CN103625360A - 汽车侧翻稳定性能动态监测及报警系统 - Google Patents

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李文亮
周炜
尤宁
晋杰
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Abstract

汽车侧翻稳定性能动态监测及报警系统，属于汽车电子及安全技术领域。该系统所述侧向加速度传感器、侧倾角传感器输出和信息采集及控制单元输入相连；信息采集及控制单元输出与报警装置输入相连。对应某一侧向加速度，所述信息采集及控制单元根据实际采集的侧倾角信号以及所述的基准侧倾角信号的大小，对汽车的侧翻稳定性能危险级别评估，根据评估的危险级别传递信号给报警装置对驾驶员进行报警。本发明增加了系统的可靠性，对预防因侧翻稳定性能异常导致的交通事故具有极大的帮助作用；可根据侧翻稳定性能异常的程度来采用分级报警；系统结构简单，易于实现，成本低廉。

Description

汽车侧翻稳定性能动态监测及报警系统
技术领域
汽车侧翻稳定性能动态监测及报警系统属于汽车电子及安全技术领域。
背景技术
侧翻按照机理的不同分为绊倒型侧翻和非绊倒型侧翻。目前研究集中在非绊倒型侧翻上，包括车辆结构参数、环境等对侧翻的影响、车辆侧翻预警算法及主动防侧翻控制系统等；而主动防侧翻控制系统主要分为主动预警装置和主动控制装置。由于主动预警装置具有配置简单、成本低廉、安装简易等特点，应用市场广阔。目前研究主要针对即将发生的侧翻危险进行预警，由于侧翻危险发生的时间很短，很多侧翻预警所起的作用有限。
开发一种汽车侧翻稳定性能动态监测及报警系统，在车辆运行过程中发现其侧翻稳定性异常后就进行预警，而不是危险即将发生时，从而有效预防侧翻危险的发生。
发明内容
本发明的目的就是开发一种汽车侧翻稳定性能动态监测及报警系统，该系统通过实时监测车辆侧向加速度、车辆侧倾角之间的对应关系的变化情况，以判断汽车侧翻稳定性能是否因悬架故障、轮胎故障、载重分布不均、路面横坡、路面湿滑等原因造成的车辆侧翻稳定性能异常，及时提醒驾驶员采取安全措施，保障安全行车。该监测及报警系统从整体上对汽车侧翻稳定性能进行监测，既能够在其侧翻稳定性能异常时给驾驶员提供及时预警信息，更为重要的是能够预测汽车侧翻稳定性能的变化趋势，为安全行车提供了一种有效的危险预防技术。
本发明是汽车运行安全性能监测的重要内容，通过对汽车侧翻稳定性能的实时监测，判断汽车侧翻稳定性能的状态，性能异常情况下及时向驾驶员提供报警信息，预防交通事故。该汽车侧翻稳定性能监测及报警系统硬件结构组成如图1所示。该系统主要利用车辆侧向加速度传感器和侧倾角传感器采集车辆的侧向加速度和侧倾角，利用信息采集及控制单元预先存储该车辆侧翻稳定性能良好以及满足国家标准基本要求的情况下的关系曲线，车辆运行过程中，实时监测二者关系曲线的变化情况，如果悬架、轮胎出现问题、载荷分布不均等造成侧翻稳定性能的降低，反应在侧向加速度和侧倾角的关系的变化上，则表现为同等的侧向加速度对应的侧倾角将变大，如图2所示，曲线1是车辆侧翻稳定性能良好情况下的曲线，若侧翻稳定性能降低，则可能变为曲线2所示的曲线。信息采集及控制单元根据一定的判定准则，判断是否需要向驾驶员提供侧翻稳定性能降低的报警信息，以提醒驾驶员。信息采集及控制单元还可以定期记录汽车侧向加速度与侧倾角之间的变化情况，预测侧翻稳定性能变化的趋势，为驾驶员提供预警信息，帮助驾驶员及早发现问题，保证车辆能够在侧翻稳定性能良好情况下运行，保障行车安全。
本发明通过实时监测汽车侧向加速度与侧倾角之间的变化情况，监测侧翻稳定性能的变化，其突出特点体现在：首先，在车辆运行过程中监测其侧翻稳定性异常后就进行预警，而不是侧翻即将发生时，从而有效的预防侧翻危险的发生。第二，从总体上监测侧翻稳定性能的状况，与单个部件分别进行监控报警的装置相比，既增加了系统的可靠性，又降低了成本；第三，能够记录侧翻稳定性能变化的整个过程，可以预测侧翻稳定性能变化的趋势，对预防因侧翻稳定性能异常造成的交通事故具有极大的帮助作用；第四，该系统在在用车使用时，对在用车基本不用改造，主要是外装侧向加速度传感器和侧倾角传感器，容易安装实现；第五，报警系统既可以采用语音报读的方式，也可以采用蜂鸣的方式进行，可根据侧翻性能变化的程度，采用分级的方式向驾驶员提供不同级别的报警；第六，系统结构简单，易于实现，成本低廉，既可在新开发的车型上应用，也可在在用车上改装使用。
附图说明
图1本发明系统结构图
图2汽车侧向加速度与侧倾角关系曲线示意图
图3本发明信息采集电路原理图
图4本发明语音和蜂鸣报警电路原理图
具体实施方式
图1所示为本发明装置的硬件结构框图，其主要包括三个部分：信号感知部分、信号采集及控制单元、报警提示单元。下面结合图和实例对本发明各部分分别进一步说明。
1、信号感知部分
信号感知部分由侧向加速度传感器、侧倾角传感器组成，分别感知侧向加速度、车辆侧倾角信号，侧向加速度传感器将侧向加速度转化为电压信号输出到信息采集及控制单元，侧倾角传感器将侧倾角转化成数字信号输出到信息采集及控制单元。在本发明实例中，车辆侧向加速度传感器采用朗斯压电加速度传感器LC0108，量程10g，分辨率0.002g，精度0.25％，灵敏度500mv/g，侧倾角传感器采用中星环宇ZX-VG320A，量程±180。，精度0.5。，二者安装在驾驶员左侧操作台下方的平整位置，并尽量靠近。
2、信息采集及控制单元
信息采集及控制单元所用芯片型号为LM3S1958，其主要实现1路AD转换、串口数据采集及运行报警决策算法等功能。
1路AD转换电路用于将车辆侧向加速度传感器输出的电压信号转换成数字信号，AIN0连接侧向加速度传感器输出信号，ADC0连接单片机AD口，R19、R20构成分压电路，R18、C25实现滤波减噪，二极管D4保证单片机AD端口输入电压不超过3.3V。侧倾角传感器采用串口采集，单片机采用MAX232芯片进行电平转换，使得TTL电平转换为RS232电平，通过DB9串口形式采集传感器信号。信号采集原理如图3所示。
信息采集及控制单元预先存储车辆在侧翻稳定性能良好及满足国家相关标准基本要求情况下的侧向加速度和侧倾角之间的关系曲线。在车辆使用过程中，利用上述信号感知部分实时采集侧向加速度和侧倾角关系曲线的变化情况，如果存在因悬架故障、轮胎故障、载重分布不均、路面横坡、路面湿滑等原因造成的车辆侧翻稳定性能异常，反映在侧向加速度和侧倾角关系曲线的变化上，则表现为在同等的侧向加速度，侧倾角将变大或者变小，如图2所示。曲线1是汽车侧翻稳定性能良好情况下的曲线。曲线2为仅能满足国家标准最基本要求的侧翻稳定性能曲线。例如，车型与车辆状态不同，曲线2将有所不同，需要提前对其进行标定。
GB 7258《机动车运行安全技术条件为规定“客车在整备运行状态质量下按照相关规定加载至最不利的载荷状态时，向左侧和右侧倾斜最大侧倾稳定角不允许小于28°”，《营运客车安全技术条件》规定“营运客车在满载条件下沿特定曲线匀速行驶，在不发生侧翻或侧滑条件下，测得的车辆簧载质量质心处的最大向心加速度应能达到0.4g”。因此，对于营运客车来说，图中的曲线1即为0.4g的加速度引起的侧倾角为28°对应的侧翻稳定性能曲线。对应某一侧向加速度，将车辆侧倾角传感器采集到的实际侧倾角表示为φf，曲线1对应的侧倾角为φ1，曲线2对应的侧倾角为φ2，车辆最大侧倾稳定角为φmax，设定报警级别G如下：
表1报警级别
Figure BSA00000770221400031
车辆在接近最大侧倾稳定角φmax的90％时就提供预警信息，使驾驶员及早发现问题，保障行车安全。
3、报警提示单元
报警提示单元主要包括语音报读模块和蜂鸣器。如图4所示，语音播报模块通过Voice_RXD、Voice_TXD与主控制器串口相连，实现播报功能。蜂鸣器电路采用PNP三极管控制，当单片机BEEP引脚控制电平输出0时，Q1导通，蜂鸣器蜂鸣；当BEEP引脚控制电平输出为1时，Q1截止，蜂鸣器停止蜂鸣。
对应于四个信息采集与控制单元产生的四个报警级别，报警提示单元的报警方式也对应有四种状态，如表2所示
表2报警方式
  报警级别   描述   蜂鸣   语音
  3   危险   蜂鸣频率4HZ   侧翻危险
  2   比较危险   蜂鸣频率2HZ   侧翻性能异常
  1   警告   蜂鸣频率1HZ   侧翻性能下降
  0   安全   无报警   无报警
综上所述，本发明装置包括信号感知、信息采集及控制单元、报警提示单元等三部分。信号感知部分利用车辆侧向加速度传感器和车辆侧倾角传感器分别感知车辆侧向加速度信号和车辆侧倾角信号，侧向加速度传感器将侧向加速度信号转换为电压信号，侧倾角传感器将侧倾角信号转换成数字信号，并将他们输出到信息采集及控制单元。信息采集及控制单元以及报警提示单元均基于同一单片机“LM3S1958”开发，其主要功能是将信号感知部分输出的电压信号转换成数字信号，接收侧倾角信号，运行报警算法，并利用语音报读、蜂鸣等方式向驾驶员提供侧翻稳定性能是否降低的预警信息，帮助驾驶员及早发现问题，保证车辆能够在侧翻稳定性能状态良好下运行，保障行车安全。

Claims (5)

1.汽车侧翻稳定性能动态监测及报警系统，该系统包括车辆侧向加速度传感器、车辆侧倾角传感器、信息采集及控制单元和报警装置；
车辆侧向加速度传感器采集车辆侧向加速度信号；车辆侧倾角传感器采集车辆侧倾角信号；信息采集及控制单元接收车辆侧向加速度传感器和车辆侧倾角传感器输出的信号并进行处理，根据处理信息将信号传递给报警装置；
车辆侧向加速度传感器、车辆侧倾角传感器输出分别和信息采集及控制单元输入相连；信息采集及控制单元输出与报警装置输入相连；
所述信息采集及控制单元根据国家标准GB 7258《机动车运行安全技术条件》和《营运客车安全技术条件》标定满足其要求的侧翻稳定性能曲线和侧翻稳定性能良好的侧翻稳定性能曲线，并将其作为判断汽车侧翻稳定性能高低的基准φ2和φ1；
对应某一侧向加速度，将车辆侧倾角传感器采集到的实际侧倾角表示为φf，曲线1对应的侧倾角为φ1，曲线2对应的侧倾角为φ2，车辆最大侧倾稳定角为φmax，设定报警级别G如下：
表1报警级别
2.根据权利要求1所述的汽车侧翻稳定性能动态监测及报警系统，其特征在于，所述信息采集及控制单元为德州仪器(TI)32位单片机LM3S1958。
3.根据权利1要求所述的报警装置，报警提示单元主要包括语音报读模块和蜂鸣器。对应于信息采集与控制单元产生的四个报警级别，报警提示单元的报警方式也对应有四种状态，如表2所示：
表2报警方式
  报警级别   描述   蜂鸣   语音   3   危险   蜂鸣频率4HZ   侧翻危险   2   比较危险   蜂鸣频率2HZ   侧翻性能异常   1   警告   蜂鸣频率1HZ   侧翻性能下降   0   安全   无报警   无报警
4.根据权利要求1所述的汽车侧翻稳定性能动态监测及报警系统，其特征在于，所述车辆侧向加速度传感器为朗斯压电加速度传感器LC0108。
5.根据权利要求1所述的汽车侧翻稳定性能动态监测及报警系统，其特征在于，所述车辆侧倾角传感器为中星环宇ZX-VG320A。
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