DE102017118045A1

DE102017118045A1 - Ungezielte anhängerwinkeldetektion von anhängerrädern

Info

Publication number: DE102017118045A1
Application number: DE102017118045.1A
Authority: DE
Inventors: Zheng Hu; Erick Michael Lavoie
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-08-10
Filing date: 2017-08-08
Publication date: 2018-02-15
Also published as: US20180319437A1; US10807639B2; US20180043933A1; US10046800B2

Abstract

Ein Rückfahrassistenzsystem für eine Fahrzeug- und Anhängerkombination beinhaltet ein Lenksystem, eine Kamera, die ein Bild vom Anhänger erzeugt, und eine Steuerung. Die Steuerung empfängt das Bild und ermittelt ein Rad darin, bestimmt einen Wert in einem kinematischen Modell der Fahrzeug- und Anhängerkombination mit Hilfe von mindestens einem Seitenverhältnis oder einer Position des Rades im Bild und nutzt den Wert im kinematischen Modell, um das Lenksystem zu steuern.

Description

GEGENSTAND DER ERFINDUNG
Die hierin erfolgte Offenbarung betrifft im Allgemeinen Lenkassistenztechnologien in Fahrzeugen und insbesondere eine Längenschätzung für einen Anhänger mit Hilfe eines Bildes, das ein Anhängerrad beinhaltet.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Das Rückfahren eines Fahrzeugs beim Ziehen eines Anhängers kann für viele Fahrer eine Herausforderung darstellen, insbesondere für Fahrer, die nicht regelmäßig mit einem Anhänger oder mit verschiedenen Typen von Anhängern fahren. Systeme, die verwendet werden, um einen Fahrer beim Zurückfahren eines Anhängers zu unterstützen, schätzen regelmäßig die Position des Anhängers relativ zum Fahrzeug mit einem Sensor, der eine Lenkeingabe für das Fahrzeug auf der Grundlage eines Eingabe-Anhängerkrümmungswegs und einen Kupplungswinkel bestimmt. Sowohl die Bestimmung des Kupplungswinkels als auch die Bestimmung der Lenkeingabe erfordern die Verwendung eines kinematischen Modells der Anhänger- und Fahrzeugkombination, der sowohl die Länge des Anhängers, insbesondere von dem Befestigungspunkt mit dem Fahrzeug zu dessen Vorderachse, als auch einen Winkel zwischen dem Fahrzeug und dem Anhänger an diesem Befestigungspunkt beinhaltet. Während sich einige Systeme auf die Benutzereingabe für die Anhängerlänge verließen, kann somit eine unerwünschte Belastung für den Benutzer entstehen und es kann zu Ungenauigkeiten kommen, wobei einige solcher Systeme für den entsprechenden Umgang nicht ausgestattet sind. Die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Berechnungen, die die Anhängerlänge umfassen, können für den Betrieb des Rückfahrassistenzsystems von Bedeutung sein. Die Genauigkeit des Anhänger-Fahrzeug-Winkels (auch als „Kupplungswinkel“ bezeichnet) ist ähnlich wichtig für die Bestimmung der kinematischen Beziehung. Dementsprechend können Verbesserungen hinsichtlich der automatisierten Systemschätzung der Anhängerlänge und des Kupplungswinkels auf eine akkurate Weise erwünscht sein.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet ein Rückfahrassistenzsystem für eine Fahrzeug- und Anhängerkombination ein Lenksystem, eine Kamera, die ein Bild vom Anhänger erzeugt, und eine Steuerung. Die Steuerung empfängt das Bild und ermittelt ein Rad darin, bestimmt einen Wert in einem kinematischen Modell der Fahrzeug- und Anhängerkombination mit Hilfe von mindestens einem Seitenverhältnis oder einer Position des Rades im Bild und nutzt den Wert im kinematischen Modell, um das Lenksystem zu steuern.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet ein Fahrzeug ein Lenksystem und eine Kamera, die Bilder eines vorbestimmten Bereichs zu einem Heck des Fahrzeugs erzeugt. Das Fahrzeug beinhaltet ferner ein System zum Unterstützen beim Zurückfahren des Fahrzeugs mit einem Anhänger, der daran gekoppelt ist, und beinhaltet eine Steuerung, die sequentielle Bilder verarbeitet, die von der Kamera empfangen wurden, um ein Rad zu ermitteln und mindestens eines eines Seitenverhältnisses oder einer Position eines Rades darin zu bestimmen, und bestimmt einen Wert für ein unbekanntes in einem kinematischen Modell der Fahrzeug- und Anhängerkombination mit Hilfe des Seitenverhältnisses. Die Steuerung nutzt dann die gelöste Variable im kinematischen Modell, um das Lenksystem zu steuern.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet ein Verfahren zum Unterstützen eines Fahrzeugs beim Zurückfahren eines Anhängers Verarbeiten eines Bildes, das von einer Kamera empfangen wurde, um ein Rad des Anhängers zu ermitteln und mindestens eines eines Seitenverhältnisses oder einer Position davon innerhalb des Bildes zu bestimmen. Das Verfahren beinhaltet ferner Bestimmen eines Werts in einem kinematischen Modell der Fahrzeug- und Anhängerkombination mit Hilfe des Seitenverhältnisses und mit Hilfe des bestimmten Werts im kinematischen Modell, um das Lenksystem zu steuern.
Diese und andere Aspekte, Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind für den Fachmann nach der Lektüre der folgenden Beschreibung, der Patentansprüche und der beigefügten Zeichnungen verständlich und nachvollziehbar.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen gilt:
1 ist eine perspektivische Draufsicht eines Fahrzeugs, das mit einem Anhänger verbunden ist, mit einer Ausführungsform eines Kupplungswinkelsensors zum Betreiben eines Anhängerrückfahrassistenzsystems;
2 ist ein Blockdiagramm, das eine Ausführungsform des Anhängerrückfahrassistenzsystems mit einer Lenkeingabevorrichtung, einer Krümmungssteuerung und einem Anhängerbremssystem veranschaulicht;
3 ist eine schematische Darstellung, die die Geometrie eines Fahrzeugs und eines Anhängers, die mit einem zweidimensionalen X-Y-Koordinatensystem überlagert ist, veranschaulicht, wobei Variablen ermittelt werden, die verwendet werden, um eine kinematische Beziehung des Fahrzeugs und des Anhängers für das Anhängerrückfahrassistenzsystem zu bestimmen, gemäß einer Ausführungsform;
4 ist ein schematisches Blockdiagramm, das Abschnitte einer Krümmungssteuerung, gemäß einer zusätzlichen Ausführungsform, und andere Komponenten des Anhängerrückfahrassistenzsystems, gemäß solch einer Ausführungsform, veranschaulicht;
5 ist eine Draufsicht einer Lenkeingabevorrichtung mit einem Drehknopf zum Betreiben des Anhängerrückfahrassistenzsystems gemäß einer Ausführungsform;
6 ist eine Draufsicht einer weiteren Ausführungsform eines Drehknopfs zum Auswählen einer gewünschten Krümmung eines Anhängers und eine entsprechende schematische Darstellung, die ein Fahrzeug und einen Anhänger mit verschiedenen Anhängerkrümmungswegen veranschaulicht, die mit den gewünschten Krümmungen, die ausgewählt werden können, korrelieren;
7 ist eine schematische Darstellung, die eine Rückfahrsequenz eines Fahrzeugs und eines Anhängers zeigt, die verschiedene Krümmungsauswahlen mit dem Anhängerrückfahrassistenzsystem umsetzt, gemäß einer Ausführungsform;
8 ist ein Beispiel eines Bildes, das von einer Kamera empfangen wurde, beinhaltend einen Anhänger und ein Rad davon, das gemäß einem Aspekt der Offenbarung verarbeitet werden kann, um ein Merkmal der Fahrzeug-Anhänger-Kombination zu bestimmen;
9 ist eine schematische Ansicht einer projizierten Ellipse, die aus dem Bild aus 8 während der Verarbeitung davon abgeleitet wurde;
10 ist ein weiteres Beispiel eines Bildes, das von der Kamera empfangen wurde, beinhaltend den Anhänger und ein Rad davon, das gemäß einem Aspekt der Offenbarung verarbeitet werden kann, um das Merkmal der Fahrzeug-Anhänger-Kombination zu bestimmen;
11 ist eine schematische Ansicht einer projizierten Ellipse, die aus dem Bild aus 8 während der Verarbeitung davon abgeleitet wurde;
12 ist eine schematische Ansicht, die die Beziehung zwischen dem Bild des Fahrzeugrades und einer Länge des Anhängers zeigt;
13 ist eine grafische Darstellung zwischen einem Sichtwinkel des Rades im Bild, das von der Kamera empfangen wurde, und einer Länge des Anhängers;
14 ist eine schematische Ansicht, die die Beziehung zwischen dem Bild des Fahrzeugrades und einem Winkel des Anhängers relativ zum Fahrzeug zeigt;
15 ist eine Detailansicht eines Abschnitts der schematischen Ansicht aus 15;
16 ist eine weitere Veranschaulichung, die ein Seitenverhältnis oder eine beispielhafte Ellipse zeigt, die aus der Verarbeitung eines Bildes des Anhängerrades, das von der Kamera empfangen wurde, abgeleitet wurde; und
17 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Betrieben eines Anhängerrückfahrassistenzsystems mit Hilfe einer Betriebsroutine zum Lenken eines Fahrzeugs, wobei ein Anhänger zurückgefahren wird, mit normalisierter Steuerung der gewünschten Krümmung veranschaulicht, gemäß einer Ausführungsform.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Zum Zwecke der hierin erfolgten Beschreibung ist zu verstehen, dass das offenbarte Anhängerrückfahrassistenzsystem und die zugehörigen Verfahren verschiedene alternative Ausführungsformen und Ausrichtungen annehmen können, sofern nicht ausdrücklich anders festgelegt. Zudem versteht es sich, dass die in den beigefügten Zeichnungen dargestellten und in der nachstehenden Beschreibung beschriebenen spezifischen Vorrichtungen und Verfahren lediglich beispielhafte Ausführungsformen der in den beigefügten Ansprüchen definierten erfindungsgemäßen Konzepte sind. Während verschiedene Aspekte des Anhängerrückfahrassistenzsystems und der zugehörigen Verfahren unter Bezugnahme auf eine bestimmte veranschaulichende Ausführungsform beschrieben sind, ist die offenbarte Erfindung nicht auf solche Ausführungsformen begrenzt, und zusätzliche Modifizierungen, Anwendungen und Ausführungsformen können umgesetzt werden, ohne von der offenbarten Erfindung abzuweichen. Somit sind konkrete Abmessungen und andere physische Eigenschaften im Zusammenhang mit den hier offenbarten Ausführungsformen nicht als einschränkend zu betrachten, sofern die Patentansprüche nicht ausdrücklich Anderes vorgeben.
Unter Bezugnahme auf die 1–19 bezeichnet das Bezugszeichen 10 im Allgemeinen ein Anhängerrückfahrassistenzsystem zum Steuern eines Rückfahrwegs eines Anhängers 12, der mit einem Fahrzeug 14 verbunden ist, um einem Fahrer des Fahrzeugs 14 zu ermöglichen, eine gewünschte Krümmung 26 des Rückfahrwegs des Anhängers 12 festzulegen. In einer Ausführungsform lenkt das Anhängerrückfahrassistenzsystem 10 automatisch das Fahrzeug 14, um den Anhänger 12 auf der gewünschten Krümmung oder dem gewünschten Rückfahrweg 26 zu führen, wenn ein Fahrer das Gas- und das Bremspedal nutzt, um die Rückfahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs 14 zu steuern. Um die Position des Anhängers 12 relativ zum Fahrzeug 14 zu überwachen, kann das Anhängerrückfahrassistenzsystem 10 einen Sensor 44 beinhalten, der einen Kupplungswinkel γ zwischen dem Anhänger 12 und dem Fahrzeug 14 erfasst oder diesen anderweitig bestimmt. In einer Ausführungsform kann der Sensor 44 mit einer oder mehreren Rückfahrkameras 47a, 47b des Fahrzeugs 14 arbeiten (wie etwa Kameras, die potentiell in anderen im Fahrzeug 14 enthaltenen Systemen genutzt werden), um ein Bild oder sequentielle Bilder eines oder mehrerer Sichtfelder 51a, 51b der entsprechenden Kameras 47a, 47b zu erhalten, was beispielsweise durch die Steuerung 28 des Systems 10 (wie in 2 gezeigt) oder durch einen eigenständigen Prozessor innerhalb des Sensors 44 durchgeführt werden kann. Auf diese Weise kann der Anhängerwinkelsensor 44 eine eigenständige Vorrichtung sein oder kann hierin erörtert werden, um verschiedene Komponenten in Verbindung mit dem Fahrzeug 14 (die Teil von anderen Fahrzeugsystemen oder dergleichen sein können) zu betreffen, die bei der Überwachung des Kupplungswinkels γ verwendet werden. Das Bild oder die Bilder kann/können verarbeitet und analysiert werden, um mindestens eines der Räder 55a, 55b des Anhängers 12 zu ermitteln und ein Seitenverhältnis AR des Rades 55a oder 55b zu bestimmen. Wie nachfolgend weiter erörtert, kann das Seitenverhältnis AR, je nach Betrieb und anderen verfügbaren Informationen, beim Bestimmen der Anhängerlänge D und des Kupplungswinkels γ des Anhängers 12 relativ zum Fahrzeug 14 verwendet werden.
Die Steuerung 28 des Anhängerrückfahrassistenzsystems 10 kann dadurch einen Kupplungswinkel γ auf der Grundlage des bestimmten Seitenverhältnisses AR im Hinblick auf eine kinematische Beziehung zwischen dem Anhänger 12 und dem Fahrzeug 14 bestimmen, die von einem Wert für die Länge D des Anhängers 12 abhängig sein kann. In einem weiteren Aspekt solch einer Ausführungsform kann die Anhängerlänge D unter vorbestimmten Bedingungen zuerst mit Hilfe der Kamera 47a und/oder der Kamera 47b beispielsweise auf eine ähnliche Weise wie die, die von dem Sensor 44 beim Bestimmen des Kupplungswinkels γ verwendet wird, bestimmt werden. Wie nachfolgend weiter erörtert, können die vorbestimmten Bedingungen derart sein, dass die Anhängerlänge D unabhängig von γ erhalten wird, sodass die Anhängerlänge D vor dem Verwenden des Systems 10 in einem Anhängerrückfahrbetrieb bestimmt werden kann. Anschließend kann der bestimmte Wert für D im Hinblick auf das kinematische Modell und mit Hilfe des Sensors 44, wie nachfolgend erörtert, verwendet werden, um den Anhängerkupplungswinkel γ zu überwachen. In weiteren Ausführungsformen können Systeme und Verfahren zum Bestimmen der Anhängerlänge D und des Kupplungswinkels γ separat und unabhängig voneinander umgesetzt und verwendet werden.
Unter Bezugnahme auf die 1–9 wird der allgemeine Betrieb des Anhängerrückfahrassistenzsystems 10 erörtert. Insbesondere kann eine Lenkeingabevorrichtung 18, wie etwa ein Drehknopf 30, für einen Fahrer bereitgestellt werden, um die gewünschte Krümmung 26 des Anhängers 12 bereitzustellen. Daher kann die Lenkeingabevorrichtung 18 zwischen einer Vielzahl von Auswahlen betreibbar sein, wie etwa aufeinanderfolgende gedrehte Positionen eines Knopfs 30, die jeweils eine inkrementelle Veränderung der gewünschten Krümmung 26 des Anhängers 12 bereitstellen. Beim Eingeben der gewünschten Krümmung 26 kann die Steuerung einen Lenkbefehl für das Fahrzeug 14 erzeugen, um den Anhänger 12 auf der gewünschten Krümmung 26 auf der Grundlage des geschätzten Kupplungswinkels γ und einer kinematischen Beziehung zwischen dem Anhänger 12 und dem Fahrzeug 14 zu führen. Aus diesem Grund sind die Genauigkeit der Kupplungswinkelschätzung und dementsprechend der Anhängerlängenschätzung wichtig für das Betreiben des Anhängerrückfahrassistenzsystems 10.
Unter Bezugnahme auf die in 1 gezeigte Ausführungsform ist das Fahrzeug 14 eine Pickup-Ausführungsform, die mit einer Ausführungsform des Anhängerrückfahrassistenzsystems 10 zum Steuern des Rückfahrwegs des Anhängers 12, der mit dem Fahrzeug 14 verbunden ist, ausgestattet ist. Insbesondere ist das Fahrzeug 14 schwenkbar mit einer Ausführungsform des Anhängers 12 verbunden, der über einen Kastenrahmen 32 mit einem geschlossenen Ladebereich 34 verfügt, wobei eine einzelne Achse über eine rechte Radbaugruppe und eine linke Radbaugruppe verfügt, und wobei sich eine Feder 36 in Längsrichtung nach vorn von dem geschlossenen Ladebereich 34 erstreckt. Der veranschaulichte Anhänger 12 verfügt außerdem über einen Anhängerkupplungsverbinder in der Form einer Kopplerbaugruppe 38, die mit einem Fahrzeugkupplungsverbinder in der Form einer Kupplungskugel 40 verbunden ist. Die Kopplerbaugruppe 38 rastet auf der Kupplungskugel 40 ein, um eine schwenkbare Kugelgelenkverbindung 42 bereitzustellen, die eine Verbindung des Kupplungswinkels γ ermöglicht. Es ist anzumerken, dass zusätzliche Ausführungsformen des Anhängers 12 alternativ mit dem Fahrzeug 14 gekoppelt werden können, um eine schwenkbare Verbindung bereitzustellen, wie etwa durch Verbinden mit einem fünften Radverbinder. Es wird außerdem berücksichtigt, dass zusätzliche Ausführungsformen des Anhängers mehr als eine Achse beinhalten und verschiedene Formen und Größen aufweisen können, die für verschiedene Lasten und Objekte konfiguriert sind, wie etwa ein Bootsanhänger oder ein Flachbettanhänger.
Wie oben erwähnt, kann das System 10 außerdem einen sichtbasierten Kupplungswinkelsensor 44 zum Schätzen des Kupplungswinkels γ zwischen dem Fahrzeug 14 und dem Anhänger 12 beinhalten. Der veranschaulichte Kupplungswinkelsensor 44 nutzt zwei Kameras 47a, 47b (z. B. Videobildkameras), die entlang entsprechender Seiten des Fahrzeugs 14 positioniert sein können (wie etwa Fahrer- und Beifahrerseiten davon) und innerhalb entsprechender Seitenspiegelbaugruppen 52a, 52b positioniert sein können. Alternativ kann eine einzelne Kamera, die zentral positioniert ist, wie etwa über einer Heckscheibe oder auf einer Heckklappe 48, verwendet werden. Die dargestellte zweiseitige Kameraanordnung allerdings kann vorzugsweise sein, da die Kameras 47a, 47b mit größerer Wahrscheinlichkeit dazu in der Lage sind, entsprechende Räder 55a, 55b in ihren entsprechenden Sichtfeldern 51a, 51b bei geringen Werten des Kupplungswinkels γ zu erfassen. Die veranschaulichten Kameras 47a, 47b verfügen über entsprechende abzubildende Sichtfelder 51a, 51b, die positioniert und ausgerichtet sind, um ein oder mehrere Bilder des Anhängers 12 zu erfassen, beinhaltend einen Bereich, der das entsprechende Anhängerrad 55a, 55b auf der Seite des Fahrzeugs 14 entsprechend der entsprechenden Kamera 47a, 47b enthält. Die veranschaulichten Kameras 47a, 47b können Videobildkameras beinhalten, die aufeinanderfolgende Bilder des Anhängers 12 wiederholt erfassen, die verarbeitet werden können, um ein beliebiges der Räder 55a, 55b, die innerhalb eines der Sichtfelder 51a, 51b vorhanden sind, und die Position des Rades 55a oder 55b innerhalb des Sichtfelds 51a, 51b zu ermitteln. Wie oben erwähnt, können solche Informationen verwendet werden, um die Bewegung des Anhängers 12 relativ zum Fahrzeug 14 und den entsprechenden Kupplungswinkel γ zu bestimmen oder die Anhängerlänge D zu bestimmen, wie nachfolgend ausführlicher beschrieben.
Es ist anzumerken, dass die Kameras 47a, 47b eine oder mehrere Videobildkameras beinhalten können und an anderen Positionen am Fahrzeug 14 positioniert sein können, um Bilder des Anhängers 12 zu erhalten. Außerdem wird berücksichtigt, dass in einer Ausführungsform nur das nachfolgend beschriebene Seitenverhältnis-basierte Schema des Rades zum Bestimmen der Anhängerlänge D mit zusätzlichen Ausführungsformen des Kupplungswinkelsensors 44, der zum Bereitstellen des Kupplungswinkels γ genutzt wird, genutzt werden kann. Solche Ausführungsformen können ein oder eine Kombination eines Anhängerziel-basierten Systems, eines Potentiometers, eines Sensors auf magnetischer Grundlage, eines optischen Sensors, eines Näherungssensors, eines Drehsensors, eines kapazitiven Sensors, eines induktiven Sensors oder eines mechanisch basierten Sensors, wie etwa eine mechanische Sensorbaugruppe, die an der schwenkbaren Kugelgelenkverbindung 42 montiert ist, Energiewandler eines Reversierhilfssystems, eines Totwinkelsystems und/oder eines überschreitenden Verkehrswarnsystems, oder andere denkbare Sensoren oder Indikatoren für den Kupplungswinkel γ zur Ergänzung oder Verwendung anstelle des hierin beschriebenen sichtbasierten Kupplungswinkelsensors 44.
Die veranschaulichte Ausführungsform des Anhängerrückfahrassistenzsystems 10 empfängt Fahrzeug- und Anhängerstatus-bezogene Informationen von zusätzlichen Sensoren und Vorrichtungen. Diese Informationen beinhalten Positionierinformationen von einer Positioniervorrichtung 56, die ein globales Positioniersystem (GPS) am Fahrzeug 14 oder eine bearbeitete Vorrichtung beinhalten kann, um eine Koordinatenposition des Fahrzeugs 14 und des Anhängers 12 auf der Grundlage der Position der Positioniervorrichtung 56 in Bezug auf den Anhänger 12 und/oder das Fahrzeug 14 und auf der Grundlage des geschätzten Kupplungswinkels γ zu bestimmen. Die Positioniervorrichtung 56 kann zusätzlich oder alternativ ein Koppelnavigationssystem zum Bestimmen der Koordinatenposition des Fahrzeugs 14 und des Anhängers 12 innerhalb eines lokalisierten Koordinatensystems auf der Grundlage mindestens der Geschwindigkeit, des Lenkwinkels und des Kupplungswinkels γ beinhalten. Andere Fahrzeuginformationen, die von dem Anhängerrückfahrassistenzsystem 10 empfangen werden, können eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs 14 von einem Geschwindigkeitssensor 58 und eine Giergeschwindigkeit des Fahrzeugs 14 von einem Giergeschwindigkeitssensor 60 beinhalten. Es wird berücksichtigt, dass der Kupplungswinkelsensor 44 und andere Fahrzeugsensoren und Vorrichtungen in zusätzlichen Ausführungsformen Sensorsignale oder andere Informationen bereitstellen können, wie etwa Näherungssensorsignale oder aufeinanderfolgende Bilder des Anhängers 12, die die Steuerung des Anhängerrückfahrassistenzsystems 10 mit verschiedenen Routinen verarbeiten kann, um einen Indikator des Kupplungswinkels γ zu bestimmen, wie etwa einen Bereich von Kupplungswinkeln.
Wie ferner in 2 gezeigt, befindet sich eine Ausführungsform des Anhängerrückfahrassistenzsystems 10 in Kommunikation mit einem Servolenksystem 62 des Fahrzeugs 14, um die gelenkten Räder 64 (1) des Fahrzeugs 14 zu betreiben, um das Fahrzeug 14 auf eine Weise zu bewegen, dass der Anhänger 12 gemäß der gewünschten Krümmung 26 des Anhängers 12 reagiert. In der veranschaulichten Ausführungsform ist das Servolenksystem 62 ein elektrisches Servolenksystem (EPAS), das einen elektrischen Lenkmotor 66 zum Drehen der gelenkten Räder 64 auf einen Lenkwinkel auf der Grundlage eines Lenkbefehls beinhaltet, wobei der Lenkwinkel von einem Lenkwinkelsensor 67 des Servolenksystems 62 erfasst werden kann. Der Lenkbefehl kann von dem Anhängerrückfahrassistenzsystem 10 zum autonomen Lenken während eines Rückfahrmanövers bereitgestellt werden und kann alternativ manuelle über eine Drehposition (z. B. Lenkradwinkel) eines Lenkrades 68 (1) bereitgestellt werden. Allerdings ist das Lenkrad 68 des Fahrzeugs 14 in der veranschaulichten Ausführungsform mechanisch mit den gelenkten Rädern 64 des Fahrzeugs 14 gekoppelt, sodass sich das Lenkrad 68 gemeinsam mit den gelenkten Rädern 64 bewegt, wodurch eine manuelle Intervention mit dem Lenkrad 68 während autonomen Lenkens verhindert wird. Insbesondere wird ein Drehmomentsensor 70 am Servolenksystem 62 bereitgestellt, der Drehmoment am Lenkrad 68 erfasst, das nicht der autonomen Steuerung des Lenkrades 68 unterliegen soll und dadurch auf manuelle Intervention hinweist, wodurch das Anhängerrückfahrassistenzsystem 10 den Fahrer warnen kann, die manuelle Intervention am Lenkrad 68 zu unterbrechen und/oder das autonome Lenken zu unterbrechen.
In alternativen Ausführungsformen verfügen einige Fahrzeuge über ein Servolenksystem 62, das dem Lenkrad 68 erlaubt, teilweise von der Bewegung der gelenkten Räder 64 eines solchen Fahrzeugs gelöst zu werden. Dementsprechend kann das Lenkrad 68 unabhängig von der Weise, mit der das Servolenksystem 62 des Fahrzeugs die gelenkten Räder 64 steuert, gedreht werden (z. B. autonomes Lenken, wie durch das Anhängerrückfahrassistenzsystem 10 befohlen). Daher kann das Lenkrad 68 bei diesen Typen von Fahrzeugen, bei denen das Lenkrad 68 selektiv von den gelenkten Rädern 64 gelöst wird, um einen unabhängigen Betrieb davon zu ermöglichen, als eine Lenkeingabevorrichtung 18 für das Anhängerrückfahrassistenzsystem 10 genutzt werden, wie hierin ausführlicher offenbart.
Unter erneuter Bezugnahme auf die in 2 veranschaulichte Ausführungsform stellt das Servolenksystem 62 die Steuerung 28 des Anhängerrückfahrassistenzsystems 10 Informationen in Bezug auf eine Drehposition der gelenkten Räder 64 des Fahrzeugs 14 bereit, einschließlich eines Lenkwinkels. Die Steuerung 28 in der veranschaulichten Ausführungsform verarbeitet den aktuellen Lenkwinkel zusätzlich zu anderen Fahrzeug-14 und Anhänger-12-Bedingungen, um den Anhänger 12 entlang der gewünschten Krümmung 26 zu führen. Es ist denkbar, dass das Anhängerrückfahrassistenzsystem 10 in zusätzlichen Ausführungsformen eine integrierte Komponente des Servolenksystems 62 sein kann. Zum Beispiel kann das Servolenksystem 62 einen Anhängerrückfahrassistenzalgorithmus zum Erzeugen von Fahrzeuglenkinformationen und -befehlen als eine Funktion aller oder eines Teils der Informationen, die von der Lenkeingabevorrichtung 18, dem Kupplungswinkelsensor 44, dem Servolenksystem 62, einem Fahrzeugbremssteuersystem 72, einem Antriebsstrangsteuersystem 74 und anderen Fahrzeugsensoren und -vorrichtungen empfangen wurden, beinhalten.
Wie außerdem in 2 veranschaulicht, kann das Fahrzeugbremssteuersystem 72 außerdem mit der Steuerung 28 kommunizieren, um dem Anhängerrückfahrassistenzsystem 10 Bremsinformationen bereitzustellen, wie etwa Fahrzeugradgeschwindigkeit, und um Bremsbefehle von der Steuerung 28 zu empfangen. Zum Beispiel können Fahrzeuggeschwindigkeitsinformationen von einzelnen Radgeschwindigkeiten bestimmt werden, wie durch das Bremssteuersystem 72 überwacht. Die Fahrzeuggeschwindigkeit kann außerdem durch das Antriebsstrangsteuersystem 74, den Geschwindigkeitssensor 58 und die Positioniervorrichtung 56 und anderen erdenklichen Mitteln bestimmt werden. In einigen Ausführungsformen können auch einzelne Rädergeschwindigkeiten verwendet werden, um eine Fahrzeuggiergeschwindigkeit zu bestimmen, die dem Anhängerrückfahrassistenzsystem 10 alternativ oder zusätzlich zum Fahrzeuggiergeschwindigkeitssensor 60 bereitgestellt werden können. In bestimmten Ausführungsformen kann das Anhängerrückfahrassistenzsystem 10 dem Bremssteuersystem 72 Fahrzeugbremsinformationen bereitstellen, um dem Anhängerrückfahrassistenzsystem 10 zu ermöglichen, das Bremsen des Fahrzeugs 14 während des Zurückfahrens des Anhängers 12 zu steuern. Zum Beispiel kann das Anhängerrückfahrassistenzsystem 10 in einigen Ausführungsformen die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 14 während des Zurückfahrens des Anhängers 12 regulieren, was die Möglichkeit für nicht akzeptable Anhängerrückfahrbedingungen reduzieren kann. Beispiele von nicht akzeptablen Anhängerrückfahrbedingungen beinhalten unter anderem eine Übergeschwindigkeitsbedingung des Fahrzeugs 14, eine hohe Kupplungswinkelrate, eine Instabilität des dynamischen Anhängerwinkels, eine berechnete theoretische Anhänger-Querstellbedingung (definiert durch einen maximalen Fahrzeuglenkwinkel, eine Zugstangenlänge, einen Radstand des Zugfahrzeugs und eine effektive Anhängerlänge) oder physische Kontakt-Querstellbegrenzung (definiert durch eine winklige Verschiebungsgrenze relativ zum Fahrzeug 14 und zum Anhänger 12) und dergleichen. Hierin wird offenbart, dass das Anhängerrückfahrassistenzsystem 10 ein Alarmsignal entsprechend einer Benachrichtigung einer tatsächlichen, bevorstehenden und/oder erwarteten nicht akzeptablen Anhängerrückfahrbedingung ausgeben kann.
Das Antriebsstrangsteuersystem 74, wie in der in 2 veranschaulichten Ausführungsform gezeigt, kann außerdem mit dem Anhängerrückfahrassistenzsystem 10 interagieren, um Geschwindigkeit und Beschleunigung des Fahrzeugs 14 während des Zurückfahrens des Anhängers 12 zu regulieren. Wie oben erwähnt, kann die Regulierung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs 14 notwendig sein, um das Potential für nicht akzeptable Anhängerrückfahrbedingungen zu begrenzen, wie etwa beispielsweise ein Querstellen und eine Instabilität des dynamischen Anhängerwinkels. Ähnlich wie die Hochgeschwindigkeitsüberlegungen, die sich auf nicht akzeptable Anhängerrückfahrbedingungen beziehen, können auch hohe Beschleunigungs- und hohe dynamische Krümmungsanforderungen des Fahrers zu solchen nicht akzeptablen Anhängerrückfahrbedingungen führen.
Unter weiterer Bezugnahme auf 2 kann das Anhängerrückfahrsystem 10 in der veranschaulichten Ausführungsform mit einer oder mehreren Vorrichtungen kommunizieren, einschließlich eines Fahrzeugalarmsystems 76, die sichtbare, hörbare und tastbare Warnungen veranlassen kann. Zum Beispiel können die Fahrzeugbremsleuchten 78 und die Warnblinkleuchte des Fahrzeugs einen sichtbaren Alarm bereitstellen und eine Fahrzeughupe 79 und/oder -lautsprecher 81 kann einen hörbaren Alarm bereitstellen. Zusätzlich kann das Anhängerrückfahrsystem 10 und/oder Fahrzeugalarmsystem 76 mit einer Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) 80 für das Fahrzeug 14 kommunizieren. Die HMI 80 kann eine Fahrzeuganzeige 82 beinhalten, wie etwa eine an der Mittelkonsole montierte Navigations- oder Unterhaltungsanzeige (1). Ferner kann das Anhängerrückfahrassistenzsystem 10 über drahtlose Kommunikation mit einer anderen Ausführungsform der HMI 80 kommunizieren, wie etwa mit einer oder mehreren in der Hand gehaltenen oder tragbaren Vorrichtungen, einschließlich eines oder mehrerer Smartphones. Die tragbare Vorrichtung kann außerdem die Anzeige 82 beinhalten, um einem Benutzer ein oder mehrere Bilder und andere Informationen anzuzeigen. Zum Beispiel kann die tragbare Vorrichtung ein oder mehrere Bilder des Anhängers 12 und eine Angabe des geschätzten Kupplungswinkels auf der Anzeige 82 anzeigen. Zusätzlich kann die tragbare Vorrichtung Rückkopplungsinformationen, wie etwa sichtbare, hörbare und tastbare Alarme, bereitstellen. Wie in 2 ferner veranschaulicht, beinhaltet das Anhängerrückfahrassistenzsystem 10 eine Lenkeingabevorrichtung 18, die mit der Steuerung 28 verbunden ist, um die Kommunikation von Informationen dazwischen zu ermöglichen. Wie hierin offenbart, kann die Lenkeingabevorrichtung 18 auf eine drahtlose oder drahtgebundene Weise mit der Steuerung 28 verbunden werden. Die Lenkeingabevorrichtung 18 stellt dem Anhängerrückfahrassistenzsystem 10 Informationen bereit, die den gewünschten Rückfahrweg des Anhängers 12 definieren, damit die Steuerung 28 Lenkbefehle verarbeiten und erzeugen kann. Insbesondere kann die Lenkeingabevorrichtung 18 eine Auswahl oder Positionsinformationen bereitstellen, die mit einer gewünschten Krümmung 26 des gewünschten Rückfahrwegs des Anhängers 12 korrelieren. Außerdem können die Anhängerlenkbefehle, die von der Lenkeingabevorrichtung 18 bereitgestellt werden, Informationen in Bezug auf eine befohlene Veränderung des Fahrwegs, wie etwa eine inkrementelle Veränderung der gewünschten Krümmung 26, und Informationen in Bezug auf eine Angabe, dass der Anhänger 12 entlang eines Wegs fährt, der von einer zentralen Längsachse des Anhängers 12 definiert wird, beinhalten, sodass ein gewünschter Krümmungswert von Null einen im Wesentlichen geraden Fahrweg für den Anhänger definiert. Wie nachfolgend ausführlicher erörtert, kann die Lenkeingabevorrichtung 18 gemäß einer Ausführungsform eine bewegliche Steuereingabevorrichtung beinhalten, um einem Fahrer des Fahrzeugs 14 zu ermöglichen, gewünschte Anhängerlenkaktionen zu befehlen oder anderweitig eine gewünschte Krümmung auszuwählen und zu verändern. Zum Beispiel kann die bewegliche Steuereingabevorrichtung ein Drehknopf 30 sein, der um eine Drehachse drehbar sein kann, die sich durch eine obere Oberfläche oder eine Stirnseite des Knopfes 30 erstreckt. In anderen Ausführungsformen kann der Drehknopf 30 um eine Drehachse drehbar sein, die sich im Wesentlichen parallel zu einer oberen Oberfläche oder Stirnseite des Drehknopfs 30 erstreckt. Außerdem kann die Lenkeingabevorrichtung 18 gemäß zusätzlichen Ausführungsformen alternative Vorrichtungen zum Bereitstellen einer gewünschten Krümmung 26 oder anderer Informationen beinhalten, die einen gewünschten Rückfahrweg definieren, wie etwa ein Joystick, eine Tastatur, eine Reihe von niederdrückbaren Knöpfen oder Schaltern, eine Schiebeeingabevorrichtung, verschiedene Benutzerschnittstellen auf einer Touchscreen-Anzeige, ein sichtbasiertes System zum Empfangen von Gesten, eine Steuerschnittstelle auf einer tragbaren Vorrichtung und andere erdenkliche Eingabevorrichtungen, wie sie im Allgemeinen durch einen Fachmann verstanden würden. Es wird berücksichtigt, dass die Lenkeingabevorrichtung 18 auch als eine Eingabevorrichtung für andere Merkmale funktionieren kann, wie etwa Bereitstellen von Eingaben für andere Fahrzeugmerkmale oder -systeme.
Unter weiterer Bezugnahme auf die in 2 gezeigte Ausführungsform ist die Steuerung 28 mit einem Mikroprozessor 84 konfiguriert, um Logik und Routinen, die im Speicher 86 gespeichert sind, zu verarbeiten, die Informationen vom Sensorsystem 16 empfangen, einschließlich des Anhängersensormoduls 20, des Kupplungswinkelsensors 44, der Lenkeingabevorrichtung 18, des Servolenksystems 62, des Fahrzeugbremssteuersystems 72, des Anhängerbremssystems, des Antriebsstrangsteuersystems 74 und anderer Fahrzeugsensoren und -vorrichtungen. Die Steuerung 28 kann Fahrzeuglenkinformationen und -befehle als eine Funktion aller oder eines Teils der empfangenen Informationen erzeugen. Danach können die Fahrzeuglenkinformationen und -befehle zum Servolenksystem 62 bereitgestellt werden, um das Lenken des Fahrzeugs 14 zu bewirken, um einen befohlenen Fahrweg für den Anhänger 12 zu erreichen. Die Steuerung 28 kann den Mikroprozessor 84 und/oder eine andere analoge und/oder digitale Schaltung zum Verarbeiten einer oder mehrerer Routinen beinhalten. Außerdem kann die Steuerung 28 den Speicher 86 zum Speichern einer oder mehrerer Routinen beinhalten, einschließlich einer Kupplungswinkelschätzroutine 130, einer Anhängerlängenschätzroutine 131, einer Betriebsroutine 132 und einer Krümmungsroutine 98. Es ist anzumerken, dass die Steuerung 28 eine eigenständige spezielle Steuerung oder eine geteilte Steuerung sein kann, die in anderen Steuerfunktionen integriert ist, wie etwa in das Sensorsystem 16, das Servolenksystem 62 und anderen erdenklichen bordeigenen oder externen Fahrzeugsteuersystemen integriert.
Unter Bezugnahme auf 3 widmen wir uns nun einer Diskussion über Fahrzeug- und Anhängerinformationen und -parameter, die verwendet werden, um eine kinematische Beziehung zwischen einer Krümmung eines Fahrzeugs des Anhängers 12 und des Lenkwinkels des Fahrzeug 14, das den Anhänger 12 zieht, zu berechnen, was für ein Anhängerrückfahrassistenzsystem 10, das gemäß einigen Ausführungsformen konfiguriert ist, wünschenswert sein kann, einschließlich zur Verwendung durch eine Krümmungsroutine 98 der Steuerung 28 in einer Ausführungsform. Um solch eine kinematische Beziehung zu erreichen, können bestimmte Annahmen in Bezug auf Parameter in Verbindung mit dem Fahrzeug-/Anhängersystem getroffen werden. Beispiele solcher Annahmen beinhalten unter anderem den Anhänger 12, der durch das Fahrzeug 14 bei einer relativ langsamen Geschwindigkeit zurückgefahren wird, Räder des Fahrzeugs 14 und des Anhängers 12 mit unerheblichem (z. B. keinem) Schlupf, Reifen des Fahrzeugs 14 mit unerheblicher (z. B. keiner) seitlicher Übereinstimmung, Reifen des Fahrzeugs 14 und des Anhängers 12 mit unerheblicher (z. B. keiner) Deformierung, Aktordynamik des Fahrzeugs 14, die unerheblich ist, und das Fahrzeug 14 und den Anhänger 12, das/der unerhebliche (z. B. keine) Roll- oder Neigungsbewegungen aufweist, neben anderen erdenklichen Faktoren mit der Möglichkeit, eine Auswirkung für das Steuern des Anhängers 12 mit dem Fahrzeug 14 zu haben.
Wie in 3 gezeigt, basiert die kinematische Beziehung für ein System, das durch ein Fahrzeug 14 und einen Anhänger 12 definiert wird, auf verschiedenen Parametern in Verbindung mit dem Fahrzeug 14 und dem Anhänger 12. Diese Parameter beinhalten:

δ:: Lenkwinkel bei gelenkten Vorderrädern des Fahrzeugs;
α:: Gierwinkel des Fahrzeugs;
β:: Gierwinkel des Anhängers;
γ:: Kupplungswinkel (γ = β – α);
W:: Radstand des Fahrzeugs;
L:: Zugstangenlänge zwischen Kupplungspunkt und hinterer Achse des Fahrzeugs;
D:: Abstand (Anhängerlänge) zwischen Kupplungspunkt und Achse des Anhängers oder effektive Achse für einen mehrachsigen Anhänger; und
r₂:: Krümmungsradius für den Anhänger.

Eine Ausführungsform einer kinematischen Beziehung zwischen Anhängerwegradius der Krümmung r₂ am Mittelpunkt einer Achse des Anhängers 12, dem Lenkwinkel δ der gelenkten Räder 64 des Fahrzeugs 14 und dem Kupplungswinkel γ kann mit der nachfolgend bereitgestellten Gleichung ausgedrückt werden. Somit, wenn der Kupplungswinkel γ bereitgestellt wird, kann die Anhängerwegkrümmung κ₂ auf der Grundlage des Regulierens des Lenkwinkels δ gesteuert werden (wobei β . die Anhängergiergeschwindigkeit und η . die Anhängergeschwindigkeit sind).
Diese Beziehung kann ausgedrückt werden, um den Lenkwinkel δ als eine Funktion der Anhängerwegkrümmung κ₂ und des Kupplungswinkels γ bereitzustellen.
Dementsprechend sind bestimmte Parameter (z. B. D, W und L) der kinematischen Beziehung für eine bestimmte Fahrzeug- und Anhängerkombination konstant und werden als bekannt vorausgesetzt. V ist die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit und g ist die Erdbeschleunigung. K ist ein geschwindigkeitsabhängiger Parameter, der, wenn er auf Null gesetzt ist, den Lenkwinkel unabhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet. Zum Beispiel können fahrzeugspezifische Parameter der kinematischen Beziehung in einem elektronischen Steuersystem des Fahrzeugs 14 vordefiniert werden und die anhängerspezifischen Parameter der kinematischen Beziehung können von einem Fahrer des Fahrzeugs 14 eingegeben, von einem erfassten Anhängerverhalten als Reaktion auf Fahrzeuglenkbefehle bestimmt oder anderweitig von Signalen, die von dem Anhänger 12 bereitgestellt werden, bestimmt werden. Die Anhängerwegkrümmung κ₂ kann von der Fahrereingabe über die Lenkeingabevorrichtung 18 bestimmt werden. Durch die Verwendung der Gleichung zum Bereitstellen des Lenkwinkels kann ein entsprechender Lenkbefehl durch die Krümmungsroutine 98 erzeugt werden, um das Servolenksystem 62 des Fahrzeugs 14 zu steuern.
In einer zusätzlichen Ausführungsform kann eine Annahme durch die Krümmungsroutine 98 getroffen werden, dass ein Längsabstand L zwischen der schwenkbaren Verbindung und der hinteren Achse des Fahrzeugs 14 gleich Null ist, um das Anhängerrückfahrassistenzsystem 10 zu betreiben, wenn ein Schwanenhalsanhänger oder ein anderer ähnlicher Anhänger mit der Kupplungskugel oder einem fünften Radverbinder, der sich über einer hinteren Achse des Fahrzeugs 14 befindet, verbunden ist. Die Annahme geht im Wesentlichen davon aus, dass die schwenkbare Verbindung mit dem Anhänger 12 im Wesentlichen vertikal an der hinteren Achse des Fahrzeugs 14 ausgerichtet ist. Wenn solch eine Annahme getroffen wurde, kann die Steuerung 28 den Lenkwinkelbefehl für das Fahrzeug 14 als eine Funktion unabhängig von dem Längsabstand L zwischen der schwenkbaren Verbindung und der hinteren Achse des Fahrzeugs 14 erzeugen. Es ist anzumerken, dass der erwähnte Schwanenhalsanhänger im Allgemeinen eine Federkonfiguration betrifft, die angehoben wird, um eine Verbindung mit dem Fahrzeug 14 an einer erhöhten Position über der hinteren Achse herzustellen, wie etwa innerhalb eines Betts eines Lastwagens, wobei Ausführungsformen des Schwanenhalsanhängers Flachbettladebereiche, geschlossene Ladebereiche, Wohnwagen, Viehanhänger, Pferdeanhänger, Tiefladeanhänger und andere erdenkliche Anhänger mit solch einer Federkonfiguration beinhalten können.
Eine weitere Ausführungsform der Krümmungsroutine 98 des Anhängerrückfahrassistenzsystems 10 wird in 4 veranschaulicht, die die allgemeine architektonische Struktur zeigt, wobei ein Messmodul 88, ein Kupplungswinkelregler 90 und ein Krümmungsregler 92 Routinen sind, die im Speicher 86 der Steuerung 28 gespeichert sein können. In der veranschaulichten Struktur stellt die Lenkeingabevorrichtung 18 dem Krümmungsregler 92 der Steuerung 28 einen gewünschten Krümmungswert κ₂ bereit, der anhand des gewünschten Rückfahrwegs 26, der mit der Lenkeingabevorrichtung 18 eingegeben wird, bestimmt werden kann. Der Krümmungsregler 92 berechnet einen gewünschten Kupplungswinkel γ(d) auf der Grundlage der aktuellen gewünschten Krümmung κ₂ gemeinsam mit dem Lenkwinkel δ, der durch ein Messmodul 88 in dieser Ausführungsform der Steuerung 28 bereitgestellt wird. Das Messmodul 88 kann eine Speichervorrichtung sein, die von der Steuerung 28 getrennt oder darin integriert ist, die Daten von Sensoren des Anhängerrückfahrassistenzsystem 10 speichert, wie etwa von dem Kupplungswinkelsensor 44, dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 58, dem Lenkwinkelsensor 67, oder alternativ kann das Messmodul 88 anderweitig Daten direkt von den Sensoren übertragen, ohne als Speichervorrichtung zu funktionieren. Sobald der gewünschte Kupplungswinkel γ(d) vom Krümmungsregler 92 berechnet wurde, erzeugt der Kupplungswinkelregler 90 einen Lenkwinkelbefehl auf der Grundlage des berechneten gewünschten Kupplungswinkels γ(d) sowie eines gemessenen oder anderweitig geschätzten Kupplungswinkels γ(m) und eine aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs 14. Der Lenkwinkelbefehl wird dem Servolenksystem 62 des Fahrzeugs 14 bereitgestellt, der dann zurück zum Messmodul 88 geführt wird, um die Einwirkungen anderer Fahrzeugmerkmale, die von der Umsetzung des Lenkwinkelbefehls oder anderen Veränderungen am System beeinflusst wurden, erneut zu beurteilen. Dementsprechend verarbeiten der Krümmungsregler 92 und der Kupplungswinkelregler 90 kontinuierlich Informationen vom Messmodul 88, um genaue Lenkwinkelbefehle bereitzustellen, die den Anhänger 12 auf die gewünschte Krümmung κ₂ und den gewünschten Rückfahrweg 26 ohne wesentliche Überschreitung oder kontinuierliche Schwingung des Fahrwegs um die gewünschte Krümmung κ₂ positionieren.
Insbesondere ist das Gelangen in das Steuersystem eine Eingabe, κ₂, die die gewünschte Krümmung 26 des Anhängers 12 darstellt, die dem Krümmungsregler 92 bereitgestellt wird. Der Krümmungsregler 92 kann als ein statischer Plan, p(κ₂, δ), ausgedrückt werden, der in einer Ausführungsform die folgende Gleichung aufweist:
Wobei

κ₂: die gewünschte Krümmung des Anhängers 12 oder 1/r₂ darstellt, wie in 3 gezeigt;
δ: den Lenkwinkel darstellt;
L: den Abstand von der hinteren Achse des Fahrzeugs 14 zum Kupplungsdrehpunkt darstellt;
D: den Abstand vom Kupplungsdrehpunkt zur Achse des Anhängers 12 darstellt; und
W: den Abstand von der hinteren Achse zur vorderen Achse des Fahrzeugs 14 darstellt.

Der Ausgabekupplungswinkel von p(κ₂, δ) wird als Bezugssignal, γ_ref, für den Rest des Steuersystems bereitgestellt, obwohl der Wert des Lenkwinkels δ, der vom Krümmungsregler 92 verwendet wird, Rückkopplung von der nicht linearen Funktion des Kupplungswinkelreglers 90 darstellt. Es ist wird gezeigt, dass der Kupplungswinkelregler 90 Rückkopplungslinearisierung zum Definieren einer Rückkopplungssteuerregelung verwendet, wie folgt:
Die Rückkopplungssteuerregelung, g(u, γ, v), wird mit einer proportionalen integralen (PI) Steuerung umgesetzt, wobei der integrale Abschnitt im Wesentlichen stationäre Spurfehler eliminiert. Insbesondere kann das in 5 veranschaulichte Steuersystem mit den folgenden differential algebraischen Gleichungen ausgedrückt werden:
Es wird berücksichtigt, dass die PI-Steuerung Verstärkungsterme auf der Grundlage der Anhängerlänge D aufweisen kann, da kürzere Anhänger im Allgemeinen eine schnellere Dynamik aufweisen. Zusätzlich kann der Kupplungswinkelregler 90 dazu konfiguriert sein, den gewünschten Kupplungswinkel γ(d) zu verhindern, um einen Querstellwinkel γ(j) zu erreichen oder zu überschreiten, wie von der Steuerung 28 berechnet oder anderweitig durch das Anhängerrückfahrassistenzsystem 10 bestimmt, wie hierin ausführlicher offenbart.
Wie auf der Grundlage des Vorstehenden anzumerken ist, gibt es verschiedene der kinematischen Parameter in den Gleichungen für Krümmung κ₂ und Lenkeingabe δ, die im Allgemeinen fest sind und den Dimensionen der Fahrzeug-14- und Anhänger-12-Kombination entsprechen. Insbesondere sind die Länge D des Anhängers 12, der Radstand W des Fahrzeugs 14 und der Abstand L von der Kupplungsverbindung H zur hinteren Achse des Fahrzeugs 14 im Allgemeinen fest und können im Speicher 86 des Systems 10 gespeichert werden (2), wohingegen andere kinematische Parameter dynamisch sein können und von einem Anhängersensormodul 20 und Fahrzeugsensoren 17 kontinuierlich erhalten werden können. Es ist anzumerken, dass der Radstand des Fahrzeugs 14 und der Abstand von der Kupplungsverbindung zur hinteren Achse des Fahrzeugs 14 nur das Fahrzeug 14 selbst betreffen, in dem die Steuerung 28 und dementsprechend der Speicher 86 installiert sind. Anschließend können diese Parameter während der Herstellung des Fahrzeugs 14 oder während der Installation der relevanten Abschnitte des Systems 10 darin im Speicher 86 gespeichert werden, da sie in Bezug auf die spezifische Marke und das spezifische Modell des bestimmten Fahrzeugs 14 bekannt sind. Auf der anderen Seite kann die Länge D des Anhängers 12, während er in Bezug auf eine bestimmte initiierte Betriebsroutine 132 befestigt ist, variieren, wenn verschiedene Anhänger 12 an das Fahrzeug 14 gekoppelt sind, um davon gezogen zu werden. Ferner kann der bestimmte Anhänger 12, mit dem ein gegebenes Fahrzeug 14 verwendet wird, während der Herstellung des Fahrzeugs 14 oder der Installation des Systems 10 nicht bekannt sein, und ein Benutzer eines Fahrzeugs 14 möchte unter Umständen das Fahrzeug 14 in verschiedenen Betriebsroutinen 132 mit verschiedenen Anhängern 12 für verschiedene Größen und Konfigurationen nutzen. Dementsprechend kann eine Routine 131 für das System 10, das die bestimmte Anhängerlänge D eines Anhängers erhält, der an das Fahrzeug 14 gekoppelt ist, verwendet werden, bevor das System 10 die Betriebsroutine 132 umsetzt. In einigen Ausführungsformen kann das System 10 dazu in der Lage sein, zu bestimmen, ob der Anhänger 12, der derzeit an das Fahrzeug 14 gekoppelt ist, der gleiche ist wie einer, der vorher während einer früheren Umsetzung der Rückfahrroutine 132 an das Fahrzeug 14 gekoppelt war, in welchem Fall das System 10 einen vorbestimmten Wert für die Anhängerlänge D verwenden kann. Ferner kann das System 10 in einigen Ausführungsformen dazu in der Lage sein, eine bestimmte Anhängerlänge D in einem Dateneintrag im Speicher 86 in Verbindung mit dem bestimmten Anhänger 12 zu speichern, für den die Länge D bestimmt wurde. Auf diese Weise kann ein Benutzer beim Wechseln der Anhänger 12 dazu in der Lage sein, den bestimmten Anhänger 12 aus einer Liste von Anhängern mit einer bereits bestimmten Länge D in Verbindung damit auszuwählen, oder kann eine Option auswählen, um eine Schätzroutine 131 für einen neuen Anhänger 12 auszuführen.
Unter erneuter Bezugnahme auf 5 wird eine Ausführungsform der Lenkeingabevorrichtung 18 veranschaulicht, die auf einer Mittelkonsole 108 des Fahrzeugs 14 nahe einem Schalthebel 110 angeordnet ist. In dieser Ausführungsform beinhaltet die Lenkeingabevorrichtung 18 einen Drehknopf 30 zum Bereitstellen der Steuerung 28 mit dem gewünschten Rückfahrweg des Anhängers 12. Insbesondere kann die Winkelposition des Drehknopfs 30 mit einer gewünschten Krümmung korrelieren, sodass die Drehung des Knopfs auf eine andere Winkelposition eine andere gewünschte Krümmung mit einer inkrementellen Veränderung auf der Grundlage des Ausmaßes der Drehung und, in einigen Ausführungsformen, eine normalisierte Geschwindigkeit, wie hierin ausführlicher beschrieben, bereitstellt.
Der Drehknopf 30, wie in 6 veranschaulicht, kann auf einen Mittelpunkt oder eine Ruhestellung P(AR) zwischen gegenüberliegenden drehbaren Bewegungsbereichen R(R), R(L) vorgespannt werden (z.B. durch eine Rückstellfeder). In der veranschaulichten Ausführungsform ist ein erster des gegenüberliegenden drehbaren Bewegungsbereichs R(R) im Wesentlichen gleich einem zweiten drehbaren Bewegungsbereich R(L), R(R). Auf diese Weise kann die Eingabevorrichtung 18 der Steuerung 28 ein Signal bereitstellen, das sowohl eine Richtung (dem Bereich, R(L) oder R(R) entsprechend, in dem der Knopf 30 gedreht wird) als auch eine Amplitude beinhaltet, je nachdem, wie weit der Drehknopf 30 innerhalb dieses Bereichs gedreht wird. Dementsprechend kann die Steuerung 28 das Signal von der Eingabevorrichtung 18 als eine Krümmungseingabe in der Richtung interpretieren, die von dem Signal angegeben wurde. Um eine taktile Angabe eines Ausmaßes der Drehung des Drehknopfs 30 bereitzustellen, kann ein Drehmoment, das den Knopf in Richtung der Ruhestellung P(AR) vorspannt, zunehmen (z. B. nicht linear) als eine Funktion des Ausmaßes der Drehung des Drehknopfs 30 in Bezug auf die Ruhestellung P(AR). Zusätzlich kann der Drehknopf 30 mit einer Position konfiguriert sein, die Arretierungen angibt, sodass der Fahrer die Ruhestellung P(AR) spüren kann und die Annäherung der Enden der gegenüberliegenden drehbaren Bewegungsbereiche R(L), R(R) fühlt (z. B. weiche Endanschläge). Der Drehknopf 30 kann einen gewünschten Krümmungswert als Funktion eines Ausmaßes der Drehung des drehbaren Knopfs 30 in Bezug auf die Ruhestellung P(AR) und einer Bewegungsrichtung des Drehknopfs 30 in Bezug auf die Ruhestellung P(AR) erzeugen, die selbst einem Null-Krümmungsbefehl entspricht. Es wird außerdem berücksichtigt, dass die Drehgeschwindigkeit des Drehknopfs 30 außerdem verwendet werden kann, um die Ausgabe der gewünschten Krümmung 26 zur Steuerung 28 zu bestimmen. Die Ruhestellung P(AR) des Knopfs entspricht einem Signal, das angibt, dass das Fahrzeug 14 derart gelenkt werden sollte, dass der Anhänger 12 entlang eines im Wesentlichen geraden Rückfahrwegs 114 (6) gemäß einer Null-Anhängerkrümmungsanforderung vom Fahrer zurückgefahren wird, wie durch die Längsrichtung 22 des Anhängers 12 definiert, wenn der Knopf zur Ruhestellung P(AR) zurück gedreht wurde. Eine maximale Position des Knopfs im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn (d. h. Grenzen der gegenüberliegenden drehbaren Bewegungsbereiche R(R), R(L)) kann jeweils einem entsprechenden Signal entsprechen, das einen engsten Radius der Krümmung (d. h. die akuteste Bewegungsbahn oder der kleinste Krümmungsradius) eines Fahrwegs des Anhängers 12 angibt, der ohne die entsprechenden Fahrzeuglenkinformationen möglich ist, was zu einer Querstellbedingung führt.
Wie in 6 gezeigt, kann ein Fahrer den Drehknopf 30 drehen, um eine gewünschte Krümmung 26 bereitzustellen, während der Fahrer des Fahrzeugs 14 den Anhänger 12 zurückfährt. In der veranschaulichten Ausführungsform dreht sich der Drehknopf 30 um eine zentrale Achse zwischen einer zentralen oder mittleren Position 114 gemäß einem im Wesentlichen geraden Rückfahrweg 26, wie durch die Längsrichtung 22 des Anhängers 12 definiert, und verschiedenen gedrehten Positionen 116, 118, 120, 122 auf gegenüberliegenden Seiten der mittleren Position 114, die eine gewünschte Krümmung 26 gemäß einem Radius des gewünschten Rückfahrwegs für den Anhänger 12 an der befohlenen gedrehten Position befehlen. Es wird berücksichtigt, dass der Drehknopf 30 gemäß Ausführungsformen des offenbarten Gegenstands konfiguriert sein kann und auf ein Mittel verzichtet, um in eine Ruhestellung P(AR) zwischen gegenüberliegenden drehbaren Bewegungsbereichen vorgespannt zu werden. Durch das Fehlen eines solchen Vorspannens kann ermöglicht werden, dass eine aktuelle Drehposition des Drehknopfs 30 beibehalten wird, bis die Drehsteuereingabevorrichtung manuell zu einer anderen Position bewegt wird.
Unter Bezugnahme auf 7 wird ein Beispiel zum Verwenden der Lenkeingabevorrichtung 18 zum Vorschreiben einer Krümmung eines gewünschten Rückfahrwegs (POT) des Anhängers 12 beim Zurückfahren des Anhängers 12 mit dem Fahrzeug 14 gezeigt. In Vorbereitung auf das Zurückfahren des Anhängers 12 kann der Fahrer des Fahrzeugs 14 das Fahrzeug 14 nach vorn entlang eines Durchzugswegs (PTP) fahren, um das Fahrzeug 14 und den Anhänger 12 an einer ersten Rückfahrposition B1 zurückzufahren. In der ersten Rückfahrposition B1 sind das Fahrzeug 14 und der Anhänger 12 in Längsrichtung aneinander ausgerichtet, sodass eine zentrale Längsachse L1 des Fahrzeugs 14 an einer zentralen Längsachse L2 des Anhängers 12 (z. B. parallel oder zufällig) ausgerichtet ist. Hierin wird offenbart, dass eine solche Ausrichtung der Längsachse L1, L2 bei Beginn einer Instanz einer Anhängerrückfahrfunktionalität keine Voraussetzung für die Betriebsfähigkeit eines Anhängerrückfahrassistenzsystems 10 ist, jedoch zur Kalibrierung erfolgen kann.
Nach dem Anschalten des Anhängerrückfahrassistenzsystems 10 (z. B. vor, nach oder während der Durchzugssequenz) beginnt der Fahrer damit, den Anhänger 12 durch Zurückfahren des Fahrzeugs 14 aus der ersten Rückfahrposition B1 zurückzufahren. Solange der Drehknopf 30 der Anhängerrückfahrlenkeingabevorrichtung 18 in der Ruhestellung P(AR) bleibt und keine anderen Lenkeingabevorrichtungen 18 eingeschaltet sind, lenkt das Anhängerrückfahrassistenzsystem 10 das Fahrzeug 14, wie es notwendig ist, um zu veranlassen, dass der Anhänger 12 entlang eines im Wesentlichen geraden Fahrwegs zurückgefahren wird, wie durch die Längsrichtung 22 des Anhängers 12, spezifisch die zentrale Achse L2 des Anhängers 12 zum Zeitpunkt, als das Zurückfahren des Anhängers 12 begonnen hat, definiert. Wenn der Anhänger 12 die zweite Rückfahrposition B2 erreicht, dreht der Fahrer den Drehknopf 30, um dem Anhänger 12 zu befehlen, nach rechts zu lenken (d. h. eine Drehung des Knopfs R(R) im Uhrzeigersinn). Dementsprechend lenkt das Anhängerrückfahrassistenzsystem 10 das Fahrzeug 14, um zu veranlassen, dass der Anhänger 12 als eine Funktion eines Ausmaßes der Drehung des Drehknopfs 30 in Bezug auf die Ruhestellung P(AR), einer Geschwindigkeitsbewegung des Knopfs und/oder einer Bewegungsrichtung des Knopfs 30 in Bezug auf die Ruhestellung P(AR) nach rechts gelenkt wird. Ähnlich dazu kann dem Anhänger 12 befohlen werden, nach links zu lenken, indem der Drehknopf 30 nach links gedreht wird. Wenn der Anhänger 12 die Rückfahrposition B3 erreicht hat, ermöglicht der Fahrer dem Drehknopf 30, zur Ruhestellung P(AR) zurückzukehren, wodurch veranlasst wird, dass das Anhängerrückfahrassistenzsystem 10 das Fahrzeug 14 derart lenkt, dass der Anhänger 12 entlang eines im Wesentlichen geraden Fahrwegs, der von der zentralen Längsachse L2 des Anhängers 12 definiert ist, zu dem Zeitpunkt zurückgefahren wird, als der Drehknopf 30 zur Ruhestellung P(AR) zurückgedreht wurde. Danach lenkt das Anhängerrückfahrassistenzsystem 10 das Fahrzeug 14 derart, dass der Anhänger 12 dazu veranlasst wird, entlang dieses im Wesentlichen geraden Wegs zur vierten Rückfahrposition B4 zurückgefahren zu werden. Diesbezüglich werden gekrümmte Abschnitte eines Fahrwegs POT des Anhängers 12 durch Drehung des Drehknopfs 30 vorgegeben und gerade Abschnitte des Fahrwegs POT werden durch eine Ausrichtung der zentralen Längsachse L2 des Anhängers 12 vorgegeben, wenn der Knopf 30 sich in der Ruhestellung P(AR) befindet oder dahin zurückgedreht wird.
In der in 7 veranschaulichten Ausführungsform interagiert der Fahrer mit dem Anhängerrückfahrassistenzsystem 10, um das Anhängerrückfahrassistenzsystem 10 anzuschalten, und lenkt automatisch, wenn der Fahrer das Fahrzeug 14 zurückfährt. Wie oben erörtert, kann der Fahrer den Anhängerrückfahrweg befehlen, indem eine Lenkeingabevorrichtung 18 verwendet wird, und die Steuerung 28 kann den Fahrzeuglenkwinkel bestimmen, um die gewünschte Krümmung 26 erreichen, wobei der Fahrer die Drossel und Bremse steuert, während das Anhängerrückfahrassistenzsystem 10 das Lenken steuert.
Unter Bezugnahme auf die 8–13 und wie oben erörtert, kann die Steuerung 28 eine Anhängerlängenschätzroutine 131 nach Bedarf umsetzen, um die Anhängerlänge D zu bestimmen. In verschiedenen hierin beschriebenen Beispielen kann dies separat von und vor einer Kupplungswinkelschätzroutine 130 erfolgen. Insbesondere kann die Anhängerlängenschätzroutine 131 bekannte Merkmale des Fahrzeugs 14 in Kombination mit bestimmten Merkmalen des Bildes von einem der Anhängerräder 55a oder 55b innerhalb des Sichtfeldes 51a oder 51b einer der Kameras 47a oder 47b nutzen, um die Länge D des Anhängers 12 zu schätzen. Insbesondere, wie in den 8–11 veranschaulicht, veranlasst der Sichtwinkel 47a relativ zum Rad 55a die Verzerrung des Bildes des Rades 55a.
Insbesondere erscheint das Rad 55a als eine Ellipse 94 innerhalb des zugehörigen Bildes 96 (8 und 10). Im Allgemeinen und je nach den bestimmten Positionen und Merkmalen der Kameras 47a, 47b erscheinen die Räder 55a und 55b als sehr schmale Ellipsen oder gerade Linien (wenn sie überhaupt sichtbar sind), wenn der Kupplungswinkel γ Null oder fast Null ist, und erscheinen schließlich als Kreise (d. h. ein spezieller Fall einer Ellipse, wobei beide Achsen gleich sind), wenn das bestimmte Rad 55a oder 55b der entsprechenden Kamera 47a oder 47b gegenüberliegt. Im Allgemeinen kann die Steuerung 28 kalibriert werden, um zu erkennen, wenn beide Kameras 47a und 47b kein Bild eines Rades 55a, 55b zeigen, um einen Kupplungswinkel γ von Null anzugeben. Ferner würde ein Beispiel, wenn ein Rad 55a oder 55b der Kamera 47a oder 47b gegenüberliegt, zwangsläufig einem Kupplungswinkel von mehr als 90° entsprechen, was in den meisten Fällen, wobei eine Sattellagerbaugruppe nicht verwendet wird, während eines Rückfahrbetriebs nicht möglich ist (insbesondere, wenn Querstellbegrenzungssteuerungen vorhanden sind) und beispielsweise nicht mit einer maximalen Lenkeingabe δ_max während eines Vorwärtsfahrbetriebs übereinstimmen würde.
Wie in den 8 und 10 zu sehen ist, ändern sich die bestimmten Eigenschaften der Ellipse 94, die im Bild 96 durch Herausragen des Rades 55a vorhanden ist, mit variierenden Positionen des Anhängers 12 in Bezug auf das Fahrzeug 14 und dementsprechend innerhalb des Bildes 96. Insbesondere, wie in den 9 und 11 gezeigt wird, ändert sich ein Seitenverhältnis AR der Ellipse 94 mit dem Kupplungswinkel γ. Wie veranschaulicht, wird das Seitenverhältnis AR der Ellipse 94 als das Verhältnis der Nebenachse b zu ihrer Hauptachse a gekennzeichnet. Auf diese Weise ist eine Ellipse 94 im Bild 96 durch Herausragen des Rades 55a vorhanden, wenn sich das Seitenverhältnis des Anhängers 12 erhöht (d. h. auf 1 erhöht), wenn der Kupplungswinkel γ zunimmt. In dem veranschaulichten Bild 96 der 8 beispielsweise wird ein geringeres Seitenverhältnis AR der Ellipse 94 durch die Nebenachse b dargestellt, indem sie kürzer als im Bild 96 aus 10 erscheint. Wie ferner zu sehen ist, entspricht ein kleineres Seitenverhältnis AR einem kleineren Kupplungswinkel γ im Bild 96 der 8. Auf diese Weise kann die Steuerung 28 einen Bildverarbeitungsalgorithmus nutzen, um die Position des Anhängerrades 55a oder 55b zu detektieren. Als Beispiel kann ein Algorithmus ein Rad 55a oder 55b durch Suchen nach einem Muster eines Reifens und Rades und/oder durch Suchen nach Pixeln, die sich um eine Achse in einer Umdrehung mit fast stationärem Zustand drehen, lokalisieren. Sobald es ermittelt wurde, kann die Ellipse 94 dem Rad 55a oder 55b entsprechend analysiert werden, um dessen Seitenverhältnis abzuleiten. Die Ellipse 94 kann entweder vom Rad selbst oder vom Reifen abgeleitet werden, da das Seitenverhältnis gleich wäre. Die Verwendung des Rades kann genauer sein, da es nicht durch das Gewicht des Anhängers 12 auf dem Boden verzerrt wird.
Wie in den 12 und 13 gezeigt, kann diese Differenz des Seitenverhältnisses AR der Ellipsen 94, die durch das Herausragen des Rades 55a (oder des Rades 55b im Fall der anderen Kamera 47b) in den Bildern 96 vorhanden sind, verwendet werden, um die Länge D des Anhängers zu bestimmen. Mit Hilfe der geometrischen Beziehung in 12, wobei:

γ_m:: der maximale Anhängerwinkel beim Vorwärtsfahren ist;
θ:: der Versatzwinkel des Rades 55a, 55b relativ zur Feder 36 des Anhängers 12 ist;
β_m:: der maximale Sichtwinkel des Rades 55a, 55b relativ zur seitlichen Position der Kamera 47a, 47b ist;
β:: der momentane Sichtwinkel des Rades 55a, 55b ist;
x_m, y_m:: die Koordinaten des Rades 55a, 55b sind, der wenn der Winkel des Anhängers 12 max. γ_m beim Vorwärtsfahren ist;
D:: die Länge des Anhängers 12 ist;
B:: die halbe Strecke des Anhängers 12 ist;
W:: der Radstand des Fahrzeugs ist;
L:: der Abstand vom Kupplungsdrehpunkt zur hinteren Achse des Fahrzeugs ist;
δ_m:: der maximale Lenkwinkel ist; und
δ:: der Lenkwinkel ist,

55a

55b

3

Ein Radversatzwinkel α relativ zum Anhängerrahmen kann ausgedrückt werden als: θ = tan^–1 B / D.
Ferner sind die Koordinaten oder das Rad 55a oder 55b relativ zur Position der Kamera 47a oder 47b, wenn der Anhänger 12 den maximalen Kupplungswinkel γ_m erreicht:
Ferner beträgt der Sichtwinkel β_m, d. h. der Winkel, der durch eine Linie von der Kamera 47a zum Rad 55a relativ zum Mittelpunkt der Kamera 47a parallel zur y-Achse in 12 beim maximalen Kupplungswinkel γ_m definiert ist:
Durch das Kombinieren der obigen Gleichungen ist zu sehen, dass der maximalen Sichtwinkel β_m eine Funktion einer Anzahl von Konstanten ist, einschließlich der unbekannten Anhängerlänge D. Insbesondere: β_m = f(L, W, δ_m, B, D).
Dementsprechend kann der maximale Sichtwinkel β_m einfach als eine Funktion der Anhängerlänge D ausgedrückt werden, wie in 14 dargestellt.
In einer Ausführungsform kann β_m durch die oben beschriebene Identifizierung der Ellipse 94 bestimmt werden. Insbesondere ist die Position der Kameras 47a, 47b (mindestens in der seitlichen Richtung entsprechend der x-Achse in 12) fest und dementsprechend können sie im Speicher 86 gespeichert werden. Ferner sind die Merkmale der Kameras 47a und 47b bekannt und können in einem Algorithmus verwendet werden, sodass die x_m-Koordinate der Ellipse 94 (wie etwa der Mittelpunkt der Ellipse 94, der ermittelt werden kann, wenn das Seitenverhältnis AR davon im gleichen Algorithmus bestimmt wird) durch Lokalisieren der Ellipse 94 innerhalb des Bildes 96 durch die Steuerung 28 im Verarbeitungsbild 96 bestimmt werden kann. Ferner kann das Seitenverhältnis AR der Ellipse 94 verwendet werden, um den Winkel des Rades 55a oder 55b, der gleich wie der Kupplungswinkel λ angezeigt wird, zu bestimmen. Dementsprechend, wie oben erörtert, kann ein Seitenverhältnis nahe Null (oder ein Fehlschlagen des Lokalisierens der Ellipse 94 durch beide Kameras 47a und 47b) einen Kupplungswinkel γ von Null angeben, ein Seitenverhältnis von Eins kann einen Kupplungswinkel γ von 90° angeben oder Seitenverhältnisse AR dazwischen können interpoliert werden, um bestimmten Werten für den Kupplungswinkel γ zwischen Null und 90 zu entsprechen. Wie in 12 gezeigt, kann die Steuerung 28 mit Hilfe des Seitenverhältnisses der Räder 55a und 55b und des x_m-Werts den maximalen Sichtwinkel β_m (sowie y_m, wenn benötigt) bestimmen. Alternativ kann β_m mit Hilfe einer weiteren Bildverarbeitung bestimmt werden, die die Brennweite der Kamera 47a oder 47b berücksichtigt. In solch einem Verfahren kann die Steuerung 28 die Kamera 47a oder 47b anweisen, sich auf das Rad 55a oder 55b zu fokussieren, wie mit Hilfe der Anfangsstufenbildarbeitung ermittelt, wobei die Steuerung 28 eine Eingabe hinsichtlich der Brennweite der Kamera 47a oder 47b erhält, wenn das Fokussieren erreicht wurde. Alternativ kann die Bildverarbeitung Unschärfe im Bild auf der Grundlage konstanter Brennweiteninformationen, die von der Kamera 47a oder 47b erhalten wurden, berücksichtigen, um den Abstand zu interpolieren. Die Brennweiteninformationen können dann verwendet werden, um sowohl x_m als auch y_m zu bestimmen, die verwendet werden können, um den maximalen Sichtwinkel β_m direkt ohne Ermitteln des Seitenverhältnisses AR für die Ellipse 94 zu bestimmen.
Wenn der maximale Sichtwinkel β_m bestimmt ist, kann auf eine Lookup-Tabelle, die im Speicher 86 gespeichert ist (wie etwa während der Fahrzeugherstellung oder der Installation des Systems 10), Bezug genommen werden, um den gegebenen β_m mit dem Wert für die Anhängerlänge D zu korrelieren. Wie in 13 veranschaulicht, kann eine zweidimensionale Lookup-Tabelle verwendet werden, wenn die Anhängerlängenschätzroutine 131 einen maximalen Lenkwinkel δ_m nutzt. In solch einer Ausführungsform kann die Steuerung 28 einen Fahrer des Fahrzeugs 14 anweisen (wie etwa durch HMI 80), bei dem maximalen Lenkwinkel δ_m in einer Richtung (links oder rechts) vorwärts zu fahren. Wenn detektiert wurde, dass der Lenkwinkel δ den maximalen Lenkwinkel δ_m erreicht hat und der Anhänger 12 sich in einer stabilen Position innerhalb des Bildes 96 befindet (was darauf hinweist, dass der Kupplungswinkel γ das Maximum in einem stabilen Zustand erreicht hat), kann die Steuerung 28 die Anhängerlängenschätzroutine 131 ausführen, einschließlich Messen des Sichtwinkels β, der unter solchen Bedingungen als der maximale Sichtwinkel β_m interpretiert werden kann, und Nachschlagen der entsprechenden Anhängerlänge D in der Lookup-Tabelle.
In einer alternativen Ausführungsform kann der Benutzer einen gewünschten Lenkwinkel δ auswählen (d. h. über einem vorbestimmten Bereich, aber möglicherweise geringer als das Maximum). Der Sichtwinkel β kann dann als eine Funktion der Anhängerlänge D und des Lenkwinkels δ ausgedrückt werden, wobei auf eine dreidimensionale Lookup-Tabelle Bezug genommen wird, um die Anhängerlänge D mit Hilfe des gemessenen Sichtwinkels β entsprechend eines gemessenen stabilen Lenkwinkels δ zu bestimmen. In solch einer Ausführungsform kann die Steuerung 28 einfach den Fahrer des Fahrzeugs 14 anweisen, eine Drehung zu halten (mit Anweisungen zur Steigerung, wenn unterhalb eines vorbestimmten Minimums), bis die Steuerung 28 einen stabilen Lenkwinkel δ und die Position des Anhängers 12 im Bild 96 beobachtet. Bei solch einem Punkt kann der Sichtwinkel β mit Hilfe eines beliebigen der oben genannten Schemen bestimmt werden und die Anhängerlänge D kann durch den entsprechenden Wert in der dreidimensionalen Lookup-Tabelle mit Hilfe des Sichtwinkels β und des Lenkwinkels α als Eingaben bestimmt werden.
Wenn die Anhängerlänge D bestimmt wurde, kann sie als ein Wert im Speicher 86 gespeichert werden und in nachfolgenden Rückfahrbetrieben mit Hilfe der Krümmungsroutine 98 verwendet werden. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Anhängerlänge D im Speicher 86 mit einem bestimmten Anhänger 12 auf der Grundlage verschiedener identifizierender Merkmale in Verbindung gebracht werden. Dementsprechend kann die bestimmte Länge D eines Anhängers 12 abgerufen werden, wenn solch ein Anhänger 12 getrennt und wieder mit dem Fahrzeug 14 verbunden wird.
Unter weiterer Bezugnahme auf die 8–11 und unter zusätzlicher Bezugnahme auf die 14–16 kann ein Seitenverhältnis AR einer Ellipse 94 entsprechend des Herausragens einer identifizierten Rades 55a oder 55b in Bild 96 von der Kamera 47a oder 47b außerdem verwendet werden, um den Kupplungswinkel γ während eines Rückfahrbetriebs mit Hilfe der Krümmungsroutine 98 zu bestimmen. Wie oben erörtert, wenn der Kupplungswinkel γ Null ist, ist der Anhänger wieder gerade und das Rad sieht wie ein gerade Linienabschnitt mit einem Seitenverhältnis AR von Null aus. Wenn der Kupplungswinkel γ zunimmt, wächst der Linienabschnitt zu einer Ellipsenform heran und das Seitenverhältnis AR der Ellipse 94 erhöht sich bis auf 1. Angesichts des Seitenverhältnisses AR der Ellipse 94, das während des Verarbeitens des Bildes 96 einer beliebigen Kamera 47a oder 47b bestimmt wird, kann der Projektionswinkel α (14) bestimmt werden. Angesichts der Position der Ellipse 94 im Bild 96 (wobei die Position der Kameras 47a und 47b in Bezug auf beispielsweise die Kopplung 40 bekannt ist) kann ferner, wie oben erörtert, der Sichtwinkel β bestimmt werden. In einem Beispiel kann der Sichtwinkel β gemäß den oben beschriebenen Verfahren beschrieben werden. Da die Anhängerlänge D bekannt ist (die mit Hilfe des Bildes der Räder 55a, 55b oder anderweitig abgeleitet wurde), wenn die Steuerung 28 ein Rückfahrmanöver mit Hilfe der Krümmungsroutine 98 ausführt, kann der Sichtwinkel β alternativ geometrisch mit Hilfe der Position der Ellipse 94 im Bild 96, insbesondere die x-Koordinate davon, bestimmt werden. Durch die Kenntnis des Projektionswinkels α und des Sichtwinkels β kann die Steuerung 28 den Anhängerwinkel γ als die Summe des Projektionswinkels α und des Sichtwinkels β, wie in 14 gezeigt, bestimmen.
Unter Bezugnahme auf 17 wird ein Verfahren zum Betreiben einer Ausführungsform des Anhängerrückfahrassistenzsystems 10 veranschaulicht, das als eine Ausführungsform der Betriebsroutine 132 (2) gezeigt wird. In einem Aspekt kann das System 10 dazu konfiguriert sein, die Betriebsroutine 132 zu sperren oder abzuschalten, bis eine Schätzung der Anhängerlänge D in Schritt 160 erhalten wurde (weiter oben unter Bezugnahme auf die 8–13 erörtert). Bei Schritt 134 wird das Verfahren durch das Anhängerrückfahrassistenzsystem 10, das angeschaltet ist, initiiert. Es wird berücksichtigt, dass dies auf vielfältige Weise erfolgen kann, wie etwa durch das Treffen einer Auswahl auf der Anzeige 82 der Fahrzeug-HMI 80. Der nächste Schritt 136 bestimmt dann 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 erfasst, vom Fahrer eingegeben oder anderweitig für das Anhängerrückfahrassistenzsystem 10 bestimmt werden, um Lenkbefehle zum Servolenksystem 62 gemäß der gewünschten Krümmung oder dem gewünschten Rückfahrweg 26 des Anhängers 12 zu erzeugen. Wie oben erörtert, beinhalten die kinematischen Parameter zum Definieren der kinematischen Beziehung eine Länge D des Anhängers 12, einen Radstand W des Fahrzeugs 14, einen Abstand L von einer Kupplungsverbindung zu einer hinteren Achse des Fahrzeugs 14 und einen Kupplungswinkel γ zwischen dem Fahrzeug 14 und dem Anhänger 12 neben anderen Variablen und Parametern, wie bereits beschrieben.
In einem Aspekt, nachdem die kinematische Beziehung bestimmt wurde, kann das Anhängerrückfahrassistenzsystem 10 bei Schritt 160 fortfahren, um den aktuellen Kupplungswinkel durch Verarbeiten der Kupplungswinkelschätzroutine 130 zu bestimmen, wie oben unter Bezugnahme auf die 8, 9 und 14–16 beschrieben. Bei Schritt 162 werden die Position und die Änderungsgeschwindigkeit von der Lenkeingabevorrichtung 18 erhalten, wie etwa die Winkelposition und die Drehgeschwindigkeit des Drehknopfs 30, um die gewünschte Krümmung 26 zu bestimmen. Bei Schritt 164 können Lenkbefehle auf der Grundlage der gewünschten Krümmung erzeugt werden, die mit der Position und der Änderungsgeschwindigkeit der Lenkeingabevorrichtung 18 korrelieren. Die erzeugten Lenkbefehle und Betätigungsbefehle können in Verbindung mit Verarbeiten der Krümmungsroutine 98 erzeugt werden, wie bereit erörtert. Bei Schritt 166 wurden die Lenkbefehle und Betätigungsbefehle ausgeführt, um den Anhänger 12 auf der gewünschten Krümmung zu führen, die von der Lenkeingabevorrichtung 18 bereitgestellt wird. Wie gezeigt, können die Schritte 160–166 kontinuierlich wiederholt werden, bis das Rückfahrassistenzsystem 10 angeschaltet bleibt.
Der Durchschnittsfachmann wird erkennen, dass die Konstruktion der beschriebenen Erfindung und anderer Komponenten auf keinerlei spezifisches Material beschränkt ist. Andere Ausführungsbeispiele der hier offenbarten Erfindung können aus einer breiten Vielfalt von Materialien ausgebildet werden, soweit hier nicht anders beschrieben.
Für die Zwecke dieser Offenbarung bedeutet der Ausdruck „verbunden“ (in allen seinen Formen, verbinden, Verbindung, verbunden usw.) im Allgemeinen, dass zwei (elektrische oder mechanische) Komponenten direkt oder indirekt miteinander verbunden sind. Ein solches Verbinden kann dem Wesen nach unbeweglich oder beweglich sein. Ein solches Verbinden kann erzielt werden, indem die zwei (elektrischen oder mechanischen) Komponenten und beliebige zusätzliche dazwischenliegende Elemente einstückig als einzelner einheitlicher Körper miteinander oder mit den zwei Komponenten ausgebildet werden. Ein solches Verbinden kann, sofern nichts anderes vorgegeben ist, dem Wesen nach permanent sein oder dem Wesen nach entfernbar oder lösbar sein.
Es ist ebenso wichtig festzuhalten, dass die Konstruktion und Anordnung der erfindungsgemäßen Elemente, wie in den beispielhaften Ausführungsformen dargestellt, lediglich der Veranschaulichung dienen. Wenngleich in der vorliegenden Offenbarung nur einige Ausführungsformen der vorliegenden Innovationen ausführlich beschrieben sind, liegt für den Fachmann, der diese Offenbarung betrachtet, ohne Weiteres auf der Hand, dass viele Abwandlungen möglich sind (z. B. Variationen hinsichtlich der Größen, Abmessungen, Strukturen, Formen und Proportionen der verschiedenen Elemente, Werte von Parametern, Befestigungsanordnungen, Verwendung von Materialien, Farben, Ausrichtungen usw.), ohne wesentlich von den neuen Lehren und Vorteilen des entsprechenden Gegenstands abzuweichen. Beispielsweise können Elemente, die als einstückig ausgebildet dargestellt sind, aus mehreren Teilen konstruiert sein, oder können Elemente, die als mehrere Teile dargestellt sind, einstückig ausgebildet sein, kann die Bedienung der Schnittstellen umgekehrt oder anderweitig verändert werden, kann die Länge oder Breite der Strukturen und/oder Elemente oder Verbindungsglieder oder sonstiger Elemente des Systems verändert werden und kann die Art oder Anzahl der zwischen den Elementen bereitgestellten Einstellpositionen verändert werden. Es ist zu beachten, dass die Elemente und/oder Anordnungen des Systems aus einer großen Vielzahl von Materialien, die eine ausreichende Festigkeit oder Haltbarkeit bieten, in einer beliebigen aus einer großen Vielzahl von Farben, Strukturen und Kombinationen konstruiert sein können. Dementsprechend ist beabsichtigt, dass sämtliche derartige Abwandlungen im Umfang der vorliegenden Innovationen eingeschlossen sind. Andere Substitutionen, Modifikationen, Veränderungen und Auslassungen können in Gestaltung, Betriebsbedingungen und Anordnung der gewünschten und anderer Ausführungsbeispiele vorgenommen werden, ohne vom Geist der vorliegenden Innovationen abzuweichen.
Es versteht sich, dass alle beschriebenen Verfahren oder Schritte in den beschriebenen Verfahren mit anderen offenbarten Verfahren oder Schritten zur Bildung von Strukturen innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung kombiniert werden können. Die hier offenbarten beispielhaften Strukturen und Verfahren dienen lediglich Veranschaulichungszwecken und sind nicht als einschränkend auszulegen.
Es versteht sich darüber hinaus, dass an den vorstehend genannten Strukturen und Verfahren Änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne von den Konzepten der vorliegenden Erfindung abzuweichen, und es versteht sich ferner, dass derartige Konzepte durch die folgenden Ansprüche abgedeckt sein sollen, sofern durch den Wortlaut dieser Ansprüche nicht ausdrücklich etwas anderes vorgegeben ist.

Claims

Rückfahrassistenzsystem für eine Fahrzeug- und Anhängerkombination, umfassend: ein Lenksystem; eine Kamera, die ein Bild des Anhängers erzeugt; und eine Steuerung: Empfangen des Bildes und Ermitteln eines Rades darin; Bestimmen eines Werts in einem kinematischen Modell der Fahrzeug- und Anhängerkombination mit Hilfe von mindestens einem Seitenverhältnis oder einer Position des Rades im Bild; und Verwenden des Werts im kinematischen Modell, um das Lenksystem zu steuern.
System nach Anspruch 1, wobei die Kamera auf einer Seite des Fahrzeugs positioniert ist und das Rad ein Anhängerrad auf einer Seite des Anhängers entsprechend der Seite des Fahrzeugs ist.
System nach Anspruch 1, wobei der Wert eine Länge des Anhängers ist.
System nach Anspruch 3, wobei die Länge des Anhängers durch Korrelieren eines Radansichtswinkels bestimmt wird, der mit Hilfe der Position des Rades innerhalb des Bildes mit einer Auswahl von Anhängerlängenwerten in einer Lookup-Tabelle abgeleitet wird.
System nach Anspruch 4, wobei der Radansichtswinkel ein maximaler Radansichtswinkel ist, der aus einem Bild abgeleitet wird, das während einer maximalen Lenkwinkelfahrzeugbedingung empfangen wurde.
System nach Anspruch 1, wobei der Wert ein Anhängerkupplungswinkel ist.
System nach Anspruch 6, wobei der Anhängerkupplungswinkel als eine Summe des Folgenden bestimmt wird: eines Projektionswinkels des Rades, der mit Hilfe des Seitenverhältnisses des Rades berechnet wird; und eines Ansichtswinkels des Rades relativ zur Kamera, der von der Position des Rades innerhalb des Bildes abgeleitet wird.
System nach Anspruch 6, wobei der Anhängerkupplungswinkel kontinuierlich von sequentiellen Bildern des Anhängers bestimmt wird, die während der Steuerung des Systems in einem Anhängerrückfahrsteuerbetrieb durch die Kamera erzeugt und von der Kamera empfangen werden.
Fahrzeug, umfassend: ein Paar gelenkter Räder; und das Rückfahrassistenzsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche; wobei das Lenksystem des Rückfahrassistenzsystems die gelenkten Räder mit Hilfe des Wert im kinematischen Modell steuert.
Fahrzeug nach Anspruch 9, wobei das Fahrzeug mit dem Anhänger in der Fahrzeug- und Anhängerkombination gekoppelt ist.