BR102014021691B1

BR102014021691B1 - Autonomous road transport system by virtual railways

Info

Publication number: BR102014021691B1
Application number: BR102014021691-0A
Authority: BR
Inventors: Felipe Nascimento Martins; Rafael Peixoto Derenzi Vivacqua; Raquel Frizera Vassallo
Original assignee: Universidade Federal Do Espírito Santo; Instituto Federal De Educação Ciência E Tecnologia Do Espírito Santo
Priority date: 2014-09-02
Filing date: 2014-09-02
Publication date: 2022-05-17
Also published as: BR102014021691A2

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, técnica s 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 similarly 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 railroad 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

Field of Invention

[01] A presente invenção se refere a sistemas e métodos para habilitar um sistema de transporte rodoviário a operar em modo autônomo. Esta invenção está correlacionada com o controle de posição, curso e posição de veículos terrestres. Por exemplo, pilotos automáticos. Também está correlacionada, com medição da distância percorrida em terra por veículos, por exemplo, usando odômetros.[01] The present invention relates to systems and methods for enabling a road transport system to operate in autonomous mode. This invention is correlated with position, course and position control of land vehicles. For example, autopilots. It is also correlated with measuring the distance traveled on land by vehicles, for example using odometers.

Fundamentals of the Invention

[02] 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.[02] Currently, the road transport system used around the world uses a human driver to drive the vehicle from origin to destination safely. The big 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.

[03] 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 porque o motorista tem que manter manualmente o carro no centro da via com tolerância de erro de poucos centímetros. Segundo porque 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 consequentemente 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.[03] When we compare road transport with others, we realize that the task of driving the vehicle requires a high and permanent degree of attention from the driver throughout the journey. First, because the driver has to manually keep the car in the center of the road with an error tolerance of a few centimeters. Second, because 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, 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 trips, 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 an increase in their quality of life.

[04] 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.[04] The present invention is based on the application of new technologies such as laser sensors and computer vision in addition to mapping and location techniques to allow road transport to also operate with automatic guidance and obtain all the advantages described above.

[05] 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 de varredura (Laser Range Finder), capazes de medir a distância dos objetos ao redor em um ângulo de 360o, 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.[05] Autonomous vehicle technology is not that new. In 1999 the ARGO research project, from the University of Parma - IT, developed a camera-based autonomous driving system that was able to drive an adapted vehicle for 2000 km on Italian highways. This technology has been 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 scanning sensors (Laser Range Finder), capable of measuring the distance of surrounding objects in a 360o angle, of increasingly powerful computers, global location systems, and inertial navigation sensors contributed greatly to the development of mobile robotics technology and autonomous vehicles.

[06] 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.[06] Projects such as the autonomous car Google - USA, the VisLab project of the University of Parma - IT or the Autonomous Project of the University of Berlin - ALE show the full potential of this technology, but are still operating as prototypes.

[07] 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 motorista (Driver Assistantance System), capazes de tomar ações como avisar se o carro está 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.[07] On a commercial scale, several vehicle manufacturers such as Volvo, VW, BMW, Toyota, Mercedes, already have in some of their series vehicles driver assistance systems (Driver Assistantance System), capable of taking actions such as warning if the car is leaving the lane, automatically adjusts the cruising speed keeping the correct distance with the vehicle in front, warns about the risk of collision among other things.

[08] 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.[08] The automatic guidance of a car requires some type of sensor and/or method capable of locating the vehicle in relation to the path. In commercial aviation, automatic guidance systems based mainly on a global location system, such as GPS, which have a location accuracy of a few meters, are already widely used. This precision error does not affect the automatic guidance of the aircraft, given that a lateral deviation of a few meters does not interfere with the operation. If the GPS system is used in conjunction with the WAAS system (Wide Area Augmentation System) the accuracy of the location is increased to the point of allowing the approach for landing to also be made in automatic mode. In the same way as aviation, maritime transport also uses the benefits of the global location system, as an error of a few meters in the route of a ship in the ocean can be tolerated. In the case of rail transport, automatic guidance is already a natural feature of the system.

[09] 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 princípio de funcionamento se baseia em sensores instalados no veículo para detecção da sua posição em relação a estrada e um motor de controle acoplado ao volante para corrigir a direção.[09] In the case of road transport, automatic guidance is much more critical, as the vehicle must remain centered on a roadway with tolerance for deviations 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 working principle is based on sensors installed in the vehicle to detect its position in relation to the road and a control motor attached to the steering wheel to correct the direction.

related technique

[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.[010] Patent number US8078349 and title “Transitioning a mixed-mode vehicle to autonomous mode” shows a method of transitioning to autonomous operation for mixed-mode, manual or autonomous vehicles, but does not describe how the vehicle operates once it is enters 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] Patent US7610146 and title “Vehicle position determining system and method” shows systems and methods of locating autonomous vehicles operating on highways, but is restricted only to the issue of location and automatic guidance along the highway. The description of the vehicle's behavior in the context of a complete transport operation is not presented.

[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 sistemas de trilhos guias metálicos.[012] Patent number US4361202 and title “Automated road transportation system”, shows an autonomous road transportation system. Despite the great reliability, the system has the disadvantage of requiring the installation of transponders to identify the road and the requirement of metallic guide rail systems.

Summary of the invention

[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 convencionais 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.[013] The applicant found that the application of modern mobile robotics techniques such as mapping, location, guide rails, sensors and obstacle detection methods can be adapted at low cost to conventional road vehicles to operate as autonomous 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 system of rails, in this case virtual, and ends the journey at another station.

[014] As vantagens desse sistema são:[014] The advantages of this system are:

[015] 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.[015] The driver starts working as a travel supervisor, which improves his working condition and, above all, increases the safety of the trip since most accidents are caused by human error.

[016] O sistema proposto pode ser adaptado em qualquer tipo de veículo rodoviário, como ônibus, caminhões ou automóveis. Em condições de rodovias bem sinalizadas é possível uma configuração de sensores com custo baixo.[016] The proposed system can be adapted to any type of road vehicle, such as buses, trucks or automobiles. In well-signposted road conditions, a low-cost sensor configuration is possible.

[017] 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.[017] The proposed system can use different techniques and methods of automatic guidance. In well-signposted road conditions, it is possible to use virtual rail techniques that do not require the installation of any special equipment or signaling along the road, drastically reducing the cost of assembling and maintaining the system.

Brief description of figures

[018] A Figura 1 mostra um exemplo de uma montagem de um sistema de transporte autônomo por ferrovias virtuais.[018] Figure 1 shows an example of an assembly of an autonomous transport system by virtual railways.

[019] 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.[019] Figure 2 shows an example of assembling the equipment in a vehicle so that it is able to operate in autonomous mode on the virtual railroad.

[020] As Figuras 3A, 3B e 3C mostram exemplos de montagem das estações.[020] Figures 3A, 3B and 3C show examples of station assembly.

[021] 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.[021] Figures 4A and 4B show examples of mounting simple stop marks that can be used to define the exact location of vehicles at stations.

[022] 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.[022] Figures 4C and 4D show examples of mounting initial location marks that can be used to calculate the initial positioning of the vehicle within the station.

[023] 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.[023] Figure 5 shows an example of assembling a virtual rail system, based on detailed road maps and precise location techniques.

[024] 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.[024] Figures 6A and 6B show an example of mounting a virtual rail system based on magnetic markers installed on the road pavement.

[025] As Figuras 6C e 6D mostram um exemplo de montagem de um sistema de trilhos virtuais baseado em uma faixa pintada no pavimento.[025] Figures 6C and 6D show an example of mounting a virtual rail system based on a strip painted on the pavement.

[026] A Figura 7 mostra um exemplo de montagem de um sistema de sensores para detecção de obstáculos.[026] Figure 7 shows an example of mounting a sensor system for obstacle detection.

[027] A Figura 8 mostra um exemplo de uma operação de transporte autônomo através de uma ferrovia virtual.[027] Figure 8 shows an example of an autonomous transport operation through a virtual railroad.

[028] A Figura 9 mostra um exemplo de um procedimento que habilita o veículo a operar em modo autônomo.[028] Figure 9 shows an example of a procedure that enables the vehicle to operate in autonomous mode.

[029] A Figura 10A mostra um exemplo de uma missão de transporte autônomo simples.[029] Figure 10A shows an example of a simple autonomous transport mission.

[030] A Figura 10B mostra um exemplo de uma missão de transporte autônomo realizada em duas etapas.[030] Figure 10B shows an example of an autonomous transport mission performed in two stages.

[031] A Figura 11 serve de referência para descrever os exemplos de missões das Figuras 10A e 10B.[031] Figure 11 serves as a reference to describe the mission examples in Figures 10A and 10B.

Detailed description of the invention

[032] Os exemplos de montagens e métodos apresentados na descrição detalhada, figuras e reivindicações 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.[032] The examples of assemblies and methods presented in the detailed description, figures and claims should not be understood as a limiting factor. Other assemblies can be used, and changes can be made, without departing from the content of the subject presented here. It will be readily understood that aspects of the present disclosure, described generally herein, and illustrated in the figures, can be arranged, replaced, combined, separated, and designed in a wide variety of different configurations, all of which are explicitly contemplated herein.

[033] 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 autodirigir, 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.[033] The methods and systems disclosed here refer to an autonomous road transport system based on autonomous vehicles operating similarly to trains on railroads. In the transport 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 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.

[034] 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 (102) 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 (205) para detectar outros veículos e/ou obstáculos, um sistema de computação central (também chamado de módulo de controle automático) (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 autônomo (102) 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 trânsito. 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) para determinar a exata posição do veículo (102) dentro da estação.[034] 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 an autonomous vehicle (102), virtual tracks (101) and stations (103). The autonomous vehicle (102) may be equipped with a global location sensor (202) used to identify which station the vehicle is in, an initial location sensor (203) for accurately determining the vehicle's position within the station, a virtual track tracking (204) used to keep the vehicle centered on the tracks during autonomous operation, an obstacle sensor (205) to detect other vehicles and/or obstacles, a central computing system (also called an automatic control module) (201) for processing the information received from the sensors and an operating interface (206) through which a human operator can control the vehicle. Additionally the autonomous vehicle (102) can still be equipped with a dead reckoning unit (207) to measure the incremental displacements. The virtual tracks (101) describe the exact path that the vehicle (102) must travel and also mark the exact location of stopping points (stop marks (104)) within the stations. Each virtual track route can be traveled at different speeds according to traffic regulations. In an example station assembly (103), we have a station with a stop point, defined by the stop mark (104) and a start location mark (105) that is detected by the start location sensor (203) to determine the exact position of the vehicle (102) within the station.

[035] 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 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.[035] The two main functions of a station within the autonomous transport system by virtual railways are: (a) To serve as a vehicle entry and exit point to the virtual railway system, in a process here called connection or disconnection with the virtual railway . This process basically involves determining the starting position with great precision. (b) Serve as a stopping point for loading or unloading products or people, during operations in autonomous mode.

[036] 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 (330). Cada estação pode conter uma ou mais marcações de parada (104) 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 (105) 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).[036] Depending on the operating needs of the autonomous transport system (100), some stations may operate only on one side of the road (300) and others may operate on both sides (330). Each station may contain one or more stop markings (104) which may be, for example, any type of marking printed on the ground that delimits the space occupied by the vehicle when it is parked there. Also at each station there may be one or more initial location marks (105) which may be, for example, an appropriate graphic pattern on a sign or even on the ground that is within the line of sight of the vehicle's initial location sensor (203). ).

[037] 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 árvores, 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 consequentemente 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 de 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.[037] The virtual track tracking sensor (204) that equips the vehicle can be, for example, a camera that uses the visual information available along the road, such as signs, marks on the ground or trees, to constantly calculate its position relative to the virtual track (101) depicted on a map. In another example of assembly, the vehicle can be equipped with more than one tracking sensor, for example, two cameras or a camera and a LASER scanning sensor in order to further improve the location accuracy and consequently the ability to follow. the tracks. The vehicle may also have one or more obstacle sensors (205), such as cameras and/or LASER scanning sensors to detect obstacles and other vehicles in the surroundings. In another assembly example, the initial location sensor (203), the track tracking sensor (204) and the obstacle sensor (205) can be one with multiple functions. The global location sensor (202) allows the vehicle to identify which station it is at, but may not be accurate enough to determine the vehicle's position relative to virtual tracks on the order of a few centimeters. In these cases it is necessary to use additional sensors.

[038] 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 definida, por exemplo, na missão de transporte que o veículo está executando. O trilho virtual deve ser detectado pelo sensor de trilho virtual (204) para que o veículo autônomo (102) possa segui-lo.[038] The main function of the virtual rail is to guide the autonomous vehicle on the routes between stations. It defines the exact path the vehicle can take when operating in autonomous mode and should preferably be located in the center of the road. In the case of multilane highways, there may be one track for each lane. When there is a road fork situation, the virtual track can split in two, where each track 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 that the vehicle is performing. The virtual track must be detected by the virtual track sensor (204) so that the autonomous vehicle (102) can follow it.

[039] 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 a um trilho 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 virtual. Em outro exemplo de missão o veículo pode percorrer uma sequência determinada de estações, parar em cada estação e aguardar permissão para continuar, que pode ser dada por um operador humano ou automático. 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.[039] An autonomous transport operation can begin when a driver drives the vehicle to a station (103), parks at a stop point indicated by a stop mark (104) and selects through the user interface (206) which vehicle connects to a virtual rail (101). Once this procedure has been successful, the vehicle is enabled to operate in autonomous mode and waits for the user's permission to start executing an autonomous transport mission. An autonomous transport mission might be, for example, to depart from one station and drive with controlled speed to another station. Arriving at the destination, the vehicle can, for example, remain stationary waiting for a new mission or be removed from the system, disconnecting from the virtual railroad. In another example of a mission, the vehicle can travel through a certain sequence of stations, stop at each station and wait for permission to continue, which can be given by a human or automatic operator. Programming a mission can be done on any computer, including the vehicle itself. In case an external computer is used, the programmed missions must be copied to the memory of the central computer system (201) in order for it to execute the mission.

[040] 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) para 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 está. 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.[040] To connect to the tracks, the vehicle can use the global location sensor (202) to identify which station it is at, and then use the initial location sensor (203) to accurately determine its position and orientation within the track. station and therefore in relation to the virtual tracks (101). In an example assembly, the global location sensor (202) measures the global position of the vehicle and uses this information in the vehicle's central computing system (201) database to find out which station it is at. As the distances between stations are large compared to the error of the global location sensor, normally a few meters, there is no risk of getting wrong which station you are at. In an example assembly, the home location sensor (203) may be a camera that "sees" the station's home location mark (105) and uses this information to accurately calculate the vehicle's position and orientation. To correctly connect to the virtual rails (101) the initial position accuracy (x,y) must be within a few centimeters and the orientation accuracy (θ) on the order of tenths of a degree. Normally, using only the global location sensor and compass, this level of accuracy cannot be achieved.

[041] Exemplos de montagens das estações: 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 (300), que possui uma marca de parada (104) para o veículo estacionar e uma marca de localização inicial (105) 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 múltiplos veículos simultaneamente (três veículos no caso da ilustração, mas o número pode variar). Por último, a Figura 3C mostra uma estação (330) que opera nos dois lados da rodovia, possui duas marcas de parada (104) e duas marcas de localização inicial (105). Outros exemplos de montagem de uma estação podem ser obtidos combinando as características das estações (300), (320) e (330).[041] Examples of station assemblies: Figures 3A, 3B and 3C show examples of stations that can be used in the autonomous transport system. Figure 3A shows a station assembly that operates only on one side of the highway (300), which has a stop mark (104) for the vehicle to park and a start location mark (105) for the vehicle to accurately calculate its position on. relative to the virtual tracks (101). Figure 3B shows an example of a station (320) that can operate with multiple vehicles simultaneously (three vehicles in the case of the illustration, but the number can vary). Finally, Figure 3C shows a station (330) that operates on both sides of the highway, has two stop marks (104) and two start location marks (105). Other examples of mounting a station can be obtained by combining the characteristics of stations (300), (320) and (330).

[042] A marca de parada (104) 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 (402), 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 (104), seu sensor de localização inicial (203) deve ter uma boa linha de visão da marca de localização inicial (105) para poder fazer com precisão a medição de localização inicial.[042] The stop mark (104) can be any graphic object that serves to indicate the place within the station where the vehicle must stop. Figure 4A shows an example of a stop mark that can be used to operate vehicles of different lengths such as automobiles and trucks. The dotted bands (401) are for side alignment and the solid band (402) is 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 starting the precise location procedure that precedes a transport mission. Another use of the stop mark is to indicate to a person, who is waiting at the station, the arrival of an autonomous vehicle, the exact place where the vehicle will park. The position of the stop mark must be such that it respects the minimum lateral distance from the road and, therefore, does not disturb or represent a risk to other vehicles (defined by traffic regulations). When the autonomous vehicle is parked over the stop mark (104), its home location sensor (203) must have a good line of sight to the home location mark (105) in order to accurately make the home location measurement.

[043] A marca de localização inicial (105) 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 vertical (420), formada por retângulos dispostos de modo a criar regiões com alto contraste, considerando-se que o sensor de localização inicial (203) do veículo seja 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 (502) como marca de localização inicial (105). Nos exemplos de estações com múltiplos pontos de parada (320) e (330), cada marca de localização inicial deve ser diferente da outra para permitir que o veículo identifique em qual parada está. Por exemplo, pode- se usar as marcas (421) e (422). Em outro exemplo de montagem, pode-se usar marcas de localização inicial pintadas com cores diferentes para permitir sua diferenciação pelo veículo.[043] The initial location mark (105) can be, for example, a pole, a sign, a rectangle painted on a wall or even on the floor so that it can be easily detected by the initial location sensor (203) mounted in the vehicle. Figures 4C and 4D show two examples of mounting initial location marks (421) and (422) printed on a vertical signboard (420), formed by rectangles arranged to create regions with high contrast, considering that the vehicle's initial location sensor (203) is a camera. In another example, the vehicle may have a LASER scanning sensor as the initial location sensor (203) and use a set of raised markers or even trees (502) as the initial location marker (105). In the examples of stations with multiple stopping points (320) and (330), each starting location mark must be different from the other to allow the vehicle to identify which stop it is at. For example, you can use tags (421) and (422). In another assembly example, you can use initial location marks painted in different colors to allow differentiation by vehicle.

[044] Exemplos de métodos de guiagem por trilhos virtuais: 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.[044] Examples of virtual rail guidance methods: Like a real rail, the virtual rail has the function of keeping the vehicle centered with the transport path. 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 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 transport lane. For example, a vehicle-mounted sensor can be used to measure this deviation and the central computing system will automatically command the steering wheel to bring the vehicle back to the center of the virtual track.

[045] 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 de sinalização vertical (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 (204), como por exemplo, uma árvore (502) à 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, consequentemente, 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, 10 cm de erro lateral e 2 m de erro longitudinal, dependendo da velocidade de operação e do raio de curvatura das curvas.[045] The assembly example in Figure 5 presents a virtual rail assembly technique that does not require the installation of any special markers along the road. Instead, this technique takes advantage of the available road sign information, such as horizontal lanes (503) or signposts (501), to locate the vehicle on a virtual track map, with a certain degree of uncertainty. Any fixed object that is detectable by the track tracking sensor (204), such as a tree (502) on the side of the road, can be considered a location object and used in the vehicle location process. The more location objects there are along the road, the lower the uncertainty of vehicle location and, consequently, the higher the reliability of autonomous driving. In order for the vehicle to be able to drive itself safely throughout the mapped section, the location uncertainty must never be above threshold values, such as 10 cm lateral error and 2 m longitudinal error, depending on the speed of travel. operation and the radius of curvature of the curves.

[046] 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 virtuais (101), 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 (207), tais como encoders, giroscópios 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 seguimento de trilho virtual (204) detecta os objetos de localização (501), (502), (503) presentes na estrada e os registra no mapa de acordo com a posição atual do veículo. O conjunto de objetos detectados, quando combinado com as medições de outros sensores, permite a construção do trilho virtual. 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.[046] The virtual track map is stored in the computer's memory (506), and can describe important features of the road such as its lateral limits (505), allowed speed for each section, position of virtual tracks (101), position of stations and the position of location objects. The virtual track map can be produced by any autonomous 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 (207), such as encoders, gyroscopes and accelerometers, can be merged with information from the global location sensor (511) to construct the path the vehicle has traveled. Simultaneously, the virtual track tracking sensor (204) detects the location objects (501), (502), (503) present on the road and records them on the map according to the current position of the vehicle. The set of detected objects, when combined with measurements from other sensors, allows the construction of the virtual track. The speed at which the vehicle was driven at each point on the road can also be recorded to later serve as a reference speed in autonomous operation on a transport mission.

[047] 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 seguimento de trilhos virtuais (204), detecta a marca de localização inicial (105). Este procedimento pode ser, por exemplo, igual ao procedimento “conexão aos trilhos” descrito no parágrafo [056], 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.[047] For example, a mapping operation starts with the procedure of precise initial location of the vehicle, done inside a station, when the initial location sensor (510), which depending on the assembly can be the same sensor of tracking of virtual tracks (204), detects the start location mark (105). This procedure can be, for example, the same as the “connect to rails” procedure described in paragraph [056], and ensures that the new virtual rail segment starts at a known point of a station (stopping point) and is thus precisely concatenated to the virtual trail that arrives at that same point. Following this methodology, a map of a complete virtual railroad, with tracks and stations, can be constructed by concatenating virtual tracks mapped one by one.

[048] 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.[048] The path that the vehicle travels during the mapping can be considered directly as the virtual trail within the map, as it represents a free path, centered on the highway and that if it is reproduced correctly in an autonomous way, it will be able to drive the vehicle. from one station to another safely. If during the mapping trip there was any sudden maneuver, for example, to avoid an unexpected obstacle, the virtual track can be corrected later in a specific program, where adjustments can be made to remove yaws, smooth the trajectory, add of lateral displacements, modification of reference speeds for each section, and indication of the existence of parallel lateral lanes and shoulder.

[049] 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 posição e orientação 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 consequentemente 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 autodirigir. 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 reduzir a velocidade, parar no acostamento, ligar o pisca alerta e enviar uma mensagem de texto ao destino solicitando o resgate manual, por exemplo.[049] The autonomous driving of the vehicle along a path between two stations is done by following a virtual track described in a virtual track map. Normally, this process requires the vehicle to be able to determine its location on the map with a high level of reliability and thus calculate, for example, the lateral deviation in relation to the track. In an assembly example, a probabilistic location technique based on particle filter, can use the information received from the vehicle's track tracking sensor to calculate the probability distribution function of the vehicle's position and orientation on the map at each instant. Still in this example, the location program can use the probability distribution function to calculate the degree of reliability of the location and, for example, decide whether the vehicle is able to continue operating in autonomous mode or not. For example, if, due to rain, visibility conditions deteriorate and consequently the reading of the track following sensor is impaired, it may occur that the reliability level of the location falls below a safety limit and, therefore, the vehicle does not be better able to self-direct. In this case, the steering can be taken over by a reserve human driver, if any, or the vehicle itself performs an automatic safety stop maneuver, such as reducing speed, stopping on the shoulder, turning on the hazard lights and sending a warning message. text to the destination requesting manual redemption, for example.

[050] 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 (201) pode usar esta informação para calcular o ângulo de posicionamento do volante necessário para corrigir este desvio, e enviar um comando à unidade de acionamento do volante (507).[050] Once the vehicle knows its position on the map with high reliability and the map contains the information of the position of each point of the virtual track (which must also have been mapped with high reliability) the vehicle is then in perfect condition to operate in standalone mode. When calculating the vehicle's lateral deviation from the track, the central computing system (201) can use this information to calculate the steering wheel positioning angle needed to correct this deviation, and send a command to the steering wheel drive unit (507). ).

[051] As Figuras 6A e 6B mostram um exemplo de montagem de um sistema de trilhos virtuais baseado em marcadores magnéticos (603) instalados sob o pavimento da rodovia. O sensor de campo magnético (602) capta o campo magnético gerado pelos ímãs (603) e transmite para o sistema de computação central (201) calcular o desvio em relação a linha do trilho virtual (101). Quando houver um desvio, o computador de direção pode calcular, por exemplo, o ângulo de giro do volante necessário para trazer de volta o veículo para o centro dos trilhos virtuais. Esta informação pode ser transmitida a uma unidade de acionamento do volante (507), 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 (602) 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 6C e 6D mostram outro exemplo de montagem de trilhos virtuais que usa uma faixa pintada no piso como elemento guia (613). Um sensor óptico (612), como uma câmera, captura a imagem da estrada e um computador (201), 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 (507), por exemplo, um servo-motor, que aplica a força necessária para girar o volante até a posição comandada.[051] Figures 6A and 6B show an example of mounting a virtual rail system based on magnetic markers (603) installed under the road pavement. The magnetic field sensor (602) captures the magnetic field generated by the magnets (603) and transmits to the central computing system (201) to calculate the deviation from the virtual track line (101). When there is a deviation, the driving computer can calculate, for example, the steering wheel turning angle needed to bring the vehicle back to the center of the virtual tracks. This information can be transmitted to a flywheel drive unit (507), for example a servo motor, which applies the force necessary to turn the flywheel to the position commanded by the computer. For magnetic field detection, for example, a set of hall effect sensors or coils can be used. Each individual sensor (602) can be mounted side by side so that the sensor that passes exactly over a magnet generates the strongest signal, thus indicating the vehicle's lateral deviation. Figures 6C and 6D show another example of virtual rail assembly that uses a strip painted on the floor as a guide element (613). An optical sensor (612), such as a camera, captures the image of the road and a computer (201), running a computer vision program, calculates the vehicle's lateral deviation from the lane. Additionally, the same computer can also calculate the steering wheel turning angle needed to bring the vehicle back to the center of the tracks and send this information to the steering wheel drive unit (507), e.g. a servo motor, which applies the force required to turn the handwheel to the commanded position.

[052] Tanto o guiamento magnético quanto o guiamento por faixa pintada têm 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.[052] Both magnetic guidance and painted strip guidance have the disadvantage of requiring the virtual rail to be constructed by installing the signaling devices (magnets or special painted strips) along the highways, which is an expensive and costly job. brings the inconvenience of interdictions during installation. Another disadvantage is the permanent need to maintain this signal, which increases the operating cost of 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.

[053] Exemplo de sensores de detecção de obstáculos: 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 voltados para trás (702), que podem ser duas câmeras, têm a função de cobrir as laterais traseiras 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 sair de uma estação para entrar na rodovia. Os 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 (205) é responsável em cobrir a região frontal do veículo (710) e detectar, por exemplo, a distância do veículo à 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 ou de um radar de micro-ondas.[053] Example of obstacle detection sensors: Figure 7 presents an example of an arrangement of obstacle sensors formed by three cameras and two simple LASER scanning sensors. The two rear-facing sensors (702), which can be two cameras, have the function of covering the rear sides of the vehicle (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 scanning sensors (703), for example LIDAR, are responsible for covering the front part of the sides (712), useful to detect, for example, people or animals that are approaching the front of the vehicle from the sides and with This avoids possible collisions. Depending on the need, a larger number of LASER scanning sensors on the sides (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 (205) is responsible for covering the frontal region of the vehicle (710) and detecting, for example, the distance of the vehicle ahead, or if there is any obstacle or impediment in the middle of the lane. In another assembly example, the coverage of the frontal region (710) can also be done with the help of a LASER scanning sensor or a microwave radar.

[054] 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 (201), que é 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.[054] 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 (201), which is responsible for controlling the autonomous transport mission. In another assembly example, a single computer with high processing power can manage mission control, obstacle detection and track tracking tasks.

[055] 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 à 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. 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 à 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.[055] When an obstacle is detected by the obstacle sensor system, the program module responsible for obstacle detection classifies the obstacle according to type (eg car, pedestrian), calculates its location and speed. This information is transmitted to the autonomous mission control module, which is driving the vehicle, so that the correct reaction is 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 vehicle's current speed information, to calculate the risk of a possible hit-and-run. If the risk is low, the vehicle simply continues along the virtual track. If the risk is high, the vehicle may react by executing a diversion or stopping manoeuvre. Another example of reaction to an obstacle is the case of the frontal sector sensor (710) detecting a vehicle driving in front of it at a speed lower than the programmed speed in the transport mission. An example of a reaction might be to reduce speed in order to keep the autonomous vehicle behind the other vehicle at a constant safety distance. Another possible reaction may be the overtaking maneuver, where permission to change lanes is made by detecting no vehicle approaching from the rear side in the field of vision of the sector (711), for example.

[056] Exemplo de operação de transporte e missão de transporte autônomo: Um exemplo de operação de transporte autônomo está apresentado na Figura 8. 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.[056] Example of transport operation and autonomous transport mission: An example of autonomous transport operation is presented in Figure 8. In this example, the operation starts with the driver loading the mission file (801), which defines, for example, , which route the vehicle will take, at which stations it will stop and what is the cruising speed for each leg of the trip. Then the vehicle waits for the command to start executing 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 (“connected to the railroad”), the vehicle then starts executing the transport mission (803). If the vehicle is not yet connected, it executes the connection procedure (804) and then proceeds with the mission. In case the vehicle fails during the connection procedure, the mission cannot be executed and the vehicle can signal to the driver this fault condition (805) and/or can send a message to a monitoring center.

[057] A Figura 9 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.[057] Figure 9 shows an example procedure that can be used to connect the vehicle to the virtual railroad. The procedure begins with the driver driving the vehicle to a station and parking within the region indicated by the stop mark (104). Then the driver gives the command “connect to the rails”, which can be done, for example, through the user interface (206). In response to this command, the vehicle's computer uses the global location information provided by the global location sensor to calculate which station it is at (903). Continuing this process, the vehicle uses the home location sensor to detect the home location mark (105) and accurately calculate its home position (904). If there is no failure 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.

[058] A Figura 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 nos parágrafos [050] a [055]. 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.[058] Figure 10A shows an example of a simple autonomous transport mission where the vehicle must transport a load from one station to another. In this example, the vehicle starts the mission from station #6, following the virtual tracks until it enters branch #4 (1001). Before starting to move, the vehicle can use the Front Obstacle Sensor (710) to verify that there is no obstacle ahead, and before entering the highway (accessing branch #4), use the Sector Obstacle Sensor (711) to verify that there is no other vehicle approaching. After entering the highway, the vehicle follows the virtual tracks at 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 paragraphs [050] to [055]. Finally, when approaching the destination station, the vehicle signals with the arrow lights that it will leave the lane, reduces speed to the appropriate value for the manoeuvre, enters the station and comes to a gentle stop at the stop mark (1003). After stopping, the vehicle signals that the mission is complete 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), makes a stop for loading and unloading at station #5 (1013), waits for the command to proceed (1014), returns to the branch (1016) and drives to station #4 (1017) where it parks (1018) and signals the end of the mission (1019). In another example, a mission can 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 vehicle's driver himself, who acts as a sort of machinist supervising the journey, but it may also be given, for example , by a worker at the station who loads/unloads the vehicle.

Claims

1. An AUTONOMOUS ROAD TRANSPORT SYSTEM BY VIRTUAL RAILWAYS comprising an automatic control module (201) that gives vehicles (102) the ability to autonomously travel, comprising a path defined by means of virtual tracks (101), based on a technique of mapping and location to calculate the vehicle's position in relation to the network of virtual trails (101) characterized by making use of visual information obtained from location markers landmarks, standard road sign objects, such as lanes (503) and plates (501); a network of virtual tracks (101) responsible for defining the paths that interconnect the stations (103); and at least two stations (103) that serve as stopping points for autonomous vehicles (102) to carry out operations of loading or unloading goods or loading and unloading people.

2. THE AUTONOMOUS TRANSPORT SYSTEM, according to claim 1, characterized by the location markers being detected by cameras.

3. THE AUTONOMOUS TRANSPORT SYSTEM, according to claim 1, characterized in that the position of the vehicle (102) in relation to the tracks (101) is obtained from the comparison of a section of the virtual track already traveled by the vehicle with the complete map of the virtual tracks (101) stored in memory, where such comparison provides the longitudinal error and lateral error of the vehicle on the track, allowing to automatically command the steering wheel, brake and accelerator so that the vehicle (102) remains in the center of the road. track.

4. THE AUTONOMOUS TRANSPORT SYSTEM according to claim 1, characterized in that the automatic control module uses an obstacle detection technique to avoid the collision of vehicles against obstacles, from sensory information obtained from sensors such as cameras, LASER or LIDAR.

5. THE AUTONOMOUS TRANSPORT SYSTEM, according to claim 1, characterized in that the network of virtual rails determines the center of the highways through which vehicles must pass, through the use of the vehicle's lateral position, obtained in the location process , in relation to the mapped tracks.

6. THE AUTONOMOUS TRANSPORT SYSTEM according to claim 1, characterized in that the network of virtual rails determines the correct speed of displacement of the autonomous vehicle in each section, considering the presence or not of obstacles, of other vehicles ahead and the speed profiles defined for each leg of the trip when creating the map.

7. THE AUTONOMOUS TRANSPORT SYSTEM, according to claim 1, characterized by the fact that the stations have at least one mark that delimits the exact place that the autonomous vehicle must stop.