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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs in einer Navigationsumgebung, insbesondere in einer Parkumgebung, sowie ein Kraftfahrzeug.
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Kraftfahrzeuge werden häufig in örtlich begrenzten Navigationsumgebungen betrieben, für die ein klassisches Beispiel Parkumgebungen, insbesondere Parkhäuser oder Parkplätze mit einer Vielzahl von Abstellplätzen, sind. Um den Gesamtverkehr innerhalb der Navigationsumgebungen zu verbessern sowie eine bessere Orientierung für Fahrer innerhalb der Navigationsumgebungen bereitzustellen, ist es bereits bekannt, dem Kraftfahrzeug Navigationskarten für die entsprechende Navigationsumgebung, insbesondere Parkumgebung, über eine zentrale Recheneinrichtung, die der Navigationsumgebung zugeordnet ist und als Server dienen kann. Es sind auch Backend-Lösungen als Dienste denkbar, die mehreren Navigationsumgebungen zugeordnet sind und Navigationskarten für diese vorhalten und Kraftfahrzeugen bereitstellen können. Kommunikationsverbindungen zwischen Kraftfahrzeugen und derartigen Recheneinrichtungen können beispielsweise über Automotive-WLAN hergestellt werden, wobei auch Verbindungen über das Mobilfunknetz und/oder das Internet denkbar sind. Die Navigationskarte kann von einem Navigationssystem des Kraftfahrzeugs genutzt werden, um die Orientierung in der Navigationsumgebung zu verbessern, beispielsweise, um den Fahrer zu einem freien Abstellplatz zu führen, der gegebenenfalls ebenso von einer zentralen Recheneinrichtung zugewiesen werden kann oder von einem Fahrer, beispielsweise an einer Mensch-Maschine-Interface des Kraftfahrzeugs, gewählt werden kann.
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Navigationsumgebungen, insbesondere Parkumgebungen, zeichnen sich häufig dadurch aus, dass ein begrenzter, optimal zu nutzender Bauraum, beispielsweise für Abstellplätze, gegeben ist, so dass es, beispielsweise in Parkhäusern, häufig zu Engstellen kommt, in denen das Rangieren von Kraftfahrzeugen erschwert ist. Beispielsweise besteht das Risiko, dass es zu einer Kollision mit Objekten kommt, insbesondere Säulen, Wänden und ähnlichen statischen oder nur zeitweise vorhandenen Hindernissen.
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Um Kollisionen in einem Kraftfahrzeug zu vermeiden, wurden als Sicherheitssysteme bereits Systeme zur Kollisionsvermeidung und/oder Kollisionsfolgenminderung (Kollisionsschutzsysteme) vorgeschlagen. Funktionen zur Kollisionsvermeidung basieren auf Sensordaten, die mit im Kraftfahrzeug verbauten Sensoren aufgenommen werden. Das Umfeld des Kraftfahrzeugs wird mit Hilfe der verbauten Umfeldsensorik, beispielsweise Kameras, Ultraschallsensoren und Radarsensoren, abgetastet, so dass durch eine Fusion der Sensordaten ein Modell des lokalen Umfelds geschaffen werden kann, insbesondere also ein Umfeldmodell, das gemeinsam mit Egodaten über das Kraftfahrzeug selbst, die die aktuelle und gegebenenfalls zu erwartende Eigenbewegung des Kraftfahrzeugs beschreiben, potentielle Kollisionen vorausberechnet werden können, beispielsweise mithin verschiedenen Objekten im Umfeldmodell Kollisionswahrscheinlichkeiten zugeordnet werden können.
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Wurde eine Kollisionsgefahr festgestellt, übersteigt also beispielsweise die Kollisionswahrscheinlichkeit einen Schwellwert, können durch Eingriffe in andere Fahrzeugsysteme Aktionen durchgeführt werden, um diese Kollision zu vermeiden, insbesondere Lenkeingriffe und/oder Bremseingriffe.
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Die im Kraftfahrzeug verbaute Umfeldsensorik bildet auch die Grundlage für zur voll- oder teilautomatischen Führung des Kraftfahrzeugs ausgebildete Fahrzeugsysteme, bei denen mithin die Längs- und die Querführung des Kraftfahrzeugs automatisiert sind. Durch derartige zur voll- oder teilautomatischen Führung des Kraftfahrzeugs ausgebildete Fahrzeugsysteme können an kritischen Stellen, insbesondere in Navigationsumgebungen, Rangiervorgänge angestoßen werden, um beispielsweise das Kraftfahrzeug automatisiert durch Engstellen und dergleichen zu führen.
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Derartige vollständig automatisierte Fahrmanöver von Kraftfahrzeugen an manuell schwieriger zu überwindenden Streckenabschnitten, insbesondere Engstellen, erweisen sich jedoch sowohl in der Planung als auch in der Durchführung in heutigen Kraftfahrzeugen als kompliziert. Als klassischer und auch bereits in Serie erhältlicher Unterstützungsmechanismus bei Rangiervorgängen sind automatische Einparkvorgänge in Längs- und Querparklücken bekannt, welche auch als „Pilotiertes Einparken“ bezeichnet werden. Hierbei kann vorgesehen sein, dass während einer Vorbeifahrt die Zielparklücke vermessen und klassifiziert wird, wonach mit der Aktivierung der Einparkfunktion der Fahrer die Auswahl der Zielparklücke bestätigt und seine Absicht zur vollautomatischen Unterstützung beim Einparken kundtut. Auf diese Weise ist also eine Zielposition bekannt, in die das Kraftfahrzeug verbracht werden soll.
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Bei anderen Rangiermanövern in Navigationsumgebungen ist jedoch eine solche Bestimmung einer Zielposition nicht automatisch möglich. Dies liegt zum einen darin begründet, dass die beschränkte Reichweite der Umfeldsensoren des Kraftfahrzeugs bzw. die eingeschränkte Güte der Sensordaten keine vollständige Einsicht in das Szenario zulässt, beispielsweise vor dem Umfahren von Kurven und dergleichen. Zudem erweist sich auch eine generische Klassifikation von Engstellen bezüglich Zielpositionen aufgrund der zeitlichen Veränderung des Szenarios bei der Bewegung durch dieses als zumindest schwierig, wenn nicht unrealisierbar. Eine Einbindung des Fahrers ist aufgrund der komplexen bzw. sich dynamisch verändernden Möglichkeiten nicht auf einem abstrakten Level möglich, so dass der Fahrer kontinuierlich im Prozess eingebunden werden müsste.
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DE 10 2011 109 492 A1 offenbart eine Fahrunterstützungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug zur Unterstützung der Befahrung enger Fahrwege mit einer Datenerfassungseinheit zur Erfassung der Daten einer zurückgelegten Wegstrecke aus Rad- und Lenkwinkelsensoren und einer Speichereinheit zur Aufzeichnung der Wegstreckendaten sowie mit einer Ansteuereinheit zur Ansteuerung des Kraftfahrzeugs auf der Grundlage der aufgezeigten Wegstreckendaten zum Abfahren der aufgezeichneten Wegstrecke in gleicher oder umgekehrter Richtung. Dies bezweckt eine Fahrunterstützungsvorrichtung wesentlich flexibler zu gestalten, um einen Ein- und Ausparkvorgang unter unterschiedlicheren Umständen zu ermöglichen. Dabei ist eine digitale Karteneinheit vorgesehen, welche Digitalkartendaten, die Informationen über die Straßentopologie sowie Strassenklassendaten und zusätzliche Umgebungsdaten von Gebäuden oder ähnlichen Hindernissenumfassen. Eine drahtlose Telekommunikationseinrichtung kann zum Nachladen der Digitalkartendaten vorgesehen sein.
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DE 10 2009 047 264 A1 betrifft ein Verfahren zur Unterstützung eines Fahrers eines Fahrzeugs bei einem Fahrmanöver. Ein derartiges Fahrmanöver kann ein Einparkvorgang in einem Parkhaus sein, wozu eine Umfeldkarte mit Information zur Parkplatzbelegung des Parkhauses an ein Fahrerassistenzsystem übermittelt werden kann. Mithilfe dieser Parkplatzbelegungsinformationen kann der Fahrer dann wie bei einem Navigationssystem zum nächsten oder einem gewünschten freien Parkplatz gelotst oder dorthin automatisiert geführt werden. Wenn ein freier Parkplatz links oder rechts vom Fahrzeug erkannt wird, kann das Einfahren in den freien Parkplatz erfolgen, indem aus einer bereits gefahrenen Trajektorie und/oder aus Daten der Umgebung eine Fahrtrichtung für eine Kurve bestimmt und ein Hinweis an den Fahrer zum Ermöglichen eines Abbiegens mit so wenig Rangierzügen wie möglich ausgegeben oder ein entsprechender automatischer Lenkeingriff durchgeführt wird.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Fahrer beim Rangieren in einer Navigationsumgebung zu unterstützen, insbesondere beim Durchfahren von Engstellen oder sonstigen schwierigen Rangieraufgaben.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs in einer Navigationsumgebung vorgesehen, das sich durch folgende Schritte auszeichnet:
- - Empfang einer digitalen, befahrbare und nichtbefahrbare Bereiche beschreibenden Navigationskarte der Navigationsumgebung von einer zentralen, der Navigationsumgebung zugeordneten Recheneinrichtung,
- - Empfang von der Recheneinrichtung oder Ermittlung durch ein Navigationssystem des Kraftfahrzeugs einer in der Navigationskarte enthaltenen Zielposition,
- - Berechnung einer Idealtrajektorie von der aktuellen Position des Kraftfahrzeugs zu der Zielposition unter Berücksichtigung der Navigationskarte durch das Navigationssystem,
- - Nachverfolgen einer aktuellen Position des Kraftfahrzeugs in der Navigationsumgebung,
- - bei einer fahrerseitigen Umschaltbedienaktion zumindest zeitweise automatisierte Führung des Kraftfahrzeugs auf die Idealtrajektorie, danach auf der Idealtrajektorie.
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Die Erfindung nutzt mithin aus, dass für Navigationsumgebungen, insbesondere Parkumgebungen, hochgenaue Navigationskarten existieren oder zumindest erstellt werden können, die zum einen zusätzliche Informationen, die mit Umfeldsensoren des Kraftfahrzeugs nicht zu erfassen sind, enthalten, zum anderen es aber auch ermöglichen, Zielpositionen vorzugeben oder im Kraftfahrzeug selbst festzulegen, nachdem beispielsweise bei kritischen Stellen, insbesondere Engstellen, in der Navigationskarte bekannt ist, wie sich der weitere Verlauf der befahrbaren Bereiche darstellt. Die Navigationskarte enthält also nicht nur das Netzwerk der Fahrwege, also des befahrbaren Untergrunds, in der Navigationsumgebung, sondern auch implizit oder bevorzugt explizit mögliche Zielpositionen, so dass es grundsätzlich ermöglicht wird, entlang eines zurückzulegenden Weges durch die Navigationsumgebung eine Unterstützung des Fahrers durch insbesondere vollautomatische Führung an Stellen anzubieten, die der Fahrer selbst nicht durchfahren möchte, beispielsweise, wenn es sich um Engstellen oder anderweitig schwierig manuell zu durchfahrende Szenarien handelt. Es sind auch teilautomatisierte Ansätze realisierbar, in denen der Fahrer beispielsweise durch regelmäßiges Betätigen eines Bedienelements, beispielsweise einer Taste, seine Überwachung signalisiert. Das durch das erfindungsgemäße Verfahren beschriebene Fahrerassistenzsystem geht mithin von einem grundsätzlich manuellen Betrieb des Kraftfahrzeugs innerhalb der Navigationsumgebung aus, ermöglicht es aber zu jedem Zeitpunkt, auf einen automatischen Betrieb des Kraftfahrzeugs, also insbesondere vollautomatische Längs- und Querführung, umzuschalten, indem aufgrund der bereits bekannten Zielposition die dafür nötigen Informationen bereits in Form der Idealtrajektorie vorgehalten werden können. Man kann das durch die Erfindung geschaffenen Fahrerassistenzsystem mithin als ein Mixed-Mode-System zur Unterstützung von Rangiervorgängen in kartierten Navigationsumgebungen bezeichnen.
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Die Zielposition kann dabei automatisch durch die Recheneinrichtung, beispielsweise einen Parkmanagement-Server, oder das Navigationssystem, aber auch auf einer abstrakten Ebene manuell durch den Fahrer vorgegeben werden, insbesondere abgefragt durch das Navigationssystem. Dabei sei an dieser Stelle angemerkt, dass sich das beschriebene Vorgehen nicht nur für Parkumgebungen eignet, sondern auch bei Rangiervorgängen in sonstigen Navigationsumgebungen, beispielsweise engen Innenstädten bzw. historischen Altstädten, möglich ist, wenn eine entsprechende Navigationskarte vorliegt. Dann kann die Zielposition zweckmäßig als eine typische Zielposition hinter einer voranliegenden Engstelle, wie sie aufgrund des Kartenmaterials bekannt ist, gewählt werden, so dass letztlich immer dann, wenn sich das Kraftfahrzeug einem Szenario nähert, das schwierig manuell zu manövrieren ist, eine Zielposition hinter dem Szenario gewählt werden kann, zu der die Idealtrajektorie vorgehalten wird, falls der Fahrer die Unterstützung beim dortigen Manövrieren/Rangieren erhalten möchte. Eine solche Zielposition, einmal definiert, deckt letztlich sämtliche Rangiermanöver im Bereich bis zu dieser Stelle vollständig ab.
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Die Umschaltbedienaktion wird dabei bevorzugt möglichst einfach gehalten, beispielsweise durch einfache Betätigung eines angezeigten und/oder speziell als Hardware-Bestandteil vorgesehenen Bedienelements, welches dann bevorzugt auch zur Entgegennahme einer Rückschaltbedienaktion auf manuellen Betrieb des Kraftfahrzeugs benutzt werden kann.
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Der Fahrer kann also beim erfindungsgemäßen Verfahren zu jedem Zeitpunkt auf seiner Fahrt zur Zielposition die Kontrolle an das Kraftfahrzeug übergeben oder sie selbst wieder übernehmen. Auf diese Weise werden die Vorteile von manueller Fahrt, nämlich hohe Flexibilität und Schnelligkeit, sowie voll- oder teilautomatisch geführten Teilabschnitten, also Präzision und kollisionsfreies Rangieren, kombiniert. Es können fließende Übergänge zwischen dem manuellen und dem automatischen Betriebsmodus (pilotiertem Fahrmodus) erreicht werden, insbesondere, nachdem keine Eingabe oder Überwachung der Zielvorgabe vor einzelnen Rangiermanövern notwendig ist. Die Abschnitte automatischer Führung des Kraftfahrzeugs werden optimiert vorausgeplant, so dass auch komplexe Szenarien optimal durchfahren werden können. So kann beispielsweise ein „festgefahrener Zustand“ in Engstellen durch mehrzügiges Rangieren aufgelöst werden und die Anzahl der Rangierzüge kann minimiert werden.
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Die automatische Führung des Kraftfahrzeugs entlang der Idealtrajektorie endet spätestens mit Erreichen der Zielposition, wobei dann selbstverständlich mit einer neuen Zielposition und einer neuen Idealtrajektorie fortgefahren werden kann. Wie bereits erwähnt, wird es jedoch bevorzugt, dem Fahrer auch die Möglichkeit zu geben, in den manuellen Betriebsmodus zurückzuwechseln, so dass vorgesehen sein kann, dass bei einer weiteren Bedienaktion (Rückschaltaktion) des Fahrers die automatische Führung des Kraftfahrzeugs beendet wird. Ist davon auszugehen, dass der Fahrer den Betriebsmodus zur automatischen Führung des Kraftfahrzeugs im Hinblick auf eine schwierig zu manövrierende Stelle gewählt hat, kann auch eine automatische Deaktivierung der automatischen Führung des Kraftfahrzeugs denkbar sein, insbesondere nach Verlassen eines als manuell schwieriger als andere Anteile der Idealtrajektorie navigierbar klassifizierten Idealtrajektorienabschnitts. Selbstverständlich sind grundsätzlich auch andere Abbruchkriterien als die genannten denkbar und realisierbar, wobei die Klassifizierung insbesondere im Kontext zu einer im Folgenden noch genauer zu diskutierenden Bewertungsinformation erfolgen kann.
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Dabei sei an dieser Stelle angemerkt, dass die Ermittlung von Idealtrajektorien, die der automatischen Führung des Kraftfahrzeugs zu einer Zielposition dienen, als bekannter Stand der Technik hier nicht näher dargelegt werden soll. Es sind bereits eine Vielzahl geeigneter Verfahren bekannt, um den Weg des Kraftfahrzeugs zu einer Zielposition zu planen, wenn geeignetes Kartenmaterial vorliegt.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass als die insbesondere als Belegungskarte ausgebildete digitale Navigationskarte eine zweidimensionale Karte, in der Merkmalen Höheninformationen zugeordnet sind, oder eine dreidimensionale Karte verwendet wird. Grundsätzlich zweidimensionale Karten, insbesondere Belegungskarten, bei denen Höheninformationen in der dritten, zur Fahrbahnebene senkrechten Dimension den Merkmalen und/oder Kartensegmenten zugeordnet sind, werden häufig auch als 2,5-dimensionale Karten bezeichnet. Sind Informationen über die Ausdehnung von Hindernissen in der Höhe bekannt, können diese in Beziehung mit den bekannten Abmessungen des Kraftfahrzeugs gesetzt werden, so dass auch Kollisionen mit beispielsweise überhängenden Objekten oder dergleichen vermieden werden können, mithin bei der Ermittlung der Idealtrajektorie berücksichtigt werden können.
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Die Navigationskarte ist auf besonders vorteilhafte Weise hochgenau, wobei mithin eine hohe Ortsauflösung, was die Strukturen in der Navigationsumgebung angeht, bereitgestellt werden. Zweckmäßigerweise kann die Navigationskarte eine Ortsgenauigkeit von weniger als 20 cm, bevorzugt weniger als 10 cm, aufweisen. Mit derart hochgenauen Navigationskarten lässt sich auf hervorragende, sichere Weise eine Planung von Idealtrajektorien ermöglichen, die Sicherheit und Komfort während der automatischen Führung des Kraftfahrzeugs entlang der Idealtrajektorie zusichern.
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Zur Positionsbestimmung des Kraftfahrzeugs in der Navigationsumgebung und mithin auch konkret in der Navigationskarte sind im Stand der Technik bereits Lösungen bekannt, die auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können. Dabei kann beispielsweise die Umfeldsensorik des Kraftfahrzeugs genutzt werden, insbesondere Kameras und/oder Lasersensoren und/oder Radarsensoren, um speziell zur Lokalisierung in der Navigationsumgebung vorhandene Marker bzw. Markierungen und/oder geometrische Umrisse und/oder abstrakte Umgebungsmerkmale zu vermessen und korrekt zuordnen zu können. Selbstverständlich sind auch andere Positionsbestimmungsmöglichkeiten möglich, beispielsweise solche, die auf Funkmessverfahren und dergleichen beruhen. Auch volumetrische Daten können spätestens beim Nachverfolgen der Position des Kraftfahrzeugs innerhalb der Navigationsumgebung selbstverständlich berücksichtigt werden; es wurden auch bereits Navigationsumgebungen vorgeschlagen, die mit eigenen Sensoren versehen sind und die Position von in ihr bewegten Objekten mittels der zentralen Recheneinrichtung ermitteln und Kraftfahrzeugen zur Verfügung stellen können.
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Wie bereits dargelegt wurde, kann die Zielposition fahrzeugseitig manuell und/oder automatisch anhand der mögliche Zielpositionen enthaltenden Navigationskarte ermittelt werden, bei Betrieb in der Parkumgebung als Navigationsumgebung insbesondere als Abstellplatz und/oder Ausfahrt aus der Parkumgebung. Soll also die Zuweisung der Zielposition nicht serverseitig erfolgen, ist eine automatische und/oder manuelle Auswahl auch kraftfahrzeugseitig möglich, beispielsweise eine manuelle Auswahl durch den Fahrer über eine geeignete Mensch-Maschine-Schnittstelle. Gemeinsam mit den in der Navigationskarte enthaltenen Informationen über die möglichen Fahrwege erfolgt nun die initiale Ausplanung der Idealtrajektorie von der aktuellen Fahrzeugposition zur Zielposition. Es sei noch angemerkt, dass bei automatischer Auswahl einer Zielposition durch das Navigationssystem selbstverständlich individuelle, gegebenenfalls durch den Fahrer einstellbare Vorlieben berücksichtigt werden können, insbesondere bei der Auswahl von Abstellplätzen in einem Parkhaus, beispielsweise eine niedrige Stockwerkzahl und/oder eine Nähe zum Ausgang.
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Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass während der manuellen Führung des Kraftfahrzeugs kontinuierlich überwacht wird, ob ein eine zu starke Abweichung von der Idealtrajektorie anzeigendes Abweichungskriterium erfüllt ist, wobei bei Erfüllung des Abweichungskriteriums eine Neuberechnung der Idealtrajektorie erfolgt, insbesondere nach einer Ermittlung einer neuen Zielposition. Während also der Fahrer manuell sein Kraftfahrzeug zur Zielposition bewegt, wird die Position des Kraftfahrzeugs kontinuierlich nachverfolgt und überwacht und dabei beispielsweise dem nächstgelegenen Segment der Idealtrajektorie zugeordnet. Durch das Abweichungskriterium wird die Idealtrajektorie kontinuierlich auf ihre Gültigkeit überprüft, so dass gegebenenfalls eine Neuplanung angestoßen werden kann, falls die initial ermittelte Idealtrajektorie nicht mehr die optimale Strecke darstellt. Dabei kann im Rahmen des Abweichungskriteriums beispielsweise überprüft werden, wie weit von der Idealtrajektorie entfernt der Fahrer fährt, wobei allgemein gesagt ein Abstandsmaß zu der Idealtrajektorie bestimmt werden kann, welches einen Schwellwert nicht überschreiten soll. Ein solches Abstandsmaß kann auch aus einer Verbindungstrajektorie zu der Idealtrajektorie abgeleitet werden, worauf im Folgenden noch näher eingegangen werden wird. Ist die festgestellte Abweichung von der Idealtrajektorie im Abweichungskriterium von einer Art, die sogar die Gültigkeit der bisherigen Zielposition in Frage stellt, mithin der Fahrer in einem Parkhaus beispielsweise eine Abzweigung in ein anderes Parkdeck bzw. beim Ausfahren zu einer anderen Ausfahrt nimmt, kann selbstverständlich auch die Zielposition dynamisch angepasst werden, beispielsweise auf einen neuen Abstellplatz oder eine neue Ausfahrt, die die plausibelste Wahlmöglichkeit aufgrund des Verhaltens des Fahrers darstellt.
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In besonders bevorzugter Weise kann während der manuellen Führung des Kraftfahrzeugs, insbesondere im Rahmen der Überprüfung des Abweichungskriteriums, kontinuierlich eine optimale Verbindungstrajektorie von einer aktuellen Position des Kraftfahrzeugs zu der Idealtrajektorie ermittelt werden, welche bei Eintritt der Umschaltbedienaktion zur automatischen Führung des Kraftfahrzeugs auf die Idealtrajektorie genutzt wird. Aufgrund der räumlichen Abweichung durch die manuelle Führung des Kraftfahrzeugs wird immer auch eine lokale Möglichkeit ausgeplant, um auf die Idealtrajektorie zu gelangen. Auf diese Weise wird das optimale Erreichen des nächsten Idealtrajektoriensegments sichergestellt, wobei durch das ständige Vorhalten einer aktuellen Verbindungstrajektorie jederzeit schnell und einfach auf eine Umschaltbedienaktion reagiert werden kann, zudem ist aufgrund des längeren Planungshorizonts eine effizientere Ermittlung und Durchführung möglich. Eine Berechnung gemeinsam mit dem Abweichungskriterium ist sinnvoll, da die Verbindungstrajektorie letztlich beschreibt, welcher Aufwand zu bereiten ist, um zur Idealtrajektorie zu langen.
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Die Berechnung der Verbindungstrajektorie erfolgt optimiert, so dass insbesondere vorgesehen sein kann, dass die optimale Verbindungstrajektorie unter insbesondere gewichteter Berücksichtigung wenigstens eines auf ein schnelles und/oder kurzwegiges Erreichen der Idealtrajektorie abzielenden Optimierungskriteriums und/oder eines den Fahrkomfort entlang der Verbindungstrajektorie betreffenden Optimierungskriteriums und/oder eines die Fahrsicherheit entlang der Verbindungstrajektorie betreffenden Optimierungskriteriums ermittelt wird. Bevorzugt ist dabei eine gewichtete Berücksichtigung von Komfort- und Schnelligkeitskriterien, um zum einen sicherstellen zu können, dass die Idealtrajektorie möglichst bald erreicht wird, zum anderen aber der Fahrer nicht durch einen unangenehmen Fahrstil der automatischen Führung belastet wird.
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Mit besonderem Vorteil sind auch Anpassungen der Idealtrajektorie denkbar, nachdem beispielsweise durch eine Umfeldsensorik des Kraftfahrzeugs Objekte bzw. Hindernisse erkannt werden können, die in der Karte nicht eingetragen sind, beispielsweise andere Verkehrsteilnehmer, nur zeitweise vorhandene Hindernisse und dergleichen. Mithin sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, dass in Abhängigkeit einer Auswertung von Sensordaten fahrzeugeigener Sensoren (insbesondere Umfeldsensoren) eine Anpassung der Idealtrajektorie erfolgt, insbesondere im Hinblick auf eine Kollisionsvermeidung und/oder Kollisionsfolgenminderung. Das bedeutet, bei der automatisierten Führung des Kraftfahrzeugs folgt das Kraftfahrzeug zwar grundsätzlich der Idealtrajektorie, kann diese jedoch unter Berücksichtigung der aktuellen Umfeldwahrnehmung des Kraftfahrzeugs über die Umfeldsensorik, beispielsweise Ultraschallsensoren, Radarsensoren, Kameras und/oder Laserscanner, anpassen, beispielsweise, um lokale Hindernisse zu umfahren.
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Dabei ist es zweckmäßig, wenn eine minimale Abweichung von der Idealtrajektorie gewählt wird, die Kollisionen und dergleichen möglichst vermeidet.
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Wie bereits angedeutet, kann eine bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vorsehen, dass wenigstens einem Idealtrajektorienabschnitt der Idealtrajektorie eine die Schwierigkeit des manuellen Durchfahrens des Idealtrajektorienabschnitts beschreibende Bewertungsinformation zugeordnet wird. Eine derartige Bewertungsinformation erlaubt es insbesondere, den Fahrer weitergehend zu unterstützen, indem ihm Empfehlungen zum Aktivieren und/oder Deaktivieren der automatischen Führung ausgegeben werden können. So kann insbesondere vorgesehen sein, dass bei manueller Führung des Kraftfahrzeugs und Annäherung an einen eine ein Hinweiskriterium erfüllende Bewertungsinformation aufweisenden Idealtrajektorienabschnitt eine Empfehlung zur Durchführung der Umschaltbedienaktion an den Fahrer ausgegeben wird. Nähert sich das Kraftfahrzeug beispielsweise einer Engstelle, die, gegebenenfalls auch unter Berücksichtigung der speziellen, im Kraftfahrzeug bekannten Eigenschaften des Kraftfahrzeugs, kompliziert zu durchfahren ist, kann der Fahrer also empfehlend auf die Möglichkeit hingewiesen werden, diesen Abschnitt pilotiert entlang der Idealtrajektorie zurückzulegen. Somit wird die Unterstützung und Akzeptanz des hier beschriebenen Fahrerassistenzsystems weiter erhöht.
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Hinsichtlich einer Parkumgebung sei noch angemerkt, dass Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens auch vorsehen können, den Einparkvorgang auf einen Abstellplatz als Zielposition vorauszuplanen, so dass auch im Hinblick auf den Einparkvorgang die Automatisierung in Anspruch genommen werden kann.
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Neben dem Verfahren betrifft die vorliegenden Erfindung auch ein Kraftfahrzeug, aufweisend ein zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildetes Steuergerät. Sämtliche Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich analog auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug übertragen, mit welchem mithin die bereits genannten Vorteile erhalten werden können.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
- 1 einen Ablaufplan eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 2 eine Skizze einer Navigationsumgebung mit Trajektorien, und
- 3 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug.
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1 zeigt einen Ablaufplan eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei für dieses und auch im Folgenden als Navigationsumgebung eine Parkumgebung betrachtet wird, die eine Mehrzahl von Abstellplätzen für Kraftfahrzeuge enthält. Der Parkumgebung ist eine zentrale Recheneinrichtung als Server zugeordnet, so dass zwischen dem Kraftfahrzeug und der Recheneinrichtung eine Kommunikationsverbindung aufgebaut werden kann. Besteht diese, kann eine digitale Navigationskarte der Parkumgebung, hier eine dreidimensionale, als Belegungskarte ausgebildete Navigationskarte, der zusätzliche Informationen zugeordnet sind, an das Kraftfahrzeug übertragen werden. Im Schritt S1 empfängt das Kraftfahrzeug diese Navigationskarte. Die Navigationskarte ist hochgenau und weist eine Ortsgenauigkeit im Zentimeterbereich, also kleiner als 10 cm, auf. Mithin können potentielle Hindernisse und befahrbare Bereiche in hoher Ortsauflösung unterschieden werden.
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Werden Abstellplätze, also Parklücken, in der Parkumgebung seitens der zentralen Recheneinrichtung automatisiert vergeben, kann auch bereits eine einem Abstellplatz entsprechende Zielposition mit an das Kraftfahrzeug übertragen werden; es ist jedoch auch denkbar, einen Abstellplatz und mithin eine Zielposition seitens des Kraftfahrzeugs zu bestimmen, sei es wenigstens teilweise manuell durch Eingaben des Fahrers, sei es automatisch anhand bestimmter vorgegebener und/oder durch einen Fahrer anpassbarer Auswahlkriterien, wobei sich mögliche Zielpositionen aus der Navigationskarte ergeben. Diese Ermittlung der Zielposition durch Empfang oder im Kraftfahrzeug findet im Schritt S2 statt.
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Die Übertragung der Navigationskarte und gegebenenfalls der Zielposition von der zentralen Recheneinrichtung an das Kraftfahrzeug kann beispielsweise dann erfolgen, wenn das Kraftfahrzeug eine Zufahrt zu der Parkumgebung passiert, beispielsweise an einer Schranke. Spätestens mit Erhalt der Navigationskarte ist es dem Kraftfahrzeug auch möglich, seine aktuelle Position in der Parkumgebung und mithin der Navigationskarte zu bestimmen.
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2 zeigt zur genaueren Erläuterung beispielhaft eine Parkumgebung 1, beispielsweise ein Stockwerk eines Parkhauses. Entsprechend wird diese durch Wände 3 begrenzt, weitere mögliche bauliche Hindernisse sind Säulen 4. Eine Vielzahl von Abstellplätzen 5 für Kraftfahrzeuge sind vorhanden.
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In 2 ist das Kraftfahrzeug zunächst in einer Position 6 an einer Einfahrt 7 der Parkumgebung 1 gezeigt, wo es die Navigationskarte im Schritt S1 und gegebenenfalls die Zielposition im Schritt S2 empfangen kann. Die als Zielposition hier vorgegebene Zielparklücke 8 ist schraffiert markiert.
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In einem Schritt S3 wird nun seitens eines Navigationssystems des Kraftfahrzeugs eine ebenso in 2 gezeigte Idealtrajektorie 9 in die Zielparklücke 8 ermittelt. Hierfür können übliche Planungsverfahren zur Ausplanung eingesetzt werden, wobei selbstverständlich die in dem Kraftfahrzeug vorliegende Navigationskarte genutzt wird. Bereits bei dieser Bestimmung der Idealtrajektorie 9 werden Abschnitte der Idealtrajektorie 9 Bewertungsinformationen hinzugefügt, die letztlich beschreiben, wie schwierig das manuelle Durchfahren dieses Idealtrajektorienabschnitts ist. Dabei können beispielsweise Kriterien wie die Abstände zu Hindernissen, die Anzahl der Rangierzüge und dergleichen eingehen. Ein in 2 gezeigtes Beispiel ist der Idealtrajektorienabschnitt 10, bei dem aufgrund der Säule 4 eine schwieriger zu manövrierende Engstelle gegeben ist, so dass die Bewertungsinformation hier eine höhere Schwierigkeit anzeigt als beispielsweise auf den freien, gerade Teilstücke betreffenden Idealtrajektorienabschnitten 11.
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Der Fahrer des Kraftfahrzeugs bewegt ausgehend von der Position 6 nun sein Kraftfahrzeug auf einer Realtrajektorie 12, die gestrichelt dargestellt ist und ersichtlich aufgrund der manuellen Führung des Kraftfahrzeugs mehr oder weniger stark von der Idealtrajektorie 9 abweicht.
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Während dieses manuellen Betriebs des Kraftfahrzeugs wird in einem Schritt S4 ständig die aktuelle Position des Kraftfahrzeugs in der Parkumgebung 1 nachverfolgt, wobei, ebenso im Schritt S4, ständig eine Verbindungstrajektorie aktuell gehalten wird, die angibt, wie das Kraftfahrzeug schnell und komfortabel vollautomatisch auf die Idealtrajektorie 9 zurückgeführt werden kann. An der Position 13 des Kraftfahrzeugs ist eine derartige Verbindungstrajektorie 14 gepunktet angedeutet. Nachdem die Verbindungstrajektorie 14 ohnehin vorhanden und ständig aktuell gehalten ist, wird sie in einem Schritt S5 auch genutzt, um im Rahmen eines Abweichungskriteriums ein Abweichungsmaß der aktuellen Position des Kraftfahrzeugs zur Idealtrajektorie 9 zu bestimmen, gegebenenfalls auch unter weiterer Berücksichtigung zumindest eines zuletzt zurückgelegten Abschnitts der Realtrajektorie 12. Übersteigt das Abweichungsmaß einen Schwellwert, hat sich das Kraftfahrzeug also zu stark von der Idealtrajektorie 9 entfernt, beispielsweise, indem an einer Position 15 gemäß dem Pfeil 16 ein anderer Weg gewählt wurde, kann gemäß dem Pfeil 17 eine Neuberechnung der Idealtrajektorie 9 im Schritt S3 angestoßen werden. Es sind auch Fälle denkbar, in denen erkannt wird, dass die Zielposition nicht mehr gültig ist, so dass auch diese gegebenenfalls neu gewählt werden kann, vgl. hierzu den gestrichelten Pfeil 18, wobei dann mit der Ermittlung einer neuen Zielposition im Schritt S2 fortgefahren wird.
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In einem Schritt S6 wird dann überprüft, ob ein Abstandskriterium zu einem einen Schwellwert für die Schwierigkeit gemäß der Bewertungsinformation überschreitenden Idealtrajektorienabschnitt erfüllt ist, beispielsweise für den Idealtrajektorienabschnitt 10. Das Abstandskriterium zeigt also an, dass man sich einem schwierigeren Idealtrajektorienabschnitt 10 nähert, so dass in diesem Fall in einem Schritt S7 eine Empfehlung an den Fahrer ausgegeben werden kann, auf einen vollautomatischen Betrieb entlang der Idealtrajektorie 9 umzuschalten.
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Eine derartige Umschaltbedienaktion kann der Fahrer jedoch im Rahmen des hier dargestellten Ausführungsbeispiels jederzeit durchführen. Entsprechend wird in einem Schritt S8 überprüft, ob eine fahrerseitige Umschaltbedienaktion, beispielsweise eine Betätigung eines entsprechenden Bedienelements, vorliegt. Ist dies nicht der Fall, wird die Überwachung gemäß Schritt S4 fortgesetzt.
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Hat der Fahrer jedoch, wie an der Position 13, die Umschaltbedienaktion ausgeführt, wird auf eine vollautomatische Führung des Kraftfahrzeugs umgeschaltet, mithin einen vollautomatischen Betriebsmodus, in dem das Kraftfahrzeug zunächst über die Verbindungstrajektorie 14 auf die Idealtrajektorie 9 zurückgeführt wird und dann entlang dieser weitergefahren wird. Dabei werden natürlich die Sensordaten von Umfeldsensoren des Kraftfahrzeugs zur Detektion von Objekten/Merkmalen der Parkumgebung 1 eingesetzt, die gegebenenfalls nicht in der Navigationskarte enthalten waren, beispielsweise temporäre Hindernisse, so dass gegebenenfalls eine Anpassung der Idealtrajektorie 9 vorgenommen wird, um ein solches Objekt zu umfahren, die sich jedoch möglichst nahe an der ursprünglichen Idealtrajektorie 9 hält und baldmöglichst auf diese zurückkehrt.
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Dabei wird kontinuierlich überprüft, ob ein Abbruchkriterium für den vollautomatischen Betriebsmodus vorliegt, vorliegend, ob die Zielposition erreicht ist oder ob eine Rückschaltbedienaktion als weitere fahrerseitige Bedienaktion vorliegt. Ist dies der Fall, kann der Fahrer wieder die manuelle Führung des Kraftfahrzeugs übernehmen und die Überwachung gemäß Schritt S4 wird fortgesetzt.
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Im Beispiel gemäß 2 wurde die Rückschaltbedienaktion im Bereich 19 vorgenommen, was daran zu erkennen ist, dass die Realtrajektorie 12 und die Idealtrajektorie 9 wieder getrennt verlaufen. Am Anhaltepunkt 20 vor der Zielparklücke 8 hat sich der Fahrer ein weiteres Mal entschieden, auf vollautomatischen Betrieb umzuschalten, mithin die Umschaltbedienaktion durchgeführt, so dass das Kraftfahrzeug automatisch gemäß der Idealtrajektorie 9 in die Zielparklücke 8 eingeparkt wird; danach ist das Abbruchkriterium der Zielposition erreicht und der Fahrer kann sein Kraftfahrzeug abstellen.
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Selbstverständlich lässt sich das hier beschriebene Vorgehen auch auf einen Ausfahrtvorgang aus der Parkumgebung 1 übertragen, wobei als Zielposition dann eine Ausfahrt der Parkumgebung 1 gewählt wird.
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3 zeigt schließlich eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 21, welches wenigstens ein Steuergerät 22 aufweist, mit dem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann. Das wenigstens eine Steuergerät 22 ist idealerweise einem Navigationssystem des Kraftfahrzeugs 1 zugeordnet, in dem eine Trajektorienplanung auf Basis der Navigationskarte mit den ohnehin dort vorhandenen Algorithmen geplant werden kann. Die Steuerung im vollautomatischen Betriebsmodus kann durch dasselbe Steuergerät 22 oder auch ein anderes Steuergerät 22, welches dann einem getrennten Fahrzeugsystem zur vollautomatischen Führung zugeordnet sein kann, durchgeführt werden.
