WO2020207762A1 - Automatisierung eines off-road fahrzeugs - Google Patents

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WO2020207762A1
WO2020207762A1 PCT/EP2020/057825 EP2020057825W WO2020207762A1 WO 2020207762 A1 WO2020207762 A1 WO 2020207762A1 EP 2020057825 W EP2020057825 W EP 2020057825W WO 2020207762 A1 WO2020207762 A1 WO 2020207762A1
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WO
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motor vehicle
scanning
interface
road
attachment
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PCT/EP2020/057825
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English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Amann
Marcus Hiemer
Julian Litz
Original Assignee
Zf Friedrichshafen Ag
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V20/00—Scenes; Scene-specific elements
    • G06V20/50—Context or environment of the image
    • G06V20/56—Context or environment of the image exterior to a vehicle by using sensors mounted on the vehicle

Definitions

  • the present invention relates to the automation of a vehicle, in particular an off-road vehicle, which can be used independently of a road.
  • a passenger car can comprise a control device which is set up to control the passenger car in the longitudinal and / or transverse direction.
  • various sensors are usually provided for scanning a surrounding area, as well as a position sensor for determining a geographical position and a map memory with information about a usable road network.
  • Such control devices are usually complex and require a large number of processing devices, interfaces, sensors and / or actuators, each of which can be adapted to a specific passenger vehicle. So the Steuervorrich device as a whole is adapted to the special passenger vehicle.
  • An off-road vehicle that can be moved independently of a road network usually has to be controlled on the basis of other information and the control system has to take other boundary conditions into account.
  • the effort associated with adapting a known control device for a passenger vehicle to the off-road vehicle is often uneconomically high.
  • a new development of a control device for the off-road vehicle can require a great deal of development effort, which can also be uneconomical.
  • One object of the invention is to provide an improved technology which enables automated control of an off-road vehicle with reduced effort.
  • the invention solves this problem by means of the subjects of the independent claims. Sub-claims reproduce preferred embodiments.
  • a device for automating a road-independent motor vehicle comprises a scanning device for scanning an environment; an interface for connection to a control device of the motor vehicle; and a processing device for providing a control command relating to a movement of the motor vehicle as a function of the scanning.
  • the device for attachment is designed as an external load on the motor vehicle.
  • a road-independent motor vehicle can utilize greater constructive freedoms for the device, for example installation space, energy consumption or weight.
  • the robustness, economy or reliability of a device on an off-road vehicle are often rated higher than, for example, visual elegance or wind-slipperiness.
  • the scanning device on an off-road vehicle can be attached to the device in such a way that a technically advantageous scanning area results without paying attention to whether the scanning device fits into the overall optical image of the motor vehicle.
  • the scanning device can be actively moved to select a desired scanning field.
  • the device can be better adapted to requirements that exist on a road-independent motor vehicle.
  • the off-road motor vehicle usually has a mechanical interface for attaching external loads.
  • the off-road motor vehicle can, for example, comprise an agricultural vehicle such as a tractor or a harvesting machine.
  • a road construction machine, an expedition vehicle or a military vehicle, for example, can also be used.
  • Such vehicles often include a usable interface for receiving a control command.
  • the device can be designed universally so that it can be used on a large number of different road-independent motor vehicles.
  • the device can furthermore comprise a coupling device for attachment to the motor vehicle without tools.
  • the device can be designed to be attached to the side of the motor vehicle or to a front or rear side.
  • the motor vehicle can provide a mechanical interface.
  • the device is set up for attachment to an attachment. tet, which can be attached to the side, front or rear of the vehicle, e.g. B. using the mechanical interface.
  • the cultivation can z. B. comprise an implement, for example for processing a subsurface. Particularly if the device is set up for use in different positions of the motor vehicle, or if a direction of travel of the motor vehicle changes frequently, the mobility of the scanning device can be used to advantage.
  • the processing device is set up to avoid a collision between the motor vehicle and an object in its surroundings.
  • the device can then also be a collision avoidance device (collision
  • the scanning device can be directed in the direction of travel or downwards in order to detect the object.
  • the scanning device can, for. B. be designed without contact, for example as a radar, LiDAR, or ultrasonic sensor, as an inductive or capacitive proximity sensor or as a camera.
  • the camera can work in the visible range, in the infrared range or in the ultraviolet range and be designed as a simple camera or as a depth camera.
  • the depth camera can be designed as a stereo camera or a TOF (Time of Flight) camera that includes a light source and can determine a distance based on a time that passes during the propagation of light from the light source to the object and from there to the camera .
  • TOF Time of Flight
  • the device can furthermore comprise a mechanical scanning device for the mechanical determination of an elevation or depression of a subsurface.
  • a mechanical scanning device for the mechanical determination of an elevation or depression of a subsurface.
  • From the sensing device can for example comprise a sensing probe or a boom with an impeller for rolling on a ground.
  • an obstacle extending vertically upwards from the underground (positive obstacle) and / or an obstacle extending downward into the underground (negative obstacle) can be detected.
  • the detection by means of the mechanical scanning device can be subject to other sources of error than the detection by means of a contactless scanning device that is also possible.
  • the processing device is set up to automate a driving function of the motor vehicle.
  • the device can then also be referred to as an automation device (Automation Implement, AI).
  • the driving function can e.g. B. include following a predetermined route or curve, driving across a predetermined geographic area as possible or approaching a series of predetermined geographic points.
  • Such a task can e.g. B. exist in the agricultural sector if, for example, plants are treated in a field from the motor vehicle from sol len.
  • the device is set up to work equally as a collision avoidance device and as an automation device.
  • Components can be used multiple times, for example the scanning device, the processing device or a mechanical interface for attachment to the motor vehicle.
  • the device can thus serve both purposes at a reduced cost.
  • the processing device can be set up to prevent the motor vehicle from leaving a specific geographic area.
  • This technique is also called geofencing and can include determining a geographical position of the motor vehicle and comparing the determined position with the boundaries of the geographical area. If the motor vehicle comes closer than predetermined to a border of the area, the processing device can be set up to change a course or to stop the motor vehicle.
  • the geographic area is identified by means of a marker, the scanning device being set up to detect the marker.
  • the marking can be detected optically, for example by means of a camera. Alternatively, the marking can also be detected inductively, capacitively or by means of radar, for example.
  • a corresponding sensor can be attached mechanically to the device in a suitable manner.
  • the device can also include a mechanical decoupling between the motor vehicle and the scanning device.
  • the decoupling can comprise a mechanical guide or mounting, an elastic element and / or a damping device.
  • the decoupling can be provided linearly along an axis or rotationally about an axis of rotation.
  • the device can also be decoupled with respect to several directions of movement and / or axes of rotation, where usually up to three directions of movement and up to three axes of rotation are provided.
  • the device can also have a further interface for connection to an on-board electrical system of the motor vehicle.
  • a further interface can be designed, for example, as a trailer socket.
  • the device comprises a local electrical energy store.
  • the device can work independently, which can be desired from a safety point of view.
  • the energy store can be dimensioned in such a way that the device can work independently for at least a predetermined period.
  • the duration can be determined as a function of the maximum time the motor vehicle needs to reach a standstill, or as a function of a normal operating time of the device.
  • the energy storage can optionally be charged via the interface.
  • the device can further include a wireless interface for connection to an emergency switch in the area of the motor vehicle, the processing device preferably being set up to stop the motor vehicle if a data connection to the emergency switch is disturbed.
  • the motor vehicle can of course also be stopped when the emergency switch is actuated.
  • a corresponding message can be transmitted via the wireless interface or the wireless interface can be intentionally deactivated.
  • the emergency switch can be set up on board or mobile in the area of the motor vehicle.
  • the emergency switch can have its own power supply and can be removed from the motor vehicle.
  • a deployment radius of the emergency switch can depend on the range of the wireless interface.
  • a system comprises a motor vehicle and a device according to one of the preceding claims.
  • a system comprising an implement for attachment to an off-road motor vehicle; and an apparatus according to any one of claims 1 to 10.
  • Figure 1 shows a system with a road-independent motor vehicle
  • Figure 2 shows a device for a road-independent motor vehicle
  • Figure 3 shows a further view of a system with a road-independent motor vehicle.
  • FIG. 1 shows a system 100 which comprises a road-independent motor vehicle 105 and a device 110 for controlling the motor vehicle 105.
  • types of attachment of the device 110 on the motor vehicle 105 are Darge.
  • the illustrated motor vehicle 105 is exemplified as an agricultural vehicle, for example a tractor; In other embodiments, however, another motor vehicle 105 can also be used, which can preferably drive independently of a road or a path.
  • the motor vehicle 105 usually moves at lower average and maximum speeds than a motor vehicle that is intended for use on a conventional road network.
  • An off-road mobility of the motor vehicle 105 is usually improved compared to a conventional motor vehicle by increased ground clearance, increased spring travel, larger wheels and / or a steeper maximum angle of slope.
  • a drive system can also be equipped accordingly, for example with higher drive power, all-wheel drive or a differential lock.
  • the motor vehicle 105 is often designed to be more robust, it being possible for it to be larger or heavier than a conventional motor vehicle.
  • the motor vehicle 105 is preferably is set up to perform a predetermined task while driving or at a destination, for which a predetermined attachment 1 15 can be used.
  • Figure 1a shows the motor vehicle 105 with an attachment 115, for the attachment of which on the motor vehicle 105 a mechanical interface 120 is preferably provided, for example in the form of a mounting plate or another system connection that can optionally be moved with respect to the motor vehicle 105, e.g. B. hydraulic.
  • a mechanical interface 120 can be provided at different positions of the motor vehicle 105.
  • an electrical interface, a hydraulic interface and / or a mechanical drive of the attachment 115 can be provided in the area of a mechanical interface 120.
  • a data interface for exchanging control data between the motor vehicle 105 and an attachment 115 can be provided on the vehicle side.
  • the data interface can be connected to a control device for controlling a movement of the motor vehicle 105.
  • a variety of different attachments 1 15 for agriculture is known; Purely by way of example, only a plow, a potato harvester, a rotary mower and an earth auger are mentioned here.
  • a non-agricultural cultivation 115 can also be provided for another application.
  • a device 110 for controlling the motor vehicle 105 which can be attached to the motor vehicle 105 as an external load.
  • attachment without tools is preferred, e.g. B. at the mechanical interface 120 provided for this purpose.
  • the device 110 is not protected from environmental influences by a body or a cover of the motor vehicle 105.
  • the device usually protrudes beyond the outer contours of the motor vehicle 105.
  • the tool-free fastening can take place, for example, by means of a hook, a bolt, pliers or a bayonet connection.
  • An optional lock can be closed or opened manually, electrically or hydraulically, for example.
  • An alternative fastening by means of a tool can, for example, comprise a screw connection.
  • the device 110 can be connected to an electrical or the data interface of the motor vehicle 105, as will be explained in more detail below. Connecting and disconnecting can be done separately advice or as part of a coupling or uncoupling of the mechanical connection.
  • the device 110 is attached by way of example to an attachment 115, which here is attached to the mechanical interface 120 on the motor vehicle 105.
  • devices 110 are shown on a front side and on a rear side of the motor vehicle 105.
  • the device 110 can also be attached at another location, for example on the side or in the roof area of the motor vehicle 105.
  • FIG. 2 shows a device 110 for a road-independent motor vehicle 105 in a further embodiment.
  • the device 110 is set up in a first variant to avoid a collision of the motor vehicle 105 with an object, and in a second variant to control a predetermined movement of the motor vehicle.
  • the two variants can also be combined with one another.
  • the device 110 comprises a scanning device 205 for scanning a surrounding field, a first interface 210 for connection to a control device of the motor vehicle 105; and a processing device 215.
  • the processing device 215 is set up to provide a control command based on a scan of the surroundings by means of the scanning device 205 and to transmit it to the motor vehicle 105 by means of the first interface 210.
  • the first interface 210 can be wired or wireless.
  • a dedicated signal or a message can be transmitted to transmit the control command.
  • the message can be acknowledged by the other side to ensure secure transmission.
  • the control command can act directly on an actuator for controlling a longitudinal and / or transverse movement of the motor vehicle 105, for example a drive motor, a braking device or a steering system. Alternatively, the control command is evaluated by a control device on board the motor vehicle 105, before an actuator is actuated.
  • the device 110 can be connected to a building 1 15 or the motor vehicle 105, z. B. at its mechanical interface 120.
  • a housing 225 for receiving components is preferred elements of the device 1 10 are provided.
  • the housing 225 can offer protection against environmental influences such as moisture or dirt.
  • At least one component of the device 110 can be mechanically decoupled from the motor vehicle 105 by means of a decoupling element 230.
  • the decoupling element 230 can act linearly, rotationally or along a predetermined curve and comprise an elastic element and / or a damping element.
  • the device 110 comprises a support wheel 235, which supports the device 110 downwards and is preferably mounted in a sprung and / or damped manner in the vertical direction. If the support wheel 235 is provided, a connection between the mechanical interfaces 120 and 210 can allow a vertical relative movement.
  • the device 110 can be operated by means of electrical energy, which it can receive from outside via a second interface 240, for example from an on-board network of the motor vehicle 105.
  • An optional local energy store 245 can enable at least a temporary self-sufficient operation of the device 110.
  • the energy store 245 can also be charged via the second interface 240.
  • a third interface 250 is preferably provided, via which an emergency switch can be connected, as will be described in greater detail with reference to FIG.
  • a geographical position of the device 110 can be determined by means of a positioning device 255, which z. B. may include a receiver for a satellite navigation system.
  • the positioning device 255 can also support, for example, an inertial system or a podometer; in addition, the position can be determined with respect to a predetermined landmark that was detected by the scanning device 205.
  • a mechanical scanning device 260 can be provided which extends from the device 12 preferably forwards and / or downwards. A collision of the mechanical scanning device 260 with an object can be determined.
  • the mechanical scanning device 260 includes a wheel 265 that can be pulled or pushed on a boom. The boom is preferably attached to the device 110 so that it can pivot in the vertical direction, so that a pivot angle can be scanned.
  • a depression in a subsurface can be determined, for example, based on a negative pivot angle and an elevation based on a positive pivot angle. In this way, an unevenness can be determined which the motor vehicle 105 can prevent from being driven over.
  • FIG. 3 shows another view of a system 100 with a road-independent motor vehicle 105 in a top view.
  • the device 110 is attached in a front region of the motor vehicle 105.
  • Several scanning devices 205 are set up to scan an area in front of the motor vehicle 105.
  • one of the scanning devices 205 can be moved with respect to the device 110, e.g. B. by being rotated about an axis. More preferably, an elevation angle and / or an azimuth angle of the scanning device 205 can thus be changed.
  • the movement can take place manually or by means of an actuator, which can preferably be controlled by the processing device 215.
  • the motor vehicle 105 can be set up for use in a predetermined geographical area, for example a field for growing agricultural plants. This area is marked with a marking 305 in FIG.
  • the marking 305 can comprise a continuous boundary, for example in the form of a fence or a band, or a series of point-like signs, for example in the form of signs, beacons or posts, which are set up along the area.
  • the marking 305 can be detected optically and can be determined by means of an optically operating scanning device 205.
  • the marking 305 can be set up for detection by a special sensor.
  • the marking 305 can comprise a reflector for radar signals, the scanning device 205 surrounding a radar sensor.
  • the marking 305 can also include, for example, a laser reflector, the scanning device 205 including a LiDAR sensor.
  • the marking 305 comprises a wire which can be excited inductively to provide a weak electromagnetic field.
  • the device 110 comprises an inductive sensor 310 which is set up to detect the field when the marking 305 is approached.
  • a plurality of sensors 310 are preferably attached to both sides of the motor vehicle 105 in order to facilitate driving along the marking.
  • a range of an inductive sensor 310 is usually limited to a few decimeters, so that better results can be achieved if the sensor 310 is relocated into an area of an outline of the motor vehicle 105 or even further outside by means of a boom.
  • a person 315 who can be viewed as an obstacle with which a collision is to be avoided.
  • the person 315 can be detected by the scanning device 205 and the motor vehicle 105 can be braked or controlled around the person 315.
  • An emergency switch 320 which is connected to the device 110 by means of a wireless interface, can be provided in the area of the person 315 or on board the motor vehicle 105. If the emergency switch 320 is actuated, a control command that stops the motor vehicle 105 can be provided as soon as possible.
  • the wireless interface is preferably used permanently or at a high frequency (z. B.> 1 Hz) in order to be able to determine a fault or a break in the connection. In this case, the same control command can be provided.

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Abstract

Eine Vorrichtung (110) zur Automatisierung eines straßenunabhängigen Kraftfahr- zeugs (105) umfasst eine Abtasteinrichtung (205) zur Abtastung eines Umfelds; eine Schnittstelle (210) zur Verbindung mit einer Steuervorrichtung des Kraftfahrzeugs (105); und eine Verarbeitungseinrichtung (215) zur Bereitstellung eines Steuerbe- fehls bezüglich einer Bewegung des Kraftfahrzeugs (105) in Abhängigkeit der Abtas- tung. Dabei ist die Vorrichtung (110) zur Anbringung als Außenlast an dem Kraftfahr- zeug (105) ausgebildet.

Description

Automatisierunq eines Off-Road Fahrzeugs
Die vorliegende Erfindung betrifft die Automatisierung eines Fahrzeugs, insbesonde re eines Off-Road-Fahrzeugs, das unabhängig von einer Straße eingesetzt werden kann.
Ein Personenkraftwagen kann ein Steuervorrichtung umfassen, die dazu eingerichtet ist, den Personenkraftwagen in Längs- und/oder Querrichtung zu steuern. Dazu sind üblicherweise verschiedene Sensoren zur Abtastung eines Umfelds vorgesehen, au ßerdem ein Positionssensor zur Bestimmung einer geographischen Position und ein Kartenspeicher mit Informationen über ein benutzbares Wegenetz. Derartige Steuer vorrichtungen sind üblicherweise komplex und erfordern eine Vielzahl Verarbeitungs einrichtungen, Schnittstellen, Sensoren und/oder Aktoren, die jeweils an einen spezi fischen Personenkraftwagen angepasst sein können. So ist auch die Steuervorrich tung insgesamt an den speziellen Personenkraftwagen angepasst.
Ein Off-Road Fahrzeug, das von einem Straßennetz unabhängig bewegt werden kann, muss üblicherweise auf der Basis anderer Informationen gesteuert werden und die Steuerung muss andere Randbedingungen berücksichtigen. Ein Aufwand, der mit dem Anpassen einer bekannten Steuervorrichtung für einen Personenkraftwagen an das Off-Road Fahrzeug verbunden ist, ist dabei häufig unwirtschaftlich groß. Eine Neuentwicklung einer Steuervorrichtung für das Off-Road Fahrzeug kann hingegen einen großen Entwicklungsaufwand erfordern, der ebenfalls unwirtschaftlich sein kann.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht in der Angabe einer verbesserten Technik, die eine automatisierte Steuerung eines Off-Road Fahrzeugs mit verringertem Aufwand ermöglicht. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhän gigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
Eine Vorrichtung zur Automatisierung eines straßenunabhängigen Kraftfahrzeugs umfasst eine Abtasteinrichtung zur Abtastung eines Umfelds; eine Schnittstelle zur Verbindung mit einer Steuervorrichtung des Kraftfahrzeugs; und eine Verarbeitungs- einrichtung zur Bereitstellung eines Steuerbefehls bezüglich einer Bewegung des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit der Abtastung. Dabei ist die Vorrichtung zur Anbrin gung als Außenlast an dem Kraftfahrzeug ausgebildet.
Anders als an einem straßengebundenen Kraftfahrzeug können an einem straßen unabhängigen Kraftfahrzeug (Off-Road Kraftfahrzeug) größere konstruktive Freihei ten für die Vorrichtung ausgenutzt werden , beispielsweise ein Bauraum, ein Energie verbrauch oder ein Gewicht. Häufig werden außerdem eine Robustheit, Wirtschaft lichkeit oder Zuverlässigkeit einer Vorrichtung an einem Off-Road Fahrzeug höher bewertet als etwa eine optische Eleganz oder eine Windschlüpfrigkeit. So kann bei spielsweise die Abtastungseinrichtung an einem Off-Road Fahrzeug derart an der Vorrichtung angebracht sein, dass sich ein technisch vorteilhafter Abtastbereich ergibt, ohne darauf zu achten, ob sich die Abtastungseinrichtung in das optische Ge samtbild des Kraftahrzeugs einfügt. Die Abtasteinrichtung kann aktiv bewegt werden, um ein gewünschtes Abtastfeld zu wählen. So kann die Vorrichtung verbessert an Anforderungen angepasst sein, die an einem straßenunabhängigen Kraftfahrzeug vorliegen.
Außerdem kann ausgenutzt werden, dass das Off-Road Kraftfahrzeug üblicherweise eine mechanische Schnittstelle zur Anbringung von Außenlasten aufweist. Das Off- Road Kraftfahrzeug kann beispielsweise ein agrartechnisches Fahrzeug wie einen Traktor oder eine Erntemaschine umfassen. Auch beispielsweise eine Straßenbau maschine, ein Expeditionsfahrzeug oder ein militärisches Fahrzeug können verwen det werden. Solche Fahrzeuge umfassen häufig eine nutzbare Schnittstelle zur Ent gegennahme eines Steuerbefehls. Die Vorrichtung kann universell ausgelegt sein, um an einer Vielzahl unterschiedlicher straßenunabhängiger Kraftfahrzeuge einge setzt werden zu können.
Die Vorrichtung kann ferner eine Koppelvorrichtung zur Werkzeug losen Befestigung an dem Kraftfahrzeug umfassen. Die Vorrichtung kann zur Anbringung seitlich des Kraftfahrzeugs oder an einer vorderen oder hinteren Seite eingerichtet sein. Dazu kann das Kraftfahrzeug eine mechanische Schnittstelle bereitstellen. In einer weite ren Ausführungsform ist die Vorrichtung zur Anbringung an einem Anbau eingerich- tet, der seitlich, vorne oder hinten am Kraftfahrzeug angebracht werden kann , z. B. unter Nutzung der mechanischen Schnittstelle. Der Anbau kann z. B. ein Arbeitsgerät umfassen, beispielsweise zur Bearbeitung eines Untergrunds. Besonders wenn die Vorrichtung zum Einsatz an verschiedenen Positionen des Kraftahrzeugs eingerichtet ist, oder wenn eine Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs häufig wechselt, kann eine Be weglichkeit der Abtasteinrichtung vorteilhaft ausgenutzt werden.
In einer ersten Variante ist die Verarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet, eine Kolli sion zwischen dem Kraftfahrzeug und einem Objekt in dessen Umfeld zu vermeiden. Die Vorrichtung kann dann auch Kollisionsvermeidungsvorrichtung (Kollision
Avoidance System, CAS) oder Sicherheitsvorrichtung (Safety Implement, Sl) be zeichnet werden. Die Abtasteinrichtung kann in Fahrtrichtung oder nach unten ge richtet sein, um das Objekt zu erfassen. Die Abtasteinrichtung kann z. B. berührungs los ausgeführt sein, beispielsweise als Radar-, LiDAR-, oder Ultraschallsensor, als induktiver oder kapazitiver Näherungssensor oder als Kamera. Die Kamera kann im sichtbaren Bereich, im Infrarotbereich oder im ultravioletten Bereich arbeiten und als einfache Kamera oder als Tiefenkamera ausgeführt sein. Die Tiefenkamera kann als Stereokamera oder als TOF (Time of Flight) Kamera ausgebildet sein, die eine Licht quelle umfasst und eine Entfernung auf der Basis einer Zeit bestimmen kann, die während der Ausbreitung von Licht aus der Lichtquelle zum Objekt und von dort zur Kamera vergeht.
Die Vorrichtung kann ferner eine mechanische Abtastvorrichtung zur mechanischen Bestimmung einer Erhebung oder Absenkung eines Untergrunds umfassen. Die Ab tastvorrichtung kann beispielsweise eine Tastsonde oder einen Ausleger mit einem Laufrad zum Abrollen auf einem Untergrund umfassen. So können ein sich vom Un tergrund vertikal nach oben erstreckendes Hindernis (positives Hindernis) und/oder ein sich nach unten in den Untergrund hinein erstreckendes Hindernis (negatives Hindernis) erfasst werden. Die Erfassung mittels der mechanischen Abtastvorrich tung kann anderen Fehlerquellen als die Erfassung mittels einer ebenfalls möglichen berührungslosen Abtastvorrichtung unterliegen. In einer Ausführungsform werden eine mechanische und eine berührungslose Abtastvorrichtung zur Erfassung eines Hindernisses miteinander kombiniert.
In einer zweiten Variante ist die Verarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet, eine Fahrfunktion des Kraftfahrzeugs zu automatisieren. Die Vorrichtung kann dann auch Automatisierungsvorrichtung (Automation Implement, AI) bezeichnet werden. Die Fahrfunktion kann z. B. das Folgen einer vorbestimmten Strecke oder Kurve, das möglichst flächendeckende Abfahren eines vorbestimmten geographischen Bereichs oder das Anfahren einer Serie vorbestimmter geographischer Punkte umfassen. Eine derartige Aufgabe kann z. B. im landwirtschaftlichen Bereich bestehen, wenn bei spielsweise Pflanzen auf einem Feld vom Kraftfahrzeug aus behandelt werden sol len.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung dazu eingerich tet, gleichermaßen als Kollisionsvermeidungsvorrichtung als auch als Automatisie rungsvorrichtung zu arbeiten. Dabei können Komponenten mehrfach genutzt werden, beispielsweise die Abtasteinrichtung, die Verarbeitungseinrichtung oder eine mecha nische Schnittstelle zur Anbringung am Kraftfahrzeug. Die Vorrichtung kann so mit verringerten Kosten beiden Zwecken dienen.
Die Verarbeitungseinrichtung kann dazu eingerichtet sein, ein Verlassen eines vor bestimmten geographischen Gebiets durch das Kraftfahrzeug zu verhindern. Diese Technik wird auch Geofencing genannt und kann das Bestimmen einer geographi schen Position des Kraftfahrzeugs und des Vergleichens der bestimmten Position mit Grenzen des geographischen Gebiets umfassen. Gelangt das Kraftfahrzeug näher als vorbestimmt an eine Grenze des Gebiets, so kann die Verarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet sein, einen Kurs zu ändern oder das Kraftfahrzeug anzuhalten. In einer weiteren Ausführungsform ist das geographische Gebiet mittels einer Markie rung gekennzeichnet, wobei die Abtasteinrichtung dazu eingerichtet ist, die Markie rung zu erfassen. Die Markierung kann optisch erfasst werden, beispielsweise mittels einer Kamera. Alternativ kann die Markierung beispielsweise auch induktiv, kapazitiv oder mittels Radar erfasst werden. Ein entsprechender Sensor kann in passender Weise mechanisch an der Vorrichtung angebracht sein. Die Vorrichtung kann ferner eine mechanische Entkoppelung zwischen dem Kraft fahrzeug und der Abtasteinrichtung umfassen. Die Entkoppelung kann eine mecha nische Führung oder Lagerung, ein elastisches Element und/oder eine Dämpfungs einrichtung umfassen. Die Entkoppelung kann linear entlang einer Achse oder rotato risch um eine Rotationsachse vorgesehen sein. Die Vorrichtung kann auch bezüglich mehrerer Bewegungsrichtungen und/oder Rotationsachsen entkoppelt werden, wo bei üblicherweise bis zu drei Bewegungsrichtungen und bis zu drei Rotationsachsen vorgesehen sind.
Die Vorrichtung kann außerdem eine weitere Schnittstelle zur Verbindung mit einem elektrischen Bordnetz des Kraftfahrzeugs aufweisen. Eine derartige Schnittstelle kann beispielsweise als Anhängersteckdose ausgebildet sein. In einer weiteren Aus führungsform umfasst die Vorrichtung einen lokalen elektrischen Energiespeicher.
Die Vorrichtung kann so autark arbeiten, was unter Sicherheitsaspekten gewünscht sein kann. Der Energiespeicher kann derart dimensioniert sein, dass die Vorrichtung wenigstens über eine vorbestimmte Dauer autark arbeiten kann. Die Dauer kann in Abhängigkeit einer Zeit bestimmt sein, die das Kraftfahrzeug zum Erreichen des Still stands maximal benötigt, oder in Abhängigkeit einer üblichen Einsatzzeit der Vorrich tung. Der Energiespeicher kann optional über die Schnittstelle aufgeladen werden.
Weiter kann die Vorrichtung eine drahtlose Schnittstelle zur Verbindung mit einem Notschalter im Bereich des Kraftfahrzeugs umfassen, wobei die Verarbeitungsein richtung bevorzugt dazu eingerichtet ist, das Kraftfahrzeug anzuhalten, falls eine Da tenverbindung zum Notschalter gestört ist. Das Kraftfahrzeug kann natürlich auch angehalten werden, wenn der Notschalter betätigt wird. Dazu kann eine entspre chende Nachricht über die drahtlose Schnittstelle übermittelt werden oder die draht lose Schnittstelle kann absichtlich deaktiviert werden. De Notschalter kann an Bord oder mobil im Bereich des Kraftfahrzeugs eingerichtet sein. Beispielsweise kann der Notschalter eine eigene Stromversorgung umfassen und vom Kraftfahrzeug entfernt werden. Ein Einsatzradius des Notschalters kann von einer Reichweite der drahtlo sen Schnittstelle abhängig sein. Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein System ein Kraftfahrzeug und eine Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche.
System, umfassend ein Arbeitsgerät zur Befestigung an einem straßenunabhängigen Kraftfahrzeug; und eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
Figur 1 ein System mit einem straßenunabhängigen Kraftfahrzeug;
Figur 2 eine Vorrichtung für ein straßenunabhängiges Kraftfahrzeug; und
Figur 3 eine weitere Ansicht eines Systems mit einem straßenunabhängigen Kraft fahrzeug darstellt.
Figur 1 zeigt ein System 100, das ein straßenunabhängiges Kraftfahrzeug 105 und eine Vorrichtung 110 zur Steuerung des Kraftfahrzeugs 105 umfasst. In Figuren 1 a und 1 b sind Arten der Anbringung der Vorrichtung 110 am Kraftfahrzeug 105 darge stellt. Das dargestellte Kraftfahrzeug 105 ist beispielhaft als landwirtschaftliches Fahrzeug, beispielsweise als Traktor ausgeführt; in anderen Ausführungsformen kann aber auch ein anderes Kraftfahrzeug 105 verwendet werden, das bevorzugt unabhängig von einer Straße oder einem Weg fahren kann. Das Kraftfahrzeug 105 bewegt sich üblicherweise mit geringeren durchschnittlichen und maximalen Ge schwindigkeiten als ein Kraftfahrzeug, das zum Einsatz auf einem üblichen Straßen netz vorgesehen ist. Eine Geländegängigkeit des Kraftfahrzeugs 105 ist gegenüber einem üblichen Kraftfahrzeug üblicherweise durch eine vergrößerte Bodenfreiheit, vergrößerte Federwege, größere Räder und/oder einen steileren maximalen Bö schungswinkel verbessert. Auch ein Antriebssystem kann entsprechend ausgestattet sein, etwa durch höhere Antriebsleistung, Allradantrieb oder eine Differenzialsperre. Außerdem ist das Kraftfahrzeug 105 häufig robuster ausgelegt, wobei es größer oder schwerer sein kann als ein übliches Kraftfahrzeug. Das Kraftfahrzeug 105 ist bevor- zugt dazu eingerichtet, während der Fahrt oder an einem Fahrziel eine vorbestimmte Aufgabe zu erfüllen, für die ein vorbestimmter Anbau 1 15 verwendet werden kann.
Figur 1 a zeigt das Kraftfahrzeug 105 mit einem Anbau 1 15, für dessen Befestigung am Kraftfahrzeug 105 bevorzugt eine mechanische Schnittstelle 120 vorgesehen ist, beispielsweise in Form einer Montageplatte oder einer anderen Systemverbindung, die optional bezüglich des Kraftfahrzeugs 105 bewegt werden kann, z. B. hydrau lisch. Es können mehrere mechanische Schnittstellen 120 an unterschiedlichen Posi tionen des Kraftfahrzeugs 105 vorgesehen sein. Im Bereich einer mechanischen Schnittstelle 120 können eine elektrische Schnittstelle, eine hydraulische Schnittstelle und/oder ein mechanischer Antrieb des Anbaus 1 15 vorgesehen sein. Außerdem kann eine Datenschnittstelle zum Austauschen von Steuerdaten zwischen dem Kraft fahrzeug 105 und einem Anbau 1 15 vorgesehen sein. Fahrzeugseitig kann die Da tenschnittstelle mit einer Steuervorrichtung zur Steuerung einer Bewegung des Kraft ahrzeugs 105 verbunden sein. Eine Vielzahl unterschiedlicher Anbauten 1 15 für die Landwirtschaft ist bekannt; rein exemplarisch werden hier nur ein Pflug, ein Kartoffel roder, ein Kreiselmäher und ein Erdlochbohrer genannt. Für eine andere Anwendung kann auch ein nicht landwirtschaftlicher Anbau 1 15 vorgesehen sein.
Es wird vorgeschlagen, eine Vorrichtung 1 10 zur Steuerung des Kraftfahrzeugs 105 vorzusehen, die als Außenlast am Kraftfahrzeug 105 angebracht werden kann. Dazu wird eine werkzeuglose Anbringung bevorzugt, z. B. an der dafür vorgesehenen me chanischen Schnittstelle 120. Als Außenlast ist die Vorrichtung 110 nicht von einer Karosserie oder einer Abdeckung des Kraftfahrzeugs 105 gegen Umwelteinflüsse geschützt. Üblicherweise ragt die Vorrichtung über äußere Umrisse des Kraftfah r zeugs 105 hinaus. Die werkzeuglose Befestigung kann beispielsweise mittels eines Hakens, einem Riegel, einer Zange oder einer Bajonettverbindung erfolgen. Eine optionale Verriegelung kann beispielsweise manuell, elektrisch oder hydraulisch ge schlossen oder geöffnet werden. Eine alternative Befestigung mittels Werkzeug kann beispielsweise eine Schraubverbindung umfassen. Die Vorrichtung 1 10 kann mit ei ner elektrischen oder der Datenschnittstelle des Kraftfahrzeugs 105 verbunden wer den, wie unten noch genauer ausgeführt wird. Das Verbinden und Lösen kann sepa- rat erfolgen oder im Rahmen eines An- oder Abkoppelns der mechanischen Verbin dung.
In Figur 1 a ist die Vorrichtung 110 exemplarisch an einem Anbau 1 15 angebracht, der hier an der mechanischen Schnittstelle 120 am Kraftfahrzeug 105 befestigt ist. In Figur 1 b sind Vorrichtungen 1 10 an einer Vorderseite und an einer Hinterseite des Kraftfahrzeugs 105 dargestellt. Die Vorrichtung 1 10 kann auch an einer anderen Stelle, etwa seitlich oder im Dachbereich des Kraftfahrzeugs 105 angebracht werden.
Figur 2 zeigt eine Vorrichtung 110 für ein straßenunabhängiges Kraftfahrzeug 105 in einer weiteren Ausführungsform. Die Vorrichtung 1 10 ist in einer ersten Variante da zu eingerichtet, eine Kollision des Kraftfahrzeugs 105 mit einem Objekt zu vermei den, und in einer zweiten Variante dazu, eine vorbestimmte Bewegung des Kraftfahr zeugs zu steuern. Die beiden Varianten können auch miteinander kombiniert sein.
Die Vorrichtung 110 umfasst eine Abtasteinrichtung 205 zur Abtastung eines Um felds, eine erste Schnittstelle 210 zur Verbindung mit einer Steuervorrichtung des Kraftfahrzeugs 105; und eine Verarbeitungsvorrichtung 215. Die Verarbeitungsein richtung 215 ist dazu eingerichtet, auf der Basis einer Abtastung des Umfelds mittels der Abtasteinrichtung 205 einen Steuerbefehl bereitzustellen und mittels der ersten Schnittstelle 210 an das Kraftfahrzeug 105 zu übermitteln. Die erste Schnittstelle 210 kann drahtgebunden oder drahtlos ausgeführt sein. Zur Übermittlung des Steuerbe fehls kann ein dediziertes Signal oder eine Nachricht übermittelt werden. Die Nach richt kann von der Gegenseite quittiert werden, um eine sichere Übertragung zu ge währleisten. Der Steuerbefehl kann unmittelbar auf einen Aktuator zur Steuerung einer Längs- und/oder Querbewegung des Kraftfahrzeugs 105 wirken, etwa einen Antriebsmotor, eine Bremseinrichtung oder eine Lenkung. Alternativ wird der Steuer befehl von einer Steuervorrichtung an Bord des Kraftfahrzeugs 105 ausgewertet, be vor dieser einen Aktuator betätigt.
Mittels einer mechanischen Schnittstelle 220 kann die Vorrichtung 110 mit einem An bau 1 15 oder dem Kraftfahrzeug 105 verbunden werden, z. B. an dessen mechani scher Schnittstelle 120. Bevorzugt ist ein Gehäuse 225 zur Aufnahme von Kompo- nenten der Vorrichtung 1 10 vorgesehen. Das Gehäuse 225 kann einen Schutz vor Umwelteinflüssen wie Feuchtigkeit oder Schmutz bieten. Wenigstens eine Kompo nente der Vorrichtung 1 10 kann mittels eines Entkopplungselements 230 vom Kraft fahrzeug 105 mechanisch entkoppelt sein. Das Entkopplungselement 230 kann line ar, rotatorisch oder entlang einer vorbestimmten Kurve wirken und ein elastisches Element und/oder ein Dämpfungselement umfassen.
In einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung 1 10 ein Stützrad 235, das die Vor richtung 1 10 nach unten abstützt und bevorzugt in vertikaler Richtung gefedert und/oder gedämpft gelagert ist. Ist das Stützrad 235 vorgesehen, so kann eine Ver bindung zwischen den mechanischen Schnittstellen 120 und 210 eine vertikale Rela tivbewegung erlauben.
Die Vorrichtung 110 kann mittels elektrischer Energie betrieben werden, die sie über eine zweite Schnittstelle 240 von außerhalb, beispielsweise von einem Bordnetz des Kraftfahrzeugs 105 erhalten kann. Ein optionaler lokaler Energiespeicher 245 kann einen zumindest vorübergehenden autarken Betrieb der Vorrichtung 1 10 ermögli chen. Der Energiespeicher 245 kann auch über die zweite Schnittstelle 240 aufgela den werden. Bevorzugt ist eine dritte Schnittstelle 250 vorgesehen, über die ein Not schalter angebunden sein kann, wie mit Bezug auf Figur 3 noch genauer beschrie ben wird.
An der Vorrichtung 1 10 können noch einer oder mehrere weitere Sensoren oder Ab tasteinrichtungen vorgesehen sein. Beispielsweise kann eine geographische Position der Vorrichtung 1 10 mittels einer Positioniereinrichtung 255 bestimmt werden, die z. B. einen Empfänger für ein satellitengestütztes Navigationssystem umfassen kann. Die Positioniereinrichtung 255 kann auch beispielsweise ein Inertialsystem oder ein Podometer unterstützen, außerdem kann die Position bezüglich einer vorbestimmten Landmarke bestimmt werden, die mittels der Abtasteinrichtung 205 erfasst wurde.
Zusätzlich zur bevorzugt berührungslos arbeitenden Abtasteinrichtung 205 kann eine mechanische Abtastvorrichtung 260 vorgesehen sein, die sich von der Vorrichtung 12 aus bevorzugt nach vorne und/oder nach unten erstreckt. Eine Kollision der me- chanischen Abtastvorrichtung 260 mit einem Objekt kann bestimmt werden. In einer Ausführungsform umfasst die mechanische Abtastvorrichtung 260 ein Rad 265, das an einem Ausleger gezogen oder geschoben werden kann. Dabei ist der Ausleger bevorzugt in vertikaler Richtung schwenkbar an der Vorrichtung 1 10 angebracht, so- dass ein Schwenkwinkel abgetastet werden kann. Eine Senke in einem Untergrund kann beispielsweise anhand eines negativen Schwenkwinkels und eine Erhebung anhand eines positiven Schwenkwinkels bestimmt werden. So kann eine Unebenheit bestimmt werden, deren Überfahren durch das Kraftfahrzeug 105 verhindert werden kann.
Figur 3 zeigt eine weitere Ansicht eines Systems 100 mit einem straßenunabhängi gen Kraftfahrzeug 105 in einer Draufsicht. Beispielhaft ist die Vorrichtung 1 10 in ei nem vorderen Bereich des Kraftfahrzeugs 105 angebracht. Mehrere Abtasteinrich tungen 205 sind zur Abtastung eines vor dem Kraftfahrzeugs 105 liegenden Bereichs eingerichtet. In einer Ausführungsform kann eine der Abtasteinrichtungen 205 bezüg lich der Vorrichtung 1 10 bewegt werden, z. B. indem sie um eine Achse gedreht wird. Weiter bevorzugt können so eines Elevationswinkel und/oder ein Azimutwinkel der Abtasteinrichtung 205 verändert werden. Die Bewegung kann manuell oder mittels eines Aktuators erfolgen, der bevorzugt durch die Verarbeitungseinrichtung 215 an steuerbar ist.
Das Kraftfahrzeug 105 kann zum Einsatz auf einem vorbestimmten geographischen Bereich eingerichtet sein, beispielsweise ein Feld zum Anbau von Agrarpflanzen. In Figur 3 ist dieser Bereich mit einer Markierung 305 gekennzeichnet. Die Markierung 305 kann eine durchgehende Begrenzung umfassen, beispielsweise in Form eines Zauns oder eines Bands, oder eine Reihe von punktuellen Hinweisen, etwa in Form von Schildern, Baken oder Pfosten, die entlang des Bereichs aufgestellt sind.
In einer Ausführungsform ist die Markierung 305 optisch erfassbar und kann mittels einer optisch arbeitenden Abtasteinrichtung 205 bestimmt werden. In einer anderen Ausführungsform kann die Markierung 305 zur Erfassung durch einen speziellen Sensor eingerichtet sein. Beispielsweise kann die Markierung 305 einen Reflektor für Radarsignale umfassen, wobei die Abtasteinrichtung 205 einen Radarsensor um- fasst. Die Markierung 305 kann auch beispielsweise einen Laserreflektor umfassen, wobei die Abtasteinrichtung 205 einen LiDAR-Sensor umfasst. In der dargestellten Ausführungsform umfasst die Markierung 305 einen Draht, der induktiv zur Bereitstel lung eines schwachen elektromagnetischen Feldes angeregt werden kann. Die Vor richtung 1 10 umfasst einen induktiven Sensor 310, der dazu eingerichtet ist, das Feld bei Annäherung an die Markierung 305 zu erfassen. Bevorzugt sind mehrere Senso ren 310 auf beiden Seiten des Kraftfahrzeugs 105 angebracht, um ein Entlangfahren an der Markierung zu erleichtern. Eine Reichweite eines induktiven Sensors 310 ist üblicherweise auf einige Dezimeter beschränkt, sodass bessere Ergebnisse erzielt werden können, wenn der Sensor 310 mittels eines Auslegers in einen Bereich eines Umrisses des Kraftfahrzeugs 105 oder noch weiter nach außen verlegt wird.
Im Bereich des Kraftfahrzeugs 105 befindet sich beispielhaft eine Person 315, die exemplarisch als Hindernis angesehen werden kann, mit dem eine Kollision vermie den werden soll. Die Person 315 kann mittels der Abtasteinrichtung 205 erfasst wer den und das Kraftfahrzeug 105 kann abgebremst oder um die Person 315 herum gesteuert werden. Im Bereich der Person 315 oder an Bord des Kraftfahrzeugs 105 kann ein Notschalter 320 vorgesehen sein, der mittels einer drahtlosen Schnittstelle mit der Vorrichtung 1 10 verbunden ist. Wird der Notschalter 320 betätigt, kann mög lichst unverzüglich ein Steuerbefehl bereitgestellt werden, der das Kraftfahrzeug 105 anhält. Bevorzugt wird die drahtlose Schnittstelle permanent oder mit hoher Fre quenz (z. B. > 1 Hz) benutzt, um eine Störung oder ein Abreißen der Verbindung be stimmen zu können. In diesem Fall kann der gleiche Steuerbefehl bereitgestellt wer den.
Bezuaszeichen System
Kraftfahrzeug
Vorrichtung
Anbau
mechanische Schnittstelle Abtasteinrichtung
erste Schnittstelle
Verarbeitungsvorrichtung
Gehäuse
mechanische Schnittstelle
Entkopplungselement
Stützrad
zweite Schnittstelle
Energiespeicher
dritte Schnittstelle
Positioniereinrichtung
mechanische Abtastvorrichtung
Rad Markierung
induktiver Sensor
Person (Objekt)
Notschalter

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (110) zur Automatisierung eines straßenunabhängigen Kraftfahr zeugs (105), wobei die Vorrichtung (110) folgendes umfasst:
- eine Abtasteinrichtung (205) zur Abtastung eines Umfelds;
- eine Schnittstelle (210) zur Verbindung mit einer Steuervorrichtung des Kraft fahrzeugs (105); und
- eine Verarbeitungseinrichtung (215) zur Bereitstellung eines Steuerbefehls be züglich einer Bewegung des Kraftfahrzeugs (105) in Abhängigkeit der Abtastung; wobei die Vorrichtung (110) zur Anbringung als Außenlast an dem Kraftfahrzeug (105) ausgebildet ist.
2. Vorrichtung (110) nach Anspruch 1 , ferner umfassend eine Koppelvorrichtung (220) zur werkzeuglosen Befestigung an dem Kraftfahrzeug (105).
3. Vorrichtung (110) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Verarbeitungseinrichtung (215) dazu eingerichtet ist, eine Kollision zwischen dem Kraftfahrzeug (105) und einem Objekt in dessen Umfeld zu vermeiden.
4. Vorrichtung (110) nach Anspruch 3, ferner umfassend eine Abtastvorrichtung (260) zur mechanischen Bestimmung einer Erhebung oder Absenkung eines Un tergrunds.
5. Vorrichtung (110) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Verar beitungseinrichtung (215) dazu eingerichtet ist, eine Fahrfunktion des Kraftfahr zeugs (105) zu automatisieren.
6. Vorrichtung (110) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Verar beitungseinrichtung (215) dazu eingerichtet ist, ein Verlassen eines vorbestimm ten geographischen Gebiets durch das Kraftfahrzeug (105) zu verhindern.
7. Vorrichtung (110) nach Anspruch 6, wobei das geographische Gebiet mittels ei ner Markierung (305) gekennzeichnet ist und die Abtasteinrichtung (205) dazu eingerichtet ist, die Markierung (305) zu erfassen.
8. Vorrichtung (110) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend eine mechanische Entkopplung (230) zwischen dem Kraftfahrzeug (105) und der Abtasteinrichtung (205).
9. Vorrichtung (110) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend eine weitere Schnittstelle (240) zur Verbindung mit einem elektrischen Bordnetz des Kraftfahrzeugs (105).
10. Vorrichtung (110) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend eine drahtlose Schnittstelle (250) zur Verbindung mit einem Notschalter (320) im Bereich des Kraftfahrzeugs (105), wobei die Verarbeitungseinrichtung (215) dazu eingerichtet ist, das Kraftfahrzeug (105) anzuhalten, falls eine Datenverbindung zum Notschalter (320) gestört ist.
11. System (100), umfassend ein Kraftfahrzeug (105) und eine Vorrichtung (110) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
12. System, umfassend ein Anbau (1 15) zur Befestigung an einem straßenunabhän gigen Kraftfahrzeug (105); und eine Vorrichtung (110) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
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