-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Fahrtrichtungsbestimmung für ein Ego-Fahrzeug sowie ein Fahrzeug umfassend die entsprechende Vorrichtung. Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung eines Gierraten- und Lenkradwinkelsensors in einer Parkassistenzvorrichtung zur Fahrtrichtungsbestimmung sowie ein Computerprogrammprodukt.
-
Moderne Fahrzeuge wie Personenkraftfahrzeuge, Lastkraftfahrzeuge, motorisierte Zweiräder oder andere aus dem Stand der Technik bekannte Fortbewegungsmittel werden zunehmend mit Fahrerassistenzsystemen ausgerüstet, welche mit Hilfe von geeigneter Sensorik bzw. Sensorsystemen die Umgebung erfassen, Verkehrssituationen erkennen und den Fahrer unterstützen können, z. B. durch einen Brems- oder Lenkeingriff oder durch die Ausgabe einer optischen oder akustischen Warnung. Als Sensorsysteme zur Umgebungserfassung werden regelmäßig Radarsensoren, Lidarsensoren, Kamerasensoren, Ultraschallsensoren oder dergleichen eingesetzt. Aus den durch die Sensoren ermittelten Sensordaten können anschließend Rückschlüsse auf die Umgebung gezogen werden. Anhand dieser Rückschlüsse können dann gattungsgemäße Assistenzfunktionen verwirklicht werden, wie z. B. ein Parkassistent, Spurhalteassistent oder Stauassistent.
-
Bei Einpark- und Ausparkmanövern, welche durch eine automatische Parkassistenzfunktion gesteuert werden, ist es wichtig die Fahrzeugposition des Fahrzeugs zu kennen. Dies ist ein entscheidender Faktor, um das Fahrzeug ohne Kollisionen auf dem geplanten Pfad bzw. entlang der geplanten Trajektorie in die finale Parkposition oder aus dieser heraus manövrieren zu können. Für die Positionsermittlung ist die Bestimmung der Fahrtrichtung unerlässlich, um die Bewegungsschritte des Fahrzeugs bei der Bestimmung der Fahrzeugposition in der korrekten Fahrtrichtung zu berücksichtigen.
-
Die Fahrtrichtungsbestimmung kann beispielsweise mittels Raddrehzahlsensoren des Fahrzeugs erfolgen. Nachteilig hierbei sind die vom Raddrehzahlsensor oftmals verzögerten oder gar fehlerhaften Fahrtrichtungsinformationen, wie es z. B. bei einem schnellen Fahrtrichtungswechsel nach einem kurzen Stillstand, insbesondere beim Überqueren von Bordsteinen passieren kann. Des Weiteren ist die Ermittlung der Bewegungsrichtung aus den Messdaten des Raddrehzahlsensors erst ab einer gewissen Mindestgeschwindigkeit sinnvoll nutzbar. Somit bilden Raddrehzahlsensoren eine ungenügende Informationsquelle insbesondere bei augenblicklichen Fahrtrichtungswechseln und niedrigen Manövriergeschwindigkeiten, wie es vor allem bei Parkmanövern der Fall ist. Die Folge einer verspäteten oder fehlerhaft ermittelten Fahrtrichtung kann eine Kollision mit nahestehenden Objekten sein.
-
Eine weitere Möglichkeit der Fahrtrichtungsbestimmung ist die Erfassung des eingelegten Gangs. Jedoch kann nicht ausgeschlossen werden, dass das Fahrzeug entgegen des tatsächlich eingelegten Gangs rollt, so z. B. an Steigungen oder Bordsteinen, sodass die Richtungserkennung über den eingelegten Gang keine verlässliche Option darstellt.
-
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren bereitzustellen, welche eine korrekte und möglichst frühzeitige Fahrtrichtungsbestimmung sicherstellen.
-
Die vorstehende Aufgabe wird durch die gesamte Lehre des Anspruchs 1 sowie der nebengeordneten Ansprüche gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beansprucht.
-
Es wird eine Vorrichtung zur Fahrtrichtungsbestimmung für ein Ego-Fahrzeug zum automatisierten Führen entlang einer Parktrajektorie vorgeschlagen. Besonders bevorzugt handelt es sich bei der Vorrichtung um eine Parkassistenzvorrichtung. Die Parkassistenzvorrichtung ist insbesondere ausgebildet, das Ego-Fahrzeug entlang der ermittelten Parktrajektorie eigenständig ein- und/oder auszuparken. Die Fahrtrichtungsbestimmung des Fahrzeugs ist wesentlich für die Positionsbestimmung und folglich für eine korrekte Führung entlang der Parktrajektorie.
-
Die Vorrichtung umfasst mindestens einen Gierratensensor, welcher ausgebildet ist, Messdaten über eine Gierrate des Ego-Fahrzeugs bereitzustellen. Die Messdaten über die Gierrate umfassen in diesem Zusammenhang insbesondere die Drehrichtung des Gierratensensors. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung einen Lenkradwinkelsensor, welcher ausgebildet ist, Messdaten über den Lenkwinkel und somit insbesondere über die Drehrichtung des Lenkrads des Ego-Fahrzeugs bereitzustellen.
-
Zudem umfasst die Vorrichtung eine Verarbeitungseinheit. Der Gierraten- und der Lenkradwinkelsensor sind mit der Verarbeitungseinheit verbunden und ausgebildet, die Messdaten zur Gierrate und zum Lenkwinkel an die Verarbeitungseinheit zu übermitteln. Insbesondere ist die Verarbeitungseinheit ausgebildet, die übermittelten Messdaten über die Gierrate des Ego-Fahrzeugs der Verarbeitungseinheit zu kalibrieren, im Speziellen zu korrigieren. Somit erfolgt insbesondere eine Kalibrierung des Gierratensensors, mit anderen Worten insbesondere die Ermittlung und Kompensation eines Offsets. Als beispielhafte Alternative ist es ebenso möglich, dass die Messdaten über die Gierrate an die Verarbeitungseinheit bereits kalibriert übermittelt werden, wobei die Kalibrierung beispielsweise über eine Verarbeitungseinheit des Gierratensensors erfolgen kann. Auf diese Weise kann ein negativer Einfluss auf die Fahrtrichtungsbestimmung elimiert oder zumindest reduziert werden.
-
Besonders zweckmäßig ist es, wenn es sich bei den bereitgestellten Messdaten um Momentanwerte bzgl. Gierrate und Lenkwinkel handelt. Beispielsweise umfasst die Verarbeitungseinheit eine Synchronisationseinrichtung, welche ausgebildet ist, einen Zeitrahmen zwischen den Gierrate-Messdaten und den Lenkwinkel-Messdaten zu synchronisieren.
-
Die Verarbeitungseinheit ist ausgebildet, auf Basis der übermittelten und insbesondere kalibrierten Gierrate und den übermittelten Lenkwinkel die Fahrtrichtung des Ego-Fahrzeugs zu bestimmen. Es sei angemerkt, dass die Verarbeitungseinheit z. B. eine elektronische Schaltung, ein Schaltkreis, ein Rechenwerk, eine Steuereinrichtung, ein Prozessor oder ein Steuergerät sein kann. Ferner kann die Verarbeitungseinheit eine Speichereinheit aufweisen, welche die durch die Verarbeitungseinheit benötigten und/oder erzeugten Daten speichert.
-
Die Fusionierung der Messdaten des Gierraten- und Lenkradwinkelsensors ermöglicht eine frühzeitige Fahrtrichtungsermittlung, insbesondere zu einem Zeitpunkt, zu dem die Informationen des Raddrehzahlsensors noch nicht als zuverlässig zu werten sind. Des Weiteren können insbesondere Fehlbestimmungen der Fahrtrichtung bei einer gegensätzlichen Weiterfahrt nach einem Stillstand zwischen zwei Parkhüben minimiert werden. Die Positionsbestimmung des Ego-Fahrzeugs, welche unerlässlich während eines Parkmanövers ist, kann durch die frühzeitige und verlässliche Fahrtrichtungsbestimmung gleichermaßen frühzeitig und verlässlich erfolgen, sodass eine Kollision bedingt durch eine verspätete oder fehlerhafte Fahrtrichtungsbestimmung vermieden werden kann. Demnach ist das Genauigkeitsniveau der Parkfunktion verbessert und ein präziserer Parkvorgang des Fahrzeugs in die Zielposition erzielt. Des Weiteren setzt die Verwendung von bereits im Fahrzeug vorhandenen Sensoren ein kostengünstiges Verfahren um.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die an die Verarbeitungseinheit übermittelten Messdaten die Drehrichtung des mindestens einen Gierratensensors und des Lenkradwinkelsensors. Vorzugsweise ist die Verarbeitungseinheit ausgebildet, als Fahrtrichtung eine Vorwärtsfahrt zu bestimmen, sollten die ermittelten Drehrichtungen des mindestens einen Gierratensensors und des Lenkradwinkelsensors das gleiche Vorzeichen, somit insbesondere dieselbe Drehrichtung aufweisen. Weiterhin ist die Verarbeitungseinheit ausgebildet, eine Rückwärtsfahrt als Fahrtrichtung des Ego-Fahrzeugs zu bestimmen, sollten die ermittelten Drehrichtungen des mindestens einen Gierratensensors und des Lenkradwinkelsensors entgegengesetzte Vorzeichen aufweisen. Demnach wird insbesondere die Fahrtrichtung wie folgt bestimmt, wobei folgend bei der Bestimmung der Vorwärts- und Rückwärtsfahrt jeweils die Rechts- und Linkslenkung aufgezeigt werden:
-
Mit anderen Worten erfolgt die Fahrtrichtungserkennung insbesondere in Abhängigkeit des Vorzeichens der Gierrate und des Lenkwinkels. Demnach liefert das Verfahren auf einem ersten Blick lediglich dann verlässlich die Fahrtrichtung, sollte sich das Fahrzeug nicht in einer Geradeausfahrt befinden, sondern ein Lenkeinschlag vorliegen und erscheint somit zunächst unpraktikabel. Jedoch liegt bei einem Parkmanöver bereits ab Beginn des Manövrierens und auch bei einem Richtungswechsel stets ein Lenkeinschlag vor, sodass auf äußerst zuverlässige und kostengünstige Weise die Fahrtrichtung des Fahrzeugs bestimmt werden kann.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind für die an die Verarbeitungseinheit übermittelte Gierrate ein Gierraten-Schwellwert und für den an die Verarbeitungseinheit übermittelten Lenkwinkel ein Lenkwinkel-Schwellwert vorgegeben, wobei die Verarbeitungseinheit ausgebildet ist, die Fahrtrichtung auf Basis der übermittelten Gierrate und den übermittelten Lenkwinkel ausschließlich dann zu bestimmen, sollte die an die Verarbeitungseinheit übermittelte Gierrate den Gierraten-Schwellwert und der übermittelte Lenkwinkel den Lenkwinkel-Schwellwert überschritten haben. Die Schwellwerte stellen sicher, dass schwankende Messungenauigkeiten des Gierraten- und Lenkwinkelsensors berücksichtigt werden. Rein beispielhaft kann im Rahmen der Messungenauigkeit nicht ausgeschlossen werden, dass der Lenkwinkelsensor einen Lenkwinkelwert von vier Grad misst, obwohl das Fahrzeug tatsächlich geradeaus fährt. Folglich erfolgt mittels der Schwellwerte eine Fahrtrichtungsbestimmung lediglich dann, wenn tatsächlich von einem Lenkeinschlag und von einer Fortbewegung ausgegangen werden kann. Eine einerseits zuverlässige als auch frühzeitige Fahrtrichtungsbestimmung, welche für Parkassistenzfunktionen unerlässlich sind, ist auf diese Weise umgesetzt.
-
Alternativ oder optional ergänzend kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Fahrtrichtungsbestimmung durch die Verarbeitungseinheit erfolgt, sobald ein erster Radtick durch einen Radcodierer des Ego-Fahrzeugs erfasst wurde.
-
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einer Vorrichtung nach der vorhergehenden Beschreibung. Insbesondere ist die Vorrichtung ausgebildet, auf Basis der bestimmten Fahrtrichtung einen Parkvorgang entlang einer ermittelten Parktrajektorie durchzuführen. Die Vorrichtung ist insbesondere ausgebildet, mittels der bestimmten Fahrtrichtung eine Fahrzeugposition in einem ausgewerteten Fahrzeugumfeldmodell zu ermitteln und darauf basierend eine Steuerung entlang der Parktrajektorie vorzunehmen.
-
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft einen Gierratensensor und einen Lenkradwinkelsensor zur Verwendung in einer Parkassistenzvorrichtung für die Fahrtrichtungsbestimmung. Somit werden Messungen des Lenkradwinkelsensors und des Gierratensensors, welche insbesondere auf dem CAN-Bus in den Fahrzeugen verfügbar sind, auf kostengünstige Weise genutzt, um die Fahrtrichtung des Ego-Fahrzeugs bestimmen zu können.
-
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fahrtrichtungsbestimmung für ein Ego-Fahrzeug, umfassend folgende Schritte: Bereitstellen von Messdaten über eine Gierrate des Ego-Fahrzeugs, Bereitstellen von Messdaten über einen Lenkwinkel des Ego-Fahrzeugs und das Bestimmen der Fahrtrichtung des Ego-Fahrzeugs basierend auf der bereitgestellten Gierrate und des bereitgestellten Lenkwinkels. Da der Gierratensensor bekanntermaßen verrauschte und verzerrte Messungen aufweist, ist bevorzugt vorgesehen, dass die Messdaten über die Gierrate zur Fahrtrichtungsbestimmung kalibriert und korrigiert, insbesondere gefiltert bereitgestellt werden.
-
Insbesondere werden zur Fahrtrichtungsbestimmung die Drehrichtungen des Gierratensensors und des Lenkradwinkelsensors erfasst, wobei als Fahrtrichtung eine Vorwärtsfahrt bestimmt wird, sollten die ermittelten Drehrichtungen des Gierratensensors und des Lenkradwinkelsensors das gleiche Vorzeichen aufweisen, und wobei als Fahrtrichtung eines Rückwärtsfahrt bestimmt wird, sollten die ermittelten Drehrichtungen des Gierratensensors und des Lenkradwinkelsensors entgegengesetzte Vorzeichen aufweisen. Ein wesentlicher Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass die Fahrtrichtung bereits bei äußerst niedrigen Geschwindigkeiten, insbesondere unterhalb von 0,2 m/s bestimmt werden kann.
-
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Computerprogrammprodukt zur Fahrtrichtungsbestimmung für ein Ego-Fahrzeug, wobei das Computerprogrammprodukt Instruktionen umfasst, die, wenn ausgeführt auf einem Steuergerät oder einem Rechner des Ego-Fahrzeugs, das Verfahren nach der vorhergehenden Beschreibung ausführt.
-
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von zweckmäßigen Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:
- 1 ein Fahrzeug mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Fahrtrichtungsbestimmung für ein Ego-Fahrzeug zum automatisierten Führen entlang einer Parktrajektorie;
- 2 ein Ausführungsbeispiel zur Fahrtrichtungsbestimmung durch die Vorrichtung aus 1 anhand einem vereinfachten Fahrzeugmodell;
- 3 eine vereinfachte schematische Darstellung eines Ablaufplans des erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
Bezugsziffer 1 in 1 bezeichnet ein Fahrzeug umfassend eine Vorrichtung zur Fahrtrichtungsbestimmung für das Fahrzeug 1 zum automatisierten Führen entlang einer Parktrajektorie. Die Vorrichtung umfasst einen Gierratensensor 2, welcher ausgebildet ist, Messdaten über eine Gierrate des Ego-Fahrzeugs 1 bereitzustellen. Unter dem Ego-Fahrzeug 1 ist in diesem Zusammenhang insbesondere das Fahrzeug zu verstehen, in dem die Vorrichtung angeordnet ist. Weiterhin umfasst die Vorrichtung einen Lenkradwinkelsensor 3, welcher ausgebildet ist, Messdaten über den Lenkwinkel des Ego-Fahrzeugs 1 bereitzustellen.
-
Die Vorrichtung umfasst eine Verarbeitungseinheit 4, wobei der Gierraten- und Lenkradwinkelsensor 2, 3 mit der Verarbeitungseinheit verbunden und ausgebildet sind, die Messdaten zur Gierrate und zum Lenkwinkel an die Verarbeitungseinheit 4 kabelgebunden oder kabelungebunden zu übermitteln. Die Verarbeitungseinheit 4 ist ausgebildet, auf Basis der übermittelten Gierrate und des übermittelten Lenkwinkels die Fahrtrichtung des Ego-Fahrzeugs 1 zu bestimmen. Insbesondere wird die Fahrtrichtung anhand der ermittelten Drehrichtung des Gierratensensors 2 und des Lenkradwinkelsensors 3 ermittelt, wobei die Verarbeitungseinheit 4 ausgebildet ist, als Fahrtrichtung eine Vorwärtsfahrt zu bestimmen, sollten die ermittelten Drehrichtungen das gleiche Vorzeichen haben, somit insbesondere beide eine positive bzw. negative Drehung aufweisen. Ferner ist die Verarbeitungseinheit 4 vorzugsweise ausgebildet, als Fahrtrichtung eine Rückwärtsfahrt zu bestimmen, sollten die ermittelten Drehrichtungen des Gierratensensors 2 und des Lenkradwinkelsensors 3 entgegensetzte Vorzeichen, also insbesondere gegensätzliche Drehungen aufweisen. Die Verarbeitungseinheit 4 ist beispielsweise als eine Steuereinrichtung (ECU, Electronic Control Unit) ausgebildet. 2 zeigt als Ausführungsbeispiel eine positive Drehung sowohl für den Lenkradwinkel als auch für die Gierrate im Gegenuhrzeigersinn, sodass demzufolge eine Vorwärtsfahrt durch die Verarbeitungseinheit 4 bestimmt wird.
-
Bevor die die Messdaten des Gierratensensors 2 an die Verarbeitungseinheit 4 übermittelt werden, werden diese vorzugsweise zunächst kalibriert und gefiltert, um verrauschte und verzerrte Messungen des Gierratensensors 2 zu beseitigen und folglich der Verarbeitungseinheit 4 möglichst präzise Messungen bereitzustellen.
-
Die Vorrichtung ist beispielsweise als eine Fahrerassistenzvorrichtung, insbesondere als eine Parkassistenzvorrichtung ausgebildet. Beispielsweise umfasst die Vorrichtung einen Trajektorienplaner (in 1 nicht dargestellt), welcher ausgebildet ist, die Parktrajektorie zu ermitteln und an eine Steuereinrichtung auszugeben, wobei die Steuereinrichtung ausgebildet ist, eine automatisierte Führung des Ego-Fahrzeugs 1 entlang der ermittelten Parktrajektorie anzusteuern. Ferner weist das Fahrzeug 1 vorzugsweise Sensoren zur Umfelderfassung auf, so z. B. mindestens eine Kamera, einen Ultraschallsensor, einen Lidarsensor und/oder mindestens einen Radarsensor, deren Sensordaten zur Umfeld- und Objekterkennung genutzt werden, sodass verschiedene Assistenzfunktionen wie z. B. die Parkassistenz realisiert werden können.
-
3 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung eines Ablaufplans des erfindungsgemäßen Verfahrens 100 umfassend folgende Schritte: Bereitstellen von Messdaten über eine Gierrate des Ego-Fahrzeugs 101; Bereitstellen von Messdaten über einen Lenkwinkel des Ego-Fahrzeugs 102; Bestimmen der Fahrtrichtung des Ego-Fahrzeugs 1 basierend auf der bereitgestellten Gierrate und des bereitgestellten Lenkwinkels 103.
