CN104590254B

CN104590254B - 一种汽车转弯防侧翻方法及系统

Info

Publication number: CN104590254B
Application number: CN201510021475.3A
Authority: CN
Inventors: 刘富豪; 张雁聪; 张亮; 杨超
Original assignee: Yangcheng Institute of Technology
Current assignee: Yangcheng Institute of Technology
Priority date: 2015-01-15
Filing date: 2015-01-15
Publication date: 2017-05-17
Anticipated expiration: 2035-01-15
Also published as: CN104590254A; US20170151942A1; US10407058B2; WO2016112845A1

Abstract

本发明公开了一种汽车转弯防侧翻方法及系统，包括车速控制器、安装在车辆前轮上的车轮偏角测量仪、安装在四个车轮轴心位置的力传感器和安装在车辆前轮上的角速度测量仪车速控制器，所述车轮偏角测量仪、角速度测量仪和力传感器都与车速控制器电连接。车速控制器与车辆的刹车系统连接，可以通过刹车系统智能降低车速。当驾驶员根据路况改变θ₁时，车速控制器会实时计算出临界半径，再比较车速，实时的发出命令控制车速，令车速保持在一个理想范围内，既不会超速有翻车危险，也不会导致过分减速加剧油耗。本方案适用于所有四轮车辆。

Description

一种汽车转弯防侧翻方法及系统

技术领域

本发明涉及车辆控制领域，尤其是涉及一种有效提高安全性的汽车转弯防侧翻方法及系统。

背景技术

随着城市化的不断扩张，家用车数量的与日俱增，导致公路的大面积覆盖，不论是普通车道还是高架，都有着大大小小各色各样的弯道。众所周知，大家开车过弯时都有个习惯，都会先减速到理想状态再慢慢地过弯，当出弯后，脚踩油门给油加速。殊不知这一习惯将或多或少的增加汽车的耗油量，而且刹车片也会加剧磨损，长久以往将是一笔非常可观的费用。除外，司机每天都在这些道路中穿行时，免不了会有着视觉疲劳，无法正确判断入弯速度，导致入弯速度过大，车子在转弯过程中容易失控，更有甚者会发生翻车。

因此，如何防止车辆在转弯时速度的失控，减少错误判断而引发的危险，以及降低经济损失，是一个日益重要的课题。

中华人民共和国国家知识产权局于2007年09月26日公开了公开号为CN101041320的专利文献，名称是机动车辆防侧翻安全系统，其包括防侧翻液压调节系统和防侧翻电路控制系统，具体实现方案为：防侧翻液压调节系统与液压助力转向机一起并联在液压泵上，当速度达到一定值以上时，调节相应电磁阀的开闭，再等转向时调节相应电磁阀的开闭，从而达到高速转向时调节车辆的重心。此方案是通过调节车辆重心来达到转向时防止侧翻的效果，但是需要在车辆上安装复杂的液压调节装置，对于紧凑的车身来说占用空间过大，成本较高，增加的重量使油耗和车辆磨损变大，并且机械调节有较大的延时，较难适应高速行驶的环境，实用性不强。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的结构复杂、成本高、实用性不强等的技术问题，提供一种实时性好、结构简单、安装方便、反应速度快、控制效果好、可以根据车辆状态随时调整车速的汽车转弯防侧翻方法及系统。

本发明针对上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种汽车转弯防侧翻方法，包括以下步骤：

A、获取车辆固有参数，实时测量车辆重心位置、前轮偏转角θ₁和前轮角速度，车辆固有参数包括同一侧前轮和后轮轴心距离L、两个前轮或者两个后轮轴心之间的距离B以及车辆的重心位置距离地面的高度h；定义车辆转弯方向为转弯侧，转弯的反方向为异侧，即如果车辆是左转，则左侧为转弯侧，右侧为异侧；如果车辆是右转，则右侧是转弯侧，左侧是异侧；重心位置距离两个前轮轴心连线的距离为b，重心位置距离异侧前轮和异侧后轮轴心连线的距离为a；

E、计算转弯侧前轮到瞬心的距离为r₁＝L/cos(θ₁)；

B、计算车辆重心-瞬心-后轮轴心形成的重心角θ_G，计算公式如下：

θ_G＝tan^-1((L-b)/(B-a+r₁cos(θ₁)))；

C、计算瞬心到重心的距离r_G，计算公式如下：

D、计算刚好要发生侧翻时重心处的速度为

式中，g为重力加速度；

F、计算转弯侧前轮的临界速度为

G、通过前轮角速度计算转弯侧前轮的当前速度，比较转弯侧前轮的当前速度和临界速度的大小，如果当前速度大于临界速度，则降低车速，直至转弯侧前轮的当前速度小于或等于临界速度；如果当前速度小于临界速度，则不进行车速控制。

车辆在转弯时，车轮的偏移角不同则临界速度也不相同。本方案实时测量车速、车轮偏移角和重心位置，通过偏移角和重心位置实时计算临界速度，发现车速大于临界速度就进行减速，即车速控制是从驾驶员稍微转动方向盘就开始，是一个循序渐进的过程，随着方向盘转动角度增大(车轮偏移角增大)车速自然就线性降低，减速过程平滑，实时性好，即避免了侧翻的危险，也使车速不会降低太多，节省燃油和时间。驾驶员不需要进弯前就预先减速，降低了操控复杂度。从安全角度出发，步骤G中，临界速度比较之前可以适当缩小，比如用临界速度的80％-90％与转弯侧前轮的当前速度进行比较，留出10％-20％的余量，确保行车安全。

作为优选，重心位置通过以下方式确定：

获取分别安装在转弯侧前轮、异侧前轮、异侧后轮和转弯侧后轮轴心位置的四个力传感器的值F₁，F₂，F₃和F₄,重心位置距离异侧前轮和异侧后轮轴心连线的距离a由以下公式得出：

重心位置距离两个前轮轴心连线的距离b由以下公式得出：

作为优选，当检测到当前速度大于临界速度，需要降低车速时，通过报警器进行报警。提醒车内人员注意，降低因减速而发生碰撞的可能性。

一种汽车转弯防侧翻系统，包括车速控制器、安装在车辆前轮上的车轮偏角测量仪、安装在四个车轮轴心位置的力传感器和安装在车辆前轮上的角速度测量仪，所述车轮偏角测量仪、角速度测量仪和力传感器都与车速控制器电连接。

车速控制器与车辆的刹车系统和发动机系统连接，可以通过刹车系统和发动机系统智能降低车速。车轮偏角测量仪测量车轮的偏移角并发送到车速控制器；角速度测量仪检测车轮的角速度并发送到车速控制器；力传感器检测车身压力值并发送到车速控制器。力传感器下方的车身结构的重量是检测不到的，但是这部分重量属于固定值，可以对a和b进行后期修正，也可以作为安全余量不进行考虑。

作为优选，汽车转弯防侧翻系统还包括报警器，所述报警器与车速控制器电连接。

作为优选，所述报警器包括声音报警器和/或灯光报警器，所述声音报警器安装在驾驶室内，所述灯光报警器安装在仪表板或者方向盘上。

声音报警器发出报警器进行提示，灯光报警器通过闪光或者亮灯的方式进行提示。

为防止报警器频繁报警导致大脑疲劳，降低对报警的敏感度，在需要减速时，如果减速的加速度小于2m/s²，则不进行报警，如果减速的加速度大于或等于2m/s²，则进行一类报警，若简单的蜂鸣声或者闪光。如果5分钟内连续发生触发报警的减速，则判定车辆行驶在弯道较多区域且速度过大，进行二类报警，如通过声音报警器播放“您的车速可能高于当前适宜车速，请安全驾驶”的提示音，或者通过灯光报警器发出不同颜色和/或不同频率的警示灯光。

本发明带来的实质性效果是，结构简单，安装方便，反应灵敏，可以智能判断是否需要减速，驾驶员可以不减速直接入弯，节省油耗和时间，降低操控复杂度，确保行车安全。

附图说明

图1是本发明的一种汽车转弯防侧翻系统结构示意图；

图2是本发明的一种左转弯时的参数示意图；

图中：1、车轮偏角测量仪，2、力传感器，3、车速控制器，4、报警器，5、角速度测量仪。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的一种汽车转弯防侧翻系统，如图1所示，包括车轮偏角测量仪1、力传感器2、车速控制器3、报警器4和角速度测量仪5。车轮偏角测量仪安装在车辆左前轮上测量车辆在瞬时转弯过程中左前轮的偏转角θ₁大小，角速度测量仪安装在车辆前轮上测量车辆前轮的瞬时角速度，力传感器有四个，分别安装在四个车轮轴心位置，车轮偏角测量仪、力传感器和报警器都与车速控制器电连接。报警器包括声音报警器和/或灯光报警器，声音报警器安装在驾驶室内，灯光报警器安装在仪表板或者方向盘上。

车速控制器与车辆的刹车系统连接，可以通过刹车系统智能降低车速。

如图2所示，本实施例以车辆左转弯为例进行说明。

安装在左前轮轴心的力传感器测得的值为F₁，安装在右前轮轴心的力传感器测得的值为F₂，安装在右后轮轴心的力传感器测得的值为F₃，安装在左后轮轴心的力传感器测得的值为F₄，

重心位置距离右前轮和右后轮轴心连线的距离a由以下公式得出：

重心位置距离两个前轮轴心连线的距离b由以下公式得出：

重心位置距离地面高度h为固定参数。

汽车在转向时要求系统保证各车轮在转动过程中绕同一中心作纯滚动，即O为速度中心。B为两侧主销轴线与地面交点之间的距离，即轮距；L为汽车轴距。θ₁为车轮偏转角，r₁为瞬心O到左前轮轴心的距离，G为汽车车身的重心位置。

当汽车恰要侧翻时，内侧车轮恰好要离开地面。根据运动学规则可以求得汽车重心处的向心力F_G：

其中，v_G为所能容忍的重心处的最大速度，r_G为瞬心到重心的距离，可以表示为：

其中，θ_G＝tan^-1((L-b)/(B-a+r₁cos(θ₁)))。

以外车轮与地面接触点连线为转动轴，有力矩平衡可得：

mga＝F_Ghcos(θ_G) (3)

从公式(3)可以求出，侧翻时重心处的临界速度为

根据运动学理论，汽车侧翻时左前轮处车轮的临界速度为：

其中，左前轮到瞬心的距离为r₁＝L/cos(θ₁)。

因此，车速控制器的作用是：根据汽车在行驶过程中实时计算出来的左前轮所允许的临界转速来实时控制左前轮的转速v₁,使得在转弯过程之中可以利用控制器来实现从而使得汽车转弯过程中不经刹车智能降速防侧翻的目的。当检测到当前速度大于临界速度，需要降低车速时，通过报警器进行报警。

上文所述的车速控制器则起到计算、判断以及发出命令的作用，在转弯行驶的过程中，驾驶员会根据肉眼所见判断出前轮旋转角θ₁，根据式(4)可计算出汽车在没有侧翻情况下所能允许的最大转速通过测量左前轮的角速度计算得到的左前轮车速v₁，将左前轮车速v₁与临界值进行比较，从而判断出汽车是否超速，若超速，则通过智能控制系统进行制动干涉，将车速均匀的降低到安全范围。

本系统计算方面很灵活，当驾驶员根据路况改变θ₁时，车速控制器会实时计算出临界半径，再比较车速，实时的发出命令控制车速，令车速保持在一个理想范围内，既不会超速有翻车危险，也不会导致过分减速加剧油耗。这样驾驶员就不用刻意去降速，也可以在驾驶员判断失误时有效的降低风险，保护人员安全。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了瞬心、转弯侧等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims

1.一种汽车转弯防侧翻方法，其特征在于，包括以下步骤：

B、计算转弯侧前轮到瞬心的距离为r₁＝L/cos(θ₁)；

C、计算车辆重心-瞬心-后轮轴心形成的重心角θ_G，计算公式如下：

θ_G＝tan^-1((L-b)/(B-a+r₁cos(θ₁)))；

D、计算瞬心到重心的距离r_G，计算公式如下：

r_{G} = \frac{L - b}{s i n (θ_{G})};

E、计算刚好要发生侧翻时重心处的速度为

v_{G} = \sqrt{\frac{r_{G} g a}{h \cos (θ_{G})}}

式中，g为重力加速度；

F、计算转弯侧前轮的临界速度为

v_{1}^{\max} = v_{G} \frac{r_{1}}{r_{G}};

2.根据权利要求1所述的一种汽车转弯防侧翻方法，其特征在于，重心位置通过以下方式确定：

a = \frac{(F_{1} + F_{4}) B}{F_{1} + F_{2} + F_{3} + F_{4}};

重心位置距离两个前轮轴心连线的距离b由以下公式得出：

b = \frac{(F_{3} + F_{4}) L}{F_{1} + F_{2} + F_{3} + F_{4}} .

3.根据权利要求1或2所述的一种汽车转弯防侧翻方法，其特征在于，当检测到当前速度大于临界速度，需要降低车速时，通过报警器进行报警。

4.一种使用如权利要求1所述的方法所控制的汽车转弯防侧翻系统，其特征在于，包括车速控制器、安装在车辆前轮上的车轮偏角测量仪、安装在四个车轮轴心位置的力传感器和安装在车辆前轮上的角速度测量仪，所述车轮偏角测量仪、角速度测量仪和力传感器都与车速控制器电连接。

5.根据权利要求4所述的一种汽车转弯防侧翻系统，其特征在于，还包括报警器，所述报警器与车速控制器电连接。

6.根据权利要求5所述的一种汽车转弯防侧翻系统，其特征在于，所述报警器包括声音报警器和/或灯光报警器，所述声音报警器安装在驾驶室内，所述灯光报警器安装在仪表板或者方向盘上。