CN113022432B

CN113022432B - 一种针对外部环境的半挂汽车列车盲区轨迹预警方法及装置

Info

Publication number: CN113022432B
Application number: CN202110356795.XA
Authority: CN
Inventors: 康小鹏; 谭阳; 李治勇; 许辉; 胡淇元; 秦林; 汪博海
Original assignee: Chengdu University
Current assignee: Chengdu University
Priority date: 2021-04-01
Filing date: 2021-04-01
Publication date: 2022-12-20
Anticipated expiration: 2041-04-01
Also published as: CN113022432A

Abstract

本发明公开了一种针对外部环境的半挂汽车列车盲区轨迹预警方法及装置，涉及车辆行驶安全技术领域，其具有牵引车左侧、半挂车左侧、牵引车右侧和半挂车右侧四个内轮差覆盖区域映射点位，每个点位具有前后两个一字激光灯，所形成的预警装置可大幅增加转弯预警面积，并对半挂汽车列车转弯时未经过路径进行提前预警，增加了行人或非机动车辆的反应时间，极大减少了安全隐患；装置预警区域基于对转弯内轮差的实时计算，预警区域随车辆行驶状态动态调节，更加准确。

Description

一种针对外部环境的半挂汽车列车盲区轨迹预警方法及装置

技术领域

本发明涉及车辆行驶安全技术领域，具体而言，涉及一种针对外部环境的半挂汽车列车盲区轨迹预警方法及装置。

背景技术

半挂汽车列车在转弯时由于轴距过长存在较大的内轮差，在行驶时对处于内轮差覆盖区域的行人或非机动车辆存在极大的安全隐患。目前常见的转弯预警装置主要的问题和缺陷如下：以提醒驾驶员为主，多见于车内的辅助提醒装置或后视镜辅助控制装置，对外部行人或非机动车辆预警不够；车外预警系统预警范围局限于当前车辆车身长度范围(见图1中S1区域)，无法对即将经过路径(见图1中S2区域)上的行人或非机动车辆起到提前预警作用；没有考虑车辆倒车转弯时外侧的内轮差覆盖区域(见图1中S3区域)预警和倒车盲区(见图1中S4区域)预警。

发明内容

本发明在于提供一种针对外部环境的半挂汽车列车盲区轨迹预警方法及装置，其能够缓解上述问题。

为了缓解上述的问题，本发明采取的技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种针对外部环境的半挂汽车列车盲区轨迹预警方法，包括：

设定转角阈值；

在半挂汽车列车转弯行驶，且半挂汽车列车方向盘转角大于所述转角阈值时，根据半挂汽车列车自身结构参数，计算牵引车转弯时的内轮差；

根据所述内轮差，通过激光灯在地面映射出内轮差覆盖区域，以实现针对外部环境的盲区轨迹预警。

本方案的技术效果是：利用激光灯在地面映射出内轮差覆盖区域，实现了提前预警，半挂汽车列车外部环境的路人或驾驶员能直观的观察到内轮差覆盖区域，继而增加了反应时间，极大的减少了安全隐患；基于对转弯内轮差的实时计算，预警区域随车辆行驶状态动态调节，更加准确；采用了基于视觉的激光预警方式，可在地面直接映射出车辆的内轮差覆盖区域，形式上比单独的声音预警更直观，声光预警结合使用效果更好。

在本发明的一较佳实施方式中，所述结构参数包括牵引车轴距L1和牵引车前轮转角α，所述内轮差的计算公式为

m＝L1*(1-cosα)/sinα

其中，m为内轮差。

本方案的技术效果是：该计算公式计算内轮差所使用的参数较少，获取简单，结构参数为出厂已知，方向盘转角信号对于自带转角传感器的车辆可以直接调用数据；对于需要额外安装转角传感器的车辆，其结构简单，成本较低。

在本发明的一较佳实施方式中，所述激光灯为一字激光灯。

本方案的技术效果是：一字激光灯相对于现有的点式灯，便于在地面更好的映射出完整的内轮差覆盖区域。

在本发明的一较佳实施方式中，所述激光灯在映射出内轮差覆盖区域时处于闪烁状态。

本方案的技术效果是：闪烁灯相对于不闪烁的灯具有更好的警示作用。

第二方面，本发明还提供了一种针对外部环境的半挂汽车列车盲区轨迹预警装置，包括：

转角传感器，用于测量半挂汽车列车方向盘转角数据；

四个一字激光灯组，用于在地面映射出内轮差覆盖区域，它们分别通过对应的姿态调整组件安装于所述半挂汽车列车的牵引车左侧、半挂车左侧、牵引车右侧和半挂车右侧；所述姿态调整组件用于调节所述一字激光灯组至能在地面映射出内轮差覆盖区域的姿态；对于每一所述一字激光灯组，其包括一照射于靠前地面的一字激光灯和一照射于靠后地面的一字激光灯，且该两个一字激光灯安装于同一垂直于地面的纵向面；

单片机，用于接收所述半挂汽车列车方向盘转角数据、计算牵引车转弯时的内轮差、控制所述姿态调整组件动作、控制所述一字激光灯发光。

本方案的技术效果是：提供了一种针对外部环境的半挂汽车列车盲区轨迹进行预警的装置，其具有牵引车左侧、半挂车左侧、牵引车右侧和半挂车右侧四个内轮差覆盖区域映射点位，每个点位具有前后两个一字激光灯，所形成的预警装置可大幅增加转弯预警面积，并对半挂汽车列车转弯时未经过路径进行提前预警，增加了行人或非机动车辆的反应时间，极大减少了安全隐患；装置预警区域基于对转弯内轮差的实时计算，预警区域随车辆行驶状态动态调节，更加准确。

在本发明的一较佳实施方式中，八个所述一字激光灯的安装高度相同，且朝向均与地面倾斜。

本方案的技术效果是：为减少灯光在照射路径上被遮挡的概率并减少行车过程中泥水等对灯光照射效果的影响，激光灯安装位置应保证一定的离地高度。半挂车激光灯安装高度和牵引车保持一致可保证所有激光灯向地面倾斜角度一致，便于转动轴的批量加工，有效降低生产成本。

在本发明的一较佳实施方式中，当所述半挂汽车列车转弯时，所述单片机能从半挂汽车列车电控系统获取变速器档位信号，且通过该变速器档位信号判断所述半挂汽车列车为前进右转档、倒车右转档、前进左转档和倒车左转档中的一种；当所述半挂汽车列车为前进右转档时，所述牵引车右侧和半挂车右侧照射于靠前地面的一字激光灯在地面映射出内轮差覆盖区域；当所述半挂汽车列车为倒车右转档时，所述牵引车左侧、所述半挂车左侧和所述半挂车右侧照射于靠后地面的一字激光灯在地面映射出内轮差覆盖区域；当所述半挂汽车列车为前进左转档时，所述牵引车左侧和半挂车左侧照射于靠前地面的一字激光灯在地面映射出内轮差覆盖区域；当所述半挂汽车列车为倒车左转档时，所述牵引车右侧、所述半挂车左侧和所述半挂车右侧照射于靠后地面的一字激光灯在地面映射出内轮差覆盖区域。

本方案的技术效果是：车辆前进时，危险区域为转弯内侧；车辆倒退时，危险区域为外侧和后侧，因此本技术方案针对具体的工况进行了预警区域的区分。

在本发明的一较佳实施方式中，所述姿态调整组件包括底座板、舵机、轴承座和转轴，所述底座板固定于所述半挂汽车列车的侧部，所述舵机和轴承座固定于所述底座板，所述转轴垂直于地面布置，且一端同轴连接于所述舵机的转矩输出端，另一端通过轴承安装于所述轴承座；对于每一姿态调整组件，其对应的一字激光灯组固定于其转轴。

本方案的技术效果是：因同一组两个照射方向不同的激光灯不会同时参与工作，所以采用一根转轴同时调节前后两个激光灯的角度，结构简单，可减少装置零件数量，降低复杂程度。

在本发明的一较佳实施方式中，所述底座板为圆形板，其与对应的轴承座和舵机通过螺栓固定，所述转轴与对应的一字激光灯通过螺钉固定。

本方案的技术效果是：各部件之间装配可靠性高，且易于拆装，便于维护。

在本发明的一较佳实施方式中，位于半挂汽车列车的牵引车的舵机转动角度计算公式为

φ1＝arcsin(m/L1)

其中，φ1为位于半挂汽车列车的牵引车的舵机转动角度，m为内轮差，L1为牵引车轴距；

位于半挂汽车列车的半挂车的舵机转动角度计算公式为

φ2＝arcsin(m/L2)

其中，φ2为位于半挂汽车列车的半挂车的舵机转动角度，L2为牵引车与半挂车铰接点到半挂车后轮轴的垂直距离。

本技术方案的技术效果是：牵引车激光灯预警区域为即将驶过的区域，半挂车激光灯预警区域为当前正在驶过的危险区域，因此采用上述公式计算转动角度，预警的覆盖区域更广，外界行人的反映时间更长。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本发明实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施例中半挂汽车列车转弯行驶危险区域示意图；

图2是本发明实施例中预警装置控制示意框图；

图3是本发明实施例中系统控制流程图；

图4是本发明实施例中一字激光灯组与姿态调整组件的装配示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种针对外部环境的半挂汽车列车盲区轨迹预警装置，包括：

转角传感器，用于测量半挂汽车列车方向盘转角数据；

四个一字激光灯组，用于在地面映射出内轮差覆盖区域，它们分别通过对应的姿态调整组件安装于半挂汽车列车的牵引车左侧、半挂车左侧、牵引车右侧和半挂车右侧；姿态调整组件用于调节一字激光灯组至能在地面映射出内轮差覆盖区域的姿态；对于每一一字激光灯组，其包括一照射于靠前地面的一字激光灯和一照射于靠后地面的一字激光灯，且该两个一字激光灯安装于同一垂直于地面的纵向面；

单片机，用于接收半挂汽车列车方向盘转角数据、计算牵引车转弯时的内轮差、控制姿态调整组件动作、控制一字激光灯发光。

在本发明实施例中，转角传感器采用增量式编码器进行转角测量，它安装在汽车转向柱上，通过两个光敏接收管来转化角度码盘的时序和相位关系，得到角度码盘角度位移的增加(正方向)或减少(负方向)。

对于装备ESP或EBS电控系统的车辆，单片机可以直接通过can总线从车辆系统中获取半挂汽车列车方向盘转角数据。

图1所示为半挂汽车列车行驶工况为右转弯、前轮转角为α时的俯视图，FL为牵引车前轮预期轨迹，RL为半挂汽车列车后轮预期轨迹。若保持前轮转角不变，此时车辆的内轮差覆盖区域为FL与RL围成的环扇形区域，也是对于外界行人和非机动车辆的危险区域。

在本发明实施例中，一字激光灯组的安装位置为图1中1、2、3、4共四个点，点1位于牵引车靠近左后视镜下方的位置，点2位于牵引车靠近右后视镜下方的位置，点3位于半挂车左车轮正上方与后视镜离地距离相同的位置，点4位于半挂车右车轮正上方与后视镜离地距离相同的位置，即四个安装点的安装高度相同。在每一个安装点，均通过一姿态调整组件将一字激光灯组与相应位置的车体部位装配。

如图4所示，在本发明实施例中，姿态调整组件包括底座板5、舵机6、轴承座10和转轴7，底座板5固定于半挂汽车列车的侧部，舵机6和轴承座10固定于底座板5，转轴7垂直于地面布置，且上端同轴连接于舵机6的转矩输出端，下端通过轴承安装于轴承座10；对于每一姿态调整组件，其对应的一字激光灯组固定于其转轴。当舵机接收来自于单片机的调节指令后，就可控制驱动转轴转动，继而旋转相应的角度即可。

在本发明实施例中，单片机可安装在姿态调整组件内部，如可以为姿态调整组件的底座板5内部。

在每一安装点的一字激光灯组均包括两个一字激光灯8、9，其中一个灯的照射方向为向前下方倾斜，另一个灯的照射方向为向后下方倾斜。

如图2所示，在本发明实施例中，给点位1的两个一字激光灯分别编号为一字激光灯Ⅰ和一字激光灯Ⅱ，点位2的两个一字激光灯分别编号为一字激光灯Ⅲ和一字激光灯Ⅳ，点位3的两个一字激光灯分别编号为一字激光灯Ⅴ和一字激光灯Ⅵ，点位4的两个一字激光灯分别编号为一字激光灯Ⅶ和一字激光灯Ⅷ。

在本发明实施例中，点位1的一字激光灯Ⅰ和一字激光灯Ⅱ由牵引车左侧舵机控制偏转角度，一字激光灯Ⅰ供车辆前进时预警使用，一字激光灯Ⅱ供车辆倒车时预警使用；

点位2的一字激光灯Ⅲ和一字激光灯Ⅳ由牵引车右侧舵机控制偏转角度，一字激光灯Ⅲ供车辆前进时预警使用，一字激光灯Ⅳ供车辆倒车时预警使用；

点位3的一字激光灯Ⅴ和一字激光灯Ⅵ由半挂车左侧舵机控制偏转角度，一字激光灯Ⅴ供车辆前进时预警使用，一字激光灯Ⅵ供车辆倒车时预警使用；

点位4的一字激光灯Ⅶ和一字激光灯Ⅷ由半挂车右侧舵机控制偏转角度，一字激光灯Ⅶ供车辆前进时预警使用，一字激光灯Ⅷ供车辆倒车时预警使用。

图1中K1、K2、K3、K4为四个安装点的一字激光灯的照射路线。区域S1为当前时刻外界行人或非机动车辆的危险区域，S2为车辆即将驶过的危险区域，S3为车辆向右倒车时左外侧的危险区域，S4为车辆向右倒车时的危险区域。

如图2所示，本发明装置通过转角传感器测量半挂汽车列车方向盘转角信号，利用车辆自身电控系统获取变速器档位信号。在工作时，单片机先根据变速器档位信号判定半挂汽车列车的行驶方向为前进还是倒退，然后根据方向盘转角的大小判断预警系统是否工作，当方向盘转角小于单片机内预设的转角阈值θ时，预警装置不工作；

当方向盘转角大于单片机内预设的转角阈值θ时，单片机根据车辆的结构参数按照计算公式m＝L1*(1-cosα)/sinα(L1为牵引车轴距、α为牵引车前轮转角)计算车辆转弯时的内轮差。

由内轮差根据公式φ1＝arcsin(m/L1)、φ2＝arcsin(m/L2)(L2为牵引车与挂车铰接点到挂车后轴距离)，分别计算位于半挂汽车列车的牵引车的舵机转动角度，和位于半挂汽车列车的半挂车的舵机转动角度，进而控制对应的一字激光灯闪烁并在地面映射出内轮差覆盖区域。

结合图1、图2和图3所示，本发明装置的预警方法如下：

当半挂汽车列车处于前进状态并处于向右转向时，单片机通过档位信号判断半挂汽车列车处于正向行驶状态，通过转角传感器采集的数据与内部存储设定的转角阈值θ进行比较，如果超出转角阈值θ则判定需要系统工作。半挂汽车列车处于向右转向，工作的执行机构为牵引车右侧舵机和半挂车右侧舵机，半挂汽车列车处于前进状态，工作的激光灯为一字激光灯Ⅲ和一字激光灯Ⅶ，其分别转动的角度φ1和φ2由前文中提到的公式计算得到。同理，当半挂汽车列车处于前进状态并处于向左转向时，单片机通过档位信号判断半挂汽车列车处于正向行驶，通过转角传感器采集的数据与内部存储设定的转角阈值θ进行比较，如果超出转角阈值θ则判定需要系统工作。半挂汽车列车处于向左转向，工作的执行机构为牵引车左侧舵机和半挂车左侧舵机，半挂汽车列车处于前进状态，工作的激光灯为一字激光灯Ⅰ和一字激光灯Ⅴ，其分别转动的角度φ1和φ2由前文中提到的公式计算得到。

当半挂汽车列车处于右倒车状态时，单片机通过档位信号判断半挂汽车列车处于右倒车行驶状态，通过转角传感器采集的数据与内部存储设定的转角阈值θ进行比较，如果超出转角阈值θ则判定需要系统工作。半挂汽车列车处于向右转向，工作的执行机构为牵引车右侧舵机和半挂车右侧舵机，半挂汽车列车处于倒车状态，工作的激光灯为一字激光灯Ⅳ和一字激光灯Ⅷ，其分别转动的角度φ1和φ2由前文中提到的公式计算得到。

同理，当半挂汽车列车处于左倒车状态时，单片机通过档位信号判断半挂汽车列车处于左倒车行驶状态，通过转角传感器采集的数据与内部存储设定的转角阈值θ进行比较，如果超出转角阈值θ则判定需要系统工作。半挂汽车列车处于向左转向，工作的执行机构为牵引车左侧舵机和半挂车左侧舵机，半挂汽车列车处于倒车状态，工作的激光灯为一字激光灯Ⅱ和一字激光灯Ⅵ，其分别转动的角度φ1和φ2由前文中提到的公式计算得到。

当半挂汽车列车处于直倒车模式时，单片机通过档位信号判断半挂汽车列车处于倒车状态，此时工作的执行机构为牵引车左侧舵机和半挂车左侧舵机，一字激光灯Ⅵ和一字激光灯Ⅷ常亮，偏转角度为0。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种针对外部环境的半挂汽车列车盲区轨迹预警方法，其特征在于，包括：

设定转角阈值；

根据所述内轮差，通过由舵机控制姿态的激光灯在地面映射出内轮差覆盖区域，以实现针对外部环境的盲区轨迹预警；

所述结构参数包括牵引车轴距L1和牵引车前轮转角α，所述内轮差的计算公式为m＝L1*(1-cosα)/sinα

其中，m为内轮差；

位于半挂汽车列车的牵引车的舵机转动角度计算公式为φ1＝arcsin(m/L1)

位于半挂汽车列车的半挂车的舵机转动角度计算公式为φ2＝arcsin(m/L2)

2.根据权利要求1所述针对外部环境的半挂汽车列车盲区轨迹预警方法，其特征在于，所述激光灯为一字激光灯。

3.根据权利要求2所述针对外部环境的半挂汽车列车盲区轨迹预警方法，其特征在于，所述激光灯在映射出内轮差覆盖区域时处于闪烁状态。

4.一种针对外部环境的半挂汽车列车盲区轨迹预警装置，用于实现权利要求1～3任一项所述的半挂汽车列车盲区轨迹预警方法，其特征在于，包括：

转角传感器，用于测量半挂汽车列车方向盘转角数据；

5.根据权利要求4所述针对外部环境的半挂汽车列车盲区轨迹预警装置，其特征在于，八个所述一字激光灯的安装高度相同，且朝向均与地面倾斜。

6.根据权利要求5所述针对外部环境的半挂汽车列车盲区轨迹预警装置，其特征在于，当所述半挂汽车列车转弯时，所述单片机能从半挂汽车列车电控系统获取变速器档位信号，且通过该变速器档位信号判断所述半挂汽车列车为前进右转档、倒车右转档、前进左转档和倒车左转档中的一种；当所述半挂汽车列车为前进右转档时，所述牵引车右侧和半挂车右侧照射于靠前地面的一字激光灯在地面映射出内轮差覆盖区域；当所述半挂汽车列车为倒车右转档时，所述牵引车左侧、所述半挂车左侧和所述半挂车右侧照射于靠后地面的一字激光灯在地面映射出内轮差覆盖区域；当所述半挂汽车列车为前进左转档时，所述牵引车左侧和半挂车左侧照射于靠前地面的一字激光灯在地面映射出内轮差覆盖区域；当所述半挂汽车列车为倒车左转档时，所述牵引车右侧、所述半挂车左侧和所述半挂车右侧照射于靠后地面的一字激光灯在地面映射出内轮差覆盖区域。

7.根据权利要求6所述针对外部环境的半挂汽车列车盲区轨迹预警装置，其特征在于，所述姿态调整组件包括底座板、舵机、轴承座和转轴，所述底座板固定于所述半挂汽车列车的侧部，所述舵机和轴承座固定于所述底座板，所述转轴垂直于地面布置，且一端同轴连接于所述舵机的转矩输出端，另一端通过轴承安装于所述轴承座；对于每一姿态调整组件，其对应的一字激光灯组固定于其转轴。

8.根据权利要求7所述针对外部环境的半挂汽车列车盲区轨迹预警装置，其特征在于，所述底座板为圆形板，其与对应的轴承座和舵机通过螺栓固定，所述转轴与对应的一字激光灯通过螺钉固定。