本发明涉及一种车辆可视系统，特别涉及一种商用车辆可视系统，车辆驾驶员在驾驶车辆时，通过该显示系统，即可从车辆内部（如驾驶室内）观察车辆环境，以及车辆未来的行驶路径。
本发明的视觉系统可作为视镜替代系统，或除了有视镜功能，特别是车辆后视镜和外视镜外，还能在特定驾驶情形下，以最佳的人体工程学方式，在车辆驾驶员驾驶和/或向前、向后操作车辆时提供辅助。
这些可视系统通过帮助驾驶员在某些特定行驶情形下避免与道路上其他物体发生碰撞，来辅助改善交通安全的问题。
背景技术：
视镜替代系统和其他摄像监控系统或车辆显示装置在本领域中均已广为人知，如专利de102010026222a1公开了一种辅助驾驶员在驾驶和/或操纵车辆的装置，所述装置能够捕获车辆后方区域的视野，并在捕获的环境区域上显示地标。通过一个图像捕获单元在图像上叠加地标，避免车辆驾驶员在倒车的时候撞到障碍物或行人。
但是，de102010026222a1中描述的车辆不适用于拖车或带有拖箱的车辆，除此之外，上述已知驾驶员辅助装置还有另一个缺陷，当显示车辆部分部位的图像上叠加了过多的静态辅助线、距离线作为引导/地标时，会引起驾驶员不必要的分心，而使驾驶员感到烦躁。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种车辆可视系统，尤其是一种商业车辆可视系统，本发明的可视系统能够减少或消除显示的图像上过多的标记对驾驶员造成干扰这一问题。
上述目的可通过包含有权利要求1所述技术特征的系统实现，从属权利要求中提供了优选的实施方案。
本发明基于在特定驾驶情景下辅助车辆驾驶员，例如：在倒车和入库过程中，或驾驶员沿曲线行驶时，仅在车辆转向角存在预定量/预定值的情况下，通过在显示车辆环境视野范围的图像上插入至少一道车辆未来路径的轨迹（路径），并将图像通过图像显示单元提供给驾驶员，来辅助驾驶员操作车辆。
本发明中，所述术语“车辆”涵盖了各种车辆，包括客车、带货舱或拖箱的卡车、带拖箱（拖箱单元）及车后方延伸部的半拖车、轻型商用车、施工机械及农用车辆等。本发明所指的拖车包括一条或多条轴线，所述轴线可以是刚性和/或可旋转的。
本发明中的拖箱在前向行驶时拉动拖车，并且倒车时推动拖车（后向行驶），因此本发明中的拖箱一般指用于推动或拉动物体的驱动单元。
本发明中，所述转向角的预定量/预定值大于0°，优选5°~90°，本发明中，转向角定义为，车轮前轴相对于车辆和拖箱的纵轴的旋转。车轮可相对于纵轴向左或向右旋转。本发明中，车辆的转向角通过转动车辆驾驶室中的方向盘进行调整，转向角还有一些其他影响因素，例如车辆负载，和各种其他将方向盘的旋转传递至车轮时产生的张力（扭转），因此方向盘的旋转角度并不直接等于转向角的大小。
上述转向角范围根据车辆几何会有所变化，例如，具体根据车辆是简单的一辆卡车，或是卡车和拖车/半拖车的组合，不同车辆几何下转向角会相应的变化。
通过在车辆转向角存在预定量/预定值的情况下，在显示车辆环境的图片上叠加至少一道轨迹，可防止车辆驾驶员受到永久叠加的轨迹的干扰，例如，根据驾驶情形的不同，某些情况下没有必要在图上叠加轨迹。
本发明中，上述的至少一道轨迹通过计算单元（处理单元）计算获取，所述计算单元通过在数学模型中处理至少一个车辆相关输入来计算上述轨迹，这类车辆参数可以是转向角、车速、行驶方向、abs车轮信号等，计算单元计算所需的车辆相关输入为这些参数中的至少一个，优选至少两个。
作为本发明的一种优选方式，在系统中配置捕获单元来捕获视野，所述捕获的视野至少延伸至至少涵盖车辆侧边部分距离，并超出车辆的长度。这类捕获单元一般用于视镜替代系统中。
优选的，可在系统中采用多个捕获单元，所述捕获单元可以是相机或图像传感器。
本发明中，所述捕获单元捕获车辆的横向和后侧区域视野，但车辆的部分结构以及车辆的几何形状不包括在捕获的视野中。在这种情况下，可以在显示单元中叠加虚拟的车辆参考，用来指明车辆在视野之外延伸多远，例如：估算车辆侧表面和面向车辆的视野边缘的距离。
本发明中，捕获单元这样设置能够直接捕获车辆相对行进方向的后方和/或前方和/或侧边的视野。图像显示单元上显示的图像与捕获的视图相当，并且近似于驾驶员观看常规侧镜时的视图。所述图像显示单元可以是监视器、数码镜子如数字后视镜或数字侧镜。
作为一种优选方式，如果可视系统作为视镜替代系统使用，图像显示单元上的图像将一直受到影响并实时显示，仅在达到预定的转向角时，在图像上叠加至少一道轨迹来预测车辆未来行驶路径。
本发明中，计算单元还适用于分析图像捕获单元捕获的图像数据，并利用车辆上的预定点作为参考点在图像中绘制轨迹，所述图像至少延伸至至少涵盖车辆侧边部分距离，并超出车辆的长度。所述车辆的预定点作为参考点绘制轨迹，所述预定点可为车辆边缘、车辆拐角、车轴和/或车轮。
该分析可通过图像分析或附加的传感器实现，所述附加的传感器可为距离传感器、雷达、红外传感器或其他如此类装置，将附加的传感器附加（安装）至车辆，并向计算单元提供输入（输入信号）。
所述至少一道轨迹可以仅在特定情况下叠加，例如有预定的转向角，并且图像捕获单元在车辆环境中捕获到了障碍物，保持目前转向角和行驶方向的话车辆会与障碍物发生撞击的情况下。
作为本发明的进一步改进，所述包括拖箱和可相对于拖箱旋转的拖车的车辆，所述术语“拖车”也包括半拖车。
本发明中，对于包括拖箱和可相对于拖箱旋转的拖车的车辆，计算单元用于分别计算拖箱单元的至少一道轨迹以及拖车单元的至少一道轨迹，用于预测拖箱单元和拖车未来的轨迹（行驶路径）。
具体的，拖箱的第一轨迹和拖车的第二轨迹在图像显示单元上显示的车辆横向及后部区域（拖车的后部区域）图像中展示。所述轨迹可用线条表示，线条的弯曲程度取决于转向角的角度，并且拖箱和拖车的轨迹采用不同颜色表示。轨迹也可以不采用线条表示，还可以采用一段区域，例如在驾驶员沿曲线行驶/移动时为驾驶员提供虚拟引导区或导杆来辅助驾驶。
如上所述，在车辆带有拖箱和拖车的情况下，也是在拖箱的转向角存在预定值/预定量时，显示第一轨迹和第二轨迹，这样就避免了在“通常的”行驶情况下对驾驶员造成不必要的干扰（例如直线行驶或直线倒车）。
本发明中，对于带有拖箱和拖车的车辆，上述数学模型可将拖箱和拖车间的夹角作为一个输出（输出信号）。
作为本发明的进一步改进，车辆上至少设定一个预定点作为参考点，同来在图像显示单元显示的图像中绘制轨迹。所述参考点可以是车辆的后轴、拖箱的后轴和/或拖车的后轴。作为本发明的一种实施方式，可将车辆的装载边缘作为参考点，用来绘制轨迹，参考点沿轨迹行进，例如在倒车过程中。车辆上还有其他合适的参考点，例如拐角、边缘，可用于绘制轨迹。
关于计算单元，应当说明的是，计算单元也可作为可视系统的一个独立单元，将其划分为若干个小单元，在车载计算机（ecu）中作为集成单元使用，或其他类似方式。
本发明中，图上叠加的轨迹借助线条和/或区域显示，为提高未来轨迹（行驶路径）的显示效果，所述线条和区域可以进行适当的缩放。
应当说明的是，本发明的可视系统也可不需要借助预定的转向角，实现在图像上叠加一道或多道轨迹。
下面参考附图说明对本发明进行示例性描述，其中相同的附图标记代表图中相同或相应的部件。
附图说明
图1是实施例中描述的一个实施方案的车辆可视系统示意图；
图2是车辆俯视图，用于说明车辆上捕获单元的捕获区域（视野）；
图3是车辆轨迹示意图；
图4是带有拖箱和拖车（半拖车）的车辆俯视图，装在车上的捕获单元捕获车辆横向区域视野；
图5是图像显示单元上显示的图像示意图；
图6是图4所示车辆在沿曲线行驶时的俯视图；
图7是图6所示车辆行驶状态下，图像显示单元上显示的图像示意图；
图8是图6所示车辆行驶状态下，图像显示单元上显示的图像示意图（另一实现方式）；
图9是带有拖箱和拖车的车辆俯视图，图中显示了图像捕获单元的捕获区域；
图10是图9所示的车辆行驶状态下，图像显示单元上显示的图像示意图；
图11是带有拖箱和拖车的车辆俯视图，图中显示了图像捕获单元的捕获区域；
图12是图11所示的车辆行驶状态下，图像显示单元上显示的图像示意图；
图13是图像显示单元上可显示的另一实现方式的图像示意图；
图14是图像显示单元上可显示的另一实现方式的图像示意图。
具体实施方式
图1是本发明一个实施方案的可视系统1示意图，所述可视系统包括1个或多个捕获单元2，2’，一个计算单元3和一个图像显示单元4。所述捕获单元2，2’可以是相机或图像传感器。
第一捕获单元2捕获的图像相当于右视镜捕获的视野范围，第二捕获单元2’捕获的图像相当于左视镜捕获的视野范围，捕获的图像在相邻位置上显示，例如：在图像显示单元4上通过分隔线分开。作为本发明的另一种实施方式，所述图像捕获单元2，2’也可以仅提供常规的图像，通过计算单元3将图像捕获单元2，2’捕获的单独的图像拼合（合并）为一般图像，例如通过无缝过渡拼合，拼合后的图像在图像显示单元中显示。
进一步的，图1所示的可视系统还包括一个单元5，用于提供外部输入。所述外部单元5连接至计算单元3，这样计算单元3就能够使用外部单元5提供的输入参数。
图1所示的可视系统1还可连接至其他车辆传感器或类似装置，例如，如图1所示，图1中的扩展单元6用于设置车辆传感器和/或环境传感器，所述传感器可以为转向角传感器、速度传感器、距离传感器或其他类似装置。
图1所示可视系统1中的计算单元3可作为一个独立单元，或整合至图像显示单元4、捕获单元2，2’或图中未画出的车辆ecu。
图1中所示的捕获单元2捕获车辆环境图像，或在必要情况下捕获部分车辆几何，并将图像数据提供给计算单元3。优选的，捕获单元2，2’捕获车辆横向区域视野及后侧区域视野。计算单元3中包括一个数学模型，所述数学模型包括至少两个输入（转向角、速度、行驶方向、角速度、abs车轮信号等），所述的输入由外部单元5、扩展单元6提供。
作为本发明的一种优选方式，图1所示可视系统1可以设计成视镜替代系统，用于显示车辆横向区域视野及车辆后方区域视野。
图2为车辆7俯视图，图2中显示了捕获单元2，2’可捕获的视角，捕获单元2，2’的显示范围相当于车辆7的右视镜和左视镜。对于在驾驶室所处高度处没有拖车的商用车辆，捕获单元2，2’安装在车辆的左侧和右侧。
如图2中车辆7的俯视图所示，捕获单元2，2’的视野8（视野或捕获范围/区域）相对于车辆前行方向v向车辆横向及后方延伸。车辆7左侧和右侧的视野8分别捕获了车左右两侧从车辆前方延伸至后方的视野（相对于车辆前行方向v），并且在横向视野上进行了拓宽，除车辆旁侧的区域外，还捕获了车辆几何9这部分区域，以及车辆后方的一段区域。
作为本发明的一种实施方式，视野8也可以不捕获车辆几何9这部分区域，这样的话，可以利用计算单元3通过输入参数计算车辆几何9和视野8的距离，并在图像显示单元4上显示计算的距离。
图3为图2所示的车辆7在沿行驶方向v曲线行驶时的俯视示意图，图中包括车辆前方的轨迹10和车辆后方的10’。
图3为车辆7沿行驶方向v左转时的示意图，轨迹10为前轮的轨迹/行驶路径，轨迹10’为后轮的轨迹/行驶路径。轨迹10和10’分别通过可视系统1中的计算单元3计算获取，并且叠加（插入）至图像显示单元4中。轨迹10和10’可以为车辆实际轨迹/行驶路径，或为车辆未来的轨迹/行驶路径，车辆未来的轨迹/行驶路径基于车辆车轮转向角，通过计算单元3计算获得。为清楚描绘路径，轨迹10可以用一种颜色在显示单元4中显示，轨迹10’用另一种颜色在显示单元4中显示。另外，虽然图3中轨迹10，10’绘制为线条，但轨迹10，10’也可以是一个范围或一段区域。
图4为带有拖箱11和拖车12的车辆7俯视图，拖车12为半拖车，通过拖箱11支撑，并可相对于拖箱11顺着轴a旋转。
如图4所示，捕获单元2捕获车辆横向的部分区域，并延伸至后侧方。图4中仅显示了捕获车辆7右侧后方的区域，但应当说明的是，根据图1中所示的可视系统，车辆7左侧后方的区域也可通过捕获单元进行捕获，并在图像显示单元4上显示。
当采用优选方案，所述可视系统1采用视镜替代系统时，尤其是采用时侧镜，图像显示单元4中显示的视野8捕获的图像如图5所示，图5中大致画出了图3中车辆行驶状态。
如图5所示，拖箱11中的驾驶员可以从图像显示单元4上看到视野8，图上包括拖车12的后部车辆几何，为使图片更容易理解，图5中还标注了地平线13和树14。
作为本发明的一种优选方式，图5中的轨迹10’与图3中的轨迹10’类似，叠加（插入）至捕获单元2捕获的视野8的图像中，图5中的轨迹10’为图4中拖车12的实际轨迹/行驶路径。作为本发明的另一种实施方式，拖车12的轨迹10’可用来指示拖车12的未来轨迹/行驶路径，例如在车辆7前向行驶或倒车沿曲线行驶时，可以用轨迹10’指示未来轨迹/行驶路径。
其中，轨迹10’通过计算单元3基于车辆相关输入计算获取，所述车辆相关输入可为转向角。图5所示的轨迹10’仅在转向角达到预定量/预定值时显示，例如方向盘大幅旋转，使得拖车12顺着轴a相对于拖箱11大幅旋转时。
作为本发明的进一步改进，车辆行进时，不管车辆转向角是否达到预定值/预定量，均能实时计算获取轨迹10’，并将轨迹10’叠加在捕获单元2，2’捕获的图像上。
如图5所示，轨迹10’从拖车12的左后下角（车中的视角是在右后下角）一直延伸至地平线13。在本实施方式中，左后下角15为拖车12上的一个预定点，用于作为绘制轨迹10’的参考点。拖车15的左后下角15沿轨迹10’行进。
除采用图5所示的左后下角15作为预定点外，也可以利用拖车12的某个下边缘和/或上边缘，或者下拐角和/或上拐角来作为预定点，分别沿轨迹延伸。在选用上边缘和上拐角的情况下，还可辅助车辆7驾驶员判断拖车12相对于其高度是否能从障碍物下方通过。
图6为图4所示车辆7的俯视图，图6中所示的是车辆右转的情形。图中拖车12顺轴a相对于拖箱11向右旋转，旋转角度由车辆7转向角w决定。
如图6所示，捕获单元2捕获的视野8被车辆几何9遮挡住了部分，这样一来，拖箱11中的驾驶员就无法看到被车辆几何9遮挡的部分区域，这部分区域无法被捕获单元2捕获并在图像显示单元4上显示。为辅助驾驶员观察，可在图像显示单元4显示的图像上叠加上述轨迹10，10’。在本实施方式中，选用拖箱11的左下角和右下角为预定点，作为绘制轨迹10的参考点，选用拖车12的左下角和右下角为预定点，作为绘制轨迹10’的参考点。应当说明的是，尽管在图6中并没有绘制出，但图像捕获单元2’也可捕获的车辆7的左侧视野，并在捕获的图像上相应的叠加轨迹。
图7为图6所示车辆行驶状态下，图像显示单元上显示的一个图像示例，图7中显示了拖车12横向及侧后方区域视野，并且图中叠加了轨迹10，10’来辅助拖箱11中的驾驶员观察视野。在本例中，驾驶员可以在图像显示单元显示的图像中通过轨迹10和10’观察到拖车12和拖箱单元11的未来轨迹/行驶路径。倒车过程中，分别通过前文提及的车辆相关输入来预测轨迹10和10’，并显示在图像显示单元中。根据图7所示的示例，后轴15为拖车的预定点，用于作为参考点来绘制轨迹10’，优选的，轨迹10’也可从拖车12的一个后轮起延伸。
图7还显示了一个装载边缘16，装载边缘16也可作为绘制轨迹10’的一个可选参考点。轨迹10和10’可以仅在预定驾驶情形下叠加在图像捕获单元2捕获的图像上，例如倒车时，仅当方向盘达到预定回转角时绘制轨迹，这里方向盘的回转角相当于车辆的转向角。转向角的范围为0到90°，优选5°到90°。
作为本发明的一种优选方式，轨迹10和10’的叠加可以独立于转向角实现。
图8为图像显示单元4上显示的图像示意图，根据本实施例中图像捕获单元2捕获的视野8的图像，图中叠加了实际轨迹17和目标轨迹18，这样就能在车辆7驾驶员操作车辆过程中辅助观察，通过改变车辆转向角使实际轨迹17和目标轨迹18轨迹一致，从而移动拖车12至拖车12后方，图8所示的阴影区域中。
图9为带有拖箱11和拖车12的车辆俯视图，与图4、图6相似，但拖车12的结构有所不同，本实施例中的拖车12不是半拖车，而是一个独立的拖车，围绕轴a相对于拖箱旋转。拖车12有两道轴线，从前行方向上观察，其前轴是可旋转的，后轴是刚性的。
对于图9中显示的车辆7，在过度转向（转向角w很大）时，存在拖箱11与拖车12在k点处碰撞的危险。
在本发明的视觉系统中，车辆7驾驶员可通过在车辆7横向捕获的视野8的图像上叠加多道轨迹，来避免这一撞击危险，如图10所示。
图10是图9所示的车辆曲线行驶状态下，图像显示单元上显示的图像示意图。
在图10中，拖箱单元11处叠加了两道轨迹，以拖车11的左后角（从车辆7中看是右后角）作为参考点延伸出第一轨迹10，左前角（从车辆7中看是右前角）作为参考点延伸出第二轨迹10。第一轨迹10和第二轨迹10在图10中以虚线表示。
由于图9中车辆7的拖车12前轴可旋转，图10中在拖车12上也叠加了两道轨迹10’，沿可旋转的前轴延伸的轨迹10’和沿后轴延伸的轨迹10’方向不同。图10中沿后轴延伸的轨迹10’以一段区域和边界线的形式表示。
图11是是带有拖箱11和拖车12的车辆7俯视图，与图4和图6相似，其不同之处在于轨迹10，10’以一段区域表示。
图12是图11所示的车辆行驶状态下，图像显示单元上显示的图像示意图；其中可视系统1作为视镜替代系统使用，图中分别为主视镜19和广角镜20显示的图像。
在图12显示的图像中，主视镜19显示的图像在图像显示单元中显示设置在广角镜20显示的图像上方。作为本发明的一种可选方式，如图13所示，主视镜19和广角镜20显示的图像也可通过计算单元3重新排布，并且两者之间无缝衔接。两张图像中间一道边界线，在图13中以虚线表示，超过边界线的部分则被压缩，没有必要再显示。
如图12所示，这一实施方式中主视镜19的轨迹10’不是一条线，而是一段范围（区域）。
如图13所示，通过全景视图，拖车12的轨迹10’在虚线12处被压缩。
图14是图像显示单元上图像的另一种实现方式，与图8相似，在图上叠加一道目标轨迹22。车辆7驾驶员可以瞄准目标点p回转方向盘来调整目标轨迹。目标点p可以为入口或停车位。当目标轨迹22到达理想位置时，驾驶员可以通过操作开关来确认选择的目标轨迹22。
图14还显示了拖箱11和拖车12的相应轨迹10和10’，轨迹10和10’随目标轨迹22变化而变化，并可显示对于设定的目标轨迹22的未来轨迹/行驶路径。
图14中还以直线形式显示了显示器23，显示器上23有第一标记24和第二标记25。第一标记24可用于代表目标位置p，此时第二标记表示当前位置。显示器23可以提示车辆7驾驶员保持目前的转向角行驶的情况下与目标点的偏离程度，此时车辆7驾驶员可以很容易的通过转动方向盘来判断第一标记和第二标记间的关联，来保证抵达目标点p。
在本实施方式中，第一标记24和第二标记25均是圆形，标记也可采用其他形状，如三角形、矩形、线条等。如果第一标记24和第二标记25选择以相同形状表示，优选以颜色和阴影区分两个标记。
尽管上述描述中已提供了本发明的优选实施方式，以及优选的图像显示、轨迹叠加等内容，但本领域技术人员可以理解，并对本发明的内容作出各种修改、修饰而不超出本发明的保护范围。例如，图3、6、9和11中的显示器也可额外，或单独在图像显示单元4中显示，来辅助驾驶员驾驶。
尽管上述轨迹以线条或区域的形式表述，但其他能想到的可选形式也在本发明的保护范围内。
应当注意的是，图像捕获单元捕获的图像上叠加的轨迹不是仅在有预定转向角的情况下才能实现，所述轨迹也可独立于转向角的变化，在整个驾驶过程中实时叠加。
参考符号列表
1可视系统visualsystem
2捕获单元capturingunit
3计算单元calculationunit
4图像显示单元imagedisplayunit
5单元unit
6扩展单元furtherunit
7车辆vehicle
8视野（视锥）fieldofview(coneofview)
9车辆几何vehiclegeometry
10,10’轨迹trajectory
11拖箱tractor
12拖车trailer
a轴axis
13地平线horizon
14树tree
15后轴rearaxis
16装载边缘loadingsill/edge
17实际轨迹actualtrajectory
18目标轨迹targettrajectory
a’轴axis
k碰撞点pointofcollision
19主视镜mainmirror
20广角镜wide-anglemirror
21边界线borderline
22目标轨迹targettrajectory
23显示器display
24第一标记firstmarking
25第二标记secondmarking