DE102015109537B4

DE102015109537B4 - Objektvermeidung für ein anhänger-rückfahrassistenzsystem

Info

Publication number: DE102015109537B4
Application number: DE102015109537.8A
Authority: DE
Inventors: Erick Michael Lavoie
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-06-20
Filing date: 2015-06-15
Publication date: 2023-10-26
Anticipated expiration: 2035-06-16
Also published as: DE102015109537A1

Abstract

Verfahren zum Rückwärtsfahren eines Anhängers (12) mit einem Fahrzeug (14), umfassend:Generieren einer Mehrzahl von Rückfahrwegen des Anhängers (12); Anzeigen der Mehrzahl von Rückfahrwegen auf einem Display;Abtasten eines Kupplungswinkels zwischen einem Fahrzeug (14) und dem Anhänger (12);Abtasten einer Nähe eines Objekts (19) in einem Umkreisfeld;Generieren einer verfügbaren Reihe von Rückfahrwegen für den Anhänger (12) basierend auf der Nähe des Objekts (19) und dem Kupplungswinkel;Hervorheben von Rückfahrwegen, die aus der verfügbaren Reihe ausgeschlossen wurden; undSteuern des Fahrzeugs (14) unter Verwendung eines gewünschten Rückfahrwegs (26) aus der verfügbaren Reihe dadurch gekennzeichnet, dassdas Verfahren ferner ein Generieren eines Vorwärtsmanövers für das Fahrzeug (14) umfasst, wenn keine Wege in der verfügbaren Reihe von Rückfahrwegen vorhanden sind, wobei das Vorwärtsmanöver die Position des Fahrzeugs (14) und des Anhängers (12) überwacht, um eine Benachrichtigung bereitzustellen, wenn wenigstens ein Rückfahrweg in der verfügbaren Reihe vorhanden ist.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen Fahrerassistenz und aktive Sicherheitstechnologien in Fahrzeugen und insbesondere ein Anhänger-Rückfahrassistenzsystem, welches mit Objektvermeidungsmerkmalen zur Steuerung der Führung des Anhängers ausgelegt ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Das Rückwärtsfahren eines Fahrzeugs beim Ziehen eines Anhängers kann für viele Fahrer eine Herausforderung darstellen, insbesondere für Fahrer, die in unregelmäßigen Abständen mit einem Anhänger oder mit verschiedenen Arten von Anhängern fahren. Ein Grund für eine solche Schwierigkeit kann sein, dass das Rückwärtsfahren eines Fahrzeugs mit einem angebrachten Anhänger Lenkeingaben erfordert, welche den Lenkeingaben entgegengesetzt sind, wenn das Fahrzeug ohne einen am Fahrzeug angebrachten Anhänger rückwärts gefahren wird. Ein weiterer Grund kann sein, dass Objekte im Umkreis des Fahrzeugs und des Anhängers vorhanden sein können, die begrenzten Raum bereitstellen, um das Fahrzeug zu manipulieren oder den Anhänger anderweitig zu einer gewünschten Position oder entlang eines gewünschten Wegs zu lenken. Ein weiterer Grund für eine solche Schwierigkeit kann sein, dass geringfügige Fehler beim Lenken während des Rückwärtsfahrens eines Fahrzeugs mit einem angebrachten Anhänger verstärkt werden, was bewirken kann, dass der Anhänger schnell von einem gewünschten Weg abweicht. Ein noch weiterer Grund, warum sich das Rückwärtsfahren eines Anhängers als schwierig erweisen kann, ist die Notwendigkeit, das Fahrzeug in einer Weise zu steuern, welche das Potenzial für das Auftreten eines Ausbrechzustands begrenzt. Ein Ausbrechzustand kann auftreten, wenn die Lenkung des Fahrzeugs den Kupplungswinkel nicht steuern kann, so dass sich der Kupplungswinkel weiterhin erhöhen würde und das Fahrzeug vorwärts gezogen werden muss, um den Kupplungswinkel zu entlasten. Zusätzlich dazu, dass der Ausbrechzustand die ungünstige Situation schafft, in der das Fahrzeug vorwärts gezogen werden muss, kann er jedoch auch zu Kontakt zwischen dem Fahrzeug und dem Anhänger führen, wodurch der Anhänger und/oder das Fahrzeug beschädigt werden.
In der Druckschrift DE 10 2004 048 530 A1 wird ein Verfahren zum Betreiben eines Kollisionsvermeidungssystems für Fahrzeuge sowie ein Kollisionsvermeidungssystem für Fahrzeuge beschrieben, mit Mitteln zur Erfassung eines vorhandenen Fahrraums und mit Mitteln zur Bestimmung eines benötigten Fahrraums, wobei Abstandswerte zwischen dem Fahrzeug und Hindernissen der Umgebung des Fahrzeugs berechnet werden. Dabei werden in Abhängigkeit von verschiedenen Fahrstrategien verschiedene Trajektorien bestimmt. Weiteren Stand der Technik zum Hintergrund der Erfindung bilden die Druckschriften US 2014 / 0 160 276 A1 und DE 10 2012 205 416 A1 .
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Anhänger-Rückfahrassistenzsystem umfasst eine Lenkeingabevorrichtung zum Eingeben eines gewünschten Rückfahrwegs eines Anhängers aus einer Mehrzahl von Wegen. Ein erster Sensor tastet einen Kupplungswinkel zwischen einem Fahrzeug und dem Anhänger ab. Ein zweiter Sensor tastet eine Nähe eines Objekts in einem Umkreisfeld ab. Eine Steuerung des Anhänger-Rückfahrassistenzsystems begrenzt die Mehrzahl der Wege auf eine verfügbare Reihe basierend auf der Nähe des Objekts und dem Kupplungswinkel.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren zum Rückwärtsfahren eines Anhängers mit einem Fahrzeug einen Schritt zum Abtasten eines Kupplungswinkels zwischen einem Fahrzeug und dem Anhänger bereit. Das Verfahren stellt auch einen Schritt zum Abtasten einer Nähe eines Objekts in einem Umkreisfeld bereit. Darüber hinaus bietet das Verfahren einen Schritt zum Generieren einer verfügbaren Reihe von Rückfahrwegen für den Anhänger basierend auf der Nähe des Objekts und des Kupplungswinkels bereit. Ferner stellt das Verfahren einen Schritt zum Eingeben eines gewünschten Rückfahrwegs aus der verfügbaren Reihe bereit.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Anhänger-Rückfahrassistenzsystem eine Lenkeingabevorrichtung zum Eingeben eines gewünschten Rückfahrwegs eines Anhängers. Das Anhänger-Rückfahrassistenzsystem umfasst auch einen ersten Sensor, welcher einen Kupplungswinkel zwischen einem Fahrzeug und dem Anhänger abtastet. Ferner umfasst das Anhänger-Rückfahrassistenzsystem einen zweiten Sensor, welcher eine Nähe eines Objekts in einem Umkreisfeld von wenigstens einem des Fahrzeugs und des Anhängers abtastet. Eine Steuerung des Anhänger-Rückfahrassistenzsystems generiert eine verfügbare Reihe von Rückfahrwegen für den Anhänger basierend auf der Nähe des Objekts und dem Kupplungswinkel. Die verfügbare Reihe von Rückfahrwegen umfasst keine Rückfahrwege, welche einen Raum kreuzen, der vom Objekt eingenommen wird, oder welche einen Ausbrechzustand zwischen dem Fahrzeug und dem Anhänger bewirken.
Diese und weitere Aspekte, Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden von Fachleuten auf dem Gebiet beim Studieren der folgenden Beschreibung, Ansprüche und beigefügten Zeichnungen verstanden und erkannt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Für die Zeichnungen gilt:

1 ist eine perspektivische Draufsicht eines Fahrzeugs, welches an einem Anhänger mit einer Ausführungsform eines Kupplungswinkelsensors zum Betreiben eines Anhänger-Rückfahrassistenzsystems angebracht ist;
2 ist ein Blockschaltbild, welches eine Ausführungsform des Anhänger-Rückfahrassistenzsystems mit einer Lenkeingabevorrichtung und einer Krümmungssteuerung veranschaulicht;
3 ist eine schematische Darstellung, welche die Geometrie eines Fahrzeugs und eines Anhängers mit einem überlagerten zweidimensionalen x-y-Koordinatensystem veranschaulicht, das Variablen identifiziert, welche verwendet werden, um eine kinematische Beziehung des Fahrzeugs und des Anhängers für das Anhänger-Rückfahrassistenzsystem zu bestimmen, gemäß einer Ausführungsform;
4 ist ein schematisches Blockschaltbild, welches Teile einer Krümmungssteuerung gemäß einer weiteren Ausführungsform und andere Komponenten des Anhänger-Rückfahrassistenzsystems gemäß einer derartigen Ausführungsform veranschaulicht;
5 ist ein schematisches Blockschaltbild der Krümmungssteuerung aus 4, welches die Rückkopplungsarchitektur und den Signalfluss der Krümmungssteuerung gemäß einer derartigen Ausführungsform zeigt;
6 ist eine schematische Darstellung, welche eine Beziehung zwischen einem Kupplungswinkel und einem Lenkwinkel des Fahrzeugs zeigt, wie sie die Krümmung des Anhängers und einen Ausbrechwinkel betrifft;
7 ist eine Draufsicht einer Ausführungsform eines drehbaren Knopfs zur Auswahl einer gewünschten Krümmung eines Anhängers und eine entsprechende schematische Darstellung, welche ein Fahrzeug und einen Anhänger mit verschiedenen Anhänger-Krümmungswegen veranschaulicht, die mit gewünschten Krümmungen, die ausgewählt werden können, korrelieren;
8 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs und eines Anhängers, welche einen Objektnäherungssensor zum Abtasten eines Objekts in einem Umkreisfeld aufweisen, gemäß einem Ausführungsbeispiel;
9 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs, eines Anhängers und Objekten im Umkreisfeld, welche die verfügbare Reihe von Rückfahrwegen reduzieren, gemäß einer Ausführungsform;
9A ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs, eines Anhängers und eines Objekts im Umkreisfeld, welche die verfügbare Reihe von Rückfahrwegen reduzieren, gemäß einer weiteren Ausführungsform;
9B ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs, eines Anhängers und eines Objekts im Umkreisfeld, welche die verfügbare Reihe von Rückfahrwegen reduzieren, gemäß einer weiteren Ausführungsform; und
10 ist ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zum Betreiben eines Anhänger-Rückfahrassistenzsystems mit Objektvermeidung gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Zum Zwecke der Beschreibung hierin ist zu verstehen, dass das offenbarte Anhänger-Rückfahrassistenzsystem und die damit verbundenen Verfahren verschiedene alternative Ausführungsformen und Ausrichtungen annehmen können, sofern nicht ausdrücklich das Gegenteil angegeben ist. Es ist auch zu verstehen, dass die speziellen Vorrichtungen und Verfahren, welche in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht und in der folgenden Beschreibung beschrieben sind, einfach beispielhafte Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte sind, welche in den beigefügten Ansprüchen definiert sind. Obgleich verschiedene Aspekte des Anhänger-Rückfahrassistenzsystems und der damit verbundenen Verfahren mit Bezug auf eine bestimmte beispielhafte Ausführungsform beschrieben sind, ist die offenbarte Erfindung nicht auf solche Ausführungsformen begrenzt, und zusätzliche Modifikationen, Anwendungen und Ausführungsformen können implementiert werden, ohne von der offenbarten Erfindung abzuweichen. Folglich sind spezielle Abmessungen und andere physische Eigenschaften, welche die hierin offenbarten Ausführungsformen betreffen, nicht als beschränkend zu betrachten, sofern in den Ansprüchen nicht ausdrücklich anderes angegeben ist.
Unter Bezugnahme auf 1-10 bezeichnet das Bezugszeichen 10 im Allgemeinen ein Anhänger-Rückfahrassistenzsystem zum Steuern eines Rückfahrwegs eines Anhängers 12, welcher an einem Fahrzeug 14 angebracht ist, indem einem Fahrer des Fahrzeugs 14 ermöglicht wird, einen gewünschten Rückfahrweg 26 des Anhängers 12 anzugeben. In einer Ausführungsform lenkt das Anhänger-Rückfahrassistenzsystem 10 das Fahrzeug 14 automatisch, um den Anhänger 12 auf dem gewünschten Rückfahrweg 26 zu führen, wenn ein Fahrer die Fahr- und Bremspedale verwendet, um die Rückwärtsfahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs 14 zu steuern. Um die Position des Anhängers 12 relativ zum Fahrzeug 14 zu überwachen, kann das Anhänger-Rückfahrassistenzsystem 10 ein Sensorsystem 16 umfassen, welches einen Kupplungswinkel γ zwischen dem Anhänger 12 und dem Fahrzeug 14 abtastet, das als ein erster Sensor oder ein Kupplungswinkelsensor 44 bezeichnet werden kann. Darüber hinaus kann das Anhänger-Rückfahrassistenzsystem 10 einen Objektnäherungssensor 17, welcher als ein zweiter Sensor oder ein Umkreissensor bezeichnet werden kann, zum Abtasten einer Nähe eines Objekts 19 in einem Umkreisfeld 21 des Fahrzeugs und/oder des Anhängers umfassen. Ferner kann das Anhänger-Rückfahrassistenzsystem 10 auch eine Lenkeingabevorrichtung 18 für einen Fahrer umfassen, wie beispielsweise eine Modusauswahlvorrichtung 20 oder einen drehbaren Knopf 30, um den gewünschten Rückfahrweg 26 des Anhängers 12 bereitzustellen. Eine Krümmungssteuerung 28 des Anhänger-Rückfahrassistenzsystems 10 kann basierend auf der Nähe des Objekts 19 und des Kupplungswinkels γ eine verfügbare Reihe 23 von Rückfahrwegen für den Anhänger 12 generieren, welche von einer Mehrzahl möglicher Wege 25 reduziert ist, so dass die Lenkeingabevorrichtung 18 auf die Eingabe eines gewünschten Rückfahrwegs 26 aus der verfügbaren Reihe 23 von Rückfahrwegen beschränkt sein kann. In einer Ausführungsform umfasst die verfügbare Reihe 23 von Rückfahrwegen nicht die Rückfahrwege, welche einen Raum kreuzen, der vom Objekt 19 eingenommen wird. Nach dem Empfangen des gewünschten Rückfahrwegs 26 kann ein Lenkbefehl basierend auf dem abgetasteten Kupplungswinkel γ und einer kinematischen Beziehung zwischen dem Anhänger 12 und dem Fahrzeug 14 generiert werden, um den Anhänger 12 auf dem gewünschten Rückfahrweg 26 zu führen. Es wird erwogen, dass zusätzliche Ausführungsformen des Anhänger-Rückfahrassistenzsystems 10 auch eine zusätzliche oder alternative Lenkeingabevorrichtung 18 umfassen können, welche beim Rückwärtsfahren von Fahrzeug 14 und Anhänger 12 angetrieben werden kann, um den gewünschten Rückfahrweg des Anhängers 12 anzupassen.
Unter Bezugnahme auf die in 1 gezeigte Ausführungsform ist das Fahrzeug 14 eine Pickup-Truck-Ausführungsform, welche mit einer Ausführungsform des Anhänger-Rückfahrassistenzsystems 10 zum Steuern des Rückfahrwegs des Anhängers 12 ausgestattet ist, der am Fahrzeug 14 angebracht ist. Insbesondere ist das Fahrzeug 14 schwenkbar an einer Ausführungsform des Anhängers 12 angebracht, welcher einen Kastenrahmen 32 mit einem umschlossenen Ladebereich 34 und einer Zunge 36 aufweist, welche sich in Längsrichtung vom umschlossenen Ladebereich 34 nach vorne erstreckt. Der veranschaulichte Anhänger 12 weist auch einen Anhängerkupplungsverbinder in Form einer Koppleranordnung 38 auf, welche mit einem Fahrzeugkupplungsverbinder in Form einer Kupplungskugel 40 verbunden ist. Die Koppleranordnung 38 rastet auf der Kupplungskugel 40 ein, um eine Schwenkkugelgelenkverbindung 42 bereitzustellen, welche die Artikulation des Kupplungswinkels γ ermöglicht. Es sollte erkannt werden, dass weitere Ausführungsformen des Anhängers 12 mehr als eine Achse umfassen können; verschiedene Formen und Größen aufweisen können, welche für unterschiedliche Lasten und Gegenstände ausgelegt sind, wie beispielsweise Bootsanhänger oder Pritschenanhänger; und alternativ mit dem Fahrzeug 14 gekoppelt sein können, um eine Schwenkverbindung bereitzustellen, wie beispielsweise durch Verbinden mit einem Sattelkupplungsverbinder.
Weiter Bezug nehmend auf 1 umfasst das Sensorsystem 16 in der veranschaulichten Ausführungsform einen sichtbasierten Kupplungswinkelsensor 44 zum Abtasten des Kupplungswinkels γ zwischen dem Fahrzeug 14 und dem Anhänger 12. Der veranschaulichte Kupplungswinkelsensor 44 verwendet eine Kamera 46 (z. B. Videoabbildungskamera), welche in der Nähe eines oberen Bereichs der Fahrzeugheckklappe 48 an der Rückseite des Fahrzeugs 14 wie gezeigt angeordnet sein kann, so dass die Kamera 46 relativ zur Zunge 36 des Anhängers 12 erhöht sein kann. Die veranschaulichte Kamera 46 weist ein Abbildungsfeld der Ansicht 50 auf, welches angeordnet und ausgerichtet ist, um ein oder mehrere Bilder des Anhängers 12 zu erfassen, einschließlich einer Region mit einer oder mehreren gewünschten Zielplatzierungszonen für wenigstens ein Ziel 52, das gesichert werden soll. Obwohl erwogen wird, dass die Kamera 46 Bilder des Anhängers 12 ohne ein Ziel 52 erfassen kann, um den Kupplungswinkel γ zu bestimmen, umfasst das Anhänger-Rückfahrassistenzsystem 10 in der veranschaulichten Ausführungsform ein Ziel 52, welches auf dem Anhänger 12 angeordnet ist, um zu ermöglichen, dass das Anhänger-Rückfahrassistenzsystem 10 Informationen nutzt, die über Bilderfassung und Verarbeitung des Ziels 52 erfasst werden. Beispielsweise kann die veranschaulichte Kamera 46 eine Videoabbildungskamera umfassen, welche wiederholt aufeinanderfolgende Bilder des Anhängers 12 erfasst, die verarbeitet werden können, um das Ziel 52 und seine Anordnung am Anhänger 12 zu identifizieren, um die Bewegung des Ziels 52 und des Anhängers 12 relativ zum Fahrzeug 14 und entsprechenden Kupplungswinkel γ zu bestimmen. Es sollte auch beachtet werden, dass die Kamera 46 eine oder mehrere Videoabbildungskameras umfassen und an anderen Stellen am Fahrzeug 14 angeordnet sein kann, um Bilder des Anhängers 12 und die gewünschte Zielplatzierungszone zu erfassen, beispielsweise an einer Fahrgastkabine 54 des Fahrzeugs 14, um Bilder eines Gooseneck-Anhängers zu erfassen. Ferner ist vorgesehen, dass zusätzliche Ausführungsformen des Kupplungswinkelsensors 44 und des Sensorsystems 16 zum Bereitstellen des Kupplungswinkels γ ein(en) oder eine Kombination von einem Potentiometer, einem magnetbasierten Sensor, einem optischen Sensor, einem Näherungssensor, einem Drehsensor, einem kapazitiven Sensor, einem induktiven Sensor oder einem mechanisch basierten Sensor umfassen können, wie beispielsweise eine mechanische Sensorbaugruppe, welche auf der Schwenkkugelgelenkverbindung 42 montiert ist, ein Gierratensensor am Anhänger 12 und Fahrzeug 14, Energiewandler eines Rückfahrhilfesystems, ein Blind-Spot-System und/oder ein Querverkehrswarnsystem, und anderen denkbaren Sensoren oder Indikatoren des Kupplungswinkels γ, welche ergänzend zum oder anstelle des sichtbasierten Kupplungswinkelsensors 44 verwendet werden.
Unter Bezugnahme auf die in 2 gezeigte Ausführungsform des Anhänger-Rückfahrassistenzsystems 10 stellt der Kupplungswinkelsensor 44 den abgetasteten Kupplungswinkel γ dem Anhänger-Rückfahrassistenzsystem 10 bereit. In ähnlicher Weise empfängt die veranschaulichte Ausführungsform des Anhänger-Rückfahrassistenzsystems 10 Informationen in Bezug auf den Fahrzeugzustand von weiteren Sensoren und Vorrichtungen. Diese Informationen umfassen Positionierungsinformationen von einer Positionierungsvorrichtung 56, welche ein globales Positionierungssystem (GPS) am Fahrzeug 14 oder eine gehandhabte Vorrichtung umfassen kann, um eine Koordinatenposition des Fahrzeugs 14 und des Anhängers 12 basierend auf der Position der Positionierungsvorrichtung 56 in Bezug auf den Anhänger 12 und/oder das Fahrzeug 14 und basierend auf dem abgetasteten Kupplungswinkel γ zu bestimmen. Die Positionierungsvorrichtung 56 kann zusätzlich oder alternativ ein Koppelnavigationssystem zur Bestimmung der Koordinatenposition des Fahrzeugs 14 und des Anhängers 12 in einem lokalisierten Koordinatensystem umfassen, welches wenigstens auf der Fahrzeuggeschwindigkeit, dem Lenkwinkel und dem Kupplungswinkel γ basiert. Andere Fahrzeuginformationen, welche vom Anhänger-Rückfahrassistenzsystem 10 empfangen werden, können eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs 14 von einem Geschwindigkeitssensor 58 und eine Gierrate des Fahrzeugs 14 von einem Giersensor 60 umfassen. Es wird erwogen, dass der Kupplungswinkelsensor 44 und andere Fahrzeugsensoren und Vorrichtungen in weiteren Ausführungsformen Sensorsignale oder andere Informationen bereitstellen können, wie beispielsweise Näherungssensorsignale oder aufeinanderfolgende Bilder des Anhängers 12, welche eine Steuerung des Anhänger-Rückfahrassistenzsystems 10 mit verschiedenen Routinen verarbeiten kann, um einen Wert oder einen Indikator zu bestimmen, wie beispielsweise einen Kupplungswinkelwert oder einen Bereich von Kupplungswinkeln γ.
Die Ausführungsform des in 2 gezeigten Anhänger-Rückfahrassistenzsystems umfasst auch den Objektnäherungssensor 17, welcher die Nähe eines Objekts 19 an die Krümmungssteuerung 28 des Anhänger-Rückfahrassistenzsystems 10 bereitstellt. Genauer gesagt stellt der Objektnäherungssensor 17 dem Anhänger-Rückfahrassistenzsystem 10 Näherungsinformationen des Objekts 19 bereit, welche Informationen umfassen können, die eine Position des Objekts 19 oder von Objekten relativ zum Fahrzeug und/oder Anhänger schätzen. Der Objektnäherungssensor 17 kann einen einzelnen Sensor, mehrere Sensoren und verschiedene Kombinationen von Sensoren und Sensorsystemen umfassen, um Informationen zu erfassen, zu generieren und auszugeben, welche die Nähe des Objekts 19 charakterisieren, das zum Fahrzeug und/oder Anhänger benachbart ist, wie hierin ausführlicher beschrieben ist. Dementsprechend kann der Objektnäherungssensor 17 Teile des Kupplungswinkelsensors 44, der Positionierungsvorrichtung 56 oder anderer zusätzlicher Sensoren und Vorrichtungen umfassen oder damit integriert sein. Das Anhänger-Rückfahrassistenzsystem 10 kann die Näherungsinformationen des Objekts 19 oder von Objekten als Eingabe an die Krümmungssteuerung verwenden, um eine Kollision mit dem Objekt 19 oder Objekten zu vermeiden, wie beispielsweise durch Begrenzen der verfügbaren Reihe 23 von Rückfahrwegen, welche von der Lenkeingabevorrichtung wählbar sind, durch Korrigieren eines aktuellen Rückfahrwegs oder anderweitiges Verhindern, dass der Anhänger und das Fahrzeug mit dem Objekt 19 in Kontakt kommen, wie im Folgenden ausführlicher offenbart wird.
Wie ferner in 2 gezeigt, kommuniziert eine Ausführungsform des Anhänger-Rückfahrassistenzsystems 10 mit einem Servolenkungssystem 62 des Fahrzeugs 14, um gelenkte Räder 64 (1) des Fahrzeugs 14 zum Bewegen des Fahrzeugs 14 in einer solchen Weise zu betreiben, dass der Anhänger 12 in Übereinstimmung mit der gewünschten Krümmung des Anhängers 12 reagiert. In der veranschaulichten Ausführungsform ist das Servolenkungssystem 62 ein System zur elektrischen Servolenkung (Electric Power-Assisted Steering, EPAS), welches einen elektrischen Lenkmotor 66 zum Drehen der gelenkten Räder 64 auf einen Lenkwinkel basierend auf einem Lenkbefehl umfasst, wobei der Lenkwinkel von einem Lenkwinkelsensor 67 des Servolenkungssystem 62 abgetastet wird. Der Lenkbefehl kann vom Anhänger-Rückfahrassistenzsystem 10 für eine autonome Lenkung während eines Rückfahrmanövers bereitgestellt werden und kann alternativ manuell über eine Drehposition (z. B. Lenkradwinkel) eines Lenkrads 68 (1) bereitgestellt werden. In der veranschaulichten Ausführungsform ist das Lenkrad 68 des Fahrzeugs 14 jedoch mechanisch mit den gelenkten Rädern 64 des Fahrzeugs 14 gekoppelt, so dass sich das Lenkrad 68 gemeinsam mit den gelenkten Rädern 64 bewegt, wodurch ein manueller Eingriff mit dem Lenkrad 68 während einer autonomem Lenkung verhindert wird. Genauer gesagt wird ein Drehmomentsensor 70 am Servolenkungssystem 62 bereitgestellt, welcher ein Drehmoment auf dem Lenkrad 68 abtastet, das nicht von der autonomen Steuerung des Lenkrads 68 erwartet wird und somit indikativ für einen manuellen Eingriff ist, wobei das Anhänger-Rückfahrassistenzsystem 10 den Fahrer warnen kann, den manuellen Eingriff mit dem Lenkrad 68 und/oder die autonome Lenkung zu beenden.
Unter erneuter Bezugnahme auf die in 2 veranschaulichte Ausführungsform stellt das Servolenkungssystem 62 die Krümmungssteuerung 28 des Anhänger-Rückfahrassistenzsystems 10 mit Informationen in Bezug auf eine Drehposition der gelenkten Räder 64 des Fahrzeugs 14, einschließlich eines Lenkwinkels, bereit. Die Krümmungssteuerung 28 in der veranschaulichten Ausführungsform verarbeitet den aktuellen Lenkwinkel zusätzlich zu anderen Zuständen des Fahrzeugs 14 und Anhängers 12, um den Anhänger 12 entlang des gewünschten Rückfahrwegs 26 und/oder der gewünschten Krümmung zu führen. Es ist denkbar, dass das Anhänger-Rückfahrassistenzsystem 10 in weiteren Ausführungsformen eine integrierte Komponente des Servolenkungssystems 62 sein kann. Beispielsweise kann das Servolenkungssystem 62 einen Anhänger-Rückfahrassistenzalgorithmus zum Generieren von Fahrzeuglenkinformationen und Befehlen als Funktion von allen oder einem Teil der Informationen umfassen, welche von der Lenkeingabevorrichtung 18, dem Kupplungswinkelsensor 44, dem Servolenkungssystem 62, einem Bremssteuerungssystem 72, einem Antriebsstrangsteuerungssystem 74 und anderen Fahrzeugsensoren und Vorrichtungen empfangen werden.
Wie auch in 2 veranschaulicht, kann das Bremssteuerungssystem 72 auch mit der Krümmungssteuerung 28 kommunizieren, um dem Anhänger-Rückfahrassistenzsystem 10 Bremsinformationen, wie beispielsweise Radgeschwindigkeit, bereitzustellen und um Bremsbefehle von der Krümmungssteuerung 28 zu empfangen. Beispielsweise können Fahrzeuggeschwindigkeitsinformationen von einzelnen Radgeschwindigkeiten bestimmt werden, wie vom Bremssteuerungssystem 72 überwacht. Die Fahrzeuggeschwindigkeit kann auch von dem Antriebsstrangsteuerungssystem 74, dem Geschwindigkeitssensor 58 und der Positionierungsvorrichtung 56, neben anderen denkbaren Mitteln, bestimmt werden. In einigen Ausführungsformen können einzelne Radgeschwindigkeiten auch verwendet werden, um eine Fahrzeuggierrate zu bestimmen, welche dem Anhänger-Rückfahrassistenzsystem 10 alternativ oder zusätzlich zum Giersensor 60 zur Verwendung bei der Bestimmung der Fahrzeuglenkbefehle bereitgestellt werden kann. In bestimmten Ausführungsformen kann das Anhänger-Rückfahrassistenzsystem 10 Fahrzeugbremsinformationen an das Bremssteuerungssystem 72 bereitstellen, um zu ermöglichen, dass das Anhänger-Rückfahrassistenzsystem 10 das Bremsen des Fahrzeugs 14 während des Rückwärtsfahrens des Anhängers 12 steuert. Beispielsweise kann das Anhänger-Rückfahrassistenzsystem 10 in einigen Ausführungsformen die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 14 während des Rückwärtsfahrens des Anhängers 12 regeln, wodurch das Potenzial für inakzeptable Anhänger-Rückfahrzustände reduziert werden kann. Beispiele für inakzeptable Anhänger-Rückfahrzustände umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, einen Übergeschwindigkeitszustand des Fahrzeugs 14, eine hohe Kupplungswinkelrate, dynamische Instabilität des Anhängerwinkels, einen berechneten theoretischen Ausbrechzustand des Anhängers (definiert durch einen maximalen Fahrzeuglenkwinkel, Deichsellänge, Radstand des Zugfahrzeugs und eine effektive Anhängerlänge) oder Ausbrechbegrenzung mit physischem Kontakt (definiert durch eine Winkelverlagerungsgrenze relativ zum Fahrzeug 14 und Anhänger 12) und dergleichen. Es wird hierin offenbart, dass das Anhänger-Rückfahrassistenzsystem 10 ein Warnsignal ausgeben kann, welches einer Benachrichtung über einen tatsächlichen, bevorstehenden und/oder erwarteten inakzeptablen AnhängerRückfahrzustand entspricht.
Unter fortgesetzter Bezugnahme auf 2 kann das Anhänger-Rückfahrassistenzsystem 10 in der veranschaulichten Ausführungsform mit einer oder mehreren Vorrichtungen kommunizieren, einschließlich eines Fahrzeugwarnsystems 76, welche Fahrzeugbremslichter 78 und Fahrzeugwarnblinklichter zur Bereitstellung einer visuellen Warnung und eine Fahrzeughupe 79 und/oder Lautsprecher 81 zur Bereitstellung einer hörbaren Warnung umfassen können. Darüber hinaus kann das Anhänger-Rückfahrassistenzsystem 10 mit einer Mensch-Maschine-Schnittstelle (Human Machine Interface, HMI) 80 für das Fahrzeug 14 kommunizieren, einschließlich einer Fahrzeuganzeige 82, wie beispielsweise eine am Center-Stack montierte Navigations-/Unterhaltungsanzeige (1). Ferner kann das Anhänger-Rückfahrassistenzsystem 10 über drahtlose Kommunikation mit einer weiteren Ausführungsform der HMI 80 kommunizieren, wie beispielsweise mit einer oder mehreren handgehaltenen oder tragbaren Vorrichtungen, einschließlich eines oder mehreren Smartphones. Die tragbare Vorrichtung kann auch die Anzeige 82 zum Anzeigen eines oder mehrerer Bilder und anderer Informationen für einen Benutzer umfassen. Beispielsweise kann die tragbare Vorrichtung ein oder mehrere Bilder des Anhängers 12 und die Zielposition innerhalb einer gewünschten Zielplatzierungszone auf der Anzeige anzeigen. Darüber hinaus kann die tragbare Vorrichtung Feedbackinformationen über die Fahrzeugzielverbindung, einschließlich visueller und hörbarer Warnungen, bereitstellen.
Wie ferner in 2 veranschaulicht, umfasst das Anhänger-Rückfahrassistenzsystem 10 eine Lenkeingabevorrichtung 18, welche mit der Krümmungssteuerung 28 verbunden ist, um die Kommunikation von Informationen dazwischen zu ermöglichen. Es wird hierin offenbart, dass die Lenkeingabevorrichtung 18 in einer drahtgebundenen oder drahtlosen Weise mit der Krümmungssteuerung 28 gekoppelt sein kann. Die Lenkeingabevorrichtung 18 stellt dem Anhänger-Rückfahrassistenzsystem 10 Informationen bereit, welche den gewünschten Rückfahrweg 26 des Anhängers 12 definieren, damit die Krümmungssteuerung 28 Lenkbefehle verarbeitet und generiert. Die Lenkbefehle des Anhängers können Informationen umfassen, welche sich auf eine befohlene Änderung des Fahrwegs beziehen, wie beispielsweise eine Änderung im Radius des Rückfahrwegs 26 (z. B. Krümmung), und Informationen, welche sich auf eine Anzeige beziehen, dass der Anhänger 12 entlang eines Wegs fahren soll, der durch eine Längsmittellinienachse des Anhängers 12 definiert ist (d. h. entlang eines im Wesentlichen geraden Fahrwegs). Wie nachstehend ausführlicher erläutert wird, kann die Lenkeingabevorrichtung 18 gemäß der veranschaulichten Ausführungsform die Modusauswahlvorrichtung 20 zur Auswahl der Längsrichtung 22 des Anhängers 12, der Längsrichtung 24 des Fahrzeugs 14 oder der Krümmung basierend auf dem vorliegenden Kupplungswinkel γ oder Eingriff von einer anderen Lenkeingabevorrichtung 18, wie beispielsweise dem drehbaren Knopf 30, umfassen. Dementsprechend kann die Lenkeingabevorrichtung 18 in der veranschaulichten Ausführungsform auch eine Drehsteuerungseingabevorrichtung umfassen, um einem Fahrer des Fahrzeugs 14 zu ermöglichen, gewünschte Lenkaktionen des Anhängers zu befehlen oder anderweitig den gewünschten Rückfahrweg 26 auszuwählen. Beispielsweise kann die Drehsteuerungseingabevorrichtung ein drehbarer Knopf 30 sein, welcher um eine Drehachse drehbar ist, die sich durch eine obere Oberfläche oder Fläche des Knopfs erstreckt. In anderen Ausführungsformen kann der drehbare Knopf 30 um eine Drehachse drehbar sein, welche sich zu einer oberen Oberfläche oder Fläche des drehbaren Knopfs 30 im Wesentlichen parallel erstreckt. Ferner kann die Lenkeingabevorrichtung 18 gemäß weiteren Ausführungsformen alternative Vorrichtungen zum Bereitstellen eines gewünschten Rückfahrwegs 26 umfassen, wie beispielsweise einen Joystick, drückbare Tasten, Schiebeeingabegeräte, verschiedene Bedienelemente auf einer tragbaren Vorrichtung, verschiedene Benutzerschnittstellen auf einer Berührungsbildschirmanzeige, sichtbasierte Systeme zum Empfangen von Gesten, einen Bahnplaner oder ein anderes programmierbares Routensystem und andere denkbare Eingabevorrichtungen, wie sie im Allgemeinen von Durchschnittsfachleuten verstanden werden.
Weiter Bezug nehmend auf die in 2 gezeigte Ausführungsform ist die Krümmungssteuerung 28 mit einem Mikroprozessor 84 ausgelegt, um im Speicher 86 gespeicherte Logik und Routinen zu verarbeiten, welche Informationen von der Lenkeingabevorrichtung 18, dem Kupplungswinkelsensor 44, dem Servolenkungssystem 62, dem Bremssteuerungssystem 72, dem Antriebsstrangsteuerungssystem 74 und anderen Fahrzeugsensoren und Vorrichtungen empfangen. Die Krümmungssteuerung 28 kann Fahrzeuglenkinformationen und Befehle als Funktion von allen oder einem Teil der Informationen generieren, welche von der Lenkeingabevorrichtung 18, dem Kupplungswinkelsensor 44, dem Servolenkungssystem 62, dem Bremssteuerungssystem 72, dem Antriebsstrangsteuerungssystem 74 und anderen Fahrzeugsensoren und Vorrichtungen empfangen werden. Danach können die Fahrzeuglenkinformationen und Befehle dem Servolenkungssystem 62 bereitgestellt werden, um das Lenken des Fahrzeugs 14 zu beeinflussen, um einen befohlenen Fahrweg für den Anhänger 12 zu erreichen. Die Krümmungssteuerung 28 kann den Mikroprozessor 84 und/oder andere analoge und/oder digitale Schaltungen zur Verarbeitung einer oder mehrerer Routinen umfassen. Auch kann die Krümmungssteuerung 28 den Speicher 86 zum Speichern einer oder mehrerer Routinen umfassen, einschließlich einer Routine für den Anhänger geradeaus, einer Routine für das Fahrzeug geradeaus und einer Routine für eine gesperrte Krümmung. Es sollte erkannt werden, dass die Krümmungssteuerung 28 eine eigenständige dedizierte Steuerung oder eine gemeinsam genutzte Steuerung sein kann, welche mit anderen Steuerungsfunktionen integriert ist, wie beispielsweise mit dem Sensorsystem 16, dem Servolenkungssystem 62 und anderen denkbaren Onboard- oder Offboard-Fahrzeugsteuersystemen.
Unter Bezugnahme auf 3 wenden wir uns nun einer Erörterung über Fahrzeug- und Anhängerinformationen und Parameter zu, welche verwendet werden, um eine kinematische Beziehung zwischen einer Krümmung eines Fahrwegs des Anhängers 12 und dem Lenkwinkel des Fahrzeugs, das den Anhänger 12 zieht, zu berechnen, wobei ein kinematisches Modell niedriger Ordnung für ein Anhänger-Rückfahrassistenzsystem 10, welches gemäß einigen Ausführungsformen ausgelegt ist, erwünscht sein kann. Um ein solches kinematisches Modell niedriger Ordnung zu erreichen, werden bestimmte Annahmen im Hinblick auf Parameter gemacht, die dem Fahrzeug/Anhänger-System zugeordnet sind. Beispiele solcher Annahmen umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, dass der Anhänger 12 durch das Fahrzeug 14 mit einer relativ niedrigen Geschwindigkeit rückwärts gefahren wird, dass die Räder des Fahrzeugs 14 und des Anhängers 12 einen vernachlässigbaren (z. B. keinen) Schlupf aufweisen, dass die Reifen des Fahrzeugs 14 und des Anhängers 12 eine vernachlässigbare (z. B. keine) Verformung aufweisen, dass die Aktuatordynamik des Fahrzeugs 14 vernachlässigbar ist, dass das Fahrzeug 14 und der Anhänger 12 vernachlässigbare (z. B. keine) Roll- oder Nickbewegungen aufweisen, neben anderen denkbaren Faktoren mit dem Potenzial, dass sie einen Einfluss auf die Steuerung des Anhängers 12 mit dem Fahrzeug 14 aufweisen.
Wie in 3 gezeigt, basiert die kinematische Beziehung für ein durch ein Fahrzeug 14 und einen Anhänger 12 definiertes System auf verschiedenen Parametern, die dem Fahrzeug 14 und dem Anhänger 12 zugeordnet sind. Diese Parameter umfassen:

δ: Lenkwinkel an den gelenkten Vorderrädern des Fahrzeugs 14;
α: Gierwinkel des Fahrzeugs 14;
β : Gierwinkel des Anhängers 12;
γ: Kupplungswinkel (γ = β-α);
W: Radstand des Fahrzeugs 14;
L: Länge zwischen dem Kupplungspunkt und der Hinterachse des Fahrzeugs 14;
D: Abstand zwischen dem Kupplungspunkt und der Achse des Anhängers 12 oder effektiven Achse für einen mehrachsigen Anhänger 12 (Achsenlänge kann ein Äquivalent sein); und
r₂: Krümmungsradius für den Anhänger 12.

Eine Ausführungsform einer kinematischen Beziehung zwischen dem Anhängerwegkrümmungsradius r₂ am Mittelpunkt einer Achse des Anhängers 12, dem Lenkwinkel δ der gelenkten Räder 64 des Fahrzeugs 14 und dem Kupplungswinkel γ kann mittels der unten bereitgestellten Gleichung ausgedrückt werden. Als solche kann die Anhängerwegkrümmung κ₂, falls der Kupplungswinkel γ bereitgestellt wird, basierend auf der Regelung des Lenkwinkels δ gesteuert werden (wobei β^̇̇ die Anhängergierrate ist und η̇ die Anhängergeschwindigkeit ist). $κ_{2} = \frac{1}{r_{2}} = \frac{\dot{β}}{\dot{η}} = \frac{(W + \frac{K V^{2}}{g}) sin γ + L cos γ + tan δ}{D ((W + \frac{K V^{2}}{g}) cos γ - L sin γ tan δ)}$
Diese Beziehung kann ausgedrückt werden, um den Lenkwinkel δ als Funktion der Anhängerwegkrümmung k₂ und des Kupplungswinkels γ bereitzustellen. $δ = {tan}^{- 1} (\frac{(W + \frac{K V^{2}}{g}) [κ_{2} D cos γ - sin γ]}{D L κ_{2} sin γ + L cos γ}) = F (γ, κ_{2}, K)$
Dementsprechend sind bestimmte Parameter der kinematischen Beziehung (z. B. D, W und L) für eine bestimmte Fahrzeug- und Anhängerkombination konstant und als bekannt angenommen V ist die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit und g ist die Beschleunigung aufgrund der Schwerkraft. K ist ein von der Geschwindigkeit abhängiger Parameter, welcher, wenn er auf Null gesetzt wird, die Berechnung des Lenkwinkels von der Fahrzeuggeschwindigkeit unabhängig macht. Beispielsweise können für das Fahrzeug spezifische Parameter der kinematischen Beziehung in einem elektronischen Steuersystem des Fahrzeugs 14 vordefiniert werden und für den Anhänger spezifische Parameter der kinematischen Beziehung können durch einen Fahrer des Fahrzeugs 14 eingegeben werden, vom abgetasteten Anhängerverhalten in Reaktion auf Fahrzeuglenkbefehle bestimmt oder anderweitig von Signalen bestimmt, welche vom Anhänger 12 bereitgestellt werden. Die Anhängerwegkrümmung κ₂ wird aus der Fahrereingabe über die Lenkeingabevorrichtung bestimmt. Durch die Verwendung der Gleichung zum Bereitstellen des Lenkwinkels kann ein entsprechender Lenkbefehl zum Steuern des Servolenkungssystems 62 des Fahrzeugs 14 generiert werden.
Eine noch weitere Ausführungsform der Krümmungssteuerung 28 des Anhänger-Rückfahrassistenzsystems 10 ist in 4 veranschaulicht, welche das allgemeine Architekturlayout zeigt, wobei ein Messmodul 88, ein Kupplungswinkelregler 90 und ein Krümmungsregler 92 Routinen sind, die im Speicher 86 der Krümmungssteuerung 28 gespeichert sind. Im veranschaulichten Layout stellt die Lenkeingabevorrichtung 18 dem Krümmungsregler 92 der Krümmungssteuerung 28 einen gewünschten Wert für die Krümmung κ₂ bereit, welcher vom gewünschten Rückfahrweg 26 bestimmt werden kann, der in der Lenkeingabevorrichtung 18 eingegeben wird. Der Krümmungsregler 92 berechnet einen gewünschten Kupplungswinkel γ(d) basierend auf der aktuell gewünschten Krümmung κ₂ zusammen mit dem Lenkwinkel δ, welcher von einem Messmodul 88 in dieser Ausführungsform der Krümmungssteuerung 28 bereitgestellt wird. Das Messmodul 88 kann eine Speichervorrichtung sein, welche getrennt von oder mit der Krümmungssteuerung 28 integriert ist, die Daten von Sensoren des Anhänger-Rückfahrassistenzsystems 10 speichert, wie beispielsweise dem Kupplungswinkelsensor 44, dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 58, dem Lenkwinkelsensor, oder alternativ kann das Messmodul 88 anderweitig Daten direkt von den Sensoren übertragen, ohne als Speichervorrichtung zu fungieren. Sobald der gewünschte Kupplungswinkel γ(d) vom Krümmungsregler 92 berechnet ist, generiert der Kupplungswinkelregler 90 einen Lenkwinkelbefehl basierend auf dem berechneten gewünschten Kupplungswinkel γ(d) sowie einen gemessenen Kupplungswinkel γ(m) und eine aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs 14. Der Lenkwinkelbefehl wird dem Anhänger-Rückfahrassistenzsystem 62 des Fahrzeugs 14 bereitgestellt, welcher dann zurück zum Messmodul 88 eingespeist wird, um die Auswirkungen anderer Fahrzeugeigenschaften, die von der Implementierung des Lenkwinkelbefehls oder anderer Änderungen am System beeinflusst werden, neu zu bewerten. Dementsprechend verarbeiten der Krümmungsregler 92 und der Kupplungswinkelregler 90 laufend Informationen vom Messmodul 88, um genaue Lenkwinkelbefehle bereitzustellen, die den Anhänger 12 auf der gewünschten Krümmung κ₂ und dem gewünschten Rückfahrweg 26 ohne wesentliche Überschwingung oder kontinuierliche Oszillation des Fahrwegs um die gewünschte Krümmung κ₂ positionieren.
Wie auch in 5 gezeigt, ist die in 4 gezeigte Ausführungsform der Krümmungssteuerung 28 in einem Steuersystem-Blockschaltbild veranschaulicht. Insbesondere ist das Eintreten in das Steuersystem eine Eingabe κ₂, welche die gewünschte Krümmung des gewünschten Rückfahrwegs 26 des Anhängers 12 repräsentiert, die dem Krümmungsregler 92 bereitgestellt wird. Der Krümmungsregler 92 kann als statische Zuordnung p(κ₂,δ), welche in einer Ausführungsform die folgende Gleichung ist, ausgedrückt werden: $p (κ_{2}, δ) = {tan}^{- 1} (\frac{κ_{2} D + L tan (δ)}{κ_{2} D L tan (δ) - W})$
wobei:

κ₂ repräsentiert die gewünschte Krümmung des Anhängers 12 oder 1/r₂, wie in 3 gezeigt;
δ repräsentiert den Lenkwinkel;
L repräsentiert den Abstand von der Hinterachse des Fahrzeugs 14 zum Kupplungsschwenkpunkt;
D repräsentiert den Abstand vom Kupplungsschwenkpunkt zur Achse des Anhängers 12; und
W repräsentiert den Abstand von der Hinterachse zur Vorderachse des Fahrzeugs 14.

Unter weiterer Bezugnahme auf 5 wird der ausgegebene Kupplungswinkel p(κ₂, δ) als Referenzsignal γ_ref für den Rest des Steuersystems bereitgestellt, obwohl der Wert des Lenkwinkels δ, welcher vom Krümmungsregler 92 verwendet wird, Feedback von der nicht-linearen Funktion des Kupplungswinkelreglers 90 ist. Es wird gezeigt, dass der Kupplungswinkelregler 90 Feedbacklinearisierung wie folgt für die Definition eines Feedbackregelgesetzes verwendet: $g (u, y, v) = δ = {tan}^{- 1} (\frac{W}{ν (1 + \frac{L}{D} c o s (γ))} (u - \frac{ν}{D} sin (γ)))$
Wie auch in 5 gezeigt, ist das Feedbackregelgesetz g(u, γ, v) mit einer Proportional-Integral (PI)-Steuerung implementiert, wobei der Integralanteil stationäre Verfolgungsfehler im Wesentlichen beseitigt. Genauer gesagt kann das in 5 veranschaulichte Steuersystem als die folgenden differential-algebraischen Gleichungen ausgedrückt werden: $\dot{γ} (t) = \frac{ν (t)}{D} sin (γ (t)) + (1 + \frac{L}{D} c o s (γ (t))) \frac{ν (t)}{W} \bar{δ}$
$tan (δ) = \bar{δ} = \frac{W}{ν (t) (1 + \frac{L}{D} cos (γ (t)))} (K_{P} (p (κ_{2}, δ) - γ (t)) - \frac{ν (t)}{D} sin (γ (t)))$
Es wird erwogen, dass die PI-Steuerung Verstärkungsterme basierend auf der Anhängerlänge D aufweisen kann, da kürzere Anhänger in der Regel eine schnellere Dynamik aufweisen. Darüber hinaus kann der Kupplungswinkelregler 90 ausgelegt sein, um zu verhindern, dass der gewünschte Kupplungswinkel γ(d) einen Ausbrechwinkel γ(j) erreicht oder überschreitet, wie von der Steuerung berechnet oder anderweitig vom Anhänger-Rückfahrassistenzsystem 10 bestimmt, wie hierin ausführlicher beschrieben.
Bezug nehmend nun auf 6 ist es in den veranschaulichten Ausführungsformen des offenbarten Gegenstands wünschenswert, das Potenzial für das Fahrzeug 14 und den Anhänger 12, einen Ausbrechwinkel zu erreichen (d. h. das Fahrzeug/Anhänger-System erreicht einen Ausbrechzustand), zu begrenzen. Ein Ausbrechwinkel γ(j) bezieht sich auf einen Kupplungswinkel γ, welcher während des Rückwärtsfahrens nicht durch die maximale Lenkeingabe für ein Fahrzeug überwunden werden kann, wie beispielsweise wenn die gelenkten Vorderräder des Fahrzeugs 14 auf einen maximalen gelenkten Winkel δ mit einer maximalen Rate von Lenkwinkeländerung bewegt werden. Der Ausbrechwinkel γ(j) ist eine Funktion eines maximalen Radwinkels des gelenkten Rads des Fahrzeugs 14, des Radstands W des Fahrzeugs 14, des Abstands L zwischen dem Kupplungspunkt und der Hinterachse des Fahrzeugs 14 und der Länge D zwischen dem Kupplungspunkt und der Achse des Anhängers 12 oder der effektiven Achse des Anhängers 12, wenn der Anhänger 12 mehrere Achsen aufweist. Wenn der Kupplungswinkel γ für das Fahrzeug 14 und den Anhänger 12 den Ausbrechwinkel γ(j) erreicht oder überschreitet, kann das Fahrzeug 14 vorwärts gezogen werden, um den Kupplungswinkel γ zu reduzieren. Um das Potenzial zu begrenzen, dass ein Fahrzeug/Anhänger-System einen Ausbrechwinkel erreicht, wird es folglich bevorzugt, den Gierwinkel des Anhängers 12 zu steuern, während gleichzeitig der Kupplungswinkel γ des Fahrzeug/Anhänger-Systems relativ klein gehalten wird.
Eine kinematische Modellrepräsentation des Fahrzeugs 14 und des Anhängers 12 kann verwendet werden, um einen Ausbrechwinkel für die Fahrzeug/AnhängerKombination zu bestimmen. Dementsprechend erfordert eine Lenkwinkelbegrenzung für die gelenkten Vorderräder unter Bezugnahme auf 3 und 6, dass der Kupplungswinkel γ nicht den Ausbrechwinkel γ(j) überschreiten kann, welcher auch als kritischer Kupplungswinkel γ bezeichnet wird. Folglich ist der Ausbrechwinkel γ(j) unter der Einschränkung, dass der Kupplungswinkel γ den Ausbrechwinkel γ(j) nicht überschreiten kann, der Kupplungswinkel γ, welcher eine kreisförmige Bewegung für das Fahrzeug/Anhänger-System aufrechterhält, wenn die gelenkten Räder 64 bei einem maximalen Lenkwinkel δ(max) sind. Der Lenkwinkel für eine kreisförmige Bewegung mit dem Kupplungswinkel γ ist anhand der nachfolgenden Gleichung definiert. $tan δ_{max} = \frac{w sin γ_{max}}{D + L cos γ_{max}}$
Die Lösung der obigen Gleichung für den Kupplungswinkel γ ermöglicht das Bestimmen des Ausbrechwinkels γ(j). Diese Lösung, welche in der folgenden Gleichung gezeigt ist, kann beim Implementieren der Anhänger-Rückfahrassistenzfunktionalität gemäß dem offenbarten Gegenstand zur Überwachung des Kupplungswinkels γ relativ zum Ausbrechwinkel verwendet werden. $cos \bar{γ} = \frac{- b \pm \sqrt{b^{2} - 4 ac}}{2 a}$
wobei: $a = L^{2} {tan}^{2} δ (max) + W^{2};$
$b = 2 {LD tan}^{2} δ (max); und$
$c = D^{2} {tan}^{2} δ (max) - W^{2} .$
Um das Anhänger-Rückfahrassistenzsystem 10 zu aktivieren, interagiert der Fahrer mit dem Anhänger-Rückfahrassistenzsystem 10, und das Anhänger-Rückfahrassistenzsystem 10 lenkt automatisch, wenn der Fahrer das Fahrzeug 14 rückwärts fährt. Wie oben erläutert, kann der Fahrer den Anhängerrückfahrweg 26 mittels einer Lenkeingabevorrichtung 18 befehlen, und die Krümmungssteuerung 28 kann den Fahrzeuglenkwinkel bestimmen, um den gewünschten Rückfahrweg 26 zu erzielen, wobei der Fahrer das Gaspedal und die Bremse steuert, während das Anhänger-Rückfahrassistenzsystem 10 die Lenkung steuert.
Unter Bezugnahme auf 7, wenn ein Fahrer des Fahrzeugs 14 den Anhänger 12 rückwärts fährt, kann der Fahrer den drehbaren Knopf 30 drehen, um den gewünschten Rückfahrweg 26 für den Anhänger bereitzustellen oder ähnlich den gewünschten Rückfahrweg 26 zu übersteuern/ändern, welcher von der Modusauswahlvorrichtung 20 befohlen wird. Gemäß der in 7 gezeigten Ausführungsform ist die Lenkeingabevorrichtung 18 als ein drehbarer Knopf 30 ausgeführt, um dem Fahrer des Fahrzeugs 14 zu ermöglichen, durch Anzeigen einer gewünschten Krümmung einen gewünschten Rückfahrweg zu befehlen, wie beispielsweise einen der gewünschten Rückfahrwege 26a-26e. In der veranschaulichten Ausführungsform dreht sich der drehbare Knopf 30 um eine zentrale Achse zwischen einer Mittelposition 114 entsprechend einem im Wesentlichen geraden Rückfahrweg (z. B. gewünschter Rückfahrweg 26c), wie durch die Längsrichtung 22 des Anhängers 12 definiert, und verschiedenen gedrehten Positionen 116, 118, 120, 122 auf gegenüberliegenden Seiten der Mittelposition 114 und befiehlt eine gewünschte Krümmung κ₂ entsprechend einem Radius des entsprechenden gewünschten Rückfahrwegs (z. B. gewünschte Rückfahrwege 26b, 26a, 26d bzw. 26e) für den Anhänger 12 an der befohlenen gedrehten Position.
Bezug nehmend nun auf 8 ist das Anhänger-Rückfahrassistenzsystem 10 mit einer Ausführungsform des Objektnäherungssensors 17 zum Abtasten eines Objekts 19 in einem Umkreisfeld 21 ausgestattet gezeigt. Es ist gut bekannt, dass eine Vielzahl von Sensortechnologien und Systemen vorhanden sind, welche an Fahrzeugen verwendet werden, um die Anwesenheit von und/oder den Abstand zu benachbarten Objekten 19 zum Fahrzeug zu erkennen. Beispielsweise werden Ultraschallsensoren und/oder Kameras bei Active Park Assist verwendet, um Bordsteine, Wände und Fahrzeuge zu erkennen, und Radar wird verwendet, um Fahrer vor Objekten 19 in toten Winkeln des Fahrzeugs und um tote Winkel des Fahrzeugs herum zu warnen. Als solche sind Bildkameras, Ultraschallsensoren und Radar einige Beispiele eines Objektnäherungssensors 17, welcher für die Erfassung von Informationen ausgelegt ist, die die Nähe eines Objekts 19 charakterisieren. Ausführungsformen des Anhänger-Rückfahrassistenzsystems 10 können vorhandene Onboard-Sensoren am Fahrzeug, Zubehörsensoren, welche am Fahrzeug montiert sind, und Sensoren, welche permanent oder vorübergehend am Anhänger angebracht sind, neben anderen denkbaren Näherungssensoranordnungen, verwenden. Es wird verstanden, dass der Objektnäherungssensor 17 dabei einen oder mehrere Sensoren am Fahrzeug, einen oder mehrere Sensoren am Anhänger oder eine Kombination von Sensoren am Fahrzeug und am Anhänger umfassen kann.
Wie in der in 8 veranschaulichten Ausführungsform gezeigt, umfasst der Hindernisnäherungssensor ein Sensorsystem, welches eine Mehrzahl von Sensoren aufweist, die am Fahrzeug und am Anhänger montiert sind. Die veranschaulichte Ausführungsform stellt Sensoren an Seitenspiegeln, einem hinteren Teil des Fahrzeugs und einem hinteren Teil des Anhängers bereit, um ein Umkreisfeld 21 zu definieren. Dementsprechend umfasst das Umkreisfeld 21 in der veranschaulichten Ausführungsform eine Mehrheit des Bereichs, welcher das Fahrzeug und den Anhänger umgibt, wodurch die Nähe der Objekte 19 bestimmt werden kann, wenn sie in der Nähe von einem hinteren Teil des Fahrzeugs, lateralen Seiten des Fahrzeugs, einem vorderen Teil des Anhängers, lateralen Seiten des Anhängers und einem hinteren Teil des Anhängers sind. Beispiele für die am Fahrzeug oder am Anhänger montierten Sensoren umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, einen oder mehrere Ultraschallsensoren, eine oder mehrere Kameras und ein oder mehrere Radar-Transceiver. Wie bereits erwähnt, kann der Objektnäherungssensor 17 zusätzlich oder alternativ Teile des Kupplungswinkelsensors 44, der Positionierungsvorrichtung 56 oder anderer zusätzlicher Sensoren und Vorrichtungen am oder im Fahrzeug umfassen oder damit integriert sein, um Informationen zu erfassen, zu generieren und auszugeben, welche die Nähe des Objekts 19 charakterisieren, das zum Fahrzeug und/oder Anhänger benachbart ist.
Weiter Bezug nehmend auf die in 8 veranschaulichte Ausführungsform kann die Nähe eines Objekts 19 im Umkreisfeld 21 basierend auf der Art des Sensors in der Nähe des Objekts 19 auf verschiedene Weise bestimmt werden. Falls beispielsweise eine Kamera eine der Vorrichtungen ist, welche vom Objektnäherungssensor 17 verwendet werden, der die Position des Objekts 19 relativ zum Fahrzeug und/oder Anhänger abtasten kann, kann die Steuerung 28 ausgelegt sein, um Bilder von der Kamera zu verarbeiten, um den Abstand vom Fahrzeug und/oder Anhänger zum Zweck der Verarbeitung einer Objekterkennungsroutine 130 und einer verfügbaren Wegroutine 132 zu bestimmen, wie hierin ausführlicher offenbart ist. Darüber hinaus, falls ein Ultraschallsensor eine der Vorrichtungen ist, welche vom Objektnäherungssensor 17 verwendet wird, der die Position des Objekts 19 relativ zum Fahrzeug und/oder Anhänger abtasten kann, kann die Steuerung 28 ausgelegt sein, um die Rückkopplungssignale vom Ultraschallsensor zu verarbeiten, um den Abstand vom Fahrzeug und/oder Anhänger zum Zweck der Verarbeitung der Objekterkennungsroutine 130 und der verfügbaren Wegroutine 132 zu bestimmen. Es wird erwogen, dass mehr als ein Sensor des Objektnäherungssensors 17 verwendet werden kann, um die Nähe eines Objekts 19 gleichzeitig abzutasten.
Unter Bezugnahme auf die in 9 gezeigte Ausführungsform werden drei Objekte 19 im Umkreisfeld 21 des Fahrzeugs und des Anhängers abgetastet. Die Objekte 19 können einen Gefahrenbereich, eine Struktur, ein anderes Fahrzeug, ein natürliches Objekt oder andere Hindernisse umfassen, welche die Krümmungssteuerung basierend auf der Nähe dazu vermeiden wird. Die Objekte 19 können auch durch die Positionierungsvorrichtung 56 vordefiniert werden, wie beispielsweise Wassergefahren, welche von einer GPS-Vorrichtung identifiziert werden. Von der Mehrzahl möglicher Wege 25, welche der Anhänger kreuzen kann, wird eine verfügbare Reihe 23 gezeigt, die der Anhänger kreuzen kann, ohne dass das Fahrzeug oder der Anhänger eines der Objekte 19 kontaktiert. Anders ausgedrückt, wird die verfügbare Reihe 23 der Mehrzahl von Wegen generiert, indem Rückfahrwege mit jedem Teil des Fahrzeugs oder Anhängers entfernt werden, welche einen Raum kreuzen, der von den Objekten 19 eingenommen wird. Die Rückfahrwege, welche von der Mehrzahl möglicher Wege 25 entfernt werden, sind hervorgehoben, um die eingegrenzte Verfügbarkeit von Rückfahrwegen zu veranschaulichen, die von der Lenkeingabevorrichtung ausgewählt oder eingegeben werden können. Dementsprechend wird erwogen, dass die Veranschaulichung aus 9 als Bild auf der Anzeige generiert werden kann, um die Position des Fahrzeugs und des Anhängers relativ zum Objekt 19 zu zeigen, zusammen mit der verfügbaren Reihe 23 der Mehrzahl von Rückfahrwegen, die von der Lenkeingabevorrichtung ausgewählt werden können, um das Objekt 19 zu vermeiden.
Weitere Ausführungsformen sind in 9A-9B gezeigt, welche Objekte 19 veranschaulichen, die alternativ mit den entsprechenden verfügbaren Reihen 23 von Rückfahrwegen angeordnet sind, die hinter dem Anhänger im in 9 gezeigten allgemeinen Format gezeigt sind. Wie in 9A gezeigt, ist ein einzelnes Objekt 19 benachbart zum Fahrzeug in der Nähe einer linken Fahrerseite des Fahrzeugs angeordnet. Dementsprechend kann der Objektnäherungssensor 17, wie beispielsweise ein Onboard-Fahrzeugnäherungssensor, der Krümmungssteuerung 28 die Nähe des Objekts 19 bereitstellen. Es wird erwogen, dass der Objektnäherungssensor 17 eine Kamera umfassen kann, welche mit einem Seitenspiegel gekoppelt ist, wie in der in 8 veranschaulichten Ausführungsform gezeigt ist. In Anbetracht der Nähe des in 9A gezeigten Objekts 19 kann das Anhänger-Rückfahrassistenzsystem 10 die gelenkten Räder des Fahrzeugs vom Anpassen über einen Schwellenwertwinkel nach rechts hinaus beim Rückwärtsfahren einschränken, um die Kontaktierung des Objekts 19 zu vermeiden, so dass die verfügbare Reihe 23 von Rückfahrwegen des Anhängers ähnlich eingeschränkt ist.
Wie in 9B veranschaulicht, ist die Nähe des Objekts 19 angeordnet, so dass keine Rückfahrwege in der verfügbaren Reihe 23 vorhanden sind. Insbesondere ist das Objekt 19 hinter dem Anhänger in nahem Abstand zum hinteren Teil des Anhängers angeordnet, so dass ein Vorwärtsmanöver 134 erforderlich sein kann, um den Anhänger für das Fahrzeug neu zu positionieren, um den Anhänger auf einem Rückfahrweg zu führen, der den Bereich, den das Objekt 19 einnimmt, nicht kreuzt. Wenn eine solche Bestimmung gemacht wird, kann das Anhänger-Rückfahrassistenzsystem eine Benachrichtigung an den Fahrer bereitstellen, wie beispielsweise über die Anzeige. Das Vorwärtsmanöver 134 kann gemäß einer Ausführungsform von der Krümmungssteuerung generiert werden, wobei der Kupplungswinkel und das Objekt 19 überwacht werden können, um zu bestimmen, wenn wenigstens ein Rückfahrweg für den Anhänger in der verfügbaren Reihe 23 von Rückfahrwegen bereitgestellt wird. Wie in gestrichelten Linien gezeigt ist, wird ein Vorwärtsmanöver 134 gemäß einer Ausführungsform ausgeführt, um das Fahrzeug und den Anhänger in eine Position vorwärts zu fahren, die wenigstens einen Rückfahrweg in der verfügbaren Reihe 23 von Rückfahrwegen bereitstellt. Es wird erwogen, dass das Vorwärtsmanöver 134 generiert werden kann, um dem Antriebsstrangsteuerungssystem zu befehlen, das automatische Getriebe des Fahrzeugs automatisch im Fahrmodus anzutreiben und Lenkbefehle an das Servolenkungssystem zu generieren, um das Fahrzeug und den Anhänger an einer Stelle zu positionieren, welche wenigstens einen Rückfahrweg in der verfügbaren Reihe 23 von Rückfahrwegen bereitstellt. Ferner ist es denkbar, dass der Objektnäherungssensor 17 weiterhin das Umkreisfeld 21 überwachen kann, einschließlich des Bereichs vor dem Fahrzeug und auf dem Vorwärtsfahrweg, um auf ähnliche Weise eine Kollision mit einem Objekt 19 zu vermeiden.
Bezug nehmend nun auf 10 wird ein Verfahren zum Bereitstellen von Anhänger-Rückfahrassistenzfunktionalität mit Objektvermeidung gezeigt. In der veranschaulichten Ausführungsform kann die Objekterkennungsroutine 130 einen ersten Teil des Verfahrens umfassen, und die verfügbare Wegroutine 132 kann einen anschließenden zweiten Teil des Verfahrens bereitstellen. Das Verfahren in der veranschaulichten Ausführungsform wird bei Schritt 136 eingeleitet, indem der Kupplungswinkel zwischen dem Fahrzeug und dem Anhänger abgetastet wird, was während des Betriebs des Anhänger-Rückfahrassistenzsystems 10 kontinuierlich erfolgen kann. Darüber hinaus wird bei Schritt 138 das Umkreisfeld 21, wie durch den Objektnäherungssensor 17 definiert, auf ein Objekt 19 überwacht, das in das Umkreisfeld 21 eintritt. Während das Umkreisfeld überwacht wird, wird bei Schritt 140 eine Bestimmung vorgenommen, ob sich ein Objekt 19 im Umkreisfeld 21 befindet. In einer Ausführungsform wird das Objekt 19 als in das Umkreisfeld 21 eingetreten betrachtet, falls die Nähe größer als eine Schwellenwertnähe für das spezielle Fahrzeug und den angebrachten Anhänger ist. Als solche kann die Schwellenwertnähe ein festgelegter Abstand zwischen dem Objekt 19 und dem am nächsten liegenden des Fahrzeugs und des Anhängers sein, ein unterschiedlicher Abstand für verschiedene Bereiche des Fahrzeugs und des Anhängers sein oder kann ferner von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und anderen Betriebsparametern abhängig sein, welche die Wahrscheinlichkeit beeinflussen können, dass das Objekt 19 für das Rückfahrmanöver relevant ist. Sobald das Objekt 19 im Umkreisfeld 21 erkannt wird, bestimmt der Näherungssensor bei Schritt 142 die Nähe des Objekts 19 relativ zum Fahrzeug und zum Anhänger. Beispielsweise können der eine oder die mehreren Sensoren des Näherungssensors die Position des Objekts 19, die vom Objekt 19 eingenommene Masse und Fläche und die Geschwindigkeit des Objekts 19, neben anderen denkbaren Näherungsinformationen, bestimmen. Es wird erwogen, dass die Nähe des Objekts 19 gleichzeitig mit der Bestimmung, ob ein Objekt 19 im Umkreisfeld 21 vorhanden ist, bestimmt werden kann. Falls kein Objekt 19 im Umkreisfeld 21 vorhanden ist, ermöglicht das Anhänger-Rückfahrassistenzsystem dem Fahrer die Eingabe eines gewünschten Rückfahrwegs für den Anhänger bei Schritt 144, wie oben für autonomes oder halbautonomes Rückwärtsfahren des Anhängers offenbart ist.
Unter weiterer Bezugnahme auf die Ausführungsform des in 10 veranschaulichten Verfahrens werden bei Schritt 146 die Nähe des Objekts 19 und der abgetastete Kupplungswinkel verwendet, um die verfügbare Reihe 23 von Rückfahrwegen für den Anhänger zu generieren. Hierzu kann die kinematische Beziehung zwischen dem Fahrzeug 14 und dem Anhänger 12 verwendet werden, welche auf verschiedenen Fahrzeug- und Anhängerparametern beruht, die abgetastet, vom Fahrer eingegeben oder anderweitig bestimmt werden können. Wie unter Bezugnahme auf 3-6 offenbart, umfassen die kinematischen Parameter zur Definition der kinematischen Beziehung eine Länge des Anhängers 12, einen Radstand des Fahrzeugs 14, einen Abstand von einer Kupplungsverbindung zu einer Hinterachse des Fahrzeugs 14 und einen Kupplungswinkel γ zwischen dem Fahrzeug 14 und dem Anhänger 12, neben anderen Variablen und Parametern, wie zuvor beschrieben. Es wird erwogen, dass die Schritte zum Bestimmen der kinematischen Beziehung und Abtasten des Kupplungswinkels γ in weiteren Ausführungsformen des Anhänger-Rückfahrassistenzsystems 10 zu anderen Zeiten stattfinden können, bevor Lenkbefehle generiert werden. Es wird erwogen, dass die verfügbare Reihe 23 auch mit einem Bahnplaner oder anderem denkbaren Führungssystem generiert werden kann. Ein Beispiel für einen Bahnplaner ist weiter in der US-Patentanmeldung Nr. 14/257,384 , welche hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist, beschrieben.
Dementsprechend kann, nachdem die verfügbare Reihe 23 von Rückfahrwegen durch die verfügbare Pfadroutine 132 des Anhänger-Rückfahrassistenzsystems 10 generiert wurde, das Verfahren bei Schritt 148 fortfahren, um zu überwachen und zu bestimmen, ob ein Override-Befehl aktiviert ist, um zu ermöglichen, dass ein gewünschter Rückfahrweg außerhalb der generierten verfügbaren Reihe 23 ausgewählt wird. In einer Ausführungsform ist es denkbar, dass der Fahrer den Override-Befehl aktivieren kann, wenn vom Fahrer bestimmt wird, dass das zu vermeidende Objekt 19 vom Fahrzeug und/oder Anhänger befahrbar ist. In dieser Ausführungsform kann eine Benachrichtigung bereitgestellt werden, wenn eine Eingabe mit der Lenkeingabevorrichtung versucht wird und der zugehörige Rückfahrweg nicht in der verfügbaren Reihe 23 von Rückfahrwegen enthalten ist, so dass die Benachrichtigung den Fahrer auffordern kann, ob ein Override-Befehl aktiviert werden sollte. Es wird erwogen, dass das Override auf verschiedene Weise aktiviert werden kann, wie beispielsweise indem der Override-Befehl durch Drehen des drehbaren Knopfs über die verfügbare Reihe 23 von Rückfahrwegen hinaus erfolgt, Drücken auf den drehbaren Knopf, um eine integrierte Taste zu betätigen, Anheben des drehbaren Knopfs gleichzeitig mit dem Drehen zum gewünschten Rückfahrweg, Auswählen einer Override-Option aus einem Menü, Drücken einer dedizierten Taste und andere denkbaren Möglichkeiten. Wenn das System erkennt, dass das Override aktiviert ist, kann dementsprechend der gewünschte Rückfahrweg bei Schritt 144 eingegeben werden, um Lenkbefehle ohne Berücksichtigung der Nähe des Objekts 19 zu generieren.
Weiter Bezug nehmend auf 10, nachdem bestimmt wird, dass das Override nicht aktiviert ist, erfolgt bei Schritt 150 eine weitere Bestimmung, ob die generierte verfügbare Reihe 23 wenigstens einen potenziellen Rückfahrweg generieren konnte. Falls bestimmt wird, dass keine Rückfahrwege verfügbar sind, um das Objekt 19 zu vermeiden, kann dem Fahrer bei Schritt 152 eine solche Warnungsbenachrichtigung bereitgestellt werden, und ein Vorwärtsmanöver 134 kann generiert werden. Warnkommunikationen umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, eine visuelle Warnung, eine hörbare Warnung und eine taktile Warnung. Eine visuelle Warnung kann eine Anzeigestrategie umfassen, welche eine intelligente Vorrichtung des Fahrers des Fahrzeugs (z. B. ein Mobiltelefon oder Tablet) und/oder eines oder mehrere Untersysteme im Fahrzeug (z. B. Lenkrad-/Lenkknopfbeleuchtung, Kameraanzeigebeleuchtung, Heads-up-Display, Spiegeltextbeleuchtung oder schematischer Bildschirm) verwendet. Diese visuellen Warnungen können Farbe, Intensität und Blinkfrequenzen umfassen, um dem Fahrer Feedback bereitzustellen, dass eine Kollisionsminderungsfunktion aktiv ist und/oder um zu helfen, den Fahrer beim Vermeiden der Kollision anzuweisen. Eine hörbare Warnung kann hörbare Töne oder Sprachbefehle umfassen, um den Fahrer anzuweisen, die Kollision zu vermeiden, oder den Fahrer zu informieren, dass eine automatisierte Kollisionsminderungsfunktion aktiv ist. Eine taktile Warnung kann ein Lenkraddrehmoment und/oder Vibration umfassen (d. h. haptisches Feedback), um dem Fahrer zu helfen, die Kollision zu vermeiden, oder den Fahrer zu informieren, dass eine automatisierte Kollisionsminderungsfunktion aktiv ist. Andere Untersysteme oder Vorrichtungen, wie beispielsweise Telefone, Tablets, vibrierende Sitze, können ebenfalls verwendet werden. Die Änderung von Frequenzen der Vibration kann verwendet werden, um dem Fahrer zusätzliche Informationen über die Wahrscheinlichkeit der Kollision zu vermitteln.
Wie in 9B gezeigt, kann das Generieren des Vorwärtsmanövers 134 den Anhänger für das Fahrzeug an einer Stelle neu positionieren, an der ein Rückfahrweg in der verfügbaren Reihe 23 generiert wird, welcher den Bereich, der von einem Objekt 19 eingenommen wird, nicht kreuzt. Das Vorwärtsmanöver 134 gemäß einer Ausführungsform kann vom Anhänger-Rückfahrassistenzsystem generiert werden, um dem Antriebsstrangsteuerungssystem zu befehlen, das automatische Getriebe des Fahrzeugs automatisch im Fahrmodus anzutreiben, dann die Fahrzeugbeschleunigung zu betätigen, um das Fahrzeug und den Anhänger vorwärts zu bewegen, und dann Lenkbefehle für das Servolenkungssystem zu generieren, um das Fahrzeug und den Anhänger an einer Stelle zu positionieren, welche wenigstens einen Rückfahrweg in der verfügbaren Reihe 23 von Rückfahrwegen bereitstellt. Nach dem Erreichen einer solchen Position kann eine Ausführungsform des Vorwärtsmanövers 134 auch das Bremssteuerungssystem 72 antreiben, um das Fahrzeug und den Anhänger zu stoppen, dann das automatische Getriebe des Fahrzeugs im Rückwärtsmodus automatisch antreiben und dann das Rückfahrmanöver wieder aufnehmen. Es wird erwogen, dass das System kontinuierlich versuchen kann, die verfügbare Reihe 23 von Rückfahrwegen während des Vorwärtsmanövers 134 zu generieren. Ferner ist es denkbar, dass der Objektnäherungssensor 17 weiterhin das Umkreisfeld 21 überwachen kann, einschließlich des Bereichs vor dem Fahrzeug während des Vorwärtsmanövers 134, um auf ähnliche Weise eine Kollision mit einem Objekt 19 zu vermeiden.
Unter erneuter Bezugnahme auf 10, nachdem bestimmt ist, dass wenigstens ein Rückfahrweg in der verfügbaren Reihe 23 vorhanden ist, kann die Lenkeingabevorrichtung bei Schritt 154 den gewünschten Rückfahrweg 26 aus der verfügbaren Reihe 23 eingeben. Unter Verwendung des eingegebenen gewünschten Rückfahrwegs 26 und des abgetasteten Kupplungswinkels können bei Schritt 156 Lenkbefehle für das Fahrzeug generiert werden, um den Anhänger auf dem gewünschten Rückfahrweg 26 zu führen. In einigen Ausführungsformen wird die kinematische Beziehung wieder verwendet, damit das Anhänger-Rückfahrassistenzsystem 10 Lenkbefehle für das Servolenkungssystem 62 gemäß dem gewünschten Rückfahrweg des Anhängers 12 generiert. Wie zuvor beschrieben, kann der gewünschte Rückfahrweg 26 einer gewünschten Krümmungseingabe gleichzusetzen sein, damit die Krümmungssteuerung 28 Lenkbefehle basierend auf dem abgetasteten Kupplungswinkel und anderen kinematischen Parametern generiert. Daher kann der gewünschte Rückfahrweg 26 innerhalb der verfügbaren Reihe 23 angepasst werden und wird im Wesentlichen von der Krümmungssteuerung gefolgt, welche entsprechende Anpassungen am Lenkwinkel des Fahrzeugs generiert.
In einer weiteren Ausführungsform kann das Anhänger-Rückfahrassistenzsystem 10 zunächst die Nähe eines Objekts 19 innerhalb des Umkreisfelds 21 bestimmen, um zu bestimmen, ob der aktuelle Rückfahrweg des Anhängers geändert werden muss, um ein Potenzial zu begrenzen, dass das Fahrzeug und/oder der Anhänger mit dem Objekt 19 kollidieren. Das Ändern oder anderweitige Korrigieren des Rückfahrwegs, um das Objekt 19 zu vermeiden, kann autonom erfolgen, indem das Fahrzeug verlangsamt oder gestoppt wird, um die Kollision zu vermeiden, oder das Fahrzeug anderweitig gelenkt wird, um den Anhänger auf einem Rückfahrweg in der verfügbaren Reihe 23 von Rückfahrwegen zu positionieren. Als solche kann eine Operation zum Bestimmen einer geeigneten und angemessenen Aktion zur Korrektur des Wegs der Anhänger/Fahrzeug-Kombination (d. h. Wegkorrekturaktion) durchgeführt werden, um das Potenzial einer Kollision mit dem Objekt 19 abzuschwächen, und danach kann eine Operation durchgeführt werden, um die Wegkorrekturaktion zu implementieren. Die Wegkorrekturaktion kann durch vollständiges Führen des Fahrers durch eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (Human Machine Interface, HMI) und/oder automatisches Steuern des Fahrzeugs unter Einsatz einer Vielfalt der elektromechanischen Systeme des Fahrzeugs implementiert werden. Das Bestimmen der Wegkorrekturaktion kann anhand einer beliebigen Anzahl von Grundlagen erfolgen. Beispielsweise kann dem Objektvermeidungsmodus, welcher die höchste Wahrscheinlichkeit der Minderung einer Kollision und/oder den niedrigsten Einfluss auf den Betrieb des Fahrzeugs hat, der Vorrang eingeräumt werden. Beispiele für Objektvermeidungsstrategien zum Implementieren der Wegkorrekturaktion umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Geschwindigkeitssteuerstrategie, Lenksteuerstrategie und Anhängerkrümmungssteuerstrategie. Eine Geschwindigkeitssteuerstrategie kann eine Kombination von Gaspedaldeaktivierung oder Einschränkung umfassen, und automatisches Reibungs- oder Getriebebremsen kann verwendet werden, um die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu reduzieren, um die Kollisionswahrscheinlichkeit zu reduzieren, wenn vorgeschriebene Kollisionsvermeidungskriterien (z. B. ein entsprechender Kollisionsvermeidungsschwellenwert), welche einem Vermeiden der Kollision mit dem Objekt 19 entsprechen, erfüllt wurden. Eine Lenksteuerstrategie kann Lenkraten, Lenkwinkellimits, relative Straßenradwinkel und Geschwindigkeiten und Übergangssteuereingaben umfassen, welche reduziert oder beschränkt werden, um vorgeschriebene Kollisionsvermeidungskriterien, die dem Vermeiden der Kollision mit dem Objekt 19 entsprechen, zu erfüllen. Eine Anhängerkrümmungssteuerstrategie kann umfassen, dass ein Anhängerkrümmungssteuerziel (d. h. ein befohlener Wert) im Anhänger-Rückfahrassistenzsystem reduziert wird, indem zum Beispiel automatisiertes Lenken oder HMI-Führung basierend auf Zuordnungen verwendet wird, welche die Fahrzeuggeschwindigkeit, Beschleunigung, Lenkrate und/oder Übergangslenkradwinkelverhalten verwenden, um das Potenzial für eine Kollision mit dem Objekt 19 zu reduzieren. Dementsprechend kann das Implementieren der Wegkorrekturaktion das Ausgeben eines Wegkorrekturaktionsbefehls umfassen, um das Einleiten einer oder mehrerer Objektvermeidungsstrategien zu bewirken. Parallel zum Durchführen der Operationen zum Empfangen der Anhänger-Rückfahrassistenzanforderungen, Bestimmen des gewünschten Rückfahrwegs 26 und der Krümmung des Anhängers 12 und Generieren der Fahrzeuglenkbefehle kann das Anhänger-Rückfahrassistenzsystem 10 eine Operation zum Überwachen durchführen, falls ein inakzeptabler Anhängerrückfahrzustand vorhanden ist. Beispiele einer solchen Überwachung umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, das Bewerten eines Kupplungswinkels γ, um zu bestimmen, ob ein Schwellenwert des Kupplungswinkels γ überschritten wird, das Bewerten einer Rückfahrgeschwindigkeit, um zu bestimmen, ob ein Rückfahrgeschwindigkeitsschwellenwert überschritten wird, das Bewerten eines Fahrzeuglenkwinkels, um zu bestimmen, ob ein Fahrzeuglenkwinkelschwellenwert überschritten wird, das Bewerten anderer Betriebsparameter (z. B. Fahrzeuglängsbeschleunigung, Gaspedalanforderungsrate und Kupplungswinkelrate), um zu bestimmen, ob ein entsprechender Schwellenwert überschritten wird, und dergleichen. Die Rückfahrgeschwindigkeit kann von den Radgeschwindigkeitsinformationen bestimmt werden, welche von einem oder mehreren Radgeschwindigkeitssensoren 58 des Fahrzeugs 14 erhalten werden. Falls bestimmt wird, dass ein inakzeptabler Anhängerrückfahrzustand vorhanden ist, kann eine Operation durchgeführt werden, um zu bewirken, dass der aktuelle Fahrweg des Anhängers 12 verhindert wird (z. B. Stoppen der Bewegung des Fahrzeugs 14), gefolgt von der Operation, welche zum Beenden des aktuellen Anhänger-Rückfahrassistenzfalls durchgeführt wird. Hierin wird offenbart, dass vor und/oder in Verbindung mit dem Bewirken, dass der aktuelle Anhängerweg verhindert wird, eine oder mehrere Aktionen (z. B. Operationen) zum Bereitstellen eines Feedbacks (z. B. einer Warnung) an den Fahrer, dass ein solcher inakzeptabler Kupplungswinkelzustand bevorsteht oder sich nähert, implementiert werden können. In einem Beispiel kann das Verfahren, falls ein solches Feedback dazu führt, dass der inakzeptable Kupplungswinkelzustand behoben wird, bevor ein kritischer Zustand erreicht wird, mit dem Bereitstellen der Anhänger-Rückfahrassistenzfunktionalität gemäß den Operationen fortfahren. Ansonsten kann das Verfahren mit der Operation zum Beenden des aktuellen Anhänger-Rückfahrassistenzfalls fortfahren. In Verbindung mit dem Durchführen der Operation zum Beenden des aktuellen Anhänger-Rückfahrassistenzfalls kann eine Operation zum Steuern der Bewegung des Fahrzeugs 14 durchgeführt werden, um einen Ausbrechzustand zu korrigieren oder zu begrenzen (z. B. Lenken des Fahrzeugs 14, Verlangsamen des Fahrzeugs 14, Begrenzen der Größe und/oder Rate der vom Fahrer angeforderten Anhängerkrümmungseingabe und/oder Rate des Lenkbefehls und/oder dergleichen, um auszuschließen, dass der Kupplungswinkel überschritten wird).
Es ist zu verstehen, dass Variationen und Modifikationen an den zuvor erwähnten Strukturen und Verfahren vorgenommen werden können, ohne von den Konzepten der vorliegenden Erfindung abzuweichen, und ferner ist zu verstehen, dass solche Konzepte durch die folgenden Ansprüche abgedeckt sein sollen, sofern diese Ansprüche durch ihre Sprache nicht ausdrücklich etwas anderes aussagen.

Claims

Verfahren zum Rückwärtsfahren eines Anhängers (12) mit einem Fahrzeug (14), umfassend: Generieren einer Mehrzahl von Rückfahrwegen des Anhängers (12); Anzeigen der Mehrzahl von Rückfahrwegen auf einem Display; Abtasten eines Kupplungswinkels zwischen einem Fahrzeug (14) und dem Anhänger (12); Abtasten einer Nähe eines Objekts (19) in einem Umkreisfeld; Generieren einer verfügbaren Reihe von Rückfahrwegen für den Anhänger (12) basierend auf der Nähe des Objekts (19) und dem Kupplungswinkel; Hervorheben von Rückfahrwegen, die aus der verfügbaren Reihe ausgeschlossen wurden; und Steuern des Fahrzeugs (14) unter Verwendung eines gewünschten Rückfahrwegs (26) aus der verfügbaren Reihe dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner ein Generieren eines Vorwärtsmanövers für das Fahrzeug (14) umfasst, wenn keine Wege in der verfügbaren Reihe von Rückfahrwegen vorhanden sind, wobei das Vorwärtsmanöver die Position des Fahrzeugs (14) und des Anhängers (12) überwacht, um eine Benachrichtigung bereitzustellen, wenn wenigstens ein Rückfahrweg in der verfügbaren Reihe vorhanden ist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Generieren einer Warnung, wenn die Nähe des Objekts (19) die verfügbare Reihe von Rückfahrwegen für den Anhänger (12) reduziert.
Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 oder 2, wobei die verfügbare Reihe von Rückfahrwegen durch Entfernen von Wegen, welche einen Raum kreuzen, der vom Objekt (19) eingenommen wird, und Wegen, welche einen Ausbrechzustand zwischen dem Fahrzeug (14) und dem Anhänger (12) bewirken, generiert wird.
Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1-3, ferner umfassend: Generieren von Bildern auf einer Anzeige (82), welche das Fahrzeug (14), den Anhänger (12) und das Objekt (19) zeigen.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Anzeige (82) Bilder umfasst, welche die verfügbare Reihe von Rückfahrwegen und den gewünschten Rückfahrweg (26) repräsentieren.
Anhänger-Rückfahrassistenzsystem (10), umfassend: eine Steuerung, welche eine verfügbare Reihe von Rückfahrwegen für den Anhänger (12) basierend auf der Nähe des Objekts (19) und dem Kupplungswinkel generiert, wobei die verfügbare Reihe keine Rückfahrwege umfasst, welche einen Raum kreuzen, der vom Objekt (19) eingenommen wird, oder welche einen Ausbrechzustand zwischen dem Fahrzeug (14) und dem Anhänger (12) bewirken; eine Lenkeingabevorrichtung (18) zum Eingeben eines gewünschten Rückfahrwegs eines Anhängers (12), wobei die Lenkeingabevorrichtung (18) einen Override-Befehl aktivieren kann, um zu ermöglichen, dass ein gewünschter Rückfahrweg (26) außerhalb der generierten verfügbaren Reihe ausgewählt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung ein Vorwärtsmanöver für das Fahrzeug (14) generiert, wenn keine Rückfahrwege in der verfügbaren Reihe vorhanden sind, wobei das Vorwärtsmanöver den Kupplungswinkel und das Objekt (19) überwacht, um eine Benachrichtigung bereitzustellen, wenn wenigstens ein Rückfahrweg in der verfügbaren Reihe vorhanden ist.
Anhänger-Rückfahrassistenzsystem (10) nach Anspruch 6, wobei die Lenkeingabevorrichtung (18) einen Knopf (30) umfasst, welcher drehbar ist, um den gewünschten Rückfahrweg (26) zu definieren, so dass eine erste Position des Knopfs (30) eine andere Krümmung als eine gedrehte zweite Position aufweist, und wobei ein zweiter Sensor einen Ultraschallsensor umfasst.
Anhänger-Rückfahrassistenzsystem (10) nach einem beliebigen der Ansprüche 6 oder 7, ferner umfassend: eine Anzeige (82) zur Betrachtung durch einen Fahrer des Fahrzeugs (14), wobei die Steuerung Bilder auf der Anzeige (82) generiert, welche eine Position des Fahrzeugs (14) und des Anhängers (12) relativ zum Objekt (19) zeigen.
Anhänger-Rückfahrassistenzsystem (10) nach Anspruch 8, wobei die Steuerung ein Bild auf der Anzeige (82) generiert, welches für die verfügbare Reihe von Rückfahrwegen für den Anhänger (12) indikativ ist.