DE19940007A1 - Method and device for supporting the parking of a motor vehicle - Google Patents

Method and device for supporting the parking of a motor vehicle

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DE19940007A1
DE19940007A1 DE1999140007 DE19940007A DE19940007A1 DE 19940007 A1 DE19940007 A1 DE 19940007A1 DE 1999140007 DE1999140007 DE 1999140007 DE 19940007 A DE19940007 A DE 19940007A DE 19940007 A1 DE19940007 A1 DE 19940007A1
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steering
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Gabriel Wetzel
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D15/00—Steering not otherwise provided for
    • B62D15/02—Steering position indicators ; Steering position determination; Steering aids
    • B62D15/027—Parking aids, e.g. instruction means
    • B62D15/0285—Parking performed automatically
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T2201/00—Particular use of vehicle brake systems; Special systems using also the brakes; Special software modules within the brake system controller
    • B60T2201/10—Automatic or semi-automatic parking aid systems

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

The invention relates to a method and a device for supporting parking of a vehicle using a parking assistant. Signals concerning driving status supplied by sensors (2) are used to calculate a theoretical trajectory in a function block. Said trajectory consists of clothoid curves and/or a circular curves. Signals supplied by the sensors (2), in particular yaw angle signals and trajectory signals are used to calculate an actual trajectory in a function block (4). Theoretical and actual trajectories are then compared. The result of said comparison enables real-time calculation of the steering angle during the different phases of the parking maneuver for which a parameter is determined in a function block (5). Feed-back signals supplied by the sensors (2) enable exact regulation of the steering angle adopted during the parking maneuver. Steering wheel movements caused by the driver are tolerated but do not have any influence on the steering angle. The driver only has to press the accelerator and brake pedal to influence the speed of the vehicle.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterstützung des Einparkens eines Kraftfahrzeugs, das mit einem Lenkstellmotor und Sensoren zum Erfassen der Fahrzeugposition, des Fahrzustands und veränderlicher Umgebungsbedingungen ausgerüstet ist, wobei auf den Befehl eines Fahrers hin eine geregelte Unterstützung des Einparkvorgangs mittels des Lenkstellers und gestützt auf vorbestimmte Fahrzeugdaten und auf Signale der Sensoren ausgeführt wird, sowie ein zur Durchführung des Verfahrens eingerichtete Vorrichtung.The invention relates to a method for supporting the Parking a motor vehicle with a Steering actuator and sensors for detecting the Vehicle position, driving status and changeable Environmental conditions, being on the command of a driver a regulated support of the Parking process by means of the steering actuator and based on predetermined vehicle data and on signals from the sensors is carried out, as well as one to carry out the method established device.

Bei einem zur Zeit bei der Robert Bosch GmbH in der Entwicklung befindlichen elektronischen Lenksystem wird durch einen am Lenkgetriebe der Vorderräder angebrachten elektronisch geregelten Lenksteller, ausgehend von einem von einem Lenkradsensor erfassten Fahrerlenkwunsch unter Berücksichtigung von fahrdynamischen Größen die Querdynamik durch eine Modifikation des dem Fahrerlenkwunsch entsprechenden Lenkwinkels verbessert, d. h., dass das Fahrzeug in fahrdynamischen Situationen stabilisiert wird. Das System weist einen Lenkstellmotor auf, der dem vom Fahrer gestellten Lenkwinkel einen Korrekturwinkel hinzuaddiert.At one at the Robert Bosch GmbH in the Development of the electronic steering system through one attached to the steering gear of the front wheels electronically controlled steering actuator, starting from a Driver steering request detected by a steering wheel sensor under Taking into account driving dynamics, the lateral dynamics through a modification of the driver's steering request appropriate steering angle improved, d. that is Vehicle is stabilized in dynamic driving situations. The system has a steering servomotor, which the Driver provided steering angle a correction angle  added.

Die DE 29 01 504 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einparken von Kraftfahrzeugen, welche mit einer reinen Steuerung des Einparkvorgangs arbeitet. Dabei werden keine den Verlauf der Einpark-Trajektorie verändernde Feed-Back-Signale berücksichtigt, sondern statt dessen feste Trajektorien vorgegeben.DE 29 01 504 describes one method and one Device for parking motor vehicles, which with a pure control of the parking process works. there will not be the course of the parking trajectory changing feedback signals are taken into account, but instead its fixed trajectories are specified.

Aus dem Patent FR 2 728 859 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung des Einparkvorgangs bekannt. Dabei ist aber der Fahrer noch zuständig, um Lenkeingriffe durchzuführen. Dazu werden Sensoren verwendet, die den Gierwinkel und den Lenkwinkel erfassen. Unbefriedigend ist dabei, dass die Leistung des damit realisierten Systems durch die relativ große Totzeit des Fahrers bei den Lenkeingriffen beeinträchtigt ist.From the patent FR 2 728 859 is a method and a Device for regulating the parking process known. there but the driver is still responsible for steering interventions perform. For this purpose, sensors are used that the Detect yaw angle and steering angle. Is unsatisfactory doing that the performance of the system realized with it due to the relatively long dead time of the driver in the Steering intervention is impaired.

Aufgabe und Vorteile der ErfindungObject and advantages of the invention

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Unterstützung des Einparkens eines Kraftfahrzeugs so zu ermöglichen, dass das Fahrzeug automatisch in die Parklücke lenkt, der Fahrer aber selbst durch Gaspedal- und Bremspedaleingriffe die Geschwindigkeit regelt.It is an object of the invention, a method and a Parking assistance device Motor vehicle so that the vehicle automatically steers into the parking space, but the driver himself through accelerator pedal and brake pedal interventions the speed regulates.

Die obige Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst.The above task is solved according to the requirements.

Gemäß einem wesentlichen Aspekt ist das die obige Aufgabe lösende Verfahren gekennzeichnet durch folgende Schritte:
According to an essential aspect, the method that solves the above task is characterized by the following steps:

  • 1.  Erfassung einer das unterstützte Einparken initiierenden Befehlseingabe des Fahrers und Erzeugung eines Initialisierungssignals; 1. Registration of a supported parking initiating command input from the driver and generation an initialization signal;  
  • 2.  Erfassung der momentanen Fahrzeugposition und des Fahrzustands aus den Fahrzeugdaten und wenigstens aus einem Gierwinkelsignal und aus einem Wegesignal;2. Detection of the current vehicle position and the Driving state from the vehicle data and at least from one Yaw angle signal and from a path signal;
  • 3.  Erfassung der Umgebungsbedingungen aus von an dem Fahrzeug angebrachten Sensoren erzeugten Signalen;3. Detection of the environmental conditions from on the Vehicle-mounted sensors generate signals;
  • 4.  Vorgabe einer oder mehrerer Soll-Tajektorien, die eine von der Fahrzeugposition, dem Fahrzustand, den Umgebungsbedingungen und den Fahrzeugdaten abhängige Soll- Bahnkurve des einzuparkenden Fahrzeugs angeben;4. Specification of one or more target tajectories, one from the vehicle position, the driving state, the Ambient conditions and target data dependent on the vehicle data Specify the trajectory of the vehicle to be parked;
  • 5.  Erfassung einer jeweiligen Ist-Trajektorie, abhängig von den jeweiligen in den Schritten B und C erfassten Signalen;5. Acquisition of a respective actual trajectory, depending from the respective recorded in steps B and C. Signals;
  • 6.  Vergleich der in Schritt D vorgegebenen Soll- Trajektorie und der in Schritt E erfassten Ist-Trajektorie; und6. Comparison of the target values specified in step D Trajectory and the actual trajectory recorded in step E; and
  • 7.  Berechnung der jeweiligen Stellgröße für den Lenkstellmotor aus dem in Schritt F erhaltenen Vergleichsergebnis.7. Calculation of the respective manipulated variable for the Steering actuator from that obtained in step F. Comparison result.

Dabei wird das in Schritt B erfasste Wegesignal vorteilhafterweise von einem Weggeber, vorzugsweise von je einem an jedem Fahrzeugrad befindlichen Radgeschwindigkeitssensor, erfasst. Das ebenfalls in Schritt erfasste Gierwinkelsignal kann entweder durch einen geeigneten Sensor gemessen werden oder aber aus geeigneten Signalen, bspw. aus der Drehrate eines Drehratensensors und/oder aus den Radgeschwindigkeiten, rekonstruiert werden.The path signal acquired in step B becomes advantageously by a displacement sensor, preferably by each one on each vehicle wheel Wheel speed sensor, detected. That also in Yaw angle signal detected by either step suitable sensor can be measured or from suitable Signals, for example from the yaw rate of a yaw rate sensor and / or reconstructed from the wheel speeds become.

Die Umgebungsbedingungen werden in Schritt C vorzugsweise mittels eines Ultraschallsensors erfaßt. Es ist jedoch auch denkbar Radarsensoren oder optische Sensoren, z. B. Kameras, einzusetzen. Die in Schritt C erfassten Umgebungsbedingungen können die Form oder Ausmaße einer Parklücke angeben.The environmental conditions are preferred in step C. detected by means of an ultrasonic sensor. However, it is also  conceivable radar sensors or optical sensors, e.g. B. Cameras. The captured in step C. Environmental conditions can take the form or dimensions of a Specify parking space.

Die oder jede in Schritt D vorgegebene Soll-Trajektorie wird bevorzugt aus einem oder mehreren Klothoidbögen und/oder aus einem oder mehreren Kreisbögen zusammengesetzt. Ein Klothoid ist eine ebene Kurve, deren Krümmungsradius gemäß der Beziehung R = a . a/s (R: Krümmungsradius; s: Bogenlänge; a: Parameter) stetig kleiner wird.The or each target trajectory specified in step D. is preferred from one or more clothoid arches and / or from one or more arcs composed. A clothoid is a flat curve whose Radius of curvature according to the relationship R = a. a / s (R: Radius of curvature; s: arc length; a: parameter) continuous gets smaller.

Um zu vermeiden, dass die Lenkbeschleunigung und der Lenkruck zu hoch werden, wird die im Schritt E berechnete Stellgröße einer Filterung unterworfen, die abrupte Übergänge an den Flanken der Stellgröße glättet.To avoid the steering acceleration and the Steering jerk become too high, the one calculated in step E. Manipulated variable subjected to filtering, the abrupt Transitions on the edges of the manipulated variable smoothen.

Eine zur Durchführung des Verfahrens eingerichtete Vorrichtung weist erfindungsgemäß eine Regel-/ Steuereinheit, die von den Sensoren in Abhängigkeit von der Fahrzeugposition, dem Fahrzustand und den veränderlichen Umgebungsbedingungen erzeugten Signale sowie die Fahrzeugdaten empfängt, Mittel zur Berechnung einer Ist- Trajektorie aus den Sensorsignalen und den Fahrzeugdaten, Mittel zum Vergleich der jeweils berechneten Ist- Trajektorie mit einer vorbestimmten Soll-Trajektorie und Mittel zur Berechnung einer Stellgröße für einen Lenkstellmotor aus dem Vergleichsergebnis auf.One set up to carry out the process According to the invention, the device has a control / Control unit used by the sensors depending on the Vehicle position, the driving state and the changing Ambient conditions generated signals as well Receives vehicle data, means for calculating an actual Trajectory from the sensor signals and the vehicle data, Means for comparing the respectively calculated actual Trajectory with a predetermined target trajectory and Means for calculating a manipulated variable for a Steering actuator from the comparison result.

Die das Verfahren durchführende Regel-/Steuereinheit kann über Filtermittel verfügen oder über Filtermittel mit dem Lenkstellmotor verbunden sein, so dass die berechnete Stellgröße in der oben beschriebenen Weise gefiltert werden kann. The regulating / control unit performing the method can have filter media or filter media with the Steering actuator to be connected so that the calculated Actuating variable can be filtered in the manner described above can.  

Das oben spezifizierte Verfahren und die Vorrichtung bieten gegenüber dem Stand der Technik mehrere Vorteile:
The method and the device specified above offer several advantages over the prior art:

  • - Es wird keine echte elektronische Steer-by-Wire- Lenkung benötigt. Der bei dem in der Entwicklung befindlichen fahrdynamischen Lenksystem eingesetzte Lenkstellmotor ist ausreichend, da er automatische, genaue und sehr feine Lenkeingriffe ermöglicht.- It will not be a real electronic steer-by-wire Steering needed. The one in development driving dynamic steering system used Steering actuator is sufficient because it has automatic, enables precise and very fine steering interventions.
  • - Die verwendeten Sensoren ermöglichen eine genaue Berechnung der gefahrenen Bahnkurve und damit eine genaue Regelung des Einparkvorgangs mit ständigen Korrekturen und Anpassungen.- The sensors used allow an accurate Calculation of the trajectory traveled and thus one precise regulation of the parking process with constant Corrections and adjustments.
  • - Die Auswahl der jeweiligen Soll-Trajektorie und ihre Kombination aus Klothoidbögen und Kreisbögen ermöglicht eine einfache Beschreibung der Trajektorie und eine schnelle Berechnung des Vergleichsergebnisses zwischen Ist- und Soll-Trajektorie während des Einparkvorgangs.- The selection of the respective target trajectory and their Combination of clothoid arches and circular arches enables a simple description of the trajectory and a quick calculation of the comparison result between actual and target trajectory during the Parking process.
  • - Die durch die Regel-/Steuereinheit ausgeführte Regelung ermöglicht ein präzises Manöver und temporäre Abweichungen von der Soll-Trajektorie, um den Fahrkomfort zu erhöhen.- The one carried out by the control unit Regulation enables precise maneuvers and temporary Deviations from the target trajectory by the Increase driving comfort.
  • - Die Filterung erhöht den Fahrkomfort, da sie ruckhafte Bewegungen des Lenkrads glätten kann.- The filtering increases driving comfort because it is jerky Smooth movements of the steering wheel.

Die nachstehende Beschreibung beschreibt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens und erläutert gleichzeitig die Durchführung durch die erfindungsgemäße Vorrichtung unter Bezug auf die beiliegende Zeichnung.The description below describes one preferred Embodiment of the method according to the invention and explains at the same time the implementation by the device according to the invention with reference to the enclosed drawing.

Zeichnungdrawing

Fig. 1 zeigt schematisch Funktionsblöcke der erfindungsgemäßen Vorrichtung; Fig. 1 shows schematically functional blocks of the device according to the invention;

Fig. 2 zeigt graphisch die geometrische Grundlage zur Ermittlung einer Bahnkurve über den Zusammenhang zwischen dem Krümmungsradius R, dem Winkel θ und dem Weg s; Fig. 2 shows graphically the geometric basis for determining a trajectory over the relationship between the radius of curvature R, the angle θ and the path s;

Fig. 3 zeigt graphisch ein Klothoid als ein Kurve, deren Krümmung c(s) sich linear mit dem Weg s verändert; Fig. 3 graphically shows a clothoid as a curve, the curvature c (s) of which changes linearly with the path s;

Fig. 4 veranschaulicht in einer ebenen Darstellung eines Kraftfahrzeugs Größen, die zur Bestimmung der Klothoidbögen dienen; FIG. 4 illustrates, in a flat representation of a motor vehicle, variables which are used to determine the clothoid arches;

Fig. 5 erläutert graphisch eine Trajektorie und einen Lenkwinkel für einen Fall, wo eine Fahrt am Lenkeinschlag notwendig ist; Fig. 5 graphically explains a trajectory and a steering angle for a case where it is necessary to travel at the steering angle;

Fig. 6 zeigt graphisch eine Trajektorie und einen Lenkwinkel für einen Fall, wo keine Fahrt am Lenkeinschlag notwendig ist; Fig. 6 graphically shows a trajectory and a steering angle for a case where no travel at the steering lock is necessary;

Fig. 7 zeigt eine mit dem dargestellten Algorithmus erzielte Einpark-Trajektorie. Fig. 7 is a achieved with the illustrated algorithm Einpark trajectory shows.

AusführungsbeispielEmbodiment

Das im nachfolgenden Text dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Unterstützung des Einparkens eines Kraftfahrzeugs und einer zur Durchführung des Verfahrens eingerichteten Vorrichtung (kurz: Einparkassistent) verwendet insbesondere folgende Sensoren:
The exemplary embodiment of a method according to the invention for supporting the parking of a motor vehicle and a device (for short: parking assistant) set up to carry out the method shown in the text below uses in particular the following sensors:

  • - Ultragschallsensoren zur Erfassung der Umgebungsbedingungen;- Ultrasonic sensors for recording the Environmental conditions;
  • - aktive Radgeschwindigkeitssensoren, die Radgeschwindigkeitssignale bis zum Stillstand des Fahrzeugs liefern;- active wheel speed sensors, the Wheel speed signals until the wheel stops Deliver vehicle;
  • - einen Lenkwinkelsensor;- a steering angle sensor;
  • - einen Drehratensensor, mit dem Signale über die Giergeschwindigkeit erfassbar sind; und- A rotation rate sensor with which signals via the Yaw rate are detectable; and
  • - (optionell) einen Querbeschleunigungssensor.- (optional) a lateral acceleration sensor.

Es ist denkbar, in einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung einen oder mehrere der beispielhaft angeführten Sensoren wegzulassen, entweder weil das erfindungsgemäße Verfahren auch ohne das von dem entsprechenden Sensor gelieferte Sensorsignal voll funktionsfähig ist, oder weil das Sensorsignal aus anderen Sensorsignalen rekonstruiert werden kann. Welche Sensoren zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens tatsächlich eingesetzt werden kann von einem Fachmann anhand seines Fachwissens im Einzelfall entschieden werden. Es wäre es bspw. denkbar, auf einen Drehratensensor zu verzichten und das Drehratensignal aus anderen Sensorsignalen zu rekonstruieren.It is conceivable in another embodiment of the present invention one or more of the exemplary omit listed sensors, either because that inventive method even without that of corresponding sensor supplied sensor signal full is functional, or because the sensor signal from others Sensor signals can be reconstructed. What sensors to carry out the method according to the invention can actually be used by a professional be decided on a case-by-case basis based on his / her specialist knowledge It would be conceivable, for example, to approach a rotation rate sensor waive and the rotation rate signal from others To reconstruct sensor signals.

Fig. 1 zeigt Funktionsblöcke des Einparkassistenten. Aus dem Block 1 stehen Fahrzeugdaten zur Verfügung. Beispielsweise ist der Block 1 ein Speicher, in dem die Fahrzeugdaten abgespeichert sind. Eine alternative Möglichkeit ist ein Regel-/Steuerwerk, das die Fahrzeugdaten enthält. Der Block 2 ist der Sensorblock, der die oben erwähnten Sensoren umfasst. Der Funktionsblock 3 berechnet die Soll-Trajektorie in der weiter unten beschriebenen Weise und erhält dazu die Fahrzeugdaten aus dem Block 1 und die Sensorsignale aus dem Block 2. Fig. 1 shows functional blocks of the parking assistant. Vehicle data are available from block 1 . For example, block 1 is a memory in which the vehicle data are stored. An alternative possibility is a rule / control unit that contains the vehicle data. Block 2 is the sensor block that includes the sensors mentioned above. Function block 3 calculates the target trajectory in the manner described below and for this purpose receives the vehicle data from block 1 and the sensor signals from block 2 .

Ein zur Ermittlung der Ist-Trajektorie vorgesehener Funktionsblock 4 erhält ebenfalls die Fahrzeugdaten aus dem Block 1 und die Sensorsignale aus dem Block 2 als Eingangssignale. Insbesondere ist der Drehratensensor zur Rekonstruktion des Gierwinkels wichtig. Alternativ kann der Gierwinkel auch durch einen entsprechenden Gierwinkelsensor gemessen werden.A function block 4 provided for determining the actual trajectory likewise receives the vehicle data from block 1 and the sensor signals from block 2 as input signals. The rotation rate sensor is particularly important for the reconstruction of the yaw angle. Alternatively, the yaw angle can also be measured by a corresponding yaw angle sensor.

Die im Block 3 vorgegebene Soll-Trajektorie und die im Block 4 ermittelte Ist-Trajektorie werden in einem Vergleicher 8 verglichen. Aus dem Vergleichsergebnis und aus Signalen der Blöcke 1 und 2 berechnet der Funktionsblock 5 die Stellgröße. Der Vergleich zwischen den Soll- und Ist-Trajektorien ermöglicht eine genaue Regelung des Lenkwinkels mittels der im Block 5 berechneten Stellgröße. Diese Regelung ist möglich, da die Lenkeingriffe von einer Regel-/Steuereinheit ausgeführt werden. Die im Funktionsblock 5 berechnete Stellgröße wird im Funktionsblock 6 gefiltert. Diese Filterung bewirkt eine Glättung der Flanke der Stellgröße und erreicht damit, dass die Lenkbeschleunigung und der Ruck am Lenkrad nicht zu hoch werden. Außerdem werden dem Funktionsblock 6 auch Fahrzeugdaten aus dem Block 1 zugeführt und dort gefiltert oder in die Filterung der Stellgröße mit einbezogen.The target trajectory specified in block 3 and the actual trajectory determined in block 4 are compared in a comparator 8 . Function block 5 calculates the manipulated variable from the comparison result and from signals from blocks 1 and 2 . The comparison between the target and actual trajectories enables precise control of the steering angle by means of the manipulated variable calculated in block 5 . This regulation is possible because the steering interventions are carried out by a regulating / control unit. The manipulated variable calculated in function block 5 is filtered in function block 6 . This filtering smoothes the flank of the manipulated variable and thus ensures that the steering acceleration and the jerk on the steering wheel do not become too high. In addition, the function block 6 is also supplied with vehicle data from the block 1 and filtered there or included in the filtering of the manipulated variable.

In dem Vergleicher 8 können neben der Ist- und der Soll- Trajektorie auch Fahrzustandssignale, bspw. die Orientierung des Kraftfahrzeugs, miteinander oder mit den Fahrzeugdaten verglichen werden. Der Funktionsblock 7 repräsentiert ein Stellglied, das als ein Lenkstellmotor ausgebildet ist. Die Sensoren und der Lenkstellmotor können Teil eines fahrdynamischen Lenksystems des Kraftfahrzeugs sein. Die zusätzlichen Kosten für eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Kraftfahrzeug können so auf ein Minimum redzuiert werden.In the comparator 8 , in addition to the actual and the target trajectory, driving state signals, for example the orientation of the motor vehicle, can also be compared with one another or with the vehicle data. Function block 7 represents an actuator which is designed as a steering actuator. The sensors and the steering servomotor can be part of a driving-dynamic steering system of the motor vehicle. The additional costs for a device according to the invention in a motor vehicle can thus be reduced to a minimum.

Die oben bezogen auf Fig. 1 beschriebenen Funktionen des Einparkassistenten können von einer Regel-/Steuereinheit, z. B. einem ohnehin im Fahrzeug vorhandenen Fahrzeugrechner ausgeführt werden.The functions of the parking assistant described above with reference to FIG. 1 can be performed by a regulating / control unit, e.g. B. an existing vehicle computer in the vehicle.

Nachstehend werden unter Bezug auf die Fig. 2 und 3 die geometrischen Grundlagen zur Ermittlung einer Trajektorie auf der Basis eines Klothoidbogens beschrieben.The geometric bases for determining a trajectory on the basis of a clothoid arch are described below with reference to FIGS. 2 and 3.

In Fig. 2 ist graphisch der Zusammenhang zwischen dem Krümmungsradius R, dem Winkel θ und dem Weg s einer beliebigen Bahnkurve veranschaulicht. Fig. 2 zeigt, wie der Winkel θ sich mit der Änderung des Wegs s in Abhängigkeit vom Krümmungsradius R verhält. Die Krümmung c(s) ist mit Gleichung 1.1 gegeben:
The relationship between the radius of curvature R, the angle θ and the path s of an arbitrary path curve is illustrated graphically in FIG. 2. FIG. 2 shows how the angle θ behaves with the change in the path s as a function of the radius of curvature R. The curvature c (s) is given by equation 1.1:

Der Winkel θ berechnet sich aus dem Weg s anhand der folgenden Gleichung:
The angle θ is calculated from the path s using the following equation:

Diese Gleichung läßt sich mit Hilfe der Gleichung 1.1 wie folgt ausdrücken:
This equation can be expressed using equation 1.1 as follows:

Aus dem Winkel θ(s) werden die kleinen Änderungen (dx, dy) der kartesischen Koordinaten (x, y) berechnet:
The small changes (dx, dy) of the Cartesian coordinates (x, y) are calculated from the angle θ (s):

Die Koordinaten (x, y) werden aus der Gleichung 1.4 abgeleitet:
The coordinates (x, y) are derived from equation 1.4:

Die allgemeine Gleichung 1.5 wird für den speziellen Fall der Klothoide vereinfacht. Die Klothoide ist eine Kurve, deren Krümmung c(s) sich linear mit dem Weg s verändert. Diese Kurve wird auch als Cornu-Spirale (siehe Fig. 3) bezeichnet.
General equation 1.5 is simplified for the special case of clothoids. The clothoid is a curve whose curvature c (s) changes linearly with the path s. This curve is also referred to as the Cornu spiral (see FIG. 3).

c(s) = k . s + c0 Gl. 1.6c (s) = k. s + c 0 Eq. 1.6

Aus dem Einsatz der Krümmung (siehe Gl. 1.6) in die Formel 1.5 ergibt sich:
Using the curvature (see Eq.1.6) in formula 1.5 results in:

was sich unter den Bedingungen:
what happens under the conditions:

θ0 = 0, x0 = 0 c0 = 0, y0 = 0 Gl. 1.8
θ 0 = 0, x 0 = 0 c 0 = 0, y 0 = 0 Eq. 1.8

wie folgt vereinfachen lässt:
can be simplified as follows:

Die Integration der Funktionen sin(u2) und cos(u2) ist nicht trivial. Dafür wird die Reihenentwicklung der trigonometrischen Funktionen angewandt.The integration of the functions sin (u 2 ) and cos (u 2 ) is not trivial. The series development of the trigonometric functions is used for this.

Unter bestimmten Bedingungen von Konvergenzen der Reihen (Gl 1.10) kann die Reihenfolge der Summe und der Integration invertiert werden. Diese Bedingungen sind in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel (Gl. 1.10) erfüllt. Under certain conditions of convergence of the series (Eq 1.10) can the order of the sum and the Integration can be inverted. These conditions are in the present embodiment (Eq. 1.10) fulfilled.  

Die Gleichung (1.11) lässt sich wie folgt transformieren:
Equation (1.11) can be transformed as follows:

Die Gleichung 1.13 dient dazu, bedeutende Punkte der Trajektorie schnell zu berechnen. Im folgenden Abschnitt wird das Verfahren angewandt, um eine Einpark-Trajektorie zu berechnen.Equation 1.13 serves to identify significant points of the Quickly calculate the trajectory. In the following section the procedure is applied to a parking trajectory to calculate.

Weiterhin wird bezogen auf die Fig. 4 bis 7 die Einpark- Trajektorie mit Hilfe eines Algorithmus berechnet, der auf der vorangehend erläuterten Gleichung 1.13 beruht. Furthermore, with reference to FIGS . 4 to 7, the parking trajectory is calculated using an algorithm which is based on equation 1.13 explained above.

Intuitiver LenkvorgangIntuitive steering

Es sei angenommen, dass das zu parkende Fahrzeug parallel zu der Parklücke steht. Die Trajektorie in der Längsrichtung wird passend zu der existierenden Parklücke vorausgesetzt. Intuitiv soll die Einpark-Trajektorie die folgenden Phasen beinhalten:
It is assumed that the vehicle to be parked is parallel to the parking space. The trajectory in the longitudinal direction is assumed to match the existing parking space. The parking trajectory should intuitively include the following phases:

  • 1. Geradeaus rückwärts fahren,1. Drive straight backwards,
  • 2. weiterfahren (eventuell langsamer) und das Lenkrad nach rechts bis zu dem Lenkeinschlag drehen,2. Drive on (possibly slower) and the steering wheel turn to the right up to the steering lock,
  • 3. weiter rückwärts fahren,3. continue driving backwards,
  • 4. Lenkrad nach links bis zum Lenkeinschlag drehen,4. Turn the steering wheel to the left until the steering lock
  • 5. weiter rückwärts fahren,5. continue driving backwards,
  • 6. Lenkrad wieder gerade stellen, und6. Straighten the steering wheel again, and
  • 7. das Fahrzeug anhalten.7. stop the vehicle.

Berechnung des LenkwinkelsCalculation of the steering angle

Die oben beschriebenen intuitiven Phasen sollen formalisiert werden.The intuitive phases described above are intended be formalized.

  • - Wegen der einfachen Handhabung von Klothoiden wird angenommen, dass die Phasen 2, 4 und 7 Klothoid- Trajektorien sind.- Because of the simple handling of clothoids it is assumed that phases 2 , 4 and 7 are clothoid trajectories.
  • - Wegen der Symmetrie des Einparkvorgangs sind die Phasen 2 und 6, 3 und 5 symmetrisch.- Because of the symmetry of the parking process, phases 2 and 6 , 3 and 5 are symmetrical.

Die Bestimmung der Phase 2 wird anhand der Fig. 4 hergeleitet. Die Klothoide sind durch einen Parameter k bestimmt, der auf der Begrenzung des Lenkwinkels und der Fahr- und Lenkgeschwindigkeiten beruht.The determination of phase 2 is derived from FIG. 4. The clothoids are determined by a parameter k, which is based on the limitation of the steering angle and the driving and steering speeds.

Die Länge der Phase 3 ist so berechnet, dass das Fahrzeug tief genug in die Parklücke fährt. Der Einfluss dieser Länge auf die Trajektorie wird anhand der Fig. 6 und 7 dargestellt. Insbesondere zeigt die Fig. 6 die Trajektorie des Fahrzeugs, wenn die Phase 4 nicht existiert.The length of phase 3 is calculated so that the vehicle drives deep enough into the parking space. The influence of this length on the trajectory is shown with reference to FIGS. 6 and 7. In particular, FIG. 6 shows the trajectory of the vehicle when phase 4 does not exist.

Die wichtigen Punkte für die Berechnung der Trajektorie sind in den Fig. 5 und 6 mit den Buchstaben A, B, C, D, E, F, G, R gekennzeichnet.The important points for the calculation of the trajectory are marked in FIGS. 5 and 6 with the letters A, B, C, D, E, F, G, R.

In Fig. 4 ist schematisch bei einem Fahrzeug mit eingeschlagenen Vorderrädern der sich ergebende Radius R = 1/c(s) und der Lenkwinkel δ(s) dargestellt. Die Klothoide ergibt sich zu
In FIG. 4, the resulting radius R = 1 / c (s) and the steering angle δ (s) is shown schematically in a vehicle with steered front wheels. The clothoid emerges too

c(s) = k . s + c0 Gl. 2.1c (s) = k. s + c 0 Eq. 2.1

Der Ackermannwinkel ist
The Ackermannwinkel is

δ(s) = arctan[L . c(s)] Gl. 2.2
δ (s) = arctan [L. c (s)] Eq. 2.2

Daraus ergibt sich:
This results in:

Dies ergibt
This results in

Der Lenkwinkel ergibt sich zu:
The steering angle is:

Daraus erhält man den für die Klothoide bestimmenden Parameter:
From this one obtains the parameter determining the clothoid:

Dabei findet eine Begrenzung der Lenkwinkelgeschwindigkeit δ ≦ δM max , des Lenkwinkels δ ≦ δv max und der Fahrgeschwindigkeit v ≦ vmax statt. Das Ergebnis des Einparkvorgangs mit dem zuvor erläuterten Algorithmus ist in Fig. 7 dargestellt, welche in einem x-y- Koordinatensystem eine beispielhafte Einpark-Trajektorie und den zugrundeliegenden Soll-Lenkwinkel veranschaulicht.The steering angle speed δ ≦ δ M max , the steering angle δ ≦ δ v max and the driving speed v ≦ v max are limited. The result of the parking process using the previously explained algorithm is shown in FIG. 7, which illustrates an exemplary parking trajectory and the underlying target steering angle in an xy coordinate system.

Um die Steuerung im Fahrzeug zu programmieren, wird der gefahrene Weg benötigt. Im Fahrzeug wird dieser Weg mit aktiven Radgeschwindigkeitssensoren oder in vereinfachter Form mit Hilfe eines Weggebers gemessen. Die Radgeschwindigkeitssensoren können die Radgeschwindigkeit bis zur Geschwindigkeit Null präzise erfassen.To program the control system in the vehicle, the driven way needed. This path is included in the vehicle active wheel speed sensors or in simplified Shape measured with the help of a displacement sensor. The Wheel speed sensors can measure the wheel speed precisely record down to zero speed.

Bei dem oben beschriebenen System darf der Fahrer während des Einparkvorgangs Lenkeingriffe durchführen. Diese Lenkeingriffe haben aber keinen Einfluß auf das Manöver. Falls beim Einparken ein Hindernis im Wege steht, soll der Fahrer bremsen und den Einparkvorgang stoppen. Da der Lenkradwinkel mit dem zugrundeliegenden Lenksystem sensorisch erfasst wird, werden die Fahrereingriffe am Lenkrad durch den Lenkstellmotor während des Einparkens kompensiert. Diese Vorgehensweise ermöglicht, dass der Fahrer trotzdem das Gefühl hat, den Einparkvorgang selbst zu steuern und sich deshalb wohl fühlt.In the system described above, the driver may during carry out steering interventions during the parking process. This Steering interventions have no influence on the maneuver. If there is an obstacle in the way of parking, the Brake the driver and stop the parking process. Since the Steering wheel angle with the underlying steering system  is sensed, the driver interventions are on Steering wheel by the steering actuator while parking compensated. This approach enables the Driver still feels the parking process itself to control and therefore feels comfortable.

Aufgrund der vom Drehratensensor gelieferten Signale wird der Gierwinkel berechnet. Bei hochdynamischen Fahrmanövern kann diese Berechnung u. U. zeitlich problematisch sein. Beim Einparken treten dagegen in der Regel keine Schwierigkeiten auf, da sich die Fahrgeschwindigkeit und die Dynamik des Fahrmanövers in Grenzen hält.Based on the signals supplied by the rotation rate sensor the yaw angle is calculated. With highly dynamic driving maneuvers can this calculation u. U. be time problematic. On the other hand, there are usually no steps when parking Difficulties as the driving speed and limits the dynamics of the driving maneuver.

Somit ermöglicht der Einparkassistent über die Berechnung des Gierwinkels eine echte Regelung des Lenkwinkels durchzuführen, damit die Fahrzeugorientierung dem erwarteten Verhalten entspricht. Mit dieser Regelung können Fehler, die zu einer Abweichung zwischen den gefahrenen und der berechneten Trajektorie führen können, wie bspw. Fehler in der Lenkanlage oder unterschiedliche Reibungen, korrigiert werden.The parking assistant thus enables the calculation of the yaw angle a real control of the steering angle carry out so that the vehicle orientation to the expected behavior. With this scheme you can Errors that lead to a discrepancy between the driven and the calculated trajectory, such as errors in the steering system or different friction, Getting corrected.

Da der Sprung des dem Lenkstellmotor als Stellgröße zugeführten Signals zwischen den Phasen, in denen der Lenkwinkel konstant ist (Phasen 1, 3 und 5) und den Phasen, in denen sich der Lenkwinkel verändert, zunächst abrupt ist, wird die Stellgröße in dem in Fig. 1 gezeigten Funktionsblock 6 gefiltert, indem die abrupten Sprünge der Stellgröße geglättet werden. Dabei kann die Stellgröße gefiltert werden, damit die Lenkbeschleunigung begrenzt ist. Da die Soll-Trajektorie unverändert bleibt, können Abweichungen von der Soll-Trajektorie auftreten. Es werden also temporäre Abweichungen von der Soll-Trajektorie geduldet, um ein gleichförmiges Fahrmanöver zu ermöglichen und um dadurch den Fahrkomfort zu erhöhen. Die Abweichungen zwischen der Soll-Trajektorie und der Ist-Trajektorie werden im Laufe des Einparkvorgangs durch die Regel-/ Steuereinheit mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens korrigiert.Since the jump of the steering servomotor supplied as a manipulated variable signal between the phases in which the steering angle is constant (phases 1, 3 and 5) and the phases in which the steering angle is changed is first abruptly is, the manipulated variable in the in Figure . function block 6 shown 1 filtered by the abrupt jumps of the manipulated variable to be smoothed. The manipulated variable can be filtered so that the steering acceleration is limited. Since the target trajectory remains unchanged, deviations from the target trajectory can occur. Temporary deviations from the target trajectory are thus tolerated in order to enable a uniform driving maneuver and thereby increase driving comfort. The deviations between the target trajectory and the actual trajectory are corrected in the course of the parking process by the regulating / control unit using the method according to the invention.

Claims (15)

1. Verfahren zur Unterstützung des Einparkens eines Kraftfahrzeugs, das mit einem Lenkstellmotor und Sensoren zum Erfassen der Fahrzeugposition, des Fahrzustands und veränderlicher Umgebungsbedingungen ausgerüstet ist, wobei auf den Befehl eines Fahrers hin eine geregelte Unterstützung des Einparkvorgangs mittels des Lenkstellers und gestützt auf vorbestimmte Fahrzeugdaten und auf Signale der Sensoren ausgeführt wird, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
  • 1.  Erfassung einer das unterstützte Einparken initiierenden Befehlseingabe des Fahrers und Erzeugung eines Initialisierungssignals;
  • 2.  Erfassung der momentanen Fahrzeugposition und des Fahrzustands aus den Fahrzeugdaten und wenigstens aus einem Gierwinkelsignal und aus einem Wegesignal;
  • 3.  Erfassung der Umgebungsbedingungen aus von an dem Fahrzeug angebrachten Sensoren erzeugten Signalen;
  • 4.  Vorgabe einer oder mehrerer Soll-Tajektorien, die eine von der Fahrzeugposition, dem Fahrzustand, den Umgebungsbedingungen und den Fahrzeugdaten abhängige Soll- Bahnkurve des einzuparkenden Fahrzeugs angeben;
  • 5.  Erfassung einer jeweiligen Ist-Trajektorie, abhängig von den jeweiligen in den Schritten B und C erfassten Signalen;
  • 6.  Vergleich der in Schritt D vorgegebenen Soll- Trajektorie und der in Schritt E erfassten Ist-Trajektorie; und
  • 7.  Berechnung der jeweiligen Stellgröße für den Lenkstellmotor aus dem in Schritt F erhaltenen Vergleichsergebnis.
1. A method for supporting the parking of a motor vehicle, which is equipped with a steering actuator and sensors for detecting the vehicle position, the driving state and changing ambient conditions, wherein, on the command of a driver, regulated support of the parking process by means of the steering actuator and based on predetermined vehicle data and on signals from the sensors, characterized by the following steps:
  • 1. Detection of a command input from the driver initiating the assisted parking and generation of an initialization signal;
  • 2. Detection of the current vehicle position and the driving state from the vehicle data and at least from a yaw angle signal and from a path signal;
  • 3. Detection of the ambient conditions from signals generated by sensors attached to the vehicle;
  • 4. Specification of one or more target tajectories which specify a target trajectory curve of the vehicle to be parked which is dependent on the vehicle position, the driving state, the ambient conditions and the vehicle data;
  • 5. Detection of a respective actual trajectory, depending on the respective signals detected in steps B and C;
  • 6. Comparison of the target trajectory specified in step D and the actual trajectory recorded in step E; and
  • 7. Calculation of the respective manipulated variable for the steering servomotor from the comparison result obtained in step F.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkstellmotor und zumindest ein Teil der Sensoren Teil eines fahrdynamischen Lenksystems des Kraftfahrzeugs sind.2. The method according to claim 1, characterized in that that the steering actuator and at least part of the sensors Part of a vehicle dynamics steering system are. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das in Schritt B erfasste Wegesignal von je einem an jedem Fahrzeugrad befindlichen Radgeschwindigkeitssensor erfasst wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the path signal detected in step B of one on each vehicle wheel Wheel speed sensor is detected. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das in Schritt B erfasste Gierwinkelsignal von einem geeigneten Sensor gemessen wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized characterized that the captured in step B. Yaw angle signal is measured by a suitable sensor. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das in Schritt B erfasste Gierwinkelsignal aus einem oder mehreren in den Schritten B und C anderweitig gemessenen Signalen, insbesondere aus einem Drehratensignal oder aus dem Wegesignal, rekonstruiert wird.5. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized characterized that the captured in step B. Yaw angle signal from one or more in steps B and C otherwise measured signals, in particular from a rotation rate signal or from the path signal, is reconstructed. 6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umgebungsbedingungen in Schritt C mittels eines Ultraschallsensors erfasst werden.6. The method according to any one of the preceding claims,  characterized in that the environmental conditions in Step C can be detected using an ultrasonic sensor. 7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in Schritt C erfassten Umgebungsbedingungen die Form und/oder Ausmaße einer Parklücke angeben.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the detected in step C. Environmental conditions the shape and / or dimensions of a Specify parking space. 8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede in Schritt D vorgegebene Soll-Trajektorie aus einem oder mehreren Klothoidbögen und/oder einem oder mehreren Kreisbögen zusammengesetzt werden.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the or each in step D predefined target trajectory from one or more Cloth arches and / or one or more arcs be put together. 9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die im Schritt E berechnete Stellgröße einer Filterung unterworfen wird, um zu vermeiden, dass die Lenkbeschleunigung und der Lenkruck zu hoch werden.9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the calculated in step E. Manipulated variable is subjected to filtering in order to avoid the steering acceleration and the steering jerk too get high. 10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Lenkeingriffe des Fahrers toleriert werden, aber keinen Einfluss auf den Einparkvorgang nehmen.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that steering intervention by the driver be tolerated, but have no influence on the Take parking. 11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einparkgeschwindigkeit durch Gas- und Bremspedaleingriffe des Fahrers beinflusst und die Lenkwinkel ausschließlich durch die Stellbewegungen des Lenkstellmotors bewirkt werden.11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the parking speed influenced by the driver's accelerator and brake pedal interventions and the steering angle exclusively through the adjusting movements of the steering actuator. 12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Regel-/Steuereinheit, die von den Sensoren in Abhängigkeit von der Fahrzeugposition, dem Fahrzustand und den veränderlichen Umgebungsbedingungen erzeugten Signale sowie die Fahrzeugdaten empfängt, Mittel zur Berechnung einer Ist-Trajektorie aus den Sensorsignalen und den Fahrzeugdaten, Mittel zum Vergleich der jeweils berechneten Ist-Trajektorie mit einer vorbestimmten Soll- Trajektorie und Mittel zur Berechnung einer Stellgröße für einen Lenkstellmotor aus dem Vergleichsergebnis aufweist.12. Device for performing the method according to a of the preceding claims, characterized in that the device is a regulating / control unit which is controlled by the Sensors depending on the vehicle position, the Driving condition and the changing environmental conditions  generated signals and receives the vehicle data, means to calculate an actual trajectory from the sensor signals and the vehicle data, means for comparing each calculated actual trajectory with a predetermined target Trajectory and means for calculating a manipulated variable for has a steering actuator from the comparison result. 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Regel-/Steuereinheit die von den jeweiligen Sensoren erzeugten Signale sowie die Fahrzeugdaten von einer anderen Steuer-/Regeleinheit in dem Fahrzeug empfängt.13. The apparatus according to claim 12, characterized in that the regulating / control unit is that of the respective Sensors generated signals as well as the vehicle data from another control unit in the vehicle receives. 14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die andere Steuer-/Regeleinheit als ein fahrdynamisches Lenksystem des Fahrzeugs ausgebildet ist.14. The apparatus according to claim 13, characterized in that the other control unit than one Dynamic driving system of the vehicle is formed. 15. Vorrichtung nach einem der Ansprüch 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass Filtermittel in funktioneller Verbindung mit der Regel-/Steuereinheit vorgesehen sind, um die von der Regel-/Steuereinheit berechnete Stellgröße so zu filtern, dass die Lenkbeschleunigung und der Lenkruck nicht zu hoch werden.15. Device according to one of claims 12 to 14, characterized characterized that filter media in functional Connection with the regulating / control unit are provided, around the manipulated variable calculated by the control unit to filter so that the steering acceleration and the steering jerk don't get too high.
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