本发明涉及拖挂式房车制动技术领域，具体说明了一种拖挂式房车左右制动力分配的装置及其控制方法。
背景技术：
近年来，随着经济的发展，人们对生活品质的要求不断提高，房车作为适合人们外出旅行野营的工具，得到了快速地发展。汽车的制动性能作为汽车重要之一，关乎车辆与驾驶者的安全，必须得到严格保证。拖挂式房车不同于传统汽车，其牵引车与房车之间采用球头销柔性连接，在制动时，牵引车与房车可能会产生额外的折叠角，若不对折叠角加以控制，牵引车与房车之间额外的折叠角会降低整车的制动平稳性。现有的拖挂式房车的制动方式有惯性制动与电磁制动两种方法。惯性制动无法实现对房车左右制动力的分配，电磁制动器则可以通过调节pwm波占空比来实现左右车轮不同制动力的分配，通过房车左右制动力的不相等，使房车产生横摆力矩，在制动时将实际铰接角的大小调到未制动下的理论铰接角的大小，从而克服制动对铰接角的影响。
因此，拖挂式房车牵引车与房车铰接处的铰接角的测量是左右制动力分配的重要依据。现有的一些角度测量装置如专利申请号201410054273.4所述，采用定子，转子，转动轴，代码盘，摆锤质量体等进行角度测量，结构复杂，造价较高，不便安装于拖挂式房车球头销铰接处。又如专利申请号201710681877.5所述，采用角度位移测量机构与编码器，测量精度较高，但结构复杂且不能应对拖挂式房车牵引车与房车产生俯仰角时对测量装置的干涉。本装置结构简单，造价便宜易于安装，拆卸与维修，测量精度较高，同时，还可以避免牵引车与房车产生俯仰角时对测量装置的干涉。
技术实现要素：
本发明的目的是针对拖挂式房车制动时产生额外的铰接角，设计一种房车左右制动力自动分配的装置及其控制方法。通过角度测量装置测出牵引车与房车的铰接角，根据牵引车与房车制动力的大小，分配房车左右制动力，使房车产生横摆力矩，弥补额外产生的折叠角，消除额外折叠角对整车制动平稳性的影响。
本发明的技术方案如下：拖挂式房车制动时，通过检测机构检测拖挂式房车的车速，方向盘转角，判断未制动状况下该车速与方向盘转角条件下牵引车与房车理论铰接角的大小。根据牵引车与房车制动力的大小和角度测量装置测得实际的铰接角大小，通过pwm控制器调节房车电磁制动器左右制动力，使房车产生横摆力矩，通过房车转动使实际铰接角等于理论铰接角。
一种拖挂式房车制动力自动分配的装置，包括检测机构、执行机构和控制单元；
所述检测机构用于检测车速信号、方向盘转角信号、制动踏板信号和角度测量装置的转速信号；所述角度测量装置安装牵引车与房车的连接处；
所述执行机构包括房车pwm控制器与制动器；所述pwm控制器用于对房车轮制动器制动力进行控制；
所述检测机构将检测的信号发送给控制单元，控制单元根据方向盘转角信号和车速信号判断未制动状况下该车速与方向盘转角条件下牵引车与房车理论铰接角θ1的大小；控制单元根据角度测量装置测得转速信号计算实际铰接角θ的大小，控制单元根据制动踏板信号判断牵引车与房车的制动力；控制单元与执行机构连接，控制单元通过pwm控制器调节制动器制动力，使实际铰接角θ等于理论铰接角θ1。
上述方案中，所述检测机构包括角度测量装置；所述角度测量装置包括套筒、挂钩、转速传感器、轴承齿轮和旋转柱；
所述套筒与旋转柱的一端滑动连接，且可带动旋转柱同向转动；所述旋转柱的另一端固定套有旋转柱套，旋转柱套通过连接肋板与轴承齿轮外圈未加工齿的一端连接；轴承齿轮内圈固定套在挂钩的一端，挂钩另一端的球头销与套筒铰接；
所述转速传感器安装在轴承齿轮旁，测量轴承齿轮的转速和转向。
上述方案中，所述套筒上开有导轨；
所述旋转柱的一端与滑移件连接；所述滑移件安装在导轨上、且可在导轨中滑移。
上述方案中，所述滑移件呈阶梯状依次分成第一圆台、第二圆台和圆柱；第一圆台的直径大于第二圆台，所述第一圆台与导轨啮合，可在导轨中滑动；所述第二圆台端面高于套筒端面，所述圆柱上设有螺纹；
所述旋转柱的一端为长方体，长方体上开孔，第二圆台穿过孔，并用螺母拧紧。
上述方案中，所述轴承齿轮的外圈加工出300度的齿；所述轴承齿轮内圈通过焊接肋板与挂钩同轴固定连接。
上述方案中，所述转速传感器测得轴承齿轮外圈转动的角速度w，则产生的铰接角θ可用公式一计算，
θ＝∫wdt公式一
其中t表示时间，轴承齿轮外圈顺时针转动时，角速度w为正值，铰接角θ为正值，轴承齿轮外圈逆时针转动时，角速度w为负值，铰接角θ为负值。
上述方案中，所述检测机构还包括方向盘转角传感器、车速传感器和制动踏板行程传感器；
所述方向盘转角传感器用于感知方向盘的转角；所述车速传感器用于感知房车的车速；所述制动踏板行程传感器用于感知踏板开度以判断牵引车与房车制动力的大小。
上述方案中，所述控制单元包含输入模块、判断模块和输出模块；
所述输入模块用于接收检测机构的车速信号、方向盘转角信号、制动踏板信号和角度测量装置的转速信号；
所述判断模块用于根据输入模块的输入信号做出判断，判断模块先根据输当前入的方向盘转角信号和车速信号判断出未制动情况下该车速与方向盘转角条件下牵引车与房车产生的理论铰接角θ1的大小；判断模块根据角度测量装置转速信号计算出实际铰接角的θ大小，并通过理论铰接角θ1与实际铰接角θ之差δθ；判断模块根据制动踏板信号判断牵引车与房车的制动力；所述输出模块根据理论铰接角与际铰接角之差向pwm控制器发送信号调节制动器制动力，使实际铰接角等于理论铰接角。
所述拖挂式房车制动力自动分配装置的控制方法，包括以下步骤：
房车制动时，所述控制单元的接收模块接收检测机构所检测的车速信号、方向盘转角信号、踏板行程信号和角度测量装置转速信号，并发送给控制单元的判断模块；判断模块根据车速信号、方向盘转角信号计算理论铰接角θ1的大小，根据踏板行程信号判断出牵引车与房车制动力的大小，根据角度测量装置转速信号计算出实际铰接角θ的大小，并计算二者之差δθ；
若δθ不等于0，控制单元根据踏板信号判断出牵引车与房车的制动力，根据牵引车与房车制动力与δθ的大小，向pwm控制器发送信号；pwm控制器给制动器电压使其工作，分配房车左右轮制动力，产生横摆力矩使δθ绝对值减小；
当δθ等于时，判断模块判断不需要调整左右轮制动力。
上述方案中，当δθ小于0时，铰接角是顺时针产生的，所述控制单元的输出模块向pwm控制器发送信号使房车左轮pwm控制器占空比大于右轮pwm控制器占空比，左轮制动力大于右轮制动力，从而产生逆时针横摆力矩；
当δθ大于0时，铰接角是逆时针产生的，所述控制单元的输出模块向pwm控制器发送信号使房车右轮pwm控制器占空比大于左轮pwm控制器占空比，右轮制动力大于左轮制动力，从而产生顺时针横摆力矩。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明拖挂式房车制动时，牵引车与房车会产生额外的折叠角，本装置通过对房车左右制动力进行自动分配，产生横摆力矩以防止侧滑等现象，消除了额外的折叠角，增加了拖挂式房车制动时的平稳性。
2.本发明轴承齿轮的转动方向可以通过转速传感器的测得转速的正负来表示，从而判断牵引车与房车铰接处旋转方向的顺逆，角速度w为正值，θ为正，则房车相对于牵引车顺时针产生铰接角；角速度w为负值，θ为负，房车相对于牵引车逆时针产生铰接角。
3.本发明的角度测量装置通过机械传动的方法测得拖挂式房车交界处的铰接角；结构简单，造价便宜，易于安装拆卸与维修。
4.本发明角度测量装置测量精度高，还可以避免牵引车与房车产生俯仰角时对测量装置的干涉，适用于拖挂式房车角度测量。
5.本发明轴承齿轮的齿有300度，本装置理论上可以实现拖挂式房车牵引车与房车铰接角顺逆时针各150度的测量，完全满足拖挂式房车铰接处角度测量的需求。
6.本发明的轴承齿轮内圈通过焊接肋板焊接在挂钩上，保证轴承齿轮与挂钩的同轴度以减小误差。
7.本发明所述第二圆台端面略高于套筒端面，用于给旋转柱的顶端夹紧和限位，使其与套筒端面平行，保证旋转柱在运动过程中不与套筒端面接触以减小摩擦。
8.本发明通过角度的测量，反映了牵引车与房车的实时状态，为拖挂式房车整车的控制提供了依据。
附图说明
图1为本发明结构框架示意图。
图2为角度测量装置示意图。
图3为图2中角度测量装置a-a角度剖视。
图4为图2中b-b角度滑移件与导轨，旋转柱连接视图。
图5为角度测量装置连接的三维结构图。
图6为电子控制单元示意图。
图7为发明实施流程图。
图中，1、套筒；2、球头销；3、挂钩；4、转速传感器；5、轴承齿轮；6、固定钢件；7、焊接肋板；8、连接肋板；9、旋转柱；10、旋转柱套；11、导轨；12、螺母；13、滑移件。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1所示本装置可以分为三个部分：检测机构、执行机构和控制单元。
所述的检测机构包括方向盘转角传感器，车速传感器，角度测量装置，制动踏板行程传感器。所述的方向盘转角传感器用于感知方向盘的转角；所述的车速传感器用于感知房车的车速；所述的制动踏板行程传感器用于感知踏板开度以判断牵引车与房车制动力的大小。
如图2所示，所述的角度测量装置安装牵引车与房车的连接处，是通过机械传动的方法测得拖挂式房车铰接处的铰接角。所述拖挂式房车铰接处角度测量装置包括套筒1、挂钩3、转速传感器4、轴承齿轮5、直线位移传感器10和旋转柱11。
在房车的套筒1上加工出一个导轨11，滑移件13可以在导轨11中滑移，末端穿过旋转柱套10的旋转柱9的顶端开孔并通过螺母12固定在滑移件13上。在轴承外圈加工出300度的较为密集的齿形成轴承齿轮5，轴承齿轮5通过四个焊接肋板7同轴焊接在牵引车的挂钩3的一端，挂钩3另一端的球头销2与套筒1铰接；轴承齿轮5未加工齿的一端和旋转柱套12通过连接肋板8焊接在一起。转速传感器4近距离平行靠近轴承齿轮5，通过焊接在挂钩3上的固定钢件6固定。所述的转速传感器4为双极型霍尔传感器，在测量轴承齿轮5转速的同时，还可以测量轴承齿轮5的转向。如图3所示，所述轴承齿轮5内圈通过焊接肋板7焊接在挂钩3上，保证轴承齿轮5与挂钩3的同轴度以减小误差。所述的旋转柱套10内部为圆柱形通孔，穿过旋转柱9并焊接在链接肋板8上，连接时需保证二者有较高的同轴度。所述旋转柱9采用圆柱形与旋转柱套10配合，以在旋转柱9与旋转柱套10发生相对位移时减小摩擦。旋转柱套10与旋转柱9之间的间隙在可在满足二者之间相对滑动的同时应尽可能小，以使房车与牵引车产生铰接角时能立刻反映到轴承齿轮5的转动上来，从而减小测量误差。
如图4所示，所述导轨11的长度根据拖挂式房车一般行驶中产生的俯仰角的大小来确定。在实际运用中，所述的导轨11中需要有润滑油以减少滑移件13在到过中滑动时产生的摩擦力。所述的滑移件13呈阶梯状分成第一圆台1301、第二圆台1302和圆柱1303，第一圆台1301的直径大于第二圆台1302，所述第一圆台1301用于与导轨11啮合，在导轨11中滑动；所述第二圆台1302端面略高于套筒1端面，用于给旋转柱9的顶端夹紧和限位，使其与套筒端面1平行，保证旋转柱9在运动过程中不与套筒端面1接触以减小摩擦。所述圆柱1303上须攻上螺纹，所述的螺母12用于通过圆柱1303将旋转柱9的顶端拧紧，防止其在运动过程中松动。所述的旋转柱9顶顶端采用长方体设计，在长方体上开孔，将其穿在第二圆台1302上，并用螺母12拧紧。旋转柱9末端穿过旋转柱套10以与旋转柱套10配合使用。
本发明的工作过程如下：
如图5所示，当牵引车与房车产生水平方向顺时针铰接角时，房车顺时针转动带动套筒1顺时针转动，套筒1通过转动带动滑移件13转动，旋转柱9由螺母12与滑移件13固定在滑轨11上且与滑移件13一起顺时针转动。进一步地，旋转柱9带动旋转柱套10顺时针转动。旋转柱套10通过连接肋板8带动轴承齿轮5外圈顺时针转动，此时，转速传感器4测得轴承齿轮5转动的角速度w，则产生的铰接角θ可用公式
θ＝∫wdt公式一
表示，其中t表示时间。此时，角速度w为正值，铰接角θ为正值。
当牵引车与房车产生水平方向逆时针铰接角时，房车逆时针转动带动套筒1逆时针转动，套筒1通过转动带动滑移件13转动，旋转柱9由螺母12与滑移件13固定在滑轨11上且与滑移件13一起逆时针转动。进一步地，旋转柱9带动旋转柱套10逆时针转动。旋转柱套10通过连接肋板8带动轴承齿轮5外圈逆时针转动，此时，转速传感器4测得轴承齿轮5转动的角速度w，则产生的铰接角θ可用公式一表示。此时，角速度w为负值，铰接角θ为负值。
由于轴承齿轮5的齿有300度，本装置理论上可以实现拖挂式房车牵引车与房车铰接角顺逆时针各150度的测量。由于在现实使用过程中，牵引车相对于房车顺时针或逆时针转动的角度一般小于100度，所以本发明的测量量程完全满足拖挂式房车铰接处角度测量的需求。
本发明具体工作过程如下：
当房车相对于牵引车产生横向旋转时，房车套筒1转动，并且通过滑移件13，螺母12带动旋转柱9进行转动。进一步地，旋转柱9带动旋转柱套10转动，旋转柱套10通过连接肋板8带动轴承齿轮5转动。此时，转速传感器4测得轴承齿轮5转动的角速度w，则产生的铰接角θ可用公式
θ＝∫wdt公式一
表示，其中，t表示时间。轴承齿轮5的转动方向可以通过转速传感器4所测得转速的正负来表示，从而判断牵引车与房车铰接处旋转方向的顺逆。θ为正，则房车相对于牵引车顺时针产生铰接角；θ为负，房车相对于牵引车逆时针产生铰接角。当牵引车与房车产生俯仰运动时，由于旋转柱9中心到轴承齿轮5中心的距离恒定，导轨11旋转带动滑移件13沿导轨竖直运动，旋转柱9则会沿着旋转柱套10上下移动，如此可以避免牵引车与房车产生俯仰运动时对角度测量装置的干涉。检测单元将检测的车速信号，方向盘转角信号，制动踏板信号，角度测量装置的转速信号发送给ecu。
所述的执行机构为房车左右pwm控制器与制动器。优选的，所述制动器为电磁制动器；所述的pwm控制器用于对房车左右轮制动器制动力进行控制。制动器制动力的大小受其供电电压影响，通过调节pwm控制器的占空比，可以改变其输出电压，从而改变制动器制动力的大小。占空比越大，电压越大，制动器制动力越大，占空比越小，电压越小，制动器制动力越小。所述的制动器用于给房车左右车轮添加制动力，通过给左右车轮不同的制动力，使其产生横摆力矩，带动房车进行旋转，可以在制动中实时调节铰接角。
如图6所示，所述控制单元为电子控制系统ecu。所述的ecu包含三个模块：输入模块、判断模块和输出模块。所述的输入模块用于接受实时检测机构的当前输入的车速信号，方向盘转角信号，制动踏板信号，角度测量装置的转速信号。所述的判断模块用于根据输入模块的输入信号做出判断，具体如下：
当拖挂式房车制动时，ecu的判断模块先根据输当前入的方向盘转角信号，车速信号，和整车的固定参数判断出未制动情况下该车速与方向盘转角条件下牵引车与房车产生的理论铰接角θ1的大小。其次，判断模块由输入模块输入的角度测量装置转速信号根据公式一实时计算出实际铰接角θ的大小。然后，判断模块根据当前制动踏板信号判断牵引车与房车的制动力并根据牵引车与房车理论与实际铰接角之差δθ实时计算房车左右轮所需的制动力，通过左右制动力的分配的不同使θ1与θ的差δθ＝0。当δθ小于0时，说明额外的铰接角是顺时针产生的，此时，需要逆时针的横摆力矩，ecu的输出模块向pwm控制器发送信号使房车左轮pwm控制器占空比大于右轮pwm控制器占空比，从而使左轮制动力大于右轮制动力，从而产生逆时针横摆力矩。当δθ大于0时，说明，额外的铰接角是逆时针产生的，此时需要顺时针的横摆力矩，ecu的输出模块向pwm控制器发送信号使房车右轮pwm控制器占空比大于左轮pwm控制器占空比，从而使右轮制动力大于左轮制动力，从而产生顺时针横摆力矩。
所述的输出模块主要是对pwm控制器发送信号，改变占空比从而改变房车左右车轮的制动力。
如图7所示，所述拖挂式房车左右制动力自动分配装置的控制方法，包括以下步骤：
在房车制动时，ecu的接收模块接收检测机构所检测的车速信号，方向盘转角信号，踏板行程信号，判断出牵引车与房车制动力的大小和理论铰接角θ1的大小，根据接收模块接受的角度测量装置转速信号计算出实际铰接角θ的大小，并计算二者之差δθ。
若δθ不等于0，ecu根据踏板信号判断出牵引车与房车的制动力，根据牵引车与房车制动力与δθ的大小，向pwm控制器发送信号。pwm控制器给制动器电压使其工作，分配房车左右轮制动力，产生横摆力矩使δθ绝对值减小。
当δθ等于时，ecu判断不需要调整。
ecu在制动过程中继续实时计算、判断与控制调整房车左右制动力，不断调整δθ，使之绝对值减小为0。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。