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Die Erfindung betrifft ein Steuergerät und ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs. Das Kraftfahrzeug kann insbesondere ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen sein. Allgemein richtet sich die Erfindung auf das Gebiet der zumindest teilautonomen Unterstützung von Fahrern eines Kraftfahrzeugs beim Ausführen gewünschter Fahrmanöver.
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Aus der
DE 10 2014 220 114 A1 ist eine Lösung bekannt, bei der ein Fahrer eine gewünschte Trajektorie (also einen Soll-Bewegungspfad, entlang dem sich das Fahrzeug bewegen soll), einlernen kann. Hierfür kann er in einem Einlernmodus die entsprechende Trajektorie abfahren und dadurch vorgeben. Anschließend soll das Kraftfahrzeug diese Trajektorie autonom abfahren. Hintergrund ist, dass der Fahrer so häufig durchzuführende Parkvorgänge autonom von dem Kraftfahrzeug ausführen lassen kann.
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Die
DE 10 2014 220 144 A1 lehrt dabei bereits, dass es für das autonome Abfahren bzw. Nachfahren der Trajektorie wichtig ist, dass dem Fahrzeug dann ein vergleichsweise großer Lenkwinkel zur Verfügung steht. Dies wird z.B. zum Ausgleichen von Regeldifferenzen benötigt. Hat der Fahrer aber bereits beim Einlernen entsprechend große und insbesondere maximale Lenkwinkel eingestellt, verringert sich der Spielraum zum Ausgleichen der Regeldifferenzen bzw. zum Einstellen ausreichend großer zusätzlicher Lenkwinkel beim autonomen Nachfahren der Trajektorie entsprechend.
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Die
DE 10 2014 220 144 A1 schlägt deshalb vor, den einstellbaren Lenkwinkel während des Einlernbetriebs zu begrenzen, beispielsweise über ein rechtzeitig erzeugtes Gegenmoment im Lenksystem.
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Es hat sich gezeigt, dass eine derartige Lösung aus Sicht des Fahrers zu Komforteinbußen und genauer gesagt zu einem als unnatürlich empfundenen Lenkverhalten während des Einlernbetriebs führen kann.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, das Einlernen von Trajektorien aus Fahrersicht zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der beigefügten unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Es wurde erkannt, dass durch die bisherige fest vorgegebene Begrenzung des einstellbaren Lenkwinkels im Einlernbetrieb der Fahrer das Lenkverhalten des Kraftfahrzeugs als unnatürlich empfinden kann. Anders ausgedrückt kann er das Lenkverhalten im Einlernbetrieb aufgrund des künstlich begrenzten Lenkwinkels als unnatürliche Abweichung vom Lenkverhalten des Kraftfahrzeugs im gewöhnlichen Fahrbetrieb empfinden, bei dem entsprechende Begrenzungen typischerweise nicht vorliegen.
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In Abweichung vom Stand der Technik schlägt die Erfindung deshalb vor, das tatsächliche Erfordernis für eine Lenkwinkelbegrenzung im Einlernbetrieb (im Folgenden auch als Einlernmodus bezeichnet) zu überprüfen und/oder eine Lenkwinkelbegrenzung dynamisch an eine aktuelle Fahrsituation anzupassen. Anders ausgedrückt soll die Lenkwinkelbegrenzung bevorzugt nur dann vorgesehen sein, wenn dies tatsächlich erforderlich ist. Ein entsprechendes Erfordernis kann analog zum Stand der Technik daraus resultieren, dass beim Nachfahren der eingelernten Trajektorie gegenüber dem Einlernmodus möglichst noch zusätzliche Lenkwinkelreserven verfügbar sein sollen, z.B. um Regeldifferenzen beim Nachfahren der Trajektorie ausgleichen zu können. Ausführungsformen der Erfindung sehen jedoch vor, zu untersuchen, ob eine eingelernte Trajektorie in Kenntnis einer aktuellen Fahrsituation nachträglich derart angepasst und/oder verändert werden kann, dass auch ohne entsprechende Lenkwinkelreserven oder aber mit zumindest reduzierten Lenkwinkelreserven das zumindest teilautonome Nachfahren der Trajektorie anschließend möglich ist. Dann ist es nicht zwingend erforderlich, den Lenkwinkel unmittelbar im Einlernmodus zu begrenzen oder aber kann eine solche Begrenzung verringert werden.
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Insbesondere wird ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, mit:
- - Betreiben des Kraftfahrzeugs in einem Einlernmodus (oder auch Einlernbetrieb), in dem ein Fahrer eine Trajektorie abfahren und dadurch einlernen kann;
- - Betreiben des Kraftfahrzeugs in einem Nachfahrmodus, in dem das Kraftfahrzeug die Trajektorie oder eine (z.B. nachträglich durch Glätten) angepasste Variante hiervon zumindest teilautonom nachfährt;
wobei im Einlernmodus ein maximal einstellbarer Lenkwinkel begrenzbar ist und diese Lenkwinkelbegrenzung in Abhängigkeit einer Fahrsituation variabel festlegbar ist.
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Zum Einlernen der Trajektorie, aber auch zu einem Nachfahren hiervon, können sämtliche im Stand der Technik gängigen Ansätze zum Einsatz kommen. Beispielsweise kann zwecks Einlernen eine Startposition und/oder eine Zielposition gespeichert werden. Weiter können Geschwindigkeitsprofile, Lenkwinkel und/oder zeitabhängige Ortsinformationen zum Beschreiben der Trajektorie gespeichert werden, insbesondere in einem Streckenabschnitt zwischen der Startposition und der Zielposition.
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Zum Nachfahren oder, mit anderen Worten, Abfahren dieser Trajektorie kann das Kraftfahrzeug zumindest teilautonom ortsabhängig die entsprechenden Lenkwinkel und/oder Geschwindigkeiten einstellen. Hierfür kann eine Steuereinrichtung auf entsprechende Aktoren im Fahrzeug unter Auswertung der im Einlernmodus eingelernten und insbesondere abgespeicherten Informationen zugreifen bzw. diese ansteuern.
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Unter einem Lenkwinkel kann jegliche Winkelgröße verstanden werden, die ein Lenkverhalten des Kraftfahrzeugs beschreibt. Beispielsweise kann es sich um einen Lenkradwinkel handeln oder aber einen an den Fahrzeugrädern gemessenen Radlenkwinkel. Auch eine Zahnstangenposition oder eine allgemeine Betriebsgröße eines Lenksystems, aus dem auf das entsprechende Lenkverhalten des Kraftfahrzeugs (im Folgenden auch lediglich als Fahrzeug bezeichnet) geschlossen werden kann, kann als Lenkwinkel verwendet werden.
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Zum Begrenzen des Lenkwinkels können im Stand der Technik gängige Ansätze zum Einsatz kommen. Beispielsweise kann ein elektromotorisches Gegenmoment aufgebracht werden, das entgegen einer vom Fahrer vorgegebenen Lenkbewegung wirkt (z.B. auf eine Zahnstange in einer elektromechanischen Lenkung wirkt). Im Falle eines Steer-by-Wire-Systems kann ein Reaktionskraftaktor ein entsprechendes Gegenmoment erzeugen und/oder kann ein mit der Zahnstange gekoppelter Aktor einen Lenkradwinkel nicht in eine entsprechend lenkwirksame Bewegung an den Fahrzeugrädern umsetzen.
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Entsprechend kann zum Begrenzen des Lenkwinkels wenigstes eine Steuereinrichtung des Kraftfahrzeugs angesteuert werden und/oder Steuersignale ausgeben, um die Begrenzung zu bewirken.
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Diese Steuereinrichtung kann ferner eine Fahrsituation gemäß jeglicher der nachstehend geschilderten Ansätze erfassen. In Abhängigkeit der erfassten Fahrsituation kann die Lenkwinkelbegrenzung verändert werden und dadurch dynamisch an die aktuelle Fahrsituation angepasst werden.
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Die Lenkwinkelbegrenzung kann wenigstens zwei Zustände aufweisen, nämlich einen unbegrenzten Zustand und einen begrenzten Zustand. Im unbegrenzten Zustand kann der maximal einstellbare Lenkwinkel einem z.B. technisch und/oder mechanisch und/oder systembedingt maximal möglichen Lenkwinkel entsprechen. Im begrenzten Zustand kann der Lenkwinkel einen Wert unterhalb des genannten maximal möglichen Lenkwinkels einnehmen. Anders ausgedrückt kann also eine Begrenzung des maximal möglichen Lenkwinkels selektiv aktiviert oder deaktiviert werden, was einer variablen Festlegung der Lenkwinkelbegrenzung entspricht. Insbesondere kann zwischen diesen Zuständen gewechselt werden, je nachdem, welche Fahrsituation aktuell vorliegt.
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Allgemein kann dann, wenn eine im Wesentlichen unbegrenzte Manövrierbarkeit des Fahrzeugs als Fahrsituation vorliegt, beispielsweise da in der Fahrzeugumgebung keine Hindernisse sind, auf eine Lenkwinkelbegrenzung verzichtet werden und/oder kann diese allgemein gering ausfallen. In diesem Fall kann davon ausgegangen werden, dass die Trajektorie zum Nachfahren derart anpassbar ist, dass sie mit einem Lenkwinkel unterhalb des maximal möglichen Lenkwinkels abfahrbar ist. Die verbleibende Differenz des erforderlichen Lenkwinkels zum Abfahren der angepassten Trajektorie zum maximal möglichen Lenkwinkel verbleibt dann als ein noch verfügbarer Spielraum zum Variieren des Lenkwinkels zwecks Ausgleichen etwaiger auftretender Regeldifferenzen.
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Ist hingegen die Manövrierbarkeit des Fahrzeugs beeinträchtigt, beispielsweise aufgrund von Hindernissen in der Fahrzeugumgebung und/oder dem Vorliegen sogenannter Engstellen, kann die Lenkwinkelbegrenzung aktiviert werden. Der maximal einstellbare Lenkwinkel liegt dann vorzugsweise unterhalb eines maximal möglichen Lenkwinkels. Dies trägt dem Umstand Rechnung, dass die Trajektorie nachträglich aufgrund des geringen verbleibenden Manövrierspielraums nur im reduzierten Umfang oder auch gar nicht anpassbar ist. Folglich kann auch nicht sichergestellt werden, dass durch das Anpassen der Trajektorie erforderliche Lenkwinkel zum Nachfahren derselben reduziert werden können und der geschilderte Lenkwinkel-Spielraum zum Ausgleichen etwaiger Regeldifferenzen verbleibt.
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Vorteilhaft ist die hierin vorgestellte Lösung allgemein dahingehend, dass die Lenkwinkelbegrenzung bedarfsgerechter erfolgt. Insbesondere kann sie lediglich dann aktiviert werden, wenn sie tatsächlich zum Sicherstellen eines ausreichend präzisen Nachfahrens einer eingelernten Trajektorie erforderlich ist. Aus Sicht des Fahrers verbessert sich dadurch das Lenkverhalten des Fahrzeugs im Einlernmodus, da dieses als weniger eingeschränkt empfunden wird.
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Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Fahrsituation unter Verwendung wenigstens einer der Folgenden erfasst (und/oder bewertet) wird:
- - einer Umfeldsensorik des Kraftfahrzeugs, beispielsweise umfassend wenigstens einen Radarsensor, einen Lidarsensor, einen Abstandssensor, einen Ultraschallsensor oder eine Kamera;
- - einem Kommunikationssystem des Kraftfahrzeugs (insbesondere einem sogenannten Car2X-Kommunikationssystem), das zum Kommunizieren mit wenigstens einer fahrzeugexternen Einheit eingerichtet ist, beispielsweise mit einem anderen Fahrzeug, mit einem Mobilfunkteilnehmer, mit einer Servereinrichtung oder mit einem Internetdienst;
- - Karteninformationen (z.B. gespeichert in einem Navigationssystem des Fahrzeugs oder abrufbar von einem externen Server), die eine Fahrzeugumgebung beschreiben;
- - einem computerimplementierten Modell, insbesondere einem Maschinenlernmodell, das eingerichtet ist, eine Festlegung der Lenkwinkelbegrenzung zu ermitteln;
- - einem computerimplementieren Verfahren zur Bewertung und/oder Klassifizierung der Fahrsituation.
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Jegliche der vorstehend genannten Varianten können dazu verwendet werden, um die freie Manövrierbarkeit des Kraftfahrzeugs zu bewerten. Anders ausgedrückt kann die Fahrsituation maßgeblich dadurch definiert sein und/oder bewertet werden, in welchem Ausmaß das Fahrzeug frei manövrieren kann, also inwieweit Hindernisse in der Nähe des Fahrzeugs vorliegen, welche die (freie) Manövrierbarkeit beschränken.
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Mittels der Umfeldsensorik können allgemein Hindernisse im Umfeld des Fahrzeugs erfasst werden und/oder können Freiräume erfasst werden. Allgemein kann die Umfeldsensorik in an sich bekannter Weise die Umgebung des Fahrzeugs kartieren.
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Mit dem Kommunikationssystem kann das Kraftfahrzeug Informationen erhalten, die vorzugsweise eine aktuelle Manövrierbarkeit oder allgemein Bewegungsfreiheitsgrade des Kraftfahrzeugs definieren. Beispielsweise kann es von einer Steuereinrichtung eines Parkhauses Informationen betreffend, eine Belegung von Parkplätzen, dem Vorhandensein von Engstellen innerhalb des Parkhauses oder allgemein von Fahrbahnbegrenzungen innerhalb des Parkhauses erhalten. Gleiches ist auch in Bezug auf einzelne Parkflächen oder Parkplätze möglich, die kein mehrstöckiges Parkhaus sind.
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Die Karteninformationen können in analoger Weise Informationen betreffen, die Bewegungsfreiheitsgrade des Kraftfahrzeugs, z.B. aufgrund einer Verkehrsinfrastruktur und/oder allgemeiner Verkehrswege am Aufenthaltsort des Kraftfahrzeugs, definieren. Die Fahrzeugumgebung kann anhand der Karteninformationen also insbesondere dahingehend beschrieben werden, ob Wendemöglichkeiten bestehen, Fahrbahnverzweigungen vorliegen, Fahrbahnverengungen existieren oder aber allgemein, welche Platzverhältnisse entlang einer Fahrbahn z.B. aufgrund von baulichen Beschränkungen vorliegen.
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Das Modell und insbesondere Maschinenlernmodell kann in einer Steuereinrichtung des Kraftfahrzeugs implementiert sein, wobei die Steuereinrichtung ein Computer ist. Es kann aber auch in einer fahrzeugexternen Computereinrichtung implementiert sein, dann aber vorzugsweise Ermittlungsergebnisse betreffend die Lenkwinkelbegrenzungen an eine Steuereinrichtung des Kraftfahrzeugs übermitteln (beispielsweise per Mobilfunk). Das Modell und insbesondere Maschinenlernmodell kann Informationen betreffend die Fahrsituation des Fahrzeugs erhalten. Insbesondere kann das Modell und insbesondere Maschinenlernmodell jegliche der hierin geschilderten Informationen erhalten, mittels derer die Fahrzeugumgebung und/oder die Fahrsituation beschreibbar ist. Insbesondere kann das Modell und insbesondere Maschinenlernmodell Informationen von der genannten Umfeldsensorik, dem Kommunikationssystem und/oder Karteninformationen erhalten. Das Modell und insbesondere Maschinenlernmodell kann derartige Informationen als eine Eingangsgröße verwenden. Als eine Ausgangsgröße kann es eine Festlegung der Lenkwinkelbegrenzung ausgeben. Insbesondere kann es ausgeben, ob die Lenkwinkelbegrenzung zu aktivieren ist oder nicht (z.B. ob der vorstehend geschilderte begrenzte oder unbegrenzte Zustand aktiviert werden soll). Alternativ oder zusätzlich kann es ein Ausmaß der Lenkwinkelbegrenzung ausgeben, beispielsweise welchen Wert der maximal einstellbare Lenkwinkel konkret annehmen soll.
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Statt einem rechnerbasierten Modell können auch allgemeine computerimplementierte Verfahren und/oder Verfahren zur Erfassung und insbesondere Bewertung und/oder Klassifizierung der Fahrsituation zum Einsatz kommen. Lenkwinkelbegrenzungen können allgemein per Kennlinie, Kennfeld oder Tabellenwerten bestimmt werden.
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Das optionale Maschinenlernmodell kann auf Basis von Trainingsdatensätzen sowie im Rahmen eines maschinellen Lernvorgangs trainiert und/oder erstellt werden. Diese Trainingsdatensätze können Fahrsituationen sowie dabei vorliegende Lenkwinkelbegrenzungen beschreiben. Beispielsweise kann es sich um objektive und bevorzugt verifizierte Fahrsituationen handeln, in denen Lenkwinkelbegrenzungen für angemessen bewertet wurden oder aber nicht. Auf Basis derartiger Trainingsdatensätze kann das Maschinenlernmodell einen Zusammenhang erlernen, der zwischen einer Fahrsituation bzw. die Fahrsituation beschreibenden Größen sowie dabei als objektiv angemessen empfundenen Lenkwinkelbegrenzungen besteht.
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Allgemein kann das Modell und insbesondere Maschinenlernmodell einen Zusammenhang zwischen Eingangsgrößen und Ausgangsgrößen mathematisch modellieren. Im Rahmen des Lern- oder Trainingsvorganges können Verknüpfungen dieser Größen und/oder Gewichtungen der Größen und/oder sogenannte Zwischenschichten definiert, festgelegt oder, mit anderen Worten, erlernt werden. In an sich bekannter Weise kann das Maschinenlernmodell dabei die Eingangsgrößen und Ausgangsgrößen über verschiedene Schichten verknüpfen, wobei die Schichten jeweils Knotenpunkte aufweisen, die über Verknüpfungen mit Knotenpunkten einer benachbarten Schicht verknüpft sind. Insbesondere kann das Maschinenlernmodell ein künstliches neuronales Netz sein oder auf einem solchen basieren.
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Allgemein kann wenigstens ein Fahrsituationsparameter erhalten werden, der die aktuelle Fahrsituation beschreibt. Im Rahmen des Verfahrens kann vorgesehen sein, zu überprüfen, ob der Fahrsituationsparameter ein vorbestimmtes Lenkwinkelbegrenzungskriterium erfüllt. Ist dies der Fall, kann die Lenkwinkelbegrenzung aktiviert und/oder auf einen vorbestimmten Wert (insbesondere einen Wert unterhalb eines maximal möglichen Lenkwinkels) begrenzt werden. Ist dies nicht der Fall, kann eine entsprechende Begrenzung unterbleiben. Der Fahrsituationsparameter kann beispielsweise einen Mindestabstand des Kraftfahrzeugs zur Umgebung und/oder zu Hindernissen in der Umgebung sein.
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Alternativ oder zusätzlich kann der Fahrsituationsparameter ein z.B. in einer Karte hinterlegter und/oder allgemein ortsabhängiger Klassifikator sein oder einen solchen umfassen. Dieser kann z.B. einen Schwierigkeitsgrad eines aktuellen Orts, einer dortigen Fahrsituation und/oder von einem lokal erforderlichen Fahrmanöver z.B. an einer Engstelle beschreiben. Derartige Parameter und insbesondere Klassifikatoren können an ein das Verfahren ausführendes Steuergerät übermittelt und/oder von diesem ermittelt oder ausgelesen werden. Hierfür können Softwareschnittstellen zu Karteninformationen und/oder einem fahrzeugexternen Kartenserver verwendet werden, z.B. Karte/Car2X.
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Beispielsweise kann von dem Verfahren und/oder Steuergerät die Notwendigkeit einer Lenkwinkelbegrenzung erkannt oder erlernt werden und werden die zum Bestimmen des Ausmaßes der Lenkwinkelbegrenzung erforderlichen Informationen bzw. Parameter bevorzugt per obiger Softwareschnittelle erhalten. Diese Informationen können optional mit der Größe des Fahrzeugs verknüpft werden (z.B. können keine oder im Vergleich geringere Lenkwinkeleinschränkungen bei kleinen Fahrzeugen notwendig sein).
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Insbesondere sieht eine Weiterbildung vor, dass der maximal einstellbare Lenkwinkel auf einen verringerten Wert festgelegt oder auf einem vorbestimmten Wert unterhalb eines (systembedingt und/oder technisch möglichen) maximal möglichen Lenkwinkels gehalten wird, wenn die Fahrsituation einem Manövrieren des Kraftfahrzeugs unter Nicht-Einhaltung eines Mindestabstands zu Störkonturen in der Umgebung entspricht. Unter einer Störkontur in der Umgebung kann allgemein eine kollisionsrelevante Struktur und/oder ein kollisionsrelevantes Hindernis oder Objekt in der Umgebung verstanden werden. Hierbei kann es sich insbesondere um bauliche Strukturen wie Wände oder Pfeiler handeln. Alternativ oder zusätzlich kann die Störkontur klassifiziert werden, d.h. kann die Lenkwinkelbegrenzung abhängig von der Art bzw. Klasse der Störkontur erfolgen, zu der ein Mindestabstand unterschritten wurde. Zum Beispiel könnten feste Hindernisse wie Wände oder Pfeiler zu einer stärkeren Einschränkung des Lenkwinkels führen als z.B. auf einem Fahrweg haltende Fahrzeuge, die bei einem zukünftigen Abfahren im Nachfahrmodus dort vermutlich nicht mehr stehen werden.
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Wird der Mindestabstand zu einer solchen Struktur unterschritten, verringert sich die Möglichkeit, eine eingelernte Trajektorie nachträglich zu verändern. Eine solche Veränderung kann dann nämlich dazu führen, dass das Fahrzeug beim Nachfahren der angepassten Trajektorie Gefahr läuft, mit der Störkontur zu kollidieren. Entsprechend sollte die eingelernte Trajektorie so genau wie möglich abgefahren werden, weshalb analog zum Stand der Technik und zum Ausgleichen nachträglicher Regeldifferenzen ein Begrenzen des Lenkwinkels bevorzugt wird.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der maximal einstellbare Lenkwinkel auf einen vergrößerten Wert festgelegt oder auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird, wenn die Fahrsituation einem Manövrieren in einem Mindestabstand zu Störkonturen in der Umgebung entspricht.
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Die vorstehend erwähnten vergrößerten und verringerten Werte beziehen sich auf Veränderungen des maximal einstellbaren Lenkwinkels im Vergleich zu Fahrsituationen, die vor einer aktuell betrachteten Fahrsituation vorlagen. Insbesondere kann zunächst ohne Lenkwinkelbegrenzung gestartet werden und kann dann der maximal einstellbare Lenkwinkel verringert werden. Ebenso kann aber von einem vormals begrenzten maximal einstellbaren Lenkwinkel zu einem entsprechen vergrößerten Wert mit geringerer oder auch keiner Begrenzung gewechselt werden.
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Wenn der Mindestabstand zu Störkonturen in der Umgebung eingehalten wird, kann der maximal einstellbare Lenkwinkel insbesondere auf den (z.B. systembedingt und/oder technisch) maximal möglichen Lenkwinkel vergrößert werden. Dies entspricht einem Deaktivieren der Lenkwinkelbegrenzung, da dann der maximal mögliche bzw. verfügbare Lenkwinkel zur Verfügung steht. Der maximal einstellbare Lenkwinkel (d.h. vom Fahrer einstellbare bzw. vorgebbare Lenkwinkel) entspricht dann dem systembedingt oder technisch maximal möglichen Lenkwinkel.
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Das Einhalten von Mindestabständen zu Störkonturen kann wiederum anhand der Umfeldsensorik bewertet werden, aber auch anhand von Karteninformationen, wenn diese mit einem aktuellen Standpunkt des Fahrzeugs abgeglichen werden. Ebenso können aber über das Kommunikationssystem des Kraftfahrzeugs, sofern vorhanden, dem Kraftfahrzeug das Vorhandensein und der Ort von Störkonturen in der Umgebung übermittelt werden, woraufhin dann der Mindestabstand zu diesen Störkonturen überprüft werden kann.
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Wie geschildert, kann vorgesehen sein, dass eine eingelernte Trajektorie vor einem Nachfahren zumindest abschnittsweise angepasst wird. Insbesondere kann dies dann erfolgen, wenn im Einlernmodus in dem entsprechenden Abschnitt keine Lenkwinkelbegrenzung erfolgt ist und/oder ein vergrößerter Wert des Lenkwinkels festgelegt wurde. Aus den vorstehend geschilderten Gründen kann dann zum Sicherstellen der Möglichkeit des Ausgleichens von Regeldifferenzen die Trajektorie derart angepasst werden, dass sie mit reduzierten Lenkwinkeln nachfahrbar ist. Anders ausgedrückt kann die Trajektorie geglättet werden.
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Eine Möglichkeit hierzu ist, dass wenigstens ein Kurvenradius (oder, mit anderen Worten, Krümmungsradius) der Trajektorie vergrößert wird. Zusätzlich oder alternativ kann ein Einlenkpunkt (insbesondere vor einer entsprechenden Kurve oder Krümmung) beispielsweise entlang der Trajektorie vorverlagert werden oder aber ein Auslenkpunkt (z.B. aus einer Kurve und/oder Krümmung) entlang der Trajektorie nach hinten verlagert werden. Die Richtungsbezeichnungen vorne und hinten beziehen sich dabei auf eine Fahrrichtung von einer Startposition der Trajektorie zu einer Zielposition (wobei Positionen weiter vorne in Richtung der Zielposition verlagert sind). Der Einlenkpunkt und der Auslenkpunkt können sich dadurch auszeichnen, dass ein Lenkwinkel dort über einen vorgegebenen Schwellenwert hinaus verändert wird. Bevorzugt kann als Kriterium auch definiert sein, dass diese Änderung bzw. der hiermit eingestellte Lenkwinkel über eine gewisse Fahrdistanz aufrechterhalten und/oder zumindest nicht über ein vorbestimmtes Maß hinaus verringert wird. Beispielsweise kann sich der Einlenkpunkt dadurch auszeichnen, dass gegenüber einer Geradeausfahrt oder einer Fahrt mit einem geringen Lenkwinkel ein größerer Lenkwinkel eingestellt wird. Der Auslenkpunkt kann sich dadurch auszeichnen, dass gegenüber einer Fahrt mit größerem Lenkwinkel oder aber allgemein einer Kurvenfahrt der Lenkwinkel verringert wird und insbesondere eine Fahrt mit geringerem Kurvenradius folgt.
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Das entsprechende Verschieben von Einlenkpunkten oder Auslenkpunkten stellt eine einfache Möglichkeit dar, um die Trajektorie zu glätten. Insbesondere wird hierdurch das Risiko reduziert, dass der Fahrer die Anpassung der Trajektorie als unnatürlich empfindet bzw. als eine unangemessene Abweichung von der eigentlich eingelernten Trajektorie.
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Allgemein kann in diesem Zusammenhang vorgesehen sein, dass das Anpassen der Trajektorie in Abhängigkeit von im Einlernmodus erfassten Umgebungsinformationen erfolgt. Insbesondere kann im Einlernmodus die Umgebung kartiert werden, beispielsweise durch Erfassung der Umgebung mittels der Umfeldsensorik. Auf diese Weise kann die Anpassung unter Berücksichtigung relevanter und/oder aktueller Umgebungsbedingungen erfolgen. Die Umgebungsinformationen können z.B. in der Weise berücksichtigt werden, dass überprüft wird, ob Verlagerungen des Einlenkpunktes und/oder des Auslenkpunktes oder aber allgemein ein geänderter Kurvenradius zu Kollisionsrisiken mit der Fahrzeugumgebung führt. Alternativ oder zusätzlich zum Einlernmodus können entsprechende Umgebungsinformationen auch durch jegliche anderweitige hierin geschilderten Varianten erhalten werden. Beispielsweise können diese über ein Kommunikationssystem des Fahrzeugs oder aber anhand von Karteninformationen erhalten werden.
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Zusammengefasst können anhand der Umgebungsinformationen maximal zulässige Anpassungen der Trajektorie definiert werden. Zusätzlich oder alternativ können geplante Anpassungen der Trajektorie auf Basis der Umgebungsinformationen hinsichtlich aus den Anpassungen resultierender Kollisionsrisiken überprüft werden. Liegen keine Kollisionsrisiken vor, kann die Anpassung als zulässig bewertet werden. Wird hingegen ein Kollisionsrisiko festgestellt, kann die Anpassung als ungültig bewertet und nicht umgesetzt werden.
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Die Erfindung betrifft auch ein Steuergerät für ein Kraftfahrzeug, das dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche auszuführen. Das Steuergerät kann dazu eingerichtet sein, von sämtlichen hierin geschilderten Einheiten Informationen betreffend die Fahrsituation zu erhalten. Beispielsweise kann es mit der Umfeldsensorik des Kraftfahrzeugs verbunden sein, mit einem etwaigen Kommunikationssystem oder aber mit einer Einheit, welche Karteninformationen bereitstellt. Ebenso kann das Steuergerät das geschilderte Maschinenlernmodell ausführen oder aber mit einer Einrichtung verbunden sein, die dieses Maschinenlernmodell ausführt. Weiter kann das Steuergerät dazu eingerichtet sein, Parameter und insbesondere Steuersignale betreffend die Lenkwinkelbegrenzung auszugeben. Beispielsweise kann es einen Aktor des Lenksystems ansteuern, um eine Lenkwinkelbegrenzung festzulegen und/oder umzusetzen. Insbesondere kann es einen Aktor zum Erzeugen der hierin geschilderten Gegenmomente ansteuern, um dadurch die Lenkwinkelbegrenzung zu ermöglichen.
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Allgemein kann das Steuergerät eine Prozessoreinrichtung und/oder eine Speichereinrichtung umfassen. Auf der Speichereinrichtung können Programmanweisungen hinterlegt sein, die bei Ausführen durch die Prozessoreinrichtung das Steuergerät dazu veranlassen, ein Verfahren gemäß jeglichem hierin geschilderten Aspekt auszuführen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten schematischen Figuren erläutert:
- 1 zeigt ein Fahrzeug in einer schematischen Draufsicht, das im Einlernmodus betrieben wird und eine Steuergerät gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung aufweist.
- 2 ist eine schematische Darstellung des nachträglichen Anpassens der gemäß 1 eingelernten Trajektorie.
- 2A ist eine schematische Darstellung des nachträglichen Anpassens einer alternativen Trajektorie.
- 3 ist ein Ablaufschema eines erfindungsgemäßen Verfahrens, das von dem Steuergerät aus 1 ausgeführt wird.
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In 1 ist ein Fahrzeug 10 (ein Personenkraftwagen) in einer schematisch stark vereinfachten Draufsicht gezeigt. Das Fahrzeug 10 befindet sich in einer Umgebung 100, die aus Fahrzeugsicht durch seitliche bauliche Strukturen 102 begrenzt ist. Diese baulichen Strukturen 102 bilden Störkonturen in der Fahrzeugumgebung. Beispielhaft handelt es sich um die Wände eines Parkhauses. In der gezeigten Startposition S befindet sich das Fahrzeug 10 in einem vergleichsweise großen Abstand A zu diesen Störkonturen. Lediglich beispielhaft ist dabei ein einzelner Abstand A gezeigt, der jedoch ebenso als ein Abstandskreis um das Fahrzeug 10 mit dem Radius A definiert werden könnte oder eine beliebige andere Kontur annehmen kann, die den Abstand A des Fahrzeugs 10 zu den für die Fahrsituation relevanten Punkten der baulichen Struktur darstellt.
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Das Fahrzeug 10 umfasst ein Steuergerät 12. Weiter umfasst es eine mit dem Steuergerät 12 datenübertragend verbundene Umfeldsensorik 14. Diese weist im gezeigten Beispiel (lediglich beispielhaft) zwei Umfeldsensoren 16 auf, die beispielsweise Abstandssensoren sind. Bevorzugt ist eine Vielzahl entsprechender Umfeldsensoren 16 vorgesehen, um Abstände zur Umgebung an sämtlichen Fahrzeugseiten zu erfassen und somit die Fahrzeugumgebung hinsichtlich Störkonturen zuverlässig zu kartieren. In an sich bekannter Weise können anhand der von der Umfeldsensorik 14 erfassten Informationen (Umgebungsinformationen) beispielsweise die Abstandsverhältnisse zu den Störkonturen 102 ermittelt werden, wie in 1 durch den Abstand A eingetragen.
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Bevorzugt ist das Steuergerät 12 über eine strichliert angedeutete Datenverbindung D auch mit einem fahrzeugexternen Server 104 verbunden. Hierüber kann es Karteninformationen erhalten, aus denen Umgebungsinformationen ableitbar sind. Beispielsweise kann auch auf diese Weise auf eine Lage, Erstreckung und/oder Klassifikation von Störkonturen in der Umgebung geschlossen werden, beispielsweise auf eine Position der Wände 102. In Kenntnis einer eigenen Fahrzeugposition können auch auf diese Weise von dem Steuergerät 12 Abstandsinformationen zur Umgebung bzw. zu dortigen Störkonturen ermittelt werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann der Server 104 ein Maschinenlernmodell umfassen bzw. ein solches ausführen. Hierfür kann es Eingangsgrößen von dem Steuergerät 12 erhalten, beispielsweise eine aktuelle Fahrzeugposition, oder aber jegliche von der Umfeldsensorik erfasste Umgebungsinformationen. Darauf basierend kann die Erforderlichkeit und/oder das Ausmaß einer Lenkwinkelbegrenzung von dem Maschinenlernmodell in Kenntnis dieser Eingangsgrößen ermittelt werden und an das Steuergerät 12 ausgegeben werden.
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Nicht gesondert gezeigt ist, dass das Steuergerät 12 mit einem Aktor zur Lenkwinkelbegrenzung verbunden ist. Hierbei kann es sich um jeglichen im allgemeinen Beschreibungsteil genannten Aktor handeln, mit dem bevorzugt ein Gegenmoment gegen ein vom Fahrer am Lenkrad (nicht gezeigt) ausgeübtes Handmoment erzeugbar ist.
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In dem gezeigten Zustand hat der Fahrer einen Einlernmodus aktiviert, beispielsweise über eine entsprechende Eingabe in ein Fahrzeugsteuersystem. In an sich bekannter Weise wird während des Einlernmodus eine abgefahrene Trajektorie T, die in 1 strichliert angedeutet ist, aufgezeichnet, beispielsweise von dem Steuergerät 12. Die Trajektorie T kann durch vom Fahrer ortsabhängig eingestellte Lenkradwinkel T gekennzeichnet sein bzw. diese Lenkradwinkel können ortsabhängig gespeichert werden. Das Fahrzeug 10 gelangt in dem gezeigten Beispiel zunächst in einen Bereich B1. Das Steuergerät 12 ermittelt dabei anhand jeglicher der vorstehend geschilderten Informationen und insbesondere Umgebungsinformationen, ob eine ausreichende Manövrierbarkeit des Fahrzeugs 10 vorliegt. Insbesondere wird hierzu ermittelt, ob der Abstand A zu den Störkonturen in der Umgebung (d.h. zu den Wänden 102) oberhalb eines vorbestimmten Mindestwertes liegt. Im Bereich B1 ist dies der Fall. Das Steuergerät 12 ermittelt daher, dass keine Lenkwinkelbegrenzung erforderlich ist. Der vom Fahrer einstellbare maximal mögliche Lenkwinkel entspricht aufgrund der ausbleibenden Begrenzung daher einem systembedingt maximal möglichen bzw. verfügbaren Lenkwinkel. Anders ausgedrückt kann der Fahrer das Fahrzeug 10 im Bereich B1 maximal und begrenzungsfrei während des Einlernens der Trajektorie T auslenken.
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In einem Bereich B2 entlang der Trajektorie T verringert sich der Abstand der Umgebung bzw. der Wände 102 zu dem Fahrzeug 10 signifikant. Dies verdeutlicht sich aus dem Verlauf der abgefahrenen Trajektorie T im Bereich B2 und dem gegenüber dem Bereich B1 deutlich verringerten Abstand zu den Wänden 102.
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Dies wird vom Steuergerät 12 ermittelt, woraufhin eine Lenkwinkelbegrenzung aktiviert wird. Der Fahrer kann dann nicht mehr den systembedingt maximal möglichen/verfügbaren Lenkwinkel als (manuell) maximal einstellbaren Lenkwinkel einstellen. Stattdessen steht ihm nur noch ein reduzierter maximal möglicher Lenkwinkel zur Verfügung. In dem gezeigten Beispiel wird dies fortgesetzt, bis die Zielposition Z erreicht ist.
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Nachdem der Einlernmodus abgeschlossen ist, wird die Trajektorie T vom Steuergerät 12 oder optional von dem externen Server 104 bevorzugt angepasst. Dieser Vorgang ist in 2 schematisch vereinfacht dargestellt. Gezeigt ist zunächst die ursprüngliche Trajektorie T, wie sie vom Fahrer eingelernt wurde. Diese ist durchgestrichen abgebildet. Ebenso abgebildet ist der Verlauf einer angepassten Trajektorie TA, der strichliert gezeigt ist. Die Darstellung von 2 dient dabei einer Erläuterung der unterschiedlichen Verläufe der Trajektorie T, TA. Das dargestellte über- bzw. untereinander Anordnen dieser Trajektorien TA, T ist ohne besondere Bedeutung. Insbesondere ist vorgesehen, dass sich diese Trajektorien T, TA soweit wie möglich überdecken und nicht, wie lediglich aus Darstellungsgründen abgebildet, durchgängig in einem Abstand zueinander befinden.
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Gezeigt sind wiederum die Bereiche B1 und B2, in denen keine Lenkwinkelbegrenzung vorlag (B1) bzw. eine Lenkwinkelbegrenzung aktiviert war (B2). In dem Bereich B2 mit Lenkwinkelbegrenzung erfolgt bevorzugt keine Anpassung der Trajektorie. Hier ist davon auszugehen, dass dem Fahrzeug beim autonomen Nachfahren der Trajektorie noch eine ausreichende Lenkwinkelreserve zur Verfügung steht, wobei diese Reserve mindestens der Differenz des begrenzten einstellbaren Lenkwinkels im Bereich B2 zu dem systembedingt/technisch maximal verfügbaren Lenkwinkel entspricht. Zudem unterbleibt eine Anpassung der Trajektorie aus Sicherheitsgründen, um kein Kollisionsrisiko mit der Umgebung hervorzurufen.
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Im Bereich B1 ist hingegen keine Lenkwinkelbegrenzung erfolgt. Wie im allgemeinen Teil erläutert, besitzt dies den Vorteil, dass der Fahrer das Lenkverhalten des Fahrzeugs 10 als natürlich und als nicht eingeschränkt wahrnimmt. Allerdings bedeutet dies, dass im autonomen Fahrbetrieb unter Umständen keine Lenkwinkelreserve existiert, um etwaige auftretende Regeldifferenzen auszugleichen. Dies gilt insbesondere in Abschnitten der Trajektorie, bei dem der Fahrer den maximal möglichen Lenkwinkel tatsächlich eingestellt hat, also beispielsweise die Lenkung maximal eingeschlagen hat. Vorliegend liegt ein solcher Volleinschlag beim mit E gekennzeichneten Einlenkpunkt vor. Der Einlenkpunkt E zeichnet sich durch eine Änderung des Lenkwinkels oberhalb von einem zulässigen Schwellenwert aus, z.B. eine Änderung um mehr als 60 %. Anschließend erfolgt in Fahrtrichtung betrachtet (also vom Startpunkt S zum Zielpunkt Z betrachtet) eine Kurvenfahrt mit dem Kurvenradius R entlang der Trajektorie T bis zum Auslenkpunkt A. Vom Auslenkpunkt A erfolgt eine entgegengesetzte Änderung des Lenkwinkels, die wiederum bevorzugt oberhalb von einem bestimmten Schwellenwert liegt, also beispielsweise wiederum mehr als 60 % beträgt.
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Die Trajektorie T wird nun derart angepasst, dass in dem Bereich B1 erforderliche Lenkwinkel zum Abfahren der angepassten Trajektorie TA möglichst begrenzt werden. Insbesondere werden diese derart begrenzt, dass sie vorzugsweise unterhalb eines maximal möglichen Lenkwinkels liegen, also dass z.B. kein Volleinschlag ausgeführt wird. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass nach wie vor eine gewisse Lenkwinkelreserve verbleibt, um Regeldifferenzen beim autonomen Abfahren der angepassten Trajektorie TA anzupassen.
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Im vorliegenden Beispiel wird dies dadurch erreicht, dass der Kurvenradius R im Kurvenabschnitt zwischen dem Einlenkpunkt E und Auslenkpunkt A vergrößert wird (zum angepassten Radius RA). Insbesondere erfolgt dies dadurch, dass der Einlenkpunkt E weiter nach hinten (also näher zum Startpunkt S) entlang der angepassten Trajektorie TA verlagert wird. Hieraus resultiert der angepasste Einlenkpunkt AE der angepassten Trajektorie TA. Zusätzlich oder alternativ kann der Auslenkpunkt A weiter nach vorne entlang der angepassten Trajektorie TA (also in Richtung des Zielortes Z) verlagert werden. Hieraus resultiert der gezeigte angepasste Auslenkpunkt AA.
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Trotz ausbleibender Lenkwinkelbegrenzung im Bereich B1, was aus Fahrersicht vorteilhaft sein kann, wird somit eine ausreichend präzise Abfahrbarkeit der eingelernten Trajektorie T in Form der angepassten Trajektorie TA gewährleistet.
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In 2A ist ein weiteres alternatives Beispiel einer Trajektorien-Anpassung im Fall einer abgefahrenen S-förmigen Trajektorie bzw. S-förmigen Kurve gezeigt. Die Trajektorie T und deren gestrichelter, angepasster Verlauf TA sind überlagert abgebildet und die Trajektorie wird entlang ihrer vollständigen Länge angepasst. In diesem Fall verschieben sich die angepassten Einlenk- und Auslenkpunkte EE, AE nicht nur entlang der ursprünglichen Trajektorie T, sondern auch in nicht-parallelen Richtungen hierzu. Entsprechend kann es auch erforderlich sein, Verbindungsabschnitte VA bei der angepassten Trajektorie TA zu ergänzen, die den Start- und Zielpunkt S, Z mit den angepassten Einlenk- und Auslenkpunkten AE, EE verbinden.
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In 3 ist ein Ablaufschema eines beispielhaften Verfahrens gezeigt, das von dem Steuergerät 12 aus 1 ausgeführt wird.
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In einem Schritt S1 wird der Einlernmodus aktiviert und das Fahrzeug 10 beginnt, die Trajektorie T abzufahren. In einem Schritt S2, der auch gleichzeitig erfolgen kann, werden Umfeldinformationen während des Abfahrens der Trajektorie T erhalten (beispielsweise mittels der Umfeldsensorik 14) und/oder aufgezeichnet. In einem Schritt S3, der vorzugsweise fortlaufend während des Abfahrens der Trajektorie T ausgeführt wird, wird anhand der Umgebungsinformationen ermittelt, ob eine Lenkwinkelbegrenzung erforderlich ist. Hierzu wird als Kriterium der Abstand A zur Umgebung bzw. zu den Wänden 102 ermittelt und/oder werden andere Kriterien betrachtet, wie z.B. die Klassifikation einer Störkontur. Liegt dieser unterhalb eines vorbestimmten Schwellenwertes, ist die Manövrierbarkeit des Fahrzeugs 10 eingeschränkt und wird daher eine Lenkwinkelbegrenzung aktiviert. Ist dies nicht der Fall, wird keine Lenkwinkelbegrenzung aktiviert. Das Aktivieren oder Nichtaktivieren der Lenkwinkelbegrenzung kann als eine die Trajektorie T beschreibende Zusatzinformation abgespeichert werden.
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In einem Schritt S4 wurde die Trajektorie T abgefahren und wird diese anschließend analysiert. Vorliegend umfasst dies das Ermitteln der Bereiche B1 und B2 mit bzw. ohne Lenkwinkelbegrenzung. Im Bereich B1 mit Lenkwinkelbegrenzung erfolgt anschließend die anhand von 2 erläuterte Anpassung der Trajektorie T zur angepassten Trajektorie TA. In einem Schritt S5 wird der autonome Abfahrmodus aktiviert und wird diese angepasste Trajektorie TA abgefahren. Zwischen dem Schritt S1 und S5 kann dabei ein erheblicher Zeitunterschied von mehreren Stunden oder Tagen liegen. In an sich bekannter Weise kann der Fahrer somit einen aus seiner Sicht häufig auftretenden Einparkvorgang (z.B. in Bezug auf einen reservierten Parkplatz in einem Parkhaus) im Schritt S1 einlernen und diesen im Schritt S5 durch das Fahrzeug 10 autonom bzw. selbständig nachfahren (d.h. wiederholen) lassen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Fahrzeug
- 12
- Steuergerät
- 14
- Umfeldsensorik
- 16
- Umfeldsensor
- 100
- Umgebung
- 102
- Wand
- 104
- Server
- A
- Abstand
- B1
- Bereich mit Lenkwinkelbegrenzung
- B2
- Bereich ohne Lenkwinkelbegrenzung
- S
- Startpunkt
- Z
- Zielpunkt
- T
- Trajektorie
- TA
- angepasste Trajektorie
- E
- Einlenkpunkt
- A
- Auslenkpunkt
- AE
- angepasster Einlenkpunkt
- AA
- angepasster Auslenkpunkt
- D
- Datenleitung
- R
- Kurvenradius
- RA
- angepasster Kurvenradius
- VA
- Verbindungsabschnitt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014220114 A1 [0002]
- DE 102014220144 A1 [0003, 0004]
