DE102020204042A1

DE102020204042A1 - Verfahren und System zum Programmieren eines autonom betriebenen Fahrzeugs zum Durchführen einer Trajektorie

Info

Publication number: DE102020204042A1
Application number: DE102020204042.7A
Authority: DE
Inventors: Steffen Biel; Christian Heupel
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2020-03-27
Filing date: 2020-03-27
Publication date: 2021-09-30

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie ein System zum Programmieren eines autonom betriebenen Fahrzeugs (1) zum Durchführen einer Trajektorie, umfassend die Verfahrensschritte:- Bereitstellen eines autonom betriebenen Fahrzeugs (1) mit einer Sensorik zur Erfassung zumindest einer relativen Position des Fahrzeugs (1) sowie zumindest einer Raddrehzahl wenigstens eines Fahrzeugrades;- Definieren eines Bewegungspfads (9) des Fahrzeugs (1) zwischen einem Startpunkt (6) und einem Endpunkt (7);- Überwachung der Signale der Sensorik und Aufzeichnung von Betriebsparametern des Fahrzeugs (1) mittels einer Prozessoreinheit (8) während der Definition des Bewegungspfads (9);- Verarbeiten der Betriebsparameter, um eine Trajektorie zum Fahrbetrieb des autonom betriebenen Fahrzeugs (1) zu erzeugen; und- Ausführen der Trajektorie, wodurch eine Nachahmung des definierten Bewegungspfades zwischen dem Startpunkt (6) und dem Endpunkt (7) erzeugt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie ein System zum Programmieren eines autonom betriebenen Fahrzeugs zum Durchführen einer Trajektorie. Beansprucht werden in diesem Zusammenhang insbesondere ein autonom betriebenes Fahrzeug und ein Computerprogrammprodukt.
Aus der DE 10 2015 002 405 A1 geht ein Verfahren zur Verkehrskoordinierung von Kraftfahrzeugen in einer Parkumgebung hervor, wobei der Parkumgebung eine zentrale Recheneinrichtung und an die zentrale Recheneinrichtung Sensordaten liefernde, die Parkumgebung überwachende Sensoren zugeordnet sind. Auf der zentralen Recheneinrichtung ist ein Kartendatensatz der Parkumgebung abgelegt. Die zentrale Recheneinrichtung ist zur räumlichen und zeitlichen Koordination des Verkehrs in der Parkumgebung ausgebildet, indem durch Überwachung unter Auswertung wenigstens der Sensordaten aktuelle Verkehrslagedaten der Parkumgebung ermittelt werden und für die in der Parkumgebung betriebenen Kraftfahrzeuge jeweils unter Berücksichtigung der Verkehrslagedaten, des Kartendatensatzes sowie von für andere Kraftfahrzeuge ermittelten räumlichen und zeitlichen Sollkorridore als Eingangsdaten ein räumlicher und zeitlicher Sollkorridor, der zeitliche und räumliche Grenzen, innerhalb derer die konkrete Pfad- und Trajektorienplanung des Kraftfahrzeugs erfolgen soll, vorgibt, zu einem Zielort des Kraftfahrzeugs ermittelt und an das jeweilige Kraftfahrzeug übermittelt wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine autonome Fahrfunktion eines autonom betriebenes Fahrzeug weiterzuentwickeln. Die Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche, der folgenden Beschreibung sowie der Figuren.
Die vorliegende Erfindung schlägt vor, den Fahrbetrieb eines autonom betriebenen Fahrzeugs weiterzuentwickeln, indem das Fahrzeug eine bestimmte Strecke, beispielsweise als Rundkurs, bei dem ein Startpunkt einem Endpunkt entspricht, oder als Pendelbetrieb zwischen einem Start- und Endpunkt, selbstständig abfahren kann, ohne dass das Fahrzeug von externen Hilfsmitteln zur Steuerung des Fahrzeugs, beispielsweise als magnetische Führung oder als farbige Markierung auf dem befahrenen Untergrund, oder von einer durchgehenden externen Führung abhängig ist. Das Fahrzeug ist insbesondere derart eingerichtet, dass ein Aufwand für ein generisch autonomes Fahren des Fahrzeugs reduziert wird.
In diesem Sinne wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ein Verfahren zum Programmieren eines autonom betriebenen Fahrzeugs zum Durchführen einer Trajektorie vorgeschlagen, bei dem ein autonom betriebenes Fahrzeug mit einer Sensorik zur Erfassung zumindest einer relativen Position des Fahrzeugs sowie zumindest einer Raddrehzahl wenigstens eines Fahrzeugrades bereitgestellt wird. Ferner wird ein Bewegungspfad des Fahrzeugs zwischen einem Startpunkt und einem Endpunkt definiert, wobei während der Definition des Bewegungspfads die Signale der Sensorik überwacht und Betriebsparameter des Fahrzeugs mittels einer Prozessoreinheit aufgezeichnet werden.
Die Betriebsparameter werden verarbeitet, um eine Trajektorie zum Fahrbetrieb des autonom betriebenen Fahrzeugs zu erzeugen, wobei die Trajektorie ausgeführt wird, sodass eine Nachahmung des definierten Bewegungspfades zwischen dem Startpunkt und dem Endpunkt erzeugt wird. Mit anderen Worten erfolgt zunächst eine wenigstens teilweise manuell durch einen Benutzer erfolgende Demonstration einer bestimmten Trajektorie. Dabei kann der Benutzer das Fahrzeug, um es vom Startpunkt zum Endpunkt zu bewegen, beispielsweise beschleunigen, bremsen, lenken oder weitere Befehle ausführen. Gleichzeitig werden die Betriebsparameter des Fahrzeugs aufgezeichnet und das Umfeld des Fahrzeugs mittels der Sensorik überwacht, wobei die relative Position von im Umfeld des Fahrzeugs befindlichen Objekten, Personen und/oder Hindernissen gespeichert wird. Zur Bestimmung der relativen Position erfasst die Sensorik zur Erfassung zumindest einer relativen Position des Fahrzeugs im Umfeld liegende markante Punkte, aus denen sich in Kombination Rückschlüsse auf die momentane Position des Fahrzeugs relativ zu den erkannten Punkten bilden lassen.
Die von der Sensorik erfassten und an die Prozessoreinheit übermittelten und dort weiterverarbeiteten Daten werden nachfolgend dazu genutzt, eine Trajektorie für den autonomen Fahrbetrieb zu erzeugen und diese Trajektorie anschließend selbsttätig auszuführen. Dabei wird der vorher manuell gezeigte und aufgezeichnete Bewegungspfad kopiert und kann von dem Fahrzeug autonom wiederholt werden. Mit anderen Worten erfolgt ein sogenanntes „Programming by demonstration“, zu Deutsch „Programmieren durch Demonstrieren“. Unter dem Begriff Programmieren ist ein Anlernen des Fahrzeugs zu verstehen, um durch ein Vorführen einer bestimmten Bewegungsabfolge eine Trajektorie zu erlernen und diese beliebig oft zu wiederholen. Mithin wird eine demonstrierte oder definierte Trajektorie nachgeahmt, sodass das Fahrzeug entlang des vorher definierten Bewegungspfades autonom steuer- und regelbar ist und somit auf eine Bedienung durch den Benutzer oder auf weitere externe Hilfsmittel verzichtet werden kann.
Mittels der Sensorik erfolgt während der Definition des Bewegungspfads sowie während der autonomen Fahrt des Fahrzeugs eine lokale und relative Lokalisierung des Fahrzeugs. Darunter ist zu verstehen, dass mittels der Sensorik des Fahrzeugs eine Positionierung bzw. Lokalisierung des Fahrzeugs relativ zu dessen Umfeld mit gleichzeitiger Aufzeichnung der Betriebsparameter erfolgt. Mit anderen Worten zeichnet die Prozessoreinheit des Fahrzeugs zu jedem Zeitpunkt der Demonstration dessen relative Position im Raum sowie die aktuellen Betriebsparameter auf. Der Vorteil der Überwachung der relativen Position des Fahrzeugs besteht insbesondere darin, dass keine Transformation oder Umwandlung der abstrakten, relativen Positionsdaten des Fahrzeugs in reale Kartendaten erforderlich ist.
Während der manuellen Demonstration werden mittels der Sensorik an jedem Punkt des Bewegungspfades des Fahrzeugs beispielsweise ein Abstand oder ein Winkel des Fahrzeugs relativ zu einem im Umfeld befindlichen Objekt, einer Person und/oder einem Hindernis aufgezeichnet, aus der sich die relative Position des Fahrzeugs im Raum bestimmt. Zudem können eine Geschwindigkeit, ein Lenkwinkel, eine Bremsbestätigung, eine Betriebsdauer des Fahrzeugs bzw. ein Zeitabschnitt pro Betriebszustand, eine Raddrehzahl eines oder mehrerer Fahrzeugräder und/oder weitere Betriebsparameter des Fahrzeugs erfasst werden. Diese Daten können an beliebig vielen Punkten entlang des demonstrierten Bewegungspfades auf der Prozessoreinheit abgespeichert und weiterverarbeitet werden. Mithin wird mittels des Verfahrensschritts „Definieren des Bewegungspfades“ eine virtuelle Führungslinie erzeugt, die den Startpunkt mit dem Endpunkt virtuell verbindet.
Die Prozessoreinheit erzeugt anhand der Demonstration eine Trajektorie, damit das Fahrzeug im autonomen Betrieb entlang der virtuellen Führungslinie bewegt werden kann, wobei während des autonomen Betriebs ein sogenanntes lokales Scan-Matching erfolgt, das die von der Sensorik erfassten aktuellen Daten mit den gespeicherten Daten der Demonstration vergleicht, um eventuelle Abweichungen von der virtuellen Führungslinie festzustellen. Somit hängt die Trajektorie ausschließlich von den im Umfeld liegenden Objekten des Fahrzeugs und der relativen Position des Fahrzeugs zu diesen Objekten ab. Eine Kartenerzeugung mit globalen Kartendaten ist somit nicht mehr erforderlich, wodurch der Rechenaufwand für die Prozessoreinheit reduziert wird. Mithin muss die durch die Demonstration erzeugte interne Repräsentation der aufgezeichneten Trajektorie nicht in eine vorgeschriebene Weltdarstellung transformiert werden. Unter einer Weltdarstellung sind beispielsweise globale Kartendaten, GPS-Koordination oder andere globale Daten zu verstehen. Vielmehr muss die aufgezeichnete Trajektorie nur in der internen Darstellung konsistent sein. Die Lokalisierung des Fahrzeugs während der Demonstration muss nicht konsistent zur Position des Fahrzeugs in der realen Umgebung sein, sondern muss nur in der virtuellen, und zwar gemäß der aufgezeichneten Trajektorie mit den erfassten Umfelddaten, reproduzierbar sein.
Unter der Betriebsdauer ist insbesondere eine Zeitdauer zu verstehen, in welcher die Strecke zwischen dem Start- und Endpunkt während der Demonstration abgefahren wird. Demgegenüber kann die Zeitdauer, bei der eine bestimmte Fahrzeuggeschwindigkeit, ein bestimmter Lenkwinkel, oder eine bestimmte Raddrehzahl gehalten wird, der Zeitabschnitt pro Betriebszustand sein. Ferner ist denkbar, dass die Dauer erfasst wird, in der eine Bremse mit einer bestimmten Kraft oder mit einem Kraftverlauf betätigt wird.
Der Start- bzw. Endpunkt ist jeweils ein Fixpunkt im System und wird vorab definiert, wobei das Fahrzeug angelernt wird, zwischen dem stets exakt gleichen Startpunkt und dem ebenfalls stets exakt gleichen Endpunkt zu fahren. Die Ausführung der Trajektorie besteht im Wesentlichen darin, das Fahrzeug basierend auf der vorhergehenden Demonstration bzw. der Definition des Bewegungspfades autonom zwischen dem jeweiligen Start- und Endpunkt gemäß der Trajektorie zu bewegen. Mithin wird das Fahrzeug mit einer bestimmten Beschleunigung bzw. Geschwindigkeit und unter Anpassung eines Lenkwinkels derart angetrieben, dass das Fahrzeug dem vorher definierten Bewegungspfad bzw. der virtuellen Führungslinie folgt. Beim sogenannten Playback der aufgezeichneten Trajektorie wird die abgefahrene lokale bzw. relative Positionsänderung des Fahrzeugs erfasst und mit der aufgezeichneten Trajektorie verglichen, um Abweichungen festzustellen.
Der Start- und Endpunkt kann beliebig ausgebildet sein, wobei das Fahrzeug, wenn es am jeweiligen Punkt positioniert ist, erkennen kann, ob es sich um den Startpunkt oder den Endpunkt handelt. Der Start- bzw. Endpunkt kann beispielsweise eine Garage, eine Ladestation oder eine auf dem Boden oder an einer Wand angebrachte Markierung sein. Zudem ist denkbar, dass mehrere Start- und Endpunkte vorgesehen sind, wobei das Fahrzeug anhand der Ausbildung oder Ausgestaltung des Start- bzw. Endpunktes erkennen kann, an welchem Start- bzw. Endpunkt es sich derzeit befindet, und welche Trajektorie ausgehend davon als nächstes durchgeführt werden kann. Demnach werden vorzugsweise mehrere Bewegungspfade des Fahrzeugs zwischen verschiedenen Start- und Endpunkten aufgezeichnet und daraus jeweilige Trajektorien zum Fahrbetrieb des autonom betriebenen Fahrzeugs erzeugt. In diesem Sinn werden bevorzugt mittels der Prozessoreinheit bevorzugt ein bestimmter Startpunkt erkannt und anhand dessen eine dem Startpunkt zugeordnete Trajektorie ausgewählt.
Der Startpunkt kann im Verhältnis zum Endpunkt derart angeordnet sein, dass das Fahrzeug einen Rundkurs fährt, wobei in diesem Fall der Startpunkt dem Endpunkt entspricht. Alternativ können sich die jeweiligen Punkte in ihrer Position unterscheiden, sodass das Fahrzeug zwischen zwei Punkten pendelt.
Vorzugsweise umfasst die Sensorik wenigstens einen visuellen Sensor, um die relative Position des Fahrzeugs im Raum zu erfassen. Der jeweilige visuelle Sensor ist beispielsweise als Lidar-Sensor und/oder als Kamera ausgebildet, wobei mittels des jeweiligen visuellen Sensors eine relative Position des Fahrzeugs in Bezug auf im Umfeld davon liegenden Objekten, Personen oder Hindernissen zu bestimmen. Ferner werden im autonomen Fahrbetrieb Korrekturdaten anhand von übereinstimmenden auffälligen Attributen im Umfeld des Fahrzeugs bestimmt werden. Solche Attribute können beispielsweise Gebäudeecken, besondere Abbildungen an Wänden oder unbewegliche, auffällige Objekte sein. Die Korrekturdaten zeigen, inwieweit das Fahrzeug im autonomen Fahrbetrieb von der virtuellen Fahrlinie, die während der Demonstration definiert bzw. erzeugt wurde, abweicht.
Abweichungen können beispielsweise auftreten, wenn das Fahrzeug auf unebener Fahrbahn oder glattem Untergrund fährt und aufgrund dessen das während der autonomen Fahrt aufgenommene Umfeld nicht dem während der Definition des Bewegungspfades aufgenommenen Umfeld entspricht. Es kann beispielsweise Schlupf an den Rädern auftreten, sodass die Raddrehzahl der jeweiligen Räder nicht der Fahrzeuggeschwindigkeit entspricht und das Fahrzeug somit nicht an der zu einem bestimmten Zeitpunkt vorgesehenen Position befindet. Tritt ein solcher Fall auf und erkennt die Prozessoreinheit eine Abweichung der aktuellen Positionsänderung mit der aufgezeichneten Positionsänderung, wird das Fahrzeug durch die Prozessoreinheit derart gesteuert und geregelt, dass es zurück auf die virtuelle Fahrlinie geführt wird, wobei gleichzeitig eine Überwachung der visuellen Sensorik der relativen Position des Fahrzeugs erfolgt, zumindest bis das Fahrzeug sich wieder auf der visuellen Fahrlinie befindet bzw. bis die aktuelle relative Position des Fahrzeugs wieder mit einer während der Demonstration aufgezeichneten relativen Position übereinstimmt.
Bevorzugt umfasst die Sensorik wenigstens einen Raddrehzahlsensor, um die Raddrehzahl wenigstens eines Fahrzeugrades des Fahrzeuges zu bestimmen. Insbesondere ist an jedem Rad des Fahrzeugs ein Raddrehzahlsensor vorgesehen. Die vom visuellen Sensor bestimmten Korrekturdaten werden in Kombination mit den erfassten Raddrehzahlen dazu verwendet, Bewegungsdaten des Fahrzeugs während der Definition des Bewegungspfades zu generieren. Ferner wird der jeweilige Raddrehzahlsensor im autonomen Fahrbetrieb dazu verwendet, die aktuelle relative Position des Fahrzeugs zu überwachen. Ferner kann an den Rädern ein Lenkwinkelsensor angeordnet sein, um den Lenkwinkel des jeweiligen Rades zu bestimmen.
Nach einem Ausführungsbeispiel wird mittels der Sensorik eine Objektklassifizierung von im Umfeld des Fahrzeugs befindlichen Objekten durchgeführt. Beispielsweise können ein Lidar-Sensor, eine Kamera und/oder ein Radar zu verwendet werden, die ein Objekt, eine Person und/oder ein Hindernis, wie beispielsweise eine Palette oder eine Kiste erkennen können und diese zum Beispiels hinsichtlich ihrer Mobilität, Größe, Form und/oder Material klassifizieren. Die Prozessoreinheit kann dabei mit einem Low-Level-Safety-System ausgestattet sein, welches basierend auf den von der Sensorik erfassten Messdaten, einen Nothalt des Fahrzeugs einleiten kann. Dabei kann ein Distanz-Check erfolgen, wobei bei Überschreitung eines Grenzwertes, beispielsweise wenn das Hindernis zu nah kommt oder wenn sich das Hindernis zu lange im Bewegungspfad des Fahrzeugs befindet, das Fahrzeug stoppt und gegebenenfalls ein Warnsignal versendet.
Vorzugsweise wird eine Kollisionsvermeidungsstrategie anhand der Objektklassifizierung eingeleitet. Erkennt die Prozessoreinheit ein Objekt, eine Person oder ein Hindernis im Umfeld des Fahrzeugs und liegt dieses im Bereich der virtuellen Führungslinie des Fahrzeugs, kann die Prozessoreinheit ein Umfahren des Hindernisses, des Objekts bzw. der Person einleiten, um ein Nothalten des Fahrzeugs und damit einhergehende Stillstände und Kosten zu minimieren. Ferner kann, wenn es sich um ein kleines Objekt handelt, ein Überfahren des Objekts gewählt und entsprechend ausgeführt werden.
Nach einer Ausführungsform wird mittels der Prozessoreinheit ein Wendevorgang des Fahrzeugs eingeleitet und durchgeführt. Insbesondere wenn das Fahrzeug im Pendelverkehr autonom betrieben wird, kann sich je nach Ausbildung des Fahrzeugs entlang der gleichen virtuellen Führungslinie zwischen zwei Punkten für eine Hinfahrt eine andere Trajektorie des Fahrzeugs ergeben als für eine Rückfahrt. Dies wird beispielsweise dadurch beeinflusst, ob und welche Räder des Fahrzeugs einen Lenkwinkel einstellen können. Daher ist es von Vorteil im Bereich des jeweiligen Endpunktes einen Wendevorgang des Fahrzeugs einzuleiten, um den Rechenaufwand zur Erzeugung der jeweiligen Trajektorie zu minimieren. Dieser kann vor dem Erreichen eines Endpunkts eingeleitet bzw. durchgeführt werden. Alternativ kann das Fahrzeug zunächst die Trajektorie vollständig ausführen, bis das Fahrzeug am Endpunkt ankommt, wobei der Wendevorgang im Nachgang als separater Prozessschritt durchgeführt wird und das Fahrzeug erneut auf dem Endpunkt positioniert ist.
Eine auf eine erste Trajektorie nachfolgende zweite Trajektorie, das heißt wenn nach einer ersten autonomen Fahrt vom Startpunkt zum Endpunkt eine zweite Fahrt vom Endpunkt, der nun zum Startpunkt wird, zum Startpunkt, der nun der jeweilige Endpunkt ist, ist von einem Benutzer manuell oder von einem weiteren System automatisch initiierbar. Dies kann durch Betätigen eines Aktivierungselements am Fahrzeug oder drahtlos über eine drahtlose Verbindung, insbesondere Funk, erfolgen. Wenn das System in einem bereits voll- oder teilautomatisierten System eingesetzt wird, kann die Trajektorie des Fahrzeugs bevorzugt von einem System automatisch initiiert bzw. getriggert werden. Mithin wird die jeweilige Trajektorie wenigstens teil-automatisiert und/oder durch einen Benutzer manuell eingeleitet.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein System zum Programmieren eines autonom betriebenen Fahrzeugs zum Durchführen einer Trajektorie bereitgestellt. Das System umfasst eine Sensorik zur Erfassung zumindest einer relativen Position des Fahrzeugs sowie zumindest einer Raddrehzahl wenigstens eines Fahrzeugrades, wobei ein Bewegungspfad des Fahrzeugs zwischen einem Startpunkt und einem Endpunkt definierbar ist, wobei die Signale der Sensorik überwachbar und Betriebsparameter des Fahrzeugs mittels einer Prozessoreinheit während der Definition des Bewegungspfads erfassbar sind, wobei eine Verarbeitung der Betriebsparameter erfolgt, um eine Trajektorie zum Fahrbetrieb des autonom betriebenen Fahrzeugs zu erzeugen, und wobei eine Ausführung der Trajektorie erfolgt, wodurch eine Nachahmung des definierten Bewegungspfades zwischen dem Startpunkt und dem Endpunkt erzeugbar ist.
Die Prozessoreinheit des Systems ist dazu eingerichtet, die Aufzeichnung der Betriebsparameter sowie die Überwachung der Sensorik zu verwalten und anschließend eine Trajektorie zu bestimmen, anhand derer das Fahrzeug zwischen dem Startpunkt und dem Endpunkt autonom angetrieben wird. Mithin ist die Prozessoreinheit dazu eingerichtet, die Messdaten der Sensorik zu empfangen und zu verwerten sowie ein Lenksystem, ein Antriebssystem sowie ein Bremssystem des Fahrzeugs zu steuern und zu regeln. Anders gesagt wird mittels des Systems eine autonome Fahrfunktion ausgeführt, sodass das Fahrzeug basierend auf der aufgezeichneten Trajektorie autonom fährt.
Vorzugsweise weist das System ein Sicherheitssystem auf, welches dazu eingerichtet ist, eine Objektklassifizierung von im Umfeld des Fahrzeugs befindlichen Objekten durchzuführen. Anhand der Objektklassifizierung kann ein möglichst schneller und/oder kostengünstiger Prozess eingeleitet werden, mit dem ein weiterer autonomer Betrieb des Fahrzeugs erfolgt. Dieser kann je nach Objekt oder Hindernis in einem Nothalt, einem Warnsignal oder in einem Über- oder Umfahren des Hindernisses bestehen.
Bevorzugt leitet das Sicherheitssystem eine Kollisionsvermeidungsstrategie anhand der Objektklassifizierung ein. Vorteil dabei ist, dass mittels der Prozessoreinheit eine Gefährdungsbewertung des jeweiligen erkannten Objekts erfolgt, anhand dessen eine optimale Strategie für den autonomen Fahrbetrieb gewählt werden kann. Dabei können ferner Sicherheitsaspekte berücksichtigt werden, welcher darin bestehen kann, in welchem Umfeld und für welche Aufgaben das Fahrzeug eingesetzt wird.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein autonom betriebenes Fahrzeug bereitgestellt. Das Fahrzeug umfasst einen Antriebsstrang mit einer Antriebsmaschine, einer Sensorik zur Erfassung zumindest einer relativen Position des Fahrzeugs sowie zumindest einer Raddrehzahl wenigstens eines Fahrzeugrades und ein System zum Programmieren eines autonom betriebenen Fahrzeugs zum Durchführen einer Trajektorie. Weiterhin umfasst der Antriebsstrang insbesondere eine Batterie, wobei die Antriebsmaschine als elektrische Maschine ausgebildet sein kann. Ferner umfasst der Antriebsstrang insbesondere ein Getriebe. Bei dem Fahrzeug kann es sich um ein Transportfahrzeug handeln, das beispielsweise in Logistikzentren, in der Landwirtschaft oder in der Automobilindustrie eingesetzt wird. Dieses kann als Gabelstapler, Hebebühne oder Fahrzeug mit einem Tragegestell ausgebildet sein. Das Fahrzeug kann beispielsweise zu einer Fahrzeugflotte gehören.
Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogrammprodukt zum Programmieren eines autonom betriebenen Fahrzeugs zum Durchführen einer Trajektorie bereitgestellt, wobei das Computerprogrammprodukt, wenn es auf einem Computer, und/oder auf einer Prozessoreinheit ausgeführt werden, den Computer und/oder die Prozessoreinheit zu einer Bedienungslogik des System zum Programmieren eines autonom betriebenen Fahrzeugs zum Durchführen einer Trajektorie aufwerten, und/oder dazu veranlassen, ein Verfahren zum Programmieren eines autonom betriebenen Fahrzeugs zum Durchführen einer Trajektorie auszuführen.
Die obigen Definitionen sowie Ausführungen zu technischen Effekten, Vorteilen und vorteilhaften Ausführungsformen des Verfahrens gelten sinngemäß ebenfalls für das System gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung, für das autonom betriebene Fahrzeug gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung und für das Computerprogrammprodukt gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Hierbei zeigt

1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs mit einem System zum Programmieren eines autonom betriebenen Fahrzeugs zum Durchführen einer Trajektorie während einer Definition eines Bewegungspfades,
2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Fahrzeugs gemäß 1 nach der Definition des Bewegungspfades,
3 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Fahrzeugs gemäß 1 und 2 nach Durchführung eines autonomen Wendevorgangs und vor Durchführung einer Trajektorie zum autonomen Fahrbetrieb des Fahrzeugs, und
4 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Fahrzeugs gemäß 1 bis 3 während eines autonomen Fahrbetriebs.

1 bis 4 zeigt ein autonom betriebenes Fahrzeug 1, das ein System zum Programmieren desselben zum Durchführen einer Trajektorie umfasst. Das System ist dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Programmieren des Fahrzeugs 1 zum Durchführen einer Trajektorie auszuführen, wobei die Verfahrensschritte nachfolgend anhand der Figuren detailliert beschrieben wird.
Gemäß dem vorliegenden Beispiel ist das Fahrzeug 1 für den Transport von Gütern 2 in einem Logistikzentrum vorgesehen, wobei das Logistikzentrum exemplarisch eine Vielzahl von Regalen 3 umfasst. Das Fahrzeug 1 ist als Elektrofahrzeug ausgebildet und weist einen Lidar-Sensor 4 als visuellen Sensor zur Erfassung zumindest einer relativen Position des Fahrzeugs 1 sowie an jedem Fahrzeugrad einen jeweiligen Raddrehzahlsensor 5 zur Erfassung einer jeweiligen Raddrehzahl auf, wobei die Sensoren 4, 5 mit einer Prozessoreinheit 8 kommunizieren.
Das System basiert auf dem sogenannten „Programming by Demonstration“, wonach zunächst ein bestimmter Bewegungspfad 9 manuell von einem Benutzer definiert wird. Dabei startet das Fahrzeug 1 an einem Startpunkt 6 und wird vom Benutzer das Fahrzeug 1 in einer Bewegungsrichtung 10 zu einem Endpunkt 7 gefahren, wobei der Benutzer entscheidet, welche Route er wählt und welche Abstände er beispielsweise zu den Regalen 3 einhält. Dabei wird die Sensorik, bestehend aus dem Lidar-Sensor 4 und den Raddrehzahlsensoren 5, dazu genutzt, während dieser Demonstration das Umfeld des Fahrzeug 1 abzutasten und zu überwachen sowie dadurch eine kontinuierliche relative Positionsänderung des Fahrzeugs 1 zu erfassen. Die Prozessoreinheit 8 muss daher nicht auf ein globales Karten- oder Satellitensystem zugreifen oder einen Zusammenhang der relativen Position zu einer globalen Position des Fahrzeugs im Raum erstellen, um die Position des Fahrzeugs 1 zu bestimmen, sondern es werden lediglich die relativen Positionsänderung in Bezug auf die Regale 3 erfasst, überwacht und abgespeichert.
Mithin erfolgt eine Überwachung der Signale der Sensorik 4, 5, wobei gleichzeitig eine Aufzeichnung von Betriebsparametern des Fahrzeugs 1 mittels der Prozessoreinheit 8 erfolgt. Dies bedeutet, dass während der Demonstration des Bewegungspfades 9 markante Attribute der Regale 3 erfasst werden können, wobei für jede relative Position des Fahrzeugs 1 im Raum eine aktuelle Beschleunigung, eine aktuelle Geschwindigkeit, eine Bremskraft, ein aktueller Lenkwinkel und/oder weitere Betriebsparameter des Fahrzeugs 1 aufgezeichnet werden, sodass für den Bewegungspfad 9 zwischen dem Startpunkt 6 und dem Endpunkt 7 ein Beschleunigungsverlauf, eine Geschwindigkeitsverlauf, ein Bremskraftverlauf, ein Lenkwinkelverlauf und/oder weitere Betriebsparameter des Fahrzeugs 1 von der Prozessoreinheit 8 erzeugt werden. In diesem Sinn werden die Betriebsparameter des Fahrzeugs 1 verarbeitet, um eine Trajektorie zum Fahrbetrieb des autonom betriebenen Fahrzeugs 1 zu erzeugen. Die Definition des Bewegungspfades 9 endet vorliegend, wenn das Fahrzeug 1 den Endpunkt 7 erreicht, wie in 2 gezeigt ist. Der Endpunkt 7 ist vorliegend als Ladestation 12 ausgebildet, sodass eine Batterie des Fahrzeugs 1, die zur elektrischen Versorgung einer elektrischen Antriebsmaschine des Fahrzeugs 1 vorgesehen ist, nach Erreichen des Endpunkts 7 aufgeladen werden kann.
Der Startpunkt 6 ist als Kreuz auf dem vom Fahrzeug 1 befahrenen Untergrund abgebildet, wohingegen der Endpunkt 7 als Dreieck dargestellt ist. Die Prozessoreinheit 8 ist dazu ausgebildet, den Start- bzw. Endpunkt 6, 7 aufgrund dessen spezifischer und individuellen Ausgestaltung zu erkennen, wobei die Prozessoreinheit 8 somit stets die Position des Fahrzeugs 1 kennt.
Der Bewegungspfad 9 ist eine virtuelle Führungslinie, entlang derer das Fahrzeug 1 die aufgezeichnete Trajektorie autonom wiederholen kann. Nach 3 ist das Fahrzeug 1 derart ausgebildet, dass der Benutzer nach Abschluss der Bewegungspfaddefinition manuell einen Wendevorgang des Fahrzeugs 1 entlang einer Wendeschleife 11 einleitet bzw. triggert, sodass das Fahrzeug 1 nach Beendigung des Wendevorgangs erneut in Bewegungsrichtung 10 ausgerichtet ist und exakt auf dem vorherigen Endpunkt 7 positioniert ist, der nun der neue Startpunkt 6a ist.
Die aufgezeichnete Trajektorie kann nach der Demonstration von dem Fahrzeug 1 autonom wiederholt oder umgekehrt abgefahren werden, wobei die Trajektorie vorliegend ebenfalls manuell durch den Benutzer eingeleitet bzw. getriggert wird. Auch eine wenigstens teil-automatisierte Einleitung der Trajektorie ist möglich.
Nachdem der Benutzer die Ausführung der Trajektorie getriggert hat, wird das Fahrzeug 1 entlang der aufgezeichneten Trajektorie autonom angetrieben, wobei die Prozessoreinheit 8 mittels der Sensoren 4, 5 gleichzeitig eine relative Lokalisierung bzw. Positionsänderung des Fahrzeugs 1 erfasst. Die Lokalisierung besteht im Wesentlichen darin, die nun neu erfasste relative Positionsänderung mit der während der Demonstration des Bewegungspfades 9 aufgezeichneten relativen Positionsänderung abzugleichen. Mithin wird die aufgezeichnete Trajektorie kopiert und vom Fahrzeug 1 autonom ausgeführt, sodass eine Nachahmung des definierten Bewegungspfades 9 zwischen dem ehemaligen Endpunkt 7 bzw. dem neuen Startpunkt 6a und dem ehemaligen Startpunkt 6 bzw. dem neuen Endpunkt 7a erfolgt.
Vorliegend weist das Fahrzeug 1 eine Rad-Odometrie auf, wobei anhand der Raddrehzahlsensoren 5 Abweichungen von den Betriebsparametern während der Demonstration des Bewegungspfads 9 feststellbar sind. Anders gesagt liefert die Rad-Odometrie eine kontinuierliche relative Positionsänderung des Fahrzeugs 1, die zudem mit der vom Lidar-Sensor 4 erfassten relativen Positionsänderung abgeglichen wird. Bei Abweichungen zwischen dem aufgezeichneten Bewegungspfad 9 bzw. der virtuellen Führungslinie und der relativen Lokalisierung während der autonomen Fahrt ist die Prozessoreinheit 8 dazu eingerichtet, einen Fahrbetrieb durch Ansteuerung des Lenksystems und/oder der Antriebsmaschine des Fahrzeugs 1 anzupassen, sodass das Fahrzeug 1 zurück zur virtuellen Führungslinie geführt wird.
Mittels des Lidar-Sensor 5 können ferner während des autonomen Fahrbetriebs Hindernisse, Objekte und/oder Personen, die sich entlang der virtuellen Führungslinie befinden, erfasst und entsprechend klassifiziert werden. Vorliegend befindet sich ein Hindernis 13 auf der virtuellen Führungslinie bzw. dem Bewegungspfad 9.
Die Prozessoreinheit 8 umfasst ein Sicherheitssystem, dass anhand der Objektklassifizierung, die das Objekt, das Hindernis und/oder die Person beispielsweise in Größe, Form und Mobilität einstuft, eine Gefährdungsbewertung des Objektes, des Hindernisses und/oder der Person durchführt, die dazu genutzt wird, eine Kollisionsvermeidungsstrategie anhand der Objektklassifizierung einzuleiten. Diese Strategie kann je nach Anwendungsgebiet des Fahrzeugs 1 beispielsweise in einem Nothaltemechanismus, einer Umfahrung oder der Wiedergabe eines Warnsignals bestehen. Die Widergabe der Trajektorie endet vorliegend, wenn das Fahrzeug 1 den neuen Endpunkt 7a erreicht. Alternativ kann sowohl für die Hinfahrt, wie zuvor beschrieben, als auch für die Rückfahrt zwischen den beiden Punkten 6 bzw. 7a und 7 bzw. 6a eine jeweilige Trajektorie aufgezeichnet werden, die sodann von dem Fahrzeug 1 autonom wiedergegeben werden kann.
Gemäß 4 können durch entsprechende Demonstrationen mehrere Bewegungspfade 9a, 9b, 9c, 9d durch entsprechende Demonstration aufgezeichnet werden, woraus die Prozessoreinheit 8 anhand der erfassten Messdaten der Sensoren 4, 5 und mit den damit ermittelten relativen Positionsänderungen Trajektorien erzeugt, welche auf der Prozessoreinheit 8 gespeichert und zur Ausführung jeweils abrufbar sind. Die hier gezeigten Kontrollpunkte 14a, 14b, 14c, 14d können, je nachdem welche Trajektorie das Fahrzeug 1 ausführt, Start- oder Endpunkte sein. Dabei erkennt das Fahrzeug 1 stets dessen Startposition bzw. dessen Startpunkt. Dies kann zum einen durch die zuvor beschriebene individuelle Ausbildung oder Ausgestaltung des jeweiligen Kontrollpunktes 14a, 14b, 14c, 14d erfolgen. Zum anderen kann die Prozessoreinheit 8 anhand der vom Lidar-Sensor 4 erfassten Messdaten einen Abgleich der Attribute des aktuell erfassten umliegenden Umfelds und den gespeicherten Daten durchführen, wodurch die exakte Position des Fahrzeugs 1 bestimmbar ist. Je nach aktueller Position des Fahrzeugs 1 ist die Prozessoreinheit 8 in der Lage, eine dem jeweiligen Startpunkt zugeordnete Trajektorie auszuwählen und entsprechend durchzuführen.
In der vorliegenden Darstellung wird das Fahrzeug entlang dem vierten Bewegungspfad 9d zwischen dem vierten Kontrollpunkt 14d und dem zweiten Kontrollpunkt 14b autonom betrieben. Insoweit ist für diese Trajektorie der vierte Kontrollpunkt 14d der jeweilige Startpunkt und der zweite Kontrollpunkt 14b der jeweilige Endpunkt. Nach Erreichen des zweiten Kontrollpunktes 14b kann vom System eine weitere Trajektorie bestimmen, beispielsweise zum ersten Kontrollpunkt 14a, zum dritten Kontrollpunkt 14c oder als Pendelverkehr zurück zum vierten Kontrollpunkt 14d. Dabei kann in Abhängigkeit der nächsten Trajektorie ein Wendevorgang des Fahrzeugs 1 ausgeführt werden.
Zwischen dem ersten und zweiten Kontrollpunkt 14a, 14b kann ein Pendelverkehr erfolgen, wobei das Fahrzeug 1 gemäß der vorherigen Beschreibung an jedem der beiden Kontrollpunkte 14a, 14b einen Wendevorgang durchführen kann. Zwischen dem zweiten, dritten und vierten Kontrollpunkt 14b, 14c, 14d ist demgegenüber eine Rundfahrt möglich, wobei je nach Ausbildung der Kontrollpunkte 14b, 14c, 14d ein Wendevorgang vorgesehen oder eine Durchfahrt möglich ist.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
2: Güter
3: Regal
4: Lidar-Sensor
5: Raddrehzahlsensor
6: Startpunkt
7: Endpunkt
8: Prozessoreinheit
9: Bewegungspfad
9a: Erster Bewegungspfad
9b: Zweiter Bewegungspfad
9c: Dritter Bewegungspfad
9d: Vierter Bewegungspfad
10: Bewegungsrichtung
11: Wendeschleife
12: Ladestation
13: Hindernis
14a: Erster Kontrollpunkt
14b: Zweiter Kontrollpunkt
14c: Dritter Kontrollpunkt
14d: Vierter Kontrollpunkt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102015002405 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Programmieren eines autonom betriebenen Fahrzeugs (1) zum Durchführen einer Trajektorie, umfassend die Verfahrensschritte: - Bereitstellen eines autonom betriebenen Fahrzeugs (1) mit einer Sensorik zur Erfassung zumindest einer relativen Position des Fahrzeugs (1) sowie zumindest einer Raddrehzahl wenigstens eines Fahrzeugrades; - Definieren eines Bewegungspfads (9) des Fahrzeugs (1) zwischen einem Startpunkt (6) und einem Endpunkt (7); - Überwachung der Signale der Sensorik und Aufzeichnung von Betriebsparametern des Fahrzeugs (1) mittels einer Prozessoreinheit (8) während der Definition des Bewegungspfads (8); - Verarbeiten der Betriebsparameter, um eine Trajektorie zum Fahrbetrieb des autonom betriebenen Fahrzeugs (1) zu erzeugen; und - Ausführen der Trajektorie, wodurch eine Nachahmung des definierten Bewegungspfades (9) zwischen dem Startpunkt und dem Endpunkt erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Sensorik eine Objektklassifizierung von im Umfeld des Fahrzeugs (1) befindlichen Objekten durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kollisionsvermeidungsstrategie anhand der Objektklassifizierung eingeleitet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Bewegungspfade (8a, 8b, 8c, 8d) des Fahrzeugs (1) zwischen verschiedenen Start- und Endpunkten (6, 7) aufgezeichnet und daraus jeweilige Trajektorien zum Fahrbetrieb des autonom betriebenen Fahrzeugs (1) erzeugt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Prozessoreinheit (8) ein bestimmter Startpunkt (6) erkannt und anhand dessen eine dem Startpunkt (6) zugeordnete Trajektorie ausgewählt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Prozessoreinheit (8) ein Wendevorgang des Fahrzeugs (1) eingeleitet und durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Trajektorie wenigstens teil-automatisiert eingeleitet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Trajektorie durch einen Benutzer manuell eingeleitet wird.
System zum Programmieren eines autonom betriebenen Fahrzeugs (1) zum Durchführen einer Trajektorie, umfassend eine Sensorik zur Erfassung zumindest einer relativen Position des Fahrzeugs (1) sowie zumindest einer Raddrehzahl wenigstens eines Fahrzeugrades, wobei ein Bewegungspfad (9) des Fahrzeugs (1) zwischen einem Startpunkt (6) und einem Endpunkt (7) definierbar ist, wobei die Signale der Sensorik überwachbar und Betriebsparameter des Fahrzeugs (1) mittels einer Prozessoreinheit (8) während der Definition des Bewegungspfads (9) erfassbar sind, wobei eine Verarbeitung der Betriebsparameter erfolgt, um eine Trajektorie zum Fahrbetrieb des autonom betriebenen Fahrzeugs (1) zu erzeugen, und wobei eine Ausführung der Trajektorie erfolgt, wodurch eine Nachahmung des definierten Bewegungspfades (9) zwischen dem Startpunkt (6) und dem Endpunkt (7) erzeugbar ist.
System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorik wenigstens einen visuellen Sensor umfasst, um die relative Position des Fahrzeugs (1) im Raum zu erfassen.
System nach einem der Ansprüche 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorik wenigstens einen Raddrehzahlsensor (5) umfasst, um die Raddrehzahl wenigstens eines Fahrzeugrades des Fahrzeuges (1) zu bestimmen.
System nach einem der Ansprüche 9 bis 11, gekennzeichnet durch ein Sicherheitssystem, welches dazu eingerichtet ist, eine Objektklassifizierung von im Umfeld des Fahrzeugs (1) befindlichen Objekten durchzuführen.
System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitssystem eine Kollisionsvermeidungsstrategie anhand der Objektklassifizierung einleitet.
Autonom betriebenes Fahrzeug (1), umfassend ein System nach einem der Ansprüche 9 bis 13.
Computerprogrammprodukt, enthaltend maschinenlesbare Anweisungen, die, wenn sie auf einem Computer, und/oder auf einer Prozessoreinheit ausgeführt werden, den Computer und/oder die Prozessoreinheit (8) zu einer Bedienungslogik des System zum Programmieren eines autonom betriebenen Fahrzeugs (1) zum Durchführen einer Trajektorie nach den Ansprüchen 9 bis 13 aufwerten, und/oder dazu veranlassen, ein Verfahren zum Programmieren eines autonom betriebenen Fahrzeugs (1) zum Durchführen einer Trajektorie nach einem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen.