CN104573322B

CN104573322B - 一种汽车侧倾中心轴位置动态测量装置及其确定方法

Info

Publication number: CN104573322B
Application number: CN201410772197.0A
Authority: CN
Inventors: 邱绪云; 高琦; 李爱娟; 曹凤萍; 刘永辉; 徐传燕; 王慧君; 李建英
Original assignee: Shandong Jiaotong University
Current assignee: Shandong Jiaotong University
Priority date: 2014-12-12
Filing date: 2014-12-12
Publication date: 2017-06-23
Anticipated expiration: 2034-12-12
Also published as: CN104573322A

Abstract

本发明涉及一种汽车侧倾中心轴位置动态测量装置及其确定方法，针对现有对汽车侧倾和侧翻研究存在的不足，提出了一种汽车侧倾中心轴位置测量装置，包括车速传感器、车身、质心传感单元、左前悬架、左前车轮垂向载荷传感器、右前车轮垂向载荷传感器、右前悬架、计算单元、右后车轮垂向载荷传感器、右后悬架、左后车轮垂向载荷传感器、左后悬架等。本发明还涉及一种汽车侧倾中心轴位置确定方法。使用本发明可以根据汽车各车轮的垂向载荷、汽车的横摆角速度、汽车的侧倾角和汽车的行驶车速，计算出汽车发生侧倾与侧翻时侧倾中心轴的位置，有效提高汽车侧翻预测与防侧翻控制系统效果。

Description

一种汽车侧倾中心轴位置动态测量装置及其确定方法

技术领域

本发明涉及汽车侧倾与侧翻研究技术领域，尤其涉及一种汽车侧倾中心轴位置动态测量装置及其确定方法。

背景技术

汽车侧倾稳定性是衡量汽车安全性能的重要指标，汽车发生大幅度侧倾、甚至发生侧翻可能引发严重交通事故，其危害程度仅次于汽车发生碰撞事故。对于两轴汽车来说，汽车侧倾中心轴是指车身相对于地面侧倾转动所绕的纵向瞬时轴线，汽车侧倾中心轴分别穿过车身在前轴、后轴处的横断面，与车身在前轴处的横断面的交点为汽车前侧倾中心，与车身在后轴处的横断面的交点为汽车后侧倾中心，即汽车前、后侧倾中心的连线为汽车侧倾中心轴。国内外许多学者和企业，研究汽车侧倾与侧翻时，均假设汽车侧倾轴为静态的，汽车前、后侧倾中心位置不变，，而且当成常值用于汽车侧倾与侧翻研究。但是，汽车在发生侧倾与侧翻时，其侧倾轴位置是动态变化的，而且侧倾中心轴位置会影响汽车防侧翻控制系统的精度和效果，目前的技术文献未能实现汽车侧倾中心轴的动态测量。

发明内容

为了克服目前汽车侧倾与侧翻研究存在的不足，本发明提出一种汽车侧倾轴位置动态测量装置及其确定方法，能够测试汽车发生侧倾时侧倾中心轴位置的动态力学几何位置，为有效控制汽车防止发生侧翻提供支持。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种汽车侧倾中心轴位置动态测量装置，包括车轮、车速传感器、车身、质心传感单元、左前悬架、左前车轮垂向载荷传感器、右前车轮垂向载荷传感器、右前悬架、前车桥、计算单元、右后车轮垂向载荷传感器、后车桥、右后悬架、左后车轮垂向载荷传感器、左后悬架；质心传感单元包括侧向加速度传感器、横摆角速度传感器和侧倾角传感器，固定安装在整车质心位置；后车桥、前车桥的两端与车轮相连；左后悬架的上端与车身固连，左后悬架的下端通过左后车轮垂向载荷传感器固定安装在后车桥上；右后悬架的上端与车身固连，右后悬架的下端通过右后车轮垂向载荷传感器固定安装在后车桥上；左前悬架的上端与车身固连，左前悬架的下端通过左前车轮垂向载荷传感器固定安装在前车桥上；右前悬架的上端与车身固连，右前悬架的下端通过右前车轮垂向载荷传感器固定安装在前车桥上；车速传感器固定安装在后车桥的左半部；左后车轮垂向载荷传感器、质心传感单元、右后车轮垂向载荷传感器、车速传感器、左前车轮垂向载荷传感器、右前车轮垂向载荷传感器均与计算单元电连接。

本发明解决其技术问题所采用的又一种技术方案是：构造一种汽车侧倾中心轴位置确定方法，汽车在发生侧倾的过程中，车速传感器能够测量汽车的行驶车速，质心传感单元能够测量汽车质心处的侧向加速度、横摆角速度、侧倾角度及侧倾角加速度，左前车轮垂向载荷传感器、右前车轮垂向载荷传感器、右后车轮垂向载荷传感器、左后车轮垂向载荷传感器能够测量各车轮所受的垂向载荷，计算单元根据公式m₁(a+b)＝mb推求出汽车分配到前车桥上的簧载质量m₁，根据公式m₂(a+b)＝ma推求出汽车载荷分配到后车桥上的簧载质量m₂；根据公式推求出汽车前侧倾中心到地面的垂直距离h₁，根据公式推求出汽车前侧倾中心到右前侧车轮中心的水平距离T₁；根据公式推求出汽车后侧倾中心到地面的垂直距离h₂，根据公式推求出汽车后侧倾中心到右后侧车轮中心的水平距离T₂，汽车前后侧倾中心的连线为侧倾中心轴；式中：g为重力加速度，T为汽车两侧车轮的水平距离，m为汽车簧载质量，m₁为汽车分配到前车桥上的簧载质量m₁，m₂为汽车分配到后车桥上的簧载质量m₂，H为整车质心到地面的垂直距离，F₁为汽车右前车轮的垂直载荷，F₂为汽车左前车轮的垂直载荷，F₃为汽车右后车轮的垂直载荷，F₄为汽车左后车轮的垂直载荷，a_y为汽车的侧向加速度，ω为汽车的横摆角速度，为汽车的侧倾角，为汽车的侧倾角加速度，u为汽车的行驶车速；F₁、F₂、F₃和F₄分别由右前车轮垂向载荷传感器、左前车轮垂向载荷传感器、右后车轮垂向载荷传感器和左后车轮垂向载荷传感器反映，a_y、ω、和由质心传感单元反映，u由车速传感器反映。

计算单元通过右前车轮垂向载荷传感器、左前车轮垂向载荷传感器、右后车轮垂向载荷传感器、左后车轮垂向载荷传感器、质心传感单元和车速传感器测得汽车右前车轮的垂直载荷、汽车左前车轮的垂直载荷、汽车右后车轮的垂直载荷、汽车左后车轮的垂直载荷、汽车的侧向加速度、汽车的横摆角速度、汽车的侧倾角、汽车的侧倾角加速度和汽车的行驶车速存储并处理数据，输出计算结果。

本发明的有益效果是：使用本发明能够根据汽车各车轮的垂向载荷、汽车的横摆角速度、汽车的侧倾角和汽车的行驶车速等，计算出汽车发生侧倾与侧翻时侧倾中心轴的位置，提高汽车侧翻预测与防侧翻控制系统研究精度和效果。

附图说明

图1是汽车及侧倾中心轴位置动态测量装置的主视图。

图2是汽车及侧倾中心轴位置动态测量装置的俯视图。

图中：1-车轮，2-车速传感器，3-车身，4-质心传感单元，5-左前悬架，6-左前车轮垂向载荷传感器，7-汽车前侧倾中心，8-汽车分配到前车桥上的簧载质量的质心，9-右前车轮垂向载荷传感器，10-右前悬架，11-前车桥，12-汽车簧载质量质心，13-计算单元，14-右后车轮垂向载荷传感器，15-后车桥，16-右后悬架，17-汽车分配到后车桥上的簧载质量的质心，18-汽车前侧倾中心，19-左后车轮垂向载荷传感器，20-左后悬架。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合附图，对本方案进行阐述。

实施例一

如图1、图2所示的一种汽车侧倾中心位置动态测量装置，包括车轮1、车速传感器2、车身3、质心传感单元4、左前悬架5、左前车轮垂向载荷传感器6、右前车轮垂向载荷传感器9、右前悬架10、前车桥11、计算单元13、右后车轮垂向载荷传感器14、后车桥15、右后悬架16、左后车轮垂向载荷传感器19、左后悬架20；质心传感单元4包括侧向加速度传感器、横摆角速度传感器和侧倾角传感器，固定安装在整车质心位置；后车桥15、前车桥11的两端与车轮1相连；左后悬架20的上端与车身3固连，左后悬架20的下端通过左后车轮垂向载荷传感器19固定安装在后车桥15上；右后悬架16的上端与车身3固连，右后悬架16的下端通过右后车轮垂向载荷传感器14固定安装在后车桥15上；左前悬架5的上端与车身3固连，左前悬架5的下端通过左前车轮垂向载荷传感器6固定安装在前车桥11上；右前悬架10的上端与车身3固连，右前悬架10的下端通过右前车轮垂向载荷传感器9固定安装在前车桥11上；车速传感器2固定安装在后车桥15的左半部；车速传感器2、质心传感单元4、左前车轮垂向载荷传感器6、右前车轮垂向载荷传感器9、右后车轮垂向载荷传感器14、左后车轮垂向载荷传感器19均与计算单元13电连接。

实施例二

本实施例提供一种汽车侧倾中心轴位置确定方法，汽车在发生侧倾的过程中，质心传感单元4能够测量汽车质心处的侧向加速度、横摆角速度、侧倾角加速度及侧倾角度，车速传感器2能够测量汽车的行驶车速，左前车轮垂向载荷传感器6、右前车轮垂向载荷传感器9、右后车轮垂向载荷传感器14、左后车轮垂向载荷传感器19能够测量各车轮所受的垂向载荷，计算单元13根据公式计算单元根据公式m₁(a+b)＝mb推求出汽车分配到前车桥上的簧载质量m₁，根据公式m₂(a+b)＝ma推求出汽车载荷分配到后车桥上的簧载质量m₂；根据公式推求出汽车前侧倾中心到地面的垂直距离h₁，根据公式推求出汽车前侧倾中心到右侧车轮中心的水平距离T₁；根据公式推求出汽车后侧倾中心到地面的垂直距离h₂，根据公式推求出汽车后侧倾中心到右侧车轮中心的水平距离T₂，汽车前后侧倾中心的连线为侧倾中心轴；式中：g为重力加速度，T为汽车两侧车轮的水平距离，m为汽车簧载质量，m₁为汽车分配到前车桥上的簧载质量m₁，m₂为汽车分配到后车桥上的簧载质量m₂，H为整车质心到地面的垂直距离，F₁为汽车右前车轮的垂直载荷，F₂为汽车左前车轮的垂直载荷，F₃为汽车右后车轮的垂直载荷，F₄为汽车左后车轮的垂直载荷，a_y为汽车的侧向加速度，ω为汽车的横摆角速度，为汽车的侧倾角，为汽车的侧倾角加速度，u为汽车的行驶车速；F₁、F₂、F₃和F₄分别由右前车轮垂向载荷传感器9、左前车轮垂向载荷传感器6、右后车轮垂向载荷传感器14和左后车轮垂向载荷传感器反映19，a_y、ω、和由质心传感单元4反映，u由车速传感器2反映。

计算单元13分别通过右前车轮垂向载荷传感器9、左前车轮垂向载荷传感器6、右后车轮垂向载荷传感器14、左后车轮垂向载荷传感器19、质心传感单元4和车速传感器2测得汽车右前车轮的垂直载荷、汽车左前车轮的垂直载荷、汽车右后车轮的垂直载荷、汽车左后车轮的垂直载荷、汽车的侧向加速度、汽车的横摆角速度、汽车的侧倾角、汽车的侧倾角加速度和汽车的行驶车速存储并处理数据，计算出汽车前侧倾中心到地面的垂直距离、汽车前侧倾中心到右前侧车轮中心的水平距离、汽车后侧倾中心到地面的垂直距离、汽车后侧倾中心到右后侧车轮中心的水平距离，并输出计算结果。

Claims

1.一种汽车侧倾中心轴位置动态测量装置，包括车轮[1]、车速传感器[2]、车身[3]、质心传感单元[4]、左前悬架[5]、左前车轮垂向载荷传感器[6]、右前车轮垂向载荷传感器[9]、右前悬架[10]、前车桥[11]、计算单元[13]、右后车轮垂向载荷传感器[14]、后车桥[15]、右后悬架[16]、左后车轮垂向载荷传感器[19]和左后悬架[20]；质心传感单元[4]包括侧向加速度传感器、横摆角速度传感器和侧倾角传感器，固定安装在车身[3]上的整车质心位置；后车桥[15]、前车桥[11]的两端与车轮[1]相连；左后悬架[20]的上端与车身[3]固连，左后悬架[20]的下端通过左后车轮垂向载荷传感器[19]固定安装在后车桥[15]上；右后悬架[16]的上端与车身[3]固连，右后悬架[16]的下端通过右后车轮垂向载荷传感器[14]固定安装在后车桥[15]上；左前悬架[5]的上端与车身[3]固连，左前悬架[5]的下端通过左前车轮垂向载荷传感器[6]固定安装在前车桥[11]上；右前悬架[10]的上端与车身[3]固连，右前悬架[10]的下端通过右前车轮垂向载荷传感器[9]固定安装在前车桥[11]上；车速传感器[2]固定安装在后车桥[15]的左半部；车速传感器[2]、质心传感单元[4]、左前车轮垂向载荷传感器[6]、右前车轮垂向载荷传感器[9]、右后车轮垂向载荷传感器[14]、左后车轮垂向载荷传感器[19]均与计算单元[13]电连接。

2.一种汽车侧倾中心轴位置确定方法，其特征在于，质心传感单元[4]能够测量汽车质心处的侧向加速度、横摆角速度、侧倾角加速度及侧倾角度，车速传感器[2]能够测量汽车的行驶车速，左前车轮垂向载荷传感器[6]、右前车轮垂向载荷传感器[9]、右后车轮垂向载荷传感器[14]、左后车轮垂向载荷传感器[19]能够测量各车轮所受的垂向载荷，计算单元[13]根据公式计算单元根据公式m₁(a+b)＝mb推求出汽车分配到前车桥上的簧载质量m₁，根据公式m₂(a+b)＝ma推求出汽车载荷分配到后车桥上的簧载质量m₂；根据公式推求出汽车前侧倾中心到地面的垂直距离h₁，根据公式推求出汽车前侧倾中心到右前侧车轮中心的水平距离T₁；根据公式推求出汽车后侧倾中心到地面的垂直距离h₂，根据公式推求出汽车后侧倾中心到右后侧车轮中心的水平距离T₂，汽车前后侧倾中心的连线为侧倾中心轴；式中：g为重力加速度，T为汽车两侧车轮的水平距离，m为汽车簧载质量，m₁为汽车分配到前车桥上的簧载质量，m₂为汽车分配到后车桥上的簧载质量，H为整车质心到地面的垂直距离，F₁为汽车右前车轮的垂直载荷，F₂为汽车左前车轮的垂直载荷，F₃为汽车右后车轮的垂直载荷，F₄为汽车左后车轮的垂直载荷，a_y为汽车的侧向加速度，ω为汽车的横摆角速度，为汽车的侧倾角，为汽车的侧倾角加速度，u为汽车的行驶车速；F₁、F₂、F₃和F₄分别由右前车轮垂向载荷传感器[9]、左前车轮垂向载荷传感器[6]、右后车轮垂向载荷传感器[14]和左后车轮垂向载荷传感器[19]反映，a_y、ω、和由质心传感单元[4]反映，u由车速传感器[2]反映。