DE102017004651A1

DE102017004651A1 - Verfahren zur Trajektorienplanung

Info

Publication number: DE102017004651A1
Application number: DE102017004651.4A
Authority: DE
Inventors: Oliver Maier
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2017-05-16
Filing date: 2017-05-16
Publication date: 2018-11-22
Also published as: CN108873890A; US20180334188A1

Abstract

Ein Verfahren zum Planen einer Trajektorie für ein Fahrzeug (1) umfasst die Schritte:
a) Ermitteln (S3, S4) eines konkaven und eines konvexen Randes (12, 11) einer befahrbaren Fläche (13);
b) Festlegen (S4) eines Fahrwegs (15) für ein dem konvexen Rand (11) benachbartes Rad (8) eines Anhängers (2) des Fahrzeugs (1) in einem konvexseitigen Abstand (δy_soll) von dem konvexen Rand (11);
c) Konstruieren (S5) einer ersten Direktrix (17), auf der sich ein Leitpunkt (5, 6, 21) des Fahrzeugs (1) bewegen muss, um das Rad (8) entlang des Fahrwegs (15) zu ziehen;
d) Konstruieren (S6) einer zweiten Direktrix (20), auf der sich ein zum konkaven Rand (12) benachbartes Vorderrad (3) des Fahrzeugs (1) bewegen muss, um den Leitpunkt (5, 6, 21) entlang der ersten Direktrix (17) zu ziehen;
e) Abschätzen (S7) eines konkavseitigen Abstandes (δy') zwischen dem Vorderrad (3) und dem konkaven Rand (12);
f) wenn die Differenz zwischen konkavseitigem (δy') und konvexseitigem Abstand (δy_soll) einen Grenzwert überschreitet, Annähern des konvexseitigen an den konkavseitigen Abstand (S14) und Zurückkehren zu Schritt b).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Planen einer Trajektorie für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Fahrzeug mit Anhänger, sowie Mittel zur Durchführung des Verfahrens.
Wenn ein zweiachsiges, an der Vorderachse gelenktes Fahrzeug eine Kurve durchfährt, bewegt sich die hintere Achse stets auf einem engeren Radius als die vordere. Wenn ein Fahrer dies beim Lenken des Fahrzeugs nicht berücksichtigt, kann die Flanke des Fahrzeugs mit einem Hindernis am Fahrbahnrand zusammenstoßen, eine Bordsteinkante wird überfahren o. dgl.
Ein geübter Fahrer berücksichtigt dies zumeist ohne darüber nachzudenken, indem er vor dem Einfahren in eine enge Kurve zunächst kurz gegenlenkt, um so den Abstand vom Fahrbahnrand zu erhöhen und den Radius, auf dem die Kurve durchfahren wird, zu vergrößern. Auf Grundlage der Erfahrung mit ihrem Fahrzeug fällt es den meisten Fahrern nicht schwer, eine ausreichende Stärke des Gegenlenkens abzuschätzen.
Wenn das Fahrzeug einen Anhänger zieht, dann durchlaufen die Räder des Anhängers eine Kurve auf einer Bahn, deren Radius nochmals enger ist als der der Bahn, auf der sich die Hinterachse bewegt. Dies kann den Fahrer vor Probleme stellen, da beim Fahren mit Anhänger vielfach die Erfahrung fehlt, um das Ausmaß eines erforderlichen Gegenlenkens abschätzen zu können oder der Fahrer, insbesondere beim Bewegen im fließenden Verkehr, gar nicht daran denkt, beim Kurvenfahren den Anhänger zu berücksichtigen.
Aus EP 3 031 687 A2 ist ein Fahrerassistenzsystem bekannt, das geeignet sein soll, um ein Fahrzeug mit Anhänger auf einer gekrümmten Fahrbahn zu führen. Zu diesem Zweck werden die Abweichungen eines Punkts des Fahrzeugs und eines Punkts des Anhängers von der Fahrbahnmitte erfasst, und im Falle einer Abweichung soll ein Befehl an die Lenkung des Fahrzeugs ergehen, die beide Punkte auf der Fahrbahnmitte hält. Wie dieser Befehl aussehen könnte, und insbesondere, wie das Fahrzeug gelenkt werden könnte, wenn unterschiedliche Abweichungen der beiden Punkte von der Fahrbahnmitte unterschiedliche oder eventuell gar gegenläufige Lenkmanöver erfordern, ist nicht beschrieben.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein ausführbares Verfahren anzugeben, mit dem eine Trajektorie eines Fahrzeugs mit Anhänger geplant werden kann.
Die Aufgabe wird einer Ausgestaltung der Erfindung zufolge gelöst, durch ein Verfahren mit den Schritten:

a) Ermitteln eines konkaven und eines konvexen Randes einer befahrbaren Fläche;
b) Festlegen eines Fahrwegs für ein dem konvexen Rand benachbartes Rad eines Anhängers des Fahrzeugs in einem konvexseitigen Abstand vom konvexen Rand;
c) Konstruieren einer ersten Direktrix, auf der sich ein Leitpunkt des Fahrzeugs bewegen muss, um das Rad entlang des Fahrwegs zu ziehen;
d) Konstruieren einer zweiten Direktrix, auf der sich ein zum konkaven Rand benachbartes Vorderrad des Fahrzeug bewegen muss, um den Leitpunkt entlang der ersten Direktrix zu ziehen;
e) Abschätzen eines konkavseitigen Abstandes zwischen dem Vorderrad und dem konkaven Rand;
f) wenn die Differenz zwischen konkavseitigem und konvexseitigem Abstand einen Grenzwert überschreitet, Annähern des konvexseitigen an den konkavseitigen Abstand und Zurückkehren zu Schritt b).

Das Verfahren basiert auf dem Ansatz, dass ein Fahrweg, auf dem das dem konvexen Rand benachbarte Rad (im Folgenden auch kurz als inneres Rad bezeichnet) des Anhängers einen Sicherheitsabstand zum konvexen Rand einhalten kann, für dieses Rad ein brauchbarer Fahrweg und Ausgangspunkt für die Konstruktion einer Trajektorie des Fahrzeugs sein könnte. Dieses innere Rad, ein gegenüberliegendes äußeres Rad und eine Anhängerkupplung bilden ein - im Allgemeinen gleichseitiges - Dreieck, wobei die Wege der Anhängerkupplung und des inneren Rades in einem Direktrix-Traktrix-Verhältnis stehen, das es erlaubt, ausgehend vom Fahrweg des inneren Rades den Weg der Anhängerkupplung als eine erste Direktrix zu konstruieren. Da die Anhängerkupplung auch eine feste Position relativ zum Fahrzeug innehat, definiert diese erste Direktrix gleichzeitig den Weg eines Punkts des Fahrzeugs, der wiederum in einem Direktrix-Traktrix-Verhältnis zu den Wegen von dessen lenkbaren Vorderrädern steht. Von den Wegen der Vorderräder ist hier nur der des dem konkaven Fahrbahnrand zugewandten, äußeren Vorderrades von Interesse, denn der des inneren Vorderrades verläuft zwischen den Wegen des äußeren Vorderrades und des inneren Rades des Anhängers. Um sich zu vergewissern, dass ein für Fahrzeug und Anhänger befahrbarer Weg existiert, genügt es also, zu verifizieren, dass der Weg des äußeren Vorderrades auf der befahrbaren Fläche verläuft. Um sicherzustellen, dass nicht nur ein irgendwie fahrbarer, sondern ein möglichst gut fahrbarer Weg gefunden wird, wird der konkavseitige Abstand zwischen dem äußeren Vorderrad und dem konkaven Rand abgeschätzt. Wenn dieser und der konvexseitige Abstand sich zu stark unterscheiden, dann verläuft die Trajektorie des Fahrzeugs offenbar fern von der Mitte der befahrbaren Fläche, und ein näher an der Mitte verlaufender Weg wäre im Zweifelsfall besser zu fahren. Um einen solchen nahe an der Mitte verlaufenden Weg zu finden, kann der konvexseitige Abstand an den konkavseitigen Abstand angenähert und das Verfahren auf Grundlage des geänderten konvexseitigen Abstands wiederholt werden. So wird im Laufe eventuell mehrerer Iterationen ein Weg für das Fahrzeug gefunden, der auf beiden Seiten ungefähr gleich weit von den Fahrbahnrändern entfernt verläuft.
Wenn die befahrbare Fläche zu schmal ist, kann der Fall auftreten, dass wenigstens ein Teil der mit dem oben beschriebenen Verfahren erhaltenen zweiten Direktrix außerhalb der befahrbaren Fläche liegt, d.h. dass das äußere Vorderrad des Fahrzeugs die befahrbare Fläche verlässt. Um einen solchen Fall so weit wie möglich zu verhindern, kann in dem Fall, dass wenigstens ein Teil der zweiten Direktrix außerhalb der befahrbaren Fläche liegt, der konvexseitige Abstand auf Null gesetzt und das Verfahren ab dem Schritt b) wiederholt werden.
In der Realität ist es nicht die Anhängerkupplung, die der Bewegung der Fahrzeugvorderräder auf einer Traktrix folgt, sondern die Hinterachse. In der Praxis ist dieser Unterschied aber gering und kann bei nicht zu engen Kurvendurchmessern vernachlässigt werden. Deswegen muss bei dem oben beschriebenen Verfahren die erste Traktrix auch nicht zwangsläufig für die Anhängerkupplung berechnet werden; sie kann in Bezug auf einen beliebigen Leitpunkt berechnet werden, der auf einer Strecke liegt, die sich in Fahrzeuglängsrichtung von der Anhängerkupplung zu der Hinterachse des Fahrzeugs erstreckt.
Um die Ränder der befahrbaren Fläche zu erfassen, können Bilder einer vom Fahrzeug mitgeführten Kamera ausgewertet werden.
Um die erste Direktrix zu erhalten, kann an jedem Punkt des Fahrwegs eine Gerade konstruiert werden, der den Fahrweg unter einem festen, durch die Abmessungen des Anhängers vorgegebenen Winkel schneidet. Jede solche Gerade hat in einem festen Abstand vom Schnittpunkt einen Punkt der ersten Direktrix.
Entsprechend kann die zweite Direktrix erhalten werden, indem an jedem Punkt der ersten Direktrix eine Gerade konstruiert wird, der die erste Direktrix unter einem festen, durch die Abmessungen des Fahrzeugs vorgegebenen Winkel schneidet und ein Punkt der Geraden in einem festen Abstand vom Schnittpunkt als ein Punkt der zweiten Direktrix angenommen wird.
In einem vorbereitenden Schritt kann erfasst werden, ob ein Anhänger vorhanden ist, um das oben beschriebene Verfahren nur bei Vorhandensein des Anhängers auszuführen und so die Manövriermöglichkeiten des Fahrzeugs bei Nichtvorhandensein des Anhängers nicht ohne Not einzuschränken.
Das Vorhandensein des Anhängers kann mittels eines an sich bekannten Umgebungssensors wie etwa einer Kamera, einem Radar- oder Ultraschallsensor überprüft werden, die auf den Raum hinter dem Fahrzeug ausgerichtet sind.
Das Vorhandensein des Anhängers kann auch ohne einen solchen Umgebungssensor erfasst werden. Da die Masse eines aus Fahrzeug und Anhänger gebildeten Gespanns im Allgemeinen deutlich größer ist als die des Fahrzeugs allein, ist beim Gespann die aus einer gegebenen Motorleistung resultierende Beschleunigung deutlich kleiner als beim Fahrzeug ohne Anhänger. Indem das Verhältnis von Antriebsleistung zu resultierender Beschleunigung überwacht wird, kann daher die beschleunigte Masse abgeschätzt und entschieden werden, ob in ihr ein Anhänger enthalten ist.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Fahrerassistenzsystem zum Planen einer Trajektorie für ein Fahrzeug, mit:

a) Mitteln zum Ermitteln eines konkaven und eines konvexen Randes einer befahrbaren Fläche;
b) Mitteln zum Festlegen eines Fahrwegs für ein dem konvexen Rand benachbartes Rad eines Anhängers des Fahrzeugs in einem konvexseitigen Abstand vom konvexen Rand;
c) Mitteln zum Konstruieren einer ersten Direktrix, auf der sich ein Leitpunkt des Fahrzeugs bewegen muss, um das Rad entlang des Fahrwegs zu ziehen;
d) Mitteln zum Konstruieren einer zweiten Direktrix, auf der sich ein zum konkaven Rand benachbartes Vorderrad des Fahrzeug bewegen muss, um den Leitpunkt entlang der ersten Direktrix zu ziehen;
e) Mitteln zum Abschätzen eines konkavseitigen Abstandes zwischen dem Vorderrad und dem konkaven Rand;
f) Mitteln zum Annähern des konvexseitigen an den konkavseitigen Abstand und zum Aktivieren der Mittel zum Festlegen des Fahrwegs auf Grundlage des konvexseitigen Abstands, wenn die Differenz zwischen konkavseitigem und konvexseitigem Abstand einen Grenzwert überschreitet.

Es können ferner Mittel vorgesehen sein, um den konvexseitigen Abstand auf Null zu setzen und die Mittel zum Festlegen des Fahrwegs erneut zu aktivieren, wenn wenigstens ein Teil der zweiten Direktrix außerhalb der befahrbaren Fläche liegt.
Das Fahrerassistenzsystem kann an eine vom Fahrzeug mitgeführte Kamera gekoppelt sein, um die Ränder der befahrbaren Fläche anhand von Bildern dieser Kamera zu ermitteln.
Es kann ferner an einen Umgebungssensor wie etwa eine Kamera, einen Radar- oder Ultraschallsensor gekoppelt sein, um das Vorhandensein des Anhängers zu erfassen.
Gegenstände der Erfindung sind ferner ein Computerprogramm-Produkt mit Programmcode-Mitteln, die einen Computer befähigen, das oben beschriebene Verfahren auszuführen oder als das oben erwähnte Fahrerassistenzsystem zu arbeiten, und ein computerlesbarer Datenträger, auf dem Programmanweisungen aufgezeichnet sind, die einen Computer befähigen, wie oben angegeben zu arbeiten.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:

1 ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Fahrerassistenzsystem beim Durchfahren einer Kurve; und
2 ein Flussdiagramm eines Arbeitsverfahrens des Fahrerassistenzsystems.

1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit einem Anhänger 2 beim Durchfahren einer Kurve. Das Fahrzeug 1 hat eine Vorderachse mit lenkbaren Vorderrädern 3 und eine Hinterachse mit Hinterrädern 4. Der Abstand der Vorderräder ist mit w1 bezeichnet, der Abstand der Achsen mit d1. Die Vorderräder 3 und ein Mittelpunkt 5 der Hinterachse spannen ein gleichschenkliges Dreieck mit Breite w₁ und Höhe d₁ auf.
Eine Anhängerkupplung 6 ist einer mittig am Heck des Fahrzeugs 1 im Abstand d₂ vom Mittelpunkt 5 der Hinterachse angeordnet. Eine Deichsel 7 des Anhängers 2 ist mit der Anhängerkupplung 6 schwenkbar verbunden. Der Anhänger 1 hat eine einzige Achse mit Rädern 8. Der Abstand der Räder 8 ist mit w₂ , der Abstand zwischen der Achse und der Anhängerkupplung 6 mit d₃ bezeichnet. Die Räder 8 und die Anhängerkupplung 6 spannen ein zweites gleichschenkliges Dreieck mit Breite w₂ und Höhe d₃ auf.
Ein Mikrocomputer 9 des Fahrzeugs 1 ist mit einer Kamera 10 verbunden, die auf die vor dem Fahrzeug 1 liegende Fahrbahn ausgerichtet ist, um anhand von von der Kamera 10 gelieferten Bildern den Verlauf von Rändern 11, 12 der befahrbaren Oberfläche 13 der Fahrbahn zu ermitteln.
Ein Sensor 14 am Heck des Fahrzeugs kann eine zweite Kamera, ein Radarsensor oder ein anderer zum Überwachen des Verkehrsraums hinter dem Fahrzeug 1 geeigneter Sensor sein; im Kontext der vorliegenden Erfindung wird der Sensor 14 lediglich benötigt, um das Vorhandensein des Anhängers 2 zu erfassen; es ist daher nicht störend, wenn der dicht auf das Fahrzeug 1 folgende Anhänger 2 das Blickfeld des Sensors 14 vollständig oder nahezu vollständig ausfüllt. Grundsätzlich kann auch ein an eine Anhängerkupplung angeschlossener elektrischer Widerstand auf das Vorhandensein eines Anhängers hinweisen. Allerdings ist auf diesem Wege keine Unterscheidung zwischen einem Anhänger und z.B. starr und ohne Bodenkontakt auf der Anhängerkupplung montierten Fahrradträger möglich, so dass dieses Kriterium zwar ein notwendiges aber kein hinreichendes Kriterium für das Vorhandensein eines Anhängers ist.
Einer alternativen Ausgestaltung zufolge wird die Aufgabe des Sensors 14, das Vorhandensein des Anhängers 2 zu erfassen, von einem Beschleunigungssensor übernommen, oder Daten zur Beschleunigung des Fahrzeugs werden durch Ableiten eines Tachometersignals nach der Zeit gewonnen. Indem der Mikrocomputer 9 die Leistung eines Motors des Fahrzeugs 1 durch die aus ihr resultierende Beschleunigung dividiert, kann er die von dem Motor angetriebene träge Masse abschätzen. Wenn diese einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, wird angenommen, dass der Anhänger 2 angekoppelt ist.
Das in 2 dargestellte Arbeitsverfahren des Mikrocomputers 9 beginnt in Schritt S1 mit der Überprüfung, ob der Anhänger 2 angekoppelt ist oder nicht. Wenn der Anhänger 2 angekoppelt ist, dann wird in Schritt S2 zunächst der Verlauf des konvexen Randes 11 der Fahrbahn anhand von Bildern der Kamera 10 ermittelt. Die Verlaufsermittlung kann darin bestehen, dass ebene Koordinaten von mehreren Punkten des Randes 11 in einem auf das Fahrzeug 1 bezogenen Koordinatensystem berechnet und ein Polynom ermittelt wird, das die Punkte verbindet. Entsprechend wird in Schritt S3 der konkave Rand 12 ermittelt.
Anschließend wird ein Fahrweg 15 für das dem konvexen Rand 11 benachbartes Rad 8 des Anhängers 2 festgelegt (S4). Dieser Fahrweg 15 kann anhand des zuvor ermittelten Randverlaufs so festgelegt werden, dass alle Punkte des Fahrwegs 15 einen gleichen Sollabstand δy_soll = δy_min von dem in Schritt S2 berechneten Polynom haben. Aus Gründen, die anhand der weiteren Beschreibung des Verfahrens einsichtig werden dürften, ist der aktuelle Abstand δy des Rades 8 zum Rand 11 größer als δy_min, deswegen wird der Fahrweg 15 vorzugsweise so festgelegt, dass der Abstand zum Rand 11 in einem ersten Abschnitt des Fahrwegs allmählich von 8y auf δy_min abnimmt, um einen stetigen Anschluss des bevorstehenden Fahrweges 15 an einen von dem Rad 8 bereits zurückgelegten Fahrweg 16 herzustellen.
Die Grundlinie des von den Rädern 8 und der Anhängerkupplung 6 aufgespannten Dreiecks steht immer senkrecht auf dem Fahrweg 15. Deswegen berechnet der Mikrocomputer 9 in Schritt S5 Punkte einer Direktrix 17, auf der sich die Anhängerkupplung 6 bewegen muss, um das dem konvexen Rand 11 benachbarte Rad 8 auf dem Fahrweg 15 zu führen, durch Konstruieren einer Geraden 19, die den Fahrweg 15 unter dem Winkel $α = {tan}^{- 1} \frac{w_{2}}{2 d_{3}}$
schneidet, und Wählen eines Punktes auf der Geraden, dessen Entfernung r₃ vom Kreuzungspunkt $\sqrt{\frac{w_{2}^{2}}{4} + d_{3}^{2}}$
beträgt.
Der Mittelpunkt 5 der Hinterachse des Fahrzeugs folgt dem Mittelpunkt 18 der Vorderachse auf einer Traktrix. Der von der Anhängerkupplung 6 verfolgte Weg weicht aufgrund des nichtverschwindenden Abstands d₂ von dieser Traktrix ab, doch ist diese Abweichung gering, solange der Weg des Mittelpunkts 18 keine übermäßig engen Kurven aufweist, und kann hier, da die Krümmung des Weges durch den maximalen Lenkeinschlag der Vorderräder 3 begrenzt ist, vernachlässigt werden. Dies erlaubt es dem Mikrocomputer 9, das von der Anhängerkupplung 6 und den Vorderrädern 3 aufgespannte Dreieck als ein gleichschenkliges Dreieck von unveränderlicher Gestalt mit der Breite w₁ und der Höhe d₁+d₂ anzunehmen. Analog zur Berechnung der Direktrix 17 berechnet der Mikrocomputer 9 daher in Schritt S6 einen Weg 20, dem das dem konkaven Rand 12 zugewandte Vorderrad 3 des Fahrzeugs folgen muss, damit die Anhängerkupplung sich entlang der Direktrix 17 bewegt, indem jeweils an Punkten der Direktrix 17 eine Gerade konstruiert wird, die die Direktrix 17 unter dem Winkel $β = {tan}^{- 1} \frac{w_{1}}{2 (d_{1} + d_{2})}$
schneidet, und Wählen eines Punktes auf der Geraden, dessen Entfernung r₁ vom Kreuzungspunkt $\sqrt{\frac{w_{1}^{2}}{4} + {(d_{1} + d_{2})}^{2} .}$
beträgt.
Die Ungenauigkeit, die sich aus der Vernachlässigung des nichtverschwindenden Abstands d₂ zwischen der Anhängerkupplung 6 und dem Mittelpunkt 5 der Hinterachse ergibt, ist vergleichbar, wenn gemäß einem alternativen Verfahren in Schritt S5 eine Direktrix für den Mittelpunkt 5 berechnet wird, indem als Winkel der ausgehend vom Fahrweg 15 konstruierten Geraden $α = {tan}^{- 1} \frac{w_{2}}{2 (d_{2} + d_{3})}$
und als Entfernung r₃ des Punktes der Direktrix $\sqrt{\frac{w_{2}^{2}}{4} + {(d_{2} + d_{3})}^{2}}$
gewählt wird und ausgehend von dieser Direktrix zum Konstruieren des Weges 20 ein Winkel $β = {tan}^{- 1} \frac{w_{1}}{2 d_{1}}$
und eine Entfernung $r_{1} = \sqrt{\frac{w_{1}^{2}}{4} + d_{1}^{2}} .$
Allgemein kann die Direktrix 17 für einen beliebigen Leitpunkt 21 berechnet werden, der sich auf der Mittellinie des Fahrzeugs 1 in einem Abstand e*d₂ von der Anhängerkupplung 6 und (1-e) *d₂ von dem Punkt 5 befindet; es gilt dann $α = {tan}^{- 1} \frac{w_{2}}{2 (e d_{2} + d_{3})}, r_{3} = \sqrt{\frac{w_{2}^{2}}{4} + {(e d_{2} + d_{3})}^{2}} und$
$β = {tan}^{- 1} \frac{w_{1}}{2 (d_{1} + (1 - e) d_{2})}, r_{1} = \sqrt{\frac{w_{1}^{2}}{4} + {(d_{1} + (1 - e) d_{2})}^{2}}$
In Schritt S7 wird für den so erhaltenen Weg 20 der Abstand δy' zum konkaven Rand 12 abgeschätzt. Wenn sich in S8 ergibt, dass dieser Abstand lokal Null ist, d.h. wenn der Weg 20 den Rand 12 berührt oder ihn gar kreuzt, dann ist er zum Fahren ungeeignet; in diesem Fall setzt der Mikrocomputer 9 den Abstand δy_soll auf Null (S10) und kehrt zu Schritt S4 zurück. Stellt sich jedoch zuvor in S9 heraus, dass δy_soll bereits zuvor auf Null gesetzt worden ist, dann ist die Kurve nicht fahrbar, und der Mikrocomputer 9 löst entweder selbst eine Bremsung des Fahrzeugs 1 aus oder veranlasst den Fahrer, dies zu tun (S11).
Wenn der Abstand δy' auf dem gesamten Weg 20 größer als Null ist, dann wird in Schritt S12 das Minimum von δy' mit dem Abstand δy_soll zwischen dem Fahrweg 15 und dem Rand 11 verglichen. Wenn beide Abstände in etwa gleich sind, d.h. wenn $1 - ε < \frac{δ y'}{d y_{s o l l}} < 1 + ε$
erfüllt ist, dann ist der Weg 20 tauglich und kann gefahren werden. Dies kann in Schritt S13 voll autonom geschehen; denkbar ist aber auch, dass dem Fahrer der Weg 20 lediglich signalisiert wird, z.B. indem ein vom Mikrocomputer 9 gesteuertes Stellglied ein Drehmoment auf das Lenkrad in Richtung der zum Fahren des Weges 20 erforderlichen Lenkradstellung ausübt, und der Fahrer entscheidet, ob er dem signalisierten Weg folgen will oder ob er das Drehmoment des Stellglieds überwindet, um einen anderen Weg zu fahren.
Wenn die Abstände δy' und δy_soll sich in Schritt S12 zu stark unterscheiden, dann wird in Schritt S14 δy_soll an δy' angenähert, z.B. um ein festes Inkrement oder Dekrement, oder durch Mittelwertbildung, und mit dem so erhaltenen neuen Wert von δy_soll wird das Verfahren ab Schritt S4 wiederholt. So ist sichergestellt, dass wenn die Fahrbahn ausreichend Platz bietet, ein von beiden Rändern 11, 12 etwa gleich weit entfernter Fahrweg für Fahrzeug 1 und Anhänger 2 gewählt wird.
Wenn in Schritt S1 das Vorhandensein eines Anhängers verneint wird, kann eine vereinfachte Abwandlung des Verfahrens zum Einsatz kommen, bei der anhand des Verlaufs des Randes 11 nach den oben beschriebenen Prinzipien ein Fahrweg anstatt für ein Anhängerrad für das dem Rand 11 zugewandte Hinterrad 4 des Fahrzeugs 1 festgelegt, der daraus resultierende Weg 17 des Leitpunkts 21 konstruiert und, wie in 2 durch eine gestrichelte Linie angedeutet, die Schritte S5 ff unter Zugrundelegung dieses Wegs 17 ausgeführt werden.
Es versteht sich, dass die obige detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen zwar bestimmte exemplarische Ausgestaltungen der Erfindung darstellen, dass sie aber nur zur Veranschaulichung gedacht sind und nicht als den Umfang der Erfindung einschränkend ausgelegt werden sollen. Diverse Abwandlungen der beschriebenen Ausgestaltungen sind möglich, ohne den Rahmen der nachfolgenden Ansprüche und deren Äquivalenzbereich zu verlassen. Insbesondere gehen aus dieser Beschreibung und den Figuren auch Merkmale der Ausführungsbeispiele hervor, die nicht in den Ansprüchen erwähnt sind. Solche Merkmale können auch in anderen als den hier spezifisch offenbarten Kombinationen auftreten. Die Tatsache, dass mehrere solche Merkmale in einem gleichen Satz oder in einer anderen Art von Textzusammenhang miteinander erwähnt sind, rechtfertigt daher nicht den Schluss, dass sie nur in der spezifisch offenbarten Kombination auftreten können; stattdessen ist grundsätzlich davon auszugehen, dass von mehreren solchen Merkmalen auch einzelne weggelassen oder abgewandelt werden können, sofern dies die Funktionsfähigkeit der Erfindung nicht in Frage stellt.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
2: Anhänger
3: Vorderrad
4: Hinterrad
5: Mittelpunkt
6: Anhängerkupplung
7: Deichsel
8: Rad
9: Mikrocomputer
10: Kamera
11: Rand
12: Rand
13: Oberfläche
14: Sensor
15: Fahrweg
16: Fahrweg
17: Direktrix
18: Mittelpunkt
19: Gerade
20: Weg
21: Leitpunkt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 3031687 A2 [0005]

Claims

Verfahren zum Planen einer Trajektorie für ein Fahrzeug (1), mit den Schritten: a) Ermitteln (S3, S4) eines konkaven und eines konvexen Randes (12, 11) einer befahrbaren Fläche (13); b) Festlegen (S4) eines Fahrwegs (15) für ein dem konvexen Rand (11) benachbartes Rad (8) eines Anhängers (2) des Fahrzeugs (1) in einem konvexseitigen Abstand (δy_soll) von dem konvexen Rand (11); c) Konstruieren (S5) einer ersten Direktrix (17), auf der sich ein Leitpunkt (5, 6, 21) des Fahrzeugs (1) bewegen muss, um das Rad (8) entlang des Fahrwegs (15) zu ziehen; d) Konstruieren (S6) einer zweiten Direktrix (20), auf der sich ein zum konkaven Rand (12) benachbartes Vorderrad (3) des Fahrzeugs (1) bewegen muss, um den Leitpunkt (5, 6, 21) entlang der ersten Direktrix (17) zu ziehen; e) Abschätzen (S7) eines konkavseitigen Abstandes (δy') zwischen dem Vorderrad (3) und dem konkaven Rand (12); f) wenn die Differenz zwischen konkavseitigem und konvexseitigem Abstand einen Grenzwert überschreitet, Annähern des konvexseitigen an den konkavseitigen Abstand (S14) und Zurückkehren zu Schritt b).
Verfahren nach Anspruch 1, mit dem Schritt g) wenn wenigstens ein Teil der zweiten Direktrix außerhalb der befahrbaren Fläche liegt, Setzen (S10) des konvexseitigen Abstands (δy_soll) auf Null und Zurückkehren zu Schritt b).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Leitpunkt (5, 6, 21) auf einer Strecke gewählt wird, die sich in Fahrzeuglängsrichtung von einer Anhängerkupplung (6) zu einer Hinterachse des Fahrzeugs (1) erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem die Ermittlung der Ränder (11, 12) basierend auf Bildern einer vom Fahrzeug (1) mitgeführten Kamera (10) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in Schritt c) zu jedem Punkt des Fahrwegs (15) ein Punkt der ersten Direktrix (17) existiert, der mit dem Punkt des Fahrwegs (15) durch eine Gerade (19) von konstanter Länge verbunden ist, die den Fahrweg (15) unter einem konstanten Winkel (a) schneidet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in Schritt d) zu jedem Punkt der ersten Direktrix (17) ein Punkt der zweiten Direktrix (20) existiert, der mit dem Punkt der ersten Direktrix (17) durch eine Gerade von konstanter Länge verbunden ist, die die erste Direktrix (17) unter einem konstanten Winkel (β) schneidet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit dem vorbereitenden Schritt - Erfassen (S1) des Vorhandenseins des Anhängers (S2).
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Vorhandensein des Anhängers (2) mit Hilfe eines Umgebungssensors (14) erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Fahrzeugmasse anhand des Verhältnisses von einwirkender Kraft und resultierender Beschleunigung abgeschätzt und anhand der abgeschätzten Masse auf das Vorhandensein des Anhängers (2) geschlossen wird.
Fahrerassistenzsystem zum Planen einer Trajektorie für ein Fahrzeug, mit: a) Mitteln zum Ermitteln eines konkaven und eines konvexen Randes (12, 11) einer befahrbaren Fläche; b) Mitteln zum Festlegen eines Fahrwegs (15) für ein dem konvexen Rand (11) benachbartes Rad (8) eines Anhängers (2) des Fahrzeugs (1) in einem konvexseitigen Abstand (δy_soll) vom konvexen Rand (11); c) Mitteln zum Konstruieren einer ersten Direktrix (17), auf der sich ein Leitpunkt (5, 6, 21) des Fahrzeugs (1)bewegen muss, um das Rad (8) entlang des Fahrwegs (15) zu ziehen; d) Mitteln zum Konstruieren einer zweiten Direktrix (20), auf der sich ein zum konkaven Rand (12) benachbartes Vorderrad (3) des Fahrzeugs (1) bewegen muss, um den Leitpunkt (5, 6, 21) entlang der ersten Direktrix (17) zu ziehen; e) Mitteln zum Abschätzen eines konkavseitigen Abstandes (δy') zwischen dem Vorderrad (3) und dem konkaven Rand (12); f) Mitteln zum Annähern des konvexseitigen (δy_soll) an den konkavseitigen Abstand (δy') und zum Aktivieren der Mittel zum Festlegen eines Fahrwegs auf Grundlage des konvexseitigen Abstands(δy_soll), wenn die Differenz zwischen konkavseitigem (δy') und konvexseitigem Abstand (δy_soll) einen Grenzwert überschreitet.
Computerprogramm-Produkt mit Programmcode-Mitteln, die einen Computer befähigen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen oder als Fahrerassistenzsystem nach Anspruch 10 zu arbeiten.
Computerlesbarer Datenträger, auf dem Programmanweisungen aufgezeichnet sind, die einen Computer befähigen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen oder als Fahrerassistenzsystem nach Anspruch 10 zu arbeiten.