CN112848822B - 一种测量挂车车头与货箱夹角的拉线装置及其测量方法 - Google Patents

一种测量挂车车头与货箱夹角的拉线装置及其测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种测量挂车车头与货箱夹角的拉线装置及其测量方法，拉线装置包括车头牵引座、第一拉线电机、第二拉线电机、货箱固定座及大梁、货箱连接支架、控制器；第一拉线电机和第二拉线电机左右对称安装在车头牵引座尾部；货箱固定座及大梁前部中心与牵引座轴心相连接；两个货箱连接支架对称布置，其上方与货箱固定座及大梁后部相连接；两个货箱连接支架下部对称设有拉线点，与第一拉线电机和第二拉线电机伸出的拉线分别连接；第一拉线电机和第二拉线电机上拉线长度传感器测量并向控制器传输相应拉线电机的拉线长度变化量，控制器根据几何关系计算挂车车头与货箱的夹角。本发明可以单独测量挂车车头与货箱的水平夹角且可避免货箱俯仰角度干扰。

Description

一种测量挂车车头与货箱夹角的拉线装置及其测量方法
技术领域
本发明涉及一种测量车头与车厢夹角的装置及方法，尤其涉及一种测量挂车车头与货箱夹角的拉线装置及其测量方法。
背景技术
我国自动驾驶技术正在快速发展，挂车的编队驾驶是自动驾驶中一种重要的技术。在挂车的编队行驶中需要获取后车与前车车头、货箱之间的相对位置关系，用于编队驾驶中更进一步的车辆轨迹控制以及横纵向控制。通常，货箱安装有相对定位装置，此时需要有另一个装置协同测量车头位置，其中一种典型的方法为测量车头与货箱夹角，根据车头与货箱之间的几何关系计算车头实际位置。但目前并没有直接测量挂车车头、货箱夹角的装置，常采用其他传感器组合进行测量，成本较高，方案较为复杂。
发明内容
为解决上述现有技术中成本较高、方案较为复杂的问题，本发明提供一种测量挂车车头与货箱夹角的拉线装置及其测量方法，其能单独测量挂车车头与货箱的水平夹角。
本发明的具体技术方案如下：
一种测量挂车车头与货箱夹角的拉线装置，其特征在于，所述拉线装置包括车头牵引座、第一拉线电机、第二拉线电机、货箱固定座及大梁、货箱连接支架、控制器；
所述第一拉线电机和所述第二拉线电机以所述车头牵引座上的牵引座轴心为中心左右对称安装在所述车头牵引座尾部；
所述货箱固定座及大梁前部中心与所述牵引座轴心相连接；货箱能够围绕所述牵引座轴心水平旋转及上下摆动；
两个所述货箱连接支架以所述牵引座轴心为中心对称布置，其上方与所述货箱固定座及大梁后部相连接；两个所述货箱连接支架下部对称设有拉线点，通过所述拉线点与所述第一拉线电机和所述第二拉线电机伸出的拉线分别连接；
所述第一拉线电机和所述第二拉线电机上分别固接拉线长度传感器，所述拉线长度传感器与所述控制器数据相连，所述拉线长度传感器测量并向所述控制器传输相应拉线电机的所述拉线长度变化量，所述控制器根据几何关系计算挂车车头与货箱的夹角。
进一步地，所述拉线装置还包括拉线电机安装支架，所述车头牵引座底部为安装板，所述第一拉线电机和所述第二拉线电机通过所述拉线电机安装支架安装在所述安装板上。
进一步地，所述第一拉线电机和所述第二拉线电机通过所述拉线电机安装支架与所述安装板螺栓连接。
本发明还公开了一种利用拉线装置测量挂车车头与货箱夹角的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1、标定几何关系；
测量前，预先标定拉线原始长度D1，D2，标定牵引座轴心、第一拉线电机和第二拉线电机、拉线点的相对位置，标定坐标原点为牵引座轴心O(0，0，0)，第一拉线电机 E1(Ex1，Ey1，Ez1)、第二拉线电机E2(Ex2，Ey2，Ez2)，两个拉线点位置 P1(Px1，Py1，Pz1)、P2(Px2，Py2，Pz2)；牵引座轴心O与拉线点距离 OP1，OP2长度，记为L1，L2；
S2、求解拉线点位置；
测量时，拉线长度传感器检测拉线长度变化量d1，d2，并传递给控制器；求解新拉线点P′1，P′2点坐标 P′1(Px′1，Py′1，Pz′1)，P′2(Px′2，Py′2，Pz′2)；
S3、求解夹角大小；
定义挂车车头与货箱初始位置为夹角0°，实际挂车车头与货箱水平夹角大小可采用如下公式计算：
Figure BDA0002952773180000031
S4、根据长度变化量确定货箱偏转方向；
实际旋转方向根据d1，d2大小关系确定，货箱向d小的一侧旋转。
进一步地，在步骤S2中，求解新拉线点P′1，P′2点坐标的方程为：
Figure BDA0002952773180000032
该方程组展开为
Figure BDA0002952773180000041
解得新拉线点P′1，P′2点坐标P′1(Px′1，Py′1，Pz′1)，P′2(Px′2，Py′2，Pz′2)。
本发明的有益效果：
本发明可通过简单的装置单独测量挂车车头与货箱的水平夹角，且可避免货箱俯仰角度干扰，该拉线装置成本较低，夹角的测量方法简单快捷。而且本发明中用于角度计算的公式，考虑了货箱上下摆动带来的长度变化，可以避免货箱上下摆动带来的误差，求解出货箱水平方向的夹角。
附图说明
图1为本发明测量挂车车头与货箱夹角的拉线装置结构示意图；
图2为本发明中拉线长度传感器安装位置示意图；
图3为本发明拉线装置与货箱连接侧面示意图；
图4为本发明中拉线装置与货箱连接侧面放大图；
图5为本发明中建立坐标系及标定长度示意图；
图6为本发明测量挂车车头与货箱夹角方法流程图。
其中：1-车头牵引座、1.1-牵引座轴心、1.2-安装板、2-第一拉线电机、3-第二拉线电机、4-拉线电机安装支架、5-货箱固定座及大梁、6-货箱连接支架、6.1-拉线点。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本申请的技术方案，以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
本申请文件中的上、下、左、右、前和后等方位用语是基于附图所示的位置关系而建立的。附图不同，则相应的位置关系也有可能随之发生变化，故不能以此理解为对保护范围的限定。
本发明中，术语“安装”、“相连”、“相接”、“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，也可以是一体地连接，也可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通信，也可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元器件内部的联通，也可以是两个元器件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本实施例记载了一种测量挂车车头与货箱夹角的拉线装置及其测量方法，通过拉线装置实现挂车车头与货箱之间的相应测量，进而计算挂车车头与货箱的夹角。
如图1至图4所示，该拉线装置包括车头牵引座1、第一拉线电机2、第二拉线电机3、拉线电机安装支架4、货箱固定座及大梁5、货箱连接支架6、控制器，在车头牵引座1的尾部，第一拉线电机2 和第二拉线电机3通过螺栓固定在拉线电机安装支架4上，且第一拉线电机2和第二拉线电机3以牵引座轴心1.1为中心左右对称布置。拉线电机安装支架4螺栓安装在车头牵引座1底部的安装板1.2上。货箱固定座及大梁5前部中心与牵引座轴心1.1相连接，货箱可围绕牵引座轴心1.1水平旋转，并可上下摆动。货箱连接支架6上方与货箱固定座及大梁5后部螺栓连接，且两个货箱连接支架6以牵引座轴心1.1为中心在货箱固定座及大梁5后部对称分布。第一拉线电机2 和第二拉线电机3伸出的拉线与两个货箱连接支架6下部对称设置的拉线点6.1分别连接。
当货箱左右转动以及上下摆动时，第一拉线电机2和第二拉线电机3的拉线可伸缩。在第一拉线电机2和第二拉线电机3上螺栓固接拉线长度传感器(如图2所示)，拉线长度传感器与控制器通过数据线相连，拉线长度传感器可测量相应拉线电机的拉线长度变化量，并通过数据线发送给控制器。控制器通过挂车车头与货箱之间的几何关系计算挂车车头与货箱水平方向的夹角。
车辆运行时货箱可与车头形成一定夹角，同时存在俯仰摆动，拉动拉线电机拉线，控制器读取拉线电机长度变化数据，并根据算法计算挂车车头与货箱夹角。如图5和图6所示，步骤如下：
步骤一：标定几何关系
在测量前，预先标定拉线原始长度D1，D2，标定牵引座轴心1.1、第一拉线电机2和第二拉线电机3、拉线点的相对位置，并根据如图 5示出的直角坐标系中标记坐标点位置，标定坐标原点为牵引座轴心 1.1 O(0，0，0)，第一拉线电机2和第二拉线电机3位置分别为 E1(Ex1，Ey1，Ez1)、E2(Ex2，Ey2，Ez2)，拉线点位置 P1(Px1，Py1，Pz1)、P2(Px2，Py2，Pz2)。
由于第一拉线电机2和第二拉线电机3对称安装，
Ex1＝Ex2，Ey1＝-Ey2，Ez1＝Ez2；
Px1＝Px2，Py1＝-Py2，Pz1＝Pz2。
同时可计算出牵引座轴心1.1O与拉线点距离OP1，OP2长度，记为 L1，L2。
步骤二：求解拉线点位置
测量时，拉线长度传感器检测拉线长度变化量d1，d2，并传递给控制器。求解以下方程数值解，得到新拉线点P′1，P′2点坐标 P′1(Px′1，Py′1，Pz′1)，P′2(Px′2，Py′2，Pz′2)。
Figure BDA0002952773180000071
该方程组表示(1)两拉线点到牵引座轴心1.1距离不变；(2)两拉线点与对应拉线电机距离为测量值；(3)两拉线点之间距离不变；(4)两拉线点垂直高度相同。
该方程组展开为
Figure BDA0002952773180000072
使用求解该方程数值解，可以解得新拉线点P′1，P′2点坐标 P′1(Px′1，Py′1，Pz′1)，P′2(Px′2，Py′2，Pz′2) 。
求解该方程数值解的一种较为简单的方法为枚举Pz′1＝Pz′2＝z，再根据前四个方程计算P1′，P2′坐标，最后使用第五个方程验证是否符合需求，根据精度需求可以调整枚举z的步长大小。
步长指枚举z时，两个不同的z之间的间隔。如解方程枚举z的区间为-0.1m到0.1m，精度要求不高时，可采取0.05m一个区间进行枚举，分别为-0.1、-0.05、0、0.05、0.1；精度要求高时，采取0.01 为间隔，-0.1、-0.09、-0.08、-0.07...这两个例子中的0.05和0.01即称为步长。
步骤三：求解夹角大小
定义挂车车头与货箱初始位置为夹角0°，实际挂车车头与货箱水平夹角大小可采用如下公式计算：
Figure BDA0002952773180000081
步骤四：根据长度变化量确定货箱偏转方向
实际旋转方向根据d1，d2大小关系确定，货箱向d小的一侧旋转。即，当d1＜d2时，货箱向第一拉线电机2一侧旋转，当d1＞d2时，货箱向第二拉线电机3一侧旋转，当d1＝d2时，货箱没有旋转。
虽然上面结合本发明的优选实施例对本发明的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本发明的示意性实现方式的解释，并非对本发明包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本发明范围的限制，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本发明保护范围之内。

Claims (5)

1.一种测量挂车车头与货箱夹角的方法，其特征在于，所述方法首先将第一拉线电机（2）和第二拉线电机（3）以车头牵引座（1）上的牵引座轴心（1.1）为中心左右对称安装在所述车头牵引座（1）尾部；
将货箱固定座及大梁（5）安装在货箱后部，连接所述货箱固定座及大梁（5）前部中心与所述牵引座轴心（1.1）；所述货箱能够围绕所述牵引座轴心（1.1）水平旋转及上下摆动；
以所述牵引座轴心（1.1）为中心对称布置两个货箱连接支架（6），连接所述货箱连接支架（6）上方和所述货箱固定座及大梁（5）后部；两个所述货箱连接支架（6）下部对称设置拉线点（6.1），两个所述拉线点（6.1）与所述第一拉线电机（2）和所述第二拉线电机（3）伸出的拉线分别连接；
其次，所述第一拉线电机（2）和所述第二拉线电机（3）上分别固接拉线长度传感器，所述拉线长度传感器与控制器数据相连；
挂车车头与货箱夹角测量过程如下：
S1、标定几何关系；
测量前，预先标定拉线原始长度
Figure 135344DEST_PATH_IMAGE001
，标定牵引座轴心（1.1）、第一拉线电机（2）和第二拉线电机（3）、拉线点的相对位置，标定坐标原点为牵引座轴心（1.1
Figure 890810DEST_PATH_IMAGE002
，第一拉线电机（2
Figure 483465DEST_PATH_IMAGE003
，两个拉线点位置
Figure 49707DEST_PATH_IMAGE004
；牵引座轴心（1.1）O与拉线点距离
Figure 993392DEST_PATH_IMAGE005
长度，记为
Figure 286970DEST_PATH_IMAGE006
；
S2、求解拉线点位置；
测量时，拉线长度传感器检测拉线长度变化量
Figure 999711DEST_PATH_IMAGE007
，并传递给控制器；求解新拉线点
Figure 720543DEST_PATH_IMAGE008
点坐标
Figure 392003DEST_PATH_IMAGE009
,
Figure 223692DEST_PATH_IMAGE010
S3、求解夹角大小；
定义挂车车头与货箱初始位置为夹角0°，实际挂车车头与货箱水平夹角大小采用如下公式计算：
Figure 56519DEST_PATH_IMAGE011
；
S4、根据长度变化量确定货箱偏转方向；
实际旋转方向根据
Figure 948252DEST_PATH_IMAGE012
大小关系确定，货箱向拉线长度变化量小的一侧旋转。
2.根据权利要求1所述的测量挂车车头与货箱夹角的方法，其特征在于，在步骤S2中，求解新拉线点
Figure 600950DEST_PATH_IMAGE008
点坐标的方程组为：
Figure 252642DEST_PATH_IMAGE013
该方程组展开为
Figure 408817DEST_PATH_IMAGE014
解得新拉线点
Figure 110932DEST_PATH_IMAGE008
点坐标
Figure 985347DEST_PATH_IMAGE009
,
Figure 689998DEST_PATH_IMAGE015
。
3.一种执行上述权利要求1至2中任一项所述的测量挂车车头与货箱夹角的方法的拉线装置，其特征在于，所述拉线装置包括车头牵引座（1）、第一拉线电机（2）、第二拉线电机（3）、货箱固定座及大梁（5）、货箱连接支架（6）和控制器；
所述第一拉线电机（2）和所述第二拉线电机（3）以所述车头牵引座（1）上的牵引座轴心（1.1）为中心左右对称安装在所述车头牵引座（1）尾部；
所述货箱固定座及大梁（5）前部中心与所述牵引座轴心（1.1）相连接；货箱能够围绕所述牵引座轴心（1.1）水平旋转及上下摆动；
两个所述货箱连接支架（6）以所述牵引座轴心（1.1）为中心对称布置，其上方与安装在所述货箱后部的所述货箱固定座及大梁（5）后部相连接；两个所述货箱连接支架（6）下部对称设有拉线点（6.1），通过所述拉线点（6.1）与所述第一拉线电机（2）和所述第二拉线电机（3）伸出的拉线分别连接；
所述第一拉线电机（2）和所述第二拉线电机（3）上分别固接拉线长度传感器，所述拉线长度传感器与所述控制器数据相连。
4.根据权利要求3所述的执行上述权利要求1至2中任一项所述的测量挂车车头与货箱夹角的方法的拉线装置，其特征在于，所述拉线装置还包括拉线电机安装支架（4），所述车头牵引座（1）底部为安装板（1.2），所述第一拉线电机（2）和所述第二拉线电机（3）通过所述拉线电机安装支架（4）安装在所述安装板（1.2）上。
5.根据权利要求4所述的执行上述权利要求1至2中任一项所述的测量挂车车头与货箱夹角的方法的拉线装置，其特征在于，所述第一拉线电机（2）和所述第二拉线电机（3）通过所述拉线电机安装支架（4）与所述安装板（1.2）螺栓连接。
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