WO2020151844A1 - Verfahren zum fahrerlosen umsetzen eines fahrzeugs über eine strecke innerhalb eines abgeschlossenen geländes - Google Patents

Verfahren zum fahrerlosen umsetzen eines fahrzeugs über eine strecke innerhalb eines abgeschlossenen geländes Download PDF

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WO2020151844A1
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Sascha Andree
Matthias Maron
Bernhard Geiler
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to a method for driverless transfer of a vehicle over a distance within a closed area.
  • the customer-ready vehicle After completion of the manufacturing and testing process of a vehicle, the customer-ready vehicle is moved several times until it is received by the customer. This is done by manually moving the vehicle on the part of a person driving the vehicle or by transporting the vehicle by means of a
  • Transport vehicle (trailer).
  • German patent application DE 10 2010 028 452 A1 describes a method for driverless transfer of a passenger vehicle over a distance in the
  • actuators of the vehicle e.g. Steering, brakes, engine, transmission, controlled so that the vehicle can follow a predetermined route.
  • the actuators are typically not controlled directly, but rather indirectly via the corresponding internal control devices in the vehicle, such as engine control, transmission control, steering control and brake control.
  • the actuators can also be controlled externally, e.g. via mobile radio, WLAN or other suitable communication facilities
  • Sensor technology and / or computing power are driverless within a closed area, for example in the factory premises or a distribution area assigned space.
  • an infrastructure is provided in the closed area, which can communicate with the vehicle and replace the sensors inside the vehicle. Since the number of routes is limited and defined in such closed areas, a vehicle-external infrastructure can be provided here, for example in the form of sensors set up at intervals on the routes, that is to say one or more sensors in combination.
  • an external data processing system carries out trajectory planning for the driverless travel of a predetermined route from a starting point to a destination within the
  • the trajectory planning is based on data that is transferred from components of a vehicle-external infrastructure to the external one
  • Data processing system are transmitted, comprising object data and at least an exact pose of the vehicle at predetermined times.
  • the trajectory is then sent to the vehicle for execution.
  • the data transmitted between the vehicle-external infrastructure and the external data processing system and between the vehicle and the external data processing system have a time stamp.
  • each data record can be assigned to an associated time. This is necessary due to fluctuating latencies along the entire functional chain for precise actuator control.
  • Data processing system transmitted data include odometry data from the vehicle, which flow into the trajectory planning. Odometry data is very precise vehicle pose data that is continuously generated by the vehicle, i.e. of the
  • Vehicle sensors are determined and are therefore available.
  • the transmitted odometry data advantageously flow into the trajectory planning in such a way that they are fused by means of a pose estimator provided in the external data processing system with the data transmitted from the vehicle external infrastructure to the external data processing system.
  • the pose estimator is used to merge data from the vehicle with data from the vehicle's external infrastructure, more precisely the environment and object data of the sensor system, and thereby to obtain an improved pose detection of the vehicle that is secured against data gaps.
  • a Kalman filter can be used for this.
  • the merger advantageously takes place in such a way that in the event that there are gaps in the transmission from the vehicle-external infrastructure, these are filled with the odometry data at the same time the data was acquired from the vehicle-external infrastructure. Odometry data is very accurate and can be used as a gap filler over a relatively long period of up to a few seconds. Thus, a continuous detection of the pose of the vehicle-external infrastructure
  • Vehicle possible, even if data from the sensor system of the vehicle's external infrastructure is not available, e.g. due to localization gaps.
  • the external data processing system has a time synchronization master and the time stamps of the data of the vehicle external infrastructure and the vehicle are synchronized with this. This ensures that all data have the same time stamp, which means that
  • the second communication connection is a communication connection with latency, comprising a mobile radio connection.
  • a mobile radio connection Almost every vehicle now has a cell phone connection to call for rescue in an emergency.
  • the mobile phone connection is therefore suitable for these vehicles for the data connection from the vehicle to the cloud, since no additional hardware has to be installed. This means that new vehicles can be operated independently of theirs
  • the vehicle traverses the trajectory obtained from the point in time that fits the actual, current pose of the vehicle. For precise control of the vehicle, it is important that the vehicle is able to select exactly the section that is to be used after receiving a trajectory
  • the trajectory specifies an exact position to be assumed by the vehicle for every point in time, that is to say in predetermined time steps.
  • the vehicle can determine its current pose using in-vehicle sensors so that it is available at all times. Since there is a period of time between sending the trajectory and receiving and performing the movements by the vehicle - even if this seems so small, e.g. a few milliseconds - the vehicle is already in a different position when the trajectory is received, i.e. the next waypoint to be approached would already be behind the vehicle.
  • the time stamp of the data is used, which is advantageously synchronized via a time synchronization master, which is advantageously located in the external data processing system and e.g. is synchronized with an atomic clock. Due to the time stamps of all the data being synchronized exactly with one another, the vehicle can jump to exactly this point in time within the trajectory at the point in time at which it starts to travel the trajectory. This is important if there is a latency communication link between the vehicle and the external data processing system, e.g. a
  • the external data processing system is provided with a finished environment model and a classification of the detected objects by the vehicle external infrastructure. So the external data processing system is provided with a finished environment model and a classification of the detected objects by the vehicle external infrastructure. So the external
  • a system consisting of vehicle, vehicle-external infrastructure, external data processing system, advantageously a cloud, i.e. an IT infrastructure via the Internet, as well as a communication link for data exchange on the one hand between vehicle-external infrastructure and external data processing system and on the other hand between vehicle and external data processing system
  • closed area in the sense of the invention includes areas for which only certain people have access, e.g. Factory site of
  • Data processing system advantageously takes place via a (as fast as possible) wireless or wired internet connection.
  • the driverless conversion is advantageously carried out at least approximately at a maximum vehicle speed permitted for the intended route.
  • a relatively low maximum speed is usually permitted within closed areas, e.g. 30 km / h. Since at least in the near future there will still be a mixed operation with vehicles that are driven by a person who usually drive the maximum speed in order to save time, the driverless implementation should also take place at least approximately at this maximum speed. However, it can also be provided that the conversion is slower. This can advantageously be specified by the management of the closed site.
  • the vehicle-external infrastructure essentially comprises a sensor system, which replaces the sensor system within the vehicle, as mentioned above.
  • the vehicle-external infrastructure is provided, for example, in the form of sensors, which are set up at a distance from one another on the routes, that is to say one or more sensors in combination. It provides a finished environment model, i.e. an evaluation of the
  • Sensor data and advantageously also a classification of the detected objects.
  • An object can be a standing or moving object, whereby several objects can be detected simultaneously.
  • Sensors used as sensors can be
  • the described method can be carried out in a computer-aided manner, by means of which trajectory planning outside the vehicle, more precisely by means of a cloud-based trajectory planner, is made possible.
  • the determined trajectory is sent to the vehicle for execution.
  • a driverless transfer of a vehicle on a given route, that is to say from a starting point to a destination, can thus also take place in vehicles which do not have sensors for (sufficient) environment detection and corresponding computing power.
  • a system for providing trajectory planning for driverless transfer of a vehicle within a closed area comprising: one vehicle, one inside the closed area
  • Terrain-provided vehicle-external infrastructure comprising a sensor system that is set up to detect at least one object within its range and at least one exact pose of the vehicle at predetermined times. It also includes an external data processing system and a first one
  • Combination can be realized in a variant of the invention.
  • Fiq. 1 shows the relationship between individual components of the system and the sequence according to an embodiment of the present invention.
  • Fiq. 2 shows a very simplified representation of the system according to an embodiment of the present invention.
  • the system comprises three main components, the vehicle external infrastructure or local infrastructure local infrastructure, hereinafter also simply referred to as infrastructure, the external data processing system, e.g. a cloud cloud, and the vehicle car.
  • the local infrastructure is local infrastructure with the cloud cloud over a first
  • Communication connection K1 connected, which is advantageously provided as a (possible) fast wireless or wired Internet connection.
  • the vehicle Car is connected to the cloud cloud via a second communication connection K2, which is advantageously provided as a mobile radio connection.
  • the route R to be traveled is usually specified, for example by one
  • Parking management system a distribution management system or another management system that manages the logistics in the closed area.
  • sensor data from sensor system 10 also referred to as a sensor system
  • infrastructure local infrastructure For trajectory planning in the cloud, sensor data from sensor system 10, also referred to as a sensor system, of the infrastructure local infrastructure are specified
  • the sensor data advantageously have a time stamp.
  • the sensor data can record and classify both standing and moving objects.
  • vehicle data in particular odometry data, from the vehicle Car, more precisely one or more corresponding devices 40, are transmitted via a
  • Transmission interface S_car is sent to a reception interface R_car in the cloud via the second communication interface K2, which is advantageously designed as a mobile radio interface.
  • the vehicle data advantageously have a time stamp.
  • Both the data sent in the reception interface R_10 and in the reception interface R_car are now either passed directly to the trajectory planner 20 or via a pose estimator 30 and processed there.
  • the planned trajectory is then sent to the vehicle Car via a transmission interface S_cloud and received there by a reception interface R_cloud and forwarded to the device 40, which coordinates the traversing of the trajectory.
  • the trajectory planning also takes into account objects that the sensor system 10 has classified as an obstacle or objects that move in order to avoid them. The exact trajectory planning is not discussed in detail here, since this is already state of the art.
  • the pose estimator 30 is a safety entity which serves to obtain the sensor data obtained from the sensor system 10 and the data obtained from the vehicle car
  • the vehicle data is advantageous
  • Odometry data which can be used to fill gaps in the sensor data for a predetermined period of time, for example a few milliseconds to a few seconds.
  • a (brief) failure of the first communication link K1 or an interruption in the vehicle pose determination (ie a short localization gap) can thus be compensated for and at the same time the determination of the pose of the vehicle can be improved.
  • a time synchronization master TimeSync Master is advantageously provided in the cloud. Since data processing in the infrastructure local infrastructure, i.e. environment model calculation, and trajectory planning in the cloud cost time and are reflected in the effect chain as latency, the
  • Time synchronization master TimeSync Master in connection with the local infrastructure and synchronizes its time stamp.
  • the local infrastructure synchronizes its time stamp.
  • the two time stamps of the local infrastructure and the vehicle car can thus be referred to as TimeSync slaves.
  • the planned trajectory likewise receives a time stamp and thus becomes the device 40 in the vehicle Car via the second one
  • Communication interface K2 sent. Since this will usually be an interface with a latency, e.g. a mobile radio interface, the
  • Time synchronization master TimeSync master synchronized time stamp and the comparison of the current time in the device 40 in the vehicle Car can now determine the correct time on the trajectory and start the control of the vehicle Car. This avoids errors caused by the use of a trajectory that was generated at an earlier point in time, e.g. at the time of sending from the cloud, which e.g. needed a few milliseconds for the transmission. Thus, latency can be caused by the time stamp
  • the infrastructure is local infrastructure as on a route R of a vehicle Car from a starting point S, for example a factory exit, to a destination T, for example a parking lot
  • Sensor 10 provided. To simplify matters, the sensors are only shown on one side of route R. Depending on the sensors used, route R or other requirements, it can also be provided on both sides or alternately on both sides.
  • the sensor system 10 communicates with the external one
  • Data processing device cloud wired or wireless advantageously by means of a fast internet connection via a first communication interface K1.
  • the external data processing device cloud can also be provided as a so-called web service outside the closed area, as long as a communication connection is available at a corresponding speed.

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Abstract

Bereitgestellt wird ein Verfahren zur Bereitstellung einer Trajektorienplanung zum fahrerlosen Umsetzen eines Fahrzeugs innerhalb eines abgeschlossenen Geländes vorgeschlagen. Bei dem Verfahren führt ein externes Datenverarbeitungssystem eine Trajektorienplanung zum fahrerlosen Abfahren einer vorgegebenen Route von einem Startpunkt zu einem Zielpunkt innerhalb des abgeschlossenen Geländes durch. Die Trajektorienplanung basiert dabei auf Daten, die von Komponenten einer Fahrzeug-externen Infrastruktur an das externe Datenverarbeitungssystem übertragen werden, umfassend Objektdaten und zumindest eine exakte Pose des Fahrzeugs zu vorgegebenen Zeitpunkten. Die geplante Trajektorie wird dann zur Ausführung an das Fahrzeug gesendet.

Description

Verfahren zum fahrerlosen Umsetzen eines Fahrzeugs über eine Strecke innerhalb eines abgeschlossenen Geländes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum fahrerlosen Umsetzen eines Fahrzeugs über eine Strecke innerhalb eines abgeschlossenen Geländes.
Nach Abschluss des Fertigungs- und Testprozesses eines Fahrzeugs wird das kundenfertige Fahrzeug bis zum Empfang durch den Kunden mehrfach bewegt. Dies erfolgt durch manuelles Umsetzen des Fahrzeugs seitens einer das Fahrzeug fahrenden Person oder durch Beförderung des Fahrzeugs mittels eines
Transportfahrzeugs (Trailer).
Diese Fahrzeugbewegungen bewirken signifikante Kosten, beispielsweise
Personalaufwendungen bei manueller Fahrzeugbewegung oder bei Beförderung des Fahrzeugs in einem Trailer, Aufwendungen zum Schutz gegen Beschädigung beim Ein- und Aussteigen im Fahrzeuginterieur, Aufwendungen zum Schutz des
Fahrzeuginterieurs gegen Verschmutzung, und die mit der Beschädigung von
Neufahrzeugen verbundenen Kosten.
In der deutschen Patentanmeldung DE 10 2010 028 452 A1 wird ein Verfahren zum fahrerlosen Umsetzen eines Personenkraftfahrzeugs über eine Strecke im
Werksprozess, im Distributionsprozess oder dazwischen vorgeschlagen, bei welchem in Abhängigkeit der Streckeninformation ein oder mehrere Aktoren des Fahrzeugs gesteuert werden, die die Bewegung des Fahrzeugs betreffen. Basierend auf dem bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, bei dem eine weitere Verbesserung eines Verfahrens zum fahrerlosen Umsetzen eines Fahrzeugs über eine Strecke innerhalb eines abgeschlossenen Geländes bereitgestellt wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Der aktuelle Stand der Technik setzt eine entsprechende Hardware-Ausstattung zur Berechnung der Trajektorie im Fahrzeug voraus, das fahrerlos, also autonom bzw.
automatisiert, bewegt werden soll. Um ein fahrerloses Umsetzen eines Fahrzeugs zu ermöglichen, werden entsprechende Aktoren des Fahrzeugs, z.B. Lenkung, Bremsen, Motor, Getriebe, angesteuert, so dass das Fahrzeug einer vorgegebenen Route folgen kann. Die Aktoren werden typischerweise aber nicht direkt angesteuert, sondern indirekt über die entsprechenden internen Steuergeräte im Fahrzeug, wie Motorsteuerung, Getriebesteuerung, Lenkungssteuerung und Bremssteuerung. Die Aktoren können auch von extern angesteuert werden, z.B. über Mobilfunk, WLAN oder andere geeignete Kommunikationseinrichtungen.
Außerdem ist es nötig, die aktuelle Pose des Fahrzeugs, also die Kombination von Position und Orientierung des Fahrzeugs im Raum, sowie das anzusteuernde Ziel zu kennen und daraus eine Route zu erzeugen. Basierend auf der abzufahrenden Route erfolgt dann eine Trajektorienplanung für kleinere Teilstücke. Dies erfolgt bisher innerhalb des Fahrzeugs.
Allerdings sind nicht alle Fahrzeuge, nicht einmal alle Neufahrzeuge, mit
entsprechender Sensorik und Rechenleistung ausgestattet, um selbst eine
Trajektorienplanung durchzuführen. Somit ist es für diese nicht möglich, fahrerlos z.B. vom Band, an dem sie hergestellt wurden, oder von einem anderen vorgegebenen Platz zu einem zugewiesenen Platz oder Parkplatz zu fahren. Aus diesem Grund ist es ein Ziel, eine Möglichkeit zu schaffen, dass auch Fahrzeuge, die nicht mit genügend
Sensorik und/oder Rechenleistung ausgestattet sind, innerhalb eines abgeschlossenen Bereichs, z.B. im Werksgelände oder einer Distributionsfläche, fahrerlos zu einem zugewiesenen Platz fahren können. Hierfür wird eine Infrastruktur im abgeschlossenen Gelände bereitgestellt, welche mit dem Fahrzeug kommunizieren kann und die Sensorik innerhalb des Fahrzeugs ersetzt. Da in solchen abgeschlossenen Geländen die Anzahl der Fahrwege begrenzt und definiert ist, kann hier eine Fahrzeug-externe Infrastruktur bereitgestellt werden, z.B. in Form von an den Fahrwegen in Abständen voneinander entfernt aufgestellter Sensorik, also einem oder mehreren Sensoren in Kombination.
Um die Möglichkeit bereitzustellen, möglichst viele Fahrzeuge fahrerlos innerhalb eines abgeschlossenen Geländes zu bewegen, wird also ein Verfahren zur Bereitstellung einer Trajektorienplanung zum fahrerlosen Umsetzen eines Fahrzeugs innerhalb eines abgeschlossenen Geländes vorgeschlagen. Bei dem Verfahren führt ein externes Datenverarbeitungssystem eine Trajektorienplanung zum fahrerlosen Abfahren einer vorgegebenen Route von einem Startpunkt zu einem Zielpunkt innerhalb des
abgeschlossenen Geländes durch. Die Trajektorienplanung basiert dabei auf Daten, die von Komponenten einer Fahrzeug-externen Infrastruktur an das externe
Datenverarbeitungssystem übertragen werden, umfassend Objektdaten und zumindest eine exakte Pose des Fahrzeugs zu vorgegebenen Zeitpunkten. Die geplante
Trajektorie wird dann zur Ausführung an das Fahrzeug gesendet.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass die zwischen der Fahrzeug-externen Infrastruktur und dem externen Datenverarbeitungssystem und zwischen Fahrzeug und externem Datenverarbeitungssystem übertragenen Daten einen Zeitstempel aufweisen. Durch Verwenden eines Zeitstempels kann jeder Datensatz einem zugehörigen Zeitpunkt zugewiesen werden. Dies ist auf Grund schwankender Latenzen auf der gesamten Wirkkette zur genauen Aktuatorikregelung notwendig.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass vom Fahrzeug an das externe
Datenverarbeitungssystem gesendete Daten Odometrie-Daten vom Fahrzeug umfassen, welche in die Trajektorienplanung einfließen. Odometrie-Daten sind sehr genaue Daten zur Fahrzeugpose, die laufend vom Fahrzeug, d.h. von der
Fahrzeugsensorik, ermittelt werden und damit zur Verfügung stehen. Vorteilhaft fließen die gesendeten Odometrie-Daten derart in die Trajektorienplanung ein, dass sie mittels eines in dem externen Datenverarbeitungssystem vorgesehenen Posen-Schätzers mit den von der Fahrzeug-externen Infrastruktur an das externe Datenverarbeitungssystem übertragenen Daten fusioniert werden. Der Posen-Schätzer dient dazu, Daten vom Fahrzeug mit Daten von der Fahrzeug-externen Infrastruktur, genauer Umfeld- und Objektdaten des Sensorsystems, miteinander zu fusionieren und dadurch eine verbesserte und gegen Datenlücken abgesicherte Posen-Erfassung des Fahrzeugs zu erhalten. Hierfür kann ein Kalman-Filter verwendet werden.
Vorteilhaft erfolgt die Fusionierung derart, dass im Falle, wenn zeitliche Lücken in der Übertragung von der Fahrzeug-externen Infrastruktur vorhanden sind, diese mit den Odometrie-Daten zum selben Zeitpunkt der Aufnahme der Daten von der Fahrzeug externen Infrastruktur aufgefüllt werden. Odometrie-Daten sind sehr genau und können über einen relativ langen Zeitraum von bis zu einigen Sekunden als Lückenfüller verwendet werden. Somit wird eine zeitlich durchgängige Posenerfassung des
Fahrzeugs möglich, auch wenn Daten aus dem Sensorsystem der Fahrzeug-externen Infrastruktur nicht zur Verfügung stehen, z.B. aufgrund von Lokalisierungs-Lücken.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass das externe Datenverarbeitungssystem einen Zeitsynchronisierungs-Master aufweist und die Zeitstempel der Daten der Fahrzeug externen Infrastruktur und des Fahrzeugs mit diesem synchronisiert werden. Somit ist gewährleistet, dass alle Daten denselben Zeitstempel aufweisen, was zur
Datenverarbeitung wichtig ist.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass die zweite Kommunikationsverbindung eine mit Latenz behaftete Kommunikationsverbindung ist, umfassend eine Mobilfunkverbindung. Mittlerweile bietet fast jedes Fahrzeug eine Mobilfunkverbindung, um im Notfall Rettung herbeizurufen. Somit eignet sich für diese Fahrzeuge die Mobilfunkverbindung für die Datenverbindung vom Fahrzeug zur Cloud, da keine zusätzliche Hardware verbaut werden muss. Somit können auch neue Fahrzeuge unabhängig von ihrer
Ausstattungsvariante angesteuert und damit fahrerlos umgesetzt werden. Des Weiteren ist vorgesehen, dass das Fahrzeug die erhaltene Trajektorie ab dem Zeitpunkt abfährt, der zur tatsächlichen momentanen Pose des Fahrzeugs passt. Zur genauen Regelung des Fahrzeugs ist es wichtig, dass das Fahrzeug in der Lage ist, nach Empfang einer Trajektorie genau den Abschnitt auszuwählen, der zur
tatsächlichen momentanen Pose des Fahrzeugs passt, unabhängig davon, wieviel Zeit für die Verarbeitung und Übertragung der Daten im Vorfeld vergangen ist. Um dies zu erreichen ist es notwendig, synchronisierte Zeitstempel in der Infrastruktursensorik, dem Backend und innerhalb des Fahrzeugs zu verwenden. Die Trajektorie gibt eine genaue, durch das Fahrzeug einzunehmende Position für jeden Zeitpunkt, also in vorgegebenen Zeitschritten, an. Das Fahrzeug kann seine momentane Pose durch Fahrzeug-interne Sensorik ermitteln, so dass diese jederzeit zur Verfügung steht. Da ein Zeitraum zwischen Übersenden der Trajektorie und Erhalten und Durchführen der Bewegungen durch das Fahrzeug vorhanden ist - auch wenn dieser noch so gering erscheint, z.B. wenige Millisekunden - befindet sich das Fahrzeug beim Erhalten der Trajektorie bereits in einer anderen Position, d.h. der nächste anzufahrende Wegpunkt würde bereits hinter dem Fahrzeug liegen. Würde das Fahrzeug versuchen, die Trajektorie immer von Anfang an abzufahren, wäre das auf Grund der bereits abgelaufenen Zeit nicht möglich. Um dies zu vermeiden, wird der Zeitstempel der Daten benutzt, welcher vorteilhaft über einen Zeitsynchronisierungs-Master synchronisiert ist, der sich vorteilhaft im externen Datenverarbeitungssystem befindet und z.B. mit einer Atomuhr synchronisiert wird. Durch die exakt aufeinander synchronisierten Zeitstempel aller Daten kann somit das Fahrzeug zum Zeitpunkt, an dem es beginnt, die Trajektorie abzufahren, auf genau diesen Zeitpunkt innerhalb der Trajektorie springen. Dies ist dann wichtig, wenn eine mit einer Latenz behaftete Kommunikationsverbindung zwischen Fahrzeug und externem Datenverarbeitungssystem besteht, z.B. eine
Mobilfunkverbindung.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass dem externen Datenverarbeitungssystem ein fertiges Umfeldmodell und eine Klassifizierung der erfassten Objekte von der Fahrzeug externen Infrastruktur bereitgestellt wird. Somit kann das externe
Datenverarbeitungssystem bereits aufbereitete und damit kleine Daten zur
Trajektorienplanung verwenden. Ferner wird ein System aus Fahrzeug, Fahrzeug-externer Infrastruktur, externem Datenverarbeitungssystem, vorteilhaft einer Cloud, also einer IT-Infrastruktur über das Internet, sowie einer Kommunikationsverbindung zum Datenaustausch einerseits zwischen Fahrzeug-externer Infrastruktur und externem Datenverarbeitungssystem und andererseits zwischen Fahrzeug und externem Datenverarbeitungssystem
vorgeschlagen. Mit den durch das System bereitgestellten Daten kann das
beschriebene Verfahren ausgeführt werden.
Unter dem Begriff abgeschlossenes Gelände im Sinne der Erfindung fallen Gelände, für welche nur bestimmte Personen Zutritt haben, z.B. Werksgelände von
Automobilherstellern, Distributionsplätze wie Parkplätze, Fläfen, Logistikgelände etc. Es können auch Werkshallen, Parkhäuser etc. unter diesen Begriff fallen, je nachdem, ob das Verfahren und das System auch hierfür vorgesehen werden und die
Kommunikationsverbindungen dafür ausreichen, d.h. überhaupt vorhanden und stabil genug sind.
Die Kommunikationsverbindung zwischen Infrastruktur und externem
Datenverarbeitungssystem erfolgt vorteilhaft über eine (möglichst schnelle) kabellose oder kabelgebundene Internetverbindung.
Vorteilhafterweise erfolgt das fahrerlose Umsetzen zumindest annähernd bei einer für die vorgesehene Route maximal erlaubten Fahrzeuggeschwindigkeit. Innerhalb von abgeschlossenen Geländen ist meist eine relativ geringe Maximalgeschwindigkeit zulässig, z.B. 30 km/h. Da es zumindest in nächster Zeit noch einen Mischbetrieb mit Fahrzeugen geben wird, welche von einer Person gefahren werden, welche in der Regel die Maximalgeschwindigkeit fahren, um Zeit zu sparen, sollte das fahrerlose Umsetzen ebenfalls zumindest in etwa in dieser Maximalgeschwindigkeit erfolgen. Allerdings kann auch vorgesehen sein, dass ein langsameres Umsetzen erfolgt. Dies kann vorteilhafterweise vom Management des abgeschlossenen Geländes vorgegeben werden.
Nachfolgend wird der Begriff Cloud synonym mit dem Begriff externes
Datenverarbeitungssystem verwendet. Die Fahrzeug-externe Infrastruktur umfasst im Wesentlichen eine Sensorik, welche die Sensorik innerhalb des Fahrzeugs ersetzt, wie oben erwähnt. Die Fahrzeug-externe Infrastruktur wird z.B. in Form von an den Fahrwegen in Abständen voneinander entfernt aufgestellter Sensorik, also einem oder mehreren Sensoren in Kombination, bereitgestellt. Sie liefert ein fertiges Umfeldmodell, also eine Auswertung der
Sensordaten, und vorteilhaft auch eine Klassifizierung der erfassten Objekte. Ein Objekt kann ein stehendes oder sich bewegendes Objekt sein, wobei mehrere Objekte gleichzeitig erfasst werden können. Als Sensorik verwendete Sensoren können
Kameras, Radar, Lidar, Ultraschall oder andere Sensoren sein; oder eine Kombination daraus.
Basierend auf Daten, welche die Sensorik und das Fahrzeug liefern, kann das beschriebene Verfahren computergestützt ausgeführt werden, durch welches eine Trajektorienplanung außerhalb des Fahrzeugs, genauer mittels einem cloudbasierten Trajektorienplaner, ermöglicht wird. Die ermittelte Trajektorie wird an das Fahrzeug zur Durchführung gesendet. Somit kann ein fahrerloses Umsetzen eines Fahrzeugs auf einer vorgegebenen Route, also von einem Startpunkt zu einem Zielpunkt, auch bei Fahrzeugen, welche nicht über Sensorik zur (ausreichenden) Umfelderkennung und entsprechende Rechenleistung erfolgen.
Ferner wird ein System zur Bereitstellung einer Trajektorienplanung zum fahrerlosen Umsetzen eines Fahrzeugs innerhalb eines abgeschlossenen Geländes vorgeschlagen, wobei das System aufweist: ein Fahrzeug, eine innerhalb des abgeschlossenen
Geländes bereitgestellte Fahrzeug-externe Infrastruktur, umfassend ein Sensorsystem, das dazu eingerichtet ist, mindestens ein Objekt innerhalb seiner Reichweite sowie zumindest eine exakte Pose des Fahrzeugs zu vorgegebenen Zeitpunkten zu erfassen. Ferner umfasst es ein externes Datenverarbeitungssystem, sowie eine erste
Kommunikationsverbindung zum Datenaustausch zwischen Fahrzeug-externer
Infrastruktur und externem Datenverarbeitungssystem und eine zweite
Kommunikationsverbindung zwischen Fahrzeug und externem
Datenverarbeitungssystem, wobei das beschriebene Verfahren zur Bereitstellung einer Trajektorienplanung ausgeführt wird. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger
Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
Fiq. 1 zeigt den Zusammenhang einzelner Komponenten des Systems und den Ablauf gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
Fiq. 2 zeigt eine sehr vereinfachte Darstellung des Systems gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
In den nachfolgenden Figurenbeschreibungen sind gleiche Elemente bzw. Funktionen mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In Figur 1 wird der genaue Zusammenhang einzelner Komponenten des Systems und der Ablauf dargestellt. In Figur 2 ist eine sehr vereinfachte Darstellung des Systems.
Das System umfasst, wie oben bereits beschrieben und in Figur 1 im Detail dargestellt, drei Hauptkomponenten, die Fahrzeug-externe Infrastruktur bzw. lokale Infrastruktur local infrastructure, nachfolgend auch lediglich als Infrastruktur bezeichnet, das externe Datenverarbeitungssystem, z.B. eine Cloud cloud, und das Fahrzeug Car. Die lokale Infrastruktur local infrastructure ist mit der Cloud cloud über eine erste
Kommunikationsverbindung K1 verbunden, welche vorteilhaft als (möglichst) schnelle kabellose oder kabelgebundene Internetverbindung bereitgestellt ist. Das Fahrzeug Car ist mit der Cloud cloud über eine zweite Kommunikationsverbindung K2 verbunden, welche vorteilhaft als Mobilfunkverbindung bereitgestellt ist. Die abzufahrende Route R wird in der Regel vorgegeben, z.B. von einem
Parkraummanagementsystem, einem Distributionsmanagementsystem oder einem anderen Managementsystem, welches die Logistik in dem abgeschlossenen Gelände verwaltet.
Zur Trajektorienplanung in der Cloud werden Sensordaten der Sensorik 10, auch als Sensorsystem bezeichnet, der Infrastruktur local infrastructure in vorgegebenen
Zeitabständen, z.B. innerhalb weniger Millisekunden bis zu einigen hundert
Millisekunden, über eine Sendeschnittstelle S_10 über eine erste
Kommunikationsschnittstelle K1 an eine Empfangsschnittstelle R_10 in der Cloud gesendet. Die Sensordaten weisen vorteilhaft einen Zeitstempel auf. Die Sensordaten können sowohl stehende als auch sich bewegende Objekte erfassen und klassifizieren.
Außerdem werden Fahrzeugdaten, insbesondere Odometrie-Daten, vom Fahrzeug Car, genauer einer oder mehreren entsprechenden Einrichtungen 40, über eine
Sendeschnittstelle S_car an eine Empfangsschnittstelle R_car in der Cloud über die zweite Kommunikationsschnittstelle K2, welche vorteilhaft als Mobilfunkschnittstelle ausgebildet ist, gesendet. Die Fahrzeugdaten weisen vorteilhaft einen Zeitstempel auf.
Sowohl die in der Empfangsschnittstelle R_10 als auch die in der Empfangsschnittstelle R_car gesendeten Daten werden nun entweder direkt zum Trajektorienplaner 20 oder über einen Posen-Schätzer 30 geleitet und dort verarbeitet. Die geplante Trajektorie wird dann über eine Sendeschnittstelle S_cloud an das Fahrzeug Car gesendet und dort von einer Empfangsschnittstelle R_cloud empfangen und zur Einrichtung 40 weitergeleitet, welche das Abfahren der Trajektorie koordiniert. Die Trajektorienplanung berücksichtigt auch Objekte, welche die Sensorik 10 als Hindernis klassifiziert hat, oder Objekte, die sich bewegen, um diesen auszuweichen. Hier wird nicht näher auf die genaue Trajektorienplanung eingegangen, da dies bereits Stand der Technik ist.
Der Posen-Schätzer 30 ist eine Sicherheitsinstanz, welche dazu dient, die von der Sensorik 10 erhaltenen Sensordaten und die vom Fahrzeug Car erhaltenen
Fahrzeugdaten miteinander zu fusionieren. Die Fahrzeugdaten sind vorteilhaft
Odometrie-Daten, welche verwendet werden können, um Lücken in den Sensordaten für einen vorgegebenen Zeitraum, z.B. wenige Millisekunden bis zu einigen Sekunden, aufzufüllen. Damit kann ein (kurzzeitiger) Ausfall der ersten Kommunikationsverbindung K1 oder auch eine Unterbrechung der Fahrzeug Posenbestimmung (also eine kurze Lokalisierungs-Lücke) kompensiert und gleichzeitig die Bestimmung der Pose des Fahrzeugs verbessert werden.
Um eine zeitliche Übereinstimmung der Daten aus der Sensorik 10 und vom Fahrzeug Car sicherzustellen, ist vorteilhaft ein Zeitsynchronisierungs-Master TimeSync Master in der Cloud vorgesehen. Da auch die Datenverarbeitung in der Infrastruktur local infrastructure, also Umfeldmodell-Berechnung, und Trajektorienplanung in der Cloud Zeit kosten und sich als Latenz in der Wirkkette niederschlagen, steht der
Zeitsynchronisierungs-Master TimeSync Master mit der Infrastruktur local infrastructure in Verbindung und synchronisiert deren Zeitstempel. Außerdem steht der
Zeitsynchronisierungs-Master TimeSync Master auch mit dem Fahrzeug Car in
Verbindung und synchronisiert dessen Zeitstempel, um eine zeitverzögerte
Datenübertragung auch hier zu kompensieren. Die beiden Zeitstempel der Infrastruktur local infrastructure und des Fahrzeugs Car können somit als TimeSync Slave bezeichnet werden. Die geplante Trajektorie erhält, wie bereits erwähnt, ebenfalls einen Zeitstempel und wird damit zur Einrichtung 40 im Fahrzeug Car über die zweite
Kommunikationsschnittstelle K2 gesendet. Da diese in der Regel eine mit einer Latenz behaftete Schnittstelle sein wird, z.B. eine Mobilfunkschnittstelle, erfolgt die
Übertragung zum Fahrzeug Car zeitverzögert. Durch Verwenden der auf den
Zeitsynchronisierungs-Master TimeSync Master synchronisierten Zeitstempel und den Vergleich der aktuellen Zeit in der Einrichtung 40 im Fahrzeug Car kann nunmehr der korrekte Zeitpunkt auf der Trajektorie bestimmt und die Durchführung der Steuerung des Fahrzeugs Car gestartet werden. Somit werden Fehler vermieden, die aufgrund des Verwendens einer Trajektorie, welche zu einem früheren Zeitpunkt, z.B. zum Zeitpunkt des Abschickens aus der Cloud, welcher z.B. einige Millisekunden zur Übertragung benötigt, gegolten hätte. Somit kann mittels der Zeitstempel eine Latenz durch
Übertragung und eine Latenz durch Berechnungen kompensiert werden.
In Figur 2 ist ein beispielhaftes Szenario gezeigt. Hier ist die Infrastruktur local infrastructure als an einer Route R eines Fahrzeugs Car von einem Startpunkt S, z.B. einem Werksausgang, zu einem Zielpunkt T, z.B. einem Parkplatz, aufgestellte
Sensorik 10 vorgesehen. Die Sensorik ist hier zur Vereinfachung lediglich auf einer Seite der Route R gezeigt. Sie kann je nach verwendeten Sensoren, Route R oder anderen Voraussetzungen auch auf beiden Seiten oder abwechselnd auf beiden Seiten vorgesehen sein. Die Sensorik 10 kommuniziert mit der externen
Datenverarbeitungseinrichtung cloud kabelgebunden oder kabellos vorteilhaft mittels einer schnellen Internetverbindung über eine erste Kommunikationsschnittstelle K1.
Das Fahrzeug Car kommuniziert mit der externen Datenverarbeitungseinrichtung cloud kabellos vorteilhaft mittels einer Mobilfunkverbindung über eine zweite
Kommunikationsschnittstelle K2.
Die externe Datenverarbeitungseinrichtung cloud kann als sogenannter Webservice auch außerhalb des abgeschlossenen Geländes bereitgestellt werden, solange eine Kommunikationsverbindung in entsprechender Geschwindigkeit vorhanden ist.
Vorteilhafterweise handelt es sich bei dem Fahrzeug um ein Fahrzeug mit
Automatikschaltung.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Bereitstellung einer Trajektorienplanung zum fahrerlosen
Umsetzen eines Fahrzeugs (Car) innerhalb eines abgeschlossenen Geländes, wobei ein externes Datenverarbeitungssystem (Cloud)
- eine Trajektorienplanung (20) zum fahrerlosen Abfahren einer vorgegebenen Route (R) von einem Startpunkt (S) zu einem Zielpunkt (T) innerhalb des abgeschlossenen Geländes durchführt, wobei die Trajektorienplanung auf Daten, die von Komponenten (10) einer Fahrzeug-externen Infrastruktur an das externe Datenverarbeitungssystem (Cloud) übertragen werden, umfassend Objektdaten und zumindest eine exakte Pose des Fahrzeugs (Car) zu vorgegebenen
Zeitpunkten, basiert, und
- die geplante Trajektorie diese zur Ausführung an das Fahrzeug (Car) sendet.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die zwischen der Fahrzeug-externen
Infrastruktur und dem externen Datenverarbeitungssystem (Cloud) übertragenen Daten und die zwischen Fahrzeug (Car) und dem externen
Datenverarbeitungssystem (Cloud) übertragenen Daten einen Zeitstempel aufweisen.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das externe Datenverarbeitungssystem einen Zeitsynchronisierungs-Master (TimeSync Master) aufweist und die Zeitstempel (TimeSync Slave) der Fahrzeug-externen Infrastruktur und des Fahrzeugs (Car) mit diesem synchronisiert werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vom Fahrzeug (Car) an das externe Datenverarbeitungssystem (Cloud) gesendete Daten Odometrie-Daten vom Fahrzeug (Car) umfassen, welche in die
Trajektorienplanung (20) einfließen.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die gesendeten Odometrie-Daten derart in die Trajektorienplanung (20) einfließen, dass sie mittels eines in dem externen Datenverarbeitungssystem (Cloud) vorgesehenen Posen-Schätzers (30) mit den von der Fahrzeug-externen Infrastruktur an das externe
Datenverarbeitungssystem (Cloud) übertragenen Daten fusioniert werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Fusionierung derart erfolgt, dass im Falle, wenn zeitliche Lücken in der Übertragung von der Fahrzeug-externen
Infrastruktur vorhanden sind, diese mit den Odometrie-Daten zum selben
Zeitpunkt der Aufnahme der Daten von der Fahrzeug-externen Infrastruktur aufgefüllt werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite
Kommunikationsverbindung (K2) eine mit Latenz behaftete
Kommunikationsverbindung ist, umfassend zumindest eine Mobilfunkverbindung.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fahrzeug
(Car) die erhaltene Trajektorie ab dem Zeitpunkt abfährt, der zur tatsächlichen momentanen Pose des Fahrzeugs passt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein fertiges
Umfeldmodell und eine Klassifizierung der erfassten Objekte von der Fahrzeug externen Infrastruktur bereitgestellt wird.
10. System zur Bereitstellung einer Trajektorienplanung (20) zum fahrerlosen Umsetzen eines Fahrzeugs (Car) innerhalb eines abgeschlossenen Geländes, wobei das System aufweist:
- ein Fahrzeug (Car),
- eine innerhalb des abgeschlossenen Geländes bereitgestellte Fahrzeug externe Infrastruktur, umfassend ein Sensorsystem (10), das dazu eingerichtet ist, mindestens ein Objekt innerhalb seiner Reichweite sowie zumindest eine exakte Pose des Fahrzeugs (Car) zu vorgegebenen Zeitpunkten zu erfassen,
- ein externes Datenverarbeitungssystem (Cloud), sowie
- eine erste Kommunikationsverbindung (K1 ) zum Datenaustausch zwischen Fahrzeug-externer Infrastruktur und externem Datenverarbeitungssystem (Cloud) und - eine zweite Kommunikationsverbindung (K2) zwischen Fahrzeug (Car) und externem Datenverarbeitungssystem (Cloud), wobei
das Verfahren zur Bereitstellung einer Trajektorienplanung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgeführt wird.
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