BR102014021691A2 - standalone transport hardware with road vehicles - Google Patents

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BR102014021691A2
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Felipe Nascimento Martins
Rafael Peixoto Derenzi Vivacqua
Raquel Frizera Vassallo
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Inst Fed De Educação Ciência E Tecnologia Do Espírito Santo
Univ Fed Do Espírito Santo
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Abstract

hardware para transporte autônomo com veículos rodoviários” a presente invenção refere-se a um sistema de transporte rodoviário autônomo baseado em veículos autônomos operando de maneira similar a trens em ferrovias. neste sistema, um veículo rodoviário comum, como carro, ônibus ou caminhão, pode ser devidamente equipado com sensores e computadores para se auto-dirigir, guiado por trilhos virtuais de uma estação a outra. uma ferrovia virtual é construída a partir de um conjunto de estações interligadas por trilhos virtuais. os trilhos virtuais podem ser qualquer tipo de técnica ou equipamento capaz de guiar o veículo pelo centro da rodovia de modo autônomo, como por exemplo, técnicas avançadas de mapeamento e localização ou ímãs instalados sob o pavimento. as estações servem como ponto de partida e parada para os veículos.hardware for autonomous transport with road vehicles” the present invention relates to an autonomous road transport system based on autonomous vehicles operating in a similar way to trains on railways. in this system, a common road vehicle, such as a car, bus or truck, can be properly equipped with sensors and computers to drive itself, guided by virtual tracks from one station to another. a virtual railway is built from a set of stations connected by virtual rails. Virtual tracks can be any type of technique or equipment capable of guiding the vehicle through the center of the road autonomously, such as advanced mapping and location techniques or magnets installed under the pavement. the stations serve as a starting and stopping point for vehicles.

Description

“SISTEMA DE TRANSPORTE RODOVIÁRIO AUTONÕMO” Campo da Invenção [001] A presente invenção se refere a sistemas e métodos para habilitar um sistema de transporte rodoviário a operar em modo autônomo. Esta invenção esta correlacionada como o controle de posição, curso e posição de veículos terrestres. Por exemplo, pilotos automáticos. Também esta correlacionada, com medição da distância percorrida em terra por veículos, por exemplo, usando odômetros.Field of the Invention The present invention relates to systems and methods for enabling a road transport system to operate in an autonomous mode. This invention is correlated with position control, travel and position of land vehicles. For example, autopilots. It is also correlated with measuring the distance traveled on land by vehicles, for example using odometers.

Fundamentos da Invenção (background) [002] Atualmente, o sistema de transporte rodoviário utilizado no mundo todo usa um motorista humano para dirigir o veículo desde a origem até o destino com segurança. O grande problema de se usar um motorista humano é que ele está sujeito a falhar por diversas razões como, cansaço, distração, estado emocional debilitado, imprudência, imperícia, etc.Background of the Invention (002) Currently, the worldwide road transport system uses a human driver to safely drive the vehicle from origin to destination. The major problem with using a human driver is that he is subject to failure for various reasons such as tiredness, distraction, weakened emotional state, recklessness, malpractice, etc.

[003] Quando comparamos o transporte rodoviário com os outros, percebemos que a tarefa de conduzir o veículo requer um grau elevado e permanente de atenção do motorista durante todo o percurso. Primeiro por que o motorista tem que manter manualmente o carro no centro da via com tolerância de erro de poucos centímetros. Segundo por que ele deve estar permanentemente atento aos outros veículos e obstáculos, de modo que possa tomar ações que evitem colisões. Este estado permanente de atenção causa estresse ao motorista, que pode levar a fadiga e conseqüentemente a acidentes. Por outro lado, a realidade dos transportes aéreo, marítimo e ferroviário, é bem diferente. Nestas modalidades de transporte, os condutores atuam como supervisores durante as viagens, já que sistemas de guiamento automático e piloto automático assumem o controle do veículo. Com isso o condutor recebe uma carga de estresse bem menor, o que contribui para a redução dos riscos de acidente e contribui para o aumento da sua qualidade de vida.When comparing road transport with others, we realize that the task of driving the vehicle requires a high and permanent degree of driver attention throughout the journey. First is that the driver has to manually keep the car in the center of the road with an error tolerance of a few centimeters. Second, why he must be permanently aware of other vehicles and obstacles so that he can take actions to avoid collisions. This permanent state of attention causes stress to the driver, which can lead to fatigue and consequently to accidents. On the other hand, the reality of air, sea and rail transport is quite different. In these modes of transport, drivers act as supervisors during travel, as automatic guidance and autopilot systems take control of the vehicle. As a result, the driver receives a much lower stress load, which contributes to the reduction of accident risks and contributes to the increase of their quality of life.

[004] A presente invenção se fundamenta na aplicação de novas tecnologias tais como, sensores laser e visão computacional além de técnicas de mapeamento e localização para permitir que o transporte rodoviário também consiga operar com guiamento automático e obtenha todas as vantagens descritas acima.[004] The present invention is based on the application of new technologies such as laser sensors and computer vision as well as mapping and location techniques to enable road transport to be able to operate with automatic guidance and achieve all the advantages described above.

[005] A tecnologia de veículos autônomos não é tão nova assim. Em 1999 o projeto de pesquisa ARGO, da Universidade de Parma - IT, desenvolveu um sistema de direção autônoma baseado em uma câmera que foi capaz de dirigir um veículo adaptado por 2000 km em rodovias italianas. Esta tecnologia vem se desenvolvendo constantemente em vários países e os avanços obtidos nessa área podem ser vistos nas competições de veículos robóticos DARPA Grand Challenge e DARPA Urban Challenge, que representam um marco na evolução desse tipo de veículo. O desenvolvimento dos sensores se varredura (Laser Range Finder), capazes de medir a distância dos objetos ao redor em um ângulo de 360°, de computadores cada vez mais poderosos, sistemas de localização global, e sensores de navegação inercial contribuíram muito para o desenvolvimento da tecnologia da robótica móvel e veículos autônomos.[005] The technology of autonomous vehicles is not that new. In 1999 the ARGO research project, from the University of Parma - IT, developed a camera-based autonomous steering system that was able to drive a 2000-kilometer adapted vehicle on Italian highways. This technology is constantly developing in several countries and the advances made in this area can be seen in the DARPA Grand Challenge and DARPA Urban Challenge robotic vehicle competitions, which represent a milestone in the evolution of this type of vehicle. The development of Laser Range Finder sensors, capable of measuring the distance of surrounding objects at a 360 ° angle, of increasingly powerful computers, global location systems, and inertial navigation sensors have greatly contributed to the development. of mobile robotics technology and autonomous vehicles.

[006] Projetos como o carro autônomo Google - EUA, o projeto VisLab da universidade de Parma - IT ou o Projeto Autônomos da universidade de Berlin - ALE mostram todo o potencial desta tecnologia, mas ainda estão operando como protótipos.[006] Projects such as the Google - US Autonomous Car, the Parma - IT University Project VisLab or the Berlin - ALE University Autonomous Project show the full potential of this technology, but are still operating as prototypes.

[007] Em escala comercial, vários fabricantes de veículo como a Volvo, VW, BMW, Toyota, Mercedes, já tem em alguns de seus veículos de série sistemas de assistência ao motorisa (Driver Assistantance System), capazes de tomar ações como avisar se o carro esta saindo da faixa, ajustar automaticamente a velocidade de cruzeiro mantendo a correta distância com o veículo a frente, avisar sobre risco de colisão entre outras coisas.[007] On a commercial scale, several vehicle manufacturers such as Volvo, VW, BMW, Toyota, Mercedes already have some of their standard Driver Assistance System (Driver Assistance System) in their standard vehicles, which can take actions such as warning if The car is leaving the lane, automatically adjusting the cruising speed keeping the correct distance with the vehicle in front, warn about collision risk among other things.

[008] O guiamento automático de um automóvel requer algum tipo de sensor e/ou método capaz de localizar o veículo em relação ao caminho. Na aviação comercial já são amplamente utilizados sistemas de guiamento automático baseados principalmente em sistema de localização global, como GPS, que possui precisão de localização de poucos metros. Este erro de precisão não prejudica o guiamento automático da aeronave haja vista que um desvio lateral de poucos metros não atrapalha a operação. Se o sistema GPS for usado em conjunto com o sistema WAAS (Wide Area Augmentation System) a precisão da localização fica aumentada a ponto de permitir que a aproximação para o pouso também seja feita em modo automático. Da mesma maneira que a aviação, o transporte marítimo também usa os benefícios do sistema de localização global, já que um erro de poucos metros na rota de um navio no oceano pode ser tolerado. No caso do transporte ferroviário o guiamento automático já é uma característica natural do sistema.Automatic car steering requires some type of sensor and / or method capable of locating the vehicle in relation to the path. Commercial aviation systems are already widely used in commercial aviation, mainly based on a global location system such as GPS, which has location accuracy of a few meters. This accuracy error does not affect the automatic steering of the aircraft since a lateral deviation of a few meters does not hinder the operation. If the GPS system is used in conjunction with the Wide Area Augmentation System (WAAS), the location accuracy is increased to the point that the approach to landing can also be done automatically. Like aviation, shipping also uses the benefits of the global location system, as a mistake of a few meters in a ship's ocean route can be tolerated. In the case of rail, automatic guidance is already a natural feature of the system.

[009] No caso do transporte rodoviário, o guiamento automático é bem mais crítico, pois o veículo deve se manter centralizado em uma pista de rodagem com tolerância a desvios de poucos centímetros. Por esta razão as técnicas de localização usadas nos transportes aéreo e marítimo não se aplicam. Além disso, o guiamento automático deve ser capaz de lidar com a presença de outros obstáculos e reagir rapidamente. O principio de funcionamento se baseia em sensores instalados no veiculo para detecção da sua posição em relação a estrada um motor de controle acoplado ao volante para corrigir a direção. Técnica relacionada [010] A patente de número US8078349 e título “Transitioning a mixed-mode vehicle to autonomous mode” mostra um método de transição para operação autônoma para veículos de modo misto, manual ou autônomo, mas não descreve como o veículo opera uma vez que ele entra em modo autônomo.[009] In the case of road transport, automatic guidance is much more critical, as the vehicle must remain centered on a road with a tolerance of a few centimeters. For this reason the location techniques used in air and sea transport do not apply. In addition, automatic guidance must be able to handle the presence of other obstacles and react quickly. The operating principle is based on sensors installed in the vehicle to detect its position in relation to the road a control motor coupled to the steering wheel to correct the steering. Related Art [010] US8078349 patent and title "Transitioning a mixed-mode vehicle to autonomous mode" shows a transition method for unattended operation for mixed, manual or autonomous vehicles, but does not describe how the vehicle once operates. that it goes into standalone mode.

[011] A patente US7610146 e título “Vehicle position determining system and method” mostra sistemas e métodos de localização para veículos autônomos operando em rodovias, porém se restringe apenas à questão da localização e do guiamento automático ao longo da rodovia. A descrição do comportamento do veículo no contexto de uma operação completa de transporte, não é apresentada.[011] US7610146 and title “Vehicle position determining system and method” shows location systems and methods for autonomous vehicles operating on highways, but is limited to the question of location and automatic guidance along the highway. The description of vehicle behavior in the context of a complete transport operation is not given.

[012] A patente de número US4361202 e título “Automated road transportation system”, mostra um sistema de transporte rodoviário autônomo. Apesar da grande confiabilidade, o sistema tem a desvantagem de necessitar da instalação de transponders para identificação da rodovia e da obrigatoriedade dos sistema de trilhos guias metálicos.[012] US Patent No. 4361202, entitled "Automated road transportation system", shows an autonomous road transport system. Despite the great reliability, the system has the disadvantage that it requires the installation of transponders for highway identification and the obligation of the metallic guide rail system.

Sumário da invenção [013] A requerente descobriu que a aplicação de técnicas modernas de robótica móvel como mapeamento, localização, trilhos guias, sensores e métodos de detecção de obstáculos podem ser adaptadas com baixo custo a veículos rodoviários convencionas para operar como veículos autônomos. Nesse novo modelo, a operação de transporte se parece com o sistema ferroviário, onde o veículo inicia uma viagem em uma estação, viaja guiado por um sistema de trilhos, neste caso virtuais, e termina a viagem em outra estação.SUMMARY OF THE INVENTION The applicant has found that the application of modern mobile robotics techniques such as mapping, locating, guide rails, sensors and obstacle detection methods can be inexpensively adapted to conventional road vehicles to operate as standalone vehicles. In this new model, the transport operation resembles the rail system, where the vehicle starts a journey at one station, travels guided by a rail system, in this case virtual, and ends the trip at another station.

[014] As vantagens desse sistema são: • O motorista passa a trabalhar como um supervisor de viagem o que melhora sua condição de trabalho e, principalmente, aumenta a segurança da viagem já que a maior parte dos acidentes é causada por erro humano. • O sistema proposto pode ser adaptado em qualquer tipo de veículo rodoviário, como ônibus, caminhão ou automóveis. Em condições de rodovias bem sinalizadas é possível uma configuração de sensores com custo baixo. • O sistema proposto pode usar diferentes técnicas e métodos de guiamento automático. Em condições de rodovias bem sinalizadas é possível usar técnicas de trilhos virtuais que não requerem a instalação de nenhum equipamento ou sinalizador especial pela rodovia, reduzindo drasticamente o custo de montagem e manutenção do sistema.[014] The advantages of this system are: • The driver goes on to work as a travel supervisor which improves his working condition and especially increases the safety of the trip as most accidents are caused by human error. • The proposed system can be adapted to any type of road vehicle such as bus, truck or car. Under well-signposted roads low cost sensor configuration is possible. • The proposed system may use different techniques and methods of automatic guidance. Under well-signposted roads it is possible to use virtual track techniques that do not require the installation of any special equipment or flags along the highway, dramatically reducing the cost of system assembly and maintenance.

Breve descrição das Figuras [015] A figura 1 mostra um exemplo de uma montagem de um sistema de transporte autônomo por ferrovias virtuais.Brief Description of the Figures [015] Figure 1 shows an example of an assembly of an autonomous virtual rail transport system.

[016] A figura 2 mostra um exemplo de montagem dos equipamentos em um veículo para que ele esteja apto a operar em modo autônomo na ferrovia virtual.[016] Figure 2 shows an example of mounting equipment on a vehicle so that it is able to operate autonomously on the virtual railway.

[017] As figuras 3A, 3B e 3C mostram exemplos de montagem das estações.Figures 3A, 3B and 3C show examples of station assembly.

[018] As figuras 4A e 4B mostram exemplos de montagem de marcas de parada simples que podem ser usadas para definir o local exato de parada dos veículos nas estações.[018] Figures 4A and 4B show examples of mounting simple stop marks that can be used to define the exact stopping place of vehicles at stations.

[019] As figuras 4C e 4D mostram exemplos de montagem de marcas de localização inicial que podem ser usadas para calcular o posicionamento inicial do veículo dentro da estação.Figures 4C and 4D show examples of mounting initial location marks that can be used to calculate initial vehicle positioning within the station.

[020] A figura 5 mostra um exemplo de montagem de um sistema de trilhos virtuais, baseado em mapas detalhados da rodovia e técnicas de localização precisa.[020] Figure 5 shows an example of setting up a virtual track system based on detailed road maps and precise location techniques.

[021] As figuras 6A e 6B mostram um exemplo de montagem de um sistema de trilhos virtuais baseado em marcadores magnéticos instalados sobre o pavimento da estrada.[021] Figures 6A and 6B show an example of mounting a virtual rail system based on magnetic markers installed on the roadway.

[022] As figuras 6C e 6D mostram um exemplo de montagem de um sistema de trilhos virtuais baseado em uma faixa pintada no pavimento.Figures 6C and 6D show an example of mounting a virtual rail system based on a painted strip on the floor.

[023] A figura 7 mostra um exemplo de montagem de um sistema de sensores para detecção de obstáculos.[023] Figure 7 shows an example of mounting a sensor system for obstacle detection.

[024] A figura 8 mostra um exemplo de uma operação de transporte autônomo através de uma ferrovia virtual.[024] Figure 8 shows an example of an autonomous transport operation via a virtual railway.

[025] Afigura 9 mostra um exemplo de um procedimento que habilita o veículo a operar em modo autônomo.[9] Figure 9 shows an example of a procedure that enables the vehicle to operate in autonomous mode.

[026] Afigura 10A mostra um exemplo de uma missão de transporte autônomo simples.[026] Figure 10A shows an example of a simple autonomous transport mission.

[027] Afigura 10B mostra um exemplo de uma missão de transporte autônomo realizada em duas etapas.[027] Figure 10B shows an example of a two-step autonomous transport mission.

[028] A figura 11 serve de referência para descrever os exemplos de missões das figura 10A e 10B.[11] Figure 11 serves as a reference for describing the mission examples of figures 10A and 10B.

Descrição detalhada da invenção [029] Os exemplos de montagens e métodos apresentados na descrição detalhada, figuras e reinvidicações não devem ser entendidas como fator limitante. Outras montagens podem ser utilizadas, e mudanças podem ser feitas, sem se afastar do teor do assunto apresentado aqui. Será prontamente entendido que os aspectos da presente divulgação, descritos de maneira geral aqui, e ilustrados nas figuras, podem ser arranjados, substituídos, combinados, separados, e concebidos em uma ampla variedade de configurações diferentes, todos os quais estão explicitamente aqui contemplados.Detailed Description of the Invention The examples of assemblies and methods given in the detailed description, figures and claims should not be construed as limiting factors. Other assemblies may be used, and changes may be made, without departing from the subject matter set forth herein. It will be readily understood that aspects of the present disclosure, generally described herein, and illustrated in the figures, may be arranged, substituted, combined, separated, and designed in a wide variety of different configurations, all of which are explicitly contemplated herein.

[030] Os métodos e sistemas revelados aqui se referem a um sistema de transporte rodoviário autônomo baseado em veículos autônomos operando de maneira similar a trens em ferrovias. No modelo de transporte apresentado aqui, um veículo rodoviário comum, como carro, ônibus ou caminhão, pode ser devidamente equipado com sensores e computadores para se auto dirigir, guiado por trilhos virtuais de uma estação a outra. Em um exemplo de montagem, uma ferrovia virtual é construída a partir de um conjunto de estações interligadas por trilhos virtuais. Os trilhos virtuais podem ser qualquer tipo de técnica ou equipamento capaz de guiar o veículo pelo centro da rodovia de modo autônomo, como por exemplo, técnicas avançadas de mapeamento e localização ou ímãs instalados sob o pavimento. 1. Sistema para transporte autônomo por ferrovias virtuais [031] A figura 1 mostra um exemplo de uma montagem de um sistema de transporte autônomo por ferrovias virtuais. Nesse exemplo de montagem, o sistema de transporte autônomo (100) pode ter um veículo autônomo (102), trilhos virtuais (101) e estações (103). O veículo autônomo (200) pode ser equipado com um sensor de localização global (202) usado para identificar em qual estação o veículo está, um sensor de localização inicial (203) para determinação precisa da posição do veículo dentro da estação, um sensor de seguimento de trilho virtual (204) usado para manter o veículo centralizado nos trilhos durante a operação autônoma, um sensor de obstáculos (206) para detectar outros veículos e/ou obstáculos, um sistema de computação central (201) para o processamento da informação recebida dos sensores e uma interface de operação (206) por onde um operador humano pode comandar o veículo. Adicionalmente o veículo ainda pode ser equipado com uma unidade dead reckoning (207) para medir os deslocamentos incrementais. Os trilhos virtuais (101) descrevem o caminho exato por onde o veículo (102) deve passar e também marca a localização exata dos pontos de parada (marcas de parada (104)) dentro das estações. Cada percurso do trilho virtual pode ser percorrido com velocidade diferente de acordo com a regulamentação de transito. Em um exemplo de montagem de estação (103), temos uma estação com um ponto de parada, definido pela marca de parada (104) e uma marca de localização inicial (105) que é detectada pelo sensor de localização inicial (203) do veículo, para determinar a exata posição do veículo dentro da estação.[030] The methods and systems disclosed herein refer to an autonomous road transport system based on autonomous vehicles operating similarly to railway trains. In the transportation model presented here, a common road vehicle, such as a car, bus, or truck, can be properly equipped with sensors and computers to drive itself, guided by virtual tracks from one station to another. In an example assembly, a virtual railroad is constructed from a set of stations interconnected by virtual rails. Virtual rails can be any type of technique or equipment capable of autonomously guiding the vehicle through the center of the highway, such as advanced mapping and location techniques or magnets installed under the pavement. 1. System for autonomous transport by virtual railways [031] Figure 1 shows an example of an assembly of an autonomous transport system by virtual railways. In this assembly example, the autonomous transport system (100) may have a autonomous vehicle (102), virtual rails (101), and stations (103). The standalone vehicle (200) may be equipped with a global location sensor (202) used to identify which station the vehicle is at, a home location sensor (203) for accurate determination of the vehicle position within the station, a virtual track tracking (204) used to keep the vehicle centered on the tracks during unattended operation, an obstacle sensor (206) to detect other vehicles and / or obstacles, a central computing system (201) for processing the information received sensors and an operator interface (206) through which a human operator can control the vehicle. In addition the vehicle can be further equipped with a dead reckoning unit (207) to measure incremental displacements. The virtual rails 101 describe the exact path the vehicle 102 should go through and also mark the exact location of the stopping points (stopping marks 104) within the stations. Each route of the virtual track can be traveled at different speeds according to traffic regulations. In an example station assembly (103), we have a station with a stopping point, defined by the stopping mark (104) and a start location mark (105) that is detected by the vehicle start location sensor (203). , to determine the exact position of the vehicle within the station.

[032] As duas principais funções de uma estação dentro do sistema de transporte autônomo por ferrovias virtuais são: (a) Servir como ponto de entrada e saída de veículo ao sistema da ferrovia virtual, num processo aqui denominado conexão ou desconexão com a ferrovia virtual. Este processo, explicado mais detalhadamente a seguir (pg 19-1), basicamente envolve a determinação da posição inicial com grande precisão, (b) Servir como ponto de parada para carga ou descarga de produtos ou pessoas, durante as operações em modo autônomo.[032] The two main functions of a station within the autonomous virtual rail transport system are: (a) To serve as a vehicle entry and exit point for the virtual rail system, in a process referred to herein as connecting or disconnecting with the virtual rail. . This process, explained in more detail below (p. 19-1), basically involves determining the starting position with great precision, (b) Serving as a stopping point for loading or unloading products or people during stand-alone operations.

[033] Dependendo das necessidades de operação do sistema de transporte autônomo (100), algumas estações podem operar somente em um lado da rodovia (300) e outras podem operar nos dois lados (350). Cada estação pode conter uma ou mais marcações de parada (302) que podem ser, por exemplo, qualquer tipo de marca impressa no chão que delimite o espaço ocupado pelo veículo quando ele estiver ali estacionado. Também em cada estação pode haver um ou mais marcas de localização inicial (303) que podem ser, por exemplo, um padrão gráfico apropriado em uma placa ou mesmo no chão que esteja dentro da linha de visão do sensor de localização inicial do veículo (203).[033] Depending on the operating needs of the autonomous transport system (100), some stations may operate only on one side of the highway (300) and others may operate on both sides (350). Each station may contain one or more stop markings (302) which may be, for example, any type of mark printed on the floor that delimits the space occupied by the vehicle when it is parked there. Also at each station there may be one or more starting location marks (303) which may be, for example, an appropriate graphic pattern on a board or even on the floor that is within the line of sight of the vehicle starting location sensor (203). ).

[034] O sensor de seguimento de trilho virtual (204) que equipa o veículo pode ser, por exemplo, uma câmera que usa a informação visual disponível ao longo da rodovia, tais como placas, marcas no chão ou arvores, para calcular constantemente sua posição em relação ao trilho virtual (101) descrito em um mapa. Em outro exemplo de montagem o veículo pode estar equipado com mais de um sensor de seguimento como, por exemplo, duas câmeras ou então uma câmera e um sensor de varredura LASER de modo a melhorar ainda mais a precisão da localização e conseqüentemente a capacidade de seguir os trilhos. O veículo também pode ter um ou mais sensores de obstáculos (205), como por exemplo, câmeras e/ou sensores de varredura LASER para detectar obstáculos e outros veículos nos arredores. Em outro exemplo de montagem o sensor de localização inicial (203), o sensor seguimento de trilho (204) e sensor de obstáculos (205) podem ser um só com múltiplas funções. O sensor de localização global (202) permite ao veículo identificar em qual estação está, mas pode não ter precisão alta suficiente para determinar a posição do veículo em relação aos trilhos virtuais na ordem de poucos centímetros. Nestes casos faz-se necessário o uso de sensores adicionais.[034] The virtual track tracking sensor (204) that equips the vehicle may be, for example, a camera that uses available visual information along the highway, such as signs, ground markings or trees, to constantly calculate its position relative to the virtual track (101) described on a map. In another mounting example the vehicle may be equipped with more than one tracking sensor such as two cameras or a camera and a LASER scan sensor to further improve location accuracy and therefore the ability to track the rails. The vehicle may also have one or more obstacle sensors (205), such as cameras and / or LASER scan sensors to detect obstacles and other vehicles in the vicinity. In another example of mounting the start location sensor 203, the track tracking sensor 204 and the obstacle sensor 205 may be one with multiple functions. The global location sensor (202) allows the vehicle to identify which station it is in, but may not have sufficiently high accuracy to determine the vehicle's position relative to the virtual tracks by a few centimeters. In these cases it is necessary to use additional sensors.

[035] A principal função do trilho virtual é guiar o veículo autônomo nos percursos entre as estações. Ele define o caminho exato por onde o veículo pode passar quando está operando em modo autônomo e deve estar preferencialmente localizado no centro da rodovia. No caso de rodovias com múltiplas pistas, pode haver um trilho para cada pista. Quando houver uma situação de bifurcação na rodovia, o trilho virtual pode se dividir em dois, onde cada trilho continua por um caminho. Neste caso, a decisão de qual caminho o veículo vai tomar pode estar definido, por exemplo, na missão de transporte que veículo está executando. O trilho virtual deve ser detectado pelo sensor de trilho virtual (204) para que o veículo autônomo (200) possa segui-lo.[035] The main function of the virtual trail is to guide the autonomous vehicle in the routes between stations. It defines the exact path the vehicle can take when it is operating in autonomous mode and should preferably be located in the center of the highway. For multi-lane highways, there may be one track for each lane. When there is a fork in the road, the virtual trail can be split in two, where each trail continues along a path. In this case, the decision of which path the vehicle will take may be defined, for example, in the transport mission which vehicle is performing. The virtual rail must be detected by the virtual rail sensor (204) so that the autonomous vehicle (200) can follow it.

[036] Uma operação de transporte autônomo pode começar quando um motorista dirige o veículo até uma estação (103), estaciona em um ponto de parada indicado por uma marca de parada (104) e seleciona através da interface do usuário (206) que o veículo se conecte à ferrovia virtual (101). Uma vez que este procedimento tenha ocorrido com sucesso, o veículo fica habilitado a operar em modo autônomo e aguarda a permissão do usuário para iniciar a execução de uma missão de transporte autônomo. Uma missão de transporte autônomo pode ser, por exemplo, partir de uma estação e dirigir com velocidade controlada até outra estação. Chegando ao destino, o veículo pode, por exemplo, permanecer parado aguardando uma nova missão ou então ser retirado do sistema, desconectando-se da ferrovia. Em outro exemplo de missão o veículo pode percorrer uma seqüência determinada de estações, parar em cada estação e aguardar permissão para continuar, que pode ser dada por um operador humano. A programação de uma missão pode ser feita em qualquer computador, inclusive no do próprio veículo. No caso de se usar um computador externo, as missões programadas devem ser copiadas para a memória do sistema de computação central (201) para que ele execute a missão.[036] An autonomous transport operation can begin when a driver drives the vehicle to a station (103), parks at a stopping point indicated by a stopping mark (104) and selects through the user interface (206) that the vehicle connect to the virtual railway (101). Once this procedure has been successfully completed, the vehicle is enabled to operate in autonomous mode and awaits the user's permission to begin the execution of an autonomous transport mission. An autonomous transport mission can be, for example, departing from one station and driving with controlled speed to another station. Arriving at the destination, the vehicle can, for example, stand still waiting for a new mission or be removed from the system by disconnecting from the railroad. In another mission example, the vehicle may travel through a given sequence of stations, stop at each station, and wait for permission to continue, which may be given by a human operator. Mission programming can be done on any computer, including the vehicle itself. If an external computer is used, scheduled missions must be copied to central computer system memory (201) for it to perform the mission.

[037] Para se conectar aos trilhos, o veículo pode usar o sensor de localização global (202) para identificar em qual estação está, e em seguida usar o sensor de localização inicial (203) pra determinar com precisão sua posição e orientação dentro da estação e, portanto, em relação aos trilhos virtuais (101). Em um exemplo de montagem, o sensor de localização global (202) mede a posição global do veículo e usa esta informação na base de dados do sistema de computação central (201) do veículo para descobrir em qual estação está. Como as distâncias entre as estações são grandes comparadas ao erro do sensor de localização global, normalmente de poucos metros, não há risco de se errar em qual estação se esta. Em um exemplo de montagem, o sensor de localização inicial 203 pode ser uma câmera que “enxerga” a marca de localização inicial (105) da estação e usa esta informação para calcular com precisão a posição e orientação do veículo. Para se conectar corretamente nos trilhos virtuais (101) a precisão da posição inicial (x,y) deve ser de poucos centímetros e a precisão de orientação (Θ) na ordem de décimos de grau. Normalmente usando-se somente o sensor de localização global e a bússola este nível de precisão não pode ser alcançado. 2. Exemplos de montagens das estações.[037] To connect to tracks, the vehicle can use the global location sensor (202) to identify which station it is in, and then use the home location sensor (203) to accurately determine its position and orientation within and, therefore, in relation to the virtual rails (101). In one embodiment example, the global location sensor (202) measures the overall position of the vehicle and uses this information in the vehicle's central computing system (201) database to find out which station it is in. Since the distances between stations are large compared to the global location sensor error, usually a few meters, there is no risk of erring in which station it is. In an example assembly, the home location sensor 203 may be a camera that "sees" the home location mark (105) of the station and uses this information to accurately calculate the position and orientation of the vehicle. To properly connect to the virtual rails (101) the starting position accuracy (x, y) must be a few centimeters and the orientation accuracy (Θ) in the order of tenths of a degree. Normally using only the global location sensor and compass this level of accuracy cannot be achieved. 2. Examples of station mounts.

[038] As figuras 3A, 3B e 3C mostram exemplos de estações que podem ser usadas no sistema de transporte autônomo. A figura 3A mostra uma montagem de estação que opera apenas em um lado da rodovia, que possui uma marca de parada (302) para o veículo estacionar e uma marca de localização inicial (303) para o veículo calcular precisamente sua posição em relação aos trilhos virtuais (101). A figura 3B mostra um exemplo de uma estação (320) que pode operar com até três veículos simultaneamente. Por último, a figura 3C mostra uma estação (330) que opera nos dois lados da rodovia, possui duas marcas de parada (302) e duas marcas localização inicial (303). Outros exemplos de montagem de uma estação podem ser obtidos combinando as características das estações (300), (320) e (330).Figures 3A, 3B and 3C show examples of stations that can be used in the autonomous transport system. Figure 3A shows a station assembly operating on one side of the road only, which has a stopping mark (302) for the vehicle to park and a starting location mark (303) for the vehicle to accurately calculate its position relative to the tracks. virtual resources (101). Fig. 3B shows an example of a station (320) that can operate up to three vehicles simultaneously. Finally, Figure 3C shows a station (330) operating on both sides of the highway, has two stop marks (302) and two start location marks (303). Other examples of mounting a station can be obtained by combining the characteristics of stations 300, 320 and 330.

[039] A marca de parada (302) pode ser qualquer objeto gráfico que sirva para indicar o local dentro da estação onde o veículo deve parar. A figura 4A mostra um exemplo de marca de parada que pode ser usada para operar com veículos de comprimentos diferentes como automóveis e caminhões. As faixas pontilhadas (401) servem para o alinhamento lateral e a faixa sólida, o alinhamento frontal. A figura 4B mostra um exemplo de uma marca de parada de largura dupla (410) adequada para operar com veículos de larguras diferentes. A marca de parada também serve, por exemplo, para mostrar a um motorista humano o local onde ele deve estacionar o veículo antes de iniciar o procedimento de localização precisa que precede uma missão de transporte. Outra utilidade da marca de parada é indicar a uma pessoa, que espera na estação, a chegada de um veículo autônomo, o exato local onde o veículo vai estacionar. A posição da marca de parada deve ser tal que respeite o afastamento lateral mínimo da rodovia e com isso não atrapalhe nem represente risco aos outros veículos (definido pelas normas de trânsito). Quando o veículo autônomo estiver estacionado sobre a marca de parada (302), seu sensor de localização inicial (203) deve ter uma boa linha de visão da marca de localização inicial (303) para poder fazer com precisão a medição de localização inicial.[039] The stop mark (302) can be any graphic object that serves to indicate the location within the station where the vehicle should stop. Figure 4A shows an example of a stop mark that can be used to operate vehicles of different lengths such as cars and trucks. Dotted strips 401 are for side alignment and solid stripe for front alignment. Figure 4B shows an example of a double width stop mark 410 suitable for operating with vehicles of different widths. The stop mark also serves, for example, to show a human driver where to park the vehicle before beginning the precise location procedure preceding a transport mission. Another utility of the stopping mark is to indicate to a person waiting at the station the arrival of a standalone vehicle, the exact location where the vehicle will park. The position of the stopping mark must be such that it respects the minimum lateral clearance of the road and thus does not disturb or pose a risk to other vehicles (as defined by the traffic regulations). When the autonomous vehicle is parked over the stopping mark (302), its starting location sensor (203) must have a good line of sight of the starting location mark (303) in order to accurately measure the starting location.

[040] A marca de localização inicial (303) pode ser, por exemplo, um poste, uma placa, um retângulo pintado em uma parede ou mesmo no chão de modo que possa ser detectado com facilidade pelo sensor de localização inicial (203) montado no veículo. As figuras 4C e 4D mostram dois exemplos de montagem de marcas de localização inicial (421) e (422) impressas em uma placa de sinalização (420), formada por retângulos dispostos de modo a criar regiões com alto contraste, considerando-se que o sensor de localização inicial (203) do veículo é uma câmera. Em outro exemplo, o veículo pode ter um sensor de varredura LASER como sensor de localização inicial (203) e usar um conjunto de marcadores em relevo ou mesmo árvores como marca de localização inicial (105). Nos exemplos de estações com múltiplos pontos de parada (figuras 3B e 3C), cada marca de localização inicial deve ser diferente da outra para permitir que o veículo identifique em qual parada está, como por exemplos, as marcas (421) e (422). Em outro exemplo de montagem, pode-se usar marcas de localização inicial pintadas com cores diferentes para permitir a diferenciação pelo veículo. 3. Exemplos de métodos de guiagem por trilhos virtuais [041] Assim como um trilho real, o trilho virtual tem a função de manter o veículo centralizado com a via de transporte. A diferença é que o trilho virtual não exerce força mecânica diretamente sobre o veículo para alterar sua direção de modo a trazê-lo de volta ao centro. Ao invés disso, o trilho virtual serve apenas como uma referência que permite ao veículo medir o quão afastado ele está do centro da via de transporte. Por exemplo, um sensor montado no veículo pode ser usado para medir esse desvio e o sistema de computação central comandar automaticamente o volante de modo a trazer o veículo de volta para o centro do trilho virtual.[040] The starting location mark (303) may be, for example, a pole, a sign, a rectangle painted on a wall or even the floor so that it can be easily detected by the mounted starting location sensor (203). in the vehicle. Figures 4C and 4D show two examples of mounting initial location markings 421 and 422 printed on a signpost 420 formed of rectangles arranged to create high contrast regions, whereas the Vehicle's initial location sensor (203) is a camera. In another example, the vehicle may have a LASER sweep sensor as the start location sensor (203) and use a set of raised markers or even trees as the start location mark (105). In examples of multiple stopping points (Figures 3B and 3C), each starting location mark should be different from the other to allow the vehicle to identify which stop it is at, such as marks 421 and 422. . In another example of mounting, initial location marks painted in different colors may be used to allow differentiation by the vehicle. 3. Examples of Virtual Track Guiding Methods [041] Like a real track, the virtual track has the function of keeping the vehicle centered with the carriageway. The difference is that the virtual track does not exert mechanical force directly on the vehicle to change its direction to bring it back to the center. Instead, the virtual track serves only as a reference that allows the vehicle to measure how far it is from the center of the haul road. For example, a vehicle-mounted sensor can be used to measure this deviation and the central computer system automatically controls the steering wheel to bring the vehicle back to the center of the virtual track.

[042] O exemplo de montagem da figura 5 apresenta uma técnica de montagem de trilhos virtuais que não precisa da instalação de nenhum marcador especial ao longo da rodovia. Ao invés disso, esta técnica aproveita a própria informação de sinalização rodoviária disponível, tais como faixas horizontais (503) ou placas (501), para localizar o veículo em um mapa de trilho virtual, com certo grau de incerteza. Qualquer objeto fixo que seja detectável pelo sensor de seguimento de trilho (508), como por exemplo, uma árvore (502) a margem da rodovia, pode ser considerado um objeto de localização e aproveitado no processo de localização do veículo. Quanto mais objetos de localização houver ao longo da estrada menor será a incerteza da localização do veículo e, conseqüentemente, maior será a confiabilidade da direção autônoma. Para que o veículo tenha condição de se auto dirigir com segurança por todo o trecho mapeado, a incerteza de localização nunca deve ficar acima de valores limites, como por exemplo, 10cm de erro lateral e 2m de erro longitudinal, dependendo da velocidade de operação e do raio de curvatura das curvas.[042] The mounting example in Figure 5 shows a virtual rail mounting technique that does not require the installation of any special markers along the highway. Instead, this technique takes advantage of the available road sign information itself, such as horizontal lanes (503) or signs (501), to locate the vehicle on a virtual track map, with some degree of uncertainty. Any fixed object that is detectable by the track tracking sensor 508, such as a roadside tree 502, can be considered a locating object and taken advantage of in the vehicle locating process. The more locating objects along the road, the less uncertainty of the vehicle's location, and consequently the greater the reliability of autonomous driving. In order for the vehicle to be able to drive safely over the entire mapped area, location uncertainty should never be above limit values, such as 10cm lateral error and 2m longitudinal error, depending on operating speed and of the radius of curvature of the curves.

[043] O mapa de trilho virtual fica armazenado na memória do computador (506), e pode descrever características importantes da estrada como seus limites laterais (505), velocidade permitida para cada trecho, posição dos trilhos (504), posição das estações e a posição dos objetos de localização. O mapa de trilho virtual pode ser produzido por qualquer veículo autônomo sendo dirigido por um motorista humano ao longo de um percurso rodoviário qualquer, que se inicia em uma estação e termina em outra. Durante esta viagem de mapeamento, a informação gerada pela unidade dead reckoning (509), tais como encoders, giroscópio e acelerômetros pode ser fundida com a informação do sensor de localização global (511) para construção do caminho que o veículo percorreu. Simultaneamente o sensor de objetos de localização (508) detecta os objetos de localização (501), (502), (503) presentes na estrada e os registra no mapa de acordo com a posição atual do veículo. A velocidade em que o veículo foi dirigido em cada ponto da estrada também pode ser registrada para depois servir como velocidade de referência na operação autônoma em uma missão de transporte.[043] The virtual track map is stored in computer memory (506), and can describe important road features such as its side boundaries (505), allowable speed for each stretch, track position (504), station position and the position of the locating objects. The virtual rail map can be produced by any standalone vehicle being driven by a human driver along any road route that starts at one station and ends at another. During this mapping trip, the information generated by the dead reckoning unit 509, such as encoders, gyroscopes and accelerometers can be merged with global location sensor information 511 to construct the path the vehicle has traveled. Simultaneously, the location object sensor (508) detects the location objects (501), (502), (503) present on the road and records them on the map according to the vehicle's current position. The speed at which the vehicle was driven at each point on the road can also be recorded and then served as a reference speed for autonomous operation on a transport mission.

[044] Por exemplo, uma operação de mapeamento se inicia com o procedimento de localização inicial precisa do veículo, feito dentro de uma estação, quando o sensor de localização inicial (510), que dependendo da montagem pode ser o mesmo sensor de objetos de localização (508), detecta a marca de localização inicial (105). Este procedimento pode ser, por exemplo, igual ao procedimento “conexão aos trilhos” descritos em (pg19-1), e garante que o novo trecho de trilho virtual comece em um ponto conhecido de uma estação (ponto de parada) e com isso seja precisamente concatenado ao trilho virtual que chega nesse mesmo ponto. Seguindo esta metodologia, um mapa de uma ferrovia virtual completa, com trilhos e estações, pode ser construído pela concatenação de trilhos virtuais mapeados um a um.[044] For example, a mapping operation begins with the precise initial location procedure of the vehicle, done within a station, when the initial location sensor (510), which depending on the mount may be the same object sensor as location (508), detects the initial location mark (105). This procedure can be, for example, the same as the “rail connection” procedure described in (pg19-1), and ensures that the new virtual rail leg starts at a known point of a station (stopping point) and thus is precisely concatenated to the virtual track that arrives at that same point. Following this methodology, a map of a complete virtual railway, with rails and stations, can be constructed by concatenating one-to-one mapped virtual rails.

[045] O caminho que o veículo percorre durante o mapeamento pode ser considerado diretamente como o trilho virtual dentro do mapa, pois ele representa um caminho livre, centrado na rodovia e que se for reproduzido corretamente de maneira autônoma vai ser capaz de conduzir o veículo de uma estação a outra com segurança. Se durante a viagem de mapeamento ocorreu alguma manobra brusca, como por exemplo, para desvio de um obstáculo inesperado, o trilho virtual pode ser posteriormente corrigido em um programa específico, onde ajustes podem ser feitos para a remoção de guinadas, suavização da trajetória, adição de deslocamentos laterais, modificação das velocidades de referência para cada trecho, e indicação da existência de faixas laterais paralelas e acostamento.[045] The path the vehicle travels during mapping can be considered directly as the virtual trail within the map, as it represents a free, road-centered path that if autonomously reproduced correctly will be able to drive the vehicle. from one station to another safely. If during the mapping trip a sudden maneuver has occurred, such as to deflect an unexpected obstacle, the virtual track can later be corrected in a specific program, where adjustments can be made for yaw removal, path smoothing, addition lateral displacements, modification of reference speeds for each section, and indication of parallel lateral lanes and shoulder.

[046] A direção autônoma do veículo ao longo de um caminho entre duas estações se faz pelo seguimento de um trilho virtual descrito em um mapa de trilho virtual. Normalmente este processo exige que o veículo seja capaz de determinar com elevado nível de confiabilidade sua localização no mapa e com isso calcular, por exemplo, o desvio lateral em relação ao trilho. Em um exemplo de montagem, uma técnica probabilística de localização baseada em filtro de partículas, pode usar a informação recebida do sensor de seguimento de trilho do veículo para calcular a função distribuição de probabilidade da localização (ex: x, y, thet) do veículo no mapa a cada instante. Ainda neste exemplo, o programa de localização pode usar a função distribuição de probabilidade para calcular o grau de confiabilidade da localização e, por exemplo, decidir se o veículo tem condição de continuar operando em modo autônomo ou não. Por exemplo, se por razão de chuva, as condições de visibilidade pioram e conseqüentemente a leitura do sensor de seguimento de trilho fica prejudicada, pode ocorrer que o nível de confiabilidade da localização caia abaixo de um limite de segurança e, portanto, o veículo não tenha mais condição de se auto dirigir. Neste caso, a direção pode ser assumida por um motorista humano de reserva, caso haja, ou então o próprio veículo realizar uma manobra de parada de segurança automática, como por exemplo, reduzir a velocidade, parar no acostamento, ligar o pisca alerta e enviar uma mensagem de texto ao destino solicitando o resgate manual.[046] Autonomous driving of the vehicle along a path between two stations is by following a virtual track described in a virtual track map. Usually this process requires the vehicle to be able to determine with high reliability its location on the map and thereby calculate, for example, the lateral deviation from the track. In an assembly example, a probabilistic particle filter-based location technique may use information received from the vehicle's track tracking sensor to calculate the vehicle's probability distribution function (eg, x, y, thet). on the map at any moment. Still in this example, the location program may use the probability distribution function to calculate the reliability of the location and, for example, decide whether the vehicle can continue to operate in standalone mode or not. For example, if due to rain, visibility conditions worsen and consequently the reading of the track tracking sensor is impaired, it may occur that the location reliability level falls below a safety limit and therefore the vehicle is not be better able to drive yourself. In this case, the steering can be taken by a spare human driver, if any, or the vehicle itself performs an automatic safety stop maneuver, such as slowing down, stopping on the side, turning on the warning light and sending a text message to the destination requesting manual redemption.

[047] Uma vez que o veículo conheça sua posição no mapa com alta confiabilidade e o mapa contenha a informação da posição de cada ponto do trilho virtual (que também deve ter sido mapeado com alta confiabilidade) o veículo então tem perfeita condição de operar em modo autônomo. Ao calcular o desvio lateral do veículo em relação ao trilho, o sistema de computação central pode usar esta informação para calcular o ângulo de posicionamento do volante necessário para corrigir este desvio, e enviar um comando a unidade de acionamento do volante (507).[047] Once the vehicle knows its position on the map with high reliability and the map contains the position information of each point of the virtual track (which must also have been mapped with high reliability) then the vehicle is perfectly able to operate in standalone mode. In calculating the vehicle's lateral deviation from the rail, the central computing system may use this information to calculate the steering wheel positioning angle required to correct this deviation, and to send a command to the steering wheel drive unit (507).

[048] As figuras 6A e 6B mostram um exemplo de montagem de um sistema de trilhos virtuais baseado em marcadores magnéticos instalados sob o pavimento da rodovia. O sensor de campo magnético (602) capta o campo magnético gerado pelos ímãs (603) instalados e transmite para o sistema de computação central (601) calcular o desvio em relação a linha do trilho (605). Quando houver um desvio, o computador de direção pode calcular, por exemplo, o ângulo de giro do volante necessário para trazer de voltar o veículo para o centro dos trilhos. Esta informação pode ser transmitida a uma unidade de acionamento do volante (604), por exemplo, um servo-motor, que aplica a força necessária para girar o volante até a posição comandada pelo computador. Para detecção do campo magnético pode ser usado, por exemplo, um conjunto de sensores de efeito hall ou bobinas. Cada sensor individual pode ser montado lado a lado de modo que o sensor que passar exatamente sobre um magneto gere o sinal mais intenso, indicando então o desvio lateral do veículo. As figuras 5C e 5D mostram outro exemplo de montagem de trilhos virtuais que usa uma faixa pintada no piso como elemento guia. Um sensor óptico (612), como uma câmera, captura a imagem da estrada e um computador (601), rodando um programa de visão computacional calcula o desvio lateral do veículo em relação à faixa. Adicionalmente, o mesmo computador pode ainda calcular o ângulo de giro do volante necessário para trazer de volta o veículo para o centro dos trilhos e enviar essa informação para a unidade de acionamento do volante, por exemplo, um servo-motor, que aplica a força necessária para girar o volante até a posição comandada.Figures 6A and 6B show an example of mounting a virtual rail system based on magnetic markers installed under the highway pavement. The magnetic field sensor (602) captures the magnetic field generated by the installed magnets (603) and transmits to the central computing system (601) to calculate the deviation from the rail line (605). When there is a deviation, the steering computer can calculate, for example, the steering wheel turning angle required to bring the vehicle back to the center of the tracks. This information may be transmitted to a flywheel drive unit 604, for example a servo motor, which applies the force necessary to rotate the flywheel to the computer controlled position. For magnetic field detection, for example, a set of hall effect sensors or coils can be used. Each individual sensor can be mounted side by side so that the sensor that passes exactly over a magnet generates the most intense signal, thus indicating the lateral deviation of the vehicle. Figures 5C and 5D show another example of virtual track assembly that uses a painted floor strip as a guide element. An optical sensor (612), such as a camera, captures the road image and a computer (601) running a computer vision program calculates the vehicle's lateral deviation from the lane. Additionally, the same computer can further calculate the steering wheel turning angle required to bring the vehicle back to the center of the tracks and send this information to the steering wheel drive unit, for example a servo motor, which applies the force. required to rotate the steering wheel to the commanded position.

[049] Tanto o guiamento magnético quanto o guiamento por faixa pintada tem a desvantagem de exigir que o trilho virtual seja construído através da instalação dos dispositivos de sinalização (ímãs ou faixas especiais pintadas) ao longo das rodovias, o que é um trabalho caro e traz o inconveniente das interdições durante a instalação. Outra desvantagem é a permanente necessidade de manutenção dessa sinalização, que aumenta o custo de operação desse sistema. A grande vantagem desses dois sistemas é a grande confiabilidade e relativa simplicidade dos programas que rodam no computador do veículo. 4. Exemplo de sensores de detecção de obstáculos.[049] Both magnetic guiding and painted lane guidance have the disadvantage of requiring the virtual rail to be constructed by installing signaling devices (magnets or special painted lanes) along the highways, which is expensive and expensive. brings the inconvenience of bans during installation. Another disadvantage is the permanent need to maintain this signaling, which increases the cost of operating this system. The great advantage of these two systems is the great reliability and relative simplicity of the programs that run on the vehicle's computer. 4. Example of obstacle detection sensors.

[050] A figura 7 apresenta um exemplo de um arranjo de sensores de obstáculos formado por três câmeras e dois sensores de varredura LASER simples. Os dois sensores (702), que podem ser duas câmeras voltadas para trás, tem a função do cobrir as laterais do veículo (711) para detectar outros veículos que se aproximem por trás. Este tipo de detecção é usado em situações, por exemplo, em que o veículo autônomo deseja mudar de faixa ou então sair de uma estação para entrar na rodovia. O dois sensores de varredura LASER (703), por exemplo, LIDAR, são responsáveis em cobrir a parte frontal das laterais (712), útil para detectar, por exemplo, pessoas ou animais que estejam se aproximando da frente do veículo pelas laterais e com isso evitar possíveis atropelamentos. Dependendo da necessidade, ainda pode ser utilizado um número maior de sensores de varredura LASER nas laterais (703) para eliminar qualquer ponto cego ao redor do veículo, ou então um sensor com ângulo de cobertura grande o suficiente para cobrir toda a lateral. O sensor (701) é responsável em cobrir a região frontal do veículo (710) e detectar, por exemplo, a distância do veículo a frente, ou se há algum obstáculo ou impedimento no meio da pista. Em outro exemplo de montagem, a cobertura da região frontal (710) pode ser feita também com a ajuda de um sensor de varredura LASER e um radar de microondas.[050] Figure 7 shows an example of an obstacle sensor array consisting of three cameras and two simple LASER scan sensors. The two sensors (702), which may be two rear-facing cameras, have the function of covering the vehicle sides (711) to detect other vehicles approaching from behind. This type of detection is used in situations, for example, where the autonomous vehicle wants to change lanes or leave a station to enter the highway. The two LASER scan sensors 703, for example, LIDAR, are responsible for covering the front side of the sides 712, useful for detecting, for example, people or animals approaching the front of the vehicle from the sides and with This will prevent possible road kill. Depending on the need, a larger number of side LASER scan sensors 703 can be used to eliminate any blind spots around the vehicle, or a sensor with a coverage angle large enough to cover the entire side. The sensor 701 is responsible for covering the front region of the vehicle 710 and detecting, for example, the distance of the vehicle ahead, or if there is an obstacle or impediment in the middle of the track. In another mounting example, the front region cover (710) can also be made with the help of a LASER scan sensor and a microwave radar.

[051] A informação gerada por esse conjunto de sensores de obstáculos pode ser processada separadamente por um computador dedicado a esta tarefa de modo que não sobrecarregue o computador principal do veículo, responsável pelo controle da missão de transporte autônomo. Em outro exemplo de montagem, um único computador com grande capacidade de processamento pode gerenciar as tarefas de controle da missão, a detecção de obstáculos e o seguimento de trilho.[051] The information generated by this set of obstacle sensors can be processed separately by a computer dedicated to this task so that it does not overload the vehicle's main computer responsible for controlling the autonomous transport mission. In another assembly example, a single computer with high processing capacity can manage mission control tasks, obstacle detection, and track tracking.

[052] Quando algum obstáculo é detectado pelo sistema de sensores de obstáculo, o módulo de programa responsável pela detecção de obstáculos classifica o obstáculo quanto ao tipo (ex: carro, pedestre), calcula sua localização e velocidade. Esta informação é transmitida ao módulo de controle da missão autônoma, que está dirigindo o veículo, para que a reação correta seja tomada. Por exemplo, se for detectado a aproximação de um pedestre no setor (712), se movendo com certa velocidade em direção a frente do veículo, o controle da missão, pode usar esta informação em conjunto com a informação de velocidade atual do veículo para calcular o risco de um possível atropelamento. Se o risco for baixo, o veículo simplesmente continua seguindo pelo trilho virtual, mas se o risco for alto, o veículo pode reagir executando uma manobra de desvio ou parada. Outro exemplo de reação a um obstáculo é o caso do sensor do setor frontal (710) detectar um veículo dirigindo à sua frente com velocidade inferior a programada na missão de transporte. Um exemplo de reação pode ser a redução de velocidade de modo a manter o veículo autônomo atrás do outro veículo a uma distância de segurança constante. Outra possibilidade de reação pode ser a manobra de ultrapassagem, onde a permissão para mudança de faixa é feita pela detecção de nenhum veículo se aproximando pela lateral traseira no campo de visão do setor (711), por exemplo. 5. Exemplo de operação de transporte e missão de transporte autônomo [053] Um exemplo de operação de transporte autônomo esta apresentado na figura 10. Neste exemplo, a operação inicia com o motorista carregando o arquivo da missão (801), que define, por exemplo, qual o caminho o veículo vai tomar, em quais estações ele vai parar e qual a velocidade de cruzeiro para cada trecho da viagem. Em seguida o veículo aguarda o comando para iniciar a execução da missão (802), que pode ser dado através da interface de usuário (206). Ao receber este comando, e caso o veículo já esteja precisamente localizado no mapa (“conectado a ferrovia”), o veículo então inicia a execução da missão de transporte (803). Caso o veículo ainda não esteja conectado, ele executa o procedimento de conexão (804) para então prosseguir com a missão. No caso do veículo falhar durante o procedimento de conexão, a missão não poderá ser executada e o veículo pode sinalizar ao motorista esta condição de falha (805) e/ou pode enviar uma mensagem a um centro de monitoramento.[052] When an obstacle is detected by the obstacle sensing system, the obstacle detection program module classifies the obstacle by type (eg car, pedestrian), calculates its location and speed. This information is transmitted to the autonomous mission control module that is driving the vehicle so that the correct reaction can be taken. For example, if an approaching pedestrian in sector 712 is detected moving at a certain speed towards the front of the vehicle, mission control can use this information in conjunction with the current vehicle speed information to calculate the risk of possible running over. If the risk is low, the vehicle simply continues on the virtual track, but if the risk is high, the vehicle may react by performing a detour or stop maneuver. Another example of reaction to an obstacle is the case of the front sector sensor (710) detecting a vehicle driving in front of it at a speed slower than programmed in the transport mission. An example of a reaction may be speed reduction to keep the autonomous vehicle behind the other vehicle at a constant safety distance. Another possibility of reaction may be the overtaking maneuver, where the permission to change lanes is made by detecting no vehicles approaching from the rear side in the sector field of view (711), for example. 5. Example of autonomous transport operation and mission [053] An example of autonomous transport operation is presented in figure 10. In this example, the operation starts with the driver loading the mission file (801), which defines, for example, For example, which way the vehicle will take, at which stations it will stop and at what speed to cruise for each leg of the trip. Then the vehicle awaits the command to start the execution of the mission (802), which can be given through the user interface (206). Upon receiving this command, and if the vehicle is already precisely located on the map (“rail-connected”), the vehicle then begins carrying out the transport mission (803). If the vehicle is not yet connected, it performs the connection procedure (804) and then proceeds with the mission. In the event that the vehicle fails during the connection procedure, the mission cannot be performed and the vehicle can signal the driver to this fault condition (805) and / or can send a message to a monitoring center.

[054] Afigura 11 mostra um exemplo de procedimento que pode ser usado para conectar o veículo à ferrovia virtual. O procedimento começa com o motorista dirigindo o veículo até uma estação e estacionando dentro da região indicada pela marca de parada (104). Em seguida, o motorista dá o comando de “conexão com os trilhos”, que pode ser feito, por exemplo, através da interface do usuário (206). Em resposta a esse comando, o computador do veículo usa a informação de localização global fornecida pelo sensor de localização global para calcular em qual estação está (903). Na continuação desse processo, o veículo usa o sensor de localização inicial para detectar a marca de localização inicial (105) e calcular com precisão sua posição inicial (904). Se não ocorrer nenhuma falha nas etapas (903) e (904) o veículo terá condição de executar uma missão de transporte autônomo. Caso ocorra alguma falha, esta condição é sinalizada (906) ao motorista por meio de um alarme, por exemplo.[054] Figure 11 shows an example of a procedure that can be used to connect the vehicle to the virtual railway. The procedure begins with the driver driving the vehicle to a station and parking within the region indicated by the stop mark (104). The driver then gives the command "rail connection", which can be done, for example, through the user interface (206). In response to this command, the vehicle computer uses the global location information provided by the global location sensor to calculate which station it is at (903). Following this process, the vehicle uses the home location sensor to detect the home location mark (105) and accurately calculate its home position (904). If no failure occurs in steps (903) and (904) the vehicle will be able to perform an autonomous transport mission. If a fault occurs, this condition is signaled (906) to the driver by means of an alarm, for example.

[055] Afigura 10A mostra um exemplo de uma missão de transporte autônomo simples onde o veículo deve transportar uma carga de uma estação à outra. Neste exemplo, o veículo inicia a missão partindo da estação #6, seguindo os trilhos virtuais até entrar no ramal #4 (1001). Antes de começar a se movimentar, o veículo pode usar o sensor de obstáculos frontal (710) para verificar se não há nenhum impedimento à frente, e antes de entrar na rodovia (acessar o ramal #4), usar o sensor de obstáculos do setor (711) para verificar se não há outro veículo se aproximando. Após entrar na rodovia, o veículo segue os trilhos virtuais com a velocidade de cruzeiro especificada na missão até se aproximar da estação #2 (1002). Durante a viagem autônoma, o veículo usa os sensores de obstáculos de modo a evitar colisões e acidentes, conforme descrito em (pg 16-22). Por último, ao se aproximar da estação de destino, o veículo sinaliza com as luzes da seta que vai deixar a pista, reduz a velocidade para o valor adequado à manobra, entra na estação e para suavemente sobre a marca da parada (1003). Após a parada, o veículo sinaliza que a missão foi concluída e o veículo está em modo manual, pronto para ser descarregado (1004). A figura 10B mostra outro exemplo de missão onde o veículo parte da estação #6 (1011), faz uma parada para carga e descarga na estação #5 (1013), aguarda o comando para prosseguir (1014), volta ao ramal (1016) e dirige até a estação #4 (1017) onde estaciona (1018) e sinaliza o término da missão (1019). Em outro exemplo, uma missão pode ser programada de modo que o veículo entre e pare em todas as estações que existam ao longo do percurso. Em um modo preferencial de operação, o comando para o veículo prosseguir com a viagem após parar em uma estação intermediária pode ser dado pelo próprio motorista do veículo, que age como uma espécie de maquinista supervisionando a viagem, mas também pode ser dado, por exemplo, por um trabalhador da estação que faz o carregamento/descarregamento do veículo.[055] Figure 10A shows an example of a simple autonomous transport mission where the vehicle must carry a cargo from one station to another. In this example, the vehicle starts the mission from station # 6, following the virtual tracks until it enters extension # 4 (1001). Before starting to move, the vehicle may use the front obstacle sensor (710) to check that there is no obstruction ahead, and before entering the highway (access extension # 4), use the sector obstacle sensor (711) to check that there is no other vehicle approaching. Upon entering the highway, the vehicle follows the virtual tracks with the cruise speed specified in the mission until it approaches station # 2 (1002). During autonomous travel, the vehicle uses obstacle sensors to avoid collisions and accidents as described in (p. 16-22). Finally, as you approach the destination station, the vehicle signals with the arrow lights that it will leave the lane, slows down to the appropriate maneuver value, enters the station and stops smoothly over the stop mark (1003). After stopping, the vehicle signals that the mission has been completed and the vehicle is in manual mode, ready to be unloaded (1004). Figure 10B shows another example of a mission where the vehicle departs from station # 6 (1011), stops loading and unloading at station # 5 (1013), waits for the command to proceed (1014), returns to extension (1016). and drives to station # 4 (1017) where it parks (1018) and signals the end of mission (1019). In another example, a mission may be programmed so that the vehicle enters and stops at all stations along the route. In a preferred mode of operation, the command for the vehicle to proceed with the journey after stopping at an intermediate station may be given by the driver of the vehicle himself, who acts as a kind of driver overseeing the journey, but may also be given, for example. by a station worker loading / unloading the vehicle.

Claims (10)

1. SISTEMA DE TRANSPORTE RODOVIÁRIO AUTÔNOMO caracterizado por compreender pelo menos um veículo autônomo equipado com sistema eletrônico de controle que permite realizar viagens autônomas entre as estações guiado por trilhos virtuais; com pelo menos duas estações que servem como ponto de parada para os veículos autônomos carregarem ou descarregarem mercadorias ou pessoas; e com um sistema de trilhos virtuais que contém objetos de localização naturais ou não, que podem ser usados para guiar o veículo autônomo ao longo dos percursos entre as estações.1. AUTONOMOUS ROAD TRANSPORT SYSTEM characterized by comprising at least one autonomous vehicle equipped with electronic control system that allows to make autonomous trips between stations guided by virtual rails; with at least two stations serving as a stopping point for autonomous vehicles to load or unload goods or persons; and with a virtual track system that contains natural or unnatural locating objects that can be used to guide the autonomous vehicle along routes between stations. 2. SISTEMA DE TRANSPORTE RODOVIÁRIO AUTÔNOMO, de acordo com a reinvidicação 1, caracterizado por compreender um sistema de seguimento de trilhos responsável em manter o veículo centrado na rodovia nos percursos entre as estações; por conter um sistema de detecção de obstáculos, responsável em detectar obstáculos que estejam nas proximidades do veículo e possam oferecer risco de colisão; por conter um controlador de execução de missão responsável em coordenar o andamento de uma missão, gerenciando os comandos do operador, a velocidade do veículo e executando manobras para evitar colisões e por conter uma interface de operação por onde o operador supervisiona a operação do veículo autônomo.2. AUTONOMOUS ROAD TRANSPORT SYSTEM according to claim 1, characterized in that it comprises a track tracking system responsible for keeping the vehicle centered on the road in the routes between the stations; it contains an obstacle detection system, which is responsible for detecting obstacles that are in the vicinity of the vehicle and which may present a risk of collision; it contains a mission execution controller responsible for coordinating the progress of a mission, managing operator commands, vehicle speed and performing collision avoidance maneuvers, and it contains an operator interface through which the operator oversees autonomous vehicle operation . 3. SISTEMA DE TRANSPORTE RODOVIÁRIO AUTÔNOMO, de acordo com a reinvidicação 1, caracterizada por compreender uma estação que tenha pelo menos uma marca de parada que tem a função de marcar o exato local onde o veículo deve parar dentro de uma estação e que contenha pelo menos uma marca de localização inicial, que pode ser detectada pelo sensor de localização inicial do veículo autônomo quando ele está parado sobre a marca de parada.3. AUTONOMOUS ROAD TRANSPORT SYSTEM according to claim 1, characterized in that it comprises a station having at least one stop mark which has the function of marking the exact place where the vehicle is to stop within a station and containing at least one station. least one start location mark, which can be detected by the autonomous vehicle start location sensor when it is standing over the stop mark. 4. SISTEMA DE TRANSPORTE RODOVIÁRIO AUTÔNOMO, de acordo com a reinvidicação 2, caracterizado por compreender um sistema de seguimento de trilhos que tenha um mapa de ferrovia virtual em formato digital com informação que descreve a posição dos trilhos, a posição dos objetos de localização, a posição das estações com suas respectivas marcas de parada a existência de faixa de acostamento; que contenha um sensor de localização global que permite identificar em qual estação do mapa o veículo está; que contenha um sensor de localização inicial configurado para detectar a marca de localização inicial de uma estação; que contenha um sensor de seguimento de trilho configurado para detectar os objetos de localização da rodovia, usados pelo módulo de seguimento de trilho para determinar precisamente a posição do veículo em relação ao trilho virtual; que contenha uma unidade dead reckoning para calcular os deslocamentos incrementais do veículo; que contenha um módulo de programa de localização inicial responsável em determinar a posição inicial do veículo no mapa com alta precisão, no procedimento denominado no relatório descritivo por conexão aos trilhos (pg19-1); que contenha um módulo de programa de localização configurado para determinar precisamente a posição do veículo em relação ao trilho a partir das informações de detecção dos objetos de localização, dos deslocamentos incrementais e do mapa de trilho e que contenha um módulo de programa para controle de direção configurado para calcular o desvio lateral do veículo em relação aos trilhos e calcular o ângulo de movimentação do volante necessário para corrigir este desvio.4. AUTONOMOUS ROAD TRANSPORT SYSTEM according to claim 2, characterized in that it comprises a track tracking system having a virtual railway map in digital format with information describing the position of the tracks, the position of the locating objects, the position of the stations with their respective stop marks the existence of a shoulder lane; that contains a global location sensor that allows you to identify which map station the vehicle is on; containing a home location sensor configured to detect the home location mark of a station; containing a track tracking sensor configured to detect highway location objects used by the track tracking module to accurately determine the vehicle's position relative to the virtual track; which contains a dead reckoning unit to calculate incremental vehicle offsets; which contains an initial location program module responsible for determining the vehicle's initial position on the map with high precision in the procedure referred to in the Rail Link Descriptive Report (pg19-1); containing a locating program module configured to precisely determine the vehicle's position relative to the rail from the locating object detection information, incremental offsets and rail map, and containing a steering control program module configured to calculate the lateral deviation of the vehicle from the tracks and to calculate the steering angle of the steering wheel needed to correct this deviation. 5. SISTEMA DE TRANSPORTE RODOVIÁRIO AUTÔNOMO, de acordo com a reinvidicação 2, caracterizado por compreender um sistema de detecção de obstáculos que tenha um sensor de obstáculos configurado para detectar obstáculos próximos do veículo e que contenha um módulo de programa para detecção de obstáculos, configurado para processar a informação proveniente dos sensores de obstáculos e identificar os obstáculos que representem risco de colisão.5. AUTONOMOUS ROAD TRANSPORT SYSTEM according to claim 2, comprising an obstacle detection system having an obstacle sensor configured to detect obstacles close to the vehicle and containing an obstacle detection program module configured in to process information from obstacle sensors and identify obstacles that pose a risk of collision. 6. SISTEMA DE TRANSPORTE RODOVIÁRIO AUTÔNOMO, de acordo com a reinvidicação 2, caracterizado por um controlador de execução missão que tenha um módulo de programa para controle da missão que usa as informações geradas pelo sistema de seguimento de trilhos e sistema de detecção de obstáculos para decidir de que maneira atua sobre os comandos do carro (volante, freio, acelerador e luzes) de modo que o veículo execute corretamente a missão ao mesmo tempo em que evita colisões.6. AUTONOMOUS ROAD TRANSPORT SYSTEM according to claim 2, characterized by a mission execution controller having a mission control program module that uses the information generated by the track tracking system and obstacle detection system to Deciding how to act on the car's controls (steering wheel, brake, throttle and lights) so that the vehicle performs the mission correctly while avoiding collisions. 7. SISTEMA DE TRANSPORTE RODOVIÁRIO AUTÔNOMO, de acordo com a reinvidicação 2, caracterizado por uma interface de operação por onde o operador supervisiona a operação do veículo autônomo e pode comandar e monitorar o funcionamento do veículo autônomo.7. AUTONOMOUS ROAD TRANSPORT SYSTEM according to claim 2, characterized by an operator interface through which the operator supervises the operation of the autonomous vehicle and can control and monitor the operation of the autonomous vehicle. 8. SISTEMA DE TRANSPORTE RODOVIÁRIO AUTÔNOMO, de acordo com a reinvidicação 4, caracterizado por um sensor de localização inicial em que o sensor é uma câmera de vídeo ou um sensor de varredura LASER.Autonomous road transport system according to claim 4, characterized by an initial location sensor wherein the sensor is a camcorder or a LASER scan sensor. 9. SISTEMA DE TRANSPORTE RODOVIÁRIO AUTÔNOMO, de acordo com a reinvidicação 4, caracterizado por um sensor de seguimento de trilho em que o sensor é uma câmera de vídeo ou um sensor de varredura LASER.Autonomous road transport system according to claim 4, characterized by a track tracking sensor wherein the sensor is a camcorder or a LASER scan sensor. 10. SISTEMA DE TRANSPORTE RODOVIÁRIO AUTÔNOMO, de acordo com a reinvidicação 5, caracterizado por um sensor de obstáculos em que o sensor é constituído de uma ou mais câmeras de vídeo ou um ou mais sensores LASER.Autonomous road transport system according to claim 5, characterized by an obstacle sensor in which the sensor consists of one or more video cameras or one or more LASER sensors.
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