CN103328285A - 用于在反向行进中操纵车辆拖车单元的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种在反向进行中操纵车辆拖车单元的系统和方法使用至少一个传感器（12L，12R），以产生表示在车辆后部与拖车前部之间的相对位置的输出信息。一个电子处理单元（22）将这个测量出的量与一个参考值进行比较，并且根据该比较确定该拖车是否从与该车辆的笔直对齐状态相偏离。如果该拖车（20）未与该车辆（10）对齐，那么该系统可以干预该车辆的转向系统（28）、该拖车的制动系统或同时干预这两个系统。该传感器可以是一个距离传感器或一个摄像机，并且该量可以是一个距离或一个标志位置。作为用于比较的一个参考值，该方法可以使用一个存储的值或使用多个先前或同时测量出的值。该方法可以自动地激活或通过由车辆驾驶员操作的一个开关来激活。

Description

用于在反向行进中操纵车辆拖车单元的系统和方法

发明领域

本发明涉及一种用于在车辆拖车单元处于倒车过程中时操纵牵引车辆和连接的拖车的方法、系统以及电子处理装置。

发明背景

拖车典型地通过拖车挂钩连接到牵引车辆。该拖车挂钩允许拖车围绕该挂钩水平地转动，这样使得车辆拖车单元能够移动绕过转角。然而，这可能在车辆反向行进时造成麻烦。当车辆倒车时，该车辆推动拖车。在某些情况中，重要的是拖车笔直向前或沿着期望的路径移动，例如，在使得小艇下水并且该拖车需要顺势下水时。驾驶员们通常对于如何转动车辆方向盘以使拖车方向实现希望的改变而感到困惑。应用车辆不正确的转向角度也可能导致拖车弯折（jack-knife）并且偏离其路线。

发明概述

本发明的一个目标是使得一个车辆拖车单元在反向行进时稳定。

这个目标通过以下这种方法实现：使用至少一个传感器来测量一个量，这个量提供了关于在该车辆的纵向轴线与该拖车的纵向轴线之间的角度的信息。

这可以是用至少一个距离传感器产生表示在与拖车挂钩的位置横向偏移的位置处的、该拖车的前部与该车辆的后部之间的距离的输出信息，通过建立至少一个距离值并且通过确定该距离值与一个参考值之间的差值来完成。如果该差值超过一个预定阈值，那么实施一个路径校正措施。此类传感器可以安装在该车辆的后部上或在该拖车的前部上。

另一种选择是观察一个代表性角度。一种可能性是用集成到该挂钩中的一个传感器或一个成像装置来测量该挂钩的转动。还可能测量拖车拖挂架与该牵引车辆的纵向轴线之间的角度。一个向后并且向下的传感器或摄像机可以置于该车辆的后部上的一个高架位置中，并且监测该拖车拖挂架的中间梁柱的角位置。类似地，一个向后的传感器或摄像机可以监测附着到该拖车上的一个参考标志的横向位置。该标志可以是光学地区别于环境的任何物体，甚至是一个现有的拖车零件或图案。

能够产生表示一个距离或一个位置（如一个角位置）的信息的任何类型的传感器都可以用来执行这种方法。此类传感器可以在红外光谱、可见光谱、雷达光谱或任何其他合适的频率范围内工作。替代于电磁波，可以发射并检测多个纵向物质波来进行距离测量，例如通过使用在不同声谱范围中的超声或波。这些传感器可以简单地指示距离，检测参考标志的位置，像一个摄像机那样产生一幅图像，或测量一个角度。因此，如在本说明书中所用的术语“传感器”也涵盖多种成像装置。

如果在笔直行进期间该车辆的后部与该拖车的前部之间的距离是已知的，那么一个距离传感器就足以测量在该拖车与一条笔直路径相偏离并且相对于该车辆以一个角度移动时而导致的偏离。然而，如果在笔直行进期间该车辆的后部与该拖车的前部之间的距离是未知的，例如，如果该车辆拖有不同类型的拖车，那么可以使用横向隔开的两个传感器。

用于使用两个可变距离测量的变体的一种数学上简单的安排是将这两个传感器置于与该拖车挂钩等距的位置处，一个位于左边并且一个位于右边。如果这两个传感器测量到相同距离，那么该拖车正在笔直行进。如果这两个距离传感器的信号不同，那么该拖车的路径与一条直线相偏离而朝向在车辆后部与拖车前部之间测量出的距离较短的那侧。

如果测量出一个角度，那么就无需知道该车辆与该拖车之间的距离。该纵向车辆轴线理想地与一个车载向后的传感器的检测区域的中间水平方向一致。如果在该拖车拖挂架与该车辆的纵向轴线之间的角度是与180度相偏离的，那么这种偏离对应于在该车辆的背部与该拖车的前部之间的角度。

安装在该车辆上以监测在该拖车上的一个参考标志的一个向后的传感器可以替代地指示这个标志距一个通常位置的横向偏离距离。如果该传感器横向居中地安装在该车辆的后部上，并且该标志是在该拖车上的一个横向中央位置上，那么测量出的偏离在两侧上是对称的，并且偏离d除以拖车挂钩与标志之间的距离就构成了该拖车的纵向轴线与该车辆的纵向轴线之间的角度的正弦值。

此类偏离可以通过干预车辆的转向系统进行校正，其中方向盘角度被自动地校正以使车辆和拖车彼此对齐。

因为在拖车与车辆之间的一个角度有时是驾驶员期望的角度（例如，在倒车进入车道中时），所以校正系统不应当干预驾驶操纵状态，除非该车辆驾驶员给出指示。此类指示可以由该驾驶员通过一个界面给出一个人工输入来实现，或由该系统本身在观察该驾驶员的行为之后实现。

本发明的进一步的细节和方面将从附图说明中变得清楚。

附图简要说明

在附图中：

图1示出拖有一个拖车的一辆车辆的示意图，其中两个向后的距离传感器被安装在该车辆上；

图2示出此类车辆拖车单元，其中该拖车从一条笔直路线偏离；

图3示出一个车辆拖车单元，该车辆拖车单元通过用一个摄像机测量一个标志的横向偏离来测量在车辆与拖车之间的角度；

图4示出一种与图3类似的安排，其中一个摄像机监测该拖车挂钩；并且

图5是一个界面的图示，车辆驾驶员可以通过这个界面控制倒车操纵行为。

附图详细说明

在图1中，车辆10正在拖着拖车20。拖车20通过拖车挂钩16而连接到车辆10上，这允许该拖车围绕该拖车挂钩16的垂直轴线水平转动，该垂直轴线是垂直于附图平面的轴线。

两个后顾式距离传感器12L和12R位于车辆10的后部。这些传感器在其位于拖车挂钩16左边和右边的对应位置上测量在车辆10的后部与拖车20的前部之间的距离14L和14R。由这些距离传感器12L和12R产生的信息被发送到倒车辅助模块（BA模块）22。倒车辅助模块22将来自这些距离传感器12L和12R的两条信息进行比较。

为了简单起见，在此假定，如果拖车20与车辆10在一条直线上，那么距离14L与14R相等。然而，情况并非必须如此。一旦安装了拖车，那么驾驶员可以启动倒车系统来获取在车辆与拖车沿着同一轴线对齐时的当前距离14L和14R的“快照”。可替代地，当车辆笔直向前移动时，倒车辅助模块可以在向前行进路线上学习那些距离14L和14R是怎样的。当在笔直行进过程中这些距离14L和14R彼此不同时，可将一个偏移距离值添加到这些距离中的一个或两个上以使它们相等，以便进行进一步计算。

倒车辅助模块22与电子控制模块24通信。电子控制模块24是控制主动式动力转向系统28的一个电子处理单元，该主动式动力转向系统能够主动地改变前桥车轮26-1和26-2的转向角度，而无需车辆驾驶员通过车辆方向盘给出对应的输入。主动式动力转向系统28还可以包括另外使得后桥车轮26-3和26-4转向的能力。电子控制模块24计算有待采取的校正动作，以便操纵车辆并相应地启动动力转向系统28。

图2示出以下这种情况：拖车20在被反向推动时突然朝向车辆右侧，从而形成逆时针转动。拖车20此时并未与车辆10对齐。如虚线所示，在拖车挂钩16左侧的距离传感器12L测量出的、在车辆10的后部与拖车20的前部之间的距离14L会比在拖车挂钩16右侧的距离传感器12R测量出的距离要长。如果车辆10继续在方向v上行进，那么拖车将会弯折。因此，应当采取校正动作。对于仅偶然会驾驶带有附接的拖车的车辆的驾驶员而言，非常难以找到正确转向角度来使拖车20回到如图1所示的与车辆10对齐状态。

倒车辅助模块22从向后的距离传感器12L和12R接收信息，根据这两个距离14L和14R计算在车辆10与拖车20之间的角度。如果在车辆与拖车之间的实际角度与期望的角度相差的量大于一个存储的阈值，那么动力转向系统28应用校正转向角度。该阈值对应于由至多10°的相对小的角度导致的差值。所存储的阈值越小，控制将会越为灵敏。准确阈值可以根据经验确定，以便最好地满足驾驶员的需要。这个阈值还可以由对应的车辆10的驾驶员设置。

一旦倒车辅助模块22已确定超过了阈值，那么该倒车辅助模块22或电子控制模块24或以上两者就计算应当采取哪些适当对策，并且电子控制模块24控制车辆的动力转向系统28以执行那些对策。

图1所示的车辆具有主动转向系统，即可以自动地改变驾驶员所选的转向角度以配合当前驾驶情况的转向系统。对于此类车辆，有可能的是将右转转向角度添加到由车辆驾驶员通过车辆的方向盘（未示出）指示的转向角度上。动力转向系统28可以改变方向盘的角位置来在前轮26-1和26-2上并且任选地在后轮26-3和26-4上采用一个转向角度。可替代地，这个添加的转向角度可以在一个或多个转向桥（典型地，前桥）上叠加在车辆的车轮水平处，而不影响驾驶员握住的方向盘。这种添加的右转转向角度会被应用直到车辆已经做出了充分逆时针移动以使拖车20返回其期望的位置。随后，可以添加略微左转转向角度以使车辆拖车单元转动到期望的方向中，从而继续倒车操纵状态。

倒车操纵状态还可以用闭合反馈环路来自动地执行，以便使得车辆独立地倒车，而无需驾驶员进行任何输入。驾驶员能够被赋予取消操纵状态或人工地禁用该功能的可能性。

尽管附图示出倒车辅助模块22是与电子控制模块24并且是与动力转向系统28分开的，但这三个模块显然可以集成到一个或两个处理单元中，以便合作执行所述功能。倒车辅助模块22可以是一种售后市场附加装置。

未示出的是任选的额外摄像机，该摄像机安装在拖车后部上并且朝向后方。此类摄像机可以在驾驶方向上的直接观察在反向行进时被遮挡的情况下进一步辅助车辆驾驶员。

附图仅对于本发明的许多实施例中的一个是示例性的。例如，转向干预显然还可以在具有至少两个桥的拖车上执行，其中至少一个桥是可转向的。类似地，如果牵引车辆具有一个以上的转向桥，那么干预可以同时在两个转向桥上执行。

如果对于笔直行进或对于在车辆与拖车之间的期望的角度而言，车辆后部（在传感器的位置上）与拖车前部之间的距离是已知的话，那么本发明的方法无需两个距离传感器。这样与已知距离的偏离是与一个预定阈值进行比较的。自然地，这个阈值将为上文讨论的两个传感器实施例的阈值的约一半。

在图3的实施例中，摄像机130监测拖车拖挂架132的移动，以获得与车辆的纵向轴线（由箭头v指示）的偏离。为此，安装在车辆110的后部上的摄像机130检测在横向中央位置附着到拖车120的标志134的偏离。这个标志可以是拖车拖挂架本身的一部分或具有对比色彩的补片或胶带。由于拖车120围绕拖车挂钩130水平旋转，标志134距中央位置的测量出的横向距离除以在拖车挂钩116与标志134之间的距离确立了在车辆的纵向轴线与拖车的纵向轴线之间的偏离角度α的正弦值。相对于车辆110和拖车120都固定的拖车挂钩116构成偏离角度α的顶点。

摄像机130可以被预调整成具有预先存储的一个中央标志参考位置，以便标记笔直行进。然而，倒车辅助模块122或电子控制模块124或以上两者还可能有能力由车辆110开始其倒车操纵状态之前已经获得的行车数据来学习一段时间上该中央标志的参考位置。

如图4所示，摄像机130可以安装在一个高架位置上，这个高架位置近似地对应于在车辆110的后部上的客厢顶的高度。该摄像机可以观察固定在拖车120的前部上的标志134或记录由倒车辅助模块处理的图像，以便计算在拖车120与车辆110之间的角度α。然而，该摄像机能够可替代地安装在较低位置136中，如虚线指示的。如果车辆是（例如）不允许将摄像机130安装在高架位置中的货运小卡车，那么此类较低安装位置可能是必需的。

图5示出另一个实施例，在该实施例中，车辆210的驾驶员可以指示倒车辅助模块在特定方向上移动拖车220，这个特定方向不必与车辆210笔直对齐。驾驶员可以通过界面200给出对于期望的方向的输入。所描绘的界面200包括监视器部分202和输入部分204。输入部分204被配置为一个滑动件206，该滑动件可以人工地水平移动至左或至右，以便指示拖车220的期望的方向。滑动件206可以是物理滑动件或带有触摸感应表面的滑动件图像。监视器部分202示出与安装在车辆210上的向后摄像机所记录的相同的拖车220的移动的视频流。监视器图像的底缘示出车辆210的后部。监视器部分202可以进一步包括虚拟引导物238、240以及242。在所示实施例中，虚拟引导物240指示在车辆与拖车之间的笔直对齐的方向。引导物238和242包含距离标志，以便使得驾驶员能够直观性测量地通过将拖车右侧距车辆210的距离与拖车左侧距车辆210的距离相比较来确定车辆210与拖车220之间的角度。这两个虚拟引导物238和242可以具有不同色彩段，以便向驾驶员示出在拖车220的各侧与车辆210之间的安全、中间和有风险的相对距离。

本披露的广义传授内容可以通过并未明确指出的许多方式实现。因此，本发明的真实范围并不限于这些详细讨论的特定实例。通过研究附图、说明书以及随附权利要求书，进一步修改将变得清楚。

Claims (19)

1. 一种在反向进行中操纵车辆拖车单元的方法，该拖车具有一个带拖车拖挂架的前部并且该车辆具有一个带拖车挂钩的后部，该拖车拖挂架被连接到该拖车挂钩上以允许该拖车围绕该挂钩的水平转动移动，并且该车辆具有一个主动式动力转向系统，该方法包括以下步骤：

- 确定该车辆拖车单元正在倒车，

- 测量表示该车辆后部与该拖车前部之间的相对位置的一个量，

- 将该测量出的量与一个参考值进行比较，

- 通过此比较来确定该拖车相对于该车辆与一条期望的路径的偏离，

- 确定该偏离超过一个预定阈值，并且

- 实施一个路径校正措施以校正该车辆和该拖车中的至少一个的路线。

2. 如权利要求1所述的方法，其中该车辆具有一个带主动式转向干预的转向系统，并且该路径校正措施将一个校正的转向角度添加到一个现有的转向角度上。

3. 如权利要求1所述的方法，其中该测量出的量表示在距该拖车挂钩的位置横向偏移的一个位置处的该拖车的前部与该车辆的后部之间的距离.

5.如权利要求3所述的方法，其中该参考值表示在该车辆与该拖车处于笔直对齐时，在测量该量的位置处的该车辆的后部与该拖车的前部之间的距离.

6.如权利要求3所述的方法，其中该车辆拖车单元具有一个第一距离传感器和一个第二距离传感器，这些距离传感器彼此横向隔开，并且产生表示在该拖车的前部与该车辆的后部之间的距离的输出信息，并且其中测量出的量是根据该第一传感器的输出信息而确立的一个距离值，并且该参考值是根据该第二传感器的输出信息而确立的一个距离值.

7.如权利要求1所述的方法，其中该车辆具有一个驾驶员可操作的倒车辅助开关，该倒车辅助开关激活一种自动倒车，该方法包括检测该开关已经设置成激活该方法的步骤.

8.如权利要求1所述的方法，其中该车辆包括一个人工界面，该人工界面产生表示所期望的路径的输入信息，该方法包括通过所产生的输入信息确定该期望的路径的步骤.

9.如权利要求1所述的方法，其中该测量出的量是固定在该拖车的前部上的一个标志的横向位置，并且该参考值是在拖车与车辆处于笔直对齐时该标志的位置.

10.如权利要求1所述的方法，其中该测量出的量是表示该拖车与和该车辆笔直对齐的状态相偏离的一个角度，并且该参考值是表示在该拖车位于该期望的路径上时该拖车与和该车辆笔直对齐的状态相偏离的一个角度.

11.一种用于在反向行进中操纵车辆拖车单元的系统，该拖车具有一个前部并且该车辆具有一个后部，该拖车的前部和该车辆的后部通过一个拖车挂钩相连接，以便允许该拖车围绕该挂钩的水平转动移动，该系统包括：

至少一个第一传感器，该至少一个第一传感器被配置成测量表示在该车辆后部与该拖车前部之间的相对位置的一个量，以及

一个电子处理装置，该电子处理装置被编程以将该测量出的量与一个参考值进行比较，以便通过这种比较确定该拖车与一条期望的路径的偏离，并且实施一个路径校正措施以校正该车辆和该拖车中的至少一个的路线.

12.如权利要求11所述的系统，其中该第一传感器是一个距离传感器，该距离传感器被配置成产生表示在该拖车的前部与该车辆的后部之间的距离的输出信息.

13.如权利要求12所述的系统，进一步包括一个第二距离传感器，该第二距离传感器被配置成产生表示在该拖车的前部与该车辆的后部之间的距离的输出信息.

14.如权利要求11所述的系统，其中该第一传感器是一个摄像机，该摄像机被配置成安装在该车辆上.

15.如权利要求11所述的系统，进一步包括一个倒车辅助激活开关，该倒车辅助激活开关与该电子处理装置通信，以便开始执行程序.

16.如权利要求11所述的系统，进一步包括一个人工界面，该人工界面产生表示该期望的路径的输入信息.

17.一种电子处理装置，该电子处理装置被编程来接收表示相对于一辆车辆的一个位置的一个拖车的位置的一个测量出的量的信息，来将该测量出的量与一个参考值进行比较，来通过这种比较确定该拖车与一条期望的路径的偏离，并且来计算一个路径校正措施以校正一辆车辆和一个拖车中的至少一个的路线.

18.如权利要求16所述的电子处理装置，其中该测量出的量表示一个距离.

19.如权利要求16所述的电子处理装置，其中该测量出的量表示一个标志的一个位置.

20.如权利要求16所述的电子处理装置，其中该测量出的量表示一个角度。

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