CN115087584A - 车辆拖车导引系统 - Google Patents

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CN115087584A CN202080096503.7A CN202080096503A CN115087584A CN 115087584 A CN115087584 A CN 115087584A CN 202080096503 A CN202080096503 A CN 202080096503A CN 115087584 A CN115087584 A CN 115087584A
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R·C·博齐克
A·韦利奇科
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Abstract

一种车辆拖车导引系统，包括电子控制单元(ECU)和设置在车辆处的后部倒退摄像头。人机界面(HMI)可以以(i)拖车左倒退模式、(i)拖车顺直倒退模式和(iii)拖车右倒退模式操作。响应于驾驶员对拖车左倒退模式或拖车右倒退模式的选定，ECU将拖车舌部向左或向右的期望拖车角度设定为与输入装置的驾驶员所选设定相称的角度。响应于驾驶员对拖车顺直倒退模式的选定，ECU将期望拖车角度设定为零度角。ECU在车辆正在倒退拖车时控制车辆的动力转向系统来使车辆转向以倒退拖车，从而使所确定的拖车角度与所设定的期望拖车角度一致。

Description

车辆拖车导引系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年12月16日提交的美国临时申请序列号62/948,387的申请权益，所述美国临时申请的全部内容由此以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明总的涉及用于在倒车操纵期间导引车辆和拖车的车辆与拖车导引系统。
背景技术
使用成像传感器来在倒退拖车时帮助驾驶员是常见且已知的。在美国专利号9,446,713和9,085,261中描述了这种已知系统的示例，这些美国专利的全部内容由此以引用的方式并入本文中。
发明内容
本发明提供一种用于挂接有拖车的车辆的驾驶员导引系统。系统利用设置在车辆的后部部分处的并具有车辆外部视场的摄像头，所述视场包含拖车挂接到车辆的至少一部分。系统还包括包含电子电路和相关软件的控制部，所述电子电路包括可操作来处理由摄像头捕获的图像数据的处理器。由摄像头捕获的图像数据代表挂接到车辆的拖车。控制部响应于对由摄像头捕获的图像数据的处理而可操作来检测相对于车辆的当前拖车角度。系统还包括作为人机接口(HMI)的一部分的用户输入，并且驾驶员经由致动/使用该用户输入部来选择和设定期望拖车角度。控制部响应于所确定的当前拖车角度和所设定的期望拖车角度来设定转向角度，在车辆移动期间，使车辆转向该转向角度以使得当前拖车角度趋近所设定的期望拖车角度。
因此，根据本发明，车辆拖车导引系统包括：
设置在车辆的后部部分处的后部倒退(backup)摄像头，所述车辆配备有(i)电子控制式动力转向系统和(ii)配置用于连接到拖车的拖车舌部的拖车球挂接装置；
其中，后部倒退摄像头查看车辆的至少后方；
其中，在拖车的拖车舌部挂接在车辆的拖车球挂接装置处来形成使拖车附接到车辆的枢转接头的情况下，后部倒退摄像头查看拖车舌部挂接到车辆的至少一部分；
其中，后部倒退摄像头捕获图像数据；
人机接口，所述人机接口设置在车辆的内舱中并可由在车辆的驾驶员座位中的驾驶员在车辆和拖车的倒退操纵期间操作，其中人机接口能够以(i)倒退拖车左倒退模式、(i)倒退拖车顺直倒退模式和(iii)倒退拖车右倒退模式操作；
电子控制单元(ECU)，所述电子控制单元包括电子电路和相关软件，所述电子电路包括图像处理器，所述图像处理器可操作来处理由后部倒退摄像头捕获的图像数据；
其中，ECU至少部分地响应于图像处理器对由后部倒退摄像头捕获的图像数据的处理来确定拖车舌部相对于车辆纵向轴线的拖车角度；
其中，响应于驾驶员对倒退拖车左倒退模式的选定，ECU将拖车舌部向左相对于车辆纵向轴线的期望拖车角度设定为与由驾驶员选定的倒退拖车左倒退模式的左倒退输入装置的驾驶员所选设定相称的角度；
其中，响应于驾驶员对倒退拖车右倒退模式的选定，ECU将拖车舌部向右相对于车辆纵向轴线的期望拖车角度设定为与由驾驶员选定的倒退拖车后倒退模式的后倒退输入装置的驾驶员所选设定相称的角度；
其中，响应于驾驶员对倒退拖车顺直倒退模式的选定，ECU将拖车舌部的期望拖车角度设定为相对于车辆纵向轴线的零度角；并且
其中，ECU至少部分地基于所确定的拖车角度和所设定的期望拖车角度并且在车辆正在倒退拖车时控制车辆的电子控制式动力转向系统来使车辆转向以倒退拖车，从而使所确定的拖车角度与所设定的期望拖车角度一致。
车辆拖车导引系统的左倒退输入装置和右倒退输入装置可包括横向可调整的滑动器元件，所述滑动器元件可滑动到中心的左边以进行倒退拖车左倒退模式，并且所述滑动器元件可滑动到中心的右边以进行倒退拖车右倒退模式，并且其中，驾驶员将滑动器元件定位在中心位置处选定倒退拖车顺直倒退模式。横向可调整的滑动器元件可包括在中心位置的每侧处的多个分界元，其中每个分界元对应于拖车舌部相对于车辆纵向轴线的相应拖车角度。横向可调整的滑动器元件可包括指示元，其中所述指示元指示拖车舌部相对于车辆纵向轴线的所设定的期望拖车角度。
车辆拖车导引系统的左倒退输入装置可包括左侧横向可调整的滑动器元件，并且右倒退输入装置可包括右侧横向可调整的滑动器元件，其中倒退拖车顺直倒退模式可经由驾驶员按压顺直倒退按钮被选定。顺直倒退按钮可设置在左侧横向可调整的滑动器元件与右侧横向可调整的滑动器元件之间。
车辆拖车导引系统的左倒退输入装置可包括倒退左边按钮，并且倒退拖车顺直倒退模式经由驾驶员致动倒退顺直按钮被选定，并且右倒退输入装置可包括倒退右边按钮，其中倒退顺直按钮位于倒退左边按钮与倒退右边按钮之间。ECU可设定拖车舌部向左相对于车辆纵向轴线的期望拖车角度，该期望拖车角度与驾驶员按压倒退左边按钮的时间量相称，并且ECU可设定拖车舌部向右相对于车辆纵向轴线的期望拖车角度，该期望拖车角度与驾驶员按压倒退右边按钮的时间量相称。
本发明的这些及其它目标、优点、目的和特征在结合附图阅读以下说明书后将变得显而易见。
附图说明
图1是根据本发明的具有拖车导引系统的车辆的平面图，所述拖车导引系统可操作来使拖车沿拖车方向转向；以及
图2是图1的拖车导引系统的示例性部件的示意图；
图3是标注有运动学变量的主车辆和拖车的示意图；
图4A-4C是用于与拖车导引系统一起使用的人机接口的示例性用户输入的平面图；
图5是车辆和相对于车辆成零度拖车角度的拖车的示意图；
图6是车辆和相对于车辆成正拖车角度的拖车的示意图；
图7是车辆和相对于车辆成负拖车角度的拖车的示意图；
图8是相对于车辆的拖车角度为零度时由后向摄像头捕获的拖车的局部视图；
图9A和图9B是示意图，四十五度角被转换到圆柱形视图；
图10A是图7的拖车的立体图，其中相对于车辆的期望拖车角度为负二十五度且相对于车辆的当前拖车角度为零度；
图10B是图7的拖车的立体图，其中相对于车辆的期望拖车角度为负二十五度且相对于车辆的当前拖车角度为负二十五度；
图11A是图7的拖车的立体图，其中期望拖车角度处在拖车的弯折区带内；
图11B是图7的拖车的立体图，其中当前拖车角度处在拖车的弯折区带内；
图12是用于与拖车导引系统一起使用的人机接口的按钮式用户输入部的视图；
图13是用于与拖车导引系统一起使用的人机接口的可旋转式用户输入部的视图；
图14是牵引车辆和挂接到牵引车辆的拖车的平面简图，示出了车辆具有四个环视(surround view)车辆摄像头并且拖车具有四个环视拖车摄像头；
图15是系统在驾驶员选定车辆和拖车的360度鸟瞰/俯视图时显示的环视图像；
图16是系统在驾驶员选定拖车的360度鸟瞰/俯视图时显示的环视图像；
图17-19陈列用于校准挂接到车辆的拖车的校准操纵的步骤；
图20是平面图，示出了根据图17-19的校准操纵步骤的车辆和拖车的示例性校准行驶；以及
图21是在校准行驶期间拖车特征/特性的特征检测的框图。
具体实施方式
现在参考本文中描绘的附图和说明性实施例，车辆10包括拖车操纵或导引系统12，该系统可操作来在带有挂接拖车16的车辆倒退或倒车期间进行导引。拖车16经由例如挂接装置14(例如，经由在拖车舌部16a的末端处的拖车联接器，该拖车联接器挂接到车辆的挂接装置的挂接球/拖车球(hitch ball)来建立拖车16与车辆10的枢转接头连接)被挂接在车辆处。拖车导引系统12可导引和操纵车辆10和拖车16朝向期望或选定的位置。
在图示实施例中，拖车导引系统12包括诸如后视成像传感器或摄像头或后部倒退摄像头18之类的至少一个外视车载成像传感器或摄像头(并且系统可以可选地还包括诸如在车辆和/或拖车的相应侧处的侧视/后视摄像头之类的多个外视成像传感器或摄像头)，所述外视车载成像传感器或摄像头捕获代表在车辆10的外部和后方的包括挂接装置14和/或拖车16的场景的图像数据，其中后部倒退摄像头18具有用于将图像聚焦在摄像头的成像阵列或成像平面或成像器处或聚焦到摄像头的成像阵列或成像平面或成像器处上的镜头(图1)。挂接装置14包括拖车球挂接装置，拖车16的拖车舌部16a挂接在所述拖车球挂接装置处来形成将拖车16附接到车辆10的枢转接头。拖车操纵导引系统12包括控制部或电子控制单元(ECU)19，包括电子电路(包括存储器芯片、至少一个数据处理器)和相关软件。电子电路包括处理器，所述处理器可操作来处理由一个或多个摄像头捕获的图像数据并可检测物体等和/或在显示装置处提供显示图像以供车辆驾驶员查看(控制部和/或显示装置可以是车辆内后视镜组件的一部分或被并入在车辆内后视镜组件中或处，或者控制部和/或显示装置可设置在车辆处或车辆中的其它地方)。从摄像头到ECU的数据传送或信号通信可包括任何适合的数据或通信链路，比如所配备车辆的车辆网络总线等。
拖车导引系统12接收来自用户(例如，车辆驾驶员)的指示对于挂接到车辆10的拖车16的期望方向或拖车角度的输入。基于所接收的驾驶员输入，系统控制牵引车辆的转向(例如，移动方向盘)，以引导车辆和挂接到车辆的拖车朝向这样的取向，即在所述取向下，相对于车辆的当前拖车角度(经由处理后视摄像头或后部倒退摄像头捕获的图像数据确定，或经由其它拖车角度检测系统确定)将处于期望或选定的拖车角度。例如，拖车导引系统利用来自后视摄像头18和/或卡车车床摄像头和/或一个或多个边侧摄像头的图像数据，计算车辆的中心线纵向轴线20与拖车16(至少拖车16的拖车舌部16a)的中心线纵向轴线22之间的当前角度。拖车导引系统计算使当前拖车角度转变为期望拖车角度所需的方向盘方向和方向盘转动量。系统支持所有类型的常规拖车，包括车辆起钓机、箱式拖车、多功能拖车(utility trailer)、装卸船艇拖车、雪地车以及任何其它定制拖车、第五轮或鹅颈类型的拖车。系统运行不受环境条件(例如，白天、夜晚、晴天、多云、下雨、下雪)和环境表面(例如，混凝土、沥青、砾石、草、泥土等)的影响。在一些示例中，系统显示与拖车相对于车辆的当前拖车角度和拖车相对于车辆的期望拖车角度以及挂接到牵引车辆10的拖车16的弯折(jackknife)角度和碰撞角度有关的信息。
现在参考图2，用户输入部或驾驶员输入部200(作为车辆人机接口或HMI的一部分)可将用户输入指示201发送给用户输入编码器210，所述户输入部或驾驶员输入部由车辆中的用户或驾驶员致动或使用。编码器210将用户输入指示201转换成代表用户期望的拖车角度的期望拖车角度(DTA)212。由一个或多个摄像头18捕获的图像数据202被发送给拖车角度检测模块220。拖车角度检测模块220处理所提供的图像数据202来确定当前拖车角度(CTA)222，当前拖车角度代表车辆20的中心线轴线与拖车22的中心线轴线之间的角度。
差距寻检器模块230接收来自编码器210的DTA 212和来自拖车角度检测模块的CTA 222。差距寻检器模块还可从车辆的电动助力转向(EPS)模块240接收当前转向角度(CSA)242。利用DTA 212、CTA 222和CSA 242，差距寻检器模块230确定目标转向角度(TSA)232，该目标转向角度表示方向盘可被设定为的角度，该角度将引导车辆和拖车以使得实现DTA 212。差距寻检器模块230可将TSA发送给EPS 240来自动控制方向盘转向到TSA 232。
现在参考图3，在一些示例中，差距寻检器模块230利用式(1)确定目标转向角度232，其中
Figure BDA0003795059890000073
代表前轮角度，a代表车辆后轮轴与挂接装置之间的距离，b代表拖车的梁长度(其可经由用户输入部输入，或者其可经由梁长度估算过程或系统估算或确定，比如通过利用2020年12月10日提交的美国临时申请序列号63/199,155(代理人案号MAG04 P4091)和/或2020年7月24日提交的美国临时申请序列号62/705,968(代理人案号MAG04 P3965)中所描述的系统的方面，所述美国临时申请的全部内容由此以引用的方式并入本文中)，γ代表CTA 222，γdes代表DTA 212，L代表车辆轴距，并且u代表车辆的速度。
Figure BDA0003795059890000071
差距寻检器模块230可将根据式(1)确定的前轮角度
Figure BDA0003795059890000072
转换成给EPS 240的TSA232。
可选地，并且如在图4A-4C中示出的，用户输入部200可包括滑动器输入部或滑动器200a。滑动器200a包括指示元302，所述指示元指示滑动器200a的当前值。滑动器的当前值可代表用户所期望的拖车角度。滑动器200a还包括多个堆(bin)或多个分界符304，所述多个堆或多个分界符指示指示元302可被设定为的不同值。也就是，指示元302可被定位在任何分界符304处，以利用指示元302设定于的分界符304的值生成用户输入指示201。
滑动器200a可包括最小值和最大值。例如，滑动器200a可在最左边的分界符304处具有最小值并在最右边的分界符304处具有最大值。最小值和最大值可与可选定的相对于车辆的最小拖车角度和最大拖车角度相对应。在一些示例中，最小拖车角度可以是-90度，而最大拖车角度可以是+90度。滑动器200a可具有中心分界符304，该中心分界符指示或对应于相对于车辆为0度的拖车角度。图4A图示出指示元302处在期望拖车角度为0度的中心分界符304处，同时图4B图示出指示元302处在+90度的最大拖车角度(即，最右边的分界符304)处，并且图4C图示出指示元302处在-90度的最小拖车角度(即，最左边的分界符304)处。
因此，在一些示例中，用户可将滑动器200a的指示元302的位置调整到与用户所期望的拖车角度相对应的一个分界符304。当用户期望拖车角度为0(即，车辆的中心线轴线20与拖车的中心线轴线22对齐)时，用户可将指示元302定位在中心分界符304处。当用户期望与朝向车辆乘客侧(在如美国所采用的左手侧驾驶车辆中，乘客侧处在车辆的右手侧)定位的拖车相对应的最大拖车角度(例如，+90度)时，用户可将指示元302定位在最右边的分界符304处。类似地，当用户期望与朝向车辆的驾驶员侧定位的拖车相对应的最小拖车角度(例如，-90度)时，用户可将指示元302定位在最左边的分界符304处。也就是，指示元相对于滑动器200a的方向会与拖车在车辆坐标系中的方向相符(即，当指示元302被定位在中心点的右边时，用户期望拖车移动到车辆的右边，并且当指示元302被定位在中心点的左边时，用户期望拖车移动到车辆的左边)。用户可将指示元302定位在处于最左边的分界符304与最右边的分界符304之间的任何分界符304处，以在最小拖车角度与最大拖车角度之间设定期望的拖车角度。在一些示例中，在中心分界符右边的指示元位置代表正拖车角度，而在中心分界符左边的指示元位置代表负拖车角度。
滑动器200a可包括任何数量的分界符304。在一些示例中，分界符的数量(N)基于滑动器200a的分辨率(R)，使得R＝1/N。各个分界符304可代表期望拖车角度的规则间隔。例如，各个分界符304可代表从先前的分界符304增加或减少10度。也就是，如果最左边的分界符304代表-90度的期望拖车角度，当间隔是10度时，则在该最左边的分界符的右边的分界符可代表-80度的期望拖车角度。指示元不一定要显示(且如期望地不显示)各分界符所代表的拖车角度，因为驾驶员在选定分界符时可只是在零度与90度之间或在零度与负90度之间初始粗略估计(approximate)期望的角度，而无需知道选定的实际角度。尽管为了说明的目的，以上论述关于角度的标尺，但利用本系统的驾驶员不需要知道(且通常不想要知道)在任何给定时刻拖车相对于车辆的具体角度。因此，提供给驾驶员的无论何种标尺，其都仅指示向右转弯的程度或向左转弯的程度，并且其可以是例如0+/-10的数字标尺，或者其也可以是带有颜色的标尺，其中颜色的强度随着驾驶员从中心向例如右边依序滑动而增大或减小，例如最右侧的位置为最深的颜色并且较靠近中心点的位置为较浅的颜色或半透明的。
现在参考图5-7，拖车角度检测模块220测量或确定(例如，利用后视摄像头18)拖车的当前拖车角度222(即，拖车的中心线轴线22相对于车辆的中心线轴线20的角度)。当拖车22的中心线轴线与车辆20的中心线轴线对齐时，拖车角度检测模块220可确定拖车角度为零度(图5)。当拖车处于车辆的乘客侧或右侧(相对于车辆的中心线轴线20)时，拖车角度检测模块220可确定当前拖车角度222为正的(图6)，并且当拖车处于车辆的驾驶员侧或左侧(相对于车辆的中心线轴线20)时，拖车角度检测模块220可确定当前拖车角度222为负的(图7)。
可选地，且如图8中所示，系统提供当前拖车角度222、期望拖车角度212(根据用户输入部200确定)和其它阈值角度(例如，弯折角度和碰撞角度)的视觉反馈。例如，设置在车辆内的显示器24(图1)可向车辆驾驶员显示图像。在一些示例中，由一个或多个摄像头18(例如，鱼眼摄像头)捕获的包括拖车的至少一部分的图像被转换成圆柱视图或圆柱形视图700。圆柱形视图代表已被投影到圆柱体表面上的图像且然后圆柱体被展开以形成平面。在该示例中，拖车绕着挂接装置的旋转(例如，增大和减小当前拖车角度222)引起拖车在圆柱形视图中的横向移动。例如，当当前拖车角度222增大时，拖车可在显示的图像中表现为横向向右移动，而相反地，当当前拖车角度222减小时，拖车可在显示的图像中表现为横向向左移动。在一些示例中，圆柱形视图对应于车辆后方的180度视场，该视场对应于90度的最大拖车角度和-90度的最小拖车角度。
在圆柱形视图700中(且如参考图9A和图9B可看到的)，显示器中的每一列像素可与代表所选拖车角度的竖直平面相对应。例如，当显示器具有1280×800像素分辨率时，显示器具有1280列像素。在该示例中，列0(即在显示器中的最左边的像素列)可对应于-90度的拖车角度。也就是，当圆柱形视图中所显示的拖车中心与列0对齐时，当前拖车角度为-90度。该示例进一步地，在像素列319(即，从左边算起的第320列)处的竖直线(图9B)可对应于-45度的拖车角度(图9A)，列639可对应于0度的拖车角度，列959可对应于拖车角度45度，并且列1279(即，最右边的列)可对应于90度的拖车角度。因此，所显示的圆柱形视图700中的每一列像素可直接被转换为拖车角度。
返回参考图8，圆柱形视图700可包括当前拖车角度指示元710。当前拖车角度指示元710可以是与拖车中心线轴线22对齐的竖直条。当前拖车角度指示元710在视觉上向驾驶员指示相对于车辆的当前拖车角度222。圆柱形视图可还包括选定的或期望的拖车角度指示元720，所示选定的或期望的拖车角度指示元更新以反映从用户输入部200取得的当前期望拖车角度212。例如，当用户将滑动器200a的指示元302向左滑动时，期望的拖车角度指示元720会对应地在所显示的圆柱形视图700上向左移动。在一些示例中，显示器可提供当前拖车角度和期望拖车角度的数字指示元。例如，如图8中图示的，显示器可指示当前拖车角度为0度且期望拖车角度为-25度(但这样的角度值可以不被显示，因为它们不会被驾驶员轻而易举地理解并且不会帮助驾驶员选定对于特定倒车操纵的期望角度)。
优选地，使得驾驶员横向能够调整指示元720的人机接口(HMI)具有对于汽车制造商而言经济地安装和提供在车辆中的形式和功能，并且方便且易于车辆驾驶员在拖车时使用。HMI可包括滑动器或可横向滑动的元件(其中驾驶员横向滑动滑动元件或者在触摸屏上滑动或者移动他或她的手指)，或者HMI可包括按钮或输入部(参见图12)，其中用户可按压右手侧的按钮来使期望拖车角度向右增大，或可按压左手侧的按钮来使期望拖车角度向左增大(例如，以将期望拖车角度设定为更大的负值)。这样的按钮(或触摸输入部)HMI可包括三个按钮，其中中间的按钮设置来允许驾驶员随时将期望拖车角度重置为零度。驾驶员因此按压或触摸期望的输入部(左、中、右)来促使被显示的指示元720在显示屏处移动。可选地，指示元移动(响应于按压或触摸左侧的按钮或输入部或者右侧的按钮或输入部)的速率取决于压力(即，按压按钮/输入部越用力，则被显示的指示元沿着该方向移动得越快)。可选地，供拖车期间使用的这样的三按钮式HMI还可在非拖车时被使用来控制在配备的车辆上存在的驾驶员侧/左侧外反射镜组件和乘客侧/右侧外反射镜组件中分别存在的外反射镜元件。
可选地，尽管以上就可横向移动(从左向右或从右向左)的滑动器被提供作为HMI进行了论述，然而也可使用其它HMI，包括旋转式HMI。这样的旋转式HMI(参见图13)提供可旋转的用户输入部，驾驶员顺时针或逆时针旋转所述可旋转的用户输入部来调整期望拖车角度，其中旋转的度数与刻度盘上的渐变等相对应。利用这样的旋转式HMI，当可旋转的输入部向上指向时，输入部可具有零度的期望拖车角度，并且当可旋转的输入部顺时针旋转90度(或顺时针旋转180度，如图13中所示)时，输入部可具有+90度的期望拖车角度，并且当可旋转的输入部逆时针旋转90度(或逆时针旋转180度)时，输入部可具有-90度的期望拖车角度。
注意到，对用户输入部朝向右边或朝向左边的致动(例如，滑动器横向移动，或者在触摸输入部或按钮处按压或旋转可旋转的用户输入部)可连续地调整期望拖车角度。替代地，用户输入部在被致动时可以以预定义的或预选定的梯级来调整指示元(以及选定的或期望的拖车角度)，其中这样的梯级与分界指示元相对应。HMI可作为与显示屏或触摸屏分开的物理事物(比如，单独的机电滑动器或按钮或可旋转的输入部)来执行或操作，或者HMI也可并入作为显示屏/触摸屏的一部分(例如，滑动器或按钮，所述滑动器或按钮经由在触摸屏的适当区域上进行触摸而被致动，滑动器或按钮在触摸屏处被显示在这些区域处)。例如，HMI可位于车辆的仪表板处、车辆的中央控制台处、车辆的方向盘处等。可选地，按钮或切换式用户输入部可与外反射镜控制部组合。可选地，语音激活式HMI可被提供(借此，系统可响应于对在车辆中的一个或多个麦克风处接收的语音输入的检测和识别来设定期望拖车角度)，或者姿势检测系统可被提供来提供姿势控制(借此，系统可响应于对在车辆中的一个或多个摄像头捕获的图像数据的处理、响应于对姿势的检测和识别来设定期望拖车角度)。
使用可左右横向移动的横向用户输入元件的优点在于，例如，驾驶员对用户输入部的朝向车辆右侧的横向移动将促使拖车朝向该侧转弯。在常规车辆中，驾驶员须沿着与拖车要被操纵向的方向或位置相反的方向转动他或她的方向盘。因此，横向可调整的用户输入元件提供一种用于转向车辆和拖使得当前拖车角度趋近所期望的或所选定的或所设定的拖车角度车的更加容易理解的器具。
当驾驶员致动按钮或者其它用户可致动装置来向系统指示驾驶员正在输入拖车模式来启动拖车操纵时，车辆的动力转向系统于是控制车辆的转向。可选地，当拖车操纵被启动时，方向盘(驾驶员可顺时针或逆时针转动)可于是用作用于设定期望拖车角度的用户输入部或HMI。例如，当拖车操纵被启动时，方向盘以方向盘-拖车模式运行，由此转动方向盘的驾驶员顺时针选定或设定向右的期望拖车角度并促使车辆的动力转向系统将车辆转弯(通过使前轮向左转弯)，使得挂接到车辆的拖车随着车辆和拖车向后移动而被向右导引。类似地，当驾驶员逆时针转动方向盘时，拖车被促使行进到车辆的左边。
当车辆驾驶员启动拖车操纵(比如，通过按压按钮或致动拖车启动输入部)时，并且当驾驶员首先接合倒车档、将所配备的车辆的变速器置于倒车时，后部倒退摄像头捕获图像数据并且视频显示屏显示实时视频图像以供驾驶员在倒车操纵期间查看(比如，利用美国专利号10,336,255中所描述的后部倒退摄像头和显示器的方面，所述美国专利的全部内容由此以引用的方式并入本文中)。仅在换入倒车档后经过延迟时长之后，才出现叠加在所显示的实时视频图像上的拖车导引指示元的显示。在延迟时长期间(从车辆变速器换入倒车档时开始)，视频显示屏仅显示由后部倒退摄像头捕获的视频图像，并且所显示的视频图像未被任何另外的拖车指示覆盖元遮挡。
所显示的图像可包括对弯折区带或碰撞区带730的指示。弯折区带和碰撞区带分别是拖车处于与牵引车辆发生弯折或碰撞危险的拖车角度。如图8中图示的，这些区带730可被突出显示(例如，覆盖有半透明的颜色层)以指示当前拖车角度222或期望拖车角度720是否会导致车辆与拖车之间发生弯折或碰撞。
在一些示例中，其它视图也可由显示器24显示来提供当前拖车角度222、期望拖车角度212和弯折/碰撞阈值角度的视觉反馈。例如，虚拟提升视图(例如，鸟瞰图)可替代地被显示在显示器24上。虚拟提升视图可显示车辆10、处于当前拖车角度222的拖车16以及车辆附近的周围环境。在一些示例中，显示器24可基于当前的期望拖车角度212来显示拖车16的模型。也就是，显示器可显示处于期望拖车角度的拖车的体现或表征来提供期望拖车角度212的视觉反馈。随着用户调整用户输入部200(例如，移动滑动器200a的指示元302)时，所述体现可相似地调整车辆10周围的位置来表征调整后的期望拖车角度212。
现在参考图10A和图10B，系统12的工作示例被图示。在该示例中，当前拖车角度222通过当前拖车角度指示元710被指示为0度，并且用户期望使拖车向车辆的左边转弯(例如，进入车辆和拖车所在道路左侧处的车道)。用户利用用户输入部200(例如，滑动器200a)、通过将指示元302滑到滑动器200a的中心点左边来指示期望拖车角度。在该示例中，所选的期望拖车角度212对应于负25度，这可由期望拖车角度指示元720指示(图10A)。也就是，当用户致动或调整用户输入部200时，显示器显示反映当前拖车角度222的当前拖车角度指示元710和反映期望拖车角度212的期望拖车角度指示元720。基于根据CTA 222、DTA212和当前转向角度242确定(例如，由差距寻检器230确定)的目标转向角度232，EPS 240可将方向盘转动到所确定的方向盘角度232。
此时，驾驶员可手动控制车辆速度(例如，通过控制加速踏板和制动踏板)来开始使车辆移动。随着车辆移动，当前拖车角度222将基于当前方向盘角度(即，目标转向角度232)而改变。随着当前拖车角度222改变，显示在显示器上的当前拖车角度指示元710将对应地改变。随着车辆继续移动，当前拖车角度222将接近期望拖车角度，直到当前拖车角度222等于或符合期望拖车角度212(图10B)。在当前拖车角度等于期望拖车角度212(图10B)之后，系统12可随车辆移动向EPS 240更新目标转向角度232，以维持CTA 222处在DTA 212处或附近。系统12可维持CTA 222处在DTA 212处或附近，直到DTA 212经由用户输入部200被改变(例如，移动指示元302)或者系统被禁用或停用时(例如，经由另一个用户输入部、关停车辆等)。
继续该示例，在期望拖车角度121等于当前拖车角度222之后，驾驶员可继续移动车辆，并且系统将控制车辆的转向以维持当前拖车角度。在拖车转弯几乎完成(即，拖车已转入车道中，但车辆尚未与拖车对齐)之后，驾驶员可将期望拖车角度调整为0度并继续移动车辆，直到拖车在车辆之后顺直。因此，系统12允许驾驶员经由用户输入部200持续地更新期望拖车角度212，并且系统将作为响应地持续更新目标转向角度232以使当前拖车角度222朝向期望拖车角度212移动。驾驶员可在被停止或移动时的倒车操纵期间的任何时间点更新期望拖车角度212。例如，驾驶员可在初始时选定相对尖锐的拖车角度，且然后在车辆和拖车向后朝着该较为尖锐的拖车角度移动时，驾驶员可将输入部朝向没那么尖锐的拖车角度滑动且最终朝着零度拖车角度滑动，来将拖车倒退到目标或选定的目的地。驾驶员可通过调整期望拖车角度来控制拖车转弯的急剧程度(例如，接近零的值将引起平缓的转弯，而接近-90或+90的值将引起急转弯)。在车辆和拖车的整个倒退过程中，驾驶员维持对车辆速度的控制(即，驾驶员控制车辆的加速和制动)。
现在参考图11A和图11B，系统12不限制用户将DTA 212设定(例如，经由用户输入部200)为在弯折区带和/或碰撞区带730内的角度。代替地，系统可在期望拖车角度或DTA212被选定在弯折区带和/或碰撞区带730内时提醒用户。例如，系统12可提供间歇性音频音调(例如，哔哔声)和/或在显示器24上提供警告。替代地，或者另外地，当期望拖车角度或DTA 212被选定在弯折和/或碰撞区带730内时，还可从视觉上提醒驾驶员。例如，可在拖车时车辆驾驶员能够查看的视频监视器屏幕上所显示的后方现场的实时视频图像上叠加显示电子生成的图形覆盖元。作为进一步的替代和/或添加，当DTA 212被选定在弯折和/或碰撞区带730内时，还可提供触知或触觉提醒(比如，使座椅元件振动等)。系统12可在倒车操纵期间并在当前拖车角度指示拖车移向和/或移入弯折区带时提醒用户何时当前拖车角度222已进入弯折区带和/或碰撞区带730。例如，系统12可生成连续的音频音调和/或经由显示器24向用户显示警告消息。该连续的音频音调的频率可与当期望拖车角度212处在弯折区带730内时的间歇性哔哔声不同。系统12可包括给驾驶员的消息，即为了重新启用系统12(例如，开始控制转向)，驾驶员必须手动向前行驶以将当前拖车角度222带出弯折区带730。
拖车导引系统的优点包括，不要求或不需要系统计算或确定拖车抵达目标目的所将沿着移动的拖车轨迹。因此，系统避免了与计算拖车移动所将沿着的这样的轨迹或目标路径相关的或与ECU测量拖车相对于车辆的取向量度与拖车相对于车辆的预期行驶方向的任何偏差相关的成本和复杂性，并且无需相应地执行路径校正措施。
可选地，且如图14-16中所示，车辆和拖车可都配备有具有多个摄像头的多摄像头系统，以提供车辆和/或拖车周围区域的各种鸟瞰图/俯视图(包括表征车辆和拖车或它们的部分的体现)。如图14中所示，车辆可包括前部前视车辆摄像头、左侧车辆摄像头、右侧车辆摄像头和后部倒退摄像头，同时拖车可包括前部前视拖车摄像头、左侧拖车摄像头、右侧拖车摄像头和后部拖车摄像头。车辆和拖车可各自配备有环视系统ECU，或者车辆处可设置有公共ECU(其中由拖车摄像头捕获的图像数据被提供给该公共的基于车辆的ECU)。系统提供绕着车辆和拖车的完整的360度视图。动态指引覆盖元可在车辆正在倒退拖车时，例如经由拖车导引系统并响应于对驾驶员使用来选定拖车倒退方向的输入装置(旋钮或滑动器)的驾驶员选定，来就拖车和牵引车辆的将来位置向驾驶员提供实时反馈。拖车360视图提供对拖车周围更好的覆盖，并在驾驶员使用旋钮或滑动器输入装置来选定拖车移动方向时向驾驶员提供增强的倒车引导和实时反馈。
系统允许驾驶员选择各种鸟瞰图/俯视图，比如例如车辆和拖车的鸟瞰图/俯视图(图15)或者拖车的放大的360度环绕视图(图16)或者车辆和拖车及周围环境的三维视图。本发明的系统包括提供这样的能力，即坐在车辆驾驶员座位上的驾驶员例如选定以下用于在驾驶员可查看的舱内(in-cabin)的视频屏幕上显示的能力：(i)单独从由车辆的多摄像头系统捕获的图像数据获得的鸟瞰/俯视图，或(ii)单独从由拖车的多摄像头系统捕获的图像数据获得的鸟瞰/俯视图，或(iii)与单独从由拖车的多摄像头系统捕获的图像数据获得的鸟瞰/俯视图一起横向平铺(例如，成并排布置结构)的单独从由车辆的多摄像头系统捕获的图像数据获得的鸟瞰/俯视图。系统可不必重复由拖车的前部摄像头捕获的视图和由车辆的后部倒退摄像头捕获的视图。环绕视图和三维视图可利用美国专利号10,071,687、9,900,522、9,834,153、9,762,880、9,558,409、9,446,713、9,264,672和/或9,126,525和/或美国公开号US-2015-0022664中描述的系统的方面来生成，所述美国专利和美国公开的全部内容由此以引用过的方式并入本文中。
如图15中所示的，系统可提供图像的环视显示以便车辆的驾驶员在车辆和拖车倒退操纵期间查看。由至少八个摄像头(四个车辆摄像头(前部/左侧/右侧/后部)和多达四个拖车摄像头(前部/左侧/右侧/后部)或更多)中的一些或全部捕获的视频图像数据可经图像处理来生成各种鸟瞰图/俯视图，被显示在车辆内舱中的视频屏幕上时的这些鸟瞰图/俯视图允许驾驶员在倒退拖车时具有车辆和拖车周围区域的鸟瞰/俯视图，所述周围区域包括车辆的前部、侧部和后方以及挂接到车辆的拖车的前部、侧部和后方。
例如，一幅车辆/拖车鸟瞰/俯视图可包括这样的鸟瞰/俯视图，即所述鸟瞰/俯视图显示出邻近/围绕车辆的左侧、拖车的左侧、车辆的右侧、拖车的右侧、车辆的前部、拖车的前部、车辆的后部以及拖车的后部的区域。由于车辆的后部倒退摄像头和拖车的前部摄像头共同查看在牵引车辆的后部与拖车车身的前部之间的拖车舌部区域，因此避免在所显示的并可由车辆中查看视频显示的驾驶员查看的图像数据中的任何重复，以便驾驶员以鸟瞰/俯视形式看到车辆与拖车之间的以及在它们的横向侧上的内容。这样的鸟瞰/俯视图允许驾驶员更好地估测车辆/拖车组合附近/周围的区域，并由此能够恰当干预以避免在经由本发明的拖车导引系统于期望区域上驶过时与物体发生碰撞。因此，如果驾驶员因此观察到这些物体，则驾驶员可采取纠正动作，例如松开或释放车辆的加速踏板来减慢或停止倒车和/或制动车辆和/或退出车辆的拖车导引系统并采用手动转向控制或者通过改变所选输入位置或设定来促使拖车导引系统的ECU控制车辆的电动助力转向系统改变拖车倒退的方向以从而避开障碍物等。
可选地，由牵引车辆摄像头和拖车摄像头捕获的图像数据可被提供给中央ECU，所述中央ECU优选设置在牵引车辆处，并且鸟瞰/俯视图可在中央或公共ECU中利用如美国专利号10,071,687、9,900,522、9,834,153、9,762,880、9,558,409、9,446,713、9,264,672和/或9,126,525和/或美国公开号US-2015-0022664中描述的图像处理技术来合成/生成，所述美国专利和美国公开的全部内容由此以引用的方式并入本文中。由拖车摄像头捕获的图像数据可选地可被无线通信以在牵引车辆处接收并提供给设置在牵引车辆中的公共ECU。替代地，由拖车摄像头捕获的图像数据也可经由从拖车到牵引车辆的有线链接来提供给牵引车辆。优选地，公共ECU还操作来提供本发明的拖车导引。作为公共ECU的替代方案，分布式ECU可被使用。例如，设置在牵引车辆处的ECU可合成从由四个(或更多个)车辆摄像头捕获的图像数据获得的鸟瞰图/俯视图，而该基于车辆的ECU优选地还运行本发明的拖车导引。可在拖车处设置第二ECU，并且该基于拖车的ECU可操作来生成从由四个(或更多个)拖车摄像头捕获的图像数据获得的鸟瞰图/俯视图。
优选地，HMI(例如，选择器开关或触摸控制部等)提供在牵引车辆中并可由车辆驾驶员选定以在车辆舱的视频显示屏上显示从可选鸟瞰/俯视图菜单中选定的选定视图。例如，驾驶员可选定为显示牵引车辆和拖车周围的360度鸟瞰/俯视图。另一种选择可以是至少从由左侧车辆摄像头、前部车辆摄像头和右侧车辆摄像头(替代地，包括车辆的后部倒退摄像头)捕获的图像数据获得的鸟瞰/俯视图，和/或驾驶员可选定至少从由左侧拖车摄像头、后部拖车摄像头和右侧拖车摄像头(或替代地包括前部拖车摄像头)捕获的图像数据获得的鸟瞰/俯视图。如果车辆环绕视图和拖车环绕视图两者都被选定，则视频显示器可以以并排布置结构来显示横向平铺的视图。另一种菜单选择可以是从由前部车辆摄像头、左侧车辆摄像头、左侧拖车摄像头和后部拖车摄像头捕获的图像数据获得的鸟瞰图/俯视图。另一种菜单选择可以是从由前部车辆摄像头、右侧车辆摄像头、右侧拖车摄像头和后部拖车摄像头捕获的图像数据获得的鸟瞰图/俯视图。另一个菜单选定可以是从由左侧车辆摄像头、车辆的后部倒退摄像头、拖车的前部摄像头和左侧拖车摄像头捕获的图像数据获得的鸟瞰图/俯视图，这样的鸟瞰/俯视图使驾驶员得以看到将牵引车辆与拖车分开的区域的至少一部分，并且还看一看牵引车辆的最左后角与拖车车身的最左前角之间是否有碰撞的危险。另一种菜单选择可以是从由右侧车辆摄像头、车辆的后部倒退摄像头、拖车的前部摄像头和右侧拖车摄像头捕获的图像数据获得的鸟瞰/俯视图，这样的鸟瞰/俯视图使驾驶员得以看到将牵引车辆与拖车分开的区域的至少一部分并且还看一看牵引车辆的最右后角与拖车车身的最右前角之间是否有碰撞的危险。可选地，并且较为不期望地，仅牵引车辆会是多摄像头配备的，使得在倒退事件期间，各种鸟瞰/俯视图可被显示以供驾驶员查看，这使驾驶员得以查看牵引车两个周围的区域以及至少部分地看到与拖车的横向侧部相邻的区域。
注意到，可选且优选地，由一些(或全部)车辆摄像头和/或由一些或全部拖车摄像头捕获的图像数据可在设置在车辆和拖车中的任一者(或两者)处设置的图像处理器处进行图像处理。响应于这样的图像处理，在车辆和拖车中的任一者(或两者)外的物体或障碍物可被检测出，并且可向车辆驾驶员提醒它们的存在(如通过音频提醒，或通过触知/触觉/隆隆声提醒，或通过视觉指示器，或通过覆盖可由操作车辆来倒退拖车的驾驶员查看的舱内的视频显示屏幕处所显示的由一些(或全部)车辆摄像头和/或由一些(或全部)拖车摄像头捕获的视频图像的一图形覆盖元)。图像处理器优选地可包括从可从以色列耶路撒冷的Mobileye Vision Technologies Ltd.购得的EYEQ系列图像处理芯片中选择的图像处理芯片，并且可包括物体检测软件(例如在美国专利号7,855,755、7,720,580和/或7,038,577中描述的类型，这些美国专利的全部内容由此以引用的方式并入本文中)，所述物体检测软件利用边缘检测来检测物体。图像处理芯片优选地是针对拖车导引所使用的ECU的一部分。
因此，拖车导向系统可利用驾驶员输入部，所述驾驶员输入部包括横向可调整的滑动器元件，以便使滑动器元件沿着与期望拖车角度(例如，相对于车辆纵向轴线且在中心的右边和左边的0至60度)的范围相关的滑动器范围定位在一位置处，滑动器元件的中心位置与零度拖车角度相关(其中拖车或拖车舌部的纵向轴线与车辆的纵向轴线对齐。驾驶员因此可使滑动器沿着它的范围向右或向左移动到与要在倒退车辆和拖车时实现的期望或选定拖车角度相关的特定位置。响应于设定或选定的拖车角度，ECU命令并控制车辆的电子控制式动力转向部来在车辆和拖车倒退时将当前确定的拖车角度带向与期望或设定的拖车角度相同。当确定的拖车角度与期望拖车角度匹配时，车辆继续倒退并且ECU维持对于倒退操纵的期望拖车角度(没有来自驾驶员的对驾驶员输入部或HMI的进一步输入)。例如，驾驶员可使滑动器向左移动半途来选定20度角。当驾驶员倒退车辆和拖车时，驾驶员可关闭拖车导引辅助系统。例如，驾驶员可将滑动器定位在中心位置或点击“顺直倒退”按钮或输入部，借此ECU控制动力转向部来将确定的拖车角度带到零，且然后车辆和拖车可沿直线倒退。如果驾驶员在倒退操纵期间移动滑动器，则ECU控制动力转向部来将确定的拖车角度带到新的拖车角度设定。
因此，根据本发明的实施例，期望使用配备有拖车牵引挂接装置的车辆的车辆驾驶员首先将拖车的拖车舌部连接到车辆的拖车牵引挂接装置来建立拖车的拖车舌部与车辆的拖车挂接装置的枢转接头或枢转连接，该枢转接头或枢转连接将允许车辆在向前行驶时牵引拖车的操作和转向以及在倒退操纵期间倒退拖车的操作和转向。当将拖车连接到车辆时，车辆拖车导引系统请求并要求现在挂接到车辆的特定拖车被标识到车辆拖车导引系统，驾驶员通过将拖车标识或名称输入到车辆拖车导引系统来做到这一点(例如，经由语音命令或键盘输入或数据触摸输入或者经由操纵杆/旋钮等对字母数字字符的字母数字单独选定)。在特定拖车现在被标识到系统的情况下，系统确定该拖车是否为先前已标识的拖车。
如果所挂接的拖车不是先前已标识的/已知的拖车，则系统启动对该特定标识拖车的拖车校准程序。优选的校准程序在于2020年7月24日提交的美国临时申请序列号62/705,968(代理人案号MAG04P3965)、于2020年7月24日提交的美国临时申请序列号62/705,967(代理人案号MAG04 P3958)和/或于2020年7月24日提交的美国临时申请序列号62/705,966(代理人案号MAG04 P3957)中被公开，所述美国临时申请的全部内容由此以引用的方式并入本文中。根据优选程序的校准包括图17-21中所陈列的步骤。这样的校准过程在例如以下情况时会是期望或需要的：新的拖车(如果先前未校准)被挂接到拖车时，或者对于先前已校准的拖车，拖车的形状发生变化(在拖车舌部或牵引杆上安装售后市场物品)时，挂接装置长度被改变(例如，改变2英寸)时，或者先前的校准不成功时。
校准程序要求驾驶员在拖车挂接到车辆的情况下将车辆向前直行所期望的最小直线行驶距离，且然后手动转向车辆来作出向右手侧(或向左手侧)的转弯。系统在校准过程期间确定期望得到的拖车特性(这样的特性包括拖车梁长度[在拖车舌部的末端处的拖车联接器(其附接到车辆的拖车挂接球)与拖车轮轴中心之间的距离]和碰撞角度[将会使卡车和拖车发生碰撞的拖车角度])。通过遵循优选的校准程序，消除了驾驶员对挂接到车辆的特定拖车的物理特性(例如，拖车舌部距摄像头的距离、摄像头相对于车辆球挂接装置的位置、拖车梁长度等)的物理度量。
在系统确定期望得到的特性之后，在由牵引拖车的车辆的驾驶员进行校准行驶期间，系统将这样的拖车特性/拖车数据存储在系统的存储器(基本为ECU上的存储芯片)中、在驾驶员所输入的对于该特定拖车的标识符或名称下，并且系统提醒/通知驾驶员拖车校准已成功完成。当同一拖车下一次被挂接到车辆时，并且当驾驶员在被本发明的系统的控制部/ECU请求时标识该特定拖车之后，系统搜索控制部/ECU的存储器来查找先前存储并校准的标识拖车并识别出该特定标识的拖车已相对于车辆进行了校准，且因此不需要对该特定拖车进行进一步校准，并且通过系统的倒退拖车导引可以开始。
在已识别和标识的特定拖车现在挂接到车辆的情况下，车辆拖车导引系统可操作为在挂接有拖车的车辆倒退操纵期间经由驾驶员操作可由坐在车辆的驾驶员座位中的驾驶员触用的三模式人机接口(HMI)来倒退拖车。系统可操作为经由控制车辆的电动助力转向系统使车辆转向来正确地倒退拖车，而不是通过驾驶员在拖车倒退操纵期间转动方向盘来使车辆转向。以在美国和其它右侧驾驶国家中使用的车辆(其在双向路的右侧行驶)为例，并且考虑到在拖车舌部挂接到车辆的拖车挂接装置的情况下,车辆的后部倒退摄像头尽管持续查看拖车舌部的至少一部分然而其后向视角基本上被或部分地被或全部被拖车本身的车身所遮挡，车辆驾驶员(无论看向或使用车辆的左侧/驾驶员侧外反射镜还是从车辆的左侧/驾驶员侧窗口向外看)确定驾驶员期望将拖车倒退向/往的在车辆和拖车背后且左边的位置/目的地/区域。在已首先经由恰当的输入激活本发明的车辆拖车导引系统(如果由于需要对挂接的拖车进行校准而尚未激活)之后，驾驶员操作三模式HMI来促使车辆的电动助力转向系统将拖车朝向目标/选定位置/目的地/区域倒退。三模式HMI包括第一或左模式HMI、第二或中心或顺直模式HMI以及第三或右模式HMI。
例如，当期望向/往拖车后部后方且左边的位置倒退拖车时，驾驶员将滑动器第一模式HMI的滑动器钮向左滑动，并且滑动器向左移动的程度(沿着滑动器左移所允许的最大范围)与驾驶员期望将拖车向左/向横向侧方倒退向/往多远相称。无论驾驶员将滑动器钮滑动到沿着这样的第一模式HMI滑动器标尺的哪里(在驾驶员释放滑动器钮之后，滑动器钮留在选定的位置处)，本发明的系统将之与要实现的期望拖车角度进行相关以朝着拖车后部的左侧方和后方的目标/选定位置/目的地/区域倒退拖车。系统操作/控制车辆的电动助力转向系统来将车辆的转向角度(如车辆的电动助力转向系统所已知和确定的)带向变得符合且匹配期望拖车角度，该期望拖车角度与驾驶员已将第一模式左倒退HMI的滑动器向左移动至的地方相称。驾驶员可将左滑动器向左最远移动/滑动到的地方与针对左向拖车倒退事件系统所允许的最大拖车角度对应。无论驾驶员将滑动器输入钮滑动到沿着滑动器输入钮的被允许行进范围/轨迹的哪里并搁置在那里，本发明的系统都维持拖车相对于车辆纵向轴线的拖车角度处于期望拖车角度。
利用第三或右倒退模式向右倒退车辆和拖车与左倒退操纵相似，但当然地，驾驶员使用右侧(在美国为乘客侧)外后视镜或通过从车辆的右侧侧窗向外看来确定驾驶员所期望的将拖车向右侧倒退向/往的目标/选定位置/目的地/区域。
驾驶员选定第二或顺直倒退模式HMI随时地，本发明的系统确定驾驶员希望将拖车顺直倒退(即，沿着与第二模式HMI被选定或致动时的拖车的纵向轴线对齐或或平行的直线向后)。因此，在选定顺直倒退模式之后，本发明的系统控制车辆的电动助力转向系统来将拖车角度移至零度并维持其处于零度顺直倒退。
本发明的系统的三模式HMI可具有若干种形式。优选地，三个分开的用户输入部被提供，每个对应于(i)与第一或左倒退模式相对应的左侧/左取向输入部、(ii)与第二或顺直倒退模式相对应的单独的中心/顺直输入部或者(iii)与第三或右倒退模式相对应的右侧/右取向输入部，所有这三个输入部大体水平地布置在例如车辆的内舱的仪表板处，其中所有这三个输入部基本上且容易地由驾驶员的手触用。通过这样平行地定向和布置三个用户输入部，驾驶员可在认知上且容易地将左输入部与左倒退操纵关联、将中心输入部与顺直倒退操纵关联和将右输入部与右倒退操纵关联。由于三个输入部是分开的，因此驾驶员可容易地选定它们中的任何一个。因此，例如，左或第一模式输入部可以是滑动器，该滑动器向左滑动的程度与所期望的向左倒退的程度相称；中心输入部可以是按钮，该按钮当被按压时引起直线倒退并在再次被按压时退出直线倒退；以及，右或第三模式输入部可以是滑动器，该滑动器向右滑动的程度与所期望的向右倒退的程度相称。
当然，也可使用其它HMI配置构造。例如，可使用旋钮，所述旋钮当被向左旋转时与向左或第一模式对应，当被向右旋转时与向右或第三模式对应，并且所述旋钮具有单独的中心按钮(或可选地开关，所述开关通过推按旋钮本身被致动)，当驾驶员单独按压中心按钮时，中心按钮促使系统进入或退出顺直倒退模式。
一种如在美国专利号8,972,109(该美国专利的全部内容由此以引用的方式并入本文中)中描述的可旋转的驾驶员接口(其包括旋转控制输入装置，该旋转控制输入装置处在零位置处并可相对于零位置移动到相对的左倒退位置和右倒退位置)可与本发明的系统一起使用，但这样的接口使用起来与使用优选的本发明系统的三模式HMI的驾驶员可单独触用的第二模式比起来没那么合意。这至少是因为，具有控制拖车倒退事件的、自动摆回到/偏压回到零或直线倒退位置的旋钮等物意味着，一旦驾驶员释放逆时针的钮旋转或释放顺时针的钮旋转，则旋钮返回到中心位置，并且拖车的倒退变为直线倒退，无论驾驶员是否想要这样。通过具有优选的本发明的三独立模式HMI，驾驶员(例如)可将滑动器开关移动到所允许的左行进跨度的半途且然后释放滑动器开关，在此之后本发明的系统将继续以与第一模式HMI滑动器被驾驶员定位和释放于的位置相对应的拖车角度来倒退拖车。然后，根据本发明，当驾驶员希望变为直线拖车倒退时，驾驶员可自由地操作/接合单独的第二模式。
因此，当车辆的驾驶员决定将拖车倒退到位于车辆后部后方且横向侧方/左方的目标/选定位置/目的地/区域时，驾驶员将第一模式/输入部移动到沿着它的行进范围的位置，驾驶员可将该位置与朝向这样的期望目标/选定位置/目的地/区域的倒退关联。例如，可在视频屏幕上显示图形覆盖元，其覆盖由后部倒退摄像头捕获的视频图像，并且该覆盖元使驾驶员能够或允许驾驶员估测驾驶员所希望将拖车倒退向和倒退到的拖车后部左边横向侧方的位置/距离。
在驾驶员移动滑动器标尺上的HMI钮或滑动器来与他或她希望倒退到的位置对应之后，控制部/ECU接收来自第一模式HMI的指示驾驶员已选定的选定滑动器位置/拖车角度的输出(优选地，经由车辆通信总线或车辆的CAN总线提供)，从而将拖车倒退到驾驶员所期望的目标/选定位置/目的地/区域。在从HMI接收到该输入之后，ECU至少部分响应于对后部倒退摄像头捕获的图像数据的处理而确定当时的当前拖车角度，并且ECU从车辆的电动助力转向系统和/或从车辆的方向盘/转向位置传感器接收车辆的当前转向角度(其一般由车辆的两个前轮相对于车辆的纵向轴线形成的角度决定)。
ECU然后控制车辆的电动助力转向系统，而驾驶员操作车辆的加速踏板和/或制动踏板来将车辆向后驱动并控制车辆的向后速度，从而将由拖车的舌部所形成的角度带为与和由驾驶员选定的HMI滑动器沿着滑动器行进范围的位置相称的角度一致。在车辆的电动助力转向系统已经使车辆倒车使得拖车舌部相对于车辆纵向轴线的当前拖车角度与对于拖车朝向驾驶员期望的/选定的/目标目的地/位置/区域倒退所期望的拖车角度一致，ECU控制车辆的电动助力转向系统来转向/维持期望拖车角度，同时驾驶员继续利用车辆的加速踏板倒退拖车以驱动车辆向后(如期望地，以低的向后行进速度，例如低于5mph)，直到驾驶员禁用车辆的拖车导引系统或选定不同的模式(例如，顺直倒退模式或右上倒退模式)或将左倒退模式的滑动器移动或变化到不同的位置。
系统可利用以下文件中描述的的拖车系统或拖车角度检测系统或拖车挂接系统的方面：美国专利号10,755,110、10,638,025、10,160,382、10,086,870、9,558,409、9,446,713、9,085,261和/或6,690,268，和/或美国公开号US-2020-0361397、US-2020-0356788、US-2020-0334475、US-2020-0017143、US-2019-0347825、US-2019-0118860、US-2019-0064831、US-2019-0042864、US-2019-0039649、US-2019-0143895、US-2019-0016264、US-2018-0276839、US-2018-0276838、US-2018-0253608、US-2018-0215382、US-2017-0254873和/或US-2017-0217372，和/或于2020年12月9日提交的美国专利申请序列号17/115,826(代理人案号MAG04 P4046)，于2020年12月4日提交的美国专利申请序列号17/247,220(代理人案号MAG04 P4044)，于2020年9月10日提交的美国专利申请序列号16/948,253(代理人案号MAG04 P3960)和/或于2020年6月26日提交的美国专利申请序列号16/946,542(代理人案号MAG04 P3884)和/或于2020年12月10日提交的美国临时申请序列号63/199,155(代理人案号MAG04 P4091)，于2020年7月24日提交的美国临时申请序列号62/705,968(代理人案号MAG04 P3965)，于2020年7月24日提交的美国临时申请序列号62/705,967(代理人案号MAG04 P3958)和/或于2020年7月24日提交的美国临时申请序列号62/705,966(代理人案号MAG04 P3957)，这些文件的全部内容由此以引用的方式并入本文中。
系统包括图像处理器，该图像处理器可操作来处理由一个或多个摄像头捕获的图像数据，例如以便检测在所述摄像头中的一个或多个的视场中的物体或其它的车辆或行人等。例如，图像处理器可包括从可从以色列耶路撒冷的Mobileye Vision TechnologiesLtd.购得的EYEQ系列图像处理芯片中选择的图像处理芯片，并可包括物体检测软件(例如在美国专利号7,855,755、7,720,580和/或7,038,577中描述的类型，这些美国专利的全部内容由此以引用的方式并入本文中)，并可分析图像数据来检测车辆和/或其它物体。响应于这样的图像处理，并且当检测到物体或其它车辆时，系统可生成给车辆驾驶员的提醒和/或可在显示的图像处生成覆盖元以突出或增强对检测到的物体或车辆的显示，从而增强驾驶员对在配备的车辆的行驶操纵期间检测到的物体或车辆或危险状况的意识。
车辆可包括任何类型的一个或多个传感器，例如成像传感器或雷达传感器或激光雷达传感器或超声波传感器等。成像传感器或摄像头可捕获用于进行图像处理的图像数据并可包括任何适合的摄像头或传感装置，比如例如成至少640列和480行布置的多个光电传感器的二维阵列(至少640×480成像阵列，例如百万像素成像阵列等)，具有将图像聚焦到阵列的相应部分上的相应透镜。光电传感器阵列可包括成具有行和列的光电传感器阵列布置的多个光电传感器元件。优选地，成像阵列具有至少300,000个光电传感器元素或像素、更优选地至少500,000个光电传感器元素或像素并且更优选地至少100万个光电传感器元素或像素。成像阵列可例如经由阵列处的谱滤波、例如经由RGB(红色、绿色和蓝色)滤光片或经由红色/红色补色滤光片或例如经由RCC(红色、清澈、清澈)滤光片等而捕获颜色图像数据。成像传感器的逻辑和控制电路可以以任何已知的方式运行，并且图像处理和算法处理可包括任何适于处理图像和/或图像数据的手段。
可选地，视觉系统可包括显示器，所述显示器用于显示由一个或多个成像传感器捕获的图像，以便在驾驶员正常操作车辆时由车辆驾驶员查看。可选地，例如，视觉系统可包括视频显示装置，例如通过利用以下文件中描述的视频显示系统的方面：美国专利号5,530,240、6,329,925、7,855,755、7,626,749、7,581,859、7,446,650、7,338,177、7,274,501、7,255,451、7,195,381、7,184,190、5,668,663、5,724,187、6,690,268、7,370,983、7,329,013、7,308,341、7,289,037、7,249,860、7,004,593、4,546,551、5,699,044、4,953,305、5,576,687、5,632,092、5,708,410、5,737,226、5,802,727、5,878,370、6,087,953、6,173,501、6,222,460、6,513,252和/或6,642,851，和/或美国公开号US-2014-0022390、US-2012-0162427、US-2006-0050018和/或US-2006-0061008，这些文件的全部内容由此以引用的方式并入本文中。
在不背离本发明的原理的情况下，可对所具体描述的实施例中进行变化和修改，本发明的原理意图仅为根据专利法的原则、包括等同原则所诠释的所附权利要求书的范围所限。

Claims (23)

1.一种车辆拖车导引系统，所述车辆拖车导引系统包括：
设置在车辆的后部部分处的后部倒退摄像头，所述车辆配备有(i)电子控制式动力转向系统和(ii)配置用于连接到拖车的拖车舌部的拖车球挂接装置；
其中，所述后部倒退摄像头查看车辆的至少后方；
其中，在拖车的拖车舌部挂接在车辆的拖车球挂接装置处来形成将拖车附接到车辆的枢转接头的情况下，所述后部倒退摄像头查看所述拖车舌部挂接到车辆的至少一部分；
其中，所述后部倒退摄像头捕获图像数据；
人机接口，所述人机接口设置在车辆的内舱中并能够由在车辆的驾驶员座位中的驾驶员在车辆和拖车的倒退操纵期间操作，其中，所述人机接口能够以(i)倒退拖车左倒退模式、(i)倒退拖车顺直倒退模式和(iii)倒退拖车右倒退模式操作；
电子控制单元(ECU)，所述电子控制单元包括电子电路和相关的软件，所述电子电路包括图像处理器，所述图像处理器能够操作来处理由后部倒退摄像头捕获的图像数据；
其中，ECU至少部分地响应于图像处理器对由后部倒退摄像头捕获的图像数据的处理，来确定拖车舌部相对于车辆纵向轴线的拖车角度；
其中，响应于驾驶员对倒退拖车左倒退模式的选定，ECU将拖车舌部向左相对于车辆纵向轴线的期望拖车角度设定为与由驾驶员选定的倒退拖车左倒退模式的左倒退输入装置的驾驶员所选设定相称的角度；
其中，响应于驾驶员对倒退拖车右倒退模式的选定，ECU将拖车舌部向右相对于车辆纵向轴线的期望拖车角度设定为与由驾驶员选定的倒退拖车右倒退模式的右倒退输入装置的驾驶员所选设定相称的角度；
其中，响应于驾驶员对倒退拖车顺直倒退模式的选定，ECU将拖车舌部的期望拖车角度设定为相对于车辆纵向轴线的零度角；并且
其中，ECU至少部分地基于所确定的拖车角度和所设定的期望拖车角度并在车辆正在倒退拖车时控制车辆的电子控制式动力转向系统来使车辆转向以倒退拖车从而使所确定的拖车角度与所设定的期望拖车角度一致。
2.根据权利要求1所述的车辆拖车导引系统，其中，左倒退输入装置和右倒退输入装置包括横向能够调整的滑动器元件，所述滑动器元件能够滑动到中心的左边以进行倒退拖车左倒退模式，并且所述滑动器元件能够滑动到中心的右边以进行倒退拖车右倒退模式，并且其中，驾驶员将滑动器元件定位在中心位置处选定倒退拖车顺直倒退模式。
3.根据权利要求2所述的车辆拖车导引系统，其中，所述横向能够调整的滑动器元件包括在中心位置的每侧处的多个分界符，其中，每个分界符与拖车舌部相对于车辆纵向轴线的相应拖车角度相对应。
4.根据权利要求2所述的车辆拖车导引系统，其中，所述横向能够调整的滑动器元件包括指示元，其中，所述指示元指示拖车舌部相对于车辆纵向轴线的所设定的期望拖车角度。
5.根据权利要求1所述的车辆拖车导引系统，其中，左倒退输入装置包括左侧横向能够调整的滑动器元件，并且其中，右倒退输入装置包括右侧横向能够调整的滑动器元件，并且其中，倒退拖车顺直倒退模式经由驾驶员按压顺直倒退按钮被选定。
6.根据权利要求5所述的车辆拖车导引系统，其中，所述顺直倒退按钮设置在所述左侧横向能够调整的滑动器元件与所述右侧横向能够调整的滑动器元件之间。
7.根据权利要求1所述的车辆拖车导引系统，其中，左倒退输入装置包括倒退左边按钮，并且其中，倒退拖车顺直倒退模式经由驾驶员致动倒退顺直按钮被选定，并且其中，右倒退输入装置包括倒退右边按钮，并且其中，倒退顺直按钮位于所述倒退左边按钮与所述倒退右边按钮之间。
8.根据权利要求7所述的车辆拖车导引系统，其中，所述ECU设定拖车舌部向左相对于车辆纵向轴线的期望拖车角度，该期望拖车角度与驾驶员按压所述倒退左边按钮的时间量相称，并且其中，ECU设定拖车舌部向右相对于车辆纵向轴线的期望拖车角度，该期望拖车角度与驾驶员按压所述倒退右边按钮的时间量相称。
9.根据权利要求1所述的车辆拖车导引系统，其中，左倒退输入装置配置为能够由驾驶员定位在多个位置处，并且其中，所述左倒退输入装置的最右边的位置对应于拖车舌部相对于车辆纵向轴线的大于零且小于或等于车辆纵向轴线向左5度的拖车角度，并且所述左倒退输入装置的最左边的位置对应于拖车舌部相对于车辆纵向轴线的大于或等于车辆纵向轴线向左60度的拖车角度，并且其中，右倒退输入装置配置为能够由驾驶员定位在多个位置处，并且其中，所述右倒退输入装置的最左边的位置对应于拖车舌部相对于车辆纵向轴线的大于零且小于或等于车辆纵向轴线向右5度的拖车角度，并且所述右倒退输入装置的最右边的位置对应于拖车舌部相对于车辆纵向轴线的大于或等于车辆纵向轴线向右60度的拖车角度。
10.根据权利要求1所述的车辆拖车导引系统，其中，所述ECU响应于所确定的拖车角度与所设定的期望拖车角度一致而控制所述电子控制式动力转向系统来维持拖车角度处于所设定的期望拖车角度。
11.根据权利要求1所述的车辆拖车导引系统，其中，在拖车的倒退期间，ECU控制所述电子控制式动力转向系统来改变车辆的前轮相对于车辆纵向轴线的转向角度。
12.根据权利要求1所述的车辆拖车导引系统，其中，当在所述人机接口以倒退拖车左倒退模式操作的情况下车辆正在倒退拖车时，并且响应于车辆驾驶员对倒退拖车中心倒退模式的选定，ECU控制所述电子控制式动力转向系统来使倒退拖车的车辆转向，以使拖车舌部与车辆纵向轴线对齐。
13.根据权利要求1所述的车辆拖车导引系统，包括设置在车辆的内舱中并能够由车辆驾驶员查看的视频显示器，其中，所述视频显示器在车辆正在倒退拖车时显示从由后部倒退摄像头捕获的图像数据获得的视频图像。
14.根据权利要求13所述的车辆拖车导引系统，其中，所述视频显示器响应于所确定的拖车角度和所设定的期望拖车角度来显示指示所确定的拖车角度和所设定的期望拖车角度的图形覆盖元。
15.根据权利要求14所述的车辆拖车导引系统，其中，所述视频图像被转换成圆柱形视图以在所述视频显示器处显示。
16.根据权利要求15所述的车辆拖车导引系统，其中，所述视频显示器包括具有像素行和像素列的阵列，并且其中，所述阵列中的每个像素列对应于所述圆柱形视图中的相应拖车角度。
17.根据权利要求15所述的车辆拖车导引系统，其中，所确定的拖车角度和所设定的期望拖车角度的图形覆盖元在所述视频显示器上利用竖直条显示。
18.根据权利要求13所述的车辆拖车导引系统，其中，所述视频显示器显示指示所述拖车的弯折区带的图形覆盖元。
19.根据权利要求1所述的车辆拖车导引系统，其中，所述车辆的后部倒退摄像头是所述车辆的多摄像头鸟瞰/俯视系统的一部分，并且其中，由车辆的多摄像头鸟瞰/俯视系统的各单独摄像头捕获的图像数据被进行图像处理来生成能够在舱内视频显示器处查看的车辆周围或附近区域的鸟瞰/俯视图的复合视图。
20.根据权利要求19所述的车辆拖车导引系统，其中，所述拖车配备有多摄像头鸟瞰/俯视系统，并且其中，由拖车的多摄像头鸟瞰/俯视系统的各单独摄像头捕获的图像数据被进行图像处理来生成能够在舱内视频显示器处查看的拖车周围或附近区域的鸟瞰/俯视图的复合视图。
21.根据权利要求20所述的车辆拖车导引系统，其中，当驾驶员正在倒退拖车时，单独从由车辆的多摄像头鸟瞰/俯视系统的摄像头捕获的图像数据获得的复合鸟瞰/俯视图被显示。
22.根据权利要求20所述的车辆拖车导引系统，其中，当驾驶员正在倒退拖车时，单独从由拖车的多摄像头鸟瞰/俯视系统的摄像头捕获的图像数据获得的复合鸟瞰/俯视图被显示。
23.根据权利要求22所述的车辆拖车导引系统，其中，当驾驶员正在倒退拖车时，单独从由车辆的多摄像头鸟瞰/俯视系统的摄像头捕获的图像数据获得的复合鸟瞰/俯视图也被显示，并且其中，所显示的从由车辆的多摄像头鸟瞰/俯视系统的摄像头捕获的图像数据获得的复合鸟瞰/俯视图自所显示的从由拖车的多摄像头鸟瞰/俯视系统的摄像头捕获的图像数据获得的复合鸟瞰/俯视图横向平铺。
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