CH714190B1 - Verfahren zum Steuern eines autonomen Fahrzeugs und autonomes Fahrzeug. - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein autonomes Fahrzeug und ein Verfahren zum Steuern des autonomen Fahrzeugs (1), wobei das autonome Fahrzeug (1) aufweist • zwei um eine horizontale Mittelachse (5) drehbare Antriebsräder (6); • eine vordere Lenkrolle (11); • ein Chassis (2), an welchem die Antriebsräder (6) und die vordere Lenkrolle (11) befestigt sind, Dabei wird (während des Fahrens in Fahrtrichtung) zum Überwinden einer Schwelle, insbesondere einer ansteigenden Bordsteinkante (22), ausgelöst durch eine Detektion des vertikalen Hindernisses mittels mindestens eines Sensors, ein Bewegungsablauf mit den folgenden Schritten ausgeführt • Kippen des Chassis (2) um die Mittelachse (5) nach hinten (in Fahrtrichtung gesehen) und dadurch Anheben der vorderen Lenkrolle (11); • Überfahren der Schwelle mit der vorderen Lenkrolle (11); • Überfahren der Schwelle mit den Antriebsrädern (6).

Description

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der autonomen Fahrzeuge. Sie bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern eines autonomen Fahrzeugs und auf ein autonomes Fahrzeug gemäss dem Oberbegriff der entsprechenden unabhängigen Patentansprüche.

[0002] Bei Fahrzeugen mit Radantrieb stellt sich allgemein das Problem, Hindernisse wie Schwellen oder Bordsteinkanten zu überfahren. Das Problem verschärft sich, wenn die vorderen Räder, welche als erste auf eine Schwelle treffen, nicht angetrieben sind. Aus dem Bereich der Rehabilitationstechnik sind Rollstühle bekannt, bei welchen vordere und hintere mitlaufende Stützrollen vorliegen, welche an Auslegern angeordnet sind, wobei die Ausleger motorisch auf und ab schwenkbar sind, so über eine Schwelle gehoben werden können, bevor die angetriebenen grossen Räder auf die Schwelle treffen. Solche und ähnliche Rollstühle sind beschrieben in EP2136758, EP1584312 und US5964473.

[0003] Die bekannten Konstruktionen sind aufwendig in der Konstruktion, benötigen spezielle Antriebe zum Schwenken der Ausleger und sind langsam im Überfahren einer Schwelle.

[0004] Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Steuern eines autonomen Fahrzeugs und ein autonomes Fahrzeug der eingangs genannten Art zu schaffen, welche die oben genannten Nachteile mindestens zum Teil behebt.

[0005] Diese Aufgabe lösen ein Verfahren zum Steuern eines autonomen Fahrzeugs und ein autonomes Fahrzeug mit den Merkmalen der Patentansprüche.

[0006] Das Verfahren dient zum Steuern eines autonomen Fahrzeugs, wobei das autonome Fahrzeug aufweist • zwei um eine horizontale Mittelachse drehbare Antriebsräder; • eine vordere Lenkrolle; • ein Chassis, an welchem die Antriebsräder und die vordere Lenkrolle befestigt sind.Dabei wird - während des Fahrens in Fahrtrichtung - zum Überwinden einer Schwelle respektive eines vertikalen Hindernisses, insbesondere einer ansteigenden Bordsteinkante, ausgelöst durch eine Detektion des vertikalen Hindernisses mittels mindestens eines Sensors, einBewegungsablaufmit den folgenden Schritten ausgeführt: • Kippen des Chassis um die Mittelachse nach hinten - in Fahrtrichtung gesehen - und dadurch Anheben der vorderen Lenkrolle; • Überfahren der Schwelle mit der vorderen Lenkrolle; • Überfahren der Schwelle mit den Antriebsrädern.

[0007] Da das Verfahren ein unter Umständen ruckartiges oder zumindest rasches Kippen mit sich bringen kann, ist es vor allem für ein autonomes Fahrzeug geeignet, welches nur Güter transportiert, also keine Menschen.

[0008] Das Kippen des Chassis erfolgt dabei unter Anheben der vorderen Lenkrolle, also ohne dass durch die vordere Lenkrolle eine Kraft auf die Fahrbahn ausgeübt wird. Das Kippen des Chassis erfolgt zudem, gemäss Ausführungsformen, während dem das autonome Fahrzeug vorwärts fährt. Dies entspricht einem dynamischen Vorgang, im Gegensatz zu einem statischen Ablauf, bei welchem das autonome Fahrzeug zunächst angehalten wird und erst dann beispielsweise die vordere Lenkrolle angehoben wird.

[0009] In Ausführungsformen ist • die vordere Lenkrolle über eine federnde vordere Aufhängung am Chassis befestigt,und weist der Schritt des Kippens des Chassis um die Mittelachse nach hinten die folgenden Schritte auf: • Abbremsen des autonomen Fahrzeugs und dadurch verursachtes Kippen des autonomen Fahrzeugs nach vorne, wobei die vordere Aufhängung einfedert; • Zurückfedern der vorderen Aufhängung und dadurch Kippen des autonomen Fahrzeugs nach hinten, wodurch die vordere Lenkrolle angehoben wird.

[0010] Damit wird Bewegungsenergie des autonomen Fahrzeugs 1 beim Abbremsen in einen Federspeicher der hinteren Aufhängung gespeichert. Beim Zurückfedern wird diese Energie abzüglich von Verlusten - in die Kippbewegung nach hinten übertragen.

[0011] In Ausführungsformen wird beim Schritt des Zurückfederns der vorderen Aufhängung das autonome Fahrzeug in Fahrtrichtung beschleunigt.

[0012] Damit ist es möglich, die Kippbewegung noch hinten noch weiter zu verstärken.

[0013] In Ausführungsformen weist der Schritt des Kippens des Chassis um die Mittelachse nach hinten die folgenden Schritte auf: •Verschieben einerim autonomen Fahrzeug vorliegendenMasse, insbesondere einer Nutzlast in Fahrtrichtung gesehen - nach hinten, und dadurch Verlagerung des Schwerpunktes des autonomen Fahrzeugs hinter die Mittelachse.

[0014] In Ausführungsformen weist der Schritt des Kippens des Chassis um die Mittelachse nach hinten den folgenden Schritt auf: • Beschleunigen des autonomen Fahrzeugs - in Fahrtrichtung -- durch Antreiben der Antriebsräder. Dies geschieht also ohne vorangehendes Abbremsen und Kippen nach vorne.

[0015] In Ausführungsformen weist das autonome Fahrzeug eine hintere Lenkrolle auf, welche über eine federnde hintere Aufhängung am Chassis befestigt ist, wobei • beim Kippen des autonomen Fahrzeugs nach hinten die hintere Aufhängung einfedert.

[0016] Allgemein gilt, dass, falls das autonome Fahrzeug eine derart federnd montierte hintere Lenkrolle aufweist, das autonome Fahrzeug nach hinten kippen kann, wobei die hintere Aufhängung einfedert. Dies findet, je nachdem wie das Verfahren ausgeführt wird, beim Verschieben des Schwerpunktes nach hinten, oder beim Beschleunigen des autonomen Fahrzeugs oder beim Zurückschwingen nach dem Abbremsen statt.

[0017] In Ausführungsformen weist das autonome Fahrzeug einen Neigungssensor zur Messung einer Neigung des Chassis - in Fahrtrichtung nach vorne oder nach hinten, also die Neigung in einer Ebene senkrecht zur Mittelachse - auf, und im Verfahren geschieht das Kippen des Chassis jeweils nach Massgabe der Messung der Neigung.

[0018] Damit ist es möglich, eine Regelung des Neigens respektive Kippens des Chassis zu verbessern, indem eine Messung der Neigung vorliegt und somit keine Schätzung, beispielsweise mit einem Zustandsbeobachter, erforderlich ist. Anhand der gemessenen Neigung kann ein Teil-Regelkreis für die Neigung realisiert werden, beispielsweise als Teil einer Regelung auf einen Sollwertverlauf für den Bewegungsablauf, insbesondere auf ein Beschleunigungs- oder Geschwindigkeitsprofil. Eine Messung der Neigung kann auch verwendet werden, um eine Neigung der Fahrbahn bei der Bestimmung des Sollwertverlaufs zu berücksichtigen.

[0019] In Ausführungsformen wird bei einer Steuerung oder Regelung eines Abbremsens und/oder einer Beschleunigung jeweils ein Trägheitsmoment des autonomen Fahrzeugs bezüglich der Mittelachse berücksichtigt.

[0020] Prinzipiell gilt, dass mit zunehmendem Trägheitsmoment, entsprechend zunehmender Masse des autonomen Fahrzeugs, die Geschwindigkeitsänderungen durch Abbremsen oder Beschleunigen kleiner sein können, um einen bestimmten Winkel des Kippens zu verursachen.

[0021] Das Berücksichtigen des Trägheitsmomentes kann an verschiedenen Stellen des Bewegungsablaufes geschehen, beispielsweise indem die Dauer und das Mass von Beschleunigungen in verschiedenen Abschnitten des Bewegungsablaufes jeweils an das Trägheitsmoment oder ein physikalisch entsprechendes Mass angepasst wird. Das Abbremsen oder Verzögern ist eine negative Beschleunigung. Ein physikalisch entsprechendes Mass kann die Masse des Chassis mit der Nutzlast sein, oder nur die Masse der Nutzlast. Es ist allgemein nicht erforderlich, dass das Trägheitsmoment oder ein entsprechendes Mass explizit berechnet wird. Es ist stattdessen möglich, dass ein entsprechender Parameter in eine Berechnungsvorschrift zur Bestimmung von Dauer und Mass von Beschleunigungen einfliesst. Es ist auch möglich, dass beispielsweise das Abbremsen mit einer bestimmten (negativen) Beschleunigung solange erfolgt, bis das Chassis eine vorgegebene Neigung nach vorne erreicht. In dieser Weise wird die Dauer des Abbremsens implizit durch das Trägheitsmoment respektive die im autonomen Fahrzeug verteilten Massen bestimmt, ohne dass das Trägheitsmoment explizit berechnet wird. Analog kann das autonome Fahrzeug mit einem vorgegebenen Mass beschleunigt werden, bis dass die Neigung einen vorgegebenen Wert - entsprechend der Höhe, um die die vordere Lenkrolle angehoben werden soll - erreicht.

[0022] In Ausführungsformen weist das Verfahren, zum Messen des Trägheitsmomentes oder eines äquivalenten Parameters, die folgenden Schritte auf • Beschleunigen des autonomen Fahrzeugs; • Messen einer durch das Beschleunigen verursachten Neigung des autonomen Fahrzeugs; • Bestimmen des Trägheitsmomentes oder des äquivalenten Parameters anhand des zeitlichen Verlaufes der Beschleunigung oder eines zur Beschleunigung äquivalenten Wertes und mindestens eines Messwertes der Neigung, insbesondere eines zeitlichen Verlaufs der Neigung.

[0023] Die Beschleunigung kann direkt mit einem Beschleunigungsmesser bestimmt werden, oder sie kann von Geschwindigkeitsmessungen respektive Drehzahlmessungen an einem oder mehreren der Räder oder Antriebe bestimmt werden. Ein gemessener, zur Beschleunigung äquivalenter Wert kann ein Drehmoment an den Antrieben oder ein Motorstrom der Antriebe sein. Die Beschleunigung respektive ein äquivalenter Wert kann auch durch eine Steuerung, beispielsweise eine Antriebssteuerung vorgegeben werden, und es kann angenommen werden, dass die tatsächliche Beschleunigung der Vorgabe entspricht, so dass sie nicht gemessen werden muss.

[0024] Das Bestimmen des Trägheitsmomentes oder des äquivalenten Parameters kann anhand eines dynamischen Modells der relevanten Mechanik des autonomen Fahrzeugs geschehen. Das Modell weist beispielsweise, als äquivalenten Wert zur Beschleunigung, ein Motormoment oder einen Motorstrom als Eingang, und unter anderem die Neigung des Chassis als Ausgang auf. Die Parameter des Modells können anhand dieser tatsächlichen Eingangs- und Ausgangsgrössen mittels bekannter Identifikationsverfahren ermittelt werden.

[0025] In Ausführungsformen weist das autonome Fahrzeug einen Sensor zur Messung einer Höhe der Schwelle auf, und im Verfahren geschieht das Kippen des Chassis jeweils nach Massgabe der Höhe der Schwelle.

[0026] Das Kippen des Chassis nach Massgabe der Höhe kann gemäss Ausführungsformen geschehen, indem ein Sensor die Höhe misst, wenn die Schwelle erkannt wird, und ein Sollwertverlauf für den Bewegungsablauf bestimmt wird, der die Höhe berücksichtigt. Dabei ist also der Bewegungsablauf als Ganzes auf die Höhe abgestimmt.

[0027] Das Kippen des Chassis nach Massgabe der Höhe kann gemäss Ausführungsformen geschehen, indem ein Sensor (der gleiche oder ein anderer als jener, der die Schwelle erkennt) die Höhe der Schwelle misst, kurz bevor sich die vordere Lenkrolle über der Schwelle befindet Dabei kann das nach hinten Kippen des Chassis und damit ein Anheben der vorderen Lenkrolle geregelt werden, insbesondere durch Erzeugen eines Drehmomentes durch die Antriebe.

[0028] Das Kippen des Chassis nach Massgabe der Höhe kann gemäss Ausführungsformen geschehen, indem ein Sensor (wiederum der gleiche oder ein anderer) die Höhe der Schwelle misst, während sich die vordere Lenkrolle bereits über der Schwelle befindet. Dabei kann ein Absenken der vorderen Lenkrolle auf die Schwelle geregelt werden, insbesondere durch Erzeugen eines Drehmomentes durch die Antriebe.

[0029] Das autonome Fahrzeug weist auf: • zwei um eine horizontale Mittelachse drehbare Antriebsräder • mindestens eine vordere Lenkrolle • ein Chassis, an welchem die Antriebsräder und die vordere Lenkrolle befestigt sind,sowie eine Steuereinheit, welche dazu ausgebildet ist, das beschriebene Verfahren auszuführen.

[0030] In Ausführungsformen weist das autonome Fahrzeug eines oder mehrere der folgenden Elemente auf • die hintere Lenkrolle mit der hinteren Aufhängung; • den Neigungssensor; • einen Distanzsensor zur Detektion und/oder zur Bestimmung einer Distanz zu einer in Fahrtrichtung vor dem autonomen Fahrzeug befindliche Schwelle; • einen optischen Sensor zur Detektion und/oder zur Bestimmung einer Distanz zu einer in Fahrtrichtung vor dem autonomen Fahrzeug befindliche Schwelle; • eine Bedieneinheit zum manuellen Steuern des autonomen Fahrzeugs.

[0031] Eine weitere mögliche Aufgabe der Erfindung ist es, ein autonomes Fahrzeug und ein Verfahren zum Betrieb eines autonomen Fahrzeugs zu schaffen, welche eine effiziente Feinverteilung von beförderten Gütern, beispielsweise Briefen oder Paketen, ermöglichen.

[0032] Diese Aufgabe wird gelöst durch ein autonomes Fahrzeug und ein Verfahren zum Betrieb eines autonomen Fahrzeugs gemäss einem zweiten Aspekt der Erfindung und mit den Merkmalen der Patentansprüche 12 bis 13.

[0033] Gemäss dem zweiten Aspekt der Erfindung weist ein autonomes Fahrzeug auf: • eine Navigationsvorrichtung zum autonomen Navigieren und Fahren; • eine Bedieneinheit zum manuellen Steuern des autonomen Fahrzeugs; • eine Vorrichtung zum automatischen Verfolgen einer Person.

[0034] Dadurch wird es möglich, ein Verfahren zum Betrieb des autonomen Fahrzeugs zu realisieren, in welchem dieses • in einer ersten, autonomen Betriebsart autonom von einer Beladestation zu einer Rendez-Vous-Position mit einem Benutzer fährt; • in einer zweiten, manuellen Betriebsart nach Massgabe von mittels der Bedieneinheit eingegebenen Steuerbefehlen eines Benutzers fährt; • in einer dritten, automatischen Betriebsart einem gehenden oder fahrenden Benutzer folgt.

[0035] Mit diesem Aspekt der Erfindung kann ein autonomes Fahrzeug beispielsweise für die Zustellung von Post oder allgemein zur Feinverteilung von Gegenständen realisiert werden, mit welchem eine effiziente Verteilung realisiert werden kann. Dies ist möglich, indem das autonome Fahrzeug mehrere Funktionen in sich vereint, welches ihm erlaubt, mehrere Phasen der Verteilung zu realisieren, wodurch ein Umladen der Gegenstände vermieden wird.

[0036] Es können die verschiedenen Betriebsarten in beliebiger Reihenfolge ausgeführt werden. Beispielsweise kann das Fahrzeug zuerst in der ersten Betriebsart von der Beladestation zur Rendez-Vous-Position fahren, dann mehrfach abwechselnd in der zweiten und dritten Betriebsart betrieben werden, und dann wieder in der ersten Betriebsart zur Beladestation zurück fahren.

[0037] Weitere bevorzugte Ausführungsformen gehen aus den abhängigen Patentansprüchen hervor. Dabei sind Merkmale der Verfahrensansprüche sinngemäss mit den Vorrichtungsansprüchen kombinierbar und umgekehrt.

[0038] Im Folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen, welche in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch: Figur 1 eine Seitenansicht und eine Unteransicht eines autonomen Fahrzeugs; Figur 2 einen Bewegungsablauf beim Überfahren einer Schwelle gemäss einer ersten Ausführungsform; Figur 3 einen zeitlichen Verlauf eines Beschleunigungsprofils; Figur 4 ein Flussdiagramm entsprechend diesem Ablauf; und Figur 5 einen Bewegungsablauf beim Überfahren einer Schwelle gemäss einer zweiten und einer dritten Ausführungsform.

[0039] Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

[0040] Figur 1zeigt schematisch eine Seitenansicht und eine Unteransicht eines autonomen Fahrzeugs 1. Das autonome Fahrzeug 1 weist ein Chassis 2 auf, und daran angeordnet zwei Antriebsräder 6, jeweils mit einem eigenen Antrieb 7. Die Antriebsräder 6 weisen eine gemeinsame Mittelachse 5 als Drehachse auf. Vorne und hinten am Chassis 2 sind jeweils eine vordere Lenkrolle 11 mittels einer vorderen Aufhängung 12 und eine hintere Lenkrolle 13 mittels einer hinteren Aufhängung 14 befestigt. Indem die beiden Antriebe 7 separat ansteuerbar sind, kann das autonome Fahrzeug 1 durch diese sowohl angetrieben als auch gelenkt werden. Die vordere Lenkrolle 11 und die hintere Lenkrolle 13 sind nicht angetrieben und laufen mit.

[0041] Die Aufhängungen der Lenkrollen sind federnd respektive elastisch. Sie können beispielsweise durch Metallfedern und/oder durch Elastomerfedern realisiert sein. Aufgrund dieser elastischen Aufhängungen kann das autonome Fahrzeug 1 um die Mittelachse 5 nach vorne oder nach hinten kippen, wobei die Aufhängungen einfedern.

[0042] Das autonome Fahrzeug 1 wird durch eine Steuereinheit 9 gesteuert. Diese verarbeitet, in einer autonomen Betriebsart, Sensordaten von beispielsweise einem Neigungssensor 15, einem optischen Sensor 16 und/oder einem Distanzsensor 17, und steuert die Antriebe 7 über eine jeweilige Antriebssteuerung 8. Der Neigungssensor 15 misst eine Neigung des Chassis 2 bei Drehung um die Mittelachse 5, also ein Mass dafür, wie weit das Chassis 2 um die Mittelachse 5 nach vorne oder hinten gekippt ist. Der optische Sensor 16 kann laserbasiert sein, beispielsweise basierend auf einem Lidar-Verfahren, oder auf einem Triangulationsverfahren. Der Distanzsensor 17 kann auf Ultraschall basieren, oder als Teil des optischen Sensors 16 realisiert sein. Grundsätzlich lässt sich mit diesen Sensoren einzeln oder in Kombination ein dreidimensionales Modell der Umgebung vor dem autonomen Fahrzeug 1 erfassen. Diese kann beispielsweise einer Punktwolke entsprechen, welche Entfernungen zu Objekten in Erfassungsbereich der Sensoren wiedergibt. Daraus lassen sich mit an sich bekannten Mitteln Merkmale der Umgebung extrahieren. Insbesondere ist dies ein Verlauf einer Fahrbahn 21 vor dem autonomen Fahrzeug 1, und das Vorhandensein von Hindernissen, insbesondere Schwellen, vor dem Fahrzeug. Zudem lässt sich eine Distanz zu diesen Hindernissen sowie deren Höhe bestimmen.

[0043] Eine Bedieneinheit 10 ist zum manuellen Steuern des autonomen Fahrzeugs 1 durch einen Benutzer eingerichtet. Dazu kann sie Eingabeelemente zum Einstellen der Fahrgeschwindigkeit und zur Lenkung aufweisen, welche in der manuellen Betriebsart von der Steuereinheit 9 eingelesen und in Befehle an die Antriebssteuerungen 8 umgesetzt werden.

[0044] In einer Transporteinheit 3 kann eine Nutzlast 4 angeordnet sein, beispielsweise Behälter für Post, Pakete oder andere zu verteilende Güter.

[0045] Figur 2zeigt einen Bewegungsablauf beim Überfahren einer Schwelle gemäss einer ersten Ausführungsform, mit Phasen a) bis f). Die einzelnen Phasen sind: a) Das autonome Fahrzeug 1 fährt auf einer Fahrbahn 21 auf eine Bordsteinkante 22 zu. Die Sensoren erfassen das Vorhandensein der Bordsteinkante 22. Dies kann beispielsweise ca. drei bis fünf Meter vor der Bordsteinkante 22 sein. Darauf wird die Geschwindigkeit des autonomen Fahrzeugs 1 entsprechend der Distanz zur Bordsteinkante 22 angepasst, beispielsweise indem das autonome Fahrzeug 1 auf eine vorgegebene Initialgeschwindigkeit in einem bestimmten Initialabstand vor der Bordsteinkante 22 gebracht wird. Die Initialgeschwindigkeit und der Initialabstand können von einer Masse der Nutzlast 4 abhängig bestimmt werden. Dies gilt auch für die weiteren Parameter des im Folgenden beschriebenen Beschleunigungsprofils. Äquivalent zur Masse der Nutzlast 4 kann auch die Masse des Chassis 2 oder dessen Trägheitsmoment bezüglich der Mittelachse 5 oder ein anderer Parameter, im Folgenden Lastparameter genannt, bei der Bestimmung der Parameter des Beschleunigungsprofils verwendet werden. b) Das autonome Fahrzeug 1 bremst ab, d.h. die Antriebe 7 bewirken eine negative Beschleunigung der Antriebsräder 6 und des autonomen Fahrzeugs 1. Das Chassis 2 kippt nach vorne, wobei die vordere Aufhängung 12 einfedert. c) Die vordere Aufhängung 12 federt aufgrund ihrer Elastizität zurück. Gleichzeitig kann entsprechend dem Beschleunigungsprofil eine positive Beschleunigung bewirkt werden, wodurch die durch das Zurückfedern begonnene Kippbewegung nach hinten verstärkt werden kann. Damit kann die Kippbewegung so weit gehen, dass die vordere Lenkrolle 11 den Bodenkontakt verliert und bis über die Höhe der Bordsteinkante 22 angehoben wird. d) Die vordere Lenkrolle 11 überfährt die Bordsteinkante 22 und wird auf die dahinterliegende Fahrbahn 21 abgesetzt. Das Absetzen kann durch eine kontrollierte Reduktion der Beschleunigung der Antriebe 7 kontrolliert werden. Die Geschwindigkeit des autonomen Fahrzeugs 1 wird soweit reduziert, dass die Antriebsräder 6 ohne Ruck gegen die Bordsteinkante 22 stossen. e) Die Antriebsräder 6 fahren vergleichsweise langsam über die Bordsteinkante 22, die Neigung des Chassis 2 ergibt sich gemäss den Federkonstanten der vorderen und der hinteren Aufhängung. f) Die hintere Lenkrolle 13 hat die Bordsteinkante 22 überfahren.

[0046] Das Beschleunigungsprofil - oder, äquivalent, ein Geschwindigkeitsprofil - ist ein Sollwertverlauf über die Zeit, dem die Bewegung des autonomen Fahrzeugs folgen soll. Es kann in mehreren räumlichen Dimensionen definiert sein, oder auf einen eindimensionalen Verlauf entlang einer im wesentlichen geraden Linie, normal zur Richtung der Bordsteinkante, reduziert sein. Wie bereits erwähnt gilt für alle Parameter des Beschleunigungsprofils respektive allgemein eines Sollwertverlaufs, dass sie von Eingangsparametern, beispielsweise vom Lastparameter, abhängig sein können. Jeder Phase des Bewegungsablaufs entspricht ein Abschnitt des Sollwertverlaufs, und jeder Abschnitt kann durch Profilparameter beschrieben werden. Profilparameter können einzelne Werte sein, beispielsweise eine Dauer und ein Mass einer Beschleunigung respektive einer Geschwindigkeit, oder ein zeitlicher Verlauf einer Beschleunigung respektive Geschwindigkeit in einem Abschnitt. Die Abhängigkeit dieser Profilparameter vom den Eingangsparametern kann durch Parametrisierung eines Referenz-Sollwertverlaufs mit den Eingangsparametern realisiert sein. Das heisst, dass die zur Steuerung verwendeten Profilparameter durch gespeicherte Funktionen oder Tabellen mit den Eingangsparametern als Eingangswert ermittelt werden. Zur Ermittlung dieser Funktionen oder Tabellen können Sollwertverläufe offline, durch Simulation und Optimierung der Bewegung des autonomen Fahrzeugs für verschiedene Kombinationen von Eingangsparametern, ermittelt werden. Als Eingangsparameter kann zusätzlich zum Lastparameter auch die Abhängigkeit von weiteren Parametern, beispielsweise der Höhe der Schwelle respektive Bordsteinkante, ermittelt und gespeichert werden.

[0047] Anstelle eines zeitlichen Verlaufs des Sollwertes kann allgemein auch ein örtlicher Verlauf des Sollwertes vorliegen, also beispielsweise ein Verlauf der Geschwindigkeit über den zu fahrenden Weg.

[0048] Allgemein gilt beim Abfahren des Sollwertverlaufs, insbesondere Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsprofils, dass Umschaltzeitpunkte zwischen einzelnen Abschnitten des Profils vorbestimmt werden können, beispielsweise in Abhängigkeit des Lastparameters.

[0049] Insbesondere gilt dabei, dass mit zunehmender Masse der Last eine Zeitdauer, in welcher abgebremst oder beschleunigt werden muss, um eine bestimmte Änderung der Neigung zu erreichen, verkürzt werden kann. Entsprechend können bei höherer Last Umschaltzeitpunkte früher platziert werden. Somit kann eine Gesamtlänge eines Bewegungsablaufs verkürzt werden.

[0050] Alternativ kann das Umschalten in einen nächsten Abschnitt des Profils in Abhängigkeit von Messungen geschehen, beispielsweise - je nach Abschnitt - in Abhängigkeit von der Distanz zur Bordsteinkante 22, in Abhängigkeit von der Neigung (nach vorne oder nach hinten), oder in Abhängigkeit der Höhe der vorderen Lenkrolle 11 über der Fahrbahn 21 nach der Bordsteinkante 22, etc. Damit kann das Beschleunigungsprofil während des Abfahrens an das tatsächliche Verhalten des Fahrzeuges angepasst werden.

[0051] Beispielsweise kann dies geschehen, indem mit dem Neigungssensor erkannt wird, wenn beim Abbremsen eine Neigung nach vorne nicht mehr weiter zunimmt. Damit ist der Übergang zwischen Phase b) und c) bestimmbar. Oder es kann der Übergang zwischen Phase e) und f) detektiert werden, weil danach das Chassis wieder im Wesentlichen horizontal oder parallel zur Fahrbahn liegt.

[0052] Die Bewegungen des autonomen Fahrzeugs 1, also insbesondere die Beschleunigung, können durch eine Regelung dem Beschleunigungsprofil nachgeführt werden.

[0053] Zusätzlich oder stattdessen kann die Regelung der Beschleunigung durch eine modellprädiktive Regelung vorgenommen oder angepasst werden. Dabei wird wiederholt anhand eines Modelles von Antrieb und Mechanik des autonomen Fahrzeugs 1 das zukünftige Verhalten simuliert und der Verlauf der Eingangsgrösse, also der Beschleunigung respektive der Antriebsmomente der Antriebe 7, variiert bis ein optimales Verhalten erreicht wird. Das optimale Verhalten kann durch ein ganzes Beschleunigungsprofil, das abzufahren ist, definiert sein, oder nur durch einen Endzustand, beispielsweise einen Zustand, in welchem die vordere Lenkrolle 11 auf die die Fahrbahn 21 nach der Bordsteinkante 22 aufsetzt.

[0054] Figur 3zeigt qualitativ einen zeitlichen Verlauf eines Drehmomentprofils M, (durchgehende Linie) und der Neigung des Chassis 2 phi (strichlierte Linie) bei einem Bewegungsablauf gemäss Figur 2. Die Zeitpunkte, bei denen die Situationen gemäss a) bis d) eintreten, sind approximativ markiert. Das Drehmoment entspricht generell der Beschleunigung, jedoch bleibt beim Fahren in der Ebene mit konstanter Geschwindigkeit ein kleines Drehmoment entsprechend dem Fahrwiderstand, und beim Überfahren der Bordsteinkante 22 mit den Antriebsrädern und anschliessend mit der hintere Lenkrolle 13 ist kurzzeitig ein grösseres Moment erforderlich.

[0055] Figur 4zeigt einen Ablauf eines Verfahrens zur Realisierung eines Bewegungsablaufs gemäss Figur 2. • In einem ersten Schritt 31 startet das Verfahren, und das autonome Fahrzeug 1 navigiert autonom oder folgt einem Benutzer; • In einem zweiten Test-Schritt 32 wird geprüft, ob eine Bordsteinkante detektiert wurde; • Wenn nicht, wird in einem dritten Schritt 33 mit dem Navigieren respektive Verfolgen weitergefahren. • Wenn eine Bordsteinkante 22 detektiert wurde, wird in einem vierten Schritt 34 ein Geschwindigkeits- und/oder Beschleunigungsprofil bestimmt. Dabei kann wie oben beschrieben vorgegangen werden, insbesondere unter Berücksichtigung eines Lastparameters. • In einem fünften Schritt 35 wird diesem Profil nachgefahren, vorzugsweise geregelt. • In einem sechsten Test-Schritt 36 wird geprüft, ob die Endlage nach der Bordsteinkante 22 erreicht ist • Wenn nicht, wird in einem siebten Schritt 37 mit dem Nachfahren des Profils weitergefahren. • Wenn die Endlage erreicht wurde, werden in einem achten Schritt 38 optional erfasste Bewegungsdaten oder allgemein Sensordaten gespeichert und/oder an eine Auswertung übermittelt, und wird mit dem Navigieren respektive Verfolgen weitergefahren.

[0056] Figur 4zeigt einen Bewegungsablauf beim Überfahren einer Schwelle gemäss einer zweiten und einer dritten Ausführungsform. Die einzelnen Bewegungen in den Phasen a), c) - f) sind im Wesentlichen gleich wie bei den gleich bezeichneten Phasen der Figur 2. • Gemäss der zweiten Ausführungsform wird das Kippen nach hinten alleine durch Beschleunigung des autonomen Fahrzeugs 1 in der Phase c) bewirkt, ohne ein vorangehendes Abbremsen. • Gemäss der dritten Ausführungsform wird das Kippen nach hinten, zusätzlich oder alternativ zu einer Beschleunigung, durch Verschieben der Transporteinheit 3 nach hinten bewirkt. Dies ist in den Phasen c) bis e) schematisch dargestellt. Anschliessend, nach oder während des Überfahrens der Bordsteinkante 22 wird die Transporteinheit 3 wieder nach vorne in die Ausgangslage verschoben. In dieser Ausgangslage ist der Schwerpunkt der

[0057] Transporteinheit 3 zumindest annähernd mittig über der Mittelachse 5 angeordnet. Das Verschieben der Transporteinheit 3 kann mittels eines nicht gezeichneten Antriebs bezüglich des Chassis 2 geschehen.

[0058] Das Verfolgen eines Benutzers kann mittels der beschriebenen Sensoren wie einem optischen Sensor 16 und/oder einem Distanzsensor 17 realisiert werden. Beispielsweise kann ein Verfolgungsmodus aktiviert werden, wenn der Benutzer vor dem autonomen Fahrzeug 1 steht. Das nächste Objekt vor dem autonomen Fahrzeug 1, das von den Sensoren erfasst wird, wird als der Benutzer betrachtet. Bei einer Bewegung dieses Objektes vom Fahrzeug weg wird diese Bewegung erfasst, worauf die Steuereinheit 9 die Geschwindigkeit und die Richtung des autonomen Fahrzeugs 1 regelt, um den Abstand zum Benutzer konstant zu halten. Bei einer Bewegung des Benutzers auf das autonome Fahrzeug 1 zu bleibt es stehen.

[0059] Alternativ oder zusätzlich kann auch ein funkbasiertes System verwendet werden. Dabei kann der Benutzer einen RFID-Tag tragen, dessen Position durch ein am autonomen Fahrzeug 1 angeordneten Ortungssystem erfasst wird. Auch hier kann dann aufgrund einer Änderung der Relativposition des RFID-Tag respektive des Benutzers die Verfolgung gesteuert werden.

[0060] Verfahren zum Verfolgen eines Benutzers sind beispielsweise beschrieben in • Takashi Yoshimi et al. „Development of a Person Following Robot with Vision Based Target Detection“, IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, 2006. • Junji Satake and Jun Miura, „Robust Stereo-Based Person Detection and Tracking for a Person Following Robot“, Proceedings of the IEEE ICRA 2009 Workshop on People Detection and Tracking, Kobe, Japan, May 2009. • H. Sidenbladh et al. „A person following behaviour for a mobile robot“, Proceedings of the 1999 IEEE International Conference on Robotics and Automation, 1999.

Claims (13)

1. Verfahren zum Steuern eines autonomen Fahrzeugs (1), wobei das autonome Fahrzeug (1) aufweist • zwei um eine horizontale Mittelachse (5) drehbare Antriebsräder (6); • mindestens eine vordere Lenkrolle (11); • ein Chassis (2), an welchem die Antriebsräder (6) und die mindestens eine vordere Lenkrolle (11) befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass zum Überwinden einer Schwelle, insbesondere einer ansteigenden Bordsteinkante (22), ausgelöst durch eine Detektion der Schwelle mittels mindestens eines Sensors, einBewegungsablaufmit den folgenden Schritten ausgeführt wird • Kippen des Chassis (2) um die Mittelachse (5) nach hinten und dadurch Anheben der mindestens einen vorderen Lenkrolle (11); • Überfahren der Schwelle mit der mindestens einen vorderen Lenkrolle (11); • Überfahren der Schwelle mit den Antriebsrädern (6).

2. Verfahren gemäss Anspruch 1, wobei • die mindestens eine vordere Lenkrolle (11) über eine federnde vordere Aufhängung (12) am Chassis (2) befestigt ist, und wobei der Schritt des Kippens des Chassis (2) um die Mittelachse (5) nach hinten die folgenden Schritte aufweist: • Abbremsen des autonomen Fahrzeugs (1) und dadurch verursachtes Kippen des autonomen Fahrzeugs (1) nach vorne, wobei die vordere Aufhängung (12) einfedert; • Zurückfedern der vorderen Aufhängung (12) und dadurch Kippen des autonomen Fahrzeugs (1) nach hinten, wodurch die mindestens eine vordere Lenkrolle (11) angehoben wird.

3. Verfahren gemäss Anspruch 2, wobei beim Schritt des Zurückfederns der vorderen Aufhängung (12) das autonome Fahrzeug (1) in Fahrtrichtung beschleunigt wird.

4. Verfahren gemäss Anspruch 1, wobei der Schritt des Kippens des Chassis (2) um die Mittelachse (5) nach hinten die folgenden Schritte aufweist: •Verschieben einerim autonomen Fahrzeug (1) vorliegendenMasse, insbesondere einer Nutzlast (4) nach hinten, und dadurch Verlagerung des Schwerpunktes des autonomen Fahrzeugs (1) hinter die Mittelachse (5).

5. Verfahren gemäss Anspruch 1, wobei der Schritt des Kippens des Chassis (2) um die Mittelachse (5) nach hinten den folgenden Schritt aufweist: • Beschleunigen des autonomen Fahrzeugs (1) durch Antreiben der Antriebsräder (6).

6. Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das autonome Fahrzeug (1) eine hintere Lenkrolle (13) aufweist, welche über eine federnde hintere Aufhängung (14) am Chassis (2) befestigt ist, und wobei • beim Kippen des autonomen Fahrzeugs (1) nach hinten die hintere Aufhängung (14) einfedert.

7. Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das autonome Fahrzeug (1) einen Neigungssensor (15) zur Messung einer Neigung des Chassis (2) aufweist, und im Verfahren das Kippen des Chassis (2) jeweils nach Massgabe der Messung der Neigung geschieht.

8. Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, wobei bei einer Steuerung oder Regelung eines Abbremsens und/oder einer Beschleunigung jeweils ein Trägheitsmoment des autonomen Fahrzeugs (1) bezüglich der Mittelachse (5) berücksichtigt wird.

9. Verfahren gemäss Anspruch 8, aufweisend, zum Messen des Trägheitsmomentes oder eines äquivalenten Parameters, die folgenden Schritte • Beschleunigen des autonomen Fahrzeugs (1); • Messen einer durch das Beschleunigen verursachten Neigung des autonomen Fahrzeugs (1); • Bestimmen des Trägheitsmomentes oder des äquivalenten Parameters anhand des zeitlichen Verlaufes der Beschleunigung oder eines zur Beschleunigung äquivalenten Wertes und mindestens eines Messwertes der Neigung, insbesondere eines zeitlichen Verlaufs der Neigung.

10. Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das autonome Fahrzeug (1) einen Sensor zur Messung einer Höhe der Schwelle aufweist, und im Verfahren das Kippen des Chassis (2) jeweils nach Massgabe der Höhe der Schwelle geschieht.

11. Autonomes Fahrzeug (1), aufweisend • zwei um eine horizontale Mittelachse (5) drehbare Antriebsräder (6) • mindestens eine vordere Lenkrolle (11) • ein Chassis (2), an welchem die Antriebsräder (6) und die mindestens eine vordere Lenkrolle (11) befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass das autonome Fahrzeug (1) eine Steuereinheit (9) aufweist, welche dazu ausgebildet ist, das Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen.

12. Autonomes Fahrzeug (1) gemäss Anspruch 11, aufweisend • eine Navigationsvorrichtung zum autonomen Navigieren und Fahren; • eine Bedieneinheit (10) zum manuellen Steuern des autonomen Fahrzeugs (1); • eine Vorrichtung zum automatischen Verfolgen einer Person.

13. Verfahren zum Betrieb eines autonomen Fahrzeugs (1) gemäss Anspruch 12, bei welchem das autonome Fahrzeug (1) • in einer ersten, autonomen Betriebsart autonom von einer Beladestation zu einer Rendez-Vous-Position mit einem Benutzer fährt; • in einer zweiten, manuellen Betriebsart nach Massgabe von mittels der Bedieneinheit (10) eingegebenen Steuerbefehlen eines Benutzers fährt; • in einer dritten, automatischen Betriebsart einem gehenden Benutzer folgt.