CN105313963A - 具有用于曲率控制的主动挂车制动的挂车倒车辅助系统 - Google Patents

Abstract

根据一个实施例，一种用于车辆的挂车倒车辅助系统包括与车辆连接的挂车。挂车倒车辅助系统的挂车具有制动系统。挂车倒车辅助系统还包括感测车辆和挂车之间的牵引线和阻力线夹角的传感器。此外，挂车倒车辅助系统包括提供挂车的期望的曲率的转向输入装置。挂车倒车辅助系统进一步包括控制器，控制器基于牵引线和阻力线夹角产生用于车辆的转向命令以在期望的曲率上引导挂车，并产生用于制动系统的驱动命令以减少挂车的向后移动距离以获得期望的曲率。

Description

具有用于曲率控制的主动挂车制动的挂车倒车辅助系统

技术领域

在此所做出的公开内容总体涉及车辆中的驾驶员辅助和主动安全技术，并且更具体地涉及一种配置有主动挂车制动用于改进的挂车引导的挂车倒车辅助系统。

背景技术

当牵引挂车时，倒车对于许多驾驶员——特别是不经常驾驶挂车或驾驶不同类型的挂车的驾驶员——来说非常具有挑战性。这样的困难的一个原因可以是倒附连着挂车的车辆需要与当倒没有附连着挂车的车辆时的转向输入相反的转向输入。这样的困难的另一个原因可以是当倒附连着挂车的车辆时转向的小错误被放大，这可以引起挂车快速偏离期望的路径。证明倒挂车很困难的附加理由是需要以限制折叠(jackknife)状况发生的可能性的方式控制车辆。当试图快速地实现微小的转弯半径时或当在如何应对类似的转向输入方面具有很大的差异——例如相对较短的挂车可以比较长的挂车更快地应对转向变化——的不同的挂车之间切换时，也可以经历这些困难并且在某些情况下增加这些困难。

发明内容

根据本发明的一个方面，一种用于车辆的挂车倒车辅助系统包括具有制动系统的挂车。挂车倒车辅助系统也包括提供挂车的期望的曲率的转向输入装置。挂车倒车辅助系统的控制器产生用于车辆的转向命令和用于制动系统的驱动命令，以在期望的曲率上引导挂车并减少向后移动距离以获得期望的曲率。

根据本发明的另一个方面，一种用于使具有制动系统的挂车倒车的方法提供接收挂车的期望的曲率的步骤。该方法也提供感测挂车和车辆之间的牵引线和阻力线夹角(hitchangle)的步骤。此外，该方法提供基于牵引线和阻力线夹角产生用于车辆的转向命令以在期望的曲率上引导挂车的步骤。该方法进一步提供产生用于制动系统的驱动命令以减少向后移动距离以获得期望的曲率的步骤。

根据本发明的进一步方面，一种用于车辆的挂车倒车辅助系统包括与车辆连接的挂车。挂车倒车辅助系统的挂车具有制动系统。挂车倒车辅助系统也包括传感器，传感器感测车辆和挂车之间的牵引线和阻力线夹角。此外，挂车倒车辅助系统包括提供挂车的期望的曲率的转向输入装置。挂车倒车辅助系统进一步包括控制器，控制器基于牵引线和阻力线夹角产生用于车辆的转向命令以在期望的曲率上引导挂车，并产生用于制动系统的驱动命令以减少挂车的向后移动距离以获得期望的曲率。

根据本发明的一个实施例，其中转向命令包括用于车辆的转向轮的角变化，并且其中驱动命令包括用于挂车的至少一个车轮的制动力。

根据本发明的一个实施例，其中产生转向命令和驱动命令，以使得防止牵引线和阻力线夹角超过基于挂车的长度和车辆的轴距确定的折叠阈值。

基于对以下说明书、权利要求书和附图的研究，本领域技术人员将理解和领会本发明的这些和其他方面、目标和特征。

附图说明

在附图中：

图1是附连挂车且具有用于操作挂车倒车辅助系统的牵引线和阻力线夹角传感器的一个实施例的车辆的俯视透视图；

图2是示出了具有转向输入装置、曲率控制器和挂车制动系统的挂车倒车辅助系统的一个实施例的框图；

图3是示出了根据一个实施例叠加有二维x-y坐标系的车辆和挂车的几何形状的示意图，车辆和挂车的几何形状识别挂车倒车辅助系统用于确定车辆和挂车的运动学关系的变量；

图4是示出了根据附加实施例的曲率控制器的一部分和根据这样的实施例的挂车倒车辅助系统的其它部件的示意性框图；

图5是根据这样的实施例的图4的曲率控制器的示意性框图，示出了曲率控制器的反馈架构和信号流；

图6是示出了当车辆的转向角和挂车的曲率和折叠角有关时牵引线和阻力线夹角和车辆的转向角之间的关系的示意图；

图7是用于选择挂车的期望的曲率的可旋转的旋钮的一个实施例的平面图和示出了具有与可以选择的期望的曲率相关的各种挂车曲率路径的车辆和挂车的相应的示意图；

图8是根据一个实施例的具有可旋转的旋钮的转向输入装置和用于操作挂车倒车辅助系统的模式选择装置的平面图；

图9是示出了根据一个实施例用转向命令控制以引导挂车至期望的曲率的车辆的示意图；

图10是示出了根据一个实施例用转向命令控制的车辆和用驱动命令制动以引导挂车至期望的曲率的挂车的示意图；

图11是示出了根据一个实施例使用挂车制动程序操作具有主动挂车制动的挂车倒车辅助系统的方法的流程图；以及

图12是示出了根据一个实施例使用挂车总体程序操作挂车倒车辅助系统的方法的流程图。

具体实施方式

在此为了说明，可以理解的是，所公开的挂车倒车辅助系统和相关的方法可以采取各种替代的实施例和取向，除非有明确相反的规定。也可以理解的是，在附图中所示出的并在以下的说明书中所描述的具体装置和过程仅仅是在所附权利要求中限定的发明构思的示例性实施例。虽然挂车倒车辅助系统和相关的方法的各个方面参照特定的说明性实施例进行了描述，但是所公开的发明不限于这样的实施例，并且在不脱离所公开的发明的前提下可以实施附加的修改、应用和实施例。因此，与在此所公开的实施例相关的具体尺寸和其它物理特性不应被认为是限制，除非权利要求中另有明确规定。

参照图1-12，附图标记10总体指代用于通过允许车辆14的驾驶员指定挂车12的倒车路径的期望的曲率26来控制附连到车辆14的挂车12的倒车路径的挂车倒车辅助系统。在一个实施例中，当驾驶员使用加速器踏板和制动踏板来控制车辆14的倒车速度时，挂车倒车辅助系统10自动控制车辆14以在期望的曲率或倒车路径26上引导挂车12。在一些实施例中，挂车12可以包括用于独立于车辆制动器控制系统72制动挂车12的车轮15的制动系统13。为了监测挂车12相对于车辆14的位置，挂车倒车辅助系统10可以包括感测挂车12与车辆14之间的牵引线和阻力线夹角γ的传感器系统16，感测挂车12与车辆14之间的牵引线和阻力线夹角γ的传感器可以称为牵引线和阻力线夹角传感器44或牵引传感器(hitchsensor)。此外，挂车倒车辅助系统10可以包括用于驾驶员提供挂车12的期望的曲率或倒车路径26的转向输入装置18，例如模式选择装置20或可旋转的旋钮30。一旦输入期望的曲率或倒车路径26，转向命令可以基于感测到的牵引线和阻力线夹角γ和挂车12与车辆14之间的运动学关系来产生，以在期望的曲率或倒车路径26上引导挂车12。挂车倒车辅助系统10的曲率控制器28也可以产生用于挂车12的制动系统的驱动命令以在期望的曲率或倒车路径26上引导挂车12。通过驱动挂车12的制动系统，控制器28减小向后移动距离以获得期望的曲率或倒车路径26。可以预期的是，挂车倒车辅助系统10的附加实施例也可以驱动挂车12的制动系统13以增加向后移动距离以获得期望的曲率或倒车路径26，如在此更详细公开的那样。

参照图1所示的实施例，车辆14是配备有用于控制附连到车辆14的挂车12的倒车路径26的挂车倒车辅助系统10的一个实施例的敞蓬卡车(pickuptruck)实施例。具体地，车辆14枢转地附接到挂车12一个实施例，挂车12具有带封闭的货物区34的箱形车架32、具有右车轮总成35和左车轮总成的单车桥，以及从封闭的货物区34纵向向前延伸的牵引杆36。左和右车轮总成35包括电摩擦制动器，每个电摩擦制动器具有鼓和电可驱动蹄，电可驱动蹄配置用于一旦与鼓接合就减缓或停止相关的车轮15的旋转运动。可以想象的是，此外或可选择地，左和右车轮总成35可以包括其它类型的制动器总成，例如液压制动器驱动器。所示出的挂车12还具有以联接器总成38的形式的挂车牵引连接器，联接器总成38连接到以连接球(hitchball)40的形式的车辆牵引连接器。联接器总成38锁止到连接球40上，以提供允许牵引线和阻力线夹角γ的铰接的枢轴球形接头连接42。应当领会的是，挂车12的附加实施例可以与车辆14选择性地连接以提供枢轴连接，例如通过与五轮连接器连接。还可以预期的是，挂车的附加实施例可以包括多于一个车桥，并且可以具有配置用于不同的负荷和物品的不同的形状和尺寸，例如船挂车或平板挂车。

仍然参照图1，在所示的实施例中，传感器系统16包括基于视觉的牵引线和阻力线夹角传感器44，用于感测车辆14和挂车12之间的牵引线和阻力线夹角γ。所示的牵引线和阻力线夹角传感器44采用了摄影机46(如，视频成像摄影机)，摄影机46可以位于车辆14的后部靠近车辆后档板48的上部区域，如图所示，使得摄影机46可以相对于挂车12的牵引杆36升高。可以预期的是，用于提供牵引线和阻力线夹角γ的牵引线和阻力线夹角传感器44和传感器系统16的附加实施例可以包括电位计、基于磁性的传感器、光学传感器、接近传感器、旋转传感器、电容传感器、电感式传感器、或基于机械的传感器(例如安装到枢轴球形接头连接42的机械传感器总成)、挂车12和车辆14上的横摆率传感器，倒车辅助系统、盲点系统和/或交叉车流警报系统的换能器、以及补充或代替基于视觉的牵引线和阻力线夹角传感器44的其他可能的牵引线和阻力线夹角γ的传感器或指示器中的一个或组合。

参照图2所示的挂车倒车辅助系统10的实施例，牵引线和阻力线夹角传感器44提供感测到的牵引线和阻力线夹角γ至挂车倒车辅助系统10。类似地，挂车倒车辅助系统10的所示的实施例从附加传感器和装置接收车辆状态相关的信息，附加传感器和装置可以包括车辆14上的定位装置56、速度传感器58和横摆传感器60。可以预期的是，在附加实施例中，牵引线和阻力线夹角传感器44和其他车辆传感器和装置可以提供可以用各种程序进行处理以确定值或指标——例如牵引线和阻力线夹角值或牵引线和阻力线夹角γ的范围——的传感器信号或其它信息。

如图2进一步所示，挂车倒车辅助系统10的一个实施例与车辆14的助力转向系统62通信以操作车辆14的转向轮64(图1)，用于以使挂车12根据挂车12的期望的曲率做出反应这样的方式移动车辆14。在所示的实施例中，助力转向系统62是电动助力转向(EPAS)系统，电动助力转向系统包括电动转向马达66，用于基于转向命令转动转向轮64至转向角，由此转向角通过助力转向系统62的转向角传感器67来感测。转向命令可以由挂车倒车辅助系统10提供，用于在倒车调度期间自主转向，并且可以替代地经由方向盘68(图1)的旋转位置(如，方向盘角)来手动提供。然而，在所示的实施例中，车辆14的方向盘68与车辆14的转向轮64机械连接，使得方向盘68与转向轮64一致地移动，防止在自主转向期间用方向盘68手动介入，这可以用其上的扭矩传感器70来感测。

再次参照图2中所示的实施例，,助力转向系统62为挂车倒车辅助系统10的曲率控制器28提供与车辆14的转向轮64的旋转位置——包括转向角——有关的信息。在所示的实施例中，曲率控制器28除了处理其他车辆14和挂车12的条件之外，处理当前的转向角以引导挂车12沿着期望的倒车路径26和/或期望的曲率。可以想象的是，在附加实施例中，挂车倒车辅助系统10可以是助力转向系统62的集成部件。

同样如图2所示，车辆制动控制系统72还可以与曲率控制器28通信，以为挂车倒车辅助系统10提供制动信息，例如车轮速度，并从曲率控制器28接收制动命令。例如，车辆速度信息可以从由制动控制系统72监测的各个车轮速度来确定。车辆速度也可以从动力传动系统控制系统74、速度传感器58及定位装置56以及其他可能的装置来确定。在一些实施例中，各个车轮速度也可以用来确定车辆横摆率，作为替代方案或除了横摆传感器60之外，车辆横摆率可以提供至挂车倒车辅助系统10，用于确定车辆转向命令。在某些实施例中，挂车倒车辅助系统10可以提供车辆制动信息至制动控制系统72，用于在挂车12倒车期间允许挂车倒车辅助系统10来控制车辆14的制动。例如，在某些实施例中，挂车倒车辅助系统10可以在挂车12倒车期间调节车辆14的速度，这可以减少不可接受的挂车倒车条件的可能性。不可接受的挂车倒车条件的例子包括，但不限于，车辆14过速条件，高牵引线和阻力线夹角速率，挂车角动态不稳定性，计算的理论挂车折叠条件(由最大车辆转向角、牵引杆长度、牵引车辆轴距以及有效挂车长度限定)，或物理接触折叠限制(由相对于车辆14和挂车12的角位移极限限定)，以及诸如此类。在此公开的是，挂车倒车辅助系统10可以发出对应于实际的、即将发生的和/或预期不可接受的挂车倒车条件的通知的警报信号。

如在图2中示出的实施例中所示，动力传动系统控制系统74也可以与挂车倒车辅助系统10相互作用，用于在挂车12倒车期间调节车辆14的速度和加速度。如以上所提到的，如由来自控制器28的速度命令所指示的车辆14的速度的调节对于限制不可接受的挂车倒车条件的可能性来说可以是必要的。

在图2中所示的挂车倒车辅助系统10的实施例还包括挂车倒车系统13，挂车倒车系统13传送制动状态信息至曲率控制器28并接收用于制动挂车12的一个或多个车轮的驱动命令。更具体地，挂车制动系统13的示出的实施例具有左车轮制动器75和右车轮制动器77，左车轮制动器75和右车轮制动器77能够独立地提供制动状态信息并接收驱动命令。挂车12上的车轮制动器75、77可以是电摩擦制动器、液压制动器驱动器或其它可能的制动器总成中的一个或组合。关于可以从挂车制动系统13提供至曲率控制器28的制动状态信息，可以想到的是，挂车车轮15的速度可以被感测并提供至曲率控制器28。类似于车辆的这样的信息，挂车车轮速度可以用于确定挂车和车辆速度以及挂车横摆率。挂车横摆率结合车辆横摆率可以进一步用于确定牵引线和阻力线夹角γ。在一些实施例中，挂车制动系统13可以与车辆制动控制系统72或车辆14的其它传感器、装置或控制系统部分或完全集成，以允许挂车倒车辅助系统10来控制挂车12和车辆14的制动。

也如图2所示，挂车制动系统13的所示的实施例允许驱动命令包括用于一个车轮制动器或每个车轮制动器75、77的特定的制动力，例如可用的制动力的百分比。还可以预期的是，驱动命令通常可以包含应用预设制动力的开启命令和去除制动力的关断命令。对于不同类型的挂车制动系统，例如液压挂车制动器或多桥布置，可以理解的是，驱动命令可以配置用于符合必要的制动系统输入。如以下进一步详细公开的，当车辆14倒车时，挂车倒车辅助系统10可以驱动挂车制动系统13的车轮制动器75、77，以改变挂车对车辆14的移动的响应，例如在期望的曲率的内侧上制动车轮15，以减少向后移动距离来获得期望的曲率。换句话说，挂车制动系统13可以驱动挂车12的车轮制动器75、77，以使牵引线和阻力线夹角γ以修改的速率变化，例如当在期望的曲率的内侧上制动车轮时以更快的速率或当在期望的曲率的外侧上制动车轮时以更慢的速率。挂车制动系统13除了提供对用于在期望的曲率或倒车路径26上引导挂车12的车辆运动的增加的响应能力之外，可以预期的是，挂车制动系统13还可以用于减少不可接受的挂车倒车条件的可能性。不可接受的挂车倒车条件的例子包括，但不限于，过速条件，高牵引线和阻力线夹角速率，挂车角度动态不稳定性，计算的理论挂车折叠条件，物理接触折叠限制，挂车12或车辆14与对象接近物理接触，以及诸如此类。在此所公开的是，挂车倒车辅助系统10可以发出对应于实际的、即将发生的和/或预期不可接受的挂车倒车条件的通知的警报信号。

继续参照图2，在所示的实施例中，挂车倒车辅助系统10可以与一个或多个装置通信，包括可以提示视觉、听觉和触觉警报的车辆警报系统76。例如，车辆制动灯78和车辆紧急闪光灯可以提供视觉警报且车辆喇叭79和/或扬声器81可以提供听觉警报。此外，挂车倒车辅助系统10和/或车辆警报系统76可以与车辆14的人机界面(HMI)80通信。HMI80可以包括车辆显示器82，例如中心叠置安装的导航或娱乐显示器(图1)。此外，挂车倒车辅助系统10可以经由无线通信与HMI80的另一个实施例通信，例如与一个或多个手持式或便携式设备，包括一个或多个智能电话。此外，便携式设备可以提供反馈信息，例如视觉、听觉和触觉警报。

如图2进一步所示，挂车倒车辅助系统10包括转向输入装置18，转向输入装置18连接到曲率控制器28，用于允许它们之间的信息的传送。在此公开的是，转向输入装置18可以以有线或无线的方式连接到曲率控制器28。转向输入装置18为挂车倒车辅助系统10提供限定挂车12的期望的倒车移动路径26的信息，曲率控制器28处理该信息并产生转向命令。根据一个实施例，转向输入装置18可以包括模式选择装置20，用于选择挂车12的纵向方向22、车辆14的纵向方向24、或基于当前牵引线和阻力线夹角γ或来自另一个转向输入装置18——例如可旋转的旋钮30——的介入的曲率。因此，在另一个实施例中，转向输入装置18可以包括旋转控制输入装置，用于允许车辆14的驾驶员命令期望的挂车转向操作或以其他方式选择期望的曲率。例如，旋转控制输入装置可以是可旋转的旋钮30，可旋转的旋钮30可以围绕延伸通过旋钮的顶表面或顶面的旋转轴线可旋转。在其它实施例中，可旋转的旋钮30可以围绕实质上平行于可旋转的旋钮30的顶表面或顶面延伸的旋转轴线可旋转。此外，根据附加的实施例，转向输入装置18可以包括用于提供期望的曲率或限定期望的倒车路径26的其他信息的替代装置，例如操纵杆、可按压的按钮、滑动输入装置、便携式设备上的各种控制器、触摸屏显示器上的各种用户界面、用于接收手势、轨迹规划器的基于视觉的系统或其它可编程的路由系统、以及如本领域普通技术人员通常理解的其他可能的输入装置。

仍然参照图2所示的实施例，曲率控制器28配置有微处理器84以处理存储在存储器86中的逻辑和程序，存储器86从转向输入装置18、牵引线和阻力线夹角传感器44、助力转向系统62、车辆制动控制系统72、挂车制动系统13、动力传动系统控制系统74以及其他车辆传感器和装置接收信息。曲率控制器28可以根据从转向输入装置18、牵引线和阻力线夹角传感器44、助力转向系统62、车辆制动控制系统72、挂车制动系统13、动力传动系统控制系统74以及其他车辆传感器和装置接收到的全部或部分信息来产生挂车制动器驱动命令和车辆转向信息和命令。此后，挂车制动器驱动命令可以提供至挂车制动系统13且车辆转向信息和命令可以提供到助力转向系统62，用于影响车辆14的转向来获得挂车12的命令的移动路径。曲率控制器28可以包括用于处理一个或多个程序的微处理器84和/或其它模拟和/或数字电路。另外，曲率控制器28可以包括存储器86，存储器86用于存储一个或多个程序，包括挂车总体程序130、挂车制动程序132以及曲率程序98。应当领会的是，曲率控制器28可以是独立的专用控制器，或者可以是与其他控制功能集成的共享控制器，例如与传感器系统16、助力转向系统62以及其他可能的车载或非车载车辆控制系统集成。

参照图3，我们现在转到讨论用来计算挂车12的移动路径的曲率和牵引挂车12的车辆的转向角之间的运动学关系的车辆和挂车信息和参数，运动学关系对于根据一些实施例配置的挂车倒车辅助系统10来说可以是合意的，包括在一个实施例中被曲率控制器28的曲率程序98使用。为了得到这样的运动学关系，关于与车辆/挂车系统相关的参数，可以做出某些假设，例如车辆14和挂车12的车轮具有可以忽略的滑移、横向柔量和变形。

如图3所示，对于车辆14和挂车12定义的系统，运动学关系是基于与车辆14和挂车12相关的各种参数。这些参数包括：

δ：车辆14的转向前轮的转向角；

α：车辆14的横摆角；

β：挂车12的横摆角；

γ：牵引线和阻力线夹角(γ＝β-α)；

W：车辆14的轴距；

L：连接点(hitchpoint)和车辆14的后桥之间的长度；

D：连接点和挂车12的车桥或对于多桥挂车12(桥长度可以是同意义的)来说是有效车桥之间的距离；以及

r₂：挂车12的曲率半径。

挂车12的车桥的中点的挂车路径曲率半径r₂、车辆14的转向轮64的转向角δ以及牵引线和阻力线夹角γ之间运动学关系的一个实施例可以用以下提供的等式表示。因此，如果提供了牵引线和阻力线夹角γ，挂车路径曲率κ₂可以基于调节转向角δ来控制(其中是挂车横摆率且是挂车速度)。

${\mathrm{\κ}}_2=\frac{1}{r_2}=\frac{\stackrel{\·}{\mathrm{\β}}}{\stackrel{\·}{\mathrm{\η}}}=\frac{(W+\frac{{\mathrm{KV}}^2}{g})sin\mathrm{\γ}+\mathrm{Lc}os\mathrm{\γ}tan\mathrm{\δ}}{D\left(\right(W+\frac{{\mathrm{KV}}^2}{g})\cos \mathrm{\γ}-Lsin\mathrm{\γ}tan\mathrm{\δ})}$

这种关系可以表示为根据挂车路径曲率κ₂和牵引线和阻力线夹角γ提供转向角δ。

$\mathrm{\δ}={\tan }^{-1}\left(\frac{(W+\frac{{\mathrm{KV}}^2}{g})\[{\mathrm{\κ}}_{2}Dcos\mathrm{\γ}-sin\mathrm{\γ}\]}{{\mathrm{DL\κ}}_2\sin \mathrm{\γ}+Lcos\mathrm{\γ}}\right)=F(\mathrm{\γ},{\mathrm{\κ}}_2,K)$

因此，对于特定的车辆和挂车组合，运动学关系的某些参数(如，D、W和L)是恒定的并且假设已知。V是车辆纵向速度且g是由于重力的加速度。K是速度依赖参数，当其设置为零时使转向角的计算不依赖车辆速度。例如，运动学关系的特定车辆的参数可以在车辆14的电子控制系统中预先定义，且运动学关系的特定挂车的参数可以由车辆14的驾驶员输入，响应于车辆转向命令从感测的挂车行为确定，或从由挂车12提供的信号以其他方式确定。挂车路径曲率κ₂可以从驾驶员经由转向输入装置的输入来确定。通过使用用于提供转向角的等式，相应的转向命令可以由用于控制车辆14的助力转向系统62的曲率程序98产生。

在图4中示出了挂车倒车辅助系统10的曲率程序98的另一个实施例，示出了总体的架构布局，由此测量模块88、牵引线和阻力线夹角调节器90以及曲率调节器92是可以存储在曲率控制器28的存储器86中的程序。在所示的布局中，转向输入装置18提供期望的曲率κ₂值至曲率控制器28的曲率调节器92，期望的曲率κ₂值可以从用转向输入装置18输入的期望的倒车路径26确定。然后，期望的牵引线和阻力线夹角γ(d)可以基于当前期望的曲率κ₂连同转向角δ由曲率调节器92来计算。一旦计算出期望的牵引线和阻力线夹角γ(d)，转向角命令基于计算出的期望的牵引线和阻力线夹角γ(d)以及测量的牵引线和阻力线夹角γ(m)和车辆14的当前速度来产生。转向角命令被提供至车辆14的助力转向系统62，然后反馈到测量模块88来重新评估转向角命令的执行或系统的其他变化对其他车辆特性的影响。因此，曲率调节器92和牵引线和阻力线夹角调节器90不断处理来自测量模块88的信息，以提供将挂车12置于期望的曲率κ₂和期望的倒车路径26上而无需大量过冲或关于期望的曲率κ₂的移动路径的连续振荡的精确的转向角命令。曲率程序98的此实施例也在图5中以控制系统框图的形式示出，曲率调节器92被示为静态图p(κ₂,δ)，静态图输出用反馈线性化处理且用比例积分(P1)控制器实施的牵引线和阻力线夹角参考信号，实质上消除了稳态追踪误差。

现在参照图6，在所公开的主题的所示实施例中，理想的是，限制车辆14和挂车12达到折叠角(即，满足折叠条件的车辆/挂车系统)的可能性。折叠角γ(j)是指当倒车不能被用于车辆的最大转向输入来克服时——例如，车辆14的转向前轮以最大转向角变化率移动到最大转向角δ——的牵引线和阻力线夹角γ。折叠角γ(j)是车辆14的转向轮的最大转向角、车辆14的轴距W、连接点和车辆14的后桥之间的距离L、以及连接点和挂车12的车桥或当挂车12具有多桥时有效车桥之间的长度D的函数。当车辆14和挂车12的牵引线和阻力线夹角γ达到或超过折叠角γ(j)时，车辆14可以向前拉以减少牵引线和阻力线夹角γ。因此，为了限制车辆/挂车系统达到折叠角的可能性，优选的是，控制挂车12的横摆角，同时保持车辆/挂车系统的牵引线和阻力线夹角γ相对较小。

车辆14和挂车12的运动学模型表示可以用于确定车辆-挂车组合的折叠角。因此，参照图3和6，转向前轮的转向角限制要求牵引线和阻力线夹角γ不能超过折叠角γ(j)，折叠角γ(j)也被称为临界牵引线和阻力线夹角γ。因此，在牵引线和阻力线夹角γ不能超过折叠角γ(j)的限制下，折叠角γ(j)是当转向轮64在最大转向角δ(max)时维持车辆/挂车系统的圆周运动的牵引线和阻力线夹角γ。具有牵引线和阻力线夹角γ的圆周运动的转向角由以下等式定义。

${\mathrm{tan\δ}}_{max}=\frac{{\mathrm{wsin\γ}}_{max}}{D+{\mathrm{Lcos\γ}}_{max}}$

解出牵引线和阻力线夹角γ的上述等式允许确定折叠角γ(j)。

如参照所示的实施例前面所公开的，在挂车倒车辅助系统10操作期间，由于助力转向系统62被直接连接到方向盘68，可以以用车辆14的方向盘68进行转向输入的方式限制车辆14的驾驶员。因此，挂车倒车辅助系统10的转向输入装置18可以用于输入挂车12的期望的倒车路径26(即曲率)，由此解耦以防止在车辆14的方向盘68做出这样的命令。然而，挂车倒车辅助系统10的附加实施例可以具有选择性地从车辆14的可转向的车轮64的运动解耦方向盘68的功能，由此在这样的挂车倒车辅助期间允许方向盘68用于命令挂车12的路径的曲率的变化或以其他方式选择期望的倒车路径26。

现在参照图7和8，转向输入装置18的一个实施例包括可旋转的旋钮30，可旋转的旋钮30被偏置(如，通过弹簧复位)到运动R(R)、R(L)的相对旋转范围之间的静止位置P(AR)。在图8所示的实施例中，运动R(R)的相对旋转范围中的第一个实质上等于运动R(L)、R(R)的相对旋转范围中的第二个。为了提供可旋转的旋钮30的旋转量的触觉指示，朝向静止位置P(AR)偏置旋钮的力可以根据可旋转的旋钮30相对于静止位置P(AR)的旋转量增加(如，非线性)。此外，可旋转的旋钮30可以配置有位置指示爪，使得驾驶员可以肯定地感觉到静止位置P(AR)并感觉到接近运动R(R)、R(L)相对旋转范围的端部(例如，软终点止动装置)。可旋转的旋钮30可以根据可旋转的旋钮30相对于静止位置P(AR)的旋转量和可旋转的旋钮30相对于静止位置P(AR)的移动方向产生期望的曲率值。也可以预期的是，可旋转的旋钮30的旋转速率可以用于确定对曲率控制器28的期望的曲率输出。如将在以下更详细地讨论的，旋钮的静止位置P(AR)对应于表明车辆14应该被转向使得挂车12沿着实质上直的倒车路径(来自驾驶员的零挂车曲率请求)——如当旋钮返回至静止位置P(AR)时由挂车12的纵向方向22所定义的——倒车的运动感测装置信号。旋钮的最大顺时针和逆时针位置(即，运动R(R)、R(L)的相对旋转范围的极限)各自对应于表明在相应的车辆转向信息没有引起折叠条件的情况下可能的挂车12的移动路径的最小曲率半径(即最尖锐的轨迹)的各自的运动感测装置信号。在这方面，静止位置P(AR)相对于运动R(R)、R(L)的相对旋转范围是零曲率命令位置。因此，命令的挂车12的路径的曲率(如，期望的倒车路径的半径)和相应的旋钮的旋转量的比值在旋钮的运动R(R)、R(L)的相对旋转范围的每一个中可以变化(如，非线性)。在此还公开的是，该比值可以是车辆速度、挂车几何形状、车辆几何形状、连接几何形状和/或挂车的负荷的函数。

参照图7，当车辆14的驾驶员倒挂车12时，驾驶员可以转动可旋转的旋钮30以提供挂车的期望的曲率或期望的倒车路径26，或类似地，超驰/修改模式选择装置20命令的期望的曲率或期望的倒车路径26。根据图7所示的实施例，转向输入装置18实施为可旋转的旋钮30，用于允许车辆14的驾驶员通过指示期望的曲率来命令期望的倒车路径26。在所示的实施例中，可旋转的旋钮30围绕中间位置114和在中间位置114的相对侧上的各个旋转位置116、118、120、122之间的中心轴线旋转，中间位置114对应于实质上直的倒车移动路径26，如由挂车12的纵向方向22所限定，命令期望的曲率κ₂对应于在命令的旋转位置挂车12的期望的倒车移动路径26的半径。可以预期的是，可旋转的旋钮30可以根据所公开的主题的实施例配置并省略用于偏置到运动的相对旋转范围之间的静止位置P(AR)的装置。缺乏这样的偏置可以允许维持可旋转的旋钮30的当前旋转位置，直到旋转控制输入装置被手动移动到不同的位置。还可以想到的是，转向输入装置18可以包括可以配置用于选择性地提供期望的倒车路径26和超驰或补充模式选择装置20或另一个转向输入装置18的非旋转控制装置。这样的非旋转控制装置的例子包括，但不限于，多个可按压的按钮(如，左转，右转，和直行)，驾驶员追踪或以其他方式输入移动路径的曲率命令的触摸屏，沿车桥平移用于允许驾驶员输入倒车路径命令的按钮，或操纵杆类型的输入或诸如此类。

也如图8所示，包括模式选择装置20的转向输入装置18的一个实施例具有三个离散按钮，对应有三种不同的倒车控制模式。第一按钮96允许选择车辆14处于静态取向以定义与车辆14的纵向方向一致取向的倒车路径以引导挂车12从在选择第一按钮96时其取向至与车辆14的纵向方向一致的其纵向方向的位置。车辆14和挂车12的纵向方向24可以进一步由纵向中心线轴线定义，例如挂车12的牵引杆36的取向和从车辆14突出的车辆牵引连接器的取向。可以选择第二按钮100以命令曲率控制器28来处理挂车直接程序，挂车直接程序可以产生至助力转向系统62的转向命令，调度车辆14以实质上保持挂车12相对于地面和周围环境的取向以沿着倒车路径引导挂车12。可以选择模式选择装置20的第三按钮104以命令曲率控制器28来处理锁定的曲率程序，锁定的曲率程序可以锁定期望的曲率或期望的倒车路径26输入，使得挂车12将遵循具有通常一致的半径的圆弧路径。可以预期的是，在附加实施例中，模式选择装置20可以包括更多或更少个倒车控制模式或程序和相应地更多或更少个选择按钮。每个离散的按钮也可以设置有照明源，在所示的实施例中，设置为邻近每个离散的按钮的LED112。在所示的实施例中，可旋转的旋钮30可以用于在为曲率控制器28提供挂车12的期望的倒车路径方面补充模式选择装置20。可以预期的是，在附加的实施例中，可旋转的旋钮30可以用于超驰模式选择装置20并独立地提供期望的倒车路径至曲率程序98，用于生成转向命令，如参照图4和5所描述的。

现在参照图9，示出了车辆14正在倒挂车12，挂车12不驱动挂车制动系统13的车轮制动器，或另外不包括这样的制动功能。在初始位置134，车辆14和挂车12实质上成直线，牵引线和阻力线夹角大约为零，且挂车倒车辅助系统的转向输入装置18正在为挂车12提供由实心圆135表示的期望的曲率。一旦从转向输入装置18接收到期望的曲率，曲率控制器28就产生转向命令，其最初控制车辆的可转向的车轮64至左角方向，用于移动车辆14至导致牵引线和阻力线夹角接近对应于期望的曲率的角度的取向。一旦到达通常定位接近相应的期望的曲率的牵引线和阻力线夹角的中间位置136，曲率控制器28就产生转向命令，其然后在相反方向控制车辆14的可转向的车轮64，用于移动车辆到通常允许车辆14沿着用虚线圆137示出的期望的曲率连续地引导挂车12的最终位置138。用附图标记140纵向示出了在车辆的初始位置和最终位置之间的向后移动距离。然而，可以理解的是，向后移动距离也可以被定义为沿着转向轮64之间车辆的固定的中心点移动的弯曲路径测量的距离。如图所示，在所示实施例中，初始输入的期望的曲率和获得的期望的曲率之间的距离142是横向距离。

在图10所示的实施例中，车辆14正在倒挂车12，类似于图9所示，区别在于图10中的挂车12正在驱动挂车制动系统13。具体地，在期望的曲率的内侧上的右轮制动器77正在独立地制动挂车12的相关的车轮15，以减少向后移动距离，以获得期望的曲率。当比较图9和10中所示的倒车调度时，可以看出，初始位置134实质上是相同的，牵引线和阻力线夹角大约为零且挂车倒车辅助系统10的转向输入装置18提供挂车12的期望的曲率，用实质上相同的实心圆135示出。然而，当进一步离开初始位置134时，差异变得更明显。曲率控制器28产生转向命令，其最初控制车辆14的可转向的车轮64到同样取向的向左角方向，用于再次移动车辆14至导致牵引线和阻力线夹角接近对应于期望的曲率的角度的取向。然而，由于挂车的右车轮15保持在大约固定的位置，在图10中所示的中间位置144比图9中所示的中间位置136稍微更早地接近。一旦到达中间位置144，牵引线和阻力线夹角就接近相应的期望的曲率，使得曲率控制器28产生转向命令，然后在相反方向控制车辆14的可转向的车轮64，用于移动车辆14至通常允许车辆沿着再次用虚线圆148示出的期望的曲率不断引导挂车的最后位置146。再次，图10中的最终位置146比图9中的最终位置138更早地接近。为了清楚地说明这些差别，车辆14的初始位置134和最终位置146之间的向后移动距离用附图标记150纵向示出。再次，可以理解的是，向后移动距离可以被定义为沿着车辆的固定的中心点移动的弯曲路径测量的距离。另外，可以看出，在最初输入的期望的曲率和获得的期望的曲率之间的距离152是更纵向成角度距离，就是说实际获得的曲率比最初期望的曲率更靠近车辆14和挂车的初始位置134。

参照图11，示出了操作挂车倒车辅助系统10的挂车倒车程序132的一个实施例的方法。在步骤154，该方法是通过激活挂车倒车辅助系统10来开始。可以预期的是，激活挂车倒车辅助系统10可以以各种方式来完成，例如在车辆HMI80上的显示器82上做出选择。下一步156然后确定附连的挂车12与车辆14之间的运动学关系。为了确定运动学关系，车辆14和挂车12的各种参数必须被感测、通过驾驶员输入或以其他方式确定，挂车倒车辅助系统10根据挂车12的期望的曲率或倒车路径26产生至助力转向系统62的转向命令。如参照图3-6所公开的，定义运动学关系的运动学参数包括挂车12的长度、车辆14的轮距、从连接点到车辆14的后桥的距离、以及车辆14和挂车12之间的牵引线和阻力线夹角γ以及如前所述的其他变量和参数。相应地，在确定运动学关系之后，挂车倒车辅助系统10可以在步骤158中继续以进行挂车总体程序130。

如图12所示，示出了挂车总体程序130的一个实施例。所示的挂车总体程序130的第一确定是在步骤160，在步骤160中，确定通用挂车特征是否是期望的。通用挂车特征可以允许曲率控制器28来产生转向命令和挂车制动器驱动命令，使附连的挂车12响应于由转向输入装置18的输入以与由挂车总体程序130定义的通用挂车实质上相同的方式操作。如果通用挂车特征是不期望的，挂车总体程序130结束且挂车制动程序132继续。否则，在步骤162，附连的挂车12被添加到挂车的存储数据库。挂车的存储数据库可以是之前附连到车辆14的挂车、之前附连到车辆14已用挂车倒车辅助系统10倒车的挂车、能够附连到车辆14的挂车、以及其他可能的挂车的分组的数据库。

在图12所示的挂车总体程序130的步骤164中，提示驾驶员选择通用挂车模式，例如在车辆的HMI80的显示器上。所示的挂车总体程序130列出了可能选择的平均挂车模式和特定挂车模式，虽然可以理解的是，可以选择更多或更少个通用挂车模式。如果在步骤166中确定选择平均挂车模式，则程序在步骤168从挂车的数据库计算平均挂车尺寸。具有平均挂车尺寸，在步骤170中，用平均挂车尺寸定义通用挂车，用于产生使附连的挂车12以与通用挂车实质上相同的向后移动距离获得期望的曲率的速度命令、转向命令以及挂车制动器驱动命令。否则，如果在步骤172中确定选择特定的挂车模式，则在步骤174程序提示驾驶员从数据库选择驾驶员希望是通用挂车的挂车。还可以预期的是，驾驶员可以可选择地输入尺寸来用作通用挂车。在步骤176中，再次存储所选择的挂车的存储尺寸以定义用于产生使附连的挂车12以与通用挂车实质上相同的向后移动距离获得期望的曲率的速度命令、转向命令、以及挂车制动器驱动命令的通用挂车。一旦存储通用挂车变量的尺寸，挂车制动程序132在步骤178中继续。

再次参照图11，在步骤180中，感测车辆14与挂车12之间的牵引线和阻力线夹角γ，虽然这可以在挂车倒车辅助系统10操作期间连续进行。可以预期的是，在挂车倒车辅助系统10的附加实施例中，确定运动学关系和感测牵引线和阻力线夹角γ的步骤可以在挂车倒车辅助系统10被激活之前发生，或在产生转向命令之前的任何时间发生。因此，在步骤182中，从转向输入装置18接收期望的曲率。在产生转向命令之前，在步骤184中，挂车制动程序132确定附连的挂车12是否具有制动系统13。如果感测到制动系统13在挂车12上或以其他方式被确定为存在于挂车12上，则在步骤186中，可以基于期望的曲率、感测的牵引线和阻力线夹角和通用挂车(如果挂车总体程序130定义了)产生转向命令连同用于制动系统13的驱动命令。如果制动系统13没有感测到或没有以其他方式确定为在附连的挂车12上，在步骤188中，可以基于期望的曲率、感测的牵引线和阻力线夹角以及通用挂车(如果挂车总体程序130定义了)产生转向命令。产生的转向命令和驱动命令可以结合曲率程序98的进行产生，如先前所讨论的那样。在步骤190中，已经执行转向命令和驱动命令以在由转向输入装置18提供的期望的曲率上引导挂车12。

与执行用于接收挂车倒车辅助请求、确定挂车12的期望的倒车路径26和曲率以及产生车辆转向命令和挂车制动器驱动命令的操作同时，挂车倒车辅助系统10可以执行用于监测不可接受的挂车倒车条件是否存在的操作。这样的监测的例子包括，但不限于，评估牵引线和阻力线夹角γ以确定是否超过牵引线和阻力线夹角γ阈值，评估倒车速度以确定是否超过倒车速度阈值，评估车辆转向角以确定是否超过车辆转向角阈值，评估其它操作参数(如，车辆纵向加速度，油门踏板需求率以及牵引线和阻力线夹角速率)用于确定是否超过相应的阈值，以及诸如此类。如果确定不可接受的挂车倒车条件存在，可以执行用于禁止挂车12的当前移动路径的操作(如，停止车辆14的移动)，之后执行用于结束当前挂车倒车辅助情况的操作。

本领域的普通技术人员还可以理解的是，所描述的本发明和其他组件的构造不限于任何特定的材料。在此所公开的本发明的其它示例性实施例可以由多种材料制成，除非在此另有说明。

对于本发明，术语“连接”(以其所有形式，现在式，进行式，过去式等)一般是指两个部件(电的或机械的)直接或间接彼此接合。这样的接合可以是本质上固定的或本质上可移动的。这样的接合可以用两个部件(电的或者机械的)和与彼此或与这两个部件整体形成单一整体件的任何附加的中间元件来实现。这样的接合可以是本质上永久的，或可以是本质上可移除的或可释放的，除非另有说明。

同样重要的是，要注意，如在示例性实施例中所示的，本发明的元件的结构和布置仅是说明性的。虽然在本发明中仅详细描述了本发明创新的几个实施例，但是查阅本发明的本领域技术人员将容易地领会，在实质上不脱离所叙述的主旨的新颖教导和优点的前提下，许多修改是可以能的(如各个元件的大小、尺寸、结构、形状和比例，参数值，安装布置，材料的使用，颜色，取向等的变化)。例如，示为整体形成的元件可以构造为多个部件或示为多个部件的元件可以整体形成，接口的操作可以被颠倒或以其他方式变化，结构和/或元件或连接件或系统的其它元件的长度或宽度可以变化，设置在元件之间的调整位置的性质或数目可以变化。应当指出的是，系统的元件和/或总成可以由提供足够的强度或耐久性的各种各样的材料中的任何一种以各种各样的颜色，纹理，以及它们的组合中的任何一种来构造。因此，所有这样的修改旨在被包括在本发明创新的范围内。在不脱离本发明创新的精神的前提下，可以在可取的和其他示例性实施例的设计、操作条件和布置中做出其它替换、修改、改变和省略。

应当理解的是，任何所述过程或所述过程中的步骤可以与其他所公开的过程或步骤相结合，以形成本发明范围内的结构。在此所公开的示例性结构和过程是为了说明性的目的，并不被解释为限制。

还应当理解的是，在不脱离本发明的构思的前提下，可以对前述结构和方法做出变化和修改，并且进一步可以理解的是，这些构思旨在被以下权利要求覆盖，除非这些权利要求通过其文字另有明确说明。

Claims (17)

1.一种用于车辆的挂车倒车辅助系统，包含：

挂车，其具有制动系统；

转向输入装置，其提供所述挂车的期望的曲率；以及

控制器，其产生用于所述车辆的转向命令和用于所述制动系统的驱动命令，以在所述期望的曲率上引导所述挂车并减少向后移动距离以获得所述期望的曲率。

2.根据权利要求1所述的挂车倒车辅助系统，进一步包含：

速度传感器，其感测所述车辆的速度，其中所述控制器基于所述速度产生所述转向命令和所述驱动命令。

3.根据权利要求1所述的挂车倒车辅助系统，进一步包含：

传感器，其感测所述挂车和所述车辆之间的牵引线和阻力线夹角，其中所述转向命令是基于所述牵引线和阻力线夹角和所述挂车的长度产生的。

4.根据权利要求1所述的挂车倒车辅助系统，其中所述控制器产生用于调节所述车辆的倒车速度的速度命令。

5.根据权利要求1所述的挂车倒车辅助系统，其中所述转向命令和所述驱动命令配置用于使第一挂车以与第二较短的挂车实质上相同的向后移动距离获得所述期望的曲率。

6.根据权利要求1所述的挂车倒车辅助系统，其中用于所述制动系统的所述驱动命令包括在所述期望的曲率的内侧上独立地制动所述挂车的车轮。

7.根据权利要求1所述的挂车倒车辅助系统，其中用于所述制动系统的所述驱动命令是当在没有所述驱动命令的情况下所述挂车获得所述期望的曲率的所述向后移动距离大于阈值距离时产生的。

8.根据权利要求7所述的挂车倒车辅助系统，其中所述阈值距离是基于所述挂车的长度确定的，使得较长的长度比较短的长度具有更大的阈值距离。

9.根据权利要求1所述的挂车倒车辅助系统，其中所述转向输入装置包括旋钮，所述旋钮在具有第一曲率的第一位置和具有第二曲率的第二位置之间可旋转，由此所述旋钮的旋转位置限定所述期望的曲率。

10.一种用于使具有制动系统的挂车倒车的方法，包含：

接收所述挂车的期望的曲率；

感测所述挂车和车辆之间的牵引线和阻力线夹角；

基于所述牵引线和阻力线夹角产生用于所述车辆的转向命令以在所述期望的曲率上引导所述挂车；以及

产生用于所述制动系统的驱动命令以减少向后移动距离以获得所述期望的曲率。

11.根据权利要求10所述的方法，进一步包含：

感测所述车辆的速度，其中所述转向命令和所述驱动命令是基于所述速度产生的。

12.根据权利要求10所述的方法，其中用于所述制动系统的所述驱动命令包括在所述期望的曲率的内侧上独立地制动所述挂车的单个车轮。

13.根据权利要求10所述的方法，进一步包含：

产生用于调节所述车辆的动力传动系统的输出的速度命令。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述速度命令、所述转向命令以及所述驱动命令一起配置用于使第一挂车以与第二较短的挂车实质上相同的向后移动距离来获得所述期望的曲率。

15.根据权利要求13所述的方法，进一步包含：

存储多个挂车的长度，其中所述速度命令、所述转向命令以及所述驱动命令一起产生用于与所述车辆连接的所述挂车，从而以与多个挂车获得所述期望的曲率的平均向后移动距离实质上相同的向后移动距离来获得所述期望的曲率。

16.根据权利要求10所述的方法，其中所述驱动命令是当在没有驱动力的情况下所述挂车获得所述期望的曲率的所述向后移动距离大于基于所述挂车的长度的阈值距离时产生的。

17.根据权利要求10所述的方法，其中所述期望的曲率是基于旋钮的旋转位置来确定的，所述旋钮在对应于不同的曲率的多个位置之间可旋转。