DE112014001065T5

DE112014001065T5 - Steuerungssystem für selbstfahrende Fahrzeuge und Verfahren für das Steuerungssystem

Info

Publication number: DE112014001065T5
Application number: DE112014001065.0T
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: 2015-11-12
Also published as: SE537674C2; SE1350332A1; WO2014148989A1; BR112015019993A2

Abstract

Ein Steuerungssystem (2), das dazu geeignet ist, ein selbstfahrendes Fahrzeug (4) entlang einer geplanten Strecke zu steuern, wobei das Steuerungssystem dazu geeignet ist, ein Reibungssignal (6), das Informationen über die Reibung μ für eine Fahrbahn enthält, auf der das Fahrzeug fahren soll, und ein Geschwindigkeitssignal (8), das Informationen über die Fahrzeuggeschwindigkeit v enthält, zu empfangen. Das Steuerungssystem (2) umfasst eine Verarbeitungseinheit (10) und eine Steuereinheit (12), wobei die Verarbeitungseinheit dazu geeignet ist, basierend auf der gemessenen Reibung μ und der Fahrzeuggeschwindigkeit v einen variablen Sicherheitsabstand 8M(μ, v) bezüglich eines Objekts in der Nähe des Fahrzeugs zu bestimmen; und eine Bahn (14) für die geplante Strecke zu bestimmen, sodass der Sicherheitsabstand SM eingehalten wird. Die Steuereinheit ist ferner dazu geeignet, das Fahrzeug mithilfe eines Steuersignals (16) so zu steuern, dass es der Bahn folgt, indem zumindest die Lenkung und die Geschwindigkeit des Fahrzeugs durch Anwenden einer Reihe von Steuerungsregeln beeinflusst werden, wobei die Steuerungsregeln eine Regel beinhalten, welche die Querbeschleunigung ay des Fahrzeugs in Betracht zieht.

Description

Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Steuerungssystem gemäß der Oberbegriffe der Nebenansprüche.
Im Genaueren betrifft die Erfindung ein Verfahren und ein Steuerungssystem, welches die Sicherheit selbstfahrender Fahrzeuge verbessert, wenn sie auf einer rutschigen Oberfläche fahren.
Hintergrund der Erfindung
Ein Fahrzeug, das ohne Fahrer/in auf dem Boden fahren kann, wird unbemanntes Bodenfahrzeug beziehungsweise UBF genannt. Es gibt zwei Arten unbemannter Bodenfahrzeuge, nämlich ferngesteuerte und selbstfahrende.
Ein ferngesteuertes UBF ist ein Fahrzeug, das durch einen menschlichen Bediener über eine Kommunikationsverbindung gesteuert wird. Alle Handlungen werden vom Bediener basierend auf entweder direkter Beobachtung oder mithilfe von Sensoren, wie beispielsweise digitalen Videokameras, bestimmt. Ein einfaches Beispiel eines ferngesteuerten UBF ist ein ferngesteuertes Spielzeugauto. Unter heutzutage verwendeten ferngesteuerten Fahrzeugen gibt es große Unterschiede. Diese Fahrzeuge werden oft in gefährlichen Situationen und in Umgebungen verwendet, die für die Anwesenheit von Menschen ungeeignet sind, wie beispielsweise beim Entschärfen von Bomben und in Verbindung mit gefährlichen Chemieunfällen. Ferngesteuerte, unbemannte Fahrzeuge werden zudem in Verbindung mit Überwachungsarbeiten 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 seine Umgebung einzusehen. Die Sensordaten werden anschließend von Steuerungsalgorithmen verwendet, um den nächsten Schritt des Fahrzeugs zu bestimmen, wobei dafür das Hauptziel für das Fahrzeug in Betracht gezogen wird, wie beispielsweise das Abholen und Liefern von Gütern an unterschiedlichen Orten. Im Genaueren muss ein selbstfahrendes Fahrzeug dazu fähig sein, die Umgebung ausreichend gut zu interpretieren, um zur Durchführung der ihm gegebenen Aufgabe fähig zu sein, z. B. „den Steinblock von Punkt A zu Punkt B über den Bergbaustollen C bewegen”. Das selbstfahrende Fahrzeug muss eine Strecke planen und dieser zum gewählten Ziel folgen, während es auf seinem Weg Hindernisse erfasst und diesen ausweicht. Außerdem muss das selbstfahrende Fahrzeug seine Aufgabe so schnell wie möglich erledigen, ohne dabei Fehler zu begehen. Selbstfahrende Fahrzeuge wurden zudem 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 normal manuell gesteuerte Fahrzeuge dem Arbeitsbereich der selbstfahrenden Fahrzeuge annähern, lösen sie aus Sicherheitsgründen normalerweise eine Arbeitsunterbrechung aus. Die Fahrzeuge werden angewiesen, ihre Arbeit wieder aufzunehmen, sobald der Arbeitsbereich wieder frei ist.
Das selbstfahrende Fahrzeug verwendet Informationen zur Straße, zur Umgebung und zu anderen Faktoren, welche seine Vorwärtsfahrt beeinflussen, um sein Betätigen des Gaspedals, sein Bremsen und sein Lenken automatisch zu steuern. Eine vorsichtige Einschätzung und Identifizierung der geplanten Vorwärtsbewegung ist notwendig, um bestimmen, ob eine Straße passierbar ist, und ist notwendig, um hinsichtlich des Fahrens des Fahrzeugs eine Einschätzung eines Menschen erfolgreich zu ersetzen. Die Straßenbedingungen können komplex sein und die/der Fahrer/in eines normalen bemannten Fahrzeugs macht hunderte Beobachtungen pro Minute und passt den Betrieb des Fahrzeugs basierend auf den wahrgenommenen Straßenbedingungen an, um z. B. vorbei an Objekten, die auf der Straße liegen könnten, eine passierbare Strecke zu finden. Die Möglichkeit, die menschliche Wahrnehmungsfähigkeit mit einem selbstfahrenden System zu ersetzen, erfordert 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, beinhalten die Verwendung einer/s oder einer Vielzahl von Kameras und Radaren, die Bilder von der Umgebung erstellen. Verwendet werden auch Lasertechnologien, 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. Das Fahrzeug ist zudem mit mehreren Sensoren ausgestattet, um die Geschwindigkeit und Beschleunigungen in mehrere Richtungen zu erfassen. Positioniersysteme (z. B. GPS) 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.
Die Steuerung eines selbstfahrenden Fahrzeugs, sodass es eine geplante Strecke entlangfährt, wird im Wesentlichen durch das Beeinflussen der Lenkung und der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, d. h. seine Beschleunigung und Abbremsung, erzielt. Dies erfolgt im Allgemeinen so, dass das Fahrzeugsteuerungssystem Steuerungsparameter an mehrere Einheiten im Fahrzeug überträgt, wie beispielsweise den Motor, die Lenkung, das Getriebe und Bremssysteme.
Die Patentschrift US 2010/0114416 betrifft ein System und ein Verfahren zum Navigieren eines selbstfahrenden Fahrzeugs, das Erfassungs- und Entfernungsmessungen verwendet, die mithilfe von Lasern vorgenommen werden.
Die Patentschrift US 2012/0035788 betrifft ein Navigations- und Steuerungssystem für selbstfahrende Fahrzeuge und umfasst Sensoren, wie beispielsweise Lasersensoren, die so konfiguriert sind, dass sie Objekte vor dem Fahrzeug lokalisieren, sodass es gefahren werden kann, ohne mit den Objekten zu kollidieren.
Ein/e Fahrer/in eines Güterfahrzeugs kann ihr/sein Fahrverhalten basierend auf den vorherrschenden Bedingungen anpassen; wenn es rutschig ist, kann sie/er zum Beispiel den Sicherheitsabstand zu anderen Fahrer/innen und Hindernissen entlang der Straße erhöhen. Eine Maschine ist beim Anpassen an unterschiedliche Situationen nicht so gut wie ein Mensch. Dies bedeutet, dass ein selbstfahrendes Fahrzeug entweder mit einem Abstand zu anderen Fahrer/innen gefahren wird, der zu gering ist, sodass das Fahrzeug einen Unfall verursacht, was insbesondere auf einer rutschigen Oberfläche passieren kann, oder mit einem Abstand gefahren wird, der manchmal zu groß ist, sodass das Fahrzeug manchmal nicht dazu im Stande ist, Stellen zu erreichen, an denen es tatsächlich Platz gefunden hätte.
Die folgenden Dokumente betreffen mehrere Arten von Systemen und Verfahren in Verbindung mit der Steuerung von Fahrzeugen, einschließlich in Verbindung mit rutschigen Oberflächen.
Die Patentschrift US 2012/0083959 betrifft ein System und ein Verfahren zur Selbststeuerung eines Fahrzeugs mit der Absicht, Verschleiß verschiedener Fahrzeugteile zu vermeiden. Die Steuerung basiert teilweise auf Eingabesignalen von zwei Sensoren, wobei ein Sensor die Auswirkung auf andere Fahrzeugteile erfasst, während ein anderer Sensor Umgebungsparameter erfasst, wie beispielsweise die Anwesenheit von Objekten in der Nähe des Fahrzeugs, die Temperatur, die Feuchtigkeit usw. Dann wird ein erstes oder ein zweites Manöver gewählt, das hinsichtlich der Vermeidung von Verschleiß in verschiedenen Fahrzeugteilen am besten ist.
Die Patentschrift EP 2 407 357 beschreibt ein autarkes Bremssystem für ein Fahrzeug. Eine Sensorvorrichtung ist dazu geeignet, Hindernisse in der Umgebung des Fahrzeugs zu erfassen, und basierend auf der Entfernung zum Fahrzeug werden Bremsparameter bestimmt, sodass das Fahrzeug automatisch bremst, um dem Hindernis auszuweichen. Zur Bestimmung der Bremsparameter werden Informationen zur Reibung an der Fahrbahn verwendet und die Bremsparameter für das autarke Bremssystem werden entsprechend angepasst.
Die Patentschrift DE 199 33 782 beschreibt ein Verfahren zum Verhindern von Kollisionen zwischen zwei hintereinander fahrenden Fahrzeugen. Die Eigenschaften der Fahrbahn, wie beispielsweise die Reibung, werden gemessen und die Messwerte werden verwendet, um einen Sicherheitsabstand zum Spurfahrzeug zu berechnen. Wenn die tatsächliche Entfernung zu gering ist, beschleunigt das Fahrzeug automatisch.
Die vorliegende Erfindung basiert auf den Beobachtungen der Erfinder, dass für ein bemanntes Fahrzeug der/die Fahrer/in ihr/sein Fahrverhalten basierend auf den vorherrschenden Straßenbedingungen anpasst und zum Beispiel die Entfernung zum umgebenden Verkehr bei rutschigen Bedingungen erhöht. Ein selbstfahrendes Fahrzeug ist nicht so anpassungsfähig und weist deshalb manchmal einen unnötig großen oder alternativ einen übermäßig kleinen Sicherheitsabstand auf, mit dem Ergebnis, dass die Vorwärtsfahrt des selbstfahrenden Fahrzeugs auf einer rutschigen Oberfläche unzufriedenstellend ist.
Die allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Verbesserung der Fähigkeit eines selbstfahrenden Fahrzeugs, auf einer rutschigen Oberfläche zu fahren.
Kurzdarstellung der Erfindung
Die o. g. Aufgaben werden mithilfe der Erfindung gelöst, die in den Nebenansprüchen definiert wird.
Bevorzugte Ausführungsformen werden von den Unteransprüchen definiert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Erfassung der Oberflächenreibung durchgeführt und das selbstfahrende Fahrzeug passt sein Fahrverhalten basierend auf dem Reibungswert an, was zur Folge hat, dass jederzeit ein gutes Gleichgewicht zwischen Sicherheit und Transporteffizienz möglich ist. Das Fahrverhalten wird so angepasst, dass die Geschwindigkeit verringert wird und die Abstände zum umgebenden Verkehr und Hindernissen erhöht sind, sodass die Wahrscheinlichkeit einer Kollision gering ist.
Im Genaueren wird dies erfindungsgemäß durch Berechnen einer zukünftigen Strecke für das Fahrzeug, einer sogenannten Bahn, erreicht, nämlich aufgrund der gemessenen Reibungswerte und einem vorgegebenen Wahrscheinlichkeitsmodell, welches auf die Wahrscheinlichkeit hinweist, dass die vorgegebene Strecke zumindest aufgrund der Reibungswerte entlang der vorgegebenen Strecke fahrbar ist. Das selbstfahrende Fahrzeug wird basierend auf dieser Wahrscheinlichkeit gesteuert, sodass die Wahrscheinlichkeit, dass die vorgegebene Strecke fahrbar ist, höher als ein vorgegebener Wahrscheinlichkeitsschwellenwert ist. Der Zweck des Verwendens eines Wahrscheinlichkeitsmodells ist der Versuch, die Einschätzung nachzuahmen, die die/der Fahrer/in eines Fahrzeugs kontinuierlich vornimmt. Gemäß dem Modell gibt es eine große Anzahl kohärenter Werte für die Reibung, die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Krümmung der zukünftigen Strecke, den Sicherheitsabstand usw. Durch Anwenden der Erfindung wird angenommen, dass der Wahrscheinlichkeitsschwellenwert unabhängig von den anderen Werten konstant ist.
Das Messen der Reibung und das anschließende Anpassen der Geschwindigkeit zur Aufrechterhaltung einer Entfernung zu einem anführenden Fahrzeug ist gemäß dem zuvor geschilderten Stand der Technik zwar bekannt, jedoch ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dem Fahrzeug zu gestatten, dass es die Parameter hinsichtlich seiner Steuerung in die Quer- und Längsrichtung selbst anpasst, wodurch die Fähigkeit des selbstfahrenden Fahrzeugs verbessert wird, gefahren zu werden, wo die Oberfläche rutschig ist. Mithilfe der vorliegenden Erfindung wird demnach eine verbesserte Steuerung auf rutschigen Oberflächen erreicht, zum Teil durch Berücksichtigung der Querbeschleunigung, der das Fahrzeug in Verbindung mit der Steuerung des Fahrzeugs unterliegt, und um dabei seine Steuerung in der Quer- und Längsrichtung zu verbessern.
Durch das Übertragen der vorliegenden Erfindung auf selbstfahrende, unbemannte Fahrzeuge wird ein optimales Gleichgewicht zwischen Effizienz (Geschwindigkeit) und Sicherheit (Vermeidung von Unfällen) erreicht, das zum Teil von der Reibung der Oberfläche abhängt, was zur Folge hat, dass es möglich ist, die zukünftige Position des Fahrzeugs durch Spezifizieren eines Sicherheitsabstands für die Bahn, welchem das Fahrzeug folgen muss, zu beeinflussen.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
1 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm, das die vorliegende Erfindung schematisch darstellt.
2 ist ein Flussdiagramm, das das erfindungsgemäße Verfahren darstellt.
3 ist eine schematische Darstellung, mit der die vorliegende Erfindung dargestellt werden soll.
4 ist ein schematisches Blockdiagramm, das eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung
Die Erfindung wird nun ausführlicher unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben.
Zunächst Bezug auf 1 nehmend betrifft die vorliegende Erfindung ein Steuerungssystem 2, das dazu geeignet ist, ein selbstfahrendes Fahrzeug 4 entlang einer geplanten Strecke zu steuern. Eine geplante Strecke kann als ein allgemeines Konzept betrachtet werden und kann zum Beispiel eine Straße betreffen, der das Fahrzeug folgen muss, um sich von einem Punkt A zu einem Punkt B fortzubewegen.
Das Steuerungssystem ist dazu geeignet, ein Reibungssignal 6, das Informationen über die Reibung μ für die Fahrbahn enthält, auf der das Fahrzeug fahren soll, und ein Geschwindigkeitssignal 8, das Informationen über die Geschwindigkeit v des Fahrzeugs enthält, zu empfangen.
Die Reibung für die Fahrbahn wird zum Beispiel durch optische Mittel bestimmt, indem ein Lichtstrahl auf die Fahrbahn gestrahlt und das reflektierte Licht analysiert wird. Ein Beispiel einer solchen Messung wird in der Patentschrift EP2402737 beschrieben.
Gemäß einem weiteren Beispiel zur Bestimmung der Fahrbahnreibung wird eine bekannte Messvorrichtung zur Analyse der Geschwindigkeiten der Räder des Fahrzeugs 4 verwendet. Eine Messung der Fahrbahnreibung kann erhalten werden, indem die Radgeschwindigkeiten für Räder auf derselben Achse bestimmt werden und die Differenz zwischen ihnen analysiert wird. Eine Erfassung kann ferner durch Messen erhalten werden, wieviel Antriebs- oder Bremskraft erforderlich ist, um auf der Oberfläche zu fahren.
Gemäß noch einem weiteren Beispiel umfasst das Fahrzeug eine bekannte Messvorrichtung zur Analyse eines Lenkmoments für die Vorderräder am Fahrzeug 4 und zum Vergleich dieses mit dem Schwellenwert, wobei ein niedrigeres Drehmoment eine geringere Reibung, d. h. eine rutschigere Fahrbahn bedeutet.
Die Fahrzeuggeschwindigkeit v ist beispielsweise auf einem geeigneten Datenbus erhältlich, wo die Informationen beispielsweise vom Fahrzeuggeschwindigkeitsmesser erhalten werden.
Gemäß der Erfindung umfasst das Steuerungssystem 2 eine Verarbeitungseinheit 10 und eine Steuereinheit 12, wobei die Verarbeitungseinheit dazu geeignet ist, basierend auf der gemessenen Reibung μ und der Fahrzeuggeschwindigkeit v einen variablen Sicherheitsabstand SM(μ, v) bezüglich eines Objekts in der Nähe des Fahrzeugs zu bestimmen. Die Verarbeitungseinheit 10 ist ferner dazu geeignet, eine Bahn 14 für die geplante Strecke zu bestimmen, sodass der Sicherheitsabstand SM eingehalten wird.
Mit Bahn ist hier die Kurve gemeint, der das Fahrzeug auf der Strecke folgt, d. h. die Position auf der Strecke, die das Fahrzeug innehaben wird.
Die Steuereinheit ist dazu geeignet, das Fahrzeug mithilfe eines Steuersignals 16 so zu steuern, dass es der Bahn folgt. Dies wird dadurch erreicht, dass zumindest die Lenkung, z. B. der Gierwinkel des Fahrzeugs, und die Geschwindigkeit des Fahrzeugs durch Anwenden einer Reihe von Steuerungsregeln beeinflusst wird, wobei die Steuerungsregeln eine Regel beinhalten, welche die Querbeschleunigung a_y des Fahrzeugs in Betracht zieht.
Im Steuerungsprozess wird natürlich die Ausdehnung des Fahrzeugs, z. B. seine Länge und Breite relativ zur bevorstehenden Strecke, in Betracht gezogen, z. B. in Bezug auf den verfügbaren Platz auf der Strecke (d. h. die Breite und Krümmung der Strecke).
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die Reihe von Steuerungsregeln eine Regel, die bedingt, dass die Summe der Seitenführungskräfte für die Vorderräder und die Hinterräder (F₁₂ und F₃₄) des Fahrzeugs unabhängig vom Reibungswert gleich groß sein muss, und dass die Gleichung F₁₂ + F₃₄ = m × a_y gilt, wobei m die Fahrzeugmasse ist. Dies wird nachstehend näher erklärt.
Die Reihe von Steuerungsregeln beinhaltet vorzugsweise eine Anzahl von Gleichungen für die stationäre Kurvenfahrt (siehe unten).
Gemäß der Erfindung wird demnach basierend auf der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Reibung der Fahrbahn ein Sicherheitsabstand SM berechnet. Der Sicherheitsabstand wird so berechnet, dass die Wahrscheinlichkeit, d. h. das Risiko, in ein Hindernis zu fahren, gering sein wird. Dann wird die Bahn bestimmt, d. h. die berechnete zukünftige Strecke mit einer vorherbestimmbaren Länge in der Größenordnung von bis zu 100 Metern, sodass dem Hindernis ausgewichen werden kann.
Dann werden Steuerungsparameter für das Fahrzeug berechnet, sodass es der berechneten Bahn folgt. In Betracht gezogen wird eine Anzahl von allgemein erhältlichen Gleichungen für die stationäre Kurvenfahrt, wie nachstehend erläutert wird.
Diese Gleichungen beschreiben u. a., wie sich die Reibung auf den Steuerungsprozess auswirkt.
Anwendbar ist F₁₂ + F₃₄ = m × a_y, wobei F₁₂ die auf die Vorderräder einwirkende Seitenführungskraft ist, F₃₄ die auf die Hinterräder einwirkenden Seitenführungskraft ist, a_y die Querbeschleunigung ist und m die Masse des Fahrzeugs ist.
Für lineare Reifen gilt ferner Folgendes: F₁₂ = C₁₂ × α₁₂, und F₃₄ = C₃₄ × α₃₄ C steht für den Seitenführungskraftkoeffizienten und α steht für den Driftwinkel für das entsprechende Rad.
Das bedeutet, dass eine Bedingung für das Fahrzeug zum Folgen einer vorgegebenen Bahn aufgrund derselben Masse und derselben Querbeschleunigung a_y – wobei die Querbeschleunigung direkt mit der Krümmung der Bahn und der Geschwindigkeit des Fahrzeugs in Verbindung steht – ist, dass die Summe von F₁₂ und F₃₄ auch bei geringer Reibung gleich groß sein muss.
Damit F₁₂ und F₃₄ bei geringer Reibung gleich groß sind, wenn die Seitenführungskraftkoeffizienten abnehmen, müssen die Driftwinkel zunehmen, was durch Drehen des Lenkrads erreicht wird. Der Reibungskoeffizient spielt demnach auch eine Rolle in dem Schritt, wenn das Fahrzeug zu steuern ist, einschließlich seines Lenkradwinkels, um einer Bahn zu folgen.
Erfindungsgemäß werden die Berechnungen vorzugsweise für die Geschwindigkeit vorgenommen, die das Fahrzeug in jeder Position geschätzt aufweist, und wenn die Reibung für die Erfüllung der Voraussetzung, dass F₁₂ + F₃₄ konstant sein muss, nicht hoch genug ist, muss eine Berechnung vorgenommen werden, um die Geschwindigkeit zu bestimmen, bei der das Fahrzeug dazu fähig sein wird, erfolgreich in der relevanten Umgebung zu fahren, und seine Geschwindigkeit muss auf diesen Wert reduziert werden.
Die erwartete Fahrzeuggeschwindigkeit in einer zukünftigen Position wird zum Beispiel berechnet, indem stets versucht wird, die Geschwindigkeit so stark zu erhöhen, wie das Fahrzeug bis zu seiner maximalen Geschwindigkeit tolerieren kann, oder ausgewiesene Geschwindigkeitsbegrenzungen einzuhalten. Gemäß einer weiteren Alternative kann ein Geschwindigkeitsprofil befolgt werden, das beispielsweise von einem separaten Modul empfangen wird, welches dazu konzipiert ist, den niedrigstmöglichen Kraftstoffverbrauch zu erreichen.
Eine andere Situation, die auftreten kann, ist, wenn der Grad an Sicherheitsabstand, den der Schwellenwert SM für die relevante Geschwindigkeit und Reibung erfordert, nicht möglich ist, was zu einer Verringerung der Geschwindigkeit führt.
Der Fahrzeugdynamikbegriff „Driftwinkel” (auch bekannt als Schräglaufwinkel) ist der Winkel zwischen der Fahrtrichtung eines rollenden Rads und der Richtung, in die das Rad zeigt (d. h. der Winkel der Vektorsumme für die Vorwärtsgeschwindigkeit v_x des Rads und der Quergeschwindigkeit v_y des Reifens).
Der Driftwinkel hat eine Kraft zur Folge, die parallel zur Radachse ist und die Kraftkomponente, die lotrecht zur Fahrtrichtung des Rads ist, wird Seitenführungskraft genannt. Diese Seitenführungskraft nimmt im Wesentlichen linear für die ersten Grade des Driftwinkels zu. Bei höheren Schräglaufwinkeln nimmt die Seitenführungskraft nichtlinear bis zu einem Maximum zu, wonach sie abnimmt.
Der Driftwinkel wird wie folgt definiert:
Gemäß einer weiteren Ausführungsform beinhaltet die Reihe von Steuerungsregeln eine Geschwindigkeitsregel, die bedingt, dass die Geschwindigkeit so hoch wie möglich sein muss, natürlich unter der Bedingung, dass andere Steuerungsregeln eingehalten werden.
Erfindungsgemäß wird die Bahn vorzugsweise so bestimmt, dass die Entfernung zwischen dem Fahrzeug und einem Objekt nicht geringer als SM ist, wenn es der Bahn folgt.
Ein Objekt kann beispielsweise ein ortsfestes Objekt entlang der Strecke sein, z. B. eine Steinbruchwand, kann jedoch auch ein bewegliches Objekt sein, wie beispielsweise ein anderes Fahrzeug.
3 stellt schematisch eine Strecke 20 dar, auf der zwei verschiedene Bahnen eingezeichnet sind: T1 (Volllinie) und T2 (Strichlinie).
Die berechneten Sicherheitsabstände SM1 und SM2 für jede entsprechende Bahn wurden markiert, wobei SM1 der Sicherheitsabstand für T1 und SM2 für T2 ist.
Wie die Figur zeigt ist SM1 größer als SM2, was so zu interpretieren ist, dass die gemessene Reibung für T1 geringer als für T2 ist, d. h. falls T1 berechnet wird, ist die Fahrbahn rutschiger und der Sicherheitsabstand muss dementsprechend größer als im Fall T2 sein, wenn das Fahrzeug mit einem geringeren Sicherheitsabstand gefahren werden kann.
Die vorliegende Erfindung beinhaltet zudem ein Verfahren in einem Steuerungssystem, das dazu geeignet ist, ein selbstfahrendes Fahrzeug entlang einer geplanten Strecke zu steuern.
Das Verfahren wird nun ausführlicher anhand des Flussdiagramms in 2 beschrieben. Bezug genommen wird zudem auf die vorangehende Beschreibung des Steuerungssystems.
Das Verfahren umfasst:

A1 – Messen der Reibung μ für eine Fahrbahn, auf der das Fahrzeug fahren soll;
A2 – Messen der Geschwindigkeit v des Fahrzeugs.

Die Messung der Reibung wird beispielsweise mithilfe der zuvor beschriebenen Verfahren vorgenommen.
Informationen zur Fahrzeuggeschwindigkeit sind über einen geeigneten Datenbus im Fahrzeug erhältlich, wobei die Informationen beispielsweise von einem Fahrzeuggeschwindigkeitsmesser erhalten werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ferner:

B – Bestimmen eines variablen Sicherheitsabstands SM(μ, v) bezüglich eines Objekts in der Nähe des Fahrzeugs basierend auf der gemessenen Reibung μ und der Geschwindigkeit v des Fahrzeugs;
C – Bestimmen einer Bahn für die geplante Strecke, sodass der bestimmte Sicherheitsabstand S eingehalten wird, und
D – Steuern des Fahrzeugs, sodass es der Bahn folgt, indem zumindest die Lenkung und die Geschwindigkeit des Fahrzeugs durch Anwenden einer Reihe von Steuerungsregeln beeinflusst werden, wobei die Steuerungsregeln eine Regel beinhalten, welche die Querbeschleunigung a_y des Fahrzeugs in Betracht zieht.

Die Reihe von Steuerungsregeln beinhaltet vorzugsweise eine Regel, die bedingt, dass die Summe der Seitenführungskräfte für die Vorderräder und die Hinterräder (F₁₂ beziehungsweise F₃₄) unabhängig vom Reibungswert gleich groß sein muss, und dass die Korrelation F₁₂ + F₃₄ = m × a_y gilt, wobei m die Fahrzeugmasse ist.
Die Reihe von Steuerungsregeln beinhaltet ferner vorzugsweise eine Anzahl von Gleichungen für die stationäre Kurvenfahrt. Diese wurden zuvor beschrieben.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die Reihe von Steuerungsregeln eine Geschwindigkeitsregel, die bedingt, dass die Geschwindigkeit so hoch wie möglich sein muss.
Der Schritt B im Verfahren umfasst vorzugsweise die Bestimmung der Bahn auf eine solche Art und Weise, dass die Entfernung zwischen dem Fahrzeug und einem Objekt nicht geringer als SM ist, wenn es der Bahn folgt.
Die vorliegende Erfindung umfasst ferner ein Computerprogramm (P) im Fahrzeug, wobei das Computerprogramm (P) einen Programmcode enthält, der eine Verarbeitungseinheit 10; 500 oder einen mit der Verarbeitungseinheit 10; 500 verbundenen anderen Computer 500 dazu veranlasst, die verfahrensgemäßen Schritte wie zuvor beschrieben durchzuführen. Die Erfindung umfasst ferner ein Computerprogrammprodukt, enthaltend einen Programmcode, der in einem computerlesbaren Medium gespeichert ist, zum Durchführen der Verfahrensschritte, wie zuvor beschrieben wurde, wenn der Programmcode in einer Verarbeitungseinheit 10; 500 oder einem mit der Verarbeitungseinheit 10; 500 verbundenen anderen Computer 500 ausgeführt wird.
Der Computer 500 wird nun anhand des Blockdiagramms in 4 beschrieben.
Das Programm P ist in ausführbarer Form oder in komprimierter Form in einem Speicher 560 und/oder in einem Schreib-/Lese-Speicher 550 speicherbar. Wenn angezeigt wird, dass die Datenverarbeitungseinheit 510 eine bestimmte Funktion ausführt, versteht es sich, dass die Datenverarbeitungseinheit 510 einen bestimmten Teil des Programms, der im Speicher 560 gespeichert ist, oder einen bestimmten Teil des Programms, der im Schreib-/Lese-Speicher 550 gespeichert ist, ausführt.
Die Datenverarbeitungsvorrichtung 510 kann über einen Datenbus 515 mit einer Datenschnittstelle 599 kommunizieren. Der nichtflüchtige Speicher 520 ist dafür konzipiert, über einen Datenbus 512 mit einer Datenschnittstelle 510 zu kommunizieren. Der separate Speicher 560 ist dafür konzipiert, über einen Datenbus 511 mit der Datenverarbeitungseinheit 510 zu kommunizieren. Der Schreib-/Lese-Speicher 550 ist dazu angeordnet, über einen Datenbus 514 mit der Datenverarbeitungseinheit 510 zu kommunizieren. Die Einheiten, die mit der Verarbeitungseinheit 10 verbunden sind (siehe 1), sind mit der Datenschnittstelle 599 verbindbar. Wenn Daten an der Datenschnittstelle 599 empfangen werden, werden sie zeitweise im zweiten Speicherabschnitt 540 gespeichert. Sobald empfangene Eingabedaten zeitweise gespeichert wurden, ist die Datenverarbeitungseinheit 510 so angeordnet, dass sie einen Code auf eine zuvor beschriebene Weise ausführt. Teile der hier beschriebenen Verfahren können vom Gerät 500 (das der Verarbeitungseinheit in 10 entspricht) mithilfe der Datenverarbeitungseinheit 510 durchgeführt werden, welche das im Speicher 560 und/oder dem Schreib-/Lese-Speicher 550 gespeicherte Programm ausführt. Wenn das Gerät 500 das Programm ausführt, werden die hier beschriebenen Verfahren durchgeführt.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die zuvor beschriebenen, bevorzugten Ausführungsformen beschränkt. Es sind verschiedene Alternativen, Änderungen und Entsprechungen verwendbar. Die vorangehenden Ausführungsformen sind dementsprechend nicht als den Schutzumfang der Erfindung, der von den beigefügten Ansprüchen definiert wird, einschränkend zu sehen.

Claims

Verfahren in einem Steuerungssystem, das dazu geeignet ist, ein selbstfahrendes Fahrzeug entlang einer geplanten Strecke zu steuern, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: A1 – Messen der Reibung μ für eine Fahrbahn, auf der das Fahrzeug fahren soll; A2 – Messen der Fahrzeuggeschwindigkeit v; dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren Folgendes umfasst: B – Bestimmen eines variablen Sicherheitsabstands SM(μ, v) bezüglich eines Objekts in der Nähe des Fahrzeugs basierend auf der gemessenen Reibung μ und der Fahrzeuggeschwindigkeit v; C – Bestimmen einer Bahn für die geplante Strecke, sodass der bestimmte Sicherheitsabstand SM eingehalten wird, und D – Steuern des Fahrzeugs, sodass es der Bahn folgt, indem zumindest die Lenkung und die Geschwindigkeit des Fahrzeugs durch Anwenden einer Reihe von Steuerungsregeln beeinflusst werden, wobei die Steuerungsregeln eine Regel beinhalten, welche die Querbeschleunigung a_y des Fahrzeugs in Betracht zieht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Reihe von Steuerungsregeln eine Regel beinhaltet, die bedingt, dass die Summe der Seitenführungskräfte für die Vorderräder und die Hinterräder (F₁₂ beziehungsweise F₃₄) unabhängig vom Reibungswert gleich groß sein muss.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Korrelation F₁₂ + F₃₄ = m × a_y gilt, wobei m die Fahrzeugmasse ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Reihe von Steuerungsregeln eine Geschwindigkeitsregel beinhaltet, die bedingt, dass die Geschwindigkeit so hoch wie möglich sein muss.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Reihe von Steuerungsregeln eine Anzahl von Gleichungen für die stationäre Kurvenfahrt beinhaltet.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Bahn so bestimmt wird, dass die Entfernung zwischen dem Fahrzeug und einem Objekt nicht geringer als SM ist, wenn es der Bahn folgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Objekt ein ortsfestes Objekt ist.
Steuerungssystem (2), das dazu geeignet ist, ein selbstfahrendes Fahrzeug (4) entlang einer geplanten Strecke zu steuern, wobei das Steuerungssystem dazu geeignet ist, ein Reibungssignal (6), das Informationen über die Reibung μ für eine Fahrbahn enthält, auf der das Fahrzeug fahren soll, und ein Geschwindigkeitssignal (8), das Informationen über die Fahrzeuggeschwindigkeit v enthält, zu empfangen; dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungssystem (2) eine Verarbeitungseinheit (10) und eine Steuereinheit (12) umfasst, wobei die Verarbeitungseinheit dazu geeignet ist, basierend auf der gemessenen Reibung μ und der Fahrzeuggeschwindigkeit v einen variablen Sicherheitsabstand SM(μ, v) bezüglich eines Objekts in der Nähe des Fahrzeugs zu bestimmen; und eine Bahn (14) für die geplante Strecke zu bestimmen, sodass der bestimmte Sicherheitsabstand SM eingehalten wird, und wobei die Steuereinheit dazu geeignet ist, das Fahrzeug mithilfe eines Steuersignals (16) so zu steuern, dass es der Bahn folgt, indem zumindest die Lenkung und die Geschwindigkeit des Fahrzeugs durch Anwenden einer Reihe von Steuerungsregeln beeinflusst werden, wobei die Steuerungsregeln eine Regel beinhalten, welche die Querbeschleunigung a_y des Fahrzeugs in Betracht zieht.
Steuerungssystem nach Anspruch 8, wobei die Reihe von Steuerungsregeln eine Regel beinhaltet, die bedingt, dass die Summe der Seitenführungskräfte für die Vorderräder und die Hinterräder (F₁₂ beziehungsweise F₃₄) unabhängig vom Reibungswert gleich groß sein muss.
Steuerungssystem nach Anspruch 9, wobei die Korrelation F₁₂ + F₃₄ = m × a_y gilt, wobei m die Fahrzeugmasse ist.
Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 8–10, wobei die Reihe von Steuerungsregeln eine Geschwindigkeitsregel beinhaltet, die bedingt, dass die Geschwindigkeit so hoch wie möglich sein muss.
Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 8–11, wobei die Reihe von Steuerungsregeln eine Anzahl von Gleichungen für die stationäre Kurvenfahrt beinhaltet.
Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 8–12, wobei die Bahn so bestimmt wird, dass die Entfernung zwischen dem Fahrzeug und einem beliebigen Objekt nicht geringer als SM ist, wenn es der Bahn folgt.
Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 8–13, wobei das Objekt ein ortsfestes Objekt ist.
Computerprogramm (P) im Fahrzeug, wobei das Computerprogramm (P) einen Programmcode enthält, der eine Verarbeitungseinheit (10; 500) oder einen mit der Verarbeitungseinheit (10; 500) verbundenen anderen Computer (500) dazu veranlasst, die verfahrensgemäßen Schritte nach einem der Ansprüche 1–7 durchzuführen.
Computerprogrammprodukt, enthaltend einen Programmcode, der in einem computerlesbaren Medium gespeichert ist, zum Durchführen der Verfahrensschritte nach einem der Ansprüche 1–7, wenn der Programmcode in einer Verarbeitungseinheit (10; 500) oder einem mit der Verarbeitungseinheit (10; 500) verbundenen anderen Computer (500) ausgeführt wird.