一种高速公路汽车掉头辅助装置及其控制方法与流程

本发明涉及利用机械辅助汽车掉头装置，尤其涉及一种高速公路汽车掉头辅助装置及其控制方法。

背景技术：

高速公路上行驶的车轮是不能突然急刹车打方向变道或将车停在高速公路上查询路线的，更不能掉头、逆行、倒车，只能将车开至下一个收费站掉头回来。当司机错过了目的地出口，只能通过下一个收费站或者服务区的地下通道掉头回来，而有的服务区地下通道也不会全天候开放，只能走收费站，这样会消耗更多的油和时间，倘若下个高速出口距离目的地很近倒还好说，但如果相差几百公里在掉头回来，既费时又费力，更何况在高速路上开车本来就不容易，精神紧张，在多跑一段冤枉路更让人精神崩溃，并且浪费大量的时间、精力、汽油等，对于赶时间的司机来说，这无疑是一种折磨，而且还会使得司机产生急躁情绪，更容易发生交通事故。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种高速公路汽车掉头辅助装置及其控制方法，通过在高速公路上横跨掉头机器，将需要掉头的车辆托起，在空中实现车辆转向，使上行车道需要掉头的车辆运输到下行车道上；该装置处于游走状态，当接收到需要掉头的车辆发来的请求时，距离该车辆最近的掉头机器便会自动运行到需要掉头的车辆前，将车辆提起掉头。本发明能为行驶在高速公路上需要掉头的车辆提供原地掉头的服务，能为司机节约大量的时间、油费、精力，预防强制掉头车辆造成的交通事故。

为实现上述目的，本发明提供的一种高速公路汽车掉头辅助装置及其控制方法是这样实现的：

一种高速公路汽车掉头辅助装置，包括掉头架、滑槽、转运机、控制箱、第一摄像头、转运框、下行运输底座、上行运输底座、键盘、第一工业级wifi模块、控制电路板、第二摄像头，掉头架横跨在高速公路的应急车道两边，在掉头架上开出滑槽，便于转运机滑行，转运机设置在掉头架上，且能沿着滑槽移动，用于提起转运框在掉头架上运行，控制箱安装在转运机侧面，用于接收汽车请求掉头的信息，并控制离该汽车最近的掉头架移动到汽车所在位置，同时控制转运机提起车辆在空中掉头放置到高速公路另一端的应急车道上，第一摄像头安装在下行车道一侧的掉头架上，转运框掉在转运机正下方，由转运机带动转运框上、下、左、右移动，将需要掉头的车辆从高速公路的一端移动至另一端，下行运输底座安装在下行车道一侧的掉头架底端，上行运输底座安装在上行车道一侧的掉头架底端，由下行运输底座和上行运输底座共同协作，带动掉头架在高速公路上移动，键盘、第一工业级wifi模块、控制电路板安装在汽车内，键盘用于向控制电路板发送请求掉头的信息，由控制电路板控制第一工业级wifi模块将该信息发送给控制箱，第二摄像头安装在上行车道一侧的掉头架上。

本发明的第一摄像头、第二摄像头均采用相同的夜视高清摄像头，便于全天候工作，第一摄像头用于辅助转运机将转运框放置到下行车道的应急车道上，第二摄像头用于辅助转运机将转运框放置到上行车道的应急车道上。

本发明的转运机包括不锈钢盒、第一步进电机、第一主动轮、第一主动轮齿轮、第一主动轮轮轴、第一步进电机齿轮、连接杆、第一随动轮轮轴、第一随动轮、旋转电机、环形带、第一伸缩电机、钢绳、支柱、托盘、测距雷达、车轮夹，第一主动轮、第一随动轮分别安装在不锈钢盒的两端，用于辅助转运机在滑槽上移动，第一主动轮轮轴穿过第一主动轮齿轮连接第一主动轮，第一步进电机安装在不锈钢盒内，第一步进电机齿轮固定在第一步进电机的旋转轴上，第一随动轮轮轴连接第一随动轮，由第一步进电机带动第一步进电机齿轮转动，进而为第一主动轮齿轮传动，第一主动轮齿轮带动第一主动轮轮轴转动，从而带动第一主动轮在滑槽上移动，第一随动轮用于辅助转运机在滑槽上移动，连接杆连接在第一伸缩电机的伸缩杆上，旋转电机安装在不锈钢盒内，环形带连接在旋转电机的旋转轴与第一伸缩电机上，由旋转电机带动环形带移动，进而带动第一伸缩电机转动，达到汽车在空中旋转的效果，钢绳连接在连接杆底端和支柱顶端，支柱底端焊接在托盘上，由连接杆拉动钢绳、钢绳拉动支柱、支柱拉动托盘，使得托盘上的车辆能被第一伸缩电机提起，测距雷达固定在托盘底部，用于探测托盘距地面的高度，并将该信息传输给控制箱，以辅助托盘放置到需要掉头的车辆处的应急车道上，车轮夹安装在托盘的四个角，用于卡住车轮，使车辆稳定在托盘上。

本发明的第一主动轮齿轮、第一步进电机齿轮之间采用采用蜗轮蜗杆传动方式，便于第一步进电机齿轮对第一主动轮齿轮垂直传动。

本发明的车轮夹包括第二伸缩电机、固定架、第一伸缩架、第二伸缩架、钳子、拉杆，第二伸缩电机、第一伸缩架、第二伸缩架、拉杆安装在固定架内，第一伸缩架与拉杆的上端连接，第二伸缩架与拉杆的下端连接，钳子与第二伸缩架连接，由第二伸缩电机拉动拉杆移动，进而拉动第一伸缩架、第二伸缩架上下移动，实现钳子的开合状态，能很好的夹住车轮，直到车辆需要下托盘，钳子才会松开。

本发明的控制箱包括控制器、第二工业级wifi模块、可编程逻辑控制器，第二工业级wifi模块用于接收第一工业级wifi模块发送来的请求掉头的信息、第一摄像头采集到的下行应急车道的请求掉头的车辆位置信息、第二摄像头采集到的对应上行应急车道的位置信息、以及测距雷达检测到托盘的距地面的高度信息均传输给控制器，同时控制器控制可编程逻辑控制器的动作，再由可编程逻辑控制器去控制下行运输底座、上行运输底座将掉头架移动至请求掉头的车辆所在处，并控制转运机将车辆从高速公路一边的应急车道吊起来掉头，并运输到另一边的应急车道上。

本发明的下行运输底座、上行运输底座均采用相同的结构，均包括镀锌钢架、第二主动轮、第二主动轮齿轮、第二主动轮轮轴、第二步进电机齿轮、第二步进电机、第二随动轮、第二随动轮轮轴，镀锌钢架与掉头架底端焊接在一起，第二主动轮轮轴穿过第二主动轮齿轮与第二主动轮连接，第二步进电机齿轮固定在第二步进电机的旋转轴上，由第二步进电机带动第二步进电机齿轮转动，再为第二主动轮齿轮传动，第二主动轮齿轮带动第二主动轮轮轴转动，进而带动第二主动轮转动，第二随动轮轮轴连接在第二随动轮上，第二随动轮用于辅助第二主动轮推动运动。

本发明的第二主动轮齿轮与第二步进电机齿轮之间采用斜齿锥齿轮传动方式。

本发明的高速公路汽车掉头辅助装置的控制方法为：当上行车辆需要掉头时，将车辆停靠在上行应急车道上，通过键盘向控制电路板发送掉头请求，由控制电路板将该信息通过第一工业级wifi模块发送给最近的第二工业级wifi模块，第二工业级wifi模块将该信息传输给控制器，控制器控制可编程逻辑控制器动作，间接的控制第二步进电机将掉头架移动到请求掉头的车辆所在处，同时第一摄像头不停地采集请求掉头的车辆的位置信息，并将该信息传输给控制器，当采集到掉头架到达请求掉头的车辆所在位置时，控制器控制第二步进电机停止转动，将掉头架固定在此处，接着控制器控制第一步进电机将转运机运送到上行应急车道上方，同时控制第一伸缩电机将托盘下移，由测距雷达不停的采集托盘距地面高度，第一摄像头采集托盘所在位置，控制器接收到第一摄像头、测距雷达采集到的信息为托盘着地时，第二工业级wifi模块向第一工业级wifi模块发送允许掉头的信息，此时司机将车辆开到托盘上，控制器控制第二伸缩电机将车轮夹卡住汽车车轮，之后控制器控制第一伸缩电机上升，将汽车吊起在空中，控制器控制旋转电机带动第一伸缩电机转动，将汽车掉头，控制器再控制第一步进电机将转运机运输到下行应急车道上方，由第二摄像头和测距雷达辅助转运机将托盘降到下行应急车道上，此时车轮夹松开，第二工业级wifi模块向第一工业级wifi模块发送可以行使的信息，司机将车辆驶离托盘，此时控制器再控制转运机将托盘升起，防止被损坏。

本发明采用在高速公路上横跨掉头机器，将需要掉头的车辆托起，在空中实现车辆转向，使上行车道需要掉头的车辆运输到下行车道上的结构，从而可以得到以下有益效果：

1.本发明采用下行运输底座、上行运输底座将掉头架移动到请求掉头的车辆所在位置，无需司机到处寻找掉头架，节约大量的时间和汽油。

2.本发明通过转运机将汽车吊起在空中掉头，并将掉头后的车辆放置到高速公路另一侧的应急车道上，使得走错高速公路的行车司机无需将车辆开至下一个收费站掉头，节约大量的时间、精力等。

附图说明

图1为本发明一种高速公路汽车掉头辅助装置安装的结构示意图；

图2为本发明一种高速公路汽车掉头辅助装置的转运机的结构示意图；

图3为本发明一种高速公路汽车掉头辅助装置的第一主动轮齿轮与第一步进电机齿轮之间的传动图；

图4为本发明一种高速公路汽车掉头辅助装置的车轮夹的结构示意图；

图5为本发明一种高速公路汽车掉头辅助装置的控制箱的结构示意图；

图6为本发明一种高速公路汽车掉头辅助装置的下行运输底座、上行运输底座的结构示意图；

图7为本发明一种高速公路汽车掉头辅助装置的第二主动轮齿轮与第二步进电机齿轮之间的传动图；

图8为本发明一种高速公路汽车掉头辅助装置的控制方法的工作原理图。

主要元件符号说明。

具体实施方式

下面结合实施例并对照附图对本发明作进一步详细说明。

请参阅图1至7，所示为本发明第一实施例中的一种高速公路汽车掉头辅助装置，包括掉头架1、滑槽2、转运机3、控制箱4、第一摄像头5、转运框6、下行运输底座7、上行运输底座8、键盘9、第一工业级wifi模块10、控制电路板11、第二摄像头12。

如图1所示，所述的掉头架1横跨在高速公路的上行应急车道和下行应急车道两边，在掉头架1上开出滑槽2，便于转运机3滑行，转运机3设置在掉头架1上，且能沿着滑槽2移动，用于提起转运框6在掉头架1上运行，将请求掉头的车辆从高速公路一端的应急车道掉头到高速公路另一端的应急车道，控制箱4安装在转运机侧面，用于接收汽车请求掉头的信息，并控制离该汽车最近的掉头架1移动到汽车所在位置，同时控制转运机3提起车辆在空中掉头并放置到高速公路另一端的应急车道上，第一摄像头5安装在下行车道一侧的掉头架1上，转运框6掉在转运机3正下方，由转运机3带动转运框6上、下、左、右移动，将需要掉头的车辆从高速公路的一端移动至另一端，下行运输底座7安装在下行车道一侧的掉头架底端，上行运输底座8安装在上行车道一侧的掉头架1底端，且下行运输底座7、上行运输底座8不影响应急车道的车辆行驶，由下行运输底座7和上行运输底座8共同协作，带动掉头架1在高速公路上移动，键盘9、第一工业级wifi模块10、控制电路板11安装在汽车内，具体可以安装在汽车仪表盘上的杂物箱内，键盘9用于向控制电路板11发送请求掉头的信息，由控制电路板11控制第一工业级wifi模块10将该信息发送给控制箱4，第二摄像头12安装在上行车道一侧的掉头架1上。

所述的第一摄像头5、第二摄像头12均采用相同的夜视高清摄像头，便于全天候辅助掉头机器工作，第一摄像头5用于辅助转运机3将转运框6放置到下行车道的应急车道上，第二摄像头12用于辅助转运机3将转运框16放置到上行车道的应急车道上。

如图2所示，所述的转运机3包括不锈钢盒13、第一步进电机14、第一主动轮15、第一主动轮齿轮16、第一主动轮轮轴17、第一步进电机齿轮18、连接杆19、第一随动轮轮轴20、第一随动轮21、旋转电机22、环形带23、第一伸缩电机24、钢绳25、支柱26、托盘27、测距雷达28、车轮夹29，支柱26、托盘27、测距雷达28、车轮夹29一起组成转运框6，第一主动轮15、第一随动轮21分别安装在不锈钢盒13的两端，用于辅助转运机3的不锈钢盒13在滑槽2上沿着掉头架1左右移动，第一主动轮轮轴17穿过第一主动轮齿轮16连接第一主动轮15，第一步进电机14安装在不锈钢盒13内，第一步进电机齿轮18固定在第一步进电机16的旋转轴上，第一随动轮轮轴20连接第一随动轮21，由第一步进电机14带动第一步进电机齿轮18转动，进而为第一主动轮齿轮16传动，第一主动轮齿轮16带动第一主动轮轮轴17转动，从而带动第一主动轮15在滑槽2上移动，第一随动轮21用于辅助转运机3在滑槽2上移动，连接杆19连接在第一伸缩电机24的伸缩杆上，旋转电机22安装在不锈钢盒13内，环形带23连接在旋转电机22的旋转轴与第一伸缩电机24上，旋转电机22的旋转轴与第一伸缩电机24之间采用带传动方式，由旋转电机22带动环形带23移动，进而带动第一伸缩电机24转动，第一伸缩电机24提起装有汽车的转运框6在空中旋转的效果，钢绳25连接在连接杆19底端和支柱顶端，支柱底端焊接在托盘27上，由连接杆19拉动钢绳25、钢绳25拉动支柱26、支柱26拉动托盘27，使得托盘27上的车辆能被第一伸缩电机24提起，测距雷达28固定在托盘27底部，用于探测托盘27距地面的高度，并将该信息传输给控制箱4中的控制器36，以辅助托盘27放置到需要掉头的车辆处的应急车道上，车轮夹29安装在托盘27的四个角，用于卡住车轮，使车辆稳定在托盘27上。

如图3所示，所述的第一主动轮齿轮16、第一步进电机齿轮18之间采用采用蜗轮蜗杆传动方式，便于第一步进电机齿轮18对第一主动轮齿轮16垂直传动。

如图4所示，所述的车轮夹29包括第二伸缩电机30、固定架31、第一伸缩架32、第二伸缩架33、钳子34、拉杆35，第二伸缩电机30、第一伸缩架32、第二伸缩架33、拉杆35安装在固定架31内，第一伸缩架32与拉杆35的上端连接，第二伸缩架33与拉杆35的下端连接，钳子34与第二伸缩架33连接，拉杆35与第二伸缩电机30的伸缩杆连接，由第二伸缩电机30拉动拉杆35移动，进而拉动第一伸缩架32、第二伸缩架33上下移动，实现钳子34的开合状态，能很好的夹住车轮，直到车辆需要下托盘27，钳子34才会松开。

如图5所示，所述的控制箱4由控制器36、第二工业级wifi模块37、可编程逻辑控制器38组成，第二工业级wifi模块37用于接收第一工业级wifi模块10发送来的请求掉头的信息、第一摄像头5采集到的下行应急车道的请求掉头的车辆位置信息、第二摄像头12采集到的对应上行应急车道的位置信息、以及测距雷达28检测到托盘27的距地面的高度信息均传输给控制器36，同时控制器36控制可编程逻辑控制器38的动作，再由可编程逻辑控制器38去控制下行运输底座7、上行运输底座8的第二步进电机44转动，进而带动第二主动轮40转动，将掉头架1移动至请求掉头的车辆所在处，并控制转运机3将车辆从高速公路一边的应急车道吊起来掉头，并运输到另一边的应急车道上。

如图6所示，所述的下行运输底座7、上行运输底座8均采用相同的结构，均由镀锌钢架39、第二主动轮40、第二主动轮齿轮41、第二主动轮轮轴42、第二步进电机齿轮43、第二步进电机44、第二随动轮45、第二随动轮轮轴46组成，镀锌钢架39与掉头架1底端焊接在一起，第二主动轮轮轴42穿过第二主动轮齿轮41与第二主动轮40连接，第二步进电机齿轮43固定在第二步进电机44的旋转轴上，由第二步进电机44带动第二步进电机齿轮43转动，再为第二主动轮齿轮41传动，第二主动轮齿轮41带动第二主动轮轮轴42转动，进而带动第二主动轮40转动，第二随动轮轮轴46连接在第二随动轮45上，第二随动轮45用于辅助第二主动轮40推动运动。

如图7所示，所述的第二主动轮齿轮41与第二步进电机齿轮43之间采用斜齿锥齿轮传动方式。

如图8所示，本发明还提供了上述高速公路汽车掉头辅助装置的控制方法：当高速公路一端应急道上的车辆需要掉头时，通过键盘9向控制电路板11发送掉头请求，由控制电路板11将该信息通过第一工业级wifi模块10发送给最近的第二工业级wifi模块37，第二工业级wifi模块37将该信息传输给控制器36，控制器36控制可编程逻辑控制器38动作，间接的控制第二步进电机44将掉头架1移动到请求掉头的车辆所在处，同时第一摄像头5不停地采集请求掉头的车辆的位置信息，并将该信息传输给控制器36，当采集到掉头架1到达请求掉头的车辆所在位置时，控制器36控制第二步进电机44停止转动，将掉头架1固定在此处，接着控制器36控制第一步进电机14将转运机3运送到高速公路一端应急道上上方，同时控制第一伸缩电机24将托盘27下移，由测距雷达28不停的采集托盘27距地面高度，第一摄像头5采集托盘所在位置，控制器36接收到第一摄像头5、测距雷达28采集到的信息为托盘27着地时，第二工业级wifi模块37向第一工业级wifi模块10发送允许掉头的信息，此时司机将车辆开到托盘27上，控制器36控制第二伸缩电机30将车轮夹29卡住汽车车轮，之后控制器36控制第一伸缩电机24上升，将汽车吊起在空中，控制器36控制旋转电机22带动第一伸缩电机24转动，将汽车掉头，控制器36再控制第一步进电机14将转运机3运输到高速公路另一端应急道上方，由第二摄像头12和测距雷达28辅助转运机3将托盘27降到高速公路另一端应急道上，此时车轮夹29松开，第二工业级wifi模块37向第一工业级wifi模块10发送可以行使的信息，司机将车辆驶离托盘27，此时控制器36再控制转运机3将托盘27升起，防止被损坏。