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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine
automatische Fahrvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus einem Artikel mit dem Titel "A Visual Navigation System
for Autonomous Land Vehides" von A. M. Waxman et al., der
im IEEE Journal of Robotics and Automation, Band PA-3, Nr.
2, April 1987, Seiten 124-140 veröffentlicht wurde, ist ein
Roboterarm-Fahrzeugsimulator bekannt, der eine automatische
Fahrvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des
Anspruchs 1 simuliert.
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Gemäß dieser Veröffentlichung zerlegt die automatische
Fahrvorrichtung den Weg, dem das Fahrzeug zu folgen hat, in
einen Satz von kurzen geraden Liniensegmenten. Genauer: Der
Simulator berechnet einen vorläufigen Kurs, der an der
simulierten gegenwärtigen Position beginnt, in der
Vorwärtsrichtung des simulierten Fahrzeugs schräg verläuft und in
13 m entlang des Zielkurses endet, in diesem Fall die
Straßenmittellinie eines Straßennetzmodells. Der berechnete
vorläufige Kurs wird in eine Folge von sich auf den
Roboterarm, der eine CCD-Kamera (als Fahrzeug) über das
Straßennetzmodell trägt, beziehende Lenkkommandos umgewandelt,
wodurch ein gekrümmter Weg in einen Satz von kurzen geraden
Liniensegmenten zerlegt wird.
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Aus der US-A-4,655,487 ist ein Fahrzeug bekannt, das derart
gesteuert wird, daß es in Antwort auf von einem festen
Zentralcomputer übertragene Kommandosignale derart gesteuert
wird, daß es entlang eines festen Zielkurses fährt, der
durch einen in den Boden eingebetteten Leiter definiert
ist. Um diesem festen Kurs zu folgen, ist ein
Steuer-/Regelmechanismus (Regelung) vorgesehen, der von der
Geschwindigkeit des Fahrzeugs abhängig ist.
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Aus der US-A-4,706,771 ist ein Fahrzeuglenksteuersystem zum
Lenken entweder des Vorderradpaars oder des Hinterradpaars
(oder beider Paare) eines gesteuerten Fahrzeugs bekannt. Um
einen gewünschten Wert eines Vorderrad-Lenkwinkels oder
Hinterrad-Lenkwinkels zu bestimmen, werden gewünschte Werte
einer Gierrate und einer Querbeschleunigung, die dem (durch
einen Lenkradwinkelsensor erfaßten) Lenkradwinkel und der
(durch einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor erfaßten)
Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechen unter Verwendung wenigstens
eines gewünschten mathematischen Fahrzeugmodells berechnet.
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Aus der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 58-42482
(vgl. auch die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr.
62-140109) ist ein weiteres automatisches Fahrsystem
bekannt, das eine an einem Fahrzeug angebrachte
Bildaufnahmevorrichtung verwendet, um das Fahrzeug zu lenken, wodurch
ermöglicht wird, daß es einer Führungslinie folgt, die auf
der Straße angeordnet ist. Offensichtlich ist ein
derartiges automatisches Fahrsystem auf einer Straße ohne
Führungslinie nutzlos.
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Aus der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 62-
70916 ist ein automatisches Fahrsystem in der Form eines
automatischen Motorrasenmähers bekannt, der mit einer
Bildaufnahmevorrichtung, wie etwa eine Videokamera, ausgerüstet
ist. Während fortwährend Bilder des Rasenbereichs vor dem
Rasenmäher aufgenommen werden, werden diese Bilder
behandelt, um den Farbtonunterschied zwischen fertigen und nicht
fertigen Bereichen zu verstärken, wodurch eine exakte
Erfassung der Grenze zwischen den fertigen und unfertigen
Bereichen ermöglicht wird. Der Mäher wird derart gelenkt,
daß er entlang der so erfaßten Grenze fährt.
Dementsprechend ist dieses automatische Fahrsystem fähig, einen Kurs
zu bestimmen, dem zu folgen ist, wobei aber dieses
automatische Fahrsystem im wesentlichen das gleiche ist wie das
automatische Fahrsystem, das oben bezüglich des Fahrzeugs,
das einer einzelnen, auf einer Straße angeordneten
Führungslinie folgt, beschrieben wurde.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine automatische
Fahrvorrichtung nach dem Oberbegriff des neuen Anspruchs 1
bereitzustellen, das fähig ist, dem Zielkurs mit hoher
Zuverlässigkeit gleichförmig zu folgen. Diese Aufgabe wird
erreicht durch die automatische Fahrvorrichtung mit den
Merkmalen des Anspruchs 1.
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Bestimmen des Lenkwerts auf der Basis der momentanen
Fahrzustände und Vergleichen des angenommenen, durch die
momentanen Fahrzustände bestimmten Kurses mit dem Zielkurs
gewährleisten, daß das Fahrzeug dem Zielkurs für einen weiten
Bereich von momentanen Fahrzuständen und Zielkurskrümmungen
gleichförmig folgt. Falls das Fahrzeug nicht auf dem
Zielkurs
ist, wird es veranlaßt, auf den Zielkurs zu gelangen
und hiernach dort zu bleiben. Der Vergleich des
angenommenen Kurses mit dem Zielkurs entspricht im Effekt einer Art
von Regelung, die eine sehr hohe Zuverlässigkeit darin
vorsieht, daß dem Zielkurs so exakt wie möglich gleichförmig
gefolgt wird.
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Im Gegensatz zu einer normalen Regelung gibt es nicht einen
bloßen Vergleich einer momentanen Position mit dem
Zielkurs, sondern einen Vergleich des bestimmten angenommenen
Kurses des Fahrzeugs, dem es folgen würde, falls keine
Lenkaktion durchgeführt werden würde, mit dem Zielkurs. Der
angenommene Kurs, dem das Fahrzeug folgen würde, falls
keine Lenkaktion durchgeführt werden würde, und insbesondere
die Krümmung dieses angenommenen Kurses (und als eine Folge
der notwendige Lenkwert) hängen stark von den momentanen
Fahrzuständen ab. Um den Zielkurs zu erreichen oder auf dem
Zielkurs zu bleiben, wird zum Beispiel der notwendige
Lenkwert für hohe Geschwindigkeit anders als für niedrige
Geschwindigkeit des Fahrzeugs sein. Ohne einen derartigen
Vergleich des angenommenen Kurses mit dem Zielkurs und ohne
Bestimmung des Lenkwerts auf der Basis der momentanen
Fahrzustände ist es leicht möglich, daß der Kurs des Fahrzeugs
vom Zielkurs abweicht, was Korrekturen notwendig macht.
Dies hätte einen nicht gleichförmigen Kurs des Fahrzeugs
zum Ergebnis.
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Andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden aus der folgenden Beschreibung einer automatischen
Fahrvorrichtung nach einer bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung verstanden, die in den begleitenden
Zeichnungen gezeigt ist:
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Fig. 1 ist ein Blockdiagramm einer automatischen
Fahrvorrichtung nach einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
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Fig. 2 ist ein Blockdiagramm eines Bestimmungsmittels
zum Bestimmen eines zulässigen Bereiches;
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Fig. 3 zeigt ein Beispiel einer Straße, die aus durch
eine Videokamera eines Fahrzeugs aufgenommene
Bilder bestimmt wurde;
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Fig. 4 zeigt ein Bild, das aus der
Projektionstransformation des Bilds der Fig. 3 resultiert;
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Fig. 5 zeigt ein Beispiel eines auf der Straße gesetzten
Zielkurses;
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Fig. 6(a) zeigt ein Beispiel eines auf der Straße gesetzten
Zielkurses für ein Fahrzeug, das mit einer
verringerten Geschwindigkeit fährt;
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Fig. 6(b) zeigt ein Beispiel eines auf der Straße gesetzten
Zielkurses für ein Fahrzeug, das mit einer
vergrößerten Geschwindigkeit fährt;
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Fig. 7 zeigt die Beziehung zwischen einem Zielkurs und
einem angenommenen Kurs;
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Fig. 8 zeigt ein Beispiel eines Kurses, dem das Fahrzeug
folgt, wenn ein Fahrzeug sich selbst auf einen
Zielkurs bringt;
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Fig. 9 zeigt die Art und Weise, in der ein Fahrzeug zu
einer Y-Abzweigung fährt;
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Fig. 10(a) bis 10(b) zeigen verschiedene Fahrsteuerweisen
in verschiedenen Abschnitten, die jenen der Fig.
9 entsprechen;
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Fig. 11 ist ein Blockdiagramm, das ein Fahrsystem zeigt;
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Fig. 12 zeigt ein Beispiel eines auf dem Schirm einer
Anzeigeeinheit erscheinenden Bildes;
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Fig. 13 zeigt Markierungen, die auf dem Schirm der
Anzeigeeinheit erscheinen, wenn Fahrkommandos
eingegeben werden;
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Fig. 14 zeigt eine Linie L, die in den X-Y-Koordinaten
auftritt; und
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Fig. 15 zeigt einen in den - Θ-Koordinaten auftretenden
Punkt, wenn die Linie L in Fig. 14 der
Hough-Umwandlung unterworfen wird.
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Wie in Fig. 1 gezeigt, umfaßt eine automatische
Fahrvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung: eine
Bildaufnahmevorrichtung, wie etwa Videokameras 11 und 12, die an
einem Fahrzeug zum fortwährenden Aufnehmen
aufeinanderfolgender
Bilder eines Untergrunds vor dem Fahrzeug angebracht
sind; ein Mittel 2 zum Verarbeiten der durch die
Videokameras aufgenommenen Bilder und zum Bestimmen eines zulässigen
Fahrbereichs, wie etwa eine Straße in der Richtung, in der
das Fahrzeug fahren soll; ein Mittel 3 zum Setzen eines
Zielkurses im derart bestimmten zulässigen Fahrbereich; ein
Mittel 4 zum Bestimmen des momentanen Fahrzustands des
Fahrzeugs auf der Grundlage eines Ausgabesignals von einem
Geschwindigkeitssensor 5, das die Fahrgeschwindigkeit "v"
des Fahrzeugs repräsentiert, eines Ausgabesignals von einem
Gierratensensor 6, das die Gierrate oder die Änderung der
Winkelgeschwindigkeit in der Gierrichtung repräsentiert,
und eines Ausgabesignals von einem Laufradwinkelsensor 7,
das den Laufradwinkel δ repräsentiert, der sich mit dem
Lenken des Fahrzeugs ändert, und zum Bestimmen auf der
Basis des momentanen Fahrzustandes - eines Lenkwerts, um zu
ermöglichen, daß das Fahrzeug dem Zielkurs folgt; und ein
Nittel 8 (und ein Lenkantrieb 9) zum Lenken des Fahrzeugs
in bezug auf den Lenkwert.
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Tatsächlich wird eine computerunterstützte Steuerung
anstelle der Mittel 2, 3 und 4 verwendet, und das Mittel 8
kann in der computerunterstützten Steuerung enthalten sein,
falls hierfür Veranlassung besteht.
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Fig. 2 zeigt die Struktur des Mittels 2 zum Bestimmen des
zulässigen Fahrbereichs, das umfaßt: eine erste Stufe, die
eine Bildeingabe 22, Pufferspeicher 231, 232, ein
Speicherwählmittel 27 und einen Dekodierer 28 enthält; eine zweite
Stufe, die einen Bildprozessor 24 enthält, der mit dem
Speicherwählmittel 27 der ersten Stufe über einen D-Bus
(Hochgeschwindigkeitsdatenbus) verbunden ist; eine dritte
Stufe, die ein Speicherwählmittel 27, Bildspeicher 251, 252
und 253 und einen Dekodierer 28 enthält; eine vierte Stufe,
die ein Speicherwählmittel 27, Bildspeicher 261, 262 und
263 und einen Dekodierer 28 enthält, wobei die
Speicherwählmittel 25 und 26 der dritten und vierten Stufe mit dem
Bildprozessor 24 über den D-Bus verbunden sind; eine erste
und eine zweite zentrale Prozessoreinheit 211 und 212, die
beide mit den Dekodierern 28 der ersten, dritten und
vierten Stufe über einen S-Bus (Systembus) und mit den
Dekodierem 28 der dritten und vierten Stufe über einen M-Bus
(Hochgeschwindigkeitsspeicherzugriffsbus) verbunden sind.
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Im Betrieb wird eine Reihe von Bildsignalen, die jeweils
ein einzelnes Bild repräsentieren, von den Videokameras 11
und 12 der Bildeingabe der ersten Stufe zugeführt und diese
Bildsignale werden dann abwechselnd in den Pufferspeichern
231 und 232 unter der Steuerung der zentralen
Prozessoreinheiten 211 und 212 gespeichert. Dann werden diese
Bildinformationen eine nach der anderen zum Bildprozessor 24
geschoben, wo sie der Bildverarbeitung ausgesetzt werden,
wodurch Straßenränder in den Bildern erfaßt werden, falls
solche vorhanden sind, und ein zulässiger Fahrbereich
bestimmt wird, wie später im Detail beschrieben wird. Die zu
den zulässigen Fahrbereichen gehörenden Bildinformationen
werden einer Gruppe von Bildspeichern 251, 252 und 253 oder
einer Gruppe von Bildspeichern 261, 262 und 263 zugeführt.
Die Inhalte dieser Speicher werden dann durch die zu
zulässigen Fahrbereichen gehörenden neuesten Bildinformationen
aktualisiert. Somit ist eine Bildinformationsreihe, die
sich auf aufeinanderfolgende zulässige Fahrbereiche
bezieht,
über eine vorbestimmte Entfernung, die das Fahrzeug
fährt, in beiden Speichergruppen gespeichert. Die Inhalte
beider Speichergruppen 25 oder 26 werden zum Mittel 3 zum
Setzen eines Zielkurses im zulässigen Fahrbereich
übertragen.
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Die parallele Installation von zwei zentralen
Prozessoreinheiten 211 und 212 und von zwei Pufferspeichern 231 und 232
ermöglicht, aus bzw. in beiden Pufferspeichern abwechselnd
Bildinformationen auszulesen oder zu speichern, wie zum
Beispiel im folgenden angegeben: Während erste
Bildinformationen in dem Pufferspeicher 231 unter der Steuerung der
zentralen Prozessoreinheit 211 gelesen werden, werden
nachfolgende Bildinformationen im Pufferspeicher 232 unter der
Steuerung der zentralen Prozessoreinheit 212 gespeichert.
Die Eingabe von Bildinformationen kann somit in Echtzeit
durchgeführt werden.
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Auf gleiche Weise ermöglicht die parallele Installation von
zwei Gruppen von Bildspeichern 25 und 26 abwechselndes
Auslesen oder Speichern von Bildinformation in beiden
Speichergruppen in Echtzeit.
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Die Bestimmung eines zulässigen Fahrbereichs kann wie folgt
durchgeführt werden:
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Als erstes wird jedes von den Videokameras zugeführte Bild
einem Differentiationsprozeß ausgesetzt und, falls
vorhanden, werden die Wegeränder detektiert. Danach setzt eine
automatische Schwellensetzschaltung in dem Mittel 2 zum
Erfassen des zulässigen Fahrbereiches einen Schwellenwert
unter Berücksichtigung des Wegs und des Abstufungsgrades
der gerade verarbeiteten Bildinformation. Das Wegerandbild
wird einer binären Transformation ausgesetzt.
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Alternativ können als erstes die Bilder einer binären
Transformation unterworfen werden und können dann die
binären Daten der Differentiation unterworfen werden. Anstelle
einer binären Transformation kann eine
Mehrfachdigitalisierung durchgeführt werden, um einige Abstufungseinzelheiten
des Bildes auszudrücken.
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Die digitalisierte Bildinformation wird der
Hough-Umwandlung ausgesetzt, um die X-Y-Linearkoordinaten in die
entsprechenden -Θ-Punktkoordinaten umzuwandeln, wodurch
isolierte Punkte und Darstellungen eliminiert werden, um ein
Bild durchgehender Wegeränder zu liefern, wie in Fig. 3
gezeigt.
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Θ steht für einen Winkel, der zwischen der X-Achse und
einer sich vom Ursprung der X-Y-Koordinaten orthogonal zu der
Linie erstreckenden Normallinie gebildet ist, wohingegen
für die Länge der Normallinie steht. Zum Beispiel ist die
Linie L in den X-Y-Koordinaten in Fig. 14 als der Punkt 01
in den -Θ-Punktkoordinaten in Fig. 15 ausgedrückt.
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Bei dieser Gelegenheit kann eine Kantensuche auf der
Grundlage von binär kodierter Bildinformation durchgeführt
werden, um einen durchgehenden Straßenrand zu erhalten. Die
Hough-Umwandlung, die Kantensuche und andere angemessene
Verarbeitungen können simultan durchgeführt werden, und es
kann dann über die Ergebnisse dieser Verarbeitungen eine
synthetische Beurteilung durchgeführt werden, um eine
präzise Wegerandinformation zu erhalten.
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Das durch eine Videokamera aufgenommene Bild repräsentiert
eine perspektivische Ansicht. Das perspektivische
Straßenrandbild, wie in Fig. 3 gezeigt, kann gemäß dem
Projektionsumwandlungsprozeß in ein nicht-perspektivisches
Straßenrandbild umgewandelt werden, wie in Fig. 4 gezeigt. Der
Bereich zwischen den durchgehenden Straßenrändern ist ein
zulässiger Fahrbereich.
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Das Mittel 2 zum Bestimmen des zulässigen Fahrbereichs
weist eine Projektionsumwandlungscharakteristik auf, die
unter Berücksichtigung der perspektivischen
Projektionscharakteristika von zugeordneten Videokameras festgesetzt
ist.
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Zusätzlich zu einer normalen Videokamera können eine
Weitwinkelvideokamera 12 und eine Teleskopvideokamera 11
verwendet werden, und diese zusätzlichen Videokameras können
wahlweise unter der Steuerung des Mittels 2 zum Bestimmen
des zulässigen Fahrbereichs verwendet werden. Zum Beispiel
zeigt der Straßenrand, der aus den von der
Teleskopvideokamera 11 aufgenommenen Bildern bestimmt ist, den Verlust von
Linearität. Es wird dann die Weitwinkelvideokamera 12
gewählt, um Bilder der gekrümmten Straße zuzuführen. Zeigt im
Gegensatz hierzu der Straßenrand, der aus den durch die
Weitwinkelvideokamera 12 aufgenommenen Bildern bestimmt
ist, das Vorhandensein von Linearität, dann wird die
Teleskopvideokamera 11 gewählt, um Bilder der geraden Straße
zuzuführen.
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Nachdem ein zulässiger Fahrbereich durch das Mittel 2 zum
Bestimmen des zulässigen Fahrbereichs bestimmt wurde, wählt
das Mittel 3 zum Setzen eines Zielkurses einen Kurs, der
zum Fahren in dem zulässigen Fahrbereich am angemessensten
ist und setzt den so gewählten Kurs als einen Zielkurs
fest, dem zu folgen ist.
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Bevorzugt kann der Kurs unter Berücksichtigung der
Wegekontur und der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmt
werden, um dem momentanen Fahrzustand des Fahrzeugs gerecht
zu werden. Der Kurs kann allerdings im Grunde unter der
Berücksichtigung der Breite des Weges wie folgt bestimmt
werden:
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Im Falle, daß das Mittel 3 zum Festsetzen des Zielkurses
ermittelt, daß die Breite der Straße ein vorbestimmtes Maß
übersteigt und daß sich Fahrzeuge links halten müssen, wird
ein Zielkurs OC mit einem vorgegebenen konstanten Abstand
"W" (zum Beispiel 1,5 m) von dem linken Rand der Straße
festgesetzt, wie in Fig. 5 gezeigt.
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Im Falle, daß die Breite der Straße kleiner als das
vorbestimmte Maß ist, wird ein Zielkurs entlang der
Mittellinie der Straße festgesetzt.
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Während das Fahrzeug fährt, werden die Inhalte der Speicher
des Zielkurssetzmittels 3 erneuert, und die Koordinaten des
Zielkurses werden fortwährend darin gespeichert. Die
Unterteilungen der X-Y-Koordinaten werden gemäß der Vergrößerung
der Videokamera gewählt.
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In Fig. 5 ist die gegenwartige oder momentane
Fahrzeugposition bei "P" angezeigt, und die Videokamera kann derart
angeordnet sein, um zu ermöglichen, daß der Purikt "P" am
mittleren unteren Punkt des Anzeigeschirms erscheint. Die
Spur des Fahrzeugs von "P" bis "O" repräsentiert den Kurs,
dem das Fahrzeug unter der Steuerung der Steuereinheit 4
tatsächlich folgt, bis das Fahrzeug den Zielkurs am Punkt
"O" erreicht hat.
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Es ist auch möglich, einen Zielkurs unter Berücksichtigung
des Fahrzustands des Fahrzeugs wie folgt festzusetzen:
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Im Falle, daß das Zielkurssetzmittel 3 ermittelt, daß die
durch den Geschwindigkeitssensor 5 gemessene
Fahrgeschwindigkeit kleiner als eine vorbestimmte Geschwindigkeit ist,
wird der Zielkurs konform mit der Straßenkontur
festgesetzt, wie aus Fig. 6a ersichtlich.
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Wenn die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs größer als eine
vorbestimmte Geschwindigkeit ist, und wenn das Fahrzeug auf
einer kurvigen Straße fährt, wie in Fig. 6b gezeigt, wird
ein Zielkurs mit reduzierter Krümmung OC festgesetzt, so
daß die auf das Fahrzeug ausgeübte Querkraft reduziert
wird.
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Nachdem ein Zielkurs auf der Straße festgesetzt ist,
berechnet die Steuerung 4 einen Lenkwert wie folgt, um zu
ermöglichen, daß das Fahrzeug dem Zielkurs folgt:
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Nimm an, daß ein Fahrzeug 13 am Punkt "P" derart gesteuert
wird, daß es auf den Zielkurs OC gelangt.
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Als erstes wird der Abstand L(m) (L=v × T) auf der X-Achse,
den das Fahrzeug in T Sekunden fahren kann, auf der
Grundlage der Fahrgeschwindigkeit v (m/s) des Fahrzeugs
bestimmt, welche Fahrgeschwindigkeit durch den
Geschwindigkeitssensor bestimmt wird. Danach wird die Seitenabweichung
yl vom Punkt "C" (auf dem das Fahrzeug in T Sekunden wäre,
wenn es gerade entlang der X-Achse fahren würde) zu dem
Zielkurs OC berechnet.
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Als zweites werden der Kurs AC, dem das Fahrzeug vermutlich
folgt, aus der Gierrate y (rad/Sekunde) berechnet, und
danach wird die seitliche Abweichung ym vom Punkt ICI! zu dem
vermuteten Kurs durch die folgende Gleichung berechnet:
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ym = ( -v × T² /2) × γ (1)
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Das positive Vorzeichen der Gierrate γ bedeutet, daß der
vermutete Kurs nach links biegt, wohingegen das negative
Vorzeichen der Gierrate γ bedeutet, daß der vermutete Kurs
nach rechts biegt.
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Die Gierrate γ', zu der die Gierrate des Fahrzeugs zu
korrigieren ist, wird aus der folgenden Gleichung bestimmt:
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δ' = δ + (γ'/v) × W (1 + Kv²) (2)
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wobei "W" für den Radstand steht und "K" eine Konstante
ist, die sowohl durch die Reifencharakteristika als auch
durch die Fahrzeugcharakteristika bestimmt ist.
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Die Lenksteuerung 8 reagiert auf den Lenkwert δ' von der
Steuereinheit 4, um ein Antriebskommando an den Lenkantrieb
9 auszugeben, wodurch bewirkt wird, daß der Lenkantrieb 9
das Fahrzeug zu dem Zielkurs lenkt.
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Die Festsetzung des Abstands L auf der X-Achse kann sich
mit der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs unter der
Steuerung der Steuereinheit 4 ändern. Insbesondere kann der
Abstand L auf der X-Achse mit der Abnahme der
Fahrgeschwindigkeit v des Fahrzeugs abnehmen, so daß dementsprechend
der Abstand, den das Fahrzeug fährt, bevor es auf den
Zielkurs OC gelangt, reduziert wird, wodurch bewirkt wird, daß
das Fahrzeug auf den Zielkurs OC so schnell wie möglich
gelangt.
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Im Falle, daß das Fahrzeug auf einem kurvigen Weg fährt,
kann der Abstand L mit der Abnahme der Krümmung des
kurvigen Weges abnehmen, wodurch bewirkt wird, daß das Fahrzeug
auf den Zielkurs so schnell wie möglich gelangt.
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Mit Vorteil kann ein vorbestimmtes Kursmuster verwendet
werden, dem ein Fahrzeug vom Punkt "P" zum Punkt "O" auf
dem Zielkurs folgt. Dieses Kursmuster kann durch einen
Kursfaktor modifiziert werden, der aus dem Abstand "L" und
der Fahrgeschwindigkeit v bestimmt werden kann, um der
besonderen Situation gerecht zu werden. Das Fahrzeug kann auf
den Zielkurs gleichförmig gelangen, indem es dem
modifizierten Kursmuster vom Punkt "P" zum Punkt "O" auf dem
Zielkurs folgt.
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Ein Beispiel für das Kursmuster ist gegeben durch
y = x - sin x und ein anderes Beispiel ist gegeben durch
y = x³.
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Fig. 8 zeigt ein durch y = x - sin x repräsentiertes
Kursmuster.
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Die oben beschriebenen Prozesse werden in Intervallen von
einigen Sekunden wiederholt, um zu ermöglichen, daß das
Fahrzeug automatisch entlang dem Zielkurs fährt.
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Das Zielkurssetzmittel 3 setzt einen Zielkurs OC in Antwort
auf Signale ND von einem Fahrsystem (siehe Fig. 11), das
zum Beispiel ein Auto darüber wie folgt informiert, welchen
Weg einer Y-Abzweigung das Fahrzeug nehmen muß:
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Es wird auf Fig. 9 Bezug genommen, in der das Fahrzeug sich
einer Y-Abzweigung nähert.
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Solange das Fahrzeug in einem normalen Fahrbereich mit
relativ schmaler Breite 1 in Fig. 9 fährt, wird ein Zielkurs
OC auf der Mittellinie des Fahrbereichs gesetzt, wie in
Fig. 10(a) gezeigt ist.
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In Fig. 9 zeigt jeder dreieckige Bereich i (unterbrochene
Linien) den Bereich an, dessen Bild durch eine Videokamera
1 des Fahrzeugs 13 aufgenommen werden kann.
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Wenn sich das Fahrzeug einer Y-Abzweigung nähert, wie in
Fig. 9 durch II angezeigt, wird das Fahrsystem, das die
notwendigen Fahrinformationen in sich eingegeben aufweist,
ein Kommando ND wie etwa "Nimm den rechten Weg der vor dem
Auto sich zeigenden Y-Abzweigung " zu dem
Zielkurssetzmittel 3 zu der Zeit senden, wenn das Fahrzeug die Position A
erreicht hat, die eine vorbestimmte Strecke von der
Y-Abzweigung entfernt ist. Gemäß dem Kommando von dem
Fahrsystem setzt das Zielkurssetzmittel 3 einen Zielkurs OC, der
sich allmählich von der Position A zu dem rechten Weg
nähert, wie in Fig. 10(b) gezeigt. Wenn die Videokamera die
Ansicht der Y-Abzweigung vor dem Fahrzeug einfängt, setzt
das Zielkurssetzmittel 3 einen Zielkurs OC, der sich in den
rechten Weg der Y-Abzweigung erstreckt.
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Hiernach fährt das Fahrzeug in den rechten Weg der
Y-Abzweigung, und hiernach tritt das Fahrzeug in einen normalen
Fahrbereich mit relativ enger Breite ein, wie bei III in
Fig. 9 angezeigt ist, wobei das Zielkurssetzmittel 3 wieder
in den Normalbetrieb übergeht und einen Zielkurs OC auf der
Mittellinie des Wegs setzt.
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Der Teil (1) in Fig. 9 entspricht der Fig. 10(a); der Teil
(2) in Fig. 9 entspricht der Fig. 10(b); der Teil (3) in
Fig. 9 entspricht der Fig. 10(c) und der Teil (4) in Fig. 9
entspricht der Fig. 10(d).
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Fig. 11 zeigt eine Fahrvorrichtung umfassend einen
Entfernungssensor 111, einen Gierratensensor 112, eine
Signalverarbeitungseinheit 113, eine Fahrwegspeichereinheit 114' ein
Kartenspeichermedium 115, eine Speichermediumleseeinheit
116, eine Anzeigeeinheit 117 und eine Bedienungseinheit
118. Als Entfernungssensor 111 können eine fotoelektrische
Entfernungsmeßeinheit, die dazu fähig ist, ein Pulssignal
pro Einheitsfahrstrecke in Antwort auf die Drehung der
Räder
eines Fahrzeugs zu erzeugen, eine Entfernungsmeßeinheit
des elektromagnetischen Typs oder eine
Entfernungsmeßeinheit des mechanischen Kontakttyps verwendet werden. Der
Gierratensensor 112 kann ein Gyroskop umfassen, das dazu
fähig ist, ein Signal zu erzeugen, das die Änderung der
Winkelgeschwindigkeit in der Gierrichtung repräsentiert,
während das Fahrzeug fährt. Die Signalverarbeitungseinheit
113 (computerunterstützte Steuerung) umfaßt eine CPU, ROMs
für die Programmierung, RAMs für die Steuerung usw. Die CPU
ist geeignet, Pulssignale von dem Entfernungssensor 111 zu
zählen, um die Fahrstrecke zu bestimmen; die Änderung der
Fahrrichtung aus den Signalen von dem Gierratensensor 112
zu bestimmen; auf der Basis dieser derart bestimmten
Variablen die momentane Position des Fahrzeugs in den
X-Y-Koordinaten zu jedem Zeitpunkt, an dem das Fahrzeug eine
Einheitsstrecke gefahren ist, zu berechnen. Die
Fahrwegspeichereinheit 114 ist geeignet, momentane
Fahrzeugpositionsdaten von der Signalverarbeitungseinheit 113 zu speichern.
Das Kartenspeichermedium 115 weist in der Form von Dateien
gespeicherte digitalisierte Karteninformation auf. Die
Speichermediumsleseeinheit 116 liest selektiv die
notwendige Karteninformation aus dem Kartenspeichermedium 115. Die
Anzeigeeinheit 117 zeigt eine derart aus dem Speichermedium
ausgelesene Karte und zeigt zu gleicher Zeit auf der Karte
den Fahrweg des Fahrzeugs, die momentane Position des
Fahrzeugs und die angenommene Richtung, in der das Fahrzeug
fährt. Die Bedienungseinheit 118 ermöglicht die Wahl der
anzuzeigenden Karte, das Setzen der Startposition auf der
auf dem Schirm der Anzeigeeinheit erscheinenden Karte und
die Eingabe von gewählten Kommandos von der Fahrvorrichtung
zum Führen des Fahrzeugs entlang einem Zielkurs auf der
Karte.
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Wie am besten aus Fig. 12 zu sehen, erscheint eine gewählte
Karte auf dem Schirm der Anzeigeeinheit 117. In der Karte
zeigt eine erste Markierung M1 die momentane Position des
Fahrzeugs in den X-Y-Koordinaten an (die momentane Position
in den X-Y-Koordinaten ist bestimmt aus der Fahrstrecke von
der Startposition mal dem Verkleinerungsmaßstabsfaktor der
Karte); eine zweite Markierung M2 gibt die Richtung an, in
der das Fahrzeug fährt; und eine Reihe von dritten
Markierungen M3 geben den Weg des Fahrzeugs an.
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Wenn die Bedienungseinheit 118 bedient wird, um
Fahrkommandos ND in das Zielkurssetzmittel 3 einzugeben, um zu
ermöglichen, daß das Fahrzeug einem Zielkurs auf der Karte
folgt, die auf dem Schirm der Anzeigeeinheit erscheint,
können Punkte a, b und c in die Karte eingegeben werden, um
bestimmte Kreuzungen oder Abzweigungen anzugeben, und es
können dann Kommandos wie etwa "Bieg nach links ab" oder
"Bieg nach rechts ab" gegeben werden, wenn das Fahrzeug
sich einem derartigen Punkt auf der Karte nähert.
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Die Signalverarbeitungseinheit 113 liest jedes
Fahrkommando, um ein angemessenes Kommando ND, zum Beispiel "Nimm den
rechten Weg der vor dem Fahrzeug sich zeigenden
Y-Abzweigung" an dem Zeitpunkt aus, wenn die Markierung M1 für die
momentane Position so weit ist, daß sie eine gegebene
konstante Strecke D von dem Punkt a entfernt ist.
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Es ist nicht nötig, die Fahrvorrichtung mit einem
Entfernungssensor 111 auszurüsten, da die Fahrentfernung von dem
Geschwindigkeitssensor 5 der in Fig. 1 gezeigten
automatischen Fahrvorrichtung bestimmt werden kann. Es ist auch
nicht nötig, die Fahrvorrichtung mit einem Gierratensensor
112 auszurüsten, da der Gierratensensor 6 der in Fig. 1
gezeigten automatischen Fahrvorrichtung gemeinsam verwendet
werden kann.
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Wie aus dem Obigen verständlich ist, ist eine automatische
Fahrvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet,
einen zulässigen Fahrbereich aus durch eine Videokamera
aufgenommenen Bildern zu ermitteln, um einen Zielkurs in
dem zulässigen Fahrbereich zu setzen; einen Lenkwert zu
bestimmen, der für den Zweck angemessen ist, daß dem
Fahrzeug ermöglicht wird, unter Berücksichtigung des momentanen
Fahrzustands des Fahrzeugs sich selbst auf den Zielkurs zu
bringen; und die exakte Lenksteuerung hinsichtlich des
Lenkwerts durchzuführen. Das durch die automatische
Fahrvorrichtung erreichte exakte Fahren kann einer Zwei-
Schritt-Bestimmung zugeschrieben werden, in der als erstes
ein Zielkurs in einem zulässigen Bereich gesetzt wird und
ein vorläufiger Kurs gesetzt wird, der für den Zweck
angemessen ist, daß dem Fahrzeug ermöglicht wird, sich selbst
auf den Zielkurs zu bringen.