车辆载重检测装置及车辆的制作方法

1.本公开涉及车辆载重检测技术领域，具体地，涉及一种车辆载重检测装置及车辆。


背景技术：

2.随着车辆行业的高速发展，车辆保有量越来越高，由于车辆超载等安全问题引发的交通事故也越来越多。准确、快速监控车辆的实际载重，及时传递给车辆控制系统具有重要的意义和迫切需求。
3.目前，车辆载重普遍采用的是加装载重传感器的方法，通过测量车辆叠板弹簧形变来测量载重，该方法成本高，加装难度大。


技术实现要素：

4.本公开的目的是提供一种车辆载重检测装置及车辆，该车辆载重检测装置具有结构简单、成本低、安装及操作方便、能够实时、快速检测车辆的载重等优点。
5.为了实现上述目的，本公开提供一种车辆载重检测装置，包括激光发射接收器、安装座、第一齿轮、第二齿轮、支撑件及驱动机构，所述安装座，用于固定到车辆的车厢的侧壁，所述第一齿轮被配置为能够绕第一轴线可转动地连接于所述安装座，所述激光发射接收器安装于所述第二齿轮，所述支撑件的一端固定连接于所述第一齿轮，所述第二齿轮被配置为能够绕第二轴线可转动地安装于所述支撑件的另一端，第二齿轮所述第一轴线与所述第二轴线垂直，所述驱动机构用于驱动所述第一齿轮绕所述第一轴线转动或驱动所述第二齿轮绕所述第二轴线转动，以使所述激光发射接收器能够对所述车厢的内部进行三维扫描。
6.可选地，所述车辆载重检测装置还包括第三齿轮，所述第三齿轮用于与所述第一齿轮啮合，且所述第三齿轮的齿数少于所述第一齿轮的齿数，所述驱动机构与所述第三齿轮传动连接，和/或，所述车辆载重检测装置还包括第四齿轮，所述第四齿轮用于与所述第二齿轮啮合，且所述第四齿轮的齿数少于与所述第二齿轮的齿数，所述驱动机构还与所述第四齿轮传动连接。
7.可选地，所述第三齿轮与所述第一齿轮的齿数比为1:12
‑
1:8，和/或；所述第四齿轮与所述第二齿轮的齿数比为1:12
‑
1:8。
8.可选地，所述驱动机构包括第一电机，所述第三齿轮套设在所述第一电机的转动轴上，和/或，所述驱动机构还包括第二电机，所述第四齿轮套设在所述第二电机的转动轴上。
9.可选地，所述第一电机为步进电机，所述第一电机的步距角为0.024
°‑
0.048
°
，和/或，所述第二电机为步进电机，所述第二电机的步距角为0.024
°‑
0.048
°
。
10.可选地，所述车辆载重检测装置还包括第一转轴，所述第一转轴的中轴线为所述第一轴线，所述第一转轴的一端周向可转动且轴向限位地连接于所述安装座，所述第一转轴的另一端与所述第一齿轮相连。
11.可选地，所述激光发射接收器为多个。
12.可选地，所述支撑件包括构u型架和第二转轴，所述u型架沿竖直方向布置，所述第二转轴的中轴线为所述第二轴线，所述u型架包括第一杆及连接在所述第一杆的两端的一对第二杆，所述第一杆与所述第一齿轮相连，所述第二转轴的两端分别可转动地连接于对应的所述第二杆，所述第二齿轮套设在所述第二转轴上。
13.可选地，所述车辆载重检测装置还包括球坐标控制器，所述球坐标控制器用于控制所述驱动机构工作，以驱动所述第一齿轮绕所述第一轴线转动或驱动所述第二齿轮绕所述第二轴线转动，以使所述激光发射接收器能够对所述车厢的内部进行三维扫描。
14.根据本公开的另一方面，提供一种车辆，包括车厢和上述的车辆载重检测装置，所述车辆载重检测装置通过所述安装座固定到车厢的侧壁上。
15.安装时，可将车辆载重检测装置通过安装座固定于车厢的侧壁。当需要检测车辆的载重时，可通过驱动机构驱动第一齿轮绕第一轴线转动，实现激光发射接收器沿水平方向扫描车厢的内部。并可通过驱动机构驱动第二齿轮绕第二轴线转动，实现激光发射接收器沿竖直方向扫描车厢的内部，从而通过调节激光发射接收器的照射角度，对车厢的内部进行三维扫描。通过不同方位的扫描，可得到球坐标对应距离数据库，可计算得出车辆在空载状态时车厢的初始容积及在装载状态时的空余容积，将初始容积减去空余容积即可得到车厢内的装载物(如渣土)的体积，即车辆的装载体积。然后再结合装载物密度，可计算出装载物的质量，得出车辆的载重。
16.本公开提供的车辆载重检测装置的结构简单、成本低，车辆载重检测操作方便，便于实时、快速检测车辆的载重。另外，在载重检测过程中，车辆载重检测装置在车厢上的安装点位保持不变，仅需将安装座固定车厢的侧壁，使激光发射接收器相对于安装座在竖直方向或水平方向转动即可，安装方便。由于车辆载重检测装置无需相对于车厢在车辆宽度和长度方向移动，无需设置例如设置供车辆载重检测装置运行的轨道等，利于简化结构。
17.本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
18.附图是用来提供对本公开的进一步理解，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公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
19.图1是本公开一种实施例提供的车辆载重检测装置的立体结构示意图；
20.图2是本公开一种实施例提供的车辆载重检测装置在车厢上安装位置的示意图；
21.图3是本公开一种实施例提供的车辆载重检测装置的立体结构示意图，其中，示出了车厢的前侧壁；
22.图4是本公开一种实施例提供的车辆载重检测装置的另一个视角的立体结构示意图；
23.图5是本公开一种实施例提供的车辆载重检测装置的主视示意图；
24.图6是本公开另一种实施例提供的车辆载重检测装置的主视示意图，其中示出了两个激光发射接收器；
25.图7示出了激光发射接收器扫描时建立的球面坐标系；
26.图8示出了激光发射接收器扫描时的示意图；
27.图9是图8中的单元体积块a的放大示意图。
28.附图标记说明
29.100
‑
车辆载重检测装置；10
‑
激光发射接收器；20
‑
安装座；31
‑
第一齿轮；32
‑
第二齿轮；33
‑
第三齿轮；34
‑
第四齿轮；40
‑
支撑件；41
‑
u型架；411
‑
第一杆；412
‑
第二杆；42
‑
第二转轴；50
‑
第一电机；50
‑
第一电机的转动轴；60
‑
第二电机；61
‑
第二电机的转动轴；70
‑
支撑臂；80
‑
第一转轴；200
‑
车厢；210
‑
车厢的前侧壁；300
‑
装载物。
具体实施方式
30.以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
31.在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的术语如“上、下、前、后”通常附图的图面的方向定义的，与车辆的上、下、前、后的方向相同。“内、外”是指相关零部件的内、外。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
32.在本公开的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
33.如图1至图8所示，根据本公开的一方面，提供了一种车辆载重检测装置100，该车辆载重检测装置100包括激光发射接收器10、安装座20、第一齿轮31、第二齿轮32、支撑件40及驱动机构。安装座20用于固定到车辆的车厢200的侧壁，以将车辆载重检测装置100固定到车厢。第一齿轮31被配置为能够绕第一轴线可转动地连接于安装座20。激光发射接收器10安装于第二齿轮32。支撑件40的一端固定连接于第一齿轮31，第二齿轮32被配置为能够绕第二轴线可转动地安装于支撑件40的另一端，第一轴线与第二轴线垂直。驱动机构用于驱动第一齿轮31绕第一轴线转动或驱动第二齿轮32绕第二轴线转动，以使激光发射接收器10能够对车厢200的内部进行三维扫描。
34.安装时，可将车辆载重检测装置100通过安装座20固定于车厢200的侧壁。例如，如图2和图3所示，安装在车厢200的前侧壁210的位于车辆的宽度方向的中心线上且靠近前侧壁210的上端。并可以激光发射接收器10所在点位原点o，构造出球形坐标系。具体地，可以以车辆的长度方向为y向，以车辆的宽度方向为x向，以车辆的高度方向为z向。如图7所示，球面点与原点o的连线在面xoy的投影与x轴的夹角为θ，球面点与原点o的连线与z轴的夹角为
35.当需要检测车辆的载重时，可通过驱动机构驱动第一齿轮31绕第一轴线转动，改变θ角的大小，实现激光发射接收器10沿水平方向扫描车厢200的内部。并可通过驱动机构驱动第二齿轮32绕第二轴线转动，改变角的大小，实现激光发射接收器10沿竖直方向扫描车厢200的内部，从而通过调节激光发射接收器10的照射角度，对车厢200的内部进行三维扫描。通过不同方位的扫描，可得到球坐标对应距离数据库，如图7所示，然后，根据体积元素公式:(1)和球面坐标计算三重积分公式:(1)和球面坐标计算三重积分公式:可计算得出车辆在空载状态时车厢
200的初始容积及在装载状态时的空余容积，将初始容积减去空余容积即可得到车厢200内的装载物300(如渣土)的体积，即车辆的装载体积。然后再结合装载物300密度，可计算出装载物300的质量，得出车辆的载重。
36.本公开提供的车辆载重检测装置100的结构简单、成本低，车辆载重检测操作方便，便于实时、快速检测车辆的载重。另外，在载重检测过程中，车辆载重检测装置100在车厢200上的安装点位保持不变，仅需将安装座20固定车厢200的侧壁，使激光发射接收器10相对于安装座20在竖直方向或水平方向转动即可，安装方便。由于车辆载重检测装置100无需相对于车厢200在车辆宽度和长度方向移动，无需设置例如设置供车辆载重检测装置100运行的轨道等，利于简化结构。
37.如图1所示，在本技术的一种实施例中，车辆载重检测装置100还可包括第三齿轮33，第三齿轮33用于与第一齿轮31啮合，且第三齿轮33的齿数少于第一齿轮31的齿数，驱动机构与第三齿轮33传动连接，以驱动第三齿轮33转动。和/或，车辆载重检测装置100还包括第四齿轮34，第四齿轮34用于与第二齿轮32啮合，且第四齿轮34的齿数少于第二齿轮32的齿数，驱动机构与第四齿轮34传动连接，以驱动第四齿轮34转动。即，在本实施例中，第三齿轮33作为主动轮驱动第一齿轮31，第四齿轮34作为主动轮驱动第二齿轮32。由于第三齿轮33的齿数少于第一齿轮31的齿数，起到减速作用，有利于实现激光发射接收器10绕第一轴线转动时角度的精密控制，使得激光发射接收器10的θ角度能够以较小的角度变化，扫描更多的点，从而有利于提升在水平方向扫描的精度。同样，由于第四齿轮34的齿数少于第二齿轮32的齿数，起到减速作用，有利于实现激光发射接收器10绕第二轴线转动时角度的精密控制，使得激光发射接收器10的角度能够以较小的角度变化，扫描更多的点，从而有利于提升在竖直方向扫描的精度，最终能够提升对车厢200的容积的准确检测，进而有利于提升车辆载重的检测的准确性。
38.需要说明的是，本公开对第三齿轮33与第一齿轮31的齿数比、对第四齿轮34与第二齿轮32的齿数比不作限定，其可以是任意适当的值。可选地，在本技术的一种实施例中，第三齿轮33与第一齿轮31的齿数比可为1:12
‑
1:8，和/或；第四齿轮34与第二齿轮32的齿数比为1:12
‑
1:8。在该范围内，在保证扫描精度的同时，利于减小第三齿轮33以及第四齿轮34的直径，利于车辆载重检测装置100的小型化。
39.如图2至图6所示，在本技术的一种实施例中，驱动机构可包括第一电机50，第三齿轮33套设在第一电机50的转动轴51上，和/或，驱动机构还可包括第二电机60，第四齿轮34套设在第二电机60的转动轴61上。在本实施例中，采用电机驱动，并将齿轮直接安装在电机的转轴上，结构简单紧凑、驱动可靠。
40.可以理解的是，在本公开的其他实施例中，驱动机构可还包括第一安装轴和第二安装轴，第三齿轮33套设在第一安装轴上，第一安装轴通过联轴器与第一电机50的转动轴51传动连接。第四齿轮34套设在第二安装轴上，第二安装轴通过另一个联轴器与第二电机60的转动轴61传动连接。
41.另外，在本公开的其他实施例中，可采用同一个电机驱动第三齿轮33和第四齿轮34，该电机可通过传动组件分别驱动第三齿轮33和第四齿轮34转动。
42.进一步地，第一电机50可以为步进电机，第一电机50的步距角为0.024
°‑
0.048
°
和/或，第二电机60可以为步进电机，第二电机60的步距角为0.024
°‑
0.048
°
。第一电机50的
步距角在该范围内，利于第一电机50的平稳传动，有利于使激光发射接收器10的θ角度能够以较小的角度变化，扫描更多的点，从而有利于提升在水平方向扫描的精度。第二电机60的步距角在该范围内，利于第二电机60的平稳传动，有利于使激光发射接收器10的角能够以较小的角度变化，扫描更多的点，从而有利于提升扫描的精度，进而提升对车厢200的容积的准确检测，利于提升车辆载重检测的准确性。
43.如图4和图5所示，在本技术的一种实施例中，支架可还包括支撑臂70，支撑臂70的一端(如图5所示的上端)连接于第一齿轮31，第二电机60设置于支撑臂70的另一端(如图5所示的下端)。如此，在第二齿轮32跟随第一齿轮31绕第一轴线转动时，第二电机60可跟随第二齿轮32传动，以保证套设在第二电机60的转动轴61上的第四齿轮34能够与第二齿轮32可靠啮合。
44.如图5所示，支撑臂70可倾斜布置，即支撑臂70的下端相对于支撑臂70的上端在径向方向离第一轴线较远。如此设置，在第二齿轮32直径较大时，也便于第四齿轮34与之啮合。
45.在本公开的其他实施例中，第二电机62可安装在支撑件40上。
46.如图4和图5所示，在本公开的一种实施例中，车辆载重检测装置100还可包括第一转轴80，第一转轴80的中轴线为第一轴线，第一转轴80的一端周向可转动且轴向限位地连接于安装座20，第一转轴80的另一端与第一齿轮31相连。如此，既能够将第一齿轮31可靠固定到安装座20上，避免第一齿轮31在转动中掉落，又可以保证第一齿轮31的顺利转动。
47.如图4和图5所示，支撑件40可包括构u型架41和第二转轴42，u型架41可沿竖直方向布置。第二转轴42的中轴线为第二轴线，u型架41包括第一杆411以及连接在第一杆411的两端的一对第二杆412，第一杆411与第一齿轮31相连，第二转轴42的两端分别可转动地连接于对应的第二杆412，第二齿轮32套设在第二转轴42上。u型架41的结构简单紧凑，既实现了将第二齿轮32可靠安装在第一齿轮31上，也使第二齿轮32能够按预设方向转动，即绕水平轴线转动。
48.在本公开中，车辆载重检测装置100还包括球坐标控制器(未图示)，球坐标控制器用于控制驱动机构工作，即用于控制第一电机50和第二电机60工作，以驱动第一齿轮31绕第一轴线转动或驱动第二齿轮32绕第二轴线转动，以使激光发射接收器10能够对车厢200的内部进行三维扫描，通过扫描空间点阵列形成带有距离的球坐标数据，根据该数据计算得到装载物300的体积，结合装载物30的密度计算得出车辆载重信息。
49.可选地，车辆装置可还包括通信模块、存储器及激光测距发射接收电路等。其中，存储器可用于存储激光发射接收器10检测到的球坐标数据。通信模块可用于将球坐标数据传输至处理器(例如车辆的cpu)。处理器可通过激光测距发射接收电路控制激光发射接收器10进行激光发射和接收，以进行测距。
50.可以理解的是，在本技术的其他实施例中，可不单独设置球坐标控制器，而是利用车辆的cpu实现对激光发射接收器10照射角度调节的控制。
51.为了提升车辆载重检测装置100扫描的精度，使得扫描得到的球坐标数据更为准确，计算得到的体积更为接近实际值。如图6所示，在本公开的另一种实施例中，该车辆载重检测装置100包括多个激光发射接收器10。通过设置多个激光发射接收器10，进行多次计算，将多次计算结果求均值，可保证体积计算的准确度。
52.需要说明的是，本技术对激光发射接收器10的具体数量不作限定，可选地，对激光发射接收器10的数量可以为1个、2个、3个等。
53.根据本公开的另一方面，提供一种车辆，该车辆包括车厢200和上述的车辆载重检测装置100，该车辆载重检测装置100通过安装座20固定到车厢200的侧壁上。可选地，该车辆载重检测装置100可固定到车厢200的前侧壁210靠近上部的位置，以方便对车厢200的内部进行三维扫描。
54.根据本公开的又一方面，提供了一种利用上述的车辆载重检测装置100对车辆进行载重检测的方法，该方法包括：
55.通过驱动机构驱动第一齿轮31绕第一轴线转动或驱动第二齿轮32绕第二轴线转动，使激光发射接收器10能够对车辆处于空载状态时车厢200的内部进行三维扫描，得到车厢200的在空载状态时的初始容积；
56.通过驱动第一齿轮31绕第一轴线转动或驱动第二齿轮32绕第二轴线转动，使激光发射接收器10能够对车辆处于装载状态时车厢200的内部进行三维扫描，得到车厢200的在装载状态时的空余容积；
57.求初始容积与空余容积的差值，得到装载物的体积，即装载体积；
58.根据上述装载物的体积，结合装载物的密度，即可计算出装载物的质量，从而能够得到车辆的载重。
59.其中，可采用上述的球坐标控制器控制驱动机构工作，实现对激光发射接收器10照射角度的控制。
60.在具体的载重检测过程中，如图8所示，沿车辆的长度方向，从车厢200的尾部至车厢200的前部，可将车厢200的空间分为第一行、第二行
······
第n
‑
1行、第n行，每行包括多个检测点，例如包括9个检测点(实际可为更多个)。检测时，首先，可保持第二齿轮32相对于第一齿轮31固定，即保证激光发射接收器10在竖直方向的角度不变，即保证角不变，并控制第一齿轮31绕第一轴线转动，以使激光发射接收器10在水平方向转动，改变θ角，对第一行的检测点逐点扫描，完成第一行数据的扫描，依次扫描测量出距离；然后，控制可保持第一齿轮31保持固定，即保证激光发射接收器10在水平方向的角度不变，即保持θ角不变，并控制第二齿轮32绕第二轴线转动，以使激光发射接收器10在竖直方向摆动，即改变φ角，以将激光发射接收器10调整到扫描第二行的位置，之后再保证激光发射接收器10在竖直方向的角度不变，并控制第一齿轮31绕第一轴线转动，以使激光发射接收器10在水平方向转动，对第二行的检测点逐点扫描，完成第二行数据的扫描，依次扫描测量出距离，以此类推进行多行数据的扫描，直至扫描结束。
61.如图8所示，利用相邻行的4个点的数据可以计算出一个单元体积块a的体积，如图9所示，单个体积块的
△
v可以通过计算类似锥形体积块的体积计算出来，积分所有的有效体积块可以获取整体体积。
62.可选地，在扫描过程中，如果在上一行是从左向右(或从右至左)扫描，则下一行可采用相反的扫描方向，例如，从右至左，以提升扫描效率。
63.上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
64.另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
65.此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。