DE-102014215245-B4 - Bahnplanung für komplexe Dynamiken

Abstract

Verfahren (400) zur Ermittlung eines Bewegungspfads (203) eines beweglichen Objekts (100, 233), welches ein Grundobjekt (100) und eine kinematisch relevante Ergänzung (233) zum Grundobjekt (100) umfasst, wobei eine Bewegung des Grundobjekts (100) durch eine Vielzahl von Grund-Zustandsgrößen (222, 223, 224) und eine Bewegung der Ergänzung (233) durch eine Ergänzungs-Zustandsgröße (225) beschrieben wird, wobei das Verfahren (400) umfasst, - Ermitteln (401) einer Vielzahl von Basismanövern (211) für das Grundobjekt (100), wobei jedes Basismanöver (211) einen Verlauf der Vielzahl von Grund-Zustandsgrößen (222, 223, 224) von einem Anfangspunkt zu einem Endpunkt des Basismanövers (211) umfasst, wobei die Vielzahl von Basismanövern (211) derart ermittelt wird, dass die Vielzahl von Grund-Zustandsgrößen (222, 223, 224) an dem Anfangspunkt und an dem Endpunkt vordefinierte Werte annimmt; - Abwandeln (402) der Vielzahl von Basismanövern (211), um eine Vielzahl von abgewandelten Basismanövern (211) zu bestimmen, so dass die Werte der Vielzahl von Grund-Zustandsgrößen (222, 223, 224) an dem Anfangspunkt und an dem Endpunkt der Vielzahl von Basismanövern (211) unverändert bleiben, und so dass die Ergänzungs-Zustandsgröße (225) an dem Anfangspunkt und an dem Endpunkt der Vielzahl von abgewandelten Basismanövern (211) vordefinierte Werte annimmt; und - Ermitteln (403) des Bewegungspfads (203) durch Aneinanderreihen von abgewandelten Basismanövern (211) der Vielzahl von abgewandelten Basismanövern (211), dadurch gekennzeichnet, dass - die Vielzahl von Basismanövern (211) für das Grundobjekt (100) derart ermittelt wird, dass die Basismanöver (211) räumliche Manöverlängen aufweisen, die eine relative Abweichung von einem Mittelwert der räumlichen Manöverlängen der Basismanöver (211) der Vielzahl von Basismanövern (211) von gleich viel oder weniger als einem vordefinierten Abweichungs-Schwellenwert aufweisen.

Inventors

• Nils Hirsenkorn
• Justus Jordan
• Felix Klanner

Assignees

• BAYERISCHE MOTOREN WERKE AKTIENGESELLSCHAFT

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20140801

Claims (11)

1. Verfahren (400) zur Ermittlung eines Bewegungspfads (203) eines beweglichen Objekts (100, 233), welches ein Grundobjekt (100) und eine kinematisch relevante Ergänzung (233) zum Grundobjekt (100) umfasst, wobei eine Bewegung des Grundobjekts (100) durch eine Vielzahl von Grund-Zustandsgrößen (222, 223, 224) und eine Bewegung der Ergänzung (233) durch eine Ergänzungs-Zustandsgröße (225) beschrieben wird, wobei das Verfahren (400) umfasst, - Ermitteln (401) einer Vielzahl von Basismanövern (211) für das Grundobjekt (100), wobei jedes Basismanöver (211) einen Verlauf der Vielzahl von Grund-Zustandsgrößen (222, 223, 224) von einem Anfangspunkt zu einem Endpunkt des Basismanövers (211) umfasst, wobei die Vielzahl von Basismanövern (211) derart ermittelt wird, dass die Vielzahl von Grund-Zustandsgrößen (222, 223, 224) an dem Anfangspunkt und an dem Endpunkt vordefinierte Werte annimmt; - Abwandeln (402) der Vielzahl von Basismanövern (211), um eine Vielzahl von abgewandelten Basismanövern (211) zu bestimmen, so dass die Werte der Vielzahl von Grund-Zustandsgrößen (222, 223, 224) an dem Anfangspunkt und an dem Endpunkt der Vielzahl von Basismanövern (211) unverändert bleiben, und so dass die Ergänzungs-Zustandsgröße (225) an dem Anfangspunkt und an dem Endpunkt der Vielzahl von abgewandelten Basismanövern (211) vordefinierte Werte annimmt; und - Ermitteln (403) des Bewegungspfads (203) durch Aneinanderreihen von abgewandelten Basismanövern (211) der Vielzahl von abgewandelten Basismanövern (211), dadurch gekennzeichnet , dass - die Vielzahl von Basismanövern (211) für das Grundobjekt (100) derart ermittelt wird, dass die Basismanöver (211) räumliche Manöverlängen aufweisen, die eine relative Abweichung von einem Mittelwert der räumlichen Manöverlängen der Basismanöver (211) der Vielzahl von Basismanövern (211) von gleich viel oder weniger als einem vordefinierten Abweichungs-Schwellenwert aufweisen.
2. Verfahren (400) gemäß Anspruch 1 , wobei - die Verläufe der Vielzahl von Grund-Zustandsgrößen (222, 223, 224) eines Basismanövers (211) der Vielzahl von Basismanövern (211) durch eine analytische Grundfunktion beschrieben werden; - die Verläufe der Vielzahl von Grund-Zustandsgrößen (222, 223, 224) und ein Verlauf der Ergänzungs-Zustandsgröße (225) eines entsprechenden abgewandelten Basismanövers (211) durch eine abgewandelte Funktion beschrieben werden.
3. Verfahren (400) gemäß Anspruch 2 , wobei - ein beliebiger Punkt zwischen Anfangspunkt und Endpunkt eines Basismanövers (211) durch einen Fortschrittparameter p beschrieben wird; - die analytische Grundfunktion eine Funktion, insbesondere ein Polynom, des Fortschrittparameters p umfasst.
4. Verfahren (400) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 3 , wobei - zumindest eine der Vielzahl von Grund-Zustandsgrößen (222, 223, 224) von der analytischen Grundfunktion abhängt; - zumindest eine der Vielzahl von Grund-Zustandsgrößen (222, 223, 224) von einer Ableitung der analytischen Grundfunktion abhängt; - die abgewandelte Funktion der Summe aus der analytischen Grundfunktion und einer Ergänzungsfunktion entspricht; - die Ergänzungsfunktion am Anfangspunkt und am Endpunkt null ist; und - eine Ableitung der Ergänzungsfunktion am Anfangspunkt und am Endpunkt null ist.
5. Verfahren (400) gemäß Anspruch 4 , wobei die Ergänzungsfunktion x V a r i a t i o n ( p ) = m ∗ sin ( 2 ∗ π ∗ p ) ∗ p 2 ∗ ( 1 − p ) 2 , oder x V a r i a t i o n ( p ) = m ∗ p 3 ∗ ( 1 − p ) 3 entspricht, wobei p ein Fortschrittparameter ist und wobei m ein Abweichungsparameter ist, mit dem ein Wert der Ergänzungs-Zustandsgröße (225) verändert werden kann.
6. Verfahren (400) gemäß Anspruch 5 , wobei - die abgewandelte Funktion eines abgewandelten Basismanövers (211) einen räumlichen Verlauf des abgewandelten Basismanövers (211) von einem Anfangspunkt zu einem Endpunkt des abgewandelten Basismanövers (211) beschreibt; und - die Ergänzungsfunktion, insbesondere der Abweichungsparameter m, derart bestimmt wird, dass die Ergänzungs-Zustandsgröße (225) an dem Anfangspunkt und an dem Endpunkt des abgewandelten Basismanövers (211) vordefinierte Werte annimmt.
7. Verfahren (400) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vielzahl von Grund-Zustandsgrößen (222, 223, 224) und die Ergänzungs-Zustandsgröße (225) jeweils eine begrenzte Anzahl von vordefinierten Werten annehmen kann.
8. Verfahren (400) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - das Grundobjekt (100) ein Fahrzeug umfasst; - die Ergänzung (233) einen Anhänger des Fahrzeugs umfasst; - die Vielzahl von Grund-Zustandsgrößen (222, 223, 224) eine Position des Fahrzeugs, einen Gierwinkel (223) des Fahrzeugs und/oder einen Lenkwinkel (224) des Fahrzeugs umfasst; und - die Ergänzungs-Zustandsgröße (225) einen Anhängerwinkel umfasst.
9. Verfahren (400) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vielzahl von Basismanövern (211) derart ermittelt wird, dass - die Verläufe der Vielzahl von Grund-Zustandsgrößen (222, 223, 224) stetig sind; und - die Verläufe der Vielzahl von Grund-Zustandsgrößen (222, 223, 224) durch das Grundobjekt (100) ausgeführt werden können.
10. Verfahren (400) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Bewegungspfad (203) derart ermittelt wird, dass an einem Übergang zwischen zwei aneinandergereihten abgewandelten Basismanövern (211) die Vielzahl von Grund-Zustandsgrößen (222, 223, 224) und die Ergänzungs-Zustandsgröße (225) stetig sind.
11. Verfahren (400) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ermitteln (401) der Vielzahl von Basismanövern (211) für das Grundobjekt (100) ein oder mehrere umfasst von, - Ermitteln von Basismanövern (211) mit einer Manöverlänge die um eine, zwei oder drei Größenordnungen länger ist als eine Gitterweite eines räumlichen Wertegitters; und/oder - Auswählen von Endpunkten (252) für die Basismanöver (211), die zwischen zwei Kreisen um einen Ausgangspunkt für die Basismanöver (211) liegen; wobei ein äußerer Kreis der zwei Kreise einen Radius aufweist, der um mindestens 2 mal die Gitterweite größer ist als ein Radius eines inneren Kreises der zwei Kreise; und/oder - Ausschließen von einem Endpunkt (253) für die Basismanöver (211), der zwar zwischen den zwei Kreisen liegt, aber ausgehend von dem Anfangspunkt eine gleiche Richtung aufweist, wie ein anderer Endpunkt (252), der zwischen den zwei Kreisen liegt; und/oder - Ausschließen von einem Endpunkt (253), der ausgehend von dem Anfangspunkt eine Richtung bzw. einen Gierwinkel aufweist, wobei die Richtung bzw. der Gierwinkel von einer Richtung bzw. von einem Gierwinkel eines anderen Endpunkts (252) eine relative Abweichung aufweist, die gleich wie oder kleiner als ein vordefinierter Abweichungs-Schwellenwert ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung einer Bahnplanung, insbesondere für Straßenfahrzeuge. Verfahren zur Bahnplanung werden in einer Vielzahl von Anwendungsgebieten, wie z.B. der Robotik und der Fahrzeugtechnik, eingesetzt. Insbesondere bei teil- und/oder vollautomatisch fahrenden Fahrzeugen wird die Bahnplanung eingesetzt, um eine kollisionsfreie Bahn (auch als Bewegungspfad bezeichnet) für ein Fahrzeug zu ermitteln (z.B. für ein Einparkmanöver oder für ein Ausweichmanöver). Dabei erfolgt die Bahnplanung typischerweise in Echtzeit, um das Fahrzeug zuverlässig im Straßenverkehr führen zu können. Im Rahmen der Bahnplanung wird ein sich bewegendes Objekt (z.B. ein Fahrzeug) häufig als Punktmasse betrachtet, welche sich entlang einer bestimmten Bahn bewegt. Eine derartige Annahme ist für komplexe Objekte (z.B. für ein Fahrzeug mit einem Anhänger) nicht ohne weiteres zutreffend, und kann somit zu der Ermittlung von Bahnen führen, die möglicherweise durch das komplexe Objekt nicht umsetzbar sind. Hierzu offenbart die DE 103 22 829 A1 ein Steuerungssystem für ein Fahrzeug, das mit einem elektronisch ansteuerbaren Antriebsstrang mit Lenkungsanlage, Bremsanlage und Antriebsaggregat ausgestattet ist. Eine Bedieneinrichtung generiert aus einem Fahrerwunsch einen Bewegungsvektor, aus dem eine Steuereinrichtung Steuersignale generiert, mit denen der Antriebsstrang ansteuerbar ist. Um das Rangieren, insbesondere das Rückwärtsfahren des Fahrzeugs zu vereinfachen, ist ein Bahnrechner vorgesehen, der aus Istwerten, die mit einer Lage- und Positionsbestimmungseinrichtung ermittelt werden, und aus Sollwerten, die mit einer Zieleingabeeinrichtung eingebbar sind, für die Lage und Position des Fahrzeugs eine Bewegungsbahn berechnet, die aus einer Abfolge von Bewegungsvektoren besteht, die das Fahrzeug aus seiner Ist-Lage und Ist-Position in die Soll-Lage und Soll-Position überführen, wenn der Antriebsstrang die Bewegungsvektoren der Bewegungsbahn abarbeitet. Zu diesem Zweck ist der Bahnrechner zusätzlich zur Bedieneinrichtung über eine gemeinsame Antriebsstrang-Schnittstelle zur Übertragung der Bewegungsvektoren mit der Steuereinrichtung gekoppelt. Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung bereitzustellen, durch die die Ermittlung eines Bewegungspfads für relativ komplexe Objekte (die sich z.B. nicht als Punktmasse betrachten lassen) in präziser und recheneffizienter Weise durchgeführt werden kann. Die Aufgabe wird durch den unabhängigen Anspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zur Ermittlung eines Bewegungspfads eines beweglichen Objekts beschrieben. Das bewegliche Objekt umfasst ein Grundobjekt und eine kinematisch relevante Ergänzung zum Grundobjekt. Beispielsweise kann das Grundobjekt ein Fahrzeug (z.B. ein Straßenfahrzeug) umfassen. Die Ergänzung kann z.B. einen Anhänger des Fahrzeugs umfassen. Dabei ist die Bewegung der Ergänzung typischerweise von der Bewegung des Grundobjekt abhängig. Mit anderen Worten, ein Bewegungspfad des Grundobjekts hat typischerweise Einfluss auf einen Bewegungspfad der Ergänzung bzw. auf einen Bewegungspfad des gesamten beweglichen Objekts. Eine Bewegung des Grundobjekts ist durch eine Vielzahl von Grund-Zustandsgrößen beschrieben. Beispielsweise umfasst die Vielzahl von Grund-Zustandsgrößen eine Position des Grundobjekts, einen Gierwinkel des Grundobjekts und/oder einen Lenkwinkel (oder eine andere Steuergröße) des Grundobjekts. Insbesondere können die Grund-Zustandsgrößen eine Grund-Zustandsgröße umfassen, die die Bewegung des Grundobjekts beeinflusst bzw. steuert (wie z.B. der Lenkwinkel eines Fahrzeugs). In analoger Weise kann eine Bewegung der Ergänzung durch eine Ergänzungs-Zustandsgröße beschrieben werden. Ggf. kann die Bewegung der Ergänzung auch durch eine Vielzahl von Ergänzungs-Zustandsgrößen beschrieben werden. Die in diesem Dokument beschriebenen Aspekte bzgl. einer Ergänzungs-Zustandsgröße sind in analoger Weise für eine Vielzahl von Ergänzungs-Zustandsgrößen anwendbar. Beispielsweise kann die Ergänzungs-Zustandsgröße im Falle eines Anhängers einen Anhängerwinkel (relativ zu einer Ausrichtung des ziehenden Fahrzeugs) umfassen. Dabei kann ein Wert der Ergänzungs-Zustandsgröße von Werten der Grund-Zustandsgrößen und/oder von Verläufen der Grund-Zustandsgrößen abhängen. Das Verfahren umfasst das Ermitteln von einer Vielzahl von Basismanövern für das Grundobjekt. Dabei umfasst jedes Basismanöver einen Verlauf der Vielzahl von Grund-Zustandsgrößen von einem Anfangspunkt zu einem Endpunkt des Basismanövers. Mit anderen Worten, durch ein Basismanöver können die Verläufe der Grund-Zustandsgrößen definiert sein oder wiedergegeben werden. Insbesondere kann ein Basismanöver den räumlichen Verlauf des Grundobjekts von einem Anfangspunkt zu einem Endpunkt beschreiben. Deswe