Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lokalisierungssystem für ein fahrerloses Fahr zeug sowie ein Verfahren zur Lokalisierung des fahrerlosen Fahrzeugs.

Fahrerlos fahrende Fahrzeuge benötigen eine möglichst statische Umgebung, um sich sicher lokalisieren und dann entsprechend navigieren zu können. Die Lokalisie rung erfolgt im Innenbereich mit Hilfe von Umfeld-Sensoren und im Außenbereich mit Hilfe von GNSS.

Insbesondere im Innenbereich, also z. B. einer Halle, erfolgt die Lokalisierung an hand einer Orientierung an der Infrastruktur, beispielsweise mittels Sensoren und SLAM-Verfahren zum Erstellen einer lokalen Karte der Umgebung. Im Außenbereich erfolgt die Lokalisierung mittels GNSS, also satellitengestützt, da in der Regel keine oder keine ausreichende statische Infrastruktur vorhanden ist, an der sich das Fahr zeug orientieren kann. Problemtisch ist der Übergang zwischen Außenbereich und Innenbereich bzw. zwischen Innenbereich und Außenbereich, d.h. das zuverlässige Umschalten zwischen zwei Lokalisierungsmethoden.

Deshalb ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Lokalisierungssystem für ein fahrerlo ses Fahrzeug bereitzustellen, das ein zuverlässiges Umschalten zwischen einem Lokalisierungsverfahren in einem Außenbereich und einem Lokalisierungsverfahren in einem Innenbereich oder vice versa ausführen kann. Ziel ist es also, eine zuver lässige Lokalisierung eines fahrerlosen Fahrzeugs in einem Übergangsbereich zwi schen Innenbereich und Außenbereich oder vice versa zu ermöglichen.

Für Anwendungen im Innenbereich (Indoor) werden bei fahrerlosen, d.h. automati sierten bis hin zu autonomen, Fahrzeugen z. B. Laserscanner zur Lokalisierung und zur Navigation des Fahrzeugs sowie zur Umfelderfassung verwendet. So wird ein geeigneter Fahrweg von einem Startpunkt zu einem Zielpunkt ermittelt, welcher kolli sionsfrei abgefahren werden kann. Das für den Innenbereich verwendete Sensorset ist aufgrund seiner Empfindlichkeit gegenüber Verschmutzung und Witterungsein flüssen in der Regel nur für den Indoor-Gebrauch verwendbar, also z. B. in Hallen. Für Anwendungen im Außenbereich (Outdoor) wird bei fahrerlosen, d.h. automati sierten bis hin zu autonomen, Fahrzeugen zur Lokalisierung vorteilhaft ein satelliten unterstütztes System GNSS verwendet. Dieses kann aber im Innenbereich nicht verwendet werden, da der Signalempfang in der Regel zu schwach oder unzuverläs sig ist.

Die verwendeten Systeme im Innenbereich und im Außenbereich funktionieren un abhängig voneinander sehr gut zur Lokalisierung des Fahrzeugs in dem jeweiligen Bereich. Problematisch ist es, den Übergang zwischen den Bereichen, also Innenbe reich und Außenbereich oder vice versa, zuverlässig zu erkennen und das Lokalisie rungsverfahren entsprechend schnell umzustellen. Dieses Problem wird durch das nachfolgend beschriebene System gelöst.

Vorgeschlagen wird ein Lokalisierungssystem für ein fahrerloses Fahrzeug, welches fahrerlos von einem Startpunkt zu einem Zielpunkt fährt, wobei das Lokalisierungs system ein Sensorset zur Lokalisierung des Fahrzeugs in einem Innenbereich und zusätzlich mindestens eine Erfassungseinrichtung zur Lokalisierung des Fahrzeugs in einem Außenbereich aufweist. Ferner stellt das Lokalisierungssystem mindestens ein Orientierungspunkt an einem Übergangsbereich zwischen einem Außenbereich und einem Innenbereich oder vice versa bereit, wobei bei Erfassen des mindestens einen Orientierungspunkts durch das Sensorset und/oder die Erfassungseinrichtung ein Umschalten von einer Lokalisierungsmethode zur Lokalisierung des Fahrzeugs in einem Innenbereich zu einer Lokalisierungsmethode zur Lokalisierung des Fahr zeugs in einem Außenbereich oder vice versa erfolgt.

Ein fahrerloses Fahrzeug fährt automatisiert bis hin zu autonom (entspricht Level 2 SAE J3016 Autonomiestufe und höher). Die Steuerung wird durch ein oder mehrere Steuergeräte ermöglicht, welche die zur Bereitstellung einer entsprechenden kollisi onsfreien Trajektorie nötigen Daten verarbeiten und entsprechende Steuersignale zu den Aktoren des Fahrzeugs zur Umsetzung der Fahraufgabe ausgeben. Die benötig ten Daten werden von am Fahrzeug verbauten Sensorsets und/oder Erfassungsein richtungen ermittelt, welche Informationen zur Umgebung des Fahrzeugs, beispiels- weise über dessen Standort, erhalten. Je nach Position bzw. Standort des Fahrzeugs wird dieses über entsprechende Lokalisierungsmethoden lokalisiert. Basierend auf dieser Information kann dann eine Navigation von einem Startpunkt zu einem Ziel punkt erfolgen.

Wenn sich das fahrerlose Fahrzeug von einem Innenbereich in einen Außenbereich oder vice versa bewegt, kann es sein, dass die für den jeweiligen Bereich verwende ten Lokalisierungseinrichtungen, also die Sensorsets bzw. Erfassungseinrichtungen, keine zuverlässige Lokalisierung mehr liefern, da sie z. B. kein stabiles Signal mehr erhalten oder keine Infrastruktur zur Orientierung vorhanden ist. Somit ist eine Ände rung der Lokalisierungsmethode nötig. Das Erkennen des Übergangs zwischen die sen Bereichen, auch als Übergangsbereich bezeichnet, muss zuverlässig erfolgen, um ein nahtloses Fahren zwischen den Bereichen zu ermöglichen. Allerdings kann weder das Sensorset für die Lokalisierung im Innenbereich noch die Erfassungsein richtung zur Lokalisierung im Außenbereich diese Aufgabe zufriedenstellend ausfüh ren. Deshalb wird mindestens ein Orientierungspunkt, auch als Landmark bezeich net, am Übergangsbereich bereitgestellt, welcher den entsprechenden Bereich als Übergangsbereich kennzeichnet.

Das Ziel einer Lokalisierung ist es, die exakte Position des Fahrzeuges zu ermitteln und jederzeit zur Verfügung stellen zu können. Die Fahrzeugposition umfasst dabei immer die Lage des Fahrzeuges in einem Koordinatensystem X, Y, Z (global oder lokal) sowie die Orientierung des Fahrzeuges als Lage- oder Eulerwinkel (Roll, Pitch, Yaw). Zur genauen Orientierung und Lokalisierung werden Karten zur Verfügung ge stellt, die entweder vorab gespeichert sind oder in Echtzeit z. B. mittels SLAM ermit telt werden.

Durch das Bereitstellen mindestens eines Orientierungspunkts kann der Übergang der Lokalisierung des Fahrzeugs mittels GNSS zur Lokalisierung durch das Sensor set und oder vice versa erfolgen. Im Außenbereich sind nur sehr begrenzte Orientie rungspunkte vorhanden, weshalb die Navigation in der Regel satellitengestützt er folgt. Durch den oder die Orientierungspunkte kann die Position des Fahrzeugs in der globalen Karte und der lokalen Karte festgehalten werden, so dass der Übergang in beiden Karten markiert ist und bei der Steuerung des fahrerlosen Fahrzeugs auf diese Information zurückgegriffen werden kann. Somit kann bereits bei Erfassung des Annäherns oder (kurz vor) Eintreten in einen Übergangsbereich das Umschalten vorbereitet und bei Passieren des Übergangsbereichs dann durchgeführt werden.

In einer Ausführung ist der mindestens eine Orientierungspunkt eines aus einem QR- Code, einer definierten Struktur einer Infrastruktur, ein oder mehrere fest installierte Objekte, eine oder mehrere Fahrspuren, oder eine Kombination daraus.

Ein QR-Code kann an dem Übergangsbereich angebracht sein und von dem am Fahrzeug angeordneten Sensorset erfasst werden. Vorteilhaft erfolgt die Erfassung als optische Erfassung, also z. B. mittels Kamera. Die Erfassung einer definierten Infrastruktur kann über unterschiedliche Sensorik des Sensorsets erfolgen. Als Orien tierungspunkt, der die Infrastruktur kennzeichnet, kann ein Dach einer Halle bzw. dessen Vorhandensein oder Nicht-Vorhandensein, ein als Übergangsbereich die nendes Tor bzw. Ein-/Ausfahrtstor, ein Rahmen einer Öffnung in einen Innenbereich oder zu einem Außenbereich, eine Hauskante, oder auch ein markanter Gebäudezug dienen. Fest installierte Objekte können ebenfalls als Orientierungspunkt dienen. Solche fest installierten Objekte sind beispielsweise ein oder mehrere Pfosten, eine Schranke, an einem Gebäude oder am Übergangsbereich befestigte Schilder oder andere fest installierte Objekte. Auch kann eine deren Fahrspur als Orientierungs punkt dienen. Entweder kann deren Vorhandensein oder Nicht-Vorhandensein auf einen Übergang zwischen Innenbereich und Außenbereich schließen lassen. Es kann aber auch eine Änderung der Art oder der Farbe der Linien auf einen solchen Übergang schließen lassen. Auch kann ein Übergangsbereich durch eine Änderung in der Linienführung, z. B. durch eine Querlinie, angezeigt werden.

In einer Ausführung erfolgt die Erfassung des Orientierungspunkts durch optische Erfassung oder durch 3D-Erfassung. Die Art der Erfassung, und damit des Sensor sets, ist je nach Art des Orientierungspunkts zu wählen. Für eine Erfassung eines Rahmens oder Tors kann eine 3D-Erfassung z. B. mittels 3D-Radar oder 3D-Lidar in Verbindung mit SLAM sinnvoll sein. Bei der Erfassung, ob ein Hallendach vorhanden ist, sich das Fahrzeug also im Innenbereich befindet, oder nur der Himmel, sich das Fahrzeug also im Außenbereich befindet, kann eine optische Erfassung mittels Ka mera sinnvoll sein.

In einer Ausführung erfolgt die Lokalisierung in einem Außenbereich mittels der Er fassungseinrichtung über GNSS, also satellitengestützt. Zusätzlich kann die Lokali sierung auch mittels einer Inertialsensorik, sogenannten IMU's erfolgen. Diese sind eine räumliche Kombination mehrerer Inertialsensoren, welche insbesondere Be schleunigungssensoren und Drehratensensoren aufweisen und die Eigenbewegung eines Objekts erfassen. Durch Verwenden von IMU’s kann die Lokalisierung über GNSS unterstützt werden.

In einer Ausführung umfasst das Sensorset zur Lokalisierung in einem Innenbereich mindestens eines aus LIDAR, RADAR, Kamera, Ultraschall, WLAN, UWB, Funk, Kamera oder eine Kombination daraus. Die Lokalisierung kann mittels SLAM erfol gen, da hierbei immer eine aktuelle Karte der Umgebung bereitgestellt wird. Diese Lokalisierung mittels der eben genannten Systeme kann selbstverständlich auch im Außenbereich genutzt werden.

Unter dem Begriff SLAM, welcher aus dem Englischen Simultaneous Localization and Mapping herrührt und zu Deutsch Simultane Positionsbestimmung und Karten erstellung genannt wird, ist ein Verfahren zu verstehen, bei dem ein mobiles Fahr zeug gleichzeitig eine Karte seiner Umgebung erstellen und seine Position (Pose) innerhalb dieser Karte schätzt. Bei einer SLAM Lokalisierung beispielsweise wird mit dem Verfahren„Scanmatching“ versucht, eine Übereinstimmung der aktuell gemes senen Punktewolke innerhalb einer zuvor gespeicherten Karte zu finden.

Beispielsweise ist das Fahrzeug ein fahrerloses Transportfahrzeug. Im Logistikbe reich werden Transportfahrzeuge eingesetzt, um Güter zu transportieren, in vorgese hene Lagereinrichtungen zu laden und daraus zu entladen. Neuere Entwicklungen ermöglichen es, viele dieser Arbeiten fahrerlos, also automatisiert oder sogar auto nom, auszuführen. Um ein fahrerloses Fahren zu ermöglichen, werden entsprechen de Sensorsysteme bzw. Sensorsets am Fahrzeug benötigt. Auch werden entspre- chende Steuereinrichtungen benötigt, welche die Sensordaten verarbeiten und dann dem Fahrzeug den abzufahrenden Fahrweg vorgeben.

Als fahrerloses Transportfahrzeug, kurz FTF, oder Englisch Automated Guided Ve- hicle, kurz AGV, wird ein flurgebundenes Fördermittel bzw. kurz Flurfördermittel, be zeichnet, welches zum horizontalen und/oder vertikalen Materialtransport dient. Sein Antrieb wird über entsprechende Steuersignale von einer Steuereinrichtung gesteu ert, so dass es automatisiert bzw. autonom fahren kann. Unter Materialtransport ist ein Fahren von Material von einem Anfangsort zu einem Zielort, aber auch ein Be- und/oder Entladen von Material, z. B. aus einem Hochregal, zu verstehen. Dabei kann das nachfolgende Transportieren von demselben FTF oder einem anderen Fahrzeug übernommen werden.

Durch das vorgeschlagene Lokalisierungssystem kann ein solches fahrerloses Transportfahrzeug auch Material fahrerlos von einem Innenbereich in einen Außen bereich oder vice versa transportieren.

Der Außenbereich kann ein Werksgelände oder ein abgeschlossenes Logistikgelän de sein. Besonders im Logistikverkehr innerhalb abgeschlossener Gelände mit und ohne Hallen sind fahrerlose Fahrzeuge bzw. Transportfahrzeuge sowohl in Innenbe reichen als auch in Außenbereichen tätig, so dass das Erkennen des Übergangsbe reichs für den nahtlosen Materialtransport und eine kollisionsfreie Bewegung nötig ist. Ein abgeschlossenes Gelände ist als ein Gelände zu verstehen, auf welchem nur ein definierter Verkehr, d.h. nur berechtigte Fahrzeuge, fahren dürfen. Außerdem ist in solchen Geländen die Regelung des Verkehrs speziell für dieses Gelände vorge geben.

In einer Ausführung weist das Lokalisierungssystem zusätzlich eine Kommunikati onseinrichtung zur Kommunikation mit einem zusätzlich (optional) am Übergangsbe reich bereitgestellten Leitsystem auf, wobei das Leitsystem zur Kommunikation und Steuerung mehrerer fahrerloser Fahrzeuge gebildet ist. Mit Hilfe der Kommunikationseinrichtung, welche eine sogenannte Car2X bzw. V2X- Kommunikation erlaubt, könnte beispielsweise an einem Gebäudeeingang, also ei nem Übergangsbereich, eine virtuelle Ampel installiert werden. Diese könnte über ein Leitsystem Fahrzeuge für die Ein- oder Ausfahrt berechtigen oder das weitere Ver halten der Fahrzeuge vorgeben und/oder steuern. So kann die Navigation verschie dener Fahrzeuge zusätzlich über ein Leitsystem koordiniert werden. Das Kommuni kationssystem kann in dem fahrerlosen Fahrzeug angeordnet sein.

Ferner wird ein Verfahren zur Lokalisierung eines fahrerlosen Fahrzeugs mittels des Lokalisierungssystems vorgeschlagen. Das Lokalisierungssystem wurde bereits in der vorherigen Beschreibung beschrieben. Das Lokalisierungssystem weist ein Sen sorset zur Lokalisierung des Fahrzeugs in einem Innenbereich und zusätzlich min destens eine Erfassungseinrichtung zur Lokalisierung des Fahrzeugs in einem Au ßenbereich auf, wobei bei Erfassen des Annäherns oder Eintretens in einen Über gangsbereich zwischen einem Außenbereich und einem Innenbereich oder vice ver sa des Fahrzeugs ein Umschalten zwischen einer Lokalisierungsmethode in einem Außenbereich und einer Lokalisierungsmethode in einem Innenbereich oder vice versa des fahrerlosen Fahrzeugs erfolgt.

Vorteilhaft erfolgt eine Steuerung mehrerer fahrerloser Fahrzeuge über ein an dem Übergangsbereich angeordnetes Leitsystem derart, dass eine Koordination der Na vigation der mehreren Fahrzeuge erfolgt. So kann ein Verkehrsfluss, also z. B. ein Ein- und/oder Ausfahren in den bzw. aus dem Innenbereich mehrerer fahrerloser Fahrzeuge gesteuert werden.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der bei gefügten Zeichnung näher erläutert.

Figur 1 zeigt ein Lokalisierungssystem zur Steuerung eines fahrerlosen Fahrzeugs von einem Startpunkt zu einem Zielpunkt gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. Figur 1 zeigt ein beispielhaftes Szenario, bei dem ein Fahrweg P eines fahrerlosen Fahrzeugs 1 von einem Startpunkt bzw. Startort S zu einem Zielpunkt bzw. Zielort Z dargestellt ist. Der Startort S liegt in einem Außenbereich„Outdoor“. Das fahrerlose Fahrzeug 1 muss zuerst einen Bereich des Außenbereichs„Outdoor“ passieren, dann durch eine Halle, also einen Innenbereich„Indoor“ fahren, um dann wieder im Außenbereich„Outdoor“ seine Fahrt am Zielort Z beenden.

Zur Lokalisierung seines Standorts kann das fahrerlose Fahrzeug 1 im Außenbereich „Outdoor“ auf eine satellitengestützte Lokalisierungsmethode über ein GNSS 10 zu rückgreifen. So kann es seine Position innerhalb einer globalen Karte des relevanten Bereichs, welcher als Wolke in Figur 1 gezeichnet ist, ermitteln. Ein Außenbereich „Outdoor“ weist in Regel eine sich immer wieder verändernde Infrastruktur auf, d.h. es gibt wenige oder keine fixe Orientierungspunkte, an denen sich Sensoren orientie ren könnten. Außerdem ist in der Regel die am Fahrzeug 1 verbaute Sensorik bzw. das Sensorset empfindlich gegenüber Außeneinflüssen wie Verschmutzungen etc.. Zusätzlich ist die Lokalisierung mittels GNSS 10 deutlich zuverlässiger und genauer, insbesondere bei ausreichend starkem Signal, was im Außenbereich„Outdoor“ in der Regel der Fall ist. Aus diesem Grund erfolgt die Lokalisierung in der Regel satelliten gestützt. Es können aber dennoch Orientierungspunkte 1 1 vorgesehen sein, z. B. um eine Lokalisierung in nicht ideal vom Satellitensignal abgedeckten Bereichen zu er möglichen. Wenn Orientierungspunkte fixe Punkte wie Hauskanten oder in ihrer Form eindeutig definierte und fixe Strukturen sind, können diese in der globalen Kar te hinterlegt und für die Navigation herangezogen werden.

Der Innenbereich„Indoor“ ist in Figur 1 der Bereich innerhalb des Rechtecks und kann eine Halle oder eine andere, in der Regel überdachte, Einrichtung sein. Ein I n nenbereich„Indoor“ ist durch eine vorhandene Infrastruktur gekennzeichnet, welche in einer lokalen Karte, welche entweder vorab erstellt wird oder mittels SLAM immer aktuell erstellt wird, dargestellt wird. Der Übergangsbereich 20 zwischen dem Innen bereich„Indoor“ und dem Außenbereich„Outdoor“ wird durch mindestens einen, vor teilhaft zwei Orientierungspunkte 12, 13 markiert. Vorteilhaft sind jeweils an einer Seite des Übergangs 20, welcher in der Regel ein Tor oder eine Tür oder ein anderer Durchgang ist, Orientierungspunkte 12, 13 angeordnet, so dass auch die Breite des Durchgangs damit markiert und definiert wird.

Sobald der Fahrweg P des Fahrzeugs 1 in den durch die Orientierungspunkte 12 ge kennzeichneten Übergangsbereich 20 zwischen Außenbereich„Outdoor“ und Innen bereich„Indoor“ gelangt, werden die Orientierungspunkte 12 erfasst, entweder von dem Sensorset oder der Erfassungseinrichtung oder von beiden, und es erfolgt ein Umschalten der Lokalisierungsmethode von der Erfassungseinrichtung, welche über GNSS 100 arbeitet, zu dem Sensorset, welches mittels bereits beschriebener fahr zeuginterner Sensorik, z. B. Lidar, Radar, Kamera, etc. arbeitet.

Innerhalb des Innenbereichs„Indoor“ wird das fahrerlose Fahrzeug 1 mittels seinem Sensorset gesteuert, z. B. mittels einer Kombination aus Lidar, Radar, Kamera, Funk, WLAN oder einer Kombination daraus, wie bereits beschrieben. Vorteilhaft erfolgt die Lokalisierung mittels SLAM. Die gestrichelte Linie 30 markiert in Figur 1 den mittels Laserscan bzw. Scanmatching ermittelten Fahrweg P für das fahrerlose Fahrzeug 1 .

Sobald der Fahrweg P des Fahrzeugs 1 in den durch die Orientierungspunkte 13 ge kennzeichneten Übergangsbereich 20 zwischen Innenbereich„Indoor“ und Außenbe reich„Outdoor“ gelangt, werden die Orientierungspunkte 1 3 erfasst, und es erfolgt ein Umschalten der Lokalisierungsmethode von dem Sensorset zu der Erfassungs einrichtung, damit das fahrerlose Fahrzeug 1 wieder mittels GNSS 10 im Außenbe reich„Outdoor“ lokalisiert und zum Zielort Z navigiert werden kann.

Für den Fall, dass mehrere fahrerlose Fahrzeuge 1 vorhanden sind, kann ein am Übergangsbereich 20 angeordnetes Leitsystem 21 , welches mit den entsprechend ausgestatteten Fahrzeugen 1 kommunizieren kann, vorgesehen sein. Dieses Leitsys tem 21 dient zur Koordination der Ein- bzw. Ausfahrt in den Innenbereich„Indoor“ bzw. den Außenbereich„Outdoor“. Außerdem kann es noch weitere Aufgaben erfül len, z. B. ein Koordinieren der Fahrzeuge 1 und deren Aufgabe. Bezuqszeichenliste

1 fahrerloses Fahrzeug

1 1 ; 12, 13 Orientierungspunkte 20 Übergangsbereich 21 Leitsystem

10 GNSS (Satellit)

Indoor Innenbereich

Outdoor Außenbereich

S Startpunkt

Z Zielpunkt

P Fahrweg