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Bekannte Verfahren zum Regeln der Fahrdynamik eines Folgefahrzeugs, welches einem Leitfahrzeug folgt, weisen ein Bestimmen eines Abstands zwischen dem Folgefahrzeug und dem Leitfahrzeug auf.
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Unter einem Regeln der Fahrdynamik eines Fahrzeugs kann auch ein Anpassen, Abändern oder Steuern der Fahrdynamik oder von Fahrdynamikeigenschaften des Fahrzeugs während einer Fahrt des Fahrzeugs verstanden werden.
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Unter die Fahrdynamik eines Fahrzeugs fällt unter anderem die Längsdynamik des Fahrzeugs. Die Längsdynamik kann auch als Längsbewegung oder Längsregelung des Fahrzeugs definiert werden. Zum Erzeugen der Längsdynamik können Mittel zum Herbeiführen einer Längsbewegung, beispielsweise ein Antrieb oder eine Bremse, vorgesehen sein.
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Als Fahrzeug kann grundsätzlich jedes Mittel zum Transportieren von Personen, Gütern oder Werkzeugen dienen. Das Fahrzeug kann insbesondere eine Landmaschine, beispielsweise ein Traktor sein.
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Ein Leitfahrzeug kann als Führungsfahrzeug verstanden werden. Das Leitfahrzeug kann in einer Fahrzeugflotte ein vorausfahrendes Fahrzeug sein.
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Ein Folgefahrzeug kann ein weiteres Fahrzeug sein, welches dem Leitfahrzeug folgt. Unter Folgen kann sowohl ein Nachfahren des Folgefahrzeugs hinter dem Leitfahrzeug als auch ein Vorausfahren des Folgefahrzeugs vor dem Leitfahrzeug gemeint sein. Mit anderen Worten kann das Folgefahrzeug in Fahrtrichtung des Leitfahrzeugs hinter oder vor diesem fahren.
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Bei einem Bestimmen eines Abstands kann ein Abstand gemessen, geschätzt oder vorbestimmt werden. Als Abstand kann auch eine Distanz oder eine Entfernung verstanden werden.
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Bekannte Fahrerassistenzsysteme zum Regeln der Fahrdynamik eines Folgefahrzeugs, welches einem Leitfahrzeug folgt, haben oder kommunizieren mit einem Distanzmesser zum Bestimmen des Abstands zwischen dem Folgefahrzeug und dem Leitfahrzeug.
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Ein Fahrerassistenzsystem kann eine elektronische Zusatzeinrichtung in einem Fahrzeug zur Unterstützung oder zum Ersetzen des Fahrers des Fahrzeugs sein. Das Fahrerassistenzsystem kann teilautonom oder autonom in einen Antrieb, eine Steuerung, beispielswese Gas oder Bremse des Fahrzeugs, oder in eine Signalisierungseinrichtung des Fahrzeuges eingreifen. Das Fahrerassistenzsystem kann auch einen Fahrer durch eine Mensch-Maschine-Schnittstelle vor oder während kritischen Situationen warnen.
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Als Distanzmesser kann auch ein Abstandsmesser oder ein Entfernungsmesser vorgesehen sein.
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Ferner ist für die Regelung der Längsbewegung eines Fahrzeugs eine adaptive Geschwindigkeitsregelung, welche auch als ACC-Funktion (Adaptive Cruise Control) bezeichnet wird, bekannt. Hierbei wird der Abstand eines hinterherfahrenden Fahrzeugs zu einem anderen Fahrzeug mit einem Motoreingriff oder einem Bremseingriff geregelt. Das Lenken des nachfolgenden Fahrzeugs wird von einem Fahrer aktiv durchgeführt.
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Es werden Lösungen bereitgestellt, bekannte Verfahren zum Regeln der Fahrdynamik und bekannte Fahrerassistenzsysteme zu verbessern. Insbesondere sollen Lösungen bereitgestellt werden, welche ein autonomes Folgen eines Fahrzeugs, das heißt ein Folgen ohne Fahrereingriff, ermöglichen.
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Eine derartige Lösung für ein Verfahren zum Regeln der Fahrdynamik eines Folgefahrzeugs weist ein Bestimmen eines Richtungswinkels vom Folgefahrzeug zum Leitfahrzeug und ein Regeln der Querdynamik des Folgefahrzeugs anhand des Abstands zwischen dem Folgefahrzeug und dem Leitfahrzeug und des Richtungswinkels auf.
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Das Regeln der Querdynamik kann ein autonomes Folgen eines oder mehrerer Folgefahrzeuge bewirken, wobei dies auch als eine automatische Fahrzeug-Folgefunktion des Folgefahrzeugs bezeichnet werden kann. Das Folgefahrzeug oder die Folgefahrzeuge können so automatisch in oder versetzt zur Spur des Leitfahrzeugs fahren.
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Beispielweise kann ein Landwirt mit einem Fahrzeug von seinem Hof zu seinem Feld mit einem ersten Fahrzeug, einem PKW oder einer Landmaschine, vorausfahren und ein zweites Fahrzeug kann ihm ohne Fahrer an Bord autonom folgen. Auch auf dem Feld kann der Landwirt mit einer Landmaschine arbeiten während ihm die andere Landmaschine wiederum autonom folgt. Die Landmaschinen können auf dem Feld dieselben oder verschiedene Arbeiten erledigen. Es kann sich dabei um die gleichen oder um verschiedene Landmaschinen handeln. Beispielsweise kann ein Landwirt so mit zwei Traktoren auf dem Feld gleichzeitig arbeiten.
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Unter die Fahrdynamik eines Fahrzeugs fällt auch die Querdynamik des Fahrzeugs. Die Querdynamik kann als Querregelung, Querbewegung oder Querausrichtung des Fahrzeugs quer zu der Längsachse der Fahrzeugbewegung definiert werden. Zum Erzeugen der Querdynamik können Mittel zum Herbeiführen der Querbewegung oder einer Kurvenfahrt, beispielsweise eine Lenkung, vorgesehen sein.
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Ein Richtungswinkel kann als Winkel zwischen einer Bezugsrichtung und einer Zielrichtung definiert werden. Der Richtungswinkel kann daher auch eine Richtungsangabe sein. Die Bezugsrichtung kann eine Himmelsrichtung oder eine geodätische Richtungsangabe sein, insbesondere kann der Richtungswinkel ein Azimut sein. Der Richtungswinkel vom Folgefahrzeug zum Leitfahrzeug kann auch als ein Winkel im Folgefahrzeug, ausgehend von einer Bezugsrichtung bis hin zum Leitfahrzeug als ein Fahrziel definiert werden. Mit anderen Worten kann der Richtungswinkel die Fahrtrichtung des Folgefahrzeugs vorgeben.
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Den bereitgestellten Lösungen liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein autonomes Fahren eines Folgefahrzeugs nicht allein auf Basis einer Längsregelung erfolgen kann, da für ein Folgen entlang gekrümmter Trajektorien stets noch ein notwendiger und zusätzlicher Eingriff in die Querregelung durch den Fahrer erforderlich ist.
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Eine Grundidee kann darin gesehen werden, für ein Folgefahrzeug neben einer Längsdynamikregelung auch eine Querdynamikregelung vorzusehen, wobei beide Regelungen in-situ, das heißt während der Fahrzeugfahrt, erfolgen und hierfür keine vorgegebenen Dynamikinformationen vorgegeben sein müssen. Die für die Längsdynamikregelung und die Querdynamikregelung notwendigen Informationen und Daten können auf dem Folgefahrzeug selbst während der Folgefahrt des Folgefahrzeugs gewonnen werden. Dies ist vorteilhaft, da eine Folgefahrt, insbesondere eine Lenkfahrt, nicht vorprogrammiert sein muss. Vielmehr kann eine Querdynamikregelung des Folgefahrzeugs auch basierend auf einer neuen, bisher unbekannten und somit nicht vorprogrammierbaren Route des Leitfahrzeugs erfolgen.
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Eine Ausführungsform besteht in Bestimmen einer Position des Folgefahrzeugs, Festlegen einer abzufahrenden Trajektorie des Folgefahrzeugs zum Regeln der Querdynamik des Folgefahrzeugs, wobei die abzufahrende Trajektorie in Abhängigkeit der Position des Folgefahrzeugs, des Abstands und des Richtungswinkels festgelegt wird. Zum Festlegen der abzufahrenden Trajektorie kann die Position des Leitfahrzeugs bestimmt werden. Die Positionsbestimmung kann durch polares Anhängen, Interpolation oder Extrapolation erfolgen. Die abzufahrende Trajektorie kann zwischen der Position des Folgefahrzeugs und der Position des Leitfahrzeugs festgelegt werden. Die Trajektorie kann für ein Geradeausfahren geradlinig oder für ein Kurvenfahren des Folgefahrzeugs gekrümmt festlegt werden. Unter einer Position des Folgefahrzeugs oder des Leitfahrzeugs können Koordinaten in einem lokalen oder globalen Koordinatensystem des Folgefahrzeugs oder des Leitfahrzeugs verstanden werden. Ein lokales Koordinatensystem im Folgefahrzeug kann auch als ein mitfahrendes Koordinatensystem, das heißt ein sich mit dem Folgefahrzeug fortbewegendes Koordinatensystem, bezeichnet werden. Eine Position eines der Fahrzeuge kann auch eine relative Position bezüglich des anderen Fahrzeugs sein. Die abzufahrende Trajektorie kann auch als Fahrweg oder Route des Folgefahrzeugs definiert werden. Eine automatische Querdynamikregelung des Folgefahrzeugs kann so eine autonome Folgefahrt des Folgefahrzeugs ermöglichen.
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Eine weitere Ausführungsform besteht in Bestimmen einer Trajektorie des Leitfahrzeugs und Festlegen einer abzufahrenden Trajektorie des Folgefahrzeugs zum Regeln der Querdynamik des Folgefahrzeugs in Abhängigkeit der bestimmten Trajektorie des Leitfahrzeugs des Leitfahrzeugs, des Abstands und des Richtungswinkels. Die Trajektorie des Leitfahrzeugs kann von dem Folgefahrzeug nachgefahren werden. Das Nachfahren kann auch versetzt erfolgen, wobei die abzufahrenden Trajektorie des Folgefahrzeugs parallel zur Trajektorie des Leitfahrzeugs sein kann. Die Trajektorie des Leitfahrzeugs kann durch Positionsbestimmung einzelner Positionen entlang des Fahrwegs des Leitfahrzeugs gebildet werden. Die Trajektorie des Leitfahrzeugs kann vorgegeben oder erst durch das Fahrverhalten eines Fahrers festgelegt sein. Mehrere Arbeitsaufgaben können von mehreren Fahrzeugen entlang einer Trajektorie oder entlang paralleler Trajektorien mit gleichen oder verschiedenen Werkzeugen ausgeführt werden. Durch versetztes oder paralleles Fahren können so gleiche oder verschiedene Feldarbeiten parallel durchgeführt werden.
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Eine weitere Ausführungsform besteht in Regeln der Fahrdynamik des Folgefahrzeugs, wobei die Fahrdynamik des Folgefahrzeugs entlang oder parallel zu einer Trajektorie des Leitfahrzeugs geregelt wird. Die Fahrdynamik des Folgefahrzeugs kann die Längsdynamik des Folgefahrzeugs und/oder die Querdynamik des Folgefahrzeugs sein. Das Regeln der Fahrdynamik kann neben dem Regeln der Querdynamik auch das Regeln der Längsdynamik des Folgefahrzeugs aufweisen. Es kann auch die Geschwindigkeit des Leitfahrzeugs bestimmt werden und die Längsdynamik des Folgefahrzeugs auf Basis dieser Geschwindigkeit geregelt werden. Ein Abstand zwischen den Fahrzeugen kann so während der Fahrt der Fahrzeuge entlang einer Trajektorie konstant beibehalten werden.
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Eine weitere Ausführungsform besteht in einem Vorsehen eines Sensorsystems zum Bestimmen des Abstands und des Richtungswinkels auf dem Folgefahrzeug und/oder auf dem Leitfahrzeug. Das Sensorsystem kann auch Sensoren umfassen, welche nicht auf einem der Fahrzeuge vorgesehen sind. Als Sensorsystem können jeweils ein Positionsmesser auf dem Leitfahrzeug und dem Folgefahrzeugvorgesehen sein. Insbesondere können jeweils ein Satellitenpositionierungsystem, zum Beispiel ein GPS-Empfänger, auf den Fahrzeugen vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann ein Sensorsystem nur auf einem der Fahrzeuge vorgesehen sein, insbesondere kann das Sensorsystem auch alleinig auf dem Folgefahrzeug angeordnet sein.
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Eine weitere Ausführungsform besteht in Bestimmen des Abstands mit einem Distanzmesser, welcher auf dem Folgefahrzeug angeordnet ist. Der Distanzmesser kann jeder Sender und/oder Empfänger oder ein Transmitter zum Messen einer Distanz sein. Der Distanzmesser kann berührungslos oder mittels eines Reflektors am Zielobjekt Distanzmessungen ausführen. Der Distanzmesser kann ein Radargerät oder Radarsensor sein, welcher die Distanz zwischen Folgefahrzeug und Leitfahrzeug messen kann. Das Folgefahrzeug kann damit eine radarbasierte Fahrzeug-Folgefunktion zum Folgen des Leitfahrzeugs aufweisen. Mit dem Distanzmesser kann der Abstand zum Leitfahrzeug eingeregelt werden. Der Distanzmesser kann auch ein Lasergerät, ein Laserscanner, ein photogrammetrisches System oder ein Kamerasystem sein. Es ist auch denkbar dass die Abstandsmessung unter Verwendung einer Kombination aus mehreren Sensoren durchgeführt wird, um die Redundanz und/oder die Genauigkeit der Messung zu verbessern. Der Distanzmesser kann in einer Messrichtung messen oder fächerartig in einem aufgespannten Messbereich messen. Der Distanzmesser kann schwenkbar sein, um das Leitfahrzeug in der Messrichtung oder in dem von dem Distanzmesser aufgespannten Messbereich zu erfassen. Die Distanzmessung oder eine Positionsbestimmung kann so verbessert werden.
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Ein auf dem Folgefahrzeug vorgesehener, schwenkbarer Distanzmesser, insbesondere ein nach links und rechts schwenkbares Radargerät, kann relativ zum Leitfahrzeug auf dem Folgefahrzeug verschwenkt werden. Der Distanzmesser kann mit einem Stellmotor verschwenkt werden. Mit dem Distanzmesser kann so ein bestimmter Bereich, beispielsweise das Heck oder ein Reflektor auf dem Leitfahrzeug angezielt werden. Der Distanzmesser kann auch von einem Fahrer von Hand bedient werden oder automatisch von einem Steuerungsgerät oder einem Software-Algorithmus angesteuert werden.
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Basierend auf einer Abstandsmessung zum Leitfahrzeug kann eine Sollgeschwindigkeit für das Folgefahrzeug berechnet werden. Bei einem Fahren des Folgefahrzeuges mit der Sollgeschwindigkeit kann ein konstanter Abstand zwischen den Fahrzeugen eingehalten werden. Zum Regeln der Sollgeschwindigkeit kann das Motorschleppmoment zum Beschleunigen oder Verzögern, das Gas oder die Bremse betätigt werden.
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Eine weitere Ausführungsform besteht in einem Bestimmen des Richtungswinkels mit einem Richtungsmesser, welcher auf dem Folgefahrzeug angeordnet ist. Der Distanzmesser kann auch als Richtungsmesser dienen. Insbesondere kann mit einem Radargerät sowohl der Abstand als auch der Richtungswinkel bestimmt werden. Optional kann hierfür ein Messgerät zum Bestimmen einer Bezugsrichtung vorgesehen sein, beispielsweise ein kompassartiger Sensor oder eine inertiale Messeinheit (IMU) oder ein mikro-elektro-mechanisches System (MEMS). Mit einem Richtungsmesser auf dem Folgefahrzeug kann so ein Winkel zwischen einer Bezugsrichtung und dem Leitfahrzeug festgelegt werden.
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Eine weitere Ausführungsform besteht in einem Regeln der Längsdynamik des Folgefahrzeugs und in einem autonomen Lenken des Folgefahrzeugs entlang oder parallel zu einer Trajektorie des Leitfahrzeugs. Das Regeln der Längsdynamik des Folgefahrzeugs kann anhand des Abstands erfolgen. Das Lenken kann ein tangentiales Bewegen des Folgefahrzeugs entlang einer Trajektorie auslösen. Das Lenken kann mit einem Verschwenken von Rädern des Folgefahrzeugs erreicht werden. Ein Lenkungssystem an Bord des Folgefahrzeugs kann auf Grundlage einer Trajektorie als Sollwert den Lenkwinkel der Räder so anpassen, dass der Trajektorie gefolgt wird.
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Eine weitere Ausführungsform besteht in einem Erkennen eines Objekts zwischen dem Folgefahrzeug und dem Leitfahrzeug und Berücksichtigen des erkannten Objekts beim Regeln der Querdynamik des Folgefahrzeugs. Objekte können Hindernisse sein, welche von dem Folgefahrzeug umfahren werden. Objekte können auch Zielobjekte sein, welche von dem Folgefahrzeug gezielt angefahren werden, wobei von der Trajektorie auch abgewichen werden kann. Mit einem Distanzmesser können insbesondere auch andere Fahrzeuge, Menschen oder Tiere erkannt werden, welche sich in der von dem Folgefahrzeug abzufahrenden Trajektorie aufhalten.
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Zudem kann ein Anhalten des Folgefahrzeugs vorgesehen sein, wenn sich ein Hindernis oder ein Objekt vor ihm oder in der von ihm abzufahrenden Trajektorie befindet. Ein Signal kann dann an eine tragbare Einheit übermittelt werden oder ein optisches oder akustisches Signal kann dem Fahrer in dem Leitfahrzeug ausgegeben und angezeigt werden.
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Eine Lösung für Fahrerassistenzsystem zum Regeln der Fahrdynamik eines Folgefahrzeugs besteht in einem Vorsehen eines Richtungsmessers zum Bestimmen eines Richtungswinkels vom Folgefahrzeug zum Leitfahrzeug und in einem Vorsehen eines Querdynamikreglers zum Regeln der Querdynamik des Folgefahrzeugs anhand des Abstands und des Richtungswinkels.
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Eine Aktivierung des Fahrerassistenzsystems auf dem Folgefahrzeug kann durch den Fahrer, welcher sich in einer Kabine auf dem Leitfahrzeug befindet, aktiviert werden. Die Aktivierung kann ferngesteuert durch ein tragbares Endgerät oder eine tragbare Einheit, beispielsweise ein Mobiltelefon oder ein Tablett erfolgen.
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Der Querdynamikregler kann eine Fahrzeuglenkung aufweisen und als autonomes Lenkungssystem definiert werden. Eine weitere Lösung ist ein Fahrzeug mit einem derartigen Fahrerassistenzsystem.
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Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der schematischen 1 bis 3 weiter erläutert.
- 1 zeigt ein Fahrerassistenzsystem für ein Folgefahrzeug, welches einem Leitfahrzeug entlang der Trajektorie des Leitfahrzeugs folgt.
- 2 zeigt ein Fahrerassistenzsystem für ein Folgefahrzeug, welches einem Leitfahrzeug entlang einer Trajektorie folgt, welche parallel zur Trajektorie des Leitfahrzeugs ist.
- 3 zeigt Verfahrensschritte für ein Verfahren zum Regeln der Fahrdynamik eines Folgefahrzeugs.
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1 zeigt ein Folgefahrzeug 10 und ein Leitfahrzeug 20. Das Folgefahrzeug 10 folgt dem Leitfahrzeug 20 entlang einer Trajektorie T10, welche einer Trajektorie T20 des Leitfahrzeugs 20 entspricht.
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An der Front des Folgefahrzeugs 10 ist ein Distanzmesser 30 und ein Richtungsmesser 40 angeordnet. Der Distanzmesser 30 misst einen Abstand d zum Leitfahrzeug 20 und der Richtungsmesser 40 bestimmt einen Richtungswinkel a ausgehend von einer Bezugsrichtung 42 zum Leitfahrzeug 20.
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Auf dem Dach des Folgefahrzeug 10 ist zudem ein Positionsmesser 12 vorgesehen, welcher eine Position P10 des Folgefahrzeugs 10 erfasst. Auch auf dem Dach des Leitfahrzeugs 20 ist zudem ein Positionsmesser 22 vorgesehen, welcher eine Position P20 des Leitfahrzeugs 20 erfasst. Mittels Kalibrierung ist jede Position einer anderen Komponente auf einem Fahrzeug 10, 20 bestimmbar.
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Ferner befindet sich auf dem Folgefahrzeug 10 ein Querdynamikregler 50, welcher die Querdynamik des Folgefahrzeugs 10 regelt. Dieser kann insbesondere mit den Vorderrädern 14 des Folgefahrzeugs 10 kommunizieren und diese ansteuern und verschwenken.
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Auch 2 zeigt ein Folgefahrzeug 10 und ein Leitfahrzeug 20. Das Folgefahrzeug 10 folgt dem Leitfahrzeug 20 entlang einer Trajektorie T10, welche versetzt und parallel zur Trajektorie T20 des Leitfahrzeugs 20 ist.
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An der Front des Folgefahrzeugs 10 ist ein Distanzmesser 30 und ein Richtungsmesser 40 angeordnet. Der Distanzmesser 30 misst fächerartig innerhalb eines Öffnungswinkels b einen Abstand d (nicht gezeigt) zum Leitfahrzeug 20 und der Richtungsmesser 40 bestimmt dann einen Richtungswinkel a (nicht gezeigt) zum Leitfahrzeug 20.
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3 zeigt Verfahrensschritte für ein Verfahren zum Regeln der Fahrdynamik eines Folgefahrzeugs.
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Als Verfahrensschritte sind vorgesehen ein Bestimmen S1 eines Abstands d zwischen dem Folgefahrzeug 10 und dem Leitfahrzeug 20, ein Bestimmen S2 eines Richtungswinkels a vom Folgefahrzeug 10 zum Leitfahrzeug 20 und ein Bestimmen S3einer Position P10 des Folgefahrzeugs 10.
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Als Verfahrensschritt ist dann weiter vorgesehen ein Festlegen S4 einer Trajektorie T10 des Folgefahrzeugs 10 basierend auf den Schritten S1, S2 und S3.
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Als weitere Verfahrensschritte sind dann ferner vorgesehen ein Regeln S5 der Querdynamik des Folgefahrzeugs 10, ein Regeln S6 der Längsdynamik des Folgefahrzeugs 10 und basierend auf diesen Schritten ein Regeln S7 der Fahrdynamik des Folgefahrzeugs 10.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Folgefahrzeug
- 12
- Positionsmesser Folgefahrzeug
- 14
- Vorderräder Folgefahrzeug
- 20
- Leitfahrzeug
- 22
- Positionsmesser Leitfahrzeug
- 30
- Distanzmesser
- 40
- Richtungsmesser
- 42
- Bezugsrichtung
- 50
- Querdynamikregler
- a
- Richtungswinkel
- d
- Abstand
- P10
- Position Folgefahrzeug
- P20
- Position Leitfahrzeug
- T10
- Trajektorie Folgefahrzeug
- T20
- Trajektorie Leitfahrzeug
- S1
- Bestimmen eines Abstands
- S2
- Bestimmen eines Richtungswinkels
- S3
- Bestimmen einer Position
- S4
- Festlegen einer Trajektorie
- S5
- Regeln der Querdynamik des Folgefahrzeugs
- S6
- Regeln der Längsdynamik des Folgefahrzeugs
- S7
- Regeln der Fahrdynamik des Folgefahrzeugs
