DE112014001002T5

DE112014001002T5 - Steuerungssystem und Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeugs in Verbindung mit dem Erfassen eines Hindernisses

Info

Publication number: DE112014001002T5
Application number: DE112014001002.2T
Authority: DE
Inventors: Jon Andersson; Joseph Ah-King; Tom Nyström
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 2013-03-19
Filing date: 2014-03-13
Publication date: 2015-11-05
Also published as: WO2014148988A1; SE536983C2; SE1350336A1

Abstract

Ein Steuerungssystem, das eine oder mehrere Abtastvorrichtungen umfasst, von denen jede dazu geeignet ist, die davorliegende Straße für eines der Räder des Fahrzeugs abzutasten. Durch das Identifizieren besonders gefährlicher Objekte, wie beispielsweise „Schroppen”, auf dieser definierten Straße kann das Fahrzeug umlenken und diesen Objekten ausweichen. Ein „Schroppen” ist im Bergbau ein faustgroßer Stein mit scharfen Kanten, der dafür bekannt ist, Reifenschäden zu verursachen. Durch die Verwendung von Steuerungssystemen für die Identifizierung solcher Objekte kann das Fahrzeug Reifenschäden verhindern und damit Unterbrechungen der Produktion verhindern, da das Fahrzeug still stehen müsste und die Produktionskette unterbrechen würde oder für die Reparatur seiner Reifen entfernt werden müsste.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Technologie zum Erfassen von vor selbstfahrenden Fahrzeugen liegenden Objekten und insbesondere Objekten, die besonders bekannt für das Verursachen von Reifenschäden sind.
Hintergrund der Erfindung
Ein Fahrzeug, das ohne Fahrer/in auf dem Boden fahren kann, wird unbemanntes Bodenfahrzeug (UBF) genannt. Es gibt zwei Arten von UBF, nämlich fernbediente und selbstfahrende Fahrzeuge.
Ein fernbedientes UBF ist ein Fahrzeug, das durch einen menschlichen Bediener über eine Kommunikationsverbindung gesteuert wird. Über alle Maßnahmen wird vom Bediener basierend auf entweder direkter Beobachtung oder mithilfe von Sensoren, wie beispielsweise digitalen Videokameras, entschieden. Ein einfaches Beispiel eines fernbedienten UBF ist ein ferngesteuertes Spielzeugauto. Es gibt eine Vielzahl von fernbedienten Fahrzeugen, die heute verwendet werden. Oft werden diese Fahrzeuge in gefährlichen Situationen und in Umgebungen verwendet, die für Menschen ungeeignet sind, z. B. zum Entschärfen von Bomben und in Verbindung mit Freisetzungen von gefährlichen Chemikalien. Fernbediente, unbemannte Fahrzeuge werden zudem in Verbindung mit Überwachungen und Ähnlichem verwendet.
Mit einem selbstfahrenden Fahrzeug ist hier ein Fahrzeug gemeint, das dazu fähig ist, ohne menschliche Steuerung zu navigieren und zu manövrieren. Das Fahrzeug verwendet Sensoren, um die Umgebung einzusehen. Die Sensordaten werden anschließend von Steuerungsalgorithmen verwendet, um den nächsten Schritt des Fahrzeugs hinsichtlich eines höheren Ziels für das Fahrzeug zu bestimmen, wie beispielsweise das Abholen und Liefern von Gütern an unterschiedlichen Positionen. Im Genaueren muss ein selbstfahrendes Fahrzeug dazu fähig sein, die Umgebung ausreichend gut abzutasten, um zur Durchführung der vergebenen Aufgabe fähig zu sein, z. B. „das Geröll von Stelle A zu Stelle B über den Bergbaustollen C bewegen”. Das selbstfahrende Fahrzeug muss eine Strecke planen und dieser zum ausgewählten Ziel folgen, während es auf dem Weg dorthin Hindernisse erfasst und diesen ausweicht. Darüber hinaus muss das selbstfahrende Fahrzeug seine Aufgabe so schnell wie möglich erledigen, ohne dabei Fehler zu begehen. Selbstfahrende Fahrzeuge wurden u. a. für die Verwendung in gefährlichen Umgebungen, wie beispielsweise in der Verteidigungs- und Kriegsindustrie und in der Bergbauindustrie, sowohl über Tage als auch unter Tage, entwickelt. Wenn sich Menschen oder normale, manuell gesteuerte Fahrzeuge dem Betriebsbereich der selbstfahrenden Fahrzeuge annähern, lösen sie aus Sicherheitsgründen normalerweise eine Betriebsunterbrechung aus. Sobald der Betriebsbereich frei ist, können die selbstfahrenden Fahrzeuge angewiesen werden, den Betrieb wieder aufzunehmen.
Das selbstfahrende Fahrzeug verwendet Informationen zur Straße, zur Umgebung und anderen Aspekten, welche die Fortbewegung beeinflussen, um das Drosseln, das Bremsen und das Lenken automatisch zu regeln. Eine vorsichtige Einschätzung und Identifizierung der geplanten Fortbewegung ist notwendig, um abzuschätzen, ob eine Straße navigierbar ist, und ist notwendig, um beim Fahren des Fahrzeugs eine Einschätzung einer Person erfolgreich zu ersetzen. Die Straßenbedingungen können komplex sein und beim Fahren eines normalen, bemannten Fahrzeugs macht die/der Fahrer/in hunderte Beobachtungen pro Minute und passt den Betrieb des Fahrzeugs basierend auf den wahrgenommenen Straßenbedingungen an, um z. B. einen navigierbaren Weg um ein Objekt herum zu finden, das auf der Straße liegen könnte. Die menschliche Wahrnehmungsfähigkeit mit einem selbstfahrenden System zu ersetzen, bedingt u. a. die Fähigkeit zur Wahrnehmung von Objekten auf exakte Art und Weise, um beim Vorbeilenken an diesen Objekten zu einer wirksamen Steuerung des Fahrzeugs fähig zu sein.
Die technologischen Verfahren, die zum Identifizieren eines Objekts in Verbindung mit dem Fahrzeug verwendet werden, umfassen u. a. die Verwendung einer oder mehrerer Kameras und Radare, die Bilder von der Umgebung erstellen. Verwendet wird auch Lasertechnologie, sowohl Abtastlaser als auch stationäre Laser, um Objekte zu erfassen und Entfernungen zu messen. Diese werden oft LIDAR (Light Detection and Ranging) oder LADAR (Laser Detection and Ranging) genannt. Darüber hinaus ist das Fahrzeug u. a. mit verschiedenen Sensoren ausgestattet, um Geschwindigkeit und Beschleunigungen in unterschiedliche Richtungen zu erfassen. Positioniersysteme und andere Drahtlostechnologien können ebenfalls verwendet werden um zu bestimmen, ob sich das Fahrzeug z. B. einer Kreuzung, einer Fahrbahneinengung und/oder anderen Fahrzeugen nähert.
Selbstfahrende Fahrzeuge werden heutzutage als Lastträger in Gebieten, wie beispielsweise dem Bergbau – sowohl über Tage als auch unter Tage – verwendet. Ein Fahrzeugunfall in einem Engpass, wie beispielsweise einer Transportstrecke oder in einer Bergbaustätte, hält in vielen Fällen die gesamte Produktionskette an, was zu einem starken Einkommensverlust führt. Ein typischer Grund für Fahrzeugunfälle in einer Geländeumgebung sind von den scharfen Kanten an faustgroßen Steinen – in der Bergbauindustrie „Schroppen” genannt – verursachte Reifenschäden. Die/der Fahrer/in in einem manuell gesteuerten Fahrzeug hat die Aufgabe, diese Steine zu erkennen und mit keinem der Räder des Fahrzeugs darüberzufahren. Für ein selbstfahrendes Fahrzeug ist es eine große Herausforderung, diese Objekte zu erfassen, da sie relativ klein sind und ihr Aussehen sich nicht stark von der Oberfläche in einem Bergwerk unterscheidet.
Ein anderes Problem mit selbstfahrenden Fahrzeugen ist, dass es im Gegensatz zu Fahrzeugen mit Fahrer/innen, die in die Richtung sehen, in die sie fahren möchten, schwierig zu wissen sein könnte, wo sie hinzufahren planen.
Die Patentschrift US-6151539-A beschreibt ein System für selbstfahrende Fahrzeuge und ein Verfahren, wie diese zu steuern sind. Das System besteht aus einer Reihe von Sensoren, die dazu bestimmt sind, zu gewährleisten, dass das Fahrzeug seinen Kurs beibehält und zu gewährleisten, dass das Fahrzeug einen Zusammenstoß mit unterschiedlichen Hindernissen verhindert. Zum Erfassen von Löchern oder kleinen Hindernissen auf dem Boden kann ein nach unten gerichtetes Laserabtastgerät verwendet werden.
Die Patentschrift US-20090088916-A1 beschreibt ein System für selbstfahrende Fahrzeuge, das dazu fähig ist, seinen Weg automatisch zu planen, während es gleichzeitig einen Zusammenstoß mit unterschiedlichen Arten von Hindernissen verhindert. Das System verwendet mathematische Algorithmen, um den richtigen Weg zu berechnen und wie das Fahrzeug Hindernissen ausweichen sollte. Das System verwendet zum Sammeln von notwendigen Informationen und Daten unterschiedliche Arten von Sensoren, u. a. Laser.
Die Patentschrift US-20120035788-A1 beschreibt ein System für selbstfahrende Fahrzeuge, welches verschiedene, auf der Straße liegende Hindernisse entdeckt und das mithilfe eines Lasers die beste Strecke berechnet.
Die Patentschrift US-20100114416-A1 beschreibt ein System für selbstfahrende Fahrzeuge, welches ein Laserabtastgerät verwendet, das die Umgebung abtastet, um Informationen über das Aussehen der Straße und darüber zu erhalten, ob auf der Straße Hindernisse liegen.
Die o. g. Systeme sind relativ kompliziert und nicht direkt dazu geeignet, im Gelände verwendet zu werden. Die Systeme sind für gewöhnlich auch dazu geeignet, Objekte im Allgemeinen zu erfassen und nicht um spezifische Objekte zu unterscheiden.
Deshalb ist ein Ziel der Erfindung die Bereitstellung eines verbesserten Systems, das Reifenschäden an einem selbstfahrenden Fahrzeug in einer Geländeumgebung verhindert.
Kurzdarstellung der Erfindung
Gemäß einem Aspekt wird das o. g. Ziel durch ein Steuerungssystem zur Steuerung eines selbstfahrenden Fahrzeugs mit Rädern gemäß dem ersten Hauptanspruch erreicht, wenn ein Objekt erfasst wird. Das Steuerungssystem umfasst eine oder mehrere Abtastvorrichtungen, von denen jede dazu geeignet ist, die davorliegende Straße für eines der Räder des Fahrzeugs abzutasten. Durch das Identifizieren besonders gefährlicher Objekte, wie beispielsweise „Schroppen”, auf dieser davorliegenden Straße kann das Fahrzeug umlenken und diesen Objekten ausweichen. Ein „Schroppen” ist im Bergbau ein faustgroßer Stein mit scharfen Kanten, der dafür bekannt ist, Reifenschäden zu verursachen. Durch die Verwendung des Steuerungssystem für die Identifizierung solcher Objekte kann das Fahrzeug Reifenschäden verhindern und damit Unterbrechungen der Produktion verhindern, da das Fahrzeug still stehen müsste und die Produktionskette unterbrechen würde oder für die Reparatur seiner Reifen entfernt werden müsste.
Die Abtastvorrichtungen können gemäß der davorliegenden Straße für die Fahrzeugräder eingestellt werden. Da die Objekte sehr klein sind, genügt es, einen schmalen Weg vor jedem Rad zu erfassen, d. h. eine schmale Breite des Fahrzeugwegs, welcher der Breite der Räder entspricht. Deshalb sind einfachere und kostengünstigere Abtastvorrichtungen möglich, die gut in einer gefährlichen Bergbauumgebung funktionieren.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird das Ziel durch ein Verfahren zum Regeln eines mit Rädern ausgestatteten, selbstfahrenden Fahrzeugs beim Erfassen von Objekten gemäß dem zweiten Hauptanspruch erreicht.
Die bevorzugten Ausführungsformen werden von den Unteransprüchen definiert.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische Ansicht eines Teils eines Verkehrssystems mit drei abgebildeten selbstfahrenden Fahrzeugen.
2 zeigt ein mit zwei Abtastvorrichtungen ausgestattetes selbstfahrendes Fahrzeug.
3 zeigt ein Blockdiagramm für ein Steuerungssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
4 zeigt ein Flussdiagramm für das Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt eine schematische Ansicht eines Verkehrssystems, umfassend drei selbstfahrende Fahrzeuge 2, die eine Straße entlangfahren. Die Pfeile in den selbstfahrenden Fahrzeugen 2 zeigen ihre jeweiligen Fahrtrichtungen. Die selbstfahrenden Fahrzeuge 2 können mit einem Steuerungszentrum 1 über beispielsweise V2I-(Vehicle-to-Infrastructure, Fahrzeug-zu-Infrastruktur)-Kommunikation 3 und/oder miteinander über beispielsweise V2V-(Vehicle-to-Vehicle, Fahrzeug-zu-Fahrzeug)-Kommunikation 4 kommunizieren. Diese Kommunikation ist drahtlos und kann über ein WLAN-Protokoll (Wireless Local Area Network, drahtloses lokales Netzwerk) IEEE 802.11, z. B. IEEE 802.11p stattfinden. Es sind auch andere drahtlose Arten der Kommunikation möglich. Das Steuerungszentrum 1 organisiert die selbstfahrenden Fahrzeuge 2 und gibt ihnen zu erfüllende Aufgaben. Wenn ein selbstfahrendes Fahrzeug eine Aufgabe erhält, kann das Fahrzeug unabhängig gewährleisten, dass die Aufgabe erfüllt wird. Eine Aufgabe kann in einer Anweisung bestehen, Güter an einer Güterabholungsstelle A abzuholen. Das Fahrzeug 2 ist dann dazu fähig, seine momentane Position zu bestimmen, um einen Weg von der momentanen Position zur Güterabholungsstelle A zu bestimmen und dorthin zu fahren. Auf dem Weg muss das Fahrzeug zudem dazu fähig sein, Hindernissen auszuweichen und mit anderen selbstfahrenden Fahrzeugen 2 umzugehen, die eine wichtigere Aufgabe haben könnten und denen Vorrang gegeben werden muss. In einer Geländeumgebung, wie in einem Bergwerk, gibt es einige Objekte, die für ein Fahrzeug gefährlicher als andere Objekte sind. Ein Beispiel sind die sogenannten Schroppen, bei denen es sich um faustgroße Steine mit scharfen Kanten handelt. Diese Objekte sind dafür bekannt, dass sie Pannen bei luftgefüllten Fahrzeugrädern verursachen und es ist wünschenswert, ein Darüberfahren zu verhindern. In einem fahrergesteuerten Fahrzeug kann die/der Fahrer/in diese Objekte lokalisieren und um sie herum fahren. Die/der Fahrer/in ist dazu fähig, zu sehen, dass es sich bei dem Objekt im Genauen um einen Schroppen handelt und kann den um ihn herum zu fahrenden Weg berechnen. In Bezug auf ein selbstfahrendes Fahrzeug 2 ist die Aufgabe sehr viel schwieriger. Das Steuerungssystem 10, das nachfolgend beschrieben wird, ist zur Ausführung dieser Aufgabe konzipiert.
2 zeigt ein selbstfahrendes Fahrzeug 2, bei dem Teile des Steuerungssystems 10 abgebildet sind. Das Fahrzeug 2 weist vier luftgefüllte Räder 7 auf und ist mit mindestens einer Abtastvorrichtung 5, 6 ausgestattet, hier zwei Abtastvorrichtungen 5, 6, von der jede dazu geeignet ist, die davorliegende Straße 8 für eines der zwei Vorderräder 7 des Fahrzeugs abzutasten. Wenn das Fahrzeug 2 z. B. ein Motorrad wäre, wäre eine Abtastvorrichtung 5 ausreichend. Jede Abtastvorrichtung 5, 6 ist dazu geeignet, ein Erfassungssignal s₁, s₂ zu erzeugen, das auf ein Objekt 9 auf der davor liegenden Straße 8 hinweist. Ein Objekt 9 in Form eines Schroppens ist hier als auf der Straße 8 liegend abgebildet und wird von der Abtastvorrichtung 5 erfasst.
Die vor den Fahrzeugrädern 7 liegende Straße 8 ist der Raum, den die Räder 7 des Fahrzeugs 2 entlang der davorliegenden Straße einnehmen werden, wobei die Breite w der Räder 7 und wie das Fahrzeug 2 fahren wird in Betracht gezogen wird. Vorzugsweise wird die vor dem Vorderradpaar liegende Straße 8 abgetastet, aber es ist auch möglich, die vor einem Hinterrad 7 liegende Straße oder die vor zwei Hinterrädern liegende Straße abzutasten. Ein Rad 7 kann zudem zwei oder mehr Räder umfassen, die miteinander verbunden sind. Die Breite der Räder 7 beträgt wie in der Figur mit w abgebildet und diese Breite muss etwas weiter vorn auf der Straße 8 erfasst werden, damit die Möglichkeit gegeben ist, um ein im Weg des Fahrzeugs liegendes Objekt 9 herumzufahren. Die Breite w beträgt gemäß einer Ausführungsform zwischen 20 und 100 cm. Die Abtastvorrichtungen 5, 6 sind vorzugsweise hoch oben auf dem Fahrzeug 2 platziert, damit in Bezug auf die Straße 8 größtmögliche Winkel gegeben sind, damit es möglich ist, die Straße 8 mit größerer Präzision abzutasten. Die Abtastvorrichtungen 5, 6 sind vorzugsweise so eingestellt, dass sie die Straße 8 bei einer Entfernung von 5–30 m vor dem Fahrzeug 2 abtasten, gemäß einer Ausführungsform 10 m vor dem Fahrzeug 2. Die Abtastvorrichtungen 5, 6 erzeugen Informationen, anhand derer mindestens eine Entfernung d₁, k₁ zum Objekt 9 bestimmbar ist.
3 zeigt ein Blockdiagramm für das Steuerungssystem 10. Das Steuerungssystem 10 umfasst zusätzlich zu mindestens einer Abtastvorrichtung 5, 6, die anhand von 2 beschrieben wird, ferner eine Analysevorrichtung 11, die dazu geeignet ist, das Erfassungssignal oder die Erfassungssignale s₁, s₂ der Abtastvorrichtungen 5, 6 zu empfangen. Zudem ist die Analysevorrichtung 11 dazu geeignet, mindestens eine Entfernung d₁, k₁ zum Objekt 9 zu bestimmen, um die Entfernung d₁, k₁ mit einer Referenzentfernung d_refd1, d_refk1 zu vergleichen und basierend auf dem Ergebnis des Vergleichs mindestens ein Objektprofil zu bestimmen. Demnach muss ein Objektprofil für ein Objekt 9 auf jeder der Straßen 8 bestimmt werden. Dieses Objektprofil kann anschließend dazu verwendet werden, um einen Schroppen von beispielsweise einem Loch im Boden zu unterscheiden. Die Referenzentfernungen d_refd1, d_refk1 können auf beispielsweise einem Speicher 14 gespeichert werden, der mit der Analysevorrichtung 11 verbunden ist.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Sensorsignal s₁, s₂ zudem auf Entfernungen d₁, k₁ von den Rädern 7 des Fahrzeugs zur Straße 8 hin, wenn kein Objekt 9 erfasst wurde. Die Analysevorrichtung 11 kann dann dazu geeignet sein, eine Referenzentfernung d_refd1, d_refk1 zu bestimmen, die ein Durchschnittswert mehrerer zuvor bekannter Entfernungen d₁, k₁ von den Rädern 7 des Fahrzeugs 2 zur Straße ist, wenn kein Objekt 9 erfasst wurde. Demnach können Referenzentfernungen d_refd1, d_refk1 zur Straße 8 bestimmt werden, welche die Analysevorrichtung 11 zum Vergleich mit spezifischen Entfernungen d₁ und k₁ verwenden und so eine Differenz zwischen einer Referenzentfernung d_refd1, d_refk1 und den spezifischen Entfernungen d₁, k₁ erstellen kann. Wenn eine Differenz vorliegt, ist diese Differenz zum Erstellen eines Objektprofils verwendbar. Die Analysevorrichtung 11 ist zudem dazu geeignet, das Objektprofil mit mindestens einem Referenzobjektprofil zu vergleichen und ein Ergebnissignal s_r1, s_r2 zu bestimmen, welches auf das Ergebnis des Vergleichs hinweist. Ein Referenzobjektprofil ist ein Profil, welches ein spezifisches Objekt identifiziert. Gemäß einer Ausführungsform kennzeichnet das Objektreferenzprofil einen faustgroßen Stein, z. B. einen Schroppen. Das Referenzobjektprofil umfasst vorgegebene Eigenschaften des speziellen Objekts, z. B. eine Höhe innerhalb eines bestimmten Intervalls und/oder eine Breite innerhalb eines bestimmten Intervalls. Bei einer Übereinstimmung zwischen dem Objektprofil und dem Referenzobjektprofil wird darauf in den Ergebnissignalen s_r1, s_r2 für das entsprechende Objekt hingewiesen.
Das Steuerungssystem 10 umfasst ferner eine Steuervorrichtung 12, die dazu geeignet ist, das Ergebnissignal s_r1, s_r2 zu empfangen und basierend auf dem Ergebnis des Vergleichs oder der Vergleiche ein oder mehrere Steuersignale s_contr gemäß vorgegebener Regeln zu bestimmen. Die vorgegebenen Regeln umfassen gemäß einer Ausführungsform Regeln dazu, wie das Fahrzeug 2 gesteuert werden sollte, damit die Fahrzeugräder 7 einem definierten Objekt 9 auf der Straße 8 ausweichen. Die vorgegebenen Regeln umfassen fahrzeugspezifische Bestimmungen, wie beispielsweise die Entfernung zwischen Radpaaren usw. Um zu entscheiden, wie das Fahrzeug 2 gesteuert werden sollte, um einem Objekt 9 auszuweichen, kann die Steuervorrichtung 12 dazu geeignet sein, ein Bahnsignal s_b zu empfangen, welches für das Fahrzeug 2 auf die davorliegende Straße hinweist. Das Bahnsignal s kann eine Bahn für das Fahrzeug 2 umfassen. Dank der Informationen über die Bahn für das Fahrzeug 2, die Entfernung zum Objekt 9 und z. B. die Entfernung zwischen den Vorderrädern 7 und der Breite w der Räder 7 kann die Steuervorrichtung 12 bestimmen, wie das Fahrzeug gesteuert werden sollte, um dem Objekt 9 auszuweichen. Wenn ein Objekt 9 als ein Schroppen identifiziert wurde, muss das Fahrzeug 2 um den Schroppen herumfahren. Dann werden ein oder mehrere Steuersignale s_contr bestimmt, um das Fahrzeug 2 um das Objekt 9 herumzufahren. Die Steuervorrichtung 12 ist ferner dazu geeignet, Steuersignale s_contr an ein Steuerungssystem 13 im Fahrzeug 2 zu senden, sodass das Fahrzeug 2 demgemäß gesteuert wird. Das Steuerungssystem 13 kann ein Steuerungssystem 13 sein, welches das Lenken des Fahrzeugs 2 steuert. Sofern das Steuerungssystem 10 zwei Abtastvorrichtungen 5, 6 umfasst, die dazu geeignet sind, die vor jedem der Räder 7 des Fahrzeugs 2 liegende Straße 8 abzutasten, ist die Steuervorrichtung 12 dazu geeignet, Steuersignale s_contr ebenfalls basierend auf dem Objekt 9 auf der davorliegenden Straße 8 für das andere Rad 7 des Fahrzeugs zu bestimmen. Das andere Rad 7 des Fahrzeugs 2 ist in diesem Kontext das zweite Rad eines Vorderradpaares.
Die Abtastvorrichtungen 5, 6, die zum Teil zuvor beschrieben wurden, können jeweils einen oder mehrere Laser umfassen, die Entfernungen d₁, k₁ zur Straße 8 oder zu einem Objekt 9 bestimmen können. Der Laser kann ein Abtastlaser sein, der dazu geeignet ist, die Breite w der Straße 8 abzutasten. Anhand dieser Abtastung ist eine Anzahl von hauptsächlich gleichzeitigen Entfernungen d₁–d_x, k₁–k_x zum Objekt 9 bestimmbar. Die Abtastvorrichtungen 5, 6 können hingegen jeweils mehrere Laser umfassen, die in einer Reihe oder in einer Matrix platziert sind. Zum Beispiel können drei Laser nebeneinander platziert werden und so angepasst werden, dass sie gemeinsam die Breite w bei einer bestimmten Entfernung I vor dem Fahrzeug 2 erfassen. Gemäß einer Ausführungsform ist die Analysevorrichtung 11 in diesem Fall dazu geeignet, mehrere hauptsächlich gleichzeitige Entfernungen d₁–d_x, k₁–k_x zum Objekt 9 zu bestimmen und die gleichzeitigen Entfernungen d₁–d_x, k₁–k_x mit einem oder mehreren Referenzwerten d_refd1–d_refdx, d_refk1–d_refkx zu vergleichen und basierend auf den Ergebnissen der Vergleiche ein Objektprofil zu bestimmen. Es ist ferner eine Zeitreihe von bestimmten Entfernungen verwendbar. In diesem Fall ist die Analysevorrichtung 11 dazu geeignet, ein Objektprofil zu bestimmen, das auf einer Zeitreihe von Ergebnissen von Vergleichen von einer Zeitreihe von Entfernungsbestimmungen basiert. Das Referenzobjektprofil weist in diesem Fall äquivalente Bestimmungen dafür auf, wie die Referenzobjekte erscheinen, um einen Vergleich mit dem bestimmten Objektprofil zu ermöglichen. Wenn die Laser in einer Matrix platziert sind, z. B. 2×2 oder 3×3, können sie ein Objekt 9 in drei Dimensionen direkt erfassen. Dann kann ein Objektprofil in 3D bestimmt werden, das mit einem Referenzobjektprofil in 3D vergleichbar ist. Die Abtastvorrichtungen 5, 6 können hingegen Kameras umfassen, anhand deren Bilder es möglich ist, die Objekte 9 zu identifizieren und die Entfernungen d₁, k₁ zu diesen zu bestimmen. Um die Tiefe zu bestimmen, jedoch sind in jeder der Abtastvorrichtungen 5, 6 zwei Kameras notwendig.
Die Steuervorrichtung 12 kann, wie zuvor beschrieben, dazu geeignet sein, ein Bahnsignal s_b zu empfangen, welches auf die vor dem Fahrzeug liegende Straße 8 hinweist. Das Bahnsignal kann eine Bahn für das Fahrzeug 2 umfassen, das unter Berücksichtigung der Tatsache bestimmbar ist, wie das Fahrzeug 2 gelenkt wird, z. B. der Anpassung des Lenkrads oder der Radanpassung, und wird kontinuierlich aktualisiert. Die Bahn kann darauf hinweisen, wo die Mittellinie des Fahrzeugs 2 in Fahrtrichtung sein sollte und dann kann die Steuervorrichtung dazu geeignet sein, die Bahnen 8 der Räder zu bestimmen. Alternativ kann das Bahnsignal s_b auf Bahnen für die entsprechenden Räder 7 hinweisen. Das Bahnsignal s_b kann hingegen nur auf ein endgültiges Ziel für das Fahrzeug 2 hinweisen und die Steuervorrichtung 12 muss in diesem Fall dazu geeignet sein, unabhängig Bahnen 8 für die Räder 7 des Fahrzeugs 2 zu bestimmen. Um Bahnen für die Räder 7 des Fahrzeugs zu bestimmen, kann die Steuervorrichtung 12 Informationen über die Entfernung zwischen den Vorderrädern 7 und der Breite w der Räder verwenden. Die Steuervorrichtung 12 ist ferner dazu geeignet, mindestens eine Anpassung für mindestens eine Abtastvorrichtung 5, 6 basierend auf der vor dem Fahrzeug 2 liegenden Straße 8 zu bestimmen, sodass die Abtastvorrichtung 5, 6 für eines der Räder 7 des Fahrzeugs die davorliegende Straße 8 erfasst. Um eine oder mehrere Anpassungen für die Abtastvorrichtungen 5, 6 zu bestimmen, kann die Steuervorrichtung 12 die bestimmten Bahnen für die Räder 7 des Fahrzeugs, die gewählte Entfernung I vor dem Fahrzeug 2 und in welcher Höhe des Fahrzeugs 2 die Abtastvorrichtungen 5, 6 installiert sind, verwenden. Durch geometrische Berechnungen kann die Steuervorrichtung 12 anschließend Anpassungen für die Abtastvorrichtungen 5, 6 bestimmen, sodass sie in einem Bereich der vor den Rädern 7 liegenden Straße 8 bei einer gewissen Entfernung I vor dem Fahrzeug 2 erfassen. Jede Abtastvorrichtung 5, 6 muss demnach angepasst werden, sodass sie eine bestimmte Straße 8 erfasst. Die Steuervorrichtung 12 ist ferner dazu geeignet, ein Anpassungssignal s_set1, s_set2 zu erzeugen, das auf die Anpassung hinweist, und dieses an die Abtastvorrichtungen 5, 6 zu senden, sodass die Abtastvorrichtung 5 gemäß der Anpassung angepasst ist. Jede Abtastvorrichtung 5, 6 ist demnach dazu geeignet, anpassbar zu sein, sodass sie eine zugeordnete Straße 8 erfasst. Demnach kann das Steuerungssystem 10 kontinuierlich die Straße 8 erfassen, auf der die Fahrzeugräder 7 platziert werden.
Je nachdem wie das Fahrzeug 2 lenkt oder zu lenken plant werden die Abtastvorrichtungen 5, 6 entsprechend angepasst. Diese Anpassung ist für andere Befahrer der Straße sichtbar und so werden sie darüber informiert, wo das Fahrzeug 2 hinfährt.
Die Analysevorrichtung 11 und die Steuervorrichtung 12 können in einem Computer im Fahrzeug 2 oder in einer Steuervorrichtung (ECU – Electronic Control Unit, elektronisches Steuergerät) umfasst sein. Das Steuerungssystem 10 umfasst vorzugsweise einen Prozessor und einen Speicher 14 zur Ausführung der hier beschriebenen Verfahren. Das Steuerungssystem 10 ist dazu geeignet, mit unterschiedlichen Vorrichtungen und Systemen im Fahrzeug 2 über ein oder mehrere unterschiedliche Netzwerke im Fahrzeug 2, wie beispielsweise einem drahtlosen Netzwerk, über CAN (Controller Area Network), LIN (Local Interconnect Network) oder Flexray usw. zu kommunizieren.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Steuerung eines mit Rädern ausgestatteten, selbstfahrenden Fahrzeugs 2 beim Erfassung eines Objekts 9, wie nachfolgend unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm in 4 beschrieben wird. Das Verfahren umfasst einen ersten Schritt A1) zum Erfassen der vor mindestens einem der Räder 7 des Fahrzeugs 2 liegenden Straße 8. Dies kann mit einer oder mehreren Abtastvorrichtungen 5, 6 erreicht werden, wie zuvor in Verbindung mit dem Steuerungssystem 10 beschrieben wurde. In einem zweiten Schritt A2) wird mindestens eine Entfernung d₁, k₁ zu einem Objekt 9 auf der Straße 8 bestimmt. In einem dritten Schritt A3) wird die Entfernung d₁, k₁ mit einer Referenzentfernung d_refd1, d_refk1 verglichen und ein Objektprofil basierend auf dem Ergebnis des Vergleichs bestimmt. In einem vierten Schritt A4) wird das Objektprofil mit einem Referenzobjektprofil verglichen und ein Ergebnis des Vergleichs bestimmt. Das Referenzobjektprofil kann z. B. einen faustgroßen Stein, einen sogenannten Schroppen kennzeichnen. Wenn das Objektprofil eine oder mehrere Eigenschaften eines Schroppens umfasst, ist das Ergebnis des Vergleichs, dass das Objektprofil zum Referenzobjektprofil passt und ein Schroppen wurde identifiziert. Um dem identifizierten Schroppen auszuweichen, umfasst das Verfahren in einem fünften Schritt A5) das Bestimmen, basierend auf dem Ergebnis des Vergleichs, eines oder mehrerer Steuersignale s_contr gemäß vorgegebener Regeln. Die Regeln umfassen, wie das Fahrzeug 2 gesteuert werden sollte, um dem definierten Objekt 9 auszuweichen, was zuvor in Verbindung mit dem Steuerungssystem 10 erklärt wurde. In einem sechsten Schritt A6) werden das eine oder die mehreren Steuersignale s_contr an ein Steuerungssystem 13 im Fahrzeug 2 gesendet, sodass das Fahrzeug 2 demgemäß gesteuert wird.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Bestimmen einer Referenzentfernung d_refd1, d_refk1, die ein Durchschnittswert mehrerer zuvor bestimmter Entfernungen d₁, k₁ von den Rädern 7 des Fahrzeugs zur Straße 8 ist, wenn kein Objekt 9 erfasst wurde. Demnach können die Differenzwerte zwischen einer Referenzentfernung d_refd1, d_refk1 und bestimmte Entfernungen zu einem Objekt 9 erhalten werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren in Schritt A2) das Bestimmen mehrerer gleichzeitiger Entfernungen d₁–d_x, k₁–k_x zum Objekt (9) und in Schritt A3) das Vergleichen der mehreren gleichzeitigen Entfernungen d₁–d_x, k₁–k_x mit einem oder mehreren Referenzwerten d_refd1–d_refdx, d_refk1–d_refkx und basierend auf den Ergebnissen der Vergleiche das Bestimmen eines Objektprofils. Demnach kann eine zuverlässigere Analyse durchgeführt werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Schritt A3 das Bestimmen eines Objektprofils, das auf einer Zeitreihe von Ergebnissen von Vergleichen basiert, die von einer Zeitreihe von Entfernungsbestimmungen stammen. Demnach kann ein 2D- oder 3D-Objektprofil erstellt und mit einem äquivalenten Referenzobjektprofil verglichen werden. Demnach kann eine noch zuverlässigere Analyse durchgeführt werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren die folgenden Schritte: B1) Empfangen von Informationen zur vor dem Fahrzeug 2 liegenden Straße; B2) Bestimmen mindestens einer Anpassung für mindestens eine Abtastvorrichtung 5, 6 basierend auf der vor dem Fahrzeug 2 liegenden Straße, sodass jede oder mehrere Abtastvorrichtungen 5, 6 die davorliegende Straße 8 für eines der Räder 7 des Fahrzeugs abtasten; B3) Senden der Anpassung an die Erfassungsvorrichtung oder die Abtastvorrichtungen 5, 6, sodass die Abtastvorrichtung oder Abtastvorrichtungen 5, 6 gemäß der Anpassung angepasst werden. Demnach können die Abtastvorrichtungen 5, 6 kontinuierlich die davorliegende Straße 8 für die Räder 7 des Fahrzeugs 2 abtasten.
Die Erfindung betrifft zudem ein Computerprogramm P in einem selbstfahrenden Fahrzeug 2, wobei das Computerprogramm P einen Programmcode umfasst, der das Steuerungssystem 10 dazu veranlasst, die verfahrensgemäßen Schritte durchzuführen. 3 zeigt das Computerprogramm P als Teil des Speichers 14. Das Computerprogramm P ist demnach im Speicher 14 gespeichert. Der Speicher 14 ist mit der Analysevorrichtung 11 verbunden und wenn das Computerprogramm P von der Analysevorrichtung 11 ausgeführt wird, werden zumindest Teile der hier beschriebenen Verfahren durchgeführt. Die Erfindung umfasst zudem ein Computerprogrammprodukt, umfassend einen in einem computerlesbaren Medium gespeicherten Programmcode, der die hier beschriebenen Verfahrensschritte durchführt, wenn der Programmcode im Steuerungssystem 10 ausgeführt wird. Der Speicher 14 kann auch mit der Steuervorrichtung 12 verbunden sein.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die zuvor beschriebenen, bevorzugten Ausführungsformen beschränkt. Es sind verschiedene Alternativen, Änderungen und Entsprechungen verwendbar. Die Ausführungsformen sollen deshalb nicht das Ziel der Erfindung einschränken, welche von den beigefügten Patentansprüchen definiert wird.

Claims

Steuerungssystem (10) zur Steuerung eines mit Rädern ausgestatteten, selbstfahrenden Fahrzeugs (2) beim Erfassen eines Objekts (9), wobei das selbstfahrende Fahrzeug dazu geeignet ist, in einer Geländeumgebung betrieben zu werden und wobei das Steuerungssystem (10) Folgendes umfasst: – mindestens eine Abtastvorrichtung (5, 6), von der jede dazu geeignet ist, die davorliegende Straße (8) für eines der Räder (7) des Fahrzeugs abzutasten und ein Erfassungssignal s₁, s₂ zu erzeugen, das auf ein Objekt (9) auf der davor liegenden Straße (8) hinweist; – eine Analysevorrichtung (11), die dazu geeignet ist, das Erfassungssignal s₁, s₂ zu empfangen und mindestens eine Entfernung d₁, k₁ zum Objekt (9) zu bestimmen, um die Entfernung d₁, k₁ mit einer Referenzentfernung d_refd1, d_refk1 zu vergleichen und basierend auf dem Ergebnis des Vergleichs mindestens ein Objektprofil zu bestimmen; wobei die Analysevorrichtung (11) ferner dazu geeignet ist, das Objektprofil mit einem Referenzprofil zu vergleichen und ein Ergebnissignal s_r1, s_r2 zu bestimmen, welches auf das Ergebnis des Vergleichs hinweist; – eine Steuervorrichtung (12), die dazu geeignet ist, das Ergebnissignal s_r zu empfangen und basierend auf dem Ergebnis des Vergleichs ein oder mehrere Steuersignale s_contr gemäß vorgegebener Regeln zu bestimmen, wobei die Steuervorrichtung (12) ferner dazu geeignet ist, die Steuersignale s_contr an ein Steuerungssystem (13) im Fahrzeug (2) zu senden, wobei das Fahrzeug (2) demgemäß gesteuert wird.
Steuerungssystem (10) nach Anspruch 1, wobei das Erfassungssignal s₁, s₂ ferner auf die Entfernung d₁, k₁ von den Rädern (7) des Fahrzeugs zur Straße (8) hinweist, wenn kein Objekt (9) erfasst wird; wobei die Analysevorrichtung (11) dazu geeignet ist, eine Referenzentfernung d_refd1, d_refk1 zu bestimmen, die ein Durchschnittswert mehrerer zuvor bestimmter Entfernungen d₁, k₁ von den Rädern des Fahrzeugs zur Straße ist, wenn kein Objekt erfasst wurde.
Steuerungssystem (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Analysevorrichtung (11) dazu geeignet ist, mehrere gleichzeitige Entfernungen d₁–d_x, k₁–k_x zum Objekt (9) zu bestimmen, wobei die Analysevorrichtung (11) dazu geeignet ist, die mehreren gleichzeitigen Entfernungen d₁–d_x, k₁–k_x mit einem oder mehreren Referenzwerten d_refd1–d_refdx, d_refk1–d_refkx zu vergleichen und basierend auf den Ergebnissen der Vergleiche ein Objektprofil zu bestimmen.
Steuerungssystem (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Analysevorrichtung (11) dazu geeignet ist, ein Objektprofil zu bestimmen, das auf einer Zeitreihe von Ergebnissen von Vergleichen von einer Zeitreihe von Entfernungsbestimmungen basiert.
Steuerungssystem (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Steuervorrichtung dazu geeignet ist, ein Bahnsignal s_b zu empfangen, welches auf die vor dem Fahrzeug liegende Straße hinweist, wobei die Steuervorrichtung (12) dazu geeignet ist, basierend auf der vor dem Fahrzeug liegenden Straße mindestens eine Anpassung für die mindestens eine Abtastvorrichtung (5, 6) zu bestimmen, sodass die Abtastvorrichtung (5, 6) die vor einem der Räder (7) des Fahrzeugs liegende Straße (8) abtastet, wobei die Steuervorrichtung (12) dazu geeignet ist, ein Anpassungssignal s_set1, s_set2 zu erzeugen, das auf die Anpassung hinweist, und dieses an die Abtastvorrichtung (5, 6) sendet, wobei die Abtastvorrichtung (5, 6) gemäß der Anpassung angepasst ist.
Steuerungssystem (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Abtastvorrichtung (5, 6) mindestens einen Laser umfasst.
Steuerungssystem (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Objektreferenzprofil einen faustgroßen Stein kennzeichnet.
Steuerungssystem (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die vorgegebenen Regeln Regeln dazu umfassen, wie das Fahrzeug (2) gesteuert werden sollte, damit die Fahrzeugräder (7) einem definierten Objekt (9) auf der Straße (8) für die Fahrzeugräder (7) ausweichen.
Steuerungssystem (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend zwei Abtastvorrichtungen (5, 6), die dazu geeignet sind, die vor jedem der Räder des Fahrzeugs liegende Straße abzutasten, wobei die Steuervorrichtung (12) dazu geeignet ist, Steuersignale s_contr ebenfalls basierend auf einem Objekt (9) auf der davorliegenden Straße (8) für das andere Rad (7) des Fahrzeugs zu bestimmen.
Verfahren zur Steuerung eines mit Rädern ausgestatteten selbstfahrenden Fahrzeugs (2) beim Erfassen eines Objekts (9), wobei das selbstfahrende Fahrzeug dazu geeignet ist, in einer Geländeumgebung betrieben zu werden und wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – Abtasten der davorliegenden Straße (8) für mindestens eines der Räder (7) des Fahrzeugs; – Bestimmen mindestens einer Entfernung d₁, k₁ zu einem Objekt (9) auf der Straße (8); – Vergleichen der Entfernung d₁, k₁ mit einer Referenzentfernung d_refd1, d_refk1 und Bestimmen eines Objektprofils basierend auf dem Ergebnis des Vergleichs; – Vergleichen des Objektprofils mit einem Referenzobjektprofil und Bestimmen eines Ergebnisses des Vergleichs; – Bestimmen, basierend auf dem Ergebnis des Vergleichs, eines oder mehrerer Steuersignale s_contr gemäß vorgegebener Regeln; – Senden des einen oder der mehreren Steuersignale s_contr an ein Steuerungssystem (13) im Fahrzeug (2), wobei das Fahrzeug (2) demgemäß gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Verfahren das Bestimmen einer Referenzentfernung d_refd1, d_refk1 umfasst, die ein Durchschnittswert mehrerer zuvor bekannter Entfernungen d₁, k₁ von den Rädern (7) des Fahrzeugs zur Straße (8) ist, wenn kein Objekt (9) erfasst wurde.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Verfahren das Bestimmen mehrerer gleichzeitiger Entfernungen d₁–d_x, k₁–k_x zum Objekt (9) umfasst, um die mehreren gleichzeitigen Entfernungen d₁–d_x, k₁–k_x mit einem oder mehreren Referenzwerten d_refd1–d_refdx, d_refk1–d_refkx zu vergleichen und basierend auf den Ergebnissen der Vergleiche ein Objektprofil zu bestimmen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das Verfahren das Bestimmen eines Objektprofils umfasst, das auf einer Zeitreihe von Ergebnissen von Vergleichen basiert, die von einer Zeitreihe von Entfernungsbestimmungen stammen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – Empfangen von Informationen über die vor dem Fahrzeug (2) liegende Straße; – Bestimmen mindestens einer Anpassung für die mindestens eine Abtastvorrichtung (5, 6) basierend auf der vor dem Fahrzeug liegenden Straße, sodass die Abtastvorrichtung (5, 6) die davorliegende Straße (8) für eines der Räder (7) des Fahrzeugs erfasst; – Senden der Anpassung an die Abtastvorrichtung (5, 6), wobei die Abtastvorrichtung (5, 6) gemäß der Anpassung angepasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei das Objektreferenzprofil einen faustgroßen Stein kennzeichnet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei die vorgegebenen Regeln Regeln dazu umfassen, wie das Fahrzeug (2) gesteuert werden sollte, damit die Räder (7) des Fahrzeugs (2) einem definierten Objekt (9) auf der vor den Fahrzeugrädern (7) liegenden Straße (8) ausweichen.
Computerprogramm (P) in einem selbstfahrenden Fahrzeug, wobei das Computerprogramm (P) einen Programmcode umfasst, der ein Steuerungssystem (10) dazu veranlasst, die Schritte nach einem der Ansprüche 10 bis 16 durchzuführen.
Computerprogrammprodukt, umfassend einen in einem computerlesbaren Medium gespeicherten Programmcode, der die Verfahrensschritte nach einem der Ansprüche 10 bis 16 ausführt, wenn der Programmcode in einem Steuerungssystem (10) ausgeführt wird.