DE102015120985A1

DE102015120985A1 - Anhänger-Sensormodul und zugehöriges Verfahren zur drahtlosen Anhängeridentifizierung und -bewegungsschätzung

Info

Publication number: DE102015120985A1
Application number: DE102015120985.3A
Authority: DE
Inventors: Christos Kyrtsos; Thomas Edward Pilutti; Erick Michael Lavoie
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-12-08
Filing date: 2015-12-02
Publication date: 2016-06-09

Abstract

Ein Verfahren zum Identifizieren eines Anhängers mit einem Fahrzeug beinhaltet einen Schritt eines Sendens einer eindeutigen Kennung mithilfe eines an dem Anhänger befestigten drahtlosen Senders. Der drahtlose Sender kann als Teil eines Sensormoduls in einem Gehäuse mit einem Sensor untergebracht sein, der einen Parameter des Anhängers zum Betreiben eines Anhänger-Rückfahrhilfesystems erfasst. Das Gehäuse des Sensormoduls kann dafür geeignet sein, entfernbar an dem Anhänger befestigt zu sein. Die von dem drahtlosen Sender ausgesendete eindeutige Kennung wird mithilfe eines drahtlosen Empfängers an dem Fahrzeug empfangen. Nachdem die eindeutige Kennung von einem Steuergerät in dem Fahrzeug erkannt wurde, kann auf einen Parameter des Anhängers zugegriffen werden, um den Anhänger autonom einen gewünschten Rücksetzweg entlang zu führen.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die hier vorgelegte Offenbarung betrifft allgemein eine Anhängeridentifizierung und -bewegungsschätzung, und insbesondere ein Anhängersensormodul im Datenaustausch mit einem Zugfahrzeug, zur drahtlosen Anhängeridentifizierung und Kupplungswinkelschätzung, um eine autonome Fahrzeugführung des Anhängers wie beispielsweise ein Anhänger-Rückfahrhilfesystem zu unterstützen.
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 beinhaltet ein Verfahren zum Identifizieren eines Anhängers mit einem Fahrzeug ein Senden einer eindeutigen Kennung mithilfe eines an dem Anhänger befestigten drahtlosen Senders. Das Verfahren beinhaltet außerdem ein Empfangen der eindeutigen Kennung mithilfe eines drahtlosen Empfängers an dem Fahrzeug. Ferner beinhaltet das Verfahren ein Zugreifen auf einen Parameter des Anhängers auf Grundlage der empfangenen eindeutigen Kennung, um den Anhänger autonom einen gewünschten Rücksetzweg entlang zu führen.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Anhängersensormodul zum Datenaustausch mit einem Fahrzeug einen Sensor auf, der einen Parameter des Anhängers zum Betreiben eines Anhänger-Rückfahrhilfesystems erfasst. Das Anhängersensormodul weist außerdem einen drahtlosen Sender auf, der eine eindeutige Kennung aussendet, die dafür ausgestaltet ist, von dem Fahrzeug erkannt zu werden, und der beim Erkennen den Parameter an das Fahrzeug sendet.
Ein Gehäuse umschließt den drahtlosen Sender und den Sensor, wobei das Gehäuse dafür geeignet ist, entfernbar an dem Anhänger befestigt zu sein.
Gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Anhänger-Rückfahrhilfesystem für ein Fahrzeug, das einen Anhänger zurücksetzt, einen entfernbar mit dem Anhänger gekoppelten drahtlosen Sender auf. Der drahtlose Sender sendet eine eindeutige Kennung aus. Ein drahtloser Empfänger ist mit dem Fahrzeug zum Empfangen der eindeutigen Kennung gekoppelt. Außerdem identifiziert ein Steuergerät in dem Fahrzeug den Anhänger auf Grundlage der eindeutigen Kennung und greift auf einen Parameter des identifizierten Anhängers zu, um den Anhänger mit dem Fahrzeug autonom einen gewünschten Rücksetzweg entlang zu führen.
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 Sensormoduls zum Betreiben eines Anhänger-Rückfahrhilfesystems;
ist 2 ein Blockschaubild, das eine Ausführungsform des Anhänger-Rückfahrhilfesystems veranschaulicht, die eine Lenkeingabevorrichtung, ein Krümmungssteuergerät und ein Anhängerbremssystem aufweist;
ist 3 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 für das Anhänger-Rückfahrhilfesystem verwendet werden;
ist 4 ein schematisches Blockschaubild, das Teile eines Krümmungssteuergeräts gemäß einer weiteren Ausführungsform sowie andere Komponenten des Anhänger-Rückfahrhilfesystems gemäß einer derartigen Ausführungsform veranschaulicht;
ist 5 ein schematisches Blockschaubild des Krümmungssteuergeräts aus 4, das eine Rückkopplungsarchitektur und einen Signalfluss des Krümmungssteuergeräts gemäß einer derartigen Ausführungsform zeigt;
ist 6 ein schematisches Schaubild, das eine Beziehung zwischen einem Kupplungswinkel und einem Lenkwinkel des Fahrzeugs zeigt, und wie diese zu einer Krümmung des Anhängers und einem Querstellwinkel (jackknife angle) in Beziehung steht;
ist 7 gemäß einer Ausführungsform eine Draufsicht einer Lenkeingabevorrichtung mit einem drehbaren Knopf zum Betreiben des Anhänger-Rückfahrhilfesystems;
ist 8 eine Draufsicht einer anderen Ausführungsform eines drehbaren Knopfes zum Auswählen einer gewünschten Krümmung eines Anhängers und ein entsprechendes schematisches Schaubild, das ein Fahrzeug und einen Anhänger mit verschiedenen Anhänger-Krümmungswegen veranschaulicht, die mit gewünschten Krümmungen korrelieren, die ausgewählt werden können;
ist 9 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;
ist 10 gemäß einer Ausführungsform eine Draufsicht eines an einem Anhänger befestigten Anhängersensormoduls zum Datenaustausch mit einem Fahrzeug;
ist 11 eine Seitenansicht des in 10 gezeigten Anhängersensormoduls;
ist 12 ein Blockschaubild, das eine Ausführungsform des Anhängersensormoduls veranschaulicht, das mit einer Ausführungsform des Anhänger-Rückfahrhilfesystems Daten austauscht;
ist 13 ein Ablaufplan, der gemäß einer Ausführungsform ein Verfahren zum Identifizieren eines Anhängers und zum Zugreifen auf einen Parameter des Anhängers auf Grundlage einer eindeutigen Kennung veranschaulicht, und
ist 14 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 14 bezeichnet das Bezugszeichen 10 im Allgemeinen ein Anhänger-Rückfahrhilfesystem zum Steuern eines Rücksetzwegs eines an ein Fahrzeug 14 angehängten Anhängers 12, indem einem Fahrer des Fahrzeugs 14 ermöglicht wird, eine gewünschte Krümmung 26 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 26 zu führen, während ein Fahrer das Gas- und Bremspedal verwendet, um die Rückfahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs 14 zu steuern. Das Anhänger-Rückfahrhilfesystem 10 kann den Anhänger 12 mit einem genauen Verständnis der Parameter des Anhängers 12, zu denen die Anhängerdynamikvariablen wie beispielsweise eine Gierrate und/oder Beschleunigung sowie Anhängerabmessungen wie beispielsweise eine Anhängerlänge zählen, genauer auf der gewünschten Krümmung bzw. dem gewünschten Rücksetzweg 26 führen. Bei einer Ausführungsform kann ein Anhängersensormodul 20 an dem Anhänger 12 befestigt und mit einem drahtlosen Sender 29 zum Senden einer dem Anhänger 12 zugeordneten eindeutigen Kennung versehen sein. Dementsprechend kann bei einer derartigen Ausführungsform das Fahrzeug 14 einen drahtlosen Empfänger 31, der die eindeutige Kennung empfängt, und ein entsprechendes Steuergerät aufweisen, das auf einen Parameter des Anhängers 12 auf Grundlage eines Erkennens der empfangenen eindeutigen Kennung zugreift. Es wird in Betracht gezogen, dass das Anhängersensormodul 20 in Verbindung mit zusätzlichen oder alternativen Fahrzeugfunktionen für das Anhänger-Rückfahrhilfesystem 10 verwendet werden kann, wie beispielsweise einem Anhänger-Schlingervermeidungssystem.
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 das an dem Anhänger 12 befestigte 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. Beim Erkennen des angehängten Anhängers 12 kann der drahtlose Sender 29 dann die Anhängergierrate ω₂ an das Fahrzeug 14 senden. 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 von dem Sensormodul 20 getrennt 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 Genauigkeit und Zuverlässigkeit des geschätzten Kupplungswinkels γ 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 26 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 26 des Anhängers 12 gesorgt wird. Beim Eingeben der gewünschten Krümmung 26 kann das Steuergerät einen Lenkbefehl für das Fahrzeug 14 erzeugen, um den Anhänger 12 auf Grundlage des geschätzten Kupplungswinkels γ und einer kinematischen Beziehung zwischen dem Anhänger 12 und dem Fahrzeug 14 auf der gewünschten Krümmung 26 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, die 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 ein Knicken 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 Sattelkuppplung. 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 Gooseneck-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 Ultraschallsensor, einem Drehsensor, einem kapazitiven Sensor, einem induktiven Sensor oder einem auf mechanischer Basis arbeitenden Sensor, wie beispielsweise eine an der Kugelgelenk-Schwenkverbindung 42 angebrachte 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 ein Gehäuse 21 auf, das 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. Das Sensormodul 20 kann mehrere Signale erzeugen, die verschiedene Dynamiken des Anhängers 12 anzeigen. Zu den Signalen können ein Gierratensignal, ein Querbeschleunigungssignal sowie Raddrehzahlsignale zählen, die jeweils von einem Gierratensensor 25, einem Beschleunigungsmesser 27 und den Raddrehzahlsensoren 23 erzeugt werden. Dementsprechend sind bei der veranschaulichten Ausführungsform der Gierratensensor 25 und der Beschleunigungsmesser 27 in dem Gehäuse 21 enthalten, obwohl andere Ausgestaltungen vorstellbar sind, wie hier ausführlicher beschrieben wird. Es wird 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 hilfskraftunterstütztem 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 verwenden, um das Lenksystem 62, das Bremssteuersystem 72 sowie das Antriebsstrangsteuersystem 74 derart zu steuern, dass sie ein Zurücksetzen der Fahrzeug-Anhänger-Kombination unterstützen.
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, beispielsweise, wenn das Anhängersensormodul 20 mit einem Mittel zum Schätzen des Kupplungswinkels γ versehen 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 gehandhabte 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 26 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 26 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. 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. 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.
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.
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 26 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 26, 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. 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, einschließlich des Anhängersensormoduls 20, des Kupplungswinkelsensors 44, der Lenkeingabevorrichtung 18, des hilfskraftunterstützten Lenksystems 62, des Fahrzeugbremssteuersystems 72, des Anhängerbremssystems, des Antriebsstrangsteuersystems 74 sowie anderer 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 130, 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 zusammengeführtes Steuergerät handeln kann, wie beispielsweise mit dem Sensorsystem 16, dem hilfskraftunterstützten Lenksystem 62 sowie anderen vorstellbaren bordseitigen oder nicht bordseitigen Fahrzeugsteuersystemen zusammengeführt.
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 einschränkend zu wirken, 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 Räder des Fahrzeugs 14 eine vernachlässigbare (z.B. keine) seitliche Nachgiebigkeit aufweisen, dass Räder 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 Potential, 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 definiertes 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:: Länge zwischen Kuppelpunkt und Hinterachse des Fahrzeugs;
D:: Abstand zwischen Kuppelpunkt und Achse des Anhängers oder wirksamer Achse bei einem mehrachsigen Anhänger (Achsenlänge kann ein Äquivalent sein) und
r₂:: Krümmungsradius des Anhängers.

Eine Ausführungsform einer kinematischen Beziehung zwischen einem Krümmungsradius r₂ des Anhängerwegs an dem Mittelpunkt einer Achse des 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 Gooseneck-Anhänger oder ein anderer ähnlicher Anhänger mit einer Kupplungskugel 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 Gooseneck-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 Gooseneck-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 26 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, 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 26 platzieren, ohne ein wesentliches Überschreiten oder ein kontinuierliches Pendeln des Fahrwegs um die gewünschte Krümmung κ₂ herum.
Wie außerdem in 5 gezeigt, wird die Ausführungsform der in 4 gezeigten Krümmungsroutine 98 in einem Steuersystem-Blockschaubild veranschaulicht. Insbesondere ist eine Eingabe des Steuersystems eine Eingabe κ₂, die die gewünschte Krümmung 26 des Anhängers 12 darstellt, die für den Krümmungsregler 92 bereitgestellt wird. Der Krümmungsregler 92 kann als eine statische Karte, p(κ₂, δ), ausgedrückt werden, die bei einer Ausführungsform die folgende Gleichung ist:
Wobei:

κ₂: die gewünschte Krümmung des Anhängers 12 bzw. 1/r₂, wie in 3 gezeigt, darstellt;
δ: den Lenkwinkel darstellt;
L: den Abstand von der Hinterachse des Fahrzeugs 14 zu dem Kupplungsdrehpunkt darstellt;
D: den Abstand von dem Kupplungsdrehpunkt zu der Achse des Anhängers 12 darstellt und
W: den Abstand von der Hinterachse zu der Vorderachse des Fahrzeugs 14 darstellt.

Noch mit Bezug auf 5: Der ausgegebene Kupplungswinkel von p(κ₂, δ) wird als das Referenzsignal γ_ref für den Rest des Steuersystems bereitgestellt, obwohl der von dem Krümmungsregler 92 verwendete Wert des Lenkwinkels δ eine Rückkopplung der nichtlinearen Funktion des Kupplungswinkelreglers 90 ist. Es wird gezeigt dass der Kupplungswinkelregler 90 Feedback-Linearisierung zum Definieren eines Regelgesetzes verwendet wie folgt:
Wie außerdem in 5 gezeigt, wird das Regelgesetz g(u, γ, v) mithilfe eines Proportional-Integral-Reglers (PI-Regler) umgesetzt, wobei der Integralanteil im Wesentlichen den stationären Verfolgungsfehler beseitigt. Genauer ausgedrückt kann das in 5 veranschaulichte Steuersystem als die folgenden differential-algebraischen Gleichungen ausgedrückt werden:
Es wird in Betracht gezogen, dass der PI-Regler möglicherweise Verstärkungsterme (gain terms) aufweist, die auf der Anhängerlänge D beruhen, da kürzere Anhänger im Allgemeinen eine schnellere Dynamik aufweisen. Des Weiteren kann der Kupplungswinkelregler 90 derart ausgestaltet sein, dass er verhindert, dass der gewünschte Kupplungswinkel γ(d) einen Querstellwinkel γ(j) erreicht oder überschreitet, wie er von dem Steuergerät berechnet oder andernfalls von dem Anhänger-Rückfahrhilfesystem 10 ermittelt wird, wie hier ausführlicher erörtert wird.
Mit Bezug auf 6: Bei den veranschaulichten Ausführungsformen des veranschaulichten Gegenstands ist es wünschenswert, das Potential dafür zu begrenzen, dass das Fahrzeug 14 und der Anhänger 12 einen Querstellwinkel erreichen (d.h., dass das Fahrzeug/Anhänger-System einen Querstellzustand erreicht). Ein Querstellwinkel γ(j) bezeichnet einen Kupplungswinkel γ, der beim Zurücksetzen nicht mithilfe der maximalen Lenkeingabe für ein Fahrzeug überwunden werden kann, wie beispielsweise, wenn die gelenkten Vorderräder des Fahrzeugs 14 in einen maximalen gelenkten Winkel δ bei einer maximalen Lenkwinkel-Änderungsrate bewegt werden. Der Querstellwinkel γ(j) ist eine Funktion eines maximalen Radwinkels der gelenkten Räder des Fahrzeugs 14, des Radstands W des Fahrzeugs 14, des Abstands L zwischen dem Kuppelpunkt und der Hinterachse des Fahrzeugs 14 sowie der Länge D zwischen dem Kuppelpunkt und der Achse des Anhängers 12 oder der wirksamen Achse, wenn der Anhänger 12 mehrere Achsen aufweist. Wenn der Kupplungswinkel γ für das Fahrzeug 14 und den Anhänger 12 den Querstellwinkel γ(j) erreicht oder überschreitet, kann das Fahrzeug 14 vorwärts gezogen werden, um den Kupplungswinkel γ zu verringern.
Eine Repräsentation eines kinematischen Modells des Fahrzeugs 14 und des Anhängers 12 kann ebenfalls verwendet werden, um einen Querstellwinkel für die Fahrzeug-Anhänger-Kombination zu ermitteln. Mit Bezug auf 3 und 6: Dementsprechend erfordert ein Lenkwinkelgrenzwert für die gelenkten Vorderräder, dass der Kupplungswinkel γ den Querstellwinkel γ(j) nicht überschreiten kann, der auch als ein kritischer Kupplungswinkel γ bezeichnet wird. Daher ist, mit der Einschränkung, dass der Kupplungswinkel γ den Querstellwinkel γ(j) nicht überschreiten kann, der Querstellwinkel γ(j) der Kupplungswinkel γ, bei dem eine kreisförmige Bewegung des Fahrzeug/Anhänger-Systems aufrechterhalten wird, wenn die gelenkten Räder 64 einen maximalen Lenkwinkel δ(max) aufweisen. Der Lenkwinkel für eine kreisförmige Bewegung bei einem Kupplungswinkel γ ist durch die folgende Gleichung definiert.
Eine Auflösung der vorstehenden Gleichung nach dem Kupplungswinkel γ ermöglicht ein Ermitteln des Querstellwinkels γ(j). Diese Lösung, die in der folgenden Gleichung gezeigt wird, kann beim Umsetzen einer Anhänger-Rückfahrhilfe-Funktionalität gemäß dem offenbarten Gegenstand verwendet werden, um einen Kupplungswinkel γ in Bezug auf einen Querstellwinkel zu überwachen.
wobei: a = L²tan²δ(max) + W²; b = 2 LD tan²δ(max) und c = D²tan²δ(max) – W².
Mit Bezug auf 7: Es wird eine Ausführungsform der Lenkeingabevorrichtung 18 veranschaulicht, die auf einer Mittelkonsole 108 des Fahrzeugs 14 in der Nähe eines Schalthebels 110 angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform weist die Lenkeingabevorrichtung 18 einen drehbaren Knopf 30 auf, um für das Steuergerät 28 den gewünschten Rücksetzweg des Anhängers 12 bereitzustellen. Genauer ausgedrückt, kann die Winkelstellung des drehbaren Knopfes 30 mit einer gewünschten Krümmung korrelieren, sodass durch eine Drehung des Knopfes in eine andere Winkelstellung eine andere gewünschte Krümmung mit einer inkrementellen Änderung auf Grundlage des Ausmaßes der Drehung und, bei einigen Ausführungsformen, einer normalisierten Rate, wie hier ausführlicher beschrieben wird, bereitgestellt wird.
Der drehbare Knopf 30, wie er in 7 bis 8 veranschaulicht wird, kann auf eine Mittel- oder Ruhestellung P(AR) zwischen entgegengesetzten Drehbewegungsbereichen R(R), R(L) vorgespannt sein (z.B. mithilfe einer Rückstellfeder). Bei der veranschaulichten Ausführungsform ist ein erster der entgegengesetzten Drehbewegungsbereiche R(R) im Wesentlichen gleich einem zweiten der entgegengesetzten Drehbewegungsbereiche R(L), R(R). Um eine taktile Anzeige eines Ausmaßes an Drehung des drehbaren Knopfes 30 bereitzustellen, kann eine Kraft, die den Knopf in Richtung auf die Ruhestellung P(AR) hin vorspannt, als eine Funktion des Ausmaßes an Drehung des drehbaren Knopfes 30 in Bezug auf die Ruheposition P(AR) zunehmen (z.B. nicht linear). Des Weiteren kann der drehbare Knopf 30 mit stellungsanzeigenden Arretierungen ausgestaltet sein, sodass der Fahrer die Ruheposition P(AR) sicher fühlen kann und ein Näherkommen der Enden der entgegengesetzten Drehbewegungsbereiche R(L), R(R) fühlen kann (z.B. weiche Endanschläge). Mithilfe des drehbaren Knopfes 30 kann ein gewünschter Krümmungswert als eine Funktion eines Ausmaßes an Drehung des drehbaren Knopfes 30 in Bezug auf die Ruheposition P(AR) und einer Richtung einer Bewegung des drehbaren Knopfes 30 in Bezug auf die Ruheposition P(AR) erzeugt werden. Es wird außerdem in Betracht gezogen, dass die Drehrate des drehbaren Knopfes 30 auch verwendet werden kann, um die gewünschte Krümmungsausgabe an das Steuergerät 28 festzulegen. Die Ruhestellung P(AR) des Knopfes entspricht einem Signal, das anzeigt, dass das Fahrzeug 14 derart gelenkt werden sollte, dass der Anhänger 12 entlang einem im Wesentlichen geraden Rücksetzweg (null Anhänger-Krümmungsanforderung von dem Fahrer) zurückgesetzt wird, wie er durch die Längsrichtung 22 des Anhängers 12 definiert wird, wenn der Knopf in die Ruhestellung P(AR) zurückgeführt wurde. Eine maximale Stellung des Knopfes in Uhrzeigerrichtung und in Gegenuhrzeigerrichtung (d.h. die Grenzen der entgegengesetzten Drehbewegungsbereiche R(R), R(L)) kann jeweils mit einem entsprechenden Signal übereinstimmen, das einen engsten Krümmungsradius (d.h. die spitzwinkligste Bahnkurve bzw. den kleinste Krümmungsradius) eines Fahrwegs des Anhängers 12 anzeigt, der möglich ist, ohne dass die entsprechenden Lenkinformationen des Fahrzeugs einen Querstellzustand verursachen.
Wie in 8 gezeigt, kann ein Fahrer den drehbaren Knopf 30 drehen, um für eine gewünschte Krümmung 26 zu sorgen, während der Fahrer des Fahrzeugs 14 den Anhänger 12 zurücksetzt. Bei der veranschaulichten Ausführungsform dreht sich der drehbare Knopf 30 um eine zentrale Achse zwischen einer zentralen bzw. mittleren Stellung 114, die einem im Wesentlichen geraden Rücksetz-Fahrweg 26 entspricht, wie er durch die Längsrichtung 22 des Anhängers 12 definiert wird, und verschiedenen gedrehten Stellungen 116, 118, 120, 122 auf entgegengesetzten Seiten der mittleren Stellung 114, durch die eine gewünschte Krümmung 26 befohlen wird, die einem Radius des gewünschten Rücksetz-Fahrwegs des Anhängers 12 in der befohlenen gedrehten Stellung entspricht. Es wird in Betracht gezogen, dass der drehbare Knopf 30 gemäß Ausführungsformen des offenbarten Gegenstands ausgestaltet sein kann und ein Mittel zum Vorgespanntsein auf eine Ruheposition P(AR) zwischen entgegengesetzten Drehbewegungsbereichen entfallen kann. Ein Fehlen einer derartigen Vorspannung kann ermöglichen, dass eine aktuelle Drehstellung des drehbaren Knopfes 30 beibehalten wird, bis die Dreh-Steuereingabevorrichtung manuell in eine andere Stellung bewegt wurde. Es ist außerdem vorstellbar, dass die Lenkeingabevorrichtung 18 eine nicht drehbare Steuervorrichtung aufweist, die derart ausgestaltet sein kann, dass sie selektiv eine gewünschte Krümmung 26 bereitstellt und einen vorhandenen Krümmungswert außer Kraft setzt oder ergänzt. Zu Beispielen für eine derartige nicht drehbare Steuereingabevorrichtung zählen, aber ohne einschränkend zu wirken: mehrere niederdrückbare Tasten (z.B. Kurve links, Kurve rechts und Geradeausfahren), ein Touchscreen, auf dem ein Fahrer eine Krümmung für Fahrwegbefehle anzeichnet oder auf andere Weise eingibt, eine Taste, die entlang einer Achse übersetzbar ist, um einem Fahrer zu ermöglichen, Rücksetzwegbefehle einzugeben, oder eine Joystick-artige Eingabe und dergleichen.
9 veranschaulicht ein Verfahren zum Betreiben einer Ausführungsform des Anhänger-Rückfahrhilfesystems 10, das als eine Ausführungsform der Betriebsroutine 132 (2) gezeigt wird. Bei Schritt 134 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 136 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 werden, 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 26 bzw. dem gewünschten Rücksetzweg des Anhängers 12 erzeugt. Wie mit Bezug auf 3 bis 6 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 160 beginnen, den aktuellen Kupplungswinkel durch Verarbeiten der Kupplungswinkel-Schätzroutine 130 zu ermitteln.
Wie in 10 gezeigt, wird eine Ausführungsform des Anhängersensormoduls 20 veranschaulicht, die ein Gehäuse 21 aufweist, das entfernbar an dem Anhänger 12 befestigt ist, obwohl das Gehäuse bei weiteren Ausführungsformen des Sensormoduls 20 angeschweißt oder auf andere Weise dauerhaft an dem Anhänger 12 befestigt sein kann. Das Gehäuse 21 der veranschaulichten Ausführungsform ist als ein rechteckiges Prisma mit einer Bodenfläche 19 geformt, die in anliegendem Kontakt mit einer oberen Fläche 35 der Deichsel 36 des Anhängers 12 steht. Verschiedene Formen und Gestaltungen des Gehäuses 21 werden für weitere Ausführungsformen in Betracht gezogen, um neben anderen Erwägungen unterschiedlich gehäusten Komponenten, speziellen Wetter- oder Umgebungsbedingungen sowie ästhetischen Absichten Rechnung zu tragen. Um zu verhindern, dass sich das Gehäuse 21 relativ zu der Deichsel 36 bewegt, kann ein Oberflächenmerkmal integriert oder separat an der Bodenfläche 19 des Gehäuses 21 und der oberen Fläche 35 der Deichsel 36 bereitgestellt werden, wie beispielsweise ein elastomeres Pad, ein Klebstoff oder eine Ätzung, um eine Reibung zwischen ihnen zu erhöhen. Um für eine sichere Befestigung zu sorgen, weist die veranschaulichte Ausführungsform außerdem einen Riemen 33 auf, der entgegengesetzte seitliche Seiten des Gehäuses 21 verbindet und die Deichsel 36 umschließt. Der Riemen 33 kann aus einem beliebigen herkömmlichen Material wie beispielsweise Nylon, Leder oder Gummi hergestellt sein und ist dafür ausgestaltet, angezogen zu werden, um mindestens gegen eine untere Fläche 37 der Deichsel 36 sicher festgezogen zu sein.
Verschiedene Mittel zum Anziehen des Riemens 33 können realisiert werden, wie es allgemein in Fachkreisen verstanden wird.
Wie ebenfalls in der in 10 bis 11 veranschaulichten Ausführungsform gezeigt, wird eine obere Fläche 15 des Gehäuses 21 durch eine Einstrahlungsfläche eines Solarelements 39 definiert, das mit dem Gehäuse 21 gekoppelt ist, um das Sensormodul 20 mit Elektrizität zu versorgen. Das veranschaulichte Sensormodul 20 weist außerdem eine Batterie 41 auf, die elektrisch mit dem Solarelement 39 verbunden ist, um von dem Solarelement 39 erzeugte Elektrizität zu speichern und die Komponenten des Sensormoduls 20 mit Elektrizität zu versorgen. Das Solarelement 39 kann ein Panel oder eine beliebige andere Form oder Ausgestaltung von photovoltaischen Zellen oder Teilen davon sein, die Material zum Umwandeln von Solarenergie in Elektrizität aufweisen. Bei weiteren Ausführungsformen des Sensormoduls 20 kann das Solarelement 39 entfallen oder auf eine andere Weise ausgestaltet sein, was ermöglichen kann, dass die obere Fläche 15 des Gehäuses 21 bei einigen Ausführungsformen das Ziel 52 (1) für den sichtbasierten Kupplungswinkelsensor 44 aufweist.
Weiter mit Bezug auf 11: Das veranschaulichte Gehäuse 21 wird derart gezeigt, dass es den drahtlosen Sender 29, den Gierratensensor 25 und den Beschleunigungsmesser 27 umschließt. Es wird in Betracht gezogen, dass das Gehäuse 21 alle oder einen Teil der Komponenten des Sensormoduls 20 umschließen kann. Das Gehäuse 21 kann außerdem hermetisch abgedichtet oder ansonsten mithilfe einer Fluiddichtung abgedichtet sein, um zu verhindern, dass die umschlossenen Komponenten einer Flüssigkeit, Staub oder anderen Schmutzstoffen ausgesetzt werden, die das Sensormodul 20 beschädigen oder eine Fehlfunktion hervorrufen können. Bei einer Ausführungsform kann die Fluiddichtung eine Abdichtung aufweisen, die entlang einer Naht des Gehäuses sicher befestigt ist, um die schützende Fluidabdichtung bereitzustellen.
Das in 11 gezeigte Sensormodul wird mit dem drahtlosen Sender 29 in einer übertragbaren Reichweite von dem drahtlosen Empfänger 31 des Fahrzeugs 14 gezeigt, wobei der Sender an der Deichsel 36 des Anhängers 12 in einem akzeptablen Abstand 170, weniger als ein Annäherungsabstand 172, befestigt gezeigt wird. Der drahtlose Empfänger 31 ist derart ausgestaltet, dass er Daten austauscht mit und Signale innerhalb des Annäherungsabstands 172 empfängt, der als ein Abstand von einem hinteren Abschnitt 174 des Fahrzeugs 14 definiert ist, jenseits dessen ein Datenaustausch mit dem drahtlosen Empfänger 31 wahrscheinlich nicht einem an das Fahrzeug 14 angehängten Anhänger zugeordnet wird. Das Steuergerät 28 kann den Abstand, in dem der drahtlose Sender 29 von dem Empfänger 31 entfernt angeordnet ist, auf Grundlage der Stärke der gesendeten Signale von dem drahtlosen Sender 29 schätzen. Dementsprechend ist der veranschaulichte drahtlose Sender 29 an dem Anhänger 12 innerhalb des Annäherungsabstands 172 befestigt, um sich in übertragbarer Reichweite mit dem drahtlosen Sender 31 zu befinden. Es wird in Betracht gezogen, dass der drahtlose Empfänger 31 auch zum Empfangen von Signalen verwendet werden kann, die von einem Key-Fob ausgesendet werden, wie beispielsweise Türverriegelungs- und Entriegelungsbefehle, Heckklappen-Öffnungsbefehle, Fahrzeug-Zündstartbefehle sowie andere vorstellbare Befehle.
Bei einer Ausführungsform kann der drahtlose Sender 29 gleichbleibend derart eine Funkübertragung aussenden, sodass das Fahrzeug 14 feststellt, dass der der Funkübertragung zugeordnete Anhänger 12 von der Kupplungskugel 40 oder Kupplung des Fahrzeugs 14 abgekoppelt wurde, wenn der drahtlose Empfänger 31 des Fahrzeugs 14 die Funkübertragung während einer Schwellenzeitspanne nicht empfängt, wie beispielsweise 3 Sekunden oder eine andere vorstellbare Zeitspanne, während derer ein Empfang der Funkübertragung erwartet wurde. Das Fahrzeug 14 kann außerdem feststellen, dass der der Funkübertragung zugeordnete Anhänger 12 von der Kupplungskugel 40 oder Kupplung des Fahrzeugs 14 abgekoppelt wurde, wenn Signalstärken der Übertragungen von dem drahtlosen Sender 29 anzeigen, dass sich der drahtlose Sender in einem die Länge des Anhängers überschreitenden Abstand oder andernfalls außerhalb des Annäherungsabstands 172 nach hinten bewegt. In einem Fall, wenn das Steuergerät 28 des Fahrzeugs 14 feststellt, dass der Anhänger 12 möglicherweise abgekoppelt ist, kann eine Warnung an den Fahrer über die Fahrzeug-HMI 80 und/oder das Fahrzeugwarnsystem 76 erzeugt werden.
In 12 wird eine Ausführungsform des Sensormoduls 20 schematisch veranschaulicht, um ein Sensormodul-Steuergerät 43 zu zeigen, das verwendet werden kann, um die Übertragung von Funksignalen und den Betrieb des Sensors des Sensormoduls 20 zu steuern. Zu den veranschaulichten Sensoren zählt ein Gierratensensor 25, der eine Gierrate des Anhängers 12 zur Verwendung bei einem Ermitteln des Kupplungswinkels γ erzeugt. Zu den Sensoren der veranschaulichten Ausführungsform des Sensormoduls 20 zählt auch ein Beschleunigungsmesser 27 zum Erfassen der Querbeschleunigung des Anhängers 12 zur Verwendung bei einem Ermitteln der Anhängerposition und -bewegung. Es wird in Betracht gezogen, dass das Sensormodul 20 neben den veranschaulichten zusätzliche oder alternative Sensoren aufweisen kann, um einen dynamischen Parameter des Anhängers 12 oder einen konstanten Parameter des Anhängers 12 zu ermitteln. Zum Beispiel kann bei einer Ausführungsform das Sensormodul 20 einen Positionssensor aufweisen, der die Position des Ziels 52 auf der Anhängerdeichsel 36 für den sichtbasierten Kupplungswinkelsensor 44 ermittelt. Ein anderer vorstellbarer Sensor des Sensormoduls 20 zum Ermitteln eines konstanten Parameters des Anhängers 12 kann ein Höhensensor sein, um den Abstand der Deichsel 36 von der Geländeoberfläche zu ermitteln, der verwendet werden kann, um den sichtbasierten Kupplungswinkelsensor 44 zu unterstützen oder die Längsneigung des Anhängers 12 beim Betreiben des Anhänger-Rückfahrhilfesystems 10 zu berücksichtigen.
Wie ebenfalls in 12 gezeigt, weist das Sensormodul-Steuergerät 43 einen Mikroprozessor 45 auf, um Logik und Routinen zu verarbeiten, die in einer entsprechenden Speichereinheit 47 des Sensormodul-Steuergeräts 43 gespeichert sind. Daher kann in der Speichereinheit 47 eine eindeutige Kennung zum Aussenden durch den drahtlosen Sender 29 gespeichert werden, wie beispielsweise eine Funkfrequenz mit einem codierten Signal, das dafür ausgestaltet ist, von dem Steuergerät 28 in dem Fahrzeug decodiert und dem Sensormodul 20 und jedem entsprechenden Anhänger zugeordnet zu werden. Bei der veranschaulichten Ausführungsform kann das Sensormodul-Steuergerät 43 mit dem drahtlosen Empfänger 31 des Anhänger-Rückfahrhilfesystems 10 über den drahtlosen Sender 29 Daten austauschen, um zu ermitteln, wann die eindeutige Kennung empfangen und decodiert wurde, sodass es beginnen kann, einen Parameter des Anhängers 12 zu senden, wie nachfolgen ausführlicher beschrieben wird. Das Sensormodul-Steuergerät 43 kann bei weiteren Ausführungsformen ein eigenständiges dediziertes Steuergerät oder ein gemeinsam genutztes, mit anderen Steuerfunktionen zusammengeführtes Steuergerät sein, wie beispielsweise mit dem Steuergerät 28 des Anhänger-Rückfahrhilfesystems 10, dem hilfskraftunterstützten Lenksystem 62 sowie anderen vorstellbaren bordseitigen oder nicht bordseitigen Fahrzeugsteuersystemen zusammengeführt. Dementsprechend wird in Betracht gezogen, dass bei einer Ausführungsform das Sensormodul 20 sowohl die eindeutige Kennung als auch den Parameter gleichzeitig ohne ein Sensormodul-Steuergerät 43 senden kann, sodass das Steuergerät 28 in dem Fahrzeug 14 auf den Parameter zugreifen kann, nachdem erkannt wurde, dass die eindeutige Kennung von einem Sensormodul 20 an einem an das Fahrzeug angehängten Anhänger 12 stammt.
Eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Identifizieren eines Anhängers 12 mit einem Sensormodul 20 wird in 13 gezeigt, wo bei Schritt 176 die eindeutige Kennung mithilfe des drahtlosen Senders 29 des Sensormoduls 20 gesendet wird. Bei Schritt 178 empfängt der drahtlose Empfänger 31 an dem Fahrzeug 14 die eindeutige Kennung und führt eine Operation aus, um zu ermitteln, ob die eindeutige Kennung einem bekannten Anhänger oder einem Anhänger, der ansonsten als mit dem Fahrzeug 14 kompatibel ermittelt wurde, zugeordnet ist. Diese Operation kann ein Decodieren eines codierten Signals der eindeutigen Kennung beinhalten, um zu ermitteln, ob die eindeutige Kennung erkennbar oder andernfalls in einer Datenbank des Speichers 86 enthalten ist, bevor auf den Parameter des Anhängers 12 zugegriffen wird. Bei Schritt 180 kann das Fahrzeug 14 auf Grundlage der erkannten eindeutigen Kennung auf einen Parameter des Anhängers 12 zugreifen. Bei einer Ausführungsform ist der Parameter eine Abmessung des Anhängers 12, die in der Speichereinheit 47 des Sensormodul-Steuergeräts 43 oder dem Steuergerät 28 des Anhänger-Rückfahrhilfesystems 10 gespeichert ist, wie beispielsweise eine Länge des Anhängers 12 oder eine andere erforderliche Variable der kinematischen Beziehung, die zum Erzeugen von Lenkbefehlen für das Fahrzeug 14 verwendet wird, um den Anhänger den gewünschten Rücksetzweg 26 entlang zu führen. Bei einer anderen Ausführungsform kann der Parameter eine dynamische Variable des Anhängers 12 sein, beispielsweise eine Gierrate ω₂ des Anhängers 12, die von dem Gierratensensor 25 des Sensormoduls 20 erfasst wird. Es wird außerdem in Betracht gezogen, dass der Parameter mehrere Variablen aufweisen kann, sowohl dynamische als auch statische Variablen, die für das Anhänger-Rückfahrhilfesystem 10 genauere Lenkbefehle bereitstellen, um den Anhänger 12 den gewünschten Rücksetzweg 26 entlang zu führen. Ferner wird bei Schritt 182 in Betracht gezogen, dass bei einer Ausführungsform das Steuergerät 28 möglicherweise die drahtlosen Übertragungen überwacht, um auf Grundlage davon, dass bei Schritt 184 festgestellt wird, dass der drahtlose Empfänger 31 gleichbleibend die kontinuierlichen oder andernfalls intermittierenden Signale von dem drahtlosen Sender 29 empfängt, festzustellen, dass der einer eindeutigen Kennung zugeordnete Anhänger mit dem Fahrzeug gekoppelt ist. Bei Schritt 186 ist es vorstellbar, dass möglicherweise aufgrund eines Fehlers beim Empfang der Funkübertragung von dem Sender 29, der eine Schwellenzeitspanne lang aufgetreten ist, festgestellt wird, dass der einer eindeutigen Kennung zugeordnete Anhänger 12 nicht mehr an das Fahrzeug 14 angehängt ist.
Nochmals mit Bezug auf 3: Es 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 eines Anhängergierratensignals ω₂, eines Fahrzeuggeschwindigkeitsignals v₁ und eines Fahrzeuggierratensignals ω₁ ermittelt werden. Genauer ausgedrückt kann die Gierrate des Anhängers als die folgende kinematische Gleichung gegeben werden, die auch umgestellt werden kann, um den Anhängerkupplungswinkel γ zu schätzen:
14 veranschaulicht nun eine Ausführungsform der Kupplungswinkel-Schätzroutine 130, wobei die vorstehend erwähnte kinematische Beziehung verwendet wird, um den Kupplungswinkel γ augenblicklich zu schätzen. Diese Routine kann in Verbindung mit einem Betrieb eines Anhängersensormoduls verwendet werden, um die augenblickliche Schätzung des Kupplungswinkels γ bereitzustellen. Bei Schritt 138 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 140 können diese Signale gefiltert und jegliche möglichen Offsets kompensiert werden, bevor mit einem Weiterverarbeiten der Sensorsignale begonnen wird.
Noch mit Bezug auf 14: 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 142 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 142 die Fahrzeuggierrate ω₁ zusätzlich oder alternativ mithilfe linker und rechter Raddrehzahlsensoren 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. Bei einer Ausführungsform kann die Fahrzeuggierrate ω₁ auf Grundlage des Lenkwinkels δ, des Fahrzeugradstands W, und der Fahrzeuggeschwindigkeit v₁ ermittelt werden.
Wie in 14 gezeigt, kann die Anhängergierrate ω₂ bei Schritt 138 auch direkt von dem Sensorsystem 16 bereitgestellt oder aus einem Verarbeiten der Sensorsignale bei Schritt 142 abgeleitet werden. Zum Beispiel kann die Anhängergierrate ω₂ direkt von dem Gierratensensor 25 des an dem Anhänger 12 angebrachten Sensormoduls 20 empfangen werden. 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. Eine Ausführungsform zum Ermitteln der Anhängergierrate ω₂ ist eine Querbeschleunigung a_y2 des Anhängers dividiert durch die Anhängergeschwindigkeit v₂, wobei die Querbeschleunigung a_y2 des Anhängers von dem Beschleunigungsmesser 27 und eine Anhängergeschwindigkeit v₂ von dem Raddrehzahlsensor erlangt 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, umgestellt werden, um nach der Anhängergeschwindigkeit v₂ aufgelöst zu werden. 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 auch von der Genauigkeit der Fahrzeug- und Anhängerabmessungen L und D.
Wie in 14 veranschaulicht, verarbeitet, wenn die Sensorsignale empfangen wurden und die notwendigen Parameter empfangen oder auf andere Weise ermittelt wurden, bei Schritt 144 das Steuergerät 28 die folgende Gleichung auf Grundlage der kinematischen Beziehung des Anhängers 12 und des Fahrzeugs 14, die nach dem augenblicklichen Kupplungswinkel γ aufgelöst wird.
Außerdem kann, sollte das Sensorsystem 16 nicht dafür ausgestattet sein, für das Steuergerät 28 die Anhängergierrate ω₂ bereitzustellen, bei einer anderen Ausführungsform bei Schritt 144 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 Anhängergierrate ω₂ nicht einbezogen ist. Mit dieser erkannten Beziehung ist es vorstellbar, dass, wenn der Kupplungswinkel durch andere Mittel bekannt ist, wie beispielsweise den Kupplungswinkelsensor 44, die vorstehende Gleichung nach der Anhängergeschwindigkeit v₂ aufgelöst werden kann. Außerdem kann eine Anhängergeschwindigkeit v₂ auf Grundlage der Anhängergierrate ω₂ und der Querbeschleunigung a_y2 des Anhängers ermittelt werden, beispielsweise jeweils 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 einbezogen werden, um einen genaueren Wert zu erlangen.
Nochmals mit Bezug auf 14: Bei Schritt 146 kann der aktuell geschätzte Kupplungswinkel γ gefiltert werden, um eine genauere Schätzung bereitzustellen. Genauer ausgedrückt: Der Kupplungswinkel γ, der mithilfe der Kupplungswinkel-Schätzroutine 130 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 Schätzung aus der folgenden Gleichung erlangt wird: γ ^_k+1 = γ ^_k + (ω_2,k – ω_1,k)·T_s + K_k·(γ_k – γ ^_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“ (z.B. γ ^_k+1 = γ ^_k). Dies ist der Filter, um festzustellen, wann das Fahrzeug 14 angehalten wird oder mit niedriger Geschwindigkeit fährt, wie bei Schritt 148 angegeben, der Schritt 144 vorausgeht. Wenn bei Schritt 148 nicht festgestellt wird, dass das Fahrzeug 14 angehalten hat oder langsam fährt, wird der Kupplungswinkel γ bei Schritt 144 und 146 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 ^_k+1 = γ ^_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 14 gezeigte Filterung möglicherweise keine gewünschten Ergebnisse erzeugt werden. In diesem Fall kann eine nichtlineare 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 144 ermittelten Kupplungswinkel γ im Allgemeinen verfügbar und genau sind, wie beispielsweise, wenn sich das Fahrzeug 14 mit einer ausreichenden Geschwindigkeit bewegt, der Filter aus der folgenden Gleichung geschätzt werden:
Dementsprechend kann, wenn die Ergebnisse für den bei Schritt 144 ermittelten Kupplungswinkel γ vorübergehend nicht verfügbar oder ungenau sind, wie beispielsweise bei niedrigen Geschwindigkeiten, die gefilterte Schätzung 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 14 gezeigt, können beim Schätzen und Filtern des Kupplungswinkels γ bei Schritt 152 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 130 ermittelt wurden, geschätzt werden. Wenn zum Beispiel die Länge 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 Länge 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 130 ermittelt wurden, geschätzt werden. Daher kann die Länge L berechnet werden wie folgt:
Wie ebenfalls in 14 gezeigt, kann bei Schritt 154 die Kupplungswinkel-Schätzroutine 130 anfangen, den Anhänger-Wenderadius r₂ und die Krümmung κ₂ der Bahnkurve 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 9: Bei Schritt 160 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 162 die Stellung und Änderungsrate von der Lenkeingabevorrichtung 18 empfangen, wie beispielsweise die Winkelstellung und Drehrate des drehbaren Knopfes 30, um die gewünschte Krümmung 26 zu ermitteln. Bei Schritt 164 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 166 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 26 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 einschränkend zu wirken, 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 Raddrehzahlsensoren 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 dem Fahrer eine Rückmeldung (z.B. eine Warnung) zu liefern, 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 Rückkopplungssignal 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 130 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.
Es versteht sich, 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.

Claims

Verfahren zum Identifizieren eines Anhängers mit einem Fahrzeug, wobei das Verfahren umfasst: Senden einer eindeutigen Kennung mithilfe eines an dem Anhänger befestigten drahtlosen Senders; Empfangen der eindeutigen Kennung mithilfe eines drahtlosen Empfängers an dem Fahrzeug und Zugreifen auf einen Parameter des Anhängers auf Grundlage der empfangenen eindeutigen Kennung, um den Anhänger autonom einen gewünschten Rücksetzweg entlang zu führen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Parameter eine Abmessung des Anhängers ist, die in einer für ein Steuergerät zugänglichen Speichereinheit gespeichert ist, und wobei das Steuergerät die eindeutige Kennung aus einer Datenbank erkennt, bevor es auf den Parameter des Anhängers zugreift.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei der Parameter eine Variable einer kinematischen Beziehung ist, die zum Erzeugen von Lenkbefehlen für das Fahrzeug verwendet wird, um den Anhänger den gewünschten Rücksetzweg entlang zu führen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Parameter eine erfasste Gierrate des Anhängers ist, die von einem an dem Anhänger befestigten Gierratensensor erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die eindeutige Kennung eine Funkfrequenz mit einem codierten Signal aufweist, das dafür ausgestaltet ist, von einem Steuergerät decodiert und dem Anhänger zugeordnet zu werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der drahtlose Empfänger dafür ausgestaltet ist, die eindeutige Kennung innerhalb eines Annäherungsabstands von einem hinteren Abschnitt des Fahrzeugs zu empfangen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das ferner umfasst: Feststellen, auf Grundlage davon, dass der drahtlose Empfänger gleichbleibend Signale von dem drahtlosen Sender empfängt, dass der der eindeutigen Kennung zugeordnete Anhänger mit einer Kupplung des Fahrzeugs gekoppelt ist.
Anhängersensormodul zum Datenaustausch mit einem Fahrzeug, wobei das Anhängersensormodul umfasst: einen Sensor, der einen Parameter eines Anhängers zum Betreiben eines Anhänger-Rückfahrhilfesystems erfasst; einen drahtlosen Sender, der eine eindeutige Kennung aussendet, die dafür ausgestaltet ist, von dem Fahrzeug erkannt zu werden, und bei Erkennen den Parameter an das Fahrzeug sendet und ein Gehäuse, das den drahtlosen Sender und den Sensor umschließt, und dafür geeignet ist, entfernbar an dem Anhänger befestigt zu sein.
Anhängersensormodul nach Anspruch 8, wobei der Sensor einen Gierratensensor aufweist, der eine Gierrate des Anhängers erfasst.
Anhängersensormodul nach einem der Ansprüche 8 und 9, wobei der Parameter von dem Fahrzeug verwendet wird, um einen Kupplungswinkel zwischen dem Anhänger und dem Fahrzeug zu ermitteln, um den Anhänger mit dem Fahrzeug autonom einen gewünschten Rücksetzweg entlang zu führen.
Anhängersensormodul nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei das Gehäuse eine Fluiddichtung aufweist, um zu verhindern, dass der drahtlose Sender und der Sensor Flüssigkeit ausgesetzt werden.
Anhängersensormodul nach einem der Ansprüche 8 bis 11, das ferner umfasst: ein mit dem Gehäuse gekoppeltes Solarelement, um den Sensor und den drahtlosen Sender mit Elektrizität zu versorgen.
Anhängersensormodul nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die eindeutige Kennung eine Funkfrequenz mit einem codierten Signal aufweist, das ausgesendet wird, um von dem Fahrzeug innerhalb eines Annäherungsabstands von einem hinteren Abschnitt des Fahrzeugs empfangen zu werden.
Anhängersensormodul nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei der drahtlose Sender gleichbleibend derart eine Funkübertragung aussendet, dass das Fahrzeug feststellt, dass der der eindeutigen Kennung zugeordnete Anhänger von einer Kupplung des Fahrzeugs abgekoppelt ist, wenn das Fahrzeug während einer Schwellenzeitspanne die Funkübertragung nicht empfängt.
Anhänger-Rückfahrhilfesystem für ein Fahrzeug, das einen Anhänger zurücksetzt, wobei das System umfasst: einen drahtlosen Empfänger, der entfernbar mit dem Anhänger gekoppelt ist und eine eindeutige Kennung aussendet; einen drahtlosen Empfänger, der mit dem Fahrzeug zum Empfangen der eindeutigen Kennung gekoppelt ist, und ein Steuergerät in dem Fahrzeug, das den Anhänger auf Grundlage der eindeutigen Kennung identifiziert und auf einen Parameter des identifizierten Anhängers zugreift, um den Anhänger mit dem Fahrzeug autonom einen gewünschten Rücksetzweg entlang zu führen.
Anhänger-Rückfahrhilfesystem nach Anspruch 15, wobei der Parameter eine Gierrate des Anhängers ist, die von einem an dem Anhänger befestigten Gierratensensor erzeugt wird, und wobei bei einer Identifizierung des Anhängers der drahtlose Sender die Gierrate des Anhängers zum Ermitteln eines Kupplungswinkels zwischen dem Fahrzeug und dem Anhänger aussendet.
Anhänger-Rückfahrhilfesystem nach einem der Ansprüche 15 und 16, das ferner umfasst: ein schützendes Gehäuse, das den drahtlosen Sender umschließt und dafür geeignet ist, entfernbar an dem Anhänger befestigt zu sein.
Anhänger-Rückfahrhilfesystem nach Anspruch 17, wobei das schützende Gehäuse eine Fluiddichtung aufweist, um zu verhindern, dass der drahtlose Sender Flüssigkeit ausgesetzt wird, und ein Solarelement aufweist, um den drahtlosen Sender mit Elektrizität zu versorgen.
Anhänger-Rückfahrhilfesystem nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei der Parameter eine Abmessung des Anhängers ist, die in einer Speichereinheit des Steuergeräts gespeichert ist.
Anhänger-Rückfahrhilfesystem nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei der drahtlose Sender gleichbleibend derart eine Funkübertragung aussendet, dass das Steuergerät feststellt, dass der der eindeutigen Kennung zugeordnete Anhänger von einer Kupplung des Fahrzeugs abgekoppelt ist, wenn der drahtlose Empfänger während einer Schwellenzeitspanne die Funkübertragung nicht empfängt.