基于旋转编码器测量计算卡车车头和挂车夹角的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种基于旋转编码器测量计算卡车车头和挂车夹角的装置及方法，其通过分别在车头和挂车上安装第一旋转编码器、第二旋转编码器，与旋转轴中心构成线性映射关系，在挂车相对车头发生角度变化时，控制模块通过接收光电检测阵列的输出电平控制驱动电机进行相应转动，使第一旋转编码器、第二旋转编码器始终实现互相追踪的情况下，能高频率，高精度的实时获得第一旋转编码器、第二旋转编码器的当前角度，从而结合偏差常量常量计算得到卡车车头和挂车之间的夹角角度。该方法精度高，抗干扰能力好，不依赖卫星定位，相对组合惯导测量角度具有使用范围广、成本低等性能。

Device and Method of Measuring and Calculating Angle between Truck Head and Trailer Based on Rotary Encoder

The invention discloses a device and method for measuring and calculating the angle between truck head and trailer based on rotary encoder. By installing the first rotary encoder and the second rotary encoder on the head and Trailer respectively, a linear mapping relationship is formed with the center of the rotating shaft. When the angle of the trailer relative to the head changes, the control module controls the drive by receiving the output level of the photoelectric detection array. When the motor rotates correspondingly, the first rotary encoder and the second rotary encoder can track each other all the time, the current angle of the first rotary encoder and the second rotary encoder can be obtained in high frequency and high precision in real time, and then the angle angle between the truck head and the trailer can be calculated by combining the constant deviation. This method has high precision, good anti-jamming ability, does not depend on satellite positioning, and has wide application range and low cost compared with integrated inertial navigation measurement angle.

【技术实现步骤摘要】
基于旋转编码器测量计算卡车车头和挂车夹角的装置及方法
本专利技术涉及智能驾驶
，具体涉及一种基于旋转编码器测量计算卡车车头和挂车夹角的装置及方法。
技术介绍
很多场景中，自动驾驶的卡车需要完成精准行驶或倒车需要实时获取车头与挂车的夹角作为控制参数。而现有技术中，一种常用的测量夹角方法是利用两个GNSS组合惯导输出的航向角来计算夹角。此种方法成本较高，并且测量精度、可靠性易受到外界高大物体的遮挡影响，使用范围限制较多。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种精度高，抗干扰能力好，且具有使用范围广、成本低等性能的基于旋转编码器测量计算卡车车头和挂车夹角的装置及方法。一种基于旋转编码器测量计算卡车车头和挂车夹角的装置，其包括分别安装在卡车车头和挂车的第一角度检测组件和第二角度检测组件；所述第一角度检测组件包括设置在车头的第一旋转编码器；固定设置在第一旋转编码器的转轴上、且发射端面向挂车方向设置的第一激光器，同样面向挂车方向固定设置的第一光电检测阵列，所述第一激光器的出射光朝向挂车方向射出；所述第二角度检测组件包括设置在挂车的第二旋转编码器；固定设置在第二旋转编码器的转轴上、且发射端面向卡车车头方向设置的第二激光器，同样固定设置在第二旋转编码器的转轴上、且与所述第二激光器设置在同一径向方向上的第二光电检测阵列，所述第二激光器的出射光朝向车头方向射出；其中，第一旋转编码器的转轴由传动皮带与一第一驱动电机的动力输出轴传动连接；第二旋转编码器的转轴由传动皮带与一第二驱动电机的动力输出轴传动连接，所述第一驱动电机通过一控制模块与第一光电检测阵列电性连接，所述第二驱动电机通过控制模块与第二光电检测阵列电性连接。一种采用上述基于旋转编码器测量计算卡车车头和挂车夹角的装置的基于旋转编码器测量计算卡车车头和挂车夹角的方法，所述基于旋转编码器测量计算卡车车头和挂车夹角的方法包括以下步骤：S1、在卡车上安装所述的基于旋转编码器测量计算卡车车头和挂车夹角的装置；S2、在卡车工作时，控制模块控制第一驱动电机和第二驱动电机通过传动皮带分别带动第一旋转编码器的转轴、第二旋转编码器的转轴顺时针或逆时针转动，直至第一光电检测阵列和第二光电检测阵列中的中间光电接收二极管输出高电平，两侧的光电接收二极管均输出低电平；S3、采集第一旋转编码器、第二旋转编码器的当前角度，并结合偏差常量计算得到卡车车头和挂车之间的夹角角度。本专利技术所述基于旋转编码器测量计算卡车车头和挂车夹角的装置及方法，其通过分别在车头和挂车上安装第一旋转编码器、第二旋转编码器，与旋转轴中心构成线性映射关系，在挂车相对车头发生角度变化时，控制模块通过接收光电检测阵列的输出电平控制驱动电机进行相应转动，使第一旋转编码器、第二旋转编码器始终实现互相追踪的情况下，能高频率，高精度的实时获得第一旋转编码器、第二旋转编码器的当前角度，从而结合偏差常量计算得到卡车车头和挂车之间的夹角角度。该方法精度高，抗干扰能力好，不依赖卫星定位，相对组合惯导测量角度具有使用范围广、成本低等性能。附图说明图1是本专利技术所述基于旋转编码器测量计算卡车车头和挂车夹角的装置安装在卡车上的结构示意图；图2是本专利技术所述基于旋转编码器测量计算卡车车头和挂车夹角的装置设置在卡车中轴线上的俯视位置分布图；图3是本专利技术所述基于旋转编码器测量计算卡车车头和挂车夹角的方法的原理示意图；图4是本专利技术所述基于旋转编码器测量计算卡车车头和挂车夹角的方法的步骤概要图；图5是图1中步骤S2的步骤框图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。为了测量计算得到卡车车头1与挂车2夹角，就需要用旋转编码器转轴(转子)与外壳(定子)的相对旋转角位移来表征卡车车头1与挂车2相对旋转角位移。由于卡车挂车2旋转轴较粗，不易确定其旋转轴中心，并且旋转轴中心附近安装旋转编码器困难甚至不可行。这样一来旋转编码器就不能安装在理想的旋转中心处，所以旋转编码器转轴与外壳的相对旋转角位移并不能直接表征卡车车头1与挂车2的夹角，需要借助一些其他几何量才能计算挂车2夹角θ，如图1所示，图1中，圆心O表示卡车车头1与挂车2的旋转轴中心，圆上点A可以在圆上(位于挂车2刚体上)运动，另一个点B表示车头1刚体上的一个定点。由于O点上安装旋转编码器是困难甚至不可实现的，所以可以选择上图中的A点或B点安装编码器。假设在A点安装一个编码器(同时保证其转轴的某一侧永远朝向B点)则，图1所示变量满足以下约束关系：(R+L)/Sin[α]＝＝R/Sin[θ+α]其中，α为A点旋转编码器读数；θ为挂车2与车头1夹角；R为挂车2上的旋转编码器(A点)的公转半径；L为AB点的最近距离。如果提前测量出R,L,然后根据旋转编码器输出角度α及上述约束关系可以计算出目标值θ。但由于约束关系存在非线性关系，并不是一个线性映射，并且很难保证R与L的测量精度。所以这种计算θ的模型有较大的误差。同理，若只把旋转编码器安装在B点(同时保证其编码器转轴某一侧永远朝向A点)，结果类似于前一种情况，并且由于角度β变化范围较α小，会产生更低的分辨力和更大的误差。综上缺点，本专利技术提出同时在A点和B点安装旋转编码器来测量计算θ，则两者约束关系如下：α+β+θ＝πAOB刚好构成一个三角形，并且α、β为旋转编码器的直接输出，所以θ＝π-α-β，完全是一个线性映射，误差主要来自编码器的输出误差。如图1和图2所示，本专利技术实施例提供一种基于旋转编码器测量计算卡车车头和挂车夹角的装置，包括分别安装在卡车车头1和挂车2的第一角度检测组件和第二角度检测组件；所述第一角度检测组件包括设置在车头1的第一旋转编码器11；固定设置在第一旋转编码器11的转轴上、且发射端面向挂车2方向设置的第一激光器12，同样面向挂车2方向固定设置的第一光电检测阵列13，所述第一激光器12的出射光朝向挂车2方向射出；为保证卡车左右转动的角度行程一致，优选的，所述第一旋转编码器11与第一光电检测阵列13设置在车体中轴线3上。所述第二角度检测组件包括靠近挂车2旋转轴设置、且与第一旋转编码器11设置在同一水平高度上的第二旋转编码器21；固定设置在第二旋转编码器21的转轴上、且发射端面向卡车车头1方向设置的第二激光器22，同样固定设置在第二旋转编码器21的转轴上、且与所述第二激光器22设置在同一径向方向上的第二光电检测阵列23，所述第二激光器22的出射光朝向车头1方向射出。其中，第一旋转编码器11的转轴由传动皮带与一第一驱动电机14的动力输出轴传动连接，第二旋转编码器21的转轴由传动皮带与一第二驱动电机24的动力输出轴传动连接，所述第一驱动电机14通过一控制模块与第一光电检测阵列13电性连接，所述第二驱动电机24通过控制模块与第二光电检测阵列23电性连接；所述第一光电检测阵列13和第二光电检测阵列23均包括至少三组依次水平均匀排列的左侧光电接收二极管、中间光电接收二极管、右侧光电接收二极管，所述控制模块通过接收左侧光电接收二极管、中间光电接收二极管、右侧光电接收二极管输出的高低电平控制第一驱动电机14、第一驱动电机14分别带动第一旋本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于旋转编码器测量计算卡车车头和挂车夹角的装置，其特征在于，包括分别安装在卡车车头和挂车的第一角度检测组件和第二角度检测组件；所述第一角度检测组件包括设置在车头的第一旋转编码器；固定设置在第一旋转编码器的转轴上、且发射端面向挂车方向设置的第一激光器，同样面向挂车方向固定设置的第一光电检测阵列，所述第一激光器的出射光朝向挂车方向射出；所述第二角度检测组件包括设置在挂车的第二旋转编码器；固定设置在第二旋转编码器的转轴上、且发射端面向卡车车头方向设置的第二激光器，同样固定设置在第二旋转编码器的转轴上、且与所述第二激光器设置在同一径向方向上的第二光电检测阵列，所述第二激光器的出射光朝向车头方向射出；其中，第一旋转编码器的转轴由传动皮带与一第一驱动电机的动力输出轴传动连接；第二旋转编码器的转轴由传动皮带与一第二驱动电机的动力输出轴传动连接，所述第一驱动电机通过一控制模块与第一光电检测阵列电性连接，所述第二驱动电机通过控制模块与第二光电检测阵列电性连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于旋转编码器测量计算卡车车头和挂车夹角的装置，其特征在于，包括分别安装在卡车车头和挂车的第一角度检测组件和第二角度检测组件；所述第一角度检测组件包括设置在车头的第一旋转编码器；固定设置在第一旋转编码器的转轴上、且发射端面向挂车方向设置的第一激光器，同样面向挂车方向固定设置的第一光电检测阵列，所述第一激光器的出射光朝向挂车方向射出；所述第二角度检测组件包括设置在挂车的第二旋转编码器；固定设置在第二旋转编码器的转轴上、且发射端面向卡车车头方向设置的第二激光器，同样固定设置在第二旋转编码器的转轴上、且与所述第二激光器设置在同一径向方向上的第二光电检测阵列，所述第二激光器的出射光朝向车头方向射出；其中，第一旋转编码器的转轴由传动皮带与一第一驱动电机的动力输出轴传动连接；第二旋转编码器的转轴由传动皮带与一第二驱动电机的动力输出轴传动连接，所述第一驱动电机通过一控制模块与第一光电检测阵列电性连接，所述第二驱动电机通过控制模块与第二光电检测阵列电性连接。2.根据权利要求1所述基于旋转编码器测量计算卡车车头和挂车夹角的装置，其特征在于，第一旋转编码器和第二旋转编码器设置在同一水平高度上。3.根据权利要求1所述基于旋转编码器测量计算卡车车头和挂车夹角的装置，其特征在于，第一旋转编码器与第一光电检测阵列设置在车体中轴线上。4.根据权利要求1所述基于旋转编码器测量计算卡车车头和挂车夹角的装置，其特征在于，所述第二旋转编码器靠近挂车旋转轴设置。5.根据权利要求1所述基于旋转编码器测量计算卡车车头和挂车夹角的装置，其特征在于，所述第一光电检测阵列和第二光电检测阵列均包括至少三组依次水平均匀排列的左侧光电接收二极管、中间光电接收二极管、右侧光电接收二极管。6.一种采用权利要求1所述基于旋转编码器测量计算卡车车头和挂车夹角的装置的基于旋转编码器测量计算卡车车头和挂车夹角的方法，其特征在于，所述基于旋转编码器测量计算卡车车头和挂车夹角的方法包括以下步骤：S1、在卡车上安装所述的基于旋转编码器测量计算卡车车头和挂车夹角的装置；S2、在卡车工作时，控制模块控制第一驱动电机和第二驱动电机通过传动皮带分别带动第一旋转编码器的转轴、第二旋转编码器的转轴顺时针或逆时针转动，直至第一光电检测阵列和第二光电检测阵列中的中间光电接收二极管输出高电平，两侧的光电接收二极管均输出低电...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏晓聪，孙黄玉，
申请(专利权)人：武汉光庭科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42