AEP - Autonomes Einparken

Allgemeines

Innerhalb des Projektes SDE - Autonomes Fahrzeug arbeitet ein Teilteam an dem Thema 'Autonomes Einparken' (AEP). Dieser Artikel dient der Dokumentation der entwickelten Software und der für den Einparkvorgang benötigten Harwdare.

Anforderungen an den Einparkvorgang

Die folgenden Anforderung an den autonomen Einparkvorgang sind im Lastenheft unter '2.2.1 Einparken' festgehalten:

REQ10.2200 - Paralleles Einparken:
Das Fahrzeug muss auf einer geraden Straße - fahrend auf der rechten Straßenseite - eine passende Parklücke finden und in diese parallel zur Straße einparken.

REQ10.2210 - Start des Einparkmanövers:
Das Einparkmanöver muss durch einen Taster am Fahrzeug gestartet werden können.

REQ10.2220 - Durchführung des Einparkmanövers:
Das autonome Fahrzeug muss das Einparkmanöver in folgenden Schritten durchführen:

• Das Fahrzeug muss an rechts stehenden Hindernissen, auf der Suche nach einer ausreichend großen Parklücke, vorbeifahren.
• Sobald die erstmögliche Parklücke gefunden ist, muss das Einparken mit dem rechten Blinker signalisiert werden.
• Beim Einparken dürfen weder Hindernisse berührt, noch die äußerste weiße Linie aif der rechten Seite überfahren werden.

REQ10.2230 - Erfolgreiches Einparkmanöver:
Das autonome Fahrzeug muss das Einparkmanöver so beenden, dass die folgenden Randbedingungen erfüllt sind:

• Sobald das Parkmanöver beendet ist, muss das Fahrzeug parallel zur Fahrbahn und innerhalb der weißen Linien stehen.
• Es ist eine max. Winkelabweichung von 5 Grad erlaubt.
• Das Ende des Einparkmanövers ist durch Aufleuchten aller Fahrtrichtungsanzeiger anzuzeigen.
• Der Abstand zum vorderen und hinteren Hindernis muss jeweils mindestens 10mm betragen.
• Das Einparkmanöver muss innerhalb von 30 Sekunden abgeschlossen sein.

Grundlagen

Auswahl der Sensoren

Die Sensoren wurden in Anlehnung an gängige Lösungen des Carolo Cups ausgewählt. Für den Einparkvorgang werden vier Infrarotsensoren (nachfolgend: IR), ein Gierratensensor und mehrere Hallsensoren zur Geschwindigkeitsermittlung eingesetzt. Eine Übersicht der Hardware des Fahrzeugs ist in dem Artikel Fahrzeughardware zu finden.

Infrarotsensoren:

Die Positionen der IR sind im Artikel Infrarotsensoren festgehalten. Die IR werden während des Einparkvorgangs zur Entfernungsmessung verwendet. Mit Hilfe der Messungen der seitlich montierten IR werden Parklücken erfasst und ausgemessen und der seitliche Abstand zu den am Straßenrand parkenden Fahrzeugen ermittelt. Die hinten am Fahrzeug montierten IR dienen zur Kollisionsvermeidung und der Positionierung innerhalb der Parklücke.

Gierratensensor:

Um geregelt an den parkenden Fahrzeugen vorbeifahren zu können und um erfolgreich ein eine Parklücke einparken zu können, wird die aktuelle Winkellage des Fahrzeugs benötigt. Zur Bestimmung dieser wird ein Gierratensensor eingesetzt.

Hallsensoren:

Die Geschwindigkeitsermittlung erfolgt durch die Auswertung der im Motor verbauten Hallsensoren. Die Streckenmessung erfolgt über die Ableitung der Geschwindigkeit. Die bereits zurückgelegte Strecke wird hauptsächlich für das Vermessen der Parklücken benötigt. Die weiteren Details der Hardware, sowie das physikalische Messprinzip sind in dem Artikel Hall-Sensor beschrieben.

Einbindung des Einparkalgorithmus in die Simulink Umgebung

Die Umsetzung des Einparkvorgangs erfolgt in einer eigenen Bibliothek der Fahrzeugsoftware.

Die Einbindung des AEP Blocks (gelb umrandet) in die Software des Fahrzeugs ist in der folgenen Abbildung dargestellt:

Autor: Valentin Rentzsch (Diskussion)

Auswahl des Einparkmodus

Um das Einparkmanöver zu starten, muss zu Beginn das Simulink-Modell start.m Datei in MATLAB geöffnet werden. Für den Einparkmodus bestehen die Möglichkeiten, nach der Lückenfindung direkt einzuparken (Simulinkmodus = 3) oder stehen zu bleiben (Simulinkmodus = 2). Beim Online-Model muss beachtet werden, dass vor der Betätigung des AEP-Tasters, die Aktuatoren ausgeschaltet werden, damit die Kalibrierung des Gierratensensors gemacht wird. Hierzu muss der Hebel, der sich hinten am Fahrzeug befindet, in die Mittelstellung gebracht werden.

Alle weiteren Einstellungen sind optional und werden in diesem Link erläutert.

Offline-Simulation

Das Fahrzeug startet nach einer kurzen Verzögerung zur Kalibrierung des Gierratensensors seine Fahrt entlang der Parklücken. Während des gesamten Suchvorgangs ist die geregelte Geradeausfahrt aktiv. Um dies zu zeigen startet das Fahrzeug im aktuellen Stand der Simulation leicht schräg und findet dann wieder auf seine Spur zurück. Nach dem es eine Parklücke gefunden hat, fährt es an dieser noch vorbei, bis die Hinterachse auf gleicher Höhe wie das Heck des vorderen Fahrzeugs der Parklücke ist. Nach dem Finden der Parklücke parkt das Fahrzeug ein und positioniert sich in der Parklücke. Alle Vorraussetzungen wurden erfüllt. Ein Video des Einparkvorgangs in der Offline-Simulation ist auf der rechten Seite zu sehen.

Video des Einparkvorgangs in der Offline-Simulation

Online-Modell

Der aktuelle Softwarestand wurde bis jetzt noch nicht auf dem Fahrzeug getestet. Die Implementierung für das Online Modell steht für das Wintersemester 2020/21 an.

Autor: Patrick Schumann, Martin Theine

Lageregelung beim Einparken

Das Spezialthema soll zur Verbesserung der Ausrichtung des Fahrzeugs in der Parklücke beitragen. Aktuell befindet sich die Erweiterung aufgrund ausstehender Tests noch in einem SVN Branch.

Quellen / Weiterführende Literatur

Autoren:

David Reger, Valentin Rentzsch und Vincent Holthaus

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