DE102019127819A1

DE102019127819A1 - Kupplungsunterstützungssystem

Info

Publication number: DE102019127819A1
Application number: DE102019127819.8A
Authority: DE
Inventors: Li Xu; Douglas Blue; Kyle Simmons; Luke Niewiadomski; Eric Hongtei Tseng; Peter Ling
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2018-10-16
Filing date: 2019-10-15
Publication date: 2020-04-16
Also published as: US11279405B2; CN111055832A; US20200114968A1

Abstract

Diese Offenbarung stellt ein Kupplungsunterstützungssystem bereit.Ein Kupplungsunterstützungssystem ist hierin bereitgestellt, das ein Erfassungssystem beinhaltet, das dazu konfiguriert ist, einen Anhänger und Hindernisse nahe dem Anhänger zu erkennen. Das Kupplungsunterstützungssystem beinhaltet auch eine Steuerung in Kommunikation mit dem Erfassungssystem, die dazu konfiguriert ist, eine finale Fahrzeugkursrichtung relativ zu dem Anhänger zu definieren, wenn eine Kupplungskugel eines Fahrzeugs mit einem Koppler des Anhängers ausgerichtet ist; eine oberste/entfernteste Position des Fahrzeugs von dem Anhänger zu bestimmen; eine unterste/nahegelegenste Position des Fahrzeugs von dem Anhänger zu bestimmen; und einen Fahrzeugweg, der das Fahrzeug innerhalb der obersten/entferntesten und untersten/nahegelegensten Position ausrichtet, zu bestimmen.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen autonome und halbautonome Fahrzeugsysteme und insbesondere Kupplungsunterstützungssysteme, die das Kuppeln eines Fahrzeugs an einen Anhänger vereinfachen.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Der Prozess des Kuppelns eines Fahrzeugs an einen Anhänger kann schwierig sein, besonders für diejenigen, denen es an Erfahrung fehlt. Dementsprechend besteht ein Bedarf für ein System, das den Prozess vereinfacht, indem ein Benutzer auf einfache jedoch intuitive Weise unterstützt wird.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einigen Aspekten der vorliegenden Offenbarung ist in dieser Schrift ein Kupplungsunterstützungssystem bereitgestellt. Das Kupplungsunterstützungssystem beinhaltet ein Erfassungssystem, das dazu konfiguriert ist, einen Anhänger und ein Hindernis nahe dem Anhänger zu erkennen. Das Kupplungsunterstützungssystem beinhaltet ferner eine Steuerung in Kommunikation mit dem Erfassungssystem, die dazu konfiguriert ist, eine Fahrzeugkursrichtung zu definieren, wenn eine Kupplungskugel eines Fahrzeugs mit einem Koppler des Anhängers ausgerichtet ist; eine oberste Position des Fahrzeugs zu bestimmen; eine unterste Position des Fahrzeugs zu bestimmen; und einen Fahrzeugweg, der die Kupplungsbaugruppe des Fahrzeugs mit einem Koppler des Anhängers innerhalb der obersten und untersten Position ausrichtet, zu bestimmen.
Gemäß einigen Aspekten der vorliegenden Offenbarung ist hierin ein Kupplungsunterstützungsverfahren bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet Erkennen eines Kopplers eines Anhängers. Das Verfahren beinhaltet auch Erkennen einer obersten Position zwischen einem Fahrzeug und einem Objekt. Das Verfahren beinhaltet ferner Erkennen einer untersten Position zwischen dem Fahrzeug und dem Anhänger. Zusätzlich beinhaltet das Verfahren Definieren eines Fahrzeugrücksetzweges mit einem oder mehreren nichtlinearen Segmenten. Zuletzt beinhaltet das Verfahren Ausrichten einer Kupplungskugel mit dem Koppler in einem vordefinierten Versatzwinkel zwischen dem Anhänger und dem Fahrzeug.
Gemäß einigen Aspekten der vorliegenden Offenbarung ist in dieser Schrift ein Kupplungsunterstützungssystem bereitgestellt. Das Kupplungsunterstützungssystem beinhaltet ein Erfassungssystem, das dazu konfiguriert ist, einen Anhänger und ein Hindernis nahe dem Anhänger zu erkennen. Das Kupplungsunterstützungssystem beinhaltet ferner eine Steuerung in Kommunikation mit dem Erfassungssystem, die dazu konfiguriert ist, eine Fahrzeugkursrichtung zu definieren, wenn eine Kupplungskugel eines Fahrzeugs mit einem Koppler des Anhängers ausgerichtet ist; das Fahrzeug in eine oberste Position nahe dem Hindernis zu manövrieren; und einen Fahrzeugweg, der den Koppler mit der Kupplungskugel aus der obersten Position ausrichtet, zu bestimmen.
Diese und andere Aspekte, Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann bei der Lektüre der folgenden Beschreibung, Ansprüche und beigefügten Zeichnungen verständlich und ersichtlich.
Figurenliste
In den Zeichnungen gilt:

1 ist eine perspektivische Draufsicht eines Fahrzeugs und eines Anhängers, wobei das Fahrzeug gemäß einigen Beispielen mit einem Kupplungsassistenzsystem (ebenfalls als ein „Kupplungsunterstützungssystem“ bezeichnet) ausgestattet ist;
2 ist ein Blockdiagramm, das gemäß einigen Beispielen verschiedene Komponenten des Kupplungsunterstützungssystems veranschaulicht;
3 ist eine schematische Draufsicht des Fahrzeugs während eines Schrittes der Ausrichtungssequenz mit dem Anhänger gemäß einigen Beispielen;
4 ist eine schematische Draufsicht des Fahrzeugs während eines nachfolgenden Schrittes der Ausrichtungssequenz mit dem Anhänger gemäß einigen Beispielen;
5 ist eine schematische Draufsicht des Fahrzeugs während eines nachfolgenden Schrittes der Ausrichtungssequenz mit dem Anhänger gemäß einigen Beispielen;
6 ist eine schematische Draufsicht des Fahrzeugs während eines nachfolgenden Schrittes der Ausrichtungssequenz mit dem Anhänger mit Darstellung der Position einer Kupplungskugel des Fahrzeugs an einem Ende eines abgeleiteten Ausrichtungswegs gemäß einigen Beispielen;
7 ist eine schematische Draufsicht des Fahrzeugs und des Anhängers, positioniert innerhalb eines Koordinatensystems zusammen mit einem Grenzbereich, der aus einem Anhängerkoppler des Anhängers hervorsteht, gemäß einigen Beispielen;
8 ist eine schematische Draufsicht des Fahrzeugs in einer Kursrichtung, die sich von der unterscheidet, die in 7 gezeigt ist, gemäß einigen Beispielen;
9 ist eine schematische Draufsicht eines Fahrzeugsrücksetzweges, der durch die Steuerung definiert ist;
10 ist eine schematische Draufsicht eines alternativen Fahrzeugsrücksetzweges;
11 veranschaulicht kinematische Variablen, die mit dem Bestimmen eines Lenkwinkels des Fahrzeugs assoziiert sind, gemäß einigen Beispielen;
12 veranschaulicht die dynamische Natur des Grenzbereichs gemäß einigen Beispielen;
13 ist eine beispielhafte Anzeige, die innerhalb eines Fahrzeugs angeordnet ist und die verschiedene Fahrzeugausrichtungen beim Ausrichten der Kupplungsbaugruppe mit dem Koppler veranschaulicht, gemäß einigen Beispielen;
14 ist eine schematische Draufsicht eines Fahrzeugs, das sich in Richtung des Anhängers bewegt, während eine gemeinsame Kursrichtung beibehalten wird, gemäß einigen Beispielen;
15 ist eine schematische Draufsicht eines Fahrzeugs, das sich dem Anhänger nähert, während in Vorwärtsrichtung angeordnete Hindernisse vermieden werden, gemäß einigen Beispielen;
16 ist eine schematische Draufsicht des Fahrzeugs, das nahe den in Vorwärtsrichtung angeordneten Hindernissen angeordnet ist, gemäß einigen Beispielen;
17 ist eine schematische Draufsicht des Fahrzeugs, das nahe dem Anhänger angeordnet ist, gemäß einigen Beispielen;
18 ist eine schematische Draufsicht eines beispielhaften Ansichtsweges gemäß einigen Beispielen;
19 ist eine schematische Draufsicht des Fahrzeugs während eines nachfolgenden Schrittes der Ausrichtungssequenz mit dem Anhänger gemäß einigen Beispielen;
20 ist eine schematische Draufsicht des Fahrzeugs während eines nachfolgenden Schrittes der Ausrichtungssequenz mit dem Anhänger gemäß einigen Beispielen;
21 ist eine schematische Draufsicht des Fahrzeugs während eines nachfolgenden Schrittes der Ausrichtungssequenz mit dem Anhänger gemäß einigen Beispielen;
22 ist eine schematische Draufsicht des Fahrzeugs während eines nachfolgenden Schrittes der Ausrichtungssequenz mit dem Anhänger gemäß einigen Beispielen;
23 ist eine schematische Draufsicht des Fahrzeugs während eines nachfolgenden Schrittes der Ausrichtungssequenz mit dem Anhänger gemäß einigen Beispielen; und
24 ist ein Ablaufdiagramm einer Betriebsroutine des Kupplungsunterstützungssystems gemäß einigen Beispielen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN BEISPIELE
Für die Zwecke der Beschreibung in dieser Schrift beziehen sich die Begriffe „obere(r/s)“, „untere(r/s)“, „rechte(r/s)“, „linke(r/s)“, „hintere(r/s)“; „vordere(r/s)“, „vertikale(r/s)“, „horizontale(r/s)“ und Ableitungen davon auf die Erfindung in ihrer Ausrichtung in 1. Dabei versteht es sich jedoch, dass die Erfindung verschiedene alternative Ausrichtungen annehmen kann, es sei denn, es ist ausdrücklich das Gegenteil vorgegeben. Zudem versteht es sich, dass die in den beigefügten Zeichnungen veranschaulichten und in der nachstehenden Beschreibung beschriebenen konkreten Vorrichtungen und Prozesse lediglich beispielhafte Beispiele der in den beigefügten Patentansprüchen definierten erfindungsgemäßen Konzepte sind. Daher sind konkrete Abmessungen und andere physische Eigenschaften bezüglich der in dieser Schrift offenbarten Beispiele nicht als einschränkend zu betrachten, es sei denn, die Patentansprüche legen ausdrücklich etwas anderes fest.
Je nach Bedarf werden in dieser Schrift detaillierte Beispiele der vorliegenden Erfindung offenbart. Dabei versteht es sich jedoch, dass die offenbarten Beispiele für die Erfindung, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt sein kann, lediglich beispielhaft sind. Die Figuren entsprechen nicht zwingend einer detaillierten Ausgestaltung, und einige schematische Darstellungen können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um eine Funktionsübersicht zu zeigen. Demnach sind in dieser Schrift offenbarte konkrete strukturelle und funktionelle Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachmann die vielfältige Verwendung der vorliegenden Erfindung zu lehren.
In dieser Schrift werden Bezugsausdrücke, wie etwa erstes und zweites, oberes und unteres und dergleichen, lediglich dazu verwendet, eine Einheit oder Handlung von einer anderen Einheit oder Handlung zu unterscheiden, ohne notwendigerweise eine tatsächliche derartige Beziehung oder Reihenfolge zwischen derartigen Einheiten oder Handlungen zu erfordern oder zu implizieren. Es ist beabsichtigt, dass die Ausdrücke „umfasst“, „umfassend“ oder eine beliebige sonstige Variation derselben einen nicht ausschließlichen Einschluss abdecken, sodass ein Vorgang, Verfahren, Erzeugnis oder eine Vorrichtung, der/das/die eine Aufzählung von Elementen umfasst, nicht nur diese Elemente beinhaltet, sondern auch andere Elemente beinhalten kann, die nicht ausdrücklich aufgeführt sind oder diesem Vorgang, Verfahren, Erzeugnis oder dieser Vorrichtung innewohnen. Ein Element, dem „umfasst“ vorangeht, schließt nicht, ohne weitere Einschränkungen, das Vorhandensein von zusätzlichen identischen Elementen in dem Prozess, Verfahren, Erzeugnis oder der Vorrichtung, der/das/die das Element umfasst, aus.
Im hier verwendeten Sinne bedeutet der Ausdruck „und/oder“, wenn er in einer Aufzählung von zwei oder mehr Elementen verwendet wird, dass jedes der aufgezählten Elemente einzeln verwendet werden kann oder eine beliebige Kombination aus zwei oder mehr der aufgezählten Elemente verwendet werden kann. Wenn zum Beispiel eine Zusammensetzung so beschrieben wird, dass sie die Komponenten A, B und/oder C enthält, kann die Zusammensetzung nur A; nur B; nur C; A und B in Kombination; A und C in Kombination; B und C in Kombination; oder A, B und C in Kombination enthalten.
Die folgende Offenbarung beschreibt ein Kupplungsunterstützungssystem für ein Fahrzeug. Ein Kupplungsunterstützungssystem ist hierin bereitgestellt, das ein Erfassungssystem beinhaltet, das dazu konfiguriert ist, einen Anhänger und ein Hindernis nahe dem Anhänger zu erkennen. Das Kupplungsunterstützungssystem beinhaltet auch eine Steuerung in Kommunikation mit dem Erfassungssystem, die dazu konfiguriert ist, eine Fahrzeugkursrichtung zu definieren, wenn eine Kupplungskugel eines Fahrzeugs mit einem Koppler des Anhängers ausgerichtet ist; eine oberste Position des Fahrzeugs zu bestimmen; eine unterste Position des Fahrzeugs zu bestimmen; und einen Fahrzeugweg, der das Fahrzeug mit der obersten und untersten Position ausrichtet, zu bestimmen.
Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 bezeichnet das Bezugszeichen 10 ein Kupplungsunterstützungssystem für ein Fahrzeug 12. Insbesondere beinhaltet das Kupplungsunterstützungssystem 10 eine Steuerung 14, die Positionsdaten eines Kopplers 16 eines Anhängers 18 erlangt und einen Fahrzeugweg 20 ableitet (3), um eine Kupplungsbaugruppe 22 des Fahrzeugs 12 mit den Koppler 16 auszurichten. In einigen Beispielen kann die Kupplungsbaugruppe 22 eine Kugelbefestigung 24 beinhalten, die eine Kupplungskugel 26 stützt. Die Kupplungskugel 26 kann an der Kugelhalterung 24 befestigt sein, die sich von dem Fahrzeug 12 erstreckt, und/oder die Kupplungskugel 26 kann an einem Abschnitt des Fahrzeugs 12 befestigt sein, wie etwa einem Stoßfänger des Fahrzeugs 12. Die Kugelhalterung 24 kann sich in einigen Beispielen mit einer Aufnahme 28 koppeln, die an dem Fahrzeug 12 befestigt ist.
Wie in 1 gezeigt, ist das Fahrzeug 12 beispielhaft als ein Pickup-Truck verkörpert, der eine Ladefläche 30 aufweist, die über eine drehbare Heckklappe 32 zugänglich ist. Die Kupplungskugel 26 kann durch einen Koppler 16 in Form einer Kopplerkugelaufnahme 34 aufgenommen werden, die an einem Anschlussendabschnitt des Anhängerkopplers 16 bereitgestellt ist. Der Anhänger 18 ist beispielhaft als einachsiger Anhänger ausgeführt, von dem aus sich der Koppler 16 in Längsrichtung erstreckt. Es versteht sich, dass zusätzliche Beispiele des Anhängers 18 alternativ mit dem Fahrzeug 12 gekoppelt werden können, um eine schwenkbare Verbindung bereitzustellen, wie etwa durch Verbinden mit einem fünften Radverbinder. Es wird außerdem vorgesehen, dass zusätzliche Beispiele des Anhängers 18 mehr als eine Achse beinhalten und verschiedene Formen und Größen aufweisen können, die für verschiedene Lasten und Objekte konfiguriert sind, wie etwa ein Bootanhänger oder ein Flachbettanhänger, ohne dabei von den hierin bereitgestellten Lehren abzuweichen.
Unter Bezugnahme auf den allgemeinen Betrieb des Anhängerkupplungsassistenzsystems 10, wie in 2 veranschaulicht, beinhaltet das Kupplungsunterstützungssystem 10 ein Erfassungssystem 46, das verschiedene Sensoren und Vorrichtungen beinhaltet, die fahrzeugzustandsbezogene Informationen erhalten oder anderweitig bereitstellen. Zum Beispiel schließt das Erfassungssystem 46 in einigen Fällen ein Bildgebungssystem 36 ein, das einen oder mehrere externe Bildgeber 38, 40, 42, 44 oder andere sichtbasierte Vorrichtungen beinhaltet. Der eine oder die mehreren Bildgeber 38, 40, 42, 44 beinhalten jeweils einen Bereichsbildsensor, wie etwa einen CCD- oder einen CMOS-Bildsensor, und Bilderfassungsoptik, die ein Bild eines Bildgebungssichtfelds (z. B. Sichtfelder 48, 50, 52a, 52b, 5), definiert durch die Bilderfassungsoptik, erfasst. In einigen Fällen können der eine oder die mehreren Bildgeber 38, 40, 42, 44 einen Bildbereich 54 aus mehreren Bild-Frames ableiten, der auf einer Anzeige 118 gezeigt werden kann. In unterschiedlichen Beispielen kann das Kupplungsunterstützungssystem 10 einen oder mehrere beliebige von einem Bildgeber des dritten Bremslichts (center high-mount stop light - CHMSL) 38, einem hinteren Bildgeber 40, einem linken Seitensicht-Bildgeber 42 und/oder einem rechten Seitensicht-Bildgeber 44 beinhalten, obwohl auch andere Anordnungen möglich sind, die zusätzliche oder alternative Bildgeber beinhalten, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
In einigen Beispielen kann das Bildgebungssystem 36 den hinteren Bildgeber 40 allein beinhalten oder kann derartig konfiguriert sein, dass das Kupplungsunterstützungssystem 10 nur den hinteren Bildgeber 40 in einem Fahrzeug 12 mit den mehreren externen Bildgebern 38, 40, 42, 44 nutzt. In einigen Fällen können die verschiedenen in dem Bildgebungssystem 36 beinhalteten Bildgeber 38, 40, 42, 44 derart positioniert sein, dass sich ihre jeweiligen Sichtfelder allgemein überlappen, was in der abgebildeten Anordnung in 5 die Sichtfelder 48, 50, 52a und 52b beinhaltet, um dem CHMSL-Bildgeber 38, dem hinteren Bildgeber 40 und den Seitensicht-Bildgebern 42 bzw. 44 zu entsprechen. Auf diese Weise können Bilddaten 56 von zwei oder mehr der Bildgeber 38, 40, 42, 44 in einer Bild-/Signalverarbeitungsroutine 58 oder in einer weiteren dedizierten Bild-/Signalverarbeitungseinrichtung innerhalb des Bildgebungssystems 36 zu einem einzelnen Bild oder einem Bildbereich 54 kombiniert werden. In einer Erweiterung derartiger Beispiele können die Bilddaten 56 dazu verwendet werden, stereoskopische Bilddaten 56 abzuleiten, die dazu verwendet werden können, eine dreidimensionale Szene des Bereichs oder der Bereiche innerhalb sich überlappender Bereiche der verschiedenen Sichtfelder 48, 50, 52a, 52b zu rekonstruieren, darunter jegliche Objekte (z. B. Hindernisse oder der Koppler 16) darin.
In einigen Beispielen kann die Verwendung von zwei Bildern, die dasselbe Objekt beinhalten, verwendet werden, um einen Standort des Objekts relativ zu den zwei Bildgebern 38, 40, 42 und/oder 44 zu bestimmen, unter der Voraussetzung einer bekannten räumlichen Beziehung zwischen den Bildgebern 38, 40, 42, 44 durch projektive Geometrie der Bildgeber 38, 40, 42, 44. In dieser Hinsicht kann die Bild-/Signalverarbeitungsroutine 58 eine bekannte Programmierung und/oder Funktionalität verwenden, um ein Objekt innerhalb der Bilddaten 56 von den unterschiedlichen Bildgebern 38, 40, 42, 44 innerhalb des Bildgebungssystems 36 zu identifizieren. Die Bild-/Signalverarbeitungsroutine 58 kann Informationen in Bezug auf die Positionierung von jeglichen Bildgebern 38, 40, 42, 44 beinhalten, die am Fahrzeug 12 vorhanden sind oder durch das Kupplungsunterstützungssystem 10 verwendet werden, darunter relativ zu einem Mittelpunkt 62 (1) des Fahrzeugs 12. Zum Beispiel können die Positionen der Bildgeber 38, 40, 42, 44 relativ zu dem Mittelpunkt 62 des Fahrzeugs 12 und/oder relativ zueinander für Objektpositionierungsberechnungen und zum Ergeben von Objektpositionsdaten, zum Beispiel in Bezug auf den Mittelpunkt 62 des Fahrzeugs 12, oder andere Merkmale des Fahrzeugs 12, wie zum Beispiel die Kupplungskugel 26 (1), mit bekannten Positionen in Bezug auf den Mittelpunkt 62 des Fahrzeugs 12, auf eine Weise verwendet werden, die jener ähnlich ist, die in der gemeinsam übertragenen Patentanmeldung Nr. 15/708.427, eingereicht am 19. September 2017, mit dem Titel „HITCH ASSIST SYSTEM WITH COUPLER IDENTIFICATION FEATURE UND COUPLER HEIGHT ESTIMATION“ beschrieben ist, deren gesamte Offenbarung durch Bezugnahme in diese Schrift aufgenommen ist.
Unter weiterer Bezugnahme auf die 1 und 2 können ein Näherungssensor 64 oder ein Feld davon und/oder andere Fahrzeugsensoren 70 Sensorsignale bereitstellen, die die Steuerung 14 des Kupplungsunterstützungssystems 10 mit verschiedenen Routinen verarbeitet, um verschiedene Objekte in der Nähe des Fahrzeugs 12, des Anhängers 18 und/oder des Kopplers 16 des Anhängers 18 zu bestimmen. Der Näherungssensor 64 kann auch dazu verwendet werden, eine Höhe und eine Position des Kopplers 16 zu bestimmen. Der Näherungssensor 64 kann als eine beliebige Art von Sensor konfiguriert sein, wie etwa als ein Ultraschallsensor, ein Radio-Detection-and-Ranging-(Radar-)Sensor, ein Sound-Navigation-and-Ranging-(SONAR-)Sensor, ein Light-Detection-and-Ranging-(LIDAR-)Sensor, ein sichtbasierter Sensor und/oder eine beliebige andere fachbekannte Art von Sensor.
Unter weiterer Bezugnahme auf die 1 und 2 kann ein Positionsbestimmungssystem 66 eine Koppelnavigationsvorrichtung 68 oder zusätzlich oder alternativ ein globales Positionsbestimmungssystem (GPS) beinhalten, das einen Koordinatenstandort des Fahrzeugs 12 bestimmt. Zum Beispiel kann die Koppelnavigationsvorrichtung 68 den Koordinatenstandort des Fahrzeugs 12 in einem örtlich begrenzten Koordinatensystem auf der Grundlage von mindestens einem von einer Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder einem Lenkwinkel δ (3) ermitteln und nachverfolgen. Die Steuerung 14 kann auch mit verschiedenen Fahrzeugsensoren 70 wirkgekoppelt sein, wie etwa einem Geschwindigkeitssensor 72 und einen Gierratensensor 74. Zusätzlich kann die Steuerung 14 mit einem oder mehreren Gyroskopen 76 und Beschleunigungsmessern 78 kommunizieren, um die Position, Ausrichtung, Richtung und/oder Geschwindigkeit des Fahrzeugs 12 zu messen.
Um eine autonome oder halbautonome Steuerung des Fahrzeugs 12 zu ermöglichen, kann die Steuerung 14 des Kupplungsunterstützungssystems 10 außerdem dazu konfiguriert sein, mit einer Vielfalt von Fahrzeugsystemen zu kommunizieren. Gemäß einigen Beispielen kann die Steuerung 14 des Kupplungsunterstützungssystems 10 ein Servolenksystem 80 des Fahrzeugs 12 steuern, um die gelenkten Laufräder 82 des Fahrzeugs 12 zu betreiben, während sich das Fahrzeug 12 entlang eines Fahrzeugwegs 20 bewegt. Das Servolenksystem 80 kann ein elektrisches Servolenk(Electric Power-Assisted Steering - EPAS)-System sein, das einen elektrischen Lenkmotor 84 zum Drehen der gelenkten Laufräder 82 bis zu einem Lenkwinkel auf Grundlage eines durch die Steuerung 14 erzeugten Lenkbefehls beinhaltet, wobei der Lenkwinkel δ durch einen Lenkwinkelsensor 86 des Servolenksystems 80 erfasst und der Steuerung 14 bereitgestellt werden kann. Wie hier beschrieben, kann der Lenkbefehl zum autonomen Lenken des Fahrzeugs 12 während eines Manövers bereitgestellt werden und alternativ manuell über eine Drehposition (z. B. einen Lenkradwinkel) eines Lenkrads 88 (3) oder einer Lenkeingabevorrichtung 90 bereitgestellt werden, die bereitgestellt sein kann, um es einem Fahrer zu ermöglichen, die gewünschte Krümmung des Wegs 20 des Fahrzeugs 12 zu steuern oder anderweitig zu modifizieren. Die Lenkeingabevorrichtung 90 kann drahtgebunden oder drahtlos kommunikativ mit der Steuerung 14 gekoppelt sein und stellt der Steuerung 14 Informationen bereit, welche die gewünschte Krümmung des Wegs 20 des Fahrzeugs 12 definieren. Als Reaktion darauf verarbeitet die Steuerung 14 die Informationen und erzeugt entsprechende Lenkbefehle, die dem Servolenksystem 80 des Fahrzeugs 12 zugestellt werden. In einigen Beispielen beinhaltet die Lenkeingabevorrichtung 90 einen Drehknopf 92, der zwischen einer Reihe gedrehter Positionen betätigt werden kann, die jeweils eine schrittweise Änderung der gewünschten Krümmung des Wegs 20 des Fahrzeugs 12 bereitstellen.
In einigen Beispielen kann das Lenkrad 88 des Fahrzeugs 12 mechanisch mit den gelenkten Laufrädern 82 des Fahrzeugs 12 gekoppelt sein, sodass sich das Lenkrad 88 über ein internes Drehmoment in Übereinstimmung mit den gelenkten Laufrädern 82 während eines autonomen Lenkens des Fahrzeugs 12 bewegt. In derartigen Fällen kann das Servolenksystem 80 einen Drehmomentsensor 94 beinhalten, der Drehmoment (z. B. Greifen und/oder Drehen) am Lenkrad 88 erfasst, das nicht von der autonomen Steuerung des Lenkrads 88 erwartet wird und daher ein manuelles Eingreifen durch den Fahrer anzeigt. In einigen Beispielen kann das externe Drehmoment, das auf das Lenkrad 88 ausgeübt wird, als Signal an die Steuerung 14, dass der Fahrer die manuelle Steuerung übernommen hat, und als Signal an das Kupplungsunterstützungssystem 10 dienen, die autonome Lenkfunktion einzustellen. Wie nachstehend detaillierter bereitgestellt, kann das Kupplungsunterstützungssystem 10 jedoch eine oder mehrere Funktionen/Vorgänge fortsetzen, während die autonome Lenkung des Fahrzeugs unterbrochen wird.
Die Steuerung 14 des Kupplungsunterstützungssystems 10 kann zudem mit einem Fahrzeugbremssteuersystem 96 des Fahrzeugs 12 kommunizieren, um Fahrzeuggeschwindigkeitsinformationen zu empfangen, wie etwa einzelne Radgeschwindigkeiten des Fahrzeugs 12. Zusätzlich oder alternativ können der Steuerung 14 Fahrzeuggeschwindigkeitsinformationen durch ein Antriebsstrangsteuersystem 98 und/oder den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 72 neben anderen denkbaren Mitteln bereitgestellt werden. Das Antriebsstrangsteuersystem 98 kann eine Drossel 100 und ein Getriebesystem 102 beinhalten. Ein Gangwahlhebel 104, der den Betriebsmodus eines Fahrzeuggetriebesystems 102 durch ein oder mehrere Zahnräder des Getriebesystems 102 steuert, kann innerhalb des Getriebesystems 102 angeordnet sein. In einigen Beispielen kann die Steuerung 14 dem Fahrzeugbremssteuersystem 96 Bremsbefehle bereitstellen, wodurch dem Kupplungsunterstützungssystem 10 ermöglicht wird, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 12 während eines Manövers des Fahrzeugs 12 zu regeln. Es versteht sich, dass die Steuerung 14 zusätzlich oder alternativ die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 12 über Interaktion mit dem Antriebsstrangsteuerungssystem 98 regulieren kann.
Durch Interaktion mit dem Servolenksystem 80, dem Fahrzeugbremssteuerungssystem 96 und/oder dem Antriebsstrangsteuerungssystem 98 des Fahrzeugs 12 kann das Potential für nicht annehmbare Bedingungen reduziert werden, wenn sich das Fahrzeug 12 entlang des Wegs 20 bewegt. Beispiele für nicht annehmbare Bedingungen beinhalten unter anderem eine Fahrzeugübergeschwindigkeitsbedingung, Sensorausfall und dergleichen. Unter derartigen Umständen ist sich der Fahrer des Ausfalls möglicherweise nicht bewusst, bis die unannehmbare Rückfahrbedingung unmittelbar bevorsteht oder bereits vorliegt. Deshalb wird hierin offenbart, dass die Steuerung 14 des Kupplungsunterstützungssystems 10 ein Alarmsignal erzeugen kann, das einer Benachrichtigung über eine tatsächliche, unmittelbar bevorstehende und/oder erwartete unannehmbare Rückfahrbedingung entspricht, und vor einem Eingreifen des Fahrers eine Gegenmaßnahme erzeugen kann, um eine derartige unannehmbare Rückfahrbedingung zu verhindern.
Gemäß einigen Beispielen kann die Steuerung 14 mit einer oder mehreren Vorrichtungen kommunizieren, einschließlich eines Fahrzeugbenachrichtigungssystems 106, das optische, akustische und taktile Benachrichtigungen und/oder Warnungen auslösen kann. Zum Beispiel können die Fahrzeugbremsleuchten 108 und/oder die Warnblinkleuchten des Fahrzeugs einen optischen Warnhinweis bereitstellen. Eine Fahrzeughupe 110 und/oder ein Lautsprecher 112 können eine hörbare Warnung bereitstellen. Zusätzlich können die Steuerung 14 und/oder das Fahrzeugbenachrichtigungssystem 106 mit einer Benutzereingabevorrichtung, wie etwa einer Mensch-Maschine-Schnittstelle (human machine interface - HMI) 114 des Fahrzeugs 12 kommunizieren. Die HMI 114 kann einen Touchscreen 116 oder eine andere Benutzereingabevorrichtung beinhalten, wie etwa eine Navigations- und/oder Unterhaltungsanzeige 118, die innerhalb eines Cockpit-Moduls, eines Armaturenbretts und/oder an einer beliebigen anderen Stelle innerhalb des Fahrzeugs 12, die zur Anzeige von Bildern geeignet ist, montiert ist und die Warnung anzeigt.
In einigen Fällen beinhaltet die HMI 114 ferner eine Eingabevorrichtung, die durch das Konfigurieren der Anzeige 118 als Teil des Touchscreens 116 mit einer Schaltung 120 umgesetzt sein kann, um eine Eingabe, die einem Standort entspricht, über die Anzeige 118 zu empfangen. Andere Formen der Eingabe, darunter ein oder mehrere Joysticks, digitale Eingabepads oder dergleichen können anstelle von oder zusätzlich zu dem Touchscreen 116 verwendet werden.
Ferner kann das Kupplungsunterstützungssystem 10 über drahtgebundene und/oder drahtlose Kommunikation mit einigen Formen der HMI 114 und/oder mit einem oder mehreren Handgeräten oder tragbaren Vorrichtungen 122 (1) kommunizieren, die zusätzlich und/oder alternativ als die Benutzereingabevorrichtung konfiguriert sind. Das Netzwerk kann einer oder mehrere von verschiedenen drahtgebundenen oder drahtlosen Kommunikationsmechanismen sein, die eine beliebige erwünschte Kombination aus drahtgebundenen (z. B. Kabel und Glasfaser) und/oder drahtlosen (z. B. Mobilfunk, drahtlos, Satellit, Mikrowelle und Hochfrequenz) Kommunikationsmechanismen und einer beliebigen gewünschten Netzwerktopologie (oder entsprechender Topologien, wenn mehrere Kommunikationsmechanismen verwendet werden) beinhaltet. Beispielhafte drahtlose Kommunikationsnetzwerke schließen Folgendes ein: einen drahtlosen Sendeempfänger (z. B. ein BLUETOOTH-Modul, einen ZIGBEE-Sendeempfänger, einen WLAN-Sendeempfänger, einen IrDA-Sendeempfänger, einen RFID-Sendeempfänger usw.), Nahverkehrsnetze (Local Area Networks - LAN) und/oder Weitverkehrsnetze (Wide Area Networks - WAN), einschließlich des Internets, die Datenkommunikationsdienste bereitstellen.
Die tragbare Vorrichtung 122 kann ebenfalls die Anzeige 118 beinhalten, um einem Benutzer U ein oder mehrere Bilder und andere Informationen anzuzeigen. Zum Beispiel kann die tragbare Vorrichtung 122 ein oder mehrere Bilder des Anhängers 18 auf der Anzeige 118 anzeigen und kann ferner in der Lage sein, Remote-Benutzereingaben über die Touchscreen-Schaltung 120 zu empfangen. Zusätzlich dazu kann die tragbare Vorrichtung 122 Rückkopplungsinformationen bereitstellen, wie etwa optische, akustische und taktile Alarmhinweise. Es versteht sich, dass die tragbare Vorrichtung 122 eine beliebige von einer Vielfalt von Rechenvorrichtungen sein kann und einen Prozessor und einen Speicher beinhalten kann. Beispielsweise kann die tragbare Vorrichtung 122 ein Mobiltelefon, eine mobile Kommunikationsvorrichtung, ein Funkschlüssel, ein Wearable (z. B. ein Fitness-Armband, eine Armbanduhr, eine Brille, Schmuck, ein Portemonnaie), Kleidungsstücke (z. B. ein T-Shirt, Handschuhe, Schuhe oder sonstige Accessoires), ein Personal Digital Assistant, Kopfhörer und/oder andere Vorrichtungen sein, die Funktionen für eine drahtlose Kommunikation und/oder beliebige drahtgebundene oder drahtlose Kommunikationsprotokolle beinhalten.
Die Steuerung 14 ist mit einem Mikroprozessor 124 und/oder einer anderen analogen und/oder digitalen Schaltung zum Verarbeiten eines oder mehrerer in einem Speicher 126 gespeicherten Logikprogramme konfiguriert. Die Logikroutinen können eine oder mehrere Routinen beinhalten, darunter die Bild-/Signalverarbeitungsroutine 58, eine Kupplungserkennungsroutine, eine Wegableitungsroutine 128 und eine Betriebsroutine 130. Informationen von dem Bildgeber 40 oder anderen Komponenten des Erfassungssystems 46 können der Steuerung 14 über ein Kommunikationsnetz des Fahrzeugs 12 zugestellt werden, zu dem ein Controller Area Network (CAN), ein Local Interconnect Network (LIN) oder andere Protokolle, die in der Automobilindustrie verwendet werden, gehören können. Es versteht sich, dass die Steuerung 14 eine eigenständige dedizierte Steuerung sein kann oder eine geteilte Steuerung sein kann, die in den Bildgeber 40 oder eine andere Komponente des Kupplungsunterstützungssystems 10 zusätzlich zu beliebigen anderen denkbaren internen oder externen Fahrzeugsteuersystemen integriert ist.
Die Steuerung 14 kann eine beliebige Kombination aus Software und/oder Verarbeitungsschaltungen beinhalten, die zum Steuern der verschiedenen Komponenten des in dieser Schrift beschriebenen Kupplungsunterstützungssystem 10 geeignet sind, einschließlich unter anderem Mikroprozessoren, Mikrocontrollern, anwendungsspezifischer integrierter Schaltungen, programmierbarer Gate-Arrays und beliebiger anderer digitaler/oder analoger Komponenten sowie Kombinationen des Vorstehenden, zusammen mit Eingaben und Ausgaben zum Übermitteln von Steuersignalen, Antriebssignalen, Leistungssignalen, Sensorsignalen usw. Alle derartigen Rechenvorrichtungen und -umgebungen sollen von der Bedeutung des Ausdrucks „Steuerung“ oder „Prozessor“ im vorliegenden Zusammenhang abgedeckt sein, sofern keine andere Bedeutung ausdrücklich bereitgestellt ist oder sich anderweitig aus dem Kontext ergibt.
Unter weiterer Bezugnahme auf die 2-6 kann die Steuerung 14 Fahrzeuglenkinformationen und -befehle in Abhängigkeit von allen oder einem Teil der empfangenen Informationen erzeugen. Danach können die Fahrzeuglenkinformationen und - befehle dem Servolenksystem 80 bereitgestellt werden, um das Lenken des Fahrzeugs 12 zu bewirken, um einen befohlenen Fahrweg 20 zur Ausrichtung mit dem Koppler 16 des Anhänger 18 zu erreichen. Es wird ferner angemerkt, dass die Bild-/Signalverarbeitungsroutine 58 durch einen dedizierten Prozessor durchgeführt werden kann, zum Beispiel innerhalb eines eigenständigen Bildgebungssystems 36 für das Fahrzeug 12, das die Ergebnisse seiner Bild-/Signalverarbeitung an andere Komponenten und Systeme des Fahrzeugs 12, darunter dem Mikroprozessor 124, ausgeben kann. Ferner kann ein beliebiges/beliebiger System, Computer, Prozessor oder dergleichen, das/der eine Bild-/Signalverarbeitungsfunktionalität vornimmt, wie zum Beispiel die hierin beschriebene, hierin als „Bild-/Signalprozessor“ bezeichnet werden, unabhängig von einer anderen Funktionalität, die es/er ebenfalls umsetzen kann (darunter gleichzeitig mit dem Ausführen der Bild-/Signalverarbeitungsroutine 58).
In einigen Beispielen kann die Bild-/Signalverarbeitungsroutine 58 dazu programmiert oder anderweitig konfiguriert sein, den Koppler 16 in den Bilddaten 56 zu lokalisieren. In einigen Fällen kann die Bild-/Signalverarbeitungsroutine 58 den Koppler 16 in den Bilddaten 56 auf Grundlage von gespeicherten oder anderweitig bekannten optischen Eigenschaften des Kopplers 16 oder von Kupplungen im Allgemeinen identifizieren. In einigen Fällen kann eine Markierung in der Form eines Stickers oder dergleichen in einer spezifizierten Position relativ zu dem Koppler 16 auf eine ähnliche Weise an dem Anhänger 18 angebracht werden, wie sie in dem gemeinsam übertragenen US-Patent Nr. 9,102,271 mit dem Titel „TRAILER MONITORING SYSTEM AND METHOD“ beschrieben ist, dessen Offenbarung in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme hierin aufgenommen ist. In derartigen Beispielen kann die Bild-/Signalverarbeitungsroutine 58 mit identifizierenden Eigenschaften der Markierung zur Lokalisierung in den Bilddaten 56 sowie der Positionierung des Kopplers 16 relativ zu einer derartigen Markierung programmiert sein, sodass der Standort des Kopplers 16 auf Grundlage der Stelle der Markierung bestimmt werden kann. Zusätzlich oder alternativ kann die Steuerung 14 über eine Eingabeaufforderung auf dem Touchscreen 116 und/oder die tragbare Vorrichtung 122 eine Bestätigung des Kopplers 16 ersuchen. Wenn die Bestimmung des Kopplers 16 nicht bestätigt wird, kann eine weitere Bild-/Signalverarbeitung bereitgestellt oder eine Anpassung der Position 134 des Kopplers 16 durch den Benutzer entweder unter Verwendung des Touchscreens 116 oder einer weiteren Eingabe unterstützt werden, um es dem Benutzer U zu ermöglichen, die dargestellte Position 134 des Kopplers 16 auf dem Touchscreen 116 zu bewegen, was die Steuerung 14 verwendet, um die Bestimmung der Position 134 des Kopplers 16 in Bezug auf das Fahrzeug 12 auf Grundlage der vorstehend beschriebenen Verwendung von Bilddaten 56 anzupassen. Alternativ kann der Benutzer U die Position 134 des Kopplers 16 innerhalb eines auf der HMI 114 dargestellten Bildes visuell bestimmen und eine Berührungseingabe auf eine Art und Weise bereitstellen, die derjenigen ähnlich ist, die in der gleichzeitig anhängigen, gemeinsam übertragenen US-Patentanmeldung Nr. 15/583,014 , eingereicht am 1. Mai 2017 und mit dem Titel „SYSTEM TO AUTOMATE HITCHING A TRAILER“ beschrieben ist, deren Offenbarung in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme hierin aufgenommen ist. Die Bild-/Signalverarbeitungsroutine 58 kann dann den Standort der Berührungseingabe mit dem Koordinatensystem in Beziehung setzen, das auf das Bildbereich 54 angewendet wird.
Wie in den 3-6 gezeigt, können in einigen beispielhaften Fällen des Kupplungsunterstützungssystems 10 die Bild-/Signalverarbeitungsroutine 58 und die Betriebsroutine 130 in Verbindung miteinander verwendet werden, um den Weg 20 zu bestimmen, entlang dessen das Kupplungsunterstützungssystem 10 das Fahrzeug 12 führen kann, um die Kupplungskugel 26 und den Koppler 16 des Anhängers 18 auszurichten. In dem gezeigten Beispiel kann eine anfängliche Position des Fahrzeugs 12 relativ zu dem Anhänger 18 derart sein, dass sich der Koppler 16 lediglich im Sichtfeld 52a des Seitenbildgebers 42 befindet, wobei das Fahrzeug 12 in der Breite zu dem Anhänger 18 positioniert ist, wobei der Koppler 16 aber fast längs mit der Kupplungskugel 26 ausgerichtet ist. Auf diese Weise kann beim Starten des Kupplungsunterstützungssystems 10, wie etwa durch Benutzereingabe auf dem Touchscreen 116, zum Beispiel das Bild-/Signalverarbeitungsprogramm 58 den Koppler 16 in den Bilddaten 56 des Bildgebers 42 identifizieren und die Position 134 des Kopplers 16 in Bezug auf die Kupplungskugel 26 unter Verwendung der Bilddaten 56 gemäß den vorstehend erörterten Beispielen oder durch andere bekannte Mittel schätzen, die das Empfangen von Brennweiteninformationen in den Bilddaten 56 beinhalten, um einen Abstand D_c zu dem Koppler 16 und einen Winkel α_c des Versatzes zwischen dem Koppler 16 und der Längsachse des Fahrzeugs 12 zu bestimmen. Sobald die Positionierung D_c , α_c des Kopplers 16 bestimmt und wahlweise durch den Benutzer U bestätigt worden ist, kann die Steuerung 14 die Kontrolle zumindest über das Fahrzeuglenksystem 80 übernehmen, um die Bewegung des Fahrzeugs 12 entlang des gewünschten Wegs 20 zu steuern, um die Fahrzeugkupplungskugel 26 mit dem Koppler 16 auszurichten.
Unter weiterer Bezugnahme auf 3 kann die Steuerung 14 (2), welche die Positionierung D_c , α_c der Kupplung 16 geschätzt hat, wie vorstehend erörtert, in einigen Beispielen das Wegableitungsprogramm 128 ausführen, um den Fahrzeugweg 20 zu bestimmen, um die Fahrzeugkupplungskugel 26 an der Kupplung 16 auszurichten. Die Steuerung 14 kann verschiedene Eigenschaften des Fahrzeugs 12 speichern, die einen Radstand W, einen Abstand L von der Hinterachse zur Kupplungskugel 26 sowie einen maximalen Winkel δ_max beinhalten, bis zu dem die gelenkten Räder 82 gedreht werden können. Wie gezeigt, können der Radstand W und der aktuelle Lenkwinkel δ verwendet werden, um einen entsprechenden Einlenkradius ρ für das Fahrzeug 12 gemäß der folgenden Gleichung zu bestimmen: $ρ = \frac{W}{tan δ}$
wobei der Radstand W fest ist und der Lenkwinkel δ durch die Steuerung 14 durch Kommunikation mit dem Lenksystem 80 gesteuert werden kann, wie vorstehend erläutert. Auf diese Weise wird der kleinstmögliche Wert für den Einlenkradius pmin wie folgt bestimmt, wenn der maximale Lenkwinkel δ_max bekannt ist: $ρ_{m i n} = \frac{W}{tan δ_{m a x}}$
Das Wegableitungsprogramm 128 kann dazu programmiert sein, den Fahrzeugweg 20 abzuleiten, um einen bekannten Ort der Fahrzeugkupplungskugel 26 an der geschätzten Position 134 der Kupplung 16 auszurichten, die den bestimmten Mindesteinlenkradius pmin berücksichtigt, wodurch ermöglicht werden kann, dass durch den Weg 20 ein Mindestmaß an Raum und Manövern verwendet wird. Auf diese Weise kann die Wegableitungsroutine 128 die Position des Fahrzeugs 12 verwenden, die auf dem Mittelpunkt 62 des Fahrzeugs 12, einem Standort an der Hinterachse, dem Standort der Koppelnavigationsvorrichtung 68 oder einem anderen bekannten Standort im Koordinatensystem beruhen kann, um sowohl einen seitlichen Abstand von dem Koppler 16 als auch einen vorderen und hinteren Abstand von dem Koppler 16 zu bestimmen und den Weg 20 abzuleiten, durch den die Seitwärts- und/oder Vorwärts-Rückwärts-Bewegung des Fahrzeugs 12 innerhalb der Grenzen des Lenksystems 80 erzielt werden. Bei der Ableitung des Wegs 20 wird ferner die Positionierung der Kupplungskugel 26 relativ zu dem nachverfolgten Standort des Fahrzeugs 12 (der dem Schwerpunkt 62 des Fahrzeugs 12, dem Standort eines GPS-Empfängers oder einem weiteren spezifischen bekannten Bereich entsprechen kann) berücksichtigt, um die erforderliche Positionierung des Fahrzeugs 12 zur Ausrichtung der Kupplungskugel 26 mit dem Koppler 16 zu bestimmen.
Sobald der gewünschte Weg 20, einschließlich des Endpunkts 132, bestimmt wurde, kann die Steuerung 14 zumindest das Lenksystem 80 des Fahrzeugs 12 mit dem Antriebsstrangsteuersystem 98 und dem Bremssteuersystem 96 (unabhängig davon, ob diese durch den Fahrer oder durch die Steuerung 14 gesteuert werden) zur Steuerung der Geschwindigkeit (vorwärts oder rückwärts) des Fahrzeugs 12 steuern. Auf diese Weise kann die Steuerung 14 Daten in Bezug auf die Position des Fahrzeugs 12 während einer Bewegung davon vom Positionierungssystem 66 empfangen, während sie das Lenksystem 80 steuert, um das Fahrzeug 12 auf dem Weg 20 zu halten. Durch den Weg 20, der auf Grundlage des Fahrzeugs 12 und der Geometrie des Lenksystems 80 bestimmt wurde, kann der Lenkwinkel δ, wie durch den Weg 20 vorgegeben, abhängig von der Position des Fahrzeugs 12 dort entlang angepasst werden.
Wie in 3 veranschaulicht, kann die Anfangspositionierung des Anhängers 18 bezogen auf das Fahrzeug 12 derart sein, dass eine Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs 12 für den erwünschten Fahrzeugweg 20 erforderlich ist, wie etwa, wenn sich der Anhänger 18 in der Breite versetzt zu der Seite des Fahrzeugs 12 befindet. Auf diese Weise kann der Weg 20 verschiedene Segmente 136 des Fahrens des Fahrzeugs 12 nach vorne und/oder nach hinten beinhalten, getrennt durch Wendepunkte 138, an denen das Fahrzeug 12 zwischen einer Bewegung nach vorne und nach hinten wechselt. Im hier verwendeten Sinne sind „Wendepunkte“ beliebige Punkte entlang des Fahrzeugwegs 20, an denen ein Fahrzeugzustand geändert wird. Die Fahrzeugzustände beinhalten unter anderem eine Änderung der Geschwindigkeit, eine Änderung des Lenkwinkels δ, eine Änderung der Fahrzeugrichtung und/oder eines beliebigen anderen Fahrzeugzustands, der eingestellt werden kann. Wenn zum Beispiel eine Fahrzeuggeschwindigkeit geändert wird, kann sich ein Wendepunkt 138 an der Stelle befinden, an der die Geschwindigkeit geändert wurde. In einigen Beispielen kann die Wegableitungsroutine 128 derart konfiguriert sein, dass sie ein gerades Rückwärtsfahrsegment 136 für eine definierte Entfernung vor dem Erreichen des Punktes beinhaltet, an dem die Kupplungskugel 26 mit der Position 134 des Kopplers 16 ausgerichtet ist. Die übrigen Segmente 136 können bestimmt werden, um die Seitwärts- und Vorwärts-/Rückwärts-Bewegung in dem kleinstmöglichen Bereich und/oder mit der geringsten Anzahl an Gesamtsegmenten 136 oder Wendepunkten 138 zu erzielen. In dem veranschaulichten Beispiel von 3 kann der Weg 20 zwei Segmente 136 beinhalten, durch welche insgesamt die seitliche Bewegung des Fahrzeugs 12 zurückgelegt wird, wobei eines davon das Vorwärtsfahren mit einem maximalen Lenkwinkel δ_max in der rechten Lenkrichtung beinhaltet und das andere das Vorwärtsfahren mit einem maximalen Lenkwinkel δ_max in der linken Lenkrichtung beinhaltet, während ein Segment 136 des geraden Rückwärtsfahrens bereitgestellt ist, um die Kupplungskugel 26 in eine Versatzausrichtung 134 des Kopplers 16 zu bringen. Daraufhin ist ein Wendepunkt 138 beinhaltet, an dem das Fahrzeug 12 vom Vorwärtsfahren zum Rückwärtsfahren übergeht, gefolgt von dem zuvor erwähnten geraden Rückwärtsfahrsegment 136. Es ist anzumerken, dass Variationen des dargestellten Wegs 20 verwendet werden können, einschließlich einer Variation mit einem einzigen Vorwärtsfahrsegment 136 in einem rechten Lenkwinkel δ, der kleiner ist als der maximale Lenkwinkel δ_max , gefolgt von einem Wendepunkt 138 und einem Rückwärtsfahrsegment 136 in einem maximalen linken Lenkwinkel δ_max mit einem kürzeren geraden Rückwärtssegment 136, wobei noch weitere Wege 20 möglich sind.
In einigen Fällen kann das Kupplungsunterstützungssystem 10 dazu konfiguriert sein, mit dem Fahrzeug 12 nur beim Rückwärtsfahren zu arbeiten, in welchem Fall das Kupplungsunterstützungssystem 10 den Fahrer auffordern kann, das Fahrzeug 12 nach Bedarf zu fahren, um den Anhänger 18 in einem zugewiesenen Bereich relativ zum Fahrzeug 12 zu positionieren, einschließlich an der Rückseite davon, sodass das Wegableitungsprogramm 128 einen Fahrzeugweg 20 bestimmen kann, der Rückwärtsfahren beinhaltet. Solche Anweisungen können den Fahrer ferner anweisen, das Fahrzeug 12 in Bezug auf den Anhänger 18 zu positionieren, um andere Beschränkungen des Kupplungsunterstützungssystems 10 auszugleichen, die einen bestimmten Abstand zur Identifizierung der Kupplung 16, einen Mindestversatzwinkel α_c oder dergleichen beinhalten. Es wird ferner angemerkt, dass die Schätzwerte für die Positionierung D_c , α_c des Kopplers 16 genauer werden können, wenn das Fahrzeug 12 den Weg 20 entlangfährt, einschließlich des Positionierens des Fahrzeugs 12 vor dem Anhänger 18 und wenn sich das Fahrzeug 12 dem Koppler 16 nähert. Dementsprechend können derartige Schätzwerte abgeleitet und verwendet werden, um die Wegableitungsroutine 128 bei der Bestimmung des eingestellten anfänglichen Endpunkts 132 für den Weg 20 bei Bedarf zu aktualisieren.
Unter Bezugnahme auf 5 und 6 beinhaltet eine Strategie zum Bestimmen eines anfänglichen Endpunkts 132 für den Fahrzeugweg 20, der die Kupplungskugel 26 in einer projizierten Position zur Ausrichtung mit dem Koppler 16 platziert, ein Berechnen der tatsächlichen oder einer ungefähren Bewegungsbahn zur Bewegung des Kopplers 16, während der Koppler 16 auf die Kupplungskugel 26 abgesenkt wird. Der anfängliche Endpunkt 132 wird dann wie vorstehend erörtert oder anderweitig abgeleitet, um die Kupplungskugel 26 an dem gewünschten Ort 140 auf dieser Bewegungsbahn zu platzieren. Im Endeffekt wird ein solches Schema durch Bestimmen der Differenz zwischen der Höhe H_c des Kopplers 16 und der Höhe H_hb der Kupplungskugel 26 umgesetzt, die den vertikale Abstand darstellt, um den der Koppler 16 abgesenkt wird, um mit der Kupplungskugel 26 in Eingriff zu treten. Die bestimmte Bewegungsbahn wird dann dazu verwendet, den vertikalen Abstand mit einem entsprechenden horizontalen Abstand Δx der Bewegung des Kopplers 16 in der Fahrtrichtung, die sich aus dem vertikalen Abstand ergibt, in Beziehung zu setzen. Dieser horizontale Abstand Δx kann in die Wegableitungsroutine 128 als gewünschter anfänglicher Endpunkt 132 davon eingegeben werden oder als Versatz für den anfänglichen Endpunkt 132, der aus der anfänglich bestimmten Position 134 des Kopplers 16 abgeleitet ist, angewendet werden, wenn der Weg 20 mit dem geraden Zurücksetzsegment 136 endet, wie in 3 veranschaulicht.
Unter erneuter Bezugnahme auf die 5 und 6 kann die Betriebsroutine 130 damit fortfahren, das Fahrzeug 12 zu führen, bis sich die Kupplungskugel 26 an dem gewünschten finalen Endpunkt 140 relativ zu dem Koppler 16 befindet, damit sich der Koppler 16 mit der Kupplungskugel 26 verbinden kann, wenn der Koppler 16 in Ausrichtung und/oder Eingriff damit abgesenkt wird. In den vorstehend erörterten Beispielen überwacht die Bildverarbeitungsroutine 58 die Positionierung D_c , α_c des Kopplers 16 während der Ausführung der Betriebsroutine 130, einschließlich wenn der Koppler 16 durch den hinteren Bildgeber 40 mit fortgeführter Bewegung des Fahrzeugs 12 entlang des Wegs 20 besser gesehen wird. Wie vorstehend erläutert, kann die Position des Fahrzeugs 12 auch durch die Koppelnavigationsvorrichtung 68 überwacht werden, wobei die Position 134 des Kopplers 16 aktualisiert und in die Wegableitungsroutine 128 eingegeben wird, wenn der Weg 20 und/oder der anfängliche Endpunkt 132 präzisiert werden kann oder aktualisiert werden sollte (zum Beispiel aufgrund von verbesserten Informationen bezüglich Höhe H_c , Abstand D_c oder Versatzwinkel α_c aufgrund einer besseren Auflösung oder zusätzlicher Bilddaten 56), einschließlich, wenn sich das Fahrzeug 12 näher an den Anhänger 18 heran bewegt. In einigen Fällen kann für den Koppler 16 angenommen werden, dass er statisch ist, sodass die Position des Fahrzeugs 12 dadurch nachverfolgt werden kann, dass die Nachverfolgung des Kopplers 16 fortgesetzt wird, um das Erfordernis der Verwendung der Koppelnavigationsvorrichtung 68 zu beseitigen. Auf eine ähnliche Weise kann eine modifizierte Variation der Betriebsroutine 130 eine zuvor festgelegte Abfolge an Manövern durchlaufen, die das Lenken des Fahrzeugs 12 bei oder unter einem maximalen Lenkwinkel δ_max beinhaltet, während die Position D_c , α_c des Kopplers 16 geortet wird, um die bekannte relative Position der Kupplungskugel 26 zu dem gewünschten finalen Endpunkt 140 davon relativ zu der nachverfolgten Position 134 des Kopplers 16 zu konvergieren.
Unter Bezugnahme auf 7 sind das Fahrzeug 12 und der Anhänger 18 in einem Koordinatensystem 142 angeordnet gezeigt. Das Koordinatensystem 142 wird durch die Steuerung 14 erzeugt, um das Fahrzeug 12 und den Anhänger 18 auf Grundlage von Informationen, die durch das Erfassungssystem 46 bereitgestellt werden, positionsmäßig in Beziehung zu setzen. Wie abgebildet, ist das Koordinatensystem 142 ein lokalisiertes kartesisches Koordinatensystem mit einer x-Achse und einer y-Achse. In dem abgebildeten Beispiel fällt die x-Achse mit der Längsachse des Anhängers 18 zusammen und somit werden die zwei Begriffe hierin austauschbar verwendet. Das Koordinatensystem 142 beinhaltet einen Ursprung O (x = 0, y = 0), der an dem Koppler 16 liegt, gezeigt als die Kopplerkugelaufnahme 34. Die Steuerung 14 erzeugt auch einen Grenzbereich, der als ein Sektor 144 dargestellt ist, der aus der Kopplerkugelaufnahme 34 entspringt und von dort nach vorn hervorsteht. Der Sektor 144 beinhaltet die Ebene, die durch einen ersten Radius 146, einen zweiten Radius 148 und einen Bogen 150 dazwischen eingeschlossen ist. Die Größe des Sektors 144 basiert auf einem Winkel α zwischen dem ersten und dem zweiten Radius 146, 148. Der Winkel α wird durch Folgendes bereitgestellt: $α = 2 {tan}^{- 1} (\frac{L}{ρ_{min}}),$
wobei L der Abstand von der Kupplungskugel 26 zu einer Hinterachse 100 des Fahrzeugs 12 ist und ρ_min ein Mindestwenderadius des Fahrzeugs 12 ist. In Beispielen, in denen sich der Ursprung O an dem Koppler 16 befindet und die x-Achse mit der Längsachse des Anhängers 18 zusammenfällt, wird der erste Radius 146 in Bezug auf die Längsachse des Anhängers 18 durch Folgendes bereitgestellt: $ψ + \frac{α}{2},$
wobei ψ eine Kursrichtung des Fahrzeugs 12 in Bezug auf die x-Achse ist. Der Winkel des zweiten Radius 148 in Bezug auf die Längsachse des Anhängers 18 wird durch Folgendes bereitgestellt: $ψ - \frac{α}{2} .$
In Bezug auf das abgebildete Beispiel, wobei die Kursrichtung ip des Fahrzeugs 12 null Grad beträgt, betragen die Winkel sowohl des ersten als auch des zweiten Radius 146, 148 des Sektors $144 + \frac{α}{2} bzw . - \frac{α}{2} .$
Zum Zwecke des Vergleichs zeigt 8 beispielhaft das Fahrzeug 12 in einer Kursrichtung ψ von etwa 10 Grad oder $\frac{π}{18}$
Radiant. In diesem bestimmten Fall betragen die Winkel sowohl des ersten als auch des zweiten Radius 146, 148 des Sektors $144 \frac{π}{18} + \frac{α}{2} bzw . \frac{π}{18} - \frac{π}{2} .$
In Bezug auf die hierin beschriebenen Beispiele ist die Größe des Sektors 144 fest, während dessen Ausrichtung oder Zielrichtung dynamisch ist. Das heißt, der Sektor 144 dreht sich um die Kopplerkugelaufnahme 34 als Reaktion auf Änderungen in der Kursrichtung ψ des Fahrzeugs 12.
Unter Bezugnahme auf die 9 und 10 definiert die Steuerung 14 den Fahrzeugrücksetzweg 20 in Richtung des Anhängers 18, wenn sich die Kupplungskugel 26 innerhalb des Sektors 144 befindet. In Bezug auf die hierin bereitgestellten Beispiele entspricht der Fahrzeugrücksetzweg 20 einer Bewegungsbahn der Kupplungskugel 26 in Richtung der Kopplerkugelaufnahme 34. Sobald die Kupplungskugel 26 das Ende ihrer Bewegungsbahn erreicht, werden die Kupplungskugel 26 und die Kopplerkugelaufnahme 34 allgemein ausgerichtet, um es dem Anhänger 18 zu ermöglichen, an das Fahrzeug 12 gekoppelt zu werden. Wie in 9 gezeigt, kann der Fahrzeugrücksetzweg 20 gerade sein, um dem kürzesten Abstand zwischen der Kupplungskugel 26 und der Kopplerkugelaufnahme 34 zu entsprechen. Alternativ, wie in 10 gezeigt, kann das System 10 zuerst das Fahrzeug 12 entlang seines aktuellen Kurses 152 zurücksetzen, um den Versatz zwischen der Kupplungskugel 26 und der Kopplerkugelaufnahme 34 in der Richtung der y-Achse zu reduzieren, um so das Fahrzeug 12 besser mit dem Anhänger 18 auszurichten. In dem abgebildeten Beispiel definiert die Steuerung 14 den Fahrzeugrücksetzweg 20, sobald die Kupplungskugel 26 die Längsachse des Anhängers 18 schneidet. In dem abgebildeten Beispiel ist der Fahrzeugrücksetzweg 20 ein gerader Rücksetzweg 20, der mit der Längsachse des Anhängers 18 zusammenfällt. Es versteht sich jedoch, dass der Fahrzeugrücksetzweg 20 an einem beliebigen Punkt entlang des aktuellen Kurses 152 des Fahrzeugs 12, der bis zu der Längsachse des Anhängers 18 und darüber hinaus verläuft, erzeugt werden kann, wobei angenommen wird, dass die Kupplungskugel 26 innerhalb des Sektors 144 verbleibt.
Unter Bezugnahme auf 11 wird ein Winkel ψ_Weg des Fahrzeugrücksetzweges 20 in Bezug auf die Längsachse des Anhängers 18 durch Folgendes bereitgestellt: $ψ_{W e g} = {tan}^{- 1} (\frac{y_{h b} - y_{h s}}{x_{h b} - x_{h s}}),$
wobei x_hb , y_hb die x, y-Koordinaten der Kupplungskugel 26 darstellen und x_hs , y_hs die x, y-Koordinaten der Kopplerkugelaufnahme 34 darstellen. Sobald die Steuerung 14 den Winkel ψ_Weg der Fahrzeugrücksetzstrecke 20 bestimmt, kann die Steuerung 14 einen Lenkwinkel δ zum Lenken des Fahrzeugs 12 entlang des Fahrzeugrücksetzweges 20 bestimmen. Der Lenkwinkel δ wird durch Folgendes bereitgestellt: $δ = {tan}^{- 1} (\frac{W tan (ψ - ψ_{W e g})}{L}) o d e r δ = {tan}^{- 1} (\frac{W tan α_{c}}{L}),$
wobei W ein Radstand des Fahrzeugs 12 ist, L der Abstand von der Kupplungskugel 26 zu der Hinterachse 100 ist und ψ die Kursrichtung des Fahrzeugs 12 in Bezug auf die Längsachse des Anhängers 18 ist. Positive und negative Werte des Lenkwinkels δ bezeichnen eine Rücksetzrichtung des Fahrzeugs 12, wie zum Beispiel im Uhrzeigersinn und entgegen dem Uhrzeigersinn. Es versteht sich, dass andere Vorzeichenkonventionen verwendet werden können, falls gewünscht.
Wie hierin beschrieben, ändert sich die Ausrichtung oder die Zielrichtung des Sektors 144 als Reaktion auf Änderungen der Kursrichtung ψ des Fahrzeugs 12. Zum Beispiel, wie in 12 gezeigt, dreht sich der Sektor 144 als Reaktion darauf, dass das Fahrzeug 12 aus seiner anfänglichen Position (gezeigt als durchgehende Linien) entlang des Rücksetzweges 20 zu einer späteren Position (gezeigt als gestrichelte Linie) entlang des Rücksetzweges 20 fährt, im Uhrzeigersinn in eine neue Position. Der dynamische Aspekt des Sektors 144 ermöglicht es der Steuerung 14, den Fahrzeugrücksetzweg 20 im Fall von Verfolgungsfehlern, wie etwa fehlerhaften Koordinaten, die der Kopplerkugelaufnahme 34 zugewiesen werden, neu zu definieren.
In Situationen, in denen sich die Kupplungskugel 26 außerhalb des Sektors 144 befindet, kann das System 10 dem Fahrer desselben über das Fahrzeugbenachrichtigungssystem 106 benachrichtigen. In einigen Beispielen erzeugt die Steuerung 14 das Koordinatensystem 142 (7) auf der Fahrzeuganzeige 118 als eine visuelle Hilfe, um den Fahrer des Fahrzeugs 12 beim Vornehmen von Manövern, um die Kupplungskugel 26 innerhalb des Sektors 144 zu positionieren, zu leiten. In anderen Beispielen kann das System 10 das Fahrzeug 12 autonom oder halbautonom manövrieren, um die Kupplungskugel 26 innerhalb des Sektors 144 zu positionieren. Unabhängig davon, ob die Manöver manuell oder autonom erfolgen, versteht es sich, dass Manöver zum Positionieren der Kupplungskugel 26 innerhalb des Sektors 144 Manövrieren des Fahrzeugs 12 nach vorn, Zurücksetzen des Fahrzeugs 12 oder eine Kombination davon beinhalten. Unter einem autonomen Steuerschema kann die Steuerung 14 das Fahrzeugbremssteuersystem 96, das Antriebsstrangsteuersystem 98 und das Servolenksystem 80 betrieben, sodass der Fahrer nur das Manövrieren des Fahrzeugs 12 überwachen muss. Im Gegensatz dazu kann die Steuerung 14 unter einem halbautonomen Steuerschema nur einige der vorstehenden Komponenten betreiben, wodurch ein Eingriff des Fahrers erforderlich ist. Zum Beispiel kann der Fahrer angefordert werden, Gas zu geben und die Bremse zu betätigen, während die Steuerung 14 das Servolenksystem 80 betreibt, um das Fahrzeug 12 in den Sektor 144 zu lenken. In jedem Fall kann die Steuerung 14, sobald sich die Kupplungskugel 26 innerhalb des Sektors 144 befindet, den Fahrzeugrücksetzweg 20 erzeugen und den entsprechenden Lenkwinkel δ gemäß einem beliebigen der hierin beschriebenen Beispiele bestimmen. Um das Fahrzeug 12 entlang des Fahrzeugrücksetzweges 20 zurückzusetzen, versteht es sich, dass das System 10 autonome oder halbautonome Steuerung des Fahrzeugs 12 übernehmen kann. Alternativ kann der Fahrer das Fahrzeug 12 unter Verwendung des Koordinatensystems 142 und des Sektors 144, die auf der Fahrzeuganzeige 118 erzeugt werden, falls bereitgestellt, entlang des Fahrzeugrücksetzweges 20 zurücksetzen.
Unter Bezugnahme auf 13 kann das Fahrzeug in einigen Fällen einem Benutzer U des Kupplungsunterstützungssystems 10 eine Möglichkeit bereitstellen, die Fahrzeugkursrichtung ψ zu wählen, wenn die Kupplungskugel mit dem Koppler 16 ausgerichtet ist, um ein oder mehrere Hindernisse 154 (14), die nahe dem Fahrzeug 12 und/oder dem Anhänger 18 angeordnet sind, zu vermeiden. In derartigen Fällen kann die Anzeige innerhalb des Fahrzeugs und/oder eingebracht innerhalb einer beliebigen elektronischen Vorrichtung verschiedene Fahrzeugkursrichtungen ip veranschaulichen, aus denen der Benutzer U wählen kann und/oder ein Benutzer U kann eine gewünschte Ausrichtung eingeben. Oder alternativ kann die Startkursrichtung ψ des Fahrzeugs, wenn das Kupplungsunterstützungssystem 10 initiiert wird, und/oder ein Winkel zu einer beliebigen anderen Zeit während der Verwendung des Kupplungsunterstützungssystems 10 als eine standardmäßige bevorzugte Fahrzeugkursrichtung ψ gewählt werden (14). In derartigen Fällen kann die Anzeige innerhalb des Fahrzeugs und/oder eingebracht innerhalb einer beliebigen elektronischen Vorrichtung veranschaulichen/animieren, dass die bevorzugte Fahrzeugkursrichtung der tatsächlichen Fahrzeugkursrichtung folgt, in der der Benutzer U das Fahrzeug vor dem Initiieren oder während der Verwendung des Kupplungsunterstützungssystems 10 positioniert.
Unter Bezugnahme auf die 14-17 wird, sobald eine bevorzugte Fahrzeugkursrichtung ψ bestimmt ist, der Fahrzeugweg 20 bestimmt, während Hindernisse 154 vermieden werden. Um den Fahrzeugweg 20 zu bestimmen, während beliebige nahe Hindernisse 154 vermieden werden, kann das Kupplungsunterstützungssystem 10 eine oberste Position p_um zwischen einem Vorwärtsabschnitt 156 des Fahrzeugs 12 und beliebigen Hindernissen 154 in der Startkursrichtung ψ des Fahrzeugs bestimmen. Die oberste Position p_um kann die entfernteste Position des Fahrzeugs 12 von dem Anhänger 18 sein. Es versteht sich, dass die oberste Position p_um als der größte Abstand berechnet wird, mit dem sich das Fahrzeug aus seiner anfänglichen Position vorwärts bewegen kann, bevor es ein beliebiges Hindernis 154 berührt. Zum Beispiel, wie beispielhaft in 16 gezeigt, würde der vordere linke Eckabschnitt 156 des Fahrzeugs der erste Abschnitt des Fahrzeugs sein, der das Hindernis 154 berührt. Daher kann die oberste Position p_um (x_um , y_um , ψ_s ) der vorderen linken Ecke des Fahrzeugs durch die folgenden Gleichungen berechnet werden: $y_{u m} = y_{o b s} - L_{f} sin ψ_{s} - 0,5 V_{w} cos ψ_{s}, und$
$x_{u m} = x_{s} + (y_{u m} - y_{s}) / tan φ_{s},$
wobei L_f der Abstand von der Hinterachse des Fahrzeugs zu dem Vorwärtsabschnitt 156 des Fahrzeugs 12 ist, V_w die Breite des Fahrzeugs ist, x_s die Startposition des Fahrzeugs 12 in der x-Richtung ist und y_s die Startposition des Fahrzeugs 12 in der y-Richtung ist, ψ_s die Startkursrichtung des Fahrzeugs 12 ist und y_obs die Position des Hindernisses 154 in der y-Richtung ist.
Gleichermaßen, aus der aktuellen Fahrzeugposition p_s , kann das Kupplungsunterstützungssystem 10 eine unterste Position p_lm zwischen einem hinteren Abschnitt 158 des Fahrzeugs 12 und beliebigen Hindernissen 154 und/oder dem Anhänger 18 mit der Fahrzeugstartkursrichtung ψ, wie beispielhaft in 17 veranschaulicht, bestimmen. Die unterste Position p_lm (x_lm , y_lm , ψ_s ) des Fahrzeugs 12 kann durch die folgenden Gleichungen berechnet werden: $y_{l m} = L_{r} sin ψ_{s} + 0,5 V_{w} cos ψ_{s}, und$
$x_{l m} = x_{s} + (y_{l m} - y_{s}) / tan φ_{s} .$
wobei L_r der Abstand von der Hinterachse des Fahrzeugs zu dem hinteren Abschnitt 158 des Fahrzeugs 12 ist. Die unterste Position p_lm kann die nahegelegenste Position des Fahrzeugs 12 von dem Anhänger 18 sein. Nun unter Bezugnahme auf 18, wie hierin bereitgestellt, kann die Anfangspositionierung des Anhängers 18 bezogen auf das Fahrzeug 12 derart sein, dass eine Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs 12 für den erwünschten Fahrzeugweg 20 erforderlich ist, wie etwa, wenn sich der Anhänger 18 in der Breite versetzt zu der Seite des Fahrzeugs 12 befindet. Auf diese Weise kann der Weg 20 verschiedene Segmente 136 des Fahrens des Fahrzeugs 12 nach vorne und/oder nach hinten beinhalten, getrennt durch Wendepunkte 138, an denen das Fahrzeug 12 zwischen einer Bewegung nach vorne und nach hinten wechselt. In einigen Beispielen kann der Weg 20 ein oder mehr Segmente 136 beinhalten, durch welche insgesamt die seitliche Bewegung des Fahrzeugs 12 zurückgelegt wird, während ein Segment 136 des geraden Rückwärtsfahrens bereitgestellt ist, um die Kupplungskugel 26 in eine Versatzausrichtung 134 des Kopplers 16 zu bringen. In einigen Fällen kann der Weg 20 ein oder mehrere Segmente 136 beinhalten, die gemeinsam die seitliche Bewegung des Fahrzeugs 12 durch eine oder mehrere „S-Kurven“ durchlaufen, die als ein Segment 136, das mit dem Versatz des Lenkwinkels δ aus der neutralen Position in einer ersten Richtung durchgeführt wird, und ein nachfolgendes Segment 136, das mit einem Lenkwinkel δ durchgeführt wird, der in einer zweiten, gegenüberliegenden Richtung von der neutralen Position versetzt ist, definiert sein können.
Nun unter Bezugnahme auf 18, wie hierin bereitgestellt, kann das Kupplungsunterstützungssystem 10, um den Fahrzeugweg 20 zu bestimmen, eine beliebige Anzahl von Segmenten berechnen, die das Fahrzeug aus der anfänglichen Position in eine finale Zielposition bewegen. In einigen Fällen wird eine Bestimmung, ob ein Weg 20 umsetzbar ist, zur Ausrichtung der Kupplungskugel 26 und des Kopplers 16 mit einer vordefinierten Fahrzeugkursrichtung ψ bestimmt. In derartigen Fällen wird jedes Segment auf Grundlage eines Mittelpunkts C₁ , C₂ des Wenderadius von jedem Segment berechnet. Zum Beispiel können die Segmente dadurch berechnet werden, dass zuerst die Mittelpunkte C₁ , C₂ von jedem nichtlinearen Segment bestimmt werden. Dementsprechend werden aus der Zielposition p_t (x_t , y_t , ψ_t ) die x- und y-Koordinaten des ersten Drehpunkts c₁ durch die folgenden Gleichungen berechnet: $x_{c 1} = x_{t} + ρ sin ψ_{t}, und$
$y_{c 1} = y_{t} −ρ sin ψ_{t},$
wobei ρ der Drehradius des Fahrzeugs 12 während eines jeden Segments ist. Aus der Startposition p_s (x_s, y_s, ψ_s) werden die x- und y-Koordinaten des ersten Drehpunkts c₂ durch die folgenden Gleichungen berechnet: $x_{c 2} = x_{s} −ρ sin ψ_{s}, und$
$y_{c 2} = y_{s} +ρ sin ψ_{s} .$
Da sich das erste Segment und das zweite Segment an einem gemeinsamen Punkt, der den Wendepunkt darstellt, schneiden, kann die folgende Gleichung verwendet werden, um diesen Punkt zu bestimmen: ${(x_{c 1} - x_{c 2})}^{2} + {(y_{c 1} - y_{c 2})}^{2} = {(2 ρ)}^{2} .$
Durch Einsetzen von x_c1 , y_c1 , x_c2 , y_c2 in den vorstehenden Gleichungen und Lösen der resultierenden Gleichung kann der Radius ρ berechnet werden. Dann können die x- und y-Koordinaten des Wendepunktes p₁, wo sich die zwei Segmente schneiden, durch die folgenden Gleichungen gelöst werden: $x_{p 1} = \frac{(x_{c 1} + x_{c 2})}{2}, und$
$y_{p 1} = \frac{(y_{c 1} + y_{c 2})}{2} .$
Zusätzlich kann die Kursrichtung ψ des Fahrzeugs 12 an dem ersten Wendepunkt p₁ durch die folgende Gleichung berechnet werden: $ψ_{p 1} = ψ_{t} - θ_{1},$
wobei θ₁ der Drehwinkel des entsprechenden ersten Segments ist, das durch Anwenden des Kosinusgesetzes berechnet werden kann, da die Länge von jedem Abschnitt des Dreiecks c₁p_tp₁ bekannt ist. Wenn der Radius ρ größer als oder gleich dem Mindestdrehradius ρ_min des Fahrzeugs 12 ist, dann wird ein umsetzbarer Weg 20 bestimmt und die Betriebsroutine 130 kann damit fortfahren, das Fahrzeug 12 zu führen, bis sich die Kupplungskugel 26 an dem gewünschten finalen Endpunkt 140 relativ zu dem Koppler 16 befindet, damit sich der Koppler 16 mit der Kupplungskugel 26 verbinden kann, wenn der Koppler 16 in Ausrichtung und/oder Eingriff damit abgesenkt wird.
Unter Bezugnahme auf 19, wenn der Radius ρ kleiner als der Mindestwenderadius pmin des Fahrzeugs 12 ist, kann das Kupplungsunterstützungssystem 10 bestimmen, ob ein oder mehrere Segmente, die eine S-Kurve bilden können, gefunden werden können, um das Fahrzeug 12 aus der Zielposition p_t in die maximale Vorwärtsposition p_um , die durch die hierin beschriebenen Verfahren erhalten wird, zu bewegen. Das Verfahren zum Finden des Mittelpunkts C₁ , C₂ von jedem Segment der S-Kurve, des Wenderadius ρ und des Wendepunktes p₂ kann ähnlich zu dem berechnet werden, was vorstehend in den Gleichungen 12-19 erörtert ist. Wenn eine gültige S-Kurve gefunden wird, wobei der Radius ρ größer als oder gleich dem Mindestwenderadius pmin des Fahrzeugs 12 ist, dann kann der Fahrzeugweg 20 bestimmt werden, da der Weg 20 von der obersten Position p_um zu dem Startpunkt p_s eine gerade Bewegung ist.
Unter Bezugnahme auf 20, wenn der Radius ρ kleiner als der Mindestwenderadius pmin des Fahrzeugs 12 ist, kann das Kupplungsunterstützungssystem 10 bestimmen, ob ein oder mehrere Segmente, die eine beliebige Anzahl von S-Kurven bilden können, dazu genutzt werden können, das Fahrzeug 12 aus seiner aktuellen Position zu den vorwärts und/oder rückwärts angeordneten Hindernissen 154 zu bewegen. In einigen Fällen kann an deinem derartigen Punkt der Wenderadius ρ als der Mindestwenderadius pmin vordefiniert sein. Zum Beispiel, wie beispielhaft in 20 veranschaulicht, können die Mitten des S-KurvenSegments, der Wenderadius ρ und der Wendepunkt über die folgenden Gleichungen berechnet werden: $x_{c 1} = x_{t} + ρ_{m i n} sin ψ_{t},$
$y_{c 1} = y_{t} + ρ_{m i n} cos ψ_{t},$
$y_{c 2} = y_{u m} + ρ_{m i n} cos ψ_{s},$
$x_{c 2} = x_{c 1} - \sqrt{{(2 ρ_{m i n})}^{2} - {(y_{c 1} - y_{c 2})}^{2}},$
$x_{p 1} = \frac{(x_{c 1} + x_{c 2})}{2},$
$y_{p 1} = \frac{(y_{c 1} + y_{c 2})}{2},$
$ψ_{p 1} = ψ_{t} - θ_{1},$
$ψ_{p 2} = ψ_{s},$
$x_{p 2} = (x_{p 1} - x_{c 2}) cos (ψ_{p 2} - ψ_{p 1}) - (y_{p 1} - y_{c 2}) sin (ψ_{p 2} - ψ_{p 1}) + x_{c 2}, und$
$y_{p 2} = (x_{p 1} - x_{c 2}) sin (ψ_{p 2} - ψ_{p 1}) + (y_{p 1} - y_{c 2}) cos (ψ_{p 2} - ψ_{p 1}) + y_{c 2} .$
Unter Bezugnahme auf 21 kann das Kupplungsunterstützungssystem 10 bestimmen, ob ein S-Kurven-Segment gefunden werden kann, um das Fahrzeug 12 von dem zweiten Wendepunkt zu der Startposition p_s zu bewegen. Das Verfahren zum Bestimmen der Mittelpunkte C₁ , C₂ der S-Kurven, des Wenderadius und des Wendepunktes p₃ kann unter Verwendung der hierin bereitgestellten Verfahren gefunden werden. Wie zuvor beschrieben, kann, wenn eine gültige S-Kurve gefunden wird, wobei der Radius ρ größer als oder gleich dem Mindestwenderadius des Fahrzeugs pmin ist, dann der Fahrzeugweg 20 bestimmt werden.
Unter Bezugnahme auf 22, wenn der Radius ρ kleiner als der Mindestwenderadius pmin des Fahrzeugs 12 ist, kann das Kupplungsunterstützungssystem 10 bestimmen, ob zusätzliche Segmente das Fahrzeug 12 aus einer aktuellen Position p₂ zu der maximalen Rückwärtsposition p_lm , die in den Gleichungen 10 und 11 bestimmt wurde, bewegen können. Das Verfahren zum Bestimmen der zusätzlichen Segmente kann das gleiche wie bei anderen Segmenten, die vorstehend erörtert werden, sein. Wenn eine gültige S-Kurve gefunden wird, wobei der Radius ρ größer als oder gleich dem Mindestwenderadius pmin des Fahrzeugs 12 ist, dann kann der Fahrzeugweg 20 bestimmt werden, da der Weg 20 von der untersten Position p_lm zu dem Startpunkt p_s eine gerade Bewegung ist.
Unter Bezugnahme auf 23, wenn der Radius ρ kleiner als der Mindestwenderadius pmin des Fahrzeugs 12 ist, kann das Kupplungsunterstützungssystem 10 bestimmen, ob zusätzliche Segmente das Fahrzeug 12 aus einer aktuellen Position p₂ zu der maximalen Rückwärtsposition p₄ bewegen können und das Fahrzeug 12 entlang der anfänglichen Fahrzeugkursrichtung ψ ausgerichtet ist. Das Segment, das das Fahrzeug 12 aus der aktuellen Position p₂ zu dem Ende des nächsten Segments p₄ bewegt, ist ähnlich der Bewegung entlang des Segments zwischen p_t und p₂ , außer, dass sich das Fahrzeug 12 in Richtung des Anhängers 18 bewegt. Dieses Verfahren kann wiederholt werden, um das Fahrzeug 12 längs und/oder seitlich zu bewegen, sodass ein finales Segment gerade sein kann, wobei das 12 in der vordefinierten Kursrichtung ψ ausgerichtet ist.
Sobald ein Fahrzeugweg 20 berechnet wurde, kann die Betriebsroutine jedes der Segmente in der umgekehrten Reihenfolge der Berechnung durchführen, um das Fahrzeug in Richtung des Anhängers 18 zu bewegen, da die Segmente aus dem finalen Endpunkt zurück in Richtung der aktuellen Position des Fahrzeugs berechnet wurden. In einigen Fällen kann das Kupplungsunterstützungssystem 10 bestimmen, dass mit einer beliebigen Anzahl von Segmenten und/oder einer vorbestimmten maximalen Anzahl von Segmenten die Ausrichtung mit der vordefinierten Fahrzeugkursrichtung ψ nicht umsetzbar sein kann.
Unter Bezugnahme auf 24 ist ein Verfahren 160 zum Ausrichten der Kupplungsbaugruppe 22 an dem Koppler 16 gemäß einigen Beispielen gezeigt. Insbesondere wird das Kupplungsunterstützungssystem 10 bei Schritt 162 gestartet. Sobald das Kupplungsunterstützungssystem 10 initiiert ist, kann die Steuerung 14 das Erfassungssystem 46 (2) des Fahrzeugs 12 verwenden, um Informationen zu Fahrzeug 12, Anhänger 18 und Hindernissen in Schritt 164 zu erhalten. Es versteht sich, dass die finale Fahrzeugkursrichtung ψ automatisch als die anfängliche Fahrzeugausrichtung ψ gewählt wird, wenn das Kupplungsunterstützungssystem 10 initiiert wird. In Schritt 166 bestimmt das Kupplungsunterstützungssystem 10 eine gewünschte Fahrzeugkursrichtung ψ, die durch einen Benutzer U eingegeben werden kann und/oder innerhalb des Kupplungsunterstützungssystems 10 vorbestimmt sein kann. Sobald der Anhänger 18 und die Hindernisse 154 nahe des Fahrzeugs 12 lokalisiert sind, kann das Kupplungsunterstützungssystem 10 in Schritt 168 die oberste und die unterste Position p_um , p_lm bestimmen. Danach beginnt das Wegeplanungsverfahren damit, den Weg aus der Fahrzeugzielposition, in der die Kupplungskugel 26 mit dem Koppler 16 mit der vordefinierten Fahrzeugkursrichtung ψ ausgerichtet ist, abzuleiten.
In Schritt 170 verwendet die Steuerung 14 die Wegeableitungsroutine 128, um zu bestimmen, ob ein Weg 20 aus der aktuellen Position in die Startposition umsetzbar ist. Wenn ein derartiger Weg 20 umsetzbar ist, geht das Verfahren zu Schritt 182 über.
Wenn ein Weg 20 in Schritt 170 nicht umsetzbar ist, geht das Verfahren zu Schritt 172 über, wo das Kupplungsunterstützungssystem 10 bestimmt, ob ein umsetzbarer Weg 20 aus der aktuellen Fahrzeugposition zu der obersten Position p_um erhalten werden kann. Wenn ein Weg 20 existiert, geht das Verfahren zu Schritt 182 über.
Wenn ein Weg 20 in Schritt 172 nicht umsetzbar ist, geht das Verfahren zu Schritt 174 über, wo das Kupplungsunterstützungssystem 10 eine S-Kurve nutzt, um das Fahrzeug 12 in Richtung des nach vorn angeordneten Objekts in einer Längsrichtung und zu der Startposition in einer seitlichen Richtung zu bewegen, was gleichzeitig erreicht werden kann. Danach, in Schritt 176, bestimmt das Kupplungsunterstützungssystem 10, ob ein umsetzbarer Weg 20 von der neuen aktuellen Position des Fahrzeugs 12 zu der Startposition existiert. Wenn ein derartiger umsetzbarer Weg 20 existiert, geht das Verfahren zu Schritt 182 über.
Wenn in Schritt 176 kein umsetzbarer Weg 20 existiert, bestimmt das Kupplungsunterstützungssystem 10 in Schritt 178, ob ein umsetzbarer Weg 20 von der aktuellen Position des Fahrzeugs 12 zu der untersten Position p_lm existiert. Wenn ein derartiger Weg 20 existiert, geht das Verfahren zu Schritt 182 über. Wenn ein Weg 20 immer noch nicht umsetzbar ist, geht das Verfahren zu Schritt 180 über, wo das Fahrzeug 12 durch eine S-Kurve manövriert wird, sodass sich das Fahrzeug 12 gleichzeitig in Richtung des Anhängers 18 in einer Längsrichtung und zu der Startposition in einer seitlichen Richtung bewegt. Danach kann das Verfahren zu Schritt 170 zurückkehren und mehr Wegesegmente planen, bis ein umsetzbarer Weg 20 von der Fahrzeugzielposition zu der Fahrzeugstartposition gefunden wird.
Sobald der Weg 20 abgeleitet wurde, kann das Kupplungsunterstützungssystem 10 in Schritt 182 die Reihenfolge, mit der das Fahrzeug 12 entlang der Segmente des Weges 20 manövriert wird, umkehren. Dann kann das Kupplungsunterstützungssystem 10 den Benutzer U bei Schritt 182 dazu auffordern, die Steuerung von mindestens dem Lenkrad 88 des Fahrzeugs 12 (und optional der Drossel 100 und der Bremse in verschiedenen Umsetzungen des Kupplungsunterstützungssystems 10, wobei die Steuerung 14 die Steuerung des Antriebsstrangsteuersystems 98 und des Bremssteuersystems 96 während der Ausführung der Betriebsroutine 130 übernimmt) aufzugeben, während das Fahrzeug 12 einen automatischen Kupplungsvorgang durchführt. Wenn bestätigt wurde, dass der Benutzer U nicht versucht, das Lenksystem 80 (zum Beispiel unter Verwendung des Drehmomentsensors 94) zu steuern, beginnt die Steuerung 14, das Fahrzeug 12 entlang des bestimmten Wegs 20 zu bewegen. Ferner kann das Kupplungsunterstützungssystem 10 bestimmen, ob sich das Getriebesystem 102 im richtigen Gang befindet, und kann in den gewünschten Gang wechseln oder den Benutzer U dazu auffordern, in den gewünschten Gang zu schalten. Das Kupplungsunterstützungssystem 10 kann dann das Lenksystem 80 steuern, um das Fahrzeug 12 auf dem Weg 20 zu halten, während entweder der Benutzer U oder die Steuerung 14 die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 12 unter Verwendung des Antriebsstrangsteuersystems 98 und des Bremssteuersystems 96 steuert. Sobald die Kupplungskugel 26 mit dem Koppler 16 ausgerichtet ist, endet das Verfahren 160 bei Schritt 184.
Aus der Verwendung der vorliegenden Offenbarung lässt sich eine Vielfalt an Vorteilen ableiten. Zum Beispiel stellt die Verwendung des offenbarten Kupplungsunterstützungssystems ein System zum Ausrichten einer Kupplungsbaugruppe mit einem Koppler bereit, während nahe angeordnete Hindernisse vermieden werden. Ferner kann das Kupplungsunterstützungssystem verschiedene Manöver wie etwa eine S-Kurven zum seitlichen und/oder längsläufigen Ändern der Position des Fahrzeugs relativ zum Anhänger. Es kann eine anfängliche Kursrichtung des Fahrzeugs eingegeben werden, sodass das Fahrzeug in einer vorbestimmten Richtung angeordnet werden kann, wenn die Kupplungsbaugruppe und der Koppler miteinander ausgerichtet sind. Ein Benutzer U kann die gewünschte Kursrichtung wählen und/oder das Kupplungsunterstützungssystem kann sich mit der Kupplungsbaugruppe und dem Koppler in einer Standardkursrichtung ausrichten.
Gemäß einigen Beispielen ist hierin ein Kupplungsunterstützungssystem bereitgestellt. Das Kupplungsunterstützungssystem beinhaltet ein Erfassungssystem, das dazu konfiguriert ist, einen Anhänger und ein Hindernis nahe dem Anhänger zu erkennen. Das Kupplungsunterstützungssystem beinhaltet ferner eine Steuerung in Kommunikation mit dem Erfassungssystem, die dazu konfiguriert ist, eine Fahrzeugkursrichtung zu definieren, wenn eine Kupplungskugel eines Fahrzeugs mit einem Koppler des Anhängers ausgerichtet ist; eine oberste Position des Fahrzeugs zu bestimmen; eine unterste Position des Fahrzeugs zu bestimmen; und einen Fahrzeugweg, der die Kupplungsbaugruppe des Fahrzeugs mit einem Koppler des Anhängers innerhalb der obersten und untersten Position ausrichtet, zu bestimmen. Beispiele für das Kupplungsunterstützungssystem können ein beliebiges oder eine Kombination der folgenden Merkmale beinhalten:

• der Koppler umfasst eine Kopplerkugelaufnahme und die Kupplungsbaugruppe umfasst eine Kupplungskugel;
• das Hindernis definiert die oberste Position und der Anhänger definiert die unterste Position;
• die Steuerung bestimmt, ob ein umsetzbarer Weg aus einer anfänglichen Position zu dem Koppler besteht, wobei das Fahrzeug in einer Rückwärtsrichtung manövriert wird;
• das Fahrzeug wird vor der Rückwärtsbewegung in Richtung des Anhängers vorwärts in die oberste Position manövriert;
• das Fahrzeug wird durch ein oder mehrere S-Kurven-Segmente manövriert, um das Fahrzeug in einer seitlichen Richtung relativ zu dem Anhänger zu bewegen;
• das Fahrzeug wird aus einer anfänglichen Position in die oberste Position und danach in die unterste Position manövriert;
• die oberste Position ist durch eine Position definiert, bei der sich ein Vorwärtsabschnitt des Fahrzeugs innerhalb eines vordefinierten Abstands des Hindernisses befindet;
• die unterste Position ist durch eine Position definiert, bei der sich ein Rückwärtsabschnitt des Fahrzeugs innerhalb eines vordefinierten Abstands des Anhängers befindet;
• eine Eingabevorrichtung zum Annehmen der Fahrzeugkursrichtung;
• die Eingabevorrichtung ist eine Touchscreen-Vorrichtung, die innerhalb des Fahrzeugs angeordnet ist;
• die Steuerung bestimmt den Fahrzeugweg von dem Koppler zu einer aktuellen Position des Fahrzeugs durch ein oder mehrere Segmente und das Fahrzeug durchläuft jedes der Segmente in der umgekehrten Richtung, um das Fahrzeug entlang des geplanten Weges zu manövrieren; und/oder
• die finale Fahrzeugkursrichtung wird automatisch als die anfängliche Fahrzeugausrichtung gewählt, wenn das Kupplungsunterstützungssystem initiiert wird.

Außerdem ist hierin ein Kupplungsunterstützungsverfahren bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet Erkennen eines Kopplers eines Anhängers. Das Verfahren beinhaltet auch Erkennen einer obersten Position zwischen einem Fahrzeug und einem Objekt. Das Verfahren beinhaltet ferner Erkennen einer untersten Position zwischen dem Fahrzeug und dem Anhänger. Zusätzlich beinhaltet das Verfahren Definieren eines Fahrzeugrücksetzweges mit einem oder mehreren nichtlinearen Segmenten. Zuletzt beinhaltet das Verfahren Ausrichten einer Kupplungskugel mit dem Koppler in einem vordefinierten Versatzwinkel zwischen dem Anhänger und dem Fahrzeug. Beispiele des Kupplungsunterstützungsverfahrens können ein beliebiges oder eine Kombination der folgenden Merkmale und/oder Schritte beinhalten:

Gemäß verschiedenen Beispielen ist hierin ein Kupplungsunterstützungssystem bereitgestellt. Das Kupplungsunterstützungssystem beinhaltet ein Erfassungssystem, das dazu konfiguriert ist, einen Anhänger und ein Hindernis nahe dem Anhänger zu erkennen. Das Kupplungsunterstützungssystem beinhaltet ferner eine Steuerung in Kommunikation mit dem Erfassungssystem, die dazu konfiguriert ist, eine Fahrzeugkursrichtung zu definieren, wenn eine Kupplungskugel eines Fahrzeugs mit einem Koppler des Anhängers ausgerichtet ist; das Fahrzeug in eine oberste Position nahe dem Hindernis zu manövrieren; und einen Fahrzeugweg, der den Koppler mit der Kupplungskugel aus der obersten Position ausrichtet, zu bestimmen. Beispiele für das Kupplungsunterstützungssystem können ein beliebiges oder eine Kombination der folgenden Merkmale beinhalten:
- • die Steuerung manövriert ferner das Fahrzeug zu einer untersten Position, bevor es zu der obersten Position zurückkehrt, um das Fahrzeug in einer seitlichen Richtung relativ zu dem Anhänger zu bewegen;
- • eine Eingabevorrichtung zum Annehmen der Fahrzeugkursrichtung;
- • das Fahrzeug wird durch ein oder mehrere S-Kurven-Segmente manövriert, um das Fahrzeug in einer seitlichen Richtung relativ zu dem Anhänger zu bewegen;
- • die Eingabevorrichtung ist eine Touchscreen-Vorrichtung, die innerhalb des Fahrzeugs angeordnet ist; und/oder
- • die finale Fahrzeugkursrichtung ist ein gemeinsamer Versatz zwischen dem Fahrzeug und den Anhänger als ein anfänglicher Versatz, wenn das Kupplungsunterstützungssystem initiiert wird.

Der Durchschnittsfachmann versteht, dass der Aufbau der beschriebenen Erfindung und anderer Komponenten nicht auf ein bestimmtes Material beschränkt ist. Andere beispielhafte Beispiele der hierin offenbarten Erfindung können aus einer großen Vielfalt an Materialien gebildet werden, es sei denn, hierin wird etwas anderes beschrieben.
Im Sinne dieser Offenbarung bezeichnet der Ausdruck „gekoppelt“ (in all seinen Formen wie koppeln, Kopplung, gekoppelt usw.) im Allgemeinen das direkte oder indirekte Verbinden von zwei (elektrischen oder mechanischen) Komponenten miteinander. Ein derartiges Verbinden kann dem Wesen nach feststehend oder beweglich sein. Ein derartiges Verbinden kann erreicht werden, indem die zwei Komponenten (elektrisch oder mechanisch) und beliebige zusätzlichen dazwischenliegenden Elemente einstückig als ein einzelner einheitlicher Körper miteinander oder mit den zwei Komponenten gebildet werden. Ein derartiges Verbinden kann dem Wesen nach dauerhaft sein oder dem Wesen nach abnehmbar oder lösbar sein, es sei denn, es ist etwas anderes angegeben.
Außerdem ist eine beliebige Anordnung von Komponenten zum Erzielen derselben Funktion effektiv „zugeordnet“, sodass die gewünschte Funktion erzielt wird. Somit können beliebige zwei Komponenten, die hier kombiniert werden, um eine bestimmte Funktion zu erzielen, als einander „zugeordnet“ angesehen werden, sodass die gewünschte Funktion unabhängig von Architekturen oder Zwischenkomponenten erzielt wird. Ebenso können zwei beliebige derart zugeordnete Komponenten ebenfalls als miteinander „wirkverbunden“ oder „wirkgekoppelt“ angesehen werden, um die gewünschte Funktion zu erzielen, und können zwei beliebige Komponenten, die dazu in der Lage sind, derartig zugeordnet zu sein, außerdem als miteinander „wirkkoppelbar“ angesehen werden, um die gewünschte Funktion zu erreichen. Einige Beispiele für Elemente, die wirkkoppelbar sind, beinhalten unter anderem physisch zusammenpassbare und/oder physisch zusammenwirkende Komponenten und/oder Komponenten, die drahtlos zusammenwirken können, und/oder drahtlos zusammenwirkende Komponenten und/oder logisch zusammenwirkende Komponenten und/oder Komponenten, die logisch zusammenwirken können. Darüber hinaus versteht es sich, dass eine Komponente, die dem Ausdruck „von dem“/„von der“/„des“/„der“ vorangeht, an jeder beliebigen möglichen Position angeordnet sein kann (z. B. an, in und/oder außen an dem Fahrzeug angeordnet), sodass die Komponente auf jede beliebige hierin beschriebene Art und Weise funktionieren kann.
Umsetzungen der hierin offenbarten Systeme, Vorrichtungen und Verfahren können einen Spezial- oder Universalcomputer beinhalten oder nutzen, der Computerhardware beinhaltet, wie zum Beispiel einen oder mehrere Prozessoren und Systemspeicher, wie hierin erläutert. Umsetzungen innerhalb des Umfangs der vorliegenden Offenbarung können zudem physische und andere computerlesbare Medien zum Transportieren oder Speichern von computerausführbaren Anweisungen und/oder Datenstrukturen beinhalten. Bei derartigen computerlesbaren Medien kann es sich um beliebige verfügbare Medien handeln, auf die durch ein Universal- oder Spezialcomputersystem zugegriffen werden kann. Bei computerlesbaren Medien, auf denen computerausführbare Anweisungen gespeichert sind, handelt es sich um Computerspeichermedien (-vorrichtungen). Bei computerlesbaren Medien, die computerausführbare Anweisungen transportieren, handelt es sich um Übertragungsmedien. Somit können Umsetzungen der vorliegenden Offenbarung beispielsweise und nicht einschränkend mindestens zwei deutlich unterschiedliche Arten computerlesbarer Medien beinhalten: Computerspeichermedien (-vorrichtungen) und Übertragungsmedien.
Computerspeichermedien (-vorrichtungen) beinhalten RAM, ROM, EEPROM, CD-ROM, Festkörperlaufwerke (solid state drives - „SSDs“) (z. B. basierend auf RAM), Flash-Speicher, Phasenwechselspeicher (phase-change memory - „PCM“), andere Speicherarten, andere optische Plattenspeicher, Magnetplattenspeicher oder andere magnetische Speichervorrichtungen oder ein beliebiges anderes Medium, das dazu verwendet werden kann, erwünschte Programmcodemittel in Form von computerausführbaren Anweisungen oder Datenstrukturen zu speichern, und auf das durch einen Universal- oder Spezialcomputer zugegriffen werden kann.
Eine Umsetzung der hierin offenbarten Vorrichtungen, Systeme und Verfahren kann über ein Computernetzwerk kommunizieren. Ein „Netzwerk“ ist als eine oder mehrere Datenverbindungen definiert, die den Transport elektronischer Daten zwischen Computersystemen und/oder Modulen und/oder anderen tragbaren Vorrichtungen ermöglichen. Wenn Informationen über ein Netzwerk oder eine andere Kommunikationsverbindung (entweder festverdrahtet, drahtlos oder eine beliebige Kombination aus festverdrahtet oder drahtlos) auf einen Computer übertragen oder einem Computer bereitgestellt werden, sieht der Computer die Verbindung zweckgemäß als Übertragungsmedium an. Übertragungsmedien können ein Netzwerk und/oder Datenverbindungen beinhalten, die verwendet werden können, um erwünschte Programmcodemittel in Form von computerausführbaren Anweisungen oder Datenstrukturen zu transportieren, und auf die durch einen Universal- oder Spezialcomputer zugegriffen werden kann. Kombinationen aus dem Vorstehenden sollten ebenfalls im Umfang computerlesbarer Medien enthalten sein.
Computerausführbare Anweisungen beinhalten zum Beispiel Anweisungen und Daten, die bei Ausführung auf einem Prozessor einen Universalcomputer, Spezialcomputer oder eine Spezialverarbeitungsvorrichtung dazu veranlassen, eine bestimmte Funktion oder Gruppe von Funktionen auszuführen. Bei den computerausführbaren Anweisungen kann es sich zum Beispiel um Binärdateien, Anweisungen in einem Zwischenformat, wie etwa Assemblersprache, oder auch um Quellcode handeln. Obwohl der Gegenstand in für Strukturmerkmale und/oder methodische Handlungen spezifischer Sprache beschrieben worden ist, versteht es sich, dass der in den beigefügten Patentansprüchen definierte Gegenstand nicht unbedingt auf die vorstehend beschriebenen Merkmale oder Handlungen beschränkt ist. Die beschriebenen Merkmale und Handlungen werden vielmehr als beispielhafte Formen der Umsetzung der Patentansprüche offenbart.
Der Fachmann wird verstehen, dass die vorliegende Offenbarung in Network-Computing-Umgebungen mit vielen Arten von Computersystemkonfigurationen umgesetzt werden kann, zu denen ein Armaturenbrett-Fahrzeugcomputer, Personal Computer, Desktop-Computer, Laptop-Computer, Nachrichtenprozessoren, Handheld-Vorrichtungen, Multiprozessorsysteme, Unterhaltungselektronik auf Mikroprozessorbasis oder programmierbare Unterhaltungselektronik, Netz-PCs, Minicomputer, Mainframe-Computer, Mobiltelefone, PDAs, Tablets, Pager, Router, Switches, verschiedene Speichervorrichtungen und dergleichen gehören. Die Offenbarung kann zudem in Umgebungen mit verteilten Systemen ausgeführt werden, in denen sowohl lokale Computersysteme als auch entfernte Computersysteme, die durch das Netzwerk (entweder durch festverdrahtete Datenverbindungen, drahtlose Datenverbindungen oder durch eine beliebige Kombination aus festverdrahteten und drahtlosen Datenverbindungen) verbunden sind, Aufgaben ausführen. In einer Umgebung mit verteilten Systemen können sich Programmmodule sowohl in lokalen Speichervorrichtungen als auch in entfernten Speichervorrichtungen befinden.
Ferner können die hier beschriebenen Funktionen gegebenenfalls in einem oder mehreren der Folgenden durchgeführt werden: Hardware, Software, Firmware, digitalen Komponenten oder analogen Komponenten. Eine oder mehrere anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (application specific integrated circuits - ASICs) können zum Beispiel so programmiert sein, dass sie eines bzw. eine oder mehrere der hier beschriebenen Systeme und Prozeduren ausführen. Bestimmte Ausdrücke werden in der gesamten Beschreibung und den Patentansprüchen verwendet, um auf bestimmte Systemkomponenten Bezug zu nehmen. Der Fachmann wird verstehen, dass auf Komponenten mit unterschiedlichen Bezeichnungen Bezug genommen werden kann. In dieser Schrift soll nicht zwischen Komponenten unterschieden werden, die sich dem Namen nach unterscheiden, nicht jedoch der Funktion nach.
Es ist anzumerken, dass die vorstehend erörterten Sensorbeispiele Computerhardware, - software, -firmware oder eine beliebige Kombination daraus beinhalten könnten, um zumindest einen Teil ihrer Funktionen auszuführen. Ein Sensor kann zum Beispiel Computercode beinhalten, der dazu konfiguriert ist, in einem oder mehreren Prozessoren ausgeführt zu werden, und kann eine Hardware-Logikschaltung/elektrische Schaltung beinhalten, die durch den Computercode gesteuert wird. Diese beispielhaften Vorrichtungen sind in dieser Schrift zum Zwecke der Veranschaulichung bereitgestellt und sollen nicht einschränkend sein. Beispiele der vorliegenden Offenbarung können in weiteren Arten von Vorrichtungen umgesetzt werden, wie es dem einschlägigen Fachmann bekannt ist.
Mindestens einige Beispiele der vorliegenden Offenbarung sind auf Computerprogrammprodukte ausgerichtet, die eine solche Logik (z. B. in Form von Software) beinhalten, die auf einem beliebigen computernutzbaren Medium gespeichert ist. Derartige Software bewirkt bei Ausführung in einer oder mehreren Datenverarbeitungsvorrichtungen, dass eine Vorrichtung wie hier beschrieben betrieben wird.
Es ist zudem wichtig festzuhalten, dass die in den beispielhaften Beispielen gezeigte Konstruktion und Anordnung der Elemente der Erfindung lediglich veranschaulichend sind. Zwar sind in dieser Offenbarung nur einige Beispiele für die vorliegenden Innovationen ausführlich beschrieben worden, doch wird der Fachmann, der diese Offenbarung betrachtet, ohne Weiteres erkennen, dass viele Modifikationen möglich sind (z. B. Variationen von Größen, Abmessungen, Strukturen, Formen und Proportionen der verschiedenen Elemente, Werte von Parametern, Montageanordnungen, Verwendung von Materialien, Farben, Ausrichtungen usw.), ohne wesentlich von den neuartigen Lehren und Vorteilen des genannten Gegenstands abzuweichen. Zum Beispiel können Elemente, die als integriert gebildet dargestellt sind, aus mehreren Teilen konstruiert sein, oder können Elemente, die als mehrere Teile gezeigt sind, einstückig gebildet sein, kann die Bedienung der Schnittstellen umgekehrt oder anderweitig variiert werden, kann die Länge oder Breite der Strukturen und/oder Elemente oder Verbindungselemente oder sonstiger Elemente des Systems variiert werden und kann die Art oder Anzahl der zwischen den Elementen bereitgestellten Einstellpositionen variiert werden. Es ist anzumerken, dass die Elemente und/oder Anordnungen des Systems aus beliebigen aus einer breiten Vielfalt an Materialien, die eine ausreichende Festigkeit oder Haltbarkeit bereitstellen, in beliebigen aus einer breiten Vielfalt an Farben, Texturen und Kombinationen konstruiert werden könnten. Entsprechend ist beabsichtigt, dass alle derartigen Modifikationen im Umfang der vorliegenden Innovationen enthalten sind. Andere Substitutionen, Modifikationen, Änderungen und Auslassungen können an der Ausgestaltung, an den Betriebsbedingungen und der Anordnung der gewünschten und anderer beispielhafter Beispiele vorgenommen werden, ohne vom Geist der vorliegenden Innovationen abzuweichen.
Es versteht sich, dass alle beschriebenen Prozesse oder Schritte in den beschriebenen Verfahren mit anderen offenbarten Prozessen oder Schritten zum Ausbilden von Strukturen innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung kombiniert werden können. Die hier offenbarten beispielhaften Strukturen und Prozesse dienen lediglich zu Veranschaulichungszwecken und sind nicht als einschränkend auszulegen.
Es versteht sich zudem, dass Variationen und Modifikationen an den vorstehend genannten Strukturen und Verfahren vorgenommen werden können, ohne von den Konzepten der vorliegenden Erfindung abzuweichen, und es versteht sich ferner, dass derartige Konzepte von den folgenden Patentansprüchen abgedeckt sein sollen, es sei denn, diese Patentansprüche geben durch ihren Wortlaut ausdrücklich etwas anderes vor.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Kupplungsunterstützungssystem bereitgestellt, aufweisend ein Erfassungssystem, das dazu konfiguriert ist, einen Anhänger und ein Hindernis nahe dem Anhänger zu erkennen; und eine Steuerung in Kommunikation mit dem Erfassungssystem, die dazu konfiguriert ist, eine finale Fahrzeugkursrichtung relativ zu dem Anhänger zu definieren, wenn eine Kupplungskugel eines Fahrzeugs mit einem Koppler des Anhängers ausgerichtet ist, das Fahrzeug in eine oberste Position nahe dem Hindernis zu manövrieren, und einen Fahrzeugweg, der den Koppler mit der Kupplungskugel aus der obersten Position ausrichtet, zu bestimmen.
Gemäß einer Ausführungsform manövriert die Steuerung ferner das Fahrzeug zu einer untersten Position, bevor es zu der obersten Position zurückkehrt, um das Fahrzeug in einer seitlichen Richtung relativ zu dem Anhänger zu bewegen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch eine Eingabevorrichtung zum Annehmen der Fahrzeugkursrichtung.
Gemäß einer Ausführungsform wird das Fahrzeug durch ein oder mehrere S-Kurven-Segmente manövriert, um das Fahrzeug in einer seitlichen Richtung relativ zu dem Anhänger zu bewegen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Eingabevorrichtung eine Touchscreen-Vorrichtung, die innerhalb des Fahrzeugs angeordnet ist.
Gemäß einer Ausführungsform wird die finale Fahrzeugkursrichtung automatisch als die anfängliche Fahrzeugausrichtung gewählt, wenn das Kupplungsunterstützungssystem initiiert wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 9102271 [0031]
US 15583014 [0031]

Claims

Kupplungsunterstützungssystem, umfassend: ein Erfassungssystem, das dazu konfiguriert ist, einen Anhänger und ein Hindernis nahe dem Anhänger zu erkennen; und eine Steuerung in Kommunikation mit dem Erfassungssystem und zu Folgendem konfiguriert: eine finale Fahrzeugkursrichtung relativ zu dem Anhänger zu definieren, wenn eine Kupplungskugel eines Fahrzeugs mit einem Koppler des Anhängers ausgerichtet ist; eine oberste oder entfernteste Position des Fahrzeugs von dem Anhänger zu bestimmen; eine unterste oder nächstgelegene Position des Fahrzeugs von dem Anhänger zu bestimmen; und einen Fahrzeugweg zu bestimmen, der eine Kupplungsbaugruppe des Fahrzeugs mit einem Koppler des Anhängers innerhalb der obersten und untersten Position ausrichtet.
System nach Anspruch 1, wobei der Koppler eine Kopplerkugelaufnahme umfasst und die Kupplungsbaugruppe eine Kupplungskugel umfasst.
System nach Anspruch 1, wobei das Hindernis die oberste Position definiert und der Anhänger die unterste Position definiert.
System nach Anspruch 3, wobei die Steuerung bestimmt, ob ein umsetzbarer Weg aus einer anfänglichen Position zu dem Koppler besteht, wobei das Fahrzeug in einer Rückwärtsrichtung manövriert wird.
System nach Anspruch 3, wobei das Fahrzeug vor der Rückwärtsbewegung in Richtung des Anhängers vorwärts in die oberste Position manövriert wird.
System nach einem der Ansprüche 1-5, wobei das Fahrzeug durch ein oder mehrere S-Kurven-Segmente manövriert wird, um das Fahrzeug in einer seitlichen Richtung relativ zu dem Anhänger zu bewegen.
System nach Anspruch 6, wobei das Fahrzeug aus einer anfänglichen Position in die oberste Position und danach in die unterste Position manövriert wird.
System nach einem der Ansprüche 1-5, wobei die oberste Position durch eine Position definiert ist, bei der sich ein Vorwärtsabschnitt des Fahrzeugs innerhalb eines vordefinierten Abstands des Hindernisses befindet.
System nach einem der Ansprüche 1-5, wobei die unterste Position durch eine Position definiert ist, bei der sich ein Rückwärtsabschnitt des Fahrzeugs innerhalb eines vordefinierten Abstands des Anhängers befindet.
System nach einem der Ansprüche 1-5, ferner umfassend: eine Eingabevorrichtung zum Annehmen der Fahrzeugkursrichtung.
System nach Anspruch 10, wobei die Eingabevorrichtung eine Touchscreen-Vorrichtung ist, die innerhalb des Fahrzeugs angeordnet ist.
System nach einem der Ansprüche 1-5, wobei die Steuerung den Fahrzeugweg von dem Koppler zu einer aktuellen Position des Fahrzeugs durch ein oder mehrere Segmente bestimmt und das Fahrzeug jedes der Segmente in der umgekehrten Richtung durchläuft, um das Fahrzeug entlang des geplanten Weges zu manövrieren.
System nach einem der Ansprüche 1-5, wobei die finale Fahrzeugkursrichtung automatisch als die anfängliche Fahrzeugausrichtung gewählt wird, wenn das Kupplungsunterstützungssystem initiiert wird.
Kupplungsunterstützungsverfahren, das die folgenden Schritte umfasst: Erkennen eines Kopplers eines Anhängers; Erkennen einer obersten Position zwischen einem Fahrzeug und einem Objekt; Erkennen einer untersten Position zwischen dem Fahrzeug und dem Anhänger; Definieren eines Fahrzeugrücksetzweges mit einem oder mehreren nichtlinearen Segmenten; und Ausrichten einer Kupplungskugel mit dem Koppler in einem vordefinierten Versatzwinkel zwischen dem Anhänger und dem Fahrzeug.