-
Die Erfindung betrifft ein Navigationssystem für ein Mobil mit einem Zugfahrzeug und einem Anhänger/Auflieger mit N unabhängigen Sensoreinrichtungen zur Bestimmung von N unabhängigen Ortsdatensätzen des Mobils in einem Weltkoordinatensystem und mit einer Auswerteeinrichtung, die programmtechnisch und/oder schaltungstechnisch zur Verknüpfung der N Ortsdatensätze des Mobils zur Bildung eines Ergebnis-Ortsdatensatzes ausgebildet ist, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Für Fahrzeuge und mobile Systeme sind eine Vielzahl von Lösungen für Fahrerassistenzsysteme und sogar für autonome Fahrsysteme bekannt. Übliche Vorrichtungen verwenden GPS-Systeme, Transponder-IDs oder andere Sensoriksysteme zur Positionsbestimmung und/oder zur Kollisionsvermeidung mit anderen Fahrzeugen.
-
Ein gattungsgemäßes Navigationssystem ist beispielsweise aus der
US 2005/0246078 A1 bekannt. Diese bezieht sich auf ein automatisch geführtes Fahrzeug, das mit mindestens einem Messsystem mit zwei oder mehreren Messanlagen für eine relative Positionsbestimmung ausgestattet ist. Die Messsysteme für die Positionsbestimmung umfassen insbesondere die Kombination eines Laser-Navigationssystems, einer Kamera und verschiedene Navigationssysteme einschließlich satellitengestützter oder optischer Navigation.
-
Aus der Druckschrift
DE 100 312 44 A1 ist ein Positions- und Lagebestimmungssystem bekannt. Das in dieser Druckschrift offenbarte System ist für einen Lastkraftwagen mit Anhänger bestimmt, wobei der Lastkraftwagen einen fest installierten Satellitennavigationsempfänger, der Lastkraftwagen und der Anhänger jeweils einen Kompass und der Anhänger eine Knickwinkelsensor aufweisen. Durch die ergänzende Verknüpfung der ermittelten Messdaten werden die Position und die Lage für den Lastkraftwagen und den Anhänger fortlaufend ermittelt.
-
Die Druckschrift
DE 19717829 A1 beschreibt ein Verfahren zur Positionsbestimmung zum Zwecke der Navigation eines Kraftfahrzeuges im Straßenverkehr. Bei diesem Verfahren wird ein Satellitennavigationssystem sowie zusätzliche Sensoren verwendet, wobei eine genaue Position des Kraftfahrzeuges durch Mittelung der verschiedenen Positionswerte erfolgt.
-
Die Druckschrift
JP 09-072746 A beschreibt ein Verfahren zur Positionsbestimmung, wobei die Position eines Fahrzeugs über ein GPS-System und unabhängig davon durch Auswertung von Bewegungssensoren des Fahrzeugs ermittelt wird. Die durch die beiden Sensoriksysteme ermittelten Positionen des Kraftfahrzeugs werden unter Berücksichtigung von statistischen Größen gemittelt.
-
Die
WO 96/12973 A1 bezieht sich auf ein System mit einem Empfänger an einem Fahrzeug zum Empfang von Navigationssignalen von einem auf Satelliten basierenden Positioniersystem und zum Bestimmen einer Empfängerposition.
-
Die
DE 10 2004 009 187 A1 beschreibt ein Steuerungssystem für ein Gespann aus einem Zugfahrzeug und einem Anhänger, bei dem aus Istwerten für Position und Lage des Gestells Sollwerte für Position und Lage des Anhängers ermittelt werden, um durch einen Vergleich der Soll- und Istwerte zur Lage und Position des Anhängers die erforderliche Bahn zu berechnen, die es ermöglicht, den Anhänger von seiner Istposition und Istlage in die berechnete Sollposition und Solllage zu überführen, in der sich dann der Anhänger unterhalb des Gestells befindet und dieses aufnehmen kann.
-
Aus der
DE 101 49 206 A1 ist ein Verfahren zum Kartographieren einer Straße während der Fahrt eines Fahrzeugs bekannt, wobei zwei Datenerfassungsmodule an den Seiten des Fahrzeugs angeordnet sind, von denen jedes über einen GPS-Empfänger und eine Antenne verfügt, sodass die Position des Fahrzeugs bestimmt werden kann.
-
Die
DE 103 38 234 A1 bezieht sich auf ein Verfahren zur sicheren Ortung eines bewegten Objekts, insbesondere eines fahrenden Schienenfahrzeugs, bei dem sensorische Informationen von mehreren verschiedenen Sensoren empfangen werden, für die eine Plausibilitätsprüfung ausgeführt wird.
-
-
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist es, die bekannten Vorrichtungen zu verbessern. Insbesondere soll für mobile und sich autonom und/oder assistiert frei bewegende Systeme eine Lösung zur verlässlichen Positionsbestimmung gefunden werden.
-
Diese Aufgabe wird durch ein Navigationssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte und/oder bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.
-
Der erfindungsgemäße Gegenstand kann generell für jegliche Mobile, also mobile Systeme oder Objekte, eingesetzt werden, z. B. für Lastkraftwagen, Busse oder Personenkraftwagen. Insbesondere ist das Navigationssystem für Autonomie- und/oder Assistenzfunktionen bei Fahrzeugen, insbesondere Nutzfahrzeugen, für Rangier- oder Andockfunktionen für Lastkraftwagen, Lastkraftwagen mit Auflieger (Sattelzug) oder Lastkraftwagen mit Anhänger (Gliederzug) einsetzbar. Bevorzugt wird das Navigationssystem auf Betriebshöfen oder Werksgeländen verwendet.
-
Das Navigationssystem weist N, also eine natürliche Anzahl, von Sensoreinrichtungen auf, wobei jede Sensoreinrichtung unabhängig von einer anderen Sensoreinrichtung als Einrichtung zur Positionsermittlung der eigenen Position und/oder der Position des Mobils ausgebildet ist. Auf Basis der Positionsbestimmung sind Ortsdatensätze des Mobils bestimmbar. Jede der N Sensoreinrichtungen ist zur Bestimmung eines Ortsdatensatzes ausgebildet, wobei N unabhängige und/oder unabhängig ermittelte Ortsdatensätze bestimmbar sind. Die Ortsdatensätze beschreiben die Lage des Mobils in einem Weltkoordinatensystem, welches insbesondere als stationäres Koordinatensystem ausgebildet ist.
-
Die Auswerteeinrichtung ist ausgebildet, um die N Ortsdatensätze miteinander zu verknüpfen, insbesondere derart dass jeder Ortsdatensatzbei der Verknüpfung vorzugsweise quantitativ bewertet wird, und um einen Ergebnis-Ortsdatensatz zu erstellen. Der Ergebnis-Ortsdatensatz beschreibt insbesondere die tatsächliche oder die wahrscheinlichste Lage des Mobils in dem Weltkoordinatensystem.
-
Erfindungsgemäß ist die Konfiguration der N unabhängigen Sensoreinrichtungen derart gewählt, dass wenigstens eine erste unabhängige Sensoreinrichtung am Zugfahrzeug und wenigstens eine zweite unabhängige Sensoreinrichtung am Anhänger/Auflieger angeordnet ist, und dass zur Erfassung des Anhänger- und Deichselwinkels zwischen Zugfahrzeug und Anhänger/Auflieger ein redundantes Winkelgebersystem vorgesehen ist und wobei im Rahmen der Auswertung ein Vergleich der mittels der wenigstens ersten unabhängigen Sensoreinrichtung und dem Winkelgebersystem bestimmten Position des Mobils mit der mittels der wenigstens zweiten unabhängigen Sensoreinrichtung und dem Winkelgebersystem bestimmten Position des Mobils stattfindet.
-
Bevorzugt wird der Vergleich in einer echten Teilmenge aller N Ortsdatensätze durchgeführt, wobei die Teilmenge eine Anzahl und/oder Mächtigkeit kleiner als N von Ortsdatensätzen aufweist. Bevorzugt weist die Teilmenge mindestens zwei der N Ortsdatensätze auf. Der Vergleich ist also vorzugsweise als ein mindestens zweifacher unabhängiger, also ein 2-aus-N Vergleich ausgebildet.
-
Insbesondere werden N aber mindestens zwei, unabhängige Einrichtungen zur Positionsbestimmung, also Sensoreinrichtungen, z. B. Antennen oder Sensoren, so am Fahrzeug insbesondere räumlich getrennt angeordnet, dass diese unabhängig voneinander (aktiv oder passiv) Signale der Umgebung aufnehmen und ihre eigene Position bestimmen. Auf diese Weise werden die Positionen der Koordinatensysteme der Sensoreinrichtungen in dem Weltkoordinatensystem erfasst. Über Ausnutzung der Kenntnis der relativen Lagen der Koordinatensysteme der Sensoreinrichtungen einerseits und dem Fahrzeugkoordinatensystem andererseits wird sensoreinrichtungsspezifisch jeweils die Lage des Fahrzeugkoordinatensystems in Bezug zum Weltkoordinatensystem ermittelt. Durch mindestens zweifachen unabhängigen Vergleich der auf diese Weise unabhängig ermittelten Fahrzeugpositionen und bei ausreichend genauer Übereinstimmung der mindestens zwei Positionsergebnisse wird von einer verlässlichen Positionsbestimmung ausgegangen. Es handelt sich mit anderen Worten um eine diversitär und/oder redundante Bestimmung der Fahrzeugposition im Weltkoordinatensystem.
-
Der Erfindung liegt dabei die Überlegung zu Grunde, dass bislang keine Lösung für eine tatsächlich verlässliche Positionsbestimmung eines mobilen, sich autonom oder assistiert frei bewegenden Systems existiert.
-
Es ist bevorzugt vorgesehen, dass die Ortsdatensätze jeweils Ortsinformationen des Mobils und dessen Ausrichtung in Weltkoordinatenumfassen. Vorzugsweise ist jeder der N Ortsdatensätze in der Datenstruktur identisch aufgebaut.
-
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die Sensoreinrichtungen zur aktiven und/oder passiven Aufnahme von Signalen aus der Umgebung ausgebildet, wobei eine passive Aufnahme von Signalen vorzugsweise als Empfangsbetrieb und eine aktive Aufnahme als Sende- und Empfangsbetrieb ausgebildet sind. Im einfachsten Fall umfassen die Sensoreinrichtungen unabhängige Antennen/Empfängerkombinationen, die unabhängig Positionssignale von geeigneten Sendern empfangen und daraus die eigene Position berechnen. Beispiele hierfür sind GPS, DGPS oder das sogenannte Laser-GPS, wobei mehrere fest installierte Laser-Sender in der Umgebung, beispielsweise in einem Betriebshof oder Werksgelände, installiert werden und ständig Signale senden.
-
Alternativ sind die Sensoreinrichtungen ausgebildet, um unabhängig Merkmale der Umgebung zu erfassen, mit Merkmalen einer Karte zu vergleichen, deren Position zur Sensoreinrichtung zu vermessen und daraus die Position des Fahrzeugs in Weltkoordinaten zu bestimmen. Die Merkmale können als natürliche Merkmale oder auch als künstliche Merkmale wie z. B. Reflektormarken ausgebildet sein.
-
Bevorzugt sind die Sensoreinrichtungen als Kollisionssensoren ausgebildet, die in dem Mobil vorgesehen sind und auf diese Weise doppeltgenutzt werden können. Alternativ oder ergänzend sind die Sensoreinrichtungen jeweils als ein Lasermesssystem ausgebildet, die unabhängig und parallel als Multifunktionssensoren, z. B. als Umgebungssensoren und Kollisionssensoren zur fahrzeugbezogenen Hinderniserkennung, Winkelmessung oder ähnlichem, arbeiten.
-
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist mindestens eine der Sensoreinrichtungen als eine Gruppe von mindestens zwei Sensorsystemen ausgebildet. Diese gruppenweise Kombination von Sensorsystemen weist bevorzugt ein Sensorsystem für die globale Positionsbestimmung und ein weiteres Sensorsystem für die lokale Verfeinerung der Positionsbestimmungen auf. Ein mit einer Kombination von Sensorsystemen als Sensoreinrichtung bestimmter Ortsdatensatz wird analog wie ein Ortsdatensatz einer anderen Sensoreinrichtung behandelt, insbesondere wird der Ortsdatensatz mit den Ortsdatensätzen der N – 1 weiteren Sensoreinrichtungen verknüpft.
-
Besonders bevorzugt ist eine gruppenweise Kombination eines Ortungsempfängers, insbesondere eines GPS-Empfängers, mit einem Lasermesssystem. Bei dieser Kombination ist das Navigationssystem insbesondere pro Gruppe so ausgebildet, dass die Grobbestimmung der Position über den Ortungsempfänger und die Feinbestimmung der Position über mindestens einen Lasersensor beispielsweise mittels künstlicher Reflektormarken und/oder aus der Bestimmung natürlicher Landmarken oder Raumkonturen erfolgt. Auf diese Weise wird eine kostengünstige, zentimeter-genaue und sichere Positionsbestimmung ermöglicht.
-
Bei einer bevorzugten Weiterbildung umfassen die Sensoreinrichtungen und/oder umfasst die Kombination von Sensorsystemen ein Sensorsystem mit einer Empfangseinrichtung für lokale Positionssignale, mit der Signale von lokalen Positionssendern empfangen werden können (DGPS-Ergänzung). Die genannten lokalen Positionssender werden beispielsweise entlang von insbesondere kritischen Fahrwegen oder Fahrflächen (Kreuzungen, Rangierflächen, automatisierte Betriebshöfe etc.) installiert. Diese Weiterbildung führt zu einer höheren Sicherheit bzw. erlaubt eine höhere Geschwindigkeit des Mobils bei unverminderter Fahrsicherheit.
-
Bevorzugt ist die Auswerteeinrichtung ausgebildet, so dass die Verifizierung und/oder Bestimmung des Ergebnis-Ortsdatensatzes durch Mehrheitsauswahl und/oder Abstimmung insbesondere innerhalb der Teilmenge erfolgt. Die verlässliche Positionsbestimmung wird also durch ein unabhängiges Voting von unabhängig ermittelten Positionsergebnissen und/oder Ortsdatensätzen realisiert. Dieser Ausbildung liegt der Vorteil zu Grunde, dass auf Grund der diversitären, unabhängigen Positionsbestimmung mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit davon ausgegangen werden kann, dass wenn mindestens zwei unabhängig und ausreichendgenau ermittelte Positionswerte auch ausreichend genau übereinstimmen, diese Positionswerte mit hoher Wahrscheinlichkeit den tatsächlichen Positionswerten entsprechen. Ausreichend gute Übereinstimmung liegt beispielsweise vor, wenn der Unterschied zwischen den ermittelten Positionswerten in der Größenordnung der Sensorungenauigkeit liegt.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Auswerteeinrichtung realisiert, so dass mehrere Teilmengen gebildet werden und die als jeweiliges Gesamtergebnis ermittelten Positionswerte der einzelnen Teilmengen in eine geordnete Reihenfolge gebracht werden (Ranking). Die Ordnung der Reihenfolge wird bevorzugt durch die Unterschiede zwischen den Positionswerten in einer Teilmenge bestimmt, wobei der Teilmenge mit den geringsten Unterschieden und/oder dem wahrscheinlichsten Positionsergebnis der vorderste Platz in der Reihenfolge zugeordnet wird.
-
Bei einer Weiterbildung des Navigationssystems ist die Auswerteeinrichtung ausgebildet, so dass das Voting, also die Mehrheitsauswahl und/oder Abstimmung und/oder der Vergleich, in mehreren, insbesondere zwei Ebenen, erfolgt, wobei in einer ersten Ebene ein Voting für eine globale, insbesondere grobe Positionsbestimmung und in einer zweiten Ebene eine lokale, insbesondere feine Positionsbestimmung erfolgt. Umgesetzt wird dies beispielsweise, indem A mindestens jedoch zwei globale Positionssignale und B mindestens jedoch zwei lokale Positionssignale ermittelt werden und ein Zwei-Ebenen-Voting mit einem 2-aus-A-Voting für die grobe, aber verlässliche Positionsbestimmung zur Bestimmung eines Umgebungs- oder Kartenkontextes und darauf aufbauend im lokalen Kartenkontext ein 2-aus-B-Voting für die letztlich genau verlässliche Positionsbestimmung erfolgt. Bevorzugt werden als A Sensoreinrichtungen GPS/DGPS-Empfänger und als B Sensoreinrichtungen Lasersensoren eingesetzt.
-
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Navigationssystems ist die Auswerteeinrichtung zur Überprüfung von positions- und/oder ortsbezogenen Vorgaben in Bezug auf den Ergebnis-Ortsdatensatz ausgebildet. Derartige Vorgaben sind insbesondere als Attribute zu geometrischen Beschreibungen der Umgebung in Weltkoordinaten, hinterlegt. Beispielsweise sind die geometrischen Beschreibungen mit den Attributen als Punkte, Linien, Trajektorien, Fahrspuren, Polygone, Fahrwege, Begrenzungen, virtuelle Wände, Fahrflächen, -räume, Polyeder mit Vorgaben hinterlegt.
-
Bei der Überprüfung der Vorgaben wird vorzugsweise neben der Mobilposition und der -ausrichtung die Mobilkonfiguration, also die räumliche Abmessung des Mobils und die Fahrgeometrie, sowie optional ein definierbarer Sicherheitsabstand um das Mobil berücksichtigt.
-
Auf Basis der Ergebnisse der überprüften positionsbezogenen Vorgaben werden bevorzugt Sollwerte für die Ansteuerung des Mobils und/oder Warnhinweise für einen Bediener des Mobils erzeugt. Anders ausgedrückt, wird der verifizierte und/oder ermittelte Ergebnis-Datensatz ständig und unabhängig in Hinblick auf die positionsbezogenen Vorgaben unter Berücksichtigung der geometrischen Abmaße des Mobils ausgewertet und daraus die notwendige Ansteuerung des Mobils zur Einhaltung der Vorgaben durchgeführt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird durch die Überprüfung bevorstehende etwaige Verletzungen der Vorgaben ermittelt, indem zur Mobilkonfiguration und/oder Fahrgeometrie die aktuelle Hüllkurve im Raumberechnet, mit Erwartungswerten zeitlich fortgeschrieben und mit den Vorgaben überprüft wird.
-
Mit dieser Weiterbildung der Erfindung ist es für das Mobil möglich, autonom die dem Mobil aktuell zur Verfügung stehende Fahrfläche/Fahrraum effizient unter der Einhaltung von positionsbezogenen Vorgaben oder Randbedingungen zu nutzen. Dies gilt insbesondere für die Berücksichtigung von nicht sichtbaren virtuellen Wänden, Fahrflächen oder das Einhalten virtueller Spuren. Somit erlaubt die Erfindung das Einhalten von räumlichen – auch von temporären, also zeitlich begrenzten – Vorgaben zur Umsetzung von Autonomie- und Assistenzfunktionen und schafft damit die Grundlage für den praktischen und sicheren Einsatz von Navigationssystemen insbesondere auf Betriebshöfen, Werkshöfen und in Werkshallen.
-
Bei einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist das Navigationssystem zur Verwendung mit einem als kinematische Kette realisierten Mobilausgebildet. Diese kinematischen Ketten sind mechanisch gekoppelte Systeme mit veränderlichen geometrischen Abmaßen wie z. B. Sattelzüge oder Gliederzüge und weisen eine veränderliche Gesamt-Fahrzeugkonfiguration auf. Deren Fahrgeometrie, Hüllkonturen und/oder Hüllkurven werden bei der Überprüfung der aktuellen und beabsichtigten Position und deren zeitlicher Fortschreibung berücksichtigt, indem die kinematisch veränderliche Kontur und die daraus resultierende veränderliche Hüllkurve für die prädiktiv geplante und/oder berechnete Bewegung der gesamten kinetischen Kettebetrachtet wird. Die als kinematische Ketten ausgebildete Mobile werden also in das Navigationssystem einbezogen, indem die Auswerteeinrichtung ausgebildet ist, um eine sichere Überwachung der Hüllkontur und/oder der Hüllkurve und/oder der zeitlichen Entwicklung der Hüllkurve hinsichtlich ortsbezogener Vorgaben, insbesondere hinsichtlich Kollisionen vorgegebener virtueller Wände, Fahrwege, Sicherheitsbereiche, Arbeitsräume etc. durchzuführen.
-
Die Überwachung des als kinematische Kette ausgebildeten Mobils erfolgt im einfachsten Fall vorzugsweise indem die Auswerteeinrichtung so ausgebildet ist, dass die mechanisch gekoppelten Glieder, also z. B. Fahrzeug und Anhänger, wie einzelne, unabhängige Mobile behandelt werden und für jedes Teilfahrzeug eine erfindungsgemäße Positionsbestimmung durchgeführt wird. Bevorzugt wird aus den einzelnen Positionsbestimmungen die Hüllkontur und/oder Hüllkurve des Gesamtfahrzeugs ermittelt und diese mit den ortsbezogenen Vorgaben verglichen.
-
Alternativ weist nur ein Teilfahrzeug mindestens eine erfindungsgemäße Sensoreinrichtung auf und die Lage eines zweiten, angekoppelten Teilfahrzeugs wird durch einen Knickwinkelsensor ermittelt, wobei der Knickwinkelsensor als redundantes und/oder diversitäres Messsystemausgebildet ist.
-
Als weitere Alternative weist jedes Teilfahrzeug genau oder mindestens ein erfindungsgemäßes Sensorsystem zur Positionsbestimmung auf, wobei die Sicherheit der Positionsbestimmung durch einen Knickwinkelsensor erhöht wird. Im Sinne der Erfindung wird eine erste Sensoreinrichtung aus einer Kombination des Sensorsystems eines ersten Teilfahrzeugs mit dem Knickwinkelsensor gebildet und die Position und Ausrichtung der kinematischen Kette bestimmt und eine zweite Sensoreinrichtung aus einer Kombination des Sensorsystems eines zweiten Teilfahrzeugs mit dem gleichen Knickwinkelsensor gebildet und die Position und Ausrichtung der kinematischen Kette nochmals bestimmt. In einem weiteren Schritt werden die Ergebnisse verglichen.
-
Bei einer Weiterführung dieses Gedankens ist das Mobil als eine kinematische Kette mit Fahrzeuganbauten wie z. B. Kräne, Roboterarme, Manipulatoren o. ä. ausgebildet. Bevorzugt erfolgt die Bestimmung der Position und Ausrichtung des eigentlichen Mobils über mehrere Sensoreinrichtungen bevorzugt im 3D-Raum. Die Bestimmung und Überwachung des TCP (Tool Center Points) der Fahrzeuganbauten erfolgt durch Auswertung von redundanten Messgebersystemen in der kinematischen Kette in den Fahrzeuganbauten.
-
Ferner wird eine Navigationsanlage mit einem erfindungsgemäßen Navigationssystem und Sendern und/oder Reflektormarken und/oder Mobil wie oben beschrieben sowie ein Mobil mit einem Navigationssystem offenbart.
-
Ortsbezogene Beschränkung der Bedienung: Nur am jeweiligen Ort zulässige Kommandos werden ausgeführt, nur Autonomie- oder Assistenzfunktionen, die erlaubt sind.
-
Virtuelle Fahrwege, Trajektorien, Spurführung ermöglicht das Einhalten von Vorzugsspuren, Richtungsspuren, Einhalten eines Spurschlauchs, Rückführung auf Vorzugsspuren durch Attraktion und aktive Lenkung, Beschränkung von Freiheitsgraden der Steuerung, z. B. Lenkwinkel, ortsbezogene Geschwindigkeitsvorgaben v (t, s), Fahrprofile und Profilsicherheit, Bremsrampenvorgaben etc., Trajektorienabschnitte auf denen Spurwechsel erlaubt oder nicht erlaubt sind.
-
Virtuelle Wände, Virtuelle Begrenzungen von Fahrflächen, Einhalten von Rangierflächen, Führungstrichter vor Zielobjekten, Laderampen, Waschstraßen, etc. zum vereinfachten assistierten Anfahren, Andocken, Unterfahren, insbesondere von festen nicht mobilen Einrichtungen.
-
Fahrflächen, Regionen: autonom freie Navigation mit ortsbezogenen Vorgaben in einem gegebenen Fahrraumbereich mit sicherer virtueller Begrenzung. Einhalten räumlich-zeitlicher Vorgaben auf definierten Fahrflächen und an deren Rändern für Autonomie- und Assistenzfunktionen, Funktionsbeschränkungen, wie Rangiererlaubnis, Parkerlaubnis, Mindest-, Richt-, Höchstgeschwindigkeit (Beschränkungen von Autonomiefunktionen für Rangierflächen auf Betriebshöfen, etc.). Analog zum Einhalten von Geschwindigkeitsprofilen auf Spuren, ist auf Flächen das Einhalten von 2D-Geschwindigkeitsprofilen nutzbar. Bewegungsraumbegrenzungen (2D oder 3D) für Fahrzeuge mit kinematischen Ketten.
-
Ortsbezogen unterschiedliche Anforderungen: Unterstützung im öffentlichen Verkehr mit GPS-Genauigkeit auf Betriebshof mit Lasersensor-Genauigkeit. Zuschaltung der erfindungsgemäßen Funktionen mit verlässlicher Positionsbestimmung und Überwachung der Vorgaben ortsbezogen nur in relevanten oder gefährdeten Bereichen, Betriebshof, Tanklager, Raffinerie, nur wo erforderlich. Hiermit lässt sich realisieren, dass ein System an unterschiedlichen Orten unterschiedliche Sicherheitsanforderungen erfüllt, ortsabhängige Höchstgeschwindigkeit, Sicherheitsabstände, Lenkwinkelbeschränkungen.
-
Unterschiedliche Fahrzeuge mit unterschiedlichen Sicherheitsanforderungen an gleichen Orten: z. B. Unterfahren abhängig von Fahrzeugbreite, Fahrzeughöhe oder Aufbauten (Solo-Lkw oder Gliederzug, etc.). Der Ort kann unterschiedliche Vorgaben individualisiert auf unterschiedliche Fahrzeuge machen. Sicherheitsattribute können generell gelten oder auf Fahrzeuge individuell zugewiesen sein, ortsbezogen, unterschiedlicher Sicherheitsabstand.
-
Für einige Anwendungen sind neben den rein räumlichen Vorgaben insbesondere auch räumlich-zeitliche Vorgaben von Bedeutung. Die Vorgaben können sich zeitlich beispielsweise tageszeitlich ändern (z. B. Stoßzeiten auf Betriebshöfen mit veränderlichen tageszeitlichen Beschränkungen, etc.). Die autorisiert gespeicherten Vorgaben können zeitlich sicher umgeschaltet werden.
-
Autorisierung der Vorgaben: Alle Vorgaben und Änderung von Vorgaben bei denen es sich um Sicherheitsvorgaben handelt, dürfen nur in autorisierter Form eingegeben und gespeichert werden. Es muss nachvollziehbar sein, wer für grundlegende Sicherheitsvorgaben verantwortlich ist.
-
Prädiktives Verhalten: Die Abstände der Konturen der Fahrzeuge zu den Vorgaben der Karte und die Bewertung der Fahrabsichten werden prädiktiv zur Steuerung des Fahrzeuges genutzt (rechtzeitiges Bremsen, Lenken, etc.). Zum Beispiel wichtig: an Grenzen vorher Abbremsen. Die Nähe zur Entscheidungskontur bestimmt die Geschwindigkeit (fahrtrichtungsabhängig). Wenn auf eine virtuelle Wand zugefahren wird, wird die Geschwindigkeit fahrzeugabhängig zwangsweise so reduziert, dass das Fahrzeug vor dieser Wand sicher zum Stehen kommt, Vor einem Arbeitsraum mit einer bestimmten Geschwindigkeit, eben diese, etc. Das Einhalten wird überwacht.
-
Positionsbezogene verlässliche Aufmerksamkeitssteuerung, z. B. Ausrichtung aktiver Sensoren auf sicherheitskritische Flächen wie Fußgängerüberwege, Kreuzungen, Andockbereiche auf Werksgelände etc.
-
Assistenz auf öffentlichen Straßen durch virtuelle Spuren. Sicheres Einhalten von dynamisch und individuell zugewiesenen Fahrspuren, beispielsweise Überwachung von Geschwindigkeitsprofilen auf den Spuren, Überwachung Überholverbot, beispielsweise als Warnsystem mit Feedback.
-
Assistenz beim Rangieren: Wird beispielsweise ein Lkw mit einer Fernbedienung rückwärts rangiert, so soll das Fahrzeug nicht nur einen Sicherheitsabstand zu Gebäuden einhalten, sondern auch zu anderen virtuell abgegrenzten Arbeitsbereichen, Fahren auf vorgegebenem Weg, Gleiten an virtueller Wand, Rangieren auf vorgegebener begrenzter Fläche, Einhalten von Geschwindigkeiten, Lenkwinkelbegrenzungen (beispielsweise auch mit Feedback an den Fahrer), Signalisierung der Nähe zu virtuellen Wänden und Reduzierung der Geschwindigkeit, intuitive Warnung. Mögliche Reaktionen: automatisierter Lenkwinkeleinschlag, Einschränkung der vom Nutzer steuerbaren Freiheitsgrade, d. h. vom haptischen Feedback bis Lenkeingriff. Attraktion auf virtuelle Fahrspuren durch Beschränkung der steuerbaren Freiheitsgrade.
-
Automatisierter Betriebshof: Mit der Erfindung können alle sicherheitsrelevanten Vorgaben für das Rangieren, Einfahren, Durchfahren, Andocken bezogen auf immobile bekannte Einrichtungen wie Laderampen, Gebäudeeinfahrten, Waschstraßen, Tankstellen sowie vorgegebener Ordnungsprinzipien wie Fahrspuren, Rangierflächen, dem Fahrzeug vorgegeben und sicher eingehalten werden, unabhängig und zusätzlich zur fahrzeugbezogenen Kollisionsvermeidung, insbesondere auf Betriebshöfen, Werksgelände bei hoher Fahrzeugdichte auf begrenzter Fläche. Es kann sich auch um sichere Fahrspuren zu Abstellflächen handeln, an denen dann ein Wechsel in einen erkennerbasierten Modus zum Andocken an mobile Objekte wie Hänger oder Wechselbrücken mit Visual-Servoing-Verfahren erfolgt. Beim Verlassen der Fläche wird wieder auf sichere Fahrspurenübergegangen.
-
Automatisierte spargeführte Systeme: Diese Anwendung einer sicheren Spurführung auf virtuellen Spuren ist insbesondere für Einsatzfälle wie automatisierter fahrerloser Busverkehr oder automatisierter, fahrerloser Güterzubringerverkehr von Vorteil, insbesondere durch die erfindungsgemäße verlässliche Positionsbestimmung gegenüber den bekannten Nachteilen induktiver oder optischer Spurführung. Die verlässliche Positionsbestimmung für spurgeführte Systeme (Busse, Lkw, Pkw) ist eine zukunftsorientierte Anwendung, die kostengünstig realisierbar ist, da gegenüber bekannten Lösungen wesentlich geringere Infrastrukturkostenerforderlich sind. Virtuelle Spuren sind problemlos änderbar (aber autorisiert). Die virtuelle Spurführung ist nutzbar für den öffentlichen Verkehr und dessen sichere Beeinflussung, beispielsweise auf schrittweise ausgerüsteten Straßen, Geländen, Fahrwegen, Buslinien im Nahverkehr, z. B. mittels GPS/DGPS und Reflektoren oder natürlichen Landmarken im beschriebenen Sinne. Die Eignung betrifft den öffentlichen, den nicht öffentlichen und den wechselweisen Verkehr. Dies betrifft auch den automatisierten Güterzubringerverkehr in Erweiterung des automatisierten Werksverkehrs, wobei man sukzessive zwischen Werken auch öffentliche Verkehrswege einbeziehen kann. Diese öffentlichen Fahrwege können, ohne zusätzliche Infrastrukturkosten erkennerfreundlich im Sinne der verlässlichen Positionsbestimmung gestaltet sein. Ortsabhängig kann die verlässliche Spurführung auch mit verlässlicher Anfahrt einer Ziel-, Stell-, Halteposition (beispielsweise eine Bushaltestelle) und auch mit verlässlicher freier Navigation für autonome Fahrmanöver auf vorgegebenen Fahrflächen genutzt werden. Diese Funktionen liefern kurzfristig das Potenzial für sichere Autonomiefunktionen auf abgeschlossenen Geländen und ausgewählten öffentlichen Fahrwegen einschließlich einer Verbesserung von Assistenzfunktionen im allgemeinen öffentlichen Verkehr, mittelfristig sind damit auch Autonomiefunktionen schrittweise im öffentlichen Verkehr einsetzbar.
-
Einbindung objektbezogener Vorgaben: Mobile Objekte werden üblicherweise lediglich durch einheitliche fahrzeugbezogene Vorgaben, wie geschwindigkeitsabhängigen Sicherheitsabstand zur Kollisionsvermeidung behandelt. Die vorliegende Erfindung betrifft die verlässliche Einhaltung umgebungsbezogener Vorgaben, d. h. die Einhaltung autorisierter Vorgaben mit festem Bezug in Weltkoordinaten. Die diesbezüglichen Anwendungen wurden beschrieben. Die Erfindung ist mit gewissen Einschränkungen aber auch erweiterbar auf die zusätzliche Einbeziehung der verlässlichen Einhaltung von objektbezogenen Vorgaben mobiler Objekte, aber nicht auf sich in der Bewegung befindliche Objekte, sondern Objekte wie abgestellte Fahrzeuge, Anhänger, Wechselbrücken, Container, etc. Mit einem erfindungsgemäß ausgestatteten Fahrzeug kann dadurch auch eine verbesserte Sicherheit bei der Berücksichtigung mobiler Objekte erreicht werden, indem die Position dieses Objektes redundant mit mindestens zwei Sensoren verlässlich in Weltkoordinaten bestimmt wird, die objektspezifischen Vorgaben vorübergehend für den Prozess (des Rangierens, der freien Navigation) in Weltkoordinaten ortsfest definiert werden und als solche bei gleichzeitiger erfindungsgemäßer verlässlicher Positionsbestimmung genutzt werden, zum Beispiel als Objekt mit Sicherheitshülle bereits bei der Rangierplanung, spezielle virtuelle Wände um das Objekt oder als Führungshilfen zum Andocken an mobile Objekte. Die Autorisierung dieser Vorgaben beschränkt sich dann allerdings auf den Objektbezug. Mit dieser Erweiterung kann der erfindungsgemäße Ansatz dahingehend ergänzt werden, dass entsprechend der verlässlichen Positionsbestimmung sowohl die generellen Vorgaben als auch die objektbezogenen Vorgaben überprüft werden, wobei die jeweils restriktiveren Vorgaben maßgebend sind. Eine Führungsbegrenzung vor einem Objekt würde beispielsweise durch eine generelle Flächenbegrenzung eingeschränkt.
-
Vorteile der Erfindung sind eine verbesserte Fahrerunterstützung und Verkürzung von Bedienzeiten, durch Berücksichtigung ortsbezogener Vorgaben zur Entlastung des Fahrers und dadurch höherer Komfort für Assistenzfunktionen. Schadensvermeidung durch höhere Sicherheit und Fehlervermeidung insbesondere auch Fehlervermeidung bei der Bedienung, Vermeidung von Personen- und Sachschäden. Verlässliche Einhaltung von Sicherheitsvorgaben für Autonomie- und Assistenzfunktionen für Pkw und Nutzfahrzeuge. Die Verfahren bilden die Grundlage für neue Autonomie- und Assistenzfunktionen in Personen- und Nutzfahrzeugen mit erweiterten Anwendungsmöglichkeiten.
