CN114040852A - 车辆控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的各方面涉及用于监控连接至车辆(1)的挂车(3)的运动的控制系统(2)。该控制系统包括一个或更多个控制器(5)并且被配置成：从设置在车辆上的图像传感器(10)接收图像数据；存储与中心参考图像、当前参考图像和当前帧对应的图像数据；以及将偏移角度与当前参考图像相关联，并且将校正角度与当前参考图像相关联。该控制系统(2)被配置成：将当前参考图像与当前帧进行比较以确定变化角度；根据偏移角度、变化角度和校正角度确定挂接角度；以及输出该挂接角度。

Description

车辆控制系统及方法
技术领域
本公开内容涉及控制系统和方法，并且特别地但非排他地涉及用于监控连接至车辆的挂车的运动的系统和方法。本发明的各方面涉及控制系统、控制方法以及车辆。
背景技术
已知使用成像传感器来跟踪连接至车辆的挂车的运动。为了准确地跟踪挂车，现有技术系统要求将目标安装至挂车的前部。例如，目标可以采取以三角形配置布置的三个圆的形式。安装至车辆的光学摄像装置识别目标并且跟踪该目标相对于车辆的运动。存在与这些现有技术系统相关联的某些缺点，特别是要求将目标装配至挂车。挂车跟踪系统的初始设置可能是耗时的。为了跟踪挂车，目标必须安装在挂车上的指定位置，但是根据挂车的配置，这是不可能的。
本发明的目的是解决与现有技术相关联的一个或更多个缺点。
发明内容
本发明的各方面和实施方式提供了如所附权利要求书中所要求保护的控制系统、监控连接至车辆的挂车的运动的方法以及车辆。
根据本发明的一方面，提供了一种用于监控连接至车辆的挂车的运动的控制系统，该控制系统包括一个或更多个控制器，该控制系统被配置成：从设置在车辆上的图像传感器接收图像数据；存储与中心参考图像、当前参考图像和当前帧对应的图像数据；将偏移角度与当前参考图像相关联，并且将校正角度与当前参考图像相关联；将当前参考图像与当前帧进行比较以确定变化角度；根据偏移角度、变化角度和校正角度来确定挂接角度；以及输出指示挂接角度的信号。
以这种方式，该控制系统提供了一种用于在不使用可安装在挂车上的目标的情况下跟踪挂车并且避免了必须以特定方式固定目标的限制使得该目标能够以一致的方式被系统使用的手段。该控制系统能够提供准确且鲁棒的指示挂接角度的信号。通过根据偏移角度、变化角度和校正角度获得挂接角度，该控制系统提供了一种用于检查并且校正识别到的挂车的挂接角度同时减轻了引入不精确度的风险的手段。
一个或更多个控制器共同包括：至少一个电子处理器，该至少一个电子处理器具有用于接收图像数据的输入端；以及至少一个存储器设备，该至少一个存储器设备电耦接至该至少一个电子处理器并且具有存储在该该至少一个存储器设备中的指令；并且其中，该至少一个电子处理器被配置成访问该至少一个存储器设备并且执行所述指令。可以使用多于一个电子处理器。处理器可以具有不同的能力。所述处理器中的每个处理器可以用于计算不同的角度。例如，当在处理器之间进行比较时，可以使用具有较慢处理速度的处理器来计算校正角度，并且可以使用具有较快处理速度的处理器来计算偏移角度。处理速度可以取决于处理器的物理能力。替选地或另外地，处理速度可以由控制系统进行控制，使得可以以不同的速度处理角度。
控制系统可以被配置成：通过将中心参考图像与当前参考图像进行比较以确定参考角度并且计算该参考角度与偏移角度之间的差，来确定校正角度。以这种方式，校正角度可以用于在获得更鲁棒的挂接角度时提供附加值。使用参考角度与偏移角度之间的差而不是仅用偏移角度进行替代提供了平滑过渡的效果。此外，当挂车以高角度挂接时，通过图像处理技术可能引入显著的错误值。使用参考角度与偏移角度之间的差值防止这种类型的错误对后续帧造成不期望的影响，并且使得跟踪能够从校正角度的错误中恢复。
控制系统可以被配置成执行初始校准以确定中心参考图像。以这种方式，中心参考图像可以根据所附接的挂车的类型以及连接器和挂接联接部的类型而改变。然后，可以在不同类型的挂车的情况下使用该控制系统。此外，在行程开始时的校准可以消除系统中潜在误算的引入。
当变化角度达到预定阈值时，可以用当前帧替换当前参考图像。预定阈值可以为+/-3度。这确保了根据挂车取向相应地更新当前参考图像。挂车取向此处是指挂车相对于车辆的位置。例如，挂车取向可以根据挂车围绕该挂车的纵向轴X的运动(旋转角度)、横向轴Y的运动(俯仰角度)和竖直轴Z的运动(挂接角度)来确定。
偏移角度可以由当前帧的变化角度与当前偏移角度之和替换。以这种方式，根据相对于车辆的挂车取向相应地更新偏移角度。
控制系统可以被配置成以第一预定间隔确定变化角度并且以第二预定间隔确定校正角度。第一预定间隔可以短于第二预定间隔。第一预定间隔可以为30ms。第二预定间隔可以为半秒。以这种方式，确定变化角度和校正角度可以以不同的间隔发生。这确保了错误校正以相关的时间间隔发生，从而节省了系统的总体处理能力并且减少了不必要的处理。这也确保了控制系统提供了如下机会：使用校正角度，通过提供使用更准确但耗时的图像处理技术计算相关角度以得到挂接角度的手段，来获得挂接角度的更准确确定。
控制系统可以被配置成在当前参考图像被替换时确定校正角度。在校正角度超过预定最大值的情况下，控制系统可以被配置成在以每个第一预定间隔添加小于或等于预定最大值的部分校正角度，直到总校正角度被添加。预定最大值可以为1.5度。以这种方式，对图像的校正可以更平滑，并且可以向用户提供一致的反馈。总校正角度可以封顶在+/-40度处。这种封顶确保了在正常情况期间(当这种主要错误不发生时)不妥协控制系统的性能的情况下系统从主要错误中快速恢复。
用于从图像中选择多组特征和/或对来自图像的多组特征进行比较以确定变化角度、偏移角度和校正角度的已知计算机视觉算法是不同的。可以使用计算机视觉算法诸如加速段测试的特征(FAST)、二进制的鲁棒独立基本特征(BRIEF)、KAZE及其变体来查找和识别帧内的显著特征。然后使用快速近似最近邻搜索库(FLANN)算法来对在一对帧中识别到的显著特征进行匹配，并且根据两组识别到的特征计算变换以确定两个帧之间的旋转的相对角度。不同的算法可以以不同的速度并且以不同的精确度处理数据。对所有这些不同的角度值进行合并以提供对所需角度的更准确的确定。这也使得控制系统能够以更灵活的方式、以不同的布置并且满足各种要求来设计。
控制系统可以被配置成：从当前参考图像中选择第一组特征，从当前帧中选择第二组特征，从中心参考图像中选择第三组特征；通过将第一组特征与第二组特征进行比较来确定变化角度；以及通过将第一组特征与第三组特征进行比较来确定校正角度。
根据本发明的另一方面，提供了一种监控连接至车辆的挂车的运动的方法，该控制方法包括：从设置在车辆上的图像传感器接收图像数据；存储与中心参考图像、当前参考图像和当前帧对应的图像数据；将偏移角度与当前参考图像相关联，并且将校正角度与当前参考图像相关联；将当前参考图像与当前帧进行比较以确定变化角度；根据偏移角度、变化角度和校正角度来确定挂接角度；以及从输出端输出指示该挂接角度的信号。
该方法可以包括：通过将中心参考图像与当前参考图像进行比较以确定参考角度并且计算该参考角度与偏移角度之间的差，来确定校正角度。
该方法可以包括：当变化角度达到预定阈值时，用当前帧替换当前参考图像。
该方法可以包括：以第一预定间隔确定变化角度和偏移角度并且以第二预定间隔确定当前角度。
该方法可以包括：在校正角度超过预定最大值的情况下，以每个第一预定间隔添加小于或等于预定最大值的部分校正角度，直到总校正角度被添加。
根据本发明的另外的方面，提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有指令，所述指令在由一个或更多个处理器执行时，使一个或更多个处理器执行如上所述的方法。
根据本发明的另外的方面，提供了一种包括如上所述的控制系统的车辆。
控制系统可以被配置成在车辆的显示器上输出挂车的视频图像。控制系统可以被配置成向电动助力转向模块(EPAS)输出转向控制信号。控制系统可以被配置成输出速度控制信号以控制车辆的速度。以这种方式，所输出的指示挂接角度的信号被馈送至车辆上的不同系统以以不同的方式帮助用户。这可以有助于向驾驶员提供关于挂车相对于车辆的取向的必要信息，使得驾驶员可以手动地使车辆和/或挂车转向，以避免可能在操作车辆和挂车时引起不稳定或不便(诸如弯折)的情况。替选地或另外地，车辆的系统可以使车辆自动地转向以避免这样的情况。电动助力转向模块可以输出用于使车辆自动转向的信号。
控制系统可以实现为人机界面(HMI)的部件。显示器和/或输入设备可以形成HMI的部分。根据本发明的另一方面，提供了一种包括如本文描述的控制系统的HMI。
本文描述的任何一个或多个控制器可以适当地包括具有一个或更多个电子处理器的控制单元或计算设备。因此，该系统可以包括单个控制单元或电子控制器，或者替选地，控制器的不同功能可以包含在或托管在不同的控制单元或控制器中。如本文所使用的，术语“控制器”或“控制单元”将被理解成既包括单个控制单元或控制器也包括共同操作以提供任何规定的控制功能的多个控制单元或控制器。为了配置控制器，可以提供在被执行时使所述控制单元或计算设备实现本文指定的控制技术的合适的指令集。指令集可以适当地嵌入在所述一个或更多个电子处理器中。替选地，指令集可以作为保存在与所述控制器相关联的一个或更多个存储器上的软件来提供，以在所述计算设备上执行。可以以在一个或更多个处理器上运行的软件来实现第一控制器。一个或更多个其他控制器可以以在一个或更多个处理器——可选地，与第一控制器相同的一个或更多个处理器——上运行的软件来实现。还可以使用其他合适的布置。
在本申请的范围内，明确地旨在可以独立地采用或者以任何组合采用在前面段落中、在权利要求中和/或在下面的描述和附图中阐述的各个方面、实施方式、示例和替选方案并且特别是其各个特征。也就是说，可以以任何方式和/或组合来对所有实施方式和/或任何实施方式的特征进行组合，除非这些特征不兼容。申请人保留更改任何原始提交的权利要求或者相应地提交任何新的权利要求的权利，包括将任何原始提交的权利要求修改成从属于任何其他权利要求和/或并入任何其他权利要求的任何特征的权利，尽管最初未以该方式要求保护。
附图说明
现在将参照附图，仅通过示例的方式描述本发明的一个或更多个实施方式，在附图中：
图1示出了根据本发明的实施方式的具有用于监控连接至车辆的挂车的运动的控制系统的车辆的示意性表示；
图2示出了图1中示出的控制系统的示意性表示；
图3以平面图示出了车辆和挂车的示意性表示；
图4示出了车辆和示出不同角度的挂车的示意性表示；
图5示出了示出根据本发明的实施方式的监控连接至车辆的挂车的运动的方法的框图；
图6示出了进一步详细地示出图5中的方法的框图；以及
图7示出了本发明的实施方式的HMI界面的图形图示。
具体实施方式
在本文中参照图1描述了根据本发明的实施方式的并入有用于监控连接至车辆的挂车3的运动的控制系统的车辆1。如图1所示，车辆1连接至挂车3。如本文描述的，控制系统2跟踪挂车3的运动。
本实施方式中的车辆1是机动车，但是将理解的是，本发明在该方面不受限制。例如，可以将控制系统并入牵引车单元中。此外，挂车3可以是马挂车、箱式挂车、大篷车或者可以被牵引的任何其他类型的挂车。将理解的是，本发明在该方面不受限制。
如图1所示，挂车3枢转地连接至连接器4。连接器4居中地安装在车辆1的后部，与车辆1的中心纵向轴线X1一致。连接器4连接至挂车3的挂接联接部8。挂车的挂接联接部8居中地安装在挂车3的前部，与挂车3的中心纵向轴线X2一致。本实施方式中的连接器4呈挂接球形连接器的形式，其使得挂车3能够围绕竖直轴Z枢转。连接器4还使得挂车3能够围绕纵向轴X和横向轴Y进行有限的旋转运动。将理解的是，连接器4可以采取各种形式例如但不限于牵引杆环、枢轴钩、球形枢轴钩、U形钩栓、球形牵引钩栓和销牵引钩栓。
图2中示出了控制系统的示意性表示。控制系统2包括：控制器5(为了简化说明仅示出一个)，该控制器5具有一个或更多个电子处理器6(为了简化说明仅示出一个)以及系统存储器7，该系统存储器7具有存储在其上的计算机代码和/或图像数据DAT。图像数据DAT可以存储在单独的存储器中。图像数据DAT可以存储在缓冲器中。控制系统可以包括一个或更多个控制器。控制系统可以包括一个或更多个电子处理器。如本文描述的，电子处理器6操作成实现被配置成分析从图像传感器10接收到的图像数据DAT的图像处理模块9。图像传感器10呈光学摄像装置的形式。图像传感器10面向后并且被布置成使得其视场包括挂车3的前部部分(当挂车3连接至车辆1时)。挂车3的前部部分包括A形框架27。A形框架27包括挂接联接部8。挂接联接部8的形状取决于车辆的连接器4和/或挂车的类型。无论连接器4和挂车3的类型如何，本发明的控制系统2都是适用的。挂接联接部8可以与挂车3一体地形成。挂接联接部8可以是可附接的部件。图像传感器10操作成提供视频图像，以使得能够如本文描述的那样确定挂车3的相对位置的变化。将理解的是，图像传感器10可以提供附加功能，例如作为车辆1的停车辅助。
图像传感器10通过诸如通信区域网络(CAN)总线、Flexray或以太网的车辆通信网络将图像数据DAT发送至电子处理器6。替选地，图像传感器10可以使用无线连接将图像数据DAT发送至电子处理器6。图像处理模块9被配置成将接收到的图像数据DAT存储在系统存储器7、单独的存储器或缓冲器中的至少一者中。图像传感器10发送形成图像数据DAT的视频数据。图像数据DAT包括图像的帧。术语“帧”此处是指图像处理领域中的已知术语。例如，帧是由图像传感器10捕获到的图像序列中的单个图像。图像传感器10可以替选地或另外地发送可以形成图像数据DAT的静止图像。该静止图像可以被视为图像的帧。
图像处理模块9实现用于跟踪挂车3的运动的图像处理算法。特别地，图像处理模块9对图像数据DAT进行分析，以识别图像数据DAT的帧内的可以相对于时间进行跟踪的一组显著特征。可以使用计算机视觉算法诸如加速段测试的特征(FAST)、二进制的鲁棒独立基本特征(BRIEF)、KAZE及其变体来查找和识别帧内的显著特征。然后使用快速近似最近邻搜索库(FLANN)算法来对显著特征进行匹配。根据两组识别到的特征计算变换来以已知方式确定两个帧之间的旋转的相对角度。将理解的是，本发明在该方面不受限制，并且可以使用不同的算法来识别显著特征并且对不同图像帧之间的特征进行匹配。
图像处理模块9被配置成：确定接收到的图像帧对应于中心参考图像、当前参考图像还是当前帧并且相应地存储图像数据。中心参考图像对应于相对于车辆1的默认挂车位置。中心参考图像包括枢转地连接至连接器4的挂车3的图像。连接器4居中地安装在车辆1的后部，与车辆1的中心纵向轴线X1一致。如图1所示，在中心参考图像中，挂车3的中心纵向轴线X2与车辆1的中心纵向轴线X1基本上对准。
当前参考图像对应于以特定间隔被选择为参考挂车位置的图像的帧。当前参考图像可以对应于先前的当前帧中之一。当前参考图像根据满足特定要求的当前帧来选择。例如，如下面描述的，当变化角度达到预定阈值时，当前帧被选择为当前参考图像。当前参考图像可以是中心参考图像。
当前帧对应于接收到的需要以特定间隔进行分析的帧图像。当前帧可以是当前接收到的图像帧。当前帧可以是在当前接收到的帧图像紧之前接收到的图像的帧。当前帧根据缓冲器的配置和并行处理的配置来选择。缓冲器可以保存一个或更多个图像帧以供处理。相同的当前帧可以以并行方式进行处理。替选帧可以以两个并行线程的方式进行处理。
图像处理模块9被配置成存储与中心参考图像对应的图像数据DAT。图像数据是图像的帧。中心参考图像可以在控制系统2的初始校准时确定。图像处理模块9被配置成采用初始校准阶段的图像数据DAT的帧作为中心参考图像，从而确保挂车3以一定角度连接至车辆1，使得挂车3的中心纵向轴线X2与车辆1的中心纵向轴线X1基本上一致。中心参考图像包括挂车3与车辆1以车辆1的中心纵向轴线X1基本上对准。在初始校准阶段期间，车辆1可以在牵引挂车3的同时以较低速度行驶达预定时间。车辆的速度可以为约5mph。挂车3沿直线被短暂地牵引，直到图像处理模块9可以检测到挂车3并且确定挂车3相对于车辆1的取向。替选地，中心参考图像可以根据传统图像数据(legacy image data)获得。例如，初始校准可以使用在挂车3先前被附接至车辆1时获得的并且被选择为中心参考图像的图像数据DAT。中心参考图像可以是由控制系统提供的默认参考图像。例如，初始校准可以使用存储在车辆1上的(在制造或软件更新期间)或在可由车辆1访问的外部数据库中提供的关于中心参考图像的原始信息。
图像处理模块9被配置成将偏移角度与当前参考图像相关联。偏移角度O通过确定中心参考图像与当前参考图像之间的差异来计算。在图4中，偏移角度O是车辆1的中心纵向轴线X1与标记为CR1的轴线之间的角度。在该图示中，假设车辆1的中心纵向轴线X1对应于中心参考图像中挂车3的中心纵向轴线X2。轴线CR1对应于使用当前参考图像计算出的经计算的挂车3的中心纵向轴线。图4中示出的角度不是按比例的，并且出于图示的目的被示出为一帧图像。根据替换相关帧图像的要求，以并行方式且按顺序进行确定中心参考图像、当前参考图像和当前帧中的每一者的初步挂接角度(每个帧中的挂车3的中心纵向轴线X2与车辆1的中心纵向轴线X1之间的角度)。偏移角度可以由当前帧的变化角度C与当前偏移角度之和替换。
图像处理模块9被配置成将校正角度CO与当前参考图像相关联。校正角度CO通过确定中心参考图像与当前参考图像之间的差异来计算。校正角度CO通过借助于将中心参考图像与当前参考图像进行比较来确定参考角度R来计算。然后，将参考角度R与偏移角度O进行比较。校正角度CO是参考角度与偏移角度O之间的差。在图4中，参考角度R被示出为车辆1的中心纵向轴线X1(在该图示中，其被认为与中心参考图像中默认角度的挂车3的相同)与轴线CR2之间的角度，即，当前参考图像中的挂车3的中心纵向轴线X2与车辆1的中心纵向轴线X1之间的角度。校正角度CO是轴线CR1与轴线CR2之间的角度，或者等效地是偏移角度O与参考角度R之间的差。
可以以半秒间隔来计算校正角度CO。替选地或另外地，根据系统的需要来计算校正角度CO。例如，在当前参考图像被替换之后计算校正角度。
图像处理模块9被配置成通过将当前参考图像与当前帧进行比较来确定变化角度C。如图4所示，变化角度C是轴线CR1与当前帧中的挂车3的纵向轴线X2之间的角度。轴线CR1来自当前参考图像，并且对应于当前参考图像中的挂车3的纵向轴线X2。当变化角度C达到预定阈值时，用当前帧替换当前参考图像。预定阈值为+/-3度。如果变化角度大，则不同帧图像中挂车3相对于车辆1的取向的差异变大。这使得控制系统2难以处理和监控挂车3。因此预定阈值需要是可接受的、较小的值。图像处理模块9可以被配置成在当前参考图像被替换时确定校正角度CO。
图像处理模块9被配置成以第一预定间隔确定变化角度C并且以第二预定间隔确定校正角度CO。第一预定间隔短于第二预定间隔。第一预定间隔可以在15ms与30ms之间。变化角度C是实时确定的。第二预定间隔可以为半秒。与确定变化角度C相反，校正角度CO可以较不频繁地确定并且相对于当前帧不必是实时的。
图像处理模块9被配置成以并行方式确定挂接角度Φ、变化角度C、偏移角度O和校正角度CO。通过软件线程进行的并行处理或硬件分离缩短了计算周期。这也使得系统能够以各种方式来设计，这可以适应或防止可能发生的任何错误。
使用不同的计算机视觉算法来从图像中选择多组特征和/或对来自图像的多组特征进行比较，以确定变化角度C、偏移角度O和校正角度CO。通过使用FAST算法、BRIEF算法和FLANN算法来确定偏移角度O和变化角度C，并且通过使用KAZE算法和FLANN算法来确定校正角度CO。FAST算法、BRIEF算法与KAZE算法相比较更快且计算上的要求更少，并且在检测图像帧之间的图像数据的较小相对变化时运行得相对良好。相对较慢的算法诸如KAZE以较低频率提供当前帧与中心参考图像之间的绝对信息。KAZE对于大的旋转变化比FAST算法和BRIEF算法执行更好，但是相对较慢并且计算上的要求更多。从较慢算法输出的数据诸如校正角度CO被用作错误校正和/或完整性检查。以并行方式使用具有不同处理速度的各种算法减轻了由相对测量中的小的不精确度的累积引起的潜在不精确度，这些小的不精确度在计算变化角度C、偏移角度O和最终的挂接角度Φ时可能成为重要值。因此，使用需要不同处理能力并且导致不同处理速度的算法提供了更准确的结果，该结果为挂接角度Φ。此外，使用需要不同处理能力并且导致不同处理速度的算法在设计系统时提供了更多选项。例如，系统可以使用不同的硬件布置和软件布置，这最终可以节省计算时间、所需的处理能力和成本。
在实施方式中，图像处理模块9被配置成从当前参考图像中选择第一组特征。图像处理模块被配置成从当前帧中选择第二组特征。图像处理模块被配置成从中心参考图像中选择第三组特征。图像处理模块被配置成通过将第一组特征与第二组特征进行比较来确定变化角度C。图像处理模块9被配置成通过将第一组特征与第三组特征进行比较来确定校正角度CO。
图像处理模块9被配置成：根据偏移角度O、变化角度C和校正角度CO确定挂接角度Φ；以及输出指示挂接角度的信号SIG。指示挂接角度的信号SIG可以由其他车辆系统使用，例如用以辅助牵引、稳定性、挂接以及操纵。挂接角度Φ由偏移角度O、变化角度C和校正角度CO之和来确定。校正角度CO可能超过预定最大值，可以应用该校正角度CO而得出挂接角度Φ。如果校正角度CO超过预定最大值，则图像处理模块9被配置成以每个第一预定间隔添加小于或等于预定最大值的部分校正角度，直到总校正角度被添加。预定最大值为1.5度。可以将总校正角度CO封顶(capped)在40度处。
系统包括人机界面(HMI)模块。HMI模块耦接至显示屏41，该显示屏41显示来自图像传感器10的视频图像(或者从来自车辆上的、未示出的每个面向后的图像传感器的图像数据得出的合成图像)。如图7所示，HMI模块被配置成在视频图像上叠加图形符号43。图形符号43包括当前的挂车车轮。图形符号可以包括潜在的挂车车轮位置或推荐的挂车车轮位置以及推荐的方向盘位置。HMI模块被配置成显示可以帮助驾驶员在行程期间保持挂车稳定的图形符号和其他有用信息。HMI模块还被配置成在显示器上显示指示挂接角度Φ的车辆1和挂车3的图形表示。
图5示出了示出控制系统2的操作的流程图。在步骤100处，处理器6从图像传感器10接收图像数据信号。图像传感器10设置在车辆1上。如上面提及的，图像传感器10是面向后的并且捕获连接至车辆1的挂车3的视频。图像数据DAT包括图像的帧。图像的帧包括挂车3的一部分，使得可以确定挂车3相对于车辆1的位置。
在步骤102处，处理器6存储与中心参考图像、当前参考图像和当前帧对应的图像数据DAT。处理器6可以选择来自当前参考图像的第一组特征、来自当前帧的第二组特征以及来自中心参考图像的第三组特征。将与第一组特征、第二组特征和第三组特征有关的信息存储在系统存储器7、单独的存储器或缓冲器中并且进行处理。
在步骤104处，处理器6将偏移角度O与当前参考图像相关联并且将校正角度CO与当前参考图像相关联。处理器6通过确定中心参考图像与当前参考图像之间的差异来计算偏移角度O。偏移角度O可以由当前帧的变化角度C与当前偏移角度之和替换。处理器6可以将第一组特征与第二组特征进行比较，以确定变化角度C。
在步骤106处，处理器6通过将当前参考图像与当前帧进行比较来确定变化角度C。当变化角度C达到预定阈值时，处理器用当前帧替换当前参考图像。在本示例中，预定阈值为+/-3度。
在步骤108处，处理器6根据偏移角度O、变化角度C和校正角度C0确定挂接角度Φ，并且在步骤110处输出指示该挂接角度的信号SIG。
图6示出了控制系统2的进一步详细操作。图6包括图5中的所有步骤。在步骤101处，系统2确定挂车3是否附接至车辆1。如果挂车3尚未附接，则控制系统2不进行监控挂车的运动的操作。如果挂车3已经附接，则系统接下来检查图像传感器10是否正在工作。在步骤100处，控制系统2从图像传感器10接收图像数据DAT。如果控制系统没有接收到任何图像数据，则对图像传感器10的可操作性进行验证。当控制系统2接收到图像数据DAT时，控制系统2确定是否需要进行初始化(步骤105)。如果需要初始化，则执行初始校准以确定中心参考图像并且存储对应于中心参考图像的图像数据DAT(步骤1022)。然后，如果图像数据DAT对应于当前参考图像(步骤1023)，则将图像数据DAT存储为当前参考图像(步骤1024)。在步骤1026处，存储对应于当前帧的图像数据DAT。在步骤107处，通过将中心参考图像与当前参考图像进行比较来确定校正角度CO，并且在步骤104处将该校正角度CO与当前参考图像相关联。处理器6通过确定中心参考图像与当前参考图像之间的差异来计算校正角度CO。处理器6将参考角度R与偏移角度O进行比较，并且参考角度R与偏移角度O之间的差是校正角度CO。在步骤104处，也将偏移角度O与当前参考图像相关联。以并行方式进行确定校正角度CO和偏移角度O。以不同的时间间隔进行确定校正角度CO和偏移角度O。在步骤106处，通过将当前参考图像与当前帧进行比较来确定变化角度C。以第一预定间隔确定变化角度C并且以第二预定间隔确定校正角度CO，其中，第一预定间隔短于第二预定间隔。在该示例中，第一预定间隔为30ms并且可以是在15ms至30ms之间。在该示例中，第二预定间隔为半秒。在步骤1061处，如果变化角度C达到+/-3度的阈值，则用当前帧替换当前参考图像以提供新的参考图像(步骤1062)，并且将变化角度C与当前偏移角度O相加以计算新的偏移角度，该新的偏移角度与新的参考图像相关联。可以在当前参考图像被替换时也确定校正角度CO(步骤107)。如果校正角度CO超过预定最大值，则使用小于或等于预定最大值的部分校正角度来以每个第一预定间隔确定变化角度，直到总校正角度被处理器添加。
在步骤108处，确定挂接角度Φ，并且在步骤110处，输出指示该挂接角度的信号SIG。将理解的是，本方法的步骤可以在适当的情况下以并行方式且按顺序处理以使处理成本最小化。图6示出了本方法步骤的实施方式，步骤的顺序可以根据系统的设计和处理顺序改变。
将理解的是，如果在通过将当前参考帧与中心参考帧进行比较来确定参考角度时将偏移角度简单地设置为参考角度，则可以不需要使用校正角度。然而，通过如所描述的计算单独的校正角度，如果存在参考角度的大的(或错误的)变化，则避免了计算出的挂接角度的突然变化。
进一步替选地，可以通过将当前帧与中心参考图像进行比较来确定校正角度。
将理解的是，在不脱离本申请的范围的情况下，可以对本发明进行各种改变和修改。
在下面编号的条款中阐述了本发明的各方面：
1.一种用于监控连接至车辆的挂车的运动的控制系统，所述控制系统包括一个或更多个控制器，所述控制系统被配置成：
从设置在所述车辆上的图像传感器接收图像数据；
存储与中心参考图像、当前参考图像和当前帧对应的图像数据；
将偏移角度与所述当前参考图像相关联，并且将校正角度与所述当前参考图像相关联；
将所述当前参考图像与所述当前帧进行比较以确定变化角度；
根据所述偏移角度、所述变化角度和所述校正角度来确定挂接角度；以及
输出指示所述挂接角度的信号。
2.根据条款1所述的控制系统，其中，所述一个或更多个控制器共同包括：
至少一个电子处理器，所述至少一个电子处理器具有用于接收图像数据的输入端；以及
至少一个存储器设备，所述至少一个存储器设备电耦接至所述至少一个电子处理器并且具有存储在所述至少一个存储器设备中的指令；并且
其中，所述至少一个电子处理器被配置成访问所述至少一个存储器设备并且执行所述指令。
3.根据条款1或条款2所述的控制系统，其中，所述控制系统被配置成：
通过将所述中心参考图像与所述当前参考图像进行比较以确定参考角度并且计算所述参考角度与所述偏移角度之间的差，来确定所述校正角度。
4.根据前述条款中任一项所述的控制系统，其中，所述控制系统被配置成执行初始校准以确定所述中心参考图像。
5.根据前述条款中任一项所述的控制系统，其中，当所述变化角度达到预定阈值时，用所述当前帧替换所述当前参考图像。
6.根据条款5所述的控制系统，其中，所述预定阈值为+/-3度。
7.根据条款5或条款6所述的控制系统，其中，所述偏移角度由所述当前帧的所述变化角度与当前偏移角度之和替换。
8.根据前述条款中任一项所述的控制系统，其中，所述控制系统被配置成以第一预定间隔确定所述变化角度并且以第二预定间隔确定所述校正角度。
9.根据条款8所述的控制系统，其中，所述第一预定间隔短于所述第二预定间隔。
10.根据条款8或条款9所述的控制系统，其中，所述第一预定间隔为30ms。
11.根据条款8至10所述的控制系统，其中，所述第二预定间隔为半秒。
12.根据前述条款中任一项所述的控制系统，其中，所述控制系统被配置成在所述当前参考图像被替换时确定所述校正角度。
13.根据前述条款中任一项所述的控制系统，其中，在所述校正角度超过预定最大值的情况下，所述控制系统被配置成以每个所述第一预定间隔添加小于或等于所述预定最大值的部分校正角度，直到总校正角度被添加。
14.根据条款13所述的控制系统，其中，所述预定最大值为1.5度。
15.根据前述条款中任一项所述的控制系统，其中，用于从所述图像中选择多组特征和/或对来自所述图像的多组特征进行比较以确定所述变化角度、所述偏移角度和所述校正角度的计算机视觉算法是不同的。
16.根据前述条款中任一项所述的控制系统，其中，使用计算机视觉算法FAST和BRIEF来确定所述变化角度和所述偏移角度，并且使用算法KAZE来确定所述校正角度。
17.根据前述条款中任一项所述的控制系统，其中，所述控制系统被配置成：
从所述当前参考图像中选择第一组特征，从所述当前帧中选择第二组特征，从所述中心参考图像中选择第三组特征；
通过将所述第一组特征与所述第二组特征进行比较来确定所述变化角度；以及
通过将所述第一组特征与所述第三组特征进行比较来确定所述校正角度。
18.一种监控连接至车辆的挂车的运动的方法，所述控制方法包括：
从设置在所述车辆上的图像传感器接收图像数据；
存储与中心参考图像、当前参考图像和当前帧对应的图像数据；
将偏移角度与所述当前参考图像相关联，并且将校正角度与当前参考图像相关联；
将所述当前参考图像与所述当前帧进行比较以确定变化角度；
根据所述偏移角度、所述变化角度和所述校正角度来确定挂接角度；以及
从输出端输出指示所述挂接角度的信号。
19.根据条款18所述的方法，包括：
通过将所述中心参考图像与所述当前参考图像进行比较以确定参考角度并且计算所述参考角度与所述偏移角度之间的差，来确定所述校正角度。
20.根据条款18或条款19所述的方法，包括：当所述变化角度达到预定阈值时，用所述当前帧替换所述当前参考图像。
21.根据条款18至20所述的方法，包括：以第一预定间隔确定所述变化角度和所述偏移角度并且以第二预定间隔确定所述校正角度。
22.根据条款18至21所述的方法，包括：在所述校正角度超过预定最大值的情况下，以每个所述第一预定间隔添加小于或等于所述预定最大值的部分校正角度，直到总校正角度被添加。
23.一种计算机软件，其在被执行时被配置成执行根据条款18至22所述的方法。
24.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有指令，所述指令在由一个或更多个电子处理器执行时，使所述一个或更多个电子处理器执行根据条款18至22所述的方法。
25.一种车辆，所述车辆包括根据条款1至18中任一项所述的控制系统。

Claims (21)

1.一种用于监控连接至车辆的挂车的运动的控制系统，所述控制系统包括一个或更多个控制器，所述控制系统被配置成：
从设置在所述车辆上的图像传感器接收图像数据；
存储与中心参考图像、当前参考图像和当前帧对应的图像数据；
将偏移角度与所述当前参考图像相关联，并且将校正角度与所述当前参考图像相关联；
将所述当前参考图像与所述当前帧进行比较以确定变化角度；
根据所述偏移角度、所述变化角度和所述校正角度来确定挂接角度；以及
输出指示所述挂接角度的信号。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述一个或更多个控制器共同包括：
至少一个电子处理器，所述至少一个电子处理器具有用于接收图像数据的输入端；以及
至少一个存储器设备，所述至少一个存储器设备电耦接至所述至少一个电子处理器并且具有存储在所述至少一个存储器设备中的指令；并且
其中，所述至少一个电子处理器被配置成访问所述至少一个存储器设备并且执行所述指令。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的控制系统，其中，所述控制系统被配置成：
通过将所述中心参考图像与所述当前参考图像进行比较以确定参考角度并且计算所述参考角度与所述偏移角度之间的差，来确定所述校正角度。
4.根据前述权利要求中任一项所述的控制系统，其中，所述控制系统被配置成执行初始校准以确定所述中心参考图像。
5.根据前述权利要求中任一项所述的控制系统，其中，当所述变化角度达到预定阈值时，用所述当前帧替换所述当前参考图像。
6.根据权利要求5所述的控制系统，其中，所述预定阈值为+/-3度。
7.根据权利要求5或权利要求6所述的控制系统，其中，所述偏移角度由所述当前帧的所述变化角度与当前偏移角度之和替换。
8.根据前述权利要求中任一项所述的控制系统，其中，所述控制系统被配置成以第一预定间隔确定所述变化角度并且以第二预定间隔确定所述校正角度。
9.根据权利要求8所述的控制系统，其中，所述第一预定间隔短于所述第二预定间隔。
10.根据权利要求8或权利要求9所述的控制系统，其中，所述第一预定间隔为30ms。
11.根据权利要求8至10所述的控制系统，其中，所述第二预定间隔为半秒。
12.根据前述权利要求中任一项所述的控制系统，其中，所述控制系统被配置成在所述当前参考图像被替换时确定所述校正角度。
13.根据前述权利要求中任一项所述的控制系统，其中，在所述校正角度超过预定最大值的情况下，所述控制系统被配置成以每个所述第一预定间隔添加小于或等于所述预定最大值的部分校正角度，直到总校正角度被添加。
14.根据权利要求13所述的控制系统，其中，所述预定最大值为1.5度。
15.根据前述权利要求中任一项所述的控制系统，其中，用于从所述图像中选择多组特征和/或对来自所述图像的多组特征进行比较以确定所述变化角度、所述偏移角度和所述校正角度的计算机视觉算法是不同的。
16.根据前述权利要求中任一项所述的控制系统，其中，使用计算机视觉算法FAST和BRIEF来确定所述变化角度和所述偏移角度，并且使用计算机视觉算法KAZE来确定所述校正角度。
17.根据前述权利要求中任一项所述的控制系统，其中，所述控制系统被配置成：
从所述当前参考图像中选择第一组特征，从所述当前帧中选择第二组特征，从所述中心参考图像中选择第三组特征；
通过将所述第一组特征与所述第二组特征进行比较来确定所述变化角度；以及
通过将所述第一组特征与所述第三组特征进行比较来确定所述校正角度。
18.一种监控连接至车辆的挂车的运动的方法，所述控制方法包括：
从设置在所述车辆上的图像传感器接收图像数据；
存储与中心参考图像、当前参考图像和当前帧对应的图像数据；
将偏移角度与所述当前参考图像相关联，并且将校正角度与所述当前参考图像相关联；
将所述当前参考图像与所述当前帧进行比较以确定变化角度；
根据所述偏移角度、所述变化角度和所述校正角度来确定挂接角度；以及
从输出端输出指示所述挂接角度的信号。
19.一种计算机软件，其在被执行时被配置成执行根据权利要求18所述的方法。
20.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有指令，所述指令在由一个或更多个电子处理器执行时，使所述一个或更多个电子处理器执行根据权利要求18所述的方法。
21.一种车辆，所述车辆包括根据权利要求1至17中任一项所述的控制系统。
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