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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum autonomen Rangieren eines Kraftfahrzeugs gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
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Für Kraftfahrzeuge sind Ein- und Ausparkassistenten bekannt, die Ein- oder Ausparkvorgänge oder andere Rangiermanöver auf Befehl unterstützen oder vollständig selbsttätig durchführen können. Bei einem vollautomatischen Ein- und Ausparken parkt ein Kraftfahrzeug selbsttätig ein oder aus, während sich der Fahrer des Kraftfahrzeugs auf seinem Sitz befindet und z. B. einen Park-Knopf drückt, ohne dass er das Lenkrad, die Pedale und den Gangwähler betätigt.
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In einer noch komfortableren Weiterentwicklung von derartigen Ein- und Ausparkassistenten kann ein Kraftfahrzeug auch autonom rangieren, nachdem der Fahrer das Kraftfahrzeug verlassen hat. In diesem Fall startet der Fahrer das Rangiermanöver ferngesteuert durch einen Sender im oder am Fahrzeugschüssel oder einen anderen Sender wie z. B. ein Smartphone, vorzugsweise per Funk.
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Weil der Fahrer die volle Verantwortung für die Bewegung des Kraftfahrzeugs bis zum Stillstand bei abgeschaltetem Antriebsmotor trägt, muss er das Fernrangiermanöver sicherheitshalber visuell überwachen, um im Falle einer Fehlfunktion eine Kollision mit Lebewesen oder Gegenständen in der Nähe des Kraftfahrzeugs vermeiden zu können, indem er das Rangiermanöver ferngesteuert unterbricht.
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Um sicherzustellen, dass das Kraftfahrzeug auch im Falle einer Störung der Funkverbindung nicht weiterfährt, wird meist vorgesehen, dass der Fahrer den Park-Knopf während des Rangiermanövers gedrückt halten muss. Ferngesteuert gestartetes und überwachtes autonomes Rangieren ermöglicht es, das Kraftfahrzeug in einer schmalen Garage oder auf einem Parkplatz mit wenig Platz zum Ein- und Aussteigen zu parken.
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Ein gattungsgemäßes Verfahren zum autonomen Rangieren eines Kraftfahrzeugs ist aus der
EP 1 249 379 B1 bekannt. Das Fahrzeug enthält eine Umgebungssensorik, z. B. Kameras, Laser und/oder Radar, mit deren Hilfe eine Karte der Fahrzeugumgebung generiert wird. Anhand der Karte und der aktuellen Fahrzeugposition wird eine Soll-Trajektorie in eine mögliche Parklücke errechnet, die dann automatisch abgefahren wird. Weiterhin ist eine Parkhilfe integriert, die z. B. auf den heute üblichen Ultraschallsensoren basiert, die an verschiedenen Stellen der Fahrzeugperipherie angebracht sind. Derartige Parkhilfen warnen Fahrer, wenn ein nahendes Hindernis erfasst wird. In der Kombination mit dem autonomen Rangieren wirkt die Parkhilfe als ein Super-Kontroller, der das Fahrzeug automatisch zum Stillstand bringt, wenn es einem Hindernis zu nahe kommt.
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Die für Parkhilfen üblichen Distanzsensoren haben jeweils einen sowohl nach unten als auch nach oben begrenzten Distanzmessbereich, typischerweise von ca. 25 bis ca. 250 Zentimeter. Wegen des Vorhandensein einer Untergrenze sollte eine autonome Rangierfahrt sicherheitshalber spätestens dann automatisch gestoppt werden, wenn der von den Distanzsensoren angezeigte Abstand von einem Hindernis diese Untergrenze erreicht oder unterschreitet, weil das Fahrzeug andernfalls "blind" rangieren würde, d. h., ohne die genaue Distanz zu dem Hindernis zu kennen. Um in eine Parklücke zu gelangen, muss in einem derartigen Fall noch ein oder mehrere Male zurückgesetzt und wieder vorwärtsgefahren werden, wobei die Trajektorie immer wieder aktualisiert wird. Autonome Rangierverfahren sind dazu zwar in der Lage, doch benötigen die mehreren Durchgänge viel Zeit, was den Nutzen des autonomen Rangierens einschränkt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein autonomes Rangieren eines Kraftfahrzeugs unter der Kontrolle einer außerhalb des Kraftfahrzeug befindlichen Person zu ermöglichen, das in manchen Situationen viel Zeit sparen kann, ohne die Sicherheit zu beeinträchtigen.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Verfahren und Vorrichtung zum autonomen Rangieren eines Kraftfahrzeugs gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Wird ein autonomes Rangiermanöver von einer außerhalb des Kraftfahrzeugs befindlichen Person ferngesteuert gestartet und dann selbsttätig durchgeführt, wobei das Rangiermanöver selbsttätig unterbrochen wird, wenn anhand der Signale von peripheren Distanzsensoren am Fahrzeug erkannt wird, dass ein vorgegebener Abstand von einem Hindernis erreicht ist oder unterschritten wird, so wird gemäß der Erfindung das unterbrochene Rangiermanöver auf einen Befehl der Person hin um eine vorgegebene Wegstrecke, die kleiner als der vorgegebene Abstand ist, fortgesetzt, und das Fahrzeug wird dann wieder gestoppt.
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Dies ermöglicht es der Bedienungsperson, einen autonomen Ein- oder Ausparkvorgang fortsetzen zu lassen, selbst wenn die Distanzsensorik vorübergehend "blind" ist. Anders als im Stand der Technik muss in einem derartigen Fall nicht zwingend die Fahrtrichtung gewechselt werden und ein zeitraubendes Manöver mit möglicherweise vielen Durchgängen durchgeführt werden. Sollte ein mehrfaches Vor- und Zurückrangieren unvermeidbar sein, kann der Fahrer dies selbst beurteilen und ggf. durchführen lassen. Indem das Fahrzeug auf Anforderung der Bedienungsperson im Blind-Bereich der Distanzsensorik schrittweise weiter manövriert werden kann, ergänzt und verbessert die menschliche Auffassungsgabe die Einschränkungen der Sensorik.
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Die Erfindung eignet sich besonders für Ultraschallsensoren als Distanzsensoren, die an verschiedenen Stellen am seitlichen Umfang des Kraftfahrzeugs sind, wobei der vorgegebene Abstand in der Nähe einer Untergrenze des Distanzmessbereichs der Ultraschallsensoren liegt.
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Das Erreichen der Untergrenze des Distanzmessbereichs eines Sensors kann daran erkannt werden, dass ein Distanzmesswert des Sensors einen vorgegebenen Wert unterschreitet, oder daran, dass der Distanzmesswert unzuverlässig wird oder verschwindet.
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Nachdem die vorgegebene Wegstrecke zurückgelegt und das Kraftfahrzeug wieder gestoppt ist, kann der Person die Möglichkeit gegeben werden, einen Befehl zu geben, das Fahrzeug erneut um die vorgegebene Wegstrecke vor- oder zurückrangieren zu lassen, jedoch höchstens eine begrenzte Zahl von Vorgängen.
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Vorzugsweise wird bei jedem Befehl, das Kraftfahrzeug selbsttätig erneut um die vorgegebene Wegstrecke vor oder zurück zu rangieren, die für die gegenwärtige Situation günstigste Trajektorie berechnet und die Lenkung entsprechend neu eingestellt.
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Wird ein ferngesteuert gestartetes Rangiermanöver wie üblich mit einer vorgegebenen, im Wesentlichen konstanten Norm-Rangiergeschwindigkeit durchgeführt, ist bei der Erfindung die Fahrgeschwindigkeit, mit der ein selbsttätig unterbrochenes Rangiermanöver um die vorgegebene Wegstrecke fortgesetzt wird, wenn es die Person befiehlt, vorzugsweise ebenfalls im Wesentlichen konstant und außerdem kleiner als die Norm-Rangiergeschwindigkeit, insbesondere ungefähr halb so groß.
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Eine zur Durchführung des Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtete Vorrichtung enthält vorzugsweise eine Fernsteuerungseinrichtung mit einem Schaltelement zum Starten eines autonomen Rangiermanöver und zwei Schaltelementen zum Fortsetzen eines unterbrochenen Rangiermanövers um die vorgegebene Wegstrecke in einer gewünschten Richtung.
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Es folgt eine Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen.
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Darin zeigen:
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1 typische Situationen beim autonomen Einparken in eine schmale Parklücke;
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2 eine Fernsteuerung für autonomes Einparken;
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3 eine Detailansicht der Situation von 1b; und
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4 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum autonomen Rangieren eines Kraftfahrzeugs.
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Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf ein System zum autonomen Rangieren eines Kraftfahrzeugs durch eine außerhalb des Fahrzeugs befindliche Person, welche normalerweise der Fahrer ist, nachdem er sein Fahrzeug verlassen hat. Das autonome Rangieren dient insbesondere zum Ein- oder Ausparken, wobei nachfolgend nur ein Einparkvorgang beschrieben wird.
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In 1 ist das System in einem Kraftfahrzeug 1 eingebaut und umfasst eine Umgebungssensorik mit einer oder mehreren Kameras, Lasern, Radargeräten, Ultraschallsensoren oder dergleichen im oder am Kraftfahrzeug 1, mit deren Hilfe eine Karte der Fahrzeugumgebung generiert werden kann.
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In einer derartigen Karte kann das System z. B. eine Situation wie in 1a erkennen, in der zwischen zwei geparkten weiteren Kraftfahrzeugen 2 und 3 eine relativ schmale Lücke frei ist, in die das Kraftfahrzeug 1 passen würde, wobei es jedoch schwierig oder unkomfortabel werden kann, die Fahrzeugtüren zu öffnen. Wenn sich der Fahrer des Kraftfahrzeugs 1 entschließt, dennoch zwischen den Kraftfahrzeugen 2 und 3 einzuparken, kann er das Kraftfahrzeug 1 z. B. in der in 1a gezeigten Anhalteposition verlassen und das weitere Einparken dem Rangiersystem überlassen.
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Dazu besitzt der Fahrer eine Fernsteuerung, die z. B. ein mobiler Funksender im oder am Fahrzeugschüssel oder ein Smartphone mit einer geeigneten App (Anwendung) sein kann und deren Signale von einem Funkempfänger im Kraftfahrzeug 1 empfangen werden können. Die Fernsteuerung kann auch ein separates Gerät 4 sein, wie es als ein Beispiel in 2 gezeigt ist und welches einen Park-Knopf 5 aufweist, mit dem der Fahrer einen autonomen Einparkvorgang starten und aufrechterhalten kann, nachdem er aus dem Kraftfahrzeug ausgestiegen ist. Ein autonomer Einparkvorgang dauert typischerweise zwischen z. B. 5 und 30 Sekunden und muss während der ganzen Zeit vom Fahrer überwacht werden. Daher wird vom Fahrer in der Regel verlangt, den Park-Knopf 5 während des Rangiermanövers gedrückt zu halten.
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Hat der Fahrer in der Situation von 1a einen autonomen Einparkvorgang gestartet, lässt das System das Kraftfahrzeug 1 entlang einer Soll-Trajektorie 6, die es anhand der Karte und der aktuellen Fahrzeugposition errechnet, in die Parklücke zwischen den Kraftfahrzeug 2 und 3 fahren.
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Zur Unterstützung des Fahrers und zur Erhöhung der Sicherheit wertet das System auch die Signale von Ultraschallsensoren aus, welche an verschiedenen Stellen der Fahrzeugperipherie angebracht sind und welche Distanzen von Objekten melden, an denen die Ultraschallwellen reflektiert werden. Distanzen von weniger als ca. 25 cm können auf diese Weise aber nicht erfasst werden. Daher kann eine Situation entstehen, wie sie in 1b gezeigt ist, in der das Kraftfahrzeug 1 gewissermaßen "blind" rangieren würde, weil die Kraftfahrzeuge 1 und 2 in einem Bereich 7 einen nicht bekannten geringen Abstand voneinander haben. Daher stoppt das System die autonome Rangierfahrt, sobald es anhand der Signale der Ultraschallsensoren erkennt, dass der Abstand von irgendeinem Hindernis einen vorgegebenen Wert unterschreitet, oder wenn ein Ultraschallsensor keinen oder keinen zuverlässigen Distanzwert mehr liefert.
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In dieser Situation signalisiert das System dem Fahrer z. B. durch charakteristische Leuchtzeichen eines oder mehrerer Fahrtrichtungsanzeiger, dass es jetzt nur noch "blind" weiterrangieren kann. Das Signalisieren geschieht z. B. durch Dauerleuchten des Fahrtrichtungsanzeigers, welcher dem Ort am nächsten ist, wo die Ultraschallsensorik jetzt "blind" ist, oder beider Fahrtrichtungsanzeiger auf der entsprechenden Seite, um den Blick des Fahrers dorthin zu lenken, wo die Situation kritisch ist.
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Wenn der Fahrer daraufhin nichts anders tut als den Park-Knopf 5 wieder zu drücken, fährt das System das Kraftfahrzeug 1 auf die übliche Art und Weise in die Parklücke, nämlich durch Zurücksetzen, wieder Vorsetzen und nötigenfalls weiteres Hin- und Herrangieren unter laufender Neuberechnung der besten Trajektorie, wobei der durch die Untergrenze des Distanzmessbereichs der Ultraschallsensoren gegebene Sicherheitsabstand von den Kraftfahrzeugen 2 und 3 stets eingehalten wird.
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Alternativ hat der Fahrer die Möglichkeit, den autonomen Einparkvorgang in der selben Richtung fortzusetzen, aus der er gestoppt worden ist, falls er erkennt, dass das Kraftfahrzeug 1 möglicherweise in einem Durchgang oder zumindest schneller in die Parklücke gelangen kann, wenn es den Sicherheitsabstand vorübergehend unterschreiten darf.
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Eine derartige Situation ist in 3 detaillierter dargestellt. Rechtecke 2' und 3' stellen Zonen dar, die durch die parkenden Kraftfahrzeuge 2 bzw. 3 in 1 oder durch andere Objekte wie z. B. Garagenwände belegt sind. Die Untergrenze des Distanzmessbereichs eines oder mehrerer Ultraschallsensoren rechts vorne am Kraftfahrzeug 1 ist als eine gestrichelte Linie 8 dargestellt, welche somit den Blind-Bereich der Sensorik umgrenzt.
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Das Bezugszeichen 6' bezeichnet eine Trajektorie, entlang der sich die vordere rechte Ecke des Kraftfahrzeugs 1 in die Parklücke bewegen würde, falls das Einparken entlang der vom System errechneten Trajektorie 6 (1a) durchgeführt wird. Eine gestrichelte Linie 6'' markiert die Trajektorie, entlang der sich die Untergrenze des Ultraschall-Distanzmessbereichs bewegen würde, und diese geht durch die Zone 2' hindurch. Da die durch die Fahrzeugabmessungen bestimmte Trajektorie 6' die Zonen 2' und 3' nicht schneidet, kann das Einparken grundsätzlich durchgeführt werden, wenn ausnahmsweise zugelassen wird, die Untergrenze des Ultraschall-Distanzmessbereichs zu unterschreiten.
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Dazu drückt der Fahrer zusätzlich zu dem Knopf 5 einen weiteren Knopf 9 an der Fernsteuerung 4, was dem Kraftfahrzeug 1 signalisiert, noch ein Stück vorwärts zu fahren. Wird der Knopf 9 gedrückt, fährt das Kraftfahrzeug 1 langsam vor, und zwar mit einer noch geringeren Geschwindigkeit als beim normalen autonomen Rangieren, typischerweise der Hälfte davon, und ggf. unter Einstellung der Lenkung entsprechend der neuen Situation. Dabei hat der Fahrer jederzeit die Möglichkeit, das Kraftfahrzeug 1 zu stoppen, indem er die Taste 5 loslässt, falls ihm die Situation zu kritisch erscheint. Außerdem stoppt das Kraftfahrzeug 1 selbsttätig, nachdem es z. B. eine Strecke von 10 bis 20 Zentimeter vorwärts gefahren ist, falls die "blinde" Ultraschallsensorik jetzt immer noch "blind" ist. Da die "blind" zurückgelegte Strecke kleiner als die Untergrenze des Ultraschall-Distanzmessbereichs ist, besteht dabei eigentlich keine Kollisionsgefahr.
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In dieser neuen Situation kann der Fahrer noch besser erkennen, ob das Kraftfahrzeug auf diese Weise kollisionsfrei in die Parklücke gelangen kann, und er kann den Knopf 9 so oft betätigen, bis das Kraftfahrzeug 1 so weit vorgerückt ist, dass die Situation an der vorderen rechte Ecke des Kraftfahrzeugs 1 nicht mehr kritisch ist. Die Länge der solchermaßen "blind", aber unter aufmerksamer Kontrolle des Fahrers zurückgelegten Strecke ist in 3 mit einem Doppelpfeil 10 markiert. Das Erreichen des Endes der Länge 10 wird vom System automatisch erkannt, weil die Ultraschallsensorik das Hindernis in Form des parkenden Kraftfahrzeugs 2 wieder erfasst. Daraufhin geht der Fahrtrichtungsanzeiger aus, der den Fahrer auf die kritische Situation aufmerksam gemacht hat, und das System führt den Rest des Einparkvorgangs wieder selbsttätig durch.
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Wenn der autonome Einparkvorgang beendet ist, weil das Kraftfahrzeug 1 seine Zielposition zwischen den Kraftfahrzeugen 2 und 3 erreicht hat und zum Stillstand gekommen ist, wird dies dem Fahrer mittels eines Stillstandsignals rückgemeldet, z. B. durch charakteristische Blinkzeichen der Fahrtrichtungsanzeiger. Daraufhin kann der Fahrer an das Kraftfahrzeug 1 einen Befehl senden, automatisch den Gangwähler in die Park-Position zu stellen, eine elektrische Park-Bremse greifen zu lassen und den Antriebsmotor und die Hauptstromversorgung des Kraftfahrzeugs auszuschalten. Ein Befehl, das Kraftfahrzeug zu verriegeln, kann davon umfasst sein oder kann separat gegeben werden.
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Außer den Knopf 9 befindet sich noch ein Knopf 11 an der Fernsteuerung 4, mit dem man dem Kraftfahrzeug 1 befehlen kann, die Strecke von z. B. 10 bis 20 Zentimeter "blind" rückwärts zu fahren. Für intuitive Bedienbarkeit tragen die Knöpfe 9 und 10 entsprechende Richtungspfeile. Der Knopf 11 ermöglicht nicht nur das Ausparken aus der Lücke zwischen den Kraftfahrzeugen 2 und 3 oder ein Rückwärtseinparken, sondern gibt dem Fahrer auch die Möglichkeit, das Kraftfahrzeug 1 mehrere Male stückweise vor- und zurückrangieren zu lassen, während die Ultraschallsensorik "blind" ist. Das Rangiersystem bleibt dabei insoweit aktiv, als es die jeweils günstigste Trajektorie immer neu berechnet und die Lenkung entsprechend neu einstellt. Auf diese Weise können auch sehr verzwickte Ein- oder Ausparksituationen gemeistert werden.
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Damit der Fahrer das Kraftfahrzeug 1 dabei nicht versehentlich in eine Blockadesituation manövriert, kann die Zahl der Vorgänge, die der Knopf 9 oder 10 wirksam gedrückt werden kann, begrenzt werden, typischerweise auf vier mal insgesamt sowie zwei mal in Vorwärtsrichtung und zwei mal in Rückwärtsrichtung.
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4 veranschaulicht die hier relevanten Schritte des Verfahrens zum autonomen Rangieren eines Kraftfahrzeugs. Wird während eines autonomen Ein- oder Ausparkmanövers im Schritt S1 festgestellt, dass das Kraftfahrzeug 1 mit "blinder" Ultraschallsensorik manövriert, wird es gestoppt, wird der entsprechenden Fahrtrichtungsanzeiger eingeschaltet und wird die Ein- oder Ausparkgeschwindigkeit von "Normal" auf "Niedrig" umgestellt.
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Wenn der Fahrer nun den Knopf 9 oder 11 drückt, wird unter Einstellung der Lenkung ein kurzes Stück weit gefahren (Schritt S2). Im Schritt S3 wird geprüft, ob die Ultraschallsensorik immer noch "blind" ist, Wenn nein, geht der Fahrtrichtungsanzeiger aus, die Ein- oder Ausparkgeschwindigkeit wird wieder auf "Normal" umgestellt, und das autonome Ein- oder Ausparkmanöver wird normal fortgesetzt (Schritt S4), bis es beendet ist.
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Wenn die Ultraschallsensorik im Schritt S3 immer noch "blind" ist, wird im Schritt S5 geprüft, ob eine maximale Zahl von Vorgängen, die der Knopf 9 oder 11 gedrückt wurde, überschritten ist. Wenn nein, geht das Verfahren mit dem Schritt S2 weiter. Wenn ja, führt es die bis dahin durchgeführten Manöver, die es sich gemerkt hat, in umgekehrter Reihenfolge und Richtung durch, um das Kraftfahrzeug 1 in die Position zurückzubringen, die es vor dem Schritt S1 hatte (Schritt S6).
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Anschließend kann das System das Kraftfahrzeug 1 auf die übliche Art und Weise in die Parklücke oder daraus heraus fahren, d. h., durch beliebig häufiges Hin- und Herrangieren unter laufender Neuberechnung der jeweils besten Trajektorie und ohne den Distanzmessbereich der Ultraschallsensoren zu verlassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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