CN111731051A

CN111731051A - 对被引导车辆的操作的饱和转向检测和操作

Info

Publication number: CN111731051A
Application number: CN202010078023.XA
Authority: CN
Inventors: 卢克·尼维亚多姆斯基; 凯尔·西蒙斯; 徐立
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2019-01-29
Filing date: 2020-02-02
Publication date: 2020-10-02
Also published as: DE102020101897A1; US11214105B2; US20200238772A1

Abstract

本公开提供“对被引导车辆的操作的饱和转向检测和操作”。一种用于控制车辆的方法包括在传感器数据中识别挂车联接器的第一检测到的位置以及基于所述车辆的转向角范围来识别所述车辆的挂接件的轨迹范围。响应于第一检测到的位置在轨迹范围之外，所述方法可以以基于轨迹范围计算在所述轨迹范围内的附近位置继续。所述方法还包括操纵车辆来将挂接件与附近位置对准。

Description

对被引导车辆的操作的饱和转向检测和操作

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。特定地，本公开涉及一种用于引导车辆以连接挂车联接器的系统。

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，将车辆挂接球与期望的挂车挂接件对准可能需要与多个转向操纵配合的重复的前进和倒退驾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对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

根据本公开的一个方面，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联接器的第一检测到的位置以及基于车辆的转向角范围来识别车辆的挂接件的轨迹范围。响应于第一检测到的位置在轨迹范围之外，所述方法可以以基于轨迹范围计算在所述轨迹范围内的附近位置继续。所述方法还包括操纵车辆来将挂接件与附近位置对准。

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：

·响应于第一检测到的位置在挂接件的路径范围内，将车辆操纵到第一检测到的位置；

·检测联接器的第一检测到的位置到第二检测到的位置的变化，其中由于传感器数据中识别的变化，第二检测到的位置在轨迹范围之外；

·其中基于相对于挂车联接器的车辆位置的变化来检测第一检测到的位置的变化；

·其中响应于传感器数据的变化而检测第一检测到的位置的变化；

·其中附近位置是通过识别车辆的挂接件的轨迹范围的区域与第二检测到的位置之间的最小距离来计算；

·识别第二检测到的位置与附近位置之间的对准距离；

·将对准距离与对准阈值进行比较；

·其中响应于对准距离与对准阈值的比较而控制车辆到附近位置的操纵；以及

·响应于对准距离大于对准阈值，识别不成功的对准；并且响应于对准距离小于对准阈值，识别成功的对准。

根据本公开的另一个方面，公开了一种车辆操纵系统。所述系统包括转向设备和控制器。所述控制器被配置成在传感器数据中识别挂车联接器的第一目标，并将第一目标与车辆的挂接件的轨迹范围进行比较。响应于第一目标在轨迹范围之外，基于轨迹范围计算第二目标。所述控制器还被配置成控制转向设备以将挂接件与第二目标对准。

本公开的一些方面的实施例可以包括以下特征中的任一者或组合：

·传感器，其被配置成捕获传感器数据，其中所述传感器包括图像传感器、超声传感器和雷达传感器中的至少一者；

·轨迹范围是基于转向设备的转向角范围；

·所述控制器还被配置成通过控制动力传动系统控制系统控制车辆移动来将挂接件与第二目标对准；

·所述控制器还被配置成响应于在轨迹范围内识别的第一目标，控制转向设备以将挂接件与第一目标对准；

·所述控制器还被配置成检测第一目标的变化，其中如在传感器数据中识别的，所述变化导致变化的第一目标位置在轨迹范围之外；以及

·所述第二目标通过识别车辆的挂接件的轨迹范围的区域与轨迹范围之外的所述变化的第一目标位置之间的最小距离来计算。

根据本公开的又一方面，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，和传感器设备，所述传感器设备被配置成在接近车辆的区域中捕获描绘挂车的联接器的传感器数据。所述系统还包括转向设备和控制器，所述转向设备包括转向范围。所述控制器被配置成在传感器数据中识别联接器的检测到的位置，并且基于转向范围将检测到的位置与挂接件的轨迹范围进行比较。响应于检测到的位置在轨迹范围之外，控制器被配置成基于轨迹范围计算大致对准目标。所述控制器还被配置成控制转向设备和车辆的动力传动系统以将挂接件与大致对准目标对准。

·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相机，并且所述控制器还被配置成基于从所述成像系统接收的描绘联接器的图像数据来识别所述检测到的位置；以及

·大致对准目标是通过识别车辆的挂接件的轨迹范围的区域与检测到的位置之间的最小距离来计算。

通过研究以下说明书、权利要求书和附图，本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是处于未挂接位置的车辆相对于挂车的透视图；

图2是根据本公开的一方面的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的系统的图；

图3是车辆在与挂车的对准序列的步骤期间的平面图；

图4是车辆控制与挂车的对准序列的平面图；

图5A是接近挂车的联接器的车辆的挂接球的图，其展示车辆的轨迹范围；

图5B是接近挂车的联接器的车辆的挂接球的图，其展示车辆的轨迹范围；

图6A是接近挂车的联接器的车辆的挂接球的图，其展示联接器的第一检测到的位置；

图6B是接近挂车的联接器的车辆的挂接球的图，其展示联接器的第二检测到的位置；

图7A是车辆的挂接球的图，其展示相对于车辆的转向半径的挂接件轨迹；

图7B是挂接球的图，其展示用于基于有限的转向范围来限定靠近挂车的联接器的挂接球的目标位置的方法；以及

图8是展示基于有限的转向范围来限定靠近挂车的联接器的挂接球的目标位置的方法的流程图。

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”和其衍生词应按照图1所取向的那样来与装置相关。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，除非权利要求另有明确说明，否则与本文所公开的实施例相关的具体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等延伸的特定特征或部件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-图5，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被配置成获取挂车18的联接器16的位置数据。控制器14可以被配置成推导车辆路径20以将车辆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可以包括多个路段28，所述多个路段28可以对应于车辆12的操作方向或转向方向的变化。在各种实施例中，推导车辆路径20可以包括围绕中间物体或结构导航、在不平坦地形上操作、遵循由操作者或用户U指示的期望路径等。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的交互，使得挂车18可以有效地连接到车辆12而不会复杂化。

在操作中，用于识别联接器16的位置24的位置数据可以随着车辆12朝向联接器16操纵而变化。这种变化可能导致联接器位置24 的检测到的位置的变化。联接器位置24的变化可以进一步导致车辆 12在倒退方向上的导航轨迹或轨迹范围不足以使挂接件位置26与联接器位置24对准。如参考图5-图8进一步讨论的，系统10可以被配置成调整车辆路径20，使得挂接球22与靠近联接器16的在车辆12 的轨迹范围内的位置对准。另外，在一些实施例中，系统的控制器 14可以被配置成识别在车辆12的轨迹范围内的挂接球22的已调整目标位置和对应的挂接件位置26是否在对准距离阈值内。以这种方式，系统10可以被配置成考虑联接器位置24的识别的变化而提供稳健操作。

关于挂接辅助系统10的一般操作，如图2-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，或者另外或作为替代例，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中所示的车速和转向角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。可预期，在另外的实施例中，接近度传感器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可以用各种例程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D_c和角度α_c)。

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50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以车辆横摆随车速和转向角δ变化的这种方式进行移动。在所示实施例中，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52 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58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50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。除了其他车辆12状况之外，所示实施例中的控制器14还处理当前转向角，以沿着期望路径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可以包括用于根据从以下各者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接口(“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可以被配置成控制行车制动器 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可以被配置成控制制动器62a和62b以及检测车速信息，所述车速信息可以从受制动控制系统62监测的各个车轮速度传感器确定。还可以从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速。在一些实施例中，各个车速也可以作为车辆横摆率传感器40的替代例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交互以在与挂车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被配置成控制车辆12的节气门以及变速器的驱动挡位选择。因此，在一些实施例中，控制器14 可以被配置成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。

如先前所讨论的，挂接辅助系统10可以与车辆12的人机接口 (“HMI”)66通信。HMI66可以包括车辆显示器72，诸如中控面板 (center-stack)安装的导航或娱乐显示器(图1)。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74之外，可以使用其他形式的输入件(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。此外，便携式装置80可以提供反馈信息，诸如视觉、可听和触觉警报。

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78d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通信并且被配置成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中的逻辑和例程，所述逻辑和例程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可以根据所接收的信息的全部或一部分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例程的其他模拟和/或数字电路。此外，控制器14可以包括存储器84，存储器 84用于存储一个或多个例程，包括图像处理例程86和/或挂接检测例程、路径推导例程88和操作例程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。应进一步了解，图像处理例程86可以由例如车辆12的独立成像系统内可以将其图像处理的结果输出到车辆12的其他部件和系统的专用处理器 (包括微处理器82)实施。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、处理器等在本文中可以被称为“图像处理器”，而不管它还可以实施(包括与执行图像处理例程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60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，或者可以被配置成使得系统10在具有多个外部相机的车辆中仅利用后置相机60a。在另一个示例中，包括在成像系统60中的各种相机60a-60d可以定位成在它们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92a、92b、92c和 92d以分别与后置相机60a、中央高位刹车灯(CHMSL)相机60b和侧视相机60c和60d相对应。通过这种方式，来自相机中的两个或更多个的图像数据可以在图像处理例程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各个视野92a、92b、 92c和92d的重叠区域内的一个或多个区域的三维场景，包括其中的任何物体(例如，障碍物或联接器16)。在实施例中，鉴于两个图像源之间的已知的空间关系，对包括同一物体的两个图像的使用可以用来确定物体相对于图像源的位置。在这方面，图像处理例程86可以使用已知的编程和/或功能来识别来自成像系统60内的各个相机60a、 60b、60c和60d的图像数据内的物体。在任一示例中，图像处理例程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)) 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物体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))的物体位置数据，所述其他特征相对于车辆12的中心96的位置是已知的。

图像处理例程86可以被特别地编程为或以其他方式配置成在图像数据内定位联接器16。在一个示例中，图像处理例程86可以基于联接器16或总的来说挂接件的存储的或以其他方式已知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美国专利号9,102,271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，图像处理例程 86可以被编程为识别标记的特性用于图像数据中的位置，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上移动联接器16的所描绘的位置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图像数据的上述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，并且可以与在共同未决的共同转让的美国专利申请序列号15/583,014中所描述的方式类似的方式提供触摸输入，所述申请的全部公开内容以引用方式并入本文。然后，图像处理例程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，这可以如图3所示进行描绘。

如图3中所示，图像处理例程86和操作例程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20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，图像处理例程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，以确定到联接器16的距离D_c和联接器16与车辆12的纵向轴线之间的偏移角α_c。也可以根据图像数据的视野内的联接器16的位置24来使用这个信息，以确定或估计联接器16的高度H_c。一旦联接器16的定位D_c、α_c已经确定并且任选地由用户U确认，控制器14可以至少控制车辆转向系统50来控制车辆12沿着期望路径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，如上所讨论已经估计了联接器16的定位D_c、α_c的控制器14可以执行路径推导例程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。特定地，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确定车辆12的对应转弯半径ρ：

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：

路径推导例程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使用最小量的空间和操纵。通过这种方式，路径推导例程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)来确定到联接器16的横向距离和到联接器16的前向或后向距离两者，并推导路径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，示出了挂接球22和联接器16的详细图，其展示了挂接球22的轨迹范围102。如车辆12所示，轨迹范围102 的范围和相关联的行驶随着到联接器16的距离D_c的减小而减小。因此，随着到联接器16的距离D_c的减小，系统10可能会越来越容易受到挂接球22和联接器16之间的对准误差的影响。例如，系统10 可以提供更大的轨迹范围102，并且在联接器位置24距离车辆12更远时进行调整以校正联接器位置的检测到的位置的更多变化。因此，如参考图6-图8进一步讨论的，系统10可以被配置成将挂接球22 的目标位置从与联接器位置24的位置相对应的第一检测到的位置 104a调整到可以在联接器位置24附近并且在轨迹范围102内的第二检测到的位置104b(图6B所示)。以这种方式，系统10可以提供调整以便防止由于信号噪声和/或在整个对准操作中联接器位置24的波动导致的对准失败。

如参考系统10在轨迹范围102上操纵车辆12和挂接球22的能力所讨论的，控制器14的操作可以仅参考单遍在倒退方向上的移动来讨论，而无需在前进方向上做校正或调整。尽管系统10的各种实施例可以提供车辆12沿前进和/或倒退方向的自主和/或半自主操纵，但是如果所述移动是以稳定倒退路径控制而无车辆12的方向或加速度的显著变化，则系统10的操作可能更高效并且对于车辆12的一个或多个操作员和/或乘客来说更舒适。速率和/或方向的突然变化可能会使用户感到不适，并且不太可能信任系统10的操作。另外，系统 10通过仅控制倒退方向上的运动控制挂接球22与联接器16的对准的能力可以针对仅能够在倒退方向上进行辅助或半自主操作的车辆提供车辆12的控制例程以及车辆12与挂车18的对准。以这种方式，本公开可以提供可以以各种配置实施以提供本文讨论的有益操作的灵活解决方案。

通常，车辆12的轨迹范围102可以基于车辆12的尺寸和操作范围(例如最大转向角δ_最大)。如图5A和图5B所示，轨迹范围102可以在从第一转向区域106a到第二转向区域106b的转向角δ的范围上延伸。如先前参考等式1和2并参考图3-图4所讨论的，车辆12的最小转弯半径ρ_最小可以相对于车辆12的倒退运动在两个横向方向上限定车辆12的轨迹范围102。即，基于最大转向角δ_最大，系统的控制器14可以识别轨迹范围102，其中车辆12可以可操作以将挂接球22 与联接器16对准。基于该轨迹范围102，控制器14还可以确定是否必须调整挂接球位置26的目标位置以继续进行对准例程而不会由于联接器16的位置24在轨迹范围102之外而导致误差。

为了清楚地展示由本公开提供的操纵程序，现在参考图6A和图 6B讨论示例性情况。在图6A中，示出了挂接球22在距联接器16 第一距离D_c1处，并且在图6B中，示出了挂接球22在距联接器16 第二距离D_c2处。在所展示的示例中，联接器位置24从图6A中的由控制器14识别的第一位置104A改变到图6B中的由控制器14识别的第二位置104B。回想一下，由于用于识别联接器位置24的检测到的位置104的图像数据或其他扫描数据的波动，联接器位置24的检测到的位置104的变化在路径推导例程88的操作期间可能改变。从图6A至图6B，描绘了这种情况。如图6A中所示，示出了控制器操纵车辆12至与第一检测到的位置104a相对应的第一目标位置110a，所述第一检测到的位置被示出为沿着第一转向区域106a。但是，在第二距离D_c2处，第二检测到的位置104b被示出检测到在第一转向区域106a之外，使得挂接球22可能未沿着轨迹范围102与联接器 16精确对准。为了防止操作误差，系统10可以识别在轨迹范围102 内的第二目标位置110b以防止操作误差。

现在参考图7A和图7B，提供了一种用于限定第二目标位置110b 并将挂接球22与第二目标位置110b对准的方法。如先前所讨论的，如果控制器14识别检测到的位置104已经改变，使得其在轨迹范围 102之外，则控制器14可以识别饱和转向情况并经由饱和转向例程来控制系统10。饱和转向例程可以首先使用当前转向角δ来推断挂接件轨迹112，所述当前转向角δ可以对应于转向饱和时的第一转向区域106a。如图7A所示，挂接件轨迹112沿着与车辆12上的后车桥的中心114同心的圆延伸。例如，如本文所讨论的，后车桥的中心114可以对应于车辆12的转弯枢轴点。在该配置中，后车桥轨迹116 可以包括等于车辆12的转弯半径ρ的半径。取决于相对于后车桥的中心114的挂接件位置26，挂接件轨迹112的半径ρ_ht可以稍大。

基于挂接件轨迹112，可以由控制器14分析挂接球22的路径，以识别沿着挂接件轨迹112的与联接器16相距最接近的绝对距离的点。以这种方式，控制器14可以将第二目标位置110b分配给沿着挂接件轨迹112的距联接器16的最接近的绝对距离。从图6A和图6B的示例继续，以这种方式，控制器14可以响应于挂接球22的目标从第一目标位置110a(与第一检测到的位置104a相关联)到第二目标位置110b(与第二检测到的位置104b相关联)的变化。再者，联接器16 的检测到的位置104的变化可以由图像数据的变化或系统10可以用来识别联接器16的检测到的位置的对应算法引起。

现在参考图7B，如果联接器16的第二检测到的位置104b在轨迹范围102之外，则控制器14可以识别距第二检测到的位置104b的最接近的绝对距离。为了计算距轨迹范围102内的第二检测到的位置的最接近距离，控制器14可以计算从挂接件轨迹112的中心124穿过联接器位置24的线122，在本示例中联接器位置24被识别为第二检测到的位置104b。以这种方式，控制器14可以将第二目标位置110b 识别为线122与挂接件轨迹112相交的点。一旦计算出第二目标位置 110b，控制器14就可以控制系统10沿着路径20操纵车辆12，以将挂接球22与第二目标位置110b对准。以这种方式，本公开可以提供系统10以在对准阈值内成功地操纵车辆12，使得挂接球22与联接器16充分对准以将挂车18连接到车辆12。

一旦计算出车辆12的路径，控制器14就可以继续计算到第二目标位置110b的行驶距离d_ht。可以基于沿着挂接件轨迹112的距离按以下等式计算行驶距离d_ht：

d_ht＝ρ_ht·Θ (3)

其中ρ_ht是挂接球22沿着挂接件轨迹112的半径，并且Θ是从挂接球22的当前位置到第二目标位置110b的相对角度。因此，通过沿着最大转向角δ_最大操纵车辆12，即使在联接器16的检测到的位置104 改变为位于轨迹范围102之外的情况下，系统10仍可以使挂接球22 与联接器16大致对准。

一旦识别到第二目标位置110b的距离，控制器14就可以继续识别制动阈值。制动阈值可以对应于车辆12的停止距离，其可以基于当前状况进行校准和/或动态确定和/或基于测试数据进行校准。当剩余行驶距离d_ht变成等于或小于制动阈值时，系统10可以控制制动控制系统62以使车辆12停止。所述制动阈值可以取决于车速作为校准值。一旦车辆停止，系统10就可以在第二目标位置110b处停止，使得挂接球与联接器16大致对准。

现在参考图8，如本文所讨论的，示出了展示用于控制车辆12 以将挂接球22与联接器16对准的对准例程130的流程图。例程130 可以以检测与挂车18有关的联接器16的联接器位置24(132)开始。一旦识别联接器位置24，控制器14就可以以确定到联接器16的距离D_c和车辆的路径20以将挂接球22与联接器16对准(134)继续。一旦确定了路径20和到联接器16的距离D_c，控制器14就可以控制车辆12沿着路径20导航到与第一检测到的位置104a相关联的第一目标位置110a(136)。在沿着路径20的整个导航中，控制器14可以进一步将到联接器16的剩余距离D_c与转向饱和阈值进行比较(138)。所述转向饱和阈值可以对应于预定值，其中车辆12足够接近挂车18，使得检测到的联接器位置104的可能变化可能导致车辆的转向变得饱和，使得检测到的联接器位置在轨迹范围102之外。所述转向饱和阈值可以基于具体配置而变化，并且可以根据实验试验确定，以识别可能发生转向饱和的可能的最大距离。

一旦车辆12在转向饱和阈值的距离内，控制器14就可以将检测到的联接器位置104与轨迹范围102进行比较，以确定车辆12的转向是否已经变成饱和(140)。如果车辆12的转向被检测为饱和(例如，检测到的联接器位置104从第一检测到的联接器位置104a改变为第二检测到的联接器位置104b)，则控制器14可以基于最大转向角或转向区域106来推断挂接件轨迹112(142)。基于挂接件轨迹112，控制器14可以继续确定沿着挂接件轨迹112的最接近位置并确定新的目标位置(例如第二目标位置110b)(144)。在步骤146中，控制器14还可以将新的目标位置(例如第二目标位置110b)与更新的联接器位置(例如第二检测到的联接器位置104b)进行比较，以确定到最接近对准或大致对准的路径是否可行(146)。例如，在步骤146中，控制器14 可以将最接近对准的距离与对准阈值进行比较。如果所述距离大于对准阈值，则控制器14可以识别对准是不可能的(148)。

在步骤140之后，如果车辆转向不饱和，则控制器14可以继续到步骤150。类似地，如果在步骤146中确定到最接近对准的路径是可行的，则控制器14可以继续到步骤150。在步骤150中，控制器 14可以将联接器16到目标位置110(例如，来自步骤140的第一目标位置110a或来自步骤146的第二目标位置110b)的距离与停止距离进行比较(150)。如果到目标位置110的距离小于或等于停止距离，则控制器14可以控制制动控制系统62以使车辆停止(152)。如果到目标位置110的距离大于停止距离，则控制器14可以继续将车辆12操纵到目标位置110。

一旦车辆12在步骤152之后停止，控制器14就可以进一步将检测到的联接器位置104与挂接件位置26进行比较以确定挂接球22是否在定位边界内(154)。所述定位边界可以对应于检测到的联接器位置 104周围的预定区域，其中联接器16可以在没有不必要的负担的情况下连接到挂接球22。步骤154可能看似是多余的，但请记住，检测到的联接器位置104可能会发生变化，并且可能存在与操纵车辆 12和/或使车辆12停止相关联的误差。如果挂接球22在定位边界之外，则控制器14可以输出对准失败指示(156)。如果挂接球22在定位边界内，则控制器14可以输出对准成功指示。在步骤116、156和 158中的每个步骤之后，控制器14可以完成挂接对准例程130。

参考本文描述的各种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，提供了为完成本文所讨论的各种方法而实施的所公开的系统、装置和每个对应的相关元件作为本公开的示例性说明。因此，不应将详细实施例视为限制本公开的范围。

应理解，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(coupled)”(以其所有形式，联接 (couple、coupling、coupled等))通常意味着两个部件(电气的或机械的) 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) 与任何附加的中间构件实现，所述附加的中间构件彼此或与所述两个部件一体地形成为单个完整主体。除非另有说明，否则这种连接性质上可以是永久性的，或者性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，但本领域中审查本公开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，可以进行许多修改 (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、取向等方面的变化)。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，接口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。应当注意，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，一种用于控制车辆的方法包括：在传感器数据中识别挂车联接器的第一检测到的位置；基于车辆的转向角范围识别车辆的挂接件的轨迹范围；响应于第一检测到的位置在轨迹范围之外，以最大转向角计算轨迹范围内的附近位置；以及操纵车辆来将挂接件与附近位置对准。

根据实施例，本发明的特征还在于：响应于所述第一检测到的位置在挂接件的路径范围内，将所述车辆操纵到所述第一检测到的位置。

根据实施例，本发明的特征还在于：检测联接器的所述第一检测到的位置到第二检测到的位置的变化，其中由于传感器数据中识别的变化，所述第二检测到的位置在所述轨迹范围之外。

根据实施例，基于相对于挂车联接器的车辆位置的变化来检测第一检测到的位置的变化。

根据实施例，响应于传感器数据的变化而检测所述第一检测到的位置的变化。

根据实施例，附近位置是通过识别车辆的挂接件的轨迹范围的区域与第二检测到的位置之间的最小距离来计算。

根据实施例，本发明的特征还在于：识别第二检测到的位置与附近位置之间的对准距离。

根据实施例，本发明的特征还在于：将对准距离与对准阈值进行比较。

根据实施例，响应于对准距离与对准阈值的比较而控制车辆到附近位置的操纵。

根据实施例，本发明的特征还在于：响应于对准距离大于对准阈值，识别不成功的对准；并且响应于对准距离小于对准阈值，识别成功的对准。

根据本发明，提供了一种车辆操纵系统，其具有：转向设备；以及控制器，所述控制器被配置成：在传感器数据中识别挂车联接器的第一目标；将第一目标与车辆的挂接件的轨迹范围进行比较；响应于第一目标在轨迹范围之外，基于轨迹范围计算第二目标；并且控制转向设备以将挂接件与第二目标对准。

根据实施例，本发明的特征还在于传感器，所述传感器被配置成捕获传感器数据，其中所述传感器包括图像传感器、超声传感器和雷达传感器中的至少一者。

根据实施例，轨迹范围是基于转向设备的转向角范围。

根据实施例，所述控制器还被配置成：通过控制动力传动系统控制系统控制车辆移动来将挂接件与第二目标对准。

根据实施例，所述控制器还被配置成：响应于在轨迹范围内识别的第一目标，控制转向设备以将挂接件与第一目标对准。

根据实施例，所述控制器还被配置成：检测第一目标的变化，其中如在传感器数据中识别的，所述变化导致变化的第一目标位置在轨迹范围之外。

根据实施例，所述第二目标通过识别车辆的挂接件的轨迹范围的区域与轨迹范围之外的所述变化的第一目标位置之间的最小距离来计算。

根据本发明，提供了一种车辆系统，其具有：安装在车辆上的挂接件；传感器设备，其被配置成在接近车辆的区域中捕获描绘挂车的联接器的传感器数据；转向设备，其包括转向范围；以及控制器，其被配置成：在传感器数据中识别联接器的检测到的位置；基于转向范围将检测到的位置与挂接件的轨迹范围进行比较；响应于所述检测到的位置在轨迹范围之外，基于轨迹范围计算大致对准目标；并且控制车辆的转向设备和动力传动系统以将挂接件与大致对准目标对准。

根据实施例，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相机，并且其中所述控制器还被配置成基于从所述成像系统接收的描绘联接器的图像数据来识别所述检测到的位置。

根据实施例，大致对准目标是通过识别车辆的挂接件的轨迹范围的区域与检测到的位置之间的最小距离来计算。

Claims

1.一种用于控制车辆的方法，其包括：

在传感器数据中识别挂车联接器的第一检测到的位置；

基于所述车辆的转向角范围识别所述车辆的挂接件的轨迹范围；

响应于所述第一检测到的位置在所述轨迹范围之外，以最大转向角计算在所述轨迹范围内的附近位置；以及

操纵所述车辆来将所述挂接件与所述附近位置对准。

2.根据权利要求1所述的方法，其还包括：

响应于所述第一检测到的位置在所述挂接件的路径范围内，将所述车辆操纵到所述第一检测到的位置。

3.根据权利要求2所述的方法，其还包括：

检测所述联接器的所述第一检测到的位置到第二检测到的位置的变化，其中由于所述传感器数据中识别的所述变化，所述第二检测到的位置在所述轨迹范围之外。

4.根据权利要求3所述的方法，其中基于相对于所述挂车联接器的车辆位置的变化来检测所述第一检测到的位置的所述变化。

5.根据权利要求3所述的方法，其中响应于所述传感器数据的变化而检测所述第一检测到的位置的所述变化。

6.根据权利要求3所述的方法，其中所述附近位置是通过识别所述车辆的所述挂接件的所述轨迹范围的区域与所述第二检测到的位置之间的最小距离来计算。

7.根据权利要求3所述的方法，其还包括：

识别所述第二检测到的位置与所述附近位置之间的对准距离。

8.根据权利要求7所述的方法，其还包括：

将所述对准距离与对准阈值进行比较。

9.根据权利要求8所述的方法，其中响应于所述对准距离与所述对准阈值的所述比较而控制所述车辆到所述附近位置的所述操纵。

10.根据权利要求8所述的方法，其还包括：

响应于所述对准距离大于所述对准阈值，识别不成功的对准；以及

响应于所述对准距离小于所述对准阈值，识别成功的对准。

11.一种车辆操纵系统，其包括：

转向设备；以及

控制器，其被配置成：

在传感器数据中识别挂车联接器的第一目标；

将所述第一目标与所述车辆的挂接件的轨迹范围进行比较；

响应于所述第一目标在所述轨迹范围之外，基于所述轨迹范围计算第二目标；以及

控制所述转向设备以将所述挂接件与所述第二目标对准。

12.根据权利要求11所述的系统，其还包括：

传感器，其被配置成捕获所述传感器数据，其中所述传感器包括图像传感器、超声传感器和雷达传感器中的至少一者。

13.根据权利要求11所述的系统，其中所述轨迹范围是基于所述转向设备的转向角范围。

14.根据权利要求11-13中任一项所述的系统，其中所述控制器还被配置成：

通过控制动力传动系统控制系统控制所述车辆的移动来将所述挂接件与所述第二目标对准。

15.根据权利要求11所述的系统，其中所述控制器还被配置成：

响应于在所述轨迹范围内识别的所述第一目标，控制所述转向设备以将所述挂接件与所述第一目标对准。