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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Technologie, die die Erkennung von Hindernissen vor einem autonomen Fahrzeug und die Steuerung des Fahrzeugs zum Ausweichen bei einem solchen Hindernis ermöglicht.
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Hintergrund der Erfindung
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Ein Fahrzeug, das ohne einen Fahrer am Boden gefahren wird, wird als unbemanntes Bodenfahrzeug (unmanned ground vehicle, UGV) bezeichnet. Es gibt zwei Arten von UGVs, nämlich fernbediente und autonome Fahrzeuge.
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Ein fernbedientes UGV ist ein Fahrzeug, das über eine Kommunikationsverbindung von einem menschlichen Bediener gesteuert wird. Alle Maßnahmen werden entweder auf der Grundlage einer direkten Sichtbeobachtung oder mit Hilfe von Sensoren wie etwa Digitalvideokameras vom Bediener entschieden. Ein einfaches Beispiel eines fernbedienten UGVs ist ein fernbedientes Spielzeugauto. Es gibt eine große Vielfalt fernbedienter Fahrzeuge, die heutzutage eingesetzt werden. Oft werden diese Fahrzeuge in gefährlichen Situationen und in Umgebungen eingesetzt, die für Menschen ungeeignet sind, z. B. um Bomben zu entschärfen, und in Zusammenhang mit Freisetzungen gefährlicher Chemikalien. Fernbediente, unbemannte Fahrzeuge werden auch in Zusammenhang mit einer Überwachung und dergleichen eingesetzt.
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Ein autonomes Fahrzeug bedeutet hier ein Fahrzeug, das dazu fähig ist, ohne menschliche Steuerung zu navigieren und zu manövrieren. Das Fahrzeug verwendet Sensoren, um eine Kenntnis der umliegenden Umgebung zu gewinnen. Sensordaten werden dann von den Steuerungsalgorithmen verwendet, um den nächsten Schritt des Fahrzeugs im Hinblick auf ein übergreifendes Ziel für das Fahrzeug zu bestimmen, wie etwa Waren an bestimmten Positionen aufzunehmen und abzuliefern. Insbesondere muss es ein autonomes Fahrzeug vermögen, die umliegende Umgebung hinreichend gut abzutasten, um die ihm zugewiesene Aufgabe ausführen zu können, z. B. „bewege Felsbrocken über den Stollen C von Ort A nach Ort B”. Das autonome Fahrzeug muss planen und einer Fahrstrecke zum gewählten Ziel folgen, während es Hindernisse auf dem Weg erkennt und vermeidet. Außerdem muss das autonome Fahrzeug seine Aufgabe möglichst schnell abschließen, ohne Fehler zu machen. Autonome Fahrzeuge wurden unter anderem für den Einsatz in gefährlichen Umgebungen entwickelt, wie etwa in der Verteidigungs- und Rüstungsindustrie und der Bergbauindustrie, sowohl am Boden als auch unterirdisch. Wenn sich Personen oder gewöhnliche manuell gesteuerte Fahrzeuge dem Betriebsbereich der autonomen Fahrzeuge nähern, lösen sie aus Sicherheitsgründen normalerweise eine Betriebsunterbrechung aus. Sobald der Betriebsbereich frei ist, kann den autonomen Fahrzeugen befohlen werden, den Betrieb wiederaufzunehmen.
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Das autonome Fahrzeug verwendet Informationen über die Straße, die umliegende Umgebung und sonstige Aspekte, die die Weiterfahrt beeinflussen, um die Drosselklappe, Bremse und Lenkung automatisch zu regeln. Eine sorgfältige Bewertung und Erkennung der geplanten Weiterfahrt sind notwendig, um zu beurteilen, ob eine Straße befahrbar ist, und sind auch notwendig, um beim Fahren des Fahrzeugs die Beurteilung durch eine Person zu ersetzen. Straßenbedingungen können komplex sein, und beim Fahren eines gewöhnlichen bemannten 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 um einen Gegenstand herum, der sich auf der Straße befinden kann, zu finden. Ein Ersetzen der menschlichen Wahrnehmungsfähigkeit durch ein autonomes System beinhaltet unter anderem, dass die Fähigkeit erforderlich ist, Gegenstände auf genaue Weise wahrzunehmen, um das Fahrzeug beim Vorbeilenken an diesen Objekten wirksam steuern zu können.
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Die technologischen Verfahren, die zum Erkennen eines Gegenstands im Zusammenhang mit dem Fahrzeug verwendet werden, umfassen unter anderem den Einsatz von einer oder mehreren Kameras oder Radar, um Bilder der umliegenden Umgebung zu erzeugen. Lasertechnologie wird ebenfalls eingesetzt, sowohl Abtastlaser als auch feste Laser, um Gegenstände zu erkennen und Abstände zu messen. Diese werden häufig als LIDAR (Light Detection and Ranging, Erkennung und Abstandsmessung durch Licht) oder LADAR (Erkennung und Abstandsmessung durch Laser) bezeichnet. Außerdem ist das Fahrzeug mit verschiedenen Sensoren ausgestattet, unter anderem um Geschwindigkeit und Beschleunigungen in verschiedenen Richtungen zu erkennen. Positionsbestimmungssysteme und andere Drahtlostechnologie können ebenfalls eingesetzt werden, um zu ermitteln, ob sich das Fahrzeug beispielsweise einer Kreuzung, einer Straßenverengung und/oder anderen Fahrzeugen nähert.
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Autonome Fahrzeuge werden heute in Bereichen wie dem Bergbau als Lastenträger eingesetzt – sowohl im Tagebau als auch im Untertagebau. Ein Fahrzeugunfall an einem Engpass wie etwa einer Transportstrecke oder an einem Bergbaustandort stoppt in vielen Fällen die gesamte Produktionslinie mit einem nennenswerten Einkommensverlust als Ergebnis. Eine verbreitete Ursache für Fahrzeugunfälle in einer Geländeumgebung ist eine Reifenpanne, die durch scharfe Kanten an faustgroßen, „Katzenstein” genannten Gesteinsbrocken verursacht werden. Ein Fahrer in einem manuell gesteuerten Fahrzeug hat die Aufgabe, die Gesteinsbrocken zu erkennen und mit keinem der Fahrzeugräder dagegen zu fahren. Für ein autonomes Fahrzeug ist es eine große Herausforderung, diese Gegenstände zu erkennen, da sie relativ klein sind und ein Aussehen aufweisen, das sich von der Oberfläche in einer Mine nicht unterscheidet.
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US-6151539-A beschreibt ein System für autonome Fahrzeuge und ein Verfahren für ihre Steuerung. Das System besteht aus einer Reihe von Sensoren, die dafür sorgen sollen, dass das Fahrzeug seinen Kurs beibehält, und dafür sorgen sollen, dass das Fahrzeug eine Kollision mit verschiedenen Hindernissen vermeidet.
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US-2008189036-A1 beschreibt ein System für autonome Fahrzeuge, das Hindernisse mit einer Kamera erkennt. Das System verwendet eine Kamera, um eine 3D-Karte der Hindernisse im Bereich zu erzeugen. Diese Karte wird dann an ein Modul gesendet, das die Karte in einem Algorithmus verwendet, um erkannten Hindernissen auszuweichen.
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US-20090088916-A1 beschreibt ein System für autonome Fahrzeuge, das seinen Weg automatisch zu planen vermag und gleichzeitig eine Kollision mit verschiedenen Arten von Hindernissen vermeidet. Das System verwendet mathematische Algorithmen, um den richtigen Weg und die Art und Weise, wie das Fahrzeug Hindernissen ausweicht, zu berechnen Das System verwendet verschiedene Arten von Sensoren, unter anderem Laser, um die notwendigen Informationen und Daten zu sammeln.
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Die oben beschriebenen Systeme beschreiben, wie das Fahrzeug einem Gegenstand ausweichen soll, indem es den Gegenstand umfährt. Autonome Fahrzeuge werden häufig in Bereichen wie etwa Engstrecken verwendet, die keinen breiten Raum aufweisen, um große Kursabweichungen von einer festgelegten Bewegungsbahn vorzunehmen.
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Ein Ziel der Erfindung besteht somit darin, zu den geringstmöglichen Kosten ein System zum Erkennen von Hindernissen auf dem Weg des Fahrzeugs und zu einem derartigen Steuern des Fahrzeugs, dass das Fahrzeug dem Hindernis ausweicht, und insbesondere ein System, das das Fahrzeug steuert, so dass das Fahrzeug möglichst wenig von einer geplanten Bewegungsbahn abweicht, bereitstellt.
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Kurzfassung der Erfindung
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Gemäß einem Aspekt wird das Ziel der Erfindung gemäß dem ersten Hauptanspruch durch ein System zum Steuern eines autonomen Fahrzeugs mit mindestens einem ersten Radpaar in Zusammenhang mit Hindernissen erreicht. Das System umfasst eine Prozessorvorrichtung, die dafür geeignet ist, ein Hindernissignal φ1 mit Informationen über ein Hindernis auf dem Weg des Fahrzeugs zu empfangen, wobei die Informationen mindestens eine Eigenschaft des Hindernisses und die Position des Hindernisses umfassen. Durch Analysieren dieser Informationen nach Regeln zum mittigen Überfahren des Hindernisses in Bezug auf die Bodenfreiheit des Fahrzeugs kann man bestimmen, ob es möglich ist, das Hindernis mittig zu überfahren. Wenn dies möglich ist, wird eine erste Bewegungsbahn bestimmt, der das Fahrzeug folgen muss, um das Hindernis mittig zu überfahren, und das Fahrzeug wird so gesteuert, dass es der ersten Bewegungsbahn folgt und somit das Hindernis mittig überfährt.
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Mittig überfahren bedeutet, absichtlich über ein Hindernis zu fahren, ohne das eines der Fahrzeugräder oder die Fahrzeugunterseite gegen das Hindernis stößt. In diesem Fall muss das Fahrzeug nicht das Hindernis umfahren, sondern kann stattdessen eine kleinere Kursabweichung von einer aktuellen Bewegungsbahn vornehmen, der das Fahrzeug folgt. Somit wird sowohl eine Zeit- als auch eine Kraftstoffersparnis erzielt. Wenn das Fahrzeug in einer engen Durchfahrt fährt, kann es auch unmöglich sein, das Hindernis zu umfahren, weil es versperrende Wände gibt. Durch mittiges Überfahren des Hindernisses kann es möglich sein, zu vermeiden, gegen das Hindernis zu fahren, auch wenn sich das Fahrzeug in der engen Durchfahrt befindet.
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Die Bodenfreiheit des Fahrzeugs bedeutet den kürzesten Abstand zwischen dem Bodenniveau und dem niedrigsten festen Punkt des Fahrzeugs. Dieser Abstand kann zwischen den Rädern und anderen Elementen unter dem Fahrzeug variieren.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird das Ziel der Erfindung mit einem Verfahren zum Steuern eines autonomen Fahrzeugs mit mindestens einem Radpaar in Zusammenhang mit Hindernissen erreicht.
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Die bevorzugten Ausführungsformen werden durch die abhängigen Patentansprüche beschrieben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt ein Verkehrssystem, das eine Anzahl autonomer Fahrzeuge umfasst.
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2 zeigt ein autonomes Fahrzeug, das eine vorausliegende Straße abtastet.
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3 zeigt ein System gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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4A bis 4B zeigen zwei Beispiele des Raums zwischen dem Fahrzeug und dem Bodenniveau.
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5 zeigt neue Bewegungsbahnen für das Fahrzeug in Bezug auf die aktuelle Bewegungsbahn.
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6 zeigt einen Ablaufplan für ein erfindungsgemäßes Verfahren.
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Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine schematische Ansicht eines Verkehrssystems, das drei autonome Fahrzeuge 2 umfasst, die eine Straße entlang fahren. Die Pfeile in den autonomen Fahrzeugen 2 zeigen ihre jeweiligen Fahrtrichtungen. Die autonomen Fahrzeuge 2 können mit einem Steuerungszentrum 1 über beispielsweise V2I-Kommunikation (Vehicle-to-Infrastructure, Fahrzeug zu Infrastruktur) 3 und/oder miteinander beispielsweise über V2V-Kommunikation (Fahrzeug zu Fahrzeug) 4 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. Sonstige drahtlose Kommunikationsarten sind ebenfalls möglich. Das Steuerungszentrum 1 organisiert die autonomen Fahrzeuge 2 und weist ihnen abzuarbeitende Aufgaben zu. Wenn ein autonomes Fahrzeug 2 eine Aufgabe empfängt, kann das Fahrzeug 2 unabhängig dafür sorgen, dass die Aufgabe abgearbeitet wird. Eine Aufgabe kann aus einer Anweisung bestehen, Waren an einer Warenaufnahmestelle A aufzunehmen. Das Fahrzeug 2 hat dann die Fähigkeit, seine aktuelle Position zu bestimmen, einen Weg von der aktuellen Position zur Warenaufnahmestelle A zu bestimmen und dorthin zu fahren. Auf dem Weg muss das Fahrzeug 2 auch die Fähigkeit aufweisen, Hindernissen auszuweichen und mit anderen autonomen Fahrzeugen umzugehen, die vielleicht wichtigere Aufgaben haben und denen Vorrang eingeräumt werden muss. In einem fahrergesteuerten Fahrzeug kann der Fahrer diese Hindernisse örtlich feststellen und umfahren. Bei einem autonomen Fahrzeug 2 ist die Aufgabe deutlich schwieriger. Das Steuerungssystem 10, das nachstehend beschrieben wird, ist dafür konzipiert, diese Aufgabe auszuführen.
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2 zeigt ein autonomes Fahrzeug 2, das mit einem Steuerungssystem 10 ausgestattet ist (3). Fahrzeug 2 hat zwei Radpaare 6A, 6B und 7A, 7B, wobei jedes Radpaar 6A, 6B und 7A, 7B jeweils zwei Räder umfasst. Fahrzeug 2 ist auch mit mindestens einer Abtastvorrichtung 5 ausgestattet, die dafür eingerichtet ist, die vorausliegende Straße 8 des Fahrzeugs 2 abzutasten und Hindernisse 9 auf dem Weg des Fahrzeugs 2 zu erkennen. Die Abtastvorrichtung 5 ist dafür eingerichtet, ein Hindernissignal φ1 zu erzeugen, das Hindernisse 9 auf der vorausliegenden Straße 8 erkennt. Ein Hindernis 9 in Form eines kantigen Gesteinsbrockens 9 ist hier auf der Straße 8 veranschaulicht und wird durch die Abtastvorrichtung 5 erkannt. Die Abtastvorrichtung 5 umfasst gemäß einer Ausführungsform eines oder mehreres von einer Abtastkamera, einem Abtastlaser oder einem Abtastradar. 3 veranschaulicht, wie die Straße 8 mit der Abtastvorrichtung 5 über eine Breite b der Straße abgetastet wird. Die Breite b entspricht mindestens der Breite des Fahrzeugs 2 zwischen den Außenmaßen der Reifen 6A, 6B. Die Straße 8 wird vorzugsweise über eine Strecke I, die vor dem Fahrzeug 2 liegt, z. B. 2 bis 30 m, abgetastet, so dass das Fahrzeug 2 Zeit hat, einem möglichen Hindernis auszuweichen. Die Abtasteinrichtung 5 ist gemäß einer Ausführungsform dafür eingerichtet, den Abstand d1 zum Hindernis 9 und/oder die Position des Hindernisses 9 und Informationen über das Hindernis 9 zu bestimmen. Diese Informationen können Eigenschaften wie etwa die Größe des Hindernisses 9 umfassen, d. h. sein Ausmaß in horizontaler Ebene, seine Breite und seine Höhe. Dies kann mit herkömmlichen Verfahren zur Erkennung und Analyse erfolgen. Der Abstand d1 zum Hindernis 9 und die Position des Hindernisses 9 kann beispielsweise in einem lokalen Referenzsystem oder in einem globalen Referenzsystem beispielsweise in GNSS-Koordinaten (globales Navigationssatellitensystem) mit der Position des Fahrzeugs 2 in Bezug gebracht werden.
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Um die Position des Fahrzeugs 2 in einem globalen Referenzsystem bereitzustellen, kann das Fahrzeug 2 beispielsweise mit einem GNSS-Empfänger ausgestattet sein. GNSS ist eine Gattungsbezeichnung für eine Gruppe globaler Navigationssysteme, die Signale von einer Konstellation von Satelliten und Pseudosatelliten verwenden, um eine Positionsmessung für einen Empfänger zu ermöglichen. Das amerikanische GPS-System ist das bekannteste NSS-System, es gibt aber andere, wie etwa das russische GLONASS und das zukünftige europäische Galileo. Die Position des Fahrzeugs 2 kann auch bestimmt werden, indem die Signalstärke von mehreren Zugangspunkten für drahtlose Netze (Wi-Fi) in der Nachbarschaft überwacht wird. Die Position des Fahrzeugs 2 kann auch bestimmt werden, indem eine Karte des Bereichs verwendet wird und mit Hilfe der Informationen, wie weit das Fahrzeug 2 gefahren ist und wie das Fahrzeug 2 kurvt, nachverfolgt wird, wo sich das Fahrzeug 2 auf der Karte befindet.
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3 zeigt ein Blockschaubild für das Steuerungssystem 10, das dazu dient, das autonome Fahrzeug 2 in Zusammenhang mit Hindernissen zu steuern. Das Steuerungssystem 10 umfasst eine Prozessorvorrichtung 11, die dafür geeignet ist, von der Erkennungsvorrichtung 5 das Hindernissignal φ1 mit Informationen über ein Hindernis 9 auf dem Weg des Fahrzeugs 2 zu empfangen. Die Informationen umfassen mindestens die Eigenschaften des Hindernisses 9 und die Position des Hindernisses 9. Gemäß einer Ausführungsform ist die Prozessorvorrichtung 11 geeignet, von einer oder mehreren Abtastvorrichtungen 5 eine Anzahl von Hindernissignalen φ1 mit Informationen über dasselbe Hindernis 9 zu empfangen und die Informationen von mehreren Hindernissignalen φ1 zu kombinieren, um umfangreichere und zuverlässigere Informationen über das Hindernis 9 zu erzeugen. Die Prozessorvorrichtung 11 ist dafür geeignet, die Informationen über das Hindernis 9 nach Regeln für ein mittiges Überfahren des Hindernisses 9 in Bezug auf die Bodenfreiheit des Fahrzeugs 2 zu analysieren. Die Regeln umfassen gemäß einer Ausführungsform mindestens eines von den Grenzwerten für die Größe des Hindernisses 9, das das Fahrzeug 2 mittig überfahren kann, und/oder Prüfen auf Hindernisübereinstimmung, um bisher bekannte Hindernisse zu erkennen. Die Grenzwerte für die Größe des Hindernisses 9 können einen oder mehrere Grenzwerte für die Breite des Hindernisses 9 und einen oder mehrere Grenzwerte für die Höhe des Hindernisses 9 umfassen. Der Grenzwert bzw. die Grenzwerte für die Breite des Hindernisses 9 ist/sind auf den kürzesten Abstand zwischen den Rädern eines Radpaars 6A, 6B or 7A, 7B eingestellt. Der Grenzwert bzw. die Grenzwerte für die Höhe des Hindernisses 9 ist/sind an die Bodenfreiheit des Fahrzeugs 2 angepasst, die den kürzesten Abstand zwischen dem Bodenniveau 24 des Fahrzeugs 2 und dem niedrigsten Punkt des Fahrzeugs 2 umfasst. Die Breite des Hindernisses 9 bedeutet in diesem Kontext eine maximale Ausdehnung des Hindernisses 9 parallel zu einer Linie, die den kürzesten Abstand zwischen den Rädern eines Radpaars 6A, 6B oder 7A, 7B definiert. Durch Vergleichen der Breite des Hindernisses 9 mit dem kürzesten Abstand zwischen den Rädern in einem Radpaar 6A, 6B, 7A, 7B und Vergleichen der Höhe des Abstands 9 mit der Bodenfreiheit des Fahrzeugs 2 ist es möglich, zu bestimmen, ob das Hindernis 9 eine solche Größe aufweist, dass das Fahrzeug 2 das Hindernis 9 mittig zu überfahren vermag, ohne gegen das Hindernis 9 zu stoßen. Wenn das Ergebnis der Analyse zeigt, dass das Hindernis 9 vom Fahrzeug 2 mittig überfahren werden kann, ist die Prozessorvorrichtung 11 geeignet, auf der Grundlage von mindestens der Position des Fahrzeugs 2, der Position des Hindernisses 9 und Informationen über die Bodenfreiheit des Fahrzeugs 2 eine erste Bewegungsbahn 19 für das Fahrzeug 2 zu bestimmen, so dass das Fahrzeug 2 das Hindernis 9 mittig überfährt. Gemäß einer Ausführungsform ist die Prozessorvorrichtung 11 auch dafür geeignet, ein Wegsignal φ2 zu empfangen, das auf eine aktuelle Bewegungsbahn 18 für das Fahrzeug 2 hinweist, und auch auf der Grundlage dieser aktuellen Bewegungsbahn 18 eine erste Bewegungsbahn 19 für das Fahrzeug 2 zu bestimmen. Das Wegsignal φ2 kann von einer Vorrichtung im Fahrzeug 2 kommen, die dafür geeignet ist, auf der Grundlage der aktuellen Position des Fahrzeugs 2 und eines Endziels und von beispielsweise Karteninformationen eine Bewegungsbahn für das Fahrzeug 2 zu bestimmen. Alternativ kann das Wegsignal φ2 als ein drahtloses Signal beispielsweise vom Steuerungszentrum 1 kommen. Die Prozessorvorrichtung 11 ist ferner dafür geeignet, ein Bewegungsbahnsignal φ3 zu erzeugen, das auf die erste Bewegungsbahn 19 hinweist, und das Bewegungsbahnsignal φ3 an eine Steuerungsvorrichtung 12 im Fahrzeug 2 zu senden, wodurch das Fahrzeug 2 gemäß der ersten Bewegungsbahn 19 gesteuert wird. Ein Prüfen auf Hindernisübereinstimmung zum Erkennen von bisher bekannten Hindernissen kann beinhalten, mit der Abtastvorrichtung 5 eines oder mehrere Bilder des Hindernisses 9 aufzunehmen und das Bild oder die Bilder mit Bildern bisher bekannter Hindernisse zu vergleichen, um eine Übereinstimmung zu finden. Wenn eine Übereinstimmung gefunden wird, sind die Art des Hindernisses und seine Größe sofort bekannt. Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Steuerungssystem 10 eine oder mehrere Abtastvorrichtungen 5.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Steuerungssystem 10 eine Empfängervorrichtung 13 für die drahtlose Kommunikation. Die Empfängervorrichtung 13 ist dafür geeignet, drahtlose Kommunikation zwischen Fahrzeugen 4 und/oder zwischen Fahrzeugen und Infrastruktur 3 zu empfangen, die Informationen über Hindernisse 9 auf dem Weg des Fahrzeugs 2 umfasst. Diese Informationen können die Position des Hindernisses 9 in GPS-Koordinaten und die Größe des Hindernisses 9 umfassen. Die Empfängervorrichtung 13 ist dafür geeignet, ein Hindernissignal φ1 zu erzeugen, das auf Informationen über das Hindernis 9 auf dem Weg 8 des Fahrzeugs 2 hinweist. Die Empfängervorrichtung 13 oder die Prozessorvorrichtung 11 kann in diesem Fall dafür geeignet sein, die Position des Hindernisses 9 mit der zukünftigen Fahrstrecke des Fahrzeugs 2 in Übereinstimmung zu bringen, um zu erkennen, ob das Hindernis 9 auf der zukünftigen Fahrstrecke 8 des Fahrzeugs 2 liegt. Auf diese Weise kann das Steuerungssystem 10 Informationen über erkannte Hindernisse 9 von anderen Fahrzeugen 2, straßenseitigen Vorrichtungen und/oder dem Steuerungszentrum 1 empfangen.
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Die 4A und 4B veranschaulichen die Bodenfreiheit des Fahrzeugs 2 und die Räder 6A, 6B als Radpaar. In 4A sind die Räder 6A, 6B mit einer Radwelle 14 verbunden. In der Figur ist der kleinste Abstand zwischen den Innenseiten der Räder 6A und 6B als w bezeichnet. Die Bodenfreiheit ist als h bezeichnet, mit anderen Worten der kleinste Abstand zwischen dem Bodenniveau 24 des Fahrzeugs 2 und dem niedrigsten Punkt am Fahrzeug 2. Hier ist der niedrigste Punkt die Seite der Radwelle 14, die zum Bodenniveau 24 weist. In diesem Beispiel muss das Steuerungssystem 10 nur eine Bodenfreiheit h berücksichtigen, die durch die Abstände w und h begrenzt ist. 4B zeigt auch eine Welle 17, die die Bodenfreiheit begrenzt. Die Welle 17 ist mit zwei Radwellen 15, 16 verbunden, die wiederum mit den jeweiligen Rädern 6A und 6B verbunden sind. Der Abstand zwischen dem niedrigsten Punkt der Welle 17 und dem Bodenniveau 24 ist als h1 bezeichnet. Der Abstand zwischen der Innenseite eines Rads 6A des Radpaars 6A, 6B zur Welle 17 ist als w1 bezeichnet, die Breite der Welle ist als w2 bezeichnet und der Abstand zwischen der Welle 17 und der Innenseite des anderen Rads 6B ist als w3 bezeichnet. In diesem Beispiel muss das Steuerungssystem 10 die verschiedenen Bodenfreiheiten h und h1 und die Abstände w1, w2 und w3 berücksichtigen.
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5 zeigt ein Beispiel, wie eine erste Bewegungsbahn 19 in Bezug auf eine aktuelle Bewegungsbahn 18 bestimmt wird. In diesem Fall wurde ein Hindernis 9 erkannt und ein Hindernissignal φ1 wurde an die Prozessorvorrichtung 11 gesendet. Das Hindernis 9 ist von solcher Größe, dass das Fahrzeug 2 es mittig zu überfahren vermag, mit anderen Worten, so darüber fährt, dass sich das Hindernis 9 im Raum unter dem Fahrzeug 2 zwischen den Rädern 6A und 6B und den Rädern 7A und 7B der Radpaare befindet, ohne dass das Fahrzeug 2 an das Hindernis 9 stößt. Die Radpaare 6A, 6B und 7A, 7B sind jeweils mit einer Radwelle 14, 23 verbunden. Die Radwellen 14, 23 sind hier veranschaulichend mit einer Welle 22 verbunden. Die Radaufhängung kann auf andere Arten konzipiert sein, und die gezeigten Beispiele in dieser Beschreibung sollen nur das Prinzip der Erfindung veranschaulichen. Das Fahrzeug 2 folgt einer bereits kartierten Straße entsprechend einer aktuellen Bewegungsbahn 18. Diese aktuelle Bewegungsbahn 18 umfasst beispielsweise Positionen, an denen das Fahrzeug 2 entlangfahren soll. Der Raum unter dem Fahrzeug 2 zwischen den Rädern 6A und 6B und den Rädern 7A und 7B der Radpaare, der durch die Bodenfreiheit und den Abstand zwischen der Innenseite der Räder 6A und 6B und der Räder 7A und 7B begrenzt ist, bezieht sich auf das Fahrzeug 2 und somit auf die Bewegungsbahn, der das Fahrzeug 2 folgt. Damit das Fahrzeug 2 ein Hindernis mittig zu überfahren vermag, ist aus Sicht der Bewegungsbahn des Fahrzeugs 2 das Abstandsintervall bzw. die -intervalle des Hindernisses 9, das das Fahrzeug 2 mittig überfahren kann, bekannt. Durch Bestimmen der Position des Hindernisses 9 in Bezug auf die aktuelle Bewegungsbahn 18 des Fahrzeugs 2 kann die Prozessorvorrichtung 11 berechnen, ob das Fahrzeug 2 das Hindernis 9 mittig überfahren kann, wenn es seiner aktuellen Bewegungsbahn 18 folgt. In diesem Fall folgt die neue erste Bewegungsbahn 19 der aktuellen Bewegungsbahn 18. Wenn dies nicht möglich ist, wird eine neue erste Bewegungsbahn 19 bestimmt, die in horizontaler Ebene versetzt ist, so dass das Hindernis 9 innerhalb eines Abstandsintervalls von der neuen ersten Bewegungsbahn 19 endet, in welchem Abstandsintervall das Hindernis 9 vom Fahrzeug 2 mittig überfahren werden kann. 5 zeigt die neue erste Bewegungsbahn 19, die um einen Abstand w4 seitwärts, hier x-wärts, von der aktuellen Bewegungsbahn 18 verschoben wurde, um das Hindernis 9 mittig überfahren zu können. Das Abstandsintervall kann beispielsweise innerhalb w4 ±0,5 Meter liegen. Vorzugsweise wird eine erste Bewegungsbahn 19 auf eine Weise bestimmt, dass das Hindernis 9 von den Rädern 6A, 6B und 7A, 7B zwischen beiden Radpaaren mittig überfahren wird. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Prozessorvorrichtung 11 dafür geeignet, eine oder mehrere Bewegungsbahnen 20, 21 für den Raum unter dem Fahrzeug 2 zwischen den Rädern 6A, 6B, 7A, 7B der Radpaare zu bestimmen, der durch die Bodenfreiheit und den Abstand zwischen den Innenseiten der Räder 6A, 6B, 7A, 7B auf eine Weise begrenzt ist, dass eine der Bewegungsbahnen 20, 21 über dem Hindernis 9 platziert wird, so dass das Fahrzeug 2 das Hindernis 9 mittig überfährt. Die Prozessorvorrichtung 11 ist vorzugsweise dafür geeignet, das Fahrzeug 2 zu steuern, damit es nicht an Wände oder andere Gegenstände stößt, wenn die erste Bewegungsbahn 19 berechnet wird. Dazu kann die Prozessorvorrichtung 11 durch Karteninformationen, Detektoren, die die Umgebung abtasten, usw. unterstützt werden. In 5 sind die Bewegungsbahnen 19, 20, 21, die in Bezug auf die aktuelle Bewegungsbahn 18 neu sind, mit gestrichelten Linien markiert.
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Die Prozessorvorrichtung 11 kann aus einem Computer im Fahrzeug 2 bestehen, wie etwa einer Steuerungsvorrichtung (ECU – Electronic Control Unit, elektronische Steuerungseinheit). Das Steuerungssystem 10 umfasst vorzugsweise eine Prozessorfähigkeit und einen Arbeitsspeicher 23, um die hier beschriebenen Verfahren auszuführen. Das Steuerungssystem 10 ist dafür geeignet, mit verschiedenen Vorrichtungen und Systemen im Fahrzeug 2 über ein oder mehrere verschiedene Netzwerke im Fahrzeug 2 zu kommunizieren, wie etwa ein drahtloses Netzwerk über CAN (Controller Area Network, Steuerungseinheitenbereichsnetzwerk), LIN (Local Interconnect Network, lokales Verbindungsnetzwerk) oder Flexray usw.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren für die Regelung eines autonomen Fahrzeugs 2 mit mindestens einem Radpaar 6A, 6B, 7A, 7B in Zusammenhang mit dem Hindernis 9. Das Verfahren ist im Ablaufplan in 6 veranschaulicht und umfasst einen ersten Schritt zum: (A1) Empfangen von Informationen über mindestens ein Hindernis auf dem Weg des Fahrzeugs 2, wobei diese Informationen mindestens die Eigenschaften des Hindernisses und die Position des Hindernisses 9 umfassen. Dieser Schritt kann ein Empfangen drahtloser Kommunikation zwischen Fahrzeugen 4 und/oder zwischen Fahrzeugen 4 und Infrastruktur 3 umfassen, die Informationen über Hindernisse auf dem Weg des Fahrzeugs 2 umfasst. In einem zweiten Schritt (A2) werden die Informationen über das Hindernis nach den Regeln für ein mittiges Überfahren des Hindernisses in Bezug auf die Bodenfreiheit des Fahrzeugs 2 analysiert. Die Bodenfreiheit des Fahrzeugs umfasst den kürzesten Abstand zwischen dem Bodenniveau 24 des Fahrzeugs 2 und dem niedrigsten festen Punkt des Fahrzeugs 2.
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Die Regeln für ein mittiges Überfahren des Hindernisses umfassen gemäß einer Ausführungsform mindestens eines von Bestimmungen der Größe des Hindernisses 9, das das Fahrzeug 2 mittig zu überfahren vermag, und/oder Prüfen auf Hindernisübereinstimmung, um bisher bekannte Hindernisse zu erkennen. Mehr Beispiele für Regeln für ein mittiges Überfahren wurden in Verbindung mit der Beschreibung des Steuerungssystems 10 beschrieben. Wenn das Ergebnis der Analyse zeigt, dass das Hindernis 9 vom Fahrzeug 2 (A3) überfahren werden kann, umfasst das Verfahren: (A4) Bestimmen einer ersten Bewegungsbahn 19 für das Fahrzeug 2 auf der Grundlage von mindestens der Position des Fahrzeugs 2, der Position des Hindernisses 9 und Informationen über die Bodenfreiheit des Fahrzeugs 2, so dass das Fahrzeug 2 das Hindernis mittig überfährt. Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Schritt A4 ein Empfangen einer aktuellen Bewegungsbahn 18 für das Fahrzeug 2 und Bestimmen einer ersten Bewegungsbahn 19 für das Fahrzeug 2 auch auf der Grundlage dieser aktuellen Bewegungsbahn 18. In einem Schritt A5 wird die erste Bewegungsbahn 19 an ein Steuerungssystem im Fahrzeug 2 gesendet, an diesen anschließend das Fahrzeug 2 in Schritt A6 gemäß der ersten Bewegungsbahn 19 gesteuert wird. Wenn das Hindernis 9 vom Fahrzeug 2 nicht mittig überfahren wird, wird gemäß einer Ausführungsform eine neue Bewegungsbahn in einem Schritt A7 bestimmt, so das Fahrzeug 2 das Hindernis 9 mit seiner gesamten Breite umfahren kann. Anschließend wird in Schritt A5 die neue Bewegungsbahn an das Steuerungssystem im Fahrzeug 2 gesendet, an diesen anschließend das Fahrzeug 2 entsprechend gesteuert wird (A6). Das Verfahren kehrt dann zu Schritt A1 zurück, um Informationen über das Hindernis 9 auf dem Weg des Fahrzeugs 2 zu empfangen.
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Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogramm P in einem autonomen Fahrzeug, wobei das Computerprogramm P Programmcode umfasst, um das Steuerungssystem 10 zu veranlassen, die Schritte verfahrensgemäß auszuführen. 3 zeigt das Computerprogramm P als Teil des Arbeitsspeichers 23. Das Computerprogramm P ist somit im Arbeitsspeicher 23 gespeichert. Der Arbeitsspeicher 23 ist mit der Prozessorvorrichtung 11 verbunden, und beim Ausführen des Computerprogramms P durch die Prozessorvorrichtung 11 werden mindestens Teile des hier beschriebenen Verfahrens ausgeführt. Die Erfindung umfasst auch ein Computerprogrammprodukt, das einen Programmcode umfasst, der auf einem computerlesbaren Medium gespeichert ist, um die hier beschriebenen Verfahrensschritte auszuführen, wenn der Programmcode im Steuerungssystem 10 ausgeführt wird.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene bevorzugte Ausführungsform beschränkt. Es können verschiedene Alternativen, Modifikationen und Äquivalente verwendet werden. Die obigen Ausführungsformen sind daher nicht so auszulegen, dass sie den Umfang der Erfindung einschränken, der durch die beigefügten Patentansprüche definiert ist.
