CN104768839A - 用于评估挂车轴距长度的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于评估包括牵引车辆和至少一个被牵引挂车的车辆组合中的挂车的有效轴距长度的方法，包括以下步骤：向前驱动车辆组合、确定车辆组合的速度、确定牵引车辆的转向角、确定每一个被牵引挂车的转向角、确定牵引车辆的偏航速率和被牵引挂车的偏航速率、或者确定每一个被牵引挂车的铰接角，以及使用确定的值计算每一个被牵引挂车的有效轴距的值。还公开了一种用于评估车辆组合中的挂车的有效轴距长度的装备。本发明的优点是车辆组合的有效轴距可以在动态转弯期间被评估。

Description

用于评估挂车轴距长度的方法

技术领域

本发明涉及一种用于评估包括牵引车辆和至少一个被牵引挂车的车辆组合的至少一个挂车的轴距长度的方法。该方法尤其适合于具有多于一个被牵引挂车的车辆组合。

背景技术

为了减少道路上重型车辆的数量，在一些国家针对在规则道路上的使用提出包括多于一个的被牵引挂车的较长车辆组合。除减少对于特定道路的牵引车辆的所需数量，与传统的车辆组合相比，将还可以减少能量消耗和废气排放。通常，车辆组合的长度和重量受法律法规控制。目前在一些欧洲国家允许的一种车辆组合是卡车-推车-半挂车组合，其比通常的卡车-挂车组合稍长。这种组合允许卡车使用通常称为推车或推车挂车的小挂车来牵引半挂车。推车是可以联接到卡车或挂车以便支撑半挂车的小挂车。推车配备有半挂车所联接到的第五轮子。

在一些国家，较长的和/或较重的车辆组合也在受限条件下被允许。这种车辆可以包括多个挂车且可以是超过50米长以及更长。它们通常在遥远区域且针对特定目的使用。在澳大利亚，在一些州且在一些道路上使用包括多于4个的挂车的拖挂列车。在例如美国、加拿大和阿根廷也使用较长的组合车辆(LCV)。所有这些LCV在严格规定下使用。

当使用较长的且变化的车辆组合时可能出现的一个问题是确定每一个被牵引挂车的有效轴距。有效轴距的知识例如在车辆组合的慢速驱动由自主或半自动功能辅助时，例如当编组以便简化在装载坡道处车辆组合的定位时具有是有利的。当实施自动或半自动反向时知道有效轴距尤其重要。

有效轴距是众所周知的表述。当车辆在一端处设置有多于一个轴时，这些轴可以用仅一个虚拟轴来估计。仅具有该虚拟轴的车辆在理想情况下将以与具有更多轴的原始车辆几乎确切地相同的方式行为。对于车辆组合，即，牵引车辆后面是一个或多个被牵引单元，每一个车辆单元因此将具有一个有效轴距。在图1中，示出了包括卡车2、推车3和半挂车4的车辆组合1。有效轴距是挂车的连接点和虚拟轮子轴之间的距离。对于推车3，有效轴距是挂车联接件5和推车的虚拟轴6之间的距离L₂，虚拟轴6从推车的常规轴7得到。对于半挂车4，有效轴距是半挂车的中枢销8和半挂车的虚拟轴9之间的距离L₃，虚拟轴9从半挂车的常规轴10得到。在图1中，用虚线示出虚拟轮子轴。

确定挂车的有效轴距的最容易方式是测量从连接点到轮子轴的距离并确定轮胎特性和轴载荷。然后可以使用可利用的显式公式计算有效轴距。这在排他地使用相同的挂车且相同的挂车在相同的载荷的情况下运行时或者当挂车轴纵向位置、轮胎性能和载荷对于需要信息的所有控制单元连续地可利用时可能是可靠的方法。现实中，经常不是这样的情况。有效轴距，即虚拟轴的位置，取决于每一个轴载荷和轮胎特性，这意味着有效轴距可以根据挂车被如何加载而变化。而且，对于具有可提升的轴的挂车，轴距将在轴被升高时改变。

US 6,301,548公开了一种用于确定当转弯时可转向车辆的轴距的方法，其中轴距从至少一个限定的轨道宽度、测量的轮子圆周速度和/或测量的转向角来确定。在该方法中，曲线半径作为对方法的输入而使用，这意味着车辆必须通过具有恒定半径的曲线来驱动。

EP 2 324 323 B1公开了一种用于确定具有至少两个轴的车辆的轴距的方法，借此，至少在车辆通过曲线行驶期间记录车辆的测量信号且其中至少从测量的信号确定轴距。用于确定轮子速度的轮子的偏航速率和旋转速度被测量并且从几何计算确定轴距。在该方法中，曲线放入半径被用作对方法的输入，这意味着车辆必须通过具有恒定半径的曲线驱动。

这些方法主要地适于确定包括行驶通过连续曲线的一个牵引车辆和一个被牵引挂车的车辆组合的轴距。因此，仍存在适于具有至少一个被牵引挂车并且其中转向不限于稳定状态转弯的车辆组合的改进方法和装备的空间。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于评估包括牵引车辆和至少一个被牵引挂车的车辆组合中的挂车的有效轴距长度的改进方法。本发明另外的目的是提供一种用于评估包括牵引车辆和至少一个被牵引挂车的车辆组合中的挂车的有效轴距长度的改进装备。

根据本发明的问题的解决方案在用于方法的权利要求1中和用于装备的权利要求11的特征部分中描述。其它权利要求包含本发明的方法和装备的有利的进一步发展。

在用于评估包括牵引车辆和至少一个被牵引挂车的车辆组合中的挂车的有效轴距长度的方法中，包括以下步骤：向前驱动车辆组合，记录车辆组合的速度，记录牵引车辆的转向角，记录牵引车辆的偏航速率和被牵引挂车的偏航速率、或者记录每一个被牵引挂车的铰接角，记录每一个被牵引挂车的转向角，以及使用确定的值计算每一个被牵引挂车的有效轴距的值。

通过该方法的该第一实施例，该方法可以评估至少一个被牵引挂车的有效轴距。有效轴距的评估在车辆组合被向前驱动预定的时间间隔时完成，其中时间间隔可以在几秒直到几分钟。时间间隔的持续时间可以例如取决于车辆组合被驱动的道路的类型。因为转向角和偏航速率和/或铰接角被用于评估，所以有利的是，车辆组合至少驱动穿过道路的一个弯曲部分。在时间间隔期间，不同的值被确定且以预定的采样频率被记录，使得获得可以以矩阵布置的一系列记录的值集合。然后使用这些记录的值集合或矩阵中的一个或多个来计算车辆组合的被牵引挂车的有效轴距。

在计算有效轴距之前对值集合进行分类是可能的。当车辆组合绝对笔直地行驶时，对于例如被牵引挂车的转向角或铰接角的记录的值将基本上为零，这意味着在使用这些值集合计算有效轴距中没有点。因此，这样的值集合可以在有效轴距被计算之前被撤销。也可能的是，这样的值不被记录。例如，可能的是，一些或所有值在记录值集合之前与阈值比较。如果这些值中的一个低于或高于临界水平，则不记录值集合。当车辆组合已经行驶预定的时间间隔时，多个值集合已经被记录。使用这些值集合中的一个或多个来计算有效轴距。可以使用不同的值集合计算多个轴距以及取这些有效轴距值的平均。

有效轴距的评估优选地通过使用最小二乘条件拟合车辆模型来完成。这样，使用的值中的偏差最小化。值中的偏差可以例如来自测量信号中的干扰或噪声。这可以例如由可能不总是完美的道路条件引起。坑洞可以例如影响卡车的偏航速率或挂车的转向角值。其它类型的道路缺陷也可能影响评估。通过使用最小二乘逼近法，且通过执行不同值集合的多次评估，可以获得与实际有效轴距值相差百分之几或更少的有效轴距评估。

通过使用传感器直接测量值或者通过利用其它测量信号评估需要的值而获得不同的记录值。

可以被评估的一个测量是偏航速率。车辆的偏航速率例如与后面的车辆的铰接角耦合。第一被牵引挂车的偏航速率可以例如通过使用牵引车辆的偏航速率且加上牵引车辆和第一被牵引挂车之间的铰接角的时间导数来估计。

牵引车辆的偏航速率可以例如通过评估或通过测量来确定。可以通过使用评估方法基于车辆组合性能(诸如车辆的轮子速度、车辆质量、车辆长度、转向角等)来完成评估。通过使用偏航速率传感器来完成偏航速率测量。

在用于评估包括牵引车辆和至少一个被牵引挂车的车辆组合中的挂车的有效轴距长度的装备中，包括：用于获得车辆组合的速度的装置、用于获得牵引车辆的转向角的装置、用于获得每一个被牵引挂车的转向角的装置，本发明的目的被解决在于，该装备还包括用于获得牵引车辆和每一个被牵引挂车的偏航速率或用于获得每一个被牵引挂车的铰接角的装置、用于在数据集合中记录获得的值的装置、以及用于计算每一个被牵引挂车的有效轴距的值的装置。

通过该装备的该第一实施例，该装备包括用于评估至少一个被牵引挂车的有效轴距的装置。通过当车辆组合在时间间隔期间被向前驱动时记录通过测量或评估获得的合适值来完成有效轴距的评估，其中时间间隔可以是几秒直到几分钟。时间间隔的持续时间可例如取决于驱动车辆组合的道路的类型。因为转向角、偏航速率和/或铰接角被用于评估，所以有利的是，车辆组合至少驱动通过道路的一个弯曲部分。然而，弯曲不必是连续的，具有指定的半径。在该时间间隔期间，不同的值被确定并以预定的采样频率被记录，使得获得可以以矩阵装备的一系列记录的值集合。然后，使用这些记录的值集合或矩阵中的一个或多个来计算车辆组合的被牵引挂车的有效轴距。该装备包括用于计算有效轴距的值的装置，且该装置优选地使用对于一个轨道线性车辆模型的最小二乘拟合以用于有效轴距的评估。

附图说明

下面将参考附图更详细地描述本发明，在附图中：

图1示出了包括牵引车辆和两个被牵引挂车的示意性车辆组合，

图2示出了线性车辆模型的示例，以及

图3示出了用于评估车辆组合的有效轴距的发明方法的示意性流程图。

具体实施方式

具有下面描述的另外的发展的本发明的实施例仅被认为是示例且决不限制由专利权利要求提供的保护范围。

图1示出了包括牵引车辆2和两个被牵引挂车3、4的示意性车辆组合1。牵引车辆优选地是适于商业公路使用的常规卡车，但是也可以是具有第五轮子的牵引车或公共汽车。第一被牵引挂车3在所示示例中是具有连接到卡车的挂车联接件的牵引杆的推车。推车设置有两个轮子轴7。第二被牵引挂车4是半挂车，其设置有连接到推车的第五轮子的中枢销8。该示例示出了普通类型的较长的车辆组合，但是也可以估计具有其它类型的牵引车辆和其它类型和数量的被牵引车辆的其它类型的车辆组合的有效轴距。

一个这样的示例是包括牵引车和常规挂车或牵引车、半挂车和常规挂车的车辆组合。具有前轴和一个或多个后轴两者的常规挂车可以被模制为两个被牵引挂车。第一被牵引挂车包括牵引杆和第一轴，并且有效轴距从牵引杆连接部延伸到前轴，或者如果挂车设置有多于一个前轴，则从牵引杆连接部延伸到虚拟前轴。第二被牵引挂车包括挂车本体和后轴，其中有效轴距从挂车本体和第一轴之间的枢轴点延伸到挂车的虚拟后轴。

为了评估每一个被牵引挂车的有效轴距，当车辆组合被向前驱动时，多个测量被记录在值集合中。当条件对应于某些预定义条件时，例如当车辆组合的速度在预定义间隔内时、且当道路条件对应于预定义道路轮廓时，优选地记录所述测量。例如，当道路相对平坦且平整时执行记录是有利的。记录时段的时间优选地在预定义时间间隔内，其可以是几秒直到很多分钟或更多。该时间段可以被预设置或记录可以在已经记录预定义数量的认可值集合时停止。记录的值被存储在存储器中，优选地包括在车辆的控制单元中。

被记录的测量是卡车的速度V_X、卡车的转向角δ₁、卡车的偏航速率r₁、每一个挂车的转向角δ₂、δ₃、每一个挂车的偏航速率r₂、r₃和每一个挂车的铰接角Φ₂、Φ₃。卡车的速度以常规方式被测量，例如利用转速计或GPS。卡车的转向角通过转向角传感器测量。卡车的偏航速率利用偏航速率传感器测量或者通过使用已知的卡车性能来评估。挂车的转向角是挂车的可转向轮子转向的角度，如果挂车设置有轮子转向功能的话。通过设置在该挂车的可转向轴上的转向角传感器来测量转向角。用于挂车的铰接角是挂车的中心线与前面的车辆的中心线之间的角度。铰接角是车辆之间的铰接的测量。可以利用安装在车辆之间的联接件中的铰接传感器或利用另一类型的传感器测量铰接角。可以例如利用光学传感器或通过使用照相机来测量铰接角。利用偏航速率传感器测量或者通过使用例如铰接角来评估挂车的偏航速率。

当已经记录了合适量的值集合时，对于每一个被牵引挂车，计算有效轴距L₂或L₃。优选地通过使用加权最小二乘逼近法来评估有效轴距。

其中是对于时间步长i来说包括测量的铰接角的两元素向量，并且是对于时间步长i来说，使用线性车辆模型的包括评估的铰接角的两元素向量。类似地，r_i是包括记录的偏航速率的三元素向量，且是使用线性车辆模型的包括评估的偏航速率的三元素向量。而且，和W_r是任意对角加权矩阵。记录的转向角δ₁、δ₂和δ₃用作线性车辆模型的输入。在已经做出记录的整个时间系列内做出总和。

在该方法中，需要牵引车辆和被牵引挂车的偏航速率，或者需要被牵引挂车的铰接角。一个特殊情形是当在中中的所有元素设置为等于零时，这意味着铰接角不再是优化部分。因此，不再需要铰接角的测量。类似地，当W_r中的所有元素设置为等于零时，这意味着偏航速率不再是优化的部分。因此，不再需要偏航速率的测量。因而，需要偏航速率或铰接角以便获得被牵引挂车的有效轴距的良好评估。然而，使用偏航速率和铰接角两者可以给予具有较高精度的结果。

利用每一个被牵引挂车的评估的有效轴距，可以在没有提前知道每一个被牵引挂车的有效轴距的情况下利用车辆组合执行自动反向。这种评估是有利的，因为其考虑了车辆组合的实际性能。挂车的有效轴距将例如根据载荷和载荷的位置而变化。通过该方法，有效轴距将适于挂车的实际载荷。

而且，当在不同情况下使用多个不同挂车时，将对于使用的实际车辆组合来评估有效轴距。驾驶员不必测量不同的挂车或者将对于特定挂车的轴距值插入控制系统。

在特定场合下，诸如每当点火开始时、每当车辆已经停止预定时间时、当载荷已经被改变预定量时、或者在诸如装载码头的指定的地理位置，可以自动地执行评估。该方法的另一优点是所有需要的测量对车辆的控制系统总是已知的，除铰接角之外。因此，仅需要的另外的组件是用于每一个被牵引挂车的铰接传感器。铰接传感器可以例如整合在其中后面的被牵引挂车被附接到前面的车辆的联接件或第五轮子中。用于测量铰接角的设备也可以放置在前面的车辆上，诸如卡车，且可以根据距离来测量。从而，可以在不提供带有额外的传感器的挂车的情况下获得关于挂车的有效轴距的信息。

在图2中，示出了卡车-推车-半挂车车辆组合的线性车辆模型。该车辆组合包含由具有一个旋转自由度的接头附接的三个刚性本体。针对侧向和偏航运动得出下面的状态等式：

$m_1({\stackrel{\·}{v}}_{y1}+v_x{r}_1)=\mathrm{\Σ}{F}_{y1}$

$I_{z1}{\stackrel{.}{r}}_1=\mathrm{\Σ}{F}_{y1}$

$m_2({\stackrel{.}{v}}_{y2}+v_x{r}_2)=\mathrm{\Σ}{F}_{y2}$

$I_{z2}{\stackrel{.}{r}}_2=\mathrm{\Σ}{M}_{z2}$

$m_3({\stackrel{.}{v}}_{y3}+v_x{r}_3)=\mathrm{\Σ}{F}_{y3}$

$I_{z3}{\stackrel{.}{r}}_3=\mathrm{\Σ}{M}_{z3}$

其中m_i和l_zi是单元i的质量和偏航惯性。V_yi和r_i是每一个单元的横向速度和偏航速率。总的横向力和偏航力矩通过线性轮胎力模型来构建。通过消除接头力和运动约束，状态空间形式的线性车辆组合模型可以被书写为：

$\stackrel{.}{x}=\mathrm{Ax}+\mathrm{Bu}$

u＝[δ₁ δ₂ δ₃]

其中在该情形中u代表驾驶员转向输入，即卡车的转向角、推车的转向角、和半挂车的转向角。矩阵A和B是根据前进速度、轮胎特性和有效轴距。这种类型的模型公知为用于铰接车辆的线性的一个轨道模型。类似的模型在车辆领域中广泛使用且因此没有更详细描述。

给定车辆模型，可以使用诸如例如Monte-Carlo方法的现有的解算器技术来求解等式(1)。

图3示出了用于评估包括牵引车辆和至少一个被牵引挂车的车辆组合中的挂车的有效轴距长度的方法的示意性流程图。在向前驱动车辆组合预定的时间间隔时执行该方法。

在步骤100中，获得和记录车辆组合的速度。卡车的速度对于控制系统是已知的且优选地通过转速计来测量。

在步骤110中，记录牵引车辆的转向角。转向角对于卡车的控制系统是已知的且优选地通过转向角传感器测量。

在步骤120中，记录牵引车辆的偏航速率。可以通过利用偏航速率传感器测量实际偏航速率、或者通过使用诸如轮子速度和转向角的其它车辆性能来评估实际偏航速率来确定实际偏航速率。

在步骤130中，记录每一个被牵引挂车的转向角。转向角是如果挂车设置有可转向的轴则可转向的轴被转向的角度。如果挂车没有设置有可转向的轴，则该值将设置为零。

在步骤140中，记录每一个被牵引挂车的铰接角。铰接角是两个车辆之间的联接角度，且是前面的车辆和后面的车辆的中心线之间的差异的度量。可以利用布置在联接件中的特定铰接角传感器、或者通过使用基于例如光学原理的另一类型的传感器来测量铰接角。

在步骤150中，记录对于每一个被牵引挂车的偏航速率。可以通过利用偏航速率传感器测量实际偏航速率、或者通过使用诸如被牵引挂车的铰接角的其它车辆性能评估实际偏航速率来确定实际偏航速率。

在步骤160中，通过使用记录的值来计算每一个被牵引挂车的有效轴距的值。有效轴距的计算优选地通过使用最小二乘逼近法来完成，尽管也可以使用其它逼近法。

步骤100至150在预定的时间间隔期间重复预定次数。当预定的时间间隔结束时，可以使用来自测量的一个或多个记录的数据集合，将步骤160中的有效轴距的计算执行一次或多次。例如，可以为数据集合设置一个或多个阈值，使得仅使用给予良好评估的值。例如，当铰接角为0.1度时，不可能获得良好的有效轴距评估，而这样的小值实际上可以被噪声或其它干扰引起。因此，优选的是，选择和挑选将给予足够的有效轴距的记录的数据集合。

本发明不应当被认为限于上述实施例，在专利权利要求的范围内很多另外的变化和修改是可能的。

附图标记

1：车辆组合

2：卡车

3：推车

4：半挂车

5：挂车联接件

6：推车虚拟轴

7：推车轴

8：中枢销

9：半挂车虚拟轴

10：半挂车轴

Claims (13)

1.一种用于评估车辆组合中挂车的有效轴距长度的方法，所述车辆组合包括牵引车辆和至少一个被牵引挂车，所述方法包括以下步骤：

-向前驱动所述车辆组合，

-记录所述车辆组合的速度，

-记录所述牵引车辆的转向角，

-记录所述牵引车辆的偏航速率和所述被牵引挂车的偏航速率、或者记录每一个被牵引挂车的铰接角，

-记录每一个被牵引挂车的转向角，

-使用所记录的值来计算每一个被牵引挂车的有效轴距值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述牵引车辆和所述被牵引挂车的偏航速率以及每一个被牵引挂车的铰接角也被记录。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所记录的值被布置在数据集合中。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，多个数据集合被记录。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过使用对一个轨道线性车辆模型的最小二乘拟合，来进行所述有效轴距的计算。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，多个有效轴距值被计算，并且所计算值的平均值被用作所述有效轴距值。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，每当车辆的点火被打开时，重复所述方法。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，每当挂车的载荷已经改变了预定量时，重复所述方法。

9.一种计算机程序，包括程序代码装置，当所述程序在计算机上运行时，所述程序代码装置用于执行权利要求1-8中任一项所述的全部步骤。

10.一种计算机程序产品，包括存储在计算机可读介质上的程序代码装置，当所述程序产品在计算机上运行时，所述程序代码装置用于执行权利要求1-8中任一项所述的全部步骤。

11.一种用于评估车辆组合(1)中挂车(3、4)的有效轴距长度的装备，所述车辆组合(1)包括牵引车辆(2)和至少一个被牵引挂车(3、4)，其中所述装备包括：

-用于获得所述车辆组合的速度的装置，

-用于获得所述牵引车辆的转向角的装置，

-用于获得每一个被牵引挂车的转向角的装置，

其特征在于，所述装备还包括：

-用于获得所述牵引车辆和每一个被牵引挂车的偏航速率或用于获得每一个被牵引挂车的铰接角的装置，

-用于在数据集合中记录所获得值的装置，以及

-用于计算每一个被牵引挂车的有效轴距值的装置。

12.根据权利要求11所述的装备，其特征在于，所述装备包括用于获得所述牵引车辆和所述被牵引挂车的偏航速率以及每一个被牵引挂车的铰接角的装置。

13.根据权利要求11或12所述的装备，其特征在于，所述用于计算有效轴距值的装置使用对一个轨道线性车辆模型的最小二乘拟合。