Gegenstand dieser Arbeit ist die Bahnplanung für das automatische Einparken, d.h. die Berechnung einer kollisionsfreien Bahn, welche ein Fahrzeug unter Einhaltung aller kinematischen Beschränkungen zur gewünschten Zielposition innerhalb einer Parklücke überführt. Dabei werden insbesondere sogenannte semi-autonome Parkassistenzsysteme betrachtet. Letztere sind dadurch charakterisiert, dass während des Einparkvorgangs zwar die Lenkung automatisiert erfolgt, aber der Fahrer in gewohnter Weise über Gas, Bremse und Gangwahl die Längsführung des Fahrzeuges übernehmen muss. Die Anforderungen an die Bahnplanung, welche sich aus dieser speziellen Funktionsweise ergeben, werden analysiert und zu einer konkreten mathematisch fassbaren Problemstellung zusammengefasst. Dies ermöglicht es zunächst, die Lösbarkeit der Planungsaufgabe mit Hilfe von Werkzeugen der nichtlinearen Regelungstheorie zu untersuchen. Anschließend wird gezeigt, wie eine aus der Robotik entlehnte allgemeine zweistufige Bahnplanungsstrategie auf die speziellen Erfordernisse angepasst und erweitert werden kann. So erlaubt es eine konsequente bogenlängenbezogene Betrachtungsweise, die Planung weitgehend geschwindigkeitsunabhängig durchzuführen und somit der späteren Einbindung des Fahrers in den Einparkprozess Rechnung zu tragen. Desweiteren werden einige wesentliche Konzepte in der Arbeit weiterentwickelt, welche die Komplexität des resultierenden Manövers reduzieren, d.h. ein unnötiges Anhalten oder überflüssige Fahrtrichtungswechsel während des Einparkvorgangs vermeiden. Alle Maßnahmen werden sorgfältig in das zugrunde liegende Zwei-Stufen-Verfahren integriert, so dass einerseits wichtige theoretische Aussagen ihre Gültigkeit bewahren und andererseits eine moderate Rechenzeit des Algorithmus gewährleistet werden kann. Auf diese Weise ist es möglich zu garantieren, dass eine existierende Lösung auch tatsächlich gefunden wird, sofern die für numerische Berechnungen verwendete Auflösung fein genug gewählt ist. Die Funktionstüchtigkeit des vorgestellten Verfahrens wird für serienfahrzeugähnliche Parameter in Rechnersimulationen nachgewiesen. Zusätzlich wird die praktische Umsetzbarkeit der entwickelten Algorithmen über die erfolgreiche Integration in ein komplettes experimentelles Parkassistenzsystem belegt, dessen Erprobung mit Hilfe eines Laborfahrzeugs erfolgt.
In this dissertation, the central motion planning problem occurring during the design of automatic parking systems is considered, i.e. the task of planning a suitable collision-free path which observes all kinematic constraints of the car while guiding it to the desired position inside of the parking space. More precisely, the so-called semi-autonomous system setup is examined, where the steering angle is provided automatically during the actual realization of the parking process, but the driver still controls the longitudinal motion of the vehicle. This functionality implies that some specific conditions must be respected during path planning, which are summarized in form of a mathematically precise problem statement first. Then, tools from nonlinear control theory are applied to study the solvability of the described planning task, before a suitable solution algorithm is developed. The latter is based on a general two-step motion planning strategy for mobile robots which is adapted and extended such that the particular requirements of semi-autonomous automatic parking can be satisfied. The fact that the driver controls the velocity during the parking process is accounted for by introducing an arc-length based modeling framework which allows to describe vehicle movements independently from the longitudinal motion. Moreover, a series of unique measures are proposed to reduce the complexity of the resulting parking maneuver, i.e. to avoid unnecessary stops as well as too many changes in the direction of motion. All con-cepts are carefully integrated into the underlying two-step approach such that moderate computation times are achieved without compromising fundamental theoretical properties which ensure the reliability of the method. In particular, it can be guaranteed that an ex-isting solution will always be found if the resolution of discretization-based computation steps is chosen appropriately. The performance of the approach is demonstrated in simulation studies assuming param-eters of a typical series production car. Furthermore, the developed algorithms are also tested in practice by means of experiments with a laboratory vehicle, where it is shown that the suggested motion planning strategies can he smoothly integrated into a complete parking assistant system.
Two-step trajectory planning for automatic parking
Zweistufige Trajektorienplanung für das automatische Einparken
2009
325 Seiten, Bilder, Tabellen, Quellen
(+ 65 S. Anh.)
Theses
English
Two-step trajectory planning for automatic parking
TIBKAT | 2009
|Automatic parking trajectory planning method based on vehicle kinematic model
European Patent Office | 2022
|Automatic parking reference trajectory optimization method
European Patent Office | 2024
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