减少车辆上传感器的认知工作量和能量消耗的系统和方法与流程

1.本公开整体涉及用于车辆中的高级驾驶辅助系统(adas)和/或自主系统的传感器，并且更具体地涉及用于感测车辆周围的环境的传感器。


背景技术：

2.本公开整体涉及用于车辆中的高级驾驶辅助系统(adas)和/或自主系统的传感器，并且更具体地涉及用于感测车辆周围的环境的传感器。


技术实现要素：

3.光探测和测距(激光雷达)技术使用利用光进行的飞行时间测量来测量到对象的距离。例如，基于激光雷达的传感器系统利用来自光源(例如，激光器)的光照明对象，检测来自对象的反射光，并测量光的传输和反射光的检测之间经过的时间以计算到对象的距离。激光雷达传感器被部署在汽车系统中，以用于感测车辆周围的环境，并且可与基于相机视觉和雷达的传感器一起使用来向车辆提供驾驶员辅助和/或实现各种级别的自动化。
4.用于检测较长距离处的对象的激光雷达传感器系统包括用于扫描视野的扫描机构。其中，激光雷达传感器系统包括偏转器单元，所述偏转器单元将来自源的准直光束偏转到对象，以便照明对象的小区域，并且由检测器(例如，光电二极管)感测来自小区域的反射光。然后移动准直光束(例如，以预定图案)以扫描视野，并且可使用检测到的反射来生成车辆环境的深度图。
5.一个示例性扫描机构包括多个微机电系统(mems)镜，所述多个mems镜由mems镜驱动器asic操作，mems镜驱动器asic感测、致动和控制mems镜的移动。在光接收路径中，光电二极管、接收器电路和硬件加速信号处理单元被实现为接收从对象所反射的光并处理传感器数据。
6.mems镜具有有限的视野(例如，锐角)，因此为了扩展视野，可使用较大mems镜阵列来扫描较宽视野。这增加了激光雷达系统的功率消耗。此外，为了从原始传感器数据计算稳健的深度图(例如，3d点云)，可能花费大量的计算和功率资源(例如，用于由硬件加速单元进行的信号处理)。激光雷达系统的各种部件(例如，驱动机构、感测机构和处理机构)的较高功率消耗可能对车辆的完全或部分依赖于电力推进系统的操作范围具有影响。
7.除了上述扫描激光雷达系统之外或作为其替代，一些车辆系统可采用一个或多个非扫描激光雷达系统，诸如闪光激光雷达系统。其中，单个大面积激光脉冲照明其前方的环境，并且经由光电检测器捕获反射光。然而，闪光激光雷达系统需要高峰值激光功率来照明大面积。当采用多个闪光激光雷达系统来增加总视野时，功率要求进一步增加。
8.本发明人已认识到上文提及的问题并且已进一步认识到，在一些车辆操作条件期间，操作扫描与车辆的预期行驶驾驶不相关的环境的多个mems镜，因此在扫描、感测和处理路径外对象时花费宝贵的资源(例如，计算资源和电力)。类似地，当采用多个闪光激光雷达系统时，可能由一个或多个闪光激光雷达扫描车辆环境中与车辆的预期路径不相关的区
域，从而增加资源消耗。
9.发明人已开发了至少部分地解决上述问题的系统和方法。在一个示例中，一种用于车辆的方法可包括：通过调整以电力操作的mems镜的数量来调整安装在车辆上的激光雷达传感器的视野；其中根据车辆速度和预期车辆路径中的一者或多者来调整视野。
10.例如，当车辆速度小于阈值速度时，通过使用较少数量的mems镜来照明环境中的对象，可使用较窄视野来扫描环境。然而，当车辆速度大于阈值速度时，为了确保传感器有足够的反应时间来检测进入车辆路径的对象，通过使用更多数量的mems用于扫描，可使用较宽视野用于扫描。类似地，当车辆的预期路径(例如，基于方向盘的转向角和/或根据来自车辆导航系统的信息)指示弯曲路径时，可不对被配置为扫描不在预期车辆路径中也不在预期车辆路径周围的阈值区内(例如，在与车辆的预期转弯方向相反的区中)的环境的mems镜中的一些进行供电。
11.在另一示例中，当使用多个闪光激光雷达系统时，可不操作扫描预期车辆路径之外和/或预期车辆路径周围的阈值区之外的环境的一个或多个激光雷达系统(多激光雷达系统中)。
12.以此方式，传感器部件适于根据预期运动或其路径来感测、处理和作用于车辆周围的相关环境。这优化了传感器所消耗的功率以感测和处理与车辆的预期路径相关的区域。例如，通过减少用于扫描环境的mems镜的数量和/或减少被操作的激光雷达单元的数量，可减少激光雷达传感器系统消耗的总电功率。此外，可减少关于asic驱动器处理(在光发射器路径中)和信号处理(在接收器路径中)的认知工作量。
13.根据以下具体实施方式并单独地或结合附图来理解，本描述的以上优点和其他优点以及特征将容易显而易见。
14.应理解，提供以上发明内容来以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的一系列概念。这不意味着识别所要求保护的主题的关键或本质特征，所要求保护的主题的范围唯一地由在具体实施方式之后的权利要求界定。此外，所要求保护的主题不限于解决上述或在本公开的任何部分中所述的任何缺点的实现方式。
附图说明
15.图1a示出了根据本公开的一个或多个实施方案的包括一个或多个传感器系统的示例性车辆的透视图；
16.图1b示出了根据本公开的一个或多个实施方案的示例性车载计算系统；
17.图2a示出了根据本公开的一个或多个实施方案的示例性光探测和测距(激光雷达)系统；
18.图2b示出了根据本公开的一个或多个实施方案的图2a的激光雷达系统的一个实施方案；
19.图3示出了根据本公开的一个或多个实施方案的用于操作一个或多个传感器系统的示例性方法的高级流程图，所述一个或多个传感器系统用于评估车辆的外部环境；
20.图4a示出了根据本公开的一个或多个实施方案的用于调整一个或多个激光雷达传感器系统的操作的示例性方法的高级流程图；
21.图4b示出了根据本公开的一个或多个实施方案的用于确定激光雷达系统的功能
视野的示例性方法的高级流程图；
22.图5示出了绘示根据本公开的一个或多个实施方案的在车辆操作期间对激光雷达系统的功能视野的各种调整的示例性表；并且
23.图6a至图6c绘示了根据本公开的一个或多个实施方案的根据车辆速度和预期车辆路径中的一者或多者对激光雷达系统的功能视野的示例性调整。
具体实施方式
24.本公开涉及调整一个或多个传感器(诸如可用于检测和/或识别车辆周围环境中的对象的成像和测距传感器)的操作。例如，车辆系统(诸如图1a中所示)可包括车载计算系统(诸如图1b中更详细示出)和通信地耦合到车载计算系统的用于评估车辆的外部环境的一个或多个传感器。车载计算系统，与一个或多个传感器系统的相应处理器协作并使用来自评估车辆操作的一个或多个传感器的指示(例如，车辆速度、转向角等)，可调整一个或多个传感器的操作，如图3所示。一个或多个传感器可被配置为激光雷达传感器(诸如图2a所示的激光雷达传感器)，所述激光雷达传感器可包括一个或多个偏转器，所述一个或多个偏转器用于向车辆的外部环境投射光以照明激光雷达传感器的视野内的对象。然后，由激光雷达传感器接收来自对象的反射光并使用所述反射光来评估车辆的外部操作环境。一些激光雷达传感器可包括多个mems镜作为偏转器，以用于在视野内扫描，如图2b所示。在车辆操作期间，根据图4a和图4b所述的方法，可通过调整被操作的偏转器单元或mems镜的数量来增大或减小激光雷达传感器的功能视野，从而改善能量消耗和计算工作量。图5中示出了用于实现期望功能视野的各种功能视野调整和对应的偏转器单元或mems镜调整的非限制性示例。图6a至图6c示出可根据车辆速度和/或预期车辆路径执行的功能视野调整。例如，在一些操作条件期间(诸如在低车辆速度期间和/或当车辆的计算出的车辆路径的曲率大于阈值曲率时)，可不操作扫描路径外环境的一个或多个偏转器单元或mems镜以降低传感器系统的功率消耗。因此，传感器系统获取的数据量也减少，这减少了相关处理器的计算工作量。
25.以此方式，通过减少在某些车辆操作条件期间通过其获取冗余和/或路径外信息的传感器子单元的数量，可实现改进的功率节省的技术效果。因此，可改进功率管理和计算工作量管理。
26.图1示出了包括多个传感器系统120-127的示例性车辆100，所述多个传感器系统可以是与车辆100相关联的一个或多个高级驾驶辅助系统(adas)的一部分。在一些实施方案中，多个传感器系统120-127可与车辆100的其他系统结合使用以提供各种级别的驾驶自主性。
27.车辆100包括车辆前部102、车辆后部104、至少一个车辆侧部108和车厢110。在一个示例中，如图所示，车辆100可以是包括驱动轮112和推进系统的机动车辆。推进系统可至少部分地由包括控制器的车载计算系统109以及由来自车辆操作员经由输入装置(例如，加速器踏板)的输入来控制。车辆100可以是道路汽车，以及其他类型的车辆。在一些示例中，车辆100可包括混合动力推进系统，所述混合动力推进系统具有可供车轮112使用的多个扭矩源。混合动力推进系统可包括能量转换装置，所述能量转换装置可操作为吸收来自车辆运动和/或发动机的能量并将所吸收的能量转换成适于由能量存储装置存储的能量形式。
在一些示例中，车辆100可以是包括燃料电池、太阳能捕获元件和/或用于为车辆供电的其他能量存储系统的全电动车辆。
28.多个传感器系统120-127可被配置用于识别和/或检测车辆100前方的车辆路径，以及车辆100附近的对象诸如汽车、行人、障碍物、道路标志、交通标志、交通灯、坑洼、减速带等。多个传感器系统120-127可以是雷达传感器、光雷达传感器、激光雷达传感器、超声波传感器、机器视觉相机以及位置和运动传感器(诸如加速计、陀螺仪、倾斜仪和/或其他传感器)或它们的任何组合。
29.在一个实施方案中，多个传感器系统120-127中的第一传感器系统120和/或第二传感器系统127可被配置为测距和成像传感器系统(例如，激光雷达系统)。在一个示例中，第一传感器系统120可定位在车辆前部102处，并且第二传感器系统127可安装在车顶106上。此外，多个传感器系统120-127中的第三传感器系统121、第四传感器系统122、第五传感器系统123、第六传感器系统124和第七传感器系统125可被配置为无线电对象检测和测距传感器系统(例如，雷达、射频)、超声波传感器系统或其他对象检测系统或它们的任何组合。在一个示例中，第三传感器系统121和第四传感器系统122定位在车辆前部102处，第五传感器系统123和第六传感器系统124定位在车辆侧部108处，并且第七传感器系统125定位在车辆后部104处。此外，所述多个传感器系统可包括至少一个成像传感器系统226(例如，机器视觉相机、红外)，所述至少一个成像传感器系统耦合到车辆前部102并观察车辆100前方。虽然示出为与车辆100的一个或多个区域相关联，但应当理解，传感器系统120-127中的任一个可耦合到或安装在车辆100的任何部分(例如，车架、车身面板、车舱等)上。
30.在另一实施方案中，除了被配置为激光雷达的第一传感器系统120之外或作为其替代，一个或多个传感器系统121-125可被配置为激光雷达系统，并且可用于扫描和检测各种对象以及评估车辆100正在其中操作的环境。因此，在一个示例中，可使用一个或多个激光雷达系统120-125来获取车辆100的环境的环绕视图。示例性激光雷达系统在图2a和图2b中示出并在下面描述。
31.在一个示例中，当被配置为激光雷达系统时，一个或多个传感器系统120-125可提供360度视野。例如，一个或多个传感器系统120-125中的每一个可包括一个或多个激光雷达偏转单元(也称为扫描单元)，所述一个或多个激光雷达偏转单元提供相应的单独视野，使得当组合时，可实现围绕车辆100的360度扫描。此外，在一些示例中，每个偏转单元可包括多个反射表面或镜，其中可使用多个反射表面中的每个反射表面或多个镜中的每个镜来扫描覆盖偏转单元的相应的单独视野的一部分的二次视野，使得相应的二次视野的集合提供每个偏转单元的相应的单独视野。应当理解，根据单独的偏转器单元的视野和偏转单元的位置，可以任何方式布置任何数量的偏转单元，以在任何方向上实现期望视野(360度或更小)。因此，可以任何方式布置任何数量的激光雷达系统以实现期望视野(360度或更小)。可容纳激光雷达系统或激光雷达系统的至少一部分(例如，偏转单元)的示例性位置包括但不限于保险杠、护栅、挡泥板、侧板、扰流板、车顶、前照灯组件、尾灯组件、后视镜组件、发动机罩、行李箱或车辆100的任何其他合适的部件。
32.作为非限制性示例，容纳在车辆前部102处的护栅内的第一激光雷达系统可提供120度水平视野，容纳在护栅的任一侧上的前罩灯内的第二激光雷达系统和第三激光雷达系统可各自提供80度水平视野，所述80度水平视野可与第一激光雷达系统的120度视野重
叠也可不重叠。在任何情况下，可利用第一激光雷达系统、第二激光雷达系统和第三激光雷达系统获得围绕车辆100的前部的280度或更小的总水平视野。类似地，一个或多个激光雷达系统可布置在右侧板和左侧板中的每一个上，并且进一步地，一个或多个激光雷达系统可布置在车辆后部104处，以获得分别围绕车辆100的侧部和后部的期望视野。此外，可注意到，也可实现不同的竖直视野角。例如，可使用安装在车顶106的顶部上的激光雷达系统和布置在车辆100的周边上的一个或多个激光雷达系统的组合来增加竖直视野。
33.在一些示例中，如图1a所示，激光雷达系统100可包括单个传感器系统127，所述单个传感器系统包括安装在车顶106上的一个或多个偏转单元。可使用传感器系统127来围绕车辆100进行360度或更小角度的扫描。
34.多个传感器系统120-127可经由车内通信系统(诸如can总线)可操作地连接到车载计算系统109并与所述车载计算系统通信，所述车内通信系统可用于在多个传感器系统的单独的部件之间发射和接收信息。车载计算系统109可操作地连接到一个或多个致动器(例如，相应车辆的动力传动系统116)并控制所述一个或多个致动器，以通过可能接触路面的驱动轮112影响车辆100的运动。在一些示例中，如下面在图1b中讨论的，车载计算系统109可与车辆控制系统通信，所述车辆控制系统可以可操作地连接到一个或多个致动器(诸如用于转向控制、制动控制、动力传动系统控制等的致动器)并且可经由所述一个或多个致动器调整车辆操作。
35.图1b示出了被配置和/或集成在车辆100内的车载计算系统109的框图。车载计算系统109可执行本文在一些实施方案中描述的方法中的一者或多者。
36.车载计算系统109可包括一个或多个处理器，所述一个或多个处理器包括操作系统处理器154和接口处理器160。操作系统处理器154可执行车载计算系统上的操作系统，并且控制车载计算系统的输入/输出和其他操作。接口处理器160可经由车辆间系统通信模块162与车辆控制系统190介接。
37.车辆间系统通信模块162可将数据输出到其他车辆系统和车辆控制元件196，同时还例如通过车辆控制系统190接收来自其他车辆部件和系统196的数据输入。当输出数据时，车辆间系统通信模块162可经由总线提供与车辆的任何状态、车辆周围环境或连接到车辆的任何其他信息源的输出相对应的信号。车辆数据输出可包括例如模拟信号(诸如当前速度)、由单独的信息源(诸如时钟、温度计、位置传感器(诸如全球定位系统[gps]传感器等))提供的数字信号、通过车辆数据网络(诸如可通过其传送发动机相关信息的发动机can总线、可通过其传送气候控制相关信息的气候控制can总线以及通过其在车辆中的多媒体部件之间传送多媒体数据的多媒体数据网络)传播的数字信号。例如，车载计算系统109可从发动机can总线检索由车轮传感器估计的车辆的当前速度、经由车辆的电池和/或配电系统实现的车辆的电力状态、车辆的点火状态、由转向角传感器感测到的转向角等。此外，在不脱离本公开的范围的情况下，也可使用诸如以太网的其他接口装置。
[0038]
可在车载计算系统109中包括非易失性存储装置168以通过非易失性的形式存储诸如能够由处理器154和160执行的指令等数据。存储装置168可存储应用程序数据，包括预先记录的声音元素，以使车载计算系统109能够运行应用程序以便连接到基于云的服务器和/或收集用于传输到基于云的服务器的信息。应用程序可检索由车辆系统/传感器、输入装置(例如，用户界面178)、存储在易失性存储装置157a或非易失性存储装置(例如，存储
器)157b中的数据收集的信息。车载计算系统109还可包括易失性存储器157a。易失性存储器157a可以是随机存取存储器(ram)。非暂时性存储装置(诸如非易失性存储装置168和/或非易失性存储器157b)可存储指令和/或代码，所述指令和/或代码当由处理器(例如，操作系统处理器154和/或接口处理器160)执行时会控制车载计算系统109来执行在本公开中描述的动作中的一者或多者。
[0039]
可在车载计算系统或109的传感器子系统151中包括一个多个附加的传感器。例如，传感器子系统151可包括相机，诸如用于辅助用户停泊车辆的后视相机和/或用于识别用户(例如，使用面部辨识和/或用户手势)的车厢相机。传感器子系统151还可包括多个传感器，诸如多个传感器120-127(在图1中讨论)，用于获取关于车辆外部环境的信息。因此，传感器子系统151可包括一个或多个激光雷达传感器系统、雷达传感器系统和超声波传感器系统和/或它们的任何组合。可调整多个传感器中的一个或多个传感器的功能视野，以便减少功率消耗和/或计算工作量，如本文进一步讨论的。简而言之，可根据以下一项或多项来调整功能视野：来自车辆速度传感器的车辆速度指示和根据来自转向角传感器(例如，关于车辆的预期转弯半径的指示，以及因此关于预期车辆路径的曲率的指示)、一个或多个相机和导航子系统153的指示得到的预期车辆路径。
[0040]
车载计算系统109的传感器子系统151可与各种车辆传感器通信并且从各种车辆传感器接收输入并且可进一步接收用户输入。例如，由传感器子系统151所接收的输入可包括变速器挡位、变速器离合器位置、油门踏板输入、制动器输入、变速器选择器位置、车辆速度、转向角、发动机转速等。虽然某些车辆系统传感器可单独与传感器子系统151通信，但其他传感器可与传感器子系统151和车辆控制系统190两者通信，或者可经由车辆控制系统190与传感器子系统151间接地通信。车载计算系统109的导航子系统153可生成和/或接收导航信息，诸如位置信息(例如，经由gps传感器和/或来自传感器子系统151的其他传感器)、路线指导、交通信息、关注点(poi)识别，和/或为驾驶员提供其他导航服务。
[0041]
车辆控制系统190可包括用于控制涉及不同车载功能的各种车辆系统(例如，动力传动系统、制动系统、转向系统等)的各方面的控件(例如，传感器和/或致动器)。例如，车辆控制器196可包括用于调整车辆的纬度和/或经度控制的动力传动系统控件191、制动控件192和转向控件193。作为非限制性示例，车辆控制系统190可经由一个或多个车辆致动器(例如，制动致动器、节气门致动器、动力传动系统致动器和/或转向致动器)执行一个或多个控制动作，以调整车辆100的纵向和/或横向控制。可响应于一个或多个输入来执行一个或多个控制动作，所述一个或多个输入包括但不限于车辆操作员输入(例如，转向扭矩、转向角、制动踏板位置、加速器位置、挡位等)、来自传感器子系统151的输入、来自导航子系统153的输入、来自惯性测量单元195的输入和/或来自一个或多个动态车辆传感器194的输入。
[0042]
作为非限制性示例，车辆控制系统190(例如，经由执行存储在非暂时性存储器中的指令的处理器)可组合从传感器子系统151所接收的信息以及从导航子系统153所接收的数据，并且可被配置为响应于此确定车辆控制动作。例如，车辆控制系统190(例如，经由处理器)可向制动控件192(包括在车辆100的制动系统中)和/或动力传动系统控件191(包括在车辆100的动力传动系统中)输出指令以调整车辆的纵向运动。
[0043]
动态车辆传感器194可包括车辆内的一个或多个传感器，诸如发动机参数传感器、
电池参数传感器、车辆参数传感器、燃料系统参数传感器、环境条件传感器等。此外，车辆传感器194可包括但不限于车辆内的车辆速度传感器、车轮转速传感器、转向角传感器等。因此，车辆传感器可输出与车辆操作参数有关的数据，所述车辆操作参数可包括但不限于车辆速度、转向角等。
[0044]
惯性测量单元195可包括一个或多个加速器和一个或多个陀螺仪和/或其他测量单元(例如，磁力仪)。imu 195可测量和输出车辆的运动数据，诸如速度、加速度、速率等。imu 195可检测车辆的一个或多个取向参数(诸如车辆的取向(例如，航向、横摆、俯仰和侧倾)和仰角)以及所述一个或多个取向参数的变化。例如，横摆率、转向角和/或航向变化可从由imu检测到的取向参数及其变化导出。可使用检测到的车辆的运动和取向参数的变化来确定车辆是否已启动操纵，并因此确定预期车辆路径。在一些示例中，imu 195可与导航子系统153或其他车辆跟踪系统集成。
[0045]
车载计算系统109还可包括天线136。天线136被示出为单根天线，但在一些实施方案中可包括一根或多根天线。在一个示例中，天线136可包括全球导航卫星系统(gnss)接收器，所述gnss接收器可与导航卫星系统(例如，全球定位系统)通信以确定车辆在任何给定时刻的位置的纬度和经度。在一些示例中，可使用经由天线所接收的数据用于结合来自传感器子系统151和imu 195的数据来生成高精度(hd)地图。
[0046]
用户可经由用户界面178控制车载计算系统109的一个或多个元件。用户界面178可包括在触摸屏上呈现的图形用户界面，和/或用户致动的按钮、开关、旋钮、刻度盘、滑块等。在一个示例中，用户界面178可包括显示屏111，用于就传感器堵塞、传感器不可用等在视觉上警告操作员。
[0047]
如上文所提及的，车载计算系统109可通信地且可操作地连接到传感器子系统151的一个或多个传感器，其中所述一个或多个传感器获取关于车辆100的外部环境的信息。在一个示例中，一个或多个传感器包括激光雷达传感器系统。在车辆操作期间，激光雷达系统的视野可以是下面在图2a和图2b中讨论的示例性激光雷达系统。在图3、图4a、图4b、图5、图6a、图6b和图6c中描述了示例性视野调整。
[0048]
转到图2a，示出了示例性激光雷达系统200，所述激光雷达系统包括设置在壳体210中的照明单元202、扫描单元212、接收单元222、处理单元240和电源单元230。照明单元202包括至少一个光源204，所述至少一个光源可以是在电磁光谱的红外区、可见区或紫外区中发射具有特定工作波长的光的激光装置。作为非限制性示例，光源204可以是工作波长在约870nm和920nm之间的激光二极管。应当理解，可使用其他类型的光源。例如，光源204可被配置为发射较长或较短波长的光，并且在本公开的范围内。此外，光源204可发射输出光束205，所述输出光束可为连续波的、脉冲的或以任何适当方式调制的。例如，可根据存储在处理单元240的存储器242中的指令来调整来自光源204的光输出205的一个或多个参数(例如，格式、脉冲宽度、波长、频率等)。
[0049]
在一些实施方案中，可使用具有相同工作波长的多个光源，并且在此类情况下，每个光源均可用于扫描视野的不同区域。在一些其他实施方案中，所述多个光源可具有不同的工作波长，因此可使用所述多个光源来扫描视野的相同或重叠区域。
[0050]
照明单元202还可包括发射光学器件206，所述发射光学器件可用于操纵(例如，准直)由光源204发射的光束205。在一个示例中，发射光学器件206可包括一个或多个准直透
镜以减小光束205的发散度，并且可生成准直光束208。当使用多个光源时，一个或多个准直透镜可用于从每个光源生成对应的准直光束。
[0051]
扫描单元212包括偏转器214(在本文也称为偏转单元)，所述偏转器用作转向元件，用于引导源自光源204的光束208扫描激光雷达系统200的视野250内的一个或多个对象。激光雷达系统200的视野250是可由激光雷达系统200扫描的区域跨度，并且至少基于偏转器214的扫描特性。偏转器214的扫描特性可包括扫描角范围(在本文也称为扫描视野或简称为视野)、扫描频率和角分辨率。在图2a所示的示例中，激光雷达的视野250可为偏转器214的扫描视野，并且包括水平视野270和竖直视野260。偏转器214可由基于软件的驱动器217操作以按图案(例如，光栅图案、利萨如图案或其他图案)扫描视野250。在一个示例中，偏转器214可由基于软件的驱动器217致动和控制，所述基于软件的驱动器可以是例如asic驱动器，其基于存储器242中的可执行指令和来自车辆100的一个或多个传感器的信号中的一者或多者从处理单元240接收指令。
[0052]
图2a示出了由偏转器214经由光学窗口220朝向视野250引导的出射光束218。当出射光束218到达视野250内的对象时，所述对象可散射或反射出射光束218的至少一部分。出射光束218的所述部分可经由光学窗口220返回到激光雷达系统200。出射光束218的反射或散射并返回到激光雷达系统200的所述部分由入射光束248(虚线箭头)指示。
[0053]
在一个示例中，偏转器214除了将出射光束218朝向视野250引导之外，还可接收来自视野250内的对象的入射光束248并将其朝向接收单元222引导。接收单元222包括感测单元226，所述感测单元用于感测来自对象的入射光(即，反射光或散射光)。接收单元222可进一步包括接收光学器件224，所述接收光学器件用于将入射光引导到感测单元226。然后由处理单元240处理来自感测单元226的关于对象的信息。用于将光束朝向视野250引导以及将从对象所接收的光引导到感测单元226的示例性偏转器214可以是非对称偏转器。非对称偏转器的一个示例可以是偏振光束分离器、光隔离器等中的任一种。偏转器214可包括其他类型的镜、棱镜、可控透镜、机械镜、机械扫描多边形、有源衍射元件(例如，可控lcd)、risley棱镜、非机械电子光束导引器、偏振光栅、光学相控阵(opa)或任何其他合适的光转向元件。
[0054]
在一些实施方案中，扫描单元212可包括第二偏转器(未示出)，所述第二偏转器用于接收从视野250内的对象反射的光并将从对象反射的光朝向接收单元222引导。
[0055]
在一些实施方案中，扫描单元212可包括作为偏转器214的一个或多个镜，其中每个镜由检流计扫描仪、谐振扫描仪、音圈马达或它们的任何合适的组合机械地驱动。检流计扫描仪可包括具有磁体和线圈的基于检流计的扫描马达。当向线圈供应电流时，旋转力被施加到磁体，这导致附接到检流计扫描仪的镜旋转。可控制供应给线圈的电流以动态地改变检流计镜的位置。谐振可包括弹簧状机构，所述弹簧状机构由致动器驱动以产生基本上固定频率(例如，1khz)的周期性振荡。音圈马达可包括磁体和线圈。当向线圈供应电流时，平移力被施加到磁体，这导致附接到磁体的镜移动或旋转。在一些实施方案中，可使用利用具有用于扫描水平和竖直视野的机械台的电动马达的机电扫描来驱动偏转器214。在一些实施方案中，扫描单元212可被配置为光学相控阵列(opa)，其中opa可采用任何类型的相位调制器诸如液晶、硅光子学和基于mems的调制器。
[0056]
在一个实施方案中，微机电(mems)镜可用作偏转器214，以用于将来自源202的光
偏转到视野250。mems镜可以是例如单轴mems扫描仪或双轴mems扫描仪。mems镜可由mems驱动器asic操作，所述驱动器asic致动、控制和感测mems镜振荡。mems驱动器asic可使用致动机构，所述致动机构可以是例如静电、电磁或压电致动机构。因此，在一个示例中，可使用静电梳状驱动器用于mems镜扫描，其中经由用于偏转镜的梳状驱动结构(例如，通过向梳状驱动结构施加高电压)生成静电力。在另一示例中，mems镜组件可包括经由扭转弹簧悬挂在框架(例如，万向架)上的反射器，所述框架包括制造的电线圈，并且所述组件可进一步包括在所述组件上感应固定磁场的磁体。在这种情况下，通过向电线圈施加电流来提供电磁致动，这在框架上生成磁转矩。在另一示例中，可利用移动的磁体配置来致动双轴mems镜。mems镜在这两个方向上的实际镜偏转角可通过放置在所述镜下面的霍尔传感器来测量。在又一示例中，mems镜的致动可使用压电致动器(例如，pzt陶瓷致动器)来执行。当采用压电致动时，可使用诸如机械杠杆、柔性梁和镜面的附加结构来实现双轴扫描和更大的镜位移。可使用适于在汽车环境中控制mems镜扫描的其他致动机构，并且其在本公开的范围内。
[0057]
mems镜及其驱动器asic可包括在扫描单元214中。mems驱动器asic可发送和接收来自处理单元240的信号。处理单元240可使mems相位时钟与照明单元202的操作同步，并且同时能够与用于感测反射光的接收单元222的感测单元226同步。在一个示例中，感测单元226可包括用于对反射光进行采样和数字化的电路。来自感测单元226的数字化数据可传输到处理单元240以用于进一步信号处理(例如，深度图的生成)。因此，处理单元240可包括一个或多个硬件部件、一个或多个硬件加速处理单元(诸如现场可编程门阵列(fgpa))和/或用于信号处理和生成点云的专用硬件单元。在一个示例中，处理单元240可从车辆100的一个或多个传感器接收信号，并且可向激光雷达系统200的一个或多个致动器发送信号，以基于传感器信号和存储在处理单元240的非暂时性存储器242中的可执行指令来控制激光雷达系统200的操作。例如，车载计算系统109可基于来自车辆速度传感器以及转向角传感器、导航系统和获取关于车辆行驶环境的信息的一个或多个相机中的一者或多者的信号来计算预期车辆路径。可将关于预期车辆路径信息的信息以及传感器信号发送到处理单元240，所述处理单元可基于存储器242中的可执行指令以及从车载计算系统所接收的信息和信号来调整激光雷达系统200的操作。在一些示例中，车载计算系统109可基于存储在其存储器中的可执行指令和从车辆速度传感器、转向角传感器、导航系统和一个或多个相机所接收的信号来调整激光雷达系统的操作。以下在图3、图4a和图4b中讨论可由处理单元240或车载计算系统109执行的用于调整激光雷达系统200的操作，特别是调整一个或多个mems镜的操作的示例性例程。
[0058]
处理单元240可通信地和可操作地耦合到车载计算系统109和/或车辆控制系统190。上面参考图1a和图1b描述了车载计算系统109和车辆控制系统190，并且将不再重复。此外，车辆控制系统190被示为从多个传感器198(其各种示例在本文描述)接收信息并向多个致动器199(其各种示例在本文描述)发送控制信号。作为一个示例，传感器198可包括位于车辆100的变速器的轴上的车辆速度传感器、耦合到方向盘的转向角传感器和imu。车辆控制系统190还可从激光雷达传感器系统200以及获取和/或处理关于车辆外部环境的信息的一个或多个其他传感器(例如，光雷达、雷达、激光雷达、超声波、相机)接收关于外部环境的信息。在一个示例中，车辆控制系统190可经由车载计算系统109或其任何组合直接从相应传感器的处理单元接收来自激光雷达传感器和/或一个或多个其他传感器的传感器数
据。应当理解，用于估计/测量车辆操作和/或发动机操作的其他传感器(诸如位于车辆100的排放控制装置上游的排气传感器、温度传感器、燃料系统压力传感器、燃料系统温度传感器和歧管压力传感器、附加压力、温度、空气/燃料比和成分传感器)可耦合到车辆100中的各个位置。车辆控制系统190可生成车辆控制动作，并且可向一个或多个车辆致动器输出指令以执行控制动作，以基于来自传感器198的指示调整车辆100的操作。
[0059]
作为非限制性示例，车辆控制系统190可接收由激光雷达系统200(直接从处理单元240或经由车载计算系统109)感测到的关于一个或多个对象的信息(例如，从车辆到对象的距离、对象的类型、对象的速度、对象移动的方向等)，并且可基于来自激光雷达系统的信息来调整车辆100的一个或多个子系统的一个或多个致动器的操作(例如，经由电子节气门控件、制动控件、转向控件等实现的动力传动系统控制)。车辆控制系统190可附加地或替代地经由adas-操作员接口向车辆操作员输出对应的信息(例如，从激光雷达感测的数据生成的深度图)。
[0060]
图2b示出了激光雷达系统200的实施方案，其中使用多个mems镜216来增加激光雷达系统200的视野。虽然本示例示出了四个mems镜，但根据mems单元的单独的视野和总视野，可使用任意数量的mems镜。在该示例中，多个mems镜216中的每一个具有单独的水平视野254和单独的竖直视野260。因此，来自每个mems镜216的光束244被示出为扫描单独的水平视野254和竖直视野260。
[0061]
多个mems镜216可一起提供包括总水平视野292的总扫描视野290。竖直视野260可与单独的竖直视野相同。可以注意到，例如，可通过增加mem镜的行数或增加竖直视野的多个mems镜的任何其他相关布置和配置来增加竖直视野。
[0062]
本文在图2b所示的示例示出了mems镜的连续视野，其中第一mems镜的第一视野与第二mems镜的第二视野连续，第二视野与第一视野和第三mems镜的第三视野连续，并且第三视野与第二视野和第四mems镜的第四视野连续。应当理解，在一些示例中，相邻视野可具有重叠区域。
[0063]
可经由mems驱动器219来控制多个mems镜的操作。在一个示例中，mems驱动器219可以同步的方式单独控制多个mems镜216中的每一个的操作。在一些示例中，可使用多于一个mems驱动器，其中一个或多个mems驱动器中的每一个以同步方式调整mems镜的子组的操作。此外，在一些其他示例中，每个mems镜可由其自身的mems驱动器asic操作，并且所有mems镜及驱动器的操作均可经由mems镜驱动器和/或处理单元240中的一者以同步方式协调。
[0064]
回到图2a，感测单元226可接收或检测来自入射光束248的光子，并生成一个或多个代表性信号。例如，感测单元226可生成表示入射光束248的输出电信号。可将电信号发送到处理单元240，所述处理单元包括电路(例如，asic或fpga)，或被配置为分析来自感测单元226的电信号的一个或多个特性以确定视野中的对象的一个或多个特性的其他合适的电路。所述一个或多个特性可包括距激光雷达系统200的距离，可通过分析由光源204发射的光束205的飞行时间或相位调制来确定所述距离。
[0065]
感测单元226包括多个检测元件，所述多个检测元件用于检测从视野250内的对象反射回的光。在一个示例中，传感器116可以是由雪崩二极管(例如，apd、spad或其组合)的阵列构建的诸如固态器件或sipm(硅光电倍增器)的光电二极管阵列，其被配置用于感测反
射光或反射的电磁波或光子的特性，所述特性可用于测量从激光传输事件到接收事件的飞行时间以及所接收的光或电磁波或光子的强度。
[0066]
激光雷达系统200包括系统和处理器电源单元230，所述系统和处理器电源单元向照明单元202、扫描单元212、接收单元222和处理单元240提供电力。电源单元230可从车辆电池229汲取电力。
[0067]
在一些车辆操作条件期间，激光雷达系统(其包括多个偏转器，所述多个偏转器提供更大的视野)可能扫描与车辆在预期车辆路径中的操作不相关的路径外对象，或者在一些情况下，多个传感器系统可能扫描路径外区域，导致与车辆在预期车辆路径中的操作无关的信息中出现不必要的冗余。因此，在路径外区中的路径外对象(即，不在车辆的预期路径中也不在预期车辆路径周围的阈值区(或区域)内的车辆周围环境)的扫描和处理中浪费了车辆功率资源和计算资源。为了改善资源利用(包括电力利用和计算资源利用)，可通过操作被配置为扫描预期车辆路径和阈值区(所述阈值区在至少两侧上在预期车辆路径侧面或与预期车辆路径直接相邻)的一个或多个偏转器单元，并且不操作不覆盖车辆预期路径和阈值区的扫描的其余偏转器单元(断开电源或不供应电力)来根据预期车辆路径调整传感器系统的视野。
[0068]
以此方式，通过减少用于感测的偏转器单元的数量，可利用较少的功率资源和计算资源，并且可减少总的电功率消耗。因此，可增大车辆操作范围，特别是对于电动车辆。此外，可为其他车辆控制系统分配所节省的资源，例如以改善瞬态响应。
[0069]
虽然本文中的实施方案是关于扫描激光雷达系统来描述的，但本文中关于扫描激光雷达系统所讨论的所有细节和变型形式也可针对其他类型的激光雷达系统(例如，闪光型激光雷达、凝视阵列激光雷达等)来实施，而不脱离本公开的范围。图3示出了绘示用于调整耦合到车辆的一个或多个传感器的操作的示例性方法300的高级流程图，其中所述一个或多个传感器用于评估车辆的环境。方法300可基于存储在处理器的存储器中的指令来执行，所述处理器诸如图1b的车载计算系统190的处理器154或图2b的处理单元240、车辆控制系统190的处理器或它们的任何组合。尽管将参考图1a、图1b、图2a和图2b来描述方法300，但在不脱离本公开的范围的情况下，所述方法可应用于其他系统。
[0070]
在302处，方法300包括估计和/或测量车辆操作参数。所述车辆操作参数可包括车辆速度、转向角、换挡指示、方向指示和车辆操作环境。可根据车辆速度传感器确定车辆速度，所述车辆速度传感器耦合到车辆的变速器的轴或耦合到从动轮或非从动轮的音圈。可根据来自转向角传感器的指示确定转向角，所述转向角传感器可耦合到转向柱，所述转向柱连接到方向盘和/或耦合到转向轴和/或转向齿轮。转向角传感器可提供驾驶员经由方向盘请求的转弯角、转弯方向和转弯率的指示。将根据方向指示器的位置来提供方向指示，所述方向指示器可耦合到转向柱，所述转向柱连接到方向盘狭条。所述车辆操作参数还可包括一个或多个车辆运动和/或取向参数，包括车辆加速度、横摆、俯仰、侧倾、航向和仰角，可根据来自车辆内的惯性测量单元(imu)(诸如imu 195)的一个或多个指示来确定所述参数。
[0071]
接下来，在304处，方法300包括使用上面讨论的一个或多个车辆操作参数来确定车辆的预期车辆路径。在一个示例中，所述方法可包括确定预期车辆路径是直线路径还是弯曲路径。例如，可使用来自转向角传感器的转弯角来确定预期车辆路径是直线路径还是弯曲路径。所述处理器可响应于转弯角小于阈值角而确定预期车辆路径是直线路径。如果
转弯角大于阈值角，则处理器可确定预期车辆路径是弯曲路径。此外，可使用来自转向角传感器的转弯角的度数、转向比和车辆的轴距的长度来确定预期车辆路径的曲率。此外，可根据来自转向角传感器的输入来确定转弯方向(例如，向右或向左)，并且在确定预期车辆路径时可考虑根据挡位的行进路径方向(例如，前进或倒退)。此外，附加地或替代地，可利用来自imu的指示来确定预期车辆路径。
[0072]
此外，在304处，方法300包括评估车辆的当前操作环境。可根据来自一个或多个相机(诸如图1a中耦合到车辆前侧的前向相机126、车辆速度传感器和/或导航系统)的输入来评估操作环境。例如，可使用由一个或多个相机捕获的图像用于交通标志检测和识别，所述交通标志检测和识别继而可用于评估车辆的当前操作环境。在一些示例中，来自一个或多个相机的图像可与车辆速度和/或来自导航系统的输入结合使用来评估车辆的操作环境。作为非限制性示例，如果检测到交通杆，则处理器可确定车辆正在接近交叉路口或在交叉路口处。应当理解，可使用安装在车辆上的其他传感器(诸如可包括激光雷达传感器的多个传感器120-127中的一个或多个)用于交通标志检测和识别。作为另一非限制性示例，可使用来自相机的图像(例如，停车区域标志、道路上的停车位的标记)结合车辆速度和/或环境中的其他车辆的速度(例如，来自车辆的超声波传感器的指示)来确定车辆是否在停车区域中操作。此外，可使用来自一个或多个相机的图像来评估车辆的当前操作环境中的交通等级，包括车辆交通(例如，移动车辆、停放车辆等)和非车辆交通(例如，人类交通、动物交通)。
[0073]
总之，可使用面向车辆外部环境的一个或多个相机来检测和识别交通标志、道路标志、对象等，以便评估车辆的操作环境(例如，高速公路、停车区域、住宅区域、交叉路口等)。还可使用该一个或多个相机来评估当前操作环境中的车辆和非车辆交通的水平。此外，在一些示例中，在评估操作环境时可考虑预期操作车辆速度(例如，基于经由一个或多个相机识别的限速标志)。附加地或替代地，可使用来自车辆速度传感器和/或导航系统的输入(例如，来自gps传感器的车辆位置信息以及来自车辆导航系统的路线信息)和/或来自车载imu的输入(例如，车辆加速度、横摆率、俯仰角、侧倾角、仰角、倾角、相对车辆位置、航向等)来评估操作环境。在确定预期车辆路径和操作环境后，方法300可前进到306。在306处，方法300可包括选择一个或多个传感器以调整视野。所选择的一个或多个传感器可包括用于检测和识别车辆外部环境中的对象的adas和/或自主传感器系统。因此，所选择的一个或多个传感器可为激光雷达传感器系统、雷达传感器系统、超声波传感器系统和基于机器视觉的相机系统中的一者或多者，所述基于机器视觉的相机系统可用于评估预期车辆路径中的车辆的外部环境。此外，在一个实施方案中，所选择的一个或多个传感器中的每一个可包括多个传感器单元(例如，两个或更多个传感器单元)，所述多个传感器单元一起提供比单独的传感器单元更大的视野。换句话讲，一些传感器系统可包括多于一个传感器单元以便实现所述传感器系统的更大视野，因此所选择的一个或多个传感器可为具有多个传感器单元的传感器系统。作为非限制性示例，激光雷达传感器系统可包括多个激光雷达单元，所述多个激光雷达单元中的每一个都具有第一视野，并且所述多个激光雷达单元的第二视野大于单独的激光雷达单元的第一视野。在另一个实施方案中，单个传感器系统可包括多个子单元，其中所述多个子单元中的每一个用于扫描视野，并且当所述多个子单元中的每一个被组合(例如，被定位在一起，具有或不具有重叠的视野)时，它们提供的总视野大于每个
子单元的单独视野。作为非限制性示例，单个激光雷达系统可包括多个偏转单元(例如，图2a中的偏转器214或图2b中的mems单元216)，所述多个偏转单元用于增加激光雷达系统的总视野。虽然以上示例是关于激光雷达传感器系统来描述的，但应当理解，用于adas和/或自主驾驶的其他传感器(包括雷达传感器、相机系统、超声系统等)可用多个传感器单元和/或多个子单元(例如，传感器单元的子单元)来实现，以便增大相应传感器系统的视野，因此被选择用于调整视野的一个或多个传感器系统可以是具有多个传感器单元或传感器单元的多个子单元的任何传感器系统，这些子单元扩展了相应传感器系统的视野。此外，可单独控制多个传感器单元和/或传感器单元的多个子单元。例如，可单独控制到多个传感器单元中的每一个和/或多个子单元中的每一个的电力输入，使得可通过不操作(例如，不供电)多个传感器单元中的一些和/或多个子单元中的一些来减小传感器系统的视野。在一些示例中，与由未操作的传感器单元(或子单元)感测到的检测对象相对应的检测器子单元(例如，在激光雷达系统的情况下，检测器子单元可以是感测单元226的接收来自对象的反射光的一个或多个光电二极管)也可以是未被供电的或被置于低功率模式。
[0074]
在选择一个或多个传感器用于视野调整后，方法300前进到308。在308处，方法300包括根据预期车辆路径确定一个或多个传感器(在306处选择)的期望功能视野。期望功能视野可覆盖对预期车辆路径内和预期车辆路径周围的一个或多个阈值区内的对象的检测和/或识别。例如，一个或多个阈值区可包括与预期车辆路径直接相邻的区域，并且可包括在预期车辆路径侧面的区域或区。此外，在确定预期车辆路径和/或阈值区，从而确定期望功能视野时，可考虑包括车辆速度和车辆操作环境的车辆参数。将关于图4a、图4b和图5中的激光雷达系统描述基于预期车辆路径确定期望视野的细节。简而言之，随着车辆路径的改变，可调整操作控制(例如，向传感器供应电力或使传感器和/或将用于操作传感器单元的相应的驱动器单元断开电源)和/或处理控制(例如，从传感器单元接收感测到的信息的检测器单元的操作和感测到的信息的处理)，使得传感器系统的功能视野被调整为覆盖关于车辆的路径内对象。因此，传感器的期望功能视野是经调整的视野，使得传感器扫描包括预期车辆路径和阈值区的路径内环境，其中所述调整通过操作期望数量的单元来执行，并且包括传感器的水平扫描视野和竖直扫描视野。
[0075]
作为非限制性示例，可不对传感器系统的一个或多个传感器单元或一个或多个子单元供电，以减少功率消耗并减少处理资源消耗。具体地，未被供电的一个或多个传感器单元或子单元的视野可覆盖不在预期车辆路径内也不在预期车辆路径的阈值区内的路径外对象，同时可操作传感器系统的多个其余传感器单元以覆盖预期车辆路径内和预期车辆路径周围的阈值范围内的对象的检测和识别。
[0076]
接下来，在310处，方法300包括利用一个或多个所选择的传感器来操作车辆，所述一个或多个所选择的传感器在其相应的期望功能视野下操作。例如，可不对传感器系统的多个传感器单元和/或覆盖期望功能视野之外的视野的多个传感器子单元供电，而可操作扫描期望功能视野所需的传感器系统的第二数量的传感器单元和/或传感器系统的第二数量的传感器子单元(例如，供电和致动以扫描期望视野)。也就是说，可选择性地致动第二数量的传感器单元或子单元以扫描期望功能视野，而不致动所述数量的传感器单元或子单元(因此，不扫描功能视野之外的环境)。此外，选择性地处理经由第二数量的单元获取的传感器数据。在一个示例中，可以电力操作并致动仅第二数量的传感器单元或子单元以扫描期
望功能视野，并且处理来自被操作的第二数量的单元的传感器数据。在另一示例中，可以电力操作并致动所有传感器单元以扫描覆盖多于期望功能视野的环境；然而，选择来自扫描期望功能视野的第二数量的单元的传感器数据用于处理；而不处理其余传感器数据(来自在功能视野外扫描的传感器)。
[0077]
以此方式，通过评估预期车辆路径和预期车辆路径的操作环境，并且操作一个或多个传感器以覆盖预期车辆路径的阈值范围内的对象，可减少用于检测和/或识别车辆环境中的对象的传感器系统的功率消耗。这继而可增大车辆的操作范围。具体地，可提高电动车辆的操作范围。
[0078]
转到图4a，其示出了绘示用于操作一个或多个激光雷达传感器系统(诸如图2a或图2b中的激光雷达系统200)的示例性方法400的高级流程图，所述一个或多个激光雷达传感器系统可以是图1a中的传感器系统120和/或传感器系统127的示例，所述传感器系统安装到车辆(诸如图1a中的车辆100)的一部分。具体地，方法400描述了根据预期车辆路径对一个或多个激光雷达传感器系统的功能视野的示例性调整。方法400和450(在图4b中描述)可基于存储在处理器的存储器中的指令来执行，所述处理器诸如图1b中的车载计算系统190的处理器154或图2b中的处理单元240、车辆控制系统190的处理器或它们的任何组合。尽管将参考图1a、图1b、图2a和图2b来描述方法400，但在不脱离本公开的范围的情况下，所述方法可应用于其他系统。
[0079]
方法400开始于402。步骤402和404类似于关于图3所讨论的步骤302和304，因此将不重复类似步骤的细节。简而言之，使用来自车辆速度传感器和转向角传感器的输入，处理器可确定车辆的预期车辆路径。此外，使用来自一个或多个相机(诸如图1a中的前向相机126)、导航系统和/或车辆速度传感器和/或惯性测量单元的输入，可确定车辆的当前操作环境。在确定预期车辆路径和当前操作环境后，方法400前进到406。
[0080]
在406处，方法400包括根据安装在车辆上的一个或多个激光雷达传感器的预期车辆路径来确定期望功能视野。随着预期车辆路径的改变，激光雷达系统可被调整为基于预期车辆路径以期望功能视野操作，以便扫描预期车辆路径和预期车辆路径周围的一个或多个阈值区。确定期望功能视野包括对于一个或多个激光雷达传感器系统，确定要操作的偏转器的数量和经操作以实现期望功能视野的偏转器的位置。下面关于图4b讨论确定激光雷达系统(诸如激光雷达系统200)的激光雷达系统的期望功能视野的细节。
[0081]
此外，确定给定激光雷达传感器系统的期望功能视野包括确定激光雷达传感器系统的期望水平功能视野和期望竖直功能视野中的一者或多者。
[0082]
在确定一个或多个激光雷达系统中的每一者的期望功能视野后(如下面在图4b中讨论的)，方法400前进到408。在408处，方法400包括操作一个或多个激光雷达传感器系统以扫描期望功能视野。
[0083]
现在转到图4b，其示出了绘示用于确定激光雷达传感器(诸如图2a和图2b中的激光雷达传感器200)的期望功能视野的示例性方法450的高级流程图。
[0084]
在452处，方法450包括确定当前车辆速度是否大于阈值速度。在一个示例中，阈值速度可以是预定的，其中阈值速度基于车辆响应于车辆环境中的对象的反应时间。所述反应时间可考虑到激光雷达系统检测和/或识别车辆环境中的对象所花费的总持续时间。因此，如果反应时间较长，则阈值速度较低，反之亦然。在另一示例中，阈值速度可确定车辆是
否在高速公路环境中操作，并且相应地，阈值速度可基于车辆正在操作的当前地理区域中的最低高速公路速度。因此，可使用来自导航系统和/或获取交通标志信息的相机的输入来确定阈值速度。
[0085]
如果当前车辆速度大于阈值速度，则452处的回答为“是”，并且方法前进到454。在454处，方法450包括根据车辆速度确定第一功能视野。确定第一功能视野可包括根据当前车辆速度确定水平视野的第一程度。在大于阈值速度的较高车辆速度下，为了确保有足够的反应时间来检测行进到预期车辆路径中的对象，增加激光雷达传感器的功能视野以扫描包括预期车辆路径的更大区和预期车辆路径周围的更大阈值区。因此，在一个示例中，对于等于或大于阈值速度的车辆速度，使用第一功能视野(其为较宽视野)，而对于小于阈值速度的车辆速度，使用比第一视野更窄的第二功能视野(也在下面关于步骤460讨论)。换句话讲，在等于或高于阈值速度的较高速度下的水平视野的第一程度大于在低于阈值速度的车辆速度下的水平视野的第二程度。在一些示例中，竖直视野的程度也可更大。
[0086]
在上述示例中，使用单个阈值速度来确定是使用第一功能视野还是使用第二功能视野。应当注意，可使用不同的速度阈值来提供视野宽度和高度的范围。因此，在一些示例中，存储在处理器的存储器中的查找表可包括针对各种车辆速度或速度范围(例如，0-20mph、20-40mph、40-60mph等，或任何其他速度范围)的相应视野(水平和/或竖直视野)，并且基于当前车辆速度，可使用查找表来确定用于当前车辆速度的标称视野。例如，对于每个激光雷达传感器，可在安装时生成指示各种车辆速度或速度范围的标称视野的查找表，并将其存储在处理器的存储器中。在车辆操作期间，可使用查找表根据车辆速度采用标称视野，因此第一功能视野是当前车辆速度的标称视野。
[0087]
在确定第一功能视野后，方法450前进到456。在456处，方法450包括确定用于扫描第一功能视野的偏转器单元的第一数量。如以上在图2a和图2b中所讨论，激光雷达传感器单元可包括多个偏转器单元，其中所述偏转器单元中的每个偏转器单元可围绕中心轴线枢转以扫描单独的视野，使得总视野(其大于每个单独视野)可由多个偏转器单元扫描。因此，在456处，处理器可确定扫描第一功能视野所需的偏转器单元的第一数量。所述单独视野可彼此重叠也可不重叠。作为非限制性示例，单个偏转器单元可提供45度水平视野和30度竖直视野。为了实现160度水平视野的扫描，可布置四个偏转器单元，其中在至少两个偏转器单元之间具有一定程度的视野重叠。例如，四个偏转器单元可布置成一行，其中相邻偏转器单元之间的视野部分重叠，以扫描160度水平视野和30度竖直视野。如果第一功能水平视野为80度，则偏转器单元的第一数量为2。作为另一非限制性示例，四个偏转器单元可被布置成扫描180度水平视野和30度竖直视野。对于80度的第一功能水平视野，对于该示例性配置，偏转器单元的第一数量为2。
[0088]
作为另一非限制性示例，上述四个偏转器单元可布置成两行，每行两个偏转器单元，以扫描90度水平视野和60度竖直视野。在这种布置中，偏转器单元的第一数量为4，以扫描80度的水平视野。
[0089]
在一些实施方案中，其中多个mems镜用作用于扫描的偏转单元，如457处所指示，可确定用于扫描第一功能视野的mems镜的第一数量。
[0090]
在一些实施方案中，其中多个激光雷达系统(例如，激光雷达系统200)或扫描单元(例如，扫描单元214)被布置为提供较大视野，如458处所指示，可确定可能需要操作以扫描
第一功能视野的激光雷达系统或扫描单元的第一数量。
[0091]
返回到452，如果当前车辆速度小于阈值速度，则方法450前进到460。在460处，方法450包括根据当前车辆速度确定第二功能视野。当车辆速度小于阈值速度时，第二功能视野比当车辆速度大于阈值速度时使用的第一功能视野更窄。与关于步骤454所讨论的第一功能视野类似，确定第二功能视野可包括根据当前车辆速度确定水平视野的第二程度。在小于阈值速度的较低车辆速度下，当传感器有足够的反应时间来检测行进到车辆路径中的对象时，激光雷达传感器的功能视野减小以扫描包括预期车辆路径的较窄区和围绕预期车辆路径的较小阈值区。应当理解，如果偏转器单元的布置使得多于一个偏转器单元用于扫描较大视野(当需要时)，则竖直视野的程度也可减小。此外，如454处所讨论的，可使用不同的速度阈值来提供视野宽度和高度的范围。因此，在一些示例中，可使用存储在处理器的存储器中并且包括针对各种车辆速度或速度范围(例如，0-20mph、20-40mph、40-60mph等，或任何其他速度范围)的对应视野(水平视野和/或竖直视野)的查找表用于确定第二功能视野。例如，在车辆操作期间，可使用查找表根据车辆速度采用标称视野，因此第一功能视野(在步骤454处)是第一车辆速度的标称视野，并且第二功能视野是第二车辆速度的标称视野，其中第一功能视野大于第二功能视野，并且其中第一车辆速度大于第二车辆速度。
[0092]
在另一示例中，在第一条件期间，当当前车辆速度大于阈值速度时，可使用第一功能视野来扫描车辆路径；以及在第二条件期间，当当前车辆速度小于阈值速度时，可使用第二功能视野来扫描车辆路径；其中第一功能视野大于第二功能视野。
[0093]
接下来在462处，方法450包括确定扫描第二功能视野所需的偏转器的第二数量。由于第二功能视野比第一功能视野更窄，因此偏转器的第二数量小于偏转器的第一数量。在一些示例中，其中mems镜用作偏转器，如463处所指示，可确定扫描第二功能视野所需的mems镜的第二数量。在一些其他示例中，如464处所指示，可根据第二功能视野确定激光雷达扫描单元或激光雷达系统的第二数量。
[0094]
在一个实施方案中，第一车辆速度范围将被分类为高速公路车辆速度，而第二车辆速度范围可被分类为住宅区域车辆速度或停车车辆速度，其中第一车辆速度范围大于第二车辆速度范围。在车辆操作条件期间，当车辆以第一车辆速度范围内的第一车辆速度操作时，可通过操作第一数量的偏转器来扫描第一功能视野。当车辆以第二车辆速度范围内的第二车辆速度操作时，可通过操作比偏转器的第一数量少的第二数量的偏转器来扫描比第一功能视野窄的第二功能视野。以此方式，通过根据车辆速度调节激光雷达系统的视野，在一些条件下，可减少所使用的激光雷达偏转器(或mems镜或扫描单元)的数量。因此，可不对致动未使用的偏转器的相应驱动器供电，并且降低了总功率消耗。
[0095]
关于图6a示出了不同车辆速度下视野的示例性变化。
[0096]
在确定扫描所确定的功能视野的偏转器的数量后，方法450前进到466。在466处，方法450包括确定车辆可以当前车辆速度行进通过的预期车辆路径的曲率。可根据来自转向角传感器、一个或多个相机、imu和导航系统中的一者或多者的输入来确定预期车辆路径的曲率。
[0097]
在一个示例中，转向角传感器可提供对车辆的当前转向角的指示。可使用当前转向角连同车辆的转向比和轴距距离来确定预期车辆路径的曲率。转向角与预期路径的曲率成比例，因此预期曲率随转向角的增加而增加。此外，可使用方向盘的转弯方向来确定车辆
的转弯方向。此外，在一些示例中，另外，可使用来自导航系统和/或一个或多个相机(例如，获取车辆路径信息的前向相机)的输入来确定预期路径的曲率。
[0098]
在一个实施方案中，当车辆以自主模式操作时，其中来自转向角传感器的输入不可用，可从imu、导航系统、一个或多个相机和一个或多个其他传感器(例如，其他激光雷达传感器)中的一者或多者获得关于预期车辆路径的曲率的信息，所述导航系统包括来自gps传感器的当前车辆位置和来自导航系统的位置信息。
[0099]
在确定预期路径的曲率后，方法450前进到468。在468处，方法450包括确定曲率是否大于第一上限阈值曲率。如果468处的回答为“否”，则方法450前进到472。在472处，方法450包括确定曲率是否大于第二下限阈值。如果曲率不大于第二下限阈值(472处的回答为“否”)，则车辆期望在直线路径或略微弯曲路径中行进，并且相应地方法450前进到476。在476处，所述方法包括以根据车辆速度所确定的数量的偏转器单元操作车辆。具体地，由于预期车辆路径的曲率小于第二下限阈值，因此预期车辆路径是直线的或略微弯曲的，激光雷达系统的视野主要基于车辆速度对其作出响应。因此，激光雷达系统可以根据车辆速度所确定的数量的偏转器单元来操作。
[0100]
此外，由于预期路径的曲率小于第二下限阈值，因此所扫描的视野的量可关于车辆的水平轴线或中心轴线对称。换句话讲，可选择被操作的单元的数量，使得由多个偏转器单元扫描的视野关于预期车辆路径对称。例如，如果单元的数量为偶数，则在右侧操作的单元的数量等于在左侧操作的单元的数量。如果单元的数量为奇数，则在中央单元右侧操作的单元的数量等于在中央单元左侧操作的单元的数量。以此方式，当预期路径是直线的或略微弯曲的时，多个偏转器可关于预期车辆路径或车辆本身以对称的方式扫描视野。
[0101]
类似地，当被操作的偏转器单元的数量减少时，偏转器单元的数量可从任一侧对称地减少。例如，当车辆速度从高于阈值的较高车辆速度变化到低于阈值的较低车辆速度时，并且当预期的车辆路径曲率小于第二下限阈值时，通过停止对位于左端和右端的偏转器的电力供应，偏转器的数量可从偏转器的第一数量减少到偏转器的第二数量。因此，当将视野从较宽视野改变到较窄视野时(当车辆操作从高于阈值速度的较高速度改变到低于阈值速度的较低速度时)，被关闭的单元的数量在任一侧上可以是相等的，并且可以是在扫描预期车辆路径之外和在预期车辆路径侧面并与预期车辆路径相邻的阈值区之外的端部单元。
[0102]
作为另一非限制性示例，第一偏转器(dn)可被配置为扫描范围从-20
°
(从驾驶员的视角朝向左侧)到 20
°
(从驾驶员的视角朝向右侧)的水平视野。dn可居中定位，以便关于车辆的水平轴线或中心轴线扫描-20
°
至 20
°
。第二偏转器(dn 1)可被配置为关于车辆的中心轴线扫描范围从 20
°
至 60
°
的第二水平视野，并且第三偏转器(dn 2)可被配置为关于车辆的中心轴线扫描范围从 60
°
至 100
°
的第三水平视野。此外，第二相对偏转器(dn-1)可被配置为关于车辆的中心轴线扫描范围从-20
°
至-60
°
的第二相对水平视野，并且第三相对偏转器(dn-2)可被配置为关于车辆的中心轴线扫描范围从-60
°
至-100
°
的第三相对水平视野。当预期车辆路径是直线的或略微弯曲的时，并且当车辆在低于阈值速度的低速度下操作时，可操作第一偏转器、第二偏转器和第二相对偏转器以围绕车辆的中心轴线扫描从-60
°
至 60
°
的视野。然而，当车辆以等于或高于阈值速度的较高速度操作时，可使用范围从-100
°
至 100
°
的较宽视野。相应地，可操作第一偏转器、第二偏转器、第二相对偏转器、第三
偏转器和第三相对偏转器以扫描从-100
°
至 100
°
的水平视野。因此，当车辆速度小于阈值时，通过操作较少数量的偏转器，可降低电力消耗。在图6a中示出了根据车辆速度的示例性功能视野调整。
[0103]
步骤477指示可根据预期车辆路径的曲率调整的一个或多个附加偏转器单元实施方案。在一个示例中，当mems镜用作偏转器单元时，可调整mems镜的数量。在另一示例中，可调整扫描单元或激光雷达系统的数量。
[0104]
返回468，如果在468处的回答为“是”，则方法450前进到470。在470处，方法450包括增加偏转器单元的数量以在转弯方向上增加视野，同时在相反转弯方向上减少偏转器单元的数量。在一个示例中，可独立于车辆速度并且根据预期车辆路径的曲率来执行视野的调整，其中根据来自转向角传感器、导航系统和获取关于车辆路径的信息的一个或多个相机(例如，面向道路的相机)中的一者或多者的输入来确定曲率。
[0105]
在另一示例中，可关于根据车辆速度确定的标称视野来执行视野的调整。如以上在454、456、460和462处所讨论的，标称视野可以是当当前车辆速度等于或大于阈值速度时由第一数量的偏转器扫描的第一功能视野，并且标称视野可以是当车辆速度低于阈值速度时由第二数量的偏转器扫描的第二功能视野。当预期车辆路径的曲率急时(大于第一上限阈值)，关于标称视野，转弯方向上的视野增加。可通过增加被配置为在期望方向上扫描视野的偏转器单元的数量来在转弯方向上实现视野的增加。作为非限制性示例，如果第一数量的偏转器的一半用于扫描第一视野的右侧(例如，车辆的中心轴线的右侧)而第一数量的偏转器的另一半用于扫描第一视野的左侧，则当预期车辆路径的曲率向右并且大于第一阈值时，可使用一个或多个附加数量的偏转器(除第一数量的偏转器的一半之外)来在转弯方向上(即，向右)扫描更大区，同时可关闭扫描左侧的一个或多个偏转器(例如，扫描最左侧区的偏转器)以节省电力，所述一个或多个偏转器不覆盖对预期车辆弯曲路径和阈值区的扫描，或者在一些示例中，可使所述一个或多个偏转器在低功率模式下操作。因此，在一些示例中，操作用于在转弯方向上扫描视野的多个单元可包括操作对于当前车辆速度通常未被接通电源的单元。此外，除了在转弯方向上增加视野之外，可不操作被配置为在相反方向(例如，距相反方向最远的区)上扫描视野的一个或多个偏转器单元。因此，可通过不操作通常在相反转弯侧上扫描视野的一个或多个偏转器单元来在与转弯方向相反的方向上减少扫描。
[0106]
作为另一非限制性示例，参考在步骤476所讨论的示例，第一偏转器可被配置为关于车辆的水平轴线或中心轴线扫描-20
°
至 20
°
，第二偏转器可被配置为关于车辆的中心轴线扫描范围从 20
°
至 60
°
的第二水平视野，并且第三偏转器可被配置为关于车辆的中心轴线扫描范围从 60
°
至 100
°
的第三水平视野。此外，第二相对偏转器可被配置为关于车辆的中心轴线扫描范围从-20
°
至-60
°
的第二相对水平视野，并且第三相对偏转器可被配置为关于车辆的中心轴线扫描范围从-60
°
至-100
°
的第三相对水平视野。当预期车辆路径是直线的或略微弯曲的时，并且当车辆在低于阈值速度的低速度下操作时，可操作第一偏转器、第二偏转器和第二相对偏转器以围绕车辆的中心轴线扫描从-60
°
至 60
°
的视野。此外，由于低的车辆速度，与当车辆速度高于阈值速度时可使用的较宽视野(-100
°
至 100
°
)相比，视野是窄的(-60
°
至 60
°
)。由于第一、第二和第二相对偏转器在低车辆速度下覆盖期望视野(-60
°
至 60
°
)的扫描，因此可关闭第三偏转器和第三相对偏转器。当在低于阈值的低速度
下操作时，车辆驾驶员可使方向盘以急斜角度向右转弯，响应于此，预期车辆路径可被确定为具有大于第一上限阈值的曲率。响应于预期车辆路径在向右方向上的曲率的增加，第一偏转器、第二偏转器和第三偏转器(当车辆在直线路径或略微弯曲路径中行进时，其通常不打开)可操作以扫描从-20
°
到 100
°
的水平视野，而第二相对偏转器可关闭。第一偏转器、第二偏转器和第三偏转器可覆盖在弯道方向上对弯曲车辆路径的扫描以及对弯曲车辆路径周围的阈值区的扫描。可关闭在相反转弯方向上扫描视野的第二相对偏转器以减少电流耗用。类似地，当车辆驾驶员想要进行急左转弯并且预期车辆路径的曲率大于第一上限阈值时，可操作第一偏转器、第二相对偏转器和第三相对偏转器以覆盖范围从-100
°
至 20
°
的视野，同时可关闭通常扫描相对侧的第二偏转器和第三偏转器以节省电力，所述电力原本可能由于第二偏转器单元和第三偏转器单元的附加asic和检测处理而被消耗掉。
[0107]
继续以上示例，当车辆以大于阈值速度的较高速度行进时，可使用范围从-100
°
到 100
°
的较宽视野。因此，可操作第一偏转器、第二偏转器、第二相对偏转器、第三偏转器和第三相对偏转器来以较高速度扫描较宽视野。当预期车辆路径的曲率(向右)大于第一上限阈值时，可保持整个较宽视野，同时调整视野朝向转弯方向的方向性。因此，可操作第一偏转器、第二偏转器、第二相对偏转器和第三偏转器以提供-60
°
至 100
°
的扫描。此外，可打开在直线路径或略微弯曲路径中以较高速度行进时通常不操作的第四偏转器(dn 3)以在转弯方向(朝右)上扫描 100
°
至 140
°
，而可关闭第三相对偏转器(在相反转向方向上扫描-60
°
至-100
°
)以减少功率消耗。应当理解，上述数量的偏转器和视野范围用于说明目的，并且可使用任何数量的偏转器和每个偏转器的任何视野范围，并且在本公开的范围内。步骤471指示可根据预期车辆路径的曲率调整的一个或多个附加偏转器单元实施方案。在一个示例中，当mems镜用作偏转器单元时，可调整多个mems镜，以通过如上面所讨论的在相反转弯方向上减少视野来在转弯方向上增加视野。在另一示例中，当使用多个扫描单元或多个激光雷达系统时，可针对多个扫描单元或激光雷达系统实现上文讨论的控制策略，以通过在转弯方向上增加单元的数量来在转弯方向上增加视野，并通过在相反转弯方向上减少单元的数量来在相反转弯方向上减少视野。
[0108]
返回到472，如果曲率小于第一上限阈值但大于第二下限阈值，则方法450前进到474。在474处，方法450包括在转弯方向上保持偏转器单元的数量以在转弯方向上保持转弯侧视野，以及在相反转弯方向上减少偏转器单元的数量以在与转弯相反的方向上减少相反侧视野。在一个示例中，可独立于车辆速度并且根据预期车辆路径的曲率来执行视野的调整。因此，在一个示例中，当曲率较小(大于第二下限阈值且小于第一上限阈值)时，在转弯方向上扫描视野的单元的数量可小于当曲率等于或大于第一上限阈值时在转弯方向上扫描视野的单元的数量。另外地或替代地，当曲率较小时，离相反的转弯方向最远的被断开电源的单元的数量可小于当曲率大于第一上限阈值时的数量。
[0109]
在另一示例中，可关于标称视野执行视野的调整，因此关于标称数量的偏转器执行视野的调整，标称数量根据车辆速度来确定。作为非限制性示例，如果使用第一数量的偏转器的一半(根据车辆速度扫描第一视野)来扫描第一视野的右侧(例如，向车辆的中心轴线的右侧)并且使用第一数量的偏转器的另一半来扫描第一视野的左侧，则当预期车辆路径向右的曲率等于或大于第二下限阈值但小于第一上限阈值时，可保持扫描第一视野的右侧的偏转器的右半的操作，并且同时可关闭扫描左侧的不覆盖对预期车辆弯曲路径的扫描
的一个或多个偏转器(例如，扫描最左侧区的偏转器)以节省电力，或在一些示例中，可使所述一个或多个偏转器以低功率模式操作。作为另一非限制性示例，继续关于470所讨论的示例，当车辆速度小于阈值速度时，可操作第一偏转器、第二偏转器和第二相对偏转器以扫描范围从-60
°
到 60
°
的水平视野。当车辆驾驶员向右转动方向盘以在弯曲路径中引导车辆时，预期车辆路径可具有对应于转向角的曲率。响应于预定车辆路径向右的曲率等于或大于第一阈值且小于第二阈值，可保持第一偏转器和第二偏转器的操作，同时可关闭第二相对偏转器。在一些示例中，如果第二相对偏转器扫描预期车辆路径周围的阈值区的一部分，则可保持所有三个偏转器的操作。当车辆以大于阈值速度的较高速度操作时，可操作第一偏转器、第二偏转器、第二相对偏转器、第三偏转器和第三相对偏转器以提供范围从-100
°
到 100
°
的水平视野的扫描。当车辆操作员向右转动方向盘时，并且如果预期车辆路径的曲率大于第一阈值且小于第二阈值，则可保持第一偏转器、第二偏转器和第三偏转器的操作，同时可关闭第二相对偏转器和第三相对偏转器中的一者或多者。
[0110]
以此方式，可减小由不覆盖车辆路径的扫描和车辆路径周围的阈值区的一个或多个偏转器的操作所消耗的功率。步骤475指示可根据预期车辆路径的曲率调整的一个或多个附加偏转器单元实施方案。在一个示例中，当mems镜用作偏转器单元时，可调整mems镜的数量以在转弯方向上保持转弯侧视野，并如上所讨论在相反转弯方向上减少视野。在另一示例中，当使用多个扫描单元或多个激光雷达系统时，可针对多个扫描单元或激光雷达系统实施上文所讨论的控制策略，以通过在转弯方向上保持单元的数量来在转弯方向上保持视野，并且通过在相反转弯方向上减少单元的数量来在相反转弯方向上减少视野。
[0111]
以此方式，安装在车辆上的激光雷达系统的操作可根据车辆速度和预期车辆路径的曲率来调整。
[0112]
在一个实施方案中，可操作所有偏转器单元以照明车辆操作环境，并且可确定照明路径外环境(即，预期车辆路径之外和预期车辆路径周围的阈值区之外的环境)的偏转器单元的数量和所述数量的偏转器单元的对应位置，并且从扫描路径外环境的多个偏转器单元获取的数据可不被激光雷达处理单元用于处理。以此方式，可减少计算工作量。
[0113]
图5示出了指示在各种车辆操作条件期间的激光雷达系统(诸如图2b所示的激光雷达系统200)的功能视野的示例性调整的表500，所述激光雷达系统包括多个mems镜。表500描述了可由车辆处理器结合激光雷达系统处理器执行的示例性调整，以通过将激光雷达系统的一个或多个mems镜和/或mems镜的致动器接通电源或断电来增加或减少激光雷达系统的视野。具体地，可根据计算出的车辆路径来调整被操作的mems镜的数量，以便降低总体激光雷达传感器功率消耗和计算工作量。多个mems镜作为偏转器操作，以用于扫描包括车辆行进路径的车辆周围的环境。在一个示例中，多个mems镜可布置为m
×
n阵列，其中m表示行数，并且n表示列数。多个mems镜中的每一个可使用来自至少一个光源的光来扫描单独的视野，使得多个mems镜可一起提供更大视野的扫描。每个mems镜的单独视野可与相邻镜相邻或重叠。将使用包括偶数个mems镜(即，1xn阵列，其中n是偶数)的单行来描述该示例。应当注意，在本文描述的对视野的调整以及因此对mems镜的调整可应用于mems镜的任何配置。此外，虽然关于mems镜描述了本示例，但视野的调整和mems镜的操作可用于任何类型的偏转器单元，特别是例如当多个偏转器单元用于扫描更大的视野时。
[0114]
此外，表500描述了激光雷达传感器系统的示例性调整，所述激光雷达传感器系统
可被定位成扫描横跨车辆前部的总视野。例如，激光雷达系统可被定位在车辆前部的护栅内，并且可被配置为利用多个mems镜来扫描跨前部的总视野；其中多个mems镜中的每个mems镜扫描总视野的相应部分，并且其中由两个相邻mems镜扫描的相应部分可以是连续的或重叠的。虽然表500包括可由处理器执行的调整的示例性描述，但在一个示例中，表500可作为查找表存储在处理器的存储器中。查找表可包括被接通电源的mems镜的数量的值以及关于哪个mems镜被操作以及哪个mems镜被断开电源的位置指示。激光雷达系统处理器可通过根据查找表给指定的mems单元供电和停止指定mems单元的操作来执行视野调整。
[0115]
表500在列502处示出了计算出的车辆路径。可根据来自转向角传感器、导航系统和获取车辆周围信息的一个或多个相机中的一者或多者的输入来确定计算出的车辆路径(在本文也称为预期车辆路径)。表500还在列504处示出了根据车辆速度传感器确定的车辆速度，在列506处示出了根据转向角传感器确定的转向角，在列508处示出了根据车道改变指示符的车道改变指示，在列510处示出了对应于计算出的车辆路径的激光雷达系统的期望功能视野(也称为期望视野)，以及在列512处示出了被供电以提供期望视野的mems镜数。在该示例中，期望视野(fov)为水平视野，并且因此在调整水平视野时，对于各种车辆路径，竖直视野可保持相同。然而，在一些示例中，另外，多个mems镜可被布置为提供更大的竖直视野，且在此类示例中，可对一个或多个mems镜(例如，一行或多行mems镜)供电或不供电以增加或减小竖直视野。此外，在该示例中，多个右mems镜(在本文也称为右单元)被配置为覆盖右视野的扫描，其中右视野是车辆的中心轴线右侧(从车辆操作员的视点看)的右扇区，并且多个左单元(在本文也称为左单元)可被配置为覆盖左视野的扫描，其中左视野是车辆中心轴线左侧的左扇区。在列514处指示根据车辆路径的计算出的方向的mems镜的方向调整(例如，是右单元还是左单元或两者都被调整)。
[0116]
行520示出了当车辆在交叉路口或接近或经过交叉路口部分时mems镜的示例性调整。例如，一个或多个前向相机可检测车辆前方的交通标志(例如，交通灯杆)，其可指示车辆正在接近交叉路口。另外地或替代地，导航系统可提供关于正在接近的交叉路口的信息。此外，车辆处理器可使用来自车辆速度传感器的信息来确定车辆停在交叉路口。当车辆在交叉路口或正在接近交叉路口或正在经过交叉路口时，可独立于车辆速度、转向角和车道改变指示来利用激光雷达传感器的全视野。因此，所有的多个mems镜被接通电源，因此所有的右单元和所有的左单元都被操作。此外，在车辆起动时(例如，点火钥匙位置从“关”变为“开”)，可使用激光雷达系统的全视野。在一个示例中，在车辆起动时，可执行诊断操作以评估激光雷达系统的操作，因此在起动时可使用激光雷达传感器的全视野。
[0117]
在一个实施方案中，当多个激光雷达系统用于扫描车辆周围的环境时，可操作所有的多个激光雷达系统，包括面向前路径的激光雷达系统、面向后路径的激光雷达系统、面向右侧区域和左侧区域的激光雷达系统。
[0118]
行522、524和526描绘了当计算出的车辆路径是直线的略微弯曲的(例如，在图4b的步骤472处，车辆路径的曲率小于第二下限阈值)时响应于转向角小于下限阈值角而对mems镜的调整。在车辆操作状况期间，当车辆路径是直线的略微弯曲的时，根据车辆速度调整期望视野。因此，当车辆速度小于阈值速度(例如，在图4b的步骤452处讨论的阈值速度)时，可期望窄视野(行522)，因此可通过停止利用一个或多个mems镜的感测(例如，停止向一个或多个mems镜单元供电和/或停止一个或多个mems镜的致动)来减少被操作的mems镜的
数量。由于车辆路径是直线的，因此未被操作的右单元的数量可等于未被操作的左单元的数量，使得激光雷达系统的视野从总视野的右边界和左边界对称地且成比例地减小。窄视野可覆盖对计算出的或预期的车辆路径以及车辆路径周围的窄阈值区的扫描，以便检测路径内对象和与计算出的车辆路径直接相邻的一些区。
[0119]
当车辆速度大于阈值速度时(行524)，期望更宽的视野，因此被操作的mems镜的数量可小于或等于mems镜的总数，但大于在相同操作环境中用于更窄视野的mems镜的数量。此外，由于相对直的预期车辆路径，如果视野从较窄视野改变为较宽视野，则被操作的mems镜的数量的增加可在两侧是对称的，以便对称地增加视野的右边界和左边界。类似地，如果视野从总视野改变为小于总视野的较宽视野，则未被操作以获得较宽视野的右单元和左单元的数量可以是对称的。以此方式，当车辆路径是直线的或仅略微弯曲时，将对称地执行对总视野的右扇区和总视野的左扇区的调整。
[0120]
此外，当计算出的车辆路径是直线的或略微弯曲的时，如果车辆操作员提供车道改变的指示(行526，列508)，则可进一步调整标称视野(根据车辆速度)，以便增加指示方向上的视野。因此，当车辆操作员提供向右指示或当地图识别道路中的方向转弯/弯道时，可增加被操作的右mems镜的数量，而左mems镜的数量可保持相同，反之亦然。在完成车道改变之后，视野可改变回到标称视野(即，根据车辆速度)。
[0121]
行528描绘了当转向角大于下限阈值但小于上限阈值角度时的示例性调整，并且同样地，计算出的车辆路径的曲率大于下限阈值但小于上限阈值(例如，在步骤468处的第一上限阈值)。在一些示例中，计算出的车辆路径的曲率可根据转向角传感器和/或imu(例如，横摆率、侧倾角、俯仰角、航向、加速度等)中的一者或多者来确定。响应于计算出的车辆路径是弯曲的，可调整激光雷达系统的视野以在与转弯方向相反的方向上减少视野的一部分。因此，当预期车辆路径向右弯曲时(行528，列514)，可减少被供电的左镜的数量，同时可维持被操作的右镜的数量(例如，根据车辆速度)。类似地，例如，当预期车辆路径向左弯曲时(行528，列514)，可减少被供电的右镜的数量，同时可根据车辆速度保持被操作的左镜的数量。
[0122]
行530示出了当转向角大于上限阈值角时的示例性调整，因此计算出的车辆路径具有大于第一上限阈值(例如，图4b中468处的第一上限阈值)的急曲率。响应于计算出的具有急曲率的车辆路径，视野的一部分可在转弯方向上增加，而视野的一部分可在与转弯方向相反的方向上减少。因此，当预期车辆路径具有向右的急弯道时(行530，列514)，可增加被操作的右mems镜的数量以在转弯方向上增加视野的一部分，并且可减小被操作的左mems镜的数量以在与转弯方向相反的方向上减少视野的一部分。类似地，当预期车辆路径具有向左的急弯道时(行530，列514)，可增加被操作的左mems镜的数量以在转弯方向上增加视野的一部分，而减少被操作的右mems镜的数量以在与转弯方向相反的方向上减少视野的一部分。
[0123]
行532示出了在瞬态操纵期间的示例性调整，诸如在踩加速器踏板期间(例如，由操作员增加的转矩请求)。在瞬态条件期间，可调整视野以提供全视野，且因此可操作所有mems单元。在完成瞬态操纵后，可如上所讨论根据车辆速度、预期车辆路径和车辆外部操作环境中的一者或多者来调整视野。
[0124]
应当理解，可连续评估车辆路径，并且可根据预期车辆路径连续调整视野。例如，
在完成转弯后，如果车辆恢复直线路径，则激光雷达系统可以对应于车辆速度的标称视野操作。以此方式，可动态地调整传感器的视野，可减少激光雷达传感器用于驱动mems镜操作和计算处理所消耗的电力。这继而降低了从车辆电源消耗的总功率，并且可改善电动或部分电动车辆的总驾驶范围。
[0125]
在一些实施方案中，当操作所有mems镜以照明环境时，可选择性地处理由mems镜获取的数据。例如，可处理由扫描预期车辆路径和/或预期车辆路径周围的阈值区的期望数量和位置的mems镜获取的所选数据。以此方式，减少了激光雷达系统的计算工作量和处理时间。此外，由于减少的计算工作量，降低了功率消耗。
[0126]
图6a至图6c示出了通过调整激光雷达传感器610中的一个或多个镜的操作而根据车辆速度和预期车辆路径进行的示例视野调整，所述激光雷达传感器可以是图2b所讨论的激光雷达传感器系统200的示例。激光雷达传感器610可设置在车辆(诸如图1a的车辆100)的前部，并且可包括具有第一视野601的第一镜、具有第二视野602的第二镜、具有第三视野603的第三镜、具有第四视野604的第四镜、具有第五视野605的第五镜和具有第六视野606的第六镜。第一镜、第二镜和第三镜覆盖对车辆的中心轴线611的右侧(从车辆操作员的角度或者关于在行进方向上向前看)的右区的扫描。第四镜、第五镜和第六镜覆盖对中心轴线611的左侧(从车辆操作员的角度或者关于在行进方向上向前看)的左区的扫描。在图6a至图6c中，当对镜进行操作(供电)时被镜扫描的区以实线边界示出，而由于镜未被供电(即，镜不扫描视野，或者换句话讲，不照明视野内的对象)而未被镜扫描的区以虚线边界示出。
[0127]
激光雷达传感器610可从车载计算系统109或经由车辆控制系统(诸如车辆控制系统190)接收车辆速度指示612和预期车辆路径指示614。如上面所讨论的，可经由车辆速度传感器获得车辆速度指示612，并且可根据转向角传感器、车辆位置传感器、获取关于车辆外部环境的信息的一个或多个相机、一个或多个附加激光雷达传感器和导航传感器中的一者或多者来确定预期路径指示614。在一些示例中，激光雷达传感器610的处理器可使用来自转向角传感器、车辆位置传感器、一个或多个相机、一个或多个附加激光雷达传感器和导航传感器中的一者或多者的指示来计算预期车辆路径。
[0128]
现在转到图6a，示出了当车辆速度在预期车辆路径609上等于或大于阈值速度时的示例性视野调整600，所述预期车辆路径是直线路径(即，车辆的预期转弯半径小于下限阈值)。例如，车辆可在高速公路上行进，因此可以较高的车辆速度操作，并且可在直线路径609上行进。为了确保激光雷达传感器610有足够的反应时间检测行进到车辆路径中的对象，当车辆速度等于或高于阈值速度时，可使用较宽视野616。此外，由于期望车辆在直线路径中行进，因此视野可关于车辆的中心轴线611对称。因此，被操作的右镜的数量等于被操作的左镜的数量。因此，为了扫描更宽的视野616，第二镜和第五镜以电力操作以扫描预期车辆路径609和在预期车辆路径609的右侧和左侧上对称的阈值区。此外，可不对分别扫描最右区和最左区的第一镜(配置为扫描视野601)和第六镜(配置为扫描视野606)供电。最右区和最左区是未被镜扫描的路径外区，并且以虚线示出。
[0129]
图6a还示出了当车辆速度小于阈值速度时激光雷达传感器610的示例性视野调整620。例如，车辆将在本地驾驶环境中操作，因此车辆速度可能较低。此外，预期车辆路径629是直线路径。当车辆速度小于阈值速度并且预期车辆路径629是直线的时，较窄视野626适于保存电力。因此，对扫描预期车辆路径629以及在预期车辆路径629侧面且与预期车辆路
径直接相邻的第二阈值区(当速度较高时，所述第二阈值区可小于阈值区)的第三镜和第四镜供电，而不对扫描路径外环境的其余镜(第一镜、第二镜、第五镜和第六镜)供电。此外，由于预期行驶路径是直线的，因此预期车辆路径的扫描是关于车辆的中心轴线对称的。因此，被操作以扫描右视野的镜的数量等于被操作以扫描左视野的镜的数量，所述右视野从操作员的视点看是中心轴线611的右侧，所述左视野从操作员的视点看是中心轴线611的左侧。
[0130]
在一些示例中，除了车辆速度和预期车辆路径之外，可监视车辆交通和/或非车辆交通的量(例如，经由扫描车辆环境的一个或多个相机、一个或多个其他激光雷达传感器、监视车辆环境的一个或多个其他传感器)，并且响应于交通量大于阈值，可增大视野626。
[0131]
图6b示出了当预期车辆路径的曲率大于下限阈值且小于上限阈值时激光雷达传感器610的示例性视野调整630和640。例如，可根据从转向角传感器感测到的转弯程度推断所述曲率。附加地或替代地，可使用来自车辆导航系统、获取关于车辆环境的信息的相机以及其他成像和测距传感器中的一者或多者的输入来确定预期车辆的曲率。
[0132]
在630处，预期车辆路径639向左转弯(从车辆操作员的角度或者关于向前看向预期车辆路径的行进方向)。响应于预期车辆路径639的左侧的曲率，不操作(即，不供电)扫描路径外区域的最右侧区的第一镜和第二镜，而操作(即，供电)扫描预期车辆路径和在预期车辆路径侧面并与预期车辆路径直接相邻的区的第三镜、第四镜和第五镜以扫描视野636。此外，不操作扫描在路径外且不在预期车辆路径内也不在与预期车辆路径直接相邻的侧翼区内的最左侧区的第六镜。以此方式，不操作扫描不在预期车辆路径内也不在与预期车辆路径直接相邻的侧翼区内的路径外环境的一个或多个镜。具体地，不操作在与转弯方向相反的方向上扫描相反的路径外环境的更多数量的镜，而操作在转弯方向上扫描路径外对象的更少数量的镜(或根据曲率的程度没有)。因此，减少了被操作的镜的数量，这降低了电功率消耗，并且减少了用于生成深度图的激光雷达处理器和/或车辆处理器上的计算工作量。
[0133]
此外，如640处所示，预期车辆路径649转向右侧，因此不操作扫描最左侧路径外环境的第五镜和第六镜以及扫描最右侧路径外环境的第一镜，而操作扫描预期车辆路径649以及预期车辆路径649周围的阈值区的第二镜、第三镜和第四镜域以在视野646内扫描。
[0134]
此外，图6c示出了当预期车辆路径的曲率大于上限阈值时(急弯)激光雷达系统610的示例性视野调整650和660。由于预期车辆路径的更大曲率，不操作在与转弯方向相反的方向上扫描路径外环境的更多数量的镜，而操作在转弯方向上的一个或多个附加镜以覆盖预期车辆路径的扫描和在预期车辆路径侧面并与预期车辆路径直接相邻的阈值区。具体地，在650处，预期车辆路径659向左弯曲，因此不操作扫描右侧区的第一镜、第二镜和第三镜，而操作第四镜、第五镜和第六镜以在视野657内扫描。第六镜(扫描视野606)可不如常工作；然而，由于预期车辆路径的急曲率，可操作第六镜以扫描视野606内的最左侧区。类似地，在660处，预期车辆路径669转向右侧，并且响应于曲率大于上限阈值，操作第一镜、第二镜和第三镜以在视野667内扫描，而不操作第四镜、第五镜和第六镜，因为它们在与转向方向相反的方向上扫描路径外环境。
[0135]
这里，通过减少检测环境的镜的数量，改善了功率消耗和计算工作量。
[0136]
此外，在一些实施方案中，可操作多于一个激光雷达传感器。例如，安装在传感器610右侧的第二激光雷达传感器和安装在传感器610左侧的第三激光雷达传感器可用于扫描环境。在此类示例中，第二激光雷达传感器和第三激光雷达传感器可以类似于传感器610
的方式被控制。因此，虽然在由不同激光雷达单元扫描的区中可能存在一些重叠，但可减少激光雷达扫描中的高水平冗余，这导致改进的功率管理和计算资源管理。
[0137]
在一个实施方案中，第一激光雷达系统、第二激光雷达系统、第三激光雷达系统、第四激光雷达系统、第五激光雷达系统和第六激光雷达系统可扫描第一视野601、第二视野602、第三视野603、第四视野604、第五视野605和第六视野606。在一些示例中，第一激光雷达系统至第六激光雷达系统可被配置为扫描激光雷达系统(例如，图2a或图2b中的激光雷达系统200)或非扫描激光雷达系统诸如闪光激光雷达系统。在一些示例中，可使用扫描激光雷达系统和非扫描激光雷达系统的组合。激光雷达系统的镜、偏转器单元或mems镜的上述调整和控制可关于整个激光雷达系统或任何类型的激光雷达系统(扫描、闪光等)来实现，而不脱离本公开的范围。此外，虽然使用六个镜/单元描述了上述示例，但在不脱离本公开的范围的情况下，可用任何数量的镜/单元或激光雷达系统来实现上述调整和控制。
[0138]
如图1a、图1b、图2a和图2b至图3所示，根据本公开的激光雷达系统可以是车辆的一部分，并且根据本公开的方法300、400和450可经由车载计算系统、激光雷达系统的处理器或其组合来执行。
[0139]
已经出于说明和描述的目的而呈现了对实施方案的描述。可鉴于以上描述来执行对实施方案的合适的修改和改变，或者可通过实践方法来获取所述合适的修改和改变。所述方法可通过使用一个或多个逻辑装置(例如，处理器)与一个或多个附加的硬件元件的组合来执行所存储的指令来执行，所述一个或多个附加的硬件元件诸如为存储装置、存储器、硬件网络接口/天线、开关、致动器、时钟电路等。还可按照除了在本技术中描述的次序之外的各种次序、并行地和/或同时地执行所描述的方法和相关联的动作。此外，所描述的方法可重复执行。所描述的系统在本质上是示例性的，并且可包括附加的元件和/或省略元件。本公开的主题包括所公开的各种系统和配置与其他特征、功能和/或性质的所有新颖和非明显的组合和子组合。
[0140]
如本技术中所使用，通过单数形式并且继以词语“一个”叙述的元件或步骤应理解为不排除多个所述元件或步骤，除非规定此类排除。此外，对本公开的“一个实施方案”或“一个示例”的提及不希望被解释为排除也并入有所叙述的特征的附加实施方案的存在。术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标记，并且无意对它们的对象强加数值要求或特定位置次序。所附权利要求特别指出来自以上公开内容的被视为新颖和非明显的主题。

技术特征：
1.一种用于传感器的成像和测距的方法，所述方法包括：通过改变所述传感器的被供电的反射单元的数量来调整所述传感器的视野；其中当被供电时，所述数量的反射单元使用来自一个或多个光源的光照明所述视野内的对象；并且其中所述传感器设置在车辆上并且在所述视野内扫描或照明所述车辆的外部环境。2.如权利要求1所述的方法，其还包括根据来自车辆速度传感器的车辆速度指示调整所述视野和/或根据所述车辆的预期路径调整所述视野。3.如权利要求2所述的方法，其还包括：响应于所述车辆速度大于阈值速度，将所述视野调整为较宽视野；以及响应于所述车辆速度小于所述阈值速度，将所述视野调整为较窄视野；其中被供电以扫描所述较宽视野的反射单元的总数大于被供电以扫描所述较窄视野的反射单元的第二总数。4.如权利要求1所述的方法，其还包括根据经调整的视野来调整对传感器数据的处理，其中所述对传感器数据的处理随视野的减小而减小，且随视野的增大而增大。5.如权利要求2所述的方法，其中根据以下一项或多项来确定预期车辆路径：来自转向角传感器、机载惯性测量单元、车辆位置传感器、获取关于所述车辆的外部环境的信息的一个或多个相机、一个或多个附加成像和测距传感器、导航传感器的指示，以及根据从导航卫星系统所接收的地图的输入得到的期望车辆路径特征。6.如权利要求2所述的方法，其还包括：响应于预期车辆路径的曲率度大于第一方向上的阈值程度，停止对第二数量的反射单元的电力供应，而对其余数量的反射单元供电，所述第二数量的反射单元扫描与所述第一方向相反的区并且所述区不包括所述预期车辆路径和与所述预期车辆路径相邻且位于所述预期车辆路径侧面的阈值区；以及响应于所述预期车辆路径的所述曲率度小于所述阈值程度，根据车辆速度调整所述视野。7.如权利要求1所述的方法，其中所述传感器为激光雷达传感器。8.如权利要求7所述的方法，其中所述反射单元为mems镜；并且其中所述一个或多个光源为激光装置。9.如权利要求1所述的方法，其中调整所述视野包括调整所述传感器的水平视野和调整所述传感器的竖直视野中的一者或多者。10.一种方法，其包括：根据安装到车辆的激光雷达传感器的多个镜中的镜的数量来调整所述激光雷达传感器的视野，所述数量的镜经操作以扫描所述车辆的外部环境；其中根据车辆速度和预期车辆路径中的一者或多者来确定所述镜的数量。11.如权利要求10所述的方法，其中调整所述视野包括选择性地处理经由所述数量的镜获取的传感器数据。12.如权利要求10所述的方法，其还包括：响应于车辆速度大于阈值速度，通过操作第一数量的镜将所述视野调整到较宽视野；以及响应于所述车辆速度小于所述阈值速度，通过操作第二数量的镜将所述视野调整到较
窄视野；其中所述镜的第一数量大于所述镜的第二数量。13.如权利要求10所述的方法，其还包括：响应于所述预期车辆路径的曲率小于下限阈值，操作第三数量的镜来根据所述车辆速度扫描所述激光雷达传感器的期望视野；以及当所述车辆以所述车辆速度操作时并且响应于所述预期车辆路径的所述曲率大于所述下限阈值且小于上限阈值，不向所述第三数量的镜的第一部分供应电力，而向所述第三数量的镜的其余部分供应电力，所述第三数量的镜的所述第一部分在与所述预期车辆路径的所述曲率的转弯方向相反的方向上扫描所述车辆的路径外外部环境。14.如权利要求13所述的方法，其还包括：当所述车辆以所述车辆速度操作时并且响应于所述预期车辆路径的所述曲率大于所述上限阈值，不向所述第三数量的镜的第二部分供应电力，而向第四数量的镜供应电力，所述第四数量的镜包括所述第三数量的镜的第二其余部分和在所述转弯方向上扫描路径内外部环境的一个或多个附加镜；其中所述第三数量的镜的所述第二部分在与所述转弯方向相反的方向上扫描所述车辆的第二路径外外部环境；并且其中所述第二部分大于所述第一部分。15.如权利要求10所述的方法，其中所述镜为mems镜；并且其中调整所述视野包括选择性地致动所述数量的镜。16.如权利要求10所述的方法，其中根据转向角传感器、车辆位置传感器、获取关于所述车辆的外部环境的信息的一个或多个相机、一个或多个附加的成像和测距传感器、惯性测量传感器和导航传感器中的一者或多者来确定所述预期车辆路径。17.一种系统，其包括：车辆的车辆计算系统；激光雷达传感器系统，所述激光雷达传感器系统耦合到所述车辆并且包括通信地耦合到所述计算系统的处理器、用于在所述激光雷达系统的视野内扫描的多个微机电(mems)镜以及通信地耦合到所述处理器的一个或多个mems镜驱动器；多个传感器，所述多个传感器通信地耦合到所述车辆计算系统，所述多个传感器包括车辆速度传感器和转向角传感器；以及存储装置，所述存储装置存储由所述处理器执行以进行以下操作的指令：根据来自所述转向角传感器的转向角指示和来自车辆速度传感器的车辆速度指示中的一者或多者来确定预期车辆路径；根据所述预期车辆路径调整所述激光雷达传感器系统的视野；其中通过改变被供电的mems镜的数量来调整所述视野。18.如权利要求17所述的系统，其中经由所述一个或多个mems镜驱动器来单独地控制所述数量的mems镜的致动。19.如权利要求17所述的系统，其中所述存储装置还包含由所述处理器执行以进行以下操作的指令：减少响应于车辆速度降低到低于阈值速度而操作的mems镜的数量；
其中减少被操作的所述mems镜的数量包括：停止向扫描期望视野之外的两侧上的路径外环境的相等数量的mems镜供电，而向扫描所述期望视野的第二数量的mems镜供电，所述期望视野包括所述预期车辆路径和在所述预期车辆路径侧面并与所述预期车辆路径直接相邻的阈值区。20.如权利要求17所述的系统，其中所述存储装置还包含由所述处理器执行以进行以下操作的指令：减少响应于所述预期车辆路径的曲率增加到高于阈值曲率度而操作的mems镜的数量；其中减少被操作的所述mems镜的数量包括停止向扫描不包括第二期望视野的路径外环境的一个或多个mems镜供电，所述路径外环境在与所述车辆沿所述预期车辆路径的转弯方向相反的方向上，而向扫描所述第二期望视野的第三数量的mems镜供电，所述第二期望视野包括所述预期车辆路径和在所述预期车辆路径侧面并与所述预期车辆路径直接相邻的阈值区。

技术总结
本发明提供了用于对感测车辆周围的对象的传感器进行成像和测距的系统和方法。在一个示例中，可操作包括多个微机电(MEMS)镜的光探测和测距(激光雷达)传感器，使得通过改变经操作以扫描所述车辆周围的外部环境的MEMS镜的数量来调整所述激光雷达传感器的功能视野。例如，可取决于预期车辆路径来打开或关闭一个或多个镜。在一些示例中，当操作所有所述MEMS镜时，可通过使用从扫描所述期望视野的所述数量的镜获取的数据来减少数据的总体处理。的镜获取的数据来减少数据的总体处理。的镜获取的数据来减少数据的总体处理。


技术研发人员：K.邓恩 D.德克拉克
受保护的技术使用者：哈曼国际工业有限公司
技术研发日：2021.11.16
技术公布日：2022/5/25