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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Umfelderfassungssensorik zur Aufnahme von Umfelddaten mit zugeordneter Steuerungseinrichtung zur Ermittlung von Geometriedaten einer Parklücke sowie zur Berechnung einer Trajektorie für einen Einparkvorgang.
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Moderne Kraftfahrzeuge verfügen häufig über ein den Einparkvorgang unterstützendes Fahrerassistenzsystem. Das Fahrerassistenzsystem umfasst respektive ihm zugeordnet ist eine Umfelderfassungssensorik umfassend mehrere Sensoren, vorzugsweise Ultraschallsensoren, die bei Betrieb des Assistenzsystems Umfelddaten ermitteln, also Daten insbesondere in Bezug auf Gegenstände in der näheren Umgebung des Kraftfahrzeugs. Diese Umfelddaten werden einer Steuerungseinrichtung, die Teil des Fahrerassistenzsystems ist, gegeben. Die Steuerungseinrichtung ist nun in der Lage, gestützt auf die erfassten Umfelddaten zu ermitteln, ob eine Parklücke benachbart zum Fahrzeug gegeben ist, zu welcher die Steuerungseinrichtung dann auch entsprechende Geometriedaten ermittelt. Diese Geometriedaten beschreiben die Größe der der Parklücke, also insbesondere deren Länge und Breite. In diese Ermittlung gehen die aufgenommenen Umfelddaten, die beispielsweise benachbarte parkende Kraftfahrzeuge, die die Parklücke in ihrer Länge begrenzen, oder Bordsteinkanten oder Wände, die die Parklücke in ihrer Breite begrenzen, beschreiben, ein.
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Gestützt auf die Geometriedaten der Parklücke ist die Steuerungseinrichtung des Weiteren in der Lage, eine Trajektorie für den Einparkvorgang zu ermitteln, also eine Ideallinie, längs welcher das Fahrzeug am besten fahren sollte, um, möglichst in einem Zug und ohne zusätzliches Rangieren, in die Parklücke einzufahren und sich in dieser möglichst exakt zu positionieren. In diese Trajektorieermittlung geht selbstverständlich auch die erfasste Ist-Position des Fahrzeugs relativ zur Parklücke ein.
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Je nachdem, wie das Fahrerassistenzsystem ausgelegt ist, kann es den Fahrer während des Einparkvorgangs unterstützen, indem an einem fahrzeugseitigen Display eine Bilddarstellung ausgegeben wird, die einerseits die Parklücke zeigt, und die andererseits die ermittelte Trajektorie als Liniendarstellung zeigt. Der Fahrer kann nun versuchen, selbstlenkend dieser Trajektorie zu folgen, gegebenenfalls unterstützt durch eine zusätzliche Einblendung des prognostizierten Fahrwegs in Abhängigkeit des erfassten Lenkwinkeleinschlags. Alternativ zur assistenzseitigen Unterstützung kann das Fahrerassistenzsystem so ausgelegt sein, dass es den folgenden Einparkvorgang vollautomatisch vornimmt, das heißt, dass der Fahrer nicht selbsttätig lenken muss, sondern die entsprechende Lenkung über die Steuerungseinrichtung und entsprechende, der Lenkeinrichtung zugeordnete Stellelemente automatisiert erfolgt.
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Handelt es sich um ein Fahrerassistenzsystem, das den Fahrer lediglich unterstützt, der Fahrer also während des Einparkvorgangs selbst lenken muss, so werden ihm über das Fahrerassistenzsystem hilfreiche optische und akustische Informationen betreffend den anstehenden respektive den laufenden Einparkvorgang gegeben. Gleichwohl ist es, insbesondere für ungeübte oder ängstliche Fahrer, schwierig, der Ideallinie, also der dargestellten Trajektorie durch eigene Lenkbewegungen zu folgen. Häufig wird zu Beginn des Einparkvorgangs zu stark eingeschlagen, so dass das Fahrzeugheck bei einem Rückwärtseinparkvorgang zu steil in die Parklücke fährt, so dass das Fahrzeug auf den Bordstein fährt. Häufig wird auch nach dem Einfahren in die Parklücke zu früh oder zu stark gegengelenkt. Hieraus resultiert, dass das Fahrzeug häufig nicht in einem Zug in die Parklücke eingeparkt werden kann bzw. ungenügend in dieser positioniert ist, so dass diverse Rangiervorgänge erforderlich sind, um dies zu korrigieren.
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Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein Kraftfahrzeug anzugeben, das den Fahrer bei einem Einparkvorgang, bei dem der Fahrer selbst lenken muss, besser unterstützt.
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Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass zumindest ein Stellelement zur Begrenzung des maximalen Einschlagwinkels der lenkbaren Räder vorgesehen ist, das über die Steuerungseinrichtung während eines laufenden Einparkvorgangs, während dem der Fahrer selbständig lenkt, unter Berücksichtigung der ermittelten Trajektorie sowie der laufend erfassten Position des Kraftfahrzeugs ansteuerbar ist.
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Das Fahrerassistenzsystem des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs unterstützt den Fahrer vorteilhafterweise dahingehend, dass der maximale Einschlagwinkel in der Richtung, in der die Räder, der ermittelten Trajektorie folgend, einzuschlagen sind, begrenzt wird. Hierzu wird unter Berücksichtigung der ermittelten Trajektorie sowie der laufend erfassten Position des Kraftfahrzeugs der maximal zulässige Ist-Einschlagwinkel ermittelt, den der Fahrer einlenken darf, um der ermittelten Trajektorie zu folgen. Beginnt der Fahrer also einen Rückwärtseinparkvorgang, im Rahmen dessen das Fahrzeug in eine rechts des Fahrzeugs befindliche Parklücke gesteuert werden soll, so ist das Lenkrad zunächst im Uhrzeigersinn zu drehen, um die lenkbaren Vorderräder nach rechts einzuschlagen. Der Einschlagwinkel wird nun erfindungsgemäß begrenzt, auf den Winkel, der einzuschlagen ist, damit das Fahrzeug bezogen auf die momentane Ist-Position des Fahrzeugs exakt der Trajektorie folgt. Der Einschlagwinkel wird mit beginnender Rückwärtsfahrt, während welcher sich zwangsläufig die Position des Fahrzeugs verändert und folglich sich das Fahrzeug auf einem anderen Punkt der Trajektorie befindet, kontinuierlich angepasst, das heißt, er kann vergrößert oder verkleinert werden, je nachdem wie es die Ist-Position und die Trajektorie erfordert. Ab einem bestimmten Punkt ist ein Gegenlenken erforderlich, das heißt, die Räder sind in die andere Richtung einzuschlagen. Auch in diesem Fall erfolgt die entsprechende Begrenzung des Einschlagwinkels, um der Ideallinie, also der Trajektorie, zu folgen.
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Das heißt, dass folglich die Lenkbewegungen des Fahrers in der jeweiligen Einschlagrichtung positions- und trajektorieabhängig begrenzt werden, so dass der Fahrer letztlich nicht „überlenken” kann, mithin also nicht zu steil in die Parklücke einfahren kann und Ähnliches. Schlägt der Fahrer nicht bis zum maximalen Einschlagwinkel ein, so folgt er natürlich nicht der idealen Trajektorie, in diesem Fall greift das Fahrerassistenzsystem nicht lenk- bzw. einschlagwinkelbegrenzend ein.
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Das Fahrerassistenzsystem ist dazu ausgelegt, wenn der Fahrer beispielsweise zu Beginn des Einparkvorgangs maximal eingelenkt hat, und wenn sich mit Beginn der Rückwärtsfahrt der maximale Einschlagwinkel verkleinert, die erforderliche „Rücklenkbewegung” aktiv zu unterstützen, mithin also über das ansteuerbare Stellelement letztlich aktiv unterstützend den Lenkwinkel zu verändern und so den Fahrer unterstützend aktiv in die Parklücke längs der Ideallinie, also der Trajektorie, zu führen. Das heißt, dass der Fahrer letztlich maximal einlenken kann und über das Fahrerassistenzsystem, trotz der Selbstlenkung durch den Fahrer, quasi stets „entlang” des maximalen, sich kontinuierlich anpassenden Einschlagwinkels in die Parklücke geführt wird.
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Das ansteuerbare Stellelement selbst kann der Lenkeinrichtung zugeordnet sein. Handelt es sich um eine mechanische Lenkeinrichtung, so kann das Stellelement an der Lenksäule oder dem Lenkgetriebe angreifen. Handelt es sich um ein steer-by-wire-System, so kann als Stellelement der elektromechanische Aktor, der der Radlenkung dient, verwendet werden.
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Alternativ zur lenkeinrichtungsseitigen Zuordnung des Stellelements kann das Stellelement im Falle einer mechanischen Lenkeinrichtung auch einem der lenkbaren Räder zugeordnet sein, wobei in einem solchen Fall auch beiden vorderen Rädern jeweils ein ansteuerbares Stellelement zugeordnet sein kann.
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Der Einschlagwinkel kann erfindungsgemäß sowohl bei einer Rückwärtsfahrt als auch bei einer Vorwärtsfahrt begrenzbar sein. Häufig wird nicht nur rückwärts eingeparkt, sondern, insbesondere bei größeren Parklücken, mitunter auch vorwärts. Eine Vorwärtsfahrt im Rahmen eines Einparkvorgangs ist auch dann häufig erforderlich, wenn der Fahrer im Rahmen eines ursprünglichen Rückwärtseinparkvorgangs nicht entlang der Ideallinie eingeparkt hat und er gezwungen ist, durch eine Vorwärtsfahrt zu rangieren. Das Fahrerassistenzsystem ist in der Lage, auch zu dieser Fahrtrichtung eine entsprechende Trajektorie zu ermitteln und eine entsprechende Einschlagwinkelbegrenzung vorzunehmen, so dass das Fahrerassistenzsystem z. B. selbst im Rahmen eines solchen Rangiervorgangs unterstützend tätig werden kann.
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Schlägt der Fahrer zu Beginn eines Einparkvorgangs nicht soweit ein, dass er den maximalen, begrenzten Einschlagwinkel erreicht, und beginnt er den Einparkvorgang, so fährt er zwangsläufig nicht auf der ursprünglich ermittelten Trajektorie. Das Fahrerassistenzsystem ist nun in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung in der Lage, in Abhängigkeit des Ist-Fahrwegs die Trajektorie laufend neu zu ermitteln und auch den sich unter Berücksichtigung der Ist-Position des Fahrzeugs aus der angepassten Trajektorie ergebenden maximalen Einschlagwinkel laufend anzupassen. Häufig kann das Fahrzeug, auch wenn zu Beginn des Einparkvorgangs nicht entlang der Ideallinie gefahren wird, auch längs einer sich ändernden Ideallinie noch in die Parklücke gesteuert werden und in dieser exakt positioniert werden. Das Fahrerassistenzsystem ist nun in der Lage, die Trajektorie kontinuierlich entsprechend anzupassen, soweit dies abhängig natürlich vom laufenden Einparkvorgang möglich ist. In entsprechender Weise wie die Trajektorie nachgeführt wird, wird auch der maximale Einschlagwinkel laufend nachgeführt, so dass der Fahrer, wenn er trotz nicht optimalem Beginn des Einparkvorgangs quasi noch auf die angepasste Trajektorie „einschwenkt”, noch entsprechend unterstützt in die Parklücke geführt werden kann.
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Stellt das Fahrerassistenzsystem grundsätzlich während des laufenden Einparkvorgangs fest, dass der Fahrer, weil der gegebenen Trajektorie nicht folgend, nicht ideal respektive hinreichend unterstützt einparken kann, kann an einem Display oder dergleichen ein entsprechender Warnhinweis ausgegeben werden, der den Fahrer darauf hinweist.
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In gleicher Weise kann der Fahrer natürlich auch über einen optischen oder akustischen Hinweis darüber informiert werden, dass er zu gering eingeschlagen hat. Stellt das Fahrerassistenzsystem zu Beginn des Einparkvorgangs fest, dass der Einschlagwinkel kleiner als der maximal begrenzte Einschlagwinkel ist, und wird ferner festgestellt, dass der Einparkvorgang begonnen wird, so kann dem Fahrer eine optische oder akustische Information gegeben werden, dass er stärker einschlagen soll, um ihn hierüber quasi aktiv auf die Trajektorie „zu führen”.
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Im Rahmen der Erfassung der Umfelddaten können beliebige Informationen erfasst werden, die die Ermittlung der Parklückengeometrie ermöglichen. Üblicherweise handelt es sich hierbei um Daten betreffend die Parklücke begrenzende Gegenstände wie bereits parkende Fahrzeuge, Pflanzkübel, Bäume, Straßenpfosten, Bordsteinkanten etc. Dies ist über die Erfassungssensorik, üblicherweise Ultraschallsensoren oder Kameras, und eine entsprechende Datenverarbeitung ohne weiteres möglich.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
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1 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs sowie den Ablauf eines Einparkvorgangs längs einer ersten Trajektorie, und
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2 eine Prinzipdarstellung entsprechend 1 unter Darstellung eines Einparkvorgangs längs einer zweiten Trajektorie.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug 1, umfassend ein Fahrerassistenzsystem 2 zur Unterstützung eines Einparkvorgangs. Dieses Fahrerassistenzsystem 2 umfasst eine Umfeldsensorik 3, wobei hier vorder- und rückseitige Sensoren vorgesehen sind, die der Erfassung von Umfelddaten dienen. Diese Umfelddaten werden einer Steuerungseinrichtung 4 als Teil des Fahrerassistenzsystems 2 gegeben, die anhand der Umfelddaten in der Lage ist, Geometriedaten einer Parklücke zu ermitteln, worauf nachfolgend noch eingegangen wird.
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Das Fahrerassistenzsystem 2 umfasst ferner ein Stellelement 5, das über die Steuerungseinrichtung 4 ansteuerbar ist und das der Lenkeinrichtung 6 zugeordnet ist. Über die Lenkeinrichtung 6, hier dargestellt über ein Lenkrad 7, eine Lenksäule 8 sowie eine Zahnstange 9, sind die vorderen Räder 10 des Kraftfahrzeugs 1 lenkbar. Das Stellelement 5, das hier exemplarisch auf die Lenksäule 8 wirkt, ist in der Lage den Einschlagwinkel der Räder 10, also den Lenkwinkel zu begrenzen. Das heißt, dass der Fahrer über das Lenkrad 7 nur so weit einschlagen kann, bis ein über die Steuerungseinrichtung 4 ermittelter maximaler Einschlagwinkel der Räder 10 erreicht ist. Sodann kann das Lenkrad 7 nicht weiter verdreht werden.
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Die Steuerungseinrichtung 4 ist nun in der Lage, anhand der über die Umfelderfassungssensorik 3 gelieferten Daten eine Parklücke 11 zu erfassen sowie entsprechende Geometriedaten zu der Parklücke zu ermitteln. Diese Geometriedaten umfassen insbesondere Informationen betreffend die Länge der Parklücke sowie die Breite. Die gelieferten Umfelderfassungsdaten sind entsprechende Informationen zu die Parklücke 11 begrenzende Kraftfahrzeuge 12, wie vorliegend gezeigt, sowie einer Bordsteinkante 13 und Ähnliches.
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Des Weiteren ist die Steuerungseinrichtung 4 in der Lage, die Ist-Position des Kraftfahrzeugs 1 relativ zur Parklücke 11 zu ermitteln und unter Berücksichtigung derselben eine Trajektorie 14, also eine ideale Fahrlinie zu ermitteln, längs welcher das Kraftfahrzeug 1 idealerweise in die Parklücke 11 fahren sollte, um das Kraftfahrzeug 1 in einem Zug optimal in der Parklücke 11 einzuparken. Diese ermittelte Trajektorie in Verbindung mit der Parklücke kann dem Fahrer beispielsweise an einem fahrzeugseitigen Display oder Ähnlichem visualisiert werden.
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Gestützt auf die ermittelte Trajektorie 14 in Verbindung mit der Ist-Position des Kraftfahrzeugs 1 ist die Steuerungseinrichtung nun des Weiteren in der Lage, zu jedem Punkt der Trajektorie den maximal zulässigen respektive den benötigten Einschlagwinkel der Räder 10 zu bestimmen, der erforderlich ist, also vom Fahrer einzulenken wäre, um exakt auf der Trajektorie 14 zu fahren.
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In 1 sind vier ausgezeichnete Trajektoriepunkte I, II, III und IV dargestellt, sowie die entsprechenden, in Diagrammform dargestellten begrenzten Radeinschlagwinkel, jeweils mit αmax angegeben. Beginnt der Fahrer den Einparkvorgang und ist das Fahrerassistenzsystem aktiviert, soll es also unterstützen, so muss der Fahrer das Lenkrad zunächst nach rechts drehen, um die vorderen Räder 10 nach rechts einzuschlagen. Der maximal zulässige Einschlagwinkel, der einzuschlagen ist, um exakt der Trajektorie 14 zu folgen, ist im Punkt I relativ groß, da das Fahrzeug mit dem Heck in die Parklücke 11 einfahren muss. Dies ist im zugehörigen Diagramm I dargestellt.
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Im Punkt II ist der Einschlagwinkel zu verkleinern, das heißt, dass der maximal zulässige Einschlagwinkel abnimmt, wie im Diagramm II deutlich dargestellt.
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Die Trajektorie 14 weist wie üblich einen Wendepunkt auf, in dem die Einschlagrichtung der Räder 10 in die entgegengesetzte Richtung geändert wird. Im Punkt III sind, siehe das zugehörige Diagramm III, die Räder entsprechend nach links gelenkt, wobei wiederum der maximale respektive der erforderliche Einschlagwinkel zum Folgen der Trajektorie dargestellt ist.
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Im Punkt IV sind die Räder sodann weniger stark einzuschlagen, um der Trajektorie bis in die Endposition zu folgen.
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Die Steuerungseinrichtung 4 steuert nun das Stellelement 5 so an, dass unter Berücksichtigung der gegebenen Ist-Position des Fahrzeugs der maximal mögliche Einschlagwinkel der Räder 10 so begrenzt ist, dass das Fahrzeug exakt der Trajektorie 14 folgen würde. Das heißt, dass der Fahrer letztlich nicht „überlenken” kann. Schlägt der Fahrer also ein, so wird die Lenkbewegung entsprechend begrenzt. Dem Fahrer bleibt es jedoch unbenommen, weniger stark einzuschlagen, das heißt, dass letztlich eine Begrenzung nur in einer Richtung erfolgt.
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Da der jeweils benötigte maximale Einschlagwinkel, aus der Form der Trajektorie folgend, sich während der Rückwärtsfahrt laufend ändert, ist das Fahrerassistenzsystem in der Lage, über das Stellelement aktiv „mitzulenken”. Dies natürlich nur, wenn der Fahrer zu Beginn der Fahrt maximal zulässig eingeschlagen hat. Denn verkleinert sich mit Beginn der Rückwärtsfahrt der maximal zulässige Lenkwinkel, so wird über das Stellelement 5 die Lenkung aktiv nachgeführt. Der Fahrer kann also quasi das Lenkrad zu Beginn maximal einschlagen und sodann stets am maximalen Einschlag bleiben, nachdem das System in diesem Fall den Einschlag respektive Lenkwinkel korrigiert. Am Wendepunkt kann der Fahrer sodann in die andere Richtung lenken, wobei auch dort die Winkelbegrenzung greift, so dass der Fahrer auch dann quasi stets „entlang” des maximalen Einschlagwinkels lenken kann, da ihn das System quasi nachführt. Der Fahrer merkt dies an der aus der Aktivität des Stellelements resultierenden Lenkradbewegung. Dies erfolgt jedoch nur, wenn der Fahrer eben zumindest zu Beginn den maximal zulässigen Einschlagwinkel wählt. Schlägt er nicht dementsprechend stark ein, so fährt er quasi seine eigene Linie, eine Führung entlang der Trajektorie 14 über das Fahrerassistenzsystem erfolgt dann durch die erfindungsgemäße Einschlagwinkelbegrenzung nicht.
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In diesem Fall verlässt der Fahrer bereits zu Beginn des Einparkvorgangs die ausgehend von einer Anfangsposition ermittelte Trajektorie 14. Das Fahrerassistenzsystem 2 ist nun in der Lage, kontinuierlich eine solche Änderung zu erfassen respektive stets die ermittelte Trajektorie anzupassen respektive nachzuführen. Im gezeigten Beispiel ist exemplarisch eine zweite Trajektorie 15 gestrichelt dargestellt, längs welcher das Fahrzeug ebenfalls korrekt in die Parklücke 11 eingeparkt werden kann, welcher Trajektorie 15 jedoch andere maximale trajektorie- und Ist-positionsbezogene Einschlagwinkel zugeordnet sind. Der Fahrer kann nun durch entsprechend starkes Einschlagen wiederum den maximal begrenzten, der Trajektorie 15 zugeordneten Einschlagwinkel einlenken und sodann der Trajektorie folgend wiederum aktiv geführt werden.
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Zu dieser Trajektorie 15 sind in 2 die entsprechenden maximalen Einschlagwinkel, jeweils mit αmax angegeben, dargestellt, und zwar, vergleichbar zu den Punkten I–IV über die Trajektoriepunkte V, VI, VII und VIII.
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Ersichtlich ist der maximale Einschlagwinkel zum Punkt V deutlich größer als der maximale Einschlagwinkel zum vergleichbaren Punkt I, resultierend aus dem Umstand, dass das Fahrzeug 1 bereits zu weit nach hinten gefahren ist und infolgedessen deutlich steiler in die Parklücke 11 einfahren muss.
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Im wendepunktnahen Bereich des Punktes VI ist der Einschlagwinkel, siehe das Diagramm zu VI, etwas kleiner als zum vergleichbaren Punkt II, während der Einschlagwinkel im Punkt VII, wo stark gegengelenkt werden muss, wiederum etwas größer ist als im vergleichbaren Punkt III.
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Im Punkt VIII befindet sich der Fahrer auf einem vergleichbaren Trajektoriepunkt wie dem Punkt IV zur Trajektorie 14, so dass hier der Lenkwinkel gleich wäre.
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Grundsätzlich ist das Fahrerassistenzsystem 2 in der Lage, zu jedem Zeitpunkt die entsprechende Trajektorie anzupassen, wenn der ermittelte Ist-Einschlagwinkel nicht dem maximalen respektive begrenzten Einschlagwinkel, der zum Folgen der ermittelten Trajektorie erforderlich wäre, entspricht. In entsprechender Weise werden dann auch die sich dann ändernden begrenzten Einschlagwinkel nachgeführt, so dass dem Fahrer, sofern aufgrund der Ist-Situation möglich, stets der maximale Einschlagwinkel begrenzt wird, unabhängig davon, ob der Fahrer nun so weit einschlägt oder nicht.
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Sofern der Fahrer der ermittelten Trajektorie nicht folgt, kann die Situation eintreten, dass sich das Fahrzeug bereits so weit bewegt hat, dass ein idealer Einparkvorgang nicht mehr möglich ist, mithin also das Fahrerassistenzsystem 2 keine Trajektorie mehr ermitteln kann respektive nicht in einem Zug eingeparkt werden kann. Das Fahrerassistenzsystem kann dann einen entsprechenden Warnhinweis an den Fahrer ausgeben, der ihm am Display oder akustisch gegeben werden kann. Setzt der Fahrer seine Fahrt dennoch fort und ist er sodann gezwungen, über eine Vorwärtsfahrt zu rangieren und den Einparkvorgang zu korrigieren, so kann das Fahrerassistenzsystem auch für diese Vorwärtsfahrt eine entsprechende Trajektorie ermitteln. Denn einerseits ist die Parklückengeometrie bekannt, andererseits die Fahrzeug-Ist-Position, so dass die entsprechende Ideallinie ermittelt werden kann. Zu dieser werden sodann selbstverständlich wieder die entsprechenden maximalen begrenzten Einschlagwinkel ermittelt, so dass der Fahrer auch im Falle einer Rangierbewegung die maximale Lenkwinkelbegrenzung erfahren kann.
