CN111497817A - 用于车辆对准控制的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了“用于车辆对准控制的系统和方法”。一种被配置为控制挂车对准程序的车辆系统包括安装在车辆上的挂接件和控制器。所述控制器被配置为识别挂车的联接器位置并且控制所述车辆朝向对准位置的运动。所述控制器还被配置为计算相对于所述联接器位置的停止阈值。所述停止阈值包括与所述联接器位置同心的半圆。所述控制器还被配置为响应于所述挂接件超过所述停止阈值而控制制动过程。

Description

用于车辆对准控制的系统和方法
技术领域
本公开总体上涉及一种用于辅助车辆-挂车挂接操作的系统。具体地，本公开涉及一种用于控制在车辆与挂车的联接器之间的对准的系统。
背景技术
将挂车挂接到车辆可能是既困难又耗时的体验。具体地，根据挂车相对于车辆的初始位置，将车辆挂接球与所需挂车挂接件对准可需要与多个转向操纵配合的重复的前进和倒退行驶来将车辆适当地定位。此外，在适当的挂接球对准所需的大部分驾驶期间，无法看到挂车挂接件，并且在通常情况下，挂接球实际上可能从未被驾驶员看到。这种视线的缺乏需要基于特定车辆和挂车的经验来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挂车的碰撞。因此，可能需要进一步的改进。
发明内容
根据本公开的一方面，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和被配置为控制挂车对准程序的控制器。所述控制器被配置为识别挂车的联接器位置并且控制所述车辆朝向对准位置的运动。所述控制器还被配置为计算相对于所述联接器位置的停止阈值。所述停止阈值包括与所述联接器位置同心的半圆。所述控制器还被配置为响应于所述挂接件超过所述停止阈值而控制制动过程。
本公开的第一方面的实施例可以包括以下特征中的任一者或组合：
·基于所述车辆的停止距离来识别所述停止阈值；
·所述停止距离限定所述半圆相对于所述联接器位置的半径；
·沿着行进方向控制所述车辆的所述运动；
·所述停止阈值包括从所述半圆延伸的围绕所述挂车的周边延伸的边界；
·所述边界基本上垂直于所述行进方向延伸穿过所述联接器位置；
·所述控制器还被配置为响应于所述车辆停止而将所述挂接件的挂接件位置与围绕所述联接器延伸的对准区域进行比较，并且基于所述比较来识别所述挂接件位置是否在所述对准区域内；
·所述控制器还被配置为响应于所述挂接件位置在所述对准区域之外而输出失准信号；
·基于所述车辆的速度来计算所述车辆的所述停止距离；
·水平检测装置，其中所述水平检测装置包括惯性测量单元、陀螺仪、测斜仪和加速度计中的至少一者；
·所述控制器还被配置为响应于由所述水平检测装置识别的所述车辆正在其上操作的地面的坡度来计算所述停止距离；和/或
·重量传感器，其中所述控制器还被配置为基于所述车辆的质量来检测所述车辆的所述停止距离。
根据本公开的另一方面，公开了一种用于控制车辆的方法。所述方法包括在传感器数据中识别挂车的联接器位置并控制所述车辆到对准位置的运动以使所述车辆的挂接球与所述联接器位置对准。所述方法还包括计算相对于所述联接器位置的停止阈值。所述停止阈值包括围绕所述联接器位置延伸的联接器边界。所述方法还包括响应于所述挂接件进入所述联接器边界而控制制动过程。
本公开的下一方面的实施例可以包括以下特征中的任一者或组合：
·基于所述车辆的停止距离来识别所述停止阈值；
·所述联接器边界包括半圆，所述半圆在所述停止距离处围绕所述联接器位置延伸；
·基于所述车辆的行进方向来计算挂车边界，其中所述挂车边界从所述联接器边界延伸；
·其中控制所述制动过程还包括响应于所述挂接件进入所述挂车边界而控制所述制动过程；和/或
·其中所述挂车边界被计算为基本上垂直于车辆的行进方向延伸穿过所述联接器位置。
根据本公开的另一方面，公开了一种被配置为控制挂车对准程序的车辆系统。所述系统包括安装在车辆上的挂接件和被配置为捕获所述车辆附近的区域中的传感器数据的传感器。控制器被配置为在所述传感器数据中识别挂车的联接器位置。所述控制器还被配置为控制所述车辆沿着车辆航向到对准位置的运动，其中所述挂接件与所述联接器对准。所述控制器还被配置为计算围绕所述挂车的至少一部分的停止边界。所述停止边界包括在停止距离处从所述联接器延伸的联接器边界和基本上垂直于所述车辆航向延伸穿过所述联接器位置的挂车边界。响应于所述挂接件进入所述停止边界，所述控制器可以控制所述车辆的制动过程。
通过研究以下说明书、权利要求和附图，所属领域技术人员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是车辆相对于挂车处于脱开位置的透视图；
图2是根据本公开的一方面的系统的示意图，所述系统用于辅助将车辆与挂车对准在用于将挂车挂接到车辆的位置中；
图3是在与挂车的对准序列的步骤期间车辆的平面图；
图4是控制与挂车的对准序列的车辆的平面图；
图5A是在对准过程期间接近挂车的车辆的平面图；
图5B是在对准过程期间接近挂车的车辆的平面图；
图6是在展示障碍物的对准过程期间接近挂车的车辆的平面图；以及
图7是展示根据本公开的用于控制在车辆挂接件与挂车的联接器之间的对准的方法的流程图。
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”和其衍生和其衍生词应按照图1所定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定向。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，除非权利要求另有明确说明，否则与本文所公开的实施例相关的特定尺寸和其他物理特性不应被视为具有限制性。另外，除非另外规定，否则应当理解，对在给定方向上或沿着给定方向延伸的特定特征或部件等的讨论并不意味着所述特征或部件在此类方向上遵循直线或轴线或者它仅沿着此类方向或在此类平面上延伸而没有其他方向分量或偏差，除非另外规定。
总体上参考图1至图4，附图标记10表示用于车辆12的挂接辅助系统(也被称为“挂接辅助”系统)。在各个实施例中，挂接辅助系统10包括控制器14，所述控制器被配置为获取挂车18的联接器16的位置数据。控制器14可以被配置为推导车辆路径20以使车辆12的挂接球22与联接器16对准。推导车辆路径20可以包括多种步骤，所述步骤包括：检测和补偿联接器位置24的变化，以便控制车辆12定位与联接器16对准的挂接件位置26。车辆路径20可以包括多个区段28，所述多个区段可以对应于车辆12的操作方向或转向方向的变化。在各个实施例中，推导车辆路径20可以包括围绕中间对象或结构导航、在不平坦地形上操作、遵循由操作员或用户U指示的所需路径等。因此，本公开可以提供挂接辅助系统10以改善车辆12的导航和/或与联接器16的相互作用，使得挂车18可以有效地连接到车辆12而不会复杂化。
在一些实施例中，系统10可以被配置为基于位置数据来识别停止阈值，所述位置阈值可以从与控制器14通信的一个或多个传感器推导。如参考图5至图7进一步讨论的，停止阈值可以被展示为边界区域30。在操作中，控制器14可以被配置为处理位置数据或扫描数据以限定从挂车18的各个部分延伸的边界区域30，如在本文中进一步讨论的，所述边界区域可以在扫描数据中被检测到。控制器14可以基于车辆12的停止距离来确定相对于挂车18和联接器16限定边界区域30的范围或距离。在这种配置中，系统10可以被配置为响应于挂接球22进入边界区域30而操纵车辆12并控制车辆12的制动过程。通过这种方式，系统10可以被配置为使车辆12准确地停止使得挂接球22与联接器16对准。
关于挂接辅助系统10的一般操作，如图2至图4的系统图所示，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32的定位信息，所述定位系统可以包括航迹推算装置34，或者另外或作为备选地，还包括全球定位系统(GPS)，以基于装置在定位系统32内的一个或多个位置来确定车辆12的坐标位置。具体地，航迹推算装置34可以至少基于如图3中所示的车辆速度和转向角δ在局部坐标系36内建立和跟踪车辆12的坐标位置。由挂接辅助系统10接收的其他车辆信息可以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。可以预期，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以提供传感器信号或其他信息(诸如包括检测到的联接器16的挂车18的序列图像)，挂接辅助系统10的控制器14可以用各种程序处理所述传感器信号或其他信息以确定联接器16的高度H和位置(例如，基于距离Dc和角度αc)。
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50通信。转向系统50可以是动力助力转向系统50，所述动力助力转向系统包括转向马达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变化的这种方式进行移动。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(“EPAS”)系统，所述电动转向马达用于基于转向命令将转向轮54转动到转向角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。转向命令可以由挂接辅助系统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。
在所示的实施例中，车辆12的方向盘与车辆12的转向轮54机械地联接，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。更具体地，扭矩传感器58设置在动力助力转向系统50上，所述扭矩传感器感测方向盘上的扭矩，所述扭矩不是方向盘的自主控制所预期的并且因此指示手动干预。在这种配置中，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50，所述动力助力转向系统允许方向盘与此类车辆的转向轮54的移动部分地脱离。
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。除了各种车辆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，以沿着所需路径20(图3)引导车辆12。可以预期，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可以包括用于根据从以下项接收的全部或一部分信息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，如下面进一步讨论的。
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可以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可以对应于可以与控制器14通信的电子驻车制动系统。因此，在操作中，控制器14可以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以从受制动控制系统62监视的各个车轮速度传感器来确定。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来确定车辆速度。在一些实施例中，各个车轮速度也可以作为车辆横摆率传感器40的备选或补充来用于确定车辆横摆率，所述车辆横摆率可以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62提供车辆制动信息以允许挂接辅助系统10在挂车18的后退期间控制车辆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与挂车18的联接器16对准期间调节车辆12的速度，这可以减少与挂车18碰撞的可能性，并且可以使得车辆12在路径20的确定端点70处完全停止。在本文中公开的是，挂接辅助系统10可以另外或替代地发出警报信号，所述警报信号对应于与挂车18的一部分的实际、即将发生和/或预期的碰撞的通知。如上所述，调节车辆12的速度可以有利于防止与挂车18碰撞。
在一些实施例中，如图2中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相互作用以在与挂车18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可以进一步被利用和配置为控制车辆12的节气门以及变速器的传动挡位选择。因此，在一些实施例中，控制器14可以被配置为控制变速器系统的挡位和/或提示用户U换挡到所需挡位以完成车辆12的半自动操作。
如先前所讨论的，挂接辅助系统10可与车辆12的人机界面(“HMI”)66通信。HMI 66可以包括车辆显示器72，诸如中控面板安装的导航或娱乐显示器(图1)。HMI 66还包括输入装置，所述输入装置可以通过将显示器72配置为具有电路76的触摸屏74的一部分来实施，以接收与显示器72上的位置相对应的输入。代替触摸屏74或除了触摸屏之外，可以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可以经由无线通信与HMI 66的另一个实施例(诸如与一个或多个手持或便携式装置80(图1)，包括一个或多个智能电话)进行通信。便携式装置80还可以包括显示器72以向用户U显示一个或多个图像和其他信息。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，并且还可以被配置为经由触摸屏电路76接收远程用户输入。另外，便携式装置80可以提供反馈信息，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还可以与一个或多个指示器装置78通信。指示器装置78可以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还可以包括一个或多个附件78d，所述附件可以对应于通信装置、遥控器和可以提供用户U与车辆12之间的状态和操作反馈的各种装置。例如，在一些实施例中，HMI 66、显示器72和触摸屏74可以由控制器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可以与控制器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。
仍然参考图2中所示的实施例，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可以根据所接收的全部或一部分信息来生成车辆转向信息和命令。此后，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的转向以实现命令行驶路径20(图3)用于与挂车18的联接器16对准。控制器14可以包括微处理器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可以包括存储器84以存储一个或多个程序，所述一个或多个程序包括图像处理程序86和/或挂接检测程序、路径推导程序88和操作程序90。
应当明白，控制器14可以是独立专用控制器，或者可以是与其他控制功能集成，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的共享控制器。应进一步明白，图像处理程序86可以由例如车辆12的独立成像系统内的专用处理器(包括微处理器82)来实施，所述专用处理器可以将其图像处理的结果输出到车辆12的其他部件和系统。此外，完成图像处理功能(诸如本文所述的功能)的任何系统、计算机、处理器等可以在本文中被称为“图像处理器”，而不管它还可以实施(包括与执行图像处理程序86同时实施)的其他功能。
系统10还可以包含成像系统60，所述成像系统包括一个或多个外部相机。外部相机的示例在图4中示出并且包括后置相机60a、中央高位刹车灯(CHMSL)相机60b和侧视相机60c和60d，但是包括另外或替代相机的其他布置是可能的。在一个示例中，成像系统60可以只包括后置相机60a，或者可以被配置为使得系统10仅利用具有多个外部相机的车辆中的后置相机60a。在另一个示例中，包括在成像系统60中的各种相机60a至60d可以被定位成在它们相应的视野中大致重叠，在所描绘的布置中，所述视野包括视野92a、92b、92c和92d以与后置相机60a、中央高位刹车灯(CHMSL)相机60b和侧视相机60c和60d分别对应。通过这种方式，来自两个或更多个相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。
作为组合来自多个相机的图像数据的示例，图像数据可以用于推导立体图像数据，所述立体图像数据可以用于重建不同视野92a、92b、92c和92d的重叠区域内的一个或多个区域的三维场景，包括其中的任何对象(例如，障碍物或联接器16)。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86可以使用已知的编程和/或功能性来识别来自成像系统60内的各种相机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可以包括与存在于车辆12上或由系统10利用的任何相机60a、60b、60c和60d的定位(例如，包括相对于车辆12的中心96(图1)的定位)有关的信息，使得相机60a、60b、60c和60d相对于中心96和/或彼此的位置可以用于对象定位计算并产生相对于例如车辆12的中心96或车辆12的其他特征(诸如挂接球22(图1))的对象位置数据，所述其他特征相对于车辆12的中心96的位置是已知的。
图像处理程序86可以被具体地编程为或以其他方式配置为在图像数据内定位联接器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联接器16(或总的来说，挂接件)的视觉特性来识别图像数据内的联接器16。在另一个实施例中，贴纸等形式的标记可以按照类似于共同转让的第9,102,271号美国专利中所述的方式贴附在挂车18上的相对于联接器16的指定位置，所述美国专利的全部公开内容通过引用并入到本文中。在此类实施例中，图像处理程序86可以被编程为识别用于图像数据中的位置的标记的特性，以及联接器16相对于此类标记的定位，使得联接器16的位置24可以基于标记位置来确定。
另外或可替代地，控制器14可以经由触摸屏74上的提示来寻求对所确定的联接器16的确认。如果未确认联接器16的确定，则可以提供进一步的图像处理，或者可以使用触摸屏74或另一个输入以允许用户U在触摸屏74上移动所描绘的联接器16的位置24来促进联接器16的位置24的用户调整，控制器14使用所述调整来基于上述图像数据的使用来调整对联接器16相对于车辆12的位置24的确定。替代地，用户U可以在HMI 66上呈现的图像内可视地确定联接器16的位置24，并且可以与在以下内容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第15/583,014号美国专利申请，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中所示，图像处理程序86和操作程序90可以彼此结合使用以确定路径20，挂接辅助系统10可以沿着所述路径引导车辆12以将挂接球22与挂车18的联接器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联接器16仅位于侧视相机60c的视野92c中，其中车辆12被定位在挂车18的横向上，但是联接器16几乎与挂接球22纵向对准。通过这种方式，在诸如通过例如触摸屏74上的用户输入启动挂接辅助系统10时，图像处理程序86可以识别相机60c的图像数据内的联接器16并估计联接器16相对于挂接球22的位置24。系统10可以使用图像数据根据通过接收图像数据内的焦距信息来识别联接器16的位置24，以确定距联接器16的距离Dc和联接器16与车辆12的纵向轴线之间的偏移角αc。可以根据联接器16在图像数据的视野内的位置24来使用该信息，以确定或估计联接器16的高度Hc。一旦联接器16的定位Dc、αc已经确定并且任选地由用户U确认，控制器14就可以至少控制车辆转向系统50来控制车辆12沿着所需路径20的移动以将车辆挂接球22的挂接球位置26与联接器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，控制器14在如上文所讨论的已经估计了联接器16的定位Dc、αc之后可以执行路径推导程序88以确定车辆路径20，从而将车辆挂接球22与联接器16对准。具体地，控制器14可以在存储器84中存储有车辆12的各种特性，包括轴距W、从后车桥到挂接球22的距离(在本文中被称为牵引杆长度L)，以及转向轮54可以转动的最大角度δ最大。如图所示，轴距W和当前转向角δ可以用于根据以下等式来确定车辆12的对应转弯半径ρ
Figure BDA0002378144610000121
其中轴距W是固定的，并且转向角δ可以由控制器14通过与转向系统50的通信进行控制，如上文所讨论的。通过这种方式，当已知最大转向角δ最大时，转弯半径ρ最小的最小可能值被确定为：
Figure BDA0002378144610000122
路径推导程序88可以被编程为推导车辆路径20以将车辆挂接球22的已知位置与联接器16的估计位置24对准，其考虑所确定的最小转弯半径ρ最小以允许路径20使用最小空间和操纵量。通过这种方式，路径推导程序88可以使用车辆12的位置(所述位置可以基于车辆12的中心96、沿着后车桥的位置、航迹推算装置34的位置或在坐标系36上的另一个已知位置)来确定距联接器16的横向距离和距联接器16的前向或后向距离两者，并推导路径20，所述路径在转向系统50的限制内实现车辆12所需的横向和前后移动。对路径20的推导进一步考虑了基于长度L的挂接球22相对于车辆12的被跟踪位置(其可以对应于车辆12的质心96、GPS接收器的位置或另一个指定的已知区域)的定位以确定车辆12的所需定位以将挂接球22与联接器16对准。
现在参考图5A和图5B，示出了车辆12的俯视平面图，其示出了引导程序，所述引导程序被配置为将挂接球22与联接器16对准。如图所示，控制器14可以被配置为沿着行进方向102倒退操纵车辆12，所述行进方向可以基于经由路径推导程序88确定的路径20来识别。如先前所讨论，控制器14可以被配置为控制制动控制系统62以控制车辆12在路径20的端点70处的接近。为了确保车辆12准确地在端点70处停止，控制器14可以基于车辆12的停止距离来进一步确定边界区域30。通过这种方式，系统10可以控制车辆12以多种接近角度准确地将挂接球22与联接器16对准，同时防止车辆12与挂车18之间发生碰撞。
在图5A中，车辆12被示为相对于联接器位置24处于第一距离d1处，而在图5B中，相对于联接器位置处于第二距离d2处。当车辆12接近挂车18时，控制器14可以将车辆速度降低到接近速度。车辆12的接近速度可以使系统持续地控制车辆的停止距离ds。例如，车辆12的停止距离ds可以基于制动控制系统62的各种控制参数来计算和/或通过在一次或多次试验测量期间由系统10捕获的样本数据进行校准。停止距离ds的计算可以根据车辆12的速度、制动系统62的性能、车辆12在其上操作的表面的表面坡度或角度以及车辆12的质量来计算。为了提供表面梯度，控制器14可以与惯性测量单元(IMU)、陀螺仪、测斜仪和/或加速度计进行通信。另外，可以通过与控制器14通信的一个或多个重量传感器或压力传感器来测量车辆12的质量。通过这种方式，系统10可以被配置为计算和/或确定停止距离ds。
在一些实施例中，停止距离ds可以基于车辆12的所需减速度来校准。如先前所讨论的，校准可以基于表面梯度、车辆12的质量等。另外，停止距离ds可以被调整和校准以适应舒适完成对准程序所需的条件或所需时间。例如，减速率增大可能会降低舒适度，但是可能会通过允许增大操作速度和/或减小停止距离ds来改善完成对准程序所需的时间。相反，减速率低可能导致车辆12平稳停车，但是可能会增加对准时间或增加停止距离ds。因此，系统10的操作可以被校准以适合所需的减速速率以及可以与减速速率相关联的附加变量，如本文所讨论的。
基于停止距离ds，控制器14可以计算从挂车18的周边106延伸的边界区域30。当在由成像系统60或各种附加扫描装置(例如，超声传感器、雷达传感器等)捕获的图像数据和/或接近数据中识别出挂车18的周边边缘时，可以在扫描数据中检测挂车18的周边106。在一些实施例中，控制器14可以基于联接器16的周边106来计算联接器边界30a。联接器边界30a，其可以对应于围绕联接器位置24同心定位的半圆。另外，边界区域30可以包括挂车边界30b，所述挂车边界可以基本上垂直于行进方向102延伸穿过联接器位置24。通过这种方式，边界区域30可以基于车辆12的行进方向102与联接器轨迹104之间的接近角而变化，所述行进方向和联接器轨迹可以与挂车18的中心线C基本对准。参考图6进一步讨论对边界区域30的调整。
仍然参考图5A和图5B，响应于车辆12的一部分进入或越过边界区域30的阈值，控制器14可以控制制动系统62以使车辆12停止。如图5B中所示，控制器14可以响应于挂接球22进入边界区域30而激活制动程序使得车辆12准确地停止，并且挂接球22与联接器16对准。为了提供如图5A和图5B中所示的对准，控制器14可以计算路径推导程序88使得当车辆12进入边界区域30时，车辆12的行进方向102和联接器轨迹104与中心线C基本对准。
现在参考图6，车辆12被示为沿着接近角110接近挂车18。尽管在许多情况下，如图5A和图5B中所示，将行进方向102与联接器轨迹104对准可能是有利的，但是在许多情况下，接近角110的对准可能是有问题的或不可能的。例如，如果系统10仅被配置为沿倒退方向操作或操纵车辆12，则由于与车辆12的动力学相关的导航限制(例如，最小转弯半径ρ最小)，将行进方向102与联接器轨迹104对准的要求可能导致系统10的工况受到限制。另外，在一些情况下，行进方向102与联接器轨迹104的对准将会由于存在可能阻碍车辆12的路径20的一个或多个对象112而受到限制。在此类情况下，控制器14可以被配置为操纵车辆12，使得接近角小于临界角114，所述临界角可以取决于挂车18、联接器16、挂接球22和对应的挂接安装件等的尺寸或比例。临界角114可以由用户U编程和/或从图像数据中检测到，如本文所讨论的。
在操作中，可以将临界角114与边界区域30进行比较以确定将挂接球22与联接器16对准的对准可行性。例如，如果挂车边界30b或挂接件边界30a的一部分与临界角114相交或交叉，则控制器14可以取消对准程序。另外，如果车辆12的任何部分进入或越过边界区域30的阈值，则控制器14可以控制制动系统62以使车辆12停止。通过这种方式，控制器14可以被配置为确定挂接球22与联接器16的对准可行性，并基于边界区域30触发制动系统的停止动作以将挂接球22与联接器16对准。通过这种方式，本公开可以提供车辆12的稳健操作以使挂接球22与联接器16对准以进行连接。
现在参考图7，示出了根据本公开的展示对准程序120的流程图。在操作中，控制器14可以通过相检测联接器16结合挂车18的联接器位置24来开始程序120(122)。一旦确定了联接器位置24，控制器14就可以基于路径推导程序88来继续识别车辆12的路径20(124)。一旦识别出路径，控制器14就可以控制系统10沿着路径20操纵车辆12(126)。在操纵车辆12时，控制器14可以监视联接器位置24沿着路径20的距离(128)。如果所述距离大于接近距离(例如，预定距离)，则控制器14可以返回到步骤124。如果所述距离小于接近距离，则控制器14可以基于接近速度、负载和如本文中所讨论的附加操作参数来识别车辆12的停止距离ds(130)。
基于停止距离ds，控制器14可以进一步限定边界区域30(132)。一旦确定了边界区域30，控制器14就可以继续以接近速度沿着路径20操纵车辆12(134)。另外，控制器14可以继续监视沿着路径20到联接器位置24的距离，以确定车辆12的一部分(例如，挂接球22)是否已经进入或越过边界区域30的阈值(136)。如果车辆12已经进入挂接件边界30，则控制器14可以控制制动控制系统62以使车辆12停止(138)。如果车辆12未进入挂接件边界30，则控制器14可以继续以接近速度沿着路径20控制车辆12(134)。
在车辆12已经停止之后，控制器14可以确定挂接件位置26是否与联接器位置24对准(140)。可以基于经由成像系统60捕获的图像数据来确定挂接件位置26与联接器位置24的对准的确定。如果挂接件位置26未与联接器位置24对准，则控制器14可以输出对准失败指示或通知(142)。如果在步骤140中挂接件位置26与联接器位置24对准，则控制器14可以输出对准成功指示(144)。在步骤142和144中的任一者之后，控制器14可以完成对准程序120。通过这种方式，基于对边界区域30的确定，控制器14可以在挂接球22与联接器16对准的情况下使车辆12准确地停止。
参考本文描述的各个实施例和方法讨论的具体的详细步骤是被提供以展示所述申请所公开的系统和装置的一些有用应用的示例。应当理解，尽管参考系统10讨论了特定装置，但是可以实施可以提供类似的操作特性的各种装置以提供本文所讨论的方法。因此，不应将本文中的详细实施例视为限制本公开的范围。
应当理解，可以在不脱离本公开的概念的情况下对前述结构做出变动和修改，并且还应当理解，除非随附权利要求用其语言明确展示另外的情况，否则这些概念意图由这些权利要求涵盖。
出于本公开的目的，术语“联接”(以其所有形式)通常意味着两个部件(电或机械)彼此直接或间接地连接。此种连接在性质上可以是固定的，或者在性质上可以是可移动的。这种连接可以通过两个部件(电气的或机械的)与任何附加中间构件实现，其彼此或与两个部件形成为单个完整主体。除非另有说明，否则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，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。虽然本公开仅详细描述了本创新的一些实施例，但所属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导和优点的情况下，可进行许多修改(例如，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、定向等方面的变化)。例如，示出为一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一体形成，界面的操作可以颠倒或以其他方式变化，系统的结构和/或构件或连接器或者其他元件的长度或宽度可以改变，可以改变元件之间提供的调整位置的性质或数量。应当指出的是，系统的元件和/或总成可以由各种不同材料中的任何一种构造，所述材料以各种不同颜色、纹理和组合中的任何一种来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发明创新的范围内。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、工况和布置中进行其他替换、修改、改变和省略。
应当理解，所描述的过程中的任何描述的过程或步骤可以与其他公开的过程或步骤组合以形成本公开范围内的结构。本文公开的示例性结构和过程是出于说明性目的，并且不应解释为限制性的。
根据本发明，提供了一种被配置为控制挂车对准程序的车辆系统，所述车辆系统具有：挂接件，其安装在车辆上；以及控制器，其被配置为：识别挂车的联接器位置；控制所述车辆朝向对准位置的运动；计算相对于所述联接器位置的停止阈值，其中所述停止阈值包括与所述联接器位置同心的半圆；以及响应于所述挂接件超过所述停止阈值而控制制动过程。
根据一个实施例，基于所述车辆的停止距离来识别所述停止阈值。
根据一个实施例，所述停止距离限定所述半圆相对于所述联接器位置的半径。
根据一个实施例，沿着行进方向控制所述车辆的所述运动。
根据一个实施例，所述停止阈值包括从所述半圆延伸的围绕所述挂车的周边延伸的边界。
根据一个实施例，所述边界基本上垂直于所述行进方向延伸穿过所述联接器位置。
根据一个实施例，所述控制器还被配置为：响应于所述车辆停止而将所述挂接件的挂接件位置与围绕所述联接器延伸的对准区域进行比较；并且基于所述比较来识别所述挂接件位置是否在所述对准区域内。
根据一个实施例，所述控制器还被配置为：响应于所述挂接件位置在所述对准区域之外而输出失准信号。
根据一个实施例，基于所述车辆的速度来计算所述车辆的所述停止距离。
根据一个实施例，本发明的特征还在于水平检测装置。
根据一个实施例，所述水平检测装置包括惯性测量单元、陀螺仪、测斜仪和加速度计中的至少一者。
根据一个实施例，所述控制器还被配置为响应于由所述水平检测装置识别的所述车辆正在其上操作的地面的坡度来计算所述停止距离。
根据一个实施例，本发明的特征还在于重量传感器，其中所述控制器还被配置为基于所述车辆的质量来检测所述车辆的所述停止距离。
根据本发明，一种用于控制车辆的方法包括：在传感器数据中识别挂车的联接器位置；控制所述车辆到对准位置的运动以使所述车辆的挂接球与所述联接器位置对准；计算相对于所述联接器位置的停止阈值，其中所述停止阈值包括围绕所述联接器位置延伸的联接器边界；以及响应于所述挂接件进入所述联接器边界而控制制动过程。
根据一个实施例，本发明的特征还在于基于所述车辆的停止距离来识别所述停止阈值。
根据一个实施例，所述联接器边界包括半圆，所述半圆在所述停止距离处围绕所述联接器位置延伸。
根据一个实施例，本发明的特征还在于，基于所述车辆的行进方向来计算挂车边界，其中所述挂车边界从所述联接器边界延伸。
根据一个实施例，控制所述制动过程还包括响应于所述挂接件进入所述挂车边界而控制所述制动过程。
根据一个实施例，所述挂车边界被计算为基本上垂直于所述车辆的行进方向延伸穿过所述联接器位置。
根据本发明，提供了一种被配置为控制挂车对准程序的车辆系统，所述车辆系统具有：挂接件，其安装在车辆上；传感器，其被配置为捕获所述车辆附近的区域中的传感器数据；以及控制器，其被配置为：在所述传感器数据中识别挂车的联接器位置；控制所述车辆沿着车辆航向到对准位置的运动，其中所述挂接件与所述联接器对准；计算围绕所述挂车的至少一部分的停止边界，其中所述停止边界包括在停止距离处从所述联接器延伸的联接器边界和基本上垂直于所述车辆航向延伸穿过所述联接器位置的挂车边界；以及响应于所述挂接件进入所述停止边界而控制制动过程。

Claims (15)

1.一种被配置为控制挂车对准程序的车辆系统，其包括：
挂接件，所述挂接件安装在车辆上；以及
控制器，所述控制器被配置为：
识别挂车的联接器位置；
控制所述车辆朝向对准位置的运动；
计算相对于所述联接器位置的停止阈值，其中所述停止阈值包括与所述联接器位置同心的半圆；以及
响应于所述挂接件超过所述停止阈值而控制制动过程。
2.如权利要求1所述的系统，其中基于所述车辆的停止距离来识别所述停止阈值。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述停止距离限定所述半圆相对于所述联接器位置的半径。
4.如权利要求1所述的系统，其中沿着行进方向控制所述车辆的所述运动。
5.如权利要求4所述的系统，其中所述停止阈值包括从所述半圆延伸的围绕所述挂车的周边延伸的边界。
6.如权利要求4所述的系统，其中所述边界基本上垂直于所述行进方向延伸穿过所述联接器位置。
7.如权利要求1至6中任一项所述的系统，其中所述控制器还被配置为：
响应于所述车辆停止而将所述挂接件的挂接件位置与围绕所述联接器延伸的对准区域进行比较；并且
基于所述比较来识别所述挂接件位置是否在所述对准区域内。
8.如权利要求7所述的系统，其中所述控制器还被配置为：
响应于所述挂接件位置在所述对准区域之外而输出失准信号。
9.如权利要求1所述的系统，其中基于所述车辆的速度来计算所述车辆的所述停止距离。
10.如权利要求9所述的系统，其还包括水平检测装置。
11.如权利要求10所述的系统，其中所述水平检测装置包括惯性测量单元、陀螺仪、测斜仪和加速度计中的至少一者。
12.如权利要求10所述的系统，其中所述控制器还被配置为响应于由所述水平检测装置识别的所述车辆正在其上操作的地面的坡度来计算所述停止距离。
13.如权利要求9所述的系统，其还包括重量传感器，其中所述控制器还被配置为基于所述车辆的质量来检测所述车辆的所述停止距离。
14.一种用于控制车辆的方法，其包括：
在传感器数据中识别挂车的联接器位置；
控制所述车辆到对准位置的运动以使所述车辆的挂接球与所述联接器位置对准；
计算相对于所述联接器位置的停止阈值，其中所述停止阈值包括围绕所述联接器位置延伸的联接器边界；以及
响应于所述挂接件进入所述联接器边界而控制制动过程。
15.如权利要求14所述的方法，其还包括：
基于所述车辆的停止距离来识别所述停止阈值，其中所述联接器边界包括在所述停止距离处围绕所述联接器位置延伸的半圆。
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