WO2020165054A1 - Verfahren zum stoppen eines autonomen fahrzeugs - Google Patents

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    • G01S19/50—Determining position whereby the position solution is constrained to lie upon a particular curve or surface, e.g. for locomotives on railway tracks

Definitions

  • the present invention relates to a method for defining a work area for a vehicle with the features of claim 1, a control device with the features of claim 7, a computer program product with the features of claim 8, and a vehicle with the features of claim 9.
  • DE 10 2006 054 346 A1 discloses a mobile satellite-supported navigation device and a method for determining the geographical position of a vehicle.
  • the present invention is based on the object of proposing a method for stopping an autonomous vehicle which can be used even if a position determination fails.
  • the present invention proposes a method for defining a work area for a vehicle according to claim 1, a control device according to claim 7, a computer program product according to claim claim 8, and a vehicle according to claim 9 before. Further advantageous refinements and developments emerge from the subclaims.
  • a position determination system of the vehicle In a method for stopping an autonomous vehicle, wherein the vehicle moves along a target trajectory. There is a failure of a position determination system of the vehicle.
  • the position determination system is set up to determine a position of the vehicle by means of a global navigation satellite system.
  • a target speed of the vehicle is set at 0 km / h.
  • a current position of the vehicle is calculated using odometry. Starting from the calculated current position, the vehicle continues to move on the target trajectory until it stops on the target trajectory.
  • the vehicle here is an off-road utility vehicle, e.g. B. an agricultural or forestry vehicle, namely an agricultural machine, a construction machine, an industrial truck, a snow groomer, a mining vehicle, a cleaning machine, or another utility vehicle.
  • the vehicle is an agricultural vehicle.
  • the vehicle is designed in such a way that it can drive autonomously and that it can carry out other automated functions if necessary.
  • automated functions can be: the application of seeds, grit, bulk material, fertilizers, herbicides, pesticides, fungicides or the like; harvesting, cutting or clearing plants or the like; turning, loosening or removing soil; a transport of goods.
  • the vehicle preferably only performs these automated functions and autonomous driving within a work area.
  • the off-road area refers to the area that is located away from roads and paths, for example areas used for agriculture or forestry, construction site areas, company premises, etc.
  • the work area is the area within which the vehicle should be in order to do its work. For example, if it is a rural economical vehicle, the work area can be worked on an agricultural area such. B. be a field or a plantation.
  • the work area has a boundary that separates it from its surroundings. This limitation can be defined, for example, by a property boundary, field boundary or floor boundary.
  • the vehicle moves along a target trajectory.
  • This target trajectory can for example have been planned by means of a control device of the vehicle. This can, for example, carry out trajectory planning using software.
  • the target trajectory represents the trajectory along which the vehicle is to move. It is also planned which sections of the target trajectory can be driven at what speed, with what acceleration and with what steering angle.
  • position data are required for the vehicle.
  • This position data is determined by means of the position determination system of the vehicle.
  • the vehicle's position determination system uses the global navigation satellite system (GNSS).
  • GNSS global navigation satellite system
  • GPS coordinates of the vehicle can be determined. This makes it possible to clearly determine the global position at which the vehicle is located.
  • the coordinates of the target trajectory that the vehicle is to travel are determined by means of the GNSS.
  • the vehicle can be controlled by means of the control device in such a way that it moves along the target trajectory.
  • a failure of the position determination system can be caused, for example, by a malfunction of the position determination system itself.
  • the failure of the positioning system can be caused by a disturbance in the GNSS.
  • the failure of the position determination system can be caused by a disruption of a transmission of the GNSS.
  • the consequence of the failure is that the global position of the vehicle can no longer be determined using the GNSS. As a result, it is no longer possible to reliably follow the target trajectory.
  • the target speed of the vehicle is set at 0 km / h. This is done by means of the control device of the vehicle.
  • the control device is connected to a drive system of the vehicle.
  • control device is connected to an actuator system of the drive system of the vehicle.
  • This connection is such that data and signals can be exchanged.
  • the connection can be made cordless or wired, for example.
  • the control device like the individual actuators of the drive system, has at least one interface via which the data and signal exchange can take place.
  • the control device is set up to control the actuators of the drive system of the vehicle.
  • the drive system of the vehicle includes, for example, an engine unit, e.g. B. an electric motor, an internal combustion engine o. ⁇ ., A Ge gear, a steering system, and a braking system.
  • the control device can control the actuators of these elements just mentioned in such a way that, for example, a drive torque is made available that a steering angle is set on the wheels of the vehicle, that the vehicle is braked or the like. In other words, the control device can control the vehicle enable them to drive autonomously.
  • the control device controls the actuators of the drive system so that the vehicle is braked and no more drive torque is provided. Until the vehicle is stopped, however, it covers a certain braking distance depending on its initial speed. This braking distance is to be selected in such a way that it lies on the target trajectory. It is therefore necessary to determine the current position of the vehicle despite the failure of the position determination system.
  • a current position of the vehicle is calculated using odometry.
  • odometry By means of odometry, it is possible to infer its current position based on the data determined about the movement of the vehicle. This movement data can be used to determine the speed at which the vehicle is moving in which direction away. This in turn allows conclusions to be drawn about the vehicle's coordinates.
  • Based on the last known coordinates of the vehicle it is calculated where the vehicle is after a certain period of time after the position determination system has failed and will be until it stops. This calculation can be done, for example, by means of the control device which uses a computer program product for this purpose.
  • the vehicle Starting from the calculated current position, the vehicle is moved further on the target trajectory until it stops on the target trajectory.
  • the coordinates of the target trajectory to be traveled are known from trajectory planning.
  • the control device accordingly controls the actuators of the drive system of the vehicle in such a way that it reduces its speed to 0 km / h, but at the same time does not leave the target trajectory.
  • the control device can adjust a steering angle of the vehicle, for example.
  • the advantage of the method presented is that, even if the position determination system fails, the vehicle is kept on the target trajectory until it comes to a standstill. This prevents damage or accidents from occurring in the vicinity of the target trajectory of the vehicle. For example, in an agricultural vehicle which works on an agricultural area, a lane is not left, so that the seeds are not damaged.
  • the coordinates calculated by means of odometry are less precise than the coordinates determined by means of GNSS, but are sufficient to safely stop the vehicle.
  • the current position of the vehicle is calculated using a kinematic vehicle model.
  • This kinematic vehicle model is based on data from the vehicle's steering angle sensors.
  • the kinematic vehicle model is based on data from the speed sensors of the vehicle, on data from the speed sensors of the vehicle and / or on data from the acceleration sensors of the vehicle.
  • Suitable steering angle sensors, speed sensors, speed sensors and acceleration sensors are known from the prior art.
  • the distance covered and to be covered can be calculated from the data on the speed, acceleration or wheel speeds of the vehicle.
  • An orientation of the vehicle can be calculated from the data on the steering angle of the vehicle. Data on the steering angle and data on the wheel speed are preferably used.
  • the kinematic vehicle model can be used to calculate the direction in which the vehicle is moving.
  • the current position of the vehicle is calculated using the data from an inertial measuring unit.
  • the inertial measurement unit is called the inertial measurement unit (IMU).
  • IMU inertial measurement unit
  • This inertial measuring unit supplies data relating to the acceleration of the vehicle in all three spatial directions, as well as data relating to a rotational movement of the vehicle in all three spatial directions.
  • the current position of the vehicle is calculated using radar, lidar or visual odometry.
  • data from a radar system, a lidar system, an ultrasound system, an infrared system and / or a camera system are used.
  • the distance between the vehicle and objects in the vicinity can be determined on the basis of the data from these systems. Starting from this distance, which changes due to the movement of the vehicle, the current position of the vehicle can be calculated by means of odometry.
  • the vehicle is also stopped within the work area. In other words, the vehicle is both kept on the target trajectory and stopped within the working area.
  • the work area can be demarcated from an environment by means of additional delimitations, for example by means of a physical or virtual fence.
  • This additional delimitation can be detected, for example, by means of the vehicle's own sensors, e.g. B. by means of imaging sensor systems.
  • the work area can only be defined using coordinates. These are known to the control device of the vehicle, for example they are stored in a memory.
  • the control device controls the actuators of the drive system of the vehicle based on the current calculated position of the vehicle and based on the data for delimiting the work area. For example, a stronger braking of the vehicle can be initiated so that the working area is not left. This is advantageous when the failure of the position determination system occurs near the boundary of the working area. This can prevent the vehicle from presenting an accident risk to the environment outside the work area.
  • the calculated current position of the vehicle is checked for plausibility by means of a trilateration based on radio signals.
  • the vehicle can have a communication device with which the vehicle can communicate via radio signals with a control center, with a cloud, with other vehicles (C2C) and / or with an infrastructure (C2I).
  • C2C vehicles
  • C2I infrastructure
  • a radio standard is used for this communication, for example WLan, LTE, UMTS, Zig-Bee, Bluetooth or the like.
  • the communication device has at least one interface by means of which it is connected to the control device of the vehicle. This connection is such that data and signals can be exchanged.
  • radio networks such. B. the cellular network, several transmitters that are spaced apart.
  • the vehicle is thereby connected to the transmitters by means of its communication device.
  • the communication device itself or the control device can use trilateration to determine which position the vehicle occupies in relation to at least three of these transmitters. If the global position of the Sen is also known, z. B. in GPS coordinates, the current position of the vehicle can be estimated. This makes it possible to check the plausibility of the current position of the vehicle, which was calculated by odometry.
  • the control device for the vehicle can be connected to a drive system of the vehicle, to at least one sensor system of the vehicle and to a position determination system of the vehicle.
  • the control device has means which are set up to stop the vehicle according to the method steps that have already been described in the previous description.
  • the control device has a number of interfaces via which the connections between the control device and further elements can be established.
  • the control device is connected to the actuators of the drive system, so that the control device can control them. This has already been described in the previous description.
  • the control device can be designed, for example, as an ECU or a domain ECU.
  • the control device can be connected to the at least one sensor system of the vehicle.
  • the at least one sensor system can include a steering angle sensor system, an acceleration sensor system, a speed sensor system, a speed sensor system, or imaging sensors for detecting the surroundings, e.g. B. have a radar, lidar, or camera system.
  • the vehicle can have a combination of these sensor systems just mentioned.
  • the connection between the control device and the at least one sensor system is such that data and signals can be exchanged.
  • the connections can be wireless or wired.
  • control device can be connected to the position determination system.
  • the position determination system delivers the in regular operation Coordinates of the vehicle to the control device, so that trajectory planning and driving of the target trajectory can take place. This has already been described in the previous description.
  • control device can be connected to the communication device of the vehicle.
  • the control device has means which are set up to stop the vehicle according to the method steps that have already been described in the previous description.
  • These means can be, for example, a computer program product, by means of which the method steps can be carried out which are required to stop the vehicle. These are: determining the failure of the positioning system; lowering the speed to 0km / h; calculating the current position of the vehicle using odometry; moving the vehicle on the target trajectory until the vehicle stops.
  • the computer program product comprises commands which, when the program is executed by the control device, execute the method that has already been described in the previous description.
  • the computer program product uses a program code that can be embodied on a data carrier or as a downloadable data stream.
  • a vehicle has a control device that has already been described in the previous description.
  • the vehicle has a position determination system, at least one sensor system and a drive system.
  • the control device is connected to the position determination system, to the sensor system and to the drive system.
  • the vehicle can have a communication device.
  • the at least one sensor system can have, in addition to the already described sensor system, one radar sensor or one lidar sensor per wheel. These sensors can be arranged behind each wheel in the direction of travel. The data obtained in this way makes it possible to determine the vehicle's own movement. Thus, it would be possible to compensate for inaccuracies in the odometry, the z. B. because of Unevenness in the work area z. B. can occur because of vegetation. In addition, a float angle of the vehicle could thus also be determined.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a method according to aforementionedsbei game
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a vehicle in a work area that uses a method according to the exemplary embodiment from FIG. 1.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a method V according to an exemplary embodiment.
  • the vehicle moves autonomously on a target trajectory that was planned by means of a control device of the vehicle.
  • the global position of the vehicle can be clearly determined by means of a position determination system of the vehicle, since the position determination system is still working correctly. The coordinates of the vehicle are therefore known at all times.
  • a failure of the position determination system is determined. For example, position data can no longer be received from a GNSS or the position determination system is defective. As soon as current coordinates of the vehicle can no longer be determined by means of the position determination system, it is necessary to bring the vehicle safely to a standstill.
  • a setpoint speed of the vehicle is set at 0 km / h by the control device of the vehicle.
  • the STEU therefore controls a drive system of the vehicle so that braking is initiated.
  • a current position of the vehicle is calculated on the basis of data by means of odometry to move the vehicle. These data are determined by means of at least one sensor system of the vehicle. The current position is calculated, for example, using data relating to the wheel speeds and data relating to a steering angle of the vehicle.
  • a fourth step 104 the vehicle is controlled by the control device on the basis of the calculated current position of the vehicle and on the basis of the known target trajectory in such a way that it comes to a standstill on the target trajectory at a safe stop position.
  • the control device thus controls the drive system of the vehicle in such a way that its longitudinal and lateral guidance is adapted in such a way that it continues to move on the target trajectory during the entire braking process until it finally stops.
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a vehicle 1 in a work area 5 that uses a method according to the exemplary embodiment from FIG. 1.
  • the work area 5 is an agricultural area that is delimited by a boundary 12 from the environment.
  • the vehicle 1 moves autonomously along its target trajectory 2 within the working area 5.
  • This target trajectory 2 lies on a predefined lane 11 within the working area 5.
  • the vehicle 1 has a drive system 7, a control device 6, a position determination system 8 and a sensor system 9.
  • the control device 6 is connected to the position determination system 8 so that data and signal exchange can take place.
  • the control device 6 is connected to the drive system 6 so that data and signals can be exchanged.
  • the control device 6 is connected to the sensor system 9 so that a data and signal exchange can follow.
  • the position determination system 8 is used to determine a global position of the vehicle 1. This is usually connected to the GNSS. However, the GNSS cannot be reached here. As a result, the global position of vehicle 1 and thus the coordinates of vehicle 1 cannot be determined.
  • the sensor system 9 has a wheel speed sensor system and a steering angle sensor system. Using the data from these sensors, the control device 6 can calculate the current position 4 of the vehicle 1 by means of odometry. This makes it possible to keep the vehicle 1 on the target trajectory 2.
  • the current position can be calculated using data from an IMU. Again as an alternative to this, the current position can be calculated using radar, lidar or visual odometry.
  • the control device 6 controls the drive system 7 of the vehicle 1 in such a way that the vehicle 1 is braked and at the same time remains on the target trajectory 2. That is, a longitudinal guidance and a lateral guidance of the vehicle 1 are adapted. The vehicle 1 thus continues to move in the direction of travel 3 until it comes to a standstill at the safe stop position 10. It can thus be guaranteed that the vehicle 1 will nevertheless safely come to a standstill due to the failure of the position determination system 8.

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Stoppen eines autonomen Fahrzeugs (1) bewegt sich das Fahrzeug entlang einer Soll-Trajektorie (2). Es tritt ein Ausfall eines Positionsbestimmungssystems (8) des Fahrzeugs auf. Das Positionsbestimmungssystem ist dazu eingerichtet, mittels eines globalen Navigationssatellitensystem (GNSS) eine Position des Fahrzeugs zu bestimmen. Eine Soll-Geschwindigkeit (3) des Fahrzeugs wird auf 0 km/h festgelegt. Mittels Odometrie wird eine aktuelle Position (4) des Fahrzeugs berechnet. Ausgehend von der berechneten aktuellen Position wird das Fahrzeug weiter auf der Soll- Trajektorie bewegt, bis dieses auf der Soll-Trajektorie stoppt.

Description

Verfahren zum Stoppen eines autonomen Fahrzeugs
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Festlegen eines Arbeitsbereichs für ein Fahrzeug mit den Merkmalen nach Anspruch 1 , eine Steuereinrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 7, ein Computerprogrammprodukt mit den Merkma len nach Anspruch 8, und ein Fahrzeug mit den Merkmalen nach Anspruch 9.
Die heutigen autonomen Fahrzeuge setzen ein valides GNSS-Signal für die Naviga tion voraus. Eine aktualisierte GNSS-Position steht nur nach einem verhältnismäßig langen Zeitfenster zur Verfügung. Um dieses Zeitfenster zu überbrücken, sind die heutigen Navigationslösungen i. d. R. mit einem Beschleunigungssensor ausgestat tet. Fällt das GNSS Signal allerdings über einen längeren Zeitraum aus (größer ein bis zwei Sekunden) oder arbeitet das System plötzlich ungenau (z. B. durch Störun gen in der Ionosphäre), so kann das Fahrzeug nicht mehr lokalisiert werden und muss in einen sicheren Betriebszustand überführt werden. Daher ist bei einem GNSS-Ausfall kein Betrieb des autonomen Fahrzeugs mehr möglich. Wird das Fahr zeug aufgrund eines GNSS-Ausfalls nicht auf einer geplanten Trajektorie zum Stills and gebracht, kann es zu Kollisionen, Personenschäden oder bei landwirtschaftli chen Maschinen und Fahrzeugen zu Schäden auf dem Feld kommen.
Aus DE 10 2006 054 346 A1 ist ein mobiles satellitengestütztes Navigationsgerät und ein Verfahren zur Bestimmung der geographischen Position eines Fahrzeugs bekannt.
Der vorliegenden Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zu Grunde, eine Methode zum Stoppen eines autonomen Fahrzeugs vorzuschlagen, welche selbst bei einem Ausfall einer Positionsbestimmung angewendet werden kann.
Die vorliegende Erfindung schlägt ausgehend von der vorgenannten Aufgabe ein Verfahren zum Festlegen eines Arbeitsbereichs für ein Fahrzeug nach Anspruch 1 , eine Steuereinrichtung nach Anspruch 7, ein Computerprogrammprodukt nach An- spruch 8, und ein Fahrzeug nach Anspruch 9 vor. Weitere vorteilhafte Ausgestal tungen und Weiterbildungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Bei einem Verfahren zum Stoppen eines autonom Fahrzeugs, wobei bewegt sich das Fahrzeug entlang einer Soll-Trajektorie. Es tritt ein Ausfall eines Positionsbestim mungssystems des Fahrzeugs auf. Das Positionsbestimmungssystem ist dazu einge richtet, mittels eines globalen Navigationssatellitensystems eine Position des Fahr zeugs zu bestimmen. Eine Soll-Geschwindigkeit des Fahrzeugs wird auf 0 km/h fest gelegt. Mittels Odometrie wird eine aktuelle Position des Fahrzeugs berechnet. Aus gehend von der berechneten aktuellen Position wird das Fahrzeug weiter auf der Soll-Trajektorie bewegt, bis dieses auf der Soll-Trajektorie stoppt.
Das Fahrzeug ist hierbei ein Off-Road-Nutzfahrzeug, z. B. ein landwirtschaftliches oder forstwirtschaftliches Fahrzeug, nämlich eine Landmaschine, eine Baumaschine, ein Flurförderfahrzeug, ein Pistenfahrzeug, ein Bergbaufahrzeug, eine Reinigungs maschine, oder ein anderes Nutzfahrzeug. Vorzugsweise ist das Fahrzeug ein land wirtschaftliches Fahrzeug.
Das Fahrzeug ist dabei derart ausgeformt, dass es autonom fahren kann und dass es ggf. weitere automatisierte Funktionen durchführen kann. Beispielsweise können automatisierte Funktionen sein: ein Ausbringen von Saatgut, Streugut, Schüttgut, Düngemittel, Herbiziden, Pestiziden, Fungiziden oder dergleichen; ein Ernten, Be schneiden oder Roden von Pflanzen o. ä.; ein Wenden, Lockern oder Abtragen von Erdreich; ein Befördern von Gütern. Diese automatisierten Funktionen sowie das au tonome Fahren führt das Fahrzeug vorzugsweise nur innerhalb eines Arbeitsbereichs aus.
Der Off-Road -Bereich bezeichnet denjenigen Bereich, der sich abseits von Straßen und Wegen befindet, beispielsweise landwirtschaftlich oder forstwirtschaftlich genutz te Flächen, Baustellenbereiche, Firmengelände o. ä.
Der Arbeitsbereich ist derjenige Bereich, innerhalb dessen sich das Fahrzeug aufhal ten soll, um seine Arbeit zu verrichten. Handelt es sich beispielsweise um ein land- wirtschaftliches Fahrzeug kann der Arbeitsbereich eine zu bearbeitende landwirt schaftliche Fläche, z. B. ein Feld oder eine Plantage sein. Der Arbeitsbereich weist eine Begrenzung auf, die diesen von der Umgebung abgrenzt. Diese Begrenzung kann beispielsweise durch eine Grundstücksgrenze, Feldgrenze oder Flurgrenze festgelegt sein.
Das Fahrzeug bewegt sich entlang einer Soll-Trajektorie. Diese Soll-Trajektorie kann beispielsweise mittels einer Steuereinrichtung des Fahrzeugs geplant worden sein. Diese kann beispielsweise mittels einer Software eine Trajektorien-Planung durch führen. Die Soll-Trajektorie stellt in anderen Worten die Trajektorie dar, entlang wel cher sich das Fahrzeug bewegen soll. Dabei wird zusätzlich geplant, welche Ab schnitte der Soll-Trajektorie mit welcher Geschwindigkeit, mit welcher Beschleuni gung und mit welchem Lenkwinkel gefahren werden können.
Um die Soll-Trajektorie planen und abfahren zu können, sind Positionsdaten für das Fahrzeug nötig. Diese Positionsdaten werden mittels des Positionsbestimmungssys tems des Fahrzeugs ermittelt. Das Positionsbestimmungssystem des Fahrzeugs be dient sich dabei des globalen Navigationssatellitensystems (GNSS). Dadurch können beispielsweise GPS-Koordinaten des Fahrzeugs bestimmt werden. Somit ist eindeu tig bestimmbar, an welcher globalen Position sich das Fahrzeug befindet. Weiterhin werden mittels des GNSS die Koordinaten der Soll-Trajektorie ermittelt, die das Fahrzeug abfahren soll. Ausgehend davon kann das Fahrzeug mittels der Steuerein richtung derart gesteuert werden, dass es sich entlang der Soll-Trajektorie bewegt.
Ein Ausfall des Positionsbestimmungssystems kann beispielweise durch eine Stö rung des Positionsbestimmungssystems selbst verursacht werden. Alternativ dazu kann der Ausfall des Positionsbestimmungssystems durch eine Störung des GNSS verursacht werden. Alternativ dazu kann der Ausfall des Positionsbestimmungssys tems durch eine Störung einer Übertragung des GNSS verursacht werden. Die Folge des Ausfalls ist, dass die globale Position des Fahrzeugs mittels des GNSS nicht mehr bestimmbar ist. Dadurch ist ein sicheres Abfahren der Soll-Trajektorie nicht mehr gewährleistet. Sobald der Ausfall des Positionsbestimmungssystems auftritt und es somit nicht mehr möglich ist, die globale Position des Fahrzeugs zu ermitteln, wird die Soll- Geschwindigkeit des Fahrzeugs auf 0 km/h festgelegt. Dies erfolgt mittels der Steu ereinrichtung des Fahrzeugs. Die Steuereinrichtung ist mit einem Antriebssystem des Fahrzeugs verbunden. Genauer ist die Steuereinrichtung mit einer Aktuatorik des Antriebssystems des Fahrzeugs verbunden. Diese Verbindung ist derart, dass ein Daten- und Signalaustausch erfolgen kann. Die Verbindung kann beispielsweise ka bellos oder kabelgebunden erfolgen. Zu diesem Zweck weist die Steuereinrichtung ebenso wie die einzelnen Aktuatoren des Antriebssystems wenigstens eine Schnitt stelle auf, über welche der Daten- und Signalaustausch erfolgen kann.
Die Steuereinrichtung ist dazu eingerichtet, die Aktuatorik des Antriebssystems des Fahrzeugs anzusteuern. Das Antriebssystem des Fahrzeugs weist beispielsweise eine Motoreinheit, z. B. einen Elektromotor, einen Verbrennungsmotor o. ä., ein Ge triebe, ein Lenksystem, und ein Bremssystem auf. Die Steuereinrichtung kann die Aktuatorik dieser eben genannten Elemente derart ansteuern, dass beispielsweise ein Antriebsmoment zur Verfügung gestellt wird, dass an den Rädern des Fahrzeugs ein Lenkwinkel eingestellt wird, dass das Fahrzeug abgebremst wird o. ä. In anderen Worten kann die Steuereinrichtung das Fahrzeug dazu befähigen, autonom zu fah ren.
Um die Geschwindigkeit des Fahrzeugs auf 0km/h festzulegen, steuert die Steuerein richtung somit die Aktuatorik des Antriebssystems an, so dass das Fahrzeug abge bremst wird und kein Antriebsmoment mehr bereitgestellt wird. Bis das Fahrzeug al lerdings gestoppt ist, legt es je nach seiner Anfangsgeschwindigkeit einen gewissen Bremsweg zurück. Dieser Bremsweg ist derart zu wählen, dass dieser auf der Soll- Trajektorie liegt. Daher ist es nötig, die aktuelle Position des Fahrzeugs trotz Ausfall des Positionsbestimmungssystems zu ermitteln.
Mittels Odometrie wird eine aktuelle Position des Fahrzeugs berechnet. Mittels Odo- metrie kann ausgehend von ermittelten Daten zur Bewegung des Fahrzeugs auf sei ne aktuelle Position geschlossen werden. Mittels dieser Bewegungsdaten kann ermit telt werden, mit welcher Geschwindigkeit sich das Fahrzeug in welche Richtung be- wegt. Daraus kann wiederum auf Koordinaten des Fahrzeugs geschlossen werden. Dabei wird ausgehend von den letzten bekannten Koordinaten des Fahrzeugs be rechnet, an welcher Stelle sich das Fahrzeug nach einer gewissen Zeitspanne, nachdem das Positionsbestimmungssystem ausgefallen ist, befindet und sich bis zum Stopp befinden wird. Diese Berechnung kann beispielsweise mittels der Steuer einrichtung erfolgen, die sich dazu eines Computerprogrammprodukts bedient.
Ausgehend von der berechneten aktuellen Position wird das Fahrzeug weiter auf der Soll-Trajektorie bewegt, bis dieses auf der Soll-Trajektorie stoppt. Die Koordinaten der abzufahrenden Soll-Trajektorie sind aus der Trajektorien-Planung bekannt. Die Steuereinrichtung steuert demnach die Aktuatorik des Antriebssystems des Fahr zeugs derart an, dass dieses seine Geschwindigkeit auf 0 km/h reduziert, jedoch gleichzeitig die Soll-Trajektorie nicht verlässt. Dazu kann die Steuereinrichtung bei spielsweise eine Anpassung eines Lenkwinkels des Fahrzeugs vornehmen.
Vorteilhaft an dem vorgestellten Verfahren ist, dass selbst bei Ausfall des Positions bestimmungssystems das Fahrzeug auf der Soll-Trajektorie gehalten wird bis es zum Stillstand kommt. Dadurch wird verhindert, dass es zu Beschädigungen oder Unfällen im Umfeld der Soll-Trajektorie des Fahrzeugs kommt. Beispielsweise wird bei einem landwirtschaftlichen Fahrzeug, welches eine landwirtschaftliche Fläche bearbeitet, eine Fahrspur nicht verlassen, so dass keine Schädigung des Saatguts eintritt. Die mittels Odometrie berechneten Koordinaten sind weniger genau als die mittels GNSS bestimmten Koordinaten, reichen aber für ein sicheres Stoppen des Fahrzeugs aus.
Nach einer weiterbildenden Ausführungsform wird die aktuelle Position des Fahr zeugs mittels eines kinematischen Fahrzeugmodells berechnet. Dieses kinematische Fahrzeugmodell beruht auf Daten der Lenkwinkel-Sensorik des Fahrzeugs. Weiterhin beruht das kinematische Fahrzeugmodell auf Daten der Drehzahl-Sensorik des Fahrzeugs, auf Daten der Geschwindigkeits-Sensorik des Fahrzeugs und/oder auf Daten der Beschleunigungs-Sensorik des Fahrzeugs. Geeignete Lenkwinkel- Sensorik, Drehzahl-Sensorik, Geschwindigkeits-Sensorik und Beschleunigungs- Sensorik sind aus dem Stand der Technik bekannt. Aus den Daten zur Geschwindigkeit, Beschleunigung oder zu Raddrehzahlen des Fahrzeugs kann die zurückgelegte und zurückzulegende Strecke berechnet werden. Aus den Daten zum Lenkwinkel des Fahrzeugs kann eine Orientierung des Fahr zeugs berechnet werden. Vorzugsweise werden Daten zum Lenkwinkel sowie Daten zur Raddrehzahl herangezogen. In anderen Worten kann mittels des kinematischen Fahrzeugmodells berechnet werden, in welche Richtung sich das Fahrzeug fortbe wegt.
Dadurch ist es möglich die aktuelle Position des Fahrzeugs unabhängig von dem Positionsbestimmungssystem auf einfache Art und Weise zu ermitteln. Vorteilhaft ist, dass bereits vorhandene Sensorik genutzt wird, um die aktuelle Position des Fahr zeugs zu ermitteln.
Nach einer weiterbildenden Ausführungsform wird die aktuelle Position des Fahr zeugs mittels der Daten einer inertialen Messeinheit berechnet. Die inertialen Mess einheit wird im Englischen als inertial measurement unit (IMU) bezeichnet. Diese inertiale Messeinheit liefert Daten bezüglich der Beschleunigung des Fahrzeugs in alle drei Raumrichtungen, sowie Daten bezüglich einer Rotationsbewegung des Fahrzeugs in alle drei Raumrichtungen. Somit kann auf die Orientierung des Fahr zeugs im Raum, sowie auf die Bewegung des Fahrzeugs geschlossen werden. Dar aus kann die aktuelle Position des Fahrzeugs unabhängig von dem Positionsbe stimmungssystem auf einfache Art und Weise ermittelt werden.
Nach einer weiterbildenden Ausführungsform wird die aktuelle Position des Fahr zeugs mittels Radar-, Lidar-, oder visueller Odometrie berechnet. Dabei wird auf Da ten eines Radarsystems, eines Lidarsystems, eines Ultraschallsystems, eines Infra rotsystems und/oder eines Kamerasystem zurückgegriffen. Diese Systeme lassen sich unter dem Oberbegriff der bildgebenden Sensorsysteme zusammenfassen. Ausgehend von den Daten dieser Systeme kann ein Abstand des Fahrzeugs zu Ob jekten in der Umgebung bestimmt werden. Ausgehend von diesem Abstand, welcher sich durch die Bewegung des Fahrzeugs ändert, kann mittels der Odometrie die ak tuelle Position des Fahrzeugs berechnet werden. Nach einer weiterbildenden Ausführungsform wird das Fahrzeug zusätzlich innerhalb des Arbeitsbereichs gestoppt. In anderen Worten wird das Fahrzeug sowohl auf der Soll-Trajektorie gehalten als auch innerhalb des Arbeitsbereichs gestoppt. Beispiels weise kann der Arbeitsbereich mittels zusätzlicher Abgrenzungen zu einer Umge bung abgegrenzt sein, beispielsweise mittels eines physischen oder virtuellen Zauns. Diese zusätzliche Abgrenzung kann beispielsweise mittels fahrzeugeigener Sensorik erfasst werden, z. B. mittels bildgebender Sensorsysteme. Alternativ dazu kann der Arbeitsbereich nur mittels Koordinaten definiert sein. Diese sind der Steuereinrich tung des Fahrzeugs bekannt, beispielsweise sind diese in einem Speicher hinterlegt.
Um das Fahrzeug innerhalb des Arbeitsbereichs zu stoppen, steuert die Steuerein richtung die Aktuatorik des Antriebssystems des Fahrzeugs an ausgehend von der aktuellen berechneten Position des Fahrzeug und ausgehend von den Daten zur Ab grenzung des Arbeitsbereichs. Beispielsweise kann ein stärkeres Abbremsen des Fahrzeugs eingeleitet werden, so dass der Arbeitsbereich nicht verlassen wird. Dies ist dann von Vorteil, wenn der Ausfall des Positionsbestimmungssystems nahe der Begrenzung des Arbeitsbereichs auftritt. Dadurch kann verhindert werden, dass das Fahrzeug ein Unfall-Risiko für die Umgebung außerhalb des Arbeitsbereichs dar stellt.
Nach einer weiterbildenden Ausführungsform wird die berechnete aktuelle Position des Fahrzeugs mittels einer Trilateration ausgehend von Funksignalen plausibilisiert. Beispielsweise kann das Fahrzeug eine Kommunikationseinrichtung aufweisen, mit tels welcher das Fahrzeug über Funksignale mit einer Zentrale, mit einer Cloud, mit anderen Fahrzeugen (C2C) und/oder mit einer Infrastruktur (C2I) kommunizieren kann. Dies kann als C2X-Kommunikation bezeichnet werden. Für diese Kommunika tion wird sich eines Funkstandards bedient, beispielsweise WLan, LTE, UMTS, Zig- Bee, Bluetooth o. ä. Die Kommunikationseinrichtung weist wenigstens eine Schnitt stelle auf, mittels welcher diese mit der Steuereinrichtung des Fahrzeugs verbunden ist. Diese Verbindung ist derart, dass ein Daten- und Signalaustausch erfolgen kann.
Damit eine Kommunikation gewährleistet werden kann weisen Funknetze, z. B. das Mobilfunknetz, mehrere Sender auf, die beabstandet zueinander angeordnet sind. Das Fahrzeug ist dadurch mittels seiner Kommunikationseinrichtung verbunden mit den Sendern. Von der Kommunikationseinrichtung selbst oder von der Steuereinrich tung kann mittels Trilateration ermittelt werden, welche Position das Fahrzeug zu wenigstens drei dieser Sender einnimmt. Ist zusätzlich die globale Position der Sen der bekannt, z. B. in GPS-Koordinaten, kann die aktuelle Position des Fahrzeugs geschätzt werden. Dadurch ist es möglich, die aktuelle Position des Fahrzeugs, die durch Odometrie berechnet wurde, zu plausibilisieren.
Die Steuereinrichtung für das Fahrzeug ist mit einem Antriebssystem des Fahrzeugs, mit wenigstens einem Sensorsystem des Fahrzeugs und mit einem Positionsbestim mungssystem des Fahrzeugs verbindbar. Die Steuereinrichtung weist Mittel auf, die dazu eingerichtet sind, das Fahrzeug nach den Verfahrensschritten zu stoppen, die bereits in der vorherigen Beschreibung beschrieben worden sind.
Die Steuereinrichtung weist mehrere Schnittstellen auf, über die die Verbindungen zwischen der Steuereinrichtung und weiteren Elementen hergestellt werden können. Die Steuereinrichtung ist mit der Aktuatorik des Antriebssystems verbunden, so dass die Steuereinrichtung diese ansteuern kann. Dies wurde bereits in der vorherigen Beschreibung beschrieben. Die Steuereinrichtung kann beispielsweise als ECU oder Domain-ECU ausgebildet sein.
Die Steuereinrichtung kann mit dem wenigstens einen Sensorsystem des Fahrzeugs verbunden werden. Das wenigstens eine Sensorsystem kann eine Lenkwinkel- Sensorik, eine Beschleunigungs-Sensorik, eine Geschwindigkeits-Sensorik, eine Drehzahl-Sensorik, oder bildgebende Sensorik zur Umfelderfassung, z. B. ein Radar- , Lidar-, oder Kamerasystem, aufweisen. Selbstverständlich kann das Fahrzeug eine Kombination dieser eben genannten Sensorik-Systeme aufweisen. Die Verbindung zwischen der Steuereinrichtung und dem wenigstens einen Sensorsystem ist derart, dass ein Daten- und Signalaustausch erfolgen kann. Die Verbindungen können drahtlos oder kabelgebunden ausgeformt sein.
Weiterhin kann die Steuereinrichtung mi dem Positionsbestimmungssystem verbun den sein. Das Positionsbestimmungssystem liefert in einem regulären Betrieb die Koordinaten des Fahrzeugs an die Steuereinrichtung, so dass eine Trajektorien- Planung und ein Abfahren der Soll-Trajektorie erfolgen kann. Dies wurde bereits in der vorherigen Beschreibung beschrieben. Zusätzlich kann die Steuereinrichtung mit der Kommunikationseinrichtung des Fahrzeugs verbunden sein.
Die Steuereinrichtung weist Mittel auf, die dazu eingerichtet sind, das Fahrzeug nach den Verfahrensschritten zu stoppen, die bereits in der vorherigen Beschreibung be schrieben worden sind. Diese Mittel können beispielsweise ein Computerprogramm produkt sein, mittels welchem die Verfahrensschritte durchgeführt werden können, die benötigt werden, um das Fahrzeug zu stoppen. Diese sind: das Feststellen des Ausfalls des Positionsbestimmungssystems; das Absenken der Geschwindigkeit auf 0km/h; das Berechnen der aktuellen Position des Fahrzeugs mittels Odometrie; das Bewegen des Fahrzeugs auf der Soll-Trajektorie bis das Fahrzeug stoppt.
Das Computerprogrammprodukt umfasst Befehle, die bei einer Ausführung des Pro gramms durch die Steuereinrichtung, das Verfahren ausführen, das bereits in der vorherigen Beschreibung beschrieben wurde. Das Computerprogrammprodukt be dient sich eines Programmcodes, der auf einem Datenträger oder als ein herunter ladbarer Datenstrom verkörpert sein kann.
Ein Fahrzeug weist eine Steuereinrichtung auf, die bereits in der vorherigen Be schreibung beschrieben worden ist. Außerdem weist das Fahrzeug ein Positionsbe stimmungssystem, wenigstens ein Sensorsystem und ein Antriebssystem auf. Die Steuereinrichtung ist mit dem Positionsbestimmungssystem, mit dem Sensorsystem und mit dem Antriebssystem verbunden. Zusätzlich kann das Fahrzeug eine Kom munikationseinrichtung aufweisen.
Das wenigstens eine Sensorsystem kann zusätzlich zur bereits beschriebenen Sen sorik je einen Radar-Sensor oder einen Lidar-Sensor pro Rad aufweisen. Diese Sen soren können in Fahrtrichtung hinter jedem Rad angeordnet sein. Durch die so erhal tenen Daten ist es möglich eine Eigenbewegung des Fahrzeugs zu ermitteln. Somit wäre es möglich Ungenauigkeiten der Odometrie auszugleichen, die z. B. wegen Unebenheiten des Arbeitsbereichs z. B. wegen eines Bewuchses auftreten können. Zudem könnte somit zusätzlich ein Schwimmwinkel des Fahrzeugs ermittelt werden.
Anhand der im Folgenden erläuterten Figuren werden verschiedene Ausführungsbei spiele und Details der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Verfahrens nach einem Ausführungsbei spiel,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs in einem Arbeitsbereich, das ein Verfahren nach dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 1 nutzt.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens V nach einem Ausfüh rungsbeispiel. In einem ersten Schritt 101 bewegt sich das Fahrzeug autonom auf einer Soll-Trajektorie, welche mittels einer Steuereinrichtung des Fahrzeugs geplant wurde. Während dieses Schrittes 101 kann die globale Position des Fahrzeugs mit tels eines Positionsbestimmungssystems des Fahrzeugs eindeutig bestimmt werden, da das Positionsbestimmungssystem noch fehlerfrei arbeitet. Es sind somit die Koor dinaten des Fahrzeugs zu jeder Zeit bekannt.
In einem zweiten Schritt 102 wird ein Ausfall des Positionsbestimmungssystems festgestellt. Beispielsweise können von einem GNSS keine Positionsdaten mehr empfangen werden oder das Positionsbestimmungssystem ist defekt. Sobald mittels des Positionsbestimmungssystems keine aktuellen Koordinaten des Fahrzeugs mehr ermittelt werden können, ist es nötig, das Fahrzeug sicher zum Stillstand zu bringen.
In einem ersten Teil eines dritten Schritts 103a wird eine Soll-Geschwindigkeit des Fahrzeugs von der Steuereinrichtung des Fahrzeugs auf 0km/h festgelegt. Die Steu ereinrichtung steuert daher ein Antriebssystem des Fahrzeugs an, damit ein Ab bremsen eingeleitet wird.
In einem gleichzeitig ablaufenden zweiten Teil des dritten Schritts 103b wird mittels Odometrie eine aktuelle Position des Fahrzeugs berechnet auf Grundlage von Daten zur Bewegung des Fahrzeugs. Diese Daten werden mittels wenigstens eines Sen sorsystems des Fahrzeugs ermittelt. Die aktuelle Position wird beispielsweise mittels Daten bezüglich der Raddrehzahlen und Daten bezüglich eines Lenkwinkels des Fahrzeugs berechnet.
In einem vierten Schritt 104 wird das Fahrzeug mittels der Steuereinrichtung auf Grundlage der berechneten aktuellen Position des Fahrzeugs und auf Grundlage der bekannten Soll-Trajektorie derart gesteuert, dass es auf der Soll-Trajektorie an einer sicheren Stopp-Position zum Stillstand komm. Die Steuereinrichtung steuert somit das Antriebssystem des Fahrzeugs derart an, dass seine Längs- und Querführung derart angepasst wird, dass es sich während des gesamten Abbremsens weiter auf der Soll-Trajektorie bewegt, bis es schließlich stoppt.
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 1 in einem Arbeitsbereich 5, das ein Verfahren nach dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 1 nutzt. Der Arbeitsbereich 5 ist eine landwirtschaftliche Fläche, die von einer Begrenzung 12 von der Umge bung abgegrenzt wird. Das Fahrzeug 1 bewegt sich innerhalb des Arbeitsbereichs 5 autonom entlang seiner Soll-Trajektorie 2. Diese Soll-Trajektorie 2 liegt auf einer vor definierten der Fahrspur 11 innerhalb des Arbeitsbereichs 5.
Das Fahrzeug 1 weist ein Antriebssystem 7, eine Steuereinrichtung 6, ein Positions bestimmungssystem 8 und ein Sensorsystem 9 auf. Die Steuereinrichtung 6 ist mit dem Positionsbestimmungssystem 8 verbunden, so dass ein Daten- und Signalaus tausch erfolgen kann. Die Steuereinrichtung 6 ist mit dem Antriebssystem 6 verbun den, so dass ein Daten- und Signalaustausch erfolgen kann. Die Steuereinrichtung 6 ist mit dem Sensorsystem 9 verbunden, so dass ein Daten- und Signalaustausch er folgen kann.
Das Positionsbestimmungssystem 8 dient dazu, eine globale Position des Fahrzeugs 1 zu ermitteln. Dazu ist dieses normalerweise mit dem GNSS verbunden. Hier ist das GNSS jedoch nicht erreichbar. Dadurch kann die globale Position des Fahrzeugs 1 und somit die Koordinaten des Fahrzeugs 1 nicht ermittelt werden. Das Sensorsystem 9 weist eine Raddrehzahl-Sensorik und eine Lenkwinkel-Sensorik auf. Mittels der Daten dieser Sensoren kann die Steuereinrichtung 6 mittels Odomet- rie die aktuelle Position 4 des Fahrzeugs 1 berechnen. Dadurch ist es möglich, das Fahrzeug 1 auf der Soll-Trajektorie 2 zu halten. Alternativ kann die aktuelle Position mittels der Daten eines IMU berechnet werden. Wiederum alternativ dazu kann die aktuelle Position mittels Radar- Lidar- oder visueller Odometrie berechnet werden.
Die Steuereinrichtung 6 steuert das Antriebssystem 7 des Fahrzeugs 1 derart an, dass das Fahrzeug 1 abgebremst wird und gleichzeitig auf der Soll-Trajektorie 2 ver bleibt. Das heißt, eine Längsführung und eine Querführung des Fahrzeugs 1 wird angepasst. Das Fahrzeug 1 bewegt sich somit so lange in Fahrtrichtung 3 weiter, bis es an der sicheren Stopp-Position 10 zum Stillstand kommt. Somit kann gewährleis tet werden, dass das Fahrzeug 1 aufgrund des Ausfalls des Positionsbestimmungs systems 8 dennoch sicher zu Stillstand kommt.
Bezuqszeichen
1 Fahrzeug
2 Soll-Trajektorie
3 Fahrtrichtung
4 aktuelle Position
5 Arbeitsbereich
6 Steuereinrichtung
7 Antriebssystem
8 Positionsbestimmungssystem
9 Sensorsystem
10 Stopp-Position
11 Fahrspur
12 Begrenzung
101 erster Schritt
102 zweiter Schritt
103a dritter Schritt erster T eil
103b dritter Schritt zweiter Teil
104 vierter Schritt
105 fünfter Schritt
V Verfahren
GNSS globales Navigationssatellitensystem

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren (V) zum Stoppen eines autonomen Fahrzeugs (1 ), wobei
- das Fahrzeug (1 ) sich entlang einer Soll-Trajektorie (2) bewegt,
- ein Ausfall eines Positionsbestimmungssystems (8) des Fahrzeugs (1 ), welches dazu eingerichtet ist, mittels eines globalen Navigationssatellitensystems (GNSS) eine Position des Fahrzeugs (1 ) zu bestimmen, auftritt,
- eine Soll-Geschwindigkeit (3) des Fahrzeugs (1 ) auf 0 km/h festgelegt wird,
- mittels Odometrie eine aktuelle Position (4) des Fahrzeugs (1 ) berechnet wird,
- ausgehend von der berechneten aktuellen Position (4) das Fahrzeug (1 ) weiter auf der Soll-Trajektorie (2) bewegt wird, bis dieses auf der Soll-Trajektorie (2) stoppt.
2. Verfahren (V) nach Anspruch 1 , wobei die aktuelle Position (4) des Fahrzeugs (1 ) mittels eines kinematischen Fahrzeugmodells berechnet wird.
3. Verfahren (V) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die aktuelle Position (4) des Fahrzeugs (1 ) mittels Daten einer inertialen Messeinheit berechnet wird.
4. Verfahren (V) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die aktuelle Position (4) des Fahrzeugs (1 ) mittels Radar-, Lidar- , oder visueller Odometrie berechnet wird.
5. Verfahren (V) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Fahrzeug (1 ) zu sätzlich innerhalb eines Arbeitsbereichs (5) gestoppt wird.
6. Verfahren (V) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die berechnete aktuel le Position (4) des Fahrzeugs (1 ) mittels einer Trilateration ausgehend von Funksig nalen plausibilisiert wird.
7. Steuereinrichtung (6) für ein Fahrzeug (1 ), wobei die Steuereinrichtung (6) mit ei nem Antriebssystem (7) des Fahrzeugs (1 ), mit wenigstens einem Sensorsystem (9) des Fahrzeugs (1 ) und mit einem Positionsbestimmungssystem (8) des Fahrzeugs (1 ) verbindbar ist, wobei die Steuereinrichtung (6) Mittel aufweist, die dazu eingerich- tet sind, das Fahrzeug (1 ) nach den Verfahrensschritten aus einem der Ansprüche 1 bis 6 zu stoppen.
8. Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei einer Ausführung des Programms durch eine Steuereinrichtung (6) nach Anspruch 7, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausführen.
9. Fahrzeug (1 ) aufweisend eine Steuereinrichtung (6) nach Anspruch 7, ein Positi onsbestimmungssystem (8), ein Sensorsystem (9) und ein Antriebssystem (7), wobei die Steuereinrichtung (6) mit dem Positionsbestimmungssystem (8), mit dem Sensor system (9) und mit dem Antriebssystem (7) verbunden ist.
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