CN106945659B - 基于轮胎侧偏变形的汽车防侧翻预警装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于轮胎侧偏变形的汽车防侧翻预警装置及方法，预警装置包含左检测模块、供能模块、计算输出模块和右检测模块，其中，左检测模块和右检测模块各自均包含电阻应变片、电压计、电容、数据储存芯片、无线充电接收芯片、无线数据传输发射芯片；供能模块包含电源、左无线充电发射芯片和右无线充电发射芯片；计算输出模块包含左无线数据传输接收芯片、ECU、输出装置和右无线数据传输接收芯片。本发明通过电阻应变片检测汽车轮胎的变形量，通过实时变形量与稳态变形量的比较，分析汽车侧翻危险程度并输出给司机作为辅助驾驶提示，达到主动防侧翻效果。
Description
技术领域
本发明涉及本发明涉及汽车辅助驾驶及汽车防侧翻主动安全领域，尤其涉及一种基于轮胎侧偏变形的汽车防侧翻预警装置及方法。
背景技术
由于侧翻事故会带来的巨大生命财产损失的属性，对于防侧翻的研究已经越来越深入。但是，先进的防侧翻手段都需要基于对侧翻的正确判断。德国博世公司的ESP车身稳定系统能够有效的减少侧翻发生的几率，但是这套系统并不是专业的防侧翻系统，而是在控制汽车横摆稳定性的同时，其控制方法也有助于抑制侧翻。因此，当汽车发生绊倒型侧翻等不是由横摆失稳而发生的侧翻时，ESP将不能起到防侧翻的效果。目前在对侧翻研究中，由于LTR需要参数少，且适用所有侧翻类型，学者们常常用到横向载荷转移率LTR来判断汽车是否发生侧翻。但是使用LTR作为预警的指标需要知道左右侧车轮的垂向载荷，这在目前的科技手段里不能有效的实现。
类似于LTR，国内不少学者也提出了通过分析左右两侧胎压来判断汽车是否会发生侧翻。江西凯马百路佳客车有限公司的黄宇太发明的“基于胎压监测的客车侧翻预警方法”（专利申请号：CN201610398549.X）通过采集客车前轴两侧轮胎的，分析压差绝对值和压差变化率，并与预设最大值比较，来分析是否会有侧倾危险。不过，在对汽车非绊倒型侧翻的研究分析中可以得知，侧翻过程中，通常是后轮先离开地面，因此研究后轮的胎压会有更好的时效性。但是对于客车一类的大型车辆，后桥两侧通常采用双胎，如此一来又增加胎压监测和分析的复杂性。贵州大学的熊巧巧等人发明的“一种实时预警车辆侧翻的方法和装置”（专利申请号：CN201310135681.8）在分析胎压的同时加入了侧向加速度，以减少误报和早报。不过，增加侧向加速度指标在提高系统准确性的同时降低了系统对多工况的适应性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供了一种基于轮胎侧偏变形的汽车防侧翻预警装置及预警方法，通过电阻应变片检测汽车轮胎的变形量，通过实时变形量与稳态变形量的比较分析汽车侧翻危险程度，提高了汽车防侧翻预警的易实现性和防侧翻控制的实时性。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
基于轮胎侧偏变形的汽车防侧翻预警装置，包含左检测模块、右检测模块、供能模块和计算输出模块；
所述左检测模块、右检测模块对应设置在汽车的两个前轮或者两个后轮的轮胎内，均包含电阻应变片、电压计、电容、数据储存芯片、无线充电接收芯片和无线数据传输发射芯片，其中：
所述电阻应变片粘贴在轮胎靠近车架的内壁上，和所述电容并联；
所述电压计和所述电阻应变片并联，用于测量所述电阻应变片的电压值并将其输出至所述数据储存芯片；
所述电容两端分别和所述无线充电接收芯片的两个输出端相连，用于接收所述无线充电接收芯片的电能并向所述电阻应变片、电压计、数据储存芯片、无线数据传输发射芯片供电；
所述无线充电接收芯片用于接收所述供能模块的电能并向所述电容充电，同时在对电容进行充电时发送信号给所述数据储存芯片；
所述数据储存芯片分别和电压计、电容、无线充电接收芯片、无线数据传输发射芯片相连，用于存储电容的充电时间以及电压计测量的电压值；
所述无线数据传输发射芯片用于将所述数据储存芯片中存储的数据发送至所述计算输出模块；
所述计算输出模块设置在车架上，包含左无线数据传输接收芯片、ECU、输出装置和右无线数据传输接收芯片，所述ECU分别和左无线数据传输接收芯片、右无线数据传输接收芯片、输出装置电气相连；
所述左无线数据接收芯片、右无线数据接收芯片分别用于接收左检测模块、右检测模块中无线数据传输发射芯片发射的数据；
所述ECU用于接收所述左无线数据接收芯片和右无线数据接收芯片的数据，并据此控制所述输出装置工作；
所述输出装置用于输出提醒给汽车的驾驶员；
所述供能模块设置在车架上，包含左无线充电发射芯片、电源和右无线充电发射芯片；
所述电源分别和左无线充电发射芯片、右无线充电发射芯片、左无线数据传输接收芯片、右无线数据传输接收芯片、ECU、输出装置电气相连，用于供电；
所述左无线充电发射芯片、右无线充电发射芯片分别用于向左检测模块、右检测模块的无线充电接收芯片输送电能。
作为本发明基于轮胎侧偏变形的汽车防侧翻预警装置进一步的优化方案，所述左检测模块、右检测模块中无线充电接收芯片和无线数据传输发射芯片关于轮胎的轴线对称布置、且电阻应变片和无线充电接收芯片位于同侧。
本发明还公开了一种该基于轮胎侧偏变形的汽车防侧翻预警装置的防侧翻预警方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤1），汽车左右轮胎在滚动状态下发生变形，左检测模块、右检测模块中电阻应变片发生形变；
步骤2），左检测模块的无线数据传输发射芯片、右检测模块的无线数据传输发射芯片分别将其对应数据存储芯片中电容的充电时间以及电压计测量的电压值发送至左无线数据接收芯片、右无线数据接收芯片；
步骤3），左无线数据接收芯片、右无线数据接收芯片将其接收到的数据传递给所述ECU；
步骤4），ECU根据接收到的数据，筛选出左检测模块中电阻应变片位于轮胎最低处附近的变电压值A1和电阻应变片位于轮胎最高处附近的常电压值B1，以及右检测模块中电阻应变片位于轮胎最低处附近的变电压值A4和电阻应变片位于轮胎最高处附近的常电压值B4；
步骤5），ECU将变电压值A1与常电压值B1相除求得比电压值C1，将变电压值A4与常电压值B4相除求得比电压值C4；
步骤6），ECU分别将比电压值C1、比电压值C4和预设的阈值Cmin比较，当C1＜Cmin时，认为左侧轮胎有离地趋势，将比电压值C1标记为危险比值；当C4＜Cmin时，认为左侧轮胎有离地趋势，将比电压值C4标记为危险比值；
步骤7），ECU根据比电压值C1、比电压值C4是否被标记为危险比值控制输出装置工作：
步骤7.1），若比电压值C1、比电压值C4均未被标记为危险比值，输出装置不工作；
步骤7.2），若比电压值C1被标记为危险比值，比电压值C4未被标记为危险比值，控制输出装置提示驾驶员汽车有向右侧翻危险；
步骤7.3），若比电压值C1未被标记为危险比值，比电压值C4被标记为危险比值，控制输出装置提示驾驶员汽车有向左侧翻危险；
步骤7.4），若比电压值C1、比电压值C4均被标记为危险比值，控制输出装置提示驾驶员减速慢行。
步骤4）中，由于能够得到左检测模块和右检测模块的周期电压数据以及充电时刻，而在充电时刻电阻应变片在轮胎上的位置可以实现轻易得到，也就是说，在轮胎360度旋转一周的周期内，在某一时刻电阻应变片在轮胎上的位置是知道的，那么很自然能够筛选出电阻应变片在轮胎最上端、最下端的时刻，也就很自然筛选出其对应的电压值了。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1. 结构简单易于实现，通过现有技术将各类型装置模块化组装即可实现，没有复杂的线束布置；
2. 具有工况自适应性，轮胎变形是受到汽车垂向载荷和侧向力的双重作用，在不同的工况下，轮胎的变形量都能对垂向载荷和侧向力的变化予以反应；
3. 可适用各类型的汽车，根据汽车的实际侧翻规律，可安装在任意一轴两侧的轮胎处，对于双胎，至于安装在内侧轮胎处即可。
附图说明
图1为本发明基于轮胎侧偏变形的汽车防侧翻预警装置的结构示意图。
图中，1-左检测模块，2-供能模块，3-计算输出模块，4-右检测模块，11-左检测模块的电阻应变片，12-左检测模块的电压计，13-左检测模块的电容，14-左检测模块的数据存储芯片，15-左检测模块的无线数据接收芯片，16-左检测模块的无线数据传输发射芯片，21-左无线充电发射芯片，22-电源，23-右无线充电发射芯片，31-左无线数据传输接收芯片，32-ECU，33-输出装置，34-右无线数据传输接收芯片，41-右检测模块的电阻应变片，42-右检测模块的电压计，43-右检测模块的电容，44-右检测模块的数据储存芯片，45-右检测模块的无线充电接收芯片，46-右检测模块的无线数据传输发射芯片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
如图1所示，本发明公开了一种基于轮胎侧偏变形的汽车防侧翻预警装置，包含左检测模块、右检测模块、供能模块和计算输出模块；
所述左检测模块、右检测模块对应设置在汽车的两个前轮或者两个后轮的轮胎内，均包含电阻应变片、电压计、电容、数据储存芯片、无线充电接收芯片和无线数据传输发射芯片，其中：
所述电阻应变片粘贴在轮胎靠近车架的内壁上，和所述电容并联；
所述电压计和所述电阻应变片并联，用于测量所述电阻应变片的电压值并将其输出至所述数据储存芯片；
所述电容两端分别和所述无线充电接收芯片的两个输出端相连，用于接收所述无线充电接收芯片的电能并向所述电阻应变片、电压计、数据储存芯片、无线数据传输发射芯片供电；
所述无线充电接收芯片用于接收所述供能模块的电能并向所述电容充电，同时在对电容进行充电时发送信号给所述数据储存芯片；
所述数据储存芯片分别和电压计、电容、无线充电接收芯片、无线数据传输发射芯片相连，用于存储电容的充电时间以及电压计测量的电压值；
所述无线数据传输发射芯片用于将所述数据储存芯片中存储的数据发送至所述计算输出模块；
所述计算输出模块设置在车架上，包含左无线数据传输接收芯片、ECU、输出装置和右无线数据传输接收芯片，所述ECU分别和左无线数据传输接收芯片、右无线数据传输接收芯片、输出装置电气相连；
所述左无线数据接收芯片、右无线数据接收芯片分别用于接收左检测模块、右检测模块中无线数据传输发射芯片发射的数据；
所述ECU用于接收所述左无线数据接收芯片和右无线数据接收芯片的数据，并据此控制所述输出装置工作；
所述输出装置用于输出提醒给汽车的驾驶员；
所述供能模块设置在车架上，包含左无线充电发射芯片、电源和右无线充电发射芯片；
所述电源分别和左无线充电发射芯片、右无线充电发射芯片、左无线数据传输接收芯片、右无线数据传输接收芯片、ECU、输出装置电气相连，用于供电；
所述左无线充电发射芯片、右无线充电发射芯片分别用于向左检测模块、右检测模块的无线充电接收芯片输送电能。
所述左检测模块、右检测模块中无线充电接收芯片和无线数据传输发射芯片优先关于轮胎的轴线对称布置、且电阻应变片和无线充电接收芯片位于同侧，这主要是基于轮胎重量分布均匀的考虑。
本发明还公开了一种该基于轮胎侧偏变形的汽车防侧翻预警装置的防侧翻预警方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤1），汽车左右轮胎在滚动状态下发生变形，左检测模块、右检测模块中电阻应变片发生形变；
步骤2），左检测模块的无线数据传输发射芯片、右检测模块的无线数据传输发射芯片分别将其对应数据存储芯片中电容的充电时间以及电压计测量的电压值发送至左无线数据接收芯片、右无线数据接收芯片；
步骤3），左无线数据接收芯片、右无线数据接收芯片将其接收到的数据传递给所述ECU；
步骤4），ECU根据接收到的数据，筛选出左检测模块中电阻应变片位于轮胎最低处附近的变电压值A1和电阻应变片位于轮胎最高处附近的常电压值B1，以及右检测模块中电阻应变片位于轮胎最低处附近的变电压值A4和电阻应变片位于轮胎最高处附近的常电压值B4；
步骤5），ECU将变电压值A1与常电压值B1相除求得比电压值C1，将变电压值A4与常电压值B4相除求得比电压值C4；
步骤6），ECU分别将比电压值C1、比电压值C4和预设的阈值Cmin比较，当C1＜Cmin时，认为左侧轮胎有离地趋势，将比电压值C1标记为危险比值；当C4＜Cmin时，认为左侧轮胎有离地趋势，将比电压值C4标记为危险比值；
步骤7），ECU根据比电压值C1、比电压值C4是否被标记为危险比值控制输出装置工作：
步骤7.1），若比电压值C1、比电压值C4均未被标记为危险比值，输出装置不工作；
步骤7.2），若比电压值C1被标记为危险比值，比电压值C4未被标记为危险比值，控制输出装置提示驾驶员汽车有向右侧翻危险；
步骤7.3），若比电压值C1未被标记为危险比值，比电压值C4被标记为危险比值，控制输出装置提示驾驶员汽车有向左侧翻危险；
步骤7.4），若比电压值C1、比电压值C4均被标记为危险比值，控制输出装置提示驾驶员减速慢行。
步骤4）中，由于能够得到左检测模块和右检测模块的周期电压数据以及充电时刻，而在充电时刻电阻应变片在轮胎上的位置可以实现轻易得到，也就是说，在轮胎360度旋转一周的周期内，在某一时刻电阻应变片在轮胎上的位置是知道的，那么很自然能够筛选出电阻应变片在轮胎最上端、最下端的时刻，也就很自然筛选出其对应的电压值了。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包含技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.基于轮胎侧偏变形的汽车防侧翻预警装置的防侧翻预警方法，所述基于轮胎侧偏变形的汽车防侧翻预警装置包含左检测模块、右检测模块、供能模块和计算输出模块；
所述左检测模块、右检测模块对应设置在汽车的两个前轮或者两个后轮的轮胎内，均包含电阻应变片、电压计、电容、数据储存芯片、无线充电接收芯片和无线数据传输发射芯片，其中：
所述电阻应变片粘贴在轮胎靠近车架的内壁上，和所述电容并联；
所述电压计和所述电阻应变片并联，用于测量所述电阻应变片的电压值并将其输出至所述数据储存芯片；
所述电容两端分别和所述无线充电接收芯片的两个输出端相连，用于接收所述无线充电接收芯片的电能并向所述电阻应变片、电压计、数据储存芯片、无线数据传输发射芯片供电；
所述无线充电接收芯片用于接收所述供能模块的电能并向所述电容充电，同时在对电容进行充电时发送信号给所述数据储存芯片；
所述数据储存芯片分别和电压计、电容、无线充电接收芯片、无线数据传输发射芯片相连，用于存储电容的充电时间以及电压计测量的电压值；
所述无线数据传输发射芯片用于将所述数据储存芯片中存储的数据发送至所述计算输出模块；
所述计算输出模块设置在车架上，包含左无线数据传输接收芯片、ECU、输出装置和右无线数据传输接收芯片，所述ECU分别和左无线数据传输接收芯片、右无线数据传输接收芯片、输出装置电气相连；
所述左无线数据传输接收芯片、右无线数据传输接收芯片分别用于接收左检测模块、右检测模块中无线数据传输发射芯片发射的数据；
所述ECU用于接收所述左无线数据传输接收芯片和右无线数据传输接收芯片的数据，并据此控制所述输出装置工作；
所述输出装置用于输出提醒给汽车的驾驶员；
所述供能模块设置在车架上，包含左无线充电发射芯片、电源和右无线充电发射芯片；
所述电源分别和左无线充电发射芯片、右无线充电发射芯片、左无线数据传输接收芯片、右无线数据传输接收芯片、ECU、输出装置电气相连，用于供电；
所述左无线充电发射芯片、右无线充电发射芯片分别用于向左检测模块、右检测模块的无线充电接收芯片输送电能；
其特征在于，所述基于轮胎侧偏变形的汽车防侧翻预警装置的防侧翻预警方法包含以下步骤：
步骤1），汽车左右轮胎在滚动状态下发生变形，左检测模块、右检测模块中电阻应变片发生形变；
步骤2），左检测模块的无线数据传输发射芯片、右检测模块的无线数据传输发射芯片分别将其对应数据存储芯片中电容的充电时间以及电压计测量的电压值发送至左无线数据传输接收芯片、右无线数据传输接收芯片；
步骤3），左无线数据传输接收芯片、右无线数据传输接收芯片将其接收到的数据传递给所述ECU；
步骤4），ECU根据接收到的数据，筛选出左检测模块中电阻应变片位于轮胎最低处附近的变电压值A1和电阻应变片位于轮胎最高处附近的常电压值B1，以及右检测模块中电阻应变片位于轮胎最低处附近的变电压值A4和电阻应变片位于轮胎最高处附近的常电压值B4；
步骤5），ECU将变电压值A1与常电压值B1相除求得比电压值C1，将变电压值A4与常电压值B4相除求得比电压值C4；
步骤6），ECU分别将比电压值C1、比电压值C4和预设的阈值Cmin比较，当C1＜Cmin时，认为左侧轮胎有离地趋势，将比电压值C1标记为危险比值；当C4＜Cmin时，认为右侧轮胎有离地趋势，将比电压值C4标记为危险比值；
步骤7），ECU根据比电压值C1、比电压值C4是否被标记为危险比值控制输出装置工作：
步骤7.1），若比电压值C1、比电压值C4均未被标记为危险比值，输出装置不工作；
步骤7.2），若比电压值C1被标记为危险比值，比电压值C4未被标记为危险比值，控制输出装置提示驾驶员汽车有向右侧翻危险；
步骤7.3），若比电压值C1未被标记为危险比值，比电压值C4被标记为危险比值，控制输出装置提示驾驶员汽车有向左侧翻危险；
步骤7.4），若比电压值C1、比电压值C4均被标记为危险比值，控制输出装置提示驾驶员减速慢行。
2.根据权利要求1所述的基于轮胎侧偏变形的汽车防侧翻预警装置的防侧翻预警方法，其特征在于，所述左检测模块、右检测模块中无线充电接收芯片和无线数据传输发射芯片关于轮胎的轴线对称布置、且电阻应变片和无线充电接收芯片位于同侧。
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