DE102019134050A1

DE102019134050A1 - Fahrzeugpfadverarbeitung

Info

Publication number: DE102019134050A1
Application number: DE102019134050.0A
Authority: DE
Inventors: Nitendra Nath
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2018-12-12
Filing date: 2019-12-11
Publication date: 2020-06-18
Also published as: US11079761B2; CN111301392A; US20200192383A1

Abstract

System, umfassend einen Computer, der einen Prozessor und einen Speicher enthält, wobei der Speicher Anweisungen speichert, die von dem Prozessor ausführbar sind, um Pfadkoeffizienten auf Grundlage einer Differenz zwischen einem Fahrzeugstandort und einem Fahrzeugpfad zu schätzen. Zu dem Schätzen der Pfadkoeffizienten kann das Minimieren der Differenz gehören, während die Pfadkoeffizientenverstärkung gesteuert wird, um den Komfort und die Sicherheit der Insassen aufrechtzuerhalten. Ein Fahrzeug kann auf Grundlage der geschätzten Pfadkoeffizienten betrieben werden.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Offenbarung betrifft im Allgemeinen Fahrzeugsensoren und die Navigation.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Fahrzeuge können ausgestattet sein, um sowohl in einem autonomen als auch in einem insassengesteuerten Modus betrieben zu werden. Fahrzeuge können mit Rechenvorrichtungen, Netzwerken, Sensoren und Steuerungen ausgestattet sein, um Informationen in Bezug auf die Umgebung des Fahrzeugs zu erhalten und das Fahrzeug auf Grundlage der Informationen zu steuern. Das sichere und komfortable Steuern des Fahrzeugs kann von dem Erhalt genauer und rechtzeitiger Informationen in Bezug auf die Umgebung des Fahrzeugs abhängen. Fahrzeugsensoren können Daten bezüglich zurückzulegenden Routen und zu vermeidenden Objekten in der Umgebung des Fahrzeugs bereitstellen. Ein sicherer und effizienter Betrieb des Fahrzeugs kann von einem Erhalt genauer und aktueller Informationen in Bezug auf Routen und Objekte in der Umgebung eines Fahrzeugs abhängen, während das Fahrzeug auf einer Straße betrieben wird.
KURZDARSTELLUNG
Fahrzeuge können ausgestattet sein, um sowohl in einem autonomen als auch in einem insassengesteuerten Modus betrieben zu werden. Unter einem halb- oder vollautonomen Modus verstehen die Erfinder einen Betriebsmodus, in dem ein Fahrzeug teilweise oder vollständig von einer Rechenvorrichtung als Teil eines Fahrzeuginformationssystems gesteuert werden kann, das Sensoren und Steuerungen aufweist. Das Fahrzeug kann besetzt oder unbesetzt sein, jedoch kann das Fahrzeug in beiden Fällen teilweise oder vollständig ohne die Unterstützung eines Insassen gesteuert werden. Für die Zwecke dieser Offenbarung ist ein autonomer Modus als ein Modus definiert, bei dem sowohl Antrieb (z. B. über einen Antriebsstrang, der eine Brennkraftmaschine und/oder einen Elektromotor umfasst), Bremsung als auch Lenkung des Fahrzeugs durch einen oder mehrere Fahrzeugcomputer gesteuert werden; in einem halbautonomen Modus steuert (steuern) der (die) Fahrzeugcomputer eines oder zwei von Antrieb, Bremsung und Lenkung des Fahrzeugs. In einem nicht autonomen Fahrzeug wird keines von diesen von einem Computer gesteuert.
Eine Rechenvorrichtung in einem Fahrzeug kann programmiert sein, um Sensordaten bezüglich der äußeren Umgebung eines Fahrzeugs zu erfassen und die Sensordaten zu verwenden, um ein Pfadpolynom zu ermitteln, auf dem das Fahrzeug auf Grundlage eines Fahrzeugpfads in autonomen oder halbautonomen Modi betrieben werden soll. Ein Fahrzeugpfad ist eine gerade oder gekrümmte Linie, die aufeinanderfolgende Standorte (d. h. Standorte zu unterschiedlichen Zeiten) eines Fahrzeugs auf einer Straße in einer zweidimensionalen (2D) Ebene parallel zu der Oberfläche einer Fahrbahn beschreibt, auf der das Fahrzeug fährt. Ein Fahrzeug kann auf einer Straße fahren, indem ein Pfadpolynom auf Grundlage eines Fahrzeugpfads bestimmt wird. Ein Pfadpolynom kann Pfadkoeffizienten enthalten, die die Beziehung zwischen x, einer Entfernung, die entlang und daher parallel zu einem Fahrzeugpfad gemessen wird, und y, einem Abstand, der seitlich und daher senkrecht zu einem Fahrzeugpfad gemessen wird, ermitteln. Auf Grundlage von Pfadkoeffizienten kann eine Rechenvorrichtung Anweisungen zum Steuern von Fahrzeuglenkkomponenten durch Eingeben von Pfadkoeffizienten in eine Lenksteuerung (z. B. elektronische Steuereinheit oder ECU) zum Betreiben eines Fahrzeugs auf einer Straße ermitteln. Eine Rechenvorrichtung kann ein Pfadpolynom, das Pfadkoeffizienten enthält, auf Grundlage von Fahrzeugsensordaten und Fahrzeugpfadinformationen, die von einem cloudbasierten Servercomputer über ein Netzwerk heruntergeladen wurden, ermitteln.
In der vorliegenden Schrift ist ein Verfahren offenbart, zu dem das Schätzen von Pfadkoeffizienten auf Grundlage einer Differenz zwischen einem Fahrzeugstandort und einem Fahrzeugpfad gehört, einschließlich das Minimieren der Differenz, während die Pfadkoeffizientenverstärkung gesteuert wird, um den Komfort und die Sicherheit der Insassen aufrechtzuerhalten; sowie das Betreiben eines Fahrzeugs auf Grundlage der geschätzten Pfadkoeffizienten. Die geschätzten Pfadkoeffizienten können einen oder mehrere von einem seitlichen Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem Fahrzeugpfad, einem Fahrzeuglenkpfad-Richtungswinkel, einer Lenkpfad-Krümmung und einer Lenkpfad-Krümmungsänderungsrate umfassen. Die geschätzten Pfadkoeffizienten können auf Grundlage einer Schätztechnik für rekursive kleinste Quadrate ermittelt werden. Die Pfadkoeffizientenverstärkung kann durch Grenzwerte von Elementen von einer diagonalen Verstärkungsmatrix (4x4) gesteuert werden. Das Fahrzeug kann durch Eingeben von Pfadkoeffizienten in eine Lenksteuerung betrieben werden. Anweisungen zum Steuern von Fahrzeuglenkungskomponenten können auf Grundlage der Pfadkoeffizienten ermittelt werden. Der Fahrzeugstandort kann auf Grundlage von Fahrzeugsensordaten, einschließlich GPS-Sensordaten und INS-Sensordaten, ermittelt werden.
Der Fahrzeugpfad kann auf Grundlage von dem Hochladen von Pfadinformationen von einer Vielzahl von Fahrzeugen auf einen Servercomputer ermittelt werden. Der Fahrzeugpfad kann auf Grundlage von dem Fahrzeugstandort heruntergeladen werden. Der Insassenkomfort kann auf der Bestimmung beruhen, dass die Fahrzeugquerbeschleunigung kleiner als ein erster vorbestimmter Wert ist und die Änderungsrate der Querbeschleunigung des Fahrzeugs kleiner als ein zweiter vorbestimmter Wert ist. Die Sicherheit der Insassen kann auf der Bestimmung beruhen, dass die Fahrzeugquerbeschleunigung kleiner als ein dritter vorbestimmter Wert ist und die Änderungsrate der Querbeschleunigung des Fahrzeugs kleiner als ein vierter vorbestimmter Wert ist. Die Schätztechnik für rekursive kleinste Quadrate kann das iterative Lösen einer gewöhnlichen Differentialgleichung umfassen, um geschätzte Pfadkoeffizienten zu ermitteln. Die gewöhnliche Differentialgleichung kann eine Zeitreihen-Lyapunov-Funktion sein.
Zudem ist ein computerlesbares Medium offenbart, auf dem Programmanweisungen zum Ausführen einiger oder aller der vorstehenden Verfahrensschritte gespeichert sind. Zudem ist ein Computer offenbart, der programmiert ist, um einige oder alle der vorstehenden Verfahrensschritte auszuführen, einschließlich einer Computervorrichtung, die programmiert ist, um Pfadkoeffizienten auf Grundlage einer Differenz zwischen einem Fahrzeugstandort und einem Fahrzeugpfad zu schätzen, einschließlich das Minimieren der Differenz, während die Pfadkoeffizientenverstärkung gesteuert wird, um den Komfort und die Sicherheit der Insassen aufrechtzuerhalten; sowie das Betreiben eines Fahrzeugs auf Grundlage der geschätzten Pfadkoeffizienten. Die geschätzten Pfadkoeffizienten können einen oder mehrere von einem seitlichen Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem Fahrzeugpfad, einem Fahrzeuglenkpfad-Richtungswinkel, einer Lenkpfad-Krümmung und einer Lenkpfad-Krümmungsänderungsrate umfassen. Die geschätzten Pfadkoeffizienten können auf Grundlage einer Schätztechnik für rekursive kleinste Quadrate ermittelt werden. Die Pfadkoeffizientenverstärkung kann durch Grenzwerte von Elementen von einer diagonalen Verstärkungsmatrix (4x4) gesteuert werden. Das Fahrzeug kann durch Eingeben von Pfadkoeffizienten in eine Lenksteuerung betrieben werden. Anweisungen zum Steuern von Fahrzeuglenkungskomponenten können auf Grundlage der Pfadkoeffizienten ermittelt werden. Der Fahrzeugstandort kann auf Grundlage von Fahrzeugsensordaten, einschließlich GPS-Sensordaten und INS-Sensordaten, ermittelt werden.
Der Computer kann zudem programmiert sein, um auf Grundlage von dem Hochladen von Pfadinformationen von einer Vielzahl von Fahrzeugen auf einen Servercomputer einen Fahrzeugpfad zu ermitteln. Der Fahrzeugpfad kann auf Grundlage von dem Fahrzeugstandort heruntergeladen werden. Der Insassenkomfort kann auf der Bestimmung beruhen, dass die Fahrzeugquerbeschleunigung kleiner als ein erster vorbestimmter Wert ist und die Änderungsrate der Querbeschleunigung des Fahrzeugs kleiner als ein zweiter vorbestimmter Wert ist. Die Sicherheit der Insassen kann auf der Bestimmung beruhen, dass die Fahrzeugquerbeschleunigung kleiner als ein dritter vorbestimmter Wert ist und die Änderungsrate der Querbeschleunigung des Fahrzeugs kleiner als ein vierter vorbestimmter Wert ist. Die Schätztechnik für rekursive kleinste Quadrate kann das iterative Lösen einer gewöhnlichen Differentialgleichung umfassen, um geschätzte Pfadkoeffizienten zu ermitteln. Die gewöhnliche Differentialgleichung kann eine Zeitreihen-Lyapunov-Funktion sein.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften Verkehrsinfrastruktursystems.
2 ist ein Diagramm einer beispielhaften Verkehrsszene.
3 ist ein anderes Diagramm von vier beispielhaften Verkehrsszenen.
4 ist ein anderes Diagramm einer beispielhaften Verkehrsszene.
5 ist ein Diagramm einer beispielhaften Grafik einer Fahrzeugbewegung.
6 ist ein Diagramm einer beispielhaften Grafik eines Fahrzeugbewegungsfehlers.
7 ist ein Diagramm von beispielhaften Grafiken von Fahrzeugpfadpolynomkoeffizienten.
8 ist ein Diagramm von beispielhaften Grafiken von Fahrzeugpfadpolynomkoeffizientenfehlern.
9 ist ein Ablaufdiagramm eines Prozesses zum Betreiben eines Fahrzeugs auf Grundlage von geschätzten Pfadkoeffizienten.
10 ist ein Ablaufdiagramm eines Prozesses zum Schätzen von Pfadkoeffizienten.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
1 ist ein Diagramm eines Verkehrsinfrastruktursystems 100, zu dem ein Fahrzeug 110 gehört, das in einem autonomen („autonom“ allein in dieser Offenbarung bedeutet „vollständig autonom“), halbautonomen und insassengesteuerten (auch als nicht autonom bezeichnet) Modus betrieben werden kann. Das Fahrzeug 110 umfasst zudem eine oder mehrere Rechenvorrichtungen 115 zum Verarbeiten von Daten zum Steuern des Fahrzeug 110 während des autonomen Betriebs. Die Rechenvorrichtung 115 kann von den Sensoren 116 Informationen in Bezug auf den Betrieb des Fahrzeugs empfangen. Die Rechenvorrichtung 115 kann das Fahrzeug 110 in einem autonomen Modus, einem halbautonomen Modus oder einem nicht autonomen Modus betreiben.
Die Rechenvorrichtung 115 umfasst einen Prozessor und einen Speicher, wie sie bekannt sind. Zudem umfasst der Speicher eine oder mehrere Arten computerlesbarer Medien und speichert Anweisungen, die durch den Prozessor ausführbar sind, um verschiedene Vorgänge durchzuführen, einschließlich den in dieser Schrift offenbarten. Beispielsweise kann die Rechenvorrichtung 115 eine Programmierung umfassen, um eines oder mehrere von Bremsen, Antrieb (z. B. Beschleunigungssteuerung in dem Fahrzeug 110 durch Steuern von einem oder mehreren von einer Brennkraftmaschine, einem Elektromotor, Hybridmotor usw.), Lenkung, Klimaregelung, Innen- und/oder Außenleuchten usw. des Fahrzeugs zu betreiben sowie um zu bestimmen, ob und wann die Rechenvorrichtung 115 im Gegensatz zu einem menschlichen Fahrer derartige Vorgänge steuern soll.
Die Rechenvorrichtung 115 kann mehr als eine Rechenvorrichtung, z. B. Steuerungen oder dergleichen, die in dem Fahrzeug 110 zum Überwachen und/oder Steuern verschiedener Fahrzeugkomponenten enthalten sind, z.B. eine Antriebsstrangsteuerung 112, eine Bremssteuerung 113, eine Lenksteuerung 114 usw., umfassen oder z.B. über einen Fahrzeugkommunikationsbus, wie weiter unten beschrieben, kommunikativ mit dieser (diesen) gekoppelt sein. Die Rechenvorrichtung 115 ist im Allgemeinen zur Kommunikation an einem Fahrzeugkommunikationsnetzwerk angeordnet, das z. B. einen Bus in dem Fahrzeug 110, wie etwa ein Controller Area Network (CAN) oder dergleichen, umfasst; das Netzwerk des Fahrzeugs 110 kann zusätzlich oder alternativ drahtgebundene oder drahtlose Kommunikationsmechanismen, wie sie bekannt sind, umfassen, z. B. Ethernet oder andere Kommunikationsprotokolle.
Über das Fahrzeugnetzwerk kann die Rechenvorrichtung 115 Nachrichten an verschiedene Vorrichtungen in dem Fahrzeug übertragen und/oder Nachrichten von den verschiedenen Vorrichtungen, z. B. Steuerungen, Aktoren, Sensoren usw., einschließlich der Sensoren 116, empfangen. Alternativ oder zusätzlich kann in Fällen, bei denen die Rechenvorrichtung 115 tatsächlich mehrere Vorrichtungen umfasst, das Fahrzeugkommunikationsnetzwerk für Kommunikationen zwischen Vorrichtungen verwendet werden, die in dieser Offenbarung als die Rechenvorrichtung 115 dargestellt sind. Zudem können, wie nachfolgend erwähnt, verschiedene Steuerungen oder Erfassungselemente der Rechenvorrichtung 115, wie etwa die Sensoren 116, Daten über das Fahrzeugkommunikationsnetzwerk bereitstellen.
Zusätzlich kann die Rechenvorrichtung 115 konfiguriert sein, um über ein Netzwerk 130, das, wie nachstehend beschrieben, Hardware, Firmware und Software umfasst, die es der Rechenvorrichtung 115 ermöglichen, über ein Netzwerk 130, wie etwa drahtloses Internet (Wi-Fi) oder Mobilfunknetzwerke, mit einem entfernten Servercomputer 120 zu kommunizieren, durch eine Fahrzeug-zu-Infrastruktur-Schnittstelle (Vehicle-to-Infrastructure interface - V-zu-I-Schnittstelle) 111 mit einem entfernten Servercomputer 120, z. B. einem Cloud-Server, zu kommunizieren. Die V-zu-I-Schnittstelle 111 kann dementsprechend Prozessoren, Speicher, Sendeempfänger usw. umfassen, die konfiguriert sind, um verschiedene drahtgebundene und/oder drahtlose Netzwerktechnologien zu verwenden, z. B. Mobilfunk-, BLUETOOTH®- und drahtgebundene und/oder drahtlose Paketnetzwerke. Die Rechenvorrichtung 115 kann konfiguriert sein, mit anderen Fahrzeugen 110 durch die V-zu-I-Schnittstelle 111 unter Verwendung von Netzwerken von Fahrzeug zu Fahrzeug (Vehicle-to-Vehicle - V-zu-V) zu kommunizieren, z. B. gemäß dedizierter Nahbereichskommunikation (Dedicated Short Range Communications - DSRC) und/oder dergleichen, die z. B. auf einer Ad-hoc-Grundlage unter nahegelegenen Fahrzeugen 110 oder durch infrastrukturbasierte Netzwerke gebildet werden. Die Rechenvorrichtung 115 umfasst zudem einen nicht flüchtigen Speicher, wie er bekannt ist. Die Rechenvorrichtung 115 kann Informationen protokollieren, indem sie die Informationen zum späteren Abrufen und Übertragen über das Fahrzeugkommunikationsnetzwerk und eine Fahrzeug-zu-Infrastruktur-Schnittstelle (V-zu-I-Schnittstelle) 111 an einen Servercomputer 120 oder eine mobile Benutzervorrichtung 160 auf einem nicht flüchtigen Speicher speichert.
Wie bereits erwähnt, ist in Anweisungen, die auf dem Speicher gespeichert und durch den Prozessor der Rechenvorrichtung 115 ausführbar sind, im Allgemeinen eine Programmierung zum Betreiben einer oder mehrerer Komponenten des Fahrzeugs 110, z. B. Bremsen, Lenken, Antrieb usw., ohne Eingreifen eines menschlichen Fahrers enthalten. Unter Verwendung von in der Rechenvorrichtung 115 empfangenen Daten, z. B. der Sensordaten von den Sensoren 116, dem Servercomputer 120 usw., kann die Rechenvorrichtung 115 ohne einen Fahrer zum Betreiben des Fahrzeugs 110 verschiedene Bestimmungen vornehmen und/oder verschiedene Komponenten und/oder Vorgänge des Fahrzeugs 110 steuern. Beispielsweise kann die Rechenvorrichtung 115 eine Programmierung zum Regeln des Betriebsverhaltens des Fahrzeugs 110 (d. h. physikalischen Manifestationen des Betriebs des Fahrzeugs 110) wie etwa Geschwindigkeit, Beschleunigung, Abbremsung, Lenken usw. sowie des taktischen Verhaltens (d. h. Steuerung des Betriebsverhaltens auf eine Weise, die in der Regel ein sicheres und effizientes Abfahren einer Route erreichen soll) umfassen, wie etwa einem Abstand zwischen Fahrzeugen und/oder einer Zeit zwischen Fahrzeugen, Spurwechsel, Mindestdistanz zwischen Fahrzeugen, Mindestzeit für Pfadquerung bei Linksabbiegung, Ankunftszeit an einem bestimmten Standort und Mindestankunftszeit an einer Kreuzung (ohne Ampel) zum Überqueren der Kreuzung.
Im hier verwendeten Sinne umfasst der Begriff „Steuerungen“ Rechenvorrichtungen, die in der Regel zum Steuern eines konkreten Fahrzeugteilsystems programmiert sind. Beispiele umfassen eine Antriebsstrangsteuerung 112, eine Bremssteuerung 113 und eine Lenksteuerung 114. Eine Steuerung kann eine elektronische Steuereinheit (Electronic Control Unit - ECU) sein, wie sie bekannt ist, und möglicherweise eine zusätzliche Programmierung, wie in dieser Schrift beschrieben, umfassen. Die Steuerungen können kommunikativ mit der Rechenvorrichtung 115 verbunden sein und Anweisungen von dieser empfangen, um das Teilsystem gemäß den Anweisungen zu betätigen. Beispielsweise kann die Bremssteuerung 113 Anweisungen zum Betreiben der Bremsen des Fahrzeugs 110 von der Rechenvorrichtung 115 empfangen.
Die eine oder mehreren Steuerungen 112, 113, 114 für das Fahrzeug 110 können bekannte elektronische Steuereinheiten (ECUs) oder dergleichen umfassen, die als nicht einschränkende Beispiele eine oder mehrere Antriebsstrangsteuerungen 112, eine oder mehrere Bremssteuerungen 113 und eine oder mehrere Lenksteuerungen 114 umfassen. Jede der Steuerungen 112, 113, 114 kann jeweilige Prozessoren und Speicher und einen oder mehrere Aktoren umfassen. Die Steuerungen 112, 113, 114 können mit einem Kommunikationsbus des Fahrzeugs 110 programmiert und verbunden sein, wie etwa einem Controller-Area-Network(CAN)-Bus oder einem Local-Interconnect-Network(LIN)-Bus, um Anweisungen von dem Computer 115 zu empfangen und Aktoren auf Grundlage der Anweisungen zu steuern.
Die Sensoren 116 können eine Vielzahl von Vorrichtungen umfassen, die für die Bereitstellung von Daten über den Fahrzeugkommunikationsbus bekannt sind. Beispielsweise kann ein Radar, das an einem vorderen Stoßfänger (nicht gezeigt) des Fahrzeugs 110 befestigt ist, einen Abstand des Fahrzeugs 110 zu einem nächsten Fahrzeug vor dem Fahrzeug 110 bereitstellen oder ein GPS(Global Positioning System)-Sensor, der in dem Fahrzeug 110 angeordnet ist, kann geografische Koordinaten des Fahrzeugs 110 bereitstellen. Der Abstand (Die Abstände), der (die) durch das Radar und/oder andere Sensoren 116 bereitgestellt wird (werden), und/oder die geografischen Koordinaten, die durch den GPS-Sensor bereitgestellt werden, können von der Rechenvorrichtung 115 verwendet werden, um das Fahrzeug 110 beispielsweise autonom oder halb autonom zu betreiben.
Das Fahrzeug 110 ist im Allgemeinen ein Landfahrzeug 110, das autonom und/oder halbautonom betrieben werden kann und das drei oder mehr Räder aufweist, z. B. ein PKW, ein Kleinlaster usw. Das Fahrzeug 110 enthält einen oder mehrere Sensoren 116, die V-zu-I-Schnittstelle 111, die Rechenvorrichtung 115 und eine oder mehrere Steuerungen 112, 113, 114. Die Sensoren 116 können Daten in Bezug auf das Fahrzeug 110 und die Umgebung, in der das Fahrzeug 110 betrieben wird, sammeln. Beispielhaft und nicht einschränkend können die Sensoren 116 beispielsweise Höhenmesser, Kameras, LIDAR, Radar, Ultraschallsensoren, Infrarotsensoren, Drucksensoren, Beschleunigungsmesser, Gyroskope, Temperatursensoren, Drucksensoren, Hallsensoren, optische Sensoren, Spannungssensoren, Stromsensoren, mechanische Sensoren, wie etwa Schalter, usw. umfassen. Die Sensoren 116 können verwendet werden, um die Umgebung zu erfassen, in der das Fahrzeug 110 betrieben wird, z.B. können die Sensoren 116 Phänomene wie Wetterbedingungen (Niederschlag, äußere Umgebungstemperatur usw.), die Neigung einer Straße, den Standort einer Straße (z. B. unter Verwendung von Straßenrändern, Spurmarkierungen usw.) oder Standorte von Zielobjekten wie Nachbarfahrzeugen 110 erfassen. Die Sensoren 116 können Zudem verwendet werden, um Daten, einschließlich dynamischer Daten des Fahrzeugs 110, die sich auf Vorgänge des Fahrzeugs 110 beziehen, wie etwa Geschwindigkeit, Gierrate, Lenkwinkel, Motordrehzahl, Bremsdruck, Öldruck, den auf die Steuerungen 112, 113, 114 in dem Fahrzeug 110 angewandten Leistungspegel, Konnektivität zwischen Komponenten und eine genaue und rechtzeitige Leistung von Komponenten des Fahrzeugs 110, zu sammeln.
2 ist ein Diagramm einer Verkehrsszene 200. Die Verkehrsszene 200 ist eine Draufsicht auf eine äußere Umgebung um ein Fahrzeug 110. Die Verkehrsszene 200 enthält drei Beispiele von Orten, die ein Fahrzeug 110 in der Verkehrsszene 200 einnehmen könnte. Die Verkehrsszene 200 umfasst eine Fahrbahn 202, die durch die linke Fahrspurmarkierung 206 und die rechte Fahrspurmarkierung 204 definiert ist. Positionen der linken Fahrspurmarkierung 206 und der rechten Fahrspurmarkierung 204 in Bezug auf ein Fahrzeug 110 können von einer Rechenvorrichtung 115 in einem Fahrzeug 110 unter Verwendung von Informationen von Fahrzeugsensoren 116 ermittelt werden. Beispielsweise können die Fahrzeugsensoren 116 einen Videosensor und einen Lidarsensor umfassen. Informationen von einem Videosensor und/oder einem Lidar-Sensor können von der Rechenvorrichtung 115 unter Verwendung von maschinellen Bildverarbeitungstechniken verarbeitet werden, um die Positionen von Teilen von Sensordaten zu ermitteln, die der linken Fahrspurmarkierung 206 und der rechten Fahrspurmarkierung 204 in Bezug auf das Fahrzeug 110 entsprechen. Beispielsweise kann eine Hough-Transformation gerade gestrichelte Linien in einem Sichtfeld von Videodaten oder Lidar-Sensor-Reflexionsgraddaten erkennen. Durch Bestimmen der Positionen der linken Fahrspurmarkierung 206 und der rechten Fahrspurmarkierung 204 in einem Sichtfeld des Sensors 116 kann die Rechenvorrichtung die Position eines Fahrzeugs 110 in Bezug auf eine Fahrbahn 202 ermitteln.
Die Verkehrsszene 200 umfasst auch einen Fahrzeugweg 208. Der Fahrzeugweg 208 ist, wie vorstehend erörtert, eine gekrümmte und/oder gerade Linie, die Positionen des Fahrzeugs 110 in Bezug auf die Fahrbahn 202 umfasst. Der Standort des Fahrzeugs 110 kann in Bezug auf eine Mitte eines Fahrzeugs 110 ermittelt werden, die als die geometrische Mitte eines Rechtecks mit minimaler Größe definiert sein kann, das einen 2D-Umriss eines Fahrzeugs 110 einschließt, der beispielsweise auf eine Ebene parallel zu einer Fahrbahn 202 projiziert wird. Eine Rechenvorrichtung 115 in einem Fahrzeug 110 kann den Ort des Fahrzeugpfads 208 auf Grundlage von Informationen ermitteln, die von einem cloudbasierten Servercomputer 120 über ein Netzwerk 130 heruntergeladen wurden. Zu dem Netzwerk 130 kann das Internet gehören und der Zugriff kann beispielsweise über Mobiltelefonnetzwerke und Wi-Fi erfolgen. Die Computervorrichtung 115 kann den Standort des Fahrzeugs 110 in Bezug auf ein reales globales Koordinatensystem ermitteln, wie etwa Breite, Länge und Höhe, auf Grundlage der Daten des Fahrzeugsensors 116. Auf Grundlage des Standortes des Fahrzeugs 110 kann der Servercomputer 120 einen Fahrzeugpfad 208 zum Herunterladen ermitteln, der, wenn er von dem Fahrzeug 110 befolgt wird, einen sicheren und komfortablen Betrieb eines Fahrzeugs 110 ermöglicht, wobei Sicherheit und Komfort auf dem Effekt beruhen, den der Betrieb auf einen Insassen eines Fahrzeugs 110 hat.
Das Ermitteln eines sicheren und komfortablen Betriebs kann auf der Querbeschleunigung und der Änderungsrate der Querbeschleunigung beruhen. Beispielsweise können Querbeschleunigungen, die sich einer Beschleunigung von 0,5g nähern oder diese überschreiten, für Insassen eines Fahrzeugs 110 unangenehm sein. Sehr hohe Querbeschleunigungen, d. h., die sich einer Beschleunigung von 1,0g nähern oder diese überschreiten, können ein Fahrzeug 110 ins Schleudern bringen und/oder zu einem Kontrollverlust führen, wodurch das Risiko einer Kollision steigt. Änderungsraten der Querbeschleunigung, die sich 0,05 g/s nähern oder diese überschreiten, können von den Insassen als ein heftiger „Stoß“ von der Seite empfunden werden. Querbeschleunigungen, die sich einer Beschleunigung von 0,1 g/s nähern oder diese überschreiten, können ein Fahrzeug 110 ins Schleudern bringen und/oder zu einem Kontrollverlust führen, wodurch das Risiko einer Kollision steigt.
Der Servercomputer 120 kann ermitteln, dass ein Fahrzeugpfad 208 einen sicheren und komfortablen Betrieb eines Fahrzeugs 110 auf Grundlage der Analyse des Fahrzeugpfads 208 ermöglicht, um zu ermitteln, ob das Betreiben des Fahrzeugs 110 auf dem Fahrzeugpfad 208 mit einer erwarteten Geschwindigkeit dazu führen würde, dass das Fahrzeug 110 Querbeschleunigungen und Änderungsraten der Querbeschleunigungen erfährt, die über den vorstehend aufgeführten Grenzwerten liegen. Der Servercomputer 120 kann ermitteln, dass die hochgeladenen Daten des Fahrzeugpfads 208 einem sicheren und komfortablen Fahrzeugpfad 208 entsprechen, indem er anfordert, dass keine Teile eines Fahrzeugpfads 208 zu übermäßigen Querbeschleunigungen und/oder übermäßigen Änderungsraten der Querbeschleunigung führen würden. Der Servercomputer 120 kann eine Vielzahl sicherer und komfortabler Fahrzeugpfade 208 erfassen, denen jedes von einer Vielzahl von Fahrzeugen 110 folgt, die zu verschiedenen Zeiten auf einer Straße 202 fahren, und kann die Fahrzeugpfade 208 der jeweiligen Fahrzeuge 110 kombinieren, um einen einzelnen Fahrzeugpfad 208 zu bilden, der auf eine Rechenvorrichtung 115 in einem Fahrzeug 110 heruntergeladen werden soll, das gerade auf einer Straße 202 fährt. Beispielsweise kann der Servercomputer 120 für Straßen 202, für die keine Fahrzeugpfadinformationen hochgeladen wurden, einen Fahrzeugpfad 208 auf Grundlage von Karteninformationen aus einer Kartendatenbank wie GOOGLE™maps und Bildverarbeitungstechniken ermitteln, um den Betrieb des Fahrzeugs 110 zu simulieren und dadurch einen Fahrzeugpfad 208 zu ermitteln. In der vorliegenden Schrift erörterte Techniken können einen Fahrzeugpfad 208 verbessern, der auf Grundlage von Karteninformationen ermittelt wird, indem er durch hochgeladene Fahrzeugpfade 208 ersetzt wird, die von Fahrzeugen 110 befahren werden.
Die Informationen zu dem Fahrzeugpfad 208 können von der Rechenvorrichtung 115 verwendet werden, um das Fahrzeug 110 entlang des Fahrzeugpfads 208 zu betreiben, indem die realen Informationen in Bezug auf den Standort und die Richtung des Fahrzeugs 110 auf Grundlage der Daten des Fahrzeugsensors 116 ermittelt und mit den Daten des Fahrzeugpfads 208 abgeglichen werden. Die Verkehrsszene 200 enthält auch Pfadpolynome 210a, 210b, 210c, die zusammen als Pfadpolynome 210 bezeichnet werden und drei Positionen des Fahrzeugs 110 entsprechen. Unter Verwendung von Techniken, die nachstehend unter Bezugnahme auf 4-9 beschrieben sind, kann die Rechenvorrichtung 115 ein Pfadpolynom 210 auf Grundlage des Fahrzeugpfads 208 und des Standortes und der Richtung des Fahrzeugs 110 in Bezug auf den Fahrzeugpfad 208 ermitteln. Ein Pfadpolynom kann als kubisches Polynom ausgedrückt werden: $y (x) = a_{0} + a_{1} x + a_{2} x^{2} + a_{3} x^{3}$
wobei y(x) ein seitlicher Abstand zwischen dem Pfad und einer Mitte eines Fahrzeugs 110 ist, der bei einer Verschiebung x von dem Ursprung ermittelt wird, gemessen in Metern. Der Fahrzeugpfadursprung kann als der Punkt auf einem Fahrzeugpfad 208 definiert sein, der zu dem Zeitpunkt der Ermittlung des Pfadpolynoms am nächsten und senkrecht zu der Mitte eines Fahrzeugs 110 liegt. Die Verschiebung x kann über einen Bereich d ermittelt werden, wie in der Verkehrsszene 200 dargestellt. Der Bereich d bestimmt die Geschwindigkeit, mit der das Fahrzeug 110 von einem Ort, der nicht auf einem Fahrzeugpfad 208 liegt, zu einem Ort auf einem Fahrzeugpfad 208 zurückkehrt, und kann beispielsweise auf Grundlage von Benutzereingaben und der Geschwindigkeit des Fahrzeugs 110 ermittelt werden.
Der Pfadkoeffizient a₀ ist der seitliche Abstand zwischen dem Fahrzeugpfad 208 und der Mitte eines Fahrzeugs 110, gemessen in Metern. Drei Werte des Pfadkoeffizienten a₀ sind in 2 als seitliche Abstände O₁ , O₂ und O₃ veranschaulicht. Der Pfadkoeffizient a₁ ist der Richtungswinkel des Fahrzeuglenkpfads, gemessen im Bogenmaß mit einer Richtung von null, die der Richtung des Fahrzeugpfads 208 entspricht. Der Lenkpfad-Richtungswinkel ist die Richtung des Pfadpolynoms 210 an seinem Ursprung in der Mitte des Fahrzeugs 110, verglichen mit der Richtung des Fahrzeugpfads 208. Der Pfadkoeffizient a₂ ist die Lenkpfadkrümmung des Pfadpolynoms 210 an dessen Ursprung in der Mitte des Fahrzeugs 110 und wird in Metern^-1 gemessen. Der Pfadkoeffizient a₃ ist die Änderungsrate der Lenkpfadkrümmung des Pfadpolynoms 210 an dessen Ursprung in der Mitte des Fahrzeugs 110 und wird in Metern^-2 gemessen. Die Krümmung und die Änderungsrate der Krümmung können entweder in Bezug auf die Zeit oder die Entfernung gemessen werden. In Beispielen, in denen die Krümmung und die Änderungsrate der Krümmung zeitlich gemessen werden, kann die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 110 in Berechnungen einbezogen werden, um die Zeit in die Entfernung umzuwandeln. In Beispielen, in denen die Krümmung und die Änderungsrate der Krümmung in Bezug auf die Entfernung gemessen werden, kann die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 110 in das Ermitteln der Entfernung d einbezogen werden. Beispielsweise kann dlinear mit der Geschwindigkeit des Fahrzeugs 110 in Beziehung stehen.
Die Rechenvorrichtung 115 kann die Lenksteuerung 114 anweisen, Fahrzeuglenkkomponenten zu steuern, um das Fahrzeug 110 entlang eines Fahrzeugpfads 208 auf Grundlage von Pfadkoeffizienten a₀ , a₁ , a₂ und a₃ zu betreiben. Wenn das Fahrzeug 110 entlang eines Fahrzeugpfads 208 fährt, sind die Pfadkoeffizienten a₀ und a₁ null und werden die Pfadkoeffizienten a₂ und a₃ zusammen mit der Richtung durch den Fahrzeugpfad 208 ermittelt. Der reale Standort des Fahrzeugs 110 kann durch die Rechenvorrichtung 115 auf Grundlage von Fahrzeugsensoren 116 bestimmt und auf Grundlage von Pfadkoeffizienten mit dem vorhergesagten Standort abgeglichen werden. Während es wünschenswert ist, dass das vorhergesagte Pfadpolynom 210 niemals von dem Fahrzeugpfad 208 abweicht, ist das Fahrzeug 110 in Wirklichkeit Störungen ausgesetzt, die durch die äußere Umgebung verursacht werden und die Bewegung des Fahrzeugs 110 beeinflussen können, wenn es entlang eines Fahrzeugpfads 208 betrieben wird. Eine Rechenvorrichtung 115 kann Standort- und Richtungsinformationen des Fahrzeugs 110 von Fahrzeugsensoren 116 erfassen, einschließlich beispielsweise Videosensoren, Lidarsensoren, GPS-Sensoren und Trägheitsnavigationssystem-(INS)-Sensoren. Die Standort- und Richtungsinformationen des Fahrzeugs 110 können von der Rechenvorrichtung 115 als Rückmeldung in einem geschlossenen Steuerprozess verarbeitet werden, der das Fahrzeug 110 entlang des Fahrzeugpfads 208 betreibt. Die Rechenvorrichtung 115 kann ein Fehlersignal auf Grundlage einer Fehlerfunktion bestimmen, die Unterschiede zwischen dem Standort und der Richtung des Fahrzeugs 110 und dem Standort und der Richtung des Fahrzeugpfads 208 bestimmt.
Fehlerfunktionen erfassen Zeitreihenabtastwerte des Standortes und der Richtung des Fahrzeugs 110 und vergleichen diese mit vorhergesagten Standorten und Richtungen auf Grundlage des Fahrzeugpfads 208. Fehlerfunktionen können Fehlersignale auf Grundlage von Unterschieden zwischen abgetasteten Standorten und Richtungen und vorhergesagten Standorten und Richtungen bestimmen. Fehlerfunktionen können Ausgangsfehlersignale auf Grundlage von gefilterten Eingangszeitreihendaten ermitteln und sind daher auf kontinuierlich differenzierbare Eingangsdaten angewiesen, um zuverlässige Ergebnisse zu erzielen. Durch fehlende oder ungenaue Eingabedaten verursachte Diskontinuitäten können dazu führen, dass Fehlerfunktionen fehlende oder ungenaue Fehlersignale ausgeben. In Abwesenheit von Diskontinuitäten kann die Rechenvorrichtung 115 ein von einer Fehlerfunktion ausgegebenes Fehlersignal verarbeiten und dadurch Steuersignale bestimmen, die zur Korrektur des Fehlers an die Lenksteuerung 114 zu übermitteln sind, z.B. direkte Lenkkomponenten des Fahrzeugs 110, um den Standort und die Richtung des Fahrzeugs 110 mit dem Fahrzeugpfad 208 abzustimmen. Beispielsweise kann die Rechenvorrichtung 115 Fehlersignale auf Grundlage von Proportional-Integral-Differential-(PID)-Regelkreisrückkopplung verarbeiten, wie üblicherweise verwendet, um Steuersignale auf Grundlage von Eingangsfehlersignalen zu ermitteln.
PID-Steuerprozesse können Steuersignale auf Grundlage von Fehlersignalen durch Filtern und Kombinieren von Proportional-, Integral- und Differentialfehlertermen auf Grundlage von Benutzereingabeparametern K_p , K_i und K_d ermitteln. Durch Ändern der Parameter K_p , K_i und K_d und Parameter, die sich auf die Filterstärke beziehen, kann ein PID-Steuerprozess „abgestimmt“ werden, um Steuersignale zu ermitteln, die bewirken können, dass der Standort und die Richtung des Fahrzeugs 110 innerhalb einer Benutzereingabefehlergrenze gleich dem Fahrzeugpfad 208 bleiben, solange der bestimmte Fehler einer kontinuierlichen, realen Funktion entspricht. Mathematisch bedeutet dies, dass das ermittelte Fehlersignal einer Funktion entsprechen muss, die über ihre gesamte Länge differenzierbar ist, d. h. keine Diskontinuitäten aufweist. Leider kann das Fahrzeug 110, da die Fahrzeugsensoren 116 manchmal ungenaue Informationen liefern können, ohne Vorwarnung von der Rechenvorrichtung 115 an einem Standort und in einer Richtung bestimmt werden, die ein Fehlersignal erzeugen, das einer Diskontinuität entspricht. Fahrzeugsensoren 116 können aufgrund einer Fehlfunktion des Sensors 116, eines Verlustes von Fahrspurmarkierungsinformationen oder eines Verlustes von Fahrzeugweginformationen 208 ungenaue Informationen liefern. Aufgrund der Diskontinuität kann eine sehr große, möglicherweise unendliche Anzahl von Pfadpolynomen 208 von der Rechenvorrichtung 115 ermittelt werden, um das Fahrzeug 110 von einem aktuellen Standort und einer aktuellen Richtung innerhalb einer Entfernung d auf den Fahrzeugpfad 208 zurückzubewegen.
3 ist ein Diagramm von vier Verkehrsszenen 300a, 300b, 300c, 300d, in der vorliegenden Schrift gemeinsam als Verkehrsszenen 300 bezeichnet, und veranschaulicht Pfadpolynome 308a, 308b, 308c, 308d, in der vorliegenden Schrift gemeinsam als Pfadpolynome 308 bezeichnet, die durch die Rechenvorrichtung 115 auf Grundlage einer Ausgabe von einer PID-Steuerung als Reaktion auf eine Diskontinuität in dem Standort des Fahrzeugs 110 erzeugt werden. Die Verkehrsszenen 300 umfassen Straßen 302a, 302b, 302c, 302d, in der vorliegenden Schrift gemeinsam als Straßen bezeichnet, und Fahrzeuge 110a, 110b, 110c, 110d, in der vorliegenden Schrift gemeinsam als Fahrzeuge 110 bezeichnet, die auf Straßen 302 fahren. Eine Rechenvorrichtung 115 in einem Fahrzeug 110 kann Informationen in Bezug auf den Standort und die Richtung des Fahrzeugs 110 in Bezug auf die äußere Umgebung ermitteln, einschließlich Straßen 302, Fahrspurmarkierungen 306a, 306b, 306c, 306d, in der vorliegenden Schrift gemeinsam als Fahrspurmarkierungen 306 bezeichnet, und Informationen in Bezug auf Standorte von Fahrzeugpfaden 304a, 304b, 304c, 304d, in der vorliegenden Schrift gemeinsam als Fahrzeugpfade 304 bezeichnet, umfassen, die beispielsweise von einem cloudbasierten Servercomputer 120 heruntergeladen werden können.
In den Verkehrsszenen 300 werden Fahrzeuge 110 von einer Rechenvorrichtung 115 entlang eines Fahrzeugpfads 304 durch Bestimmen von Positions- und Richtungsfehlern unter Verwendung einer PID-Steuerung betrieben. In den Verkehrsszenen 300 ist bei den Fahrzeugen 110 ein Informationsverlust aufgetreten, der eine Änderung des Standorts des Fahrzeugs 110 in Bezug auf den Fahrzeugpfad 304 verursacht hat, was zu einer diskontinuierlichen Fehlerfunktion führt, wie von der PID-Steuerung bestimmt. Aufgrund der diskontinuierlichen Fehlerfunktion kann eine PID-Steuerung eine große Anzahl verschiedener möglicher Pfadpolynome 308 erzeugen, die von der Rechenvorrichtung 115 verwendet werden können, um ein Fahrzeug 110 von einem aktuellen Standort zu einem zweiten Standort 3101, 310b, 310c, 310d zu betreiben, in der vorliegenden Schrift gemeinam als zweite Standorte 310 bezeichnet. PID-Steuerungen können mit unterschiedlichen Parametern programmiert sein, die jeweils ein akzeptables Verhalten des Fahrzeugs 110 in Reaktion auf kontinuierliche Fehlerfunktionsdaten ergeben, jedoch unterschiedlich geformte Pfadpolynome 308 und damit ein unterschiedliches Verhalten des Fahrzeugs 110 in Reaktion auf diskontinuierliche Fehlerfunktionsdaten ergeben. Die Pfadpolynome 308 entsprechen der Ausgabe von PID-Steuerungen, die jeweils mit unterschiedlichen Parametern programmiert sind.
Jedes der Pfadpolynome 308 würde zu einem unangenehmen und/oder unsicheren Betrieb des Fahrzeugs 110 führen und daher sind diese für den Betrieb eines Fahrzeugs 110 nicht akzeptabel. Das Pfadpolynom 308a führt zu einem unannehmbar hohen seitlichen Ruck aufgrund der rechtwinkligen Kurve, der das Fahrzeug 110 beispielsweise ins Schleudern bringen und/oder einen Kontrollverlust verursachen kann. Das Pfadpolynom 308b entspricht einer hohen Querbeschleunigungsrate, die ein Insasse des Fahrzeugs 110 als störend empfinden würde und/oder ein Schleudern verursachen und/oder zu einem Kontrollverlust führen würde. Das Pfadpolynom 308c entspricht hohen Änderungsraten der Querbeschleunigung am Anfang und Ende des Pfadpolynoms 308c, die für einen Insassen eines Fahrzeugs 110 nicht akzeptabel wären. Das Pfadpolynom 308d nähert sich zu keinem Zeitpunkt dem Fahrzeugpfad 304d und ist daher nicht akzeptabel. Der Versuch, den Standort des Fahrzeugs 110 nach einer auf einer PID-Steuerung basierenden Diskontinuität zu korrigieren, kann je nach Programmierung der PID-Steuerung zu einem inakzeptablen Verhalten des Fahrzeugs 110 führen. In der vorliegenden Schrift beschriebene Techniken bestimmen ein lenkbares Pfadpolynom für ein Fahrzeug 110 im Anschluss an eine Diskontinuität, die zu zwei Pfaden führt, einem Fahrzeugpfad 304 und einem Pfadpolynom 308, das sich in einer Entfernung d dem Fahrzeugpfad 304 nähern muss. Ein lenkbares Pfadpolynom 308 ist ein Pfadpolynom 308, das einen sicheren und komfortablen Betrieb eines Fahrzeugs 110 beschreibt, wobei hohe Querbeschleunigungen und hohe Änderungsraten der Querbeschleunigung vermieden werden.
4 ist ein Diagramm einer Verkehrsszene 400. Die Verkehrsszene 400 umfasst ein Fahrzeug 110, das auf einer Straße 402 fährt. Eine Rechenvorrichtung 115 in dem Fahrzeug 110 enthält Informationen bezüglich eines Fahrzeugpfads 404. Informationen zu dem Fahrzeugpfad 404 können in einem nicht flüchtigen Speicher gespeichert werden, der in der Rechenvorrichtung 115 enthalten ist, und/oder Fahrzeugpfadinformationen können von einem cloudbasierten Servercomputer 120 über ein Netzwerk 130 heruntergeladen werden. Die Rechenvorrichtung 115 kann zudem Informationen enthalten, die Fahrspurmarkierungen 406 entsprechen. Informationen, die Fahrspurmarkierungen 406 entsprechen, können von Fahrzeugsensoren 116 erfasst werden. Zu dem durch die Verkehrsszene 400 veranschaulichten Zeitpunkt hat die Rechenvorrichtung 115 festgestellt, dass eine Diskontinuität aufgetreten ist. Diskontinuitäten werden ermittelt, indem ein Fehler in dem Standort des Fahrzeugs 110 ermittelt wird, der größer als ein Benutzereingabeschwellenwert ist, beispielsweise 0,2 Meter, oder indem ein Sensorfehler erkannt wird, der länger als 100 Millisekunden dauert. Sobald eine Diskontinuität ermittelt wurde, ist ein aktuell von der Rechenvorrichtung 115 verwendetes Lenkpfadpolynom ungültig und dieses Fahrzeug 110 ist eine Entfernung a₀ von dem Fahrzeugpfad 404 entfernt und bewegt sich auf einem Pfad 408 unter einem Richtungswinkel a₁ zu dem Fahrzeugpfad 404. Die Rechenvorrichtung 115 kann auf Grundlage eines Sensorfehlers, der länger als 100 Millisekunden andauert oder um mehr als einen Benutzereingabeschwellenwert, beispielsweise 0,2 Meter, von dem Fahrzeugpfad 404 abweicht, ermitteln, dass eine Diskontinuität aufgetreten ist. Zu dem Zeitpunkt, an dem die Diskontinuität erfasst wird, kann sich das Fahrzeug 110 in einer Entfernung a₀ von dem Fahrzeugpfad 404 befinden und sich in einem Winkel a₁ zu dem Fahrzeugpfad 404 bewegen, und, sofern die Rechenvorrichtung 115 keine neuen Pfadkoeffizienten bestimmt, rollt das Fahrzeug 110 entlang des Pfads 410 aus.
Durch in der vorliegenden Schrift beschriebene Techniken kann die Rechenvorrichtung 115 eine Zeitreihe von Pfadkoeffizienten ermitteln, die ein lenkbares Pfadpolynom 412 definieren, das verwendet werden kann, um das Fahrzeug 110 sicher und komfortabel von einem aktuellen Pfad 408 zu einem Fahrzeugpfad 404 zu bewegen. In der vorliegenden Schrift beschriebene Techniken definieren eine Schätzvorrichtung, die Pfadkoeffizienten so schätzt, dass diese mit einem lenkbaren Pfadpolynom übereinstimmen, das an einem Fahrzeug 110 beginnt, das auf einem Pfad 408 fährt, wobei sich ein zweiter Fahrzeugpfad 404 in einer Entfernung d befindet, trotz einer Diskontinuität in einer Fehlerfunktion, die auf Grundlage des Standortes und der Richtung des Fahrzeugs 110 berechnet wurde. Es ist zu beachten, dass diese Technik nicht zum Korrigieren von beispielsweise zeitlich variierenden Fehlern verwendet werden sollte, da die in der vorliegenden Schrift beschriebenen Techniken den Pfadverlauf des Fahrzeugs 110 in keiner Berechnung berücksichtigen. Aktuelle Werte der Pfadkoeffizienten a₀ , a₁ , a₂ und a₃ in einem Pfadpolynom zu dem Zeitpunkt, an dem die Diskontinuität von der Rechenvorrichtung 115 erkannt wird, können als Anfangswerte für eine Schätzvorrichtung verwendet werden, nämlich a₀ init, a₁ init, a₂ init und a₃ init. Die Pfadkoeffizienten a₀ , a₁ , a₂ und a₃ dritter Ordnung können wie folgt parametriert werden: $y = [\begin{matrix} 1 & x & x^{2} & x^{3} \end{matrix}] [\begin{matrix} a_{0} \\ a_{1} \\ a_{2} \\ a_{3} \end{matrix}]$
$\begin{matrix} y = W Θ; & W = [\begin{matrix} 1 & x & x^{2} & x^{3} \end{matrix}]; & Θ = [\begin{matrix} a_{0} \\ a_{1} \\ a_{2} \\ a_{3} \end{matrix}] \end{matrix}$
Die Pfadschätzung ŷ ist definiert als: $\hat{y} = W \hat{Θ}$
wobei Θ̂ der Schätzvektor für Pfadkoeffizienten ist. Die Pfadschätzung kann von dem tatsächlichen Pfad subtrahiert werden, um die Pfadvorhersage und den Schätzfehler zu erhalten: $y - \hat{y} = W (Θ - \hat{Θ}) \Rightarrow \tilde{y} = W \tilde{Θ}$
wobei ỹ und Θ̃ die Vorhersagefehler bzw. Schätzfehler sind. Auf Grundlage des parameterisierten Modells und des Fehlerzustandes kann eine Schätzvorrichtung Θ̂ bestimmt werden: $\dot{\hat{Θ}} = α γ W^{T} \tilde{γ}$
wobei α eine skalare Schätzverstärkung und γ eine 4x4-Diagonalverstärkungsmatrix ist, die definiert ist als: ${\dot{γ}}^{- 1} = 2 W^{T} W$
Wobei die Punktnotation bedeutet, dass Θ̂ und γ̇^-1 durch Ersetzen der rechten Seite der Gleichungen (6) und (7) jeweils durch gewöhnliche Differentialgleichungen (ODE) auf Grundlage einer Zeitreihe in jedem der Elemente von W ermittelt werden. Da sich ODE, die auf diese Weise konstruiert wurde, als überall positiv, stetig, überall differenzierbar und mit demselben Nullpunkt erweisen lässt, können die Differentialgleichungen iterativ als eine Zeitreihe unter Verwendung eines Fehlerterms der kleinsten Quadrate ỹ gelöst werden, um eine neue Verstärkungsmatrix γ̃ zu bestimmen, die den Vorhersagefehler ỹ bei dem nächsten Zeitschritt verringern wird.
Das Definieren von γ̇ auf diese Weise als eine gewöhnliche Differentialgleichung bedeutet, dass die Schätzvorrichtung $\dot{\hat{Θ}}$
als Zeitreihen-Lyapunov-Funktion bestimmt werden kann, weil die Elemente von W physikalisch verwandt sind, d. h. die Elemente von W sind Koeffizienten einer Polynomfunktion, die gelöst werden können, um eine zeitliche Verschiebung eines Punktes auf einer Ebene zu ermitteln. Lyapunov-Funktionen können iterativ gelöst werden, wobei die Vorhersage- und Schätzfehler innerhalb einer endlichen Anzahl von Schritten auf null gehen. Das Schätzen von Fahrzeugpfadkoeffizienten auf diese Weise verwendet eine rekursive Schätztechnik für kleinste Quadrate, wobei eine auf der Schätzvorrichtung in Gleichung (6) basierende Differentialgleichung gelöst wird, indem eine Differenz für kleinste Quadrate zwischen einer Schätzung und einem Ziel minimiert wird, d. h. minimieren eines Vorhersagefehlers ỹ durch Minimieren einer Differenz der kleinsten Quadrate zwischen dem tatsächlichen Pfad y und dem vorhergesagten Pfad ŷ. Lyapunov-Funktionen werden im Allgemeinen in Bezug auf Zeitschritte gelöst, wobei die Anzahl der Schritte eine Funktion der Skalarschätzungsverstärkung α ist. Die Skalarschätzungsverstärkung α kann von einem Benutzer so eingestellt werden, dass sich eine gewünschte Anzahl von Zeitschritten ergibt. Beispielsweise kann, um zu ermitteln, dass sich eine Lyapunov-Funktion einer Lösung in einer Entfernung d nähert, die Entfernung d durch Teilen der Geschwindigkeit des Fahrzeugs 110 durch die Zeitschrittgröße in Zeitschritte umgewandelt werden. Da die Vorhersage- und Schätzfehler in Bezug auf einen Fahrzeugpfad 404 definiert sind, bedeutet die Konvergenz zu einem Fehler von null, dass das Polynom 412 des lenkbaren Pfads, das durch aufeinanderfolgende Pfadschätzungen ŷ gebildet wird, sich in einer Entfernung d zu einem Fahrzeugpfad 404 nähert. Wenn das Lenkpfadpolynom 412 sich dem Fahrzeugpfad 404 nähert, hat sich die Fehlerfunktionsberechnung von der Diskontinuität erholt und kann die PID-Steuerung verwendet werden, um die Lenksteuerung 114 auf Grundlage des Fahrzeugpfads 404 Pfadkoeffizienten bereitzustellen.
Die Rechenvorrichtung 115 kann ermitteln, dass das Polynom 412 des lenkbaren Pfads einem Polynom des sicheren und bequemen Pfads entspricht, indem die Werte der in der Verstärkungsmatrix γ enthaltenen Elemente gesteuert werden. Die in der Verstärkungsmatrix γ enthaltenen Elemente entsprechen der seitlichen Verschiebung, der seitlichen Bewegung, der seitlichen Beschleunigung und der Änderungsrate der seitlichen Beschleunigung. Durch Begrenzen der Maximalwerte von Elementen der Verstärkungsmatrix γ können die Querbeschleunigung und die Änderungsrate der Querbeschleunigung auf gewünschte Niveaus begrenzt werden, wodurch ein sicherer und komfortabler Betrieb des Fahrzeugs 110 sichergestellt wird. Das maximale Niveau für jedes Element der Verstärkungsmatrix γ kann empirisch durch Experimentieren mit einem Fahrzeug 110 oder durch Simulieren eines Fahrzeugs 110 unter Verwendung einer Simulation über verfügbare Simulationstechnologie ermittelt werden, um beispielsweise das Verhalten eines Fahrzeugs 110 auf einer Straße 402 zu simulieren.
In der vorliegenden Schrift beschriebene Techniken verbessern den Betrieb eines Fahrzeugs 110, indem sie eine Lösung für Probleme bereitstellen, die beispielsweise dadurch verursacht werden, dass die Fahrzeugsensoren 116 vorübergehend Daten verlieren. Durch einen vorübergehenden Verlust der Daten des Sensors 116 kann das Fahrzeug eine Fahrspur auf einer Straße verlassen, sofern keine Korrekturmaßnahmen ergriffen werden. Zudem kann eine Korrekturmaßnahme einen unangenehmen oder unsicheren Betrieb des Fahrzeugs 110 verursachen, sofern die Grenzen der Fahrzeugbewegung nicht eingehalten werden. In der vorliegenden Schrift beschriebene Techniken verbessern den Betrieb eines Fahrzeugs 110 durch Erfassen, wann eine Diskontinuität in den Positionsdaten des Fahrzeugs 110 aufgetreten ist, und Bestimmen eines Polynoms 412 für einen lenkbaren Pfad, um ein aktuelles Polynom des Fahrzeugpfads 408 mit einem Fahrzeugpfad 404 abzugleichen, während ein sicherer und komfortabler Betrieb eines Fahrzeugs 110 gewährleistet wird.
5 ist ein Diagramm einer beispielhaften Grafik 500, die einen Fahrzeugpfad 502 veranschaulicht. Die Grafik 500 stellt den Fahrzeugweg 502 als einen Standort in Bezug auf eine Mittellinie einer Straße 202, 302, 402 auf der x-Achse in Metern über der Zeit in Sekunden auf dery-Achse dar. In diesem Beispiel ist der Pfadkoeffizientenvektor Θ auf die Anfangswerte a₀init = -1.2 m, a₁init = -0.025 rad , a₂init = 0.0025 m^-1 und a₃init = 0.0 m^-2 gesetzt. Die Anfangswerte für die geschätzten Pfadkoeffizienten Θ̂ werden auf die Anfangswerte a₀init = -1.0 m, a₁init = +0.025 rad, a₂init = 0.0 m^-1, und a₃init = 0.0 m^-2 gesetzt. Anfangswerte sind Schätzungsverstärkung α = 100 und γ^-1 = 10 · I₄, wobei I₄ eine 4x4-Identitätsmatrix ist. Die Rechenvorrichtung 115 kann dann eine Zeitreihe von Pfadkoordinaten bestimmen, die kombiniert werden können, um ein lenkbares Pfadpolynom 412 zu bilden, das ein Fahrzeug 110 zu dem Fahrzeugpfad 502 zurückführt.
6 ist ein Diagramm einer beispielhaften Grafik 600, die den Vorhersagefehler ỹ 602 darstellt, grafisch dargestellt in Metern auf der x-Achse über den Sekunden auf der Abszisse. Wie in Grafik 600 veranschaulicht, wird der Vorhersagefehler ỹ 602 in ungefähr 0,4 Sekunden null. Dies bedeutet, dass die durch die Schätzvorrichtung von Gleichung (6) bestimmten geschätzten Pfadkoeffizienten mit zunehmender Zeit und zurückgelegter Entfernung durch das Fahrzeug sich dem Fahrzeugpfad 502 nähern können. Wie vorstehend unter Bezugnahme auf 4 erörtert, nähern sich die geschätzten Pfadkoeffizienten immer dem Fahrzeugpfad 502, da die Schätzvorrichtung eine Lyapunov-Funktion ist.
7 ist ein Diagramm von vier beispielhaften Grafiken 702, 706, 710, 714 von Pfadkoeffizienten a₀ 704, a₁ 706, a₂ 710 und a₃ 714. Die Grafik 702 zeigt den Pfadkoeffizienten a₀ 704 in Metern auf der x-Achse über Millisekunden auf der y-Achse. Die Grafik 706 stellt den Pfadkoeffizienten a₁ 708 in Radianten auf der x-Achse über Millisekunden auf der y-Achse dar. Die Grafik 710 zeigt den Pfadkoeffizienten a₂ 712 in Metern^-1 auf der X-Achse über Millisekunden auf der y-Achse, und Grafik 714 stellt den Pfadkoeffizienten a₃ 716 in Metern^-2 auf der X-Achse über Millisekunden auf der y-Achse dar. Die Betrachtung der Grafiken 702, 706, 710, 714 zeigt, dass die Pfadkoeffizientenwerte sich den Werten des Fahrzeugpfads 502 nähern. Wenngleich die Konvergenzzeit für die einzelnen Pfadkoeffizienten in den Grafiken 702, 706, 710, 714 größer ist als die Konvergenzzeit für den in der Grafik 600 aus 6 dargestellten Pfadschätzfehler, können sich die geschätzten Pfadkoeffizientenfehler gegenseitig aufheben, wobei ein Pfadschätzungsfehler nahe Null bereitgestellt wird, während große individuelle Koeffizientenfehler vorliegen können. Die Fehlerkompensation ist ein Grund dafür, dass eine auf geschätzten Pfadkoeffizienten beruhende Fehlertechnik mit rekursiven kleinsten Quadraten, wie in der vorliegenden Schrift beschrieben, eine zuverlässigere Technik zum Erzeugen von Pfadkoeffizienten nach einer Diskontinuität ist als das einfache Reduzieren eines Standort- und Richtungsfehlers.
8 ist ein Diagramm von vier beispielhaften Grafiken 802, 806, 810, 814 von Komponenten eines Pfadvorhersagefehlers ỹ, nämlich Pfadkoordinatenfehler a₀ error 704, a₁ error 708, a₂ error 712 und a₃ error 716. Die Grafik 802 zeigt den Pfadkoeffizienten a₀ error 704 in Metern auf der X-Achse über Millisekunden auf der y-Achse. Die Grafik 706 stellt den Pfadkoeffizienten a₁ error 708 in Radianten auf der x-Achse über Millisekunden auf der y-Achse dar. Die Grafik 710 zeigt den Pfadkoeffizienten a₂ error 712 in Metern^-1 auf der X-Achse über Millisekunden auf der y-Achse, und Grafik 714 stellt den Pfadkoeffizienten a₃ error 716 in Metern^-2 auf der X-Achse über Millisekunden auf der y-Achse dar. Wie in den Grafiken 802, 806, 810, 814 zu sehen, kehren die Pfadkoordinatenfehler alle innerhalb weniger zehn Millisekunden auf null zurück. Wie aus den in den Grafiken 600, 702, 706, 710, 714, 802, 806, 810, 814 dargestellten Daten ersichtlich, kann eine in Gleichung (6) dargestellte Schätzvorrichtung iterativ gelöst werden, um Pfadkoeffizienten zu ermitteln, die zu dem sicheren und komfortablen Betrieb eines Fahrzeugs 110 verwendet werden können, um einen Fahrzeugpfad 502 zu erreichen.
9 ist eine Ansicht eines Ablaufdiagramms, das unter Bezugnahme auf die 1-8 beschrieben ist, eines Prozesses 900 zum Betreiben eines Fahrzeugs 110 auf Grundlage von geschätzten Pfadkoeffizienten. Der Prozess 900 kann durch einen Prozessor der Rechenvorrichtung 115 umgesetzt werden, indem beispielsweise Informationen von den Sensoren 116 als Eingabe herangezogen und Befehle ausgeführt und Steuersignale über die Steuerungen 112, 113, 114 gesendet werden. Der Prozess 900 umfasst mehrere Blöcke, die in der offenbarten Reihenfolge erfolgen. Der Prozess 900 könnte alternativ oder zusätzlich weniger Blöcke enthalten oder kann die Blöcke in unterschiedlichen Reihenfolgen enthalten.
Der Prozess 900 beginnt bei Block 902, bei dem eine Rechenvorrichtung 115 in einem Fahrzeug einen Fahrzeugpfad 404 bestimmt. Der Fahrzeugpfad 404 kann von der Rechenvorrichtung 115 von einem cloudbasierten Servercomputer 120 über ein Netzwerk 130 heruntergeladen werden. Der Servercomputer 120 kann den Fahrzeugpfad 404 durch Hochladen von Fahrzeugpfaden 404 von einer Vielzahl von Fahrzeugen 110, die auf einer Straße 402 fahren, ermitteln. Der Servercomputer 120 kann eine Vielzahl von Fahrzeugpfaden 404 kombinieren, die von einer Vielzahl von Fahrzeugen 110 hochgeladen wurden, um einen Fahrzeugpfad 404 zu ermitteln, wie vorstehend unter Bezugnahme auf 2 erläutert. Der Servercomputer kann Informationen in Bezug auf einen Standort des Fahrzeugs 110 und ein Ziel des Fahrzeugs 110 kombinieren, um zu ermitteln, welcher Fahrzeugpfad 404 beispielsweise auf das Fahrzeug 110 heruntergeladen werden soll. Die Rechenvorrichtung kann den Fahrzeugpfad 404 zur späteren Verwendung in einem nicht flüchtigen Speicher speichern, der in der Rechenvorrichtung 115 enthalten ist. Die Computervorrichtung 115 kann einen Fahrzeugstandort unter Verwendung von Fahrzeugsensoren 116, einschließlich GPS und INS, ermitteln.
Bei Block 904 ermittelt die Rechenvorrichtung 115, dass das Fahrzeug 110 einen Datenverlust erfahren hat, der eine Diskontinuität in einem bestimmten Fehlersignal enthält. Unter Verwendung der Fahrzeugpfadinformationen 404 und des aktuellen Pfads 408 als eine Anfangsschätzung kann die Rechenvorrichtung 115 die Zeitreihen-ODE iterativ lösen, um Pfadkoeffizienten zu schätzen, die einen Fehlerterm auf null reduzieren, wie vorstehend unter Bezugnahme auf die 5-8 beschrieben, und dadurch ein lenkbares Pfadpolynom 412 auszugeben.
Bei Block 906 betreibt die Rechenvorrichtung 115 ein Fahrzeug 110 durch Ermitteln von Signalen, die in die Lenksteuerung 114 eingegeben werden sollen, um Fahrzeuglenkungskomponenten auf Grundlage von geschätzten Pfadkoeffizienten zu steuern, die von der Schätzvorrichtung als lenkbares Pfadpolynom 412 ausgegeben werden. Nach dem Block 906 endet der Prozess 900.
9 ist eine Ansicht eines Ablaufdiagramms, das unter Bezugnahme auf die 1-8 beschrieben ist, eines Prozesses 1000 zum Ermitteln von geschätzten Pfadkoeffizienten. Der Prozess 1000 kann als ein Block in einem Prozess ausgeführt werden, wie etwa Block 904 in Prozess 900 in 9. Der Prozess 1000 kann durch einen Prozessor der Rechenvorrichtung 115 umgesetzt werden, indem beispielsweise Informationen von den Sensoren 116 als Eingabe herangezogen und Befehle ausgeführt und Steuersignale über die Steuerungen 112, 113, 114 gesendet werden. Der Prozess 1000 umfasst mehrere Blöcke, die in der offenbarten Reihenfolge erfolgen. Der Prozess 1000 könnte alternativ oder zusätzlich weniger Blöcke enthalten oder kann die Blöcke in unterschiedlichen Reihenfolgen enthalten.
Der Prozess 1000 beginnt bei Block 1002, bei dem eine Differenz der kleinsten Quadrate zwischen Pfadkoeffizienten, die einem Fahrzeugpfad 404 entsprechen, und Pfadkoeffizienten ermittelt wird, die einem aktuellen Pfad 408 entsprechen.
Bei Block 1004 wird die Differenz der kleinsten Quadrate mit einem Benutzereingabeschwellenwert t verglichen. Wenn die Differenz der kleinsten Quadrate größer ist als 0,2 Meter oder wenn die Rechenvorrichtung 115 auf andere Weise ermittelt hat, dass ein Sensor 116 ausgefallen ist, geht der Prozess 1000 zu Block 1006 über, andernfalls kehrt der Prozess 1000 zu Block 1002 zurück, um eine neue Differenz der kleinsten Quadrate zu bestimmen.
Bei Block 1006 ermittelt die Rechenvorrichtung 115 neue geschätzte Pfadkoeffizienten ŷ auf Grundlage einer iterativen ODE-Fehlerminimierung der kleinsten Quadrate, wie vorstehend unter Bezugnahme auf die 5-8 erörtert.
In Block 1008 ermittelt die Rechenvorrichtung 115 Signale, die an die Lenksteuerung 114 ausgegeben werden sollen, um die Lenkkomponenten des Fahrzeugs 110 zu steuern.
Bei Block 1010 kann die Rechenvorrichtung 115 einen geschätzten Pfad oder einen Vorhersagefehler ỹ auf Grundlage der geschätzten Pfadkoeffizienten ŷ aus Block 1006 ermitteln, wie vorstehend unter Bezugnahme auf die 5-8 erörtert.
Bei Block 1012 testet die Rechenvorrichtung 115 den geschätzten Pfad oder den Vorhersagefehler ỹ , um zu ermitteln, ob dieser plus oder minus einem Benutzereingabeschwellenwert t gleich null ist. Ist der Fehler ungleich null, plus oder minus einem Schwellenwert t, kehrt der Prozess 1000 zu Block 1006 zurück, um neue geschätzte Pfadkoeffizienten ŷ zu ermitteln. Wenn der Vorhersagefehler ỹ gleich Null ist, plus oder minus einem Schwellenwert t, endet der Prozess 1000.
Rechenvorrichtungen, wie etwa die in der vorliegenden Schrift erörterten, umfassen im Allgemeinen jeweils Befehle, die durch eine oder mehrere Rechenvorrichtungen, wie etwa die vorstehend genannten, und zum Ausführen von Blöcken oder Schritten von vorstehend beschriebenen Prozessen ausführbar sind. Die vorstehend erörterten Prozessblöcke können beispielsweise als computerausführbare Befehle ausgeführt sein.
Computerausführbare Befehle können von Computerprogrammen zusammengestellt oder interpretiert werden, die unter Verwendung einer Vielzahl von Programmiersprachen und/oder -technologien erstellt wurden, einschließlich unter anderem, entweder allein oder in Kombination, Java™, C, C++, Visual Basic, Java Script, Perl, HTML usw. Im Allgemeinen empfängt ein Prozessor (z. B. ein Mikroprozessor) Befehle, z. B. von einem Speicher, einem computerlesbaren Medium usw., und führt diese Befehle aus, wodurch er einen oder mehrere Prozesse durchführt, einschließlich eines oder mehrerer der hier beschriebenen Prozesse. Derartige Befehle und andere Daten können in Dateien gespeichert und unter Verwendung vielfältiger computerlesbarer Medien übertragen werden. Eine Datei in einer Rechenvorrichtung ist im Allgemeinen eine Sammlung von Daten, die auf einem computerlesbaren Medium, wie etwa einem Speichermedium, einem Direktzugriffsspeicher usw., gespeichert sind.
Ein computerlesbares Medium umfasst jedes beliebige Medium, das am Bereitstellen von Daten (z. B. Befehlen) beteiligt ist, die durch einen Computer gelesen werden können. Ein derartiges Medium kann viele Formen annehmen, einschließlich unter anderem nicht flüchtiger Medien, flüchtiger Medien usw. Nicht flüchtige Medien umfassen beispielsweise optische oder magnetische Platten und sonstige Dauerspeicher. Flüchtige Medien umfassen einen dynamischen Direktzugriffsspeicher (Dynamic Random Access Memory - DRAM), der in der Regel einen Hauptspeicher darstellt. Gängige Formen computerlesbarer Medien umfassen beispielsweise eine Diskette, eine Folienspeicherplatte, eine Festplatte, ein Magnetband, ein beliebiges anderes magnetisches Medium, eine CD-ROM, eine DVD, ein beliebiges anderes optisches Medium, Lochkarten, Lochstreifen, ein beliebiges anderes physikalisches Medium mit Lochmustern, ein RAM, ein PROM, ein EPROM, ein FLASH-EEPROM, einen beliebigen anderen Speicherchip oder eine beliebige andere Speicherkassette oder ein beliebiges anderes Medium, das von einem Computer gelesen werden kann.
Alle Begriffe, die in den Ansprüchen verwendet werden, bezwecken, ihre klare und gewöhnliche Bedeutung zu haben, wie sie der Fachmann versteht, sofern in der vorliegenden Schrift kein ausdrücklicher Hinweis auf das Gegenteil erfolgt. Insbesondere ist die Verwendung der Singularartikel, wie etwa „ein“, „eine“, „der“, „die“, „das“ usw., dahingehend auszulegen, dass ein oder mehrere der aufgeführten Element genannt werden, sofern ein Anspruch nicht eine ausdrückliche gegenteilige Einschränkung enthält.
Der Begriff „beispielhaft“ wird in der vorliegenden Schrift in dem Sinne verwendet, dass er ein Beispiel angibt, z. B. sollte ein Verweis auf ein „beispielhaftes Gerät“ einfach als Bezugnahme auf ein Beispiel für ein Gerät gelesen werden.
Das einen Wert oder ein Ergebnis modifizierende Adverb „annähernd“ bedeutet, dass eine Form, eine Struktur, eine Messung, ein Wert, eine Bestimmung, eine Berechnung usw. von einer/einem genau beschriebenen Geometrie, Weg, Messung, Wert, Bestimmung, Berechnung usw. aufgrund von Mängeln hinsichtlich Materialien, Bearbeitung, Herstellung, Sensormessungen, Berechnungen, Bearbeitungszeit, Kommunikationszeit usw. abweichen kann.
In den Zeichnungen kennzeichnen gleiche Bezugszeichen ähnliche Elemente. Zudem könnten einige oder alle dieser Elemente geändert werden. Hinsichtlich der in der vorliegenden Schrift beschriebenen Medien, Prozesse, Systeme, Verfahren usw. versteht es sich, dass, obwohl die Schritte oder Blöcke derartiger Prozesse usw. zwar als gemäß einer bestimmten Abfolge erfolgend beschrieben worden sind, derartige Prozesse jedoch so umgesetzt werden könnten, dass die beschriebenen Schritte in einer anderen Reihenfolge als der in dieser Schrift beschriebenen Reihenfolge durchgeführt werden. Es versteht sich zudem, dass bestimmte Schritte gleichzeitig durchgeführt, andere Schritte hinzugefügt oder bestimmte in der vorliegenden Schrift beschriebene Schritte weggelassen werden können. Anders ausgedrückt, werden die vorliegenden Beschreibungen von Prozessen zum Zwecke der Veranschaulichung bestimmter Ausführungsformen bereitgestellt und sollten keinesfalls dahingehend ausgelegt werden, dass sie die beanspruchte Erfindung einschränken.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren das Schätzen von Pfadkoeffizienten auf Grundlage einer Differenz zwischen einem Fahrzeugstandort und einem Fahrzeugpfad, einschließlich das Minimieren der Differenz, während die Pfadkoeffizientenverstärkung gesteuert wird, um den Komfort und die Sicherheit der Insassen aufrechtzuerhalten; sowie das Betreiben eines Fahrzeugs auf Grundlage der geschätzten Pfadkoeffizienten.
Entsprechend einer Ausführungsform können die geschätzten Pfadkoeffizienten einen oder mehrere von einem seitlichen Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem Fahrzeugpfad, einem Fahrzeuglenkpfad-Richtungswinkel, einer Lenkpfad-Krümmung und einer Lenkpfad-Krümmungsänderungsrate umfassen.
Entsprechend einer Ausführungsform ist die Erfindung zudem dadurch gekennzeichnet, dass die geschätzten Pfadkoeffizienten auf Grundlage einer Schätztechnik für rekursive kleinste Quadrate ermittelt werden.
Entsprechend einer Ausführungsform ist die Erfindung zudem dadurch gekennzeichnet, dass die Pfadkoeffizientenverstärkung durch Begrenzen von Werten von Elementen von einer diagonalen Verstärkungsmatrix (4x4) gesteuert wird.
Entsprechend einer Ausführungsform ist die Erfindung zudem dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug durch Eingeben von Pfadkoeffizienten in eine Lenksteuerung betrieben wird.
Entsprechend einer Ausführungsform ist die Erfindung zudem dadurch gekennzeichnet, dass Anweisungen zum Steuern von Fahrzeuglenkkomponenten auf Grundlage der Pfadkoeffizienten ermittelt werden.
Entsprechend einer Ausführungsform ist die Erfindung zudem dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrzeugstandort auf Grundlage von Fahrzeugsensordaten, einschließlich GPS-Sensordaten und INS-Sensordaten, ermittelt wird.
Entsprechend einer Ausführungsform ist die Erfindung zudem dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrzeugpfad auf Grundlage von dem Hochladen von Pfadinformationen von einer Vielzahl von Fahrzeugen auf einen Servercomputer ermittelt wird.
Entsprechend einer Ausführungsform ist die Erfindung zudem dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrzeugpfad auf Grundlage des Fahrzeugstandortes heruntergeladen wird.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist ein System vorgesehen, umfassend einen Prozessor; und einen Speicher, wobei der Speicher Anweisungen enthält, die durch den Prozessor ausgeführt werden sollen, um: Pfadkoeffizienten auf Grundlage einer Differenz zwischen einem Fahrzeugstandort und einem Fahrzeugpfad zu schätzen, einschließlich dem Minimieren der Differenz, während die Pfadkoeffizientenverstärkung gesteuert wird, um den Komfort und die Sicherheit der Insassen aufrechtzuerhalten; sowie das Betreiben eines Fahrzeugs auf Grundlage der geschätzten Pfadkoeffizienten.
Entsprechend einer Ausführungsform können die geschätzten Pfadkoeffizienten einen oder mehrere von einem seitlichen Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem Fahrzeugpfad, einem Fahrzeuglenkpfad-Richtungswinkel, einer Lenkpfad-Krümmung und einer Lenkpfad-Krümmungsänderungsrate umfassen.
Entsprechend einer Ausführungsform ist die Erfindung zudem dadurch gekennzeichnet, dass die geschätzten Pfadkoeffizienten auf Grundlage einer Schätztechnik für rekursive kleinste Quadrate ermittelt werden.
Entsprechend einer Ausführungsform ist die Erfindung zudem dadurch gekennzeichnet, dass die Pfadkoeffizientenverstärkung durch Begrenzen von Werten von Elementen von einer diagonalen Verstärkungsmatrix (4x4) gesteuert wird.
Entsprechend einer Ausführungsform ist die Erfindung zudem dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug durch Eingeben von Pfadkoeffizienten in eine Lenksteuerung betrieben wird.
Entsprechend einer Ausführungsform ist die Erfindung zudem dadurch gekennzeichnet, dass Anweisungen zum Steuern von Fahrzeuglenkkomponenten auf Grundlage der Pfadkoeffizienten ermittelt werden.
Entsprechend einer Ausführungsform ist die Erfindung zudem dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrzeugstandort auf Grundlage von Fahrzeugsensordaten, einschließlich GPS-Sensordaten und INS-Sensordaten, ermittelt wird.
Entsprechend einer Ausführungsform ist die Erfindung zudem dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrzeugpfad auf Grundlage von dem Hochladen von Pfadinformationen von einer Vielzahl von Fahrzeugen auf einen Servercomputer ermittelt wird.
Entsprechend einer Ausführungsform ist die Erfindung zudem dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrzeugpfad auf Grundlage des Fahrzeugstandortes heruntergeladen wird.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist ein System vorgesehen, umfassend: Mittel zum Steuern von Lenkung, Bremsen und Antriebsstrang eines Fahrzeugs; und Mittel zum: Schätzen von Pfadkoeffizienten auf Grundlage einer Differenz zwischen einem Fahrzeugstandort und einem Fahrzeugpfad, einschließlich dem Minimieren der Differenz, während die Pfadkoeffizientenverstärkung gesteuert wird, um den Komfort der Insassen aufrechtzuerhalten; sowie das Betreiben eines Fahrzeugs auf Grundlage der geschätzten Pfadkoeffizienten, und die Mittel zum Steuern von Lenkung, Bremsen und Antriebsstrang des Fahrzeugs.
Entsprechend einer Ausführungsform können die geschätzten Pfadkoeffizienten einen oder mehrere von einem seitlichen Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem Fahrzeugpfad, einem Fahrzeuglenkpfad-Richtungswinkel, einer Lenkpfad-Krümmung und einer Lenkpfad-Krümmungsänderungsrate umfassen.

Claims

Verfahren, umfassend: Schätzen von Pfadkoeffizienten auf Grundlage einer Differenz zwischen einem Fahrzeugstandort und einem Fahrzeugpfad, einschließlich das Minimieren der Differenz, während die Pfadkoeffizientenverstärkung gesteuert wird, um den Komfort und die Sicherheit der Insassen aufrechtzuerhalten; und Betreiben eines Fahrzeugs auf Grundlage der geschätzten Pfadkoeffizienten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die geschätzten Pfadkoeffizienten einen oder mehrere von einem seitlichen Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem Fahrzeugpfad, einem Fahrzeuglenkpfad-Richtungswinkel, einer Lenkpfad-Krümmung und einer Lenkpfad-Krümmungsänderungsrate umfassen.
Verfahren nach Anspruch 1, zudem umfassend das Ermitteln der geschätzten Pfadkoeffizienten auf Grundlage einer Schätztechnik für rekursive kleinste Quadrate.
Verfahren nach Anspruch 1, zudem umfassend das Steuern der Pfadkoeffizientenverstärkung durch Begrenzen von Werten von Elementen von einer diagonalen Verstärkungsmatrix (4x4).
Verfahren nach Anspruch 1, zudem umfassend das Betreiben des Fahrzeugs durch Eingeben von Pfadkoeffizienten in eine Lenksteuerung.
Verfahren nach Anspruch 5, zudem umfassend das Ermitteln von Anweisungen zum Steuern von Fahrzeuglenkungskomponenten auf Grundlage der Pfadkoeffizienten.
Verfahren nach Anspruch 1, zudem umfassend das Ermitteln des Fahrzeugstandortes auf Grundlage von Fahrzeugsensordaten, einschließlich GPS-Sensordaten und INS-Sensordaten.
Verfahren nach Anspruch 1, zudem umfassend das Ermitteln des Fahrzeugpfads auf Grundlage von dem Hochladen von Pfadinformationen von einer Vielzahl von Fahrzeugen auf einen Servercomputer.
Verfahren nach Anspruch 8, zudem umfassend das Herunterladen des Fahrzeugpfads auf Grundlage des Fahrzeugstandortes.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Insassenkomfort auf der Bestimmung beruht, dass die Fahrzeugquerbeschleunigung kleiner als ein erster vorbestimmter Wert ist und die Änderungsrate der Querbeschleunigung des Fahrzeugs kleiner als ein zweiter vorbestimmter Wert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Sicherheit der Insassen auf der Bestimmung beruht, dass die Fahrzeugquerbeschleunigung kleiner als ein dritter vorbestimmter Wert ist und die Änderungsrate der Querbeschleunigung des Fahrzeugs kleiner als ein vierter vorbestimmter Wert ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Schätztechnik für rekursive kleinste Quadrate das iterative Lösen einer gewöhnlichen Differentialgleichung umfasst, um geschätzte Pfadkoeffizienten zu ermitteln.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die gewöhnliche Differentialgleichung eine Zeitreihen-Lyapunov-Funktion ist.
System, umfassend einen Computer, der programmiert ist, um die Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1-13 durchzuführen.