DE102017219874A1

DE102017219874A1 - Steuereinheit und Verfahren zur Verbesserung der Querführung bei einem Fahrerassistenzsystem

Info

Publication number: DE102017219874A1
Application number: DE102017219874.5A
Authority: DE
Inventors: Adrian Ebner; Michael Ströbel
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2017-01-09
Filing date: 2017-11-08
Publication date: 2018-07-12
Also published as: DE102017219876A1

Abstract

Es wird eine Steuereinheit für ein Fahrerassistenzsystem eines Fahrzeugs mit zumindest automatisierter Querführung beschrieben. Das Fahrzeug umfasst eine Hinterrad-Lenkvorrichtung und eine Vorderrad-Lenkvorrichtung. Die Steuereinheit ist eingerichtet, auf Basis von Referenzdaten in Bezug auf eine Referenzfahrt des Fahrzeugs von einer Anfangsposition zu einer Endposition, eine Fahr-Trajektorie für eine erneute Fahrt zwischen der Anfangsposition und der Endposition zu ermitteln, wobei die Referenzfahrt manuell durch einen Fahrer des Fahrzeugs unter Verwendung der Vorderrad-Lenkvorrichtung durchgeführt wird. Außerdem ist die Steuereinheit eingerichtet, die Hinterrad-Lenkvorrichtung in Abhängigkeit von der Fahr-Trajektorie anzusteuern.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine entsprechende Steuereinheit zur Verbesserung der Querführung bei einem Fahrerassistenzsystem eines mehrspurigen Kraftfahrzeugs, insbesondere bei einem Rückfahrassistenzsystem.
Ein Fahrzeug, insbesondere ein Straßenkraftfahrzeug, kann ein oder mehrere Fahrerassistenzsysteme, FAS, umfassen, bei denen eine automatisierte Querführung des Fahrzeugs erfolgt. Beispielsweise kann bei einem sogenannten Rückfahrassistenzsystem das Fahrzeug eine Trajektorie speichern, mit der das Fahrzeug in Vorwärtsrichtung an eine bestimmte Position (z.B. in eine bestimmte Parklücke) eingefahren ist. Das Rückfahrassistenzsystem kann dann einen Fahrer dabei unterstützen wieder in Rückwärtsrichtung entlang der gespeicherten Trajektorie von der bestimmten Position wegzufahren (z.B. aus der Parklücke herauszufahren). Die Lenkeingriffe erfolgen dabei autonom durch das Fahrzeug, während der Fahrer des Fahrzeugs typischerweise die Längsbewegung des Fahrzeugs steuert.
Es sind Fahrzeuge bekannt (z.B. aus DE 10 2008 004 158 B4 ), die sowohl eine Vorderrad-Lenkvorrichtung als auch eine Hinterrad-Lenkvorrichtung aufweisen, um z.B. engere Kurvenradien fahren zu können.
Bei einem Rückfahrassistenzsystem und bei anderen Fahrerassistenzsystemen mit automatisierter Querführung ist es wünschenswert, dass das Fahrzeug bei der Rückwärtsfahrt möglichst weitgehend innerhalb eines Referenz-Abdeckungsbereichs verbleibt, den das Fahrzeug bei der korrespondierenden Vorwärtsfahrt abgedeckt hat. Dies gilt insbesondere dann, wenn das Fahrzeug einen Anhänger zieht.
Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, eine verbesserte Querführung für ein Fahrerassistenzsystem, insbesondere für ein Rückfahrassistenzsystem, zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäß einem Aspekt wird eine Steuereinheit für ein Fahrerassistenzsystem (insbesondere für ein Rückfahrassistenzsystem) eines Fahrzeugs, insbesondere eines mehrspurigen Straßenkraftfahrzeugs, beschrieben. Das Fahrzeug umfasst eine Hinterrad-Lenkvorrichtung (an einer Hinterachse des Fahrzeugs) und eine Vorderrad-Lenkvorrichtung (an einer Vorderachse des Fahrzeugs). Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, Referenzdaten in Bezug auf eine Referenzfahrt (z.B. eine Vorwärtsfahrt) des Fahrzeugs zu ermitteln, wobei die Referenzdaten eine (zusammenhängende) Referenz-Trajektorie des Fahrzeugs für die Referenzfahrt von einer Anfangsposition bis zu einer Endposition anzeigen. Die Referenzdaten können auf einer Speichereinheit des Fahrzeugs gespeichert werden. Die Speichereinheit kann eingerichtet sein, Referenzdaten für eine Referenz-Trajektorie über eine bestimmte Nenndistanz (z.B. von 50 Metern) zu speichern. Die Referenzfahrt kann durch einen Fahrer des Fahrzeugs manuell unter Verwendung der Vorderrad-Lenkvorrichtung durchgeführt werden. Dabei kann bei der Referenzfahrt auch optional die Hinterrad-Lenkvorrichtung verwendet werden.
Die Referenzdaten können z.B. Positionsinformation in Bezug auf eine Vielzahl von Positionen auf der Referenz-Trajektorie umfassen. Die Positionsinformation für eine Position kann z.B. Koordinaten der Position anzeigen. Des Weiteren können die Referenzdaten Orientierungsinformation in Bezug auf eine Orientierung des Fahrzeugs an der Vielzahl von Positionen umfassen. Alternativ oder ergänzend können die Referenzdaten Krümmungsinformation in Bezug auf die Krümmung einer Vielzahl von Segmenten der Referenz-Trajektorie umfassen. Somit kann anhand der Referenzdaten in präziser Weise die Referenz-Trajektorie von der Anfangsposition bis zu der Endposition angezeigt werden.
Die Steuereinheit ist weiter eingerichtet, auf Basis der Referenzdaten eine Fahr-Trajektorie für eine erneute Fahrt zwischen der Anfangsposition und der Endposition (z.B. für eine Rückwärtsfahrt von der Endposition bis zu der Anfangsposition) zu ermitteln. Eine Lenkvorrichtung des Fahrzeugs kann dann im Rahmen des Fahrerassistenzsystems bei der erneuten Fahrt des Fahrzeugs in Abhängigkeit von der Fahr-Trajektorie gesteuert werden. Insbesondere kann die Hinterrad-Lenkvorrichtung des Fahrzeugs in Abhängigkeit von der Fahr-Trajektorie angesteuert werden. Des Weiteren kann die Vorderrad-Lenkvorrichtung des Fahrzeugs in Abhängigkeit von der Fahr-Trajektorie angesteuert werden.
Es wird somit eine vorausschauende Ansteuerung der Hinterrad-Lenkvorrichtung eines Fahrzeugs ermöglicht (zusätzlich zu einer vorausschauenden Ansteuerung der Vorderrad-Lenkvorrichtung). So kann die automatisierte Querführung eines Fahrzeugs entlang einer zuvor erfassten und gespeicherten Referenz-Trajektorie verbessert werden. Insbesondere kann so die Orientierung des Fahrzeugs bei der erneuten Fahrt optimiert werden (z.B. um den Abdeckungsbereich des Fahrzeugs zu reduzieren).
Die Referenzfahrt ist bevorzugt eine Vorwärtsfahrt (in Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs). Alternativ kann die Referenzfahrt eine Rückwärtsfahrt (in Rückwärtsrichtung des Fahrzeugs) sein. Die erneute Fahrt kann eine Fahrt in Richtung zu der Endposition oder eine Fahrt in Richtung zu der Anfangsposition sein. Des Weiteren kann die erneute Fahrt eine Vorwärtsfahrt oder eine Rückwärtsfahrt sein. Bevorzugt ist die erneute Fahrt eine Rückwärtsfahrt in Richtung zu der Anfangsposition.
In einem weiteren bevorzugten Beispiel sind die Referenzfahrt und die erneute Fahrt jeweils eine Vorwärtsfahrt oder alternativ jeweils eine Rückwärtsfahrt. So kann einem Fahrzeug eine Referenz-Trajektorie für eine erneute Fahrt in der gleichen Fahrtrichtung bereitgestellt werden.
Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, bei der erneuten Fahrt auf Basis der Fahr-Trajektorie eine automatisierte Querführung und eine automatisierte Längsführung durchzuführen. Ggf. kann die Steuereinheit ein Steuersignal von einer Fernbedienung des Fahrzeugs empfangen und daraufhin die Längsführung des Fahrzeugs veranlassen. So kann ein Nutzer des Fahrzeugs die Längsführung des Fahrzeugs mittels einer Fernbedienung steuern.
Bei der Referenzfahrt entlang der Referenz-Trajektorie hat das Fahrzeug typischerweise einen bestimmten Referenz-Abdeckungsbereich rechts und links neben der Referenz-Trajektorie abgedeckt. Die Referenz-Trajektorie kann z.B. die Position eines Referenzpunktes des Fahrzeugs von der Anfangsposition bis zu der Endposition zeigen. Dabei kann der Referenzpunkt z.B. der Mittelpunkt der Hinterachse des Fahrzeugs sein. Der Referenz-Abdeckungsbereich (auch als Fahrschlauch bezeichnet) zeigt dann den Bereich bzw. die Fläche neben der Referenz-Trajektorie an, der bzw. die von dem Fahrzeug bei der Referenzfahrt abgedeckt wurde. Der Referenz-Abdeckungsbereich kann z.B. auf Basis der Fahrzeugabmessungen und auf Basis der Orientierungsinformation ermittelt werden. Es kann angenommen werden, dass dieser Referenz-Abdeckungsbereich auch für eine erneute Fahrt zur Verfügung steht. Die Fahr-Trajektorie kann dann derart ermittelt werden, dass das Fahrzeug während der erneuten Fahrt (substantiell, z.B. zu 90% oder mehr) innerhalb des Referenz-Abdeckungsbereichs verbleibt.
Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, die Hinterrad-Lenkvorrichtung unabhängig von der Vorderrad-Lenkvorrichtung anzusteuern. Insbesondere kann die Hinterrad-Lenkvorrichtung abweichend von einer reinen gegenphasigen und/oder reinen gleichphasigen Ansteuerung in Bezug auf die Vorderrad-Lenkvorrichtung angesteuert werden. Mit anderen Worten, die Hinterrad-Lenkvorrichtung und die Vorderrad-Lenkvorrichtung können als separate und ggf. unabhängige Freiheitsgrade bei der automatisierten Querführung des Fahrzeugs verwendet werden. Die Steuereinheit kann insbesondere eingerichtet sein, die Fahr-Trajektorie und/oder Steuerdaten für die Hinterrad-Lenkvorrichtung unter der Prämisse zu ermitteln, dass die Hinterrad-Lenkvorrichtung unabhängig von der Vorderrad-Lenkvorrichtung angesteuert werden kann. So kann die automatisierte Querführung entlang einer gespeicherten Referenz-Trajektorie weiter verbessert werden.
Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, die Referenz-Trajektorie derart zu ermitteln und/oder die Hinterrad-Lenkvorrichtung derart anzusteuern, dass ein Abdeckungsbereich des Fahrzeugs bei der erneuten Fahrt reduziert, insbesondere minimiert, wird. Dabei zeigt der Abdeckungsbereich (auch als Fahrschlauch bezeichnet) die Fläche entlang der Fahr-Trajektorie an, die von zumindest einem Teil des Fahrzeugs bei der erneuten Fahrt überstrichen wird. Die Steuereinheit kann insbesondere eingerichtet sein, die Referenz-Trajektorie derart zu ermitteln und/oder die Hinterrad-Lenkvorrichtung derart anzusteuern, dass der Abdeckungsbereich des Fahrzeugs bei der erneuten Fahrt vollständig innerhalb des Referenz-Abdeckungsbereichs liegt. Durch die aktive Ansteuerung der Hinterrad-Lenkvorrichtung (in Ergänzung zu der Vorderrad-Lenkvorrichtung) kann somit die automatisierte Querführung entlang einer gespeicherten Referenz-Trajektorie weiter verbessert werden.
Die Steuerdaten zur Ansteuerung der Vorderrad-Lenkvorrichtung und die Steuerdaten zur Ansteuerung der Hinterrad-Lenkvorrichtung können (als separate Freiheitsgrade) vorausschauend für die (gesamte) Fahr-Trajektorie ermittelt werden. Dabei kann eine Transformation von Steuerdaten aus der Referenzfahrt erfolgen (bei der ggf. nur die Vorderrad-Lenkvorrichtung verwendet wurde). Insbesondere können die Steuerdaten zur Ansteuerung der Hinterrad-Lenkvorrichtung für die erneute Fahrt auf Basis von Steuerdaten für die Ansteuerung der Vorderrad-Lenkvorrichtung bei der Referenzfahrt ermittelt werden. So kann die automatisierte Querführung entlang einer gespeicherten Referenz-Trajektorie weiter verbessert werden.
Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, zu detektieren, dass das Fahrzeug in Zusammenhang mit einem Anhänger betrieben wird. Es können dann bei der Referenzfahrt Referenzdaten in Bezug auf eine Position und eine Orientierung des Anhängers für die Vielzahl von Positionen auf der Referenz-Trajektorie ermittelt werden. Insbesondere können mittels eines Verdrehungssensors an einer Kupplung zwischen Fahrzeug und Anhänger Referenzdaten in Bezug auf die Position und/oder die Orientierung des Anhängers ermittelt werden (unter Berücksichtigung der Geometrie bzw. Abmessungen des Anhängers). So können die Referenz-Trajektorie und/oder der Referenz-Abdeckungsbereich bei einem Fahrzeug im Anhängerbetrieb in präziser Weise erfasst und gespeichert werden. Dies verbessert wiederum die automatisierte Querführung bei einer erneuten Fahrt des Fahrzeugs im Anhängerbetrieb. Insbesondere kann die Fahr-Trajektorie für die erneute Fahrt auch in Abhängigkeit von den Referenzdaten in Bezug auf den Anhänger ermittelt werden.
Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, (während der erneuten Fahrt) Information in Bezug auf eine Verdrehung zwischen dem Fahrzeug und dem Anhänger zu ermitteln. Des Weiteren kann die Steuereinheit eingerichtet sein, die Hinterrad-Lenkvorrichtung anzusteuern, um eine Verdrehung zwischen dem Fahrzeug und dem Anhänger entlang der Fahr-Trajektorie zu reduzieren, insbesondere zu minimieren. Durch die Verwendung der Hinterrad-Lenkvorrichtung kann insbesondere die Orientierung des Fahrzeugs bei einer Rückwärtsfahrt optimiert werden, um ein Ausschwenken des Fahrzeugs im Anhängerbetrieb zu reduzieren. So kann der Abdeckungsbereich bei der erneuten Fahrt reduziert werden. Des Weiteren können so Lenkbewegungen der Vorderrad-Lenkvorrichtung reduziert werden.
Die Hinterrad-Lenkvorrichtung weist typischerweise einen begrenzten Hinterrad-Lenkwinkelbereich und die Vorderrad-Lenkvorrichtung weist typischerweise einen begrenzten Vorderrad-Lenkwinkelbereich auf. Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, die Fahr-Trajektorie in Abhängigkeit von dem Hinterrad-Lenkwinkelbereich und dem Vorderrad-Lenkwinkelbereich zu ermitteln. So kann in präziser Weise eine erneute Fahrt entlang einer gespeicherten Referenz-Trajektorie ermöglicht werden.
Die Referenzfahrt kann bevorzugt eine Vorwärtsfahrt (in Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs) von der Anfangsposition bis zu der Endposition sein. Alternativ kann die Referenzfahrt eine Rückwärtsfahrt (in Rückwärtsrichtung des Fahrzeugs) von der Anfangsposition bis zu der Endposition sein. Die erneute Fahrt kann eine Fahrt in Richtung zu der Endposition oder eine Fahrt in Richtung zu der Anfangsposition sein. Des Weiteren kann die erneute Fahrt eine Vorwärtsfahrt oder eine Rückwärtsfahrt sein. Bevorzugt ist die erneute Fahrt eine Rückwärtsfahrt in Richtung zu der Anfangsposition.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur automatisierten Querführung eines Fahrzeugs beschrieben. Das Fahrzeug umfasst eine Hinterrad-Lenkvorrichtung und eine Vorderrad-Lenkvorrichtung. Das Verfahren umfasst das Ermitteln, auf Basis von Referenzdaten in Bezug auf eine Referenzfahrt des Fahrzeugs von einer Anfangsposition zu einer Endposition, einer Fahr-Trajektorie für eine erneute Fahrt zwischen der Anfangsposition und der Endposition. Die Referenzfahrt kann durch einen Fahrer des Fahrzeugs manuell unter Verwendung der Vorderrad-Lenkvorrichtung durchgeführt werden. Dabei kann bei der Referenzfahrt auch optional die Hinterrad-Lenkvorrichtung verwendet werden. Die Verwendung der Hinterrad-Lenkvorrichtung kann dabei jedoch fest mit der Vorderrad-Lenkvorrichtung gekoppelt sein (z.B. durch eine strikt gegenphasige Ansteuerung), z.B. um einen minimal möglichen Kurvenradius des Fahrzeugs zu reduzieren. Außerdem umfasst das Verfahren das Ansteuern der Hinterrad-Lenkvorrichtung in Abhängigkeit von der Fahr-Trajektorie.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein mehrspuriges Fahrzeug (insbesondere ein Straßenkraftfahrzeug z.B. ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen oder ein Bus) beschrieben, das die in diesem Dokument beschriebene Steuereinheit umfasst.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Software (SW) Programm beschrieben. Das SW Programm kann eingerichtet werden, um auf einem Prozessor (z.B. auf einem Steuergerät eines Fahrzeugs) ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Speichermedium beschrieben. Das Speichermedium kann ein SW Programm umfassen, welches eingerichtet ist, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen

1 ein beispielhaftes zweispuriges Fahrzeug;
2 ein beispielhaftes Fahrmanöver;
3 ein beispielhaftes Rückwärts-Fahrmanöver; und
4 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur automatisierten Querführung eines Fahrzeugs.

Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der Verbesserung der automatisierten Querführung bei einem assistierten Fahrmanöver. In diesem Zusammenhang zeigt 1 ein Blockdiagramm eines beispielhaften mehrspurigen, insbesondere zweispurigen, Fahrzeugs 100. Das Fahrzeug 100 umfasst eine Vorderachse 110 und eine Hinterachse 120. Dabei kann über eine Vorderrad-Lenkvorrichtung der Vorderachse 110 ein bestimmter Vorderrad-Lenkwinkelbereich 111 umgesetzt werden. Des Weiteren weist das Fahrzeug 100 eine Hinterrad-Lenkvorrichtung auf, mit der ein bestimmter Hinterrad-Lenkwinkelbereich 121 umgesetzt werden kann. Typischerweise ist der Vorderrad-Lenkwinkelbereich 111 substantiell größer (z.B. um den Faktor 10 oder mehr) als der Hinterrad-Lenkwinkelbereich 121.
Im Folgenden werden die in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen auf Basis eines Rückfahrassistenzsystems beschrieben, bei dem eine Referenzfahrt zur Aufzeichnung einer Referenz-Trajektorie in Vorwärtsrichtung erfolgt und bei dem eine erneute Fahrt entlang einer Fahr-Trajektorie in Rückwärtsrichtung entlang einer Rückfahr-Trajektorie erfolgt. Die beschriebene Vorwärtsfahrt ist somit nur ein Beispiel für eine allgemeine Referenzfahrt und die beschriebene Rückfahr-Trajektorie ist nur eine Beispiel für eine allgemeine Fahr-Trajektorie.
Insbesondere gelten die in diesem Dokument beschriebenen Aspekte

• in Bezug auf eine Vorwärtsfahrt allgemein für eine Referenzfahrt (die ggf. jeweils auch in Rückwärtsrichtung mit einem Fahrzeug 100 gefahren werden kann);
• in Bezug auf eine Rückwärtsfahrt allgemein für eine erneute Fahrt (die ggf. auch in Vorwärtsrichtung mit einem Fahrzeug 100 gefahren werden kann); und/oder
• in Bezug auf eine Rückfahr-Trajektorie allgemein für eine Fahr-Trajektorie (die ggf. auch in der gleichen Richtung gefahren werden kann, wie die Referenz-Trajektorie bei der Referenzfahrt).

Ein Nutzer des Fahrzeugs 100 kann z.B. bei Einfahrt in ein Parkhaus ein Rückfahrassistenzsystem aktivieren. In Reaktion darauf wird von einer Steuereinheit 103 des Fahrzeugs 100 bei einer Vorwärtsfahrt eine Referenz-Trajektorie 203 (siehe 2) erfasst und in einer Speichereinheit 104 gespeichert. Alternativ oder ergänzend kann ggf. automatisch die Erfassung und Speicherung einer Referenz-Trajektorie 203 erfolgen, z.B. wenn die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs 100 gleich wie oder kleiner als ein Geschwindigkeits-Schwellenwert ist (z.B. von 40km/h). So kann die Referenz-Trajektorie 203 bereitgestellt werden, auch wenn der Nutzer zunächst nicht beabsichtigte, den Rückfahrassistenten zu nutzen.
Die Speichereinheit 104 kann z.B. als Ringspeicher realisiert sein, auf dem Referenzdaten in Bezug auf eine Referenz-Trajektorie 203 der letzten x Meter einer Vorwärtsfahrt gespeichert werden können (wobei x= 30, 40, 50 oder mehr). Wenn die Vorwärtsfahrt länger als die Nenndistanz von x Metern ist, so können die Referenzdaten in Bezug auf den jeweils am weitesten zurückliegenden Abschnitt der Referenz-Trajektorie 203 mit Referenzdaten in Bezug auf den aktuellen Abschnitt der Referenz-Trajektorie 203 überschrieben werden.
Die Referenzdaten bezüglich einer Referenz-Trajektorie 203 kann Positionsinformation 201 in Bezug auf einen Referenzpunkt 101 des Fahrzeugs 100 umfassen, wobei der Referenzpunkt 101 z.B. dem Mittelpunkt der Hinterachse 120 entsprechen kann. Die Referenzdaten in Bezug auf die Position des Referenzpunkts 101 können mit einer bestimmten Abtastrate (z.B. alle 10cm, 5cm, oder weniger) ermittelt werden, so dass anhand der Positionsinformation 201 bzgl. der Position des Referenzpunktes 101 der Verlauf der Referenz-Trajektorie 203 bei der Vorwärtsfahrt des Fahrzeugs 100 in präziser Weise beschrieben werden kann.
Ein Fahrzeug 100 weist an einer bestimmten Position auf einer Vorwärtsfahrt eine bestimmte Orientierung 102 auf. An einer Position kann daher Orientierungsinformation 202 in Bezug auf eine Ausrichtung bzw. Orientierung 102 des Fahrzeugs 100 relativ zu dem Referenzpunkt 101 ermittelt werden. Anhand der Orientierungsinformation 202 an der Vielzahl von Positionen der Referenz-Trajektorie 203 kann ein Abdeckungsbereich 204, insbesondere ein Schlauch, um die Referenz-Trajektorie 203 ermittelt werden (siehe 2), der den Bereich anzeigt, an dem sich während der Vorwärtsfahrt eine Komponente (z.B. ein Teil der Karosserie) des Fahrzeugs 100 befunden hat. Der Abdeckungsbereich 204 zeigt somit, bei Annahme von statischen Hindernissen auf der Referenz-Trajektorie 203, den Bereich an, in dem das Fahrzeug 100 kollisionsfrei entlang einer Rückfahr-Trajektorie 213 geführt werden kann. Mit anderen Worten, die Rückfahr-Trajektorie 213 kann derart auf Basis der Referenz-Trajektorie 203 ermittelt werden, dass das Fahrzeug 100 bei der Rückwärtsfahrt entlang der Rückfahr-Trajektorie 213 innerhalb des Abdeckungsbereichs 204 bleibt. So kann, bei Annahme von statischen Hindernissen, eine kollisionsfreie Rückfahrt ermöglicht werden.
Die Referenzdaten bezüglich der bei der Vorwärtsfahrt ermittelten Referenz-Trajektorie 203 können somit für eine Vielzahl von Positionen auf der Referenz-Trajektorie 203 jeweils Positionsinformation 201 umfassen, die die Position des Referenzpunktes 101 des Fahrzeugs 100 anzeigt (z.B. in einem kartesischen Koordinatensystem relativ zu der Anfangsposition der Referenz-Trajektorie 203). Des Weiteren können die Referenzdaten für die Vielzahl von Positionen jeweils Orientierungsinformation 201 in Bezug auf eine Orientierung 102 des Fahrzeugs 100 an der jeweiligen Position anzeigen. So können die Referenz-Trajektorie 203 und der Abdeckungsbereich 204 des Fahrzeugs 100 auf einer Vorwärtsfahrt in präziser Weise beschrieben werden.
Alternativ oder ergänzend können die Referenzdaten für Trajektorien-Segmente zwischen einer Vielzahl von Positionen Krümmungsinformation in Bezug auf eine Krümmung des jeweiligen Trajektorien-Segments umfassen. Die Referenz-Trajektorie 203 kann dann durch eine Sequenz von Krümmungswerten beschrieben werden. Des Weiteren kann durch Interpolation der Sequenz von Krümmungswerten ein Verlauf der Referenz-Trajektorie 203 ermittelt werden (z.B. durch die Verwendung von Klothoiden). Aus den Krümmungswerten kann auch der Abdeckungsbereich 204 des Fahrzeugs bei der Vorwärtsfahrt auf der Referenz-Trajektorie 203 ermittelt werden.
Die Referenzdaten können somit auf unterschiedliche Weise eine Referenz-Trajektorie 203 und einen Abdeckungsbereich 204 eines Fahrzeugs 100 bei einer Vorwärtsfahrt (d.h. allgemein bei einer Referenzfahrt) beschreiben. Wenn detektiert wird, dass der Fahrer des Fahrzeugs 100 einen Rückwärtsgang einlegt und/oder wenn der Nutzer des Fahrzeugs 100 über eine Benutzerschnittstelle das Rückfahrassistenzsystem aktiviert, kann auf Basis der Referenzdaten eine Rückfahr-Trajektorie 213 (allgemein eine Fahr-Trajekorie) für eine unterstützte Rückfahrt des Fahrzeugs 100 zu dem Anfangspunkt der Referenz-Trajektorie 203 ermittelt werden. Dabei kann die Referenz-Trajektorie 203 derart ermittelt werden, dass das Fahrzeug 100

• den Anfangspunkt der Referenz-Trajektorie 203 erreicht; und/oder
• möglichst weitgehend innerhalb des Abdeckungsbereichs 204 bleibt.

Die ermittelte Rückfahr-Trajektorie 213 kann insbesondere einen Lenkwinkel der Vorderrad-Lenkvorrichtung der Vorderachse 110 des Fahrzeugs 100 als Funktion der Position auf der Rückfahr-Trajektorie 213 anzeigen. Der Fahrer des Fahrzeugs 100 kann dann auf Basis der ermittelten Rückfahr-Trajektorie 213 bei der Rückwärtsfahrt unterstützt werden. Insbesondere kann die Vorderrad-Lenkvorrichtung des Fahrzeugs 100 automatisch in Abhängigkeit von der Rückfahr-Trajektorie 213 angesteuert werden, um die Querführung des Fahrzeugs 100 zu übernehmen. Andererseits kann die Längsführung des Fahrzeugs 100, insbesondere die Festlegung der Längsgeschwindigkeit und der Fahrrichtung (vorwärts bzw. rückwärts) des Fahrzeugs 100, weiter durch den Fahrer durchgeführt werden. Die Bereitstellung eines derartigen Rückfahrassistenten ermöglicht es einem Fahrer eines Fahrzeugs 100, in komfortabler Weise rückwärts aus einer beengten Verkehrssituation (z.B. aus einem engen Parkhaus) herauszufahren.
Aufgrund der o.g. Bedingungen für die Ermittlung der Rückfahr-Trajektorie 213 entspricht die Rückfahr-Trajektorie 213 typischerweise weitestgehend der Referenz-Trajektorie 203. Da typischerweise nicht sicher davon ausgegangen werden kann, dass die Hindernisse entlang der gespeicherten Referenz-Trajektorie 203 statisch sind, ist es vorteilhaft, wenn das Fahrzeug 100 auf der Rückwärtsfahrt entlang der Rückfahr-Trajektorie 213 einen möglichst kleinen Abdeckungsbereich 204 bedeckt. Dies gilt insbesondere wenn das Fahrzeug 100 einen Anhänger 320 zieht (siehe 3). 3 zeigt eine Fahrsituation, bei dem ein Fahrzeug 100 mit Anhänger 320 bei einer Vorwärtsfahrt von einer Anfangsposition 301 bis zu einer Endposition 302 Referenzdaten in Bezug auf eine Referenz-Trajektorie 203 erfasst und speichert. Auf der Vorwärtsfahrt können das Fahrzeug 100 und der Anhänger 320 den Abdeckungsbereich 204 entlang der Referenz-Trajektorie 203 abgedeckt haben. Um den Abdeckungsbereich 204 in präziser Weise zu ermitteln, können auf der Vorwärtsfahrt Positionsinformation und Orientierungsinformation in Bezug auf jeweils einen Referenzpunkt 101 des Fahrzeugs 100 und einen Referenzpunkt des Anhängers 320 (z.B. der Mittelpunkt einer Achse des Anhängers 320) ermittelt und gespeichert werden. Z.B. kann mittels eines Verdrehungssensors 321 an einem Kupplungspunkt zwischen Fahrzeug 100 und Anhänger 320 an der Vielzahl von Positionen auf der Referenz-Trajektorie 203 die Verdrehung zwischen Fahrzeug 100 und Anhänger 320 ermittelt und gespeichert werden. Daraus kann dann, basierend auf der Positionsinformation und der Orientierungsinformation des Fahrzeugs 100, die Position und die Orientierung des Anhängers 320 ermittelt werden.
Die Referenzdaten können dazu verwendet werden, eine Rückfahr-Trajektorie 313 für das Fahrzeug 100 (ggf. mit Anhänger 320) zu ermitteln. Insbesondere können auf Basis der Referenzdaten Steuerdaten für ein oder mehrere Lenkvorrichtungen des Fahrzeugs 100 ermittelt werden, um das Fahrzeug 100 (ggf. mit Anhänger 320) entlang einer Rückfahr-Trajektorie 313 (ggf. bei einer Rückwärtsfahrt) von der Endposition 302 zu der Anfangsposition 301 zu führen. Dabei können insbesondere Steuerdaten für die Hinterrad-Lenkvorrichtung des Fahrzeugs 100 ermittelt werden. Durch die aktive Verwendung der Hinterrad-Lenkvorrichtung kann die Ausrichtung des Fahrzeugs 100 (und ggf. des Anhängers 320) entlang der Rückfahr-Trajektorie 313 optimiert werden, so dass das Fahrzeug 100 (und ggf. der Anhänger 320) auf der Fahrt entlang der Rückfahr-Trajektorie 313 einen möglichlist kleinen Abdeckungsbereich 304 in Anspruch nimmt. Insbesondere können die Steuerdaten derart ermittelt werden, dass der Abdeckungsbereich 304 auf der Fahrt entlang der Rückwärts-Trajektorie 313 vollständig innerhalb des Referenz-Abdeckungsbereichs 204 der Referenz-Trajektorie 203 liegt.
Die Hinterrad-Lenkvorrichtung kann dabei unabhängig von der Vorderrad-Lenkvorrichtung angesteuert werden. Mit anderen Worten, die Hinterrad-Lenkvorrichtung und die Vorderrad-Lenkvorrichtung können als separate Freiheitsgrade verwendet werden, um das Fahrzeug 100 (und ggf. einen Anhänger 320) bei der Fahrt entlang der Rückfahr-Trajektorie 313 auszurichten. So kann der Abdeckungsbereich 304 auf der Fahrt entlang der Rückwärts-Trajektorie 313 optimiert werden.
Durch die Berücksichtigung der Hinterrad-Lenkvorrichtung (zusätzlich und unabhängig von der Vorderrad-Lenkvorrichtung) kann der Verlauf der Rückfahr-Trajektorie 313 optimiert werden. Des Weiteren kann ein Ausmaß an erforderlichen Lenkbewegungen der Vorderrad-Lenkvorrichtung reduziert werden.
In einer Vorwärtsfahrt können Referenzdaten in Bezug auf das Fahrmanöver aufgezeichnet werden. Im Rahmen des Fahrmanövers wird eine Fläche 204 über dem Grund (d.h. eine Fahrzeugüberstrichene Fläche bzw. ein Abdeckungsbereich) zurückgelegt. Die Hinterrad-Lenkvorrichtung kann dabei (insbesondere bei Park-/Rangiergeschwindigkeiten im Bereich von 1-8km/h) gegenphasig zu der Vorderrad-Lenkvorrichtung betrieben werden, um engere Kurvenradien zu ermöglichen. Ggf. kann bei Fahrgeschwindigkeiten nahe 0 km/h (z.B. bei 3 km/h und weniger) die Hinterrad-Lenkvorrichtung deaktiviert werden (z.B. im normalen Fahrbetrieb).
Mittels der Hinterrad-Lenkvorrichtung kann die Fahrzeugüberstrichene Fläche 304 bei einer Fahrt entlang einer Rückfahr-Trajektorie 313 minimiert und/oder optimiert werden. Hierzu kann es zielführend sein, die Hinterrad-Lenkvorrichtung gegen- und/oder gleichphasig zu der Vorderrad-Lenkvorrichtung zu betreiben. Insbesondere können die Steuerdaten für die Hinterrad-Lenkvorrichtung und die Vorderrad-Lenkvorrichtung ermittelt werden, um eine optimale Rückfahr-Trajektorie 313 mit einem optimalen Abdeckungsbereich 304 für die gesamte Bahn zwischen Endposition 302 und Anfangsposition 301 zu ermitteln. Das heißt, die Hinterrad-Lenkvorrichtung kann vorausschauend in Abhängigkeit von einer geplanten Trajektorie 313 ermittelt werden.
Die aktive Nutzung der Hinterrad-Lenkvorrichtung ist insbesondere im Anhängerbetrieb von Vorteil. Bei einer Rückwärtsfahrt mit Anhänger 320 (auch bei einer Geradeausfahrt) muss der Anhänger 320 bei alleiniger Nutzung der Vorderrad-Lenkvorrichtung über die Vorderachse des Fahrzeugs 100 geregelt werden. Dies führt zu substantiellen Lenkbewegungen am Lenkrad (d.h. durch die Vorderrad-Lenkvorrichtung), was von einem Fahrer typischerweise als störend wahrgenommen wird. Zudem kann es zu substantiellen Ausschwenkungen des Fahrzeugs 100 kommen, um Korrekturen vorzunehmen. Beim Ausschwenken des Fahrzeugs 100 besteht eine erhöhte Kollisionsgefahr. Insbesondere wird durch das Ausschwenken die Fahrzeugüberstrichene Fläche 304 erhöht.
Durch autonome Verwendung der Hinterrad-Lenkvorrichtung können in effizienter Weise Korrekturen vorgenommen werden, um ein starkes Ausschwenken des Fahrzeugs 100 zu unterbinden. So kann der Abdeckungsbereich 304 reduziert werden. Des Weiteren können so Lenkbewegungen am Lenkrad des Fahrzeugs 100 (d.h. Lenkbewegungen der Vorderrad-Lenkvorrichtung) reduziert, insbesondere minimiert, werden. Beispielsweise kann durch Verwendung der Hinterrad-Lenkvorrichtung ggf. eine Geradeausfahrt mit Anhänger 320 im Rückwärtsbetrieb ermöglicht werden, ohne dass (substantielle) Lenkbewegungen am Lenkrad des Fahrzeugs 100 erfolgen.
Die aktive Verwendung der Hinterrad-Lenkvorrichtung ermöglicht z.B.: eine optimale Ausrichtung des Hecks eines Fahrzeugs 100 zu einer Parklücke; das Befahren von kleineren Parklücken; das Korrigieren der Positionierung innerhalb einer Parklücke (z.B. relativ zu einem Bordstein); die Kompensation von Regelungen auf eine vorgegebene Trajektorie (z.B. zur Vermeidung eines unruhigen Lenkverhaltens am Lenkrad eines Fahrzeugs 100); eine versetzte Positionierung von Vorderrädern und Hinterrädern in Rangiersituationen; eine erhöhte Performance beim Abfahren einer gespeicherten Trajektorie; und/oder eine Kompensation der Lenkbewegungen eines Fahrzeugs 100 bei einem Anhängerassistenzsystem.
4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 400 zur automatisierten Querführung eines Fahrzeugs 100 (insbesondere eines mehrspurigen Fahrzeugs mit einer Vorderachse 110 und einer Hinterachse 120). Das Fahrzeug 100 umfasst eine Hinterrad-Lenkvorrichtung und eine Vorderrad-Lenkvorrichtung. Das Verfahren 400 umfasst das Ermitteln 401, auf Basis von Referenzdaten in Bezug auf eine Referenzfahrt des Fahrzeugs 100 von einer Anfangsposition 301 zu einer Endposition 302, einer Fahr-Trajektorie 313 für eine erneute Fahrt zwischen der Anfangsposition 301 und der Endposition 302. Wie in Zusammenhang mit 3 dargelegt, kann es sich bei der Referenzfahrt um eine Vorwärtsfahrt und bei der erneuten Fahrt um eine Rückwärtsfahrt handeln. Es sind jedoch beliebige Kombinationen denkbar. Beispielsweise kann es sich auch bei der erneuten Fahrt um eine Vorwärtsfahrt handeln. Die Vorwärtsfahrt bzw. die Rückwärtsfahrt können in der Richtung von der Anfangsposition 301 bis zu der Endposition 302 oder in umgekehrter Richtung erfolgen.
Außerdem umfasst das Verfahren 400 das Ansteuern 402 der Hinterrad-Lenkvorrichtung in Abhängigkeit von der Fahr-Trajektorie 313. Durch die Berücksichtigung einer zuvor ermittelten Fahr-Trajektorie 313 kann die Hinterrad-Lenkvorrichtung des Fahrzeugs 100 in vorausschauender Weise genutzt werden. So kann die automatisierte Querführung entlang einer zuvor aufgezeichneten Referenz-Trajektorie 203 verbessert werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008004158 B4 [0003]

Claims

Steuereinheit (103) für ein Fahrerassistenzsystem eines Fahrzeugs (100) mit zumindest automatisierter Querführung; wobei das Fahrzeug (100) eine Hinterrad-Lenkvorrichtung und eine Vorderrad-Lenkvorrichtung umfasst; wobei die Steuereinheit (103) eingerichtet ist, - auf Basis von Referenzdaten in Bezug auf eine Referenzfahrt des Fahrzeugs (100) von einer Anfangsposition (301) zu einer Endposition (302), eine Fahr-Trajektorie (313) für eine erneute Fahrt zwischen der Anfangsposition (301) und der Endposition (302) zu ermitteln; wobei die Referenzfahrt manuell durch einen Fahrer des Fahrzeugs (100) unter Verwendung der Vorderrad-Lenkvorrichtung durchgeführt wird; und - die Hinterrad-Lenkvorrichtung in Abhängigkeit von der Fahr-Trajektorie (313) anzusteuern.
Steuereinheit (103) gemäß Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (103) eingerichtet ist, - die Hinterrad-Lenkvorrichtung unabhängig von der Vorderrad-Lenkvorrichtung anzusteuern; und/oder - die Hinterrad-Lenkvorrichtung abweichend von einer reinen gegenphasigen oder gleichphasigen Ansteuerung in Bezug auf die Vorderrad-Lenkvorrichtung anzusteuern.
Steuereinheit (103) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (103) eingerichtet ist, die Fahr-Trajektorie (313) und/oder Steuerdaten für die Hinterrad-Lenkvorrichtung unter der Prämisse zu ermitteln, dass die Hinterrad-Lenkvorrichtung unabhängig von der Vorderrad-Lenkvorrichtung angesteuert werden kann.
Steuereinheit (103) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - die Steuereinheit (103) eingerichtet ist, die Referenz-Trajektorie (313) derart zu ermitteln und/oder die Hinterrad-Lenkvorrichtung derart anzusteuern, dass ein Abdeckungsbereich (304) des Fahrzeugs (100) bei der erneuten Fahrt reduziert, insbesondere minimiert, wird; und - der Abdeckungsbereich (304) eine Fläche entlang der Fahr-Trajektorie (303) anzeigt, die von zumindest einem Teil des Fahrzeugs (100) bei der erneuten Fahrt überstrichen wird.
Steuereinheit (103) gemäß Anspruch 4, wobei die Steuereinheit (103) eingerichtet ist, - einen Referenz-Abdeckungsbereich (204) des Fahrzeugs (100) bei der Referenzfahrt zu ermitteln; und - die Referenz-Trajektorie (313) derart zu ermitteln und/oder die Hinterrad-Lenkvorrichtung derart anzusteuern, dass der Abdeckungsbereich (304) des Fahrzeugs (100) bei der erneuten Fahrt innerhalb des Referenz-Abdeckungsbereichs (204) liegt.
Steuereinheit (103) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Referenzdaten, - Positionsinformation (201) in Bezug auf eine Vielzahl von Positionen auf der Referenz-Trajektorie (203) umfasst; und - Orientierungsinformation (202) in Bezug auf eine Orientierung (102) des Fahrzeugs (100) an der Vielzahl von Positionen umfasst.
Steuereinheit (103) gemäß Anspruch 6, wobei die Steuereinheit (103) eingerichtet ist, - zu detektieren, dass das Fahrzeug (100) in Zusammenhang mit einem Anhänger (320) betrieben wird; und - Referenzdaten in Bezug auf eine Position und eine Orientierung des Anhängers (320) für die Vielzahl von Positionen auf der Referenz-Trajektorie (203) zu ermitteln.
Steuereinheit (103) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - das Fahrzeug (100) in Zusammenhang mit einem Anhänger (320) betrieben wird; - die Steuereinheit (103) eingerichtet ist, Information in Bezug auf eine Verdrehung zwischen dem Fahrzeug (100) und dem Anhänger (320) zu ermitteln; und - die Steuereinheit (103) eingerichtet ist, die Hinterrad-Lenkvorrichtung anzusteuern, um eine Verdrehung zwischen dem Fahrzeug (100) und dem Anhänger (320) entlang der Fahr-Trajektorie (313) zu reduzieren.
Steuereinheit (103) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - die Hinterrad-Lenkvorrichtung einen Hinterrad-Lenkwinkelbereich (121) aufweist; - die Vorderrad-Lenkvorrichtung einen Vorderrad-Lenkwinkelbereich (111) aufweist; und - die Steuereinheit (103) eingerichtet ist, die Fahr-Trajektorie (313) in Abhängigkeit von dem Hinterrad-Lenkwinkelbereich (121) und dem Vorderrad-Lenkwinkelbereich (111) zu ermitteln.
Steuereinheit (103) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - das Fahrerassistenzsystem ein Rückfahrassistenzsystem ist; - die Referenzfahrt eine Vorwärtsfahrt in Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs (100) von der Anfangsposition (301) bis zu der Endposition (302) ist; und - die erneute Fahrt eine Rückwärtsfahrt in Rückwärtsrichtung des Fahrzeugs (100) ist.
Verfahren (400) zur automatisierten Querführung eines Fahrzeugs (100); wobei das Fahrzeug (100) eine Hinterrad-Lenkvorrichtung und eine Vorderrad-Lenkvorrichtung umfasst; wobei das Verfahren (400) umfasst, - Ermitteln (401), auf Basis von Referenzdaten in Bezug auf eine Referenzfahrt des Fahrzeugs (100) von einer Anfangsposition (301) zu einer Endposition (302), einer Fahr-Trajektorie (313) für eine erneute Fahrt zwischen der Anfangsposition (301) und der Endposition (302); wobei die Referenzfahrt manuell durch einen Fahrer des Fahrzeugs (100) unter Verwendung der Vorderrad-Lenkvorrichtung durchgeführt wird; und - Ansteuern (402) der Hinterrad-Lenkvorrichtung in Abhängigkeit von der Fahr-Trajektorie (313).