專利名稱：車輛操縱輔助裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于車輛及特別是用于牽引拖車，如拖掛式房車的車輛的操縱輔助裝置。f景技術(shù)通常給車輛裝備外部攝像機，用于向駕駛員顯示周圍環(huán)境的圖像以對停車及倒車 操縱提供協(xié)助。對于特定轉(zhuǎn)向角的軌跡可以在顯示的圖像上重疊。GB-A-2398048描述了一種系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)將后視攝像機的影像顯示在觸摸屏 上，該觸摸屏用來輸入期望的目的地，如停車港。此外在屏幕上顯示轉(zhuǎn)向提示用于協(xié) 助搡縱搡作中的駕駛員。然而，當具有連接著的拖車的車輛倒車時，這種系統(tǒng)要求測量掛接角(在車輛和 拖車之間)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的第一方面提供了如權(quán)利要求l所述的用于確定掛接角的方法。所述方法 包括以下步驟在后視攝像機的視野中跟蹤關(guān)聯(lián)于所述拖車的標志；將在所述視野中 的所述標志的橫向位移轉(zhuǎn)變成角位移。本發(fā)明的第二方面提供了如權(quán)利要求4所述的用于預(yù)測拖車路徑的方法。使用安 裝在車輛的后部或門鏡上的攝像機中產(chǎn)生的影像。裝備有多個具有搖攝和縮放功能的車載攝像機允許本發(fā)明的又一方面提供了如 權(quán)利要求7所述的用于跟蹤障礙物的方法。該方法包括以下步驟使用車載接近傳感 器檢測障礙物的接近；朝所述障礙物的位置搖攝車載攝像機，并向所述車輛的駕駛員 顯示所述障礙物的攝像機影像。在一個示例中，還響應(yīng)于來自圖像跟蹤器的信號控制 所述攝像機的搖攝。當拖車掛接到車輛上時，出于安全性和性能最優(yōu)化的原因，優(yōu)選地讓車輛控制系 統(tǒng)察覺到已經(jīng)連接了拖車。這以便關(guān)于例如動態(tài)穩(wěn)定控制或主動懸架的系統(tǒng)可以設(shè)定 到正確的工況下。通常這通過拖車到車輛的電氣連接完成。然而，該方法不能區(qū)分拖 車和關(guān)聯(lián)于自行車架的燈條。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，如權(quán)利要求10所述，后視攝 像機用來檢測拖車的存在。本發(fā)明的又一方面提供了如權(quán)利要求11所述的用于協(xié)助將拖車掛接到車輛上的 方法。使用車載后視攝像機。一個或多個車載攝像機還可以配置用于檢測如應(yīng)急車輛發(fā)出的頻閃的藍光。然后 可以產(chǎn)生用于顯示給車輛駕駛員的警告消息。本發(fā)明的一些實施例將僅作為示例，參考其附圖進行描述。


圖l是拖車和車輛的示意圖，車輛組合設(shè)備用于實現(xiàn)協(xié)助拖車-車輛組合的操縱 的方法。圖2和圖3是圖1的車輛-拖車組合的俯視圖，示出該組合的特定幾何參數(shù)。
具體實施方式
在圖1中，車輛1具有牽引球2，拖車4的掛接裝置3連接到牽引球2上。 車輛l安裝有三個攝像機。第一攝像機5安裝在車輛1的后部并朝向拖車4攝像。 這種后視攝像機具有縮放裝置。此外提供兩個安裝在門鏡上的攝像機6、 7。這些安 裝在門鏡上的攝像機6、 7可以搖攝以便其向前、向后及向車輛1的一側(cè)攝像。所有 三個攝像機5、 6、 7可以由攝像機控制器8控制，每個攝像機的輸出反饋到圖像處理 器9。圖像處理器9的輸出反饋到計算單元10、顯示屏ll及攝像機控制器8。計算單 元IO產(chǎn)生用于控制攝像機控制器8和顯示屏11的信號，顯示屏11對于車輛1的駕 駛員是可見的。計算單元IO接收來自速度傳感器12、轉(zhuǎn)向角傳感器13及車輛和拖 車參數(shù)存儲器14的信號。模式選擇開關(guān)15具有連接到圖像處理器9的輸出。超聲波停車距離傳感器16-23提供在車輛的前部和后部。這些傳感器的輸出連接 到攝像機控制器8。車輛的每端安裝四個傳感器以提供較高的覆蓋率和分辨率?，F(xiàn)參考圖1和圖2,描述了第一實施例的操作，包括測量掛接角(在車輛1和拖 車4之間的水平面上)的方法。該方法利用粘貼到拖車或拖車的垂直邊緣上的標志或 標簽，該標志或標簽對于后視攝像機5是可見的。圖像處理器9確定此標志在攝像機 視野內(nèi)的位置并將此信息反饋到計算掛接角的計算單元10中。在第一示例中，高可見度標志24放置在拖車4 (如圖2)的中心線上。通過拖車 和車輛的幾何參數(shù)，例如牽引掛接裝置的長度(保存在存儲器14中)和攝像機5視 野中標志的位置的獲知，計算單元io可以計算掛接角et。標志可能不總是布置在拖車的中心線上或不方便布置在拖車的中心線上。因此在 第二示例中，標志25以偏移角6 o偏移中心線放置。因此，掛接角=6c-0 0,其 中6c是在計算單元10中計算的目標角。在獲知階段，當車輛直線行駛時，即當轉(zhuǎn)向角傳感器13輸出的轉(zhuǎn)向角6 s為零 值時，通過計算6c的值，偏移角6o由計算單元IO得出。因此，當該條件滿足時， 6o= 6c,因此得出偏移角。擴展上述第二示例的原理，圖像處理器9可以挑選出在拖車4上特有的標志。例 如這可以是拖掛式房車車窗或拖車的邊緣。選擇的特征可以在顯示屏11上突出顯示 以便駕駛員可以確認其實際上牢固地連接到拖車上。然后計算單元io適用于將該目 標的運動與轉(zhuǎn)向運動進行比較并對任何異常情況進行檢查。作為掛接角計算的優(yōu)化方法，特別是在獲知階段執(zhí)行測量值的平均值。這可以幫 助抵消由于拖車結(jié)構(gòu)撓曲造成的誤差。在拖車再次使用時可以取消獲知階段。計算單元io可以存儲所獲得的拖車的幾何參數(shù)以便再次調(diào)用該參數(shù)。或者，當要求更新時，可以繼續(xù)執(zhí)行獲知階段作為對存 儲的值的檢查。這種繼續(xù)的檢査作為對由于其他變量造成的偏移的補償在任何情況下 都是有用的。對于特定的拖車長度，通過將測量到的掛接角6 t與存儲器14中保存的參考值 進行比較，計算單元10可以在倒車時檢測到折疊(jack-knifing)的開始。當這種 情況發(fā)生時，計算單元10向駕駛員產(chǎn)生警告信號。該警告是可以聽到的或是在顯示 屏11上的可見信號。除了測量掛接角之外，本發(fā)明提供了用于測量在車輛l和拖車4之間的傾斜角(即 在垂直平面上)的方法。傾斜角通常為零或接近于零，但是當例如在不平坦地面上行 駛或沿著滑道向下倒車時可以偏離零。同理，圖像處理器9選擇拖車的標志或水平邊 緣。通過將計算單元IO確定的傾斜角與參考值作比較，計算單元IO可以檢測出掛接 裝置3即將觸地，并向駕駛員發(fā)出警告信號。本發(fā)明的第二實施例提供了預(yù)測拖車倒車路徑并通過顯示屏上的覆蓋圖將其顯 示給駕駛員的方法。比如說，駕駛員需要將車輛和拖車的組合倒進到停車港。獲知掛接角6 t (從上述第一實施例的方法或從其他方法或傳感器輸出獲知)和 掛接長度H (如圖3所示為拖車輪軸和牽引掛接裝置之間的距離)，計算單元10計 算出拖車路徑。拖車4的路徑可以由轉(zhuǎn)向半徑R描述。在實踐中R和et在搡縱期間變化，但對于較小的轉(zhuǎn)向角運動可以假設(shè)R和et為常數(shù)。參考圖3，可以得出掛接角et、掛接長度H及轉(zhuǎn)向半徑R近似地具有下列關(guān)系OC + P + 5 = 7T代入P = ir/2 , oc =丌/2-6 t 得出6 t = 5在6t較小時，tan 5 = H/R = 5 = 6 t所以r = H/e t (i) (e t為弧度)在駕駛員執(zhí)行后續(xù)搡縱時可以將具體的拖車4的掛接長度H手動地輸入到存儲器 14中，或在計算單元10中計算出掛接長度H。在圓形路徑中驅(qū)動車輛-拖車組合，且R可以從轉(zhuǎn)向角6s、及車輛的尺寸得出。 6 t的值可以從攝像機5的影像得出。然后將這些值代入到方程(1)中以求出H的 值。當驅(qū)動車輛-拖車組合時，在替代的掛接長度H的獲知階段中，將使用計算出的 R值(從轉(zhuǎn)向角和車輛的尺寸得出)和H的估計值從方程(1 )中計算出的6 t的值與e t的測量值進行比較。在隨后的計算中改變h的值直到實現(xiàn)與e t的測量值的最佳匹配。然后將該H的值存儲。由計算單元IO計算出的倒進拖車4的路徑作為在來自攝像機5、 6、 7中的一個 的影像上的覆蓋圖顯示在顯示屏11上。通過將增量變化構(gòu)建為R和6 t的函數(shù)來計算該路徑。投射的路徑不斷地隨轉(zhuǎn)向角e s的變化和隨之造成的掛接角e t的變化而 更新。該路徑可以覆蓋在后部攝像機的影像上，但僅在拖車的后部角落也被顯示，例如 對于較低的拖車時，對駕駛員是有用的。對于較大的拖車，例如拖掛式房車，這是沒有用的。在后面的例子中，投射的路徑覆蓋在來自安裝在門鏡上的攝像機6、 7中的 一個的影像上，具體地在搡縱的特定的時刻，攝像機可以拍攝到拖車4。然而，若拖車路徑是相對于后部攝像機的影像計算出的時，必須適用修正。在任一攝像機中的任何失準將會在顯示給駕駛員的信息中產(chǎn)生誤差。通過將圖像 (或至少為像素數(shù)據(jù))與已知的在車輛上的硬點對準，電子調(diào)節(jié)攝像機的影像可以修正失準。例如，鏡攝像機向后拍攝但是側(cè)向失準。圖像處理器9重新對準圖像以修正 對準。極端地，這將允許裝置使用折疊在其中的反射鏡。擴展該實施例以顯示正在向前行駛的拖車車輪的路徑以避免內(nèi)拖車車輪在急轉(zhuǎn) 彎時"碰路緣"。拖車的路徑可以方便地覆蓋在前視的安裝在門鏡上的攝像機的影像 上。在拖車再次使用時可以免除獲知階段，存儲器14存儲了已知的拖車的幾何參數(shù) 以便可以再次調(diào)用該參數(shù)。然后可以馬上獲得倒車協(xié)助。當要求更新時，繼續(xù)執(zhí)行獲 知階段作為對存儲的值的檢查。這種繼續(xù)的檢查作為對由于其他變量造成的偏移的補 償在任何情況下都是有用的。覆蓋圖軌跡示出投射的拖車的路徑可以方便地使起點位于拖車的車輪上。若牽引 掛接裝置的傾斜角明顯地改變，那么包括覆蓋圖的導(dǎo)向路線看起來出現(xiàn)在半空中而不 是在地面上。若傾斜角是已知的，則計算單元io可以對導(dǎo)向路線進行修正。現(xiàn)描述本發(fā)明的第三實施例的操作，該操作有助于對障礙物的跟蹤。在該示例中，當車輛接近目標的范圍時，安裝在門鏡上的攝像機6、 7由停車距 離傳感器16-19中的一個或多個觸發(fā)。在顯示屏ll上，將障礙物的影像和最接近于 該障礙物的車輛的外部的一部分顯示給駕駛員。在越野或其他困難的操縱情形下，當駕駛通過目標時駕駛員想繼續(xù)觀察該目標。例如，當駕駛通過大石塊時，駕駛員想確保大石塊不被車輛的側(cè)部接觸到。當駕駛通過目標時，顯然，駕駛員可以手動地控制攝像機以調(diào)節(jié)其準心。然而，這要求由駕駛員干預(yù)并使她/他從其他駕駛?cè)蝿?wù)中分神。 該實施例利用攝像機6、 7的能力以電子搖攝和縮放。采用停車距離傳感器16-23,目標相對于車輛1的位置是已知的。該信息反饋到 攝像機控制器8以便最適合地定位的攝像機可以朝著檢測到的障礙物的位置搖攝和 縮放。作為進一步的優(yōu)化方法，還向計算單元IO提供相對于車輛的目標的位置、轉(zhuǎn)向 角(來自傳感器13)和速度(來自速度傳感器12)。當車輛向前移動時，可以從車輪的速度結(jié)合轉(zhuǎn)向角或從單獨的車輪的速度計算目 標的相對位置。因此可以計算近似的實時位置且在沒有駕駛員的干預(yù)下?lián)u攝攝像機以 跟蹤目標，計算單元10向攝像機控制器8提供控制信號。會存在地面較滑造成單獨的車輪打滑或車輛打滑的情況。在這樣的例子中，速度 測量值和/或轉(zhuǎn)向角測量值將有誤差。為了克服這樣的問題，圖像處理器9適用于分 析圖像并在相鄰幀之間的視野中匹配目標。這將允許檢測到地面速度誤差并對其進行 修正。例如，若車輛朝向目標側(cè)向打滑，可以使攝像機朝向車輛搖攝。作為第二實施例的進一步擴展，在圖像處理器中使用相同的識別算法以使攝像機6、 7能夠跟蹤移動的目標，隨后通過停車距離傳感器16-23進行初始檢測。例如，通過相關(guān)的攝像機將檢測到的兒童或動物作為顯示屏11上的圖像顯示出。圖像處理器9隨后通過相鄰幀跟蹤兒童的(或動物的)位置且攝像機控制器8調(diào)節(jié)搖攝和縮放控制以將移動的目標保持在視野之內(nèi)。攝像機5、 6、 7可以具有加強的紅外線功能以便它們在確定較熱目標，如人和動物的位置時特別敏感。這樣的"熱點"可以通過圖像處理器9識別并在顯示屏11上突出顯示。在一個替代的設(shè)置中，可以通過計算單元10而不是攝像機6、 7執(zhí)行縮放和搖攝 搡作?，F(xiàn)將描述啟用拖車檢測的第四實施例的操作。向后面向的攝像機5檢測拖車4的存在，并通過圖像處理器9將其圖像發(fā)送到計 算單元IO。通過將接收的圖像與存儲在存儲器14中的參數(shù)進行比較，計算單元IO 可以確定拖車的類型，例如拖掛式房車、低架拖車等。拖車的尺寸和形狀可以指示其 重量和空氣阻力。該信息可以被如穩(wěn)定控制系統(tǒng)這樣的車輛系統(tǒng)使用。一旦車輛-拖車組合在移動，還可以通過使用車載傳感器(未示出)監(jiān)測組合的 動態(tài)特性確認拖車的類型?，F(xiàn)將描述第五實施例的搡作。該實施例提供了用于協(xié)助將拖車4連接到車輛1上 的方法。使用所示的攝像機系統(tǒng)，可以簡化拖車掛接過程，駕駛員可以在攝像機的圖像中 看到拖車和牽引掛接裝置兩者。這允許不需要外部向?qū)旖油宪?。然而，圖像必須較寬以允許拖車接近，但另一方面牽引球和掛接裝置的圖像較小 很難辨認。此外，仍然要求駕駛員的判斷以基于圖像適當?shù)剞D(zhuǎn)向車輛。該實施例還提供了解決這兩個問題的方法。后部攝像機的圖像在圖像處理器9中 處理。首先，駕駛員用模式選擇開關(guān)15選擇"掛接模式"。作為響應(yīng)，若為典型的車 架牽引掛接裝置，圖像處理器9選擇后部攝像機的影像以顯示在顯示屏11上并尋找 具有三角形形狀和尺寸特征的目標。當檢測到時，縮放圖像以包含車輛牽引球2和牽 引桂接裝置3。這可以通過計算單元10或經(jīng)攝像機控制器8通過啟動在攝像機5上 的縮放裝置電動地完成。具有選擇的"確認"功能以讓駕駛員確認識別的目標是拖車或?qū)Σ徽３尚蔚膾?接調(diào)節(jié)裝置的位置。當車輛接近(或離開)拖車時，調(diào)節(jié)縮放裝置以保持掛接裝置和牽引球兩者的影 像。因此，當牽引球2接近掛接裝置3時，給駕駛員最優(yōu)化的影像以允許精確的對準。在操作的替代模式中，圖像處理器9連續(xù)地監(jiān)測后部攝像機輸出，而駕駛員不需 要使用模式選擇開關(guān)。在檢測掛接裝置3時，圖像處理器9將后部攝像機的影像顯示 到顯示屏11。選擇地，并作為附加的安全特征，若停車距離傳感器16-23檢測到目標在車輛路 徑中且足夠接近以致具有遭受碰撞的危險但在縮放的圖像外部，縮放圖像以顯示目 標。在該第四實施例的操作的進一步模式中，計算單元IO在顯示屏11上產(chǎn)生覆蓋圖 像，該覆蓋圖像是牽引球2的投射的軌跡。這可以從車輛轉(zhuǎn)向角(由轉(zhuǎn)向角傳感器 13提供)和從保存在存儲器14中的車輛幾何參數(shù)計算。(通過搖攝攝像機以沿著軌 跡尋找，該投射的軌跡可以協(xié)助初始找尋掛接裝置)。軌跡作為導(dǎo)向路線覆蓋在縮放的圖像上。以此方式，駕駛員可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向角以使 軌跡和掛接裝置一致。之后倒車將掛接裝置放置在牽引球上。在某些車輛中，不能將攝像機定位在車體上以便其具有牽引球的影像。例如，牽 引球被保險杠遮住。在該例子中，在圖像上加上"虛擬的牽引球"，即在牽引球?qū)嶋H 位置垂直上方的圓點，以對掛接操作進行對準和距離修正。圓點的準確位置可以參考 在圖像中的其他的固定點，例如車輛外圍以及預(yù)定的絕對位置來確定。這允許在攝像 機的安裝中的公差。當計算單元IO確定了牽引球2和掛接裝置3的位置并確定了當前轉(zhuǎn)向角時，可 以顯示到駕駛員指令以向左轉(zhuǎn)向或向右轉(zhuǎn)向以最優(yōu)化對準。這可以與其他車輛控制裝置(未示出)集成在一起以便通過動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)自動地應(yīng)用導(dǎo)向信息以將車輛轉(zhuǎn)向?qū)薁恳龗旖友b置。此外也可以自動地控制制動裝置和節(jié) 氣門。
權(quán)利要求
1.一種通過牽引掛接裝置確定在車輛和連接到所述車輛的拖車之間的掛接角(在垂直的或水平的平面中)的方法，所述方法包括以下步驟在后視攝像機的視野中跟蹤關(guān)聯(lián)于所述拖車的標志；將在所述視野中的所述標志的橫向位移轉(zhuǎn)變成角位移。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述標志位于所述拖車的中心線上。
3. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，偏離所述中心線定位所述標志，所 述方法還包括對確定的掛接角應(yīng)用偏移角修正，其中當所述車輛直線行駛時，通過計 算目標角的值確定所述偏移角，其中所述目標角是所述中心線與連接牽引球和所述標 志的線的夾角。
4. 一種預(yù)測拖車路徑并向連接所述拖車的車輛的駕駛員顯示所述路徑的方法， 所述路徑作為車載攝像機的影像上的覆蓋圖顯示，所述方法包括以下步驟確定在所述車輛和拖車之間的掛接角(6t),確定在所述拖車輪軸和所述拖車 到所述車輛的連接點之間的掛接長度(H),計算轉(zhuǎn)向半徑(R),其中(R) = (H) / (6 t),其中預(yù)測所述拖車沿著半徑為(R)的圓的圓周運動。
5. 如權(quán)利要求4所述的預(yù)測拖車倒車路徑的方法，其特征在于，通過在圓形路 徑中駕駛車輛-拖車組合，同時測量車輛轉(zhuǎn)向角(6s),通過(6s)和獲知的所述 車輛的尺寸計算所述圓形路徑的半徑(R),測量掛接角(6 t)并通過關(guān)系式(H)=(R) ( 6 t)計算掛接長度(H),確定所述掛接長度(H)。
6. 如權(quán)利要求4或5中的任何一個所述的預(yù)測拖車倒車路徑的方法，其特征在 于，通過安裝在所述車輛后部的攝像機監(jiān)測所述拖車的運動，且所述覆蓋圖投射到由 安裝在車輛門鏡上的攝像機產(chǎn)生的影像上，其中，對所述覆蓋圖的位置應(yīng)用修正以補 償在兩架攝像機之間的任何失準。
7. —種用于跟蹤接近于車輛的路徑的障礙物的方法，包括以下步驟 使用車載接近傳感器檢測障礙物的接近；朝所述障礙物的位置搖攝車載攝像機，并向所述車輛的駕駛員顯示所述障礙物的 攝像機影像。
8. 如權(quán)利要求7所述的跟蹤障礙物的方法，其特征在于，還響應(yīng)于來自車輛轉(zhuǎn) 向角傳感器和車輛速度傳感器的信號控制所述攝像機的搖攝。
9. 如權(quán)利要求7所述的跟蹤障礙物的方法，其特征在于，還響應(yīng)于來自圖像跟 蹤器的信號控制所述攝像機的搖攝。
10. —種檢測連接到車輛的拖車的存在的方法，包括以下步驟 將車載后視攝像機的圖像和表示車輛的存儲的數(shù)據(jù)進行比較。
11. 一種用于協(xié)助將拖車連接到車輛的方法，所述方法包括以下步驟 在駕駛員可見的顯示屏上顯示來自車載后視攝像機的影像，在所述顯示的影像中識別牽引掛接裝置，縮放所述攝像機影像以顯示所述車輛的牽引球和所述拖車的牽引 掛接裝置的特寫鏡頭，且當所述車輛和拖車相對于彼此移動時調(diào)節(jié)所述攝像機的縮放 裝置以保持所述牽引球和掛接裝置的影像的顯示。
全文摘要
本發(fā)明涉及車輛操縱輔助裝置。牽引拖車(4)的車輛(1)具有三個安裝在該車輛的后部和每個門鏡上的攝像機(5，6，7)。來自任何攝像機的影像通過顯示屏(11)顯示給駕駛員。在計算單元(10)中計算的預(yù)測的拖車路徑作為導(dǎo)向路線覆蓋在攝像機影像上也通過顯示屏(11)顯示給駕駛員。計算單元(10)也配置用于通過在攝像機影像中跟蹤安裝在拖車上的標志的位置計算掛接角。
文檔編號B60R16/02GK101270983SQ20081008715
公開日2008年9月24日 申請日期2008年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月21日
發(fā)明者安德魯·斯蒂芬·貝爾·克勞福德, 斯蒂芬·尼科爾斯, 杰里米·約翰·格林伍德 申請人:福特環(huán)球技術(shù)公司