DE102017207043A1

DE102017207043A1 - Verfahren zum Betreiben eines autonomen Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102017207043A1
Application number: DE102017207043.9A
Authority: DE
Inventors: Fabian Koerner; Johannes Schild
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-04-26
Filing date: 2017-04-26
Publication date: 2018-10-31
Also published as: CN108791244A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines autonomen Fahrzeugs, das über eine Betriebsbremse, eine Notbremseinrichtung und eine Überwachungseinheit verfügt, wobei eine erste Bremsanforderung gebildet wird, um die Betriebsbremse zu betätigen, wenn die Überwachungseinheit ein Nothaltsignal empfängt, wobei eine zweite Bremsanforderung gebildet wird, um die Notbremseinrichtung zu betätigen, wenn eine Wirkung der ersten Bremsanforderung nicht einem vorgebbaren Bremseffekt entspricht.

Description

Stand der Technik
Autonome Fahrzeuge, insbesondere autonome Flurförderzeuge müssen hinsichtlich ihres Betriebs technische Normen wie beispielsweise die EN 1525 erfüllen. Darin ist festgelegt, dass eine Bremsfunktion eines autonomen Fahrzeugs einen Sicherheitsstandard PLr d nach ISO 13849 erfüllen muss.
Aus Sicherheitsgründen muss der Bereich vor einem fahrenden autonomen Fahrzeug überwacht werden. Als eine Teilmenge des überwachten Bereichs wird üblicherweise ein Schutzbereich definiert, so dass ein Erkennen eines Hindernisses innerhalb des Schutzbereiches unmittelbar zu einer Notbremsung des autonomen Fahrzeugs führt. Der Schutzbereich kann auch mit dem überwachten Bereich übereinstimmen.
Es ist bekannt, Fahrzeuge abzubremsen, indem beispielsweise ein Elektromotor generatorisch betrieben und so als Bremse verwendet wird. Außerdem sind mechanische Sicherheitsbremsen bekannt, die in stromlosem Zustand mittels einer mechanischen Kraft ein drehendes Teil eines Fahrzeugs abbremsen oder blockieren. Da diese mechanischen Sicherheitsbremsen im Falle einer Betätigung einer erheblichen mechanischen Belastung ausgesetzt sind, müssen sie entsprechend groß dimensioniert sein, um auch nach vielfacher Betätigung die mechanischen Belastungen einer erneuten Betätigung aushalten zu können.
Es besteht daher Bedarf, ein sicheres Verfahren zum Betreiben eines autonomen Fahrzeugs, insbesondere ein sicheres Verfahren zum Abbremsen eines autonomen Fahrzeugs anzugeben, das auf ein autonomes Fahrzeug mit kleinerer mechanischer Sicherheitsbremse Anwendung finden kann.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines autonomen Fahrzeugs, insbesondere eines autonomen Flurförderzeugs, das über eine Betriebsbremse, eine Notbremseinrichtung und eine Überwachungseinheit verfügt, wobei eine erste Bremsanforderung gebildet wird, um die Betriebsbremse zu betätigen, wenn die Überwachungseinheit ein Nothaltsignal empfängt, hat demgegenüber den Vorteil, dass eine zweite Bremsanforderung gebildet wird, um die Notbremseinrichtung zu betätigen, wenn eine Wirkung der ersten Bremsanforderung nicht einem vorgebbaren Bremseffekt entspricht.
Dieses Verfahren hat insbesondere den Vorteil, dass eine Auslegung der Notbremseinrichtung im Hinblick auf mechanische Belastungen geringer ausfallen kann, da die Notbremseinrichtung seltener betätigt wird als bei einem Verfahren, das bei Empfang jedes Nothaltsignales die Notbremseinrichtung betätigt. Gleichzeitig kann die Betriebsbremse im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens als sicherheitsrelevantes Bauteil verwendet werden, ohne selbst nach sicherheitsrelevanten Normen konstruiert zu sein, da die Wirkung der Betriebsbremse durch eine zweite Rückfallebene, nämlich die Notbremseinrichtung abgesichert wird. Die Betriebsbremse muss daher insbesondere nicht dem Sicherheitsstandard PLr d genügen.
Vorteilhaft ist, dass die zweite Bremsanforderung gebildet wird, wenn eine Geschwindigkeit oder eine Drehzahl des autonomen Fahrzeugs nach Ablauf einer vorgebbaren Diagnosezeitspanne nach Bildung der ersten Bremsanforderung oberhalb eines vorgebbaren Schwellwerts liegt. Nach Bildung der ersten Bremsanforderung wird also für die Dauer der Diagnosezeitspanne gewartet und anschließend die Geschwindigkeit oder die Drehzahl des autonomen Fahrzeugs gemessen und mit einem Schwellwert verglichen. Ergibt dieser Vergleich, dass die Geschwindigkeit oder die Drehzahl oberhalb des Schwellwerts liegt und somit zu hoch ist, kann davon ausgegangen werden, dass die Wirkung der ersten Bremsanforderungen nicht dem vorgebbaren Bremseffekt entspricht. In Reaktion darauf wird also die zweite Bremsanforderung gebildet.
Vorteilhaft ist, dass die Betriebsbremse einen Elektromotor umfasst, der zum Bremsen des autonomen Fahrzeugs generatorisch betrieben wird. Autonome Fahrzeuge, insbesondere autonome Flurförderzeuge verfügen üblicherweise über einen Elektromotor, der als Antrieb verwendet wird, so dass auf ein separates Bauteil, das als Betriebsbremse verwendet werden soll, verzichtet werden kann.
Vorteilhaft ist, dass die Notbremseinrichtung eine mechanische Bremse umfasst, die eingerichtet ist, das autonome Fahrzeug abzubremsen, wenn sie nicht mit einem Öffnungssignal beaufschlagt ist. Bei der mechanischen Bremse kann es sich dabei insbesondere um eine Bremse handeln, die mittels einer mechanischen Kraft in eine geschlossene, also bremsende Stellung, verbracht wird, sofern die mechanische Kraft nicht durch eine beispielsweise magnetische Gegenkraft überwunden wird. Die magnetische Gegenkraft kann beispielsweise durch einen Elektromagneten bereitgestellt werden, durch den nur dann Strom fließt, wenn er mit einem Öffnungssignal beaufschlagt ist.
Vorteilhaft ist, dass das Nothaltsignal ausgehend von einer Nothaltbetätigungseinheit gebildet wird. Hierbei kann es sich insbesondere um ein am autonomen Fahrzeug angebrachtes Bedienelement handeln, dessen Betätigung die Bildung des Nothaltsignals bewirkt.
Vorteilhaft ist, dass das Nothaltsignal von einer Kollisionswarneinheit gebildet wird, wenn ein Objekt innerhalb eines Schutzbereichs vor dem autonomen Fahrzeug erkannt wird. Bei der Kollisionswarneinheit kann es sich dabei insbesondere um eine Einheit handeln, die einen Radarsensor, eine Kamera und/oder einen Lidarsensor umfasst.
Vorteilhaft ist, dass eine longitudinale Ausdehnung des Schutzbereichs derart gewählt wird, dass die longitudinale Ausdehnung des Schutzbereichs mindestens einem Anhalteweg des autonomen Fahrzeugs entspricht. Der Anhalteweg setzt sich dabei bevorzugt aus einem Bremsweg bei Betätigung der Notbremseinrichtung zuzüglich einer Distanz, die das autonome Fahrzeug während der Diagnosezeitspanne zurücklegt, zusammen. Die longitudinale Ausdehnung des Schutzbereichs ist daher eine Funktion der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und ist mit anderen Worten so bemessen, dass ein sicheres Anhalten des Fahrzeugs innerhalb der longitudinalen Ausdehnung des Schutzbereichs möglich ist, wenn das Fahrzeug während der Diagnosezeitspanne mit seiner momentanen Geschwindigkeit weiterfährt und nach Ablauf der Diagnosezeitspanne eine Bremsung mittels der Notbremseinrichtung einleitet.
In besonders vorteilhafter Weiterbildung umfasst der Anhalteweg zusätzlich einen additiven Term, der Toleranzen und/oder einen Verschleiß von Komponenten des Fahrzeugs berücksichtigt.
Eine laterale Ausdehnung des Schutzbereichs entspricht vorteilhafterweise mindestens der Breite des autonomen Fahrzeugs. In besonders vorteilhafter Ausgestaltung entspricht die laterale Ausdehnung des Schutzbereichs der Breite des autonomen Fahrzeugs zuzüglich eines Toleranzwertes.
Vorteilhaft ist eine Vorrichtung, die eingerichtet ist, jeden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen.
Vorteilhaft ist ein Computerprogrammprodukt, das eingerichtet ist oder durch Kompilieren eingerichtet wird, jeden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen.
Vorteilhaft ist ein Speichermedium, auf dem das erfindungsgemäße Computerprogramm gespeichert ist.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens näher beschrieben. Dabei zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines autonomen Fahrzeugs, auf das das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens Anwendung findet;
2 einen schematischen Ablauf des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines autonomen Fahrzeugs (10), bei dem es sich insbesondere um ein autonomes Flurförderzeug handelt. Das autonome Fahrzeug (10) umfasst eine Steuereinheit (12), die wiederum ein Speichermedium (14) umfasst. Das autonome Fahrzeug (10) umfasst ferner eine Antriebsachse (16), die ein Rad des autonomen Fahrzeugs (10) derart mit einem Elektromotor (18) verbindet, dass die Antriebsachse (16) durch den Elektromotor (18) in Drehbewegung versetzt werden kann. Das autonome Fahrzeug (10) umfasst außerdem eine Überwachungseinheit (20), einen Drehzahlsensor (22) und eine Notbremseinrichtung (24). Der Drehzahlsensor (22) ist eingerichtet, die Drehzahl der Antriebsachse (16) zu erfassen. Der Drehzahlsensor (22) steht über eine Signalleitung mit der Überwachungseinheit (20) in Verbindung, wo ausgehend von dem Drehzahlsignal des Drehzahlsensors (22) die Geschwindigkeit des autonomen Fahrzeugs (10) ermittelt wird. Die Notbremseinrichtung (24), die insbesondere eine mechanische Bremse umfasst, ist eingerichtet, die Antriebsachse (16) abzubremsen, wenn die Notbremseinrichtung (24) nicht mit einem Öffnungssignal beaufschlagt ist. Die Beaufschlagung der Notbremseinrichtung (24) mit dem Öffnungssignal erfolgt mittels einer Signalleitung, über die die Notbremseinrichtung (24) mit der Überwachungseinheit (20) in Verbindung steht.
Sowohl die Steuereinheit (12) als auch die Überwachungseinheit (20) stehen über Signalleitungen mit dem Elektromotor (18) in Verbindung, wobei sichergestellt ist, dass eine Signalbeaufschlagung durch die Überwachungseinheit (20) eine Signalbeaufschlagung durch die Steuereinheit (12) überschreibt, so dass der Elektromotor (18) prioritär auf die Signalbeaufschlagung durch die Überwachungseinheit (20) reagiert.
Die Signalleitungen des autonomen Fahrzeugs (10) sind eingerichtet, eine sichere Übertragung von Signalen zu gewährleisten, beispielsweise durch Verwendung von redundanten Signalleitungen (in 1 aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit nicht dargestellt). Bei den Signalleitungen kann es sich in vorteilhafter Weiterbildung um Signalleitungen eines Bussystems handeln, wobei die Sicherheit der Übertragung von Signalen beispielsweise durch die Verwendung von Checksummen gewährleistet wird. Redundante Signalleitungen sind bei Verwendung eines Bussystems nicht erforderlich.
Das autonome Fahrzeug (10) umfasst außerdem eine Kollisionswarneinheit (26), bei der es sich beispielsweise um einen Radarsensor, eine Kamera oder einen Lidarsensor handeln kann. Die Kollisionswarneinheit (26) ist eingerichtet, einen vor dem autonomen Fahrzeug (10) liegenden Bereich auf die Anwesenheit eines Objektes (30) zu überwachen. Einen Teil des vor dem Fahrzeug befindlichen Bereiches, der durch die Kollisionswarneinheit (26) überwacht wird, bildet einen Schutzbereich (32). Die longitudinale Ausdehnung (34) des Schutzbereiches (32) ist dabei derart bemessen, dass das autonome Fahrzeug (10) vor einer Kollision mit dem Objekt (30) zum Stillstand kommen kann, wenn das Objekt (30) von vorne in den Schutzbereich (32) eindringt. Die longitudinale Ausdehnung (34) des Schutzbereiches (32) ist daher derart gewählt, dass sie mindestens der Summe aus einer Fahrstrecke entspricht, die das autonome Fahrzeug (10) bei einer gegebenen Geschwindigkeit während einer vorgebbaren Diagnosezeitspanne zurücklegt, und einem Bremsweg des autonomen Fahrzeugs (10), der einer Vollbremsung durch die Notbremseinrichtung (24) aus gegebener Geschwindigkeit des Fahrzeugs (10) entspricht.
2 zeigt einen schematischen Ablauf des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens startet in Schritt 100. Die longitudinale Ausdehnung (34) des Schutzbereichs (32) wird als Funktion der Geschwindigkeit des Fahrzeugs (10) bestimmt. Anschließend wird Schritt 110 durchgeführt.
In Schritt 110 überprüft die Überwachungseinheit (20) mittels Auswertung der Signale der Kollisionswarneinheit (26), ob sich ein Objekt (30) im Schutzbereich (32) befindet. Ist dies nicht der Fall, wird anschließend Schritt 115 durchgeführt. Ist dies der Fall, folgt Schritt 120.
In Schritt 115 wird festgestellt, dass kein Bremsvorgang eingeleitet werden muss. Im Anschluss an Schritt 115 findet erneut Schritt 100 statt.
In Schritt 120 wird durch die Überwachungseinheit (20) eine erste Bremsanforderung gebildet, die mittels der entsprechenden Signalleitung an den Elektromotor (18) übermittelt wird. Die erste Bremsanforderung bewirkt dabei, dass der Elektromotor (18) in einen generatorischen Betrieb übergeht und somit die Antriebsachse (16) bzw. das mit der Antriebsachse (16) verbundene Rad abbremst. Nach Bildung der ersten Bremsanforderung wird für die Dauer einer vorgebbaren Diagnosezeitspanne gewartet. Anschließend folgt Schritt 130.
In Schritt 130 wird unter Verwendung des Signals des Drehzahlsensors (22) überprüft, ob die Geschwindigkeit des Fahrzeugs (10) unterhalb eines vorgebbaren Schwellwerts liegt. Der vorgebbare Schwellwert kann dabei wiederum eine Funktion der Geschwindigkeit des Fahrzeugs (10) sein. Der Vergleich der Geschwindigkeit des Fahrzeugs (10) mit dem vorgebbaren Schwellwert dient der Überprüfung der Wirkung der ersten Bremsanforderung. Verringert sich die Geschwindigkeit des Fahrzeugs (10) nicht wie erwartet, so wird festgestellt, dass die erste Bremsanforderung keine Wirkung, die einem erhofften vorgebbaren Bremseffekt entspricht, erzielt. In alternativer Ausgestaltung kann im Rahmen von Schritt 130 ein Vergleich einer Ist-Drehzahl mit einem vorgebbaren Schwellwert erfolgen. Ergibt der Vergleich in Schritt 130, dass die Geschwindigkeit des Fahrzeugs (10) nicht unterhalb des vorgebbaren Schwellwerts liegt, wird anschließend Schritt 135 durchgeführt. Ergibt der Vergleich, dass die Geschwindigkeit des Fahrzeugs (10) unterhalb des vorgebbaren Schwellwertes liegt, wird anschließend Schritt 140 durchgeführt.
In Schritt 135 wird von der Überwachungseinheit (20) eine zweite Bremsanforderung gebildet, die mittels der entsprechenden Signalleitung an die Notbremseinrichtung (24) übermittelt wird. Die zweite Bremsanforderung bewirkt ein Bremsen der Antriebsachse (16) durch die Notbremseinrichtung (24).
In Schritt 140 wird der durch das erste Bremssignal ausgelöste Bremsvorgang fortgeführt, d. h. der Elektromotor (18) wird weiterhin generatorisch betrieben, bis die Geschwindigkeit des Fahrzeugs (10) Null ist. Im Anschluss daran wird erneut Schritt 100 durchgeführt. Die Verfahrensschritte 100 bis 140 bilden somit ein zyklisches Verfahren, das während des gesamten Betriebes des autonomen Fahrzeugs (10) durchgeführt wird.
Das Bremsen der Antriebsachse (16) durch die Notbremseinrichtung (24) geschieht, indem ein Öffnungssignal, mit dem die Notbremseinrichtung (24) während des Betriebs des Fahrzeugs (10) üblicherweise beaufschlagt ist, unterbunden wird. Eine mechanische Kraft innerhalb der Notbremseinrichtung (24) führt in Folge des Fehlens des Öffnungssignals dazu, dass eine mechanische Bremse, die Teil der Notbremseinrichtung (24) ist, schließt und somit die Antriebsachse (16) abbremst.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines autonomen Fahrzeugs (10), das über eine Betriebsbremse, eine Notbremseinrichtung (24) und eine Überwachungseinheit (20) verfügt, wobei eine erste Bremsanforderung gebildet wird, um die Betriebsbremse zu betätigen, wenn die Überwachungseinheit (20) ein Nothaltsignal empfängt, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Bremsanforderung gebildet wird, um die Notbremseinrichtung (24) zu betätigen, wenn eine Wirkung der ersten Bremsanforderung nicht einem vorgebbaren Bremseffekt entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Bremsanforderung gebildet wird, wenn eine Geschwindigkeit oder eine Drehzahl des autonomen Fahrzeugs (10) nach Ablauf einer vorgebbaren Diagnosezeitspanne nach Bildung der ersten Bremsanforderung oberhalb eines vorgebbaren Schwellwerts liegt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsbremse einen Elektromotor (18) umfasst, der zum Bremsen des autonomen Fahrzeugs (10) generatorisch betrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Notbremseinrichtung (24) eine mechanische Bremse umfasst, die eingerichtet ist, das autonome Fahrzeug (10) abzubremsen, wenn sie nicht mit einem Öffnungssignal beaufschlagt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Nothaltsignal ausgehend von einer Nothaltbetätigungseinheit gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Nothaltsignal von einer Kollisionswarneinheit (26) gebildet wird, wenn ein Objekt (30) innerhalb eines Schutzbereichs (32) vor dem autonomen Fahrzeug (10) erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 6 in Rückbezug auf Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine longitudinale Ausdehnung (34) des Schutzbereichs (32) derart gewählt wird, dass die longitudinale Ausdehnung (34) mindestens einem Bremsweg des autonomen Fahrzeugs (10) bei Betätigung der Notbremseinrichtung zuzüglich einer Distanz, die das autonome Fahrzeug (10) während der Diagnosezeitspanne zurücklegt, entspricht.
Vorrichtung, eingerichtet jeden Schritt des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen.
Computerprogrammprodukt, das eingerichtet ist oder durch Kompilieren eingerichtet wird, jeden Schritt des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen.
Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 9 gespeichert ist.