CN105371811A - 测定牵引线和阻力线夹角的系统 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于测定车辆与挂车之间的牵引线和阻力线夹角的系统。该系统包括设置在挂车上的成像设备。第一导航系统以车载的方式设置车辆。第二导航系统与成像设备集成。控制器基于接收自第一导航系统和第二导航系统的数据测定牵引线和阻力线夹角。

Description

测定牵引线和阻力线夹角的系统

技术领域

本发明总体涉及车辆中的驾驶员协助和主动安全技术，以及更具体地涉及用于计算车辆和挂车之间的牵引线和阻力线夹角的系统。

背景技术

使与挂车连接的车辆倒车对于许多驾驶员是非常具有挑战性的。如果拖挂车辆与挂车之间的牵引线和阻力线夹角变得足够大，则可能发生潜在的弯折情况。因此，需要精确测定车辆与挂车之间的牵引线和阻力线夹角的系统。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了用于测定车辆与挂车之间的牵引线和阻力线夹角的系统。该系统包括设置在挂车上的成像设备。第一导航系统以车载的方式设置在车辆上。第二导航系统与成像设备集成。控制器基于接收自第一导航系统和第二导航系统的数据测定牵引线和阻力线夹角。

根据本发明的一个实施例，其中成像设备包含便携式电子装置。

根据本发明的一个实施例，其中第一导航系统包含配置为测定瞬时车辆位置和方向的第一GPS接收器。

根据本发明的一个实施例，其中第二导航系统包含配置为测定瞬时挂车位置和方向的第二GPS接收器。

根据本发明的一个实施例，其中第一导航系统包含配置为测定瞬时车辆位置和方向的多个第一惯性传感器。

根据本发明的一个实施例，其中第二导航系统包含配置为测定瞬时挂车位置和方向的多个第二惯性传感器。

根据本发明的另一方面，提供了用于测定车辆与挂车之间的牵引线和阻力线夹角的系统。第一GPS接收器以车载的方式设置在车辆上。具有第二GPS接收器的便携式电子装置设置在挂车上。控制器基于接收自第一接收器和第二接收器的数据测定牵引线和阻力线夹角。

根据本发明的一个实施例，其中便携式电子装置与挂车的后部结构连接并设置为捕获挂车后部的图像数据。

根据本发明的一个实施例，其中便携式电子装置包含智能手机和平板电脑中的一个。

根据本发明的一个实施例，其中第一GPS接收器可操作地测定车辆位置以及第二GPS接收器可操作地测定挂车位置。

根据本发明的一个实施例，其中控制器通过将车辆位置与挂车位置进行比较来计算牵引线和阻力线夹角。

根据本发明的一个实施例，其中控制器包含配置为在接收自第一GPS接收器的数据与接收自第二GPS接收器的数据之间交替的牵引线和阻力线夹角检测模块。

根据本发明的一个实施例，其中牵引线和阻力线夹角检测模块包含卡尔曼滤波器，卡尔曼滤波器用于从数据推断车辆位置和挂车位置并随后基于推断的车辆位置和推断的挂车位置计算牵引线和阻力线夹角。

根据本发明的另一方面，提供了用于测定车辆与挂车之间的牵引线和阻力线夹角的系统。成像设备设置在挂车上。至少一个第一惯性传感器以车载的方式设置在车辆上。至少一个第二惯性传感器与成像设备集成。控制器基于接收自至少一个第一惯性传感器和至少一个第二惯性传感器的数据测定牵引线和阻力线夹角。

根据本发明的一个实施例，其中成像设备包含便携式电子装置。

根据本发明的一个实施例，其中便携式电子装置包含智能手机和平板电脑中的一个。

根据本发明的一个实施例，其中便携式电子装置与挂车的后部结构连接并设置为捕获挂车后部的图像数据。

根据本发明的一个实施例，其中至少一个第二惯性传感器包含三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴磁力计和气压计中的至少一个。

根据本发明的一个实施例，其中至少一个第一惯性传感器可操作地测定车辆的运动和旋转中的至少一个。

根据本发明的一个实施例，其中至少一个第二惯性传感器可操作地测定挂车的运动和旋转中的至少一个。

根据阅读以下说明书、权利要求书以及附图，本领域技术人员将了解和领会本发明的这些和其它方面、目的和特征。

附图说明

在图中：

图1是说明了位于车辆上或附接于车辆的挂车上的成像设备的示意图；

图2说明了根据一个实施例的成像设备；

图3是展示了与成像设备对应的多个视野的与挂车连接的车辆的俯视平面图；

图4是与成像设备和其它设备通信的控制器的框图。

具体实施方式

按照规定，此处公开了本发明的详细的实施例。然而，应当了解的是公开的实施例仅是本发明的示例性的，其可以体现为不同的和可供替换的形式。附图不一定是详细的设计，并且可以夸大或最小化一些示意图以显示功能概述。因此，此处公开的具体的结构和功能细节不被解释为限制，而是仅仅作为教导本领域技术人员多方面地使用本发明的代表性基础。

如此处所使用的，术语“和/或”，当用于两个或更多个项目列表时，其指的是可以单独使用任何一个列出的项目，或可以使用任何两个或更多个列出的项目的组合。例如，如果组合物描述为包含成分A、B和/或C，那么组合物可以包含单独的A；单独的B；单独的C；A和B的组合；A和C的组合；B和C的组合；或A、B和C的组合。

倒退和操纵挂车会是艰难的任务这是由于视觉和路径预测的挑战。挑战可以基于车辆大小、挂车大小以及环境条件而改变。对于大的挂车，挂车背后的视野可能完全被挡住。对于较小的挂车，转向的小变化可能使得车辆拖挂和挂车之间的牵引线和阻力线夹角快速地改变。针对这些和其它问题，以下的改进提供了不同的实施方式以提高挂车备用辅助系统的功能性。

倒退和操纵挂车会是艰难的任务这是由于视觉和路径预测的挑战。挑战可以基于车辆大小、挂车大小以及环境条件而改变。对于大的挂车，挂车背后的视野可能完全被挡住。对于较小的挂车，转向的小变化可能使得车辆拖挂和挂车之间的牵引线和阻力线夹角快速地改变。针对这些和其它问题，以下的改进提供了不同的实施方式以提高挂车备用辅助系统的功能性。

如图1所示，可以在不同位置设置成像设备C1-C5使得成像设备C1-C5的每个视野配置为捕获工作环境14的明显不同的区域。每个成像设备C1-C5可以包括任何形式的配置为捕获图像数据的成像设备例如，但不限于电荷耦合装置(CCD)和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。尽管参照图1说明了五个成像设备C1-C5，但成像设备的数量可以基于实施的特定的成像设备的特定的操作规范与特定的车辆和挂车的比例和/或外部轮廓而改变。例如，大的车辆和挂车组合可能需要额外的成像设备以捕获与较大的工作环境相对应的图像数据。成像设备还可以在与特定的车辆和挂车组合的视角和视野的范围方面变化。

成像设备C1、C3、C4和C5设置在车辆10上，每个定向为具有指向工作环境14的大体上不同的区域的视野。成像设备C1设置在车辆10的后部16(例如后挡板)的中心，以及可以使用目标检测来监测设置在挂车12上的目标18的位置以便可以测定车辆10和挂车12之间的牵引线和阻力线夹角γ。如此处使用的，牵引线和阻力线夹角γ定义为车辆10的纵向中心线轴20与挂车12的纵向中心线轴22之间的角度。除了成像设备C1，或另外可供选择的，成像设备C1’可以设置在车辆10的邻近车顶部26的面向后的部分24的中心。

成像设备C3设置在车辆10的邻近前格栅部30的面向前的部分28的中心。除了成像设备C3，或另外可供选择地，成像设备C3’可以设置在车辆的邻近车顶部26的面向前的部分32的中心。成像设备C1(和/或C1’)和C3(和/或C3’)定向使得对应的视野大体上包含相对于车辆10的向后和向前方向的整个工作环境14。

成像设备C4和C5分别设置在乘客侧34和驾驶员侧36，并配置为捕获与车辆10的侧面的工作环境14相对应的图像数据。在一些实施方式中，成像设备C4设置在邻近于乘客侧后视镜38以及成像设备C5设置在邻近于驾驶员侧后视镜40。成像设备C4和C5结合成像设备C1和C3配置为捕获大概与车辆10周围的整个工作环境14相对应的图像数据。然而，当车辆正拖挂挂车12时，挂车12可能挡住车辆10的大部分面向后的视野。

成像设备C2可以配置为结合成像设备C1和C3-C5工作以提供车辆10和挂车12周围的工作环境14的结合的视野。成像设备C2可以设置在挂车12的后部结构42上。成像设备C2可以设置在挂车12的上部44的中心并具有相对于挂车12的面向后的视野。成像设备C2可以根据挂车类型和挂车几何结构有不同的定位。在不同的实施方式中，成像设备C2可以具有大体上面向后的视野，其配置为捕获挂车12可能挡住成像设备C1和C3-C5的与工作环境14相对应的图像数据。

参照图2，显示了根据一个实施方式的作为具有内置摄像头48和对应的图像捕获设置的便携式电子装置46的成像设备C2。便携式电子设备46可以相当于智能设备例如但不限于智能手机或平板电脑。如图所示，便携式电子装置46提供在与挂车12的后部结构42连接的外壳50中。外壳50可以由透明的硬质材料(例如塑料)制成以便使得便携式电子装置46能够精确捕获挂车12后部的图像数据。便携式电子装置46在外壳50内通过托架52和/或其它支撑机构支撑，并由与挂车12的电气系统电气电连接的对应的充电线54提供电力。便携式电子装置46具有集成的导航系统56，导航系统56包括辅助GPS功能的GPS接收器58和/或一个或多个集成的惯性传感器60，它可以包括三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴磁力计、气压计等，或者它们的组合。来自摄像头48的图像数据与来自GPS接收器58和/或惯性传感器60的数据一起通过有线或无线(例如蓝牙)连接与车辆系统通信。尽管此处已经将成像设备C2的一个实施方式描述为便携式电子装置46，但它不应当被视为限制。进一步地，应当领会的是成像设备C1和C3-C5也可以实施为便携式电子装置，但不限于便携式电子装置。

参照图3，显示了与挂车12连接的车辆10的俯视图，展示了成像设备C1-C5的多个视野。在说明的实施例中，成像设备C1显示为具有视野62，成像设备C2显示为具有视野64，成像设备C3显示为具有视野66，成像设备C4显示为具有视野68，以及成像设备C5显示为具有视野70。在该实施方式中，每个视野62、64和66包括大约170度或更大的水平视角，以及每个对应的成像设备C1、C2和C3配置为捕获与相对于车辆10和挂车12的向前和向后的方向相对应的图像数据。成像设备C4和C5配置为捕获与车辆10和挂车12的每一侧的工作区域相对应的图像数据以及具有对应的可以包括大约170度或更大的视角的视野68和70。如图所示，视野68可以形成与视野66的重叠部72以及与视野62的重叠部74。类似地，视野70也可以形成与视野66的重叠部76以及与视野62的重叠部78。尽管未示出，每个视野62、68和70可以进一步形成与视野64的重叠部。在一些实施方式中可以结合重叠部以形成扩展的视野或车辆10和挂车12的俯瞰图。成像设备C1-C5配置为捕获与车辆10和挂车12的周围的工作环境14相对应的物体和地形的图像数据。

此处所讨论的不同的实施方式中，每个视野62-70可以以任何组合相结合以基于车辆10和挂车12的工作状态和相对方向形成不同的扩展的视野和对应的视角。车辆10和挂车12的工作状态和相对方向可以由车辆10的航向、车辆10的速度、转向角δ以及车辆10和挂车12之间的牵引线和阻力线夹角γ确定。在一些实施方式中，还可以结合视野62-70以形成车辆10和挂车12的复合俯瞰图或鸟瞰图。还可以使用有关车辆10相对于挂车12的工作状态和方向的信息来产生展示围绕点80的牵引线和阻力线夹角γ的车辆10和挂车12的模拟俯瞰图。

可以通过控制器在显示器13上产生和显示此处所讨论的车辆10和挂车12的不同的视图使得车辆10的操作员可以查看与车辆10、挂车12以及周围工作环境14相对应的信息。显示器13在车辆10中可以实施为中控面板监视器、后视显示镜、仪表组监视器、平视显示器，或任何其它配置为呈现由成像设备C1-C5处理的图像数据的装置。来自成像设备C1-C5的图像数据可以是原始图像数据、镜头校正相机图像数据、复合图像数据，或任何其它形式的由成像设备C1-C5或任何其它形式的成像设备捕获的图像数据。

参照图4，显示了控制器82的框图。控制器82可以与挂车备用辅助系统结合或与挂车备用辅助系统通信。控制器82可以接收和处理来自成像设备C1-C5的图像数据以产生不同的视图在显示器13上显示。显示器13可以包括多个用户输入84以使得控制器82能够接收来自车辆10的操作者的选择。显示器13还可以包括用于显示一个或多个视图的屏幕86，它由操作者选择和/或自动产生。根据一个实施方式，屏幕86可以配置为记录一个或多个触摸事件的触摸屏。屏幕86可以使用电阻式传感、电容式传感、表面声波传感，或任何其它能够记录单个或多个触摸事件的传感装置用于使得操作者输入与挂车备用辅助功能有关的不同的用户命令。

控制器82还可以与第一导航系统88通信，第一导航系统88包括GPS系统90、罗盘92和一个或多个惯性传感器94，它们的每个可以已经以车载的方式配备在车辆10上。GPS系统90可以包括GPS接收器91并可操作地测定车辆10的全球方位和位置以及将方位和位置传送给控制器82。罗盘92可以可操作地测定车辆10的相对于地理罗盘方向并将行驶方向传送给控制器82。惯性传感器94可以可操作地测定车辆10的运动和旋转。它们可以包括一个或多个运动传感器96(例如加速度计)和旋转传感器98(例如陀螺仪)。

控制器82可以进一步与可以包括GPS接收器102和一个或多个惯性传感器104的第二导航系统100通信。根据一个实施方式，GPS接收器102与成像设备C2集成。可选择地，惯性传感器104还可以与构造为如图2所示的便携式装置46的成像设备C2集成。然而，应当领会的是成像设备C2可以实施为固定于挂车12的设备的专用部分。进一步地，GPS接收器102和惯性传感器104可以设置在挂车12上的别的地方以及可以与挂车12上的其它设备和/或结构结合。

GPS接收器102可操作地确定挂车12的全球方位和位置以及将方位和位置传送给控制器82。惯性传感器104可操作地确定挂车12的运动和旋转以及包括此处所述的任何传感器配置。通过在挂车12上提供导航系统100，可以测定车辆10与挂车12之间的牵引线和阻力线夹角γ而无需基于图像的目标识别。这还将消除操作者将目标(例如目标18)附接在挂车12上的需要或进行与建立基于建立图像的目标检测系统有关的车辆/拖车测量的需要。

在一个实施方式中，控制器82可以通过使用接收自GPS接收器91的车辆位置数据和接收自GPS接收器102的挂车位置数据将车辆位置与挂车位置进行比较来计算牵引线和阻力线夹角γ。在另一实施方式中，控制器82还包括配置为在接收由GPS接收器91输出的车辆位置数据和由GPS接收器102输出的挂车位置数据之间交替的牵引线和阻力线夹角检测模块106。牵引线和阻力线夹角检测模块106可以包括卡尔曼滤波器108，卡尔曼滤波器108用于从车辆位置数据和挂车位置数据排除和推断车辆位置和挂车位置并随后基于推断的车辆位置和推断的挂车位置计算牵引线和阻力线夹角γ。在另一实施方式中，控制器82可以基于接收自惯性传感器94的有关车辆10的数据和接收自惯性传感器104的有关挂车12的数据计算牵引线和阻力线夹角γ。例如，惯性传感器94和104可以分别给控制器82提供有关瞬时车辆方向和瞬时挂车方向的数据，控制器82可以使用它们计算牵引线和阻力线夹角γ。在另一实施方式中，控制器82可以使用车辆10的位置数据作为参照来估算针对挂车12的差分位置偏差以及反之亦然。这样做可以导致在车辆10和挂车12之间更精确的相对位置的计算，从而导致更精确的牵引线和阻力线夹角γ的计算。应当领会的是每个上述的实施方式可以结合或单独执行。

进一步如图4所示，控制器82可以配置为与一个或多个车辆系统通信，如图所示的动力传动系统110、转向系统112、制动系统114以及齿轮选择系统(PRDNL)116。动力传动系统110、转向系统112、制动系统114以及齿轮选择系统116可以共同合作以在倒退过程中控制车辆10和挂车12。根据一个实施方式，控制器82可以基于接收自转向输入装置118的输入将指令发送给动力传动系统110、转向系统112、制动系统114以及齿轮选择系统116中的任何一个，指令可以包括限定车辆10和挂车12的行驶路径的信息。转向输入装置118可以配置为允许车辆10的操作者在倒退操作过程中驾驶车辆10的可旋转的装置(例如把手、方向盘)。

控制器82包括与一个或多个用于执行存储于存储器120中的指令124的处理器122连接的存储器120。存储器120和指令124一起限定非暂时性处理器可读介质的示例。控制器82可以进一步包括多个用于将接收自成像设备C1-C5的图像数据和卫星图像数据(例如来自GPS系统90)组合以形成车辆10和挂车12周围的工作环境14的复合视图的模块。多个模块可以包括失真校正模块126、视图转换模块128、图像调整/缩放模块130、图像参考识别模块132以及图像合成器134。

为了生成结合对应于两个或更多个成像设备C1-C5的图像数据的复合视图，控制器82可以接收来自成像设备C1-C5的图像数据并用失真校正模块126校正图像数据的任何失真。图像数据的失真可能是由透镜畸变、视角校正，或成像设备中常见的任何其它形式的失真导致的。视图转换模块128可以转换图像数据的视角。视角校正可以对应于改变与成像设备的视野相对于的图像数据的视角的方向。例如，可以将图像数据从侧视图调整为俯瞰图。然后来自两个或更多个成像设备的每个的图像数据可以通过图像调整/缩放模块130调整和缩放并在图像合成器134中组合。由合成器134输出的复合图像数据可以形成扩展的视野、俯瞰图，或任何接收自成像设备C1-C5的图像数据的组合。

在一些实施方式中，图像参考识别模块132可以进一步对齐接收自两个或更多个成像设备的图像数据的相对位置。图像参考识别模块132可以可操作地检测和识别接收自每个成像设备C1-C5的图像数据中的目标并在不同的视野中使用目标对齐和精确地组合图像数据。图像合成器134可以进一步能够识别挡住的和/或漏掉的图像数据并请求卫星图像数据或来自GPS接收器90的其它特征数据以进一步补充和提高复合图像数据。然后将产生的提高的复合图像数据输出给用于显示给车辆10的操作者的屏幕86。

此处所述的系统和方法给挂车备用辅助系统的功能性提供了改进。尽管此处描述和说明的系统和方法实施为具体的车辆和挂车，但应当领会的是此处所述的系统和方法可以与根据本发明的任何车辆和挂车的组合一起使用。

应当了解的是在不脱离本发明的思想的情况下可以对上述结构做出修改和变化，以及进一步应当了解的是这样的思想旨在由以下权利要求限定，除非这些权利要求通过它们的语言另有说明。

Claims (14)

1.一种用于测定车辆与挂车之间的牵引线和阻力线夹角的系统，包含：

以车载的方式设置在所述车辆上的第一GPS接收器；

便携式电子装置，其具有第二GPS接收器并以车载的方式设置在所述挂车上；以及

控制器，其用于基于接收自所述第一接收器和所述第二接收器的数据测定牵引线和阻力线夹角。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述便携式电子装置与所述挂车的后部结构连接并设置为捕获所述挂车后部的图像数据。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述便携式电子装置包含智能手机和平板电脑中的一个。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一GPS接收器可操作地测定车辆位置以及所述第二GPS接收器可操作地测定挂车位置。

5.根据权利要求4所述的系统，其中所述控制器通过将所述车辆位置与所述挂车位置进行比较来计算所述牵引线和阻力线夹角。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器包含配置为在接收自所述第一GPS接收器的数据与接收自所述第二GPS接收器的数据之间交替的牵引线和阻力线夹角检测模块。

7.根据权利要求6所述的系统，其中所述牵引线和阻力线夹角检测模块包含卡尔曼滤波器，所述卡尔曼滤波器用于从所述数据推断车辆位置和挂车位置并随后基于所述推断的车辆位置和所述推断的挂车位置计算牵引线和阻力线夹角。

8.一种用于测定车辆与挂车之间的牵引线和阻力线夹角的系统，包含：

设置在所述挂车上的成像设备；

以车载的方式设置在所述车辆上的至少一个第一惯性传感器；

与所述成像设备集成的至少一个第二惯性传感器；以及

控制器，其用于基于接收自所述至少一个第一惯性传感器和所述至少一个第二惯性传感器的数据测定牵引线和阻力线夹角。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述成像设备包含便携式电子装置。

10.根据权利要求9所述的系统，其中所述便携式电子装置包含智能手机和平板电脑中的一个。

11.根据权利要求10所述的系统，其中所述便携式电子装置与所述挂车的后部结构连接并设置为捕获所述挂车后部的图像数据。

12.根据权利要求11所述的系统，其中所述至少一个第二惯性传感器包含三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴磁力计和气压计中的至少一个。

13.根据权利要求8所述的系统，其中所述至少一个第一惯性传感器可操作地测定所述车辆的运动和旋转中的至少一个。

14.根据权利要求13所述的系统，其中所述至少一个第二惯性传感器可操作地测定所述挂车的运动和旋转中的至少一个。