CN113511036A - 引导式车辆的车车连接机构 - Google Patents

Abstract

本申请公开了引导式车辆的车车连接机构，适用于引导车与跟随车之间的连接，包括：前端安装支座，后端安装支座和连杆装置；前端安装支座固定于引导车车尾，后端安装支座固定于跟随车车头，前端安装支座与后端安装支座之间连接有连杆装置；连杆装置上设置有通讯线，通讯线用于引导车与跟随车之间的数据传输，连杆装置与前端安装支座之间连接有驱动导向机构，驱动导向机构用于调节连杆装置的伸缩长度，以使伸缩长度等于引导车与跟随车之间的车间距。通过本申请中的技术方案，可以实现高可靠、极低延时的通信，并且能防止车辆夹塞，提高跟随效率；对跟随车进行无人化改装，使得跟随车可以实时“克隆”引导车驾驶行为，提高司机驾驶效率、安全性能。

Description

引导式车辆的车车连接机构

技术领域

本申请涉及引导车车辆连接装置的技术领域，具体而言，涉及引导式车辆的车车连接机构。

背景技术

目前，传统车辆产业以人工智能的发展为依托，正在大力研发无人驾驶技术。与传统有人驾驶相比，无人驾驶车辆能够减少因驾驶员而造成的交通事故，提高出行效率，减少驾驶员工作量。

但是现在的无人驾驶技术还不成熟，一方面是无人驾驶车辆无法深度理解复杂的外界环境，比如交警手势；另一方面无人驾驶依托于网络平台，存在一定的网络安全隐患。

随着无人驾驶技术的发展，智能跟随系统成为了无人驾驶技术的一个重要辅助系统。智能跟随系统即前车人工驾驶，后车自动跟随，能够使车辆在车流中保持合理的跟车距离，提高高速驾驶的安全性。

目前现有的跟随方法有很多，比如采用无线信号传输、图像识别、雷达等技术，但是这些方式容易受到干扰，传输信号不稳定且通信有一定的延迟，并且难以避免车辆夹塞导致的跟随目标即引导车丢失的情况。

发明内容

本申请的目的在于：基于车车连接机构连接的人工驾驶引导车与自动驾驶跟随车，可以实现高可靠、极低延时的通信，并且能防止车辆夹塞，提高跟随效率；对跟随车的驱动、转向、制动、档位进行无人化改装，添加传感器、观测器、轨迹生成模块、跟随控制器使得跟随车可以实时“克隆”引导车驾驶行为技术，提高司机驾驶效率和安全性能。

本申请的技术方案是：提供了引导式车辆的车车连接机构，该机构适用于引导车与跟随车之间的连接，该机构包括：前端安装支座，后端安装支座和连杆装置；前端安装支座固定于引导车车尾，后端安装支座固定于跟随车车头，前端安装支座与后端安装支座之间连接有连杆装置；连杆装置上设置有通讯线，通讯线用于引导车与跟随车之间的数据传输，连杆装置与前端安装支座之间连接有驱动导向机构，驱动导向机构用于调节连杆装置的伸缩长度，以使伸缩长度等于引导车与跟随车之间的车间距。

上述任一项技术方案中，进一步地，机构还包括：第一旋转装置；第一旋转装置设置于引导车与前端安装支座之间，第一旋转装置上设置有第一水平轴和第一竖直轴，第一水平轴与第一竖直轴铰接，以实现引导车与前端安装支座之间横向及俯仰角度的调整。

上述任一项技术方案中，进一步地，连杆装置为由多个连杆、套筒、脱芯铆钉构成的四连杆机构，连杆两端以及中间开有通孔，通孔内安装有套筒以及脱芯铆钉，脱芯铆钉的首段设置有螺纹孔，螺纹孔上安装有螺栓，以使两个连杆铰接；脱芯铆钉的尾端设置有凹槽，凹槽用于安装通讯线。

上述任一项技术方案中，进一步地，连杆的上下两端分别安装有滑套，滑套内部设置有弹簧，弹簧用于当连杆挤压在一起时，对相挤压的连杆进行缓冲。

上述任一项技术方案中，进一步地，驱动导向机构安装于连杆装置的上端连杆，上端连杆与前端安装支座的上端铰接，连杆装置的下端连杆与前端安装支座的下端之间安装有滑动装置，滑动装置包括：直线轴承，直线导轨以及导轨支座；直线轴承安装在直线导轨上，直线导轨固定于前端安装支座的下端，直线轴承上还固定安装有导轨支座，导轨支座与下端连杆铰接，上端支架与下端支架收缩时，导轨支座在直线轴承的作用下，沿直线导轨向下移动。

上述任一项技术方案中，进一步地，机构还包括：第二旋转装置和电磁铁导向底座；第二旋转装置设置于跟随车与后端安装支座之间，第二旋转装置上设置有第二水平轴和第二竖直轴，第二水平轴与第二竖直轴铰接，以实现跟随车与后端安装支座之间横向及俯仰角度的调整；电磁铁导向底座安装于第二旋转装置和后端安装支座之间，电磁铁导向底座用于当判定引导车与跟随车之间的车间距达到连杆装置的伸缩长度的最大值时断电，与后端安装支座脱离。

本申请的有益效果是：

在引导车与跟随车之间通过连杆装置连接，能够避免跟随车在跟随引导车时，车辆夹塞导致引导车目标丢失的情况；同时通过在连杆装置上设置有通讯线，实现引导车与跟随车之间的有线数据传输，能够解决现有跟随方式中信号容易受到干扰，传输不稳定且有一定延迟等问题，实现高可靠、极低延时的通信。通过在连杆装置设置角位移编码器以及单点激光雷达，实现引导车与跟随车的相对角度定位以及距离定位，无需GPS等绝对定位系统即可实现引导车与跟随车的相对位置获取，保证车辆相对位置信息的准确性与实时性，实现更安全、更可靠、更高效的自动跟随。同时通过在连杆装置的连杆上下两端安装带有弹簧的滑套，能够在引导车遇紧急情况突然刹车时，通过弹簧与连杆的相互挤压起到缓冲作用，避免跟随车追尾，有效提高了跟随安全性；跟随车第二旋转装置和后端安装支座采用电磁装置连接，当引导车与跟随车的相对车距达到最大值断电，连杆装置脱离跟随车，防止车距过大导致的连杆装置过度拉伸断裂。

在连杆装置的上端连接驱动导向机构，一方面可以通过驱动导向机构的伸缩实现连杆装置的伸缩，另一方面可以稳定连杆装置；连杆装置的下端通过直线导轨与直线轴承安装于前端安装支座，能够实现连杆装置的伸缩。同时本发明还提出对跟随车的驱动、转向、制动、档位进行无人化改装，添加传感器、观测器、轨迹生成模块、跟随控制器使得跟随车可以实时“克隆”引导车驾驶行为技术，提高司机驾驶效率和安全性能。

附图说明

本申请的上述和/或附加方面的优点在结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本申请的一个实施例的引导式车辆的车车连接机构的示意流程图；

图2是根据本申请的一个实施例的连杆装置的示意图；

图3是根据本申请的一个实施例的直线轴承及连杆的示意图；

图4是根据本申请的一个实施例的安装支座的剖面图；

图5是根据本申请的一个实施例的电磁铁导向底座的安装示意图。

其中，1-第一旋转装置；2-前端安装支座；3-驱动导向机构；4-通讯线；5-脱芯铆钉；6-后端安装支座；7-滑套；8-连杆；9-电磁铁导向底座；10-第二旋转装置；11-直线轴承；12-直线导轨；13-导轨支座；14-弹簧；15-螺栓；16-套筒。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本申请进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互结合。

在下面的描述中，阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是，本申请还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本申请的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1所示，本实施例提供了引导式车辆的车车连接机构，该机构包括驱动电机、前端安装支座2、驱动导向机构3、连杆装置、通讯线4等，一端连接引导车车尾，另一端通过后端安装支座6连接跟随车车头，其中，驱动电机与引导车尾端、且与驱动导向机构3连接，以控制驱动导向机构3的伸缩长度。

为了能够实现引导车对跟随车的牵引，引导车还包括一个引导车控制器，引导车控制器与速度传感器和加速度传感器、方向盘角度传感器、刹车踏板角度传感器以及油门踏板角度传感器连接，以接收信号；引导车控制器与连杆装置的通讯线连接，以输出信号。

跟随车还包括一个跟随车控制器，跟随车控制器与车载传感设备和连杆装置、加速度传感器以及速度传感器连接，以接收信号。

进一步地，跟随车控制器还包括一个转向控制器和一个拉线控制器；转向控制器与方向盘角度传感器连接，用以接收信号；转向控制器与执行机构连接，以输出信号；拉线控制器与刹车踏板角度传感器以及油门踏板角度传感器连接，以接收信号；拉线控制器与刹车踏板拉线机构以及油门踏板拉线机构连接，以输出信号。

在上述实施例的基础上，对本实施例中的引导式车辆的车车连接机构进行详细说明，机构适用于引导车与跟随车之间的连接，机构包括：前端安装支座2，后端安装支座6和连杆装置；前端安装支座2固定于引导车车尾，后端安装支座6固定于跟随车车头，前端安装支座2与后端安装支座6之间连接有连杆装置；连杆装置采用四连杆机构，连接引导车与跟随车，其伸缩长度随引导车与跟随车间车间距的变化而变化。

连杆装置上设置有通讯线4，通讯线4通过防护套固定在连杆装置的铰接点，与连杆装置保持一定距离，通讯线4用于引导车与跟随车之间的数据传输，以实现跟随车与引导车之间实时、大数据量、低延时通信。

连杆装置与前端安装支座2之间连接有驱动导向机构3，驱动导向机构3与连杆装置、驱动电机连接，用于调节连杆装置的伸缩长度，以使伸缩长度等于引导车与跟随车之间的车间距，同时稳定连杆装置。

进一步的，该机构还包括：第一旋转装置1；第一旋转装置1设置于引导车与前端安装支座2之间，第一旋转装置1上设置有第一水平轴和第一竖直轴，第一水平轴与第一竖直轴铰接，以实现引导车与前端安装支座2之间横向及俯仰角度的调整。

如图2所示，在本实施例的一个优选实现方式中，连杆装置为由多个连杆8、套筒16、脱芯铆钉5构成的四连杆机构，连杆8两端以及中间开有通孔，通孔内安装有套筒16以及脱芯铆钉5，脱芯铆钉5的首段设置有螺纹孔，螺纹孔上安装有螺栓15，以使两个连杆8铰接。

脱芯铆钉5的尾端为螺纹结构，并设置有凹槽，凹槽的宽度设置为通讯线4防护套直径大小，其深度约为通讯线4的直径与螺母高度的总和，将通讯线4安装于凹槽内后，便可利用螺母进行固定。

如图3所示，进一步的，当引导车遇紧急情况突然刹车时，存在跟随车不能及时停车的情况，将导致各个连杆8被挤压在一起，因此，存在跟随车追尾的可能。为了避免跟随车追尾，通过在连杆8的上下两端设置安装槽，各个安装槽内分别安装有滑套7，滑套7内部设置有弹簧14，弹簧14用于当连杆8挤压在一起时，对相挤压的连杆8进行缓冲。

更进一步的，如图4所示，驱动导向机构3安装于连杆装置的上端连杆8，上端连杆8与前端安装支座2的上端铰接，连杆装置的下端连杆8与前端安装支座2的下端之间安装有滑动装置，滑动装置包括：直线轴承11，直线导轨12以及导轨支座13；直线轴承11安装在直线导轨12上，用于适应连杆装置由于伸缩引起的纵向位移。直线导轨12固定于前端安装支座2的下端，直线轴承11上还固定安装有导轨支座13，导轨支座13与下端连杆8铰接，上端支架与下端支架收缩时，导轨支座13在直线轴承11的作用下，沿直线导轨12向下移动。

如图5所示，在本实施例的一个优选实现方式中，机构还包括：第二旋转装置10和电磁铁导向底座9；第二旋转装置10设置于跟随车与后端安装支座6之间，第二旋转装置10上设置有第二水平轴和第二竖直轴，第二水平轴与第二竖直轴铰接，以实现跟随车与后端安装支座6之间横向及俯仰角度的调整；电磁铁导向底座9安装于第二旋转装置10和后端安装支座6之间，电磁铁导向底座9用于当判定引导车与跟随车之间的车间距达到连杆装置的伸缩长度的最大值时断电，与后端安装支座6脱离。

在本实施例的一种实现方式中，对于引导车，驱动电机与第一旋转装置1固定连接在引导车后端。前端安装支座2安装在第一旋转装置1上，第一旋转装置1上设置有第一水平轴和第一竖直轴，所述第一水平轴与所述第一竖直轴铰接，以实现所述引导车与所述前端安装支座2之间横向及俯仰角度调整。驱动导向机构3在引导车后部与连杆装置上端连接，通过驱动电机驱动，进而控制连杆装置伸缩，同时稳定连杆装置。连杆装置的起始端的两个连杆8分别通过耐磨套管与脱芯铆钉5安装于导轨支座13，用于适应连杆装置伸缩引起的连杆8的转动。通讯线4穿过防护套通过销钉及固定座固定在连杆8铰接点，与连杆8保持一定距离。角位移编码器安装于前端安装支座2的中心，用于实现引导车与跟随车相对角度(转向及爬坡)变化感知。

对于跟随车，后端安装支座6固连于跟随车前部。第二旋转装置10固连于后端安装支座6上。第二旋转装置10包括铰接设置的竖直轴、横向轴结构，实现跟随车横向及俯仰角度调整。连杆装置的末尾端的两个连杆8分别通过耐磨套管与脱芯铆钉5安装于支座13，用于适应连杆装置伸缩引起的连杆8的转动。角位移编码器安装于前端安装支座2的中心，用于实现引导车与跟随车相对角度(转向及爬坡)变化感知。此外在跟随车的前端安装支座2的中心安装单点激光雷达，用于实现引导车与跟随车的相对位置感知。

在本实施例的另一个优选实现方式中，该机构还包括多个角位移编码器，分别安装在引导车与跟随车连接机构的前端安装支座2的中心，用于在引导车与跟随车出现偏移以及上下坡俯仰角时，通过连杆装置及角度传感器实现相对角度定位。

进一步的，该机构还包括单点激光雷达，单点激光雷达安装在跟随车连接机构的前端安装支座2的中心，用于测量多连杆装置伸长距离。

本实施例还示出一种引导跟随车的控制方法，具体包括：

步骤1、引导车刹车踏板、油门踏板传感器采集刹车踏板、油门踏板角度信号，送入引导车控制器；

步骤2、引导车车速、加速度、方向盘转角传感器采集车速、加速度、方向盘转角信号送入引导车控制器；

步骤3、引导车控制器将步骤1、步骤2采集到的引导车状态信号通过连杆装置的通讯线传递给跟随车控制器；

步骤4、跟随车通过车载传感设备实时监测前后车相对位置关系。

步骤5、跟随车刹车踏板、油门踏板传感器采集刹车踏板、油门踏板角度信号，送入跟随车拉线控制器；

步骤6、跟随车方向盘转角传感器采集方向盘转角信号送入跟随车转向控制器；

步骤7、跟随车车速、加速度传感器采集车速、加速度信号送入跟随车控制器；

步骤8、结合步骤3、步骤6采集到的引导车与跟随车的车速、加速度信息以及步骤4获得的前后车间距，拉线控制器生成控制跟随车油门踏板以及刹车踏板的控制量。

步骤9、结合步骤3获得的引导车状态信息以及步骤4获得的前后车相对位置关系，生成期望轨迹。基于期望轨迹与跟随车当前状态，转向控制器生成控制方向盘转角的控制量。

以上结合附图详细说明了本申请的技术方案，本申请提出了引导式车辆的车车连接机构，适用于引导车与跟随车之间的连接，包括：前端安装支座，后端安装支座和连杆装置；前端安装支座固定于引导车车尾，后端安装支座固定于跟随车车头，前端安装支座与后端安装支座之间连接有连杆装置；连杆装置上设置有通讯线，通讯线用于引导车与跟随车之间的数据传输，连杆装置与前端安装支座之间连接有驱动导向机构，驱动导向机构用于调节连杆装置的伸缩长度，以使伸缩长度等于引导车与跟随车之间的车间距。通过本申请中的技术方案，可以实现高可靠、极低延时的通信，并且能防止车辆夹塞，提高跟随效率；对跟随车进行无人化改装，使得跟随车可以实时“克隆”引导车驾驶行为，提高司机驾驶效率、安全性能。

本申请中的步骤可根据实际需求进行顺序调整、合并和删减。

本申请装置中的单元可根据实际需求进行合并、划分和删减。

尽管参考附图详地公开了本申请，但应理解的是，这些描述仅仅是示例性的，并非用来限制本申请的应用。本申请的保护范围由附加权利要求限定，并可包括在不脱离本申请保护范围和精神的情况下针对发明所作的各种变型、改型及等效方案。

Claims (6)

1.引导式车辆的车车连接机构，其特征在于，所述机构适用于引导车与跟随车之间的连接，所述机构包括：前端安装支座，后端安装支座和连杆装置；

所述前端安装支座固定于所述引导车车尾，所述后端安装支座固定于所述跟随车车头，所述前端安装支座与所述后端安装支座之间连接有所述连杆装置；

所述连杆装置上设置有通讯线，所述通讯线用于所述引导车与所述跟随车之间的数据传输，所述连杆装置与所述前端安装支座之间连接有驱动导向机构，所述驱动导向机构用于调节所述连杆装置的伸缩长度，以使所述伸缩长度等于所述引导车与所述跟随车之间的车间距。

2.如权利要求1所述的引导式车辆的车车连接机构，其特征在于，所述机构还包括：第一旋转装置；

所述第一旋转装置设置于所述引导车与所述前端安装支座之间，所述第一旋转装置上设置有第一水平轴和第一竖直轴，所述第一水平轴与所述第一竖直轴铰接，以实现所述引导车与所述前端安装支座之间横向及俯仰角度的调整。

3.如权利要求1所述的引导式车辆的车车连接机构，其特征在于，所述连杆装置为由多个连杆、套筒、脱芯铆钉构成的四连杆机构，所述连杆两端以及中间开有通孔，所述通孔内安装有所述套筒以及所述脱芯铆钉，所述脱芯铆钉的首段设置有螺纹孔，所述螺纹孔上安装有螺栓，以使两个连杆铰接；

所述脱芯铆钉的尾端设置有凹槽，所述凹槽用于安装所述通讯线。

4.如权利要求3所述的引导式车辆的车车连接机构，其特征在于，所述连杆的上下两端分别安装有滑套，所述滑套内部设置有弹簧，所述弹簧用于当所述连杆挤压在一起时，对相挤压的连杆进行缓冲。

5.如权利要求3所述的引导式车辆的车车连接机构，其特征在于，所述驱动导向机构安装于所述连杆装置的上端连杆，所述上端连杆与所述前端安装支座的上端铰接，所述连杆装置的下端连杆与所述前端安装支座的下端之间安装有滑动装置，所述滑动装置包括：直线轴承，直线导轨以及导轨支座；

所述直线轴承安装在所述直线导轨上，所述直线导轨固定于所述前端安装支座的下端，所述直线轴承上还固定安装有所述导轨支座，所述导轨支座与所述下端连杆铰接，所述上端支架与所述下端支架收缩时，所述导轨支座在所述直线轴承的作用下，沿所述直线导轨向下移动。

6.如权利要求1至5中任一项所述的引导式车辆的车车连接机构，其特征在于，所述机构还包括：第二旋转装置和电磁铁导向底座；

所述第二旋转装置设置于所述跟随车与所述后端安装支座之间，所述第二旋转装置上设置有第二水平轴和第二竖直轴，所述第二水平轴与所述第二竖直轴铰接，以实现所述跟随车与所述后端安装支座之间横向及俯仰角度的调整；

所述电磁铁导向底座安装于所述第二旋转装置和所述后端安装支座之间，所述电磁铁导向底座用于当判定所述引导车与所述跟随车之间的车间距达到所述连杆装置的伸缩长度的最大值时断电，与所述后端安装支座脱离。

Images