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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Unterstützung des
Fahrers eines Fahrzeugs bei Fahrmanövern gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches
1 bzw. 11.
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Ein
solches Verfahren geht beispielsweise aus der
DE 198 09 416 A1 hervor,
die ein Verfahren zur Unterstützung
des Fahrers beim Einparken offenbart. Dem Fahrer wird auf Anforderung
während
des Fahrmanövers
die Einparkstrategie über
eine optische Anzeigevorrichtung, eine akustische Sprachausgabeeinrichtung
oder ein haptisches Lenkrad mitgeteilt, so dass der Fahrer der Einparkstrategie
folgend in die Parklücke
einparken kann.
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Das
gattungsgemäßes Verfahren
hat den Nachteil, dass die Reaktionen des Fahrers auf die Angaben
der einzustellenden Lenkradstellung nicht vorhersagbar sind. Der
Fahrer ist in den Regelkreis eingebunden und stellt sozusagen eine
Störgröße dar.
Insbesondere bei schwierigen Fahrmanövern, wie z. B. das Rückwärtseinparken
in eine Parklücke am
Straßenrand
parallel zum Straßenrand
(sogenanntes Kolonnenparken), ist es für den Fahrer schwierig, während dem
Fahrmanöver
die jeweils durch die Angabe angeforderte Lenkradstellung einzustellen.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und
eine Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens der gattungsgemäßen Art
derart weiterzubilden, dass den Komfort für den Fahrer erhöht.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 11 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird die
Fahrerunterstützung
durch eine Bestätigungsbedingung
erfüllende Lenkradbewegung
angefordert. Nach der Anforderung erfolgt eine Fahrer unabhängige Lenkwinkelbeeinflussung,
bei der ein aus der aktuellen Fahrzeugposition und der Referenztrajektorie
ermittelter Solllenkwinkel eingestellt wird, z. B. eingeregelt.
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Der
Fahrer kann zur Aktivierung der Fahrerunterstützung ganz einfach die Anforderungsbedienung
mittels des Lenkrades vornehmen. Eine zusätzliche Betätigung eines separaten Bedienelementes entfällt. Die
Aktivierung ist somit sehr komfortabel durch ein bei einem Fahrmanöver, wie
z. B. beim Einparken, ohnehin betätigtes Bedienelement, nämlich das
Lenkrad des Fahrzeugs. Eine exakte manuelle Einstellung eines Istlenkwinkels
während
des Fahrmanövers
entsprechend dem durch die Referenztrajektorie und die jeweils aktuelle
Fahrzeugposition vorgegebenen Solllenkwinkel entfällt für den Fahrer. Der
durch die Anforderungsbedienung eingestellte Istlenkwinkel wird
Fahrer unabhängig
beeinflusst, so dass der Istlenkwinkel automatisch entsprechend dem
Solllenkwinkel eingestellt wird. Mithin entfernt sich das Fahrzeug
während
des Fahrmanövers
nicht durch fehlerhafte manuelle Lenkwinkeleinstellung von der durch
die Referenztrajektorie vorgegebenen Ideallinie. Dem Fahrer wird
die Lenkaufgabe abgenommen, den Istlenkwinkel gemäß der Vorgabe
einzustellen, um in die gewünschte
Zielposition zu gelangen. Der Komfort wird dadurch erheblich vergrößert.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ergeben sich aus den abhängigen
Patentansprüchen.
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Vorteilhafter
Weise wird dem Fahrer eine Fahrzeugsollbahn angezeigt, die dem ermittelten Solllenkwinkel
entspricht. Des weiteren kann dem Fahrer eine der aktuellen Lenkradstellung
oder dem Istlenkwinkel entsprechende Fahrzeugistbahn angezeigt werden.
Somit ist für
den Fahrer anhand der angezeigten Fahrzeugistbahn und der Fahrzeugsollbahn
leicht erkennbar, wohin sich das Fahrzeug bei der momentanen Lenkradstellung
bzw. dem momentanen Istlenkwinkel tatsächlich bewegen wird und wohin
sich das Fahrzeug bewegen sollte. Der Verlauf der Fahrzeugsollbahn
kann dabei einem aktuell zu durchfahrenden Trajektorienabschnitt
der Referenztrajektorie oder dem Verlauf der gesamten Referenztrajektorie
entsprechen.
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Es
ist dabei möglich,
dass die durch den Fahrer erfolgte Anforderung der Fahrerunterstützung dadurch
bestätigt
wird, dass sich der Verlauf der angezeigten Fahrzeugistbahn an den
Verlauf der Fahrzeugsollbahn angleicht, insbesondere unabhängig davon,
ob der durch die aktuelle Lenkradstellung eingestellte manuelle
Lenkwinkel mit dem Solllenkwinkel übereinstimmt. Die optische
Bestätigung
der Anforderung der Fahrerunterstützung erfolgt, sobald die Anforderungsbedienung
durchgeführt
wurde. Das Angleichen des Verlaufs der Fahrzeugistbahn an die Fahrzeugsollbahn.
kann dadurch geschehen, dass die Fahrzeugistbahn in einem durch
die Fahrzeugsollbahn begrenzten Korridor dargestellt wird. Eine derartige
Darstellung ist für
den Fahrer leicht und schnell erfassbar und verständlich.
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Es
ist des Weiteren vorteilhaft, wenn die Lenkwinkelbeeinflussung durch
Veränderung
der aktuellen Lenkübersetzung
erfolgt. Eine derartige Änderung
der Lenkübersetzung
kann beispielsweise mit Hilfe eines Überlagerungsgetriebes erfolgen,
wobei ein erster Eingang des Überlagerungsgetriebes
mit dem Lenkrad und ein zweiter Eingang des Überlagerungsgetriebes mit einem
Fahrer unabhängig
ansteuerbaren Elektromotor verbunden ist. Der Ausgang des Überlagerungsgetriebes
ist mit den lenkbaren Fahrzeugrädern
verbunden. Die Drehstellung des Lenkrades und die Drehstellung des
Elektromotors werden überlagert
und der sich dadurch ergebende Lenkwinkel an den lenkbaren Fahrzeugrädern eingestellt.
Eine derart ausgeführte
Lenkung ermöglicht eine
Fahrer unabhängige
Lenkwinkelbeeinflussung unter Beibehaltung der mechanischen Verbindung zwischen
Lenkrad und lenkbaren Fahrzeugrädern.
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Bei
dem durchzuführenden
Fahrmanöver kann
es sich beispielsweise um ein Einparkmanöver handeln, wobei die Referenztrajektorie
den idealen Weg von der Ausgangsposition des Fahrzeugs bzw. der
aktuellen Fahrzeugposition in die gewünschte Parkposition angibt.
Gerade bei Einparkmanövern
ist eine Fahrerunterstützung
wünschenswert,
insbesondere für
unerfahrene Autofahrer oder für
Autofahrer, die an ein neues oder selten genutztes Fahrzeug nicht
gewöhnt
sind. Das vorliegende Verfahren kann bei allen Fahrmanövern verwendet
werden mit einer Fahrzeuglängsgeschwindigkeit
unterhalb eines Geschwindigkeitsschwellenwertes von beispielsweise 10
km/h.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines ersten Einparkmanövers und der dazugehörenden Referenztrajektorie
in Draufsicht,
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2 eine
schematische Darstellung eines zweiten Einparkmanövers und
der dazugehörenden Referenztrajektorie
in Draufsicht,
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3 eine
blockschaltbildartige Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung
zur Unterstützung
des Fahrers bei einem Fahrmanöver,
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4a ein
Ausführungsbeispiel
eines dem Fahrer durch eine Anzeigeeinrichtung angezeigten Bildes,
bevor der Fahrer die Fahrerunterstützung angefordert hat und
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4b ein
Ausführungsbeispiel
eines dem Fahrer durch eine Anzeigeeinrichtung angezeigten Bildes,
nachdem der Fahrer die Fahrerunterstützung angefordert hat.
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Bei
der Erfindung handelt es sich um ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Unterstützung
des Fahrers eines Fahrzeugs 10 bei bzw. während einem Fahrmanöver. Bei
einem solchen Fahrmanöver
kann es sich beispielsweise um ein Einparkmanöver, ein Rangiermanöver oder
dergleichen handeln.
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Bei
Einparkmanövern
wird zunächst
mittels einer geeigneten Sensorik, beispielsweise mittels Ultraschallsensoreinheiten
während
der Vorbeifahrt des Fahrzeuges 10 Parklücken vermessen und dahingehend
ausgewertet, ob die Parklücke
ausreichend groß ist
für ein
Einparkmanöver.
Beim Ausführungsbeispiel
sind hierfür
zumindest vier Ultraschallsensoreinheiten vorgesehen, die jeweils
in einem Eckbereich des Fahrzeugs 10 angeordnet sein können. Die
Anzahl der vorhandenen Ultraschallsensoren ist beliebig und hängt insbesondere
auch davon ab, wie groß der
Abstrahlwinkel ist, unter dem die Sensorwellen abgestrahlt und die
reflektierten Wellen empfangen werden. Alternativ zu den Ultraschallsensoreinheiten
können
auch Radarsensoren oder Lasersensoren eingesetzt werden.
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Die
Auswertung der Sensordaten der Ultraschallsensoreinheiten erfolgt
in einer Auswerteeinrichtung 13, in der festgestellt wird,
ob die ausgemessene Parklücke
ausreichend groß ist
zum Einparken des Fahrzeugs.
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1 zeigt
eine typische Situation für
ein Einparkmanöver
eines Fahrzeugs 10 seitlich rückwärts am Straßenrand einer Straße 20 zwischen
anderen geparkten Fahrzeugen 21, sogenanntes "Kolonnenparken". Das Fahrzeug 10 ist
auf der Strasse 20 entlang der Reihe parkender Fahrzeuge 21 gefahren
und hat im Vorbeifahren mittels der Ultraschallsensoreinheiten und
der Auswerteeinrichtung 13 eine ausreichend große Parklücke 22 ermittelt.
Der Fahrer hat das Fahrzeug angehalten und es befindet sich nunmehr
in seiner Startposition 15, wie dies in 1 gezeigt
ist.
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In
Abhängigkeit
von zu Beginn des Fahrmanövers
eingenommenen Startposition 15 des Fahrzeugs 10 wird
in der Auswerteeinrichtung 13 eine Referenztrajektorie 16 ermittelt,
die die Ideallinie darstellt, um das Fahrzeug ausgehend von seiner
Startposition 15 in eine Ziel- oder Parkposition 17 zu
bewegen. Die Referenztrajektorie 16 stellt somit den idealen
zurückzulegenden
Weg dar, der von der Startposition 15 in die Zielposition 17 führt. Die
aktuelle Fahrzeugposition xF,akt/YF,akt/ΨF,akt ergibt sich aus den Koordinaten xF,akt und YF,akt des
Fahrzeugs 10 mit Bezug zu einem ortsfesten bzw. straßenfesten
Koordinatensystem x, y und aus dem aktuellen Drehwinkel ΨF,akt zwischen der Längsachse 18 des Fahrzeugs 10 und
einer der beiden Koordinatenachsen, beispielsgemäß der x-Achse des Koordinatensystems.
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Verfahren
zur Bestimmung der Referenztrajektorie
16 sind beispielsweise
aus der
DE 29 01 504 B1 ,
der
DE 38 13 083 A1 oder
der
DE 199 40 007
A1 bekannt. Auf die bekannten Verfahren zur Bestimmung
der Referenztrajektorie
16 wird an dieser Stelle ausdrücklich Bezug
genommen.
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Bei
der Bestimmung der Referenztrajektorie 16 können Mindestabstände – wie Mindestabstand
in Fahrzeuglängsrichtung
und/oder Mindestabstand in Fahrzeugquerrichtung – die das entlang der Referenztrajektorie 16 zu
bewegenden Fahrzeug 10 zu Hindernissen einzuhalten hat,
in Abhängigkeit
von der Länge
der gefundenen Parklücke
variiert werden. Das heißt
z. B., dass die Mindestabstände
zu Hindernissen umso größer gewählt werden
können,
je länger
die Parklücke
ist. Dadurch kann dem Fahrer beim Einparken ein möglichst
großer
Spielraum gewähr leistet
werden, um die tolerierbaren Abweichungen der tatsächlichen
Fahrzeugposition von der Referenztrajektorie so groß wie möglich zu
machen. Dadurch kann die Fahrerunterstützung vereinfacht werden. Überdies
erhöht
die Bestimmung möglichst
großer
Mindestabstände
auch die Sicherheit während des
Fahrmanövers.
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Bei
in Startposition 15 befindlichem Fahrzeug 10 kann
der Fahrer die Fahrerunterstützung durch
eine entsprechende Bedienanforderung anfordern. In der Startposition 15 wird
dem Fahrer auf einer elektrische bzw. elektronisch ansteuerbaren
Anzeigeeinrichtung 25 angezeigt, dass eine Referenztrajektorie 16 ermittelt
wurde und die Fahrerunterstützung
durch eine Anforderungsbedienung gestartet werden kann.
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Beispielsgemäß erfolgt
diese Anzeige durch das in 4a dargestellte
Bild, das das in der Startposition 15 befindliche Fahrzeugs 10 als
Fahrzeugsymbol 31 während
des Fahrmanövers
in schematischer Draufsicht zeigt. Eine im Wesentlichen rechteckförmige Fläche 27 markiert
die Parklücke 22, in
die das Fahrzeug 10 eingeparkt werden soll. Diese Fläche 27 ist
in 4a gepunktet dargestellt.
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Des
weiteren zeigt das über
die Anzeigeeinrichtung 25 angezeigte Bild eine Fahrzeugsollbahn 30,
die in 4a schraffiert dargestellt ist.
Die Fahrzeugsollbahn 30 ergibt sich aus dem anhand der
Referenztrajektorie 16 und der aktuellen Fahrzeugposition
xF,akt/YF,akt/ΨF,akt ermittelten Solllenkwinkel für das Fahrzeugs 10.
Die Fahrzeugsollbahn 30 ist die Fahrzeugbahn bzw. der Fahrzeugkurs,
der sich beim Fahren mit eingestelltem Solllenkwinkel ergeben würde.
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Ferner
zeigt die Anzeigeeinrichtung 25 dem Fahrer eine Fahrzeugistbahn 32 an,
die der Fahrzeugbahn bzw. dem Fahrzeugkurs entspricht, der sich
beim Fahren mit dem aktuellen Istlenkwinkel ergeben würde.
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Wie
in 4a zu erkennen ist, ist die Fahrzeugistbahn 32 bei
nicht angeforderter Fahrerunterstützung verschieden von der Fahrzeugsollbahn 30. Über eine
Textausgabe 32 der Anzeigeeinrichtung 25 kann
der Fahrer aufgefordert werden die Anforderungsbedienung zur Fahrerunterstützung auszuführen.
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Alternativ
oder zusätzlich
hierzu könnte
auch ein Symbol oder ein Piktogramm zur Aufforderung an den Fahrer,
die Anforderungsbedienung auszuführen angezeigt
werden. Dabei wäre
es auch möglich
zusätzlich
oder alternativ zur optischen Aufforderung eine akustische und/oder
haptische Aufforderung an den Fahrer auszugeben.
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Die
Anforderungsbedienung erfolgt beispielsgemäß anhand des Lenkrades 38 des
Fahrzeugs 10. Der Fahrer bewegt dazu das Lenkrad 38 derart,
dass eine Anforderungsbedingung erfüllt ist. Die Bestätigungsbedingung
ist im Wesentlichen beliebig vorgebbar. Beispielsweise kann ein
Lenkraddrehwinkel des Lenkrades 38 vorgegeben werden, um
den das Lenkrad 38 mindestens gedreht werden muss um die
Anforderungsbedingung zu erfüllen. Der
Lenkraddrehwinkel kann in einem Bereich von 90° bis 360° liegen. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel
wurde ein Lenkraddrehwinkel von 360° gewählt. Zusätzlich zum Lenkraddrehwinkel
kann auch die Drehrichtung des Lenkrades 38 als notwendige Teilbedingung
der Anforderungsbedingung festgelegt werden. Dabei kann die geforderte
Drehrichtung des Lenkrades 38 so bestimmt sein, dass sich
der Istlenkwinkel an den durch die Referenztrajektorie 16 vorgegebenen
aktuellen Solllenkwinkel annähert.
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Bei
aktivierter Fahrerunterstützung
erfolgt eine Fahrer unabhängige
Lenkwinkelbeeinflussung. Hierzu weist das Lenksystem 40 des
Fahrzeugs 10 gemäß 3 ein Überlagerungsgetriebe 42 auf,
dessen erster Eingang 44 mit dem Lenkrad 38 und
dessen zweiter Eingang 46 mit einem Fahrer unabhängig ansteuerbaren
Elektromotor 48 verbunden ist. Der Ausgang 50 des Überlagerungsgetriebes
ist mit den lenkbaren Fahrzeugrädern 52, 54 in an
sich bekannter Weise verbunden. Der vom Fahrer über das Lenkrad 38 am
ersten Eingang 44 des Überlagerungsgetriebes 42 angeforderte
erste Lenkwinkelwert und der durch den Elektromotor 48 am
zweiten Eingang 46 des Überlagerungsgetriebes 42 angeforderte
zweite Lenkwinkelwert werden überlagert,
so dass sich am Ausgang 50 des Überlagerungsgetriebes 42 der
Istlenkwinkel aus der Summe des ersten Lenkwinkelwertes und des
zweiten Lenkwinkelwertes ergibt, wobei der sich am Ausgang 50 ergebende
Istlenkwinkel an den lenkbaren Fahrzeugrädern 52, 54 eingestellt wird.
Zur automatischen Lenkwinkelbeeinflussung ist der Elektromotor 48 durch
die Auswerteeinrichtung 13 ansteuerbar. Über den
Elektromotor 48 und den zweiten Eingang 46 des Überlagerungsgetriebes 42 kann
demnach durch die Auswerteeinrichtung 13 der Istlenkwinkel
unabhängig
von der Lenkradstellung verändert
bzw. beeinflusst werden. Beim Ausführungsbeispiel erfolgt die
Lenkwinkelbeeinflussung somit anhand einer Veränderung der Lenkübersetzung
zwischen Lenkrad 38 und den gelenkten Fahrzeugrädern 52, 54.
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Die
Lenkwinkelbeeinflussung erfolgt bei aktiver Fahrerunterstätzung derart,
dass der Istlenkwinkel entsprechend dem sich aus der ermittelten
Referenztrajektorie 16 und der aktuellen Fahrzeugposition
xF,akt/YF,akt/ΨF,akt ergebende Solllenkwinkel gesteuert
oder geregelt wird. Nach der Anforderungsbedienung muss der Fahrer
daher die Istlenkwinkel nicht manuell an den jeweils aktuellen Solllenkwinkel
anpassen – dies
erfolgt durch die Lenkwinkelbeeinflussung automatisch.
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Zur
Bestätigung
für den
Fahrer, dass er die Fahrerunterstützung für das Einparkmanöver angefordert
hat, erfolgt eine entsprechende Ausgabe. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel ändert sich zur
Bestätigung
der angeforderten Fahrerunterstützung
das durch die Anzeigeeinrichtung 25 angezeigte Bild. Der
Verlauf der angezeigten Fahrzeugistbahn 32 wird zur Bestätigung für den Fahrer
an den Verlauf der angezeigten Fahrzeugsollbahn 30 angepasst. Beispielsgemäß begrenzt
die Fahrzeugsollbahn 30 einen Korridor 60, wobei
die Fahrzeugistbahn 32 bei angeforderter, aktiver Fahrerunterstützung innerhalb des
Korridors 60 verläuft.
Dadurch wird der Fahrer darüber
informiert, dass die automatische Lenkwinkelbeeinflussung aktiv
ist und der Istlenkwinkel Fahrer unabhängig entsprechend dem Solllenkwinkel
gesteuert oder geregelt wird. Das durch die Anzeigeeinrichtung 25 bei
aktiver Fahrerunterstützung
angezeigte Bild ist in 4b dargestellt, wobei die Bezugszeichen
denen in 4a entsprechen.
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Es
versteht sich, dass zur Anzeige der aktiven Fahrerunterstützung auch
andere, beliebig wählbare
Symbole, Piktogramme oder Texte angezeigt werden könnten. Eine
Sprachausgabe oder haptische Fahrerinformation wäre ebenfalls möglich.
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2 zeigt
schematisch eine zweite Einparkmanöversituation in Draufsicht,
wobei das Fahrzeug 10 parallel zu zwei geparkten Fahrzeugen 21 eingeparkt
werden soll, so dass das Fahrzeug 10 in einer zweiten Ziel-
oder Parkposition 17' in
Querrichtung gesehen zwischen diesen geparkten Fahrzeugen 21 positioniert
ist. Hierfür
wurde eine zweite Referenztrajektorie 16' ermittelt, entlang der das Fahrzeug 10 in
seine zweite Parkposition 17' bewegt
werden kann. Die im Rahmen des ersten Einparkmanövers nach 1 gemachten
Erläuterungen
gelten für das
zweite Einparkmanöver
gemäß 2 entsprechend.