CN116697970A - 一种双编码器车间角度测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双编码器车间角度测量装置,包括安装于前方车辆尾部的第一角度编码器、安装于后方车辆前部的第二角度编码器、两个连轴器和伸缩机构；所述伸缩机构呈U型，其两端分别通过所述连轴器与上述两角度编码器的转子连接，并可在车辆运动过程中，带动两角度编码器的转子旋转；本发明还包括一种双角度编码器车间角度的测量方法，通过两角度编码器的差值运算，可自动消减因车辆晃动引起的测量偏差，并较为精准的获取前后车辆的车间角度。

Description

一种双编码器车间角度测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及车辆工程技术领域，特别涉及一种双编码器车间角度测量装置及测量方法。

背景技术

车辆在实际运动过程中，因路面颠簸等因素会引起车辆晃动，车辆间既包括沿各个方向的相对平动，也包括俯仰、侧倾等相对转动。现有技术中，通过一个角度编码器对车间角度进行测量，测量精度易受车体晃动的影响，车辆间角度的精确测量是非常困难的。而车辆间角度的精准测量是获取车辆间相对位置关系的重要参数，也是智能车辆控制的重要依据。

针对这一问题，本发明提出了一种双编码器车间角度测量装置，以解决现有技术存在的不足。经检索，未发现与本发明相同或相似的技术方案。

发明内容

本发明目的是：提供一种双编码器车间角度测量装置及测量方法，以解决车辆间角度难以精准测量的问题。

本发明的技术方案是：一种双编码器车间角度测量装置，其创新点在于，包括第一角度编码器、第二角度编码器、两个连轴器和伸缩机构；

所述第一角度编码器安装于前方车辆尾部中间位置，所述第二角度编码器安装于后方车辆前部中间位置，且两角度编码器转子轴线均沿竖直方向；

所述伸缩机构呈U型，其两端分别通过所述连轴器与所述第一角度编码器的转子和第二角度编码器的转子连接，并使其伸缩轴线沿水平方向；所述伸缩机构的作用是，通过该机构相应部件沿其伸缩轴线的伸缩和旋转运动，适应两角度编码器的相对位置变化，并带动两角度编码器的转子旋转。

优选的，所述伸缩机构包括连接件、伸缩套筒和伸缩滑轨；

所述连接件呈L型，其一端通过所述连轴器与所述第一角度编码器的转子连接，另一端与所述伸缩套筒固定连接；

所述伸缩滑轨呈L型，其剖面呈圆形，伸缩滑轨较短的一端通过所述连轴器与所述第二角度编码器的转子连接，较长的一边插入所述伸缩套筒内，并可沿该伸缩套筒滑动和旋转。

优选的，还包括双铰连机构，所述双铰连机构包括第一铰连件、中间铰连件和第二铰连件；所述第一铰连件与前方车辆尾部固定连接，所述第二铰连件与后方车辆前部固定连接，中间铰连件两端分别与所述第一铰连件和所述第二铰连件铰接，并形成前后两个铰接运动副；

所述第一角度编码器的转子轴线和所述第二角度编码器的转子轴线应分别通过前后两个铰接运动副的中心；所述双铰连机构可控制前后车辆及两角度编码器的相对位置变化范围，从而可控制所述伸缩机构相应部件的运动范围，避免伸缩机构超出运动极限。

本发明还包括一种双编码器车间角度测量装置的测量方法，步骤如下：

（1）控制前方车辆与后方车辆运动至同一直线，即前后车辆间的角度为0度；初始化第一角度编码器和第二角度编码器的输出值，使其输出值归0；设定旋转角度逆时针为正，顺时针为负；

（2）车辆运动过程中，在某一时刻，第一角度编码器的输出值为P，第二角度编码器的输出值为Q；

（3）计算前后两车辆的车间角度R为：

R=P-Q。

与现有技术相比，本发明将两个角度编码器与其它部件进行巧妙组合，通过对两角度编码器的输出值进行差值运算，即可获得前后车辆的车间角度，同时又能够自动消减因车辆晃动引起的角度编码器的测量误差，可较为精准的获取前后车辆的车间角度。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明所述的一种双编码器车间角度测量装置结构示意图；

图2为本发明所述双铰连机构结构示意图；

图3为本发明所述车间角计算原理图；

图4为本发明所述角度编码器转子旋转角度原理图；

图5为本发明所述两角度编码器相对平动示意图，其中(a)为两角度编码器上下平动示意图，(b)为两角度编码器前后平动示意图，(c)为两角度编码器左右平动示意图；

图6为本发明所述两角度编码器相对俯仰运动示意图；

图7为本发明所述两角度编码器相对侧倾运动示意图。

实施方式

下面结合具体实施例，对本发明的内容做进一步的详细说明：

如图1所示，一种双编码器车间角度测量装置，其创新点在于，包括安装于前方车辆V1尾部中间位置的第一角度编码器1、安装于后方车辆V2前部中间位置的第二角度编码器2、伸缩机构3和两个连轴器4；所述第一角度编码器1和所述第二角度编码器2的转子轴线均沿竖直方向；

所述伸缩机构3包括连接件31、伸缩套筒32和伸缩滑轨33；所述连接件31呈L型，其一端通过所述连轴器4与所述第一角度编码器1的转子连接，另一端与所述伸缩套筒32固定连接；所述伸缩滑轨33呈L型，其剖面呈圆形，伸缩滑轨33较短的一端通过所述连轴器4与所述第二角度编码器2的转子连接，较长的一边插入所述伸缩套筒32内，并可沿该伸缩套筒32滑动和旋转；所述伸缩套筒和所述伸缩滑轨同轴，其轴线称为该伸缩机构3的伸缩轴线。

如图2所示，还包括双铰连机构5，所述双铰连机构5包括第一铰连件51、第二铰连件52和中间铰连件53；所述第一铰连件51与前方车辆V1尾部固定连接，所述第二铰连件52与后方车辆V2前部固定连接，中间铰连件53两端分别与所述第一铰连件51和所述第二铰连件52铰接，并形成前后两个铰接运动副；所述第一角度编码器1的转子轴线11和所述第二角度编码器2的转子轴线21应分别通过前后两个铰接运动副的中心O1和O2；所述双铰连机构5可控制前后车辆及两角度编码器的相对位置变化范围，从而可控制所述伸缩机构3相应部件的运动范围，避免伸缩机构3超出运动极限。

本发明还包括一种双编码器车间角度测量装置的测量方法，步骤如下：

（1）控制前方车辆与后方车辆运动至同一直线，即前后车辆间的角度为0度；初始化第一角度编码器和第二角度编码器的输出值，使其输出值归0；设定旋转角度逆时针为正，顺时针为负；

（2）车辆运动过程中，在某一时刻，第一角度编码器的输出值为P，第二角度编码器的输出值为Q；

（3）计算前后两车辆的车间角度R为：

R=P-Q。

在理想状态下，前后车辆可在道路上平稳运行，保持车间距离稳定，车辆及角度编码器不发生晃动，两角度编码器的相对位置保持稳定，其转子轴线始终沿竖直方向，所述伸缩机构的伸缩轴线始终沿水平方向。但车辆在实际运动过程中，因路面颠簸等因素影响会引起车辆晃动；较之理想状态，会引起前后车辆及两角度编码器和伸缩轴线的相对位置发生变化，并带动两角度编码器的转子运动，引起其测量值发生变化。

如图3所示，设理想状态下，安装于前方车辆V1的第一角度编码器1的测量值为α，安装于后方车辆V2的第二角度编码器2的测量值为β，基于三角形内外角关系，可以证明，此时车间角度的理想计算值γ等于α-β；

设车辆实际运动时，因车辆及两角度编码器的晃动，引起第一角度编码器测量值的变化量为Δα，第二角度编码器测量值的变化量为Δβ，车间角度的计算偏差为Δγ；此时，第一角度编码器的实际测量值P为α+Δα，第二角度编码器的实际测量值Q为β+Δβ，车间角度R的实际计算值为γ+Δγ；

由于本发明中车间角度R的计算公式为：

R=P-Q；

即，

γ+Δγ=α+Δα-(β+Δβ)；

由于

γ=α-β；

故较之理想状态，车间角度R的计算偏差量Δγ为：

Δγ=Δα-Δβ；

如图4所示，定义理想状态下，伸缩机构的伸缩轴线称为理想伸缩轴线CD，实际运动状态下，该轴线称为实际伸缩轴线CE；设定与角度编码器转子轴线相垂直的平面称为该角度编码器的正交平面M；基于三角几何关系可知，在本发明中，角度编码器的转子角度变化量θ等于所述理想伸缩轴线CD与所述实际伸缩轴线CD在该角度编码器正交平面M上投影线的夹角。

较之理想状态，两角度编码器间的相对运动可分为相对平动和相对转动；其中相对平动分为上下平动、前后平动和左右平动；相对转动分为俯仰运动和侧倾运动；

如图5中(a)、(b)、(c)所示，较之理想状态，当两角度编码器相对平动时，包括上下平动、前后平动和左右平动，两角度编码器的转子轴线仍沿竖直方向不变，其正交平面M1和M2相互平行；故理想伸缩轴线CD和实际伸缩轴线CE在两角度编码器的正交平面M1和M2上的投影线的夹角仍然相等，即Δα与Δβ相等；Δγ等于Δα-Δβ，因此车间角的计算偏差Δγ为0，即两角度编码器的相对平动并不会引起车间角度的计算值的偏差。

如图6所示，当两角度编码器发生相对俯仰运动时，理想伸缩轴线CD和实际伸缩轴线CE在两角度编码器正交平面M1和M2上的投影线的夹角均为0，即Δα、Δβ均为0；故车间角的计算偏差Δγ亦为0。说明两角度编码器的相对俯仰运动并不会引起车间角度的计算偏差。

如图7所示，在理想状态下，两角度编码器的两转子轴线所确定的平面为平面CDGH，当两角度编码器发生相对侧倾运动时，可以认为第二角度编码器的转子轴线沿平面CDGH的垂直平面DOE绕点O旋转某一角度ψ；此时，理想伸缩轴线CD和实际伸缩轴线CE在第一角度编码器1的正交平面HEG的投影线分别为HG和HE，其夹角为Δα；在第二角度编码器2的正交平面CDF的投影线分别为CD和CF，其夹角为Δβ；

在三角形ODE中，OD=OE，DF垂直于OE，EG垂直于OD；四边形CDGH为长方形；基于上述几何关系，可以证明DF=EG，CD=GH，三角形GHE和三角形CDF为直角三角形，进一步可以证明Δα与Δβ相等，由于Δγ等于Δα-Δβ，所以Δγ为0，说明两角度编码器在发生相对侧倾运动时，亦不会引起车间角度的计算偏差。

由以上分析可知，本发明将两个角度编码器与其它部件进行巧妙组合，通过两角度编码器输出值的差值运算，即可获取前后车辆的车间角度，又可消减两角度编码器的测量误差；相较于理想状态，前后车辆及两角度编码器间的相对晃动，包括相对平动和相对转动，均不会引起车间角度计算值的偏差；在车辆实际运动过程中，本发明可较为精准的获取前后车辆间的车间角度。

Claims (4)

1.一种双编码器车间角度测量装置，其特征在于，包括：第一角度编码器、第二角度编码器、两个连轴器和伸缩机构；

所述第一角度编码器安装于前方车辆尾部中间位置，所述第二角度编码器安装于后方车辆前部中间位置，且两角度编码器转子轴线均沿竖直方向；

所述伸缩机构呈U型，其两端分别通过所述连轴器与所述第一角度编码器的转子和第二角度编码器的转子连接，并使其伸缩轴线沿水平方向；所述伸缩机构的作用是，通过该机构相应部件沿其伸缩轴线的伸缩和旋转运动，适应两角度编码器的相对位置变化，并带动两角度编码器的转子旋转。

2.根据权利要求1一种双编码器车间角度测量装置，其特征在于，所述伸缩机构包括连接件、伸缩套筒和伸缩滑轨；

所述连接件呈L型，其一端通过所述连轴器与所述第一角度编码器的转子连接，另一端与所述伸缩套筒固定连接；

所述伸缩滑轨呈L型，其剖面呈圆形，伸缩滑轨较短的一端通过所述连轴器与所述第二角度编码器的转子连接，较长的一边插入所述伸缩套筒内，并可沿该伸缩套筒滑动和旋转。

3.根据权利要求1一种双编码器车间角度测量装置，其特征在于，还包括双铰连机构，所述双铰连机构包括第一铰连件、中间铰连件和第二铰连件；所述第一铰连件与前方车辆尾部固定连接，所述第二铰连件与后方车辆前部固定连接，中间铰连件两端分别与所述第一铰连件和所述第二铰连件铰接，并形成前后两个铰接运动副；

所述第一角度编码器的转子轴线和所述第二角度编码器的转子轴线应分别通过前后两个铰接运动副的中心；所述双铰连机构可控制前后车辆及两角度编码器的相对位置变化范围，从而可控制所述伸缩机构相应部件的运动范围，避免伸缩机构超出运动极限。

4.一种基于权利要求1-3任一项所述的双编码器车间角度测量装置的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）控制前方车辆与后方车辆运动至同一直线，即前后车辆间的角度为0度；初始化第一角度编码器和第二角度编码器的输出值，使其输出值归0；设定旋转角度逆时针为正，顺时针为负；

（2）车辆运动过程中，在某一时刻，第一角度编码器的输出值为P，第二角度编码器的输出值为Q；

（3）计算前后两车辆的车间角度R为：

R=P-Q。