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DE69607581T2 - Vorrichtung für fahrerlose Fahrzeuge und Verfahren zu ihrer Steuerung - Google Patents

Vorrichtung für fahrerlose Fahrzeuge und Verfahren zu ihrer Steuerung

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DE69607581T2
DE69607581T2 DE69607581T DE69607581T DE69607581T2 DE 69607581 T2 DE69607581 T2 DE 69607581T2 DE 69607581 T DE69607581 T DE 69607581T DE 69607581 T DE69607581 T DE 69607581T DE 69607581 T2 DE69607581 T2 DE 69607581T2
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Hyundai Motor Co
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Description

    HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein System eines fahrerlosen Fahrzeuges und ein Verfahren, welches eine feststehende und eine bewegbare Kamera verwendet, um die Straße zu überwachen, auf welcher das fahrerlose Fahrzeug fährt.
    • 2. Beschreibung des Standes der Technik
  • Verschiedene Arten von Systemen eines fahrerlosen Fahrzeuges sind aus dem Stand der Technik bekannt. Am allgemeinen verwenden herkömmliche Systeme eines fahrerlosen Fahrzeuges eine feststehende Kamera, welche Bilder der Straße aufnimmt, auf welcher das Fahrzeug fährt. Unter Verwendung von Bilderkennungstechniken erkennen diese herkömmlichen Systeme eines fahrerlosen Fahrzeuges Straßenbegrenzungen, Hindernisse, einen gewünschten Fahrweg und eine gegenwärtige Fahrtrichtung des Fahrzeuges. Basierend auf dem gewünschten Fahrweg und der Richtung, in welche das Fahrzeug fährt, berechnet das herkömmliche System eines fahrerlosen Fahrzeuges einen Spurwinkel, welcher der Winkel zwischen dem gewünschten Fahrweg und dem gegenwärtigen Fahrweg des Fahrzeuges ist. Basierend auf dem Spurwinkel kann der Lenkwinkel des Fahrzeuges gesteuert werden, um den Spurwinkel zu eliminieren.
  • Das US-Patent 4,819,169 mit dem Titel SYSTEM AND METHOD FOR CALCULATING MOVEMENT DIRECTION AND POSITION OF AN UNMANNED VEHICLE von Saitoh et al. offenbart ein solches herkömmliches System eines fahrerlosen Fahrzeuges. Fig. 3 zeigt die Theorie, die hinter dem System eines fahrerlosen Fahrzeuges von Saitoh steht. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, offenbart Saitoh eine feststehende Kamera 101, die an einem Fahrzeug 103 montiert ist. Die Kamera 101 weist ein Sichtfeld auf, das durch Sichtfeld-Begrenzungslinien 109 und 111 definiert ist. Die Kamera 101 ist derart angeordnet, daß die Mittellinie 105 des Sichtfeldes für die Kamera 101 mit dem gegenwärtigen Fahrweg des Fahrzeuges übereinstimmt. Wie bei Saitoh offenbart ist, können die Straßenbegrenzungen 200 und 300 unter Verwendung der Bilderkennungstechniken bestimmt werden. Basierend auf der Bestimmung der Straßenbegrenzungen 200 und 300 wird ein gewünschter Fahrweg 107 bestimmt. Der gewünschte Fahrweg 107 wird durch selektives Aussuchen der Abstände W1 und W2 festgelegt, in denen der gewünschte Fahrweg von den Straßenbegrenzungen 200, 300 entfernt liegen soll. Wenn der gewünschte Fahrweg 107 und der gegenwärtige Fahrweg festgelegt ist, wird der Spurwinkel B berechnet. Basierend auf dem Spurwinkel wird die Lenksteuerung wirksam, um den Spurwinkel in wohlbekannter Weise zu eliminieren.
  • Wie oben erörtert, verwenden herkömmliche Systeme eines fahrerlosen Fahrzeuges, wie bei Saitoh offenbart, nur eine einzige feststehende Kamera. Derartige Systeme eines fahrerlosen Fahrzeuges sind auf das Fahren auf relativ geradlinigen oder sehr leicht kurvigen Straßen beschränkt. Wenn das herkömmliche System eines fahrerlosen Fahrzeuges auf einer Straße mit scharfen Kurven verwendet wird, tritt die Situation ein, daß eine der Straßenbegrenzungen 200, 300 nicht innerhalb des Sichtfeldes der Kamera 101 liegt. In anderen Worten schneidet bei einer scharfen Kurve in der Straße eine der Sichtfeld-Begrenzungslinien 109 und 111 nicht die jeweils zugeordnete Straßenbegrenzung 200, 300. Infolgedessen enthält das von der Kamera 101 aufgenommene Bild keine ausreichende Information für eine genaue Bilderkennung.
  • Die US-A-5 208 750 offenbart ein Verfahren und ein System zum Steuern eines fahrerlosen Fahrzeuges mit bewegbaren Kameras, die gemeinsam gesteuert werden, um ein Stereobild zu erzeugen, wobei Winkel der rechten und der linken Seite und deren Differenz mit Null verglichen werden.
  • Die US-A-5 155 426 offenbart eine Vorrichtung zum Steuern der Fahrzeuglenkung mit gemeinsam gesteuerten Kameras, wobei die Differenz zwischen einem Lenkwinkel der rechten und der linken Seite mit einem vorbestimmten kleinen Wert verglichen wird.
    • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein System eines fahrerlosen Fahrzeuges und ein Verfahren zu schaffen, welches die Nachteile des Standes der Technik überwindet.
  • Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein System eines fahrerlosen Fahrzeuges und ein Verfahren zu schaffen, welches auf einer Straße mit scharfen Kurven gefahren werden kann.
  • Es ist ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, ein System eines fahrerlosen Fahrzeuges zu schaffen, das mit einer feststehenden Kamera und zumindest einer bewegbaren Kamera ausgestattet ist.
  • Diese und andere Ziele werden durch ein Verfahren zum Steuern eines fahrerlosen Fahrzeuges und ein System eines fahrerlosen Fahrzeuges nach den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 3 erreicht. Vorteilhafte weitere Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
    • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorliegende Erfindung ist vollständiger aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen zu verstehen, welche nur Darstellung zeigen und daher keine Beschränkungen der vorliegenden Erfindung sind, wobei:
  • Fig. 1 das System eines fahrerlosen Fahrzeuges gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • Fig. 2 das Verfahren zum Steuern des Systems des fahrerlosen Fahrzeuges gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; und
  • Fig. 3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Theorie zeigt, die hinter den Systemen eines fahrerlosen Fahrzeuges nach dem Stand der Technik steht.
    • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Fig. 1 zeigt das System eines fahrerlosen Fahrzeuges gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, weist das System des fahrerlosen Fahrzeuges gemäß der vorliegenden Erfindung eine feststehende Kamera 1 und eine bewegbare Kamera 2 auf. Die feststehende Kamera 1 ist an einer feststehenden Welle 11 in derselben Weise montiert, wie die feststehende Kamera 101 bei den herkömmlichen Systemen eines fahrerlosen Fahrzeuges.
  • Die bewegbare Kamera 2 ist an einer drehbaren Welle 12 montiert. Die drehbare Welle 12 weist ein daran montiertes erstes Zahnrad 32 auf. Das erste Zahnrad 32 steht mit einem zweiten Zahnrad 33 in Eingriff, und das zweite Zahnrad 33 steht mit einem dritten Zahnrad 31 in Eingriff. Das dritte Zahnrad 31 ist an der Welle eines Motors 3 montiert.
  • Ein Zahnrad 55, das an der drehbaren Welle 12 montiert ist, und Magnetsensoren 51, 52 und 53 bilden einen herkömmlichen Stellungssensor. Wie aus dem Stand der Technik wohlbekannt ist, erfassen die Magnetsensoren 51-53 das Vorübergehen eines Zahnes des Zahnrades 55, und basierend auf die Ausgangsimpulse des Magnetsensors 51-53 kann die Stellung der drehbaren Welle 12 festgelegt werden.
  • Das System des fahrerlosen Fahrzeuges gemäß der vorliegenden Erfindung weist ferner eine Motorantriebsschaltung 4, eine Kamerasteuereinrichtung 6, eine Bildverarbeitungseinrichtung 7, eine Zentralsteuereinrichtung 8 und eine Handlenksteuereinrichtung 9 auf. Die Bildverarbeitungseinrichtung 7 gibt die von der feststehenden Kamera 1 oder der bewegbaren Kamera 2 aufgenommenen Bilder selektiv ein. Die Bildverarbeitungseinrichtung 7 digitalisiert diese Bilder und sendet die Bilder an die Zentralsteuereinrichtung 8. Die Zentralsteuereinrichtung 8 wirkt auf diese Bilder ein und weist die Bildverarbeitungseinrichtung 7 an, ob nachfolgend Bilder von der feststehenden Kamera 1 oder von der bewegbaren Kamera 2 aufgenommen werden sollen. Zusätzlich gibt die Zentralsteuereinrichtung 8 Steuersignale an die Kamerasteuereinrichtung 6 entsprechend der gewünschten Stellung der bewegbaren Kamera 2 ab. Basierend auf diesen Anweisungen weist die Kamerasteuereinrichtung 6 die Motorantriebsschaltung 4 an, den Motor 3 derart anzutreiben, daß die bewegbare Kamera 2 die gewünschte Stellung erreicht, die durch die Zentralsteuereinrichtung 8 fortgesetzt wird. Beim Bewegen der bewegbaren Kamera 2 bestimmt die Kamerasteuereinrichtung 6, ob die bewegbare Kamera 2 die auf der Ausgabe der Magnetsensoren 51-53 basierende gewünschte Stellung erreicht hat.
  • Basierend auf den Bildern, die von der Bildverarbeitungseinrichtung 7 aufgenommen werden, bestimmt die Zentralsteuereinrichtung 8 den Spurwinkel θ und gibt diesen Spurwinkel 8 an die Handlenksteuereinrichtung 9 ab, welche dann das Lenken des fahrerlosen Fahrzeuges in wohlbekannter Weise steuert.
  • Wie durch einen auf diesen Gebiet tätigen Fachmann leicht zu erkennen ist, können die Motorantriebsschaltung 4, die Kamerasteuereinrichtung 6, die Bildverarbeitungseinrichtung 7, die Zentralsteuereinrichtung 8 und die Handlenksteuereinrichtung 9 durch einen einzigen Mikroprozessor oder durch eine Kombination aus festverdrahtetem Steuerteil und einem oder mehrerer Mikroprozessoren gebildet werden.
  • Der Betrieb des System eines fahrerlosen Fahrzeuges wird nun mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben.
  • Fig. 2 zeigt ein Verfahren zum Steuern des Systems des fahrerlosen Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung. Wenn das Steuerverfahren beginnt, wird angenommen, daß das fahrerlose Fahrzeug derart positioniert ist, daß der gegenwärtige Fahrweg im wesentlichen mit dem gewünschten Fahrweg übereinstimmt. Dann weist in Schritt S10 die Zentralsteuereinrichtung 8 die Bildverarbeitungseinheit 7 an, das Bild von der feststehenden Kamera 1 einzugeben. Als nächstes digitalisiert in Schritt S20 die Bildverarbeitungseinrichtung 7 das Bild und sendet das digitalisierte Bild an die Zentralsteuereinrichtung 8. Die Zentralsteuereinrichtung 8 führt dann einen Bilderkennungsvorgang S20 an dem eingegebenen Bild in wohlbekannter Weise durch, wie im US-Patent 4,819,169 beschrieben ist.
  • Wie oben erörtert, kann eine Straße eine so scharfe Kurve haben, daß das Sichtfeld der feststehenden Kamera 1 nicht ausreichend Informationen enthält, um den Bilderkennungsvorgang in Schritt S20 durchzuführen. Daher bestimmt in Schritt S30 die Zentralsteuereinrichtung 8, ob der Spurwinkel θ größer als ein Bezugswinkel ist oder nicht. Der Bezugswinkel wird derart gewählt, daß das Sichtfeld der feststehenden Kamera 1 noch ausreichend Informationen bereitstellt, wenn der Spurwinkel gleich dem Bezugswinkel ist, jedoch wenn sich der Spurwinkel viel mehr als der Bezugswinkel vergrößert, dann enthält das Sichtfeld der feststehenden Kamera 1 nicht mehr ausreichend Informationen, um den Bilderkennungsvorgang durchzuführen. Wie ein auf diesem Gebiet tätiger Fachmann leicht erkennt, kann der Bezugswinkel basierend auf den gewünschten Betriebscharakteristiken festgelegt werden.
  • In Schritt S30 gibt, wenn der Spurwinkel θ nicht größer als der Bezugswinkel ist, dann in Schritt S40 die zentralsteuereinrichtung 8 den Spurwinkel θ an die Handlenksteuereinrichtung 9 ab, und die Handlenksteuereinrichtung 9 steuert die Lenkung des Fahrzeuges in wohlbekannter Weise. Der Vorgang kehrt dann zu Schritt S10 zurück.
  • Wenn jedoch der Spurwinkel θ größer als der Bezugswinkel ist, dann fährt der Vorgang mit Schritt S50 fort. In Schritt S50 gibt die Zentralsteuereinrichtung 8 eine gewünschte Winkelstellung der bewegbaren Kamera 2 in Bezug auf die feststehende Kamera 1 aus (d. h. in Fahrtrichtung des Fahrzeuges). Basierend auf den gewünschten Betriebscharakteristiken kann die gewünschte Winkelstellung der Kamera 2 derart festgesetzt werden, daß der zwischen den Mittellinien des Sichtfeldes für die feststehende Kamera 1 und die bewegbare Kamera 2 gebildete Winkel gleich dem Spurwinkel θ, dem Bezugswinkel, einem Winkel dazwischen, oder dem Spurwinkel θ plus einem zusätzlichen vorbestimmten Winkel ist. Basierend auf der gewünschten Winkelstellung der bewegbaren Kamera 2, der von der Zentralsteuereinrichtung 8 ausgegeben wird, weist die Kamerasteuereinrichtung 6 die Motorantriebsschaltung 4 an, die Kamera entweder im Uhrzeigersinn oder entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn zu drehen, um die gewünschte Winkelstellung zu erreichen. Die Kamerasteuereinrichtung 6 überträgt dann die Bewegung der Kamera 2 basierend auf der Ausgabe der Magnetsensoren 51-53, und weist die Motorantriebsschaltung 4 an, das Drehen der bewegbaren Kamera 2 zu stoppen, sobald die bewegbare Kamera 2 die gewünschte Winkelstellung erreicht hat.
  • Sobald die bewegbare Kamera 2 die gewünschte Winkelstellung erreicht hat, gibt die Kamerasteuereinrichtung 6 ein Signal an die Zentralsteuereinrichtung 8 ab, die anzeigt, daß die gewünschte Winkelstellung erreicht wurde. Dann weist in Schritt S60 die Zentralsteuereinrichtung 8 die Bildverarbeitungseinrichtung 7 an, ein von der bewegbaren Kamera 2 aufgenommenes Bild einzugeben. Als nächstes digitalisiert in Schritt S70 die Bildverarbeitungseinrichtung 7 das von der bewegbaren Kamera 2 eingegebene Bild und sendet das digitalisierte Bild an die Zentralsteuereinrichtung 8. Die Zentralsteuereinrichtung 8 führt dann den Bilderkennungsvorgang in derselben Weise wie in Schritt S20 durch. In anderen Worten kann basierend auf dem von der bewegbaren Kamera 2 aufgenommenen digitalisierten Bild die Zentralsteuereinrichtung 8 wieder die Straßenbegrenzungen 200, 300 und den gewünschten Fahrweg 107 festlegen. Ferner kann, da die Zentralsteuereinrichtung 8 die Winkeldifferenzen zwischen den Mittellinien des Sichtfeldes der feststehenden Kamera 1 und der bewegbaren Kamera 2 basierend auf der bekannten Winkelstellung der bewegbaren Kamera 2 in Bezug auf die feststehende Kamera 1 kennt, die Zentralsteuereinrichtung 8 auch den gegenwärtigen Fahrweg des Fahrzeuges festlegen und daher den Spurwinkel θ berechnen.
  • In Schritt S80 gibt die Zentralsteuereinrichtung 8 den Spurwinkel θ an die Handlenksteuereinrichtung 9 ab, und die Handlenksteuereinrichtung 9 führt die Lenksteuerung in wohlbekannter Weise basierend auf dem Spurwinkel θ durch.
  • Dann weist in Schritt S90 die Zentralsteuereinrichtung 8 die Bildverarbeitungseinrichtung 7 an, das von der bewegbaren Kamera 2 aufgenommene Bild auszugeben. Als nächstes digitalisiert in Schritt S100 die Bildverarbeitungseinrichtung 7 das von der bewegbaren Kamera 2 eingegebene Bild und sendet das digitalisierte Bild an die Zentralsteuereinrichtung 8. Die Zentralsteuereinrichtung 8 führt dann den Bilderkennungsvorgang in derselben Weise wie in Schritt S20 durch.
  • Als nächstes bestimmt in Schritt S110 die Zentralsteuereinrichtung 8, ob der Spurwinkel θ kleiner als ein anderer Bezugswinkel ist oder nicht. Der andere Bezugswinkel kann derselbe wie der in Schritt S30 verwendete Bezugswinkel sein, oder kann ein differenter Bezugswinkel sein. Sowohl der Bezugswinkel aus Schritt S30 als auch der andere Bezugswinkel können basierend auf den gewünschten Betriebscharakteristiken festgelegt sein. Wenn der Spurwinkel θ nicht kleiner als der andere Bezugswinkel ist, dann kehrt der Vorgang zu Schritt S80 zurück. Wenn der Spurwinkel θ kleiner als der Bezugswinkel ist, dann kehrt der Vorgang zu Schritt S10 zurück, wobei die Lenksteuerung basierend auf den von der feststehenden Kamera aufgenommenen Bildern wieder durchgeführt wird.
  • Durch Schalten zwischen der feststehenden Kamera 1 und der bewegbaren Kamera 2 kann das System des fahrerlosen Fahrzeuges gemäß der vorliegenden Erfindung auf Straßen mit scharfen Kurven gefahren werden.

Claims (5)

1. Verfahren zum Steuern eines fahrerlosen Fahrzeuges, aufweisend:
(a) Eingeben eines Bildes mit einer feststehenden Kamera (1), wobei die feststehende Kamera (1) an einem Fahrzeug fest montiert ist;
(b) Bestimmen eines auf dem Bild aus der feststehenden Kamera (1) basierenden Spurwinkels (θ), wobei der Spurwinkel (θ) ein Winkel zwischen einer gegenwärtigen Fahrspur des Fahrzeuges und einer gewünschten Fahrspur des Fahrzeuges ist;
(c) Vergleichen des Spurwinkels (θ) mit einem Bezugswinkel;
(d) Steuern eines auf dem in Schritt (b) bestimmten Spurwinkel (θ) basierenden Lenkwinkels des Fahrzeuges, wenn Schritt (c) bestimmt, daß der Spurwinkel (θ) kleiner oder gleich dem Bezugswinkel ist;
(e) Bewegen einer an dem Fahrzeug beweglich montierten, bewegbaren Kamera (2) in eine gewünschte, auf dem Spurwinkel (θ) basierende Winkelstellung, wenn Schritt (c) bestimmt, daß der Spurwinkel (θ) größer als der Bezugswinkel ist;
(f) Eingeben eines Bildes mit der bewegbaren Kamera (2), wenn Schritt (c) bestimmt, daß der Spurwinkel (θ) größer als der Bezugswinkel ist;
(g) Bestimmen eines auf dem Bild aus der bewegbaren Kamera (2) basierenden Spurwinkels (θ), wenn Schritt (c) bestimmt, daß der Spurwinkel (θ) größer als der Bezugswinkel ist; und
(h) Steuern eines auf dem in Schritt (g) bestimmten Spurwinkel (θ) basierenden Lenkwinkels des Fahrzeuges, wenn Schritt (c) bestimmt, daß der Spurwinkel (θ) größer als der Bezugswinkel ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner die folgenden Schritte nach dem Schritt (h) aufweisend:
(i) Vergleichen des in Schritt (g) bestimmten Spurwinkels (θ) mit einem anderen Bezugswinkel;
(j) Zurückkehren zu Schritt (a), wenn Schritt (i) bestimmt, daß der in Schritt (g) bestimmte Spurwinkel (θ) kleiner als der andere Bezugswinkel ist; und
(k) Zurückkehren zu Schritt (a), wenn Schritt (i) bestimmt, daß der in Schritt (g) bestimmte Spurwinkel (θ) größer oder gleich dem anderen Bezugswinkel ist.
3. System für ein fahrerloses Fahrzeug, aufweisend:
eine feststehende Kamera (1), die an einem Fahrzeug fest montiert ist;
eine bewegbare Kamera (2), die an dem Fahrzeug beweglich montiert ist;
bewegbare Mittel zum Bewegen der bewegbaren Kamera (2) in eine gewünschte Winkelstellung; und
Steuermittel (8) zum selektiven Eingeben eines Bildes aus der feststehenden Kamera (1) oder der bewegbaren Kamera (2) zum Bestimmen eines auf dem eingegebenen Bild basierenden Spurwinkels (θ) und zum Steuern eines auf dem Spurwinkel (θ) basierenden Lenkwinkels des Fahrzeuges, wobei
das Steuermittel (8) den Spurwinkel (θ) mit einem Bezugswinkel vergleicht, wenn das Steuermittel (8) Bilder aus der feststehenden Kamera (1) eingibt, und die bewegbare Kamera (2) selektiert, aus welcher ein Bild eingegeben wird, nachdem das bewegbare Mittel die bewegbare Kamera (2) in eine gewünschte Winkelstellung bewegt, wenn der Spurwinkel (θ) größer als der Bezugswinkel ist.
4. System für ein fahrerloses Fahrzeug nach Anspruch 3, wobei das bewegbare Mittel aufweist:
eine drehbare Welle (12), auf welcher die bewegbare Kamera (2) montiert ist;
einen Motor (3);
eine Zahnradanordnung (31, 32, 33, 55), die durch den Motor (3) erzeugte Leistung auf die drehbare Welle (12) überträgt, um die drehbare Welle (12) zu drehen;
Stellungserfassungsmittel (51, 52, 53) zum Erfassen einer Winkelstellung der drehbaren Welle (12), wobei die Winkelstellung der drehbaren Welle (12) einer Winkelstellung der bewegbaren Kamera (2) entspricht; und
Motorsteuermittel (4) zum Steuern des Betriebs des Motors (3) auf Basis der erfaßten Winkelstellung der drehbaren Welle (12), so daß die bewegbare Kamera (2) die gewünschte Winkelstellung erreicht.
5. System für ein fahrerloses Fahrzeug nach Anspruch 3 oder 4, wobei das Steuermittel (8) den Spurwinkel (θ) mit einem anderen Bezugswinkel vergleicht, wenn das Steuermittel (8) Bilder aus der bewegbaren Kamera (2) eingibt, und wenn der Spurwinkel (θ) kleiner als der andere Bezugswinkel ist, selektiert das Steuermittel (8) die feststehende Kamera (1), aus welcher ein Bild eingegeben wird.
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