机动车辆自主驾驶启动方法与流程

1.本发明涉及一种机动车辆自主驾驶或自主控制方法。本发明还涉及一种机动车辆自主驾驶或自主控制系统。本发明还涉及一种机动车辆，该机动车辆包括这种自主驾驶系统，或者包括实施这种自主驾驶方法的硬件和/或软件装置。本发明进一步涉及一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括记录在能够由电子控制单元读取的载体上的程序代码指令，这些程序代码指令用于实施该自主驾驶方法的步骤。本发明还涉及一种数据记录载体，该数据记录载体能够由电子控制单元读取，并且该数据记录载体上记录有该程序产品。最后，本发明涉及一种来自数据载体的信号，该数据载体承载该计算机程序产品。
2.特别地，本发明涉及一种精确的自主驾驶方法，用于在车辆低速行驶的情况下并且不管车辆周围情况如何以自主模式开始行程。该解决方案解决了车辆在启动时或在弯道中不对准的问题。该解决方案显著提高了车辆的自主性。


背景技术：

3.自主机动车辆能够自行管理其移动所沿的轨迹，而无需车辆用户方面采取除了向车辆指示到达点或行程结束点之外的任何动作。为此，自主车辆通常包括由自主驾驶系统管理并能够对该车辆进行引导的自主驾驶模式。
4.自主驾驶模式管理使车辆沿轨迹移动的各种致动器的控制。这些致动器主要是驱动机动车辆的动力单元和能够充分地对车辆的转向车轮进行定向的转向致动器。
5.自主车辆通常包括自主巡航驾驶模式，该自主巡航驾驶模式由自主巡航驾驶系统管理，能够以巡航速度(例如超过30km/h或甚至超过50km/h的速度)引导该车辆。这种模式在城镇的主要道路上和城镇外的公路或高速公路上使用。仅当自主车辆已经达到巡航速度时，自主巡航驾驶模式才会被激活。因此，当车辆启动或起步、或车辆(例如从路边附近启动)脱离停靠、或车辆停靠(例如停放在路边附近)时，并且更一般地当以低速(即，以低于10km/h或甚至低于5km/h的速度)操纵时，驾驶车辆的是驾驶员或远程操作员。
6.按需移动服务被设计成用于实现人的门到门运输，以便使乘客可以舒适地在任何期望的地点被接载和放下。然而，这些服务要求自主驾驶车辆能够管理涉及极其精确的纵向命令和横向命令的自动操纵，该自动操纵特别是在停靠或脱离停靠操纵期间进行，以保持车辆足够靠近路边，同时避免伤害用户或第三方或严重损坏自主车辆、其他周围车辆或周围基础设施。这些操纵很复杂，因为它们需要非常低的速度下的精确的纵向和横向定位数据。当前可用的自主驾驶系统无法满足这些要求。实际上，自主驾驶系统专用于城外道路，并且一旦车辆进入行驶状态，就可以激活。然而，当车辆静止或以低速行驶并且自主驾驶系统被激活时，对轨迹的管理较差，并且由于车辆移动而存在很大伤害或损坏风险。
7.为了良好地自主管理低速操纵，精确的低速控制至关重要。具体地，在这些操纵过程中，要求小转向半径，而忽略车辆的动态数据和当前状态。
8.紧接在为以零或基本上为零的速度行驶的车辆激活自主模式之后，车辆可能会因不可预见的情况而受到阻碍，迫使远程操作员接管车辆的控制以解决问题。这种问题是由
于对车辆状态的(过度)近似估计，在该估计中可能例如忽略了航向、车轮方向或横向位置误差。这会导致计算出可能无法实现(例如，超出车辆的能力之外)的轨迹。
9.换言之，从零或基本上为零的速度开始直到巡航速度，车辆不是自主的。这导致需要能够呼叫车辆内的驾驶员或甚至是远程操作员，特别是当车辆到达平台或路边(停靠)以放下和/或接载乘客时，或者当车辆从平台或路边(脱离停靠)或其他地方启动以实现复杂的操纵时。
10.文件us 9645577披露了一种引导系统，该引导系统被设计成用于在受限环境中自主引导车辆。该系统生成各种时空轨迹解决方案作为不同的移动策略，使得车辆可以选择看起来最优的一种。一旦确定了策略，就将遵循该策略的必要命令发送到车辆的致动器。这种解决方案的一个缺点是，在低速时，车辆可能会选择在某些致动器的当前状态下无法实现的轨迹。


技术实现要素：

11.由此，本发明的目的是提供一种自主驾驶方法，该方法克服了上述缺点并且改进了从现有技术中已知的驾驶方法。特别地，本发明使得可以生产能够自主管理在车辆低速行驶时执行的复杂操纵的自主车辆。
12.为了实现该目的，本发明涉及一种机动车辆自主操纵驾驶方法，尤其是一种用于在低速或零速下自主操纵驾驶机动车辆的方法，该方法包括在该车辆的速度为零或基本上为零或者小于或等于阈值、尤其是等于1km/h的阈值时修改该车辆的转向车轮的取向的步骤。
13.修改车辆的转向车轮的取向的这个步骤可以在以下时间实施：
[0014]-紧接在激活自主驾驶模式的步骤之后，和/或
[0015]-在沿操纵轨迹以自主模式架驶或移动车辆的步骤之前。
[0016]
本发明还涉及一种机动车辆自主驾驶方法，该方法包括：
[0017]-自主操纵驾驶模式，该自主操纵驾驶模式包括实施如上文所定义的方法，以及
[0018]-自主巡航驾驶模式，该自主巡航驾驶模式用于沿巡航轨迹进行巡航，
[0019]
这两种自主驾驶模式是排他的。
[0020]
该自主操纵驾驶模式和该自主巡航驾驶模式的操作逻辑可以不同；和/或在自主操纵驾驶模式下，该车辆可以以低于10km/h或甚至低于5km/h的速度被驾驶或移动。
[0021]
该方法还可以包括：
[0022]-定义参考巡航轨迹的步骤，以及
[0023]-定义操纵轨迹的步骤，尤其是迭代地和/或通过模拟定义操纵轨迹、特别是以便满足从车辆初始位置开始的参考巡航轨迹的步骤。
[0024]
该方法可以包括相对于以下方面验证该操纵轨迹的步骤：
[0025]-该车辆的物理操纵能力，和/或
[0026]-该车辆中和/或该车辆附近的资产和/或个人的安全。
[0027]
该方法还可以包括：
[0028]-确定或测量该车辆的当前位置、特别是当前定位和/或当前航向的步骤，
[0029]-比较该车辆的当前位置与构成该参考轨迹的位置的步骤，
[0030]-当该车辆的当前位置对应于或被认为对应于构成该参考轨迹的位置之一时，自动从该自主操纵驾驶模式切换到该自主巡航驾驶模式的步骤。
[0031]
本发明进一步涉及一种机动车辆自主驾驶系统，该系统包括实施如上文所定义的方法的硬件和/或软件元件、尤其是被设计成用于实施如上文所定义的方法的硬件元件和/或软件元件，和/或涉及一种包括用于实施如上文描述的方法的装置的系统。
[0032]
本发明进一步涉及一种机动车辆，该车辆包括实施如上文所定义的方法的硬件和/或软件元件、尤其是被设计成用于实施如上文所定义的方法的硬件元件和/或软件元件，和/或涉及一种包括用于实施如上文所定义的方法的装置的车辆。
[0033]
本发明进一步涉及一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括记录在能够由电子控制单元读取的载体上的程序代码指令，当所述程序在电子控制单元上运行时，这些程序代码指令用于实施如上文所定义的自主驾驶方法的步骤，或者涉及一种计算机程序产品，该计算机程序产品能够从通信网络下载和/或记录在能够由计算机读取的数据载体上和/或能够由计算机执行，该计算机程序产品包括指令，当该程序由计算机执行时，这些指令使得该计算机实施如上文所定义的方法。
[0034]
本发明进一步涉及一种数据记录载体，该数据记录载体能够由电子控制单元读取，并且该数据记录介质上记录有计算机程序，该计算机程序包括用于实施如上文所定义的方法的程序代码指令，或者涉及一种数据记录载体，该数据记录载体包括指令，这些指令在由计算机执行时使得该计算机实施如上文定义的方法。
[0035]
本发明进一步涉及一种来自数据载体的信号，该数据载体承载如上文所定义的计算机程序产品。
附图说明
[0036]
本发明的这些目的、特征和优点将结合附图在非限制性地给出的一个具体实施例的以下说明中详细地进行阐述，在附图中：
[0037]
[图1]图1是自主车辆的一个实施例的示意图。
[0038]
[图2]图2是用于自主车辆的自主驾驶的系统的一个实施例的部分示意图。
[0039]
[图3]图3是用于自主车辆的自主驾驶的系统的该实施例的另一个部分示意图。
[0040]
[图4]图4是展示了在环形交叉路口的情况下配备有自主驾驶系统的实施例的自主车辆的轨迹和在相同情况下并未配备自主驾驶系统的实施例的自主车辆的轨迹的俯视图。
[0041]
[图5a]图5a是展示了在环形交叉路口的情况下配备有自主驾驶系统的实施例的自主车辆的方向盘的角度和在相同情况下并未配备自主驾驶系统的实施例的自主车辆的方向盘的角度的图。
[0042]
[图5b]图5b是展示了在环形交叉路口的情况下配备有自主驾驶系统的实施例的自主车辆的速度和在相同情况下并未配备自主驾驶系统的实施例的自主车辆的速度的图。
[0043]
[图5c]图5c是展示了在环形交叉路口的情况下配备有自主驾驶系统的实施例的自主车辆的横向误差和在相同情况下并未配备自主驾驶系统的实施例的自主车辆的横向误差的图。
[0044]
[图5d]图5d是展示了在环形交叉路口的情况下配备有自主驾驶系统的实施例的
自主车辆的航向误差和在相同情况下并未配备自主驾驶系统的实施例的自主车辆的航向误差的图。
[0045]
[图6]图6是展示了在弯道的情况下配备有自主驾驶系统的实施例的自主车辆的轨迹和在相同情况下并未配备自主驾驶系统的实施例的自主车辆的轨迹的俯视图。
[0046]
[图7a]图7a是展示了在弯道的情况下配备有自主驾驶系统的实施例的自主车辆的方向盘的角度和在相同情况下并未配备自主驾驶系统的实施例的自主车辆的方向盘的角度的图。
[0047]
[图7b]图7b是展示了在弯道的情况下配备有自主驾驶系统的实施例的自主车辆的速度和在相同情况下并未配备自主驾驶系统的实施例的自主车辆的速度的图。
[0048]
[图7c]图7c是展示了在弯道的情况下配备有自主驾驶系统的实施例的自主车辆的横向误差和在相同情况下并未配备自主驾驶系统的实施例的自主车辆的横向误差的图。
[0049]
[图7d]图7d是展示了在弯道的情况下配备有自主驾驶系统的实施例的自主车辆的航向误差和在相同情况下并未配备自主驾驶系统的实施例的自主车辆的航向误差的图。
[0050]
[图8]图8展示了自主驾驶系统的实施例的人机界面的示例。
[0051]
[图9]图9是执行自主驾驶方法的一种方式的流程图。
具体实施方式
[0052]
图1示意性地展示了车辆300、特别是机动车辆的一个实施例。车辆300例如可以是私人车辆、多用途车辆、卡车或公共汽车。
[0053]
车辆300包括自主驾驶系统200。自主驾驶系统能够管理自主操纵驾驶模式。这种自主操纵驾驶模式能够管理在低速下、尤其是在比如停靠操纵或脱离停靠操纵等复杂的操纵期间机动车辆的自主移动。有利地，自主驾驶系统还能够管理第二自主驾驶模式：自主巡航驾驶模式。这种自主巡航驾驶模式能够管理在高速下、尤其是在公路或高速公路上的城外行驶期间或在城市环境中的主要交通路线上机动车辆的自主移动。
[0054]
自主驾驶系统200包括：
[0055]-计算机100，
[0056]-一组致动器220，
[0057]-提供关于车辆的状态和周围环境的信息的一组元件10、11、12、13、14、15。
[0058]
有利地，自主驾驶系统200还可以包括人机界面210。例如，人机界面能够通知用户、乘客或远程操作员自主执行操纵的可行性和/或校正车辆致动器的命令的方式，以便调整轨迹。
[0059]
该组致动器尤其包括转向致动器221或对车辆300的转向车轮进行定向的致动器、以及为车辆300提供动力的驱动单元222。车辆驱动单元可以是内燃发动机、混合动力驱动单元或电动马达类型的。
[0060]
提供关于车辆的状态和周围环境的信息的该组元件220可以包括以下元件中的一个或多个：
[0061]-行车道传感器10，
[0062]-障碍物传感器11，
[0063]-转向车轮的转向或取向的传感器12，
[0064]-车辆速度传感器13，
[0065]-车辆位置传感器14，
[0066]-提供参考轨迹的模块15。
[0067]
这些传感器中的一个或多个可以由提供等效信息的元件代替，例如由估计器代替。
[0068]
位置传感器14或位置估计器有利地提供关于车辆位置的信息(比如gps坐标)、以及车辆取向或车辆航向的信息(比如车辆纵向轴线的取向)。
[0069]
计算机100因此用以下各项作为主要输入：
[0070]-来自车辆上的传感器的信息(比如当前速度和当前方向盘角度或转向车轮的当前取向角度)，和/或
[0071]-来自相机或能够检测行车道划分线的其他设备的信息，和/或
[0072]-来自任何感知系统的信息，感知系统包括相机、雷达、超声设备、激光雷达设备或这些的组合，以检测任何短距离障碍物，和/或
[0073]-来自车辆定位系统的信息，车辆定位系统能够提供车辆的当前位置和航向以及给定的参考轨迹(比如车辆要遵循的一系列点)。
[0074]
根据所有这些信息，可以计算：
[0075]-可用驾驶区域。该区域代表车辆在开始自主操纵时不得超过的界限。如果车辆在该区域之外，则意味着可能发生碰撞。该信息可以通过合并来自车道传感器或检测器10和障碍物传感器或检测器11的信息来提供。随后，该信息可以在起步或启动验证模块1中使用(见下文)，以授权或停止操纵。
[0076]-车辆的当前状态。该当前状态包括转向车轮的当前取向，例如通过测量方向盘的当前角度来获得。在提高车辆的可操纵性方面，不但车辆的当前航向，而且车轮中的转向车轮的取向也起着关键作用。
[0077]-参考轨迹。该参考轨迹例如由自主驾驶路径预测模块提供，或在车辆由于未知环境而处于辅助模式的情况下由远程操作员提供。
[0078]
该计算机100包括：
[0079]-起步或启动验证模块1，该模块能够确定在自主操纵模式下操纵的可行性和/或确定车辆是否能够在足够的安全条件下自主启动或起步，
[0080]-命令模拟模块2，该模块能够模拟用于控制车辆的致动器的命令、特别是用于控制车辆驱动单元的命令和用于控制对车辆的转向车轮进行定向的致动器的命令，
[0081]-轨迹遵循模块3能够校正致动器控制命令，特别是在自主操纵模式下执行操纵时。
[0082]
如图2所示，命令模拟模块2的一个实施例包括：
[0083]-车辆建模模块4，
[0084]-命令建模模块5，以及
[0085]-转向建模模块6。
[0086]
如图3所示，轨迹遵循模块3的一个实施例包括：
[0087]-命令调节器30，
[0088]-初始转向命令校正模块37，
[0089]-位置校正模块38，以及
[0090]-自主巡航驾驶模式模块39。
[0091]
轨迹遵循模块3、并且更具体地命令调节器30在输入处接收以下信号和/或信息：
[0092]-起步或启动验证信息31，
[0093]-转向命令模型信息32，
[0094]-车辆转向车轮当前角度取向信息33，
[0095]-转向命令模型误差信息34，
[0096]-车辆横向位置误差信息35，
[0097]-车辆航向或取向误差信息36。
[0098]
机动车辆、特别是自主驾驶系统和/或计算机包括能够或被配置为实施形成本发明的主题的方法的硬件和/或软件装置。
[0099]
该硬件和/或软件装置可以包括软件模块。
[0100]
下文参考图9描述了自主驾驶方法的一种执行模式。这种执行模式也可以被视为车辆或自主驾驶系统的操作方法的执行模式。该执行模式在此被详细描述为自主驾驶系统的操作方法的执行模式。
[0101]
假设在一名或多名乘客遇到车辆并为了被车辆送到他们选择的目的地而上车之后车辆最初是静止的。还假设车辆处于有障碍物的环境中，因此需要复杂的操纵才能启动或起步或脱离停靠。
[0102]
还假设车辆或自主驾驶系统具有参考轨迹或已计算出参考轨迹。参考轨迹是允许车辆遵循或基本上遵循行车道线从起点到到达点的轨迹。因此，当车辆遵循参考轨迹时，该车辆处于或基本上处于行车道的中央。这样的轨迹与车辆停放在路边附近、在室内庭院中或在停车场中的车辆状态不符，也就是说，在这些情况下，车辆的位置(定位和航向)不对应于参考轨迹定义的任何位置。
[0103]
在第一阶段110中，自主驾驶系统在自主操纵驾驶模式下操作，并且模拟车辆的状态、车辆致动器命令和操纵轨迹。
[0104]
该操纵轨迹是允许车辆从其初始状态(例如停放在路边附近、室内庭院中或停车场中的状态)到满足参考轨迹的车辆轨迹。
[0105]
如图1和图2所示，各种信息项被提供给命令模拟模块2。这使得能够创建与车辆的当前状态相对应的车辆虚拟模型。该车辆模型是在与实际车辆相同的位置创建的，但该车辆模型被分配了最小速度，以便使得能够计算致动器命令、尤其是用于对转向车轮进行定向的致动器的命令，以遵循参考轨迹。在该车辆模型中，转向车轮的取向(以及因此方向盘的位置)不断地被校正，直到轨迹遵循模块3指示所确定的用于控制致动器的命令允许操纵正确地启动或指示致动器命令已经达到车辆的物理极限(例如，最大向右或向左方向盘角度)的时刻。
[0106]
下文将更详细地描述该第一阶段110的执行模式的步骤。
[0107]
在第一步骤中，致动器命令模拟模块2、特别是车辆建模模块4接收以下信息中的全部或部分作为输入：
[0108]-关于转向车轮的取向的当前信息(传感器12)。该信息使得能够在没有自主驾驶系统校正转向车轮的当前取向的情况下模拟车辆轨迹。
[0109]-车辆速度信息(传感器13)。该信息可能来自车载传感器，以确认车辆完全或基本上停止。例如，当车辆以巡航速度行驶时，自主操纵驾驶模式被停用。在这种情况下，可以激活自主巡航驾驶模式，该自主巡航驾驶模式使得可以管理相对于参考轨迹的误差。
[0110]-车辆定位信息，该车辆定位信息可以在本地级别下(例如使用相机)或在全球级别下(例如基于gps)提供(传感器14)。这使得可以知道车辆的当前位置及其航向。这些信息项当然与车辆转向车轮的取向有关。
[0111]-上面已经提到的参考轨迹，该参考轨迹来自提供该参考轨迹的模块15。该模块可以形成系统的一部分，从而允许实施使用该参考轨迹的自主巡航驾驶模式。可替代地，在车辆正在被辅助的情况下，参考轨迹可以由远程操作员发送。
[0112]
在第二步骤中，使用车辆建模模块4通过参考轨迹对车辆进行虚拟建模，方法是赋予车辆最小速度但不使车辆的位置虚拟移动。这意味着建模的虚拟车辆仍处于相同的虚拟位置(例如具有相同的经度、纬度和航向值)。
[0113]
在第三步骤中，命令建模模块5校正在转向车轮的当前取向与遵循参考轨迹所需的取向之间存在的转向车轮取向误差。因此，命令建模模块5生成用于控制车辆转向车轮定向致动器的命令。
[0114]
在第四步骤中，将在第三步骤中生成的该命令提供给转向建模模块6，在此基础上，该模块能够生成虚拟车辆位置的未来变化，以相对于车辆附近的可用驾驶区域的界限来验证车辆位置(经度、纬度和航向)的未来值。然后，验证所生成的最后命令是否导致允许到达参考轨迹上的期望点的转向车轮虚拟取向，或者验证所生成的命令是否并未超过车辆在车轮取向角度方面的物理能力。如果检查结果为否，则方法循环回到第三步骤，并迭代地重复第三步骤和第四步骤，直到：
[0115]-第一种情况：所生成的最后命令导致允许到达参考轨迹上的期望点的转向车轮虚拟取向，或
[0116]-第二种情况：所生成的命令超过了车辆在车轮角度取向方面的物理能力。
[0117]
因此，该方法包括相对于车辆的物理操纵能力来验证操纵轨迹的步骤。
[0118]
在第一种情况下，该方法进入第二阶段120。保留用于对车轮进行定向的致动器命令的最后值。
[0119]
在第二种情况下，自主驾驶系统没有找到允许执行操纵的致动器命令。因此，自主驾驶系统会将这一事实通知车辆用户或远程操作员。该信息例如通过人机界面210传送。
[0120]
因此，在该第一阶段，该方法包括：
[0121]-定义或接收参考巡航轨迹的步骤，以及
[0122]-定义操纵轨迹的步骤，尤其是迭代地和/或通过模拟定义操纵轨迹、特别是以便满足从车辆初始位置开始的参考巡航轨迹的步骤。
[0123]
在第二阶段120中，自主驾驶系统测试是否可以在自动模式下实现复杂操纵，或者该操纵是否可以在对车辆中以及车辆附近的外部环境的人和资产足够安全的水平下实现。如果可以，则自主驾驶系统实施阶段130。如果不可以，则自主驾驶系统实施阶段140。因此，在该第二阶段120中，自主驾驶系统评估车辆和先前(由命令模拟模块2)确定的致动器命令，以生成车辆要行驶的虚拟轨迹。由起步或启动验证模块1来验证该虚拟轨迹，以确保安全启动(例如，确保车辆的预见未来位置将位于驾驶区域内部)。为此，使用一定车辆速度来
模拟在操纵过程期间虚拟车辆位置的未来变化。该速度可以被参数化。例如，规定为2m/s。
[0124]
有利地，自主驾驶系统可以命令在人机界面上显示和/或展示迭代中的特定迭代或所有迭代(直到找到可以实现的操纵或找不到这样的操纵)。作为优选，自主驾驶系统可以命令人机界面显示与自主驾驶系统的性能有关的信息，例如同时显示最后采用的虚拟轨迹和由模块15提供的参考轨迹、或者同时显示最后计算出的车辆转向车轮的初始取向和车辆转向车轮的当前取向。作为优选，自主驾驶系统可以命令人机界面显示：
[0125]-安全启动指示器，用于指示已找到用于安全或无碰撞地自主执行操纵的致动器控制，和/或
[0126]-自主路径启动警告指示器，和/或
[0127]-辅助指示器，该辅助指示符向用户和/或远程操作员指示手动/外部干预是有用的。
[0128]
因此，该方法包括相对于车辆中和/或车辆附近的资产和/或个人的安全验证操纵轨迹的步骤。
[0129]
在阶段130中，自主驾驶系统生成并执行用于控制车辆致动器的实际命令以执行复杂的操纵。当验证指示器指示可以进行安全启动操纵时，自主驾驶系统激活轨迹遵循模块3。该模块接收由命令模拟模块2确定的虚拟命令，并允许根据所确定的虚拟轨迹执行操纵。因此，验证指示器停止车辆致动器命令模拟模块2的迭代计算，采用最后模拟的致动器命令值。接着，轨迹遵循模块3实施一个三步骤程序：
[0130]-将致动器的最后模拟命令(特别是用于对转向车轮的致动器进行定向的最后模拟命令)认为是在开始执行操纵时应用于致动器的初始命令。然而，这些命令是在车辆静止时(即，零速度下)应用的。在此，自主驾驶系统定义了车辆在保持零速度时需要具有的初始转向角度值或转向车轮取向的初始值。当开始实施操纵时，该步骤使转向车轮的虚拟转向命令与转向车轮的实际转向之间的差最小化。当该差低于给定阈值时，自主驾驶系统可以执行操纵，并且车辆可以自主开始其行程。这个阶段很重要，因为它允许在车辆移动之前校正有缺陷的对准(例如，车辆具有相对于虚拟轨迹而言显著的横向位置误差和/或航向误差和/或转向车轮取向误差)，从而允许操纵以正确的方向开始。
[0131]-规定最小速度(例如1km/h或甚至10km/h)，使得车辆可以精细地校正可能存在的任何有缺陷的对准。
[0132]-确定并提供角度误差阈值和/或横向误差阈值，以便定义认为车辆现在已正确校正其初始位置并处于随后可以激活自主巡航驾驶模式的情况的时刻。
[0133]
这种程序的用户接受度较高，并且不会让用户感到意外。
[0134]
下文更详细地描述了该第三阶段130的执行模式的步骤(上文已提及)。
[0135]
在第一步骤中，轨迹遵循模块3、特别是命令调节器30在输入处接收以下信息中的所有或一些：
[0136]-起步或启动验证信息31。该信息表明可以安全启动。这表明该操纵可以自主和安全地执行。
[0137]-转向命令模型信息32。该信息包含在第一阶段110的第三步骤的最后迭代期间计算出的用于对车辆转向车轮进行定向的最后致动器命令。
[0138]-车辆转向车轮当前角度取向信息33。
[0139]-转向命令模型误差信息34。该信息包含车辆的转向车轮的当前取向与虚拟车辆的转向车轮的取向之间的差。
[0140]-车辆横向位置误差信息35。该信息包含将参考轨迹与车辆重心分开的距离值。
[0141]-车辆取向或航向误差信息36。该信息包含车辆的纵向轴线与参考轨迹切线之间的角度值。
[0142]
所有这些输入允许调节器30根据车辆状态激活各种命令动作。
[0143]
因此，在第三阶段130的第一步骤中，初始方向命令校正模块37具有使转向命令模型误差值34最小化的任务。只要车辆转向车轮的取向被校正为实现在第一阶段结束时确定的取向，该模块就对车辆应用零或基本上为零的速度。因此，该方法包括在车辆速度为以下各项时修改车辆的转向车轮的取向的步骤：
[0144]-零，或
[0145]-基本上为零，或
[0146]-低于或等于阈值，尤其是等于1km/h的阈值。
[0147]
执行修改车辆的转向车轮的取向的这个步骤在以下时间实施：
[0148]-紧接在自主驾驶模式激活之后，和/或
[0149]-在车辆沿操纵轨迹以自主模式被驾驶或移动之前。
[0150]
有利地，一旦误差34的值低于预定阈值，调节器30就停用模块37。
[0151]
接着，在第三阶段130的第二步骤中，调节器30激活位置校正模块38。该模块38规定给定速度(例如2m/s和/或例如与第一阶段110中使用的速度相同)。结果，车辆在其驱动单元的实际驱动下移动，以校正位置误差、特别是校正相对于要满足的参考轨迹点的航向误差和横向位置误差。因此，该操纵以自主模式执行。在自主操纵驾驶模式下，车辆优选地以低于10km/h或甚至低于5km/h的速度被驾驶或移动。车辆位置误差值优选地被不断地测量和/或估计，并然后与它们的相应预定阈值(通常在横向位置误差的情况下为30cm，在航向误差的情况下为0.1弧度)进行比较。当所有位置误差值都低于其预定义的阈值时，调节器30停用模块38。操纵完成。
[0152]
接着，在第三阶段130的第三步骤中，调节器30激活自主巡航驾驶模式模块39。
[0153]
因此，该方法包括：
[0154]-确定或测量车辆的当前位置、特别是当前定位(纬度、经度)和/或当前航向的步骤，
[0155]-比较车辆的当前位置与构成该参考轨迹的位置的步骤，
[0156]-当车辆的当前位置对应于或被认为对应于构成参考轨迹的位置之一时，自动从自主操纵驾驶模式切换到自主巡航驾驶模式的步骤。
[0157]
因此，自主驾驶方法允许自动和/或在没有用户动作的情况下从自主操纵驾驶模式转变为自主巡航驾驶模式。因此，该方法包括：
[0158]-自主操纵驾驶模式，该模式尤其是包括实施第三阶段130的第一步骤，以及
[0159]-自主巡航驾驶模式，
[0160]
这两种自主驾驶模式是排他的。
[0161]
作为优选，
[0162]-该自主操纵驾驶模式和该自主巡航驾驶模式的操作逻辑不同；和/或
[0163]-在自主操纵驾驶模式下，车辆以低于10km/h或甚至低于5km/h的速度被驾驶或移动，和/或
[0164]-在自主巡航驾驶模式下，车辆通常(在没有干扰、尤其是没有与交通相关的干扰的情况下)以等于或基本上等于该行车道的授权速度限制的速度被驾驶或移动。
[0165]
在阶段150中，自主驾驶系统测试车辆是否在由自动巡航驾驶模式定义的轨迹上，并且如果是，则自主驾驶系统退出自主操纵驾驶模式并自动切换到该自主巡航驾驶模式。
[0166]
在阶段140中，自主驾驶系统没有找到允许以令人满意的标准执行操纵的致动器命令。因此，自主驾驶系统会将这一事实通知车辆用户或操作员。该信息例如通过人机界面传送。然后，对车辆致动器的控制由车辆的用户或由操作员、尤其是远程操作员执行，以便实现操纵。
[0167]
在阶段160中，一旦已经执行了操纵并且车辆在运动中，就可以激活自主巡航驾驶模式。该自主巡航驾驶模式通过用户或操作者的动作来激活。
[0168]
因此，自主驾驶系统能够在开始执行任何操纵之前识别并考虑车辆位置、致动器状态与期望轨迹之间的失准。当自主驾驶模式被接合和/或速度较低时，自主驾驶系统命令和修改车辆的响应(如果需要的话)，以便在车辆正在启动但其状态与轨迹不一致时检测和校正危险情况。自主驾驶系统持续监测车辆的状态并将其与参考轨迹进行比较以确定其可行性，从而相应地修改致动器控制命令以改善对轨迹的遵循并降低风险。
[0169]
自主驾驶系统的上述实施例被编码并集成到属于申请人的车辆(机器人出租车(robot taxi))中，并且测试产生了以下结果。
[0170]
以不同初始状态和不同车辆取向在轨道上对该系统进行了测试。将结果与在未实施本发明的情况下使用相同车辆获得的结果进行比较。这些结果证实了车辆的自主能力显著提高。
[0171]
图4示出了第一种情况，其中车辆相对于参考轨迹的初始情况的特征是在所使用的车道(右侧车道)上有很小的对准误差，并且在靠近进入环形交叉路口时方向盘向右转动达到最大转向角。分别描绘了期望的轨迹tr1和道路的界限l1。遵循相同的表示，所指示的持续时间从零(起点)直到25秒。曲线b表示在没有所提出的发明的情况下使用自主驾驶模式获得的车辆轨迹，而曲线a表示使用配备有上文描述的自主操纵驾驶系统的自主驾驶模式获得的车辆轨迹。
[0172]
可以注意到的是，曲线b立即离开车道。在返回遵循期望的参考轨迹(以绕环形交叉路口进行u型转弯)之前，轨迹在很长时间内保持处于车道外。相比之下，曲线a保持在车道内。具体而言，利用根据本发明的解决方案，机动车辆的转向车轮在机动车辆移动之前首先会被定向。这允许车辆从相同的初始配置启动而正确地进入环形交叉路口。
[0173]
重要的是要注意，自主驾驶系统良好的稳定性能力永远不会使车辆处于不稳定状态。显著的横向位置误差和航向误差是由于自主驾驶模式是在非最佳车辆状态下并以相关联的致动器数据来初始化的。
[0174]
图5a、图5b、图5c和图5d示出了车辆在上文描述的两次测试期间的性能。
[0175]
图5a示出了在两次测试过程期间方向盘角度从-430度的初始值开始的变化。可以注意到，方向盘角度a1迅速收敛到不饱和值(在第7秒左右)，同时车辆仍然停止并且只有方向盘在移动。相比之下，可以注意到，在没有根据本发明的系统的情况下(曲线b1)，车辆需
要进行更多的方向盘校正以实现恰当的命令并准确地遵循参考轨迹。
[0176]
图5b示出了在两次测试期间速度的变化。速度信号b2甚至在调节器开始遵循导航系统给出的速度来修改方向盘角度之前就是非零的。根据曲线a2，使用根据本发明的系统，启动等待方向盘达到正确的角度才进行，这意味着其遵循上文描述的方法，即首先激活初始转向命令校正模块37，并且然后验证用于激活其他模块的条件。在这种情况下，从实现用于激活自主巡航驾驶模式模块39的条件的时刻开始(例如，从横向误差低于0.3m并且航向或取向误差低于5度的时刻开始)，直接超过导航速度(忽略位置校正模块38)。
[0177]
图5c示出了在两次测试期间横向误差的变化。通过实施本发明，车辆(曲线a3)即使在比如环形交叉路口的困难环境中也实现了低于0.25m的横向误差，而没有本发明，车辆(曲线b3)相对于道路的横向误差超过2.8m。图5d中示出了关于航向误差的类似结果，其中使用提出的发明(曲线a4)，车辆保持小于0.2弧度的航向误差，而在没有所提出的发明(曲线b4)的情况下则不是这样。
[0178]
第二种测试是在弯道的情况下实现的。两次测试的车辆启动条件相同：相对于期望参考轨迹的航向误差约为40度，并且方向盘向左转动达到最大转向角度(约480度)。图6示出了车辆在两种情境下采用的轨迹(轨迹c表示配备有上文描述的自主驾驶系统的车辆，而轨迹d表示未配备本发明的车辆)、行车道的界限l2和针对每个车道的期望参考轨迹tr2。
[0179]
在这种情况下，虽然描绘了两条轨迹，但只有轨迹c可以在不超过界限(尤其是不占用对向车道)的情况下实现。轨迹c由经配备的用于实施本发明的车辆执行。在此，轨迹c快速收敛到期望参考轨迹而不会跨越对向车道，并且使车辆在大约11秒之后进入正常行为。相比之下，轨迹d表示没有实施本发明的车辆，该车辆在启动后大约15秒之后稳定并且明显已经跨越了另一条车道，换句话说，已经偏离了规定界限。
[0180]
图7a、图7b、图7c和图7d描绘了车辆在上文描述的两个测试期间的性能。
[0181]
图7a示出了在两次测试期间方向盘角度从初始值开始的变化。清楚的是，实施本发明并遵循曲线c1的车辆比未实施本发明并遵循曲线d1的车辆更快地收敛于不饱和行为。
[0182]
图7b示出了在两次测试期间速度的变化。实施本发明的车辆的速度曲线c2遵循轨迹遵循模块3给出的命令，即，首先零速度收敛到正确的方向盘角度，然后应用2m/s的速度，最后，如果取向误差和横向位置误差低于预定义的阈值，则激活自主巡航驾驶模式39。相比之下，速度曲线d2立即增加到2m/s。这没有给车辆留出足够收敛到稳定状态的时间。
[0183]
图7c示出了在两次测试过程期间横向位置误差的变化。根据与实施本发明的车辆有关的曲线c3，初始化时略低于2m的初始误差被校正，并且在此之后的误差不超过0.2m，而根据与未实施本发明的车辆有关的曲线d3，误差大约达到3m。
[0184]
最后，图7d示出了在两次测试期间航向误差的变化。在与实施本发明的车辆有关的曲线c4中，初始误差迅速收敛，而在与未实施本发明的车辆有关的曲线d4中，误差首先增加，稍后收敛于车辆的正常行为。
[0185]
图8中描绘了人机界面210的示例的一般图示。该界面能够通知乘客或远程操作员操纵轨迹的可行性以及进行校正以适应给定的轨迹时车辆的响应。
[0186]
在界面210上，具有初始位置和初始方向盘角度的车辆将遵循的轨迹(在具有期望轨迹tr’和驾驶区域的地图上描绘的轨迹a’)与不实施本发明的车辆将遵循的轨迹b’进行比较。可以看出，虚拟车辆校正了车辆转向车轮的取向，并然后移动车辆。虚拟方向盘的角
度位置、以及方向盘的当前角度位置可以在界面210上指示。
[0187]
如果通过启动验证模块1验证的轨迹是可行的，则可以在界面上显示指示211，比如灯211。
[0188]
如果通过启动验证模块1验证的轨迹是不可行的，则可以在界面上显示指示212，比如灯212。
[0189]
如果执行了几次测试而没有找到任何可能的轨迹，则可以在界面上显示指示213，比如灯213。
[0190]
因此，该界面能够指示车辆将如何自主管理复杂的操纵情况。
[0191]
上文描述的解决方案的优点在于这些解决方案提高了车辆、尤其是机器人出租车类型的车辆的能力。这种车辆难以在弯曲区域启动，或者难以在相对于自主巡航驾驶系统提供的参考轨迹存在明显的横向位置误差或取向误差的情况下启动。上述解决方案还使得能够管理停靠、脱离停靠、或远程操作的操纵(其表示对于自主车辆而言管理起来很复杂的操纵)。