DE102016123884A1

DE102016123884A1 - Kupplungswinkeldetektion für anhängerrückfahrassistenzsystem

Info

Publication number: DE102016123884A1
Application number: DE102016123884.8A
Authority: DE
Inventors: Zheng Hu; John P. Joyce
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2015-12-17
Filing date: 2016-12-08
Publication date: 2017-06-22
Also published as: US9610975B1

Abstract

Ein System zum Detektieren eines Kupplungswinkels zwischen einem Fahrzeug und einem Anhänger wird hier bereitgestellt. Eine Bildgebungsvorrichtung ist ausgelegt zum Aufnehmen von Bildern des Anhängers und eine Steuerung ist ausgelegt zum Verarbeiten der von der Bildgebungsvorrichtung aufgenommenen Bilder. Die Steuerung leitet ein Musterbild mit einer Anhängerkontur ab und gleicht das Musterbild mit einem Suchbild ab. Der Kupplungswinkel wird auf der Basis einer Positionsbeziehung zwischen dem Musterbild und dem Suchbild bestimmt.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Anhängerrückfahrassistenzsysteme im Allgemeinen und insbesondere Anhängerrückfahrassistenzsysteme, die Kupplungswinkeldetektion durch Bildverarbeitung einsetzen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Das Rückwärtsfahren eines Fahrzeugs beim Schleppen eines Anhängers kann für viele Fahrer eine Herausforderung darstellen, insbesondere für Fahrer, die nur selten mit einem Anhänger oder mit verschiedenen Arten von Anhängern fahren. Manche Systeme, die verwendet werden, um einem Fahrer beim Rückwärtsfahren eines Anhängers zu assistieren, verlassen sich auf Kupplungswinkelmessungen, um die Position des Anhängers relativ zum Fahrzeug zu bestimmen. Somit kann die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Kupplungswinkelmessungen für den Betrieb des Anhängerückwärtsfahrassistenzsystems entscheidend sein.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein System zum Detektieren eines Kupplungswinkels zwischen einem Fahrzeug und einem Anhänger bereitgestellt. Eine Bildgebungsvorrichtung ist ausgelegt zum Aufnehmen von Bildern des Anhängers und eine Steuerung ist ausgelegt zum Verarbeiten der von der Bildgebungsvorrichtung aufgenommenen Bilder. Die Steuerung leitet ein Musterbild mit einer Anhängerkontur ab und gleicht das Musterbild mit einem Suchbild ab. Der Kupplungswinkel wird auf der Basis einer Positionsbeziehung zwischen dem Musterbild und dem Suchbild bestimmt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein System zum Detektieren eines Kupplungswinkels zwischen einem Fahrzeug und einem Anhänger bereitgestellt. Eine Bildgebungsvorrichtung ist ausgelegt zum Aufnehmen von Bildern des Anhängers und eine Steuerung ist ausgelegt zum Verarbeiten der von der Bildgebungsvorrichtung aufgenommenen Bilder. Die Steuerung leitet ein Musterbild mit einer Anhängerkontur ab und dreht das Musterbild relativ zu einem Suchbild um einen abgebildeten Kupplungspunkt, der dem Musterbild und dem Suchbild gemeinsam ist. Die Steuerung bestimmt den Kupplungswinkel auf der Basis eines Winkels, um den das Musterbild relativ zum Suchbild gedreht wird, um eine Übereinstimmung dazwischen zu erzeugen.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Detektieren eines Kupplungswinkels zwischen einem Fahrzeug und einem Anhänger bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet die Schritte des Aufnehmens von Bildern des Anhängers unter Verwendung einer Bildgebungsvorrichtung und das Bereitstellen einer Steuerung, die ausgelegt ist zum Verarbeiten der von der Bildgebungsvorrichtung aufgenommenen Bilder. Die Steuerung leitet ein Musterbild mit einer Anhängerkontur ab und gleicht das Musterbild mit einem Suchbild ab. Der Kupplungswinkel wird auf der Basis einer Positionsbeziehung zwischen dem Musterbild und dem Suchbild bestimmt.
Diese und andere Merkmale, Vorteile und Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden von Fachleuten durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung, die Ansprüche und die angehängten Zeichnungen besser verstanden und gewürdigt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen gilt:
1 ist eine perspektivische Draufsicht eines an einem Fahrzeug angebrachten Anhängers mit einer Ausführungsform eines Kupplungswinkelsensors zum Betreiben eines Anhängerrückfahrassistenzsystems;
2 ist ein Blockdiagramm, das eine Ausführungsform des Anhängerrückfahrassistenzsystems mit einer Lenkeingabevorrichtung, einer Kurvenbahnsteuerung und einem Anhängerbremssystem veranschaulicht;
3 ist ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Detektieren eines Kupplungswinkels gemäß einer Ausführungsform.
4 ist ein aufgenommenes Bild, das einen Anhänger in gerader Ausrichtung mit einem Fahrzeug und die Anwesenheit von Bodenstörungen zeigt;
5 ist eine Kantenkartierung des aufgenommenen, in 4 gezeigten Bildes;
6 veranschaulicht das Verschwimmen von Bodenstörungen in einem gemittelten Bild;
7 ist eine Kantenkartierung des gemittelten, in 6 gezeigten Bildes;
8 veranschaulicht eine Anhängerkontur eines Musterbildes;
9 veranschaulicht ein Musterbild, das mit einem Suchbild abgeglichen wird, um einen Kupplungswinkel zu bestimmen; und
10 ist ein Suchbild, das eine Näherungszone für Zusammenklappdetektion und eine Anzahl von Kupplungspunktortskandidaten aufweist, um die herum ein Musterbild gedreht werden kann, um einen tatsächlichen abgebildeten Kupplungspunkt und einen Kupplungswinkel zu bestimmen;
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Zum Zwecke der hierin befindlichen Beschreibung versteht es sich, dass das offenbarte Anhängerrückfahrassistenzsystem und die zugehörigen Verfahren diverse alternative Ausführungsformen und Ausrichtungen annehmen können, es sei denn, dass ausdrücklich Gegenteiliges angegeben ist. Weiterhin versteht sich, dass es sich bei den speziellen Vorrichtungen und Prozessen, die in den angehängten Zeichnungen veranschaulicht werden und in der folgenden Beschreibung beschrieben werden, einfach um Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Konzepte handelt, die in den angehängten Ansprüchen definiert sind. Obwohl diverse Aspekte des Anhängerrückfahrassistenzsystems und der zugehörigen Verfahren unter Bezugnahme auf eine bestimmte veranschaulichte Ausführungsform beschrieben sind, ist die offenbarte Erfindung nicht auf solche Ausführungsformen begrenzt, und zusätzliche Modifikationen, Anwendungen und Ausführungsformen können umgesetzt werden, ohne von der offenbarten Erfindung abzuweichen. Daher sind spezifische Abmessungen und andere physische Eigenschaften, die sich auf die hier offenbarten Ausführungsformen beziehen, nicht als einschränkend anzusehen, es sei denn, in den Ansprüchen wird ausdrücklich Gegenteiliges angegeben.
Der hier verwendete Begriff „und/oder“ bedeutet, wenn er in einer Auflistung von zwei oder mehr Elementen verwendet wird, dass jedes der aufgelisteten Elemente allein oder in jeder möglichen Kombination aus zwei oder mehr der aufgelisteten Elemente eingesetzt werden kann. Falls zum Beispiel eine Zusammensetzung derart beschrieben wird, dass sie die Komponenten A, B und/oder C enthält, kann die Zusammensetzung A alleine; B alleine; C alleine; A und B in Kombination; A und C in Kombination; B und C in Kombination oder A, B und C in Kombination enthalten.
Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 bezeichnet das Bezugszeichen 10 im Allgemeinen ein Anhängerrückfahrassistenzsystem zum Steuern eines Rückfahrwegs eines Anhängers 12, der an einem Fahrzeug 14 befestigt ist, indem es einem Fahrer des Fahrzeugs 14 erlaubt wird, eine gewünschte Kurvenbahn des Rückfahrwegs des Anhängers 12 zu spezifizieren. Das Fahrzeug 14 ist als ein Kleinlaster umgesetzt, der schwenkbar an einer Ausführungsform des Anhängers 12 befestigt ist, der einen Kastenrahmen 16 mit einem geschlossenen Ladebereich 18, eine einzige Achse 20, die betriebsfähig mit Rädern 22 und 24 gekoppelt ist, und eine Deichsel 26, die sich in Längsrichtung vom geschlossenen Ladebereich 18 nach vorne erstreckt, aufweist. Der veranschaulichte Anhänger 12 weist auch einen Anhängerkupplungsverbinder in Form einer Kopplungsanordnung 28, die mit einem Fahrzeugkupplungsverbinder in Form einer Kupplungskugel 30 und einer Zugstange 31 verbunden ist, auf. Die Kopplungsanordnung 28 rastet auf der Kupplungskugel 30 ein, um einen Kupplungsdrehpunkt 32 zu erstellen, der Anlenkung eines Kupplungswinkels zwischen dem Fahrzeug 14 und dem Anhänger 12 ermöglicht. Wie hier definiert, entspricht der Kupplungswinkel dem Winkel, der zwischen der zentrierten Längsachse des Fahrzeugs 14 und der des Anhängers 12 gebildet wird (siehe Kupplungswinkel γ; 17). Es versteht sich, dass zusätzliche Ausführungsformen des Anhängers 12 alternativ dazu mit dem Fahrzeug 14 gekoppelt werden können, um eine Schwenkverbindung bereitzustellen, wie etwa durch Verbinden mit einer Sattelkupplungsverbindung. Es wird auch in Betracht gezogen, dass zusätzliche Ausführungsformen des Anhängers 12 mehr als eine Achse beinhalten können und verschiedene, für unterschiedliche Lasten und Gegenstände konfigurierte Formen und Größen aufweisen können, wie etwa ein Bootsanhänger oder ein Tiefladeanhänger.
Das Anhängerrückfahrassistenzsystem 10 beinhaltet eine Bildgebungsvorrichtung 34, die sich am Heck des Fahrzeugs 14 befindet und die ausgelegt ist zum Abbilden einer heckseitigen Fahrzeugszenerie. Die Bildgebungsvorrichtung 34 kann sich mittig in einem oberen Bereich der Ladeklappe 35 befinden, so dass die Bildgebungsvorrichtung 34 relativ zur Deichsel 26 des Anhängers 12 angehoben ist. Die Bildgebungsvorrichtung 34 weist ein Sichtfeld 36 auf, das zum Aufnehmen eines oder mehrerer Bilder positioniert und orientiert ist, das unter anderem die Deichsel 26 des Anhängers 12 und die Kupplungskugel 30 einschließen kann. Aufgenommene Bilder werden einer Steuerung 38 des Anhängerrückfahrassistenzsystems 10 zugeliefert und werden von der Steuerung 38 verarbeitet, um den Kupplungswinkel zwischen dem Fahrzeug 14 und dem Anhänger 12 zu bestimmen, wie hier ausführlicher beschrieben werden wird. Die Steuerung 38 ist mit einem Mikroprozessor 40 und/oder anderen analogen und/oder digitalen Schaltungen zum Verarbeiten einer oder mehrerer in einem Speicher 42 gespeicherter Logikroutinen konfiguriert. Die Logikroutinen können eine oder mehrere Kupplungswinkeldetektionsroutinen 44 und Betriebsroutinen 46 beinhalten. Informationen von der Bildgebungsvorrichtung 34 oder anderen Komponenten des Anhängerrückfahrassistenzsystems 10 können der Steuerung 38 über ein Kommunikationsnetzwerk des Fahrzeugs 14 zugeführt werden, das ein Controller Area Network (CAN), ein lokales Verbindungsnetzwerk (LIN) oder andere herkömmliche in der Automobilindustrie genutzte Protokolle beinhalten kann. Es versteht sich, dass die Steuerung 38 eine eigenständige, eigens vorgesehene Steuerung sein kann oder eine gemeinsame mit der Bildgebungsvorrichtung 34 integrierte Steuerung oder eine andere Komponente des Anhängerrückfahrassistenzsystems 10 sein kann, zusätzlich zu beliebigen anderen vorstellbaren an Bord oder außerhalb befindlichen Fahrzeugsteuerungssystemen.
Hinsichtlich der vorliegenden Ausführungsform kann die Steuerung 38 des Anhängerrückfahrassistenzsystems 10 ausgelegt sein zum Kommunizieren mit einer Vielfalt von Fahrzeugausstattungen. Das Anhängerrückfahrassistenzsystem 10 kann ein Fahrzeugsensormodul 48 beinhalten, das gewisse Dynamik des Fahrzeugs 14 überwacht. Das Fahrzeugsensormodul 48 kann eine Vielzahl von Signalen erzeugen, die der Steuerung 38 kommuniziert werden und die ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal, das von einem Geschwindigkeitssensor 50 erzeugt wird, und ein Fahrzeuggierratensignal, das von einem Gierratensensor 52 erzeugt wird, beinhalten können. Eine Lenkeingabevorrichtung 54 kann vorgesehen sein, um einem Fahrer zu ermöglichen, die gewünschte Krümmungsbahn des Rückfahrwegs des Anhängers 12 zu kontrollieren oder sonstwie zu modifizieren. Die Lenkeingabevorrichtung 54 kann auf drahtgebundene oder drahtlose Weise kommunikativ mit der Steuerung 38 gekoppelt sein und versieht die Steuerung 38 mit Informationen, die die gewünschte Krümmungsbahn des Rückfahrwegs des Anhängers 12 definieren. Als Reaktion verarbeitet die Steuerung 38 die Informationen und erzeugt entsprechende Lenkbefehle, die einem Servolenkungssystem 56 des Fahrzeugs 14 zugeführt werden. Bei einer Ausführungsform beinhaltet die Lenkeingabevorrichtung 54 einen Drehknopf 58, der zwischen einer Anzahl von Drehstellungen betrieben werden kann, die jeweils eine inkrementelle Änderung der gewünschten Krümmungsbahn des Rückfahrwegs des Anhängers 12 liefern.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Steuerung 38 des Anhängerrückfahrassistenzsystems 10 das Servolenkungssystem 56 des Fahrzeugs 14 steuern, die lenkbaren Räder 60 des Fahrzeugs 14 dahingehend zu betreiben, das Fahrzeug 14 so zu bewegen, dass der Anhänger 12 in Übereinstimmung mit der gewünschten Krümmungsbahn des Rückfahrwegs des Anhängers 12 reagiert. Das Servolenkungssystem 56 kann ein elektrisches Servolenkungssystem (Electric Power-Assisted Steering, EPAS) sein, das einen elektrischen Lenkmotor 62 zum Einschlagen der lenkbaren Räder 60 auf einen Lenkwinkel basierend auf einem Lenkbefehl, der von der Steuerung 38 erzeugt wird, umfasst, wobei der Lenkwinkel von einem Lenkwinkelsensor 64 des Servolenkungssystems 56 erfasst und der Steuerung 38 bereitgestellt werden kann. Der Lenkbefehl kann für autonomes Lenken des Fahrzeugs 14 während eines Rückwärtsfahrmanövers bereitgestellt werden und kann alternativ manuell über eine Drehstellung (z. B. einen Lenkradwinkel) eines Lenkrads 66 oder eines Drehknopfs 58 bereitgestellt werden. Bei manchen Ausführungsformen ist das Lenkrad 66 des Fahrzeugs 14 allerdings mechanisch mit den gelenkten Rädern 60 des Fahrzeugs 14 gekoppelt, so dass sich das Lenkrad 66 über ein inneres Drehmoment gemeinsam mit den gelenkten Rädern 60 bewegt, wodurch ein manueller Eingriff über das Lenkrad 66 während des autonomen Lenkens des Fahrzeugs 14 verhindert wird. In derartigen Fällen kann das Servolenkungssystem 56 einen Drehmomentsensor 68 beinhalten, der Drehmoment (z. B. greifendes und/oder durchdrehendes) am Lenkrad 66 erfasst, das nicht von der autonomen Steuerung des Lenkrads 68 zu erwarten ist und somit einen manuellen Eingriff durch den Fahrer anzeigt. Bei einigen Ausführungsformen kann das auf das Lenkrad 66 ausgeübte äußere Drehmoment als ein Signal an die Steuerung 38, dass der Fahrer die manuelle Kontrolle übernommen hat, und für das Anhängerrückfahrassistenzsystem 10, die autonome Lenkfunktionalität zu beenden, dienen.
Die Steuerung 38 des Anhängerrückfahrassistenzsystems 10 kann auch mit einem Fahrzeugbremssteuerungssystem 70 des Fahrzeugs 14 kommunizieren, um Fahrzeuggeschwindigkeitsinformationen, wie etwa einzelne Raddrehzahlen des Fahrzeugs 14, zu empfangen. Zusätzlich oder alternativ können Fahrzeuggeschwindigkeitsinformationen unter anderem von einem Antriebsstrangsteuerungssystem 72 und/oder dem Geschwindigkeitssensor 50 an die Steuerung 38 geliefert werden. Es ist denkbar, dass einzelne Raddrehzahlen verwendet werden können, um eine Fahrzeuggierrate zu bestimmen, die der Steuerung 38 alternativ oder zusätzlich zu der Fahrzeuggierrate zugeführt wird, die von dem Gierratensensor 52 des Fahrzeugsensormoduls 48 gemessen wird. Bei manchen Ausführungsformen kann die Steuerung 38 Bremsbefehle an das Bremssteuerungssystem 70 liefern, wodurch dem Anhängerrückfahrassistenzsystem 10 ermöglicht wird, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 14 während eines Rückfahrmanövers des Anhängers 12 zu regeln. Es versteht sich, dass die Steuerung 38 zusätzlich oder alternativ die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 14 über Interaktion mit dem Antriebsstrangsteuerungssystem 72 regeln kann.
Durch Interaktion mit dem Servolenkungssystem 56, dem Fahrzeugbremssteuerungssystem 70 und/oder dem Antriebsstrangsteuerungssystem 72 des Fahrzeugs 14 kann das Potential für nicht akzeptable Anhängerrückfahrzustände verringert werden. Beispiele für nicht akzeptable Anhängerrückfahrzustände umfassen unter anderem einen Fahrzeug-zu-schnell-Zustand, eine hohe Kupplungswinkelrate, eine dynamische Kupplungswinkelinstabilität, einen Anhängerzusammenklappzustand, Sensorausfall und dergleichen. Unter solchen Umständen ist sich der Fahrer möglicherweise des Ausfalls nicht bewusst, bis der nicht akzeptable Anhängerrückfahrzustand unmittelbar bevorsteht oder bereits im Gange ist. Somit wird hier offenbart, dass die Steuerung 38 des Anhängerrückfahrassistenzsystems 10 ein Warnsignal entsprechend einer Benachrichtigung über einen ablaufenden, bevorstehenden und/oder antizipierten nicht akzeptablen Anhängerrückfahrzustand erzeugen kann und vor dem Fahrereingriff eine Gegenmaßnahme zur Verhinderung solch eines nicht akzeptablen Anhängerrückfahrzustands erzeugen kann.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Steuerung 38 mit einer oder mehreren Vorrichtungen kommunizieren, darunter ein Fahrzeugwarnsystem 74, das visuelle, hörbare und taktile Warnungen geben kann. Zum Beispiel können Fahrzeugbremslichter 76 und die Fahrzeugwarnblinkanlage eine visuelle Warnung bereitstellen, und eine Fahrzeughupe 78 und/oder -lautsprecher 80 können eine akustische Warnung bereitstellen. Zusätzlich können die Steuerung 38 und/oder das Fahrzeugwarnsystem 74 mit einer Mensch-Maschine-Schnittstelle (MMS) 82 für das Fahrzeug 14 kommunizieren. Die MMS 82 kann eine Touchscreen-Fahrzeuganzeige 84 beinhalten, wie etwa eine in der Mittelkonsole angebrachte Navigations- oder Entertainmentanzeige, die zum Anzeigen von die Warnung anzeigenden Bildern in der Lage ist. Eine solche Ausführungsform kann wünschenswert sein, um den Fahrer des Fahrzeugs 14 darüber zu benachrichtigen, dass ein nicht akzeptabler Anhängerrückfahrzustand im Gange ist. Ferner wird in Betracht gezogen, dass die Steuerung 38 über drahtlose Kommunikation mit einer oder mehreren tragbaren elektronischen Vorrichtungen, wie etwa der tragbaren elektronischen Vorrichtung 86, die als ein Smartphone umgesetzt ist, kommunizieren kann. Die tragbare elektronische Vorrichtung 86 kann eine Anzeige 88 zum Anzeigen eines oder mehrerer Bilder und weiterer Informationen für einen Benutzer beinhalten. Als Reaktion darauf kann die tragbare elektronische Vorrichtung 86 Rückmeldungsinformationen, wie z. B. visuelle, hörbare und taktile Warnungen, bereitstellen.
Bezug nehmend auf 3 ist ein Verfahren zum Detektieren eines Kupplungswinkels veranschaulicht. Das Verfahren, hier auch als „das Musterabgleichverfahren“ bezeichnet, kann von der Steuerung 38 des Anhängerrückfahrassistenzsystems 10 ausgeführt werden und ist als eine Ausführungsform der Kupplungswinkeldetektionsroutine 44 gezeigt. Das Musterabgleichverfahren beinhaltet im Allgemeinen das Verarbeiten von Bildinformationen zum Unterscheiden einer Anhängerkontur von Bodenstörungen in Bildern, die von der Bildgebungsvorrichtung 34 aufgenommen wurden. Die Anhängerkontur dient dann als ein Muster und wird mit einem Suchbild abgeglichen, um den Kupplungswinkel zwischen dem Fahrzeug 14 und dem Anhänger 12 zu bestimmen.
Zum Zwecke der Veranschaulichung ist in 4 beispielhaft ein aufgenommenes Bild 90 gezeigt, das den Anhänger 12 in gerader Ausrichtung mit dem Fahrzeug 14 und der Anwesenheit von Bodenstörungen veranschaulicht. Wie es hier definiert ist, entsprechen Bodenstörungen im Allgemeinen jeglicher Bodenstruktur, die in der Lage ist, die Bilderfassung des Anhängers 12 zu stören. Im Hinblick auf das aufgenommene Bild 90 können Störkandidaten große Steine (z.B. den Stein 92) und unregelmäßige Bodenoberflächen (z.B. die Bodenoberfläche 94) beinhalten. Von daher kann es schwierig sein, den Anhänger 12 genau zu identifizieren, wenn eine Bilderfassungstechnik, namentlich Kantendetektion, auf das aufgenommene Bild 90 angewandt wird, wie beispielhaft in 5 gezeigt ist. Mit diesen Dingen im Sinn ist das hier beschriebene Musterabgleichverfahren in der Lage, Bodenstörungen zu verschwimmen, um Identifikation einer oder mehrerer Anhängerkonturen zu ermöglichen. Sobald sie identifiziert ist, kann/können die Anhängerkontur(en) als ein Musterbild gespeichert werden, das mit einem Suchbild abgeglichen wird, um den Kupplungswinkel zwischen dem Fahrzeug 14 und dem Anhänger 12 zu bestimmen. In der Praxis wurde dieses Verfahren als hochgradig robust befunden und profitiert von relativ schnellen und einfachen Berechnungen.
Das Musterabgleichverfahren kann bei Schritt 100 beginnen, bei dem der Fahrer oder ein anderer Insasse das Anhängerrückfahrassistenzsystem 10 initialisiert. Dies kann über eine Benutzereingabe mittels der Anzeige 84 des Fahrzeugs 14 oder mittels anderer vorstellbarer Mittel erreicht werden. Bei Schritt 110 wird der Fahrer angewiesen, den Anhänger 12 in einer geraden Richtung zu ziehen, damit der Kupplungswinkel zwischen dem Fahrzeug 14 und dem Anhänger 12 im Wesentlichen null ist. Während das Fahrzeug 14 und der Anhänger 12 in dem Geradeziehmanöver gefangen sind, leitet die Steuerung 38 bei Schritt 120 ein gemitteltes Bild aller von der Bildgebungsvorrichtung 34 während eines Zeitraums aufgenommenen Bilder ab. Es hat sich gezeigt, dass typischerweise 1–3 Sekunden ausreichen. Man nehme zur Kenntnis, dass der Anhänger 12 innerhalb der von der Bildgebungsvorrichtung 34 aufgenommenen Bilder stationär erscheint, wohingegen sich die Bodenstörungen von Bild zu Bild ändern. Somit werden mit dem Anhänger 12 assoziierte Pixel hinsichtlich des gemittelten Bildes ihren Kontrast beibehalten, wohingegen mit den Bodenstörungen assoziierte Pixel verschwommen werden. Um diesen Effekt zu veranschaulichen, ist in 6 beispielhaft ein gemitteltes Bild 125 gezeigt.
Bei Schritt 130 leitet die Steuerung 38 durch Berechnen des Intensitätsgradienten für jedes Pixel des gemittelten Bildes 125 eine Kantenkartierung des gemittelten Bildes ab. Der Intensitätsgradient, oder Kantenwert, von jedem Pixel kann von 0 bis 255 reichen. Zu Zwecken der Veranschaulichung ist in 7 beispielhaft eine Kantenkartierung 135 gezeigt, in der die Kantenwerte von mit Bodenstörungen assoziierten Pixeln aufgrund des Verschwimmungseffekts erheblich abgeschwächt wurden. Bei Schritt 140 vergleicht die Steuerung 38 den Kantenwert jedes Pixels der Kantenkartierung 135 mit einem Schwellenwert (z.B. 30). Pixel mit einem Kantenwert, der den Schwellenwert erfüllt oder übersteigt, werden als Anhängerpixel identifiziert, wohingegen Pixel mit einem Kantenwert, der den Schwellenwert nicht erfüllt oder übersteigt, als Bodenstörungspixel identifiziert werden. Sobald die Anhängerpixel identifiziert wurden, bestimmt die Steuerung 38 bei Schritt 150 eine oder mehrere Anhängerkonturen. Die Anhängerkontur(en) wird/werden beim Schritt 160 im Speicher 42 der Steuerung 38 als ein Musterbild gespeichert und kann/können eine wesentliche Gesamtheit des abgebildeten Anhängers 12 oder Teile davon beinhalten. Zu Zwecken der Veranschaulichung ist in 8 eine Anhängerkontur 152 gezeigt. Wie gezeigt, weist die Anhängerkontur 152 eine rechteckige Form auf, die im Allgemeinen berechnungsmäßig effizienter ist. In ihrer aktuellen Position kann die Anhängerkontur 152 als eine Null-Kupplungswinkel-Referenz dienen und ermöglicht, dass bei Schritt 170 der Kupplungswinkel zwischen dem Fahrzeug 14 und dem Anhänger 12 in nachfolgenden Bildern (d.h. Suchbildern) über Musterabgleich bestimmt werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform, wie in 9 gezeigt, kann der Kupplungswinkel zwischen dem Fahrzeug 14 und dem Anhänger 12 auf der Basis einer Positionsbeziehung zwischen einem Musterbild 158 und einem Suchbild 171 bestimmt werden. Insbesondere kann der Kupplungswinkel durch Überlagern des Musterbildes 158 über dem Suchbild 171 bestimmt werden, so dass sich das Musterbild 158 anfangs in einer Null-Kupplungswinkelposition befindet, und danach das Musterbild 158 um einen Drehpunkt zu drehen, vorzugsweise um den abgebildeten Kupplungspunkt 172. Die Drehrichtung kann auf der Basis von Informationen, die vom Lenkwinkelsensor 64 oder anderen Sensoren empfangen werden, vorhergesagt werden, anhand derer eine Anfangsbewertung bezüglich der Winkelstellung des Anhängers 12 relativ zum Fahrzeug 14 gemacht werden kann. Sobald das Musterbild 158 mit dem Suchbild 171 abgeglichen wurde, kann der Winkel θ, mit dem das Musterbild 158 relativ zur Null-Kupplungswinkelposition gedreht ist, mit dem Kupplungswinkel zwischen dem Fahrzeug 14 und dem Anhänger 12 korreliert werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann der abgebildete Kupplungspunkt 172 mittels eines Eliminationsprozesses bestimmt werden. Beispielsweise kann die Steuerung 38, wie beispielhaft in 10 gezeigt ist, eine Anzahl von Kupplungspunktortskandidaten 173a–173d definieren, die entlang einer Referenzlinie 174 positioniert sind, die sich vertikal über die Mittelsäule des Suchbildes 171 erstreckt. Die Referenzlinie 174 wird von der Steuerung 38 definiert und wird als mit der Mittellängsachse einer abgebildeten Zugstange 175 zusammenfallend und mit dem Kupplungspunkt 172 des abgebildeten Fahrzeugs 14 und des Anhängers 12 überschneidend angenommen. Die Kupplungspunktortskandidaten 173a–173d sind als gleichmäßig entlang der Referenzlinie 174 beabstandet gezeigt, können sich aber in anderen Ausführungsformen hinsichtlich Anzahl und Abstand unterscheiden. Sobald das Musterbild 158 abgeleitet wurde und sich das Fahrzeug 14 und der Anhänger 12 entlang einer Krümmungsbahn bewegen, kann die Steuerung 38 das Musterbild 158 dem Suchbild 171 an der Null-Kupplungswinkelposition überlagern und das Musterbild 158 in einem Versuch, das Musterbild 158 mit dem Suchbild 171 abzugleichen, um jeden der Kupplungspunktortskandidaten 173a–173d herum drehen. Basierend auf der Abgleichqualität wird jedem Kupplungspunktortskandidaten 173a–173d eine Vertrauensbewertung gegeben und der Kupplungspunktortskandidat 173a–173d, der die höchste Vertrauensbewertung erhält, wird als der Kupplungspunkt ausgewählt. Für den Fall, dass die mit jedem Kupplungspunktortskandidaten 173a–173d assoziierte Abgleichqualität unter einer vorherbestimmten Schwelle liegt, kann die Steuerung 38 zusätzliche Kupplungspunktortskandidaten (nicht gezeigt) entlang der Referenzlinie 174 in einer oder beiden Richtungen von dem Kupplungspunktortskandidaten 173a–173d, der die höchste Vertrauensbewertung erhalten hat, definieren und Musterabgleich hinsichtlich jedes der zusätzlichen Kupplungspunktortskandidaten ausführen. Dieser Prozess kann so häufig wie nötig iteriert werden, bis die vorherbestimmte Schwelle getroffen wird. Wenn man das macht, wird der Ort des Kupplungspunktortskandidaten, der letztlich als der abgebildete Kupplungspunkt ausgewählt wird, den Ort des tatsächlichen Kupplungspunkts 172 genau widerspiegeln.
Während des Abgleichens des Musterbildes 158 mit dem Suchbild 171 kann die Steuerung 38 bei Schritt 180 zusätzlich das Auftreten eines bevorstehenden Zusammenklappszenarios bestimmen. Weiterhin unter Bezugnahme auf 10 kann die Verschiebung des Musterbilds 158 relativ zu einer Näherungszone 182 überwacht werden, während das Musterbild 158 um den Drehpunkt gedreht wird. In der veranschaulichten Ausführungsform kann die Näherungszone 182 als der Raum zwischen einem abgebildeten Heckstoßfänger 184 des Fahrzeugs 14 und einer Grenzlinie 186 definiert sein, die durch die Steuerung 38 definiert ist und dem Suchbild 171 überlagert wird. Die Grenzlinie 186 kann v-förmig sein und beinhaltet ein Paar gerader Segmente 188, die sich unter einem Winkel von einem Punkt 189 nach außen erstrecken, der sich auf der Referenzlinie 174 befindet und zwischen dem abgebildeten Kupplungspunkt 172 und dem abgebildeten Heckstoßfänger 184 angeordnet ist. Es versteht sich, dass die Grenzlinie 186 in alternativen Ausführungsformen andere Formen annehmen kann. Ort und Form der Grenzlinie 186 können auf der Basis verschiedener Faktoren bestimmt werden, wie etwa unter anderem Fahrzeuggeschwindigkeit, Anhängerlänge, Zugstangenlänge, Bildgebercharakteristik, Anhängerkontur und Fahrzeugkontur. Im Allgemeinen wird angenommen, dass Fahrzeuggeschwindigkeit, Anhängerlänge, Zugstangenlänge und Bildgebercharakteristik bekannt sind oder sonstwie gemessen und in das Anhängerrückfahrassistenzsystem 10 eingegeben werden. Eine Fahrzeugkontur, wie die des abgebildeten Heckstoßfängers 184, kann ab Werk einprogrammiert sein.
Für den Fall, dass das Musterbild 158 in die Näherungszone 182 des Suchbilds 171 hineinragt, bestimmt die Steuerung 38 bei Schritt 190, dass ein bevorstehendes Zusammenklappszenario vorliegt und initiiert eine Zusammenklapp-Gegenmaßnahme. Ansonsten, falls bestimmt wird, dass kein bevorstehendes Zusammenklappszenario vorliegt, kann die Steuerung 38 fortfahren, den Kupplungswinkel zwischen dem Fahrzeug 14 und dem Anhänger 12 zu bestimmen, wie zuvor unter Bezug auf Schritt 170 erörtert wurde. Die Zusammenklapp-Gegenmaßnahme kann das Erzeugen einer hörbaren Warnung über das Fahrzeugwarnsystem 74, das Erzeugen einer visuellen Warnung über die Anzeige 84, Erzeugen eines Bremsbefehls an das Fahrzeugbremssteuerungssystem 70, Verringern des Drehmoments des Antriebsstrangsteuerungssystems 72, Modifizieren des Lenkwinkels des Fahrzeugs 14 oder eine Kombination davon zusätzlich zu irgendwelchen anderen denkbaren Gegenmaßnahmen beinhalten. Da sich der Anhänger 12 beim Bestimmen der Steuerung 38, dass ein bevorstehendes Zusammenklappszenario vorliegt, wahrscheinlich in Bewegung befinden wird, ist es im Allgemeinen wünschenswert, die Näherungszone 182 auf eine Weise zu orten und zu dimensionieren, die hinreichend Zeit zum Detektieren eines Zusammenklappszenarios belässt, wodurch das Potential eines tatsächlichen Zusammklappens und/oder einer Kollision zwischen dem Anhänger 12 und dem Fahrzeug 14 minimiert wird. Dies zu tun, überwindet außerdem jegliche Antwortwartezeit, die dem Anhängerrückfahrassistenzsystem 10 inhärent sein kann. Obgleich die Schritte 170 und 180 auf eine lineare Weise veranschaulicht wurden, versteht sich, dass beide Schritte gleichzeitig durchgeführt werden können.

Es versteht sich, dass Variationen und Modifikationen der oben erwähnten Strukturen und Verfahren vorgenommen werden können, ohne von den Konzepten der vorliegenden Erfindung abzuweichen, und es versteht sich weiterhin, dass beabsichtigt ist, dass solche Konzepte durch die folgenden Ansprüche abgedeckt sind, es sei denn, diese Ansprüche geben ausdrücklich etwas anderes an. Figur 2

10	ANHÄNGERRÜCKWÄRTSFAHRASSISTENZSYSTEM
34	BILDGEBUNGSVORRICHTUNG
38	STEUERUNG
40	MIKROPROZESSOR
42	SPEICHER
44	KUPPLUNGSWINKELDETEKTIONSROUTINE
46	BETRIEBSROUTINE
48	FAHRZEUGSENSORMODUL
50	GESCHWINDIGKEITSSENSOR
52	GIERRATENSENSOR
54	LENKUNGSEINGABEVORRICHTUNG
56	SERVOLENKUNGSSYSTEM
58	DREHKNOPF
62	ELEKTRISCHER LENKMOTOR
64	LENKWINKELSENSOR
68	DREHMOMENTSENSOR
70	FAHRZEUGBREMSSTEUERUNGSSYSTEM
72	ANTRIEBSSTRANGSTEUERUNGSSYSTEM
74	FAHRZEUGWARNSYSTEM
76	BREMSLICHTER
78	HUPE
80	LAUTSPRECHER
82	FAHRZEUG-MMS

Claims

System zum Detektieren eines Kupplungswinkels zwischen einem Fahrzeug und einem Anhänger, das Folgendes umfasst: eine Bildgebungsvorrichtung, die ausgelegt ist zum Aufnehmen von Bildern des Anhängers; eine Steuerung, die ausgelegt ist zum: Verarbeiten der von der Bildgebungsvorrichtung aufgenommenen Bilder; Ableiten eines Musterbilds mit einer Anhängerkontur; und Abgleichen des Musterbilds mit einem Suchbild; wobei der Kupplungswinkel auf der Basis einer Positionsbeziehung zwischen dem Musterbild und dem Suchbild bestimmt wird.
System nach Anspruch 1, wobei die Steuerung das Musterbild ableitet durch: Ableiten eines gemittelten Bildes von allen Bildern, die von der Bildgebungsvorrichtung während eines Zeitraums aufgenommen werden, in dem sich das Fahrzeug und der Anhänger in einer geraden Richtung bewegen; Berechnen eines Kantenwerts für jedes Pixel des gemittelten Bildes; Vergleichen des Kantenwerts von jedem Pixel mit einem Schwellenwert, um zwischen Anhängerpixeln und Bodenpixeln zu identifizieren; und Bestimmen der Anhängerkontur auf der Basis der identifizierten Anhängerpixel.
System nach Anspruch 2, wobei Pixel mit Kantenwerten, die den Schwellenwert erfüllen oder diesen übersteigen, als Anhängerpixel identifiziert werden und Pixel mit Kantenwerten, die den Schwellenwert nicht erfüllen oder nicht übersteigen, als Bodenpixel identifiziert werden.
System nach einem der Ansprüche 1–3, wobei die Steuerung das Musterbild mit dem Suchbild abgleicht, indem das Musterbild relativ zum Suchbild um einen Drehpunkt gedreht wird und wobei der Kupplungswinkel mit einem Winkel korreliert, um den das Musterbild relativ zum Suchbild gedreht wird, um eine Übereinstimmung dazwischen zu erzeugen.
System nach Anspruch 4, wobei die Steuerung die Verschiebung der Anhängerkontur relativ zu einer Näherungszone im Suchbild überwacht und eine Zusammenklapp-Gegenmaßnahme einleitet, falls die Anhängerkontur in die Näherungszone hineinragt.
System nach Anspruch 5, wobei die Näherungszone definiert ist als ein Raum zwischen einem abgebildeten Heckstoßfänger des Fahrzeugs und einer Grenzlinie, die von der Steuerung definiert ist und auf das Suchbild überblendet wird.
System nach Anspruch 5, wobei die Zusammenklapp-Gegenmaßnahme das Erzeugen einer hörbaren Warnung über ein Fahrzeugwarnsystem, das Erzeugen einer visuellen Warnung über eine Fahrzeuganzeige, das Erzeugen eines Bremsbefehls an das Fahrzeugbremssteuerungssystem, das Verringern eines Drehmoments eines Antriebsstrangsteuerungssystems, das Modifizieren eines Lenkwinkels des Fahrzeugs oder eine Kombination davon umfasst.
System zum Detektieren eines Kupplungswinkels zwischen einem Fahrzeug und einem Anhänger, das Folgendes umfasst: eine Bildgebungsvorrichtung, die ausgelegt ist zum Aufnehmen von Bildern des Anhängers; eine Steuerung, die ausgelegt ist zum: Verarbeiten der von der Bildgebungsvorrichtung aufgenommenen Bilder; Ableiten eines Musterbilds mit einer Anhängerkontur; Drehen des Musterbilds relativ zu einem Suchbild um einen abgebildeten Kupplungspunkt, der dem Musterbild und dem Suchbild gemeinsam ist; und Bestimmen des Kupplungswinkels auf der Basis eines Winkels, um den das Musterbild relativ zum Suchbild gedreht wird, um eine Übereinstimmung dazwischen zu erzeugen.
System nach Anspruch 8, wobei die Steuerung das Musterbild ableitet durch: Ableiten eines gemittelten Bildes von allen Bildern, die von der Bildgebungsvorrichtung während eines Zeitraums aufgenommen werden, in dem sich das Fahrzeug und der Anhänger in einer geraden Richtung bewegen; Berechnen eines Kantenwerts für jedes Pixel des gemittelten Bildes; Vergleichen des Kantenwerts von jedem Pixel mit einem Schwellenwert, um zwischen Anhängerpixeln und Bodenpixeln zu identifizieren; und Bestimmen der Anhängerkontur auf der Basis der identifizierten Anhängerpixel.
System nach Anspruch 9, wobei Pixel mit Kantenwerten, die den Schwellenwert erfüllen oder diesen übersteigen, als Anhängerpixel identifiziert werden und Pixel mit Kantenwerten, die den Schwellenwert nicht erfüllen oder nicht übersteigen, als Bodenpixel identifiziert werden.
System nach einem der Ansprüche 8–10, wobei die Steuerung die Verschiebung der Anhängerkontur relativ zu einer Näherungszone im Suchbild überwacht und eine Zusammenklapp-Gegenmaßnahme einleitet, falls die Anhängerkontur in die Näherungszone hineinragt.
System nach Anspruch 11, wobei die Näherungszone definiert ist als ein Raum zwischen einem abgebildeten Heckstoßfänger des Fahrzeugs und einer Grenzlinie, die von der Steuerung definiert ist und auf das Suchbild überblendet wird.
System nach Anspruch 11, wobei die Zusammenklapp-Gegenmaßnahme das Erzeugen einer hörbaren Warnung über ein Fahrzeugwarnsystem, das Erzeugen einer visuellen Warnung über eine Fahrzeuganzeige, das Erzeugen eines Bremsbefehls an das Fahrzeugbremssteuerungssystem, das Verringern eines Drehmoments eines Antriebsstrangsteuerungssystems, das Modifizieren eines Lenkwinkels des Fahrzeugs oder eine Kombination davon umfasst.
Verfahren zum Detektieren eines Kupplungswinkels zwischen einem Fahrzeug und einem Anhänger, das die folgenden Schritte umfasst: Aufnehmen von Bildern des Anhängers unter Verwendung einer Bildgebungsvorrichtung; Bereitstellen einer Steuerung, die ausgelegt ist zum: Verarbeiten der von der Bildgebungsvorrichtung aufgenommenen Bilder; Ableiten eines Musterbilds mit einer Anhängerkontur; und Abgleichen des Musterbilds mit einem Suchbild; wobei der Kupplungswinkel auf der Basis einer Positionsbeziehung zwischen dem Musterbild und dem Suchbild bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Steuerung das Musterbild ableitet durch: Ableiten eines gemittelten Bildes von allen Bildern, die von der Bildgebungsvorrichtung während eines Zeitraums aufgenommen werden, in dem sich das Fahrzeug und der Anhänger in einer geraden Richtung bewegen; Berechnen eines Kantenwerts für jedes Pixel des gemittelten Bildes; Vergleichen des Kantenwerts von jedem Pixel mit einem Schwellenwert, um zwischen Anhängerpixeln und Bodenpixeln zu identifizieren; und Bestimmen der Anhängerkontur auf der Basis der identifizierten Anhängerpixel.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei Pixel mit Kantenwerten, die den Schwellenwert erfüllen oder diesen übersteigen, als Anhängerpixel identifiziert werden und Pixel mit Kantenwerten, die den Schwellenwert nicht erfüllen oder nicht übersteigen, als Bodenpixel identifiziert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14–16, wobei die Steuerung das Musterbild mit dem Suchbild abgleicht, indem das Musterbild relativ zum Suchbild um einen Drehpunkt gedreht wird, und wobei der Kupplungswinkel mit einem Winkel korreliert, um den das Musterbild relativ zum Suchbild gedreht wird, um eine Übereinstimmung dazwischen zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Steuerung die Verschiebung der Anhängerkontur relativ zu einer Näherungszone im Suchbild überwacht und eine Zusammenklapp-Gegenmaßnahme einleitet, falls die Anhängerkontur in die Näherungszone hineinragt.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Näherungszone definiert ist als ein Raum zwischen einem abgebildeten Heckstoßfänger des Fahrzeugs und einer Grenzlinie, die von der Steuerung definiert ist und auf das Suchbild überblendet wird.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Zusammenklapp-Gegenmaßnahme das Erzeugen einer hörbaren Warnung über ein Fahrzeugwarnsystem, das Erzeugen einer visuellen Warnung über eine Fahrzeuganzeige, das Erzeugen eines Bremsbefehls an das Fahrzeugbremssteuerungssystem, das Verringern eines Drehmoments eines Antriebsstrangsteuerungssystems, das Modifizieren eines Lenkwinkels des Fahrzeugs oder eine Kombination davon umfasst.