DE102010006738A1

DE102010006738A1 - Wegplanung für selbstständiges Einparken

Info

Publication number: DE102010006738A1
Application number: DE102010006738A
Authority: DE
Inventors: Nikolai K. Grosse Pointe Moshchuk; Shih-Ken Troy Chen
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-02-09
Filing date: 2010-02-03
Publication date: 2010-10-28
Also published as: CN101898559A; CN101898559B; US8099214B2; US20100204866A1

Abstract

Ein Verfahren zum Bestimmen eines Fahrzeugweges zum selbstständigen Rückwärts-Einparken eines Fahrzeugs in eine Lücke zwischen einem ersten Objekt und einem zweiten Objekt wird geschaffen. Ein Abstand zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt wird entfernt erfasst. Eine Bestimmung hinsichtlich dessen, ob der Abstand ausreicht, um das Fahrzeug dazwischen rückwärts einzuparken, wird durchgeführt. Eine erste Position zum Einleiten eines Rückwärtseinparkmanövers wird bestimmt. Eine zweite Position innerhalb der verfügbaren Parklücke, die einer Endposition des Fahrzeugweges entspricht, wird bestimmt. Eine erste bogenförmige Bewegungsbahn wird zwischen der ersten Position und einer Zwischenposition bestimmt und eine zweite bogenförmige Bewegungsbahn wird zwischen der zweiten Position und der Zwischenposition bestimmt. Die erste bogenförmige Bahn ist zur zweiten bogenförmigen Bahn komplementär, um eine Klothoide zu bilden, die ein geglättetes Rückwärtslenkmanöver zwischen der ersten Position und der zweiten Position schafft.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Eine Ausführungsform bezieht sich im Allgemeinen auf das selbstständige Einparken eines Fahrzeugs.
Das Rückwärts-Einparken eines Fahrzeugs zwischen zwei Fahrzeugen ist für einen Fahrer häufig eine schwierige Aufgabe. Halbselbstständige Einparksysteme sind Systeme auf Fahrzeugbasis, die dazu ausgelegt sind, den Fahrer beim Durchführen von schwierigen Einparkmanövern wie z. B. Rückwärts-Einparken zu unterstützen. Solche Systeme führen entweder den Fahrer beim Lenken des Fahrzeugs durch seinen beabsichtigten Bahnweg oder erhöhen/verringern Servolenkkräfte, wenn der Fahrer des Fahrzeugs vom beabsichtigten Bahnweg abgewichen ist. In solchen Systemen muss der Fahrer die Lenkkräfte steuern oder gewisse Einstellungen am Lenkrad vornehmen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Vorteil einer Ausführungsform der Erfindung schafft ein System zum selbstständigen Rückwärtseinparken, das das Profil der Einparkbahn auf der Basis von Kreisbögen und Klothoiden glättet. Das System zum selbstständigen Rückwärtseinparken schafft eine Wegplanung entweder für ein Ein-Zyklus-Lenkmanöver oder für ein Zwei-Zyklus-Lenkmanöver.
Eine Ausführungsform zieht ein Verfahren zum Bestimmen eines Fahrzeugweges für selbstständiges Rückwärts-Einparken eines Fahrzeugs in eine Lücke zwischen einem ersten Objekt und einem zweiten Objekt in Ansprechen auf einen verfügbaren Einparkabstand zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt in Erwägung. Ein Abstand wird zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt fern erfasst. Eine Feststellung hinsichtlich dessen, ob der Abstand ausreicht, um das Fahrzeug zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt rückwärts einzuparken, wird auf der Basis eines Schwellenwerts durchgeführt. Eine erste Position zum Einleiten eines Rückwärtseinparkmanövers wird bestimmt. Eine zweite Position innerhalb der verfügbaren Parklücke, die einer Endposition des Fahrzeugweges entspricht, wird bestimmt. Eine erste bogenförmige Bewegungsbahn wird zwischen der ersten Position und einer Zwischenposition bestimmt und eine zweite bogenförmige Bewegungsbahn wird zwischen der zweiten Position und der Zwischenposition bestimmt. Die erste bogenförmige Bahn ist zur zweiten bogenförmigen Bahn zum Bilden einer Klothoide komplementär, die ein geglättetes Rückwärtslenkmanöver zwischen der ersten Position und der zweiten Position schafft. Ein Lenkaktuator wird gesteuert, um dem bestimmten Fahrzeugweg zu folgen.
Eine Ausführungsform zieht ein System zum selbstständigen Einparken, um ein Fahrzeug zwischen einem ersten Objekt und einem zweiten Objekt rückwärts einzuparken, in Betracht. Eine Erfassungsvorrichtung zum Detektieren von Objekten nahe dem gefahrenen Fahrzeug, die Erfassungsvorrichtung liefert Signale, die dazu konfiguriert sind, eine Lücke zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt zu bestimmen. Ein Controller empfängt Signale, die die Lücke zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt identifizieren. Der Controller steuert selbstständig die Lenkung des Fahrzeugs für das Rückwärts-Einparken des gefahrenen Fahrzeugs. Der Controller bestimmt eine erste bogenförmige Bewegungsbahn zwischen einer ersten Position und einer Zwischenposition. Die erste bogenförmige Bahn wird zusammenwirkend aus mindestens einer Klothoide und einem Kreisbogen gebildet. Der Controller bestimmt eine zweite bogenförmige Bewegungsbahn zwischen einer zweiten Position und der Zwischenposition. Die zweite bogenförmige Bahn wird zusammenwirkend aus mindestens einer Klothoide und einem Kreisbogen gebildet. Die erste bogenförmige Bahn ist zur zweiten bogenförmigen Bahn in der Zwischenposition komplementär, um ein Rückwärtslenkmanöver mit geglättetem Übergang von der ersten Position zur zweiten Position zu bilden. Der Controller verwendet das Rückwärtslenkmanöver mit geglättetem Übergang zum selbstständigen Rückwärts-Einparken des gefahrenen Fahrzeugs.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm, das ein System zum selbstständigen Rückwärtseinparken gemäß einer Ausführungsform darstellt.
2 ist ein geometrisches Diagramm, das eine Fahrzeugwegplanung zum Anwenden eines Ein-Zyklus-Lenkstrategiemanövers gemäß einer Ausführungsform darstellt.
3 ist ein geometrisches Diagramm eines Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform.
4 ist ein Graph des Laufradwinkels als Funktion der von einem Fahrzeug zurückgelegten Strecke gemäß einer Ausführungsform.
5 ist ein Graph eines geglätteten Laufradwinkelprofils gemäß einer Ausführungsform.
6 ist eine graphische Darstellung der Bahn des Fahrzeugs entlang eines geglätteten Wegprofils gemäß einer Ausführungsform.
7–8 ist ein geometrisches Diagramm, das eine Fahrzeugwegplanung zum Anwenden eines Zwei-Zyklus-Lenkstrategiemanövers gemäß einer Ausführungsform darstellt.
9 ist ein geometrisches Diagramm, das eine anfängliche Fahrzeugpositionierung relativ zu einer verfügbaren Parklücke gemäß einer Ausführungsform darstellt.
10 ist ein Diagramm, das annehmbare anfängliche Fahrzeugstartpositionen gemäß einer Ausführungsform darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
In 1 ist eine Ausführungsform eines selbstständigen Lenksystems 10 zum Rückwärts-Einparken eines Fahrzeugs gezeigt. Das selbstständige Lenksystem 10 umfasst ein Lenkmodul 12 und einen Controller 14 zum Steuern der lenkbaren Räder 16 des Fahrzeugs. Das Lenkmodul 12 kann ein elektronisches Modul oder eine ähnliche Vorrichtung sein, die in der Lage ist, die lenkbaren Räder 16 ohne eine Lenkanforderung eines Fahrers über ein Lenkrad des Fahrzeugs zu schwenken. Der Controller 14 liefert Steuereingangssignale zum Lenkmodul 12, wie z. B. ein herkömmliches elektronisches Servolenkmodul, zum Steuern der Schwenkung der lenkbaren Räder während eines Einparkmanövers. Der Controller 14 kann vom Lenkmodul 12 separat sein oder kann in das Lenkmodul 12 als einzelne Einheit integriert sein.
Das selbstständige Lenksystem 10 umfasst ferner eine Erfassungsvorrichtung 18 zum Detektieren von Objekten nahe dem gefahrenen Fahrzeug. Die Erfassungsvorrichtung 18 detektiert die Anwesenheit und Nicht- Anwesenheit von Objekten seitlich vom Fahrzeug zum Bestimmen einer verfügbaren Parklücke zwischen einem ersten Objekt und einem zweiten Objekt. Die Erfassungsvorrichtung 18 kann eine Erfassungsvorrichtung auf Radarbasis, eine Erfassungsvorrichtung auf Ultraschallbasis, eine Erfassungsvorrichtung auf Abbildungsbasis oder eine ähnliche Vorrichtung umfassen, die in der Lage ist, ein Signal bereitzustellen, das die verfügbare Lücke zwischen den Objekten charakterisiert. Die Erfassungsvorrichtung 18 steht mit dem Controller 14 in Kommunikation, um Signale zum Controller 14 zu liefern. Die Erfassungsvorrichtung 18 kann in der Lage sein, den Abstand zwischen den jeweiligen Objekten zu bestimmen und den bestimmten Abstand zum Controller 14 zu übertragen, oder die Erfassungsvorrichtung 18 kann Signale zum Controller 14 liefern, die vom Controller 14 verwendet werden sollen, um den Abstand des Zwischenraums zwischen den Objekten zu bestimmen.
In Ansprechen auf den bestimmten Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Objekt stellt der Controller 14 fest, ob ein Ein-Zyklus-Einparkmanöver oder ein Zwei-Zyklus-Einparkmanöver angewendet werden soll. Das Ein-Zyklus-Einparkmanöver umfasst eine Ein-Zyklus-Lenkstrategie, wobei die lenkbaren Räder in einer ersten Richtung und dann einer Gegenrichtung geschwenkt werden, um das Fahrzeug in eine eingeparkte Position zu lenken. In einem Ein-Zyklus-Einparkmanöver ist kein Gangwechsel erforderlich.
Das Zwei-Zyklus-Einparkmanöver umfasst eine Zwei-Zyklus-Lenkstrategie, wobei die lenkbaren Räder in einer ersten Richtung und dann einer Gegenrichtung geschwenkt werden (d. h. das erste Lenkmanöver). Danach wird ein Gangwechsel durchgeführt (d. h. von rückwärts in die Fahrstellung) und ein zweites Lenkmanöver wird durchgeführt, um das Fahrzeug in eine Endparkposition vorwärts zu lenken. Das Feststellen, ob das Fahr zeug unter Verwendung der Zwei-Zyklus-Lenkstrategie erfolgreich rückwärts eingeparkt werden kann, wird unter einer Bedingung modelliert, ob das in der verfügbaren Parklücke eingeparkte Fahrzeug die Parklücke unter Verwendung von zwei Lenkmanövern verlassen kann. Das heißt, wenn das Fahrzeug die Parklücke unter Verwendung von nur zwei Lenkmanövern verlassen kann, dann kann das Fahrzeug unter Verwendung von nur zwei Lenkmanövern in die Parklücke rückwärts eingeparkt werden. Ein erstes Lenkmanöver umfasst, dass sich das Fahrzeug in der verfügbaren Parklücke mit einem jeweiligen Wendewinkel rückwärts bewegt, wobei eine jeweilige hintere Ecke des Fahrzeugs eine jeweilige Grenze (d. h. eine Vorderseite des ersten Objekts) erreicht. Ein zweites Lenkmanöver umfasst, dass sich das Fahrzeug vorwärts bewegt, wobei eine jeweilige vordere Ecke des Fahrzeugs eine jeweilige hintere Grenze des zweiten Objekts (d. h. die hintere Ecke des zweiten Objekts) erreicht.
Eine Routine zum Feststellen, ob ein Fahrzeug unter Verwendung von entweder einer Ein-Zyklus-Lenkstrategie oder einer Zwei-Zyklus-Lenkstrategie in eine verfügbare Parklücke eingeparkt werden kann, ist in einer gleichzeitig anhängigen Anmeldung mit einer lfd. Nr. 12/107,130, eingereicht am 22. April 2008, beschrieben, die durch den Hinweis in ihrer Gesamtheit aufgenommen wird. Die Routine bestimmt eine erste minimale Länge zum Einparken des Fahrzeugs unter Verwendung eines einzelnen Rückwärtseinparkmanövers und eine zweite minimale Länge zum Einparken des Fahrzeugs unter Verwendung eines Zwei-Zyklus-Rückwärtseinparkmanövers auf der Basis der verfügbaren Parklücke zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt.
Für eine Ein-Zyklus-Einparkstrategie wird, wie in 2 gezeigt, die verfügbare Parklücke durch zwei Objekte begrenzt, insbesondere zwei in einer Linie geparkte Fahrzeuge mit oder ohne Seitenstreifen. 3 stellt die Fahrzeugabmessungen und Fahrzeugbereichsbezeichnungen dar, die in Verbindung mit jeder der hierin gezeigten Figuren verwendet werden, um die Rückwärtseinparkstrategien zu erläutern. Mit erneutem Bezug auf 2 weist die verfügbare Parklücke mit dem Seitenstreifen eine jeweilige Länge und Breite auf. Das Koordinatensystem (YAX) wird verwendet, um die relative Position des gefahrenen Fahrzeugs zur verfügbaren Parklücke zu zeigen, wobei die Außenkante des Objekts 2 der Ursprung (A) ist. Das Koordinatensystem ist relativ zum Seitenstreifen orientiert. Die x-Achse des Koordinatensystems ist parallel zum Seitenstreifen. Die relative Position des gefahrenen Fahrzeugs zur verfügbaren Parklücke ist durch (1) den relativen Winkel der Fahrzeugmittellinie zur Achse AX und (2) die Fahrzeugposition unter Verwendung des Mittelpunkts der Hinterachse relativ zum (YAX)-Koordinatensystem bestimmt.
In Abhängigkeit von den Parklückenabmessungen und der Parklückenorientierung kann die Zielposition des Fahrzeugs O(x₂, y₂) definiert werden. Das Ziel besteht darin, das Fahrzeug von seiner anfänglichen Position O(x_i, y_i) in die Endposition O(x₂, y₂) zu bringen. Um das Fahrzeug unter Verwendung der Ein-Zyklus-Parkstrategie einzuparken, sind drei Schritte beteiligt: (1) das Fahrzeug wird unter Verwendung einer kürzesten zurückgelegten Strecke (z. B. O(x_i, y_i) zu O(x₀, y₀)) ausgerichtet, (2) das Fahrzeug wird entlang der x-Achse so weit wie möglich bewegt, bis der Ort des Rückwärtseinparkmanövers eingeleitet ist (z. B. O(x₀, y₀) zu O(x₁, y₁)), und (3) das Rückwärts-Einparken wird von O(x₁, y₁) bis O(x₂, y₂) durchgeführt.
Während der anfänglichen Stufe (d. h. Schritt (1)) des Ein-Zyklus-Einparkmanövers wird in Abhängigkeit vom Ort des Fahrzeugs relativ zum Objekt das Fahrzeug mit einem maximalen möglichen Winkel gelenkt, bis ein Fahrtrichtungswinkel (Gierwinkel) auf null gebracht ist (d. h. O(x_i, y_i) bis O(x₀, y₀)). Dies ergibt die kürzestmögliche Bogenlänge, die vom Mittel punkt der Hinterachse des Fahrzeugs durchlaufen wird. Der Ort O(x₀, y₀), wie in 2 gezeigt, ist die Koordinate, bei der das Fahrzeug einen Fahrtrichtungswinkel von null aufweist. Diese Koordinate wird durch das Folgende dargestellt: x0 = xi – R1sinφ, y0 = yi + R1(1 – cosφ) falls φ ≤ 0 (1)oder x0 = xi – R2sinφ, y0 = yi – R2(1 – cosφ) falls φ > 0 (2)wobei R₁ der radiale Abstand von einem anfänglichen Wendezentrum C_i eines anfänglichen Bogenradius von O(x_i, y_i) bis O(x₀, y₀) ist, der den Mittelpunkt der Hinterachse des Fahrzeugs darstellt, R₂ der radiale Abstand von einem ersten Wendezentrum C₁ eines ersten Bogenradius, der bei O(x_i, y_i) beginnt, zum Mittelpunkt der Hinterachse des Fahrzeugs ist, und φ der Winkel des ersten Bogenradius des ersten Wendezentrums C₁ ist. Diese Strategie kann modifiziert werden, wenn x₀–x₁ ausreichend groß ist, um dem kleinsten und glattesten möglichen Laufradwinkelprofil Rechnung zu tragen.
Im zweiten Schritt (z. B. O(x₀, y₀) bis O(x₁, y₁)) wird das Fahrzeug mit einem Laufradwinkel von null entlang der x-Achse bewegt, bis der Mittelpunkt der Hinterachse eine Position O(x₁, y₁) erreicht. In der Position O(x₁, y₁) wird das Lenkmanöver eingeleitet. Die Strecke, die das Fahrzeug in einer Rückwärtsrichtung entlang der x-Achse zurücklegt, ist gleich x₀–x₁.
Im dritten Schritt (z. B. O(x₁, y₁) bis O(x₂, y₂)) wird das Rückwärts-Einparken durchgeführt, um das Fahrzeug in die Endposition einzuparken. Der kürzeste Bewegungsweg zum Einparken des Fahrzeugs von der Position O(x₁, y₁) in die Position O(x₂, y₂) besteht aus zwei Bögen. Der seitliche Abstand im (YAX)-Koordinatensystem zwischen der Position O(x₁, y₁) und der Position O(x₂, y₂) wird durch die folgende Formel dargestellt: H = y1 – y2 > 0 (3)
Der Drehwinkel ψ, wie in 1 gezeigt, ist eine Funktion von H in der folgenden geometrischen Beziehung:
Der Längsabstand, den sich das Fahrzeug entlang der X-Achse bewegt, der zum Rückwärts-Einparken erforderlich ist, wird durch die folgende Formel dargestellt: L ≡ x1 – x2 (5)daher gilt
Faktoren, die berücksichtigt werden müssen, wenn das Fahrzeug eingeparkt wird, umfassen den Zwischenraum zwischen dem Fahrzeug und dem Objekt 2 vor dem Fahrzeug. Die Bedingungen, um nicht mit dem vorderen Objekt zu interferieren, sind wie folgt: (R2 + a1)2 + b22 < x22 + (y2 + R2)2 (7) x1 > 0 UND (R1 – a1)2 > x21 + (y1 – R1)2. (8)
Ein Abschnitt des Fahrzeugs, von dem ein Zwischenraum zum vorderen Objekt beibehalten werden muss, ist die rechte vordere Ecke des Fahrzeugs (B_RF), die ein Anstoßen an das vordere Objekt vermeiden muss, wenn das Fahrzeug rückwärts in die verfügbare Parklücke fährt. Eine alternative Bedingung kann x₁ < 0 umfassen, wobei die ganze rechte Seite des Fahrzeugs und insbesondere der Punkt G_RHS an das vordere Objekt nicht anstößt.
Eine vom Mittelpunkt der Hinterachse von O(x₁, y₁) bis O(x₂, y₂) zurückgelegte Gesamtstrecke ist gleich (R₁ + R₂)ψ. 4 stellt den Laufradwinkel als Funktion der vom Hinterachsenmittelpunkt zurückgelegten Strecke dar. Das Glätten des Laufradwinkelprofils (RWA-Profils) ist erforderlich, da Aktuatoren wie z. B. ein EPS und/oder AFS aufgrund der Aktuatorbegrenzungen einem Zweipunkt-Befehl nicht exakt folgen können, wie in 4 gezeigt; das Glätten des RWA führt jedoch zu einer längeren zurückgelegten Strecke. Verschiedene Funktionen können verwendet werden, um den Übergang zwischen dem Null- und maximalen Laufradwinkel zu glätten. Eine mögliche Funktion macht die Tangente des Laufradwinkels zu einer linearen Funktion der Bogenlänge (mit einer gewissen Steigung ξ), wie in 5 gezeigt. Das heißt, die Tangente des Laufradwinkels ist eine stückweise lineare Funktion der Bogenlänge mit der Steigung +/–ξ₁. In dieser Ausführungsform ändert sich der Fahrrichtungswinkel (Gierwinkel) quadratisch mit der Bogenlänge und die Bahn ist eine Klothoide. Die Dauern der maximalen Lenkung, s₁ und s₂, werden so koordiniert, dass die Nettoänderung des Gierwinkels null ist. Diese Beziehung wird durch die folgende Gleichung dargestellt:
Beim Ändern von s₁ und numerischen Integrieren von Bewegungsgleichungen kann die Endposition des Mittelpunkts der Hinterachse (x₂, y₂) als Funktion von s₁ erhalten werden. Beim Bestimmen von y₂ aus der Parklückendetektion kann s₁ aus dieser Beziehung bestimmt werden und diese Beziehung als Nachschlagetabelle gespeichert werden (siehe 5, wobei s₁ und s₂ Dauern einer vollen Lenkung sind).
6 stellt ein geglättetes Bahnprofil des Mittelpunkts der Hinterachse des Fahrzeugs dar, wenn es in die Parklücke übergeht. Wie in 6 gezeigt, ist die Bahn aus mehreren Kreisbögen und Klothoiden gebildet. Die Bahn als Ganzes kann als erste bogenförmige Bahn 20 und als zweite bogenförmige Bahn 22, die einander umgekehrt spiegeln, betrachtet werden. Die erste bogenförmige Bahn ist zur zweiten bogenförmigen Bahn in einer Zwischenposition 24 komplementär, um ein geglättetes Rückwärtslenkmanöver aus der ersten Position, in der das Rückwärtseinparkmanöver eingeleitet wird, in eine zweite Position, in der das Fahrzeug entweder eingeparkt ist oder die Gänge des Getriebes in eine Vorwärtsfahrstellung gewechselt werden, zu bilden.
In 6 stellt eine erste Position 26 die Startposition des rückwärtigen Rückwärtseinparkmanövers dar. Eine zweite Position 28 stellt eine Endposition für das rückwärtige Rückwärtseinparkmanöver dar. Selbstverständlich können zusätzliche Manöver hinzugefügt werden, die Vorwärtsfahrmanöver innerhalb der verfügbaren Parklücke umfassen, um das Fahrzeug gerade zu richten oder das Fahrzeug gleichmäßig zwischen zwei Objekten zu parken. Die erste bogenförmige Bahn 20 umfasst ein anfängliches Segment 30 (z. B. Klothoide), ein erstes Segment 32 (z. B. Klothoide) und ein zweites Segment 34 (z. B. Kreisbogen). Die zweite bogenförmige Bahn 22 umfasst ein erstes Segment 36 (z. B. Klothoide), ein zweites Segment 38 (z. B. Kreisbogen) und ein Endsegment 40 (z. B. Klothoide). Das erste Segment 32 der ersten bogenförmigen Bahn 20 und das erste Segment 36 der zweiten bogenförmigen Bahn 22 bilden zusammenwirkend eine Klothoide, die sich zwischen der ersten bogenförmigen Bahn 20 und der zweiten bogenförmigen Bahn 24 erstreckt. Die zusammenwirkende Verbindung von jedem der Segmente, die aus Kreisbögen und Klothoiden gebildet sind, schaffen einen geglätteten Übergang in die verfügbare Parklücke.
Das Zwei-Zyklus-Einparkmanöver für die Zweipunkt-Steuerung ist in 7–9 dargestellt. Das Zwei-Zyklus-Einparkmanöver kann am besten durch Beschreiben der Wegplanung in umgekehrter Reihenfolge (d. h. von der Ziel- zur Anfangsposition) erläutert werden. In 7 stellt K₁ = {O₁, ψ = 0} die Endkonfiguration des Fahrzeugs innerhalb der Parklücke dar, wobei O₁(x₁, y₁) die globalen Koordinaten des Fahrzeugs sind und ψ₁ der Fahrzeuggierwinkel ist. Das Koordinatensystem weist eine Konfiguration relativ zum Objekt 2 auf, wobei sich sein Ursprung an der linken hinteren Ecke des Objekts 2 befindet. Für Einfachheitszwecke soll angenommen werden, dass der Endgierwinkel null ist. Das Fahrzeug soll sich von der Konfiguration K₁ in K₂, wobei K₂ = {O₂, ψ₂}, mit einem konstanten Lenkwinkel δ₁ bewegen, so dass die Wegkrümmung einen konstanten Radius R₁ = R₁(δ₁) aufweist. Die neue Position ist durch Koordinaten (x₂, y₂) dargestellt, die durch die folgenden Gleichungen bestimmt werden können:
Die Koordinaten des Wendezentrums C₁ werden durch Koordinaten (x_C1, y_C1) dargestellt, die auf der Basis der folgenden Gleichungen bestimmt werden können:
Der Wendewinkel ψ₂ kann durch die folgende geometrische Bedingung bestimmt werden: (R1 + a1)sinψ2 + b1cosψ2 = L + x1 (12)die den Abstand von O₁ zur linken Grenze der Parklücke darstellt (es ist zu beachten, dass x₁ < 0, wie in 7 gezeigt). Unter Verwendung von trigonometrischen Berechnungen ist Gleichung (12) wie folgt:
8 stellt eine nächste Stufe der Wegplanung von der Position K₂{O₂, ψ₂} in die Position K₃{O₃, ψ₃} dar. Das Fahrzeug führt eine Wende durch, während es einen konstanten Radius R₂ aufrechterhält, wobei R₂ = R₂(δ₂). Das entsprechende Wendezentrum C₂ für die Wende weist die folgenden Koordinaten auf:
Die Position K₃ wird auf der Basis der Bedingung bestimmt, dass die rechte vordere Ecke des Fahrzeugs im jeweiligen minimalen Abstand d von der linken hinteren Ecke des Objekts 2 liegt. Diese jeweilige Bedingung kann durch die folgende Gleichung dargestellt werden: C2A = Rrf2 + d (15)wobei C₂A der Abstand vom Wendezentrum zum Ursprung des Koordinatensystems (XAY) ist, der an der linken hinteren Ecke des Objekts 2 liegt, und Rrf2 der Wenderadius der rechten vorderen Ecke des Fahrzeugs ist. Unter Verwendung des Theorems von Pythagoras können die jeweiligen Abstände gelöst werden durch:
Die Fahrzeugkoordinaten, wenn sie sich in einer Position K₃ befinden, werden auf der Basis der folgenden Gleichungen bestimmt:
Da Rrf2 der maximale Radius ist, der das Wendezentrum C₂ und einen willkürlichen Punkt der Fahrzeuggrenze verbindet, ist d > 0 eine hinreichende Bedingung, dass das Fahrzeug die Parklücke ohne Kollision mit dem Objekt 2 verlässt. Auf der Basis der Bedingung der minimalen Lückenlänge L_min ist die Endposition des Fahrzeugs innerhalb der Parklücke K1 = {O1(–b2, –a1); 0} (19)
Wenn die Fahrzeugposition K₃ die Position ist, in der sich das Fahrzeug im minimalen Abstand zum Objekt 2 befindet (siehe 8), stellt dies einen Wendepunkt für das Starten der Rechtswende dar, um das Fahrzeug in die Position K₄ parallel zum Objekt 2 zu bringen. Die Position K₄ wird durch die folgende Fahrzeugkonfiguration dargestellt: K4 = {O4(x4, y4); 0} (20)
Das Wendezentrum C₃ für die Position K₄ weist die folgenden Koordinaten auf:
wobei p der Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem Objekt 2 ist, wenn das Fahrzeug und das Objekt 2 zueinander parallel sind. Daher kann ein Wendewinkel ψ₃, wie in 8 gezeigt, wie folgt dargestellt werden:
Die obige Gleichung (23) bestimmt die Position, aus der das Fahrzeug seine Einfahrt in die verfügbare Parklücke starten sollte. Es ist zu beachten, dass alle durch die obigen Gleichungen (1) bis (23) gegebenen Größen vor dem Ausführen des Wegplanungsalgorithmus berechnet werden können.
Um die Wegplanung durchzuführen und das Fahrzeug in die verfügbare Parklücke einzuparken, nimmt der Algorithmus an, dass die Startposition des Fahrzeugs die Position K₄ ist, um das Zwei-Zyklus-Einparkmanöver einzuleiten. Der Weg von K₄ zur Zielposition K₁ ist einfach der Rückwärtsweg von K₁ zu K₄. Daher muss das Fahrzeug in die Position K₄ bewegt werden. Selbstverständlich gibt es mehrere Möglichkeiten zum Überführen des Fahrzeugs von einer Position K_i in die Position K₄. 9 stellt eines von mehreren Verfahren zum Bewegen des Fahrzeugs von K_i in die Position K₄ dar. Der erste Schritt besteht darin, die folgenden Bedingungen festzulegen: R3 = R1 = Rrhs R2 = Rlhs (24)wobei R_rhs der minimale rechte Wenderadius ist bzw. R_lhs der minimale linke Wenderadius ist. Es ist zu beachten, dass es im Allgemeinen mehrere Möglichkeiten gibt, um das Fahrzeug von seiner anfänglichen Position K_i in die Position K₄ zu bringen. Wie in 9 gezeigt, führt das Fahrzeug ausgehend von K_i eine Wende in einer Rückwärtsrichtung durch, bis das Fahrzeug zum Objekt 2 parallel wird, was als Position K₅ dargestellt ist. Die Koordinate des Fahrzeugs ist durch die Position des Mittelpunkts der Hinterachse mit der Koordinate O₅(x, y₅) dargestellt. Die Koordinate O₅(x₅, y₅) mit einer entsprechenden Bogenlänge wird durch die folgenden Gleichungen bestimmt: x5 = xi – Risinψi y5 = yi – Ri(1 – cosψi) ψ5 = 0 Δs = Riψi. (25)
Die anfängliche Position K_i kann mit einigen Grenzen beliebig sein, aber der Wenderadius muss derart sein, dass am Ende der Wende die folgende Bedingung erfüllt sein muss: y5 = y4 = p + a1. (26)
Überdies besteht auch eine Einschränkung für die x-Koordinaten, so dass x5 ≥ x4. (27)
Das Einsetzen von Gleichung (26) in Gleichung (25) erzeugt das Folgende:
Ein entsprechender Straßenlenkwinkel δ kann daher aus Gl. (22) und (28) abgeleitet werden:
Wie vorher angegeben, erlegen die in Gleichungen (26) und (27) gezeigten Einschränkungen den anfänglichen Positionen, aus denen es möglich ist, das ganze 2-Zyklus-Einparkmanöver zu starten, Begrenzungen auf. Durch Einsetzen von Gleichung (25) in Gleichung (27) und Berücksichtigen von Gleichung (28) wird das folgende Ergebnis abgeleitet:
wobei αi(ψi) = x4 – (p + a1)cot(ψi/2) βi(ψi) = –x4tan(ψi/2) + p + a1. (31)wobei x₄ aus Gleichung (21) bestimmt wird.
Da ein Fahrer den Start des Zwei-Zyklus-Rückwärtseinparkmanövers von der linken Seite des Objekts 2 aus einleitet, muss die Bedingung R_i ≥ R_lhs erfüllt sein. Daher erfordert Gleichung (28) auch die folgende Bedingung:
Die Ungleichungen, wie in Gleichung (30) und Gleichung (32) gezeigt, schränken geometrisch die anfängliche Position K_i auf die Sektorfläche ein, die im Allgemeinen bei 50 in 10 gezeigt ist.
Eine zweite Stufe stellt das Fahrzeug dar, das sich von der Position K₅ zu K₄ bewegt. In der zweiten Stufe bewegt sich das Fahrzeug einfach rückwärts mit einem Lenkwinkel von null, bis das Fahrzeug die Position O₄(x₄, y₄) erreicht, wie in 9 gezeigt. Der entsprechende Bewegungsweg ist eine gerade Linie in der x-Richtung. Die zurückgelegte Strecke und der Lenkwinkel werden durch die folgenden Formeln dargestellt: Δs = x5 – x4 δ = 0 (33)wobei x₄ und x₅ im Voraus aus den Gleichungen (23) bzw. (25) bestimmt werden müssen.
Eine dritte Stufe stellt das Fahrzeug dar, das sich von der Position K₄ zu K₃ bewegt. In der dritten Stufe führt das Fahrzeug eine Wende durch, um sich zur Position K₃ zu bewegen, wie in 8 gezeigt. Die Fahrzeugkonfiguration in der Position K₃ ist durch K₃ = {(x₃, y₃); ψ₃} dargestellt. Eine ent sprechende Bogenlänge und ein entsprechender Straßenlenkwinkel von der Position K₄ zu K₃ wird durch Folgendes dargestellt:
wobei ψ₃ und R₃ durch Gleichung (22) bzw. Gleichung (24) bestimmt werden.
Eine vierte Stufe stellt das Fahrzeug dar, das sich von der Position K₃ zu K₂ bewegt. In der vierten Stufe, wie in 8 gezeigt, ändert sich der Lenkwinkel in der Zwischenposition K₃ von negativ zu positiv. Das Fahrzeug setzt seinen Bewegungsweg mit einem positiven Lenkwinkel fort, bis eine hintere linke Ecke einen minimalen zulässigen Abstand zum Objekt 1 erreicht. Die entsprechende Bogenlänge und der entsprechende Lenkwinkel für das Fahrzeug, das von K₃ zu K₂ übergeht, werden durch Folgendes dargestellt:
wobei ψ₂ und R₂ aus Gleichung (4) bzw. Gleichung (24) bestimmt werden.
Eine fünfte Stufe stellt das Fahrzeug dar, das sich von der Position K₂ zu K₁ bewegt. In der fünften Stufe, wie in 7 gezeigt, ändert sich der Lenkwinkel von positiv zu negativ. Der Getriebegang wird von einer Rückwärtsgangposition in die Fahrgangposition gewechselt. Das Fahrzeug bewegt sich weiterhin in einer Vorwärtsrichtung, bis das Fahrzeug die Position K₁ erreicht. Die entsprechende Bogenlänge und der entsprechende Lenkwinkel für das Fahrzeug, das sich von K₂ zu K₁ bewegt, werden durch Folgendes dargestellt:
wobei ψ₂ und R₁ aus Gleichung (12) bzw. Gleichung (24) bestimmt werden.
Eine optionale Stufe kann enthalten sein, um das Fahrzeug besser innerhalb der verfügbaren Parklücke zwischen dem Objekt 1 und dem Objekt 2 zu positionieren. Das Fahrzeug kann in die Rückwärtsgangstellung gesetzt werden und das Fahrzeug kann in einer Rückwärtsrichtung mit einem Lenkwinkel von null bewegt werden, um das Fahrzeug besser zu positionieren. Das Fahrzeug kann beispielsweise den Abstand des Objekts 1 hinter dem Fahrzeug und den Abstand des Objekts 2 vor dem Fahrzeug erfassen. Das Fahrzeug wird dann gleichmäßig beabstandet zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt geparkt.
Für eine geglättete Steuerstrategie sind die Dauer s₁ und die Position x₄ Tabellennachschlagevorgänge für die y-Koordinate der Endposition.
Obwohl bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Einzelnen beschrieben wurden, wird der Fachmann auf dem Gebiet, den diese Erfindung betrifft, verschiedene alternativen Konstruktionen und Ausführungsformen zur Ausführung der Erfindung, wie durch die folgenden Ansprüche definiert, erkennen.

Claims

Verfahren zum Bestimmen eines Fahrzeugweges zum selbstständigen Rückwärts-Einparken eines Fahrzeugs in eine Lücke zwischen einem ersten Objekt und einem zweiten Objekt in Ansprechen auf einen verfügbaren Parkabstand zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: entferntes Erfassen eines Abstandes zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt; Feststellen, ob der Abstand ausreicht, um das Fahrzeug rückwärts zwischen das erste Objekt und das zweite Objekt einzuparken, auf der Basis eines Schwellenwerts; Bestimmen einer ersten Position, um ein Rückwärtseinparkmanöver einzuleiten; Bestimmen einer zweiten Position innerhalb der verfügbaren Parklücke, die einer Endposition des Fahrzeugweges entspricht; Bestimmen einer ersten bogenförmigen Bewegungsbahn zwischen der ersten Position und einer Zwischenposition und einer zweiten bogenförmigen Bewegungsbahn zwischen der zweiten Position und der Zwischenposition, wobei die erste bogenförmige Bahn zur zweiten bogenförmigen Bahn komplementär ist, um eine Klothoide zu bilden, die ein geglättetes Rückwärtslenkmanöver zwischen der ersten Position und der zweiten Position schafft; und Steuern eines Lenkaktuators, um dem bestimmten Fahrzeugweg zu folgen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste bogenförmige Bahn ein erstes Segment auf der Basis eines Kreisbogens mit einem ersten Mittelpunkt umfasst und wobei die zweite bogenförmige Bahn ein erstes Segment auf der Basis eines Kreisbogens mit einem zweiten Mittelpunkt umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die erste bogenförmige Bahn ferner ein zweites Segment umfasst, das sich vom ersten Segment der ersten bogenförmigen Bahn zur Zwischenposition erstreckt, wobei die zweite bogenförmige Bahn ferner ein zweites Segment umfasst, das sich vom ersten Segment der zweiten bogenförmigen Bahn zur Zwischenposition erstreckt, und wobei das zweite Segment der ersten bogenförmigen Bahn und das zweite Segment der zweiten bogenförmigen Bahn Kreisbögen sind, wobei insbesondere die erste bogenförmige Bahn ferner ein anfängliches Segment umfasst, das sich von der ersten Position zum ersten Segment der ersten bogenförmigen Bahn erstreckt, wobei das anfängliche Segment eine Klothoide bildet, und/oder wobei die zweite bogenförmige Bahn ferner ein Endsegment umfasst, das sich von der zweiten Position zum ersten Segment der zweiten bogenförmigen Bahn erstreckt, wobei das Endsegment eine Klothoide bildet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zweite Position eine Endparkposition innerhalb der Parklücke ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zweite Position eine Zwischenstoppposition ist, wobei das Fahrzeug in der Zwischenstoppposition von einem Rückwärtslenkmanöver in ein Vorwärtslenkma növer übergeht, wobei das Vorwärtslenkmanöver einen Lenkradwinkel von im Wesentlichen null verwendet, um das Fahrzeug in eine Endparkposition einzuparken.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zweite Position eine Zwischenstoppposition zum Vollenden eines ersten Zyklus eines Zwei-Zyklus-Rückwärtseinparkmanövers ist, wobei das Verfahren ferner den Schritt des Durchführens eines Vorwärtslenkmanövers mit einem Lenkradwinkel, der nicht gleich null ist, zum Einparken des Fahrzeugs in eine Endparkposition umfasst, wobei insbesondere das Rückwärtslenkmanöver mehrere Lenkzyklen in einer Richtung im Uhrzeigersinn und mehrere Lenkzyklen in einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Lenkradwinkel in der ersten Position anfänglich gleich null ist, und/oder wobei der Lenkradwinkel in der Zwischenposition gleich null ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Fahrzeug in der Zwischenposition bestimmt wird, wenn eine rechte vordere Ecke des Fahrzeugs in einem minimalen Abstand von einer linken hinteren Ecke des zweiten Objekts liegt.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Vorwärtslenkmanöver für die zweite Stufe des Zwei-Zyklus-Rückwartseinparkmanövers ferner das Bestimmen einer dritten bogenförmigen Bewegungsbahn zwischen der zweiten Position und der dritten Position umfasst, und/oder wobei das Vorwärtslenkmanöver für die zweite Stufe auf einem konstanten Lenkwinkel basiert, der zu einem Krümmungsweg mit einem konstanten Radius zwischen der zweiten Position und der dritten Position führt, und/oder wobei die dritte Position eine Endparkposition des Fahrzeugs zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt ist.
System zum selbstständigen Einparken, um ein Fahrzeug zwischen einem ersten Objekt und einem zweiten Objekt rückwärts einzuparken, wobei das System umfasst: eine Erfassungsvorrichtung zum Detektieren von Objekten nahe dem gefahrenen Fahrzeug, wobei die Erfassungsvorrichtung Signale liefert, die zum Bestimmen einer Lücke zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt konfiguriert sind; und einen Controller, der die Signale empfängt, die die Lücke zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt identifizieren, wobei der Controller selbstständig die Lenkung des Fahrzeugs zum Rückwärts-Einparken des gefahrenen Fahrzeugs steuert; wobei der Controller eine erste bogenförmige Bewegungsbahn zwischen einer ersten Position und einer Zwischenposition bestimmt, wobei die erste bogenförmige Bahn zusammenwirkend aus mindestens einer Klothoide und einem Kreisbogen gebildet ist, und wobei der Controller eine zweite bogenförmige Bewegungsbahn zwischen einer zweiten Position und der Zwischenposition bestimmt, wobei die zweite bogenförmige Bahn zusammenwirkend aus mindestens einer Klothoide und einem Kreisbogen gebildet ist, wobei die erste bogenförmige Bahn zur zweiten bogenförmigen Bahn in der Zwischenposition komplementär ist, um ein Rückwärtslenkmanöver mit geglättetem Übergang von der ersten Position in die zweite Posi tion zu bilden, und wobei der Controller das Rückwärtslenkmanöver mit geglättetem Übergang verwendet, um das gefahrene Fahrzeug selbstständig rückwärts einzuparken, wobei die Erfassungsvorrichtung eine Erfassungsvorrichtung auf Ultraschallbasis, und/oder eine Erfassungsvorrichtung auf Radarbasis, und/oder eine Erfassungsvorrichtung auf Bildbasis umfasst, ferner vorzugsweise umfassend eine elektrische Servolenkvorrichtung zum selbstständigen Erzeugen eines Lenkdrehmoments für die lenkbaren Fahrer.