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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Steuerung eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus dem Stand der Technik ist es allgemein bekannt, dass automatisch gesteuerte Fahrzeuge auf Testgeländen entlang des geplanten Kurses anhand von GPS-Signalen (englisch: GPS = Global Positioning System) geführt werden. Bei einem Ausfall von GPS-Signalen, d. h. bei einer Nicht-Verfügbarkeit von GPS-Signalen, wird die Bewegung des Fahrzeuges anhand von zusätzlich mit dem Fahrzeug mitgeführten hochgenauen und hochauflösenden Inertialsensoren ermittelt und gesteuert.
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Aus der
DE 103 22 765 B4 ist ein automatisierter Speditionshof für autonom fahrbare Verkehrsmittel bekannt. Der Speditionshof umfasst verschiedene Stationen, zwischen denen das Verkehrsmittel autonom bewegt wird. Eine fahrzeugfeste Lage- und Positionsbestimmungseinrichtung arbeitet mit einem Satelliten-Navigationsempfänger, der am Verkehrsmittel angebracht ist. Der Satelliten-Navigationsempfänger ist ein GPS-Empfänger oder ein differenzieller GPS-Empfänger. Bei einer alternativen Ausführungsform weist die Lage- und Positionsbestimmungseinrichtung eine Bilderkennungseinrichtung auf, die mit einer Kamera arbeitet. Mittels der Kamera werden Kamerabilder erzeugt, die mit gespeicherten Bildern des Speditionshofs verglichen werden. Aus dem Vergleich werden die aktuelle Lage und Position des Verkehrsmittels innerhalb des Speditionshofs bestimmt. Dabei sind die Bilderkennungseinrichtung und die Kameras am Verkehrsmittel angebracht. Bei einer anderen Alternative weist die Lage- und Positionsbestimmungseinrichtung eine Spurerkennungseinrichtung auf, die zumindest eine Kamera umfasst. Die Spurerkennungseinrichtung sowie die zumindest eine Kamera sind am Verkehrsmittel installiert. Die Spurerkennungseinrichtung erkennt Fahrbahnmarkierungen und unterscheidet mehrere Fahrbahnmarkierungen voneinander.
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Auf Basis dieser Fahrbahnmarkierungen ermittelt die Spurerkennungseinrichtung die aktuelle Lage und Position des Verkehrsmittels.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur automatischen Steuerung eines Fahrzeugs während einer Erprobungsfahrt auf einem Testgelände anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gelöst, welches die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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In einem Verfahren zur automatischen Steuerung eines Fahrzeugs während einer Erprobungsfahrt auf einem Testgelände erfolgt in einem Normalbetriebsmodus eine Positionsbestimmung zu einer satellitengestützten Spurhaltesteuerung des Fahrzeugs mittels eines Navigationssatellitensystems.
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Erfindungsgemäß erfolgt bei einem Funktionsausfall des Navigationssatellitensystems ein Wechsel in einen Alternativbetriebsmodus, wobei in dem Alternativbetriebsmodus mittels einer kameragestützten Spurhaltesteuerung eine Positionsbestimmung des Fahrzeugs relativ zu einer Fahrspur anhand von mittels zumindest einer Kamera erfassten Umgebungsbildern des Fahrzeugs durchgeführt wird.
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Unter einem Funktionsausfall des Navigationssatellitensystems wird dabei ein Zustand verstanden, in welchem der satellitengestützten Spurhaltesteuerung keine satellitengestützt ermittelten Positionsdaten zur Spurhaltesteuerung zur Verfügung stehen.
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Mittels des Verfahrens ist eine robuste Positionsbestimmung eines Fahrzeugs bei einem Funktionsausfall des Navigationssatellitensystems, beispielsweise einem Ausfall von GPS-Signalen, mit geringem Kosten- und Materialaufwand realisierbar. Gleichzeitig kann aufgrund der Umgebungserfassung mittels der zumindest einen Kamera eine Kollisionsvermeidungsfunktionalität realisiert werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
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1 schematisch ein Blockschaltbild eines Systems zur Durchführung eines Verfahrens zur automatischen Steuerung eines Fahrzeugs nach dem Stand der Technik,
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2 schematisch ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels eines Systems zur Durchführung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur automatischen Steuerung eines Fahrzeugs,
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3 schematisch ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Systems zur Durchführung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur automatischen Steuerung eines Fahrzeugs, und
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4 schematisch ein Blockschaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels eines Systems zur Durchführung eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur automatischen Steuerung eines Fahrzeugs.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist ein Blockschaltbild eines Systems 1 zur Durchführung eines Verfahrens zur automatischen Steuerung eines Fahrzeugs 2 auf einem Testgelände nach dem Stand der Technik dargestellt.
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Das System 1 umfasst eine Positionsbestimmungseinheit 3 zur Positionsbestimmung des Fahrzeugs 2 auf dem Testgelände und eine Fahrzeugsteuerung 4 zur autonomen oder teilautonomen Steuerung des Fahrzeugs 2 auf dem Testgelände.
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Derartige automatisch gesteuerte Fahrzeuge 2 werden in einer satellitengestützten Spurhaltesteuerung auf Testgeländen entlang eines geplanten Kurses anhand von Signalen eines Navigationssatellitensystems, insbesondere anhand von GPS-Signalen, geführt. Hierzu umfasst die Positionsbestimmungseinheit 3 einen Empfänger 5 zum Empfang der Signale. Die Positionsbestimmungseinheit 3 und der Empfänger 5 sind dabei derart ausgebildet, dass diese ein Differential-GPS (englisch: GPS = Global Positioning System) bilden, welches eine Fahrzeugposition POS, insbesondere einschließlich einer Fahrzeugausrichtung, auch als ”Heading” bezeichnet, ermittelt. In Abhängigkeit dieser Fahrzeugposition POS wird das Fahrzeug 2 mittels der Fahrzeugsteuerung 4 gesteuert, welche zu diesem Zweck Steuerbefehle SB, insbesondere zu erzeugende Lenkmomente und Sollbeschleunigungen, an das Fahrzeug 2 übermittelt.
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Bei einem Ausfall von GPS-Signalen, d. h. bei einer Nicht-Verfügbarkeit von GPS-Signalen, wird die Bewegung des Fahrzeugs 2 mittels einer zusätzlichen Inertialmesssensorik 6 ermittelt und gesteuert. Die Inertialmesssensorik 6 ist dabei insbesondere derart ausgebildet, dass anhand den von der Inertialmesssensorik 6 erfassten Daten bei Ausfall der GPS-Signale und daraus folgendem Ausfall der satellitengestützten Spurhaltesteuerung die Fahrzeugposition POS mit hinreichender Genauigkeit weiterhin bestimmt werden kann und das Fahrzeug 2 zumindest sicher zum Stillstand geführt werden kann. Um die Fahrzeugposition POS in dieser Art über einen längeren Zeitraum bestimmen zu können, beispielsweise bei einem Abbremsen des Fahrzeugs 2 aus hohen Geschwindigkeiten, muss die Inertialmesssensorik 6 aus aufwändigen und kostenintensiven hochgenauen und hochauflösenden Sensoren sowie Verarbeitungseinheiten gebildet sein. Hierbei muss insbesondere ein Kurswinkel des Fahrzeugs 2 sehr genau ermittelt werden, da schon bei kleinen Abweichungen der gemessenen Größe zur realen Größe signifikante Kursabweichungen des Fahrzeugs 2 bei der automatischen Steuerung desselben auftreten können, woraus sich große Sicherheitsrisiken ergeben. Bei weniger aufwändigen und kostenintensiven Inertialmesssensoriken 6 verrauschen ermittelte Sensordaten stark und sind nicht exakt mittelwertfrei, so dass ein Fehler der ermittelten Fahrzeugposition POS im Laufe der Zeit stark zunimmt.
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Zur Überwindung dieser Nachteile ist es in dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass bei einem Funktionsausfall des Navigationssatellitensystems, d. h. bei einer Nicht-Verfügbarkeit von Signalen des Navigationssatellitensystems, insbesondere GPS-Signalen, während einer Erprobungsfahrt auf dem Testgelände ein Wechsel in einen Alternativbetriebsmodus erfolgt. In diesem Alternativbetriebsmodus wird eine Positionsbestimmung mittels einer kameragestützten Spurhaltesteuerung des Fahrzeugs 2 relativ zu einer Fahrspur anhand von mittels zumindest einer Kamera 7 erfassten Umgebungsbildern des Fahrzeugs 2 durchgeführt.
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2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Systems 1 zur Durchführung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur automatischen Steuerung des Fahrzeugs 2 auf einem Testgelände.
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Auf solchen Testgeländen sind im Allgemeinen Fahrbahn- und/oder Fahrspurbegrenzungen, d. h. Fahrbahn- und/oder Fahrspurmarkierungen sowie eine Fahrbahn und/oder Fahrspur begrenzende Objekte, wie beispielsweise Bordsteine oder Leitplanken, entlang des geplanten Kurses, d. h. einer Solltrajektorie, vorhanden und für die Kamera 7, beispielsweise eine so genannte Spurkamera, sicher erfassbar. Die Kamera 7 ist dabei Bestandteil der Positionsbestimmungseinheit 3, wobei innerhalb der Positionsbestimmungseinheit 3 Parametrierungsmöglichkeiten für eine Höhe der in Fahrtrichtung und/oder in Richtung einer Fahrbahnoberfläche gerichteten Kamera 7 hinterlegt sind. Insbesondere sind auch Daten, betreffend eine relative Lage der Kamera 7 zu einer Inertialmesssensorik 9, hinterlegt.
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Hierbei werden die mittels der zumindest einen Kamera 7 erfassten Umgebungsbilder, insbesondere mittels zwei Spurkameras erfasste Umgebungsbilder, mittels einer Auswerteeinheit 8 bezüglich einer Lage einer Fahrspur ausgewertet, auf welcher sich das Fahrzeug 2 auf der Solltrajektorie befinden soll. Diese Auswertung ermöglicht aufgrund einer genauen Kenntnis einer Kameraposition am Fahrzeug 2 und einer Kameraoptik, dass eine absolute Querentfernung zu vom Fahrzeug 2 aus gesehen rechts- und linksseitig befindlichen Fahrspurbegrenzungen und daraus folgend eine relative Position des Fahrzeugs 2 zur Fahrspur ermittelbar ist. Insbesondere ist auch die Fahrzeugausrichtung (”Heading”) in Relation zur Richtung der Fahrspurbegrenzungen ermittelbar. Auch ohne Kenntnis der Kameraposition und Kameraoptik ist die relative Position zu zwei gleichzeitig sichtbaren Fahrspurbegrenzungen anhand geeigneter Verfahren bestimmbar. Bei bekannter Spurbreite ist somit auch eine Selbstkalibrierung der Auswerteeinheit 8 möglich. Beide aus den Umgebungsbildern ermittelten, die Fahrspurbegrenzungen betreffenden Signale sind dabei unabhängig voneinander zur Ermittlung der relativen Position des Fahrzeugs 2 zur Fahrspur und somit zur Durchführung des Alternativbetriebsmodus mit der Positionsbestimmung mittels einer kameragestützten Spurhaltesteuerung des Fahrzeugs 2 geeignet.
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Insbesondere wird der Fahrzeugsteuerung 4 hierbei als relative Spurposition SPOS eine absolute Querlage der Kamera 7 zur rechten Fahrspurbegrenzung und/oder eine absolute Querlage der Kamera 7 zur linken Fahrspurbegrenzung und/oder eine relative Lage der Kamera 7 und somit des Fahrzeugs 2 zwischen den beiden Fahrspurbegrenzungen zur Verfügung gestellt. Bei einem Funktionsausfall des Navigationssatellitensystems ist mittels dieser relativen Spurposition SPOS eine exakte Positionsbestimmung des Fahrzeugs 2 auf der Solltrajektorie auf dem Testgelände und somit eine sehr genaue Steuerung des Fahrzeugs 2 möglich. Die relative Spurposition SPOS ist dabei sehr einfach, exakt und wirtschaftlich aus den Umgebungsbildern der zumindest einen Kamera 7 ermittelbar.
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Aufgrund dieser exakten Ermittlung der Spurposition SPOS kann in besonders vorteilhafter Weise eine einfache und kostengünstige Inertialmesssensorik 9 verwendet werden, deren Daten zur Positionsbestimmung des Fahrzeugs 2 berücksichtigt werden. Insbesondere kann eine fahrzeugeigene Inertialmesssensorik 9 verwendet werden, deren Auflösung deutlich geringer ist, als die aus dem Stand der Technik gemäß 1 bekannte und verwendete Inertialmesssensorik 6. Mittels der von der Inertialmesssensorik 9 ermittelten Daten ist zusätzlich zu einer Spurhaltesteuerung, d. h. einer Quersteuerung des Fahrzeugs 2, auch eine Längssteuerung des Fahrzeugs 2 möglich. Ferner ist es mittels der Inertialmesssensorik 9 möglich, Fahrzeugbewegungen, wie beispielsweise ein starkes Einnicken und daraus resultierende Änderungen der Lage der Kamera 7 gegenüber der Fahrspurbegrenzungen zu erfassen, so dass daraus entstehende Effekte korrigiert werden können.
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Alternativ ist jedoch auch eine nicht dargestellte Ausführung möglich, gemäß welcher zumindest bei einem Funktionsausfall des Navigationssatellitensystems lediglich eine Fahrzeugquerführung anhand der ermittelten relativen Spurposition SPOS und eine Bremsung des Fahrzeugs 2 bis zum Stillstand erfolgen.
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Vor der Durchführung einer Erprobungsfahrt des Fahrzeugs 2 auf dem Testgelände erfolgt zunächst eine Durchführung zumindest einer Lernfahrt des Fahrzeugs 2, wobei während der Lernfahrt eine digitale Karte erzeugt wird. Dabei wird ein Verlauf der Fahrzeugposition POS mittels Daten des Navigationssatellitensystems ermittelt und als gelernte Solltrajektorie in der Form eines Verlaufs von Soll-Fahrzeugpositionen POSsoll in der digitalen Karte gespeichert. Die Solltrajektorie beschreibt hierbei eine Strecke auf dem Testgelände, auf welcher das Fahrzeug 2 wiederholt automatisiert, d. h. autonom oder teilautonom, bewegt werden soll. Zusätzlich zu dem mittels Daten des Navigationssatellitensystems ermittelten Verlauf der Fahrzeugposition POS werden während einer solchen Lernfahrt auch die Umgebungsbilder mittels der zumindest einen Kamera 7 erfasst und geeignete Informationen, wie beispielsweise die relative Lage der Kamera 7 und somit des Fahrzeugs 2 zwischen den beiden Fahrspurbegrenzungen online extrahiert und gespeichert. Somit wird zu jeder Soll-Fahrzeugposition POSsoll eine zugehörige relative Soll-Spurposition SPOSsoll d. h. insbesondere ein Sollabstand des Fahrzeugs und eine Soll-Fahrzeugausrichtung (”Soll-Heading”) zu den Fahrspurbegrenzungen, gespeichert. Wenn es während einer automatisierten Fahrt zu einem Funktionsausfall des Navigationssatellitensystems kommt, kann die Fahrzeugsteuerung 4 auf die mittels der Kamera 7 erfassten Daten, d. h. den Verlauf der Soll-Spurpositionen SPOSsoll, zurückgreifen und das Fahrzeug 2 derart steuern, dass dieses entsprechend der aus dem Verlauf der Soll-Fahrzeugpositionen POSsoll gebildeten Solltrajektorie innerhalb der Fahrspur gehalten wird und zum Stillstand gebracht wird bzw. zumindest mit geringer Geschwindigkeit weitergeführt wird.
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In 3 ist ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels des Systems 1 zur Durchführung eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur automatischen Steuerung des Fahrzeugs 2 dargestellt, wobei zusätzlich zu dem in 2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel Hindernisse auf der Solltrajektorie auf dem Testgelände erkannt werden und als Hindernissignale HS an die Fahrzeugsteuerung 4 übersendet werden.
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Dabei werden bei einer wiederholten Befahrung der Solltrajektorie in einem Vergleich mit den mittels der Kamera 7 auf der Lernfahrt erfassten Umgebungsbildern Objekte und Hindernisse erkannt, welche sich auf der Fahrbahn befinden. Mittels des Vergleichs des gespeicherten Umgebungsbildes an einer Position und einem aktuell erfassten Umgebungsbild werden die Objekte bzw. Hindernisse erkannt und zu einer Kollisionswarnung verwendet.
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4 zeigt ein Blockschaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels des Systems 1 zur Durchführung eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur automatischen Steuerung des Fahrzeugs 2. Im Unterschied zu dem in 3 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel erfolgt zusätzlich zu einer Verbesserung der Ortung des Fahrzeugs 2 in Längsrichtung eine Auswertung von Radsignalen RS, welche vom Fahrzeug 2 selbst zur Verfügung gestellt werden. Dabei wird zusätzlich zur Inertialmesssensorik 9 eine Positonsveränderung des Fahrzeugs 2 in Längsrichtung robust und zuverlässig ermittelt. In Verbindung mit der kamerabasierten Auswertung der Fahrzeugumgebung, d. h. der kameragestützten Spurhaltesteuerung, ist eine vollständige und genaue Positionsermittlung sowohl in Fahrzeugquer- als auch in Fahrzeuglängsrichtung möglich.
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Für alle dargestellten Ausführungsbeispiele ist es möglich, dass in den Umgebungsbildern vorhandene Artefakte durch Schattenwurf oder witterungsbedingte Unterschiede durch eine Erweiterung des Systems 1 mit einer Stereokamera behoben werden können. Weiterhin ist es in nicht dargestellter Weise möglich, dass eine zweite, in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten gerichtete Kamera ebenfalls die Lage des Fahrzeugs 2 in der Spur vermisst. Somit ist die Umgebungserfassung robust gegen Blendungen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- System
- 2
- Fahrzeug
- 3
- Positionsbestimmungseinheit
- 4
- Fahrzeugsteuerung
- 5
- Empfänger
- 6
- Inertialmesssensorik
- 7
- Kamera
- 8
- Auswerteeinheit
- 9
- Inertialmesssensorik
- HS
- Hindernissignal
- POS
- Fahrzeugposition
- POSsoll
- Soll-Fahrzeugposition
- RS
- Radsignal
- SB
- Steuerbefehl
- SPOS
- relative Spurposition
- SPOSsoll
- relative Soll-Spurposition
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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