DE102015116960A1

DE102015116960A1 - Anhänger-Bewegungs- und Parameterschätzsystem

Info

Publication number: DE102015116960A1
Application number: DE102015116960.6A
Authority: DE
Inventors: Li Xu; Thomas Edward Pilutti; Steven Yellin Schondorf; John P. Joyce; Eric Hongtei Tseng; Davor David Hrovat
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-10-13
Filing date: 2015-10-06
Publication date: 2016-04-14
Also published as: US20160101810A1; US9340228B2

Abstract

Ein Anhänger-Rückfahrhilfesystem für ein Fahrzeug, das einen Anhänger zurücksetzt, weist ein Sensormodul auf, das dafür geeignet ist, an dem Anhänger befestigt zu sein und eine Anhängergierrate oder eine Anhängergeschwindigkeit zu erzeugen. Das Anhänger-Rückfahrhilfesystem weist außerdem ein Fahrzeugsensorsystem auf, das eine Fahrzeuggierrate und eine Fahrzeuggeschwindigkeit erzeugt. Ferner weist das Anhänger-Rückfahrhilfesystem ein Steuergerät auf, das einen Kupplungswinkel auf Grundlage der Anhängergierrate oder der Anhängergeschwindigkeit und der Fahrzeuggierrate und der Fahrzeuggeschwindigkeit in Anbetracht einer kinematischen Beziehung zwischen dem Anhänger und dem Fahrzeug schätzt.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die hier vorgelegte Offenbarung betrifft allgemein eine Bewegungs- und Parameterschätzung für Anhänger und insbesondere eine Kupplungswinkelschätzung für einen Anhänger unter Verwendung von Giersignalen zur Unterstützung einer Lenkung des Anhängers durch ein Fahrzeug, wie beispielsweise ein Anhänger-Rückfahrhilfesystem.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ein Zurücksetzen eines Fahrzeugs beim Ziehen eines Anhängers kann für viele Fahrer eine Herausforderung darstellen, besonders für Fahrer, die nur gelegentlich mit einem Anhänger oder mit unterschiedlichen Anhängertypen fahren. Systeme, die verwendet werden, um einen Fahrer beim Zurücksetzen eines Anhängers zu unterstützen, schätzen häufig die Position des Anhängers relativ zu dem Fahrzeug mithilfe eines Sensors, der einen Kupplungswinkel ermittelt. Die Genauigkeit und Zuverlässigkeit dieser Kupplungswinkelschätzung kann entscheidend für den Betrieb des Rückfahrhilfesystems sein. Es versteht sich außerdem, dass eine zuverlässige Kupplungswinkelschätzung für zusätzliche Fahrzeugfunktionen, wie beispielsweise eine Überwachung im Hinblick auf ein Schlingern eines Anhängers, von Nutzen sein kann.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Anhänger-Rückfahrhilfesystem für ein Fahrzeug, das einen Anhänger zurücksetzt, ein Anhängersensormodul auf, das eine Anhängergierrate und/oder eine Anhängergeschwindigkeit erzeugt. Das Anhänger-Rückfahrhilfesystem weist außerdem ein Fahrzeugsensorsystem auf, das eine Fahrzeuggierrate und eine Fahrzeuggeschwindigkeit erzeugt. Außerdem zählt zu dem Anhänger-Rückfahrhilfesystem ein Steuergerät, das einen Kupplungswinkel auf Grundlage der Fahrzeuggierrate, der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Anhängergierrate oder der Anhängergeschwindigkeit in Anbetracht einer kinematischen Beziehung schätzt.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein System zum Schätzen eines Kupplungswinkels zwischen einem Fahrzeug und einem Anhänger einen ersten Sensor auf, der zum Ermitteln einer Anhängergierrate mit dem Anhänger gekoppelt ist. Das System weist außerdem einen zweiten Sensor auf, der zum Ermitteln einer Fahrzeuggierrate mit dem Fahrzeug gekoppelt ist. Ferner weist das System ein Steuergerät auf, das augenblicklich einen Kupplungswinkel auf Grundlage der Anhängergierrate und der Fahrzeuggierrate in Anbetracht einer kinematischen Beziehung zwischen dem Anhänger und dem Fahrzeug schätzt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Schätzen eines Kupplungswinkels zwischen einem Fahrzeug und einem Anhänger ein Erfassen einer Anhängergierrate, ein Erfassen einer Fahrzeuggierrate und ein Erfassen einer Fahrzeuggeschwindigkeit. Das Verfahren beinhaltet außerdem ein Ermitteln eines augenblicklichen Kupplungswinkels auf Grundlage der Gierraten des Anhängers und des Fahrzeugs und der Geschwindigkeit des Fahrzeugs in Anbetracht einer kinematischen Beziehung zwischen dem Anhänger und dem Fahrzeug.
Diese und andere Aspekte, Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden von Fachleuten bei genauer Betrachtung der folgenden Beschreibung, der Ansprüche und der angefügten Zeichnungen verstanden und anerkannt werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen
ist 1 eine perspektivische Draufsicht eines an einen Anhänger angehängten Fahrzeugs mit einer Ausführungsform eines Kupplungswinkelsensors zum Betreiben eines Anhänger-Rückfahrhilfesystems;
2 ist ein Blockschaubild, das eine Ausführungsform des Anhänger-Rückfahrhilfesystems veranschaulicht, die eine Lenkeingabevorrichtung, ein Krümmungssteuergerät und ein Anhängerbremssystem aufweist;
3 ist ein schematisches Schaubild gemäß einer Ausführungsform, das die Geometrie eines Fahrzeugs und eines Anhängers überlagert von einem zweidimensionalen x-y-Koordinatensystem veranschaulicht, wobei Variablen gekennzeichnet sind, die zum Ermitteln einer kinematischen Beziehung des Fahrzeugs und des Anhängers verwendet werden;
4 ist ein schematisches Blockschaubild, das gemäß einer weiteren Ausführungsform Teile eines Krümmungssteuergeräts sowie andere Komponenten des Anhänger-Rückfahrhilfesystems gemäß einer derartigen Ausführungsform veranschaulicht;
5 ist ein Ablaufplan, der gemäß einer Ausführungsform ein Verfahren zum Betreiben eines Anhänger-Rückfahrhilfesystems unter Verwendung einer Betriebsroutine zum Lenken eines Fahrzeugs, das einen Anhänger zurücksetzt, mit normalisierter Steuerung der gewünschten Krümmung veranschaulicht;
6 ist ein schematisches Schaubild gemäß einer Ausführungsform, das die Geometrie eines Fahrzeugs und eines Anhängers überlagert von einem zweidimensionalen x-y-Koordinatensystem veranschaulicht, wobei Variablen gekennzeichnet sind, die zum Ermitteln eines Kupplungswinkels verwendet werden, und
7 ist ein Ablaufplan, der gemäß einer Ausführungsform ein Verfahren zum Schätzen eines Kupplungswinkels unter Verwendung einer Kupplungswinkel-Schätzroutine veranschaulicht.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Zum Zweck der hier vorliegenden Beschreibung sollte beachtet werden, dass das offenbarte Anhänger-Rückfahrhilfesystem und die damit in Zusammenhang stehenden Verfahren verschiedene alternative Ausführungsformen und Ausrichtungen annehmen können, außer wenn ausdrücklich das Gegenteil angegeben ist. Es sollte außerdem beachtet werden, dass die in den angefügten Zeichnungen veranschaulichten und in der folgenden Beschreibung beschriebenen speziellen Vorrichtungen und Prozesse einfach beispielhafte Ausführungsformen der in den angefügten Ansprüchen definierten Erfindungsgedanken sind. Während verschiedene Aspekte des Anhänger-Rückfahrhilfesystems und der damit in Zusammenhang stehenden Verfahren mit Bezug auf eine bestimmte veranschaulichende Ausführungsform beschrieben werden, ist die offenbarte Erfindung nicht auf derartige Ausführungsformen beschränkt, und zusätzliche Abwandlungen, Anwendungen und Ausführungsformen können realisiert werden, ohne von der offenbarten Erfindung abzuweichen. Daher sollen mit den hier offenbarten Ausführungsformen in Zusammenhang stehende spezielle Abmessungen sowie andere physische Merkmale nicht als einschränkend angesehen werden, sofern dies in den Ansprüchen nicht ausdrücklich anders angegeben ist.
In 1 bis 7 bezeichnet das Bezugszeichen 10 im Allgemeinen ein Anhänger-Rückfahrhilfesystem zum Steuern eines Rücksetzwegs eines Anhängers 12, der an ein Fahrzeug 14 angehängt ist, indem einem Fahrer des Fahrzeugs 14 ermöglicht wird, eine gewünschte Krümmung des Rücksetzwegs des Anhängers 12 anzugeben. Bei einer Ausführungsform lenkt das Anhänger-Rückfahrhilfesystem 10 das Fahrzeug 14 automatisch, um den Anhänger 12 auf der gewünschten Krümmung oder dem gewünschten Rücksetzweg zu führen, während ein Fahrer das Gas- und Bremspedal verwendet, um die Rückfahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs 14 zu steuern. Um die Position des Anhängers 12 relativ zu dem Fahrzeug 14 zu überwachen, kann das Anhänger-Rückfahrhilfesystem 10 ein Sensorsystem 16 aufweisen, das einen Kupplungswinkel γ zwischen dem Anhänger 12 und dem Fahrzeug 14 erfasst oder auf andere Weise ermittelt. Bei einer Ausführungsform kann das Sensorsystem 16 ein an dem Anhänger 12 befestigtes Sensormodul 20 aufweisen, das die Dynamik des Anhängers 12, wie beispielsweise eine Gierrate, überwacht und mit einem Steuergerät 28 des Anhänger-Rückfahrhilfesystems 10 Daten austauscht, um den augenblicklichen Kupplungswinkel γ zu ermitteln. Dementsprechend ist eine Ausführungsform eines Sensormoduls 20 dafür geeignet, an dem Anhänger 12 befestigt zu werden und eine Anhängergierrate ω₂ zu erzeugen. Das Anhänger-Rückfahrhilfesystem 10 gemäß einer derartigen Ausführungsform kann außerdem ein Fahrzeugsensorsystem 17 aufweisen, das eine Fahrzeuggierrate ω₁ und eine Fahrzeuggeschwindigkeit v₁ erzeugt. Das Steuergerät 28 des Anhänger-Rückfahrhilfesystems 10 kann dadurch einen Kupplungswinkel γ auf Grundlage der Anhängergierrate ω₂, der Fahrzeuggierrate ω₁ und der Fahrzeuggeschwindigkeit v₁ in Anbetracht einer kinematischen Beziehung zwischen dem Anhänger 12 und dem Fahrzeug 14 schätzen. Bei einer anderen Ausführungsform kann das Sensorsystem 16 einen Kupplungswinkelsensor 44 wie beispielsweise ein sichtbasiertes System aufweisen, bei dem eine Kamera 46 an dem Fahrzeug 14 verwendet wird, um ein Ziel 52 an dem Anhänger 12 zu überwachen, um den Kupplungswinkel γ zu ermitteln und dadurch eine Zuverlässigkeit des gesamten geschätzten Kupplungswinkels γ weiter zu erhöhen.
In Bezug auf den allgemeinen Betrieb des Anhänger-Rückfahrhilfesystems 10 kann eine Lenkeingabevorrichtung 18, wie beispielsweise ein drehbarer Knopf 30, bereitgestellt werden, damit ein Fahrer für die gewünschte Krümmung der Bahn des Anhängers 12 sorgen kann. Daher kann die Lenkeingabevorrichtung 18 mit mehreren Auswahlmöglichkeiten betätigbar sein, wie beispielsweise aufeinanderfolgenden Drehstellungen eines Knopfes 30, durch die jeweils für eine inkrementelle Änderung der gewünschten Krümmung der Bahn des Anhängers 12 gesorgt wird. Beim Eingeben der gewünschten Krümmung kann das Steuergerät einen Lenkbefehl für das Fahrzeug 14 erzeugen, um den Anhänger 12 auf Grundlage des gewünschten Kupplungswinkels γ und einer kinematischen Beziehung zwischen dem Anhänger 12 und dem Fahrzeug 14 auf der Bahn mit der gewünschten Krümmung zu führen. Daher ist die Genauigkeit der Schätzung des Kupplungswinkels für ein Betreiben des Anhänger-Rückfahrhilfesystems 10 entscheidend. Es versteht sich jedoch, dass ein derartiges System zum augenblicklichen Schätzen eines Kupplungswinkels im Zusammenhang mit zusätzlichen oder alternativen Fahrzeugfunktionen, wie beispielsweise einer Überwachung im Hinblick auf ein Schlingern des Anhängers, verwendet werden kann.
Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform ist das Fahrzeug 14 eine Pick-up-Ausführungsform, die mit einer Ausführungsform des Anhänger-Rückfahrhilfesystems 10 zum Steuern des Rücksetzwegs des Anhängers 12 ausgestattet ist, der an das Fahrzeug 14 angehängt ist. Insbesondere ist das Fahrzeug 14 schwenkbar an eine Ausführungsform des Anhängers 12 angehängt, der einen Kastenrahmen 32 mit einer umschlossenen Ladefläche 34, eine einzige Achse mit einer rechten Radgruppe und einer linken Radgruppe und eine Deichsel 36 aufweist, die sich von der umschlossenen Ladefläche 34 aus in Längsrichtung nach vorn erstreckt. Der veranschaulichte Anhänger 12 weist außerdem ein Anhänger-Kupplungsanschlussteil in Form einer Kupplungsanordnung 38 auf, das mit einem Fahrzeug-Kupplungsanschlussteil in der Form einer Kupplungskugel 40 verbunden ist. Die Kupplungsanordnung 38 verrastet auf der Kupplungskugel 40, damit eine Kugelgelenk-Schwenkverbindung 42 bereitgestellt wird, die eine Anlenkung des Kupplungswinkels γ ermöglicht. Es sollte beachtet werden, dass weitere Ausführungsformen des Anhängers 12 auf eine alternative Weise mit dem Fahrzeug 14 gekoppelt sein können, um eine Schwenkverbindung bereitzustellen, beispielsweise durch Verbinden mithilfe einer Drehschemelkuppplung. Es wird außerdem in Betracht gezogen, dass weitere Ausführungsformen des Anhängers mehr als eine Achse sowie verschiedene Formen und Größen aufweisen und für unterschiedliche Lasten und Objekte ausgestaltet sein können, wie beispielsweise ein Bootsanhänger oder Flachbettanhänger.
Noch mit Bezug auf 1: Das Sensorsystem 16 der veranschaulichten Ausführungsform weist sowohl ein Sensormodul 20 als auch einen sichtbasierten Kupplungswinkelsensor 44 zum Schätzen des Kupplungswinkels γ zwischen dem Fahrzeug 14 und dem Anhänger 12 auf. Bei dem veranschaulichten Kupplungswinkelsensor 44 wird eine Kamera 46 (z.B. eine Videokamera) eingesetzt, die sich, wie gezeigt, in der Nähe eines oberen Bereichs der Heckklappe 48 des Fahrzeugs an dem Heck des Fahrzeugs 14 befinden kann, sodass die Kamera 46 relativ zu der Deichsel 36 des Anhängers 12 erhöht sein kann. Die veranschaulichte Kamera 46 weist ein Abbildungssichtfeld 50 auf, das dafür platziert und ausgerichtet ist, ein oder mehrere Bilder des Anhängers 12 zu erfassen, einschließlich eines Bereichs, der eine oder mehrere gewünschte Zielplatzierungszonen zum Befestigen mindestens eines Ziels 52 enthält. Obwohl in Betracht gezogen wird, dass die Kamera 46 Bilder des Anhängers 12 ohne ein Ziel 52 erfassen kann, um den Kupplungswinkel γ zu ermitteln, weist bei der veranschaulichten Ausführungsform das Anhänger-Rückfahrhilfesystem 10 ein Ziel 52 auf, das auf dem Anhänger 12 platziert ist, um dem Anhänger-Rückfahrhilfesystem 10 ein Verwenden von Informationen zu ermöglichen, die mithilfe einer Bilderfassung und -verarbeitung des Ziels 52 erlangt werden. Zum Beispiel kann es sich bei der veranschaulichten Kamera 46 um eine Videokamera handeln, die wiederholt aufeinanderfolgende Bilder des Anhängers 12 erfasst, die verarbeitet werden können, um das Ziel 52 und seine Position auf dem Anhänger 12 zu erkennen, um eine Bewegung des Ziels 52 und des Anhängers 12 relativ zu dem Fahrzeug 14 sowie den entsprechenden Kupplungswinkel γ zu ermitteln. Es sollte außerdem beachtet werden, dass es sich bei der Kamera 46 um eine oder mehrere Videokameras handeln kann, und dass sie sich an anderen Positionen auf dem Fahrzeug 14 befinden können, um Bilder des Anhängers 12 und der gewünschten Zielplatzierungszone zu erfassen, wie beispielsweise auf einer Passagierkabine 54 des Fahrzeugs 14, um Bilder eines Sattel-Anhängers zu erfassen. Darüber hinaus wird in Betracht gezogen, dass zu weiteren Ausführungsformen des Kupplungswinkelsensors 44 und des Sensorsystems 16 zum Bereitstellen des Kupplungswinkels γ eines oder eine Kombination von einem Potentiometer, einem auf magnetischer Basis arbeitenden Sensor, einem optischen Sensor, einem Annäherungssensor, einem Drehsensor, einem kapazitiven Sensor, einem induktiven Sensor oder einem auf mechanischer Basis arbeitenden Sensor, wie beispielsweise eine an der Kugelgelenk-Schwenkverbindung 42 angebrachte mechanische Sensoranordnung, Energiewandlern eines Rückfahrhilfesystems, einem Blind-Spot-System und/oder einem Querverkehr-Warnsystem sowie anderen vorstellbaren Sensoren oder Indikatoren für den Kupplungswinkel γ zählen können, um als Ergänzung oder anstelle des sichtbasierten Kupplungswinkelsensors 44 verwendet zu werden.
Die in 1 veranschaulichte Ausführungsform des Sensormoduls 20 weist einen gehäusten Sensorcluster 21 auf, der auf der Deichsel 36 des Anhängers 12 in der Nähe der umschlossenen Ladefläche 34 angebracht ist und linke und rechte Raddrehzahlsensoren 23 an seitlich gegenüberliegenden Rädern des Anhängers 12 aufweist. Es ist vorstellbar, dass es sich bei den Raddrehzahlsensoren 23 um bidirektionale Raddrehzahlsensoren 23 zum Überwachen von sowohl Vorwärts- als auch Rückwärtsgeschwindigkeiten handeln kann. Es wird außerdem in Betracht gezogen, dass der Sensorcluster 21 bei alternativen Ausführungsformen auf alternativen Abschnitten des Anhängers 12 angebracht sein kann.
Das Sensormodul 20 erzeugt mehrere Signale, die verschiedene Dynamiken des Anhängers 12 anzeigen. Zu den Signalen können ein Gierratensignal, ein Querbeschleunigungssignal sowie Raddrehzahlsignale gehören, die von einem Gierratensensor 25, einem Beschleunigungsmesser 27 bzw. den Raddrehzahlsensoren 23 erzeugt werden. Dementsprechend sind bei der veranschaulichten Ausführungsform der Gierratensensor 25 und der Beschleunigungsmesser 27 in dem gehäusten Sensorcluster 21 enthalten, obwohl andere Ausgestaltungen vorstellbar sind. Es ist vorstellbar, dass es sich bei dem Beschleunigungsmesser 27 bei manchen Ausführungsformen um zwei oder mehr separate Sensoren handelt und diese in einem Offsetwinkel angeordnet sind, wie beispielsweise zwei Sensoren, die bei plus und minus fünfundvierzig Grad von der Längsrichtung des Anhängers oder parallel zu der Längs- und Querrichtung des Anhängers angeordnet sind, um ein robusteres Beschleunigungssignal zu erzeugen. Es wird außerdem in Betracht gezogen, dass diese Sensorsignale kompensiert und gefiltert werden könnten, um Offsets oder Drifts zu entfernen und Rauschen zu glätten. Das Steuergerät 28 kann ferner außerhalb des Sensorsystems 16 empfangene verarbeitete Signale verwenden, darunter Standardsignale von dem Bremssteuersystem 72 und dem hilfskraftunterstützten Lenksystem 62, wie beispielsweise eine Fahrzeuggierrate ω₁, eine Fahrzeuggeschwindigkeit v₁ und einen Lenkwinkel δ, um den Anhängerkupplungswinkel γ, die Anhängergeschwindigkeit sowie damit in Zusammenhang stehende Anhängerparameter zu schätzen. Wie nachfolgend ausführlicher beschrieben, kann das Steuergerät 28 den Kupplungswinkel γ auf Grundlage der Anhängergierrate ω₂ der Fahrzeuggierrate ω₁ und der Fahrzeuggeschwindigkeit v₁ in Anbetracht einer kinematischen Beziehung zwischen dem Anhänger 12 und dem Fahrzeug 14 schätzen. Das Steuergerät 28 des Anhänger-Rückfahrhilfesystems 10 kann die geschätzten Anhängervariablen und Anhängerparameter auch verwenden, um das Lenksystem 62, das Bremssteuersystem 72 sowie das Antriebsstrangsteuersystem 74 derart zu steuern, dass sie ein Zurücksetzen der Fahrzeug-Anhänger-Kombination unterstützen oder einen Schlingerzustand des Anhängers abschwächen.
Mit Bezug auf die in 2 gezeigte Ausführungsform des Anhänger-Rückfahrhilfesystems 10: Der Kupplungswinkelsensor 44 wird mit gestrichelten Linien gezeigt, um zu veranschaulichen, dass er bei einigen Ausführungsformen entfallen kann, wenn das Anhängersensormodul 20 vorgesehen ist. Die veranschaulichte Ausführungsform des Anhänger-Rückfahrhilfesystems 10 empfängt auf den Status des Fahrzeugs und des Anhängers bezogene Informationen von weiteren Sensoren und Vorrichtungen. Zu diesen Informationen zählen Positionsbestimmungsinformationen von einer Positionsbestimmungsvorrichtung 56, bei der es sich um ein globales Positionsbestimmungssystem (global positioning system, GPS) in dem Fahrzeug 14 oder eine handgehaltene Vorrichtung handeln kann, um eine Koordinatenposition des Fahrzeugs 14 und des Anhängers 12 auf Grundlage der Position der Positionsbestimmungsvorrichtung 56 in Bezug auf den Anhänger 12 und/oder das Fahrzeug 14 und auf Grundlage des geschätzten Kupplungswinkels γ zu ermitteln. Die Positionsbestimmungsvorrichtung 56 kann zusätzlich oder alternativ ein Koppelnavigationssystem (dead reckoning system) zum Ermitteln der Koordinatenposition des Fahrzeugs 14 und des Anhängers 12 in einem lokalisierten Koordinatensystem aufweisen, die mindestens auf einer Fahrzeuggeschwindigkeit, einem Lenkwinkel und einem Kupplungswinkel γ beruht. Zu anderen von dem Anhänger-Rückfahrhilfesystem 10 empfangenen Fahrzeuginformationen können eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs 14 von einem Geschwindigkeitssensor 58 und eine Gierrate 14 des Fahrzeugs von einem Gierratensensor 60 zählen. Es wird in Betracht gezogen, dass bei weiteren Ausführungsformen der Kupplungswinkelsensor 44 sowie andere Fahrzeugsensoren und -vorrichtungen Sensorsignale oder andere Informationen bereitstellen können, wie beispielsweise Annäherungssensorsignale oder aufeinanderfolgende Bilder des Anhängers 12, die das Steuergerät des Anhänger-Rückfahrhilfesystems 10 mithilfe verschiedener Routinen verarbeiten kann, um einen Indikator für den Kupplungswinkel γ zu ermitteln, wie beispielsweise eine Reihe von Kupplungswinkeln.
Wie in 2 weiter gezeigt, steht eine Ausführungsform des Anhänger-Rückfahrhilfesystems 10 im Datenaustausch mit einem hilfskraftunterstützten Lenksystem 62 des Fahrzeugs 14, um die gelenkten Räder 64 (1) des Fahrzeugs 14 zum Bewegen des Fahrzeugs 14 auf eine solche Weise zu betätigen, dass der Anhänger 12 in Übereinstimmung mit der gewünschten Krümmung der Bahn des Anhängers 12 reagiert. Bei der veranschaulichten Ausführungsform ist das hilfskraftunterstützte Lenksystem 62 ein elektrisches hilfskraftunterstütztes Lenksystem (electric power-assisted steering (EPAS) system), das einen elektrischen Lenkmotor 66 zum Wenden der gelenkten Räder 64 in einen Lenkwinkel auf Grundlage eines Lenkbefehls aufweist, wobei der Lenkwinkel mithilfe eines Lenkwinkelsensors 67 des hilfskraftunterstützten Lenksystems 62 erfasst werden kann. Der Lenkbefehl kann von dem Anhänger-Rückfahrhilfesystem 10 zum autonomen Lenken während eines Rücksetzmanövers bereitgestellt werden und kann alternativ mithilfe einer Drehstellung (z.B. Lenkradwinkel) eines Lenkrads 68 (1) manuell bereitgestellt werden. Allerdings ist bei der veranschaulichten Ausführungsform das Lenkrad 68 des Fahrzeugs 14 mechanisch derart mit den gelenkten Rädern 64 des Fahrzeugs 14 gekoppelt, dass das Lenkrad 68 sich in Übereinstimmung mit den gelenkten Rädern 64 bewegt, wodurch ein manuelles Eingreifen mit dem Lenkrad 68 während eines autonomen Lenkens verhindert wird. Genauer ausgedrückt: Ein Drehmomentsensor 70 wird in dem hilfskraftunterstützten Lenksystem 62 bereitgestellt, der ein Drehmoment an dem Lenkrad 68 erfasst, das bei einer autonomen Steuerung des Lenkrads 68 nicht erwartet wird und daher auf ein manuelles Eingreifen hinweist, wobei das Anhänger-Rückfahrhilfesystem 10 den Fahrer warnen kann, damit er ein manuelles Eingreifen mit dem Lenkrad 68 und/oder ein autonomes Lenken einstellt.
Bei alternativen Ausführungsformen verfügen einige Fahrzeuge über ein hilfskraftunterstütztes Lenksystem 62, das ein partielles Entkoppeln eines Lenkrads 68 von einer Bewegung der gelenkten Räder 64 eines derartigen Fahrzeugs ermöglicht. Dementsprechend kann das Lenkrad 68 unabhängig von der Weise gedreht werden, in der das hilfskraftunterstützte Lenksystem 62 des Fahrzeugs die gelenkten Räder 64 steuert (z.B. autonomes Lenken, wie es von dem Anhänger-Rückfahrhilfesystem 10 befohlen wird). Daher kann bei diesen Fahrzeugtypen, bei denen das Lenkrad 68 selektiv von den gelenkten Rädern 64 entkoppelt werden kann, um deren unabhängige Betätigung zu ermöglichen, das Lenkrad 68 als eine Lenkeingabevorrichtung 18 für das Anhänger-Rückfahrhilfesystem 10 verwendet werden, wie hier nachfolgend ausführlicher erörtert wird.
Nochmals mit Bezug auf die in 2 veranschaulichte Ausführungsform: Das hilfskraftunterstützte Lenksystem 62 stellt für das Steuergerät 28 des Anhänger-Rückfahrhilfesystems 10 Informationen bereit, die eine Drehstellung, einschließlich eines Lenkwinkels, der gelenkten Räder 64 des Fahrzeugs 14 betreffen. Bei der veranschaulichten Ausführungsform verarbeitet das Steuergerät 28 den aktuellen Lenkwinkel neben anderen Zuständen des Fahrzeugs 14 und Anhängers 12, um den Anhänger 12 entlang der gewünschten Krümmung zu führen. Es ist vorstellbar, dass das Anhänger-Rückfahrhilfesystem 10 bei weiteren Ausführungsformen eine integrierte Komponente des hilfskraftunterstützten Lenksystems 62 sein kann. Zum Beispiel kann das hilfskraftunterstützte Lenksystem 62 einen Anhänger-Rückfahrhilfe-Algorithmus zum Erzeugen von Lenkinformationen und -befehlen des Fahrzeugs als eine Funktion aller von der Lenkeingabevorrichtung 18, dem Kupplungswinkelsensor 44, dem hilfskraftunterstützten Lenksystem 62, einem Fahrzeugbremssteuersystem 72, einem Antriebsstrangsteuersystem 74 sowie anderen Fahrzeugsensoren und -vorrichtungen empfangenen Informationen oder eines Teils davon aufweisen.
Wie in 2 ebenfalls veranschaulicht, kann das Fahrzeugbremssteuersystem 72 außerdem mit dem Steuergerät 28 Daten austauschen, um für das Anhänger-Rückfahrhilfesystem 10 Bremsinformationen bereitzustellen, wie beispielsweise eine Raddrehzahl des Fahrzeugs, und um Bremsbefehle von dem Steuergerät 28 zu empfangen. Zum Beispiel können Informationen über die Fahrzeuggeschwindigkeit aus Drehzahlen einzelner Räder ermittelt werden, die von dem Bremssteuersystem 72 überwacht werden. Eine Fahrzeuggeschwindigkeit kann neben anderen vorstellbaren Mitteln auch mithilfe des Antriebsstrangsteuersystems 74, des Geschwindigkeitssensors 58 und der Positionsbestimmungsvorrichtung 56 ermittelt werden. Bei einigen Ausführungsformen können als Alternative oder zusätzlich zu dem Fahrzeuggierratensensor 60 auch Drehzahlen einzelner Räder verwendet werden, um eine Fahrzeuggierrate zu ermitteln, die für das Anhänger-Rückfahrhilfesystem 10 bereitgestellt werden kann. Bei bestimmten Ausführungsformen kann das Anhänger-Rückfahrhilfesystem 10 Bremsinformationen des Fahrzeugs für das Bremssteuersystem 72 bereitstellen, um dem Anhänger-Rückfahrhilfesystem 10 zu ermöglichen, ein Bremsen des Fahrzeugs 14 bei einem Zurücksetzen des Anhängers 12 zu steuern. Zum Beispiel kann das Anhänger-Rückfahrhilfesystem 10 bei einigen Ausführungsformen eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs 14 bei einem Zurücksetzen des Anhängers 12 regeln, wodurch das Potenzial für nicht hinnehmbare Zustände beim Zurücksetzen des Anhängers verringert werden kann. Zu Beispielen für nicht hinnehmbare Zustände beim Zurücksetzen des Anhängers zählen, aber ohne darauf beschränkt zu sein, ein Zustand zu hoher Geschwindigkeit des Fahrzeugs 14, eine hohe Kupplungswinkelrate, eine dynamische Instabilität des Anhängerwinkels, ein berechneter theoretischer Querstellzustand (jackknife condition) des Anhängers (definiert durch einen maximalen Lenkwinkel des Fahrzeugs, eine Deichsellänge, einen Radstand des Zugfahrzeugs und eine wirksame Anhängerlänge) oder eine Querstellbegrenzung im Hinblick auf einen physischen Kontakt (definiert durch einen Grenzwert der Winkelverschiebung relativ zu dem Fahrzeug 14 und dem Anhänger 12) und dergleichen. Es wird hier offenbart, dass das Anhänger-Rückfahrhilfesystem 10 ein Warnsignal ausgeben kann, das einer Benachrichtigung über einen tatsächlichen, bevorstehenden und/oder vorausgesehenen nicht hinnehmbaren Zustand beim Zurücksetzen des Anhängers entspricht.
Das Antriebsstrangsteuersystem 74, gezeigt in der in 2 veranschaulichten Ausführungsform, kann ebenfalls mit dem Anhänger-Rückfahrhilfesystem 10 interagieren, um eine Geschwindigkeit und Beschleunigung des Fahrzeugs 14 bei einem Zurücksetzen des Anhängers 12 zu regeln. Wie vorstehend erwähnt, kann ein Regeln der Geschwindigkeit des Fahrzeugs 14 erforderlich sein, um das Potenzial für nicht hinnehmbare Zustände beim Zurücksetzen eines Anhängers, wie beispielsweise Querstellen (jackknifing) und eine dynamische Instabilität des Anhängerwinkels, zu begrenzen. Ähnlich wie bei Erwägungen hinsichtlich hoher Geschwindigkeit, wenn sie mit nicht hinnehmbaren Zuständen bei einem Zurücksetzen eines Anhängers in Zusammenhang stehen, können mit hoher Beschleunigung und hoher Dynamik verbundene Kurvenanforderungen eines Fahrers ebenfalls zu derartigen nicht hinnehmbaren Zuständen bei einem Zurücksetzen eines Anhängers führen.
Weiterhin mit Bezug auf 2: Das Anhänger-Rückfahrhilfesystem 10 der veranschaulichten Ausführungsform kann mit einer oder mehreren Vorrichtungen Daten austauschen, unter anderem mit einem Fahrzeugwarnsystem 76, das visuelle, akustische und taktile Warnungen veranlassen kann. Zum Beispiel können Fahrzeugbremsleuchten 78 sowie Fahrzeugwarnblinkanlagen eine visuelle Warnung bereitstellen, und eine Fahrzeughupe 79 und/oder ein Fahrzeuglautsprecher 81 können für eine akustische Warnung sorgen. Zusätzlich können das Anhänger-Rückfahrhilfesystem 10 und/oder das Fahrzeugwarnsystem 76 mit einer Mensch-Maschine-Schnittstelle (human machine interface, HMI) 80 für das Fahrzeug 14 Daten austauschen. Die HMI 80 kann eine Fahrzeuganzeige 82 aufweisen, wie beispielsweise eine an der Mittelkonsole angebrachte Navigations- oder Unterhaltungsanzeige (1). Außerdem kann das Anhänger-Rückfahrhilfesystem 10 mithilfe von drahtloser Datenübertragung mit einer anderen Ausführungsform der HMI 80 Daten austauschen, beispielsweise mit einer oder mehreren Handheld- oder tragbaren Vorrichtungen, darunter ein oder mehrere Smartphones. Die tragbare Vorrichtung kann ebenfalls die Anzeige 82 zum Anzeigen eines oder mehrerer Bilder sowie anderer Informationen für einen Benutzer aufweisen. Zum Beispiel kann die tragbare Vorrichtung ein oder mehrere Bilder des Anhängers 12 und eine Anzeige des geschätzten Kupplungswinkels auf der Anzeige 82 anzeigen. Des Weiteren kann die tragbare Vorrichtung Rückmeldungsinformationen wie zum Beispiel visuelle, akustische und taktile Warnungen bereitstellen.
Wie in 2 weiter veranschaulicht, verfügt das Anhänger-Rückfahrhilfesystem 10 über eine Lenkeingabevorrichtung 18, die mit dem Steuergerät 28 verbunden ist, um einen Datenaustausch zwischen beiden zu ermöglichen. Es wird hier offenbart, dass die Lenkeingabevorrichtung 18 mit dem Steuergerät 28 auf eine kabelgebundene oder drahtlose Weise verbunden sein kann. Die Lenkeingabevorrichtung 18 stellt für das Anhänger-Rückfahrhilfesystem 10 Informationen bereit, die den gewünschten Rückfahrweg des Anhängers 12 definieren, damit das Steuergerät 28 Lenkbefehle verarbeitet und erzeugt. Genauer ausgedrückt: Die Lenkeingabevorrichtung 18 kann eine Auswahl von Positionsinformationen bereitstellen, die mit einer gewünschten Krümmung des gewünschten Rückfahrwegs des Anhängers 12 korrelieren. Außerdem können die von der Lenkeingabevorrichtung 18 bereitgestellten Anhängerlenkbefehle Informationen beinhalten, die eine befohlene Änderung des Fahrwegs betreffen, wie beispielsweise eine inkrementelle Änderung der gewünschten Krümmung, sowie Informationen, die eine Angabe betreffen, dass der Anhänger 12 einen Weg entlang fahren soll, der durch eine Längsmittellinienachse des Anhängers 12 definiert ist, wie beispielsweise einen gewünschten Krümmungswert von null, der einen im Wesentlichen geraden Fahrweg für den Anhänger definiert. Wie nachfolgend ausführlicher erörtert wird, kann die Lenkeingabevorrichtung 18 gemäß einer Ausführungsform eine bewegbare Steuereingabevorrichtung aufweisen, um einem Fahrer des Fahrzeugs 14 zu ermöglichen, gewünschte Anhängerlenkaktionen zu befehlen oder auf andere Weise eine gewünschte Krümmung auszuwählen und zu ändern. Zum Beispiel kann die bewegbare Steuereingabevorrichtung ein drehbarer Knopf 30 sein, der um eine Drehachse drehbar sein kann, die durch eine oberste Fläche oder Seite des Knopfes 30 verläuft. Bei anderen Ausführungsformen kann der drehbare Knopf 30 um eine Drehachse drehbar sein, die im Wesentlichen parallel zu einer obersten Fläche oder Seite des Knopfes 30 verläuft. Darüber hinaus kann die Lenkeingabevorrichtung 18 gemäß weiteren Ausführungsformen alternative Vorrichtungen zum Bereitstellen einer gewünschten Krümmung oder andere Informationen aufweisen, die einen gewünschten Rücksetzweg definieren, wie beispielsweise einen Joystick, eine Tastatur, eine Reihe niederdrückbarer Tasten oder Schalter, eine Schiebeeingabevorrichtung, verschiedene Benutzerschnittstellen auf einer Touchscreenanzeige, ein sichtbasiertes System zum Empfangen von Gesten, eine Steuerschnittstelle auf einer tragbaren Vorrichtung sowie andere vorstellbare Eingabevorrichtungen, die Fachleute im Allgemeinen verstehen werden. Es wird in Betracht gezogen, dass die Lenkeingabevorrichtung 18 auch als eine Eingabevorrichtung für andere Funktionen fungieren kann, beispielsweise Eingaben für andere Fahrzeugfunktionen oder -systeme bereitstellen kann.
Noch mit Bezug auf die in 2 gezeigte Ausführungsform: Das Steuergerät 28 ist mit einem Mikroprozessor 84 ausgestaltet, um in dem Speicher 86 gespeicherte Logik und Routinen zu verarbeiten, die Informationen von dem Sensorsystem 16 empfangen, darunter von dem Anhängersensormodul 20, dem Kupplungswinkelsensor 44, der Lenkeingabevorrichtung 18, dem hilfskraftunterstützten Lenksystem 62, dem Fahrzeugbremssteuersystem 72, dem Anhängerbremssystem, dem Antriebsstrangsteuersystem 74 sowie anderen Fahrzeugsensoren und -vorrichtungen. Das Steuergerät 28 kann Fahrzeuglenkinformationen und -befehle als eine Funktion aller empfangener Informationen oder eines Teils davon erzeugen. Danach können die Fahrzeuglenkinformationen und -befehle für das hilfskraftunterstützte Lenksystem 62 zum Beeinflussen einer Lenkung des Fahrzeugs 14 bereitgestellt werden, um einen befohlenen Fahrweg für den Anhänger 12 zu erzielen. Das Steuergerät 28 kann den Mikroprozessor 84 und/oder andere analoge und/oder digitale Schaltungen zum Verarbeiten einer oder mehrerer Routinen aufweisen. Das Steuergerät 28 kann außerdem den Speicher 86 zum Speichern einer oder mehrerer Routinen aufweisen, darunter eine Kupplungswinkel-Schätzroutine 100, eine Betriebsroutine 132 und eine Krümmungsroutine 98. Es sollte beachtet werden, dass es sich bei dem Steuergerät 28 um ein eigenständiges dediziertes Steuergerät oder ein gemeinsam genutztes, mit anderen Steuerfunktionen, wie beispielsweise dem Sensorsystem 16, dem hilfskraftunterstützten Lenksystem 62 sowie anderen vorstellbaren bordseitigen oder nicht bordseitigen Fahrzeugsteuersystemen, zusammengeführtes Steuergerät handeln kann.
Mit Bezug auf 3 wendet sich die Erörterung nun Fahrzeug- und Anhängerinformationen und -parametern zu, die zum Berechnen einer kinematischen Beziehung zwischen einer Krümmung eines Fahrwegs des Anhängers 12 und dem Lenkwinkel des den Anhänger 12 ziehenden Fahrzeugs 14 verwendet werden, die wünschenswert für ein Anhänger-Rückfahrhilfesystem 10 sein kann, das gemäß einigen Ausführungsformen ausgestaltet ist, darunter bei einer Ausführungsform für eine Verwendung durch eine Krümmungsroutine 98 des Steuergeräts 28. Um eine derartige kinematische Beziehung zu erreichen, können bestimmte Annahmen in Bezug auf Parameter getroffen werden, die mit dem Fahrzeug/Anhängersystem in Zusammenhang stehen. Zu Beispielen für derartige Annahmen zählen, aber ohne darauf beschränkt zu sein, dass der Anhänger 12 von dem Fahrzeug 14 mit einer relativ niedrigen Geschwindigkeit zurückgesetzt wird, dass Räder des Fahrzeugs 14 und des Anhängers 12 einen vernachlässigbaren (z.B. keinen) Schlupf aufweisen, dass Reifen des Fahrzeugs 14 eine vernachlässigbare (z.B. keine) seitliche Nachgiebigkeit aufweisen, dass Reifen des Fahrzeugs 14 und des Anhängers 12 eine vernachlässigbare (z.B. keine) Verformung aufweisen, dass eine Aktuatordynamik des Fahrzeugs 14 vernachlässigbar ist, und dass das Fahrzeug 14 und der Anhänger 12 vernachlässigbare (z.B. keine) Wank- oder Nickbewegungen zeigen, neben anderen vorstellbaren Faktoren mit dem Potenzial, eine Auswirkung auf eine Steuerung des Anhängers 12 mithilfe des Fahrzeugs 14 zu haben.
Wie in 3 gezeigt, beruht bei einem durch ein Fahrzeug 14 und einen Anhänger 12 definierten System die kinematische Beziehung auf verschiedenen Parametern, die mit dem Fahrzeug 14 und dem Anhänger 12 in Zusammenhang stehen. Zu diesen Parametern zählen:

δ:: Lenkwinkel an den gelenkten Vorderrädern des Fahrzeugs;
α:: Gierwinkel des Fahrzeugs;
β:: Gierwinkel des Anhängers;
γ:: Kupplungswinkel (γ = β – α);
W:: Radstand des Fahrzeugs;
L:: Deichsellänge zwischen Kuppelpunkt und Hinterachse des Fahrzeugs;
D:: Abstand (Anhängerlänge) zwischen Kuppelpunkt und Achse des Anhängers oder wirksamer Achse bei einem mehrachsigen Anhänger und
r₂:: Krümmungsradius für den Anhänger.

Eine Ausführungsform einer kinematischen Beziehung zwischen einem Krümmungsradius r des Anhängerwegs an dem Mittelpunkt einer Achse des ₂ Anhängers 12, einem Lenkwinkel δ der gelenkten Räder 64 des Fahrzeugs 14 und dem Kupplungswinkel γ kann in der nachfolgend angeführten Gleichung ausgedrückt werden. Daher kann, wenn der Kupplungswinkel γ gegeben ist, die Krümmung des Anhängerwegs κ₂ auf Grundlage einer Regelung des Lenkwinkels δ gesteuert werden (wobei β  eine Anhängergierrate und η  eine Anhängergeschwindigkeit ist).
Diese Beziehung kann ausgedrückt werden, um den Lenkwinkel δ als eine Funktion von Anhängerwegkrümmung κ₂ und Kupplungswinkel γ zu erhalten.
Dementsprechend sind für eine bestimmte Kombination aus Fahrzeug und Anhänger bestimmte Parameter (z.B. D, W und L) der kinematischen Beziehung konstant und werden als bekannt vorausgesetzt. V ist die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit und g ist die Beschleunigung aufgrund von Schwerkraft. K ist ein geschwindigkeitsabhängiger Parameter, der, wenn er auf null gesetzt ist, die Berechnung eines Lenkwinkels von einer Fahrzeuggeschwindigkeit unabhängig macht. Zum Beispiel können fahrzeugspezifische Parameter der kinematischen Beziehung in einem elektronischen Steuersystem des Fahrzeugs 14 vordefiniert werden, und anhängerspezifische Parameter der kinematischen Beziehung können von einem Fahrer des Fahrzeugs 14 eingegeben werden, ermittelt aus erfasstem Verhalten des Anhängers als Reaktion auf Fahrzeuglenkbefehle oder auf andere Weise aus von dem Anhänger 12 bereitgestellten Signalen ermittelt. Die Anhängerwegkrümmung κ₂ kann aus der Fahrereingabe über die Lenkeingabevorrichtung 18 ermittelt werden. Durch die Verwendung der Gleichung zum Bereitstellen eines Lenkwinkels kann ein entsprechender Lenkbefehl von der Krümmungsroutine 98 erzeugt werden, um das hilfskraftunterstützte Lenksystem 62 des Fahrzeugs 14 zu steuern.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann von der Krümmungsroutine 98 eine Annahme getroffen werden, dass ein Längsabstand L zwischen der Schwenkverbindung und der Hinterachse des Fahrzeugs 14 zum Zweck eines Betreibens des Anhänger-Rückfahrhilfesystems 10 gleich null ist, wenn ein Sattel-Anhänger oder ein anderer ähnlicher Anhänger mit der Kupplungskugel 40 oder einer Sattelkupplung verbunden ist, die sich über einer Hinterachse des Fahrzeugs 14 befindet. Die Annahme setzt im Wesentlichen voraus, dass die Schwenkverbindung mit dem Anhänger 12 im Wesentlichen mit der Hinterachse des Fahrzeugs 14 vertikal übereinstimmt. Wenn eine derartige Annahme getroffen wird, kann das Steuergerät 28 den Lenkwinkelbefehl für das Fahrzeug 14 als eine Funktion erzeugen, die unabhängig von dem Längsabstand L zwischen der Schwenkverbindung und der Hinterachse des Fahrzeugs 14 ist. Es versteht sich, dass sich die Erwähnung des Sattel-Anhängers allgemein darauf bezieht, dass die Deichselausgestaltung hoch liegend ist, um an dem Fahrzeug 14 an einer erhöhten Position über der Hinterachse angebracht zu werden, wie beispielsweise in einer Ladefläche eines Lastkraftwagens, wobei zu Ausführungsformen des Sattel-Anhängers Flachbett-Ladeflächen, umschlossene Ladeflächen, Wohnanhänger, Viehanhänger, Pferdeanhänger, Lowboy-Anhänger sowie andere vorstellbare Anhänger mit einer derartigen Deichselausgestaltung zählen können.
Noch eine andere Ausführungsform der Krümmungsroutine 98 des Anhänger-Rückfahrhilfesystems 10 wird in 4 veranschaulicht, die die allgemeine bauliche Anordnung zeigt, wobei ein Messmodul 88, ein Kupplungswinkelregler 90 und ein Krümmungsregler 92 Routinen sind, die in dem Speicher 86 des Steuergeräts 28 gespeichert sein können. Bei der veranschaulichten Anordnung stellt die Lenkeingabevorrichtung 18 einen gewünschten Wert der Krümmung κ₂ für den Krümmungsregler 92 des Steuergeräts 28 bereit, der aus dem gewünschten Rücksetzweg ermittelt werden kann, der mithilfe der Lenkeingabevorrichtung 18 eingegeben wird. Der Krümmungsregler 92 errechnet einen gewünschten Kupplungswinkel γ(d) auf Grundlage der aktuell gewünschten Krümmung κ₂, zusammen mit dem Lenkwinkel δ, der bei dieser Ausführungsform des Steuergeräts 28 von einem Messmodul 88 bereitgestellt wird. Bei dem Messmodul 88 kann es sich um eine von dem Steuergerät 28 getrennte oder mit diesem zusammengeführte Speichervorrichtung handeln, die Daten von Sensoren des Anhänger-Rückfahrhilfesystems 10 speichert, wie beispielsweise dem Kupplungswinkelsensor 44, dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 58, dem Lenkwinkelsensor 67, oder das Messmodul 88 kann alternativ auf andere Weise Daten direkt von den Sensoren aus senden, ohne als eine Speichervorrichtung zu fungieren. Sobald der gewünschte Kupplungswinkel γ(d) von dem Krümmungsregler 92 errechnet wurde, erzeugt der Kupplungswinkelregler 90 einen Lenkwinkelbefehl auf Grundlage des errechneten gewünschten Kupplungswinkels γ(d) sowie eines gemessenen oder andernfalls geschätzten Kupplungswinkels γ(m) und einer aktuellen Geschwindigkeit des Fahrzeugs 14. Der Lenkbefehl wird dem hilfskraftunterstützten Lenksystem 62 des Fahrzeugs 14 zugeführt, das anschließend zu dem Messmodul 88 zurückgeführt wird, um die Auswirkungen anderer Fahrzeugeigenschaften erneut zu beurteilen, die durch die Realisierung des Lenkwinkelbefehls oder andere Änderungen an dem System beeinflusst werden. Dementsprechend verarbeiten der Krümmungsregler 92 und der Kupplungswinkelregler 90 kontinuierlich Informationen von dem Messmodul 88, um genaue Lenkwinkelbefehle bereitzustellen, die den Anhänger 12 auf der gewünschten Krümmung κ₂ und dem gewünschten Rücksetzweg platzieren, ohne ein wesentliches Überschreiten oder ein kontinuierliches Pendeln des Fahrwegs um die gewünschte Krümmung κ₂.
5 veranschaulicht ein Verfahren 102 zum Betreiben einer Ausführungsform des Anhänger-Rückfahrhilfesystems 10, das als eine Ausführungsform der Betriebsroutine 132 gezeigt wird (2). Bei Schritt 104 wird das Verfahren eingeleitet, indem das Anhänger-Rückfahrhilfesystem 10 aktiviert wird. Es wird in Betracht gezogen, dass dies auf unterschiedliche Weise erfolgen kann, wie beispielsweise durch Treffen einer Auswahl auf der Anzeige 82 der Fahrzeug-HMI 80. Beim nächsten Schritt 106 wird dann die kinematische Beziehung zwischen dem angehängten Anhänger 12 und dem Fahrzeug 14 ermittelt. Zum Ermitteln der kinematischen Beziehung müssen verschiedene Parameter des Fahrzeugs 14 und des Anhängers 12 erfasst, von dem Fahrer eingegeben oder auf andere Weise bestimmt werden, damit das Anhänger-Rückfahrhilfesystem 10 Lenkbefehle an das hilfskraftunterstützte Lenksystem 62 in Übereinstimmung mit der gewünschten Krümmung oder dem gewünschten Rücksetzweg des Anhängers 12 erzeugt. Wie mit Bezug auf 3 bis 4 offenbart, zählen zu den kinematischen Parametern zum Definieren der kinematischen Beziehung neben anderen bereits beschriebenen Variablen und Parametern eine Länge des Anhängers 12, ein Radstand des Fahrzeugs 14, ein Abstand von einer Kupplungsverbindung zu einer Hinterachse des Fahrzeugs 14 und ein Kupplungswinkel γ zwischen dem Fahrzeug 14 und dem Anhänger 12. Dementsprechend kann, nachdem die kinematische Beziehung ermittelt wurde, das Anhänger-Rückfahrhilfesystem 10 bei Schritt 100 beginnen, den aktuellen Kupplungswinkel durch Verarbeiten der Kupplungswinkel-Schätzroutine 100 zu ermitteln, wie mit Bezug auf 7 erörtert.
Wie in 6 gezeigt, wird eine Ausführungsform einer kinematischen Beziehung zwischen dem Anhänger 12 und dem Fahrzeug 14 mit dem veranschaulichten schematischen Schaubild entwickelt, das die Geometrie eines Fahrzeugs und eines Anhängers überlagert von einem zweidimensionalen x-y-Koordinatensystem zeigt, wobei Variablen, wie beispielsweise die Anhängergierrate ω₂ und die Fahrzeuggierrate ω₁ gekennzeichnet sind, die zum Ermitteln des entsprechenden Kupplungswinkels γ verwendet werden. Daher kann eine Kupplungswinkelschätzung unter Verwendung des Anhängergierratensignals ω₂, des Fahrzeuggeschwindigkeitsignals v₁ und des Fahrzeuggierratensignals ω₁ ermittelt werden. Genauer ausgedrückt: Die Gierrate des Anhängers ist durch die folgende kinematische Gleichung gegeben:
Diese kinematische Gleichung kann wie folgt umgestellt werden, um den Anhängerkupplungswinkel γ zu schätzen:
7 veranschaulicht eine Ausführungsform der Kupplungswinkel-Schätzroutine 100, wobei die vorstehend erwähnte kinematische Beziehung verwendet wird, um den Kupplungswinkel γ augenblicklich zu schätzen. Bei Schritt 108 werden die Sensorsignale zum Ausführen der Schritte zum Ermitteln des Kupplungswinkels γ empfangen. Zu den Sensorsignalen können das Anhängergierratensignal ω₂, das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal v₁ sowie das Fahrzeuggierratensignal ω₁ zusammen mit anderen Sensorsignalen zählen, die bei einigen Ausführungsformen verwendet werden können, wie beispielsweise das Lenkwinkelsignal (δ-Signal), die Anhängerquerbeschleunigung a_y2, der gemessene Kupplungswinkel von dem Kupplungswinkelsensor 44 neben anderen möglichen Sensorsignalen. Bei Schritt 110 können diese Signale gefiltert und jegliche möglichen Offsets kompensiert werden, bevor mit einem Weiterverarbeiten der Sensorsignale begonnen wird.
Noch mit Bezug auf 7: Bei einer Ausführungsform kann die Fahrzeuggeschwindigkeit v₁ von dem Geschwindigkeitssensor 58 an dem Fahrzeug 14 empfangen werden, und es ist möglicherweise keine weitere Verarbeitung oder Ableitung erforderlich, um mit einem Berechnen des augenblicklichen Kupplungswinkels γ zu beginnen. Allerdings kann bei einigen Ausführungsformen bei Schritt 112 die Fahrzeuggeschwindigkeit v₁ mithilfe von Raddrehzahlsensoren an dem Fahrzeug 14, der Positionsbestimmungsvorrichtung 56 oder anderen vorstellbaren Mitteln zum Ermitteln der Fahrzeuggeschwindigkeit v₁ abgeleitet werden. Außerdem kann gemäß einer Ausführungsform die Fahrzeuggierrate ω₁ direkt von dem Gierratensensor 60 an dem Fahrzeug 14 empfangen werden und keine weitere Ableitung erfordern. Es wird allerdings auch in Betracht gezogen, dass bei Schritt 112 die Fahrzeuggierrate ω₁ zusätzlich oder alternativ mithilfe der linken und rechten Raddrehzahlsensoren 23 an dem Fahrzeug 14 abgeleitet werden kann. Ferner kann gemäß einer weiteren Ausführungsform die Fahrzeuggierrate ω₁ aus dem Lenkwinkel δ des Fahrzeugs 14 und der Fahrzeuggeschwindigkeit v₁ zusammen mit dem Fahrzeugradstand W abgeleitet werden, der bekannt oder andernfalls in dem Speicher 86 des Steuergeräts 28 gespeichert ist. Eine Ausführungsform einer Gleichung zum Ermitteln der Fahrzeuggierrate ω₁ auf Grundlage des Lenkwinkels δ und der Fahrzeuggeschwindigkeit v₁ lautet wie folgt:
Wie in 7 gezeigt, kann die Anhängergierrate ω₂ bei Schritt 108 ebenfalls direkt von dem Sensorsystem 16 bereitgestellt oder aus einem Verarbeiten der Sensorsignale bei Schritt 112 abgeleitet werden. Zum Beispiel kann die Anhängergierrate ω₂ direkt von dem Gierratensensor 25 empfangen werden, der an dem Anhänger 12 angebracht ist. Zusätzlich oder alternativ kann die Anhängergierrate ω₂ mithilfe der linken und rechten Raddrehzahlsensoren 23 an dem Anhänger 12 abgeleitet werden. Außerdem kann bei einer Ausführungsform zusätzlich oder alternativ die Anhängergierrate ω₂ unter Verwendung der Anhängergeschwindigkeit v₂ und der Querbeschleunigung a_y2 des Anhängers berechnet werden, die von dem Beschleunigungsmesser 27 des Anhängersensormoduls 20 erfasst wird. Die Ausführungsform einer derartigen Gleichung zum Ermitteln der Anhängergierrate ω₂ lautet wie folgt, wobei eine Querbeschleunigung a_y2 des Anhängers mithilfe des Beschleunigungsmessers 27 und eine Anhängergeschwindigkeit v₂ mithilfe des Raddrehzahlsensors 23 abgeleitet werden können:
Wenn die Raddrehzahlsensoren 23 nicht zur Verfügung stehen oder andernfalls nicht in das Anhängersensormodul 20 oder das Sensorsystem 16 einbezogen sind, kann die kinematische Gleichung, auf die vorstehend Bezug genommen wurde, wie folgt umgestellt werden, um als Lösung die Anhängergeschwindigkeit v₂ zu ergeben:
Daher hängen die Genauigkeit der Anhängergeschwindigkeit v₂ und der sich ergebende berechnete Kupplungswinkel γ stärker von der Genauigkeit der anderen Sensoren ab, die, wie zuvor erwähnt, zum Ermitteln der Fahrzeuggeschwindigkeit v₁, der Fahrzeuggierrate ω₁ und der Anhängergierrate ω₂ verwendet werden, und außerdem von der Genauigkeit der Fahrzeug- und Anhängerabmessungen L und D.
Wie in 7 veranschaulicht, verarbeitet, wenn die Sensorsignale empfangen wurden und die notwendigen Parameter empfangen oder auf andere Weise ermittelt wurden, bei Schritt 114 das Steuergerät 28 die folgende Gleichung, die nach dem augenblicklichen Kupplungswinkel γ aufgelöst wird, auf Grundlage der kinematischen Beziehung des Anhängers 12 und des Fahrzeugs 14:
Außerdem kann, sollte das Sensorsystem 16 nicht dafür ausgestattet sein, für das Steuergerät 28 die Anhängergierrate ω₂ bereitzustellen, bei einer anderen Ausführungsform bei Schritt 114 der augenblickliche Kupplungswinkel γ dennoch wie folgt ermittelt werden:
In dieser Gleichung wird der Kupplungswinkel γ auf Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit v₁, der Anhängergeschwindigkeit v₂ und der Fahrzeuggierrate ω₁ ermittelt, wobei eine größere Abhängigkeit von der Genauigkeit derartiger Parameter besteht. Die vorstehende Gleichung, die nach dem Kupplungswinkel γ aufgelöst wird, beruht auf einer kinematischen Beziehung für die Anhängergeschwindigkeit v₂, in die die Anhängergierrate ω₂ nicht einbezogen ist, wie folgt: v₂ = v₁cosγ + Lsinγω₁.
Mit dieser erkannten Beziehung ist es vorstellbar, dass, wenn der Kupplungswinkel durch andere Mittel bekannt ist, wie beispielsweise den Kupplungswinkelsensor 44, die vorstehende Gleichung auch nach der Anhängergeschwindigkeit v₂ aufgelöst werden kann.
Außerdem kann eine Anhängergeschwindigkeit v₂ mithilfe der folgenden Gleichung auf Grundlage der Anhängergierrate ω₂ und der Querbeschleunigung a_y2 des Anhängers ermittelt werden, beispielsweise mithilfe des Anhängergierratensensors 25 und des Beschleunigungsmessers 27.
Dementsprechend kann, wenn die Anhängergeschwindigkeit v₂ erfasst oder andernfalls aus anderen Variablen ermittelt wird, wie beispielsweise der Anhängergierrate ω₂ und der Querbeschleunigung a_y2 des Anhängers, bei der Berechnung des Kupplungswinkels γ dieser Parameter wie folgt einbezogen werden:
Nochmals mit Bezug auf 7: Bei Schritt 116 kann der aktuell geschätzte Kupplungswinkel γ gefiltert werden, um eine genauere Schätzung bereitzustellen. Genauer ausgedrückt: Der Kupplungswinkel γ, der mithilfe der Kupplungswinkel-Schätzroutine 100 geschätzt wird, kann bei einer niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeit v₁, wenn sich der Nenner der oben angeführten Gleichungen null nähert, weniger genau sein. Bei einer Ausführungsform kann der Kupplungswinkel γ unter Verwendung der Anhängergierrate ω₂ und der Fahrzeuggierrate ω₁ gefiltert werden. Zum Beispiel könnte der geschätzte Kupplungswinkel γ mithilfe eines zeitdiskreten Kalman-Filters gefiltert werden, wodurch die gefilterte Kupplungswinkelschätzung aus der folgenden Gleichung erlangt wird: γ ˆ_k+1 = γ ˆ_k + (ω_2,k – ω_1,k)·T_s + K_k·(γ_k – γ ˆ_k).
Bei dieser Ausführungsform ist T_s die Abtastzeit, k ist eine Ganzzahl, die die k^te Abtastinstanz repräsentiert, K_k ist die Kalman-Verstärkung, und γ_k ist der berechnete Kupplungswinkel aus den vorstehend angeführten Gleichungen.
Wenn das Fahrzeug 14 jedoch angehalten wird, wird die gefilterte Schätzung auf dem zuvor bekannten guten Wert „eingefroren“ wie in Schritt 120 gezeigt, d.h.: γ ˆ_k+1 = γ ˆ_k.
Dies ist der Filter, um festzustellen, wann das Fahrzeug 14 angehalten wird oder mit niedriger Geschwindigkeit fährt, wie bei Schritt 118 angegeben, der Schritt 114 vorausgeht. Wenn bei Schritt 118 nicht festgestellt wird, dass das Fahrzeug 14 angehalten hat oder langsam fährt, wird der Kupplungswinkel γ bei Schritt 114 und 116 geschätzt und gefiltert wie vorstehend beschrieben. Wenn das Ergebnis eines genauen Kupplungswinkels γ aus den vorstehend angeführten kinematischen Gleichungen vorübergehend nicht verfügbar oder ungenau ist (z.B. bei niedriger Geschwindigkeit), wird die gefilterte Schätzung aus der folgenden Gleichung erlangt: γ ˆ_k+1 = γ ˆ_k + (ω_2,k – ω_1,k)·T_s.
Bei einer zusätzlichen oder alternativen Ausführungsform kann der Kupplungswinkel γ durch Verwenden der Fahrzeuggierrate ω₁ und der Fahrzeuggeschwindigkeit v₁ gefiltert werden. Dies kann zum Beispiel gewünscht werden, wenn die Anhängergierrate ω₂ rauscht, wobei durch die vorstehend beschriebene und in 7 gezeigte Filterung möglicherweise keine gewünschten Ergebnisse erzeugt werden. In diesem Fall kann, da das in 6 gezeigte Schaubild nicht linear ist, eine nicht lineare Erweiterung des Kalman-Filters angewendet werden, die von Fachleuten häufig als ein erweiterter Kalman-Filter (extended Kalman filter) bezeichnet wird. Damit dies erfolgt, kann, wenn die Ergebnisse für den bei Schritt 114 ermittelten Kupplungswinkel γ im Allgemeinen verfügbar und genau sind, wie beispielsweise, wenn sich das Fahrzeug 14 mit einer ausreichenden Geschwindigkeit bewegt, der gefilterte Kupplungswinkel aus der folgenden Gleichung geschätzt werden:
Dementsprechend kann, wenn die Ergebnisse für den bei Schritt 114 ermittelten Kupplungswinkel γ vorübergehend nicht verfügbar oder ungenau sind, wie beispielsweise bei niedrigen Geschwindigkeiten, die gefilterte Kupplungswinkelschätzung aus der folgenden Gleichung erlangt werden:
Es gibt zahlreiche alternative Möglichkeiten, die Kalman-Verstärkung auszudrücken, und eine der Formulierungen lautet wie folgt:
wobei A_k die Funktionalmatrix ist, Q die Rauschkovarianz des Prozesses (process noise covariance) ist, R die Rauschkovarianz der Messwerte (measurement noise covariance) ist, und P_k die Schätzfehlerkovarianz (estimation error covariance) ist.
Wie in 7 gezeigt können beim Schätzen und Filtern des Kupplungswinkels γ bei Schritt 122 die Anhängerlänge D und der Fahrzeugradstand W geschätzt oder verfeinert werden, um die Genauigkeit späterer Berechnungen zu verbessern. Daher kann die Anhängerlänge D auf Grundlage der Anhängergeschwindigkeit v₂, der Fahrzeuggeschwindigkeit v₁, der Fahrzeuggierrate ω₁ und der Anhängergierrate ω₂, wie sie aus den vorangehenden Schritten der Kupplungswinkel-Schätzroutine 100 ermittelt wurden, geschätzt werden. Wenn zum Beispiel die Deichsellänge L zwischen Kuppelpunkt und Hinterachse des Fahrzeugs 14 gemessen wird oder andernfalls bekannt ist, kann die Anhängerlänge D berechnet werden wie folgt:
In ähnlicher Weise kann, wenn die Anhängerlänge D gemessen wird oder andernfalls bekannt ist, die Deichsellänge L zwischen Kuppelpunkt und Hinterachse des Fahrzeugs 14 auf Grundlage der Anhängergeschwindigkeit v₂, der Fahrzeuggeschwindigkeit v₁, der Fahrzeuggierrate ω₁ und der Anhängergierrate ω₂, wie sie aus den vorangehenden Schritten der Kupplungswinkel-Schätzroutine 100 ermittelt wurden, geschätzt werden. Daher kann die Deichsellänge L berechnet werden wie folgt:
Wie ebenfalls in 7 gezeigt, kann bei Schritt 124 die Kupplungswinkel-Schätzroutine 100 anfangen, den Anhänger-Wenderadius r₂ und die Krümmung κ₂ der Trajektorie des Anhängers zu schätzen oder zu verfeinern, um die Genauigkeit späterer Berechnungen zu verbessern. Dies kann mithilfe der folgenden Gleichungen erfolgen:
Nochmals mit Bezug auf 5: Bei Schritt 130 wird der Kupplungswinkel γ zwischen dem Fahrzeug 14 und dem Anhänger 12 ermittelt, obwohl dies während eines Betriebs des Anhänger-Rückfahrhilfesystems 10 kontinuierlich geschehen kann. Es wird in Betracht gezogen, dass bei weiteren Ausführungsformen des Anhänger-Rückfahrhilfesystems 10 die Schritte eines Ermittelns der kinematischen Beziehung und eines Erfassens des Kupplungswinkels γ erfolgen können, bevor das Anhänger-Rückfahrhilfesystem 10 aktiviert wird, oder zu jeder anderen Zeit, bevor Lenkbefehle erzeugt werden. Dementsprechend werden bei Schritt 133 die Stellung und Änderungsrate von der Lenkeingabevorrichtung 18 empfangen, wie beispielsweise die Winkelstellung und Drehrate des drehbaren Knopfes 30, um die gewünschte Krümmung zu ermitteln. Bei Schritt 134 können auf Grundlage der gewünschten Krümmung, korreliert mit der Stellung und Änderungsrate der Lenkeingabevorrichtung 18, Lenkbefehle erzeugt werden. Die erzeugten Lenkbefehle und Betätigungsbefehle können in Verbindung mit einer Verarbeitung der Krümmungsroutine 98 erzeugt werden, wie vorstehend erörtert. Bei Schritt 136 wurden die Lenkbefehle und Betätigungsbefehle ausgeführt, um den Anhänger 12 auf der von der Lenkeingabevorrichtung 18 bereitgestellten gewünschten Krümmung zu führen.
Parallel zu einem Ausführen der Operationen zum Empfangen der Anhänger-Rückfahrhilfe-Anforderungen, einem Ermitteln der gewünschten Krümmung der Bahn des Anhängers 12 und einem Erzeugen der Fahrzeuglenkbefehle kann das Anhänger-Rückfahrhilfesystem 10 eine Operation ausführen, um zu überwachen, ob ein nicht hinnehmbarer Zustand beim Zurücksetzen des Anhängers vorhanden ist. Zu Beispielen für eine derartige Überwachung zählen, aber ohne darauf beschränkt zu sein, ein Beurteilen eines Kupplungswinkels γ, um zu ermitteln, ob ein Schwellenwert für den Kupplungswinkel γ überschritten wird; ein Beurteilen einer Rückfahrgeschwindigkeit, um zu ermitteln, ob ein Rückfahrgeschwindigkeits-Schwellenwert überschritten wird; ein Beurteilen eines Fahrzeuglenkwinkels, um zu ermitteln, ob ein Fahrzeuglenkwinkel-Schwellenwert überschritten wird, ein Beurteilen anderer Betriebsparameter (z.B. Fahrzeuglängsbeschleunigung, Drosselpedalanforderungsrate und Kupplungswinkelrate), um zu ermitteln, ob ein jeweiliger Schwellenwert überschritten wird, und dergleichen. Eine Rückfahrgeschwindigkeit kann aus den Informationen zur Raddrehzahl ermittelt werden, die von einem oder mehreren Geschwindigkeitssensoren 58 des Fahrzeugs 14 erlangt werden. Wenn festgestellt wird, dass ein nicht hinnehmbarer Zustand beim Zurücksetzen des Anhängers vorhanden ist, kann eine Operation ausgeführt werden, um zu bewirken, dass der aktuelle Fahrweg des Anhängers 12 gesperrt wird (z.B. durch Anhalten einer Bewegung des Fahrzeugs 14), gefolgt davon, dass die Operation zum Beenden der aktuellen Anhänger-Rückfahrhilfeinstanz ausgeführt wird. Es wird hier offenbart, dass vor einem Bewirken, dass der aktuelle Anhängerweg gesperrt wird, und/oder in Verbindung damit, eine oder mehrere Aktionen (z.B. Operationen) realisiert werden können, um für den Fahrer eine Rückmeldung (z.B. eine Warnung) bereitzustellen, dass ein derartiger nicht hinnehmbarer Zustand hinsichtlich eines Kupplungswinkels bevorsteht oder herannaht. Bei einem Beispiel kann, wenn eine derartige Rückmeldung zur Folge hat, dass der nicht hinnehmbare Zustand hinsichtlich eines Kupplungswinkels vor einem Erreichen eines kritischen Zustands behoben wird, das Verfahren fortfahren, in Übereinstimmung mit Operationen eine Anhänger-Rückfahrhilfe-Funktionalität bereitzustellen. Andernfalls kann das Verfahren zu einer Operation zum Beenden der aktuellen Anhänger-Rückfahrhilfe-Instanz fortschreiten. In Verbindung mit einem Ausführen der Operation zum Beenden der aktuellen Anhänger-Rückfahrhilfe-Instanz kann eine Operation zum Steuern einer Bewegung des Fahrzeugs 14 ausgeführt werden, um einen Querstellzustand zu korrigieren oder zu begrenzen (z.B. durch Lenken des Fahrzeugs 14, Verlangsamen des Fahrzeugs 14, Begrenzen der Größe und/oder Rate einer von dem Fahrer angeforderten Anhängerkrümmungseingabe, Begrenzen einer Größe und/oder Rate des Lenkbefehls und/oder dergleichen, um auszuschließen, dass der Kupplungswinkel überschritten wird).
Da das Sensorsystem 16 und/oder das Steuergerät 28 die Anhängergierrate ω₂ bereitstellen, kann dieser Parameter zusätzlich oder alternativ verwendet werden, um die elektronische Stabilitätsregelung zu verbessern, die von dem hilfskraftunterstützten Lenksystem 62 bereitgestellt wird, wenn das Fahrzeug 14 einen Anhänger zieht. Bei einigen elektronischen Stabilitätsregelsystemen wird ein so genanntes Zweiradmodell (ohne Anhänger) verwendet, um eine von dem Fahrer befohlene Referenz-Fahrzeuggierrate zu erlangen. Wenn das Fahrzeug jedoch einen Anhänger zieht, kann das ziehende Fahrzeug während einer Wende im Vergleich zu demselben Fahrzeug ohne einen angehängten Anhänger stärkere Übersteuerungs- oder Untersteuerungstendenzen zeigen. Daher kann sich die Leistung der elektronischen Stabilitätsregelung verschlechtern und/oder es können unbeabsichtigte Aktivierungen erfolgen, wenn das Fahrzeug einen Anhänger zieht.
Durch ein Verwenden des erfassten oder auf andere Weise ermittelten Anhängergierratensignals ω₂ zusammen mit anderen elektronischen Stabilitätsregelsignalen können die zusätzlichen Übersteuerungs- oder Untersteuerungstendenzen des Fahrzeugs (im Vergleich dazu, wenn es keinen Anhänger zieht) erkannt werden. Dementsprechend kann das vorhandene elektronische Stabilitätsregelsystem auf eine höhere oder geringere Empfindlichkeit eingestellt werden (z.B. durch Abwandeln der Regelschwellen für die Brems- und Motorsteuergeräte). Die Brems- und Motorsteueraktionen können außerdem durch ein Ändern der Reglerverstärkungen gesteigert oder verringert werden. Daher kann ein zusätzliches Steuergerät, das ein Anhängergierratensignal ω₂ (oder die Differenz zwischen Anhänger- und Fahrzeuggierrate, d.h. ω₂ – ω₁) und dessen Ableitung verwendet, mit dem vorhandenen elektronischen Stabilitätsregelsystem zusammengeführt werden. Ein derartiges Steuergerät ist für ein Verbessern der Stabilität der gesamten Fahrzeug-Anhänger-Kombination vorteilhaft.
Des Weiteren wird in Betracht gezogen, dass durch ein Verwenden des Anhängergierratensignals ω₂ und des Anhängerquerbeschleunigungssignals a_y2 zusammen mit anderen standardmäßigen elektronischen Stabilitätsregelsignalen darüber hinaus zusätzliche Übersteuerungs- oder Untersteuerungstendenzen des Fahrzeugs erkannt werden können. Es ist außerdem vorstellbar, dass ein Steuergerät, das den Anhängerkupplungswinkel γ als ein Rückmeldesignal verwendet, mit dem vorhandenen elektronischen Stabilitätsregelsystem zusammengeführt werden kann, um die Stabilität der gesamten Fahrzeug-Anhänger-Kombination zu verbessern.
Wie zuvor erwähnt, kann der Kupplungswinkel γ, der durch die Kupplungswinkel-Schätzroutine 100 ermittelt wird, auch verwendet werden, um einen schlingernden Anhänger zu erkennen und zu stabilisieren. Genauer ausgedrückt: Die Fahrzeug-Anhänger-Kombination wird bei zunehmender Geschwindigkeit weniger gedämpft. Bei beliebigen Fahrereingaben oder externen Störungen kann der Anhänger zu schwingen beginnen, und die Schwingung kann eine lange Zeit anhalten. Wenn die Geschwindigkeit über einer bestimmten „kritischen Geschwindigkeit“ liegt, kann das System instabil werden, was bewirkt, dass die Schwingungsamplitude größer wird und schließlich eine Instabilität des Fahrzeugs und/oder einen Querstellzustand verursachen kann. Ein Steuergerät, das ein Anhängergierratensignal ω₂ (oder die Differenz zwischen Anhänger- und Fahrzeuggierrate, d.h. ω₂ – ω₁) und dessen Ableitung verwendet, kann derart gestaltet werden, dass es aktiv das Fahrzeug/den Anhänger steuert, um die Schwingung zu dämpfen. Des Weiteren können die Anhängergierrate ω₂ und die Anhängerquerbeschleunigung a_y2 zusammen mit anderen standardmäßigen elektronischen Stabilitätsregelungssignalen zum Stabilisieren eines schlingernden Anhängers verwendet werden. Da sowohl das Anhängergierratensignal ω₂ als auch das Anhängerquerbeschleunigungssignal a_y2 direkt Informationen über die Anhängerbewegung liefern, können sie verwendet werden, um schnell zu erkennen, ob der Anhänger schlingert.
Fachleute werden verstehen, dass eine Konstruktion der beschriebenen Erfindung sowie anderer Komponenten nicht auf irgendein bestimmtes Material beschränkt ist. Andere beispielhafte Ausführungsformen der hier offenbarten Erfindung können aus einer Vielzahl verschiedener Materialien ausgebildet sein, sofern dies hier nicht anders beschrieben ist.
Im Rahmen dieser Offenbarung bedeutet der Begriff „gekoppelt“ (in all seinen Formen: koppeln, koppelnd, gekoppelt usw.) im Allgemeinen das direkte oder indirekte Verbinden (elektrisch oder mechanisch) von zwei Komponenten miteinander. Ein solches Verbinden kann seinem Wesen nach stationär oder beweglich sein. Ein solches Verbinden lässt sich mit den zwei Komponenten und beliebigen weiteren dazwischen liegenden Elementen erreichen (elektrisch oder mechanisch), die integriert als ein einziger einheitlicher Körper ausgebildet werden, oder mit den zwei Komponenten. Ein solches Verbinden kann seinem Wesen nach dauerhaft sein oder kann seinem Wesen nach trennbar bzw. lösbar sein, sofern dies nicht anders angegeben ist.
Es ist außerdem von Bedeutung zu beachten, dass die in den beispielhaften Ausführungsformen gezeigte Konstruktion und Anordnung der Elemente der Erfindung lediglich veranschaulichend ist. Obwohl nur einige Ausführungsformen der vorliegenden Innovationen in dieser Offenbarung ausführlich beschrieben sind, werden Fachleute, die diese Offenbarung durchsehen, bereitwillig anerkennen, dass zahlreiche Abwandlungen möglich sind (z.B. Änderungen von Größen, Abmessungen, Strukturen, Formen und Proportionen der verschiedenen Elemente, Parameterwerten, Montageanordnungen, Verwendung von Materialien, Farben, Ausrichtungen usw.), ohne wesentlich von den neuartigen Lehren und Vorteilen des dargelegten Gegenstands abzuweichen. Zum Beispiel können als einteilig ausgebildet dargestellte Elemente aus mehreren Teilen konstruiert sein oder als mehrere Teile gezeigte Elemente können einteilig ausgebildet sein, der Betrieb der Schnittstellen kann umgekehrt oder auf andere Weise verändert sein, die Länge oder Breite der Strukturen und/oder Elemente oder Verbinder- oder anderer Elemente des Systems kann unterschiedlich sein, die Art oder Anzahl von zwischen den Elementen bereitgestellten Anpassungspositionen kann unterschiedlich sein. Es sollte beachtet werden, dass die Elemente und/oder Anordnungen des Systems aus beliebigen aus einer Vielzahl verschiedener Materialien konstruiert werden können, die ausreichende Festigkeit oder Haltbarkeit bieten, in einer Vielzahl verschiedener Farben, Texturen und Kombinationen. Dementsprechend sollen alle derartigen Abwandlungen in dem Schutzbereich der vorliegenden Innovationen enthalten sein. Andere Ersetzungen, Abwandlungen, Änderungen und Auslassungen können hinsichtlich der Gestaltung, der Betriebsbedingungen und der Anordnung der gewünschten sowie weiterer beispielhafter Ausführungsformen vorgenommen werden, ohne von dem Wesensgehalt der vorliegenden Innovationen abzuweichen.
Es versteht sich, dass alle beschriebenen Prozesse oder Schritte in beschriebenen Prozessen mit anderen offenbarten Prozessen oder Schritten kombiniert werden können, um Strukturen innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung zu bilden. Die hier offenbarten beispielhaften Strukturen und Prozesse sind lediglich veranschaulichend und sollen nicht als einschränkend aufgefasst werden.
Es versteht sich außerdem, dass Änderungen und Abwandlungen an den zuvor erwähnten Strukturen und Verfahren vorgenommen werden können, ohne von den Erfindungsgedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen, und es sollte überdies beachtet werden, dass derartige Erfindungsgedanken von den folgenden Ansprüchen abgedeckt sein sollen, außer wenn dies in diesen Ansprüchen ausdrücklich anders angegeben ist.
Es wird ferner beschrieben:

A. Anhänger-Rückfahrhilfesystem für ein Fahrzeug, das einen Anhänger zurücksetzt, wobei das System umfasst: ein Anhängersensormodul, das eine Anhängergierrate und/oder eine Anhängergeschwindigkeit erzeugt; ein Fahrzeugsensorsystem, das eine Fahrzeuggierrate und eine Fahrzeuggeschwindigkeit erzeugt, und ein Steuergerät, das einen Kupplungswinkel auf Grundlage der Fahrzeuggierrate, der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Anhängergierrate oder der Anhängergeschwindigkeit in Anbetracht einer kinematischen Beziehung schätzt.
B. Anhänger-Rückfahrhilfesystem nach A, wobei die kinematische Beziehung zwischen dem Anhänger und dem Fahrzeug eine bekannte Länge des Anhängers, eine bekannte Deichsellänge des Fahrzeugs und einen bekannten Radstand des Fahrzeugs beinhaltet, sodass der Kupplungswinkel mithilfe des Steuergeräts augenblicklich geschätzt wird.
C. Anhänger-Rückfahrhilfesystem nach A, wobei das Anhängersensormodul einen an dem Anhänger befestigten Gierratensensor aufweist, der die Anhängergierrate erzeugt.
D. Anhänger-Rückfahrhilfesystem nach A, wobei das Anhängersensormodul einen Sensor aufweist, der eine Querbeschleunigung des Anhängers erzeugt, und wobei die Anhängergierrate auf Grundlage der Querbeschleunigung und einer Anhängergeschwindigkeit abgeleitet wird.
E. Anhänger-Rückfahrhilfesystem nach A, wobei das Anhängersensormodul linke und rechte Raddrehzahlsensoren an seitlich gegenüberliegenden Rädern des Anhängers aufweist.
F. Anhänger-Rückfahrhilfesystem nach A, wobei das Fahrzeugsensorsystem einen Gierratensensor aufweist, der die Fahrzeuggierrate erzeugt.
G. Anhänger-Rückfahrhilfesystem nach A, wobei das Fahrzeugsensorsystem einen Raddrehzahlsensor, der die Fahrzeuggeschwindigkeit erzeugt, und einen Lenkwinkelsensor aufweist, der einen Lenkwinkel des Fahrzeugs erzeugt, wobei die Fahrzeuggierrate auf Grundlage des Lenkwinkels, der Fahrzeuggeschwindigkeit und eines Radstands des Fahrzeugs ermittelt wird.
H. Anhänger-Rückfahrhilfesystem nach A, wobei das Fahrzeugsensorsystem linke und rechte Raddrehzahlsensoren an seitlich gegenüberliegenden Rädern des Fahrzeugs zum Ermitteln der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Fahrzeuggierrate aufweist.
I. System zum Schätzen eines Kupplungswinkels zwischen einem Fahrzeug und einem Anhänger, das umfasst: einen mit dem Anhänger gekoppelten ersten Sensor zum Ermitteln einer Anhängergierrate; einen mit dem Fahrzeug gekoppelten zweiten Sensor zum Ermitteln einer Fahrzeuggierrate und ein Steuergerät, das augenblicklich einen Kupplungswinkel auf Grundlage der Anhängergierrate, der Fahrzeuggierrate und einer Fahrzeuggeschwindigkeit in Anbetracht einer kinematischen Beziehung zwischen dem Anhänger und dem Fahrzeug schätzt.
J. System nach I, wobei die kinematische Beziehung eine Länge des Anhängers und eine Deichsellänge des Fahrzeugs beinhaltet, und wobei der von dem Steuergerät geschätzte Kupplungswinkel durch Kombinieren eines Kupplungswinkelwertes, der auf der kinematischen Beziehung beruht, mit einer Kupplungswinkelrate gefiltert wird, die durch eine Differenz zwischen der Anhängergierrate und der Fahrzeuggierrate bestimmt wird.
K. System nach I, wobei zu dem ersten Sensor ein Gierratensensor zählt, der die Anhängergierrate erzeugt.
L. System nach I, wobei zu dem ersten Sensor linke und rechte Raddrehzahlsensoren an seitlich gegenüberliegenden Rädern des Anhängers zählen, und wobei Drehzahlsignale von den linken und rechten Raddrehzahlsensoren verarbeitet werden, um die Anhängergierrate abzuleiten.
M. System nach I, das ferner umfasst: einen mit dem Anhänger gekoppelten dritten Sensor, der eine Querbeschleunigung des Anhängers erzeugt, wobei der erste Sensor eine Geschwindigkeit des Anhängers erzeugt, sodass die Anhängergierrate auf Grundlage der Querbeschleunigung und der Geschwindigkeit des Anhängers abgeleitet wird.
N. System nach I, wobei zu dem zweiten Sensor ein Raddrehzahlsensor, der die Fahrzeuggeschwindigkeit erzeugt, und ein Lenkwinkelsensor, der einen Lenkwinkel des Fahrzeugs erzeugt, zählen, und wobei die Fahrzeuggierrate auf Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Lenkwinkels ermittelt wird.
O. System nach I, das ferner umfasst: eine Lenkeingabevorrichtung zum Eingeben einer gewünschten Krümmung der Bahn des Anhängers beim Zurücksetzen des Fahrzeugs, wobei das Steuergerät einen Lenkbefehl für das Fahrzeug erzeugt, um den Anhänger auf Grundlage des geschätzten Kupplungswinkels auf der gewünschten Krümmung zu führen.
P. Verfahren zum Schätzen eines Kupplungswinkels zwischen einem Fahrzeug und einem Anhänger, das umfasst: Erfassen einer ersten Gierrate des Anhängers; Erfassen einer zweiten Gierrate des Fahrzeugs; Erfassen einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs und Ermitteln eines augenblicklichen Kupplungswinkels auf Grundlage der ersten und zweiten Gierrate und der Geschwindigkeit des Fahrzeugs in Anbetracht einer kinematischen Beziehung zwischen dem Anhänger und dem Fahrzeug.
Q. Verfahren nach P, wobei die erste Gierrate des Anhängers auf Grundlage einer erfassten Querbeschleunigung des Anhängers erfasst wird, und wobei der augenblickliche Kupplungswinkel durch Kombinieren eines Kupplungswinkelwertes, der auf der kinematischen Beziehung beruht, mit einer Kupplungswinkelrate gefiltert wird, die durch eine Differenz zwischen der ersten und zweiten Gierrate des Anhängers und des Fahrzeugs bestimmt wird.
R. Verfahren nach P, wobei die erste Gierrate des Anhängers mithilfe linker und rechter Raddrehzahlsensoren an seitlich gegenüberliegenden Rädern des Anhängers erfasst wird, und wobei Drehzahlsignale von den linken und rechten Raddrehzahlsensoren verarbeitet werden, um die erste Gierrate des Anhängers abzuleiten.
S. Verfahren nach P, wobei eine Länge des Anhängers auf Grundlage einer Geschwindigkeit des Anhängers, der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und der ersten und zweiten Gierrate geschätzt wird.
T. Verfahren nach P, das ferner umfasst: Erzeugen eines Lenkbefehls für das Fahrzeug, um den Anhänger auf einem gewünschten Rücksetzweg zu führen, wobei der gewünschte Rücksetzweg durch eine Eingabe festgelegt wird, die von einer Lenkeingabevorrichtung eines Anhänger-Rückfahrhilfesystems empfangen wird.

Claims

System zum Schätzen eines Kupplungswinkels zwischen einem Fahrzeug und einem Anhänger, das umfasst: einen mit dem Anhänger gekoppelten ersten Sensor zum Ermitteln einer Anhängergierrate; einen mit dem Fahrzeug gekoppelten zweiten Sensor zum Ermitteln einer Fahrzeuggierrate und ein Steuergerät, das augenblicklich einen Kupplungswinkel auf Grundlage der Anhängergierrate, der Fahrzeuggierrate und einer Fahrzeuggeschwindigkeit in Anbetracht einer kinematischen Beziehung zwischen dem Anhänger und dem Fahrzeug schätzt.
System nach Anspruch 1, wobei die kinematische Beziehung eine Länge des Anhängers und eine Deichsellänge des Fahrzeugs beinhaltet, und wobei der von dem Steuergerät geschätzte Kupplungswinkel durch Kombinieren eines Kupplungswinkelwertes, der auf der kinematischen Beziehung beruht, mit einer Kupplungswinkelrate gefiltert wird, die durch eine Differenz zwischen der Anhängergierrate und der Fahrzeuggierrate bestimmt wird.
System nach Anspruch 1, wobei zu dem ersten Sensor ein Gierratensensor zählt, der die Anhängergierrate erzeugt.
System nach Anspruch 1, wobei zu dem ersten Sensor linke und rechte Raddrehzahlsensoren an seitlich gegenüberliegenden Rädern des Anhängers zählen, und wobei Drehzahlsignale von den linken und rechten Raddrehzahlsensoren verarbeitet werden, um die Anhängergierrate abzuleiten.
System nach Anspruch 1, das ferner umfasst: einen mit dem Anhänger gekoppelten dritten Sensor, der eine Querbeschleunigung des Anhängers erzeugt, wobei der erste Sensor eine Geschwindigkeit des Anhängers erzeugt, sodass die Anhängergierrate auf Grundlage der Querbeschleunigung und der Geschwindigkeit des Anhängers abgeleitet wird.
System nach Anspruch 1, wobei zu dem zweiten Sensor ein Raddrehzahlsensor, der die Fahrzeuggeschwindigkeit erzeugt, und ein Lenkwinkelsensor, der einen Lenkwinkel des Fahrzeugs erzeugt, zählen, und wobei die Fahrzeuggierrate auf Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Lenkwinkels ermittelt wird.
System nach Anspruch 1, das ferner umfasst: eine Lenkeingabevorrichtung zum Eingeben einer gewünschten Krümmung der Bahn des Anhängers beim Zurücksetzen des Fahrzeugs, wobei das Steuergerät einen Lenkbefehl für das Fahrzeug erzeugt, um den Anhänger auf Grundlage des geschätzten Kupplungswinkels auf der gewünschten Krümmung zu führen.