CN110641236A - 对挂车耦接器与挂接球之间的干涉的检测和响应 - Google Patents

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CN110641236A CN201910557321.4A CN201910557321A CN110641236A CN 110641236 A CN110641236 A CN 110641236A CN 201910557321 A CN201910557321 A CN 201910557321A CN 110641236 A CN110641236 A CN 110641236A
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埃里克·迈克尔·拉瓦伊
鲁迪·托德·安斯巴克
安东·L·罗格尼斯二世
埃利奥特·G·皮尔逊
安德鲁·D·尼德特
约书亚·拉贾辛
卢西恩·K·M·利波克
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Abstract

本公开提供了“对挂车耦接器与挂接球之间的干涉的检测和响应”。一种车辆系统，包括：挂接件，所述挂接件安装在车辆上；以及至少一个传感器，所述至少一个传感器与所述挂接件连接。控制器被配置为经由所述至少一个传感器识别施加到所述挂接件的力。响应于所述力，所述控制器进一步被配置为估计所述力的方向。基于所述方向，所述控制器生成识别对挂车的耦接器的高度调整的指令。

Description

对挂车耦接器与挂接球之间的干涉的检测和响应
技术领域
本公开总体涉及一种用于辅助车辆-挂车挂接操作的系统。特别地，本公开涉及一种用于检测施加到挂接组件的力的系统以及相关的应用。
背景技术
将挂车挂接到车辆可能是一种困难且耗时的体验。具体地，根据挂车相对于车辆的初始位置，将车辆挂接球与期望的挂车挂接件对准可需要与多个转向操纵配合的重复的前向和倒退行驶来将车辆适当地定位。此外，贯穿适当的挂接球对准所需的大部分行驶，无法看到挂车挂接件，并且在普通情况下，驾驶员实际上永远无法看到挂接球。这种视线缺乏需要基于关于具体车辆和挂车的经验推断挂接球和挂接件的定位，并且可能仍然需要进行以下多次实例：停车和下车以确认对准或记录为随后的一组操纵进行的适当的校正。更进一步地，挂接球与车辆后保险杠的接近意味着任何过冲都可能导致车辆与挂车的碰撞。因此，可能需要进一步的发展。
发明内容
根据本公开的一个方面，公开了一种车辆系统。所述系统包括安装在车辆上的挂接件以及与所述挂接件连接的至少一个传感器。控制器被配置为经由所述至少一个传感器识别施加到所述挂接件的力。响应于所述力，所述控制器进一步被配置为估计所述力的方向。基于所述方向，所述控制器生成识别对挂车的耦接器的高度调整的指令。
本发明的第一方面的实施例可以包括以下特征中的任一者或其组合：
·所述控制器被配置为将所述力识别为沿所述挂接件的长度施加的纵向力和沿所述球的高度施加的负载力；
·所述至少一个传感器包括被配置为测量所述负载力的第一传感器以及被配置为测量所述纵向力的第二传感器；
·所述控制器被配置为：响应于所述方向识别所述高度调整的方向；
·所述控制器被配置为：响应于所述力超过阈值而输出指示对所述耦接器高度进行所述高度调整的指令；
·所述控制器被配置为：控制所述车辆在自动挂接对准程序中的运动；并且响应于所述力超过阈值，停止所述车辆的所述运动；
·所述控制器被配置为：响应于所述力小于所述阈值而继续所述自动挂接对准程序；
·与所述控制器通信传感器设备，其中所述传感器设备被配置为扫描靠近所述车辆的区域并且检测所述挂车的所述耦接器的耦接器位置；
·所述传感器设备包括成像系统，所述成像系统包括安装在所述车辆上的一个或多个摄像机，其中所述控制器基于从所述成像系统接收的图像数据、包括所述耦接器的位置数据来识别所述耦接器位置；
·所述控制器被配置为：响应于检测到所述力以及所述挂接件在所述耦接器位置的预定距离内来识别碰撞；
·所述预定距离识别所述挂接件处于相对于所述耦接器的碰撞接近度内；以及
·所述耦接器位置是所述挂车的所述耦接器的位置，其中所述耦接器被配置为在牵引构型中与所述挂接件配对。
根据本公开的另一个方面，公开一种用于控制车辆系统的方法。所述方法包括从车辆挂接件传感器接收识别施加到车辆挂接件的力的检测信号。所述方法还包括基于所述检测信号检测所述力的力方向。响应于所述力方向，所述方法包括生成用于调整所述耦接器的高度的指令。
根据本公开的另一个方面，公开了一种车辆的系统。所述系统包括：挂接件，所述挂接件安装在车辆上；以及成像系统，所述成像系统包括安装在车辆上的一个或多个摄像机。力传感器与所述挂接件连接。所述系统还包括控制器，所述控制器被配置为：基于从所述成像系统接收的图像数据识别耦接器位置并且控制所述车辆的使所述挂接件与所述耦接器位置对准的运动。所述控制器进一步被配置为：经由所述力传感器检测施加到所述挂接件的力；并且响应于所述力，估计挂车的耦接器的力方向。基于所述力方向，所述控制器被配置为生成用于调整所述耦接器的高度的指令。
在研究以下说明书、权利要求和附图后，本领域技术人员将理解和了解本公开的这些和其他方面、目标和特征。
附图说明
在附图中：
图1是相对于挂车处于未挂接位置的车辆的透视图；
图2是根据本公开的一个方面的系统的图，所述系统用于辅助将车辆与挂车在用于将挂车挂接到车辆的位置中对准；
图3是车辆在与挂车对准的顺序的一个步骤期间的顶视示意图；
图4是车辆在与挂车对准的顺序的一个步骤期间的顶视示意图；
图5是车辆在后向方向上操作以接近挂车的侧视图；
图6是展示与挂车对准的序列的图像数据的投影视图；
图7是包括挂接检测设备的挂接组件的投影视图；
图8是展示挂接检测设备的力检测的牵引计的图；并且
图9是展示根据本公开的一种用于检测干涉并调整挂车的耦接器的高度的方法的流程图。
具体实施方式
出于在本文中进行描述的目的，术语“上”、“下”、“右”、“左”、“后”、“前”、“竖直”、“水平”、“内部”、“外部”和它们的派生词应当如图1中定向的那样涉及本装置。然而，应当理解，所述装置可采用各种替代性取向，除非明确指明相反。还应理解，附图中说明且在以下说明书中描述的特定装置和过程仅仅是所附权利要求中限定的创造性概念的示例性实施例。因此，除非权利要求另外明确地指出，否则与本文公开的实施例相关的具体尺寸和其他物理特性不应当被视为限制性的。另外，除非另外指明，否则应当理解，对在给定方向等上或沿着给定方向等延伸的具体特征或部件的论述并不意味着所述特征或所述部件在这种方向上循着笔直的线或轴线，或者并不意味着仅在此类方向上或在这种平面上延伸而没有其他方向分量或偏差，除非另外指明。
总体参见图1至图5，附图标号10表示车辆12的挂接辅助(hitch assistance)系统(也称为“挂接辅助(hitch assist)”系统)。在各种实施例中，挂接辅助系统10包括控制器14，所述控制器14被配置为获取挂车18的耦接器16的位置数据。控制器14可被配置为导出车辆路径20以使车辆12的挂接球22与耦接器16对准。导出车辆路径20可包括多种步骤，所述步骤包括：检测和补偿耦接器位置24的变化，以便控制车辆12定位与耦接器16对准的挂接件位置26。车辆路径20可包括多个区段28，所述多个区段28可对应于车辆12的操作方向或转向方向的变化。在各种实施例中，导出车辆路径20可包括：在居间对象或结构周围导航，在不平坦地形上操作，循着由操作者或用户U指示的期望路径等。因此，本公开可提供挂接辅助系统10以提供改进的车辆12的导航和/或与耦接器16相互作用，使得挂车18可在不存在复杂性的情况下有效地连接到车辆12。
在一些实施例中，系统10可被配置为检测施加到挂接球22或挂接组件的力。施加到挂接组件的力的检测以及与施加到挂接球22的力的检测相关的各种方法将在稍后参考图5至图9进行论述。通常，系统可包括挂接检测设备30，所述挂接检测设备30被配置为检测施加到挂接球22或挂接组件的力的大小和/或方向。力方向可包括牵引力或纵向力以及负载力或重力。基于力方向，控制器14可被配置为相对于挂接球22的高度Hb识别或估算耦接器16的高度Hc。例如，控制器14可被配置为基于由挂接检测设备30检测到的力来估计耦接器16的高度Hc比挂接球22的高度Hb低多少。因此，本公开可提供挂接设备30，其有待以各种方式实现以改进自动或辅助挂接对准序列的操作。
相对于图2至图4的系统图所示的挂接辅助系统10的总体操作，系统10包括获得或以其他方式提供车辆状态相关信息的各种传感器和装置。此信息包括来自定位系统32的定位信息，所述定位系统32可包括航迹推算装置34(或者另外或作为替代方案，全球定位系统(global positioning system，GPS))，以用于基于定位系统32内装置的一个或多个位置确定车辆12的坐标位置。具体地，航迹推算装置34可以至少基于车辆速度和转向角δ在局部坐标系36内建立和追踪车辆12的坐标位置，如图3所示。由挂接辅助系统10接收的其他车辆信息可包括来自速度传感器38的车辆12的速度和来自横摆率传感器40的车辆12的横摆率。可预期，在另外的实施例中，接近传感器42或其阵列以及其他车辆传感器和装置可提供传感器信号或其他信息(诸如包括检测到的耦接器16的挂车18的序列图像)，挂接辅助系统10的控制器14可用各种程序处理所述传感器信号或其他信息以确定耦接器16的高度H和位置(例如，基于距离Dc和角度αc)。
如图2进一步所示，挂接辅助系统10的一个实施例与车辆12的转向系统50通信。转向系统50可以是动力助力转向系统50，其包括转向马达52，以用于操作车辆12的转向轮54(图1)，从而使车辆12以车辆横摆随车辆速度和转向角δ变化的这种方式移动。在所示的实施例中，动力助力转向系统50是包括电动转向马达52的电动助力转向(electric power-assisted steering，“EPAS”)系统，其用于基于转向命令将转向轮54转动成转向角δ，由此转向角δ可以由动力助力转向系统50的转向角传感器56感测到。转向命令可由挂接辅助系统10提供，以用于在挂车挂接对准操纵期间自主转向，并且可以可替代地经由车辆12的方向盘的旋转位置(例如，方向盘角度)手动提供。
在所示出的实施例中，车辆12的方向盘与车辆12的转向轮54机械地耦接，使得方向盘与转向轮54一致地移动，从而防止在自主转向期间通过方向盘进行手动干预。更特别地，扭矩传感器58设置在动力助力转向系统50上，所述扭矩传感器58感测方向盘上的扭矩，所述扭矩预计并非来自方向盘的自主控制，并且因此指示手动干预。在这种构型中，挂接辅助系统10可警告驾驶员停止用方向盘进行手动干预和/或停止自主转向。在替代性实施例中，一些车辆具有动力助力转向系统50，其允许方向盘与这种车辆的转向轮54的移动部分地解耦接。
继续参考图2，动力助力转向系统50向挂接辅助系统10的控制器14提供与车辆12的转向轮54的旋转位置相关的信息，包括转向角δ。除了其他车辆12状况之外，所示的实施例中的控制器14还处理当前转向角，以沿着期望的路径20(图3)引导车辆12。可设想，在另外的实施例中，挂接辅助系统10可以是动力助力转向系统50的集成部件。例如，动力助力转向系统50可包括用于根据从以下项接收的信息的全部或一部分生成车辆转向信息和命令的挂接辅助算法：成像系统60、动力助力转向系统50、车辆制动控制系统62、动力传动系统控制系统64和其他车辆传感器和装置以及人机界面(“HMI”)66，如下面进一步论述的。
还如图2中所示，车辆制动控制系统62还可以与控制器14通信以向挂接辅助系统10提供制动信息(诸如车辆车轮速度)并且从控制器14接收制动命令。制动控制系统62可被配置为控制行车制动器62a和驻车制动器62b。驻车制动器62b可对应于可与控制器14通信的电子驻车制动系统。因此，在操作中，控制器14可被配置为控制制动器62a和62b以及检测车辆速度信息，所述车辆速度信息可根据由制动控制系统62监测的单个轮速传感器确定。还可以根据动力传动系统控制系统64、速度传感器38和/或定位系统32等其他可设想到的装置确定车辆速度。在一些实施例中，作为车辆横摆率传感器40的替代方案或除其之外，单个车轮速度也可用于确定车辆横摆率，所述车辆横摆率可被提供给挂接辅助系统10。
挂接辅助系统10可进一步向制动控制系统62提供车辆制动信息，以用于允许挂接辅助系统10在挂车18的倒退期间控制车辆12的制动。例如，在一些实施例中，挂接辅助系统10可在车辆12与挂车18的耦接器16对准期间调节车辆12的速度，这可减少与挂车18发生碰撞的可能性，并且可使得车辆12在路径20的确定的端点70处完全停止。本文公开了：挂接辅助系统10可以另外地或可替代地发出对应于与挂车18的一部分发生实际的、即将发生的和/或预期的碰撞的通知的警报信号。如上所述，调节车辆12的速度可以有利于防止与挂车18发生碰撞。
在一些实施例中，如图2所示的实施例中所示，动力传动系统控制系统64还可以与挂接辅助系统10进行交互，以用于在与挂车18进行部分或自主对准期间调节车辆12的速度和加速度。在自主操作期间，动力传动系统控制系统64可进一步被利用和被配置为控制节气门以及车辆12的变速器的驱动挡位选择。因此，在一些实施例中，控制器14可被配置为控制变速器系统的挡位和/或提示用户U换档到期望的挡位以完成车辆12的半自动操作。
如先前所论述的，挂接辅助系统10可与车辆12的人机界面(“HMI”)66通信。HMI 66可包括车辆显示器72，诸如中控面板(center-stack)安装的导航或娱乐显示器(图1)。HMI66还包括输入装置，其可以通过将显示器72配置为具有电路76的触摸屏74的一部分以接收与显示器72上的位置对应的输入来实现。代替触摸屏74或除了触摸屏74之外，可使用其他形式的输入(包括一个或多个操纵杆、数字输入盘等)。此外，挂接辅助系统10可经由无线通信与HMI 66的另一个实施例通信，诸如与一个或多个手持式或便携式装置80(包括一个或多个智能电话)(图1)通信。便携式装置80还可包括用于向用户U显示一个或多个图像和其他信息的显示器72。例如，便携式装置80可以在显示器72上显示挂车18的一个或多个图像，并且可进一步被配置为经由触摸屏电路76接收远程用户输入。此外，便携式装置80可提供反馈信息，诸如视觉、听觉和触觉警报。
在一些实施例中，挂接辅助系统10还可与一个或多个指示器装置78通信。指示器装置78可对应于常规的车辆指示器，诸如车辆喇叭78a、灯78b、扬声器系统78c、车辆附件78d等。在一些实施例中，指示器装置78还可包括一个或多个附件78d，所述一个或多个附件78d可对应于通信装置、遥控器和可提供用户U与车辆12之间的状态和操作反馈的多种装置。例如，在一些实施例中，HMI 66、显示器72和触摸屏74可由控制器14控制，以提供识别操作或接收指令或反馈以控制挂接辅助系统10的状态更新。另外，在一些实施例中，便携式装置80可与控制器14通信并且被配置为显示或以其他方式指示与挂接辅助系统10的操作相关的一个或多个警报或消息。
仍然参见图2所示的实施例，控制器14被配置有微处理器82，以用于处理存储在存储器84中的逻辑和程序，所述逻辑和程序接收来自上述传感器和车辆系统的信息，所述传感器和车辆系统包括成像系统60、动力助力转向系统50、车辆制动控制系统62、动力传动系统控制系统64和其他车辆传感器和装置。控制器14可根据所接收的信息的全部或一部分来生成车辆转向信息和命令。然后，可以将车辆转向信息和命令提供给动力助力转向系统50，以用于影响车辆12的转向，从而实现用于与挂车18的耦接器16对准的经命令的行进路径20(图3)。控制器14可包括微处理器82和/或用于处理一个或多个程序的其他模拟和/或数字电路。此外，控制器14可包括存储器84，其用于存储一个或多个程序，包括图像处理程序86和/或挂接检测程序、路径导出程序88和操作程序90。
应了解，控制器14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，诸如与车辆传感器系统、动力助力转向系统50以及其他可设想到的车载或车外车辆控制系统集成。应进一步了解，图像处理程序86可以由例如车辆12的独立成像系统内可将其图像处理的结果输出到车辆12的其他部件和系统的专用处理器(包括微处理器82)实施。此外，不管诸如本文所述的完成图像处理功能的任何系统、计算机、处理器等还可实现(包括与执行图像处理程序86同时进行)何种其他功能，它都可以在本文中称为“图像处理器”。
系统10还可结合包括一个或多个外部摄像机的成像系统60。外部摄像机的示例在图4中示出并且包括后部摄像机60a、中央高位刹车灯(center high-mount stop light，CHMSL)摄像机60b和侧视摄像机60c和60d，但是包括另外的或替代性摄像机的其他布置是可能的。在一个示例中，成像系统60可单独包括后部摄像机60a，或者可被配置成使得系统10仅利用具有多个外部摄像机的车辆中的后部摄像机60a。在另一个示例中，包括在成像系统60中的各种摄像机60a至60d可定位成在它们相应的视野中大致重叠，在所描绘的布置中，所述相应的视野包括视野92a、92b、92c和92d以分别与后部摄像机60a、中央高位刹车灯(CHMSL)摄像机60b和侧视摄像机60c和60d对应。以这种方式，来自两个或更多个摄像机的图像数据可以在图像处理程序86中或在成像系统60内的另一个专用图像处理器中组合成单个图像。
作为组合来自多个摄像机的图像数据的示例，图像数据可用于导出立体图像数据，所述立体图像数据可用于重建各种视野92a、92b、92c和92d的重叠区域内的一个或多个区域(包括其中的任何对象(例如障碍物或耦接器16))的三维场景。在一个实施例中，鉴于图像源之间的已知的空间关系，可以使用包括同一对象的两个图像来确定对象相对于两个图像源的位置。在这方面，图像处理程序86可使用已知的编程和/或功能来识别来自成像系统60内的各种摄像机60a、60b、60c和60d的图像数据内的对象。在任一示例中，图像处理程序86可包括与存在于车辆12上或由系统10利用的任何摄像机60a、60b、60c和60d的定位(包括相对于车辆12的中心96(图1))相关的信息，例如使得摄像机60a、60b、60c和60d相对于中心96和/或彼此的位置可用于对象定位计算并产生相对于车辆12的中心96或例如具有相对于车辆12的中心96的已知位置的车辆12的其他特征(诸如挂接球22(图1))的对象位置数据。
图像处理程序86可被特别地编程为或以其他方式配置为在图像数据内定位耦接器16。在一个示例中，图像处理程序86可以基于存储的或以其他方式已知的耦接器16(或总的来说，挂接件)的视觉特性来识别图像数据内的耦接器16。在另一个实施例中，呈贴纸等形式的标记可以与共同转让的美国专利号9,102,271中描述的方式类似的方式在相对于耦接器16的特定位置中与挂车18附连，所述专利的整个公开内容以引用方式并入本文。在这种实施例中，图像处理程序86可被编程为：识别标记的用于图像数据中的位置的特性以及耦接器16相对于这种标记的定位，使得可基于标记位置确定耦接器16的位置24。
另外地或可替代地，控制器14可经由触摸屏74上的提示来寻求对所确定的耦接器16的确认。如果未对耦接器16确定进行确认，则可提供另外的图像处理，或者可使用触摸屏74或另一输入来允许用户U移动触摸屏74上的耦接器16的所描绘位置24，以促进对耦接器16的位置24进行用户调整，控制器14使用所述触摸屏74或另一输入以基于上述图像数据的使用来调整耦接器16相对于车辆12的位置24的确定。可替代地，用户U可在HMI 66上呈现的图像内可视地确定耦接器16的位置24，并且可以与在以下中所描述的方式类似的方式提供触摸输入：共同未决的共同转让的美国专利申请序列号15/583,014，所述申请的全部公开内容以引用方式并入本文。然后，图像处理程序86可以将触摸输入的位置与施加到在显示器72上示出的图像数据的坐标系36相关联，这可如图3所示进行描绘。
如图3所示，图像处理程序86和操作程序90可以彼此结合地用于确定路径20，挂接辅助系统10可沿着所述路径20引导车辆12，以将挂接球22与挂车18的耦接器16对准。在所示的示例中，车辆12相对于挂车18的初始位置可以使得耦接器16仅位于侧向摄像机60c的视野92c中，其中车辆12从挂车18横向定位但是耦接器16与挂接球22几乎纵向对准。以这种方式，在例如像通过触摸屏74上的用户输入启动挂接辅助系统10时，图像处理程序86可识别摄像机60c的图像数据内的耦接器16并估算耦接器16相对于挂接球22的位置24。根据接收图像数据内的焦距长度信息以确定距耦接器16的距离Dc和在耦接器16与车辆12的纵向轴线之间的偏移角αc，系统10可使用图像数据识别耦接器16的位置24。可以根据图像数据的视野内的耦接器16的位置24来使用这个信息，以确定或估算耦接器16的高度Hc。当耦接器16的定位Dc、αc已经确定并且任选地由用户U确认时，控制器14可至少控制车辆转向系统50来控制车辆12沿期望路径20的移动以将车辆挂接球22的挂接球位置26与耦接器16对准。
在另外参考图2的情况下继续参考图3和图4，在一个示例中，如上所述已经估算了耦接器16的定位Dc、αc的控制器14可执行路径导出程序88以确定车辆路径20，从而将车辆挂接球22与耦接器16对准。具体地，控制器14可以在存储器84中存储车辆12的各种特性，包括轴距W、从后车桥到挂接球22的距离(本文称为拉杆长度L)以及转向轮54可转动δ最大的最大角度。如图所示，轴距W和当前转向角δ可用于根据以下等式确定车辆12的对应转弯半径ρ：
Figure BDA0002107234570000121
其中轴距W是固定的，并且转向角δ可由控制器14通过与转向系统50的通信进行控制，如上所述。以这种方式，当已知最大转向角δ最大时，转弯半径的最小可能值ρ最小被确定为：
Figure BDA0002107234570000122
路径导出程序88可被编程为导出车辆路径20以将车辆挂接球22的已知位置与耦接器16的估算位置24对准，所述路径导出程序88考虑所确定的最小转弯半径ρ最小，以允许路径20使用最小的空间和最少的操纵。以这种方式，路径导出程序88可使用车辆12的位置(其可以基于车辆12的中心96、沿后车桥的位置、航迹推算装置34的位置或坐标系36上的另一已知位置)来确定距耦接器16的横向距离和距耦接器16的前向或后向距离，并导出路径20，所述路径20在转向系统50的限制内实现车辆12所需的横向和前向-后向移动。路径20的导出进一步考虑了基于长度L的挂接球22相对于车辆12的追踪位置(其可以与车辆12的质量的中心96、全球定位系统(GPS)接收器的位置或另一个指定的已知区域对应)的定位，以确定所需的车辆12的定位，来将挂接球22与耦接器16对准。
现参见图5，示出了车辆12倒退朝向挂车18移动的示意图。在一些实施例中，系统10可被配置为检测施加到挂接球22或挂接组件的力。所述力在图5中展示为在自动或辅助挂接对准序列期间在挂车18的耦接器16与挂接球22之间的干涉102或碰撞。这种干涉102可在受控条件下发生，其中车辆12的操作速度受到控制器14的限制。因此，与干涉102相关联的力可由系统10控制，使得车辆12和/或挂车不会受损并且挂车不会由于力而显著地重新定位。
可通过挂接检测设备30检测与干涉102相关联的力。挂接检测设备30可被配置为确定由干涉102产生的力方向104。力方向104可包括牵引力或纵向力104a以及负载力或重力104b。基于力方向104，控制器14可被配置为相对于挂接球22的高度Hb识别或估算耦接器16的高度Hc。例如，控制器14可被配置为估计耦接器16的高度Hc比挂接球22的高度Hb低多少或高多少。基于耦接器16与挂接球22的相对高度，控制器14可调整或指示用户调整耦接器16的高度Hc。参考图7和图8论述挂接检测设备的进一步细节。
图6展示了可以在由成像系统60的摄像机60a至60d捕获的视野92a至92d中的一个或多个中捕获的图像数据。现参见图5和图6，系统10可被配置为处理在视野92中捕获的图像数据以识别耦接器16的耦接器位置24。如先前所论述的，在车辆12沿着车辆路径20接近期间，可能在挂车18的耦接器16与挂接球22之间发生干涉102或碰撞。在操作期间，控制器14可响应于挂接球22接近耦接器16的耦接器位置24而调整车辆12的操作速度。例如，控制器14可响应于挂接球22位于耦接器位置24的接近度110内而使车辆12减慢至接近速度。接近度110可以是在已知或估计的挂接件位置26与由控制器14识别的耦接器位置24之间的预先配置或预定的距离。以这种方式，控制器14可控制挂接对准序列以在挂接球22接近耦接器位置24时自动地控制车辆12以降低操作速度。
现参见图7，示出了挂接检测设备30的示例性实施例。如先前所论述的，挂接检测设备30可被配置为检测施加到挂接球22或挂接组件120的力的大小和/或方向。如图7所展示的，挂接组件120可包括挂接接收器122，所述挂接接收器122可经由挂接安装件126连接到车辆框架124或车身部分。在这种构型中，挂接接收器122可被配置为接收挂接球22，使得挂接球22由框架124支撑。
在一些实施例中，挂接安装件126可包括被配置为接收和支撑挂接接收器122的多个安装支架128。安装支架128可包括第一安装支架128a和第二安装支架128b。第一安装支架128a可包括第一力传感器130a，所述第一力传感器130a被配置为测量施加到挂接组件120的纵向力104a。第二安装支架128b可包括第二力传感器130b，所述第二力传感器130b被配置为测量施加到挂接接收器122的纵向力104b。第一力传感器130a和第二力传感器130b中的每一个可与控制器14通信，使得控制器14可在控制系统10的自动挂接序列时利用纵向力104a和重力104b的检测。
力传感器130可包括呈应变计或类似换能器形式的负载传感器，其被配置为检测施加到挂接组件120的力的大小。力传感器130中的每一个可与对应的方向力(例如，纵向力104a、重力104b等)对准，使得控制器14可将力方向104识别为由力传感器130中的每一个测量的分力的总和。因此，响应于在挂接球22与耦接器16之间的干涉102，对应于由干涉102产生的力方向104的信号可从力传感器130传输至控制器14。在这种构型中，响应于干涉102的检测，控制器14可利用来自力传感器130的信号来启用各种操作方法。
现参见图8，示出了可显示在系统10的显示器72或各种其他显示装置上的牵引计140的图。牵引计140可包括车辆12和挂车18的图形描绘。车辆12可被示出经由挂接组件120与挂车18连接，所述挂接组件120使挂接球22与耦接器16互连。因此，牵引计140可提供车辆12与挂车18连接的图形描绘，并且可进一步被配置为展示由挂接检测设备30的力传感器130检测到的一个或多个力。
如图8所展示的，由挂接检测设备30检测到的纵向力104a和重力104b如箭头142所展示。箭头142可按比例或大小改变，以展示在整个车辆12的操作期间由挂车18施加到挂接组件120的相对力。例如，响应于纵向力104a的增大，第一箭头142a的长度可以增大，从而表明在纵向方向上施加的力的大小增大。类似地，响应于重力104b的增大，第二箭头142b可以与由挂接检测设备30检测到的力成比例地增大。以这种方式，牵引计140可向系统10的用户U提供视觉反馈，所述视觉反馈分别经由箭头142a和142b展示纵向力104a和重力104b的方向和大小。
现参见图9，示出展示一种用于结合挂接检测设备30操作系统10的方法150的流程图。方法150可通过启动挂接连接程序开始(152)。挂接连接程序可通过启动成像系统60开始，使得控制器从摄像机60a至60d中的一个或多个或传感器接收扫描数据(154)。基于扫描数据或图像数据，控制器14可识别扫描数据中的挂车18的耦接器16(156)。利用扫描数据，控制器14可应用图像处理程序86来识别耦接器位置24(158)。如果未识别耦接器位置24，那么方法150可返回至步骤156。然而，如果已识别耦接器位置24，那么方法150可通过基于耦接器位置24和车辆12的动力学特性估算车辆路径20而继续(160)。
当已识别车辆路径20时，控制器14可为车辆12导航，使得挂接件位置26与耦接器位置24对准(162)。当挂接件位置26在接近度110内接近耦接器位置24时，控制器可调整或降低车辆12的操作速度，从而在车辆路径20的最后接近阶段期间提供缓慢且受控的接近(164)。在整个车辆12通过车辆路径20的导航中，并且尤其是在最后接近阶段期间，控制器14可监测由挂接检测设备30的第一力传感器130a和第二力传感器130b传送的数据(166)。基于由挂接检测设备30传送的数据，控制器14可识别在挂车18与挂接球22之间的碰撞或干涉102。响应于由任一力传感器130传送的超过预定的力或负载阈值的信号，控制器14可检测到干涉102。
基于力传感器130传送的数据，如果在步骤168中检测到干涉102，那么控制器14可通过基于由力传感器130传送的数据分析干涉102来继续方法150(170)。如果在步骤168中未检测到干涉102，那么控制器14可通过将车辆12的挂接件位置26与耦接器位置24对准来继续和/或完成挂接连接程序(172)。因此，控制器14可检测干涉102并应用参考标号174至182论述的另外的控制步骤。
如先前所论述的，控制器14可分析从力传感器130传送的信号，以确定施加到挂接组件120的纵向力104a和重力104b的方向和大小。基于由力传感器130检测到的力的方向和大小，控制器14可相对于挂接球22的高度Hb识别耦接器16的高度Hc。例如，在检测到从挂车18朝向车辆12指向的纵向力104a或在向上或向下方向上指向的重力104b时，控制器14可识别干涉102。
更特别地，如果重力104b被控制器14识别为略微向上指向，那么控制器14可识别耦接器16位于挂接球22的下方。在这种情况下，耦接器16的高度Hc可能需要增大第一距离。如果控制器14识别纵向力104a以及相对最小的重力104b，那么控制器14可识别耦接器16的高度Hc与挂接球22的高度Hb对准，使得耦接器16的高度Hc必须增大第二距离。在又一种情况下，如果控制器14识别重力104b略微向下指向，那么控制器14可以识别耦接器16的高度Hc几乎高于挂接器22的Hb或足以在挂接球22的Hb上提供间隙，使得仅需要将耦接器的高度Hc向上调整一小段距离或第三距离。调整耦接器16的高度Hc所需的特定距离可基于挂接球22和挂接组件120和耦接器16的其他物理尺寸的特定比例而改变。然而，通常如本文所论述的，第一距离可大于第二距离，并且第二距离可大于第三距离。
如果纵向力104a和/或重力104b超过预定阈值或干涉阈值，那么控制器可在显示器72上显示干涉102的警告(174)。在步骤176中，如果干涉102的大小或严重性以及由力传感器130识别的对应力超过操作阈值，那么控制器14可响应于干涉102而控制车辆12停止(178)。如果干涉102的大小或严重性不超过操作阈值，那么控制器14可以继续步骤172以完成挂接连接程序。例如，如果由力传感器130传送的力仅指示较小向下重力104b，那么控制器14可通过循着车辆路径20继续将挂接件位置26与耦接器位置24对准。在这种情况下，向下重力104b小于第一阈值以及纵向力104a小于第二阈值可指示干涉102仅相当于耦接器16与挂接球22之间的轻微摩擦，使得挂接球22与耦接器16的对准可完成，而无需调整耦接器16的高度Hc。
如果在步骤178中车辆12停止并保持不动，那么控制器14可在显示器72上显示识别用户U必须离开车辆并增大耦接器16的高度Hc的指令(180)。在一些实施例中，指令还可在便携式装置80上显示。另外，可由触摸屏74和/或便携式装置80体现的HMI 66可在步骤182中显示请求授权以继续挂接连接程序的提示。如果用户U并未继续挂接连接程序，那么所述方法可继续前往步骤172以取消或完成程序。如果用户U识别挂接连接程序应在步骤182中重新开始，那么方法可返回至步骤152以扫描来自传感器(例如，成像系统60)的数据并识别耦接器位置24。因此，方法150可提供直观且方便的方法来完成挂接连接程序并且根据需要提示用户U调整耦接器16的高度Hc。
在一些实施例中，如果由力传感器130b检测到的重力104b(即，与重力对准的力)为负或略微向上并且伴有由第一力传感器130a检测到的纵向力104a，那么控制器14可识别耦接器16位于挂接球22的下方。在此类情况下，挂接球可被卡在或固定在耦接器16下方，使得耦接器16的高度Hc无法在冲突102没有增大的情况下向上调整。在此类情况下，控制器14可另外在步骤176与178之间使车辆12移动远离挂车。一旦车辆12远离挂车18定位，使得耦接器不会干涉耦接器16的高度Hc的调整，控制器14就可通过前进至步骤178和180来继续方法150。以这种方式，系统10可确保在挂接球22与耦接器16之间存在足够的间隙，使得可在没有进一步的干涉102的情况下调整耦接器16的高度Hc。
参考本文描述的各种实施例和方法论述的特定详细步骤是被提供来展示由本申请公开的系统和装置的一些有用应用的示例。应当理解，提供被实现来完成本文所论述的各种方法的挂接检测设备30、挂接组件120、力传感器130以及对应的相关元件中的每一者以作为本公开的示例性说明。因此，详细的实施例不应被视为对本公开的范围的限制。
应当理解，可在不脱离本公开的概念的情况下对前述结构做出变化和修改，并且应当进一步理解，此类概念意图被所附权利要求涵盖，除非这些权利要求通过它们的语言另外明确地说明。
出于本公开的目的，术语“耦接(coupled)”(以其所有形式，耦接(couple)、耦接(coupling)、耦接(coupled)等)总体上意指两个部件(电气或机械)彼此直接或间接地连结。此类连结可以是本质上固定的或本质上可移动的。此类连结可通过以下方式实现：将两个部件(电气或机械)与任何另外的中间构件一体形成为带有彼此或带有两个部件的单个完整主体。除非另有说明，否则此类连结可以是本质上永久的，或者可以是本质上可移动的或可释放的。
同样重要、也需要注意的是，示例性实施例中所示出的本公开的元件的结构和布置仅仅是说明性的。虽然本公开仅详细描述了本创新的一些实施例，但本领域中审查本公开内容的技术人员将容易了解的是，在本质上不脱离所述主题的新颖教义和优点的情况下，可进行许多修改(例如，以下方面的变化：各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例；参数值；安装布置；材料使用；颜色；取向等)。例如，示出为一体成形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一体形成，接口的操作可以反向或以其他方式有所变化，系统的结构和/或构件、或连接器或其他元件的长度或宽度可有所变化，元件之间所提供的调整位置的本质或数目可有所变化。应注意，系统的元件和/或组件可由任何多种多样的材料构成，所述材料以任何多种多样的颜色、纹理和组合提供足够的强度或耐久性。因此，所有此类修改意图包括在本创新的范围内。在不脱离本创新的精神的情况下，可在期望的和其他示例性实施例的设计、工况和布置中进行其他替换、修改、改变和省略。
应当理解，任何描述的过程或所描述的过程中的步骤可以与其他公开的过程或步骤组合以形成本公开的范围内的结构。本文公开的示例性结构和过程是出于说明性目的的，而不应当解释为限制性的。
根据本发明，提供一种车辆系统，所述车辆系统具有：挂接件，所述挂接件安装在车辆上；至少一个传感器，所述至少一个传感器与所述挂接件连接；以及控制器，所述控制器被配置为：经由所述至少一个传感器识别施加到所述挂接件的力；响应于所述力，估计所述力的方向；并且基于所述方向，生成识别对挂车的耦接器的高度调整的指令。
根据一个实施例，所述控制器进一步被配置为：将所述力识别为沿所述挂接件的长度施加的纵向力和沿所述球的高度施加的负载力。
根据一个实施例，所述至少一个传感器包括被配置为测量所述负载力的第一传感器以及被配置为测量所述纵向力的第二传感器。
根据一个实施例，所述控制器进一步被配置为：响应于所述方向识别所述高度调整的方向。
根据一个实施例，所述控制器被配置为：响应于所述力超过阈值而输出指示对所述耦接器高度进行所述高度调整的指令。
根据一个实施例，所述控制器进一步被配置为：控制所述车辆在自动挂接对准程序中的运动；并且响应于所述力超过阈值，停止所述车辆的所述运动。
根据一个实施例，所述控制器进一步被配置为：响应于所述力小于所述阈值而继续所述自动挂接对准程序。
根据一个实施例，本发明的进一步特征在于：与所述控制器通信的传感器设备，其中所述传感器设备被配置为扫描靠近所述车辆的区域并且检测所述挂车的所述耦接器的耦接器位置。
根据一个实施例，所述传感器设备包括成像系统，所述成像系统包括安装在所述车辆上的一个或多个摄像机；其中所述控制器基于从所述成像系统接收的图像数据、包括所述耦接器的位置数据来识别所述耦接器位置。
根据一个实施例，所述控制器被配置为：响应于检测到所述力以及所述挂接件在所述耦接器位置的预定距离内来识别碰撞。
根据一个实施例，所述预定距离识别所述挂接件处于相对于所述耦接器的碰撞接近度内。
根据一个实施例，所述耦接器位置是所述挂车的所述耦接器的位置，其中所述耦接器被配置为在牵引构型中与所述挂接件配对。
根据本发明，一种用于控制车辆系统的方法包括：从车辆挂接件传感器接收识别施加到车辆挂接件的力的检测信号；基于所述检测信号检测所述力的力方向；响应于所述力方向而生成用于调整所述耦接器的高度的指令。
根据一个实施例，本发明的进一步特征在于：基于所述检测信号将所述力方向估计为所述力的分量部分的组合。
根据一个实施例，本发明的进一步特征在于：基于所述力方向来识别对挂车的耦接器的高度调整。
根据一个实施例，本发明的进一步特征在于：基于所述检测信号，检测沿所述挂接件的长度施加的纵向力和沿所述挂接件的高度施加的负载力。
根据一个实施例，本发明的进一步特征在于：基于所述纵向力和所述负载力的大小，识别所述耦接器的高度调整的方向。
根据一个实施例，本发明的进一步特征在于：控制所述车辆在自动挂接对准程序中的运动；并且响应于所述力超过阈值，停止所述车辆的所述运动。
根据本发明，提供了一种车辆的系统，所述车辆的系统具有：挂接件，所述挂接件安装在车辆上；成像系统，所述成像系统包括安装在车辆上的一个或多个摄像机；力传感器，所述力传感器与所述挂接件连接；以及控制器，所述控制器被配置为：基于从所述成像系统接收的图像数据识别耦接器位置；控制所述车辆的使所述挂接件与所述耦接器位置对准的运动；经由所述力传感器检测施加到所述挂接件的力；响应于所述力，估计挂车的耦接器的力方向；并且基于所述力方向生成用于调整所述耦接器的高度的指令。
根据一个实施例，所述控制器进一步被配置为：响应于所述力超过阈值，停止所述车辆的所述运动。

Claims (15)

1.一种车辆系统，其包括：
挂接件，所述挂接件安装在车辆上；
至少一个传感器，所述至少一个传感器与所述挂接件连接；以及
控制器，所述控制器被配置为：
经由所述至少一个传感器识别施加到所述挂接件的力；
响应于所述力，估计所述力的方向；并且
基于所述方向，生成识别对挂车的耦接器的高度调整的指令。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器进一步被配置为：
将所述力识别为沿所述挂接件的长度施加的纵向力和沿所述球的高度施加的负载力。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述至少一个传感器包括被配置为测量所述负载力的第一传感器以及被配置为测量所述纵向力的第二传感器。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其中所述控制器进一步被配置为：
响应于所述方向识别所述高度调整的方向。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器被配置为响应于所述力超过阈值而输出指示对所述耦接器高度的所述高度调整的指令。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器进一步被配置为：
控制所述车辆在自动挂接对准程序中的运动；并且
响应于所述力超过阈值，停止所述车辆的所述运动。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述控制器进一步被配置为：
响应于所述力小于所述阈值而继续所述自动挂接对准程序。
8.根据权利要求1所述的系统，其还包括：
与所述控制器通信的传感器设备，其中所述传感器设备被配置为扫描靠近所述车辆的区域并且检测所述挂车的所述耦接器的耦接器位置。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述传感器设备包括成像系统，所述成像系统包括安装在所述车辆上的一个或多个摄像机；其中：
所述控制器基于从所述成像系统接收的图像数据、包括所述耦接器的位置数据来识别所述耦接器位置。
10.根据权利要求8所述的系统，其中所述控制器被配置为响应于检测到所述力以及所述挂接件在所述耦接器位置的预定距离内来识别碰撞。
11.根据权利要求10所述的系统，其中所述预定距离识别所述挂接件相对于所述耦接器处于碰撞接近度内。
12.根据权利要求1所述的系统，其中所述耦接器位置是所述挂车的所述耦接器的位置，其中所述耦接器被配置为在牵引构型中与所述挂接件配对。
13.一种用于控制车辆系统的方法，其包括：
从车辆挂接传感器接收识别施加到车辆挂接件的力的检测信号；
基于所述检测信号检测所述力的力方向；
响应于所述力方向而生成用于调整所述耦接器的高度的指令。
14.根据权利要求13所述的方法，其还包括：
基于所述检测信号将所述力方向估计为所述力的分量部分的组合。
15.根据权利要求14所述的方法，其还包括：
基于所述力方向来识别对挂车的耦接器的高度调整。
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