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DE102024204701A1 - SYSTEM FOR CONTROLLING LATERAL MOVEMENT OF AN AUTONOMOUS MOTOR VEHICLE - Google Patents

SYSTEM FOR CONTROLLING LATERAL MOVEMENT OF AN AUTONOMOUS MOTOR VEHICLE Download PDF

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DE102024204701A1
DE102024204701A1 DE102024204701.5A DE102024204701A DE102024204701A1 DE 102024204701 A1 DE102024204701 A1 DE 102024204701A1 DE 102024204701 A DE102024204701 A DE 102024204701A DE 102024204701 A1 DE102024204701 A1 DE 102024204701A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
trajectory
controller
neural network
vehicle
gain
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102024204701.5A
Other languages
German (de)
Inventor
Xiao-Dong Sun
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF Automotive UK Ltd
Original Assignee
ZF Automotive UK Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ZF Automotive UK Ltd filed Critical ZF Automotive UK Ltd
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Abstract

Offenbart wird ein System zur Steuerung seitlicher Bewegung eines autonomen Fahrzeugs (101), umfassend: einen Trajektorieplaner (102), der so konfiguriert ist, dass er eine Zieltrajektorie für das Fahrzeug (101) erzeugt; und eine Trajektoriesteuerung (104), die so konfiguriert ist, dass sie die Zieltrajektorie von dem Trajektorieplaner (102) empfängt und als Ausgabe ein Lenksteuersignal zur Steuerung der seitlichen Bewegung des Fahrzeugs (101) erzeugt. Die Trajektoriesteuerung (104) umfasst eine Steuerschaltung (104a), wobei die Steuerschaltung (104) eine integrierte adaptive PID-Neuronalnetzsteuerung (124) umfasst. Die integrierte adaptive PID-Neuronalnetzsteuerung (124) umfasst: eine PID-Steuerung (116), die ein von einem Zielfahrspurpositionsparameter der Zieltrajektorie abhängiges Eingabesignal empfängt und so eingerichtet ist, dass sie einen Fehlerwert minimiert, der die Differenz zwischen der tatsächlichen Trajektorie des Fahrzeugs (101) und dem vom Zielfahrspurpositionsparameter abhängigen Eingabesignal angibt, wobei die PID-Steuerung (116) ferner so eingerichtet ist, dass sie ein von einem Zielkurswinkelparameter der Zieltrajektorie abhängiges Eingabesignal empfängt, und so eingerichtet ist, dass sie einen Fehlerwert minimiert, der die Differenz zwischen der tatsächlichen Trajektorie des Fahrzeugs (101) und dem vom Zielkurswinkelparameter abhängigen Eingabesignal angibt; und ein neuronales Netz (118), das so konfiguriert ist, dass es die P-Verstärkungs-, I-Verstärkungs- und D-Verstärkungs-Terme bestimmt, die von der PID-Steuerung (116) verwendet werden. Die integrierte adaptive PID-Neuronalnetzsteuerung (124) ist so konfiguriert, dass sie die von dem neuronalen Netz (118) bereitgestellten P- und I-Verstärkungsterme verwendet, um die Fahrspurposition des Fahrzeugs (101) zu steuern, und den von dem neuronalen Netz (118) bereitgestellten D-Verstärkungsterm, um den Kurswinkel des Fahrzeugs (101) zu steuern, wodurch die von der PID-Steuerung (116) verwendeten P-, I- und D-Verstärkungsterme von demselben neuronalen Netz (118) bereitgestellt werden.

Figure DE102024204701A1_0000
Disclosed is a system for controlling lateral movement of an autonomous vehicle (101), comprising: a trajectory planner (102) configured to generate a target trajectory for the vehicle (101); and a trajectory controller (104) configured to receive the target trajectory from the trajectory planner (102) and generate as an output a steering control signal for controlling lateral movement of the vehicle (101). The trajectory controller (104) comprises a control circuit (104a), the control circuit (104) comprising an integrated adaptive PID neural network controller (124). The integrated adaptive PID neural network controller (124) comprises: a PID controller (116) receiving an input signal dependent on a target lane position parameter of the target trajectory and configured to minimize an error value indicative of the difference between the actual trajectory of the vehicle (101) and the input signal dependent on the target lane position parameter, the PID controller (116) further configured to receive an input signal dependent on a target heading angle parameter of the target trajectory and configured to minimize an error value indicative of the difference between the actual trajectory of the vehicle (101) and the input signal dependent on the target heading angle parameter; and a neural network (118) configured to determine the P-gain, I-gain, and D-gain terms used by the PID controller (116). The integrated adaptive PID neural network control (124) is so configured to use the P and I gain terms provided by the neural network (118) to control the lane position of the vehicle (101) and the D gain term provided by the neural network (118) to control the heading angle of the vehicle (101), whereby the P, I and D gain terms used by the PID controller (116) are provided by the same neural network (118).
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Description

Die vorliegende Anmeldung betrifft ein System zur Steuerung seitlicher Bewegung eines autonomen Kraftfahrzeugs und ein autonomes Fahrzeug, das das System zur Steuerung seitlicher Bewegung umfasst.The present application relates to a system for controlling lateral movement of an autonomous motor vehicle and an autonomous vehicle comprising the system for controlling lateral movement.

Um ein autonomes Fahrzeug so zu steuern, dass es mit reduzierten oder gar keinen Eingaben des Benutzers fahren kann, wird eine Zieltrajektorie bestimmt. Die Zieltrajektorie kann durch eine Planerfunktion bestimmt werden, die Bilder des Fahrzeugstandorts und der Umgebung zusammen mit anderen dem Fahrzeug zur Verfügung stehenden Sensorinformationen verarbeitet, um eine Zieltrajektorie zu berechnen. Die Zieltrajektorie ist die gewünschte Trajektorie des Fahrzeugs, so dass es dem Straßenverlauf folgt oder ein gewünschtes Manöver durchführt, wie z.B. einen Spurwechsel, ein Abbiegen auf eine andere Straße oder ein Ausweichmanöver, um eine Kollision zu vermeiden.To control an autonomous vehicle so that it can drive with reduced or no user input, a target trajectory is determined. The target trajectory may be determined by a planner function that processes images of the vehicle's location and environment along with other sensor information available to the vehicle to calculate a target trajectory. The target trajectory is the desired trajectory of the vehicle so that it follows the road or performs a desired maneuver, such as changing lanes, turning onto another road, or taking evasive action to avoid a collision.

Sobald eine Zieltrajektorie für das Fahrzeug bestimmt ist, muss die Lenkung des Fahrzeugs zusammen mit den anderen Fahrzeugvorrichtungen so gesteuert werden, dass die Trajektorie eingehalten wird. Daher wird ein System zur Steuerung von Seitenbewegungen bereitgestellt, das eine Rückkopplungsschleife implementieren kann, in der die aktuelle Trajektorie des Fahrzeugs mit der Zieltrajektorie verglichen wird. Dem Fahrzeuglenksystem wird ein Steuersignal bereitgestellt, um den Unterschied zwischen ihnen bei den Seitenbewegungsmanövern des Fahrzeugs zu minimieren.Once a target trajectory is determined for the vehicle, the steering of the vehicle, along with the other vehicle devices, must be controlled to maintain the trajectory. Therefore, a lateral movement control system is provided that can implement a feedback loop in which the current trajectory of the vehicle is compared with the target trajectory. A control signal is provided to the vehicle steering system to minimize the difference between them in the vehicle's lateral movement maneuvers.

Bekannte Bewegungssteuersysteme können Rückkopplungsschleifen auf Grundlage fester Parameter verwenden, die mit der Zeit für die Steuerung des Fahrzeugs suboptimal werden können. Dies kann dazu führen, dass die Zieltrajektorie ungenau verfolgt wird oder es länger dauern kann, die Zieltrajektorie zu erreichen. Es stellt eine Herausforderung dar, den Lenkwinkel des Fahrzeugs so einzustellen, dass die gewünschte seitliche Trajektorie bzw. der tatsächliche Lenkweg des Fahrzeugs erreicht wird, da er einer Reihe variabler bzw. unbekannter Einflüsse unterliegt, wie z.B. dem Fahrbahnkontakt, der Fahrzeuglast, den Fahrzeugreifen usw. Known motion control systems may use feedback loops based on fixed parameters that may become suboptimal for controlling the vehicle over time. This may result in the target trajectory being inaccurately followed or it may take longer to reach the target trajectory. Adjusting the vehicle's steering angle to achieve the desired lateral trajectory or the actual steering path of the vehicle is challenging as it is subject to a number of variable or unknown influences such as road contact, vehicle load, vehicle tires, etc.

Die vorliegende Anmeldung befasst sich mit einer Seitenbewegungssteuerung für autonome Kraftfahrzeuge, die darauf abzielt, die Einschränkungen der vorstehend beschriebenen bekannten Steuersysteme zu verbessern.The present application relates to a lateral motion control system for autonomous motor vehicles, which aims to improve the limitations of the known control systems described above.

In einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Anmeldung ein System zur Steuerung der seitlichen Bewegung eines autonomen Fahrzeugs bereit, das Folgendes umfasst:

  • einen Trajektorieplaner, der so konfiguriert ist, dass er eine Zieltrajektorie für das Fahrzeug erzeugt; und
  • eine Trajektoriesteuerung, die so konfiguriert ist, dass sie die Zieltrajektorie vom Trajektorieplaner empfängt und als Ausgabe ein Lenksteuersignal zur Steuerung der Seitenbewegung des Fahrzeugs erzeugt,
  • wobei die Trajektoriesteuerung eine Steuerschaltung umfasst, wobei die Steuerschaltung eine oder mehrere adaptive Neuronalnetzsteuerungen umfasst, die jeweils umfassen:
    • eine Rückkopplungsschleifensteuerung (z.B. vom PID-Typ), die ein Eingabesignal empfängt, das von einem Parameter der Zieltrajektorie abhängt, und die so konfiguriert ist, dass sie einen Fehlerwert, der die Differenz zwischen der tatsächlichen Trajektorie des Fahrzeugs und dem Eingabesignal angibt, auf Grundlage eines P-Verstärkungs- und/oder I-Verstärkungs- und/oder D-Verstärkungsterms minimiert; und
    • ein neuronales Netz, das so konfiguriert ist, dass es einen P-Verstärkungs- und/oder I-Verstärkungs- und/oder D-Verstärkungsterm bestimmt, die von der Rückkopplungsschleifensteuerung verwendet werden.
In a first aspect, the present application provides a system for controlling the lateral movement of an autonomous vehicle, comprising:
  • a trajectory planner configured to generate a target trajectory for the vehicle; and
  • a trajectory controller configured to receive the target trajectory from the trajectory planner and to generate as an output a steering control signal for controlling the lateral movement of the vehicle,
  • wherein the trajectory controller comprises a control circuit, the control circuit comprising one or more adaptive neural network controllers each comprising:
    • a feedback loop controller (eg, PID type) receiving an input signal dependent on a parameter of the target trajectory and configured to minimize an error value indicative of the difference between the actual trajectory of the vehicle and the input signal based on a P-gain and/or I-gain and/or D-gain term; and
    • a neural network configured to determine a P-gain and/or I-gain and/or D-gain term used by the feedback loop controller.

Durch die Bereitstellung von Verstärkungstermen, die von einem neuronalen Netz berechnet werden, kann der Betrieb der Rückkopplungsschleifensteuerung online und in Echtzeit angepasst oder abgestimmt werden, während das Bewegungssteuersystem in Betrieb ist. Dies ist im Vergleich zu vielen bestehenden Steuersystemen, die feste Verstärkungsterme verwenden, von Vorteil und kann die Genauigkeit und Wirksamkeit der Fahrzeugsteuerung verbessern.By providing gain terms calculated by a neural network, the operation of the feedback loop control can be adjusted or tuned online and in real time while the motion control system is operating. This is advantageous compared to many existing control systems that use fixed gain terms and can improve the accuracy and effectiveness of vehicle control.

Die Rückkopplungsschleifensteuerung kann alle drei Verstärkungsterme P, I und D verwenden und somit eine PID-Steuerung sein. Die Rückkopplungsschleifensteuerung kann alternativ auch nur einen oder zwei der Verstärkungsterme verwenden und somit eine P-, I-, D-, PD- oder PI-Steuerung sein.The feedback loop controller can use all three gain terms P, I and D and thus be a PID controller. Alternatively, the feedback loop controller can use only one or two of the gain terms and thus be a P, I, D, PD or PI controller.

Die Zieltrajektorie kann einen oder mehrere Zieltrajektorieparameter und/oder -variablen umfassen. Die Zieltrajektorieparameter und/oder -variablen können einen oder mehrere Zielkurvenverläufe, eine Zielfahrspurposition und einen Zielkurswinkel umfassen.The target trajectory may include one or more target trajectory parameters and/or variables. The target trajectory parameters and/or variables may include one or more target curves, a target lane position, and a target heading angle.

Die Trajektoriesteuerung kann als Eingabe einen oder mehrere der Zieltrajektorieparameter oder davon abhängige Signale empfangen. Die Trajektoriesteuerung kann zudem ein oder mehrere Signale empfangen, die sich auf die aktuelle Trajektorie des Fahrzeugs beziehen.The trajectory controller may receive as input one or more of the target trajectory parameters or signals dependent thereon. The trajectory controller may also receive one or more signals related to the current trajectory of the vehicle.

Die eine oder die mehreren adaptiven Neuronalnetzsteuerungen für die seitliche Trajektoriesteuerung können eine adaptive Neuronalnetzsteuerung für die Fahrspurposition umfassen, die so konfiguriert ist, dass sie P- und/oder I- und/oder D-Steuerung für die Fahrspurposition der Trajektorie des Fahrzeugs durchführt.The one or more adaptive neural network controllers for lateral trajectory control may include an adaptive neural network controller for lane position configured to perform P and/or I and/or D control for the lane position of the trajectory of the vehicle.

Die eine oder die mehreren adaptiven Neuronalnetzsteuerungen können eine adaptive Neuronalnetzsteuerung für den Kurswinkel umfassen, die so konfiguriert ist, dass sie eine P- und/oder I- und/oder D-Steuerung des Kurswinkels der Trajektorie des Fahrzeugs durchführt.The one or more adaptive neural network controllers may include an adaptive neural network heading angle controller configured to perform P and/or I and/or D control of the heading angle of the trajectory of the vehicle.

Die adaptive Neuronalnetzsteuerung für die Fahrspurposition kann so konfiguriert sein, dass sie als Eingabe einen Zielfahrspurpositionsparameter empfängt und ein Ausgabesteuersignal erzeugt. Die adaptive Neuronalnetzsteuerung für den Kurswinkel kann so konfiguriert sein, dass sie als Eingabesignal eine Summe aus dem Ausgabesteuersignal der adaptiven Neuronalnetzsteuerung für die Fahrspurposition und einem Zielkurswinkelparameter empfängt. Dadurch können die Steuerungen für die Fahrspurposition und den Kurswinkel in Reihe geschaltet werden.The lane position adaptive neural network controller may be configured to receive as input a target lane position parameter and generate an output control signal. The heading angle adaptive neural network controller may be configured to receive as input a sum of the lane position adaptive neural network controller output control signal and a target heading angle parameter. This allows the lane position and heading angle controllers to be connected in series.

Die Trajektoriesteuerung kann ferner eine Kurvenverlauf-PID-Steuerung umfassen, die so konfiguriert ist, dass sie eine P- und/oder I- und/oder D-Steuerung des Kurvenverlaufs der Die Kurvenverlaufssteuerung kann vorbestimmte und/oder von der oder den Fahrzeugbewegungsvariablen abhängige P-, I- und/oder D-Verstärkungsterme verwenden. Die Kurvenverlauf-PID-Steuerung kann P-, I- und D-Verstärkungsterme verwenden, die so beschaffen sind, dass sie von der oder den Fahrzeugbewegungsvariablen, wie z.B. der Fahrzeuggeschwindigkeit und den Kurskurvenverlaufsmessungen, abhängig sind. Die Kurvenverlaufssteuerung kann Verstärkungsterme verwenden, die aus einer Nachschlagetabelle mit vorbestimmten Werten gewonnen werden, oder eine feste funktionale Beziehung zwischen Verstärkungswerten und Fahrzeugbewegungsvariablen verwenden. Die Verstärkungswerte sind daher in dem Sinne vorbestimmt, dass ein fester Zusammenhang zwischen einer aktuellen Fahrzeugbewegungsvariablen und dem oder den Verstärkungstermen P, I und D besteht. Die Kurvenverlaufssteuerung verwendet daher möglicherweise kein neuronales Netz zur Bereitstellung der Verstärkungsterme.The trajectory controller may further comprise a trajectory PID controller configured to provide P and/or I and/or D control of the trajectory of the vehicle. The trajectory controller may use P, I and/or D gain terms that are predetermined and/or dependent on the vehicle motion variable(s). The trajectory PID controller may use P, I and D gain terms that are designed to be dependent on the vehicle motion variable(s), such as vehicle speed and trajectory measurements. The trajectory controller may use gain terms derived from a lookup table of predetermined values or use a fixed functional relationship between gain values and vehicle motion variables. The gain values are therefore predetermined in the sense that there is a fixed relationship between a current vehicle motion variable and the P, I and D gain term(s). Therefore, the curve shape control may not use a neural network to provide the gain terms.

Alternativ kann die Kurvenverlaufssteuerung auch eine adaptive Neuronalnetzsteuerung sein, die so konfiguriert ist, dass sie die erforderlichen P-Verstärkungs-, I-Verstärkungs- und D-Verstärkungsterme liefert.Alternatively, the waveform controller may be an adaptive neural network controller configured to provide the required P-gain, I-gain, and D-gain terms.

Die Kurvenverlaufssteuerung kann so konfiguriert sein, dass sie als Eingabe einen Zielkurvenverlaufsparameter empfängt und als Ausgabe ein Kurvenverlaufssteuersignal erzeugt. Die Trajektoriesteuerung kann so konfiguriert sein, dass sie die Summe des Kurvenverlaufssteuersignals und der Ausgabe der adaptiven Neuronalnetzsteuerung für den Kurswinkel (wenn diese mit der Fahrspurpositionssteuerung in Reihe geschaltet ist) bestimmt, um die Lenksteuersignalausgabe der Trajektoriesteuerung zu liefern. Dadurch kann die Kurvenverlaufssteuerung parallel zu den beiden anderen Steuerungen angeordnet werden. Dadurch kann die Kurvenverlaufssteuerung früher in die Steuerberechnung einbezogen werden und die Genauigkeit des Lenksteuersignals verbessert werden.The curve control may be configured to receive a target curve parameter as input and produce a curve control signal as output. The trajectory control may be configured to determine the sum of the curve control signal and the output of the adaptive neural network heading angle control (when connected in series with the lane position control) to provide the steering control signal output of the trajectory control. This allows the curve control to be placed in parallel with the other two controllers. This allows the curve control to be included earlier in the steering calculation and improves the accuracy of the steering control signal.

Jedes der neuronalen Netze in der Trajektoriesteuerung kann eine Eingabeschicht aus Neuronen, mindestens eine verborgene Schicht aus Neuronen und eine Ausgabeschicht mit mindestens einem Ausgabeneuron umfassen. Jedes neuronale Netz kann ein neuronales Eingabeneuronen den mit einem jeweiligen Trajektorieparameter assoziierten Fehlerwert und das von der jeweiligen Steuerung ausgegebene Steuersignal empfängt und die Verstärkungswerte an jeweiligen Knotenwerten innerhalb der verborgenen Schicht des neuronalen Netzes ausgibt.Each of the neural networks in the trajectory controller may include an input layer of neurons, at least one hidden layer of neurons, and an output layer having at least one output neuron. Each neural network may receive an input neural neuron, the error value associated with a respective trajectory parameter, and the control signal output by the respective controller, and output the gain values at respective node values within the hidden layer of the neural network.

Jedes der neuronalen Netze kann ferner so konfiguriert sein, dass es als Vorwärtskopplungsterm mindestens eine Umgebungsvariable empfängt.Each of the neural networks may be further configured to receive at least one environmental variable as a feedforward term.

Die Umgebungsvariable kann mindestens eine der folgenden üblicherweise in einem Fahrzeug-Bewegungssteuersystem vorkommenden Variablen umfassen:

  • - die Geschwindigkeit des Fahrzeugs für den größten Teil der Fahrzeugbewegungssteuerung,
  • - Straßen-/Verkehrsmessungen wie Kurvenverlauf, Fahrtrichtung, Geschwindigkeitsbegrenzung usw.
  • - Fahrzeugbeschleunigung/Reaktionskraft
  • - Motordrehzahl/Drehwinkel für die Strom-/Drehmomentregelung
  • - Lenkmoment oder -winkel
  • - Fahrzeugblinkerzustand, z.B. Abbiegen angezeigt oder Abbiegen nicht angezeigt
The environmental variable may include at least one of the following variables commonly found in a vehicle motion control system:
  • - the speed of the vehicle for most of the vehicle movement control,
  • - Road/traffic measurements such as curves, direction of travel, speed limits, etc.
  • - Vehicle acceleration/reaction force
  • - Motor speed/angle of rotation for current/torque control
  • - steering torque or angle
  • - Vehicle indicator status, e.g. turning indicated or turning not indicated

Während der Nutzung des Steuersystems können die Gewichtungen des oder der neuronalen Netze jedes Mal, wenn dem neuronalen Netz ein neuer Satz von Eingabewerten zugeführt wird, durch ein Gradientenabstiegs-Rückpropagierungsverfahren aktualisiert werden, und die aktualisierten Gewichtungen werden zusammen mit den Eingabewerten zur Aktualisierung der Neuronen verwendet.During use of the control system, the weights of the neural network(s) may be updated by a gradient descent backpropagation method each time a new set of input values is fed to the neural network, and the updated Weights are used together with the input values to update the neurons.

In einem zweiten Aspekt stellt die vorliegende Anmeldung ein Fahrzeug bereit, das das Bewegungssteuersystem des ersten Aspekts umfasst.In a second aspect, the present application provides a vehicle comprising the motion control system of the first aspect.

Gemäß einem dritten Aspekt wird ein System zur Steuerung seitlicher Bewegung eines autonomen Fahrzeugs bereitgestellt, das Folgendes umfasst:

  • einen Trajektorieplaner, der so konfiguriert ist, dass er eine Zieltrajektorie für das Fahrzeug erzeugt; und
  • eine Trajektoriesteuerung, die so konfiguriert ist, dass sie die Zieltrajektorie vom Trajektorieplaner empfängt und als Ausgabe ein Lenksteuersignal zur Steuerung der Seitenbewegung des Fahrzeugs erzeugt;
  • wobei die Trajektoriesteuerung eine Steuerschaltung umfasst, wobei die Steuerschaltung eine integrierte adaptive PID-Neuronalnetzsteuerung umfasst, die Folgendes umfasst:
    • eine PID-Steuerung, die ein von einem Zielfahrspurpositionsparameter der Zieltrajektorie abhängiges Eingabesignal empfängt und so eingerichtet ist, dass sie einen Fehlerwert minimiert, der die Differenz zwischen der tatsächlichen Trajektorie des Fahrzeugs und dem vom Zielfahrspurpositionsparameter abhängigen Eingabesignal angibt, wobei die PID-Steuerung ferner so eingerichtet ist, dass sie ein von einem Zielkurswinkelparameter der Zieltrajektorie abhängiges Eingabesignal empfängt, und so eingerichtet ist, dass sie einen Fehlerwert minimiert, der die Differenz zwischen der tatsächlichen Trajektorie des Fahrzeugs und dem vom Zielkurswinkelparameter abhängigen Eingabesignal angibt; und
    • ein neuronales Netz, das so konfiguriert ist, dass es die P-Verstärkungs-, I-Verstärkungs- und D-Verstärkungsterme bestimmt, die von der PID-Steuerung verwendet werden,
    • wobei die integrierte adaptive PID-Neuronalnetzsteuerung so konfiguriert ist, dass sie die von dem neuronalen Netz bereitgestellten P- und I-Verstärkungsterme verwendet, um die Fahrspurposition des Fahrzeugs zu steuern, und den von dem neuronalen Netz bereitgestellten D-Verstärkungsterm, um den Kurswinkel des Fahrzeugs zu steuern, wodurch die von der PID-Steuerung verwendeten P-, I- und D-Verstärkungsterme von demselben neuronalen Netz bereitgestellt werden.
According to a third aspect, there is provided a system for controlling lateral movement of an autonomous vehicle, comprising:
  • a trajectory planner configured to generate a target trajectory for the vehicle; and
  • a trajectory controller configured to receive the target trajectory from the trajectory planner and to produce as an output a steering control signal for controlling lateral movement of the vehicle;
  • wherein the trajectory controller comprises a control circuit, the control circuit comprising an integrated adaptive PID neural network controller comprising:
    • a PID controller receiving an input signal dependent on a target lane position parameter of the target trajectory and configured to minimize an error value indicative of the difference between the actual trajectory of the vehicle and the input signal dependent on the target lane position parameter, the PID controller further configured to receive an input signal dependent on a target heading angle parameter of the target trajectory and configured to minimize an error value indicative of the difference between the actual trajectory of the vehicle and the input signal dependent on the target heading angle parameter; and
    • a neural network configured to determine the P-gain, I-gain and D-gain terms used by the PID controller,
    • wherein the integrated adaptive PID neural network controller is configured to use the P and I gain terms provided by the neural network to control the lane position of the vehicle and the D gain term provided by the neural network to control the heading angle of the vehicle, whereby the P, I and D gain terms used by the PID controller are provided by the same neural network.

Durch die Verwendung einer einzigen PID-Steuerung und eines einzigen neuronalen Netzes zur Steuerung sowohl der Fahrspurposition als auch des Kurswinkels kann die Effizienz des Steuersystems verbessert werden. Auf diese Weise kann auch die Zahl der Steuerschritte und die Zahl der erforderlichen Komponenten im Vergleich zur Verwendung separater dedizierter PID-Steuerungen und/oder neuronaler Netze verringert werden.By using a single PID controller and a single neural network to control both lane position and heading angle, the efficiency of the control system can be improved. This also allows the number of control steps and the number of components required to be reduced compared to using separate dedicated PID controllers and/or neural networks.

Die Trajektoriesteuerung kann ferner eine Kurvenverlaufssteuerung umfassen, die so konfiguriert ist, dass sie eine P- und/oder I- und/oder D-Steuerung des Kurvenverlaufs der Trajektorie des Fahrzeugs durchführt.The trajectory controller may further comprise a curve control configured to perform P and/or I and/or D control of the curve of the trajectory of the vehicle.

Die Kurvenverlaufssteuerung kann vorbestimmte und/oder von der oder den Fahrzeugbewegungsvariablen abhängige P-, I- und/oder D-Verstärkungsterme verwenden. Die Kurvenverlaufssteuerung verwendet daher möglicherweise kein neuronales Netz zur Bereitstellung ihrer Verstärkungsterme. Die Kurvenverlauf-PID-Steuerung kann P-, I- und D-Verstärkungsterme verwenden, die so beschaffen sind, dass sie von der oder den Fahrzeugbewegungsvariablen, wie z.B. der Fahrzeuggeschwindigkeit und den Kurskurvenverlaufsmessungen, abhängig sind. Die Kurvenverlaufssteuerung kann Verstärkungsterme verwenden, die aus einer Nachschlagetabelle mit vorbestimmten Werten gewonnen werden, oder eine feste funktionale Beziehung zwischen Verstärkungswerten und Fahrzeugbewegungsvariablen verwenden. Die Verstärkungswerte sind daher in dem Sinne vorbestimmt, dass ein fester Zusammenhang zwischen einer aktuellen Fahrzeugbewegungsvariablen und dem oder den Verstärkungstermen P, I und D besteht.The curve control may use P, I and/or D gain terms that are predetermined and/or dependent on the vehicle motion variable(s). The curve control may therefore not use a neural network to provide its gain terms. The curve PID control may use P, I and D gain terms that are designed to be dependent on the vehicle motion variable(s), such as vehicle speed and heading curve measurements. The curve control may use gain terms derived from a lookup table of predetermined values or use a fixed functional relationship between gain values and vehicle motion variables. The gain values are therefore predetermined in the sense that there is a fixed relationship between a current vehicle motion variable and the P, I and D gain term(s).

Alternativ kann die Kurvenverlaufssteuerung auch eine adaptive PID-Neuronalnetzsteuerung sein, die so konfiguriert ist, dass sie ihre erforderlichen P-Verstärkungs-, I-Verstärkungs- und D-Verstärkungsterme liefert.Alternatively, the waveform controller may be an adaptive PID neural network controller configured to provide its required P-gain, I-gain, and D-gain terms.

Die Kurvenverlaufssteuerung kann so konfiguriert sein, dass sie als Eingabe einen Zielkurvenverlaufsparameter empfängt und als Ausgabe ein Kurvenverlaufssteuersignal erzeugt. Die Trajektoriesteuerung kann so konfiguriert sein, dass sie die Summe des Kurvenverlaufssteuersignals und der Ausgabe der integrierten adaptiven PID-Neuronalnetzsteuerung bestimmt, um die Lenksteuersignalausgabe der Trajektoriesteuerung bereitzustellen. Dadurch können die Kurvenverlaufssteuerung und die integrierte Steuerung parallel geschaltet werden. Dadurch kann die Kurvenverlaufssteuerung früher in die Steuerberechnung einbezogen werden.The trajectory controller may be configured to receive a target trajectory parameter as input and produce a trajectory control signal as output. The trajectory controller may be configured to determine the sum of the trajectory control signal and the output of the integrated adaptive PID neural network controller to provide the steering control signal output of the trajectory controller. This allows the trajectory controller and the integrated controller to be connected in parallel. This allows the trajectory controller to be included earlier in the control calculation.

Das oder die neuronalen Netze können eine Eingabeschicht aus Neuronen, mindestens eine verborgene Schicht aus Neuronen und eine Ausgabeschicht mit mindestens einem Ausgabeneuron umfassen. Das oder die neuronalen Netze können ein neuronales Netz mit Vorwärtskopplung umfassen, das in der Eingabeschicht der Eingabeneuronen den mit dem eingegebenen Trajektorieparameter assoziierten Fehlerwert und das von der integrierten adaptiven die Verstärkungswerte an jeweiligen Knotenwerten innerhalb der verborgenen Schicht des neuronalen Netzes ausgibt.The neural network(s) may have an input layer of neurons, at least one hidden layer of neurons and an output layer with at least one output neuron. The neural network or networks may comprise a feedforward neural network which outputs the error value associated with the input trajectory parameter in the input layer of the input neurons and the gain values at respective node values within the hidden layer of the neural network from the integrated adaptive neural network.

Das oder die neuronalen Netze können ferner so konfiguriert sein, dass es als Vorwärtskopplungsterm mindestens eine Umgebungsvariable empfängt.The neural network(s) may further be configured to receive at least one environmental variable as a feedforward term.

Die Umgebungsvariable kann mindestens eine der folgenden üblicherweise in einem Fahrzeug-Bewegungssteuersystem vorkommenden Variablen umfassen:

  • - die Geschwindigkeit des Fahrzeugs für den größten Teil der Fahrzeugbewegungssteuerung,
  • - Straßen-/Verkehrsmessungen wie Kurvenverlauf, Fahrtrichtung, Geschwindigkeitsbegrenzung usw.
  • - Fahrzeugbeschleunigung/Reaktionskraft
  • - Motordrehzahl/Drehwinkel für die Strom-/Drehmomentregelung
  • - Lenkmoment oder -winkel
  • - Fahrzeugblinkerzustand, z.B. Abbiegen angezeigt oder Abbiegen nicht angezeigt
The environmental variable may include at least one of the following variables commonly found in a vehicle motion control system:
  • - the speed of the vehicle for most of the vehicle movement control,
  • - Road/traffic measurements such as curves, direction of travel, speed limits, etc.
  • - Vehicle acceleration/reaction force
  • - Motor speed/angle of rotation for current/torque control
  • - steering torque or angle
  • - Vehicle indicator status, e.g. turning indicated or turning not indicated

Während der Nutzung des Steuersystems können die Gewichtungen des oder der neuronalen Netze jedes Mal, wenn dem neuronalen Netz ein neuer Satz von Eingabewerten zugeführt wird, durch ein Gradientenabstiegs-Rückpropagierungsverfahren aktualisiert werden, und die aktualisierten Gewichtungen werden zusammen mit den Eingabewerten zur Aktualisierung der Neuronen verwendet.During use of the control system, the weights of the neural network(s) may be updated by a gradient descent backpropagation method each time a new set of input values is fed to the neural network, and the updated weights are used together with the input values to update the neurons.

Gemäß einem vierten Aspekt wird ein Fahrzeug bereitgestellt, das das Bewegungssteuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.According to a fourth aspect there is provided a vehicle comprising the motion control system according to any one of the preceding claims.

Für einen Fachmann versteht es sich, dass ein Merkmal, das in Bezug auf einen der vorstehend genannten Aspekte beschrieben wird, auch auf jeden anderen Aspekt angewendet werden kann, es sei denn, sie schließen sich gegenseitig aus.It will be understood by a person skilled in the art that a feature described in relation to one of the above aspects may also be applied to any other aspect, unless they are mutually exclusive.

Ausführungsformen der Erfindung werden nun lediglich beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben:

  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems zur Steuerung seitlicher Bewegung, das in ein autonomes Fahrzeug
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Trajektoriesteuerung des in 1 gezeigten Systems zur Steuerung seitlicher Bewegung;
  • 3 veranschaulicht die Kurvenverlaufs-, Fahrspurpositions- und Kurswinkelparameter der Trajektorie des autonomen Fahrzeugs;
  • 4 zeigt eine schematische Darstellung einer allgemeinen adaptiven PID-Neuronalnetzsteuerung, die in der Trajektoriesteuerung des Bewegungssteuersystems vorgesehen ist;
  • 5 ist eine Darstellung der Neuronenverbindungen des neuronalen Netzes der adaptiven PID-Neuronalnetzsteuerung;
  • 6 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Beispiels einer Trajektoriesteuerung des Systems zur Steuerung seitlicher Bewegung aus 1, bei dem eine Kurvenverlaufssteuerung parallel zu einer Fahrspurpositionssteuerung und einer Kurswinkelsteuerung geschaltet ist;
  • 7 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Beispiels einer Trajektoriesteuerung des Systems zur Steuerung seitlicher Bewegung aus 1, bei dem die Kurvenverlaufssteuerung mit der Fahrspurpositionssteuerung und der Kurswinkelsteuerung in Reihe geschaltet ist;
  • 8 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Beispiels einer Trajektoriesteuerung des Systems zur Steuerung seitlicher Bewegung aus 1, bei dem eine Kurvenverlaufssteuerung parallel zu einer integrierten adaptiven Neuronalnetzsteuerung für die Fahrspurposition und den Kurswinkel geschaltet ist; und
  • 9 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Beispiels einer Trajektoriesteuerung des Systems zur Steuerung seitlicher Bewegung aus 1, bei dem eine Kurvenverlaufssteuerung mit der integrierten adaptiven Neuronalnetzsteuerung für die Fahrspurposition und den Kurswinkel in Reihe geschaltet ist.
Embodiments of the invention will now be described by way of example only and with reference to the accompanying drawings:
  • 1 shows a schematic representation of a system for controlling lateral movement that can be integrated into an autonomous vehicle
  • 2 shows a schematic representation of a trajectory control of the 1 shown system for controlling lateral movement;
  • 3 illustrates the curve, lane position and heading angle parameters of the autonomous vehicle’s trajectory;
  • 4 shows a schematic representation of a general adaptive PID neural network controller provided in the trajectory control of the motion control system;
  • 5 is a representation of the neuron connections of the neural network of the adaptive PID neural network control;
  • 6 shows a schematic representation of another example of a trajectory control of the system for controlling lateral movement from 1 , in which a curve control is connected in parallel to a lane position control and a heading angle control;
  • 7 shows a schematic representation of another example of a trajectory control of the system for controlling lateral movement from 1 in which the curve control is connected in series with the lane position control and the heading angle control;
  • 8 shows a schematic representation of another example of a trajectory control of the system for controlling lateral movement from 1 , in which a curve control is connected in parallel to an integrated adaptive neural network control for the lane position and the heading angle; and
  • 9 shows a schematic representation of another example of a trajectory control of the system for controlling lateral movement from 1 , in which a curve control is connected in series with the integrated adaptive neural network control for the lane position and the course angle.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems 100 zur Steuerung seitlicher Bewegung, das in ein autonomes Fahrzeug 101 eingebaut ist. Bei dem Fahrzeug kann es sich um ein Kraftfahrzeug wie einen Pkw, Lkw, Transporter oder dergleichen handeln. Bei dem Fahrzeug 101 kann es sich um ein vollständig autonomes Fahrzeug handeln, das ganz ohne Benutzereingaben gesteuert wird, um seine Bewegung zu steuern, oder das Fahrzeug 101 kann ein teilautonomes Fahrzeug sein, bei dem zumindest die Lenkung des Fahrzeugs automatisch gesteuert wird. 1 shows a schematic representation of a lateral movement control system 100 installed in an autonomous vehicle 101. The vehicle may be a motor vehicle such as a car, truck, van or the like. The vehicle 101 may be a fully autonomous vehicle that is controlled without any user input to control its movement, or the vehicle 101 may be a semi-autonomous vehicle in which at least the steering of the vehicle is controlled automatically.

Das Bewegungssteuersystem 100 umfasst im Allgemeinen einen Trajektorieplaner 102, eine Trajektoriesteuerung 104 und ein Lenksystem 106. Der Trajektorieplaner 102 ist so konfiguriert, dass er eine Zieltrajektorie für das Fahrzeug 101 erzeugt. Die Zieltrajektorie kann eine Route oder einen Teil einer Route zu einem geplanten Zielort einer Fahrt des Fahrzeugs darstellen. Die Zieltrajektorie kann vom Trajektorieplaner 102 auf Grundlage von Erfassungsinformationen bestimmt werden, die von einem oder mehreren Sensoren 110 bereitgestellt werden. Zu den Sensoren 110 kann eine Videokamera gehören, die so konfiguriert ist, dass sie Bilder der Umgebung des Fahrzeugs 101 verarbeitet. Auf Grundlage solcher Bilder kann der Trajektorieplaner 102 eine geeignete Trajektorie für das Fahrzeug 101 berechnen, so dass es autonom auf einer Straße fährt und auf andere Fahrzeuge oder Straßenbedingungen reagiert. Bei den Sensoren 110 kann es sich um beliebige andere geeignete Sensoren handeln, die so konfiguriert sind, dass sie Informationen liefern, anhand derer die Fahrzeugtrajektorie berechnet werden kann, z.B. die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Beschleunigung usw. Der Trajektorieplaner 102 kann auch Zugang zu Navigationsinformationen (z.B. von einem satellitengestützten Navigationssystem) haben, um die Zieltrajektorie zu bestimmen.The motion control system 100 generally includes a trajectory planner 102, a trajectory controller 104, and a steering system 106. The trajectory planner 102 is configured to generate a target trajectory for the vehicle 101. The target trajectory may represent a route or a portion of a route to a planned destination of a trip of the vehicle. The target trajectory may be determined by the trajectory planner 102 based on sensing information provided by one or more sensors 110. The sensors 110 may include a video camera configured to process images of the surroundings of the vehicle 101. Based on such images, the trajectory planner 102 may calculate an appropriate trajectory for the vehicle 101 so that it travels autonomously on a road and responds to other vehicles or road conditions. The sensors 110 may be any other suitable sensors configured to provide information from which the vehicle trajectory can be calculated, such as vehicle speed, acceleration, etc. The trajectory planner 102 may also have access to navigation information (e.g., from a satellite-based navigation system) to determine the target trajectory.

Das Bewegungssteuersystem 100 umfasst ferner eine Trajektoriesteuerung 104, die so konfiguriert ist, dass sie die Zieltrajektorie vom Trajektorieplaner 102 empfängt, und die ein Ausgabesignal einschließlich eines Lenksteuersignals (δs_tgt) bereitstellt. Das Lenksteuersignal wird von der Trajektoriesteuerung 104 erzeugt, um die seitliche Trajektorie des Fahrzeugs 101 so zu regeln, dass es der Zieltrajektorie folgt. Die Trajektoriesteuerung 104 gibt das Lenksteuersignal δs_tgt an das und ein Lenkbetätigungssystem umfassen. Das Lenksystem kann zum Beispiel eine elektrische Servolenkung (EPS) oder eine Steer-by-Wire- (SbW-) Lenkung umfassen. Die Trajektoriesteuerung 104 kann das Lenksteuersignal an das Lenksteuersystem weitergeben, das ein Ausgabesignal zur Betätigung einer Motorsteuerung des Fahrzeuglenksystems 106 bereitstellt. Das Fahrzeuglenksystem kann ein elektrisches Lenksystem umfassen, bei dem ein Elektromotor ein Drehmoment auf einen Teil der Fahrzeuglenkung (z.B. eine Zahnstange) ausübt, um die Räder des Fahrzeugs 101 zu lenken oder ihren Winkel einzustellen.The motion control system 100 further includes a trajectory controller 104 configured to receive the target trajectory from the trajectory planner 102 and that provides an output signal including a steering control signal (δ s_tgt ). The steering control signal is generated by the trajectory controller 104 to control the lateral trajectory of the vehicle 101 to follow the target trajectory. The trajectory controller 104 outputs the steering control signal δ s_tgt to the and may include a steering actuation system. The steering system may include, for example, electric power steering (EPS) or steer-by-wire (SbW) steering. The trajectory controller 104 may pass the steering control signal to the steering control system, which provides an output signal to actuate a motor controller of the vehicle steering system 106. The vehicle steering system may include an electric steering system in which an electric motor applies torque to a portion of the vehicle steering (e.g., a rack) to steer or adjust the angle of the wheels of the vehicle 101.

Eine Ausführungsform der Trajektoriesteuerung 104 für die Steuerung seitlicher Bewegung des Fahrzeugs ist in 2 ausführlicher dargestellt. Die Trajektoriesteuerung 104 ist so konfiguriert, dass sie eine Zieltrajektorie empfängt, die aus drei Zieltrajektorieparametern besteht - einem Zielkurvenverlauf (CV), einer Zielspurposition (LP) und einem Zielkurswinkel (CA). Diese Parameter werden unter Bezugnahme auf 3 definiert.An embodiment of the trajectory control 104 for controlling lateral movement of the vehicle is shown in 2 The trajectory controller 104 is configured to receive a target trajectory consisting of three target trajectory parameters - a target curve path (CV), a target track position (LP), and a target heading angle (CA). These parameters are described with reference to 3 defined.

3 zeigt das Fahrzeug während der Fahrt auf einer Fahrspur einer Straße oder Autobahn, die durch eine Fahrspurbegrenzung mit der Bezeichnung 111 definiert ist. Der Kurvenverlauf der Trajektorie bezieht sich auf den Kurvenverlauf der Straße, der das Fahrzeug folgt, wie in 3 gezeigt. Der Kurvenverlauf kann als der Kehrwert des Radius eines Kreises definiert werden, der den Kurvenverlauf der Trajektorie an jedem Punkt ihrer Länge am besten approximiert. 3 shows the vehicle while driving on a lane of a road or highway defined by a lane boundary labeled 111. The curve of the trajectory refers to the curve of the road that the vehicle follows, as shown in 3 shown. The curve shape can be defined as the reciprocal of the radius of a circle that best approximates the curve shape of the trajectory at every point along its length.

Die Fahrspurposition bezieht sich auf das Ausmaß, in dem das Fahrzeug von der Mittellinie der Fahrspur oder der Straße, auf der es fährt, versetzt ist. Wie in 3 zu sehen ist, wird die Fahrspurposition durch einen seitlichen Abstand zwischen der Mittellinie der Fahrspur (in 3 mit X gekennzeichnet) und der Mittellinie des Fahrzeugs 101 (in 3 mit Y gekennzeichnet) definiert.Lane position refers to the extent to which the vehicle is offset from the centerline of the lane or roadway on which it is traveling. As in 3 As can be seen, the lane position is determined by a lateral distance between the center line of the lane (in 3 marked with X) and the centre line of vehicle 101 (in 3 marked with Y).

Der Kurswinkel bezieht sich auf die Richtung, in die das Fahrzeug auf der Straße fährt. Der Kurswinkel kann als der Winkel zwischen der beabsichtigten Fahrtrichtung des Fahrzeugs und einer Bezugsrichtung, z.B. Norden, definiert werden.The heading angle refers to the direction in which the vehicle is traveling on the road. The heading angle can be defined as the angle between the intended direction of travel of the vehicle and a reference direction, e.g. north.

Wie in 2 dargestellt, umfasst die Trajektoriesteuerung 104 drei adaptive Neuronalnetz- (NN-) Steuerungen, die jeweils mit einem der in 3 definierten Trajektorieparameter assoziiert sind. Die Trajektoriesteuerung 104 umfasst eine adaptive Kurvenverlaufs-NN-Steuerung 110, eine adaptive Fahrspurpositions-NN-Steuerung 112 und eine adaptive Kurswinkel-NN-Steuerung 114. Die Kurvenverlaufssteuerung 110 ist so konfiguriert, dass sie den Kurvenverlauf der Trajektorie des Fahrzeugs steuert. Sie empfängt den Zielkurvenverlauf vom Trajektorieplaner und liefert als Ausgabe ein Kurvenverlaufssteuersignal (δs_cv). Die Fahrspurpositionssteuerung 112 ist so konfiguriert, dass sie die Fahrspurposition der Trajektorie des Fahrzeugs steuert. Sie empfängt die Zielfahrspurposition vom Trajektorieplaner und liefert als Ausgabe ein Fahrspurpositionssteuersignal (δs_po). Die Kurswinkelsteuerung 114 ist so konfiguriert, dass sie den Kurswinkel der Trajektorie des Fahrzeugs steuert. Sie empfängt den Zielkurswinkel vom Trajektorieplaner und liefert als Ausgabe ein Kurswinkelsteuersignal (δs_ca). Die Trajektoriesteuerung 104 ist so konfiguriert, dass sie (durch eine Summiereinheit 115) die Summe der Steuersignale (δs_cv, δs_po, δs_ca) bestimmt, um das Lenksteuersignal δs_tgt bereitzustellen, das dem Lenksystem 106 wie vorstehend beschrieben zugeführt wird.As in 2 As shown, the trajectory controller 104 comprises three adaptive neural network (NN) controllers, each of which is connected to one of the 3 defined trajectory parameters. The trajectory controller 104 includes an adaptive curve NN controller 110, an adaptive lane position NN controller 112, and an adaptive heading angle NN controller 114. The curve controller 110 is configured to control the curve of the trajectory of the vehicle. It receives the target curve from the trajectory planner and provides as output a curve control signal (δ s_cv ). The lane position controller 112 is configured to control the lane position of the trajectory of the vehicle. It receives the target lane position from the trajectory planner and provides as output a lane position control signal (δ s_po ). The heading angle controller 114 is configured to control the heading angle of the trajectory of the vehicle. It receives the target heading angle from the trajectory planner and provides as output a heading angle control signal (δ s_ca ). The trajectory controller 104 is configured to determine (through a summing unit 115) the sum of the control signals (δ s_cv , δ s_po , δ s_ca ) to provide the steering control signal δ s_tgt which is supplied to the steering system 106 as described above.

Jede der in 2 dargestellten adaptiven NN-Steuerungen ist so konfiguriert, dass sie einen Fehlerwert minimiert, der die Differenz zwischen der tatsächlichen Trajektorie des Fahrzeugs und dem eingegebenen Zieltrajektorieparameter angibt. Durch Minimieren des Fehlerwerts wird das Fahrzeug so gesteuert, dass es eine Trajektorie beibehält, die einer minimalen Abweichung von der durch den Trajektorieplaner 102 erzeugten Zieltrajektorie entspricht. Jede der in 2 gezeigten adaptiven NN-Steuerungen 110, 112, 114 (und jede andere vorliegend beschriebene adaptive oder nicht-adaptive Steuerung) empfängt eine allgemeine Messeingabe y. Diese spiegelt den aktuellen Messwert des oder der Trajektorieparameter wider, die als Eingabe für die von der Steuerung implementierte Rückkopplungsschleife verwendet werden. Die Eingabe y kann Messwerte der Fahrspurposition, des Kurswinkels und/oder des Kurvenverlaufs umfassen.Each of the 2 The adaptive NN controls shown are configured to provide a Error value that indicates the difference between the actual trajectory of the vehicle and the input target trajectory parameter. By minimizing the error value, the vehicle is controlled to maintain a trajectory that corresponds to a minimum deviation from the target trajectory generated by the trajectory planner 102. Each of the 2 The adaptive NN controllers 110, 112, 114 shown (and any other adaptive or non-adaptive controller described herein) receive a general measurement input y. This reflects the current measurement of the trajectory parameter(s) used as input to the feedback loop implemented by the controller. The input y may include measurements of lane position, heading angle, and/or curve progression.

Jede der vorstehenden adaptiven NN-Steuerungen 110, 112, 114 ist eine PID-Steuerung, die so konfiguriert ist, dass sie ihren I- und/oder D-Verstärkungsterms steuert. Mit „PID-Steuerung“ kann also eine P-, I-, D-, PD-, PI- oder PID-Steuerung gemeint sein. In der in 2 gezeigten Ausführungsform sind die Kurvenverlaufssteuerung 110 und die Kurswinkelsteuerung 114 PD-Steuerungen, die die Verstärkungsterme P und D verwenden. Die Fahrspurpositionssteuerung ist eine PID-Steuerung, die alle drei Verstärkungsterme verwendet. In anderen Ausführungsformen verwendet die Fahrspurpositionssteuerung 112 möglicherweise den D-Verstärkungsterm nicht, wohl aber die P- und I-Verstärkungsterme, da der D-Verstärkungsterm bei der Positionsmessung und -verarbeitung verrauscht sein kann. Jede der vorliegend beschriebenen Steuerungen 110, 112, 114 kann eine PID-Steuerung sein, die einen P- und/oder einen I- und/oder einen D-Verstärkungsterm verwendet.Each of the above adaptive NN controllers 110, 112, 114 is a PID controller configured to control its I and/or D gain term. Thus, "PID controller" may mean a P, I, D, PD, PI or PID controller. In the 2 In the embodiment shown, the turn control 110 and the heading angle control 114 are PD controllers that use the P and D gain terms. The lane position control is a PID controller that uses all three gain terms. In other embodiments, the lane position control 112 may not use the D gain term, but may use the P and I gain terms because the D gain term may be noisy in position measurement and processing. Each of the controllers 110, 112, 114 described herein may be a PID controller that uses a P and/or an I and/or a D gain term.

Die adaptiven NN-Steuerungen umfassen jeweils eine Steuerschaltung 104a, die eine PID-Steuerung 116 umfasst, die mit einem entsprechenden neuronalen Netz 118 verbunden ist, wie in 4 dargestellt. In dem vorliegend beschriebenen Beispiel umfasst die Trajektoriesteuerung 104 eine Kurvenverlaufssteuerung, die so konfiguriert ist, dass sie eine vom Zielkurvenverlauf abhängige Eingabe empfängt, wobei die Kurvenverlaufssteuerung mit einem neuronalen Netz für den Kurvenverlauf gekoppelt ist, das so konfiguriert ist, dass es P-, I- und D-Verstärkungswerte nach Bedarf liefert. Die Trajektoriesteuerung 104 umfasst ferner eine Fahrspurpositionssteuerung, die so konfiguriert ist, dass sie eine von der Zielfahrspurposition abhängige Eingabe empfängt, wobei die Fahrspurpositionssteuerung mit einem neuronalen Netz für die Fahrspurposition gekoppelt ist. Die Trajektoriesteuerung 104 umfasst ferner eine Kurswinkelsteuerung, die so konfiguriert ist, dass sie eine vom Zielkurswinkel abhängige Eingabe empfängt, wobei die Kurswinkelsteuerung mit einem neuronalen Netz für die Fahrspurposition gekoppelt ist.The adaptive NN controllers each comprise a control circuit 104a comprising a PID controller 116 connected to a corresponding neural network 118, as shown in 4 In the example described presently, the trajectory controller 104 includes a turn control configured to receive an input dependent on the target turn, the turn control coupled to a turn neural network configured to provide P, I, and D gain values as needed. The trajectory controller 104 further includes a lane position controller configured to receive an input dependent on the target lane position, the lane position controller coupled to a lane position neural network. The trajectory controller 104 further includes a heading angle controller configured to receive an input dependent on the target heading angle, the heading angle controller coupled to a lane position neural network.

Jede der PID-Steuerungen 116 erzeugt ein Ausgabesignal uc (z.B. die Steuersignale δs_cv, δs_po, δs_ca) als Summe eines oder mehrerer verschiedener Terme - eines Proportionalterms P, eines Integralterms I und eines Differentialterms D. Jeder dieser Terme wird durch Multiplikation eines Fehlersignals ey mit einem entsprechenden Verstärkungsterm Kp, Ki und Kd berechnet. Das Fehlersignal ist die Differenz zwischen einem Zielwert eines beschriebenen Zielkurvenverlauf, der Zielfahrspurposition oder des Zielkurswinkels) und einem tatsächlichen (aktuellen) Wert des jeweiligen Trajektorieparameters.Each of the PID controllers 116 generates an output signal u c (e.g., the control signals δ s_cv , δ s_po , δ s_ca ) as the sum of one or more different terms - a proportional term P, an integral term I, and a differential term D. Each of these terms is calculated by multiplying an error signal e y by a corresponding gain term K p , K i , and K d . The error signal is the difference between a target value of a described target curve, target lane position, or target heading angle) and an actual (current) value of the respective trajectory parameter.

Die Verstärkungsterme der PID-Steuerung 116 werden jeweils von dem neuronalen Netz 118 berechnet. Im vorliegenden Beispiel wird jeder der für die jeweilige Steuerung erforderlichen Verstärkungsterme P, I und D vom neuronalen Netz berechnet, aber auch in anderen Ausführungsformen können einer oder mehrere von ihnen auf diese Weise berechnet werden. Die Verstärkungsterme können durch das neuronale Netz während der Verwendung des Steuersystems 100 bestimmt und aktualisiert und in einem Speicher der Steuerschaltung 115 gespeichert werden, so dass sie der Steuerung 116 zur Verfügung stehen. Die P-, I- und D-Verstärkungsterme werden daher während des Betriebs der Bewegungssteuerung in regelmäßigen Abständen neu berechnet und aktualisiert und können daher im Zeitverlauf kontinuierlich angepasst werden, um die Leistung der PID-Steuerung zu optimieren. Dies ist ein Vorteil gegenüber der Verwendung fester, vorbestimmter Werte für die PID-Verstärkungsterme, die sich nicht auf die gleiche Weise anpassen können.The gain terms of the PID controller 116 are each calculated by the neural network 118. In the present example, each of the P, I and D gain terms required for the respective controller is calculated by the neural network, but in other embodiments one or more of them may be calculated in this way. The gain terms may be determined and updated by the neural network during use of the control system 100 and stored in a memory of the control circuit 115 so that they are available to the controller 116. The P, I and D gain terms are therefore recalculated and updated at regular intervals during operation of the motion controller and can therefore be continuously adjusted over time to optimize the performance of the PID controller. This is an advantage over using fixed, predetermined values for the PID gain terms, which cannot adjust in the same way.

Das neuronale Netz 118 empfängt als Eingaben das Fehlersignal ey (in 5 mit „e“ gekennzeichnet, wie später beschrieben), die Steuersignalausgabe uc und eine oder mehrere Umgebungsvariablen U. Jede dieser Variablen wird als Funktion des Zeitschritts k der Optimierungsverarbeitung des neuronalen Netzes bereitgestellt. Die in das neuronale Netz eingegebenen Signale können in regelmäßigen Abständen aktualisiert werden, und zwischen den einzelnen Aktualisierungen können die Neuronenwerte in Reaktion darauf aktualisiert werden, bevor aktualisierte Werte in das neuronale Netz eingegeben werden.The neural network 118 receives as inputs the error signal e y (in 5 denoted by "e" as described later), the control signal output u c , and one or more environment variables U. Each of these variables is provided as a function of the time step k of the optimization processing of the neural network. The signals input to the neural network may be updated at regular intervals, and between each update, the neuron values may be updated in response before updated values are input to the neural network.

Die Umgebungsvariable, die dem neuronalen Netz als Eingabe bereitgestellt wird, kann eine Variable sein, die einen Parameter angibt, der im Regelkreis der PID-Steuerung nicht verwendet wird. Die Umgebungsvariable kann mindestens eine der folgenden üblicherweise in einem Fahrzeug-Bewegungssteuersystem vorkommenden Variablen umfassen:

  • - die Geschwindigkeit des Fahrzeugs,
  • - den Fahrspurkurvenverlauf
  • - Straßen-/Verkehrsmessungen wie Fahrspurkurvenverlauf und Geschwindigkeitsbegrenzung usw.
  • - Fahrzeugbeschleunigung/Reaktionskraft
  • - Motordrehzahl/Drehwinkel für die Strom-/Drehmomentregelung
  • - Lenkmoment oder -winkel
  • - Fahrzeugblinkerzustand, z.B. Abbiegen angezeigt oder Abbiegen nicht angezeigt.
The environmental variable provided as input to the neural network may be a variable that specifies a parameter that is not used in the PID controller control loop. The environmental variable may be at least one of the following commonly used in a vehicle motion Variables occurring in the supply control system include:
  • - the speed of the vehicle,
  • - the lane curve
  • - Road/traffic measurements such as lane curve and speed limit etc.
  • - Vehicle acceleration/reaction force
  • - Motor speed/angle of rotation for current/torque control
  • - steering torque or angle
  • - Vehicle indicator status, e.g. turn indicated or turn not indicated.

Jede der Umgebungsvariablen wird sich während des Betriebs des Fahrzeugs ändern, und die Bereitstellung der mindestens einen zusätzlichen Variablen am Eingabepunkt des neuronalen Netzes ermöglicht eine weitere Anpassung an die Steuerung der seitlichen Bewegung, so dass der Fehlerwert entsprechend den sich im Betrieb ändernden Umgebungsbedingungen besser minimiert werden kann. Für einen Fachmann versteht es sich, dass diese Aufzählung nicht erschöpfend ist und dass im Rahmen der Erfindung auch andere Variablen verwendet werden können. In anderen Ausführungsformen wird der Umgebungsparameter möglicherweise überhaupt nicht verwendet.Each of the environmental variables will change during operation of the vehicle and the provision of the at least one additional variable at the input point of the neural network allows further adaptation to the control of the lateral movement so that the error value can be better minimized according to the environmental conditions changing during operation. It will be understood by one skilled in the art that this list is not exhaustive and that other variables may also be used within the scope of the invention. In other embodiments, the environmental parameter may not be used at all.

Das neuronale Netz 118 umfasst einen Satz von Neuronen 120, wie in 5 dargestellt. Die Neuronen umfassen eine Eingabeschicht aus Neuronen 120a, eine verborgene Schicht aus Neuronen 120b und eine Ausgabeschicht aus Neuronen 120c. Die Neuronen 120 sind in einem Netz von Verbindungen angeordnet, wobei jede Verbindung die Ausgabe eines Neurons als Eingabe für ein anderes Neuron bereitstellt. Jeder Verbindung wird eine Gewichtung zugewiesen, die ihre relative Bedeutung darstellt. Die Propagierungsfunktion berechnet die Eingabe für ein Neuron (Aktivierungsfunktion) aus den Ausgaben seiner Vorgängerneuronen und deren Verbindungen als gewichtete Summe.The neural network 118 comprises a set of neurons 120 as in 5 . The neurons include an input layer of neurons 120a, a hidden layer of neurons 120b, and an output layer of neurons 120c. The neurons 120 are arranged in a network of connections, with each connection providing the output of one neuron as input to another neuron. Each connection is assigned a weight representing its relative importance. The propagation function calculates the input to a neuron (activation function) from the outputs of its predecessor neurons and their connections as a weighted sum.

Das neuronale Netz der in 5 dargestellten Ausführungsform ist ein Netz mit Vorwärtskopplung mit einer verborgenen Schicht. Das neuronale Netz ist so konfiguriert, dass es Gradientenabstiegs-Rückpropagierungslernen durchführt, um die P-Verstärkungs-, I-Verstärkungs- und D-Verstärkungs-Terme bereitzustellen, die von der jeweiligen PID-Steuerung verwendet werden. Bei dem neuronalen Netz in diesem Beispiel handelt es sich um ein neuronales Netz mit einer einzigen verborgenen Schicht, wobei die verborgene Schicht drei Neuronen aufweist und jedes Steuerung definiert. In der Eingabeschicht 120a empfängt das neuronale Netz einen Vektor X, der aus dem Fehlersignal e in den Zeitschritten k, k-1, k-2... , in denen das neuronale Netz arbeitet, dem Umgebungsparameter U und dem PID-Ausgabesteuersignal uc besteht. Die Anzahl vorheriger Zeitschritte, die das neuronale Netz verwendet, kann von der Art des verwendeten neuronalen Netzes abhängen. Die Ausgabe des neuronalen Netzes sind die erforderlichen PID-Verstärkungen Kp, Ki, Kd und das Steuersignal uc. In einigen Ausführungsformen umfasst die Ausgabe des neuronalen Netzes möglicherweise nicht das Steuersignal uc. Das Steuersignal uc kann in der vorliegend beschriebenen Ausführungsform als Ausgabe des neuronalen Netzes bereitgestellt werden, so dass es direkt als PID-Steuerausgabe verwendet werden kann. Das System 100 zur Steuerung seitlicher Bewegung der vorliegenden Anmeldung kann beispielsweise Teil eines größeren allgemeinen Bewegungssteuersystems sein, dessen andere Komponenten die Ausgabe des neuronalen Netzes mit oder ohne uc nutzen können.The neural network of 5 is a feedforward network with one hidden layer. The neural network is configured to perform gradient descent backpropagation learning to provide the P-gain, I-gain, and D-gain terms used by the respective PID controller. The neural network in this example is a single hidden layer neural network, where the hidden layer has three neurons and each defines a controller. In the input layer 120a, the neural network receives a vector X consisting of the error signal e at the time steps k, k-1, k-2... at which the neural network operates, the environmental parameter U, and the PID output control signal u c . The number of previous time steps the neural network uses may depend on the type of neural network used. The output of the neural network is the required PID gains K p , K i , K d and the control signal u c . In some embodiments, the output of the neural network may not include the control signal u c . The control signal u c may be provided as an output of the neural network in the embodiment described herein so that it can be used directly as a PID control output. For example, the lateral motion control system 100 of the present application may be part of a larger general motion control system whose other components may utilize the output of the neural network with or without u c .

Das neuronale Netz des vorliegenden Beispiels ist so konfiguriert, dass es ein Gradientenabstiegs-Rückpropagierungsschema (gradientdescent backpropagation, GDBP) durchführt, um die linearen Kombinationsgewichtungen zwischen Neuronen zu bestimmen. Bei jedem Zeitschritt (k) ist die Steuerung so konfiguriert, dass sie die folgenden Schritte durchführt:

  • - Aktualisieren der Werte des Eingabevektors X;
  • - Aktualisieren der Werte der PID-Verstärkungen Kp, Ki, Kd und des Steuersignals uc auf Grundlage einer Neuronenpunktberechnung aus der Eingabe X und den Gewichtungsverstärkungen W;
  • - Aktualisieren der Lernrate für das GDBP-Schema; und
  • - Aktualisieren der Werte der Gewichtungen W mit dem GDBP-Schema durch Kombinieren des Eingabevektors X und der PID-Verstärkungszustände.
The neural network of the present example is configured to perform a gradient descent backpropagation (GDBP) scheme to determine the linear combination weights between neurons. At each time step (k), the controller is configured to perform the following steps:
  • - Updating the values of the input vector X;
  • - updating the values of the PID gains K p , K i , K d and the control signal u c based on a neuron point calculation from the input X and the weighting gains W;
  • - Updating the learning rate for the GDBP scheme; and
  • - Updating the values of the weights W with the GDBP scheme by combining the input vector X and the PID gain states.

Für einen Fachmann versteht es sich, dass der in der vorliegenden Anmeldung beschriebene Typ eines neuronalen Netzes nur ein bevorzugtes Beispiel darstellt. In anderen Ausführungsformen können auch andere Arten von neuronalen Netzen oder Optimierungs- oder Verarbeitungsalgorithmen für neuronale Netze verwendet werden.It will be understood by one skilled in the art that the type of neural network described in the present application is only a preferred example. In other embodiments, other types of neural networks or neural network optimization or processing algorithms may be used.

In dem in 2 dargestellten Beispiel der Trajektoriesteuerung 104 ist für jeden der jeweiligen Parameter der Zieltrajektorie eine adaptive NN-Steuerung vorgesehen. In anderen Ausführungsformen ist dies jedoch möglicherweise nicht der Fall, so dass eine adaptive NN-Steuerung nur für eine oder mehrere der Zieltrajektorieparameter-Rückkopplungsschleifen vorgesehen ist. In solchen Beispielen wird für einige Trajektorieparameter eine PID-Steuerung ähnlich der in 4 gezeigten eingesetzt, ohne dass ein neuronales Netz vorhanden ist. Die Werte der Verstärkungsterme, die von einer solchen PID-Steuerung verwendet werden, werden stattdessen vorbestimmt und im Speicher hinterlegt, so dass sie für die Steuerung zugänglich sind. Die Verstärkungsterme bleiben in diesem Fall während des Betriebs des Bewegungssteuersystems 100 konstant. Die Verstärkungsterme können zusätzlich oder alternativ von einer oder mehreren Fahrzeugbewegungsvariablen abhängig sein. Die Verstärkungsterme können beispielsweise aus einer Nachschlagetabelle mit vorbestimmten Werten auf Grundlage einer Fahrzeugbewegungsvariablen (z.B. Fahrzeuggeschwindigkeit) oder auf Grundlage einer vorbestimmten funktionalen Beziehung zwischen den Verstärkungstermen und der Fahrzeuggeschwindigkeit erhalten werden.In the 2 In the example of the trajectory control 104 shown, an adaptive NN control is provided for each of the respective parameters of the target trajectory. In other embodiments, however, this may not be the case, so that an adaptive NN control is only provided for one or more of the target trajectory parameter feedback In such examples, a PID control similar to that in 4 shown without the presence of a neural network. Instead, the values of the gain terms used by such a PID controller are predetermined and stored in memory so that they are accessible to the controller. The gain terms in this case remain constant during operation of the motion control system 100. The gain terms may additionally or alternatively be dependent on one or more vehicle motion variables. For example, the gain terms may be obtained from a lookup table with predetermined values based on a vehicle motion variable (e.g., vehicle speed) or based on a predetermined functional relationship between the gain terms and vehicle speed.

6 zeigt eine Ausführungsform der Trajektoriesteuerung 104, bei der nur die Fahrspurposition und der Kurswinkel mit einer adaptiven NN-Steuerung versehen sind, während die Kurvenverlaufssteuerung mit einer nicht-adaptiven Steuerung ohne neuronales Netz erfolgt, die periodisch aktualisierte Verstärkungswerte liefert. 6 shows an embodiment of the trajectory control 104 in which only the lane position and the course angle are provided with an adaptive NN control, while the curve control is carried out with a non-adaptive control without a neural network, which provides periodically updated gain values.

In dem in 6 gezeigten Beispiel umfasst die Trajektoriesteuerung 104 eine adaptive Fahrspurpositions-NN-Steuerung 112, die ähnlich arbeitet wie in 2 beschrieben. Die Fahrspurpositionssteuerung 112 führt eine adaptive Steuerung mit einem Fehlersignal durch, das durch die Differenz zwischen der vom Trajektorieplaner 102 gelieferten Zielfahrspurposition PLAC und dem aktuellen oder tatsächlichen Wert y der Fahrspurposition bestimmt wird. Die von der Fahrspurpositionssteuerung 112 verwendeten Verstärkungsterme werden wie vorstehend beschrieben von einem neuronalen Netz für die Fahrspurposition bereitgestellt. Die Fahrspurpositionssteuerung liefert eine Ausgabe δfb_p (d.h. ein Die Trajektoriesteuerung 104 aus 6 umfasst ferner eine adaptive Kurswinkel-NN-Steuerung 114. Die Kurswinkelsteuerung 114 ist so konfiguriert, dass sie als Eingabe eine Summe aus der Ausgabe der Fahrspurpositionssteuerung 112 (δfb_p) und einem Zielkurswinkelparameter CALAC erhält. Die Summe wird von einer ersten Recheneinheit 115a berechnet. Die Kurswinkelsteuerung 114 führt dann eine adaptive Steuerung mit einem Fehlersignal durch, das durch die Differenz zwischen dem vom Trajektorieplaner 102 gelieferten Zielkurswinkel und einem entsprechenden aktuellen oder tatsächlichen Wert y des Kurswinkelparameters bestimmt wird. Die von der Kurswinkelsteuerung 114 verwendeten Verstärkungsterme werden in ähnlicher Weise von einem neuronalen Netz für den Kurswinkel wie vorstehend beschrieben bereitgestellt. Die Kurswinkelsteuerung 114 liefert dann ein Ausgabesignal δfb (d.h. ein Fahrspurpositionssteuersignal).In the 6 In the example shown, the trajectory control 104 comprises an adaptive lane position NN control 112, which operates similarly to 2 described. The lane position controller 112 performs an adaptive control with an error signal determined by the difference between the target lane position P LAC provided by the trajectory planner 102 and the current or actual lane position value y. The gain terms used by the lane position controller 112 are provided by a lane position neural network as described above. The lane position controller provides an output δ fb_p (ie, a The trajectory controller 104 from 6 further comprises an adaptive heading angle NN controller 114. The heading angle controller 114 is configured to receive as input a sum of the output of the lane position controller 112 (δ fb_p ) and a target heading angle parameter CA LAC . The sum is calculated by a first computing unit 115a. The heading angle controller 114 then performs adaptive control with an error signal determined by the difference between the target heading angle provided by the trajectory planner 102 and a corresponding current or actual value y of the heading angle parameter. The gain terms used by the heading angle controller 114 are similarly provided by a heading angle neural network as described above. The heading angle controller 114 then provides an output signal δ fb (i.e., a lane position control signal).

Die adaptiven NN-Steuerungen 112, 114 für die Fahrspurposition und den Kurswinkel arbeiten daher in Reihe zueinander, wobei die Ausgabe der Fahrspurpositionssteuerung 112 mit dem Zielkurswinkel summiert wird und dann als Eingabe für die Kurswinkelsteuerung 114 bereitgestellt wird.The adaptive NN lane position and heading angle controllers 112, 114 therefore operate in series with each other, with the output of the lane position controller 112 being summed with the target heading angle and then provided as input to the heading angle controller 114.

Die Trajektoriesteuerung 104 der in 6 dargestellten Ausführungsform umfasst ferner eine Kurvenverlaufssteuerung 110'. Die Kurvenverlaufssteuerung ist nicht mit einem neuronalen Netz ausgestattet, sondern arbeitet mit konstanten Werten für die erforderlichen P-, I- und D-Verstärkungen, die sich während der Verwendung des Bewegungssteuersystems nicht ändern. Die P-, I- und D-Verstärkungswerte können vor der ersten Verwendung des Bewegungssteuersystems voreingestellt werden, bleiben aber ansonsten bei der späteren Verwendung konstant. Die Terme P, I und D können auch von einer oder mehreren Fahrzeugbewegungsvariablen, wie vorstehend beschrieben, abhängig sein. Sie können beispielsweise anhand einer festen Beziehung zwischen einer oder mehreren Bewegungsvariablen und den Verstärkungswerten ermittelt werden, die durch eine Nachschlagetabelle oder eine feste funktionale Beziehung definiert sind. Die Kurvenverlaufssteuerung empfängt als Eingabe einen Zielkurvenverlauf CVtgt der Trajektorie und führt eine Steuerung unter Verwendung eines Fehlersignals durch, das durch die Differenz zwischen dem Zielkurvenverlauf und Kurvenverlaufssteuerung 110' eingegeben wird (in 7 durch den Parameter y gekennzeichnet). Die Kurvenverlaufssteuerung 110' ist so konfiguriert, dass sie ein Ausgabesignal δff (d.h. ein ausgegebenes Kurvenverlaufssteuersignal) erzeugt.The trajectory control 104 of the 6 The embodiment shown further includes a curve controller 110'. The curve controller is not equipped with a neural network, but operates with constant values for the required P, I and D gains that do not change during use of the motion control system. The P, I and D gain values may be preset before the first use of the motion control system, but otherwise remain constant during subsequent use. The P, I and D terms may also be dependent on one or more vehicle motion variables as described above. For example, they may be determined from a fixed relationship between one or more motion variables and the gain values defined by a look-up table or a fixed functional relationship. The curve controller receives as input a target curve CV tgt of the trajectory and performs control using an error signal input by the difference between the target curve and curve controller 110' (in 7 indicated by the parameter y). The waveform controller 110' is configured to generate an output signal δ ff (ie, an output waveform control signal).

Um ein endgültiges Lenksteuersignal zu erzeugen, umfasst die Trajektoriesteuerung eine zweite Summiereinheit 115b, die so konfiguriert ist, dass sie die Summe der Ausgabe der Kurvenverlaufssteuerung 110' δff und der Ausgabe der Kurswinkelsteuerung 114 δfb bestimmt, um das Ausgabelenksteuersignalδf_tgt zu liefern, wie in 6 dargestellt. Das ausgegebene Lenksteuersignal δf_tgt kann dann wie vorstehend beschrieben an das Lenksystem 106 bereitgestellt werden.To generate a final steering control signal, the trajectory controller includes a second summing unit 115b configured to determine the sum of the output of the curve control 110' δ ff and the output of the heading angle control 114 δ fb to provide the output steering control signal δ f_tgt as shown in 6 The output steering control signal δ f_tgt can then be provided to the steering system 106 as described above.

Die Kurvenverlaufssteuerung 110' in der in 6 gezeigten Ausführungsform arbeitet parallel zu der Fahrspurpositionssteuerung 112 und der Kurswinkelsteuerung 114. Dies kann bevorzugt sein, da hierdurch die Kurvenverlaufssteuerung früher in die Berechnung des von der Trajektoriesteuerung 104 ausgegebenen Steuersignals einbezogen werden kann. In einer alternativen Ausführungsform, die in 7 dargestellt ist, sind die Steuerungen für die Fahrspurposition, den Kurswinkel und den Kurvenverlauf jeweils in Reihe geschaltet. In der Ausführungsform von 7 bleiben die Fahrspurpositionssteuerung 112 und die Kurswinkelsteuerung 114 gegenüber 7 unverändert und geben ein Steuersignal CVtgt_fb aus. In dieser Ausführungsform wird jedoch die Ausgabe der Kurvenverlaufssteuerung 114 mit dem Zielkurvenverlauf CVtgt durch eine zweite Summiereinheit 115b summiert, wobei das Ergebnis der Kurvenverlaufssteuerung 110' bereitgestellt wird. Die Kurvenverlaufssteuerung 110' ist wiederum eine nicht-adaptive PID-Steuerung ohne neuronales Netz, ähnlich wie bei der Ausführungsform in 7. Das Ausgabesystem der Kurvenverlaufssteuerung 110' liefert das endgültige Lenksteuersignal δf_tgt von der Trajektoriesteuerung 104.The curve control 110' in the 6 The embodiment shown operates in parallel with the lane position control 112 and the heading angle control 114. This may be preferred because it allows the curve control to be included earlier in the calculation of the control signal output by the trajectory control 104. In an alternative embodiment shown in 7 As shown, the controls for the lane position, the course angle and the curve course are each connected in series. In the embodiment of 7 the lane position control 112 and the course angle control 114 remain opposite 7 unchanged and output a control signal CV tgt_fb . In this embodiment, however, the output of the curve controller 114 is summed with the target curve CV tgt by a second summing unit 115b, the result being provided to the curve controller 110'. The curve controller 110' is again a non-adaptive PID controller without a neural network, similar to the embodiment in 7 . The output system of the curve control 110' provides the final steering control signal δ f_tgt from the trajectory control 104.

Die 8 und 9 zeigen weitere Ausführungsformen einer Trajektoriesteuerung 104, die als Teil des in 1 gezeeigten Bewegungssteuersystems 100 verwendet werden kann. In den Ausführungsformen der 8 und 9 ist eine integrierte adaptive PID- Neuronalnetz- (NN-) Steuerung 124 für die Steuerung 124 wird anstelle der in den 6 und 7 gezeigten separaten adaptiven NN-Steuerungen 112 und 114 für die Fahrspurposition und den Kurswinkel eingesetzt. Die integrierte adaptive PID-NN-Steuerung 124 umfasst eine integrierte PID-Steuerung, die der in 4 gezeigten Steuerung 116 entspricht, sowie ein neuronales Netz, das dem in 4 gezeigten entspricht, um die Verstärkungsterme P, I und D bereitzustellen. In beiden Ausführungsformen der 8 und 9 umfasst die Trajektoriesteuerung 104 zudem eine nicht-adaptive Kurvenverlaufssteuerung 110', die kein neuronales Netz zur Bereitstellung der Verstärkungsterme P, I und D aufweist, die stattdessen fest und/oder von einer oder mehreren Fahrzeugbewegungsvariablen abhängig sind, wie vorstehend beschrieben. Die Kurvenverlaufssteuerung 110' kann in ähnlicher Weise betrieben werden, wie vorstehend im Zusammenhang mit den 7 und 8 beschrieben.The 8 and 9 show further embodiments of a trajectory control 104, which is part of the 1 shown motion control system 100. In the embodiments of the 8 and 9 is an integrated adaptive PID neural network (NN) controller 124 for the controller 124 is used instead of the 6 and 7 The integrated adaptive PID NN controller 124 comprises an integrated PID controller which is similar to the one shown in 4 shown control 116, as well as a neural network corresponding to the one shown in 4 to provide the gain terms P, I and D. In both embodiments of the 8 and 9 the trajectory controller 104 further comprises a non-adaptive curve controller 110' which does not have a neural network for providing the gain terms P, I and D, which are instead fixed and/or dependent on one or more vehicle motion variables, as described above. The curve controller 110' may be operated in a similar manner as described above in connection with the 7 and 8 described.

Die integrierte Steuerung 124 ist so konfiguriert, dass sie als Eingabe den Zielfahrspurpositionsparameter PLAC vom Trajektorieplaner 102 empfängt. Die integrierte Steuerung 124 ist so konfiguriert, dass sie eine adaptive Steuerung mit dem Fehler der Fahrspurposition (ΔP) und dem Fehler des Kurswinkels (ΔCA) durchführt. Die integrierte PID-Steuerung 124 ist so eingerichtet, dass sie ein Eingabesignal empfängt, das von einem Zielfahrspurpositionsparameter der Zieltrajektorie abhängt, und sie ist so eingerichtet, dass sie einen Fehlerwert minimiert, der die Differenz zwischen der tatsächlichen Trajektorie des Fahrzeugs und dem Eingabesignal angibt. Die integrierte PID-Steuerung 124 ist ferner so eingerichtet, dass sie ein Eingabesignal empfängt, das von einem Zielkurswinkelparameter der Zieltrajektorie abhängt, und ist so eingerichtet, dass sie einen Fehlerwert minimiert, der die Differenz zwischen der tatsächlichen Trajektorie des Fahrzeugs und dem Eingabesignal angibt.The integrated controller 124 is configured to receive as input the target lane position parameter P LAC from the trajectory planner 102. The integrated controller 124 is configured to perform adaptive control with the lane position error (ΔP) and the heading angle error (ΔCA). The integrated PID controller 124 is configured to receive an input signal dependent on a target lane position parameter of the target trajectory and is configured to minimize an error value indicative of the difference between the actual trajectory of the vehicle and the input signal. The integrated PID controller 124 is further configured to receive an input signal dependent on a target heading angle parameter of the target trajectory and is configured to minimize an error value indicative of the difference between the actual trajectory of the vehicle and the input signal.

Die integrierte Steuerung 124 ist ähnlich konfiguriert wie die adaptive PID-NN-Steuerung für die Fahrspurposition 112 und das zugehörige neuronale Netz 118, nur dass der vom neuronalen Netz bereitgestellte D-Verstärkungsterm zur Steuerung des Kurswinkels verwendet wird, während die vom neuronalen Netz bereitgestellten P- und I-Verstärkungsterme zur Steuerung der Fahrspurposition verwendet werden. Die von der integrierten PID-Steuerung 124 demselben neuronalen Netz bereitgestellt. Dies ist möglich, weil der Kurswinkel mit der Ableitung der Fahrspurposition eines Fahrzeugs während der Fahrt assoziiert werden kann. Die Steuerung des Kurswinkels ist gleichbedeutend mit der Steuerung der Ableitung der Fahrspurposition, so dass sie sich eine PID-Steuerung teilen können.The integrated controller 124 is configured similarly to the adaptive PID NN lane position controller 112 and associated neural network 118, except that the D gain term provided by the neural network is used to control heading angle, while the P and I gain terms provided by the neural network are used to control lane position. The gain terms provided by the integrated PID controller 124 are used to control lane position. This is possible because heading angle can be associated with the derivative of a vehicle's lane position while driving. Controlling heading angle is equivalent to controlling the derivative of lane position, so they can share a PID controller.

Durch die Verwendung einer integrierten adaptiven PID-NN-Steuerung kann auf diese Weise eine einzige Steuerung zum Steuern beider Trajektorieparameter verwendet werden. Dies kann die Effizienz der Trajektoriesteuerung verbessern und bedeuten, dass nur wenige Komponenten erforderlich sind.In this way, by using an integrated adaptive PID-NN controller, a single controller can be used to control both trajectory parameters. This can improve the efficiency of trajectory control and mean that only a few components are required.

In der in 8 gezeigten Ausführungsform wird das Ausgabesignal δf_fb der integrierten Steuerung 124 mit dem Ausgabesignal δf_ff der Kurvenverlaufssteuerung 110' in einer Summiereinheit 115c summiert. Die Ausgabe der Summiereinheit liefert das Gesamtsteuersignal δf_tgt der Trajektoriesteuerung 104, das wie vorstehend beschrieben dem Lenksystem 106 bereitgestellt wird. In dieser Ausführungsform arbeiten die integrierte Steuerung 124 und die Kurvenverlaufssteuerung 110' daher parallel zueinander, wobei ihre resultierenden Ausgabesignale summiert werden, um die Ausgabe der Trajektoriesteuerung 104 zu liefern. Dies ähnelt der Trajektoriesteuerung in und ermöglicht es, die Kurvenverlaufssteuerung frühzeitig in die Berechnung einzubeziehen.In the 8 In the embodiment shown, the output signal δ f_fb of the integrated controller 124 is summed with the output signal δ f_ff of the curve control 110' in a summing unit 115c. The output of the summing unit provides the total control signal δ f_tgt of the trajectory controller 104, which is provided to the steering system 106 as described above. In this embodiment, the integrated controller 124 and the curve control 110' therefore operate in parallel with each other, with their resulting output signals being summed to provide the output of the trajectory controller 104. This is similar to the trajectory controller in and enables curve control to be included in the calculation at an early stage.

9 zeigt eine alternative Ausführungsform, bei der die integrierte Steuerung 124 und die Kurvenverlaufssteuerung 112' in Reihe geschaltet sind. In dieser Ausführungsform wird das Ausgabesignal CVtgt_fb mit dem Zielkurvenverlaufsparameter CVtgt durch eine Summiereinheit 115d summiert. Das sich daraus ergebende Signal wird als Eingabesignal für die Kurvenverlaufssteuerung 110' bereitgestellt, wobei die Ausgabe der Kurvenverlaufssteuerung 110' das Gesamtsteuersignal δf_tgt der Trajektoriesteuerung 104 liefert. 9 shows an alternative embodiment in which the integrated controller 124 and the curve controller 112' are connected in series. In this embodiment, the output signal CV tgt_fb is summed with the target curve parameter CV tgt by a summing unit 115d. The resulting signal is provided as an input signal to the curve controller 110', with the output of the curve controller 110' providing the overall control signal δ f_tgt of the trajectory controller 104.

In den in den 6 bis 9 gezeigten Ausführungsformen verwendet die Kurvenverlaufssteuerung feste P-, I- und/oder D-Verstärkungsterme (z.B. ermittelt unter Verwendung einer festen Beziehung zwischen einer oder mehreren Bewegungsvariablen und den Verstärkungswerten, wobei die feste Beziehung durch eine ist). In anderen Ausführungsformen kann die Kurvenverlaufssteuerung dieser Ausführungsformen eine adaptive PID-Neuronalnetzsteuerung sein, bei der ein neuronales Netz die Verstärkungsterme liefert.In the in the 6 to 9 In the embodiments shown, the curve control fixed P, I and/or D gain terms (e.g. determined using a fixed relationship between one or more motion variables and the gain values, where the fixed relationship is through a). In other embodiments, the waveform controller of these embodiments may be an adaptive PID neural network controller in which a neural network provides the gain terms.

Für einen Fachmann sind verschiedene Modifikationen ersichtlich, ohne vom Umfang der Ansprüche abzuweichen. Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind lediglich als Beispiele zu verstehen. Jedes Merkmal eines beliebigen Aspekts oder einer beliebigen Ausführungsform der Offenbarung kann separat oder in Kombination mit jedem anderen Merkmal desselben oder eines anderen Aspekts oder einer anderen Ausführungsform der Offenbarung verwendet werden, und die Offenbarung umfasst jedes Merkmal oder jede Kombination von Merkmalen, die vorliegend offenbart sind.Various modifications will be apparent to one skilled in the art without departing from the scope of the claims. The embodiments described above are intended as examples only. Any feature of any aspect or embodiment of the disclosure may be used separately or in combination with any other feature of the same or any other aspect or embodiment of the disclosure, and the disclosure includes any feature or combination of features disclosed herein.

Claims (10)

System zur Steuerung seitlicher Bewegung eines autonomen Fahrzeugs, umfassend: einen Trajektorieplaner, der so konfiguriert ist, dass er eine Zieltrajektorie für das Fahrzeug erzeugt; und eine Trajektoriesteuerung, die so konfiguriert ist, dass sie die Zieltrajektorie vom Trajektorieplaner empfängt und als Ausgabe ein Lenksteuersignal zur Steuerung der Seitenbewegung des Fahrzeugs erzeugt; wobei die Trajektoriesteuerung eine Steuerschaltung umfasst, wobei die Steuerschaltung eine integrierte adaptive PID-Neuronalnetzsteuerung umfasst, die Folgendes umfasst: eine PID-Steuerung, die ein von einem Zielfahrspurpositionsparameter der Zieltrajektorie abhängiges Eingabesignal empfängt und so eingerichtet ist, dass sie einen Fehlerwert minimiert, der die Differenz zwischen der tatsächlichen Trajektorie des Fahrzeugs und dem vom Zielfahrspurpositionsparameter abhängigen Eingabesignal angibt, wobei die PID-Steuerung ferner so eingerichtet ist, dass sie ein von einem Zielkurswinkelparameter der Zieltrajektorie abhängiges Eingabesignal empfängt, und so eingerichtet ist, dass sie einen Fehlerwert minimiert, der die Differenz zwischen der tatsächlichen Trajektorie des Fahrzeugs und dem vom Zielkurswinkelparameter abhängigen Eingabesignal angibt; und ein neuronales Netz, das so konfiguriert ist, dass es die P-Verstärkungs-, I-Verstärkungs- und D-Verstärkungsterme bestimmt, die von der PID-Steuerung verwendet werden, wobei die integrierte adaptive PID-Neuronalnetzsteuerung so konfiguriert ist, dass sie die von dem neuronalen Netz bereitgestellten P- und I-Verstärkungsterme verwendet, um die Fahrspurposition des Fahrzeugs zu steuern, und den von dem neuronalen Netz bereitgestellten D-Verstärkungsterm, um den Kurswinkel des Fahrzeugs zu steuern, wodurch die von der PID-Steuerung verwendeten P-, I- und D-Verstärkungsterme von demselben neuronalen Netz bereitgestellt werden.A system for controlling lateral movement of an autonomous vehicle, comprising: a trajectory planner configured to generate a target trajectory for the vehicle; and a trajectory controller configured to receive the target trajectory from the trajectory planner and generate as an output a steering control signal for controlling lateral movement of the vehicle; wherein the trajectory controller comprises a control circuit, the control circuit comprising an integrated adaptive PID neural network controller comprising: a PID controller receiving an input signal dependent on a target lane position parameter of the target trajectory and configured to minimize an error value indicative of the difference between the actual trajectory of the vehicle and the input signal dependent on the target lane position parameter, the PID controller further configured to receive an input signal dependent on a target heading angle parameter of the target trajectory and configured to minimize an error value indicative of the difference between the actual trajectory of the vehicle and the input signal dependent on the target heading angle parameter; and a neural network configured to determine the P-gain, I-gain, and D-gain terms used by the PID controller, wherein the integrated adaptive PID neural network controller is configured to use the P and I-gain terms provided by the neural network to control the lane position of the vehicle and the D-gain term provided by the neural network to control the heading angle of the vehicle, whereby the P, I, and D-gain terms used by the PID controller are provided by the same neural network. Bewegungssteuersystem nach Anspruch 1, wobei die Trajektoriesteuerung ferner eine Kurvenverlaufssteuerung umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie eine P- und/oder I- und/oder D-Steuerung des Kurvenverlaufs der Trajektorie des Fahrzeugs durchführt.motion control system according to claim 1 wherein the trajectory controller further comprises a curve control configured to perform P and/or I and/or D control of the curve of the trajectory of the vehicle. Bewegungssteuersystem nach Anspruch 2, wobei die Kurvenverlaufssteuerung vorbestimmte und/oder von Fahrzeugbewegungsvariablen abhängige P-Verstärkungs-, I-Verstärkungs- und/oder D-Verstärkungsterme verwendet, die sich während der Verwendung des Bewegungssteuersystems nicht ändern.motion control system according to claim 2 wherein the cornering control uses predetermined and/or vehicle motion variable dependent P-gain, I-gain and/or D-gain terms that do not change during use of the motion control system. Bewegungssteuersystem nach Anspruch 2, wobei es sich bei der Kurvenverlaufssteuerung um eine adaptive Neuronalnetzsteuerung handelt, deren neuronales Netz so konfiguriert ist, dass es P-Verstärkungs-, I-Verstärkungs- und/oder D-Verstärkungsterme liefert.motion control system according to claim 2 , where the waveform controller is an adaptive neural network controller whose neural network is configured to provide P-gain, I-gain and/or D-gain terms. Bewegungssteuersystem nach Anspruch 2 oder Anspruch 3 oder Anspruch 4, wobei: die Kurvenverlaufssteuerung so konfiguriert ist, dass sie als Eingabe einen Zielkurvenverlaufsparameter empfängt und als Ausgabe ein Kurvenverlaufssteuersignal erzeugt; die Trajektoriesteuerung so konfiguriert ist, dass sie die Summe des Kurvenverlaufssteuersignals und der Ausgabe der integrierten adaptiven PID-Neuronalnetzsteuerung bestimmt, um die Lenksteuersignalausgabe für die Trajektoriesteuerung bereitzustellen.motion control system according to claim 2 or claim 3 or claim 4 , wherein: the curve controller is configured to receive as input a target curve parameter and to produce as output a curve control signal; the trajectory controller is configured to determine the sum of the curve control signal and the output of the integrated adaptive PID neural network controller to provide the steering control signal output for the trajectory controller. Bewegungssteuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das neuronale Netz eine Eingabeschicht aus Neuronen, mindestens eine verborgene Schicht aus Neuronen und eine Ausgabeschicht mit mindestens einem Ausgabeneuron umfasst, wobei das neuronale Netz ein neuronales Netz mit Vorwärtskopplung umfasst, das in der Eingabeschicht aus Eingabeneuronen den mit dem Eingabetrajektorieparameter assoziierten Fehlerwert und das von der integrierten adaptiven PID-Neuronalnetzsteuerung ausgegebene Steuersignal empfängt und die Verstärkungswerte an entsprechenden Knotenwerten innerhalb der verborgenen Schicht des neuronalen Netzes ausgibt.A motion control system according to any preceding claim, wherein the neural network comprises an input layer of neurons, at least one hidden layer of neurons, and an output layer having at least one output neuron, the neural network comprising a feedforward neural network receiving in the input layer of input neurons the error value associated with the input trajectory parameter and the control signal output by the integrated adaptive PID neural network controller and outputting the gain values at corresponding node values within the hidden layer of the neural network. Bewegungssteuersystem nach Anspruch 6, wobei das neuronale Netz ferner so konfiguriert ist, dass es mindestens eine Umgebungsvariable als Vorwärtskopplungsterm empfängt.motion control system according to claim 6 , wherein the neural network is further configured that it receives at least one environmental variable as a feedforward term. Bewegungssteuersystem nach Anspruch 7, wobei die Umgebungsvariable mindestens eine der folgenden üblicherweise in einem Fahrzeugbewegungssteuersystem vorkommenden Variablen umfasst: - die Geschwindigkeit des Fahrzeugs für den größten Teil der Fahrzeugbewegungssteuerung, - Straßen-/Verkehrsmessungen wie Kurvenverlauf, Fahrtrichtung, Geschwindigkeitsbegrenzung usw. - Fahrzeugbeschleunigung/Reaktionskraft - Motordrehzahl/Drehwinkel für die Strom-/Drehmomentregelung - Lenkmoment oder -winkel - Fahrzeugblinkerzustand, z.B. Abbiegen angezeigt oder Abbiegen nicht angezeigtmotion control system according to claim 7 , wherein the environmental variable comprises at least one of the following variables commonly found in a vehicle motion control system: - the speed of the vehicle for most of the vehicle motion control, - road/traffic measurements such as curve shape, direction of travel, speed limit, etc. - vehicle acceleration/reaction force - engine speed/angle of rotation for current/torque control - steering torque or angle - vehicle indicator state, e.g. turn indicated or turn not indicated Bewegungssteuersystem nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei während der Verwendung des Steuersystems die Gewichtungen des neuronalen Netzes jedes Mal, wenn dem neuronalen Netz ein neuer Satz von Eingabewerten zugeführt wird, durch ein Gradientenabstiegs-Backpropagationsschema aktualisiert werden und die aktualisierten Gewichtungen zusammen mit den Eingabewerten zur Aktualisierung der Neuronen verwendet werden.Motion control system according to one of the Claims 6 until 8 , wherein during use of the control system, the weights of the neural network are updated by a gradient descent backpropagation scheme each time a new set of input values is fed to the neural network, and the updated weights are used together with the input values to update the neurons. Autonomes Kraftfahrzeug, das das Bewegungssteuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.An autonomous motor vehicle comprising the motion control system according to any preceding claim.
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