WO2020157282A2 - Autonomer betrieb eines fahrzeugs innerhalb eines sicheren arbeitsbereichs - Google Patents

Autonomer betrieb eines fahrzeugs innerhalb eines sicheren arbeitsbereichs Download PDF

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    • G05D1/0276—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using signals provided by a source external to the vehicle
    • G05D1/0278—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using signals provided by a source external to the vehicle using satellite positioning signals, e.g. GPS

Definitions

  • the invention relates to a processor unit, a system, a method and a computer program product for autonomous operation of a vehicle within a safe working area.
  • GNSS global navigation satellite system
  • DTM map
  • GNSS has the problems of accuracy (without additional measures), availability (shading) and easy attack ability (spoofing).
  • An object of the present invention can be seen in providing robust and secure monitoring of an autonomous work area.
  • the object is achieved by the subject matter of the independent claims.
  • Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims, the following description and the figures.
  • an approach to problem solving is proposed, according to which a global localization and a local localization of a vehicle or a machine are combined with one another.
  • This combined localization makes it possible for both global and local levels to be monitored to ensure that the vehicle is within a safe, autonomous work area and, if this should not or no longer be the case, suitable warning signs or countermeasures can be initiated.
  • a processor unit for autonomous operation of a vehicle within a safe working area comprises an interface via which the processor unit can access a position of a vehicle determined by a module for position determination by means of global localization and a surroundings detection of the vehicle generated by a sensor unit.
  • the interface is a communication interface which enables the exchange of data, namely an exchange of data between the processor unit on the one hand and the module for determining the position of the vehicle and the sensor unit on the other hand.
  • the processor unit is also set up to control the vehicle based on the position of the vehicle determined by the global localization and on the basis of the environment detection of the vehicle generated by the sensor unit.
  • a system for autonomous operation of a vehicle within a safe working area comprises a module for determining the position of a vehicle, a sensor unit for detecting an environment of the vehicle and a processor unit.
  • the module for position determination is set up to position a To determine the vehicle by means of global localization, and the sensor unit is set up to generate an environment detection of the vehicle.
  • the processor unit is set up to control the vehicle based on the position of the vehicle determined by the global localization and on the basis of the surroundings detection of the vehicle generated by the sensor unit.
  • a corresponding method for autonomous operation of a vehicle e.g. B. an off-road vehicle, proposed within a safe work area.
  • the process can include the following steps:
  • a computer program product is also proposed analogously, wherein the computer program product, when it is executed on a processor unit, guides the processor unit,
  • a vehicle in particular an off-road vehicle.
  • the vehicle may include a processor unit according to the first aspect of the invention.
  • the vehicle can comprise a system according to the second aspect of the invention.
  • the following statements apply equally to the processor unit according to the first aspect of the invention, for the system according to the second aspect of the invention, for the method according to the third aspect of the invention, for the computer program product according to the fourth aspect of the invention and for driving stuff according to the fifth aspect of the invention.
  • the vehicle can be controlled by means of the processor unit.
  • Controlled or “steer” can be understood to mean that the vehicle can be operated autonomously, i.e. it can e.g. B. automatically steered, accelerated and braked who, including all necessary controls, especially the drive train, the steering and signaling of the vehicle.
  • the vehicle can be an off-road vehicle.
  • An off-road vehicle can be understood to mean a vehicle whose primary area of application is not a road (as is the case, for example, with passenger cars, buses or trucks), but rather, for example, an agricultural area, e.g. a field to be ordered or a forest area, or a mining site (e.g. opencast mine), or an industrial usable area, e.g. within a manufacturing facility or warehouse.
  • the off-road vehicle can be an agricultural vehicle such as a combine harvester or tractor.
  • the vehicle can be an industrial truck, e.g. a forklift or a tractor.
  • the processor unit can be integrated in a driver assistance system of the vehicle or can be communicatively connected to the driver assistance system.
  • the processor unit can be set up to initiate that the vehicle is seduced into a safe state if the position determined by the position determination module is not within the working area predefined as safe.
  • “to initiate” can be understood to mean that the processor unit transmits a command to a driver assistance system of the vehicle, so that the driver assistance system transfers the vehicle to the safe state.
  • the driver assistance system can bring the vehicle to a standstill when it is brought into the safe state.
  • the sensor unit is set up to detect a local environment of the vehicle. The resulting recordings or frames result in the environment.
  • the environment detection can be images if a camera or camera system is used as the sensor.
  • the environment detection can be frames if, for example, a radar or a lidar is used.
  • the recordings, e.g. B. the pictures or frames, each cover a limited area around the vehicle. This is what is meant by the characteristic “local”.
  • the local environment of the vehicle is thus a limited area that extends around the outside of the vehicle.
  • the local environment of the vehicle is preferably within the work area. In other words, the local environment can be a sub-area of the work area.
  • the range or extent of the local environment can vary depending on the sensor type used and can be set if necessary.
  • the sensor system disclosed in the context of the present application is set up to be arranged on the vehicle in this way, for. B. to be attached that it can capture the local environment of the vehicle.
  • the area of the environment which the sensor in question detects can also be referred to as a so-called “field of view”. Depending on the sensor used, this area can be one-dimensional, two-dimensional or three-dimensional. It is possible that the area detectable by the sensor can detect part of the surroundings of the vehicle, e.g. a sector in the front area, in the side area or in the rear area of the vehicle.
  • the relevant sensor can also be set up to detect the complete environment of the vehicle, e.g. when using so-called surround view systems.
  • the local environment of the vehicle can be divided.
  • a certain sensor of the sensor unit can detect a certain area around the vehicle.
  • This detection area of the sensor can, for example, be divided into an inner area (“safe local work area”), which is closer to the vehicle, and an outer area, which is further away from the vehicle.
  • suitable countermeasures can be initiated in order to avoid a collision with the detected potential collision object.
  • the processor unit can, for example, cause the speed of the vehicle to be reduced only slightly, since the tree is still relatively far away from the vehicle.
  • the processor unit can, for example, cause the speed of the vehicle to be reduced very significantly or the vehicle to be stopped, since the tree is in this case relatively close to the vehicle .
  • a “safe work area” can be understood as a work area within which the vehicle can operate autonomously, a collision of the vehicle with an object, in particular with another vehicle, an object or with a person or animal, being excluded with a high probability can be. In other words, there is a high probability that there is no object within the work area defined as safe that could collide with the vehicle.
  • the work area can be a static area, i.e. this area is immutable.
  • the area can cover a field or part of a field.
  • the field or part of the field can be determined to be cultivated by the vehicle.
  • the vehicle may have means that enable it to perform a particular operation within the work area, e.g. Plowing soil in the field or harvesting grain.
  • the local environment of the vehicle detected by the sensor unit is within the work area.
  • the local environment can thus be a sub-area of the work area.
  • the local environment can depend on a position of the vehicle. Depending on which position the vehicle is currently in, the local environment or the field of view changes, and the sensor unit will detect other features and / or detect previously detected features in different relative positions to the vehicle.
  • the processor unit is set up to evaluate the environment detection.
  • the environment detection can for example be a recording of the local environment of the vehicle.
  • the processor unit is set up to extract objects from recordings or frames that have been generated by the sensor unit.
  • the processor unit can evaluate an image of a camera of the sensor unit and thereby determine whether the image represents a potential collision object, ie it contains or represents it.
  • the sensor unit can, for example, detect a tree in a first tree position relative to the first vehicle position. If the vehicle now moves on, it is at a second point in time at a second vehicle position that differs from the first vehicle position, and from the second vehicle position a different environment of the vehicle is detected than from that first vehicle position. From this second vehicle position, the vehicle will either no longer detect the previously detected tree or, in a second tree position, will detect the tree relative to the second vehicle position, the second tree position deviating from the first tree position. Furthermore, the vehicle can detect, for example, another feature from the second position, e.g. a hedge that it could not yet detect from the first position, for example because the hedge had not previously been in the vehicle's field of view.
  • another feature from the second position e.g. a hedge that it could not yet detect from the first position, for example because the hedge had not previously been in the vehicle's field of view.
  • the processor unit is set up to check in a first test step whether the position determined by the position determination module is located within a work area, the work area being predefined as a safe autonomous work area of the vehicle. Furthermore, the processor unit in this embodiment is set up to check in a second check step whether the environment detection represents at least one potential collision object and to control the vehicle based on the results of the check steps.
  • the control of the vehicle based on the two test steps can include initiating that the vehicle is brought into a safe state if it is determined in the first test step that the position determined by the position determination module is outside the working range located.
  • the transition to the safe state can alternatively or additionally also be initiated if it is determined in the second test step that the environment detection depicts at least one potential collision object.
  • a potential collision object can be an object (stationary or movable, for example a tree or another vehicle), a person or an animal that is located within the detected local environment of the vehicle.
  • control of the vehicle based on two-stage monitoring is thus proposed.
  • a first monitoring it is checked based on data from the module for determining the position of the vehicle whether the vehicle is within a safely predefined working area within which autonomous operation of the vehicle is provided and permitted.
  • a sub-area or path within the work area is determined based on data from the sensor system, within which the vehicle can operate, i.e. can both operate autonomously and perform its actual task, e.g. plowing, harvesting or sowing.
  • the inclusion of the environment detection makes the monitoring of the vehicle particularly safe and robust. If the global localization fails or provides inaccurate results, checking the environment detection can identify a potential collision object that may be inside or outside the work area, and appropriate countermeasures can be taken to avoid a collision. Even if the vehicle should exit its work area predefined as safe while driving autonomously, a collision of potential collision objects with the vehicle outside the work area can be avoided. If the vehicle is driving autonomously within the working area, the environment detection can help to drive the vehicle Particularly safe to control autonomously while avoiding damage to the environment, vehicle and living creatures.
  • Global localization can provide the result that the vehicle is within the work area defined as safe and that collision with an object is therefore unlikely. If there are potential collision objects within the work area, a collision with these objects cannot be ruled out by global localization alone.
  • the embodiment described in the fol lowing starts here and enables potential collision objects to be recognized within the work area defined as safe and suitable countermeasures to be taken to avoid collisions.
  • the processor unit is set up to bring the vehicle into a safe state and / or to reduce the speed of the vehicle and / or to give a visual or acoustic warning if the following two conditions are met simultaneously, namely if firstly, the position determined by the module for determining the position is within the work area predefined as safe, and secondly, if the environment detection depicts at least one potential collision object.
  • This case can occur, for example, if the vehicle operates normally and / or drives autonomously within the intended work area and if objects are detected by the sensor unit within the work area predefined as safe, with which a collision is to be avoided, e.g. with an object or with a plant such as a row of trees, but also, for example, with a person or with an animal that is within the work area.
  • This embodiment makes a contribution to increasing safety within the work area when the vehicle is driving autonomously therein, for example by reducing its speed or warning people or animals that are within the work area of the vehicle.
  • the visual or acoustic warning can e.g. B. be given to the local environment of the vehicle, for example by a horn, a signal horn, a loudspeaker or by a lighting device of the vehicle.
  • the optical or acoustic Warning can be heard by people and animals in the vicinity of the vehicle. In this way, nearby people can be warned about the autonomously driving vehicle and collisions can be avoided.
  • the test steps described can deliver the result that the vehicle is within the work area predefined as safe and that there are still no potential collision objects in the local environment of the vehicle.
  • the vehicle should be able to operate and drive autonomously as far as possible.
  • the processor unit is set up to allow the vehicle to be operated autonomously without restrictions if, firstly, the position determined by the position determination module is within the work area predefined as safe , and secondly if the environment detection does not depict a potential collision object.
  • “without restrictions” can be understood to mean that the vehicle can be moved autonomously within the first working area without speed limit within the second working area.
  • the processor unit is set up to define an outer edge strip within the work area defined as safe. If the vehicle is located within this edge strip, which can be determined, for example, by means of GPS localization in the course of the first test step, the processor unit is also set up to initiate an optical or acoustic warning (as described above). In this way, people and animals that are outside the work area defined as safe can be warned of the vehicle, which is still inside the work area, but may leave it in a timely manner, since it is already inside Edge strip of the work area defined as safe. This embodiment contributes to avoiding a collision of the vehicle with people and animals that are nearby but still outside the work area.
  • the position determination module is set up to carry out the position determination of the vehicle by means of a global navigation satellite system.
  • a global navigation satellite system (in short: GNSS) is a system for determining the position and navigation on earth and in the air by receiving the signals, especially from navigation satellites. Examples of global navigation satellite systems are NAVSTAR GPS or Galileo.
  • the module for position determination can be set up to carry out the position determination of the vehicle by means of a method for simultaneous localization and mapping.
  • Algorithms for simultaneous localization and mapping are known.
  • the narrowly English term “Simultaneous Localization And Mapping” (or abbreviated: “SLAM”) is typically used.
  • SLAM algorithms mostly focus on data that is captured by a sensor. The algorithms can be applied to scans of a sensor frame to extract individual points. The individual points can be recognized in the following scans. Translation and rotation of these individual points between successive sensor frames can be used to calculate a vehicle's ego movement and to create a feature map. Recognition of known combinations of features can furthermore be used in order to locate the vehicle within a previously created map.
  • the sensor unit for detecting the surroundings of the vehicle can be used to extract features from the local surroundings of the vehicle and to use them for localization and mapping in the context of a SLAM method.
  • significant brands can be used in the local environment of the vehicle (ie extracted in particular from sensor frames), for example masts and towers.
  • brands installed on the edge of the field specifically for carrying out the SLAM process can be used.
  • Imaging methods can also be used to determine, for example, a boundary of a field, for example in delimitation to other adjacent fields or paths.
  • the sensor unit for detecting the surroundings of the vehicle can comprise at least one of the following sensors, namely an image processing sensor, e.g. B. a camera, a radar sensor, a laser-based sensor and an odometer.
  • the image processing sensor e.g. a camera
  • the image processing sensor can be set up by means of known methods of image processing and image evaluation to record images of the surrounding area and to recognize features in the images.
  • the radar-based sensor can be set up to recognize features in the detected surroundings of the vehicle.
  • the radar-based sensor can measure distances to objects within the detected environment, for example.
  • the radar-based sensor can also measure, for example, azimuth values, height values (elevation), intensity values and radial speed values.
  • a corresponding measurement cycle in which the radar-based sensor detects the surroundings of the vehicle or has measured them in the manner described can be referred to as a “frame”.
  • the radar-based sensor can thus scan or record the surroundings in an N-dimensional manner, as a result of which point clouds can be generated.
  • the radar-based sensor can extract features from recorded point clouds.
  • the point cloud can accordingly comprise several dimensions (N-dimensional point cloud) if one also takes into account intensities and radial speeds, for example.
  • the laser-based sensor (for example a lidar sensor) can be set up to recognize features in the detected surroundings of the vehicle.
  • the laser-based sensor can measure intensities in an x direction, in a y direction and in a z direction of a Cartesian coordinate system of the laser-based sensor within the detected environment.
  • a corresponding measurement cycle, in which the laser-based sensor recorded the surroundings or measured them in the manner described, can be referred to as a "frame".
  • the laser-based sensor can scan or capture the surroundings in N dimensions, which can generate point clouds.
  • the laser-based sensor can extract features from recorded point clouds.
  • the point cloud can accordingly comprise several dimensions (N-dimensional point cloud).
  • the odometer enables a relative position determination of the vehicle.
  • the odometer can be set up to count revolutions of wheels of the vehicle between two measurement times and to determine a distance, which the vehicle has traveled between the measurement times, over a known radius of the wheels of the vehicle.
  • the odometer can be set up to determine a direction of movement of the vehicle via different rotational speeds of the wheels of the vehicle and / or via a steering lock of wheels of the vehicle.
  • values or vehicle data such as speed or yaw rate generated by an inertial measurement unit (IMU) can also be used to determine the pose and movement of the vehicle.
  • An odometer in the form of an odometer can be used in motor vehicles, which can typically access measured variables from the chassis, in particular measured wheel revolutions and steering data such as wheel steering angle or steering wheel angle.
  • the sensor unit can be set up to detect at least one of the following features in the surroundings of the vehicle, namely a lane, a row of plants, a row of trees and a way to work.
  • the lane may be in a field and may have been caused by prior sowing, for example.
  • Planting rows are rows of the cultivated product concerned, e.g. Corn or grapevines. Rows of trees are for example on fruit tree plantations, e.g. Apple plantations to be found. Work routes can be found in mining, for example.
  • 1 is a plan view of a work area within which a vehicle may drive autonomously
  • FIG. 2 shows a plan view of a route on which the vehicle according to FIG. 1 is allowed to travel
  • 3 is a superimposed top view of the work area according to FIG. 1 and the travel path according to FIG. 2,
  • FIG. 4 is a plan view of an alternative route to work on which the vehicle may drive according to FIG. 1;
  • Fig. 5 is a superimposed top view of the work area according to Fig. 1 and the work path according to Fig. 4 and
  • FIG. 6 shows a flow diagram of a method for controlling the vehicle according to FIG. 1.
  • Fig. 1 shows an agricultural machine.
  • the machine can, for example, be an agricultural utility machine, e.g. a combine harvester.
  • the machine can be operated autonomously. This means that the machine can - especially without an occupant who controls it or without an operator who controls the machine remotely - perform its main function, e.g. Harvest grain and continue to drive autonomously.
  • a machine is designated with the term “vehicle” and provided with the reference number “1” in the drawing.
  • the vehicle 1 comprises a system 18 for autonomous operation of the vehicle 1 within a safe work area.
  • the system 18 comprises a GPS module 3 as a module for determining the position of the vehicle 1.
  • the system 18 can include a processor unit 4, a memory unit 5, a communication interface 6 and a sensor unit 7.
  • a computer program product 8 can be stored on the storage unit 5. When it is executed on the processor unit 4, the computer program product 8 instructs the processor unit 4 to carry out the functions or method steps described below.
  • the vehicle 1 is to be operated autonomously in a work area 2 predefined as safe (autonomous operating zone, in short: AOZ). Outside the Häbe area 2 (for example, around the work area 2) is a non-autonomous Ge area 9, within which z. B.
  • the work area 2 is stored in a map (for example in a navigation system of the vehicle 1), which the processor unit 4 can access.
  • step 100 global localization of the vehicle 1 is carried out.
  • the global localization can take place using various methods, e.g. using GNSS. This can be done using the GPS module 3.
  • the GPS module 3 can continuously determine a position of the vehicle 1 by means of GNSS.
  • the processor unit 4 can access these positions via the communication interface 6.
  • the positions can be compared by means of the processor unit 4 with the work area 2 which is stored in the map (see step 300 below).
  • a SLAM method can also be used to determine the position of the vehicle 1, in which case a comparison can be made with an internal map (with global coordinates).
  • significant marks in the surroundings of the vehicle 1 can be detected and extracted using the sensor unit 5, e.g. Masts and towers.
  • brands installed specifically for this purpose e.g. on a field edge
  • Imaging methods can also be used to determine the boundary of a field, e.g. to other adjacent fields or paths.
  • a second step 200 localization is carried out by means of the sensor unit 7 (FIGS. 2 and 4). Steps 100 and 200 can run in parallel (as shown by FIG. 6) or sequentially.
  • the sensor unit 7 detects features within a local environment 10 of the vehicle 1.
  • the sensor unit 7 can, for example, a camera, a lidar sensor, a Radar sensor or an odometry device.
  • the sensor unit 7 can comprise a surround view system with several cameras, which can capture a field of view in the two-digit meter range.
  • the communication interface 6 can access the features detected by the sensor unit 7 in the local environment 10 of the vehicle 1.
  • the localization is based on local features in the local environment 10 of the vehicle 1.
  • FIG. 2 shows a first example with four rows of trees 1 1, each comprising a plurality of trees 1 2 (in FIG. 2, only one tree is provided with an exemplary reference number “12”).
  • the sensor unit 7 has detected the environment 10 of the vehicle 1.
  • the trees 12 of the rows of trees 11 can be extracted from a corresponding environment detection (e.g. from an image of the camera of the sensor unit 7).
  • the extraction can be carried out, for example, by the processor unit 4 of the vehicle 1.
  • the sensor unit 7 can comprise a further processor unit, which can carry out the extraction.
  • the sensor unit 7 can also detect a lane 13. There are no potential collision objects in the lane. The vehicle 1 can thus drive autonomously in the lane 13 without collision. A collision with the trees 12 of the tree rows hen 1 1 is to be avoided in order to avoid damage to the vehicle 1 and to the trees 12.
  • the processor unit 4 can check in step 200 whether there are 10 potential collision objects (for example the trees 12) within the detected environment. If the processor unit 4 determines that, for example, the trees 12 are within the detected surroundings 10 of the vehicle 1, it can cause the vehicle 1 in a step 300 to, for example, drive more slowly or even come to a standstill.
  • the processor unit 4 can determine by suitable evaluations of the environment detection how far a potential collision object (for example a tree 12) is from the vehicle 1, and initiate suitable measures according to the determined distance.
  • the control unit 7 can cause the vehicle 1 to brake strongly when a tree 12 has been detected particularly close to the vehicle 1.
  • the processor unit 4 can cause the vehicle 1 to be only light, for example is braked when it has been recognized that the tree 12 is located relatively far away from the vehicle 1 within the recognized environment 10 of the vehicle 1.
  • an area 14, which is located within the local area 10 and within the recognized lane 13, can be defined by the processor unit 4 as a safe local work area.
  • the vehicle 1 may drive within the safe local working area 14, preferably without reducing the speed of the vehicle 1.
  • the area of the local environment 10 towards which the recognized trees 12 are located is not defined as a safe work area.
  • the local working area 14 can, for example, extend a few meters around the vehicle 1 in the position of the vehicle 1 shown in FIG. 4.
  • the local working area 14 is not static, but moves with a movement of the vehicle 1.
  • FIG. 4 shows a further example with a work path 15, as is typically found in mining (opencast mining).
  • the work path 15 is detected by the sensor unit 7.
  • the commute 15 can be predefined, for example, as a safe work area.
  • the sensor unit 7 can also detect objects away from the work path 15, e.g. Rock walls 16, which can extend, for example, vertically and laterally along the work path 15. A collision with the rock walls 16 should be avoided in order to avoid damage to the vehicle 1 and to the rock walls 16.
  • an area 14, which is located within the recognized working path 15 can be defined by the processor unit 4 as a safe working area.
  • the vehicle 1 may drive within the working area 14. However, the area within which the recognized rock walls 16 are located are not defined as a safe working area.
  • the safe working area 14 can, for example, extend 1 m around the vehicle 1 in the position shown by FIG. 4 of the vehicle.
  • the safe working area 14 is not static, but moves with a movement of the vehicle 1.
  • a local and global le AOZ monitoring carried out.
  • the global localization of vehicle 1 (actual position of vehicle 1) can thus be compared with a previously defined map with permitted positions (target range).
  • This target area represents the work area 2 predefined as a safe area (“global work area”). If the vehicle 1 is located on an edge strip or edge area 17 of the global working area 2 and tries to leave the global working area 2 unintentionally, the vehicle 1 can be brought into a defined safe state.
  • FIG. 3 shows the superposition of the global localization according to FIG. 1 with the local localization according to FIG. 2.
  • FIG. 5 shows the superimposition of the global localization according to FIG. 1 with the local localization according to FIG. 4.
  • the combination now gives, for example, three areas or options for how the vehicle 1 can drive autonomously or be controlled autonomously:
  • the superimposition of local AOZ and global AOZ shows that vehicle 1 is located within global work area 2 and that there is no potential collision object 12, 14 within local work area 14. This case is shown by FIGS. 3 and 5. In this case, autonomous driving can always be permitted.
  • the processor unit 4 does not have to take any countermeasures (e.g. reducing the speed or stopping the vehicle 1) in order to prevent a collision.
  • the overlay of local VZ and global AO Z shows that the vehicle 1 is within the global work area 2.
  • a potential collision object 12, 14 is located within the local environment 10 of the vehicle 1.
  • This potential collision object 12, 14 can be located, for example, within the local working area 14, or else further away from the vehicle 1, as is shown, for example, by FIG. 2 (according to FIG. 2, the trees 12 are located within the local environment 10 of the vehicle 1).
  • the processor unit 4 can cause the Moves vehicle 1 to a safe state.
  • the processor unit 4 can also cause a speed reduction of the vehicle 1 to be activated, or to activate an optical or an acoustic warning.
  • the superimposition of local AOZ and global AOZ shows that vehicle 1 is not within global work area 2 and that a potential collision object 12, 14 has also been found within local environment 10 of vehicle 1.
  • This potential collision object 12, 14 can be located, for example, within the local work area 14, or else further away from the vehicle 1, as shown for example by FIG. 2, according to which the trees 12 are located within the local environment 10 of the vehicle 1 .
  • the processor unit 4 can cause the vehicle 1 to immediately enter a safe state, ie the vehicle 1 is preferably brought to a standstill immediately.

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Abstract

Die Erfindung betrifft den autonomen Betrieb eines Fahrzeugs (1) innerhalb eines sicheren Arbeitsbereichs. So wird unter anderem eine Prozessoreinheit (2) vorgeschlagen, die eine Schnittstelle (6) umfasst, über welche die Prozessoreinheit (2) auf eine von einem Modul (3) zur Positionsbestimmung durch eine globale Lokalisierung bestimmte Position eines Fahrzeugs (1) und auf eine von einer Sensoreinheit (7) generierte Umfelderfassung des Fahrzeugs (1) zugreifen kann. Die Prozessoreinheit (4) ist dazu eingerichtet, das Fahrzeug (1) basierend auf der durch die globale Lokalisierung bestimmten Position des Fahrzeugs (1) und basierend auf der von der Sensoreinheit (7) generierten Umfelderfassung des Fahrzeugs (1) zu steuern. Beispiels- weise kann die Prozessoreinheit (4) in einem ersten Prüfungsschritt prüfen, ob sich die durch das Modul (3) zur Positionsbestimmung bestimmte Position innerhalb eines Arbeitsbereichs (2) befindet, wobei der Arbeitsbereich (2) als ein sicherer autonomer Arbeitsbereich des Fahrzeugs (1) vordefiniert ist. Weiterhin kann die Prozessoreinheit (4) dazu eingerichtet sein, in einem zweiten Prüfungsschritt zu prüfen, ob die Umfelderfassung wenigstens ein potentielles Kollisionsobjekt (12) abbildet, und das Fahrzeug (1) basierend auf den Ergebnissen der beiden Prüfungsschritte zu steuern. Weitere Ansprüche sind auf ein entsprechendes System und ein Verfahren sowie auf ein Computerprogrammprodukt (8) und ein Fahrzeug (1) gerichtet.

Description

Autonomer Betrieb eines Fahrzeugs innerhalb eines sicheren Arbeitsbereichs
Die Erfindung betrifft eine Prozessoreinheit, ein System, ein Verfahren und ein Com puterprogramm produkt zum autonomen Betrieb eines Fahrzeugs innerhalb eines sicheren Arbeitsbereichs.
Einschlägige Normen (z.B. ISO 18497) fordern für autonom fahrende Maschinen, insbesondere zur landwirtschaftlichen Nutzung, eine Kollisionsvermeidung, welche auf der Maschine vorzusehen ist und die Maschine bei einer drohenden Kollision in den sicheren Zustand, meistens in den Stillstand, überführen soll. Diese Maßnahme verhindert jedoch nicht ein ungewolltes Verlassen eines autonomen Arbeitsbereichs, innerhalb welchem die Maschine operiert und autonom fährt. Somit könnte es zu Kol lisionen mit anderen Verkehrsteilnehmern kommen, welche in die unerwartet auftau chende Maschine fahren könnten.
Unter aktuellen rechtlichen Randbedingungen ist der Betrieb einer autonom fahren den Arbeitsmaschine nur in abgesperrten Bereichen erlaubt, wobei die bauliche Art und Weise der Absperrung nicht geklärt ist und es somit nicht sichergestellt ist, dass die Absperrung die Maschine beim ungewollten Verlassen aufhalten würde. Es sind Verfahren zur Definition eines virtuellen Zauns („Geo-Fencing“) bekannt. Dabei wird typischerweise ein globales Navigationssatellitensystem (im Englischen: Global Na vigation Satellite System; kurz: GNSS) eingesetzt. GNSS ist ein System zur Positi onsbestimmung und Navigation auf der Erde und in der Luft durch den Empfang der Signale insbesondere von Navigationssatelliten. GNSS wird mit einer Karte (DTM) kombiniert, um einen sicheren Arbeitsbereich (Im Englischen: Autonomous Operating Zone, kurz: AOZ) zu definieren, innerhalb welchem die Maschine operieren und au tonom fahren darf.
GNSS hat unter anderem die Probleme der Genauigkeit (ohne zusätzliche Maßnah men), der Verfügbarkeit (Verschattung) und der leichten Angriffsfähigkeit (Spoofing).
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann darin gesehen werden, eine robuste und sichere Überwachung eines autonomen Arbeitsbereichs bereitzustellen. Die Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche, der folgenden Beschreibung sowie der Figuren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Ansatz zur Problemlösung vorgeschla gen, gemäß welchem eine globale Lokalisierung und eine lokale Lokalisierung eines Fahrzeugs bzw. einer Maschine miteinander kombiniert werden. Durch diese kombi nierte Lokalisierung wird ermöglicht, dass sowohl auf globaler als auch auf lokaler Ebene überwacht werden kann, dass sich das Fahrzeug innerhalb eines sicheren autonomen Arbeitsbereichs befindet, und falls dies nicht oder in absehbarer Zeit nicht länger der Fall sein sollte, geeignete Warn- oder Gegenmaßnahmen eingeleitet werden können.
In diesem Sinne wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung eine Prozessorein heit zum autonomen Betrieb eines Fahrzeugs innerhalb eines sicheren Arbeitsbe reichs bereitgestellt. Die Prozessoreinheit umfasst eine Schnittstelle, über welche die Prozessoreinheit auf eine von einem Modul zur Positionsbestimmung durch eine glo bale Lokalisierung bestimmte Position eines Fahrzeugs und auf eine von einer Sen soreinheit generierte Umfelderfassung des Fahrzeugs zugreifen kann. Die Schnitt stelle ist eine Kommunikations-Schnittstelle, welche den Austausch von Daten er möglicht, und zwar einen Austausch von Daten zwischen der Prozessoreinheit einer seits und dem Modul zur Bestimmung der Position des Fahrzeugs sowie der Sen soreinheit andererseits. Die Prozessoreinheit ist weiterhin dazu eingerichtet, das Fahrzeug basierend auf der durch die globale Lokalisierung bestimmten Position des Fahrzeugs und basierend auf der von der Sensoreinheit generierten Umfelderfas sung des Fahrzeugs zu steuern.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird analog ein System zum autonomen Betrieb eines Fahrzeugs innerhalb eines sicheren Arbeitsbereichs vorgeschlagen. Das System umfasst ein Modul zur Positionsbestimmung eines Fahrzeugs, eine Sensoreinheit zur Erfassung eines Umfelds des Fahrzeugs und eine Prozessorein heit. Das Modul zur Positionsbestimmung ist dazu eingerichtet, eine Position eines Fahrzeugs mittels einer globalen Lokalisierung zu bestimmen, und die Sensoreinheit ist dazu eingerichtet, eine Umfelderfassung des Fahrzeugs zu generieren. Weiterhin ist die Prozessoreinheit dazu eingerichtet, das Fahrzeug basierend auf der durch die globale Lokalisierung bestimmten Position des Fahrzeugs und basierend auf der von der Sensoreinheit generierten Umfelderfassung des Fahrzeugs zu steuern.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein entsprechendes Verfahren zum autonomen Betrieb eines Fahrzeugs, z. B. eines Offroad-Fahrzeugs, innerhalb eines sicheren Arbeitsbereichs vorgeschlagen. Das Verfahren kann die folgenden Schritte umfassen:
- Bestimmen einer Position eines Fahrzeugs mittels einer globalen Lokalisierung durch ein Modul zur Positionsbestimmung,
- Generieren einer Umfelderfassung des Fahrzeugs durch eine Sensoreinheit,
- Steuern des Fahrzeugs mittels einer Prozessoreinheit basierend auf der durch die globale Lokalisierung bestimmten Position des Fahrzeugs und basierend auf der von der Sensoreinheit generierten Umfelderfassung des Fahrzeugs.
Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird ferner analog ein Computerpro grammprodukt vorgeschlagen, wobei das Computerprogrammprodukt, wenn es auf einer Prozessoreinheit ausgeführt wird, die Prozessoreinheit anleitet,
- mittels einer Schnittstelle auf eine von einem Modul zur Positionsbestimmung durch eine globale Lokalisierung bestimmte Position eines Fahrzeugs zuzugreifen,
- mittels der Schnittstelle auf wenigstens eine von einer Sensoreinheit generierte Um felderfassung des Fahrzeugs zuzugreifen, und
- das Fahrzeug basierend auf der durch die globale Lokalisierung bestimmten Positi on des Fahrzeugs und basierend auf der von der Sensoreinheit generierten Umfel derfassung des Fahrzeugs zu steuern.
Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeug bereitgestellt, insbe sondere ein Offroad-Fahrzeug. Das Fahrzeug kann eine Prozessoreinheit gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann das Fahrzeug ein System gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung umfassen. Die folgenden Ausführungen gelten gleichermaßen für die Prozessoreinheit gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, für das System gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung, für das Verfahren gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung, für das Com puterprogramm produkt gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung und für das Fahr zeug gemäß dem fünften Aspekt der Erfindung.
Das Fahrzeug kann mittels der Prozessoreinheit gesteuert werden. Unter„gesteuert“ oder„steuern“ kann verstanden werden, dass das Fahrzeug autonom betrieben wer den kann, d.h. es kann z. B. automatisch gelenkt, beschleunigt und abgebremst wer den, einschließlich aller dazu notwendigen Steuerungen insbesondere des Antriebs strangs, der Lenkung und Signalgebung des Fahrzeugs.
Bei dem Fahrzeug kann es sich um ein Off road -Fahrzeug handeln. Unter einem Off- road-Fahrzeug kann ein Fahrzeug verstanden werden, dessen primäres Einsatzge biet nicht eine Straße ist (wie dies z.B. bei Personenkraftfahrwagen, Bussen oder Lastkraftfahrwagen der Fall ist), sondern beispielsweise eine landwirtschaftliche Nutzfläche, z.B. ein zu bestellendes Feld oder ein Waldgebiet, oder ein Bergbauge biet (z. B. Tagebau), oder eine industrielle Nutzfläche, z.B. innerhalb einer Ferti gungsstätte oder einer Lagerhalle. Beispielsweise kann das Off road -Fahrzeug ein landwirtschaftliches Nutzfahrzeug wie Mähdrescher oder Traktor sein. Weiterhin kann es sich bei dem Fahrzeug um ein Flurförderzeug handeln, z.B. um einen Ga belstapler oder um einen Schlepper.
Die Prozessoreinheit kann in ein Fahrerassistenzsystem des Fahrzeugs integriert sein oder mit dem Fahrerassistenzsystem kommunikativ verbunden sein. Die Pro zessoreinheit kann dazu eingerichtet sein, einzuleiten, dass das Fahrzeug in einen sicheren Zustand verführt wird, wenn sich die durch das Modul zur Positionsbestim mung bestimmte Position nicht innerhalb des als sicher vordefinierten Arbeitsbe reichs befindet. Unter„einzuleiten“ kann in diesem Zusammenhang verstanden wer den, dass die Prozessoreinheit einen Befehl an ein Fahrerassistenzsystem des Fahr zeugs übermittelt, sodass das Fahrerassistenzsystem das Fahrzeug in den sicheren Zustand überführt. Beispielsweise kann das Fahrerassistenzsystem das Fahrzeug beim Überführen in den sicheren Zustand zum Stillstand bringen. Die Sensoreinheit ist dazu eingerichtet, ein lokales Umfeld des Fahrzeugs zu erfas sen. Die dabei entstehenden Aufnahmen bzw. Frames ergeben die Umfelderfas sung. So kann es sich bei der Umfelderfassung beispielsweise um Bilder handeln, wenn als Sensor eine Kamera oder ein Kamerasystem eingesetzt wird. Weiterhin kann es sich bei der Umfelderfassung um Frames handeln, wenn beispielsweise ein Radar oder ein Lidar eingesetzt wird. Die Aufnahmen, z. B. die Bilder oder Frames, decken jeweils einen begrenzten Bereich um das Fahrzeug herum ab. Dies ist mit dem Merkmal„lokal“ gemeint. Das lokale Umfeld des Fahrzeugs ist somit ein be grenzter Bereich, welcher sich außen um das Fahrzeug herum erstreckt. Das lokale Umfeld des Fahrzeugs befindet sich vorzugsweise innerhalb des Arbeitsbereichs. Mit anderen Worten kann das lokale Umfeld ein Unterbereich des Arbeitsbereichs sein.
Die Reichweite bzw. Erstreckung des lokalen Umfelds kann je nach verwendetem Sensortyp abweichen und ggfs eingestellt werden. Das im Rahmen der vorliegenden Anmeldung offenbarte Sensorsystem ist dazu eingerichtet, derart an dem Fahrzeug angeordnet zu werden, z. B. befestigt zu werden, dass es das lokale Umfeld des Fahrzeugs erfassen kann. Der Bereich der Umgebung, welchen der betreffende Sensor dabei erfasst, kann auch als sogenanntes„Field of View“ bezeichnet werden. Dieser Bereich kann je nach verwendetem Sensor eindimensional, zweidimensional oder dreidimensional sein. Es ist möglich, dass der durch den Sensor erfassbare Be reich einen Teil der Umgebung des Fahrzeugs erfassen kann, z.B. einen Sektor im Vorausbereich, im seitlichen Bereich oder im Hinterausbereich des Fahrzeugs. Wei terhin kann der betreffende Sensor auch dazu eingerichtet sein, die vollständige Um gebung des Fahrzeugs zu erfassen, z.B. beim Einsatz sogenannter Surround View Systeme.
Das lokale Umfeld des Fahrzeugs kann unterteilt werden. Beispielsweise kann ein bestimmter Sensor der Sensoreinheit einen bestimmten Bereich um das Fahrzeug herum erfassen. Dieser Erfassungsbereich des Sensors kann beispielsweise aufge teilt werden in einen inneren Bereich („sicherer lokaler Arbeitsbereich“), der sich nä her an dem Fahrzeug befindet, und in einen äußeren Bereich, der sich weiter entfernt von dem Fahrzeug befindet. Je nachdem, innerhalb welches Bereichs ein potentiel- les Kollisionsobjekt durch die Sensoreinheit erfasst und durch die Prozessoreinheit aus der entsprechenden Umfelderfassung extrahiert worden ist, können geeignete Gegenmaßnahmen eingeleitet werden, um eine Kollision mit dem erkannten potenti ellen Kollisionsobjekt zu vermeiden. Wenn beispielsweise ein Baum innerhalb des äußeren Bereichs erfasst und extrahiert worden ist, so kann die Prozessoreinheit beispielsweise veranlassen, dass die Geschwindigkeit des Fahrzeugs lediglich leicht verringert wird, da sich der Baum noch relativ weit weg von dem Fahrzeug befindet. Wenn der Baum allerdings innerhalb des inneren Bereichs erfasst und extrahiert worden ist, so kann die Prozessoreinheit beispielsweise veranlassen, dass die Ge schwindigkeit des Fahrzeugs sehr stark verringert wird oder das Fahrzeug gestoppt wird, da sich der Baum in diesem Fall relativ nahe an dem Fahrzeug befindet.
Unter einem„sicheren Arbeitsbereich“ kann ein Arbeitsbereich verstanden werden, innerhalb welchem das Fahrzeug autonom operieren kann, wobei eine Kollision des Fahrzeugs mit einem Objekt, insbesondere mit einem anderen Fahrzeug, einem Ge genstand oder mit einem Menschen oder Tier, mit hoher Wahrscheinlichkeit ausge schlossen werden kann. Mit anderen Worten befindet sich innerhalb des als sicher definierten Arbeitsbereichs mit hoher Wahrscheinlichkeit kein Objekt, welches mit dem Fahrzeug kollidieren könnte. Der Arbeitsbereich kann ein statischer Bereich sein, d.h. dieser Bereich ist örtlich unveränderlich. Beispielsweise kann der Bereich ein Feld oder einen Teil eines Felds abdecken. Das Feld oder der Teil des Felds kann dazu bestimmt werden, von dem Fahrzeug landwirtschaftlich bearbeitet zu wer den. Beispielsweise kann das Fahrzeug Mittel aufweisen, die es dazu befähigen, ei ne bestimmte Operation innerhalb des Arbeitsbereichs durchzuführen, z.B. Boden auf dem Feld zu pflügen oder Getreide abzuernten.
Das durch die Sensoreinheit erfasste lokale Umfeld des Fahrzeugs befindet sich in nerhalb des Arbeitsbereichs. Das lokale Umfeld kann somit ein Teilbereich des Ar beitsbereichs sein. Das lokale Umfeld kann von einer Position des Fahrzeugs ab hängig sein. Je nachdem auf welcher Position sich das Fahrzeug gerade befindet, ändert sich das lokale Umfeld bzw. das Field of View, und die Sensoreinheit wird an dere Merkmale erfassen und/oder bereits zuvor erfasste Merkmale auf unterschiedli cher relativer Position zu dem Fahrzeug erfassen. Die Prozessoreinheit ist dazu eingerichtet, die Umfelderfassung auszuwerten. Die Umfelderfassung kann beispielsweise eine Aufnahme des lokalen Umfelds des Fahr zeugs sein. Beispielsweise ist die Prozessoreinheit dazu eingerichtet, aus Aufnah men oder Frames, die durch die Sensoreinheit generiert worden sind, Objekte zu extrahieren. Beispielsweise kann die Prozessoreinheit ein Bild einer Kamera der Sensoreinheit auswerten, und dabei feststellen, ob das Bild ein potentielles Kollisi onsobjekt abbildet, d.h. beinhaltet oder darstellt.
Befindet sich das Fahrzeug beispielsweise zu einem ersten Zeitpunkt auf einer ers ten Fahrzeug-Position, dann kann die Sensoreinheit beispielsweise einen Baum auf einer ersten Baum-Position relativ zu der ersten Fahrzeug-Position erfassen. Wenn sich das Fahrzeug nunmehr weiterbewegt, befindet es sich zu einem zweiten Zeit punkt auf einer zweiten Fahrzeug-Position, die von der ersten Fahrzeug-Position ab weicht, und von der zweiten Fahrzeug-Position aus wird ein anderes Umfeld des Fahrzeugs erfasst als aus der ersten Fahrzeugposition heraus. Von dieser zweiten Fahrzeug-Position aus wird das Fahrzeug den zuvor erfassten Baum entweder gar nicht mehr oder aber in einer zweiten Baum-Position relativ zu der zweiten Fahrzeug- Position erfassen, wobei die zweite Baum-Position von der ersten Baum-Position abweicht. Weiterhin kann das Fahrzeug von der zweiten Position aus beispielsweise ein weiteres Merkmal erfassen, z.B. eine Hecke, die es aus der ersten Position her aus noch nicht erfassen konnte, beispielsweise weil sich die Hecke zuvor nicht im Field of View des Fahrzeugs befunden hat.
In einer Ausführungsform ist die Prozessoreinheit dazu eingerichtet, in einem ersten Prüfungsschritt zu prüfen, ob sich die durch das Modul zur Positionsbestimmung be stimmte Position innerhalb eines Arbeitsbereichs befindet, wobei der Arbeitsbereich als ein sicherer autonomer Arbeitsbereich des Fahrzeugs vordefiniert ist. Weiterhin ist die Prozessoreinheit in dieser Ausführungsform dazu eingerichtet, in einem zwei ten Prüfungsschritt zu prüfen, ob die Umfelderfassung wenigstens ein potentielles Kollisionsobjekt abbildet und das Fahrzeug basierend auf den Ergebnissen der bei den Prüfungsschritte zu steuern. Die Steuerung des Fahrzeugs basierend auf den beiden Prüfungsschritten kann be inhalten, dass eingeleitet wird, dass das Fahrzeug in einen sicheren Zustand über führt wird, wenn in dem ersten Prüfungsschritt festgestellt wird, dass sich die durch das Modul zur Positionsbestimmung bestimmte Position außerhalb des Arbeitsbe reichs befindet. Die Überführung in den sicheren Zustand kann alternativ oder zu sätzlich auch eingeleitet werden, wenn in dem zweiten Prüfungsschritt festgestellt wird, dass die Umfelderfassung wenigstens ein potentielles Kollisionsobjekt abbildet. Ein potentielles Kollisionsobjekt kann ein Gegenstand (ortsfest oder beweglich, z.B. ein Baum oder ein anderes Fahrzeug), ein Mensch oder ein Tier sein, dass sich in nerhalb des erfassten lokalen Umfelds des Fahrzeugs befindet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird somit eine Steuerung des Fahrzeugs basie rend auf einer zweistufigen Überwachung vorgeschlagen. Im Rahmen einer ersten Überwachung wird basierend auf Daten des Moduls zur Positionsbestimmung des Fahrzeugs überprüft, ob sich das Fahrzeug innerhalb eines sicher vordefinierten Ar beitsbereichs befindet, innerhalb dessen ein autonomer Betrieb des Fahrzeugs vor gesehen und erlaubt ist. Im Rahmen einer zweiten Überprüfung wird basierend auf Daten des Sensorsystems ein Unterbereich oder Weg innerhalb des Arbeitsbereichs ermittelt, innerhalb welchem das Fahrzeug operieren kann, d.h. sowohl autonom ver fahren als auch seiner eigentlichen Aufgabe nachgehen kann, z.B. pflügen, ernten oder säen.
Durch die Einbeziehung der Umfelderfassung ist die Überwachung des Fahrzeugs besonders sicher und robust. Falls die globale Lokalisierung ausfallen oder unge naue Ergebnisse liefern sollte, kann durch die Überprüfung der Umfelderfassung ein potentielles Kollisionsobjekt ermittelt werden, das sich innerhalb oder außerhalb des Arbeitsbereichs befinden kann, und es können geeignete Gegenmaßnahmen ergrif fen werden, um eine Kollision zu vermeiden. Selbst wenn das Fahrzeug somit auto nom fahrend aus seinem als sicher vordefinierten Arbeitsbereich austreten sollte, kann eine Kollision potentieller Kollisionsobjekte mit dem Fahrzeug außerhalb des Arbeitsbereichs vermieden werden. Wenn das Fahrzeug innerhalb des Arbeitsbe reichs autonom fährt, kann die Umfelderfassung dazu beitragen, das Fahrzeug be- sonders sicher unter Vermeidung von Schäden an Umwelt, Fahrzeug und Lebewe sen autonom zu steuern.
Die globale Lokalisierung kann das Ergebnis liefern, dass sich das Fahrzeug inner halb des als sicher definierten Arbeitsbereichs befindet, und dass daher eine Kollisi on mit einem Objekt unwahrscheinlich ist. Wenn sich dennoch potentielle Kollisions objekte innerhalb des Arbeitsbereichs befinden, kann eine Kollision mit diesen Objek ten durch die globale Lokalisierung allein nicht ausgeschlossen werden. Die im Fol genden beschriebene Ausführungsform setzt hier an und ermöglicht, potentielle Kol lisionsobjekte innerhalb des als sicher definierten Arbeitsbereichs zu erkennen und geeignete Gegenmaßnahmen zur Kollisionsvermeidung einzuleiten. In diesem Sinne ist einer Ausführungsform die Prozessoreinheit dazu eingerichtet das Fahrzeug in einen sicheren Zustand zu überführen und/oder die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu reduzieren und/oder eine optische oder akustische Warnung zu geben , sofern die folgenden zwei Bedingungen gleichzeitig erfüllt sind, nämlich wenn sich erstens die durch das Modul zur Positionsbestimmung bestimmte Position innerhalb des als si cher vordefinierten Arbeitsbereichs befindet, und wenn zweitens die Umfelderfassung wenigstens ein potentielles Kollisionsobjekt abbildet.
Dieser Fall kann beispielsweise auftreten, wenn das Fahrzeug innerhalb des vorge sehenen Arbeitsbereichs normal operiert und/oder autonom fährt, und wenn inner halb des als sicher vordefinierten Arbeitsbereichs Objekte durch die Sensoreinheit erkannt werden, mit denen eine Kollision zu vermeiden ist, z.B. mit einem Gegen stand oder mit einer Pflanze wie einer Baumreihe, aber auch beispielsweise mit einer Person oder mit einem Tier, die sich innerhalb des Arbeitsbereichs befinden. Diese Ausführungsform leistet einen Beitrag, die Sicherheit innerhalb des Arbeitsbereiches zu erhöhen, wenn das Fahrzeug darin autonom fährt, indem beispielsweise dessen Geschwindigkeit reduziert wird oder Personen bzw. Tiere, die sich innerhalb des Ar beitsbereiches befinden, vor dem Fahrzeug gewarnt werden.
Die optische oder akustische Warnung kann z. B. an das lokale Umfeld des Fahr zeugs abgegeben werden, z.B. durch eine Hupe, ein Signalhorn, einen Lautsprecher oder durch eine Leuchteinrichtung des Fahrzeugs. Die optische oder akustische Warnung kann durch Personen und Tiere wahrgenommen werden, die sich in der Nähe des Fahrzeugs befinden. Auf diese Weise können Personen in der Nähe vor dem autonom fahrenden Fahrzeug gewarnt und Kollisionen vermieden werden.
Im besten Falle können die beschriebenen Prüfungsschritte das Ergebnis liefern, dass sich das Fahrzeug innerhalb des als sicher vordefinierten Arbeitsbereichs be findet, und dass sich weiterhin in dem lokalen Umfeld des Fahrzeugs keine potentiel len Kollisionsobjekte befinden. In diesem Falle soll das Fahrzeug möglichst ohne Einschränkungen operieren und autonom fahren können. In diesem Sinne ist gemäß einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass die Prozessoreinheit dazu einge richtet ist, zu erlauben, dass das Fahrzeug ohne Einschränkungen autonom betrie ben wird, wenn sich erstens die durch das Modul zur Positionsbestimmung bestimm te Position innerhalb des als sicher vordefinierten Arbeitsbereichs befindet, und wenn zweitens die Umfelderfassung kein potentielles Kollisionsobjekt abbildet. Unter„ohne Einschränkungen“ kann in diesem Zusammenhang verstanden werden, dass das Fahrzeug ohne Geschwindigkeitsbeschränkung innerhalb des ersten Arbeitsbereichs innerhalb des zweiten Arbeitsbereichs autonom verfahren werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Prozessoreinheit dazu eingerichtet ist, einen äußeren Randstreifen innerhalb des als sicher definierten Arbeitsbereichs zu definieren. Wenn sich das Fahrzeug innerhalb dieses Randstrei fens befindet, was z.B. mittels GPS-Lokalisierung im Rahmen des ersten Prüfungs schritts festgestellt werden kann, so ist die Prozessoreinheit weiterhin dazu einge richtet eine optische oder akustische Warnung (wie vorstehend beschrieben) einzu leiten. Auf diese Weise können Personen und Tiere, die sich außerhalb des als si cher definierten Arbeitsbereichs befinden, vor dem Fahrzeug gewarnt werden, das sich zwar noch innerhalb des Arbeitsbereichs befindet, diesen jedoch unter Umstän den zeitnah verlassen wird, da es sich bereits innerhalb des äußeren Randstreifens des als sicher definierten Arbeitsbereichs befindet. Diese Ausführungsform leistet einen Beitrag, eine Kollision des Fahrzeugs mit Personen und Tieren, die sich in der Nähe aber trotzdem noch außerhalb des Arbeitsbereichs befinden, zu vermeiden. In einer Ausführungsform ist das Modul zur Positionsbestimmung dazu eingerichtet, die Positionsbestimmung des Fahrzeugs mittels eines globalen Navigationssatelli tensystems durchzuführen. Ein globales Navigationssatellitensystem (im Englischen: Global Navigation Satellite System; kurz: GNSS) ist ein System zur Positionsbestim mung und Navigation auf der Erde und in der Luft durch den Empfang der Signale insbesondere von Navigationssatelliten. Beispiele für globale Navigationssatelliten systeme sind NAVSTAR GPS oder Galileo.
Weiterhin kann das Modul zur Positionsbestimmung dazu eingerichtet sein, die Posi tionsbestimmung des Fahrzeugs mittels eines Verfahrens zur gleichzeitigen Lokali sierung und Kartierung durchzuführen. Es sind Algorithmen zur gleichzeitigen Lokali sierung und Kartierung bekannt. In der Fachsprache wird typischerweise der eng lischsprachige Begriff„Simultaneous Localization And Mapping“ (oder abgekürzt: „SLAM“) verwendet. SLAM-Algorithmen konzentrieren sich zumeist auf Daten, die von einem Sensor erfasst werden. Die Algorithmen können auf Scans eines Sensor- Frames angewendet werden, um einzelne Punkte zu extrahieren. Die einzelnen Punkte können in folgenden Scans wiedererkannt werden. Eine Translation und eine Rotation dieser einzelnen Punkte zwischen aufeinanderfolgenden Sensor-Frames kann verwendet werden, um eine Ego-Bewegung eines Fahrzeugs zu berechnen und um eine Merkmals-Karte zu erstellen. Weiterhin kann eine Wiedererkennung von bekannten Merkmalskombinationen genutzt werden, um innerhalb einer zuvor erstell ten Karte eine Lokalisierung des Fahrzeugs durchzuführen.
Zum Beispiel können mittels der Sensoreinheit zur Erfassung des Umfelds des Fahr zeugs Merkmale aus der lokalen Umgebung des Fahrzeugs extrahiert sowie zur Lo kalisierung und Kartierung im Rahmen eines SLAM -Verfahrens genutzt werden. Bei spielsweise können signifikante Marken in der lokalen Umgebung des Fahrzeugs herangezogen werden (d.h. insbesondere aus Sensorframes extrahiert werden), z.B. Masten und Türme. Alternativ oder zusätzlich können eigens für die Durchführung des SLAM-Verfahrens installierte Marken am Feldrand herangezogen werden. Fer ner können bildgebende Verfahren genutzt werden, um z.B. eine Grenze eines Fel des zu ermitteln, z.B. in Abgrenzung zu anderen angrenzenden Feldern oder Wegen. Die Sensoreinheit zur Erfassung des Umfelds des Fahrzeugs kann wenigstens einen der folgenden Sensoren umfassen, nämlich einen Bildverarbeitungs-Sensor, z. B. eine Kamera, einen Radar-Sensor, einen Laser-basierter Sensor und ein Odometer.
Der Bildverarbeitungs-Sensor (z.B. eine Kamera), kann mittels bekannter Methoden der Bildverarbeitung und Bildauswertung dazu eingerichtet sein, Bilder des Umge bungsbereichs aufzunehmen, und in den Bildern Merkmale zu erkennen.
Der Radar-basierte Sensor kann dazu eingerichtet sein, in dem erfassten Umfeld des Fahrzeugs Merkmale zu erkennen. Der Radar-basierte Sensor kann beispielsweise Abstände zu Objekten innerhalb des erfassten Umfelds messen. Weiterhin kann der Radar-basierte Sensor beispielsweise auch Azimut-Werte, Höhen-Werte (Elevation), Intensitäts-Werte und Radialgeschwindigkeits-Werte messen. Ein entsprechender Messzyklus, in dem der Radar-basierte Sensor das Umfeld des Fahrzeugs erfasst bzw. auf die beschriebene Art vermessen hat, kann dabei als ein„Frame“ bezeichnet werden. Der Radar-basierte Sensor kann das Umfeld somit N-dimensional abtasten bzw. erfassen, wodurch Punktewolken generiert werden können. Aus erfassten Punktewolken kann der Radar-basierte Sensor Merkmale extrahieren. Die Punkte wolke kann entsprechend mehrere Dimensionen umfassen (N-dimensionale Punkte wolke), wenn man beispielsweise auch Intensitäten und Radialgeschwindigkeiten beachtet.
Der Laser-basierter Sensor (z.B. ein Lidar-Sensor) kann dazu eingerichtet sein, in dem erfassten Umfeld des Fahrzeugs Merkmale zu erkennen. Der Laser-basierte Sensor kann beispielsweise innerhalb des erfassten Umfelds Intensitäten in einer x- Richtung, in einer y-Richtung und in einer z-Richtung eines kartesischen Koordina tensystems des Laser-basierten Sensors messen. Ein entsprechender Messzyklus, in dem der Laser-basierte Sensor das Umfeld erfasst bzw. auf die beschriebene Art vermessen hat, kann dabei als ein„Frame“ bezeichnet werden. Der Laser-basierte Sensor kann das Umfeld N-dimensional abtasten bzw. erfassen, wodurch Punkte wolken generiert werden können. Aus erfassten Punktewolken kann der Laser- basierte Sensor Merkmale extrahieren. Die Punktewolke kann entsprechend mehrere Dimensionen umfassen (N-dimensionale Punktewolke). Das Odometer ermöglicht eine relative Positionsermittlung des Fahrzeugs. Das O- dometer kann dazu eingerichtet sein, Umdrehungen von Rädern des Fahrzeugs zwi schen zwei Messzeitpunkten zu zählen und über einen bekannten Radius der Räder des Fahrzeugs eine Distanz zu ermitteln, welche das Fahrzeug zwischen den Mess zeitpunkten zurückgelegt hat. Insbesondere kann das Odometer dazu eingerichtet sein, über unterschiedliche Drehzahlen der Räder des Fahrzeugs und/oder über ei nen Lenkeinschlag von Rädern des Fahrzeugs eine Bewegungsrichtung des Fahr zeugs zu ermitteln. Ferner können auch von einer Inertial Measurement Unit (IMU) generierte Werte oder Fahrzeugdaten wie z.B. Geschwindigkeit oder Gierrate ebenso zur Bestimmung der Pose und der Bewegung des Fahrzeugs hinzugezogen werden. Bei Kraftfahrzeugen kann ein Odometer in Form eines Kilometerzählers eingesetzt werden, welcher typischerweise auf Messgrößen aus dem Fahrwerk zugreifen kann, insbesondere auf gemessene Radumdrehungen und Lenkdaten wie Radlenkwinkel oder Lenkradwinkel.
Die Sensoreinheit kann dazu eingerichtet sein, wenigstens eines der folgenden Merkmale in dem Umfeld des Fahrzeugs zu erfassen, nämlich eine Fahrspur, eine Pflanzreihe, eine Baumreihe und eine Arbeitsweg. Die Fahrspur kann sich in einem Feld befinden und beispielsweise durch ein vorheriges Sähen hervorgerufen worden sein. Pflanzreihen sind Reihen des betreffenden angebauten Produkts, z.B. Mais o- der Weinreben. Baumreihen sind beispielsweise auf Obstbaumplantagen, z.B. Apfel plantagen, anzutreffen. Arbeitswege findet man beispielsweise im Bergbau.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der schemati schen Zeichnung näher erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Hierbei zeigt
Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Arbeitsbereich, innerhalb welchem ein Fahrzeug autonom fahren darf,
Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Fahrweg, auf welchem das Fahrzeug nach Fig. 1 fahren darf, Fig. 3 eine überlagerte Draufsicht des Arbeitsbereichs nach Fig. 1 und des Fahr wegs nach Fig. 2,
Fig. 4 eine Draufsicht auf einen alternativen Arbeitsweg, auf welchem das Fahr zeug nach Fig. 1 fahren darf,
Fig. 5 eine überlagerte Draufsicht des Arbeitsbereichs nach Fig. 1 und des Arbeits weges nach Fig. 4 und
Fig. 6 ein Ablaufschema eines Verfahrens zur Steuerung des Fahrzeugs nach Fig. 1 .
Fig. 1 zeigt eine landwirtschaftliche Nutzmaschine. Bei der Maschine kann es sich beispielsweise um eine landwirtschaftliche Nutzmaschine handeln, z.B. um einen Mähdrescher. Die Maschine kann autonom betrieben werden . Dies bedeutet, die Maschine kann - ohne einen Insassen, der sie steuert, oder ohne einen Bediener, der die Maschine fernsteuert - insbesondere ihrer Hauptfunktion nachgehen, z.B. Getreide zu ernten, und weiterhin autonom fahren. Im Folgenden wird eine solche Maschine mit dem Begriff„Fahrzeug“ bezeichnet und in der Zeichnung mit dem Be zugszeichen„1“ versehen.
Das Fahrzeug 1 umfasst ein System 18 zum autonomen Betrieb des Fahrzeugs 1 innerhalb eines sicheren Arbeitsbereichs. Das System 18 umfasst in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein GPS-Modul 3 als ein Modul zur Bestimmung der Position des Fahrzeugs 1 . Weiterhin kann das System 18 eine Prozessoreinheit 4, eine Spei chereinheit 5, eine Kommunikations-Schnittstelle 6 und eine Sensoreinheit 7 umfas sen. Auf der Speichereinheit 5 kann ein Computerprogrammprodukt 8 gespeichert sein. Das Computerprogrammprodukt 8 leitet, wenn es auf der Prozessoreinheit 4 ausgeführt wird, die Prozessoreinheit 4 an, die im Folgenden beschriebenen Funkti onen bzw. Verfahrensschritte auszuführen. Das Fahrzeug 1 soll in einem als sicher vordefinierten Arbeitsbereich 2 (Autonomous Operating Zone, kurz: AOZ) autonom betrieben werden. Außerhalb des Arbeitsbe reichs 2 (z.B. um den Arbeitsbereich 2 herum) befindet sich ein nicht-autonomes Ge biet 9, innerhalb welchem sich z. B. Personen, Tiere und andere Fahrzeuge befinden können, die nicht damit rechnen, dass das Fahrzeug 1 sich autonom fahrend in das Gebiet 9 begibt. Es soll vermieden werden, dass sich das Fahrzeug 1 autonom aus dem als sicher vordefinierten Arbeitsbereich 2 heraus bewegt und autonom in das nicht-autonome Gebiet 9 einfährt. Der Arbeitsbereich 2 ist in einer Karte hinterlegt (z.B. in einem Navigationssystem des Fahrzeugs 1 ), auf welche die Prozessoreinheit 4 zugreifen kann.
In einem ersten Schritt 100 wird eine globale Lokalisierung des Fahrzeugs 1 durch geführt. In dem Schritt 100 kann die globale Lokalisierung mittels verschiedener Ver fahren erfolgen, z.B. mittels GNSS. Dies kann mittels des GPS-Moduls 3 erfolgen. Das GPS-Modul 3 kann mittels GNSS fortlaufend eine Position des Fahrzeugs 1 be stimmen. Die Prozessoreinheit 4 kann über die Kommunikations-Schnittstelle 6 auf diese Positionen zugreifen. Die Positionen können mittels der Prozessoreinheit 4 mit dem Arbeitsbereich 2 verglichen werden, der in der Karte hinterlegt ist (siehe Schritt 300 weiter unten). Alternativ kann auch ein SLAM-Verfahren zur Bestimmung der Position des Fahrzeugs 1 genutzt werden, wobei in diesem Fall ein Abgleich mit ei ner internen Karte (mit globalen Koordinaten) erfolgen kann. Zur Durchführung des SLAM-Verfahrens können signifikante Marken in der Umgebung des Fahrzeugs 1 mittels der Sensoreinheit 5 erfasst und extrahiert werden, z.B. Masten und Türme. Alternativ können auch eigens dafür installierte Marken (z.B. an einem Feldrand) herangezogen werden. Ferner können bildgebende Verfahren genutzt werden, um beispielsweise die Grenze eines Feldes zu ermitteln, z.B. zu anderen angrenzenden Feldern oder Wegen.
In einem zweiten Schritt 200 wird mittels der Sensoreinheit 7 eine lokale Lokalisie rung durchgeführt (Fig. 2 und 4). Die Schritte 100 und 200 können parallel (wie durch Fig. 6 gezeigt) oder nacheinander ablaufen. Während des Schritts 200 erfasst die Sensoreinheit 7 Merkmale innerhalb eines lokalen Umfelds 10 des Fahrzeugs 1. Da zu kann die Sensoreinheit 7 beispielsweise eine Kamera, einen Lidar-Sensor, einen Radar-Sensor oder ein Odometrie-Gerät umfassen. Beispielsweise kann die Sen soreinheit 7 ein Surround View System mit mehreren Kameras umfassen, die ein Field of View im zweistelligen Meter-Bereich erfassen können. Die Kommunikations- Schnittstelle 6 kann auf die von der Sensoreinheit 7 in dem lokalen Umfeld 10 des Fahrzeugs 1 erfassten Merkmale zugreifen. Die lokale Lokalisierung basiert auf loka len Merkmalen in dem lokalen Umfeld 10 des Fahrzeugs 1 .
Fig. 2 zeigt diesbezüglich ein erstes Beispiel mit vier Baumreihen 1 1 , die jeweils mehrere Bäume 1 2 umfassen (in Fig. 2 ist lediglich ein Baum exemplarisch mit einem Bezugszeichen„12“ versehen). Die Sensoreinheit 7 hat das Umfeld 10 des Fahr zeugs 1 erfasst. Aus einer entsprechenden Umfelderfassung (z.B. aus einem Bild der Kamera der Sensoreinheit 7) können die Bäume 12 der Baumreihen 1 1 extrahiert werden. Das Extrahieren kann beispielsweise durch die Prozessoreinheit 4 des Fahrzeugs 1 erfolgen. Alternativ kann die Sensoreinheit 7 eine weitere Prozessorein heit umfassen, welche das Extrahieren ausführen kann.
Die Sensoreinheit 7 kann auch eine Fahrspur 13 erfassen. Auf der Fahrspur befinden sich keine potentiellen Kollisionsobjekte. Auf der Fahrspur 13 kann das Fahrzeug 1 somit kollisionsfrei autonom fahren. Eine Kollision mit den Bäumen 12 der Baumrei hen 1 1 soll vermieden werden, um Schäden an dem Fahrzeug 1 und an den Bäumen 12 zu vermeiden. Die Prozessoreinheit 4 kann im Schritt 200 prüfen, ob sich inner halb des erfassten Umfelds 10 potentielle Kollisionsobjekte (z.B. die Bäume 12) be finden. Wenn die Prozessoreinheit 4 feststellt, dass sich innerhalb des erfassten Um felds 10 des Fahrzeugs 1 z.B. die Bäume 12 befinden, kann sie das Fahrzeug 1 in einem Schritt 300 dazu veranlassen, beispielsweise langsamer zu fahren oder sogar zum Stillstand zu kommen. Weiterhin kann die Prozessoreinheit 4 durch geeignete Auswertungen der Umfelderfassung feststellen, wie weit ein potentielles Kollisionsob jekt (z.B. ein Baum 12) von dem Fahrzeug 1 entfernt ist, und der ermittelten Entfer nung entsprechend geeignete Maßnahmen einleiten. Beispielsweise kann die Steue rungseinheit 7 veranlassen, das Fahrzeug 1 stark abzubremsen, wenn ein Baum 12 besonders nahe an dem Fahrzeug 1 detektiert worden ist. Andererseits kann die Prozessoreinheit 4 veranlassen, dass das Fahrzeug 1 beispielsweise lediglich leicht abgebremst wird, wenn erkannt worden ist, dass sich der Baum 12 relativ weit weg von dem Fahrzeug 1 innerhalb des erkannten Umfelds 10 des Fahrzeugs 1 befindet.
Weiterhin kann im Schritt 200 ein Bereich 14, welcher sich innerhalb des lokalen Um felds 10 und innerhalb der erkannten Fahrspur 13 befindet, durch die Prozessorein heit 4 als ein sicherer lokaler Arbeitsbereich definiert werden. Innerhalb des sicheren lokalen Arbeitsbereichs 14 darf das Fahrzeug 1 fahren, vorzugsweise ohne Reduzie rung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs 1 . Der Bereich des lokalen Umfelds 10 hin gegen, innerhalb welchem sich die erkannten Bäume 12 befinden, werden nicht als ein sicherer Arbeitsbereich definiert. Der lokale Arbeitsbereich 14 kann sich bei spielsweise in der durch Fig. 4 gezeigten Position des Fahrzeugs 1 wenige Meter um das Fahrzeug 1 herum erstrecken. Der lokale Arbeitsbereich 14 ist nicht statisch, sondern bewegt sich mit einer Bewegung des Fahrzeugs 1 .
Fig. 4 zeigt ein weiteres Beispiel mit einem Arbeitsweg 15, wie er typischerweise im Bergbau (Tagebau) anzutreffen ist. Der Arbeitsweg 15 wird von der Sensoreinheit 7 erfasst. Der Arbeitsweg 15 kann beispielsweise als sicherer Arbeitsbereich vordefi niert sein. Die Sensoreinheit 7 kann auch Objekte abseits des Arbeitswegs 15 erfas sen, z.B. Felswände 16, die sich beispielsweise senkrecht und seitlich entlang des Arbeitsweges 15 erstrecken können. Eine Kollision mit den Felswänden 1 6 soll ver mieden werden, um Schäden an dem Fahrzeug 1 und an den Felswänden 16 zu vermeiden. Um dies zu ermöglichen, kann im Schritt 200 ein Bereich 14, welcher sich innerhalb des erkannten Arbeitswegs 15 befindet, durch die Prozessoreinheit 4 als ein sicherer Arbeitsbereich definiert werden. Innerhalb des Arbeitsbereichs 14 darf das Fahrzeug 1 fahren. Der Bereich hingegen, innerhalb welchem sich die erkannten Felswände 16 befinden, werden nicht als ein sicherer Arbeitsbereich definiert. Der sichere Arbeitsbereich 14 kann sich beispielsweise in der durch Fig. 4 gezeigten Po sition des Fahrzeugs 1 m um das Fahrzeug 1 herum erstrecken. Der sichere Arbeits bereich 14 ist nicht statisch, sondern bewegt sich mit einer Bewegung des Fahrzeugs 1 mit.
In einem dritten Schritt 300 wird basierend auf der globalen Lokalisierung (Schritt 100) und basierend auf der lokalen Lokalisierung (Schritt 200) eine lokale und globa- le AOZ-Überwachung durchgeführt. So kann die globale Lokalisierung des Fahr zeugs 1 (Ist-Position des Fahrzeugs 1 ) mit einer vorher definierten Karte mit erlaub ten Positionen (Sollbereich) verglichen werden. Dieser Sollbereich stellt den als si cher vordefinierten Arbeitsbereich 2 dar („globaler Arbeitsbereich“). Befindet sich das Fahrzeug 1 an einem Randstreifen bzw. Randbereich 17 des globalen Arbeitsbe reichs 2 und versucht den globalen Arbeitsbereich 2 ungewollt zu verlassen, so kann das Fahrzeug 1 in einen definierten sicheren Zustand überführt werden.
Im dem dritten Schritt 300 werden die Ergebnisse der Schritte 100 und 200 überla gert, was eine kombinierte Überwachung ermöglicht. Fig. 3 zeigt die Überlagerung der globalen Lokalisierung nach Fig. 1 mit der lokalen Lokalisierung nach Fig. 2. Ent sprechend zeigt Fig. 5 die Überlagerung der globalen Lokalisierung nach Fig. 1 mit der lokalen Lokalisierung nach Fig. 4.
Durch die Kombination ergeben sich nun beispielsweise drei Bereiche bzw. Optio nen, wie das Fahrzeug 1 autonom fahren bzw. autonom gesteuert werden kann:
1 . Die Überlagerung von lokaler AOZ und globaler AOZ ergibt, dass sich das Fahr zeug 1 innerhalb des globalen Arbeitsbereichs 2 befindet, und dass sich kein poten tielles Kollisionsobjekt 12, 14 innerhalb des lokalen Arbeitsbereichs 14 befindet. Die ser Fall ist durch Fig. 3 und 5 dargestellt. In diesem Fall kann autonomes Fahren stets zugelassen werden. Die Prozessoreinheit 4 muss keine Gegenmaßnahmen (z.B. Reduzieren der Geschwindigkeit oder Stoppen des Fahrzeugs 1 ) einleiten, um eine Kollision zu verhindern.
2. Die Überlagerung von lokaler VZ und globaler AO Z ergibt, dass sich das Fahr zeug 1 innerhalb des globalen Arbeitsbereichs 2 befindet. Allerdings ist festgestellt worden, dass sich ein potentielles Kollisionsobjekt 12, 14 innerhalb des lokalen Um felds 10 des Fahrzeugs 1 befindet. Dieses potentielle Kollisionsobjekt 12, 14 kann sich beispielsweise innerhalb des lokalen Arbeitsbereichs 14 befinden, oder aber auch weiter weg von dem Fahrzeug 1 , wie dies beispielsweise durch Fig. 2 gezeigt ist (gemäß Fig. 2 befinden sich die Bäume 12 innerhalb des lokalen Umfelds 10 des Fahrzeugs 1 ). In diesem Fall kann die Prozessoreinheit 4 veranlassen, dass sich das Fahrzeug 1 in einen sicheren Zustand begibt. Alternativ kann die Prozessoreinheit 4 auch veranlassen, dass eine Geschwindigkeitsreduktion des Fahrzeugs 1 aktiviert wird, oder aber, dass eine optische oder eine akustische Warnung aktiviert wird.
3. Die Überlagerung von lokaler AOZ und globaler AOZ ergibt, dass sich das Fahr zeug 1 nicht innerhalb des globalen Arbeitsbereichs 2 befindet, und dass darüber hinaus ein potentielles Kollisionsobjekt 12, 14 innerhalb des lokalen Umfelds 10 des Fahrzeugs 1 festgestellt worden ist. Dieses potentielle Kollisionsobjekt 12, 14 kann sich beispielsweise innerhalb des lokalen Arbeitsbereichs 14 befinden, oder aber auch weiter weg von dem Fahrzeug 1 , wie beispielsweise durch Fig. 2 gezeigt ist, gemäß welcher sich die Bäume 12 innerhalb des lokalen Umfelds 10 des Fahrzeugs 1 befinden. In diesem Fall kann die Prozessoreinheit 4 veranlassen, dass sich das Fahrzeug 1 unmittelbar in einen sicheren Zustand begibt, d.h. dass das Fahrzeug 1 vorzugsweise sofort zum Stillstand gebracht wird.
Bezuqszeichen Fahrzeug
globaler Arbeitsbereich des Fahrzeugs
GPS-Modul
Prozessoreinheit
Speichereinheit
Kommunikationsschnittstelle
Sensoreinheit
Computerprogrammprodukt
nicht-autonomes Gebiet
lokales Umfeld des Fahrzeugs
Baumreihe
Baum
Fahrspur
lokaler Arbeitsbereich des Fahrzeugs
Arbeitsweg
Felswand
Randbereich des globalen Arbeitsbereichs System zum autonomen Betrieb des Fahrzeugs Verfahrensschritt
Verfahrensschritt
Verfahrensschritt

Claims

Patentansprüche
1 . Prozessoreinheit (4) zum autonomen Betrieb eines Fahrzeugs (1 ) innerhalb eines sicheren Arbeitsbereichs, wobei die Prozessoreinheit (4) eine Schnittstelle (6) um fasst, wobei die Prozessoreinheit (4) dazu eingerichtet ist,
- mittels der Schnittstelle (6) auf eine von einem Modul (3) zur Positionsbestimmung durch eine globale Lokalisierung bestimmte Position eines Fahrzeugs (1 ) zuzugrei fen,
- mittels der Schnittstelle (6) auf eine von einer Sensoreinheit (7) generierte Umfel derfassung des Fahrzeugs (1 ) zuzugreifen,
- das Fahrzeug (1 ) basierend auf der durch die globale Lokalisierung bestimmten Position des Fahrzeugs (1 ) und basierend auf der von der Sensoreinheit (7) generier ten Umfelderfassung des Fahrzeugs (1 ) zu steuern.
2. Prozessoreinheit (4) nach Anspruch 1 , wobei die Prozessoreinheit (4) dazu einge richtet ist,
- in einem ersten Prüfungsschritt zu prüfen, ob sich die durch das Modul (3) zur Posi tionsbestimmung bestimmte Position innerhalb eines Arbeitsbereichs (2) befindet, wobei der Arbeitsbereich (2) als ein sicherer autonomer Arbeitsbereich des Fahr zeugs (1 ) vordefiniert ist,
- in einem zweiten Prüfungsschritt zu prüfen, ob die Umfelderfassung wenigstens ein potentielles Kollisionsobjekt (12, 16) abbildet, und
- das Fahrzeug (1 ) basierend auf den Ergebnissen der beiden Prüfungsschritte zu steuern.
3. Prozessoreinheit (4) nach Anspruch 2, wobei die Prozessoreinheit (4) dazu einge richtet ist, wenigstens eine der folgenden Maßnahmen einzuleiten, nämlich
- das Fahrzeug (1 ) in einen sicheren Zustand zu überführen,
- die Geschwindigkeit des Fahrzeugs (1 ) zu reduzieren und
- eine optische oder akustische Warnung zu geben,
wenn
- sich die durch das Modul (3) zur Positionsbestimmung bestimmte Position innerhalb des Arbeitsbereichs (2) befindet, und - die Umfelderfassung wenigstens ein potentielles Kollisionsobjekt (12, 16) abbildet.
4. Prozessoreinheit (4) nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Prozessoreinheit (4) dazu eingerichtet ist, zu erlauben, dass das Fahrzeug (1 ) ohne Einschränkungen autonom betrieben wird, wenn sich die durch das Modul (3) zur Positionsbestimmung be stimmte Position innerhalb des Arbeitsbereichs (2) befindet, und wenn die Umfelder fassung kein potentielles Kollisionsobjekt (12, 16) abbildet.
5. Prozessoreinheit (4) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Prozessorein heit (4) dazu eingerichtet ist, einen äußeren Randstreifen (17) des Arbeitsbereichs (2) zu definieren, und eine optische oder akustische Warnung einzuleiten, wenn sich das Fahrzeug (1 ) innerhalb des Randstreifens (17) befindet.
6. System (18) zum autonomen Betrieb eines Fahrzeugs (1 ) innerhalb eines sicheren Arbeitsbereichs, das System (18) umfassend
- ein Modul (3) zur Positionsbestimmung eines Fahrzeugs (1 ),
- eine Sensoreinheit (7) zur Erfassung eines Umfelds (10) des Fahrzeugs (1 ) und
- eine Prozessoreinheit (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
wobei
- das Modul (3) zur Positionsbestimmung dazu eingerichtet, eine Position eines Fahrzeugs (1 ) mittels einer globalen Lokalisierung zu bestimmen,
- die Sensoreinheit (7) dazu eingerichtet ist, eine Umfelderfassung des Fahrzeugs (1 ) zu generieren, und
- die Prozessoreinheit (4) dazu eingerichtet ist, das Fahrzeug (1 ) basierend auf der durch die globale Lokalisierung bestimmten Position des Fahrzeugs (1 ) und basie rend auf der von der Sensoreinheit (7) generierten Umfelderfassung des Fahrzeugs (1 ) zu steuern.
7. System (18) nach Anspruch 6, wobei die Prozessoreinheit (4) dazu eingerichtet ist,
- in einem ersten Prüfungsschritt zu prüfen, ob sich eine durch das Modul (3) zur Po sitionsbestimmung bestimmte Position innerhalb eines Arbeitsbereichs (2) befindet, wobei der Arbeitsbereich (2) als ein sicherer Arbeitsbereich des Fahrzeugs (1 ) vorde finiert ist, - in einem zweiten Prüfungsschritt zu prüfen, ob eine durch die Sensoreinheit (7) ge nerierte Umfelderfassung des Fahrzeugs (1 ) wenigstens ein potentielles Kollisionsob jekt (12, 16) abbildet, und
- das Fahrzeug (1 ) basierend auf den Ergebnissen der beiden Prüfungsschritte zu steuern.
8. System (18) nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Modul (3) zur Positionsbestim mung dazu eingerichtet ist, die Position des Fahrzeugs (1 ) mittels eines globalen Na vigationssatellitensystems zu bestimmen.
9. System (18) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei das Modul (3) zur Positi onsbestimmung dazu eingerichtet ist, die Position des Fahrzeugs (1 ) mittels eines Verfahrens zur gleichzeitigen Lokalisierung und Kartierung durchzuführen.
10. System (18) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die Sensoreinheit (7) zur Erfassung des Umfelds (10) des Fahrzeugs (1 ) wenigstens einen der folgenden Sen soren umfasst, nämlich
- einen Bildverarbeitungs-Sensor,
- einen Radar-Sensor,
- einen Laser-basierten Sensor und
- ein Odometer.
1 1 . System (18) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei die Sensoreinheit (7) da zu eingerichtet ist, wenigstens eines der folgenden Merkmale in dem Umfeld (10) des Fahrzeugs zu erfassen, nämlich
- eine Fahrspur (13),
- eine Pflanzreihe,
- eine Baumreihe (1 1 ) und
- eine Arbeitsweg (15).
12. Verfahren zum autonomen Betrieb eines Fahrzeugs (1 ) innerhalb eines sicheren Arbeitsbereichs, das Verfahren umfassend die Schritte: - Bestimmen einer Position eines Fahrzeugs (1 ) mittels einer globalen Lokalisierung durch ein Modul (3) zur Positionsbestimmung,
- Generieren einer Umfelderfassung des Fahrzeugs (1 ) durch eine Sensoreinheit (7),
- Steuern des Fahrzeugs (1 ) mittels einer Prozessoreinheit (4) basierend auf der durch die globale Lokalisierung bestimmten Position des Fahrzeugs (1 ) und basie rend auf der von der Sensoreinheit (7) generierten Umfelderfassung des Fahrzeugs (1 ), wobei die Prozessoreinheit (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgeformt ist.
13. Computerprogrammprodukt (8), wobei das Computerprogrammprodukt (8), wenn es auf einer Prozessoreinheit (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgeführt wird, die Prozessoreinheit (4) anleitet,
- mittels einer Schnittstelle (6) auf eine von einem Modul (3) zur Positionsbestim mung durch eine globale Lokalisierung bestimmte Position eines Fahrzeugs (1 ) zu zugreifen,
- mittels der Schnittstelle (6) auf wenigstens eine von einer Sensoreinheit (7) gene rierte Umfelderfassung des Fahrzeugs (1 ) zuzugreifen, und
- das Fahrzeug (1 ) basierend auf den Ergebnissen der beiden Prüfungsschritte zu steuern.
14. Computerprogrammprodukt (8) nach Anspruch 13, wobei das Computerpro grammprodukt (8), wenn es auf einer Prozessoreinheit (4) ausgeführt wird, die Pro zessoreinheit (4) anleitet,
- in einem ersten Prüfungsschritt zu prüfen, ob sich die durch das Modul (3) zur Posi tionsbestimmung bestimmte Position innerhalb eines Arbeitsbereichs (2) befindet, wobei der Arbeitsbereich (2) als ein sicherer Arbeitsbereich des Fahrzeugs (1 ) vorde finiert ist,
- in einem zweiten Prüfungsschritt zu prüfen, ob die Umfelderfassung wenigstens ein potentielles Kollisionsobjekt (12, 16) abbildet,
- das Fahrzeug (1 ) basierend auf den Ergebnissen der beiden Prüfungsschritte zu steuern.
15. Fahrzeug (1 ), das Fahrzeug (1 ) umfassend eine Prozessoreinheit (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und/oder ein System (18) nach einem der Ansprüche 6 bis 1 1 .
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