本发明总体上涉及一种车辆，并且更具体地涉及用于在车辆与拖车之间通信的系统和方法。
车辆通常利用线束与拖车进行通信。然而，当车辆还没有连接至拖车时，线束不可用于建立通信。
相应地，期望利用无线接口来在车辆与拖车之间进行通信。另外，期望利用无线接口来执行附加的任务。此外，通过随后结合附图和本发明的背景进行的本发明的详细描述和所附权利要求书，本发明的其它期望的特征和特性将变得显而易见。
技术实现要素：
在一个实施例中，例如，提供了一种车辆。车辆可以包括但不限于，车辆挂接装置、至少一个车辆控制系统、包含收发器的至少一个车辆射频系统、通信地耦合至至少一个车辆射频系统和至少一个车辆控制系统的处理器，处理器配置为为至少一个车辆射频系统中的每一个生成唯一数据分组，生成用于至少一个车辆射频系统中的每一个的指令，以发射与相应的至少一个车辆射频系统相关联的唯一分组，基于对应发射唯一分组和由拖车射频系统发射的对应响应分组的飞行时间从至少一个车辆射频系统中的每一个接收至少一个车辆射频系统的对应接收一个与至少一个拖车射频系统的对应发射一个之间的距离，基于已确定距离确定至少一个车辆射频系统中的每一个和至少一个拖车射频系统中的每一个的相对物理位置，基于至少一个车辆射频系统中的每一个和至少一个拖车射频系统中的每一个的已确定相对物理位置来确定车辆挂接装置相对于拖车耦合器的物理位置，以及生成用于至少一个车辆控制系统的指令，以使车辆移动以将车辆挂接装置对准拖车的拖车耦合器。
在另一个实施例中，例如，提供了一种车辆。车辆可以包括但不限于，包含收发器的至少一个车辆射频系统、通信地耦合至至少一个车辆射频系统的处理器，处理器配置为为至少一个车辆射频系统中的每一个生成唯一数据分组，生成用于至少一个车辆射频系统中的每一个的指令，以发射与相应的至少一个车辆射频系统相关联的唯一分组，从至少一个车辆射频系统中的每一个接收从对应于拖车的至少一个拖车射频系统发射的至少一个响应分组，基于对应发射唯一分组和对应响应分组的飞行时间为每个已接收响应分组确定至少一个车辆射频系统的对应接收一个与至少一个拖车射频系统的对应发射一个之间的距离，基于已确定距离确定至少一个车辆射频系统中的每一个和至少一个拖车射频系统中的每一个的相对物理位置，以及基于至少一个车辆射频系统中的每一个和至少一个拖车射频系统中的每一个的已确定相对物理位置来确定拖车的尺寸。
在另一个实施例中，例如，提供了用于车辆与拖车之间的通信的无线车辆-拖车接口系统。无线车辆-拖车接口系统可以包括但不限于，车辆挂接装置、至少一个车辆控制系统、包含第一收发器的至少一个车辆射频系统、通信地耦合至至少一个车辆射频系统和至少一个车辆控制系统的第一处理器，第一处理器配置为为至少一个车辆射频系统中的每一个生成唯一数据分组，生成用于至少一个车辆射频系统中的每一个的指令，以发射与相应的至少一个车辆射频系统相关联的唯一分组，从至少一个车辆射频系统中的每一个接收从对应于拖车的至少一个拖车射频系统发射的至少一个响应分组，基于对应发射唯一分组和对应响应分组的飞行时间为每个已接收响应分组确定至少一个车辆射频系统的对应接收一个与至少一个拖车射频系统的对应发射一个之间的距离，基于已确定距离确定至少一个车辆射频系统中的每一个和至少一个拖车射频系统中的每一个的相对物理位置，基于至少一个车辆射频系统中的每一个和至少一个拖车射频系统中的每一个的已确定相对物理位置来确定拖车的尺寸，确定车辆挂接装置相对于至少一个车辆射频系统中的每一个和至少一个拖车射频系统中的每一个的物理位置，以及生成用于至少一个车辆控制系统的指令，以使车辆移动以将车辆挂接装置对准拖车的拖车耦合器。
附图说明
下面将结合以下附图描述本发明，其中，相同的附图标记表示相同的元件，并且
图1是根据一个实施例的无线车辆-拖车接口系统的框图；
图2是根据一个实施例的示例性车辆的后端的线条图；
图3是根据一个实施例的另一示例性车辆的后端的线条图；
图4是根据一个实施例的示例性拖车的透视图的线条图；
图5是根据一个实施例的示出用于操作该系统的示例性方法的流程图；以及
图6示出了根据一个实施例的笛卡尔坐标系中的数据以帮助解释处理器如何确定每个RF系统的位置。
具体实施方式
以下详细描述本质上仅仅是示例性的，并不旨在限制本发明或本发明的应用和用途。此外，不旨在受前面背景或以下详细描述中呈现的任何理论的限制。
图1是根据一个实施例的无线车辆-拖车接口系统100的框图。无线车辆-拖车接口系统100(在下文中称为系统100)包括车辆110和拖车120。例如，车辆110可以是卡车、运动型多功能车(SUV)、汽车、半挂车或能够连接至拖车的任何其它车辆。例如，拖车120可以是公用拖车、动物拖车、娱乐拖车、船拖车、拖拉机拖车等。车辆110包括车辆挂接装置115。同样地，拖车120包括对应拖车耦合器125，其允许车辆110连接至拖车120。车辆挂接装置115和拖车耦合器125例如可以是离合器/顶盖系统、第五轮系统、鹅颈管系统等。
车辆110包括至少一个处理器130。车辆110中的至少一个处理器130可以是中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、物理处理单元(PPU)、微控制器、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)或任何其它逻辑装置或其任何组合。为了简单起见，至少一个处理器130(在下文中称为单个“处理器130”)可以专用于系统100或可以由车辆110中的一个或多个其它系统共享。
车辆110进一步包括一个或多个车辆控制系统140。一个或多个车辆控制系统140可以包括但不限于转向系统、制动系统、加速系统、档位选择系统、视觉系统、警报系统等。如下面进一步详细讨论的，处理器130可以生成用于一个或多个车辆控制系统140的命令，以便自动地将车辆110移动到例如使得车辆110与拖车120对准以将车辆挂接装置115连接至拖车耦合器125的位置。
车辆110进一步包括存储器150。存储器150可以是易失性和非易失性存储器的任何组合。如下面进一步详细讨论的，存储器150可以存储用于实施系统100的非暂时性计算机可读指令。
车辆110包括至少一个射频(RF)系统160，每个RF系统160包括至少一个超宽带(UWB)收发器162。同样地，拖车120包括至少一个RF系统170，RF系统170包括至少一个UWB收发器172。如下面进一步详细讨论的，车辆110的RF系统160和拖车120的RF系统170交换数据，使得车辆的处理器130可以生成命令以自动地将车辆110移动到使得车辆110与拖车120对准以将车辆挂接装置115连接至拖车耦合器125的位置。如下面进一步详细讨论的，基于RF系统160和170之间的数据交换，处理器130还可以确定拖车的尺寸或交换其它数据。
图2是根据一个实施例的示例性车辆110的后端的线条图。在图2中示出的实施例中，三个RF系统160位于车辆的后端。两个RF系统200和210位于车辆110的保险杠上。在图2中示出的实施例中，另一个RF系统220位于制动灯单元内。然而，如本文所讨论的，RF系统160的数量和车辆110上布置RF系统的定位可以改变。例如，多个RF系统160可以位于牌照旁边、后备箱把手旁边、车辆挂接装置115旁边或足够暴露于外部的车辆上的任何其它定位，使得信号可以从RF系统160传播而不降级。
如图2所示，在一个实施例中，例如，车辆110可以具有位于车辆后侧的三个RF系统160，其中两个RF系统160位于车辆110后端的一侧，并且一个位于车辆后端的中央。然而，RF传感器160的具体位置可以改变。图3是根据一个实施例的示例性车辆110的后端的线条图。图3示出了多个后侧RF系统300和多个后中央RF系统310，示出了可以安装多个RF系统160的一些其它示例性侧位置。
图4是根据一个实施例的示例性拖车120的透视图的线条图。如图4所示，多个RF系统170可以位于各种定位，这取决于相应的RF系统170的目的和期望特征。例如，在一个实施例中，只有单个RF系统170可以位于拖车耦合器125上的拖车120上。如上所述，在拖车耦合器125上具有单个RF系统170，与车辆110上的多个RF系统160相结合，将允许处理器130和车辆110执行自动挂接对准，下面将进一步详细讨论。然而，在其它实施例中，多个RF系统170可以放置在拖车110周围的各个定位。具有多个RF系统170可以通过提供测距数据、方位角数据和拖车取向数据来提高自动挂接对准的准确度。
一个或多个RF系统170可以永久地附接至拖车120，或者一个或多个RF系统170可以暂时附接或放置在拖车120附近。例如，RF系统170可以磁耦合至拖车120或以任何暂时方式附接。如下面进一步详细讨论的，具有位于拖车上的多个RF系统170可以允许处理器130自动确定拖车120的一个或多个尺寸。例如，具有两个RF系统170(一个位于拖车120的下部并且另一个位于上部)可以允许处理器130确定拖车120的高度。例如，处理器130或车辆中的另一个系统可以使用高度数据来验证拖车可以例如配合在立交桥下方或避免诸如树、电话线、街道标牌等的其它障碍物。同样地，具有两个RF系统170(一个位于拖车120的左侧并且一个位于拖车120的左侧)可以允许处理器确定拖车120的宽度。一旦拖车120挂接至车辆110，宽度数据也可用于稳定性和控制系统。同样地，具有两个RF系统170(一个位于拖车120的前方并且一个位于拖车120的后方)可以允许处理器确定拖车120的长度。拖车的长度、宽度和高度的组合可以由处理器130或车辆的另一个系统使用，以一旦挂接至车辆110在与拖车120的稳定性和控制相关的任何系统中协助。布置在拖车120上的RF系统170的数量及其各自的放置可以根据期望的特征(即自动挂接对准、宽度确定、高度确定、长度确定或其任何组合)而改变。替代地，如上所讨论的，一个或多个移动RF传感器170可暂时附接至拖车120以确定拖车120的相应尺寸。通过利用暂时附接或保持在拖车120的相应角落附近的一个或多个移动RF传感器170，处理器130可以确定任何拖车的尺寸，而不必在其上永久地安装多个RF系统。同样地，处理器130可以利用一个或多个移动RF传感器170执行自动挂接。
如下面进一步详细讨论的，为了将车辆110自动地移动到挂接至拖车120的位置，系统100中的组合RF系统160和170的总数优选地大于或等于三，因为三点允许三角测量计算。在具有三个总RF系统160和170的一个实施例中，系统可以包括车辆保险杠上的两个RF系统160，并且一个RF系统170可以位于拖车耦合器125上。在另一个实施例中，例如，两个RF系统170可以位于拖车120的前方，并且一个RF系统160可以位于车辆挂接装置115上。然而，放置在相应车辆110或拖车120上的多个RF系统160或170给予更多数据点，从而提高系统100的准确度。例如，当RF传感器170沿着相同平面并且RF传感器170和160的高度是已知的时，总共具有四个RF传感器160和170将允许处理器130计算允许测距和方位角计算的所有传感器的相对方位角。相反，仅总共具有三个RF传感器160和170将仅允许测距计算，并且用户可能必须将拖车上的任何RF传感器170的高度信息手动输入到系统中，以更准确地执行自动挂接或拖车尺寸确定。
在一个实施例中，例如，多个RF系统160的定位可以存储在存储器150中。当车辆110正在建造时安装多个RF系统160时，定位数据可以由例如车辆制造商存储在存储器150中。然而，稍后可以将定位数据添加到存储器150。例如，可以将一个或多个RF系统160作为售后市场产品添加。在这些实施例中，定位数据可以通过使用放置在车辆110的挂接装置115上的移动RF系统170来生成。在该实施例中，如下面进一步详细讨论的，例如，处理器130将利用类似的测距过程来确定多个售后市场RF系统160的相对定位。替代地，用户可以测量每个售后市场RF系统160与车辆挂接装置115之间的距离，并使用用户接口195的元件将每个平面中的距离输入到系统中。如果用户将车辆110手动挂接至拖车120，则处理器130可以确定拖车耦合器125相对于RF传感器170的定位的定位并且将相应定位存储在存储器中用于未来的自动挂接操作。
每个RF系统170可以具有与其相关联的唯一标识符。用户使用用户接口195可以将唯一标识符与拖车120上相对于拖车耦合器125的定位相关联。如下面进一步详细讨论的，以这种方式，当使用多于一个RF系统170时，处理器130可以识别拖车120的取向，并且可以正确地识别拖车耦合器125的定位用于自动挂接过程。
返回到图1，在一个实施例中，例如，车辆110的RF系统160可以包括另一收发器(未示出)，例如蓝牙收发器、Wi-Fi收发器，ZigBee收发器等或其任何组合。在该实施例中，超宽带162收发器可以用于与拖车120的RF系统170交换数据，并且另一收发器可以用于与处理器130无线通信，处理器130将连接至另一收发器。然而，在其它实施例中，每个RF系统160可以经由有线数据总线通信连接至处理器。可以使用有线或无线系统的任何组合来将一个或多个RF系统160连接至处理器130。
拖车120的一个或多个RF系统170进一步包括处理器174。处理器174可以是中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、物理处理单元(PPU)、微控制器、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)或任何其它逻辑装置或其任何组合。如下面进一步详细讨论的，处理器174控制拖车120的RF系统170。
拖车120的一个或多个RF系统170进一步包括电力系统176。电力系统176可以包括电池供电系统。当拖车120未连接至车辆110时，电池电力系统允许拖车120的一个或多个RF系统操作。当拖车120挂接至车辆110时，拖车的电力系统176也能够从车辆110的动力系统180接收电力。拖车120经常通过电气配线(未示出)从车辆110接收电力以便为拖车上的制动灯供电。相应地，当拖车120挂接至车辆110时，拖车120的RF系统170可以利用该电源，以减少电力系统176的电池所消耗的电力。
在一个实施例中，例如，拖车120上的一个或多个RF系统170可以连接至一个或多个数据生成器190。数据生成器190可以是例如摄像机(例如备用摄像机、侧视摄像机等)、重量传感器、负载位置传感器等。当在多个RF系统160和多个RF系统170之间存在可用带宽时，多个RF系统170可以通过多个RF系统160将从一个或多个数据生成器190接收的数据发射到处理器130，从而允许来自数据生成器190的数据被无线地传输至车辆110。
车辆110可以进一步包括用户接口195。用户接口195可以包括一个或多个按钮、显示器、触摸屏、旋钮、操纵杆、鼠标、麦克风等或其任何组合。如下面进一步详细讨论的，用户接口195可以用于启动系统100，为系统100选择操作模式和/或显示系统数据。
图5是根据一个实施例的示出用于操作系统100的示例性方法500的流程图。系统100可以用于执行自动挂接对准、拖车尺寸确定或数据生成器190数据发射中的任何一个或其任何组合。处理器130首先确定系统是否被触发以进行操作。(步骤505)。系统100可以例如由用户通过用户接口195或另一接口(例如蜂窝电话等)或者基于用户动作自动地触发。例如，每当车辆档位切换进入到倒档时，系统100可以被自动触发。
处理器130然后确定系统100的操作模式。(步骤510)。如上所讨论的，系统100可以用于经由一个或多个车辆控制系统140将车辆110自动移动到将车辆110挂接至拖车120的位置，以自动确定拖车120的尺寸或者将来自数据生成器190的数据从拖车120发射到车辆110。在一个实施例中，例如，用户可以经由用户接口195选择操作模式。例如，可以利用一个或多个硬或软按钮、旋钮等来选择系统100的操作模式。替代地或者与手动模式选择结合，处理器130可以在没有用户输入的情况下自动确定系统100的操作模式。例如，如果处理器130确定拖车的一个或多个RF系统170正在发射非基于定位的分组(即，来自数据生成器的数据而不是响应于来自RF系统160的数据分组的数据)，则处理器130可以自动选择数据转换模式。作为另一实例，如果处理器130确定至拖车的电气配线没有连接，则处理器130可以自动选择自主挂接模式。
当选择自主挂接模式或拖车尺寸确定模式时，处理器130然后生成将由车辆上的每个RF系统160发送的数据分组。(步骤515)。每个数据分组包括与相应的RF系统160相关联的唯一识别代码。唯一识别代码用于跟踪来自多个RF系统170的响应。唯一ID可以由处理器130分配，或者可以内置在RF系统160或170的收发器中。相对于车辆100上的定位或者相对于拖车120上的定位的RF系统170的相应定位，每个唯一ID与相应RF系统160的定位相关联。
处理器130然后生成使车辆上的多个RF系统160发射数据分组的指令。(步骤520)。在一个实施例中，例如，每个RF系统160可以轮流执行测距测量。如下面更详细讨论的，通过一次仅使一个RF系统160发射数据分组，每个其它RF系统160或170可以尽可能快地响应(即，其它RF系统将不处理其它请求)，从而提高飞行时间测距测量的准确度。
RF系统170的处理器174接收由RF系统160发送的分组，并且再发射分组以及相应RF系统170的唯一ID以供一个或多个RF系统160接收。(步骤525)。利用与每个RF系统170相对应的唯一ID来再发射数据分组，使得与由不同RF系统160接收的相同RF系统170相对应的数据可以用于对RF系统170的位置进行三角测量。车辆110上的任何多个RF系统160的相应位置及其之间的距离可以存储在存储器150中。然而，RF系统160也可以以类似于多个RF系统170的方式响应于从其它多个RF系统160接收的数据分组，以确定RF系统160之间的相对定位。
然后处理器处理在每个RF系统160处接收的数据，以确定每个RF系统170相对于多个RF系统160之间的距离。(步骤530)。在一个实施例中，例如，处理器130可以执行所有处理。然而，在另一个实施例中，例如，每个RF系统160可以具有内部处理器，类似于多个RF系统170的处理器174。在该实施例中，例如，RF系统160的处理器可以确定相应RF系统160与每个RF系统170之间的距离，并将距离发射至处理器130用于后续处理。在任一实施例中，每个相应RF系统160与170之间的距离基于所发射数据分组的飞行时间来确定。在一个实施例中，例如，可以在步骤420中用时间戳发送数据分组。在另一个实施例中，例如，处理器可以将时间戳存储在存储器150中。然而，可以使用时间戳机构的任何组合。基于飞行时间，换句话说，RF系统160发送分组与对应RF系统170返回分组之间的时间差，处理器确定每个RF系统160和170之间的距离。
然后处理器130基于每个RF系统160与每个RF系统170之间的所确定距离来确定每个RF系统170的位置。(步骤535)。如下面进一步详细讨论的，通过确定每个RF系统170的位置，处理器130能够执行自动挂接对准，确定拖车的尺寸，或两者。在一个实施例中，例如，处理器130可以经由三角测量来确定每个RF系统170的位置。
图6示出了根据一个实施例的笛卡尔坐标系中的数据以帮助解释处理器如何确定每个RF系统160和每个RF系统170的位置。如图6所示，标记为A1和A2的两个RF系统160以及标记为B1和B2的两个RF系统170分别安装在车辆110和拖车120中。在该实例中，处理器130首先确定用于位置计算的参照系的原点。例如，原点可以是车辆110上的RF系统160之一的定位。然而，出于位置计算目的，任何RF系统160或170的定位都可以用作原点。在另一个实施例中，如图6所示，参照系的原点可以设置在车辆110上的RF系统A1和A1的中间。在又一个实施例中，原点可以是车辆挂接装置115的定位。然而，参照系的原点可以设置在两个或多个RF系统160和170的中间的任何地方。在另一个实施例中，例如，原点可以预先选择并保存在存储器150上。
选择原点影响三角测量计算。例如，利用图6所示的RF系统A1和A2之间的原点，处理器130根据PA1＝(DA1A2/2，0)和PA2＝(DA1A2/2，0)计算RF系统A1和A2的位置，其中PA1对应于RF系统A1的位置，PA2对应于RF系统A2的位置，并且DA1A2对应于RF系统A1与RF系统A2之间的距离。在该实施例中，RF系统A1与RF系统B1之间的角度θA1B1可以根据以下确定：
在该实施例中，RF系统A1与RF系统B2之间的角度θA1B2可以根据以下确定：
其中，Dxy表示在步骤430中由处理器130计算的指定RF系统之间的距离。利用各个点之间的距离及其之间的角度，处理器可以根据以下公式计算RF系统B1(PB1)的位置和RF系统B2(PB2)的位置：
PB1＝PA1+DA1B1(cos(θA1B1),sin(θA1B1))
PB2＝PA1+DA1B2(cos(θA1B2),sin(θA1B2))
在图6中提出的实例和上面的方程式在本质上仅仅是示例性的，因为所选原点以及RF系统160和170的维数和数量可以变化(例如，仅当RF系统160和170高于地面相同高度是需要二维方程式，并且当RF系统160或170的高度变化时将使用三维方程式)。
返回到图5，处理器130然后根据系统100的操作模式来确定自动挂接对准、拖车尺寸或者自动挂接对准和拖车尺寸二者。(步骤540)。在拖车尺寸确定的情况下，处理器130利用拖车120上的一个或多个RF系统170的所确定位置来确定拖车的尺寸。
当系统100以自动挂接对准模式操作时，处理器基于车辆挂接装置115和拖车耦合器125的相对定位来确定一个或多个车辆控制系统140的控制命令，以将车辆挂接装置115与拖车耦合器125对准。一旦确定了拖车耦合器125的位置，处理器130就向控制系统140生成命令，以将车辆移动到使得车辆挂接装置115与拖车耦合器125对准的位置。处理器130基于拖车120的相对定位和位置生成用于移动车辆110的指令并且继续不断地进行测量。处理器130控制车辆110的速度，尤其是在近距离内，以使得能够收集足够的测量来确保高准确度。在另一个实施例中，例如，处理器130可以基于车辆挂接装置115和拖车耦合器125的相对定位生成对用户的命令，以实施将车辆挂接装置115与拖车耦合器125对准。所生成命令可以例如在用户接口195的显示器上显示。所生成命令可以包括例如当由用户执行时将车辆挂接装置115与拖车耦合器125对准的转向盘角度、行进距离等。在任一实施例中，随着车辆110朝向期望定位前进，处理器130持续更新车辆控制命令或用户命令(即，处理器130多次执行方法500的步骤)。
在执行自动挂接和/或拖车尺寸确定之后，处理器130然后返回到步骤505以等待下一个触发事件。
当处理器130在步骤410中确定系统处于数据传输模式时，如果一个或多个数据生成器150和一个或多个RF系统170尚未发射数据，则处理器130启动数据传输。(步骤545)。例如，处理器130可以通过一个或多个RF系统160和170向一个或多个数据生成器150发送启动请求。然后一个或多个数据生成器150开始通过一个或多个RF系统160将通过一个或多个RF系统170的数据发射到处理器130。
然后处理器130处理数据并且可以根据所接收数据和数据生成器类型来执行一个或多个动作。(步骤550)。例如，如果数据生成器190是备用摄像机，则处理器30可以生成指令以在车辆110内的显示器上显示摄像机数据。处理器130还可以处理摄像机数据以确定例如拖车120后面是否存在行人或其它物体。在一个实施例中，例如，处理器130可以利用来自安装在拖车120上的一个或多个摄像机的数据来实施不可见拖车系统。换句话说，处理器130可以将来自一个或多个摄像机的图像数据拼接在一起，以在车辆110内的显示器上向用户呈现图像，就像拖车是不可见的，从而使用户更好地认识到车辆110后方有什么。
虽然在本发明的前述详细描述中已经呈现了至少一个示例性方面，但是应当认识到，存在大量变型。还应当认识到，一个示例性方面或多个示例性方面仅是实例，并不意图以任何方式限制本发明的范围、适用性或配置。而是，前述详细描述为本领域技术人员提供用于实施本发明的示例性方面的便捷路径。应当理解，可以对示例性方面中描述的元件的功能和布置做出各种改变，而不脱离如所附权利要求中阐述的本发明的范围。