CN110944855B - 具有弯折保护的车辆-拖车倒车系统 - Google Patents

Abstract

一种利用倒车系统在倒档行驶中操纵车辆‑拖车组件的方法包括：起始用于倒车系统的倒车模式；确定表示车辆与拖车之间的相对角度的当前相对位置；检索由操作员选择的操作员熟练度设置；基于所选择的操作员熟练度设置和当前拖车校准数据来确定针对当前拖车的最大可允许相关位置；经由输入装置来接收位置调整请求；基于位置调整请求和所选择的操作员熟练度设置来确定新的相对位置请求；将新的相对位置请求与最大允许相对位置设置进行比较，以确定新的相对位置是否低于最大允许相对位置设置；当新的相对位置请求在最大允许相对位置设置内时，将新的相对位置设置为新的相对位置请求。

Description

具有弯折保护的车辆-拖车倒车系统

技术领域

本公开涉及机动车辆，并且更特别地涉及用于机动车辆的高级操作员辅助系统。

背景技术

拖车通常通过拖车挂接装置（hitch）连接到牵引车辆。拖车挂接装置允许拖车围绕挂接装置水平地旋转，使得车辆和拖车组件能够围绕拐角移动。然而，这在车辆倒档行驶时可能会带来困难。当车辆倒车时，其推动拖车。在某些情况下，重要的是拖车笔直地向前或沿着预期的路径移动。操作员常常对用哪种方式转动车辆转向盘以得到拖车的期望的方向变化感到困惑。在车辆中应用错误的转向角度还可能引起拖车弯折（jack-knife）并偏离其路线。

因此，使附接到车辆的拖车倒车常常需要多个人来有效地控制车辆并引导需要车辆和拖车行驶的路径。附加地，那些不习惯操作车辆和拖车系统的人可能在使车辆和拖车倒车的同时精确地控制拖车的路径方面具有一些困难。

本文中提供的背景技术描述是为了一般地呈现本公开的背景的目的。当前署名的发明人的工作，就其在本背景技术章节中所描述的程度而言，以及在提交的时候不可以其他方式被视为现有技术的该描述的各方面，既不明确地也不隐含地被承认为是针对本公开的现有技术。

发明内容

一种利用倒车系统在倒档行驶中操纵车辆和拖车组件的方法，该方法包括：起始用于倒车系统的倒车模式。该方法还包括：利用电子控制单元来确定表示车辆与拖车之间的相对角度的当前相对位置。该方法还包括：检索由操作员选择的倒车系统的操作员熟练度设置。该方法还包括：基于所选择的操作员熟练度设置和当前拖车校准数据来确定针对当前拖车的最大可允许相关位置设置。该方法还包括：经由输入装置来接收位置调整请求。该方法还包括：基于至输入装置的位置调整请求和所选择的操作员熟练度设置来确定新的相对位置请求。该方法还包括：针对所选择的操作员熟练度设置将新的相对位置请求与最大允许相对位置设置进行比较，以确定新的相对位置是否低于最大允许相对位置设置。该方法还包括：当新的相对位置请求在最大允许相对位置设置内时，将新的相对位置设置为新的相对位置请求。该方法还包括：将请求发送到转向系统以针对新的相对位置提供转向控制。

在参考附图考虑以下详细描述和所附权利要求（它们所有都形成本说明书的一部分）时，本发明的其他目的、特征和特性以及操作方法和结构的相关元件的功能、零件的组合以及制造经济性将变得更加显而易见。应理解的是，该详细描述和具体示例虽然指示了本公开的优选实施例，但是仅旨在用于说明的目的，而并不旨在限制本公开的范围。

附图说明

本公开将从详细描述和附图变得更充分地理解，在附图中：

图1是具有本发明的拖车倒车系统的车辆和拖车组件的示意图；

图2是车辆上的倒车系统的第一实施例；

图3是车辆上的倒车系统的第二实施例；

图4是倒车系统反馈特征的第一实施例；

图5是倒车系统反馈特征的第二实施例；并且

图6是用于倒车系统的多个操作模式的图形表示；

图7是用于使用倒车系统的方法的实施例。

具体实施方式

以下描述本质上仅仅是示例性的，并且决不旨在限制本公开、其应用或用途。为了清楚的目的，将在附图中将使用相同的附图标记以识别类似的元件。图1图示了车辆10和拖车11（图2至图3中未示出）。车辆10可以是汽车、卡车、拖拉机等。拖车11可控地固定到车辆10以形成车辆和拖车组件12。车辆和拖车组件12利用本发明的拖车倒车系统14。贯穿本申请，以传统的方式使用向前和向后的相对方向。即，参考车辆10的操作员在驾驶车辆10时将通常面对的方向。因此，在拖车倒车系统14的操作中，车辆10将处于倒档中，并且车辆和拖车组件12向后移动。在使用倒车系统14期间，倒车系统14的操作员还可沿车辆-拖车组件12移动的同一方向而面向“向后”。

参考图1至图2，描述了用于利用拖车倒车系统14的第一实施例。连接输入装置16以允许用户将指令输入到用于拖车倒车系统14的电子控制单元（ECU）22。输入装置16用作操作员与倒车系统14之间的人机接口（HMI），并且可包括多个部件，诸如，输入装置16a和显示器16b。输入装置16a可作为与转向盘分开的控制件而被并入到车辆中，例如，此处被示出为旋钮（knob）样式控制件。至系统中的另外的输入可通过用于车辆的HMI装置而输入。

ECU 22可连接到各种车辆系统24（诸如，动力总成系统24a、转向系统24b、制动系统24c等），以控制并引导车辆和拖车组件12的运动。ECU 22基于用户输入将指令发送到车辆系统24以使车辆和拖车组件12沿着期望的倒车路径移动到最终位置。

ECU 22从输入装置16接收多种输入，以利用倒车系统14来控制车辆和拖车组件12。ECU 22解译各种输入，并且确定输入26正在请求的期望的车辆动作。基于车辆和拖车组件12的当前状态以及期望的车辆动作，ECU 22确定实现期望的车辆动作所需的需要的车辆响应，并且发送（一个或多个）适当的信号以指示各种车辆系统24执行所计算的车辆响应。倒车系统14能够并入有多种输入请求，以从车辆10外部提供对车辆和拖车组件12的完全用户控制。特别地，倒车系统14使用车辆10与拖车11之间的相对位置40（例如，挂接装置角度），以确定校正车辆-拖车位置并确定实现期望的车辆动作所需的车辆响应（即，所需的相对位置变化）。

倒车系统14可使用车辆10上的（一个或多个）相机18来提供车辆10的后视图，相机18视角以幻影示出。相机18优选地是已经安装在车辆10中的相机，诸如倒车相机或环视相机。相机18捕获图像，并且由ECU 22进行的图像分析被用于计算所测量的相对位置40。由ECU 22使用所测量的相对位置40以基于所请求的相对位置40（例如，挂接装置角度）来确定期望的转向角度。当前相对位置40也还可针对用户信息而被显示在装置16上。

ECU 22能够使用图像分析来挑选多个参考特征45，例如拖车11的拐角、拖车11或拖车挂接装置上的贴花或符号等。然后，ECU 22还可学习这些特征之间的多个相对距离47，以计算拖车几何形状并将参考特征45作为具体的拖车11而存储在可由ECU 22访问的存储器中。

除了参考特征45的所述多个相对距离47之外，倒车系统14还将需要知道与拖车11的几何形状相关联的多个相对距离47。倒车系统14能够在学习模式中学习一些拖车几何形状。在知道参考特征45的相对距离47以及知道拖车几何形状的情况下，ECU 22能够计算车辆和/或拖拉机10与拖车11之间的相对位置40，并且实时跟踪相对位置40的变化。ECU 22必须知道车辆10和拖车11几何形状，包括车辆轴距（b_V）、从后轮轴到车辆上的挂接装置点的距离h、拖车的长度（c）、挂接装置点到拖车上的第一轮轴的距离（a）、从地面到挂接装置点的高度（g）以及拖车前部的一些几何形状，即，这些是所述多个参考特征45和相对距离47中的一些。

进一步的扩展是可能的，以基于在向前和/或可能的向后运动中拖车11的先前运动来自我学习拖车11几何形状和长度。每个拖车11具有很大程度上取决于拖车11的长度的某种控制方式。在车辆和拖车组件12处于运动中的同时监测拖车11的运动使得有可能自我学习拖车11几何形状并开始实时跟踪拖车相对位置40。

重要的是注意，自我学习需要车辆动力学的输入和来自（一个或多个）相机18的（一个或多个）视频馈给。也能够利用盲点雷达/激光雷达来确定拖车长度。这些距离可通过操作员利用车辆和拖车组件执行几次预设操纵来学习。ECU 22在校准操纵期间进行测量，且因此计算必要的拖车几何形状并将其存储在用于倒车系统14的ECU 22中。

一旦已执行拖车校准，倒车系统14就将记住拖车11并且可能不需要再次执行校准操纵。操作员可简单地使用车辆HMI从所存储的存储器中选择拖车。例如，如图2和图3中所示出，操作员可使用信息娱乐/导航系统输入和在车辆10的仪表板上可用的显示或其他输入。附加地，输入装置可具有各种其他可用的输入（例如，按钮、下按式旋钮等），或者能够在倒挡过程期间在不被用于输入期望的转向角度时控制用于HMI的选择器。

替代性地，通过将当前图像中的所述多个当前参考特征45和所述多个当前相对距离47与所述多个所存储的参考特征45和所述多个所存储的相对距离47进行比较，ECU 22可自动辨识先前存储的拖车。当车辆和拖车组件12移动并且车辆10与拖车11之间的相对位置改变时，能够通过相机18观察到的所述多个当前参考特征45和所述多个当前相对距离47将改变。因此，在存储的校准结果中所存储的参考特征和所存储的相对距离的数量可大于通过相机观察到的当前参考特征45和当前相对距离47的数量。

附加地，对于新的拖车，初始的当前参考特征45和所述多个当前相对距离47将限于最初能够看到的。一旦处于学习模式，随着实时计算车辆10与拖车11之间的相对位置，就将看得见新拖车11的附加的当前参考特征45和所述多个当前相对距离47。而且，一些拖车几何形状信息将在学习模式期间被确定。因此，新拖车的当前参考特征45和当前相对距离47的数量将小于在学习模式中确定的变为存储的校准结果的一部分的当前参考特征和当前相对距离。存储的校准结果被记录在可由ECU 22访问的存储装置中，并且拖车11现在将是所存储的拖车11。

一旦存储了最大量的拖车并且检测到新的拖车，则删除在最长的时间内未使用的拖车并替换成新拖车。这可以是自动的，或者操作员可能够确认删除在最长的时间内未使用的拖车条目的建议。替代性地，可给予操作员删除哪个拖车的选项。

操作员可能够可视化和/或自定义期望的带有名称的列表。然而，除非在尝试使用倒车系统14之前未执行校准操纵，否则不需要用户交互来学习拖车11。

参考图3，至少一个相机18可以是智能相机18，其中ECU 22与相机18一起并入于壳体中。

参考图1至图3，ECU 22基于输入装置16向右和向左的运动而从输入装置16接收控制信号，并且解译该运动以沿所选择的方向开始转向请求。防弯折措施将限制至任一侧的最大相对位置。拖车11具有可用运动范围30。在可用运动范围30内的是有限的可用运动30（仅示出了一侧）。当输入装置16处于预设的可用运动范围30中时，倒车系统14限制车辆和拖车组件12倒车的最大相对位置，以防止弯折。运动范围30可以是例如可获得的最大运动范围32的25％至35％。当可能发生拖车11的意外弯折时，该特征对于不熟悉使拖车11倒车的个体来说是特别重要的。

然而，当期望大于所允许的运动范围30的运动范围时，可发生情况，并且可能会超控（override）防弯折措施。例如，有经验的用户可能期望相对位置40以避开障碍物48（如图1中所示出），其中期望的相对位置40在所允许的运动范围30之外。在此类情况下，可实现输入装置的最大运动范围32，如虚线之间所示出的。用户可通过例如向下按压而同时沿期望的方向36进一步移动输入装置16来超控预设的可用运动范围30以允许最大运动范围32。当然，在其他实施例中，代替向下按压的是，输入装置可沿某个其他方向移动，例如，向左、向右、向上等。

当输入装置16移动超过所允许的运动范围30并进入最大运动范围32中时，ECU 22接收控制信号以允许相对位置40移动到可用运动范围的完整范围。输入装置16的运动仍将具有相同的请求变化率，例如，将输入装置转动5度仍将请求相对位置的5％增加量，但现在将允许所请求的相对位置扩展通过更大的运动范围。

一种利用倒车系统14来控制车辆和拖车组件12的方法将包括：ECU 22确定输入装置16相对于输入装置16的所允许的运动范围30的位置并基于输入装置16的位置来请求相对位置，其中，所允许的运动范围30将相对位置限制为第一最大值；以及将输入装置16移动到最大运动范围32以请求新的相对位置，其中，该新的相对位置是第二最大值。第二最大值是可用于车辆和拖车组件12的最大相对位置。在倒车系统14中，将输入装置移动到最大运动范围包括向下按压同时沿期望的运动方向进一步移动输入装置16。

图4和图5图示了用于向驾驶员显示拖车11相对位置的多个实施例。相对位置计量器34能够被示出在车辆10内的显示屏16b上。相对位置计量器34提供拖车11与其最大运动范围32的接近程度的实时可视化。相对位置计量器34可显示在中控面板中或仪表板中。它可向操作员提供呈许多种格式的拖车信息，包括滑块计量器36、颜色指示、或车辆和拖车组件的“卡通”图像，以帮助可视化拖车角度。附加地，最大运动范围32能够在拖车图像11的覆盖图上示出。该覆盖图可改变颜色，以指示拖车正在接近。或者，滑块计量器也被示出为覆盖图。相对位置计量器34可与触觉和听觉反馈结合。滑块计量器36可实时显示拖车的相对位置。

在图4中，相对位置计量器34显示梯度。梯度涉及相对位置与所允许的相对位置的接近程度。可由倒车系统基于当前拖车11和操作员熟练度设置来设置梯度。

在图5中，相对位置计量器134显示纯色，该纯色取决于相对位置与所允许的相对位置的接近程度而改变（由箭头图示）。可由倒车系统基于当前拖车11和操作员熟练度设置来设置相对位置计量器134的颜色将改变所在的点。

在另一实施例中，如图6中所图示，倒车系统14可具有用户可选择的操作员熟练度模式，以允许操作员选择倒车系统14如何操作。它们能够基于操作员的经验来选择模式，以使倒车系统14性能朝向舒适性或控制偏置。可由输入装置16或通过车辆10中可用的其他HMI来选择模式。

例如，初学者模式可在倒车系统操作时限制车辆速度（例如，5 kph），弯折保护特征能够将相对位置限制为弯折角度的百分比（例如，80%），基于输入装置的转向角度请求可以是非线性的，从而允许输入装置16的相对于转向控制请求的更大的运动。

中间模式可以是默认设置。在中间模式中，倒车系统14可在倒车系统14操作时限制车辆速度（例如，8 kph），弯折保护特征能够将相对位置40限制为弯折角度的百分比（例如，90%），基于输入装置16的转向控制请求仍然可以是非线性的，但是相对于转向角度请求的运动将更接近。

最后，在高级模式中可限制车辆速度（例如，10 kph），在当操作倒车系统14时期间，弯折保护特征能够将相对位置限制为弯折角度的百分比（例如，98％、100％），并且在受控制的情况下可能够超控，基于相对位置请求的转向控制请求可以是线性的，从而允许更精细地控制拖车11。

在此类情况下，如图6中所图示，初学者模式优先化操作员的舒适性，并且高级模式优先化由操作员进行的控制。

图7图示了控制倒车系统14的方法，于200处示出。该方法通过以下开始：当接收到开始系统输入时，利用倒车系统的ECU来起始倒车系统模式。输入可以是通过输入装置16对倒车系统14的用户激活，或者是车辆10上可用的其他HMI。替代地，当满足当前条件时，可自动开始系统，例如当拖车被附接时，车辆切换到倒档。对拖车附接的辨识可来自ECU 22或另一系统，例如，当拖车制动器被附接之后，制动系统发送信号。

利用ECU 22来确定表示车辆与拖车之间的相对角度的当前相对位置，于204处示出。从连接到ECU 22的存储器中检索先前由操作员选择的倒车系统的操作员熟练度设置，于206处示出。基于所选择的操作员熟练度设置和当前拖车校准数据来确定当前拖车的最大可允许相关位置设置，于208处示出。经由输入装置16来输入位置调整请求并由倒车系统14接收该位置调整请求，于210处示出。基于至输入装置的位置调整请求和所选择的操作员熟练度设置来确定新的相对位置，于212处示出。针对所选择的操作员熟练度设置将新的相对位置与最大允许相对位置设置进行比较，以确定新的相对位置是否低于最大允许相对位置设置，于214处示出。最大允许相对位置是与所允许的运动范围30中的最大值相对应的相对位置。

当新的相对位置请求在最大允许相对位置设置内时，将新的相对位置设置为新的相对位置请求，于216处示出，且然后将请求发送到转向系统24b以针对新的相对位置提供转向控制，于218处示出。如果新的相对位置超过最大允许相对位置设置，则将新的请求设置为最大允许相对位置设置，于220处示出。

替代性地，驾驶员可提供关于超控意图的输入，借此新的相对位置将被设置，无论新的相对位置请求是否超过最大允许相对位置设置，于222处示出。

当操纵完成时（例如，操作员切换离开倒档），倒车模式结束，于224处示出。

该方面的其他实施例包括对应的计算机系统、设备以及记录在一个或多个计算机存储装置上的计算机程序，每一者都被构造成执行所述方法的动作。

尽管已详细描述了用于实施本发明的最佳模式，但是本公开的真实范围不应受如此受限，因为熟悉本发明所涉及的领域的技术人员将认识到在所附权利要求的范围内的用于实践本发明的各种替代性设计和实施例。

Claims (9)

1.一种利用倒车系统在倒档行驶中操纵车辆和拖车组件的方法，所述方法包括：

起始用于所述倒车系统的倒车模式；

利用电子控制单元来确定表示所述车辆与所述拖车之间的相对角度的当前相对位置；

检索由操作员选择的所述倒车系统的操作员熟练度设置；

基于所述所选择的操作员熟练度设置和当前拖车校准数据来确定针对所述当前拖车的最大允许相对位置设置；

经由输入装置来接收位置调整请求；

基于至所述输入装置的所述位置调整请求和所述所选择的操作员熟练度设置来确定新的相对位置请求；

针对所述所选择的操作员熟练度设置将所述新的相对位置请求与所述最大允许相对位置设置进行比较，以确定所述新的相对位置是否低于所述最大允许相对位置设置；

当所述新的相对位置请求在所述最大允许相对位置设置内时，将新的相对位置设置为所述新的相对位置请求；以及

将请求发送到转向系统以针对所述新的相对位置提供转向控制。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括：当所述新的相对位置请求超过所述最大允许相对位置设置时，将所述新的相对位置设置为所述最大允许相对位置设置。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述操作员熟练度设置还包括：针对所述当前拖车确定最大车辆速度设置和转向调整设置。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述操作员熟练度设置还包括：选择初学者、中间或高级设置。

5.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：当所述新的相对位置超过所述最大允许相对位置设置并且从所述输入装置接收到超控请求时，将所述新位置的相对设置为所述最大允许相对位置设置。

6.根据权利要求5所述的方法，所述方法还包括：所述输入装置是旋钮，并且所述超控请求是所述旋钮上的向下压力，所述向下压力足以使所述旋钮沿向下方向移动。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，利用所述电子控制单元基于所允许的运动范围来计算所述新的相对位置，所述所允许的运动范围将所述新的相对位置限制为所述最大允许相对位置设置以防止所述车辆和所述拖车组件的弯折。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，利用由所述电子控制单元和相机接收到的输入来实时计算所述当前相对位置。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电子控制单元具有显示屏，所述显示屏被构造成能够从用户接收输入请求的人机接口。