通过遵循用户选择的轨迹和估计车辆运动来实现自动倒车的制作方法

1.本公开涉及一种用于通过遵循用户选择的轨迹和估计车辆运动来实现自动倒车的方法和装置。


背景技术：

2.拖车通常是由动力牵引车辆牵拉的无动力车辆。除其他外，拖车可以是多用途拖车、弹出式露营车、旅行拖车、牲畜拖车、平板拖车、封闭式汽车牵引车和船拖车。牵引车辆可以是汽车、越野车、卡车、货车、运动型多用途车（suv）、休闲车（rv）或被配置成附接到拖车并牵拉拖车的任何其他车辆。拖车可以使用拖车搭扣附接到动力车辆。接收器搭扣安装在牵引车辆上并连接到拖车搭扣以形成连接。拖车搭扣可以是球窝、备用轮和鹅颈管（gooseneck），或拖车千斤顶。也可以使用其他附接机构。除了拖车与动力车辆之间的机械连接之外，在一些示例中，拖车电连接到牵引车辆。因此，电连接允许拖车接受来自动力车辆的后灯电路的馈电，从而允许拖车具有与动力车辆的灯同步的尾灯、转向灯和制动灯。
3.最近在计算和传感器技术方面的进步导致了车辆自主驾驶的改善。因此，期望提供一种自动车辆倒车系统，其能够规划从牵引车辆到拖车的路径，该路径允许车辆朝向拖车自主操纵。


技术实现要素：

4.本公开的一个方面提供了一种在向后方向上朝向兴趣点自主驾驶车辆的方法。该方法包括在数据处理硬件处从定位在车辆的后部上并与数据处理硬件通信的相机接收一个或多个图像。该方法还包括在数据处理硬件处从与数据处理硬件通信的用户界面接收驾驶员规划路径。驾驶员规划路径包括多个路径点。该方法包括从数据处理硬件向与数据处理硬件通信的驱动系统传输一个或多个命令，该命令使得车辆沿驾驶员规划路径自主操纵。该方法包括在数据处理硬件处确定当前车辆位置。此外，该方法包括在数据处理硬件处基于驾驶员规划路径确定估计的后续车辆位置。估计的后续车辆位置处于从当前车辆位置出发的沿驾驶员规划路径的后续路径点。该方法还包括在数据处理硬件处确定从当前车辆位置到估计的后续车辆位置的路径调整。此外，该方法还包括从数据处理硬件向驱动系统传输指令，该指令使得车辆基于路径调整朝向估计的后续车辆位置自主操纵。
5.本公开的另一个方面提供了一种在向后方向上朝向兴趣点自主驾驶车辆的方法。该方法包括在数据处理硬件处从定位在车辆的后部上并与数据处理硬件通信的一个或多个相机接收一个或多个图像。该方法包括在数据处理硬件处从与数据处理硬件通信的用户界面接收驾驶员规划路径。该方法还包括从数据处理硬件向与数据处理硬件通信的驱动系统传输一个或多个命令，该命令使得车辆沿驾驶员规划路径自主操纵。此外，该方法包括在数据处理硬件处基于驾驶员规划路径确定估计车辆位置。该方法还包括在数据处理硬件处确定当前车辆位置，并且在数据处理硬件处基于估计车辆位置和当前车辆位置确定误差。该方法还包括在数据处理硬件处确定一个或多个路径调整命令，该命令使得车辆从当前车
辆位置自主操纵到估计车辆位置，从而消除误差。该方法包括从数据处理硬件向驱动系统传输一个或多个路径调整命令。
6.本公开的另一个方面提供了一种用于在向后方向上朝向兴趣点自主操纵车辆的系统。该系统包括：数据处理硬件；以及与数据处理硬件通信的存储器硬件。存储器硬件存储指令，当在数据处理硬件上执行时，该指令使得数据处理硬件执行包括上述方法的操作。
7.本公开的各方面的实施方式可以包括以下可选特征中的一个或多个。在一些实施方式中，该方法包括在一个或多个图像上叠加路径，并通过与数据处理硬件通信的用户界面接收命令。该命令包括将路径调整为驾驶员规划路径的指令。该命令可以包括调整路径的距离的指令。在一些示例中，该命令包括调整路径的角度的指令。该命令可以包括调整路径的末端部分的角度的指令。
8.在一些示例中，确定当前车辆位置包括接收与一个或多个车轮相关联的车轮编码器传感器数据并接收转向角传感器数据。当前车辆位置基于车轮编码器传感器数据和转向角传感器数据。
9.本公开的一个或多个实施方式的细节在附图和下面的描述中阐述。其他方面、特征和优点将从描述和附图以及权利要求中显而易见。
附图说明
10.图1a是与拖车相距一定的距离的示例性牵引车辆的示意性俯视图。
11.图1b是图1a中的示例性牵引车辆和所选拖车的示意性俯视图。
12.图2a至图2c是示例性牵引车辆系统的示意图。
13.图3a和图3b是系统的示例性状态图表的示意图。
14.图4a和图4b是示例性角度模式的示意图。
15.图5a和图5b是示例性距离模式的示意图。
16.图6a和图6b是示例性双弧模式的示意图。
17.图7a和图7b是轨迹生成计算的示意图。
18.图8a和图8b是运动估计计算的示意图。
19.图9是在向后方向上朝向兴趣点自主驾驶车辆的示例性方法的示意图。
20.图10是在向后方向上朝向兴趣点自主驾驶车辆的示例性方法的示意图。
21.在各附图中，相同的附图标记的表示相同的要素。
具体实施方式
22.牵引车辆，诸如但不限于汽车、越野车、卡车、货车、运动型多用途车（suv）和休闲车（rv），可被配置为牵引拖车。牵引车辆通过拖车搭扣连接到拖车。手动倒退到拖车可能需要驾驶员付出很多努力。驾驶员必须不断地监视后车相机，并将车辆转向以使车辆的拖球在拖车的耦合器下方。因此，期望具有能够朝向驾驶员指定位置（例如拖车）自主倒退的牵引车辆，该驾驶员指定位置从车辆后方环境的图像中识别并显示在用户界面（诸如用户显示器）上。
23.参考图1至图8b，在一些实施方式中，牵引车辆100的驾驶员希望将牵引车辆100与定位在牵引车辆100后面的拖车200连接。在一些实施方式中，驾驶员希望指定牵引车辆后
面的位置或拖车200，使得牵引车辆100可以朝向该位置或拖车200自主操纵。当牵引车辆100和拖车200对准时，牵引车辆100可以（例如，通过驾驶员或自主地）与拖车200搭接。在一些示例中，牵引车辆100包括具有拖球122的牵引车辆搭扣120。拖车200可以包括拖车搭扣210，其包括拖车耦合器212和牵引杆214。因此，当牵引车辆100和拖车200被搭接时，拖球122与拖车耦合器212耦合。
24.牵引车辆100可以包括驱动系统110，其基于例如具有x、y和z分量的驱动命令操纵牵引车辆100穿过路面。如图所示，驱动系统110包括右前轮112、112a、左前轮112、112b、右后轮112、112c和左后轮112、112d。驱动系统110也可以包括其他车轮配置。驱动系统110还可以包括制动系统114和加速系统116，该制动系统包括与每个车轮112、112a
‑
d相关联的制动器，该加速系统被配置为调整牵引车辆100的速度和方向。此外，驱动系统110可以包括悬架系统118，其包括与每个车轮112、112a
‑
d相关联的轮胎、轮胎空气、弹簧、减震器以及将牵引车辆100连接到其车轮112、112a
‑
d的连杆，并且允许牵引车辆100和车轮112、112a
‑
d之间的相对运动。悬架系统132可被配置为调整牵引车辆100的高度，从而允许牵引车辆搭扣120（例如，牵引车辆搭扣球122）与拖车搭扣210（例如，拖车搭扣耦合器212）对准，这允许牵引车辆100和拖车200之间的自主连接。
25.牵引车辆100可以通过相对于由牵引车辆100定义的三个相互垂直的轴线：横向轴线x、前
‑
后轴线y和中心竖直轴线z的各种移动组合穿过路面移动。横向轴线x在牵引车辆100的右侧和左侧之间延伸。沿前
‑
后轴线y的向前驱动方向被指定为f，也称为向前运动。此外，沿前
‑
后方向y的后或向后驱动方向被指定为r，也称为向后运动。当悬架系统118调整牵引车辆100的悬架时，牵引车辆100可以绕x轴和或y轴倾斜，或沿中心竖直轴线z移动。
26.牵引车辆100可包括用户界面130。用户界面130可包括显示器132、旋钮134和按钮136，它们被用作输入机构。在一些示例中，显示器132可以示出旋钮134和按钮136。而在其他示例中，旋钮134和按钮136是旋钮
‑
按钮组合。在一些示例中，用户界面130经由一个或多个输入机构或触摸屏显示器132接收来自驾驶员的一个或多个驾驶员命令，和/或向驾驶员显示一个或多个通知。用户界面130与车辆控制器150通信，该车辆控制器继而与传感器系统140通信。在一些示例中，显示器132显示牵引车辆100的环境的图像143，引起由用户界面130（从驾驶员）接收到启动执行一个或多个行为的一个或多个命令。在一些示例中，用户显示器132显示车辆100的后方环境的图像143。在这种情况下，驾驶员可以在图像143内选择驾驶员希望车辆自主操纵朝向的位置。在一些示例中，用户显示器132显示定位在车辆100后面的拖车200的一个或多个表示。在这种情况下，驾驶员为车辆100选择拖车200的一个表示以使车辆100自主操纵朝向，或者驾驶员选择使得牵引车辆100操纵朝向选择的拖车200的路径162。
27.牵引车辆100可以包括传感器系统140，以提供可靠和强固的驾驶。传感器系统140可以包括不同类型的传感器，这些传感器可以单独使用或一起使用，以创建用于牵引车辆100驾驶的牵引车辆100的环境的感知，并帮助驾驶员基于由传感器系统140检测到的物体和障碍物做出智能决策。传感器系统140可以包括一个或多个相机142。传感器系统140可以包括安装在车辆100上的后置相机142，以提供牵引车辆100的后方驾驶路径的视图。后置相机142可以包括鱼眼镜头，其包括超广角镜头，该超广角镜头产生强烈的视觉失真，旨在创建宽的全景或半球形图像。鱼眼相机捕获具有极广视角的图像。此外，由鱼眼相机捕获的图
像具有典型的凸面非直线外观。也可以使用其他类型的相机来捕获车辆100的后部的图像。
28.传感器系统140可以包括其他传感器，诸如但不限于惯性测量单元（imu）雷达、声呐、lidar（光检测和测距，其可以包含测量散射光的性质以寻找远处目标的距离和/或其他信息的光学遥感）、ladar（激光检测和测距）、超声波传感器等。
29.车辆控制器150包括与非暂时性存储器154（例如，硬盘、闪存、随机存取存储器、存储器硬件）通信的计算装置（或处理器）152（例如，具有一个或多个计算处理器的中央处理单元），该非暂时性存储器能够存储可在（多个）计算处理器152上执行的指令。
30.参考图2a和图2b，车辆控制器150执行搭扣辅助系统160，其帮助驾驶员选择路径162用于自主驾驶牵引车辆100朝向拖车200。驾驶员可以通过用户界面130启动执行搭扣辅助系统160，例如，在显示器132上进行选择。一旦启动，搭扣辅助系统160指示显示器132显示车辆100的路径162，该路径叠加在车辆100的后方环境的相机图像143上。驾驶员可以使用用户界面130改变规划路径162。例如，驾驶员可以转动模拟虚拟方向盘的旋钮134。当驾驶员在转动旋钮134时，显示器132上示出的规划路径162被更新。驾驶员调整显示的路径162，直到在显示器132上显示的更新的规划路径162与驾驶员希望车辆100驾驶朝向的拖车表示138或其他物体相交。一旦驾驶员对显示的规划路径162感到满意，那么驾驶员就执行指示最终确定路径162的动作，该动作允许车辆100自主遵循规划路径。
31.在一些实施方式中，搭扣辅助系统160包括轨迹生成器170、运动估计器180和路径跟踪器182。轨迹生成器170基于驾驶员选择的路径162确定车辆100的估计位置。运动估计器180确定车辆100的实际位置，并且路径跟踪器580基于估计位置pe和实际位置pa确定误差184，并调整车辆100的规划路径162以消除实际位置pa和估计位置pe之间的误差184。
32.在一些实施方式中，轨迹生成器170从相机142接收图像143，并将车辆路径162叠加在接收的图像143上。驾驶员可以基于一个或多个路径模式172来调整路径162选择。在一些示例中，路径模式172包括具有角度子模式174和距离子模式176的弧模式172。在一些示例中，路径模式172可以包括双弧模式178。因此，驾驶员可以在角度子模式174、距离子模式和/或双弧模式178之间选择以确定和调整到拖车200或物体的路径162。
33.参考图3a和图3b，在一些示例中，角度子模式174和距离子模式176是弧模式172（图3a）的一部分，因此，驾驶员首先选择模式172、178，并然后选择所选模式172、178内的子模式。因此，例如，显示器132可以显示弧模式按钮136和双弧模式按钮136，驾驶员可以从中选择。图3b示出了示例，其中每个子模式/模式174、176、178是独立的。因此，按下或按压按钮136在三个模式174、176、178之间旋转。
34.如图4a和图4b所示，角度子模式174被配置为调整路径162的曲率角。因此，驾驶员可以向右转动旋钮134，使得显示的路径162具有如图4a中所示的向右的曲率。此外，如图4b所示，驾驶员可以向左转动旋钮134，使得显示的路径162具有向左的曲率。如图5a和图5b所示，距离子模式176被配置为调整预期路径162的长度。例如，参考图5a，驾驶员可以旋转旋钮134以将路径162的目的地定位在图像143中的拖车表示138附近。参考图5b，图像143示出路径162具有比图5a所示路径更短的长度。因此，在这种情况下，驾驶员可能希望牵引车辆100在向后方向r上自主移动几米。双弧模式178被配置为调整指示车辆100在路径162的末端相对于拖车200（或其他物体）将如何定向的接近角，如图6a和图6b所示。例如，双弧模式178帮助驾驶员将牵引车辆100与拖车200对准，使得车辆100的前
‑
后轴线y与拖车200的前
‑
后轴线y对准，这在牵引车辆100与拖车200之间的搭接过程期间帮助驾驶员。参考图7a和图7b，弧模式172和双弧模式178两者具有相同的端点；然而，双弧模式178允许调整朝向拖车200的接近角。在一些示例中，当驾驶员切换到双弧模式178时，轨迹生成器170保持起点和终点位置相同。在双弧模式178中，驾驶员可以仅调整到拖车200的接近角。在双弧模式178中，驾驶员不调整距离。在一些示例中，驾驶员选择的路径162的半径和长度确定车辆100的最终位置。车辆控制器150使用杜宾斯路径来确定路径162，这是最佳计算。
35.在一些实施方式中，其中双弧模式178是可选的，如果驾驶员基于弧模式172选择对路径162感到满意，则驾驶员可以通过按下按钮136最终确定路径162。否则，驾驶员第三次调整旋钮134以改变双弧或其他合适路径162的形状。这允许调整到拖车200或其它物体的最终接近角。一旦驾驶员对接近角的选择感到满意，他/她就按下按钮136以最终确定路径选择。
36.在一些实施方式中，驾驶员将牵引车辆100停放在拖车200或其他物体或兴趣点在车辆100的后置相机142的视野内的位置。牵引车辆100的发动机可以是空转的，并且变速器处于停车位置。驾驶员可以通过按下按钮136和/或在显示器132上进行选择来启动轨迹生成器170。在一些示例中，显示器132示出了允许驾驶员启动弧模式172的可选择选项或按钮136。如图3a和图3b所示，轨迹生成器170通过执行弧模式172的角度子模式174开始。驾驶员切换到距离子模式176以调整路径162的距离，例如，通过按下按钮136。在一些示例中，驾驶员可以通过在角度子模式174和距离子模式176之间切换来调整路径162，并调整路径162，直到所期望的路径162示出在显示器上。驾驶员调整路径162，使得路径162的外边界164对拖车200（即，图像143内的拖车表示138）或其他兴趣点感兴趣。
37.在一些实施方式中，到拖车200或兴趣点的最终接近角是重要的，例如，对于将车辆前
‑
后轴线y与拖车前
‑
后轴线y对准，在这种情况下，驾驶员可以选择或按下“弧/双弧模式”按钮136（显示在显示器132上）并切换到双弧模式178。在双弧模式178中，路径162的先前设置的端点保持不变，并且驾驶员用旋钮134调整最终接近角。当驾驶员对最终接近角和完整的轨迹或路径162感到满意时，驾驶员可以通过执行动作来确认所选择的路径162。在一些示例中，驾驶员将变速器切换到倒车，这指示驾驶员对所显示的路径162感到满意。在一些示例中，驾驶员在制动器开启的情况下将变速器切换到倒车，然后释放制动器，并且车辆100遵循所选择的路径162。在一些示例中，当车辆沿路径162在向后方向r上自主操纵时，驾驶员可以通过例如按下制动器来停止牵引车辆100。这使得车辆控制器150退出搭扣辅助系统160。
38.在一些实施方式中，轨迹生成器170将路径距离设置为默认值，这允许驾驶员仅调整转向角，直到其与拖车200或其他兴趣点相交。
39.在一些实施方式中，不调整最终接近角。相反，最终接近角总是与初始车辆离去角相同。因此，最终车辆前
‑
后轴线y与初始车辆前
‑
后轴线y平行，在这种情况下，驾驶员调整路径162的最终位置以与拖车感兴趣。
40.在一些示例中，当牵引车辆100沿路径162在向后方向r上操纵时，显示器132可以示出车辆100沿路径162的进度。例如，显示器132可以示出投影在地面上的原始轨迹，但由车辆的变化位置更新。显示屏132还可以示出车辆沿该轨迹的进展情况的指示。
41.在一些实施方式中，轨迹生成器170从其他车辆系统接收数据以生成路径162。在
一些示例中，轨迹生成器170接收由（x，y，θ）定义的车辆姿态数据，其中x是牵引车辆100沿横向轴线x和在x
‑
y平面中的中心的位置，y是车辆在x
‑
y平面中沿前
‑
后轴线y的中心的位置，并且θ是牵引车辆100的航向。此外，轨迹生成器170可以从旋钮134接收旋钮134的位置，例如，旋钮角。轨迹生成器170还可以接收模式按钮状态（即，弧模式172或双弧模式178），以及子模式按钮状态（即，角度子模式174或距离子模式176）。基于接收到的数据，轨迹生成器170调整路径162并指示显示器132显示路径162。在一些示例中，路径162包括外边界164和作为拖球122的估计路径的拖球路径166。轨迹生成器170还可以指示显示器132示出指示驾驶已选择以调整路径162的模式/子模式的当前模式或子模式状态。
42.返回参考图2a和图2b，一旦驾驶员经由用户界面130指示他的路径选择完成，则车辆控制器150执行驾驶员辅助系统190以遵循规划路径162。驾驶员辅助系统190包括路径遵循行为192。路径遵循行为330接收所选择的路径162，并执行一个或多个行为330a
‑
b，该行为向驱动系统110发送命令194，使得车辆100沿规划路径162自主驾驶。当车辆100沿规划路径162自主操纵时，如下面讨论的，搭扣辅助系统160基于运动估计器180和路径跟踪器持续地更新路径162。
43.返回参考图2a和图2b，运动估计器180确定车辆100的当前位置pa，因为它正沿路径162在向后方向r上自主操纵。如前所述，轨迹生成器170基于规划路径162确定车辆100应该在哪里，即估计位置pe；因此，运动估计器确定车辆100的实际位置pa。在一些示例中，运动估计器包括输出相对车辆位置和速度的运动估计算法。例如，运动估计算法可以包括扩展卡尔曼滤波（ekf）。ekf使用测量值，诸如但不限于来自4个车轮的编码器（例如，每转96次）和转向角。运动估计器180融合测量值以确定车辆100的实际位置。由于牵引车辆100的速度很慢，因此运动估计器180可以使用自行车模型，因为它在向后方向上自主移动。自行车模型在前部使用单个转向轮来代表两个前轮，并且它在后部使用单个非转向轮来代表两个后轮。车轮由单个刚性链接来联接。运动被限制于二维水平地平面。自行车模型的输入是速度和转向角，而它的状态是位置和航向。运动估计器180估计线性和旋转速度，以及位置（例如，车辆的定向）。在一些示例中，运动估计器180考虑来自传感器系统140的传感器数据，例如，相机、雷达、gps测量值，以改善任何漂移。
44.在一些实施方式中，运动估计器180使用扩展卡尔曼滤波（ekf）。下面还提供了ekf公式作为公式（3）
‑
（7）。状态矢量具有如公式1所示的九个元素： 。
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（1）前三个是车辆的“姿势”，（x，y，θ）。接下来的两个是直线速度和角速度，（v，ω）。最后四个分别是四个轮胎行进的距离，（d
lr
，d
rr
，d
lf
，d
rf
），左后、右后、左前、右前。
45.完整的测量矢量具有公式2所示的五个元素： 。
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（2）前四个同样是四个轮胎行进的距离，（d
lr
，d
rr
，d
lf
，d
rf
）。最后元素φ是平均前轮角（不是转向角，而是前轮胎相对于纵向轴线的平均角度）。
46.运动估计器180提供车辆速度估计。通常通过用距离变化除以时间变化（δd/δt）来计算近似速度，然而，这对于这里的情况来说将是非常嘈杂的，其中车轮编码器计数相对
较少，并且车辆在相对缓慢地移动。因此，为了避免涉及将距离变化除以时间变化（δd/δt）的直接计算，运动估计器180通过使用ekf，基于测量的车轮累积距离来估计车辆线性速度v，并且没有涉及除法的明确速率计算。
47.扩展卡尔曼滤波可以写成两个预测公式和三个测量公式。预测公式为：，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（3）。
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（4）公式（3）提供了对状态μ的更新。公式（4）提供了对协方差σ的更新。协方差提供了对当前状态不确定性的估计。矩阵r是状态μ的噪声协方差。
48.测量更新公式为：，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（5），
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（6）。（7）公式（5）设置最优卡尔曼增益k的值。公式（6）提供了状态μ的更新。公式（7）提供了对协方差σ的更新。矩阵q是测量z的噪声协方差。
49.对于预测，需要定义非线性矢量函数g。矩阵g是该矢量函数的导数。为方便起见，也将提供该矢量函数。矢量函数g由下式给出:。
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（8）这里，w是车辆的“轮距宽度”。更具体地说，它是左轮胎中心到右轮胎中心的侧向距离。假设轮胎之间的前和后距离是相同的。轴距由l表示。注意，在最后两个元素中存在减号，其中表达式从d
lf
和d
rf
中减去。这个减号假设向后运动。因此，这个预测公式不能用于向前运动。然而，如果对车辆的方向（向前或向后）有一些测量，那么改变最后两个元素的符号（对于向前为正，对于向后为负）以使公式对向前和向后方向两者都有效将是简单的问题。
50.矩阵g具有九行和九列。令
。
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（9）i为9
×
9的单位矩阵。那么， 。（10）所有其他元素为零。
51.完全更新假定轮距和轮角的测量值同时都可用。如果仅轮距可用，则它们可单独并入，并且如果仅轮角可用，则它们可单独并入。对于完全更新，定义了矢量h。矩阵h是这个矢量函数的导数。为方便起见，也将提供该矢量函数。矢量函数h给定为：。
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（11）h矩阵是h的导数并且为5
×
9。非零元素为。
52.注意，某些量，h5、h
54
、h
55
，涉及的除数可能容易为零。因此，在执行除法之前，实施方式需要测试这些除数是否为零。
53.可以接受仅由轮距组成的测量值，也可以接受仅由转向角组成的测量值。然而，鉴于已提供的信息，这些变化不包括在内，因为它们是直接的。
54.在车辆沿规划路径162在向后方向r上自主操纵期间，轨迹生成器170基于规划路径162确定车辆100应该在哪里，即估计位置pe；而运动估计器180确定车辆100的实际位置pa；因此，路径跟踪器182基于估计位置pe和实际位置pa确定误差184。路径跟踪器182基于误差184调整车辆的当前位置pa，使得车辆100继续遵循规划路径162。
55.参考图8a和图8b，在一些实施方式中，路径跟踪器182执行纯追踪方法以使车辆100保持在规划路径162上。驾驶员选择的路径162以预定义的时间间隔进行采样，例如每分钟一次，以产生沿规划路径162的拖球路径166定位的多个路径点168。路径跟踪器182（例如，算法）将从运动估计器180接收的当前拖球位置和航向pa与下一个路径点位置pb进行比
较。车辆搭扣辅助系统160朝向当前路径点pb，即车辆正朝向驾驶的路径点不断调整车辆转向。路径跟踪器182允许车辆拖球122跟踪每个路径点168。换句话说，路径跟踪器182允许拖球122沿拖球路径166去到每个路径点。在一些示例中，路径点168从世界坐标变换为车辆坐标。例如，路径跟踪器182基于拖球位置pa和路径点位置pb计算回转圆的中心cc。然后，路径跟踪器182基于回转圆的中心计算车辆转弯半径rr。最后，路径跟踪器182基于回转圆中心使用阿克曼角计算转向角。换句话说，路径跟踪器580将估计位置pe与当前位置pa进行比较，以确保车辆遵循路径，并确定下一个路径点pb，并确定或调整从当前车辆位置和航向到下一个或后续路径点pb的路径。因此，路径跟踪器580保持牵引车辆100沿规划路径自主操纵，并且当车辆100偏离规划路径时，调整车辆的行为或驾驶。
56.在一些示例中，控制器包括物体检测系统（未示出），其识别沿规划路径162的一个或多个物体。在这种情况下，搭扣辅助系统160调整路径162以避开检测到的一个或多个物体。在一些示例中，搭扣辅助系统160确定碰撞概率，并且如果碰撞概率超过预定阈值，则搭扣辅助系统160调整路径162并将其发送到驾驶员辅助系统190。
57.一旦驾驶员指示进入所选择的路径162，那么车辆控制器150执行驾驶员辅助系统190，其继而包括路径遵循行为330。路径遵循行为330接收所选择的路径162并执行一个或多个行为330a
‑
b，该行为330a
‑
b向驱动系统110发送指令194，使得车辆100沿规划路径在向后方向r上自主行驶。
58.路径遵循行为192a
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b可以包括一个或多个行为，诸如但不限于制动行为192a、速度行为192b和转向行为192c。每个行为192a
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b使得车辆100采取动作，诸如向后驾驶、以特定角度转弯、制动、加速、减速等。车辆控制器150可以通过控制驱动系统110，更具体地说，通过向驱动系统110发出指令194，跨路面在任何方向上操纵车辆100。
59.制动行为192a可以被执行以基于规划路径使车辆100停止或使车辆100减速。制动行为192a向驱动系统110，例如，制动系统（未示出）发送信号或命令194，以停止车辆100或降低车辆100的速度。
60.速度行为192b可被执行以基于规划路径162通过加速或减速来改变车辆100的速度。速度行为192b向制动系统114发送信号或命令194以进行减速，或向加速系统116发送信号或命令以进行加速。
61.转向行为192c可以被执行以基于规划路径162改变车辆100的方向。因此，转向行为192c向加速系统130发送指示转向角的信号或命令194，使得驱动系统110改变方向。
62.图9提供了使用图1至图8b中描述的系统在向后方向r上朝向兴趣点（例如拖车200）自主操纵车辆100（例如，牵引车辆）的方法900的操作的示例布置。在块902处，方法900包括在数据处理硬件152处从定位在车辆100的后部上并与数据处理硬件152通信的相机142接收一个或多个图像143。在块904处，方法900包括在数据处理硬件152处从与数据处理硬件152通信的用户界面130接收驾驶员规划路径162。驾驶员规划路径162包括多个路径点168。在块906处，方法900包括从数据处理硬件152向与数据处理硬件152通信的驱动系统110传输一个或多个命令161、194，该命令使得车辆100沿驾驶员规划路径162自主操纵。在块908处，方法900包括在数据处理硬件152处确定当前车辆位置pa。在块910处，方法900包括在数据处理硬件152处基于驾驶员规划路径确定估计的后续车辆位置，该估计的后续车辆位置处于从当前车辆位置pa沿驾驶员规划路径162的后续路径点pb。在块912处，方法900
包括在数据处理硬件152处确定从当前车辆位置pa到估计的后续车辆位置pb的路径调整。在块914处，方法900包括从数据处理硬件152向驱动系统110传输指令，该指令使得车辆100基于路径调整朝向估计的后续车辆位置pb自主操纵。
63.图10提供了使用图1至图8b中描述的系统在向后方向r上朝向兴趣点（例如拖车200）自主操纵车辆100（例如，牵引车辆）的另一方法1000的操作的示例布置。在块1002处，方法1000包括在数据处理硬件152处从定位在车辆100的后部上并与数据处理硬件152通信的一个或多个相机142接收一个或多个图像143。在块1004处，方法1000包括在数据处理硬件152处从与数据处理硬件152通信的用户界面130接收驾驶员规划路径162。在块1006处，方法1000包括从数据处理硬件152向与数据处理硬件152通信的驱动系统110传输一个或多个命令，该命令使得车辆100沿驾驶员规划路径162自主操纵。在块1008处，方法1000包括在数据处理硬件152处基于驾驶员规划路径162确定估计车辆位置pe。在块1010处，方法1000包括在数据处理硬件152处确定当前车辆位置pa。在块1012处，方法1000包括在数据处理硬件152处基于估计车辆位置pe和当前车辆位置pa确定误差184。在块1014处，方法1000包括在数据处理硬件152处确定一个或多个路径调整命令，该命令使得车辆100从当前车辆位置pa自主操纵到估计车辆位置pe，从而消除误差184。在块1016处，方法1000包括从数据处理硬件152向驱动系统110传输一个或多个路径调整命令。
64.在一些示例中，方法900、1000包括在一个或多个图像143上叠加路径，并通过与数据处理硬件152通信的用户界面130接收命令。命令包括将路径调整为驾驶员规划路径162的指令。在一些示例中，命令包括调整路径的距离的指令。命令可以包括调整路径的角度的指令和或调整路径的末端部分的角度的指令。
65.在一些实施方式中，确定当前车辆位置包括接收与一个或多个车轮112相关联的车轮编码器传感器数据145，以及接收转向角传感器数据145。当前车辆位置pa基于车轮编码器传感器数据145和转向角传感器数据145。
66.如前面所讨论的，所提出的算法被设计为在标准cpu中实时工作，其中使用或不使用gpu、图形加速器、训练或fpga。此外，所提出的方法提供了仅需要来自驾驶员的初始输入的自动化方法。此外，所描述的系统提供了在为驾驶员提供准则和自动化所有向后功能之间的折衷。
67.此处描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、特殊设计的asic（专用集成电路）、计算机硬件、固件、软件和/或其组合中实现。这些各种实施方式可以包括在一个或多个计算机程序中的实施方式，这些计算机程序在可编程系统上可执行和/或可解释，该系统包括至少一个可编程处理器，该处理器可以是专用的或通用的，被耦合以从存储系统、至少一个输入装置和至少一个输出装置接收数据和指令，并将数据和指令传输到该存储系统、至少一个输入装置和至少一个输出装置。
68.这些计算机程序（也称为程序、软件、软件应用程序或代码）包括用于可编程处理器的机器指令，并且可以用高级程序化和/或面向对象的编程语言，和/或用汇编/机器语言实施。如本文所使用的，术语“机器可读介质”和“计算机可读介质”是指用于向可编程处理器提供机器指令和/或数据的任何计算机程序产品、设备和/或装置（例如，磁光盘、光盘、存储器、可编程逻辑器件（pld）），包括接收作为机器可读信号的机器指令的机器可读介质。术语“机器可读信号”是指用于向可编程处理器提供机器指令和/或数据的任何信号。
69.本说明书中描述的主题事项和功能操作的实施方式可以在数字电子电路系统中实现，或在计算机软件、固件或硬件中实现，包括本说明书中公开的结构及其结构等同形式，或它们中的一个或多个的组合。此外，本说明书中描述的主题可以实现为一个或多个计算机程序产品，即，编码在计算机可读介质上，用于由数据处理设备执行或控制数据处理设备的操作的计算机程序指令的一个或多个模块。计算机可读介质可以是机器可读存储装置、机器可读存储基板、存储器装置、影响机器可读传播信号的物质组成，或它们中的一个或多个的组合。术语“数据处理设备”、“计算装置”和“计算处理器”涵盖用于处理数据的所有设备、装置和机器，例如包括可编程处理器、计算机或多个处理器或计算机。该设备除了硬件之外，还可以包括为所讨论的计算机程序创建执行环境的代码，例如，构成处理器固件、协议栈、数据库管理系统、操作系统或它们中的一个或多个的组合的代码。传播信号是人工生成的信号，例如，机器生成的电信号、光信号或电磁信号，生成该信号以编码信息以用于传输到合适的接收器设备。
70.类似地，尽管附图中以特定顺序描绘了操作，但这不应理解为要求以所示的特定顺序或按照顺序执行此类操作，或执行所有图示的操作，以实现期望的结果。在某些情况下，多任务和并行处理可能是有利的。此外，上述实施例中各种系统部件的分离不应理解为在所有实施例中都需要此种分离，并且应当理解，所描述的程序部件和系统通常可以在单个软件产品中集成在一起或封装成多个软件产品。
71.已描述了许多实施方式。尽管如此，将理解，在不偏离本公开的精神和范围的情况下，可以做出各种修改。因此，其他实施方式也在所附权利要求的范围内。