CN106965763A - 一种大型客车侧翻预警装置及方法 - Google Patents

一种大型客车侧翻预警装置及方法 Download PDF

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魏朗
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Abstract

本发明提供的是一种大型客车侧翻预警的装置及方法，通过对车辆实际质心高度和水平位置，行车速度的分析，得出驾驶员操作的方向盘转角阈值，更直接的体现出怎么样的操作是安全的，使得驾驶员更能体会的到安全的方向盘转角，提高驾驶安全性。当方向盘转角超出安全范围时，控制单元发出信号，蜂鸣器会发出警报声，提醒驾驶员安全操作，降低客车侧翻风险。

Description

一种大型客车侧翻预警装置及方法
技术领域
本发明涉及车辆安全预警的方法，尤其是一种大型客车侧翻风险预警装置及方法。
背景技术
随着我国汽车工业的不断发展和道路交通设施的改善，汽车行驶速度不断提高，导致大量交通事故的发生，造成人员伤亡和巨大的经济损失，因此，汽车行驶的安全性越来越受到人们的重视。一些汽车如大型客车、中重型货车、重型半挂车等由于其质心位置高、质量和体积较大等特点，在高速转弯和弯道直径较小时极易发生侧翻事故。侧翻事故造成的损失严重，是道路交通安全和车辆安全研究领域的重要问题。如公开号为CN102756686的中国专利公开了一种预警车辆侧翻的方法及装置，利用传感器检测在行驶过程中车辆的横向载荷转移率及侧向加速度值，传感器将检测到的数据发送至微处理单元中，微处理单将横向载荷转移率及侧向加速度值分别与它们的预设阈值进行比较，当它们超过预设阈值后，处理器将控制报警装置进行报警。但是，该技术方案中提到的横向载荷转移率是受车辆重心高度的影响的，而本技术方案中并没有对车辆重心高度进行考虑，因此降低了侧翻检测的准确性和可靠性。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有侧翻风险检测的准确性和可靠性不够的问题，实现一种能直接得出一个方向盘转角阈值的大型客车侧翻风险预警装置及方法。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种大型客车侧翻预警装置，包括车厢，所述车厢的行李舱底部设有重量感应器，所述车厢的前后轴设有负荷感应器，所述车厢的进口设有称重装置，所述车厢内的方向盘上设有转角感应器，所述车厢内设有蜂鸣器，所述重量感应器、负荷感应器、称重装置、转角感应器和蜂鸣器均与控制单元相连。重量感应器、负荷感应器和称重装置能自动将行李舱行李总重量me、乘员总重量mm、前非簧载重量mu1、后非簧载重量mu2的重量测得，并将这些数据自动传输给控制单元，控制单元及时计算出方向盘转角阈值，对大型客车侧翻风险及时预估。当存在侧翻风险时，控制单元发出信号给蜂鸣器，蜂鸣器发出警报，提醒驾驶员安全操作，提高安全系数。
首先在不考虑整车质心水平会发生位移的情况下，一种大型客车侧翻风险预估的方法分为以下几步：
1）系统预存数据包括空车时车身重心离地高度hs'、非簧载重量的重心离地高度hu、空车车身重量ms'、行李舱行李的等效总高HX、行李的平均容积重量mv、行李舱行李的总长度Lx、行李舱平面离地高度h厢、乘员重心离地高度hm；系统测得的数据包括行李舱行李总重量me、乘员总重量mm、前非簧载重量mu1、后非簧载重量mu2；
2）获得空车重心高度；
3）获得行李舱行李的重心高度；
则行李舱总重心离地高度 ；
4）载客后，客车总重分为自重、乘员重量、和行李舱行李总重量四部分。则整车总重量 =汽车自重+乘员重量+行李舱行李总重量，即：；
则整车重心离地高度：；
；
5）载客后，客车车身重量=空车车身重量+乘员重量+行李舱行李重量，即：；
则载客后车身重量重心到前轴的水平距离as：
（mm）；
则车身重心离地高度hs为：
（mm）；
6）获得驾驶员操作的方向盘转角阈值，包括以下几步
A．客车转弯、车身侧倾时运动微分方程为
；
推得：
；
B．客车在前轮转角阶跃输入下的车辆稳态响应状态参数计算公式为
；
推得：
；
C．通过AB两步，得到客车转向灵敏度—稳态横摆角速度增益为：
其中，稳定因素；
客车车身侧倾灵敏度—车身侧倾角增益为：
；
其中，侧倾因素；
D．当大客车稳态转向时，有侧向加速度（离心力）和车身侧倾，车轮垂直载荷发生横向转移，此时，客车侧向稳定的平衡条件为：
)；
当客车侧倾失稳条件时，内侧车轮垂直载荷为零，即FZ1=0，FZ3=0时，客车具有侧翻风险，而此时垂向载荷转移为最大值：
；
；
从而得到大客车不发生侧翻的平衡条件为：
；
即：
；
E．最后获得客车转向盘转角阈值为：
客车车速一定条件下，不发生侧翻的前转向轮转角应满足：
；
则，驾驶员操作的方向盘转角阈值为：
；
式中：i为转向器总传动比；
作为优选，考虑到实际情况中，载客位置的情况会影响整车重心到前轴和后轴的水平位置，从而影响到客车侧翻风险预估的准确性，所述的整车重心会发生水平位移，该水平位置的指标包括整车质心到前轴的水平距离a和整车质心到后轴的水平距离b：
1）系统测得客车载客后静止时前轴负荷m1、客车载客后静止时后轴负荷m2、整车总质量m；
2）获得整车质心到前轴的水平距离；
整车质心到后轴的水平距离；
；
3）因此，客车车速一定条件下，不发生侧翻的前转向轮转角应满足：
；
则，驾驶员操作的方向盘转角阈值为：
；
其中，i为转向器总传动比。
有益效果：本发明提供的是一种大型客车侧翻预警的装置及方法，通过对车辆实际质心高度和水平位置，行车速度的分析，得出驾驶员操作的方向盘转角阈值，更直接的体现出怎么样的操作是安全的，使得驾驶员更能体会的到安全的方向盘转角，提高驾驶安全性。当方向盘转角超出安全范围时，控制单元发出信号，蜂鸣器会发出警报声，提醒驾驶员安全操作，降低客车侧翻风险。
附图说明
附图1是本发明所述一种大型客车侧翻预警装置的示意图。
1、车厢；2、重量感应器；3、称重装置。
附图2 是本发明参数说明。
具体实施方式
下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例一，一种大型客车侧翻预警装置，包括车厢1，所述车厢1的行李舱底部设有重量感应器2，所述车厢1的前后轴设有负荷感应器，所述车厢1的进口设有称重装置3，所述车厢1内的方向盘上设有转角感应器，所述车厢1内设有蜂鸣器，所述重量感应器2、负荷感应器、称重装置3、转角感应器和蜂鸣器均与控制单元相连。重量感应器2、负荷感应器和称重装置3能自动将行李舱行李总重量me、乘员总重量mm、前非簧载重量mu1、后非簧载重量mu2的重量测得，并将这些数据自动传输给控制单元，控制单元及时计算出方向盘转角阈值，对大型客车侧翻风险及时预估。当存在侧翻风险时，控制单元发出信号给蜂鸣器，蜂鸣器发出警报，提醒驾驶员安全操作，提高安全系数。
一种大型客车侧翻风险预估的方法，首先在不考虑整车质心水平会发生位移的情况下，一种大型客车侧翻风险预估的方法分为以下几步：
1）系统预存数据包括空车时车身重心离地高度hs'、非簧载重量的重心离地高度hu、空车车身重量ms'、行李舱行李的等效总高HX、行李的平均容积重量mv、行李舱行李的总长度Lx、行李舱平面离地高度h厢、乘员重心离地高度hm；系统测得的数据包括行李舱行李总重量me、乘员总重量mm、前非簧载重量mu1、后非簧载重量mu2；
2）获得空车重心高度；
3）获得行李舱行李的重心高度；
则行李舱总重心离地高度 ；
4）载客后，客车总重分为自重、乘员重量、和行李舱行李总重量四部分。则整车总重量 =汽车自重+乘员重量+行李舱行李总重量，即：；
则整车重心离地高度：；
；
5）载客后，客车车身重量=空车车身重量+乘员重量+行李舱行李重量，即：；
则载客后车身重量重心到前轴的水平距离as：
（mm）；
则车身重心离地高度hs为：
（mm）；
6）获得驾驶员操作的方向盘转角阈值，包括以下几步
A．客车转弯、车身侧倾时运动微分方程为
；
；
推得：
；
B．客车在前轮转角阶跃输入下的车辆稳态响应状态参数计算公式为
；
；
推得：
；
C．通过AB两步，得到客车转向灵敏度—稳态横摆角速度增益为：
其中，稳定因素；
客车车身侧倾灵敏度—车身侧倾角增益为：
；
其中，侧倾因素；
D．当大客车稳态转向时，有侧向加速度（离心力）和车身侧倾，车轮垂直载荷发生横向转移，此时，客车侧向稳定的平衡条件为：
)；
当客车侧倾失稳条件时，内侧车轮垂直载荷为零，即FZ1=0，FZ3=0时，客车具有侧翻风险，而此时垂向载荷转移为最大值：
；
；
从而得到大客车不发生侧翻的平衡条件为：
；
即：
；
E．最后获得客车转向盘转角阈值为：
客车车速一定条件下，不发生侧翻的前转向轮转角应满足：
；
则，驾驶员操作的方向盘转角阈值为：
；
式中：i为转向器总传动比。
本发明中的所有参数见附图2。
有益效果，本发明提供的是一种大型客车侧翻预警的装置及方法，通过对车辆实际质心高度，行车速度的分析，得出驾驶员操作的方向盘转角阈值，更直接的体现出怎么样的操作是安全的，使得驾驶员更能体会的到安全的方向盘转角，提高驾驶安全性。当方向盘转角超出安全范围时，控制单元发出信号，蜂鸣器会发出警报声，提醒驾驶员安全操作，降低客车侧翻风险。
实施例二，考虑到实际情况中，载客位置的情况会影响整车重心到前轴和后轴的水平位置，从而影响到客车侧翻风险预估的准确性，所述的整车重心会发生水平位移。
一种大型客车侧翻预警装置，包括车厢1，所述车厢1的行李舱底部设有重量感应器2，所述车厢1的前后轴设有负荷感应器，所述车厢1的进口设有称重装置3，所述车厢1内的方向盘上设有转角感应器，所述车厢1内设有蜂鸣器，所述重量感应器2、负荷感应器、称重装置3、转角感应器和蜂鸣器均与控制单元相连。重量感应器2、负荷感应器和称重装置3能自动将行李舱行李总重量me、乘员总重量mm、前非簧载重量mu1、后非簧载重量mu2的重量测得，并将这些数据自动传输给控制单元，控制单元及时计算出方向盘转角阈值，对大型客车侧翻风险及时预估。当存在侧翻风险时，控制单元发出信号给蜂鸣器，蜂鸣器发出警报，提醒驾驶员安全操作，提高安全系数。
一种大型客车侧翻风险预估的方法，所述的整车质心会发生水平位移，该水平位置的指标包括整车质心到前轴的水平距离a和整车质心到后轴的水平距离b：
1）系统预存数据包括整车总质量m、空车时车身重心离地高度hs'、非簧载重量的重心离地高度hu、空车车身重量ms'、行李舱行李的等效总高HX、行李的平均容积重量mv、行李舱行李的总长度Lx、行李舱平面离地高度h厢、乘员重心离地高度hm；系统测得的数据包括行李舱行李总重量me、乘员总重量mm、前非簧载重量mu1、后非簧载重量mu2、客车载客后静止时前轴负荷m1、客车载客后静止时后轴负荷m2；
2）获得整车质心到前轴的水平距离；
整车质心到后轴的水平距离；
；
3）获得空车质心高度；
4）获得随身行李质心高度；
则行李舱行李质心离地高度 ；
5）载客后，客车总重分为自重、乘员重量、和行李舱行李总重量四部分。则整车总重量 =汽车自重+乘员重量+行李舱行李总重量，即：；
则整车重心离地高度：；
；
6）载客后，客车车身重量=空车车身重量+乘员重量+行李舱行李重量，即：；
则载客后车身重量重心到前轴的水平距离as：
（mm）；
则车身重心离地高度hs为：
（mm）；
6）获得驾驶员操作的方向盘转角阈值，包括以下几步
A．客车转弯、车身侧倾时运动微分方程为
；
；
推得：
；
B．客车在前轮转角阶跃输入下的车辆稳态响应状态参数计算公式为
；
；
推得：
；
C．通过AB两步，得到客车转向灵敏度—稳态横摆角速度增益为：
其中，稳定因素；
客车车身侧倾灵敏度—车身侧倾角增益为：
；
其中，侧倾因素；
D．当大客车稳态转向时，有侧向加速度（离心力）和车身侧倾，车轮垂直载荷发生横向转移，此时，客车侧向稳定的平衡条件为：
)；
当客车侧倾失稳条件时，内侧车轮垂直载荷为零，即FZ1=0，FZ3=0时，客车具有侧翻风险，而此时垂向载荷转移为最大值：
；
；
从而得到大客车不发生侧翻的平衡条件为：
；
即：
；
E．最后获得客车转向盘转角阈值为：
客车车速一定条件下，不发生侧翻的前转向轮转角应满足：
；
则，驾驶员操作的方向盘转角阈值为：
；
式中：i为转向器总传动比。
本发明中的所有参数见附图2。
有益效果：本发明提供的是一种大型客车侧翻预警的装置及方法，通过对车辆实际质心高度和水平位置，行车速度的分析，得出驾驶员操作的方向盘转角阈值，更直接的体现出怎么样的操作是安全的，使得驾驶员更能体会的到安全的方向盘转角，提高驾驶安全性。当方向盘转角超出安全范围时，控制单元发出信号，蜂鸣器会发出警报声，提醒驾驶员安全操作，降低客车侧翻风险。

Claims (3)

1.一种大型客车侧翻预警装置，包括车厢，其特征在于：所述车厢的行李舱底部设有重量感应器，所述车厢的前后轴设有负荷感应器，所述车厢的进口设有称重装置，所述车厢内的方向盘上设有转角感应器，所述车厢内设有蜂鸣器，所述重量感应器、负荷感应器、称重装置、转角感应器和蜂鸣器均与控制单元相连。
2.采用权利要求1所述的一种大型客车侧翻预警装置的方法分为以下几步：
1）系统预存数据包括空车时车身重心离地高度hs'、非簧载重量的重心离地高度hu、空车车身重量ms'、行李舱行李的等效总高HX、行李的平均容积重量mv、行李舱行李的总长度Lx、行李舱平面离地高度h厢、乘员重心离地高度hm、整车重心到前轴的水平距离a、整车重心到后轴的水平距离b；系统测得的数据包括行李舱行李总重量me、乘员总重量mm、前非簧载重量mu1、后非簧载重量mu2；
2）获得空车重心高度；
3）获得行李舱行李的重心高度；
则行李舱总重心离地高度 ；
4）载客后，客车总重分为自重、乘员重量、和行李舱行李总重量四部分；
则整车总重量 =汽车自重+乘员重量+行李舱行李总重量，即：；
则整车重心离地高度：；
；
5）载客后，客车车身重量=空车车身重量+乘员重量+行李舱行李重量，即：；
则载客后车身重量重心到前轴的水平距离as：
（mm）；
则车身重心离地高度hs为：
（mm）；
6）获得驾驶员操作的方向盘转角阈值，包括以下几步
A．客车转弯、车身侧倾时运动微分方程为
；
推得：
；
B．客车在前轮转角阶跃输入下的车辆稳态响应状态参数计算公式为
；
推得：
；
C．通过AB两步，得到客车转向灵敏度—稳态横摆角速度增益为：
其中，稳定因素；
客车车身侧倾灵敏度—车身侧倾角增益为：
；
其中，侧倾因素；
D．当大客车稳态转向时，有侧向加速度（离心力）和车身侧倾，车轮垂直载荷发生横向转移，此时，客车侧向稳定的平衡条件为：
)；
当客车侧倾失稳条件时，内侧车轮垂直载荷为零，即FZ1=0，FZ3=0时，客车具有侧翻风险，而此时垂向载荷转移为最大值：
；
；
从而得到大客车不发生侧翻的平衡条件为：
；
即：
；
E．最后计算客车转向盘转角阈值，计算方法为：
客车车速一定条件下，不发生侧翻的前转向轮转角应满足：
；
则，驾驶员操作的方向盘转角阈值为：
；
式中：i为转向器总传动比；
7）当转角感应器实际测得方向盘转角大于时，控制单元发出信号，蜂鸣器发出警报；
当-转角感应器实际测得方向盘转角≤30°时，控制单元发出信号，蜂鸣器发出警报。
3.根据权利2所述的所述的一种大型客车侧翻预警装置的方法，其特征在于：所述的整车质心会发生水平位移，该水平位置的指标包括整车质心到前轴的水平距离a和整车质心到后轴的水平距离b：
1）系统测得客车载客后静止时前轴负荷m1、客车载客后静止时后轴负荷m2、整车总质量m；
2）获得整车质心到前轴的水平距离；
整车质心到后轴的水平距离；
；
3）因此，客车车速一定条件下，不发生侧翻的前转向轮转角应满足：
；
则，驾驶员操作的方向盘转角阈值为：
；
其中，i为转向器总传动比；
4）当转角感应器实际测得方向盘转角大于时，控制单元发出信号，蜂鸣器发出警报；
当-转角感应器实际测得方向盘转角≤30°时，控制单元发出信号，蜂鸣器发出警报。
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