拖車長度估算系統(tǒng)及方法
【專利摘要】一種車輛，具有位于距拖車臂預定距離處的無線接收器。拖車上的無線發(fā)射器位于拖車的一端部，該端部與附接到車輛拖車臂的端部相對，并且該無線發(fā)射器與車輛上的無線接收器通信。車輛上的控制器監(jiān)測在發(fā)射器和接收器之間傳輸?shù)男盘柕哪芰炕仞?。牽引角監(jiān)測系統(tǒng)隨時間監(jiān)測牽引角。控制器監(jiān)測從發(fā)射器傳輸?shù)浇邮掌鞯男盘柕哪芰炕仞?，并且根?jù)傳輸信號的傳播路徑損耗來估算發(fā)射器和接收器之間的距離。拖車長度等于當牽引角為0時由控制器估算的距離減去預定距離。
【專利說明】拖車長度估算系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及用于估算附接到車輛的拖車的長度的系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]對于具有附接其上的拖車的機動車輛，多個車輛系統(tǒng)使用代表拖車整體長度的信息是有利的。許多車輛系統(tǒng)將拖車長度信息用作系統(tǒng)的輸入，該系統(tǒng)的輸入由與車輛系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的控制器或微處理器處理。目前的方法依靠車輛駕駛員將拖車長度信息輸入車輛系統(tǒng)。這引起錯誤測量的可能，尤其在駕駛員沒有使用恰當?shù)臏y量設備以及根據(jù)觀測估算或猜測該長度的情況下。
[0003]當駕駛員輸入拖車信息，或者拖車信息輸入并存儲在車輛系統(tǒng)中，而該拖車隨后變化或由不同的拖車替代時，就會出現(xiàn)另一潛在問題。許多當前車輛系統(tǒng)依靠駕駛員指示已經(jīng)附接了新的拖車，或者請求確認相同的拖車正在使用。可能沒有辦法監(jiān)測或證明駕駛員正在輸入正確的信息或者附接了新的拖車。當車輛系統(tǒng)在它們的控制系統(tǒng)中使用此信息時，錯誤的信息可能是一個問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種用于估算拖車長度的系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)和方法不依靠駕駛員作為信息輸入源。本發(fā)明提供可以用作不同車輛控制系統(tǒng)輸入的拖車長度的更可靠的估算。
[0005]用于估算稱接到車輛的拖車長度的系統(tǒng)，包含:位于距拖車臂(trailer mount)預定距離處的車輛上的無線接收器；位于與拖車臂相對的拖車端部的無線發(fā)射器；用于監(jiān)測牽引角(hitch angle)的裝置；控制器，其監(jiān)測從發(fā)射器傳輸?shù)浇邮掌鞯男盘柕哪芰炕仞?，根?jù)傳輸?shù)男盘柕膫鞑ヂ窂綋p耗估算發(fā)射器和接收器之間的距離，并且設置拖車長度等于當牽引角為O時由控制器估算的距離減去預定距離。
[0006]由車輛上的控制器執(zhí)行的用于估算耦接到車輛的拖車長度的方法，包含:監(jiān)測信號的能量回饋的步驟，該信號從拖車一端部的無線發(fā)射器傳輸?shù)轿挥诰嗤宪噿旖友b置預定距離的車輛上的無線接收器；監(jiān)測牽引角的步驟；估算發(fā)射器和接收器之間的距離的步驟，該估算距離是傳輸信號的傳播路徑損耗的函數(shù)；以及設置拖車長度等于針對O牽引角估算的距離減去預定距離的步驟。
[0007]可以以多種不同方式完成牽引角監(jiān)測。與控制器通信的牽引角傳感器可以提供代表車輛和拖車之間角度的信號。可選擇地，車輛上的偏航率傳感器可以向控制器提供代表車輛的偏航率的偏航率信號。控制器隨時間監(jiān)測偏航率信號，當已經(jīng)感測到O偏航率預定的時間量時，確定O牽引角。另外可選擇地，控制器可以以預定的時間間隔估算發(fā)射器和接收器之間的距離，并比較估算值來判定發(fā)射器和接收器之間的最大估算距離。該最大距離代表當牽引角為O時發(fā)射器和接收器之間的距離。【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是耦接到拖車的、具有本發(fā)明的拖車長度估算系統(tǒng)的機動車輛的框圖。
[0009]圖2是本發(fā)明的方法的流程圖。
[0010]為簡單和清楚起見畫出了圖中的元件和步驟，該元件和步驟不一定按照任何特定順序呈現(xiàn)。例如，圖中畫出了可以同時或按不同順序執(zhí)行的步驟來幫助提高對本發(fā)明的實施例的理解。
【具體實施方式】
[0011]盡管參照具體的說明性實施例描述了本發(fā)明的不同方面，但是本發(fā)明并不限于這些實施例，并且在不脫離本發(fā)明主旨的前提下，可以實施其他的修改、應用及實施例。圖中，相似的附圖標記將用于解釋相同的組件。所述領域的技術(shù)人員將認識到，在不違背本發(fā)明保護范圍的前提下，在此陳述的不同組件可以改變。
[0012]圖1是具有本發(fā)明的拖車長度估算系統(tǒng)的機動車輛10。該車輛10具有輪胎12。該車輛10還可以具有一個或多個感測系統(tǒng)14，該感測系統(tǒng)14具有放置在車輛10內(nèi)和環(huán)繞車輛10的多個傳感器。該車輛還具有應用由感測系統(tǒng)14收集的傳感器信息的許多不同類型的控制系統(tǒng)16。
[0013]感測系統(tǒng)14及車輛控制系統(tǒng)16可以與其他車輛動態(tài)控制系統(tǒng)一例如偏航穩(wěn)定性控制系統(tǒng)傳感器組或顛簸穩(wěn)定性控制系統(tǒng)傳感器組——共用傳感器。車輛10上的實際傳感器將根據(jù)在具體車輛10上實施的控制系統(tǒng)16的類型變化。一些示例包括，但是不限于，無線傳感器、車輪速度傳感器、激光雷達、雷達、聲吶、攝像頭、以及GPS。角速率傳感器和加速度計也可以包括在內(nèi)，并且它們通常沿車身框架安裝在車輛上。例如，縱向加速度傳感器、側(cè)向加速度傳感器和垂直加速度傳感器的每一個可以安裝在車輛10的重心上。無線接收器18也包括在內(nèi)并且安裝在已知的車輛位置，例如車身中央位置。
[0014]控制系統(tǒng)16的任何一個可以具有控制器26，該控制器可以是單獨的集中車輛控制器或者控制器的組合。如果使用多個控制器，為了多個控制器之間的通信、仲裁及優(yōu)先級，它們可以耦接在一起?？刂破?6可以是基于微處理器的?？刂破?6可以包含像永久計算機可讀介質(zhì)這樣的數(shù)據(jù)處理裝置，以及計算機可讀介質(zhì)上用于執(zhí)行拖車長度估算的命令?？刂破?6可以具有用于接收并輸出信號的不同信號接口。如上面討論的，拖車長度估算可以在獨立組件上或者以分散方式邏輯地實施，在該分散的方式中多個控制器、控制單元、模塊、計算機等共同執(zhí)行用于估算拖車長度的操作。
[0015]可以對控制器26進行編程來執(zhí)行不用的功能并控制不同的輸出?？刂破?6可以具有與其關(guān)聯(lián)的存儲器28。該存儲器28可以是獨立存儲器或者可以合并到控制器26中。存儲器28可以存儲不同的參數(shù)、臨界值、模式、表格、或映射。例如，參數(shù)可以包括已知的、固定的車輛測量值，例如軸距、車輛長度和車輛部件之間的距離。
[0016]控制器26接收來自與感測系統(tǒng)14關(guān)聯(lián)的多個傳感器的信息。此外，傳感器系統(tǒng)14可以包括，但是不限于，速度傳感器，偏航率傳感器，側(cè)向加速度傳感器，滾轉(zhuǎn)率傳感器，垂直加速度傳感器，縱向加速度傳感器，俯仰率傳感器，以及轉(zhuǎn)向角位置傳感器。這些傳感器也可以是慣性測量裝置(IMU)的部分，該慣性測量裝置將最有可能位于車身的中央。
[0017]拖車30可以拖曳在車輛10的后面。拖車30可以包括舌(tongue) 32和拖車車輪34。拖車30還可以包括拖車制動器和電氣組件，例如燈(圖1中未示出)。線束36可以用于將拖車耦接到車輛10的電氣系統(tǒng)，并且最終線束36可以將拖車耦接到控制器26。
[0018]正如借助車輛上的拖車球(hitch ball)或其他固定件42，通過位于拖車舌32端部的掛接裝置38，將拖車30耦接到車輛10。掛接裝置38可以具有與之關(guān)聯(lián)的牽引傳感器40?？蛇x擇地，牽引傳感器40可以與固定件42相關(guān)聯(lián)。牽引傳感器40用于判定拖車30相對車輛10的角位置。不同類型的牽引傳感器——例如電阻式、電感式、超聲、或電容型傳感器可以用于判定拖車30關(guān)于車輛10的相對角度?？梢杂糜谂卸ㄍ宪?0相對車輛10的位置的另一系統(tǒng)是車輛10上的倒車輔助系統(tǒng)44。該倒車輔助系統(tǒng)具有多個傳感器和/或攝像頭46，并且可以耦接到控制器26。倒車輔助傳感器可以是超聲傳感器、雷達傳感器、或者二者的結(jié)合。倒車輔助系統(tǒng)通常位于車輛10后部的多個位置，例如在保險杠中。判定拖車30的位置的其他方式可以包括位于拖車上、車輛上或作為倒車輔助傳感器44、46—部分的攝像頭?？梢杂糜谂卸ㄍ宪?0關(guān)于車輛10的相對角度系統(tǒng)或方法有很多。這些系統(tǒng)或方法太多在此不再陳述，并且所述領域的技術(shù)人員能夠按照車輛和/或拖車的參數(shù)和配置運用最適合的系統(tǒng)和方法。
[0019]無線發(fā)射器48位于拖車30上已知的位置，優(yōu)選地位于拖車的端部。該無線發(fā)射器48與位于車輛10上的無線感測接收器18通信。該無線感測接收器18已經(jīng)被安置在車輛的已知位置，因此從接收器18到位于車輛10后部的掛接裝置38的參考距離d,是已知的。可以使用的無線發(fā)射器及接收裝置的示例是無線射頻識別技術(shù)(RFID)，藍牙，及類似技術(shù)。如上面討論的，無線接收器18位于車輛10上距離拖車掛接裝置38預定參考距離火的位置。該無線發(fā)射器48和無線接收器18是在車輛10和拖車30之間發(fā)射并接收信號的兼容單元。通過測量發(fā)射器48和接收器18之間的信號，以及監(jiān)測由發(fā)射器發(fā)送給接收器的信號的能量回饋，控制器26可以估算車輛10上的接收器18和拖車30上的發(fā)射器48之間的距離d。最終，可以估算拖車長度1T。為了獲得盡可能精確的拖車長度It的估算值，任何信號測量都應當發(fā)生在車輛10和拖車30之間的牽引角為O時?？梢栽跔恳莻鞲衅?8上監(jiān)測牽引角，或者可選擇地，使用包括例如偏航率傳感器這樣的車輛傳感器14的其他方法，或者隨時間比較拖車長度的估算值來判定牽引角。
[0020]本發(fā)明估算拖車長度It，該長度然后可以用作對各種車輛系統(tǒng)——例如拖車擺動、拖車倒車輔助、穩(wěn)定性控制及其他——的控制算法的輸入。參照圖2，根據(jù)本發(fā)明用于估算拖車長度的方法100的流程圖。可以使用參照圖1的車輛10和拖車30在上面討論的車輛和拖車構(gòu)造執(zhí)行該方法100。相應地，拖車長度估算可以供給到需要該信息的任何車輛系統(tǒng)16。
[0021]執(zhí)行請求拖車長度估算的操作102。拖車長度估算請求可能來自車輛控制系統(tǒng)16，該系統(tǒng)需要該信息作為與其關(guān)聯(lián)的控制算法的輸入?？赡苄枰宪囬L度信息的車輛控制系統(tǒng)16的示例可以是拖車倒車輔助系統(tǒng)、拖車擺動控制系統(tǒng)、拖車制動控制系統(tǒng)、以及車輛動態(tài)控制系統(tǒng)，例如滾動穩(wěn)定性控制或偏航穩(wěn)定性控制。這些僅僅是可能使用拖車長度信息作為對控制算法的輸入的系統(tǒng)16的一些示例。
[0022]執(zhí)行操作104來監(jiān)測從拖車傳輸?shù)杰囕v的信號的能量回饋。由拖車上的發(fā)射器發(fā)射的信號的測量值與車輛上的接收器接收的信號的測量值相比較，將提供從拖車傳輸?shù)杰囕v的信號的能量回饋。從拖車傳輸并在車輛接收的信號的能量回饋將儲存在存儲器中，并且用在本發(fā)明的方法中來估算拖車長度。
[0023]執(zhí)行操作106來計算附接的拖車的長度的估算值。通過判定拖車上的無線發(fā)射器和車輛上的無線接收器之間的距離完成拖車長度估算106。該距離是傳輸信號的路徑損耗的函數(shù)，并且可以使用從拖車傳輸并在車輛接收的信號的能量回饋得出該距離。路徑損耗與發(fā)射器和接收器之間距離的平方成比例，還與發(fā)射信號頻率的平方成比例。信號傳播可以由佛林斯傳輸公式(Friis transmission formula)表述:
【權(quán)利要求】
1.一種用于估算耦接到車輛的拖車的長度的系統(tǒng)，其特征在于，包含: 無線接收器，其在車輛上位于距拖車臂預定距離處； 無線發(fā)射器，其位于與拖車臂相對的拖車端部； 用于監(jiān)測牽引角的裝置； 控制器，其監(jiān)測從發(fā)射器傳輸?shù)浇邮掌鞯男盘柕哪芰炕仞?，并且根?jù)傳輸信號的傳播路徑損耗估算發(fā)射器和接收器之間的距離；以及 設置拖車長度等于當牽引角為O時由控制器估算的距離減去預定距離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，用于監(jiān)測牽引角的裝置還包含與控制器通信的牽引角傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，用于監(jiān)測牽引角的裝置還包含: 車輛上的偏航率傳感器，其用于向控制器提供代表車輛的偏航率的偏航率信號；以及控制器，其隨時 間監(jiān)測偏航率信號，以識別當已經(jīng)感測到O偏航率預定的時間量時的O牽引角。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，用于監(jiān)測牽引角的裝置還包含控制器: 以預定的時間間隔估算發(fā)射器和接收器之間的距離，根據(jù)從無線發(fā)射器傳輸?shù)綗o線接收器的信號的傳播路徑損耗來估算該距離； 存儲預定數(shù)量的估算距離；以及 比較存儲的距離來判定最大距離，該最大距離代表當牽引角為O時發(fā)射器和接收器之間的距離。
5.一種由車輛上的控制器執(zhí)行的用于估算耦接到車輛的拖車長度的方法，其特征在于，包含: 監(jiān)測從拖車一端部的無線發(fā)射器傳輸?shù)轿挥诰嗤宪噿旖友b置預定距離處的車輛上的無線接收器的信號的能量回饋； 監(jiān)測牽引角； 估算發(fā)射器和接收器之間的距離，估算的距離是傳輸信號的傳播路徑損耗的函數(shù)；以及 設置拖車長度等于針對O牽引角估算的距離減去預定距離。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，監(jiān)測牽引角的步驟還包含監(jiān)測由牽引角傳感器提供給控制器的牽引角。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，監(jiān)測牽引角的步驟還包含: 在控制器處隨時間推移接收來自偏航率傳感器的信號信息，該信號信息代表車輛偏航率； 監(jiān)測偏航率信號中的O偏航率；以及 當感測的偏航率為O預定的時間量時，檢測到O牽引角。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，監(jiān)測牽引角的步驟還包含: 根據(jù)傳輸信號的傳播路徑損耗，以預定時間間隔估算發(fā)射器和接收器之間的多個距離； 存儲多個距離； 比較存儲的距離來判定最大距離；以及設置針對O牽引角估算 的距離等于最大距離。
【文檔編號】B60W40/12GK104002817SQ201410059730
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年2月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月21日
【發(fā)明者】羅杰·阿諾德·特朗布利, 托馬斯·愛德華·皮盧蒂, 克里斯多夫·內(nèi)夫, 約翰·舒特科 申請人:福特全球技術(shù)公司