AEP - Autonomes Einparken

Zur groben Übersicht ein eventueller Leitfaden!!!!

Allgemeines

Anforderungen an die Disziplin

Die Anforderungen an das autonome Einparken in diesem Projekt wurden mit den Dozenten abgesprochen und richten sich teilweise an den Carolo Cup.

1. Das Fahrzeug muss auf einer geraden Straße - fahrend auf der rechten Straßenseite - eine passende Parklücke finden und in diese mit eventueller Berührung der Hindernisse parallel zur Straße einparken.
2. Das Einparkmanöver muss durch einen Taster am Fahrzeug gestartet werden können
3. Das Fahrzeug fährt an den rechts stehenden Hindernissen, auf der Suche nach einer ausreichend großen Parklücke, vorbei.
4. Sobald die erstmögliche Parklücke gefunden ist, muss das Einparken mit dem rechten Blinker signalisiert werden.
5. Nach Beendigung des Manövers, muss das Fahrzeug zwischen zwei Hindernissen mit einer maximalen Winkelabweichung von 10° zum Stehen kommen.

Während des Einparkvorgangs sind eventuelle Kollisionen mit den Hindernissen erlaubt und es ist kein Zeitfenster vorgegeben (so schnell wie möglich).

Auswahl der Sensoren

Die Sensoren wurden in Anlehnung an die Literaturrecherche der Lösungen anderer Carolo Cup Teilnehmer bereits vom Vorjahr ausgewählt. Für den Einparkvorgang werden zwei Infrarotsensoren (nachfolgend: IR) vom Typ Sharp GP2D120 verwendet.

Einer davon ist seitlich vorne am Fahrzeug montiert und wird dafür verwendet, die Parklücke zu finden und den Abstand zum seitlich parkenden Hindernis zu messen. Der zweite IR ist hinten-rechts angebrachte und misst den Abstand zum hinteren Hindernis, sobald sich das Fahrzeug zwischen den beiden Hindernissen befindet. Anhand des Abstandes wird entschieden, ob es noch ein Stück vorfahren muss oder nicht, um dem hinteren Fahrzeug noch Platz zum Ausparken zu lassen.

Um die Winkellage des Fahrzeugs vermessen zu können, wird ein Gyrosensor verwendet. Die Änderung von Rechts- auf Linkseinschlag während des Einparkens wird damit durch eine vorher berechnete Winkellage β (siehe Berechnung nötiger Größen) gesteuert. Außerdem wird der Sensor dafür eingesetzt, das Anhalten des Fahrzeugs zu erreichen, wenn der Winkel des Gyroskops um 0 rad (0°) liegt. Die zurückgelegte Strecke wird mit einem Hallsensor ermittelt. Diese Streckenmessung dient dem Zweck, die Parklücke zu vermessen und bestimmte Kurzstrecken, wie z.B. das Weiterfahren nach Lückenfindung, definiert zurückzulegen.

Der Einparkalgorithmus

Auswahl der geeigneten Geschwindigkeit

Messzeiten des Infrarotsensors

Der Abbildung rechts aus dem Datenblatt "Sharp-GP2D120.pdf" (siehe Infrarot Sensor) ist zu entnehmen, dass maximal eine Zeit für eine Messung benötigt wird von:

$t= 38,3\,ms + 9,6\,ms + 5\,ms = 52,9\,ms$.

sicherheitshalber wird davon ausgegangen, dass sich in der größten Lücke ein weiteres Hindernis mit den Maßen 10cm x 10cm befindet. Um diese erkennen zu können, sollten mindestens drei Messungen im Bereich des Hindernisses stattfinden. Die benötigte Zeit für diese drei Messungen beträgt demnach

$t=3\cdot 52,9\,ms = 158,7\,ms.$

Da sich die Geschwindigkeit aus dem Weg (s) geteilt durch die Zeit (t) berechnet und der Weg in diesem Fall der Länge des Hindernisses entspricht, resultiert daraus eine maximale Geschwindigkeit von

$v= \frac{0,1\,m}{158,7\cdot10^{-3}\,s} =0,63\,\frac{m}{s}.$

Wird die größte verfügbare Parklücke von 0,7m für das Einparken verwendet, so findet das Fahrzeug diese Parklücke bei oben genannter Geschwindigkeit in 1,1s (mit der Annahme, es wird vor dieser Lücke gesteratet). Die Geschwindigkeit beim Einparken wurde vorerst mit -0,3m/s angenommen.

Berechnung nötiger Größen

Skizze zur Berechnung des Wendekreisradius

Das Fahrzeug besitzt einen maximalen Lenkeinschlag in eine Richtung von alpha = 25°. Kombiniert mit dem Radstand L = 0,265m ergibt dies einen Wendekreisradius um die Mitte der Hinterachse von

$r= \frac{L}{tan(\alpha)} = \frac{0,265\,m}{tan(25^\circ)} = 0,5683\,m.$

Die Abbildung zeigt eine Skize zur Herleitung der Wendekreisberechnung. Für die Berechnung der nötigen Parklücke spielt der Wendekreisradius (r), die Breite des Fahrzeuges (w), die Länge des Fahrzeugs von der Mitte der hineren Achse bis zum Heck (b) und der seitliche Abstand zum Hindernis (p) eine wichtige Rolle. Abbildung 13.5 auf Seite 66 zeigt eine Skizze des Fahrzeugs und dessen Einparkmanövers.