DE102016105382A1

DE102016105382A1 - Lenkwinkelsteuerung für mehrere merkmale

Info

Publication number: DE102016105382A1
Application number: DE102016105382.1A
Authority: DE
Inventors: Erick Michael Lavoie; Darrel Alan Recker; Kirt L. Eschtruth; Bradley G. Hochrein; William James Bouse
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2015-03-25
Filing date: 2016-03-22
Publication date: 2016-09-29
Also published as: US20160280267A1; US9616928B2

Abstract

Ein autonomes Lenksystem für ein Fahrzeug enthält ein Einparkhilfe-Lenkmodul, das konfiguriert ist, einen ersten Lenkwinkelbefehl über ein Kommunikationsnetz des Fahrzeugs zu erzeugen. Ein Rückfahrhilfe-Lenkmodul ist außerdem konfiguriert, einen zweiten Lenkbefehl über das Kommunikationsnetz des Fahrzeugs zu erzeugen. Ein Lenkwinkel-Controller ist konfiguriert, den ersten und den zweiten Lenkwinkelbefehl zu empfangen und einen dritten Lenkwinkelbefehl zum Steuern eines gelenkten Rads des Fahrzeugs basierend auf annehmbaren Lenksäulen-Drehmomentbedingungen für das jeweilige Lenkmodul zu erzeugen.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die hier gemachte Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf Fahrerunterstützungs- und aktive Sicherheitstechniken in Fahrzeugen und insbesondere auf die Lenkwinkelsteuerung für mehrere Merkmale einschließlich eines Anhängerrückfahrhilfe-Lenkmoduls und anderer autonomer und halbautonomer Fahrzeugführungsmodule.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Das Rückwärtsfahren eines Fahrzeugs, während es einen Anhänger zieht, kann für viele Fahrer sehr herausfordernd sein, insbesondere für Fahrer, die selten oder mit verschiedenen Anhängertypen mit einem Anhänger fahren. Das Rückwärtsfahren eines Fahrzeugs mit einem angehängten Anhänger kann schwierig sein, da Lenkeingaben erforderlich sind, die zu den Lenkeingaben entgegengesetzt sind, wenn das Fahrzeug rückwärtsgefahren wird, ohne dass ein Hänger an das Fahrzeug angehängt ist, so dass kleine Fehler beim Lenken des Fahrzeugs durch den Anhänger verstärkt werden. Diese Fehler können verursachen, dass der Anhänger schnell von einem gewünschten Weg abweicht, und können Schwierigkeiten beim Steuern des Fahrzeugs in einer Weise verursachen, die das Potential begrenzt, dass ein Einknickzustand auftritt. Gleich anderen autonomen und halbautonomen Fahrzeugsystemen kann ein Anhängerrückfahrhilfesystem die Schwierigkeiten verringern, auf die der Fahrer beim Ausführen eines derartigen Manövers stößt. Diese autonomen und halbautonomen Fahrzeugsysteme können Befehle für einen elektronischen Lenk-Controller bereitstellen, der die gelenkten Räder des Fahrzeugs automatisch betreibt. Der genaue Betrieb des elektronischen Lenk-Controllers ist entscheidend, um zu verursachen, dass die autonomen und halbautonomen Fahrzeugsysteme in einer robusten Weise funktionieren, so dass ihnen eine Bedienungsperson des Fahrzeugs vertraut und sich auf sie verlässt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein autonomes Lenksystem für ein Fahrzeug ein Einparkhilfe-Lenkmodul, das konfiguriert ist, einen ersten Lenkwinkelbefehl über ein Kommunikationsnetz des Fahrzeugs zu erzeugen. Ein Rückfahrhilfe-Lenkmodul ist außerdem konfiguriert, einen zweiten Lenkwinkelbefehl über das Kommunikationsnetz des Fahrzeugs zu erzeugen. Ein Lenkwinkel-Controller ist konfiguriert, den ersten und den zweiten Lenkwinkelbefehl zu empfangen und einen dritten Lenkwinkelbefehl zum Steuern eines gelenkten Rads des Fahrzeugs basierend auf annehmbaren Lenksäulen-Drehmomentbedingungen für das entsprechende Lenkmodul zu erzeugen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein Verfahren zur Lenkwinkelsteuerung eines Fahrzeugs einen Schritt des Empfangens eines ersten Lenkwinkelbefehls von einem ersten Lenkmodul. Das Verfahren enthält außerdem einen Schritt des Empfangens eines zweiten Lenkwinkelbefehls von einem zweiten Lenkmodul. Ferner enthält das Verfahren einen Schritt des Erzeugens eines dritten Lenkwinkelbefehls zum Steuern eines gelenkten Rads eines Fahrzeugs basierend auf annehmbaren Lenksäulen-Drehmomentbedingungen für das entsprechende Lenkmodul.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein autonomes Lenksystem für ein Fahrzeug ein erstes und ein zweites Lenkmodul, wobei jedes konfiguriert ist, einen Lenkwinkelbefehl zu erzeugen, wenn für das unabhängige Lenken des Fahrzeugs eine Bedingung eines offenen Zustands des entsprechenden Lenkmoduls vorhanden ist. Das autonome Lenksystem enthält außerdem einen Lenkwinkel-Controller, der konfiguriert ist, ein gelenktes Rad des Fahrzeugs basierend auf dem erzeugten Lenkwinkelbefehl zu steuern, wenn ein abgetastetes Lenkdrehmoment des Fahrzeugs kleiner als ein Schwellendrehmoment ist.
Diese und weitere Aspekte, Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden durch die Fachleute auf dem Gebiet beim Studieren der folgenden Beschreibung, der Ansprüche und der beigefügten Zeichnungen verstanden und erkannt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen ist:
1 eine perspektivische Draufsicht eines Fahrzeugs, an das ein Anhänger angehängt ist, mit einer Ausführungsform des Anhängerrückfahrhilfesystems;
2 ein Blockschaltplan, der eine Ausführungsform des Anhängerrückfahrhilfesystems veranschaulicht, das eine Lenkeingabevorrichtung und einen Controller in Verbindung mit einem Lenksystem aufweist;
3 eine schematische graphische Darstellung, die die Geometrie eines Fahrzeugs und eines Anhängers veranschaulicht, der ein zweidimensionales x-y-Koordinatensystem überlagert ist, das die Variablen identifiziert, die verwendet werden, um eine kinematische Beziehung des Fahrzeugs und des Anhängers für das Anhängerrückfahrhilfesystem zu bestimmen, gemäß einer Ausführungsform;
4 ein schematischer Blockschaltplan, der Abschnitte einer Bogenlaufroutine des Controllers gemäß einer zusätzlichen Ausführungsform und andere Komponenten des Anhängerrückfahrhilfesystems gemäß einer derartigen Ausführungsform veranschaulicht;
5 ein schematischer Blockschaltplan der Bogenlaufroutine nach 4, der die Rückkopplungsarchitektur und den Signalfluss des Controllers gemäß einer derartigen Ausführungsform zeigt;
6 eine schematische graphische Darstellung, die eine Beziehung zwischen einem Anhängerkupplungswinkel und einem Lenkwinkel des Fahrzeugs zeigt, wie sie sich auf den Bogenlauf des Anhängers und einen Einknickwinkel bezieht;
7 ein Grundriss einer Ausführungsform einer Lenkeingabevorrichtung, die einen drehbaren Knopf zum Betreiben des Anhängerrückfahrhilfesystems aufweist;
8 ein Grundriss einer weiteren Ausführungsform eines drehbaren Knopfs zum Auswählen eines gewünschten Bogenlaufs eines Anhängers und eine entsprechende schematische graphische Darstellung, die ein Fahrzeug und einen Anhänger mit verschiedenen Anhänger-Bogenlaufwegen, die mit gewünschten Bogenläufen, die ausgewählt werden können, korreliert sind, veranschaulicht;
9 eine schematische graphische Darstellung, die einen Rückfahrablauf eines Fahrzeugs und eines Anhängers, der verschiedene Bogenlauf-Auswahlen mit dem Anhängerrückfahrhilfesystem implementiert, gemäß einer Ausführungsform zeigt;
10 ein Ablaufplan, der ein Verfahren zum Betreiben eines Anhängerrückfahrhilfesystems unter Verwendung einer Betriebsroutine zum Lenken eines Fahrzeugs, das einen Anhänger mit dem gewünschten Bogenlauf rückwärtsfährt, gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht;
11 ein Ablaufplan, der ein Verfahren zum Betreiben eines Anhängerrückfahrhilfesystems unter Verwendung einer Lenkwinkel-Begrenzungsroutine gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht;
12 eine graphische Darstellung des Lenkradwinkels bezüglich des Anhängerkupplungswinkels für eine Ausführungsform eines Fahrzeugs und eines Anhängers, die die physikalischen Winkelgrenzen und verschiedene adaptive Winkelgrenzen veranschaulicht;
13 ein Blockschaltplan, der eine Ausführungsform des Lenksystems veranschaulicht, das einen Controller aufweist, der mit dem Anhängerrückfahrhilfesystem und einem Einparkhilfesystem in Verbindung steht;
14 ein Ablaufplan bedingter Übergänge einer winkelbasierten Lenksteuerroutine, die die Arbitrierungsreihenfolge von dem am niedrigsten nummerierten Übergang bis zum höchsten zeigt;
15 eine graphische Darstellung der Übergänge der Winkelsteuerung durch die winkelbasierte Lenksteuerroutine;
16 ein Ablaufplan, der ein Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems unter Verwendung der winkelbasierten Lenksteuerroutine gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht;
17 eine schematische graphische Darstellung eines Handrads, das betriebstechnisch mit den lenkbaren Rädern eines Fahrzeugs gekoppelt ist, die die Winkelsensoren und einen Drehmomentsensor zeigt;
18 ein Blockschaltplan, der den Signalfluss einer Ausführungsform des Lenksystems veranschaulicht;
19 ein Ablaufplan, der ein Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems unter Verwendung einer Drehmomentsignal-Kompensationsroutine gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht; und sind
20A und B graphische Darstellungen eines beispielhaften Drehmomentsignals, das mit einer Drehmomentsignal-Kompensationsroutine kompensiert worden ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Für die Zwecke der Beschreibung ist hier selbstverständlich, dass das offenbarte Anhängerrückfahrhilfesystem und die verwandten Verfahren verschiedene alternative Ausführungsformen und Orientierungen annehmen können, mit Ausnahme, wo es ausdrücklich anderslautend spezifiziert ist. Es ist außerdem selbstverständlich, dass die spezifischen Vorrichtungen und Prozesse, die in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht und in der folgenden Beschreibung beschrieben sind, einfach beispielhafte Ausführungsformen der Konzepte der Erfindung, die in den beigefügten Ansprüchen definiert sind, sind. Während verschiedene Aspekte des Anhängerrückfahrhilfesystems und der verwandten Verfahren bezüglich einer speziellen veranschaulichenden Ausführungsform beschrieben sind, ist die offenbarte Erfindung nicht auf derartige Ausführungsformen eingeschränkt, wobei zusätzliche Modifikationen, Anwendungen und Ausführungsformen implementiert werden können, ohne von der offenbarten Erfindung abzuweichen. Folglich sind die spezifischen Abmessungen und anderen physikalischen Eigenschaften bezüglich der hier offenbarten Ausführungsformen nicht als einschränkend zu betrachten, wenn es nicht die Ansprüche ausdrücklich anders darlegen.
In den 1 bis 13 bezeichnet das Bezugszeichen 10 im Allgemeinen ein Anhängerrückfahrhilfesystem zum Steuern eines Rückwärtsfahrweges eines Anhängers 12, der an ein Fahrzeug 14 angehängt ist, indem es einem Fahrer des Fahrzeugs 14 ermöglicht wird, einen gewünschten Bogenlauf 26 des Rückwärtsfahrweges des Anhängers 12 zu spezifizieren. In einer Ausführungsform lenkt das Anhängerrückfahrhilfesystem 10 das Fahrzeug 14 automatisch, um den Anhänger 12 auf dem gewünschten Bogenlauf 26 des Rückwärtsfahrweges zu führen, wenn ein Fahrer das Fahrpedal und das Bremspedal verwendet, um die Rückwärtsfahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs 14 zu steuern. Um die Position des Anhängers 12 bezüglich des Fahrzeugs 14 zu überwachen, kann das Anhängerrückfahrhilfesystem 10 einen Sensor oder ein Sensorsystem 16 enthalten, der bzw. das einen Anhängerkupplungswinkel γ zwischen dem Anhänger 12 und dem Fahrzeug 14 abtastet oder anderweitig bestimmt. In einer Ausführungsform kann das Sensorsystem 16 einen Anhängerkupplungswinkel-Sensor 44 enthalten, wie z. B. einen sichtbasierten Sensor, der eine Kamera 46 an dem Fahrzeug 14 verwendet, um ein Ziel 52 auf dem Anhänger 12 zu überwachen, um den Anhängerkupplungswinkel γ zu messen. Das Fahrzeug 14 wird autonom mit einem Lenksystem 62 gelenkt, das einen Lenkwinkel δ der Vorderräder des Fahrzeugs 14 innerhalb der physikalischen Winkelgrenzen 20 des Lenksystems 62 und irgendwelcher adaptiver Winkelgrenzen 23, die basierend auf einer Rückwärtsfahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs 14, dem Anhängerkupplungswinkel γ und einer maximalen Anhängerkupplungswinkel-Rate erzeugt werden können, steuert. Das Begrenzen des Lenkbefehls auf die adaptive Winkelgrenze 23 kann verhindern, dass das Lenksystem 62 die maximale Anhängerkupplungswinkel-Rate überschreitet, und dadurch unerwünschte Anhängerkupplungswinkel-Bedingungen außerhalb des gewünschten Bogenlaufs 26, wie z. B. einen Einknickzustand, vermeiden.
In den 13 bis 20B ist das Lenksystem 62 weiter veranschaulicht und definiert, um mehrere autonome Lenkmodule, einschließlich des Anhängerrückfahrhilfesystems 10 und anderer autonomer Lenkmodule, wie z. B. eines aktiven Einparkhilfesystems 202, zu betreiben. Um das Lenksystem 62 zu arbitrieren und zu steuern, ist eine winkelbasierte Lenksteuerroutine 206 des Lenkwinkel-Controllers 200 konfiguriert, Lenkwinkelbefehle von mehreren Lenksteuermodulen zu empfangen, und, wenn mehrere Lenkwinkelbefehle vorhanden sind, einen verfeinerten Lenkwinkelbefehl für den Lenkwinkel-Controller 200 zu erzeugen, um die gelenkten Räder 64 des Fahrzeugs zu betreiben. Der Lenkwinkel-Controller 200 empfängt die mehreren Lenkwinkelbefehle und erzeugt den verfeinerten Lenkwinkelbefehl zum Lenken des Fahrzeugs basierend auf annehmbaren Lenksäulen-Drehmomentbedingungen für das jeweilige Lenkmodul. Der verfeinerte Lenkwinkelbefehl als solcher kann im Wesentlichen zu einem der Lenkwinkelbefehle gleich sein, wenn die anderen potentiellen Lenkwinkelbefehle in einen inaktiven Arbitrierungszustand übergegangen sind. Um den Lenkwinkel mit dem verfeinerten Lenkwinkelbefehl genau zu steuern, kann der Lenkwinkel-Controller 200 außerdem eine Drehmomentsignal-Kompensationsroutine verarbeiten, die eine gefilterte Handradbeschleunigung basierend auf dem Handradwinkel bestimmt, ein Versatzdrehmoment basierend auf der gefilterten Handradbeschleunigung und den Masseneigenschaften bestimmt und schließlich basierend auf dem Versatzdrehmoment und dem Eingangsdrehmomentsignal ein kompensiertes Drehmomentsignal erzeugt. Das kompensierte Drehmomentsignal kompensiert die Trägheit und die außermittige Masse des Handrads, wodurch ein hoher Drehmomentwert, der einer plötzlichen Änderung der Richtung des Ritzelwinkels zugeordnet ist, in dem verfeinerten Drehmomentsignal verringert ist, um zu verhindern, dass das verfeinerte Drehmomentsignal fehlgeleitet einen Drehmomentschwellenwert übersteigt, was einen Gegenstand angibt, der die Drehung des Handrads behindert, und verursacht, dass das entsprechende autonome Lenkmodul in einen inaktiven Arbitrierungszustand, wie z. B. einen Störungszustand, gesetzt wird.
Bezüglich der in 1 gezeigten Ausführungsform ist das Fahrzeug 14 eine Ausführungsform eines Kleintransporters, die mit einer Ausführungsform des Anhängerrückfahrhilfesystems 10 zum Steuern des Rückwärtsfahrweges des Anhängers 12, der an das Fahrzeug 14 angehängt ist, ausgerüstet ist. Spezifisch ist das Fahrzeug 14 schwenkbar an einer Ausführungsform des Anhängers 12 angehängt, der einen Kastenrahmen 32 mit einer eingeschlossenen Ladefläche 34, eine einzelne Achse mit einer rechten Radanordnung und einer linken Radanordnung und eine Zugstange 36, die sich von der eingeschlossenen Ladefläche 34 longitudinal nach vorn erstreckt, aufweist. Der veranschaulichte Anhänger 12 weist außerdem einen Anhängerkupplungsverbinder in der Form einer Kupplungsanordnung 38 auf, der mit einem Anhängerkupplungsverbinder des Fahrzeugs in der Form eines Anhängerkupplungskopfs 40 verbunden ist. Die Kupplungsanordnung 38 rastet auf dem Anhängerkupplungskopf 40 ein, um eine schwenkbare Kugelgelenkverbindung 42 bereitzustellen, die die Gelenkverbindung des Anhängerkupplungswinkels γ ermöglicht. Es sollte erkannt werden, dass zusätzliche Ausführungsformen des Anhängers 12 alternativ mit dem Fahrzeug 14 gekoppelt sein können, um eine Schwenkverbindung bereitzustellen, wie z. B. durch das Verbinden mit einem Sattelkupplungsverbinder. Es wird außerdem in Betracht gezogen, das zusätzliche Ausführungsformen des Anhängers mehr als eine Achse enthalten können und verschiedene Formen und Größen aufweisen können, die für verschiedene Lasten und Gegenstände konfiguriert sind, wie z. B. ein Bootsanhänger oder ein Flachbettauflieger.
In 1 enthält das Sensorsystem 16 in der veranschaulichten Ausführungsform einen sichtbasierten Anhängerkupplungswinkel-Sensor 44 zum Schätzen des Anhängerkupplungswinkels γ zwischen dem Fahrzeug 14 und dem Anhänger 12. Der veranschaulichte Anhängerkupplungswinkel-Sensor 44 verwendet eine Kamera 46 (z. B. eine Video-Bildgebungs-Kamera), die sich unmittelbar an einem oberen Bereich der Heckklappe 48 des Fahrzeugs auf der Rückseite des Fahrzeugs 14 befinden kann, wie gezeigt ist, so dass die Kamera 46 bezüglich der Zugstange 36 des Anhängers 12 erhöht sein kann. Die veranschaulichte Kamera 46 weist ein Bildgebungs-Gesichtsfeld 50 auf, das angeordnet und orientiert ist, um ein oder mehrere Bilder des Anhängers 12 aufzunehmen, einschließlich eines Bereichs, der eine oder mehrere gewünschte Zielanordnungszonen für wenigstens ein Ziel 52, das zu sichern ist, enthält. Obwohl in Betracht gezogen wird, dass die Kamera 46 die Bilder des Anhängers 12 ohne ein Ziel 52 aufnehmen kann, um den Anhängerkupplungswinkel γ zu bestimmen, enthält in der veranschaulichten Ausführungsform das Anhängerrückfahrhilfesystem 10 ein Ziel 52, das an dem Anhänger 12 angeordnet ist, um es dem Anhängerrückfahrhilfesystem 10 zu ermöglichen, die Informationen zu verwenden, die über die Bilderfassung und -verarbeitung des Ziels 52 erfasst werden. Die veranschaulichte Kamera 46 kann z. B. eine Video-Bildgebungs-Kamera enthalten, die wiederholt aufeinanderfolgende Bilder des Anhängers 12 aufnimmt, die verarbeitet werden können, um das Ziel 52 und seinen Ort an dem Anhänger 12 zum Bestimmen der Bewegung des Ziels 52 und des Anhängers 12 bezüglich des Fahrzeugs 14 und den entsprechenden Anhängerkupplungswinkel γ zu identifizieren. Es sollte außerdem erkannt werden, dass die Kamera 46 eine oder mehrere Video-Bildgebungs-Kameras enthalten kann und sich an anderen Orten an dem Fahrzeug 14 befinden kann, um Bilder des Anhängers 12 und der gewünschten Zielanordnungszone aufzunehmen, wie z. B. an einer Fahrgastkabine 54 des Fahrzeugs 14, um Bilder eines Schwanenhalsaufliegers aufzunehmen. Außerdem wird in Betracht gezogen, dass zusätzliche Ausführungsformen des Anhängerkupplungswinkel-Sensors 44 und des Sensorsystems 16 zum Bereitstellen des Anhängerkupplungswinkels γ einen von oder eine Kombination aus einem Potentiometer, einem magnetisch basierten Sensor, einem optischen Sensor, einem Anhänger-Giergeschwindigkeitssensor, einem Näherungssensor, einem Ultraschallsensor, einem Drehsensor, einem kapazitiven Sensor, einem induktiven Sensor oder einem mechanisch basierten Sensor, wie z. B. einer mechanischen Sensoranordnung, die an der Kugelgelenk-Schwenkverbindung 42 angebracht ist, den Energieaufnehmern eines Rückfahrhilfesystems, einem Toter-Winkel-System und/oder einem Querverkehr-Warnsystem und anderen vorstellbaren Sensoren und Indikatoren des Anhängerkupplungswinkels γ enthalten können, um den sichtbasierten Anhängerkupplungswinkel-Sensor 44 zu ergänzen oder anstelle des sichtbasierten Anhängerkupplungswinkel-Sensors 44 verwendet zu werden.
Bezüglich der in 2 gezeigten Ausführungsform des Anhängerrückfahrhilfesystems 10 ist der Anhängerkupplungswinkel-Sensor 44 im Allgemeinen als ein Mittel veranschaulicht, um den Anhängerkupplungswinkel γ zu schätzen und mit dem Anhängerrückfahrhilfesystem 10 zu kommunizieren. Die veranschaulichte Ausführungsform des Anhängerrückfahrhilfesystems 10 empfängt außerdem auf den Fahrzeug- und Anhängerstatus bezogene Informationen von zusätzlichen Sensoren und Vorrichtungen. Diese Informationen enthalten Positionierungsinformationen von einer Positionierungsvorrichtung 56, die ein globales Positionierungssystems (GPS) in dem Fahrzeug 14 oder einer handgehaltenen Vorrichtung enthalten kann, um einen Koordinatenort des Fahrzeugs 14 und des Anhängers 12 basierend auf dem Ort der Positionierungsvorrichtung 56 bezüglich des Anhängers 12 und/oder des Fahrzeugs 14 und basierend auf dem geschätzten Anhängerkupplungswinkel γ zu bestimmen. Die Positionierungsvorrichtung 56 kann zusätzlich oder alternativ ein Koppelnavigationssystem zum Bestimmen des Koordinatenorts des Fahrzeugs 14 und des Anhängers 12 innerhalb eines lokalisierten Koordinatensystems wenigstens basierend auf der Fahrzeuggeschwindigkeit, dem Lenkwinkel und dem Anhängerkupplungswinkel γ enthalten. Andere durch das Anhängerrückfahrhilfesystem 10 empfangene Fahrzeuginformationen können eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs 14 von einem Geschwindigkeitssensor 58 und eine Giergeschwindigkeit des Fahrzeugs 14 von einem Giergeschwindigkeitssensor 60 enthalten. Es wird in Betracht gezogen, dass in zusätzlichen Ausführungsformen der Anhängerkupplungswinkel-Sensor 44 und andere Fahrzeugsensoren und -vorrichtungen Sensorsignale oder andere Informationen, wie z. B. Näherungssensorsignale oder aufeinanderfolgende Bilder des Anhängers 12, bereitstellen können, die der Controller des Anhängerrückfahrhilfesystems 10 mit verschiedenen Routinen verarbeiten kann, um den Anhängerkupplungswinkel-Sensor 44 beim Schätzen des Anhängerkupplungswinkels γ oder eines Indikators davon, wie z. B. eines Bereichs der Anhängerkupplungswinkel, zu ergänzen.
Wie außerdem in 2 gezeigt ist, steht eine Ausführungsform des Anhängerrückfahrhilfesystems 10 mit einem Servolenkungssystem 62 des Fahrzeugs 14 in Verbindung, um die gelenkten Räder 64 (1) des Fahrzeugs 14 zum Bewegen des Fahrzeugs 14 in einer derartigen Weise zu betreiben, dass der Anhänger 12 im Allgemeinen gemäß dem gewünschten Bogenlauf 26 des Anhängers 12 reagiert. In der veranschaulichten Ausführungsform ist das Lenksystem 62 ein elektrisches Servolenkungssystem (EPAS-System), das einen elektrischen Lenkmotor 66 zum Drehen der gelenkten Räder 64 (1) zu einem Lenkwinkel basierend auf einem Lenkbefehl enthält, wobei der Lenkwinkel durch einen Lenkwinkelsensor 67 des Lenksystems 62 abgetastet werden kann. Aufgrund der Größe der Radkästen und der Reifenabmessungen kann das Lenksystem 62 unter den anderen Komponenten des Fahrzeugs 14 in dem Betrag physikalisch eingeschränkt sein, um den die gelenkten Räder 64 durch den elektrischen Lenkmotor 66 frei gedreht werden können, was dadurch die physikalischen Lenkwinkelgrenzen 20 des Lenksystem 62 definiert. Die physikalischen Lenkwinkelgrenzen 20 können z. B. durch den minimalen Wenderadius, der durch das Fahrzeug 14 erreichbar ist, bestimmt sein. Entsprechend können die physikalischen Lenkwinkelgrenzen 20 zwischen den Typen und den Konfigurationen der verschiedenen Fahrzeuge variieren. Außerdem kann das Lenksystem 62 ebenfalls durch die maximale steuerbare Lenkwinkelrate des Lenksystems 62 natürlich eingeschränkt sein, die durch die Kapazität des elektrischen Lenkmotors 66 unter anderen zugeordneten Komponenten des Lenksystem 62 bestimmt sein kann. Die steuerbare Rate des Einstellens des Lenkwinkels δ mit dem Lenksystem 62 kann durch das Anhängerrückfahrhilfesystem 10 verwendet werden, um die Lenkbefehle zu regeln, um zu verhindern, dass die resultierenden Anhängerkupplungswinkel-Bedingungen nach außerhalb des gewünschten Bogenlaufs 26 des Anhängers 12 abweichen.
Ferner kann in 2 der Lenkbefehl durch das Anhängerrückfahrhilfesystem 10 zum autonomen Lenken während eines Rückfahrmanövers bereitgestellt werden, wobei er alternativ durch andere Lenkhilfesysteme oder -module des Fahrzeugs bereitgestellt werden kann. Es wird außerdem in Betracht gezogen, dass ein Lenkbefehl manuell über eine Drehposition (z. B. einen Lenkradwinkel) eines Lenkrads oder eines Handrads 68 (1) für den manuellen Betrieb des Fahrzeugs manuell bereitgestellt werden kann. In der veranschaulichten Ausführungsform ist das Handrad 68 des Fahrzeugs 14 mechanisch mit den gelenkten Rädern 64 des Fahrzeugs 14 gekoppelt, so dass sich das Handrad 68 in Übereinstimmung mit den gelenkten Rädern 64 bewegt, was einen manuellen Eingriff mit dem Handrad 68 während des autonomen Lenkens verhindert. Spezifischer ist ein Drehmomentsensor 70 in dem Servolenkungssystem 62 bereitgestellt, der das Drehmoment an dem Handrad 68 abtastet, das von einer autonomen Steuerung des Handrads 68 nicht erwartet wird und deshalb einen manuellen Eingriff angibt, wodurch das Anhängerrückfahrhilfesystem 10 den Fahrer darauf aufmerksam machen kann, den manuellen Eingriff mit dem Handrad 68 zu unterbrechen und/oder das autonome Lenken zu unterbrechen.
In zusätzlichen Ausführungsformen weisen einige Fahrzeuge ein Servolenkungssystem 62 auf, das es ermöglicht, dass ein Handrad 68 teilweise von der Bewegung der gelenkten Räder 64 eines derartigen Fahrzeugs entkoppelt ist. Entsprechend kann das Handrad 68 unabhängig von der Weise, in der das Servolenkungssystem 62 des Fahrzeugs die gelenkten Räder 64 steuert (z. B. autonomes Lenken, wie es durch das Anhängerrückfahrhilfesystem 10 befohlen ist), gedreht werden. In diesen Typen der Fahrzeuge als solchen, in denen das Handrad 68 selektiv von den gelenkten Rädern 64 entkoppelt sein kann, um dessen unabhängigen Betrieb zu ermöglichen, kann das Handrad 68 als eine Lenkeingabevorrichtung 18 für das Anhängerrückfahrhilfesystem 10 verwendet werden, wie hier ausführlicher offenbart ist.
Abermals in der in 2 veranschaulichte Ausführungsform kann das Servolenkungssystem 62 dem Controller 28 des Anhängerrückfahrhilfesystems 10 Informationen bezüglich einer Drehposition der gelenkten Räder 64 des Fahrzeugs 14, wie z. B. den Lenkwinkel δ der gelenkten Räder 64, bereitstellen. Der Controller 28 in der veranschaulichten Ausführungsform verarbeitet zusätzlich zu anderen Bedingungen des Fahrzeugs 14 und des Anhängers 12 den aktuellen Lenkwinkel δ, um den Anhänger 12 entlang dem gewünschten Bogenlauf 26 zu führen. Es ist vorstellbar, dass das Anhängerrückfahrhilfesystem 10 in zusätzlichen Ausführungsformen eine integrierte Komponente des Servolenkungssystems 62 sein kann. In einer derartigen alternativen Ausführungsform kann das Servolenkungssystem 62 z. B. einen Algorithmus zum Erzeugen von Fahrzeuglenkinformationen und -befehlen als eine Funktion aller oder eines Teils der von der Lenkeingabevorrichtung 18, dem Anhängerkupplungswinkel-Sensor 44, dem Servolenkungssystem 62, einem Fahrzeugbremsen-Steuersystem 72, einem Antriebsstrang-Steuersystem 74 und der anderen Fahrzeugsensoren und -vorrichtungen empfangenen Informationen enthalten.
Wie außerdem in 2 veranschaulicht ist, kann das Fahrzeugbremsen-Steuersystem 72, das außerdem als das Bremssystem bezeichnet wird, außerdem mit dem Controller 28 kommunizieren, um dem Anhängerrückfahrhilfesystem 10 Bremsinformationen, wie z. B. die Drehzahl der Fahrzeugräder, bereitzustellen und Bremsbefehle von dem Controller 28 zu empfangen. Die Fahrzeuggeschwindigkeitsinformationen können z. B. aus den einzelnen Raddrehzahlen bestimmt werden, die durch das Bremsensteuersystem 72 überwacht werden. Die Fahrzeuggeschwindigkeit kann außerdem von dem Antriebsstrang-Steuersystem 74, dem Drehzahlsensor 58 und der Positionierungsvorrichtung 56 unter anderen vorstellbaren Mitteln bestimmt werden. In einigen Ausführungsformen können die Drehzahlen der einzelnen Räder außerdem verwendet werden, um eine Giergeschwindigkeit des Fahrzeugs zu bestimmen, die alternativ oder zusätzlich zu dem Giergeschwindigkeits-Sensor 60 des Fahrzeugs dem Anhängerrückfahrhilfesystem 10 bereitgestellt werden kann. In bestimmten Ausführungsformen kann das Anhängerrückfahrhilfesystem 10 die Fahrzeugbremsinformationen dem Bremsensteuersystem 72 bereitstellen, um es dem Anhängerrückfahrhilfesystem 10 zu ermöglichen, das Bremsen des Fahrzeugs 14 während des Rückwärtsfahrens des Anhängers 12 zu steuern. Das Anhängerrückfahrhilfesystem 10 kann z. B. in einigen Ausführungsformen die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 14 während des Rückwärtsfahrens des Anhängers 12 regeln, was das Potential für unannehmbare Rückfahrbedingungen des Anhängers verringern kann. Beispiele der unannehmbaren Rückfahrbedingungen des Anhängers enthalten einen Übergeschwindigkeitszustand des Fahrzeugs 14, eine hohe Anhängerkupplungswinkel-Rate, eine dynamische Instabilität des Anhängerwinkels, einen berechneten theoretischen Einknickzustand des Anhängers (definiert durch einen maximalen Lenkwinkel des Fahrzeugs, die Länge der Zugstange, den Radstand des Zugfahrzeugs und eine effektive Anhängerlänge) oder eine physikalische Kontakt-Einknickzustandsbegrenzung (definiert durch eine Winkelverschiebungsgrenze bezüglich des Fahrzeugs 14 und des Anhängers 12) und dergleichen, sind aber nicht darauf eingeschränkt. Es ist hier außerdem offenbart, dass das Anhängerrückfahrhilfesystem 10 ein Warnsignal ausgeben kann, dass einer Mitteilung eines tatsächlichen, bevorstehenden und/oder erwarteten unannehmbaren Rückfahrzustands des Anhängers entspricht. Ferner kann in einer Ausführungsform das Bremssystem 72 mit dem Anhängerrückfahrhilfesystem 10 gesteuert sein, um die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 14 während eines Rückwärtsfahrmanövers autonom zu begrenzen, damit die durch das Anhängerrückfahrhilfesystem 10 erzeugte maximale Anhängerkupplungswinkel-Rate im Wesentlichen konstant bleibt, so dass das Fahrzeug 14 auf das Rückwärtsfahren bei niedrigeren Geschwindigkeiten eingeschränkt ist, wenn der Anhängerkupplungswinkel zunimmt. Die maximale Anhängerkupplungswinkel-Rate, die im Wesentlichen konstant bleibt, kann außerdem ermöglichen, dass die adaptiven Lenkwinkelgrenzen 23 die Einstellungen an dem Lenkwinkel nicht weiter einschränken, wenn der Anhängerkupplungswinkel zunimmt.
Das Antriebsstrang-Steuersystem 74 kann, wie in der in 2 veranschaulichten Ausführungsform gezeigt ist, ähnlich mit dem Anhängerrückfahrhilfesystem 10 in Wechselwirkung treten, um die Geschwindigkeit und die Beschleunigung des Fahrzeugs 14 während des Rückwärtsfahrens des Anhängers 12 zu regeln. Wie oben erwähnt worden ist, kann die Regelung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs 14 verwendet werden, um das Potential für unannehmbare Rückfahrbedingungen des Anhängers, wie z. B. das Einknicken und die dynamische Instabilität des Anhängerwinkels, zu begrenzen. Ähnlich zu den Hochgeschwindigkeits-Überlegungen, wenn sie sich auf unannehmbare Rückfahrbedingungen des Anhängers beziehen, können außerdem eine hohe Beschleunigung und hohe dynamische Bogenlaufanforderungen des Fahrers zu derartigen unannehmbaren Rückfahrbedingungen des Anhängers führen.
Weiterhin bezugnehmend auf 2 kann das Anhängerrückfahrhilfesystem 10 in der veranschaulichten Ausführungsform mit einer oder mehreren Vorrichtungen, einschließlich eines Warnsystems 76 des Fahrzeugs, das visuelle, akustische und taktile Warnungen veranlassen kann, in Verbindung stehen. Die Bremslichter 78 des Fahrzeugs und die Warnblinkanlage des Fahrzeugs können z. B. eine visuelle Warnung bereitstellen, während eine Fahrzeughupe 79 und/oder ein Lautsprecher 81 eine hörbare Warnung bereitstellen können. Außerdem können das Anhängerrückfahrhilfesystem 10 und/oder das Warnsystem 76 des Fahrzeugs mit einer Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) 80 für das Fahrzeug 14 in Verbindung stehen. Die HMI 80 kann eine Fahrzeuganzeige 82, wie z. B. eine an der Mittelkonsole angebrachte Navigations- oder Unterhaltungsanzeige (1), enthalten. Ferner kann das Anhängerrückfahrhilfesystem 10 über eine drahtlose Kommunikation mit einer weiteren Ausführungsform der HMI 80 in Verbindung stehen, wie z. B. mit einer oder mehreren handgehaltenen oder tragbaren Vorrichtungen einschließlich eines oder mehrerer Smartphones. Die tragbare Vorrichtung kann außerdem die Anzeige 82 zum Anzeigen eines oder mehrerer Bilder und anderer Informationen für einen Anwender enthalten. Die tragbare Vorrichtung kann z. B. ein oder mehrere Bilder des Anhängers 12 und eine Angabe des geschätzten Anhängerkupplungswinkels auf der Anzeige 82 anzeigen. Außerdem kann die tragbare Vorrichtung Rückkopplungsinformationen, wie z. B. visuelle, akustische und taktile Warnungen, bereitstellen.
Wie in 2 weiter veranschaulicht ist, enthält das Anhängerrückfahrhilfesystem 10 eine Lenkeingabevorrichtung 18, die mit dem Controller 28 verbunden ist, um die Übertragung von Informationen dazwischen zu ermöglichen. Es wird hier offenbart, dass die Lenkeingabevorrichtung 18 in einer verdrahteten oder drahtlosen Weise an den Controller 28 gekoppelt sein kann. Die Lenkeingabevorrichtung 18 stellt dem Anhängerrückfahrhilfesystem 10 Informationen bereit, die den gewünschten Rückwärtsfahrweg des Anhängers 12 definieren, damit der Controller 28 die Lenkbefehle verarbeitet und erzeugt. Spezifischer kann die Lenkeingabevorrichtung 18 eine Auswahl von Positionsinformationen bereitstellen, die mit der gewünschten Biegung 26 des gewünschten Rückwärtsfahrwegs des Anhängers 12 korreliert sind. Außerdem können die durch die Lenkeingabevorrichtung 18 bereitgestellten Befehle Informationen bezüglich einer befohlenen Änderung des Fahrwegs, wie z. B. eine inkrementale Änderung der Sollbiegung 26, und Informationen bezüglich einer Angabe, dass sich der Anhänger 12 entlang einem durch eine Mittellinien-Längsachse des Anhängers 12 definierten Weg bewegen soll, wie z. B. einen Sollwert der Biegung von null, der einen im Wesentlichen geraden Fahrweg des Anhängers definiert, enthalten. Wie im Folgenden ausführlicher erörtert wird, kann die Lenkeingabevorrichtung 18 gemäß einer Ausführungsform eine bewegliche Steuereingabevorrichtung enthalten, die von dem Handrad getrennt ist, um es dem Fahrer des Fahrzeugs 14 zu ermöglichen, gewünschte Anhänger-Lenkprozesse zu befehlen oder einen gewünschten Bogenlauf anderweitig auszuwählen und zu ändern. Die bewegliche Steuereingabevorrichtung kann z. B. ein drehbarer Knopf 30 sein, der um eine Drehachse drehbar sein kann, die sich durch eine Oberseite oder Stirnfläche des Knopfs 30 erstreckt. In anderen Ausführungsformen kann der drehbare Knopf 30 um eine Drehachse drehbar sein, die sich im Wesentlichen parallel zu einer Oberseite oder Stirnfläche des drehbaren Knopfs 30 erstreckt. Außerdem kann die Lenkeingabevorrichtung 18 gemäß zusätzlichen Ausführungsformen alternative Vorrichtungen zum Bereitstellen eines gewünschten Bogenlaufs 26 oder anderer Informationen, die einen gewünschten Rückwärtsfahrweg definieren, wie z. B. einen Joystick, eine Kleintastatur, eine Folge von niederdrückbaren Tasten oder Schaltern, eine Schiebeeingabevorrichtung, verschiedene Anwenderschnittstellen auf einer Berührungsschirmanzeige, ein sichtbasiertes System zum Empfangen von Gesten, eine Steuerschnittstelle an einer tragbaren Vorrichtung und andere vorstellbare Eingabevorrichtungen, wie sie im Allgemeinen durch einen Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet erkannt werden, enthalten. Es wird in Betracht gezogen, dass die Lenkeingabevorrichtung 18 außerdem als eine Eingabevorrichtung für andere Merkmale arbeiten kann, wie z. B. das Bereitstellen von Eingaben für andere Fahrzeugmerkmale oder -systeme.
Immer noch bezugnehmend auf die in 2 gezeigte Ausführungsform ist der Controller 28 mit einem Mikroprozessor 84 konfiguriert, um die in dem Speicher 86 gespeicherte Logik und die im Speicher 86 gespeicherten Routinen zu verarbeiten, die Informationen von dem Sensorsystem 16 einschließlich des Anhängerkupplungswinkel-Sensors 44, der Lenkeingabevorrichtung 18, dem Lenksystem 62, dem Fahrzeugbremsen-Steuersystem 72, dem Anhängerbremssystem, dem Antriebsstrang-Steuersystem 74 und anderen Fahrzeugsensoren und -vorrichtungen empfangen. Der Controller 28 kann die Lenkinformationen und -befehle des Fahrzeugs als eine Funktion aller oder eines Teils der empfangenen Informationen erzeugen. Danach können die Lenkinformationen und -befehle des Fahrzeugs dem Lenksystem 62 zum Beeinflussen der Lenkung des Fahrzeugs 14 bereitgestellt werden, um einen befohlenen Fahrweg für den Anhänger 12 zu erreichen. Der Controller 28 kann den Mikroprozessor 84 und/oder eine andere analoge und/oder digitale Schaltungsanordnung zum Verarbeiten einer oder mehrerer Routinen enthalten. Außerdem kann der Controller 28 den Speicher 86 zum Speichern einer oder mehrerer Routinen enthalten, einschließlich einer Lenkwinkel-Begrenzungsroutine 130, einer Betriebsroutine 132 und einer Bogenlaufroutine 98. Es sollte erkannt werden, dass der Controller 28 ein selbstständiger dedizierter Controller sein kann oder ein gemeinsam benutzter Controller, der mit anderen Steuerfunktionen integriert ist, wie z. B. mit dem Sensorsystem 16, dem Lenksystem 62 und anderen vorstellbaren bordinternen oder bordexternen Fahrzeugsteuersystemen integriert ist, sein kann.
Bezüglich 3 wird nun zu einer Erörterung der Informationen und Parameter des Fahrzeugs und des Anhängers übergegangen, die verwendet werden, um eine kinematische Beziehung zwischen einer Biegung eines Fahrwegs des Anhängers 12 und dem Lenkwinkel des Fahrzeugs 14, das den Anhänger 12 zieht, zu berechnen. Die kinematische Beziehung kann für verschiedene Routinen eines Anhängerrückfahrhilfesystems 10, einschließlich für die Verwendung durch eine Bogenlaufroutine 98 des Controllers 28 in einer Ausführungsform, nützlich sein. Um eine derartige kinematische Beziehung zu bestimmen, können bezüglich der Parameter, die dem Fahrzeug-/Anhängersystem zugeordnet sind, bestimmte Annahmen gemacht werden. Beispiele derartiger Annahmen enthalten unter anderen vorstellbaren Faktoren mit dem Potential, dass sie eine Wirkung auf das Steuern des Anhängers 12 mit dem Fahrzeug 14 aufweisen, dass der Anhänger 12 durch das Fahrzeug 14 bei einer relativ niedrigen Geschwindigkeit rückwärtsgefahren wird, dass die Räder des Fahrzeugs 14 und des Anhängers 12 einen vernachlässigbaren (z. B. keinen) Schlupf aufweisen, dass die Reifen des Fahrzeugs 14 eine vernachlässigbare (z. B. keine) Seitennachgiebigkeit aufweisen, dass die Reifen des Fahrzeugs 14 und des Anhängers 12 eine vernachlässigbare (z. B. keine) Deformation aufweisen, dass die Aktuatordynamik des Fahrzeugs 14 vernachlässigbar ist und dass das Fahrzeug 14 und der Anhänger 12 vernachlässigbare (z. B. keine) Roll-oder Nickbewegungen zeigen, wobei sie aber nicht darauf eingeschränkt sind.
Wie in 3 gezeigt ist, basiert für ein System, das durch ein Fahrzeug 14 und einen Anhänger 12 definiert ist, die kinematische Beziehung auf verschiedenen Parametern, die dem Fahrzeug 14 und dem Anhänger 12 zugeordnet sind. Diese Parameter enthalten Folgendes:

δ:: den Lenkwinkel an den gelenkten Vorderrädern des Fahrzeugs;
α:: den Gierwinkel des Fahrzeugs;
β:: den Gierwinkel des Anhängers;
γ:: den Anhängerkupplungswinkel (γ = β – α);
W:: den Radstand des Fahrzeugs;
L:: die Länge zwischen einem Anhängerkupplungspunkt und der Hinterachse des Fahrzeugs;
D:: den Abstand zwischen dem Anhängerkupplungspunkt und der Achse des Anhängers oder der effektiven Achse für einen Mehrachsenanhänger (die Achsenlänge kann ein Äquivalent sein); und
r₂:: den Bogenlaufradius für den Anhänger.

Eine Ausführungsform einer kinematischen Beziehung basierend auf einem Bogenlaufradius r₂ des Anhängerweges am Mittelpunkt einer Achse des Anhängers 12, des Lenkwinkels δ der gelenkten Räder 64 des Fahrzeugs 14 und des Anhängerkupplungswinkels γ kann in der im Folgenden bereitgestellten Gleichung ausgedrückt sein. Falls der Anhängerkupplungswinkel γ als solcher bereitgestellt ist, kann die Biegung κ₂ des Anhängerweges basierend auf dem Regeln des Lenkwinkels δ gesteuert werden (wobei β . die Giergeschwindigkeit des Anhängers ist und η . die Anhängergeschwindigkeit ist).
Diese Beziehung kann ausgedrückt werden, um den Lenkwinkel δ als eine Funktion der Biegung des Anhängerwegs κ₂ und des Anhängerkupplungswinkels γ bereitzustellen.
Durch die Verwendung der Gleichung zum Bereitstellen des Lenkwinkels kann ein entsprechender Lenkbefehl durch die Bogenlaufroutine 98 zum Steuern des Servolenkungssystems 62 des Fahrzeugs 14 erzeugt werden. Entsprechend sind für eine spezielle Fahrzeug- und Anhängerkombination bestimmte Parameter (z. B. D, W und L) der kinematischen Beziehung konstant und als bekannt angenommen, während andere Parameter (z. B. die Geschwindigkeit des Fahrzeugs und der Anhängerkupplungswinkel) abgetastet oder anderweitig durch das System bestimmt werden. V ist die Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs, während g die Beschleunigung aufgrund der Schwerkraft ist. K ist ein geschwindigkeitsabhängiger Parameter, der, wenn er auf null gesetzt ist, die Berechnung des Lenkwinkels von der Fahrzeuggeschwindigkeit unabhängig macht. Die Biegung κ₂ des Anhängerwegs kann aus der Fahrereingabe über die Lenkeingabevorrichtung 18 bestimmt werden. Die konstanten, fahrzeugspezifischen Parameter der kinematischen Beziehung können jedoch in einem elektronischen Steuersystem des Fahrzeugs 14 vorgegeben sein, während die konstanten anhängerspezifischen Parameter der kinematischen Beziehung durch einen Fahrer des Fahrzeugs 14 eingegeben, aus dem abgetasteten Anhängerverhalten in Reaktion auf die Fahrzeuglenkbefehle bestimmt oder anderweitig aus den durch den Anhänger 12 bereitgestellten Signalen bestimmt werden können. Die bekannten Anhängerparameter können durch den Anwender, der die Parameter erhält, wie z. B. durch das Ausführen von Messungen mit einem Bandmaß, und die Parameter manuell in den Speicher des Systems (z. B. über die HMI 80 des Fahrzeugs) eingibt, bereitgestellt werden. In einer zusätzlichen Ausführungsform können die bekannten Parameter des Anhängers 12 (z. B. die Anhängerlänge D, der Radstand des Anhängers und die Anhängerhöhe) und irgendwelche anderen Anhängerdaten (z. B. das Vorhandensein von Anhängerbremsen und die Lastfähigkeiten des Anhängers) durch den Anwender automatisch erhalten werden, wobei sie durch einen Anwender, der einen eindeutigen Identifizierer des angehängten Anhängers 12 abtastet, automatisch an das Anhängerrückfahrhilfesystem 10 gesendet werden können. Ein derartiger eindeutiger Identifizierer kann einen Hochfrequenz-Identifiziererchip (RFID-Chip), einen Schnelle-Antwort-Code (QR-Code) oder eine ähnliche Anordnung an dem Anhänger enthalten, die interpretiert und decodiert werden kann, um die Daten wiederzugewinnen, oft durch eine Smartphone-Vorrichtung mit einer drahtlosen Internet-Verbindbarkeit. Außerdem könnte eine elektronische Kamera an einem Smartphone einen QR-Code-Aufkleber, der permanent an dem Anhänger 12 befestigt ist, sehen und decodieren, um einen eindeutigen Anhänger-Identifizierer, wie z. B. eine Seriennummer, zu bestimmen, und dann drahtlos mit einer auf den Anhänger bezogenen Datenbank im Internet oder einem privaten Server Verbindung aufnehmen, um die Anhängerparameter, die dem eindeutigen Anhänger-Identifizierer zugeordnet sind, zu dem Telephon und/oder dem Anhängerrückfahrhilfesystem herunterzuladen. Falls die Anhängerdatenbank die notwendigen Parameter des Anhängers nicht bereitstellen kann, könnte der Anwender außerdem einen QR-Code-Aufkleber, der einen eindeutigen Identifizierer des Anhängers enthält, anwenden und die Anhängerparameter manuell eingeben, um den QR-Code in der Zukunft dem Anhänger zuzuordnen. Es wird außerdem in Betracht gezogen, dass andere Ausführungsformen alternative Anhängerdetektionstechniken verwenden können, um die Anhängerparameter automatisch zu bestimmen.
In einer zusätzlichen Ausführungsform kann für die Zwecke des Betreibens des Anhängerrückfahrhilfesystems 10, wenn ein Schwanenhalsauflieger oder ein anderer ähnlicher Anhänger mit einem Anhängerkupplungskopf oder einem Sattelkupplungs-Verbinder, der sich über einer Hinterachse des Fahrzeugs 14 befindet, verbunden ist, eine Annahme durch die Bogenlaufroutine 98 gemacht werden, dass ein longitudinaler Abstand L zwischen der Schwenkverbindung und der Hinterachse des Fahrzeugs 14 gleich null ist. Die Annahme ist, dass die Schwenkverbindung mit dem Anhänger 12 im Wesentlichen vertikal auf die Hinterachse des Fahrzeugs 14 ausgerichtet ist. Wenn eine derartige Annahme gemacht wird, kann der Controller 28 den Lenkwinkelbefehl für das Fahrzeug 14 als eine Funktion erzeugen, die von dem longitudinalen Abstand L zwischen der Schwenkverbindung und der Hinterachse des Fahrzeugs 14 unabhängig ist. Es wird erkannt, dass sich der hier erwähnte Schwanenhalsauflieger im Allgemeinen auf eine Zugstangenkonfiguration bezieht, die für das Verbinden mit dem Fahrzeug 14 an einem erhöhten Ort über der Hinterachse, wie z. B. innerhalb einer Ladefläche eines Lastkraftwagens, erhöht ist, wodurch die Ausführungsformen des Schwanenhalsaufliegers Pritschen-Ladeflächen, eingeschlossene Ladeflächen, Wohnmobile, Viehanhänger, Pferdeanhänger, Tieflader und andere vorstellbare Anhänger mit einer derartigen Zugstangenkonfiguration enthalten können.
Eine noch weitere Ausführungsform der Bogenlaufroutine 98 des Anhängerrückfahrhilfesystems 10 ist in 4 veranschaulicht, die die allgemeine Architekturanordnung darstellt, durch die ein Messmodul 88, ein Anhängerkupplungswinkel-Regler 90 und ein Bogenlaufregler 92 Routinen sind, die in dem Speicher 86 des Controllers 28 gespeichert sein können. In der veranschaulichten Anordnung stellt die Lenkeingabevorrichtung 18 einen Sollwert der Biegung κ₂ dem Bogenlaufregler 92 des Controllers 28 bereit, der aus dem gewünschten Rückwärtsfahrweg 26 bestimmt werden kann, der mit der Lenkeingabevorrichtung 18 eingegeben wird. Der Bogenlaufregler 92 berechnet einen Soll-Anhängerkupplungswinkel γ(d) basierend auf der aktuellen Sollbiegung κ₂ zusammen mit dem Lenkwinkel δ, der in dieser Ausführungsform des Controllers 28 durch ein Messmodul 88 bereitgestellt wird. Das Messmodul 88 kann eine Speichervorrichtung sein, die von dem Controller 28 getrennt ist oder mit dem Controller 28 integriert ist, die die Daten von den Sensoren des Anhängerrückfahrhilfesystems 10, wie z. B. dem Anhängerkupplungswinkel-Sensor 44, dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 58, dem Lenkwinkelsensor, speichert, oder das Messmodul 88 kann alternativ die Daten von den Sensoren andernfalls direkt übertragen, ohne als eine Speichervorrichtung zu arbeiten. Sobald der Soll-Anhängerkupplungswinkel γ(d) durch den Bogenlaufregler 92 berechnet worden ist, erzeugt der Anhängerkupplungswinkel-Regler 90 sowohl basierend auf dem berechneten Soll-Anhängerkupplungswinkel γ(d) als auch basierend auf dem gemessenen oder anderweitig geschätzten Anhängerkupplungswinkel γ(m) und einer aktuellen Geschwindigkeit des Fahrzeugs 14 einen Lenkwinkelbefehl. Der Lenkwinkelbefehl wird dem Servolenkungssystem 62 des Fahrzeugs 14 zugeführt, der dann zu dem Messmodul 88 rückgekoppelt wird, um die Auswirkungen der anderen Fahrzeugeigenschaften, die von der Implementierung des Lenkwinkelbefehls oder anderen Änderungen an dem System betroffen sind, neu zu bewerten. Entsprechend verarbeiten der Bogenlaufregler 92 und der Anhängerkupplungswinkel-Regler 90 die Informationen von dem Messmodul 88 kontinuierlich, um genaue Lenkwinkelbefehle bereitzustellen, die den Anhänger 12 ohne ein beträchtliches Überschwingen oder eine kontinuierliche Oszillation des Fahrwegs um die Sollbiegung κ₂ auf die Sollbiegung κ₂ und den gewünschten Rückwärtsfahrweg 26 setzen.
Wie außerdem in 5 gezeigt ist, ist die in 4 gezeigte Ausführungsform der Bogenlaufroutine 98 in einem Blockschaltplan eines Steuersystems veranschaulicht. Spezifisch wird in das Steuersystem eine Eingabe, κ₂, eingegeben, die den gewünschten Bogenlauf 26 des Anhängers 12 repräsentiert, der dem Bogenlaufregler 92 bereitgestellt wird. Der Bogenlaufregler 92 kann als ein statisches Kennfeld p(κ₂, δ) ausgerückt sein, das in einer Ausführungsform die folgende Gleichung ist:
Wobei

κ₂: den gewünschten Bogenlauf des Anhängers 12 oder 1/r₂ repräsentiert, wie in 3 gezeigt ist;
δ: den Lenkwinkel repräsentiert;
L: den Abstand von der Hinterachse des Fahrzeugs 14 bis zum Anhängerkupplungs-Drehpunkt repräsentiert;
D: den Abstand von dem Anhängerkupplungs-Drehpunkt bis zur Achse des Anhängers 12 repräsentiert; und
W: den Abstand von der Hinterachse bis zur Vorderachse des Fahrzeugs 14 repräsentiert.

Ferner wird in 5 der ausgegebene Anhängerkupplungswinkel p(κ₂, δ) als das Bezugssignal, γ_ref, für den Rest des Steuersystems bereitgestellt, obwohl der durch den Bogenlaufregler 92 verwendete Wert des Lenkwinkels δ von der nichtlinearen Funktion des Anhängerkupplungswinkel-Reglers 90 rückgekoppelt wird. Es ist gezeigt, dass der Anhängerkupplungswinkel-Regler 90 eine Rückkopplungs-Linearisierung zum Definieren eines Regelungsgesetzes wie folgt verwendet:
Wie außerdem in 5 gezeigt ist, ist das Regelungsgesetz g(u, γ, ν) mit einem Proportional-Integral-Controller (PI-Controller) implementiert, wodurch der Integralanteil den stationären Spurführungsfehler im Wesentlichen eliminiert. Spezifischer kann das in 5 veranschaulichte Steuersystem als die folgenden differential-algebraischen Gleichungen ausgedrückt sein:
Es wird in Betracht gezogen, dass der PI-Controller Verstärkungsterme basierend auf der Anhängerlänge D aufweisen kann, weil kürzere Anhänger im Allgemeinen eine schnellere Dynamik aufweisen. Außerdem kann der Anhängerkupplungswinkel-Regler 90 konfiguriert sein, zu verhindern, dass der Soll-Anhängerkupplungswinkel γ(d) einen Einknickwinkel γ(j) erreicht oder übersteigt, der durch den Controller berechnet oder durch das Anhängerrückfahrhilfesystem 10 anderweitig bestimmt wird, wie hier ausführlicher offenbart wird.
In 6 kann es in den veranschaulichten Ausführungsformen des offenbarten Gegenstands erwünscht sein, das Potential zu begrenzen, dass das Fahrzeug 14 und der Anhänger 12 einen Einknickwinkel erreichen (d. h., dass das Fahrzeug-/Anhängersystem einen Einknickzustand erreicht). Ein Einknickwinkel γ(j) bezieht sich auf einen Anhängerkupplungswinkel γ, der während des Rückwärtsfahrens durch die maximale Lenkeingabe für ein Fahrzeug nicht überwunden werden kann, wie z. B. für die gelenkten Vorderräder des Fahrzeugs 14, die mit einer maximalen Rate der Lenkwinkeländerung bis zu einem maximalen gelenkten Winkel δ oder der physikalischen Lenkwinkelgrenze 20 bewegt werden. Der Einknickwinkel γ(j) ist eine Funktion eines maximalen Radwinkels (d. h., einer physikalischen Lenkwinkelgrenze 20) für die gelenkten Räder des Fahrzeugs 14, des Radstands W des Fahrzeugs 14, des Abstands L zwischen dem Anhängerkupplungspunkt und der Hinterachse des Fahrzeugs 14 und des Abstands D zwischen dem Anhängerkupplungspunkt und der Achse des Anhängers 12 oder der effektiven Achse, wenn der Anhänger 12 mehrere Achsen aufweist. Wenn der Anhängerkupplungswinkel γ für das Fahrzeug 14 und den Anhänger 12 den Einknickwinkel γ(j) erreicht oder übersteigt, kann das Fahrzeug 14 vorwärts gezogen werden, um den Anhängerkupplungswinkel γ zu verringern.
Eine Darstellung des kinematischen Modells des Fahrzeugs 14 und des Anhängers 12 kann außerdem verwendet werden, um einen Einknickwinkel für die Fahrzeug-Anhänger-Kombination zu bestimmen. Entsprechend erfordert bezüglich der 3 und 6 die physikalische Lenkwinkelgrenze 20 für die gelenkten Vorderräder 64, dass der Anhängerkupplungswinkel γ den Einknickwinkel γ(j) nicht übersteigen kann, der außerdem als ein kritischer Anhängerkupplungswinkel γ bezeichnet wird. Folglich ist der Einknickwinkel γ(j) unter der Einschränkung, dass der Anhängerkupplungswinkel γ den Einknickwinkel γ(j) nicht übersteigen kann, der Anhängerkupplungswinkel γ, der eine Kreisbewegung für das Fahrzeug-/Anhängersystem aufrechterhält, wenn sich die gelenkten Räder 64 bei einem maximalen Lenkwinkel δ(max) oder der physikalischen Lenkwinkelgrenze 20 befinden. Der Lenkwinkel für die Kreisbewegung bei dem Anhängerkupplungswinkel γ ist durch die folgende Gleichung definiert.
Das Lösen der obigen Gleichung für den Anhängerkupplungswinkel γ ermöglicht, dass der Einknickwinkel γ(j) bestimmt wird. Diese Lösung, die in der folgenden Gleichung gezeigt ist, kann beim Implementieren der Anhängerrückfahrhilfefunktionalität gemäß dem offenbarten Gegenstand zum Überwachen des Anhängerkupplungswinkels γ bezüglich des Einknickwinkels verwendet werden.
wobei a = L²tan²δ(max) + W²; b = 2LD tan²δ(max); und c = D²tan²δ(max) – W² gilt.
In bestimmten Fällen des Rückwärtsfahrens des Anhängers 12 kann sich eine Bedingung, die das Einknicken ermöglicht, basierend auf den aktuellen Betriebsparametern des Fahrzeugs 14 in Kombination mit einem entsprechenden Anhängerkupplungswinkel γ ergeben. Diese Bedingung kann angegeben werden, wenn einem oder mehreren spezifizierten Betriebsschwellenwerten des Fahrzeugs entsprochen wird, während ein spezieller Anhängerkupplungswinkel γ vorhanden ist. Obwohl sich der spezielle Anhängerkupplungswinkel γ gegenwärtig nicht auf dem Einknickwinkel für das Fahrzeug 14 und den angehängten Anhänger 12 befindet, können z. B. bestimmte Betriebsparameter des Fahrzeugs zu einem schnellen (z. B. ungesteuerten) Übergang des Anhängerkupplungswinkels γ zu dem Einknickwinkel für einen aktuell befohlenen Anhängerbogenlauf führen und/oder können die Fähigkeit, den Anhänger 12 weg von dem Einknickwinkel zu steuern, verringern.
Die Einknick-Bestimmungsinformationen können durch den Controller 28 gemäß einer Ausführungsform empfangen werden, um eine Bedingung, die das Einknicken ermöglicht, der Fahrzeug-Anhänger-Kombination zu einem speziellen Zeitpunkt (z. B. zu dem Zeitpunkt, zu dem die Einknick-Bestimmungsinformationen abgetastet wurden) zu verarbeiten und zu charakterisieren. Beispiele der Einknick-Bestimmungsinformationen enthalten Informationen, die einen geschätzten Anhängerkupplungswinkel γ charakterisieren, Informationen, die einen Fahrpedal-Übergangszustand des Fahrzeugs charakterisieren, Informationen, die eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs 14 charakterisieren, Informationen, die eine Längsbeschleunigung des Fahrzeugs 14 charakterisieren, Informationen, die ein Bremsdrehmoment charakterisieren, das auf ein Bremssystem des Fahrzeugs 14 angewendet wird, Informationen, die ein Antriebsstrang-Drehmoment charakterisieren, das auf die angetriebenen Räder des Fahrzeugs 14 angewendet wird, und Informationen, die die Größe und die Rate des vom Fahrer angeforderten Anhängerbogenlaufs charakterisieren, sind aber nicht darauf eingeschränkt. In dieser Hinsicht würden die Einknick-Bestimmungsinformationen kontinuierlich überwacht, wie z. B. durch eine elektronische Steuereinheit (ECU), wie z. B. den Controller 28, die die Anhängerrückfahrhilfefunktionalität ausführt. Nach dem Empfangen der Einknick-Bestimmungsinformationen kann eine Routine die Einknick-Bestimmungsinformationen zum Bestimmen verarbeiten, ob die Fahrzeug-Anhänger-Kombination zu dem speziellen Zeitpunkt die Bedingung, die das Einknicken ermöglicht, erreicht hat. Das Ziel der Operation zum Bewerten der Einknick-Bestimmungsinformationen ist das Bestimmen, ob eine Bedingung, die das Einknicken ermöglicht, zu dem Zeitpunkt, der durch die Einknick-Bestimmungsinformationen definiert ist, erreicht worden ist. Falls bestimmt wird, dass eine Bedingung, die das Einknicken ermöglicht, zu dem speziellen Zeitpunkt vorhanden ist, kann eine Routine außerdem eine anwendbare Gegenmaßnahme oder anwendbare Gegenmaßnahmen, die zu implementieren ist bzw. sind, bestimmen. Entsprechend wird in einigen Ausführungsformen eine anwendbare Gegenmaßnahme in Abhängigkeit von einem Parameter ausgewählt, der als ein Schlüssel-Einflussnehmer der Bedingung, die das Einknicken ermöglicht, identifiziert worden ist. In anderen Ausführungsformen wird jedoch eine anwendbare Gegenmaßnahme ausgewählt, die am fähigsten ist, die Bedingung, die das Einknicken ermöglicht, leicht abzuschwächen. In einer noch weiteren Ausführungsform können eine vorgegebene Gegenmaßnahme oder eine vorgegebene Menge von Gegenmaßnahmen die anwendbare(n) Gegenmaßnahme(n) sein.
Wie bereits bezüglich der veranschaulichten Ausführungsformen offenbart worden ist, kann während des Betriebs des Anhängerrückfahrhilfesystems 10 ein Fahrer des Fahrzeugs 14 aufgrund dessen, dass die gelenkten Räder 64 des Lenksystems 62 direkt an das Handrad 68 gekoppelt sind, in der Weise eingeschränkt sein, in der Lenkeingaben mit dem Handrad 68 des Fahrzeugs 14 ausgeführt werden können. Entsprechend kann die Lenkeingabevorrichtung 18 des Anhängerrückfahrhilfesystems 10 zum Eingeben eines gewünschten Bogenlaufs 26 des Anhängers 12 verwendet werden, wobei dadurch derartige Befehle davon entkoppelt werden, dass sie an dem Handrad 68 des Fahrzeugs 14 gegeben werden. Zusätzliche Ausführungsformen des Anhängerrückfahrhilfesystems 10 können jedoch die Fähigkeit aufweisen, das Handrad 68 selektiv von der Bewegung der lenkbaren Räder des Fahrzeugs 14 zu entkoppeln, und dadurch erlauben, dass das Handrad 68 zum Befehlen von Änderungen des gewünschten Bogenlaufs 26 eines Anhängers 12 oder anderweitig zum Auswählen eines gewünschten Rückwärtsfahrweges während einer derartigen Anhängerrückfahrhilfe verwendet wird.
In 7 ist eine Ausführungsform der Lenkeingabevorrichtung 18 veranschaulicht, die an einer Mittelkonsole 108 des Fahrzeugs 14 unmittelbar an einem Gangschalthebel 110 angeordnet ist. In dieser Ausführungsform enthält die Lenkeingabevorrichtung 18 einen drehbaren Knopf 30, um dem Controller 28 den gewünschten Rückwärtsfahrweg des Anhängers 12 bereitzustellen. Spezifischer kann die Winkelposition des drehbaren Knopfs 30 mit einem gewünschten Bogenlauf korreliert sein, so dass die Drehung des Knopfs zu einer anderen Winkelposition einen anderen gewünschten Bogenlauf mit einer inkrementalen Änderung basierend auf dem Betrag der Drehung und in einigen Ausführungsformen einer normierten Rate bereitstellt, wie hier ausführlicher beschrieben wird.
Der drehbare Knopf 30 kann, wie in den 7 und 8 veranschaulicht ist, zu einer Mitten- oder Ruheposition P(AR) zwischen den gegenüberliegenden Drehbereichen der Bewegung R(R), R(L) (z. B. durch einen Federrückzug) vorbelastet sein. In der veranschaulichten Ausführungsform ist ein erster der gegenüberliegenden Drehbereiche der Bewegung R(R) im Wesentlichen gleich zu einem zweiten der gegenüberliegenden Drehbereiche der Bewegung R(L), R(R). Um eine taktile Angabe eines Betrags der Drehung des drehbaren Knopfes 30 bereitzustellen, kann eine Kraft, die den Knopf zu der Ruheposition P(AR) vorbelastet, als eine Funktion des Betrags der Drehung des drehbaren Knopfs 30 bezüglich der Ruheposition P(AR) (z. B. nichtlinear) zunehmen. Außerdem kann der drehbare Knopf 30 mit Positionsangaberastungen konfiguriert sein, so dass der Fahrer die Ruheposition P(AR) eindeutig fühlen kann und die Annäherung an die Enden der gegenüberliegenden Drehbereiche der Bewegung R(L), R(R) fühlen kann (z. B. weiche Endanschläge). Der drehbare Knopf 30 kann einen gewünschten Wert des Bogenlaufs als eine Funktion eines Betrags der Drehung des drehbaren Knopfs 30 bezüglich der Ruheposition P(AR) und einer Richtung der Bewegung des drehbaren Knopfs 30 bezüglich der Ruheposition P(AR) erzeugen. Es wird außerdem in Betracht gezogen, dass die Geschwindigkeit der Drehung des drehbaren Knopfs 30 verwendet werden kann, um den an den Controller 28 ausgegebenen gewünschten Bogenlauf zu bestimmen. Die Ruheposition P(AR) des Knopfs entspricht einem Signal, das angibt, dass das Fahrzeug 14 gelenkt werden sollte, so dass der Anhänger 12 entlang einem im Wesentlichen geraden Rückwärtsfahrweg rückwärts gefahren wird (eine Anforderung für einen Bogenlauf des Anhängers von null von dem Fahrer), der durch die Längsrichtung 22 des Anhängers 12 definiert ist, wenn der Knopf zu der Ruheposition P(AR) zurückgeführt wurde. Eine maximale Position im Uhrzeigersinn und entgegen dem Uhrzeigersinn des Knopfs (d. h., die Grenzen der entgegengesetzten Drehbereiche der Bewegung R(R), R(L)) können jede einem jeweiligen Signal entsprechen, das einen engsten Radius der Biegung (d. h., die spitzeste Trajektorie oder den kleinsten Radius der Biegung) eines Fahrwegs des Anhängers 12 angibt, der möglich ist, ohne dass die entsprechenden Fahrzeuglenkinformationen einen Einknickzustand verursachen.
Wie in 8 gezeigt ist, kann ein Fahrer den drehbaren Knopf 30 drehen, um einen gewünschten Bogenlauf 26 bereitzustellen, während der Fahrer des Fahrzeugs 14 den Anhänger 12 rückwärtsfährt. In der veranschaulichten Ausführungsform dreht sich der drehbare Knopf 30 um eine Mittelachse zwischen einer Zentrums- oder Mittenposition 114, die einem im Wesentlichen geraden Rückwärtsfahrweg 26 entspricht, der durch die Längsrichtung 22 des Anhängers 12 definiert ist, und verschiedenen gedrehten Positionen 116, 118, 120, 122 auf gegenüberliegenden Seiten der Mittenposition 114, die einen gewünschten Bogenlauf 26 befehlen, der dem Radius des gewünschten Rückwärtsfahrwegs für den Anhänger 12 an der befohlenen gedrehten Position entspricht. Es wird in Betracht gezogen, dass der drehbare Knopf 30 gemäß den Ausführungsformen des offenbarten Gegenstands konfiguriert sein kann und die Mittel zur Vorbelastung zu einer Ruheposition P(AR) zwischen den entgegengesetzten Drehbereichen der Bewegung weggelassen sind. Das Fehlen einer derartigen Vorbelastung kann es ermöglichen, dass eine aktuelle Drehposition des drehbaren Knopfs 30 aufrechterhalten wird, bis die Drehsteuerungs-Eingabevorrichtung manuell zu einer anderen Position bewegt wird. Es ist außerdem vorstellbar, dass die Lenkeingabevorrichtung 18 eine nicht drehbare Steuervorrichtung enthalten kann, die konfiguriert sein kann, einen gewünschten Bogenlauf 26 selektiv bereitzustellen und einen vorhandenen Wert des Bogenlaufs außer Kraft zu setzen oder zu ergänzen. Beispiele einer derartigen nicht drehbaren Steuereingabevorrichtung enthalten mehrere niederdrückbare Tasten (z. B. Linkskurve, Rechtskurve und Geradeausfahrt), einen Berührungsschirm, auf dem der Fahrer eine Biegung für die Fahrwegbefehle verfolgt oder anderweitig eingibt, eine Taste, die entlang einer Achse verschiebbar ist, um es einem Fahrer zu ermöglichen, Rückwärtsfahrwegbefehle einzugeben, oder eine Eingabe des Joystick-Typs und dergleichen, sind aber nicht darauf eingeschränkt.
In 9 ist ein Beispiel der Verwendung der Lenkeingabevorrichtung 18 zum Vorschreiben einer Biegung eines gewünschten Rückwärtsfahrwegs (POT) des Anhängers 12, während der Anhänger 12 mit dem Fahrzeug 14 rückwärtsgefahren wird, gezeigt. In Vorbereitung des Rückwärtsfahrens des Anhängers 12 kann der Fahrer des Fahrzeugs 14 das Fahrzeug 14 entlang einem Durchzugweg (PTP) fahren, um das Fahrzeug 14 und den Anhänger 12 in einer ersten Rückfahrposition B1 zu positionieren. In der ersten Rückfahrposition B1 sind das Fahrzeug 14 und der Anhänger 12 longitudinal aufeinander ausgerichtet, so dass eine Mittellinien-Längsachse L1 des Fahrzeugs 14 auf eine Mittellinien-Längsachse L2 des Anhängers 12 ausgerichtet (z. B. zu einer Mittellinien-Längsachse L2 des Anhängers 12 parallel oder mit einer Mittellinien-Längsachse L2 des Anhängers 12 übereinstimmend) ist. Es ist hier offenbart, dass eine derartige Ausrichtung auf die Längsachse L1, L2 beim Beginn eines Falls der Anhängerrückfahrfunktionalität keine Anforderung für die Funktionsfähigkeit des Anhängerrückfahrhilfesystems 10 ist, sondern für die Eichung ausgeführt werden kann.
Nach dem Aktivieren des Anhängerrückfahrhilfesystems 10 (z. B. vor, nach oder während des Durchzugablaufs) beginnt der Fahrer, den Anhänger 12 durch das Rückwärtsfahren des Fahrzeugs 14 aus der ersten Rückfahrposition B1 rückwärtszufahren. Solange wie der drehbare Knopf 30 der Anhängerrückfahr-Lenkeingabevorrichtung 18 in der Ruheposition P(AR) bleibt und keine anderen Lenkeingabevorrichtungen 18 aktiviert sind, lenkt das Anhängerrückfahrhilfesystem 10 das Fahrzeug 14, wie ist erforderlich ist, um zu verursachen, dass der Anhänger 12 entlang einem im Wesentlichen geraden Fahrweg rückwärtsgefahren wird, der durch die Längsrichtung 22 des Anhängers 12, spezifisch die Mittellinienachse L2 des Anhängers 12, zu dem Zeitpunkt, zu dem das Rückwärtsfahren des Anhängers 12 begonnen hat, definiert ist. Wenn der Anhänger 12 die zweite Rückfahrposition B2 erreicht, dreht der Fahrer den drehbaren Knopf 30, um zu befehlen, dass der Anhänger 12 nach rechts gelenkt wird (d. h., eine Knopfposition R(R), Drehung im Uhrzeigersinn). Entsprechend lenkt das Anhängerrückfahrhilfesystem 10 das Fahrzeug 14 als eine Funktion des Betrags der Drehung des drehbaren Knopfs 30 bezüglich der Ruheposition P(AR), der Geschwindigkeit der Bewegung des Knopfs und/oder einer Richtung der Bewegung des Knopfs bezüglich der Ruheposition P(AR), um zu verursachen, dass der Anhänger 12 nach rechts gelenkt wird. Ähnlich kann durch das Drehen des drehbaren Knopfs 30 nach links befohlen werden, dass der Anhänger 12 nach links gesteuert wird. Wenn der Anhänger 12 die Rückfahrposition B3 erreicht, erlaubt es der Fahrer, dass der drehbare Knopf 30 zu der Ruheposition P(AR) zurückkehrt, wobei dadurch verursacht wird, dass das Anhängerrückfahrhilfesystem 10 das Fahrzeug 14 lenkt, wie es erforderlich ist, um zu verursachen, dass der Anhänger 12 entlang einem im Wesentlichen geraden Fahrweg rückwärtsgefahren wird, der durch die Mittellinien-Längsachse L2 des Anhängers 12 zu dem Zeitpunkt, zu dem der drehbare Knopf 30 zu der Ruheposition P(AR) zurückgeführt wurde, definiert ist. Danach lenkt das Anhängerrückfahrhilfesystem 10 das Fahrzeug 14, wie es erforderlich ist, um verursachen, dass der Anhänger 12 entlang diesem im Wesentlichen geraden Weg zu der vierten Rückfahrposition B4 rückwärtsgefahren wird. In dieser Hinsicht sind die bogenförmigen Abschnitte des Fahrwegs POT des Anhängers 12 durch die Drehung des drehbaren Knopfs 30 vorgeschrieben, während die geraden Abschnitte des Fahrwegs POT durch eine Orientierung der Mittellinien-Längsachse L2 des Anhängers 12 vorgeschrieben sind, wenn sich der Knopf in der Ruheposition P(AR) befindet/zu der Ruheposition P(AR) zurückgeführt wird.
Um in der in 9 veranschaulichten Ausführungsform das Anhängerrückfahrhilfesystem 10 zu aktivieren, tritt der Fahrer mit dem Anhängerrückfahrhilfesystem 10 und den automatischen Steuerungen in Wechselwirkung, wenn der Fahrer das Fahrzeug 14 rückwärtsfährt. Wie oben erörtert worden ist, kann der Fahrer den Rückwärtsfahrweg des Anhängers unter Verwendung einer Lenkeingabevorrichtung 18 befehlen, wobei der Controller 28 den erforderlichen Lenkbefehl bestimmen kann, um den gewünschten Bogenlauf 26 zu erreichen, wobei der Fahrer die Drosselklappe und die Bremse steuert, während das Anhängerrückfahrhilfesystem 10 den Lenkwinkel steuert.
In 10 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Ausführungsform des Anhängerrückfahrhilfesystems 10 veranschaulicht, das als eine Ausführungsform der Betriebsroutine 132 (2) gezeigt ist. Im Schritt 134 wird das Verfahren eingeleitet, indem das Anhängerrückfahrhilfesystem 10 aktiviert wird. Es wird in Betracht gezogen, dass dies in verschiedenen Weisen ausgeführt werden kann, wie z. B. durch das Treffen einer Auswahl auf der Anzeige 82 der HMI 80 des Fahrzeugs. Der nächste Schritt 136 bestimmt die kinematische Beziehung zwischen dem angehängten Anhänger 12 und dem Fahrzeug 14. Um die kinematische Beziehung zu bestimmen, müssen verschiedene Parameter des Fahrzeugs 14 und des Anhängers 12 abgetastet, durch den Fahrer eingegeben oder anderweitig bestimmt werden, damit das Anhängerrückfahrhilfesystem 10 die Lenkbefehle für das Servolenkungssystem 62 gemäß dem gewünschten Bogenlauf oder Rückwärtsfahrweg 26 des Anhängers 12 erzeugt. Wie bezüglich der 3 und 6 offenbart worden ist, enthalten die kinematischen Parameter, um die kinematische Beziehung zu definieren, unter anderen Variable und Parametern, wie vorher beschrieben worden ist, eine Länge des Anhängers 12, einen Radstand des Fahrzeugs 14, einen Abstand von einer Anhängerkupplungsverbindung bis zu einer Hinterachse des Fahrzeugs 14 und einen Anhängerkupplungswinkel γ zwischen dem Fahrzeug 14 und dem Anhänger 12. Nachdem die kinematische Beziehung bestimmt worden ist, kann das Anhängerrückfahrhilfesystem 10 im Schritt 160 entsprechend weitergehen, um den aktuellen Anhängerkupplungswinkel mit dem Anhängerkupplungswinkel-Sensor 44 zu bestimmen. Es ist außerdem vorstellbar, dass in einigen Ausführungsformen der Anhängerkupplungswinkel zusätzlich oder alternativ mit anderen Vorrichtungen, wie z. B. einem Sensormodul, das einen an dem Anhänger befestigten Giergeschwindigkeitssensor aufweist, der im Zusammenhang mit einem Giergeschwindigkeitssensor des Fahrzeugs verwendet wird, um eine Schätzung des Anhängerkupplungswinkels zu berechnen, geschätzt werden kann. Es wird ferner in Betracht gezogen, dass in zusätzlichen Ausführungsformen des Anhängerrückfahrhilfesystems 10 die Schritte des Bestimmens der kinematischen Beziehung und des Abtastens des Anhängerkupplungswinkels γ stattfinden können, bevor das Anhängerrückfahrhilfesystem 10 aktiviert wird, oder zu irgendeinem anderen Zeitpunkt, bevor die Lenkbefehle erzeugt werden, stattfinden können.
Weiterhin bezugnehmend auf 10 werden im Schritt 162 die Positionsänderungen von der Lenkeingabevorrichtung 18, wie z. B. die Winkelposition einer sekundären Lenkeingabevorrichtung, wie z. B. des drehbaren Knopfs 30, zum Bestimmen des gewünschten Bogenlaufs 26 empfangen. Mit dem bestimmten gewünschten Bogenlauf 26 kann im Schritt 164 ein Lenkbefehl basierend auf dem gewünschten Bogenlauf 26 erzeugt werden, der mit der Position der Lenkeingabevorrichtung 18 korreliert ist. Die erzeugten Lenkbefehle können im Zusammenhang mit der Verarbeitung der Bogenlaufroutine 98 und der Lenkwinkel-Begrenzungsroutine 130 unter anderen vorstellbaren Routinen, die durch den Controller 28 verarbeitet werden, erzeugt werden.
In 11 ist eine Ausführungsform der Lenkwinkel-Begrenzungsroutine 130 veranschaulicht, die zu der Betriebsroutine 132 parallel verarbeitet werden kann, obwohl es in Betracht gezogen wird, dass die Betriebsroutine 132 in zusätzlichen Ausführungsformen modifiziert sein kann, um die Schritte der Lenkwinkel-Begrenzungsroutine 130 zu enthalten, wie hier beschrieben ist. Die dargestellte Ausführungsform enthält die vorbereitenden Schritte 168 und 170 des Abtastens des Anhängerkupplungswinkels γ bzw. des Abtastens der Rückwärtsfahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs. Wie oben erwähnt worden ist, kann unter anderen potentiellen Weisen des Bestimmens des Anhängerkupplungswinkels γ und der Geschwindigkeit der Anhängerkupplungswinkel γ vorher im Schritt 160 der Betriebsroutine 132 bestimmt werden, während die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 14 mit dem Geschwindigkeitssensor 58 an dem Fahrzeug abgetastet werden kann.
Immer noch bezugnehmend auf 11 enthält die veranschaulichte Ausführungsform nach den vorbereitenden Schritten 168 und 170 den Schritt 172 des Bestimmens der maximalen Anhängerkupplungswinkel-Rate für das Lenksystem. Gemäß einer Ausführungsform kann die maximale Anhängerkupplungswinkel-Rate basierend auf einer maximalen steuerbaren Lenkwinkelrate des Fahrzeugs vorgegeben sein. Wie vorher erwähnt worden ist, kann die maximale steuerbare Lenkwinkelrate des Fahrzeugs durch die Fähigkeiten des Lenksystems 62 des speziellen Fahrzeugs 14 bestimmt sein, wobei sie ein vorgegebener statischer Wert sein kann oder basierend auf den Betriebsbedingungen oder anderen vorstellbaren Faktoren dynamisch aktualisiert werden kann. In einer zusätzlichen Ausführungsform kann die maximale Anhängerkupplungswinkel-Rate außerdem kontinuierlich neu erzeugt werden und als eine Funktion der Geschwindigkeit des Fahrzeugs 14 definiert sein. Es wird außerdem in Betracht gezogen, dass die maximale Anhängerkupplungswinkel-Rate zusätzlich oder alternativ mit dem Einbeziehen anderer Variable, wie z. B. der Länge des Anhängers 12, bestimmt werden kann. In zusätzlichen Ausführungsformen kann der Schritt 172 vor den vorbereitenden Schritten 168 und 170 oder im Zusammenhang mit anderen Routinen des Anhängerrückfahrhilfesystems 10 ausgeführt werden.
Weiterhin in 11 kann im Schritt 174 der Controller 28 des Anhängerrückfahrhilfesystems 10 die adaptiven Lenkwinkelgrenzen 23 erzeugen, die gemäß einer Ausführungsform auf der maximalen Anhängerkupplungswinkel-Rate, dem Anhängerkupplungswinkel γ und der Rückwärtsfahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs 14 basieren können. Mit den erzeugten adaptiven Lenkwinkelgrenzen 23 kann das Anhängerrückfahrhilfesystem 10 den Lenkwinkel δ des Fahrzeugs 14 innerhalb der adaptiven Lenkwinkelgrenzen 23 steuern, um den Anhänger auf einem gewünschten Rückwärtsfahrweg zu führen, um zu verhindern, dass das Lenksystem 62 die maximale Anhängerkupplungswinkel-Rate übersteigt, und um dadurch unerwünschte Anhängerkupplungswinkel-Zustände außerhalb des gewünschten Bogenlaufs 26, wie z. B. einen Einknickzustand, zu vermeiden.
Die adaptiven Lenkwinkelgrenzen 23 werden typischerweise innerhalb der physikalischen Winkelgrenzen 20 des Lenksystems 62 erzeugt, da inhärent verhindert wird, dass der Lenkwinkel δ die physikalischen Winkelgrenzen 20 übersteigt. Die adaptiven Lenkwinkelgrenzen 23 können in Zeitinkrementen basierend auf den Änderungen der Geschwindigkeit des Fahrzeugs 14 und des Anhängerkupplungswinkels γ kontinuierlich neu erzeugt werden. In einer Ausführungsform können die adaptiven Lenkwinkelgrenzen 23 mit den folgenden Gleichungen definiert sein: SWA₁ = δ₁·GR· 180 / Π, SWA₂ = δ₂·GR· 180 / Π, wobei δ₁ = tan^–1( W / L( D / vcosγ·c – tanγ)) und δ₂ = tan^–1( W / L(– D / vcosγ·c – tanγ)) gilt.
Wie in 12 gezeigt ist, sind die physikalischen und adaptiven Lenkwinkelgrenzen 20, 23 für ein Anhängerrückfahrhilfesystem 10 mit einer maximalen Anhängerkupplungswinkel-Rate von 10 Grad/s und ein Fahrzeug 14 mit einem Radstand W von 3,683, einem Abstand L von der Hinterachse bis zur Anhängerkupplung von 1,386 und einen Anhänger 12 mit einer Länge D von 3,225 dargestellt. Wie gezeigt ist, sind die adaptiven Lenkwinkelgrenzen 23 für eine Geschwindigkeit von 2 km/h und 7 km/h gezeigt.
Abermals in 11 kann im Schritt 176 der Controller 28 weitergehen, um basierend auf dem gewünschten Bogenlauf 26, dem abgetasteten Anhängerkupplungswinkel γ und der kinematischen Beziehung einen Lenkbefehl zu erzeugen. Der Soll-Lenkwinkel des Lenkbefehls wird dann im Schritt 178 ausgewertet, um zu bestimmen, ob er sich innerhalb der physikalischen und adaptiven Winkelgrenzen 20, 23 befindet. Falls sich der anfangs erzeugte Lenkwinkel außerhalb entweder der physikalischen oder der adaptiven Winkelgrenzen 20, 23 befindet, wird im Schritt 180 die am stärksten einschränkende der physikalischen und adaptiven Winkelgrenzen 20, 23, die sich am nächsten bei dem Soll-Lenkwinkel befindet, als der Lenkbefehl festgelegt. Die Kombination der Schritte 178 und 180 erzeugt einen Lenkbefehl innerhalb der physikalischen und adaptiven Winkelgrenzen 20, 23, der den Hänger 12 zu dem gewünschten Bogenlauf 26 führt und verhindert, dass der Anhängerkupplungswinkel γ sich einem Einknickzustand nähert. Spezifischer verhindern die adaptiven Winkelgrenzen 23 den Einknickzustand, indem sie es nur dem Anhänger 12 erlauben, sich auf dem gewünschten Bogenlauf 26 zu befinden, wenn sich die Anhängerkupplungswinkel-Rate unter der bestimmten oder anderweitig ausgewählten maximalen Rate befindet. Dies ermöglicht, den Lenkwinkel δ mit den Änderungen des Anhängerkupplungswinkels γ einzustellen, so dass sich die Änderungsrate des Anhängerkupplungswinkels γ, d. h. die Anhängerkupplungswinkel-Rate, verlangsamt und schließlich null erreicht, wenn das Fahrzeug 14 und der Anhänger 12 den stationären Zustand für den gewünschten Bogenlauf 26 erreichen, der nicht über den gewünschten Bogenlauf 26 hinausschießt. Ferner ermöglicht das Erzeugen des Lenkbefehls innerhalb der physikalischen und adaptiven Winkelgrenzen 20, 23, das Fahrzeug bei höheren Geschwindigkeiten zu betreiben, während immer noch die gleichen Grenzen der Anhängerkupplungswinkel-Rate wie jene, die bei niedrigeren Geschwindigkeiten erreicht werden, aufrechterhalten werden. Mit dem erzeugten Lenkbefehl weist die Lenkwinkel-Begrenzungsroutine 130 im Schritt 182 an, dass der Controller 28 mit der Betriebsroutine 132 fortfährt.
Wie in der in 10 dargestellten Ausführungsform gezeigt ist, werden im Schritt 166 die Lenkbefehle ausgeführt, um den Anhänger 12 auf dem gewünschten Bogenlauf 26 zu führen, der durch die Lenkeingabevorrichtung 18 bereitgestellt wird. Zusätzlich zum Einstellen des Lenkwinkels δ wird in Betracht gezogen, dass zusätzliche Ausführungsformen der Betriebsroutine 132 das Bremssystem 72 des Fahrzeugs 14 verwenden können, um die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 14 autonom zu begrenzen, um die Anhängerkupplungswinkel-Rate zu verringern. Es wird außerdem in Betracht gezogen, dass zusätzliche Ausführungsformen die Geschwindigkeit und die Beschleunigung des Fahrzeugs 14 und des Anhängers 12 mit anderen Systemen, wie z. B. dem Antriebsstrangsystem 74 des Fahrzeugs und/oder einem Anhänger-Bremssystem, falls vorhanden, begrenzen können.
Abermals in 12 sind die betriebstechnischen Möglichkeiten einer beispielhaften Ausführungsform der Lenkwinkel-Begrenzungsroutine 130 dargestellt, wobei der Lenkwinkel δ als der entsprechende Lenkradwinkel gezeigt ist. Wie gezeigt ist, sind die physikalischen Lenkwinkelgrenzen 20 für das Lenksystem 62 des Fahrzeugs 14 bei einem statischen Lenkwinkel, der durch die Betriebseinschränkungen des Lenksystems definiert ist, konstant. Im Gegensatz zu den physikalischen Lenkwinkelgrenzen 20 sind die adaptiven Lenkwinkelgrenzen 23 als im Wesentlichen lineare Funktionen gezeigt, die für die adaptiven Lenkwinkelgrenzen 23 über die potentiellen Anhängerkupplungswinkel bei zwei verschiedenen Fahrzeuggeschwindigkeiten, 2 km/h und 7 km/h, einen negativen Anstieg aufweisen. Es ist ersichtlich, dass die adaptiven Lenkwinkelgrenzen 23 als solche abnehmen und den potentiellen Lenkwinkel weiter begrenzen, wenn der Anhängerkupplungswinkel γ sowohl in der positiven als auch in der negativen Richtung weg von dem Anhängerkupplungswinkel von null zunimmt. Diese adaptiven Lenkwinkelgrenzen 23 verhindern, dass der Lenkradwinkel eine Anhängerkupplungswinkel-Rate erzeugt, die durch das Lenksystem nicht wiederhergestellt werden kann. In einigen Ausführungsformen ist das Lenksystem unter einer Schwellenrate steuerbar, wie z. B. einer steuerbaren Lenkwinkelrate zwischen 300 und 600 Grad pro Sekunde, die konfiguriert ist, eine entsprechende Anhängerkupplungswinkel-Rate zu steuern, die außerdem von der spezifischen Geometrie des Anhängers 12 und dadurch von der kinematischen Beziehung mit dem Fahrzeug 14 abhängig sein kann. Die adaptiven Lenkwinkelgrenzen 23 sind in der veranschaulichten Ausführungsform jedoch größer als die physikalischen Lenkwinkelgrenzen 20 in der Lenkrichtung zu dem Anhängerkupplungswinkel von null, wenn der Anhängerkupplungswinkel γ über etwa 15 Grad hinaus zunimmt. Es wird in Betracht gezogen, dass in zusätzlichen Ausführungsformen die physikalischen und adaptiven Lenkwinkelgrenzen 20, 23 nichtlineare Funktionen sein können und von jenen, die hier veranschaulicht sind, alternativ konfiguriert sein können.
Bezüglich 13 ist eine ausführlichere Ausführungsform des Lenksystems 62 gezeigt, die einen Lenkwinkel-Controller 200 identifiziert, der Signale von mehreren autonomen Lenkmodulen, nämlich sowohl von dem Anhängerrückfahrhilfesystem 10 als auch von dem Einparkhilfesystems 202, empfängt. Der Lenkwinkel-Controller 200 der veranschaulichten Ausführungsform des Lenksystems 62 empfängt Signale von mehreren Fahrzeugsensoren, einschließlich eines Lenkradwinkelsensors 67, eines Lenkdrehmomentsensors 70 und eines Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 58. In einer Ausführungsform werden diese Sensorsignale über das Fahrzeugkommunikationsnetz, wie z. B. einen CAN-Bus, gesendet und durch den Lenkwinkel-Controller 200 in Kombination mit den Befehlen von dem Anhängerrückfahrhilfesystem 10 und/oder dem Einparkhilfesystem 202 empfangen. Diese Sensorsignale und Lenkbefehle werden durch einen Mikroprozessor 204 des Lenkwinkel-Controllers 200 verarbeitet, um den Lenkwinkel der gelenkten Räder 64 über den elektrischen Lenkmotor 66 zu steuern. Das Einparkhilfesystem 202 enthält gemäß einer Ausführungsform eine Routine, um ein Fahrzeug autonom in einen gewählten Parkplatz, wie z. B. in einer Längsparksituation, zu lenken. Es wird in Betracht gezogen, dass das Einparkhilfesystem 202 das Potential enthalten kann, um einen oder mehrere Typen von Parkmanövern, wie z. B. das Längsparken und das Senkrechtparken, auszuführen.
Ohne eine geeignete Arbitrierungssteuerlogik können gleichzeitige oder überlappende Lenkbefehle von verschiedenen Lenkmodulen, wie z. B. dem Anhängerrückfahrhilfesystem 10 und dem Einparkhilfesystem 202, dem elektrischen Lenkmotor 66 befohlen werden, was zu einem Lenkwinkelbefehl oder dem resultierenden Drehmoment, der bzw. das einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt, führen könnte und zu einem unerwünschten Lenkverhalten und einer potentiellen Beschädigung des Lenksystems 62 oder anderer Fahrzeugkomponenten oder -systeme führen könnte. Entsprechend enthält der Lenkwinkel-Controller 200, wie in 13 gezeigt ist, eine winkelbasierte Lenksteuerroutine 206 und einer Drehmomentsignal-Kompensationsroutine 210, die im Speicher 208 des Lenkwinkel-Controllers 200 für die Verarbeitung durch den Mikroprozessor 204 gespeichert sind. Es wird in Betracht gezogen, dass der Lenkwinkel-Controller 200 alternativ oder zusätzlich zu dem Mikroprozessor 204 eine andere analoge und/oder digitale Schaltungsanordnung zum Verarbeiten einer oder mehrerer Routinen enthalten kann. Es sollte außerdem erkannt werden, dass der Lenkwinkel-Controller 200 ein selbstständiger dedizierter Controller sein kann oder ein gemeinsam benutzter Controller, der mit anderen Steuerfunktionen integriert ist, der z. B. mit dem Controller 28 des Anhängerrückfahrhilfesystems 10 oder anderen vorstellbaren bordinternen oder bordexternen Fahrzeugsteuersystemen integriert ist, sein kann.
In den 14 bis 16 ist die winkelbasierte Lenksteuerroutine 206 konfiguriert, einen oder mehrere Lenkwinkelbefehle von mehreren Lenkmodulen zu empfangen und einen verfeinerten Lenkwinkelbefehl für den Lenkwinkel-Controller 200 zu erzeugen, um die gelenkten Räder 64 des Fahrzeugs zu betreiben. Um das Lenksystem 62 zu arbitrieren und zu steuern, ist die winkelbasierte Lenksteuerroutine 206 des Lenkwinkel-Controllers 200 konfiguriert, die Lenkwinkelbefehle von mehreren Lenkmodulen zu empfangen und einen verfeinerten Lenkwinkelbefehl für den Lenkwinkel-Controller 200 zu erzeugen, um die gelenkten Räder 64 des Fahrzeugs 14 zu betreiben. Der Lenkwinkel-Controller 200 empfängt die mehreren Lenkwinkelbefehle und erzeugt den verfeinerten Lenkwinkelbefehl zum Lenken des Fahrzeugs 14 basierend auf den annehmbaren Lenksäulen-Drehmomentbedingungen für das jeweilige Lenkmodul. Der verfeinerte Lenkwinkelbefehl als solcher kann im Wesentlichen gleich einem der Lenkwinkelbefehle sein, wenn die anderen potentiellen Lenkwinkelbefehle in einen inaktiven Arbitrierungszustand übergegangen sind.
Wie in 14 gezeigt ist, ist eine Ausführungsform eines Arbitrierungsablaufplans 216 dargestellt, der in der Steuerlogik für jedes jeweilige autonome Lenkmodul, einschließlich des Einparkhilfe-Lenkmoduls 202 und des Anhängerrückfahrhilfe-Lenkmoduls 10, enthalten sein kann. Jedes Lenkmodul kann in dem geschlossenen Zustand 218 gestartet werden, der verhindert, dass das Lenkmodul irgendwelche Lenkwinkelbefehle über das Fahrzeugkommunikationsnetz für den Lenkwinkel-Controller 200 erzeugt. Damit sich das jeweilige autonome Lenkmodul von dem geschlossenen Zustand 218 zu dem offenen Zustand 220 bewegt, müssen mehrere Parameterzustandsanforderungen vorhanden sein, so dass die Kraftmaschine des Fahrzeugs und das Lenksystem 62 in annehmbaren Zuständen arbeiten, um einen Befehl von dem jeweiligen autonomen Lenkmodul zu empfangen und auszuführen. Die Fahrzeuggeschwindigkeit muss sich z. B. unter einer Schwellengeschwindigkeit befinden, das Lenksäulendrehmoment muss sich unter einem Schwellendrehmoment befinden und die Lenksäulendrehzahl muss sich unter einer Schwellendrehzahl befinden. Sobald es sich in dem offenen Zustand 220 befindet, verursacht irgendeine Änderung an dem Fahrzeugsystem, einschließlich der Kraftmaschine des Fahrzeugs und des Lenksystems 62, die zu einem unannehmbaren Zustand führen würde, um einen Befehl auszuführen, dass der Arbitrierungszustand zu dem geschlossenen Zustand 218 zurückkehrt, wobei verhindert wird, dass irgendwelche Lenkwinkelbefehle durch das jeweilige Lenkmodul erzeugt werden.
Ferner kann sich in 14 das jeweilige Lenkmodul von dem offenen Zustand 220 zu dem aktiven Zustand 222 bewegen, wenn zusätzlich dazu, dass die erforderlichen Parameterbedingungen für den offenen Zustand 220 annehmbar sind, der Lenkradwinkel annehmbar ist und ein Übergangsfaktor 226 des Ausgangs des jeweiligen Lenkmoduls im Allgemeinen gleich null ist. Im aktiven Zustand 222 beginnt das jeweilige Lenkmodul, einen Lenkwinkelbefehl über das Fahrzeugkommunikationsnetz für den Lenkwinkel-Controller 200 zu erzeugen.
Wie in 15 gezeigt ist, ist eine Ausführungsform eines Lenkmoduls dargestellt, die zwischen dem offenen und dem aktiven Zustand 220, 222 übergeht, was einen Übergangsfaktor 226, der auf den Ausgang angewendet wird, enthält. Spezifischer wird der Übergangsfaktor während eines Zeitraums T_AC_in für den Übergang zu dem aktiven Zustand 222 und während eines Zeitraums T_AC_out für den Übergang von dem aktiven Zustand 222 zu dem offenen oder dem Störungszustand 220, 224 angewendet. Der Übergangsfaktor 226 ermöglicht, dass ein Anteil des ausgegebenen Lenkwinkelbefehls über das Fahrzeugkommunikationsnetz zu dem Lenkwinkel-Controller 200 übertragen wird, um plötzliche Änderungen der Lenkwinkelbefehle zu vermeiden, die einen unerwünschten Betrieb des Fahrzeugs 14 verursachen könnten. In dem Fall des Übergehens zu dem aktiven Zustand 222 nimmt der Übergangsfaktor 226 während des Zeitraums T_AC_in linear zu, der dadurch eine allmähliche Implementierung des ausgegebenen Lenkwinkelbefehls bereitstellt, bis ein vollständiger ausgegebener Lenkwinkelbefehl zu dem Lenkwinkel-Controller 200 übertragen wird. Der Übergang von einem der Lenkmodule von dem offenen Zustand 220 zu dem aktiven Zustand 222 verursacht, dass sich die verbleibenden Lenkmodule zu dem geschlossenen Zustand 218 oder einem anderen vorstellbaren inaktiven Zustand bewegen, was eine wesentliche Überlappung der Ausgangssignale von den Lenkmodulen verhindert. Ähnlich nimmt im Fall des Übergehens aus dem aktiven Zustand 222 der Übergangsfaktor 226 während des Zeitraums T_AC_out nach dem Bewegen aus dem aktiven Zustand 222 linear ab, der dadurch eine allmähliche Verringerung des ausgegebenen Lenkwinkelbefehls bereitstellt, bis kein ausgegebener Lenkwinkelbefehl durch das jeweilige Lenkmodul übertragen wird. Sobald sich das aktive Lenkmodul zurück zu dem offenen Zustand 220 bewegt, können die verbleibenden Lenkmodule den offenen Zustand von dem inaktiven Zustand wiederaufnehmen. Es wird außerdem in Betracht gezogen, dass der Übergangsfaktor während der Zeiträume, die als T_AC_in und T_AC_out identifiziert sind, nichtlinear eingestellt werden kann, wobei es außerdem vorstellbar ist, dass diese Zeiträume verlängert oder verkürzt werden, um sie an die gewünschte Leistung anzupassen. Außerdem kann sich während des Betriebs eines Lenkmoduls im aktiven Zustand 222 ein Parameter ändern, wobei er verursachen kann, dass sich das Modul zu dem Störungszustand 224 bewegt, der es erfordert, dass der Parameter in dem geschlossenen Zustand 218 analysiert wird, bevor zum offenen Zustand 220 zurückgegangen wird. Es wird in Betracht gezogen, dass dieser Übergang im Wesentlichen der gleiche wie der Übergang von dem aktiven Zustand 222 zu dem offenen Zustand 220 sein kann.
Das entsprechende Verfahren zur Lenkwinkelsteuerung enthält, wie in 16 gezeigt ist, die allgemeinen Schritte 228 und 230 des Empfangens eines ersten Lenkwinkelbefehls von einem ersten Lenkmodul und des Empfangens eines zweiten Lenkwinkelbefehls von einem zweiten Lenkmodul. In einer Ausführungsform können das erste und das zweite Lenkmodul das Anhängerrückfahrhilfesystem 10 und das Einparkhilfesystem 202 sein. Wie oben erklärt worden ist, steuert die Arbitrierungslogik 216 die Lenkmodule, um die Lenkwinkelbefehle zu erzeugen, wenn eine Bedingung eines offenen Zustands 220 des jeweiligen Lenkmoduls vorhanden ist. Es ist jedoch vorstellbar, dass es die Übergangsfaktoren einem Lenkmodul erlauben können, während des T_AC_out immer noch irgendeinen Lenkwinkelbefehl auszugeben, während ein weiteres Lenkmodul beginnt, in den aktiven Zustand 222 überzugehen. Schließlich kann im Schritt 236 ein verfeinerter Lenkwinkelbefehl mit den im Schritt 238 empfangenen Lenkwinkelbefehlen zum Steuern der gelenkten Räder 64 des Fahrzeugs 14, einschließlich des Ritzelwinkels, basierend auf den annehmbaren Lenksäulen-Drehmomentbedingungen für das erste und das zweite Lenkmodul erzeugt werden. Um die annehmbaren Lenksäulen-Drehmomentbedingungen zu bestimmen, wird im Schritt 232 ein Lenkdrehmoment durch den Drehmomentsensor (17) abgetastet und bezüglich der Trägheit und der außermittigen Massen des Handrads 68 kompensiert. Der verfeinerte Lenkwinkelbefehl kann dann erzeugt werden, wenn das Lenkdrehmoment kleiner als ein Schwellendrehmoment ist, wie im Schritt 234 bestimmt wird. Ferner ist das Schwellendrehmoment konfiguriert, um überschritten zu werden, wenn ein Gegenstand die Drehung des Handrads behindert, wie hier ausführlicher beschrieben ist. Der verfeinerte Lenkwinkelbefehl kann im Wesentlichen gleich dem empfangenen Lenkwinkelbefehl sein, wenn die anderen Lenkmodule in einen inaktiven Zustand übergegangen sind.
Um abermals in 13 den Lenkwinkel mit dem verfeinerten Lenkwinkelbefehl genau zu steuern, kann der Lenkwinkel-Controller 200 außerdem eine Drehmomentsignal-Kompensationsroutine 210 verarbeiten, die eine gefilterte Handradbeschleunigung basierend auf dem Handradwinkel bestimmt, basierend auf der gefilterten Handradbeschleunigung und den Masseneigenschaften des Handrads ein Versatzdrehmoment bestimmt und schließlich ein kompensiertes Drehmomentsignal basierend auf dem Versatzdrehmoment und dem Eingangsdrehmomentsignal erzeugt. Das kompensierte Drehmomentsignal kompensiert die Trägheit und die außermittige Masse des Handrads 68, wodurch ein hoher Drehmomentwert, der einer plötzlichen Änderung der Richtung des Ritzelwinkels zugeordnet ist, in dem verfeinerten Drehmomentsignal verringert wird, um zu verhindern, dass das verfeinerte Drehmomentsignal fehlgeleitet einen Drehmomentschwellenwert übersteigt, was einen Gegenstand, der die Drehung des Handrads 68 behindert, angibt und verursacht, dass das entsprechende autonome Lenkmodul in einen inaktiven Arbitrierungszustand gesetzt wird.
Wie in 17 gezeigt ist, ist ein Handrad 68 veranschaulicht, das einen beispielhaften Schwerpunktversatz 240 aufweist, der in einem von einem Drehmomentsensor an dem Torsionsstab der Lenksäule erzeugten Drehmomentsignal Spitzen verursachen kann, insbesondere wenn es eine plötzliche Änderung der Richtung des Ritzelwinkels gibt. Der Handradwinkel θ wird durch den Lenkradwinkelsensor 67 abgetastet, der in der veranschaulichten Ausführungsform einen Ritzelwinkelsensor 212 (13), der einen Ritzelwinkel des Handrads 68 abtastet, und einen Aufwickelwinkelsensor 214 (13), der einen Aufwickelwinkel des Torsionsstabs der Lenksäule abtastet, enthält. Die Drehmomentsignal-Kompensationsroutine 210 erzeugt den Handradwinkel θ durch das Kombinieren des Ritzelwinkels und des Aufwickelwinkels.
Immer noch in 17 wird nach dem Kombinieren des Ritzelwinkels und des Aufwickelwinkels der Handradwinkel mit einem Hochpassfilter gefiltert und integriert, um einen gefilterten Handradbeschleunigungswert zu bestimmen. Der Lenkwinkel-Controller kann dann basierend auf der gefilterten Handradbeschleunigung ein Versatzdrehmoment bestimmen. Spezifischer kann das Versatzdrehmoment mit der folgenden Gleichung berechnet werden: T_OFFSET = d·sin(SWA + θ), wobei

d: der Abstand von dem Drehpunkt des Handrads zu seinem Schwerpunkt ist,
θ: der Winkel um den Drehpunkt zwischen der Vertikalen und dem Schwerpunkt ist, und
SWA: die gefilterte Handradbeschleunigung ist.

Wie in 18 gezeigt ist, berechnet das Versatzdrehmoment die momentane Drehträgheit des Handrads 68, um sie auf das Eingangsdrehmomentsignal anzuwenden, um ein verfeinertes Drehmomentsignal zu definieren, das die Trägheit und die außermittige Masse des Handrads 68 kompensiert. Das verfeinerte Drehmomentsignal wird vor dem Verlassen der Drehmomentsignal-Kompensationsroutine und dem Betreiben des Ritzelwinkels mit dem verfeinerten Drehmomentsignal durch ein Tiefpassfilter geleitet. Der hohe Drehmomentwert, der einer plötzlichen Änderung der Richtung des Ritzelwinkels zugeordnet ist, ist in dem verfeinerten Drehmomentsignal verringert, um zu verhindern, dass das verfeinerte Drehmomentsignal fehlgeleitet einen Drehmomentschwellenwert übersteigt. Der Lenkwinkel-Controller 200 kann außerdem konfiguriert sein, die autonome Steuerung des Ritzelwinkels zu stoppen, wenn das verfeinerte Drehmomentsignal ein Schwellendrehmoment übersteigt. Der Drehmoment-Schwellenwert kann festgelegt sein, um überschritten zu werden, wenn ein Gegenstand die Drehung des Handrads 68 behindert, wie z. B. wenn ein Fahrer das Handrad mit der Absicht ergreift, die direkte, manuelle Steuerung des Lenksystems 62 zu übernehmen.
Das entsprechende Verfahren zum Betreiben der Drehmomentsignal-Kompensationsroutine 210 ist in 19 gezeigt. Im Schritt 242 in dem Verfahren ist der Handradwinkel der Winkel, der durch das Kombinieren eines abgetastete Ritzelwinkels und eines abgetasteten Aufwickelwinkels des Torsionsstabs abgetastet wird. Im Schritt 244 wird ein Lenkbefehl erzeugt, wie z. B. durch die winkelbasierte Lenksteuerroutine 206, was das Erzeugen eines Eingangsdrehmomentsignals enthält. Wie oben beschrieben worden ist, integriert die Drehmomentsignal-Kompensationsroutine 210 im Schritt 246 den Handradwinkel, um eine Handradbeschleunigung zu bestimmen, wobei sie dann im Schritt 248 die Handradbeschleunigung durch ein Hochpassfilter leitet, um eine gefilterte Handradbeschleunigung zu bestimmen. Basierend auf der gefilterten Handradbeschleunigung und den Masseneigenschaften des Handrads wird im Schritt 250 wiederum ein Versatzdrehmoment bestimmt. Dann wird ein gefiltertes kompensiertes Drehmomentsignal erzeugt, wobei das Versatzdrehmoment im Schritt 252 auf das Eingangsdrehmomentsignal angewendet wird und dann im Schritt 254 mit einem Tiefpassfilter gefiltert wird, was die Trägheit und die außermittige Masse des Handrads 68 kompensiert. Die autonome Steuerung des Handradwinkels wird dann basierend auf dem gefilterten kompensierten Drehmomentsignal, wie z. B. durch das Anhängerrückfahrhilfesystem 10, ausgeführt. Wie in 20A gezeigt ist, ist das gefilterte kompensierte Drehmomentsignal im Vergleich zu dem gemessenen Drehmoment, von dem das Versatzdrehmoment entfernt worden ist, gezeigt, die die Signale in den Schritten 254 bzw. 252 (19) sind. Wie ferner in 20B gezeigt ist, ist das gefilterte kompensierte Drehmomentsignal im Vergleich zu dem Eingangsdrehmoment und dem Versatzdrehmoment gezeigt, was veranschaulicht, wie das kompensierte Drehmomentsignal, das die Trägheit und die außermittige Masse des Handrads 68 kompensiert, verhindert, dass das Drehmomentsignal fehlgeleitet einen Drehmomentschwellenwert übersteigt, was angibt, dass ein Gegenstand die Drehung des Handrads 68 behindert und verursacht, dass das jeweilige autonome Lenkmodul in einen inaktiven Arbitrierungszustand, wie z. B. den Störungszustand 224, gesetzt wird.

Claims

Autonomes Lenksystem für ein Fahrzeug, wobei das autonome Lenksystem Folgendes umfasst: ein Einparkhilfe-Lenkmodul, das konfiguriert ist, einen ersten Lenkwinkelbefehl über ein Kommunikationsnetz des Fahrzeugs zu erzeugen; ein Anhängerrückfahrhilfe-Lenkmodul, das konfiguriert ist, einen zweiten Lenkwinkelbefehl über das Kommunikationsnetz des Fahrzeugs zu erzeugen; und einen Lenkwinkel-Controller, der konfiguriert ist, den ersten und den zweiten Lenkwinkelbefehl zu empfangen und einen dritten Lenkwinkelbefehl zum Steuern eines gelenkten Rads des Fahrzeugs basierend auf den Lenksäulen-Drehmomentbedingungen des Fahrzeugs, die für das entsprechende Lenkmodul annehmbar sind, zu erzeugen.
Autonomes Lenksystem nach Anspruch 1, wobei die Lenksäulen-Drehmomentbedingungen einen Drehmomentschwellenwert enthalten.
Autonomes Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, das ferner Folgendes umfasst: einen Drehmomentsensor, der ein Lenkdrehmoment abtastet, wobei der dritte Lenkwinkelbefehl erzeugt wird, wenn das Lenkdrehmoment kleiner als ein Drehmomentschwellenwert ist.
Autonomes Lenksystem nach Anspruch 3, wobei das Lenkdrehmoment konfiguriert ist, die Trägheit und eine außermittige Masse eines Handrads zu kompensieren.
Autonomes Lenksystem nach Anspruch 4, wobei der Drehmomentschwellenwert gewählt ist, um im Allgemeinen überschritten zu werden, wenn ein Gegenstand die Drehung des Handrads behindert.
Autonomes Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Lenkwinkel-Controller den dritten Lenkwinkelbefehl im Wesentlichen gleich einem des ersten oder des zweiten Lenkwinkelbefehls erzeugt, wenn der andere des ersten oder des zweiten Lenkwinkelbefehls in einen inaktiven Zustand übergegangen ist.
Autonomes Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Lenkwinkel-Controller einen Ritzelwinkel des gelenkten Rads basierend auf dem dritten Lenkwinkelbefehl autonom steuert.
Verfahren zur Lenkwinkelsteuerung eines Fahrzeugs, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Erzeugen eines ersten Lenkwinkelbefehls mit einem einzigen von mehreren Lenkmodulen, das eine Arbitrierungsbedingung eines offenen Zustands aufweist; und Erzeugen eines zweiten Lenkwinkelbefehls zum Lenken des Fahrzeugs basierend auf dem ersten Lenkwinkelbefehl und basierend auf annehmbaren Lenksäulen-Drehmomentbedingungen für das einzige der mehreren Lenkmodule.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Arbitrierungsbedingung eines offenen Zustands des jeweiligen Lenkmoduls für das unabhängige Lenken des Fahrzeugs vorhanden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, das ferner Folgendes umfasst: Abtasten eines Lenkdrehmoments, wobei die Lenksäulen-Drehmomentbedingungen enthalten, das Lenkdrehmoment, dass kleiner als ein Drehmomentschwellenwert ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Lenkdrehmoment konfiguriert ist, die Trägheit und die außermittige Masse eines Handrads zu kompensieren.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Drehmomentschwellenwert konfiguriert ist, überschritten zu werden, wenn ein Gegenstand die Drehung des Handrads behindert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei der zweite Lenkwinkelbefehl im Wesentlichen gleich dem ersten Lenkwinkelbefehl ist, wenn das andere der mehreren Lenkmodule in einen inaktiven Arbitrierungszustand übergegangen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, das ferner Folgendes umfasst: autonomes Betreiben eines Ritzelwinkels basierend auf dem zweiten Lenkwinkelbefehl.
Autonomes Lenksystem für ein Fahrzeug, wobei das autonome Lenksystem Folgendes umfasst: ein erstes und ein zweites Lenkmodul, wobei jedes konfiguriert ist, einen Lenkwinkelbefehl zu erzeugen, wenn für das unabhängige Lenken des Fahrzeugs eine Bedingung eines offenen Zustands des entsprechenden Lenkmoduls vorhanden ist; und einen Lenkwinkel-Controller, der konfiguriert ist, ein gelenktes Rad des Fahrzeugs basierend auf den erzeugten Lenkwinkelbefehlen zu steuern, wenn ein abgetastetes Lenkdrehmoment des Fahrzeugs kleiner als ein Schwellendrehmoment ist.
Autonomes Lenksystem nach Anspruch 15, das ferner Folgendes umfasst: einen Drehmomentsensor, der das Lenkdrehmoment an dem gelenkten Rad des Fahrzeugs abtastet.
Autonomes Lenksystem nach einem der Ansprüche 15 oder 16, wobei das abgetastete Lenkdrehmoment konfiguriert ist, die Trägheit und die außermittige Masse eines Handrads, das mit dem gelenkten Rad betriebstechnisch gekoppelt ist, zu kompensieren.
Autonomes Lenksystem nach Anspruch 17, wobei das Schwellendrehmoment konfiguriert ist, überschritten zu werden, wenn ein Gegenstand die Drehung des Handrads behindert.
Autonomes Lenksystem nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei der Lenkwinkel-Controller einen verfeinerten Lenkwinkelbefehl erzeugt, der im Wesentlichen gleich dem Lenkwinkelbefehl ist, der durch eines des ersten und des zweiten Lenkmoduls erzeugt wird, wenn das andere des ersten und des zweiten Lenkmoduls in einen inaktiven Zustand übergegangen ist.
Autonomes Lenksystem nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei der Lenkwinkel-Controller einen Ritzelwinkel basierend auf annehmbaren Lenksäulen-Drehmomentbedingungen für das jeweilige erste oder zweite Lenkmodul autonom steuert.