DE68928116T2 - Gerät zum automatischen Fahren - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine automatische Fahrvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige automatische Fahrvorrichtung ist zum Beispiel aus einem Artikel mit dem Titel "CMU Sidewalk Navigation System: A Blackboard-Based Outdoor Navigation System Using Sensor Fusion with Colored-Range Images" von Y. Goto et al. bekannt, der mit den 1986er Proceedings Fall Joint Computer Conference, 2.-6. November 1986 (durch ACM und die Computer-Gesellschaft der IEEE gesponsort), Dallas, Texas, Seiten 105-113 veröffentlicht wurde.
• Die automatische Fahrvorrichtung nach diesem Artikel verwendet die ausgegebene relevante Kursinformation für eine Entscheidung über ein Sensor- und Segmentierungsmodul, über einen Sichtrahmen und eine Auflösung sowie sowohl für eine Bildeingabeposition als auch für die Steuerung eines Schwenk- und Neigemechanismus.
• Eine Entscheidung über den zu fahrenden weg wird nur dann getroffen, nachdem eine durch die relevante Kursinformation vorhergesagte Fahreinheit (z.B. eine Abzweigung oder eine Kreuzung) durch ein Wahrnehmungsmodul identifiziert worden ist. Möglicherweise hält das Fahrzeug das Fahren an, wenn es den besten Platz zum Erfassen der vorhergesagten Fahreinheit erreicht hat und fährt das Fahren fort, nachdem die vorhergesagte Fahreinheit identifiziert worden ist. Da nur die identifizierten Fahreinheiten für die Entscheidung über den weg, den das Fahrzeug nimmt, berücksichtigt werden, mögen nach der Identifikation einer vorhergesagten Fahreinheit abrupte Änderungen in der Ausrichtung des Fahrzeugs nötig sein, was zu einem ungleichförmigen Gesamtweg des Fahrzeugs führt.
• Aus einem Artikel mit dem Titel "Progress in Robot Road- Following" von R. Wallace et al., der mit den 1986er Proceedings der IEEE International Conference on Robotics and Automation (durch das IEEB Council on Robotics and Automation gesponsort), 7.-10. April 1986, San Francisco, Seiten 1615-1621 veröffentlicht wurde, ist eine weitere automatische Fahrvorrichtung bekannt, die weitgehend mit der oben erwähnten bekannten automatischen Fahrvorrichtung identisch ist.
• Aus der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 58-42482 (vgl. auch die japanische Patentanmeldungsveröffentlichungsschrift Nr. 62-140109) ist ein automatisches Fahrsystem bekannt, das eine an einem Fahrzeug angebrachte Bildaufnahmevorrichtung verwendet, um das Fahrzeug zu lenken, wodurch ermöglicht wird, daß das Fahrzeug einer auf der Straße ausgelegten Führungslinie folgt. Es ist einleuchtend, daß ein derartiges automatisches Fahrsystem auf einer Straße ohne Führungslinie nutzlos ist.
• Aus der japanischen Patentanmeldungsveröffentlichungsschrift Nr. 62-70916 ist ein automatisches Fahrsystem in der Form eines automatischen Motorrasenmähers bekannt, der mit einer Bildaufnahmevorrichtung, wie etwa einer Videokamera, ausgerüstet ist. Während fortwährend Bilder des Rasenbereichs vor dem Rasenmäher aufgenommen werden, werden diese Bilder behandelt, um den Schattierungsunterschied zwischen den fertigen und nicht fertigen Bereichen zu verstärken, wodurch eine exakte Erfassung der Grenze zwischen den fertigen und nicht fertigen Bereichen ermöglicht wird. Der Mäher wird derart gelenkt, daß er entlang der somit erfaßten Grenze fährt. Dementsprechend ist dieses automatische Fahrsystem fähig, einen Kurs zu bestimmen, dem zu folgen ist, wobei aber dieses automatische Fahrsystem im wesentlichen das gleiche wie das oben in bezug auf das Fahrzeug, das einer auf einer Straße ausgelegten einzelnen Führungslinie folgt, beschriebene automatische Fahrsystem ist.
• Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine automatische Fahrvorrichtung bereitzustellen, die ein kontinuierliches Fahren ohne Notwendigkeit für abrupte Änderungen der Fahrzeugausrichtung ermöglicht.
• Diese Aufgabe wird durch die automatische Fahrvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Wie im Kennzeichen von Anspruch 1 angegeben, wird nach Ausgabe der relevanten Kursinformation und bevor die jeweilige Kreuzung oder Abzweigung identifiziert worden ist, die relevante Kursinformation (auch) zum Setzen eines Zielkurses verwendet, der sich allmählich dem angegebenen Weg der Kreuzung oder Abzweigung nähert. Nach Identifikation der Kreuzung oder Abzweigung wird der Zielkurs in den angegebenen Weg verlängert, und es ist keine abrupte Änderung der Ausrichtung des Fahrzeugs notwendig, da schon eine allmähliche Annäherung an den angegebenen Weg stattgefunden hat.
• Merkmale bevorzugter Ausführungsformen der automatischen Fahrvorrichtung nach der Erfindung, die zu weiteren Vorteilen führen, sind in den abhängigen Ansprüchen 2 und 3 definiert.
• Andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung einer automatischen Fahrvorrichtung nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verständlich, welche Ausführungsform in den beigefügten Zeichnungen gezeigt ist:
• Fig. 1 ist ein Blockdiagramm einer automatischen Fahrvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
• Fig. 2 ist ein Blockdiagramm eines Mittels zum Bestimmen des zulässigen Bereiches;
• Fig. 3 zeigt ein Beispiel einer Straße, die aus den durch eine Videokamera eines Fahrzeugs aufgenommenen Bildern bestimmt ist;
• Fig. 4 zeigt ein Bild, das aus der Projektionstransformation des Bildes der Fig. 3 resultiert;
• Fig. 5 zeigt ein Beispiel eines auf der Straße gesetzten Zielkurses;
• Fig. 6(a) zeigt ein Beispiel eines auf der Straße gesetzten Zielkurses für ein mit einer verminderten Geschwindigkeit fahrendes Fahrzeug;
• Fig. 6(b) zeigt ein Beispiel eines auf der Straße gesetzten Zielkurses für ein mit einer vergrößerten Geschwindigkeit fahrendes Fahrzeug;
• Fig. 7 zeigt die Beziehung zwischen einem Zielkurs und einem angenommenen Kurs;
• Fig. 8 zeigt ein Beispiel eines Kurses, dem das Fahrzeug folgt, wenn ein Fahrzeug sich selbst auf einen Zielkurs bringt;
• Fig. 9 zeigt die Art und Weise, in der ein Fahrzeug zu einer Y-Abzweigung fährt;
• Fig. 10(a)-10(b) zeigen verschiedene Fahrsteuerweisen in verschiedenen Abschnitten, die jenen der Fig. 9 entsprechen;
• Fig. 11 ist ein ein Fahrsystem zeigendes Blockdiagramm;
• Fig. 12 zeigt ein Beispiel eines auf dem Schirm einer Anzeigeeinheit erscheinenden Bildes;
• Fig. 13 zeigt, was für Marker auf dem Schirm der Anzeigeeinheit erscheinen, wenn Fahrkommandos eingegeben werden;
• Fig. 14 zeigt eine in den X-Y-Koordinaten auftretende Linie L; und
• Fig. 15 zeigt einen auf den -θ-Koordinaten auftretenden Punkt, wenn die Linie L in Fig. 14 der Hough- Umwandlung unterworfen wird.
• Wie in Fig. 1 gezeigt, umfaßt eine automatische Fahrvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung: eine Bildaufnahmevorrichtung wie etwa Videokameras 11 und 12, die an einem Fahrzeug angebracht sind zum fortwährenden Aufnehmen aufeinanderfolgender Bilder des Untergrunds vor dem Fahrzeug; ein Mittel 2 zum Verarbeiten der durch die Videokameras aufgenommenen Bilder und zum Bestimmen eines zulässigen Fahrbereichs, wie etwa einer Straße in der Richtung, in der das Fahrzeug fahren soll; ein Mittel 3 zum Setzen eines Zielkurses im somit bestimmten zulässigen Fahrbereich; ein Mittel 4 zum Bestimmen des momentanen Fahrzustands des Fahrzeugs auf der Basis eines Ausgabesignals von einem Geschwindigkeitssensor 5, das die Fahrgeschwindigkeit "v" des Fahrzeugs repräsentiert, eines Ausgabesignals von einem Gierratensensor 6, das die Gierrate oder das Winkelgeschwindigkeitsinkrement in Gierrichtung repräsentiert, und eines Ausgabesignals von einem Laufradwinkelsensor 7, der den sich mit dem Lenken des Fahrzeugs ändernden Laufradwinkel 5 repräsentiert, und zum Bestimmen - auf der Basis des momentanen Fahrzustands - eines Lenkwerts, um zu ermöglichen, daß das Fahrzeug dem Zielkurs folgt; und ein Mittel 8 (und ein Lenkantrieb 9) zum Lenken des Fahrzeugs in bezug auf den Lenkwert.
• Tatsächlich wird anstelle der Mittel 2, 3 und 4 eine computerunterstützte Steuerung verwendet, und das Mittel 8 kann in der computerunterstützten Steuerung enthalten sein, falls hierzu Veranlassung besteht.
• Fig. 2 zeigt die Struktur des Mittels 2 zum Bestimmen des zulässigen Fahrbereichs, das umfaßt: eine erste Stufe einschließlich einer Bildeingabe 22, Pufferspeicher 231, 232 eines Speicherwählmittels 27 und eines Dekodierers 28; eine zweite Stufe einschließlich eines Bildprozessors 24, der über einen D-Bus (Hochgeschwindigkeitsdatenbus) mit dem Speicherwählmittel 27 der ersten Stufe verbunden ist; eine dritte Stufe einschließlich eines Speicherwählmittels 27, Bildspeicher 251, 252 und 253 und eines Dekodierers 28; einer vierten Stufe einschließlich eines Speicherwählmittels 27, Bildspeicher 261, 262 und 263 und eines Dekodierers 28, wobei die Speicherwählmittel 25 und 26 der dritten und vierten Stufe über einen D-Bus mit dem Bildprozessor 24 verbunden sind; eine erste und eine zweite Zentralprozessoreinheit 211 und 212, die beide über einen S-Bus (Systembus) mit den Dekodierern 28 der ersten, dritten und vierten Stufe verbunden sind und mit den Dekodierem 28 der dritten und vierten Stufe über einen M-Bus (Hochgeschwindigkeits-Speicherzugriffsbus) verbunden sind.
• Im Betrieb wird eine Reihe von Bildsignalen, die jeweils ein einzelnes Bild repräsentieren, von den Videokameras 11, 12 zu der Bildeingabe der ersten Stufe zugeführt, und diese Bildsignale werden dann unter der Steuerung der Zentralprozessoreinheiten 211 und 212 abwechselnd in den Pufferspeichern 231 und 232 gespeichert. Diese Bildinformationen werden dann eine nach der anderen zu dem Bildprozessor 24 geschoben, wo sie einer Bildverarbeitung unterworfen werden, wodurch, falls vorhanden, Wegränder in Bildern erfaßt werden und ein zulässiger Fahrbereich, wie später im Detail beschrieben, bestimmt wird. Die sich auf zulässige Fahrbereiche beziehenden Bildinformationen werden einer Gruppe von Bildspeichern 251, 252 und 253 oder einer Gruppe von Bildspeichern 261, 262 und 263 zugeführt. Die Inhalte dieser Speicher werden dann durch diese neuesten, sich auf zulässige Fahrbereiche beziehenden Bildinformationen aktualisiert. In den beiden Speichergruppen ist somit eine Bildinformationsreihe abgespeichert, die sich auf aufeinanderfolgende zulässige Fahrbereiche über eine vorbestimmte Entfernung, die das Fahrzeug fährt, bezieht. Die Inhalte beider Speichergruppen 25 oder 26 werden dann zum Mittel 3 zum Setzen eines Zielkurses im zulässigen Fahrbereich übertragen.
• Die parallele Installation von zwei Zentralprozessoreinheiten 211 und 212 und von zwei Pufferspeichern 231 und 232 ermöglicht das abwechselnde Auslesen oder Speichern von Bildinformationen aus beiden Pufferspeichern, zum Beispiel wie folgt: Während erste in dem Pufferspeicher 231 gespeicherte Bildinformation unter der Steuerung der Zentralprozessoreinheit 211 gelesen wird, wird nachfolgende Bildinformation unter der Steuerung der Zentralprozessoreinheit 212 im Pufferspeicher 232 abgespeichert. Das Eingeben von Bildinformationen kann somit in Echtzeit durchgeführt werden.
• In gleicher Weise ermöglicht die parallele Installation von zwei Gruppen von Bildspeichern 25 und 26 das abwechselnde Auslesen oder Speichern von Bildinformation in bzw. aus beiden Speichergruppen in Echtzeit.
• Die Bestimmung eines zulässigen Fahrbereichs kann wie folgt durchgeführt werden:
• Als erstes wird jedes von den Videokameras zugeführte Bild einem Differentiationsprozeß ausgesetzt, und werden - falls vorhanden - die Wegränder erfaßt. Dann setzt eine automatische Schwellensetzschaltung im Mittel 2 zum Erfassen des zulässigen Fahrbereichs einen Schwellenwert unter Berücksichtigung des Weges und des Abstufungsgrads der gerade verarbeiteten Bildinformation. Das Wegrandbild wird dann einer binären Transformation unterworfen.
• Alternativ können als erstes die Bilder einer binären Transformation unterworfen werden, und die binären Daten können dann der Differentiation unterworfen werden. Anstelle einer binären Transformation kann eine Mehrfachdigitalisierung durchgeführt werden, um einige Abstufungseinzelheiten des Bilds auszudrücken.
• Die digitalisierte Bildinformation wird dann der Hough- Umwandlung unterworfen, um die linearen X-Y-Koordinaten in entsprechende -θ-Punktkoordinaten umzuwandeln, wodurch isolierte Punkte und Darstellungen eliminiert werden, um ein Bild durchgehender Wegränder, wie in Fig. 3 gezeigt, zu liefern. θ steht für einen Winkel, der zwischen der X-Achse und einer sich vom Ursprung der X-Y-Koordinaten senkrecht zu der Linie erstreckenden Normallinie gebildet ist, wohingegen für die Länge der Normallinie steht. Zum Beispiel ist die Linie L in den X-Y-Koordinaten in Fig. 14 als der Punkt 01 in den -θ-Punktkoordinaten in Fig. 15 ausgedrückt.
• Bei dieser Gelegenheit kann eine Kantensuche auf der Grundlage von binär kodierter Bildinformation durchgeführt werden, um einen durchgehenden Straßenrand zu erhalten. Die Hough-Umwandlung, die Kantensuche und andere angemessene Verarbeitungen können simultan durchgeführt werden, und es kann dann über die Ergebnisse dieser Verarbeitungen eine synthetische Beurteilung durchgeführt werden, um eine präzise Straßenrandinformation zu erhalten.
• Das durch eine Videokamera aufgenommene Bild repräsentiert eine perspektivische Ansicht. Das perspektivische Straßenrandbild, wie in Fig. 3 gezeigt, kann gemäß dem Projektionsumwandlungsprozeß in ein nicht-perspektivisches Straßenrandbild umgewandelt werden, wie in Fig. 4 gezeigt. Der Bereich zwischen den durchgehenden Straßenrändern ist ein zulässiger Fahrbereich.
• Nachdem ein zulässiger Fahrbereich durch das Mittel 2 zum Bestimmen des zulässigen Fahrbereichs bestimmt ist, wird das Zielkurssetzmittel 3 einen Kurs wählen, der zum Fahren im zulässigen Fahrbereich am meisten angemessen ist und wird den so gewählten Kurs als einen Zielkurs setzen, dem zu folgen ist. Bevorzugt kann der Kurs unter Berücksichtigung der Wegkontur und der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmt werden, um dem momentanen Fahrzustand des Fahrzeugs gerecht zu werden. Der Kurs kann allerdings im Grunde unter Berücksichtigung der Breite des Weges wie folgt bestimmt werden:
• Im Fall, daß das Zielkurssetzmittel 3 findet, daß die Breite der Straße ein vorbestimmtes Maß übersteigt und daß das Fahrzeug sich links halten muß, wird ein Zielkurs OC einen gegebenen konstanten Abstand "W" (zum Beispiel 1,5 m) vom linken Rand der Straße entfernt gesetzt, wie in Fig. 5 gezeigt.
• Im Falle, daß die Breite der Straße kleiner als das vorbestimmte Maß ist, wird ein Zielkurs entlang der Mittellinie der Straße gesetzt.
• Während das Fahrzeug fährt, werden die Inhalte der Speicher des Zielkurssetzmittels 3 aktualisiert, und die Koordinaten des Zielkurses werden fortwährend darin gespeichert. Die Unterteilungen der X-Y-Koordinaten werden gemäß der Vergrößerung der Videokamera gewählt.
• In Fig. 5 ist die gegenwartige oder momentane Fahrzeugposition bei "P" angedeutet, und die Videokamera kann derart plaziert sein, daß sie ermöglicht, daß der Punkt "P" am mittleren unteren Punkt des Anzeigeschirms erscheint. Die Spur des Fahrzeugs von "P" bis "O" repräsentiert den Kurs, dem das Fahrzeug unter der Steuerung der Steuerung 4 tatsächlich folgt, bis das Fahrzeug am Punkt O den Zielkurs erreicht hat.
• Ferner ist es auch möglich, einen Zielkurs unter Berücksichtigung des Fahrzustands des Fahrzeugs wie folgt zu setzen:
• Im Falle, daß das Zielkurssetzmittel 3 findet, daß die durch den Geschwindigkeitssensor 5 gemessene Fahrgeschwindigkeit unter einer vorbestimmten Geschwindigkeit liegt, wird der Zielkurs konform mit der Wegkontur gesetzt, wie aus Fig. 6(a) zu sehen ist.
• Wenn die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs höher als eine vorbestimmte Geschwindigkeit ist, und wenn das Fahrzeug auf einem kurvigen Weg fährt, wie in Fig. 6(b) gezeigt, wird ein Zielkurs mit reduzierter Krümmung OC gesetzt, um die auf das Fahrzeug ausgeübte Querkraft zu reduzieren.
• Nachdem ein Zielkurs auf dem Weg gesetzt ist, berechnet die Steuerung 4 einen Lenkwert wie folgt, um zu ermöglichen, daß das Fahrzeug dem Zielkurs folgt:
• Nimm an, daß ein Fahrzeug 13 am Punkt "P" derart gesteuert wird, daß es auf den Zielkurs OC gelangt.
• Als erstes wird der Abstand L(m) (L=v x T) auf der X-Achse, den das Fahrzeug in T Sekunden fahren kann, auf der Grundlage der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs v (m/s) bestimmt, die durch den Geschwindigkeitssensor bestimmt wird. Danach wird die Seitenabweichung Y1 vom Punkt "C" (auf dem das Fahrzeug in T Sekunden wäre, falls es gerade entlang der X-Achse fahren würde) zu dem Zielkurs OC berechnet.
• Als zweites werden der Kurs AC, dem das Fahrzeug vermutlich folgt, aus der Gierrate γ (rad/Sekunde) berechnet, und danach wird die seitliche Abweichung ym vom Punkt "C" zu dem vermuteten Kurs durch die folgende Gleichung berechnet:
• ym = (-v x T² /2) x γ (1)
• Das positive Vorzeichen der Gierrate γ bedeutet, daß der vermutete Kurs nach links biegt, wohingegen das negative Vorzeichen der Gierrate γ bedeutet, daß der vermutete Kurs nach rechts biegt.
• Die Gierrate γ', auf die die Gierrate des Fahrzeugs zu korrigieren ist, wird dann aus der folgenden Gleichung bestimmt:
• δ' = δ + (γ'/v) x W (1 + Kv²) (2)
• wobei "W" für den Radstand steht und "K" eine Konstante ist, die sowohl aus den Reifencharakteristika als auch aus den Fahrzeugcharakteristika bestimmt ist.
• Die Lenksteuerung 8 reagiert auf den Lenkwert δ' von der Steuerung 4 um ein Antriebskommando an den Lenkantrieb 9 auszugeben, wodurch der Lenkantrieb 9 veranlaßt wird, das Fahrzeug zum Zielkurs zu lenken.
• Das Setzen des Abstands L auf der X-Achse kann unter der Steuerung der Steuerung 4 mit der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs variieren. Insbesondere kann der Abstand L auf der X-Achse mit der Abnahme der Fahrgeschwindigkeit v des Fahrzeugs abnehmen, wodurch dementsprechend der Abstand, den das Fahrzeug fährt, bevor es auf den Zielkurs OC gelangt, reduziert wird, was bewirkt, daß das Fahrzeug so schnell wie möglich auf den Zielkurs OC gelangt.
• Im Falle, daß das Fahrzeug auf einem gekrümmten Weg fährt, kann der Abstand L mit der Abnahme des Kurvenradius des kurvigen Weges abnehmen, wodurch bewirkt wird, daß das Fahrzeug so schnell wie möglich auf den Zielkurs gelangt.
• Vorteilhafterweise kann ein vorbestimmtes Kursmuster für ein Fahrzeug verwendet werden, dem es vom Punkt "P" zum Punkt "O" auf dem Zielkurs folgt. Dieses Kursmuster kann durch einen Kursfaktor modifiziert werden, der aus dem Abstand "L" und der Fahrgeschwindigkeit v bestimmt werden kann, um der speziellen Situation gerecht zu werden. Das Fahrzeug kann gleichförmig auf den Zielkurs gelangen, indem es dem modifizierten Kursmuster vom Punkt "P" zum Punkt "O" auf dem Zielkurs folgt.
• Ein Beispiel des Kursmusters ist durch y = x - sin x gegeben, und ein anderes Beispiel ist durch y = x³ gegeben.
• Fig. 8 zeigt ein durch y = x - sin x repräsentiertes Kursmuster.
• Die oben beschriebenen Prozesse werden zu jedem Intervall von einigen Sekunden wiederholt, um zu ermöglichen, daß das Fahrzeug automatisch entlang dem Zielkurs fährt.
• Eine automatische Fahrvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung ist fähig, den Wegrand aus Bildern zu bestimmen, die durch die Bildaufnahmevorrichtung oder Videokamera aufgenommen sind und die Ansicht des sich vor einem fahrenden Fahrzeug erstreckenden Bereiches zeigen; eine Suche nach einem zulässigen Fahrbereich auf der Basis des derart bestimmten Wegrands durchzuführen; einen Zielkurs im zulässigen Fahrbereich zu setzen; auf der Basis des momentanen Fahrzustands des Fahrzeugs einen Lenkwert zu bestimmen, mit dem das Fahrzeug gesteuert werden muß, um auf den Zielkurs zu gelangen; und das Fahrzeug bezüglich des Lenkwerts zu steuern.
• Die automatische Fahrvorrichtung verwendet eine zweistufige Kursbestimmung, bei der als erstes ein Zielkurs in einem zulässigen Fahrbereich gesetzt wird und dann ein vorläufiger Kurs bestimmt wird, dem zu folgen ist, bevor das Fahrzeug auf den Zielkurs gelangt, wodurch die Genauigkeit, mit der das automatische Fahren durchgeführt werden kann, verbessert wird.
• Das Zielkurssetzmittel 3 der in Fig. 1 gezeigten automatischen Fahrvorrichtung reagiert auf Signale, die Fahrinformation ND von einem Fahrsystem (siehe Fig. 11) repräsentieren, zum Beispiel, welchen Weg einer Kreuzung das Fahrzeug nehmen sollte, um den Zielkurs OC für die Situation am angemessensten zu setzen, wie folgt:
• Das Zielkurssetzmittel 3 setzt einen Zielkurs OC in Antwort auf Signale ND von einem Fahrsystem (siehe Fig. 11), die zum Beispiel ein Auto darüber informieren, welchen Weg einer Y-Abzweigung das Fahrzeug nehmen muß, wie folgt:
• Es wird auf Fig. 9 Bezug genommen, in der sich das Fahrzeug einer Y-Abzweigung nähert.
• Während das Fahrzeug in einem normalen Fahrbereich mit relativ enger Breite I in Fig. 9 fährt, wird ein Zielkurs OC auf der Mittellinie des Fahrbereichs gesetzt, wie in Fig. 10(a) gezeigt.
• In Fig. 9 gibt jeder dreieckige Bereich i (unterbrochene Linien) den Bereich an, dessen Bild durch eine Videokamera 1 des Fahrzeugs 13 aufgenommen werden kann.
• Wenn sich das Fahrzeug einer Y-Abzweigung nähert, wie durch II in Fig. 9 angedeutet, wird das Fahrsystem, in das die notwendigen Fahrinformationen eingegeben wurden, ein Kommando ND zu dem Zielkurssetzmittel 3 an dem Zeitpunkt, an dem das Fahrzeug eine Position A in einer vorbestimmten Entfernung von der Y-Abzweigung entfernt erreicht hat, senden, wie etwa "Nimm den rechten Weg der vor dem Auto erscheinenden Y-Abzweigung". Gemäß dem Kommando von dem Fahrsystem setzt das Zielkurssetzmittel 3 einen Zielkurs OC, der sich von der Position A allmählich dem rechten Weg nähert, wie in Fig. 10(b) gezeigt. Wenn die Videokamera die Ansicht der Y-Abzweigung vorne einfängt, setzt das Zielkurssetzmittel 3 einen Zielkurs OC, der sich in den rechten Weg der Y-Abzweigung erstreckt.
• Hiernach fährt das Fahrzeug in den rechten Weg der Y-Abzweigung, und hiernach tritt das Fahrzeug in einen normalen Fahrbereich mit relativ enger Breite ein, wie bei III in Fig. 9 angedeutet, und das Zielkurssetzmittel 3 nimmt den normalen Betrieb wieder auf und setzt einen Zielkurs OC auf der Mittellinie des Wegs.
• Der Teil (1) in Fig. 9 entspricht Fig. 10(a); der Teil (2) in Fig. 9 entspricht Fig. 10(b); der Teil (3) in Fig. 9 entspricht Fig. 10(c), und der Teil (4) in Fig. 9 entspricht Fig. 10(d).
• Fig. 11 zeigt ein Fahrsystem umfassend einen Entfernungssensor 111, einen Gierratensensor 112, eine Signalverarbeitungseinheit 113, eine Fahrwegspeichereinheit 114, ein Kartenspeichermedium 115, eine Speichermediumleseeinheit 116, eine Anzeigeeinheit 117 und eine Bedienungseinheit 118. Als Entfernungssensor 111 können eine fotoelektrische Entfernungsmeßeinheit, die dazu fähig ist, ein Pulssignal pro Einheitsfahrstrecke in Antwort auf die Drehung der Räder eines Fahrzeugs zu erzeugen, eine Entfernungsmeßeinheit des elektromagnetischen Typs oder eine Entfernungsmeßeinheit des mechanischen Kontakttyps verwendet werden. Der Gierratensensor 112 kann ein Gyroskop umfassen, das dazu fähig ist, ein Signal zu erzeugen, das das Winkelgeschwindigkeitsinkrement in der Gierrichtung repräsentiert, während das Fahrzeug fährt. Die Signalverarbeitungseinheit 113 (computerunterstützte Steuerung) umfaßt eine CPU, ROMs für die Programmierung, RAMs für die Steuerung usw. Die CPU ist geeignet, Pulssignale von dem Entfernungs-sensor 111 zu zählen, um die Fahrstrecke zu bestimmen; die Änderung der Fahrrichtung aus den Signalen von dem Gierratensensor 112 zu bestimmen; auf der Basis dieser derart bestimmten Variablen die momentane Position des Fahrzeugs in den X-Y-Koordinaten zu jedem Zeitpunkt, an dem das Fahrzeug eine Einheitsstrecke gefahren ist, zu berechnen. Die Fahrwegspeichereinheit 114 ist geeignet, momentane Fahrzeugpositionsdaten von der Signalverarbeitungseinheit 113 zu speichern. Das Kartenspeichermedium 115 weist in der Form von Dateien gespeicherte digitalisierte Karteninformation auf. Die Speichermediumsleseeinheit 116 liest selektiv die notwendige Karteninformation aus dem Kartenspeichermedium 115. Die Anzeigeeinheit 117 zeigt eine derart aus dem Speichermedium ausgelesene Karte und zeigt zu gleicher Zeit auf der Karte die Fahrspur des Fahrzeugs, die momentane Position des Fahrzeugs und die angenommene Richtung, in der das Fahrzeug fährt. Die Bedienungseinheit 118 ermöglicht die Wahl der anzuzeigenden Karte, das Setzen der Startposition auf der auf dem Schirm der Anzeigeeinheit erscheinenden Karte und die Eingabe von gewählten Kommandos von der Fahrvorrichtung zum Führen des Fahrzeugs entlang einem Zielkurs auf der Karte.
• Wie am besten aus Fig. 12 zu sehen ist, erscheint eine gewählte Karte auf dem Schirm der Anzeigeeinheit 117. In der Karte zeigt eine erste Markierung M1 die momentane Position des Fahrzeugs in den X-Y-Koordinaten an (die momentane Position in den X-Y-Koordinaten ist bestimmt aus der Fahrstrecke von der Startposition mal dem Verkleinerungsmaßstabsfaktor der Karte); eine zweite Markierung M2 gibt die Richtung an, in der das Fahrzeug fährt; und eine Reihe von dritten Markierungen M3 geben den Weg des Fahrzeugs an.
• Wenn die Bedienungseinheit 118 bedient wird, um Fahrkommandos ND in das Zielkurssetzmittel 3 einzugeben, um zu ermöglichen, daß das Fahrzeug einem Zielkurs auf der Karte folgt, die auf dem Schirm der Anzeigeeinheit erscheint, können Punkte a, b und c in die Karte eingegeben werden, um bestimmte Kreuzungen oder Abzweigungen anzugeben, und es können dann Kommandos wie etwa "Bieg nach links ab" oder "Bieg nach rechts ab" gegeben werden, wenn das Fahrzeug sich einem derartigen Punkt auf der Karte nähert.
• Die Signalverarbeitungseinheit 113 liest jedes Fahrkommando zur Ausgabe eines angemessenen Kommandos ND, zum Beispiel "Nimm den rechten Weg der vor dem Fahrzeug sich zeigenden Y-Abzweigung", an dem Zeitpunkt aus, wenn die Markierung M1 für die momentane Position so weit ist, daß sie eine gegebene konstante Strecke D von dem Punkt a entfernt ist.
• Anstelle des Eingebens von Fahrkommandos, wie oben beschrieben, werden alternativ ein Abfahrtspunkt und ein Ankunftspunkt auf der Karte eingegeben und angezeigt, und es kann dann in Kürze durch Computerverarbeitung im Fahrsystem automatisch ein möglicher kürzester Kurs vom Abfahrtspunkt zum Ankunftspunkt bestimmt werden. Wenn das Fahrzeug nahe zu einer Kreuzung oder Abzweigung auf dem derart bestimmten Kurs kommt, wird in diesem Fall zu der automatischen Fahrvorrichtung ein Signal gesendet, das eine notwendige Fahrinformation ND repräsentiert, die angibt, welchen Weg der Kreuzung oder Abzweigung das Fahrzeug nehmen muß.
• In einem an einem Fahrzeug festgelegten Videokamerasystem sind eine Teleskopbereichskamera 11 und eine Weitwinkelkamera 12 enthalten, und diese Kameras werden wahlweise unter der Steuerung des Mittels 2 zum Bestimmen des zulässigen Fahrbereichs in Antwort auf ein die Wegecharakteristika repräsentierendes Signal RD, wie etwa Kreuzung, Abzweigung, gerader Weg, Zickzackweg usw. verwendet.
• Das Fahrsystem ermöglicht das Setzen eines ausgewählten Kurses auf einer auf dem Schirm der Anzeige erscheinenden Karte und das Eingeben von Weginformation RD, die sich auf die Wegearten wie etwa Kreuzung, Abzweigung, gerader Weg, Zickzackweg usw. beziehen. Wenn sich das Fahrzeug zum Beispiel einer angegebenen Kreuzung nähert, wird die relevante Weginformation ausgegeben.
• Nachdem ein Abfahrtspunkt und ein Ankunftspunkt eingegeben und in einer Karte, die auf dem Schirm der Anzeige erscheint, gesetzt wurden, kann ein möglicher kürzester Kurs vom Abfahrtspunkt zum Ankunftspunkt durch Computer-Verarbeitung im Fahrsystem automatisch bestimmt werden.
• Das Mittel 2 zum Bestimmen des zulässigen Fahrbereichs reagiert auf ein Signal RD vom Fahrsystem, das eine Kreuzung reprasentiert, um die Weitwinkelkamera 12 zu wählen, um eine Suche nach der angegebenen Kreuzung durch Hinwegstreichen über den relativ breiten Bereich durchzuführen. Wenn das Mittel 2 zum Bestimmen des zulässigen Fahrbereichs ein Signal RD vom Fahrsystem empfängt, das einen geraden Weg repräsentiert, wird die Teleskopbereichskamera 11 gewählt, um eine möglichst weite Ansicht des geraden Wegs zu haben. Wenn das Mittel 2 zum Bestimmen des zulässigen Fahrbereichs ein Signal RD vom Fahrsystem empfängt, das einen Zickzackweg repräsentiert, wird wiederum die Weitwinkelkamera 12 gewählt, um eine volle Ansicht des Zickzackwegs zu haben.
• Vorteilhafterweise kann auch eine Teleskopbereichskamera mit Zoomfähigkeit verwendet werden, um von einer weiten zu einer nahen Ansicht eines langen geraden Weges zu gelangen.
• Wenn der Marker M1 für die momentane Fahrzeugposition einen vorbestimmten Abstand D von einem markierten Punkt "a" entfernt ist, erlaubt die Signalverarbeitungseinheit 113 beispielsweise einer Sprachvorrichtung (nicht gezeigt), einen Fahrer mündlich über ein notwendiges Kommando zu informieren, zum Beispiel durch Aussprechen "Nimm den rechten Weg der vor dem Fahrzeug erscheinenden Y-Abzweigung", und die Signalverarbeitungseinheit 113 gibt zu gleicher Zeit die Wegeinformation der Y-Abzweigung zu dem Mittel 2 zum Bestimmen des zulässigen Fahrbereichs.
• Anstelle der Verwendung der Bedienungseinheit 118 zum Wählen bestimmter Kreuzungen oder Abzweigungen in einem gewählten Fahrkurs und anstelle des Eingebens von sich auf Wegecharakteristika der gewählten Kreuzungen oder Abzweigungen beziehender Informationen RD können Karteninformationen und andere notwendige Informationen RD, die sich auf Orte und Wegecharakteristika gewählter Kreuzungen oder Abzweigungen beziehen, in dem Karteninformationsspeichermedium gespeichert werden, und wenn eine die momentane Position auf der Karte, die auf dem Schirm der Anzeige erscheint, repräsentierende Fahrzeugmarkierung sich einer so gewählten Kreuzung oder Abzweigung nähert, können notwendige Informationen aus dem Karteninformationsspeichermedium ausgelesen werden und dem Mittel 2 zum Bestimmen des zulässigen Fahrbereichs unter der Steuerung der Signalverarbeitungseinheit 113 zugeführt werden.
• Es ist nicht nötig, das Fahrsystem mit einem Entfernungssensor 111 auszurüsten, da der Geschwindigkeitssensor 5 der in Fig. 1 gezeigten automatischen Fahrvorrichtung verwendet werden kann, um die Entfernung zu berechnen, die das Fahrzeug gefahren ist. Es ist auch nicht notwendig, das Fahrsystem mit einem Gierratensensor 112 auszurüsten, da der Gierratensensor 6 der in Fig. 1 gezeigten automatischen Fahrvorrichtung gemeinsam verwendet werden kann.
• Wie aus dem Obigen verstanden werden kann, ermöglicht eine automatische Fahrvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Bestimmung eines zulässigen Fahrbereichs auf der Grundlage von durch eine Bildaufnahmevorrichtung oder eine Videokamera aufgenommenen Bildern, die die Ansicht des vor dem Fahrzeug erscheinenden Bereichs zeigen; die Lenksteuerung des Fahrzeugs, damit dieses einen Zielkurs im zulässigen Fahrbereich erreicht; und die Wahl eines vorbestimmten Wegs einer gewählten Kreuzung oder Abzweigung im Zielkurs. Diese komplizierte Bestimmung und Steuerung kann ohne Fehler leicht durchgeführt werden.
• Wenn eine Bildaufnahmevorrichtung oder Videokamera Bilder eines sich vor dem Fahrzeug erstreckenden Bereichs aufnimmt zum Bestimmen eines zulässigen Fahrbereichs, können ferner wahlweise eine Weitwinkelkamera, eine Teleskopbereichskamera und eine normale Kamera verwendet werden, um bestimmten Situation gerecht zu werden, zum Beispiel der Aufnahme von Bildern einer Kreuzung, eines Zickzackwegs oder eines geraden, langen Wegs. Diese wahlweise Verwendung von Kameras verschiedener Charakteristika ermöglicht die korrekte Identifikation von bestimmten Wegen in bezug auf die im Kartenspeicher gespeicherten Wege.

Claims (3)

1. Automatische Fahrvorrichtung, umfassend:

eine an dem Fahrzeug (13) angebrachte Bildaufnahmevorrichtung (1; 11, 12);

ein Mittel (118) zum Vorsetzen von Kursinformation darüber, welchen Weg einer Kreuzung oder Abzweigung das Fahrzeug nimmt, durch Vorsetzen einer Route oder durch Bestimmen eines Ziels;

ein Mittel (113) zum Bestimmen einer momentanen Fahrzeugposition auf der Grundlage von Signalen von Fahrentfernungs- und Fahrrichtungssensormitteln (111, 112);

ein Mittel (113) zum Ausgeben von innerhalb eines Speichermediums (115) vorgespeicherter relevanter Kursinformation (ND), wobei die relevante Kursinformation (ND) einer Kreuzung oder Abzweigung vor dem Fahrzeug (13) zugeordnet ist und dann ausgegeben wird, wenn sich das Fahrzeug (13) gemäß der momentanen Fahrzeugposition in einer vorbestimmten Entfernung (D) von der Kreuzung oder der Abzweigung befindet; ein Identifikationsmittel (2) zum Identifizieren der vor dem Fahrzeug auftretenden Kreuzung oder Abzweigung auf der Grundlage von durch die Bildaufnahmevorrichtung (1; 11, 12) aufgenommenen Bildern, die die Ansicht des sich vor dem Fahrzeug erstreckenden Bereichs zeigen; und

ein Steuermittel (3, 4) zum Lesen der ausgegebenen relevanten Kursinformation (ND) und zum Steuern des Fahrzeugs in Bezug auf die Information über die identifizierte Kreuzung oder Abzweigung derart, daß ermöglicht wird, daß das Fahrzeug (13) den angegebenen Weg der Kreuzung oder Abzweigung nimmt;

dadurch gekennzeichnet, daß das Steuermittel ein auf die relevante Kursinformation (ND) ansprechendes Zielkurssetzmittel (3) umfaßt, wobei das Zielkurssetzmittel (3) - nach Ausgabe der relevanten Kursinformation (ND) und vor dem tatsächlichen Erkennen der Kreuzung oder Abzweigung durch die Bildaufnahmevorrichtung - einen Zielkurs (OC, Fig. 10b) setzt, der sich allmählich dem angegebenen Weg der Kreuzung oder Abzweigung nähert, wobei das Zielkurssetzmittel (3) einen Zielkurs (OC, Fig. 11c) setzt, der sich nach Identifikation der Kreuzung oder Abzweigung durch das Identifikationsmittel (2) in den angegebenen Weg der Kreuzung oder Abzweigung erstreckt, wobei das Steuermittel (3, 4) das Fahrzeug derart steuert, daß es entlang dem Zielkurs (OC) fährt.

2. Automatische Fahrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mittel (113) zum Ausgeben in dem Speichermedium vorgespeicherter relevanter Weginformation (RD) und ein Mittel (2) zum Wählen der Bildaufnahmecharakteristika der Bildaufnahmevorrichtung (1; 11, 12) in Übereinstimmung mit der ausgegebenen vorgespeicherten Weginformation (RD) vorgesehen sind.

3. Automatische Fahrvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Bildaufnahmecharakteristika der Bildaufnahmevorrichtung (1; 11, 12) die Charakteristika Weitwinkel, Telebereich oder Normal vorgesehen sind.