CN111284284A

CN111284284A - 夹角测量系统及牵引运输设备

Info

Publication number: CN111284284A
Application number: CN201811492340.5A
Authority: CN
Inventors: 刘洲
Original assignee: Changsha Intelligent Driving Research Institute Co Ltd
Current assignee: Changsha Intelligent Driving Research Institute Co Ltd
Priority date: 2018-12-07
Filing date: 2018-12-07
Publication date: 2020-06-16

Abstract

本发明涉及一种夹角测量系统，包括多个信号发射器、多个信号接收器及处理单元；多个信号发射器相对挂车固定；多个信号接收器装设于牵引车；处理单元被配置为根据多个信号接收器与多个信号发射器之间的检测信号确定多个信号接收器到每一信号发射器之间的距离，并根据信号接收器到信号发射器之间的距离、多个信号发射器彼此之间的距离和多个信号接收器彼此之间的距离计算牵引车与挂车之间的转向夹角。这样，一方面信号接收器与信号发射器均位于鞍座外部，便于装拆；另一方面，可以有效解决光学测距夜间无法使用的问题；又一方面，通过传感器精确测距计算获得转向夹角，相比传统的夹角测量装置精确性及稳定性更高。还提供一种牵引运输设备。

Description

夹角测量系统及牵引运输设备

技术领域

本发明涉及拖挂车技术领域，特别是涉及一种夹角测量系统及牵引运输设备。

背景技术

机动车是指由动力装置驱动或牵引，在道路上行驶的、供乘用或运送物品或进行专项作业的轮式车辆。按照机动车的类型可以分为大型汽车、小型汽车、专用汽车、特种车、有轨/无轨电车、拖拉机、拖挂车等。无论是在服务领域，还是在工业领域，机动车为人们的生产和生活提供很多便利。

以拖挂车为例，自ABS(Antilock Brake System，制动防抱死系统)系统在拖挂车上应用以来，牵引车与挂车之间的夹角测量就是研究的一个重点。例如，在拖挂车刹车时，如果牵引车和挂车之间的夹角已知，ABS系统能够根据挂车相对牵引车的摆动量更加有效的实施刹车来防止难以补救的甩尾情况。此外，在自动驾驶技术领域，牵引车和挂车之间的夹角测量更是拖挂车控制的关键，是自动驾驶系统用来处理拖挂车转向和急停的必要信息。

目前，现有设计中的夹角测量是通过设置于牵引销与鞍座之间的角度传感器进行角度的测量。但牵引车与挂车经常要分离，传统的夹角测量系统装拆不便，且难以保证测量的稳定性及精确性。

发明内容

基于此，有必要针对传统的夹角测量系统装拆不便且难以保证测量的稳定性及精确性的问题，提供一种改善上述问题的夹角测量系统及牵引运输设备。

一种夹角测量系统，设置于牵引运输设备，所述牵引运输设备包括牵引车和挂车，所述夹角测量系统用于测量所述牵引车与所述挂车相对转动形成的转向夹角，所述夹角测量系统包括多个信号发射器、多个信号接收器及处理单元；

所述多个信号发射器相对所述挂车固定；

所述多个信号接收器装设于所述牵引车，且面向所述多个信号发射器设置；

所述处理单元分别与所述多个信号接收器及所述多个信号发射器连接，所述处理单元被配置为根据所述多个信号接收器与所述多个信号发射器之间的检测信号确定所述多个信号接收器到每一所述信号发射器之间的距离，并根据所述信号接收器到所述信号发射器之间的距离、所述多个信号发射器彼此之间的距离和所述多个信号接收器彼此之间的距离计算所述牵引车与所述挂车之间的转向夹角；

上述夹角测量系统，通过信号发射器和信号接收器之间的超声波信号测量彼此之间的距离，并根据两两之间的距离可计算所述牵引车与所述挂车之间的转向夹角。相比现有技术中的其他夹角测量装置，一方面信号接收器与信号发射器均位于鞍座外部，便于装拆；另一方面，通过传感器精确测距计算获得转向夹角，相比传统的夹角测量装置精确性及稳定性更高。

在其中一实施例中，所述检测信号为超声波信号。

在其中一实施例中，所述牵引车的驾驶室具有朝向所述挂车的第一端面，所述挂车具有与所述第一端面相对设置的第二端面；

所述牵引运输设备具有初始状态，当所述牵引运输设备处于初始状态，所述第一端面与所述第二端面相互平行；

所述多个信号接收器设置于所述牵引车的所述第一端面，所述多个信号发射器中的两个所述信号发射器的连线与所述挂车的所述第二端面相平行。

在其中一实施例中，所述牵引运输设备还包括制动系统，所述制动系统包括供气装置、制动气室及用于控制所述挂车的轮轴总成制动的制动装置；

所述供气装置设置于所述牵引车，所述制动气室设置于所述挂车，所述供气装置通过连接管路与所述制动气室连接，所述制动气室用于控制所述制动装置制动或解除制动；

所述连接管路远离所述供气装置的一端设有气管接头，所述挂车的所述第二端面设有与所述气管接头相配的进气端口；所述信号发射器装设于对应的所述气管接头，当所述气管接头配接于所述进气端口，所述信号发射器相对所述挂车固定。

在其中一实施例中，所述处理单元还与电子控制单元连接。

在其中一实施例中，所述处理单元设置于所述牵引车。

在其中一实施例中，所述处理单元用于根据所述多个信号接收器到每一所述信号发射器之间的距离计算所述信号发射器在所述信号接收器所形成的坐标系中的当前二维坐标或当前三维坐标；

所述处理单元还用于根据所述信号发射器的当前二维坐标或当前三维坐标、所述多个信号发射器彼此之间的距离和所述多个信号接收器彼此之间的距离计算两个所述信号发射器的连线与所述牵引车的第一端面之间的夹角，以获取所述牵引车与所述挂车之间的转向夹角。

在其中一实施例中，所述信号发射器为两个，分别为第一信号发射器及第二信号发射器，所述信号接收器为两个，分别为第一信号接收器及第二信号接收器；

根据以下公式计算所述牵引车与所述挂车之间的转向夹角为：

其中，所述S₁为第一信号接收器与第二信号发射器之间的距离；所述S₂为第一信号发射器与第二信号发射器之间的距离；所述S₃为第一信号接收器与第一信号发射器之间的距离；所述S₄为第二信号接收器与第二信号发射器之间的距离；所述S₅为第一信号接收器与第二信号接收器之间的距离。

一种夹角测量系统，设置于牵引运输设备，所述牵引运输设备包括牵引车和挂车，所述夹角测量系统用于测量所述牵引车与所述挂车相对转动形成的转向夹角，所述夹角测量系统包括处理单元、多个信号发射器及多个信号接收器；

所述多个信号接收器相对所述挂车固定；

所述多个信号发射器装设于所述牵引车，且面向所述多个信号接收器设置；

所述处理单元分别与所述多个信号接收器及所述多个信号发射器连接，所述处理单元被配置为根据所述多个信号接收器与所述多个信号发射器之间的检测信号确定所述多个信号接收器到每一所述信号发射器之间的距离，并根据所述多个信号接收器到每一所述信号发射器之间的距离、所述多个信号发射器彼此之间的距离和所述多个信号接收器彼此之间的距离计算所述牵引车与所述挂车之间的转向夹角。

所述多个信号发射器设置于所述牵引车的所述第一端面，所述多个信号接收器中的两个所述信号接收器的连线与所述挂车的所述第二端面相平行。

牵引运输设备，包括：

牵引车；

挂车，通过牵引销与所述牵引车接驳或脱挂；及

上述任一实施例所述的夹角测量系统。

附图说明

图1为本发明一实施例中的夹角测量系统与牵引车和挂车的安装位置示意图；

图2为图1所示的信号发射器与挂车的相对位置示意图。

具体实施方式

为了便于理解发明，下面将参照相关附图对发明进行更全面的描述。附图中给出了发明的较佳的实施例。但是，发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在描述位置关系时，除非另有规定，否则当一元件被指为在另一元件“上”时，其能直接在其他元件上或亦可存在中间元件。进一步说，当一元件被指为在另一层“下”时，其可直接在下方，亦可存在一或多个中间元件。亦可以理解的是，当一元件被指为在两个元件“之间”时，其可为两个元件之间的唯一，或亦可存在一或多个中间元件。

在使用本文中描述的“包括”、“具有”、和“包含”的情况下，除非使用了明确的限定用语，例如“仅”、“由……组成”等，否则还可以添加另一部件。除非相反地提及，否则单数形式的术语可以包括复数形式，并不能理解为其数量为一个。

应当理解，尽管本文可以使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件和另一个元件区分开。例如，在不脱离发明的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件。

还应当理解的是，在解释元件时，尽管没有明确描述，但元件解释为包括误差范围，该误差范围应当由本领域技术人员所确定的特定值可接受的偏差范围内。例如，“大约”、“近似”或“基本上”可以意味着一个或多个标准偏差内，在此不作限定。

此外，附图并不是1：1的比例绘制，并且各元件的相对尺寸在附图中仅以示例地绘制，而不一定按照真实比例绘制。

为便于更佳的理解发明的技术方案与技术效果，在详细对发明的夹角测量装置进行详细说明之前，首先对现有的拖挂车和现有的夹角测量装置进行简要的介绍。

拖挂车包括牵引车和挂车，目前，根据牵引车和挂车的连接方式不同而分为半挂车和全挂车，半挂车是指挂车与牵引车共同承载载荷并依靠牵引车牵引行驶的车辆，暨是一种车轴置于车辆重心后面，并且设置有可将水平和垂直力传递到牵引车的联结装置的车辆。具体到实施方式中，半挂车是通过牵引车的鞍座与挂车的牵引销接驳实现前述的功效。

全挂车是指荷载由挂车自身全部承担并依靠牵引车牵引行驶的车辆，也就是说，牵引车不需要承担挂车的荷载，只需提供动力帮助挂车克服路面摩擦阻力。具体到实施方式中，挂车是通过挂钩与牵引车相连。

转向夹角测量装置是用于测量牵引车与挂车相对转动形成的转向夹角，主要适用于具有鞍座和牵引销的半挂车，当然，亦可适用于其他可进行牵引车与被牵引设备之间转向夹角测量的牵引运输设备，例如，吊车、推土机、装载机等。同时，该牵引运输设备可以为驾驶员驾驶的普通车辆，也可以为无人驾驶车辆，既可以为汽车、电动车、混合动力车辆等无轨车辆，还可以为火车等有轨车辆。

现有设计中应用于半挂车的夹角测量装置，是通过设置于牵引销与鞍座之间的角度传感器进行角度的测量，例如，一种实施方式是将固定式霍尔传感器设置于牵引车的鞍座内部，利用磁铁的磁力自动吸附挂车的牵引销，利用固定式霍尔传感器检测磁铁的转动角度。但在实际应用中，牵引车与挂车经常要分离、牵引车与挂车经常更换，传统的夹角测量装置安装难度大。且为满足固定式霍尔传感器的精准度要求，磁铁在尺寸上有所限制，难以提供足够的吸力应付路面颠簸、车辆震动，以及牵引销大面积的铁性金属对磁性的导散。这样，无法确保夹角测量装置的稳定工作，影响牵引车和挂车之间转向夹角的测量精度。

为解决上述问题，本发明提供了一种夹角测量装置，能够较佳地解决上述问题。

图1示出了本发明一实施例中的夹角测量系统与牵引车和挂车的安装示意图。图2示出了图1所示的信号发射器与挂车的连接关系示意图。为便于描述，附图仅示出了与本发明实施例相关的结构。

参阅附图，本发明一实施例中的夹角测量系统，用于测量牵引车12与挂车14相对转动形成的转向夹角。该夹角测量系统包括多个信号发射器(见图2)、多个信号接收器及处理单元18。

多个信号发射器相对挂车14固定。例如，一些实施方式中，多个信号发射器可以安装于挂车14与牵引车12彼此相对的面上，另一些实施方式中，多个信号发射器亦可设置于牵引车12或其他相对挂车14固定的结构上。

多个信号接收器装设于牵引车12，且面向多个信号发射器设置。例如，多个信号接收器和多个信号发射器位于两个彼此相对的两个面，这样，在牵引车12和挂车14相对转动产生转向夹角的过程中，可以确保信号发射器和信号接收器之间的检测信号顺畅传输。

处理单元18分别与多个信号接收器及多个信号发射器连接，处理单元18被配置为根据多个信号接收器与多个信号发射器与之间的检测信号确定多个信号接收器到每一信号发射器之间的距离；并根据多个信号接收器到每一信号发射器之间的距离、多个信号发射器彼此之间的距离和多个信号接收器彼此之间的距离计算牵引车12与所述挂车14之间的转向夹角。

具体到实施例中，处理单元18可以控制多个信号发射器轮流发射超声波信号，信号接收器接收多个信号发射器发射出的超声波信号。由于信号接收器和信号发射器之间传播的检测信号的速度恒定，则根据公式S＝V_超声波*(T₂-T₁)即可计算出每个发射器到每个接收器之间的距离。其中，T₂为信号接收器接收到检测信号的时刻，T₁为信号发射器发射检测信号的时刻。

需要指出，信号发射器和信号接收器的安装位置可根据实际情况决定，但应当保证在牵引车12相对挂车14转动时检测信号在信号发射器和信号接收器之间的稳定传输。作为一种较佳的实施方式，检测信号可以为超声波信号，可以有效解决光学测距夜间无法使用，且容易受到周围环境的影响的问题。例如，半挂车14在室外运输过程中，光学测距容易受泥巴、灰尘、雨水等的干扰，采用超声波测距可以有效解决该问题。

由于信号发射器相对挂车14固定，信号接收器装设于牵引车12，则当牵引车12与挂车14发生相对转动时，信号发射器与信号接收器之间的相对位置发生变化，则信号接收器到信号发射器之间的距离、信号发射器彼此之间的距离和信号接收器彼此之间的距离根据安装位置的不同，存在一定的几何关系，因此，可以根据三者的几何关系精确地求出牵引车12和挂车14之间的转向夹角，且夹角测量系统设置于鞍座外，便于装拆，使用便利。

需要说明，计算牵引车12与挂车14之间的而转向夹角可以是以牵引车12为基准，计算挂车14相对牵引车12旋转的转向角度，也可以是以挂车14为基准，计算牵引车12相对挂车14旋转的转向角度。示例地，本发明的实施例中，牵引车12与挂车14之间的转向夹角均是以沿车辆的长度延伸方向，牵引车12的中心线与挂车14的中心线形成开口朝向牵引车12方向的夹角。

例如，牵引车12的驾驶室具有朝向所述挂车14的第一端面122，所述挂车14具有与所述第一端面122相对设置的第二端面144。具体到实施例中，第一端面122为牵引车12的后端面，第二端面144为挂车14的前端面。牵引运输设备具有初始状态，当牵引运输设备处于初始状态，第一端面122与第二端面144相互平行。此时，沿车辆的长度延伸方向，牵引车12的中心线与挂车14的中心线之间的夹角为0，也就是说牵引车12相对挂车14没有发生相对转动。当牵引车12与挂车14发生相对转动，第一端面122与第二端面144之间的夹角即为牵引车12与挂车14之间的转向夹角。

一些实施例中，多个信号接收器设置于牵引车12的第一端面122，多个信号发射器中的两个信号发射器的连线与挂车14的第二端面144相平行。如此，通过测量两个信号发射器的连线与第一端面122的夹角，等同于挂车14的第二端面144与牵引车12的第一端面122之间的夹角，即牵引车12与挂车14之间的转向夹角。

这样，相比现有技术中的其他夹角测量装置，一方面信号接收器与信号发射器均位于鞍座外部，便于装拆；另一方面，可以有效解决光学测距夜间无法使用，且容易受到周围环境的影响的问题；又一方面，通过传感器精确测距计算获得转向夹角，相比传统的夹角测量装置精确性及稳定性更高。

作为一种较佳的实施方式，处理单元18也设置于牵引车12，具体地，处理单元18设置于牵引车12的第一端面122。

一些实施例中，处理单元18还与电子控制单元(Electronic Control Unit，ECU)连接，电子控制单元可以根据牵引车与挂车之间的转向角度来控制牵引运输设备智能驾驶。

本发明一些实施例中，处理单元18用于根据多个信号接收器到每一信号发射器之间的距离计算信号发射器在信号接收器所形成的坐标系中的当前二维坐标或当前三维坐标。处理单元18还用于根据信号发射器的当前二维坐标或当前三维坐标、多个信号发射器彼此之间的距离和多个信号接收器彼此之间的距离计算两个信号发射器的连线与牵引车12的第一端面122之间的夹角，以获取牵引车12与挂车14之间的转向夹角。

具体地，可以在处理单元18中预设依据信号接收器建立相应的坐标系，并预设信号发射器之间的距离和信号接收器之间的距离。并在计算得到信号接收器到信号发射器的距离后，计算获取信号发射器的二维坐标或三维坐标。例如，一些实施例中，设置两个信号接收器，可以建立二维坐标系，具体例如两个信号接收器可以位于形成的二维坐标系的X轴和Y轴上。又例如，另一些实施例中，设置三个信号接收器，可以建立相应的三维坐标系。

计算获取信号发射器的二维坐标或三维坐标后，由于信号发射器相对挂车14固定，也就是说，信号发射器随挂车14发生转动，且两个信号发射器之间的连线与挂车14的第二端面144相平行，因此，计算获取两个信号发射器的连线与牵引车12的第一端面122之间的夹角，即为牵引车12的第一端面122与挂车14的第二端面144之间的夹角，也即为牵引车12与挂车14之间的转向夹角。

具体到一个实施例中，信号发射器和信号接收器分别为两个，两个信号发射器分别为第一信号发射器13a及第二信号发射器13b，两个信号接收器分别为第一信号接收器16a及第二信号接收器16b；根据以下公式计算所述牵引车12与所述挂车14之间的转向夹角为：

可以理解，信号发射器和信号接收器的位置可以互换，例如，在一些实施例中，多个信号接收器相对挂车14固定，多个信号发射器装设于牵引车12的第一端面122，且面向多个信号接收器设置，但多个信号接收器中的两个信号接收器的连线与挂车14的第二端面144相平行。如此，同样也可以计算获得牵引车12与挂车14之间的转向夹角。

还可以理解，前述的实施例中，计算牵引车12与挂车14之间的而转向夹角是以牵引车12为基准，计算挂车14相对牵引车12旋转的转向角度。在另一些实施例中，也可以是以挂车14为基准，计算牵引车12相对挂车14旋转的转向角度，在此不作限定。例如，以牵引车12为基准，前述的坐标系的建立是基于设置于牵引车12上的信号接收器或信号发射器形成的坐标系；以挂车14为基准，前述的坐标系可以是建议基于相对挂车14固定的信号接收器或信号发射器形成的坐标系。

本发明的一些实施例中，牵引运输设备还包括制动系统，制动系统包括供气装置、制动气室及用于控制挂车14的轮轴总成制动的制动装置；供气装置设置于牵引车12，制动气室设置于挂车14，供气装置通过连接管路11与制动气室连接，制动气室用于控制制动装置制动或解除制动。连接管路11远离供气装置的一端设有气管接头112，挂车14的第二端面144设有与气管接头112相配的进气端口；信号发射器装设于对应的气管接头112，当气管接头112配接于进气端口，信号发射器相对挂车14固定。

这样，在更换牵引车12或挂车14后，将连接管路11配接于相应的进气端口即可使信号发射器相对挂车14固定，装拆便利，无需对挂车14做任何改装，能够适应所有挂车14，可有效避免牵引车12和挂车14更换带来的问题发生。

可以理解，在另一些实施例中，亦可将信号发射器设置于牵引车12，气管接头112上装设有相应的信号接收器，在此不作限定。

基于上述的夹角测量系统，本发明的实施例还提供一种牵引运输设备。

该牵引运输设备包括牵引车12、挂车14及上述实施例中的夹角测量系统。牵引车12具有鞍座，挂车14具有牵引销，牵引车12的鞍座通过与挂车14的牵引销的配合或分离实现牵引车12与挂车14之间的接驳或脱挂。

上述夹角测量系统及牵引运输设备，相比现有技术中的其他夹角测量装置，一方面信号接收器与信号发射器均位于鞍座外部，便于装拆且不用改装挂车14，适用于各种类型的挂车14；另一方面，可以有效解决光学测距夜间无法使用，且容易受到周围环境的影响的问题；又一方面，通过传感器精确测距计算获得转向夹角，相比传统的夹角测量装置精确性及稳定性更高。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种夹角测量系统，设置于牵引运输设备，所述牵引运输设备包括牵引车和挂车，所述夹角测量系统用于测量所述牵引车与所述挂车相对转动形成的转向夹角，其特征在于，所述夹角测量系统包括多个信号发射器、多个信号接收器及处理单元；

所述多个信号发射器相对所述挂车固定；

所述处理单元分别与所述多个信号接收器及所述多个信号发射器连接，所述处理单元被配置为根据所述多个信号接收器与所述多个信号发射器之间的检测信号确定所述多个信号接收器到每一所述信号发射器之间的距离，并根据所述信号接收器到所述信号发射器之间的距离、所述多个信号发射器彼此之间的距离和所述多个信号接收器彼此之间的距离计算所述牵引车与所述挂车之间的转向夹角。

2.根据权利要求1所述的夹角测量系统，其特征在于，所述检测信号为超声波信号。

3.根据权利要求1所述的夹角测量系统，其特征在于，所述牵引车的驾驶室具有朝向所述挂车的第一端面，所述挂车具有与所述第一端面相对设置的第二端面；

4.根据权利要求3所述的夹角测量系统，其特征在于，所述牵引运输设备还包括制动系统，所述制动系统包括供气装置、制动气室及用于控制所述挂车的轮轴总成制动的制动装置；

5.根据权利要求1所述的夹角测量系统，其特征在于，所述处理单元设置于所述牵引车。

6.根据权利要求1所述的夹角测量系统，其特征在于，所述处理单元还与电子控制单元连接。

7.根据权利要求2～6任一项所述的夹角测量系统，其特征在于，所述处理单元用于根据所述多个信号接收器到每一所述信号发射器之间的距离计算所述信号发射器在所述信号接收器所形成的坐标系中的当前二维坐标或当前三维坐标；

8.根据权利要求7所述的夹角测量系统，其特征在于，所述信号发射器为两个，分别为第一信号发射器及第二信号发射器，所述信号接收器为两个，分别为第一信号接收器及第二信号接收器；

9.一种夹角测量系统，设置于牵引运输设备，所述牵引运输设备包括牵引车和挂车，所述夹角测量系统用于测量所述牵引车与所述挂车相对转动形成的转向夹角，其特征在于，所述夹角测量系统包括处理单元、多个信号发射器及多个信号接收器；

所述多个信号接收器相对所述挂车固定；

10.根据权利要求9所述的夹角测量系统，其特征在于，所述牵引车的驾驶室具有朝向所述挂车的第一端面，所述挂车具有与所述第一端面相对设置的第二端面；

11.牵引运输设备，其特征在于，包括：

牵引车；

挂车，通过牵引销与所述牵引车接驳或脱挂；及

权利要求1～10任一项所述的夹角测量系统。