DE102021103652A1

DE102021103652A1 - Anhängerkupplungsunterstützungssystem mit dynamischer fahrzeugsteuerverarbeitung

Info

Publication number: DE102021103652A1
Application number: DE102021103652.6A
Authority: DE
Inventors: Kyle Simmons; Luke Niewiadomski; Li Xu
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2020-02-20
Filing date: 2021-02-16
Publication date: 2021-08-26
Also published as: US11447132B2; US20210261131A1

Abstract

Diese Offenbarung stellt ein Anhängerkupplungsunterstützungssystem mit dynamischer Fahrzeugsteuerverarbeitung bereit. Ein System zum Unterstützen beim Ausrichten eines Fahrzeugs zum Kuppeln an einen Anhänger beinhaltet eine Steuerung, welche Szenendaten von einem Erkennungssystem empfängt und den Anhänger innerhalb des Bereiches hinter dem Fahrzeug identifiziert, einen Rücksetzweg ableitet, um eine an dem Fahrzeug montierte Kupplungskugel an einem Koppler des Anhängers auszurichten, und ein Lenksteuersignal, ein Antriebsstrangsteuersignal und ein Bremssteuersignal ableitet, um jeweils ein Fahrzeuglenksystem, ein Fahrzeugantriebsstrangsteuersystem und ein Fahrzeugbremssystem zum Manövrieren des Fahrzeugs zu steuern, einschließlich des Rückwärtsfahrens entlang des Rücksetzweges. Die Steuerung verarbeitet mindestens eines von dem Lenksteuersignal, dem Antriebsstrangsteuersignal und dem Bremssignal gemäß einem von einem Abstand zu dem Koppler, der anhand der Szenendaten abgeleitet wird, oder einer Fahrzeuggeschwindigkeit, die von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor erlangt wird.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Kupplungsunterstützungssystem für ein Fahrzeug. Insbesondere verarbeitet das System verschiedene Fahrzeugsteuersignale, um die Systemleistung beim Zurücksetzen des Fahrzeugs in Richtung eines Anhängers zu verbessern.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Das Kuppeln eines Anhängers an ein Fahrzeug kann schwierig und zeitaufwändig sein. Insbesondere kann das Ausrichten einer Kupplungskugel eines Fahrzeugs an der gewünschten Anhängerkupplung abhängig vom Ausgangsstandort des Anhängers in Bezug auf das Fahrzeug ein wiederholtes Vor- und Zurückfahren in Koordination mit mehreren Lenkmanövern erforderlich machen, um das Fahrzeug angemessen zu positionieren. Ferner ist die Anhängerkupplung für einen erheblichen Teil des zur angemessenen Kupplungskugelausrichtung erforderlichen Fahrens nicht sichtbar, und die Kupplungskugel kann unter normalen Umständen zu keiner Zeit tatsächlich durch den Fahrer gesehen werden. Dieses Fehlen von Sichtlinien macht eine Ableitung der Positionierung der Kupplungskugel und der Kupplung basierend auf Erfahrung mit einem bestimmten Fahrzeug und Anhänger erforderlich und kann dennoch mehrmaliges Anhalten und Aussteigen aus dem Fahrzeug erforderlich machen, um die Ausrichtung zu bestätigen oder eine angemessene Korrektur für einen nachfolgenden Satz von Manövern festzustellen. Noch ferner bedeutet die Nähe der Kupplungskugel zu dem hinteren Stoßfänger des Fahrzeugs, dass jedes Übersteuern bewirken kann, dass das Fahrzeug mit dem Anhänger in Berührung kommt. Dementsprechend können weitere Verbesserungen gewünscht sein.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet ein System zum Unterstützen beim Ausrichten eines Fahrzeugs zum Kuppeln an einen Anhänger ein Fahrzeuglenksystem, ein Fahrzeugantriebsstrangsteuersystem, ein Fahrzeugbremssystem, einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor und ein Erkennungssystem, das ein Signal ausgibt, welches Szenendaten eines Bereiches hinter dem Fahrzeug beinhaltet. Das System beinhaltet zudem eine Steuerung, welche die Szenendaten empfängt und den Anhänger innerhalb des Bereiches hinter dem Fahrzeug identifiziert, einen Rücksetzweg ableitet, um eine an dem Fahrzeug montierte Kupplungskugel an einem Koppler des Anhängers auszurichten, und ein Lenksteuersignal, ein Antriebsstrangsteuersignal und ein Bremssteuersignal ableitet, um jeweils das Fahrzeuglenksystem, das Fahrzeugantriebsstrangsteuersystem und das Fahrzeugbremssystem zum Manövrieren des Fahrzeugs zu steuern, einschließlich des Rückwärtsfahrens entlang des Rücksetzweges. Die Steuerung verarbeitet mindestens eines von dem Lenksteuersignal, dem Antriebsstrangsteuersignal und dem Bremssignal gemäß einem von einem Abstand zu dem Koppler, der anhand der Szenendaten abgeleitet wird, oder einer Fahrzeuggeschwindigkeit, die von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor erlangt wird.
Ausführungsformen des ersten Aspekts der Erfindung können ein beliebiges oder eine Kombination aus den folgenden Merkmalen beinhalten:

- die Steuerung verarbeitet das Lenksteuersignal durch Anwenden einer Ratenbegrenzung auf das Lenksignal, wobei die Ratenbegrenzung mit mindestens einem von dem Abstand zu dem Koppler oder der Fahrzeuggeschwindigkeit variiert;
- die Steuerung bestimmt die Ratenbegrenzung durch Ableiten einer ersten Ratenbegrenzung basierend auf der Fahrzeuggeschwindigkeit, Ableiten einer zweiten Ratenbegrenzung basierend auf dem Abstand zu dem Koppler, Ableiten einer dritten Ratenbegrenzung basierend auf einem erwarteten Lenksteuersignal basierend auf dem Weg und Auswählen einer niedrigsten Ratenbegrenzung aus der ersten Ratenbegrenzung, der zweiten Ratenbegrenzung und der dritten Ratenbegrenzung;
- die Steuerung bestimmt die Ratenbegrenzung durch Auswählen der niedrigsten Ratenbegrenzung aus der ersten Ratenbegrenzung, der zweiten Ratenbegrenzung und der dritten Ratenbegrenzung, wenn bestimmt wird, dass sich das Fahrzeug bewegt, und wendet eine voreingestellte maximale Rate an, wenn bestimmt wird, dass das Fahrzeug stillsteht;
- die Steuerung verarbeitet das Lenksteuersignal durch Anwenden der Ratenbegrenzung auf das Lenksignal, sodass die Ratenbegrenzung mit dem Abstand zu dem Koppler variiert, indem die Ratenbegrenzung mit einem abnehmenden Abstand zu dem Koppler erhöht wird;
- die Steuerung verarbeitet das Lenksteuersignal durch Anwenden der Ratenbegrenzung auf das Lenksignal, sodass die Ratenbegrenzung mit der Fahrzeuggeschwindigkeit variiert, indem die Ratenbegrenzung mit einer abnehmenden Fahrzeuggeschwindigkeit verringert wird;
- die Steuerung verarbeitet das mindestens eine von dem Lenksteuersignal, dem Antriebsstrangsteuersignal und dem Bremssteuersignal durch Anwenden eines Filters auf das mindestens eine von dem Lenksignal, dem Antriebsstrangsteuersignal und dem Bremssteuersignal, wobei das Filter mit einer Verstärkung angewendet wird, die mit abnehmendem Abstand zu dem Koppler abnimmt;
- die Steuerung verarbeitet das Lenksteuersignal durch Überwachen einer aktuellen Position des gelenkten Rads auf eine Änderung als Reaktion auf das Lenksteuersignal und Bestimmen eines Lenkfehlers basierend darauf, dass die aktuelle Position des gelenkten Rads stationär bleibt und das Lenksteuersignal einer Bewegung des gelenkten Rads für ein vorbestimmtes Zeitintervall entspricht, stoppt das Manövrieren des Fahrzeugs, wenn während der Bewegung des Fahrzeugs ein Lenkfehler bestimmt wird, und ignoriert den Lenkfehler, wenn das Fahrzeug stillsteht;
- die Steuerung verarbeitet die Szenendaten, um fortlaufend eine Position des Kopplers relativ zu dem Fahrzeug zu bestimmen, während entlang des Rücksetzweges, mindestens innerhalb eines vorbestimmten Abstands von dem Anhänger, rückwärts gefahren wird, leitet kontinuierlich den Rücksetzweg basierend auf der bestimmten Position des Kopplers ab, leitet kontinuierlich das Lenksteuersignal, ein Antriebsstrangsteuersignal und ein Bremssignal ab, um das Fahrzeug entlang des Rücksetzweges zu halten, und verarbeitet das mindestens eine von dem Lenksteuersignal, dem Antriebsstrangsteuersignal und dem Bremssteuersignal, um abrupte Änderungen der Fahrzeuggeschwindigkeit oder einer Position des Lenkrads basierend auf einer Änderung der bestimmten Position des Kopplers zu reduzieren.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet ein System zum Unterstützen beim Ausrichten eines Fahrzeugs zum Kuppeln an einen Anhänger ein Fahrzeuglenksystem, ein Fahrzeugbremssystem, einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor und ein Erkennungssystem, das ein Signal ausgibt, welches Szenendaten eines Bereiches hinter dem Fahrzeug beinhaltet. Das System beinhaltet zudem eine Steuerung, welche die Szenendaten empfängt und den Anhänger innerhalb des Bereiches hinter dem Fahrzeug identifiziert, einen Rücksetzweg ableitet, um eine an dem Fahrzeug montierte Kupplungskugel an einem Koppler des Anhängers auszurichten, und ein Lenksteuersignal ableitet, um das Fahrzeuglenksystem zu steuern, um das Fahrzeug zu manövrieren, einschließlich des Rückwärtsfahrens entlang des Rücksetzweges. Die Steuerung wendet eine Ratenbegrenzung auf das Lenksignal an. Die Ratenbegrenzung variiert mit mindestens einem von einem Abstand zu dem Koppler, der anhand der Szenendaten abgeleitet wird, oder einer Fahrzeuggeschwindigkeit, die von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor erlangt wird.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet ein System zum Unterstützen beim Ausrichten eines Fahrzeugs zum Kuppeln an einen Anhänger ein Fahrzeuglenksystem, ein Fahrzeugantriebsstrangsteuersystem, ein Fahrzeugbremssystem und ein Erkennungssystem, das ein Signal ausgibt, welches Szenendaten eines Bereiches hinter dem Fahrzeug beinhaltet. Das System beinhaltet zudem eine Steuerung, welche die Szenendaten empfängt und den Anhänger innerhalb des Bereiches hinter dem Fahrzeug identifiziert, einen Rücksetzweg ableitet, um eine an dem Fahrzeug montierte Kupplungskugel an einem Koppler des Anhängers auszurichten, und ein Lenksteuersignal, ein Antriebsstrangsteuersignal und ein Bremssteuersignal ableitet, um jeweils das Fahrzeuglenksystem, das Fahrzeugantriebsstrangsteuersystem und das Fahrzeugbremssystem zum Manövrieren des Fahrzeugs zu steuern, einschließlich des Rückwärtsfahrens entlang des Rücksetzweges. Die Steuerung wendet ein Filter auf mindestens eines von dem Lenksignal, dem Antriebsstrangsteuersignal und dem Bremssteuersignal an. Das Filter variiert gemäß einem Abstand zu dem Koppler, der anhand der Szenendaten abgeleitet wird.
Diese und andere Aspekte, Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Offenbarung werden für den Fachmann bei Lektüre der folgenden Beschreibung, der Patentansprüche und der beigefügten Zeichnungen verständlich und ersichtlich.
Figurenliste
In den Zeichnungen gilt Folgendes:

1 ist eine perspektivische Ansicht eines Fahrzeugs in einer ungekuppelten Position in Bezug auf einen Anhänger;
2 ist ein Diagramm eines Systems gemäß einem Aspekt der Offenbarung zum Unterstützen beim Ausrichten des Fahrzeugs an einem Anhänger in einer Position zum Kuppeln des Anhängers an das Fahrzeug;
3 ist eine schematische Draufsicht auf ein Fahrzeug während eines Schritts der Ausrichtungssequenz an dem Anhänger;
4 ist eine schematische Draufsicht auf das Fahrzeug während eines anschließenden Schritts der Ausrichtungssequenz an dem Anhänger;
5 ist eine schematische Draufsicht auf das Fahrzeug während eines anschließenden Schritts der Ausrichtungssequenz an dem Anhänger;
6 ist eine schematische Draufsicht auf das Fahrzeug während eines anschließenden Schritts der Ausrichtungssequenz an dem Anhänger und zeigt die Position einer Kupplungskugel des Fahrzeugs an einem Ende eines abgeleiteten Ausrichtungsweges;
7 ist eine schematische Darstellung eines vereinfachten kinematischen Modells, das verwendet wird, um einen Aspekt eines Ratenbegrenzungsvorgangs auf ein durch das System erzeugtes Lenksignal gemäß einem Aspekt der Offenbarung anzuwenden;
8 ist ein Ablaufdiagramm, das Logik- oder Verfahrensschritte zum Anwenden eines Ratenbegrenzungsvorgangs auf das Lenksignal darstellt;
9 ist ein Graph, der ein Kalibrierungsschema für einen abstandbasierten Ratenbegrenzungsvorgang darstellt;
10 ist ein Graph, der ein Kalibrierungsschema für einen geschwindigkeitbasierten Ratenbegrenzungsvorgang darstellt;
11 ist ein Ablaufdiagramm, das Logik- oder Verfahrensschritte zum Anwenden eines Filtervorgangs auf das Lenksignal und eine Fahrzeuglängssteuerung gemäß einem anderen Aspekt der Offenbarung darstellt;
12 ist ein Ablaufdiagramm, das Logik- oder Verfahrensschritte zum Verarbeiten eines Lenksteuersignals, um einen potenziellen Lenkfehler zu überwachen und darauf zu reagieren, gemäß einem anderen Aspekt der Offenbarung darstellt;
13 ist eine Darstellung einer Nachricht, die durch das Fahrzeug für einen Benutzer darstellbar ist, einschließlich Anweisungen zum Freigeben eines Fahrzeuglenkrads; und
14 ist eine Darstellung einer Nachricht, die durch das Fahrzeug für den Benutzer darstellbar ist, einschließlich einer Benachrichtigung über eine Abbruchbedingung des Zurücksetzmanövers aufgrund eines Lenkfehlers.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Für die Zwecke der Beschreibung in dieser Schrift beziehen sich die Ausdrücke „oberes“, „unteres“, „rechtes“, „linkes“, „hinteres“, „vorderes“, „vertikales“, „horizontales“, „inneres“, „äußeres“ und Ableitungen davon auf die Vorrichtung in ihrer Orientierung in 1. Es versteht sich jedoch, dass die Vorrichtung verschiedene alternative Ausrichtungen annehmen kann, sofern nicht ausdrücklich das Gegenteil vorgegeben ist. Zudem versteht sich, dass die in der beigefügten Zeichnung veranschaulichten und in der nachfolgenden Beschreibung beschriebenen konkreten Vorrichtungen und Prozesse lediglich beispielhafte Ausführungsformen der in den beigefügten Patentansprüchen definierten erfindungsgemäßen Konzepte sind. Somit sind konkrete Abmessungen und andere physische Eigenschaften im Zusammenhang mit den in dieser Schrift offenbarten Ausführungsformen nicht als einschränkend zu betrachten, sofern die Patentansprüche nicht ausdrücklich etwas anderes vorgeben. Sofern nicht anderweitig vorgegeben, versteht es sich darüber hinaus, dass die Erörterung eines bestimmten Merkmals oder einer bestimmten Komponente, das bzw. die sich in oder entlang einer gegebenen Richtung oder dergleichen erstreckt, nicht bedeutet, dass das Merkmal oder die Komponente einer geraden Linie oder Achse in einer derartigen Richtung folgt oder dass es bzw. sie sich nur in einer derartigen Richtung oder in einer derartigen Ebene ohne andere Richtungskomponenten oder -abweichungen erstreckt, sofern nicht anderweitig vorgegeben.
Unter allgemeiner Bezugnahme auf 1-6 bezeichnet das Bezugszeichen 10 ein Kupplungsunterstützungssystem (auch als „Kupplungsassistenzsystem“ oder „Kuppelunterstützungssystem“ bezeichnet) für ein Fahrzeug 12. Insbesondere beinhaltet das System 10 ein Fahrzeugantriebsstrangsteuersystem 72, ein Fahrzeugbremssystem 70, einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 56 und ein Erkennungssystem 94, das ein Signal 55 und/oder 100 ausgibt, welches Szenendaten eines Bereiches hinter dem Fahrzeug 12 beinhaltet. Das System 10 beinhaltet zudem eine Steuerung 26, welche die Szenendaten empfängt und den Anhänger 16 innerhalb des Bereiches hinter dem Fahrzeug 12 identifiziert, einen Rücksetzweg 32 ableitet, um eine an dem Fahrzeug 12 montierte Kupplungskugel 34 an einem Koppler 14 des Anhängers 16 auszurichten, und ein Lenksteuersignal 120, ein Antriebsstrangsteuersignal 172 und ein Bremssteuersignal 170 ableitet, um jeweils das Fahrzeuglenksystem 20, das Fahrzeugantriebsstrangsteuersystem 72 und das Fahrzeugbremssystem 70 zum Manövrieren des Fahrzeug 12 zu steuern, einschließlich des Rückwärtsfahrens entlang des Rücksetzweges 32. Die Steuerung 26 verarbeitet mindestens eines von dem Lenksteuersignal 120, dem Antriebsstrangsteuersignal 172 und dem Bremssteuersignal 170 gemäß einem von einem Abstand D_c zu dem Koppler 14, der anhand der Szenendaten abgeleitet wird, oder einer Fahrzeuggeschwindigkeit, die von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 56 erlangt wird.
Im Hinblick auf den allgemeinen Betrieb des Kupplungsassistenzsystems 10, wie es in dem Systemdiagramm aus 2 veranschaulicht ist, beinhaltet das System 10 verschiedene Sensoren und Vorrichtungen, die fahrzeugstatusbezogene Informationen erlangen oder anderweitig bereitstellen. Diese Informationen beinhalten Positionsbestimmungsinformationen von einem Positionsbestimmungssystem 22, das eine Koppelnavigationsvorrichtung 24 oder zusätzlich oder als Alternative ein globales Positionsbestimmungssystem (global positioning system - GPS) zum Bestimmen eines Koordinatenstandorts des Fahrzeugs 12 auf Grundlage des einen oder der mehreren Standorte der Vorrichtungen innerhalb des Positionsbestimmungssystems 22 beinhalten kann. Insbesondere kann die Koppelnavigationsvorrichtung 24 den Koordinatenstandort des Fahrzeugs 12 innerhalb eines lokalen Koordinatensystems 82 mindestens auf Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Lenkwinkels δ ermitteln und nachverfolgen. Andere Fahrzeuginformationen, die durch das Kupplungsassistenzsystem 10 empfangen werden, können eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs 12 von einem Geschwindigkeitssensor 56 und eine Gierrate des Fahrzeugs 12 von einem Gierratensensor 58 beinhalten. Es wird in Erwägung gezogen, dass ein Näherungssensor 54 oder ein Array davon und andere Fahrzeugsensoren und -vorrichtungen in zusätzlichen Ausführungsformen Sensorsignale oder andere Informationen bereitstellen können, wie etwa aufeinanderfolgende Bilder eines Anhängers 16 einschließlich des detektierten Kopplers 14, die die Steuerung 26 des Kupplungsassistenzsystems 10 mit verschiedenen Routinen verarbeiten kann, um die Höhe H und Position des Kopplers 14 zu bestimmen.
Wie ferner in 2 gezeigt, steht eine Ausführungsform des Kupplungsassistenzsystems 10 in Kommunikation mit dem Lenksystem 20 des Fahrzeugs 12, bei dem es sich um ein Servolenksystem 20 handeln kann, das einen elektrischen Lenkmotor 74 beinhaltet, um die gelenkten Räder 76 (1) des Fahrzeugs 12 zu betreiben, um das Fahrzeug 12 auf eine derartige Weise zu bewegen, dass sich die Fahrzeuggierrate mit der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Lenkwinkel 8 ändert. In der veranschaulichten Ausführungsform handelt es sich bei dem Servolenksystem 20 um ein elektrisches Servolenksystem (electric power-assisted steering - „EPAS”-System), das einen elektrischen Lenkmotor 74 zum Drehen der gelenkten Räder 76 in einen Lenkwinkel 8 basierend auf einem Lenkbefehl beinhaltet, wodurch der Lenkwinkel 8 durch einen Lenkwinkelsensor 78 des Servolenksystems 20 erfasst werden kann. Der Lenkbefehl 120 kann durch das Kupplungsassistenzsystem 10 zum autonomen Lenken während eines Anhängerkupplungsausrichtungsmanövers bereitgestellt werden und kann alternativ dazu manuell über eine Drehposition (z. B. einen Lenkradwinkel) eines Lenkrads des Fahrzeugs 12 bereitgestellt werden. Das Lenkrad des Fahrzeugs 12 ist jedoch in der veranschaulichten Ausführungsform mechanisch mit den gelenkten Rädern 76 des Fahrzeugs 12 gekoppelt, sodass sich das Lenkrad zusammen mit den gelenkten Rädern 76 bewegt, wodurch ein manuelles Eingreifen mit dem Lenkrad während des autonomen Lenkens verhindert wird. Insbesondere ist ein Drehmomentsensor 80 an dem Servolenksystem 20 bereitgestellt, der ein Drehmoment an dem Lenkrad erfasst, das nicht von einer autonomen Steuerung des Lenkrads erwartet wird und somit auf ein manuelles Eingreifen hinweist, wodurch das Kupplungsassistenzsystem 10 den Fahrer warnen kann, das manuelle Eingreifen mit dem Lenkrad zu unterbrechen und/oder das autonome Lenken zu unterbrechen. In alternativen Ausführungsformen weisen einige Fahrzeuge ein Servolenksystem 20 auf, das es ermöglicht, dass das Lenkrad teilweise von der Bewegung der gelenkten Räder 76 eines derartigen Fahrzeugs entkoppelt wird.
Unter weiterer Bezugnahme auf 2 stellt das Servolenksystem 20 der Steuerung 26 des Kupplungsassistenzsystems 10 Informationen bezüglich einer Drehposition der gelenkten Räder 76 des Fahrzeugs 12 einschließlich eines Lenkwinkels 8 bereit. Die Steuerung 26 verarbeitet in der veranschaulichten Ausführungsform den aktuellen Lenkwinkel zusätzlich zu anderen Zuständen des Fahrzeugs 12, um das Fahrzeug 12 entlang des gewünschten Weges 32 zu führen (3). Es ist denkbar, dass das Kupplungsassistenzsystem 10 in zusätzlichen Ausführungsformen eine integrierte Komponente des Servolenksystems 20 sein kann. Zum Beispiel kann das Servolenksystem 20 einen Kupplungsassistenzalgorithmus zum Erzeugen von Fahrzeuglenkinformationen und -befehlen in Abhängigkeit von allen oder einem Teil der Informationen beinhalten, die von dem Bildgebungssystem 18, dem Servolenksystem 20, einem Fahrzeugbremssteuersystem 70, einem Antriebsstrangsteuersystem 72 und anderen Fahrzeugsensoren und -vorrichtungen sowie einer Mensch-Maschine-Schnittstelle 40 empfangen werden, wie nachstehend genauer erörtert.
Wie ebenfalls in 2 veranschaulicht, kann das Fahrzeugbremssteuersystem 70 ebenfalls mit der Steuerung 26 kommunizieren, um dem Kupplungsassistenzsystem 10 Bremsinformationen, wie etwa eine Fahrzeugraddrehzahl, bereitzustellen und Bremsbefehle von der Steuerung 26 zu empfangen. Zum Beispiel können Fahrzeuggeschwindigkeitsinformationen anhand einzelner Raddrehzahlen bestimmt werden, die durch das Bremssteuersystem 70 überwacht werden. Die Fahrzeuggeschwindigkeit kann zudem anhand des Antriebsstrangsteuersystems 72, des Geschwindigkeitssensors 56 und des Positionsbestimmungssystems 22 neben anderen denkbaren Mitteln bestimmt werden. In einigen Ausführungsformen können auch einzelne Raddrehzahlen verwendet werden, um eine Fahrzeuggierrate γ̇ zu bestimmen, die dem Kupplungsassistenzsystem 10 alternativ oder zusätzlich zu dem Fahrzeuggierratensensor 58 bereitgestellt werden kann. Das Kupplungsassistenzsystem 10 kann ferner dem Bremssteuersystem 70 Fahrzeugbremsinformationen bereitstellen, um es dem Kupplungsassistenzsystem 10 zu ermöglichen, das Bremsen des Fahrzeugs 12 während des Zurücksetzens des Anhängers 16 zu steuern. Zum Beispiel kann das Kupplungsassistenzsystem 10 in einigen Ausführungsformen die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 12 während einer Ausrichtung des Fahrzeugs 12 an dem Koppler 14 des Anhängers 16 regeln und das Fahrzeug 12 an einem bestimmten Endpunkt 35 des Weges 32 vollständig zum Stehen bringen. Das Antriebsstrangsteuersystem 72 kann zudem, wie in der in 2 veranschaulichten Ausführungsform gezeigt, mit dem Kupplungsassistenzsystem 10 interagieren, um eine Geschwindigkeit und Beschleunigung des Fahrzeugs 12 zu regulieren, während dieses teilweise oder autonom an dem Anhänger 16 ausgerichtet wird.
Zusätzlich dazu kann das Kupplungsassistenzsystem 10 mit einer Mensch-Maschine-Schnittstelle (human machine interface - „HMI“) 40 für das Fahrzeug 12 kommunizieren. Die HMI 40 kann eine Fahrzeuganzeige 44 beinhalten, wie etwa eine an der Mittelkonsole montierte Navigations- oder Unterhaltungsanzeige (1). Die HMI 40 beinhaltet ferner eine Eingabevorrichtung, die durch Konfigurieren der Anzeige 44 als ein Abschnitt eines Touchscreens 42 mit Schaltungen 46 umgesetzt sein kann, um eine einem Standort entsprechende Eingabe über die Anzeige 44 zu empfangen. Andere Formen der Eingabe, einschließlich eines oder mehrerer Joysticks, digitaler Eingabepads oder dergleichen, können anstelle des oder zusätzlich zu dem Touchscreen 42 verwendet werden. Ferner kann das Kupplungsassistenzsystem 10 über drahtlose Kommunikation mit einer anderen Ausführungsform der HMI 40 kommunizieren, wie etwa mit einer oder mehreren Handvorrichtungen oder tragbaren Vorrichtungen 96 (1), einschließlich eines oder mehrerer Smartphones. Die tragbare Vorrichtung 96 kann ebenfalls die Anzeige 44 beinhalten, um einem Benutzer ein oder mehrere Bilder und andere Informationen anzuzeigen. Zum Beispiel kann die tragbare Vorrichtung 96 ein oder mehrere Bilder des Anhängers 16 auf der Anzeige 44 anzeigen und ferner dazu in der Lage sein, Fernzugriffsbenutzereingaben über die Touchscreen-Schaltungen 46 zu empfangen. Zusätzlich dazu kann die tragbare Vorrichtung 96 Rückkopplungsinformationen bereitstellen, wie etwa optische, akustische und taktile Warnhinweise.
Unter weiterer Bezugnahme auf die in 2 gezeigte Ausführungsform ist die Steuerung 26 mit einem Mikroprozessor 60 konfiguriert, um Logik und Routinen, die in einem Speicher 62 gespeichert sind, zu verarbeiten, die Informationen von den vorstehend beschriebenen Sensoren und Fahrzeugsystemen empfangen, die das Bildgebungssystem 18, das Servolenksystem 20, das Fahrzeugbremssteuersystem 70, das Antriebsstrangsteuersystem 72 und andere Fahrzeugsensoren und -vorrichtungen beinhalten. Die Steuerung 26 kann Fahrzeuglenkinformationen und -befehle in Abhängigkeit von allen oder einem Teil der empfangenen Informationen erzeugen. Danach können die Fahrzeuglenkinformationen und - befehle dem Servolenksystem 20 bereitgestellt werden, um das Lenken des Fahrzeugs 12 zu beeinflussen, um einen befohlenen Weg 32 (3) zur Fortbewegung zum Ausrichten an dem Koppler 14 des Anhängers 16 zu erzielen. Die Steuerung 26 kann den Mikroprozessor 60 und/oder andere analoge und/oder digitale Schaltungen zum Verarbeiten einer oder mehrerer Routinen beinhalten. Zudem kann die Steuerung 26 den Speicher 62 zum Speichern von einer oder mehreren Routinen beinhalten, einschließlich einer Bildverarbeitungsroutine 64 und/oder Kupplungserkennungsroutine, einer Wegableitungsroutine 66 und einer Betriebsroutine 68. Es versteht sich, dass die Steuerung 26 eine eigenständige dedizierte Steuerung sein kann oder eine gemeinsame Steuerung, die in andere Steuerfunktionen integriert ist, wie etwa in ein Fahrzeugsensorsystem, das Servolenksystem 20 und andere denkbare bordeigene oder bordexterne Fahrzeugsteuersysteme integriert ist. Es versteht sich ferner, dass die Bildverarbeitungsroutine 64 durch einen dedizierten Prozessor ausgeführt werden kann, zum Beispiel innerhalb eines eigenständigen Bildgebungssystems für das Fahrzeug 12, das die Ergebnisse seiner Bildverarbeitung an andere Komponenten und Systeme des Fahrzeugs 12, einschließlich des Mikroprozessors 60, ausgeben kann. Ferner kann ein beliebige(s/r) System, Computer, Prozessor oder dergleichen, das bzw. der die Bildverarbeitungsfunktionalität abschließt, wie etwa die in dieser Schrift beschriebene, in dieser Schrift als „Bildprozessor“ bezeichnet werden, ungeachtet anderer Funktionalität, die es bzw. er ebenfalls umsetzen kann (einschließlich gleichzeitig mit dem Ausführen der Bildverarbeitungsroutine 64).
In das System 10 kann zudem ein Bildgebungssystem 18 einbezogen sein, das eine oder mehrere Außenkameras beinhaltet, die in dem veranschaulichten Beispiel eine Rückfahrkamera 48, eine Kamera 50 an einer mittigen hochgesetzten Bremsleuchte (center highmount stop light - CHMSL) und Seitenkameras 52a und 52b beinhalten können, obwohl andere Anordnungen, die zusätzliche oder alternative Kameras beinhalten, möglich sind. In einem Beispiel kann das Bildgebungssystem 18 allein die Rückfahrkamera 48 beinhalten oder derart konfiguriert sein, dass das System 10 in einem Fahrzeug mit mehreren Außenkameras lediglich die Rückfahrkamera 48 nutzt. In einem anderen Beispiel können die verschiedenen in dem Bildgebungssystem 18 eingeschlossenen Kameras 48, 50, 52a, 52b so positioniert sein, dass sich ihre jeweiligen Sichtfelder, die der Rückfahrkamera 48, der Kamera 50 an der mittigen hochgesetzten Bremsleuchte (CHMSL) bzw. den Seitenkameras 52a und 52b entsprechen können, im Allgemeinen überlappen. Auf diese Weise können Bilddaten 55 von zwei oder mehreren der Kameras in der Bildverarbeitungsroutine 64 oder in einem anderen dedizierten Bildprozessor in dem Bildgebungssystem 18 zu einem einzelnen Bild kombiniert werden. In einer Erweiterung eines derartigen Beispiels können die Bilddaten 55 verwendet werden, um stereoskopische Bilddaten abzuleiten, die verwendet werden können, um eine dreidimensionale Szene des Bereiches oder der Bereiche innerhalb von überlappenden Bereichen der verschiedenen Sichtfelder 49, 51, 53a, 53b zu rekonstruieren, einschließlich etwaiger Objekte (zum Beispiel Hindernisse oder des Kopplers 14) darin. In einer Ausführungsform kann die Verwendung von zwei Bildern, die das gleiche Objekt beinhalten, dazu verwendet werden, anhand einer bekannten räumlichen Beziehung zwischen den Bildquellen einen Standort des Objekts relativ zu den beiden Bildquellen zu bestimmen. In diesem Hinblick kann die Bildverarbeitungsroutine 64 eine bekannte Programmierung und/oder Funktionalität verwenden, um ein Objekt innerhalb der Bilddaten 55 von den verschiedenen Kameras 48, 50, 52a und 52b innerhalb des Bildgebungssystems 18 zu identifizieren. In jedem Beispiel kann die Bildverarbeitungsroutine 64 Informationen bezüglich der Positionierung der an dem Fahrzeug 12 vorhandenen oder durch das System 10 genutzten Kameras 48, 50, 52a und 52b, einschließlich Informationen relativ zu einem Mittelpunkt 36 (1) des Fahrzeugs 12, beinhalten, sodass zum Beispiel die Positionen der Kameras 48, 50, 52a und 52b relativ zu dem Mittelpunkt 36 und/oder relativ zueinander für Objektpositionierungsberechnungen verwendet werden können und um zum Beispiel Objektpositionsdaten relativ zu dem Mittelpunkt 36 des Fahrzeugs 12 oder anderen Merkmalen des Fahrzeugs 12, wie etwa der Kupplungskugel 34 (1), mit bekannten Positionen relativ zu dem Mittelpunkt 36 zu erhalten. In einem Aspekt können die verschiedenen in dieser Schrift erörterten Systeme und Fahrzeugmerkmale, einschließlich des Bildgebungssystems 18, des Positionsbestimmungssystems 22, des Bremssteuersystems 70, des Antriebsstrangsteuersystems 72, des Servolenksystems 20, des Näherungssensorarrays 54, des Positionsbestimmungssystems 22 und der Fahrzeugsensoren, die in dieser Schrift erörtert sind, im Allgemeinen für Zwecke der Fahrzeugsteuerung verwendet werden, wie etwa unter der Steuerung des Benutzers, einschließlich möglicherweise mit Unterstützung eines Bordcomputers oder eines anderen Prozessors, der mit den Systemen und Merkmalen kommuniziert. Auf diese Weise können die Systeme und Merkmale gemeinsam als Fahrzeugsteuersystem bezeichnet werden, das durch die Steuerung 26 für die in dieser Schrift erörterte automatische Fahrzeugsteuerfunktionalität genutzt werden kann.
Die Bildverarbeitungsroutine 64 kann konkret dazu programmiert oder anderweitig konfiguriert sein, den Koppler 14 innerhalb der Bilddaten 55 zu lokalisieren. In einem Beispiel kann die Bildverarbeitungsroutine 64 zunächst versuchen, etwaige Anhänger 16 innerhalb der Bilddaten 55 zu identifizieren, was basierend auf gespeicherten oder anderweitig bekannten visuellen Eigenschaften des Anhängers 16, einer Anzahl von unterschiedlichen Arten, Größen oder Konfigurationen von Anhängern, die mit dem System 10 kompatibel sind, oder von Anhängern im Allgemeinen erfolgen kann. Die Steuerung 26 kann eine Bestätigung von dem Benutzer einholen, dass die Identifizierung des Anhängers 16 korrekt ist und es sich um den richtigen Anhänger handelt, für den ein unterstützter Kupplungsvorgang abgeschlossen werden soll, wie nachstehend genauer beschrieben. Nachdem der Anhänger 16 identifiziert ist, kann die Steuerung 26 dann den Koppler 14 dieses Anhängers 16 innerhalb der Bilddaten 55 auf ähnliche Weise basierend auf gespeicherten oder anderweitig bekannten visuellen Eigenschaften des Kopplers 14 oder von Kopplern im Allgemeinen identifizieren. In einer anderen Ausführungsform kann eine Markierung in Form eines Aufklebers oder dergleichen in einer konkreten Position relativ zu dem Koppler 14 an dem Anhänger 16 auf eine Weise befestigt sein, die derjenigen ähnelt, die in dem US-Patent Nr. 9,102,271 vom gleichen Anmelder beschrieben ist, dessen gesamte Offenbarung durch Bezugnahme in diese Schrift aufgenommen ist. In einer derartigen Ausführungsform kann die Bildverarbeitungsroutine 64 mit identifizierenden Eigenschaften der Markierung zur Lokalisierung in den Bilddaten 55 sowie der Positionierung des Kopplers 14 relativ zu einer derartigen Markierung programmiert sein, sodass die Position 28 des Kopplers 14 basierend auf der Stelle der Markierung bestimmt werden kann. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Steuerung 26 eine Bestätigung des bestimmten Kopplers 14 über eine Aufforderung auf dem Touchscreen 42 einholen. Falls die Bestimmung des Kopplers 14 nicht bestätigt wird, kann weitere Bildverarbeitung bereitgestellt oder eine Einstellung der Position 28 des Kopplers 14 durch den Benutzer entweder unter Verwendung des Touchscreens 42 oder einer anderen Eingabe erleichtert werden, um es dem Benutzer zu ermöglichen, die dargestellte Position 28 des Kopplers 14 auf dem Touchscreen 42 zu bewegen, was die Steuerung 26 verwendet, um die Bestimmung der Position 28 des Kopplers 14 im Hinblick auf das Fahrzeug 12 basierend auf der vorstehend beschriebenen Verwendung der Bilddaten 55 einzustellen.
In verschiedenen Beispielen kann sich die Steuerung 26 für die Anfangsphasen eines automatisierten Kupplungsvorgangs anfänglich auf die Identifizierung des Anhängers 16 stützen, wobei der Weg 32 abgeleitet wird, um die Kupplungskugel 34 in Richtung einer mittig ausgerichteten Position im Hinblick auf den Anhänger 16 zu bewegen, wobei der Weg 32 präzisiert wird, sobald der Koppler 14 identifiziert ist. Ein derartiges Betriebsschema kann umgesetzt werden, wenn bestimmt wird, dass sich der Anhänger 16 in einem Abstand befindet, der weit genug von dem Fahrzeug 12 entfernt ist, um mit dem Zurücksetzen zu beginnen, ohne den genauen Endpunkt 35 des Weges 32 zu kennen, und kann nützlich sein, wenn sich der Anhänger 16 in einem Abstand befindet, in dem die Auflösung der Bilddaten 55 es ermöglicht, den Anhänger 16 genau zu identifizieren, in dem der Koppler 14 jedoch nicht genau identifiziert werden kann. Auf diese Weise kann die anfängliche rückwärtige Bewegung des Fahrzeugs 12 eine Kalibrierung verschiedener Eingaben oder Messungen des Systems 10 ermöglichen, durch die zum Beispiel die Genauigkeit von Abstandsmessungen verbessert werden kann, was dazu beitragen kann, dass die Identifizierung des Kopplers 14 genauer wird. Auf ähnliche Weise führt die Bewegung des Fahrzeugs 12 zu einer Änderung des bestimmten Bildes innerhalb der Daten 55, was die Auflösung verbessern oder den Koppler 14 relativ zu den übrigen Abschnitten des Anhängers 16 bewegen kann, sodass dieser leichter identifiziert werden kann.
Wie in 3 gezeigt, können die Bildverarbeitungsroutine 64 und die Betriebsroutine 68 in Verbindung miteinander verwendet werden, um den Weg 32 zu bestimmen, entlang dessen das Kupplungsassistenzsystem 10 das Fahrzeug 12 führen kann, um die Kupplungskugel 34 und den Koppler 14 des Anhängers 16 aneinander auszurichten. Beim Starten des Kupplungsassistenzsystems 10, wie etwa durch eine Benutzereingabe auf dem Touchscreen 42, kann die Bildverarbeitungsroutine 64 zum Beispiel den Koppler 14 in den Bilddaten 55 identifizieren und mindestens versuchen, die Position 28 des Kopplers 14 relativ zu der Kupplungskugel 34 unter Verwendung der Bilddaten 55 gemäß einem der vorstehend erörterten Beispiele zu schätzen, um einen Abstand D_c zu dem Koppler 14 und einen Versatzwinkel α_c zwischen einer Linie, welche die Kupplungskugel 34 und den Koppler 14 verbindet, und der Längsachse 13 des Fahrzeugs 12 zu bestimmen. Die Bildverarbeitungsroutine 64 kann außerdem dazu konfiguriert sein, den Anhänger 16 insgesamt zu identifizieren, und kann die Bilddaten des Anhängers 16 einzeln oder in Kombination mit den Bilddaten des Kopplers 14 verwenden, um die Ausrichtung oder die Fahrtrichtung 33 des Anhängers 16 zu bestimmen. Auf diese Weise kann der Weg 32 weiter abgeleitet werden, um das Fahrzeug 12 im Hinblick auf den Anhänger 16 innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereiches der Fahrtrichtung 33 des Anhängers 16 an der Längsachse 13 des Fahrzeugs 12 auszurichten. Insbesondere erfordert eine solche Ausrichtung unter Umständen nicht, dass die Längsachse 13 des Fahrzeugs 12 parallel oder kollinear zu der Fahrtrichtung 33 des Anhängers 16 verläuft, sondern einfach in einem Bereich liegen kann, der im Allgemeinen die Verbindung der Kupplungskugel 34 mit dem Koppler 14 ohne einen unbeabsichtigten Kontakt zwischen dem Fahrzeug 12 und dem Anhänger 16 ermöglicht und ferner ein umgehendes kontrolliertes Zurücksetzen des Anhängers 16 unter Verwendung des Fahrzeugs 12 ermöglichen kann. Auf diese Weise kann der Winkelbereich derart sein, dass die Ausrichtung des Fahrzeugs 12 an dem Anhänger 16 am Ende der Betriebsroutine 68 derart ist, dass der Winkel zwischen der Längsachse 13 und der Fahrtrichtung 33 im gekoppelten Zustand kleiner als der Ausbrechwinkel zwischen dem Fahrzeug 12 und dem Anhänger 16 oder eine realistische Schätzung davon ist. In einem Beispiel kann der Winkelbereich derart sein, dass die Längsachse 13 in jeder Richtung innerhalb von etwa 30° von der Kollinearität mit der Fahrtrichtung 33 liegt.
Unter weiterer Bezugnahme auf 3 mit zusätzlicher Bezugnahme auf 2 kann die Steuerung 26, nachdem sie die Positionierung D_c , α_c des Kopplers 14 geschätzt hat, wie vorstehend erörtert, in einem Beispiel die Wegableitungsroutine 66 ausführen, um den Fahrzeugweg 32 zum Ausrichten der Fahrzeugkupplungskugel 34 an dem Koppler 14 zu bestimmen. Insbesondere können verschiedene Eigenschaften des Fahrzeugs 12 in dem Speicher 62 der Steuerung 26 gespeichert sein, einschließlich des Radstands W, des Abstands von der Hinterachse zu der Kupplungskugel 34, der in dieser Schrift als L bezeichnet wird, sowie des maximalen Winkels 8max, in den die gelenkten Räder 76 eingeschlagen werden können. Wie gezeigt, können der Radstand W und der aktuelle Lenkwinkel δ dazu verwendet werden, einen entsprechenden Wenderadius p für das Fahrzeug 12 gemäß der folgenden Gleichung zu bestimmen: $ρ = \frac{w}{t a n δ},$
wobei der Radstand W fest ist und der Lenkwinkel 8 durch die Steuerung 26 durch Kommunikation mit dem Lenksystem 20 gesteuert werden kann, wie vorstehend erörtert. Auf diese Weise wird der kleinstmögliche Wert für den Wenderadius pmin wie folgt bestimmt, wenn der maximale Lenkwinkel 8max bekannt ist: $ρ_{m i n} = \frac{w}{t a n δ_{m a x}} .$
Die Wegableitungsroutine 66 kann dazu programmiert sein, den Fahrzeugweg 32 abzuleiten, um einen bekannten Standort der Fahrzeugkupplungskugel 34 an der geschätzten Position 28 des Kopplers 14 auszurichten, wobei der bestimmte Mindestwenderadius ρ_min berücksichtigt wird, um zu ermöglichen, dass der Weg 32 den kleinstmöglichen Raum und die kleinstmögliche Anzahl an Manövern verwendet. Auf diese Weise kann die Wegableitungsroutine 66 die Position des Fahrzeugs 12 verwenden, die auf dem Mittelpunkt 36 des Fahrzeugs 12, einem Standort entlang der Hinterachse, dem Standort der Koppelnavigationsvorrichtung 24 oder einem anderen bekannten Standort in dem Koordinatensystem 82 basieren kann, um sowohl einen seitlichen Abstand von dem Koppler 14 als auch einen vorderen oder hinteren Abstand zu dem Koppler 14 zu bestimmen und einen Weg 32 abzuleiten, durch den die erforderliche seitliche und vorwärtige sowie rückwärtige Bewegung des Fahrzeugs 12 innerhalb der Einschränkungen des Lenksystems 20 erzielt wird. Bei der Ableitung des Weges 32 wird ferner die Positionierung der Kupplungskugel 34 basierend auf der Länge L relativ zu dem nachverfolgten Standort des Fahrzeugs 12 (der dem Schwerpunkt 36 des Fahrzeugs 12, dem Standort eines GPS-Empfängers oder einem anderen konkreten, bekannten Bereich entsprechen kann) berücksichtigt, um die notwendige Positionierung des Fahrzeugs 12 zum Ausrichten der Kupplungskugel 34 an dem Koppler 14 zu bestimmen. Es ist anzumerken, dass das Kupplungsassistenzsystem 10 eine horizontale Bewegung Δx des Kopplers 14 in einer Fahrtrichtung durch Bestimmen der Bewegung des Kopplers 14 in der vertikalen Richtung Δy, die notwendig ist, um die Kupplungskugel 34 innerhalb des Kopplers 14 aufzunehmen, kompensieren kann. Eine derartige Funktionalität wird in den gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldungen Nr. 14/736,391 und 16/038,462 vom gleichen Anmelder genauer erörtert, deren gesamte Offenbarungen hiermit durch Bezugnahme in diese Schrift aufgenommen sind.
Wie vorstehend erörtert, wird dann ermöglicht, dass die Steuerung 26, sobald der gewünschte Weg 32 einschließlich des Endpunkts 35 bestimmt worden ist, mindestens das Lenksystem 20 des Fahrzeugs 12 steuert, wobei das Antriebsstrangsteuersystem 72 und das Bremssteuersystem 70 (entweder durch den Fahrer oder durch die Steuerung 26 gesteuert, wie nachstehend erörtert) die Geschwindigkeit (vorwärts oder rückwärts) des Fahrzeugs 12 steuern. Auf diese Weise kann die Steuerung 26 Daten bezüglich der Position des Fahrzeugs 12 während dessen Bewegung von dem Positionsbestimmungssystem 22 empfangen, während sie das Lenksystem 20 so steuert, wie es nötig ist, um das Fahrzeug 12 auf dem Weg 32 zu halten. Insbesondere kann der Weg 32, der basierend auf dem Fahrzeug 12 und der Geometrie des Lenksystems 20 bestimmt worden ist, den Lenkwinkel δ wie durch den Weg 32 vorgegeben in Abhängigkeit der Position des Fahrzeugs 12 darauf einstellen. Zusätzlich wird angemerkt, dass der Weg 32 in einer Ausführungsform einen Verlauf der Einstellung des Lenkwinkels δ umfassen kann, der von der nachverfolgten Fahrzeugposition abhängig ist.
Wie in 3 veranschaulicht, kann der Fahrzeugweg 32 bestimmt werden, um die notwendige seitliche und rückwärtige Bewegung innerhalb des kleinstmöglichen Bereichs und/oder mit der geringsten Anzahl von Manövern zu erzielen. In dem veranschaulichten Beispiel aus 3 kann der Weg 32 zwei Abschnitte beinhalten, die durch das Lenken der Räder 76 in unterschiedliche Richtungen definiert sind, um die notwendige seitliche Bewegung des Fahrzeugs 12 zurückzulegen, während das schlussendliche gerade, rückwärtige Rücksetzsegment bereitgestellt wird, um die Kupplungskugel 34 in die vorstehend beschriebene Versatzausrichtung an dem Koppler 14 zu bringen. Es wird angemerkt, dass Variationen des dargestellten Weges 32 verwendet werden können. Es wird ferner angemerkt, dass die Schätzungen für die Positionierung D_c , α_c des Kopplers 14 genauer werden können, wenn das Fahrzeug 12 den Weg 32 zurücklegt, einschließlich des Positionierens des Fahrzeugs 12 vor dem Anhänger 16 und wenn sich das Fahrzeug 12 dem Koppler 14 nähert. Dementsprechend können derartige Schätzungen kontinuierlich abgeleitet und verwendet werden, um die Wegableitungsroutine 66 nach Bedarf bei der Bestimmung des eingestellten Endpunkts 35 für den Weg 32 zu aktualisieren, wie vorstehend erörtert. Auf ähnliche Weise kann der Weg 32, der unter Verwendung der von einer tragbaren Vorrichtung 96, wie etwa einem Smartphone, abgerufenen Positions- und Orientierungsdaten abgeleitet ist, feinabgestimmt werden, sobald die Bildverarbeitungsroutine 64 den Koppler 14 in den Bilddaten 55 identifizieren kann, wobei kontinuierliche Aktualisierungen für den Weg 32 auf ähnliche Weise abgeleitet werden, wenn die Bilddaten 55 während der Annäherung an den Anhänger 16 immer eindeutiger werden. Es wird ferner angemerkt, dass, bis eine derartige Bestimmung durchgeführt werden kann, die Koppelnavigationsvorrichtung 24 verwendet werden kann, um den Standort des Fahrzeugs 12 bei seiner Bewegung entlang des Weges 32 in Richtung des anfangs abgeleiteten Endpunkts 35 nachzuverfolgen.
Wie in 4-6 gezeigt, kann, sobald der Anhänger 16 und der Koppler 14 identifiziert worden sind und das System 10 den Weg 32 zum Ausrichten der Kupplungskugel 34 an dem Koppler 14 bestimmt, die Steuerung 26, welche die Betriebsroutine 68 ausführt, das Fahrzeug 12 weiterhin steuern, bis sich die Kupplungskugel 34 an dem gewünschten Endpunkt 35 relativ zu dem Koppler 14 befindet, damit der Koppler 14 mit der Kupplungskugel 34 in Eingriff tritt, wenn der Koppler 14 in eine horizontale Ausrichtung daran abgesenkt wird. In dem vorstehend erörterten Beispiel überwacht die Bildverarbeitungsroutine 64 kontinuierlich die Positionierung D_c ,α_c des Kopplers 14, ununterbrochen oder sobald dies verfügbar ist, während der Ausführung der Betriebsroutine 68, einschließlich wenn der Koppler 14 für die Rückfahrkamera 48 deutlicher sichtbar wird, wobei sich das Fahrzeug 12 weiterhin entlang des Weges 32 bewegt. Wie vorstehend erörtert, kann die Position des Fahrzeugs 12 außerdem durch die Koppelnavigationsvorrichtung 24 überwacht werden, wobei die Position 28 des Kopplers 14 kontinuierlich aktualisiert und in die Wegableitungsroutine 66 eingegeben wird, für den Fall, dass der Weg 32 und/oder der Endpunkt 35 verfeinert werden können/kann oder aktualisiert werden sollten/sollte (zum Beispiel aufgrund von verbesserten Informationen zur Höhe H_c , zum Abstand D_c oder zum Versatzwinkel α_c aufgrund besserer Auflösung oder zusätzlicher Bilddaten 55), einschließlich, wenn sich das Fahrzeug näher an den Anhänger 16 bewegt, wie in den 4 und 5 gezeigt. Weiterhin kann davon ausgegangen werden, dass der Koppler 14 statisch ist, sodass die Position des Fahrzeugs 12 durch weiteres Nachverfolgen des Kopplers 14 nachverfolgt werden kann, um die Notwendigkeit zur Verwendung der Koppelnavigationsvorrichtung 24 zu beseitigen. Auf ähnliche Weise kann eine modifizierte Variation der Betriebsroutine 68 eine vorbestimmte Sequenz von Manövern durchlaufen, die das Lenken des Fahrzeugs 12 in oder unter einem maximalen Lenkwinkel δ_max beinhaltet, während die Position D_c , α_c des Kopplers 14 nachverfolgt wird, um die bekannte relative Position der Kupplungskugel 34 mit der gewünschten Position 38d davon relativ zu der nachverfolgten Position 28 des Kopplers 14 zusammenzuführen, wie vorstehend erörtert und in 6 gezeigt.
Während eines unterstützten Kupplungsvorgangs, wie etwa in dem in Bezug auf 4-6 beschriebenen Beispiel, erfordert das System 10 einen minimalen Längsabstandswert zwischen dem Fahrzeug 12 und dem Anhänger 16, um die Bewegung des Fahrzeugs 12 mit einem Präzisionsgrad zu steuern, der wünschenswert ist, um die gewünschte endgültige Position der Kupplungskugel 34 in Bezug auf den Koppler 14 zu erreichen (d. h., ohne die gewünschte endgültige Position zu überschreiten, sodass sich die Kupplungskugel 34 an dem Koppler 14 vorbeibewegt, oder auf andere Weise die Betriebsroutine 68 zu beenden, wenn die Kupplungskugel 34 relativ zu dem Koppler 14 so positioniert ist, dass eine manuelle Bewegung des Anhängers 16 erforderlich ist). Der erforderliche Mindestabstand kann variieren, wird jedoch im Allgemeinen durch die Anforderungen der Bildverarbeitungsroutine 64 sowie die Anforderungen des Geschwindigkeitssensors 56, das Ansprechverhalten der Drossel 73 und das Fahrzeugbremssteuersystem 72 sowie die allgemeine Verarbeitungsgeschwindigkeit der Steuerung 26 anderer Komponenten des Systems 10 beeinflusst. In einem Beispiel kann die Bildverarbeitungsroutine 64 einen Mindestfahrabstand zur Kalibrierung davon erfordern, unter anderem zur genauen Ermittlung des Kopplers 14 und zur Unterstützung der Weiterverfolgung der Bewegung des Fahrzeugs 12. Wie nachstehend erörtert wird, kann der bestimmte Mindestabstand für eine gegebene Umsetzung des Systems 10 basierend auf bekannten Werten oder Schätzungen für solche Faktoren geschätzt werden. Wenn sich das Fahrzeug 12 mit unzureichendem verbleibenden Abstand in Längsrichtung zwischen der Kupplungskugel 34 und der Kupplungsvorrichtung 14 im Stillstand befindet, ist das System 10 aufgrund der Mindestfahrentfernungsanforderung im Allgemeinen dazu programmiert, entweder die Betriebsroutine 68 nicht zu initiieren oder, falls sie bereits gestartet wurde, die Betriebsroutine 68 abzubrechen, um ein Überschreiten der endgültigen Zielposition, derart dass sich die Kupplungskugel 34 über den Endpunkt 35 hinaus bewegt, zu vermeiden. In verschiedenen Beispielen kann das Fahrzeug 12 aus anderen Gründen als, dass die Betriebsroutine 68 die Betätigung der Fahrzeugbremsen 70 bewirkt, zum Stillstand gebracht werden. Insbesondere kann das Fahrzeug 12 vor Erreichen der gewünschten endgültigen Zielposition zum Stillstand kommen, weil unebenes Gelände auf die Fahrzeugräder 76 oder 77 wirkt oder dadurch, dass die Fahrzeugbremsen 70 durch den Fahrer manuell betätigt werden. Da derartige Ereignisse an jedem beliebigen Punkt des Weges 32 einen Stillstand eines Fahrzeugs 12 bewirken können, stellt das vorliegende System 10 die Möglichkeit bereit, ein derartiges Stillstandsereignis zu erkennen und es unter Berücksichtigung der Fähigkeiten und Anforderungen des Systems 10 auf geeignete Weise anzugehen. In verschiedenen Beispielen kann das System 10 einen frühen Stillstand angehen, indem der Stillstandszustand abgebrochen, angehalten oder automatisch behoben wird.
Wie vorstehend erwähnt, ist die „Längssteuerung“ bei einem unterstützten Kupplungsmanöver der Teil der Bewegung des Fahrzeugs 12 entlang des Weges 32, der durch das Fahrzeugantriebsstrangsteuersystem 72 und das Fahrzeugbremssystem 70 gesteuert wird, wobei die „Quersteuerung“ der Teil ist, der durch das Servolenksystem 20 gesteuert wird. Es versteht sich, dass die Quersteuerung eine Bewegung des Fahrzeugs erfordert, sodass die zwei Steuerschemata zusammenwirken, um das Fahrzeug 12 entlang des Weges 32 zu bewegen. In dieser Hinsicht wird die Längsausrichtung des Weges 32 an dem Koppler 14 durch die Quersteuerung (d. h. durch das Lenksystem 20) vorgegeben und der endgültige Haltepunkt des Fahrzeugs 12 entlang des Weges 32 wird durch die Längssteuerung vorgegeben. In dieser Hinsicht bestimmt der endgültige Haltepunkt des Fahrzeugs 12 entlang des Weges 32 die Ausrichtung in Fahrtrichtung zwischen der Kupplungskugel 34 und dem Koppler 14. Unter Verwendung dieser Kombination aus Steuerungen kann das System 10 dazu in der Lage sein, das Fahrzeug 12 in präziser Weise in die endgültige Zielposition zu bewegen, beispielsweise derart, dass der Anhänger 16 durch den Benutzer nicht manuell neu positioniert werden muss, sondern einfach auf die Kupplungskugel 34 abgesenkt werden kann. In einer Umsetzung des Systems 10 kann die Genauigkeit bei der endgültigen Längsausrichtung der Kupplungskugel 34 an dem Koppler 14 innerhalb von 1 cm von einer vollständig ausgerichteten Position (Mitte zu Mitte) liegen. Die Steuerung 26 kann während der Bewegung des Fahrzeugs 12 Rückkopplungsdaten bezüglich der gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeit und -lokalisierung (über den Geschwindigkeitssensor 56 bzw. das Positionierungssystem 22) empfangen, sodass die Steuerung 26 einen Bremsdruck anlegen und die Motordrehzahl reduzieren kann, um das Fahrzeug 12 an der endgültigen Zielposition mit der Kupplungskugel 34 an dem Endpunkt 35 zum Stillstand zu bringen.
Während des Betriebs des Systems 10 verarbeitet die Steuerung 26 die Szenendaten (Bilddaten 55 und optional Radardaten 100), um fortlaufend die Position D_c , α_c (3) des Kopplers 14 relativ zu dem Fahrzeug 12 während des Rückwärtsfahrens entlang des Rücksetzweges 32 zu bestimmen. Dies erfolgt mindestens innerhalb eines vorbestimmten Abstands D_c von dem Anhänger, da die Steuerung 26 in einigen Umsetzungen zunächst den Anhänger 16 allein verfolgt, bis er einen Abstand erreicht, bei dem der Koppler 14 konkret identifiziert werden kann. Während des Verfolgens des Kopplers 14 durch das System 10 während des Rückwärtsfahrens entlang des Weges 32 leitet die Steuerung 26 kontinuierlich den Rücksetzweg 32 basierend auf der bestimmten Position D_c , α_c des Kopplers 14 relativ zu dem Fahrzeug 12 ab und/oder aktualisiert diese. Es versteht sich, dass die Steuerung 26 basierend auf der vorstehenden Erörterung kontinuierlich ein Lenksteuersignal 120 (2) ableitet, um den Winkel δ der gelenkten Räder 76 (die vorstehend beschriebene Quersteuerung) einzustellen, um das Fahrzeug 12 auf dem Weg zu halten, während sie in ähnlicher Weise kontinuierlich ein Antriebsstrangsteuersignal 172 und ein Bremssteuersignal 170 (die Längssteuerung) ableitet, um das Fahrzeug entlang des Rücksetzweges 32 zu bewegen, während die seitliche Bewegung bewirkt wird und das Fahrzeug 12 zum Stillstand an der gewünschten Position zur Ausrichtung der Kupplungskugel 34 an dem Koppler 14 gebracht wird. Da der Koppler unter Verwendung der Bildverarbeitungsroutine 64 abgeleitet wird, kann die bestimmte Position innerhalb der Bilddaten 55, die als die Position 28 des Kopplers 14 identifiziert wird, mit Änderungen der Position der Kamera 48 in Bezug auf den Anhänger 16 (aufgrund der Bewegung des Fahrzeugs 12) sowie Änderungen der Umgebung (Umgebungslicht, Schmutz usw.) und allgemeinem Signalrauschen in den Bilddaten 55 variieren. Ferner wird die Identifizierung des Kopplers 14 in den Bilddaten 55 bei geringen Abständen genauer, und die Bildverarbeitungsroutine 64 kann dazu konfiguriert sein, ein Maß an Unsicherheit bei der Identifizierung des Kopplers 14 bei größeren wahrgenommenen Abständen D_c zuzulassen. Ein beliebiger oder alle dieser Faktoren können dazu führen, dass sich der identifizierte und nachverfolgte Standort 28 des Kopplers 14, auf dem der Weg 32 und dementsprechend die Lenk-, Antriebsstrang- und Bremssteuersignale 120, 172 und 170 basieren, während des Zurücksetzens des Fahrzeugs 12 entlang des Weges 32 ändert. In dieser Hinsicht können Änderungen des nachverfolgten Kopplerstandortes 28 unter bestimmten Bedingungen relativ groß sein.
In einem Beispiel kann ein Abschnitt des Anhängers 16, wie etwa eine Ecke oder ein anderes Merkmal, anfänglich fälschlicherweise als der Koppler 14 mit einer bekannten Fehlerwahrscheinlichkeit (wie durch die Bildverarbeitungsroutine 64 bestimmt) bestimmt werden, die für den Betrieb des Systems 10 bei dem bestimmten Abstand D_c als akzeptabel bestimmt wird. Wenn die Steuerung 26 das Fahrzeug 12 veranlasst, entlang eines akzeptablen, aber letztendlich falschen Weges 32 in Richtung des falschen Kopplerstandortes 28 rückwärts zu fahren, können die Bilddaten 55 deutlicher werden, sodass bei einem bestimmten Abstand der richtige Koppler 14 identifiziert wird, wobei der Weg 32 aktualisiert wird, um den Endpunkt 35 an dem korrekten Kopplerstandort 28 auszurichten. Da der Lenkbefehl 120 kontinuierlich abgeleitet wird, kann die abrupte Änderung des Weges 32 zu einer abrupten Änderung des Lenkwinkels 8 führen, der durch den Lenkbefehl 120 angestrebt wird. Es ist anzumerken, dass der Abstand zu dem Koppler 14 immer noch groß genug sein kann, dass das Fahrzeug 12 die Kupplungskugel 34 seitlich bewegen kann, um den richtigen Standort 28 des Kopplers 14 mit einer langsameren Änderung des Lenkwinkels δ zu erreichen, ohne einen bestimmten maximalen Lenkwinkel δ_max zu überschreiten. Wenn eine Aktualisierung des Standortes 28 des nachverfolgten Kopplers 14 zu einer abrupten Änderung der Längspositionierung in Bezug auf das Fahrzeug 12 führt, ändert sich gleichermaßen die Längssteuerung, wie etwa abrupte Beschleunigung (über das Antriebsstrangsteuersignal 172) oder Bremsen (über das Bremssteuersignal 170), die nicht erforderlich ist, um eine ordnungsgemäße Ausrichtung zwischen der Kupplungskugel 34 und dem Koppler 14 zu erreichen. Gleichermaßen können kleinere, aber häufige Änderungen des bestimmten Standortes 28 des Kopplers (selbst wenn der Koppler 14 korrekt identifiziert ist) zu kleineren, aber schnelleren (d. h. flatternden) Brems-, Beschleunigungs- oder Lenkbefehlen führen.
Da Fahrer einen sanfteren Betrieb sowohl der Lenkung (insbesondere in Umsetzungen, bei denen das Lenkrad 77 während des Systembetriebs mit den gelenkten Rädern 76 gekoppelt ist) als auch der Beschleunigung/Bremsung bevorzugen kann, verarbeitet das vorliegende System 10
mindestens eines von dem Lenksteuersignal 120, dem Antriebsstrangsteuersignal 172 und dem Bremssteuersignal, um abrupte Änderungen der Fahrzeuggeschwindigkeit oder einer Position des Lenkrads 77 basierend auf einer Änderung der bestimmten Position 28 des Kopplers 14 zu reduzieren. In einem Aspekt, wie in Bezug auf 7-10 gezeigt, ist die Lenkrate auf einen variablen Betrag begrenzt, der, wenn er akzeptabel ist, die Geschwindigkeit reduziert, mit der die Steuerung 26 versucht, den Lenkwinkel 8 auf eine Rate zu ändern, die für einen Benutzer akzeptabler ist, während die Fähigkeit des Fahrzeugs 12, die Kupplungskugel 34 seitlich an dem Koppler 14 auszurichten, beibehalten wird. Es ist anzumerken, dass bei kürzeren Abständen D_c zwischen dem Fahrzeug 12 und dem Koppler 14 abrupte Lenkungsänderungen erforderlich sein können (und für den Benutzer akzeptabler sein können), um eine ordnungsgemäße Ausrichtung zu erreichen. Dementsprechend erfordert das Bestimmen des Gleichgewichts zwischen Fahrerkomfort und Genauigkeit des Systems 10 Berechnungen über eine Reihe von Überlegungen.
In einem Aspekt wird eine voreingestellte maximale Ratenbegrenzung bei der maximalen Änderungsrate des Lenkwinkels δ festgelegt, die unter allen Bedingungen erlaubt ist. Dies wird umgesetzt, um zu verhindern, dass sich das Lenkrad 77 mit einer Geschwindigkeit bewegt, die im Allgemeinen als übermäßig angesehen werden würde. Die Rate ist ein fester Wert, der für die Eigenschaften des Fahrzeugs 12 und der verschiedenen Komponenten des Systems 10 eingestellt/kalibriert werden kann. Insbesondere steht das Fahrzeug während der anfänglichen Startsequenz und auch am Ende des Manövers, wenn der Lenkwinkel in die Mitte zurückgeführt werden kann, still. Wenn das Fahrzeug 12 durch die Steuerung 26, welche die Betriebsroutine 68 ausführt, manövriert wird, werden zusätzliche Überlegungen zum Bestimmen der oberen Grenze für die Lenkrate δ̇̇̇ (d. h. die Ratenbegrenzung) angestellt. Der Wert ist ein Gleichgewicht zwischen der Fähigkeit, eine Änderung des Lenkwinkels 8 abzuschließen, um das Fahrzeug 12 so nahe wie möglich an dem bestimmten Weg 32 zu halten, und dem psychologischen Komfort des Fahrers. Die Lenkrate δ̇̇ kann auf einen Bereich über und unter ihrem erwarteten Wert begrenzt sein. Diese Begrenzung stellt ein Filtermaß bereit, um die Durchführung des Ausführens einer Änderung des Lenkwinkels δ zu glätten. Dieser Aspekt der Ratenbegrenzungsfunktion wird berechnet, indem ein zukünftiger gewünschter Lenkwinkel 8 basierend auf dem aktuell projizierten Weg 32 im Vergleich zu dem aktuellen Lenkwinkel 8 bestimmt wird. Die erwartete Lenkrate δ̇̇̇ wird dann anhand dieser Werte berechnet. Das System 10 erzeugt einen Puffer über und unter der erwarteten Rate δ̇, um die Lenkrate ̇δ̇̇ auf innerhalb dieses Bereiches zu begrenzen. Diese Berechnung basiert auf dem gewünschten Weg 32 und wird von dem Steuergesetz abgeleitet, das verwendet wird, um den Lenkwinkel 8 zu bestimmen, der erforderlich ist, um diesen gewünschten Weg 32 zu erreichen.
In einer Umsetzung setzt die Wegableitungsroutine 66 (die weiter in US-Patent Nr. 10,427,716 beschrieben ist, deren gesamte Offenbarung hiermit durch Bezugnahme aufgenommen ist) eine Technik ein, bei welcher der Weg 32 mit dem Ziel abgeleitet wird, dass sich die Kupplungskugel 34 entlang eines geraden Weges 34' von ihrer aktuellen Position zu der Zielposition bewegt, wie in 7 gezeigt (der tatsächliche Weg 32, der genommen wird, kann beispielsweise aufgrund der Ausrichtung des Fahrzeugs 12 relativ zu dem Anhänger und der Anfangsposition der gelenkten Räder 76 variieren). Durch das Vereinfachen des kinematischen Fahrzeugmodells aus 3 derart, dass angenommen wird, dass das Fahrzeug 12 nur zwei Räder (eines davon gelenkt) aufweist, wird die folgende Gleichung abgeleitet, die den erforderlichen Winkel δ des gelenkten Rads 76 zum Folgen des gewünschten Kupplungskugelweges 34' basierend auf dem Winkel θ zwischen dem Weg 34' und der Längsachse 13 des Fahrzeugs 12 findet: $δ = t a n^{- 1} \frac{W B \cdot t a n (θ)}{L},$
wobei :
δ̇ der Vorderradwinkel ist;
WB der Radstand (wheelbase - WB) des Fahrzeugs ist; und
L der Abstand zwischen dem Mittelpunkt der Hinterachse und der Kupplungskugel ist. Unter der Annahme einer vollkommenen Erfassung des Lenkwinkels δ und der momentanen Änderung des Lenkwinkels ist die Änderungsrate δ̇̇ des Lenkbefehls 120 die Ableitung von Gleichung (3). $\dot{δ} = \frac{d}{d θ} δ = \frac{1}{1 + {(\frac{W B \cdot t a n θ}{L})}^{2}} \cdot \frac{W B}{L} \cdot {sec}^{2} θ \cdot \dot{θ},$
was vereinfacht werden kann zu: $\dot{δ} = \frac{W B \cdot L}{L^{2} \cdot {cos}^{2} θ + W B^{2} \cdot {sin}^{2} θ} \cdot \dot{θ},$
Unter der Annahme, dass sich die Zielposition nicht bewegt, ist bekannt, dass: $\dot{θ} = ω = \frac{v_{x}}{W B} \cdot tan δ,$
wobei :
ω die Fahrzeuggierrate ist.
Durch das Einsetzen von (6) für _̇θ̇̇ in (5) wird die Gleichung zu: $\dot{δ} = \frac{L}{L^{2} \cdot c o s^{2} θ + W B^{2} \cdot s i n^{2} θ} \cdot v_{x} \cdot tan δ_{a c t},$
wobei :
δ_act der aktuelle Radwinkel ist;
und ν_x die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit ist.
Gleichung (7) stellt einen Bezug zwischen der erwarteten Änderungsrate δ̇̇̇ des Lenkbefehls 120 und der aktuellen Geschwindigkeit des Fahrzeugs 12 und dem Winkel des Lenkrads 77 her. Um die Erfassungsunsicherheit zu berücksichtigen, kann δ_act in (7) ersetzt werden durch: $max (| δ_{{cmd}_{ulim}} |, | δ_{act} |, | δ_{{cmd}_{ulim}} - δ_{act} |),$
wobei :
δ_cmd
ulim der aktuelle unbegrenzte befohlene Radwinkel ist.
Zusätzlich dazu können zwei kalibrierbare Komponenten zu Gleichung (7) hinzugefügt werden, um die gewünschte Lenkleistung basierend auf den bestimmten Erfassungs- und Betätigungsfähigkeiten des Lenksystems 10 zu erreichen, was zu der folgenden Gleichung führt: $\begin{array}{l} \dot{δ} = \frac{L}{L^{2} \cdot c o s^{2} θ + W B^{2} \cdot s i n^{2} θ} \cdot v_{x} \cdot tan (max (| δ_{{cmd}_{ulim}} |, | δ_{act} |, | δ_{{cmd}_{ulim}} - δ_{act} |)) * k_{s c a l e} + \\ c_{o f f s e t}, \end{array}$
wobei :
k_scale ein Skalierungsfaktor ist; und
C_offset ein Versatzfaktor ist.
Gleichung (9) kann weiter vereinfacht werden, wobei L < WB, was zu Folgendem führt: $\begin{array}{l} \dot{δ} \leq \frac{L}{L^{2} \cdot c o s^{2} θ + L^{2} \cdot s i n^{2} θ} \cdot v_{x} \cdot tan (max (| δ_{{cmd}_{ulim}} |, | δ_{act} |, | δ_{{cmd}_{ulim}} - δ_{act} |)) * k_{s c a l e} + \\ c_{o f f s e t}, \end{array}$
was weiter zu Folgendem vereinfacht wird: $\dot{δ} \leq \frac{1}{L} \cdot v_{x} \cdot tan (max (| δ_{{cmd}_{ulim}} |, | δ_{act} |, | δ_{{cmd}_{ulim}} - δ_{act} |)) * k_{s c a l e} + c_{o f f s e t} .$
Die Änderungsrate δ̇̇̇ des Winkels δ des gelenkten Rads kann dann unter Verwendung der Lenkübersetzung des Fahrzeugs in eine Winkeländerungsrate SWA des Lenkrads 77 umgewandelt werdenk_steer: $S \dot{W} A = \dot{δ} \cdot K_{s t e e r} .$
Eine beliebige Kombination dieser Ansätze kann verwendet werden, um eine endgültige gewünschte maximale Ratenbegrenzung SẆ A_max für den Lenkbefehl zu bestimmen. Diese gewünschte maximale Ratenbegrenzung kann mit der tatsächlichen Änderungsrate des Lenkbefehls verglichen werden, die unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet wird: $S \dot{W} A_{u l i m} = \frac{{SWA}_{{cmd}_{ulim}} - S W A_{c m d_{p r e v}}}{Δ t},$
wobei :
SW A_cmd
prev der befohlene Lenkradwinkel des vorherigen Zeitschrittes ist;
SWA_cmd
ulimder aktuelle befohlene Lenkradwinkel anhand des Quersteuerungsgesetzes ist; und
Δt ein Zeitschritt zwischen dem vorherigen Befehl und dem aktuellen Befehl ist.
Die resultierende Bestimmung der maximalen Ratenbegrenzung für den Lenkbefehl kann somit gemäß der folgenden Logik festgelegt werden: $\begin{array}{l} f a l l s | S \dot{W} A_{u l i m} | \leq S \dot{W} A_{m a x} \\ S W A_{c m d} = S W A_{c m d_{u l i m}} \\ s o n s t f a l l s S \dot{W} A_{u l i m} > S \dot{W} A_{m a x} \\ S W A_{c m d} = S W A_{c m d_{p r e v}} + Δ t \cdot S \dot{W} A_{m a x} \\ s o n s t f a l l s S \dot{W} A_{u l i m} < - S \dot{W} A_{m a x} \\ S W A_{c m d} = S W A_{c m d_{p r e v}} - Δ t \cdot S \dot{W} A_{m a x} . \end{array}$
Die Lenkrate δ̇̇̇ kann auch basierend auf dem verbleibenden Abstand D_c von dem Fahrzeug zu dem Koppler 14 begrenzt werden. Bei relativ großen Abständen wird die maximale Ratenbegrenzung aufgrund erwartetem großen Rauschen in der Wahrnehmungsnachverfolgung des Anhängers 16 und/oder des Kopplers 14 gesenkt, und auch weil, wie vorstehend erörtert, immer noch die Möglichkeit zur Korrektur einer Differenz bei einem aktualisierten Weg 32 aufgrund der Auflösung von Ungenauigkeiten entlang des Großteils des verbleibenden zu fahrenden Abstands D_c besteht. Dies ermöglicht eine reibungslose Steuerung des Lenksystems 20, die für den Fahrer angenehm ist, da sie Priorität gegenüber der genauen Verfolgung des Weges 32 hat. Gegen Ende des Manövers (z. B. bei einem geringen Abstand D_c , einschließlich weniger als 1 m) wird die Ratenbegrenzung angehoben, um eine höhere Genauigkeit der Ausrichtung an der Endposition 35 zu ermöglichen. Bei derartigen geringen Abständen kann eine kleine Variation der wahrgenommenen Kopplerposition 28 zu einer großen Änderung des Lenkwinkels 8 führen, die zugelassen werden sollte, um die gewünschte Ausrichtung der Kupplungskugel 34 an dem Koppler 14 zu erreichen. Dieser abstandsabhängige Ratenbegrenzungsansatz kann unter Verwendung einer eindimensionalen Lookup-Tabelle mit Werten, die basierend auf den Eigenschaften des Systems 10 und des Fahrzeugs 12 ausgewählt oder kalibriert sind, umgesetzt werden. Wie in dem Beispiel aus 9 gezeigt, wird eine gewünschte maximale Ratenbegrenzung basierend auf dem Abstand D_c zwischen der Kupplungskugel 34 und der geschätzten Position 28 des Kopplers 14 gefunden, wie durch die Steuerung 26 unter Verwendung der Bildverarbeitungsroutine 64 an Bilddaten 55 bestimmt.
Auf ähnliche Weise, wie in dem Beispiel aus 10 gezeigt, wird die Lenkrate δ̇̇̇̇ ebenfalls basierend auf der Geschwindigkeit des Fahrzeugs 12 (wie von dem Geschwindigkeitssensor 56 erlangt) begrenzt. Gemäß diesem Schema wird die Ratenbegrenzung bei höheren Geschwindigkeiten erhöht, um eine Abweichung von dem geplanten Weg 32 zu verhindern. Dieser Ansatz kann ebenfalls unter Verwendung einer eindimensionalen Lookup-Tabelle mit Werten, die basierend auf den Eigenschaften des Systems 10 und des Fahrzeugs 12 ausgewählt oder kalibriert sind, umgesetzt werden. Basierend auf der aktuell erkannten Fahrzeuggeschwindigkeit wird eine gewünschte maximale Ratenbegrenzung gefunden.
Das Vorstehende erörtert vier Prozesse zum Bestimmen der auf die Lenkrate δ̇̇. angewendeten Ratenbegrenzung. Wie ferner in dem Ablaufdiagramm aus 8 veranschaulicht, kann eine Umsetzung des Systems 10 alle der beschriebenen Prozesse gleichzeitig ausführen, wobei die Steuerung 26 den niedrigsten der verschiedenen bestimmten Ratenbegrenzungswerte als die implementierte Ratenbegrenzung auswählt, die tatsächlich auf die Lenkrate δ̇ angewendet wird. Insbesondere wird, wenn das System 10 initiiert wird (Schritt 210), die voreingestellte maximale Rate festgelegt (Schritt 212), da keine anderen Raten berechnet werden. Wenn das System 10 ein automatisiertes Zurücksetzmanöver beginnt (Schritt 214), bestimmt die Steuerung 26 (unter Verwendung des Geschwindigkeitssensors 56), ob sich das Fahrzeug 12 bewegt oder stillsteht (Schritt 216). Während des Stillstands wird die vorstehend erwähnte maximale Rate noch immer angewendet, was gelten kann, wenn die Steuerung 26 den Lenkwinkel 8 gemäß einem anfänglichen Lenkbefehl 120 einstellt, der basierend auf der anfänglichen Wegplanung (Schritt 218) unter Verwendung der Wegableitungs- und der Betriebsroutine 66, 68 abgeleitet wurde. Wenn sich das Fahrzeug zu bewegen beginnt, berechnet das System gleichzeitig die erwartete Lenkrate (Schritt 220) gemäß Gleichung (7), den Abstand D_c zu der erkannten Kopplerposition 28 (Schritt 222) und vergleicht die Fahrzeuggeschwindigkeit von dem Sensor 56 mit beispielsweise einen Schwellenwert (Schritt 224). Die Steuerung 26 leitet weiterhin gleichzeitig die jeweiligen Ratenbegrenzungen ab, die den Ergebnissen in den Schritten 220, 222 und 224 zugeordnet sind, um die erwartete Lenkratenbegrenzung (Schritt 226), die abstandsbasierte Ratenbegrenzung (Schritt 228) und die geschwindigkeitsbasierte Ratenbegrenzung (Schritt 230) abzuleiten. Die Steuerung 26 wählt dann die niedrigste Ratenbegrenzung der in den Schritten 226, 228 und 230 erlangten Ergebnisse aus und stellt diese als die Ratenbegrenzung des Systems 10 ein (Schritt 232). Unabhängig von (und ferner gleichzeitig zu) den verschiedenen Ratenbegrenzungsberechnungen bestimmt die Steuerung 26 den Lenkwinkel δ, der benötigt wird, um das Fahrzeug 12 auf dem geplanten Weg 32 zu halten (Schritt 234). Dieser gewünschte Lenkwinkel δ wird dann mit dem vorhandenen Lenkwinkel δ_act verglichen, um die gewünschte Lenkrate δ̇̇̇ zu berechnen (Schritt 236). Wenn die Lenkrate δ̇̇ über dem in Schritt 232 eingestellten Maximalwert liegt (Schritt 238), wird sie tatsächlich durch die Steuerung 26 nicht befohlen, wobei die Steuerung 26 den Lenkwinkel 8 auf einen Wert modifiziert, der näher an dem aktuellen Wert δ_act liegt, um eine Rate unter der Begrenzung zu erreichen (Schritt 240). Wenn die berechnete Lenkrate δ̇̇̇ unter der Begrenzung liegt, wird der berechnete Lenkwinkel 8 in dem Lenkbefehl 120 befohlen (Schritt 242). Es ist anzumerken, dass das System 10 durch das Modifizieren des gewünschten Lenkwinkels 8 in Schritt 240 nicht in der Lage ist, auf dem geplanten Weg 32 zu bleiben. Dementsprechend kann die Steuerung 26 in einem weiteren Aspekt die befohlene Geschwindigkeit (durch das Verringern des Antriebsstrangsteuersignals 172 und/oder das Erhöhen des Bremssteuersignals 170) zur Kompensation senken.
Unter jetziger Bezugnahme auf 11 kann die vorstehend beschriebene Verarbeitung der Lenk-, Antriebsstrang- und Bremssteuersignals 120, 172 und 170 (zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen Ratenbegrenzungsverarbeitung oder Ersatz für diese) eine Filterung basierend auf dem Abstand D_c zwischen dem Fahrzeug 12 und dem Koppler 14 beinhalten. Wie vorstehend erörtert, neigen die Steuerungen des Fahrzeugs 12 während eines automatisierten Zurücksetzmanövers gemäß der Betriebsroutine 68 zu abrupten und schnellen Lenkänderungen (Flattern) und abruptem Beschleunigen und/oder Bremsen, wenn die Steuersysteme (20, 70 und 72) versuchen, in Richtung von Echtzeitkoordinaten zu manövrieren, die durch die verrauschte Ausgabe der Bildverarbeitungs- und Wegableitungsroutine 64 und 66 bereitgestellt werden. Die vorstehend erwähnte Filterung der Lenkung 120 und der Geschwindigkeitsbefehle (Antriebsstrangsteuersignal 172 und Bremssteuersignal 170) wird dementsprechend umgesetzt, um Flattern oder Ruckeln zu verhindern, wird jedoch eingestellt, um die Genauigkeit der endgültigen Ausrichtung der Kupplungskugel 34 an dem Koppler 14 beizubehalten. Das Ausmaß der Filterung variiert dynamisch während des automatisierten Zurücksetzmanövers basierend auf dem aktuellen Abstand D_c zu dem Koppler 14 oder dem Anhänger 16 (zum Beispiel abhängig vom aktuellen Zustand des Systems 10).
Insbesondere in dem veranschaulichten Beispiel ermöglicht der Benutzer der Filterung der verschiedenen Steuersignale 120, 170 und 172 eine direkte Kalibrierung der Leistung des Systems 10, während es der Bildverarbeitungs- und der Wegableitungsroutine 64 und 66 ermöglicht wird, ungefilterte oder minimal gefilterte Koordinaten für den Kopplerstandort 28 und den Endpunkt 35 des Weges 32 bereitzustellen. Diese fehlende Wahrnehmungsfilterung ermöglicht, dass die Koordinaten durch nachgelagerte Empfangsfunktionen interpretiert werden. Zum Beispiel kann eine nachgelagerte Funktion bereitgestellt werden, um die Rauschigkeit der Koordinaten des eingehenden Kopplerstandortes 28 zu bewerten, sodass die Steuerung 26 entscheiden kann, den Vorgang abzubrechen, wenn sich die Koordinaten ändern oder Rauschen (oder Unsicherheit) über einem Schwellenwert aufweisen (Schritt 324). Im Allgemeinen reduziert die Steuerung 26 das Ausmaß der Filterung nahe dem Ende des Manövers (d. h. bei geringen Abständen D_c zu dem Koppler 14, wie etwa weniger als 1 m), um die Genauigkeit der Steuerungen zu erhöhen (was bei derartigen Abständen zu einer höheren Priorität wird als der Fahrerkomfort). In dieser Hinsicht werden die Steuerungen nicht gefiltert, um zu ermöglichen, dass derartige Änderungen schnell vorgenommen werden, wenn große Änderungen des Lenkwinkels δ nahe dem Ende des Manövers erforderlich sind. Zu Beginn des Manövers haben derartige Änderungen eine reduzierte Auswirkung auf die endgültige Ausrichtung, die beseitigt wird, wenn das Manöver fortgesetzt wird.
Die vorliegende Lösung wird während des automatisierten Zurücksetzens des Fahrzeugs durch die Ausführung der Betriebsroutine 68 umgesetzt, wie in Schritt 310 gezeigt. Die Steuerung 26 verwendet die vorstehend beschriebene Quersteuerkomponente, um den gewünschten Lenkwinkel 8 basierend auf dem abgeleiteten Weg 32 (Schritt 312) ohne Filterung zu bestimmen. Gleichermaßen wird die gewünschte Geschwindigkeit des Fahrzeugs 12 gemäß einem Geschwindigkeitsprofil in Abhängigkeit von dem Abstand D_c von dem Anhänger 16 oder dem Koppler 14 sowie Überlegungen zu Lenkungsänderungen berechnet (Schritt 314). Um eine Filterung zu erreichen, werden zuerst verschiedene Parameter benötigt. In einem Aspekt wird der Lenkbefehl 120 unter Verwendung eines einfachen Tiefpassfilters gefiltert, der unter Verwendung der folgenden Gleichung umgesetzt wird: $u_{f l t} = y_{t} (1 - \frac{τ}{1 + τ}) + y_{t - 1} (\frac{τ}{1 + τ}),$
wobei
y_t der aktuelle gewünschte Lenkbefehl ist;
y_t-1 der Lenkbefehl des vorherigen Zeitschrittes ist; und
τ die Zeitkonstante des Filters ist.
Der vorliegende Filteransatz verwendet die Zeitkonstante τ, die von dem aktuellen Abstand zwischen der Kupplungskugel 34 und der abgeleiteten Kopplerposition 28 abhängig ist. Wie zuvor erwähnt, wird, wenn sich das Fahrzeug 12 weit von dem Koppler 14 entfernt befindet, das genaue Befolgen des befohlenen Lenkwinkels δ eine niedrigere Priorität erhalten. Außerdem ist die geschätzte Kopplerposition 28 bei größeren Abständen weniger genau und anfälliger für plötzliche Änderungen. Dies bedeutet, dass das System 10 eine sanfte Lenkreaktion gegenüber der Genauigkeit beim Folgen des Weges 32 priorisieren kann, indem die Filterung des Lenkbefehls 120 erhöht wird. Dies erfolgt durch Erhöhen der Zeitkonstante τ. Dementsprechend wird in Schritt 316 der Abstand D_c zu dem Koppler 14 bestimmt, wobei der Wert dem Filter zur Anwendung auf den Lenkbefehl 120 zugeführt wird (Schritt 318). Insbesondere wenn sich das Fahrzeug 12 in der Nähe der erkannten Kopplerposition 28 befindet, ermöglicht das präzise Umsetzen des befohlenen Lenkwinkels δ dem System 10, eine bessere endgültige Ausrichtung der Kupplungskugel 34 und des Kopplers 14 zu erreichen. Dementsprechend wird bei niedrigeren Abständen D_c τ reduziert, was zu einer minimalen Filterung des Lenkbefehls 120 führt, um eine verbesserte Ausrichtung zu erreichen.
Die befohlene Geschwindigkeit wird ebenfalls gefiltert (z. B. durch Filterung sowohl des Antriebsstrangsteuer- als auch des Bremssteuerbefehls 172 und 170) auf ähnliche Weise wie der Lenksteuerbefehl 120. Insbesondere bestimmt die Längskomponente der Betriebsroutine 68 die gewünschte Fahrzeuggeschwindigkeit (Schritt 320). Ein weiterer Tiefpassfilter mit einer Abhängigkeit von dem Abstand zu dem Anhänger wird in Schritt 322 auf die befohlene Geschwindigkeit angewendet (welche die Steuerung dann in die benötigten Brems- und Antriebsstrangbefehle 170 und 172 aufgliedern kann). Aufgrund der Filterung war das System möglicherweise nicht in der Lage, die richtige Fähigkeit zum Folgen des Weges zu erreichen. Dies kann dazu führen, dass der Anhänger in eine „ungültige Zone“ fährt, die durch das Fahrzeug 12 nicht erreicht werden kann, wie in Schritt 324 bestimmt. Das System bricht ab, wenn der Weg nicht mehr gültig ist (Schritt 326). Andernfalls wird das Manövrieren fortgesetzt, bis der Vorgang abgeschlossen ist (Schritt 328).
Unter jetziger Bezugnahme auf 12-14 kann das Lenksystem 20 während eines automatisierten Zurücksetzmanövers des Fahrzeugs 12 unter der Steuerung des Systems 10 aus einer Reihe von Gründen nicht mehr reagieren. In bestimmten Situationen wird ein nicht reagierendes Lenksystem (was zum Beispiel dadurch bestimmt wird, dass sich der Lenkwinkel 8 trotz eines Befehls 120 dazu nicht ändert) als ein Fehler des Lenksystems 20 klassifiziert, was zu einem Abbruch des Manövers führt. Als ein weiterer Aspekt des vorliegenden Systems 10 können bestimmte Lenkbetätigungs-„Fehler“ durch die Steuerung 26 während des Stillstands des Fahrzeugs 12 ignoriert werden. Es ist anzumerken, dass, während die meisten Fehler des Lenksystems 20 während des Stillstands auftreten, da der Abstand D_c zu dem Koppler 14 statisch ist, die Unfähigkeit, den Lenkwinkel 8 zu ändern, die Quersteuerung des Fahrzeugs 12 nicht unmittelbar beeinflusst. Wenn das Fahrzeug 12 durch die Steuerung 26 bewegt wird, können sich die gelenkten Räder 76 leichter bewegen oder sich anderweitig in eine Position bewegen, in der eine Bewegung in einem Abstand D_c möglich ist, wobei die Aktualisierung des Weges 32 dazu führen kann, dass der Koppler 14 immer noch seitlich durch die Kupplungskugel in dem Abstand D_c des verbleibenden Weges 32 erreichbar ist. Dementsprechend kann eine weitere Verarbeitung des Lenksteuerbefehls 120 das Überwachen des aktuellen Winkels δ_act des gelenkten Rads auf eine Änderung als Reaktion auf das Lenksteuersignal 120 und das Bestimmen eines Lenkfehlers basierend darauf, dass die aktuelle Position des gelenkten Rads δ_act stationär bleibt und das Lenksteuersignal 120 einer Bewegung des gelenkten Rads 76 für ein vorbestimmtes Zeitintervall entspricht, beinhalten. Die Steuerung 26 kann dementsprechend das Manövrieren des Fahrzeugs 12 stoppen, wenn ein Lenkfehler während der Bewegung des Fahrzeugs 12 bestimmt wird, kann aber den Lenkfehler ignorieren, wenn das Fahrzeug stillsteht.
Wie in 12 gezeigt, können Lenkbefehlsfehler während des Stillstands über eine Zeitüberschreitungsstrategie gehandhabt werden, nach der das System fortfährt anstatt abzubrechen. Insbesondere kann die Steuerung 26 bei Aktivierung des Systems 10 (Schritt 408) versuchen, den Lenkwinkel 8 zu ändern, wie durch die Betriebsroutine 68 bestimmt (Schritt 410). Die Steuerung 10 überwacht kontinuierlich die Position der gelenkten Räder 76 unter Verwendung des Lenkwinkelsensors 78, um zu bestimmen, ob der befohlene Lenkwinkel δ erreicht wurde (Schritt 412). Bis der tatsächliche Lenkwinkel δ_act den befohlenen Lenkwinkel δ erreicht, überwacht das System gleichzeitig das System 10, um zu bestimmen, ob sich das Fahrzeug bewegt oder stillsteht (Schritt 414). Diese Überwachung kann auf eine Reihe von Arten durchgeführt werden. In einem Aspekt kann die Steuerung 26 diese Bestimmung basierend auf der Längssteuerkomponente der Betriebsroutine 68 vornehmen, sodass, wenn die Längssteuerung für Nullgeschwindigkeit oder Stillstand ist (im Allgemeinen einem maximalen Bremsbefehl 170 und einem Nullantriebsstrangsteuerbefehl 172 entspricht), ein tatsächlicher Stillstandszustand angenommen wird. Umgekehrt kann die Steuerung 26 davon ausgehen, dass sich das Fahrzeug 12 bewegt, wenn die Betriebsroutine 68 eine Längskomponente ungleich null befiehlt. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Steuerung 26 den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 56 und/oder die Raddrehungssensoren 100 überwachen, um zu bestimmen, ob sich das Fahrzeug 12 bewegt oder still steht.
Wenn in Schritt 414 bestimmt wird, dass das Fahrzeug stillsteht, beurteilt die Steuerung den Zustand des gelenkten Rads 76, um den potenziellen Fehler zu bestimmen. In einem Aspekt überwacht die Steuerung 26 den Drehmomentsensor 80, um zu bestimmen, ob ein Drehmoment am Lenkrad 77 vorhanden ist (Schritt 416). Es kann angenommen werden, dass die Aufbringung von Drehmoment auf das Lenkrad dadurch verursacht wird, dass der Benutzer ein Ergreifen des Lenkrads 77 aufrechterhält, da er möglicherweise noch nicht für das autonome Lenken bereit ist oder erwartet (wie etwa während der Systeminitiierung, wenn ein Fahrer möglicherweise nicht mit dem Betrieb des Systems 10 vertraut ist, ist er möglicherweise nicht darauf vorbereitet, dass das Fahrzeug 12 vor der Bewegung autonom lenkt). Wenn Drehmoment des Lenkrads 77 erkannt wird, präsentiert das System über die HMI 40 eine Nachricht (Schritt 418), um den Benutzer anzuweisen, das Lenkrad freizugeben, wofür ein Beispiel in 13 gezeigt ist. Dies kann beinhalten: bevor die Steuerung 26 eine Bewegung des Fahrzeugs befiehlt. Wenn kein Drehmoment an dem Lenkrad 77 vorhanden ist, beurteilt die Steuerung die Betriebsphase des Systems 10 (Schritt 420). Insbesondere berücksichtigt die Steuerung 26, ob sich das automatisierte Kupplungsmanöver in einem anfänglichen Stillstandszustand befindet (d. h., bevor die Steuerung 26 eine Längsbewegung befiehlt). Wenn sich das System 10 in dem anfänglichen Stillstandszustand befindet, geht die Steuerung 26 zu dem Zurücksetzmanöver über (im Wesentlichen wird der potenzielle Fehlerzustand vorübergehend ignoriert), was zu einer Betriebsroutine führt, die eine Längsbewegung des Fahrzeugs 12 befiehlt (Schritt 422), wodurch der Lenkwinkel 8 einfach durch Raddrehung und/oder durch das Bewegen zu einer festeren Bodenfläche oder Lösen von einem potenziellen Hindernis geändert werden kann. Wenn in Schritt 420 bestimmt wird, dass sich die Betriebsphase des Systems 10 in einem endgültigen Stillstand befindet (d. h., wenn die Längssteuerung der Betriebsroutine 68 das Fahrzeug 12 an dem Endpunkt 35 des Weges 32 gestoppt hat), wird bestimmt, dass der Lenkbefehl einen Rückkehr - zur-Mitte-Befehl ist, wobei das System 10 versucht, die Lenkung am Ende des Manövers auf 0° zurückzustellen. Da dieser Lenkbefehl als nicht wesentlich bezeichnet wird (der Betrieb des Fahrzeugs 12 durch den Benutzer kann mit dem Lenken in einem Winkel ungleich null fortgesetzt werden), überspringt die Steuerung 26 einfach das Zurückstellen der gelenkten Räder 76 zur Mitte (Schritt 424) und ermöglicht das Ende des Manövers (Schritt 426), wie anderweitig geplant.
Während der Fahrzeugbewegung, die das Bewegen des Fahrzeugs in Schritt 416 als Reaktion auf einen potenziellen Lenkfehler während des anfänglichen Stillstands des Fahrzeugs 12 oder während des normalen Zurücksetzens während der Ausführung der Betriebsroutine 68 beinhalten kann, wendet die Steuerung während versuchter Änderungen des Lenkwinkels δ einen Zeitüberschreitungsvorgang an (Schritt 428). Zu diesem Zweck startet die Steuerung 26, wenn die Steuerung 26 eine Änderung des Lenkwinkels δ befiehlt, während sich das Fahrzeug bewegt (d. h., in Schritt 414 nicht stillsteht), einen Zeitgeber, der läuft, wenn die Steuerung 26 einen Lenkwinkel 8 befiehlt, der noch nicht durch die gelenkten Räder 76 erreicht wurde. Wenn der gewünschte Winkel nicht vor einem festgelegten Zeitüberschreitungsintervall erreicht wird, wird ein Fehler bestimmt und das System 10 bricht das Manöver ab (Schritt 430), einschließlich des Benachrichtigens des Benutzers über eine Nachricht 94, die auf der HMI 40 (14) präsentiert wird, und endet dann (Schritt 426). Wenn der gewünschte Lenkwinkel δ vor der Zeitüberschreitung erreicht wird (Schritt 414), wird das Manöver fortgesetzt, wobei die Steuerung 26 weiterhin den durch die Querkomponente der Betriebsroutine 68 geforderten Lenkwinkel 8 befiehlt, bis das Fahrzeug 12 den Endpunkt 35 des Weges 32 erreicht. In dieser Hinsicht kann das Zeitüberschreitungsintervall basierend auf der Konfiguration und Reaktionsfähigkeit des Lenkmotors 74 und des Lenksystems 20 insgesamt kalibriert werden. Ferner kann das Zeitüberschreitungsintervall auch die Ratenbegrenzung des Lenksteuerbefehls 120 (entweder durch Berücksichtigung beim Festlegen einer vorbestimmten statischen Grenze oder durch dynamisches Einstellen) berücksichtigen, die vorstehend in Bezug auf 7-10 erörtert wurde.
Das System kann jede der beschriebenen Lösungen einzeln oder in verschiedenen Kombinationen verwenden. In dieser Hinsicht kann die Fehlerverarbeitung des Lenkbefehls 120 allein in einer Umsetzung oder einem System 10 ohne die vorstehend beschriebene Ratenbegrenzung (7-10) oder Signalfilterung (11) verwendet werden. Noch ferner kann ein System 10 mit einer Reaktion des Lenksystems 20 umgesetzt werden, die dazu konfiguriert ist, den Fahrerkomfort zu priorisieren, indem entweder Ratenbegrenzung oder -filterung oder Ratenbegrenzung und -filterung verwendet wird. Noch ferner kann die Reaktion des Lenksystems 20 unter Verwendung von Ratenbegrenzung geglättet werden, wobei eine Filterung auf das Brems- und das Antriebsstrangsteuersignal 170 und 172 angewendet wird. Es versteht sich, dass weitere Kombinationen und Konfigurationen möglich sind.
Es versteht sich, dass Variationen und Modifikationen an dem vorangehenden System und den zugehörigen Strukturen vorgenommen werden können, ohne von den Konzepten der vorliegenden Offenbarung abzuweichen, und es versteht sich ferner, dass derartige Konzepte durch die folgenden Patentansprüche abgedeckt sein sollen, sofern diese Patentansprüche durch ihren Wortlaut nicht ausdrücklich etwas anderes festlegen.
Es ist ebenso wichtig festzuhalten, dass die Konstruktion und Anordnung der Elemente der Offenbarung, wie sie in den beispielhaften Ausführungsformen gezeigt sind, lediglich veranschaulichend sind. Wenngleich nur einige wenige Ausführungsformen der vorliegenden Innovationen in dieser Offenbarung im Detail beschrieben wurden, ist für einen Fachmann, der diese Offenbarung untersucht, ohne Weiteres ersichtlich, dass viele Modifikationen möglich sind (z. B. Variationen hinsichtlich Größen, Abmessungen, Strukturen, Formen und Proportionen der verschiedenen Elemente, Werten von Parametern, Montageanordnungen, Verwendung von Materialien, Farben, Ausrichtungen usw.), ohne wesentlich von den neuartigen Lehren und Vorteilen des beschriebenen Gegenstandes abzuweichen. Beispielsweise können Elemente, die als einstückig gebildet gezeigt sind, aus mehreren Teilen aufgebaut sein, oder Elemente, die als mehrere Teile gezeigt sind, können einstückig gebildet sein, der Betrieb der Schnittstellen kann umgekehrt oder anderweitig variiert werden, die Länge oder Breite der Strukturen und/oder Elemente oder Verbinder oder anderer Elemente des Systems kann variiert werden, die Art oder Anzahl der Einstellpositionen, die zwischen den Elementen bereitgestellt sind, kann variiert werden. Es ist anzumerken, dass die Elemente und/oder Baugruppen des Systems aus einer breiten Vielfalt von Materialien konstruiert sein können, die ausreichende Festigkeit oder Haltbarkeit bereitstellen, in einer breiten Vielfalt von Farben, Texturen und Kombinationen. Dementsprechend ist beabsichtigt, dass alle derartigen Modifikationen im Umfang der vorliegenden Innovationen eingeschlossen sind. Andere Substitutionen, Modifikationen, Veränderungen und Auslassungen können an der Gestaltung, an Betriebsbedingungen und an der Anordnung der gewünschten und anderen beispielhaften Ausführungsformen vorgenommen werden, ohne vom Geist der vorliegenden Innovationen abzuweichen.
Es versteht sich, dass beliebige beschriebene Prozesse oder Schritte innerhalb beschriebener Prozesse mit anderen offenbarten Prozessen oder Schritten kombiniert werden können, um Strukturen innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Offenbarung zu bilden. Die in dieser Schrift offenbarten beispielhaften Strukturen und Prozesse dienen Veranschaulichungszwecken und sind nicht als einschränkend auszulegen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein System zum Unterstützen beim Ausrichten eines Fahrzeugs zum Kuppeln an einen Anhänger bereitgestellt, das Folgendes aufweist: ein Fahrzeuglenksystem; ein Fahrzeugantriebsstrangsteuersystem; ein Fahrzeugbremssystem; einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor; ein Erkennungssystem, das ein Signal ausgibt, welches Szenendaten eines Bereiches hinter dem Fahrzeug beinhaltet; und eine Steuerung, die: Szenendaten empfängt und den Anhänger innerhalb des Bereiches hinter dem Fahrzeug identifiziert; einen Rücksetzweg ableitet, um eine an dem Fahrzeug montierte Kupplungskugel an einem Koppler des Anhängers auszurichten; und ein Lenksteuersignal, ein Antriebsstrangsteuersignal und ein Bremssteuersignal ableitet, um jeweils das Fahrzeuglenksystem, das Fahrzeugantriebsstrangsteuersystem und das Fahrzeugbremssystem zum Manövrieren des Fahrzeugs zu steuern, einschließlich des Zurücksetzens entlang des Rücksetzweges, wobei die Steuerung mindestens eines von dem Lenksteuersignal, dem Antriebsstrangsteuersignal und dem Bremssteuersignal gemäß einem von einem Abstand zu dem Koppler, der anhand der Szenendaten abgeleitet wird, oder einer Fahrzeuggeschwindigkeit, die von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor erlangt wird, verarbeitet.
Gemäß einer Ausführungsform verarbeitet die Steuerung das Lenksteuersignal durch Anwenden einer Ratenbegrenzung auf das Lenksteuersignal, wobei die Ratenbegrenzung mit mindestens einem von dem Abstand zu dem Koppler oder der Fahrzeuggeschwindigkeit variiert.
Gemäß einer Ausführungsform bestimmt die Steuerung die Ratenbegrenzung durch Folgendes:

Ableiten einer ersten Ratenbegrenzung basierend auf der Fahrzeuggeschwindigkeit; Ableiten einer zweiten Ratenbegrenzung basierend auf dem Abstand zu dem Koppler; Ableiten einer dritten Ratenbegrenzung basierend auf einem erwarteten Lenksteuersignal basierend auf dem Weg; und Auswählen einer niedrigsten Ratenbegrenzung aus der ersten Ratenbegrenzung, der zweiten Ratenbegrenzung und der dritten Ratenbegrenzung.

Gemäß einer Ausführungsform: die Steuerung bestimmt die Ratenbegrenzung durch Auswählen der niedrigsten Ratenbegrenzung aus der ersten Ratenbegrenzung, der zweiten Ratenbegrenzung und der dritten Ratenbegrenzung, wenn bestimmt wird, dass sich das Fahrzeug bewegt; und die Steuerung wendet eine voreingestellte maximale Rate an, wenn bestimmt wird, dass das Fahrzeug still steht.
Gemäß einer Ausführungsform verarbeitet die Steuerung das Lenksteuersignal durch Anwenden der Ratenbegrenzung auf das Lenksteuersignal, sodass die Ratenbegrenzung mit dem Abstand zu dem Koppler variiert, indem die Ratenbegrenzung mit einem abnehmenden Abstand zu dem Koppler erhöht wird.
Gemäß einer Ausführungsform verarbeitet die Steuerung das Lenksteuersignal durch Anwenden der Ratenbegrenzung auf das Lenksteuersignal, sodass die Ratenbegrenzung mit der Fahrzeuggeschwindigkeit variiert, indem die Ratenbegrenzung mit einer abnehmenden Fahrzeuggeschwindigkeit verringert wird.
Gemäß einer Ausführungsform verarbeitet die Steuerung das mindestens eine von dem Lenksteuersignal, dem Antriebsstrangsteuersignal und dem Bremssteuersignal durch Anwenden eines Filters auf das mindestens eine von dem Lenksteuersignal, dem Antriebsstrangsteuersignal und dem Bremssteuersignal, wobei das Filter mit einer Verstärkung angewendet wird, die mit abnehmendem Abstand zu dem Koppler abnimmt.
Gemäß einer Ausführungsform verarbeitet die Steuerung das Lenksteuersignal durch Überwachen einer aktuellen Position des gelenkten Rads auf eine Änderung als Reaktion auf das Lenksteuersignal und Bestimmen eines Lenkfehlers basierend darauf, dass die aktuelle Position des gelenkten Rads stationär bleibt und das Lenksteuersignal einer Bewegung des gelenkten Rads für ein vorbestimmtes Zeitintervall entspricht; stoppt das Manövrieren des Fahrzeugs, wenn der Lenkfehler während der Bewegung des Fahrzeugs bestimmt wird; und ignoriert den Lenkfehler, wenn das Fahrzeug stillsteht.
Gemäß einer Ausführungsform verarbeitet die Steuerung die Szenendaten, um fortlaufend eine Position des Kopplers relativ zu dem Fahrzeug zu bestimmen, während entlang des Rücksetzweges, mindestens innerhalb eines vorbestimmten Abstands von dem Anhänger, rückwärts gefahren wird; leitet kontinuierlich den Rücksetzweg basierend auf der bestimmten Position des Kopplers ab; leitet kontinuierlich das Lenksteuersignal, ein Antriebsstrangsteuersignal und ein Bremssteuersignal ab, um das Fahrzeug entlang des Rücksetzweges zu halten; und verarbeitet das mindestens eine von dem Lenksteuersignal, dem Antriebsstrangsteuersignal und dem Bremssteuersignal, um abrupte Änderungen der Fahrzeuggeschwindigkeit oder einer Position des Lenkrads basierend auf einer Änderung der bestimmten Position des Kopplers zu reduzieren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein System zum Unterstützen beim Ausrichten eines Fahrzeugs zum Kuppeln an einen Anhänger bereitgestellt, das Folgendes aufweist: ein Fahrzeuglenksystem; ein Fahrzeugbremssystem; einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor; ein Erkennungssystem, das ein Signal ausgibt, welches Szenendaten eines Bereiches hinter dem Fahrzeug beinhaltet; und eine Steuerung, die: die Szenendaten empfängt und den Anhänger innerhalb des Bereiches hinter dem Fahrzeug identifiziert; einen Rücksetzweg zum Ausrichten einer an dem Fahrzeug montierten Kupplungskugel an einem Koppler des Anhängers ableitet; und ein Steuersignal ableitet, um das Fahrzeuglenksystem zum Manövrieren des Fahrzeugs zu steuern, einschließlich des Rückwärtsfahrens entlang des Rücksetzweges, wobei die Steuerung eine Ratenbegrenzung auf das Lenksteuersignal anwendet, wobei die Ratenbegrenzung mit mindestens einem von einem Abstand zu dem Koppler, der anhand der Szenendaten abgeleitet wird, oder der Fahrzeuggeschwindigkeit, die von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor erlangt wird, variiert. Gemäß einer Ausführungsform bestimmt die Steuerung die Ratenbegrenzung durch Folgendes: Ableiten einer ersten Ratenbegrenzung basierend auf der Fahrzeuggeschwindigkeit; Ableiten einer zweiten Ratenbegrenzung basierend auf dem Abstand zu dem Koppler; Ableiten einer dritten Ratenbegrenzung basierend auf einem erwarteten Lenksteuersignal basierend auf dem Weg; und Auswählen einer niedrigsten Ratenbegrenzung aus der ersten Ratenbegrenzung, der zweiten Ratenbegrenzung und der dritten Ratenbegrenzung.
Gemäß einer Ausführungsform: die Steuerung bestimmt die Ratenbegrenzung durch Auswählen der niedrigsten Ratenbegrenzung aus der ersten Ratenbegrenzung, der zweiten Ratenbegrenzung und der dritten Ratenbegrenzung, wenn bestimmt wird, dass sich das Fahrzeug bewegt; und die Steuerung wendet eine voreingestellte maximale Rate an, wenn bestimmt wird, dass das Fahrzeug still steht.
Gemäß einer Ausführungsform verarbeitet die Steuerung das Lenksteuersignal durch Anwenden der Ratenbegrenzung auf das Lenksteuersignal, sodass die Ratenbegrenzung mit dem Abstand zu dem Koppler variiert, indem die Ratenbegrenzung mit einem abnehmenden Abstand zu dem Koppler erhöht wird.
Gemäß einer Ausführungsform verarbeitet die Steuerung das Lenksteuersignal durch Anwenden der Ratenbegrenzung auf das Lenksteuersignal, sodass die Ratenbegrenzung mit der Fahrzeuggeschwindigkeit variiert, indem die Ratenbegrenzung mit einer abnehmenden Fahrzeuggeschwindigkeit verringert wird.
Gemäß einer Ausführungsform überwacht die Steuerung ferner eine aktuelle Position des gelenkten Rads, die von dem Fahrzeuglenksystem empfangen wird, auf eine Änderung als Reaktion auf das Lenksteuersignal und bestimmt einen Lenkfehler basierend darauf, dass die aktuelle Position des gelenkten Rads stationär bleibt und das Lenksteuersignal einer Bewegung des gelenkten Rads für ein vorbestimmtes Zeitintervall entspricht; stoppt das Manövrieren des Fahrzeugs, wenn der Lenkfehler während der Bewegung des Fahrzeugs bestimmt wird; und ignoriert den Lenkfehler, wenn das Fahrzeug stillsteht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein System zum Unterstützen beim Ausrichten eines Fahrzeugs zum Kuppeln an einen Anhänger bereitgestellt, das Folgendes aufweist: ein Fahrzeuglenksystem; ein Fahrzeugantriebsstrangsteuersystem; ein Fahrzeugbremssystem; ein Erkennungssystem, das ein Signal ausgibt, welches Szenendaten eines Bereiches hinter dem Fahrzeug beinhaltet; und eine Steuerung, die: die Szenendaten empfängt und den Anhänger innerhalb des Bereiches hinter dem Fahrzeug identifiziert; einen Rücksetzweg ableitet, um eine an dem Fahrzeug montierte Kupplungskugel an einem Koppler des Anhängers auszurichten; und ein Lenksteuersignal, ein Antriebsstrangsteuersignal und ein Bremssteuersignal ableitet, um jeweils das Fahrzeuglenksystem, das Fahrzeugantriebsstrangsteuersystem und das Fahrzeugbremssystem zum Manövrieren des Fahrzeugs zu steuern, einschließlich des Zurücksetzens entlang des Rücksetzweges, wobei die Steuerung ein Filter auf mindestens eines von dem Lenksteuersignal, dem Antriebsstrangsteuersignal und dem Bremssteuersignal anwendet, wobei das Filter gemäß einem Abstand zu dem Koppler, der anhand der Szenendaten abgeleitet wird, variiert.
Gemäß einer Ausführungsform wird das Filter mit einer Verstärkung angewendet, die mit abnehmendem Abstand zu dem Koppler abnimmt.
Gemäß einer Ausführungsform verarbeitet die Steuerung die Szenendaten, um fortlaufend eine Position des Kopplers relativ zu dem Fahrzeug zu bestimmen, während entlang des Rücksetzweges, mindestens innerhalb eines vorbestimmten Abstands von dem Anhänger, rückwärts gefahren wird; leitet kontinuierlich den Rücksetzweg basierend auf der bestimmten Position des Kopplers ab; leitet kontinuierlich das Lenksteuersignal, ein Antriebsstrangsteuersignal und ein Bremssteuersignal ab, um das Fahrzeug entlang des Rücksetzweges zu halten; und wendet das Filter auf das mindestens eine von dem Lenksteuersignal, dem Antriebsstrangsteuersignal und dem Bremssteuersignal an, um abrupte Änderungen der Fahrzeuggeschwindigkeit oder einer Position des Lenkrads basierend auf einer Änderung der bestimmten Position des Kopplers zu reduzieren.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor; wobei die Steuerung ferner eine Ratenbegrenzung auf das Lenksteuersignal anwendet, wobei die Ratenbegrenzung mit mindestens einem von einem Abstand zu dem Koppler, der anhand der Szenendaten abgeleitet wird, oder einer Fahrzeuggeschwindigkeit, die von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor erlangt wird, variiert. Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, wobei die Steuerung ferner: eine aktuelle Position des gelenkten Rads, die von dem Fahrzeuglenksystem empfangen wird, auf eine Änderung als Reaktion auf das Lenksteuersignal überwacht und einen Lenkfehler basierend darauf bestimmt, dass die aktuelle Position des gelenkten Rads stationär bleibt und das Lenksteuersignal einer Bewegung des gelenkten Rads für ein vorbestimmtes Zeitintervall entspricht; das Manövrieren des Fahrzeugs stoppt, wenn der Lenkfehler während der Bewegung des Fahrzeugs bestimmt wird; und den Lenkfehler ignoriert, wenn das Fahrzeug stillsteht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 9102271 [0018]
US 14736391 [0022]
US 16038462 [0022]
US 10427716 [0032]

Claims

System zum Unterstützen beim Ausrichten eines Fahrzeugs zum Kuppeln an einen Anhänger, umfassend: ein Fahrzeuglenksystem; ein Fahrzeugantriebsstrangsteuersystem; ein Fahrzeugbremssystem; einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor; ein Erkennungssystem, das ein Signal ausgibt, welches Szenendaten eines Bereiches hinter dem Fahrzeug beinhaltet; und eine Steuerung, die: die Szenendaten empfängt und den Anhänger innerhalb des Bereiches hinter dem Fahrzeug identifiziert; einen Rücksetzweg zum Ausrichten einer an dem Fahrzeug montierten Kupplungskugel an einem Koppler des Anhängers ableitet; und ein Lenksteuersignal, ein Antriebsstrangsteuersignal und ein Bremssteuersignal ableitet, um jeweils das Fahrzeuglenksystem, das Fahrzeugantriebsstrangsteuersystem und das Fahrzeugbremssystem zum Manövrieren des Fahrzeugs zu steuern, einschließlich des Rückwärtsfahrens entlang des Rücksetzweges, wobei die Steuerung mindestens eines von dem Lenksteuersignal, dem Antriebsstrangsteuersignal und dem Bremssteuersignal gemäß einem von einem Abstand zu dem Koppler, der anhand der Szenendaten abgeleitet wird, oder einer Fahrzeuggeschwindigkeit, die von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor erlangt wird, verarbeitet.
System nach Anspruch 1, wobei die Steuerung das Lenksteuersignal durch Anwenden einer Ratenbegrenzung auf das Lenksignal verarbeitet, wobei die Ratenbegrenzung mit mindestens einem von dem Abstand zu dem Koppler oder der Fahrzeuggeschwindigkeit variiert.
System nach Anspruch 2, wobei die Steuerung die Ratenbegrenzung durch Folgendes bestimmt: Ableiten einer ersten Ratenbegrenzung basierend auf der Fahrzeuggeschwindigkeit; Ableiten einer zweiten Ratenbegrenzung basierend auf dem Abstand zu dem Koppler; Ableiten einer dritten Ratenbegrenzung basierend auf einem erwarteten Lenksteuersignal basierend auf dem Weg; und Auswählen einer niedrigsten Ratenbegrenzung aus der ersten Ratenbegrenzung, der zweiten Ratenbegrenzung und der dritten Ratenbegrenzung.
System nach Anspruch 3, wobei die Steuerung die Ratenbegrenzung durch Auswählen der niedrigsten Ratenbegrenzung aus der ersten Ratenbegrenzung, der zweiten Ratenbegrenzung und der dritten Ratenbegrenzung bestimmt, wenn bestimmt wird, dass sich das Fahrzeug bewegt.
System nach Anspruch 4, wobei die Steuerung ferner eine voreingestellte maximale Rate anwendet, wenn bestimmt wird, dass das Fahrzeug stillsteht.
System nach Anspruch 2, wobei die Steuerung das Lenksteuersignal durch Anwenden der Ratenbegrenzung auf das Lenksignal verarbeitet, sodass die Ratenbegrenzung mit dem Abstand zu dem Koppler variiert, indem die Ratenbegrenzung mit einem abnehmenden Abstand zu dem Koppler erhöht wird.
System nach Anspruch 2, wobei die Steuerung das Lenksteuersignal durch Anwenden der Ratenbegrenzung auf das Lenksteuersignal verarbeitet, sodass die Ratenbegrenzung mit der Fahrzeuggeschwindigkeit variiert, indem die Ratenbegrenzung mit einer abnehmenden Fahrzeuggeschwindigkeit verringert wird.
System nach Anspruch 1, wobei die Steuerung das mindestens eine von dem Lenksteuersignal, dem Antriebsstrangsteuersignal und dem Bremssteuersignal durch Anwenden eines Filters auf das mindestens eine von dem Lenksteuersignal, dem Antriebsstrangsteuersignal und dem Bremssteuersignal verarbeitet, wobei das Filter mit einer Verstärkung angewendet wird, die mit abnehmendem Abstand zu dem Koppler abnimmt.
System nach Anspruch 1, wobei die Steuerung das Lenksteuersignal durch das Überwachen einer aktuellen Position des gelenkten Rads auf eine Änderung als Reaktion auf das Lenksteuersignal und das Bestimmen eines Lenkfehlers basierend darauf, dass die aktuelle Position des gelenkten Rads stationär bleibt und das Lenksteuersignal einer Bewegung des gelenkten Rad für ein vorbestimmtes Zeitintervall entspricht, verarbeitet.
System nach Anspruch 9, wobei die Steuerung ferner das Manövrieren des Fahrzeugs stoppt, wenn der Lenkfehler während der Bewegung des Fahrzeugs bestimmt wird.
System nach Anspruch 10, wobei die Steuerung ferner den Lenkfehler ignoriert, wenn das Fahrzeug stillsteht.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerung die Szenendaten verarbeitet, um fortlaufend eine Position des Kopplers relativ zu dem Fahrzeug zu bestimmen, während entlang des Rücksetzweges, mindestens innerhalb eines vorbestimmten Abstands zu dem Anhänger, rückwärts gefahren wird.
System nach Anspruch 12, wobei die Steuerung ferner kontinuierlich den Rücksetzweg basierend auf der bestimmten Position des Kopplers ableitet.
System nach Anspruch 13, wobei die Steuerung ferner kontinuierlich das Lenksteuersignal, ein Antriebsstrangsteuersignal und ein Bremssteuersignal ableitet, um das Fahrzeug entlang des Rücksetzweges zu halten.
System nach Anspruch 14, wobei die Steuerung ferner das mindestens eine von dem Lenksteuersignal, dem Antriebsstrangsteuersignal und dem Bremssteuersignal verarbeitet, um abrupte Änderungen der Fahrzeuggeschwindigkeit oder einer Position eines Lenkrads basierend auf einer Änderung der bestimmten Position des Kopplers zu reduzieren.