DE102019116056A1

DE102019116056A1 - System und verfahren zur steuerung eines autonomen fahrzeugs

Info

Publication number: DE102019116056A1
Application number: DE102019116056.1A
Authority: DE
Inventors: Kevin A. O´Dea; Sami Ahmed; Shiv G. Patel
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2018-12-04
Filing date: 2019-06-13
Publication date: 2020-06-04
Also published as: US20200172106A1; CN111267855A

Abstract

Ein Kraftfahrzeug beinhaltet ein Stellglied, einen Sensor und eine Steuerung, die konfiguriert ist, um das Stellglied selektiv in einem autonomen Fahrmodus zu steuern. Die Steuerung ist konfiguriert, um eine benachbarte Fahrspur in der Nähe einer aktuellen Fahrspur basierend auf Signalen des Sensors zu identifizieren. Die Steuerung ist konfiguriert, um aus einem nichtflüchtigen Datenspeicher auf einen aktuellen Fahrspurpräferenzwert und einen benachbarten Fahrspurpräferenzwert zuzugreifen. Die Steuerung ist konfiguriert, um eine Relativposition und Relativgeschwindigkeit eines Zielobjekts außerhalb des Fahrzeugs zu berechnen. Die Steuerung ist konfiguriert, um einen aktuellen Fahrspurgewichtswert für die aktuelle Fahrspur und einen benachbarten Fahrspurgewichtswert für die benachbarte Fahrspur zu berechnen. Die Steuerung ist konfiguriert, um als Reaktion darauf, dass der benachbarte Fahrspurgewichtswert den aktuellen Fahrspurgewichtswert überschreitet, das Stellglied automatisch zu steuern, um ein Fahrspurwechselmanöver von der aktuellen Fahrspur auf die benachbarte Fahrspur durchzuführen.

Description

EINFUHRUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Fahrzeuge, die von automatisierten Fahrsystemen gesteuert werden, insbesondere solche, die konfiguriert sind, um die Fahrzeuglenkung, - beschleunigung und -bremsung während eines Fahrzyklus ohne menschlichen Eingriff automatisch zu steuern.
Der Betrieb moderner Fahrzeuge wird immer automatisierter, d.h. er kann die Fahrkontrolle mit immer weniger Eingriffen des Fahrers übernehmen. Die Fahrzeugautomation wurde in numerische Stufen eingeteilt, die von Null, d.h. keine Automatisierung mit voller menschlicher Kontrolle, bis hin zu Fünf, d.h. eine vollständige Automatisierung ohne menschliche Kontrolle, reichen. Verschiedene automatisierte Fahrerassistenzsysteme wie Tempomat, adaptiver Tempomat und Parkassistenzsysteme entsprechen einem niedrigeren Automatisierungsgrad, während echte „fahrerlose“ Fahrzeuge einem höheren Automatisierungsgrad entsprechen.
BESCHREIBUNG
Ein Kraftfahrzeug gemäß der vorliegenden Offenbarung beinhaltet mindestens ein Stellglied, das zum Steuern der Fahrzeuglenkung, -verschiebung, -beschleunigung oder -bremsung konfiguriert ist, mindestens einen Sensor, der zum Bereitstellen von Signalen konfiguriert ist, die Merkmale außerhalb des Fahrzeugs anzeigen, und eine Steuerung in Verbindung mit einem nicht-flüchtigen Datenspeicher. Die Steuerung ist konfiguriert, um das mindestens eine Stellglied selektiv in einem autonomen Fahrmodus zu steuern. Die Steuerung ist zusätzlich konfiguriert, um eine benachbarte Fahrspur in der Nähe einer aktuellen Fahrspur des Kraftfahrzeugs basierend auf Signalen des mindestens einen Sensors zu identifizieren. Die Steuerung ist auch konfiguriert, um auf einen aktuellen Fahrspurpräferenzwert zuzugreifen, der der aktuellen Fahrspur zugeordnet ist, und auf einen benachbarten Fahrspurpräferenzwert, der der benachbarten Fahrspur zugeordnet ist. Der aktuelle Fahrspurpräferenzwert und der benachbarte Fahrspurpräferenzwert sind kalibrierte Werte, die im nicht-flüchtigen Datenspeicher gespeichert sind. Die Steuerung ist ferner konfiguriert, um eine Relativposition und Relativgeschwindigkeit eines Zielobjekts außerhalb des Fahrzeugs zu berechnen. Die Steuerung ist ferner konfiguriert, um basierend auf dem aktuellen Fahrspurpräferenzwert, dem benachbarten Fahrspurpräferenzwert, der Relativposition des Zielobjekts und der Relativgeschwindigkeit des Zielobjekts, einen aktuellen Fahrspurgewichtswert für die aktuelle Fahrspur und einen benachbarten Fahrspurgewichtswert für die benachbarte Fahrspur zu berechnen. Die Steuerung ist ferner konfiguriert, um als Reaktion darauf, dass der benachbarte Fahrspurgewichtswert den aktuellen Fahrspurgewichtswert überschreitet, und die Steuerung das mindestens eine Stellglied im autonomen Fahrmodus steuert, das mindestens eine Stellglied automatisch zu steuern, um ein Fahrspurwechselmanöver von der aktuellen Fahrspur auf die benachbarte Fahrspur durchzuführen.
In einer exemplarischen Ausführungsform wird die benachbarte Fahrspur auf der Beifahrerseite der aktuellen Fahrspur positioniert, und der benachbarte Fahrspurpräferenzwert überschreitet den aktuellen Fahrspurpräferenzwert.
In einer exemplarischen Ausführungsform ist die benachbarte Fahrspur auf der Beifahrerseite der aktuellen Fahrspur positioniert, und als Reaktion darauf, dass das Zielobjekt ein Notfalleinsatzfahrzeug umfasst, übersteigt das benachbarte Fahrbahngewicht das aktuelle Fahrbahngewicht.
In einer exemplarischen Ausführungsform ist die Steuerung ferner konfiguriert, um eine zweite benachbarte Fahrspur in der Nähe der aktuellen Fahrspur basierend auf Signalen des mindestens einen Sensors zu identifizieren und auf einen zweiten benachbarten Fahrspurpräferenzwert zuzugreifen, der der zweiten benachbarten Fahrspur zugeordnet ist. Der zweite benachbarte Fahrspurpräferenzwert ist ein kalibrierter Wert, der im nichtflüchtigen Datenspeicher gespeichert ist. Die Steuerung ist zusätzlich konfiguriert, um basierend auf dem zweiten benachbarten Fahrspurpräferenzwert einen zweiten benachbarten Fahrspurgewichtswert für die zweite benachbarte Fahrspur zu berechnen und als Reaktion darauf, dass der zweite benachbarten Fahrspurgewichtswert den aktuellen Fahrspurgewichtswert überschreitet, und die Steuerung das mindestens eine Stellglied im autonomen Fahrmodus steuert, das mindestens eine Stellglied automatisch zu steuern, um ein Fahrspurwechselmanöver von der aktuellen Fahrspur auf die zweite benachbarte Fahrspur durchzuführen.
In einer exemplarischen Ausführungsform ist das Zielobjekt in der benachbarten Fahrspur positioniert, und die Steuerung ist ferner konfiguriert, um einen benachbarten Fahrspurverkehrsdichteparameter basierend auf der Relativposition und Relativgeschwindigkeit des Zielobjekts zu berechnen. In solchen Ausführungsformen basiert der benachbarte Fahrbahngewichtswert auf dem benachbarten Fahrspurverkehrsdichteparameter. Die Steuerung kann ferner konfiguriert sein, um eine zweite Relativposition und eine zweite Relativgeschwindigkeit eines zweiten Zielobjekts außerhalb des Fahrzeugs zu berechnen, wobei das zweite Objekt in der benachbarten Fahrspur positioniert ist und der Verkehrsdichteparameter weiterhin auf der zweiten Relativposition und der zweiten Relativgeschwindigkeit basiert.
In einer exemplarischen Ausführungsform ist das Zielobjekt in der aktuellen Fahrspur positioniert und der aktuelle Fahrspurgewichtswert basiert auf der Relativposition und Relativgeschwindigkeit des Zielobjekts. Das Zielobjekt kann vor dem Fahrzeug positioniert sein.
Ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Offenbarung beinhaltet das Bereitstellen des Fahrzeugs mit mindestens einem Stellglied, das zum Steuern der Fahrzeuglenkung, -schaltung, -beschleunigung oder -bremsung konfiguriert ist, mindestens einem Sensor, der zum Bereitstellen von Signalen konfiguriert ist, die Merkmale außerhalb des Fahrzeugs anzeigen, und einer Steuerung in Verbindung mit einem nicht-flüchtigen Datenspeicher. Die Steuerung ist konfiguriert, um das mindestens eine Stellglied selektiv in einem autonomen Fahrmodus zu steuern. Das Verfahren beinhaltet auch das Identifizieren einer benachbarten Fahrspur in der Nähe einer aktuellen Fahrspur des Kraftfahrzeugs basierend auf Signalen des mindestens einen Sensors über die Steuerung. Das Verfahren beinhaltet zusätzlich den Zugriff über die Steuerung auf einen aktuellen Fahrspurpräferenzwert, der der aktuellen Fahrspur zugeordnet ist, und einen benachbarten Fahrspurpräferenzwert, der der benachbarten Fahrspur zugeordnet ist. Der aktuelle Fahrspurpräferenzwert und der benachbarte Fahrspurpräferenzwert sind kalibrierte Werte, die im nicht-flüchtigen Datenspeicher gespeichert sind. Das Verfahren beinhaltet ferner das Berechnen einer Relativposition und Relativgeschwindigkeit eines Zielobjekts außerhalb des Fahrzeugs über die Steuerung. Das Verfahren beinhaltet weiterhin das Berechnen eines aktuellen Fahrspurgewichtswerts für die aktuelle Fahrspur und eines benachbarten Fahrspurgewichtswerts für die benachbarte Fahrspur basierend auf dem aktuellen Fahrspurpräferenzwert, dem benachbarten Fahrspurpräferenzwert, der Relativposition des Zielobjekts und der Relativgeschwindigkeit des Zielobjekts über die Steuerung. Das Verfahren beinhaltet weiterhin, als Reaktion darauf, dass der benachbarte Fahrspurgewichtswert den aktuellen Fahrspurgewichtswert übersteigt und die Steuerung das mindestens eine Stellglied im autonomen Fahrmodus steuert, das automatische Steuern des mindestens einen Stellglieds, um ein Fahrspurwechselmanöver von der aktuellen Fahrspur auf die benachbarte Fahrspur durchzuführen.
In einer exemplarischen Ausführungsform beinhaltet das Verfahren zusätzlich das Bereitstellen des Fahrzeugs mit einer Karosserie mit einer Fahrerseite und einer Beifahrerseite. Die benachbarte Fahrspur befindet sich auf der Beifahrerseite der aktuellen Fahrspur, und der benachbarte Fahrspurpräferenzwert überschreitet den aktuellen Fahrspurpräferenzwert.
In einer exemplarischen Ausführungsform beinhaltet das Verfahren zusätzlich das Bereitstellen des Fahrzeugs mit einer Karosserie mit einer Fahrerseite und einer Beifahrerseite. Die benachbarte Fahrspur ist auf der Beifahrerseite der aktuellen Fahrspur positioniert, und als Reaktion darauf, dass das Zielobjekt ein Notfalleinsatzfahrzeug umfasst, überschreitet das benachbarte Fahrspurgewicht das aktuelle Fahrspurgewicht.
In einer exemplarischen Ausführungsform beinhaltet das Verfahren zusätzlich das Identifizieren einer zweiten benachbarten Fahrspur nahe der aktuellen Fahrspur über die Steuerung basierend auf Signalen des mindestens einen Sensors. Das Verfahren beinhaltet auch den Zugriff über die Steuerung auf einen zweiten benachbarten Fahrspurpräferenzwert, der der zweiten benachbarten Fahrspur zugeordnet ist. Der zweite benachbarte Fahrspurpräferenzwert ist ein kalibrierter Wert, der im nichtflüchtigen Datenspeicher gespeichert ist. Das Verfahren beinhaltet ferner das Berechnen, basierend auf dem zweiten benachbarten Fahrspurpräferenzwert, eines zweiten benachbarten Fahrspurgewichtswerts für die zweite benachbarte Fahrspur. Das Verfahren beinhaltet weiterhin, als Reaktion darauf, dass der zweite benachbarte Fahrspurgewichtswert den aktuellen Fahrspurgewichtswert überschreitet, und die Steuerung das mindestens eine Stellglied im autonomen Fahrmodus steuert, das automatische Steuern des mindestens einen Stellglieds, um ein Fahrspurwechselmanöver von der aktuellen Fahrspur auf die zweite benachbarte Fahrspur durchzuführen.
In einer exemplarischen Ausführungsform ist das Zielobjekt in der benachbarten Fahrspur positioniert. In einer solchen Ausführungsform beinhaltet das Verfahren zusätzlich das Berechnen eines benachbarten Fahrspurverkehrsdichteparameters über die Steuerung basierend auf der Relativposition und Relativgeschwindigkeit des Zielobjekts. Der benachbarte Fahrspurgewichtswert basiert auf dem benachbarten Fahrspurverkehrsdichteparameter. In solchen Ausführungsformen kann das Verfahren zusätzlich das Berechnen einer zweiten Relativposition und einer zweiten Relativgeschwindigkeit eines zweiten Zielobjekts außerhalb des Fahrzeugs über die Steuerung beinhalten. Das zweite Objekt ist in der benachbarten Fahrspur positioniert, und der Verkehrsdichteparameter basiert weiterhin auf der zweiten Relativposition und der zweiten Relativgeschwindigkeit.
In einer exemplarischen Ausführungsform ist das Zielobjekt in der aktuellen Fahrspur positioniert und der aktuelle Fahrspurgewichtswert basiert auf der Relativposition und Relativgeschwindigkeit des Zielobjekts. Das Zielobjekt kann vor dem Fahrzeug positioniert sein.
Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung bieten eine Reihe von Vorteilen. Die vorliegende Offenbarung stellt beispielsweise ein System und Verfahren zum Steuern eines Kraftfahrzeugs zur Verfügung, um autonom zu bestimmen, ob ein Fahrspurwechsel wünschenswert ist, und um einen solchen Fahrspurwechsel durchzuführen, wenn er wünschenswert ist.
Die oben genannten und andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Offenbarung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Diagramm eines Kommunikationssystems mit einem autonom gesteuerten Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
2 ist ein schematisches Blockdiagramm eines automatisierten Fahrsystems (ADS) für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
3 ist eine Flussdiagrammdarstellung eines Verfahrens zum Steuern eines Fahrzeugs gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung; und
4 ist eine illustrative Darstellung eines Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind hierin beschrieben. Es ist jedoch zu verstehen, dass die offenbarten Ausführungsformen nur Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Zeichnungen sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert sein, um Details zu bestimmten Komponenten zu zeigen. Spezifische strukturelle und funktionale Details, die hierin offenbart sind, sind daher nicht als einschränkend, sondern lediglich als repräsentativ zu interpretieren. Die verschiedenen Merkmale, die mit Bezug auf eine der Figuren dargestellt und beschrieben sind, können mit Merkmalen kombiniert werden, die in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellt sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht explizit veranschaulicht oder beschrieben sind. Die dargestellten Merkmalskombinationen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen dar. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung übereinstimmen, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen oder Implementierungen gewünscht sein.
1 veranschaulicht schematisch eine Betriebsumgebung, die ein mobiles Fahrzeugkommunikations- und Steuerungssystem 10 für ein Kraftfahrzeug 12 umfasst. Das Kraftfahrzeug 12 kann als Trägerfahrzeug bezeichnet werden. Das Kommunikations- und Steuerungssystem 10 für das Trägerfahrzeug 12 beinhaltet im Allgemeinen ein oder mehrere drahtlose Trägersysteme 60, ein Landkommunikationsnetzwerk 62, einen Computer 64, eine mobile Vorrichtung 57, wie beispielsweise ein Smartphone, und eine Fernzugriffszentrale 78.
Das in 1 schematisch dargestellte Trägerfahrzeug 12 ist in der veranschaulichten Ausführungsform als Personenkraftwagen dargestellt, es ist jedoch zu beachten, dass auch jedes andere Fahrzeug einschließlich Motorräder, Lastkraftwagen, Sport Utility Vehicles (SUVs), Freizeitfahrzeuge (RVs), Seeschiffe, Flugzeuge usw. verwendet werden kann. Das Trägerfahrzeug 12 beinhaltet ein Antriebssystem 13, das in verschiedenen Ausführungsformen einen Verbrennungsmotor, eine elektrische Maschine, wie beispielsweise einen Fahrmotor, und/oder ein Brennstoffzellenantriebssystem beinhalten kann.
Das Trägerfahrzeug 12 beinhaltet auch ein Getriebe 14, das konfiguriert ist, um die Leistung vom Antriebssystem 13 auf eine Vielzahl von Fahrzeugrädern 15 gemäß wählbaren Geschwindigkeitsverhältnissen zu übertragen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Getriebe 14 ein Stufenautomatikgetriebe, ein stufenloses Getriebe oder ein anderes geeignetes Getriebe beinhalten. Das Trägerfahrzeug 12 beinhaltet zusätzlich Radbremsen 17, die konfiguriert sind, um das Bremsmoment für die Fahrzeugräder 15 bereitzustellen. Die Radbremsen 17 können in verschiedenen Ausführungsformen Reibungsbremsen, ein regeneratives Bremssystem, wie beispielsweise eine elektrische Maschine, und/oder andere geeignete Bremssysteme beinhalten.
Das Trägerfahrzeug 12 beinhaltet zusätzlich ein Lenksystem 16. Obwohl zu illustrativen Zwecken als Lenkrad dargestellt, mag das Lenksystem 16 in einigen Ausführungsformen, die im Rahmen der vorliegenden Offenbarung erwogen werden, kein Lenkrad beinhalten.
Das Trägerfahrzeug 12 beinhaltet ein drahtloses Kommunikationssystem 28, das konfiguriert ist, um drahtlos mit anderen Fahrzeugen („V2V“) und/oder der Infrastruktur („V2I“) zu kommunizieren. In einer exemplarischen Ausführungsform ist das drahtlose Kommunikationssystem 28 konfiguriert, um über einen dedizierten DSRC-Kanal (dedizierter Kurzstreckenkommunikationskanal, engl. Dedicated Short Range Communications Channel, DSRC-Kanal) zu kommunizieren. DSRC-Kanäle beziehen sich auf uni- oder bidirektionale drahtlose Kommunikationskanäle mit kurzer bis mittlerer Reichweite, die speziell für den Einsatz im Automobil entwickelt wurden, sowie auf einen entsprechenden Satz von Protokollen und Standards. Drahtlose Kommunikationssysteme, die für die Kommunikation über zusätzliche oder alternative drahtlose Kommunikationsstandards wie IEEE 802.11 und Mobilfunk-Datenkommunikation konfiguriert sind, werden jedoch ebenfalls im Rahmen der vorliegenden Offenbarung berücksichtigt.
Das Antriebssystem 13, das Getriebe 14, das Lenksystem 16 und die Radbremsen 17 sind in Verbindung mit oder unter der Steuerung mindestens einer Steuerung 22. Während die Steuerung 22 zur Veranschaulichung als eine einzige Einheit dargestellt ist, kann sie zusätzlich eine oder mehrere andere Steuerungen beinhalten, die gemeinsam als „Steuerung“ bezeichnet werden. Die Steuerung 22 kann einen Mikroprozessor oder eine Zentraleinheit (CPU) in Verbindung mit verschiedenen Arten von computerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien beinhalten. Computerlesbare Speichervorrichtungen oder -medien können beispielsweise flüchtige und nichtflüchtige Speicher im Nur-Lese-Speicher (ROM), im Direktzugriffsspeicher (RAM) und im Keep-Alive-Speicher (KAM) beinhalten. KAM ist ein persistenter oder nichtflüchtiger Speicher, der zum Speichern verschiedener Betriebsvariablen verwendet werden kann, während die CPU ausgeschaltet ist. Computerlesbare Speichervorrichtungen oder -medien können unter Verwendung einer beliebigen Anzahl bekannter Speichervorrichtungen wie PROMs (programmierbarer Nur-Lese-Speicher), EPROMs (elektrisch PROM), EEPROMs (elektrisch löschbares PROM), Flash-Speicher oder anderer elektrischer, magnetischer, optischer oder kombinierter Speichervorrichtungen zum Speichern von Daten, von denen einige ausführbare Anweisungen darstellen, implementiert sein, die von der Steuerung 22 zur Steuerung des Fahrzeugs verwendet werden.
Die Steuerung 22 beinhaltet ein automatisiertes Antriebssystem (ADS) 24 zum automatischen Steuern verschiedener Stellglieder im Fahrzeug. In einer exemplarischen Ausführungsform ist das ADS 24 ein sogenanntes Level-3-Automatisierungssystem. Ein Level-3-System bezeichnet „Bedingte Automatisierung“, was sich auf die fahrmodus-spezifische Leistung eines automatisierten Fahrsystems aller Aspekte der dynamischen Fahraufgabe bezieht, mit der Erwartung, dass der menschliche Bediener angemessen auf eine Aufforderung zum Eingreifen reagiert.
Andere Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung können in Verbindung mit sogenannten Level-1 oder Level-2-Automatisierungssystemen implementiert sein. Ein Level-1-System bezeichnet die „Fahrerassistenz“, die sich auf die fahrmodus-bezogene Ausführung von Lenk- oder Beschleunigungsvorgängen durch ein Fahrerassistenzsystem unter Verwendung von Informationen über die Fahrumgebung bezieht und in der Erwartung, dass der menschliche Bediener alle übrigen Aspekte der dynamischen Fahraufgabe erfüllt. Ein Level-2-System weist auf „Teilautomatisierung“ hin und bezieht sich auf die fahrmodus-bezogene Ausführung von Lenkung und Beschleunigung durch ein oder mehrere Fahrerassistenzsysteme unter Verwendung von Informationen über die Fahrumgebung und mit der Erwartung, dass der menschliche Bediener alle übrigen Aspekte der dynamischen Fahraufgabe erfüllt.
Noch weitere Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung können auch in Verbindung mit sogenannten Level-4 oder Level-5-Automatisierungssystemen realisiert werden. Ein Level-4-System bedeutet „hohe Automatisierung“ und bezieht sich auf die fahrmodus-bezogene Leistung eines automatisierten Fahrsystems in allen Aspekten der dynamischen Fahraufgabe, auch wenn ein menschlicher Bediener nicht angemessen auf eine Aufforderung zum Eingreifen reagiert. Ein Level-5-System bezeichnet „Vollautomatisierung“, d.h. die dauerhafte Leistungserbringung eines automatisierten Fahrsystems bezüglich aller Aspekte der dynamischen Fahraufgabe unter allen Fahrbahn- und Umgebungsbedingungen, die von einem menschlichen Bediener gesteuert werden können.
In einer exemplarischen Ausführungsform ist das ADS 24 konfiguriert, um das Antriebssystem 13, das Getriebe 14, das Lenksystem 16 und die Radbremsen 17 zu steuern, um die Fahrzeugbeschleunigung, -lenkung und -bremsung ohne menschlichen Eingriff über eine Vielzahl von Stellgliedern 30 als Reaktion auf Eingaben von einer Vielzahl von Sensoren 26 zu steuern, die GPS, RADAR, LIDAR, optische Kameras, Wärmebildkameras, Ultraschallsensoren und/oder gegebenenfalls zusätzliche Sensoren beinhalten können.
1 veranschaulicht mehrere vernetzte Vorrichtungen, die mit dem drahtlosen Kommunikationssystem 28 des Trägerfahrzeugs 12 kommunizieren können. Eine der vernetzten Vorrichtungen, die über das drahtlose Kommunikationssystem 28 mit dem Trägerfahrzeug 12 kommunizieren können, ist die mobile Vorrichtung 57. Die mobile Vorrichtung 57 kann eine Computerverarbeitungsfähigkeit, einen Sender-Empfänger, der Signale 58 unter Verwendung eines drahtlosen Nahbereichsprotokolls übertragen kann, und ein visuelles Smartphone-Display 59 beinhalten. Die Computerverarbeitungsfähigkeit beinhaltet einen Mikroprozessor in Form einer programmierbaren Vorrichtung, die eine oder mehrere Anweisungen beinhaltet, die in einer internen Speicherstruktur gespeichert sind und zum Empfangen von Binäreingaben zum Erzeugen von Binärausgaben verwendet werden. In einigen Ausführungsformen beinhaltet die mobile Vorrichtung 57 ein GPS-Modul, das in der Lage ist, Signale von GPS-Satelliten 68 zu empfangen und GPS-Koordinaten basierend auf diesen Signalen zu erzeugen. In weiteren Ausführungsformen beinhaltet die mobile Vorrichtung 57 eine zellulare Kommunikationsfunktionalität, so dass die mobile Vorrichtung 57 Sprach- und/oder Datenkommunikation über das drahtlose Trägersystem 60 unter Verwendung eines oder mehrerer Mobilfunkkommunikationsprotokolle durchführt, wie hierin erläutert. Das visuelle Smartphone-Display 59 kann auch eine grafische Benutzeroberfläche mit Touchscreen beinhalten.
Das drahtlose Trägersystem 60 ist vorzugsweise ein Mobilfunksystem, das eine Vielzahl von Mobilfunkmasten 70 (nur einer davon dargestellt), eine oder mehrere mobile Vermittlungsstellen (MSCs) 72 sowie alle anderen Netzwerkkomponenten beinhaltet, die erforderlich sind, um das drahtlose Trägersystem 60 mit dem Landkommunikationsnetz 62 zu verbinden. Jeder Mobilfunkmast 70 beinhaltet Sende- und Empfangsantennen und eine Basisstation, wobei die Basisstationen verschiedener Mobilfunkmasten entweder direkt oder über Zwischengeräte wie eine Basisstationssteuerung mit dem MSC 72 verbunden sind. Das drahtlose Trägersystem 60 kann jede geeignete Kommunikationstechnologie implementieren, einschließlich beispielsweise analoger Technologien wie AMPS oder digitaler Technologien wie CDMA (z.B. CDMA2000) oder GSM/GPRS. Andere Mobilfunkmasten / Basisstationen / MSC-Anordnungen sind möglich und können mit dem drahtlosen Trägersystem 60 verwendet werden. So könnten beispielsweise die Basisstation und der Mobilfunkmast am gleichen Standort zusammengelegt oder voneinander entfernt sein, jede Basisstation könnte für einen einzelnen Mobilfunkmast verantwortlich sein oder eine einzelne Basisstation könnte mehrere Mobilfunkmasten bedienen oder verschiedene Basisstationen mit einem einzigen MSC gekoppelt sein, um nur einige der möglichen Anordnungen zu nennen.
Neben der Verwendung des drahtlosen Trägersystems 60 kann ein zweites drahtloses Trägersystem in Form von Satellitenkommunikation verwendet werden, um eine unidirektionale oder bidirektionale Kommunikation mit dem Trägerfahrzeug 12 zu ermöglichen. Dies kann mit einem oder mehreren Kommunikationssatelliten 66 und einer Uplink-Sendestation 67 erfolgen. Unidirektionale Kommunikation kann beispielsweise Satellitenradio-Dienste beinhalten, wobei Programminhalte (Nachrichten, Musik usw.) von der Sendestation 67 empfangen, zum Hochladen verpackt und dann an den Satelliten 66 gesendet werden, der das Programm an die Teilnehmer sendet. Bidirektionale Kommunikation kann beispielsweise Satelliten-Telefoniedienste beinhalten, die den Satelliten 66 nutzen, um Telefonkommunikation zwischen dem Trägerfahrzeug 12 und der Station 67 weiterzuleiten. Die Satellitentelefonie kann entweder zusätzlich oder anstelle des drahtlosen Trägersystems 60 genutzt werden.
Das Landnetzwerk (oder Festnetz) 62 kann ein herkömmliches landgestütztes Telekommunikationsnetz sein, das an ein oder mehrere Festnetztelefone angeschlossen ist und das drahtlose Trägersystem 60 mit der Fernzugriffszentrale 78 verbindet. So kann beispielsweise das Festnetz 62 ein öffentliches Telefonnetz (PSTN) beinhalten, wie es für die Bereitstellung von Festnetztelefonie, paketvermittelter Datenkommunikation und der Internetinfrastruktur verwendet wird. Ein oder mehrere Segmente des Festnetzes 62 könnten durch die Verwendung eines kabelgebundenen Standardnetzes, eines Glasfaser- oder anderen optischen Netzes, eines Kabelnetzes, von Stromleitungen, anderer drahtloser Netze wie drahtloser lokaler Netze (WLANs) oder von Netzen, die einen drahtlosen Breitbandzugang (BWA) bereitstellen, oder einer beliebigen Kombination derselben realisiert sein. Darüber hinaus muss die Fernzugriffszentrale 78 nicht über das Festnetz 62 verbunden sein, sondern könnte auch drahtlose Telefonieeinrichtungen beinhalten, so dass es direkt mit einem drahtlosen Netzwerk, wie beispielsweise dem drahtlosen Trägersystem 60, kommunizieren kann.
Obwohl in 1 als eine einzige Vorrichtung dargestellt, kann der Computer 64 eine Reihe von Computern beinhalten, die über ein privates oder öffentliches Netzwerk wie das Internet zugänglich sind. Jeder Computer 64 kann für einen oder mehrere Zwecke verwendet werden. In einer exemplarischen Ausführungsform kann der Computer 64 als Webserver konfiguriert sein, der vom Trägerfahrzeug 12 über das drahtlose Kommunikationssystem 28 und den drahtlosen Träger 60 zugänglich ist. Andere Computer 64 können beispielsweise Folgendes beinhalten: einen Service-Center-Computer, in den Diagnoseinformationen und andere Fahrzeugdaten über das drahtlose Kommunikationssystem 28 aus dem Fahrzeug hochgeladen werden können, oder ein Drittanbieter-Repository, in das oder aus dem Fahrzeugdaten oder andere Informationen bereitgestellt werden, sei es durch Kommunikation mit dem Trägerfahrzeug 12, der Fernzugriffszentrale 78, der mobilen Vorrichtung 57 oder einer Kombination aus diesen. Der Computer 64 kann eine durchsuchbare Datenbank und Datenbankmanagementsystem unterhalten, das die Eingabe, Entfernung und Änderung von Daten sowie den Empfang von Aufforderungen zur Datensuche in der Datenbank ermöglicht. Der Computer 64 kann auch für die Bereitstellung von Internetverbindungen wie DNS-Diensten oder als Netzwerkadressenserver verwendet werden, der DHCP oder ein anderes geeignetes Protokoll verwendet, um dem Trägerfahrzeug 12 eine IP-Adresse zuzuweisen. Der Computer 64 kann mit mindestens einem zusätzlichen Fahrzeug zusätzlich zum Trägerfahrzeug 12 in Verbindung stehen. Das Trägerfahrzeug 12 und alle zusätzlichen Fahrzeuge können gemeinsam als Flotte bezeichnet werden.
Wie in 2 dargestellt, beinhaltet das ADS 24 mehrere verschiedene Systeme, einschließlich mindestens eines Wahrnehmungssystems 32 zum Bestimmen des Vorhandenseins, der Position, der Klassifizierung und des Pfades von erfassten Merkmalen oder Objekten in der Umgebung des Fahrzeugs. Das Wahrnehmungssystem 32 ist konfiguriert, um Eingänge von einer Vielzahl von Sensoren zu empfangen, wie beispielsweise die in 1 dargestellten Sensoren 26, und die Sensoreingänge zu synthetisieren und zu verarbeiten, um Parameter zu erzeugen, die als Eingänge für andere Regelalgorithmen des ADS 24 verwendet werden.
Das Wahrnehmungssystem 32 beinhaltet ein Sensor-Fusions- und Vorverarbeitungsmodul 34, das Sensordaten 27 aus der Vielzahl der Sensoren 26 verarbeitet und synthetisiert. Das Sensor-Fusions- und Vorverarbeitungsmodul 34 führt die Kalibrierung der Sensordaten 27 durch, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, die LIDAR-zu-LIDAR-Kalibrierung, die Kamera-zu-LIDAR-Kalibrierung, die LIDAR-zu-Chassis-Kalibrierung und die LIDAR-Strahlintensitätskalibrierung. Das Sensor-Fusions- und Vorverarbeitungsmodul 34 gibt den vorverarbeiteten Sensorausgang 35 aus.
Ein Klassifizierungs- und Segmentierungsmodul 36 empfängt den vorverarbeiteten Sensorausgang 35 und führt Objektklassifizierung, Bildklassifizierung, Ampelklassifizierung, Objektsegmentierung, Bodensegmentierung und Objektverfolgungsprozesse durch. Die Objektklassifizierung beinhaltet, ist aber nicht beschränkt auf die Identifizierung und Klassifizierung von Objekten in der Umgebung, einschließlich der Identifizierung und Klassifizierung von Ampeln und Schildern, der RADAR-Fusion und -Verfolgung zur Berücksichtigung der Position und des Sichtfeldes (FOV) des Sensors und der falsch-positiven Ablehnung durch LIDAR-Fusion zur Beseitigung der vielen falsch-positiven Fehlalarme, die in einer städtischen Umgebung vorhanden sind, wie beispielsweise Kanaldeckel, Brücken, Überkopfbäume oder Lichtmasten und andere Hindernisse mit einem hohen RADAR-Querschnitt, die jedoch die Fähigkeit des Fahrzeugs, sich auf seinem Weg zu bewegen, nicht beeinträchtigen. Zusätzliche Objektklassifizierungs- und Verfolgungsprozesse, die vom Klassifizierungs- und Segmentierungsmodul 36 durchgeführt werden, beinhalten unter anderem die Freiraumerkennung und das High-Level-Tracking, das Daten von RADAR-Spuren, LIDAR-Segmentierung, LIDAR-Klassifikation, Bildklassifizierung, Objektformanpassungsmodelle, semantische Informationen, Bewegungsprognose, Rasterkarten, statische Hinderniskarten und andere Quellen zur Erzeugung hochwertiger Objekttracks zusammenführt. Das Klassifizierungs- und Segmentierungsmodul 36 führt zusätzlich die Klassifizierung von Verkehrssteuergeräten und die Fusion von Verkehrssteuergeräten mit Fahrspurzuordnung und Verhaltensmodellen von Verkehrssteuergeräten durch. Das Klassifizierungs- und Segmentierungsmodul 36 erzeugt eine Objektklassifizierungs- und Segmentierungsausgabe 37, die Informationen zur Objektidentifikation enthält.
Ein Lokalisierungs- und Abbildungsmodul 40 verwendet die Objektklassifizierungs- und Segmentierungsausgabe 37, um Parameter zu berechnen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Schätzungen der Position und Ausrichtung des Trägerfahrzeugs 12 in typischen und anspruchsvollen Fahrsituationen. Zu diesen anspruchsvollen Fahrsituationen gehören unter anderem dynamische Umgebungen mit vielen Autos (z.B. dichter Verkehr), Umgebungen mit großflächigen Hindernissen (z.B. Straßenbau oder Baustellen), Hügel, mehrspurige Straßen, einspurige Straßen, eine Vielzahl von Straßenmarkierungen und Gebäuden oder deren Fehlen (z.B. Wohnviertel im Vergleich zu Geschäftsvierteln) sowie Brücken und Überführungen (sowohl über als auch unter einem aktuellen Straßenabschnitt des Fahrzeugs), ohne hierauf beschränkt zu sein.
Das Lokalisierungs- und Abbildungsmodul 40 beinhaltet auch neue Daten, die durch erweiterte Kartenbereiche gesammelt wurden, die durch Onboard-Abbildungs-Funktionen, die von dem Trägerfahrzeug 12 während des Betriebs ausgeführt werden, erhalten wurden, und Kartendaten, die über das drahtlose Kommunikationssystem 28 an das Trägerfahrzeug 12 „geschoben“ wurden. Das Lokalisierungs- und Abbildungsmodul 40 aktualisiert frühere Kartendaten mit den neuen Informationen (z.B. neue Fahrbahnmarkierungen, neue Gebäudestrukturen, Hinzufügen oder Entfernen von Bauzonen usw.) und lässt unbeeinflusste Kartenbereiche unverändert. Beispiele für Kartendaten, die generiert oder aktualisiert werden können, sind unter anderem die Kategorisierung der Bruchlinien, die Generierung von Fahrspurbegrenzungen, die Fahrspurverbindung, die Klassifizierung von Neben- und Hauptstraßen, die Klassifizierung von Links- und Rechtskurven sowie die Erstellung von Kreuzungsfahrspuren. Das Lokalisierungs- und Abbildungsmodul 40 erzeugt einen Lokalisierungs- und Abbildungsausgang 41, der die Position und Ausrichtung des Trägerfahrzeugs 12 in Bezug auf erkannte Hindernisse und Straßenmerkmale beinhaltet.
Ein Fahrzeug-Odometriemodul 46 empfängt Daten 27 von den Fahrzeugsensoren 26 und erzeugt einen Fahrzeug-Odometrieausgang 47, der beispielsweise Fahrtrichtung und Geschwindigkeitsinformationen beinhaltet. Ein absolutes Positioniermodul 42 empfängt den Lokalisierungs- und Abbildungsausgang 41 und die Fahrzeug-Odometrieinformationen 47 und erzeugt einen Fahrzeugortungsausgang 43, der in separaten Berechnungen verwendet wird, wie nachfolgend erläutert.
Ein Objektvorhersagemodul 38 verwendet die Objektklassifizierungs- und Segmentierungsausgabe 37, um Parameter zu erzeugen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, eine Position eines erfassten Hindernisses in Bezug auf das Fahrzeug, einen vorhergesagten Weg des erfassten Hindernisses in Bezug auf das Fahrzeug und eine Position und Ausrichtung der Fahrspuren in Bezug auf das Fahrzeug. Daten über den vorhergesagten Weg von Objekten (einschließlich Fußgängern, umliegenden Fahrzeugen und anderen sich bewegenden Objekten) werden als Objektvorhersageausgabe 39 ausgegeben und in separaten Berechnungen verwendet, wie nachfolgend erläutert.
Das ADS 24 beinhaltet auch ein Beobachtungsmodul 44 und ein Interpretationsmodul 48. Das Beobachtungsmodul 44 erzeugt einen Beobachtungsausgang 45, der vom Interpretationsmodul 48 empfangen wird. Das Beobachtungsmodul 44 und das Interpretationsmodul 48 ermöglichen den Zugriff durch die Fernzugriffszentrale 78. Das Interpretationsmodul 48 erzeugt einen interpretierten Ausgang 49, der zusätzliche Eingaben beinhaltet, die von der Fernzugriffszentrale 78 bereitgestellt werden, falls vorhanden.
Ein Wegplanungsmodul 50 verarbeitet und synthetisiert die Objektvorhersageausgabe 39, die interpretierte Ausgabe 49 und zusätzliche Routing-Informationen 79, die von einer Online-Datenbank oder der Fernzugriffszentrale 78 empfangen werden, um einen Fahrzeugpfad zu bestimmen, dem zu folgen ist, um das Fahrzeug auf der gewünschten Route zu halten, während die Verkehrsregeln eingehalten und erkannte Hindernisse vermieden werden. Das Wegplanungsmodul 50 verwendet Algorithmen, die konfiguriert sind, um erkannte Hindernisse in der Umgebung des Fahrzeugs zu vermeiden, das Fahrzeug auf einer aktuellen Fahrspur zu halten und das Fahrzeug auf der gewünschten Route zu halten. Das Wegplanungsmodul 50 gibt die Fahrzeugpfadinformationen als Wegplanungsausgabe 51 aus. Die Wegplanungsausgabe 51 beinhaltet einen angewiesenen Fahrzeugweg basierend auf der Fahrzeugroute, der Fahrzeugposition in Bezug auf die Route, der Position und Ausrichtung der Fahrspuren sowie dem Vorhandensein und dem Weg von erkannten Hindernissen.
Ein erstes Steuermodul 52 verarbeitet und synthetisiert den Wegplanungsausgang 51 und den Fahrzeugortungsausgang 43, um einen ersten Steuerausgang 53 zu erzeugen. Das erste Steuermodul 52 beinhaltet auch die Routinginformationen 79, die von der Fernzugriffszentrale 78 im Falle einer Fernübernahme des Fahrzeugs bereitgestellt werden.
Ein Fahrzeugsteuermodul 54 empfängt den ersten Steuerausgang 53 sowie Geschwindigkeits- und Kursinformationen 47, die von der Fahrzeugodometrie 46 empfangen werden, und erzeugt einen Fahrzeugsteuerausgang 55. Der Fahrzeugsteuerausgang 55 beinhaltet einen Satz von Stellgliedbefehlen, um den vom Fahrzeugsteuermodul 54 vorgegebenen Weg zu erreichen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, einen Lenkbefehl, einen Schaltbefehl, einen Drosselklappenbefehl und einen Bremsbefehl.
Der Fahrzeugsteuerausgang 55 wird an die Stellglieder 30 weitergeleitet. In einer exemplarischen Ausführungsform beinhalten die Stellglieder 30 eine Lenksteuerung, eine Schaltsteuerung, eine Drosselklappensteuerung und eine Bremssteuerung. Die Lenksteuerung kann beispielsweise ein Lenksystem 16 steuern, wie in 1 dargestellt. Die Schaltsteuerung kann beispielsweise ein Getriebe 14 steuern, wie in 1 dargestellt. Die Drosselklappensteuerung kann beispielsweise ein Antriebssystem 13 steuern, wie in 1 dargestellt. Die Bremssteuerung kann beispielsweise die Radbremsen 17 steuern, wie in 1 dargestellt.
In autonomen Fahrzeugen höherer Autonomiestufen, z.B. solchen, bei denen das ADS 24 ein Level-3 bis Level-5-ADS ist, kann von dem ADS 24 erwartet werden, dass es in verschiedenen Situationen autonom einen Fahrspurwechsel durchführt. Es ist daher wünschenswert, Verfahren zu definieren, mit denen das ADS 24 bestimmen kann, ob ein Fahrspurwechsel sinnvoll ist und wann ein solcher durchgeführt wird.
Unter Bezugnahme nun auf 3 wird ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Offenbarung in Form eines Flussdiagramms dargestellt. Während das Verfahren in Verbindung mit dem in den 1 und 2 dargestellten Fahrzeug 12 zu exemplarischen Zwecken beschrieben wird, kann das Verfahren in anderen Ausführungsformen in Fahrzeugen mit anderen Konfigurationen eingesetzt werden. Darüber hinaus sind alle Namen und Werte für variable Parameter rein exemplarisch. In einer exemplarischen Ausführungsform kann das Verfahren von der Steuerung 22 basierend auf Signalen von einem oder mehreren der Sensoren 26 durchgeführt werden. Das Verfahren beginnt bei Block 100, wobei das ADS 24 die Stellglieder 30 des Fahrzeugs 12, das später als Trägerfahrzeug bezeichnet werden kann, in einem autonomen Fahrmodus steuert.
Die Fahrspurpräferenzwerte werden initialisiert, wie bei Block 102 dargestellt. In einer exemplarischen Ausführungsform umfassen die Fahrspurpräferenzwerte einen ersten Präferenzwert, der einer aktuellen Fahrspur des Fahrzeugs 12 zugeordnet ist, einen zweiten Präferenzwert, der einer Rückkehrfahrspur zugeordnet ist, eine dritte Präferenz, die einer Fahrerspuranforderung zugeordnet ist, und eine vierte Präferenz, die einer Navigationsroutenanforderung zugeordnet ist. Eine Rückkehrfahrspur bezieht sich auf die von dem Trägerfahrzeug jüngst vor der aktuellen Fahrspur eingenommene Fahrspur. Eine Fahrerspuranforderung bezieht sich auf eine Fahrspur, die basierend auf einem Ausdruck des Fahrers bezüglich der Fahrspurpräferenz identifiziert wird, z.B. Aktivierung eines Blinkers oder einer anderen Anforderung für einen Fahrspurwechsel. Eine Navigationsroutenanforderung bezieht sich auf eine bevorzugte Fahrspur basierend auf einer gewünschten Fahrzeugroute, z.B. wie sie durch das Wegplanungsmodul 50 bestimmt wird. Die Präferenzwerte beziehen sich auf Gewichtsparameter, die den verfügbaren Fahrspuren zugeordnet sind. In einer ersten Ausführungsform sind die Präferenzwerte Festwerte, die von einem Hersteller des Trägerfahrzeugs 12 bereitgestellt werden. Als nicht einschränkendes Beispiel kann der erste Präferenzwert kleiner als der zweite Präferenzwert sein, der zweite Präferenzwert kann kleiner als der dritte Präferenzwert sein, und der dritte Präferenzwert kann kleiner als der vierte Präferenzwert sein. In einer solchen Ausführungsform kann der erste Präferenzwert CurrentLanePreference auf 5, der zweite Präferenzwert ReturnLanePreference auf 20, der dritte Präferenzwert DriverRequestLC auf 30 und der vierte Präferenzwert RouteRequestLC auf 40 gesetzt sein. In einer alternativen Ausführungsform sind die Präferenzwerte variabel, basierend auf Präferenzen eines Insassen des Fahrzeugs 12. Solche Insassenpräferenzen können in Form von z.B. einem Benutzerprofil gespeichert werden, das im nicht-flüchtigen Datenspeicher gespeichert ist.
Anschließend wird bestimmt, ob eine oder mehrere benachbarte Fahrspuren vorhanden sind und wo sich diese Fahrspuren befinden, wie in Operation 104 dargestellt. Eine benachbarte Fahrspur bezieht sich auf eine befahrbare Fahrspur, die in der Nähe der aktuellen Fahrspur des Trägerfahrzeugs 12 positioniert ist. Unter Bezugnahme auf 4 befindet sich das Trägerfahrzeug 12 in einer aktuellen Fahrspur 80. In dieser exemplarischen Konfiguration ist eine erste benachbarte Fahrspur 82 auf einer Fahrerseite des Trägerfahrzeugs 12 und eine zweite benachbarte Fahrspur 84 auf einer Beifahrerseite des Trägerfahrzeugs 12 positioniert.
Als Reaktion darauf, dass die Bestimmung der Operation 104 positiv ist, wird ein Präferenzwert für die benachbarte(n) Fahrspur(en) berechnet, wie bei Block 106 dargestellt. In einer exemplarischen Ausführungsform beinhaltet der Präferenzwert einen fahrerseitigen Präferenzwert für eine fahrerseitig benachbarte Fahrspur und einen beifahrerseitigen Präferenzwert für eine beifahrerseitig benachbarte Fahrspur. In solchen Ausführungsformen kann der Präferenzwert der Beifahrerseite größer sein als der Präferenzwert der Fahrerseite. In einer solchen Ausführungsform kann der beifahrerseitige Präferenzwert LtLnExistsPreference auf 10 und der fahrerseitige Präferenzwert RtLnExistsPreference auf 5 gesetzt sein. Der Algorithmus kann dadurch die Fahrzeugsteuerung in Richtung der Beifahrerseite ausrichten und die fahrerseitig benachbarte Fahrspur als Überholspur beibehalten.
Die Steuerung fährt danach mit der Operation 108 fort. Als Reaktion darauf, dass die Bestimmung der Operation 104 negativ ist, geht die Steuerung ohne Änderung der Präferenzwerte zu der Operation 108 über. In einer alternativen Ausführungsform können als Reaktion darauf, dass die Bestimmung der Operation 104 negativ ist, die beifahrerseitigen und fahrerseitigen Präferenzwerte auf eine große negative Zahl eingestellt werden, z.B. -1000.
Es wird bestimmt, ob ein führendes Fahrzeug in der aktuellen Fahrspur vorhanden ist, wie bei Operation 108 dargestellt. Ein führendes Fahrzeug bezieht sich auf ein Fahrzeug in der Nähe und vor dem Trägerfahrzeug 12, das in der aktuellen Fahrspur positioniert ist. Unter Bezugnahme auf 4 ist ein führendes Fahrzeug 86 in der aktuellen Fahrspur 80 vor dem Trägerfahrzeug 12 positioniert.
Als Reaktion darauf, dass die Bestimmung der Operation 108 positiv ist, werden eine Relativgeschwindigkeit VehicleDV des führenden Fahrzeugs und eine Vorlaufzeit VehicleAheadTime berechnet, wie bei Block 110 dargestellt. Die Relativgeschwindigkeit bezieht sich auf eine Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Trägerfahrzeug 12 und dem führenden Fahrzeug, z.B. dem in 4 dargestellten führenden Fahrzeug 86. Die Vorlaufzeit bezieht sich auf eine verstrichene Zeit zwischen dem Passieren des führenden Fahrzeugs durch einen Standort und dem Passieren des Trägerfahrzeugs 12 durch den gleichen Standort.
Die Steuerung fährt danach mit der Operation 112 fort. Ebenso geht die Steuerung als Reaktion darauf, dass die Bestimmung der Operation 108 negativ ist, zu der Operation 112 über. In einer alternativen Ausführungsform kann als Reaktion darauf, dass die Bestimmung der Operation 108 negativ ist, die Relativgeschwindigkeit VehicleDV auf 0 gesetzt werden.
Es wird bestimmt, ob ein oder mehrere Fahrzeuge benachbarter Fahrspuren vorhanden sind und wo sich diese Fahrzeuge befinden, wie in Operation 112 dargestellt. Ein Fahrzeug einer benachbarter Fahrspur bezieht sich auf ein Fahrzeug in der Nähe des Trägerfahrzeugs 12, z.B. innerhalb von 80 m vom Trägerfahrzeug 12, und ist in einer benachbarten Fahrspur positioniert. Unter Bezugnahme auf 4 ist ein erstes Fahrzeug 88 einer benachbarten Fahrspur in der fahrerseitig benachbarten Fahrspur 82 und ein zweites Fahrzeug 90 einer benachbarten Fahrspur in der beifahrerseitig benachbarten Fahrspur 84 positioniert.
Als Reaktion darauf, dass die Bestimmung der Operation 112 positiv ist, wird eine Relativgeschwindigkeit des/der Fahrzeugs(e) einer benachbarten Fahrspur berechnet, wie bei Block 114 dargestellt. Die Relativgeschwindigkeit bezieht sich auf eine Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Trägerfahrzeug 12 und dem/den Fahrzeug(en) benachbarter Fahrspur(en), z.B. den ersten und zweiten Fahrzeugen 88, 90 benachbarter Fahrspuren, dargestellt in 4 Die Relativgeschwindigkeit kann als LeftLaneDV für eine Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Trägerfahrzeug 12 und einem Fahrzeug einer benachbarten Fahrspur auf der Fahrerseite und als RightLaneDV für eine Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Trägerfahrzeug 12 und einem Fahrzeug einer benachbarten Fahrspur auf der Beifahrerseite bezeichnet werden.
Die Steuerung fährt danach mit Block 116 fort. Ebenso geht die Steuerung als Reaktion darauf, dass die Bestimmung der Operation 112 negativ ist, zu Block 116 über. In einer alternativen Ausführungsform können als Reaktion darauf, dass die Bestimmung der Operation 112 negativ ist, die Relativgeschwindigkeiten LeftLaneDV und RightLaneDV auf 0 gesetzt werden.
Für jede benachbarte Fahrspur wird ein benachbarter Fahrspurverkehrsdichteparameter berechnet, wie bei Block 116 dargestellt. In einer exemplarischen Ausführungsform basiert der benachbarte Fahrspurverkehrsdichteparameter auf der Relativgeschwindigkeit und dem Abstand zu jedem erfassten Fahrzeug einer benachbarten Fahrspur in der benachbarten Fahrspur. In einer exemplarischen Ausführungsform kann ein fahrerseitiger Verkehrsdichteparameter LeftLaneTrafficDensity als Reaktion auf mehrere Fahrzeuge benachbarter Fahrspuren auf der Fahrerseite auf eine relativ große negative Zahl, z.B. -20, als Reaktion auf ein einzelnes Fahrzeug einer benachbarten Fahrspur auf der Fahrerseite auf eine relativ kleine negative Zahl, z.B. -5, und ansonsten auf 0 gesetzt werden. Ein beifahrerseitiger Verkehrsdichteparameter RightLaneTrafficDensity kann ähnlich eingestellt werden.
Es wird bestimmt, ob ein Notfalleinsatzfahrzeug vorhanden ist und wo sich dieses Fahrzeug befindet, wie bei Opoeration 118 dargestellt. Ein Notfalleinsatzfahrzeug bezieht sich auf ein Fahrzeug, das vorgesehen und autorisiert ist, z.B. von einer Regierungsbehörde, auf einen Notfall zu reagieren. Zu diesen Fahrzeugen gehören Feuerwehrfahrzeuge, Krankenwagen und Polizeifahrzeuge. Notfalleinsatzfahrzeuge können im Allgemeinen anhand von Warnmerkmalen wie Blinkleuchten oder Sirenen identifiziert werden. Normalerweise ziehen die Fahrer zur Seite, typischerweise auf die Beifahrerseite der Straße, um Platz für ein Einsatzfahrzeug zu schaffen.
Als Reaktion darauf, dass die Bestimmung der Operation 118 positiv ist, wird ein Kennzeichen gesetzt, das das Vorhandensein und den Standort des Notfalleinsatzfahrzeugs anzeigt, wie bei Block 120 dargestellt. In einer exemplarischen Ausführungsform umfasst dies das Setzen eines Kennzeichens EmergencyVehicle auf 1000.
Die Steuerung fährt danach mit der Operation 122 fort. Ebenso geht die Steuerung als Reaktion darauf, dass die Bestimmung der Operation 118 negativ ist, zu der Operation 122 über. In einer alternativen Ausführungsform kann als Reaktion darauf, dass die Bestimmung der Operation 118 negativ ist, das Kennzeichen EmergencyVehicle auf 0 gesetzt werden.
Es wird bestimmt, ob ein hinteres Fahrzeug vorhanden ist, wie bei Opoeration 122 dargestellt. Ein hinteres Fahrzeug bezieht sich auf ein Fahrzeug in der Nähe und hinter dem Trägerfahrzeug 12, das in der aktuellen Fahrspur positioniert ist.
Als Reaktion darauf, dass die Bestimmung der Operation 122 positiv ist, wird eine Relativgeschwindigkeit und ein Abstand zum hinteren Fahrzeug berechnet, wie bei Block 124 dargestellt. Die Relativgeschwindigkeit bezieht sich auf eine Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Trägerfahrzeug 12 und dem hinteren Fahrzeug. Ein hinterer Fahrzeugparameter RearDV kann auf die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Trägerfahrzeug 12 und dem hinteren Fahrzeug eingestellt werden, multipliziert mit 2.
Die Steuerung fährt dann mit Block 126 fort. Ebenso fährt die Steuerung als Reaktion darauf, dass die Bestimmung der Operation 122 negativ ist, mit Block 126 fort.
Die Fahrspurwerte werden für die aktuelle Fahrspur und alle benachbarten Fahrspuren berechnet, wie bei Block 126 dargestellt. Der Fahrspurwert ist ein Maß für die allgemeine Attraktivität der Fahrt in dieser Fahrspur. Der Fahrspurwert für die aktuelle Fahrspur kann auf Faktoren beruhen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, den ersten Präferenzwert, der einer aktuellen Fahrspur zugeordnet ist, die Relativgeschwindigkeit eines führenden Fahrzeugs, die Relativgeschwindigkeit eines hinteren Fahrzeugs und das Vorhandensein eines Kennzeichens für Notfalleinsatzfahrzeuge. Der Fahrspurwert für eine fahrerseitig benachbarte Fahrspur kann auf Faktoren beruhen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, die Relativgeschwindigkeit eines Fahrzeugs einer benachbarten Fahrspur in der fahrerseitig benachbarten Fahrspur, den Verkehrsdichteparameter der fahrerseitig benachbarten Fahrspur, den fahrerseitigen Präferenzwert für die fahrerseitig benachbarte Fahrspur, den zweiten Präferenzwert, der einer Rückkehrfahrspur zugeordnet ist, die dritte Präferenz, die einer Fahrerspuranforderung zugeordnet ist, und die vierte Präferenz, die einer Navigationsroutenanforderung zugeordnet ist. Der Fahrspurwert für eine beifahrerseitig benachbarte Fahrspur kann auf Faktoren beruhen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, die Relativgeschwindigkeit eines Fahrzeugs einer benachbarten Fahrspur in der beifahrerseitig benachbarten Fahrspur, den Verkehrsdichteparameter der beifahrerseitig benachbarten Fahrspur, den beifahrerseitigen Präferenzwert für die beifahrerseitig benachbarte Fahrspur, den zweiten Präferenzwert, der einer Rückkehrfahrspur zugeordnet ist, die dritte Präferenz, die einer Fahrerspuranforderung zugeordnet ist, und die vierte Präferenz, die einer Navigationsroutenanforderung zugeordnet ist, und das Vorhandensein eines Kennzeichens für Notfalleinsatzfahrzeuge.
In einer exemplarischen Ausführungsform mit den oben genannten Parameternamen kann die Berechnung von Block 126 wie folgt durchgeführt werden: $\begin{matrix} CurrentLaneValue = max (1, VehicleDV - VehicleAheadTime + CurrentLanePreference - \\ RearDV - EmergencyVehicle) \end{matrix}$
$\begin{matrix} LeftLaneValue = max (0.5, LeftLaneDV + LeftLaneTrafficDensity + \\ LtTrnSwActv * DriverRequestLC + LtNavTrnActv * RouteRequestLC + ReturnLanePreference * \\ RtnToLtRqst + LtLnExistsPreference) \end{matrix}$
$\begin{matrix} RightLaneValue = max (0, RightLaneDV + RightLaneTrafficDensity + \\ RtTrnSwActv * DriverRequestLC + RtNavTrnActv * RouteRequestLC + ReturnLanePreference * \\ RtnToRtRqst + RtLnExistsPreference + EmergencyVehicle) \end{matrix}$
wobei LtTrnSwActv und RtTmSwActv, LtNavTrnActv und RtNavTrnActv, und RtnToLtRqst und RtnToRtRqst Variablen mit Werten von entweder 0 oder 1 sind, je nachdem, ob ein fahrerbedienbares Blinklicht für links oder rechts aktiviert ist, eine Navigationsweganforderung für links oder rechts oder eine Fahrspurwechselanforderung für links bzw. rechts vorhanden oder abwesend ist.
Es wird bestimmt, ob ein Fahrspurwert für eine benachbarte Fahrspur den Fahrspurwert für die aktuelle Fahrspur überschreitet, wie bei Operation 128 dargestellt.
Als Reaktion darauf, dass die Bestimmung der Operation 128 negativ ist, wird die aktuelle Fahrspur beibehalten, wie bei Block 130 dargestellt. Der Algorithmus kehrt dann zu Block 102 zurück. Der Algorithmus hält das Fahrzeug dabei in der aktuellen Fahrspur, es sei denn, der Fahrspurwert für eine benachbarte Fahrspur überschreitet den Fahrspurwert für die aktuelle Fahrspur.
Als Reaktion darauf, dass die Bestimmung der Operation 128 positiv ist, wird ein Fahrspurwechseltest durchgeführt, wie bei Block 132 dargestellt. Der Fahrspurwechseltest wird durchgeführt, um sicherzustellen, dass ein Fahrspurwechsel nicht unnötig als Reaktion auf eine vorübergehende Änderung der Parameter durchgeführt wird. In einer exemplarischen Ausführungsform umfasst der Fahrspurwechseltest das Auswerten der Fahrspurwerte über eine Vielzahl von Zyklen, z.B. für einen Zeitraum von einer Sekunde. In einer solchen Ausführungsform kann der Fahrspurwechseltest als Reaktion darauf, dass der Fahrspurwert für die benachbarte Fahrspur den Fahrspurwert für die aktuelle Fahrspur während der Dauer des Tests überschreitet, erfüllt sein.
Es wird bestimmt, ob der Test erfüllt ist, wie bei Operation 134 dargestellt. Als Reaktion darauf, dass die Bestimmung der Operation 134 negativ ist, fährt die Steuerung mit Block 130 fort und die aktuelle Fahrspur wird beibehalten. Der Algorithmus hält das Fahrzeug dabei in der aktuellen Fahrspur, es sei denn, der Fahrspurwechseltest ist erfüllt.
Als Reaktion darauf, dass die Bestimmung der Operation 134 positiv ist, wird ein Fahrspurwechsel angewiesen, wie bei Block 136 dargestellt. In einer exemplarischen Ausführungsform umfasst dies das Modifizieren einer aktuellen Fahrzeugtrajektorie, z.B. erzeugt durch das Wegplanungsmodul 50, um die Fahrspur in die benachbarte Fahrspur mit dem höheren Fahrspurwert zu wechseln, und anschließend das Durchführen des Fahrspurwechsels.
Wie zu sehen ist, stellt die vorliegende Offenbarung ein System und Verfahren zum Steuern eines Kraftfahrzeugs bereit, um autonom zu bestimmen, ob ein Fahrspurwechsel wünschenswert ist, und um einen solchen Fahrspurwechsel durchzuführen, wenn er wünschenswert ist.
Obwohl vorstehend exemplarische Ausführungsformen beschrieben sind, ist es nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen beschreiben, die von den Ansprüchen umfasst sind. Die in der Spezifikation verwendeten Wörter sind Worte der Beschreibung und nicht der Einschränkung, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Wie bereits beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen zu weiteren exemplarischen Aspekten der vorliegenden Offenbarung kombiniert werden, die möglicherweise nicht explizit beschrieben oder dargestellt sind. Während verschiedene Ausführungsformen als Vorteile aufweisend oder gegenüber anderen Ausführungsformen oder Implementierungen nach dem Stand der Technik in Bezug auf ein oder mehrere gewünschte Merkmale bevorzugt hätten bezeichnet werden können, erkennen die Fachleute, dass ein oder mehrere Merkmale oder Eigenschaften beeinträchtigt werden können, um gewünschte Gesamtsystemattribute zu erreichen, die von der spezifischen Anwendung und Implementierung abhängen. Diese Attribute können Kosten, Festigkeit, Haltbarkeit, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Aussehen, Verpackung, Größe, Wartbarkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Montagefreundlichkeit usw. beinhalten, sind aber nicht darauf beschränkt. Daher sind Ausführungsformen, die als weniger wünschenswert beschrieben werden als andere Ausführungsformen oder Implementierungen zum Stand der Technik in Bezug auf ein oder mehrere Merkmale, nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.

Claims

Kraftfahrzeug, umfassend: mindestens ein Stellglied, das konfiguriert ist, um das Fahrzeuglenken, -schalten, - beschleunigen oder -bremsen zu steuern; mindestens einen Sensor, der konfiguriert ist, um Signale bereitzustellen, die Merkmale außerhalb des Fahrzeugs anzeigen; und eine Steuerung in Verbindung mit einem nicht-flüchtigen Datenspeicher, wobei die Steuerung konfiguriert ist, um das mindestens eine Stellglied in einem autonomen Fahrmodus selektiv zu steuern, um eine benachbarte Fahrspur in der Nähe einer aktuellen Fahrspur des Kraftfahrzeugs basierend auf Signalen des mindestens einen Sensors zu identifizieren, um auf einen aktuellen Fahrspurpräferenzwert, der der aktuellen Fahrspur zugeordnet ist, und einen benachbarten Fahrspurpräferenzwert, der der benachbarten Fahrspur zugeordnet ist, zuzugreifen, wobei der aktuelle Fahrspurpräferenzwert und der benachbarte Fahrspurpräferenzwert kalibrierte Werte sind, die im nicht-flüchtigen Datenspeicher gespeichert sind, wobei die Steuerung ferner konfiguriert ist, um eine Relativposition und Relativgeschwindigkeit eines Zielobjekts außerhalb des Fahrzeugs zu berechnen, um basierend auf dem aktuellen Fahrspurpräferenzwert, dem benachbarten Fahrspurpräferenzwert, der Relativposition des Zielobjekts und der Relativgeschwindigkeit des Zielobjekts, einen aktuellen Fahrspurgewichtswert für die aktuelle Fahrspur und einen benachbarten Fahrspurgewichtswert für die benachbarte Fahrspur zu berechnen und als Reaktion darauf, dass der benachbarte Fahrspurgewichtswert den aktuellen Fahrspurgewichtswert überschreitet und die Steuerung das mindestens eine Stellglied im autonomen Fahrmodus steuert, das mindestens eine Stellglied automatisch zu steuern, um ein Fahrspurwechselmanöver von der aktuellen Fahrspur auf die benachbarte Fahrspur durchzuführen.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Karosserie mit einer Fahrerseite und einer Beifahrerseite, wobei die benachbarte Fahrspur auf der Beifahrerseite der aktuellen Fahrspur positioniert ist und wobei der benachbarte Fahrspurpräferenzwert den aktuellen Fahrspurpräferenzwert überschreitet.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Karosserie mit einer Fahrerseite und einer Beifahrerseite, wobei die benachbarte Fahrspur auf der Beifahrerseite der aktuellen Fahrspur positioniert ist, und wobei als Reaktion darauf, dass das Zielobjekt ein Notfalleinsatzfahrzeug umfasst, das benachbarte Fahrbahngewicht das aktuelle Fahrbahngewicht übersteigt.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Steuerung ferner konfiguriert ist, um eine zweite benachbarte Fahrspur in der Nähe der aktuellen Fahrspur basierend auf Signalen von dem mindestens einen Sensor zu identifizieren, um auf einen zweiten benachbarten Fahrspurpräferenzwert zuzugreifen, der der zweiten benachbarten Fahrspur zugeordnet ist, wobei der zweite benachbarte Fahrspurpräferenzwert ein kalibrierter Wert ist, der in dem nichtflüchtigen Datenspeicher gespeichert ist, um einen zweiten benachbarten Fahrspurgewichtswert für die zweite benachbarte Fahrspur basierend auf dem zweiten benachbarten Fahrspurpräferenzwert zu berechnen, , und um, als Reaktion darauf, dass der zweite benachbarte Fahrspurgewichtswert den aktuellen Fahrspurgewichtswert überschreitet und die Steuerung das mindestens eine Stellglied im autonomen Fahrmodus steuert, das mindestens eine Stellglied automatisch zu steuern, um ein Fahrspurwechselmanöver von der aktuellen Fahrspur auf die zweite benachbarte Fahrspur durchzuführen.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, wobei das Zielobjekt in der benachbarten Fahrspur positioniert ist, und wobei die Steuerung ferner konfiguriert ist, um einen benachbarten Fahrspurverkehrsdichteparameter basierend auf der Relativposition und Relativgeschwindigkeit des Zielobjekts zu berechnen, und wobei der benachbarte Fahrspurgewichtswert auf dem benachbarten Fahrspurverkehrsdichteparameter basiert.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 5, wobei die Steuerung ferner konfiguriert ist, um eine zweite Relativposition und eine zweite Relativgeschwindigkeit eines zweiten Zielobjekts außerhalb des Fahrzeugs zu berechnen, wobei das zweite Objekt in der benachbarten Fahrspur positioniert ist, und wobei der Verkehrsdichteparameter ferner auf der zweiten Relativposition und der zweiten Relativgeschwindigkeit basiert.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, wobei das Zielobjekt in der aktuellen Fahrspur positioniert ist und wobei der aktuelle Fahrspurgewichtswert auf der Relativposition und der Relativgeschwindigkeit des Zielobjekts basiert.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 7, wobei das Zielobjekt vor dem Fahrzeug positioniert ist.