Bahnplanungsframework für ein autonomes Fahrzeug - oops ...

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4 Einleitung (Abb. 1.2): Screenshot der Bahnplanung. 1.5 AUFBAU DER ARBEIT Im nächsten Kapitel werden zunächst die Grundlagen für diese Arbeit erklärt. Im dritten Kapitel wird das entwickelte Framework vorgestellt. Die nächsten vier Kapitel bilden den wissenschaftlichen Teil der Arbeit, wobei in jedem Kapitel zunächst das Thema vorgestellt wird und letztlich mit einer Evaluation und Ergebnissen abschließt. Diese Themen sind zunächst die Motion Primitiven, wo darauf eingegangen wird, welche Primitiven sich für die Bahnplanung eignen und welche Probleme bei der Verbindung derer untereinander entstehen können. Im fünften Kapitel werden verschiedene Methoden gezeigt Motion Primitiven zu erstellen und auf deren Vor- und Nachteile eingegangen. Im sechsten Kapitel werden verschiedene Suchalgorithmen und deren Auswirkungen durch Parametrisierung aufgezeigt. Um das ganze abzuschließen und eine Pose anfahren zu können, wird noch im siebten Kapitel der Reeds-Shepp-Algorithmus und dessen Erweiterung erklärt. Schließlich folgt im achten Kapitel das Fazit und weiterer Ausblick zu der Arbeit.
5 2 GRUNDLAGEN Der Teil „Ackermann Modell“ beschreibt den mathematischen Hintergrund eines Fahrzeugs und führt in die Nomenklatur von fahrdynamischen Systemen ein. Der Teil „Objekterkennung“ beschäftigt sich damit, auf welche Art anhand der Sensorik eine Umgebungskarte mit Hindernissen entsteht. Im Teil „Kollisionserkennung“ wird darauf eingegangen, wie Kollisionen zwischen Objekten und Fahrzeug während der Bahnplanung berechnet werden können. Der letzte Teil „Regelung“ zeigt den Reglerentwurf und getätigte Verbesserung an diesem. 2.1 ACKERMANN MODELL Die Achsschenkellenkung wurde von dem Münchener Wagenbauer Georg Lankensperger im Jahre 1816 erfunden. Dabei wies er zeichnerisch darauf hin, dass das kurveninnere Rad einen größeren Lenkeinschlag als das kurvenäußere Rad haben müsse, so dass sich die Verlängerungen der Radachsen in einem Punkt (dem Kreismittelpunkt) treffen müssen. Da es zu dieser Zeit noch kein nationales Patentrecht gab, ließ Lankensperger dieses in England von Rudolph Ackermann patentierten, weshalb es heute noch unter dem Namen Ackermann- oder A-Steering geführt wird (Eckermann 1998 [5]). Die Annahme dieses Modells war, wenn sich das Fahrzeug auf einer Kreisbahn bewegt, so muss das kurveninnere Rad einen größeren Lenkwinkel einschlagen, da es sich auf einer kleineren Kreisbahn bewegt. Im Idealfall schneiden sich die Normalen der Räder in einem Punkt, der Mittelpunkt des Kreises, um den sich das Fahrzeug bewegen soll. Verwendet man Achsschenkel, deren Verlängerung sich an der Hinterachse treffen, so entsteht ein Trapez, dessen Lenkgeometrie sich an diese Vorgaben hält (Abb. 2.1). Die Vorteile dieser Lenkung, im Gegensatz zu der davor üblichen Drehschemellenkung, sind in erster Linie ein geringer Abrieb der Räder in Kurven, da jedes Rad den richtigen Kurvenradius einschlägt. Aufgrund der sich kaum ändernden Auflagefläche, weil sich nur die Räder drehen und nicht die gesamte Achse, entsteht eine viel größere Stabilität, wodurch die Kippgefahr von Fahrzeugen minimiert wird. Die Tatsache, dass sich die gesamte Achse bei der Drehschemellenkung bewegen muss, verbraucht diese im vorderen Bereich sehr viel Platz, der bei der Achsschenkellenkung für anderen Dinge, wie Motor gebraucht werden kann. Der Nachteil ist der größere Wendekreis, der durch den stark begrenzten Lenkeinschlag der Achsschenkellenkung entsteht. Die Drehschemellenkung bleibt bei 90 ◦ Lenkeinschlag mit dem Mittelpunkt der Hinterachse auf einem Punkt, wohingegen dieser bei der Achsschenkellenkung einen Kreis beschreibt, der als minimaler Wendekreis bezeichnet wird (Eckermann 1998 [5]).
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