CN104002817A - 拖车长度估算***及方法 - Google Patents

Abstract

一种车辆，具有位于距拖车臂预定距离处的无线接收器。拖车上的无线发射器位于拖车的一端部，该端部与附接到车辆拖车臂的端部相对，并且该无线发射器与车辆上的无线接收器通信。车辆上的控制器监测在发射器和接收器之间传输的信号的能量回馈。牵引角监测***随时间监测牵引角。控制器监测从发射器传输到接收器的信号的能量回馈，并且根据传输信号的传播路径损耗来估算发射器和接收器之间的距离。拖车长度等于当牵引角为0时由控制器估算的距离减去预定距离。

Description

拖车长度估算***及方法

技术领域

本发明涉及用于估算附接到车辆的拖车的长度的***及方法。

背景技术

对于具有附接其上的拖车的机动车辆，多个车辆***使用代表拖车整体长度的信息是有利的。许多车辆***将拖车长度信息用作***的输入，该***的输入由与车辆***关联的控制器或微处理器处理。目前的方法依靠车辆驾驶员将拖车长度信息输入车辆***。这引起错误测量的可能，尤其在驾驶员没有使用恰当的测量设备以及根据观测估算或猜测该长度的情况下。

当驾驶员输入拖车信息，或者拖车信息输入并存储在车辆***中，而该拖车随后变化或由不同的拖车替代时，就会出现另一潜在问题。许多当前车辆***依靠驾驶员指示已经附接了新的拖车，或者请求确认相同的拖车正在使用。可能没有办法监测或证明驾驶员正在输入正确的信息或者附接了新的拖车。当车辆***在它们的控制***中使用此信息时，错误的信息可能是一个问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于估算拖车长度的***和方法，该***和方法不依靠驾驶员作为信息输入源。本发明提供可以用作不同车辆控制***输入的拖车长度的更可靠的估算。

用于估算耦接到车辆的拖车长度的***，包含：位于距拖车臂(trailermount)预定距离处的车辆上的无线接收器；位于与拖车臂相对的拖车端部的无线发射器；用于监测牵引角(hitch angle)的装置；控制器，其监测从发射器传输到接收器的信号的能量回馈，根据传输的信号的传播路径损耗估算发射器和接收器之间的距离，并且设置拖车长度等于当牵引角为0时由控制器估算的距离减去预定距离。

由车辆上的控制器执行的用于估算耦接到车辆的拖车长度的方法，包含：监测信号的能量回馈的步骤，该信号从拖车一端部的无线发射器传输到位于距拖车挂接装置预定距离的车辆上的无线接收器；监测牵引角的步骤；估算发射器和接收器之间的距离的步骤，该估算距离是传输信号的传播路径损耗的函数；以及设置拖车长度等于针对0牵引角估算的距离减去预定距离的步骤。

可以以多种不同方式完成牵引角监测。与控制器通信的牵引角传感器可以提供代表车辆和拖车之间角度的信号。可选择地，车辆上的偏航率传感器可以向控制器提供代表车辆的偏航率的偏航率信号。控制器随时间监测偏航率信号，当已经感测到0偏航率预定的时间量时，确定0牵引角。另外可选择地，控制器可以以预定的时间间隔估算发射器和接收器之间的距离，并比较估算值来判定发射器和接收器之间的最大估算距离。该最大距离代表当牵引角为0时发射器和接收器之间的距离。

附图说明

图1是耦接到拖车的、具有本发明的拖车长度估算***的机动车辆的框图。

图2是本发明的方法的流程图。

为简单和清楚起见画出了图中的元件和步骤，该元件和步骤不一定按照任何特定顺序呈现。例如，图中画出了可以同时或按不同顺序执行的步骤来帮助提高对本发明的实施例的理解。

具体实施方式

尽管参照具体的说明性实施例描述了本发明的不同方面，但是本发明并不限于这些实施例，并且在不脱离本发明主旨的前提下，可以实施其他的修改、应用及实施例。图中，相似的附图标记将用于解释相同的组件。所述领域的技术人员将认识到，在不违背本发明保护范围的前提下，在此陈述的不同组件可以改变。

图1是具有本发明的拖车长度估算***的机动车辆10。该车辆10具有轮胎12。该车辆10还可以具有一个或多个感测***14，该感测***14具有放置在车辆10内和环绕车辆10的多个传感器。该车辆还具有应用由感测***14收集的传感器信息的许多不同类型的控制***16。

感测***14及车辆控制***16可以与其他车辆动态控制***——例如偏航稳定性控制***传感器组或颠簸稳定性控制***传感器组——共用传感器。车辆10上的实际传感器将根据在具体车辆10上实施的控制***16的类型变化。一些示例包括，但是不限于，无线传感器、车轮速度传感器、激光雷达、雷达、声呐、摄像头、以及GPS。角速率传感器和加速度计也可以包括在内，并且它们通常沿车身框架安装在车辆上。例如，纵向加速度传感器、侧向加速度传感器和垂直加速度传感器的每一个可以安装在车辆10的重心上。无线接收器18也包括在内并且安装在已知的车辆位置，例如车身中央位置。

控制***16的任何一个可以具有控制器26，该控制器可以是单独的集中车辆控制器或者控制器的组合。如果使用多个控制器，为了多个控制器之间的通信、仲裁及优先级，它们可以耦接在一起。控制器26可以是基于微处理器的。控制器26可以包含像永久计算机可读介质这样的数据处理装置，以及计算机可读介质上用于执行拖车长度估算的命令。控制器26可以具有用于接收并输出信号的不同信号接口。如上面讨论的，拖车长度估算可以在独立组件上或者以分散方式逻辑地实施，在该分散的方式中多个控制器、控制单元、模块、计算机等共同执行用于估算拖车长度的操作。

可以对控制器26进行编程来执行不用的功能并控制不同的输出。控制器26可以具有与其关联的存储器28。该存储器28可以是独立存储器或者可以合并到控制器26中。存储器28可以存储不同的参数、临界值、模式、表格、或映射。例如，参数可以包括已知的、固定的车辆测量值，例如轴距、车辆长度和车辆部件之间的距离。

控制器26接收来自与感测***14关联的多个传感器的信息。此外，传感器***14可以包括，但是不限于，速度传感器，偏航率传感器，侧向加速度传感器，滚转率传感器，垂直加速度传感器，纵向加速度传感器，俯仰率传感器，以及转向角位置传感器。这些传感器也可以是惯性测量装置(IMU)的部分，该惯性测量装置将最有可能位于车身的中央。

拖车30可以拖曳在车辆10的后面。拖车30可以包括舌(tongue)32和拖车车轮34。拖车30还可以包括拖车制动器和电气组件，例如灯(图1中未示出)。线束36可以用于将拖车耦接到车辆10的电气***，并且最终线束36可以将拖车耦接到控制器26。

正如借助车辆上的拖车球(hitch ball)或其他固定件42，通过位于拖车舌32端部的挂接装置38，将拖车30耦接到车辆10。挂接装置38可以具有与之关联的牵引传感器40。可选择地，牵引传感器40可以与固定件42相关联。牵引传感器40用于判定拖车30相对车辆10的角位置。不同类型的牵引传感器——例如电阻式、电感式、超声、或电容型传感器可以用于判定拖车30关于车辆10的相对角度。可以用于判定拖车30相对车辆10的位置的另一***是车辆10上的倒车辅助***44。该倒车辅助***具有多个传感器和/或摄像头46，并且可以耦接到控制器26。倒车辅助传感器可以是超声传感器、雷达传感器、或者二者的结合。倒车辅助***通常位于车辆10后部的多个位置，例如在保险杠中。判定拖车30的位置的其他方式可以包括位于拖车上、车辆上或作为倒车辅助传感器44、46一部分的摄像头。可以用于判定拖车30关于车辆10的相对角度***或方法有很多。这些***或方法太多在此不再陈述，并且所述领域的技术人员能够按照车辆和/或拖车的参数和配置运用最适合的***和方法。

无线发射器48位于拖车30上已知的位置，优选地位于拖车的端部。该无线发射器48与位于车辆10上的无线感测接收器18通信。该无线感测接收器18已经被安置在车辆的已知位置，因此从接收器18到位于车辆10后部的挂接装置38的参考距离d_r是已知的。可以使用的无线发射器及接收装置的示例是无线射频识别技术(RFID)，蓝牙，及类似技术。如上面讨论的，无线接收器18位于车辆10上距离拖车挂接装置38预定参考距离d_r的位置。该无线发射器48和无线接收器18是在车辆10和拖车30之间发射并接收信号的兼容单元。通过测量发射器48和接收器18之间的信号，以及监测由发射器发送给接收器的信号的能量回馈，控制器26可以估算车辆10上的接收器18和拖车30上的发射器48之间的距离d。最终，可以估算拖车长度l_T。为了获得尽可能精确的拖车长度l_T的估算值，任何信号测量都应当发生在车辆10和拖车30之间的牵引角为0时。可以在牵引角传感器38上监测牵引角，或者可选择地，使用包括例如偏航率传感器这样的车辆传感器14的其他方法，或者随时间比较拖车长度的估算值来判定牵引角。

本发明估算拖车长度l_T，该长度然后可以用作对各种车辆***——例如拖车摆动、拖车倒车辅助、稳定性控制及其他——的控制算法的输入。参照图2，根据本发明用于估算拖车长度的方法100的流程图。可以使用参照图1的车辆10和拖车30在上面讨论的车辆和拖车构造执行该方法100。相应地，拖车长度估算可以供给到需要该信息的任何车辆***16。

执行请求拖车长度估算的操作102。拖车长度估算请求可能来自车辆控制***16，该***需要该信息作为与其关联的控制算法的输入。可能需要拖车长度信息的车辆控制***16的示例可以是拖车倒车辅助***、拖车摆动控制***、拖车制动控制***、以及车辆动态控制***，例如滚动稳定性控制或偏航稳定性控制。这些仅仅是可能使用拖车长度信息作为对控制算法的输入的***16的一些示例。

执行操作104来监测从拖车传输到车辆的信号的能量回馈。由拖车上的发射器发射的信号的测量值与车辆上的接收器接收的信号的测量值相比较，将提供从拖车传输到车辆的信号的能量回馈。从拖车传输并在车辆接收的信号的能量回馈将储存在存储器中，并且用在本发明的方法中来估算拖车长度。

执行操作106来计算附接的拖车的长度的估算值。通过判定拖车上的无线发射器和车辆上的无线接收器之间的距离完成拖车长度估算106。该距离是传输信号的路径损耗的函数，并且可以使用从拖车传输并在车辆接收的信号的能量回馈得出该距离。路径损耗与发射器和接收器之间距离的平方成比例，还与发射信号频率的平方成比例。信号传播可以由佛林斯传输公式(Friis transmission formula)表述：

$P_r\left(d\right)=\frac{P_t{G}_t{G}_r{\mathrm{\λ}}^2}{{\left(4\mathrm{\π}\right)}^2{d}^{2}L}---\left(1\right)$

其中P_t是以瓦特为单位的传输能量，G_r和G_t分别是与接收器和发射器关联的增益，λ是波长，L是***损耗，以及d是发射器和接收器之间的距离。传输能量以与d²成比例的速率衰减。因此，知道与发射的信号关联的路径损耗将提供发射器和接收器之间距离的估算值。路径损耗(PL)由下式表示：

${\mathrm{PL}}_{\mathrm{dE}}=10\log \left(\frac{P_t}{P_r}\right)=110\log \left(\frac{G_t{G}_r{\mathrm{\λ}}^2}{{\left(4\mathrm{\π}\right)}^2{d}^{2}L}\right)---\left(2\right)$

${\mathrm{PL}}_{\mathrm{dE}}=110\log \left(\frac{G_t{G}_r{\mathrm{\λ}}^2}{{\left(4\mathrm{\π}\right)}^{2}L}\right)+10\log \left(d^2\right)---\left(3\right)$

${\mathrm{\μL}}_{\mathrm{dE}}=120\log \left(\frac{G_t{G}_r{\mathrm{\λ}}^2}{{\left(4\mathrm{\π}\right)}^{2}L}\right)+20\log \left(d\right)---\left(4\right)$

P_r以与d²成比例的速率衰减。在接收器处接收的信号的能量可以表示为：

$P_r\left(d\right)=P_r\left(d_0\right){\left(\frac{d_0}{d}\right)}^2\mathrm{ford}>d_0>d_f---\left(5\right)$

其中d是发射器和接收器之间的距离，d₀是已知的接收能量的参照点，通常是100m，以及d_f是天线的远场距离(far-field distance)。返回参照图2，该距离d可以由该方程导出，并且表示拖车上的发射器和车辆上的接收器之间的总距离。由于接收器安置在车辆上的已知位置上，拖车长度可以通过扣除从发射器到拖车球之间的距离d_r估算，或者：

l_T＝d|d_r    (6)

按请求的车辆***，执行用于接收拖车长度估算值的操作108。

本发明的最精确的拖车长度估算将在车辆和拖车之间的角度为0时获得。也就是说当车辆和拖车具有0牵引角地成一条直线时。本发明的方法100执行操作110来监测牵引角中的零牵引角。在0牵引角判定的基础上，在104监测传输的信号的能量回馈。

可以通过多种方式完成监测牵引角并判定0牵引角。一种方式是利用来自牵引角传感器的数据。当牵引角传感器感测到车辆和拖车之间的角度为0时，开始操作104来监测从拖车传输的信号的能量回馈。

检测并判定0牵引角的另一方式不需要牵引角传感器。相反，随时间估算并存储距离d。执行在预定的时间段内存储的数值的比对来判定最大的存储值。该最大存储值与牵引角为0时获得的信号测量值一致。其结果是，比对的该最大长度将是牵引角为0时的距离d，并且应该在估算拖车长度l_T时使用。

在监测并判定牵引角的另一选择中，可以随时间监测车辆的偏航率。偏航率传感器通常可以作为车辆上的传感器***16的一部分。0偏航率是车辆沿直线轨迹行驶的指示。当偏航率为0时，车辆未转弯变得已知。乍看起来，该单独信息不足以确定0牵引角，因为，即使可能具有非0牵引角，车辆可能正好已经停止转弯。然而，随时间监测偏航率可以提供车辆已经直线向前驾驶足够的预定时间段的证明，在该时间段期间维持零或者接近零的偏航率。这允许偏航率提供拖车已经呈直线的指示，并且可以推测的是在那一点上牵引角为0。在110确认0牵引角的基础上，执行监测能量回馈的操作104和计算拖车长度的操作106。

偏航率应该保持为0的预定时间段将与车辆拖车组合需要行驶的实际距离相关联，以确保牵引角是0。这可以通过测试来判定，并且存储在控制器的存储器中。

在前述说明书中，已经参照具体示例性实施例描述了本发明。然而，在不脱离权利要求书列举的本发明保护范围的情况下，可以做出不同的修改及改变。该说明书及附图是说明性的，而不是限定性的，并且修改旨在包含在本发明的保护范围内。相应地，本发明的范围应该由权利要求及它们的合法等同物确定，而不是仅仅由所描述的示例确定。

例如，在任何方法或过程权利要求中列举的步骤可以以任何顺序执行，并不限于权利要求中表述的具体顺序。可以利用滤波器执行该等式以最小化信号噪音的影响。另外，在任何装置权利要求中列举的组件和/或元件可以装配或者或者以其他方式可操作地配置在不同的排列中，并且因此不限于权利要求中列举的具体配置。

上面已经参照具体实施例，描述了好处、其他优点及问题的解决方案；然而，任何好处、优点、问题的解决方案或可以导致任何具体好处、优点或解决方案发生或变得更加显著的任何元素都不应理解为任何或所有权利要求的关键的、必需的或基本的特征或组件。

术语“包含”、“具有”、“包括”或它们的任何变形旨在提及非排他性的包括，因此包含一系列元素的过程、方法、条款、构成或装置并不仅仅包括所列举的那些元素，而是可能还包括未明确列出的或这些过程、方法、条款、构成或装置本身固有的其他元素。除了未具体列举的这些，在本发明的实施中使用的上述结构、安置、应用、部分、元素、材料或组件的其他结合和/或修改可以改变，或者在不背离其一般原则的情况下以其他方式具体适用于特定环境、生产规格、设计参数或其他操作需要。

Claims (8)

1.一种用于估算耦接到车辆的拖车的长度的***，其特征在于，包含：

无线接收器，其在车辆上位于距拖车臂预定距离处；

无线发射器，其位于与拖车臂相对的拖车端部；

用于监测牵引角的装置；

控制器，其监测从发射器传输到接收器的信号的能量回馈，并且根据传输信号的传播路径损耗估算发射器和接收器之间的距离；以及

设置拖车长度等于当牵引角为0时由控制器估算的距离减去预定距离。

2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，用于监测牵引角的装置还包含与控制器通信的牵引角传感器。

3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，用于监测牵引角的装置还包含：

车辆上的偏航率传感器，其用于向控制器提供代表车辆的偏航率的偏航率信号；以及

控制器，其随时间监测偏航率信号，以识别当已经感测到0偏航率预定的时间量时的0牵引角。

4.根据权利要求1所述的***，其特征在于，用于监测牵引角的装置还包含控制器：

以预定的时间间隔估算发射器和接收器之间的距离，根据从无线发射器传输到无线接收器的信号的传播路径损耗来估算该距离；

存储预定数量的估算距离；以及

比较存储的距离来判定最大距离，该最大距离代表当牵引角为0时发射器和接收器之间的距离。

5.一种由车辆上的控制器执行的用于估算耦接到车辆的拖车长度的方法，其特征在于，包含：

监测从拖车一端部的无线发射器传输到位于距拖车挂接装置预定距离处的车辆上的无线接收器的信号的能量回馈；

监测牵引角；

估算发射器和接收器之间的距离，估算的距离是传输信号的传播路径损耗的函数；以及

设置拖车长度等于针对0牵引角估算的距离减去预定距离。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，监测牵引角的步骤还包含监测由牵引角传感器提供给控制器的牵引角。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，监测牵引角的步骤还包含：

在控制器处随时间推移接收来自偏航率传感器的信号信息，该信号信息代表车辆偏航率；

监测偏航率信号中的0偏航率；以及

当感测的偏航率为0预定的时间量时，检测到0牵引角。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，监测牵引角的步骤还包含：

根据传输信号的传播路径损耗，以预定时间间隔估算发射器和接收器之间的多个距离；

存储多个距离；

比较存储的距离来判定最大距离；以及

设置针对0牵引角估算的距离等于最大距离。