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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren für eine Einparkassistenz eines
Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Einparkassistenzsysteme
können
verschiedene Assistenzfunktionen beinhalten. Es gibt zum einen das
Park Distance Control – System
(PDC), das eine Abstandswarnung bietet. Zu dem gibt es Anzeigen,
die dem Fahrer eine Information über
die Eignung einer Parklücke
z. B. durch Ausmessen der Parklücke,
geben. Ein weiteres Einparkassistenzsystem sieht vor, den Fahrer
beim Einparkvorgang durch eine Lenkwinkelvorgabe oder durch automatischen Lenkeingriff
zu unterstützen.
Schließlich
besteht noch die Möglichkeit,
ein vollautomatisiertes Einparken durchzuführen.
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Üblich sind
Einparkhilfen für
Fahrzeuge, die Abstände
des Fahrzeugs zu Hindernissen ermitteln, um Parkschäden am eigenen
und an fremden Fahrzeugen sowie an Personen und Objekten zu vermeiden.
Die Anzeige des ermittelten Abstandes kann optisch erfolgen. Bei
optischen Anzeigen wird jedoch das Blickverhalten des Fahrers auf
die Anzeigeneinrichtung gerichtet, wodurch seine Aufmerksamkeit gegenüber anderen
sich nähernden
Objekten, beispielsweise Fahrzeugen oder die Straße überquerenden
Passanten, beeinträchtigt
ist. Akustische Anzeigen erfordern keine Blickkonzentration, jedoch setzen
sie einen vergleichsweise hohen Lernbedarf beim Fahrer voraus, um
die Systemanweisungen sicher verstehen und angemessen umsetzen zu
können.
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Automatische
oder halbautomatische Einparkhilfen basieren auf der Vermessung
der Umgebung mittels geeigneter Sensoren, beispielsweise basierend
auf Ultraschall, Radar, Laser oder Video. Prinzipiell werden während des
Einparkvorgangs zwei Routinen durchlaufen. Im ersten Zyklus wird beim
Vorbeifahren an einer Parklücke
diese vermessen und bei Vorliegen einer ausreichend großen Parklücke wird
dem System mitgeteilt, dass der Parkvorgang eingeleitet werden kann.
Zu diesem Zweck werden seitlich am Fahrzeug orientierte Sensoren verwendet,
die sowohl im Nahbereich als auch im Fernbereich Distanzmesswerte
liefern und ausschließlich
die Parklücke
vermessen. Im zweiten Zyklus, der dem eigentlichen Einparkvorgang
entspricht, werden die Sensoren verwendet, die in der Nähe oder
direkt in der vorderen und hinteren Stoßstange eingebaut sind. Beide
Sensorsysteme sind über
eine Busleitung mit einer elektronischen Auswerteeinheit (ECU) verbunden,
welche die nötigen Berechnungen
durchführt.
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In
der
DE 102 56 770
A1 wird ein Verfahren zum Lenken eines rückwärts in eine
Parklücke
einzuparkenden Fahrzeugs beschrieben, bei dem ausgehend von einer
Startstellung außerhalb
der Parklücke bis
zum Erreichen einer Parkstellung in der Parklücke nacheinander fünf jeweils
knickfrei ineinander übergehende
Kurvenabschnitte rückwärts durchfahren werden.
Bei den in Fahrtrichtung letzten vier Kurvenabschnitten handelt
es sich um einen Klothoidenabschnitt für Kurvenabschnitt zwei, um
einen Kreisbogenabschnitt für
Kurvenabschnitt drei, um einen Klothoidenabschnitt für Kurvenabschnitt
vier und um einen Kreisbogenabschnitt für Kurvenabschnitt fünf. Ausgehend
von der Startstellung des Fahrzeugs wird die gesamte rückwärts zu durchfahrende
Bahn bis zum erreichen der Parkstellung ermittelt. Die Lenkung wird
beim Rückwärtsfahren
des Fahrzeugs von einer Steuerelektronik entsprechend dieser Bahn
gesteuert. Dabei wird davon ausgegangen, dass das Fahrzeug in der
Startstellung schräg
zur Längsrichtung
der Parklücke
steht und der zwischen der Startstellung und dem Beginn des zweiten
Kurvenabschnitts liegende erste rückwärts durchlaufende Kurvenabschnitt
durch eine andere geometrische Funktion beschrieben ist als der
zweite Kurvenabschnitt.
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Aus
der
DE 10 2004
055 584 A1 geht eine Einparkhilfe für Fahrzeuge mit einer Fahrzeuglenkung
mit einem Lenkrad und einem Lenkmoment-Regelungsmodul hervor, bei
der dem Lenkrad ein Lenkmoment aufprägbar ist. Dabei ist vorgesehen,
dass die Einparkhilfe mit dem Momentenregelungsmodul zusammenwirkt
und ein zusätzliches
Lenkmoment auf das Lenkrad aufgebracht wird, das dem Fahrer des
Fahrzeugs bei einem Einparkvorgang Unterstützung bietet.
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Schließlich wird
in der WO 2004/106114 A1 ein Verfahren zur Unterstützung eines
Einparkvorgangs eines Fahrzeugs beschrieben, bei dem ein Ist-Lenkwinkel
einer Lenkspindel sowie ein für
einen Einparkvorgang erforderlicher Soll-Lenkwinkel ermittelt wird.
Aus einem Vergleich des Soll-Lenkwinkels und des Ist-Lenkwinkel
wird ein Führungs-Lenkmoment
ermittelt. Schließlich
erfolgt eine Eingabe des Führungs-Lenkmomentes
auf die Lenkspindel des Fahrzeugs und zwar so, dass das Führungs-Lenkmoment
auf die Lenkspindel in Richtung auf den Soll-Lenkwinkel wirkt.
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Bei
Einparkassistenzsystemen, die den Einparkvorgang des Fahrers unterstützen bzw.
die ein vollautomatisiertes Einparken ermöglichen, kann ein Lenkeingriff
erforderlich sein bzw. ist er erforderlich. Dieser Lenkeingriff
steuert das Fahrzeug dann entlang einer Sollbahn in die Parklücke. Dabei
wird der Solllenkwinkel als Sollwert einem Lenkregler vorgegeben.
Der Lenkregler regelt dann die Sollvorgabe mit Hilfe eines Lenkaktuators
ein. Bei Vorliegen einer elektromechanischen Lenkung (EPS) bestimmt
der Lenkregler ein Moment, das einem bestimmten Strom entspricht,
mit dem der Elektromotor der EPS gespeist wird. Dieses Moment (Motorstrom)
wird durch den Regler so bestimmt, dass der Lenkwinkel der Sollvorgabe
möglichst
gut folgt. In Abhängigkeit von
der Reglerauslegung und der Sollwertvorgabe ist es möglich, dass
das Moment (Motorstrom) unstetig ist, sich also sprunghaft ändert. Dies
führt zum
einen zu einem sehr aggressiven, ruckartigen Lenkverhalten, zum
anderen entstehen allein aufgrund der Trägheit des Lenkrades sehr große Lenkmomente.
Nachteilig dabei ist, dass diese großen ruckartigen Lenkmomente
die Lebensdauer der Lenkung negativ beeinflussen können. Außerdem machen
sie Sicherheitsabfragen wie z. B. die Erkennung eines Fahrerlenkeingriffs
unmöglich,
da der Lenkmomentensensor aufgrund der Lenkradträgheit nicht zwischen diesen
Lenkmomenten und Fahrlenkmomenten unterscheiden kann. Geht man nun
von einer sprunghaften Sollwinkelvorgabe aus, ändert sich dementsprechend
auch der vorgegebene Winkel. Daraus ergibt sich durch Differenzierung
eine unendliche Winkelgeschwindigkeit sowie eine unendliche Winkelbeschleunigung.
Dabei ist die Winkelbeschleunigung proportional zum Lenkmoment,
das der Elektromotor aufbringen soll. Demzufolge führt eine
sprunghafte Sollwinkelvorgabe zu einem unerwünschten aggressiven bzw. ruckartigem
Lenkverhalten.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine
Vorrichtung für
eine Einparkassistenz für
einen Fahrer eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, das ein kontinuierliches, sprungfreies
Lenkverhalten ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren für eine Einparkassistenz mit
den Verfahrensschritten gemäß Patentanspruch
1 und eine Vorrichtung für eine
Einparkassistenz gemäß Patentanspruch
11 gelöst.
Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen des Verfahrens, welche einzeln
oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind
Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
für eine Einparkassistenz
für einen
Fahrer eines Fahrzeugs umfasst folgende Schritte: Ermitteln eines
Lenkwinkels x durch Integration einer zugehörigen Lenkwinkelgeschwindigkeit
xp; Ermitteln der Lenkwinkelgeschwindigkeit xp durch Integration
einer zugehörigen Lenkwinkelbeschleunigung
xpp; Ermitteln der Lenkwinkelbeschleunigung xpp durch Multiplikation
der Differenz von Solllenkwinkelgeschwindigkeit xpSoll und Lenkwinkelgeschwindigkeit
xp mit einem Faktor xpGain; Ermitteln der Solllenkwinkelgeschwindigkeit xpSoll
durch Multiplikation der Differenz von Solllenkwinkel xSoll und
Lenkwinkel x mit einem Faktor xGain sowie Ermitteln des Solllenkwinkels
xSoll, wobei durch die Einparkassistenz ein kontinuierliches Lenkverhalten
vorgegeben wird, bei welchem der einzuschlagende Lenkwinkel zumindest
zeit- oder abschnittsweise aus einem limitierten Bereich ausgewählt wird,
wobei der limitierte Lenkwinkel kleiner als der mögliche Lenkwinkelbereich
ist. Erfindungsgemäß wird das
Lenkmoment begrenzt, das dann zur Bestimmung der Solllenkwinkelvorgabe
dient. Durch den limitierten Bereich, aus dem der einzuschlagende
Lenkwinkel vorgegeben wird, ist es möglich, ein kontinuierliches,
sprungfreies Lenkverhalten vorzugeben, durch welches die Lebensdauer
der Lenkung nicht negativ beeinflusst wird. Ohne Limitierung des Lenkverhaltens
besteht die Gefahr, dass ein aggressives, ruckartiges Einlenken
durchgeführt
wird, was Sicherheitsabfragen wie z. B. die Erkennung eines Fahrlenkeingriffs
unmöglich
macht, da der Lenkmomentsensor nicht zwischen diesen Lenkmomenten und
Fahrerlenkmomenten unterscheiden kann.
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Es
ist vorzugsweise vorgesehen, dass der aus der Integration der Lenkwinkelgeschwindigkeit xp
berechnete Lenkwinkel x zumindest zeitweise auf einen maximalen
Lenkwinkel xLimit begrenzt wird.
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Ferner
ist das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt
so ausgerichtet, dass die aus der Integration der Lenkwinkelbeschleunigung
xpp berechnete Lenkwinkelgeschwindigkeit xp zumindest zeitweise auf
eine maximale Lenkwinkelgeschwindigkeit xpLimit begrenzt wird.
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Vorzugsweise
kann das Verfahren auch so ausgelegt sein, dass die durch Multiplikation
der Differenz von Solllenkwinkelgeschwindigkeit xpSoll und Lenkwinkelgeschwindigkeit
xp mit einem Faktor xpGain berechnete Lenkwinkelbeschleunigung xpp
zumindest zeitweise auf eine maximale Lenkwinkelbeschleunigung xppLimit
begrenzt wird.
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Zudem
ist bevorzugt vorgesehen, dass die durch Multiplikation der Differenz
von Solllenkwinkel xSoll und Lenkwinkel x mit einem Faktor xGain
berechnete Solllenkwinkelgeschwindigkeit xpSoll zumindest zeitweise
auf eine maximale Lenkwinkelgeschwindigkeit xpLimit begrenzt wird.
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Darüber hinaus
kann der Solllenkwinkel xSoll aus der Begrenzung des Solllenkwinkels
x auf den maximalen Lenkwinkel xLimit berechnet werden.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass der Solllenkwinkel xSoll als Sollwert einem Lenkregler vorgegeben
wird. Der Lenkregler regelt dann den Sollwert mit Hilfe eines Lenkaktuators
ein. Zudem bestimmt der Lenkregler ein Moment, mit welchem beispielsweise
eine elektromechanische Lenkung gespeist wird. Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass
das Moment durch den Lenkregler so bestimmt wird, dass der Lenkwinkel
dem Sollwert folgt.
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Weitere
Vorteile und Ausführungen
der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen sowie anhand
der Zeichnung erläutert.
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Dabei
zeigen schematisch:
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1 ein
Diagramm über
die Winkel-, Winkelgeschwindigkeit- bzw. Winkelbeschleunigungsveränderungen
bei einer sprunghaften Sollwinkelvorgabe;
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2 ein
Diagramm über
die Winkelgeschwindigkeits- bzw.
-
Winkelbeschleunigungsveränderungen
bei einer sprunghaften Sollwinkelvorgabe mit einer Begrenzung für die Winkelgeschwindigkeit
bzw. Winkelbeschleunigung;
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3 in
einem Schaltbild das erfindungsgemäße Verfahren zur Winkel-, Winkelgeschwindigkeits-
und Winkelbeschleunigungsbegrenzung.
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1 zeigt
in einem Diagramm die Winkel-, Winkelgeschwindigkeits- bzw. Winkelbeschleunigungsveränderungen
bei einer sprunghaften Sollwinkelvorgabe, die beispielsweise von
einer Bahnbrechung zum Einparken des Fahrzeugs ermittelt wird. Bei
T = 5s ändert
sich der vorgegebene Winkel von 0 auf 500°. Durch Differenzierung ergibt
sich eine unendliche Winkelgeschwindigkeit sowie eine unendliche
Winkelbeschleunigung. Die Winkelbeschleunigung ist dabei proportional
zum Lenkmoment, das der Elektromotor der Lenkung aufbringen soll.
Eine sprunghafte Sollwinkelvorgabe führt somit zu einem ruckartigen
Lenkverhalten und weiterhin zu einer hohen Belastung der beteiligten
mechanischen oder elektromechanischen Bauteile der Lenkung. Dieses wiederum
kann zu einem frühzeitigen
verschleiß dieser
Bauteile führen.
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2 zeigt
in einem Diagramm die Winkelgeschwindigkeits- bzw. Winkelbeschleunigungsveränderungen
bei einer sprunghaften Sollwinkelvorgabe mit einer Begrenzung für die Winkelgeschwindigkeit
bzw. Winkelbeschleunigung. Bei T = 5s ändert sich der vorgegebene
Winkel von 0 auf 500°.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren
wird aus der Sprungvorgabe 1 ein Lenkwinkelverlauf 2 erzeugt, der
ein kontinuierliches, sprungfreies Lenkverhalten ermöglicht.
Sowohl die Lenkwinkelgeschwindigkeit als auch die Lenkwinkelbeschleunigung
sind nicht mehr unendlich, sondern werden auf vorgegebene Werte
begrenzt.
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3 zeigt
in einem Schaltbild das erfindungsgemäße Verfahren zur Winkel-, Winkelgeschwindigkeits-
und Winkelbeschleunigungsbegrenzung. Ziel des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist es, den in der Beschleunigung und Geschwindigkeit begrenzten
Winkelverlauf x aus dem Sollwert x zu bestimmen. Dabei ist vorgesehen,
dass der Lenkwinkel x durch Integration der Lenkwinkelgeschwindigkeit xp
und anschließender
Begrenzung auf den maximalen Lenkwinkel xLimit berechnet wird. Die
Lenkwinkelgeschwindigkeit xp wird durch Integration der Lenkwinkelgeschwindigkeit
xp und anschließender Begrenzung
auf die maximale Lenkwinkelgeschwindigkeit xpLimit berechnet. Die
Lenkwinkelbeschleunigung xpp berechnet sich aus der Multiplikation
der Differenz aus Solllenkgeschwindigkeit xpSoll und Lenkwinkelgeschwindigkeit
xp mit dem Faktor xpGain und anschließender Begrenzung auf die maximale
Lenkwinkelbeschleunigung xppLimit. Die Solllenkwinkelgeschwindigkeit
xpSoll wird aus der Multiplikation der Differenz von Solllenkwinkel
und Lenkwinkel x mit dem Faktor xGain und anschließender Begrenzung
auf die maximale Lenkwinkelgeschwindigkeit xpLimit berechnet. Schließlich wird
der Solllenkwinkel xSoll aus der Begrenzung des Solllenkwinkels
x auf den maximalen Lenkwinkel x Limit ermittelt.
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Es
ist weiter vorgesehen, dass der Solllenkwinkel einem Lenkregler
als Sollwert vorgegeben wird. Der Lenkregler regelt dann die Sollvorgabe
mit Hilfe des Lenkaktuators ein. Im Falle einer elektromechanischen
Lenkung (EPS) bestimmt der Lenkregler ein Moment, das einem bestimmten
Strom entspricht, mit dem der Elektromotor der EPS gespeist wird.
Dieses Moment, vorzugsweise der Motorstrom, wird durch den Regler
so bestimmt, dass der Lenkwinkel der Sollvorgabe folgt.
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Vorteilhaft
ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren,
dass die Belastung der elektromechanischen Lenkung bzw. der beteiligten
mechanischen und elektromechanischen Bauteile reduziert wird. Dies
gilt insbesondere im Stillstand des Fahrzeugs, da in diesem Fall
ein hohes Gegenmoment vorliegt. Zudem ist bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
kein Schlagen in der Lenkung zu verzeichnen.
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- x
- Lenkwinkel
- xsoll
- Solllenkwinkel
- xLimit
- maximaler
Lenkwinkel
- xp
- Lenkwinkelgeschwindigkeit
- xpp
- Lenkwinkelbeschleunigung
- xGain
- Faktor
Lenkwinkel
- xpLimit
- maximale
Lenkwinkelgeschwindigkeit
- xpGain
- Faktor
Lenkwinkelgeschwindigkeit
- xppLimit
- maximale
Lenkwinkelbeschleunigung
- xppGain
- Faktor
Lenkwinkelbeschleunigung