DE102021111544B4 - System und verfahren zur schätzung des kupplungswinkels - Google Patents

Abstract

Ein System (10) zum Schätzen eines Kupplungswinkels eines Fahrzeugs, das einen Anhänger über eine Kupplung zieht, wobei das System (10) umfasst:ein Steuermodul (40) mit einem Speicher (44) zum Speichern programmatischer Steuerlogik, einem Prozessor, der mit dem Speicher in Verbindung steht und die programmatische Steuerlogik ausführt, und einem oder mehreren Eingangs-/Ausgangsanschlüssen, E/A-Anschlüsse (46);einen oder mehrere Sensoren (50), die in elektronischer Kommunikation mit den E/A-Anschlüssen (46) stehen, wobei die E/A-Anschlüsse (46) in elektronischer Kommunikation mit dem Prozessor des Steuermoduls stehen; undeine Anhängeranwendung (56), die einen Teil der programmatischen Steuerlogik definiert, wobei die Anhängeranwendung (56) mindestens eine erste Steuerlogik und eine zweite Steuerlogik aufweist, undwobei die erste Steuerlogik den Kupplungswinkel basierend auf einem ersten Term und einem zweiten Term und physikalischen Parametern des Fahrzeugs und des Anhängers schätzt, und die zweite Steuerlogik den geschätzten Kupplungswinkel an einen oder mehrere von einem Fahrzeugfahrer und fahrzeuginternen Systemen liefert,wobei die Schätzung des Kupplungswinkels gleich einer Differenz zwischen einem inversen Tangens des ersten Terms und einem inversen Tangens des zweiten Terms ist, wobei der Anhänger auf einer Anhängerachse (30) getragen wird, wobei sich die Anhängerachse (30) über eine Spurbreite erstreckt, die von dem linken Anhängerrad, das in der Nähe einer linken Seite des Anhängers angebracht ist, zu dem rechten Anhängerrad, das in der Nähe der rechten Seite des Anhängers angebracht ist, gemessen wird, wobei das linke und das rechte Anhängerrad unabhängig voneinander drehbar sind, undwobei der erste Term aus der Drehzahl des linken Anhängerrads, der Drehzahl des rechten Anhängerrads, der Spurbreite des Anhängers und einem ersten Abstand von der Anhängerachse zur Anhängerkupplung berechnet wird,wobei der eine oder die mehreren Sensoren (50) weiterhin umfassen:Lenkwinkelsensoren (58), die an dem Fahrzeug angeordnet sind und einen Lenkwinkel der Vorderräder des Fahrzeugs relativ zu einer Längsachse des Fahrzeugs messen und melden, und wobei der zweite Term aus dem Lenkwinkel des Fahrzeugs, einem Radstand des Fahrzeugs und einem zweiten Abstand von der Anhängevorrichtung zu einer Hinterachse des Fahrzeugs berechnet wird, undwobei der Radstand einen Abstand definiert, der eine Vorderachse des Fahrzeugs von der Hinterachse des Fahrzeugs trennt, und wobei, wenn die Anhängevorrichtung an der Hinterachse des Fahrzeugs montiert ist, der zweite Term gleich Null istwobei die erste Steuerlogik den Kupplungswinkel gemäß der folgenden Gleichung schätztθ=tan−1[2DT(ωR−ωLωR+ωL)]−tan−1(dLtanδ)wobei θ der geschätzte Kupplungswinkel ist, D der erste Abstand ist, T die Spurbreite ist, d der zweite Abstand ist, L der Radstand ist, δ der Lenkwinkel ist, und ωRdie Drehgeschwindigkeit des rechten Anhängerrads ist, und ωLdie Drehgeschwindigkeit des linken Anhängerrads ist.

Description

• EINLEITUNG
• Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Fahrzeuge im Allgemeinen und insbesondere auf Anhänger und Anhänger-Zugfahrzeuge. Fahrzeuge werden oft verwendet, um Ladung und/oder Wohn- und/oder Arbeitsräume von einem Ort zum anderen zu transportieren. Unter bestimmten Umständen passen die Ladung und/oder die Wohn- und/oder Arbeitsräume jedoch nicht in die Abmessungen des Fahrzeugs selbst. In solchen Fällen können die Fracht, die Wohn- und/oder Arbeitsräume von einem separaten Anhänger transportiert oder in diesem untergebracht werden, der dann beweglich am Fahrzeug befestigt und von diesem gezogen wird. Die Anhänger können auch zum Transport von Ladung in offenen oder geschlossenen Konfigurationen verwendet werden.
• Während Anhänger ein ideales Mittel darstellen, um Fracht und/oder Wohn- und/oder Arbeitsraum von Ort zu Ort zu transportieren, sind Fahrzeuge in Kombination mit den Anhängern, die sie ziehen, physisch größer als die Fahrzeuge allein. Insbesondere vergrößern Anhänger die effektive Gesamtlänge eines Fahrzeugs erheblich, verändern den effektiven Wenderadius des Fahrzeugs und ähnliches. Außerdem werden Anhänger in der Regel am oder in der Nähe des Hecks eines Zugfahrzeugs angehängt. Wenn ein Zugfahrzeug eine Kurve durchfährt, dreht sich der Anhänger um die Kupplung und kann einen anderen Wenderadius als das Fahrzeug selbst haben. Die Abmessungen und die Position der Anhängerkupplung können dazu führen, dass sich der Anhänger relativ zum Fahrzeug in einer Weise bewegt, die den Fahrer verwirren kann, das Einparken und Fahren für den Fahrer erschwert usw. Um der größeren effektiven Länge und dem größeren Wenderadius des kombinierten Fahrzeugs und Anhängers Rechnung zu tragen und den Fahrzeugführer bei der Bestimmung der Position des Anhängers relativ zum Fahrzeug und auf dem Boden zu unterstützen, können Schätzungen des Kupplungswinkels verwendet werden.
• Traditionell verwenden Fahrzeuge, die den Kupplungswinkel schätzen, bordeigene Sensoren wie Kameras, Radare und Ultraschallsensoren, um die Position des Anhängers relativ zum Heck des Fahrzeugs zu bestimmen. Die Genauigkeit von Kameras, Radar- und Ultraschallsensoren kann jedoch durch die Wetterbedingungen beeinträchtigt werden. Das heißt, Kameras, Radare, Ultraschallsensoren und dergleichen sind effektiv sichtbarkeits- oder situationsabhängig. Schlamm, Regen, Schnee o. ä. können solche Sensoren an Bord teilweise oder vollständig verdecken oder verschleiern. Ebenso erfordert die Übersetzung von optischen oder physikalischen Kartendaten, die von Kameras, Radar- und Ultraschallsensoren erzeugt werden, in eine Annäherung an den Kupplungswinkel eine erhebliche Computerverarbeitung.
• Dementsprechend besteht ein Bedarf an einem neuen und verbesserten System und Verfahren zur Verbesserung der Genauigkeit der Schätzung des Knickwinkels der Anhängerkupplung, das die Verwirrung des Fahrers verringert, die Kosten senkt, die Kosten für die Computerverarbeitung senkt, eine plattformübergreifende Unterstützung bietet, das Manövrieren des Anhängers vereinfacht, den Fahrkomfort verbessert, die Tragbarkeit erhöht, die Robustheit und Zuverlässigkeit verbessert, das Potenzial für ein Umkippen des Anhängers verringert und ein Schwanken des Anhängers bei hoher Geschwindigkeit verhindert, und das die Herstellung vereinfacht.
• DE 10 2014 114 812 B4 beschreibt eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Knickwinkels zwischen einem Zugfahrzeug und mindestens einem damit gekoppelten Anhänger mit einer Rechnereinrichtung, - die Messsignale eines Lenkwinkelsensors des Zugfahrzeugs und Messsignale von mindestens zwei Anhängerradsensoren, die gegenüberliegenden Rädern einer Achse zugeordnet sind, empfängt und zur Ermittlung des Knickwinkels auswertet und - die Zeitsignale zur Verarbeitung erfasst, um Zeitspannen zwischen den einzelnen Messsignalen des Anhängerradsensors zu ermitteln.
• DE 10 2017 125 662 A1 beschreibt ein geschätztes Anhängewinkelmodul, ein gemessenes Anhängewinkelmodul, ein korrigiertes Anhängewinkelmodul, mindestens eines von einem Fahrerassistenzmodul und ein Stellgliedsteuerungsmodul. Das geschätzte Anhängewinkelmodul schätzt einen Anhängewinkel, der ein Winkel zwischen einer Fahrzeuglängsachse eines Fahrzeugs und einer Fahrzeuglängsachse eines Anhängers ist, der am Fahrzeug befestigt ist.
• DE 10 2011 002 959 A1 betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Gespannwinkels zwischen Anhänger und Zugfahrzeug eines Zugfahrzeug-Anhänger-Gespanns. Weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des nebengeordneten Anspruchs. Insbesondere betrifft die Erfindung die Bestimmung des Gespannwinkels bei einem Gespann bestehend aus einem Zugfahrzeug, das Sattelzugmaschine ausgebildet ist, und aus einem Anhänger, der als ein Sattelzugauflieger ausgebildet ist.
• DE 10 2018 204 442 A1 beschreibt ein Verfahren und ein Steuergerät zum Bestimmen einer Orientierung eines mit einem Zugfahrzeug koppelbaren Anhängers sind offenbart. Eine Relation von Bewegungen von zumindest zwei Rädern des Anhängers wird beim Bewegen des Anhängers mit zumindest einem am Anhänger angeordneten Sensor zum Erfassen eines jeweiligen Zustands der zumindest zwei Räder ermittelt und die Orientierung einer Koppelvorrichtung des Anhängers wird basierend auf dieser Relation bestimmt.
• BESCHREIBUNG
• Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes System bereitzustellen, das die oben genannten Nachteile beseitigt. Diese Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1. Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
• Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst ein System zum Abschätzen eines Kupplungswinkels eines Fahrzeugs, das einen Anhänger über eine Kupplung zieht, ein Steuermodul mit einem Speicher zum Speichern einer programmatischen Steuerlogik, einen Prozessor, der mit dem Speicher in Verbindung steht und die programmatische Steuerlogik ausführt, und einen oder mehrere Eingangs-/Ausgangsanschlüsse (E/A-Anschlüsse). Das System enthält außerdem einen oder mehrere Sensoren, die in elektronischer Kommunikation mit den E/A-Anschlüssen stehen, wobei die E/A-Anschlüsse in elektronischer Kommunikation mit dem Prozessor des Steuermoduls stehen. Eine Anhängeranwendung definiert einen Teil der programmatischen Steuerlogik. Die Anhängeranwendung hat mindestens eine erste Steuerlogik und eine zweite Steuerlogik. Die erste Steuerlogik schätzt den Kupplungswinkel auf der Grundlage eines ersten Terms und eines zweiten Terms sowie physikalischer Parameter von Fahrzeug und Anhänger. Die zweite Steuerlogik liefert den geschätzten Kupplungswinkel an einen oder mehrere Fahrzeugfahrer und fahrzeuginterne Systeme.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenlegung umfassen der eine oder die mehreren Sensoren außerdem Geschwindigkeitssensoren, die am Anhänger angeordnet sind und die Drehgeschwindigkeiten der linken und rechten Räder des Anhängers messen.
  Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält die programmatische Steuerlogik außerdem eine dritte Steuerlogik. Die dritte Steuerlogik filtert die von dem einen oder den mehreren Sensoren erzeugten Daten, um Störungen und hochfrequente Inhalte aus den Daten zu entfernen.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält die programmatische Steuerlogik außerdem eine vierte Steuerlogik. Die vierte Steuerlogik vergleicht die von dem einen oder den mehreren Sensoren erzeugten Daten mit einem Schwellenwert.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung vergleicht die vierte Steuerlogik einen Durchschnitt einer Drehgeschwindigkeit des linken Anhängerrads und einer Drehgeschwindigkeit des rechten Anhängerrads mit einem vorgegebenen Schwellenwert. Wenn der Mittelwert größer als der Schwellenwert ist, nimmt die vierte Steuerlogik die Drehgeschwindigkeit des linken Anhängerrads und die Drehgeschwindigkeit des rechten Anhängerrads als gültige Eingaben für die erste und zweite Steuerlogik. Wenn der Mittelwert kleiner als der Schwellenwert ist, bezieht sich das System auf einen letzten bekannten geschätzten Kupplungswinkel, der im Speicher gespeichert ist.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst die programmatische Steuerlogik außerdem eine fünfte Steuerlogik. Die fünfte Steuerlogik vergleicht einen Durchschnitt einer Drehgeschwindigkeit des linken Anhängerrads und einer Drehgeschwindigkeit des rechten Anhängerrads mit einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Wenn der Durchschnitt der Drehgeschwindigkeiten des linken und rechten Anhängerrads nicht im Wesentlichen gleich der Geschwindigkeit des Fahrzeugs ist, bezieht sich das System auf einen letzten bekannten geschätzten Kupplungswinkel, der im Speicher gespeichert ist.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist die Schätzung des Kupplungswinkels gleich einer Differenz zwischen einem inversen Tangens des ersten Terms und einem inversen Tangens des zweiten Terms.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist der Anhänger auf einer Anhängerachse gelagert. Die Anhängerachse erstreckt sich über eine Spurbreite, die von dem linken Anhängerrad, das in der Nähe einer linken Seite des Anhängers montiert ist, bis zu dem rechten Rad, das in der Nähe der rechten Seite des Anhängers montiert ist, gemessen wird, wobei das linke und das rechte Rad unabhängig voneinander drehbar sind. Der erste Term wird aus der Drehgeschwindigkeit des linken Anhängerrads des Anhängers, der Drehgeschwindigkeit des rechten Rades des Anhängers, der Spurbreite des Anhängers und einem ersten Abstand von der Anhängerachse zur Anhängerkupplung berechnet.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfassen der eine oder die mehreren Sensoren ferner Lenkwinkelsensoren, die am Fahrzeug angeordnet sind und einen Lenkwinkel der Vorderräder des Fahrzeugs relativ zu einer Längsachse des Fahrzeugs messen und melden. Der zweite Term wird aus dem Lenkwinkel des Fahrzeugs, einem Radstand des Fahrzeugs und einem zweiten Abstand von der Anhängevorrichtung zu einer Hinterachse des Fahrzeugs berechnet. Der Radstand definiert einen Abstand zwischen einer Vorderachse des Fahrzeugs und der Hinterachse des Fahrzeugs.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist der zweite Term gleich Null, wenn die Anhängevorrichtung an der Hinterachse des Fahrzeugs montiert ist.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung erzeugt die erste Steuerlogik die Schätzung des Kupplungswinkels gemäß der folgenden Gleichung: $\mathrm{\theta }={\text{tan}}^{-1}\left[\frac{2\text{D}}{\text{T}}\left(\frac{{\mathrm{\omega }}_{\text{R}}-{\mathrm{\omega }}_{\text{L}}}{{\mathrm{\omega }}_{\text{R}}+{\mathrm{\omega }}_{\text{L}}}\right)\right]$

  

  ${\text{tan}}^{-1}\left(\frac{\text{d}}{\text{L}}\text{tan}\mathrm{\delta }\right)$

  

  In der Gleichung ist θ der geschätzte Kupplungswinkel, D der erste Abstand, T die Spurbreite, d der zweite Abstand, L der Radstand, δ ist der Lenkwinkel, und ω_R ist die Drehgeschwindigkeit des rechten Anhängerrades und ω_L ist die Drehgeschwindigkeit des linken Anhängerrads.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung liefert die zweite Steuerlogik aktiv und kontinuierlich den geschätzten Kupplungswinkel als Rückkopplungssignal an ein oder mehrere fahrzeugseitige Systeme und an ein fahrzeugseitiges Anhängersystem. Das fahrzeugseitige System und das anhängerseitige System umfassen eines oder mehrere von einem Traktionskontrollsystem, einem Antiblockiersystem, einem Reifendrucküberwachungssystem, einem elektronischen Stabilitätskontrollsystem und einem dynamischen Stabilitätskontrollsystem. Das Fahrzeug und das Anhängersystem nutzen den geschätzten Kupplungswinkel, um das Wanken des Anhängers und das Einknicken des Anhängers zu reduzieren oder weitgehend zu verhindern.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Verfahren zum Abschätzen eines Kupplungswinkels eines Fahrzeugs, das einen Anhänger über eine Kupplung zieht, den Zugriff auf eine Anhängeranwendung. Die Anhängeranwendung definiert eine programmatische Steuerlogik, die in einem Speicher eines Steuermoduls gespeichert ist. Das Steuermodul hat einen Prozessor zur Ausführung der programmatischen Steuerlogik und einen oder mehrere Eingangs-/Ausgangsanschlüsse (E/A). Die E/A-Anschlüsse stehen in elektronischer Kommunikation mit einem oder mehreren Sensoren und mit dem Prozessor. Der eine oder die mehreren Sensoren sind am Fahrzeug und am Anhänger angeordnet. Das Verfahren misst mit Hilfe von Raddrehzahlsensoren, die am Anhänger angeordnet sind, die Drehzahlen der linken und rechten Räder des Anhängers. Der Prozessor führt eine erste Steuerlogik der Anhängeranwendung aus, wobei die erste Steuerlogik den Kupplungswinkel basierend auf einem ersten Term und einem zweiten Term und physikalischen Parametern des Fahrzeugs und des Anhängers abschätzt. Der Prozessor führt auch eine zweite Steuerlogik der Anhängeranwendung aus. Die zweite Steuerlogik liefert den geschätzten Kupplungswinkel aktiv und kontinuierlich an einen oder mehrere Fahrer, das Fahrzeug und den Anhänger. Das Fahrzeug, der Anhänger und der Fahrer nutzen den geschätzten Kupplungswinkel, um das Wanken des Anhängers und das Einknicken zu reduzieren oder weitgehend zu verhindern.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst das Verfahren ferner das Ausführen einer dritten Steuerlogik der Anhängeranwendung durch den Prozessor. Die dritte Steuerlogik filtert Daten, die von dem einen oder den mehreren Sensoren erzeugt werden, und reduziert eine Menge von hochfrequenten Inhalten und Störungen aus den Daten oder eliminiert diese im Wesentlichen.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst das Verfahren ferner das Ausführen einer vierten Steuerlogik der Anhängeranwendung durch den Prozessor. Die vierte Steuerlogik vergleicht eine Summe einer Drehgeschwindigkeit des linken Anhängerrads und einer Drehgeschwindigkeit des rechten Anhängerrads mit dem Schwellenwert. Wenn die Summe größer als der Schwellenwert ist, nimmt das Verfahren die Drehgeschwindigkeit des linken Anhängerrads und die Drehgeschwindigkeit des rechten Anhängerrads als gültige Eingaben für die erste Steuerlogik, und wenn die Summe kleiner als der Schwellenwert ist, verwendet das Verfahren einen letzten bekannten geschätzten Kupplungswinkel, der in dem Speicher gespeichert ist.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst das Verfahren ferner die Ausführung einer fünften Steuerlogik der Anhängeranwendung. Die fünfte Steuerlogik vergleicht einen Durchschnitt der Drehgeschwindigkeiten der linken und rechten Räder des Anhängers mit einer Fahrzeuggeschwindigkeit. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit im Wesentlichen gleich dem Durchschnitt der Drehgeschwindigkeiten der linken und rechten Räder des Anhängers ist, nimmt das Verfahren die Drehgeschwindigkeiten der linken und rechten Räder als gültige Eingaben für die erste Steuerlogik. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit nicht im Wesentlichen gleich dem Durchschnitt der Drehgeschwindigkeiten der linken und rechten Räder des Anhängers ist, wird ein letzter bekannter geschätzter Kupplungswinkel verwendet, der im Speicher gespeichert ist.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst die erste Steuerlogik ferner die Schätzung des Kupplungswinkels als eine Differenz zwischen einem inversen Tangens des ersten Terms und einem inversen Tangens des zweiten Terms.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst das Verfahren ferner die Berechnung des ersten Terms aus der Drehgeschwindigkeit des linken Rades des Anhängers, der Drehgeschwindigkeit des rechten Rades des Anhängers, einer Spurbreite des Anhängers und einem ersten Abstand von einer Anhängerachse zur Anhängevorrichtung. Der Anhänger ist auf der Anhängerachse abgestützt. Die Anhängerachse erstreckt sich über die Spurbreite, gemessen von dem linken Rad, das in der Nähe einer linken Seite des Anhängers angebracht ist, bis zu dem rechten Rad, das in der Nähe der rechten Seite des Anhängers angebracht ist, wobei das linke und das rechte Rad unabhängig voneinander drehbar sind. Das Verfahren umfasst ferner die Berechnung des zweiten Terms aus einem Lenkwinkel des Fahrzeugs, einem Radstand des Fahrzeugs und einem zweiten Abstand von der Anhängevorrichtung zu einer Hinterachse des Fahrzeugs. Der Lenkwinkel des Fahrzeugs wird von Lenkwinkelsensoren gemessen und gemeldet, die an dem Fahrzeug angeordnet sind und einen Lenkwinkel der Vorderräder des Fahrzeugs relativ zu einer Längsachse des Fahrzeugs messen und melden. Der Radstand definiert einen Abstand, der eine Vorderachse des Fahrzeugs von der Hinterachse des Fahrzeugs trennt. Das Verfahren umfasst ferner das Einstellen des zweiten Terms auf Null, wenn die Anhängevorrichtung an der Hinterachse des Fahrzeugs montiert ist.
  Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst das Schätzen des Kupplungswinkels auf der Grundlage eines ersten Terms, eines zweiten Terms und physikalischer Parameter des Fahrzeugs und des Anhängers ferner das Berechnen des geschätzten Kupplungswinkels gemäß der folgenden Gleichung: $\mathrm{\theta }={\text{tan}}^{-1}\left[\frac{2\text{D}}{\text{T}}\left(\frac{{\mathrm{\omega }}_{\text{R}}-{\mathrm{\omega }}_{\text{L}}}{{\mathrm{\omega }}_{\text{R}}+{\mathrm{\omega }}_{\text{L}}}\right)\right]-{\text{tan}}^{-1}\left(\frac{\text{d}}{\text{L}}\text{tan}\mathrm{\delta }\right).$

  

  In der Gleichung θ der geschätzte Kupplungswinkel ist, D der erste Abstand ist, T die Spurbreite ist, d der zweite Abstand ist, L der Radstand ist, δ ist der Lenkwinkel, und ω_R ist die Drehgeschwindigkeit des rechten Anhängerrades und ω_L ist die Drehgeschwindigkeit des linken Anhängerrads.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Verfahren zum Abschätzen eines Kupplungswinkels eines Fahrzeugs, das einen Anhänger über eine Kupplung zieht, den Zugriff auf eine Anhängeranwendung. Die Anhängeranwendung definiert eine programmatische Steuerlogik, die in einem Speicher eines Steuermoduls gespeichert ist. Das Steuermodul enthält außerdem einen Prozessor zur Ausführung der programmatischen Steuerlogik und einen oder mehrere Eingangs-/Ausgangsanschlüsse (E/A). Die E/A-Anschlüsse stehen in elektronischer Kommunikation mit einem oder mehreren Sensoren und mit dem Prozessor. Der eine oder die mehreren Sensoren sind auf dem Fahrzeug und dem Anhänger angeordnet. Das Verfahren umfasst ferner die Messung der Drehgeschwindigkeiten der linken und rechten Räder des Anhängers durch Raddrehzahlsensoren, die am Anhänger angeordnet sind. Das Verfahren filtert Daten, die von dem einen oder den mehreren Sensoren erzeugt werden, und reduziert eine Menge oder eliminiert im Wesentlichen hochfrequente Inhalte und Störungen aus den Daten. Das Verfahren vergleicht eine Summe einer Drehgeschwindigkeit des linken Anhängerrads und einer Drehgeschwindigkeit des rechten Anhängerrads mit dem Schwellenwert. Wenn die Summe größer als der Schwellenwert ist, werden die Drehgeschwindigkeit des linken Anhängerrads und die Drehgeschwindigkeit des rechten Anhängerrads als gültige Eingaben betrachtet. Wenn die Summe kleiner als der Schwellenwert ist, wird ein letzter bekannter geschätzter Kupplungswinkel verwendet, der im Speicher gespeichert ist. Das Verfahren vergleicht einen Durchschnitt der Drehgeschwindigkeiten des linken und rechten Rades des Anhängers mit einer Fahrzeuggeschwindigkeit. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit im Wesentlichen gleich dem Durchschnitt der Drehgeschwindigkeiten der linken und rechten Räder des Anhängers ist, nimmt das Verfahren die Drehgeschwindigkeiten der linken und rechten Räder als gültige Eingaben für eine erste Steuerlogik, und wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit nicht im Wesentlichen gleich dem Durchschnitt der Drehgeschwindigkeiten der linken und rechten Räder des Anhängers ist, wird der letzte bekannte geschätzte Kupplungswinkel verwendet, der im Speicher gespeichert ist. Das Verfahren umfasst ferner das Ausführen der ersten Steuerlogik der Anhängeranwendung durch den Prozessor. Die erste Steuerlogik schätzt den Kupplungswinkel als eine Differenz zwischen einem inversen Tangens des ersten Terms und einem inversen Tangens des zweiten Terms. Der erste Term wird aus der Drehgeschwindigkeit des linken Rades des Anhängers, der Drehgeschwindigkeit des rechten Rades des Anhängers, einer Spurbreite des Anhängers und einem ersten Abstand von einer Anhängerachse zur Anhängevorrichtung berechnet. Der zweite Term wird aus einem Lenkwinkel des Fahrzeugs, einem Radstand des Fahrzeugs und einem zweiten Abstand von der Anhängerkupplung zu einer Hinterachse des Fahrzeugs berechnet, und wobei der zweite Term gleich Null ist, wenn die Anhängerkupplung an der Hinterachse des Fahrzeugs angebracht ist. Das Verfahren umfasst ferner das Ausführen einer zweiten Steuerlogik der Anhängerkupplungsanwendung durch den Prozessor. Die zweite Steuerlogik liefert aktiv und kontinuierlich den geschätzten Kupplungswinkel an einen oder mehrere von einem Fahrer, dem Fahrzeug und dem Anhänger. Das Fahrzeug, der Anhänger und der Fahrer nutzen den geschätzten Kupplungswinkel, um das Wanken des Anhängers und das Einknicken zu reduzieren oder weitgehend zu verhindern.
• Weitere Anwendungsbereiche werden aus der hier vorliegenden Beschreibung ersichtlich. Es versteht sich von selbst, dass die Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur der Veranschaulichung dienen und nicht dazu gedacht sind, den Umfang der vorliegenden Offenbarung einzuschränken.
• KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
• Die hier beschriebenen Figuren dienen nur der Veranschaulichung und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.
• 1 ist eine schematische Ansicht eines Systems zum Schätzen eines Kupplungswinkels, der sich auf eine Position eines Anhängers relativ zu einem Fahrzeug bezieht, das über eine Kupplung an den Anhänger gekoppelt ist und diesen zieht, gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung;
• 2 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Schätzen eines Kupplungswinkels eines Anhängers relativ zu einem Fahrzeug darstellt, das über eine Kupplung an den Anhänger gekoppelt ist und diesen zieht, gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung.
• DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
• Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhaft und soll die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Verwendung nicht einschränken.
• In 1 ist ein System 10 zur Abschätzung des Kupplungswinkels in schematischer Darstellung gezeigt. Das System 10 arbeitet in Verbindung mit einem Fahrzeug 12, das einen Anhänger 14 zieht. Obwohl das Fahrzeug 12 als PKW oder Sport Utility Vehicle (SUV) dargestellt ist, kann es sich bei dem Fahrzeug 12 um jede Art von Fahrzeug handeln, ohne dass dies vom Anwendungsbereich oder der Absicht der vorliegenden Offenbarung abweicht. In einigen Beispielen kann das Fahrzeug 12 ein Pkw, ein Lkw, ein SUV, ein Bus, ein Sattelschlepper, ein in der Landwirtschaft oder im Baugewerbe eingesetzter Traktor oder ähnliches, ein Pushback-Traktor oder Schlepper, ein Gepäckschlepper oder Frachtschlepper oder ähnliches sein. Auch wenn es sich bei dem in 1 dargestellten Anhänger 14 um einen mehrachsigen Anhänger handelt, kann der Anhänger 14 aus einer Vielzahl von Anhängertypen bestehen, ohne dass dies vom Umfang oder der Absicht der vorliegenden Offenbarung abweicht. In einigen Beispielen kann der Anhänger 14 ein geschlossener oder offener Anhänger 14 sein, einschließlich Pritschenanhängern, Trockentransportern, Kühlanhängern, Tiefladern, Sattelanhängern, Schwanenhalsanhängern, Gepäck- oder Frachtanhängern oder ähnlichem. In weiteren Beispielen kann der Anhänger 14 ein anderes Fahrzeug 12 sein, wie oben beschrieben, oder ein Fahrzeug 12 wie ein Flugzeug, ein Hubschrauber oder ein anderes solches Luftfahrzeug. Das heißt, ein Fahrzeug 12 kann ein anderes Fahrzeug 12 als Anhänger 14 schleppen, und mehrere Anhänger 14 können zusammen in einer Reihe oder parallel zueinander geschleppt werden.
• Die Abmessungen des Fahrzeugs 12 können je nach Fahrzeugtyp 12 auch erheblich variieren. Die Fahrzeugdynamik wird jedoch zumindest teilweise durch bestimmte Fahrzeugabmessungen definiert. Zum Beispiel hat das Fahrzeug 12 einen Radstand „L“. Der Radstand L definiert einen Abstand zwischen einer Vorderachse 16 und einer Hinterachse 18 des Fahrzeugs 12. Bei einigen beispielhaften Fahrzeugen 10, wie z. B. Sattelzugmaschinen, kann das Fahrzeug mit einer Vielzahl von Vorderachsen 16 und/oder Hinterachsen 18 ausgestattet sein. Jede der vorderen und hinteren Achsen 16, 18 erstreckt sich seitlich quer über das Fahrzeug 12 von einer linken Seite 20 zu einer rechten Seite 22 des Fahrzeugs 12. An den Enden der Vorder- und Hinterachsen 16, 18 ist jeweils ein Fahrzeugrad 24 angeordnet. Somit ist eine Mittellinie 26 der Vorder- und Hinterachse 16, 18 deckungsgleich mit der Fahrzeuglängsachse 28. Die Radstände L verschiedener Fahrzeuge 10 können von Fahrzeugtyp 12 zu Fahrzeugtyp 12 erheblich variieren. Zum Beispiel hat ein Bus (nicht dargestellt) typischerweise einen Radstand L, der wesentlich größer ist als der Radstand L eines Kleinwagens.
• Der Anhänger 14 hat eine oder mehrere Anhängerachsen 30, die sich seitlich über den Anhänger 14 erstrecken. Die Anhängerachsen 30 stützen den Anhänger 14 und erstrecken sich über eine Spurbreite „T“ von einem linken Anhängerrad 32 in der Nähe einer linken Seite 33 des Anhängers 14 zu einem rechten Anhängerrad 34 in der Nähe einer rechten Seite 35 des Anhängers 14. In einigen Aspekten sind die linken und rechten Anhängerräder 32, 34 unabhängig voneinander drehbar. In einigen Beispielen sind die Anhängerachsen 30 starr, aber drehbar an einer Struktur (nicht speziell dargestellt) des Anhängers 14 befestigt, während in anderen Beispielen die Anhängerachsen 30 über komprimierbare Aufhängungselemente (nicht speziell dargestellt) an der Struktur des Anhängers 14 befestigt sind. Während der in 1 gezeigte Anhänger 14 zwei Anhängerachsen 30, 30' umfasst, ist es zu begrüßen, dass der Anhänger 14 eine Anhängerachse 30, zwei Anhängerachsen 30, 30' oder mehr als zwei Anhängerachsen 30 umfassen kann, ohne vom Umfang oder der Absicht der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. In vielen Aspekten ist die Spurbreite T im Wesentlichen gleich der vollen Breite W des Anhängers 14. Es sollte jedoch anerkannt werden, dass die Spurbreite T von Anhänger 14 zu Anhänger 14 erheblich variieren kann, und solche Variationen sollen im Rahmen der vorliegenden Offenbarung liegen.
• Der Anhänger 14 ist über eine Anhängerkupplung 36 beweglich am Fahrzeug 12 befestigt oder montiert. Die Anhängerkupplung 36 ermöglicht eine Drehbewegung des Anhängers 14 relativ zum Fahrzeug 12, so dass der Anhänger 14 und das Fahrzeug 12 während der Fahrt Kurven fahren können. Bei der in 1 dargestellten Kupplung 36 handelt es sich um eine Kugelkupplung, es ist jedoch zu beachten, dass auch andere Formen von Kupplungen 36 verwendet werden können, ohne dass dies vom Umfang oder der Absicht der vorliegenden Offenbarung abweicht. Beispielsweise kann die Kupplung 36 eine Kugelkupplung, eine Aufnehmerkupplung, eine Sattelkupplung, eine Schwanenhals-Kupplung, eine Bolzenkupplung, eine Stoßfängerkupplung, eine Gewichtsverteilungskupplung oder ähnliches sein. In mehreren Aspekten arbeitet die Kupplung 36 als Drehpunkt, der eine Drehbewegung des Anhängers 14 relativ zum Fahrzeug 12 ermöglicht. Ein erster Abschnitt 36' der Kupplung 36 ist starr am Fahrzeug 12 angebracht, typischerweise entlang der Fahrzeuglängsachse 28, und um einen ersten Abstand „d“ von der Hinterachse 18 versetzt. In einigen Beispielen, wie z. B. bei Sattelkupplungen oder Schwanenhals-Kupplungen 36, befindet sich der erste Abschnitt 36' der Kupplung 36 im Wesentlichen über der Mitte der Hinterachse 18 des Fahrzeugs 12. Dementsprechend ist in solchen Beispielen der erste Abstand „d“ ungefähr null Zentimeter. In anderen Beispielen, wie z. B. bei Kugel-, Empfänger-, Zapfen-, Stoßfänger- und Gewichtsverteilungskupplungen 36, befindet sich der erste Abschnitt 36' der Kupplung 36 jedoch typischerweise hinter der Hinterachse 18 des Fahrzeugs 12. In ähnlicher Weise ist ein zweiter Abschnitt 36" der Anhängevorrichtung 36 starr am Anhänger 14 befestigt, typischerweise entlang einer Anhängerlängsachse 38, und um einen zweiten Abstand „D“ vor der Anhängerachse 30 verschoben. Der zweite Abstand D kann von Anhänger 14 zu Anhänger 14 erheblich variieren, und solche Variationen sollen im Rahmen der vorliegenden Offenbarung liegen. In mehreren Aspekten, in Beispielen, in denen der Anhänger 14 mehrere Anhängerachsen 30, 30' hat, wird der zweite Abstand durch einen Durchschnitt des Abstands vom zweiten Abschnitt 36" der Kupplung 36 zu jeder der mehreren Anhängerachsen 30, 30' angenähert. Es ist wünschenswert, die Dreh- oder Winkelbewegung des Anhängers 14 so zu steuern, dass der Anhänger 14 das Fahrzeug 12 oder einen anderen Anhänger 14 bei Vorwärts- oder Rückwärtsfahrten nicht berührt. Dementsprechend schätzt das System 10 einen Winkel θ der Anhängevorrichtung 36, um eine solche Knickung zu verwalten.
• Insbesondere umfasst das System 10 ein oder mehrere Steuermodule 40. Das Steuermodul 40 ist ein nicht-generalisiertes, elektronisches Steuergerät mit einem vorprogrammierten Digitalcomputer oder Prozessor 42, einem nicht-transitorischen computerlesbaren Medium oder Speicher 44, der zum Speichern von Daten wie Steuerlogik, Softwareanwendungen, Anweisungen, Computercode, Daten, Nachschlagetabellen usw. dient, und einen oder mehrere Ein-/Ausgabe-Anschlüsse 46. Ein computerlesbares Medium umfasst jede Art von Medium, auf das ein Computer zugreifen kann, z. B. einen Festwertspeicher (ROM), einen Direktzugriffsspeicher (RAM), ein Festplattenlaufwerk, eine Compact Disc (CD), eine digitale Videodisk (DVD) oder jede andere Art von Speicher. Ein „nicht-transitorisches“ computerlesbares Medium oder Speicher 44 schließt verdrahtete, drahtlose, optische oder andere Kommunikationsverbindungen aus, die transitorische elektrische oder andere Signale transportieren. Ein nicht-transitorisches computerlesbares Medium oder Speicher 44 umfasst Medien, auf denen Daten dauerhaft gespeichert werden können, und Medien, auf denen Daten gespeichert und später überschrieben werden können, wie z. B. eine wiederbeschreibbare optische Disk oder ein löschbares Speichergerät. Der Computercode umfasst jede Art von Programmcode, einschließlich Quellcode, Objektcode und ausführbaren Code. Der Prozessor 42 ist so konfiguriert, dass er den Code oder die Anweisungen ausfährt. In einigen Beispielen kann das Steuermodul 40 ein dedizierter Wi-Fi-Controller oder ein Motorsteuermodul, ein Getriebesteuermodul, ein Karosseriesteuermodul, ein Infotainment-Steuermodul usw. sein. Die E/A-Anschlüsse 46 sind so konfiguriert, dass sie drahtlos über Wi-Fi-Protokolle nach IEEE 802.11x, Bluetooth-Kommunikationsprotokolle, Radiofrequenz (RF)-Protokolle oder Ähnliches kommunizieren.
• In einigen Beispielen enthält das Steuermodul 40 außerdem eine oder mehrere Anwendungen 48. Eine Anwendung 48 ist ein Softwareprogramm, das so konfiguriert ist, dass es eine bestimmte Funktion oder einen Satz von Funktionen ausführt. Die Anwendung 48 kann ein oder mehrere Computerprogramme, Softwarekomponenten, Sätze von Anweisungen, Prozeduren, Funktionen, Objekte, Klassen, Instanzen, zugehörige Daten oder einen Teil davon enthalten, die zur Implementierung in einem geeigneten computerlesbaren Programmcode geeignet sind. Die Anwendungen 48 können innerhalb des Speichers 44 oder in einem zusätzlichen oder separaten Speicher gespeichert sein. Beispiele für die Anwendungen 48 sind Audio- oder Video-Streaming-Dienste, Spiele, Browser, soziale Medien, Fahrwerks- und Motorsteuerungsprogramme, Karosseriesteuerungsprogramme, erweiterte Fahrerassistenzsystemprogramme und ähnliches.
• Das System 10 umfasst außerdem einen oder mehrere Sensoren 50. Die Sensoren 50 erzeugen Echtzeit-Positionsinformationen über den Standort und/oder die Bewegung des Anhängers 14. In einigen Beispielen sind die Sensoren 50 Raddrehzahlsensoren 52. Die Raddrehzahlsensoren 52 sind in einigen Beispielen im Anhänger 14 angeordnet. In anderen Beispielen sind die Raddrehzahlsensoren 52 auch im Fahrzeug 12 angeordnet. Im Beispiel von 1 sind die Raddrehzahlsensoren 52 an der Anhängerachse 30, 30', in oder an einem mechanischen Differential (nicht speziell dargestellt) an der Anhängerachse 30, 30', oder in oder an der Anhängerachse 30, 30' angeordnet. Die Raddrehzahlsensoren 52 erfassen die Drehgeschwindigkeit des linken und rechten Anhängerrades 32, 34. Die Raddrehzahlsensoren 52 können eine Vielzahl unterschiedlicher Formen annehmen und auf unterschiedliche Weise arbeiten, ohne dass dies vom Umfang oder der Absicht der vorliegenden Offenbarung abweicht. In einigen Beispielen sind die Raddrehzahlsensoren 52 variable Reluktanzsensoren oder magnetoresistive Sensoren. In weiteren Beispielen melden die Raddrehzahlsensoren 52 Raddrehzahlinformationen an mehrere Systeme des Fahrzeugs 12, einschließlich Traktionskontrollsystemen (TCS) (nicht speziell dargestellt), Antiblockiersystemen (ABS) (nicht speziell dargestellt), Reifendrucküberwachungssystemen (TPMS) (nicht speziell dargestellt), elektronischen Stabilitätskontrollsystemen (ESC) oder dynamischen Stabilitätskontrollsystemen (DSC) (nicht speziell dargestellt) sowie dem System 10 zur Abschätzung des Kupplungswinkels der vorliegenden Offenbarung.
• In weiteren Beispielen kann es sich bei den Sensoren 50 um IMU-Sensoren (Inertial Measurement Unit) 54 handeln. IMU-Sensoren 54 messen und melden Lage oder Position, lineare Geschwindigkeit, Beschleunigung und Winkelraten relativ zu einem globalen Referenzrahmen unter Verwendung einer Kombination aus einigen oder allen der folgenden Elemente: Beschleunigungsmesser, Gyroskope und Magnetometer. In einigen Beispielen verwenden die IMU-Sensoren 54 auch Daten des globalen Positionierungssystems (GPS), um indirekt Lage oder Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung und Winkelraten zu messen. Wenn sie im System 10 der vorliegenden Offenbarung in Verbindung mit einem Fahrzeug 12 und einem Anhänger 14 verwendet werden, messen und melden die IMU-Sensoren 54 Lage oder Position, lineare Geschwindigkeit, Beschleunigung und Winkelraten des Anhängers 14 relativ zum Fahrzeug 12.
• Jeder der Sensoren 50, einschließlich der Raddrehzahlsensoren 52, IMU-Sensoren 54 und dergleichen, misst und meldet Lage-, Geschwindigkeits- und Beschleunigungsinformationen wie oben beschrieben. Die Lage-, Geschwindigkeits- und Beschleunigungsinformationen (im Folgenden „Kupplungswinkelinformationen“) werden von den Sensoren 50 über die E/A-Anschlüsse 46 an das Steuermodul 40 übertragen. Die E/A-Anschlüsse 46 übertragen die Kupplungswinkelinformationen an den Prozessor 42. Der Prozessor 42 führt eine im Speicher 44 gespeicherte Anwendung 48 aus und verwendet die Kupplungswinkelinformationen als Eingabe für die Anwendung 48. Insbesondere führt der Prozessor 42 eine Anhängerkupplungsanwendung 56 aus.
• In einem Beispiel nimmt die Anhängerapplikation 56 mehrere Ausgaben des Fahrzeugs 12 und des Anhängers 14 als Eingaben und berechnet eine Schätzung des Kupplungswinkels als Ausgabe für das System 10 und für einen Fahrer oder Benutzer des Fahrzeugs 12 und/oder des Anhängers 14. Insbesondere verwendet die Anhängeranwendung 56 einen Lenkwinkel δ, den Fahrzeugradstand L, den ersten Abstand d, den zweiten Abstand D, die Spurbreite T des Anhängers 14, eine linke Drehgeschwindigkeit ωL des linken Anhängerrades 32 und eine rechte Drehgeschwindigkeit ωR des rechten Anhängerrades 34 als Eingaben. Der Lenkwinkel δ wird von einem Lenkwinkelsensor 58 gemessen und gemeldet, um einen Lenkwinkel δ des Fahrzeugs 12 zu messen und zu melden. In mehreren Aspekten ist der Lenkwinkel δ ein Winkel der Vorderräder 60 des Fahrzeugs 12 relativ zur Fahrzeuglängsachse 28. Die Drehzahlen der linken und rechten Anhängerräder 32, 34 werden von den Raddrehzahlsensoren 52 gemessen und über die E/A-Anschlüsse 46 an das Steuermodul 40 gemeldet.
• Der Prozessor 42 führt eine erste Steuerlogik aus, in der die Anhängeapplikation 56 den Kupplungswinkel θ schätzt. Genauer gesagt ruft die erste Steuerlogik die linken und rechten Drehgeschwindigkeiten ω_L, ω_R der linken und rechten Anhängerräder 32, 34 sowie den Lenkwinkel δ, den Fahrzeugradstand L, den ersten Abstand d, den zweiten Abstand D und die Spurbreite T des Anhängers 14 aus einer Kombination von Sensoren 50 und bekannten Maßinformationen ab, die für jedes Fahrzeug 12 und jeden Anhänger 14 spezifisch sind. Konkret approximiert die erste Steuerlogik den Kupplungswinkel θ gemäß der folgenden Gleichung: $$\mathrm{\theta }={\text{tan}}^{-1}\left(\text{Y}1\right)-{\text{tan}}^{-1}\left(\text{Y}2\right)$$

  
• In einigen Beispielen können die Daten für die ersten und zweiten Terme Y1 und Y2 von einer beliebigen Anzahl von Sensoren 50 gesammelt werden, einschließlich der Raddrehzahlsensoren 52 und IMU-Sensoren 54. Bei den Raddrehzahlsensoren 52 einiger Beispiele handelt es sich um Sensoren des Antiblockiersystems (ABS), Sensoren des Reifendrucküberwachungssystems (TMPS) oder ähnliches. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann der erste Term Y1 als eine Beziehung zwischen den linken und rechten Drehgeschwindigkeiten ωL, _ωR und den Abmessungen des Anhängers 14 dargestellt werden, während der zweite Term Y2 als eine Beziehung zwischen dem Lenkwinkel δ und bestimmten Abmessungen des Fahrzeugs 12 dargestellt werden kann. Genauer gesagt, können der erste und zweite Term Y1 und Y2 wie folgt dargestellt werden: $$\text{Y}1=\left[\frac{2\text{D}}{\text{T}}\left(\frac{{\mathrm{\omega }}_{\text{R}}-{\mathrm{\omega }}_{\text{L}}}{{\mathrm{\omega }}_{\text{R}}+{\mathrm{\omega }}_{\text{L}}}\right)\right]$$

  

  $$\text{Y}2=\frac{\text{d}}{\text{L}}\text{tan}\mathrm{\delta }$$

  
• Somit ist der erste Term Y1 gleich der Differenz der linken und rechten Drehzahlen ωL, _ωR geteilt durch die Summe der linken und rechten Drehzahlen ωL, _ωR und multipliziert mit dem zweifachen zweiten Abstand geteilt durch die Spurbreite T des Anhängers 14. Ebenso ist der zweite Term Y2 gleich dem Tangens des Lenkwinkels δ multipliziert mit dem ersten Abstand d dividiert durch den Radstand L des Fahrzeugs 12. Dementsprechend ergeben der erste und der zweite Term Y1, Y2, wenn sie in die obige Gleichung 1) eingesetzt werden, eine Berechnung, bei der der Kupplungswinkel θ ungefähr gleich der Differenz zwischen zwei inversen Tangens-Termen ist, wie folgt: $$\mathrm{\theta }={\text{tan}}^{-1}\left[\frac{2\text{D}}{\text{T}}\left(\frac{{\mathrm{\omega }}_{\text{R}}-{\mathrm{\omega }}_{\text{L}}}{{\mathrm{\omega }}_{\text{R}}+{\mathrm{\omega }}_{\text{L}}}\right)\right]-{\text{tan}}^{-1}\left(\frac{\text{d}}{\text{L}}\text{tan}\mathrm{\delta }\right)$$

  
• Es sollte jedoch beachtet werden, dass bei bestimmten Arten von Anhängern 14, wie z. B. Sattel- und Schwanenhalsanhängern, die Kupplung 36 ungefähr an der gleichen Stelle wie die Hinterachse 18 des Fahrzeugs 12 angeordnet ist. Dementsprechend nähert sich bei solchen Anhängern, da der erste Abstand d gegen Null geht, auch der zweite inverse Tangenstterm der obigen Gleichung gegen Null. Wenn der zweite inverse Tangenstterm der obigen Gleichung 4) gegen Null geht, kann das System 10 unabhängig von einem Fahrzeug 12 verwendet werden. Das heißt, das System 10 kann ausschließlich mit Informationen arbeiten, die von Sensoren 50 gewonnen werden, die an einem Anhänger 14 angeordnet sind, wenn der Anhänger 14 ein Sattelauflieger, Schwanenhals oder ein anderer derartiger Anhänger ist, bei dem sich die Kupplung 36 im Wesentlichen an oder in der Nähe der Hinterachse 18 des Fahrzeugs 12 befindet. Dementsprechend ist das System 10 auf den Anhänger 14 bezogen und vom Fahrzeug 12 unabhängig, wenn der zweite Term der Gleichung 4) gegen Null geht. Insbesondere kann die Gleichung für Sattelauflieger, Schwanenhalsauflieger und dergleichen wie folgt vereinfacht werden: $$\mathrm{\theta }={\text{tan}}^{-1}\left[\frac{2\text{D}}{\text{T}}\left(\frac{{\mathrm{\omega }}_{\text{R}}-{\mathrm{\omega }}_{\text{L}}}{{\mathrm{\omega }}_{\text{R}}+{\mathrm{\omega }}_{\text{L}}}\right)\right]$$

  
• In mehreren Aspekten berechnet die erste Steuerlogik unter Verwendung der ersten oder zweiten Gleichung den geschätzten Kupplungswinkel θ. Der geschätzte Kupplungswinkel θ entspricht weitgehend dem tatsächlichen Winkel θ der Kupplung 36. Unter bestimmten Bedingungen kann der geschätzte Kupplungswinkel θ jedoch leicht vom tatsächlichen Kupplungswinkel θ abweichen. In einigen Fällen liegt der geschätzte Kupplungswinkel θ innerhalb von etwa 3° des tatsächlichen Kupplungswinkels θ, wenn sich das Fahrzeug 12 und der Anhänger 14 vorwärts bewegen. In ähnlicher Weise liegt der geschätzte Kupplungswinkel θ innerhalb von etwa 5° des tatsächlichen Kupplungswinkels θ, wenn sich das Fahrzeug 12 und der Anhänger 14 rückwärts bewegen. In weiteren Aspekten liegt der geschätzte Kupplungswinkel θ innerhalb von etwa 2° des tatsächlichen Kupplungswinkels θ, wenn sich das Fahrzeug 12 und der Anhänger 14 entweder in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung bewegen.
• Eine zweite Steuerlogik der Anhängeranwendung 56 meldet den geschätzten Kupplungswinkel θ an den Fahrer, den Bediener und/oder an eine Vielzahl anderer Steuersysteme des Fahrzeugs 12 und des Anhängers 14 auf mindestens eine von mehreren verschiedenen Arten. In mehreren Aspekten wird der geschätzte Kupplungswinkel θ als Rückmeldesignal an bordeigene Systeme des Fahrzeugs 12 und/oder des Anhängers 14 gemeldet, wie z. B. ein Traktionskontrollsystem (TCS), Antiblockiersystem (ABS) (nicht speziell dargestellt), Reifendrucküberwachungssystem (TPMS) (nicht speziell dargestellt), elektronisches Stabilitätskontrollsystem (ESC) oder dynamisches Stabilitätskontrollsystem (DSC) (nicht speziell dargestellt) oder Ähnliches. Der geschätzte Kupplungswinkel θ kann dann in den bordeigenen Systemen des Fahrzeugs 12 und/oder des Anhängers 14 verwendet werden, um die Richtungsstabilität des Fahrzeugs 12 und/oder des Anhängers 14 aufrechtzuerhalten, das Gieren des Fahrzeugs 12 und/oder des Anhängers 14 zu reduzieren, die Möglichkeit von Einknickvorfällen oder eines physischen Kontakts zwischen dem Fahrzeug 12 und dem Anhänger 14 zu verhindern oder im Wesentlichen zu eliminieren, was den Widerstand gegen das Schwanken des Anhängers 14 verbessert und dadurch das Vertrauen des Fahrers oder Bedieners und die Kontrolle über die Bewegungen des Fahrzeugs 12 und des Anhängers 14 erhöht. „Gieren“ bedeutet im Zusammenhang mit der Bewegung des Fahrzeugs 12 und/oder des Anhängers 14 eine Verdrehung oder Rotation um eine vertikale Achse „V“. In weiteren Beispielen wird der geschätzte Kupplungswinkel θ an Fusionssysteme (nicht speziell dargestellt) geliefert, mit denen das Fahrzeug 12 ausgestattet ist. Einige Fahrzeuge 12 sind mit Fusionssystemen ausgestattet, die Informationen aus einer Vielzahl unterschiedlicher Quellen sammeln, um die Genauigkeit der Ausgaben des Fusionssystems zu verfeinern oder zu erhöhen. In einem konkreten Beispiel kann das Fahrzeug 12 mit einem herkömmlichen Knickwinkelmesssystem ausgestattet sein, das sowohl auf optische Sensoren als auch auf das hier beschriebene Knickwinkelsystem 10 zurückgreift. Ein mit dem Fahrzeug 12 ausgestattetes Fusionssystem kombiniert die optisch basierte Schätzung des Kupplungswinkels θ mit der Schätzung des Kupplungswinkels θ vom Kupplungswinkelanlenkungssystem 10, um die Genauigkeit der Messung des Kupplungswinkels θ von beiden Systemen zu erhöhen.
• In mehreren zusätzlichen Aspekten wird der geschätzte Kupplungswinkel θ über eine visuelle Darstellung des Kupplungswinkels θ auf einer Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI), wie z. B. einem Display 62 des Fahrzeugs 12, gemeldet. Bei dem Display 62 kann es sich um ein Infotainment-Display 62' handeln, das sich auf einem mittleren Bedienfeld des Fahrzeugs 12, in einem Kombiinstrument 62" des Fahrzeugs oder ähnlichem befindet. In einem anderen Beispiel kann der geschätzte Kupplungswinkel θ dem Fahrer oder Bediener des Fahrzeugs 12 durch akustische Hinweise, wie z. B. Pieptöne oder andere Töne, die über ein Soundsystem (nicht speziell dargestellt) des Fahrzeugs 12 ausgegeben werden, oder Ähnliches angezeigt werden. In weiteren Beispielen wird der geschätzte Kupplungswinkel θ über eine drahtgebundene oder drahtlose Verbindung über die E/A-Anschlüsse 46 des Steuermoduls 40 an ein entferntes Gerät 64, wie z. B. ein Mobiltelefon, einen Tablet-Computer oder ähnliches, übertragen. Das heißt, die Anhängerapplikation 56 einiger Beispiele wird auf dem Mobiltelefon, Tablet-Computer, Laptop oder ähnlichem des Fahrers oder Benutzers gespeichert und ferngesteuert vom Fahrzeug 12 und dem Anhänger 14 ausgeführt.
• In einigen Beispielen führt der Prozessor 42 eine oder mehrere Filter- und Freigabesteuerlogiken aus, bevor er die oben beschriebenen ersten und zweiten Steuerlogiken ausführt. In einem bestimmten Beispiel führt der Prozessor 42 eine dritte Steuerlogik der Anhängeranwendung 56 aus. Die dritte Steuerlogik filtert Daten von den Sensoren 50, um sicherzustellen, dass die Daten der Sensoren 50 genau sind. Insbesondere schließt die dritte Steuerlogik hochfrequente oder verrauschte Daten aus, die von den Raddrehzahlsensoren 52 gesendet werden. Solche hochfrequenten oder verrauschten Daten können durch plötzliche Bewegungen der linken und rechten Anhängerräder 32, 34 beim Überfahren von Störungen in der Straßenoberfläche, wie z. B. Schlaglöchern, Bodenwellen oder Ähnlichem, erzeugt werden. Außerdem werden die von den Raddrehzahlsensoren 52 erzeugten Daten mit hohen Frequenzen generiert und können daher erhebliche Mengen an Rauschen enthalten. Dementsprechend ist es für raddrehzahlbasierte Berechnungen sinnvoll, die Rauschmenge in den Daten zu reduzieren, indem verrauschte Daten ausgeschlossen werden.
• Der Prozessor 42 führt in einigen Beispielen anschließend eine vierte Steuerlogik der Anhängerkupplungsanwendung 56 aus. Die vierte Steuerlogik aktiviert das System 10 zur Schätzung des Kupplungswinkels basierend auf dem Inhalt der Daten von den Sensoren 50. In einem Beispiel bestimmt die vierte Steuerlogik der Anhängeranwendung 56, ob sich der Anhänger 14 mit einer Geschwindigkeit bewegt, die zu geschätzten Kupplungswinkeln θ mit ausreichender Genauigkeit führt. Das heißt, in Fällen, in denen der Kupplungswinkel θ auf der Grundlage der Daten des Raddrehzahlsensors 52 geschätzt wird, müssen die linken und rechten Drehgeschwindigkeiten ω_L, ω_R der linken und rechten Anhängerräder 32, 34 über einem vorbestimmten Schwellenwert ε liegen. In einem bestimmten Beispiel berechnet die vierte Steuerlogik einen Durchschnitt der linken und rechten Drehgeschwindigkeiten ω_L, ω_R und vergleicht den Durchschnitt mit dem Schwellenwert ε. Der Schwellenwert ε sollte als ein abstimmbarer Wert verstanden werden, der von Anwendung zu Anwendung variieren kann. In einigen Fällen wird der Schwellenwert ε auf eine Geschwindigkeit von ungefähr null km/h eingestellt. Das heißt, wenn die linken und rechten Drehgeschwindigkeiten ω_L, ω_R im Durchschnitt eine Drehzahl von ungefähr Null ergeben, kann das System 10 keinen geschätzten Kupplungswinkel θ erzeugen. Ebenso kann es aufgrund der begrenzten Genauigkeit und Präzision des Raddrehzahlsensors 54 schwierig sein, genaue linke und rechte Drehgeschwindigkeiten ω_L, ω_R bei sehr niedrigen Geschwindigkeiten, z. B. weniger als 1km/h oder weniger als 2km/h, zu erhalten. Dementsprechend kann der Schwellenwert ε bei anderen Beispielen auf 1km/h, 2km/h oder ähnliches festgelegt werden.
• In Fällen, in denen die linken und rechten Drehzahlen ω_L, ω_R im Durchschnitt eine Drehzahl von annähernd Null ergeben, bezieht sich das System 10 auf den letzten bekannten geschätzten Kupplungswinkel θ, der im Speicher 44 des Steuermoduls 40 gespeichert wurde. Während der Schwellenwert ε in den vorangegangenen Ausführungen als annähernd Null bezeichnet wurde, sollte man sich darüber im Klaren sein, dass der tatsächliche Schwellenwert ε in Abhängigkeit von den physikalischen Abmessungen des Fahrzeugs 12 und des Anhängers 14 und dergleichen von Anwendung zu Anwendung erheblich variieren kann. In einem weiteren Beispiel liegt der minimale Schwellenwert ε unter etwa 1km/h, unter 2km/h oder ähnlichem. Wenn jedoch der Durchschnitt der linken und rechten Drehzahlen ω_L, ω_R größer als der Schwellenwert ε ist, akzeptiert die Anhängeranwendung 56 die linken und rechten Drehzahlen ωL, _ωR als gültige Eingaben.
• In einigen Beispielen führt die Anhängeranwendung 56 dann eine fünfte Steuerlogik aus, die die linken und rechten Drehzahlen ω_L, ω_R des linken und rechten Rads 32, 34 mit bekannten Drehzahlwerten vergleicht, um zu bestimmen, ob die linken und rechten Drehzahlen ω_L, ω_R genau und/oder möglich sind. Genauer gesagt vergleicht die fünfte Steuerlogik die linken und rechten Drehgeschwindigkeiten ω_L, ω_R mit der Geschwindigkeit des Fahrzeugs ω_V, um festzustellen, ob die linken und rechten Drehgeschwindigkeiten ω_L, ω_R ungefähr gleich der Geschwindigkeit des Fahrzeugs ωv sind oder nicht. Da sich der Anhänger 14 und das den Anhänger ziehende Fahrzeug 12 wahrscheinlich mit im Wesentlichen derselben Gesamtgeschwindigkeit bewegen, werden Unstimmigkeiten in den Daten der Sensoren 50 identifiziert und Datensätze, die außerhalb des Bereichs möglicher Geschwindigkeiten liegen, verworfen. Das heißt, die bekannten Drehzahlwerte werden experimentell ermittelt, durch mathematische Berechnungen unter Verwendung der Maße T, D usw. vorgegeben oder ähnliches. Die fünfte Steuerlogik vergleicht die gemessenen linken und rechten Drehzahlen ω_L, ω_R mit den bekannten und/oder mathematisch berechneten Drehzahlwerten sowie mit der Geschwindigkeit des Fahrzeugs ω_V. Wenn die linken und rechten Drehzahlen ω_L, ω_R nicht mit der Geschwindigkeit des Fahrzeugs ω_V übereinstimmen bzw. nicht in den Bereich der bekannten möglichen Drehzahlen fallen, dann greift die Nachlaufapplikation 56 auf den letzten bekannten geschätzten Kupplungswinkel θ zurück, der im Speicher 44 des Steuermoduls 40 gespeichert wurde. Die Anhängeranwendung 56 veranlasst dann den Prozessor 42, die Raddrehzahlsensoren 52 erneut abzufragen und die erste und zweite Steuerlogik erneut auszuführen. Wenn jedoch die linken und rechten Drehzahlen ω_L, ω_R übereinstimmen oder in einen Bereich bekannter möglicher Drehzahlwerte fallen, dann führt der Prozessor 42 die erste und zweite Steuerlogik wie oben beschrieben aus.
• Es ist zu beachten, dass die dritte, vierte und fünfte Steuerlogik in einigen Beispielen zwar optional sein können, die Einbeziehung der dritten, vierten und fünften Steuerlogik jedoch die Genauigkeit und Präzision der Schätzungen des Kupplungswinkels θ erhöht. Darüber hinaus sollten Sie wissen, dass einige oder alle der dritten, vierten und fünften Steuerlogiken in einigen Beispielen in Kombination miteinander, einzeln oder nur mit einer der anderen verwendet werden können. Das heißt, die dritte und vierte, die dritte und fünfte oder die vierte und fünfte Steuerlogik können verwendet werden, ohne vom Umfang oder der Absicht der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Ebenso ist zu beachten, dass, wenn das System 10 den letzten bekannten geschätzten Kupplungswinkel θ gemäß den Anforderungen der vierten und/oder fünften Steuerlogik verwendet, das System 10 nicht notwendigerweise die erste Steuerlogik ausführt, um den geschätzten Kupplungswinkel θ während dieser bestimmten Steuerschleife zu berechnen. Vielmehr führt das System 10 die zweite Steuerlogik aus und führt danach automatisch, kontinuierlich und rekursiv die erste und zweite Steuerlogik aus, zumindest bis das System 10 ausgeschaltet wird oder ähnliches.
• In 2 ist unter weiterer Bezugnahme auf 1 ein Verfahren 100 zur Schätzung des Kupplungswinkels θ unter Verwendung des Kupplungswinkelschätzsystems 10 in Form eines Flussdiagramms dargestellt. Das Verfahren 100 beginnt in Block 102, wo ein Fahrer oder Benutzer, der mit seinem Fahrzeug 12 einen Anhänger 14 ziehen möchte, auf die Anhängeranwendung 56 zugreift. Der Zugriff auf die Anhängeranwendung 56 kann über ein Fahrzeugdisplay 62, ein Fernbedienungsgerät 64, eine Kombination aus beidem oder ähnliches erfolgen. In Block 104 veranlasst die Anhängeranwendung 56 das Steuermodul 40, die Sensoren 50 des Systems 10 zu überwachen. Insbesondere fragt der Prozessor 42 die Sensoren 50 des Systems 10 nach linken und rechten Drehzahlen ω_L, ω_R der linken und rechten Anhängerräder 32, 34 ab. In einigen Beispielen erhält der Prozessor 42 auch Informationen vom Lenkradwinkelsensor 58, von Raddrehzahlsensoren 54, die am Fahrzeug 12 angeordnet sind, und dergleichen. Die Sensoren 50 messen und melden Lage-, Geschwindigkeits- und Beschleunigungsinformationen des Fahrzeugs 12 und des Aufliegers 14, oder wenn Sattel- oder Schwanenhalsauflieger 14 verwendet werden, können die Sensoren einfach Lage-, Geschwindigkeits- und Beschleunigungsinformationen für den Auflieger 14 allein messen und melden.
• In Block 106 veranlasst die Anhängeranwendung 56 den Prozessor 42, die erste Steuerlogik der Anhängeranwendung 56 auszuführen, die den Kupplungswinkel θ schätzt. Die erste Steuerlogik verwendet die in Block 104 erfassten linken und rechten Drehzahlen ω_L, _ωR der linken und rechten Anhängerräder 32, 34. In einigen Beispielen erhält die erste Steuerlogik auch den Lenkwinkel δ, den Fahrzeugradstand L, den ersten Abstand d, den zweiten Abstand D, die Spurbreite T des Anhängers 14 aus einer Kombination von Sensoren 50 und bekannten Maßinformationen, die für jedes Fahrzeug 12 und jeden Anhänger 14 spezifisch sind. Die erste Steuerlogik verwendet die Drehzahlen ωL, _ωR der linken und rechten Anhängerräder 32, 34, den Lenkwinkel δ, den Fahrzeugradstand L, den ersten Abstand d, den zweiten Abstand D, die Spurbreite T als Eingaben in die erste Gleichung: $$\mathrm{\theta }={\text{tan}}^{-1}\left(\text{Y}1\right)-{\text{tan}}^{-1}\left(\text{Y}2\right).$$

  
• In Fällen, in denen die ersten und zweiten Terme Y1, Y2 von Raddrehzahlsensoren 52 berechnet werden, berechnet die erste Steuerlogik daher den geschätzten Kupplungswinkel über die vierte Gleichung: $$\mathrm{\theta }={\text{tan}}^{-1}\left[\frac{2\text{D}}{\text{T}}\left(\frac{{\mathrm{\omega }}_{\text{R}}-{\mathrm{\omega }}_{\text{L}}}{{\mathrm{\omega }}_{\text{R}}+{\mathrm{\omega }}_{\text{L}}}\right)\right]-{\text{tan}}^{-1}\left(\frac{\text{d}}{\text{L}}\text{tan}\mathrm{\delta }\right)$$

  
• In ähnlicher Weise berechnet die erste Logik in Fällen, in denen die ersten und zweiten Terme Y1, Y2 von Raddrehzahlsensoren 52 berechnet werden und der Anhänger 14 eine Sattelkupplung oder Schwanenhals-Kupplung 36 verwendet, den geschätzten Kupplungswinkel über die obige fünfte Gleichung: $$\mathrm{\theta }={\text{tan}}^{-1}\left[\frac{2\text{D}}{\text{T}}\left(\frac{{\mathrm{\omega }}_{\text{R}}-{\mathrm{\omega }}_{\text{L}}}{{\mathrm{\omega }}_{\text{R}}+{\mathrm{\omega }}_{\text{L}}}\right)\right]$$

  
• In Block 108 verwendet die zweite Steuerlogik der Anhängeranwendung 56 den geschätzten Kupplungswinkel θ von der ersten Steuerlogik, um den geschätzten Kupplungswinkel θ an den Fahrer, den Bediener und/oder eine Vielzahl anderer Steuersysteme des Fahrzeugs 12 und des Anhängers 14 auf mindestens eine von mehreren verschiedenen Arten zu melden. Der geschätzte Kupplungswinkel θ wird als Rückmeldesignal an bordeigene Systeme des Fahrzeugs 12 und/oder des Anhängers 14, wie z. B. TCS, ABS, TPMS, ESC oder DSC, Fusionssysteme oder ähnliches, gemeldet. Der geschätzte Kupplungswinkel θ kann dann in den bordeigenen Systemen des Fahrzeugs 12 und/oder des Anhängers 14 verwendet werden, um die Richtungsstabilität des Fahrzeugs 12 und/oder des Anhängers 14 aufrechtzuerhalten, um das Gieren des Fahrzeugs 12 und/oder des Anhängers 14 zu reduzieren. Noch wichtiger ist, dass der geschätzte Kupplungswinkel θ verwendet wird, um die Möglichkeit von Auffahrunfällen oder eines physischen Kontakts zwischen dem Fahrzeug 12 und dem Anhänger 14 zu verhindern oder im Wesentlichen zu eliminieren. Solche Präventionsmaßnahmen verbessern den Widerstand gegen das Pendeln des Anhängers und erhöhen dadurch das Vertrauen des Fahrers oder Bedieners und die Kontrolle über die Bewegungen des Fahrzeugs 12 und des Anhängers 14. Ebenso wird der geschätzte Kupplungswinkel θ in einigen Beispielen direkt an den Fahrer oder Bediener des Fahrzeugs 12 und/oder des Anhängers 14 über ein HMI, wie z. B. das Display 62, das Fernbedienungsgerät 64 oder ähnliches, gemeldet.
• Die Anhängeranwendung 56 wird verwendet, wenn das Fahrzeug 12 und der Anhänger 14 in Bewegung sind. Dementsprechend arbeitet die Anhängeranwendung 56 rekursiv und kontinuierlich, um die Fahrzeugbordsysteme und/oder den Fahrer oder Bediener hinsichtlich des geschätzten Kupplungswinkels θ in Echtzeit zu aktualisieren, während sich das Fahrzeug 12 und der Anhänger 14 bewegen. Das heißt, nach Block 108 geht das Verfahren 100 zu Block 110 über, wo das Verfahren 100 endet und kontinuierlich und rekursiv zu Block 102 zurückkehrt. In Block 102 läuft das Verfahren 100 so lange, bis die Anhängeranwendung 56 geschlossen, verlassen oder anderweitig ausgeschaltet wird. In diesem Fall geht das Verfahren 100 nach Block 108 zu Block 110 über, wo das Verfahren 100 erneut den letzten bekannten geschätzten Kupplungswinkel θ im Speicher 44 speichert und das Verfahren 100 endet. In einigen Beispielen kann die Anhängeranwendung 56 automatisch aktiviert werden, sobald ein Anhänger 14 an das Fahrzeug 12 angekoppelt und das Fahrzeug 12 eingeschaltet ist.
• In einigen Beispielen führt das Verfahren 100 vor der Ausführung der ersten und zweiten Steuerlogik in den Blöcken 106 und 108 Filter- und Freigabeschritte durch. Die Filter- und Freigabeschritte erhöhen die Genauigkeit und Präzision der geschätzten Kupplungswinkel-θ-Messungen. Insbesondere veranlasst die Anhängerkupplungsanwendung 56 in Block 116 das Steuermodul 40, die dritte Steuerlogik auszuführen. Die dritte Steuerlogik filtert die Daten der Sensoren 50, um festzustellen, ob die Daten der Sensoren 50 genau sind. In Beispielen, in denen die Sensoren 50 Raddrehzahlsensoren 52 oder ähnliches sind, filtert die dritte Steuerlogik die linke Drehgeschwindigkeit ω_L und die rechte Drehgeschwindigkeit ω_R, um sicherzustellen, dass die linken und rechten Drehgeschwindigkeiten ω_L, ω_R genau sind, indem Rauschen und Hochfrequenzdaten aus den Daten der Sensoren 50 entfernt werden.
• Das Verfahren 100 geht dann zu Block 114 über, wo die Anhängeranwendung 56 den Prozessor 42 veranlasst, die vierte Steuerlogik auszuführen. Die vierte Steuerlogik bestimmt, ob sich der Anhänger 14 in Bewegung befindet. Insbesondere vergleicht die vierte Steuerlogik die linken und rechten Drehgeschwindigkeiten ω_L, ω_R mit dem Schwellenwert ε. Wenn die linken und rechten Drehgeschwindigkeiten ω_L, ω_R den Schwellenwert ε, wie oben beschrieben, nicht erreichen, kehrt das Verfahren 100 zu Block 116 zurück, und die Anhängeranwendung 56 verwendet einen zuletzt bekannten geschätzten Kupplungswinkel θ, der im Speicher 44 des Steuermoduls 40 gespeichert ist. Wenn jedoch der Schwellenwert ε erreicht wird, veranlasst die Anhängeranwendung 56 den Prozessor 42, zu Block 118 überzugehen. In Block 118 veranlasst die Anhängeranwendung 56 den Prozessor 42 zur Ausführung der fünften Steuerlogik.
• Die fünfte Steuerlogik vergleicht die Geschwindigkeit des Anhängers 14 mit der Fahrzeuggeschwindigkeit ω_V, um festzustellen, ob sich das Fahrzeug 12 und der Anhänger 14 mit annähernd gleicher Geschwindigkeit bewegen. Das heißt, da der Anhänger 14 und das Fahrzeug 12 an der Kupplung 36 verbunden sind, sollten sich beide unter normalen Betriebsbedingungen mit im Wesentlichen der gleichen Geschwindigkeit bewegen. Insbesondere vergleicht die fünfte Steuerlogik einen Durchschnitt der gemessenen linken und rechten Drehgeschwindigkeiten ωL, _ωR der linken und rechten Anhängerräder 32, 34 und mit der Geschwindigkeit des Fahrzeugs ω_V. Wenn die linken und rechten Drehgeschwindigkeiten ω_L, ω_R nicht mit der Geschwindigkeit des Fahrzeugs ωv übereinstimmen oder in den Bereich bekannter möglicher Drehgeschwindigkeitswerte fallen, dann veranlasst die fünfte Steuerlogik der Anhängeranwendung 56 das Verfahren 100, den letzten bekannten geschätzten Kupplungswinkel θ zu verwenden, der im Speicher 44 des Steuermoduls 40 gespeichert ist. Anschließend wird der Prozessor 42 die Sensoren 50 erneut nach neuen Daten abfragen. Wenn jedoch die linken und rechten Drehgeschwindigkeiten ω_L, ω_R mit der Geschwindigkeit des Fahrzeugs ωv übereinstimmen oder in einen Bereich bekannter möglicher Drehgeschwindigkeitswerte fallen, dann geht das Verfahren 100 zu Block 106 über und führt die erste Steuerlogik wie oben beschrieben aus.
• Es ist zu beachten, dass die dritte, vierte und fünfte Steuerlogik in einigen Beispielen zwar optional sein können, die Einbeziehung der dritten, vierten und fünften Steuerlogik jedoch die Genauigkeit und Präzision der Schätzungen des Kupplungswinkels θ erhöht. Darüber hinaus sollten Sie wissen, dass einige oder alle der dritten, vierten und fünften Steuerlogiken in einigen Beispielen in Kombination miteinander, einzeln oder nur mit einer der anderen verwendet werden können. Das heißt, die dritte und vierte, die dritte und fünfte oder die vierte und fünfte Steuerlogik können verwendet werden, ohne vom Umfang oder der Absicht der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Ebenso ist zu verstehen, dass, wenn das System 10 den letzten bekannten geschätzten Kupplungswinkel θ gemäß den Anforderungen der vierten und/oder fünften Steuerlogik verwendet, das System 10 nicht notwendigerweise die erste Steuerlogik ausführt, um den geschätzten Kupplungswinkel θ während dieser bestimmten Steuerschleife zu berechnen. Vielmehr veranlasst das Verfahren den Prozessor 42, die zweite Steuerlogik auszuführen und danach automatisch, kontinuierlich und rekursiv die erste und zweite Steuerlogik auszuführen, zumindest bis das System 10 ausgeschaltet wird, das Verfahren 100 in Block 110 endet oder dergleichen.
• Da das System 10 und das Verfahren 100 der vorliegenden Offenbarung Daten von einer Reihe von Sensoren 50 abrufen, die im Wesentlichen unempfindlich gegenüber wechselhaftem Wetter sind, sind das System 10 und das Verfahren robust und haben eine höhere Genauigkeit als auf optischen Sensoren basierende Technologien. Das heißt, wenn man sich auf Raddrehzahlsensoren 52 und/oder IMUs 54 verlässt, haben Wetterbedingungen, Schmutz, Schlamm und andere Verunreinigungen, die andernfalls optische Sensoren verdecken könnten, keine wesentlichen nachteiligen Auswirkungen auf die Genauigkeit der Sensordaten 50, die in die erste und zweite Steuerlogik eingegeben werden. Darüber hinaus führt die Anhängeranwendung 56 einen Sanity-Check durch, um sicherzustellen, dass die von den Raddrehzahlsensoren 52, IMUs 54 und dergleichen abgerufenen Daten nicht unmöglich sind. Zum Beispiel können auf einer vereisten Straße die linken und rechten Radgeschwindigkeiten ωL, _ωR der linken und rechten Anhängerräder 32, 34 zumindest kurzzeitig die Position des Anhängers 14 relativ zum Fahrzeug 12 ungenau bestimmen, wenn die linken und rechten Anhängerräder 32, 34 über eine Straßenoberfläche gleiten. Da die linken und rechten Radgeschwindigkeiten ωL, _ωR der linken und rechten Anhängerräder 32, 34 kontinuierlich mit der Geschwindigkeit des Fahrzeugs ωv verglichen werden, kann eine Abweichung zwischen den möglichen linken und rechten Radgeschwindigkeiten ω_L, ω_R und der Geschwindigkeit des Fahrzeugs ωv leicht ermittelt und bei der Berechnung des Kupplungswinkels θ weggelassen werden.
• Ein System und Verfahren zur Abschätzung des Kupplungswinkels gemäß der vorliegenden Offenbarung bietet mehrere Vorteile. Dazu gehören die Unempfindlichkeit gegenüber widrigen Wetterbedingungen, die Tragbarkeit, die Möglichkeit, bereits an Fahrzeugen 12 und Anhängern 14 angebrachte Sensoren 50 zu verwenden, die verbesserte Genauigkeit der Schätzung des Anhängekupplungswinkels 36, die verringerte Verwirrung des Fahrers, die verringerten Kosten, die verringerten Computerverarbeitungskosten, die plattformübergreifende Unterstützung, das vereinfachte Manövrieren des Anhängers, die verbesserte Fahrfreundlichkeit, das verringerte Potenzial für Klappern, die verbesserte Widerstandsfähigkeit gegen das Schwanken des Anhängers, die Tragbarkeit, die verbesserte Robustheit und Zuverlässigkeit, und die Vereinfachung der Herstellung.
• Die Beschreibung der vorliegenden Offenbarung hat lediglich beispielhaften Charakter, und Variationen, die nicht vom Kern der vorliegenden Offenbarung abweichen, sind als im Rahmen der vorliegenden Offenbarung liegend zu betrachten. Solche Variationen sind nicht als Abweichung vom Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung zu betrachten.

Claims (6)

1. Ein System (10) zum Schätzen eines Kupplungswinkels eines Fahrzeugs, das einen Anhänger über eine Kupplung zieht, wobei das System (10) umfasst: ein Steuermodul (40) mit einem Speicher (44) zum Speichern programmatischer Steuerlogik, einem Prozessor, der mit dem Speicher in Verbindung steht und die programmatische Steuerlogik ausführt, und einem oder mehreren Eingangs-/Ausgangsanschlüssen, E/A-Anschlüsse (46); einen oder mehrere Sensoren (50), die in elektronischer Kommunikation mit den E/A-Anschlüssen (46) stehen, wobei die E/A-Anschlüsse (46) in elektronischer Kommunikation mit dem Prozessor des Steuermoduls stehen; und eine Anhängeranwendung (56), die einen Teil der programmatischen Steuerlogik definiert, wobei die Anhängeranwendung (56) mindestens eine erste Steuerlogik und eine zweite Steuerlogik aufweist, und wobei die erste Steuerlogik den Kupplungswinkel basierend auf einem ersten Term und einem zweiten Term und physikalischen Parametern des Fahrzeugs und des Anhängers schätzt, und die zweite Steuerlogik den geschätzten Kupplungswinkel an einen oder mehrere von einem Fahrzeugfahrer und fahrzeuginternen Systemen liefert, wobei die Schätzung des Kupplungswinkels gleich einer Differenz zwischen einem inversen Tangens des ersten Terms und einem inversen Tangens des zweiten Terms ist, wobei der Anhänger auf einer Anhängerachse (30) getragen wird, wobei sich die Anhängerachse (30) über eine Spurbreite erstreckt, die von dem linken Anhängerrad, das in der Nähe einer linken Seite des Anhängers angebracht ist, zu dem rechten Anhängerrad, das in der Nähe der rechten Seite des Anhängers angebracht ist, gemessen wird, wobei das linke und das rechte Anhängerrad unabhängig voneinander drehbar sind, und wobei der erste Term aus der Drehzahl des linken Anhängerrads, der Drehzahl des rechten Anhängerrads, der Spurbreite des Anhängers und einem ersten Abstand von der Anhängerachse zur Anhängerkupplung berechnet wird, wobei der eine oder die mehreren Sensoren (50) weiterhin umfassen: Lenkwinkelsensoren (58), die an dem Fahrzeug angeordnet sind und einen Lenkwinkel der Vorderräder des Fahrzeugs relativ zu einer Längsachse des Fahrzeugs messen und melden, und wobei der zweite Term aus dem Lenkwinkel des Fahrzeugs, einem Radstand des Fahrzeugs und einem zweiten Abstand von der Anhängevorrichtung zu einer Hinterachse des Fahrzeugs berechnet wird, und wobei der Radstand einen Abstand definiert, der eine Vorderachse des Fahrzeugs von der Hinterachse des Fahrzeugs trennt, und wobei, wenn die Anhängevorrichtung an der Hinterachse des Fahrzeugs montiert ist, der zweite Term gleich Null ist wobei die erste Steuerlogik den Kupplungswinkel gemäß der folgenden Gleichung schätzt $$\mathrm{\theta }={\text{tan}}^{-1}\left[\frac{2\text{D}}{\text{T}}\left(\frac{{\mathrm{\omega }}_{\text{R}}-{\mathrm{\omega }}_{\text{L}}}{{\mathrm{\omega }}_{\text{R}}+{\mathrm{\omega }}_{\text{L}}}\right)\right]-{\text{tan}}^{-1}\left(\frac{\text{d}}{\text{L}}\text{tan}\mathrm{\delta }\right)$$

   

   wobei θ der geschätzte Kupplungswinkel ist, D der erste Abstand ist, T die Spurbreite ist, d der zweite Abstand ist, L der Radstand ist, δ der Lenkwinkel ist, und ω_R die Drehgeschwindigkeit des rechten Anhängerrads ist, und ω_L die Drehgeschwindigkeit des linken Anhängerrads ist.
2. Das System (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der eine oder die mehreren Sensoren (50) ferner Folgendes umfassen: Geschwindigkeitssensoren, die am Anhänger angeordnet sind und die Drehgeschwindigkeiten eines linken und eines rechten Anhängerrads messen.
3. Das System (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ferner eine dritte Steuerlogik umfasst ist, wobei die dritte Steuerlogik die von dem einen oder den mehreren Sensoren erzeugten Daten filtert, um Störungen und Hochfrequenzinhalte aus den Daten zu entfernen.
4. Das System (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ferner eine vierte Steuerlogik umfasst ist, wobei die vierte Steuerlogik die von dem einen oder den mehreren Sensoren erzeugten Daten mit einem Schwellenwert vergleicht.
5. Das System (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die vierte Steuerlogik einen Mittelwert einer Drehgeschwindigkeit des linken Anhängerrads und einer Drehgeschwindigkeit des rechten Anhängerrads mit einem vorbestimmten Schwellenwert vergleicht, und wobei, wenn der Mittelwert größer als der Schwellenwert ist, die Drehgeschwindigkeit des linken Anhängerrads und die Drehgeschwindigkeit des rechten Anhängerrads als gültige Eingaben für die erste und zweite Steuerlogik genommen werden, und wobei, wenn der Mittelwert kleiner als der Schwellenwert ist, das System auf einen letzten bekannten geschätzten Kupplungswinkel verweist, der in dem Speicher gespeichert ist.
6. Das System (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ferner eine fünfte Steuerlogik umfasst ist, wobei die fünfte Steuerlogik einen Durchschnitt einer Drehgeschwindigkeit des linken Anhängerrads und einer Drehgeschwindigkeit des rechten Anhängerrads mit einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs vergleicht, und wobei, wenn der Durchschnitt der Drehgeschwindigkeiten des linken und des rechten Anhängerrads nicht gleich der Geschwindigkeit des Fahrzeugs ist, das System auf einen letzten bekannten geschätzten Kupplungswinkel verweist, der im Speicher gespeichert ist.

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