CN111824260A - 一种后轮具有倒车动力的半挂车辆及倒车方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种后轮具有倒车动力的半挂车辆及倒车方法，包括ECU以及能够测量方向盘转角的转角传感器，半挂车最后端的一对车轮为两个能独立驱动的电动轮；ECU能够根据转角传感器的信息计算出牵引车中前轮的偏角，进而计算出半挂车朝侧后方倒车时的转弯半径，进一步测算出两个电动轮之间的速度差值，并控制两个电动轮以不同速度主动行走，以实现转向倒车。

Description

一种后轮具有倒车动力的半挂车辆及倒车方法
技术领域
本公开属于车辆技术领域，具体涉及一种后轮具有倒车动力的半挂车辆及倒车方法。
背景技术
近十几年来，随着公路设施的不断规划、建设完善、人们对许多物资的需求不断增加，公路运输业处在高速发展阶段，公路运输逐渐变成了一种重要的运输模式。运输吨位大、运输成本低、运输效率高的半挂汽车列车，已逐渐占据公路运输的大部分份额。
发明人了解到，半挂车辆本身的构造拥有重量大、质心高及鞍座处相互耦合的特点，使半挂汽车列车在倒车转向过程中存在着非线性、不稳定性、非确定性等因素。容易发生折叠、碰撞等危险情况。另外半挂汽车列车车身太长，盲区太大，导致倒车难度大，完成一次倒车转向需要驾驶员有丰富的驾车经验以及高水平的驾驶技巧。
发明内容
本公开的目的是提供一种后轮具有倒车动力的半挂车辆，能够至少解决上述技术问题之一。
为实现上述目的，本公开的第一方面提供一种后轮具有倒车动力的半挂车辆，包括ECU以及能够测量方向盘转角的转角传感器，半挂车最后端的一对车轮为两个能独立驱动的电动轮；ECU能够根据转角传感器的信息计算出牵引车中前轮的偏角，进而计算出半挂车朝侧后方倒车时的转弯半径，进一步测算出两个电动轮之间的速度差值，并控制两个电动轮以不同速度主动行走，以实现转向倒车。
本公开的第二方面提供一种半挂车倒车方法，包括以下步骤：
以牵引车前轮偏角、牵引车与半挂车尺寸及半挂车后端两电动轮的速度差值为参数，建立半挂车辆的转向数据模型；倒车过程中，在需要转向时，将方向盘转动；
ECU读取转角传感器的数值，判断此时的牵引车前轮偏角，计算出牵引车的转向半径；根据前车的转向半径来计算出对应的半挂车后端两电动轮之间的速度差；
控制两个电动轮以设定速度差行走，实现差速转向；半挂车主动倒车转向的时，带动牵引车同步运动，以实现半挂车辆的倒车转向。
进一步的,所述转向数据模型为：
Figure BDA0002612791420000021
其中，V差为两个电动轮之间的速度差值，V外为背离转向中心的外侧电动轮的速度，V内为靠近转向中心的内侧电动轮的速度，K1为半挂车轮距、K2为牵引车轮距、L1为半挂车后轴到鞍座中心的距离、L2为牵引车前后轴的间距、α1为牵引车前轮偏角，M为牵引车后轴到鞍座的距离。
以上一个或多个技术方案的有益效果：
利用挂车上的轮毂电机驱动挂车后向行驶，并带动牵引车后向行驶，避免采用牵引车后推挂车后向行驶时的不稳定状态。驾驶员操作方向盘控制牵引车的转向，同时ECU控制挂车进行差速转向，实现半挂汽车列车倒车转向类似于单体车后向转弯一样简单。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。
图1是本公开实施例1中整体结构示意图；
图2是本公开实施例2中倒车轨迹示意图；
图3是本公开实施例2中倒车的流程示意图。
其中，1、牵引车右前轮；2、倒车按键；3、转角传感器；4、ECU；5、第一轮毂电机；6、第二轮毂电机；7、挂车车轴；8、挂车右后轮；9、挂车左后轮；11、蓄电池组；11、牵引车左前轮。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
目前，国内主要研究半挂汽车列车行驶稳定性、操纵稳定性及轨迹追踪等方面的技术，针对半挂汽车列车倒车方面的研究还比较少。因此需要一种有效的半挂汽车列车倒车辅助装置，降低半挂汽车列车驾驶员倒车时的操作难度，提高驾驶员的工作效率，保证半挂汽车列车快速简便、安全稳定地完成倒车动作。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种后轮具有倒车动力的半挂车辆。可以理解的是，半挂车辆的具体结构属于现有技术，其包括用于实现牵引的牵引车以及用于装货的半挂车，牵引车尾部设置鞍座7，实现半挂车与牵引车的铰接，挂车上设置挂车车轴7。鞍座7将牵引车的动力传递至半挂车中，半挂车中的车轮为从动轮且不具有转向功能。
本实施例以图1中具有两对车轮的牵引车以及具有一对车轮的半挂车为例进行描述：
在现有半挂车辆的基础上，本实施中还应包括ECU4以及能够测量方向盘转角的转角传感器3，半挂车最后端的一对车轮为两个能独立驱动的电动轮；如图中的挂车右后轮8和挂车左后轮9。
ECU4能够根据转角传感器3的信息计算出牵引车中前轮的偏角，进而计算出半挂车朝侧后方倒车时的转弯半径，进一步测算出两个电动轮之间的速度差值，并控制两个电动轮以不同速度主动行走，以实现转向倒车。前轮如图中的牵引车左前轮11和牵引车右前轮1。
可以理解的是，转角传感器3可以安装在牵引车的方向盘处，转角传感器3为编码器。方向盘的转动角度与牵引车前轮的偏角与数据对应关系，通过换算可以得出前轮偏角。
可以理解的是，本实施例中ECU4中应预先设置相应的计算程序，储存计算模型，通过读取前轮的偏角来直接得到所需的半挂车后端两电动轮之间的速度差值。
需要指出的是，本实施例中电动轮与普通半挂车中车轮一样，不具有转向功能，为非转向轮，因此，半挂车的主动转向依靠两个电动轮之间的差速行走来实现。
可以理解的是，电动轮为不需要发动机经3传动系统驱动就可以实现转动的行走轮，在本实施例中电动轮中具有轮毂电机(如图中的第一轮毂电机5和第二轮毂电机6)，轮毂电机与车轴同轴固定，车轴通过半挂车的底盘实现支撑。可以理解的是，电动轮需要电能驱动，在本实施例中，所述蓄电池通过牵引车的发动机供电，蓄电池安装在半挂车的底盘处。
所述ECU4与转角传感器3、轮毂电机之间分别通过信号连接，轮毂电机通过蓄电池组11供电。
可以理解的是，本实施例中ECU4、轮毂电机及转角传感器3可以通过CAN总线实现通信过程，在其他实施方式中，其通信模式可由本领域技术人员自行设置。
所述牵引车的中控台处设置有倒车按键2，倒车按键2与ECU4信号连接。
实施例2
如图2-图3所示，本实施例提供一种半挂车倒车方法，包括以下步骤：
以牵引车前轮偏角、牵引车与半挂车尺寸及半挂车后端两个电动轮之间的速度差值为参数，建立半挂车辆的转向数据模型；
所述转向数据模型为：
Figure BDA0002612791420000051
其中，V差为两个电动轮之间的速度差值，V外为背离转向中心的外侧电动轮的速度，V内为靠近转向中心的内侧电动轮的速度，K1为半挂车轮距、K2为牵引车轮距、L1为半挂车后轴到鞍座中心的距离、L2为牵引车前后轴的间距、α1为牵引车前轮偏角，M为牵引车后轴到鞍座的距离。
倒车过程中，在需要转向时，将方向盘转动；直线倒车时不打方向盘；
ECU读取转角传感器的数值，判断此时的牵引车前轮偏角，计算出牵引车的转向半径；转向半径
Figure BDA0002612791420000061
与牵引车前轮偏角的对应关系为：
Figure BDA0002612791420000062
根据前车的转向半径来计算出对应的半挂车后端两电动轮之间的速度差；控制两个电动轮以设定速度差行走，实现差速转向；半挂车主动倒车转向时，带动牵引车同步运动，以实现半挂车辆的倒车转向。
以下根据图示标注参数，进行转向数据模型的推导过程：
O—转向中心；A—半挂车后轴中点；B—鞍座(牵引车与半挂车铰接点)；
C—牵引车后轴中点；α1—牵引车右前轮转动角度；α2—牵引车左前轮转动角度；
L1—半挂车后轴到鞍座距离；L2—牵引车前后轴间距；K1—半挂车轮距；
K2—牵引车轮距；M—牵引车后轴到鞍座的距离；R—半挂车后轴中点到转向中心的距离；D/2—转弯半径；b—转向节臂长；r-车轮半径。
由图2几何关系知：
Figure BDA0002612791420000063
因为b远小于D值，所以b值可以忽略不计。
所以
Figure BDA0002612791420000071
R与α1的函数关系：
由图2得：
Figure BDA0002612791420000072
OB2＝BC2+OC2
OB2＝AB2+OA2。
所以，BC2+OC2＝AB2+OA2。
即
Figure BDA0002612791420000073
Figure BDA0002612791420000074
根据逆推方法可以求得带有动力倒车系统的半挂汽车列车的倒车转弯半径与传统半挂汽车列车的正向行驶转弯半径相同，都为
Figure BDA0002612791420000075
半挂车内侧车轮所走过的圆周半径：
Figure BDA0002612791420000076
将上式代入式(4)得半挂车内侧车轮所在圆的半径与α1的关系：
Figure BDA0002612791420000077
半挂车外侧车轮所走过的圆周半径:
Figure BDA0002612791420000078
将上式代入式(4)得半挂车外侧车轮所在圆的半径与α1的关系:
Figure BDA0002612791420000081
半挂汽车列车倒车时视为匀速，直角弯倒车时以内轮速V内为标准，经过T时间后半挂汽车列车完成倒车一圈，则:
Figure BDA0002612791420000082
半挂车内侧车轮轮速：
Figure BDA0002612791420000083
半挂车外侧车轮轮速:
Figure BDA0002612791420000084
由式(7)、式(8)和式(9)可以得出半挂车内外侧轮速差V差；
Figure BDA0002612791420000085
V外＝V内+V差 (11)；
具体的，如图3所示，驾驶员按下倒车按键，转角传感器来检测方向盘的转动角度的绝对值，若绝对值为零，则表明方向盘将牵引车打正，前轮没有偏角，两侧轮毂电机以相同的速度转动，带动牵引车直线后向行驶，不需要进行差速操作。若绝对值大于零，则判断车前轮是向左前方还是右前方偏转，若向左前方偏转，以半挂车后端左侧电动轮为内侧车轮；反之以半挂车后端右侧电动轮为内侧车轮。控制内侧车轮为恒速转动，并根据公式(11)控制外侧车轮的速度。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种后轮具有倒车动力的半挂车辆，其特征在于，包括ECU以及能够测量方向盘转角的转角传感器，半挂车最后端的一对车轮为两个能独立驱动的电动轮；
ECU能够根据转角传感器的信息计算出牵引车中前轮的偏角，进而计算出半挂车朝侧后方倒车时的转弯半径，进一步测算出两个电动轮之间的速度差值，并控制两个电动轮以不同速度主动行走，以实现转向倒车。
2.根据权利要求1所述的后轮具有倒车动力的半挂车辆，其特征在于，牵引车与半挂车通过鞍座来实现铰接。
3.根据权利要求1所述的后轮具有倒车动力的半挂车辆，其特征在于，所述电动轮为非转向轮，电动轮中具有轮毂电机。
4.根据权利要求3所述的后轮具有倒车动力的半挂车辆，其特征在于，所述ECU与转角传感器、轮毂电机之间分别通过信号连接，轮毂电机通过蓄电池组供电。
5.根据权利要求4所述的后轮具有倒车动力的半挂车辆，其特征在于，所述蓄电池通过牵引车的发动机供电，蓄电池安装在半挂车的底盘处。
6.根据权利要求1所述的后轮具有倒车动力的半挂车辆，其特征在于，所述转角传感器安装在牵引车的方向盘处，所述转角传感器为编码器。
7.根据权利要求1所述的后轮具有倒车动力的半挂车辆，其特征在于,所述牵引车的中控台处设置有倒车按键，倒车按键与ECU信号连接。
8.一种半挂车倒车方法，其特征在于，包括以下步骤：
以牵引车前轮偏角、牵引车与半挂车尺寸及半挂车后端两个电动轮之间的速度差值为参数，建立半挂车辆的转向数据模型；
倒车过程中，在需要转向时，将方向盘转动；直线倒车时不打方向盘；
ECU读取转角传感器的数值，判断此时的牵引车前轮偏角，计算出牵引车的转向半径；
根据前车的转向半径来计算出对应的半挂车后端两电动轮之间的速度差；
控制两个电动轮以设定速度差行走，实现差速转向；
半挂车主动倒车转向时，带动牵引车同步运动，以实现半挂车辆的倒车转向。
9.根据权利要求8所述的半挂车倒车方法，其特征在于,所述转向数据模型为：
Figure FDA0002612791410000021
其中，V差为两个电动轮之间的速度差值，V外为背离转向中心的外侧电动轮的速度，V内为靠近转向中心的内侧电动轮的速度，K1为半挂车轮距、K2为牵引车轮距、L1为半挂车后轴到鞍座中心的距离、L2为牵引车前后轴的间距、α1为牵引车前轮偏角，M为牵引车后轴到鞍座的距离。
10.根据权利要求8所述的半挂车倒车方法，其特征在于，转向半径
Figure FDA0002612791410000022
与牵引车前轮偏角的对应关系为：
Figure FDA0002612791410000023
其中，L2为牵引车前后轴的间距、α1为牵引车前轮偏角。
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