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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Ersatztrajektorie, ein Computerprogrammprodukt, ein Parkassistenzsystem und ein Fahrzeug mit einem Parkassistenzsystem.
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Es sind Parkassistenzsysteme bekannt, die eine trainierte Trajektorie mit einem Fahrzeug autonom nachfahren können. Hierbei wird die Trajektorie zunächst trainiert, das heißt, ein Nutzer des Fahrzeugs fährt die zu trainierenden Trajektorie manuell ab, wobei das Parkassistenzsystem oder ein anderes System die Trajektorie aufzeichnet. Zu einem späteren Zeitpunkt kann der Nutzer die trainierte Trajektorie dann von dem Parkassistenzsystem nachfahren lassen.
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Problematisch hierbei kann es sein, wenn sich Umgebungsbedingungen zwischenzeitlich verändert haben, insbesondere wenn Hindernisse in dem Bereich der trainierten Trajektorie aufgefunden werden. Dies führt häufig zu einem Abbruch des Nachfahr-Manövers.
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DE 10 2017 115 988 A1 beschreibt ein Verfahren zum automatisierten Betreiben eines Fahrzeugs, bei dem eine Trajektorie bereitgestellt und ein Objekt in einem der Trajektorie entsprechenden Bereich erfasst wird. Das erfasste Objekt in dem Bereich wird klassifiziert und die Bewegungsbahn der Trajektorie wird in Abhängigkeit von dem Klassifizieren des erfassten Objekts modifiziert.
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Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, den Betrieb eines Fahrzeugs zu verbessern.
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Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zum Ermitteln einer Ersatztrajektorie für ein Fahrzeug, welches mittels eines Parkassistenzsystems in einem autonomen Fahrmodus betreibbar ist, vorgeschlagen. In einem ersten Schritt wird eine vorgegebene Trajektorie empfangen, die mindestens einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt umfasst, die an einem Fahrtrichtungs-Wendepunkt miteinander verbunden sind, wobei eine Fahrtrichtung des ersten Abschnitts unterschiedlich zu einer Fahrtrichtung des zweiten Abschnitts ist. In einem zweiten Schritt wird ein für eine Umgebung des Fahrzeugs indikatives Sensorsignal empfangen. In einem dritten Schritt wird ein Hindernis in der Umgebung in Abhängigkeit des empfangenen Sensorsignals erfasst. In einem vierten Schritt wird zumindest ein Kollisionspunkt berechnet, der ein Punkt auf der vorgegebenen Trajektorie ist, bei welchem eine Kollision zwischen dem Fahrzeug und dem Hindernis auftritt. Das Berechnen erfolgt in Abhängigkeit der vorgegebenen Trajektorie, des erfassten Hindernisses und einer Fahrzeuggeometrie des Fahrzeugs. In einem fünften Schritt wird die Ersatztrajektorie basierend auf dem zumindest einen berechneten Kollusionspunkt ermittelt. Die Ersatztrajektorie verbindet unter Vermeidung der Kollision einen Anfangspunkt auf der vorgegebenen Trajektorie, der vor dem Kollisionspunkt liegt, mit einem Endpunkt auf der vorgegebenen Trajektorie, der nach dem Kollisionspunkt liegt.
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Dieses Verfahren weist den Vorteil auf, dass ein Hindernis, das die sichere Weiterfahrt entlang der vorgegebenen Trajektorie verhindert, insbesondere wenn sich dieses im Bereich des Fahrtrichtungs-Wendepunkts befindet, gemäß der ermittelten Ersatztrajektorie umfahren werden kann. Damit kann ein entsprechendes Nachfahrmanöver erfolgreich durchgeführt werden und muss nicht abgebrochen werden. Das vorgeschlagene Verfahren wird insbesondere von dem Parkassistenzsystem des Fahrzeugs durchgeführt.
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Das Parkassistenzsystem, das auch als Fahrerassistenzsystem bezeichnet werden kann, ist insbesondere zum teilautonomen oder vollautonomen Fahren des Fahrzeugs eingerichtet. Unter teilautonomem Fahren wird beispielsweise verstanden, dass das Parkassistenzsystem eine Lenkvorrichtung und/oder eine Fahrstufenautomatik steuert. Unter vollautonomem Fahren wird beispielsweise verstanden, dass das Parkassistenzsystem zusätzlich auch eine Antriebseinrichtung und eine Bremseinrichtung steuert. Das Parkassistenzsystem kann hardwaretechnisch und/oder softwaretechnisch implementiert sein. Bei einer hardwaretechnischen Implementierung kann das Parkassistenzsystem zum Beispiel als Computer oder als Mikroprozessor ausgebildet sein. Bei einer softwaretechnischen Implementierung kann das Parkassistenzsystem als Computerprogrammprodukt, als eine Funktion, als eine Routine, als Teil eines Programmcodes oder als ausführbares Objekt ausgebildet sein. Insbesondere kann das Parkassistenzsystem als Teil eines übergeordneten Steuerrechners oder Steuerungssystems des Fahrzeugs, wie beispielsweise eine ECU (Engine Control Unit), ausgebildet sein.
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Das Fahrzeug ist beispielsweise ein Personenkraftwagen oder auch ein Lastkraftwagen. Das Fahrzeug umfasst vorzugsweise eine Anzahl an Sensoreinheiten, die zum Erfassen des Fahrzustands des Fahrzeugs und zum Erfassen einer Umgebung des Fahrzeugs eingerichtet sind. Beispiele für derartige Sensoreinheiten des Fahrzeugs sind Bildaufnahmeeinrichtungen, wie eine Kamera, ein Radar (engl. radio detection and ranging) oder auch ein Lidar (engl. light detection and ranging), Ultraschallsensoren, Ortungssensoren, Radwinkelsensoren und/oder Raddrehzahlsensoren. Die Sensoreinheiten sind jeweils zum Ausgeben eines Sensorsignals eingerichtet, beispielsweise an das Parkassistenzsystem, welches das teilautonome oder vollautonome Fahren in Abhängigkeit der erfassten Sensorsignale durchführt.
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Die vorgegebene Trajektorie ist vorzugsweise eine trainierte Trajektorie. Beispielsweise ist das Parkassistenzsystem oder ein anderes System des Fahrzeugs dazu eingerichtet, in einem Trainingsmodus eine manuell gefahrene Trajektorie zu erfassen und abzuspeichern. Beispielsweise werden hierbei verschiedene Sensorsignale aufgezeichnet, die einen Fahrzustand des Fahrzeugs, wie eine Geschwindigkeit, eine Position, ein Lenkeinschlag und dergleichen, möglichst eindeutig charakterisieren. Zudem werden Sensorsignale von Umgebungssensoren des Fahrzeugs aufgezeichnet, die beispielsweise ein Abbild der Umgebung des Fahrzeugs, insbesondere eine Position von Hindernissen in der Umgebung, ermöglichen. Indem der Fahrzustand des Fahrzeugs zeitlich synchron abgespielt, also wiederholt, wird, kann die trainierte Trajektorie nachgefahren werden.
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Beispielsweise ist vorgesehen, dass ein Nutzer mittels einer Eingabeeinrichtung ein Nachfahrmanöver startet, wobei der Nutzer die nachzufahrende Trajektorie aus einer Anzahl von vorgegebenen Trajektorien auswählt oder das Parkassistenzsystem dem Nutzer in Abhängigkeit einer aktuellen Position und Ausrichtung des Fahrzeugs eine passende Trajektorie vorschlägt.
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Vorliegend umfasst die vorgegebene Trajektorie mindestens einen Fahrtrichtungs-Wendepunkt, an dem sich die Fahrtrichtung des Fahrzeugs ändert. Dementsprechend ist die Fahrtrichtung in einem ersten Abschnitt vor dem Fahrtrichtungs-Wendepunkt entgegengesetzt zu einer Fahrtrichtung in einem zweiten Abschnitt nach dem Fahrtrichtungs-Wendepunkt. Die Fahrtrichtung kann beispielsweise mittels einer Drehrichtung eines Rades des Fahrzeugs bestimmt werden, wobei sich die Drehrichtung des Rades auf den beiden Abschnitten unterscheidet, also einmal linksdrehend und einmal rechtsdrehend ist.
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Zum Nachfahren der vorgegebenen Trajektorie ist es erwünscht, aktuelle Umgebungssensordaten zu berücksichtigen. Daher empfängt das Parkassistenzsystem ein für die Umgebung indikatives Sensorsignal. Dieses kann das Parkassistenzsystem beispielsweise direkt von einem oder mehreren der Umgebungssensoren des Fahrzeugs empfangen und mehrere Sensorsignale unterschiedlicher Umgebungssensoren kombinieren, oder aber das Parkassistenzsystem empfängt das Sensorsignal bereits in einem vorverarbeiteten Zustand, beispielsweise in Form einer digitalen Umgebungskarte, in der detektierte Hindernisse in Umgebung eingezeichnet sind.
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Anschließend wird ein Hindernis in der Umgebung in Abhängigkeit des empfangenen Sensorsignals erfasst. Das Erfassen des Hindernisses umfasst beispielsweise ein Erfassen Koordinaten des Hindernisses oder eines Umrisses des Hindernisses in einem Koordinatensystem des Fahrzeugs, ein Erfassen einer Geometrie des Hindernisses, ein Erfassen einer Art des Hindernisses und dergleichen mehr. Man kann auch sagen, dass das Hindernis klassifiziert wird. Hierbei kann auch ermittelt werden, ob es sich um ein statisches Hindernis oder ein bewegliches Hindernis handelt. Ein statisches Hindernis verändert seine Position während des Nachfahrmanövers nicht oder nur im Rahmen einer Messungenauigkeit und ein mobiles Hindernis bewegt sich oder könnte sich bewegen.
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Dann wird zumindest ein Kollisionspunkt berechnet, der ein Punkt auf der vorgegebenen Trajektorie ist, bei welchem eine Kollision zwischen dem Fahrzeug und dem Hindernis auftritt. Der Kollisionspunkt wird in Abhängigkeit der vorgegebenen Trajektorie, des erfassten Hindernisses und einer Fahrzeuggeometrie des Fahrzeugs berechnet. Die Fahrzeuggeometrie des Fahrzeugs ist insbesondere vorgegeben und umfasst beispielsweise ein geometrisches Modell mit einer Mehrzahl von Kanten und Flächen. Ein Kollisionspunkt ist beispielsweise ein Punkt, an dem sich, sofern das Fahrzeug entlang der vorgegebenen Trajektorie fahren würde, das Fahrzeug das Hindernis berühren würde. Dieses Nachfahren kann durch das Parkassistenzsystem beispielsweise simuliert werden. Jeder Punkt auf der vorgegebenen Trajektorie, bei dem eine Berührung oder Überlappung des Fahrzeugs mit dem Hindernis vorliegt, wird hierbei beispielsweise als Kollisionspunkt berechnet. Ein Kollisionspunkt kann auch bereits dann vorliegen, wenn ein vorgegebener Minimalabstand, beispielsweise ein Sicherheitsabstand, zu dem Hindernis unterschritten wird.
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Nachdem der zumindest eine Kollisionspunkt berechnet wurde, wird die Ersatztrajektorie basierend auf dem zumindest einen berechneten Kollusionspunkt ermittelt. Die Ersatztrajektorie verbindet unter Vermeidung der Kollision einen Anfangspunkt auf der vorgegebenen Trajektorie, der vor dem Kollisionspunkt liegt, mit einem Endpunkt auf der vorgegebenen Trajektorie, der nach dem Kollisionspunkt liegt. Die Ersatztrajektorie ersetzt somit einen Abschnitt in der vorgegebenen Trajektorie derart, dass die Zielposition der vorgegebenen Trajektorie erreichbar ist, ohne dass es zu einer Kollision oder einem Abbruch des Nachfahrmanövers aufgrund des Hindernisses kommt. Vorzugsweise ist eine Länge der Ersatztrajektorie minimiert, die Ersatztrajektorie ist also so kurz wie möglich. Damit wird eine Abweichung von der vorgegebenen Trajektorie geringgehalten.
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Gemäß einer Ausführungsform veranlasst das Parkassistenzsystem das Fahrzeug zum Fahren entlang der ermittelten Ersatztrajektorie. Hierunter wird insbesondere verstanden, dass das Parkassistenzsystem wie oben beschrieben das Fahrzeug in einem teilautonomen oder vollautonomen Fahrmodus betreibt, indem es die entsprechenden Steuerungsbefehle und dergleichen erzeugt und ausgibt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform liegt der Anfangspunkt der Ersatztrajektorie auf dem ersten Abschnitt und der Endpunkt der Ersatztrajektorie liegt auf dem zweiten Abschnitt.
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Bei dieser Ausführungsform ersetzt die Ersatztrajektorie einen Abschnitt der vorgegebenen Trajektorie, der den Fahrtrichtungs-Wendepunkt umfasst. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das Hindernis in einem Bereich des Fahrtrichtungs-Wendepunkts angeordnet ist, so dass beispielsweise der Fahrtrichtungs-Wendepunkt kollisionsfrei nicht mehr erreichbar ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist ein Abstand des Hindernisses von dem Fahrtrichtungs-Wendepunkt kleiner als ein vorgegebener Grenzwert.
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Der vorgegebene Grenzwert hängt beispielsweise von den Abmessungen des Fahrzeugs sowie einem maximal erreichbaren Lenkeinschlag und dergleichen ab. Für einen Kleinwagen kann der Grenzwert beispielsweise 3 m, 4 m oder 5 m betragen. Für einen Transporter kann der Grenzwert hingegen beispielsweise 7 m, 8 m oder 9 m betragen.
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In Ausführungsformen hängt der Grenzwert für den Abstand des Hindernisses von dem Fahrtrichtungs-Wendepunkt von einer relativen Position des Hindernisses zu dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt ab. Beispielsweise kann das Hindernis auf der vorgegebenen Trajektorie liegen, wobei der Grenzwert dann relativ groß gesetzt wird. In einem anderen Beispiel kann das Hindernis nicht auf der vorgegebenen Trajektorie hinter dem Fahrtrichtungs-Wendepunkt liegen. Dann kann der Grenzwert relativ klein klein gesetzt sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ersatztrajektorie mindestens einen weiteren Fahrtrichtungs-Wendepunkt.
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Man kann auch sagen, dass die Ersatztrajektorie einen Fahrtrichtungs-Wechselabschnitt der vorgegebenen Trajektorie ersetzt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Ersatztrajektorie einen Abschnitt auf, der in einem Überlappungsabschnitt auf der vorgegebenen Trajektorie liegt und dessen Fahrtrichtung entgegengesetzt der Fahrtrichtung der vorgegebenen Trajektorie in dem Überlappungsabschnitt ist.
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Es kann vorkommen, dass das Hindernis während des Nachfahrens der vorgegebenen Trajektorie zu einem Zeitpunkt erfasst wird, bei dem ein Ausweichen nach links oder nach rechts von der vorgegebenen Trajektorie nicht möglich ist, beispielsweise weil das Hindernis zu spät erkannt wurde. Dann kann die Ersatztrajektorie beispielsweise zunächst ein Zurücksetzen auf der vorgegebenen Trajektorie umfassen, um das Fahrzeug in eine verbesserte Ausgangsposition zu bringen, von der aus das Hindernis kollisionsfrei umfahren werden kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist ein maximaler Versatz der Ersatztrajektorie zu der vorgegebenen Trajektorie kleiner als ein vorgegebener Maximalversatz.
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Unter Versatz wird beispielsweise der kürzeste Abstand eines Punktes der Ersatztrajektorie zu der vorgegebenen Trajektorie verstanden. Der Versatz kann auch unter Berücksichtigung der Fahrzeuggeometrie ermittelt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Ersatztrajektorie mindestens drei Fahrtrichtungs-Wendepunkte auf.
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Beispielsweise kann in besonders komplizierten Fällen, in denen eine Abweichung von der vorgegebenen Trajektorie nur sehr wenig möglich ist, ein Rangieren des Fahrzeugs hilfreich sein, um das Hindernis mittels der Ersatztrajektorie zu umfahren.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist ein Abstand des Anfangspunktes der Ersatztrajektorie zu dem Kollisionspunkt kleiner als ein vorgegebener Maximalabstand.
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Hierdurch kann sichergestellt werden, dass nicht zu früh von der vorgegebenen Trajektorie abgewichen wird. Der vorgegebene Maximalabstand kann insbesondere von der Fahrzeuggeometrie und eine maximalen Lenkeinschlag abhängen. Der vorgegebene Maximalabstand beträgt beispielsweise 3 m, 4 m, 5 m, 6 m, 7 m, 8 m, 9 m, oder auch 10 m.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist eine Länge der Ersatztrajektorie kleiner als eine vorgegebene Maximallänge.
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Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Computerprogrammprodukt vorgeschlagen, das Befehle umfasst, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren nachdem ersten Aspekt auszuführen.
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Ein Computerprogrammprodukt, wie z.B. ein Computerprogramm-Mittel, kann beispielsweise als Speichermedium, wie z.B. Speicherkarte, USB-Stick, CD-ROM, DVD, oder auch in Form einer herunterladbaren Datei von einem Server in einem Netzwerk bereitgestellt oder geliefert werden. Dies kann zum Beispiel in einem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk durch die Übertragung einer entsprechenden Datei mit dem Computerprogrammprodukt oder dem Computerprogramm-Mittel erfolgen.
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Gemäß einem dritten Aspekt wird ein Parkassistenzsystem für ein Fahrzeug vorgeschlagen. Das Parkassistenzsystem, das auch als Fahrerassistenzsystem bezeichnet werden kann, ist zum automatischen Fahren des Fahrzeugs entlang einer Trajektorie eingerichtet. Das Parkassistenzsystem umfasst eine Empfangseinheit zum Empfangen einer vorgegebenen Trajektorie und zum Empfangen eines für eine Umgebung des Fahrzeugs indikativen Sensorsignals. Die vorgegebene Trajektorie umfasst mindestens einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt, die an einem Fahrtrichtungs-Wendepunkt miteinander verbunden sind, wobei eine Fahrtrichtung des ersten Abschnitts unterschiedlich zu einer Fahrtrichtung des zweiten Abschnitts ist. Das Parkassistenzsystem umfasst ferner eine Erfassungseinheit zum Erfassen eines Hindernisses in der Umgebung in Abhängigkeit des empfangenen Sensorsignals und eine Berechnungseinheit zum Berechnen zumindest eines Kollisionspunkts, der ein Punkt auf der vorgegebenen Trajektorie ist, bei welchem eine Kollision zwischen dem Fahrzeug und dem Hindernis auftritt, in Abhängigkeit der vorgegebenen Trajektorie, des ermittelten Hindernisses und einer Fahrzeuggeometrie des Fahrzeugs. Zudem weist das Parkassistenzsystem eine Ermittlungseinheit zum Ermitteln einer Ersatztrajektorie basierend auf dem zumindest einen berechneten Kollisionspunkt auf, wobei die Ersatztrajektorie einen Anfangspunkt auf der vorgegebenen Trajektorie, der vor dem Kollisionspunkt liegt, mit einem Endpunkt auf der vorgegebenen Trajektorie, der nach dem Kollisionspunkt liegt, unter Vermeidung der Kollision verbindet.
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Das Parkassistenzsystem wird vorzugsweise mit dem Verfahren des ersten Aspekts betrieben. Das Parkassistenzsystem weist die gleichen Vorteile auf, die zu dem Verfahren des ersten Aspekts beschrieben wurden. Die für das vorgeschlagene Verfahren beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale gelten für das vorgeschlagene Parkassistenzsystem entsprechend.
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Das Parkassistenzsystem ist insbesondere zum teilautonomen oder vollautonomen Fahren des Fahrzeugs eingerichtet. Unter teilautonomem Fahren wird beispielsweise verstanden, dass das Parkassistenzsystem eine Lenkvorrichtung und/oder eine Fahrstufenautomatik steuert. Unter vollautonomem Fahren wird beispielsweise verstanden, dass das Parkassistenzsystem zusätzlich auch eine Antriebseinrichtung und eine Bremseinrichtung steuert. Das Parkassistenzsystem und/oder eine jeweilige Einheit des Parkassistenzsystems, beispielsweise die Empfangseinheit, die Erfassungseinheit, die Berechnungseinheit und/oder die Ermittlungseinheit, kann hardwaretechnisch und/oder softwaretechnisch implementiert sein. Bei einer hardwaretechnischen Implementierung kann das Parkassistenzsystem oder die jeweilige Einheit zum Beispiel als Computer oder als Mikroprozessor ausgebildet sein. Bei einer softwaretechnischen Implementierung kann das Parkassistenzsystem oder die jeweilige Einheit als Computerprogrammprodukt, als eine Funktion, als eine Routine, als Teil eines Programmcodes oder als ausführbares Objekt ausgebildet sein. Insbesondere kann das Parkassistenzsystem oder die jeweilige Einheit als Teil eines übergeordneten Steuerrechners oder Steuerungssystems des Fahrzeugs, wie beispielsweise eine ECU (Engine Control Unit), ausgebildet sein.
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Gemäß einer Ausführungsform des Parkassistenzsystems ist dieses zum automatischen Fahren des Fahrzeugs entlang der Ersatztrajektorie eingerichtet.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Fahrzeug einem Parkassistenzsystem gemäß dem dritten Aspekt vorgeschlagen.
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Das Fahrzeug ist beispielsweise ein Personenkraftwagen oder auch ein Lastkraftwagen. Das Fahrzeug umfasst vorzugsweise eine Anzahl an Sensoreinheiten, die zum Erfassen des Fahrzustands des Fahrzeugs und zum Erfassen einer Umgebung des Fahrzeugs eingerichtet sind. Beispiele für derartige Sensoreinheiten des Fahrzeugs sind Bildaufnahmeeinrichtungen, wie eine Kamera, ein Radar (engl. radio detection and ranging) oder auch ein Lidar (engl. light detection and ranging), Ultraschallsensoren, Ortungssensoren, Radwinkelsensoren und/oder Raddrehzahlsensoren. Die Sensoreinheiten sind jeweils zum Ausgeben eines Sensorsignals eingerichtet, beispielsweise an das Parkassistenzsystem, welches das teilautonome oder vollautonome Fahren in Abhängigkeit der erfassten Sensorsignale durchführt.
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Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung.
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Im Weiteren wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
- 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs aus einer Vogelperspektive;
- 2 zeigt eine schematische Ansicht eines ersten Beispiels einer vorgegebenen Trajektorie und einer Ersatztrajektorie;
- 3 zeigt eine schematische Ansicht eines zweiten Beispiels einer vorgegebenen Trajektorie und einer Ersatztrajektorie;
- 4 zeigt eine schematische Ansicht eines dritten Beispiels einer vorgegebenen Trajektorie und einer Ersatztrajektorie;
- 5 zeigt eine schematische Ansicht eines vierten Beispiels einer vorgegebenen Trajektorie und einer Ersatztrajektorie;
- 6 zeigt eine schematische Ansicht eines fünften Beispiels einer vorgegebenen Trajektorie und einer Ersatztrajektorie;
- 7 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Parkassistenzsystems; und
- 8 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Ermitteln einer Ersatztrajektorie.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.
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1 zeigt eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs 100 aus einer Vogelperspektive. Das Fahrzeug 100 ist beispielsweise ein Auto, das in einer Umgebung 200 angeordnet ist. Das Auto 100 weist ein Parkassistenzsystem 110 auf, das beispielsweise als ein Steuergerät ausgebildet ist. Zudem sind an dem Auto 100 eine Mehrzahl an Umgebungssensoreinrichtungen 120, 130 angeordnet, wobei es sich beispielhaft um optische Sensoren 120 und Ultraschallsensoren 130 handelt. Die optischen Sensoren 120 umfassen beispielsweise visuelle Kameras, ein Radar und/oder ein Lidar. Die optischen Sensoren 120 können jeweils ein Bild eines jeweiligen Bereichs aus der Umgebung 200 des Autos 100 erfassen und als optisches Sensorsignal ausgeben. Die Ultraschallsensoren 130 sind zum Erfassen eines Abstands zu in der Umgebung 200 angeordneten Objekten und zum Ausgeben eines entsprechenden Sensorsignals eingerichtet. Mittels der von den Sensoren 120, 130 erfassten Sensorsignalen ist das Parkassistenzsystem 110 in der Lage, das Auto 100 teilautonom oder auch vollautonom zu fahren. Außer den in der 1 dargestellten optischen Sensoren 120 und Ultraschallsensoren 130 kann vorgesehen sein, dass das Fahrzeug 100 verschiedene weitere Sensoreinrichtungen 120, 130 aufweist. Beispiele hierfür sind ein Mikrofon, ein Beschleunigungssensor, eine Antenne mit gekoppeltem Empfänger zum Empfangen von elektromagnetisch übertragbarer Datensignale, und dergleichen mehr.
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Das Parkassistenzsystem 110 ist zum Ermitteln einer Ersatztrajektorie ET (siehe 2 - 6) eingerichtet, wie nachfolgend anhand der 2 - 6 für unterschiedliche Szenarien detailliert beschrieben ist.
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2 zeigt eine schematische Ansicht eines ersten Beispiels einer vorgegebenen Trajektorie VT und einer Ersatztrajektorie ET. Die Ersatztrajektorie ET ersetzt einen Abschnitt der vorgegebenen Trajektorie VT, so dass eine Kollision mit einem Hindernis 210, das teilweise auf der vorgegebenen Trajektorie VT liegt, verhindert wird.
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Die vorgegebene Trajektorie VT ist beispielsweise eine trainierte Trajektorie und führt von einer Startposition SP zu einer Endposition EP. Die vorgegebene Trajektorie VT umfasst in diesem Beispiel zwei Fahrtrichtungs-Wendepunkte WP, an denen sich die Fahrtrichtung DIR des Fahrzeugs 100 jeweils ändert, wie anhand der Pfeile DIR erkennbar ist.
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In diesem ersten Szenario ist bei einem Nachfahren ein Hindernis 210 auf der vorgegebenen Trajektorie VT in einem ersten Abschnitt A1 vor dem ersten Fahrtrichtungs-Wendepunkt WP der vorgegebenen Trajektorie VT angeordnet. Es wird ein Kollisionspunkt KP berechnet, bei dem das Fahrzeug 100 mit dem Hindernis 210 kollidiert, wenn es auf der vorgegebenen Trajektorie VT weiterfährt.
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Daher wird eine Ersatztrajektorie ET ermittelt. Diese beginnt an einem Anfangspunkt ET1 auf der vorgegebenen Trajektorie VT kurz vor dem Hindernis 210. Der Anfangspunkt ET1 ist hierbei zugleich ein Fahrtrichtungs-Wendepunkt WP, das heißt, die Fahrtrichtung DIR des Fahrzeugs 100 wird in diesem Punkt umgekehrt. Die Ersatztrajektorie ET verläuft geschwungen und in einem Zug zu einem Endpunkt ET2 auf der vorgegebenen Trajektorie VT, der auf einem zweiten Abschnitt A2 der vorgegebenen Trajektorie VT liegt. Die Fahrtrichtung DIR des Fahrzeugs 100 entspricht in dem Endpunkt ET2 der Fahrtrichtung DIR des zweiten Abschnitts A2 der vorgegebenen Trajektorie VT.
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Der verbleibende Teil der vorgegebenen Trajektorie VT ist frei von Hindernissen 210 und kann daher wie vorgesehen nachgefahren werden.
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3 zeigt eine schematische Ansicht eines zweiten Beispiels einer vorgegebenen Trajektorie VT und einer Ersatztrajektorie ET. Das Szenario ist ähnlich demjenigen der 2, ein Unterschied besteht lediglich darin, dass das Hindernis 210 bereits früh erkannt wird, als das Fahrzeug 100 noch weiter von dem Hindernis 210 entfernt ist. Das ermöglicht eine andere Planung der Ersatztrajektorie ET. Der Anfangspunkt ET1 der Ersatztrajektorie ET weist in diesem Beispiel einen Abstand DK von dem berechneten Kollisionspunkt KP auf. In diesem Fall weicht die Ersatztrajektorie ET ausgehend von dem Anfangspunkt ET1 zunächst seitlich von der vorgegebenen Trajektorie VT ab, wobei die Fahrtrichtung DIR zunächst die gleiche ist. Dann wird ein Fahrtrichtungs-Wechselpunkt WP erreicht, in dem sich die Fahrtrichtung DIR umkehrt. Die vorgegebene Trajektorie VT wird vor dem Hindernis 210 gekreuzt und am Endpunkt ET2 ist die Ersatztrajektorie ET fertig und das Fahrzeug 100 kann entlang der vorgegebenen Trajektorie VT weiterfahren. Je früher der Kollisionspunkts KP erkannt wird, das heißt, je größer der Abstand DK zwischen dem Fahrzeug 100 und dem Kollisionspunkt KP ist, umso flexibler kann die Ersatztrajektorie ET geplant werden.
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In der 3 ist ferner ein Abstand DH des Hindernisses 210 von dem ersten Fahrtrichtungs-Wendepunkt WP der vorgegebenen Trajektorie VT dargestellt. Dieser Abstand DH kann als ein Parameter genutzt werden, um die Ersatztrajektorie ET zu ermitteln. Insbesondere kann eine obere Grenze für den Abstand DH vorgesehen sein. Wenn der Abstand DH die obere Grenze überschreitet, kann ein anderes Ausweichmanöver geplant werden, beispielsweise so, dass das Fahrzeug 100 noch vor dem ersten Fahrtrichtungs-Wendepunkt WP wieder auf die vorgegebene Trajektorie VT gelangt, also zum Beispiel um das Hindernis 210 herumfährt.
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4 zeigt eine schematische Ansicht eines dritten Beispiels einer vorgegebenen Trajektorie VT und einer Ersatztrajektorie ET. Das Szenario der 4 unterscheidet sich von der 2 und 3 durch eine andere Endposition EP und dadurch, dass das Hindernis 210 auf dem zweiten Abschnitt A2 der vorgegebenen Trajektorie VT, der hinter dem Fahrtrichtungs-Wendepunkt WP ist, angeordnet ist.
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Die Besonderheit in diesem Beispiel ist es, dass die Ersatztrajektorie ET die vorgegebene Trajektorie VT dennoch bereits in dem ersten Abschnitt A1 vor dem Fahrtrichtungs-Wendepunkt WP verlässt. Die Ersatztrajektorie ET ist in diesem Beispiel ähnlich jener, die anhand der 3 beschrieben wurde.
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5 zeigt eine schematische Ansicht eines vierten Beispiels einer vorgegebenen Trajektorie VT und einer Ersatztrajektorie ET. Bei diesem vierten Beispiel liegt einerseits das Hindernis 210 nicht auf der vorgegebenen Trajektorie VT, sondern etwas daneben, und andererseits sind neben der vorgegebenen Trajektorie VT zwei durchgezogenen Begrenzungslinien LIM gezeigt, die beispielsweise den fahrbaren Bereich oder den zulässigen Bereich, in dem die Ersatztrajektorie ET verlaufen darf, beschränken. In diesem Beispiel ist somit sichergestellt, dass die Ersatztrajektorie ET nicht zu weit von der vorgegebenen Trajektorie VT abweicht.
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Das Hindernis 210 weist einen Abstand Dmin von der vorgegebenen Trajektorie VT auf. Der Abstand Dmin unterschreitet einen Minimalabstand, der zu einem Hindernis einzuhalten ist. Aufgrund der Fahrzeuggeometrie würde es beispielsweise trotz des Abstands Dmin zu einer Kollision in dem Kollisionspunkt KP kommen, weshalb die Ersatztrajektorie ET benötigt wird. Der Kollisionspunkt KP wird in diesem Beispiel erst dann berechnet, wenn das Fahrzeug 100 bereits recht nahe an dem Hindernis 210 ist, weshalb das Fahrzeug 100 zunächst etwas zurücksetzen muss. Daher entspricht der Anfangspunkt ET1 einem Fahrtrichtungs-Wendepunkt WP. Es bildet sich ein Überlappungsabschnitt A3, in dem die vorgegebene Trajektorie VT und die Ersatztrajektorie ET übereinander liegen, aber jeweils eine entgegengesetzte Fahrtrichtung DIR aufweisen. Aufgrund der Beschränkung LIM des fahrbaren Bereichs, ist eine Ersatztrajektorie ET wie im Beispiel der 2 gezeigt vorliegend nicht möglich. Die Ersatztrajektorie ET umfasst daher zwei weitere Fahrtrichtungs-Wendepunkte WP (insgesamt somit drei), an denen sich jeweils die Fahrtrichtung DIR des Fahrzeugs 100 umkehrt. In diesem Beispiel umfasst die Ersatztrajektorie ET daher mehrere Züge, die von der vorgegebenen Trajektorie VT abweichen.
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6 zeigt eine schematische Ansicht eines fünften Beispiels einer vorgegebenen Trajektorie VT und einer Ersatztrajektorie ET. In diesem Beispiel liegt das Hindernis 210 hinter dem Fahrtrichtungs-Wendepunkt WP der vorgegebenen Trajektorie VT. Der Abstand Dmin des Hindernisses 210 von der vorgegebenen Trajektorie VT ist beispielsweise jedoch unterhalb eines Sicherheitsabstandes, der bei dem Nachfahren einzuhalten ist. Daher kann es an dem Fahrtrichtungs-Wendepunkt WP (oder auch kurz davor) der vorgegebenen Trajektorie VT zu einer Kollision in dem Kollisionspunkt KP kommen. Daher erreicht das Fahrzeug 100 den Fahrtrichtungs-Wendepunkt WP nicht. Es wird eine Ersatztrajektorie ET geplant, deren Anfangspunkt ET1 kurz vor dem Fahrtrichtungs-Wendepunkt WP liegt und der selbst ein Fahrtrichtungs-Wendepunkt WP ist. Die Ersatztrajektorie ET führt von dem Anfangspunkt ET1 mit einem möglichst kleinen Versatz zu der vorgegebenen Trajektorie VT zu dem Endpunkt ET2 auf dem zweiten Abschnitt A2 der vorgegebenen Trajektorie VT, von dem aus die autonome Fahrt auf der vorgegebenen Trajektorie VT fortgesetzt wird.
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7 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Parkassistenzsystems 110 für ein Fahrzeug 100 (siehe 1 - 6). Das Parkassistenzsystem 110 ist zum automatischen Fahren des Fahrzeugs 100 entlang einer Trajektorie VT, ET (siehe auch 2 - 6) eingerichtet. Das Parkassistenzsystem 110 umfasst eine Empfangseinheit 112 zum Empfangen einer vorgegebenen Trajektorie VT, die mindestens einen ersten Abschnitt A1 (siehe 2 - 6) und einen zweiten Abschnitt A2 (siehe 2 - 6) umfasst, die an einem Fahrtrichtungs-Wendepunkt WP (siehe 2 - 6) miteinander verbunden sind, wobei eine Fahrtrichtung DIR (siehe 2 - 6) des ersten Abschnitts A1 unterschiedlich zu einer Fahrtrichtung DIR des zweiten Abschnitts A2 ist, und zum Empfangen eines für eine Umgebung 200 (siehe 1) des Fahrzeugs 100 indikativen Sensorsignals SIG. Eine Erfassungseinheit 114 ist zum Erfassen eines Hindernisses 210 (siehe 2 - 6) in der Umgebung 200 in Abhängigkeit des empfangenen Sensorsignals SIG eingerichtet. Eine Berechnungseinheit 116 ist zum Berechnen zumindest eines Kollisionspunkts KP (siehe 2 - 6), der ein Punkt auf der vorgegebenen Trajektorie VT ist, bei welchem eine Kollision zwischen dem Fahrzeug 100 und dem Hindernis 210 auftritt, in Abhängigkeit der vorgegebenen Trajektorie VT, des erfassten Hindernisses 210 und einer Fahrzeuggeometrie des Fahrzeugs 100 eingerichtet. Eine Ermittlungseinheit 118 ist zum Ermitteln der Ersatztrajektorie ET basierend auf dem zumindest einen berechneten Kollisionspunkt KP eingerichtet, wobei die Ersatztrajektorie ET einen Anfangspunkt ET1 (siehe 2 - 6) auf der vorgegebenen Trajektorie VT, der vor dem Kollisionspunkt KP liegt, mit einem Endpunkt ET2 (siehe 2 - 6) auf der vorgegebenen Trajektorie VT, der nach dem Kollisionspunkt KP liegt, unter Vermeidung der Kollision verbindet.
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In diesem Beispiel gibt die Ermittlungseinheit 118 die Ersatztrajektorie ET an eine Einheit (nicht dargestellt) außerhalb des Parkassistenzsystems 110 aus. Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Parkassistenzsystem 110 das Fahrzeug 100 zum Fahren entlang der ermitteln Ersatztrajektorie ET veranlasst.
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Das Parkassistenzsystem 110 und/oder eine jeweilige Einheit des Parkassistenzsystems 110, beispielsweise die Empfangseinheit 112, die Erfassungseinheit 114, die Berechnungseinheit 116 und/oder die Ermittlungseinheit 118, kann hardwaretechnisch und/oder softwaretechnisch implementiert sein. Bei einer hardwaretechnischen Implementierung kann das Parkassistenzsystem 110 oder die jeweilige Einheit 112, 114, 116, 118 zum Beispiel als Computer oder als Mikroprozessor ausgebildet sein. Bei einer softwaretechnischen Implementierung kann das Parkassistenzsystem 110 oder die jeweilige Einheit 112, 114, 116, 118 als Computerprogrammprodukt, als eine Funktion, als eine Routine, als Teil eines Programmcodes oder als ausführbares Objekt ausgebildet sein. Insbesondere kann das Parkassistenzsystem 110 oder die jeweilige Einheit 112, 114, 116, 118 als Teil eines übergeordneten Steuerrechners oder Steuerungssystems (nicht gezeigt) des Fahrzeugs 100 ausgebildet sein.
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8 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Ermitteln einer Ersatztrajektorie ET (siehe 2 - 7) für ein Fahrzeug 100 (siehe 1 - 6), welches mittels eines Parkassistenzsystems 110 (siehe 1 - 7) in einem autonomen Fahrmodus betreibbar ist. In einem ersten Schritt S1 wird eine vorgegebenen Trajektorie VT (siehe 2 - 7), die mindestens einen ersten Abschnitt A1 (siehe 2 - 6) und einen zweiten Abschnitt A2 (siehe 2 - 6) umfasst, die an einem Fahrtrichtungs-Wendepunkt WP (siehe 2 - 6) miteinander verbunden sind, wobei eine Fahrtrichtung DIR (siehe 2 - 6) des ersten Abschnitts A1 unterschiedlich, insbesondere umgekehrt, zu einer Fahrtrichtung DIR des zweiten Abschnitts A2 ist, empfangen. In einem zweiten Schritt S2 wird ein für eine Umgebung 200 (siehe 1) des Fahrzeugs 100 indikatives Sensorsignal SIG (siehe 7) empfangen. In einem dritten Schritt S3 wird ein Hindernis 210 (siehe 2 - 6) in der Umgebung 200 in Abhängigkeit des empfangenen Sensorsignals SIG erfasst. In einem vierten Schritt S4 wird zumindest ein Kollisionspunkt KP (siehe 2 - 6), der ein Punkt auf der vorgegebenen Trajektorie VT ist, bei welchem eine Kollision zwischen dem Fahrzeug 100 und dem Hindernis 210 auftritt, in Abhängigkeit der vorgegebenen Trajektorie VT, des erfassten Hindernisses 210 und einer Fahrzeuggeometrie des Fahrzeugs 100 berechnet. In einem fünften Schritt S5 wird die Ersatztrajektorie ET basierend auf dem zumindest einen berechneten Kollusionspunkt KP berechnet, wobei die Ersatztrajektorie ET einen Anfangspunkt ET1 (siehe 2 - 6) auf der vorgegebenen Trajektorie VT, der vor dem Kollisionspunkt KP liegt, mit einem Endpunkt ET2 (siehe 2 - 6) auf der vorgegebenen Trajektorie VT, der nach dem Kollisionspunkt KP liegt, unter Vermeidung der Kollision verbindet.
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Dieses Verfahren wird vorteilhaft mit dem Parkassistenzsystem 110 der 7 durchgeführt.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Fahrzeug
- 110
- Parkassistenzsystem
- 112
- Empfangseinheit
- 114
- Erfassungseinheit
- 116
- Berechnungseinheit
- 118
- Ermittlungseinheit
- 120
- optischer Sensor
- 130
- Ultraschallsensor
- 210
- Hindernis
- A1
- erster Abschnitt
- A2
- zweiter Abschnitt
- A3
- Überlappungsabschnitt
- DH
- Abstand
- DIR
- Fahrtrichtung
- DK
- Abstand
- Dmin
- Abstand
- EP
- Endposition
- ET
- Ersatztrajektorie
- ET1
- Anfangspunkt
- ET2
- Endpunkt
- KP
- Kollisionspunkt
- LIM
- Begrenzung
- S1
- Verfahrensschritt
- S2
- Verfahrensschritt
- S3
- Verfahrensschritt
- S4
- Verfahrensschritt
- S5
- Verfahrensschritt
- SIG
- Sensorsignal
- SP
- Startposition
- VT
- vorgegebene Trajektorie
- WP
- Fahrtrichtungs-Wendepunkt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017115988 A1 [0004]
