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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beeinflussen einer Positioniergenauigkeit eines Fahrzeugs.
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Stand der Technik
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Zum Erfassen einer Position eines Fahrzeugs können Inertialsensoren des Fahrzeugs verwendet werden. Dabei werden Beschleunigungen und/oder Drehraten des Fahrzeugs erfasst und zeitliche Verläufe der Beschleunigungen und/oder Drehraten ausgewertet, um zurückgelegte Strecken und/oder Winkelbewegungen des Fahrzeugs zu berechnen. Die zurückgelegten Strecken und/oder Winkelbewegungen werden aufintegriert, um die Position relativ zu einer vorhergehenden Position zu bestimmen.
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Ebenso kann eine Drehung eines Rads des Fahrzeugs überwacht werden. Dabei kann die zurückgelegte Strecke in Abhängigkeit von Umdrehungen des Rads und einem Rollradius des Rads erfasst werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren zum Beeinflussen einer Positioniergenauigkeit eines Fahrzeugs und ein entsprechendes Steuergerät, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogrammprodukt gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des hier vorgestellten Ansatzes ergeben sich aus der Beschreibung und sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Die Drehung eines Rads kann durch einen Sensor am Rad erfasst werden und in einem Signal abgebildet werden. Der Sensor weist eine bauartbedingte Winkelauflösung auf, die über den Rollradius direkt mit einer möglichen Wegmessauflösung korreliert. Um eine höhere Auflösung zu erreichen kann ein besserer Sensor verbaut werden. Ebenso können Signale mehrerer Sensoren an unterschiedlichen Rädern des Fahrzeugs fusioniert werden, um die Auflösung zu verbessern. Im besten Fall kann so eine Gesamtauflösung an einem vierrädrigen Fahrzeug vervierfacht werden. Wenn die Räder jedoch ungünstig zueinander stehen, kann die Gesamtauflösung nur der Auflösung eines einzelnen Sensors entsprechen.
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Vorteile der Erfindung
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in vorteilhafter Weise ermöglichen, durch ein Beeinflussen einer zukünftigen Trajektorie des Fahrzeugs an einem vorbestimmten Punkt auf der Trajektorie Relativstellungen der Räder zueinander einzustellen und so die Gesamtauflösung der Sensoren positiv zu beeinflussen.
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Es wird ein Verfahren zum Beeinflussen einer Positioniergenauigkeit eines Fahrzeugs vorgestellt, das dadurch gekennzeichnet ist, dass eine aktuelle Wegmessauflösung des Fahrzeugs erfasst wird, eine Trajektorie zu einer anzufahrenden Position in Bezug auf eine erwartete Wegmessauflösung optimiert wird und in einer Steuerinformation für das Fahrzeug abgebildet wird, wobei ein Verlauf der Wegmessauflösung entlang der Trajektorie vorberechnet wird und zumindest ein Parameter der Trajektorie optimiert wird, bis die erwartete Wegmessauflösung an der anzufahrenden Position besser als die aktuelle Wegmessauflösung ist, um die Steuerinformation zu erhalten.
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Ideen zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können unter anderem als auf den nachfolgend beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden.
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Die Positioniergenauigkeit bezeichnet, wie exakt ein Fahrzeug eine zukünftige Position bestimmen kann und folglich die zukünftige Position anfahren kann. Die zukünftige Position wird dabei auf eine aktuelle oder zurückliegende Position bezogen und zumindest anteilig basierend auf einer zurückgelegten Strecke beziehungsweise einem zurückgelegten Weg zwischen der aktuellen Position und der zukünftigen Position bestimmt. Die aktuelle Wegmessauflösung repräsentiert in wie kleinen Schritten der zurückgelegte Weg aktuell aufgelöst werden kann. Die aktuelle Wegmessauflösung ist je nach Stellung der Räder des Fahrzeugs zueinander unterschiedlich. Beim Optimieren wird ausgehend von der aktuellen Stellung der Räder die Trajektorie so angepasst, dass sich die Stellung der Räder zueinander und damit die Wegmessauflösung an der zukünftigen Position verbessert, beziehungsweise zumindest nicht verschlechtert. Das Lenken des Fahrzeugs erfolgt entlang der Trajektorie automatisch unter Verwendung der Steuerinformation. Ebenso kann das Fahrzeug unter Verwendung der Steuerinformation vollständig selbstständig auf der optimierten Trajektorie fahren. Als Parameter kann beispielsweise ein lokaler Krümmungsradius der Trajektorie optimiert werden, da bei Kurvenfahrten das kurvenäußere Rad einen weiteren Weg zurücklegt, als das kurveninnere Rad und sich so die Stellungen der Räder abhängig von dem Krümmungsradius und einer Länge der Kurvenfahrt verändern.
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Die Wegmessauflösung kann unter Verwendung einer zeitlichen Abfolge von an zumindest zwei Rädern des Fahrzeugs erfassten Winkelschrittimpulsen erfasst werden. Die Trajektorie kann dahingehend optimiert werden, dass die Winkelschrittimpulse der unterschiedlichen Räder aufgrund unterschiedlicher Rollwege der Räder entlang der Trajektorie in möglichst gleichmäßigen Zeitabständen nacheinander erfasst werden. Die Wegmessauflösung ist am schlechtesten, wenn die Winkelschrittimpulse exakt zeitgleich erfasst werden. Bei zwei Sensoren ist die Wegmessauflösung am besten, wenn die Winkelschrittimpulse in gleichmäßigen Abständen jeweils abwechselnd erfasst werden. Dabei ist die Wegmessauflösung doppelt so gut, wie bei einem einzelnen Sensor. Bei vier Sensoren ist die Wegmessauflösung am besten, wenn die Winkelschrittimpulse in regelmäßigen Abständen sequentiell nacheinander erfasst werden. Dabei ist die Wegmessauflösung viermal so gut, wie bei einem einzelnen Sensor.
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Es kann eine Trajektorienschar verschiedener möglicher Trajektorien mit unterschiedlichen Parametern optimiert werden. Die mit der besten erwarteten Wegmessauflösung korrespondierende Trajektorie kann in der Steuerinformation abgebildet werden. Zwischen der aktuellen Position und der zukünftigen Position können unterschiedliche Trajektorien geplant werden. Beispielsweise kann eine Trajektorie mit maximalen Lenkausschlägen geplant werden. Dann können zwischen einzelnen Kurvenabschnitten längere gerade Abschnitte liegen. Dabei können die Kurvenabschnitte und geraden Abschnitte verschiedener Trajektorien unterschiedlich verteilt sein. Ebenso kann eine Trajektorie mit minimalen Lenkausschnitten geplant werden. Dabei gehen die Kurvenabschnitte unmittelbar ineinander über.
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Zum Optimieren der Trajektorie kann zumindest ein Teilabschnitt der Trajektorie durch eine Korrekturtrajektorie ersetzt werden. In eine Trajektorie kann als Korrekturtrajektorie ein Schlenker eingesetzt werden. Das Fahrzeug kann vor und nach der Korrekturtrajektorie entlang der Trajektorie geführt werden. Die Korrekturtrajektorie verändert die Wege, die das kurvenäußere Rad und das kurveninnere Rad zurücklegen. Durch die Korrekturtrajektorie kann eine kleine Korrektur der Stellung der Räder erreicht werden.
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Als Korrekturtrajektorie kann ein vorgeplantes Lenkmanöver mit variablem Lenkeinschlag in die Trajektorie eingefügt werden. Die Korrekturtrajektorie kann standardisiert sein. Je nachdem, welche Korrektur erforderlich ist, kann aus einem Speicher eine vorberechnete Korrekturtrajektorie ausgelesen werden und in die Trajektorie eingefügt werden.
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Das Fahrzeug kann entsprechend der Steuerinformation angesteuert werden, um auf der optimierten Trajektorie zu der anzufahrenden Position zu fahren. Die Wegmessauflösung kann bei Erreichen der anzufahrenden Position erneut erfasst werden. Es kann zumindest eine weitere Trajektorie zu zumindest einer weiteren anzufahrenden Position optimiert werden und als weitere Steuerinformation für das Fahrzeug bereitgestellt werden. Das Optimieren kann schrittweise erfolgen. Durch das schrittweise optimieren kann ein tatsächlicher Optimierungsfortschritt überwacht werden.
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Das Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.
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Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner ein Steuergerät, das dazu ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante des hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Das Steuergerät kann ein elektrisches Gerät mit zumindest einer Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest einer Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, und zumindest einer Schnittstelle und/oder eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind, sein. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein sogenannter System-ASIC oder ein Mikrocontroller zum Verarbeiten von Sensorsignalen und Ausgeben von Datensignalen in Abhängigkeit von den Sensorsignalen sein. Die Speichereinheit kann beispielsweise ein Flash-Speicher, ein EPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein. Die Schnittstelle kann als Sensorschnittstelle zum Einlesen der Sensorsignale von einem Sensor und/oder als Aktorschnittstelle zum Ausgeben der Datensignale und/oder Steuersignale an einen Aktor ausgebildet sein. Die Kommunikationsschnittstelle kann dazu ausgebildet sein, die Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben. Die Schnittstellen können auch Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Es wird darauf hingewiesen, dass einige der möglichen Merkmale und Vorteile der Erfindung hierin mit Bezug auf unterschiedliche Ausführungsformen als Verfahren und Steuergerät beschrieben sind. Ein Fachmann erkennt, dass die Merkmale in geeigneter Weise kombiniert, angepasst oder ausgetauscht werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Zeichnungen noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.
- 1 zeigt eine Darstellung eines rückwärts einparkenden Fahrzeugs auf einer optimierten Trajektorie gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- die 2a und 2b zeigen Darstellungen von zeitlichen Abfolgen von Winkelschrittsignalen mehrerer Räder eines Fahrzeugs;
- 3 zeigt eine Darstellung von mehreren möglichen Trajektorien gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
- 4 zeigt eine Darstellung einer Korrekturtrajektorie gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Merkmale.
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Automatisierte Fahrfunktionen werden immer häufiger in Kraftfahrzeuge integriert. Dazu zählen beispielsweise auch automatisierte Park- und Manövrierfunktionen, welche sowohl Quer- als auch Längsführung übernehmen können.
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Eine wichtige Anforderung an ein automatisiertes Gesamtsystem ist die Anhaltegenauigkeit in Längsrichtung, d.h. innerhalb welcher Abweichungen von einer geplanten Zielposition das Fahrzeug am Ende eines Zugs zum Stehen kommt. Eine weitere wichtige Anforderung ist es, möglichst kurze Züge zu fahren, beispielsweise nur wenige cm von Stillstand bis Stillstand.
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Häufig wird für Planungs- und Regelungskonzepte ein Odometrie-, Beschleunigungs- und/oder Geschwindigkeitssignal auf Basis von Raddrehzahlsensoren genutzt. Diese Raddrehzahlsensoren nutzen meist ein magnetisches oder optisches Messprinzip, bei welchem pro Umdrehung des Rads eine sensorabhängige Anzahl an Messimpulsen erzeugt wird. Mit Hilfe des Radumfangs lässt sich so aus einer Anzahl von Impulsen eine Odometrie, und aus dem zeitlichen Abstand der Impulse eine Geschwindigkeit bzw. Beschleunigung ableiten. Messimpulse können dabei radindividuell ausgewertet werden.
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Eine hohe Anhaltegenauigkeit bzw. die Fähigkeit, möglichst kurze Züge zu fahren, kann dadurch erreicht werden, dass eine möglichst hohe Anzahl an Messimpulsen pro Radumdrehung sichergestellt wird, d.h. Raddrehzahlsensoren mit einer hohen Auflösung verwendet werden. Prinzipbedingt sind jedoch bisher keine Raddrehzahlsensoren verfügbar, welche für aktuelle Anforderungen bzgl. Anhaltegenauigkeit oder kurze Zuglängen ausreichen.
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Bei dem hier vorgestellten Ansatz wird eine Trajektorie mit optimaler Radpositionierung zur Erhöhung einer Odometrieauflösung geplant.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine Darstellung eines rückwärts einparkenden Fahrzeugs 100 auf einer optimierten Trajektorie 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Hier sind Rollwege von Rädern des Fahrzeugs 100 durch gestrichelte Linien dargestellt. Die Trajektorie 102 ist kurz gestrichelt und eine von dem Fahrzeug 100 überfahrene Fläche ist durch gepunktete Umrisslinien angedeutet. Das Fahrzeug 100 parkt in eine Parklücke 104 parallel zum Straßenrand 106 ein. Die Parklücke 104 wird vorne und hinten von angedeutet dargestellten anderen Fahrzeugen begrenzt. Die Parklücke 104 ist so kurz, dass die Trajektorie 102 in drei Zügen 108, 110, 112 geplant wird, um das Fahrzeug 100 in der Parklücke 104 einzuparken. Dabei fährt das Fahrzeug 100 im ersten Zug 108 rückwärts, im zweiten Zug 110 vorwärts und im dritten Zug 112 wieder rückwärts. Innerhalb eines Zugs verändert das Fahrzeug 100 seine Fahrtrichtung nicht, wird jedoch entlang der Trajektorie 102 gelenkt.
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Die Trajektorie 102 ist auf einen Mittelpunkt einer Hinterachse des Fahrzeugs 100 bezogen. Die Trajektorie 102 des ersten Zugs 108 wird von einem Ausgangspunkt 114 der Trajektorie 102 zu einem ersten Zwischenpunkt 116 optimiert. Die Trajektorie 102 des zweiten Zugs 110 wird von dem ersten Zwischenpunkt 116 zu einem zweiten Zwischenpunkt 118 optimiert. Die Trajektorie 102 des dritten Zugs 112 wird von dem zweiten Zwischenpunkt 118 zu einem Endpunkt 120 der Trajektorie 102 optimiert. An den Zwischenpunkten 116, 118 ist eine erhöhte Positioniergenauigkeit erforderlich, da das Fahrzeug 100 sehr nahe an die anderen Fahrzeuge herangefahren wird, um die Parklücke 104 optimal auszunutzen. Am Endpunkt 120 ist das Fahrzeug 100 im Wesentlichen mittig in der Parklücke 104 platziert.
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Das Fahrzeug 100 weist ein Steuergerät 212 zum Beeinflussen einer Positioniergenauigkeit des Fahrzeugs 100 auf. Vor Erreichen des Anfangspunkts 114 wird eine aktuelle Wegmessauflösung 122 des Fahrzeugs 100 erfasst. Dazu wird eine aktuelle zeitliche Abfolge von an zumindest zwei Rädern des Fahrzeugs 100 erfassten Winkelschrittimpulsen 124 ausgewertet. Die Winkelschrittimpulse 124 werden von Winkelschrittsensoren 126 an den Rädern bereitgestellt. Jeder Winkelschrittsensor 126 weist einen mit seinem Rad drehenden Geber auf. Der Geber kann beispielsweise optisch über Fotorezeptoren oder magnetisch über Hallsensoren ausgelesen werden. Dabei wird ein Winkelschrittimpuls 124 ausgelöst, nachdem sich das Rad um einen bestimmten Winkelschritt gedreht hat. Ein einzelner Winkelschrittsensor 126 weist damit eine bauartbedingte Wegmessauflösung auf.
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In einer Auswerteeinrichtung 128 des Steuergeräts 212 werden die Winkelschrittimpulse124 mehrerer Winkelschrittsensoren 126 fusioniert. Dazu werden Zeitabstände zwischen den Winkelschrittimpulsen 124 der unterschiedlichen Räder ausgewertet. Wenn die Winkelschrittimpulse 124 der Räder gleichzeitig erfasst werden, ist die aktuelle Wegmessauflösung 122 gleich der bauartbedingten Wegmessauflösung. Je gleichmäßiger zeitversetzt zueinander die Winkelschrittimpulse 124 erfasst werden, umso besser ist die aktuelle Wegmessauflösung 122. Bei zwei Winkelschrittsensoren 126 kann die aktuelle Wegmessauflösung 122 bestenfalls doppelt so gut sein, wie die bauartbedingte Wegmessauflösung.
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In einer Optimierungseinrichtung 130 des Steuergeräts 121 wird die Trajektorie 102 von dem Anfangspunkt 114 zu einem gewünschten Punkt auf der Trajektorie 102 dahingehend optimiert, dass die aktuelle Wegmessauflösung 122 verbessert wird. Wenn die aktuelle Wegmessauflösung 122 bereits optimal ist, wird die Trajektorie 102 so optimiert, dass die zukünftige Wegmessauflösung an dem gewünschten Punkt so gut bleibt, wie die aktuelle Wegmessauflösung 122. Ein erster gewünschter Punkt kann beispielsweise der erste Zwischenpunkt 116 sein. Ebenso kann der gewünschte Punkt zwischen dem Anfangspunkt 114 und dem ersten Zwischenpunkt 116 oder nach dem ersten Zwischenpunkt 116 liegen.
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Um die zukünftige Wegmessauflösung zu bestimmen, werden die Rollwege der Räder basierend auf der Trajektorie 102 vorberechnet. In einer Kurve legt ein Rad auf seinem Rollweg einen längeren Weg zurück, als das andere Rad auf seinem Rollweg. Dadurch verschiebt sich eine Winkelstellung der Räder zueinander. Die Winkelstellung kann sich dabei auch um mehr als einen Winkelschritt eines Winkelschrittsensors verschieben. Die Trajektorie 102 wird so optimiert, dass an dem gewünschten Punkt die Winkelschrittimpulse 124 gleichmäßiger zeitversetzt zueinander empfangen werden und die optimierte Wegmessauflösung erreicht wird, auch wenn sich die Wegmessauflösung dazwischen verschlechtern kann.
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Die optimierte Trajektorie 102 wird in einer Steuerinformation 132 für das Fahrzeug 100 abgebildet und vom Steuergerät 121 ausgegeben. Unter Verwendung der Steuerinformation 132 wird das Fahrzeug 100 auf der Trajektorie 102 gesteuert. Dabei werden zumindest die gelenkten Räder entsprechend der Steuerinformation 132 gelenkt.
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Am gewünschten Punkt wird wieder die aktuelle Wegmessauflösung 122 bestimmt und die Trajektorie 102 zu einem weiteren gewünschten Punkt auf der Trajektorie 102 optimiert.
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In einem Ausführungsbeispiel erfolgt das Optimieren von dem Anfangspunkt 114 zu dem ersten Zwischenpunkt 116. Am ersten Zwischenpunkt 116 wird erneut die aktuelle Wegmessauflösung 122 erfasst. Vom ersten Zwischenpunkt 116 zum zweiten Zwischenpunkt 118 wird die Trajektorie 102 wieder optimiert.
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In einem Ausführungsbeispiel erfolgt das Optimieren über mehrere Züge hinweg. Dabei kann die Wegmessauflösung bis zu dem gewünschten Punkt stetig verbessert werden. Ebenso kann sich die Wegmessauflösung erst verschlechtern, um sich bei Annäherung an den gewünschten Punkt wieder zu verbessern.
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Bei dem hier vorgestellten Ansatz wird die zeitliche Auflösung von Odomotrie-, Geschwindigkeit- bzw. Beschleunigungsinformationen während bestimmter Phasen eines Zuges 108, 110, 112 erhöht, um damit die Anhaltegenauigkeit zu verbessern oder das Fahren besonders kurzer Zuglängen zu ermöglichen.
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Dabei wird während derjenigen Phasen eines Zuges 108, 110, 112, bei welchen eine hohe zeitliche Auflösung von Odometrie, Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung benötigt wird, im Voraus die zu fahrende Trajektorie 102 so geplant, dass bei Erreichen der Phase des Zugs 108, 110, 112 die Messimpulse der Räder sequentiell in zeitlich möglichst gleichen und kurzen Abständen eingehen.
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Mit anderen Worten wird die radiale Position der Räder auf der Achse so geplant, dass beispielsweise am Ende des Zuges 108, 110, 112 die zeitlichen Abstände des Impulseingangs von Rad 1, Rad 2, Rad 3 und Rad 4, hintereinander in zeitlich gleichen und kurzen Abständen eingehen. Diese Impulseingänge werden anschließend beispielsweise zu einem Odometrie-Signal verarbeitet, welches sich bei jedem Impulseingang aktualisiert.
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Die 2a und 2b zeigen Darstellungen von zeitlichen Abfolgen von Winkelschrittsignalen 124 mehrerer Räder eines Fahrzeugs. Eine zeitliche Abfolge der Winkelschrittsignale 124 kennzeichnet eine aktuelle Wegmessauflösung. Die Winkelschrittsignale 124 sind in Diagrammen aufgetragen, die auf der Abszisse die Zeit t und auf der Ordinate Bezeichnungen der Räder aufgetragen haben. Hier sind die Winkelschrittsignale 124 von vier Rädern übereinander dargestellt. Die Winkelschrittsignale 124 sind als einzelne Impulse dargestellt. Ein Abstand zwischen zwei Impulsen repräsentiert eine Rotation des jeweiligen Rads um einen Winkelschritt.
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Zusätzlich ist in den Diagrammen ein Weg/Zeit Signal 200 dargestellt. Für das Signal 200 ist auf der Ordinate zusätzlich der Weg angetragen. Eine Steigung des Signals 200 repräsentiert eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Das Signal 200 basiert auf den Winkelschrittsignalen 124. Wenn ein Impuls erfasst wird, steigt das Wegmesssignal 200 um eine dem Winkelschritt entsprechende Strecke. Das Signal 200 weist damit Stufen auf. Umso feiner abgestuft das Signal 200 ist, umso besser ist die aktuelle Wegmessauflösung.
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In 2a werden die Impulse aller Räder jeweils zeitgleich erfasst. Dadurch sind die Stufen des Signals 200 grob. Eine Stufe umfasst jeweils vier Strecken. Zwischen den Stufen wird keine Bewegung des Fahrzeugs erfasst, obwohl sich das Fahrzeug weiter bewegt.
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In 2b werden die Impulse aller Räder in regelmäßigen Zeitabständen nacheinander erfasst. Hier ist die Höhe der Stufen des Signals 200 fein und die Wegmessauflösung ist optimal. Auf einen Impuls am ersten Rad folgt ein Impuls am zweiten Rad, darauf folgen ein Impuls am dritten Rad und darauf ein Impuls am vierten Rad. Auf den Impuls am vierten Rad folgt der nächste Impuls am ersten Rad, und so weiter. Die Reihenfolge der Impulse der Räder beeinflusst die Wegmessauflösung nicht.
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Für typische Radumfänge bewegt sich der zurückgelegte Weg zwischen zwei Messimpulsen für aktuell verfügbare Raddrehzahlsensoren in einem Bereich von zwei bis fünf cm. Auf Basis dieser Auflösung ist es bei einem zufälligen Eingang der Messimpulse aller Räder nicht möglich, ein Odometrie-, Geschwindigkeits- oder Beschleunigungssignal zu generieren, mit welchem eine Anhaltegenauigkeit oder eine Zuglänge in der gleichen Größenordnung erreichbar wäre. Mit dem hier vorgestellten Verfahren kann die zeitliche Auflösung phasenweise im Extremfall um den Faktor vier erhöht werden. Hierdurch lässt sich eine besonders hohe Anhaltegenauigkeit bzw. kurze Zuglängen realisieren, ohne die Sensor-Hardware zu verändern. Auf der Ebene der Gesamtfunktion erhöht sich dadurch beispielsweise die Manövrierbarkeit beim Parken, wodurch kleinere Lücken beparkt werden können oder hierfür weniger Züge notwendig sind. Damit erhöhten sich der Nutzen und die Attraktivität der Gesamtfunktion.
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Aktuelle Technologien für Raddrehzahlsensoren stoßen bei der Anzahl an Messimpulsen pro Radumdrehung prinzipbedingt an Grenzen, welche nur durch hohe Entwicklungskosten überschritten werden können. Durch das hier vorgestellte Verfahren ist es möglich, die Auflösung der relevanten Signale derart zu erhöhen, dass aktuelle Anforderungen an die Anhaltegenauigkeit oder Zuglängen mit aktuellen Sensorgenerationen erfüllt werden können. Hierdurch werden Kosten für Neuentwicklungen gespart.
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In den 2a und 2b ist je eine zeitliche Abfolge von eingehenden Messimpulsen für beispielhaft vier Räder und ein jeweils hieraus generiertes Odometrie-Signal 200 für den Fall einer konstanten Geschwindigkeit gezeigt. Falls die Messimpulse von allen vier Rädern synchron eingehen, wie in 2a, hat das Odometriesignal zeitlich gesehen die niedrigste Auflösung. Für den Fall, dass die Messimpulse von allen vier Rädern sequentiell in gleichem zeitlichem Abstand eingehen, wie in 2b ergibt sich für ein hieraus generiertes Odometriesignal eine optimale zeitliche Auflösung aus Sicht von nachgeschalteten Planungs- und Regelungskomponenten, da diese deutlich schneller auf den aktuellen Ist-Zustand des Fahrzeugs reagieren können.
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Der Grundgedanke des hier vorgestellten Verfahrens besteht nun darin, die Verteilung von Messimpulsen aus 2b genau dann während eines Zugs bereitzustellen, wenn ein besonders hochwertiges Odometrie-, Geschwindigkeits- oder Beschleunigungssignal benötigt wird.
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3 zeigt eine Darstellung von mehreren möglichen Trajektorien 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Darstellung entspricht dabei im Wesentlichen der Darstellung in 1. Im Gegensatz dazu ist die Parklücke 104 groß genug, um das Fahrzeug 100 in einem Zug einzuparken. Dabei kann dieser eine Zug auf mehreren unterschiedlichen Trajektorien 102 abgefahren werden. Die unterschiedlichen Trajektorien 102 bilden eine Trajektorienschar 300. Die unterschiedlichen Trajektorien 102 beginnen alle am Anfangspunkt 114, enden am Endpunkt 120 und weisen unterschiedliche Krümmungsradien auf. Auf den unterschiedlichen Trajektorien 102 ergeben sich jeweils unterschiedliche Rollwege für die Räder des Fahrzeugs 100. Um am Endpunkt 120 eine optimierte Wegmessauflösung zu erhalten, werden die Rollwege der unterschiedlichen Trajektorien 102 vorausberechnet und miteinander verglichen. Zum Einparken wird dann diejenige Trajektorie 102 aus der Trajektorienschar 300 ausgewählt, welche am Endpunkt 120 die beste Wegmessauflösung bietet.
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Beispielhaft ist in 3 eine Aufsicht einer typischen Parksituation gezeigt. Auf einer Fahrbahn ist eine Parklücke 104 dargestellt, welche von zwei geparkten Fahrzeugen begrenzt wird. In diesem Beispiel soll am Ende des Zugs eine besonders hohe Anhaltegenauigkeit erreicht werden. Um das Fahrzeug 100 in die Lücke einzuparken wird nun ein Satz von möglichen Trajektorien 102 geplant und die Radposition für alle vier Räder für jede der Trajektorien 102 simuliert. Anschließend wird diejenige Trajektorie 102 gewählt, welche am Ende des Zugs eine Verteilung der Messimpulse aufweist, die möglichst nahe am Beispiel aus 2b liegt.
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In einem Ausführungsbeispiel wird in einem ersten Schritt die aktuelle Messimpulsverteilung durch Analyse des zeitlichen Eingangs der Messimpulse aller Räder bestimmt. Dies kann beispielsweise während der Fahrt durchgeführt werden, indem die zeitliche Differenz zwischen den Messimpulsen einzelner Räder bestimmt und die Radposition zwischen zwei Messimpulsen interpoliert wird. Besonders für den Fall, dass das Fahrzeug in den Stillstand überführt wird, ist es besonders vorteilhaft, bei der Interpolation zusätzlich eine aktuelle Verzögerung zu berücksichtigen.
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In einem zweiten Schritt wird ein Satz von Trajektorien 102 in den Zielpunkt geplant. Die Trajektorien 102 unterscheiden sich dabei beispielsweise in ihrer Länge und Krümmungen.
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In einem dritten Schritt werden die Radpositionen entlang jeder Trajektorie 102 aus dem Satz der geplanten Trajektorien 102 berechnet. Diese können beispielsweise mit Hilfe des bekannten Radumfangs und der aus den Krümmungen bestimmten Radlenkwinkel berechnet werden.
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In einem vierten Schritt wird auf Basis der berechneten Radpositionen diejenige Trajektorie 102 ausgewählt, welche an der gewünschten Position entlang der Trajektorie 102 eine Verteilung der Messimpulse möglichst nahe am Beispiel aus 2b aufweist. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass um die gewünschte Position herum für jede Trajektorie 102 eine Verteilung der zeitlichen Abstände zwischen den Messimpulsen bestimmt wird. Anschließend wird diejenige Trajektorie 102 gewählt, welche eine möglichst geringe Varianz der Verteilung aufweist und gleichzeitig einen möglichst geringen Mittelwert. Eine ähnliche Betrachtung lässt sich alternativ auch auf Basis der Fouriertransformierten eines berechneten Odometriesignals durchführen.
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In einem fünften Schritt wird die ausgewählte Trajektorie 102 mit Hilfe der Aktorik umgesetzt, beispielsweise mit Hilfe von Lenkung, Motor und Bremse.
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Besonders vorteilhaft ist es, das oben beschriebene Verfahren zyklisch während der Fahrt zu wiederholen. Auf diese Weise ist fortlaufend sichergestellt, dass immer eine optimale Trajektorie 102 verwendet wird. Um den Ressourcenbedarf zu reduzieren kann dabei nach dem ersten Schritt entschieden werden, ob das Verfahren im aktuellen Zyklus weiter fortgesetzt wird oder nicht, beispielsweise kann für den Fall, dass seit dem letzten Zyklus keine neuen Messimpulse eingegangen sind, das Verfahren für diesen Zyklus gestoppt werden.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird auf Basis der ausgewählten Trajektorie 102 im vierten Schritt eine Fähigkeit, beispielsweise bezogen auf eine Anhaltegenauigkeit oder eine minimale Zuglänge bestimmt und bereitgestellt. So kann beispielsweise aus der erwarteten Verteilung der Messimpulse nach Auswahl einer Trajektorie 102 eine zu erwartende Anhaltegenauigkeit bestimmt und bereitgestellt werden. Dabei kann eine übergeordnete Komponente eine Planung für die Gesamtfunktion anpassen. Beispielsweise kann die übergeordnete Komponente bei einer zu erwartenden hohen Anhaltegenauigkeit besonders kleine Toleranzen zu einem Hindernis vorsehen. Damit kann eine Parklücke enger beparkt werden.
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4 zeigt eine Darstellung einer Korrekturtrajektorie 400 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Korrekturtrajektorie 400 ist in eine zu Trajektorie 102 eingesetzt. Vor und nach der Korrekturtrajektorie 400 verläuft die Trajektorie 102 unverändert. Die Korrekturtrajektorie 400 ersetzt ein Teilstück 402 der Trajektorie 102. Die Korrekturtrajektorie 400 kann beispielsweise bei zum Erreichen einer kleinen Winkelversatzänderung zwischen den Rädern in die Trajektorie eingesetzt werden. Die Korrekturtrajektorie 400 kann auch in eine bereits optimierte Trajektorie 102 eingesetzt werden, beispielsweise, um einen unerwarteten Schlupf an den Rädern auszugleichen.
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Hier verlaufen das Teilstück 402 sowie die Trajektorie 102 vor und nach der Korrekturtrajektorie 400 geradlinig. Die Korrekturtrajektorie 402 weist drei aufeinanderfolgende Bögen 404, 406, 408 auf. Der erste Bogen 404 läuft an einem Auslaufpunkt 410 seitlich tangential aus der Trajektorie 102 aus. Der zweite Bogen 406 schließt an einem ersten Übergangspunkt 412 an den ersten Bogen 404 an und weist eine zu dem ersten Bogen 404 entgegengesetzte Krümmungsrichtung auf. Der zweite Bogen weist einen Radius r auf und überstreicht einen Winkel α. Der dritte Bogen 408 schließt an einem zweiten Übergangspunkt 414 an den zweiten Bogen 406 an und weist die Krümmungsrichtung des ersten Bogens 404 auf. Der dritte Bogen 408 läuft an einem Einlaufpunkt 416 wieder tangential von der Seite in die Trajektorie 102 ein. Hier weisen der erste Bogen 404, der zweite Bogen 406 und der dritte Bogen 408 den gleichen Radius r auf. Der erste Bogen 404 und der dritte Bogen überstreichen zusammen ebenfalls den Winkel α.
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In einem Ausführungsbeispiel werden nicht unterschiedliche Trajektorien in den Zielpunkt geplant und eine davon ausgewählt, sondern es werden entlang einer Trajektorie 102 kleine Korrekturmanöver eingebaut, um eine möglichst vorteilhafte Verteilung der Messimpulse zu erhalten. Ein solches Korrekturmanöver kann beispielsweise darin bestehen, die geplante Trajektorie 102 kurzzeitig geringfügig zu verlassen. Jedes Rad legt hierdurch eine unterschiedliche Strecke zurück, wodurch eine Veränderung der Messimpulsverteilung erreicht werden kann.
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In 4 ist beispielhaft ein mögliches Korrekturmanöver entlang einer geplanten Trajektorie 102 dargestellt. Das Korrekturmanöver kann dabei aus drei Abschnitten bestehen, wobei der erste Abschnitt und der dritte Abschnitt so geplant sind, dass sich ihr Effekt auf die Messimpulsverteilung bei Verlassen der ursprünglichen Trajektorie 102 und Rückkehr auf die Trajektorie 102 kompensiert. Damit kann der zweite Abschnitt beispielsweise als Kreisbogen mit Radius r und Öffnungswinkel α so gewählt werden, dass sich eine gewünschte Differenz in der zurückgelegten Strecke zwischen einem kurvenäußeren und kurveninneren Rad ergibt.
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Das hier vorgestellte Verfahren kann beispielsweise mit einer Zykluszeit von einer 1 ms bis 1000 ms durchgeführt werden. Bevorzugt wird das Verfahren mit einer Zykluszeit von 20 ms bis 200 ms durchgeführt. Der Radius r kann zwischen einem cm bis 20 cm variiert werden. Bevorzugt wird der Radius r zwischen drei cm bis zehn cm variiert. Der Öffnungswinkel α kann zwischen zehn Grad bis 170° variiert werden. Bevorzugt wird der Öffnungswinkel α zwischen 30° bis 100° variiert.
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Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie „aufweisend“, „umfassend“, etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
