阅读说明：本技术 具有转向获取和切换的自动挂接系统 (Automatic hitching system with steering acquisition and switching ) 是由 卢克·尼维亚多姆斯基 凯尔·西蒙斯 阿纳夫·夏尔马 于 2020-02-05 设计创作，主要内容包括：本公开提供了“具有转向获取和切换的自动挂接系统”。一种车辆挂接辅助系统包括转向系统,所述转向系统具有：转向车轮,所述转向车轮安装在所述车辆的外部；以及转向马达,所述转向马达与所述转向车轮机械地联接。所述系统还包括控制器,所述控制器通过与所述转向马达的连接来获取对所述转向车轮的控制,并且在获取对所述转向车轮的控制之后,接收执行自动挂接操纵的命令并使用所述转向马达来控制所述转向车轮。(The present disclosure provides an "automatic hitch system with steering acquisition and switching. A vehicle hitch assist system includes a steering system having: a steering wheel mounted on an exterior of the vehicle; and a steering motor mechanically coupled with the steered wheel. The system further includes a controller that acquires control of the steered wheel through connection with the steering motor, and after acquiring the control of the steered wheel, receives a command to perform an automatic hitch maneuver and controls the steered wheel using the steering motor.)

具有转向获取和切换的自动挂接系统

技术领域

本发明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，本公开涉及一种具有用于转向系统控制的系统获取和切换的改进过程的系统。

背景技术

将挂车挂接到车辆可能是既困难又耗时的体验。尤其，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重复前向和倒向行驶以与多次转向操纵协调来适当地定位车辆。此外，在适当的挂接球对准所需要的大部分行驶期间，无法看到挂车挂接件，并且在通常情况下，驾驶员实际上从不能看到挂接球。这种视线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形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，挂接球与车辆的后保险杠的紧密性意味着任何过冲都可能致使车辆与挂车碰撞。因此，可能需要进一步的改进。

发明内容

根据本发明的一个方面，一种车辆挂接辅助系统包括转向系统，所述转向系统具有：转向车轮，所述转向车轮安装在所述车辆的外部；以及转向马达，所述转向马达与所述转向车轮机械地联接。所述系统还包括控制器，所述控制器通过与所述转向马达的连接来获取对所述转向车轮的控制，并且在获取对所述转向车轮的控制之后，接收执行自动挂接操纵的命令并使用所述转向马达来控制所述转向车轮。

本发明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：

·在完成所述自动挂接操纵或不再接收执行所述自动挂接操纵的所述命令的任一种情况下，所述控制器致使所述转向车轮移动到零度转弯位置；

·在致使所述转向车轮移动到所述零度转弯位置之后，所述控制器放弃对所述转向车轮的控制；

·所述转向系统还包括方向盘，所述方向盘安装在所述车辆的内部并且与所述转向车轮机械地联接；

·所述控制器致使所述转向马达使所述方向盘移动，以指示对所述转向车轮的控制；

·所述控制器致使所述转向马达使所述方向盘以低振幅振荡移动，以指示对所述转向车轮的控制；

·所述控制器还接收发起所述自动挂接操纵然后再获取对所述转向车轮的控制的命令；

·获取对所述转向车轮的控制包括：确定初始转向车轮角；以及向所述转向马达发送与所述转向车轮移动到所述初始转向车轮角相对应的命令；并且

·所述转向系统还包括转向角传感器，所述控制器与所述转向角传感器通信，并且所述控制器从所述转向角传感器确定所述初始转向车轮角。

根据本发明的另一个方面，一种车辆挂接辅助系统包括转向系统，所述转向系统具有：转向车轮，所述转向车轮安装在所述车辆的外部；以及转向马达，所述转向马达与所述转向车轮机械地联接。所述系统还包括控制器，所述控制器：接收执行自动挂接操纵的命令；执行所述自动挂接操纵，包括使用所述转向马达来控制所述转向车轮；以及在结束所述自动挂接操纵之后，致使所述转向车轮移动到零度转弯位置。

根据本发明的另一个方面，一种车辆包括转向系统，所述转向系统具有：转向车轮，所述转向车轮安装在所述车辆的外部；以及转向马达，所述转向马达与所述转向车轮机械地联接。所述车辆还包括控制器，所述控制器：通过与所述转向马达的连接来获取对所述转向车轮的控制；在获取对所述转向车轮的控制之后，接收执行自动挂接操纵的命令并使用所述转向马达来控制所述转向车轮；以及在结束所述自动挂接操纵之后，致使所述转向车轮移动到零度转弯位置。

在研究以下说明书、权利要求和附图之后，本领域技术人员将理解和明白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是相对于挂车处于未挂接位置的车辆的透视图；

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一个步骤期间的顶视示意图；

图4是描绘对准序列中的各步骤的流程图，包括车辆获取对车辆转向系统的控制；

图5是示例性车辆转向系统的透视图；

图6是车辆在与挂车的对准序列的后一步骤期间的顶视示意图；

图7是对在图6的对准序列步骤期间从车辆相机所接收的图像的描绘；

图8是车辆在与挂车的对准序列的后一步骤期间的顶视示意图；

图9是车辆在与挂车的对准序列的后一步骤期间的顶视示意图，并且示出了车辆的挂接球在推导的对准路径尽头的位置；

图10是车辆在其中车辆的转向轮回到居中位置的与挂车的对准序列的后一步骤期间的顶视示意图；

图11是描绘了对准序列中的各步骤的流程图，包括车辆放弃对车辆转向系统的控制；以及

图12A至图12C是车辆人机界面的前视图，示出了在车辆将对车辆转向系统的控制让位给驾驶员的步骤期间可呈现的示例消息。

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创造性概念的示例性实施例。因此，除非权利要求另外明确指出，否则与本文公开的实施例相关的具体尺寸和其他物理特性不应当被视为是限制性的。另外，除非另有指明，否则应当理解，对在给定方向等上或沿着给定方向等延伸的部件的特定特征的讨论并不意味着所述特征或所述部件在此方向上延循笔直的线或轴线，或者仅在此方向上或在此平面上延伸而没有其他方向分量或偏差，除非另有说明。

总体上参考图1至图12C，附图标记10表示车辆挂接辅助系统。系统10可以包括在所描绘的车辆12中，所述车辆12具有转向系统20，所述转向系统20具有：转向车轮76，所述转向车轮76安装在车辆12的外部；以及转向马达74，所述转向马达74与转向车轮76机械地联接。车辆12还包括控制器26，所述控制器26通过与转向马达74的连接来获取对转向车轮76的控制。在获取对转向车轮76的控制之后，控制器26接收执行自动挂接操纵的命令并使用转向马达74来控制转向车轮76。在完成自动挂接操纵或不再接收执行自动挂接操纵的命令的任一种情况下，控制器26致使转向车轮76移动到零度转弯位置。

关于图2的系统图所示的挂接辅助系统10的一般操作，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22的定位信息，所述定位系统22可以包括航迹推算装置24，或者另外或作为替代方案包括全球定位系统(GPS)，以基于定位系统22内装置的一个或多个位置确定车辆12的坐标位置。具体地，航迹推算装置24可以至少基于车辆速度和转向角δ在局部坐标系82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56的车辆12的速度和来自横摆率传感器58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54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14的挂车16的序列图像，挂接辅助系统10的控制器26可以用各种程序处理所述序列图像以确定联接器14的高度H和位置(例如，基于距离D_h和角α_h)。

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20通信，所述转向系统20可以是动力助力转向系统20，其包括电动转向马达74，以用于操作车辆12的转向轮76(图1)，从而使车辆12以车辆横摆随车辆速度和转向角δ变化的这种方式移动。在所示的实施例中，动力助力转向系统20是包括电动转向马达74的电动助力转向(“EPAS”)系统，其用于基于转向命令使转向轮76转弯到转向角δ，由此转向角δ可以由动力助力转向系统20的转向角传感器78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地转向，并且可以替代地经由车辆12的方向盘30的旋转位置(例如，转弯角)手动地提供。然而，在本示例中，车辆12的方向盘30与车辆12的转向轮76机械地联接，使得方向盘30与转向轮76一致地移动，从而防止在自主转向期间通过方向盘30进行手动干预。更具体地，扭矩传感器80设置在动力助力转向系统20上，所述扭矩传感器80感测方向盘30上的扭矩，所述扭矩不是方向盘30的自主控制所预期的并且因此指示手动干预，由此挂接辅助系统10可以警告驾驶员停止手动干预方向盘30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20，所述动力助力转向系统20允许方向盘30与这种车辆的转向轮76的移动部分地脱离。

继续参考图2，动力助力转向系统20向挂接辅助系统10的控制器26提供与车辆12的转向轮76的旋转位置相关的信息，包括转向角δ。除了车辆12的其他状况之外，所示的实施例中的控制器26还处理当前转向角，以沿着期望的路径32(图3)引导车辆12。可以设想，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20的集成部件。例如，动力助力转向系统20可以包括用于根据从以下各项所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18、动力助力转向系统20、车辆制动控制系统70、动力传动系统控制系统72和其他车辆传感器和装置以及人机界面40，如下文进一步讨论的。

还如图2中所示，车辆制动控制系统70还可以与控制器26通信以向挂接辅助系统10提供制动信息(诸如车辆车轮转速)并且从控制器26接收制动命令。例如，车辆速度信息可以根据由制动控制系统70监视的各个车轮速度来确定。还可以根据动力传动系统控制系统72、速度传感器56和定位系统22以及其他可设想到的装置确定车辆速度。在一些实施例中，作为车辆横摆率传感器58的替代方案或补充，各个车轮转速也可以用于确定车辆横摆率所述确定的车辆横摆率可以被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70提供车辆制动信息，以用于允许挂接辅助系统10在挂车16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16的联接器14对准期间调节车辆12的速度，这可以减少与挂车16发生碰撞的可能性，并且可以使得车辆12在路径32的确定的端点35处完全停止。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关于与挂车16的一部分的实际、即将发生和/或预期碰撞的通知。如图2所示的实施例中所示，动力传动系统控制系统72还可以与挂接辅助系统10进行交互，以用于在与挂车16进行部分或自主对准期间调节车辆12的速度和加速度。如上文所提及的，调节车辆12的速度可以有利于防止与挂车16碰撞。

另外，挂接辅助系统10可以与车辆12的人机界面(“HMI”)40通信。HMI 40可包括车辆显示器44，诸如中控面板安装的导航或娱乐显示器(图1)。HMI 40还包括输入装置，其可以通过将显示器44配置为具有电路46的触摸屏42的一部分以接收与显示器44上的位置对应的输入来实施。代替触摸屏42或除了触摸屏之外，可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 40的另一个实施例通信，诸如与一个或多个手持式或便携式装置96(图1)(包括一个或多个智能电话)通信。便携式装置96还可以包括用于向用户显示一个或多个图像和其他信息的显示器44。例如，便携式装置96可以在显示器44上显示挂车16的一个或多个图像，并且还可以能够经由触摸屏电路46接收远程用户输入。此外，便携式装置96可以提供反馈信息，诸如视觉、听觉和触觉警报。

仍然参考图2中所示的实施例，控制器26被配置有微处理器60，以用于处理存储在存储器62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18、动力助力转向系统20、车辆制动控制系统70、动力传动系统控制系统72和其他车辆传感器和装置。控制器26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。然后，可以将车辆转向信息和命令提供给动力助力转向系统20，以用于影响车辆12的转向，从而实现用于与挂车16的联接器14对准的命令的行进路径32(图3)。控制器26可以包括微处理器60和/或其他模拟和/或数字电路以用于处理一个或多个程序。此外，控制器26可以包括存储器62以用于存储一个或多个程序，包括图像处理程序64和/或挂接检测程序、路径推导程序66和操作程序68。应当理解，控制器26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，诸如与车辆传感器系统、动力助力转向系统20以及其他可设想到的车载或非车载车辆控制系统集成。还应当理解，图像处理程序64可以由例如车辆12的独立成像系统内可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60)实施。此外，完成诸如本文所描述的图像处理功能的任何系统、计算机、处理器等在本文中可以称为“图像处理器”，而不考虑它还可以实施的其他功能(包括与执行图像处理程序64同时实施的功能)。

系统10还可以并入有成像系统18，所述成像系统18包括一个或多个外部相机，在所示示例中，所述外部相机包括后视相机48、中央高位刹车灯(CHMSL)相机50以及侧视相机52a和52b，但是包括另外的或替代相机的其他装置是可能的。在一个示例中，成像系统18可以仅包括后视相机48，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视相机48。在另一个示例中，包括在成像系统18中的各种相机48、50、52a、52b可以被定位成在它们相应的视野方面大致重叠，所述视野可以分别对应于后视相机48、中央高位刹车灯(CHMSL)相机50和侧视相机52a和52b。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64中或在成像系统18内的另一个专用图像处理器中组合成单个图像。在这种示例的扩展中，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种视野49、51、53a、53b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14)。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64可以使用已知的程序设计和/或功能在来自成像系统18内的各种相机48、50、52a和52b的图像数据内识别对象。在任一个示例中，图像处理程序64可以包括与存在于车辆12上或被系统10利用的任何相机48、50、52a和52b的定位(例如，包括相对于车辆12的中心36(图1)的定位)有关的信息，使得相机48、50、52a和52b相对于中心36和/或彼此的位置可以用于对象定位计算，以及用于得到例如相对于车辆12的中心36或者车辆12的其他特征(诸如挂接球34(图1)，相对于中心36的位置是已知的)的对象位置数据。

图像处理程序64可以被具体编程或以其他方式被配置为在图像数据内定位联接器14。在一个示例中，图像处理程序64可以首先尝试识别图像数据内的任何挂车16，这可以基于与系统10兼容的多种不同挂车类型、尺寸或配置的挂车中的挂车16以及一般挂车的存储的或其他已知的视觉特性来完成。控制器26可以向用户寻求确认对挂车16的识别是准确的并且是要针对其完成如下面进一步描述的自动挂接操作的正确挂车。在识别挂车16之后，控制器26然后可以类似地基于联接器14或一般的联接器的存储的或以其他方式已知的视觉特性来在图像数据中识别该挂车16的联接器14。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16上的相对于联接器14的指定位置，所述美国专利的全部公开内容通过引用并入本文中。在这种实施例中，图像处理程序64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14相对于这种标记的定位，使得可以基于标记位置来确定联接器14的位置28。另外地或替代地，控制器26可以经由触摸屏42上的提示来寻求对所确定的联接器14的确认。如果联接器14的确定未得到确认，则可以提供进一步的图像处理，或者可以使用触摸屏42或另一输入来促进联接器14的位置28的用户调整，以允许用户移动联接器14在触摸屏42上的所描绘的位置28，控制器26使用所述所描绘的位置以基于上述图像数据的使用来调整联接器14相对于车辆12的位置28的确定。

在各种示例中，控制器26最初可以依赖于对挂车16的识别来进行自动挂接操作的初始阶段，其中推导路径32以使挂接球34相对于挂车16朝向中心对准位置移动并且一旦识别出联接器14，就改进路径32。当确定挂车16与车辆12的距离足够远到在不知道路径32的精确端点35的情况下就开始后退时，可以实施这种操作方案，并且当挂车16处于其中图像数据的分辨率使得可以准确地识别挂车16但是不能精确地识别联接器14的距离时，这种操作方案可能是有用的。通过这种方式，车辆12的初始向后移动可以允许校准各种系统10输入或测量值，例如这可以提高距离测量的准确性，从而可以有助于使得对联接器14的识别更加准确。类似地，车辆12的移动导致改变数据内的特定图像，这可以提高分辨率或相对于挂车16的其余部分移动联接器14使得可以更容易地识别挂车。

如图3中所示，图像处理程序64和操作程序68可以彼此结合使用以确定路径32，挂接辅助系统10可以沿所述路径32引导车辆12以将挂接球34与挂车16的联接器14对准。在诸如通过在例如触摸屏42上的用户输入发起挂接辅助系统10时，图像处理程序64可以识别图像数据内的联接器14，并且至少尝试使用图像数据根据上文讨论的一个示例确定到联接器14的距离D_c和联接器14与车辆12的纵向轴线之间的偏移角α_c来估计联接器14相对于挂接球34的位置28。图像处理程序64还可以被配置为整体识别挂车16，并且可以单独使用挂车16的图像数据或者与联接器14的图像数据组合使用，以确定挂车16的取向或航向33。通过这种方式，可以进一步推导路径32以使车辆12相对于挂车16对准，其中车辆12的纵向轴线13在挂车16的航向33的预先确定的角范围内。值得注意地是，这种对准可能不要求车辆12的纵向轴线13与挂车16的航向33平行或共线，而是可以仅仅要求纵向轴线在一般允许挂接球34与联接器14连接而车辆12与挂车16之间没有碰撞的范围内，并且还可以允许使用车辆12立即控制挂车16的后退。通过这种方式，角范围可以是这样的，即在操作程序68结束时车辆12与挂车16的对准使得纵向轴线13与航向33之间的角小于在联接时车辆12与挂车16之间的弯折角或其合理估计值。在一个示例中，所述角范围可以使得纵向轴线13在任一方向上与航向33共线偏离在大约30内。在各种示例中，诸如当挂车16的长度L已知时，所述角范围可以更大(如果允许)或者可以更小，其取决于系统10的期望容差。

在另外参考图2的情况下继续参考图3，在一个示例中，如上面所讨论已经估计了联接器14的定位D_c、α_c的控制器26可以执行路径推导程序66以确定车辆路径32，从而将车辆挂接球34与联接器14对准。具体地，控制器26可以将车辆12的各种特性存储在存储器62中，所述各种特性包括轴距W、从后桥到挂接球34的距离(其在本文称为牵引杆长度L)以及转向轮76可以转弯的最大角δ_max。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可以通过控制器26与转向系统20通信而进行控制，如上文所讨论的。通过这种方式，当已知最大转向角δ_max时，转弯半径ρ_min的最小可能值被确定为：

路径推导程序66可以被编程为推导车辆路径32，从而将车辆挂接球34的已知位置与联接器14的估计位置28对准，这将所确定的最小转弯半径ρ_min纳入考虑以允许路径32使用最小量的空间和操纵。通过这种方式，路径推导程序66可以使用车辆12的位置(所述位置可以基于车辆12的中心36、沿着后桥的位置、航迹推算装置24的位置或坐标系82上的另一已知位置)来确定距联接器14的横向距离和距联接器14的前向或后向距离，并推导路径32，所述路径32在转向系统20的限制内实现车辆12所需的横向和前向-后向移动。对路径32的推导还考虑了基于长度L的挂接球34相对于车辆12的跟踪位置(其可以与车辆12的质心36、GPS接收器的位置或另一个指定的已知区域对应)的定位，以确定车辆12的所需定位，来将挂接球34与联接器14对准。应当注意，挂接辅助系统10可以通过确定联接器14在竖直方向上的移动Δy(将需要所述移动来将挂接球34接纳在联接器14内)来补偿联接器14在行驶方向上朝向车辆12的水平移动Δx。这样的功能性在共同待决、共同转让的美国专利申请号14/736,391和16/038,462中做了进一步讨论，所述美国专利申请的全部公开内容通过引用并入本文。

如上文所讨论的，一旦已经使用上述任一偏移确定方案确定了包括端点35的期望路径32，则允许控制器26至少用(无论是由驾驶员控制还是由控制器26控制的，如下所述)控制车辆12的速度(前向或后向)的动力传动系统控制系统72和制动控制系统70来控制车辆12的转向系统20。通过这种方式，控制器26可以从定位系统22接收关于车辆12在其移动期间的位置的数据，同时根据需要控制转向系统20，以保持车辆12沿着路径32。具体地，已经基于车辆12和转向系统20的几何形状确定的路径32可以根据车辆12沿着所述路径32的位置来调整由所述路径决定的转向角δ。另外应注意，在一个实施例中，路径32可以包括取决于被跟踪车辆位置的转向角δ调整的进展。

如图3所示，可以确定车辆路径32以在可能的最小区域内和/或以最低数量的操纵实现所需的横向和后向移动。在图3的所示示例中，路径32可以包括由车轮76在不同方向上的转向以共同地横穿车辆12的所需侧向移动同时提供最终直线向后后退路段以使挂接球34与联接器14成上述偏移对准关系而限定的多个部分。应当注意，可以使用所描绘的路径32中的变化。应进一步注意，对联接器14的定位的估计值D_c、α_c可以在车辆12横穿路径32时(包括将车辆12定位在挂车16的前面)以及在车辆12接近联接器14时变得更准确。因此，此类估计值可以被连续地推导并且用于在确定路径32的调整后端点35时根据需要更新路径推导程序66，如上文所讨论的。通过类似方式，一旦图像处理程序64可以在图像数据中识别联接器14，即可微调使用从便携式装置或智能电话96获取的位置和取向数据推导的路径32，其中随着图像数据在接近挂车16期间变得越来越清晰，类似地推导出的路径32持续更新。还应当注意，在可以做出这种确定之前，航迹推算装置24可以用于跟踪车辆12在其沿着路径32朝向初始推导的端点35移动时的位置。

可以理解，利用系统10将车辆12的挂接球34与挂车16的联接器14对准的完整过程，除了上述在系统10的控制下车辆12后退外，还包括在驾驶员的控制下正常驾驶车辆。具体地，如上面所讨论的，驾驶员最常见的是初始将车辆12操纵到挂车16所处的位置，使得系统10可以识别挂车16或联接器14。如果车辆12在相对于挂车16的位置处起动，使得可以立即进行识别，则车辆仍将在用户驾驶的状态下起动。因此，将需要系统10获取对车辆12的控制，包括车辆12转向以自动向挂车16后退。在这方面，系统10可以操作来向用户指示准备好控制车辆12和/或特别是已经获取了对转向系统20的控制。此外，系统10被配置为克服系统10的各种其他限制以在与用户期望一致的时间提供这种指示，这可以改善用户体验并减少用户对系统10操作的干扰。

具体地，如图4所示，系统10获取并指示车辆控制的过程被并入系统10的整体操作的初始阶段，如上面总体所讨论的。如所讨论的，系统10可以在用户指示时诸如通过以下各项来开始挂接操作210：经由HMI 40选择适当的菜单项；或激活在HMI上呈现的软按钮(这可以在车辆12倒向时和/或在成像系统18识别出挂车16时自动完成)或车辆12仪表板上的物理按钮。随后，系统10与成像系统18通信地执行上述图像处理程序64，以在一个或多个相机50的视野内(或在所述视野内的特定区域)识别212挂车16和/或联接器14。当识别出挂车16或联接器14时，系统10指示所述识别(例如，通过HMI40)以及系统10准备好将车辆12朝向挂车16导航。在本示例中，系统10可以被配置为在驾驶员将车辆12的变速器92换挡214到空挡(这被系统10解释为指示驾驶员准备好开始自动挂接过程)后实际上发起控制车辆12朝向挂车16导航的过程。在这一点上，系统10可以运行路径推导程序66，所述路径推导程序66尤其可以产生初始转向角δ，所述初始转向角δ将由系统10在操作程序68开始时命令。然而，系统10将在此时等待实际上开始操作程序68，直到来自用户的命令，如下面所讨论的。根据本公开，系统10可以通过在接收到用户准备就绪指示212时获取对转向系统20的控制并向用户指示已经获取了这种控制来为此命令以及在此命令之前的操作程序68的对应执行做准备。

如图所示，可以通过具有操作模式的转向系统20来促进由控制器26获取对转向系统20的控制，其中转向马达74以转向角控制模式进行操作，其中转向系统20接收特定的转向角δ而不是例如方向盘30扭矩(在下面进一步讨论)作为输入。在这方面，控制器26可以通过在运行时请求216转向系统20以转向角控制模式进行操作并且接收从控制器26所输入的转向角δ作为操作程序68的输出来获取对转向系统20的控制。在这方面，系统10以这种方式获得对转向系统20的控制可能需要一个或多个先决条件。系统10评估218这些先决条件，如果它们没有得到满足，则系统10继续请求216控制，直到先决条件得到满足或操作被取消。在各种示例中，为使控制器26获得对转向系统20的控制，车辆速度必须低于阈值，施加到方向盘30的扭矩必须低于阈值。另外，可能存在基于时间的先决条件，使得在请求216控制之后，必须将当前方向盘30的角保持一定时间，以确保转向马达74正确接合。

当所要求的先决条件得到满足时，通过与转向马达74的连接(直接或间接)来使控制器26得到对转向系统的控制。如所讨论的，在本示例中，这通过允许控制器在转向角控制模式下输出操作程序68的转向角δ作为转向系统20的输入来完成。再次，由于操作程序68尚未运行，因此操作程序不输出转向角δ，因此，在此类情况下，系统10不会以可感知的方式响应得到允许的控制。因此，在准予这种控制后，系统10可以向输出命令220发送已经获取了转向控制的指示(因此，系统10已准备好自动执行挂接操作)，然后再实际上激活操作程序68。在一个示例中，系统10可以经由HMI 40输出消息或所述获取的其他视觉指示。在另一个示例中，系统10可以抢先式方式利用转向系统20的可用控制，以提供驾驶员可感知的控制获取的触觉指示。在又一个示例中，可以同时给出此类视觉和触觉指示。在获取了对转向车轮76的控制并向输出命令220提供了其期望的指示之后，控制器26等待接收执行自动挂接操纵的命令222。在一方面，可以通过用户按下HMI 40上的附加软按钮或通过按下仪表板上的附加物理按钮或最初用于开始挂接操作210的相同按钮来给出所述命令。一方面，所述按钮可以是“保活”按钮，使得用户必须继续按下所述按钮，系统10才能起动和维护操作程序68。如果用户停止按下此按钮，则操作程序68可能会暂停或完全中止。在任一示例中，一旦接收到输出命令220，系统10就允许控制器26使用转向马达74来控制转向车轮76以执行自动挂接操纵224(这还可以包括对车辆制动控制系统70和/或动力传动系统控制系统72的控制)，直到与联接器14达到226期望的对准。

为了提供以上提及的对转向系统20控制的触觉指示，控制器26可以引起方向盘30一定程度的运动。在一个应用中，转向系统20的结构及其集成到车辆12中可以有效地促进这种运动。一方面，如本文所述，系统10包括转向系统20的实施方式，其中转向车轮76安装在车辆12的外部，如图1所示。如上面所讨论的，转向系统20的转向马达74与转向车轮76机械地联接。如图5所示，转向系统20还包括方向盘30，所述方向盘30安装在车辆12的内部并且与转向车轮76机械地联接。具体地，方向盘30可以间接地联接到转向柱84，使得方向盘30的旋转引起转向柱84的旋转(反之亦然)。转向柱84可以与方向盘30相对地联接到所述转向柱的输入端处的循环滚珠螺母机构86。

循环滚珠螺母机构86可以具有一般的或适当的构造，并且可以包括输出或连接构件100，所述输出或连接构件100至少在转向轮76始终左转(即，以最大转向角δ_max)的第一位置与转向轮76始终右转(同样以最大转向角δ_max)的第二位置之间旋转。更具体地，机构86的输出构件100可以联接到直拉杆102。直拉杆102相对地联接到转向轮76中的一个(例如，右手转向轮76)的转向节，使得输出构件100的运动使直拉杆102运动，致使转向节使车轮旋转，以改变该转向轮76的转向角δ。右手转向轮76的转向节也可以联接到横拉杆104。横拉杆104可以相对地联接到左手转向轮76的转向节，使得右手转向轮76的转向节的运动通过横拉杆104直接传递到左手转向轮76的运动，以同时改变该转向轮76的转向角δ。虽然本所示示例被公开为包括直拉杆转向几何结构作为转向系统20的一部分，但应当理解，所示示例还可以包括Haltenberger或平行连杆转向系统或根据所描绘的示例在车辆中可用或合适的任何其他转向系统。

转向系统20还包括以上提及的转向马达74。转向马达74的输出可以在与滚珠螺母机构86的输出构件100的同一连接点处作为对直拉杆102的输入来提供，以用于帮助旋转转向轮76。转向马达74可以相对地联接到横梁支撑件或横向构件106并支撑在其上，所述横梁支撑件或横向构件106可以在车架108的左手梁和右手梁之间延伸，以使用车架108作为基础将转向马达74生成的力传递到直拉杆102。可以从车辆的电气系统为转向马达74供应电力。转向马达74配置有内部电动马达，所述内部电动马达生成旋转输出以驱动其输出端(即，联接到直拉杆102的部分)的线性运动。可与本文描述的系统10结合使用的EPAS转向系统20的另外的方面和另外的示例在共同转让的美国专利号8,893,846中找到，所述专利的全部公开内容据此通过引用并入。

可以根据需要或在必要时控制所示示例的转向马达74以在车辆的操作期间提供转向辅助。如上面所讨论的，控制器可以与转向马达74连接以提供可变电流或以其他方式改变转向马达74的输出，从而为系统20提供期望的转向辅助特性，包括在本车辆12的正常驾驶期间满足对典型动力助力转向系统的期望的辅助。同样如上面所讨论的，用于实现本文所述的挂接辅助功能的本控制器26可以是与EPAS转向系统20相关联并用于控制所述EPAS转向系统20的控制器26，例如包括在驾驶期间不使用操作程序68的情况。更具体地，本文所述的挂接辅助功能可以包含在转向系统20的功能内，使得执行操作程序68等的控制器26是转向系统20的控制器。在正常驾驶期间，控制器26可以闭环方式使用来自扭矩传感器80的输入，例如以允许方向盘30上的用户输入控制转向马达74的输出，从而向用户所提供的转向提供期望的动力辅助(在各种示例中采用了来自转向角传感器78、车辆速度传感器56等的附加输入)。

系统10可以通过使控制器26通过在上述转向角控制模式下与转向马达74建立的通信而完全控制转向系统20来进行操作。具体地，控制器26可以通过其与转向马达74的连接来操作转向马达74以命令期望的转向角δ，如操作程序68所要求的(例如，无需寻求扭矩传感器80的输入)并且通过转向角传感器78进行测量。在另一示例中，控制器26实际上可以将扭矩传感器80的输入用作操作程序68中的故障信号，所述故障信号在某些情况下可能导致操作程序68终止以中止挂接辅助操纵。

在本示例或其他类似示例中，通过在方向盘30和控制器26之间通过方向盘马达74进行连接，控制器26可以使方向盘马达74移动方向盘30以指示对方向盘76的控制，如上面所讨论的。具体地，控制器可以致使转向马达74使方向盘30以低振幅振荡移动，从而指示控制器26已获取了对转向车轮76的控制。在一个示例中，可以通过控制器26从转向角传感器78确定228转向轮76的初始转向角δ(即“初始转向车轮角”)并发送该转向角δ作为对在转向角控制模式下操作的转向马达74的控制输入来实现该运动。由于控制器26正在命令已经处于合适位置的同一转向角，因此转向轮76的位置不会有效地改变，并且车辆12不会改变位置。然而，通过发送主动转向角命令输入，系统10将使转向马达74接合，这将通过移动方向盘30向用户产生较小但明显的触觉指示。该运动的特征可以在于方向盘30的颤动、振动、僵硬、晃动或颠簸，从而告知驾驶员系统10已获取对转向系统20的控制。

如上面所讨论的，由系统10进行的转向系统20控制的所述触觉指示向用户传达系统10已准备好开始自动挂接操纵。以这种方式，当用户提供开始操纵的命令222时，系统10可以快速响应以开始控制转向角δ，从而遵循计划路径32，这至少部分地是因为转向马达74已经接合。这种接合导致在用户提供命令222时，根据操作程序68以及车辆12的对应运动，系统10几乎不延迟命令期望的转向角δ。另外，可以用于控制转向系统20的一般功能的某些控制方案和系统(包括上述转向角控制模式)不会广播错误状态，除非实际接收到转向控制的请求(即，命令或输入了实际转向角δ)。在本方案中，比其他系统设计中更早地发送了控制请求，如果由于故障而导致转向控制不可用，则系统10会更快地意识到这一点。在这方面，系统10可以终止挂接过程并在给出用户准备就绪命令214(例如，驾驶员变挡为空挡)之后很短的时间通知驾驶员。否则，直到给出操纵命令222之后，才将这种故障通知驾驶员。

另外参考图6至图10，一旦用户给出了操纵命令222，操作程序68就可以使用挂接操纵224来引导车辆12，直到挂接球34相对于联接器14定位成当联接器14降低到与挂接球水平对准处时，联接器14与挂接球34接合。在上面讨论的示例中，图像处理程序64在操作程序68的执行期间继续不断地或者一旦可用便监视联接器14的定位D_c、α_c，包括当联接器14如图7所示进入后视相机48的更清晰视野中时，车辆12如图8所示沿着路径32继续运动。如上面所讨论的，也可以由航迹推算装置24监视车辆12的位置，其中在路径32和或端点35可以得到细化或应当得到更新的情况下(例如，由于分辨率更接近或附加图像数据而导致高度H_c、距离D_c或偏移角α_c信息有所改善)联接器14的位置28连续地进行更新并且被馈送到路径推导程序66中，包括当车辆靠近挂车16时，如图8所示。更进一步，可以假定联接器14是静态的，从而可以通过继续跟踪联接器14来跟踪车辆12的位置，以消除使用航迹推算装置24的需要。通过类似方式，操作程序68的修改的变型可以通过预定操纵序列进行，所述预定操纵序列涉及将车辆12以最大转向角δ_max或低于最大转向角转向，同时跟踪联接器14的位置D_c、α_c以将挂接球34的已知位置收敛到所述挂接球相对于联接器14的被跟踪位置28的期望位置38d，如上文所讨论的并且图9中所示的。

在系统10致使车辆到达并停在图9所示的位置之后，其中车辆12的挂接球34与挂车16的联接器14对准226(图4)，系统10可以结束自动挂接操纵224并执行根据本公开的过程(如图11所示)以将对车辆12尤其是转向系统20的控制让位给驾驶员。在一些方面，系统10可以在到达期望位置时引起驻车制动器98的致动，使得当释放了车辆行车制动器71时车辆12不会从对准位置移动。根据本公开，为保持车辆12的位置而采取的该动作和其他类似动作被认为是完成自动挂接操纵224的步骤的一部分。一旦自动挂接操纵完成或者如果所述操纵中止(由于各种原因，可能包括驾驶员干扰方向盘30或制动器71、成像系统18失去联接器14的可见性、车辆12意外运动、驾驶员松开“保活”按钮等)，所述系统一方面可以将转向轮76在必要时运动230到居中位置(即，零度转弯位置或具有零值的转向角δ)，如图10所描绘。

在使转向轮运动230的过程中，所述系统的动作在驾驶车辆12的后续控制中可能对驾驶员有益。具体地，当系统10完成或中止自动挂接操纵224时，转向轮76以系统10最后命令的角δ离开。该角δ可以向左或向右接近最大转向角δ_max，这对于驾驶员可能是不明显的，因为方向盘30在保持与转向轮76联接的同时不在各个运动范围内与转向轮76直接对准。由于驾驶员在自动挂接操纵224期间实际上没有使车轮转弯，因此驾驶员可能不知道实际转向角δ，这在驾驶员开始驾驶时可能不方便。例如，如果挂接了挂车并且驾驶员开始倒向驾驶车辆12，则可能导致挂车弯折状态。如果车辆12沿前向方向行驶，则由于在转弯时挂车16从其停放位置拉出的几何形状，挂车16可能与相邻物体碰撞。以未知的高转向角δ进行的不利的车辆12操纵的其他示例可能是显而易见的。此外，在这种状态下由车辆12的系统10进行的切换可能无法满足驾驶员的期望并且可能令人沮丧。在这方面，一般可能希望在完成自动挂接操纵224的各种执行之后，系统10始终使车辆12保持同一种状态。如果当系统10释放了控制时车辆12反复处于同一种状态，则驾驶员可能很容易理解并期望系统10的这种行为，从而可能减少驾驶员的困惑。

转向轮76运动230到居中位置由系统10以与在自动挂接操纵期间转向轮76的运动相似的方式进行。具体地，控制器26向转向系统20发送零度转弯角命令δ，从而以上述转向角控制模式进行操作，由此转向系统20使用转向马达74来使转向轮76移动到期望位置，如上关于图5所讨论的。由于方向盘30保持与转向轮76联接，因此转向轮76移动到居中位置也使方向盘30移动到居中位置。在至少一方面，此运动向驾驶员发出转向轮76正运动到居中位置的信号。

在转向轮76移动230到居中零度转弯位置之后，控制器放弃对转向轮76的控制238(例如，通过使控制器26结束操作程序68并将转向系统20的操作改变为基于扭矩的正常操作模式)。然而，取决于操作程序68所命令的最终转向角δ，将转向轮76移动到居中位置的步骤可能会花费可观的时间。完成该步骤所需的时间可能无法满足驾驶员对系统10行为的期望，这样驾驶员可能不会立即知道操纵是成功完成还是中止。为了在有利的时间将系统10的状态传达给驾驶员，系统10可以经由HMI 40在显示器44上呈现232消息或动画。在图12A、图12B和图12C中示出了一些示例。具体地，在图12A中，在显示器44上示出了消息110，所述消息110向用户指示所述系统正在中止操纵(即，系统10已经确定应该结束操作程序并且正准备将对转向系统20的控制返还给驾驶员，包括将转向轮76移动到居中位置)。此外，在图12B中，向用户呈现类似的消息112，以通过挂接球34与联接器14的对准来传达操纵已成功完成。在图12C中示出了针对任何一种情况的替代通信，其中系统10呈现动画114，所述动画114指示导致延迟的系统活动。

返回图11，一旦给出了将转向轮76移动230到居中位置的命令，系统10就连续评估234转向角δ，用于指示转向轮76已经到达期望的居中位置，包括通过与角传感器78的进一步通信。当给出对期望的转向轮76位置的指示时，系统10通知236操纵已经完成或已经中止，并将对操纵系统20的控制238让位给用户。值得注意地是，阈值转向角δ值可以用于确定转向是否可以被认为是“居中的”。虽然系统10向转向系统20命令转向角δ为零，但鉴于潜在的现实世界中的致动和测量缺陷，实际转向角δ可能实际上未达到零。因此，例如±10°的阈值可以被认为是笔直向前或居中转向的合理近似值，并且因此可以用作将回正运动230视为完成的标准。

只要转向角δ不在可接受的阈值之内，系统10就可以执行附加检查以确定系统10是否应中止236控制过程，或者系统10是否可以继续尝试将转向角δ朝0改变。在一个示例中，系统10可以监视240a扭矩传感器80以确定驾驶员是否向方向盘30施加任何转向扭矩。系统10可以将此动作解释为转向超驰，无论驾驶员是有意还是无意的，并且可以中止242居中过程。系统10还可以监视240b转向角δ的时间导数以评估转向系统20是否响应居中命令，如由转向轮76的运动和转向角δ的减小所指示的。如果系统20对于转向角δ时间导数观察到零值，则可以推断出转向系统20或转向轮76被卡住并且可以类似地中止242居中过程。系统10还可以限制242c回正过程所允许的总时间量。如果超过240c阈值(例如，30秒)，则可以中止242居中过程。

在居中过程完成或中止244之后，系统10可以向驾驶员提供适当的指示，包括通过HMI 40的屏幕44上的附加消息。在某些情况下，系统10可以确定244中止242的居中过程已达到最终转向角δ，所述最终转向角可以被认为足够接近，使得尽管不在系统10停止完成居中过程的阈值之内，所述过程也可以具有转向角δ，这样不需要给出中止警告246。步骤244的阈值可以大于在确定232是否完成居中过程中的值。例如，居中完成的阈值可以是±2°，但步骤244中的中止指示的阈值可以是±10°。在转向角δ高于阈值的情况下，系统10可以通知246驾驶员仍将控制让位给驾驶员而不是转向轮76未居中。如果转向角δ低于阈值，则系统10可以通知236所述过程已经完成，而不是指示转向轮76未居中。如上面所讨论的，在给出适当的消息之后，控制器26放弃对转向轮76的控制238(例如，通过使控制器26结束操作程序68并将转向系统20的操作改变为基于扭矩的正常操作模式)。在这种情况下，所述过程被视为完成，并且系统10保持空闲，直到给出进一步的发起指示200。

需注意，参照图4所讨论的控制获取过程和参照图11讨论的控制“切换”过程可以在系统10的实施方式中一起实施，如本文所讨论的。在其他示例中，系统10的变型可以被配置为实施本文描述的获取过程，但可以省略或改变所描述的切换过程。在另外的变型中，系统10可以被配置为实施本文所讨论的切换过程，但可以省略或改变所描述的获取过程。

应当理解，可以在不脱离本发明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表明另外的情况，否则这些概念意图由这些权利要求涵盖。

根据本发明，提供一种车辆挂接辅助系统，所述车辆挂接辅助系统具有：转向系统，所述转向系统包括：转向车轮，所述转向轮安装在所述车辆的外部；以及转向马达，所述转向马达与所述转向车轮机械地联接；以及控制器，所述控制器：通过与所述转向马达的连接来获取对所述转向车轮的控制；以及在获取对所述转向车轮的控制之后，接收执行自动挂接操纵的命令并使用所述转向马达来控制所述转向车轮。

根据一个实施例，在完成所述自动挂接操纵或不再接收执行所述自动挂接操纵的所述命令的任一种情况下，所述控制器致使所述转向车轮移动到零度转弯位置。

根据一个实施例，在致使所述转向车轮移动到所述零度转弯位置之后，所述控制器放弃对所述转向车轮的控制。

根据一个实施例，所述转向系统还包括方向盘，所述方向盘安装在所述车辆的内部并且与所述转向车轮机械地联接。

根据一个实施例，所述控制器致使所述转向马达使所述方向盘移动，以指示对所述转向车轮的控制。

根据一个实施例，所述控制器致使所述转向马达使所述方向盘以低振幅振荡来移动，以指示对所述转向车轮的控制。

根据一个实施例，所述控制器还接收发起所述自动挂接操纵然后再获取对所述转向车轮的控制的命令。

根据一个实施例，获取对所述转向车轮的控制包括：确定初始转向车轮角；以及向所述转向马达发送与所述转向车轮移动到所述初始转向车轮角相对应的命令。

根据一个实施例，所述转向系统还包括转向角传感器，所述控制器与所述转向角传感器通信，并且所述控制器从所述转向角传感器确定所述初始转向车轮角。

根据本发明，提供一种车辆挂接辅助系统，所述车辆挂接辅助系统具有转向系统，所述转向系统包括：转向车轮，所述转向车轮安装在所述车辆的外部；以及转向马达，所述转向马达与所述转向车轮机械地联接；以及控制器，所述控制器：接收执行自动挂接操纵的命令；执行所述自动挂接操纵，包括使用所述转向马达来控制所述转向车轮；以及在结束所述自动挂接操纵之后，致使所述转向车轮移动到零度转弯位置。

根据一个实施例，在致使所述转向车轮移动到所述零度转弯位置之后，所述控制器放弃对所述转向车轮的控制。

根据一个实施例，所述控制器还通过与所述转向马达的连接来获取对所述转向车轮的控制，然后才能够接收执行所述自动挂接操纵的所述命令。

根据一个实施例，所述转向系统还包括方向盘，所述方向盘安装在所述车辆的内部并且与所述转向车轮机械地联接。

根据一个实施例，致使所述转向车轮移动到所述零度转弯位置致使所述方向盘移动到居中位置。

根据本发明，提供一种车辆，所述车辆具有转向系统，所述转向系统包括：转向车轮，所述转向车轮安装在所述车辆的外部；以及转向马达，所述转向马达与所述转向车轮机械地联接；以及控制器，所述控制器：通过与所述转向马达的连接来获取对所述转向车轮的控制；在获取对所述转向车轮的控制之后，接收执行自动挂接操纵的命令并使用所述转向马达来控制所述转向车轮；以及在结束所述自动挂接操纵后，致使所述转向车轮移动到零度转弯位置。

根据一个实施例，本发明的特征还在于方向盘，所述方向盘安装在所述车辆的内部并且与所述转向车轮机械地联接。

根据一个实施例，所述控制器致使所述转向马达使所述方向盘移动，以指示对所述转向车轮的控制。

根据一个实施例，致使所述转向车轮移动到所述零度转弯位置致使所述方向盘移动到居中位置。

根据一个实施例，获取对所述转向车轮的控制包括：确定初始转向车轮角；以及向所述转向马达发送与所述转向车轮移动到所述初始转向车轮角相对应的命令。

根据一个实施例，在致使所述转向车轮移动到所述零度转弯位置之后，所述控制器放弃对所述转向车轮的控制；并且所述控制器还通过与所述转向马达的连接来获取对所述转向车轮的控制，然后才能够接收执行所述自动挂接操纵的所述命令。