CN110243459A - 用于车辆的拖车检测系统 - Google Patents

Abstract

一种用于车辆的拖车检测系统，所述检测系统包括第一传感器和处理器，所述第一传感器被配置为检测车身相对于所述车辆的至少一个车轮组件的垂直位移和横向位移中的至少一个，所述处理器被配置为处理所述检测到的位移并确定拖车是否连接到所述车辆。

Description

用于车辆的拖车检测系统

技术领域

本公开涉及一种拖车检测系统，并且特别地但不唯一地涉及使用多个传感器来感测前轮组件相对于车身和后轮组件相对于车身的位移，并且使用每个车轮组件处的瞬时位移值来推断拖车是否连接到车身。

背景技术

诸如制动、转向或悬架系统的车辆系统通常被配置成对于正常使用中的车辆上的力是最佳的，例如来自车辆的车轮的摩擦和由车辆的形状和尺寸产生的空气阻力。然而，当车辆牵引拖车时，还会对拖车施加额外的力，并通过诸如牵引杆之类的装置传递给车辆。这些额外的力会影响车辆的操纵，并且还会影响制动、转向和悬架的有效性，使得车辆的驾驶安全性降低。诸如制动系统的车辆系统可以通过改变前后制动平衡和车辆稳定性算法来调节，以补偿由拖车在车辆上引起的附加力，从而实现对车辆更安全的操作。因此有利的是，车辆能够可靠地检测拖车何时被拖曳，因此可以相应地调整车辆系统。

已经使用各种方法来指示拖车是否连接到车辆的牵引杆，例如识别拖车上的灯的额外能量消耗并且推断拖车必须因此连接到车辆的方法。然而，这些方法通常不能可靠地确定拖车是否连接到车辆，并且可能通过使用其他附件(例如与后置自行车架一起使用的灯板)错误地触发。这可能导致车辆系统的不准确补偿，这可能使车辆不太安全。因此，期望车辆能够以非常高的精度检测拖车的存在。

发明内容

根据本公开的一个方面，提供了一种用于车辆的拖车检测系统，检测系统包括：

第一传感器，其被配置为检测车身相对于车辆的至少一个车轮组件的垂直和横向位移中的至少一个；和

处理器，其被配置为处理检测到的位移并确定拖车是否连接到车辆。

可以通过处理器将检测到的位移与阈值进行比较。阈值可以是指示拖车连接到车辆的预定值。

当传感器测量车辆前轴处的垂直位移时，阈值位移可以大于车身相对于没有连接拖车的车辆的至少一个车轮组件的正常操作位移范围。

当传感器测量车辆后轴处的垂直位移时，阈值位移可以小于车身相对于没有连接拖车的车辆的至少一个车轮组件的正常操作位移范围。

处理器可以执行快速傅里叶变换分析，以便确定拖车是否连接到车辆。

快速傅里叶变换分析可用于计算车辆的振荡频率。处理器可以被配置为确定所计算的振荡频率是否指示拖车连接到车辆。

第一传感器可包括至少一个横向传感器，该横向传感器配置成检测至少一个车轮组件相对于车身的横向位移。

可以提供第二传感器。第二传感器可以被配置为检测车身相对于另一车轮组件的垂直和横向位移中的至少一个，与另一车轮组件相关联的轴不同于第一传感器所检测的轴。

处理器可以使用由第一传感器测量的位移和由第二传感器测量的位移来确定拖车是否连接到车辆。

第一传感器和第二传感器中的至少一个可包括非接触式接近传感器和接触式传感器中的至少一个。接触式传感器可以连接到车身和车轮组件。

接触式传感器可包括传感器主体和能够相对于传感器主体移动的探针。传感器主体可以附接到车身和车轮组件中的至少一个，并且探针可以附接到车身和车轮组件中的另一个。

探针可以可旋转地连接到传感器主体并且可旋转地连接到车身和车轮组件中的至少一个。传感器可以配置成检测探针相对于传感器主体的旋转。探针可以通过铰链或球形接头中的至少一个可旋转地连接。

传感器还可包括电位计或旋转编码器，其检测探针相对于传感器主体的旋转。探针可以可滑动地容纳在传感器主体内，并且传感器可以配置成检测探针相对于传感器主体的平移。

第一传感器和第二传感器中的至少一个可以配置成检测车身相对于车辆的至少一个车轮组件的垂直和横向位移。

第一传感器可以配置成检测车身相对于车辆的至少一个车轮组件的垂直和横向位移之一。可以提供至少一个附加的第一传感器以检测车身相对于车辆的至少一个车轮组件的垂直和横向位移中的另一个。

第二传感器可以配置成检测车身相对于车辆的另一个车轮组件的垂直和横向位移之一。可以提供至少一个附加的第二传感器以检测车身相对于车辆的另一个车轮组件的垂直和横向位移中的另一个。

车轮组件可包括延伸越过车辆中心线的轴。

根据本公开的另一方面，提供了一种对车辆执行拖车检测的方法。该方法包括：

使用传感器检测车身相对于车辆的至少一个车轮组件的垂直和横向位移中的至少一个；

处理检测到的位移；和

基于处理的位移确定拖车是否连接到车辆。

可以将检测到的位移与阈值进行比较。阈值可以是指示拖车连接到车辆的预定值。

该方法还可以包括进行快速傅立叶变换分析，以便确定拖车是否连接到车辆。

快速傅里叶变换分析可用于计算车辆的振荡频率。处理器可以被配置为确定所计算的振荡频率是否指示拖车连接到车辆。

该方法还可以包括检测车身相对于与车辆的不同轴相关联的另一车轮组件的垂直和横向位移中的至少一个，并且可以使用车轮组件和另一车轮组件的位移来确定拖车是否连接到车辆。

为了避免在说明书中不必要的重复劳动和文本的重复，仅关于本发明的一个或多个方面或实施例描述了某些特征。然而，应该理解，在技术上可行的情况下，关于本发明的任何方面或实施例描述的特征也可以与本发明的任何其他方面或实施例一起使用。

附图说明

为了更好地理解本发明，并且为了更清楚地示出如何实现本发明，现在将通过示例的方式参考附图，其中：

图1是表示作用在车辆和拖车上的力的图；

图2a是表示空载车辆的重心的图；

图2b是表示承载负载的车辆的重心的图；

图2c是表示牵引拖车的车辆的重心的图；

图3是表示车辆转弯时作用在拖车和车辆上的力的图；

图4是表示用于测量车身相对于车轮组件的位移的传感器的一个示例的图；和

图5是表示用于测量车身相对于车轮组件的位移的传感器的一个示例的图。

具体实施方式

图1示出了当车辆1牵引拖车3时存在的力。在正常使用中，车辆1本身将具有抵抗其运动方向的若干力。例如，取决于车辆1的尺寸和形状的车辆空气阻力5将抵抗车辆1的运动。由车轮8、10与道路12的相互作用引起的车辆摩擦力6也将抵抗车轮8、10的运动，以及因此抵抗车辆1的运动。除了车轮8、10与道路12之间的摩擦系数之外，来自车辆摩擦力6的阻力将取决于车辆1的重量，包括车辆承载的任何载荷。

如图1所示，当牵引拖车3时，类似的力也施加到拖车上。空气阻力将在拖车3上产生合力。拖车空气阻力16将至少部分地取决于拖车的形状和尺寸。如该图所示，由道路12对拖车20的车轮的运动的阻力引起的拖车摩擦力18也将导致合力抵抗拖车的运动。拖车上的摩擦力取决于拖车的重量和拖车车轮与道路之间的摩擦系数。由拖车的存在引起的力将经由牵引杆14传递到车辆1。因此，牵引拖车3的车辆1的前进运动将至少通过由拖车3上的拖车空气阻力16和拖车车轮20与道路12的相互作用引起的拖车摩擦力18引起的额外的力进一步相反。

传统的道路车辆1设置有悬架，其允许车身22相对于车辆的车轮组件8、10移动。车轮组件可包括一个或多个轮子，轮子装配有围绕轮毂旋转的充气轮胎，轮毂通过悬架组件悬挂在车身上。悬架组件可包括前臂或后臂和弹性元件，例如叶片或螺旋弹簧或空气悬架单元。车轮组件可以通过轴连接到第二轮组件，该轴延伸越过车辆的中心线。

当拖曳拖车1时经由牵引杆14施加到车身22的附加力将使车轮组件8、10相对于车身22略微向前移动。车身的向前运动将受到车身上的空气阻力的抵抗，但也受到阻止拖车向前运动的力的抵抗。因此，当车辆向前移动时，将拖车拖到其后面，车轮组件相对于车身的相对运动将使车轮组件在朝向车身22的前部的方向上稍微移动，即，在车轮组件8、10和车身22之间的y轴上将存在位移。

车辆1的装载将导致类似的发生。当车辆具有额外的重量时，例如通过将附加物品放入车辆中，将需要更大的力来加速车身22。因此，当车辆1加速时，额外的重量将导致车轮组件8、10与车身22之间的位移。

通过拖曳拖车3引起的车辆1上的附加力可以导致对车辆1的向前运动的阻力，该阻力与负载很重但不牵引拖车的车辆产生的阻力等效。在这种情况下，牵引拖车因此将导致车身22相对于车轮组件8、10的在y轴上的净位移，该位移与负载较重的车辆所经历的位移相同。因此，难以从车身仅在y轴上的位移来区分牵引拖车的轻载车辆与负载较重的车辆。因此，检测y轴上的位移可以确定拖车是否被拖曳，但是不能提供高可靠性。

图2a示出了典型的空载车辆201的重心。重心224位于前轮208和后轮210之间。车身222相对于前轮组件208和后轮组件210悬挂，并且车辆201的重量通过前轮组件208和后轮组件210之间的悬架分配。当车辆201被装载时，例如在车辆后部装载货物时，如图2b所示，车辆201的质量中心224将朝向车辆的后部移动。车身中的货物的额外重量将导致车身向下移动，在车辆的前轴和后轴处压缩悬架，使车身在垂直(z轴)方向上靠近车轮组件和道路移动。

图2c示出了由车辆201牵引的拖车203，其中由车辆201承载的货物的质量大约等于拖车203的质量。如上所述，拖车的质量在y轴上施加载荷。该载荷由拖车的车轮和固定到牵引车辆的牵引挂钩214的牵引球226支撑，牵引挂钩通常在后轮组件210的车轮中心上方。拖车施加在牵引挂钩上的力随牵引车辆和拖车在起伏的路面上移动而动态变化，但对于平坦路面上的大型固定拖车，牵引挂钩214支撑的重量(舌重)理想地调整到约100至150Kg。

因此，当拖车203连接到车辆201的牵引挂钩214时，车辆201部分地支撑拖车203，并且来自拖车的载荷被施加到牵引车辆的后轴的后部。因此，车辆的前部将比没有拖车时稍微高一些，并且由于从拖车到挂钩224的z轴上的向下力，车辆的后部将略微下降，导致车辆绕后轴转动。当车辆沿着起伏的道路向前移动时，从拖车到挂钩224的向下力将显著变化并且甚至可以改变方向，导致车辆的后部随着车辆的前部上升而下降，反之亦然。

当车辆制动时，未制动的拖车的动量将导致车辆前部俯仰，但是这种效果大致类似于没有拖车的装载车辆(即在其装载床上承载货物的车辆)的制动。

如图3所示，当车辆301转弯时，拖车303和车辆301不再对齐，拖车继续沿其试图行进的方向施加力328。因此，拖车303将力328在x轴和y轴上的分量施加到车辆301。在这种情况下，如果车辆正在减速，则由于拖车的继续运动，车身322向侧向(x轴)以及向前(y轴)推动。因此，车身相对于车轮组件在横向和向前方向上移动。

因此，当车辆牵引拖车时车身相对于前轮或后轮组件的位移将不同于由车辆上或车身中承载的载荷引起的位移。如上所述，虽然y轴上的位移更难以明确地归因于车辆承载的载荷或车辆拖曳的载荷，但是车身相对于车辆的车轮组件在横向(x轴)方向或垂直(z轴)方向上的位移可用于指示拖车连接到车辆。因此，通过在横向和垂直方向中的至少一个方向上测量车身相对于至少一个车轮组件的位移并处理测量，可以确定拖车是否连接到车辆。

此外，当牵引拖车时，它可以呈现向前-向后的摇摆振荡，其通过牵引杆转换成在车辆后部的上下运动。可以使用快速傅立叶变换(FFT)分析来测量和处理车身相对于车轮组件在横向方向(x轴)上的运动以及上下运动(z轴)以将拖车振荡的频率与车辆悬架的固有频率分开。通过对由车轮组件传感器产生的信号执行FFT分析以确定是否存在由拖车引起的一个或多个附加频率，因此可以可靠地确定拖车是否连接到车辆。因此，可以通过执行FFT分析来检测车轮组件相对于车身的测量位移，以检测由拖车引起的车身振动，从而确定拖车是否连接到车辆。

在图4所示的第一种布置中，提供了一种用于车辆的拖车检测系统，其中检测系统包括横向传感器430，其包括附接到车身422的第一传感器主体432和附接在车轮组件408的轴454的中心点的第一探针434，第一探针434可旋转地连接到第一传感器主体432。类似地，提供了垂直传感器436，其包括附接到车身422的第二传感器主体438和附接到车轮组件408的第二探针440，第二探针440可旋转地连接到第二传感器主体438。

车身422和车轮组件408使用已知的车辆悬架相对于彼此悬挂。因此，车轮组件408相对于车身422的运动使得第一探针434经由第一铰链442相对于第一传感器主体432旋转，其中第一铰链442的旋转对应于车轮组件408的运动。第一铰链442沿y轴布置，以便在x-z平面内旋转。第一探针包括第一部分444和第二部分446，其中第一部分444可旋转地连接到车轮组件408和第二部分446中的每一个，并且第二部分446还通过第一铰链442可旋转地连接到第一传感器主体432。第一部分444基本上平行于轴454延伸，并且当车辆处于平衡位置(例如静止)时，第二部分446基本上平行于z方向延伸。

垂直传感器436以与横向传感器类似的方式配置。因此，车轮组件408相对于车身422的运动使得第二探针440经由第二铰链452相对于第二传感器主体438旋转，其中第二铰链452的旋转对应于车轮组件408的运动。第二铰链452沿y轴布置，以便在x-z平面内旋转。第二探针包括第三部分448和第四部分450，其中第三部分448可旋转地连接到车轮组件408和第四部分450中的每一个，并且第四部分450还通过第二铰链452可旋转地连接到第二传感器主体438。然而，与横向传感器相比，第三部分448基本上平行于z方向设置，第四部分450基本上平行于轴454设置。

因此，横向传感器430的第一铰链将由于位移的横向分量而不是垂直位移分量而更多地旋转，并且垂直传感器436的第二铰链将由于位移的垂直分量而不是位移的横向分量而更多地旋转。因此，由于车身422相对于车轮组件408的横向和竖向位移引起的第一铰链442的旋转将不同于第二铰链452的旋转。通过使用第一铰链442和第二铰链452的旋转值，即通过比较查找表中的值，可以确定位移的横向和垂直分量，可以使用其中的任何一个或两者组合来确定拖车是否连接到车辆。

传感器可包括电位计或旋转编码器，以检测第一和/或第二铰链相对于相应传感器主体的旋转。拖车检测系统还包括处理器(未示出)，该处理器配置成处理检测到的第一和/或第二铰链的旋转以确定拖车是否连接到车辆。

为了确定拖车是否连接到车辆，可以通过处理器将检测到的位移与阈值进行比较，其中阈值是指示拖车连接到车辆的预定值。当传感器测量车辆前轴处的垂直位移时，位移的阈值可以大于车身相对于没有连接拖车的车辆的至少一个车轮组件的正常操作位移范围。当传感器测量车辆后轴的垂直位移时，位移的阈值可以小于车身相对于没有连接拖车的车辆的至少一个车轮组件的正常操作位移范围。

另外，处理器可以执行快速傅里叶变换(FFT)分析，以便确定拖车是否连接到车辆。FFT分析允许不同信号的频率彼此分离。快速傅里叶变换分析可用于计算车辆的振荡频率。处理器可以被配置为确定所计算的振荡频率是否指示拖车连接到车辆。

应当理解，这些示例的车轮组件408包括车辆401的轴454和两个车轮456a、456b。然而，应该理解的是，车轮组件408可以仅包括一个车轮456a、456b和车辆的轮毂。在传统车辆上可以设置两到四个这样的车轮组件。每个车轮组件可以彼此独立地悬挂。

可以在每个独立悬挂的车轮组件处提供另外的传感器。至少一个传感器可以设置在后轮组件处，并且至少一个传感器可以设置在前轮组件处。每个车轮组件可以设置有多于一个的传感器。因此，可以提供第二传感器(未示出)，其中第二传感器可以被配置为检测车身相对于另一车轮组件的垂直和横向位移中的至少一个，与另一车轮组件相关联的轴不同于第一传感器所检测的轴。

因此，处理器可以使用由第一传感器测量的位移和由第二传感器测量的位移来确定拖车是否连接到车辆。当拖车连接到车辆时，前轴或后轴将比前轴或后轴中的另一个更多地从车身移位。通过比较前轴和后轴相对于车身的位移，可以将附接到车辆后部的拖车与设置在车辆内或车辆上的负载区分开。

在图5所示的第二种布置中，提供了一种替代的拖车检测系统，其包括横向传感器530，该横向传感器530包括可旋转地安装到固定到车身522的支架的第一传感器主体532和可旋转地安装到车轮组件508的轴554的中心点的第一探针534。第一探针534能够相对于第一传感器主体532移动。第一探针534可滑动地容纳在第一传感器主体532内，并且横向传感器530被配置为检测探针相对于传感器主体的平移。图5还示出了垂直传感器536，其包括可旋转地附接到车身522的第二传感器主体538和可旋转地附接到车轮组件508的轴554的中心点的第二探针540。第二探针540能够相对于第二传感器主体538移动。第二探针540可滑动地容纳在第二传感器主体538内，并且垂直传感器配置成检测探针相对于传感器主体的平移。

应当理解，车身相对于车轮组件在垂直方向或横向方向上的位移将导致任一探针相对于其相应的传感器主体的位移。在横向传感器中，横向位移将导致第一探针相对于第一传感器主体的位移大于第二探针相对于第二传感器主体的位移。对于垂直位移，反之亦然。因此，第一探针相对于第一传感器主体的位移和第二探针相对于第二传感器主体的位移通常对于车身相对于车轮组件的相同总位移而不同。因此，两个检测到的位移可用于确定车身相对于车轮组件的位移的横向和垂直分量。

处理器(未示出)以与关于示例1描述的处理器相同的方式配置，并且因此被配置为处理检测到的位移并且确定拖车是否连接到车辆。因此，可以使用检测到的位移来确定拖车是否连接到车辆。

应当理解，可以使用任何能够确定车身相对于车轮组件的位移的传感器，并且位移以本文所述的方式处理，以便确定拖车是否连接到车辆。例如，车辆车身和车轮组件之间的距离可以通过本领域已知的激光距离测量器测量。激光距离测量器可以被配置为在垂直方向上测量车身下侧与车轮组件的一部分之间的距离。可选地或另外地，激光距离测量器可以被配置为在横向方向上测量车身上的固定点和车轮组件的车轮之间的距离。可以应用能够测量车身和车轮组件之间的距离的任何距离测量设备。

本领域技术人员将理解，尽管已经通过示例描述了本发明，但是参考一个或多个示例性示例，其不限于所公开的示例并且可以在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下构造替代示例。

Claims (15)

1.一种用于车辆的拖车检测系统，所述检测系统包括：

第一传感器，所述第一传感器被配置为检测车身相对于所述车辆的至少一个车轮组件的垂直位移和横向位移中的至少一个；和

处理器，所述处理器被配置为处理所述检测到的位移并确定拖车是否连接到所述车辆。

2.根据权利要求1所述的拖车检测系统，其中，所述处理器执行快速傅里叶变换分析，以便确定拖车是否连接到所述车辆。

3.根据权利要求2所述的拖车检测系统，其中，所述快速傅里叶变换分析用于计算所述车辆的振荡频率，并且所述处理器配置成确定计算的所述振荡频率是否指示拖车连接到所述车辆。

4.根据权利要求1所述的用于车辆的拖车检测系统，其中，所述第一传感器包括至少一个横向传感器，所述横向传感器配置成检测所述至少一个车轮组件相对于所述车身的所述横向位移。

5.根据前述任一项权利要求所述的用于车辆的拖车检测系统，其中，提供第二传感器，所述第二传感器配置成检测所述车身相对于另一车轮组件的垂直位移和横向位移中的至少一个，与所述另一车轮组件相关联的轴不同于所述第一传感器所检测的轴。

6.根据权利要求5所述的用于车辆的拖车检测系统，其中，所述第一传感器和所述第二传感器中的至少一个包括非接触式接近传感器和连接到所述车身和所述车轮组件的接触式传感器中的至少一个。

7.根据权利要求6所述的用于车辆的拖车检测系统，其中，所述接触式传感器包括传感器主体和能够相对于所述传感器主体移动的探针，所述传感器主体附接到所述车身和所述车轮组件中的至少一个，并且所述探针附接到所述车身和所述车轮组件中的另一个。

8.根据权利要求7所述的用于车辆的拖车检测系统，其中，所述传感器还包括电位计或旋转编码器，所述电位计或所述旋转编码器检测所述探针相对于所述传感器主体的旋转。

9.根据权利要求7所述的用于车辆的拖车检测系统，其中，所述探针可滑动地容纳在所述传感器主体内，并且所述传感器配置成检测所述探针相对于所述传感器主体的平移。

10.根据权利要求5所述的用于车辆的拖车检测系统，其中，所述第一传感器和所述第二传感器中的至少一个被配置为检测所述车身相对于所述车辆的所述至少一个车轮组件的所述垂直位移和所述横向位移。

11.根据权利要求1所述的拖车检测系统，其中，所述第一传感器配置成检测所述车身相对于所述车辆的所述至少一个车轮组件的所述垂直位移和所述横向位移之一，并且提供至少一个附加的第一传感器以检测所述车身相对于所述车辆的所述至少一个车轮组件的所述垂直位移和所述横向位移中的另一个。

12.一种对车辆进行拖车检测的方法，该方法包括：

检测车身相对于所述车辆的至少一个车轮组件的垂直位移和横向位移中的至少一个；

处理所述检测到的位移；和

确定拖车是否连接到所述车辆。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，执行快速傅里叶变换分析，以便确定拖车是否连接到所述车辆。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述快速傅里叶变换分析用于计算所述车辆的振荡频率，并且处理器配置成确定所计算的振荡频率是否指示拖车连接到所述车辆。

15.根据权利要求12-14中任一项所述的方法，还包括检测所述车身相对于与所述车辆的不同轴相关联的另一车轮组件的垂直位移和横向位移中的至少一个，并且使用所述车轮组件和所述另一车轮组件的位移来确定拖车是否连接到所述车辆。