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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für eine Einparkassistenz eines Kraftfahrzeug.
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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, wobei die Bahn so ausgewählt wird, dass nur sprungfreie kontinuierliche Lenkwinkeländerungen vorkommen. 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. Ferner generiert die Einparkhilfe künstliche Lenkanschläge, wodurch der Solllenkwinkelbereich eingeschränkt wird, und auf welche der Fahrer durch ein Überlagerungsmoment beim Einparkvorgang geführt wird.
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Die Druckschrift
DE 10 2005 017 359 A1 beschreibt ein Einparkassistenzsystem zum unterstützten oder automatischen Einparken eines Kraftfahrzeugs, wobei der Fahrer zum Einparken einen Lenkeingriff anfordern kann. Wird ein Lenkeingriff angefordert, so führt das Einparksystem eine Sicherheitsprüfung diverser Systemfunktionen durch. Unter Anderem wird geprüft, ob die Lenkwinkelgeschwindigkeit kleiner als eine vorgegebene Lenkwinkelgeschwindigkeit ist.
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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 9 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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Ferner ist das erfindungsgemäße Verfahren so ausgerichtet, dass die aus der Integration der Lenkwinkelbeschleunigung xpp berechnete Lenkwinkelgeschwindigkeit xp zumindest zeitweise auf eine maximale Lenkwinkelgeschwindigkeit xpLimit begrenzt wird und 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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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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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 Bahnberechung zum Einparken des Fahrzeugs ermittelt wird. Bei T = 5 s 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 = 5 s 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. Es 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 Lenkwinkelbeschleunigung xpp 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 auf den maximalen Lenkwinkel xLimit 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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Bezugszeichenliste
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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
