一种拖挂车辆行驶状况监控系统的制作方法

本发明涉及拖挂车辆安全行驶技术领域，尤其涉及一种拖挂车辆行驶状况监控系统。

背景技术：

国民经济的快速发展，为了满足交通、运输以及人们的休闲娱乐，使得车辆拖挂越来越多，高速公路上随处可见拖挂、半拖挂卡车、箱式拖车、船式拖车等等。通常，拖车包括照明系统，例如尾灯、制动灯、转向信号灯等，一些拖车还包含电制动系统。在行驶过程中拖车照明和制动系统可能不时出现各种故障现象，例如，拖车上的灯可能会出现故障，或者电子制动器可能会断开或以其他方式出现故障。由于牵引车的驾驶员看不到拖车车灯，因此驾驶员可以在不知道拖车灯出现故障的情况下继续驾驶；同样，在驾驶员不知道的情况下，拖车制动器可能发生了故障，导致制动失灵。影响拖挂车辆稳定行驶的因素很多，首当其冲就是制动系统出现故障。在行驶条件突然改变时，如果制动减速失灵就会导致拖车的偏航或摇摆运动变得不可控制，使得牵引与被牵引的车辆被割开，当牵引车辆移动时，后面的部分会以一种不受控制的方式与前面的部分形成一个锐角摆动，导致偏航或侧向移动甚至拖车翻倒，造成人员伤亡、车辆损坏等重大交通事故，给人们生命财产造成重大的威胁和损失，并且严重影响交通和运输的正常运行。

目前，在一些拖挂车辆中，多数都是给牵引车辆配备了故障检测单元，这就导致了无法实时检测拖车产生的故障，如果在拖车上也配置与牵引车相同的故障检测单元，会使系统变得复杂，在安装和维护都不方便，并导致车辆成本上升。还有一些使用外挂电子设备（如摄像头等）进行监视，将其安装在拖车或牵引车上。由于外挂装置暴露于空气，在道路碎屑和其它恶劣的环境中，因此这些设备或系统通常可能缺乏坚固性，进而需要经常维护和更换。此外，就结构和安装而言，这些设备和系统通常非常昂贵或技术复杂，受到实现技术等因素的影响。因此，如何提供一种能连接或嵌入集成到原有车辆拖挂中的检测与控制系统对拖车行驶状况进行实时有效地检测，及时发现故障、控制拖挂车辆的行驶稳定性，防止事故提高行车安全具有重要的意义。

技术实现要素：

本发明提供了一种拖挂车辆行驶状况监控系统，解决相关技术中存在的拖挂车辆的故障检测问题。

作为本发明的一个方面，提供一种拖挂车辆行驶状况监控系统，所述拖挂车辆包括牵引车和拖车，所述牵引车通过拖挂装置牵引所述拖车，其中，所述拖挂车辆行驶状况监控系统包括：牵引车控制装置和拖车控制装置，所述牵引车控制装置和所述拖车控制装置通过无线通信连接，所述牵引车控制装置设置在所述牵引车内，所述拖车控制装置设置在所述拖车内；

所述拖车控制装置能够监测拖车行驶状况以及所述拖车与所述牵引车之间的牵引状况，并将所述拖车行驶状况以及所述拖车与所述牵引车之间的牵引状况通过无线通信的方式发送至所述牵引车控制装置；

所述牵引车控制装置能够接收并对所述拖车行驶状况以及所述拖车与所述牵引车之间的牵引状况进行处理，且当处理后的数据显示异常时发出提醒信号。

进一步地，所述拖车控制装置包括：故障检测控制模块和拖车控制器，所述故障检测控制模块与所述拖车控制器通信连接，所述拖车控制器与所述牵引车控制装置通过无线通信连接，所述故障检测控制模块用于实时检测拖车行驶状况以及所述拖车与所述牵引车之间的牵引状况，所述拖车控制器用于对所述拖车行驶状况以及所述拖车与所述牵引车之间的牵引状况进行处理后发送至所述牵引车控制装置。

进一步地，所述故障检测控制模块包括：拖车车灯检测电路、牵引重量检测电路和拖车轮速和胎压检测电路，所述拖车车灯检测电路、牵引重量检测电路和拖车轮速和胎压检测电路均与所述拖车控制器通信连接；

所述拖车车灯检测电路用于监测拖车车灯的状态，并将拖车车灯的状态发送至所述拖车控制器；

所述牵引重量检测电路用于检测拖车的牵引架重量，并将所述拖车的牵引架重量发送至所述拖车控制器；

所述拖车轮速和胎压检测电路用于检测拖车的轮速和胎压，并将所述拖车的轮速和胎压发送至所述拖车控制器。

进一步地，所述故障检测控制模块还包括：拖车制动系统检测电路，所述拖车制动系统检测电路与所述拖车控制器通信连接，所述拖车制动系统检测电路用于监测拖车的电制动器的工作状态，并将所述电制动器的工作装入发送至所述拖车控制器。

进一步地，所述拖车控制装置还包括：拖车无线收发器，所述拖车无线收发器与所述拖车控制器通信连接，所述拖车无线收发器用于实现所述拖车控制器与所述牵引车控制装置的通信连接。

进一步地，所述拖车控制器包括单片机。

进一步地，所述牵引车控制装置包括：牵引车控制模块和终端警示模块，所述牵引车控制模块与所述终端警示模块通信连接，所述牵引车控制模块和所述终端警示模块均与所述拖车控制装置通信连接，所述牵引车控制模块用于接收所述拖车控制装置发送的拖车行驶状况以及所述拖车与所述牵引车之间的牵引状况，并在所述拖车行驶状况以及所述拖车与所述牵引车之间的牵引状况显示异常时生成警示信号，所述终端警示模块用于根据所述警示信号发出警示信息。

进一步地，所述牵引控制装置还包括牵引车无线收发器，所述牵引车无线收发器分别与所述牵引车控制模块和所述终端警示模块通信连接，所述牵引车收发器能够分别实现所述牵引车控制模块与所述拖车控制装置的通信连接以及所述终端警示模块与所述拖车控制装置的通信连接。

进一步地，所述终端警示模块包括声音报警器。

进一步地，所述拖挂装置包括耦合机构，所述耦合机构与所述拖车控制装置通信连接，所述拖车控制装置能够监测所述耦合机构的工作状态。

本发明提供的拖挂车辆行驶状况监控系统，牵引车和拖车之间的状态信息采用无线传输和监视，而无需硬线连接。通过本发明实施例提供的拖挂车辆行驶状况监控系统，能够使牵引车的驾驶员能够在牵引车和拖车之间不存在任何硬线连接的情况下得到故障信息，以便及时采取相应的措施。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。

图1为本发明提供的拖挂车辆的结构示意图。

图2为本发明提供的拖挂车辆行驶状况监控系统的结构框图。

图3为本发明提供的牵引车拖车中继器线束（连接器线束）示意图。

图4为本发明提供的拖车制动系统检测电路的原理图。

图5为本发明提供的三运放高共模抑制比放大电路。

图6为本发明提供的拖车轮速信号处理电路的原理图。

图7为本发明提供的拖车控制器的控制信号示意图。

图8为本发明提供的牵引车控制信号示意图。

图9为本发明提供的终端警示模块的信号示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本领域技术人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包括，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本实施例中提供了一种拖挂车辆行驶状况监控系统，图1是根据本发明实施例提供的拖挂车辆的结构示意图，图2为本发明实施例提供的拖挂车辆行驶状况监控系统的结构框图，如图1和图2所示，所述拖挂车辆包括牵引车1和拖车2，所述牵引车1通过拖挂装置3牵引所述拖车2，其中，所述拖挂车辆行驶状况监控系统包括：牵引车控制装置100和拖车控制装置200，所述牵引车控制装置100和所述拖车控制装置200通过无线通信连接，所述牵引车控制装置100设置在所述牵引车1内，所述拖车控制装置200设置在所述拖车2内；

所述拖车控制装置200能够监测拖车行驶状况以及所述拖车与所述牵引车之间的牵引状况，并将所述拖车行驶状况以及所述拖车与所述牵引车之间的牵引状况通过无线通信的方式发送至所述牵引车控制装置；

所述牵引车控制装置100能够接收并对所述拖车行驶状况以及所述拖车与所述牵引车之间的牵引状况进行处理，且当处理后的数据显示异常时发出提醒信号。

本发明实施例提供的拖挂车辆行驶状况监控系统，牵引车和拖车之间的状态信息采用无线传输和监视，而无需硬线连接。通过本发明实施例提供的拖挂车辆行驶状况监控系统，能够使牵引车的驾驶员能够在牵引车和拖车之间不存在任何硬线连接的情况下得到故障信息，以便及时采取相应的措施。

具体地，如图2所示，所述拖车控制装置200包括：故障检测控制模块210和拖车控制器220，所述故障检测控制模块210与所述拖车控制器220通信连接，所述拖车控制器220与所述牵引车控制装置100通过无线通信连接，所述故障检测控制模块210用于实时检测拖车行驶状况以及所述拖车与所述牵引车之间的牵引状况，所述拖车控制器220用于对所述拖车行驶状况以及所述拖车与所述牵引车之间的牵引状况进行处理后发送至所述牵引车控制装置。

如图1所示，拖挂车辆中的牵引车1通过适当的挂接装置3牵引拖车2。所述拖车控制装置200由故障检测控制模块210、拖车控制器220和拖车内的各种电气系统构成（如：电制动系统和各种照明系统）。拖车控制器220连接到故障检测控制模块210。拖车无线收发器230连接故障检测控制模块210，也可以以其它方式集成或嵌入在故障检测控制模块210中。牵引车收发器与牵引车控制模块连接，并且与拖车无线收发器无线通信，牵引车收发器与终端警示模块无线通信，拖车无线收发器也与终端警示模块无线通信。终端警示模块能实时显示拖挂车辆的状态信息。牵引车与拖车连接的电气线束端口31中继驾驶员的操作命令。拖车载重测量传感器32和拖车轮速传感器分别安装在牵引架和轮毂合适的位置上。拖车故障检测与控制模块应用在检测拖车照明系统故障（如尾灯、制动灯或转向灯故障）；检测拖车制动系统故障；检测牵引车与拖车之间的拖挂装置的状况；检测牵引架重量（即，拖车压在挂接球上的实际重量，这些重量是加在牵引车的总重量上）以及检测挂车车速和偏航角等。控制电路应用在无线控制拖车照明、无线控制拖车制动系统和无线控制挂车的行驶稳定性。

具体地，所述故障检测控制模块210包括：拖车车灯检测电路、牵引重量检测电路和拖车轮速和胎压检测电路，所述拖车车灯检测电路、牵引重量检测电路和拖车轮速和胎压检测电路均与所述拖车控制器通信连接；

所述拖车车灯检测电路用于监测拖车车灯的状态，并将拖车车灯的状态发送至所述拖车控制器；

所述牵引重量检测电路用于检测拖车的牵引架重量，并将所述拖车的牵引架重量发送至所述拖车控制器；

所述拖车轮速和胎压检测电路用于检测拖车的轮速和胎压，并将所述拖车的轮速和胎压发送至所述拖车控制器。

进一步具体地，所述故障检测控制模块210还包括：拖车制动系统检测电路，所述拖车制动系统检测电路与所述拖车控制器通信连接，所述拖车制动系统检测电路用于监测拖车的电制动器的工作状态，并将所述电制动器的工作装入发送至所述拖车控制器。

具体地，所述拖车控制装置200还包括：拖车无线收发器230，所述拖车无线收发器230与所述拖车控制器通信连接，所述拖车无线收发器用于实现所述拖车控制器与所述牵引车控制装置的通信连接。

在一些实施方式中，所述拖车控制器包括单片机。

如图7所示，为拖车控制器的控制信号示意图。

具体地，所述牵引车控制装置100包括：牵引车控制模块110和终端警示模块120，所述牵引车控制模块110与所述终端警示模块120通信连接，所述牵引车控制模块110和所述终端警示模块120均与所述拖车控制装置200通信连接，所述牵引车控制模块110用于接收所述拖车控制装置200发送的拖车行驶状况以及所述拖车与所述牵引车之间的牵引状况，并在所述拖车行驶状况以及所述拖车与所述牵引车之间的牵引状况显示异常时生成警示信号，所述终端警示模块用于根据所述警示信号发出警示信息。

具体地，所述牵引控制装置100还包括牵引车无线收发器130，所述牵引车无线收发器130分别与所述牵引车控制模块110和所述终端警示模块120通信连接，所述牵引车收发器能够分别实现所述牵引车控制模块与所述拖车控制装置的通信连接以及所述终端警示模块与所述拖车控制装置的通信连接。

如图8所示，为牵引车控制信号示意图。

在一些实施方式中，所述终端警示模块120包括声音报警器。

如图9所示，为终端仅是模块的信号示意图。

具体地，所述拖挂装置3包括耦合机构，所述耦合机构与所述拖车控制装置通信连接，所述拖车控制装置能够监测所述耦合机构的工作状态。

下面对本发明实施例提供的拖挂车辆行驶状况监控系统的具体工作过程进行详细描述。

作为一种具体地实施方式，以监视拖车车灯（如：尾灯、制动灯、转向信号灯等）的状态为例。如图3所示，将牵引-拖车现有的电气控制线束接口（如4针式、7针式、13针式）的状态信息经过故障检测电路输入到通用异步传输收发器（uart），uart连接到拖车无线收发器。拖车无线收发器与牵引车无线收发器进行无线通信，使得检测到的信息无线传入终端警示模块。如果拖车照明线路、转换器或拖车照明本身有问题，终端警示模块将提醒驾驶人员。

需要说明的是，4针式线束接口为摩托车拖车接口，线束的公头只有左转向灯、右转向灯、尾灯、地线四根线，母头线束有刹车、左转向灯、右转向灯、尾灯、地线五根线接入。7针式线束分别是刹车灯、行车灯、左右转向、长火线、搭铁线还有备用线。13针式线束的接口中含有刹车灯、左右转向灯、行驶灯、倒车灯、雾灯、长火线、地线等。此接口是前车信息连接到拖车的重要传输。如果驾驶员在前车踩刹车和打转向灯，那么后方的拖车也会跟着刹车和打转向灯，这个接口（插头）包括了灯光同步、电刹车同步、转向灯、刹车灯等，所有的功能都包含其中。

为了检测拖车灯光系统状况，拖车车灯检测电路只要设计成判定线束系统是否处于正常的工作状态，该拖车车灯检测电路采用带有合适电阻器的高压侧电流传感器，如一个0.01欧姆的电阻器作为分流器以确定是否有适当的电流通过。如果有电流通过，就会判断该部分的线束处于良好状态。

为了判定拖车灯泡是否损坏，在信号线上使用上拉电阻器。如果灯泡损坏或有其它故障，则该线路将无法拉低上拉电阻器上的电压。上拉就是将不确定的信号通过一个电阻嵌位在高电平，该电阻同时起限流作用。

拖车无线收发器可以选用pt2262-pt2272红外遥控发射/接收芯片。该芯片采用的是cmos工艺，具有低功耗低价位、通用编/解码电路结构简单,性价比高的特点。pt2262/2272红外遥控发射/接收芯片是一对带有地址和数据编码功能的芯片，其中发射芯片pt2262-ir将载波振荡器、编码器和发射单元集成于一身，能简化发射电路的设计。拖车无线收发器也可以采用其它用于汽车无线遥控门锁的收发器。

作为另一种具体地实施方式，以检测拖车制动系统的工作状态为例进行说明。为了检测和控制拖车制动系统，如果拖车含有电制动器，则故障检测控制模块采用拖车制动系统检测电路和拖车电制动控制器串联，在拖车电制动断开时提供声光警示。如图4所示，拖车制动检测与控制电路与拖车制动控制器输出的脉冲宽度调制（pwm）共同作用，传感器20与脉宽调制输出装置串联。在拖车制动中断的情况下，绿色led被断开，红色led接通，并在预定的时间内发出声光警示（如，红色led可与声音警报同步闪烁3-5秒，然后被点亮至最大强度，直到制动中断恢复正常状态）。

如图4所示，该检测与控制电路有4个重要的输入、输出端：电池正极10，电池负极14，来自制动控制器的“stop”信号11，以及拖车制动检测与控制电路的输出端60。

在无“stop”出现时，没有电流通过传感器20，比较器22的非反相输入端没有施加电压，因此比较器22的输出为低电平（lo），红色led24不工作，比较器26的非反转输入32为低电平。拖车制动器60没有输出电压，制动控制由反转输入30或比较器26进行监控。输出或比较器26的输出为高电平时，使得发光的绿色led28点燃，同时向积分器电容器34充电，通过pnp晶体管38和npn晶体管36，一次触发器，40的输入41为高电平，防止了一次触发器翻转，从而维持了低电平输出，触发音频报警50和振荡器42不工作。总之，在无输入状态下，绿色led亮起，红色led和音频报警被禁止。

当pwm12“stop”11出现时，在传感器20上产生正电压，比较器22输出高电平（hi），并按照pwm信号的脉宽点亮红色led24。拖车制动输出60的高阻抗直流电平在比较器26的反向输入，比较器26输出被切换为低电平（lo），关闭绿色led28，禁止npn晶体管36和晶体管38导通，从而抑制了单次触发40闪烁3-5秒，而音频警报50被激活，振荡器42被启用，使红色led24也闪烁3-5秒。当单次触发40超时时，振荡器42输出保持高电平，使红色led发光最大，直到pwm“stop”消除。

拖车制动系统检测电路采用无线通信连接方式将控制拖车制动器故障信息以可视化方式传达给牵引车司机。

作为另一种具体地实施方式，为检测拖车是否超重，采用通过检测拖车的牵引架重量（舌重），如果发现舌重超过预定阈值，则向驾驶员发出警示，由此，驾驶员采取措施进行纠正。

在拖挂装置3上安装压力传感器32，由压力传感器感受拖车的重量。压力传感器的输出信号经过拖车故障检测与控制模块进行信号放大、滤波和相应的转换（载重量信号），再经过拖车无线收发器230传到终端警示模块120。

重量传感器的选用需考虑拖车的最大载货量、使用的传感器数目、拖车自重、偏载及振动冲击等附加载荷。例如选择双剪切梁式（桥式）称重传感器qs1。根据传感器的性能指标，对传感器输出的称重信号通常需要发大和滤波。放大滤波电路可采用应用广泛的三运放高共模抑制比放大电路和一阶低通滤电路。发大电路如图5所示，ui1、ui2为发大电路的差分输入，来自于压力传感器的输出，c1、c2为高频电容并接放大电路前端，目的是滤除信号中可能串入的高频噪声。集成运算放大器a2、a3为平衡对称差动放大输入级；运放a1为双端输入单端输出的输出级。在差动放大输入级，a2、a3的性能参数选择一致，外接电阻值性能对称，实现只放大输入级的差分信号，而对两运算放大器的共模信号、失调及漂移等不起放大作用。输出级为一减法电路，它主要的功用是将双端信号转换为单端信号，同时进一步抑制a2、a3的共模信号。在电路中电阻r3、r4、r5、r6阻值取值一致，主要是为了消除偏置电流等的影响。

作为另一种具体地实施方式，为了检测拖车轮速和胎压，需要选择合适的轮速测量传感器（例如选择霍尔转速传感器hal-506），并将转速传感器安装在拖车的轮毂上。通常情况下对轮速传感器的输出信号需要进行滤波处理，如图6所示，运算放大器a、r2、r3、r4、c1、c2构成二阶低通滤波电路，主要用于滤除传感器输出的高频毛刺信号，运算放大器b、r5、r6、r7构成滞回比较器，滞后电压由电阻r6调节，主要用于消除振铃现象，提高电路的抗干扰能力。从经济出发，对轮速的测量值经过适当的计算获得胎压。也可以直接用于胎压传感器进行测量而获得胎压。

终端警示模块包含射频收发器，并与牵引车无线收发器通信。终端警示模块包含一个或多个状态信息指示单元，如led指示灯、蜂鸣器等，以此警示驾驶人员。

需要说明的是，所述拖挂车辆行驶状况监控系统，在不脱离本发明的范围的情况下增加适当的部件还能进一步地完成其他检测与控制和监视功能。例如：还可采用无线的方式控制灯光系统和制动系统；通过提供适当的传感器和控制模块，监视和控制拖车的侧向运动或偏航角度，以便提供更稳定的拖车操作；在牵引车和拖车之间采用合适的电子部件完善连接耦合机构，耦合器的状态也可以通过无线系统来进行监视；根据车辆拖挂无线监控系统的特定功能，终端监视模块也可以呈现多种形式。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。