CN102745193A - 用于拖车倒车辅助的拖车路径曲率控制 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种机动车，其具有拖车倒车转向输入装置、连接于拖车倒车转向输入装置的拖车倒车辅助控制模块以及连接于拖车倒车辅助控制模块的电动助力转向系统。拖车倒车转向输入装置被配置用以输出与可牵引地连接于机动车的拖车的行进路径所需曲率近似的拖车路径曲率信号。拖车倒车辅助控制模块被配置用以作为拖车路径曲率信号的函数确定机动车转向信息。电动助力转向系统被配置用以作为机动车转向信息的函数控制机动车转向轮的转向。

Description

用于拖车倒车辅助的拖车路径曲率控制

相关申请的交叉引用

本申请要求于2011年4月19日提交的正在审查中的申请号为61/477,132的美国临时专利申请的优先权，其名称为“拖车倒车辅助曲率控制”，其同本申请有相同申请人，并通过参照引用的方式结合于此。

技术领域

本发明总体涉及机动车转向辅助技术，尤其是用于拖车倒车辅助的拖车路径曲率控制。

背景技术

众所周知，向后倒具有附属拖车的机动车对许多驾驶员而言是一项艰巨的任务。这对未接受过训练的驾驶员，例如在不常见基础上驾驶附属拖车(例如，租用拖车，在不常见基础上利用个人拖车等)的驾驶员来说尤其是这样。该困难的一个原因是向后倒具有附属拖车的机动车需要与向后倒没有附属拖车的机动车正常转向相反的反向转向和/或需要制动以在折叠情况发生之前稳定机动车-拖车组合。该困难的另一原因是当向后倒具有附属拖车的机动车时，转向的小错误会被放大，由此导致拖车偏离所需路径。

为了辅助驾驶员操控具有附属拖车的机动车，拖车倒车辅助系统需要知道驾驶员的意图。已知的拖车倒车辅助系统的共同设想为具有附属拖车的机动车的驾驶员想直行倒车，该系统或暗或明地为机动车-拖车组合假定零曲率路径。不幸的是，大多数拖车倒车的实际使用情况包含弯曲的路径，因此假定一个零曲率路径会明显限制该系统的用途。一些已知系统假定路径已从地图或路径计划者获知。这样，一些已知拖车倒车辅助系统在拖车倒车开始之前拖车倒车路径已经从诸如地图或路径规划算法获知的要求下操作。已知拖车倒车辅助系统的这种执行不合要求地必须有相对复杂的人机界面以指定路径、障碍和/或倒车操纵的目标。另外，这样的系统也需要一些利用诸如摄像机、惯性导航或高精度GPS途径的方法来确定所需路径遵循情况如何以及了解所需目标或停车点及方向何时达到。这些需求导致系统相对复杂和昂贵。

因此，利用拖车路径曲率控制途径执行拖车倒车辅助相对简单并且能够使直观的机动车操作界面有利、可取并且有用。

发明内容

发明主题的实施例致力于为机动车附属拖车的路径提供曲率控制的拖车倒车辅助功能。更具体地，根据本发明主题的实施例配置的拖车倒车辅助功能，通过允许机动车驾驶员通过输入所需拖车路径曲率作为机动车和拖车行进的倒车操纵，来指定所需的拖车路径，从而提供该拖车路径曲率控制。响应于驾驶员指定的该拖车路径，本发明主题的实施例控制用于实施机动车转向轮转向角变化的机动车动力辅助转向系统(例如，电动助力转向系统(EPAS))以完成指定的拖车路径。机动车和拖车的运动学用于确定完成指定的拖车路径所需的转向角变化。因此，本发明主题的实施例以相对简单、并且能够使用直观的用于指定拖车路径曲率控制的机动车操作界面的方式提供拖车倒车辅助功能的实施。

在本发明主题的一个实施例中，控制可牵引地连接于机动车的拖车在机动车向后倒拖车时的行进路径的方法包含多个操作。执行用以接收表征拖车行进路径的所需曲率特征的拖车路径曲率信息的操作，并且执行用以通过评估由机动车和拖车定义的系统运动学信息来确定机动车转向信息的操作。运动学信息评估作为拖车路径曲率信息的函数执行。其后，执行用以作为机动车转向信息函数产生机动车转向系统的转向指令的操作。

在本发明主题的另一个实施例中，电子控制系统具有一组明确地实施在其非暂时性处理器可读媒介上的指令。该组指令可以通过电子控制系统的至少一个数据处理装置从非暂时性处理器可读媒介上获取从而被解释。该组指令被配置用以引起至少一个数据处理装置执行以下操作：接收可牵引地连接于机动车的拖车的拖车路径曲率信息的操作，确定机动车转向信息的操作以及为机动车转向系统生成转向指令的操作。该拖车路径曲率信息表征在机动车向后倒拖车时拖车行进路径的所需曲率特征。该机动车转向信息通过评估由机动车和拖车定义的系统的运动学信息来确定。该运动学信息评估作为拖车路径曲率信息的函数执行。转向指令作为机动车转向信息的函数生成。

在本发明主题的另一实施例中，机动车包含拖车倒车转向输入装置，与拖车倒车转向输入装置连接的拖车倒车辅助控制模块，以及与拖车倒车辅助控制模块连接的电动助力转向系统。拖车倒车转向输入装置被配置用以输出与可牵引地连接于机动车的拖车行进路径所需的曲率近似的拖车路径曲率信号。拖车倒车辅助控制模块被配置为用以作为拖车路径曲率信号的函数确定机动车转向信息。电动助力转向系统被配置用以作为机动车转向信息的函数控制机动车转向轮的转向。

本发明主题的这些及其他目标、实施例、优势和/或区别将在阅读以下说明书、附图和权利要求后变得显而易见。

附图说明

图1示出根据本发明主题实施例的实施例的执行拖车倒车辅助功能的机动车。

图2示出参照图1所讨论的拖车倒车转向输入装置的优选实施例。

图3示出利用参照图2所讨论的拖车倒车转向输入装置执行的拖车倒车顺序的例子。

图4示出根据本发明主题实施例的执行拖车倒车辅助功能的方法。

图5为表示被配置用以提供被用于提供根据本发明主题的拖车倒车辅助功能的信息的运动学模型的图解视图。

图6为表示根据本发明主题配置的旋转式拖车倒车转向输入装置的拖车路径曲率函数图例子的曲线图。

图7为表示与为机动车/拖车系统确定折叠角相关的牵引线和阻力线夹角以及转向角之间的关系的图解视图。

具体实施方式

本发明主题致力于以相对低成本并提供直观的用户界面的方式提供拖车倒车辅助功能。具体说，该拖车倒车辅助功能，通过允许机动车驾驶员通过输入所需拖车路径曲率作为机动车和拖车行进的倒车操纵，来指定所需拖车路径，从而提供对附属于机动车上的拖车的行进路径曲率的控制(即，拖车路径曲率控制)。尽管控制旋钮、一组虚拟按钮或触摸屏均可被实施以能够控制拖车路径曲率，但本发明主题无必要限定任何具体的输入所需路径曲率的界面配置。此外，在方向盘可机械地与机动车转向轮分离的情况下，方向盘也可用作输入所需拖车路径曲率的界面。正如将在此详细讨论的，由机动车和拖车定义的系统的运动学信息被用于计算拖车的曲率和机动车转向角之间的关系(例如，运动学)，以确定机动车转向角变化从而实现指定拖车路径。与转向角变化相对应的转向指令被用于控制机动车转向系统(例如，电动助力转向系统(EPAS))以执行机动车转向轮的转向角变化从而实现(例如接近)指定的拖车行进路径。

参照图1，其示出了根据本发明主题的配置用以执行拖车倒车辅助功能的机动车100的实施例。机动车100的拖车倒车辅助系统105控制附属于机动车100的拖车110的行进路径曲率。该控制是通过机动车110的动力辅助转向系统115和拖车倒车辅助系统105的交互作用实现的。在机动车100倒车时操作拖车倒车辅助系统105期间，机动车100的驾驶员有时被限制为他/她能够通过机动车100的方向盘进行转向输入的方式。这是因为，在某些机动车中，拖车倒车辅助系统105处于动力辅助转向系统115的控制之下，且该动力辅助转向系统115直接连接于方向盘(即，机动车100的方向盘与机动车100的转向轮相呼应地移动)。如以下详细讨论的，倒车辅助系统105的人机界面(HMI)，例如旋钮，被用于控制拖车110路径曲率变化，从而将该指令与机动车110方向盘作出的指令分离。然而，一些配置成提供根据本发明主题的拖车倒车辅助功能的机动车将能够选择性地将转向动作与机动车导向轮的动作分离开，从而允许方向盘在该拖车倒车辅助期间用来控制拖车路径曲率变化。

拖车倒车辅助系统105包含拖车倒车辅助控制模块120、拖车倒车转向输入装置125以及牵引线和阻力线夹角检测装置130。拖车倒车辅助控制模块120连接于拖车倒车转向输入装置125和牵引线和阻力线夹角检测装置130，以允许其间的信息传输。此处公开了拖车倒车转向输入装置能够以有线或无线的方式与拖车倒车辅助控制模块120连接。拖车倒车辅助系统控制模块120附属于动力转向辅助系统115的动力转向辅助控制模块135，以允许其间的信息传输。动力转向辅助系统115的转向角检测装置140连接于动力转向辅助控制模块125以为其提供信息。拖车倒车辅助系统还附属于制动系统控制模块145和动力总成控制模块150，以允许其间的信息传输。拖车倒车辅助系统105、动力转向辅助系统115、制动系统控制模块145、动力总成控制模块150共同地定义根据本发明主题实施例配置的拖车倒车辅助架构。

拖车倒车辅助控制模块120被配置用以执行从拖车倒车转向输入装置125、牵引线和阻力线夹角检测装置130、动力转向辅助控制模块135、制动系统控制模块145以及动力总成控制模块150接收信息的逻辑(即，指令)。拖车倒车辅助控制模块120(例如，其拖车曲率运算法则)作为从拖车倒车转向输入装置125、牵引线和阻力线夹角检测装置130、动力转向辅助控制模块135、制动系统控制模块145以及动力总成控制模块150接收到的所有信息或一部分信息的函数产生机动车转向信息。其后，机动车转向信息提供给动力转向辅助控制模块135以通过动力转向辅助系统115影响机动车100的转向，从而实现拖车110行进路径的控制。

拖车倒车转向输入装置125为拖车倒车辅助控制模块120提供送至拖车倒车辅助控制模块120的定义经控制的拖车行进路径信息(即，拖车转向信息)。拖车转向信息可以包含与经控制的行进路径变化(例如，在路径曲率半径的变化)相关的信息和与拖车沿由拖车纵向中心轴定义的路径(即，沿实质上直的行进路径)行进的指示相关的信息。如以下详细讨论，拖车倒车转向输入装置125最好包含用以允许机动车100的驾驶员与拖车倒车转向输入装置125互动从而控制所需拖车转向动作(例如，控制所需的拖车行进路径半径变化和/或控制拖车沿拖车纵向中心轴定义的实质上直的行进路径行进)的转动控制输入装置。在较佳实施例中，转动控制输入装置是绕穿过旋钮上表面/表面延伸的旋转轴旋转的旋钮。在其他实施例中，转动控制输入装置是可绕实质上平行于旋钮上表面/表面延伸的旋转轴旋转的旋钮。

一些机动车(例如，那些具有主动前轮转向的机动车)具有动力转向辅助系统配置，其允许方向盘与该机动车转向轮的动作分离。因此，方向盘可以独立于机动车动力转向辅助系统控制转向轮的方式旋转(例如，如由根据本发明主题实施例配置的拖车倒车辅助系统控制模块向动力转向辅助系统控制模块提供的机动车转向信息所命令的)。同样地，在这类方向盘可选择性地与转向轮分离以允许其独立操作的机动车中，根据本发明主题配置的拖车倒车辅助系统的拖车转向信息可以通过方向盘的旋转提供。因此，在此公开了在本发明主题的某些实施例中，方向盘是与本发明主题相关的转动控制输入装置的具体实施方式。在此实施例中，方向盘(例如，通过可选择性地接合/开启的装置)偏转至相反旋转运动范围之间的静止位置。

与牵引线和阻力线夹角检测组件155共同操作的牵引线和阻力线夹角检测装置130为拖车倒车辅助控制模块120提供与机动车100和拖车110之间夹角相关的信息(例如，牵引线和阻力线夹角信息)。在较佳实施例中，牵引线和阻力线夹角检测装置130是基于摄像头的装置，例如，机动车100向后倒拖车110时呈现(也就是，可视化监控)附于拖车110上的目标(也就是，牵引线和阻力线夹角检测组件155)的已有的机动车后视摄像头。优选但非必要地，牵引线和阻力线夹角检测组件155为专用组件(例如，明确为了被牵引线和阻力线夹角检测装置130识别的附于拖车110表面的/与拖车110表面整合在一起的组件)。可选地，牵引线和阻力线夹角检测装置130可以是物理安装于机动车100的牵拉组件和/或拖车110的匹配牵拉组件上、用以确定机动车100和拖车110的中心纵向轴之间的角度的装置。

动力转向辅助控制模块135为拖车倒车辅助控制模块120提供与机动车100的方向盘角转动位置(例如，角度)和/或转向轮转动位置(例如，转弯角度)相关的信息。在本发明主题的某些实施例中，拖车倒车辅助控制模块120可以是动力转向辅助系统115的集成式组件。例如，动力转向辅助控制模块135能够包含拖车倒车辅助算法以作为从拖车倒车转向输入装置125、牵引线和阻力线夹角检测装置130、动力转向辅助控制模块135、制动系统控制模块145以及动力总成控制模块150接收的全部或部分信息的函数产生机动车转向信息。

制动系统控制模块145为拖车倒车辅助控制模块120提供有关机动车速度的信息。该机动车速度信息可以由制动系统控制模块145监控的各个车轮速度确定。在一些例子中，各个车轮速度也可用于确定机动车偏航速度且该偏航速度可以提供给拖车倒车辅助控制模块120以用于确定机动车转向信息。在某些实施例中，拖车倒车辅助控制模块120能向制动系统控制模块145提供机动车制动信息以允许拖车倒车辅助控制模块120在拖车110倒车期间控制机动车100的制动。例如，利用拖车倒车辅助控制模块120调整机动车在拖车110倒车期间的速度能够降低不可接受的拖车倒车状况的可能性。不可接受的拖车倒车状况的例子包括但不局限于：机动车超速状况、由角位移极限定义的相对于机动车100和拖车110的拖车折叠状况等等。在此公开了倒车辅助控制模块120能够发出对应于真实的、即将发生的和/或预料到的不可接受的拖车倒车状况的通知(例如，警告)的信号。

动力总成控制模块150与拖车倒车辅助控制模块120相互作用以调整机动车100在拖车110倒车期间的速度和加速度。如前所述，机动车100的速度的调整对限制诸如折叠的不可接受的拖车倒车状况是必要的。类似于与不可接受的拖车倒车状况相关的高速考虑，高加速度同样可能导致该不可接受的拖车倒车状况。

现在参照图2，其示出了参照图1讨论的拖车倒车转向输入装置125的优选实施例。旋钮170形式的旋转控制原件连接于动作传感装置175。旋钮170偏转至(例如，通过弹力恢复)相反旋转运动范围R(R)、R(L)之间的静止位置P(AR)。相反旋转运动范围的第一个R(R)与相对旋转运动范围的第二个R(L)实质上相等。为了提供旋钮170旋转量的触觉指示，使旋钮170偏转至静止位置P(AR)的力会作为旋钮170相对于静止位置P(AR)的旋转量的函数增加(例如，非线性地增加)。此外，旋钮170可以配置有位置指示制动器，由此驾驶员能够明确地感觉到静止位置P(AR)并感觉到接近相反旋转运动范围R(L)、R(R)的末端(例如，软终点挡板)。

动作传感装置175被配置用以感觉旋钮170的动作并向图1所示的拖车辅助倒车输入装置125输出相应的信号(即，动作传感装置信号)。动作传感装置信号作为旋钮170相对于静止位置P(AR)的旋转量、旋钮170动作速率和/或旋钮170相对于静止位置P(AR)的动作方向的函数生成。如以下详细讨论的，旋钮170的静止位置P(AR)与指示机动车100应该转向的动作传感装置信号相应，由此拖车110在旋钮170回到静止位置P(AR)时沿由拖车110中心线纵向轴线定义的实质上直的路径倒车，且每个旋钮170的最大顺时针和逆时针位置(也就是，相反旋转运动范围R(R)、R(L)的极限)均与各个指示拖车110行进路径的最紧的曲率半径(也就是，最急剧的轨迹)的动作传感装置信号相应，拖车110行进路径的最紧的曲率半径在没有相应的机动车转向信息时有可能发生折叠状况。在这点上，静止位置P(AR)是相反旋转运动范围R(R)、R(L)的零曲率命令位置。在此公开了拖车路径的控制曲率(例如，拖车轨道半径)与相应的旋钮旋转量的比率可以在旋钮170的每个相反旋转运动范围变化(例如，非线性地变化)。在此还公开了该比率可以是机动车速度、拖车几何形状、机动车几何形状、牵引几何形状和/或拖车负载的函数。

旋钮170的使用使拖车转向输入与机动车100方向盘上所作出的分离。使用中，机动车100驾驶员向后倒拖车110时，驾驶员能够旋转旋钮170以指示拖车110要遵循的路径曲率，并使旋钮170返回至静止位置P(AR)以使拖车110沿直线倒车。因此，在附属的拖车向后倒期间方向盘仍然机械地连接于导向轮的拖车倒车辅助系统实施例中，根据本发明主题配置的可转动的控制元件(例如，旋钮170)提供允许机动车驾驶员输入拖车转向指令的简单易用的方法。

在此公开了根据本发明主题实施例配置的转动控制输入装置(例如，旋钮170和相关的动作传感装置)能够省略用于偏转至相反旋转运动范围之间的静止位置的装置。没有该偏转允许保持转动控制输入装置的当前转动位置直至转动控制输入装置手动移动到不同位置。更优选但非必要地，当省略此偏转时，提供了表示转动控制输入装置位于零曲率命令位置(例如，在与转动控制装置偏转的实施例中静止位置相同的位置)的装置。表示转动控制输入装置位于零曲率命令位置的装置的例子包括但不局限于：转动控制输入装置在零曲率命令位置接合的制动器、表示转动控制输入装置位于零曲率命令位置的可视标记、表示转动控制输入装置位于或接近零曲率命令位置的有效振动信号、表示转动控制输入装置正在接近零曲率命令位置的听觉信号，等等。

在此还公开了本发明主题的实施例可以配置有不能转动的控制输入装置(也就是，非转动控制输入装置)。与根据本发明主题实施例配置的转动控制输入装置相似(例如，旋钮170及相关的动作传感装置)，这样的非转动控制输入装置被配置成可选择地提供使拖车沿实质上直的行进段路径而行的信号并且可选择地提供使拖车沿实质上弯曲的行进段路径而行的信号。该非转动控制输入装置的例子包括但不局限于：多个可按压按钮(例如，左向弯曲、右向弯曲和直线行进)、驾驶员划出或以其他方式输入行进命令路径曲率的触摸屏、允许驾驶员输入行进命令路径的可沿着轴线移动的按钮等等。

拖车倒车转向输入装置125可以被配置成向机动车100驾驶员提供多种反馈信息。该反馈信息能够指示的情况的例子包括但不局限于：拖车倒车辅助系统105的状况(例如，激活状态、待机状态(例如，向前驾驶以降低拖车角度)、有故障、停止状态等)，已达到曲率极限(也就是，拖车110行进路径的最大控制曲率)等。这样，拖车倒车转向输入装置125可被配置成当多种情况中的任何一种发生时作为警告提供触觉反馈信号(例如，通过旋钮170的振动)。该情况的例子包括但不局限于：拖车110折叠、拖车倒车辅助系统105出现故障、拖车倒车辅助系统105或机动车100的其他系统预警拖车110的当前行进路径上的碰撞、拖车倒车系统105受限于拖车行进路径的控制曲率(例如，因机动车100超速或超加速度)等等。更进一步地公开了拖车倒车转向输入装置125可利用发光和/或听觉信号输出(例如，可听输出装置185)提供特定的反馈信息(例如，通知/警告不可接受的拖车倒车状况)。

现在参照图2和图3，示出了利用拖车倒车转向输入装置125在机动车(即，图1和图2所示的机动车100)向后倒拖车(即，图1所示的拖车110)期间指示拖车行进路径(POT)的曲率的例子。在准备向后倒拖车110期间，机动车100的驾驶员驾驶机动车100沿牵拉路径(PTP)前进以将机动车100和拖车110安置在第一倒车位置B1。第一倒车位置B1中，机动车100和拖车110相互之间纵向对齐，由此机动车100的纵向中心轴线L1和拖车110的纵向中心轴线L2对齐(例如，平行或重合)。在此公开了这种在拖车倒车功能场合的肇始的纵向轴线L1、L2对齐不是根据本发明主题配置的拖车倒车辅助系统可操作性的必要条件。

激活拖车倒车辅助系统105后(例如，牵拉顺序之前、之后或期间)，驾驶员开始通过将机动车100从第一倒车位置B1倒回来向后倒拖车110。只要拖车倒车转向输入装置125的旋钮170保持在静止位置P(AR)，拖车倒车辅助系统105就将根据需要驾驶机动车100，使拖车110沿拖车110的纵向中心轴线L2在开始向后倒拖车110时定义的实质上直的行进路径倒车。拖车到达第二倒车位置B2时，驾驶员旋转旋钮170，控制拖车110向右转向(也就是，旋钮位置R(R))。因此，拖车倒车辅助系统105将驾驶机动车100使拖车作为旋钮170相对于静止位置P(AR)的旋转量、旋钮170动作速率和/或旋钮170相对于静止位置P(AR)的动作方向的函数向右转向。类似地，可通过向左旋转旋钮170控制拖车110向左转向。当拖车达到倒车位置B3时，驾驶员允许旋钮170回到静止位置P(AR)，从而使拖车倒车辅助系统105根据需要驾驶机动车100，使拖车110沿拖车110纵向中心轴线L2在旋钮回到静止位置P(AR)时定义的实质上直的行进路线倒车。然后，拖车倒车辅助系统105根据需要驾驶机动车100，使拖车110沿该实质上直的路径倒车至第四倒车位置B4。这样，拖车110的行进路径POT的弓形部分由旋钮170的转动确定，行进路径POT的直线部分由旋钮170处于/回到静止位置P(AR)时拖车的中心纵向轴线L2的方位确定。

图4示出了实现根据本发明主题实施例的拖车倒车辅助功能的方法200。在优选实施例中，实现拖车倒车辅助功能的方法200可利用以上参照图1所述的机动车100和拖车110的拖车倒车辅助体系完成。因此，拖车转向信息通过使用转动控制输入装置(例如，参照图2讨论的旋钮170)提供。

执行操作202以接收拖车倒车辅助请求。接收拖车倒车辅助请求的例子包括激活拖车倒车辅助系统并提供机动车和拖车已做好倒车准备的确认。接收拖车倒车辅助请求后(也就是，机动车倒车时)，执行操作204以接收拖车倒车信息信号。拖车倒车信息信号携带的信息的例子包括但不局限于：来自拖车倒车转向输入装置125的信息、来自牵引线和阻力线夹角检测装置130的信息、来自动力转向辅助控制模块135的信息、来自制动系统控制模块145的信息以及来自动力总成控制模块150的信息。在此公开了来自拖车倒车转向输入装置125的信息最好包含表征拖车行进路径所需曲率特征的拖车路径曲率信息，例如以上参照图1和2讨论的拖车倒车转向输入装置125所提供的信息。以这种方式，接收拖车倒车信息信号的操作204可以包含接收表征拖车行进路径所需曲率特征的拖车路径曲率信息。

如果拖车倒车信息信号显示拖车行进路径的曲率需要变化(也就是，通过旋钮170控制)，执行操作206以确定提供所需拖车行进路径曲率变化的机动车转向信息。否则，执行操作208以确定维持拖车当前直线方向的机动车转向信息(也就是，如拖车纵向中心线轴线定义的)。其后，执行操作210以为动力转向辅助系统提供机动车转向信息，随后执行操作212以确定拖车倒车辅助状况。如果确认拖车倒车已完成，执行操作214以停止当前拖车倒车辅助情况。否则方法200返回到接收拖车倒车信息的操作204。优选地，接收拖车倒车信息信号、确定机动车转向信息、提供机动车转向信息和确定拖车倒车辅助状况的操作以监控的方式执行(例如，在高速数字数据处理装置中)。因此，除非确定了向后倒拖车的机动车倒车已经完成(例如，因在拖车倒车辅助情况期间机动车被成功地倒至所需位置，机动车不得不被向前拉以开始另一拖车倒车辅助情况等)，方法200将不断地执行接收拖车倒车信息信号、确定机动车转向信息、提供机动车转向信息和确定拖车倒车辅助状况的操作。

在此公开了，确定用于提供拖车行进路径曲率所需变化的机动车转向信息的操作206最好包括作为包含在拖车倒车信息信号中的拖车路径曲率信息的函数确定机动车转向信息。正如下面将要更详细讨论的，确定机动车转向信息可通过机动车和拖车定义的低阶的运动学模型完成。通过该模型，可产生拖车路径曲率和控制的机动车转向轮的转向角之间的关系，以确定转向轮的转向角变化，从而达到指定的拖车路径曲率。以这种方式，用于确定机动车转向信息的操作206可被配置用以产生提供根据本发明主题的拖车路径曲率控制所必须的信息。

在本发明主题的一些实施例中，为机动车动力转向辅助系统提供机动车转向信息的操作201使转向系统作为机动车转向信息的函数产生相应的转向指令。转向指令可由转向系统判断并且被配置用以使转向系统移动转向系统的转向轮以达到机动车转向信息指定的转向角。作为选择，转向指令能由控制器、模块或转向系统外部的计算器(例如，拖车倒车辅助控制模块)产生并提供给转向系统。

在执行接收拖车倒车信息信号、确定机动车转向信息、提供机动车转向信息和确定拖车倒车辅助状况的操作的同时，方法200执行用以监控拖车倒车信息的操作216以确定是否存在不可接受的拖车倒车状况。该监控的例子包括但不局限于：评估牵引线和阻力线夹角以确定是否超过牵引线和阻力线夹角阈值，评估倒车速度以确定是否超过倒车速度阈值，评估机动车转向角以确定是否超过机动车转向角阈值等等。如果确定存在不可接受的拖车倒车状况，则执行操作218，以使拖车当前行进路径得到抑制(例如，停车机动车移动)，接着执行操作214以停止当前拖车倒车辅助情况。在此公开了在使当前拖车路径得到抑制之前和/或与其一起，可执行一个或多个动作(例如，操作)以向驾驶员提供不可接受的拖车角度情况迫近或接近的反馈(例如，警告)。在一个例子中，如果该反馈导致不可接受的拖车角度状况在达到危险状态之前得到补救，则该方法可继续提供根据操作204-212的拖车倒车辅助功能。否则，该方法可进入用以停止当前拖车倒车辅助情况的操作214。与执行用以停止当前拖车倒车辅助情况的操作214一起，可执行用以控制机动车动作的操作以矫正或限制折叠状况(例如，转向和/或减速机动车以排除牵引线和阻力线夹角超限)。

现在开始讨论用于计算拖车行进路径曲率和牵引拖车的机动车的转向角之间关系的运动学模型，低阶运动学模型对根据本发明主题一些实施例配置的拖车倒车辅助系统是可取的。为了获得该低阶运动学模型，做出某些与机动车/拖车系统关联的参数的假设。该假设的例子包括但不局限于：机动车相对低速地向后倒拖车，机动车和拖车的轮子具有可忽略(例如，没有)的滑动，机动车和拖车的轮胎具有可忽略的(例如，没有)变形，机动车的执行机构动力可忽略，机动车和拖车呈现可忽略(例如，没有)摆动或倾斜动作。

如图5所示，对于由机动车302和拖车304定义的系统，运动学模型300基于不同的与机动车302和拖车304关联的参数。这些运动学模型参数包括：

δ：机动车302前转向轮306的转向角；

α：机动车302的偏航角；

β：拖车304的偏航角；

γ：牵引线和阻力线夹角(γ＝β-α)；

W：机动车302的轴距；

L：牵引点308和机动车302后轴310之间的长度；

D：牵引点308和拖车304轴312之间的长度；以及

r₂拖车304曲率半径。

图5的运动学模型300显示了在拖车304的轴306中点314处的拖车路径曲率半径r₂、机动车302的转向轮306的转向角δ以及牵引线和阻力线夹角γ之间的关系。如下式所示，该关系可以表示为提供拖车路径曲率κ2，由此，如果给出γ，拖车路径曲率κ2可基于调整转向角δ而控制(其中β(.)是拖车偏航角，η(.)为拖车速率)。

${\mathrm{\κ}}_2=\frac{1}{r_2}=\frac{\stackrel{\·}{\mathrm{\β}}}{\stackrel{\·}{\mathrm{\η}}}=\frac{(W+\frac{K{V}^2}{g})\sin \mathrm{\γ}+L\cos \mathrm{\γ}\tan \mathrm{\δ}}{D((W+\frac{{\mathrm{KV}}^2}{g})\cos \mathrm{\γ}-L\sin \mathrm{\γ}\tan \mathrm{\δ})}$

或者，该关系可以表示为作为拖车路径曲率κ2和牵引线和阻力线夹角γ的函数提供转向角δ。

$\mathrm{\δ}={\tan }^{-1}\left(\frac{(W+\frac{{\mathrm{KV}}^2}{g})[{\mathrm{\κ}}_{2}D\cos \mathrm{\γ}-\sin \mathrm{\γ}]}{\mathrm{DL}{\mathrm{\κ}}_2\sin \mathrm{\γ}+\mathrm{Locs\γ}}\right)=F(\mathrm{\γ},{\mathrm{\κ}}_2,K)$

因此，对于特定的机动车和拖车组合，某些运动学模型参数(例如，D、W和L)为常数或假定已知。V为机动车纵向速度，g为缘于重力的加速度。K为速度依赖参数，当其设为零时使得转向角的计算独立于机动车速度。例如，机动车特定的运动学模型参数可在机动车电子控制系统中预先确定，拖车特定的运动学模型参数可通过机动车驾驶员输入。拖车路径曲率κ2由驾驶员通过拖车倒车转向输入装置的输入确定。通过利用提供转向角的公式，可产生相应的用于控制机动车转向系统(例如，其中的执行机构)的转向命令。

图6示出了旋转式拖车倒车转向输入装置(例如，以上参照图1和2讨论的拖车倒车转向输入装置125)的拖车路径曲率函数图400的例子。表示拖车路径曲率的数值(例如，拖车路径曲率κ2)作为用户输入动作的函数提供，作为从旋转型拖车倒车转向输入装置的输出信号。在此例子中，相对于旋转输入装置(例如，旋钮)处的用户输入(例如，旋转量)指定拖车路径曲率的曲线402由三次函数定义。然而，本领域技术人员会意识到，本发明主题的实施例不局限于任何特定的拖车倒车转向输入装置输入量级和/或速度(例如，旋钮旋转)与最终拖车路径曲率值之间的函数。

参照图5，在本发明主题的优选实施例中，限制机动车302和拖车304的达到折叠角(即，机动车/拖车实现折叠状况)的可能性是可取的。折叠角γ(j)指的是无法被诸如机动车302前转向轮306以最大转向角变化率被移动至最大转向角δ的最大机动车转向输入克服的牵引线和阻力线夹角γ。折叠角γ(j)为机动车302转向轮306最大车轮角、机动车302轴距W、牵引点308和机动车302后轴310之间的距离L以及牵引点308和拖车304轴312之间的长度D的函数。当机动车302和拖车304牵引线和阻力线夹角γ达到或超过折叠角γ(j)，机动车302必须被向前牵引以降低牵引线和阻力线夹角γ。因此，为了限制机动车/拖车系统达到折叠角的可能性，优选地在保持机动车/拖车系统牵引线和阻力线夹角相对较小的同时控制偏航角。

参照图5和7，前转向轮306的转向角限制要求牵引线和阻力线夹角γ不能超过折叠角γ(j)，其也称为牵引线和阻力线临界角。因此，在牵引线和阻力线夹角γ不能超过折叠角γ(j)的限制下，折叠角γ(j)是在导向轮306处于最大转向角δ(最大)时维持机动车/拖车系统圆周运动的牵引线和阻力线夹角γ。具有牵引线和阻力线夹角的圆周运动的转向角由下式定义。

$\tan {\mathrm{\δ}}_{\max }=\frac{W\sin {\mathrm{\γ}}_{\max }}{D+L\cos {\mathrm{\γ}}_{\max }}$

解答上述牵引线和阻力线夹角公式可以确定折叠角γ(j)。如以下公式所示的该解答能够用于实现根据本发明主题的拖车倒车辅助功能，以监控与折叠角有关的牵引线和阻力线夹角。

$\cos \stackrel{\‾}{\mathrm{\γ}}=\frac{-b\±\sqrt{b^2-4\mathrm{ac}}}{2a}$

其中

a＝L² tan²δ(max)+W²；

b＝2LD tan²δ(max)；以及

c＝D² tan²δ(max)-W²。

现在参照可被数据处理装置处理的指令，从此处所做公开可以理解，此处公开的适于实现拖车倒车辅助功能的方法、步骤和/或操作被非暂时性计算机可读媒介明确地实施，该非暂时性计算机可读媒介上具有设置用以执行所述功能的指令。该指令明确地实施，用以执行以上公开和讨论的方法200，并能进一步配置以限制折叠状况的可能性，例如通过利用参照图5和7讨论的公式监控折叠角。该指令可以由一个或多个数据处理装置从存储装置(例如，RAM、ROM、虚拟内存、硬盘存储器等)，从数据处理系统驱动单元可读的装置(例如，磁盘、光盘、盒式磁带等)或从两者访问。因此，根据本发明主题的计算机可读媒介的实施例包括光盘、硬盘驱动器、RAM或其他类型的其上反映有配置用以执行根据本发明主题的拖车倒车辅助功能的计算机程序(例如，指示)的存储装置。

在本发明主题的优选实施例中，拖车倒车辅助控制模块(例如，以上参照图1讨论的拖车倒车辅助控制模块120)包括这样的数据处理装置，这样的非暂时性计算机可读媒介以及这样的计算机可读媒介上的实现拖车倒车辅助功能(例如，根据以上参照图2讨论的方法200)的指令。这样，拖车倒车辅助控制模块可包括多个用于接收和输入信号的信号界面。本发明主题背景下的拖车倒车辅助控制模块可以是任何提供根据本发明主题的拖车倒车辅助控制功能的电子控制系统的控制模块。此外，在此公开了该控制功能可在独立的控制模块中(物理的或逻辑地)执行或可以逻辑上在两个或更多分离但相互连接的控制模块(例如，机动车电子控制系统的控制模块)中执行。在一个例子中，根据本发明主题的拖车倒车辅助控制模块在仅提供拖车倒车辅助功能的独立控制单元中执行。在另一个例子中，根据本发明主题的拖车倒车辅助功能在提供拖车倒车辅助功能以及一个或多个机动车其他类型系统控制功能(例如，防抱死制动系统功能、动力转向辅助功能等)的机动车电子控制系统的独立控制单元中执行。在另一个例子中，根据本发明主题的拖车倒车辅助功能逻辑上以分布式方式执行，据此大量控制单元、控制模块、计算机等等(例如，电子控制系统)共同地执行用于提供该拖车倒车辅助功能的操作。

在前面详细说明中，参照形成了本说明的一部分的附图，并且其中通过能够实施本发明主题的具体实施例的图解方式进行了说明。这些实施例，及其中的某些变形，已被充分地说明以使本领域技术人员能够实施本发明主题的实施例。应当理解，也可利用其他适当的实施例，在不脱离该发明公开精神或范围的情况下，也可做出合乎逻辑的、机械的、化学的和电学的改变。为了避免非必要的细节，说明书省略了某些本领域技术人员公知的信息。因此，前面详细说明并非用于限定此处阐述的特定形式，相反，其旨在涵盖这样的选择、修正和等同，其同样可被合理地包含在权利要求书的精神和范围中。

Claims (16)

1.机动车，其特征在于，包含：

拖车倒车转向输入装置，其输出与可牵引地连接于机动车的拖车的行进路径所需曲率近似的拖车路径曲率信号；

拖车倒车辅助控制模块，其连接于拖车倒车转向输入装置且被配置用以作为拖车路径曲率信号的函数确定机动车转向信息；以及

电动助力转向系统，其连接于拖车倒车辅助控制模块并被配置用以作为机动车转向信息的函数控制机动车转向轮的转向。

2.根据权利要求1所述的机动车，其特征在于，确定机动车转向信息包括评估由机动车和拖车定义的系统的运动学信息。

3.根据权利要求2所述的机动车，其特征在于，确定机动车转向信息包括：

确定系统的折叠角；以及

确定限制系统达到折叠角可能性所需的机动车转向轮的转向角。

4.根据权利要求3所述的机动车，其特征在于，用于确定折叠角的运动学信息包括：

机动车转向轮的最大转向角；

机动车轴距尺寸；

机动车后轴与牵引的转动点；以及

拖车轴与牵引的转动点。

5.根据权利要求1所述的机动车，其特征在于，拖车倒车转向输入装置与机动车转向轮机械分离。

6.根据权利要求1所述的机动车，其特征在于，确定机动车转向信息包括：产生转向系统命令信号以使电动助力转向系统改变其中的转向轮转向角，由此机动车的相应操纵导致拖车实现具有与所需曲率近似的曲率的行进路径。

7.根据权利要求6所述的机动车，其特征在于：

确定机动车转向信息包括确定系统折叠角并确定限制系统达到折叠角可能性所需的机动车转向轮转向角；以及

转向系统命令信号为转向角的函数。

8.根据权利要求7所述的机动车，其特征在于，确定机动车转向信息包括评估由机动车和拖车定义的系统的运动学信息。

9.机动车，其特征在于，包含：

拖车角度检测装置，其被配置用以输出作为机动车与附于机动车的拖车之间角度的函数而生成的信号；

拖车倒车转向输入装置，其用以输出与可牵引地连接于机动车的拖车行进路径所需路径近似的拖车路径曲率，拖车倒车转向输入装置包括旋钮和连接于旋钮的用于感应旋钮动作的旋钮动作传感装置，其中旋钮偏转至相反旋转运动范围之间的静止位置，且其中旋钮动作传感装置输出作为旋钮相对于静止位置的旋转量、旋钮动作速率和旋钮相对于静止位置的动作方向中的至少一个的函数而生成的信号；

拖车倒车辅助控制模块，其连接于拖车倒车转向输入装置并被配置用以作为拖车路径曲率信号的函数确定机动车转向信息；

连接于拖车角度检测装置、拖车倒车转向输入装置和拖车倒车辅助控制模块的动力转向辅助系统，其中动力转向辅助系统包括被配置用以作为拖车角度检测装置信号和倒车转向输入装置信号的函数生成动力转向系统控制信息、并作为机动车转向信息的函数控制机动车转向轮的转向的控制模块结构。

10.根据权利要求9所述的机动车，其特征在于，确定机动车转向信息包括：

确定系统的折叠角；以及

确定限制系统达到折叠角可能性所需的机动车转向轮的转向角。

11.根据权利要求10所述的机动车，其特征在于，用于确定折叠角的运动学信息包括：

机动车转向轮的最大转向角；

机动车轴距尺寸；

机动车后轴与牵引的转动点；以及

拖车轴与牵引的转动点。

12.根据权利要求9所述的机动车，其特征在于，拖车倒车转向输入装置还包括以下元件中的至少一个：

可选择地激活以提供不可接受的拖车倒车状况通知的视觉指示器；

可选择地激活以提供不可接受的拖车倒车状况通知的听觉指示器；以及

可选择地激活以提供不可接受的拖车倒车状况通知的触觉指示器。

13.根据权利要求9所述的机动车，其特征在于，旋钮不处于静止位置时输出的旋钮动作传感装置信号对应于当机动车倒拖车时拖车行进经过的拖车行进路径曲率。

14.根据权利要求13所述的机动车，其特征在于：

相反旋转运动范围中的第一个与相反旋转运动范围中的第二个实质上相等；以及

拖车行进路径曲率的改变作为旋钮旋转量的函数变化。

15.根据权利要求14所述的机动车，其特征在于，使旋钮偏向静止位置的力作为旋钮相对于静止位置的旋转量的函数增加。

16.根据权利要求9所述的机动车，其特征在于，使旋钮偏向静止位置的力作为旋钮相对于静止位置的旋转量的函数增加。

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