增加挂接装置铰接角度估计的可用范围的系统和方法与流程

1.技术领域总体涉及用于估计挂接装置铰接角度(haa)的系统、方法和设备，并且更具体地涉及用于在机动车辆的牵引应用中使用超声波传感器(uss)在牵引操作的各种牵引动态事件期间估计挂接装置铰接角度(haa)的系统、方法和设备。


背景技术：

2.自主、半自主和传统车辆可被设计成适应各种负载、具有不同前端的拖车的牵引或拖挂，包括但不限于：平板拖车、封闭拖车、货斗、野营车、船，有时还有其他机动车辆。此外，在牵引操作中使用了多种不同的拖车挂接装置，比如鹅颈挂接装置、重量分配挂接装置、枢轴挂接装置、接收器挂接装置和第五轮挂接装置。拖车类型和挂接装置类型的每种配置显示不同的车辆动态。虽然有限，但有一些系统和装置可以在执行牵引操作时增强车辆和拖车稳定性，然而，考虑到拖车和挂接装置的多种组合，没有所谓的一种适合所有解决方案的组合，或者甚至就此而言，没有包括大多数或几乎所有处于连接操作中的车辆、拖车和挂接装置的潜在组合的解决方案。此外，为了提高该多种连接组合的稳定性，制造商已经推出了基本的附加装置，比如车辆内饰件、挡风板(比如地面效应),这些附加装置为车辆提供了额外的空气动力学稳定性。此外，还开发了牵引控制系统以及自动调节悬架系统，该系统可根据负载重量成比例地改变车身高度。车辆牵引系统在许多方面仍需要改进。
3.超声波传感器(uss)传统上用于车辆上的停车辅助特征。当牵引拖车时，超声波传感器(uss)阵列可用于估计挂接装置铰接角度(haa)。然而，uss的实施受到限制，部分原因是实践中的障碍，比如信号接收噪声中的高水平干扰、除了来自拖车前部的反射之外的不期望的反射，比如挂接点的反射，以及不确定的拖车形状。
4.因此，需要实现uss的改进的方法、系统和设备来估计挂接装置铰接角度(haa)。此外，从随后的详细描述和所附权利要求中，结合附图和前述技术领域和背景技术，本公开的其他期望特征和特性将变得显而易见。
5.在该引言中公开的信息仅用于增强对本公开的背景的理解，因此它可能包含不构成该国本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。


技术实现要素：

6.本文公开了车辆方法和系统以及用于车辆系统的相关控制逻辑、制造这种系统的方法和操作这种系统的方法以及装备有车载控制系统的机动车辆。作为示例而非限制，提出了对用于机动车辆中的拖挂的拖车挂接装置铰接角度进行自动确定的各种实施例，以及对用于机动车辆中的拖挂的拖车挂接装置铰接角度进行自动确定的方法。
7.在一实施例中，提供了一种车辆中的用于估计车辆和被牵引拖车之间的挂接装置铰接角度(haa)的haa计算系统。haa计算系统包括控制器。控制器配置为：当车辆沿正向方向牵引拖车时，接收车辆上第一超声波传感器(uss)的多个uss距离测量，其中，特定uss的uss距离测量提供在特定情况下特定uss和被牵引拖车的正面之间的距离测量；接收使用对
应于多个uss距离测量的几何方程或运动学模型计算的多个haa值，其中，每个haa值对应于多个uss距离测量中的一个，并且每个uss距离测量具有对应的haa值；并且确定第一uss的uss曲线特征。uss曲线特征包括：曲线拟合函数(例如多项式)，其被映射到第一uss的多个uss距离测量的可能有效聚类，并定义uss距离测量的有效聚类中的uss距离测量和对应的haa值之间的数学关系；上界函数，其被映射到有效聚类中的uss距离测量的上边界；以及下界函数，其被映射到有效聚类中的uss距离测量的下边界。控制器还配置成当车辆沿反向方向运行或经历高haa时，接收第一uss的uss距离测量，但不接收来自第二uss的uss距离测量，第二uss的uss距离测量与第一uss的uss距离测量成对使用，以使用几何方程或运动学模型计算haa；通过应用第一uss的uss曲线特征，从来自第一uss的uss距离测量估计haa值；以及向车辆运动控制系统(例如拖车反向辅助)提供估计的haa值，以用于控制车辆和拖车运动。
8.在一些实施例中，高haa是这样的角度，在该角度下，不能从车辆上的任何一对uss中的两个uss获得精确的uss返回，其用于使用几何方程或运动学模型计算haa，但在该角度下，可以从一对uss中的一个uss获得精确的uss返回。
9.在一实施例中，为了确定第一uss的uss曲线特征，控制器配置为：将第一uss的uss距离测量与对应的haa值配对，以形成uss距离测量/haa值(uss-haa)对；对uss-haa对进行聚类分析；基于聚类分析识别多个uss距离测量的可能有效聚类；以及从多个uss距离测量的可能有效聚类确定曲线拟合函数、上界函数和下界函数。
10.在一实施例中，为了通过应用第一uss的uss曲线特征而从来自第一uss的uss距离测量估计haa值，控制器配置成使用上界函数和下界函数过滤出第一uss的uss距离测量。
11.在一实施例中，为了通过应用第一uss的uss曲线特征而从来自第一uss的uss距离测量估计haa值，控制器还配置成基于应用uss距离测量的有效聚类中的uss距离测量和由曲线拟合函数定义的对应haa值之间的数学关系，将来自第一uss的uss距离测量与估计的haa进行匹配。
12.在一实施例中，控制器还配置成：当车辆沿正向方向牵引拖车时，接收车辆上多个uss中的每个的多个uss距离测量；并且确定在接收的uss距离测量范围内的多个uss中的每个的uss曲线特征。uss曲线特征被扩展超出在其之内最初构建uss曲线特征的范围，以提供延伸超出接收的uss距离测量范围的可接受的uss-haa对的预期范围。
13.在一实施例中，控制器还配置成：当车辆沿反向方向运行或经历高haa时，接收多个uss中的任何一个的uss距离测量，但不接收来自第二uss的uss距离测量，第二uss的uss距离测量与多个uss中的一个的uss距离测量成对使用，以使用几何方程或运动学模型计算haa；并且通过应用多个uss中的一个的uss曲线特征，从来自多个uss中的一个的uss距离测量估计haa值。
14.在一实施例中，当车辆正经历高haa时，控制器配置成：使用适当的uss曲线特征估计haa值；确定使用几何方程或运动学模型计算的haa值是否可用；当使用几何方程或运动学模型计算的haa值可用时，选择该haa值传递到车辆运动控制；以及当使用几何方程或运动学模型计算的haa值不可用时，选择估计的haa值传递到车辆运动控制。
15.在另一实施例中，提供了一种具有用于估计车辆和被牵引拖车之间的挂接装置铰接角度(haa)的haa计算系统的车辆。该车辆包括安装在车辆上的多个超声波传感器(uss),
以感测传感器和被牵引拖车的正面之间的距离；用于控制车辆和拖车运动的车辆运动控制系统；以及控制器。控制器配置为：当车辆沿正向方向牵引拖车时，接收多个uss中的第一uss的多个超声波传感器(uss)距离测量，其中，特定uss的uss距离测量提供在特定情况下特定uss和被牵引拖车的正面之间的距离测量；接收使用对应于多个uss距离测量的几何方程或运动学模型计算的多个haa值，其中，每个haa值对应于多个uss距离测量中的一个，并且每个uss距离测量具有对应的haa值；以及确定第一uss的uss曲线特征。uss曲线特征包括：曲线拟合函数(例如多项式)，其被映射到第一uss的多个uss距离测量的可能有效聚类，并定义uss距离测量的有效聚类中的uss距离测量和对应的haa值之间的数学关系；上界函数，其被映射到有效聚类中的uss距离测量的上边界；以及下界函数，其被映射到有效聚类中的uss距离测量的下边界。控制器配置成当车辆沿反向方向运行或经历高haa时，接收第一uss的uss距离测量，但不接收来自第二uss的uss距离测量，第二uss的uss距离测量与第一uss的uss距离测量成对使用，以使用几何方程或运动学模型计算haa；通过应用第一uss的uss曲线特征，从来自第一uss的uss距离测量估计haa值；以及向车辆运动控制系统(例如拖车反向辅助)提供估计的haa值，以用于控制车辆和拖车运动。
16.在一些实施例中，高haa是这样的角度，在该角度下，不能从车辆上的任何一对uss中的两个uss获得精确的uss返回，其用于使用几何方程或运动学模型计算haa，但在该角度下，可以从一对uss中的一个uss获得精确的uss返回。
17.在一实施例中，为了确定第一uss的uss曲线特征，控制器配置为：将第一uss的uss距离测量与对应的haa值配对，以形成uss距离测量/haa值(uss-haa)对；对uss-haa对进行聚类分析；基于聚类分析识别多个uss距离测量的可能有效聚类；以及从多个uss距离测量的可能有效聚类确定曲线拟合函数、上界函数和下界函数。
18.在一实施例中，为了通过应用第一uss的uss曲线特征而从来自第一uss的uss距离测量估计haa值，控制器配置成使用上界函数和下界函数过滤出第一uss的uss距离测量。
19.在一实施例中，为了通过应用第一uss的uss曲线特征而从来自第一uss的uss距离测量估计haa值，控制器还配置成基于应用uss距离测量的有效聚类中的uss距离测量和由曲线拟合函数定义的对应haa值之间的数学关系，将来自第一uss的uss距离测量与估计的haa进行匹配。
20.在一实施例中，控制器配置成：当车辆沿正向方向牵引拖车时，接收车辆上多个uss中的每个的多个uss距离测量；并且确定在接收的uss距离测量范围内的多个uss中的每个的uss曲线特征。uss曲线特征被扩展超出在其之内最初构建uss曲线特征的范围，以提供延伸超出接收的uss距离测量范围的可接受的uss-haa对的预期范围。
21.在一实施例中，控制器配置成：当车辆沿反向方向运行或经历高haa时，接收多个uss中的任何一个的uss距离测量，但不接收来自第二uss的uss距离测量，第二uss的uss距离测量与多个uss中的一个的uss距离测量成对使用，以使用几何方程或运动学模型计算haa；并且通过应用多个uss中的一个的uss曲线特征，从来自多个uss中的一个的uss距离测量估计haa值。
22.在一实施例中，当车辆正经历高haa时，控制器配置成：使用适当的uss曲线特征估计haa值；确定使用几何方程或运动学模型计算的haa值是否可用；当使用几何方程或运动学模型计算的haa值可用时，选择该haa值传递到车辆运动控制；以及当使用几何方程或运
动学模型计算的haa值不可用时，选择估计的haa值传递到车辆运动控制。
23.在另一实施例中，提供了一种在具有用于估计车辆和被牵引拖车之间的挂接装置铰接角度(haa)的haa计算系统的车辆中的方法。该方法包括：当车辆沿正向方向牵引拖车时，接收车辆上第一超声波传感器(uss)的多个uss距离测量，其中，特定uss的uss距离测量提供在特定情况下特定uss和被牵引拖车的正面之间的距离测量；接收使用对应于多个uss距离测量的几何方程或运动学模型计算的多个haa值，其中，每个haa值对应于多个uss距离测量中的一个，并且每个uss距离测量具有对应的haa值；并且确定第一uss的uss曲线特征。uss曲线特征包括：曲线拟合函数(例如多项式)，其被映射到第一uss的多个uss距离测量的可能有效聚类，并定义uss距离测量的有效聚类中的uss距离测量和对应的haa值之间的数学关系；上界函数，其被映射到有效聚类中的uss距离测量的上边界；以及下界函数，其被映射到有效聚类中的uss距离测量的下边界。代表这些函数的数学关系被扩展超出在其之内最初构建uss曲线特征的范围，以提供延伸超出接收的uss距离测量范围的可接受的uss-haa对的预期范围。该方法还包括当车辆沿反向方向运行或经历高haa时，接收第一uss的uss距离测量，但不接收来自第二uss的uss距离测量，第二uss的uss距离测量与第一uss的uss距离测量成对使用，以使用几何方程或运动学模型计算haa；通过应用第一uss的uss曲线特征，从来自第一uss的uss距离测量估计haa值；以及向车辆运动控制系统(例如拖车反向辅助)提供估计的haa值，以用于控制车辆和拖车运动。
24.在一些实施例中，高haa是这样的角度，在该角度下，不能从车辆上的任何一对uss中的两个uss获得精确的uss返回，其用于使用几何方程或运动学模型计算haa，但在该角度下，可以从一对uss中的一个uss获得精确的uss返回。
25.在一实施例中，确定第一uss的uss曲线特征包括：将第一uss的uss距离测量与对应的haa值配对，以形成uss距离测量/haa值(uss-haa)对；对uss-haa对进行聚类分析；基于聚类分析识别多个uss距离测量的可能有效聚类；以及从多个uss距离测量的可能有效聚类确定曲线拟合函数、上界函数和下界函数。
26.在一实施例中，通过应用第一uss的uss曲线特征，从来自第一uss的uss距离测量估计haa值包括：使用上界函数和下界函数过滤出第一uss的uss距离测量；以及基于应用uss距离测量的有效聚类中的uss距离测量和由曲线拟合函数定义的对应haa值之间的数学关系，将来自第一uss的uss距离测量与估计的haa进行匹配。
27.在一实施例中，该方法还包括：当车辆沿正向方向牵引拖车时，接收车辆上多个uss中的每个的多个uss距离测量；并且确定在接收的uss距离测量范围内的多个uss中的每个的uss曲线特征。uss曲线特征被扩展超出在其之内最初构建uss曲线特征的范围，以提供延伸超出接收的uss距离测量范围的可接受的uss-haa对的预期范围。
28.在一实施例中，该方法还包括当车辆沿反向方向运行或经历高haa时，接收多个uss中的任何一个的uss距离测量，但不接收来自第二uss的uss距离测量，第二uss的uss距离测量与多个uss中的一个的uss距离测量成对使用，以使用几何方程或运动学模型计算haa。
29.在一实施例中，当车辆经历高haa时，该方法还包括：使用适当的uss曲线特征估计haa值；确定使用几何方程或运动学模型计算的haa值是否可用；当使用几何方程或运动学模型计算的haa值可用时，选择该haa值传递到车辆运动控制；以及当使用几何方程或运动
学模型计算的haa值不可用时，选择估计的haa值传递到车辆运动控制。
30.在另一实施例中，一种编码有编程指令的非暂时性计算机可读介质，所述编程指令可配置成使具有用于估计车辆和被牵引拖车之间的挂接装置铰接角度(haa)的haa计算系统的车辆中的控制器执行一种方法，所述车辆具有用于估计车辆和被牵引拖车之间的haa的牵引铰接角(haa)计算系统。该方法包括：当车辆沿正向方向牵引拖车时，接收车辆上第一超声波传感器(uss)的多个uss距离测量，其中，特定uss的uss距离测量提供在特定情况下特定uss和被牵引拖车的正面之间的距离测量；接收使用对应于多个uss距离测量的几何方程或运动学模型计算的多个haa值，其中，每个haa值对应于多个uss距离测量中的一个，并且每个uss距离测量具有对应的haa值；并且确定第一uss的uss曲线特征。uss曲线特征包括：曲线拟合函数(例如多项式)，其被映射到第一uss的多个uss距离测量的可能有效聚类，并定义uss距离测量的有效聚类中的uss距离测量和对应的haa值之间的数学关系；上界函数，其被映射到有效聚类中的uss距离测量的上边界；以及下界函数，其被映射到有效聚类中的uss距离测量的下边界。该方法还包括当车辆沿反向方向运行或经历高haa时，接收第一uss的uss距离测量，但不接收来自第二uss的uss距离测量，第二uss的uss距离测量与第一uss的uss距离测量成对使用，以使用几何方程或运动学模型计算haa；通过应用第一uss的uss曲线特征，从来自第一uss的uss距离测量估计haa值；以及向车辆运动控制系统提供估计的haa值，以用于控制车辆和拖车运动。
附图说明
31.下文将结合以下附图描述示例性实施例，其中相同的附图标记表示相同的元件，其中：
32.图1是示出根据实施例的示例车辆的框图，该示例车辆包括使用超声波传感器(uss)反射来计算挂接装置铰接角度(haa)的haa计算系统；
33.图2是示出根据实施例的示例haa计算系统的框图，该系统配置成使用单个uss距离测量和提供uss距离测量的uss的uss曲线特征来估计车辆和被牵引拖车之间的haa；
34.图3a是示出了根据实施例的一系列曲线图的图，这些曲线图示出了使用几何方程或运动学模型确定的haa值相对于来自uss的原始uss距离测量绘制的图；
35.图3b是示出了根据实施例的一对曲线图的图，该对曲线图示出了带有拖车的车辆的haa值相对于时间绘制的图；
36.图4是描述根据实施例的示例车辆和拖车的框图；
37.图5是描绘根据实施例的拖车的示例前部的图；
38.图6是描述根据实施例的用于估计车辆和被牵引拖车之间的haa的示例过程的过程流程图；
39.图7是描述根据实施例的用于估计车辆和被牵引拖车之间的haa的另一示例过程的过程流程图。
具体实施方式
40.下面的详细描述本质上仅仅是示例性的，并不旨在限制应用和用途。此外，不打算受在前述技术领域、背景技术、发明内容或以下详细描述中提出的任何明示或暗示的理论
的约束。如本文所用，术语“模块”指的是任何硬件、软件、固件、电子控制部件、处理逻辑和/或处理器设备，单独地或以任何组合的形式，包括但不限于：专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享、专用或组)和存储器、组合逻辑电路和/或提供所述功能的其他合适部件。
41.本文可以根据功能和/或逻辑块部件以及各种处理步骤来描述本公开的实施例。应当理解，这种块部件可以由配置成执行指定功能的任何数量的硬件、软件和/或固件部件来实现。例如，本公开的实施例可以采用各种集成电路部件，例如存储器元件、数字信号处理元件、逻辑元件、查找表等，它们可以在一个或多个微处理器或其他控制设备的控制下执行各种功能。此外，本领域技术人员将理解，本公开的实施例可以结合任何数量的系统来实践，并且本文描述的系统仅仅是本公开的示例性实施例。
42.为了简洁起见，与信号处理、数据传输、发信号、控制、机器学习模型、雷达、激光雷达、图像分析和系统的其他功能方面(以及系统的各个操作部件)相关的传统技术在此可能不详细描述。此外，本文包含的各个图中所示的连接线旨在表示各个元件之间的示例功能关系和/或物理联接。应当注意，在本公开的实施例中可以存在许多替代的或附加的功能关系或物理连接。
43.自主和半自主车辆能够感测它们的环境并基于感测的环境导航。这种车辆使用多种类型的感测设备来感测它们的环境，比如光学相机、雷达、激光雷达、其他图像传感器等。在这种车辆中，感测的数据可以与地图数据和车辆传感器(惯性测量单元、车辆速度传感器等)融合在一起，以基于道路几何形状识别和跟踪车辆轨迹跟踪性能，并且可应用于本公开中，用于运动建模的感测数据和用于估计牵引拖车时用于增强牵引稳定性的挂接装置铰接角度(haa)。
44.出于比较原因，使用超声波传感器(uss)反射来计算挂接装置铰接角度(haa)的当前方法需要至少两个传感器的可用性。通常，由于缺少传感器反射，使用uss反射的haa角的计算不能用于更高的拖车挂接角度。所公开的主题包括允许使用uss反射来计算haa角的方法，即使只有来自一个传感器的反射可用。这可以扩展仅使用原始uss距离测量可以计算的haa的范围。这种方法非常有用，因为在倒车模式下缺少运动学模型。
45.此外，由于uss反射的噪声，使用其他方法对更高角度的haa估计也可能不准确。所公开的主题包括即使在单个传感器反射的情况下也允许更好地估计更高角度的haa的方法。
46.图1是示出示例车辆10的框图，该车辆包括使用超声波传感器(uss)反射来计算haa的挂接装置铰接角度(haa)计算系统100。在许多操作情况下，至少两个传感器可用于计算haa。然而，在拖车挂接角度较高的情况下，由于缺少传感器反射，可能只有一个传感器可用。所公开的haa计算系统100可以使用原始uss距离测量来估计许多较高拖车挂接角度情况下的haa，即使只有一个传感器可用。这在缺乏运动学模型可用性的情况下尤其有用，例如当牵引车辆和拖车以倒车模式运行时。
47.如图1所示，示例车辆10通常包括底盘12、车身14、前轮16和后轮18。车身14布置在底盘12上，并且基本包围车辆10的部件。车身14和底盘12可以共同形成框架。车轮16-18各自在车身14的相应拐角附近可旋转地联接到底盘12。在所示实施例中，车辆10被描述为客车，但也可以使用是其他类型的车辆，包括卡车、运动型多用途车(suv)、休闲车(rv)等。车
辆10能够手动、自主和/或半自主驾驶。
48.车辆10还包括推进系统20、将动力从推进系统20传输到车轮16-18的传动系统22、影响车轮16-18的位置的转向系统24、向车轮16-18提供制动扭矩的制动系统26、传感器系统28、致动器系统30、至少一个数据存储设备32、至少一个控制器34以及配置成与其他实体48无线通信信息的通信系统36。
49.传感器系统28包括一个或多个感测设备40a-40r，其感测自主车辆10的外部环境和/或内部环境的可观测条件。感测设备40a-40r可以包括但不限于雷达、激光雷达、全球定位系统、光学相机、热相机、超声波传感器(例如40o-40r)、惯性测量单元、超宽带传感器和/或其他传感器。致动器系统30包括一个或多个致动器装置42a-42n，其控制一个或多个车辆特征，比如但不限于推进系统20、传动系统22、转向系统24和制动系统26。
50.数据存储设备32存储用于自动控制车辆10的数据。数据存储设备32可以是控制器34的一部分，与控制器34分离，或者是控制器34的一部分和独立系统的一部分。控制器34包括至少一个处理器44和计算机可读存储设备或介质46。尽管在图1中仅示出了一个控制器34，但车辆10的实施例可以包括任何数量的控制器34，这些控制器通过任何合适的通信介质或通信介质的组合进行通信，并且协作以处理传感器信号，执行逻辑、计算、方法和/或算法，并且产生控制信号以自动控制车辆10的特征。
51.处理器44可以是任何定制的或市场上可买到的处理器、中央处理单元(cpu)、图形处理单元(gpu)、与控制器34相关的多个处理器中的辅助处理器、基于半导体的微处理器(以微芯片或芯片组的形式)、宏处理器、它们的任何组合，或者通常是用于执行指令的任何设备。计算机可读存储设备或介质46可以包括例如只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)和保活存储器(kam)中的易失性和非易失性存储。kam是永久性或非易失性存储器，其在处理器44断电时可用于存储各种操作变量。计算机可读存储设备或介质46可以使用多种已知存储设备中的任何一种来实现，比如prom(可编程只读存储器)、eprom(电prom)、eeprom(电可擦除prom)、闪存或能够存储数据的任何其他电、磁、光或组合存储设备，其中一些表示控制器34使用的可执行指令。
52.编程指令可以包括一个或多个单独的程序，每个程序包括用于实现逻辑功能的可执行指令的有序列表。当由处理器44执行时，控制器34的一个或多个指令可以配置车辆10，以使用单个uss距离测量和提供uss距离测量的uss的uss曲线特征来估计车辆和被牵引拖车之间的haa。
53.haa计算系统100可包括嵌入控制器34内的任何数量的附加子模块，这些子模块可被组合和/或进一步划分以类似地实施本文所述的系统和方法。另外，haa计算系统100的输入可以从传感器系统28接收，从与车辆10相关的其他控制模块(未示出)接收，和/或由图1的控制器34内的其他子模块(未示出)确定/建模。此外，输入还可能经受预处理，比如子采样、降噪、归一化、特征提取、丢失数据减少等。
54.图2是描绘示例haa计算系统200的框图，该系统配置成使用单个uss距离测量和提供uss距离测量的uss的uss曲线特征来估计车辆和被牵引拖车之间的haa。示例haa计算系统将原始uss测量值201连同由几何方程或运动学模型计算的相应haa值203一起作为输入。示例haa计算系统200包括uss曲线生成模块202、单传感器haa计算模块204和较大角度haa计算模块206。示例haa计算系统200、uss曲线生成模块202、单传感器haa计算模块204和较
大角度haa计算模块206可以由控制器34实现。
55.图3a是描绘了一系列曲线图300、320、330、340和350的图，这些曲线图示出了使用几何方程或运动学模型确定的haa值相对于来自uss的原始uss距离测量绘制的图。曲线图320提供了haa值相对于来自车辆上第一uss的原始uss距离测量的绘图。曲线图330提供了haa值相对于来自车辆上第二uss的原始uss距离测量的绘图。曲线图340提供了haa值相对于来自车辆上第三uss的原始uss距离测量的绘图。曲线图350提供了haa值相对于来自车辆上第四uss的原始uss距离测量的绘图。曲线图300示出了在执行聚类和曲线拟合操作之后的曲线图320、330、340和350的一个示例。曲线图300中描绘了曲线拟合函数302(例如曲线拟合多项式),其被映射到特定uss的多个uss距离测量的可能有效聚类304，并且定义了uss距离测量的可能有效聚类304中的uss距离测量和对应的haa值之间的数学关系(例如数学关系306)。还描绘了映射到可能有效聚类304中的uss距离测量的上边界的上界函数(例如上界曲线308)和映射到可能有效聚类304中的uss距离测量的下边界的下界函数(例如下界曲线310)。
56.图3b是描绘一对曲线图360和370的图，其示出了带有拖车的车辆的haa值相对于时间绘制的图。曲线图360描绘了使用一对uss的uss距离测量以及几何方程或运动学模型为车辆确定的haa值。曲线图370描绘了使用一对uss的uss距离测量和几何方程或运动学模型为车辆确定的haa值加上与使用几何方程或运动学模型计算的haa值合并的使用本文描述的技术估计的估计的haa值。
57.图4是描绘示例车辆402和拖车404的框图。描绘了可以根据几何方程计算的车辆402和拖车404之间的haa410“φ”。在该示例中，基于车辆轴距的距离lw415、车辆后轮轴和挂接点之间的距离lh420、挂接点和拖车后轮轴之间的距离l
tr
425以及车辆车轮角度的角度δ435的一组测量来计算haa410“φ”。计算haa410“φ”的示例几何方程如下：
[0058][0059]
其中，vc430是车辆的纵向速度，δ435是由车辆驾驶员的转向角输入确定的车轮角度。拖车的运动学模型可以通过随时间t的车辆402/拖车404的测量lw,l
tr
,lh来导出，用于计算haa410“φ”。
[0060]
图5是描绘拖车的示例前部500的图。示例前部500具有v形，其具有第一正面502和第二正面504。描绘了车辆的后部508(例如保险杠)和拖车的前部500之间的haa506“φ”,其可以根据几何方程来计算。在该示例中，基于以下几何方程计算haa506“φ”：
[0061][0062]
其中，d1(509)是由传感器1(uss1)510测量的距离，d4(511)是由传感器4(uss4)测量的距离，l
hitch
512是车辆保险杠508到挂接点514之间的距离，l1(516)是车辆保险杠中点到传感器1 510(uss1)之间的距离，l4(518)是车辆保险杠中点到传感器4(uss4)520之间的距离，并且α(522)是拖车前部的面角。该方程可以数值求解，以获得未知的由φ表示的haa的值。
[0063]
参考图2、3a、3b、4和5，示例uss曲线生成模块202配置为当车辆沿正向反向牵引拖
车(例如图4的拖车404)时，接收车辆(例如图4的车辆402)上的特定uss(例如图5的uss1)的多个超声波传感器(uss)距离测量201。多个uss距离测量201可以存储在数据存储208中。特定uss(例如uss1)的uss距离测量(例如图5的d1)提供了在特定情况下特定uss和被牵引拖车的正面502之间的距离测量。示例uss曲线生成模块202还配置成接收使用对应于多个uss距离测量的几何方程或运动学模型计算的多个haa值203(例如图4的φ410或图5的φ)，其中每个haa值对应于多个uss距离测量中的一个，并且每个uss距离测量具有对应的haa值。示例uss曲线生成模块202可以使用选定的有限范围的对应haa-uss值来执行曲线生成。多个haa值203也可以存储在数据存储208中。
[0064]
示例uss曲线生成模块202还配置成确定特定uss的uss曲线特征。uss曲线特征包括曲线拟合函数302，其被映射到特定uss的多个uss距离测量的可能有效聚类304，并且定义了uss距离测量的可能有效聚类304中的uss距离测量和对应的haa值之间的数学关系(例如数学关系306)。uss曲线特征还包括映射到可能有效聚类304中的uss距离测量的上边界的上界函数(例如上界曲线308)，以及映射到可能有效聚类304中的uss距离测量的下边界的下界函数(例如下界曲线310)。
[0065]
为了确定特定uss的uss曲线特征，uss曲线生成模块202配置成将特定uss的uss距离测量与对应的haa值(例如在数据存储208中)配对，以形成uss距离测量/haa值(uss-haa)对；对uss-haa对进行聚类分析；基于聚类分析识别多个uss距离测量的可能有效聚类(例如可能聚类304)；并且从多个uss距离测量的可能有效聚类304确定曲线拟合函数302、上界曲线308和下界曲线310。
[0066]
uss曲线生成模块202可配置成在车辆沿正向反向牵引拖车时接收车辆上多个uss中的每个的多个uss距离测量，并在接收的uss距离测量的范围内确定多个uss中的每个的uss曲线特征，如图3a所示，其中uss曲线特征被扩展超出在其内最初构建uss曲线特征的范围，以提供延伸超出接收的uss距离测量范围的可接受的uss-haa对的预期范围。
[0067]
示例单传感器haa计算模块204配置成当车辆沿反向方向运行或经历高haa时接收特定uss(例如图5的uss1或uss4)的uss距离测量205(例如图5的d1或d4),但不接收来自第二uss的uss距离测量，第二uss的uss距离测量与特定uss的uss距离测量成对使用，以使用几何方程或运动学模型计算haa。高haa可以是这样的角度，在该角度下，不能从车辆上的任何一对uss中的两个uss获得精确的uss返回，其用于使用几何方程或运动学模型计算haa，但在该角度下，可以从一对uss中的一个uss获得精确的uss返回。
[0068]
示例单传感器haa计算模块204还配置成通过应用特定uss的uss曲线特征(例如302、308、310)来从来自特定uss的uss距离测量205估计haa值207。为了通过应用特定uss的uss曲线特征而从来自特定uss的uss距离测量估计haa值，单传感器haa计算模块204可以使用上界函数(例如上界曲线308)和下界函数(例如下界曲线310)来过滤出特定uss的uss距离测量，和/或基于应用uss距离测量的有效聚类中的uss距离测量和由曲线拟合函数302定义的对应haa值之间的数学关系，将来自特定uss的uss距离测量与估计的haa进行匹配。
[0069]
单传感器haa计算模块204可配置成在车辆沿反向方向运行或经历高haa时接收车辆上多个uss中的任何一个的uss距离测量，但不接收来自第二uss的uss距离测量，第二uss的uss距离测量与多个uss中的一个的uss距离测量成对使用，以使用几何方程或运动学模型计算haa，并且通过应用多个uss中的一个的uss曲线特征，从来自多个uss中的一个的uss
距离测量估计haa值。
[0070]
示例较大角度haa计算模块206配置为，当车辆经历高haa时，使用适当的uss曲线特征来估计haa值，确定使用几何方程或运动学模型计算的haa值是否可用，当使用几何方程或运动学模型计算的haa值可用时，选择该haa值作为计算的haa209传递到车辆运动控制，并且当使用几何方程或运动学模型计算的haa值不可用时，选择估计的haa值作为计算的haa209传递到车辆运动控制。如图3b的曲线图360所示，在高haa时间(例如362、364、366、368)，当车辆经历高haa时，使用几何方程或运动学模型确定haa值可能不可用，但(如曲线图370所示)来自模块204的曲线计算的估计haa值可以与使用几何方程或运动学模型计算的haa值合并，以提供在高haa时间(例如362、364、366、368)期间的估计的haa值。
[0071]
图6是描述用于估计车辆和被牵引拖车之间的haa的示例过程600的过程流程图。过程600内的操作顺序不限于如图6所示的顺序执行，而是可以按照适用的和根据本公开的一个或多个不同的顺序来执行。
[0072]
示例过程600包括，当车辆和拖车沿正向方向行驶时，存储相应的原始uss范围603/haa值605(操作602)。haa值605可以使用几何方程或运动学模型来计算。
[0073]
示例过程600包括执行聚类以识别uss范围603/haa值605的可能有效聚类，对可能有效聚类进行曲线拟合，以及定义可能有效聚类的边界(操作604)。执行这些操作以定义uss的uss曲线特征607。
[0074]
示例过程600包括，当车辆和拖车沿反向方向行驶时，基于uss曲线特征607过滤出接收的原始uss范围609(操作606)。示例过程600还包括，当车辆和拖车沿反向方向行驶时，使用uss曲线特征607估计haa(操作608)。
[0075]
示例过程600包括，当车辆和拖车正经历较大的挂接装置铰接角度时，将曲线计算的haa值与使用几何方程或运动学模型计算的haa值合并(操作610)。这可以包括获得曲线计算的haa值611，获得使用几何方程或运动学模型计算的haa值613，当使用几何方程或运动学模型计算的haa值可用时，选择该haa值以供使用，以及当使用几何方程或运动学模型计算的haa值不可用时，选择估计的haa值以供使用。这导致了haa615的合并系列，特别是当使用几何方程或运动学模型可能不可用时对于较大的haa而言。
[0076]
图7是描述用于估计车辆和被牵引拖车之间的haa的示例过程700的过程流程图。过程700内的操作顺序不限于如图7所示的顺序执行，而是可以按照适用的和根据本公开的一个或多个不同的顺序来执行。
[0077]
示例过程700包括当车辆沿正向方向牵引拖车时，接收车辆上特定uss的多个超声波传感器(uss)距离测量(操作702)。特定uss的uss距离测量提供了在特定情况下特定uss和被牵引拖车的正面之间的距离测量。
[0078]
示例过程700包括接收使用对应于多个uss距离测量的几何方程或运动学模型计算的多个haa值(操作704)。每个haa值对应于多个uss距离测量中的一个，并且每个uss距离测量具有相应的haa值。
[0079]
示例过程700包括确定特定uss的uss曲线特征(操作706)。uss曲线特征包括：曲线拟合函数，其被映射到特定uss的多个uss距离测量的可能有效聚类，并定义了uss距离测量的有效聚类中的uss距离测量和对应的haa值之间的数学关系；上界函数，其被映射到有效聚类中的uss距离测量的上边界；以及下界函数，其被映射到有效聚类中的uss距离测量的
下边界。
[0080]
确定特定uss的uss曲线特征可以包括：将特定uss的uss距离测量与对应的haa值配对，以形成uss距离测量/haa值(uss-haa)对；对uss-haa对进行聚类分析；基于聚类分析识别多个uss距离测量的可能有效聚类；以及从多个uss距离测量的可能有效聚类确定曲线拟合函数、上界函数和下界函数。
[0081]
示例过程700包括当车辆沿反向方向运行或经历高haa时接收特定uss的uss距离测量(操作708)，但不接收来自第二uss的uss距离测量，第二uss的uss距离测量与特定uss的uss距离测量成对使用，以使用几何方程或运动学模型计算haa。
[0082]
示例过程700包括通过应用特定uss的uss曲线特征而从来自特定uss的uss距离测量估计haa值(操作710)。通过应用特定uss的uss曲线特征而从来自特定uss的uss距离测量估计haa值可以包括：使用上界函数和/或下界函数过滤出特定uss的uss距离测量；以及基于应用uss距离测量的有效聚类中的uss距离测量和由曲线拟合函数定义的对应haa值之间的数学关系，将来自特定uss的uss距离测量与估计的haa进行匹配。
[0083]
示例过程700包括向车辆运动控制系统提供估计的haa值，以用于控制车辆和拖车运动(操作712)。示例过程700还可以包括在车辆沿正向方向牵引拖车时接收车辆上多个uss中的每个的多个uss距离测量，并在接收的uss距离测量的范围内确定多个uss中的每个的uss曲线特征，其中uss曲线特征被扩展超出在其内最初构建uss曲线特征的范围，以提供延伸超出接收的uss距离测量范围的可接受的uss-haa对的预期范围。示例过程700还可包括当车辆沿反向方向运行或经历高haa时接收多个uss中的任何一个的uss距离测量，但不接收来自第二uss的uss距离测量，第二uss的uss距离测量与多个uss中的一个的uss距离测量成对使用，以使用几何方程或运动学模型计算haa。
[0084]
上文概述了多个实施例的特征，使得本领域技术人员可以更好地理解本公开的各个方面。本领域的技术人员应理解，可以容易地使用本公开作为设计或修改其他过程和结构的基础，用于实现这里介绍的实施例的相同目的和/或实现相同优点。本领域技术人员还应该认识到，这种等同的构造不脱离本公开的精神和范围，并且在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以在此进行各种改变、替换和变更。

技术特征：
1.一种车辆中的用于估计车辆和被牵引拖车之间的挂接装置铰接角度(haa)的haa计算系统，该haa计算系统包括控制器，该控制器配置为：当车辆沿正向方向牵引拖车时，接收车辆上第一超声波传感器(uss)的多个uss距离测量，其中，特定uss的uss距离测量提供在特定情况下特定uss和被牵引拖车的正面之间的距离测量；接收使用对应于多个uss距离测量的几何方程或运动学模型计算的多个haa值，其中，每个haa值对应于多个uss距离测量中的一个，并且每个uss距离测量具有对应的haa值；确定第一uss的uss曲线特征，其中，所述uss曲线特征包括：曲线拟合函数，其被映射到第一uss的多个uss距离测量的可能有效聚类，并定义uss距离测量的有效聚类中的uss距离测量和对应的haa值之间的数学关系；上界函数，其被映射到有效聚类中的uss距离测量的上边界；以及下界函数，其被映射到有效聚类中的uss距离测量的下边界；当车辆沿反向方向运行或经历高haa时，接收第一uss的uss距离测量，但不接收来自第二uss的uss距离测量，第二uss的uss距离测量与第一uss的uss距离测量成对使用，以使用几何方程或运动学模型计算haa；通过应用第一uss的uss曲线特征，从来自第一uss的uss距离测量估计haa值；以及向车辆运动控制系统提供估计的haa值，以用于控制车辆和拖车运动。2.根据权利要求1所述的haa计算系统，其中，为了确定第一uss的uss曲线特征，所述控制器配置为：将第一uss的uss距离测量与对应的haa值配对，以形成uss距离测量/haa值(uss-haa)对；对uss-haa对进行聚类分析；基于聚类分析识别多个uss距离测量的可能有效聚类；以及从多个uss距离测量的可能有效聚类确定所述曲线拟合函数、上界函数和下界函数。3.根据权利要求1所述的haa计算系统，其中，为了通过应用第一uss的uss曲线特征而从来自第一uss的uss距离测量估计haa值，所述控制器配置成：使用所述上界函数和下界函数过滤出第一uss的uss距离测量；以及基于应用uss距离测量的有效聚类中的uss距离测量和由所述曲线拟合函数定义的对应haa值之间的数学关系，将来自第一uss的uss距离测量与估计的haa进行匹配。4.根据权利要求1所述的haa计算系统，其中，所述控制器配置为：当车辆沿正向方向牵引拖车时，接收车辆上多个uss中的每个的多个uss距离测量；以及确定在接收的uss距离测量范围内的多个uss中的每个的uss曲线特征，其中uss曲线特征被扩展超出在其之内最初构建uss曲线特征的范围，以提供延伸超出接收的uss距离测量范围的可接受的uss-haa对的预期范围。5.根据权利要求4所述的haa计算系统，其中，所述控制器配置为：当车辆沿反向方向运行或经历高haa时，接收多个uss中的任何一个的uss距离测量，但不接收来自第二uss的uss距离测量，第二uss的uss距离测量与多个uss中的一个的uss距离测量成对使用，以使用几何方程或运动学模型计算haa；以及
通过应用多个uss中的一个的uss曲线特征，从来自多个uss中的一个的uss距离测量估计haa值。6.根据权利要求1所述的haa计算系统，其中，当车辆经历高haa时，所述控制器配置成：使用适当的uss曲线特征估计haa值；确定使用几何方程或运动学模型计算的haa值是否可用；当使用几何方程或运动学模型计算的haa值可用时，选择该haa值传递到车辆运动控制；以及当使用几何方程或运动学模型计算的haa值不可用时，选择估计的haa值传递到车辆运动控制。7.一种在具有用于估计车辆和被牵引拖车之间的挂接装置铰接角度(haa)的haa计算系统的车辆中的方法，该方法包括：当车辆沿正向方向牵引拖车时，接收车辆上第一超声波传感器(uss)的多个uss距离测量，其中，特定uss的uss距离测量提供在特定情况下特定uss和被牵引拖车的正面之间的距离测量；接收使用对应于多个uss距离测量的几何方程或运动学模型计算的多个haa值，其中，每个haa值对应于多个uss距离测量中的一个，并且每个uss距离测量具有对应的haa值；确定第一uss的uss曲线特征，其中，所述uss曲线特征包括：曲线拟合函数，其被映射到第一uss的多个uss距离测量的可能有效聚类，并定义uss距离测量的有效聚类中的uss距离测量和对应的haa值之间的数学关系；上界函数，其被映射到有效聚类中的uss距离测量的上边界；以及下界函数，其被映射到有效聚类中的uss距离测量的下边界；当车辆沿反向方向运行或经历高haa时，接收第一uss的uss距离测量，但不接收来自第二uss的uss距离测量，第二uss的uss距离测量与第一uss的uss距离测量成对使用，以使用几何方程或运动学模型计算haa；通过应用第一uss的uss曲线特征，从来自第一uss的uss距离测量估计haa值；以及向车辆运动控制系统提供估计的haa值，以用于控制车辆和拖车运动。8.根据权利要求7所述的方法，其中，确定第一uss的uss曲线特征包括：将第一uss的uss距离测量与对应的haa值配对，以形成uss距离测量/haa值(uss-haa)对；对uss-haa对进行聚类分析；基于聚类分析识别多个uss距离测量的可能有效聚类；以及从多个uss距离测量的可能有效聚类确定所述曲线拟合函数、上界函数和下界函数。9.根据权利要求7所述的方法，其中，通过应用第一uss的uss曲线特征而从来自第一uss的uss距离测量估计haa值包括：使用所述上界函数和下界函数过滤出第一uss的uss距离测量；以及基于应用uss距离测量的有效聚类中的uss距离测量和由所述曲线拟合函数定义的对应haa值之间的数学关系，将来自第一uss的uss距离测量与估计的haa进行匹配。10.根据权利要求7所述的方法，其中，当车辆经历高haa时，该方法还包括：使用适当的uss曲线特征估计haa值；
确定使用几何方程或运动学模型计算的haa值是否可用；当使用几何方程或运动学模型计算的haa值可用时，选择该haa值传递到车辆运动控制；以及当使用几何方程或运动学模型计算的haa值不可用时，选择估计的haa值传递到车辆运动控制。

技术总结
在车辆中提供了系统、方法和设备，该车辆具有用于估计车辆和被牵引拖车之间的挂接装置铰接角度(HAA)的HAA计算系统。该方法包括：当车辆沿正向方向牵引拖车时，接收车辆上第一超声波传感器(USS)的多个USS距离测量；接收使用对应于多个USS距离测量的几何方程或运动学模型计算的多个HAA值；当车辆沿反向方向运行或经历高HAA时，接收第一USS的USS距离测量，但不接收来自第二USS的USS距离测量；通过应用第一USS的USS曲线特征，从USS距离测量估计HAA值；以及将估计的HAA值提供给车辆运动控制系统，以用于控制车辆和拖车运动。以用于控制车辆和拖车运动。以用于控制车辆和拖车运动。


技术研发人员：N.梅迪内伊 A.维拉利尔蓬努斯瓦米
受保护的技术使用者：通用汽车环球科技运作有限责任公司
技术研发日：2022.10.13
技术公布日：2023/6/27