DE102016122916A1

DE102016122916A1 - Geführtes Anhängerkupplungssteuerungssystem und Verfahren

Info

Publication number: DE102016122916A1
Application number: DE102016122916.4A
Authority: DE
Inventors: Michael A. Wuergler; Robert D. Sims III; Mohannad Murad; Luis A. Reyes Lopez
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2015-12-01
Filing date: 2016-11-28
Publication date: 2017-06-01
Also published as: CN106808940A; US9731568B2; US20170151846A1; CN106808940B

Abstract

Ein Verfahren und System stellt eine geführte Steuerung eines Ankupplungsvorgangs zwischen einem Zugfahrzeug und einem Anhänger bereit. Dynamische Pixelbilder der ersten und zweiten Kupplungsvorrichtungen werden unter Verwendung einer Kamera gesammelt. Die Position der zweiten Anhängerkupplungsvorrichtung wird mit der Steuerung bestimmt. Eine erste graphische Überlagerung der dynamischen Pixelbilder wird angezeigt, wobei die erste graphische Überlagerung, beispielsweise Hilfslinien, einen Weg des Zugfahrzeugs darstellt. Ein Abstand zwischen einer kalibrierten Position der ersten Anhängerkupplungsvorrichtung und der ermittelten Position der zweiten Anhängerkupplungsvorrichtung wird berechnet, und eine zweite graphische Überlagerung wird in eingezoomten Bildern angezeigt, wenn der berechnete Abstand kleiner ist als ein kalibrierter Abstand. Die zweite graphische Überlagerung stellt Indizien der Positionen der ersten und zweiten Anhängerkupplungsvorrichtungen bereit. Eine Steuermaßnahme wird ausgeführt, wenn die zweite graphische Überlagerung auf eine wesentliche Überlagerung oder konzentrische Ausrichtung der Indizien der jeweiligen Positionen hinweist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein geführtes Anhängerkupplungssteuerungssystem und Verfahren.
HINTERGRUND
Ein Anhänger, eine Sattelkupplung oder ein anderer fahrbarer Untersatz kann mittels einer Anhängerkupplungsbaugruppe hinter einem Fahrzeug gezogen werden. Während Anhängerkupplungsbaugruppen in verschiedenen Konfigurationen vorkommen, beinhaltet eine typische Konfiguration eine Anhängerkupplung und eine Kupplungskugel. Die Anhängerkupplung, die mit dem Anhänger verbunden ist, beinhaltet eine Anhängerdeichsel die vom Anhänger ausgeht. Eine Kugelpfanne der Anhängerdeichsel ist um eine Kupplungskugel positioniert, die wiederum mit dem Zugfahrzeug verbunden ist. Die Anhängerkupplung rastet über einen Hebel und Haltestift ein. Ein ordnungsgemäß angekuppelter Anhänger bildet mit dem Zugfahrzeug eine einzelne strukturelle Einheit, und kann Kurven fahren, während er stabil auf einer Fahrbahn bleibt. Da die Kupplungskugel jedoch am hinteren Ende des Zugfahrzeugs positioniert ist, kann es für den Fahrer schwierig sein, die Kupplungskugel und die Anhängerkupplung beim Festmachen korrekt auszurichten, insbesondere bei schlechten Lichtverhältnissen.
Moderne Fahrzeuge beinhalten eine oder mehrere Kameras, die eine Rückfahrhilfe bereitstellen. Die hinteren Kamerasysteme, die für die Rückfahrhilfe verwendet werden, bedienen sich oft einer visuellen Überlagerung von Graphiken, die auf das Kamerabild eingeblendet oder überlagert werden, um eine Rückfahrlenkführung des Fahrzeugs bereitzustellen. Bei diesen Vorgängen sind die Kamerabilder und Fahrzeugkoordinaten über einen Kalibrierungsprozess verbunden, der die Kameraparameter bestimmt, z. B. Brennweite, optisches Zentrum, Orientierung, und Position. Es können Kamera-Modellierungstechniken verwendet werden, die die Höhe der Anhängerdeichsel über dem Boden berücksichtigen können, und auch die Bewegung des Zugfahrzeugs bezüglich eines Drehmittelpunkts modellieren, während ein Fahrer das Fahrzeug lenkt. Dennoch können kamerabasierte Techniken als Hilfe beim Rückwärtsfahren weniger optimal sein, wenn sie beim Ankuppeln eines Anhängers verwendet werden, insbesondere in der Endphase der Steuerung des Ankupplungsvorgangs.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Verfahren ist hierin offenbart, das mögliche Einschränkungen bei bestehenden Anhängerankupplungsvorgängen verbessern soll. Das Verfahren ermöglicht eine geführte Steuerung eines Ankupplungsvorgangs zwischen einem Zugfahrzeug mit einer ersten Anhängerkupplungsvorrichtung und einem Anhänger mit einer zweiten Anhängerkupplungsvorrichtung, beispielsweise, einer Kupplungskugel und einer Anhängerkupplung. Das Verfahren beinhaltet das Sammeln dynamischer Pixelbilder der ersten und zweiten Anhängerkupplungsvorrichtungen unter Verwendung einer digitalen oder analogen Kamera, die mit dem Zugfahrzeug verbunden ist, und dem anschließenden Bestimmen einer Position der zweiten Anhängerkupplungsvorrichtung relativ zur ersten Anhängerkupplungsvorrichtung über eine lokale Positionierungsvorrichtung, beispielsweise mit einem Sender-Empfänger-Paar, wie unten angegeben. Das Verfahren beinhaltet des Weiteren das Anzeigen einer ersten graphischen Überlagerung der dynamischen Pixelbilder auf einem Bildschirm während einer ersten Phase des Ankupplungsvorgangs. Die erste graphische Überlagerung, beispielsweise in der Orientierung dynamisch angepasste Hilfslinien, dynamisch gewichtete und/oder Färbung in Reaktion auf eine Änderung des Lenkwinkels, zeigen eine projizierte oder erwartete Bahn des Zugfahrzeugs zur Anhängerkupplung.
Zusätzlich beinhaltet das Verfahren das Berechnen, über die Steuerung, eines linearen Abstands zwischen einer kalibrierten Position der ersten Anhängerkupplungsvorrichtung und der ermittelten Position der zweiten Anhängerkupplungsvorrichtung. Dann wird eine zweite graphische Überlagerung angezeigt, wieder über die Steuerung, die das Display verwendet, einschließlich einer automatischen Steuerung einer Zoomstufe der Kamera, wenn der berechnete Abstand kleiner ist als ein kalibrierter Abstand. Die zweite graphische Überlagerung auf den Pixelbilder mit der erhöhten Zoomstufe liefert dem Fahrer des Zugfahrzeugs Indizien der entsprechenden Positionen der ersten und zweiten Anhängerkupplungsvorrichtungen. Die Steuerung führt eine Steuermaßnahme durch, wenn die zweite graphische Überlagerung eine wesentliche Überlagerung der Indizien der jeweiligen Positionen anzeigt, beispielsweise eine konzentrische Überlagerung, wie hierin dargelegt, einschließlich Aktivieren eines Audiosignals und/oder einer optischen Anzeige, die die wesentliche Überlagerung anzeigt.
Die erste oder zweite Anhängerkupplungsvorrichtung kann die oben erwähnte lokale Positionierungsvorrichtung beinhalten, die zum Übertragen der rohen Positionsdaten dient. In einem solchen Fall beinhaltet das Bestimmen der Position der zweiten Anhängerkupplungsvorrichtung das Erfassen der rohen Positionsdaten.
Die lokale Positionierungsvorrichtung kann, mittels nicht beschränkender Beispiele, eine Leuchtbake beinhallten, die Lichtsignale ausstrahlt, wie beispielsweise einen durchgehenden Lichtstrahl, Lidar, oder Lichtimpulse, einen Schallwellensender, der Schallwellen oder Funkwellen ausstrahlt, beispielsweise, einen Ultraschallgeber, oder ein Elektromagnetsender, der elektromagnetische Wellen ausstrahlt, beispielsweise Radar.
Das Verfahren kann eine Farbcodierung der angezeigten Hilfslinien beinhalten, um die korrekte oder nicht korrekte Ausrichtung der ersten und zweiten Anhängerkupplungsvorrichtungen zu repräsentieren.
Die Anzeige der zweiten graphischen Überlagerung kann das Anzeigen eines Kreisrings über der Anhängerkupplung und eines Kreises an der Kupplungskugel auf den dynamischen Pixelbilder beinhalten. In dieser Ausführungsform, kann die wesentliche Überlagerung von Indizien der jeweiligen Positionen eine konzentrische Überlagerung der Kreise beinhalten.
Es wird auch ein System zum Bereitstellen einer geführten Steuerung eines Ankupplungsvorgangs zwischen einem Zugfahrzeug mit einer ersten Anhängerkupplungsvorrichtung und einem Anhänger mit einer zweiten Anhängerkupplungsvorrichtung offenbart. Das System beinhaltet eine oder mehrere Kameras, die zum Sammeln dynamischer Pixelbilder der ersten und zweiten Anhängerkupplungsvorrichtungen dienen, und eine lokale Positionierungsvorrichtung, die mit der ersten oder zweiten Anhängerkupplungsvorrichtung verbunden werden kann, die zum Übertragen der rohen Positionssignale dient. Das System kann auch einen Empfänger in Kommunikation mit der lokalen Positionierungsvorrichtung, einem Display und einer Steuerung beinhalten, wobei der Empfänger zur Bestimmung einer Position der zweiten Anhängerkupplungsvorrichtung relativ zur ersten Anhängerkupplungsvorrichtung anhand der übertragenen rohen Positionssignale dient.
Die Steuerung ist so programmiert, dass sie die erste graphische Überlagerung der dynamischen Pixelbilder während einer ersten Phase des Ankupplungsvorgangs anzeigt, und einen Abstand zwischen einer kalibrierten Position der ersten Anhängerkupplungsvorrichtung und der ermittelten Position der zweiten Anhängerkupplungsvorrichtung berechnet. Die Steuerung ist auch programmiert, um mithilfe des Displays eine zweite graphische Überlagerung anzuzeigen, wenn der berechnete Abstand kleiner ist als ein kalibrierter Abstand, wobei die zweite graphische Überlagerung Indizien zu den entsprechenden Positionen der ersten und zweiten Anhängerkupplungsvorrichtungen bereitstellt, wie oben erwähnt. Die Steuerung führt dann eine Steuermaßnahme durch, wenn die zweite graphische Überlagerung eine wesentliche konzentrische Ausrichtung der Indizien der entsprechenden Positionen anzeigt, wie hierin dargelegt, einschließlich Aktivieren von mindestens einem Audiosignal und einer optischen Anzeige, die die wesentliche Überlagerung anzeigt.
Die oben aufgeführten Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsform/en und der besten Art/en zum Ausführen der beschriebenen Offenbarung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen und beigefügten Ansprüchen ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines beispielhaften Anhängers und eines Zugfahrzeugs, das eine Steuerung mit geführter Anhängerkupplungs-Steuerlogik aufweist, wie hierin dargelegt.
2A–C sind schematische Darstellungen einer Kupplungskugel und Anhängerkupplung und codierten graphischen Überlagerungen, die über ein Display des Zugfahrzeugs von 1 in einer ersten Phase eines Ankupplungsvorgangs dargestellt werden können.
3A–C sind schematische Darstellungen der Anhängerkupplung und graphische Überlagerungen, die über das Display des Zugfahrzeugs von 1 in einer zweiten Phase der Ankupplungsvorgangs dargestellt werden können.
4 ist ein Flussdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel des vorliegenden Verfahrens zum Bereitstellen einer geführten Anhängerkupplungssteuerung eines Ankupplungsvorgangs beschreibt, in das das Zugfahrzeug von 1 einbezogen ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen ähnliche Bezugszeichen ähnliche Teile über die mehreren Ansichten bezeichnen, ist in 1 ein exemplarisches Zugfahrzeug 10 und ein exemplarischer Anhänger 12 dargestellt. Während für eine vereinfachte Darstellung ein Kleinlastwagen und ein konventioneller Anhänger dargestellt sind, können innerhalb des Umfangs der Offenbarung andere Arten von Zugfahrzeugen 10 verwendet werden, wie Geländewagen oder Vans. Ebenso kann der Anhänger 12 als ein mehrachsiger Anhänger, eine Sattelkupplung, oder jeden anderen, nicht angetriebenen fahrbaren Untersatz dargestellt werden, der hinter einem Zugfahrzeug 10 hergezogen wird.
Das Zugfahrzeug 10 beinhaltet eine erste Anhängerkupplungsvorrichtung 18, im Folgenden als Kupplungskugel bezeichnet. Der Anhänger 12 beinhaltet eine zweite, passende Anhängerkupplungsvorrichtung 28, im Folgenden als Anhängerkupplung bezeichnet, beide sind in der Technik bekannt und wie oben beschrieben konfiguriert. Andere Ausführungsformen können verwendet werden, ohne Abweichung von dem beabsichtigten Umfang der Offenbarung, und damit ist das Verfahren 100 nicht beschränkt auf die besondere Konfiguration der Vorrichtungen 18 und 28. Das Zugfahrzeug 10 setzt zurück zum Anhänger 12, wie durch Pfeil R angezeigt, bis die Kupplungskugel 18 korrekt auf die Anhängerkupplung 28 ausgerichtet ist. Sobald die Kupplungskugel 18 korrekt eingegriffen hat und durch die Anhängerkupplung 28 gesichert ist, ist der Ankupplungsvorgang abgeschlossen. Das Zugfahrzeug 10 kann danach den Anhänger 12 entlang einer Straßenoberfläche ziehen.
Das Fahrzeug 10 aus 1 umfasst eine Steuerungseinheit (C) 50, die mit Anweisungen zum Ausführen eines Verfahrens 100 programmiert ist. Die Ausführung des Verfahrens 100, wofür ein Beispiel in 4 dargestellt ist, ermöglicht es der Steuerung 50, einen Fahrer des Zugfahrzeugs 10 durch den Austausch oder die Kommunikation graphischer Steuersignale (Pfeil 11) mithilfe eines Displays 55 während eines Ankupplungsvorgangs visuell zu führen. Das heißt, der Fahrer wird über das Display 55 geführt, d. h., eine Mensch-Maschine-Benutzeroberfläche wie einen berührungsempfindlichen Eingabebildschirm, wie man ihn typischerweise in einem Navigations- oder Infotainment-System in der Mittelkonsole eines Fahrzeugs findet, mit graphischen Überlagerungen in Form von Hilfslinien, geometrischen Formen oder anderen graphischen Indizien, wie nachfolgend unter Bezugnahme auf 2A–3C erläutert.
Die Steuerung 50 beinhaltet einen Prozessor P und einen Speicher (M), zusammen mit Bildverarbeitungsanweisungen 56, die im Speicher M aufgezeichnet werden. Die Steuerung 50 kann auch eine Hochgeschwindigkeitsuhr, Analog-zu-Digital- und/oder Digital-zu-Analog-Schaltungen, einen Timer, Eingangs-/Ausgangsschaltkreise und verbundene Vorrichtungen, Signalprogrammier- und/oder Signalpufferspeicher-Schaltungen beinhalten. Der Speicher (M) sollte ausreichend konkreten permanenten Speicherplatz, wie magnetischen oder optischen ROM-Festspeicher, Flash-Speicher usw., sowie RAM-Arbeitsspeicher, EEPROM-Nur-Lesen-Speicher u. ä. enthalten. Die Steuerung 50 kann bei der Steuerung des Ankupplungsvorgangs zusätzliche Signale empfangen, wie Bremsstufen (Pfeil B_X) von einem Bremspedal 17 und einen Lenkwinkel (θ_S) von einem Lenkrad 15, oder kann dasselbe in einer autonomen Weise erzeugen.
Zum Bewerkstelligen des Verfahrens 100 beinhaltet das Zugfahrzeug 10 eine oder mehrere Kameras 20, die an eine Karosserie 14 des Zugfahrzeugs 10 angeschlossen sind, z. B. neben einem Heckklappengriff 16. Die Kamera 20 steht mit der Steuerung 50 über Drähte oder Übertragungsleitungen (nicht dargestellt) in Kommunikation. Die Kamera 20 dient dem Sammeln dynamischer Pixelbilder oder eines Videos des Anhängers 12, und insbesondere der Anhängerkupplung 28, in Echtzeit, wie im Allgemeinen durch den Pfeil 25 angezeigt. Die dynamischen Pixelbilder (Pfeil 25) können auch die Kupplungskugel 18 beinhalten. Die dynamischen Pixelbilder (Pfeil 25) werden dann mit einer entsprechenden Zoomstufe angezeigt, wie unten mit Referenz auf 2A–3C dargelegt, abhängig von der Phase des geführten Ankupplungsvorgangs.
Das Verfahren 100 kann dann mit der automatischen Einstellung der Auflösung der dynamischen Pixelbilder (Pfeil 25) fortschreiten, sodass die Kamera 20 für eine anfängliche visuelle Erfassung der Anhängerkupplung 28 Bilder in Normalansicht bereitstellt, wie in 2A–C dargestellt, und Nahaufnahmen oder herangezoomte Bilder für die Feinausrichtung der Kupplungskugel 18 und der Anhängerkupplung 28, wie in 3A–C dargestellt. Bei einigen Ausführungsformen kann die Steuerung 50 einen Betrieb der Kamera 20 steuern, mithilfe von aktiven Kamerasteuersignalen (Pfeil 35), um das Schwenken, Kippen oder optische Zoomen der Kamera 20 anzuordnen. In anderen Ausführungsformen kann die Steuerung 50 die gesammelten Pixelbilder (Pfeil 25) in Software verarbeiten, durch Zuschneiden, Zoomen oder Verbessern der gesammelten Pixelbilder (Pfeil 25), wobei die besondere Ausführungsform von der Konfiguration und den Fähigkeiten der Kamera 20 abhängt.
Ein Funktionsprinzip der Steuerung 50 beim Ausführen des Verfahrens 100 ist das Anwenden der Positionserfassung und der Fähigkeiten der Bildverarbeitung auf einen konventionellen Ankupplungsvorgang. Das heißt, komplexe Bildverarbeitungsfunktionen, wie Mustererkennung, Bilderkennung oder andere Erkennungsfunktionen, z. B. über neuronale Netze oder die Verwendung von Zustandsmaschinen zugunsten der Abstandmessung mit Bildauflösungsverlauf entfallen, um eine zweistufige Zielerfassung und Identifizierung zu erreichen. Wie in der Technik bekannt ist, umfasst die Bildverarbeitungsmessung die bildliche Erfassung einer Komponente, wie zum Beispiel der Anhängerkupplung 28 und der Kupplungskugel 18, mit einem Vorwissen der physikalischen Größe und relativen Positionierung des abgebildeten Ziels sowie die Messung der linearen Abstände zwischen den wichtigen Positionen auf dem erfassten Bild. Als solche können die Bildverarbeitungsanweisungen 56 allein oder in Kommunikation mit Sendern und Empfängern verwendet werden, wie unten bei unterschiedlichen Phasen des Ankupplungsvorgangs, zur genauen Bestimmung der relativen Position und des Abstands zwischen der Kupplungskugel 18 und der Anhängerkupplung 28, dargelegt.
Die dynamischen Pixelbilder (Pfeil 25) können aus einer Matrix von Bildpixeln bestehen. In verschiedenen nicht beschränkenden Ausführungsformen, kann die Kamera bzw. können die Kameras 20 als eine elektro-optische Vorrichtung konfiguriert sein, beispielsweise als ladungsgekoppelte Vorrichtung oder als Flüssigkeitslinsenkamera, gegebenenfalls mit Infrarotfunktion zur Erleichterung von Ankupplungsvorgängen bei schlechten Lichtverhältnissen, wie beispielsweise beim Stapellauf oder Laden eines Bootes bei einer flachen Variante des Anhängers 12 bei Nacht. Wenn der Prozessor P die Bildverarbeitungsanweisungen 56 ausführt, kann er einen linearen Abstand mit einem kalibrierten Pixelabstand zwischen identifizierten Kanten der dynamischen Pixelbilder (Pfeil 25) messen, sodass, innerhalb eines Bruchteils eines Zolls, die Ausrichtung der Kupplungskugel 18 zur Anhängerkupplung 28 ermittelt werden kann.
Eine lokale Positionierungsvorrichtung 30 ermöglicht der Kamera 20 eine Position der Anhängerkupplung 28 im freien Raum in Bezug zur Kupplungskugel 18 zu bestimmen. Beispielsweise kann die lokale Positionierungsvorrichtung 30 mit der Anhängerkupplung 28 verbunden werden, wie dargestellt. Personen mit entsprechenden Kenntnissen und Fachwissen werden auch zu schätzen wissen, dass verschiedene alternative Ausführungsformen genutzt werden können, um die relative Position der Kupplungskugel 18 und der Anhängerkupplung 28 zu bestimmen, und damit ist das Beispiel von 1 nicht begrenzend. Beispielsweise kann die lokale Positionierungsvorrichtung 30 am Zugfahrzeug 10 positioniert sein, wobei der Empfänger 128 in diesem Fall auf oder in der Nähe der Anhängerkupplung 28 positioniert ist. In anderen Ausführungsformen können die lokale Positionierungsvorrichtung 30 und der Empfänger 128 beide am Zugfahrzeug 10 positioniert sein und/oder die Bildverarbeitungssoftware kann verwendet werden, um mithilfe der gesammelten dynamischen Pixelbilder (Pfeil 25) die Position der Anhängerkupplung 28 zu bestimmen.
Die lokale Positionierungsvorrichtung 30 kann als eine Lichtbake konfiguriert sein, die Licht ausstrahlt, beispielsweise Lichtimpulse, oder Lidar, oder als Ausführungsformen mit Laserentfernungsmessung, wo Phasenverschiebung oder andere Prinzipien der Physik zur Abstandsbestimmung verwendet werden, wie in der Technik bekannt ist. Alternativ kann die lokale Positionierungsvorrichtung 30 ein Schallwellensender sein, der Schallwellen überträgt, beispielsweise ein Ultraschallsender zum Übertragen von Schallwellen im Ultraschall-Frequenzbereich, und/oder ein Elektromagnet-Emitter zum Ausstrahlen elektromagnetischer Wellen, wie Radarwellen, wobei das reflektierte Signal durch die Steuerung 50 verarbeitet wird, um den Abstand zu bestimmen.
In einem dieser exemplarischen Ausführungsformen kann die lokale Positionierungsvorrichtung 30 eine Vorrichtung mit Bluetooth-Verbindung oder eine andere drahtlose Vorrichtung sein, die über ein drahtloses Steuersignal (Pfeil W) durch einen Fahrer des Zugfahrzeugs 10 mithilfe des Displays 55 oder einer anderen Eingabevorrichtung aktiviert wird, um zu bewirken, dass die lokale Positionierungsvorrichtung 30 die rohen Positionsdaten P_R überträgt. Die rohen Positionsdaten P_R können in einigen Ausführungsformen durch einen Empfänger 128 erfasst werden, beispielsweise, eine Antenne oder einen Schallempfänger, einen elektromagnetischen Empfänger oder einen Lichtempfänger. Der Empfänger 128 kann an der Karosserie 14 des Zugfahrzeugs 10 angeordnet sein, getrennt von der lokalen Positionierungsvorrichtung 30 oder zusammen mit der lokalen Positionierungsvorrichtung 30. Der Empfänger 128 kann Kopplerpositionssignale (Pfeil P_X) zur Steuerung 50 weiterleiten, die wiederum die Kopplerpositionssignale (Pfeil P_X) verarbeiten kann und eine Ausführung eines Satzes von graphischen Überlagerungen, die auf dem Display 55 dargestellt sind, mithilfe der kalibrierten Position der Kamera 20 dynamisch anpassen kann. Die hierin beschriebene Kamera 20, die lokale Positionierungsvorrichtung 30, der Empfänger 128, das Display 55 und die Steuerung 50 können in einigen Ausführungsformen gemeinsam ein System bilden, beispielsweise, als Nachrüstsystem zur Verwendung mit dem Zugfahrzeug 10 und dem Anhänger 12.
2A, 2B, und 2C zeigen eine erste Phase eines beispielhaften Ankupplungsvorgangs. Die Anhängerkupplung 28 ist mit dem Anhänger 12 und der Kupplungskugel 18 am Zugfahrzeug 10 von 1 verbunden, wie oben erläutert. Obwohl dies in 2A–C zur beispielhaften Vereinfachung weggelassen wurde, werden die dargestellte Anhängerkupplung 28 und Kupplungskugel 18 von der Kamera 20 als Video angezeigt, das so aussieht, wie es ein Fahrer des Zugfahrzeugs 10 sieht, wenn er das Display 55 anschaut. In einem konkreten Anwendungsfall wäre die umgebende Struktur des Anhängers 12 und Zugfahrzeugs 10 auch über das Display 55 sichtbar.
Nach dem Einleiten des geführten Ankupplungsvorgangs, beispielsweise über die Auswahl einer angezeigten Option auf dem Display 55, oder das Aktivieren einer Taste oder einer anderen Eingabevorrichtung, weist die Steuerung 50 das Display 55 automatisch an, Daten von der Kamera 20 anzuzeigen, ähnlich dem, was bei einer typischen Rückfahrkamera auftritt, wenn ein Fahrzeug in den Rückwärtsgang schaltet. Beim Aktivieren der lokalen Positionierungsvorrichtung 30 über das drahtlose Signal (Pfeil W) oder über manuelles Aktivieren, verarbeitet die Steuerung 50 die Kopplerpositionssignale (Pfeil P_X) und berechnet eine Fahrspur des Anhängers (TL) in Form einer graphischen Überlagerung der Anzeige der dynamischen Pixelbilder (Pfeil 25) auf dem Display 55. Die Fahrspur des Anhängers (TL) ist ein Weg zwischen der Kupplungskugel 18, deren Position kalibriert ist und somit der Steuerung 50 bekannt ist, und der Anhängerkupplung 28, deren Position infolge der Kopplerpositionssignale (Pfeil P_X) bekannt ist. Während wie in 2A–C zur Vereinfachung einfach dargestellt, wird das Erscheinungsbild der Fahrspur des Anhängers (TL) dynamisch angepasst, basierend auf dem Lenkwinkel (θ_S). Gleichzeitig zeigt die Steuerung 50 als weitere graphische Überlagerung Hilfslinien (GL) an, die basierend auf dem Lenkwinkel (θ_S), dynamisch angepasst werden und eine kalibrierte Bahnbreite eingrenzen, die einen Weg der Ladefläche oder eines anderen hinteren Aufbaus des Zugfahrzeugs 10 repräsentiert, wenn dieses zur Anhängerkupplung 28 zurückfährt. In dieser Weise zeigen die Hilfslinien (GL) einen breiten Streifen an, der durch das Zugfahrzeug 10 abgedeckt wird, wenn das Zugfahrzeug 10 eine Lücke zwischen dem Zugfahrzeug 10 und dem Anhänger 12 schließt.
Wie in 2A dargestellt, kann zu Beginn des Ankupplungsvorgangs die Fahrspur des Anhängers (TL) eine kalibrierte Linienstärke haben, die eine korrekte lineare Ausrichtung der Kupplungskugel 18 mit der Anhängerkupplung 28 anzeigt. Die Fahrspur des Anhängers (TL) kann farbcodiert sein, beispielsweise, als durchgezogene grüne Linie mit einer speziellen Dicke oder Gewichtung, wenn die horizontale oder die horizontale und vertikale Ausrichtung zwischen der Kupplungskugel 18 und der Anhängerkupplung 28 korrekt ist. Eine korrekte Ausrichtung bezüglich der Fahrspur des Anhängers (TL) ist jede Ausrichtung, bei der die Kupplungskugel 18 des Zugfahrzeugs 10, falls das Zugfahrzeug 10 sich weiterhin ohne Lenkungsabweichung bewegt, schließlich in die Anhängerkupplung 28 eingreift. Die Farbe, oder andere Ausführung der Fahrspur des Anhängers (TL), kann über die Steuerung 50 automatisch geändert werden, wenn die Ausrichtung falsch ist, z. B. durch Ändern der Fahrspur des Anhängers (TL) von grün auf rot, wie durch die dünnere Fahrspur des Anhängers (TL) in 2B repräsentiert, wodurch die visuelle Rückmeldung an den Fahrer des Zugfahrzeugs 10 farbcodiert wird. Wenn sich das Zugfahrzeug 10 dem Anhänger 12 nähert, verkürzen sich die Orientierungs- und Linienlängen der Hilfslinien (GL), um die größere Nähe der Anhängerkupplung 28 darzustellen, wie in 2C gezeigt.
In jeder von 2A–C kann die Steuerung 50 eine zusätzliche graphische Überlagerung anzeigen, die die relativen Positionen der Anhängerkupplung 28 und der Kupplungskugel 18 anzeigt. So können beispielsweise Kreise 29 und 52 oder andere geometrische Formen verwendet werden, um eine Mitte der Anhängerkupplung 28 und der Kupplungskugel 18 hervorzuheben. Wenn die Kupplungskugel 18 schließlich bei erfolgreicher Ausrichtung von der Anhängerkupplung 28 bedeckt ist, beinhaltet eine mögliche Ausführungsform einen Kreis 52 und einen Kreisring 29 mit einem größeren Durchmesser als der mit Kreis 52, wie in 3A–C veranschaulicht.
3A–C zeigen zusammen eine zweite „Nahaufnahme”-Phase des geführten Ankupplungsvorgangs. In der zweiten Phase sind die Anhängerkupplung 28 und die Kupplungskugel 18 in räumlicher Nähe zueinander, beispielsweise innerhalb von 12 Zoll. Der Fahrer des Zugfahrzeugs 10 versucht die Kupplungskugel 18 mit der Anhängerkupplung 28 korrekt auszurichten, wobei er die Feinsteuerung des Zugfahrzeugs 10 verwendet, das heißt, über die Bremssignale (Pfeil B_X) und den Lenkwinkel (θ_S) von 1. Wenn der lineare Abstand zwischen Kupplungskugel 18 und Anhängerkupplung 28 innerhalb eines vorbestimmten Abstands ist, kann die Steuerung 50 entweder eine optische Zoomstufe der Kamera 20 steuern, oder über die Bildverarbeitungsanweisungen 56 von 1 einen digitalen Zoom auf die gesammelten dynamischen Pixelbilder (Pfeil 25) anwenden, wenn die Kamera 20 eine Kamera mit fester Brennweite ist. In jeder Konfiguration zeigt das Display 55 eine Nahansicht der Anhängerkupplung 28 und der Kupplungskugel 18 an, um die Feinsteuerung des Ankupplungsvorgangs beim Abstand der verbleibenden wenigen Zoll zu erleichtern.
Wie oben erwähnt, können die Kreise 29 und 52 verwendet werden, um die jeweiligen Mitten der Anhängerkupplung 28 und der Kupplungskugel 18 hervorzuheben. Die Kupplungskugel 18 ist aus der Perspektive von 3A noch teilweise sichtbar, und befindet sich in dieser Phase des Kupplungsvorgangs im Wesentlichen unmittelbar unter der Kamera 20. In den 3B und 3C ist die Kupplungskugel 18 aus der Sicht der Kamera 20 jedoch im Wesentlichen von der Anhängerkupplung 28 überlappt oder vollständig abgedeckt, wenn der Fahrer des Zugfahrzeugs 10 das Zugfahrzeug 10 weiter auf den Anhänger 12 zubewegt.
Ein Ausführungsbeispiel wird vorgestellt, in dem ein Kreis 52 die Mitte der Kupplungskugel 18 anzeigt und der größere Durchmesser des Kreisrings 29 die Mitte der Anhängerkupplung 28 anzeigt, wodurch die visuelle Erfassung einer ordnungsgemäß ausgerichteten Kupplungskugel 18 erleichtert wird, wie in 3C dargestellt. Die konzentrische Ausrichtung des Kreises 52 und des Kreisrings 29 kann auf eine ordnungsgemäße Ausrichtung der Kupplungskugel 18 und der Anhängerkupplung 28 hinweisen. Sobald die Darstellung von 3C im Display 55 von 1 dargestellt wird, erhält der Fahrer eine visuelle Bestätigung, dass die Kupplungskugel 18 für den Eingriff in die Anhängerkupplung 28 bereit ist, was typischerweise das manuelle Einrasten und Einsetzen eines Haltestifts (nicht dargestellt) beinhaltet, wie in der Technik bekannt ist.
Bezugnehmend auf 4, beginnt eine exemplarische Ausführungsform des Verfahrens 100 mit Schritt S102, worin ein Fahrer des Zugfahrzeugs 10 von 1 der Steuerung 50 eine Absicht mitteilt, einen geführten Ankupplungsvorgang einzuleiten, z. B. über die Touchscreenauswahl auf dem Display 55. Die Kamera 20 kann sich als Folge von Schritt S102 einschalten. Das Verfahren 100 geht dann über zu Schritt S104.
Schritt S104 kann das Aktivieren der lokalen Positionierungsvorrichtung 30 beinhalten, die z. B. auf der Anhängerkupplung 28 positioniert ist, oder alternativ auf dem Zugfahrzeug 10, beispielsweise durch die Übertragung eines drahtlosen Signals (Pfeil W) an die Positionierungsvorrichtung 30 oder durch manuelles Aktivieren der lokalen Positionierungsvorrichtung 30 über einen Schalter oder eine Schaltfläche (nicht dargestellt). In anderen Ausführungsformen können die Bildverarbeitungsanweisungen 56 zum Ausführen der folgenden Schritte alleine verwendet werden, wobei die Bildverarbeitungsanweisungen 56 bei Schritt S104 aktiviert oder initialisiert werden. Das Verfahren 100 geht dann über zu Schritt S106, wenn die über die Kamera 20 mit dem Zugfahrzeug 10 verbundene Steuerung 50 mit dem Sammeln der dynamischen Pixelbilder (Pfeil 25) der Anhängerkupplung 28 beginnt. Die Kupplungskugel 18 ist wahrscheinlich auch in den dynamischen Pixelbildern (Pfeil 25) zu sehen, insbesondere in Ausführungsformen, die eine einzige Kamera 20 verwenden. Bilder der Kupplungskugel 18 sind jedoch während der ersten Phase des Ankupplungsvorgangs nicht notwendigerweise erforderlich. Das heißt, Schritt S104 könnte nur das Sammeln dynamischer Pixelbilder (Pfeil 25) der Anhängerkupplung 28 beinhalten.
Bei Schritt S106 ermittelt die Steuerung 50 eine Position der Anhängerkupplung 28 mithilfe der Positionierungssignale (Pfeil P_X) vom Empfänger 128, und/oder kann Bildverarbeitungsanweisungen 56 zur Bestimmung der Positionierungssignale (Pfeil P_X) der dynamischen Pixelbilder (Pfeil 25) in anderen Ausführungsformen verwenden, beispielsweise durch die 2D-auf-3D-Range Imaging-Technik der in der Technik bekannten Art. Die Steuerung 50 zeigt auf dem Display 55 auch Hilfslinien (GL) an, über eine erste graphische Überlagerung der gesammelten dynamischen Pixelbilder (Pfeil 25) in der ersten Phase des geführten Ankupplungsvorgangs. Wie oben erwähnt, zeigen die Hilfslinien (GL) graphisch einen Weg des Zugfahrzeugs 10 zur Anhängerkupplung 28, und werden somit anhand des Lenkwinkels (θ_S) dynamisch angepasst. Das heißt, eine Ausrichtung der Hilfslinien (GL) auf dem Display ändert sich als Folge des Lenkwinkels (θ_S). Im Rahmen von Schritt S106 berechnet die Steuerung 50 einen Abstand zwischen einer kalibrierten oder bekannten Position der Kupplungskugel 18 und der ermittelten Position der Anhängerkupplung 28. Dadurch kann die Steuerung 50 bestimmen, wann sich die Anhängerkupplung 28 innerhalb eines kalibrierten Abstands der Kupplungskugel 18 befindet, beispielsweise innerhalb von 12 Zoll oder näher.
Schritt S106 kann unter Bezugnahme auf 2A–C visualisiert werden, wenn das Zugfahrzeug 10 langsam rückwärts auf den Anhänger 12 zufährt. Schritt S106 fährt in einer Schleife fort, bis der erste kalibrierte Abstand erfasst wird und fährt dann mit Schritt S108 fort. Beim Ausführen von Schritt S106 fährt die Steuerung 50 mit der automatischen und dynamischen Anpassung der Darstellung der graphischen Überlagerungen fort, einschließlich des Erscheinungsbildes und/oder der Ausrichtung der Hilfslinien (GL) und der Fahrspur des Anhängers (TL) auf dem Display 55. Es kann auch eine akustische Rückmeldung verwendet werden, um das Feedback für den Fahrer zu verbessern, beispielsweise durch Aktivieren eines Warntons, wenn die Ausrichtung falsch ist.
Bei Schritt S108 bricht die Steuerung 50 die Anzeige der Hilfslinien (GL) der 2A–C ab und steuert die Zoomstufe der Kamera 20 oder der gesammelten dynamischen Pixelbilder (Pfeil 25), z. B. durch automatisches Erhöhen einer Zoomstufe der Kamera 20, oder durch wahlweises Umschalten auf die Steuerung einer anderen Kamera 20 auf dem Zugfahrzeug 10, wenn das Zugfahrzeug 10 mit mehreren Kameras 20 ausgestattet ist, um Nahaufnahmen der Anhängerkupplung 28 und der Kupplungskugel 18 anzuzeigen, wie am besten in 3A–C dargestellt. Mit anderen Worten enthält Schritt S108 das Anzeigen einer zweiten graphischen Überlagerung einer herangezoomten Ansicht der Anhängerkupplung 28 und der Kupplungskugel 18 über die Steuerung 50, unter Verwendung des Displays 55, wenn der berechnete Abstand zwischen der Kupplungskugel 18 und der Anhängerkupplung 28 kleiner ist als der oben erwähnte kalibrierte Abstand, wobei die zweite graphische Überlagerung Informationen zu den jeweiligen Positionen der Kupplungskugel 18 und der Anhängerkupplung 28 in der Nahaufnahmeansicht liefert. Schritt S108 kann das Zuschneiden der gesammelten Pixelbilder (Pfeil 25) auf ein kleines Fenster beinhalten, in dem die Anhängerkupplung 28 und Kupplungskugel 18 den größten Teil des Displays 55 von 1 füllen. Das Verfahren 100 geht dann über zu Schritt S110.
Schritt S110 beinhaltet das Bestimmen, über die Steuerung 50, ob die Anhängerkupplung 28 und Kupplungskugel 18 genügend ausgerichtet sind, wie in 3C dargestellt. Schritt S110 fährt in einer Schleife fort und passt die graphische Überlagerungen automatisch an, einschließlich dem Erscheinungsbild und der Orientierung der Kreise 29 und 52 oder anderen Indizien von 3A–3C, um dem Fahrer ein visuelles Feedback der Feinausrichtung der Anhängerkupplung 28 und der Kupplungskugel 18 zu geben. Das Verfahren 100 fährt mit Schritt S112 fort, wenn die Anhängerkupplung 28 und die Kupplungskugel 18 ausgerichtet sind.
Schritt S112 beinhaltet das Ausführen einer Steuermaßnahme, wenn die graphischen Überlagerungen von Schritt S110, beispielsweise die Teilkreise 29 und 52 oder anderen Indizien der jeweiligen Positionen der Kupplungskugel 18 und der Anhängerkupplung 28, eine konzentrische Ausrichtung der Indizien anzeigen, oder mindestens eine wesentliche Überlagerung, d. h., mindestens 90 % des Bereichs des Kreises 52 liegt innerhalb des Kreises 29. Schritt S112 kann das Aktivieren einer akustischen und/oder optischen Anzeige für den Fahrer beinhalten, dass die Anhängerkupplung 28 und die Kupplungskugel 18 für den Abschluss des Ankupplungsvorgangs ordnungsgemäß ausgerichtet sind. Eine Audio- und/oder visuelle Rückmeldung können ähnlich wie in Schritt S106 bei Schritt S112 verwendet werden, um den Fahrer darauf aufmerksam zu machen, dass die Anhängerkupplung 28 bereit ist zum Einrasten und Sichern mit dem Kupplungskugel 18. Beispielsweise können die Kreise 29 und 52 oder anderen Indizien in einem Display 55 farbcodiert sein, ein Blinkmuster kann sich Ein- und Ausschalten, oder es kann eine Textmeldung angezeigt werden, die den Fahrer über die ausreichende konzentrische Ausrichtung der Indizien, und damit die ausreichende Ausrichtung der Anhängerkupplung 28 und der Kupplungskugel 18, informiert. Ein Signalton kann ertönen, der anzeigt, dass die Ausrichtung korrekt ist, wobei Eines oder Alles dazu dient, den Fahrer anzuweisen, die Anhängerkupplung 28 an der Kupplungskugel 18 zu sichern.
Personen mit entsprechenden Kenntnissen und Fachwissen werden auch zu schätzen wissen, dass andere Ausführungsformen innerhalb des Umfangs der Offenbarung vorgesehen sein können. So kann beispielsweise die Kamera 20 eine 360-Grad-Kamera sein, oder sie kann in anderen Bereichen des Zugfahrzeugs 10 befestigt sein, als den in 1 dargestelltem Bereich. Zusätzlich kann die Steuerung 50 programmiert werden, um in anderen Ausführungsformen einen autonom geführten Ankupplungsvorgang des Hängers auszuführen. Beispielsweise können die Eingaben, üblicherweise durch den Fahrer des Zugfahrzeugs 10 auf die Bremse (Pfeil B_X) und den Lenkwinkel (θ_S) durchgeführt, und von der Steuerung 50 verarbeitet, stattdessen durch die Steuerung 50 erzeugt werden, und autonom angewendet werden, sodass der gesamte Vorgang autonom durch die Steuerung 50 ausgeführt werden kann. Bei einer solchen Ausführungsform könnte die Steuerung 50 so programmiert werden, dass Sie ausgeschaltet wird, wenn überhöhte Eingaben des Fahrers in Form von Bremseingaben (Pfeil B_X) und/oder der Lenkwinkel (θ_S) erfasst werden, und danach wieder in die durch den Fahrer kontrollierte Funktion zurückkehren.
Die detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren unterstützen und beschreiben die Offenbarung, der Umfang der Offenbarung wird jedoch einzig und allein durch die Patentansprüche definiert. Während einige der besten Arten und Weisen und weitere Ausführungsformen der beanspruchten Offenbarung ausführlich beschrieben wurden, gibt es verschiedene alternative Ausgestaltungen und Ausführungsformen zur Umsetzung der in den beigefügten Ansprüchen definierten Offenbarung. Darüber hinaus sollen die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen oder die Merkmale von verschiedenen Ausführungsformen, die in der vorliegenden Beschreibung erwähnt sind, nicht unbedingt als voneinander unabhängige Ausführungsformen aufgefasst werden. Vielmehr ist es möglich, dass jedes der in einem der Beispiele einer Ausführungsform beschriebenen Merkmale mit einem oder einer Vielzahl von anderen gewünschten Merkmalen aus anderen Ausführungsformen kombiniert werden kann, was andere Ausführungsformen zur Folge hat, die nicht in Worten oder durch Bezugnahme auf Zeichnungen beschrieben sind. Dementsprechend fallen derartige andere Ausführungsformen in den Rahmen des Schutzumfangs der angehängten Ansprüche.

Claims

System zum Bereitstellen einer geführten Steuerung eines Ankupplungsvorgangs zwischen einem Zugfahrzeug mit einer ersten Anhängerkupplungsvorrichtung und einem Anhänger mit einer zweiten Anhängerkupplungsvorrichtung, worin das System beinhaltet: eine Kamera zum Sammeln dynamischer Pixelbilder der ersten und zweiten Anhängerkupplungsvorrichtungen; eine lokale Positionierungsvorrichtung, die mit einem der ersten und zweiten Anhängerkupplungsvorrichtungen verbunden ist, und zum Aussenden der rohen Positionssignale dient; einem Empfänger in Kommunikation mit der lokalen Positionierungsvorrichtung, der zum Bestimmen einer Position der zweiten Anhängerkupplungsvorrichtung relativ zur ersten Anhängerkupplungsvorrichtung unter Verwendung der rohen Positionssignale dient; einen Bildschirm; und eine Steuerung in Kommunikation mit dem Sensor, und die für Folgendes programmiert ist: Anzeige der Hilfslinien auf den gesammelten dynamischen Pixelbildern, worin die angezeigten Hilfslinien einen Weg des Zugfahrzeugs zur Anhängerkupplung darstellen; Berechnen eines Abstandes zwischen einer kalibrierten Position der ersten Anhängerkupplungsvorrichtung und der ermittelten Position der zweiten Anhängerkupplungsvorrichtung; automatisches Erhöhen einer Zoomstufe der Kamera und Anzeige einer zweiten graphischen Überlagerung auf den gesammelten dynamischen Pixelbildern bei der erhöhten Zoomstufe auf dem Display, wenn der berechnete Abstand kleiner ist als ein kalibrierter Abstand, worin die zweite graphische Überlagerung ein Indiz der entsprechenden Positionen der ersten und zweiten Anhängerkupplungsvorrichtungen bereitstellt; und Ausführen einer Steuermaßnahme, wenn die zweite graphische Überlagerung eine wesentliche konzentrische Ausrichtung der Indizien der entsprechenden Positionen anzeigt, wie hierin dargelegt, einschließlich Aktivieren von mindestens einem Audiosignal und einer optischen Anzeige, die die wesentliche Überlagerung anzeigt.
System nach Anspruch 1, worin die lokale Positionierungsvorrichtung mit der zweiten Anhängerkupplungsvorrichtung verbunden ist, und worin die Steuerung programmiert ist, um die Position der zweiten Anhängerkupplungsvorrichtung durch Verarbeitung der rohen Positionsdaten zu bestimmen.
System nach Anspruch 1, worin die lokale Positionierungsvorrichtung eine Lichtbake ist und die rohen Positionsdaten Lichtsignale sind.
System nach Anspruch 1, worin die lokale Positionierungsvorrichtung ein Schallwellensender ist und die rohen Positionsdaten vom Schallwellensender übertragene Schallwellen beinhalten.
System nach Anspruch 4, worin der Schallwellensender ein Ultraschallsender ist und die Schallwellen im Ultraschall-Frequenzbereich liegen.
System nach Anspruch 1, worin die lokale Positionierungsvorrichtung ein Elektromagnetsender ist und die rohen Positionsdaten elektromagnetische Wellen beinhalten, die vom Elektromagnetsender übertragen werden.
System nach Anspruch 1, worin die Steuerung programmiert ist, um die angezeigten Hilfslinien farbcodiert darzustellen, um eine korrekte oder nicht korrekte Ausrichtung der ersten und zweiten Anhängerkupplungsvorrichtungen darzustellen.
System nach Anspruch 1, worin die erste Anhängerkupplungsvorrichtung eine Kupplungskugel und die zweite Anhängerkupplungsvorrichtung eine Anhängerkupplung ist.
System nach Anspruch 1, worin die Steuerung programmiert ist, um die zweite graphische Überlagerung als Kreisring über der Anhängerkupplung und einen Kreis an der Kupplungskugel anzuzeigen, und worin die wesentliche Überlagerung eine konzentrische Ausrichtung des Kreisrings und des Kreises ist.
System nach Anspruch 1, worin die Steuerung zur dynamischen Ausrichtung der ersten graphischen Überlagerung in Reaktion auf einen Lenkwinkel des Zugfahrzeugs programmiert ist.