DE102004007850A1 - Verfahren und Einrichtung zur automatischen Haltestellenanfahrt und/oder Haltestellenausfahrt für ein Fahrzeug - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zur automatischen Haltestellenanfahrt und/oder Haltestellenausfahrt für ein Fahrzeug Download PDF

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Abstract

Bei einem Verfahren und einer Einrichtung zur automatischen Haltestellenanfahrt und/oder Haltestellenausfahrt für ein Fahrzeug wird mit Hilfe einer Lageerkennungseinrichtung die aktuelle Position des Fahrzeugs (1) in Bezug auf die Haltestelle (2) ermittelt und in Abhängigkeit der Relativposition des Fahrzeugs (1) zur Haltestelle (2) die Fahrzeug-Sollgrößen (7) zum Erreichen der Haltestelle (2) bestimmt und Stelleinheiten im Fahrzeug (1) in der Weise betätigt, dass die zugeordneten Fahrzeug-Istgrößen den Fahrzeug-Sollgrößen folgen. Die Haltestelle (2) wird anhand charakteristischer Merkmale identifiziert. Der Haltestelle (2) zugeordnete, in einer Datenbank hinterlegte Referenzdaten werden bei der Ermittlung der Fahrzeug-Sollgrößen (Soll-Trajektorien) (7) berücksichtigt.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur automatischen Haltestellenanfahrt bzw. Haltestellenausfahrt für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 23.
  • In der Druckschrift WO 99/14096 A1 wird ein Verfahren zur automatischen Haltestellenanfahrt beschrieben, gemäß dem mit Hilfe von im Fahrzeug mitgeführten Erkennungseinrichtungen Straßenmarkierungen im Bereich der Haltestelleneinfahrt erkannt und in einem fahrzeugeigenen Rechnersystem ausgewertet werden. Aus den gewonnenen Informationen wird eine Trajektorie für die Haltestellenanfahrt bestimmt, die der Ermittlung eines Lenkmoments zugrunde gelegt wird, welches auf das Lenksystem zur Ausführung eines selbsttätigen Lenkeinschlags aufgebracht wird. Als Regelgröße wird bei diesem Verfahren die Abweichung zwischen der berechneten Trajektorie und der tatsächlichen Ist-Position des Fahrzeugs herangezogen. Als Erkennungseinrichtung wird eine im Fahrzeug mitgeführte Kamera eingesetzt.
  • Problematisch ist bei derartigen Verfahren, dass insbesondere bei anzusteuernden Haltebuchten, die gegenüber dem Straßenverlauf seitlich zurückgesetzt sind, die jeweiligen Abmessungen der Haltebucht individuell sich sehr unterscheiden können. Zum optimalen und damit positionsgenauen Anfahren der Haltebucht ist daher eine genaue Kenntnis der Haltebuchtgeo metrie erforderlich. Herkömmliche Verfahren ohne genaue Kenntnis der Haltestellengeometrie können unter Umständen fehlerhafte Daten liefern, welche zu einer nicht-optimalen Berechnung von Fahrzeug-Sollgrößen (z.B. Soll-Trajektorien) führen können. In diesen Fällen ist ein vollständig automatisches bzw. optimales und positionsgenaues Anfahren nicht möglich, der Fahrer muss unter Umständen korrigierend eingreifen.
  • In der Druckschrift DE 100 36 042 A1 wird ein System zur Umgebungserfassung beschrieben, bei dem zur Ermittlung der Lage eines Fahrzeugs in Bezug auf die Fahrspur zunächst eine Grobinformation aus einem Navigationssystem, gekoppelt mit einer digitalen Straßenkarte, gewonnen wird. Der aus dem Navigationssystem ermittelte Wert wird mit einem weiteren Wert kombiniert, der von einem entfernungsauflösenden Sensor geliefert wird, welcher im Fahrzeug mitgeführt wird. Mit Hilfe dieses Sensors ist es möglich, die Entfernung zwischen dem Fahrzeug und dem Straßenrand zu bestimmen. Auch dieses System setzt jedoch ein sicheres und genaues Erkennen der Geometrie von anzusteuernden Haltebuchten voraus.
  • Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, die Anfahrt in und/oder die Ausfahrt aus einer Haltestelle mit einem Fahrzeug bei automatischer Betriebsweise positionsgenau und sicher durchzuführen.
  • Dieses Problem wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und bei einer Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 23 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst bei Annäherung an die Haltestelle diese anhand charakteristischer Merkmale identifiziert.
  • Bei der Bestimmung der Fahrzeug-Sollgrößen werden der Haltestelle zugeordnete Referenzdaten und die Fahrzeugdynamik berücksichtigt, um eine optimale und damit positionsgenaue Anfahrt zu erreichen. Die Referenzdaten bzw. das Modellwissen über die automatisch anzufahrende Haltestelle kann z.B. in Form geometrischer Referenzdaten, topologischer Referenzdaten etc., vorliegen. Es versteht sich, dass dies für alle Haltestellen gelten kann, die automatisch angefahren werden sollen.
  • Die Fahrzeug-Sollgrößen können von einer oder mehreren Soll-Trajektorien gebildet werden, z.B.:
    • – eine Soll-Bahntrajektorie gibt den vom Fahrzeug zu fahrenden Sollkurs vor,
    • – eine Soll-Geschwindigkeitstrajektorie gibt die Solllängsgeschwindigkeit und/oder die Soll-Quergeschwindigkeit vor,
    • – eine Soll-Beschleunigungstrajektorie gibt die Solllängsbeschleunigung und/oder die Sollquerbeschleunigung vor und
    • – eine Soll-Beschleunigungsratentrajektorie die Sollbeschleunigungsrate, d.h. den Sollwert für die zeitliche Ableitung der Soll-Beschleunigungstrajektorie vor.
  • Die zeitliche Ableitung der Längs- und/oder Querbeschleunigung entspricht dem "Ruck", der für die Fahrzeuginsassen des Fahrzeugs bei einer Beschleunigungsänderung spürbar ist.
  • Mit Hilfe dieses Verfahrens ist es möglich, Haltestellen und Fahrzeug spezifische Größen und Anfangsbedingungen bei der Haltestellenanfahrt für die Planung bzw. Berechnung der Fahrzeug-Sollgrößen (Soll-Trajektorien) zu berücksichtigen, beispielsweise die geometrischen Abmessungen der Haltestelle, die zu erreichende Stoppposition innerhalb der Haltestelle, ein eventuell vorhandenes Wartehäuschen, Fahrzeug dynamische Eigenschaften etc.. Entsprechend dieser Größen und Anfangsbedingungen können die Soll-Trajektorien unter Berücksichtigung von Sicherheits- und Komfortgesichtspunkten ermittelt werden.
  • Beim automatischen Nachfahren der ermittelten Fahrzeug-Sollgrößen werden entsprechende Stellsignale an Stelleinheiten im Fahrzeug zur Einstellung der zugeordneten Fahrzeug-Istgrößen erzeugt. Bei den Stelleinheiten im Fahrzeug handelt es sich insbesondere um eine Lenkwinkelstelleinheit zur Betätigung und Einstellung des Lenkwinkels und/oder der Lenkwinkelgeschwindigkeit, um eine Antriebsstrangstelleinheit zur Beeinflussung des Motors und/oder des Getriebes und/oder der Kupplung des Fahrzeugs sowie um eine Bremsanlagenstelleinheit zur Betätigung der Fahrzeugbremse, wobei in letzterem Fall sowohl eine Radbremse als auch eine Dauerbremse, beispielsweise eine Motorbremse oder ein Retarder, in Betracht kommt. Über die Stelleinheiten kann sowohl die Längsdynamik als auch die Querdynamik des Fahrzeugs beeinflusst werden.
  • Die Identifizierung der jeweiligen Haltestelle erfolgt anhand der Haltestelle zugeordneter, charakteristischer Merkmale, beispielsweise der geographischen Absolutposition der Haltestelle und/oder von Bildmerkmalen der Haltestelle, wie zum Beispiel ein Wartehäuschen, ein Haltestellenschild oder eine Haltestellenbezeichnung bzw. -nummer. Bildmerkmale können mit Hilfe eines optischen Erkennungssystems, welches im Fahrzeug mitgeführt wird, selbsttätig identifiziert werden. Eine Identifizierung über die Absolutposition ist mit Hilfe eines im Fahrzeug mitgeführten Systems zur Bestimmung der absoluten Position, beispielsweise eines GPS (Global Positioning System) und dem Vergleich mit einer digitalen Straßenkarte, in welcher die GPS-Koordinaten aller relevanten Haltestellen verzeichnet sind, ebenfalls automatisch durchzuführen. Eine weitere Möglichkeit der Identifizierung besteht mit Hilfe der Wegmessung und der in der Datenbank gespeicherten Distanz zwischen den Haltestellen.
  • Nach der erfolgreichen Identifizierung der Haltestelle kann über eine entweder im Fahrzeug mitgeführte Datenbank oder über eine externe Datenbank auf die Referenzdaten der identifizierten Haltestelle, zurückgegriffen und die optimalen Fahrzeug-Sollgrößen unter Berücksichtigung der Referenzdaten bestimmt werden.
  • Die Bestimmung bzw. Planung der Soll-Trajektorien kann zu Beginn der Haltestellenanfahrt entweder mittels einer Berechnung erfolgen oder es können aus einer Datenbank Soll-Trajektorien aus vorab berechneten Trajektorienscharen ausgewählt werden. Die Auswahl aus den vorgegebenen Trajektorienscharen erfolgt in Abhängigkeit von den vorliegenden Anfangsbedingungen bei der Haltestellenanfahrt wie Relativposition des Fahrzeugs zur anzufahrenden Haltestelle, Fahrdynamikzustand, Gierwinkel zwischen Längsachse des Fahrzeugs relativ zur Längsausrichtung der Haltestelle, etc.)
  • Es ist möglich die Fahrzeug-Sollgrößen empirisch zu ermitteln. Dabei kann die Ermittlung durch ein- oder mehrmaliges manuelles Anfahren der Haltestelle und Abspeichern der entsprechenden Fahrzeug-Istgrößen erfolgen. Diese abgespeicherten Fahrzeug-Istgrößen können dann für nachfolgende Haltestellenanfahrten jeweils derselben Haltestelle als Fahrzeug-Sollgrößen verwendet werden.
  • Im Falle einer externen Datenbank werden die Referenzdaten drahtlos an eine Einrichtung im Fahrzeug zur automatischen Haltestellenanfahrt übermittelt.
  • Die Lageerkennungseinrichtung zur Bestimmung der Relativposition des Fahrzeuges zur Haltestelle kann zweckmäßig mit einem oder mehreren Kamerasystemen realisiert werden, die im/am Fahrzeug angebracht sind. Über diese Kamerasysteme kann der laterale und/oder der longitudinale Abstand des Fahrzeugs relativ zur Haltestelle und/oder der Gierwinkel der Längsachse des Fahrzeugs relativ zur Längsachse bzw. Längsrichtung der Haltestelle während der gesamten Haltestellenanfahrt bestimmt werden. Dabei ist es möglich, dass dem Fahrer die aufgenommenen Kamerabilder zumindest teilweise angezeigt werden, so dass er einen größeren Bereich der Fahrzeugumgebung überwa chen kann, was insbesondere für Busse zur Überwachung der vorderen und hinteren Einstiege vorteilhaft ist.
  • Dabei kann zumindest eines der Kamerasysteme als optisches Erkennungssystem zur optischen Identifizierung der Haltestelle verwendet werden.
  • Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist zumindest einem der Kamerasysteme ein Lichtmusterstrahler zugeordnet, der ein oder mehrere Lichtmuster – beispielsweise Lichtstreifen – auf einen vom zugeordneten Kamerasystem erfassten Bereich der Haltestelle projizieren kann. Dieses Lichtmuster kann vom betreffenden Kamerasystem erfasst, aufgenommen und in einer Auswerteeinrichtung ausgewertet werden. Durch dieses Lichtmuster kann die Bildverarbeitungsleistung verbessert werden. Die Projektion des Lichtmusters erfolgt in der Regel auf eine nichtebene Oberfläche, z.B. auf den Bordstein, der einen Höhenversatz aufweist. Das Lichtmuster weist einen entsprechenden Versatz im Musterverlauf auf, der aufgenommen wird und eine genauere Abstandsermittlung durch die Bildverarbeitung zur Projektionsfläche, z.B. Bordstein, ermöglicht. Hierfür können auch andere Sensoren wie Laser-Scanner etc. verwendet werden.
  • Zur Erhöhung des Komforts für die Fahrzeuginsassen kann bei der Ermittlung der Fahrzeug-Sollgrößen als Zusatzbedingung berücksichtigt werden, dass die Summe aus Längs- und Querbeschleunigung des Fahrzeugs einen vorgegebenen Grenzwert nicht übersteigen darf. In gleicher Weise kann auch ein Längs- und Querbeschleunigungsrate, die aus den zeitlichen Ableitungen der entsprechenden Beschleunigungen ermittelt werden kann, in der Summe auf einen Grenzwert limitiert werden.
  • Die vorbeschriebenen Verfahrensschritte beziehen sich auf die Anfahrt an eine Haltestelle, die von dem Fahrzeug angesteuert wird und in der das Fahrzeug zum Stillstand kommt. Sämtliche Verfahrensschritte und Verfahrensmerkmale können aber auch für das Ausfahren aus einer Haltestelle eingesetzt werden. Die vorbeschriebenen Beziehungen und Verhältnisse gelten für die Haltestellenausfahrt auch unabhängig von der Haltestellenanfahrt .
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist vorgesehen, dass die bei einer Haltestellenanfahrt oder einer Haltestellenausfahrt insbesondere rechnerisch und/oder empirisch ermittelten Fahrzeug-Sollgrößen z.B. in einer Datenbank abgespeichert und bei einer erneuten An- und Ausfahrt dieser Haltestelle wiederverwendet werden. Dadurch kann die Rechenleistung minimiert werden.
  • Es ist weiterhin möglich, die erfassten Fahrzeug-Istgrößen, z.B. Messwerte der umgebungserfassenden Fahrzeug-Sensorik, zu filtern, um die Genauigkeit der erfassten Fahrzeug-Istgrößen zu verbessern. Die Fahrzeug-Istgrößen können bei widrigen Witterungsbedingungen zu ungenau sein, was beispielsweise zu einer nicht ausreichend genauen Erkennbarkeit von Straßenrandmarkierungen und Bordsteinkanten führen kann. Durch eine Filterung, die die der Haltestelle zugeordneten Referenzdaten und/oder die momentane Fahrzeugdynamik charakterisierende Größen benutzt, können die erfassten Fahrzeug-Istwerte verbessert bzw. korrigiert werden.
  • Die erfindungsgemäße Einrichtung zur automatischen Haltestellenanfahrt umfasst eine Lageerkennungseinrichtung zur Ermittlung der aktuellen Relativposition des Fahrzeugs relativ zur Haltestelle, eine Trajektorienplanungseinrichtung zur Bestimmung der Fahrzeug-Sollgrößen -beispielsgemäß Soll-Trajektorien – in Abhängigkeit der Relativposition des Fahrzeugs relativ zur Haltestelle, eine Regelungseinrichtung, in der aus den Fahrzeug-Sollgrößen Stellsignale bestimmt werden, die Stelleinheiten im Fahrzeug zur Einstellung der zugeordneten Fahrzeug-Istgrößen zugeführt werden, sowie ein Erkennungssystem zur Identifizierung der Haltestellen und eine Datenbank, in der die Referenzdaten der Haltestelle abgespei chert ist. Diese Referenzdaten einer Haltestelle dienen zur Ermittlung der Fahrzeug-Sollgrößen durch die Trajektorienplanungseinrichtung.
  • Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Draufsicht auf ein mit einer Einrichtung zur automatischen Haltestellenanfahrt bzw. -ausfahrt ausgerüstetes Fahrzeug während der Annäherung an eine Haltestelle,
  • 2 ein als Gelenkbus ausgeführtes Fahrzeug in schematischer Draufsicht bei der Anfahrt in die Haltestelle, wobei der Gelenkbus mit mehreren Kamerasystemen ausgestattet ist,
  • 3 eine schematische Darstellung eines am Fahrzeug vorgesehenen Lichtmusterstrahlers, über den ein Lichtmuster erzeugbar ist, welches an einer Bordsteinkante gebrochen wird, wobei das gebrochene Lichtmuster von einem Kamerasystem erfasst wird.
  • Bei dem in 1 schematisch dargestellten Fahrzeug 1 handelt es sich beispielsgemäß um einen Gelenkbus mit einem vorderen Busteil und einem über ein Gelenk angekoppeltem hinteren Busteil. Das Fahrzeug 1 befindet sich in Anfahrt auf eine Haltestelle 2, in der das Fahrzeug 1 zum Stillstand kommen soll, und aus der das Fahrzeug 1 anschließend wieder herausfahren soll.
  • Um ein automatisches Anfahren und Ausfahren zu ermöglichen, ist das Fahrzeug 1 mit einer Einrichtung 3 zur automatischen Haltestellenanfahrt und -ausfahrt ausgestattet, die ein Erkennungssystem zur Identifizierung der Haltestelle 2 und einer Datenbank aufweist. In der Datenbank sind Referenzdaten der Haltestelle abgelegt, die die für die automatische An- und Abfahrt benötigten Parameter enthalten, wie z.B. die Geometrie der Haltestelle, die gewünschte Halteposition bzw. der gewünschte Stopppunkt des Fahrzeugs, etc.. Diese Referenzdaten sind sozusagen das Modellwissen der Haltestelle.
  • Weiter weist die Einrichtung 3 zur automatischen Haltestellenanfahrt und -ausfahrt eine Lageerkennungseinrichtung zur Ermittlung der aktuellen Position des Fahrzeugs 1 umfasst. In der Lageerkennungseinrichtung wird die Relativposition des Fahrzeugs 1 zur Haltestelle bestimmt. Die Relativposition umfasst bei dem hier erläuterten Ausführungsbeispiel drei Größen: den longitudinalen Ist-Abstand des Fahrzeugs 1 von der Haltestelle 2 in Längsrichtung 15 des Fahrzeugs gesehen, den lateralen Ist-Abstand des Fahrzeugs 1 von der Haltestelle 2 quer zur Längsrichtung 15 des Fahrzeugs gesehen, und den Ist-Gierwinkel α zwischen der Längsachse 15 des Fahrzeugs 1 und der Längsachse bzw. der Längsausrichtung 16 der Haltestelle 2. Durch diese drei Größen ist die Relativposition zwischen Fahrzeug 1 und Haltestelle 2 eindeutig beschrieben. Der Gierwinkel wird benötigt, um die Ausrichtung der Längsachse 15 relativ zur Längsachse 16 der Haltestelle 2 zu beschreiben. In seiner Ziel- oder Halteposition in der Haltestelle 2 soll das Fahrzeug 1 in der Regel möglichst tangential zur Haltestelle 2 ausgerichtet sein. Weiterhin wird der Ist-Gierwinkel α dazu verwendet, den mit Bezug zur Längsachse 15 des Fahrzeugs 1 gemessenen lateralen bzw. longitudinalen Ist-Abstand relativ zur Haltestelle umzurechnen in den jeweiligen lateralen bzw. longitudinalen Ist-Abstand mit Bezug zur Längsachse bzw. Längsausrichtung der Haltestelle. Mit anderen Worten werden die Ist-Abstände mit Bezug zu einem Fahrzeug festen Koordinatensystem gemessen und mit Hilfe des Ist Gierwinkels α in ein Haltestellen festes Koordinatensystem umgerechnet. Diese Haltestellen bezogenen Werte dienen dann zur Regelung des Fahrzeugs.
  • Bei dem hier in 1 und 2 dargestellten Gelenkbus wird die Längsachse 15 des Fahrzeugs 1 durch die Längsachse des vorderen, die lenkbaren Räder aufweisenden Busteils angegeben.
  • Darüber hinaus weist die Einrichtung 3 zur automatischen Haltestellenanfahrt und -ausfahrt eine Trajektorienplanungseinrichtung auf, die zur Bestimmung der Fahrzeug-Sollgrößen – hier: Soll-Trajektorien – dient, die die gewünschten An- und/oder Ausfahrgrößen in bzw. aus der Haltestelle definieren. Bei der hier beschriebenen Ausführungsform sind als Fahrzeug-Sollgrößen mehrere Soll-Trajektorien vorgesehen:
    • – eine Soll-Bahntrajektorie, die den vom Fahrzeug zu fahrende Sollkurs angibt,
    • – eine Soll-Geschwindigkeitstrajektorie die Solllängsgeschwindigkeit und/oder Sollquergeschwindigkeit angibt,
    • – eine Soll-Beschleunigungstrajektorie die Solllängsbeschleunigung und/oder Sollquerbeschleunigung angibt,
    • – eine Soll-Beschleunigungsratentrajektorie, die die Sollbeschleunigungsrate, d.h. die zeitliche Ableitung der Soll-Beschleunigungstrajektorie angibt und
    • – eine Soll-Gierwinkeltrajektorie, die den Soll-Gierwinkel zwischen der Längsachse 15 des Fahrzeugs 1 und der Längsachse 16 der Haltestelle 2 und/oder der Halteposition in der Haltestelle 2 angibt.
  • Die zeitliche Ableitung der Längs- und/oder Querbeschleunigung entspricht dem "Ruck", der für die Fahrzeuginsassen des Fahrzeugs bei einer Beschleunigungsänderung spürbar ist. Aus Komfortgründen für die Fahrzeuginsassen soll der Ruck vorgegebene Grenzwerte beim Abbremsen und/oder beim Beschleunigen nicht überschreiten. Diese Grenzwerte können z.B. empirisch ermittelt werden.
  • Es ist dabei möglich, die bei einer Haltestellenanfahrt oder Haltestellenausfahrt vorliegenden Fahrzeug-Istgrößen und/oder Fahrzeug-Sollgrößen zu ermitteln und abzuspeichern und bei einer erneuten An- oder Ausfahrt in bzw. aus derselben Haltestelle als Fahrzeug-Sollgrößen wiederzuverwenden.
  • Die Einrichtung 3 zur automatischen Haltestellenanfahrt und – ausfahrt enthält eine Regelungseinrichtung, in der aus den Fahrzeug-Sollgrößen Stellsignale bestimmt werden, die Steileinheiten im Fahrzeug zur Einstellung der zugeordneten Fahrzeug-Istgrößen zugeführt werden, um das Quer- und Längsdynamik des Fahrzeugs entsprechend der vorgegebenen Fahrzeug-Sollgrößen zu steuern oder zu regeln.
  • Zur Anfahrt auf die Haltestelle 2 wird zunächst die aktuelle geographische Absolutposition des Fahrzeugs 1 bestimmt. Die Lageerkennungseinrichtung ist hierfür mit einem GPS (Global Positioning System) sowie mit einer digitalen Straßenkarte ausgestattet, in der die Position der Haltestelle 2 eingetragen ist. Aus diesen Informationen kann der Relativabstand zwischen aktueller Fahrzeugposition und Haltestelle 2 ermittelt werden. Eine weitere Möglichkeit der Identifizierung besteht mit Hilfe der Wegmessung und der in der Datenbank gespeicherten Distanz zwischen bekannten Positionen des Fahrzeugs, z.B. den Haltepositionen in den Haltestellen.
  • Zusätzlich umfasst die Lageerkennungseinrichtung ein oder mehrere Kamerasysteme 8, über die die Haltestelle 2 alternativ oder zusätzlich optisch identifiziert werden kann. Hierfür werden charakteristische Bildmerkmale der Haltestelle 2 von den Kamerasystemen 8 erfasst und ausgewertet, beispielsweise ein Haltestellenschild, der Name der Haltestelle 2 oder eine entsprechende Nummer, ein Wartehäuschen oder dergleichen. Bei der optischen Erfassung der Haltestelle 2 mit den Kamerasystemen 8 werden redundante Bildmerkmale erfasst und ausgewertet, um die Haltestellenanfahrt sicher, präzise und robust zu machen. Dem Kamerasystem 8 oder den Kamerasystemen 8 und der nachgeschalteten Auswertung kommt als Hauptaufgabe die Erfassung der optischen Merkmale der Haltestelle 2 und ihre Auswertung zur Messung der Fahrzeug-Istgrößen wie aktuellem longitudinalem oder lateralem Abstand, Gierwinkel etc. zu. Wie 2 zu entnehmen ist, können in dem Fahrzeug 1 mehrere Kamerasysteme 8 angeordnet sein, die sowohl im vorderen Bereich als auch im hinteren Bereich des Gelenkbusses angeordnet sein können. Mit Hilfe der Kamerasysteme 8 können sowohl der longitudinale als auch der laterale Abstand des Fahrzeugs 1 zum Straßenrand bzw. zu bestimmten Punkten innerhalb der Haltestelle 2 erfasst und auch charakteristische, der jeweiligen Haltestelle 2 zugeordnete Merkmale zur Identifizierung der Haltestelle 2 aufgenommen werden. Über ein im vorderen Bereich des Fahrzeugs 1 angeordnetes Kamerasystem 8 kann beispielsweise eine Straßenrandmarkierung 9 erfasst werden. Als charakteristisches Merkmal, über das die Haltestelle 2 zu identifizieren ist, kann beispielsweise ein Haltestellenschild 10 in der Haltestelle 2 erkannt werden.
  • Wenigstens eines der Kamerasysteme 8 kann zusätzlich auch zur optischen Überwachung der unmittelbaren Fahrzeugumgebung verwendet werden. Beispielsweise kann dem Fahrer das von diesem wenigstens einem Kamerasystem 8 aufgenommene Bild zur Überwachung eines Einstiegsbereichs angezeigt werden.
  • Mit den gewonnenen Informationen kann die aktuelle Haltestelle 2 identifiziert werden, und es können die dieser Haltestelle 2 zugeordneten Referenzdaten ausgelesen werden, beispielsweise geometrische Abmessungen in Längs- und Querrichtung der Haltebucht der Haltestelle 2, Beginn 4 und Ende 5 der Haltestelle 2 sowie der Stopppunkt 6 innerhalb der Haltestelle 2, an dem das Fahrzeug 1 zum Stillstand kommen soll. Der Beginn 4 und das Ende 5 der Haltestelle 2 stellen Markierungen bzw. Kontrollpunkte dar, was ebenso für den Stopppunkt 6 gilt, deren Koordinaten aus der Datenbank ausgelesen und bei der Berechnung der Fahrezug-Sollgrößen berücksichtigt werden können.
  • In 1 ist beispielhaft für die Fahrzeug-Sollgrößen die Soll-Bahntrajektorie dargestellt. Entlang der Soll-Bahntrajektorie fährt das Fahrzeug 1 in die Haltebucht der Haltestelle 2 ein und verlässt diese wieder. Neben der Soll-Bahntrajektorie 7 werden auch die anderen Fahrzeug-Sollgrößen in der Trajektorienplanungseinrichtung im Fahrzeug 1 ermittelt. Das Fahrzeug wird entsprechend der Fahrzeug-Sollgrößen mittels der Regeleinrichtung und den betreffenden Stelleinheiten autonom bewegt.
  • Zur Ermittlung der geometrischen Referenzdaten einer Haltestelle und/oder der aktuellen Position des Fahrzeugs kann das in DE 199 21 437 A1 beschriebene Verfahren verwendet werden, deren Inhalt diesbezüglich ausdrücklich Bestandteil der vorliegenden Offenbarung sein soll. Dabei werden Messungen auf Basis von Weg- und/oder Geschwindigkeitssignalen, z.B. mittels optischer Sensoren und/oder mittels Lenkwinkel- und/oder Raddrehzahlsensoren und/oder Gyrosensoren und/oder GPS (Global Positioning System) durchgeführt und ausgewertet.
  • Zur verbesserten optischen Erkennung des Fahrbahn- bzw. Haltestellerandbereichs kann die Einrichtung zur automatischen Haltestellenanfahrt und -ausfahrt entsprechend 3 mit wenigstens einem Lichtmusterstrahler 11 ausgestattet sein, der einem Kamerasystem 8 zugeordnet ist und ein Lichtmuster 13, beispielsweise ein Streifenmuster, erzeugt und auf den Boden im Umgebungsbereich des Fahrzeugs 1 projiziert. Fällt das Lichtmuster 13 auf eine nicht-ebene Fläche, beispielsweise auf eine Bordsteinkante 12, wird das Lichtmuster 13 aufgrund des Höhenversatzes der Bordsteins 12 gebrochen, was von dem zugeordneten Kamerasystem 8 aufgenommen und erkannt werden kann, woraufhin der Abstand zur Bordsteinkante 12 mit größerer Sicherheit und Präzision ermittelt werden kann. Das Kamerasystem 8 erfasst den Bereich, welcher von dem Lichtmusterstrahler 11 angestrahlt wird. Die Brechung des Lichtmusters 13 an der Bordsteinkante 12 kann in der Einrichtung zur auto matischen Haltestellenanfahrt ausgewertet werden und weist unmittelbar auf den Verlauf der begrenzenden Bordsteinkante 12 hin. Mehreren Kamerasystemen 8 kann jeweils ein derartiger Lichtmusterstrahler zugeordnet sein.
  • Alternativ oder zusätzlich besteht auch die Möglichkeit die Relativposition des Fahrzeugs 1 zur Haltestelle 2 mit weiteren Sensoren, die auf anderen physikalischen Prinzipien basieren, zu ermitteln, wie z.B. mit Laser-Scannern etc..

Claims (23)

  1. Verfahren zur automatischen Haltestellenanfahrt und/oder Haltestellenausfahrt mit einem Fahrzeug, wobei mit Hilfe einer Lageerkennungseinrichtung die aktuelle Relativposition des Fahrzeugs (1) in Bezug auf die Haltestelle (2) ermittelt und in Abhängigkeit der Relativposition des Fahrzeugs (1) zur Haltestelle (2) die Fahrzeug-Sollgrößen (7) zum Erreichen der Haltestelle (2) bestimmt werden und Stelleinheiten im Fahrzeug (1) in der Weise betätigt werden, dass die zugeordneten Fahrzeug-Istgrößen den Fahrzeug-Sollgrößen folgen, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltestelle (2) anhand charakteristischer Merkmale identifiziert und der Haltestelle (2) zugeordnete, in einer Datenbank hinterlegte Referenzdaten bei der Ermittlung der Fahrzeug-Sollgrößen (7) berücksichtigt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugdynamik und Anfangsbedingungen bei der Ermittlung der Fahrzeug-Sollgrößen (7) berücksichtigt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltestelle (2) über ein optisches Erkennungssystem selbsttätig identifiziert wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltestelle (2) durch Bestimmung der Absolutposition des Fahrzeugs (1) und Vergleich der Absolutposition mit einer digitalen Straßenkarte, in welcher die GPS-Koordinaten aller relevanten Haltestellen verzeichnet sind, selbsttätig identifiziert wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Identifizierung der Haltestelle (2) charakteristische optische Merkmale der Haltestelle (2) erfasst und ausgewertet werden.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Referenzdaten ein oder mehrere geometrische Größen der geometrischen Abmessung der Haltestelle (2) zur Berechnung der Fahrzeug-Sollgrößen (7) berücksichtigt werden.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass geometrische Größen als Referenzdaten für alle automatisch anzufahrenden Haltestellen vorhanden sind.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Kamerasysteme (8) eingesetzt werden, über die die Relativposition des Fahrzeugs (1) relativ zur Halteposition in der Haltestelle (2) und/oder relativ zur Haltestelle (2) bestimmt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Relativposition – der laterale Ist-Abstand zur Halteposition in der Haltestelle (2) und/oder zur Haltestelle (2) und/oder – der longitudinale Ist-Abstand zur Halteposition in der Haltestelle (2) und/oder zur Haltestelle (2) und/oder – der Ist-Gierwinkel zwischen der Längsachse des Fahrzeugs (1) und der Längsachse der Haltestelle (2) und/oder der Halteposition in der Haltestelle (2) bestimmt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Kamerasysteme (8) zusätzlich als optisches Erkennungssystem zur optischen Identifizierung der Haltestelle verwendet wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Kamerasysteme (8) zusätzlich zur Überwachung der unmittelbaren Fahrzeugumgebung verwendet und dem Fahrer ein entsprechendes Bild angezeigt wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einem der Kamerasysteme (8) ein Lichtmusterstrahler (11) zugeordnet ist, der ein Lichtmuster (13) auf einen vom Kamerasystem (8) erfassten Bereich der Straße oder der Haltestelle (2) projiziert.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeug-Sollgrößen (7) auf Lageebene – eine Soll-Bahntrajektorie, welche den longitudinalen und lateralen Soll-Abstand zur Halteposition in der Haltestelle (2) und/oder zur Haltestelle (2) beschreibt und/oder – eine Soll-Gierwinkeltrajektorie, welche den Soll-Gierwinkel zwischen der Längsachse des Fahrzeugs (1) und der Längsachse der Haltestelle (2) und/oder der Halteposition in der Haltestelle (2) beschreibt, aufweist.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeug-Sollgrößen auf Geschwindigkeitsebene – eine Soll-Geschwindigkeitstrajektorie, welche die Solllängsgeschwindigkeit und/oder Sollquergeschwindigkeit beschreibt, und/oder auf Beschleunigungsebene – eine Soll-Beschleunigungstrajektorie, welche die Solllängsbeschleunigung und/oder Sollquerbeschleunigung beschreibt, aufweist.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeug-Sollgrößen auf Beschleunigungsratenebene – eine Soll-Beschleunigungsratentrajektorie, welche die Sollbeschleunigungsrate, also die zeitliche Ableitung der Soll-Beschleunigungstrajektorie, beschreibt, aufweist.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeug-Sollgrößen zumindest teilweise abhängig voneinander berechnet werden und insbesondere über Optimierungsverfahren bestimmt werden.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass für die Haltestellenausfahrt die Fahrzeug-Sollgrößen nach denselben Verfahren wie zur Haltestellenanfahrt bestimmt werden.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass zur Haltstellenausfahrt mit Hilfe der ermittelten Fahrzeug-Sollgrößen auf Lageebene und/oder Geschwindigkeitsebene und/oder Beschleunigungsebene und/oder Beschleunigungsratenebene Stelleinheiten im Fahrzeug in der Weise betätigt werden, dass die zugeordneten Fahrzeug-Istgrößen den Fahrzeug-Sollgrößen folgen.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung der Fahrzeug-Sollgrößen (7) als Bedingung berücksichtigt wird, dass die Summe aus Längsbeschleunigung und Querbeschleunigung im Fahrzeug (1) einen vorgegebenen Grenzwert nicht übersteigt.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung der Fahrzeug-Sollgrößen (7) als Bedingung berücksichtigt wird, dass die Summe aus den Ableitungen der Längs- und Querbeschleunigung im Fahrzeug (1) einen vorgegebenen Grenzwert nicht übersteigt.
  21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die bei einer Haltestellenanfahrt oder Haltestellenausfahrt vorliegenden Fahrzeug-Sollgrößen und/oder Fahrzeug-Istgrößen abgespeichert und bei einer erneuten An- oder Ausfahrt in bzw. aus derselben Haltestelle wiederverwendet werden.
  22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass gemessene Fahrzeug-Istgrößen durch Filtermittel gefiltert werden, wobei die Filtermittel die der Haltestelle zugeordneten Referenzdaten und/oder die momentane Fahrzeugdynamik charakterisierende Größen verwenden.
  23. Einrichtung zur automatischen Haltestellenanfahrt und/oder Haltsstellenausfahrt für ein Fahrzeug zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 22, mit einer Lageerkennungseinrichtung zur Ermittlung der aktuellen Relativposition des Fahrzeugs (1) in Bezug auf die Haltestelle (2), mit einer Trajektorienplanungseinrichtung zur Bestimmung von Fahrzeug-Sollgrößen (7) in Abhängigkeit der Relativposition des Fahrzeugs (1) zur Haltestelle (2), mit einer Regelungseinrichtung, in der aus den Fahrzeug-Sollgrößen Stellsignale bestimmt werden, die Stelleinheiten im Fahrzeug zur Einstellung der zugeordneten Fahrzeug-Istgrößen zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass ein Erkennungssystem zur Identifizierung der Haltestelle (2) mittels charakteristischer Merkmale vorgesehen ist, und der Haltestelle (2) zugeordnete, in einer Datenbank abgespeicherte Referenzdaten zur Ermittlung der Fahrzeug-Sollgrößen (7) abrufbar sind.
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