CN101806609A - 一种汽车偏载状态识别及监控预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽车偏载状态识别及监控预警系统，包括载荷检测子、偏载状态识别和控制处理子系统以及拉线式位移传感器、ADAM模块、工控机和报警装置。本发明利用对称安装在汽车后桥钢板弹簧内侧的拉线式位移传感器，提取后桥和车架上两固定点的位移及方向；ADAM模块将传感器信号转化为可计量的电信号后输入工控机，经偏载状态识别子系统中预设的偏载状态识别程序处理，判断装载量是否达到设定的标准值，当达到或超过设定的标准，则计算汽车的偏载率，根据偏载率大小决定是否发送预警指令；控制处理子系统根据工控机发出的相关指令来控制报警设备。本发明能够在汽车运行过程中对汽车的偏载状态进行实时监控，实现车辆载荷危险状态预警。

Description

一种汽车偏载状态识别及监控预警系统

技术领域：

本发明涉及一种汽车偏载状态识别及监控预警系统，系统的主要组成设备包括拉线式位移传感器、ADAM模块、工控机、稳压电源、报警控制器、报警设备、固定底座等。该系统实现对汽车偏载状态的实时监控，并提供预警功能。它属于汽车运行安全状态综合监控预警技术领域。

背景技术：

汽车偏载是引起汽车侧翻的最直接原因。通过汽车偏载状态识别和预警可以防止车辆发生侧翻，保证车辆安全运行。现有一种公路运输车辆偏载装置，由半导体激光器、光电位敏传感器、反射镜构成。半导体激光器、光电位敏传感器、反射镜分别安装于车桥两侧钢板弹簧外侧，其中的半导体激光器和光电位敏传感器并排固定于同一侧临近钢板弹簧端部附近；反射镜的镜面正对于光电位敏传感器的感光面，车辆空载时半导体激光器发射的线激光经反射镜反射与光电位敏传感器感光面中心重合，满载时反射光线落在光电位敏传感器的感光面内。而其它关于可以实时监测汽车偏载状态并进行预警方面发明尚未见报道。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种汽车偏载状态识别及监控预警系统，能够在汽车的运行状态下实时检测汽车偏载状态的需要，能克服汽车运行条件下振动多、灰尘大等不利环境条件的影响。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现，结合附图说明如下：

一种汽车偏载状态识别及监控预警系统，包括载荷检测子系统、偏载状态识别子系统、控制处理子系统、工控机、拉线式位移传感器和报警装置，所述的载荷检测子系统由固定底座7、两套拉线式位移传感器6、ADAM模块9和稳压电源12构成，所述的拉线式位移传感器6采用两套，分别通过固定底座7对称安装于汽车后桥钢板弹簧3的内侧，拉线8的一端固定于车架1上，拉线8与车辆后轴保持垂直状态，拉线式位移传感器分别测得车架1上拉线8的固定点和后车桥5上拉线式位移传感器6的固定点之间相对运动的位移和方向，并通过数据线传送给ADAM模块9，ADAM模块9将此信号转化为可计量的电信号后输入工控机10，经偏载状态识别子系统中预设的偏载状态识别程序处理，判断汽车的装载量是否达到要进行偏载监控的标准，并对达到或超过预设标准计算车辆的偏载率，对车辆的偏载状态进行实时监控，控制处理子系统按照工控机10发出的相关指令来控制报警装置。

所述的两套拉线式位移传感器6采用MA38L6-A1024B3MLP拉线式位移传感器。

所述的偏载状态识别子系统包括拉线式位移传感器6、工控机10和固化在其内部的偏载识别程序构成，通过偏载识别程序的运行，能够准确识别车辆的偏载率。

所述的控制处理子系统嵌入在工控机10内、其上固化有控制处理程序；一旦偏载识别子系统发现车辆偏载率超过某一特定值，工控机发出指令，控制处理子系统执行指令，及时发送信息给报警控制器，由报警控制器控制报警器11报警。

用于上述的一种汽车偏载状态识别及监控预警系统的标定：

(1)汽车在空载时为初始状态，计此时的位移量计为0；

(2)装载至副簧开始起作用后，对汽车的偏载状态进行监控；

(3)系统中偏载率的计算公式：

ΔP₁＝K₁×ΔX+K₂×(ΔX₁-ΔX)，ΔP₂＝K₁×ΔX+K₂×(ΔX₂-ΔX)中的K₁，K₂值是根据钢板弹簧的刚度特性来确定的；

(4)偏载率超过设定的P且持续时间超过T秒，控制处理子系统根据工控机发出的相关指令预警。

本发明开发属于一种主动安全技术，它是一种能够在易振动、多尘环境下稳定工作的汽车偏载状态识别系统，实现对汽车偏载状态进行实时监控，为汽车安全运行提供一定的技术保障。

附图说明：

图1是本发明的安装示意图的主视图。

图2是本发明的安装示意图的侧视图。

图3是预警算法流程图。

图4是预警信息处理流程图。

图中：1.车架 2.钢板弹簧吊耳 3.钢板弹簧 4.拉线位移传感器在车架上的固定点 5.汽车后桥 6.拉线式位移传感器 7.固定底座 8.拉线 9.ADAM模块 10.工控机 11.报警器 12.稳压电源

具体实施主方式：

以下结合附图所示实施例进一步说明本发明的具体内容及其实施方式：

参阅图1～4：本发明涉及一种汽车偏载状态识别及监控预警系统，主要由载荷检测子系统、偏载状态识别子系统和控制处理子系统组成；系统的主要组成设备包括拉线式位移传感器6、ADAM模块9、工控机10、稳压电源12、报警器11(报警控制器和报警设备)、固定底座7；其中载荷检测子系统是能够在汽车运行过程中实时监控汽车装载状态，由固定底座7、拉线式位移传感器6、稳压电源12等构成。拉线式位移传感器6、固定底座7在汽车后车桥钢板弹簧3的内侧对称的各安装一套，拉线8固定于车架1的固定点4上。安装过程中保证传感器拉线的运动方向与车架和后桥在载荷作用下的相对运动方向一致。车辆承载时，钢板弹簧因受到载荷作用而变形，拉线式位移传感器检测到车架上拉线的固定点和后桥上拉线式位移传感器固定点之间相对运动的位移和方向。拉线式位移传感器6内部弹簧保证拉线8的张紧度不变，拉线8在车架1相对于后桥5发生运动时进行伸展和收缩，以获得传感器所在一侧车辆载荷情况。偏载状态识别子系统嵌入在工控机内部。报警器11包括报警控制器和报警设备，报警控制器按照工控机发出的相关指令来控制报警设备做出响应。

钢板弹簧的形变量与汽车的载质量、钢板弹簧的刚度特性及车辆运行速度有关，在汽车静止或以一定速度匀速行驶时，钢板弹簧的变形量与载质量成正比。如果车辆载荷分布比较均匀，两侧拉线式位移传感器检测到的车架上拉线的固定点和后桥上拉线式位移传感器固定点之间相对运动的位移和方向相差不大；如果偏载情况较严重，两传感器检测的信号差值相差较大。除此之外，汽车在路面状况不好的路面上行驶时，路面不平可能会使两侧的传感器检测到的信号值相差较大，但这种差异是瞬时的，所以这种情况不会被判定为偏载。只有汽车偏载率超过程序中设定的阈值，且这种偏载持续时间超过程序中设定的阈值，才会被判定为汽车偏载。

车辆承载时，钢板弹簧3因受到载荷作用而变形，拉线式位移传感器6可以检测汽车后车桥5与车架1相对运动的位移和方向，ADAM模块9将测量值转化为电信号后输入工控机10，经偏载状态识别子系统中预设的偏载状态识别程序处理，判断汽车的装载量是否达到要进行偏载监控的标准值，如果未达到该标准，则不对汽车的偏载率进行监控；如果已经达到或超过该标准，则计算车辆的偏载率，对车辆的偏载状态进行实时监控。当汽车的偏载状态达到预设的预警阈值，控制处理子系统根据工控机发出的信号发送控制信号给报警控制装置。

控制处理子系统在按照工控机发出的相关指令来控制报警设备做出响应。其中工控机安装在汽车的驾驶室内，其系统采用嵌入式开发，是偏载状态识别和控制处理子系统的核心部件，用于完成系统中载荷信息的识别、数据处理、向报警控制器发出指令等。

工控机10内置偏载状态计算程序的工作原理如下：

在钢板弹簧3的副弹不起作用的时候，车辆的载荷较小，车辆因偏载发生侧翻的可能性较小；只有在钢板弹簧3的副簧起作用后车辆的载质量较大)，才开始对车辆的偏载状态进行实时监控，预防车辆因偏载而发生侧翻。车辆的横向载荷转移率ΔP为：

$\mathrm{\ΔP}=\frac{P_1-P_2}{P_1+P_2}$

车辆的横向载荷转移率ΔP计算公式可简化为：

$\mathrm{\ΔP}=\frac{\mathrm{\Δ}{P}_1-\mathrm{\Δ}{P}_2}{\mathrm{\Δ}{P}_1+\mathrm{\Δ}{P}_2}$

其中：P₁——后轴重载一侧簧载质量；

P₂——后轴轻载一侧簧载质量；

ΔP₁——后轴重载一侧簧载质量的变化量；

ΔP₂——后轴轻载一侧簧载质量的变化量。

ΔP₁和ΔP₂分别为：

ΔP₁＝K₁×ΔX+K₂×(ΔX₁-ΔX)

ΔP₂＝K₁×ΔX+K₂×(ΔX₁-ΔX)

其中：K₁，K₂——两侧钢板弹簧的弹性系数

车辆的横向载荷转移率在-1到+1之间，当其绝对值为1时，则说明其一侧车轮离地，车辆正在开始侧翻。

工控机10内置偏载状态识别算法流程参阅图3所示。拉线式位移传感器6测得的汽车两侧偏移量，根据标定过程分别计算出汽车两侧的偏载量ΔP₁和ΔP₂，按照横向偏载率计算公式计算得出汽车的横向载荷转移率ΔP。对比计算得到的汽车横向载荷转移率与设定的偏载状态报警阈值，如果汽车横向载荷转移率的计算值小于报警阈值，将偏载累积时间t设为0，继续按照传感器的测量频率对汽车的偏载状态进行实时监测；汽车横向载荷转移率大于或等于偏载状态报警阈值，程序开始累积时间t，如果在累积时间t还未超过设定的门限值T时横向载荷转移率的计算值已降至设定的偏载状态报警阈值之下，则认定车辆为瞬时偏载，工控机不发报警指令，同时将偏载累积时间t设为0，继续监测传感器数据即监测汽车偏载情况)；如果汽车横向载荷转移率大于或等于设定的偏载状态报警阈值，同时累积时间t大于设定的门限值T，工控机发出报警控制信号给控制报警器从而实现预警。

Claims (5)

1.一种汽车偏载状态识别及监控预警系统，包括载荷检测子系统、偏载状态识别子系统、控制处理子系统、工控机、拉线式位移传感器和报警装置，其特征在于，所述的载荷检测子系统由固定底座(7)、两套拉线式位移传感器(6)、ADAM模块(9)和稳压电源(12)构成，所述的拉线式位移传感器(6)采用两套，分别通过固定底座(7)对称安装于汽车后桥钢板弹簧(3)的内侧，拉线(8)的一端固定于车架(1)上，拉线(8)与车辆后轴保持垂直状态，拉线式位移传感器分别测得车架(1)上拉线(8)的固定点和后车桥(5)上拉线式位移传感器(6)的固定点之间相对运动的位移和方向，并通过数据线传送给ADAM模块(9)，ADAM模块(9)将此信号转化为可计量的电信号后输入工控机(10)，经偏载状态识别子系统中预设的偏载状态识别程序处理，判断汽车的装载量是否达到要进行偏载监控的标准，并对达到或超过预设标准计算车辆的偏载率，对车辆的偏载状态进行实时监控，控制处理子系统按照工控机(10)发出的相关指令来控制报警装置。

2.根据权利要求1所述的一种汽车偏载状态识别及监控预警系统，其特征在于，所述的两套拉线式位移传感器(6)采用MA38L6-A1024B3MLP拉线式位移传感器。

3.根据权利要求1所述的一种汽车偏载状态识别及监控预警系统，其特征在于，所述的偏载状态识别子系统包括拉线式位移传感器(6)、工控机(10)和固化在其内部的偏载识别程序构成，通过偏载识别程序的运行，能够准确识别车辆的偏载率。

4.根据权利要求1所述的一种汽车偏载状态识别及监控预警系统，其特征在于，所述的控制处理子系统嵌入在工控机(10)内、其上固化有控制处理程序；一旦偏载识别子系统发现车辆偏载率超过某一特定值，工控机发出指令，控制处理子系统执行指令，及时发送信息给报警控制器，由报警控制器控制报警器(11)报警。

5.用于权利要求1所述的一种汽车偏载状态识别及监控预警系统的标定，其特征在于：

(1)汽车在空载时为初始状态，计此时的位移量计为0；

(2)装载至副簧开始起作用后，对汽车的偏载状态进行监控；

(3)系统中偏载率的计算公式：

ΔP₁＝K₁×ΔX+K₂×(ΔX₁-ΔX)，ΔP₂＝K₁×ΔX+K₂×(ΔX₂-ΔX)中的K₁，K₂值是根据钢板弹簧的刚度特性来确定的；

(4)偏载率超过设定的P且持续时间超过T秒，控制处理子系统根据工控机发出的相关指令预警。

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