DE112006002892T5

DE112006002892T5 - Systeme und Verfahren zum Umschalten zwischen autonomer und manueller Bedienung eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE112006002892T5
Application number: DE112006002892T
Authority: DE
Inventors: William Robert Norris; James Newton Allard; Mikhail O. Arlington Filippov; Robert Dale Haun; Christopher David Glenn Erie Turner; Seth Pasa Robles Gilbertson; Andrew Julian Norby
Original assignee: Deere and Co; iRobot Corp
Current assignee: Deere and Co; iRobot Corp
Priority date: 2005-10-21
Filing date: 2006-10-20
Publication date: 2008-11-06
Anticipated expiration: 2026-10-21
Also published as: AU2006304838B2; US20140350768A1; IL191001A; US20070193798A1; DE112006003044T5; US20150301532A1; AU2006306523B2; AU2006304812B2; AU2006306522A1; GB2445507B; DE112006003007B4; US7894951B2; AU2006306522B9; WO2007050406A1; WO2007048003A2; US8020657B2; DE112006002894B4; WO2007050407A1; US8874300B2; WO2007048003A3

Abstract

Ein mittels einer Robotik betreibbares Fahrzeug mit:
einem mechanischen Fahrzeugsteuerungssystem, das manuelle Eingaben von einem mechanischen Bedienelement zum Betreiben des Fahrzeugs in einem manuellen Modus zu empfangen vermag;
einer Steuerung, die autonome Steuersignale zu erzeugen vermag; und
wenigstens einem Aktuator, der mit dem mechanischen Fahrzeugsteuerungssystem durch wenigstens eine elektrisch betätigte Kupplung verbunden ist, wobei der Aktuator eingerichtet ist, die autonomen Steuersignale zu empfangen und das mechanische Fahrzeugsteuerungssystem in einem autonomen Modus zu betreiben.

Description

Diese Erfindung beansprucht die Priorität der U.S. Provisional Patent Application Nr. 60/729,445 vom 21. Oktober 2005, U.S. Provisional Patent Application Nr. 60/729,388 vom 21. Oktober 2005, U.S. Provisional Patent Application No. 60/780,389 vom 08. März 2006 und U.S. Provisional Patent Application Nr. 60/838,704 vom 18. August 2006, die hier alle durch Bezugnahme vollständig einbezogen werden.
Diese Erfindung bezieht sich auf die PCT-Patentanmeldungen mit der Bezeichnung „Robotic Control Modul" [Anwaltsaktenzeichen Nr. 56516/336397]; „Systems and Methods for Obstacle Avoidance" [Anwaltsaktenzeichen Nr. 56516/336401]; und „Networked Multi-Role Robotic Vehicle" [Anwaltsaktenzeichen Nr. 56516/336403], die jeweils hiermit gleichzeitig eingereicht wurden und hier durch Bezugnahme vollständig einbezogen werden.
GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Systeme und Verfahren zum Betrieb von Fahrzeugen. Insbesondere beziehen sich Ausführungsbeispiele dieser Erfindung auf Systeme und Verfahren zum Umschalten zwischen einem autonomen und einem manuellen Betrieb eines Fahrzeugs.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Im Oktober 2005 haben fünf autonome Fahrzeuge die „Grand Challenge" des United States Defense Advanced Research Projects Administration (DARPA) erfolgreich beendet, ein Wettbewerb, der von vollständig autonomen Roboterfahrzeugen fordert, eine Strecke, die mehr als einhundert Meilen beträgt, zu bewältigen. Diese Fahrzeuge waren mit Robotiksteuersystemen ausgebildet, wobei eine Reihe von Computer alle operativen Systeme des Fahrzeugs steuerten, wie etwa das Lenken, das Bremsen, die Übertragung und das Drosseln in Abhängigkeit von autonomen Entscheidungen, die von Programmen an Bord des Fahrzeugs getroffen wurden, ohne menschlichen Eingriff auf der Strecke selbst.
Während die Konstrukteure und Hersteller dieser Fahrzeuge eine beeindruckende Leistung vollbracht haben, wurden die Fahrzeuge in Spezialzweckroboter umgewandelt. Es gibt kein Erfordernis in diesem Fahrzeugwettbewerb, dass diese auch durch einen Benutzer fahrbar sein müssten, so dass es nur einige waren. Auch diejenigen, die fahrbar waren, waren nicht notwendigerweise in üblicher Weise fahrbar. Beispielsweise konnte ein Lenkrad auf solch einem Fahrzeug immer noch von einem Menschen gedreht werden, aber unnatürlichen und manch mal gefährlichen Widerstand von einem immer noch verbundenen Robotikaktuator erfahren. Während es bekannt ist, dass einiger dieser Fahrzeuge an jedem Tag zum Ort des Wettbewerbs gefahren wurden, ist von keinem bekannt, dass es gleichermaßen als autonomes Fahrzeug und als manuell fahrbares Fahrzeug geeignet gewesen wäre. Keines war gleichermaßen in einer autonomen Rolle und in einer manuellen Rolle sicher – die Strecke war frei von allen Zuschauern und Passagiere waren während des autonomen Betriebs nicht erlaubt. Keines besaß viele, wenn überhaupt, Einrichtungen zum Berücksichtigen wie ein Benutzer sicher und natürlich mit dem Fahrzeug interagieren könnte.
In Bezug auf das Umschalten zwischen autonomer und manueller Verwendung kann die Robotikumschaltung eines Fahrzeugs in einer Umwandlung von einer herkömmlich verkabelten und hydraulischen Steuerung (direkter mechanischer Steuerung) zu indirekten Steuerungssystemen resultieren, die als E-Gas-Systeme bezeichnet werden. In E-Gas-Systemen betätigt ein Aktuator, wie etwa ein elektrischer Motor oder hydraulische Zylinder, die Gas-, Brems-, und/oder Steuer-Eingabe. Diese E-Gas-Systeme haben keine Verbindung zu einer bedienbaren mechanischen Steuerung zum gewöhnlichen Fahren (wie etwa ein Hebel, ein Pedal oder ein Lenkrad, das direkt durch Kabelzug oder hydraulische Leitungen betrieben wird). Umgewandelte Fahrzeuge werden nahezu vollständig oder vollständig E-Gas-Systeme, weil sie gewöhnlich nicht dazu gedacht sind, um frei zurück oder schaltergetrieben zu einer manuell betriebenen Konfiguration umgewandelt zu werden. Auch wenn einige Bediensysteme durch einen Fahrer betrieben werden, wird die Umwandlung die eingreifende Robotiksoftware, Elektronik und Aktuatoren verwenden (z. B. kann der gewöhnlich verkabelte Beschleuniger getrennt sein, so dass eine Bedienperson eine Geschwindigkeitsauswahl über einen Joystick oder ähnliches eingeben kann).
Ergänzte Fahrzeuge, die eingreifende Robotiksoftware, Elektronik und Aktuatoren anstelle einer deaktivierten mechanischen Verbindung verwenden, können wie herkömmliche Fahrzeuge gleichermaßen geeignet sein. Sie mögen bei Auftreten eines Fehlers des Robotiksteue rungssystems vollständig oder teilweise deaktiviert sein. In solch einem Fahrzeug mag es für Fahrzeuginsassen schwierig sein, sich aus Unfällen zu retten, zum Beispiel Entfernen des Fahrzeugs aus einem Graben, wenn es feststeckt. In extremen Szenarien, wie etwa Militäreinsätzen, fehlt einem umgewandelten „Einweg"-Fahrzeug die Flexibilität.
Triviale Softwareprobleme mögen ein E-Gas-System-Fahrzeug zum stehen bringen, wenigstens, weil es keine mechanischen Verbindungen für einen Fahrer gibt, um die Verwendung von grundlegenden Bediensystemen des Fahrzeugs wieder herzustellen. Bekannte zu Robotik umgewandelte Systeme beinhalten dieses Problem und können nicht einfach nach Lust und Laune in vollständig manuelle Fahrzeuge umgewandelt werden. Es gibt andere Probleme – beispielsweise fahren oder verhalten sich umgewandelte Fahrzeuge nicht nach Art eines ummodifizierten Fahrzeugs aus der Sicht eines Benutzers. Einfache Aktivitäten, wie etwa Parken des Fahrzeugs in einer Garage oder Transport, können schwieriger sein als dieses bei einem herkömmlichen manuellen Fahrzeug erfolgt, wobei komplexe Programmierung oder die Verwendung einer Fernbedienung notwendig ist.
In dem Ausmaß, in dem der Stand der Technik einige der Probleme und Möglichkeiten, die mit Fahrzeugen assoziiert sind, die sowohl in autonomen Modi als auch manuellen Modi nützlich sind, betrachtet hat, ist die ergonomische und intuitive Bedienung gewöhnlich nicht das zuerst adressierte Problem. Obwohl beispielsweise beobachtet wurde, dass die eine oder andere manuelle Bedienung mit Umschalten zwischen autonomen und manuellen Modi assoziiert werden kann, sind spezifische ergonomisch bestimmte Modus-Umschaltemethoden nicht gut definiert. Weiterhin ist die spezifische mechanische Anpassung zur intuitiven Benutzerverwendung von Modus-Umschaltesystemen selten diskutiert.
ZUSAMMENFASSUNG
Ausgestaltungen dieser Erfindung stellen ein Fahrzeuge, Strukturen, Systeme und Verfahren bereit, die gleichermaßen in autonomen und manuellen Modi betriebsfähig sind: (i) durch Berücksichtigen erhöhter Sicherheit in all solchen Modi; (ii) durch einfaches Wiederherstellen der vollen mechanischen manuellen Bedienung und Umschalten zu vollständiger autonomer Bedienung; (iii) durch effizientes Überlappen und Kombinieren von Komponenten des autonomen Steuerungssystems, manuellen mechanischen Steuerungssystems und Sicherheitssystems; oder (iv) durch Besitzen einer Humanschnittstelle, die Vorgänge des Umschaltens zwischen autonomen und manuellen Bedienungen eines Fahrzeugs erleichtert und die Bedienbarkeit und die Sicherheit der Fahrzeugverwendung in jedem Modus verbessert.
Beispielsweise weist ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein autonomes Fahrzeug auf, einschließlich eines mechanischen Fahrzeugsteuerungssystems, das zum Empfangen manueller Eingaben zum Betreiben des Fahrzeugs in einem manuellen Modus eingerichtet ist; einer Steuerung die zum Erzeugen autonomer Steuersignale und/oder Modus-Umschaltesignalen eingerichtet ist; und wenigstens einem Aktuator, der an das mechanische Fahrzeugsteuerungssystem durch wenigstens eine elektrisch betätigte Kupplung angepasst ist. Der Aktuator kann die autonomen Steuersignale empfangen und kann das mechanische Fahrzeugsteuerungssystem in einem autonomen Modus betreiben. Bei Empfang des Modus-Umschaltesignals kann der Aktuator vom mechanischen Fahrzeugsteuerungssystem entfernt werden, so dass das Fahrzeug in manuellem Modus betrieben wird.
Daher kann das Fahrzeug durch eine Bedienperson im Fahrzeug unter Verwendung des mechanischen Fahrzeugsteuerungssystems oder einer Fernbedienungseinheit unter Verwendung des autonomen Steuerungssystems gesteuert werden. Das Zurückbehalten der manuellen Funktionalität in dieser Weise ermöglicht es, dass die Erfahrung der Bedienperson ununterscheidbar von dem Fahren eines Fahrzeugs mit keinem autonomen Modus ist. Ein Benutzer, der an das Fahren eines unmodifizierten Fahrzeugs oder eines Fahrzeugs derselben Basisplattform gewöhnt ist, wird im Wesentlichen dieselbe taktile Rückkopplung vom Fahren des Mehrzweckfahrzeugs erfahren wie vom Fahren eines normalen nicht autonomen Fahrzeugs (beim Steuern, Beschleunigen, Bremsen oder Schalten) derselben Art erfahren.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Fahrzeug, das ein Sicherheits-Stoppsystem aufweist, das die Sicherheit in allen Modi erhöht und Komponenten des autonomen Steuerungssystems, des manuellen mechanischen Steuerungssystems und der Sicherheitssysteme überlappt und kombiniert. Das Sicherheits-Stoppsystem entfernt Energie von allen sich bewegenden Teilen und von allen Teilen, die das Fahrzeug in Bewegung versetzen. Das E-Stoppsystem ist ein Subsystem des Sicherheits-Stoppsystems. Es weist gewöhnlich deaktivierte elektrische Kupplungen auf, die mit jedem System assoziiert sind, die das Fahrzeug zum Bewegen veranlassen und schaltet alle Kupplungen in einem E-Stopp ab. In einer Ausgestaltung, obwohl der E-Stopp Energie von den Kupplungen nimmt, lässt es Energie im autonomen Steuerungssystem. Nach einem E-Stopp ist das Fahrzeug unmittelbar zum Fahren durch den Benutzer mittels der mechanischen Fahrzeugbetriebssysteme verfügbar. Weil Überwachungs- und andere autonome Steuerungssysteme jedoch mit Strom versorgt bleiben, wird autonomen Funktionen, wie etwa Sensorik, Kommunikation, Aufnahme, Überwachung etc. fortzusetzen gestattet. E-Stopp kann durch E-Stoppschalter innerhalb des Fahrzeugs oder durch Benutzersteuerungselemente für die mechanischen Fahrzeugbetriebssysteme, wie etwa dem Bremspedal, ausgelöst sein.
Das Sicherheits-Stoppsystem weist auch ein gesteuertes Stoppsubsystem auf, das das Fahrzeug durch Entfernen der Energie von nur ausgewählten normalerweise deaktivierten elektrischen Kupplungen stoppt, während andere gewählte Kupplungen aktiv verbleiben. Ein E-Stopp kann nach einem kontrollierten Stopp ausgelöst sein, wobei verbleibende bewegende Teile heruntergefahren werden. Optional entfernt ein Modus-Umschalteschalter zum Schalten zwischen manuellem Modus und autonomen Modi oder zwischen autonomen Modi auch Energie von ausgewählten, normalerweise deaktivierten elektrischen Kupplungen, welche das Fahrzeug stoppen oder nicht, und kann auch alle verbleibenden sich bewegenden Teile aktiv angeschaltet belassen.
In einer anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist ein Fahrzeug ein autonomes Modusstartsystem und ein Verfahren auf, das Merkmale zum Verbessern der Sicherheit bereitstellt. Das Fahrzeug weist ein Parksteuerungselement auf, das in eine vorbestimmte Stellung gesetzt ist, wenn das Fahrzeug geparkt ist. Diese vorbestimmte Einstellung sollte allgemein als eine Bewegung deaktivierend anzeigend wahrgenommen werden, zum Beispiel sollte es Teil der herkömmlichen Regeln der Straße und/oder herkömmlichen Fahrstunden sein. Beispielsweise kann ein Parkbremsenhebel in die „bestimmte Position" gesetzt sein, so dass der Parkbremsenhebel sich nach oben erstreckt und von außerhalb des Fahrzeugs sichtbar ist. Das Steuerungssystem des Fahrzeugs interpretiert die vorbestimmte Stellung als den autonomen Modus zulassend. Es mag einen Deaktivierungsmechanismus geben, der auf Signale reagiert, die vom Steuerungssystem gesendet sind. Der Deaktivierungsmechanismus deaktiviert den Mechanismus, der autonome Bewegung verhindert, belässt das Steuerungselement jedoch in der vorbestimmten Stellung, die deaktivierte Bewegung anzeigt. So würde beispielsweise der Deaktivierungsmechanismus die Bremsen lösen, so dass das Fahrzeug sich bewegen kann, würde aber nicht den Parkbremsenhebel lösen, der in der „bestimmtem Position" verbleiben würde. Optional ist der Deaktivierungsmechanismus elektrisch und würde unter E-Stopp- oder Energieverlustbedingungen deaktiviert werden. Es ist optional aber vorteilhaft, die Parksteuerung elektrisch deaktiviert aber mechanisch „geladen" oder mechanisch vorgespannt zu belassen. In dieser Weise kann die Parksteuerung unter elektrischer Steuerung wieder einrasten oder eine Bremsbedingung sichern, wenn elektrische Energie verloren geht.
In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Robotiksicherheitssystem zum Erhöhen der Sicherheit bereitgestellt, wenn das Fahrzeug in einem autonomen Modus ist und ein Passagier den manuellen Modus zu benutzen wünscht. Im autonomen Modus sind elektrische Kupplungen aktiviert, um eine Bedienung im manuellen Modus zu verhindern. Das Fahrzeug hat einen Satz von manuellen Bedienelementen, wie etwa Hebeln und Lenkrädern, die für die Passagiere zugänglich sind. Wenn ein Passagier irgendeines der manuellen Bedienelemente bewegt, lösen sich die elektrischen Kupplungen, um Bedienung im manuellen Modus zu ermöglichen und verhindern die Bedienung im autonomen Modus. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann das Robotiksicherheitssystem einen Kippschalter oder einen anderen Schalter mit autonomen und manuellen Schaltungen aufweisen, die Passagiere verwenden können, um zwischen den Modi zu schalten. Vor dem Umschalten zwischen den Modi, tritt das Robotiksicherheitssystem in einen Sicherheitsmodus ein. Bevorzugt weist dieser Sicherheitsmodus das Verbringen des Fahrzeugs in einen kontrollierten Stopp mit laufender Maschine. Dem Sicherheitsmodus folgend erlaubt das Robotiksteuerungssystem dem Passagier das Fahrzeug durch dieselben Bedienmodi zu steuern, die verwendet wurden, um den Sicherheitsmodus zu starten.
Es gibt alternative Ausgestaltungen des Robotiksicherheitssystems. Das Robotiksteuerungssystem kann gemäß eines Satzes von Erfassungen gesteuert werden, die als das Ausüben menschlicher Beurteilung anzeigend klassifiziert sind und Antworten auf diese Erfassungen können höhere Priorität bei der Verhaltensentscheidung oder Handlungsreihenfolge zukommen, als jeder programmierten Robotikreaktion. In einer anderen Ausgestaltung kann das Robotiksicherheitssystem die Bestätigung erfordern, dass das Fahrzeug unter der Steuerung eines Benutzers im Fahrzeug ist. Diese Ausgestaltung kann in einer feindlichen Umgebung gewünscht sein, in der es nicht sicher ist, das Fahrzeug zu einem vollständigen Stopp zu bringen. In diesem Fall kann das Robotiksteuerungssystem einen Übergangsmodus aufweisen, der die Bestätigung erfordert, dass ein Mensch die Aufsicht hat, und/oder in dem das Robotiksteuerungssystem überwacht, ob das Fahrzeug unter beantwortender Steuerung durch einen Benutzer ist. In einem weiteren Ausführungsbeispiel, wie etwa einer Schulsituation, kann es gewünscht sein, die Maschine abzuschalten. In diesem Fall, wenn die Maschine in einem autonomen Modus gesteuert wird und ein Passagier irgendeines der manuellen Bedienelemente bewegt, würde die Maschine heruntergefahren werden.
Diese beispielhaften Ausführungsbeispiele sind erwähnt, nicht um die Erfindung zu begrenzen oder zu definieren, sondern um Beispiele bereitzustellen, um deren Verständnis zu fördern. Beispielhafte Ausgestaltungen werden in der detaillierten Beschreibung diskutiert und weitere Beschreibung der Erfindung ist dort bereitgestellt. Die von vielfältigen Ausgestaltungen dieser Erfindungen dargebrachten Vorteile sind durch Prüfen dieser Beschreibung weiter verständlich.
ABBILDUNGEN
Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile dieser Erfindung werden besser verstanden, wenn die folgende detaillierte Beschreibung mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen gelesen wird, in denen:
1A–1C Blockdiagramme eines beispielhaften Fahrzeugs gemäß verschiedener Ausgestaltungen der Erfindung sind.
2 ein Blockdiagramm ist, das ein Steuerungssystem in einer Ausgestaltung der Erfindung darstellt.
3 ein Diagramm ist, das eine teilweise Seitenansicht eines Steuerungssystems in einer Ausgestaltung der Erfindung darstellt.
4 ein Diagramm ist, das eine Explosionsansicht des Steuerungssystems aus 3 darstellt.
5 ein Blockdiagramm ist, das ein Übertragungssystem in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt.
6 ein Diagramm ist, das ein Übertragungssystem gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung darstellt.
7 ein Blockdiagramm ist, das ein Drosselsystem gemäß eines Ausführungsbeispiels der Erfindung darstellt.
8 ein kombiniertes Block- und Flussdiagramm ist, das ein Bremssystem in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt.
9 ein Diagramm ist, das eine teilweise Seitenansicht eines Bremssystems gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung darstellt, wobei das System aktiviert und in einem autonomen Modus ist.
10 ein Diagramm ist, das eine teilweise Seitenansicht des Bremssystems aus 9 darstellt, wobei das System deaktiviert und in einem autonomen Modus ist.
11 ein Diagramm ist, das eine teilweise Seitenansicht des Bremssystems, das in den 9 und 10 gezeigt ist, darstellt.
12 ein Blockdiagramm ist, das eine E-Stopp-Ausführung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
13A–D funktionelle schematische Diagramme eines beispielhaften Steuerungssystems gemäß verschiedener Ausführungsbeispiele der Erfindung sind.
14A und 14B funktionelle schematische Diagramme eines beispielhaften Steuerungssystems gemäß eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung sind.
15A und 15B funktionelle schematische Diagramme eines beispielhaften Steuerungssystems gemäß eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung sind.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ausgestaltungen dieser Erfindung stellen Systeme und Verfahren zum Umschalten zwischen autonomen und manuellen Arbeitsabläufen eines Fahrzeugs bereit. Insbesondere stellen Ausgestaltungen dieser Erfindung ein Fahrzeug, Strukturen, Systeme und Verfahren bereit, die gleichermaßen geeignet und in autonomen und manuellen Modi sind: (i) zum Bereitstellen erhöhter Sicherheit in all solchen Modi; (ii) zum einfachen Wiederherstellen zur vollständigen mechanischen manuellen Operation und zum Umschalten zu vollständiger autonomer Bedienung; (iii) zum effizienten Überlappen und Kombinieren von Komponenten von autonomen Steuerungssystemen, manuellen mechanischen Steuerungssystemen und Sicherheitssystemen; oder (iv) zum Bereitstellen einer menschlichen Schnittstelle, die Vorgänge zum Umschalten zwischen autonomen und manuellen Arbeitsabläufen eines Fahrzeugs vereinfachen und die Bedienbarkeit und Sicherheit der Fahrzeugsverwendung in jedem Modus erhöhen.
Beispielhaftes Fahrzeug
Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung können in einer Vielzahl von Fahrzeugen, wie etwa Automobilen, Trucks und Nutzfahrzeugen, verwendet werden. 1 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften Fahrzeugs 102 in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Fahrzeug 102 zeigt in 1 ein sechsrädriges dieselgetriebenes Nutzfahrzeug, wie etwa ein Gator^TM-Fahrzeug, das von Deere & Company aus Moline, Illinois hergestellt wird.
Das gezeigte Fahrzeug 102 weist Bediensysteme, einschließlich eines Steuerungssystems 104, eines Bremssystems 106, eines Drosselsystems 108 und eines Übertragungssystems 110 auf.
Jedes dieser Systeme 104–110 weist bevorzugt eine mechanische Eingabe für den Betrieb in einem manuellen Modus, eine mechanische Verbindung zum Übertragen einer Kraft auf den relevanten Mechanismus und eines Aktuator für den Betrieb in einem autonomen Modus auf. „Mechanisch" und „mechanische Verbindung", wie hier verwendet, schließt Fluidkraftsysteme ein, es sei denn Fluidkraftsysteme sind speziell ausgenommen. Der autonome Modus ist ein Modus, in dem wenigstens ein Teil des Fahrzeugs wenigstens teilweise unter Computersteuerung ist und kann beispielsweise Robotik oder ferngesteuerte Bedienung, wie etwa Fernbedienung, aufweisen. Bei Fernbedienung steuert ein Benutzer das Fahrzeug 102 ferngesteuert unter Verwendung eines Fernsteuerungsmonitors und Steuerungssystems, das hier als Benutzersteuerungseinheit (Operator Control Unit; OCU) bezeichnet wird. Der Fernbedienungsmonitor kann auf Kameras oder andere Sensoren zum Bestimmen der Position und des Status des Fahrzeugs 102 angewiesen sein.
Der Betrieb im manuellen Modus kann das Bereitstellen einer mechanischen Eingabe und das Übersetzen lassen der mechanischen Eingabe in eine Kraft auf das gesteuerte System aufweisen. Beispielsweise, wie in 1 dargestellt, ist das Steuerungssystem 104 angebracht oder in Verbindung mit einem Lenkrad 112 zur manuellen Bedienung. Dreht ein Fahrer das Lenkrad 204, wie in den 2–4 dargestellt, dreht eine Achse 206, die an dem Lenkrad 204 angebracht ist, ein Getriebe, das mit einer Zahnstange 207 verzahnt ist. Die Zahnstange 207 ist an den Vorderrädern 208 des Fahrzeugs 102 befestigt und bedingt, dass die Räder 208 basierend auf der mechanischen Eingabe in die entsprechende Richtung drehen. Zum Zwecke dieser Veröffentlichung, weist das Steuerungssystem 202 einen Steuerungsmechanismus auf (welcher beispielsweise Zahnstange; Kugelgelenk; Rollenhebel, Hebel oder Zapfen sein kann, i. e. die Familie von Mechanismen, die gemeinhin als Steuerungsmechanismus im Stand der Technik bekannt sind).
Ähnlich sind ein Bremspedal 114 und ein Parkbremsen-Notfall-Hebel 116 befestigt oder in Verbindung mit dem Bremssystem 106. Wird das Bremspedal 114 gedrückt oder der Park bremsenhebel 116 gezogen oder anderweitig eingestellt, wird Druck auf eine mechanische Bremse im Getriebe des Fahrzeugs 102 angewendet. Üblicherweise ist der Parkbremsenhebel 116 über ein separates Kabel mit der mechanischen Bremse verbunden und kann alternativ verwendet werden, um die mechanische Bremse zu betätigen. In einigen Fällen ist ein separater Bremsenmechanismus für den Parkbremsenhebel 116 vorgesehen. Es sollte beachtet werden, dass das Anziehen des Parkbremsenhebels beim Verlassen des Fahrzeugs 102 als eine notwendige Sicherheits-„Straßenregel" betrachtet wird, derart, dass lokale Bestimmungen und Gesetze dieses oftmals als gesetzlich erforderlichen Schritt zum Verlassen eines unbeaufsichtigten Fahrzeugs 102 definieren. Die meisten Fahrschulen lehren natürlich diese Straßenregel und die meisten Erwachsenen sind daran gewöhnt, den Parkbremsenhebel 116 (oder das Pedal 114) beim Verlassen des Fahrzeugs 102 einzustellen.
Jedoch bei normaler manueller Bedienung wird das Bremssystem 106 durch das Bremspedal 114 mittels seiner eigenen Verbindung (z. B. mechanisch oder elektrisch) betätigt; und in normalem autonomem Betrieb wird das Bremssystem entweder direkt durch autonome Steuerung oder über die Bremspedal 114 Verbindung betätigt.
Das Drosselsystem 108 wird ähnlich betätigt, i. e. über eine mechanische Verbindung. Alternativ kann jede mechanische Eingabe in ein elektrisches Signal vor der Eingabe in das Betriebssystem übersetzt werden. Beispielsweise ist ein Gaspedal 118 in Verbindung mit dem Drosselsystem 108. Wenn das Gaspedal 118 gedrückt wird, sendet ein (nicht gezeigter) Sensor ein Signal an das Drosselsystem 108, das den Grad des Drückens anzeigt. Das Drosselsystem 108 verwendet das Signal, um das Volumen der Kraftstoff-/Luftmischung zu bestimmen, um dieses der Maschine des Fahrzeugs 102 zuzuführen.
Das Fahrzeug 102 weist auch einen Schalthebel 120 zum Auswählen der Vorwärts-, Neutral- oder Rückwärtsgänge auf (forward, neutral, reverse; FNR). In komplexeren Fahrzeugen 102 kann der Schalthebel 120 auch verschiedene Übertragungsverhältnisse auswählen. Wenn der Benutzer den Schalthebel 120 bewegt, wird eine am Hebel 120 befestigte Achse und die Übertragung (nicht gezeigt) bewegt, die die Übertragung zum Wechseln der Gänge veranlasst.
Obwohl diese ausführenden Systeme beschrieben sind, einen mechanischen-zu-mechanischen oder mechanischen-zu-elektrischen Betrieb zu haben, werden verschiedene Arten von Systemen angewendet. Beispielsweise kann ein E-Gas-System in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet werden. In solch einem System würde ein Sensor, der eingerichtet ist, die Bewegung des Bremspedals 114 wahrzunehmen, die Betätigung der Bremsen ohne eine mechanische Verbindung auslösen. D. h., während einige Ausdrücke der Erfindung einigen oder allen Betriebssystemen ermöglichen, durch nicht mechanische Eingabe betrieben zu werden, ziehen andere Ausdrücke eine Anordnung in Erwägung, in denen im Wesentlichen jedes größere Betriebssystem (Steuerung 104, Bremse 106, Drossel 108 und Übertragung 110) eine mechanische Eingabe hat, die die hier diskutierten Vorteile aufweist.
Jedes der Betriebssysteme weist wenigsten einen Aktuator auf. Wie in den 3–4 gezeigt, weist beispielsweise das Steuerungssystem 202 einen Aktuator 214 auf, der als ein Motor ausgestaltet ist, der die Steuerungsachse 206 zu drehen vermag. Die Aktuatoren werden zum Betrieb des Fahrzeugs 102 in einem autonomen Modus verwendet. Die Betriebssysteme ermöglichen den schnellen, automatischen Übergang vom autonomen Modus zum manuellen Modus. Der Übergang vom autonomen zum ausgeschalteten Modus kann durch einen Notfallstopp (E-Stopp) ausgelöst werden, wie später in größerem Detail diskutiert werden wird. „E-Stopp" ist ein Ausdruck aus dem Stand der Technik, der hier verwendet wird und ist eine Art eines „gesteuerten Stopps" und unterscheidet sich von anderen gesteuerten Stopps wenigstens dadurch, dass ein Rückstellvorgang notwendig ist (oft einen „Pilz"-Taster zurücksetzend), bevor jede Bedienung, manuell oder autonom, wiederhergestellt ist. Dieses bedeutet nicht, dass ein E-Stopp-Knopf direkt mit Aktuatoren verbunden ist, aber viele Ausgestaltungen tun dies. In vielen Fällen, basierend auf dem Status des Fahrzeugs 102, kann ein kontrollierter Stopp oder ein E-Stopp eine Sequenz von Handlungen sein, die ausgelöst sind, und das Fahrzeug 102 schnell und sicher zu einem rollenden Stopp bringen. Ein E-Stopp kann einen Neustart erfordern; ein kontrollierter Stopp mag dieses nicht. Auf der anderen Seite kann ein Übergang vom autonomen zum manuellen Modus durch bestimmte Steuerungen (ein Umstellschalter) oder durch Benutzereingriff durch Verwendung eines Benutzereingriffdetektors an einer manuellen Steuerung verursacht werden (z. B. der Benutzer bewegt das Bremspedal 114, das Lenkrad 112, den Schalthebel 120 oder das Gaspedal 118). Ein Benutzereingriffdetektor kann verwendet werden, um einen kontrollierten Stopp auszulösen oder dem Benutzer die „Übernahme" zu erlauben. Wenn der Benutzer das Fahrzeug 102 mittels eines Umschaltschalters oder durch Benutzereingriff „übernimmt" (i. e. während des Bewegens wird manuelle Operation aktiviert, autonome wird deaktiviert), kann dieses als bevorrechtigt gesetzt werden (manuelle Steuerung ist ohne Verzögerung maßgeblich), oder zum Warnen des Benutzers, bevor die Übernahme der manuellen Steuerung erlaubt wird.
In den in den 2, 5 und 8 dargestellten Ausführungsbeispielen sind drei Kupplungen verwendet, eine für das Steuerungssystem 202, das Übertragungssystem 302 und das Bremssystem 502. Alternativ ist das Drosselsystem 402 ebenso durch eine elektromagnetische Kupplung gesteuert. Im manuellen Modus deaktivieren die Kupplungen die Aktuatoren von der Steuerung des Fahrzeugs 102, und beseitigen Störungen von der Robotik im manuellen Modus. In anderen Worten ist die mechanische Verbindung zwischen dem Schalthebel 120, dem Lenkrad 112 oder dem Pedal 114 des Benutzers und dem mechanischen Endsystem weitestgehend befreit. Daher erhält der Benutzer das manuelle Gefühl, das er erwartet und die Freiheit und den Charakter einer taktilen Rückkopplung sind ähnlich einem nicht autonomen Fahrzeug desselben Formfaktors.
Beispielsweise umfasst ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein autonomes Fahrzeug 102 einschließlich eines mechanischen Fahrzeugsteuerungssystems, das manuelle Eingaben zum Betreiben des Fahrzeugs 102 in einem manuellen Modus zu empfangen vermag; eine Steuerung, die autonome Steuersignale zu erzeugen vermag; und wenigstens einen Aktuator, der zum Empfangen der autonomen Steuersignale und zum Betreiben des mechanischen Fahrzeugssteuersystems in einem autonomen Modus eingerichtet ist, wobei die Steuerung zum Senden eines Modusschaltsignals zum Deaktivieren des Aktuators vom mechanischen Fahrzeugsteuerungssystem eingerichtet ist, so dass das Fahrzeug 102 im manuellen Modus betrieben wird.
Das Beibehalten der manuellen Funktionalität in dieser Weise erlaubt der Benutzererfahrung nicht unterscheidbar vom Fahren eines Fahrzeugs mit keinen autonomen Modi zu sein, auch im Anschluss an einen E-Stoppvorgang. Ein Benutzer, der an das Fahren eines unmodifizierten Fahrzeugs oder eines Fahrzeugs derselben Basisplattform gewöhnt ist, wird exakt dieselbe taktile Rückkopplung vom Fahren des Mehrzweckfahrzeugs erfahren wie beim Fahren eines normalen nicht autonomen Fahrzeugs (bei Verwendung der Steuerung, der Beschleunigung, der Bremsen oder der Gangschaltung) derselben Art.
Das Fahrzeug 102 weist auch eine Fahrzeugsteuerungseinheit (vehicle control unit; VCU) 122 auf. Die Fahrzeugsteuerungseinheit 122 empfängt eine Eingabe und verwendet die Eingabe zum Bestimmen, wie jedes der Bediensysteme 104–110 zu steuern ist. Beispielsweise kann die Fahrzeugssteuerungseinheit 122 eine Eingabe empfangen, die anzeigt, dass das Fahrzeug 102 nach rechts bewegt werden sollte. Als Antwort gibt die Fahrzeugsteuerungseinheit 122 ein Steuersignal an das Steuerungssystem 104 aus, um den Aktuator 214 zu veranlassen, die Steuerachse 206 zu drehen.
Das Fahrzeug 102 weist auch ein Robotiksteuersystem (robotic control system; RCS) 124 auf. Das Robotiksteuersystem 124 empfängt eine Vielzahl von Eingaben von verschiedenen Quellen, wie etwa einem Global Positioning System (GPS) und anderen Sensoren und verwendet eine Kombination von Software und Hardware, um zu bestimmen, wie das Fahrzeug 124 zu steuern ist. Das Robotiksteuersystem 124 gibt dann geeignete Signale an die Fahrzeugsteuereinheit 122 aus, um das Fahrzeug 102 zu veranlassen, wie gewünscht betrieben zu werden. In einigen Ausgestaltungen können die Fahrzeugsteuereinheit 122 und das Robotiksteuersystem 124 eine einzige Steuereinheit umfassen. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Fahrzeugsteuereinheit 122 mehrere Steuereinheiten umfassen, auch Robotiksteuermodule genannt, und das Robotiksteuersystem 124 kann mehrere Steuereinheiten umfassen. Die Verwendung separater Einheiten ermöglicht größere Flexibilität bei der Konfiguration des Fahrzeugs 102. Das Robotiksteuersystem 124 kann auch eingerichtet sein, um mit mehreren Fahrzeugsteuereinheiten 122 betrieben zu werden, so dass das Robotiksteuersystem 124 von Fahrzeug 102 zu Fahrzeug 102 übertragen werden kann. Wird beispielsweise ein Fahrzeug 102 als nicht betriebsfähig angesehen wird, kann das Robotiksteuersystem 124 entfernt und in einem anderen Fahrzeug 102 installiert werden.
Sowohl die Fahrzeugsteuereinheit 122 als auch das Robotiksteuersystem 124 weisen einen Prozessor auf. Der Prozessor weist ein computerlesbares Medium auf, wie etwa ein Random Access Memory (RAM), das mit dem Prozessor verbunden ist. Der Prozessor führt computerausführbare Programmanweisungen aus, die im Speicher gespeichert sind, wie etwa fahrzeugspezifische oder Robotiksteueralgorithmen. Solche Prozessoren können ein Mikroprozessor, einen Application Specific Integrated Circuit (ASIC) und Automaten sein. Solche Prozessoren weisen auf oder sind in Verbindung mit Medien, zum Beispiel computerlesbaren Medien, die Anweisungen speichern, die, wenn durch den Prozessor ausgeführt, den Prozessor veranlassen, die hier beschriebenen Schritte auszuführen. Ausgestaltungen der computerlesbaren Medien schließen ein, sind aber nicht darauf begrenzt, eine elektronische, optische, magnetische oder andere Speicher- oder Übertragungsvorrichtungen, die zum Bereitstellen eines Prozessors mit computerlesbaren Anweisungen fähig ist. Andere Beispiele von geeigneten Medien schließen ein, sind aber nicht darauf beschränkt, eine Floppy Disk, CD-ROM, DVD, magnetische Scheibe, Speicherchip, ROM, RAM, ein ASIC, ein konfigurierter Prozessor, alle optischen Medien, alle magnetischen Bänder oder andere magnetische Medien oder jedes andere geeignete Medium, von dem ein Computerprozessor Anweisungen lesen kann. Ebenso können weiter andere Formen computerlesbare Medienanweisungen für einen Computer über tragen oder tragen, einschließlich einem Router, einem privaten oder öffentlichen Netzwerk oder eine andere Übertragungsvorrichtung oder Kanal, beide sowohl drahtgebunden als auch drahtlos. Die Anweisungen können Code aus jeder geeigneten Computerprogammiersprache aufweisen, einschließlich beispielsweise C, C++, C#, visual basic, Java, Python, Perl und JavaScript.
Das Fahrzeug 102 weist auch eine Energieversorgung 126 auf. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Energieversorgung 126 eine separate Energieversorgung für die Fahrzeugbediensysteme 104–110, die Fahrzeugsteuereinheit 122 und das Robotiksteuersystem 124. Die Maschine, die Lichter und andere Systeme des Fahrzeugs mögen eine separate Energieversorgung verwenden. In anderen Ausgestaltungen wird ein einziges Energieversorgungssystem 126 für das gesamte Fahrzeug 102 verwendet. Es sollte beachtet werden, dass die VCU 122 durch eine zusätzliche RCU (zum Beispiel RCU #5), oder eine Kombination von einigen RCU, die mit einer oder mehreren zusätzlichen VCU 122 ersetzt sind, ersetzt werden kann. In dem Ausmaß, in dem die RCU und VCU überlappende Fähigkeiten haben, sind „RCU" und „VCU" hier häufig austauschbar verwendet.
In einer solchen Ausgestaltung wird das Fahrzeug 102 als Militärfahrzeug verwendet. Wie hier definiert, unterscheidet sich ein Militärfahrzeug von einem Zivilfahrzeug dadurch, dass es nicht notwendigerweise zivilen Transportgesetzen unterliegt (zum Beispiel ist es nicht notwendigerweise für Autobahnen zugelassen) und kann daher gefertigt sein, um für Missionen, die das Gesetz „brechen" würden, einsetzbar zu sein, wie etwa auf jedem Weg einschließlich ziviler Straßen und Autobahnen autonom betrieben zu werden. Das Militärfahrzeug kann in einem autonomen Modus in eine Position an vorderster Linie gesendet werden. Kommt es an, würde trainiertes militärisches Personal üblicherweise den geeigneten Manuell-zu-Autonom-Schalter bedienen. Nicht trainiertes militärisches Personal kann das Fahrzeug 102 besteigen und den E-Stopp-Knopf drücken, der veranlasst, dass das Fahrzeug 102 den autonomen Modus verlässt und als autonome Einheit nicht betreibbar ist, bis zum Neustart. Das Personal vermag dann das Fahrzeug 102 in einer üblichen Weise zu fahren. Beispielsweise kann es das Fahrzeug 102 von der vordersten Linie zu einer zurückliegenden Position fahren.
13A ist ein Diagramm eines Robotiksteuersystems (RCS) 124, beispielsweise der Robotikebenensteuerung 704 gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. 13B ist ein Diagramm einer Fahrzeugsteuereinheit 122, beispielsweise der Fahrzeugebenensteuerung 702 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die zwei Sektionen 702, 704 arbeiten als Hierarchie, wobei die Robotikebenensteuerung 704 begrenzten direkten Zugriff auf die Aktuatoren hat, die von der existierenden Fahrzeugebenensteuerung 702 betrieben werden. Im Gegensatz dazu, in Situationen, in denen die Robotikebenensteuerung 704 die Fahrzeugebenensteuerung 702 ersetzt oder zusammenfasst, kann die Robotikebenensteuerung 704 die Fahrzeugbediensysteme über die Aktuatoren im Wesentlichen direkt antreiben. Die Robotikebenensteuerung 704 weist vier Robotiksteuermodule oder Robotiksteuereinheiten (RCUs) 738, 754, 744 und 762 und verschiedene Sensoren auf. Die Robotikebenensteuerung 704 empfängt verschiedene Eingaben von Scanner, erzeugt eine Objektkarte, bestimmt die Steuerung des Fahrzeugs 102 und sendet Steuerinformationen an die überwachende Fahrzeugebenensteuerung (VCU #1) 714 und zur Armaturensteuerung 722 (gezeigt in 13B), die verschiedene Bediensysteme des Fahrzeugs 102 steuert.
Die Fahrzeugebenensteuerung 702 kann optional eine externe Schnittstelle, einen Controller Area Network (CAN) Diagnoseport 706, aufweisen. Die Fahrzeugebenensteuerung 702 weist auch eine Energiezentrale 708 oder andere Kleinlastmodule auf, wie etwa eine Siemens Energiezentrale, die von der Firma Siemens hergestellt ist. Die Energiezentrale 708 empfängt CAN Kommunikation von der Robotikebenensteuerung 704 und übersetzt dann, jene CAN Kommunikation in Steuersignale, die sie an den Gangschaltungsmotor 710 und den Bremsenmotor 712 sendet. Der Gangschaltungsmotor 710 und der Bremsenmotor 712 sind Aktuatoren für die Steuerung der Übertragung und des Bremsensystem 110, 108.
Die Fahrzeugebenensteuerung 702 weist auch eine überwachende Fahrzeugebenensteuerung (VCU #1) 714 auf. In einer Ausgestaltung hat die überwachende Fahrzeugebenensteuerung (VCU #1) 714 Odometersensoren und vermag die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 102 zu bestimmen, wenn einer der Odometersensoren an den Fahrzeugen 208 ausfällt. Die überwachende Fahrzeugebenensteuerung (VCU #1) 714 ist in Verbindung mit verschiedenen Systemen des Fahrzeugs 102. Beispielsweise ist die überwachende Fahrzeugebenensteuerung (VCU #1) 714 in Kommunikation mit der Ladefläche, Hilfslichtern und der Signalanlage 716. In einigen Ausgestaltungen können die Hilfslichter Blinker sein. Die überwachende Fahrzeugebenensteuerung (VCU #1) 714 ist auch in Kommunikation mit dem Gangschaltungsmotor 710 und dem Bremsenmotor 712.
Die Fahrzeugebenensteuerung 702 weist auch optional eine Drosselsteuerung 718 zur Drosselsteuerung und Diagnose auf, wie etwa beispielsweise eine APECS^®-Drosselsteuerung, die von der Woodward Governor Company, Rockford Illinois, bereit gestellt ist. Die Drosselsteuerung 718 ist in Kommunikation mit dem Drosselaktuator 720. Die Drosselsteuerung 718 stellt Aktuatorsignale für den Drosselaktuator 720 bereit und empfängt Rückkopplung von diesem. In anderen Ausgestaltungen kann diese Funktion von einer Robotiksteuereinheit, Motor und elektromagnetischer Kupplung ausgeführt sein.
Die Fahrzeugebenensteuerung 702 weist auch eine Armaturensteuerung 722 auf. Die Armaturensteuerung 722 weist eine Steuerung für einen Modusschalter 724 und für Scheinwerfer und Notlichter 726 auf. Die Fahrzeugebenensteuerung 702 umfasst auch den Steuerungsaktuator 728.
Die Robotikebenensteuerung 704 weist auch externe Schnittstellen auf. Die externen Schnittstellen der Robotikebenenteuerung 704, die in 13A gezeigt sind, umfassen eine Rear Payload CAN-Schnittstelle 730 und eine Rear Payload Ethernet-Schnittstelle 732. Die externen Schnittstellen weisen auch eine Front Payload CAN-Schnittstelle 736 und eine Ethernetschnittstelle 734 auf.
Verschiedene Elemente der Fahrzeugebenensteuerung 702 sind in Kommunikation mit Elementen der Robotikebenensteuerung 704. Beispielsweise ist die überwachende Robotikebenensteuerung (RCU #1) 738 in Kommunikation mit der Energiezentrale 708, der Drosselsteuerung 718 und der Armaturensteuerung 722. Die überwachende Robotikebenensteuerung (RCU #1) 738 empfängt Eingaben von verschiedenen Sensoren und stellt Befehle zum Betrieb eine Fahrzeugs 102 in einem autonomen Modus bereit. U.S. Patentanmeldung Nr. 10/972,082; 10/971,718; und 10/971,724, die in ihrer Gesamtheit durch Bezug darauf hiermit aufgenommen sind, beschreiben exemplarische autonome Modi und deren Steuerung.
Im in 13A gezeigten Ausführungsbeispiel empfangt die überwachende Robotikebenensteuerung (RCU #1) 738 eine Eingabe von einem GPS-Navigations-/Kommunikationssystem 740 (wie es von NavCom Technology, Inc. aus Torrance, Kalifornien erhältlich ist) und von einem Kompass 742. Diese Sensoren 740, 742 stellen Position und Richtungsinformation für die überwachende Robotikebenensteuerung (RCU #1) 738 für Navigationszwecke bereit. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können ebenso andere Sensoren umfassen. Beispielsweise weist eine Ausgestaltung eine inertiale Messeinheit (inertial measurement unit; IMU) auf, die die Beschleunigung des Fahrzeugs 102 in jeder Richtung misst. Die überwachende Robotikebenensteuerung (RCU #1) 738 ist auch in Kommunikation mit dem hinteren Wahrnehmungsrobotiksteuerungsmodul (RCU #3) 744. Das hintere Wahrnehmungsrobotiksteuerungsmodul (RCU #3) 744 empfängt Sensoreingaben über die Rear Payload CAN 730 und Ethernet 732 Schnittstellen.
In einem Ausführungsbeispiel, wenn ein Sensor, wie etwa der hintere Laserscanner 752, ausfällt oder Signale vom Sensor nicht empfangen werden, ist das System derart eingerichtet, dass Signale erzeugt werden, die vorgeben, dass ein Objekt den Sensor vollständig blockiert.
In dieser Weise, wenn beispielsweise ein hinterer Laserscanner 752 versagt, kann sich das Fahrzeug 102 nicht in einer rückwärts gerichteten Richtung bewegen, wie im folgenden als Teil des „range guard" diskutiert.
Das hintere Wahrnehmungsrobotiksteuermodul (RCU #3) 744 ist in Kommunikation mit einem Paar von Funkempfängern, Funkgerät (1) 746 und Funkgerät (2) 748. Funkgerät (1) 746 kann beispielsweise 900 MHz sein und kann ein EH900 Modell sein, das von Nova Engineering, Inc. aus Cincinnati, Ohio gefertigt wurde. Funkgerät (2) 748 kann 2,4 GHz sein und kann 802.11b-kompatibel sein. Die Funkgeräte 746, 748 ermöglichen dem hinteren Wahrnehmungsrobotiksteuermodul (RCU #3) 744 Befehle von einer Bedienungssteuereinheit (Operator Control Unit; OCU) 750 zu empfangen und Video- und andere Signale zu übertragen. Die OCU 750 kann beispielsweise zur Tele-Bedienung des Fahrzeugs 102 in einem autonomen Modus verwendet werden. Das hintere Wahrnehmungsrobotiksteuermodul (RCU #3) 744 ist auch in Kommunikation mit dem hinteren Laserscanner 752, der von der Sick AG aus Deutschland gefertigt ist.
Die überwachende Robotikebenensteuerung (RCU #1) 738 in dem in 13A gezeigten Ausführungsbeispiel ist auch in Kommunikation mit einem vorderen Wahrnehmungsrobotiksteuermodul (RCU #2) 754. Das vordere Wahrnehmungsrobotiksteuermodul (RCU #2) 754 ist in Kommunikation mit der Armaturbediensteuereinheit (OCU) 756. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Armatur OCU 756 einen Personal Digital Assistant auf. Ein Beispiel würde das TDS Recon^TM Modul sein, wie hergestellt von Tripod Data Systems aus Corvallis, Oregon. Das vordere Wahrnehmungsrobotiksteuermodul (RCU #2) 754 ist auch in Kommunikation mit einem Laserscannermotor 758 und einem vorderen Laserscanner 760.
Die überwachende Robotikebenensteuerung 738 ist auch in Kommunikation mit einer Kamera und der Steuerungssteuerung (RCU #4) 762. Die Kamera und die Steuerungssteuerung (RCU #4) 762 sind in Kommunikation mit einer hinteren Fahrkamera 764 und einer vorderen Fahrkamera 768. Die Kameras 764, 768 können das SNC-CS3N Model sein, das von Sony Electronics, Inc. aus San Diego, Kalifornien hergestellt ist. Die Kamera und die Steuerungssteuerung (RCU #4) 762 ist auch in einer Zweiwegekommunikation mit dem Steuerungsaktuator 728 und der überwachenden Fahrzeugebenensteuerung (VCU #1) 714, der Fahrzeugebenensteuerung 702. Schließlich sind die Kamera und die Steuerungssteuerung (RCU #4) 762 fähig, den Bremsenmotor über die überwachende Fahrzeugebenensteuerung (VCU #1) 714 zu steuern. Die Kamera und die Steuerungssteuerung (RCU #4) 762 können CAN Signale zwischen der überwachenden Fahrzeugebenensteuerung (VCU #1) 714 senden und empfangen, die wiederum CAN Signale zwischen dem Energiezentrum 708 senden und empfangen kann. Als nächstes sendet die Energiezentrale 708 Steuersignale an den Bremsenmotor 712. Entsprechend steuern die Kamera und die Steuerungssteuerung (RCU #4) 762 den Bremsenmotor 712 über die überwachende Fahrzeugebenensteuerung (VCU #1) 714 und die Energiezentrale 708.
Der Aufbau der verschiedenen in den 13A und 13B gezeigten Steuerungen und Sensoren kann in einer Vielzahl von Wegen in Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ausgeführt sein. Beispielsweise können verschiedene Steuerungen vereint oder in verschiedenen Arten voneinander getrennt sein, abhängig von der Anzahl und dem verwendeten Sensortyp und abhängig von der Beschaffenheit des Fahrzeugs. Ebenso können vielfältige Sensoren und Instrumente in verschiedenen Wegen verwendet werden. Beispielsweise mögen Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung Sensorfusion verwenden, um effizient und effektiv zu arbeiten. Sensorfusion ermöglicht dem Fahrzeug betrieben zu werden, auch wenn bestimmte Sensoren außer Betrieb sind.
1B zeigt eine alternative Ausgestaltung eines Fahrzeugs 130 mit einem Steuersystem 134, das nicht von der Fahrzeugsteuerungseinheit 142 wie im Ausführungsbeispiel aus 1A gesteuert wird. Stattdessen wird das Steuerungssystem 143 aus 1B von einer Robotik steuereinheit (nicht gezeigt) innerhalb des Robotiksteuersystems 146 gesteuert. Die Robotiksteuereinheit (nicht gezeigt) innerhalb des Robotiksteuersystems 146 steuert das Steuerungssystem 134 mit einer Steuerung auf niedriger Ebene und Rückkopplung und kann auch Energie an das Steuerungssystem 134 bereitstellen.
1C zeigt eine weitere Ausgestaltung eines Fahrzeugs 160. In diesem Ausführungsbeispiel sind vier RCUs 162, 168, 178 und 180 und keine Fahrzeugssteuereinheiten wie in den 1A und 1B. RCU 162 steuert das Steuerungssystem 164, RCU 168 steuert das Bremssystem 170 und RCU 180 steuert das Drosselsystem 182 und das Übertragungssystem 186. Die verbleibende RCU 178 kann eine überwachende Robotiksteuereinheit sein, die die anderen RCUs 162, 168, 178 und 180 verbindet und betreibt. Eine Energieversorgung 176 liefert Energie an jede RCU 162, 168, 178 und 180, die wiederum Energie an die korrespondierenden Systeme liefern.
13C zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Fahrzeugebenensteuerung 770, in der nur eine einzige VCU, die überwachende Fahrzeugebenensteuerung (VCU #1) 774 ist. In diesem Ausführungsbeispiel empfängt der Steuerungsaktuator 792 CAN Kommunikation von der Robotikebenensteuerung 772 und hat auch eine Rückkopplungsschleife mit der Robotikebenensteuerung 772. Die Scheinwerfer und Notlichter 786 empfangen Steuersignale von der Energiezentrale 780 und die Energiezentrale 780 stellt Steuersignale an den Gangschaltungsmotor 782 und den Bremsenmotor 784 bereit. Es gibt einen Modusschalter 794, der Signale an die überwachende Fahrzeugebenensteuerung (VCU #1) 774 bereitstellt.
13D zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Fahrzeugebenensteuerung 800. In diesem Ausführungsbeispiel gibt es eine überwachende Fahrzeugsteuerungseinheit (VCU) 804, die der überwachenden Fahrzeugebenensteuerung (VCU 1) aus den 13B und 13C entspricht. Die überwachende VCU 804 kann Steuersignale senden, auch in anderen Ausgestaltungen „digital mit Richtung" genannt, zur Ladefläche, der Signalanlage und den Blinklichtern 806.
Die überwachende VCU 804 kann Steuersignale vom Modusschalter 808 empfangen. Die überwachende VCU 804 empfängt auch Rückkopplungssignale, auch in anderen Ausführungsbeispielen „Rückkopplungsschleife" genannt, von jedem der Odometersensoren 809, dem Gangschaltungsaktuator 812, dem Bremsenaktuator 814 und dem Kraftstoffmagneten 820. In dem Ausführungsbeispiel von 13D gibt es einen separaten Odometersensor 809. Ebenso wird in anderen Ausführungsbeispielen der Gangschaltungsaktuator 812, der Bremsenaktuator 814 und der Kraftstoffmagneten 820 austauschbar als Gangschaltungsmotor, Bremsenmotor und Drosselaktuator bezeichnet. Die Fahrzeugebenensteuerung 800 hat auch ein Lastzentralmodul 810, in anderen Ausführungsbeispielen „Energiezentrale" genannt. Das Lastzentralmodul 810 ist in CAN Kommunikation mit der Robotikebenensteuerung 802 und sendet weiter Steuersignale an den Gangschaltungsaktuator 812, den Bremsenaktuator 814 und die Scheinwerfer/Notlichter 816. Schließlich kann die Fahrzeugebenensteuerung 800 eine Maschinensteuereinheit oder ECU 818 haben, in anderen Ausführungsbeispielen eine „Drosselsteuerung" genannt. Die ECU 818 ist in CAN Kommunikation mit der Robotikebenensteuerung 802 und kontrolliert den Treibstoffmagneten 820 zum Bereitstellen von Kraftstoff an die Maschine.
In einem anderen in 14A–B gezeigten Beispiel haben die RCUs 954, 944 keine integrierten Ethernetschalter. Stattdessen gibt es separate Ethernetschalter 970, 972 und 974, die mit jedem der RCUs 954, 944 und 962 assoziiert sind. Daher hat das Ausführungsbeispiel, das in 14A gezeigt ist immer noch ein Ethernetnetzwerk, aber die Ethernetschalter 970, 972 und 974 sind außerhalb der RCUs 954, 944 und 962. In der Fahrzeugebenensteuerung 902, die in 14B gezeigt ist, gibt es keine Rückkopplungsschleife zwischen dem Steuerungsaktuator 928 und der Robotikebenensteuerung 904. Stattdessen wird der Steuerungsaktuator 928 von einer Steuerung und einem Armaturenbrett (VCU #2) 922 gesteuert. In bestimmten Ausgestaltungen hat das Steuerungs- und Armaturenbrett (VCU #2) 922 eine integrierte Steuerung, die den Steuerungsaktuator 928 steuert. In anderen Ausgestaltungen jedoch kann die Steuerung separat und losgelöst von Steuerungs- und Armaturenbrett (VCU #2) 922 sein. In einem Ausführungsbeispiel ist ein Kraftverstärker 930 mit dem Steuerungs- und Armaturenbrett (VCU #2) 922 assoziiert.
In einem anderen in 15A–B gezeigten Ausführungsbeispiel sind alternative Ausgestaltungen der verschiedenen Steuerungen und Sensoren dargestellt, in denen die Robotiksteuermodule Funktionen ausführen, die mit den Fahrzeugsteuereinheiten assoziiert sind. Beispielsweise zeigt 15A eine Robotikebenensteuerung A 1504, die dieselbe Gestalt wie in 13A hat, außer dass die Robotikebenensteuerung A 1504 in Kommunikation mit einer zweiten Robotikebenensteuerung ist, wie der Robotikebenensteuerung B 1502 und wie dargestellt in 15B. Robotikebenensteuerung B 1502 weist eine Steuerung niedriger Ebene 1514 auf, die Befehle von einer überwachenden RCU, wie etwa der überwachenden RCU #1 1538 empfangen kann und steuert die Fahrzeugladefläche und die Hilfslichter 1516.
Die Robotikebenensteuerung B 1502 kann auch einen Gangschaltungsmotor RCU #5 1508 aufweisen, der einen Gangschaltungsmotor 1510 steuert und mit der überwachenden RCU #1 1538 kommuniziert. Der Gangschaltungsmotor 1510 kann ein Aktuator für die Fahrzeugübertragung sein. Eine Bremsenmotor RCU #6 1509 kann vorgesehen sein, die einen Bremsenmotor 1512 steuert, die ein Aktuator für die Fahrzeugbremsen ist. Eine Drossel RCU #7 1518 kann vorgesehen sein zum Steuern des Drosselaktuators 1520. In anderen Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung kann das Robotiksteuersystem mehr oder weniger RCUs aufweisen, die angepasst sind, eine oder manchmal mehr als eine Komponente zu steuern. Beispielsweise kann eine RCU vorgesehen sein, um sowohl den Gangschaltungsmotor 1510 als auch den Bremsenmotor 1512 zu steuern.
Weitere Variationen der beispielhaften Ausgestaltungen der RCUs und VCUs innerhalb eines Fahrzeugs, wie etwa in den 13, 14 und 15, sind von den Erfindern mittels verschiedener Kombinationen der Elemente durch deren Schnittstellen vorgesehen – zum Beispiel kann ein durch CAN gesteuertes Element, das Rückkopplung hat, entweder an eine verfügbare RCU oder VCU auf entweder Robotik- oder Fahrzeugsteuerungsebene angeschlossen werden. Die in den Zeichnungen gezeigten Verbindungen als einzelne Ethernetkabel können in zwei oder mehr Kabel aufgespalten sein, um das Netzwerk zu verbinden, wie hier allgemein beschrieben.
In einem Ausführungsbeispiel ist das Fahrzeug mit einem Hinderniserfassungs-/Hindernisvermeidungs-(Obstacle Detection/Obstacle Avoidance; ODOA) System ausgerüstet, das eingerichtet ist, Hindernisse außerhalb des Fahrzeugs zu erfassen und geeignete Steuerungsvorgänge einzuleiten, um diese zu vermeiden. Die vorläufige U.S. Patentanmeldung Nr. 60/780,389, eingereicht am 8. März 2006 und U.S. [Anwaltsaktenzeichen Nr. 56516/335072] , „Systems and Methods for Obstacle Avoidance" benannt, die gleichzeitig hiermit eingereicht wurde, beschreibt ein ODOA System vollständiger und wird hier durch Bezugnahme darauf mit einbezogen. In solch einem Ausführungsbeispiel weist das Fahrzeug folgende Komponenten auf: (i) eine vordere nickende Laserscannerbaugruppe; (ii) Range Guard Software; (iii) eine Hinderniskarte; und (iv) Steuerungssoftware. Die vordere nickende Laserscannerbaugruppe sammelt wahre 3-D Daten über Hindernisse vor dem Fahrzeug und leitet diese Daten mitgeführte Computer zur Verarbeitung weiter. Bestimmte Ausführungsbeispiele können eine hintere feste Laserscannerbaugruppe haben. Die hintere feste Laserscannerbaugruppe sammelt 2-D Daten über Hindernisse hinter dem Fahrzeug und gibt diese Daten an mitgeführte Computer zum Verarbeiten weiter. Die Range Guard Software erkennt Unterbrechungen von Hindernisdaten von den Laserscannern und veröffentlicht Ersatzdaten, die anzeigen, dass Hindernisse in jeder Richtung, die gesehen werden kann, nahe sind („Halbmonde"). Dieses hindert das Fahrzeug am Bewegen in einer Richtung, die nicht positiv als frei von Hindernissen durch die mitgeführte Software bestimmt wurde. Die Hinderniskarte zeigt die relativen Positionen von Hindernissen im Hinblick auf das Fahrzeug an und die Steuerungssoftware bestimmt die korrekte Bewegung durch ein Hindernisfeld und befehligt das Steuerungssystem (Steuerung, Drossel, Bremsen, Gangschaltung), um die Bewegung zu erreichen.
Für vollständig autonome Bedienmodi, wie etwa Navigation zu GPS Wegpunkten, wird das System ohne Modifikation ausgeführt. Für normale Tele-Bedienung, ist dieses System leicht modifiziert, um das Maß an Links- oder Rechtsbewegung stark zu reduzieren, die autonom über der befehligten Tele-Bedienung zum Vermeiden von Hindernissen angewendet wird, aber das autonome Bremsen zur Hindernisvermeidung bleibt vollständig aktiv. Daher, wenn ein entfernter Benutzer versucht, im normalen Tele-Bedienungsmodus frei auf ein Hindernis zuzusteuern, wird das System das Fahrzeug vor dem Hindernis zum Halten bringen. (In vollständigem autonomen Modus wird das System um das Hindernis herumfahren, wenn es einen freien Weg gibt.) In Fällen von beispielsweise der Notwendigkeit einer militärischen Operation, kann die Hindernisvermeidung ausgeschaltet werden durch Auswählen eines geeigneten Schlüssels auf der Benutzersteuerungseinheitstastatur.
Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung stellen vielfältige Vorteile gegenüber Fahrzeugen bereit, die nur in einem autonomen Modus betrieben werden und gegenüber Fahrzeugen, die sowohl in manuellen als auch autonomen Modi betrieben werden können. Beispielsweise ermöglichen Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung einem Benutzer sich von einem Unfall zu erholen, wie etwa dem in einen Graben gefahrenen Fahrzeug, oder führen einfache Aufgaben oder Aufgaben aus, die größere Manövrierfähigkeit erfordern, wie etwa das Abstellen eines Fahrzeugs in einer Garage, ohne komplexe Programmierung. Zusätzlich können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung in Bereiche vordringen, in denen Elektronik nicht erlaubt ist. Beispielsweise können die Sensoren einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung in Bereichen deaktiviert werden, in denen sie von feindlichen Sensoren erfasst werden können.
Startverfahren
Wie oben beschrieben, während es viele verschiedene Benutzersteuerungen oder Schnittstellenelemente gibt, die einen Zustand zur Bereitschaft in einen autonomen Modus einzutreten anzeigen, gibt es beachtlich wenig Möglichkeiten um Nutzen aus gelerntem Verhalten und Training zu ziehen. Es gibt erfassbare Vorteile in Sicherheit, Schulungskosten und Benutzersicherheit, wenn die sogenannte Benutzerschnittstelle einer Maschine ergonomisch eingerichtet ist. Das Design einer menschlichen Schnittstelle zum Eintreten in den autonomen Modus kann viele Wege nehmen, zum Beispiel Nachrichten, Lichter, Klänge, Schlüssel und Zugriffserlaubnis, können alle verwendet werden, um das Verhalten des Benutzers zu leiten.
Weil die beanspruchte Erfindung sowohl in autonomen als auch manuellen Modi verwendet werden kann, ist es für das Fahrzeug wünschenswert, in den autonomen Modus von einem stehenden Start einzutreten und zur Zeit des Eintretens in den autonomen Modus in eine Sicherheitseinstellung gesetzt zu sein. In anderen Worten sollte das Fahrzeug geparkt sein, sollte aber auch sicher geparkt sein. Zur selben Zeit kann ein Benutzer einfach bestimmen, dass das Fahrzeug bereit ist, in den autonomen Modus einzutreten, zum Beispiel durch eine extern sichtbare Markierung, ein Symbol oder Zeichen, das bevorzugt von einigen Meter Entfernung sichtbar ist. Natürlich gibt es nur begrenzten Armaturenplatz und anderen Raum für Schnittstellenelemente und natürlich für sichtbare Symbole aus relativer Entfernung. Entsprechend würde das Symbol oder Zeichen vorteilhafterweise an bereits am Fahrzeug verfügbare angepasst sein. Zusätzlich kann der Benutzer den autonomen Modus in der umgekehrten Weise, wie in ihn eingetreten wurde „rückgängig" machen.
Die Steuerungen und Schnittstellenelemente und Bedienhandlungen eines manuellen Fahrzeugs können ungefähr in Sätze unterteilt werden, aber es gibt nur wenige Handlungen, die Teil einer gewöhnlichen Fahrschulung für eine sichere Parkroutine sind. Eine ist es, das Fahrzeug in die Parkposition zu versetzen (für eine automatische Übertragung); eine andere ist es die Vorderräder zu oder weg von einem Kantstein, abhängig von einer nach oben gehenden oder nach unten gehenden Neigung zu drehen.
In einem Ausführungsbeispiel kann das Feststellen der Park-(oder Notfall-)Bremse zum Eintreten in den autonomen Modus kombinierte Funktionalität und menschliche Schnittstelleneigenschaften anbieten, die vorteilhaft sind. Das Feststellen der Parkbremse ist Teil der sicheren Parkroutine und viele Parkbremsenhebel sind von einer relativen Entfernung sichtbar, wenn angezogen. Das Setzen der Parkbremse ist jedoch nicht notwendigerweise nützlich, weil bei traditionellen Fahrzeugen die Parkbremsen das Fahrzeug am Bewegen hindern. Das Lösen der Parkbremse gibt das Fahrzeug zum Bewegen frei, aber würde nicht für Ausgestaltungen der Erfindung geeignet sein, weil eine gelöste Parkbremse dem Betrachter von außerhalb nicht zeigt, in welchem Modus das Fahrzeug ist und speziell, ob es bereit ist, in den autonomen Modus einzutreten.
Entsprechend hat das in den 8–11 gezeigte Ausführungsbeispiel einen autonomen Modus, in den nicht eingetreten werden kann, es sei denn die Parkbremse ist angezogen und erscheint als angezogen. In bestimmten Ausführungsbeispielen ist die Parkbremse durch den Parkbremsenhebel 506 angezogen. Beginnt der autonome Modus, verbleibt der Parkbremsenhebel 506 in seiner äußeren Erscheinung als gesetzt, aber wurde durch autonome Steuerung beseitigt, so dass das Fahrzeug 102 zum Bewegen frei ist. Beispielsweise zeigt 9 den aktivierten Parkbremsenhebel 506, während das Fahrzeug 102 in einem autonomen Modus ist. 10 zeigt den deaktivierten Parkbremsenhebel 506, während das Fahrzeug 102 noch immer im autonomen Modus ist. Wie anhand der 9 und 10 gesehen werden kann, erscheint der Parkbremsenhebel 506 als angezogen, unabhängig davon, ob die Bremse tatsächlich angezogen ist oder nicht. Eine Art dieses zu erreichen ist es, die Bremse intern zu entspannen oder zu deaktivieren und ein bestimmter Mechanismus und ein bestimmtes System für dieses wird hier beschrieben. Eine andere Art würde es sein, der Parkbremse entlang des Kabels oder einer anderen Verbindung zum Bremssystem entgegen zu wirken. In jedem Fall gibt es jedoch keinen Fall, in dem die Verwendung der Parkbremse Sicherheitsrisiken über die gewöhnliche Verwendung der Parkbremse hinaus verursacht. Das Lösen der Parkbremse, wie hier be schrieben, bedingt optional einen E-Stopp, einen kontrollierten Stopp oder den Eintritt in den manuellen Modus – aber das Fahrzeug ist nicht länger autonom.
Es würde ebenso möglich sein eine automatische Übertragung in die „Parkstellung" als weitere Bedienhandlung, die mit sicherem Parken assoziiert ist, zu bringen, aber dieses bietet nicht all die Vorteile der Parkbremsenroutine und insbesondere der Verwendung des Parkbremsenhebels. Beispielsweise wird die Position eines Gangschaltungshebels nicht einfach von außerhalb des Fahrzeugs bestimmt; und ein Mechanismus zum internen Entspannen einer automatischen Übertragung, während in der „Parkstellung" zeigend belassend, würde komplex und teuer sein. Auch Fahrzeuge mit Automatik haben Parkbremsen, so dass es bevorzugt ist, die Parkbremsenroutine über alle autonomen Fahrzeuge, die wahrscheinlich durch einen Benutzer verwendet werden, anzuwenden.
Als solches ist ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Fahrzeug, das ein autonomes Modusstartsystem und Verfahren aufweist. Zunächst beinhaltet das Fahrzeug und erlaubt es einem Benutzer ein Parksteuerungselement zu setzen, das in einer vorbestimmten Einstellung gesetzt ist, wenn das Fahrzeug geparkt ist. Diese vorbestimmte Einstellung sollte allgemein als Bewegung deaktivierend wahrgenommen werden, zum Beispiel sollte Teil der üblichen Straßenregeln und/oder gewöhnlichen Fahrschulung sein. Optional ist dieses Parksteuerungselement von außerhalb des Fahrzeugs sichtbar und/oder andere Anzeigemittel sind von außerhalb des Fahrzeugs sichtbar gemacht. Das Steuersystem des Fahrzeugs interpretiert die vorbestimmte Einstellung als den autonomen Modus zulassend. Ein Deaktivierungsmechanismus, der auf das Steuersystem reagiert, deaktiviert den Mechanismus, der autonome Bewegung verhindert, belässt das Parksteuerungselement jedoch in der vorbestimmten Einstellung. In anderen Worten sollte das Parksteuerungselement in einer Position verbleiben, die deaktivierte Bewegung anzeigt. Optional ist der Deaktivierungsmechanismus elektrisch und würde unter E-Stopp oder Energieverlustbedingungen deaktiviert werden, wodurch dem Deaktivierungsmechanismus erlaubt würde, wieder einzugreifen. Sollte ein Benutzer das Parksteue rungselement von der vorbestimmten Position weg bewegen, könnte das Steuersystem den manuellen Modus aktivieren und/oder den autonomen Modus deaktivieren.
Daher hat die intern deaktivierbare Parksteuerung oder Bremse zwei Aspekte, ist nämlich mechanisch und funktionell unterschiedlich. Zunächst, um das Fahrzeug im autonomen Modus zu starten, wird die Parksteuerung zu einer Position bewegt, die eine sicheres Parken Einstellung für gewöhnliche Betrachter anzeigt. Wenn der autonome Modus gestartet ist, löst sich die Parksteuerung intern vom Bremssystem, wodurch Bewegung ermöglicht wird. Es ist optional, aber vorteilhaft, die Parksteuerung elektrisch deaktiviert, aber mechanisch „geladen" zu belassen (i. e. mechanisch vorgespannt, um bei Entfernen der elektrischen Steuerung wieder einzugreifen) und/oder weiter in der Position zu belassen, die eine sichere Parkstellung anzeigt. Verbleibt die Parksteuerung in der Position, die eine sichere Parkeinstellung anzeigt, zeigt dieses die Bereitschaft für den autonomen Modus oder sichere autonome Bedienung an. Wenn die Parksteuerung elektrisch deaktiviert ist, aber mechanisch geladen verbleibt, kann sie unter elektrischer Steuerung oder als Sicherung für eine Bremsbedingung, wenn elektrische Energie verloren geht, wieder eingreifen. Dieses ist optional, weil, obwohl es praktisch notwendig ist, wenigstens Mittel zum Sicherungsbremsen am autonomen Fahrzeug zu haben, solche Notbremsen andere als die Parksteuerungen sein können.
Sicherheits-Stoppsystem
Ein anderes Ausführungsbeispiel der beanspruchten Erfindung enthält ein Sicherheits-Stoppsystem, wie in 12 dargestellt. Wie hier verwendet, beinhaltet das „Sicherheits-Stoppsystem" ein E-Stopp-Subsystem, ein gesteuertes Stoppsubsystem und ein System zum Wechseln von einem manuellen zu einem autonomen Modus. Es ist ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, dass das E-Stoppsystem und das gesteuerte Stoppsystem bestimmte Komponenten teilen und weiter, dass das System zum Ändern von manuellem zu autonomem Betrieb einiger dieser Komponenten hier verwendet.
Ein E-Stopp oder ein Notstopp ist eine mechanische und elektrische Ausführung, die eingerichtet ist, um die „gefährlichen" Systeme eines Fahrzeugs zu deaktivieren. Autonome Fahrzeuge und E-Stopps sind Gegenstand verschiedener internationaler Standardorganisations-(International Standards Organization, ISO) Standards, unter anderem IEC/EN 60947, IEC 60204-1 und/oder ISO/IEC 13850. Beispielsweise gibt IEC 60204-1, „Safety of Machinery" genannt, an, dass (i) der E-Stopp alle Fahrzeugfunktionen in allen Modi überschreibt, (ii) Energie an die Maschinenaktuatoren, die gefährliche Bedingung(en) verursachen, sollten so schnell wie möglich ohne Erzeugen anderer Gefährdungen beseitigt werden (zum Beispiel durch das Vorsehen mechanischer Mittel zum Stoppen, die keine externe Energie benötigen); und (iii) ein Zurücksetzen sollte keinen Neustart auslösen. Die Standards erfordern keine „elektronischen" Komponenten im E-Stoppsystem, keinen singulären Fehlerpunkt und, dass Energie von allen bewegenden Teilen entfernt wird. Eine Steuerung oder ein kontrollierter Stopp im Gegensatz verwenden Software zum Deaktivieren einiger oder aller der autonomen Steuerungssysteme. Es ist ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, dass das E-Stoppsystem und das gesteuerte Stoppsystem auf bestimmte Komponenten gemeinsam zugreifen und weiter, dass das System zum Wechseln von manueller zu autonomer Bedienung einige dieser Komponenten hier verwendet.
Ein zweites Netzwerk von Schaltern, Relais, Kupplungen und/oder Standard-E-Stopp „Pilz"-Tastern kann bereitgestellt werden in einem E-Gas-System und dieses zweite Netzwerk ist durch seinen eigenen Satz von Verdrahtungen und Verbindungen angebunden. Diese notwendige Einrichtung ist häufig ausgeführt in einer Weise, die den verfügbaren Platz erheblich verringert und die Kosten und Komplexität erhöht. Auf der anderen Seite sind E-Gas-elektrische Netzwerke einfacher „E-gestoppt" als ein System von mechanischen Akuatoren, welches ein weiterer Grund ist, warum Fahrzeuge für nur autonome Verwendung typischerweise von E-Gas-Systemen vorgesehen sind.
Die E-Stopp-Ausgestaltung in diesem in 12 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein Subsystem des Sicherheits-Stoppsystems, das eingerichtet ist, das Fahrzeug schnell in einen ruhigen Zustand zu bringen, jederzeit, wenn einer der mehreren E-Stopp-Knöpfe, die am Fahrzeug bereit gestellt sind, gedrückt wird, oder jederzeit, wenn das Sicherheits-Stoppsystem durch andere Mittel (siehe unten) aktiviert wird. Während beispielsweise ein gesteuerter Stopp durch ein Funkgerät ausgelöst werden kann, bietet ein E-Stopp von Menschen betätigten Mitteln das Entfernen aller potentiell gefährlichen Energiequellen. In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung hat das Aktivieren des E-Stopp-Subsystems keinen Effekt auf die Bedienung des Fahrzeugs, wenn in manuellem Modus betrieben. Obwohl manuell betriebene Fahrzeuge „Maschinen" sind, sind diese typischerweise nicht E-gestoppt (obwohl Werkzeuge, Manipulatoren und andere Maschinen, die vom Fahrzeug getragen werden, E-gestoppt sein können). Alternativ kann das E-Stopp-Subsystem das Fahrzeug auch im manuellen Modus stoppen.
In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst die E-Stopp-Ausführung mehrere „E-Stopp"-Schalter, die an verschiedenen Orten des Fahrzeugs angebracht sind. Diese E-Stopp-Schalter sind in der Form von „großen roten Knöpfen" (Pilztastern), welche leuchten können, wenn sie gedrückt werden und ein E-Stopp eingeleitet ist. In einer Ausgestaltung, umfasst ein Gator^TM Modellfahrzeug, das von Deere & Company aus Moline, Illinois, gefertigt ist, das für die vorliegende Erfindung eingerichtet ist, vier E-Stopp-Knöpfe, die an der linken Vorderseite des Abfallfachs, der rechten Vorderseite des Abfallfach, des Armaturenbretts vor dem Passagiersitz und auf dem hinteren Laserscannersonnenschutz (am weitesten hinten am Fahrzeug) befestigt ist.
Diese Schalter sind als serielle Anordnung eingerichtet und zusätzliche E-Stopp-Schalter können einfach durch Verlängern der seriellen Kette von Schaltern hinzugefügt werden. Die Weise der Verlängerung der seriellen Kette von Schaltern ist ein serieller Steckverbinder, der an jedem E-Stopp-Knopf vorgesehen ist. Ist dieses System beispielsweise an einem längeren oder breiteren Fahrzeug vorgesehen oder hat es verschiedene Benutzerorte (zum Beispiel im Vergleich zu einem Gator^TM Modellfahrzeug, das oben genannt wurde), wird ein verkabelter E-Stopp-Knopf, mit seinem eigenen Steckverbinder, zu jeder neuen E-Stopp-Position verlegt. Ein E-Stopp-Knopf bei diesem System kann zwei Steckverbinder haben oder ein befestigtes Kabel und einen Verbinder. Zusätzliche E-Stopps werden in derselben Weise hinzugefügt. Entsprechend bietet diese Art des Anordnens von E-Stopps eine einfache rekonfigurierbare Art, die vorliegenden Sicherheitssysteme an einem Fahrzeug jeglicher Größe und Einrichtung anzuwenden.
In dem in 12 gezeigten Ausführungsbeispiel stellt eine Energieversorgung 602 Energie für die autonomen Systeme eines Fahrzeugs bereit. An die Energieversorgung 602 ist eine Serie von Druckknopfunterbrechungen/Relais, E-Stopp (1) 604, E-Stopp (2) 606 und E-Stopp (n) 608 angebunden. Wenn einer der E-Stopps 604, 606 oder 608 gedrückt wird, wird Energie für das autonome System abgestellt. Wenn sich das Fahrzeug 102 unter autonomer Steuerung bewegt, wird das Fahrzeug 102 anhalten. Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung erlauben das Hinzufügen oder das Entfernen von E-Stopp-Knöpfen. Dieses erlaubt dem Kunden die Anzahl und Anordnung von E-Stopp-Knöpfen einzurichten.
12 stellt ein Szenario dar, in dem alle autonomen Systeme E-gestoppt sind. In einem alternativen System jedoch weist das autonome System für den Zweck des Sicherheits-Stoppsystems Robotiksteuersysteme auf, die an bewegende Teile angeschlossen sind, oder die das Fahrzeug 102 zum Bewegen veranlassen (zum Beispiel alle Bediensysteme des Fahrzeugs 102, wie etwa Steuerung 104, Bremsen 106, Drossel 108 und Übertragung 110, wie auch jede Bewegungssensoren oder bewegende Aktuatoren), wie auch Robotiksteuersysteme, die nicht an sich bewegende Teile angeschlossen sind (zum Beispiel ein überwachendes Steuersystem, das „Gehirn" des Robotikfahrzeugs 102 oder Robotiksteuersysteme, die an passive Sensoren angeschlossen sind, die sich nicht bewegen, wie etwa Kameras oder Scannereinrichtungen). In solch einem Fall würde 12 nicht das Robotiksteuersystem 624 an das E-Stopp- Subsystem anschließen. Ein überwachendes Robotiksteuersystem (wie etwa das in 13A, überwachende Robotikebenensteuerung (RCU #1) 738) würde nicht an das E-Stopp-Subsystem angeschlossen sein und würde fortfahren, die Fahrzeugsysteme, die an dieses berichten, wie auch Sensoren etc. überwachen. In 13A würde das hintere Wahrnehmungsrobotiksteuermodul (RCU #3) 744 auch nicht E-gestoppt werden, weil es nicht an irgendwelche bewegende Aktuatoren angeschlossen ist, noch steuert es Fahrzeug 102 Bewegung (es ist an die Funkgeräte 746, 748 und an den hinteren Laserscanner 752 angeschlossen). In dieser Einrichtung, kann das Robotikfahrzeug 102 durch Kommunikationskanäle überwacht werden, die unabhängig vom E-Stopp-System sind, Daten sammeln, betreffend ihrer Umgebung über nicht bewegliche Sensoren und kann verschiedene Zustände überwachen und diagnostizieren, einschließlich des E-Stopps, der gerade aufgetreten ist.
Zurück zu 12 steigern diese E-Stopp-Relais 604–608 die Energie für die Maschinensteuerung und für die Motoren und Aktuatoren, die mit Fahrzeugsystemen assoziiert sind, die Bewegung haben. Sie sind Teil einer seriellen Kette mit E-Stopp-Schaltern und wenn irgendein E-Stopp-Schalter gedrückt ist, öffnet sich die serielle Kette, Energie von allen E-Stopp-Relais entfernend. Wenn Energie für die Maschinensteuerung entfernt wird, schließt ein Maschinentreibstoff-Abschlussmagnetventil und entfernt Treibstoff von der Maschine, wodurch das Herunterfahren bedingt wird. In einer Ausgestaltung weisen die von E-Stopp-Relais gespeisten Motoren und Aktuatoren auf: einen Steuerungsmotor, einen Kippmotor für den vorderen Laserscanner, einen Umschaltaktuator und einen Bremsenaktuator. Wird Energie von diesen Motoren und Aktuatoren genommen, stoppt deren Bewegung. Die Steuerungskupplung kann auch von einem E-Stopp-Relais gesteuert sein.
Ebenso in Serie mit den Druckknopfunterbrechungen/Relais 604–608 ist ein Bremspedalrelais 610. Das Bremspedalrelais 610 erfasst das Herunterdrücken des Bremspedals (nicht gezeigt). Ist das Bremspedal gedrückt, ist Energie für das autonome System deaktiviert. Beachte, dass es ein Merkmal der Erfindung ist, dass das Bremspedal einen Standardebenen-E-Stopp, ein E- Stopp-Äquivalent (nur den großen roten Knopf weglassend) oder einen kontrollierten Stopp im autonomen Modus auslösen kann.
Das gezeigte Ausführungsbeispiel weist auch einen Moduswähler 612 auf. Der Moduswähler 612 ermöglicht einem Benutzer einen manuellen oder einen autonomen Modus auszuwählen. Wie bei dem in 12 gezeigten Relais verursacht die Auswahl des manuellen Modus, dass Energie für das autonome System deaktiviert wird. In einer Ausgestaltung ist der Moduswähler 612 verwendet, um das System nachdem ein E-Stopp ausgelöst und dann beseitigt wurde, durch Drücken der autonomen Seite des Schalters zurückzusetzen.
Das Fahrzeug 102 des gezeigten Ausführungsbeispiels weist mehrere Bediensysteme, wie oben beschrieben, auf. Die Bediensysteme umfassen das Steuerungssystem 614, das Bremssystem 616, das Drosselsystem 618 und das Übertragungssystem 620. Die Betriebssysteme arbeiten unter der Kontrolle der Fahrzeugsteuereinheit 622. Im autonomen Modus empfängt die Fahrzeugsteuereinheit 622 Anweisungen von einem Robotiksteuersystem 624.
In einem Ausführungsbeispiel ist ein kontrollierter Stopp durch eine normale manuelle Bedienung des Fahrzeugs ausgelöst, wie etwa der Anwendung der Fußbremse, Drossel oder des Lenkrads. In einer anderen Ausgestaltung ist das elektrische System derart eingerichtet, dass wenn ein kontrolliertes Stoppsystem aktiviert wird, es nur Strom für die autonomen Steueraktuatoren (wie oben beschrieben) abschaltet. Dadurch haben die Computer und Sensoren, die mit dem Robotiksteuersystem assoziiert sind, immer noch Energie und sie können ihre Funktion ausüben.
Als Gesamtes ist das Sicherheits-Stoppsystem eine Kombination des E-Stopp-Subsystems, des kontrollierten Stoppsubsystems und des autonom-zu-manuell Übernahmesubsystems. Wenn das E-Stopp-Subsystem formell mit Standards übereinstimmt, sollte es mechanisch betätigt werden, ihm an Elektronik fehlen, eine Rücksetzbedienung erfordern, nicht neu star ten, wenn das Fahrzeug zurückgesetzt wird und andere Beschränkungen, wie vormals beschrieben, erfüllen. Zu diesem Zweck weist das E-Stopp-Subsystem vier „normalerweise deaktivierte elektrische Kupplungen" auf (deaktiviert, wenn nicht Energie gespeist), das heißt, vier elektromagnetische Kupplungen 216, 306, 406 und 508. Als Kupplung ist eine Vorrichtung definiert zum Aktivieren und Deaktivieren, „normalerweise deaktivierte elektrische Kupplungen" schließen ein Schalter, Stifte, Relais etc., die aktivieren und deaktivieren, aber deaktiviert sind, wenn nicht mit Energie gespeist (sie können auch in einem deaktivierten Zustand einrasten, wenn nicht mit Energie gespeist). Diese Kupplungen sind mechanisch von Energie beraubt durch einen offenen Schaltkreis, wenn die E-Stopp-Knöpfe gedrückt werden. Der Parkbremsenhebel 506 ist optional mit einem mechanischen Schalter ausgerüstet, der einen offenen Schaltkreis erzeugt, wenn die Parkbremse gelöst ist.
Dieselben Kupplungen jedoch sind ebenso für drei hauptsächliche Arten von kontrollierten Stopps verwendet, die nicht E-Stopps sind.
Zuerst kann ein mechanisch aktivierter kontrollierter Stopp ausgelöst werden, der nicht ein E-Stopp ist, durch Erzeugen eines offenen Schaltkreises (zum Beispiel durch Halten eines „Momentanen-Aus" Knopfes oder Deaktivieren eines normalerweise geschlossenen Knopfschalters) für die Kupplungen. Dieses kann durch die Steuereinheiten 622, 624 in 12 als äquivalent zu einem E-Stopp durchgeführt werden (wenn die einleitenden mechanischen Schalter nicht überwacht werden) oder andere als ein E-Stopp, wenn die einleitenden Schalter überwacht werden. Dieses kann ein kontrollierter oder ein Notstopp sein, aber beispielsweise nicht ein Standardebenen-E-Stopp, weil dieser nicht einen einfach erkennbaren „großen roten Knopf" verwendet oder weil ein Rücksetzen notwendig sein würde, um in den autonomen Modus erneut einzutreten oder weil einige bewegende Teile (zum Beispiel bewegende Sensoren, wie etwa ein weitreichender Scanner) angelassen sein könnten.
Als Zweites könnte ein elektrisch aktivierter kontrollierter Stopp durch das elektrische, Nicht-Softwaresystem durch einen Schaltkreis ausgelöst sein, der Energie für die Kupplungen über ein Relais oder ähnliches unterbricht. Dieses könnte für jeden Grund mit niedriger Priorität auftreten, der als gefährlich bestimmt wurde, zum Beispiel Überhitzen, Überspannung etc. Dieses würde ein kontrollierter oder Notstopp sein, aber aus denselben Gründen wie oben genannt, nicht ein Standardebenen-E-Stopp. Schließlich kann ein Stopp durch Software und Steuerung für eine Menge von Gründen ausgelöst sein. Beispielsweise könnte ein kontrollierter Stopp durch einen entfernten Benutzer durch Funkübertragung oder bei Erkennung eines sehr nahen sich bewegenden Objekts etc. eingeleitet werden. Dies würde auch ein kontrollierter oder Notstopp sein, aber für dieselben, oben genannten Gründe nicht ein Standardebenen-E-Stopp. In dem Ausmaß, in dem es unmöglich ist, einem sich bewegenden Fahrzeug zum Drücken eines „großen roten Knopfes" nachzujagen, würde auch der „ferngesteuerte E-Stopp" existieren. In solch einem Fall erlaubt die Robotiksteuerung 622, 624 aus 12 die Bedienung nur so lange, wie der Fernbedienungs-„große rote Knopf" an der Fernbedienungseinheit oder OCU aktiv wahrgenommen kommuniziert und als „nicht gepresst" überprüft werden, andererseits würde ein E-Stopp-Äquivalent, unter Verwendung der Kupplungen eingeleitet und/oder nicht am Auftreten gehindert werden.
Die gesteuerten Stoppsysteme können Aktivierungs-/Deaktivierungsmechanismen oder Kupplungen verwenden, die nicht Teil der E-Stopp-Subsysteme sind. Jedoch ist es ein Merkmal der vorliegende Erfindung, dass die kontrollierten Stopps eine oder mehrere der E-Stopp „normalerweise deaktivierten elektrischen Kupplungen" verwenden, welche alle für einen aufzutretenden E-Stopp deaktiviert werden sollen.
Dieselben Kupplungen können auch verwendet werden, um manuelle und verschiedene autonome Bediensteuerungsmodi, einschließlich Telebedienungsmodi, zu aktivieren und zu deaktivieren. In dieser Weise kann es einen Steuerungsunterschied zwischen verschiedenen autonomen Modi geben. In dem vollständig autonomen Modus würden Steuerung, Bremsen, Drossel, vorwärts/rückwärts aktivierte Kupplungen erfordern. Ein Cruisecontrol-Modus könnte nur Bremsen und Drosseln aktivieren, wobei das Steuern dem Benutzer belassen wird. Ein anderer Modus könnte nur das Steuern aktivieren, wobei das Bremsen und die Drossel dem Benutzer belassen wird (der Patrouilleroute folgend bei der für den Benutzer bevorzugten Geschwindigkeit). Natürlich würde der vollständig manuelle Modus all diese Kupplungen deaktivieren – aber würde nicht jedes andere autonome System überhaupt abschalten müssen.
Als solches ist ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Fahrzeug 102, das ein Sicherheits-Stoppsystem, einschließlich eines E-Stoppsubsystems (gezeigt in 12) aufweist, das Energie von allen bewegenden Teilen und von allen Teilen nimmt, die das Fahrzeug zum Bewegen veranlassen. Das Sicherheits-Stoppsystem verbessert die Sicherheit in allen Modi und überlappt und kombiniert Komponenten von autonomen Steuerungssystemen, manuellen mechanischen Steuerungssystemen und Sicherheitssystemen effizient. Für diese Teile, die das Fahrzeug zum Bewegen veranlassen, weist das E-Stoppsubsystem eine normalerweise deaktivierte elektrische Kupplung für jedes solches System auf und fahrt alle diese in einem E-Stopp herunter. Das Sicherheits-Stoppsystem weist auch ein gesteuertes Stoppsubsystem auf, das das Fahrzeug durch Abschalten der Energie von ausgewählten der normalerweise deaktivierten elektrischen Kupplungen ab, während andere ausgewählte bewegende Teile aktiv bleiben. Optional nimmt ein Moduswechselschalter 612 zum Schalten zwischen manuellem Modus und autonomen Modus oder zwischen autonomen Modi Energie von ausgewählten der normalerweise deaktivierten elektrischen Kupplungen welche das Fahrzeug anhalten oder nicht anhalten und kann auch alle der verbleibenden Energie gespeisten bewegenden Teile aktiv belassen. Ein E-Stopp kann auch nach einem kontrollierten Stopp ausgelöst werden, wodurch die verbleibenden bewegenden Teile ausgeschaltet werden.
Das Fahrzeug bietet im manuellen Modus dadurch einen erhöhten Sicherheitsstand wie es in einer nicht autonomen, unmodifizierten Konfiguration wäre. In autonomen oder Tele-Bedienungsmodi mit oder ohne Passagiere weist das Fahrzeug E-Stopp-Systeme auf, die es ausführlich zu einem rollenden Stopp bringen werden. Teile dieser E-Stopp-Systeme sind jedoch zur Benutzung in gesteuerten Stoppsituationen, zum Verringern der Kosten, der Komplexität und der notwendigen Anzahl von Aktuatoren für Funktionalitäten und Erhöhen der Zuverlässigkeit der gesteuerten Stoppsubsysteme angepasst. Weiter werden diese Subsysteme wieder für das gewöhnliche autonom zu manuell Umschalten verwendet, welches das Anhalten oder Aktivieren von bewegenden Teilen beinhalten mag oder nicht.
Robotiksicherheitssystem
Eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann auch ein Robotiksicherheitssystem beinhalten, dessen Funktion es ist, die Interaktion zwischen mitgeführter Robotik und mitgeführtem Personal zu regeln. Das Personal kann an Bord eines Fahrzeugs sein, wenn es in autonomem Modus betrieben wird und kann erfordern, die Steuerung des Fahrzeugs zu übernehmen, wenn durch menschliche Beurteilung dazu aufgefordert. Ein Beispiel dessen könnte in einem medizinischen Evakuationsszenario sein, bei dem verwundetes Personal von einem an Bord befindlichen Mediziner versorgt wird, wobei das Fahrzeug autonom zu einer Helikopterlandezone (LZ) zur Aufnahme fährt. Sollte der Zustand des Verwundeten kritischer werden, könnte der Mediziner nach einer näheren, alternativen LZ fragen und die manuelle Steuerung übernehmen, um das Fahrzeug zu seinem neuen Ziel zu bringen.
Die Bedienungshandlungen, die das Personal an Bord vornehmen muss, um das Fahrzeug in solchen Ausgestaltungen zu steuern, wenn einen autonomen Modus verlassend, müssen simpel und einfach zu verstehen sein. Beispiele solcher Bedienungshandlungen schließen ein das Bremsen mit dem Bremspedal, das Steuern mit dem Lenkrad, das Schalten mit dem Gangschaltungshebel, das Beschleunigen mit dem Gaspedal und das Setzen und Lösen der Parkbremse mit dem Parkbremsenhebel. Wenn die Robotik an Bord mit einer Person an Bord interagiert, berücksichtigt die anfängliche Reaktion der Robotik die Sicherheit der Person und erlaubt dann der Person an Bord diejenige Handlung vorzunehmen, die diese als bestes beur teilt (menschliche Beurteilung geht der programmierten Robotikreaktion vor, wenn Sicherheit gewährleistet ist). Zusätzlich kann eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung das Personal an Bord und Mitführende mit einer offensichtlichen Anzeige, dass das System in autonomem Modus betrieben wird, versorgen.
Eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, zum Beispiel die Ausgestaltung, die in 8 dargestellt ist, umfasst ein Robotiksicherheitssystem mit den folgenden Komponenten: (i) Elektromagnetische Kupplungen 508 zwischen den Betriebssystemen und den Aktuatoren 522, wie auch oben für das Sicherheits-Stoppsystem beschrieben; (ii) einen mechanischen Parkbremsenumkehrmechanismus; (iii) einen Autonom-/Manuell-Schalter (Moduswähler) 510 am Armaturenbrett; und (iv) ein Warnsignal und eine Audioansage (Pieper).
Wenn solch ein System im autonomen Modus betrieben wird, wirken elektromagnetische Kupplungen im Bremsaktuator und dem Schaltaktuator zusammen mit dem Steuerungsmotor, um der Robotik an Bord zu erlauben, den Weg des Fahrzeugs zu steuern. Wenn das Fahrzeug in den manuellen Modus versetzt wird oder wenn ein E-Stopp oder ein kontrollierter Stopp ausgelöst werden, werden diese Kupplungen nicht mit Energie versorgt und entlassen, entfernen jeglichen Robotikwiderstand zur manuellen Bedienung dieser Steuerungen. Dadurch reagiert das Fahrzeug im manuellen Modus wie ein Benutzer es erwarten würde.
Die Ausgestaltung ist auch derart eingerichtet, dass die Parkbremse angezogen wird, bevor das System im autonomen Modus arbeitet. Der mechanische Parkbremsenumkehrmechanismus ermöglicht dem Bremsenaktuator zu funktionieren durch Beseitigen der Parkbremse, wenn die Robotik an Bord den Befehl „Bremsenfreigabe" gibt und erlaubt der Parkbremse, die Bremsen zu setzen, wenn die Robotik an Bord den Befehl „Bremsen festziehen" gibt. Tritt daher ein Energieversorgungsfehler in der Robotik an Bord auf und verliert der Bremsenaktuator Energie, wird die Parkbremse die Bremsen durch rein mechanische Aktivität setzen, wodurch das Fahrzeug in einen sicheren Zustand versetzt wird. Energieunterbrechung für den Bremsenaktuator kann als Ergebnis einer Systemfehlfunktion, eines E-Stopps oder eines kontrolliert ausgelösten oder infolge des Systems, das in den manuellen Betriebsmodus gesetzt wird, auftreten.
Im vorliegenden System hat die Verwendung der Parkbremse diesbezüglich verschiedene Vorzüge. Zunächst ist die Parkbremse mechanisch angezogen und dann intern durch elektrische Aktuatoren entspannt. Dies bedeutet, dass die Parkbremse tatsächlich wieder eingreifen wird, wenn nicht mit Energie versorgt. Zweitens kann die Parkbremse eingerichtet sein, sanft wieder einzugreifen, i. e. mit weniger als der vollständigen Bremskraft, um einen kontrollierten mechanischen schnellen „Coast-to-Stop" einzuleiten, der mit den E-Stopp-Standards übereinstimmt. Jedoch bedingt ein E-Stopp oder ein kontrollierter Stopp gemäß bestimmter Ausführungsbeispiele der Erfindung nicht notwendigerweise, dass die Bremsen fassen (zum Beispiel, bei nicht vorhandenem Parkbremssystem wie hier beschrieben, sind Bremsen normalerweise eingerichtet einzugreifen, wenn Energie gespeist, nicht wenn nicht Energie gespeist). Die angestrebte Parkbremse ist ein normalerweise deaktiviertes System, das mechanisch aktiviert wird und dann intern elektrisch entspannt wird. Im Gegensatz dazu könnte eine normalerweise aktivierte „Standardbremse" verwendet werden, die eingreift, wenn nicht elektrisch mit Energie gespeist. In einem System, das von einem elektrischen Motor gespeist ist, könnte der Motor selbst das Fahrzeug abbremsen.
Ist das Fahrzeug in einem autonomen Modus betrieben und wird es dann in den manuellen Modus unter Verwendung des Armaturenbrettschalters gesetzt, wird das System sich selbst exakt so einrichten, als werde autonomer Modus nicht befehligt worden: Energie wird von den Aktuatoren, Motoren und elektromagnetischen Kupplungen genommen (obwohl nicht von der Maschine, wenn diese bereits läuft), welches die Steuerung, das Schalten und die Bremse freigibt, die von einer Person an Bord ohne Behinderung von der Robotik betätigt werden. Zusätzlich, da die Parkbremse gesetzt ist, um in einem autonomen Modus zu arbeiten, werden die Bremsen eingreifen (wenn nicht bereits geschehen) durch den Eingriff des mechanischen Parkbremsenumkehrmechanismus. Dann, wenn die Person an Bord wünscht, das Fahrzeug manuell zu fahren, ist es eine natürliche Reaktion, die Parkbremse durch Herabsenken des Parkbremsenhebels zwischen den Sitzen freizugeben.
Das Fahrzeug in solch einem Ausführungsbeispiel ist auch mit magnetisch befestigten bernsteinfarbenen rotierenden Warnlichtern ausgerüstet, die an den vorderen und hinteren Laserscannersonnenblenden angebracht sind. Die bernsteinfarbenen Warnlichter werden betrieben, wann immer das Fahrzeug im autonomen Modus betrieben wird und können einfach erneut eingerichtet werden. Das Fahrzeug kann auch ausgerüstet sein mit einer Audioansage (Pieper), die ertönt, wann immer der Maschine vorgegeben wurde, autonom zu starten, und wird nach einem erfolgreichen autonomen Maschinenstart ruhig gestellt.
Entsprechend wird ein Robotiksicherheitssystem für ein Fahrzeug bereitgestellt, das Personal an Bord, i. e. Passagiere, zu tragen vermag. Passagiere können Personen sein, die der Fahrer werden können, wenn das Fahrzeug autonom ist, wobei jeder Passagier ist. Das Fahrzeug hat einen Satz von manuellen Bedienelementen, wie etwa Hebeln und Lenkrädern, die für die Passagiere zugänglich sind. Die manuellen Bedienelemente sind bevorzugt dieselben Bedienelemente, die zum Steuern des Fahrzeugs verwendet werden. Wenn ein Passagier eines der manuellen Bedienelemente bewegt, tritt das Robotiksicherheitssystem in einen Sicherheitsmodus ein. Bevorzugt weist dieser Modus das Verbringen des Fahrzeugs in einen kontrollierten Stopp mit laufender Maschine auf (welcher verschieden vom E-Stopp wenigstens dadurch ist, dass die Maschine an bleibt). Dem Sicherheitsmodus folgend erlaubt das Robotiksteuersystem einem Piloten oder einem Fahrer Kontrolle des Fahrzeugs durch dieselben manuellen Operationsmodi zu gewinnen, die verwendet wurden, um den Sicherheitsmodus einzuleiten. Weiter kann das Robotiksteuersystem gemäß einem Satz von Detektierungen gesteuert werden, die klassifiziert werden als die Ausübung menschlicher Beurteilung anzeigend und Anworten auf diese Detektionen kann höhere Priorität in der Verhaltensausübung oder dem Bedienungsvorgang gegeben werden, als jeder programmierten Robotikreaktion.
Das Robotiksicherheitssystem wird auf einen Satz von mechanischen Verbindungen zum Betätigen der Bediensystem angewendet, zum Beispiel dem Bremssystem 502 in 8, direkt von den Steuerelementen. Das Robotiksicherheitssystem weist normalerweise deaktivierte elektrische Kupplungen 508 auf, die in jeder mechanischen Verbindung eingebaut sind. In einem autonomen Modus sind die elektrischen Kupplungen 508 elektrisch aktiviert, und erlauben Robotiksteuerung über das Fahrzeug. Beim Einleiten irgendeines Sicherheitsstopps, werden die Kupplungen 508 elektrisch deaktiviert, wodurch der Widerstand der elektrischen Kupplungen 508 gegen manuelle Bedienung entfernt wird. Sicherheitsstops sind E-Stopps, wie in 12 dargestellt, die alle bewegenden Teile ohne die Elektronik (über geöffnete Schaltkreise) anhalten; fernbediente oder automatische E-Stopp-Äquivalente, die denselben Effekt aber unter Verwendung von Elektronik oder Software als Auslöser reproduzieren; und kontrollierte Stopps und Sicherheitsstopps, die die Maschine laufen und/oder bewegende (zum Beispiel scannende) Sensoren aktiv belassen.
Abhängig von der Mission oder der Anwendung kann der Sicherheitsmodus jedoch anders sein. In einer feindlichen Umgebung kann „Sicherheit" erfordern, dass das Fahrzeug nicht gestoppt wird – in diesem Beispiel kann das Robotiksteuersystem einen Übergangsmodus haben, der Bestätigung verlangt, dass ein Mensch die Aufsicht hat und/oder indem das Robotiksteuersystem überwacht, ob das Fahrzeug unter einer antwortenden Steuerung durch einen Benutzer ist (durch Algorithmus und Sensor, zum Beispiel Erfassen eines Benutzers im Fahrersitz und humanen Steuerungsmustern). In einer Schulungssituation, kann „Sicherheit" das Abschalten der Maschine erfordern.
Optional weist ein Robotiksicherheitssystem, wie hier beschrieben, wenigstens ein mechanisch geladenes Sicherheitssystem auf, welches mechanisch in einer Richtung vorgespannt ist, um Bewegung eines beweglichen Systems, wie etwa einem Aktuator, Scanner oder dem Fahrzeug selbst, zu unterdrücken. Dieses mechanisch geladene Sicherheitssystem erlaubt die Bewegung eines beweglichen Systems, wenn ein elektrischer entspannender Mechanismus durch Robotiksteuerung aktiviert wird, wodurch die Vorspannungskraft genug überstiegen oder entspannt wird, um Bewegung zu erlauben. Wird aus irgendeinem Grund die Energie genommen, greift das mechanisch geladene Sicherheitssystem ein, wodurch die zu unterdrückende Bewegung sofort und unverzüglich gestoppt wird. Bevorzugt ist dieses System als integraler Bestandteil des Parkbremsensystems bereitgestellt, der einer ist, der normalerweise und natürlich in einem mechanisch geladenen Zustand durch einen Benutzer versetzt ist.
Ein Robotiksicherheitssystem kann ein manuell bedienbares Element aufweisen, wie etwa einen Kippschalter oder einen anderen Schalter, der für Passagiere im mittels einer Robotik gesteuerten Fahrzeug verfügbar ist. Das manuell bedienbare Element wird vom Robotiksteuersystem überwacht und hat autonome und manuelle Einstellungen. In der manuellen Einstellung entfernt das Robotiksteuersystem seine Kontrolle über jeden Aktuator, der notwendig zum Fahren des Fahrzeugs ist, einschließlich des mechanisch geladenen Sicherheitssystems. Das mechanisch geladene Sicherheitssystem greift dann ein, und stoppt sein assoziiertes Bewegungssystem. Wenn das mechanisch geladene Sicherheitssystem eine Parkbremse ist, wird der geladene Zustand entspannt unter Verwendung des Parkbremsenhebels. Dieses ist dieselbe Handlung, die normalerweise verwendet wird, um dem Fahrzeug das Vorwärtsbewegen zu ermöglichen, i. e. das manuell betätigte Element, wenn betätigt zum Aktivieren des manuellen Modus, setzt eine Serie von Handlungen in Gang, die das Fahrzeug in einen geparkten Zustand mit der angezogenen Parkbremse setzen (obwohl die Maschine laufend verbleibt).
Wenn das manuell bedienbare Element in eine autonome Einstellung gesetzt wird, wird dem Fahrzeug nur erlaubt, in den autonomen Zustand einzutreten, wenn das mechanisch geladene Sicherheitssystem aktiviert ist. Bevorzugt ist das mechanisch geladene Sicherheitssystem durch Verwenden eines zweiten manuell bedienbaren Elements, wie etwa dem Parkbremsenhebel, aktiviert.
Die verschiedenen Fahrzeugbediensystem 104–110 (Bremse, Drossel, Steuerung, Übertragung) sind im Folgenden im Detail beschrieben. Diese sind exemplarisch und nicht ausschließlich. In einem Fahrzeug oder einer Plattform gemäß bestimmter Ausführungsbeispiele der Erfindung, kann es verschiedene Fahrzeugbetriebssysteme oder Fahrzeugbetriebssysteme derselben Art geben.
Bremssystem
8 ist ein kombiniertes Block- und Flussdiagramm, das ein Bremssystem 502 gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung darstellt. Das Bremssystem 502, das in 8 gezeigt ist, unterstützt einen manuellen Bremsmodus, der entweder das Bremspedal 504 oder den Parkbremsenhebel 506 unterstützt. In 8 wird der manuelle Modus als „normaler Betrieb" bezeichnet, obwohl in einigen Ausgestaltungen der normale Betrieb einen autonomen oder semi-autonomen Betriebsmodus betreffen kann. Im manuellen Modus ist die elektromagnetische Kupplung 508 deaktiviert; keine Energie ist für diese bereitgestellt. Ebenso ist der Moduswähler 510 auf manuellen Modus gesetzt. Der Moduswähler 510 kann einen Schalter am Armaturenbrett des Fahrzeugs oder eine Menüfunktion auf einem für den Benutzer verfügbaren Bildschirm aufweisen.
Ist die elektromagnetische Kupplung 508 deaktiviert (aus) oder ist der Moduswähler 510 auf manuell gesetzt (Entscheidung 512), resultiert das Ziehen oder Setzen des Parkbremshebels 506 (Entscheidung 514) in der Anwendung der Bremsen 516. Ist die elektromagnetische Kupplung 508 deaktiviert (aus) oder ist der Moduswähler 510 auf manuell gesetzt (Entscheidung 512), resultiert das Herunterdrücken des Bremspedals 504 ebenso in der Anwendung der Bremsen 516.
Das Bremssystem 502, das in 8 gezeigt ist, unterstützt auch den autonomen Bremsmodus. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der autonome Bremsmodus nur aktiviert, wenn der Parkbremshebel 506 gesetzt ist. In anderen Ausgestaltungen können andere Mittel zum Aktivieren des autonomen Modus ausgeführt sein.
Eine Energieversorgung 518 stellt Energie für die elektromagnetische Kupplung 508 bereit, die aktiviert ist um den autonomen Modus zu aktivieren. Die Energieversorgung 518 stellt auch Energie für eine Steuerung 520 bereit. Die Steuerung 520 empfängt Eingabe von einem Robotiksteuersystem (nicht gezeigt) oder andere Eingaben und verwendet diese Eingaben zum Erzeugen von Aktuatorsignalen, die die Steuerung 520 für einen Aktuator und ein Potentiometer 522 bereitstellt. In einem Ausführungsbeispiel ist der Aktuator ein linearer Aktuator und das Potentiometer ist ein lineares Potentiometer, das ein Signal bereitstellt, das die Anzeige des linearen Aktuators anzeigt. Der Aktuator und das Potentiometer verursachen, dass die Bremsen 516 im autonomen Modus angewendet werden, wenn die elektromagnetische Kupplung 508 aktiviert ist und der Moduswähler 510 auf autonomen Modus gesetzt ist (Entscheidung 512) und der Notfallbremshebel 506 gesetzt ist (Entscheidung 514).
In solch einer Ausgestaltung ist das Erfordernis, die Parkbremse zu setzen, ein Sicherheitsmerkmal, weil, wenn die Elektronik versagt, die Bremsen 516 wieder eingreifen werden. In solch einer Ausgestaltung wirkt eine Nockeneinheit als eine variable Kraftverbindung zwischen dem Parkbremsenhebel 506 und dem Bremsstab selbst. Die Nockeneinheit ermöglicht dem autonomen System, die Bremsen 516 zu deaktivieren (während der Parkbremshebel 506 noch immer in der gesetzten Position verbleibt) mit viel kleineren Aktuatoren. Die Nockeneinheit agiert auch als eine passive Sicherheitsvorrichtung – wird Energie abgeschaltet, greifen die Bremsen 516 ein.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine autonomes Fahrzeug 102 mit einem mechanischen Bremssystem 502, das manuelle Eingaben zum Betreiben des mechanischen Bremssystems 502 in einem manuellen Modus zu empfangen vermag, wobei das mechanische Bremssystem 502 eine Parkbremse 504 oder 506 umfasst; eine Steuerung 520 zum Erzeugen auto nomer Steuersignale, wenn die Parkbremse 504 oder 506 aktiviert ist; und wenigstens einem Aktuator 522, der zum Empfangen der autonomen Steuersignale eingerichtet ist, zum Betreiben des mechanischen Bremssteuersystems 502 in einem autonomen Modus, wobei die Steuerung 520 zum Senden eine Modusschaltsignals eingerichtet ist, zum Deaktivieren des Aktuators 522 vom mechanischen Bremssystem 502 und Aktivieren der Parkbremse 504 oder 506, so dass das Fahrzeug im manuellen Modus betrieben wird.
Daher hat die intern deaktivierbare Parksteuerung oder Bremse zwei Aspekte, die mechanisch und funktionell unterschiedlich sind. Zunächst, um das Fahrzeug im autonomen Modus zu starten, wird die Parksteuerung zu einer Position bewegt, die dem gewöhnlichen Betrachter eine Einstellung für sicheres Parken anzeigt. Wird der autonome Modus gestartet, wird die Parksteuerung intern vom Bremssystem gelöst, wodurch Bewegung ermöglicht wird. Beispielsweise erscheint der Parkbremshebel 506 in den 9 und 10 als gesetzt, aber die Parkbremse ist nur in 9 aktiviert. Es ist optional, aber vorteilhaft, die Parksteuerung elektrisch deaktiviert aber mechanisch „geladen" zu belassen (i. e. mechanisch vorgespannt, um bei Entfernen der elektrischen Steuerung wieder einzugreifen) und/oder weiter in der Position zu belassen, die eine Konfiguration für sicheres Parken anzeigt. Verbleibt die Parksteuerung in der Position, die eine Konfiguration für sicheres Parken anzeigt, kann dieses die Bereitschaft für autonomen Modus oder Betrieb anzeigen. Ist die Parksteuerung elektrisch deaktiviert, aber verbleibt mechanisch geladen, kann sie wieder unter elektrischer Steuerung eingreifen oder zur Sicherheit eingreifen, wenn eine Bremsbedingung auftritt, wenn elektrische Energie verloren geht. Dieses ist optional, weil, obwohl es praktisch notwendig ist, eine Art Sicherheitsbremsen an autonomen Fahrzeugen zu haben, solche Sicherheitsbremsen andere als die Parksteuerungen sein können.
Wie in den 9–11 gezeigt, können die Bremssysteme 502 bestimmte Ausführungsbeispiele einen mechanischen Widerstand wie etwa einen Nocken 530, eine Druckfeder 532, einen Ausgabestab 534 und ein Kabel 536 aufweisen. Der exakte Betrag der Kraft, die erforderlich ist, um den mechanischen Widerstand zu übertreffen, kann eingestellt werden, welches einem Aktuator geringer Kraft 502 erlaubt, die Parkbremse 516 zu lösen. Der Mechanismus arbeitet durch Verbinden einer Druckfeder 532 zusammen mit einem Nocken 530 und einem Ausgabestab 534 unter Verwendung eines Kabels 536. Der Nocken 536 fungiert als ein Kraftverstärker zwischen der Druckfeder 532 und dem Ausgabestab 534. Beim Zusammenpressen der Feder 532 wird die Kraft auf der Federseite des Kabels 536 natürlich linear proportional zum Betrag der Kompressionen durch die Federkonstante erhöht. Der exzentrische Nocken 530 reagiert dann auf diese Kraft, die von der Feder 532 ausgegeben wird, als zwei verschiedene Profile, das Eingabeprofil 530 und das Ausgabeprofil 540. Das Verhältnis der Radien der zwei Profile 530, 540 des Nocken 530 bestimmt die Kraftverstärkung, nach oben oder nach unten, zwischen der Federkraftseite des Kabels 536 und der Ausgabestabkraftseite des Kabels 536 und die Profile 538, 540 am exzentrischen Nocken 530 setzen das Verhältnis dieser Radien an einem bestimmten Ort des Nocken 530. Durch Anordnen des Nockens 530 in Serie mit der Feder 532 können wir jede gewünschte Ausgabefederrate ersetzen, auch Raten mit negativer Steigung.
Das Erzeugen eines mechanischen Systems, das wie eine Feder mit einer nicht konstanten, möglicherweise auch negativen Federrate agiert, ermöglicht viel kleineren Aktuatoren 522 einer eingebauten Kraftvorspannung entgegen zu wirken, die mit einem Aktivierungsmechanismus zusammen arbeiten, der eine größere Kraft erfordert, dem Aktivierungsmechanismus entgegen zu wirken, um das Zurückkehren zu einer Anfangsposition im Fall des Energieverlusts zu ermöglichen.
Drosselsystem
7 ist ein Blockdiagramm, das ein Drosselsystem 402 gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt. Das Drosselsystem 402 kann in drei verschiedenen Zuständen arbeiten. Manuell elektronisch, manuell nicht elektronisch und autonom. Ist die Energie für das autonome Drosselsystem 402 ausgeschaltet, ist die elektromagnetische Kupplung 406 deaktiviert und ein manueller elektronischer Modus des Drosselbetriebs ist aktiviert. Im manuell elektronischen Modus resultiert die Bewegung des Gaspedals 404 in einem Signal, das zu einer Steuerung 408 gesendet wird. Die Steuerung 408 erzeugt ein Aktuatorsignal basierend auf der Gaspedal 404 Position und sendet das Aktuatorsignal an einen Aktuator 410. Der Aktuator 410 steuert einen Regler 412, der den Kraftstoffbetrag misst, der an die Maschine 414 abgegeben wird. In einem Ausführungsbeispiel gibt es keinen separaten Regler 412 und der Aktuator 412 misst selbst den Kraftstoffbetrag, der der Maschine 414 zugeführt wird. Daher resultieren im manuell elektronischen Modus Veränderungen in der Position des Gaspedals 404 in Veränderungen im Kraftstofffluss zur Maschine 414.
Das in 7 gezeigte Drosselsystem 402 unterstützt auch einen nicht elektrischen manuellen Modus. Um den nicht elektronischen manuellen Modus zu aktivieren, zieht der Benutzer einen Kraftstoffabschaltzugstift 416. Diese Einstellungsänderung deaktiviert den Regler 412, der als variabler Magnet ausgestaltet sein kann, das zur Steuerung der Drossel verwendet wird und aktiviert einen mechanischen Regler (nicht gezeigt). In anderen Worten deaktiviert diese Konfiguration den E-Gasbetriebmodus und schaltet vom elektronischen Regler 412 zu einem mechanischen Regler (nicht gezeigt) um. Dieser Modus kann verwendet werden, wenn Energie nicht an der Steuerung 408 und dem Aktuator 410 verfügbar ist.
In einem autonomen Modus wird der elektromagnetischen Kupplung 406 Energie von einer autonomen Systemenergieversorgung 418 bereitgestellt. Wenn die elektromagnetische Kupplung 406 aktiviert ist, empfängt die Steuerung 408 Signale von einem Robotiksteuersystem 420 anstelle des Gaspedals 404. Die Steuerung 408 erzeugt Aktuatorsignale basierend auf den Eingabesignalen, als wenn es Eingabesignale vom Gaspedal 404 empfangen würde. Die Aktuatorsignale bedingen, dass der Aktuator 410 den Regler 412 steuert und dadurch fließt Kraftstoff zur Maschine 414. In autonomen und manuell elektronischen Zuständen stellt eine Fahrzeugebenenenergieversorgung 422 Energie an die Steuerung 408 und den Aktuator 410 bereit.
Entsprechend weist ein Robotikfahrzeugsteuersystem in einer Ausgestaltung der Erfindung wenigstens ein Betriebssystem, zum Beispiel ein Drosselsystem 402 (oder ein Steuerungs-, Brems- oder Übertragungssystem) auf, das von einem fernbedienten mechanischen Bedienelement getrennt ist, ein elektrisch gesteuerten lokalen Aktuator 410, der das Bediensystem steuert, und ein Rückstellmechanismus auf, der aktiviert oder deaktiviert werden kann. Wenn der Rückstellmechanismus aktiviert oder geeignet deaktiviert ist, steuert eine mechanische Verbindung zwischen dem fernbedienten mechanischen Bedienelement und dem Bediensystem das Bediensystem gemäß einer Einstellung des fernbedienten Bedienelements und der elektrisch gesteuerte Lokalaktuator 410 wird deaktiviert und/oder das fernbediente Bedienelement und die mechanische Verbindung dominieren oder überschreiben die Bedienung des elektrisch gesteuerten lokalen Aktuators 410. In bestimmten Ausgestaltungen, wenn der Rückstellmechanismus aktiviert ist, ist jedes Bediensystem zurückfahrbar.
Das hier beschriebene Drosselsystem 402 ist daher ein Beispiel eines Systems, das nicht vollständig mechanisch ist, sondern mechanische „umkehrbare" Fähigkeiten zurückbehält. Wie hier beschrieben, ist es vorteilhaft, wenn alle Systeme zu vollständig mechanischer Bedienung durch Verwendung von elektrisch deaktivierten Kupplungen wiederhergestellt werden können. Jedoch umfassen Ausgestaltungen der Erfindung ebenso alle elektrischen Systeme für bestimmte Aspekte und wie beschrieben mit Hinblick auf das Drosselsystem 403 verbleiben vorteilhaft, wenn ein, einige oder alle mechanischen Bediensysteme von direkt mechanischen Steuerelementen entkoppelt werden, um elektrisch gesteuert zu werden, aber ebenso mit einem Rückstellmechanismus bereitgestellt sind, so dass diese einfach auf vollständige manuelle Bedienung zurückgesetzt werden können.
Steuerungssystem
Die 2–4 stellen ein Steuerungssystem 202 gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung dar. Das Steuerungssystem 202 umfasst sowohl manuelle als auch autonome Subsysteme. Das manuelle Subsystem weist ein Lenkrad 204 auf. Das Lenkrad 204 ist an einer Lenkachse 206 befestigt. Die Lenkachse 206 ist an einem Steuerrahmen 207 befestigt, der mit den Rädern 208 verbunden ist. Dreht ein Benutzer das Lenkrad 204, dreht die Lenkachse 206, wodurch der Rahmen 207 zum Bewegen und die Räder 208 zum Drehen veranlasst werden.
Das Steuerungssystem 202 weist auch ein autonomes Subsystem auf. Das autonome Subsystem weist eine Energieversorgung 210 auf. Die Energieversorgung 210 stellt Energie an eine Steuerung 212 bereit. Die Steuerung 212 verwendet eine Vielzahl von Eingaben zum Erzeugen von Steuersignalen, welche sie an den Aktuator 214 sendet. Der Aktuator 214 ist fähig, die Räder 208 zum Drehen zu veranlassen. In einer Ausgestaltung weist der Aktuator 214 einen Motor auf, der ein ausreichendes Drehmoment zu produzieren fähig ist, um die Lenkachse 206 zu drehen, welche dadurch die Räder 208 dreht. Ist der Aktuator 214 als ein Motor ausgestaltet, kann der Motor an der Steuerachse 206 über einen Planetengetriebesatz 230 angebracht sein. Andere Arten von Aktuatoren 214, wie etwa hydraulische oder elektromagnetische Aktuatoren können auch verwendet werden.
In dem in den 2–4 gezeigten Ausführungsbeispiel, ist der Aktuator 214 an der Lenkachse 206 über eine elektromagnetische Kupplung 216 befestigt. In der Standardeinstellung ist der Energieschalter 218 ausgeschaltet und die elektromagnetische Kupplung 216 ist deaktiviert. Die Kupplung 216 ist nur aktiviert, wenn der Energieschalter 218 an ist. Ähnlich ist die elektromagnetische Kupplung 216 während jeglichen Verlusts von Energie deaktiviert.
Da eine elektromagnetische Kupplung 216 verwendet wird, ist eine minimale Wirkung auf das Steuergefühl eines Benutzers im manuellen Modus vorhanden, wenn die Kupplung 216 deaktiviert ist. Der Benutzer dreht nur das zusätzliche Gewicht der Kupplungsplatte 232, wenn die Kupplung 216 deaktiviert wird. Der Benutzer muss den Aktuator 214 nicht drehen. Der Steuerungsaufbau 202 ist eingerichtet, um korrekten Kraftaufwand, Bewegung und Reaktionszeit des Steuerns zu ermöglichen.
In der in 2 gezeigten Ausgestaltung können die autonomen und manuellen Subsysteme an den Rädern 208 über ein UND Gatter 220 angeschlossen sein. Daher können jegliche Eingaben vom autonomen und manuellen System miteinander verbunden werden. Ist der Widerstand des Aktuators 214 und der Zahnriemenverbindung hoch, wird der Benutzer Schwierigkeiten haben, das Rad 204 zu drehen und die Steuerung zu bewirken. Auf der anderen Seite, wenn der Widerstand gering ist, mag der Benutzer die Steuerung auch im autonomen Modus zu beeinflussen. Wenn die EM-Kupplung 216 nicht mit Energie gespeist ist, ist sie deaktiviert und das Fahrzeug 102 steuert im Wesentlichen, als wäre das autonome System nicht da. Wie hier beschrieben, kann der Steuerungsaufbau 202 auch mit einem Benutzereingriffdetektor ausgestattet sein und das Steuerungssystem kann ausgeschaltet sein und/oder die EM-Kupplung 216 deaktivieren bei Eingriff des Benutzers mittels der Methoden und Systeme zur Benutzerinteraktion die hier beschrieben sind.
Das autonome System kann durch Verbinden des manuellen Systems an einem oberhalb gelegenen Punkt mechanische Vorteile bringen. Zunächst verwendet der autonome Steuerungsaktuator 214 den mechanischen Vorteil (Zahnstange oder anderes), die vom manuellen System bereitgestellt sind. Zweitens dreht das Lenkrad 204, wie das Fahrzeug 102 autonom betrieben wird oder betrieben mit einem Benutzer im Passagierabteil.
Alternativ kann die EM-Kupplung 216 eingerichtet sein oder eine zusätzliche normalerweise aktiviert wenn nicht mit Strom gespeiste Kupplung kann vorgesehen sein, um das Lenkrad 204 und/oder die Achse 206 vom Steuerungssystem 202 zu lösen, wenn das Fahrzeug 102 in einem autonomen Modus ist. In jedem Fall kann das Lenkrad 204 mit einem Benutzerein griffdetektor ausgerüstet sein (verschieden von einem E-Stopp-Knopf), der Notstopps oder die Übernahme des Benutzers einleitet.
Das in den 2–4 gezeigte Ausführungsbeispiel weist auch ein oder mehrere Potentiometer 222 auf. Die Potentiometer 222 erfassen die Bewegung der Lenkachse 206. Das Signal von den Potentiometer 222 liefert eine Rückkopplung 224 für die Verwendung durch Steuerung 212 beim Bestimmen, welches Signal zum Aktuator 214 gesendet wird. Beispielsweise kann die Steuerung 212 ein bestimmtes Signal an den Aktuator 214 senden, um die Lenkachse 206 um eine bestimmte Gradanzahl zu drehen. Jedoch kann der Aktuator 214 die Achse 206 um eine kleinere Gradanzahl drehen aufgrund eines Hindernisses unter einen der Räder 208. Da die Steuerung 212 Rückkopplung 224 empfängt, kann die Steuerung diese Diskrepanz korrigieren.
Übertragungssystem
Die 5 und 6 zeigen ein Übertragungssystem 302 gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, die sowohl manuelle als auch autonome Subsysteme umfasst.
Das manuelle Subsystem weist einen Schalthebel 304 auf. Der Schalthebel 304 ist an einer elektromagnetischen Kupplung 306 angebracht für eine Übertragung mit einer integrierten Kupplung (Übertragung/Kupplung) 308. Alternativ ist die integrierte Kupplung 308 eine elektromagnetische Kupplung und keine zusätzlich elektromagnetische Kupplung ist notwendig oder vorgesehen. Wird Energie für die elektromagnetische Kupplung 306 abgeschaltet, veranlasst die Bewegung des Schalthebels 304 die Übertragung/Kupplung 308 die Gänge zu wechseln. Wird Energie der elektromagnetischen Kupplung 306 zugeführt, ist das autonome System in der Lage, die integrierte Übertragung/Kupplung 308 zu steuern. Bewegt der Benutzer den Schalthebel 304 und ist die Energie aus, werden verschiedene Gänge in der integrierten Übertragung/Kupplung 308 ausgewählt, wie etwa vorwärts, neutral und rückwärts. In an deren Ausgestaltungen ist der Schalthebel 304 direkt an der integrierten Übertragung/Kupplung 308 angebracht. Die elektromagnetische Kupplung 306 in solch einer Ausgestaltung verbindet das autonome System mit dem Schalthebel 304.
In dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein zusätzliches Element am Schalthebel 304 oder Schaltstab angeordnet, so dass dieser mit dem Schaltaktuator 314 für die autonome Steuerung verbunden wird. Dieses bewahrt die manuellen Aspekte des Schalthebels 304, wobei manuelle Operation des Schalters erlaubt wird. In solch einer Ausgestaltung ist der Aktuator 314 ein linearer Aktuator. Ein linearer Aktuator kostet üblicherweise weniger als komplexe Drehaktuatoren.
Das in 5 gezeugte autonome System weist eine Energieversorgung 310 auf. Die Energieversorgung 310 stellt Energie an eine Steuerung 312 bereit. Die Steuerung 312 empfängt verschiedene Eingaben, wie etwa Eingaben von einer Fahrzeugsteuerungseinheit oder einem Robotiksteuerungssystem (nicht gezeigt) und gibt entsprechende Aktuatorsignale an einen Aktuator 314 aus.
In einigen Ausgestaltungen weist der Aktuator 314 einen Magneten auf. Wenn Energie gespeist, bewegt der Magnet den Schalthebel 304 über die elektromagnetische Kupplung 306 und veranlasst die Übertragung/Kupplung 308 Gänge zu ändern. Verschiedene andere Typen von Aktuatoren 314 können ebenso verwendet werden, wie etwa hydraulische Aktuatoren oder Motoren.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist das Übertragungssystem 302 einen neutralen Schalter und einen Umkehrschalter (nicht gezeigt) auf. Der neutrale und der Umkehrschalter stellen Mittel zum Kalibrieren des Aktuators 314 bereit, so dass das autonome Systeme Gänge akkurat auszuwählen in der Lage ist.
Die vorstehende Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung wurde nur zum Zweck der Verdeutlichung und Beschreibung vorgestellt und ist nicht als erschöpfend oder zum Beschränken der Erfindung auf die offenbarten präzisen Ausgestaltungen gedacht. Vielzählige Änderungen und Anpassungen werden dem Fachmann offensichtlich sein, ohne sich vom Geist und Umfang dieser Erfindung zu lösen.
Zusammenfassung
System zum Umschalten zwischen autonomer und manueller Bedienung eines Fahrzeugs, wobei ein mechanisches Steuerungssystem manuelle Eingaben von einem mechanischen Bedienelement empfangt und ein Aktuator, der mit der mechanischen Steuerung durch eine elektrisch betätigte Kupplung verbunden ist, autonome Steuersignale empfangt, die durch eine Steuerung erzeugt wurden. Aus Sicherheitsgründen ist weiter ein E-Stoppsystem eingerichtet, um Strom von der Kupplung zu nehmen, während dem Aktuator Strom verbleibt. Ein Verfahren zum Starten eines Fahrzeugs im autonomen Modus umfasst das Empfangen eines Signals, das den autonomen Modus anzeigt, das Bestimmen, dass ein Parkbremsenhebel eingestellt und die Bremsen aktiviert sind, Lösen der Bremsen, während der Hebel in der gesetzten Position verbleibt und Einschalten des autonomen Zustands.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 60/729445 [0001]
- US 60/729388 [0001]
- US 60/780389 [0001]
- US 60/838704 [0001]
- US 56516/335072 [0077]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- IEC/EN 60947 [0089]
- IEC 60204-1 [0089]
- ISO/IEC 13850 [0089]
- IEC 60204-1 [0089]

Claims

Ein mittels einer Robotik betreibbares Fahrzeug mit: einem mechanischen Fahrzeugsteuerungssystem, das manuelle Eingaben von einem mechanischen Bedienelement zum Betreiben des Fahrzeugs in einem manuellen Modus zu empfangen vermag; einer Steuerung, die autonome Steuersignale zu erzeugen vermag; und wenigstens einem Aktuator, der mit dem mechanischen Fahrzeugsteuerungssystem durch wenigstens eine elektrisch betätigte Kupplung verbunden ist, wobei der Aktuator eingerichtet ist, die autonomen Steuersignale zu empfangen und das mechanische Fahrzeugsteuerungssystem in einem autonomen Modus zu betreiben.
Das mittels einer Robotik betreibbare Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Steuerung zum Senden eines Modusumschaltsignals eingerichtet ist, zum Lösen des wenigstens einen Aktuators vom mechanischen Fahrzeugsteuerungssystem, so dass das Fahrzeug im manuellen Modus betrieben wird.
Das mittels einer Robotik betreibbare Fahrzeug nach Anspruch 1, weiter ein E-Stoppsystem umfassend, das betreibbar ist zum Entfernen des Stroms von der wenigstens einen elektrisch angetriebenen Kupplung.
Das mittels einer Robotik betreibbare Fahrzeug nach Anspruch 3, wobei das E-Stoppsystem nicht zum Entfernen des Stroms von der Steuerung oder von dem mechanischen Fahrzeugsteuerungssystem betriebsfähig ist.
Das mittels einer Robotik betreibbare Fahrzeug nach Anspruch 1, weiter umfassend ein E-Stoppsystem, das zum Entfernen des Stroms von einer von einer Mehrzahl von elektrisch betätigten Kupplungen betriebsfähig ist.
Das mittels einer Robotik betreibbare Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei das mechanische Fahrzeugsteuerungssystem wenigstens ein Bremssystem, ein Steuerungssystem, ein Drosselsystem oder ein Übertragungssystem aufweist.
Das mittels einer Robotik betreibbare Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei das mechanische Fahrzeugsteuerungssystem ein E-Gas-System (drive-by-wire) aufweist.
Das mittels einer Robotik betreibbare Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der autonome Modus einen ersten autonomen Modus und weiter einen Moduswechselschalter aufweist, der zum Umschalten zwischen dem ersten autonomen Modus und einem zweiten autonomen Modus betriebsfähig ist.
Das mittels einer Robotik betreibbare Fahrzeug nach Anspruch 1, weiter umfassend einen zum Ziehen eingerichteten Stift, der an das mechanische Fahrzeugsteuerungssystem angeschlossen ist, wobei der zum Ziehen eingerichtete Stift zum Lösen des wenigstens einen Aktuators vom mechanischen Fahrzeugsteuerungssystem eingerichtet ist, so dass das Fahrzeug im manuellen Modus betrieben wird.
Verfahren zum Betreiben eines mittels einer Robotik betreibbaren Fahrzeugs, umfassend: Empfangen einer manuellen Eingabe; Betreiben des Fahrzeugs in einem manuellen Modus mit einem mechanischen Fahrzeugsteuerungssytem, wenigstens teilweise durch die manuelle Eingabe; Empfangen eines Modusschaltsignals von einer Steuerung; Ausschalten des mechanischen Fahrzeugsteuerungssystems mit einer elektrischen Kupplung; und Betreiben des Fahrzeugs in einem autonomen Modus, wenigstens teilweise durch einen Aktuator.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Aktuator das Fahrzeug als Reaktion auf autonome Steuersignale, die durch die Steuerung erzeugt werden, betreibt.
Verfahren nach Anspruch 10, weiter umfassend das Bereitstellen eines E-Stoppsystems, das Energie von der elektrischen Kupplung, aber nicht vom Aktuator entfernt.
Verfahren nach Anspruch 10, weiter umfassend das Bereitstellen wenigstens eines Bremsgriffs, eines Bremspedals, eines Gaspedals, eines Lenkrads oder eines Schalthebels zum Empfangen der manuellen Eingabe.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das mechanische Fahrzeugssteuerungssystem wenigstens ein Bremssystem, ein Steuerungssystem, ein Drosselsystem oder ein Übertragungssystem aufweist.
Ein mittels einer Robotik betreibbares Fahrzeug mit: wenigstens einer gewöhnlich ausgeschalteten, elektrisch betriebenen Kupplung, die ein mechanisches Fahrzeugsteuerungssystem und ein autonomes Steuerungssystem miteinander verbindet; wobei das mechanische Fahrzeugsteuerungssystem zum Empfangen von manuellen Eingaben von einem mechanischen Bedienelement zum Betreiben des Fahrzeug in einem manuellen Modus, wenn die Kupplung ausgeschaltet ist, fähig ist; wobei das au tonome Steuerungssystem zum Betreiben des mechanischen Fahrzeugsteuerungssystems in einem autonomen Modus eingerichtet ist, wenn die Kupplung eingeschaltet ist; und einem E-Stoppsystem, das eingerichtet ist, Energie von der Kupplung zu entfernen, während Energie im autonomen Steuerungssystem verbleibt.
Das mittels einer Robotik gesteuerte Fahrzeug nach Anspruch 15, wobei das mechanische Fahrzeugsteuerungssystem ein Parksteuerungselement aufweist, das in einer vorbestimmten Einstellung ist, wenn das Fahrzeug geparkt ist, wobei die vorbestimmte Einstellung zum Aktivieren des autonomen Modus und zum Anzeigen, dass die manuelle Bewegung abgeschaltet ist, eingerichtet ist.
Das mittels einer Robotik gesteuerte Fahrzeug nach Anspruch 15, wobei das E-Stoppsystem durch Verriegelungsschalter betätigt wird, die ein mechanisches Zurücksetzen erfordern, um wieder Energie an die Kupplung zu geben.
Das mittels einer Robotik gesteuerte Fahrzeug nach Anspruch 15, wobei das E-Stoppsystem durch einen selbstverriegelnden Druckknopf betätigt wird, der mechanisch verriegelt, bevor das E-Stoppsystem Energie für den Aktuator entfernt.
Das mittels einer Robotik gesteuerte Fahrzeug nach Anspruch 15, weiter umfassend einen Notstopp zum Abschalten der wenigstens einen Kupplung durch einen anderen Schaltkreis als einen Verriegelungsschalter.
Das mittels einer Robotik gesteuerte Fahrzeug nach Anspruch 19, wobei das mechanische Bedienelement den Notstopp betätigen kann.
Das mittels einer Robotik gesteuerte Fahrzeug nach Anspruch 19, wobei der Notstopp die Kupplung als Reaktion auf einen Softwareneustart einschaltet.
Das mittels einer Robotik gesteuerte Fahrzeug nach Anspruch 15, umfassend wenigstens eine Steuerungssytemkupplung und eine Gaspedalsystemkupplung.
Das mittels einer Robotik gesteuerte Fahrzeug nach Anspruch 15, wobei das autonome Steuerungssystem fähig ist, in einem ferngesteuerten Modus entsprechend ferngesteuerter Befehle gesteuert zu werden.
Verfahren zum Betreiben eines mittels einer Robotik betreibbaren Fahrzeugs mit: Verbinden eines mechanischen Fahrzeugsteuerungssystems und eines autonomen Steuerungssystems mit einer elektrischen Kupplung; Ausschalten der Kupplung, um dem mechanischen Fahrzeugsteuerungssystem zu ermöglichen, das Fahrzeug auf Antwort manueller Eingaben zu betreiben; Anschalten der Kupplung, um dem autonomen Steuerungssystem zu erlauben, das Fahrzeug als Anwort auf autonome Steuersignale zu betreiben; und Entfernen der Energie in der Kupplung, während Energie im autonomen Steuerungssystem wenigstens teilweise durch ein E-Stoppsystem belassen wird.
Das Verfahren nach Anspruch 24, wobei das E-Stoppsystem Energie im mechanischen Fahrzeugsteuerungssystem belässt.
Das Verfahren nach Anspruch 24, wobei das E-Stoppsystem auf den Empfang von manuellen Eingaben wenigstens eines Bremsgriffs, eines Bremspedals, eines Gaspedals, eines Lenkrads, eines Schalthebels oder eines E-Stoppschalters hin angesteuert wird.
Verfahren zum Starten eines mittels einer Robotik betriebenen Fahrzeugs im autonomen Modus mit: Empfangen eines ersten Modussignals, das die Auswahl eines autonomen Modus anzeigt; Bestimmen, dass ein Parkbremsenhebel in eine bestimmte Position gesetzt wurde, wobei eine Parkbremse angezogen ist; Lösen der Parkbremse, während der Parkbremsenhebel in der bestimmten Position beibehalten wird; und Anschalten eines autonomen Modus, der durch eine Steuerung gesteuert wird, die zum Erzeugen autonomer Steuersignale eingerichtet ist.
Verfahren nach Anspruch 27, weiter umfassend: Empfangen eines zweiten Modusumschaltsignals, das die Auswahl eines manuellen Modus anzeigt; Abschalten des autonomen Modus; und Anziehen der Parkbremsen.
Verfahren nach Anspruch 28, wobei das zweite Modusumschaltsignal wenigstens ein Signal umfasst, das eine Bewegung des Parkbremsenhebels anzeigt, oder ein Signal, das eine Bewegung eines mechanischen Bedienelements anzeigt, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 28, wobei das zweite Modusumschaltsignal ein E-Stoppsignal umfasst.
Verfahren nach Anspruch 30, weiter das Verursachen des Fahrzeugs zum Halten umfassend.
Verfahren nach Anspruch 31, weiter das Verursachen des Anhaltens eines Motors des Fahrzeugs umfassend.
Verfahren nach Anspruch 27, weiter umfassend: Empfangen eines Eingabesignals, das die Ausübung menschlicher Beurteilung anzeigt; und Priorisieren des Eingabesignals vor den autonomen Steuersignalen.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei das Anschalten eines autonomen Modus das Anschalten wenigstens einer normalerweise ausgeschalteten elektrischen Kupplung umfasst, die in einer mechanischen Verbindung eingebaut ist.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei die bestimmte Position eine mechanische Vorspannung hat.
Verfahren nach Anspruch 35, weiter umfassend einen elektrischen Aktuator, der die elektrische Vorspannung übertrifft, zum Lösen der Parkbremse, so dass die Parkbremse wieder mit der mechanischen Vorspannung wirkt, wenn der elektrische Aktuator Energie verliert.
Verfahren nach Anspruch 36, wobei der Parkbremsenhebel eine unbestimmte Position hat, die einen Notstopp auslöst, um Energie vom Aktuator zu nehmen.
Verfahren nach Anspruch 37, wobei die Steuerung den Notstopp zurücksetzt, bevor die Steuerung die Parkbremse löst.
System zum Starten des autonomen Modus mit: einem Parksteuerungselement mit einer vorbestimmten Stellung, die die Bewegung in einem manuellen Modus deaktiviert; einer Steuerung zum Erzeugen eines Signals, das den autonomen Modus anzeigt; und einem Ausschaltmechanismus zum Empfangen des Signals und zum Aktivieren der Bewegung in einem autonomen Modus, während das Parksteuerungselement in der vorbestimmten Position verbleibt.
System nach Anspruch 39, wobei der Ausschaltmechanismus die Bewegung im autonomen Modus ausschaltet und die Parkbremsen anzieht, wenn das Parksteuerungsele ment sich aus der vorbestimmten Stellung bewegt oder wenn die Steuerung ein E-Stoppsignal erzeugt.
System nach Anspruch 39, wobei das Ermöglichen von Bewegung in einem autonomen Modus das Einschalten wenigstens einer normalerweise ausgeschalteten elektrischen Kupplung, die in einer mechanischen Verbindung eingebaut ist, umfasst.
Ein Robotik-Sicherheitssystem für ein mittels einer Robotik betreibbares Fahrzeug mit: einem mechanischen Fahrzeugsteuerungssystem, das zum Empfangen manueller Eingaben von einem mechanischen Bedienelement zum Bedienen des Fahrzeugs in einem manuellen Modus eingerichtet ist; einer Robotik-Steuerung, die zum Erzeugen autonomer Steuersignale eingerichtet ist; wenigstens einem Aktuator, der zum Empfangen der autonomen Steuersignale und zum Betreiben des mechanischen Fahrzeugsteuerungssystems in einem autonomen Modus eingerichtet ist; und wenigstens einem mechanisch beladenen Sicherheitssystem, das mechanisch vorgespannt ist, zum Unterdrücken einer Bewegung eines beweglichen Systems des Fahrzeugs, umfassend eine elektrisch betätigte Kupplung, die die mechanische Vorspannung freigibt und die Bewegung des beweglichen Systems erlaubt, wenn die Kupplung durch das Robotiksicherheitssystem aktiviert ist.
Robotiksicherheitssystem nach Anspruch 42, wobei, wenn elektrische Energie von der Robotiksteuerung entfernt wird, die Kupplung die Bewegung des beweglichen Systems deaktiviert und unterdrückt.
Robotiksicherheitssystem nach Anspruch 42, wobei das mechanisch geladene Sicherheitssystem ein Parkbremsensystem umfasst.
Robotiksicherheitssystem nach Anspruch 42, wobei das bewegliche System wenigstens ein Fahrzeugrad oder ein Scanner ist.
Verfahren zum sicheren Anhalten eines mittels einer Robotik betreibbaren Fahrzeugs mit: Betreiben des Fahrzeugs in einem autonomen Modus, wenigstens teilweise durch ein autonomes Steuerungssystem; Empfangen einer manuellen Eingabe von einer Parkbremse; Ausschalten einer elektrischen Kupplung zum Verhindern der Steuerung durch das autonome Steuerungssystem, während Energie im autonomen Steuerungssystem belassen wird; und Betreiben des Fahrzeugs in einem manuellen Modus wenigstens teilweise durch ein mechanisches Fahrzeugsteuerungssystem.
Robotiksteuerungssystem mit: wenigstens einem Betriebssystem eines Fahrzeugs; wenigstens einem elektrisch gesteuerten Aktuator und wenigstens einem ferngesteuerten Bedienelement, das jedem Betriebssystem entspricht; einer mechanischen Verbindung umfassend wenigstens ein Rückstellelement, das die Steuerung des Betriebssystems durch das ferngesteuerte Bedienelement erlaubt, wenn das Rückstellelement in einem aktivierten Zustand ist und die Steuerung verhindert, wenn in einem deaktivierten Zustand; und wobei der Aktuator die Steuerung des Betriebssystems durch das ferngesteuerte Bedienelement verhindert, wenn der Aktuator in einem aktivierten Zustand ist, und die Steuerung des Betriebssystems durch das Fernbedienungselement erlaubt, wenn der Aktuator in einem deaktivierten Zustand ist.
System nach Anspruch 47, wobei der Aktuator deaktiviert ist, wenn der Rückstellmechanismus aktiviert ist.
System nach Anspruch 47, wobei der Aktuator aktiviert ist, wenn der Rückstellmechanismus aktiviert ist und das Fernbedienungselement das Betriebssystem steuert.
System nach Anspruch 47, wobei das Betriebssystem wenigstens ein Lenkrad, ein Drosselsystem, ein Bremssystem oder ein Übertragungssystem aufweist.
System nach Anspruch 47, wobei der Rückstellmechanismus wenigstens eine elektromagnetisch betätigte Kupplung oder eine mechanische Vorrichtung einschließlich we nigstens eines zum Ziehen eingerichteten Stifts, eines Hebels, eines Pedals, eines Druckknopfes oder eines Schalters ist.
System nach Anspruch 47, wobei jedes Betriebssystem zurückfahrbar ist, wenn der Rückstellmechanismus aktiviert ist.