DE112014001058T5

DE112014001058T5 - Verfahren und System zur Steuerung autonomer Fahrzeuge

Info

Publication number: DE112014001058T5
Application number: DE112014001058.8T
Authority: DE
Inventors: Jon Andersson; Joseph Ah-King; Tom Nyström
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 2013-03-19
Filing date: 2014-03-06
Publication date: 2015-12-31
Also published as: SE537184C2; WO2014148975A1; SE1350329A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Regeln eines autonomen Fahrzeugs in einem Verkehrssystem, das eine Vielzahl autonomer Fahrzeuge umfasst. Das System analysiert die externen Informationen nach vorbestimmten Regeln und erzeugt Analysesignale für das Fahrzeug, die je nach der bestimmten Art von Analyse und ihrer Ergebnisse unterschiedliche Prioritäten erhalten. Ein zusammengesetztes Analysesignal Sx wird auf der Grundlage des Inhalts der Analysesignale und ihrer Priorisierung bestimmt. Das Fahrzeug kann dann seine Regelung entsprechend dem zusammengesetzten Analysesignal Sx anpassen. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Regeln eines autonomen Fahrzeugs in einem Verkehrssystem, das eine Vielzahl autonomer Fahrzeuge umfasst.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Techniken für den Umgang mit verschiedenen Situationen in Verkehrssystemen, die eine Vielzahl autonomer Fahrzeuge umfassen.
Hintergrund der Erfindung
Ein Fahrzeug, das ohne einen Fahrer am Boden fahren kann, wird als fahrerloses Bodenfahrzeug (unbemanntes Bodenfahrzeug, unmanned ground vehicle, UGV) bezeichnet. Es gibt zwei Arten fahrerloser Bodenfahrzeuge, ferngesteuerte und autonome.
Ein ferngesteuertes UGV ist ein Fahrzeug, das über eine Kommunikationsverbindung von einen menschlichen Bediener geregelt wird. Jede Steuerungsaktion wird durch den Bediener bestimmt, entweder auf der Grundlage einer direkten Sichtbeobachtung oder mit Hilfe von Sensoren wie etwa Digitalvideokameras. Ein einfaches Beispiel eines ferngesteuerten UGVs ist ein ferngesteuertes Spielzeugauto. Derzeit ist eine große Vielfalt ferngesteuerter Fahrzeuge im Einsatz, oft in gefährlichen Situationen und in Umgebungen, die für Menschen ungeeignet sind, um sich dort aufzuhalten, z. B. beim Entschärfen von Bomben und beim Umgang mit gefährlichen Chemikalien. Ferngesteuerte fahrerlose Fahrzeuge werden auch für Überwachungsfunktionen und dergleichen eingesetzt.
Autonomes Fahrzeug bedeutet hier ein Fahrzeug, das dazu fähig ist, ohne menschliche Steuerung zu navigieren und zu manövrieren. Ein solches Fahrzeug verwendet Sensoren, um eine Kenntnis der Umgebung zu gewinnen. Sensordaten werden dann von Regelungsalgorithmen verwendet, um den vom Fahrzeug durchzuführenden nächsten Schritt im Hinblick auf ein ihm gesetztes übergeordnetes Ziel zu bestimmen, z. B. Waren an verschiedenen Stellen aufzunehmen und abzuliefern. Insbesondere muss ein autonomes Fahrzeug dazu fähig sein, die umliegende Umgebung gut genug zu lesen, um den ihm zugewiesenen Auftrag ausführen zu können, z. B. „bewege Felsblöcke von Ort A über den Stollen C nach Ort B”. Das autonome Fahrzeug muss planen und einer Fahrstrecke zum gewählten Ziel folgen und dabei Hindernisse auf dem Weg erkennen und diesen ausweichen. Es muss auch seinen Auftrag möglichst schnell ausführen, ohne Fehler zu machen. Autonome Fahrzeuge wurden unter anderem für einen möglichen Einsatz in gefährlichen Umgebungen entwickelt, z. B. in der Rüstungs- und Verteidigungsindustrie und der Bergbauindustrie, sowohl ober- als auch unterirdisch. Personen oder gewöhnliche manuell gesteuerte Fahrzeuge, die sich dem Betriebsbereich der autonomen Fahrzeuge nähern, lösen normalerweise aus Sicherheitsgründen eine Betriebsunterbrechung aus. Sobald der Betriebsbereich wieder frei ist, kann den autonomen Fahrzeugen befohlen werden, den Betrieb wieder aufzunehmen.
Ein autonomes Fahrzeug verwendet Informationen über die Straße, die Umgebung und sonstige Aspekte, die seinen Betrieb beeinflussen, um seine mobilisierte Leistung, sein Bremsen und Lenken automatisch zu regeln. Eine genaue Einschätzung und Erkennung der geplanten vorausliegenden Fahrstrecke ist notwendig, um einzuschätzen, ob eine Straße passierbar ist, und dazu fähig zu sein, beim Betrieb des Fahrzeugs menschliches Urteilsvermögen zu ersetzen. Straßenbedingungen können komplex sein, und beim Fahren eines gewöhnlichen fahrergesteuerten Fahrzeugs macht der Fahrer Hunderte von Beobachtungen pro Minute und passt den Betrieb des Fahrzeugs auf der Grundlage der wahrgenommenen Straßenbedingungen an, um beispielsweise einen fahrbaren Weg an möglicherweise auf der Straße befindlichen Gegenständen vorbei zu finden. Ein Einsatz eines autonomen Systems als Ersatz für die menschliche Wahrnehmung beinhaltet unter anderem die Fähigkeit, Gegenstände richtig wahrzunehmen, um es effektiv zu ermöglichen, das Fahrzeug so zu regeln, dass es an ihnen vorbeigeführt wird.
Die technischen Verfahren, die zum Erkennen eines Gegenstands in der Nähe des Fahrzeugs verwendet werden, umfassen unter anderem den Einsatz von einer oder mehreren Kameras und Radar, um Bilder der umliegenden Umgebung zu erzeugen. Lasertechniken werden ebenfalls eingesetzt, sowohl Abtastlaser als auch feste Laser, um Gegenstände zu erkennen und Abstände zu messen. Diese Techniken werden häufig als LIDAR (Light Detection and Ranging, Erkennung und Abstandsmessung durch Licht) oder LADAR (Erkennung und Abstandsmessung durch Laser) bezeichnet. Außerdem werden verschiedene Sensoren an Bord des Fahrzeugs verwendet, unter anderem um seine Geschwindigkeit und Beschleunigungen in verschiedenen Richtungen zu erkennen. Positionsbestimmungssysteme und andere Drahtlostechnologien können ebenfalls eingesetzt werden, um zu ermitteln, ob sich das Fahrzeug beispielsweise einer Kreuzung, einem engeren Straßenabschnitt und/oder anderen Fahrzeugen nähert.
Die menschliche Fähigkeit, sowohl Verkehrsregeln als auch eine Verkehrskultur einzuhalten, muss durch die Steuerungssysteme autonomer Fahrzeuge emuliert werden. Beispielsweise weicht ein Fahrer eines gewöhnlichen Fahrzeugs üblicherweise einem Zusammenstoß instinktiv aus, bevor er Geschwindigkeitsbeschränkungen einhält. Die Verkehrswahrnehmung heutiger autonomer Fahrzeuge ist üblicherweise beschränkt auf ein „Anhalten, wenn etwas nahekommt oder in meinen Betriebsbereich eindringt”. Um viele verschiedene Parameter berücksichtigen zu können, muss das autonome Fahrzeug wissen, welcher von dem einen oder den mehreren davon am wichtigsten ist.
US-8103438-B2 beschreibt ein Verfahren und ein System für ein automatisches Steuern des Verkehrs in einem Betriebsbereich. Bemannte Fahrzeuge erhalten verschiedene Prioritäten, beispielsweise je nachdem, wie schwer sie sind und auf welcher Art von Straße sie sich befinden. Bei einem Konflikt werden die Prioritäten der Fahrzeuge verglichen und ein Fahrzeug mit niedrigerer Priorität muss einem Fahrzeug mit höherer Priorität die Vorfahrt lassen.
US-7979174-B2 bezieht sich auf eine automatische Planung und Regelung der Geschwindigkeit autonomer Fahrzeuge. Die Planung ihrer Geschwindigkeit erfolgt auf der Grundlage einer Anzahl von Einschränkungen mit unterschiedlichen Priorisierungen, z. B. hat Vermeiden von Kollisionen eine höhere Priorität als das Einhalten von Geschwindigkeitsbeschränkungen.
Damit ein gesamtes Verkehrssystem, das viele autonome Fahrzeuge, gemischt beispielsweise mit manuell gesteuerten Fahrzeugen und Fußgängern, umfasst, nachhaltig im Zusammenhang funktioniert, sind verbesserte Verfahren nötig, um viele verschiedene Parameter und Aufträge zu berücksichtigen und gleichzeitig die autonomen Fahrzeuge zu befähigen, ihre gesetzten Ziele höchst effizient zu erreichen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, ein verbessertes Verfahren vorzuschlagen, um ein autonomes Fahrzeug bei Entscheidungen zu unterstützen, wenn es eine Anzahl verschiedener Faktoren berücksichtigen muss.
Kurzfassung der Erfindung
Ein Aspekt der Erfindung erfüllt die Aufgabe durch ein dem ersten Hauptanspruch entsprechendes System zum Regeln eines autonomen Fahrzeugs in einem Verkehrssystem, das eine Vielzahl autonomer Fahrzeuge umfasst. Das System analysiert externe Informationen nach vorbestimmten Regeln und erzeugt Analysesignale für das Fahrzeug, die je nach der bestimmten Art von Analyse und ihrer Ergebnisse unterschiedliche Prioritäten erhalten. Auf der Grundlage des Inhalts der Analysesignale und ihrer Priorisierung wird ein zusammengesetztes Analysesignal Sx bestimmt. Das Fahrzeug kann seine Regelung auf der Grundlage des zusammengesetzten Analysesignals Sx anpassen.
Das System ermöglicht es, dass Verkehrsfunktionen darin einheitlich auf die effizienteste Weise ausgeführt werden, nicht nur durch Vermeiden von Kollisionen und Einhalten der Verkehrsregeln, sondern auch durch ein kontinuierliches Sicherstellen, dass alle Teile des Verkehrssystems im Hinblick auf die angegebenen Ziele kooperieren. Das autonome Fahrzeug weiß in jeder Situation, wie es agieren soll, so dass sein Betrieb für das gesamte Verkehrssystem sicher und effizient ist.
Ein weiterer Aspekt erfüllt die Aufgabe durch ein Verfahren zum Regeln eines autonomen Fahrzeugs in einem Verkehrssystem, das eine Vielzahl autonomer Fahrzeuge umfasst.
Ein dritter Aspekt erfüllt die Aufgabe mit einem Computerprogrammprodukt, das Programmanweisungen zum Befähigen eines Computersystems umfasst, verfahrensgemäße Schritte auszuführen.
Die hier beschriebenen Fahrzeuge sind vorzugsweise autonom, können aber bei einer Ausführungsform teilweise manuell steuerbar sein. Durch Kommunikation zwischen ihnen und zwischen ihnen und Verwaltungszentren wissen sie jeweils, wo die anderen sind und was sie tun. Ein autonomes Fahrzeug kann bei einer Ausführungsform auch unverbundene sonstige Straßenbenutzer in Bewegung innerhalb des Verkehrsbereichs erkennen und dies dem Verwaltungszentrum und den anderen Fahrzeugen vermitteln.
Bevorzugte Ausführungsformen werden durch die abhängigen Patentansprüche definiert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 veranschaulicht ein Verkehrssystem mit einer Vielzahl autonomer Fahrzeuge.
2 stellt ein System zum Regeln eines autonomen Fahrzeugs in einem Verkehrssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar.
3 ist ein Ablaufplan für ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung
1 stellt schematisch drei autonome Fahrzeuge 2, 3 und 4 dar, die eine Straße entlangfahren. Die Pfeile in den Fahrzeugen stellen ihre jeweilige Bewegungsrichtung dar. Diese Fahrzeuge können mit einem Verwaltungszentrum 1 beispielsweise über V2I-Kommunikation (Vehicle-to-Infrastructure, Fahrzeug zu Infrastruktur) 5 und/oder miteinander beispielsweise über V2V-Kommunikation (Fahrzeug zu Fahrzeug) 6 kommunizieren. Diese Kommunikation ist drahtlos und kann beispielsweise über ein WLAN-Protokoll (Wireless Local Area Network, drahtloses lokales Netzwerk) IEEE 802.11, z. B. IEEE 802.11p, erfolgen, auch wenn sonstige Formen drahtloser Kommunikation ebenfalls denkbar sind. Das Verwaltungszentrum 1 organisiert die autonomen Fahrzeuge 2, 3, 4 und weist ihnen auszuführende Aufträge zu. Wenn ein autonomes Fahrzeug einen Auftrag erhalten hat, kann es selbstständig darauf achten, dass dieser ordnungsgemäß ausgeführt wird. Er kann beispielsweise die Form einer Anweisung annehmen, Waren an einem Frachtaufnahmepunkt A aufzunehmen. Das Fahrzeug ist dann dazu fähig, seine aktuelle Position zu bestimmen, eine Fahrstrecke von dort zu Punkt A zu bestimmen und dorthin zu fahren. Auf dem Weg muss es auch dazu fähig sein, Hindernissen auszuweichen und anderen autonomen Fahrzeugen, die möglicherweise wichtigere Aufträge haben und Vorrang erhalten müssen, Vorrang einzuräumen. Während seines aktuellen Auftrags kann das Fahrzeug auch einen neuen Auftrag erhalten, der gegenüber dem aktuellen priorisiert werden soll. Bei einem bemannten Fahrzeug trifft der Fahrer diese Entscheidungen kontinuierlich während der Fahrt. Ein autonomes Fahrzeug braucht vorbestimmte Regeln, wie es in verschiedenen Situationen, die auftreten können, priorisieren soll, um sich auf die effizienteste Weise für das gesamte Verkehrssystem selbst zu führen.
2 veranschaulicht ein System 16 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zum Regeln eines autonomen Fahrzeugs in einem Verkehrssystem, das eine Vielzahl autonomer Fahrzeuge umfasst. Das Fahrzeug kann beispielsweise eines der in 1 dargestellten autonomen Fahrzeuge sein und als 2, 3 oder 4 bezeichnet sein. Das System 16 kann sich insgesamt im autonomen Fahrzeug oder im Verwaltungszentrum 1 oder teilweise im Fahrzeug und teilweise im Verwaltungszentrum befinden. Das System wird nun unter Bezugnahme auf 2 erläutert. Es umfasst eine Streckenleitungseinheit 7, die dafür geeignet ist, ein Auftragssignal SU zu empfangen, das dem Fahrzeug einen Auftrag vermittelt, der Informationen für mindestens ein Fahrziel für dieses umfasst. Der Auftrag kommt vorzugsweise vom Verwaltungszentrum 1. Er kann beispielsweise Fahrzielinformationen in Form von GPS-Koordinaten umfassen. Die Streckenleitungseinheit ist ferner dafür geeignet, mindestens teilweise eine Fahrstrecke zu bestimmen, der das Fahrzeug folgen soll, um das Fahrziel auf der Grundlage von mindestens den Fahrzielinformationen zu erreichen, und ein Fahrstreckensignal SB zu erzeugen, das die Fahrstrecke angibt. Die Streckenleitungseinheit 7 kann beispielsweise über ein Kartensignal SM Karteninformationen von einer externen Karteneinheit 15 und über ein Positionssignal SG Positionsinformationen von einer Positionsbestimmungseinheit 18 erhalten. In Fällen, in denen das System 16 im Freien eingesetzt wird, kann dies eine Positionsbestimmung über Satellit sein (globales Navigationssatellitensystem, oft als GNSS abgekürzt). GNSS ist eine zusammengesetzte Bezeichnung für eine Gruppe weltweiter Navigationssysteme, die Signale von einer Konstellation von Satelliten und Pseudosatelliten verwenden, um eine Bereitstellung einer Positionseingabe für einen Empfänger zu ermöglichen. Das amerikanische GPS-System ist das bekannteste GNSS-System, es gibt aber auch andere, wie etwa das russische GLONASS und das zukünftige europäische Galileo. Die Position des Fahrzeugs kann auch bestimmt werden, indem die Signalstärke von zwei oder mehreren Zugangspunkten für drahtlose Netze (WiFi) in der Nachbarschaft überwacht wird. Eine andere Art und Weise, die Position des Fahrzeugs zu bestimmen, besteht darin, die Drehgeschwindigkeit seiner Räder zu messen und anhand des Radumfangs zu bestimmen, wie weit das Fahrzeug gefahren ist. In Verbindung mit der Kenntnis der Fahrzeugrichtung kann seine Position in Bezug auf eine Karte bestimmt werden. Es ist somit möglich, jederzeit zu wissen, wo sich das Fahrzeug befindet.
Das System 16 umfasst ferner eine Vielzahl von Analyseeinheiten 8, 9, 10, 11, die dafür geeignet sind, externe Informationen 13 entlang der Fahrstrecke zu empfangen. Diese externen Informationen werden schematisch durch einen in das System 16 weisenden Pfeil 13 dargestellt und können beispielsweise weitere Aufträge vom Verwaltungszentrum 1, Informationen von Sensoren an Bord des Fahrzeugs, Informationen durch V2V von anderen Fahrzeugen, Informationen durch V2I beispielsweise von Verkehrsampeln, Geschwindigkeitsbeschränkungszeichen usw. umfassen. Die Analyseeinheiten 8, 9, 10, 11 sind dafür geeignet, die externen Informationen 13 mindestens nach vorbestimmten Regeln zu analysieren und Analysesignale S1, S2, S3, S4 für die Analyseeinheiten 8, 9, 10, 11 auf der Grundlage der Analyseergebnisse zu bestimmen und zu erzeugen.
Bei einer Ausführungsform umfassen die Analyseeinheiten eine Kollisionseinheit 8, eine Navigationseinheit 9, eine Kooperationseinheit 10 und/oder eine Auftragseinheit 11. Eine Analyseeinheit kann dafür geeignet sein, externe Informationen 13 in Form von Sensorsignalen von verschiedenen Sensoren an Bord des autonomen Fahrzeugs, z. B. Kameras, Laser, (z. B. LIDAR oder LADAR), Radar, Geschwindigkeitssensoren, Beschleunigungssensoren, und Informationen über andere Fahrzeuge oder Hindernisse über V2V- und/oder V2I-Kommunikation zu empfangen. Die externen Informationen können auch einen neuen Auftrag für das Fahrzeug oder sonstige Informationen vom Verwaltungszentrum 1 umfassen. Diese externen Informationen können dann von den verschiedenen Analyseeinheiten 8, 9, 10, 11 auf verschiedene Arten genutzt werden, wie nachstehend detaillierter beschrieben.
Die Kollisionseinheit 8 ist dafür geeignet, die externen Informationen 13 zu nutzen, um ein Risiko einer Kollision mit einem anderen Fahrzeug oder einem Gegenstand entlang der Fahrstrecke, die durch das Fahrstreckensignal SB angegeben ist, vorauszusehen. Bei einer Ausführungsform ist die Kollisionseinheit dafür geeignet, die externen Informationen auf der Grundlage von Regeln für das Risiko einer Kollision mit dem Host-Fahrzeug zu analysieren. Das Kollisionsrisiko kann somit kontinuierlich bewertet werden. Die externen Informationen werden daher nach den vorbestimmten Regeln analysiert und ein Analysesignal S1 wird für die Kollisionseinheit auf der Grundlage der Analyseergebnisse bestimmt. Dieses Signal gibt beispielsweise an, ob ein Kollisionsrisiko besteht. Es kann bei einer Ausführungsform auch Anweisungen umfassen, die angeben, wie das Fahrzeug geführt werden soll, um einem Hindernis auszuweichen, z. B. durch Geschwindigkeitsreduzierung, Ausweichen, Anhalten oder Fahren einer anderen Fahrstrecke. Wenn kein Kollisionsrisiko besteht, wird dies bei einer Ausführungsform ebenfalls durch das Analysesignal S1 angegeben.
Die Navigationseinheit 9 kann die externen Informationen 13 nutzen, um dafür zu sorgen, dass das Fahrzeug keine Verkehrsregeln verletzt und/oder dass es den nächsten Weg zu seinem Auftrag findet, während es die vom Fahrstreckensignal SB angegebene Straße entlangfährt. Die Verkehrsregeln können sich je nach Art der Umgebung, in der sich das Verkehrssystem befindet, unterscheiden. Es kann beispielsweise unterschiedliche Verkehrsregeln in einem Bergwerk und im normalen zivilen Straßenverkehr geben. Bei einer Ausführungsform ist die Navigationseinheit dafür geeignet, die externen Informationen auf der Grundlage von Verkehrsregeln und/oder zum Finden des nächsten Weges für die Auftragserfüllung zu analysieren. Verkehrsregeln können beispielsweise eine maximale Anzahl von Fahrzeugen auf einem Straßenabschnitt oder Höchst- und Mindestgeschwindigkeiten für das autonome Fahrzeug umfassen. Die Navigationseinheit kann über ein Kartensignal SM Karteninformationen von der Karteneinheit 15 und über ein Positionssignal SG Positionsinformationen von einer Positionsbestimmungseinheit 18 empfangen, wobei beide Signale als gestrichelte Linien in 2 dargestellt sind, um dazu fähig zu sein, den nächsten Weg für die Auftragserfüllung zu bestimmen. Ein Kombinieren der Notwendigkeit, Verkehrsregeln einzuhalten, und des nächsten Weges ermöglicht es, einen effizienten Betrieb entsprechend den Verkehrsregeln zu erreichen. Die Navigationseinheit ist dafür geeignet, ein Analysesignal S2 für die Navigationseinheit auf der Grundlage der Analyseergebnisse zu bestimmen und zu erzeugen. Das Analysesignal S2 kann beispielsweise angeben, dass der vorbestimmten Fahrstrecke, die durch das Fahrstreckensignal SB angegeben wird, wegen der Verkehrsregeln nicht gefolgt werden kann oder dass sie nicht der nächste Weg ist. Bei einer Ausführungsform ist die Navigationseinheit dafür geeignet, eine neue Fahrstrecke zu bestimmen, die mit den Verkehrsregeln konform ist und/oder den nächsten Weg für die Auftragserfüllung darstellt. Dies kann dann durch das Analysesignal S2 angegeben werden. Wenn es keine Änderung bei der Länge der Fahrstrecke auf der Grundlage der Verkehrsregeln gibt und/oder das Fahrzeug sich schon auf dem nächsten Weg befindet, wird dies bei einer Ausführungsform durch das Analysesignal S2 angezeigt.
Eine Kooperationseinheit 10 kann die externen Informationen 13 nutzen, um dafür zu sorgen, dass das autonome Fahrzeug mit anderen Fahrzeugen im Verkehrssystem auf eine Weise kooperiert, die für das gesamte Verkehrssystem effizient ist. Bei einer Ausführungsform ist die Kooperationseinheit dafür geeignet, die externen Informationen auf der Grundlage von Regeln für eine Kooperation mit anderen Straßenbenutzern zu analysieren. Eine Kooperation beinhaltet sowohl die einzelnen autonomen Fahrzeuge als auch das Verwaltungszentrum 1, das für die Effizienz des gesamten Verkehrssystems sorgt. Die Effizienzanforderungen können sich von einem Verkehrssystem zum anderen unterscheiden und können durch den menschlichen Aufseher des Systems ausgewählt werden. Wenn sich zwei Schwerfahrzeuge an einem Engpass begegnen, z. B. an einem Tunnel oder einem Stollen mit nur einer Fahrspur, und das schwerere der beiden Fahrzeuge bergauf fährt, kann es effizienter sein, dass es gegenüber dem leichteren Fahrzeug, das bergab fährt, Vorrang hat. Die Kooperationseinheit kann dann dafür eingerichtet sein, Parameter der verschiedenen Fahrzeuge, z. B. Gewichtsparameter, miteinander zu vergleichen. Wenn ein einzelnes autonomes Fahrzeug einem Fahrzeugkonvoi begegnet, kann es effizienter sein, dass das einzelne Fahrzeug anhält, auch wenn es schwerer ist, aber nicht wenn dies dazu führt, dass es unfähig ist, nach dem Halt wieder loszufahren. In manchen Situationen kann eines der Fahrzeuge stattdessen rechtzeitig die Geschwindigkeit reduzieren, um einen Konflikt zu vermeiden. Die Kooperationseinheit ist dann dafür geeignet, ein Analysesignal S3 für die Kooperationseinheit auf der Grundlage der Analyseergebnisse zu bestimmen und zu erzeugen. Dieses Signal kann beispielsweise angeben, dass eine Kooperation und/oder welche Form von Kooperation nötig ist. Wenn kein Kooperationsbedarf besteht, wird dies bei einer Ausführungsform ebenfalls durch das Analysesignal S3 angegeben.
Die externen Informationen 13 können bei einer Ausführungsform eine externe Verkehrsverwaltungsentscheidung umfassen, z. B. dass ein autonomes Fahrzeug nach dem Beenden eines Auftrags aus dem Bergwerk hinausfährt, weil ein Unfall geschehen ist. Die Verkehrsverwaltungsentscheidung umfasst dann auch einen neuen Auftrag, nämlich zu einem vorbestimmten Ort aus dem Bergwerk hinauszufahren. Bei einer Ausführungsform ist die Auftragseinheit 11 dafür geeignet, die externen Informationen 13 auf der Grundlage von Regeln für externe Verkehrsverwaltungsentscheidungen zu analysieren. Die Auftragseinheit ist dann dafür geeignet, ein Analysesignal S4 für die Auftragseinheit auf der Grundlage der Analyseergebnisse zu bestimmen und zu erzeugen. Das Signal kann dann Informationen über einen hereingekommenen neuen Auftrag und beispielsweise Fahrzzielinformationen umfassen.
In bestimmten schwierigen Situationen, in denen es keine eindeutigen Regeln dafür gibt, wie Fahrzeuge agieren sollen, z. B. wie zwei Fahrzeuge kooperieren sollen, kann das System 16 ein Verwaltungszentrum 1, das möglicherweise einen menschlichen Aufseher enthält, hinsichtlich einer Entscheidungsfindung um Rat fragen. Bei einer Ausführungsform ist mindestens eine der Analyseeinheiten 8, 9, 10, 11 dafür geeignet, ein Abfragesignal β2, das eine Abfrage bezüglich der externen Informationen 13 vermittelt, an ein Verwaltungszentrum 1 zu senden. Im Verwaltungszentrum wird die Abfrage dann verarbeitet und eine Entscheidung getroffen. Sie kann beispielsweise von einem menschlichen Aufseher oder Bediener getroffen werden. Die Analyseeinheit ist dann dafür geeignet, ein Entscheidungssignal β2 zu empfangen, das die Entscheidung des Verwaltungszentrums vermittelt, und die externen Informationen auf der Grundlage der Entscheidung analysiert. Sogar schwierige oder komplexe Situationen im System 16 können auf diese Weise behandelt werden.
Das System 16 umfasst ferner eine Ergebniseinheit 12, die dafür geeignet ist, Analysesignale S1, S2, S3, S4 zu empfangen. Die Ergebniseinheit ist dafür geeignet, eine Priorisierung mit mindestens einem Analysesignal S1, S2, S3, S4 zu verknüpfen, und zwar auf der Grundlage dessen, von welchen Analyseeinheiten sie stammen, und ihrer Inhalte. Ein Analysesignal S1, das kein Kollisionsrisiko angibt, erhält keine Priorität. Genauso erhält ein Analysesignal S2, das keinen Änderungsbedarf angibt, keine Priorität. Ein Analysesignal S3, das keinen Kooperationsbedarf angibt, erhält keine Priorität. Ein Analysesignal S4, das keinen neuen Auftrag angibt, erhält keine Priorität. Wenn keines der Analysesignal Bedarf für eine Änderung der aktuellen Fahrstrecke angibt, folgt das Fahrzeug bei einer Ausführungsform einer bestimmten Fahrstrecke, z. B. SB. Bei einer Ausführungsform nimmt das Analysesignal S1 von der Kollisionseinheit 8 den höchsten Rang ein, gefolgt vom Analysesignal S3 von der Kooperationseinheit 10, anschließend dem Analysesignal S2 von der Navigationseinheit 9 und schließlich dem Analysesignal S4 von der Auftragseinheit 11. Ein Kollisionsrisiko hat somit immer die höchste Priorität. Eine andere Priorisierung als die beispielhaft dargestellte ist jedoch möglich. Die Ergebniseinheit ist ferner dafür geeignet, ein zusammengesetztes Analysesignal Sx auf der Grundlage der Inhalte der Analysesignale und ihrer Priorisierungen zu bestimmen. Um ein zusammengesetztes Analysesignal Sx zu bestimmen, ist die Ergebniseinheit dafür eingerichtet, für die Möglichkeit zu sorgen, dass das Fahrzeug beispielsweise durch Vorbeifahren an einem Hindernis einen Zusammenstoß vermeidet, mit anderen Fahrzeugen kooperiert, Verkehrsregeln einhält und einen neuen Auftrag erhält, ohne mit einem Ergebnis von einer anderen Analyseeinheit in Konflikt zu geraten. Die Analyse wird durchgeführt, indem die Inhalte der verschiedenen Analysesignals S1 bis S4 kontinuierlich miteinander verglichen werden. Die Ergebniseinheit ist somit dafür geeignet, zu bestimmen, ob das Fahrzeug entsprechend dem Analysesignal S1 bis S4 mit der höchsten Priorisierung agieren kann, ohne mit einem der Ergebnisse der anderen Analyseeinheiten, die niedrigere Prioritäten haben, in Konflikt zu geraten.
Wenn sich beispielsweise zwei Fahrzeuge jeweils in Richtung ihres jeweiligen Endes eines engen Tunnels bewegen und das Fahrzeug, das aus Sicht des Verkehrssystems die niedrigere Priorisierung aufweist, erwartet, seinen Weg durch den Tunnel zurücklegen zu können, bevor das in der Gegenrichtung fahrende Fahrzeug mit der höheren Priorität den Tunnel erreicht, fährt das Fahrzeug mit der niedrigeren Priorität vor. Dies kann beispielsweise im Analysesignal S3 dahingehend angegeben werden, dass keine Kooperation nötig ist, wenn das Fahrzeug mit der niedrigeren Priorität eine bestimmte Geschwindigkeit beibehält oder den Tunnel innerhalb einer bestimmten Zeit erreicht usw. Kurz vor dem Tunnel erkennt jedoch die Kollisionseinheit 8 ein Hindernis, das nach den Regeln für das Risiko einer Kollision mit dem Host-Fahrzeug ein Analysesignal S1 ergibt, das ein Kollisionsrisiko angibt. Ein Umfahren des Hindernisses ist möglich, aber die Extrazeit dafür bedeutet, dass das in der Gegenrichtung fahrende Fahrzeug den Tunnel erreicht haben wird. Die Ergebniseinheit 12 ist dann dafür geeignet, zu analysieren, ob das Fahrzeug mit der niedrigeren Priorität am Hindernis vorbeifahren und dennoch den Tunnel innerhalb der bestimmten Zeit erreichen kann, und ein zusammengesetztes Analysesignal Sx zu bestimmen, das das Analyseergebnis angibt. In diesem Fall kann das Fahrzeug mit der niedrigeren Priorität nicht am Hindernis vorbeifahren und dennoch den Tunnel rechtzeitig erreichen, was zu einem zusammengesetzten Analysesignal führt, das Anweisungen enthält, dass das Fahrzeug anhalten und das in der Gegenrichtung fahrende Fahrzeug abwarten soll, bevor es selbst am Hindernis vorbeifahren kann.
Die Ergebniseinheit 12 ist dann dafür geeignet, das zusammengesetzte Analysesignal Sx für das Fahrzeug an ein Steuerungssystem 17 zu senden, um seine Regelung entsprechend einzustellen. Auf diese Weise kann das autonome Fahrzeug in verschiedenen Situationen priorisieren, so dass das gesamte Verkehrssystem möglichst effizient wird. Das Analysesignal Sx kann bei einer Ausführungsform auch Steuerungsparameter für das Steuerungssystem 17 enthalten, um auf dieser Grundlage zu funktionieren.
Die beschriebenen Einheiten können in einer Prozessoreinheit enthalten sein, die eine oder mehrere Prozessoren und einen zugehörigen Computerarbeitsspeicher 19 umfasst. Anweisungen können im Computerarbeitsspeicher für den Prozessor oder die Prozessoren gespeichert sein, um die hier beschriebenen Schritte durchzuführen.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Regeln eines autonomen Fahrzeugs in einem Verkehrssystem, das eine Vielzahl autonomer Fahrzeuge umfasst, welches Verfahren nun unter Bezugnahme auf den Ablaufplan in 3 erläutert wird. Das Verfahren umfasst einen ersten Schritt A1) des Empfangens eines Auftrags für das autonome Fahrzeug, der Informationen über mindestens ein Fahrziel für das Fahrzeug enthält. Der Auftrag kann beispielsweise von einem Verwaltungszentrum 1 kommen. Das Verfahren umfasst ferner einen zweiten Schritt A2) des mindestens teilweise Bestimmens einer Fahrstrecke, entlang derer das Fahrzeug fahren soll, um das Fahrziel zu erreichen. In der obigen Beschreibung des Systems 16 wurde erläutert, wie eine Fahrstrecke bestimmt werden könnte, und dies gilt auch für das Verfahren. Als dritter Schritt A3) werden externe Informationen 13 entlang der Fahrstrecke empfangen. Während das autonome Fahrzeug entlang der bestimmten Fahrstrecke fährt, empfängt es kontinuierlich externe Informationen, die Informationen über Kameras, Laser (z. B. LIDAR, LADAR), Radar, Geschwindigkeitssensoren, Beschleunigungssensoren umfassen können, und Informationen über andere Fahrzeuge oder Hindernisse über V2V- und/oder V2I-Kommunikation. Die externen Informationen können auch einen neuen Auftrag für das Fahrzeug oder sonstige Informationen vom Verwaltungszentrum 1 umfassen. Als vierter Schritt A4) werden die externen Informationen mindestens nach den vorbestimmten Regeln analysiert. Die Analyse wird nach bestimmten Regeln durchgeführt, je nachdem, welche Bedarfe untersucht werden sollen. Bei einer Ausführungsform umfasst der Analyseschritt A4) ein Analysieren der externen Informationen auf der Grundlage von Regeln für das Risiko einer Kollision mit dem Host-Fahrzeug. Somit kann das Risiko einer Kollision des Fahrzeugs mit einem anderen Fahrzeug oder Gegenstand bestimmt werden. Das autonome Fahrzeug kann dann in einer späteren Phase so geregelt werden, dass es die Kollision vermeidet. Bei einer anderen Ausführungsform umfasst der Analyseschritt A4) ein Analysieren der externen Informationen auf der Grundlage von Verkehrsregeln und/oder zum Finden des nächsten Weges für die Auftragserfüllung. Verschiedene Verkehrssysteme können verschiedene Verkehrsregeln haben, an die sich autonome Fahrzeuge anpassen müssen. Wie der nächste Weg bestimmt werden kann, wurde unter Bezugnahme auf das System 16 beschrieben, und dies gilt auch für das Verfahren. Bei einer anderen Ausführungsform umfasst der Analyseschritt A4) ein Analysieren der externen Informationen auf der Grundlage von Regeln für eine Kooperation mit anderen Straßenbenutzern. Somit kann ein effizienter Betrieb für eine Vielzahl von Fahrzeugen erreicht werden. Bei einer anderen Ausführungsform umfasst der Analyseschritt A4) ein Analysieren der externen Informationen auf der Grundlage von Regeln für externe Verkehrsverwaltungsentscheidungen. Somit können solche Entscheidungen gehandhabt werden. Die obigen Beispiele für Schritt A4) können beispielsweise parallel stattfinden. Als fünfter Schritt A5) werden Analysesignale S1, S2, S3, S4 bestimmt, die die Analyseergebnisse angeben. Als sechster Schritt A6) wird eine Priorisierung auf der Grundlage der durchgeführten bestimmten Analyse und der Inhalte der Analysesignale mit mindestens einem Analysesignal S1, S2, S3, S4 verknüpft. Bei einer Ausführungsform erhält das Analysesignal S1, das das Risiko einer Kollision angibt, die höchste Priorität, gefolgt vom Analysesignal S3, das den Kooperationsbedarf angibt, und anschließend dem Analysesignal S2, das angibt, dass der vorbestimmten Fahrstrecke, die durch das Fahrstreckensignal SB angegeben wird, wegen der Verkehrsregeln nicht gefolgt werden kann oder dass sie nicht der nächste Weg ist. Die niedrigste Priorität erhält dann das Analysesignal S4, das beispielsweise einen neuen Auftrag angeben kann. Dies geschieht auf der Grundlage, dass ein Analysesignal, das eine Priorität erhält, auch eine Änderung für das Fahrzeug angibt.
Als sechster Schritt A6) wird ein zusammengesetztes Analysesignal Sx auf der Grundlage des Inhalts der Analysesignale und ihrer Priorisierung bestimmt. Als siebter Schritt A7) wird das zusammengesetzte Signal Sx an ein Steuerungssystem 17 an Bord des autonomen Fahrzeugs gesendet, damit das Fahrzeug seine Regelung dementsprechend einstellt.
Bei einer Ausführungsform umfasst der Analyseschritt A4) Teilschritte A41) bis A43), so dass in A41) einem Verwaltungszentrum 1 eine Abfrage bezüglich der externen Informationen 13 gesendet wird, in A42) eine Entscheidung vom Verwaltungszentrum empfangen wird und in A43) die externen Informationen auf der Grundlage der Entscheidung analysiert werden. Somit ist Expertenhilfe verfügbar, wenn eine komplizierte Situation auftritt.
Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogramm P für ein autonomes Fahrzeug 2, welches Programm Programmcode zum Befähigen des Systems 16 umfasst, verfahrensgemäße Schritte auszuführen. 2 zeigt das Computerprogramm P als Teil des Arbeitsspeichers 19. Das Computerprogramm ist somit im Computerarbeitsspeicher 19 gespeichert. Der Computerarbeitsspeicher ist mit den Einheiten 7, 8, 9, 10, 11, 12 im System 16 verbunden, und wenn die Gesamtheit oder Teile des Programms P von einer oder mehreren dieser Einheiten ausgeführt werden, werden mindestens Teile der hier beschriebenen Verfahren durchgeführt. Die Erfindung umfasst ferner ein Computerprogrammprodukt, das einen Programmcode umfasst, der auf einem computerlesbaren Medium gespeichert ist, um die hier beschriebenen Verfahrensschritte auszuführen, wenn der Programmcode im System 16 ausgeführt wird.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen beschränkt. Es können verschiedene Alternativen, Modifikationen und Äquivalente verwendet werden. Die obigen Ausführungsformen sind daher nicht als den Schutzumfang der Erfindung einschränkend zu betrachten, der durch die angehängten Ansprüche definiert ist.

Claims

System (16) zum Regeln eines autonomen Fahrzeugs in einem Verkehrssystem, das eine Vielzahl autonomer Fahrzeuge umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das System (16) eine Streckenleitungseinheit (7) umfasst, die geeignet ist zum: – Empfangen eines Auftragssignals SU, das einen Auftrag für das autonome Fahrzeug angibt, der Fahrzielinformationen über mindestens ein Fahrziel für das Fahrzeug enthält; – Bestimmen mindestens teilweise einer Fahrstrecke, der das Fahrzeug folgen soll, um das Fahrziel auf der Grundlage von mindestens den Fahrzielinformationen zu erreichen, und Erzeugen eines Fahrstreckensignal SB, das die Fahrstrecke angibt; das System (16) umfasst ferner eine Vielzahl von Analyseeinheiten (8), (9), (10), (11), die geeignet sind zum: – Empfangen externer Informationen (13) entlang der Fahrstrecke; – Analysen der externen Informationen (13) mindestens nach vorbestimmten Regeln und Bestimmen und Erzeugen von Analysesignalen S1, S2, S3, S4 für die Analyseeinheiten (8), (9), (10), (11) auf der Grundlage der Analyseergebnisse; das System (16) umfasst ferner eine Ergebniseinheit (12), die geeignet ist zum: – Empfangen der Analysesignale S1, S2, S3, S4; – Verknüpfen einer Priorisierung mit mindestens einem Analysesignal S1, S2, S3, S4 auf der Grundlage dessen, von welchen Analyseeinheiten (8), (9), (10), (11) sie stammen, und ihrer Inhalte; – Bestimmen eines zusammengesetzten Analysesignals Sx auf der Grundlage des Inhalts der Analysesignale und ihrer Priorisierung; welche Ergebniseinheit (12) dafür geeignet ist, das zusammengesetzte Analysesignal Sx an ein Steuerungssystem (17) des autonomen Fahrzeugs zu senden, wonach das Fahrzeug seine Regelung entsprechend dem zusammengesetzten Analysesignal S anpasst.
System nach Anspruch 1, bei dem die Analyseeinheiten (8), (9), (10), (11) eine Kollisionseinheit (8), eine Navigationseinheit (9), eine Kooperationseinheit (10) und/oder eine Auftragseinheit (11) umfassen.
System nach Anspruch 2, bei dem die Kollisionseinheit (8) dafür geeignet ist, die externen Informationen (13) auf der Grundlage von Regeln für das Risiko einer Kollision mit dem Host-Fahrzeug zu analysieren.
System nach einem der Ansprüche 2 und 3, bei dem die Navigationseinheit (9) dafür geeignet ist, die externen Informationen (13) auf der Grundlage von Verkehrsregeln und/oder zum Finden des nächsten Weges für die Auftragserfüllung zu analysieren.
System nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem die Kooperationseinheit (10) dafür geeignet ist, die externen Informationen (13) auf der Grundlage von Regeln für eine Kooperation mit anderen Straßenbenutzern zu analysieren.
System nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei dem die Auftragseinheit (11) dafür geeignet ist, die externen Informationen (13) auf der Grundlage von Regeln für externe Verkehrsverwaltungsentscheidungen zu analysieren.
System nach einem der Ansprüche 2 bis 6, bei dem mindestens eine der Analyseeinheiten (8), (9), (10), (11) geeignet ist zum – Senden eines Abfragesignals β1, das eine Abfrage bezüglich der externen Informationen (13) vermittelt, an ein Verwaltungszentrum (1); – Empfangen eines Entscheidungssignals β2, das die Entscheidung des Verwaltungszentrums (1) vermittelt; – Analysieren der externen Informationen (13) auf der Grundlage der Entscheidung.
Verfahren zum Regeln eines autonomen Fahrzeugs in einem Verkehrssystem, das eine Vielzahl autonomer Fahrzeuge umfasst, welches Verfahren folgende Schritte umfasst: – Empfangen eines Auftrags für das autonome Fahrzeug, der Fahrzielinformationen über mindestens ein Fahrziel für das Fahrzeug enthält; – Bestimmen mindestens teilweise einer Fahrstrecke, der das Fahrzeug folgen soll, um das Fahrziel zu erreichen; – Empfangen externer Informationen (13) entlang der Fahrstrecke; – Analysen der externen Informationen (13) mindestens nach vorbestimmten Regeln; – Bestimmen von Analysesignalen S1, S2, S3, S4, die die Analyseergebnisse angeben; – Verknüpfen einer Priorisierung mit mindestens einem Analysesignal S1, S2, S3, S4 auf der Grundlage der durchgeführten bestimmten Analyse und der Inhalte der Analysesignale; – Bestimmen eines zusammengesetzten Analysesignals Sx auf der Grundlage des Inhalts der Analysesignale und ihrer Priorisierung; – Senden des zusammengesetzten Analysesignals Sx an ein Steuerungssystem (17) des autonomen Fahrzeugs, wonach das Fahrzeug seine Regelung entsprechend dem zusammengesetzten Analysesignal Sx anpasst.
System nach Anspruch 8, bei dem der Analyseschritt ein Analysieren der externen Informationen (13) auf der Grundlage von Regeln für das Risiko einer Kollision mit dem Host-Fahrzeug umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 und 9, bei dem der Analyseschritt ein Analysieren der externen Informationen (13) auf der Grundlage von Verkehrsregeln und/oder zum Finden des nächsten Weges für die Auftragserfüllung umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei dem der Analyseschritt ein Analysieren der externen Informationen (13) auf der Grundlage von Regeln für eine Kooperation mit anderen Straßenbenutzern umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei dem der Analyseschritt ein Analysieren der externen Informationen (13) auf der Grundlage von Regeln für externe Verkehrsverwaltungsentscheidungen umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, bei dem der Analyseschritt folgende Teilschritte umfasst: – Senden einer Abfrage bezüglich der externen Informationen (13) an ein Verwaltungszentrum (1); – Empfangen einer Entscheidung vom Verwaltungszentrum (1); – Analysieren der externen Informationen (13) auf der Grundlage der Entscheidung.
Computerprogramm P, das zu einem autonomen Fahrzeug gehört und Programmcode zum Befähigen eines Systems (16) umfasst, Schritte nach einem der Ansprüche 8 bis 13 auszuführen.
Computerprogrammprodukt, das einen Programmcode umfasst, der auf einem computerlesbaren Medium gespeichert ist, um die Verfahrensschritte nach einem der Ansprüche 8 bis 13 auszuführen, wenn der Programmcode in einem System (16) ausgeführt wird.