一种测量牵引汽车主车与挂车之间角度的装置及方法

技术领域

本发明属于汽车配件开发制造领域，具体涉及到一种测量牵引汽车主车与挂车之间角度的装置及方法。

背景技术

在汽车列车自动泊车等工况中，挂车的行驶轨迹对汽车列车的运动控制具有重要影响。主车转向程度及轨迹可以用方向盘转角进行衡量和估测，然而，一直以来挂车的转向情况却没有较为经济、准确的测量方式。在已知主车转角的情况下，可以用主车与挂车的夹角预测挂车的行驶轨迹，该信息的输入有助于准确掌握挂车的运行状态，对无人驾驶情形，该参数具有重要意义。

现有的不改动挂车或者对挂车改动较小的情况下测量主挂夹角的方法多需使用激光雷达、毫米波雷达或摄像头等传感器，当前该类传感器成本较高，处理算法较为复杂，还要高算力控制器的支持，导致整套测量系统成本较高且开发技术难度大。而在挂车上牵引销轴处安装各类角度传感器/旋转传感器等需要对挂车进行改装，其主挂夹角测量系统成本较低，但由于市场上的重卡生产企业仅生产牵引车主车，挂车由挂车生产企业制造，行业分工现状导致该类型的主挂夹角测量装置无法批量生产。

为了解决上述问题，本发明提供了一种测量牵引汽车主车与挂车之间角度的装置及方法。

发明内容

本发明提出一种测量牵引汽车主车与挂车之间角度的装置，其满足安全以及操作方便的特点，消除了加工人在调运管状横梁时的安全隐患，可快速实现操作，提升车架装配效率。

为了解决上述的技术问题，本发明提供一种测量牵引汽车主车与挂车之间角度的装置，包括：

发光单元总成，其设置在供电螺旋线插头上，所述供电螺旋线插头连接主车和挂车；

追光单元总成，其设置在主车上；

其中，所述发光单元总成发出光线，所述追光单元总成接收所述光线；所述发光单元总成与所述追光单元总成的相对位置随着所述主车和所述挂车的相对运动而变化。

优选的是，所述发光单元总成包括上壳体、下壳体、发光线束和发光灯珠，所述上壳体和所述下壳体为相互对应的弧型体，所述发光线束的一端与电源连接，所述发光线束的另一端与所述发光灯珠连接。

优选的是，所述追光单元总成包括壳体、角度传感器、感光组件、减速电机或舵机，以及追光线束，所述角度传感器、所述感光组件、所述减速电机或舵机均位于所述壳体的内部，所述角度传感器与所述感光组件分别与所述减速电机或舵机连接，所述追光线束与车辆电源连接。

优选的是，所述感光组件包括光敏二极管元件、遮光筒和芯片电路板，所述遮光筒套设在所述光敏二极管元件上，同轴且过渡配合，所述芯片电路板与所述光敏二级管元件、所述角度传感器连接。

优选的是，所述遮光筒的一端为圆形，其直径与所述光敏二级管元件的直径相同，所述遮光筒的另一端为扁平的喇叭口型，所述遮光筒为圆形的一端套设在所述光敏二级管元件上。

优选的是，所述喇叭口的截面为矩形或者椭圆形，所述矩形的长边，或者所述椭圆的长轴均于所述壳体的中心轴平行。

优选的是，所述壳体上设置有定位凸台，所述定位凸台与设置在主车车架的横梁上的定位孔相配合，使其安装在所述主车左右对称中心面；

其中，所述壳体的材料为透光疏水材质。

本发明还提供了一种测量牵引汽车主车与挂车之间角度的方法，操作上述测量角度的装置，包括以下步骤：

将遮光筒的中轴线和角度传感器的零位，均指向车辆前进方向逆时针的90度处，定义该位置为追光单元总成零位；

驱动感光部件和角度传感器旋转，当感光部件接收到发光单元总成发出的红外光线时，记录角度传感器所测量的相对于其零位的角度值；

根据角度传感器所测量的角度值、发光单元总成中心点、追光单元总成旋转中心分别到牵引销轴心的距离的关系，得到挂车相对于追光单元总成零位的角度值。

优选的是，当感光部件接收到发光单元总成发出的红外光线时，记录角度传感器所测量的相对于其零位的角度值具体包括以下步骤；

当遮光筒的轴线旋转至发光单元总成所在位置时，接收到发光单元总成发出的红外光线；

光敏二级管元件此刻的输出电压为供电电压的电平信号，芯片电路板接收到所述电平信号后，记录角度传感器所测量的相对于其零位的角度值。

优选的是，得到挂车相对于追光单元总成零位的角度值的关系式如下：

其中，L1为发光单元总成中心点到牵引销轴心的距离；

L2为追光单元总成旋转中心到牵引销轴心的距离；

α为角度传感器所测量的相对于其零位的角度值；

β为挂车相对于追光单元总成零位的角度值；

L1、L2、α为已知值。

本发明的有益效果：

1、本发明提供了一种测量牵引汽车主车与挂车之间角度的装置，其无需改装挂车，可在卡车生产企业直接转配生产。

2、本发明提供了一种测量牵引汽车主车与挂车之间角度的装置，其无需使用激光雷达和摄像头等昂贵负载传感器，成本较低。

3、本发明提供了一种测量牵引汽车主车与挂车之间角度的装置，其节约了抓取时间，提高了工作效率。

4、本发明提供了一种测量牵引车主车与挂车之间角度的方法，其相对于使用超声波雷达的主挂角测量方法，本方法精度更高。

附图说明

图1是本发明所述一种测量牵引汽车主车与挂车之间角度的装置的安装结构图；

图2是本发明所述发光单元总成的结构图；

图3是本发明所述追光单元总成的结构图；

图4是本发明所述感光部件旋转到不同位置的结构示意图；

图5是本发明所述挂车相对鞍座旋转后追光单元宗臣所测量的角度与主挂夹角的关系图；

图6是本发明所述壳体的结构示意图；

其中，1-壳体，2-角度传感器，3-光敏二极管元件，4-遮光筒，5-减速电机或者舵机，6-追光线束，7-芯片电路板，8-上壳体，9-下壳体，10-发光灯珠，11-发光线束，12-挂车，13-主车，14-供电螺旋线插头，15-发光单元总成，16-追光单元总成，17-定位凸台。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

在本说明书中，应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或者多个其它元件或其组合的存在或添加。

本发明提供的一种测量牵引汽车主车与挂车之间角度的装置，其主要用来测量汽车主车与挂车之间的角度，为带挂车的牵引车辅助泊车和自动泊车控制提供主挂夹角参数。

如图1所示，本发明提供一种测量牵引汽车主车与挂车之间角度的装置，包括：

发光单元总成15，其设置在供电螺旋线插头14上，所述供电螺旋线插头14连接主车13和挂车12；

追光单元总成16，其设置在主车13上，具体为主车车架横梁上，位置为主车左右对称中心面，其只能接收指定方向的光线。

其中，所述发光单元总成15发出光线，所述追光单元总成16接收所述光线，本发明提供实施例为红外光线，随着科技的进步，不排除其他光线的应用。只要追光单元总成能够接收发光单元总成发出的光线即可。而且，所述发光单元总成15与所述追光单元总成16的相对位置随着所述主车13和所述挂车12的相对运动而变化，即主车与挂车之间的角度会变化。

在上述情况的基础上，又一个实施例，如图2所示，所述发光单元总成15包括上壳体8、下壳体9、发光线束11和发光灯珠10，所述上壳体8和所述下壳体9为相互对应的弧型体，两个弧型体一一对应形成一个环状结构，将所述弧型体安装在挂车供电螺旋线插头上，所述发光线束11的一端与蓄电池负极和蓄电池正极连接，所述发光线束的另一端与所述发光灯珠连接。

所述发光单元总成15安装在供电螺旋线插头上，属于牵引车主车的零部件，无论挂车是否存在，发光单元总成总在牵引车主车上，当主车和挂车装配在一起时，发光单元总成随供电螺旋线插头固定连接在挂车上。

在上述实施例的基础上，再一个实施例，如图3、图4、图6所示，所述追光单元总成16包括壳体1、角度传感器2、感光组件、减速电机或舵机5，以及追光线束6，所述角度传感器、所述感光组件、所述减速电机或舵机5均位于所述壳体1的内部，所述角度传感器2的输入轴安装在舵机或者减速电机5的输出轴上，所述感光组件安装在所述减速电机或舵机5的输出轴上，所述壳体外设置有定位凸台17，所述定位凸台与设置在主车车架的横梁上的定位孔相配合，使其安装在所述主车左右对称中心面，通过追光线束与车辆电源连接，并可进行CAN通讯。

具体的，所述感光组件包括光敏二极管元件3、遮光筒4和芯片电路板7，所述遮光筒4套设在所述光敏二极管元件3上，同轴且过渡配合，所述芯片电路板7与所述光敏二级管元件3、所述角度传感器2连接。

其中，所述壳体的材料为透光疏水材质。选择透明疏水材料不仅可以满足光学器件防护的高透光率,还可以达到自清洁、防污、防冰防雾、防腐蚀等有益效果。

在上述实施例的基础上，再一个实施例，如图4所示，所述遮光筒的一端为圆形，其直径与所述光敏二级管元件的直径相同，所述遮光筒的另一端为扁平的喇叭口型，所述遮光筒为圆形的一端套设在所述光敏二级管元件上，面向该端观察所述喇叭口的截面为矩形，当然还可以选择椭圆形，所述矩形的长边，或者所述椭圆的长轴均于所述壳体的中心轴平行，这样能够保证光敏二级管元件只能够接收遮光筒旋转固定的方向的光线，图4展示的是遮光筒旋转到不同位置的结构示意图。

本发明的工作原理如下：

开启电源，减速电机或者舵机驱动所述角度传感器输入轴和感光部件旋转，感光部件中的光敏二级管元件只能通过遮光筒接收遮光筒轴线方向的红外光，当遮光筒轴线旋转至发光单元所在点位时，接收到发光单元发出的红外光时，光敏二级管输出电压为供电电压的信号电平，芯片接收到该电平后，记录此时角度传感器值，即可求得主挂车夹角。

本发明人提供的测量角度的装置结构简单、且测量精度高、设计成本低且无需改装挂车，就能够为汽车列车转弯、泊车时提供挂车行使形态数据支持。

本发明还提供了一种测量牵引汽车主车与挂车之间角度的方法，操作上述测量角度的装置，包括以下步骤：

步骤1、将遮光筒的中轴线和角度传感器的零位，均指向车辆前进方向逆时针的90度处，定义该位置为追光单元总成零位；

步骤2、供电后，舵机或者减速电机驱动感光部件和角度传感器输入轴旋转，当遮光筒的轴线旋转至发光单元总成所在位置时，接收到发光单元总成发出的红外光线，光敏二级管元件此刻的输出电压为供电电压的电平信号，芯片电路板接收到所述电平信号后，记录角度传感器所测量的相对于其零位的角度值。

根据角度传感器所测量的角度值、发光单元总成中心点、追光单元总成旋转中心分别到牵引销轴心的距离的关系，得到挂车相对于追光单元总成零位的角度值。

具体的，得到挂车相对于追光单元总成零位的角度值的关系式如下：

其中，L1为发光单元总成中心点到牵引销轴心的距离；

L2为追光单元总成旋转中心到牵引销轴心的距离；

α为角度传感器所测量的相对于其零位的角度值；

β为挂车相对于追光单元总成零位的角度值；

L1、L2、α为已知值。

其中，所述追光单元总成16内部安装有角度传感器2、舵机或减速电机5和只能接收指定方向红外光的感光单元总成，角度传感器输入轴可绕其轴线旋转360°，对应输出电压为0-5V，构成如图5所示。

其中，在上述装置的基础上，具体的，遮光筒的存在使得光敏二极管只能接收到其轴线方向的红外光。感光单元电路板上的芯片接收光敏二极管输出的检测信号和角度传感器输出的角度信号，并向追光单元外输出角度信号。该测量方法简单，且精度高，具有推广的价值。

本发明还有其他供选择的实施例，这里就不再做详细说明。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。