CN110901315A - 利用智能装置进行拖车位置、航向角和水平测量 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了“利用智能装置进行拖车位置、航向角和水平测量”。一种车辆挂接辅助系统，包括控制器，所述控制器从外部便携式电子装置获取包括拖车及其包括的连接器的位置和取向数据的数据，以及使用所述拖车和所述连接器中至少一个的所述位置和取向数据推导车辆路径，以将所述车辆的挂接球与所述连接器对准。

Description

利用智能装置进行拖车位置、航向角和水平测量
技术领域
本发明总体上涉及一种车辆挂接辅助系统。具体地，该系统从外部便携式电子装置获取数据(包括拖车的位置和取向数据)，用于推导车辆路径以使车辆的挂接球与拖车的连接器对准。
背景技术
将拖车挂接到车辆可能是一种困难且耗时的体验。具体地，根据拖车相对于车辆的初始位置，将车辆挂接球与期望的拖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，无法看到拖车挂接件，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特定车辆和拖车的经验推断挂接球和挂接件的定位，并且可能仍然需要多次停车和走出车辆的情况以确认对准或记录适用于一组后续操纵的校正。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拖车的碰撞。因此，可能需要进一步的改进。
发明内容
根据本发明的一个方面，一种车辆挂接辅助系统包括控制器，该控制器从外部便携式电子装置获取包括拖车及其包括的连接器的位置和取向数据的数据，并且使用拖车和连接器中至少一个的位置和取向数据推导车辆路径，以将车辆的挂接球与连接器对准。
本发明第一方面的实施例可包括以下特征中的任何一个或其组合：
·取向数据包括拖车的方向航向，并且推导路径以使车辆纵向轴线与拖车的方向航向在围绕挂接球的预先确定的角度范围内对准；
·位置数据包括连接器在车辆所在的行驶平面上的位置；
·位置数据包括连接器的高度，推导车辆路径以将车辆的挂接球与连接器对准包括补偿连接器在行驶方向上位置的确定的变化，该变化与位置数据中连接器的竖直位置和挂接球的高度之间的差值相关，并且控制器确定连接器在竖直方向上的位置的增量以与车辆的挂接球对准；
·行驶方向在大致垂直于竖直方向的平面上；
·通过将连接器的位置在竖直方向上的变化与作为连接器围绕轴线的旋转的连接器的位置在行驶方向上的变化相关联，控制器基于与连接器的竖直位置相关的位置数据来补偿连接器的位置在行驶方向上的变化；
·轴线与所述拖车的单轴竖直对准；
·将连接器的位置在竖直方向上的变化与作为连接器围绕轴线的旋转的连接器的位置在行驶方向上的变化相关联是基于包括连接器与轴线之间的距离的所存储的信息；
·该系统还包括与控制器无线连接的智能电话，其中智能电话是外部装置，并且包括可用于获得取向和位置数据的至少一个内部部件；
·该系统还包括与控制器通信的人机界面，该控制器使得人机界面显示至少一个提示，该至少一个提示指示用户操作外部便携式电子装置以使控制器获取位置和取向数据；
·该系统还包括一个或多个内部检测装置，其中控制器首先尝试从该一个或多个内部检测装置获取数据，所述数据包括拖车的位置和取向数据，并且仅当控制器不能从该一个或多个内部检测装置获取数据时，使人机界面显示至少一个提示并从外部便携式电子装置获取数据；
·位置和取向数据是相对于车辆而言；
·位置和取向数据是绝对的，并且推导车辆路径以将车辆的挂接球与连接器对准包括将拖车的绝对位置和取向数据与车辆的已知位置和取向数据进行比较；
·利用定位在拖车的与连接器相邻的舌杆上的外部便携式电子装置获得位置和取向数据；并且
·位置和取向数据可存储在控制器可访问的存储器中，并且存储器被配置为存储用于多个拖车和相关联的连接器的位置和取向数据条目，以供控制器选择性地访问。
根据本发明的另一方面，一种车辆包括安装在车辆的外部上的挂接球以及控制器。控制器：从外部便携式电子装置获取包括拖车及其包括的连接器的位置和取向数据的数据，并且使用拖车和连接器中至少一个的位置和取向数据推导车辆路径，以将车辆的挂接球与连接器对准。
根据本发明的另一方面，一种用于辅助车辆与拖车挂接的方法包括从外部便携式电子装置获取数据，该数据包括拖车及其包括的连接器的位置和取向数据。该方法还包括使用拖车和连接器中的至少一个的位置和取向数据推导车辆路径以使车辆的挂接球与连接器对准。
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领会本发明的这些和其他方面、目的和特征。
附图说明
在附图中：
图1是处于相对于拖车的未挂接位置的车辆的透视图；
图2是根据本公开的方面的系统的图示，所述系统用于辅助将车辆与拖车在用于将拖车挂接到车辆的位置中对准；
图3是车辆在与拖车对准的序列的一个步骤期间的顶视示意图；
图4是从车辆摄像头接收的图像的描绘，该图像包括用于在视觉上获取拖车的定位数据的目标区域的覆盖；
图5是与拖车结合使用用于获取与拖车的位置和取向相关的数据的智能电话的透视图；
图6是与拖车结合使用用于获取与拖车的取向有关的进一步的数据的智能电话的透视图；
图7是引导用户通过拖车位置和取向数据获取过程的由车辆人机界面或智能电话中的至少一个实施的界面的描绘；
图8是示出在拖车围绕一个点枢转期间拖车连接器的轨迹的侧视示意图；
图9是示出了与拖车进行挂接操作的车辆的侧视图，其中需要拖车连接器向下移动；
图10是示出由连接器向下移动以与车辆挂接引起的连接器位置的水平偏移的详细视图；
图11是车辆在与拖车对准的序列的后续步骤期间的顶视示意图；
图12是对在图11的对准序列步骤期间从车辆摄像头接收的图像的描绘；
图13是车辆在与拖车对准的序列的后续步骤期间的顶视示意图；
图14是车辆在与拖车对准的序列的后续步骤期间的顶视示意图，并且示出在推导的对准路径的端部处的车辆的挂接球的位置；并且
图15是描绘对准序列中的步骤的流程图。
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”和其衍生和其衍生词应按照图1所取向的那样来与装置联系起来。然而，应当理解，除非明确地相反指出，否则所述装置可以采用各种替代取向。还应当理解，附图中示出以及以下说明书中描述的具体装置和过程仅仅是所附权利要求中限定的发明概念的示例性实施例。因此，除非权利要求另外明确指出，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是限制性的。另外，除非另有指明，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部件的特定特征的论述并不意味着所述特征或所述部件在此方向上延循笔直的线或轴线，或者并仅在此方向上或在此平面上延伸而没有其他方向分量或偏差，除非另有说明。
总体参考图1至图15，附图标记10表示车辆12的挂接辅助系统(也称为“挂接辅助”系统)。具体地，挂接辅助系统10包括控制器26，控制器从外部便携式电子装置96获取数据(该数据包括拖车16及其包括的连接器14的位置和取向数据)，并且使用拖车16和连接器14中至少一个的位置和取向数据推导车辆路径32，以将车辆12的挂接球34与连接器14对准。
关于图2的系统图所示的挂接辅助系统10的一般操作，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。该信息包括来自定位系统22的定位信息，所述定位系统可以包括航迹推算装置24，或者另外或作为替代方案包括全球定位系统(GPS)，以基于定位系统22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24可以至少基于车辆速度和转向角δ在局部坐标系82内建立和追踪车辆12的坐标位置。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56的车辆12的速度和来自横摆率传感器58的车辆12的横摆率。可以预期，在另外的实施例中，接近传感器54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，诸如包括检测到的连接器14的拖车16的序列图像，挂接辅助系统10的控制器26可用各种程序处理所述序列图像以确定连接器14的高度H和位置(例如，基于距离Dh和角度αh)。
如图2中进一步所示，挂接辅助系统10的一个实施例与车辆12的转向系统20通信，所述转向系统可以是动力助力转向系统20，其包括电动转向马达74，以用于操作车辆12的转向轮76(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20是包括电动转向马达74的电动助力转向(“EPAS”)系统，所述电动转向马达用于基于转向命令将转向轮76转动到转向角δ，由此转向角δ可以由动力助力转向系统20的转向角传感器78感测到。转向命令69可由挂接辅助系统10提供，以用于在拖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。然而，在所示出的实施例中，车辆12的方向盘与车辆12的转向轮76机械地联接，使得方向盘与转向轮76一致地移动，从而防止在自主转向期间通过方向盘进行手动干预。更具体地，扭矩传感器80设置在动力助力转向系统20上，所述扭矩传感器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，由此挂接辅助系统10可以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。在替代实施例中，一些车辆具有动力助力转向系统20，所述动力助力转向系统允许方向盘与这种车辆的转向轮76的移动部分地脱离。
继续参考图2，动力助力转向系统20向挂接辅助系统10的控制器26提供与车辆12的转向轮76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26还处理当前转向角，以沿着期望的路径32(图3)引导车辆12。可以设想，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20的集成部件。例如，动力助力转向系统20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18、动力助力转向系统20、车辆制动控制系统70、动力传动系统控制系统72和其他车辆传感器和装置以及人机界面40，如下面进一步论述的。
还如图2中所示，车辆制动控制系统70还可以与控制器26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26接收制动命令。例如，车辆速度信息可以根据制动控制系统70监测的各个车轮速度确定。还可以根据动力传动系统控制系统72、速度传感器56和定位系统22等其他可设想到的装置确定车辆速度。在一些实施例中，各个车轮速度也可用于确定车辆横摆率
Figure BDA0002203033030000071
作为车辆横摆率传感器58的替代方案或除其之外，所述确定的车辆横摆率可被提供给挂接辅助系统10。挂接辅助系统10还可以向制动控制系统70提供车辆制动信息，以用于允许挂接辅助系统10在拖车16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可以在车辆12与拖车16的连接器14对准期间调节车辆12的速度，这可以减少与拖车16发生碰撞的可能性，并且可使得车辆12在路径32的确定的端点35处完全停止。本文中公开的是，挂接辅助系统10可以另外地或可替代地发出警报信号，所述警报信号对应于关于与拖车16的一部分的实际、即将发生和/或预期碰撞的通知。如图2所示的实施例中所示，动力传动系统控制系统72还可以与挂接辅助系统10进行交互，以用于在与拖车16进行部分或自主对准期间调节车辆12的速度和加速度。如上所述，调节车辆12的速度可以有利于防止与拖车16发生碰撞。
另外，挂接辅助系统10可以与车辆12的人机界面(“HMI”)40通信。HMI 40可包括车辆显示器44，诸如中控面板安装的导航或娱乐显示器(图1)。HMI 40还包括输入装置，其可以通过将显示器44配置为具有电路46的触摸屏42的一部分以接收与显示器44上的位置对应的输入来实施。代替触摸屏42或除了触摸屏之外，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 40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96(包括一个或多个智能电话)(图1)通信。便携式装置96还可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44。例如，便携式装置96可以在显示器44上显示拖车16的一个或多个图像，并且还可以能够经由触摸屏电路46接收远程用户输入。此外，便携式装置96可提供反馈信息，诸如视觉、听觉和触觉警报。
仍然参考图2中所示的实施例，控制器26被配置有微处理器60，以用于处理存储在存储器62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18、动力助力转向系统20、车辆制动控制系统70、动力传动系统控制系统72和其他车辆传感器和装置。控制器26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20，以用于影响车辆12的转向，从而实现用于与拖车16的连接器14对准的命令的行进路径32(图3)。控制器26可包括微处理器60和/或其他模拟和/或数字电路以用于处理一个或多个程序。此外，控制器26可包括存储器62以用于存储一个或多个程序，包括图像处理程序64和/或挂接检测程序、路径推导程序66和操作程序68。应当理解，控制器26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20以及其他可设想到的车载或非车载车辆控制系统集成。还应当理解，图像处理程序64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60)实施。此外，完成诸如本文所描述的图像处理功能的任何系统、计算机、处理器等在本文中可以称为“图像处理器”，而不考虑它还可以实施的其他功能(包括与执行图像处理程序64同时实施的功能)。
系统10还可以并入成像系统18，所述成像系统包括一个或多个外部摄像头，在示出的实例中，所述一个或多个外部摄像头包括后视摄像头48、中央高位制动灯(CMHSL)摄像头50以及侧视摄像头52a和52b，但是包括附加或替代摄像头的其他布置也是可能的。在一个实例中，成像系统18可以包括单独的后视摄像头48，或者可以被配置为使得系统10仅利用具有多个外部摄像头的车辆中的后视摄像头48。在另一实例中，包括在成像系统18中的各种摄像头48、50、52a、52b可以定位成在其各自的视野中大致重叠，在所描绘的布置中，所述视野包括视野49、51、53a和53b，以分别对应于后视摄像头48、中央高位制动灯(CMHSL)摄像头50和侧视摄像头52a和52b。以这种方式，来自两个或更多个摄像头的图像数据55可以在图像处理程序64中或在成像系统18内的另一个专用图像处理器中组合成单个图像。在这种实例的扩展中，图像数据55可用于推导立体图像数据，所述立体图像数据可用于重建各种视野49、51、53a、53b的重叠区域内的一个或多个区域(包括其中的任何对象(例如障碍物或连接器14))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，对包括同一对象的两个图像的使用可以用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64可使用已知的程序设计和/或功能在来自成像系统18内的各种摄像头48、50、52a和52b的图像数据55内识别对象。在任一个实例中，图像处理程序64可以包括与存在于车辆12上或被系统10利用的任何摄像头48、50、52a和52b的定位(例如包括相对于车辆12的中心36(图1)的定位)有关的信息，使得摄像头48、50、52a和52b相对于中心36和/或彼此的位置可用于对象定位计算，以及用于得到例如相对于车辆12的中心36的或者车辆12的其他特征(诸如相对于中心36具有已知位置的挂接球34(图1))的对象位置数据。
如下面进一步论述的，挂接球34的高度Hb(或包括位置的数据的竖直分量)可以与连接器14的确定的高度Hc结合地用于确定车辆路径32的期望端点35，以用于在连接器14降低到与挂接球34等高(并因此与其接合)的位置时，挂接球34与连接器14之间进行正确对准。
图像处理程序64可被具体编程为或以其他方式配置为定位图像数据55内的连接器14。在一个实例中，图像处理程序64可以基于存储的或以其他方式已知的连接器14或总的来说挂接件的视觉特性来尝试识别图像数据55内的连接器14。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连接器14的特定位置中与拖车16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64可被编程为：识别用于图像数据55中的位置的标记的特性以及连接器14相对于这种标记的定位，使得可以基于标记位置确定连接器14的位置28。另外地或可替代地，控制器26可经由触摸屏42上的提示来寻求对所确定的连接器14的确认。如果连接器14确定未被确认，则可提供另外的图像处理，或者可使用触摸屏42或另一输入来允许用户移动触摸屏42上的连接器14的所描绘位置28，来促进对连接器14的位置28的用户调整，控制器26使用所述图像处理或所述用户调整以基于图像数据55的上述使用来调整连接器14相对于车辆12的位置28的确定。可替代地，用户可在视觉上确定连接器14在HMI40上呈现的图像内的位置28，并且可以与在共同未决的共同转让的美国专利申请号15/583,014中描述的方式类似的方式提供触摸输入连接器14，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64可以将触摸输入的位置与应用于图像30的坐标系82相关联。
如图3所示，图像处理程序64和操作程序68可以彼此结合地用于确定路径32，挂接辅助系统10可沿着所述路径引导车辆12，以将挂接球34与拖车16的连接器14对准。在诸如通过触摸屏42上的用户输入启动挂接辅助系统10时，例如，图像处理程序64可识别图像数据55内的连接器14并至少尝试根据上述实例中的一个(或两个实例的组合)或通过其他已知手段使用图像数据55来估计连接器14相对于挂接球34的位置28，所述其他已知手段包括通过接收图像数据55内的焦距信息来确定距连接器14的距离Dc和连接器14与车辆12的纵向轴线之间的偏移的角度αc。图像处理程序64还可以被配置为整体识别拖车16，并且可以单独使用拖车16的图像数据或者与连接器14的图像数据组合使用，以确定拖车16的取向或航向33。以这种方式，可以进一步推导路径32以使车辆12相对于拖车16对准，其中车辆12的纵向轴线13在拖车12的航向33的预先确定的角度范围内。值得注意的是，这种对准可不要求车辆12的纵向轴线13与拖车16的航向33平行或共线，而是可以简单地在一定范围内，该范围大致允许挂接球34与连接器14连接而不会使车辆12和拖车16之间发生碰撞，并且可以进一步允许使用车辆12实时控制拖车16的倒退。以这种方式，该角度范围可以是这样的，即在操作程序68结束时车辆12与拖车16的对准使得纵向轴线13和航向33之间的角度小于联接时车辆12和拖车16之间的弯折角或其合理估计。在一个实例中，该角度范围可以使得纵向轴线13在任一方向上与航向33共线偏离在大约30°内。在各种实例中，诸如当拖车16的长度L已知时，该角度范围可以更大(如果允许)或者可以更小，其取决于系统10的期望容差。
如下面进一步讨论的，系统10(包括成像系统18和/或接近传感器阵列54)的某些方面可限制系统10在所有设置或条件下确定连接器14位置28的能力，系统10的另外的方面可用于将用户引导到其中最大化系统10确定连接器14位置28的能力的设置，或者利用替代手段来确定连接器14位置28。当位置信息被收集时，则可以根据连接器14在图像数据55的视野内的位置28来使用所述位置信息，以确定或估计连接器14的高度Hc。一旦连接器14的定位Dc、αc已经确定并且可选地由用户确认，控制器26就可至少控制车辆转向系统20来控制车辆12沿着期望路径32的移动以将车辆挂接球34与连接器14对准。
继续参考图3，同时另外参考图2，在一个实例中，如上所述已经估计了连接器14的定位Dc、αc的控制器26可执行路径推导程序66以确定车辆路径32，从而将车辆挂接球34与连接器14对准。具体地，控制器26可以将车辆12的各种特性存储在存储器62中，所述各种特性包括轴距W、从后轴到挂接球34的距离(其在本文称为牵引杆长度L)以及转向轮76可转动的最大角度δ最大。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 BDA0002203033030000121
其中轴距W是固定的，并且转向角δ可通过控制器26与转向系统20通信而进行控制，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 BDA0002203033030000122
路径推导程序66可以被编程为推导车辆路径32，从而将车辆挂接球34的已知位置与连接器14的估计位置28对准，这将所确定的最小转弯半径ρ最小纳入考虑以允许路径32使用最小量的空间和操纵。以这种方式，路径推导程序66可使用车辆12的位置(其可以基于车辆12的中心36、沿着后轴的位置、航迹推算装置24的位置或坐标系82上的另一已知位置)来确定距连接器14的横向距离和距连接器14的前向或后向距离，并推导路径32，所述路径在转向系统20的限制内实现车辆12所需的横向和前向-后向移动。路径32的推导还考虑了基于长度L的挂接球34相对于车辆12的跟踪位置(其可以与车辆12的质心36、GPS接收器的位置或另一个指定的已知区域对应)的定位，以确定车辆12的所需定位，来将挂接球34与连接器14对准。
以这种方式，需要在可接受的精度水平内确定连接器14的位置28，以执行路径推导程序66和车辆12随后沿着该路径的自动倒退。系统10的各种特性或限制可能影响系统10在某些条件下或在某些设置下识别从成像系统18接收的数据中的连接器14的能力，这可能影响控制器26使用图像处理程序64确定连接器14的位置28的能力。以这种方式，考虑到车辆12和系统10的特性，系统10通常可以被配置为引导用户相对于拖车16定位车辆12，以增加控制器26识别图像数据55中的连接器14的能力。如图4所示，这个方向可以通过将“目标区域”45呈现为呈现在屏幕44上的图像数据55的实时视频图像53上的图形覆盖来给出，所述图像数据来自成像系统18中的一个或多个摄像头48、50、52a、52b。可以根据系统10和车辆12的各种特性推导和/或在屏幕44上呈现目标区域45，所述各种特性包括摄像头48、50、52a、52b的分辨率和图像处理程序64的对应精度，以及车辆12的转向轮76的最大转向角δ最大，以及其他可能的特性，并且可以将这些特性和系统要求与总体上提供系统10的广泛可用功能的期望相平衡。以这种方式，目标区域45可要求将连接器14和/或拖车16置于距车辆12一定距离内，包括在距车辆12的最大距离和最小距离内，以及在距车辆12的预先确定的最大横向偏移内。当启动时，系统10可以自动尝试识别目标区域45内的连接器14或立即提示驾驶员将车辆12定位成使得连接器和/或拖车16在目标区域45内，同时当已经实现这种定位时(包括当车辆12和拖车16的初始位置满足该要求时)，指示驾驶员(例如，通过按下按钮)予以确认。如果系统10在目标区域45内寻找连接器14但是无法找到一个连接器，则随后可以给出这样的提示，其中系统10在给出确认时尝试识别连接器14。
如果驾驶员可以在视觉上确定已经实现了适当的定位，或者如果驾驶员已经指示已实现适当的定位，但是系统10仍然不能定位连接器，则外部便携式电子装置的上述使用可以用作确定拖车16的定位和/或取向的替代手段。在一个实例中，便携式电子装置可以是智能电话96等。在许多情况下，智能电话包括一系列内部装置和部件，包括用于确定智能电话96的位置的那些，以及用于确定电话本身的定位或移动的那些。在各种实例中，这些装置包括GPS装置和/或电路(其可以包括与定位卫星的网络通信的专用GPS部件和/或可以使用来自已知源(包括蜂窝和数据网络信号、WiFi信号等)的信号强度确定智能电话96的位置的GPS增强或复制电路或程序设计)，以及加速度计、陀螺仪或其组合。以这种方式，通过将智能电话96定位在预先确定的位置或区域，或者定位在拖车16的预先确定的特征上，智能电话96关于其位置和定位的数据可以被用作或推导连接器14和/或拖车16的位置和定位。可以使用或提供各种其他装置来获得这种信息，包括各种专用的GPS装置等，或者可以制造和设计专门与系统10一起使用并且例如与具有本文所述能力的车辆14一起出售或提供的专用装置。应当注意，如本文所使用的，术语“外部”不一定意味着外部便携式电子装置始终(包括当定位和取向数据被系统10获取时)在车辆外部。而是，外部意味着便携式电子装置不是安装的车辆部件(即未安装在车辆中)。如上所述，便携式电子装置可以作为“附件”提供给车辆。在另一个实例中，便携式电子装置可以是用户自己的装置，包括智能电话96、GPS装置等，在驾驶员在车辆12内部时，该便携式电子装置可能在车辆12的内部，并且还可以在各种情况下通过电线(例如，充电或通信电缆)与车辆12联接，但是在进行测量时仍然可以从车辆12移除并且将是外部的，如本文所述。
如图5所示，通过将智能电话96放置在拖车16的舌杆104上的预先确定的位置，并且智能电话96相对于舌杆104具有预先确定的取向，可以使用智能电话96或具有上述特性或部件的其他便携式电子装置测量连接器14的位置和取向。在许多情况下，具有确定其自身取向能力的智能电话96在参考系内进行这种操作，当用户握持智能电话时，所述参考系与智能电话的预期定位对准。因此，大多数智能电话96具有限定其轴线97的细长形状，该轴线被建立为智能电话96的航向线，因为电话最经常以竖直或延伸方向被保持。此外，智能电话96通常包括陀螺仪或加速度计，所述陀螺仪或加速度计可用于检测智能电话96的移动，并且还可以确定智能电话96沿着轴线97以及与其大致垂直的第二轴线的瞬时或静态取向。这种取向通常表现为这种轴线在每个方向上相对于水平面的角度，并且因此当智能电话96平放在水平表面上时，这种取向具有0°,0°值。以类似的方式，智能电话96确定其位置数据还可以包括或产生关于智能电话96的航向33的上述数据。在各个方面，该数据可以从智能电话96内的上述GPS电路或模块获得，或者从用于实施智能电话96的罗盘特征(其可包括电子磁罗盘等)的附加电路或专用模块获得。同样，智能电话96的航向通常位于沿着轴线97的参考系中，使得航向数据是相对于轴线97的北方向(即0°)的角度。以这种方式，在各个方面，上面讨论的取向数据可以包括拖车16在一个或多个轴线上的航向数据和角度取向中的一个或多个。定位数据可以与智能电话96的取向无关，并且在一个实例中，可以是根据已知格式等的GPS坐标。
继续参考图5，可以通过将智能电话96定位在拖车16的舌杆104上，使得智能电话96的长轴线97大致平行于舌杆104(其是具有容易辨别的方向的细长元件)延伸，或者使智能电话96的边缘沿着舌杆104的上边缘中的一个延伸，从而可以使用智能电话96确定拖车16的方向取向。以这种方式，可以通过界面106在智能电话96本身上传送或显示的方向取向信息110可以与拖车16的航向33相对应。如图6所示，角度取向数据可以用类似地放置在拖车16的舌杆104上的智能电话96获得。如图所示，智能电话96可以定位成平放在舌杆104上，使得智能电话96相对于水平面的任何角度都可以归因于拖车16，从而允许角度信息112(其也可以在界面106上呈现)用作拖车16的角度取向数据。在一个方面，系统10可以仅利用与智能电话96沿着轴线97的角度相关的数据，该数据可以用作拖车舌杆104围绕其轴84的角度87，以确定路径32的端点35，如下面关于图8至图10所讨论的。
连接器14的定位数据可以以类似的方式获得，其中智能电话96类似地放置在沿着拖车16预先确定的位置。在一个实例中，位置数据可以与航向33和角度87数据同时获得，包括在相对于连接器14的预先确定的位置。可以理解的是，拖车16的连接器14通常可能缺乏足够尺寸的平坦表面来定位和安置智能电话96以使智能电话的航向和角度位置充分反映拖车16的航向33和角度87，使得智能电话96沿着舌杆104的定位对于这种测量是优选的，但是需要智能电话96从连接器14移位。因此，为了同时获得定位和取向数据，智能电话96可以被放置在距离连接器14预先确定的已知偏移诸如一英尺等处，该偏移可以由用户近似并且考虑在系统10内给出合理的容差(例如，随着连接器14在图像数据55内变得清晰所述系统可以更新位置数据)。在另一个实例中，当拖车12包括可用于在自动拖车倒退操作期间确定挂接角度的目标或其他应用特征时，如上所述，用户可以将智能电话96直接定位在目标上，其中系统10知道从目标到连接器14的距离以用于这种拖车倒退目的。可替代地，当收集或获得位置数据时，用户可以将智能电话96直接定位在连接器14上。
在上述布置中，智能电话96可以与系统10的上述部件中的一个或多个无线连接，使得智能电话96(至少当在此类部件实现它们之间的无线连接的范围内时)可以被认为是系统10的部件。如图2所示，在一个实例中，智能电话96可以直接或通过控制HMI 40的总体车辆系统(例如，车载计算机或通信系统)与车辆HMI 40无线连接。通过HMI 40与控制器26连接，由智能电话96收集的取向和位置数据可以从HMI 40传递到控制器26。系统10的各种界面或操作可用于促进使用智能电话96或另一个具有类似能力的便携式电子装置收集拖车16的定位或取向数据。在一个实例中，如图7所示，HMI 40可以在屏幕44上呈现用于获得定位和取向数据的界面114。在该实例中，可以结合拖车16图像示出车辆12的图示(拖车图像可以是静态示例性图像或基于由图像处理程序64实现的拖车16的位置的充分估计的重现，其虽然不足以用于路径推导或操作程序66、68，但对于此类目的是可接受的)，并且图示了智能电话96定位在拖车16上用于收集定位和取向数据。
界面114还可以包括用于显示收集的信息的字段100a至100d。具体地，第一字段100a可以包括用于输入拖车标识符的位置，该拖车标识符可以是用户可以提供的特定名称或数字。由于系统10可以将此类标识符存储在存储器62中，界面114还可以包括按钮102a(其可以是虚拟按钮)，该按钮用于用户访问先前存储的拖车标识符的列表，用户可以从该列表中选择拖车标识符以与待收集数据相关联。提供此类标识可允许用户在停放此类拖车16并将所述拖车从车辆12上脱离时存储来自多个拖车的数据，从而允许用户针对停放在相同邻近区域的多个拖车16中的特定拖车再调用此类信息以便随后脱离，而系统10不必尝试识别特定拖车16。如果可能，考虑到其他系统10标准，该功能将进一步允许路径推导程序66在系统10激活时立即确定将挂接球38与连接器14对准的路径。这种标识选择还允许系统10访问任何其他存储的拖车特性(包括拖车长度L)，如果此类信息存储在存储器62中，则其可以与下面讨论的附加功能结合使用。
另外，界面114可以包括用于拖车16位置和取向的输入或显示的附加字段100b、100c、100d，包括拖车航向33和“舌杆水平”(例如，其类似于舌杆104的角度，并且可以与沿着智能电话96的轴线97获得的角度取向信息相对应，如上所述)。以这种方式，系统10可以被设置为针对每个数据单独进行测量，其具有对应的按钮102b、102c、102d用于启动每个特性的测量，所述测量可以按所列序列进行，或者按照用户期望的顺序进行。可替代地，系统10可以被配置为同时(或以自动序列)测量所有特性，并且可以仅包括单个这样的按钮。在另外的实例中，智能电话96可以包括便于数据收集的应用程序或其他程序，其可以呈现类似于HMI界面114的界面106的变型，包括本文所论述的变型。智能电话96应用程序可以通过应用程序编程接口(“API”)等获得对上述测量部件的访问，使得智能电话96可以使用应用程序和界面106自动化数据收集并向用户U提供用于这种操作的相关指令。此外，如上所述，应用程序可以访问智能电话96的无线通信装置，以将收集的数据(包括通过HMI 40)传送到控制器26。在各个方面，取决于车辆12的能力和安装的部件，这种无线通信可以通过与车辆12的
Figure BDA0002203033030000181
连接和/或与车辆12的WiFi连接来操作。
在另外的实例中，HMI 40单独可以仅使用智能电话96的预先安装特征或功能引导用户U完成数据收集，所述预先安装特征或功能包括安装的罗盘、GPS和使用集成的GPS、罗盘、陀螺仪和/或加速度计装置的水平功能。在该实例中，图7的界面114可以呈现在HMI 40上，并且用户U激活与特定字段100b、100c、100d相关联的预先安装的应用程序以各个地获得数据值，然后使用与HMI 40相关联的输入装置或呈现在HMI 40上并可通过触摸屏42操作的数字键盘将其输入到字段中。以这种方式，系统10可以通过用户输入从智能电话96或其他便携式电子装置获取位置和取向数据。在上面讨论的替代布置中，其中应用程序也安装在智能电话96上，用户U可以按下单个按钮然后由HMI 40提示将智能电话96放置在拖车16的相关区域(例如，舌杆104上)。然后，系统10可以等待来自用户U的“就绪”指示，所述指示通过使用类似按钮在智能电话96上进行输入或者借由来自智能电话96的与智能电话一致地被放置在表面(例如，舌杆104)上的加速度计的信号传达，此时应用程序可以访问智能电话96上的相关装置以收集位置和取向数据。然后，系统和/或智能电话96可以填充成功获得数据的字段100b、100c、100d，其中用户U针对初始循环无法获得测量结果的任何特性启动特定数据收集程序。如果没有以这种方式获得测量结果，则如上所述，在通过HMI 40或智能电话96输入相关字段100b、100c、100d之前，可以手动收集信息。当该过程完成时，可以按下附加按钮102e以结束该过程和/或初始确认信息已经收集。在随后的确认操作中，系统10可以在HMI 40上显示包括与从智能电话96获取的位置和取向数据相对应的图像数据55的指示，如图4所示，以供用户视觉地确认该数据确实与屏幕44上可见的拖车16的总体位置和取向相对应。在这样的初始和/或最终确认之后，可以向用户U呈现启动操作程序68的选项，如下文进一步所述的。
作为智能电话和车辆12之间的上述无线连接(通过HMI 40或以其他方式)的补充或替代，智能电话96可以通过有线连接与车辆12连接，包括连接到HMI 40或与其相关联的控制车载计算机或通信/娱乐系统。这种有线连接可以包括通过电缆方式连接在智能电话96和车辆12之间的通用串行总线(“USB”)连接，其可以为智能电话96供电，以及提供智能电话96和相关联的电路/部件之间的数据连接。以这种方式，智能电话96可以在与车辆12相关联的无线装置的范围以外使用，或者在无需首先与这样的系统或装置连接的情况下使用，或者当这样的装置不活动时(例如，当车辆12不运行并且其供电部件关闭时)使用，其中上述可选应用程序收集位置和取向数据并将其存储在智能电话96内的存储器中，所述智能电话可以从车辆移除，并且在进行测量时将位于外部。随后，智能电话96可以经由有线连接连接到车辆12，并且数据可以被传输并存储在存储器62中。应进一步注意，当无法建立无线连接时可以采用这种方案，其中在智能电话96和车辆12之间建立无线连接时无线地传输数据。
在系统10的上述变型中，以绝对的格式或结构从智能电话96获得位置和取向数据，将拖车16位置(包括连接器14位置28)和航向33置于基于地球的坐标系上。以这种方式，车辆12还可以使用其自己的包括定位系统22在内的系统和功能，其除了航迹推算装置24之外还包括罗盘和GPS。以这种方式，路径推导程序66可以将车辆的位置和取向(通过其可以确定挂接球38的位置)与拖车16的位置和取向进行比较，以便出推导出倒退路径32，以将挂接球38与连接器14对准。在替代布置中，可以相对于车辆12获得拖车16的位置和取向。在一个这样的实例中，应用程序108可以使用加速度计和/或陀螺仪数据以确定智能电话96在数据收集过程期间的移动。这种移动可以包括在挂接球38上预先确定的位置(即，其中轴线97垂直于车辆12的保险杠)的初始轻击，随后在舌杆104上的后续轻击。在这样的轻击之间，应用程序108可以使用加速度计和陀螺仪数据确定智能电话96在挂接球38和拖车16舌杆104之间移动的方向和速度，其中智能电话96的时钟还被用于将速度和方向信息转换成位移。其他过程(包括上述过程的组合)也是可能的。
如上所述，路径推导程序66可以确定路径32的端点35，以实现挂接球34和连接器14之间的对准，其中车辆轴线13和拖车航向33之间的对准在预先确定的角度范围内，如上所述。以这种方式，如图8至图10所示，连接器14在本文中称为“行驶方向”的方向上的位置28，所述行驶方向是与车辆12所在的地面大致平行(即垂直于竖直方向)的方向，地面本身大致限定了行驶平面(其本身不一定是平坦的)。具体地，在图8至图10所示的单轴拖车16中，当连接器14围绕轴84旋转时，连接器14可以在水平方向上朝向和远离轴84移动。以这种方式，连接器14的水平和竖直移动是连接器14围绕轴84和沿着轨迹86的整体旋转移动的方向分量，如图所示，所述轨迹呈现围绕轴84的弧形路径的形式。因此，当车辆12朝向拖车16倒车，倒至导致挂接球34与连接器14竖直对准的车辆路径32的端点35时，连接器14的升高的位置28在连接器14降低到与挂接球34水平对准的位置中时将导致连接器14与挂接球34之间不对准。因为需要这种水平对准来将挂接球34接收在连接器14内，以便将车辆12与拖车16联接，所以这种不对准是不希望的。以这种方式，挂接辅助系统10可通过确定连接器14沿竖直方向的移动Δy来补偿连接器14沿远离轴84的行驶方向的将挂接球34接收在连接器14内所需的水平移动Δx。
如上所述，挂接辅助系统10可以向控制器26提供图像数据55，所述图像数据可以由图像处理程序64(通过上述过程或通过其他可用过程)使用，以确定挂接球34的高度Hb(即包括连接器14的位置28的数据的竖直分量)。此外，挂接辅助系统10可将挂接球34的高度Hb存储在存储器62中或者可以其他方式对其进行确定。在一个实例中，在用于挂接辅助系统10的初始设置程序期间，用户可被提示通过利用定位在车辆12的后方上的接收器组装包括挂接球34的球架来安装挂接球34。然后可以要求用户测量挂接球34的高度Hb(诸如测量其顶部或中心)并且例如通过HMI 40将该测量结果输入到存储器62中。以这种方式，与特定车辆12结合使用的多个挂接球34的多个不同高度测量结果可存储在存储器62中并且可由用户选择。在另一个实例中，挂接球34可以位于后视摄像头48的视野49内，如图4所示，使得可在实时或按需的基础上处理图像数据55，以确定挂接球34的高度Hb。
如图9所示，鉴于连接器14的位置28的竖直分量，用于确定将挂接球34放置在期望位置38d以与连接器14对准的车辆路径32的端点35的策略涉及计算连接器14围绕轴84移动的实际或近似轨迹86。然后，如上所述或以其他方式推导端点35，以将挂接球34放置在该轨迹86上的期望位置38d处。实际上，这种方案通过确定连接器14的高度Hc与挂接球34的高度Hb之间的差值来实施，所述差值表示连接器14将降低以与挂接球34接合的竖直距离Δy。然后，使用所确定的轨迹86来将竖直距离Δy与由竖直距离Δy引起的连接器14在行驶方向上的移动的对应水平距离Δx相关联。当路径32以笔直倒退区段结束(如图3所示)时，此水平距离Δx可以作为其期望的端点35直接输入到路径推导程序66中，或者可以应用为到从连接器14的初始确定位置28推导的端点35的偏移。
继续参考图9，通过假设连接器14围绕与挂接球34的高度Hb处于相同高度的点枢转，可以简化的方式对轨迹86进行大致准确的估计。以这种方式，不需要已知轴84的高度。以这种方式，轨迹86可以被确定为具有对应于拖车16的牵引杆长度L的半径的弧，所述牵引杆长度L是连接器14与枢转点87之间的水平距离，这样的弧以枢转点87为中心。因此，挂接辅助系统10必须利用针对牵引杆长度L的某一值。在一个实施方式中，牵引杆长度L可以是存储在存储器62中的恒定值，其通常对应于与特定类型的车辆12一起使用的确定的典型拖车长度的平均值，其可以给出轨迹86的可接受的计算。在另一个实施方式中，一组不同的牵引杆长度L可存储在存储器62中并且可对应于可以由用户选择或通过图像处理程序64确定的各种拖车类型(例如，船、公共设施、休闲车等)的不同平均长度。更进一步地，各种相关的车辆系统(包括拖车倒退辅助系统的各种实施方式)可提供简化的用户界面，以在拖车16的倒车期间控制车辆12，诸如在美国专利申请号14/736,391中所描述的那些内容，所述申请的全部公开内容以引用的方式并入本文。挂接辅助系统10可包括在具有这样的附加系统或相关能力的车辆中，使得通过操作拖车倒退辅助系统获得的针对牵引杆长度L的值可以由挂接辅助系统10用于确定轨迹86。在一个特定方面中，挂接辅助系统10可包括作为默认设置存储在存储器62中的一个或多个上述平均牵引杆长度L，从而允许挂接辅助系统10在不需要输入或推导的针对牵引杆长度L的测量结果的情况下进行操作，同时允许使用特定值(当输入或可用时)。
鉴于针对牵引杆长度L的特定值，挂接辅助系统10可使用连接器14的位置28的竖直分量的确定(对应于连接器14的高度Hc)以及挂接球34的高度Hb来推导用于确定路径32的端点35的调整偏移Δx的针对连接器14的竖直移动Δy的值。在假设拖车16是两轮单轴拖车16(如图4至图6所示)的情况下，可假设拖车枢转点87与挂接球34等高，当拖车16与车辆12联接时，拖车16的底板89与地面平行，并且连接器14不会独立于拖车16的其余部分升高或降低(并且仅通过围绕枢转点87旋转而升高)，以下等式可用于确定调整偏移Δx：
Figure BDA0002203033030000221
在不能进行任何上述假设的情况下，诸如当实际拖车16的几何形状与涉及假设条件的几何形状不同时，使用所确定的偏移Δx推导的路径32的端点35可能不足够准确，从而不可在连接器14朝向挂接球34降低时将连接器14与挂接球34对准。挂接辅助系统10可被配置为允许补偿此类变化。例如，可以修改等式(3)以允许输入轴84的高度，使得轨迹86可以围绕轴84定位，从而补偿未与挂接球34水平对准的枢转点87。进一步地，当连接器14和挂接球34接合时，挂接球34与枢转点87之间的任何差值可用于确定非零的底板89的角度。可替代地，此角度的测量结果可被输入并在修改版本的等式(3)中使用，并且确定枢转点87的高度。
可以理解的是，这种确定包括初始确定连接器14的高度Hc，如上所述，这是结合图像处理程序64使用成像系统18获得的。如上面进一步讨论的，一些设置或环境特性可能使得连接器高度Hc的确定(以及沿着行驶平面的连接器位置28，如上所述)变得困难。以这种方式，当使用成像系统18和图像处理程序64未获得此类信息时，如上所述，包括使用智能电话96获得的拖车角度87的取向数据可以用于确定连接器14在行驶方向上移动的水平距离Δx。在一个实例中，当获取的位置和取向数据与具有存储在存储器62中的对应长度L的特定拖车16(如上所述)相关联时，角度87或“拖车水平”可以与长度L结合使用来确定偏移Δx，包括通过估计拖车16在挂接球38高度处的旋转点，并且当连接器14以与连接器高度Hc已知时的这种确定类似的方式与挂接球38接合时假设拖车角度为0°。在替代方案中，当特定拖车长度L未知时，可以使用基线估计，或者可以询问用户拖车16是长、中还是短，其中特定的长度范围与之相关联，并且特定的平均数或平均长度值用于偏移Δx确定。在另外的替代方案中，智能电话96(或其他便携式电子装置)也可用于通过请求用户将智能电话96定位在拖车16上与轴84竖直对准的位置确定拖车长度L，其中将轴84的位置数据与连接器14的位置数据进行比较以确定拖车长度L，其中推导的值可以与偏移确定和使用拖车长度L的任何附加系统10功能结合使用。
如上所述，一旦已经使用上述任一偏移确定方案确定了包括端点35的期望路径32，则允许控制器26至少用(无论是由驾驶员控制还是由控制器26控制的，如下所述)控制车辆12的速度(前向或后向)的动力传动系统控制系统72和制动控制系统70来控制车辆12的转向系统20。以这种方式，控制器26可以从定位系统22接收关于车辆12在其移动期间的位置的数据，同时根据需要控制转向系统20，以保持车辆12沿着路径32。具体地，已经基于车辆12和转向系统20的几何形状确定的路径32可根据车辆12沿着其的位置调整由路径32决定的转向角δ。另外应注意，在一个实施例中，路径32可包括取决于经追踪的车辆位置的转向角δ调整的进展。
如图3所示，可确定车辆路径32以在可能的最小区域内和/或以最低数量的操纵实现所需的横向和后向移动。在图3所示的实例中，路径32可以包括由车轮76在不同方向上转向所限定的两个部分，用于共同遍历车辆12所需的横向移动，同时提供最终的笔直向后倒退区段，以使挂接球34与连接器14成上述偏移对准。应当注意，可以使用所描绘的路径32中的变化。应进一步注意，对连接器14的定位Dc、αc的估计结果可在车辆12遍历路径32时(包括将车辆12定位在拖车16的前面以及在车辆12接近连接器14时)变得更准确。因此，此类估计结果可连续地推导并且用于在确定路径32的调整后的端点35时根据需要更新路径推导程序66，如上所述。以类似的方式，一旦图像处理程序64可以在图像数据55中识别连接器14，即可微调使用从智能电话96获取的位置和取向数据推导的路径32，其中随着图像数据55在接近拖车16期间变得越来越清晰，类似地推导出的路径32持续更新。应进一步注意，在可以进行这样的确定之前，航迹推算装置24可以用于追踪车辆12沿着路径32朝向最初推导的端点35的移动的位置。
现转向图11至图14，操作程序68可继续引导车辆12，直到挂接球34处于相对于连接器14的期望位置38d，以便当连接器14降低到与挂接球水平对准处时，连接器14与挂接球34接合。在上面论述的实例中，图像处理程序64在执行操作程序68期间(包括当连接器14随着车辆12沿着路径32连续移动(如图11所示)进入后视摄像头48的更清晰的视野(如图12所示)时)持续地或者一旦可用则连续监测连接器14的定位Dc、αc。如上所述，车辆12的位置也可由航迹推算装置24监测，其中连接器14的位置28被连续更新并且被输入到路径推导程序66中，在所述情况下(包括随着车辆更靠近拖车16移动，如图13所示)，路径32和或端点35可被完善或者应被更新(因为例如由于更接近的分辨率或另外的图像数据55而改进的高度Hc、距离Dc或偏移角αc信息)。更进一步地，可假设连接器14是静止的，使得可通过继续追踪连接器14来追踪车辆12的位置，以消除使用航迹推算装置24的需要。以类似的方式，操作程序68的修改的变型可通过预先确定的操纵序列进展，所述操纵序列涉及以等于或低于最大转向角δ最大的角度将车辆12转向，同时追踪连接器14的位置Dc、αc以将已知的挂接球34的相对位置会聚到其相对于连接器14的追踪位置28的期望位置38d，如以上所述并如图14所示。
现转向图15，示出使用挂接辅助系统10将车辆挂接球34与拖车连接器14对准时的步骤的流程图。具体地，在步骤210中，启动挂接辅助系统10。一旦启动210挂接辅助系统10，控制器26就可使用成像系统18来使用任何或所有可用的摄像头48、50、52a、52b扫描可视场景(步骤212)。然后可使用场景扫描(步骤212)来识别连接器14以及可选地相关联的拖车16，这可以由用户在所述拖车内进行确认。如上所述，车辆12 45可以在HMI 40上显示为图像数据55的显示上的覆盖，其中驾驶员被指示将对象连接器14定位在车辆12 45内。
如果可以在图像数据55中识别连接器14，可使用可用图像数据55(如上所述，包括使用图像处理程序64)确定在步骤216中识别的连接器14的高度Hc、距离Dc和偏移角αc(步骤218)。如上所述，图像处理程序64可被编程为或以其他方式被配置为在图像数据55内识别拖车16的连接器14(步骤116)。以这种方式，在分析初始场景扫描(步骤112)的结果(步骤114至步骤118)之后，控制器26可以确定用户是否已经确认了连接器14(诸如通过HMI 40)。如果连接器14尚未被确认或者如果确定的连接器14已经被拒绝，则可以继续(包括在指示驾驶员移动车辆12以更好地与拖车16对准时)进行场景扫描(步骤112)，包括通过将连接器14定位在车辆12 45内，直到识别出连接器14。
如果在图像数据55中没有识别出连接器14，包括当驾驶员不能或不希望将连接器14与车辆12 45对准时，或者当连接器14在车辆12 45内但不能被识别时(包括由于环境光照条件、天气、障碍物等)时，系统10可以启动220上述过程，用于使用智能电话96或其他相当的便携式电子装置获取拖车16和/或连接器14的位置和取向获取。如图15所示，并且如上进一步所述的，系统10然后可以根据任何上述过程使用智能电话96获得222、224定位和航向33数据以及舌杆水平数据。
当已经识别并确认了连接器14时，路径推导程序66可用于在步骤226中确定车辆路径32，以将挂接球34与连接器14对准。以这种方式，从图像数据55或从智能电话96获取的数据中提取连接器14的定位Dh、αh，并且将其用于将连接器14放置在将图像坐标与车辆12周围区域的现实世界坐标相关联的存储数据内。在这样做时，控制器26使用路径推导程序66来确定路径32(步骤226)，以便在连接器14根据需要(步骤228)降低到挂接球34之上的接合位置时将挂接球34与连接器的预测位置28对准，如上面关于图3至图10所述。
一旦已经推导出路径32，挂接辅助系统10可要求用户U至少放弃对车辆12的方向盘(以及可选地，在上述的挂接辅助系统10的实施方式中，节气门73和致动器70，其中控制器26负责在执行操作程序68期间控制动力传动系统控制系统72和制动控制系统)的控制。当(例如，使用扭矩传感器80，如上所述)已经确认用户U并未试图控制转向系统20时，控制器26开始使车辆12沿着确定的路径32移动。然后，当用户U或控制器26使用动力传动系统控制系统72和制动控制系统70控制车辆12的速度时(步骤230)，挂接辅助系统10控制转向系统20(步骤232)以保持车辆12沿着路径32。如上所述，控制器26或用户可以在追踪连接器14的位置Dc、αc(步骤232)直到车辆12到达端点35的同时至少控制转向系统20，其中车辆12挂接球34到达用于与连接器14进行期望的对准的期望位置38d，在所述点处，操作程序68可通过以下方式结束(步骤234)：通过控制制动系统70，以致使车辆12停止(其可随着车辆12接近这一点逐步进行)；或者通过在停用挂接辅助系统10之前向用户发出命令以使车辆12停止(其也可以随着车辆12接近期望位置逐步或通过倒计时进行)。然后，可以正常驱动车辆12，其中系统10保持空闲，直到接收到重新激活输入236，此时上述方法在扫描步骤212处重新开始。
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“联接”(以其所有形式，联接、联接的、被联接的等)一般表示两个部件彼此(电气或机械)直接地或间接地联结。这种联结可以本质上是固定的或本质上是可移动的。这种联结可以用两个部件(电气或机械)实现，并且任何附加的中间构件可以彼此或与两个部件一体地形成为单个整体。除非另有说明，否则这种联结可以本质上是永久性的，或可以本质上是可移除或可释放的。
同样重要的是要注意，如示例性实施例中所示的本公开的元件的构造和布置仅是说明性的。虽然在本公开中已经详细描述了本创新的仅若干实施例，但是审查本公开的本领域技术人员将容易理解，在实质上不脱离所叙述的主题的新颖教导和优点的情况下，许多修改是可能的(例如，各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数的值、安装布置、使用材料、颜色、取向等的变化)。例如，示出为一体地形成的元件可以由多个零件构成，或者示出为多个零件的元件可以一体地形成，接口的操作可以颠倒或以其他方式变化，结构和/或构件的长度或宽度或连接器或者系统的其他元件可以改变，并且可以改变元件之间提供的调整位置的性质或数量。应当注意，系统的元件和/或组件可以由提供足够强度或耐用性的多种材料中的任何一种以各种颜色、纹理和组合中的任何一种构成。因此，所有此类修改旨在被包括在本创新的范围内。在不脱离本创新的精神的情况下，可以在期望的和其他示例性实施例的设计、工况和布置方面进行其他替换、修改、改变和省略。
应当理解，可在不脱离本发明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。
根据本发明，提供了一种车辆挂接辅助系统，所述车辆挂接辅助系统包括控制器，该控制器从外部便携式电子装置获取包括拖车及其包括的连接器的位置和取向数据的数据，并且使用拖车和连接器中至少一个的位置和取向数据推导车辆路径，以将车辆的挂接球与连接器对准。
根据一个实施例，取向数据包括拖车的方向航向，并且控制器推导车辆路径以使车辆纵向轴线与拖车的方向航向在围绕挂接球的预先确定的角度范围内对准。
根据一个实施例，位置数据包括连接器在车辆所在的行驶平面上的位置。
根据一个实施例，本发明的特征还在于与控制器无线连接的智能电话，其中智能电话是外部装置，并且包括可用于获得取向和位置数据的至少一个内部部件。
根据一个实施例，本发明的特征还在于与控制器通信的人机界面，该控制器使得人机界面显示至少一个提示，该至少一个提示指示用户操作外部便携式电子装置以使控制器获取位置和取向数据。
根据一个实施例，本发明的特征还在于一个或多个内部检测装置；其中控制器首先尝试从该一个或多个内部检测装置获取数据，所述数据包括拖车的位置和取向数据，并且仅当控制器不能从该一个或多个内部检测装置获取数据时，使人机界面显示至少一个提示并从外部便携式电子装置获取数据。
根据一个实施例，位置和取向数据是相对于车辆而言。
根据一个实施例，位置和取向数据是绝对的，并且推导车辆路径以将车辆的挂接球与连接器对准包括将拖车的绝对位置和取向数据与车辆的已知位置和取向数据进行比较。
根据一个实施例，利用定位在拖车的与连接器相邻的舌杆上的外部便携式电子装置获得位置和取向数据。
根据一个实施例，位置和取向数据可存储在控制器可访问的存储器中，并且存储器被配置为存储用于多个拖车和相关联的连接器的位置和取向数据条目，以供控制器选择性地访问。
根据本发明，提供了一种车辆，该车辆具有安装在车辆外部的挂接球以及控制器，该控制器从外部便携式电子装置获取包括拖车及其包括的连接器的位置和取向数据的数据，并且使用拖车和连接器中至少一个的位置和取向数据推导车辆路径，以将车辆的挂接球与连接器对准。
根据一个实施例，本发明的特征还在于转向系统和制动系统，其中控制器还控制转向系统以沿着路径引导车辆并控制制动系统以使车辆停在车辆路径的末端。
根据一个实施例，取向数据包括拖车的方向航向，并且控制器推导车辆路径以使车辆纵向轴线与拖车的方向航向在围绕挂接球的预先确定的角度范围内对准。
根据一个实施例，位置数据包括连接器在车辆所在的行驶平面上的位置。
根据一个实施例，本发明的特征还在于通信系统，其中外部便携式电子装置与该通信系统无线连接，该通信系统可与控制器连接，以便控制器通过通信系统从外部便携式电子装置获取位置和取向数据。
根据一个实施例，本发明的特征还在于与控制器通信的人机界面，该控制器使得人机界面显示至少一个提示，该至少一个提示指示用户操作外部便携式电子装置以使控制器获取位置和取向数据。
根据一个实施例，本发明的特征还在于一个或多个内部检测装置；其中控制器首先尝试从该一个或多个内部检测装置获取数据，所述数据包括拖车的位置和取向数据，并且仅当控制器不能从该一个或多个内部检测装置获取数据时，使人机界面显示至少一个提示并从外部便携式电子装置获取数据。
根据本发明，一种用于辅助车辆与拖车挂接的方法包括从外部便携式电子装置获取包括拖车及其包括的连接器的位置和取向数据的数据，并且使用拖车和连接器中至少一个的位置和取向数据推导车辆路径，以将车辆的挂接球与连接器对准。
根据一个实施例，本发明的特征还在于首先尝试从车辆内的一个或多个内部检测装置获取包括拖车的位置和取向数据的数据，并且仅当不能从所述一个或多个内部检测装置获取数据时，提示用户操作外部便携式电子装置并从外部便携式电子装置获取数据。
根据一个实施例，取向数据包括拖车的方向航向，并且车辆路径进一步使车辆纵向轴线与拖车的方向航向在围绕挂接球的预先确定的角度范围内对准。

Claims (15)

1.一种车辆挂接辅助系统，其包括：
控制器，所述控制器：
从外部便携式电子装置获取数据，所述数据包括拖车及其包括的连接器的位置和取向数据；以及
使用所述拖车和所述连接器中至少一个的所述位置和取向数据推导车辆路径，以将所述车辆的挂接球与所述连接器对准。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述取向数据包括所述拖车的方向航向。
3.如权利要求2所述的系统，其中：
所述控制器推导所述车辆路径以使车辆纵向轴线与拖车的所述方向航向在围绕所述挂接球的预先确定的角度范围内对准；并且
所述位置数据包括所述连接器在所述车辆所在的行驶平面上的位置。
4.如权利要求1所述的系统，其还包括与所述控制器无线连接的智能电话，其中
所述智能电话是外部装置，并且包括可用于获得所述取向和位置数据的至少一个内部部件。
5.如权利要求1所述的系统，其还包括与所述控制器通信的人机界面，其中：
所述控制器使得所述人机界面显示至少一个提示，所述至少一个提示指示用户操作所述外部便携式电子装置以使所述控制器获取所述位置和取向数据。
6.如权利要求1所述的系统，其还包括一个或多个内部检测装置；其中所述控制器：
首先尝试从所述一个或多个内部检测装置获取数据，所述数据包括所述拖车的所述位置和取向数据；并且
仅当所述控制器不能从所述一个或多个内部检测装置获取所述数据时，使所述人机界面显示所述至少一个提示并从所述外部便携式电子装置获取所述数据。
7.如权利要求1所述的系统，其中所述位置和取向数据是相对于所述车辆而言。
8.如权利要求1所述的系统，其中：
所述位置和取向数据是绝对的；并且
推导所述车辆路径以将所述车辆的所述挂接球与所述连接器对准包括将所述拖车的所述绝对位置和取向数据与所述车辆的已知位置和取向数据进行比较。
9.如权利要求1所述的系统，其中利用定位在所述拖车的与所述连接器相邻的舌杆上的所述外部便携式电子装置获得所述位置和取向数据。
10.如权利要求1所述的系统，其中：
所述位置和取向数据可存储在所述控制器可访问的存储器中；并且
所述存储器被配置为存储用于多个拖车和相关联的连接器的位置和取向数据条目，以供所述控制器选择性地访问。
11.一种车辆，其包括：
安装在所述车辆的外部上的挂接球；以及
如前述权利要求中任一项所述的车辆挂接辅助系统。
12.如权利要求11所述的车辆，其还包括：
转向系统；以及
制动系统；
其中所述控制器还控制所述转向系统以沿着所述路径引导所述车辆并控制所述制动系统以使所述车辆停在所述车辆路径的末端。
13.如权利要求11所述的车辆，其还包括通信系统，其中所述外部便携式电子装置与所述通信系统无线连接，所述通信系统可与所述控制器连接，以便所述控制器通过所述通信系统从所述外部便携式电子装置获取所述位置和取向数据。
14.如权利要求11所述的车辆，其还包括与所述控制器通信的人机界面，所述控制器使得所述人机界面显示至少一个提示，所述至少一个提示指示用户操作所述外部便携式电子装置以使所述控制器获取所述位置和取向数据。
15.一种用于辅助车辆与拖车挂接的方法，优选地使用如权利要求1至10中任一项所述的车辆挂接辅助系统，所述方法包括：
从外部便携式电子装置获取数据，所述数据包括所述拖车及其包括的连接器的位置和取向数据；以及
使用所述拖车和所述连接器中至少一个的所述位置和取向数据推导车辆路径，以将所述车辆的所述挂接球与所述连接器对准。
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