CN109421724A

CN109421724A - 对估算或用户提供的挂车参数中的误差的鲁棒性自适应转向控制

Info

Publication number: CN109421724A
Application number: CN201810974980.3A
Authority: CN
Inventors: 顿·雅各布·马特恩; 布莱恩·乔治·巴斯; 约瑟夫·M·拉德; 泰勒·达阿韦特拉
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2017-08-31
Filing date: 2018-08-24
Publication date: 2019-03-05
Also published as: US10604184B2; DE102018121015A1; US20190061817A1

Abstract

用于辅助车辆‑挂车组合的倒车的系统包括车辆转向系统和控制器。控制器基于控制参数向转向系统输出转向信号以沿着命令的倒车路径保持挂车，确定车辆‑挂车组合的特性的测量的表现与特性的预测表现之间的误差，以及基于该误差调整控制参数。

Description

对估算或用户提供的挂车参数中的误差的鲁棒性自适应转向控制

技术领域

本公开大体上涉及车辆中的转向辅助技术，并且更具体地涉及通过缩放系统的控制因数来补偿误差的挂车倒车辅助系统。

背景技术

众所周知，对于许多驾驶员来说，倒附接有挂车的车辆是一项艰巨的任务。特别是对于未经倒挂车培训的驾驶员来说，诸如例如那些不经常驾驶附接的挂车的驾驶员(例如，租用了挂车、不经常使用个人挂车等)。造成这种困难的一个原因是，倒附接有挂车的车辆需要与在倒没有附接挂车的车辆时的正常转向相反的反向转向，和/或需要制动以在折叠(jack-knife)条件发生之前稳定车辆-挂车组合。造成这种困难的另一个原因是，在倒附接有挂车的车辆时转向中的小误差被放大，从而导致挂车偏离期望的路径。

因此，提供简单的人机界面并克服已知挂车倒车辅助系统的其他缺点的用于倒挂车的装置可能是有利的、期望的或有用的。

发明内容

根据本公开的一个方面，一种用于辅助车辆-挂车组合的倒车的系统包括车辆转向系统和控制器。控制器基于控制参数向转向系统输出转向信号以沿着命令倒车路径保持挂车，确定车辆-挂车组合的特性的测量的表现与特性的预测表现之间的误差，以及基于该误差调整控制参数。

本发明的第一方面的实施例可以包括以下特征中的任何一个或组合：

·转向信号进一步基于车辆-挂车模型中的多个运动学参数并且基于误差调整控制参数补偿了一个或多个运动学参数中的不准确性；

·特性的预测表现进一步基于车辆-挂车模型中的多个运动学参数；

·至少一个运动学参数是车辆-挂车模型内的维度，该维度是通过以下方式之一获得：由用户输入或由系统估计；

·控制参数是倒车路径的命令曲率，并且使用控制参数来确定特性的预测表现；

·控制参数是车辆-挂车组合中的车辆和挂车之间的牵引角(也称为牵引线和阻力线夹角，hitch angle)，并且使用倒车路径的命令曲率来确定特性的预测表现；

·车辆-挂车组合的特性是在控制参数恒定的情况下由系统实现的稳态转向角；

·控制器通过根据误差的函数来缩放控制参数以调整控制参数；

·特性是车辆-挂车组合中车辆与挂车之间的牵引角速率；并且

·转向信号进一步基于车辆-挂车组合中车辆与挂车之间的牵引角的测量值，并且基于误差调整控制参数补偿了牵引角的测量值的不准确性。

根据本公开的另一方面，一种车辆包括转向系统和控制器。控制器向转向系统输出基于倒车路径的命令曲率的转向信号以沿着命令倒车路径保持可铰接地与车辆连接的挂车，确定在命令曲率恒定时通过系统实现的测量的稳态转向角与基于命令曲率预测的稳态转向角之间的误差，并且基于该误差来调整命令曲率。

根据本发明的一个实施例，其中：

转向信号还基于车辆-挂车模型中的多个运动学参数；和

基于误差调整命令曲率补偿了一个或多个运动学参数的不准确性。

根据本发明的一个实施例，其中预测的稳态转向角还基于车辆-挂车模型中的多个运动学参数。

根据本发明的一个实施例，其中至少一个运动学参数是车辆-挂车模型内的维度，该维度是通过以下方式之一获得：由用户输入或由系统估计。

根据本发明的一个实施例，其中控制器通过根据误差的函数来缩放命令曲率来调节命令曲率。

根据本发明的一个实施例，其中：

转向信号还基于车辆-挂车组合中的车辆和挂车之间的牵引角的测量值；和

基于误差调整控制参数补偿了牵引角测量值的不准确性。

根据本公开的另一方面，一种用于辅助车辆-挂车组合的倒车的方法包括：向车辆-挂车组合中的车辆的转向系统输出基于控制参数的转向信号，以沿着命令倒车路径保持车辆-挂车组合中的挂车。该方法进一步包括确定车辆-挂车组合的特性的测量的表现与特性的预测表现之间的误差，并基于该误差调整控制参数。

根据本发明的一个实施例，其中特性的预测表现还基于车辆-挂车模型中的多个运动学参数中的至少一个或者车辆-挂车组合中的车辆与挂车之间的牵引角的测量值。

根据本发明的一个实施例，其中多个运动学参数中的至少一个是车辆-挂车模型内的维度，该维度是通过以下方式之一获得：由用户输入或由系统估计。

根据本发明的一个实施例，其中：

控制参数是倒车路径的命令曲率；和

通过根据误差的函数来缩放命令曲率来执行调整控制参数。

本领域技术人员在研究以下说明书、权利要求和附图时将理解和领会本公开的这些和其他方面、目的和特征。

附图说明

在附图中：

图1是附接到挂车的车辆的俯视透视图，其中该挂车具有用于操作挂车倒车辅助系统的牵引角传感器的一个实施例；

图2是示出了挂车倒车辅助的一个实施例的框图；

图3是根据一个实施例示出了覆盖有二维x-y坐标系的车辆和挂车的几何结构的示意图，该二维x-y坐标系识别用于确定用于挂车倒车辅助系统的车辆和挂车的运动学关系的变量；

图4是示出了根据另外的实施例的曲率控制器的部分以及根据这样的实施例的挂车倒车辅助系统的其他部件的示意性框图；

图5是根据一个实施例的具有用于操作挂车倒车辅助系统的可旋转旋钮的转向输入设备的平面图；

图6是用于选择挂车的期望的曲率的可旋转旋钮的另一实施例的平面图，以及示出了车辆和具有与可选择的期望的曲率相关的各种挂车曲率路径的挂车的对应示意图；

图7是车辆转向角与所得到的挂车曲率和牵引角之间的稳态关系的图形表示；

图8是示出了根据一个实施例的利用挂车倒车辅助系统实现各种顺序曲率选择的车辆和挂车的倒车序列的示意图；

图9是示出了沿着包括使挂车返回到零曲率段的路径的倒挂车的车辆的示意图；

图10是示出了沿着包括使挂车返回到零曲率段的另一路径的倒挂车的车辆的示意图；

图11是采用补偿器来调节控制参数以补偿影响将挂车返回到零牵引角的性能的误差的控制器的示意图；

图12是采用替代补偿器来调整控制参数以补偿影响将挂车返回到零牵引角的性能的误差的替代控制器的示意图。

具体实施方式

为了本文的描述，术语“上”，“下”，“右”，“左”，“后”，“前”，“垂直”，“水平”、“内部”、“外部”及其派生应涉及如图1所示的设备。然而，应当理解，该设备可以采取各种替代方向，除非明确地指定相反。还应当理解，在附图中示出并且在下面的说明书中描述的具体装置和过程是在所附权利要求中限定的发明构思的简单示例性实施例。因此，与本文公开的实施例相关的特定尺寸和其他物理特性不被认为是限制性的，除非权利要求明确地另有说明。另外，除非另有说明，否则应理解，对在给定方向上或沿着给定方向等延伸的部件的特定特征的讨论并不意味着该特征或部件在这样的方向上遵循直线或轴或者仅在这样的方向或在这样的平面上延伸而没有其他方向分量或偏差，除非另有说明。

参考图1至11，附图标记10通常表示用于辅助车辆14和挂车12组合的倒车的挂车倒车辅助系统，其中挂车12例如围绕牵引连接器42与车辆14铰接地连接。系统10包括车辆转向系统62和控制器28，控制器28基于控制参数向转向系统62输出转向信号以沿着指定的倒车路径26保持挂车12，如大体关于图1至7讨论的。控制器28进一步确定车辆-挂车组合的特征的所测得的表现与特征的预测表现之间的误差，并且基于该误差来调节控制参数，如关于下面的图8至11更详细讨论的。

如图1和图2中所示，系统10通常可用于通过允许车辆14的驾驶员指定挂车12的倒车路径26的期望的曲率κ₂来控制附接到车辆14的挂车12的倒车路径26(图6)。在一个实施例中，当驾驶员使用加速器踏板和制动踏板来控制车辆14的倒车速度时，挂车倒车辅助系统10自动地转向车辆14以将挂车12引导到期望的曲率κ₂或倒车路径26上。为了监控挂车12相对于车辆14的位置，挂车倒车辅助系统10可以包括传感器系统16，该传感器系统感测或以其他方式确定挂车12与车辆14之间的牵引角γ。在一个实施例中，传感器系统16可以包括牵引角传感器44(诸如使用车辆14上的摄像机46来监控挂车12上的标记52以确定牵引角γ的基于视觉的系统)。在另一个实施例中，使用这种基于视觉的传感器获得的牵引角估计值可以与其他测量值或估计值组合，以进一步增加总体估计的牵引角γ的可靠性。在另一个实施例中，传感器系统16可以包括附接到挂车12的传感器模块20，该传感器模块20监控挂车12的动力学(诸如横摆率)，并且与挂车倒车辅助系统10的控制器28通信以确定瞬时牵引角γ。因此，传感器模块20的一个实施例适于附接到挂车12并产生挂车横摆率ω₂。根据这样的实施例的挂车倒车辅助系统10还可以包括产生车辆横摆率ω₁和车辆速度v₁的车辆传感器系统16。考虑到挂车12和车辆14之间的运动学关系，挂车倒车辅助系统10的控制器28可以因此基于挂车横摆率ω2、车辆横摆率ω₁和车辆速度v₁来估计牵引角γ。

关于挂车倒车辅助系统10的一般操作，可以提供转向输入设备18(诸如可旋转的或可移动的旋钮30)，用于驾驶员提供挂车12的期望的曲率κ₂。由此，转向输入设备18可以在多个选择之间操作，诸如旋钮30的连续旋转位置，多个选择各自提供挂车12的期望的曲率κ₂的递增变化。在输入期望的曲率κ₂时，控制器28可以基于所估计的牵引角γ和挂车12与车辆14之间的运动学关系生成用于车辆14的转向命令以引导挂车12在期望的曲率κ₂上。

参考图1所示的实施例。车辆14是皮卡车实施例，其装备有用于控制附接到车辆14的挂车12的倒车路径26(图6)的挂车倒车辅助系统10的一个实施例。具体地，车辆14枢转地附接到挂车12的一个实施例，该挂车具有带封闭的货物区域34的箱体框架32、具有右车轮总成和左车轮总成的单桥以及从封闭的货物区域34向前纵向延伸的舌部36。图示的挂车12还具有连接器总成38形式的挂车牵引连接器，该连接器总成38连接至牵引球40形式的车辆牵引连接器。连接器总成38闩锁在牵引球40上以提供允许牵引角γ的铰接(在本文中在某些情况下被称为铰接式连接)的枢转球接头连接器42。应该理解，挂车12的附加实施例可以替代地与车辆14连接(诸如通过与第五车轮连接器连接)以提供枢转或铰接连接。还可以想到，挂车12的附加实施例可以包括多于一个的桥并且可以具有针对不同的负载和物品配置的各种形状和尺寸(例如船挂车或平板挂车)。

参考图1和图2，所示实施例中的传感器系统16包括传感器模块20或基于视觉的牵引角传感器44中的一个，用于估计或便于测量车辆14和挂车12之间的牵引角γ。所示牵引角传感器44采用摄像机46(例如视频成像摄像机)，摄像机46可以位于车辆14的后部的车辆后挡板48的上部区域附近，如图所示，使得摄像机46可以相对于挂车12的舌部36升高。示出的摄像机46具有成像视场50，该成像视场定位并定向成捕捉挂车12的一个或多个图像(包括包含用于至少一个待固定的标记52的一个或多个期望标记放置区的区域)。虽然可以设想，摄像机46可以在没有标记52的情况下捕捉挂车12的图像以确定牵引角γ，但是在所示实施例中，挂车倒车辅助系统10包括放置在挂车12上的标记52以允许挂车倒车辅助系统10利用经由标记52的图像采集和处理而获取的信息。例如，所示摄像机46可以包括视频成像摄像机，其可以重复捕获挂车12的连续图像，该连续图像可以被处理以识别标记52以及其在挂车12上的位置以确定标记52和挂车12相对于车辆14的运动以及相应的牵引角γ。还应该理解，摄像机46可以包括一个或多个视频成像摄像机并且可以位于车辆14上的其他位置处以获取挂车12的图像和期望的标记放置区域，诸如在车辆14上的乘客舱54上用于捕捉鹅颈挂车的图像。此外，可以设想，用于提供牵引角γ的牵引角传感器44和传感器系统16的附加实施例可以包括电位计、基于磁性的传感器、光学传感器、接近传感器、旋转传感器、电容式传感器、电感式传感器或基于机械的传感器(诸如安装到枢转球接头连接器42的机械传感器组件)、倒车辅助系统的能量传感器、盲点系统和/或十字路口交通警报系统以及牵引角γ的其他可想到的传感器或指示器中的一个或组合，以补充或用于代替基于视觉的牵引角传感器44。

图1中所示的传感器模块20的实施方式可以安装在挂车12靠近封闭的货物区域34的舌部36上，并且在一个示例中，可以包括在挂车12的横向相对的车轮上的左和右车轮速度传感器23。可以想到，这样的车轮速度传感器23可以是用于监控前进和后退速度两者的双向车轮速度传感器。此外，可以设想，在附加实施例中，传感器模块可以安装在挂车12的替代部分上，或者分散在挂车12上，这取决于其中使用的特定传感器，并且其又可以根据从传感器模块20所获得并使用的信息(如果存在的话)而变化。

传感器模块20可以生成指示挂车12的各种动态的多个信号。信号可以包括横摆率信号、横向加速度信号和车轮速度信号，这些信号可以分别由横摆率传感器25、加速度计27和车轮速度传感器23生成。可以设想，在一些实施例中，加速度计27可以是两个或更多个分开的传感器并且可以以偏移角度布置，诸如布置在距离挂车12的纵向轴线正负45度，或者布置为与挂车12的纵向和横向方向平行的两个传感器，以便在控制器28使用这种信号时生成更稳健的加速度信号。还可以设想，这些传感器信号可以被补偿并过滤以消除偏移或漂移，并消除噪音。此外，控制器28可以利用在传感器系统16外部接收到的处理信号(包括来自制动控制系统72和动力辅助转向系统62的标准信号)，诸如车辆横摆率ω₁、车辆速度v₁和转向角δ，以估算挂车牵引角γ、挂车速度和相关挂车参数。如下面更详细地描述的，考虑到挂车12和车辆14之间的运动学关系，控制器28可以基于挂车横摆率ω₂、车辆横摆率ω₁和车辆速度v₁来估计牵引角γ。挂车倒车辅助系统10的控制器28还可利用估计的挂车变量和挂车参数来控制转向系统62、制动控制系统72和动力传动系统控制系统74，以便辅助车辆-挂车组合倒车或以减轻挂车摆动状况。

参考图2所示的挂车倒车辅助系统10的实施例。传感器模块20和牵引角传感器44以虚线提供以示出在各种实施例中可以在系统10中使用一个或另一个。此外，可用于传感器模块20中的各种部件包括可以单独使用或以其各种组合使用的车轮速度传感器23、挂车横摆率传感器25和加速度计27，这取决于牵引角估计程序130和曲率程序98的特定实施方式以及由此使用的信息。挂车倒车辅助系统10的所示实施例从另外的传感器和设备接收与车辆14和挂车12状态相关信息。该信息包括来自定位设备56的定位信息，定位设备56可以包括车辆14上的全球定位系统(GPS)或手持设备，以基于定位设备56相对于挂车12和/或车辆14的位置并且基于估计的牵引角γ来确定车辆14和挂车12的坐标位置。定位设备56可以另外地或替代地包括航位推算系统，该航位推算系统用于至少基于车辆速度v₁、转向角δ和牵引角γ来确定车辆14和挂车12在局部坐标系内的坐标位置。由挂车倒车辅助系统10接收的其他车辆信息可以包括来自速度传感器58的车辆14的速度和来自横摆率传感器60的车辆14的横摆率ω₁。可以设想，在附加实施例中，牵引角传感器44和其他车辆传感器17和设备可以提供传感器信号或其他信息(诸如挂车12的接近传感器信号或连续图像)，挂车倒车辅助系统10的控制器28可以利用各种程序处理这些信号或信息以确定牵引角γ的指标(诸如牵引角范围)。

如图2进一步所示，挂车倒车辅助系统10的一个实施例与车辆14的动力辅助转向系统62通信以操作车辆14的轮向车轮64(图1)以用于以挂车12根据挂车12的期望的曲率κ₂作出反应的方式移动车辆14。在所示实施例中，动力辅助转向系统62是电动助力转向(EPAS)系统，该系统包括电动转向马达66以基于转向命令使轮向车轮64转到转向角δ，由此转向角δ可以由动力辅助转向系统62的转向角传感器67感测。转向命令可以由挂车倒车辅助系统10提供，用于在倒车操纵期间自主转向，并且替代地可以经由方向盘68(图1)的旋转位置手动提供。然而，在所示的实施例中，车辆14的方向盘68与车辆14的轮向车轮64机械地连接，使得方向盘68与轮向车轮64一致地移动，防止在自主转向期间方向盘68的手动干预。更具体地，扭矩传感器70设置在动力辅助转向系统62上，该扭矩传感器感测方向盘68上的扭矩，该方向盘68上的扭矩对方向盘68的自主控制而言不是预期的并且因此指示手动干预，由此挂车倒车辅助系统10可以警告驾驶员停止使用方向盘68的手动干预和/或停止自主转向。

在替代实施例中，一些车辆具有动力辅助转向系统62，其允许方向盘68与这样的车辆的轮向车轮64的运动部分地分离。因此，方向盘68可以独立于车辆的动力辅助转向系统62控制轮向车轮64的方式(例如，由挂车倒车辅助系统10命令的自主转向)而旋转。这样，在方向盘68可以与轮向车轮64选择性地分离以允许其独立操作的这些类型的车辆中，方向盘68可以用于挂车倒车辅助系统10的转向输入设备18，如同本文更详细地公开的。

再次参考图2中所示的实施例，动力辅助转向系统62向挂车倒车辅助系统10的控制器28提供与车辆14的轮向车轮64的旋转位置有关的信息(包括转向角δ)。除了车辆14和挂车12的其他情况以外，所示实施例中的控制器28处理当前转向角δ，以沿着期望的曲率κ₂(图8和9)引导挂车12。可以设想，在附加实施例中，挂车倒车辅助系统10可以是动力辅助转向系统62的集成部件。例如，动力辅助转向系统62可以包括用于根据从转向输入设备18、牵引角传感器44、动力辅助转向系统62、车辆制动控制系统72、动力传动系统控制系统74以及其他车辆传感器和设备接收的全部或部分信息生成车辆转向信息和命令的挂车倒车辅助算法。

也如图2所示，车辆制动控制系统72还可以与控制器28通信以向挂车倒车辅助系统10提供制动信息(诸如车轮速度)并且从控制器28接收制动命令。例如，车辆速度信息可以由制动控制系统72监控的各个车轮速度来确定。车辆速度v₁还可以由动力传动系统控制系统74、速度传感器58和定位设备56以及其他可能的设备确定。在一些实施例中，也可以使用单独的车轮速度来确定车辆横摆率ω₁，替代地或除了车辆横摆率传感器60之外，以上获得的车辆横摆率ω₁可以被提供到挂车倒车辅助系统10。在某些实施例中，挂车倒车辅助系统10可以将车辆制动信息提供给制动控制系统72，以允许挂车倒车辅助系统10在挂车12的倒车期间控制车辆14的制动。例如，在一些实施例中，挂车倒车辅助系统10可以在挂车12的倒车期间调节车辆14的速度，这可以减少不可接受的挂车倒车状况的可能性。不可接受的挂车倒车状况的示例包括但不限于车辆14超速状况、高的牵引角率、挂车角度动态不稳定性、计算出的理论挂车折叠状况(由最大车辆转向角、牵引杆长度、拖曳车辆轴距和有效挂车长度限定)或物理接触折叠限制(由相对于车辆14和挂车12的角位移极限限定)等。本文公开的挂车倒车辅助系统10可以发出警报信号，该警报信号对应于实际的、即将发生的和/或预期的不可接受的挂车倒车状况的通知。

如图2所示的实施例中所示，动力传动系统控制系统74也可以与挂车倒车辅助系统10相互作用，用于在挂车12的倒车期间调节车辆14的速度和加速度。如上所述，可能需要调节车辆14的速度以限制不可接受的挂车倒车状况(诸如，例如折叠和挂车角度动态不稳定性)的可能性。与不可接受的挂车倒车状况相关的高速度考虑类似，高加速度和高动态驾驶曲率要求也可能导致这种不可接受的挂车倒车状况。

继续参考图2，所示实施例中的挂车倒车辅助系统10可以与可以提示视觉、听觉和触觉警告的一个或多个设备(包括车辆警报系统76)通信。例如，车辆制动灯78和车辆应急闪光灯可以提供视觉警报，并且车辆喇叭79和/或扬声器81可以提供听觉警报。另外，挂车倒车辅助系统10和/或车辆警报系统76可以与车辆14的人机界面(HMI)80通信。HMI 80可以包括车辆显示器82，诸如中央堆叠安装的导航或娱乐显示器(图1)。此外，挂车倒车辅助系统10可以经由无线通信与HMI 80的另一实施例进行通信，诸如与包括一个或多个智能电话的一个或多个手持或便携式设备通信。便携式设备还可以包括用于向用户显示一个或多个图像和其他信息的显示器82。例如，便携式设备可以在显示器82上显示挂车12的一个或多个图像和估计的牵引角γ的指示。另外，便携式设备可以提供反馈信息，诸如视觉、听觉和触觉警报。

如图2中进一步所示，挂车倒车辅助系统10包括转向输入设备18，转向输入设备18连接到控制器28以允许它们之间的信息通信。本文公开的转向输入设备18可以以有线或无线方式连接到控制器28。转向输入设备18向挂车倒车辅助系统10提供限定挂车12的行驶的期望的倒车路径26(图6)的信息，用于控制器28处理和生成转向指令。更具体地，转向输入设备18可以提供与挂车12的行驶的期望的倒车路径26的期望的曲率κ₂相关的选择或位置信息。而且，由转向输入设备18提供的挂车转向命令可以包括与行驶路径中的命令变化有关的信息(诸如期望的曲率κ₂的增量变化)，以及与挂车12将沿着由挂车12的纵向中心线轴线限定的路径行驶的指示相关的信息(诸如限定挂车12的大体上笔直的行驶路径的期望的零曲率值)。如将在下面更详细地讨论的，根据一个实施例的转向输入设备18可以包括可移动控制输入设备，用于允许车辆14的驾驶员命令期望的挂车转向动作或以其他方式选择和改变期望的曲率κ₂。例如，可移动控制输入设备可以是可旋转旋钮30，可旋转旋钮30可以关于延伸通过旋钮30的顶表面或表面的旋转轴线旋转。在其他实施例中，可旋转旋钮30可以关于大体上平行于可旋转旋钮30的顶表面或表面延伸的旋转轴线旋转。此外，根据另外的实施例的转向输入设备18可以包括用于提供期望的曲率κ₂或限定期望的倒车路径26的其他信息的替代设备，诸如操纵杆、键盘、一系列可按压的按钮或开关、滑动输入设备、触摸屏显示器上的各种用户界面、用于接收手势的基于视觉的系统、便携式设备上的控制界面以及其他可想到的输入设备，如本领域普通技术人员通常所理解的。可以设想，转向输入设备18还可以用作用于其他特征的输入设备，诸如为其他车辆特征或系统提供输入。

仍然参考图2中所示的实施例，控制器28配置有微处理器84以处理存储在存储器86中的逻辑和程序，该存储器86接收来自传感器系统16的信息，传感器系统16包括挂车传感器模块20、牵引角传感器44、转向输入设备18、动力辅助转向系统62、车辆制动控制系统72、挂车制动系统、动力传动系统控制系统74以及其他车辆传感器和设备。控制器28可以根据所接收的信息的全部或一部分生成车辆转向信息和命令。因此，可以将车辆转向信息和命令提供给动力辅助转向系统62，以影响车辆14的转向，以实现挂车12的命令行驶路径。控制器28可以包括微处理器84和/或其他模拟和/或数字电路以用于处理一个或多个程序。而且，控制器28可以包括用于存储一个或多个程序(包括牵引角估计程序130、操作程序132和曲率程序98)的存储器86。应该理解，控制器28可以是独立的专用控制器或者可以是与其他控制功能集成的共享控制器，诸如与传感器系统16、动力辅助转向系统62以及其他可想到的车载或车外控制系统集成。

参考图3，现在我们转到讨论用于计算挂车12的行驶路径的曲率与拖曳挂车12的车辆14的转向角δ之间的运动学关系的车辆和挂车信息和参数，其可以是期望用于根据一些实施例配置的挂车倒车辅助系统10，在一个实施例中包括供控制器28(图2)的曲率程序98使用。为了实现这种运动学关系，可以对与车辆14和挂车12组合相关的参数做出某些假设。这种假设的示例包括但不限于由车辆14以相对低的速度倒挂车12，车辆14和挂车12的车轮64具有可忽略的滑动(例如，没有滑动)，车辆14的轮胎具有可忽略的横向顺应性(例如，没有横向顺应性)，车辆14和挂车12的轮胎具有可忽略的变形(例如，没有变形)，车辆14的致动器动力学可忽略不计，并且车辆14和挂车12表现出可忽略的侧倾或俯仰运动(例如，没有侧倾和俯仰运动)，以及还潜在影响用车辆14控制挂车12的其他可能的因素。

如图3所示，对于由车辆14和挂车12限定的系统，如下所示和所述的运动学关系的车辆-挂车模型基于与车辆14和挂车12相关联的各种参数。这些参数包括：

δ：车辆14的轮向前车轮64处的转向角；

θ：车辆14的横摆角；

ρ：挂车12的横摆角；

γ：牵引角(γ＝ρ-θ)；

W：车辆14的轮距；

L：牵引点42与车辆14的后桥之间的牵引杆长度；

D：牵引点42和挂车12的车桥或多桥挂车的有效车桥之间的距离(挂车长度)；和

r₂：挂车12的曲率半径。

在挂车12的车桥的中点处的挂车路径曲率半径r₂、车辆14的轮向车轮64的转向角δ和牵引角γ之间的运动学关系的一个实施例可以用下面提供的公式表示。因此，如果提供牵引角γ，则可以基于调节转向角δ(其中为挂车横摆率和为挂车速度)来控制挂车路径曲率κ₂。

该关系可以表示为作为期望的挂车路径曲率κ₂和牵引角γ的函数提供转向角δ。

因此，对于特定车辆14和挂车12的组合，运动学关系的某些参数(例如D、W和L)是恒定的并且假定已知。v₁是车辆的纵向速度，并且g是重力引起的加速度。K是速度相关参数，当设置为零时，该参数使转向角的计算独立于车辆速度。例如，可以在车辆14的电子控制系统中预定义相关尺寸形式的运动学关系的车辆特定参数，并且可以由车辆14的驾驶员输入运动学关系的挂车特定参数，由响应于车辆转向命令而感测到的挂车行为确定，或者另外由挂车12提供的信号来确定运动学关系的挂车特定参数。期望的挂车路径曲率κ₂可以由经由转向输入设备18的驾驶员输入确定。通过使用用于提供转向角的方程，通过用于控制车辆14的动力辅助转向系统62的曲率程序98可以产生相应的转向命令。

在另外的实施例中，可以通过曲率程序98做出假设，为了操作挂车倒车辅助系统10，当鹅颈挂车或其他类似的挂车通过位于车辆14的后桥上方的牵引球或第五轮连接器连接时，枢转连接部和车辆14的后桥之间的挂车牵引杆长度L的纵向距离等于零。该假设实质上是与挂车12的枢转连接部与车辆14的后桥大体上垂直对齐。当作出这样的假设时，控制器28可以产生车辆14的转向角命令，该命令独立于枢转连接部和车辆14的后桥之间的纵向距离L。应当理解，所提及的鹅颈挂车大体上指的是舌部36的构造被提升以与车辆14在后桥上方在升高的位置处附接，诸如在卡车的货箱内，由此鹅颈挂车的实施例可以包括平板货物区域、封闭货物区域、露营者、牛挂车、马挂车、低平板挂车以及具有这种舌部36配置的其他可想到的挂车。

在图4中示出了挂车倒车辅助系统10的曲率程序98的又一个实施例，在图4中示出了测量模块88、牵引角调节器90和曲率调节器92是可以存储在控制器28(图2)的存储器86(图2)中的程序的总体结构布局。在所示的布局中，转向输入设备18向控制器28的曲率调节器92提供期望的曲率κ₂值，其中曲率调节器92和牵引角调节器90工作以使牵引角γ达到与通过控制车辆14的转向角δ在所得总体倒车路径26的一部分内的期望的曲率κ₂对应的值。在控制器28的该实施例中，曲率调节器92基于当前期望的曲率κ₂以及由测量模块88提供的转向角δ计算期望的牵引角γ_ref。测量模块88可以是独立于控制器28或与控制器28集成的存储设备，其存储来自挂车倒车辅助系统10的传感器的数据，诸如牵引角传感器44(图2)、车辆速度传感器58(图2)、转向角传感器67(图2)或者测量模块88可以另外直接地传送来自传感器的数据而不作为存储设备。一旦由曲率调节器92计算出期望的牵引角γ_ref，牵引角调节器90就基于所计算的期望牵引角γ_ref以及测量的或以其他方式估算的牵引角和车辆14的当前速度来生成转向角命令。将转向角命令提供给车辆14的动力辅助转向系统62，曲率程序98在闭环的基础上操作，以在操作期间连续地考虑系统10的动态。因此，曲率调节器92和牵引角调节器90连续地处理来自测量模块88的信息以提供精确的转向角命令，该命令将挂车12放置在期望的曲率κ₂和期望倒车路径26上，而没有关于期望的曲率κ₂的行驶路径的显著过冲或连续振荡。

具体地，进入控制系统10的是输入κ₂，其代表提供给曲率调节器92的挂车12的期望的曲率。曲率调节器92可以表示为静态映射p(κ₂，δ)，在一个实施例中它是以下等式：

尽管曲率调节器92使用的转向角δ值是来自测量模块的反馈，但输出牵引角p(κ₂，δ)被提供作为控制系统10的其余部分的参考信号γ_ref,由于牵引角调节器90的非线性功能，将转向角命令提供到动力辅助转向系统62并且由此实现轮向车轮64的实际运动。在所示实施例中，牵引角调节器90使用反馈线性化来定义反馈控制定律，如下：

辅助变量u是来自比例积分(PI)控制器的输出，由此积分部分大体上消除了稳态跟踪误差。更具体地，图4中示出的控制系统10可以表示为下面的微分-代数方程：

预期PI控制器可以具有基于挂车长度D的增益项，这是因为较短的挂车通常将具有更快的动态性。此外，如本文更详细公开的，牵引角调节器90可以被配置为防止期望牵引角γ_ref达到或超过由控制器28计算的或由挂车倒车辅助系统10确定的折叠角γ_jk。

现在参考图5，示出了转向输入设备18的一个实施例，其设置在车辆14接近换档器110的中央控制台108上。在该实施例中，转向输入设备18包括用于向控制器28提供挂车12的期望的曲率κ₂的可旋转旋钮30。更具体地，可旋转旋钮30的角位置可以与曲率输入相关，使得旋钮30向不同角位置的旋转提供不同的命令曲率κ₂，其中递增量基于旋转的量，并且在一些实施例中，是归一变化率，如本文更详细描述的。

如图5中所示的可旋转旋钮30可以(例如，通过弹簧返回)偏移到相反旋转运动范围R(R)、R(L)之间的中心或静止位置P(AR)。在所示的实施例中，相反旋转运动范围中的第一个R(R)大体上等于相反旋转运动范围R(L)、R(R)中的第二个R(L)。为了提供可旋转旋钮30的旋转量的触觉指示，朝向静止位置P(AR)偏置旋钮30的扭矩可以根据可旋转旋钮30相对于静止位置P(AR)的旋转量增加(例如，非线性)。另外，可旋转旋钮30可以配置有位置指示止动器，使得驾驶员可以可靠地感觉到静止位置P(AR)并且感觉到相反旋转运动范围R(L)、R(R)的端部的接近(例如，软终点止动器)。可旋转旋钮30可以根据可旋转旋钮30相对于静止位置P(AR)的旋转量以及可旋转旋钮30相对于静止位置P(AR)的运动方向而生成期望的曲率值(它本身可以对应于零命令曲率)。还可以设想，可旋转旋钮30的旋转速率还可以用于确定输出到控制器28的期望的曲率κ₂。旋钮30的静止位置P(AR)114对应于指示应该转向车辆14的信号，使得挂车12沿着大体上直线的对应于来自驾驶员的零曲率需求的倒车路径114(如由对应于所获得的特定路径114的旋钮30的位置114的编号所指示的)倒车，如当旋钮30返回到静止位置P(AR)时，由挂车12的纵向轴线限定的。旋钮30的最大顺时针和逆时针位置(即，图5中的相反旋转运动范围R(R)、R(L)的极限)可以各自对应于指示由控制器允许的挂车12的行驶路径的最大允许曲率κ_max(即，最尖锐的轨迹或最小的曲率半径)的各自的信号，被选择为小于对应于折叠状态的极限曲率κ_lim。图7示出了转向角δ、挂车曲率κ₂和牵引角γ之间的稳态关系(取决于挂车长度D和牵引位置L)的示例。转向系统对最大转向角施加表示为δ_lim的物理限制。对应于方向盘角δ_lim的挂车曲率表示为κ_lim，而对应的牵引角是折叠角γ_jk。如果牵引角γ达到或超过折叠角γ_jk，则转向系统随后将不能根据需要进行反向转向，以便在继续使挂车倒车的同时减小牵引角γ。此外，牵引角γ越接近折叠角γ_jk，减小牵引角或将其归零所需的倒车距离越大。因此，系统10可以将期望的曲率κ_d限制为区间[-κ_max，κ_max]，其中0<κ_max<κ_lim。如下所述，可以选择最大允许曲率κ_max以满足某些性能目标。

返回图6，当车辆14的驾驶员使挂车12倒退时，驾驶员可在可用的方向位置范围内转动可旋转旋钮30以提供期望的曲率κ₂。在所示实施例中，可旋转旋钮30关于中央轴线在对应于行驶的大体上直的倒车路径26(即，零曲率)的中心或中间位置114(由挂车12的纵向轴线限定)与在中间位置14的相对侧上的各种旋转位置116、118、120、122之间旋转，各种旋转位置116、118、120、122命令对应于用于挂车12在相应的指定旋转位置116、118、120、122中的一个处的期望倒车路径26的半径的期望的曲率κ₂(其可以被称为“曲率命令”)。可以设想，可旋转旋钮30可以根据所公开的主题的实施例来配置并且省略了用于偏置到在相反旋转运动范围之间的静止位置P(AR)的装置。缺少这种偏置可以允许可旋转旋钮30的当前旋转位置被保持，直到旋转控制输入设备被手动移动到不同位置。

参考图8，示出了当利用车辆14倒车挂车12时，使用转向输入设备18(图5)来指示挂车12的期望行驶路径(POT)26(图6)或其一部分的曲率κ₂的示例。在准备倒挂车12时，车辆14的驾驶员可以沿着拖拉路径(PTP)向前驱动车辆14以将车辆14和挂车12定位在第一倒车位置B1。在第一倒车位置B1中，车辆14和挂车12纵向彼此对齐，使得车辆14的纵向中心线轴线L1与挂车12的纵向中心线轴线L2对齐(例如平行于或重合)。在本文中公开的是，在挂车倒车功能的实例开始时，纵向轴线L1、L2的这种对齐不是挂车倒车辅助系统10的可操作性的要求，而是可以用于校准。

在激活挂车倒车辅助系统10之后(例如，在拉通顺序之前、之后或期间)，驾驶员通过从第一倒车位置B1反转车辆14开始使挂车12倒退。当挂车12开始倒车时，只要挂车倒车转向输入设备18(图5)的可旋转旋钮30(图5)保持在静止位置P(AR)并且没有其他转向输入设备18被激活，则挂车倒车辅助系统10将根据需要转向车辆14，以使挂车12沿着由挂车12的纵向方向122(图6)(尤其是挂车12的中心线轴线L2)限定的大体上直线的行驶路径倒退。当挂车12到达第二倒车位置B2时，驾驶员旋转可旋转旋钮30以命令挂车12向右转向(即，旋钮位置R(R)顺时针旋转)。因此，挂车倒车辅助系统10将根据需要转向车辆14，以使挂车12根据可旋转旋钮30相对于静止位置P(AR)的旋转量、旋钮30的移动速率和/或旋钮30相对于静止位置P(AR)的移动方向而向右转向。类似地，通过将可旋转旋钮30向左旋转，可以命令挂车12向左转向。当挂车12到达倒车位置B3时，驾驶员允许可旋转旋钮30返回到静止位置P(AR)，从而使挂车倒车辅助系统10根据需要转向车辆14，以使挂车12在可旋转旋钮30返回到静止位置P(AR)时沿着由挂车12的纵向中心线轴线L2限定的大体上直线的行驶路径倒退。此后，挂车倒车辅助系统10根据需要转向车辆14，以使挂车12沿着该大体上直线的路径倒退到第四倒车位置B4。在这方面，当旋钮30处于或返回到静止位置P(AR)时，挂车12的行驶路径POT的弧形部分由可旋转旋钮30的旋转决定，并且行驶路径POT的直线部分由挂车12的中心线纵向轴线L2的方向决定。

在如图8中所示的实施例中，为了激活挂车倒车辅助系统10，驾驶员与挂车倒车辅助系统10相互作用，并且系统10在驾驶员使车辆14倒车时自动转向。如上所述，驾驶员可以通过使用转向输入设备18命令挂车倒车路径，并且控制器28可以确定车辆转向角δ以获得期望的曲率κ₂，同时驾驶员控制节气门和制动器。

现在参考图9，示出了在使用包括可旋转旋钮30(图6)的转向输入设备18(图6)的特定实施例执行的倒车操纵顺序期间使挂车12倒车的车辆14的示意图，如上所述。在该顺序中，示出了在特定命令曲率κ₂(如由系统10通过控制车辆14的车轮64(图1)的转向角δ所执行的，如上所述)下开始倒车时，组合的车辆14和挂车12将达到特定的稳态牵引角和挂车曲率。如果转向输入设备18然后转动到静止位置P(AR)，则组合的挂车12和车辆14将在旋钮30转向零曲率指定位置之后，在牵引角γ达到零之前经过特定距离的返回零(“RTZ”)路径PR。如图所示，与RTZ路径PR相关联的两个相关因素是达到足够小的牵引角以有效地考虑将牵引角“归零”所需的倒退距离BD(或RTZ路径PR的长度)，以及挂车横摆角Δρ在RTZ路径PR的距离BD内的变化。这些量在图9和图10中示出，其中在图10中，示出了初始较紧的命令曲率κ₂，其中较大的初始牵引角γ导致需要较大的倒退距离BD和挂车横摆角Δρ的较大变化以将牵引角γ“归零”。应该注意，考虑已经被归零的足够小的牵引角可以包括在稳态状态下不保持在零的牵引角，而是在相对小的、在零附近的预定间隔内(诸如+/-1度)的牵引角。零稳态牵引角不需要考虑为零，因为牵引角仅收敛，渐近地趋近于零，使得实际上不保持零牵引角。

如上所述，在一个方面，挂车长度D的测量值和在某些情况下的牵引位置L由用户提供。根据这些用户提供的量，系统10可以确定最大允许曲率κ_max和最大允许稳态牵引角γ_max的适当值。可以至少部分地选择这些值以满足上述RTZ度量方面的性能规范。具体地，可以选择最大允许曲率κ_max，使得从最大挂车曲率需求κ₂＝κ_max下的稳态开始，牵引角可以在预定倒退距离内归零，并且挂车横摆角在相同距离上的变化小于预定角。由于对牵引角进行归零需要反向转向，因此系统10对所描述的度量的性能与转向角“余量”δ_marg＝δ_lim-δ_max密切相关，其中δ_lim是物理转向角极限，并且δ_max是在最大曲率需求期间的稳态转向角。最大允许曲率κ_max因此可以通过以下方式确定：首先选择确保适当性能的转向角余量，并且然后计算与转向角δ_max＝δ_lim-δ_marg对应的稳态曲率κ_max。然而，基于对系统10的一般的倒退操作的以上描述，可以理解，计算与给定的稳态转向角δ_max相对应的稳态曲率κ_max和用于在给定曲率需求κ₂下转向车辆14的闭环控制定律两者都取决于用户提供的挂车长度D和牵引位置L的值。因此，如果在一个或多个这些值中存在误差，则当系统10响应于最大曲率需求κ2＝κ_max处于稳定状态时可用的实际转向角余量δ_lim-δ可以大于或小于期望余量δ_marg。具体地，如果基于期望的余量确定最大稳态转向角δ_max，但由于参数误差而将其设定得比实际参数值可允许的更低，则系统10可以表现得比预期可能的情况更保守。在这方面，该误差可能导致系统10将最大曲率κ_max设定为低于实现所需性能所需的曲率。相反，如果最大稳态转向角度δ_max被设定为高于精确参数值将允许的值，则系统10可以以比实现期望的RTZ性能所需的更接近折叠角γ_jk的稳态牵引角γ来操作。如果误差足够大，则可以防止系统10达到任何平衡，这意味着在大曲率需求下如果倒退得足够远，则牵引角γ可以达到折叠角γ_jk。

此外，在系统10的一些实施方式中，控制器28(图2)可以通过在车辆14和挂车12组合的行驶期间执行的计算来估计例如挂车长度D和/或牵引位置L的值。在共同未决的、共同转让的美国专利申请号15/331,517、15/046,531和14/736,391中描述了使用这种估计的系统10的各种实现，其全部公开内容在此引入作为参考。具有估计和/或计算挂车长度D和/或牵引位置L的能力的这些和其他系统10可能不是完全准确的，或者可能随着时间改进它们的估计或计算，使得在使用系统10在使挂车12和车辆14组合倒退中使用该估计期间的各种实例中，挂车长度D和/或挂车位置L的值可能存在误差，其结果与上述关于人类导出的误差的结果类似。更进一步地，用于测量、估计或以其他方式确定牵引角γ的各种系统和方法可以包括导致在确定牵引角γ时的直接误差的不精确性，其方式可以类似地影响车辆14和挂车12组合的RTZ性能。

相应地，如图11中所示，示出了系统10的变体，其中控制器28包括补偿器94，补偿器94可以如上所述根据与车辆14和挂车12组合的RTZ特性有关的测量特性来监控系统10的表现，并且基于所测量的特性与特性的预测表现之间的误差来调整系统10的控制参数。在图11的实施例中，例如所测量的特性可以是已知的并由EPAS系统62测量的车辆14的转向角δ。如上所述，系统10通过可旋转旋钮30或其他类似的设备的方式接收所需求的曲率κ₂作为来自用户的输入(图6)。控制器28然后采用所需求的曲率κ₂以及挂车长度D、牵引杆长度L、轴距W以及测量或估计的牵引角的可用值，以使用上面的等式(2)确定期望的转向角δ_des。

如上所述，本实施例利用系统10获得实际转向角δ的直接且假定准确的测量值。当车辆14在所示的闭环控制装置下倒挂车12时，并且当牵引角γ接近稳态(即牵引角速率足够接近于零)时，当存在挂车长度D和牵引位置L的精确值时，系统10应当获得接近预测转向角δ_pred的转向角δ，其中预测转向角由以下等式给出：

挂车长度D、牵引杆长度L和测量的牵引角γ中的一个或多个的值中的误差将导致在这样的稳态状况下获得的转向角δ与预测的转向角δ_pred之间的误差，该误差可以表示为：

e_δ,ss:＝δ–δ_pred (8)

误差e_δ,ss不能提供足够的信息来确定哪个或哪些参数(挂车长度D或牵引位置L)或测量值(牵引角γ)是误差的，或这样的误差的值是多少。然而，它确实与这些参数或测量误差对上述RTZ性能指标的影响相关。以这种方式，如图11所示，可以基于所测量的特性中的误差(即，转向角δ)来调节控制参数，以获得期望的转向角δ_des。

在一个实施例中，用户通过旋钮30命令的期望的曲率κ₂可以被设置为相关的控制参数，并且因此可以通过与稳态误差e_δ,ss的积分成比例的因子来缩放，以减小误差e_δ,ss，并且因此改善系统10在使车辆14和挂车12组合倒车中的RTZ性能。实际上，这导致用比例曲率输入ακ₂代替上面等式2的控制定律中的期望的曲率κ₂输入，其中α是比例因子。在操作中，比例因子可以最初(即，在系统10的第一次使用期间或系统10与特定挂车12的第一次使用期间)设置为小于或等于1的值α₀。在使用系统10来使车辆14和挂车12组合倒车期间，系统10监控稳态倒退状况(诸如关于期望的曲率输入κ₂和/或牵引角γ)并且使用稳态状态测量和可用运动学参数值将实际转向角δ与的预测转向角δ_pred进行比较。如果e_δ,ss不为零，则根据更新定律基于误差调整比例因子α以减小稳态误差e_δ,ss。这种更新定律的一个示例是：

其中k_adapt是可以根据其他量计算的自适应增益。例如，当估计的牵引角速率高于选定的阈值时，通过减小或归零k_adapt，系统10可以仅在挂车12和车辆14的组合处于或接近稳态时才提供自适应。当命令曲率κ₂相对较小时(例如，当|κ₂/κ_max|<0.9时，其中κ_max是最大允许曲率)，也可以减小或归零k_adapt，以便自适应仅被应用到较大命令曲率(κ_max的10％内)，这可以被认为对应于较大的稳态牵引角γ。

这种控制方案的简化框图在图11中示出。特别地，控制器28配备有补偿器94，补偿器94包括用于比例因子α的更新定律(例如，等式10)以及计算自适应增益k_adapt的函数。以这种方式，补偿器94可以将命令曲率(或期望的曲率)κ₂作为一个输入，如上所述使用该输入来确定预测的转向角δ_pred。补偿器94还将估计的牵引角速率作为输入以确定系统10是否满足稳态条件(在用于命令曲率κ₂的稳态输入期间)。当满足稳态条件时，如上所述，补偿器94将测量的转向角δ作为另一输入并确定误差e_δ,ss、自适应增益k_adapt和比例因子α，然后将该比例因子α应用于所描述的闭环方式中的命令曲率κ₂，以得到缩放曲率ακ₂作为曲率程序98的输入，如上所述，曲率程序98用于减小误差e_δ,ss。在图11所示的控制器28的特定变型中，信号κ_n是表示旋钮旋转量的信号。它可能会或可能不会与旋钮角度直接成正比。它被标准化，以便由值1表示完全顺时针旋转，由值-1表示完全逆时针旋转。补偿器94还将归一化的旋钮信号κ_n作为输入以确定命令曲率κ₂的量值是否处于或接近最大曲率κ_max，并且使用该确定，仅当命令曲率κ₂的量值处于或接近最大曲率κ_max(例如，在最大曲率κ_max处，或者在预定极限内的某些变化中，诸如在最大曲率κ_max的10％以内)时提供自适应增益。

图12示出了应用于控制器228的补偿器294的一个实施例，其中要调整的控制参数是牵引角校正。该校正被添加到通过牵引角设备获得的牵引角测量值或估计值该牵引角设备可以采用上述牵引角传感器44(或其变体)或牵引角估计程序130(诸如上述使用感测到的车辆和挂车横摆率ω₁、ω₂的方案)任一。以这种方式，当导致稳态误差的因子是牵引角传感器44或估计程序130(和图2中相关传感器25、60)中的未知误差时，补偿器294可以改善性能。甚至进一步，这样的补偿器294还可以改善其他误差的RTZ性能，诸如输入或估计的运动学参数(包括挂车长度D和牵引位置L)。

当牵引角γ处于或接近稳态时，通过再次提供估计的牵引角速率作为补偿器294的输入，执行控制器228牵引角偏移调整。以与上面讨论类似的方式，补偿器294还将命令曲率κ₂作为输入，并且可选地将归一化的旋钮信号κ_n作为输入以将自适应增益限制于命令曲率κ₂处于或接近最大曲率κ_max的情况。然而，值得注意，补偿器294不缩放曲率输入，允许命令曲率κ₂被连续地馈送到曲率控制器228。如图所示，补偿器294通过使用稳态转向角误差e_δ,ss来调整牵引角γ，以在被馈送到曲率控制器228之前将偏移β_γ添加到测量或估计的牵引角以这种方式，不是用经缩放的命令曲率ακ₂代替等式(2)的控制定律中的命令曲率κ₂，控制器228用等式(2)的控制定律中的偏移牵引角代替估计或测量的牵引角

以类似于上面讨论的方式，补偿器294可以包括用于偏移β_γ的更新定律以及用于计算与上面讨论的自适应增益类似的偏移β_γ的自适应增益的函数。在替代设置中，测量的或估计的牵引角可以以类似于上述缩放的命令曲率ακ₂的方式由缩放的牵引角代替。在另一变型中，控制器可以包括多个牵引角偏移β_γ,k，k＝1，...，N(其中N表示有限数量的偏移)，其中每个偏移对应于标称(即，测量的或估计的)牵引角的顺序范围中的一个。在特定的测量的或估算的牵引角上施加的牵引角校正因此可以是牵引角校正参数的组合，其本质上可以是附加的或升级的。

注意，上面讨论的控制器28、228的两个实施例在接近稳态条件下(至少牵引角γ)应用所描述的补偿，该补偿至少部分地完成以帮助补偿可能至少部分地由于牵引角测量的不确定性导致的性能特性误差。然而，在牵引角速率测量或估计值已知或被认为足够准确时的各种情况下，可以采用补偿方案的变型，该补偿方案的变型允许在牵引角γ不处于稳态时进行参数自适应。这样的方案需要在动态条件下运行的参考模型，模型的一个示例是在以下等式中提供的：

其中v₁是车辆速度。因此，使用基于等式(10)的动态补偿方案的控制器，相比于使用等式(10)用命令曲率κ₂导出的预测牵引角速率相关联的补偿器将进行实际牵引角速率的估计或测量作为输入以根据以下内容确定牵引角速率中误差：

其中是估计的牵引角速率作为自适应定律。预期也可以使用测量的牵引角速率。描述的补偿方案和自适应定律可以通过类似于上面关于图11所描述的控制器28的控制器中的类似于上述补偿器94的补偿器来实现，其中用测量的或估计的牵引角速率代替转向角δ作为对补偿器94的输入。

上述控制器28、228是控制器的示例实施例，控制器可以基于预测的特性和监控的特性之间的误差来提供对控制参数的补偿，并且特别适用于使用基于曲率的控制方案的上述系统10的变型(即使用曲率程序98和相关等式)。在其他实施例中，可以将不同的控制参数调整为将控制参数与RTZ性能相关的类似可用特性。在一个这样的示例中，使用期望的或命令的牵引角γ_des作为控制参数以及相应的车辆14的转向角δ将测量的(或估计的)牵引角γ带到命令牵引角γ_des的系统可以将比例因子α应用于期望的牵引角γ_des以馈送到相应的牵引角控制程序中。在不脱离本发明的精神的情况下，可以以这种方式考虑进一步的变化，其可以补偿系统性能特性中的误差，以根据类似的原理来缩放控制参数。还应注意，如本文所述，自适应可以应用于多于一个控制参数。在一个示例中，控制器可以为左和右曲率需求实现不同的比例因子，因为这样的方案可以帮助补偿针导致性能不对称的误差，诸如未知的牵引角γ偏差。

在另一个实施例中，用于辅助车辆14和挂车12组合的倒车的方法包括根据上述参数补偿方案及其变体的上述系统10的使用。该方法通常可以包括基于控制参数向车辆14和挂车12组合中的车辆14的转向系统62输出转向信号(即，期望的转向角δ_des)，以沿着命令的倒车路径保持挂车12。该方法还包括确定车辆14和挂车12组合的相关特性的上述测量的表现与特性的预测表现之间的误差，并且基于该误差调整控制参数。该方法可以使用如上所述采用补偿器94、294的控制器28、228根据与其相关的方案及其变型进行。在特定实施例中，如上面更详细讨论的，控制参数可以是车辆14和挂车12组合的命令曲率κ₂或其测量或估计的牵引角此外，误差可以在其预测的转向角δ_pred和测量的转向角δ之间或者在预测的牵引角速率和测量的或估计的牵引角速率之间，以及根据所实施的控制方案的任何其他特定方面根据以上说明书将理解的其他可能性。

应该理解，在不脱离本公开的构思的情况下可以对上述结构进行变化和修改，并且应该理解，这些构思旨在被以下权利要求所覆盖，除非这些权利要求通过它们的语言另有明确规定。

为了本公开的目的，术语“连接”(以其所有形式，连接，连接中，被连接等)通常意味着两个部件(电或机械)直接或间接地彼此连接。这种连接可能本质上是静止的或者本质上是可移动的。这样的连接可以通过两个部件(电的或机械的)和任何另外的中间部件彼此彼此一体地或与两个部件形成为单个整体来实现。除非另有说明，这种连接本质上可以是永久性的，或者本质上可以是可移除的或可释放的。

同样重要的是要注意，示例性实施例中所示的本公开的元件的构造和设置仅是说明性的。尽管在本公开中仅详细描述了本创新的几个实施例，但阅读了本公开的本领域技术人员将容易理解许多修改是可能的(例如尺寸、尺度、结构、形状和比例发生变化的各种元件，参数的值，安装布置，材料的使用，颜色，取向等)而实质上不背离所述主题的新颖教导和优点。例如，示出为整体形成的元件可以由多个部分构成，或者示出为多个部分的元件可以整体形成，界面的操作可以颠倒或以其他方式变化，结构和/或元件或连接器的长度或宽度或系统的其它元件可以变化，元件之间提供的调整位置的性质或数量可以变化。应该注意，系统的元件和/或组件可以由提供足够强度或耐久性的各种各样材料中的任何一种构成，并且具有各种颜色、纹理和组合中的任何一种。因此，所有这些修改旨在被包括在本创新的范围内。在不偏离本发明的精神的情况下，可以在期望的和其他示例性实施例的设计、操作条件和设置方面做出其他替代、修改、改变和省略。

应该理解，所描述的过程中的任何所描述的过程或步骤可以与所公开的其他过程或步骤组合以形成在本公开的范围内的结构。本文中公开的示例性结构和过程是用于说明的目的，而不是解释为限制。

Claims

1.一种用于辅助车辆-挂车组合的倒车的系统，包括：

车辆转向系统；和

控制器，所述控制器用于：

将基于控制参数的转向信号输出到所述转向系统以沿着命令的倒车路径保持所述挂车；

确定所述车辆-挂车组合的特性的测量的表现与所述特性的预测表现之间的误差；以及

基于所述误差调整所述控制参数。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述转向信号进一步基于车辆-挂车模型中的多个运动学参数。

3.根据权利要求1所述的系统，其中基于所述误差调整所述控制参数补偿了一个或多个所述运动学参数中的不准确性。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述特性的所述预测表现进一步基于所述车辆-挂车模型中的所述多个运动学参数。

5.根据权利要求4所述的系统，其中所述运动学参数中的至少一个是所述车辆-挂车模型内的维度，所述维度是通过以下方式之一获得：由用户输入或由所述系统估计。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制参数是所述倒车路径的命令曲率。

7.根据权利要求6所述的系统，其中使用所述控制参数确定所述特性的所述预测表现。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制参数是所述车辆-挂车组合中的车辆与挂车之间的牵引角。

9.根据权利要求8所述的系统，其中使用所述倒车路径的命令曲率确定所述特性的所述预测表现。

10.根据权利要求1所述的系统，其中所述车辆-挂车组合的所述特性是当所述控制参数恒定时由所述系统实现的稳态转向角。

11.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器通过根据所述误差的函数来缩放所述控制参数来调整所述控制参数。

12.根据权利要求1所述的系统，其中所述特性是所述车辆-挂车组合中的车辆与挂车之间的牵引角速率。

13.根据权利要求1所述的系统，其中所述转向信号进一步基于所述车辆-挂车组合中的车辆与挂车之间的牵引角的测量值。

14.根据权利要求13所述的系统，其中基于所述误差调整所述控制参数补偿了所述牵引角的所述测量值的不准确性。

15.一种车辆，包括：

前述权利要求中任一项所述的用于辅助车辆-挂车组合的倒车的系统。

16.一种车辆，包括：

转向系统；和

控制器，所述控制器用于：

将基于倒车路径的命令曲率的转向信号输出到所述转向系统，以沿着命令倒车路径保持可铰接地与所述车辆连接的挂车；

确定当所述命令曲率恒定时由所述系统实现的测量的稳态转向角与基于所述命令曲率的预测稳态转向角之间的误差；和

基于所述误差调整所述命令曲率。

17.一种用于辅助车辆-挂车组合的倒车的方法，包括：

将基于控制参数的转向信号输出到所述车辆-挂车组合中的车辆的转向系统，以沿着命令倒车路径保持所述车辆-挂车组合中的挂车；

确定所述车辆-挂车组合的特性的测量的表现与所述特性的预测表现之间的误差；和

基于所述误差调整所述控制参数。