CN104709026A - 汽车转弯防侧翻的控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽车转弯防侧翻的控制方法及系统。解决了汽车过弯不安全的问题，技术方案为：包括控制器、四个液压油缸、偏角测量仪、转速测量仪，控制器安装在车辆内部包括数据采集模块、数据处理模块和数据执行模块，数据采集模块和数据执行模块均与数据处理模块电连接，数据采集模块的输入端分别与偏角测量仪和转速测量仪电连接，数据执行模块的输出端分别与四个液压油缸的控制端连接，偏角测量仪和转速测量仪均安装在客车的左侧前轮上，四个液压油缸中两个分别安装在车架和前车桥之间，四个液压油缸中另外两个安装在车架和后车桥之间。采用本发明的汽车过弯时不需要通过降速来实现安全转弯，行驶时较为安全。

Description

汽车转弯防侧翻的控制系统及其控制方法

技术领域

本发明是一种汽车转弯防侧翻的控制方法及系统，特别是涉及一种前轮驱动情况下的汽车转弯防侧翻的控制系统及其控制方法。

背景技术

如今，随着经济的发展以及人们生活水平的大幅度提高，汽车基本已经走入千家万户。汽车已经成为了主流的交通运输方式，无论是家用车还是大型货车以及载车辆，凭借其自身无法取代的优点占据了交通行业的半壁江山。可是，随着汽车的大量增加，给交通安全性带来了巨大的考验。侧翻是汽车事故的一种主要形式；侧翻事故发生时，往往造成群死群伤的悲剧，严重影响和谐社会的健康稳定发展。通过对侧翻事故的统计研究分析，可知汽车侧翻事故的易发路段如下：1、高架桥入口处的螺旋上升路段；2、高速公路以及城市交通道路的转弯位置处；3、突发情况下的急转弯(例如前方汽车急刹车，前方从路边突然蹿出一个行人，急行中的汽车需要进行急转弯处理)。因此，汽车的侧翻安全性成为了主流汽车企业和科研机构的研究热点；同时，如何防止在转弯时发生侧翻，提高汽车的行驶安全性，也是现在汽车科研方面所面临的一个主要难题。

中国专利200920157324.0(CN201410927Y)公开了一种具有防侧翻系统的汽车，防侧翻系统包括两个左被动液压泵；两个右被动液压泵；左主动液压泵和右主动液压泵，固定在所述车身上，左主动液压泵分别与两个左被动液压泵连通，右主动液压泵分别与两个右被动液压泵连通；减速传动装置，其输出端通过两个连杆分别与左主动液压泵的柱塞和右主动液压泵的柱塞连接，以使所述左主动液压泵的柱塞和所述右主动液压泵的柱塞作反向同程运动；伺服电机，用于驱动所述减速传动装置；以及控制装置，与所述伺服电机相连并且根据汽车行驶状况而发出相应的信号从而指令伺服电机作出相应运转；其中：所述控制装置包括触发装置、具有触发开关的控制电路、伺服电机和由减速传动装置触发的行程开关。该防侧翻系统为独立的系统，具有独到之处，比如能在汽车急转弯时快速地将汽车的重心向转弯一侧移动，有效地防止汽车侧翻；但是，其存在较大的缺点是：机构本身较为复杂，在传动过程中存在累积误差，或者是任意部件的损坏均可能导致系统故障，从而影响到防侧翻的实现。

中国专利201310014617.4(CN103204158A)公开了一种用于防车辆侧翻的方法，包括：通过倾斜传感器监测车辆倾斜并感应车辆在某方向上的侧翻；通过设置在控制器内的中央处理器根据计算的倾斜阈值确定侧翻的发生；在感应的侧翻方向上使车辆转向，所述转向通过控制器控制；随着转向通过改变油门位置使车辆加速，所述油门通过控制器控制；以及在感应到侧翻降低时通过制动器制动车辆，所述制动器通过控制器控制。由此可知，该专利申请文件所公开的用于防车辆侧翻的方法，通过在感应的侧翻方向上使车辆转向、通过在同一方向上改变油门位置，使得车辆加速以及在感应侧翻减小的情况下，制动车辆，最终稳定车辆。由此可知，该专利申请所述的防车辆侧翻方法，虽然可以防止车辆侧翻，但是，对于行进中的其他车辆，尤其是高速公路、高架桥上的快速行驶车辆来说，任何车辆的急停，均易于导致其尾后车辆发生追尾事故，并不能保证其尾后车辆的有序行驶；因此，中国专利201310014617.4所述的用于防车辆侧翻的方法，并不是特别适用于通常的车辆，其更适宜于赛车。

发明内容

本发明的目的是为解决目前的技术方案存在汽车过弯时一旦减速不利，容易产生侧翻的问题，提供一种汽车转弯防侧翻的控制系统及其控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种汽车转弯防侧翻的控制系统，由汽车电源供电，包括控制器、四个液压油缸、偏角测量仪、转速测量仪，所述控制器安装在车辆内部包括数据采集模块、数据处理模块和数据执行模块，所述数据采集模块和数据执行模块均与所述的数据处理模块电连接，所述数据采集模块的输入端分别与所述偏角测量仪和转速测量仪电连接，所述数据执行模块的输出端分别与所述的四个液压油缸的控制端连接，所述偏角测量仪和转速测量仪均安装在汽车的左侧前轮上，所述四个液压油缸中两个分别安装在车架和前车桥之间，所述四个液压油缸中另外两个安装在车架和后车桥之间，所述四个液压油缸两两对称设置。数据采集模块用于接收车轮偏角测量仪所反馈的偏角θ₁以及转速测量仪所反馈的速度v₁；所述的偏角测量仪安装在左侧前轮上，而转速测量仪则安装在右侧前轮上；所述数据处理模块，根据偏角θ₁，计算此刻车辆在速度v₁下的重心G位置变化值Δa，以及车辆在速度v₁下的重心G位置变化安全阈值，并将两者进行比较，判定车辆侧翻发生；所述数据执行模块，根据数据处理模块的输出结果，自动控制四个液压油缸的工况。根据以上的技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下的优点：本发明所述的汽车转弯防侧翻的控制方法，通过设定特殊的中央处理器，使得汽车行驶速度不变的前提下，能够对汽车进行防侧翻控制，以提高汽车的行驶安全性。对于汽车因碰撞侧翻过程中，本发明具有积极效果。

作为优选，所述车架和前车桥之间还设置有两个起爆气囊，所述车架和后车桥之间也设置有两个起爆气囊，所述四个起爆气囊的控制端均与所述的数据执行模块电连接。起到临时辅助的效果。

作为优选，所述车轮偏角测量仪为监测车辆倾斜并感应车辆在瞬时转弯过程中的偏角θ₁的车轮偏角测量仪，所述转速测量仪为监测车辆转速并感应车辆行进过程中的速度v₁的转速测量仪，所述控制器为计算当前车辆在速度v₁下的重心G位置变化Δa，以与该车辆速度v₁下的安全的重心G位置变化阈值比较，控制液压油缸动作，促使车身反向于重心G位置变化值Δa抬升一段距离Δh，保证车辆安全行驶的控制器。

作为优选，所述控制器为ECU。

作为优选，所述液压油缸上均设置有测量液压油缸伸展距离的光栅尺，所述光栅尺的输出端与数据采集模块电连接。

一种汽车转弯防侧翻的控制方法，适用于如权利要求5所述的汽车转弯防侧翻的控制系统，

步骤一，人工设定现有参数，现有参数包括轮距B和轴距L、标准车身中心位置G、重心G位置变化安全阈值，标准车身中心位置G由半轮距数据a和半轴距数据b、半轮距c构成，

步骤二，在转弯时，汽车转弯防侧翻的控制系统获取车轮偏转角θ₁、车身偏转角θ₂、瞬时中心至左前轮轴心的距离r₁和左前轮速度v₁，

控制器根据下述公式：

${\mathrm{\θ}}_3=\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{2}-{\tan }^{-1}\left(\frac{B/2-a}{h_1}\right),$

$\mathrm{\Δa}=2\sqrt{h_1^2+{(B/2-a)}^2}\sin ({\mathrm{\θ}}_2/2)\cos \left({\mathrm{\θ}}_3\right),$

Δh₁＝Δatan(|θ₃|)    ，

$r_{G^{\′}}=\frac{L-b}{\sin \left({\mathrm{\θ}}_{G^{\′}}\right)},$

算出汽车重心处的速度v_G′，向心力F_G′：

$v_{G^{\′}}=\frac{r_{G^{\′}}}{r_1}{v}_1,$

$F_{G^{\′}}=m\frac{v_{G^{\′}}^2}{r_{G^{\′}}},$

根据上述数据算出汽车车轴方向上的向心力矩为

T_G(θ₂)＝F_G′(h-Δh₁)cos(θ_G′)    ，

当汽车转弯侧翻时，内侧车轮要离开地面；此时汽车翻转扭矩为

由力的平衡可得

T_G(θ₂)＝T_重(θ₂)    ，

最终得出

Δh＝c tan(θ₂)    ，

步骤三，执行动作，根据数据处理模块的输出结果，控制四个液压油缸的工况，当重心G位置变化值Δa超出重心G位置变化安全阈值时，数据执行模块控制四个液压油缸的伸缩杆伸出，使车身反向于重心G位置变化值Δa的液压油缸抬升Δh距离。

作为优选，所述光栅尺对四个液压油缸的伸缩杆进行实时反馈，控制器对四个液压油缸的伸缩杆进行实时微调。

作为优选，若在设定时间内，车身反向于重心G位置变化值Δa的液压油缸抬升距离小于Δh，则控制器发出控制信号至仪表盘，仪表盘闪烁报警。

作为优选，若在设定时间内，重心G位置变化值大于重心G位置变化安全阈值，且车身反向于重心G位置变化值Δa的液压油缸抬升距离小于Δh/2，控制器发送信号至车身反向于重心G位置变化值Δa的起爆气囊，起爆气囊起爆。

本发明的实质性效果是：通过设定特殊的中央处理器，使得汽车行驶速度不变的前提下，能够对汽车进行防侧翻控制，以提高汽车的行驶安全性。对于汽车因碰撞侧翻过程中，本发明具有积极效果。

附图说明

图1是本发明汽车转弯防侧翻的控制方法的模块示意图；

图2是本发明所述具有转弯防侧翻系统的汽车结构示意图；

图3是本发明所述具有转弯防侧翻系统的汽车的正视图；

图4是图3所述汽车左转弯时的示意图；

图5是本发明所述汽车左转弯时液压油缸部分的局部放大图；

图6是本发明所述汽车左转弯时车体重心位置变化局部放大图；

图7是本发明汽车左转弯时的力学分析简图。

图中：左侧后轮1；左侧前轮2；右侧后轮3；右侧前轮4。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。

实施例1：

一种汽车转弯防侧翻的控制系统(参见附图1-图7)，由汽车电源供电，包括控制器、四个液压油缸、偏角测量仪、转速测量仪，所述控制器安装在车辆内部包括数据采集模块、数据处理模块和数据执行模块，所述数据采集模块和数据执行模块均与所述的数据处理模块电连接，所述数据采集模块的输入端分别与所述偏角测量仪和转速测量仪电连接，所述数据执行模块的输出端分别与所述的四个液压油缸的控制端连接，所述偏角测量仪和转速测量仪均安装在汽车的左侧前轮上，所述四个液压油缸中两个分别安装在车架和前车桥之间，所述四个液压油缸中另外两个安装在车架和后车桥之间，所述四个液压油缸两两对称设置。所述车架和前车桥之间还设置有两个起爆气囊，所述车架和后车桥之间也设置有两个起爆气囊，所述四个起爆气囊的控制端均与所述的数据执行模块电连接。所述车轮偏角测量仪为监测车辆倾斜并感应车辆在瞬时转弯过程中的偏角θ₁的车轮偏角测量仪，所述转速测量仪为监测车辆转速并感应车辆行进过程中的速度v₁的转速测量仪，所述控制器为计算当前车辆在速度v₁下的重心G位置变化Δa，以与该车辆速度v₁下的安全的重心G位置变化阈值比较，控制液压油缸动作，促使车身反向于重心G位置变化值Δa抬升一段距离Δh，保证车辆安全行驶的控制器。所述控制器为ECU。所述液压油缸上均设置有测量液压油缸伸展距离的光栅尺，所述光栅尺的输出端与数据采集模块电连接。

一种汽车转弯防侧翻的控制方法，适用于如权利要求5所述的汽车转弯防侧翻的控制系统，其特征在于：

步骤一，人工设定现有参数，现有参数包括轮距B和轴距L、标准车身中心位置G、重心G位置变化安全阈值，标准车身中心位置G由半轮距数据a和半轴距数据b、半轮距c构成，

步骤二，在转弯时，汽车转弯防侧翻的控制系统获取车轮偏转角θ₁、车身偏转角θ₂、瞬时中心至左前轮轴心的距离r₁和左前轮速度v₁，

控制器根据下述公式：

${\mathrm{\θ}}_3=\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{2}-{\tan }^{-1}\left(\frac{B/2-a}{h_1}\right),$

$\mathrm{\Δa}=2\sqrt{h_1^2+{(B/2-a)}^2}\sin ({\mathrm{\θ}}_2/2)\cos \left({\mathrm{\θ}}_3\right),$

Δh₁＝Δa tan(|θ₃|)    ，

$r_{G^{\′}}=\frac{L-b}{\sin \left({\mathrm{\θ}}_{G^{\′}}\right)},$

算出汽车重心处的速度v_G′，向心力F_G′：

$v_{G^{\′}}=\frac{r_{G^{\′}}}{r_1}{v}_1,$

$F_{G^{\′}}=m\frac{v_{G^{\′}}^2}{r_{G^{\′}}},$

根据上述数据算出汽车车轴方向上的向心力矩为

T_G(θ₂)＝F_G′(h-Δh₁)cos(θ_G′)    ，

当汽车转弯侧翻时，内侧车轮要离开地面；此时汽车翻转扭矩为

由力的平衡可得

T_G(θ₂)＝T_重(θ₂)    ，

最终得出

Δh＝c tan(θ₂)     ，

步骤三，执行动作，根据数据处理模块的输出结果，控制四个液压油缸的工况，当重心G位置变化值Δa超出重心G位置变化安全阈值时，数据执行模块控制四个液压油缸的伸缩杆伸出，使车身反向于重心G位置变化值Δa的液压油缸抬升Δh距离。每个液压油缸对应重心G位置变化安全阈值均对应有一个最小Δh值，每个液压油缸在工作时变化值均要大于最小Δh值。

所述光栅尺对四个液压油缸的伸缩杆进行实时反馈，控制器对四个液压油缸的伸缩杆进行实时微调。

若在设定时间内，车身反向于重心G位置变化值Δa的液压油缸抬升距离小于Δh，则控制器发出控制信号至仪表盘，仪表盘闪烁报警。

若在设定时间内，重心G位置变化值大于重心G位置变化安全阈值，且车身反向于重心G位置变化值Δa的液压油缸抬升距离小于Δh/2，控制器发送信号至车身反向于重心G位置变化值Δa的起爆气囊，起爆气囊起爆。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (9)

1.一种汽车转弯防侧翻的控制系统，由汽车电源供电，其特征在于：包括控制器、四个液压油缸、偏角测量仪、转速测量仪，所述控制器安装在车辆内部包括数据采集模块、数据处理模块和数据执行模块，所述数据采集模块和数据执行模块均与所述的数据处理模块电连接，所述数据采集模块的输入端分别与所述偏角测量仪和转速测量仪电连接，所述数据执行模块的输出端分别与所述的四个液压油缸的控制端连接，所述偏角测量仪和转速测量仪均安装在汽车的左侧前轮上，所述四个液压油缸中两个分别安装在车架和前车桥之间，所述四个液压油缸中另外两个安装在车架和后车桥之间，所述四个液压油缸两两对称设置。

2.根据权利要求1所述的汽车转弯防侧翻的控制系统，其特征在于：所述车架和前车桥之间还设置有两个起爆气囊，所述车架和后车桥之间也设置有两个起爆气囊，所述四个起爆气囊的控制端均与所述的数据执行模块电连接。

3.根据权利要求1所述的汽车转弯防侧翻的控制系统，其特征在于：所述车轮偏角测量仪为监测车辆倾斜并感应车辆在瞬时转弯过程中的偏角θ₁的车轮偏角测量仪，所述转速测量仪为监测车辆转速并感应车辆行进过程中的速度v₁的转速测量仪，所述控制器为计算当前车辆在速度v₁下的重心G位置变化Δa，以与该车辆速度v₁下的安全的重心G位置变化阈值比较，控制液压油缸动作，促使车身反向于重心G位置变化Δa抬升一段距离Δh，保证车辆安全行驶的控制器。

4.根据权利要求3所述的汽车转弯防侧翻的控制系统，其特征在于：所述控制器为ECU。

5.根据权利要求3所述的汽车转弯防侧翻的控制系统，其特征在于：所述液压油缸上均设置有测量液压油缸伸展距离的光栅尺，所述光栅尺的输出端与数据采集模块电连接。

6.一种汽车转弯防侧翻的控制方法，适用于如权利要求5所述的汽车转弯防侧翻的控制系统，其特征在于：

步骤一，人工设定现有参数，现有参数包括轮距B和轴距L、标准车身中心位置G、重心G位置变化安全阈值，标准车身中心位置G由半轮距数据a和半轴距数据b、半轮距c构成，

步骤二，在转弯时，汽车转弯防侧翻的控制系统获取车轮偏转角θ₁、车身偏转角θ₂、瞬时中心至左前轮轴心的距离r₁和左前轮速度v₁，

控制器根据下述公式：

${\mathrm{\θ}}_3=\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{2}-{\tan }^{-1}\left(\frac{B/2-a}{h_1}\right),$

$\mathrm{\Δa}=2\sqrt{h_1^2+{(B/2-a)}^2}\sin ({\mathrm{\θ}}_2/2)\cos \left({\mathrm{\θ}}_3\right),$

Δh₁＝Δatan(θ₃|)，

$r_{G^{\′}}=\frac{L-b}{\sin \left({\mathrm{\θ}}_{G^{\′}}\right)},$

算出汽车重心处的速度v_G′，向心力F_G′：

$v_{G^{\′}}=\frac{r_{G^{\′}}}{r_1}{v}_1,$

$F_{G^{\′}}=m\frac{v_{G^{\′}}^2}{r_{G^{\′}}},$

根据上述数据算出汽车车轴方向上的向心力矩为

当汽车转弯侧翻时，内侧车轮要离开地面；此时汽车翻转扭矩为

由力的平衡可得

T_G(θ₂)＝T_重(θ₂)，

最终得出

Δh＝ctan(θ₂)，

步骤三，执行动作，根据数据处理模块的输出结果，控制四个液压油缸的工况，当重心G位置变化值Δa超出重心G位置变化安全阈值时，数据执行模块控制四个液压油缸的伸缩杆伸出，使车身反向于重心G位置变化值Δa的液压油缸抬升Δh距离。

7.根据权利要6所述的汽车转弯防侧翻的控制方法，其特征在于：所述光栅尺对四个液压油缸的伸缩杆进行实时反馈，控制器对四个液压油缸的伸缩杆进行实时微调。

8.根据权利要7所述的汽车转弯防侧翻的控制方法，其特征在于：若在设定时间内，车身反向于重心G位置变化值Δa的液压油缸抬升距离小于Δh，则控制器发出控制信号至仪表盘，仪表盘闪烁报警。

9.根据权利要8所述的汽车转弯防侧翻的控制方法，其特征在于：若在设定时间内，重心G位置变化值大于重心G位置变化安全阈值，且车身反向于重心G位置变化值Δa的液压油缸抬升距离小于Δh/2，控制器发送信号至车身反向于重心G位置变化值Δa的起爆气囊，起爆气囊起爆。