WO2001014941A1 - Verfahren und vorrichtung zur unterstützung des einparkens eines kraftfahrzeugs - Google Patents

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WO2001014941A1
WO2001014941A1 PCT/DE2000/002818 DE0002818W WO0114941A1 WO 2001014941 A1 WO2001014941 A1 WO 2001014941A1 DE 0002818 W DE0002818 W DE 0002818W WO 0114941 A1 WO0114941 A1 WO 0114941A1
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WO
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steering
vehicle
parking
signals
sensors
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PCT/DE2000/002818
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English (en)
French (fr)
Inventor
Gabriel Wetzel
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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Priority to JP2001519240A priority patent/JP2003507263A/ja
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D15/00—Steering not otherwise provided for
    • B62D15/02—Steering position indicators ; Steering position determination; Steering aids
    • B62D15/027—Parking aids, e.g. instruction means
    • B62D15/0285—Parking performed automatically
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T2201/00—Particular use of vehicle brake systems; Special systems using also the brakes; Special software modules within the brake system controller
    • B60T2201/10—Automatic or semi-automatic parking aid systems

Definitions

  • the invention relates to a method for supporting the parking of a motor vehicle, which is equipped with a steering actuator and sensors for detecting the vehicle position, the driving state and changing environmental conditions, with a command of a driver to provide regulated support for the parking process by means of the steering actuator and based on predetermined vehicle data and is executed on signals from the sensors, and a device set up to carry out the method.
  • an electronically controlled steering splitter attached to the steering gear of the front wheels, based on a driver's steering request detected by a steering wheel sensor, taking into account driving dynamics variables, the modification of the steering angle corresponding to the driver's steering request improved, ie that the vehicle is stabilized in dynamic driving situations.
  • the system has a steering servomotor, which corrects the steering angle set by the driver added.
  • DE 29 01 504 describes a method and a device for parking motor vehicles, which works with a pure control of the parking process. No feedback signals that change the course of the parking trajectory are taken into account, but instead fixed trajectories are specified.
  • the method that solves the above task is characterized by the following steps:
  • the path signal recorded in step B is advantageously recorded by a path encoder, preferably by a wheel speed sensor located on each vehicle wheel.
  • the yaw angle signal which is also recorded in step, can either be measured by a suitable sensor or can be reconstructed from suitable signals, for example from the yaw rate of a yaw rate sensor and / or from the wheel speeds.
  • the ambient conditions are preferably recorded in step C by means of an ultrasonic sensor.
  • radar sensors or optical sensors e.g. B. cameras to use.
  • the environmental conditions recorded in step C can indicate the shape or dimensions of a parking space.
  • the or each target trajectory specified in step D is preferably composed of one or more clothoid arcs and / or one or more circular arcs.
  • Radius of curvature s: arc length; a: parameter
  • the manipulated variable calculated in step E is subjected to filtering, which smoothes abrupt transitions on the flanks of the manipulated variable.
  • a device set up to carry out the method has a control /
  • Control unit that receives signals generated by the sensors as a function of the vehicle position, the driving state and the changing environmental conditions and the vehicle data, means for calculating an actual trajectory from the sensor signals and the vehicle data, means for comparing the respectively calculated actual trajectory with one predetermined target trajectory and means for calculating a manipulated variable for a steering actuator from the comparison result.
  • the regulating / control unit performing the method can have filter means or can be connected to the steering servomotor via filter means, so that the calculated manipulated variable can be filtered in the manner described above.
  • the steering actuator used in the driving dynamics steering system being developed is sufficient because it enables automatic, precise and very fine steering interventions.
  • the regulation carried out by the regulating / control unit enables precise maneuvers and temporary deviations from the target trajectory in order to increase driving comfort.
  • the filtering increases driving comfort because it can smooth jerky movements of the steering wheel.
  • FIG. 1 shows schematically functional blocks of the device according to the invention
  • Fig. 2 shows graphically the geometric basis for determining a trajectory over the relationship between the radius of curvature R, the angle ⁇ and the path s;
  • Fig. 3 graphically shows a clothoid as a curve, the curvature c (s) of which changes linearly with the path s;
  • FIG. 4 illustrates, in a flat representation of a motor vehicle, variables which are used to determine the clothoid arches
  • Ultrasonic sensors for recording the ambient conditions
  • active wheel speed sensors that provide wheel speed signals until the vehicle stops
  • a lateral acceleration sensor (optional) a lateral acceleration sensor.
  • Fig. 1 shows functional blocks of the parking assistant.
  • Vehicle data are available from block 1.
  • block 1 is a memory in which the vehicle data are stored.
  • An alternative possibility is a rule / control mechanism, which the
  • Block 2 is the sensor block that includes the sensors mentioned above.
  • Function block 3 calculates the target trajectory in the manner described below and for this purpose receives the vehicle data from block 1 and the sensor signals from block 2.
  • a function block 4 provided for determining the actual trajectory likewise receives the vehicle data from block 1 and the sensor signals from block 2 as input signals.
  • the rotation rate sensor is particularly important for the reconstruction of the yaw angle.
  • the yaw angle can also be measured by a corresponding yaw angle sensor.
  • the target trajectory specified in block 3 and the actual trajectory determined in block 4 are combined in one
  • Comparator 8 compared.
  • Function block 5 calculates the manipulated variable from the comparison result and from signals from blocks 1 and 2.
  • the comparison between the target and actual trajectories enables precise control of the steering angle by means of the manipulated variable calculated in block 5. This regulation is possible because the steering interventions are carried out by a regulating / control unit.
  • the manipulated variable calculated in function block 5 is filtered in function block 6. This filtering smoothes the flank of the manipulated variable and thus ensures that the steering acceleration and the jerk on the steering wheel do not become too high.
  • the function block 6 is also supplied with vehicle data from the block 1 and filtered there or included in the filtering of the manipulated variable.
  • driving state signals for example the orientation of the motor vehicle
  • driving state signals for example the orientation of the motor vehicle
  • Function block 7 represents an actuator which is designed as a steering actuator.
  • the sensors and the steering actuator can Be part of a vehicle dynamics steering system. The additional costs for a device according to the invention in a motor vehicle can thus be reduced to a minimum.
  • a control unit e.g. a vehicle computer that is present in the vehicle anyway.
  • FIG. 2 shows how the angle ⁇ behaves with the change in the path s as a function of the radius of curvature R.
  • the curvature c (s) is given by equation 1.1:
  • the angle ⁇ is calculated from the path s using the following equation:
  • Equation (1.11) can be transformed as follows:
  • Equation 1.13 is used to quickly calculate important points of the trajectory.
  • the following section uses the procedure to calculate a parking trajectory.
  • the parking trajectory is calculated using an algorithm which is based on equation 1.13 explained above. Intuitive steering
  • the vehicle to be parked is parallel to the parking space.
  • the trajectory in the longitudinal direction is assumed to match the existing parking space.
  • the parking trajectory should intuitively include the following phases:
  • phases 2, 4 and 7 are assumed to be clothoid trajectories.
  • phases 2 and 6, 3 and 5 are symmetrical.
  • phase 2 is derived from FIG. 4.
  • the clothoids are determined by a parameter k, which is based on the limitation of the steering angle and the driving and steering speeds.
  • phase 3 is calculated so that the vehicle drives deep enough into the parking space.
  • the influence of this Length on the trajectory is shown using FIGS. 6 and 7.
  • FIG. 6 shows the trajectory of the vehicle when phase 4 does not exist.
  • Coordinate system illustrates an exemplary parking trajectory and the underlying target steering angle.
  • the route traveled is required to program the control system in the vehicle. In the vehicle, this path is measured with active wheel speed sensors or in a simplified form with the help of a position sensor.
  • the wheel speed sensors can precisely measure the wheel speed down to zero speed.
  • the driver is allowed to perform steering interventions during the parking process. However, these steering interventions have no influence on the maneuver. If there is an obstacle in the way of parking, the driver should brake and stop the parking process. Since the
  • the yaw angle is calculated on the basis of the signals supplied by the yaw rate sensor. In highly dynamic driving maneuvers, this calculation can U. be time problematic. On the other hand, there are usually no steps when parking
  • the parking assistant enables the steering angle to be properly controlled by calculating the yaw angle so that the vehicle orientation corresponds to the expected behavior.
  • errors that can lead to a deviation between the driven and the calculated trajectory such as errors in the steering system or different friction, can be corrected.
  • the manipulated variable is shown in the 1 shown function block 6 filtered by smoothing the abrupt jumps in the manipulated variable.
  • the manipulated variable can be filtered so that the steering acceleration is limited. Since the target trajectory remains unchanged, deviations from the target trajectory can occur. Temporary deviations from the target trajectory are thus tolerated in order to enable a uniform driving maneuver and thereby increase driving comfort.
  • the deviations between the target trajectory and the actual trajectory are corrected in the course of the parking process by the regulating / control unit using the method according to the invention.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)

Abstract

Die Erfindung befasst sich mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Unterstützung des Einparkens eines Kraftfahrzeugs, d.h. mit einem Einparkassistenten. Aus von Sensoren (2) gelieferten Fahrzustandssignalen wird in einem Funktionsblock (3) eine Soll-Trajektorie berechnet. Diese besteht aus Klothoidbögen und/oder Kreisbögen. Ferner wird auf der Basis der von den Sensoren (2) gelieferten Signale, insbesondere eines Gierwinkelsignals und eines Wegesignals, eine Ist-Trajektorie in einem Funktionsblock (4) berechnet. Dann werden Soll- und Ist-Trajektorien verglichen, und das Vergleichsergebnis ermöglicht eine mit den Phasen des Einparkvorgangs schritthaltende Berechnung des Lenkwinkels, für den in einem Funktionsblock (5) eine Stellgrösse ermittelt wird. Von den Sensoren (2) gelieferte Feed-back-Signale ermöglichen eine genaue Regelung der während des Einparkvorgangs eingeschlagenen Lenkwinkel. Lenkradeingriffe des Fahrers werden toleriert, haben aber keine Auswirkung auf den Lenkwinkel. Der Fahrer muss lediglich Gas- und Bremspedal betätigen, um die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs zu beeinflussen.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Unterstützung des Einparkens eines Kraftfahrzeugs
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterstützung des Einparkens eines Kraf fahrzeugs, das mit einem Lenkstellmotor und Sensoren zum Erfassen der Fahrzeugposition, des Fahrzustands und veränderlicher Umgebungsbedingungen ausgerüstet ist, wobei auf den Befehl eines Fahrers hin eine geregelte Unterstützung des Einparkvorgangs mittels des Lenkstellers und gestützt auf vorbestimmte Fahrzeugdaten und auf Signale der Sensoren ausgeführt wird, sowie ein zur Durchführung des Verfahrens eingerichtete Vorrichtung.
Bei einem zur Zeit bei der Robert Bosch GmbH in der Entwicklung befindlichen elektronischen Lenksystem wird durch einen am Lenkgetriebe der Vorderräder angebrachten elektronisch geregelten Lenksteiler, ausgehend von einem von einem Lenkradsensor erfassten Fahrerlenkwunsch unter Berücksichtigung von fahrdynamischen Größen die Querdynamik durch eine Modifikation des dem Fahrerlenkwunsch entsprechenden Lenkwinkels verbessert, d.h., dass das Fahrzeug in fahrdynamischen Situationen stabilisiert wird. Das System weist einen Lenkstellmotor auf, der dem vom Fahrer gestellten Lenkwinkel einen Korrekturwinkel hinzuaddiert .
Die DE 29 01 504 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einparken von Kraftfahrzeugen, welche mit einer reinen Steuerung des Einparkvorgangs arbeitet. Dabei werden keine den Verlauf der Einpark-Trajektorie verändernde Feed-Back-Signale berücksichtigt, sondern statt dessen feste Trajektorien vorgegeben.
Aus dem Patent FR 2 728 859 ist ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Regelung des Einparkvorgangs bekannt. Dabei ist aber der Fahrer noch zuständig, um Lenkeingriffe durchzuführen. Dazu werden Sensoren verwendet, die den Gierwinkel und den Lenkwinkel erfassen. Unbefriedigend ist dabei, dass die Leistung des damit realisierten Systems durch die relativ große Totzeit des Fahrers bei den Lenkeingriffen beeinträchtigt ist.
Aufgabe und Vorteile der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Unterstützung des Einparkens eines Kraftfahrzeugs so zu ermöglichen, dass das Fahrzeug automatisch in die Parklücke lenkt, der Fahrer aber selbst durch Gaspedal- und Bremspedaleingriffe die Geschwindigkeit regelt .
Die obige Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst.
Gemäß einem wesentlichen Aspekt ist das die obige Aufgabe lösende Verfahren gekennzeichnet durch folgende Schritte:
A Erfassung' einer das unterstützte Einparken initiierenden Befehlseingabe des Fahrers und Erzeugung eines Initialisierungssignals; B Erfassung der momentanen Fahrzeugposition und des Fahrzustands aus den Fahrzeugdaten und wenigstens aus einem Gierwinkelsignal und aus einem Wegesignal;
C Erfassung der Umgebungsbedingungen aus von an dem Fahrzeug angebrachten Sensoren erzeugten Signalen;
D Vorgabe einer oder mehrerer Soll-Tajektorien, die eine von der Fahrzeugposition, dem Fahrzustand, den Umgebungsbedingungen und den Fahrzeugdaten abhängige Soll- Bahnkurve des einzuparkenden Fahrzeugs angeben;
E Erfassung einer jeweiligen Ist-Trajektorie, abhängig von den jeweiligen in den Schritten B und C erfassten Signalen;
F Vergleich der in Schritt D vorgegebenen Soll- Trajektorie und der in Schritt E erfassten Ist-Trajektorie; und
G Berechnung der jeweiligen Stellgröße für den Lenkstellmotor aus dem in Schritt F erhaltenen Vergleichsergebnis .
Dabei wird das in Schritt B erfasste Wegesignal vorteilhafterweise von einem Weggeber, vorzugsweise von je einem an jedem Fahrzeugrad befindlichen Radgeschwindigkeitssensor, erfasst. Das ebenfalls in Schritt erfasste Gierwinkelsignal kann entweder durch einen geeigneten Sensor gemessen werden oder aber aus geeigneten Signalen, bspw. aus der Drehrate eines Drehratensensors und/oder aus den Radgeschwindigkeiten, rekonstruiert werden .
Die Umgebungsbedingungen werden in Schritt C vorzugsweise mittels eines Ultraschallsensors erfaßt. Es ist jedoch auch denkbar Radarsensoren oder optische Sensoren, z. B. Kameras, einzusetzen. Die in Schritt C erfassten Umgebungsbedingungen können die Form oder Ausmaße einer Parklücke angeben.
Die oder jede in Schritt D vorgegebene Soll-Trajektorie wird bevorzugt aus einem oder mehreren Klothoidbögen und/oder aus einem oder mehreren Kreisbögen zusammengesetzt. Ein Klothoid ist eine ebene Kurve, deren Krümmungsradius gemäß der Beziehung R = a*a/s (R:
Krümmungsradius; s: Bogenlänge; a: Parameter) stetig kleiner wird.
Um zu vermeiden, dass die Lenkbeschleunigung und der Lenkruck zu hoch werden, wird die im Schritt E berechnete Stellgröße einer Filterung unterworfen, die abrupte Übergänge an den Flanken der Stellgröße glättet.
Eine zur Durchführung des Verfahrens eingerichtete Vorrichtung weist erfindungsgemäß eine Regel-/
Steuereinheit, die von den Sensoren in Abhängigkeit von der Fahrzeugposition, dem Fahrzustand und den veränderlichen Umgebungsbedingungen erzeugten Signale sowie die Fahrzeugdaten empfängt, Mittel zur Berechnung einer Ist- Trajektorie aus den Sensorsignalen und den Fahrzeugdaten, Mittel zum Vergleich der jeweils berechneten Ist- Trajektorie mit einer vorbestimmten Soll-Trajektorie und Mittel zur Berechnung einer Stellgröße für einen Lenkstellmotor aus dem Vergleichsergebnis auf.
Die das Verfahren durchführende Regel-/Steuereinheit kann über Filtermittel verfügen oder über Filtermittel mit dem Lenkstellmotor verbunden sein, so dass die berechnete Stellgröße in der oben beschriebenen Weise gefiltert werden kann. Das oben spezifizierte Verfahren und die Vorrichtung bieten gegenüber dem Stand der Technik mehrere Vorteile:
Es wird keine echte elektronische Steer-by-Wire- Lenkung benötigt . Der bei dem in der Entwicklung befindlichen fahrdynamischen Lenksystem eingesetzte Lenkstellmotor ist ausreichend, da er automatische, genaue und sehr feine Lenkeingriffe ermöglicht.
- Die verwendeten Sensoren ermöglichen eine genaue
Berechnung der gefahrenen Bahnkurve und damit eine genaue Regelung des Einparkvorgangs mit ständigen Korrekturen und Anpassungen.
- Die Auswahl der jeweiligen Soll-Trajektorie und ihre Kombination aus Klothoidbögen und Kreisbögen ermöglicht eine einfache Beschreibung der Trajektorie und eine schnelle Berechnung des Vergleichsergebnisses zwischen Ist- und Soll-Trajektorie während des Einparkvorgangs.
Die durch die Regel-/Steuereinheit ausgeführte Regelung ermöglicht ein präzises Manöver und temporäre Abweichungen von der Soll-Trajektorie, um den Fahrkomfort zu erhöhen.
Die Filterung erhöht den Fahrkomfort, da sie ruckhafte Bewegungen des Lenkrads glätten kann.
Die nachstehende Beschreibung beschreibt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens und erläutert gleichzeitig die Durchführung durch die erfindungsgemäße Vorrichtung unter Bezug auf die beiliegende Zeichnung.
Zeichnung Fig. 1 zeigt schematisch Funktionsblöcke der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 2 zeigt graphisch die geometrische Grundlage zur Ermittlung einer Bahnkurve über den Zusammenhang zwischen dem Krümmungsradius R, dem Winkel θ und dem Weg s ;
Fig. 3 zeigt graphisch ein Klothoid als ein Kurve, deren Krümmung c(s) sich linear mit dem Weg s verändert ;
Fig. 4 veranschaulicht in einer ebenen Darstellung eines Kraftfahrzeugs Größen, die zur Bestimmung der Klothoidbögen dienen;
Fig. 5 erläutert graphisch eine Trajektorie und einen
Lenkwinkel für einen Fall, wo eine Fahrt am
Lenkeinschlag notwendig ist;
Fig. 6 zeigt graphisch eine Trajektorie und einen
Lenkwinkel für einen Fall, wo keine Fahrt am
Lenkeinschlag notwendig ist;
Fig. 7 zeigt eine mit dem dargestellten Algorithmus erzielte Einpark-Trajektorie .
Ausführungsbeispiel
Das im nachfolgenden Text dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Unterstützung des Einparkens eines Kraftfahrzeugs und einer zur Durchführung des Verfahrens eingerichteten Vorrichtung (kurz:
Einparkassistent) verwendet insbesondere folgende Sensoren: Ultragschallsensoren zur Erfassung der Umgebungsbedingungen;
aktive Radgeschwindigkeitssensoren, die Radgeschwindigkeitssignale bis zum Stillstand des Fahrzeugs liefern;
einen Lenkwinkelsensor;
einen Drehratensensor, mit dem Signale über die Giergeschwindigkeit erfassbar sind; und
(optioneil) einen Querbeschleunigungssensor .
Es ist denkbar, in einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung einen oder mehrere der beispielhaft angeführten Sensoren wegzulassen, entweder weil das erfindungsgemäße Verfahren auch ohne das von dem entsprechenden Sensor gelieferte Sensorsignal voll funktionsfähig ist, oder weil das Sensorsignal aus anderen Sensorsignalen rekonstruiert werden kann. Welche Sensoren zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens tatsächlich eingesetzt werden kann von einem Fachmann anhand seines Fachwissens im Einzelfall entschieden werden. Es wäre es bspw. denkbar, auf einen Drehratensensor zu verzichten und das Drehratensignal aus anderen Sensorsignalen zu rekonstruieren.
Fig. 1 zeigt Funktionsblöcke des Einparkassistenten. Aus dem Block 1 stehen Fahrzeugdaten zur Verfügung. Beispielsweise ist der Block 1 ein Speicher, in dem die Fahrzeugdaten abgespeichert sind. Eine alternative Möglichkeit ist ein Regel -/Steuerwerk, das die
Fahrzeugdaten enthält. Der Block 2 ist der Sensorblock, der die oben erwähnten Sensoren umfasst . Der Funktionsblock 3 berechnet die Soll-Trajektorie in der weiter unten beschriebenen Weise und erhält dazu die Fahrzeugdaten aus dem Block 1 und die Sensorsignale aus dem Block 2.
Ein zur Ermittlung der Ist-Trajektorie vorgesehener Funktionsblock 4 erhält ebenfalls die Fahrzeugdaten aus dem Block 1 und die Sensorsignale aus dem Block 2 als Eingangssignale. Insbesondere ist der Drehratensensor zur Rekonstruktion des Gierwinkels wichtig. Alternativ kann der Gierwinkel auch durch einen entsprechenden Gierwinkelsensor gemessen werden.
Die im Block 3 vorgegebene Soll-Trajektorie und die im Block 4 ermittelte Ist-Trajektorie werden in einem
Vergleicher 8 verglichen. Aus dem Vergleichsergebnis und aus Signalen der Blöcke 1 und 2 berechnet der Funktionsblock 5 die Stellgröße. Der Vergleich zwischen den Soll- und Ist-Trajektorien ermöglicht eine genaue Regelung des Lenkwinkels mittels der im Block 5 berechneten Stellgröße. Diese Regelung ist möglich, da die Lenkeingriffe von einer Regel-/Steuereinheit ausgeführt werden. Die im Funktionsblock 5 berechnete Stellgröße wird im Funktionsblock 6 gefiltert. Diese Filterung bewirkt eine Glättung der Flanke der Stellgröße und erreicht damit, dass die Lenkbeschleunigung und der Ruck am Lenkrad nicht zu hoch werden. Außerdem werden dem Funktionsblock 6 auch Fahrzeugdaten aus dem Block 1 zugeführt und dort gefiltert oder in die Filterung der Stellgröße mit einbezogen.
In dem Vergleicher 8 können neben der Ist- und der Soll- Trajektorie auch Fahrzustandssignale, bspw. die Orientierung des Kraftfahrzeugs, miteinander oder mit den Fahrzeugdaten verglichen werden. Der Funktionsblock 7 repräsentiert ein Stellglied, das als ein Lenkstellmotor ausgebildet ist. Die Sensoren und der Lenkstellmotor können Teil eines fahrdynamischen Lenksystems des Kraftfahrzeugs sein. Die zusätzlichen Kosten für eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Kraf fahrzeug können so auf ein Minimum redzuiert werden.
Die oben bezogen auf Fig. 1 beschriebenen Funktionen des Einparkassistenten können von einer Regel-/Steuereinheit, z.B. einem ohnehin im Fahrzeug vorhandenen Fahrzeugrechner ausgeführt werden.
Nachstehend werden unter Bezug auf die Figuren 2 und 3 die geometrischen Grundlagen zur Ermittlung einer Trajektorie auf der Basis eines Klothoidbogens beschrieben.
In Fig. 2 ist graphisch der Zusammenhang zwischen dem Krümmungsradius R, dem Winkel θ und dem Weg s einer beliebigen Bahnkurve veranschaulicht. Fig. 2 zeigt, wie der Winkel θ sich mit der Änderung des Wegs s in Abhängigkeit vom Krümmungsradius R verhält. Die Krümmung c(s) ist mit Gleichung 1.1 gegeben:
dθ c(s) = Gl . 1.1 ds
Der Winkel θ berechnet sich aus dem Weg s anhand der folgenden Gleichung :
Figure imgf000011_0001
Diese Gleichung läßt sich mit Hilfe der Gleichung 1.1 wie folgt ausdrücken: θ{ή* θQ +]c(s)>ds Gl . 1 . 3
Aus dem Winkel θ (s) werden die kleinen Änderungen (dx, dy) der kartesischen Koordinaten (x, y) berechnet :
Figure imgf000012_0001
Die Koordinaten (x, y) werden aus der Gleichung 1.4 abgeleite :
Figure imgf000012_0002
Die allgemeine Gleichung 1.5 wird für den speziellen Fall der Klothoide vereinfacht. Die Klothoide ist eine Kurve, deren Krümmung c(s) sich linear mit dem Weg s verändert. Diese Kurve wird auch als Cornu-Spirale (siehe Fig. 3) bezeichnet.
c(s) = k s + c. Gl . 1.6
Aus dem Einsatz der Krümmung (siehe Gl . 1.6) in die Formel 1.5 ergibt sich:
Figure imgf000012_0003
was sich unter den Bedingungen:
*0 = 0, x0 = 0
= 0, y0 = 0 Gl. 1.8
wie folgt vereinfachen lässt
Figure imgf000013_0001
Die Integration der Funktionen sin(u2) und cos(u2) ist nicht trivial . Dafür wird die Reihenentwicklung der trigonometrischen Funktionen angewandt.
Figure imgf000013_0002
Unter bestimmten Bedingungen von Konvergenzen der Reihen (Gl 1.10) kann die Reihenfolge der Summe und der Integration invertiert werden. Diese Bedingungen sind in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel (Gl . 1.10) erfüllt.
Figure imgf000014_0001
Die Gleichung (1.11) lässt sich wie folgt transformieren:
Figure imgf000014_0002
Figure imgf000014_0003
Die Gleichung 1.13 dient dazu, bedeutende Punkte der Trajektorie schnell zu berechnen. Im folgenden Abschnitt wird das Verfahren angewandt, um eine Einpark-Trajektorie zu berechnen.
Weiterhin wird bezogen auf die Figuren 4 bis 7 die Einpark- Trajektorie mit Hilfe eines Algorithmus berechnet, der auf der vorangehend erläuterten Gleichung 1.13 beruht. Intuitiver Lenkvorgang
Es sei angenommen, dass das zu parkende Fahrzeug parallel zu der Parklücke steht. Die Trajektorie in der Längsrichtung wird passend zu der existierenden Parklücke vorausgesetzt. Intuitiv soll die Einpark-Trajektorie die folgenden Phasen beinhalten:
1. Geradeaus rückwärts fahren, 2. weiterfahren (eventuell langsamer) und das Lenkrad nach rechts bis zu dem Lenkeinschlag drehen,
3. weiter rückwärts fahren,
4. Lenkrad nach links bis zum Lenkeinschlag drehen,
5. weiter rückwärts fahren, 6. Lenkrad wieder gerade stellen, und 7. das Fahrzeug anhalten.
Berechnung des Lenkwinkels
Die oben beschriebenen intuitiven Phasen sollen formalisiert werden.
Wegen der einfachen Handhabung von Klothoiden wird angenommen, dass die Phasen 2, 4 und 7 Klothoid- Trajektorien sind.
Wegen der Symmetrie des Einparkvorgangs sind die Phasen 2 und 6, 3 und 5 symmetrisch.
Die Bestimmung der Phase 2 wird anhand der Fig. 4 hergeleitet. Die Klothoide sind durch einen Parameter k bestimmt, der auf der Begrenzung des Lenkwinkels und der Fahr- und Lenkgeschwindigkeiten beruht.
Die Länge der Phase 3 ist so berechnet, dass das Fahrzeug tief genug in die Parklücke fährt. Der Einfluss dieser Länge auf die Trajektorie wird anhand der Figuren 6 und 7 dargestellt. Insbesondere zeigt die Fig. 6 die Trajektorie des Fahrzeugs, wenn die Phase 4 nicht existiert.
Die wichtigen Punkte für die Berechnung der Trajektorie sind in den Figuren 5 und 6 mit den Buchstaben A, B, C, D, E, F, G, R gekennzeichnet.
In Fig. 4 ist schematisch bei einem Fahrzeug mit eingeschlagenen Vorderrädern der sich ergebende Radius
R=l/c(s) und der Lenkwinkel δ (s) dargestellt. Die Klothoide ergibt sich zu
c(s) = k s+c0 Gl .2.1
Der Ackermannwinkel ist
δ(s) = arctan [L • c(s)] Gl. 2.2
Figure imgf000016_0001
Daraus ergibt sich:
Figure imgf000016_0002
Dies ergibt
Figure imgf000016_0003
Der Lenkwinkel ergibt sich zu: L • c L - k - v Gl . 2 . 6 max δ = = ≤ k - L - ™" ≤ δM a l+ [L - c] 2 l+ [L - c] 2
Daraus erhält man den für die Klothoide bestimmenden
Parameter :
δ max k = Gl. 2.7
Dabei findet eine Begrenzung der Lenkwinkelgeschwindigkeit δ ≤ δM max, des Lenkwinkels δ ≤ δvmax und der
Fahrgeschwindigkeit v ≤ vma statt . Das Ergebnis des
Einparkvorgangs mit dem zuvor erläuterten Algorithmus ist in Fig. 7 dargestellt, welche in einem x-y-
Koordinatensystem eine beispielhafte Einpark-Trajektorie und den zugrundeliegenden Soll -Lenkwinkel veranschaulicht.
Um die Steuerung im Fahrzeug zu programmieren, wird der gefahrene Weg benötigt. Im Fahrzeug wird dieser Weg mit aktiven Radgeschwindigkeitssensoren oder in vereinfachter Form mit Hilfe eines Weggebers gemessen. Die Radgeschwindigkeitssensoren können die Radgeschwindigkeit bis zur Geschwindigkeit Null präzise erfassen.
Bei dem oben beschriebenen System darf der Fahrer während des Einparkvorgangs Lenkeingriffe durchführen. Diese Lenkeingriffe haben aber keinen Einfluß auf das Manöver. Falls beim Einparken ein Hindernis im Wege steht, soll der Fahrer bremsen und den Einparkvorgang stoppen. Da der
Lenkradwinkel mit dem zugrundeliegenden Lenksystem sensorisch erfasst wird, werden die Fahrereingriffe am Lenkrad durch den Lenkstellmotor während des Einparkens kompensiert. Diese Vorgehensweise ermöglicht, dass der Fahrer trotzdem das Gefühl hat, den Einparkvorgang selbst zu steuern und sich deshalb wohl fühlt.
Aufgrund der vom Drehratensensor gelieferten Signale wird der Gierwinkel berechnet. Bei hochdynamischen Fahrmanövern kann diese Berechnung u. U. zeitlich problematisch sein. Beim Einparken treten dagegen in der Regel keine
Schwierigkeiten auf, da sich die Fahrgeschwindigkeit und die Dynamik des Fahrmanövers in Grenzen hält.
Somit ermöglicht der Ξinparkassistent über die Berechnung des Gierwinkels eine echte Regelung des Lenkwinkels durchzuführen, damit die Fahrzeugorientierung dem erwarteten Verhalten entspricht. Mit dieser Regelung können Fehler, die zu einer Abweichung zwischen den gefahrenen und der berechneten Trajektorie führen können, wie bspw. Fehler in der Lenkanlage oder unterschiedliche Reibungen, korrigiert werden.
Da der Sprung des dem Lenkstellmotor als Stellgröße zugeführten Signals zwischen den Phasen, in denen der Lenkwinkel konstant ist (Phasen 1, 3 und 5) und den Phasen, in denen sich der Lenkwinkel verändert, zunächst abrupt ist, wird die Stellgröße in dem in Fig. 1 gezeigten Funktionsblock 6 gefiltert, indem die abrupten Sprünge der Stellgröße geglättet werden. Dabei kann die Stellgröße gefiltert werden, damit die Lenkbeschleunigung begrenzt ist. Da die Soll-Tra ektorie unverändert bleibt, können Abweichungen von der Soll-Trajektorie auftreten. Es werden also temporäre Abweichungen von der Soll-Trajektorie geduldet, um ein gleichförmiges Fahrmanöver zu ermöglichen und um dadurch den Fahrkomfort zu erhöhen. Die Abweichungen zwischen der Soll-Trajektorie und der Ist-Trajektorie werden im Laufe des Einparkvorgangs durch die Regel-/ Steuereinheit mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens korrigiert .

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Unterstützung des Einparkens eines Kraftfahrzeugs, das mit einem Lenkstellmotor und Sensoren zum Erfassen der Fahrzeugposition, des Fahrzustands und veränderlicher Umgebungsbedingungen ausgerüstet ist, wobei auf den Befehl eines Fahrers hin eine geregelte Unterstützung des Einparkvorgangs mittels des Lenkstellers und gestützt auf vorbestimmte Fahrzeugdaten und auf Signale der Sensoren ausgeführt wird, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
A Erfassung einer das unterstützte Einparken initiierenden Befehlseingabe des Fahrers und Erzeugung eines Initialisierungssignals;
B Erfassung der momentanen Fahrzeugposition und des Fahrzustands aus den Fahrzeugdaten und wenigstens aus einem Gierwinkelsignal und aus einem Wegesignal;
C Erfassung der Umgebungsbedingungen aus von an dem Fahrzeug angebrachten Sensoren erzeugten Signalen;
D Vorgabe einer oder mehrerer Soll-Tajektorien, die eine von der Fahrzeugposition, dem Fahrzustand, den
Umgebungsbedingungen und den Fahrzeugdaten abhängige Soll- 1/14941
- 19 - Bahnkurve des einzuparkenden Fahrzeugs angeben;
E Erfassung einer jeweiligen Ist-Trajektorie, abhängig von den jeweiligen in den Schritten B und C erfassten Signalen;
F Vergleich der in Schritt D vorgegebenen Soll- Trajektorie und der in Schritt E erfassten Ist-Trajektorie; und
G Berechnung der jeweiligen Stellgröße für den Lenkstellmotor aus dem in Schritt F erhaltenen Vergleichsergebnis .
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkstellmotor und zumindest ein Teil der Sensoren Teil eines fahrdynamischen Lenksystems des Kraftfahrzeugs sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das in Schritt B erfasste Wegesignal von je einem an jedem Fahrzeugrad befindlichen Radgeschwindigkeitssensor erfasst wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das in Schritt B erfasste Gierwinkelsignal von einem geeigneten Sensor gemessen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das in Schritt B erfasste
Gierwinkelsignal aus einem oder mehreren in den Schritten B und C anderweitig gemessenen Signalen, insbesondere aus einem Drehratensignal oder aus dem Wegesignal, rekonstruiert wird.
6 . Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umgebungsbedingungen in Schritt C mittels eines Ultraschallsensors erfasst werden.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in Schritt C erfassten Umgebungsbedingungen die Form und/oder Ausmaße einer Parklücke angeben.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede in Schritt D vorgegebene Soll-Trajektorie aus einem oder mehreren Klothoidbögen und/oder einem oder mehreren Kreisbögen zusammengesetzt werden.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die im Schritt E berechnete Stellgröße einer Filterung unterworfen wird, um zu vermeiden, dass die Lenkbeschleunigung und der Lenkruck zu hoch werden.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Lenkeingriffe des Fahrers toleriert werden, aber keinen Einfluss auf den Einparkvorgang nehmen.
11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einparkgeschwindigkeit durch Gas- und Bremspedaleingriffe des Fahrers beinflusst und die Lenkwinkel ausschließlich durch die Stellbewegungen des Lenkstellmotors bewirkt werden.
12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Regel-/Steuereinheit, die von den Sensoren in Abhängigkeit von der Fahrzeugposition, dem Fahrzustand und den veränderlichen Umgebungsbedingungen erzeugten Signale sowie die Fahrzeugdaten empfängt, Mittel zur Berechnung einer Ist-Trajektorie aus den Sensorsignalen und den Fahrzeugdaten, Mittel zum Vergleich der jeweils berechneten Ist-Trajektorie mit einer vorbestimmten Soll- Trajektorie und Mittel zur Berechnung einer Stellgröße für einen Lenkstellmotor aus dem Vergleichsergebnis aufweist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Regel-/Steuereinheit die von den jeweiligen Sensoren erzeugten Signale sowie die Fahrzeugdaten von einer anderen Steuer-/Regeleinheit in dem Fahrzeug empfängt .
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die andere Steuer-/Regeleinheit als ein fahrdynamisches Lenksystem des Fahrzeugs ausgebildet ist.
15. Vorrichtung nach einem der Anspruch 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass Filtermittel in funktioneller Verbindung mit der Regel-/ Steuereinheit vorgesehen sind, um die von der Regel-/ Steuereinheit berechnete Stellgröße so zu filtern, dass die Lenkbeschleunigung und der Lenkruck nicht zu hoch werden.
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