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Die Erfindung betrifft das Umsetzen eines Personenkraftfahrzeugs über eine Strecke im Werksprozess, im Distributionsprozess oder dazwischen.
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Nach Abschluss des Fertigungs- und Testprozesses eines Fahrzeugs wird das kundenfertige Fahrzeug bis zum Empfang durch den Kunden mehrfach bewegt. Dies erfolgt durch manuelles Umsetzen des Fahrzeugs seitens einer das Fahrzeug fahrenden Person oder durch Beförderung des Fahrzeugs mittels eines Transportfahrzeugs (Trailer).
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Diese Fahrzeugbewegungen bewirken signifikante Kosten, beispielsweise
- – Personalaufwendungen bei manueller Fahrzeugbewegung oder bei Beförderung des Fahrzeugs in einem Trailer,
- – Aufwendungen zum Schutz gegen Beschädigung beim Ein- und Aussteigen im Fahrzeuginterieur,
- – Aufwendungen zum Schutz des Fahrzeuginterieurs gegen Verschmutzung, und
- – die mit der Beschädigung von Neufahrzeugen verbundenen Kosten.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Umsetzen eines Personenkraftfahrzeugs über eine Strecke im Werksprozess, im Distributionsprozess oder dazwischen anzugeben, welches die vorstehenden beschriebenen Nachteile ausräumt oder zumindest verringert.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Verfahrensanspruchs gelöst.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein fahrerloses Umsetzen eines Personenkraftfahrzeugs über eine Strecke vorgeschlagen, wobei die Strecke im Werksprozess, im Distributionsprozess oder dazwischen zu bewältigen ist. In Abhängigkeit der Streckeninformation werden ein oder mehrere Aktoren des Fahrzeugs gesteuert, die die Bewegung des Fahrzeugs betreffen.
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Durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene fahrerlose Umsetzen des Fahrzeugs können die vorstehend beschriebenen Kosten vermieden werden, da sich während der Fahrt keine Person mehr im Fahrzeug befinden muss.
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Es wird eine definierbare Route überwunden, beispielsweise die Strecke vom Produktionsende bis zur Distribution, insbesondere bis zum Eingang der Distributionsfläche im Werkslager.
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Die gesteuerten Aktoren können beispielsweise im einfachsten Fall nur den Motor und die Bremsen betreffen (zum langsamen Umsetzen des Fahrzeugs über eine Geradeausstrecke). Vorteilhafterweise sind jedoch auch die Lenkung und das Getriebe betroffen. Die Aktoren werden typischerweise aber nicht direkt angesteuert, sondern indirekt, über die entsprechenden internen Steuergeräte im Fahrzeug, wie Motorsteuerung, Getriebesteuerung, Lenkungssteuerung und Bremssteuerung.
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Bei der Streckeninformation kann es sich beispielsweise um Koordinaten einer vordefinierten Strecke, um Steuerangaben für die Aktoren, und/oder um Streckeninformation handeln, die über einen Sensor durch Umfelderfassung bestimmt werden.
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Vorteilhafterweise handelt es sich bei dem Fahrzeug um ein Fahrzeug mit Automatikschaltung oder mit einem Elektroantrieb zum rein-elektrischen Fahren (z. B. ein Elektroauto oder ein Vollhybrid). Im ersten Fall können die Gänge während des fahrerlosen Betriebs elektronisch leicht umgeschaltet werden; im zweiten Fall ist typischerweise kein Umschalten des Gangs während des Umsetzprozesses notwendig.
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Beim Umsetzen wird vorzugsweise Sensorinformation eines Sensors zur Lokalisierung und/oder zur Umfelderfassung, insbesondere einer Kamera, berücksichtigt. Bei dem Sensor kann es sich beispielsweise um eine optische Kamera, einen Radarsensor, einen Ultraschallsensor, einen Lidarsensor (Light detection and ranging), einen Infrarotsensor oder dergleichen handeln. Der Sensor kann ständiger Bestandteil des Fahrzeugs sein oder nur vorübergehend während des Umsetzprozesses an dem Fahrzeug befestigt sein.
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Bei dem Verfahren kann die Fahrzeugsteuerung und Lenkung extern über eine Schnittstelle des Fahrzeugs erfolgen. Alternativ kann die Fahrzeugsteuerung gänzlich fahrzeugintern über die Nutzung der Fahrzeugelektronik erfolgen.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird für das Umsetzen ein externes Gerät verwendet, welches nur vorübergehend zum Zweck des Umsetzens mit dem Fahrzeug verbunden wird: Vor dem fahrerlosen Umsetzen des Fahrzeugs wird das externes Gerät mit dem Fahrzeug verbunden; nach dem fahrerlosen Umsetzen des Fahrzeugs wird das externe Gerät vom Fahrzeug wieder getrennt. Das externe Gerät kommuniziert über eine Schnittstelle des Fahrzeugs mit der Fahrzeugelektronik, beispielsweise über die On-Board-Diagnose-Schnittstelle (OBD-Schnittstelle) des Fahrzeugs. Ferner kommuniziert das externe Gerät vorzugsweise mit einem anderen Gerät (beispielsweise einem Terminal oder einem Server), insbesondere über eine drahtlose Kommunikationsverbindung.
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Das externe Gerät kann lediglich eine einfache Adapterfunktion zur Fahrzeugelektronik haben oder auch weitergehende Funktionen im Rahmen des Umsetzprozesses erfüllen.
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Das externe Gerät kann beispielsweise dafür vorgesehen sein, die Streckeninformation zu verarbeiten und in Abhängigkeit der Streckeninformation die Motorsteuerung, das Bremssystem, das Lenksystem, und/oder die Getriebesteuerung anzusteuern. Die Streckeninformation kann dazu beispielsweise in dem externen Gerät gespeichert sein.
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Alternativ kann die Streckeninformation in einem weiteren Gerät (beispielsweise in einem Server) verarbeitet werden, welcher mit dem externen Gerät über eine Kommunikationsverbindung, insbesondere über eine drahtlose Kommunikationsverbindung, Daten austauscht.
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Ferner kann das externe Gerät einen Sensor zur Lokalisierung und/oder zur Umfelderfassung, beispielsweise eine Kamera oder ein Radarsensor, umfassen. Alternativ kann vorgesehen sein, dass das externe Gerät einen derartigen Sensor nicht direkt umfasst, sondern dass das externe Gerät mit einem derartigen Sensor, welcher für den Umsetzprozess vorübergehend an dem Fahrzeug befestigt worden, über eine Kommunikationsverbindung, insbesondere eine drahtlose Kommunikationsverbindung, verbunden ist.
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Das externe Gerät nimmt vorzugsweise Sensorinformation eines oder mehrerer Sensoren im Fahrzeug über die Fahrzeug-Schnittstelle entgegen. Bei den Fahrzeug-internen Sensoren handelt es sich beispielsweise um einen Sensor zur Lenkwinkelerfassung oder einen Sensor zur Wegerfassung. Ferner kann auch vorgesehen sein, dass das externe Gerät Sensorinformation eines Fahrzeug internen Sensorsystems zur Lokalisierung und/oder Umfelderfassung entgegennimmt.
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Vorzugsweise werden die Sensorinformationen der Fahrzeugsensoren (beispielsweise zur Lenkwinkel, Weg- und Umfelderfassung) vom externen Gerät verarbeitet. In Abhängigkeit der Verarbeitung der Sensorinformation wird die Steuerung der Aktoren vorgenommen, wobei hierzu die Motorsteuerung, das Bremssystem, das Lenksystem und/oder die Getriebesteuerung vom externen Gerät über die Fahrzeug-Schnittstelle angesteuert werden.
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Während des fahrerlosen Umsetzens befindet sich das Fahrzeug in einem speziellen Transport-Modus, welcher den Umsetzprozess überhaupt erlaubt. Vor dem fahrerlosen Umsetzen wird das Fahrzeug dazu typischerweise in diesen speziellen Transport-Modus versetzt. Das Rücksetzen des Transportmodus wird bei jedem Fahrzeug durch die Handelsorganisation vor der Übergabe an den Kunden vorgenommen, so dass ab dann ein fahrerloses Umsetzen des Fahrzeugs verhindert wird.
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Wie vorstehend beschrieben kann die Verarbeitung der Streckendaten über ein externes Gerät erfolgen, welches über die Fahrzeug-Schnittstelle mit dem Fahrzeug kommuniziert. Die Sensorinformation wird von dem externen Gerät verarbeitet und die Aktoren werden in Abhängigkeit der Streckeninformation und der Sensorinformation gesteuert. Alternativ kann vorgesehen werden, dass die Verarbeitung der Streckeninformation und die Aktorsteuerung nicht durch ein externes Gerät sondern durch Fahrzeug interne Elektronikkomponenten erfolgt.
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Außerdem können Funktionen eines oder mehrerer im Fahrzeug vorhandener Fahrerassistenzsysteme, insbesondere eines Kamera oder eines Radar basierten Fahrerassistenzsystems, auch für den fahrerlosen Umsetzprozess genutzt werden. Mehrere Kamera- und Radarfunktionen des Fahrzeugs können dabei vernetzt werden.
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Es kann vorgesehen werden, dass auch die Strecke über die Fahrzeugelektronik erfasst wird. Die Erfassung der Strecke kann über eine manuelle Streckeneingabe oder via Aufzeichnung der Strecke erfolgen. Information betreffend den Umsetzprozess oder die Strecke werden vorteilhafterweise im Bordmonitor angezeigt. Bei manueller Streckeneingabe über eine Benutzer-Schnittstelle (z. B. iDrive) oder bei Streckenaufzeichnung werden beispielsweise entsprechende Daten im Bordmonitor angezeigt. Bei Aufzeichnung der Strecke wird die entsprechende Strecke beispielsweise einmal im Werk abgefahren. Die Streckendaten können dann vor dem Umsetzvorgang in jedes über die Strecke umzusetzende Fahrzeug (elektronisch) eingespielt werden und sind somit im Transportmodus verfügbar und nutzbar. Die Streckendaten können vor der Übergabe des Fahrzeugs an den Kunden durch den Händler gelöscht werden.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist auf das bereits vorstehend beschriebene externes Gerät gerichtet, welches für das fahrerlose Umsetzen eines Fahrzeugs über eine Strecke vorübergehend mit dem Fahrzeug verbindbar ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Zuhilfenahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand mehrerer Ausführungsbeispiele beschrieben. In diesen zeigen:
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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2 ein Streckenbeispiel für den Umsetzprozess;
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3 ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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4 weitere Streckenbeispiele innerhalb des Werksprozesses, welche sich für das fahrerlose Umsetzen eignen;
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5 weitere Streckenbeispiele innerhalb der Distributionsfläche im Werk, welche sich für das fahrerlose Umsetzen eignen; und
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6a/b ein Beispiel für die Nutzerschnittstelle zur Aufzeichnung der Wegstrecke.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen. Verfahrens zum autonomen Umsetzen eines Kraftfahrzeugs über eine Strecke im Werksprozess, im Distributionsprozess oder zwischen dem Werksprozess und Distributionsprozess. Im linken Teil von 1 ist der Prozessfluss und die Interaktion mit dem menschlichen Bediener dargestellt. 1 zeigt ferner ein externes Gerät 4, welches einen Adapter 8 zur Fahrzeugelektronik umfasst. Das externe Gerät 4 wird vor dem fahrerlosen Umsetzen mit dem Fahrzeug verbunden und nach dem fahrerlosen Umsetzen des Fahrzeugs vom Fahrzeug getrennt. Vorzugsweise wird dazu der Adapter 8 des externen Geräts 4 mit der On-Board-Diagnose-Schnittstelle des Fahrzeugs verbunden. Das externe Gerät 4 wiederum ist vorzugsweise mit einem anderen Gerät (nicht dargestellt), beispielsweise einem Terminal, über eine drahtlose Kommunikationsverbindung verbunden. Dazu ist vorzugsweise eine entsprechende Sende- und Empfangseinrichtung (nicht dargestellt) in dem externen Gerät 4 vorgesehen.
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Vorzugsweise ist ferner eine Nutzerschnittstelle (nicht dargestellt) zur Ein- und/oder Ausgabe von Information vorgesehen. Die Nutzerschnittstelle befindet sich vorzugsweise an dem externen Terminal; alternativ könnte die Nutzerschnittstelle auch an dem externen Gerät 4 vorgesehen sein.
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Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst das externe Gerät ferner eine Routenführung 3. Alternativ kann vorgesehen sein, dass sich die Routenführung 3 in einem externen Server befindet, der mit dem externen Gerät 4 über eine drahtlose Kommunikationsverbindung verbunden ist.
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Optional umfasst das externe Gerät 4 ferner eine Sensorik 9, beispielsweise eine Kamera mit Controller zu Umfelderfassung und/oder Lokalisierung. Mit Hilfe der Kamera ist es beispielsweise möglich, bestimmte Orientierungspunkte entlang der Strecke oder eine Markierung auf der Fahrbahn der Strecke zu erkennen und die Bewegung des Fahrzeugs entsprechend hierauf auszurichten.
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An dem Umsetzprozess sind ferner fahrzeuginterne Sensorik 1 als auch Aktoren 2 des Fahrzeugs beteiligt.
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Die verwendete fahrzeuginterne Sensorik 1 umfasst beispielsweise einen Radarsensor 10 eines ACC-Fahrerassistenzsystems (Adaptive Cruise Control) zur Erkennung von Hindernissen vor dem Fahrzeug (beispielsweise andere Fahrzeuge oder Personen). Die verwendete fahrzeuginterne Sensorik 1 umfasst ferner Sensorik 11 im Fahrwerk zur Lenkwinkelerfassung. Ferner ist Sensorik 12 zur Erfassung des zurückgelegten Weges vorgesehen, beispielsweise durch Messung der Drehung der Räder. Optional wird ferner eine Kamera 13 eines Kamera basierten Fahrassistenzsystems verwendet. Da jedoch die Mehrheit der Fahrzeuge zum gegenwärtigen Stand noch nicht mit einem Kamera basierten Fahrerassistenzsystem ausgestattet sind, kann alternativ die vorstehend beschriebene Kamera in der Sensorik 9 des externen Geräts vorgesehen werden. Statt einer Kamera können auch ein Radarsensor, ein Ultraschallsensor, ein Lidarsensor, oder ein Infrarotsensor verwendet werden.
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Die Aktoren 2 umfassen die Aktorik 20 der Lenkung, die Aktorik 21 der Fahrzeugbremse und die Aktorik 22 zur Motorsteuerung.
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Zur Vereinfachung der Zeichnung ist in 1 jeweils nur ein einziger Controller/Steuergerät für die fahrzeuginternen Sensorik 1 und Aktorik 2 dargestellt. Typischerweise sind hierfür jedoch jeweils mehrere Controller/Steuergeräte vorgesehen.
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Die Routenführung 3 steuert (über den Adapter 8 und die entsprechenden Steuergeräte) die Aktoren 20, 21, 22, um das Fahrzeug zu bewegen. Dazu verwendet die Routenführung 3 Daten einer vordefinierten Route 31. Die Route 31 muss nicht in dem externen Gerät 4 abgelegt sein, sondern kann beispielsweise auch auf einem externen Server liegen. Die Sensorinformation der Sensorik 1 des Fahrzeugs und optional auch der externen Sensorik 9 (s. beispielsweise das optionale Kamerasystem) geben an, inwieweit das Fahrzeug der durch die Routeninformation vorgegebenen Strecke gefolgt ist. Beispielsweise entspricht eine bestimmte Anzahl Meter Geradeausfahrt einer bestimmten Rückmeldung des Rad-Weg-Sensorik 12, beispielsweise einer bestimmten Anzahl Umdrehungen. Eine Linkskurve entspricht einem Wert der Lenkwinkelsensorik 11 inklusive der zwischenzeitlich zurückgelegten Strecke. Zur Synchronisierung der aktuellen Position kann ein Routenabgleich stattfinden.
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Im Routenabgleich 32 wird die vorgegebene Routeninformation 31 mit der sich anhand der Sensorinformation ergebenden tatsächlich durchfahrenen Route verglichen. In Abhängigkeit hiervon wird die Fahrzeugaktorik 2 so angesteuert, dass das Fahrzeug der vorgegebenen Route folgt. Eine Differenz zwischen vorgegebener Route und tatsächlich durchfahrener Route ergibt sich beispielsweise aufgrund mangelnder Genauigkeit des Verhaltens der Aktoren sowie aufgrund externer Einflüsse, wie Fahrzeuge oder Personen auf der Strecke, auf die das System dann reagiert.
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Das Verfahren nutzt also Sensor- und Aktor-Funktionen sowie Routendaten und verarbeitet die Sensordaten, Aktordaten und Routendaten in Echtzeit.
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Der Ablauf des Umsetzprozesses gliedert sich wie folgt:
Für den Umsetzprozess sind zunächst einige Voraussetzungen 100 zu erfüllen:
Der Adapter 4 zur Fahrzeugelektronik ist verbaut. Das Fahrzeug befindet sich in einem speziellen Fahrzeugmodus (hier Transportmodus genannt), welcher den Umsetzprozess überhaupt erlaubt. Das Vorsehen eines speziellen Modus für den Umsetzprozess bietet den Vorteil, dass im gewöhnlichen Betrieb (d. h. wenn der spezielle Modus nicht gesetzt) ein Umsetzprozess nicht initiiert werden kann. Ferner werden im Transportmodus bestimmte Verbraucher und Steuergeräte für den Transport deaktiviert.
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Es befindet sich keine Person im Fahrzeug.
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Das Vorliegen der Voraussetzungen wird von einer Person über die Nutzerschnittstelle am Terminal bestätigt.
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In Schritt 101 erfolgt die Fahrzeug-Abgabe an den autonomen Umsetzprozess. Das externe Gerät 4 und die Fahrzeugelektronik kommunizieren nun miteinander. Die Fahrzeug-Abgabe wird der Fahrzeugelektronik über den Adapter 8 mitgeteilt.
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In Schritt 102 erfolgt der Fahrzeug-Start. Der Motor wird vom externen Gerät 8 gestartet und das Fahrzeug beginnt seine Fahrt zu einem definierten Zielpunkt.
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In Schritt 103 fährt das Fahrzeug ohne menschlichen Fahrer entlang einer vorgegebenen Strecke.
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Am vorgegebenen Zielpunkt stoppt das Fahrzeug (Schritt 104).
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In Schritt 105 ist der Umsetzprozess beendet und das Fahrzeug wird wieder von einer Person übernommen. Der Modus des Fahrzeugs wird jetzt (oder später bevor das Fahrzeug an den Kunden ausgeliefert wird) von dem speziellen Fahrzeugmodus für den Umsetzprozess in einen anderen Fahrzeugmodus umgeschaltet, welcher einen autonomen Umsetzprozess nicht erlaubt. Das externe Gerät 4 mit dem Adapter 8 zur Fahrzeugelektronik 8 wird vom Fahrzeug getrennt. Eine Person übernimmt die Weiterfahrt des Fahrzeugs.
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2 zeigt ein Anwendungsbeispiel des Umsetzprozesses. Hier werden Fahrzeuge 40 vom Produktionsendpunkt (inklusive Test) bis zum Eingang der Distributionsfläche 42 im Werkslager entlang der gestrichelten Linien autonom (d. h. fahrerlos) umgesetzt. Bei den Strecken handelt es sich beispielsweise um Strecken mit einer Länge von 500 m bis 1000 m. Die Strecke weist typischerweise auch eine oder mehrere Kurven auf (nicht dargestellt). Zur Orientierung sind optional noch Orientierungspunkte 41 entlang der Strecke vorgesehen. Diese Orientierungspunkte können mit entsprechender Sensorik (z. B. einem Kamerasystem 9 oder 13) erkannt werden und das Fahrzeug entsprechend ausgerichtet werden. Die Orientierungspunkte können auch ein Funksignal-, Infrarot- oder Ultraschall-Signal aussenden, welches von einem entsprechenden Sensor zur Orientierung detektiert wird. Ab dem Eingang der Distributionsfläche 42 werden die Fahrzeuge 40 von einer Person übernommen.
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In 1 erfolgt die Verarbeitung der Routendaten und der Sensorinformation (beispielsweise Lenkwinkel, Weg- und Umfelderfassung) in dem externen Gerät 4, welches über eine OBD-Schnittstelle mit dem Fahrzeug kommuniziert. In Abhängigkeit der Verarbeitung der Daten wird die Steuerung der Aktoren angesteuert. 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel, bei dem die Verarbeitung der Routendaten und der Sensorinformation sowie die Steuerung der Aktoren durch fahrzeuginterne Elektronik-Komponenten erfolgen. Alle notwendigen Informationen werden durch die Fahrzeugelektronik verarbeitet. Mit gleichen Bezugszeichen versehene Blöcke in 1 und 3 entsprechen einander in ihrer Funktion und die Erläuterungen zu 1 gelten in entsprechender Weise auch für 3. Im Unterschied zu 1 ist in 3 der Block 3 zur Routenführung Teil des Fahrzeugs. Die Kommunikation zwischen Routenführung 3, Aktorik 2 und Sensorik 1 kann über ein fahrzeuginternes Bussystem erfolgen, ohne dass hierzu die Daten über die OBD-Schnittstelle ausgetauscht werden müssen. Das externe Gerät 4 ist in diesem Fall mit weniger Funktionalität als in 1 versehen. Im Wesentlichen umfasst das externe Gerät 4 den Adapter 8 zur OBD-Schnittstelle sowie eine optionale Sende- und Empfangseinrichtung (nicht dargestellt) zur Kommunikation mit einem anderen externen Gerät, beispielsweise einem Terminal und/oder einem Server. Es wäre auch denkbar, auf das externe Gerät 4 gänzlich zu verzichten und eine fahrzeuginterne drahtlose Sende- und Empfangseinrichtung (z. B. ein GSM- oder UMTS-Funkmodul) zur Kommunikation mit einem Terminal und/oder Server zu verwenden.
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Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel können die Informationen zur Strecke manuell eingegeben werden oder aufgezeichnet werden, beispielsweise über ein iDrive-System (siehe 6). Bei manueller Streckeneingabe bzw. bei Streckenaufzeichnung werden die Daten vorzugsweise im Bordmonitor angezeigt.
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4 zeigt weiter Streckenbeispiele (s. gestrichelte Linien) innerhalb des Werksprozesses, welche sich für das fahrerlose Umsetzen eignen:
Beispielsweise ab dem Ende des jeweiligen Befüllbands zu den Linien der Prüf- und Inbetriebnahme, innerhalb der Zonen zur Prüf- und Inbetriebnahme oder vom Ende einer Linie zur Prüf- und Inbetriebnahme zu den Finish-Bändern. Außerdem kann vorgesehen werden, das Verfahren auch für die Fahrzeugprüfung (Rollenfahrt) in der Prüfzone zu verwenden. Hierbei wird das Fahrzeug nicht tatsächlich umgesetzt, sondern es fährt fahrerlos auf Rollen eine virtuelle Prüfstrecke ohne sich von der Stelle zu bewegen.
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5 zeigt weiter Streckenbeispiele (s. gestrichelte Linien) innerhalb der Distributionsfläche im Werk, welche sich für das fahrerlose Umsetzen eignen.
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In 6a/b ist ein Beispiel für die Nutzerschnittstelle zur Aufzeichnung der Wegstrecke dargestellt. Die Bedienung hier mittels des iDrive-Systems.
