３に記載の方法。
5. 前記自律走行車の前記現在速度に基づいて前記第１のＰＩＤコントローラの微分係数を調整するステップをさらに含む
   ことを特徴する請求項３に記載の方法。
6. 前記自律走行車の旋回半径を決定するステップと、
   前記自律走行車の前記旋回半径に基づいて前記第１のＰＩＤコントローラの比例係数を調整するステップと、をさらに含む
   ことを特徴する請求項２に記載の方法。
7. 前記旋回半径が所定閾値を超えると決定されたことに応答し、前記第１のＰＩＤコントローラの前記比例係数を増大するステップをさらに含む
   ことを特徴する請求項６に記載の方法。
8. 第２のステアリング角を計算するステップには、
   前記自律走行車の前記目標横方向位置を決定して、前記障害物コースを操縦するステップと、
   移動中の前記自律走行車の前記実際横方向位置を決定するステップと、
   前記目標横方向位置及び前記実際横方向位置に基づいて、第２の比例−積分−微分（ＰＩＤ）コントローラで前記第２のステアリング角を計算するステップと、を含む
   ことを特徴する請求項１に記載の方法。
9. 前記自律走行車の現在速度、車両ルートに対する前記自律走行車の現在旋回半径、及び前記自律走行車の最後のコマンドのうちの少なくとも１つに基づいて、前記第２のＰＩＤコントローラの比例係数、積分係数及び微分係数を調整するステップをさらに含む
   ことを特徴する請求項８に記載の方法。
10. 命令が記憶された非一時的な機械可読媒体であって、
    前記命令が、プロセッサにより実行される場合、前記プロセッサに自律走行車のステアリング制御操作を実行させ、前記操作は、
    前記自律走行車の目標方向角及び実際方向角に基づいて第１のステアリング角を計算して、障害物コースを操縦するステップと、
    前記自律走行車の目標横方向位置及び実際横方向位置に基づいて第２のステアリング角を計算して、前記障害物コースを操縦するステップと、
    前記第１のステアリング角及び前記第２のステアリング角に基づいて目標ステアリング角を決定するステップと、
    次の目標ステアリング角に基づいて前記自律走行車の後続のステアリング角を制御するステップと、を含む
    ことを特徴する機械可読媒体。
11. 第１のステアリング角を計算するステップには、
    前記自律走行車の前記目標方向角を決定して、前記障害物コースを操縦するステップと、
    移動中の前記自律走行車の前記実際方向角を決定するステップと、
    前記目標ステアリング角及び前記実際ステアリング角に基づいて第１の比例−積分−微分（ＰＩＤ）コントローラで前記第１のステアリング角を計算するステップと、を含む
    ことを特徴する請求項１０に記載の機械可読媒体。
12. 前記自律走行車の現在速度を決定するステップと、
    前記自律走行車の前記現在速度に基づいて前記第１のＰＩＤコントローラの比例係数を調整するステップと、をさらに含む
    ことを特徴する請求項１１に記載の機械可読媒体。
13. 前記現在速度が所定閾値を超えると決定されたことに応答し、前記第１のＰＩＤコントローラの前記比例係数を減少するステップをさらに含む
    ことを特徴する請求項１２に記載の機械可読媒体。
14. 前記自律走行車の前記現在速度に基づいて前記第１のＰＩＤコントローラの微分係数を調整するステップをさらに含む
    ことを特徴する請求項１２に記載の機械可読媒体。
15. 前記自律走行車の旋回半径を決定するステップと、
    前記自律走行車の前記旋回半径に基づいて前記第１のＰＩＤコントローラの比例係数を調整するステップと、をさらに含む
    ことを特徴する請求項１１に記載の機械可読媒体。
16. 前記旋回半径が所定閾値を超えると決定されたことに応答し、前記第１のＰＩＤコントローラの前記比例係数を増大するステップをさらに含む
    ことを特徴する請求項１５に記載の機械可読媒体。
17. 第２のステアリング角を計算するステップには、
    前記自律走行車の前記目標横方向位置を決定して、前記障害物コースを操縦するステップと、
    移動中の前記自律走行車の前記実際横方向位置を決定するステップと、
    前記目標横方向位置及び前記実際横方向位置に基づいて、第２の比例−積分−微分（ＰＩＤ）コントローラで前記第２のステアリング角を計算するステップと、を含む
    ことを特徴する請求項１０に記載の機械可読媒体。
18. 前記自律走行車の現在速度、車両ルートに対する前記自律走行車の現在旋回半径、及び前記自律走行車の最後のコマンドのうちの少なくとも１つに基づいて、前記第２のＰＩＤコントローラの比例係数、積分係数及び微分係数を調整するステップをさらに含む
    ことを特徴する請求項１７に記載の機械可読媒体。
19. プロセッサと、
    前記プロセッサに連結されて命令を記憶するメモリと、を備え、
    前記命令が、前記プロセッサにより実行される場合、前記プロセッサに自律走行車のステアリング制御操作を実行させ、前記操作は、
    前記自律走行車の目標方向角及び実際方向角に基づいて第１のステアリング角を計算して、障害物コースを操縦するステップと、
    前記自律走行車の目標横方向位置及び実際横方向位置に基づいて第２のステアリング角を計算して、前記障害物コースを操縦するステップと、
    前記第１のステアリング角及び前記第２のステアリング角に基づいて目標ステアリング角を決定するステップと、
    次の目標ステアリング角に基づいて前記自律走行車の後続のステアリング角を制御するステップと、を含む
    ことを特徴するデータ処理システム。
20. 第１のステアリング角を計算するステップには、
    前記自律走行車の前記目標方向角を決定して、前記障害物コースを操縦するステップと、
    移動中の前記自律走行車の前記実際方向角を決定するステップと、
    前記目標ステアリング角及び前記実際ステアリング角に基づいて第１の比例−積分−微分（ＰＩＤ）コントローラで前記第１のステアリング角を計算するステップと、を含む
    ことを特徴する請求項１９に記載のデータ処理システム。
21. 前記自律走行車の現在速度を決定するステップと、
    前記自律走行車の前記現在速度に基づいて前記第１のＰＩＤコントローラの比例係数を調整するステップと、をさらに含む
    ことを特徴する請求項２０に記載のデータ処理システム。
22. 前記現在速度が所定閾値を超えると決定されたことに応答し、前記第１のＰＩＤコントローラの前記比例係数を減少するステップをさらに含む
    ことを特徴する請求項２１に記載のデータ処理システム。
23. 前記自律走行車の前記現在速度に基づいて前記第１のＰＩＤコントローラの微分係数を調整するステップをさらに含む
    ことを特徴する請求項２１に記載のデータ処理システム。
24. 前記自律走行車の旋回半径を決定するステップと、
    前記自律走行車の前記旋回半径に基づいて前記第１のＰＩＤコントローラの比例係数を調整するステップとをさらに含む
    ことを特徴する請求項２０に記載のデータ処理システム。
25. 前記旋回半径が所定閾値を超えると決定されたことに応答し、前記第１のＰＩＤコントローラの前記比例係数を増大するステップをさらに含む
    ことを特徴する請求項２４に記載のデータ処理システム。
26. 第２のステアリング角を計算するステップには、
    前記自律走行車の前記目標横方向位置を決定して、前記障害物コースを操縦するステップと、
    移動中の前記自律走行車の前記実際横方向位置を決定するステップと、
    前記目標横方向位置及び前記実際横方向位置に基づいて、第２の比例−積分−微分（ＰＩＤ）コントローラで前記第２のステアリング角を計算するステップと、を含む
    ことを特徴する請求項１９に記載のデータ処理システム。
27. 前記自律走行車の現在速度、車両ルートに対する前記自律走行車の現在旋回半径、及び前記自律走行車の最後のコマンドのうちの少なくとも１つに基づいて、前記第２のＰＩＤコントローラの比例係数、積分係数及び微分係数を調整するステップをさらに含む
    ことを特徴する請求項２６に記載のデータ処理システム。