WO2019091727A1 - Dynamikregelungssystem für ein selbstfahrendes fahrzeug - Google Patents

Dynamikregelungssystem für ein selbstfahrendes fahrzeug Download PDF

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WO2019091727A1
WO2019091727A1 PCT/EP2018/078330 EP2018078330W WO2019091727A1 WO 2019091727 A1 WO2019091727 A1 WO 2019091727A1 EP 2018078330 W EP2018078330 W EP 2018078330W WO 2019091727 A1 WO2019091727 A1 WO 2019091727A1
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vehicle
dynamics
detected
detecting
control system
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PCT/EP2018/078330
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Marcus Hiemer
Mark Mohr
Mauro Cesar ZANELLA
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Zf Friedrichshafen Ag
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    • B60W2556/50—External transmission of data to or from the vehicle of positioning data, e.g. GPS [Global Positioning System] data

Definitions

  • Known systems for dynamics control for a self-propelled vehicle are designed to control the lateral dynamics of the vehicle along a predetermined driving route.
  • Known self-driving vehicles can start a pre-planned route.
  • Such a known self-propelled vehicle may be a driverless or autonomous vehicle.
  • a driving route can also be a route or a route along which the vehicle is to move.
  • Known methods for controlling the dynamics of a self-driving vehicle control the lateral dynamics of the vehicle along a predetermined route.
  • a solution for a dynamic control system for a self-propelled vehicle includes a position detection sensor, an object detection sensor, and a lateral dynamics control unit.
  • the position detection sensor can detect the position of the vehicle.
  • the object detection sensor may detect an object that is on the travel route.
  • the transverse dynamics control unit is set up to regulate the lateral dynamics of the vehicle as a function of the detected position and the detected object.
  • a solution for a self-propelled vehicle has a corresponding system for dynamic control.
  • a planned route of the vehicle can be so to the actual Conditions, in particular to objects, which are located in the path of the vehicle to be adjusted, which can be deviated from the target route automatically.
  • a central idea is to provide a lateral dynamics or steering control system which, on the one hand, departs a predetermined route independently of the vehicle kinematics and the steering kinematics of the vehicle and independently of the steering construction.
  • This route can be independently modified or corrected on the basis of environmental data and the longitudinal dynamics of the vehicle can also be taken into account.
  • a control may have a control component or be understood as a controller.
  • the dynamics control of the vehicle comprises at least the regulation of the lateral dynamics of the vehicle and optionally the regulation of the longitudinal dynamics of the vehicle. Under the dynamics of the vehicle, its driving dynamics can be understood.
  • the transverse dynamics of the vehicle may in particular include the steering of the vehicle or its cornering.
  • a regulation of the lateral dynamics can also be a regulation of the steering of the vehicle.
  • the lateral dynamics control can have the regulation, control or adjustment of a steering angle.
  • a controller or a controller may be provided for the regulation or control of the lateral dynamics or the steering. This can compare the actually set steering angle of the vehicle with a steering angle specification and calculate a current value for a steering angle actuator from the deviation. This current value can cause a fluid flow in a hydraulic control unit (HCU), which can mechanically adjust the steering or a steering system and can realize the desired steering angle.
  • a hydraulic control unit HCU
  • an electromechanical actuator which can apply a torque for adjusting a mechanical steering system of the vehicle, may be provided.
  • the longitudinal dynamics of the vehicle may in particular comprise the drive and / or the braking of the vehicle.
  • a regulation of the longitudinal dynamics can also be a regulation of the speed of the vehicle.
  • a driving system may be provided which generates a transmission specification for controlling the speed from a desired specification or a desired speed by a driver in a vehicle control system.
  • the vehicle controller may also consider the speed of the vehicle as measured by a speed sensor.
  • the vehicle control system can also take into account information from an object detection sensor, in particular a radar sensor, a laser or a camera.
  • a position of the vehicle may be defined by local or global coordinates in a corresponding coordinate system.
  • the position of the vehicle may refer to the position of a work implement mounted on the vehicle.
  • a known from a calibration of the vehicle-implement system offset must be considered.
  • An object can be an obstacle as a foreign object or another vehicle.
  • the further vehicle may be another self-driving vehicle or a human-driven vehicle.
  • any sensor can be provided as an object detection sensor, which sensor can continuously detect an object metrologically.
  • the object detection sensor is a scanning sensor.
  • Object detection sensor may also be referred to as an environment (detection) sensor.
  • a scanning sensor a laser scanner (lidar) or a scanning radar sensor may be provided.
  • the laser scanner or the radar sensor can be a profile-like or two-dimensionally scanning distance meter. Alternatively, it can also be a three-dimensionally scanning distance meter.
  • An object detection sensor and an active tracking system can be provided which detects and tracks an object.
  • An object detection sensor can thus be a sensor for the continuous tracking of an object, with which also moving objects for the regulation of the lateral dynamics of the vehicle can be taken into account.
  • the object detection sensor can also be used to determine a distance to a vehicle in front, its own speed, or a relative speed to the vehicle in front, and thus to correct or overrule, for example, a desired specification or a driver input for the dynamic control.
  • the object detection sensor is an imaging sensor.
  • An imaging sensor can be a single camera, in particular a 3D camera. It is also possible to provide a plurality of cameras which can be used for the photogrammetric detection of an object. By a generated by the 3D camera depth image of the environment around the vehicle or by image processing by means of one or more cameras objects in the environment of the vehicle can be detected and / or detected. By means of image recognition methods for object recognition, additional information about the object, for example its type, size or outline, can also be reliably detected.
  • coordinates of the object in a vehicle coordinate system can be detected.
  • these coordinates can be converted into a coordinate system describing the route to be traveled.
  • it can be decided whether and where a detected object is located on the driving route to be traveled. It can also be calculated as the distance of the object to the route.
  • the position detection sensor is a receiver for global navigation satellite systems.
  • the recipient Global navigation satellite systems may be a GNSS receiver, in particular a GPS receiver.
  • reference stations can be used; in particular, RTK-GPS can be used.
  • Correction data can also be used whereby differential GPS can be applied.
  • Such satellite-based positioning methods can increase the accuracy of vehicle position detection.
  • the vehicle position determined by the position detection sensor can be combined or supplemented with the object information determined by the object detection sensor in order to perform the control of the lateral dynamics, in particular the adjustment of a steering system of the vehicle.
  • the information from the position detection sensor and the object detection sensor may be filtered and merged in a data collection unit.
  • a steering angle to be set of the steering system which may be a wheel position, can thus be determined from the position and object data and optionally additionally from the vehicle kinematics.
  • the data could also be prioritized and / or merged function specifications for the steering angle adjustment.
  • this is also designed to control the longitudinal dynamics of the vehicle along a driving route.
  • a speed detection sensor for detecting the speed of the vehicle and a longitudinal dynamics control unit is provided, which is set up to regulate the longitudinal dynamics of the vehicle at least as a function of the detected speed and of the detected object.
  • a speed detection sensor a speed sensor may be provided.
  • the regulation of the lateral dynamics and the control of the longitudinal dynamics regulate each other.
  • Transverse dynamics control and the longitudinal dynamics control can be in mutual interaction with each other.
  • the maximum steering angle of the vehicle are limited.
  • the maximum vehicle speed can be limited.
  • a limited speed default may be converted by a transmission control unit into a gearbox default, which may cause an output speed in the transmission system of the vehicle, which may correspond to a vehicle speed. The driving safety, in particular the anti-tipping, of the self-propelled vehicle is thus increased.
  • a solution for a method for dynamically controlling a self-driving vehicle comprises detecting the position of the vehicle, detecting an object which is located on the driving route, and regulating the lateral dynamics of the vehicle as a function of the detected position and the detected object.
  • An embodiment of the method for dynamic control comprises providing the speed of the vehicle and regulating the longitudinal dynamics of the vehicle at least as a function of the detected speed and the detected object.
  • the regulation of the longitudinal dynamics may alternatively or additionally be effected as a function of the detected position of the vehicle.
  • Detected object information can be used to control the longitudinal and lateral dynamics, which is intervened in a recognized object on the one hand in the steering and on the other hand at the same time the speed of the vehicle is changed. Both together allow a safe evasion to avoid object collision.
  • Another embodiment of the method for dynamic control has a regulation of the lateral dynamics for collision avoidance with the detected object.
  • the steering of the vehicle can be controlled in such a way that deviates from the driving route to be traveled in order to avoid the detected object.
  • a crossing of the detected object, which is located on the planned route is avoided.
  • a further embodiment of the method for dynamics control has a regulation of the lateral dynamics and / or longitudinal dynamics for object tracking.
  • the steering of the vehicle can be regulated in such a way. be valid, that is not deviated from the route to be driven or deviated continuously or constantly to follow the detected object. Thus, a descend along a route of a Leit Vietnameses is possible.
  • the leader vehicle can also be referred to as an ego vehicle.
  • Object information which can be obtained, for example, with a camera or a camera system, can be used, for example, to drive the vehicle ahead of an anticipatory object.
  • the detection of an object comprises generating binary information on the presence or absence of an object.
  • the object detection sensors can either provide free space information, that is, information that there is no object in the travel path of the vehicle, or object information, that is, information about object coordinates.
  • a further embodiment of the method for dynamic control has a consideration of a vehicle-specific steering kinematics, for example, an articulated steering, a two-wheel steering or a four-wheel steering, and a regulation of the lateral dynamics of the vehicle also based on the vehicle-specific steering kinematics.
  • the dynamic control system can be flexibly used for different vehicle types. For example, the dynamics of a construction machine, which may be a dumper or a wheel loader, or the dynamics of an agricultural machine, which may be a tractor can be controlled.
  • a further embodiment of the method for dynamic control has an adaptation of the regulation of the lateral dynamics of the vehicle and / or the control of the longitudinal dynamics of the vehicle to the actual track of a working device of the vehicle when driving on the driving route.
  • the implement may be, for example, a plow, a sprayer or a mower of an agricultural machine.
  • the target trajectory of the implement can be controlled while the driving route of the vehicle is adjusted.
  • the embodiments have advantages in modern agriculture, since there may be required to centimeter accurate working. Further advantages can be seen in the reduction of fuel consumption, since redundant shutdown of a work surface can be avoided. High demands on the working process accuracy can be met, for example, such a sprayer without overlapping spray plants.
  • Fig. 1 shows an embodiment of a dynamic control for a self-propelled vehicle.
  • Fig. 2 shows process steps of the dynamics control.
  • a longitudinal dynamics control unit 100 and a lateral dynamics control unit 200 are provided.
  • the dynamic control includes a position detection unit 300 and an object detection 411 with an object detection sensor.
  • the longitudinal dynamics control unit 100 has a vehicle controller 110, a transmission control unit 120 and a transmission system 130.
  • the vehicle controller 110 provides the transmission controller 120 with a speed command 111.
  • the transmission control unit 120 provides the transmission system 130 with a transmission specification 121.
  • the transmission system provides the vehicle controller 110 with a speed 131 for controlling the longitudinal dynamics of the vehicle.
  • the lateral dynamics control unit 200 has a kinematic module 210, a steering control unit 220, a hydraulic control unit 230 and a steering system 240.
  • the kinematics module 210 takes into account a steering kinematics of the vehicle and transmits a steering angle specification 211 to the steering controller 220
  • Steering controller 220 provides hydraulic steering unit 230 with a steering angle actuator value 221.
  • the hydraulic control unit 230 generates a fluid idstrom 231 for the steering system 240, which transmits a steering angle 241 to the steering control unit 220.
  • the vehicle controller 110 for longitudinal dynamic control of the vehicle also takes into account the steering angle command 211 and the steering angle 241 from the lateral dynamics control, wherein the vehicle controller 110, the steering controller 220, and the steering system 240 regulate.
  • the lateral dynamics control unit 200 also takes into account a position 301, which is provided by the position detection unit 300.
  • the position detecting unit 300 includes a position detecting sensor 310, which is a GPS receiver, a position correcting system 320, which is a GPS RTK system, and an inertial measuring unit 330 (IMU).
  • the position detection sensor 310, the position correction system 320, and the inertial measurement unit 330 individually provide corresponding data that can be combined into fused position data 340.
  • the merged position data 340 represent the information about the position 301, which is transferred to the kinematics module 210 of the lateral dynamics control unit 200.
  • a radar sensor 401 a laser scanner 402, a camera 403 and / or an active tracking system 404 for object detection 411 are provided.
  • the object detection 411 is transmitted to the kinematics module 210 of the lateral dynamics control unit 200.
  • the steering angle command 211 is thus provided based on the detection of the position 301, the object detection 411, and considering the vehicle kinematics.
  • Another or the object detection 411 is transmitted simultaneously, alternatively or additionally to the vehicle controller 110 of the longitudinal dynamics control unit 100.
  • the speed specification 111 is thus based on the object detection 411 and Considering the steering angle specification 211 and the actual steering angle 241 provided.
  • the dynamic control of a self-propelled vehicle thus takes place in the context of the longitudinal dynamics control unit 100 and the transverse dynamics control unit 200, which regulate themselves.
  • Fig. 2 shows process steps of the dynamics control.
  • step S101 the position 301 of the vehicle is detected and provided.
  • step S102 an object is detected and information for object detection 411 is provided.
  • step S103 a speed 131 of the vehicle is provided.
  • step S104 information about the vehicle-specific steering kinematics is provided.
  • step S105 information about the actual lane of the implement is provided.
  • step S106 the lateral dynamics are controlled as a function of the detected position 301, the object detection 411 and the actual track of the implement.
  • step S106 the longitudinal dynamics are controlled as a function of the detected speed 131, the object detection 411 and the actual track of the implement.

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Abstract

Dynamikregelungssystem und Dynamikregelungsverfahren für ein selbstfahrendes Fahrzeug, welches zum Regeln der Querdynamik des Fahrzeugs entlang einer Fahrroute ausgebildet ist, mit einer Positionserfassung zum Erfassen der Position des Fahrzeugs, einer Objekterfassung zum Erfassen eines Objekts, welches sich auf der Fahrroute befindet, und einer Querdynamikregelung, welche eingerichtet ist, in Abhängigkeit der erfassten Position und des erfassten Objekts die Querdynamik des Fahrzeugs zu regeln.

Description

Dvnamikregelunqssvstem für ein selbstfahrendes Fahrzeug
Bekannte Systeme zur Dynamikregelung für ein selbstfahrendes Fahrzeug sind zum Regeln der Querdynamik des Fahrzeugs entlang einer vorgegebenen Fahrroute ausgebildet.
Bekannte selbstfahrende Fahrzeuge können eine vorab geplante Route abfahren. Ein derart bekanntes selbstfahrendes Fahrzeug kann ein fahrerloses oder autonomes Fahrzeug sein. Eine Fahrroute kann auch ein Weg oder eine Strecke sein, entlang derer sich das Fahrzeug bewegen soll.
Bekannte Verfahren zur Regelung der Dynamik eines selbstfahrenden Fahrzeugs Regeln die Querdynamik des Fahrzeugs entlang einer vorgegebenen Fahrroute.
Es werden Lösungen bereitgestellt, bekannte Systeme zur Dynamikregelung für ein selbstfahrendes Fahrzeug und Verfahren zur Dynamikregelung eines selbstfahrenden Fahrzeugs zu verbessern.
Eine Lösung für ein System zur Dynamikregelung für ein selbstfahrendes Fahrzeug weist einen Positionserfassungssensor, einen Objekterfassungssensor und eine Querdynamikregelungseinheit auf. Der Positionserfassungssensor kann die Position des Fahrzeugs erfassen. Der Objekterfassungssensor kann ein Objekt erfassen, welches sich auf der Fahrroute befindet. Die Querdynamikregelungseinheit ist eingerichtet, in Abhängigkeit der erfassten Position und des erfassten Objekts die Querdynamik des Fahrzeugs zu regeln.
Eine Lösung für ein selbstfahrendes Fahrzeug hat ein entsprechendes System zur Dynamikregelung.
Ein Grundgedanke kann darin gesehen werden, Objekte entlang der Fahrroute eines selbstfahrenden Fahrzeugs zu erkennen und die Querdynamik des Fahrzeugs, insbesondere dessen Lenkung, derart zu regeln, dass das Fahrzeug die Objekte selbstständig umfährt. Eine geplante Route des Fahrzeugs kann so an die tatsächlichen Gegebenheiten, insbesondere an Objekte, welche sich im Weg des Fahrzeugs befinden, angepasst werden, wobei automatisch von der Sollroute abgewichen werden kann.
Mit anderen Worten ist ein Kerngedanke ein Querdynamik- oder Lenkungsregelungssystem bereitzustellen, welches zum einen unabhängig von der Fahrzeugkinematik und der Lenkkinematik des Fahrzeugs sowie unabhängig von der Lenkkonstruktion eine vorgegebene Route abfährt. Diese Route kann auf Basis von Umfelddaten selbständig abgeändert oder korrigiert werden und dabei kann auch die Längsdynamik des Fahrzeugs berücksichtigt werden.
Eine Regelung kann eine Steuerungskomponente aufweisen oder auch als Steuerung verstanden werden.
Die Dynamikregelung des Fahrzeugs umfasst zumindest die Regelung der Querdynamik des Fahrzeugs und optional die Regelung der Längsdynamik des Fahrzeugs. Unter der Dynamik des Fahrzeugs kann dessen Fahrdynamik verstanden werden.
Die Querdynamik des Fahrzeugs kann insbesondere das Lenken des Fahrzeugs o- der dessen Kurvenfahrt umfassen. Eine Regelung der Querdynamik kann auch eine Regelung der Lenkung des Fahrzeugs sein. Die Querdynamikregelung kann die Regelung, Steuerung oder Einstellung eines Lenkwinkels aufweisen.
Für die Regelung oder Steuerung der Querdynamik beziehungsweise der Lenkung kann ein Regler oder ein Steuergerät vorgesehen sein. Dieses kann den tatsächlich eingestellten Lenkwinkel des Fahrzeugs mit einer Lenkwinkelvorgabe vergleichen und aus der Abweichung einen Stromwert für einen Lenkwinkelaktuator berechnen. Dieser Stromwert kann in einem hydraulischen Steuergerät (HCU) einen Fluidstrom hervorrufen, der die Lenkung oder ein Lenksystem mechanisch verstellen kann und den gewünschten Lenkwinkel verwirklichen kann. Anstelle des hydraulischen Steuergeräts kann auch ein elektromechanischer Aktuator, der ein Drehmoment zur Verstellung eines mechanischen Lenksystems des Fahrzeugs aufbringen kann, vorgesehen sein. Die Längsdynamik des Fahrzeugs kann insbesondere den Antrieb und/oder das Bremsen des Fahrzeugs umfassen. Eine Regelung der Längsdynamik kann auch eine Regelung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs sein.
Für die Regelung der Längsdynamik kann ein Fahrsystem vorgesehen sein, welches zur Regelung der Geschwindigkeit aus einer Sollvorgabe oder einer von einem Fahrer gewünschten Geschwindigkeit in einer Fahrzeugsteuerung eine Übersetzungsvorgabe erzeugt. Die Fahrzeugsteuerung kann auch die von einem Drehzahlsensor gemessene Geschwindigkeit des Fahrzeugs berücksichtigen. Alternativ oder zusätzlich kann die Fahrzeugsteuerung auch Informationen eines Objekterfassungssensors, insbesondere eines Radarsensors, eine Lasers oder einer Kamera berücksichtigen.
Eine Position des Fahrzeugs kann durch lokale oder globale Koordinaten in einem entsprechenden Koordinatensystem definiert sein. Die Position des Fahrzeugs kann sich auf die Position eines an dem Fahrzeug angebrachten Arbeitsgeräts beziehen. Hierfür ist ein aus einer Kalibrierung des Fahrzeug-Arbeitsgerät-Systems bekannter Offset zu berücksichtigen.
Ein Objekt kann ein Hindernis als Fremdobjekt oder ein weiteres Fahrzeug sein. Das weitere Fahrzeug kann ein weiteres selbstfahrendes Fahrzeug oder ein menschengeführtes Fahrzeug sein.
Grundsätzlich kann als Objekterfassungssensor jeder Sensor vorgesehen sein, welcher ein Objekt kontinuierlich messtechnisch erfassen kann. Bei einer Ausführungsform der Dynamikregelung ist der Objekterfassungssensor ein scannender Sensor. Objekterfassungssensor kann auch als ein Umfeld(erkennungs)sensor bezeichnet werden. Als scannender Sensor kann ein Laserscanner (Lidar) oder ein scannender Radarsensor vorgesehen sein. Der Laserscanner oder der Radarsensor kann ein profilartig beziehungsweise zweidimensional scannender Distanzmesser sein. Alternativ kann es sich auch um einen dreidimensional scannenden Distanzmesser handeln. Durch eine derartig zwei- oder dreidimensionale Abtastung der Umgebung um das Fahrzeug können Objekte im Umfeld des Fahrzeugs erfasst und/oder erkannt werden. Mittels permanenter, flächenhafter Abtastung der Fahrzeugumgebung können Objekte um das Fahrzeug herum zuverlässig detektiert werden.
Als Objekterfassungssensor kann auch ein Active Tracking System vorgesehen sein, welches ein Objekt erfasst und verfolgt. Ein Objekterfassungssensor kann somit ein Sensor zur kontinuierlichen Verfolgung eines Objekts sein, womit auch sich bewegende Objekte für die Regelung der Querdynamik des Fahrzeugs berücksichtig werden können. Mit dem Objekterfassungssensor kann auch ein Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug, dessen Eigengeschwindigkeit, oder eine Relativgeschwindigkeit zum vorausfahrenden Fahrzeug bestimmt werden und damit beispielsweise eine Sollvorgabe oder eine Fahrereingabe für die Dynamikregelung korrigiert oder überstimmt werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Dynamikregelung ist der Objekterfassungssensor ein bildgebender Sensor. Ein bildgebender Sensor kann eine einzelne Kamera, insbesondere eine 3D-Kamera, vorgesehen sein. Es können auch mehrere Kameras vorgesehen sein, welche zur photogrammetrischen Erfassung eines Objekts verwendet werden können. Durch ein von der 3D-Kamera erzeugtes Tiefenbild der Umgebung um das Fahrzeug oder durch Bildverarbeitung mittels einer oder mehrerer Kameras können Objekte im Umfeld des Fahrzeugs erfasst und/oder erkannt werden. Mittels Bildgebungsverfahren zur Objekterkennung können auch Zusatzinformation zum Objekt, beispielsweise dessen Art, Größe oder Umriss zuverlässig erkannt werden.
Bei der Objekterfassung können Koordinaten des Objekts in einem Fahrzeugkoordinatensystem erfasst werden. Mittels Koordinatentransformation können diese Koordinaten in ein die abzufahrende Fahrroute beschreibendes Koordinatensystem überführt werden. So kann entschieden werden ob und wo sich ein erfasstes Objekt auf der abzufahrenden Fahrroute befindet. Es kann so auch der Abstand des Objekts zur Fahrroute berechnet werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Dynamikregelung ist der Positionserfas- sungssensor ein Empfänger für globale Navigationssatellitensysteme. Der Empfän- ger für globale Navigationssatellitensysteme kann ein GNSS-Empfänger, insbesondere ein GPS-Empfänger sein. Bei der Positionsbestimmung mittels GNSS können Referenzstationen genutzt werden, insbesondere kann RTK-GPS angewendet werden. Es können auch Korrekturdaten verwendet werden, wobei differentielles GPS angewendet werden kann. Durch derartige satellitengestützte Positionierungsverfahren kann die Genauigkeit der Fahrzeugpositionserfassung erhöht werden.
Die von dem Positionserfassungssensor ermittelte Fahrzeugposition kann mit der von dem Objekterfassungssensor ermittelten Objektinformation kombiniert oder ergänzt werden, um die Regelung der Querdynamik, insbesondere die Einstellung eines Lenkungssystems des Fahrzeugs durchzuführen. Die Informationen von dem Positionserfassungssensor und von dem Objekterfassungssensor können in einer Datensammeleinheit gefiltert und zusammengeführt werden. Ein einzustellender Lenkwinkel des Lenkungssystems, welcher eine Radstellung sein kann, kann so aus den Positions- und Objektdaten und optional zusätzlich aus der Fahrzeugkinematik ermittelt werden. Die Daten könne auch priorisierte und/oder fusionierte Funktionsvorgaben für die Lenkwinkeleinstellung sein.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Dynamikregelung ist diese auch zum Regeln der Längsdynamik des Fahrzeugs entlang einer Fahrroute ausgebildet. Dabei ist ein Geschwindigkeitserfassungssensor zum Erfassen der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und eine Längsdynamikregelungseinheit vorgesehen, welche eingerichtet ist, zumindest in Abhängigkeit der erfassten Geschwindigkeit und des erfassten Objekts die Längsdynamik des Fahrzeugs zu regeln. Als Geschwindigkeitserfassungssensor kann ein Drehzahlsensor vorgesehen sein. Durch ein zusätzliches Regeln der Längsdynamik kann in Abhängigkeit eines erfassten Objekts im Umfeld des Fahrzeugs die Fahrsicherheit bei einem Abweichen der Fahrt von einer vorgegebenen Fahrroute sichergestellt werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Dynamikregelung regulieren sich die Regelung der Querdynamik und die Regelung der Längsdynamik gegenseitig. Die
Querdynamikregelung und die Längsdynamikregelung können in einer gegenseitigen Wirkbeziehung zueinander stehen. Mit steigender Fahrzeuggeschwindigkeit kann der maximale Lenkwinkel des Fahrzeugs begrenzet werden. Mit steigendem Lenkwinkel kann umgekehrt die maximale Fahrzeuggeschwindigkeit begrenzt werden. Eine begrenzte Geschwindigkeitsvorgabe kann von einem Getriebesteuergerät in eine Übersetzungsvorgabe umgerechnet werden, wobei dies im Getriebesystem des Fahrzeugs eine Abtriebsdrehzahl bewirken kann, was einer Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechen kann. Die Fahrsicherheit, insbesondere die Kippsicherheit, des selbstfahrenden Fahrzeugs wird somit erhöht.
Eine Lösung für ein Verfahren zur Dynamikregelung eines selbstfahrenden Fahrzeugs weist Erfassen der Position des Fahrzeugs, Erfassen eines Objekts, welches sich auf der Fahrroute befindet, und Regeln der Querdynamik des Fahrzeugs in Abhängigkeit der erfassten Position und des erfassten Objekts auf.
Eine Ausführungsform des Verfahrens zur Dynamikregelung weist ein Bereitstellen der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und ein Regeln der Längsdynamik des Fahrzeugs zumindest in Abhängigkeit der erfassten Geschwindigkeit und des erfassten Objekts auf. Das Regeln der Längsdynamik kann alternativ oder zusätzlich in Abhängigkeit der erfassten Position des Fahrzeugs erfolgen. Erfasste Objektinformation kann zur Regelung der Längs- und Querdynamik verwendet werden, wobei bei einem erkannten Objekt einerseits in die Lenkung eingegriffen wird und andererseits gleichzeitig auch die Geschwindigkeit des Fahrzeugs geändert wird. Beides zusammen ermöglich ein sicheres Ausweichen, um eine Objektkollision zu vermeiden.
Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens zur Dynamikregelung weist ein Regeln der Querdynamik zur Kollisionsvermeidung mit dem erfassten Objekt auf. Beim Regeln der Querdynamik kann die Lenkung des Fahrzeugs derart geregelt werden, dass von der abzufahrenden Fahrroute abgewichen wird, um das erfasste Objekt zu Umfahren. Somit wird ein Überfahren des erkannten Objekts, welches sich auf der geplanten Fahrroute befindet vermieden.
Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens zur Dynamikregelung weist ein Regeln der Querdynamik und/oder Längsdynamik zur Objektverfolgung auf. Beim Regeln der Querdynamik und/oder Längsdynamik kann die Lenkung des Fahrzeugs derart gere- gelt werden, dass von der abzufahrenden Fahrroute nicht abgewichen wird oder kontinuierlich oder konstant abgewichen wird, um dem erfassten Objekt zu Folgen. Somit wird ein Nachfahren entlang einer Fahrroute eines Leitfahrzeugs ermöglicht. Das Leitfahrzeug kann auch als Egofahrzeug bezeichnet werden. Objektinformationen, welche zum Beispiel mit einer Kamera oder einem Kamerasystem gewonnen werden können, sind beispielsweise nutzbar, um mit dem Fahrzeug einem vorauseilenden Objekt hinterherzufahren.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zur Dynamikregelung weist das Erfassen eines Objekts ein Erzeugen von binärer Information zum Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Objekts auf. Dabei kann der Objekterfassungssensoren entweder eine Freirauminformation, das heißt Information darüber, dass sich kein Gegenstand im Fahrweg des Fahrzeugs befindet, oder eine Objektinformation, das heißt Information zu Objektkoordinaten bereitstellen.
Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens zur Dynamikregelung weist ein Berücksichtigen einer fahrzeugspezifischen Lenkungskinematik, beispielsweise eine Knicklenkung, eine Zweiradlenkung oder eine Vierradlenkung, und ein Regeln der Querdynamik des Fahrzeugs zudem basierend auf der fahrzeugspezifischen Lenkungskinematik auf. Das Dynamikregelungssystem kann so flexibel für verschieden Fahrzeugtypen eingesetzt werden. Beispielsweise kann die Dynamik einer Baumaschine, welche ein Dumper oder ein Radlader sein kann, oder die Dynamik einer Landmaschine, welche ein Traktor sein kann geregelt werden.
Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens zur Dynamikregelung weist ein Anpassen des Regeins der Querdynamik des Fahrzeugs und/oder des Regeins der Längsdynamik des Fahrzeugs an die tatsächliche Spur eines Arbeitsgeräts des Fahrzeugs beim Befahren der Fahrroute auf. Das Arbeitsgerät kann beispielsweise ein Pflug, ein Sprayer oder ein Mähwerk einer Landmaschine sein. So kann die Zieltrajektorie des Arbeitsgeräts geregelt werden während die Fahrroute des Fahrzeugs angepasst wird. Die Ausführungsformen haben in der modernen Landwirtschaft Vorteile, da dort ein zentimetergenaues Arbeiten gefordert sein kann. Weitere Vorteile sind in der Verringerung des Treibstoffverbrauchs zu sehen, da redundantes Abfahren einer Arbeitsfläche vermieden werden kann. Hohe Anforderungen an die Arbeitsprozessgenauigkeit können so erfüllt werden, beispielsweise kann so ein Sprayer ohne Überlappstellen Pflanzen besprühen.
Die Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der schematischen Figuren weiter erläutert.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Dynamikregelung für ein selbstfahrendes Fahrzeug.
Fig. 2 zeigt Verfahrensschritte der Dynamikregelung.
Für eine Dynamikregelung eines selbstfahrenden Fahrzeugs, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, ist eine Längsdynamikregelungseinheit 100 und eine Querdynamikrege- lungseinheit 200 vorgesehen.
Zudem umfasst die Dynamikregelung eine Positionserfassungseinheit 300 und eine Objekterfassung 411 mit einem Objekterfassungssensor.
Die Längsdynamikregelungseinheit 100 weist eine Fahrzeugsteuerung 110, ein Getriebesteuergerät 120 und ein Getriebesystem 130 auf. Die Fahrzeugsteuerung 110 stellt dem Getriebesteuergerät 120 eine Geschwindigkeitsvorgabe 111 bereit. Das Getriebesteuergerät 120 stellt dem Getriebesystem 130 eine Übersetzungsvorgabe 121 bereit. Das Getriebesystem übergibt der Fahrzeugsteuerung 110 eine Geschwindigkeit 131 zur Regelung der Längsdynamik des Fahrzeugs.
Die Querdynamikregelungseinheit 200 weist ein Kinematikmodul 210, ein Lenkungssteuergerät 220, ein hydraulisches Steuergerät 230 und ein Lenkungssystem 240 auf. Das Kinematikmodul 210 berücksichtigt eine Lenkungskinematik des Fahrzeugs und übergibt eine Lenkwinkelvorgabe 211 an das Lenkungssteuergerät 220. Das Lenkungssteuergerät 220 stellt dem hydraulisches Steuergerät 230 einen Lenkwin- kelaktuatorwert 221 bereit. Das hydraulisches Steuergerät 230 erzeugt einen Flu- idstrom 231 für das Lenkungssystem 240, welches einen Lenkwinkel 241 an das Lenkungssteuergerät 220 übermittelt.
Die Fahrzeugsteuerung 110 zur Längsdynamikregelung des Fahrzeugs berücksichtigt auch die Lenkwinkelvorgabe 211 und den Lenkwinkel 241 aus der Querdynamikregelung, wobei sich die Fahrzeugsteuerung 110, das Lenkungssteuergerät 220 und das Lenkungssystem 240 regulieren.
Die Querdynamikregelungseinheit 200 berücksichtigt zudem eine Position 301 , welche von der Positionserfassungseinheit 300 bereitgestellt wird. Die Positionserfas- sungseinheit 300 weist einen Positionserfassungssensor 310, welcher ein GPS- Empfänger ist, ein Positionskorrektursystem 320, welches ein GPS-RTK-System ist, und eine Inertiale Messeinheit 330 (IMU) auf. Der Positionserfassungssensor 310, das Positionskorrektursystem 320 und die Inertiale Messeinheit 330 stellen einzeln entsprechende Daten bereit, welche zu fusionierten Positionsdaten 340 kombiniert werden können. Die fusionierten Positionsdaten 340 stellen die Informationen zur Position 301 dar, welche dem Kinematikmodul 210 der Querdynamikregelungseinheit 200 übergeben werden.
Ferner ist ein Radarsensor 401 , ein Laserscanner 402, eine Kamera 403 und/oder ein Active Tracking System 404 zur Objekterfassung 411 vorgesehen.
Die Objekterfassung 411 wird dem Kinematikmodul 210 der Querdynamikregelungseinheit 200 übermittelt. Die Lenkwinkelvorgabe 211 wird somit auf Basis der Erfassung der Position 301 , der Objekterfassung 411 und unter Berücksichtigung der Fahrzeugkinematik bereitgestellt.
Eine weitere oder die Objekterfassung 411 wird simultan, alternativ oder zusätzlich der Fahrzeugsteuerung 110 der Längsdynamikregelungseinheit 100 übermittelt. Die Geschwindigkeitsvorgabe 111 wird somit auf Basis der Objekterfassung 411 und un- ter Berücksichtigung der Lenkwinkelvorgabe 211 und des tatsächlichen Lenkwinkels 241 bereitgestellt.
Die Dynamikregelung eines selbstfahrenden Fahrzeugs erfolgt somit in Wirkzusammenhang der Längsdynamikregelungseinheit 100 und der Querdynamikregelungs- einheit 200, welche sich regulieren.
Fig. 2 zeigt Verfahrensschritte der Dynamikregelung. In Schritt S101 wird die Position 301 des Fahrzeugs ermittelt und bereitgestellt. In Schritt S102 wird ein Objekt erfasst und Informationen zur Objekterfassung 411 bereitgestellt. In Schritt S103 wird eine Geschwindigkeit 131 des Fahrzeugs bereitgestellt. In Schritt S104 werden Informationen zur fahrzeugspezifischen Lenkungskinematik bereitgestellt. In Schritt S105 werden Informationen zur tatsächlichen Spur des Arbeitsgeräts bereitgestellt. In Schritt S106 erfolgt ein Regeln der Querdynamik in Abhängigkeit der erfassten Position 301 , der Objekterfassung 411 und der tatsächlichen Spur des Arbeitsgeräts. In Schritt S106 erfolgt ein Regeln der Längsdynamik in Abhängigkeit der erfassten Geschwindigkeit 131 , der Objekterfassung 411 und der tatsächlichen Spur des Arbeitsgeräts.
Bezugszeichen
100 Längsdynamikregelungseinheit
110 Fahrzeugsteuerung
111 Geschwindigkeitsvorgabe
120 Getriebesteuergerät
121 Übersetzungsvorgabe
130 Getriebesystem
131 Geschwindigkeit
200 Querdynamikregelungseinheit
210 Kinematikmodul
211 Lenkwinkelvorgabe
220 Lenkungssteuergerät
221 Lenkwinkelaktuatorwert
230 hydraulisches Steuergerät
231 Fluidstrom
240 Lenkungssystem
241 Lenkwinkel
300 Positionserfassungseinheit
301 Position
310 Positionserfassungssensor
320 Positionskorrektursystem
330 Inertiale Messeinheit
340 Fusionierte Positionsdaten
401 Radarsensor
402 Laserscanner
403 Kamera
404 Active Tracking System
411 Objekterfassung
5101 Positionserfassung
5102 Objekterfassung
5103 Bereitstellung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs
5104 Bereitstellung von Informationen zur Lenkungskinematik 5105 Bereitstellung von Informationen zur Spur eines Arbeitsgeräts
5106 Regeln der Querdynamik
5107 Regeln der Längsdynamik

Claims

Patentansprüche
1. Dynamikregelungssystem für ein selbstfahrendes Fahrzeug,
welches zum Regeln der Querdynamik des Fahrzeugs entlang einer Fahrroute ausgebildet ist, mit
einem Positionserfassungssensor (310) zum Erfassen der Position des Fahrzeugs, einem Objekterfassungssensor (401 , 402, 403, 404) zum Erfassen eines Objekts, welches sich auf der Fahrroute befindet, und
einer Querdynamikregelungseinheit (200), welche eingerichtet ist, in Abhängigkeit der erfassten Position und des erfassten Objekts die Querdynamik des Fahrzeugs zu regeln.
2. Dynamikregelungssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Objekterfassungssensor ein scannender Sensor (401 , 402) ist.
3. Dynamikregelungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Objekterfassungssensor ein bildgebender Sensor (403) ist.
4. Dynamikregelungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionserfassungssensor (310) ein Empfänger für globale Navigationssatellitensysteme ist.
5. Dynamikregelungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner zum Regeln der Längsdynamik des Fahrzeugs entlang einer Fahrroute ausgebildet ist, und ferner aufweist
einen Geschwindigkeitserfassungssensor (130) zum Erfassen der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und
eine Längsdynamikregelungseinheit (100), welche eingerichtet ist, zumindest in Abhängigkeit der erfassten Geschwindigkeit und des erfassten Objekts die Längsdynamik des Fahrzeugs zu regeln.
6. Dynamikregelungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der Querdynamik und die Regelung der Längsdynamik sich gegenseitig regulieren.
7. Selbstfahrendes Fahrzeug mit einem Dynamikregelungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche.
8. Verfahren zum Regeln der Dynamik eines selbstfahrenden Fahrzeugs entlang einer Fahrroute, gekennzeichnet durch
Erfassen (S101 ) der Position des Fahrzeugs,
Erfassen (S102) eines Objekts, welches sich auf der Fahrroute befindet, und
Regeln (S106) der Querdynamik des Fahrzeugs in Abhängigkeit der erfassten Position und des erfassten Objekts.
9. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch
Bereitstellen (S103) der Geschwindigkeit (131) des Fahrzeugs und
Regeln (S107) der Längsdynamik des Fahrzeugs zumindest in Abhängigkeit der erfassten Geschwindigkeit und des erfassten Objekts.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch
Regeln der Querdynamik (S106) zur Kollisionsvermeidung mit dem erfassten Objekt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, gekennzeichnet durch
Regeln der Querdynamik (S106) und/oder Längsdynamik (S107) zur Objektverfolgung.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen (S102) eines Objekts Erzeugen von binärer Information zum Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Objekts aufweist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, gekennzeichnet durch
Berücksichtigen (S104) einer fahrzeugspezifischen Lenkungskinematik und
Regeln (S106) der Querdynamik des Fahrzeugs zudem basierend auf der fahrzeugspezifischen Lenkungskinematik.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, gekennzeichnet durch Anpassen des Regeins (S106) der Querdynamik des Fahrzeugs und/oder des Regeins (S107) der Längsdynamik des Fahrzeugs an die tatsächliche Spur eines Arbeitsgeräts des Fahrzeugs beim Befahren der Fahrroute.
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