CN107176216A - 重型汽车防侧翻系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种重型汽车防侧翻系统，涉及重型汽车安全设计技术领域，包括陀螺仪、距离传感器、控制器、控制面板和液压总成，陀螺仪、距离传感器、控制面板和液压总成分别连接控制器；陀螺仪安装在汽车车架中间横梁的底部，距离传感器安装在汽车车架两侧的底部，液压总成安装在汽车车架两侧，控制面板安装在汽车控制室内。工作时，陀螺仪检测汽车车架的侧倾状态，距离传感器检测汽车车架和路面之间的距离，陀螺仪和距离传感器将采集的数据传送至控制器，控制器对数据进行综合分析，判断汽车的侧倾程度，并在控制面板上显示，驾驶员通过控制面板控制液压总成动作，保持汽车的平衡，通过此种技术手段实现重型汽车防侧翻的效果。

Description

重型汽车防侧翻系统
技术领域
本发明涉及重型汽车安全设计技术领域，特别是涉及一种重型汽车防侧翻系统。
背景技术
近年来重型载货汽车的主动安全性问题日益受到重视，对于多轴重型汽车列车的防侧翻，国外相继开发了联合制动系统(Associated Braking System)、侧倾警告装置(RWD-Rolling Warning Device)、侧倾稳定控制与支持系统(RSC-RSS)等控制系统，但有一些重要的过程变量，如制动管路压力、制动力矩等，是目前无法测得或难以通过传感器来测量，或测量成本太高。国内对重型汽车防侧翻装置的研究相对滞后，由于进口系统的成本高昂，主动防侧翻装置在国产重型汽车上的应用尚未普及，因此亟待开发自主知识产权的重型汽车防侧翻装置。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种重型汽车防侧翻系统，解决重型汽车侧翻问题，具有防止重型汽车侧翻的特点。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种重型汽车防侧翻系统，包括陀螺仪、距离传感器、控制器、控制面板和液压总成；所述陀螺仪、所述距离传感器、所述控制面板和所述液压总成分别连接所述控制器；所述陀螺仪安装在汽车车架中间横梁的底部，所述距离传感器安装在汽车车架两侧的底部，所述液压总成安装在汽车车架两侧，所述控制面板安装在汽车控制室内；当汽车车架倾斜到阈值角度时，所述液压总成的伸缩部分支撑在地面上。
优选地，还包括数据采集装置、信号发射器和信号接收器，所述数据采集装置分别连接所述陀螺仪和所述距离传感器，所述信号发射器连接所述数据采集装置，所述信号接收器连接所述控制器。
优选地，所述陀螺仪个数为两个，分别安装在汽车车架中间横梁两端的底部。
优选地，所述距离传感器个数为四个，分别安装在汽车车架两侧的底部，每侧安装有两个所述距离传感器，两个所述距离传感器一前一后分布。
优选地，所述液压总成包括液压支撑油缸、底座、万向轮和电机，所述液压支撑油缸和所述电机分别连接所述控制器，所述液压支撑油缸安装在汽车车架的侧部，所述底座和所述液压支撑油缸活塞杆的端部固定连接，所述底座和所述电机的电机轴固定连接，所述万向轮安装在所述底座上。
优选地，所述液压总成个数为四个，分别安装在汽车车架两侧，每侧安装有两个所述液压总成，两个所述液压总成一前一后分布。
优选地，所述底座包括第一侧板、第二侧板和支架，所述第一侧板和所述第二侧板相互垂直连接呈L形，所述支架固定安装在所述第一侧板的一侧，所述万向轮固定安装在所述第一侧板的另一侧，所述支架和所述第二侧板位于所述第一侧板的同侧；所述电机和和所述液压支撑油缸活塞杆的端部分别和所述支架固定连接。
优选地，所述电机选用为自锁式步进电机。
优选地，所述控制面板包括信号灯、报警器和操作开关，所述信号灯、所述报警器和所述操作开关均与所述控制器连接。
优选地，利用卡尔曼滤波器预估车辆车身倾角和重心高度变化，确定所述阈值角度。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明通过设计一种重型汽车防侧翻系统，包括陀螺仪、距离传感器、控制器、控制面板和液压总成。工作时，陀螺仪检测汽车车架的侧倾状态，距离传感器检测汽车车架和路面之间的距离，陀螺仪和距离传感器将采集的数据传送至控制器，控制器对数据进行综合分析，判断汽车的侧倾程度，并在控制面板上显示，驾驶员通过控制面板控制液压总成动作，保持汽车的平衡，通过此种技术手段实现重型汽车防侧翻的效果。
附图说明
图1是本发明重型汽车防侧翻系统的原理框图。
图2是本发明一个实施例中重型汽车防侧翻系统的原理框图。
图3是本发明一个实施例中重型汽车防侧翻系统的安装示意图。
图4是本发明一个实施例中液压总成第一工作面结构示意图。
图5是本发明一个实施例中液压总成第二工作面结构示意图。
图6是本发明一个实施例中重型汽车防侧翻系统的工作逻辑流程图。
图中：1、车架；2、液压总成；3、距离传感器；4、第二侧板；5、第一侧板；6、电机；7、万向轮；8、液压支撑油缸。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，为本发明重型汽车防侧翻系统的原理框图，包括陀螺仪、距离传感器3、控制器、控制面板和液压总成2；陀螺仪、距离传感器3、控制面板和液压总成2分别连接控制器，陀螺仪安装在汽车车架1中间横梁的底部，距离传感器3安装在汽车车架1两侧的底部，液压总成2安装在汽车车架1两侧，控制面板安装在汽车控制室内。
工作时，陀螺仪检测汽车车架1的侧倾状态，距离传感器3检测汽车车架1和路面之间的距离，陀螺仪和距离传感器3将采集的数据传送至控制器，控制器对数据进行综合分析，判断汽车的侧倾程度，并在控制面板上显示，驾驶员通过控制面板控制液压总成2动作，保持汽车的平衡，通过此种技术手段实现重型汽车防侧翻的效果。
如图2所示，为本发明一个实施例中重型汽车防侧翻系统的原理框图，包括陀螺仪、距离传感器3、控制器、控制面板、液压总成2、数据采集装置、信号发射器和信号接收器，数据采集装置分别连接陀螺仪和距离传感器3，信号发射器连接数据采集装置，信号接收器连接控制器，控制面板和液压总成2分别连接控制器。
工作时，陀螺仪检测汽车车架1的侧倾状态，距离传感器3检测汽车车架1和路面之间的距离，数据采集装置采集陀螺仪和距离传感器3检测的数据，并通过信号发射器发送出去，信号接收器接收信号发射器发送的数据，并将数据传送至控制器，控制器对数据进行综合分析，判断汽车的侧倾程度，并在控制面板上显示，驾驶员通过控制面板控制液压总成2动作，保持汽车的平衡，通过此种技术手段实现重型汽车防侧翻的效果。
如图3所示，为本发明一个实施例中重型汽车防侧翻系统的安装示意图；
本实施例中陀螺仪个数为两个，分别安装在汽车车架1中间横梁两端的底部，此种设计能够保证陀螺仪检测汽车倾斜程度的数据更加准确，同时也可根据实际要求增加陀螺仪安装的数量，以保证陀螺仪检测数据的准确性。
本实施例中距离传感器3个数为四个，分别安装在汽车车架1两侧的底部，每侧安装有两个距离传感器3，两个距离传感器3一前一后分布，此种设计相当于将距离传感器3分别设计在汽车车架1的四个角上，覆盖汽车车架1的全身，使测量的数据更加全面，保证数据的准确性，有利于准确检测汽车的倾斜状态。
本实施例中液压总成2个数为四个，分别安装在汽车车架1两侧，每侧安装有两个液压总成2，两个液压总成2一前一后分布，液压总成2作用为辅助汽车车架1平衡，本实施例中液压总成2的设计可以保证液压总成2覆盖汽车车架1全身，无论汽车车架1向任何角度倾斜，液压总成2均能对汽车车架1进行平衡辅助。
如图4和图5所示，分别为本发明一个实施例中液压总成2第一工作面结构示意图和第二工作面结构示意图，液压总成2包括液压支撑油缸8、底座、万向轮7和电机6，液压支撑油缸8和电机6分别连接控制器，液压支撑油缸8安装在汽车车架1的侧部，底座和液压支撑油缸8活塞杆的端部固定连接，底座和电机6的电机轴固定连接，万向轮7安装在底座上，底座包括第一侧板5、第二侧板4和支架，第一侧板5和第二侧板4相互垂直连接呈L形，支架固定安装在第一侧板5的一侧，万向轮7固定安装在第一侧板5的另一侧，支架和第二侧板4位于第一侧板5的同侧；电机6和和液压支撑油缸8活塞杆的端部分别和支架固定连接。
液压总成2的作用是维持汽车车架1平衡，液压总成2具有两个工作面，当汽车处于行驶状态发生车架1倾斜时，选用第一工作面，此时底座上的万向轮7与地面接触，保证行驶的汽车保持平衡；当汽车处于静止状态发生倾斜时，选用第二工作面，此时底座的第二侧板4的平面与地面接触，保持汽车平衡；液压支撑油缸8可进行伸缩动作，汽车发生倾斜时，液压支撑油缸8的支撑杆伸长使底座与地面接触保持汽车平衡，当不在需要平衡辅助装置时，液压支撑油缸8收缩支撑杆，不影响汽车的正常行驶；电机6的设计实现液压总成2第一工作面和第二工作面的切换，更具汽车不同行驶状态切换不同的工作面。
在本实施例中电机6选用为自锁式步进电机，步进电机动作更加精准，能够保证液压总成2第一工作面和第二工作面之间精确的切换，切换完成后进行锁定，保证液压总成2能够以最好的位置和工作模式维持汽车车架1的平衡。
在本实施例中控制面板包括信号灯、报警器和操作开关，信号灯、报警器和操作开关均与控制器连接，控制面板上设有绿灯、黄灯和红灯三个信号灯，分别代表汽车车架1的倾斜状态，当汽车的横向载荷转移率正常时，绿灯亮起，当汽车的横向载荷转移率超过第一阈值时，黄灯亮起，当汽车的横向载荷转移率超过第二阈值时，红灯亮起；报警器作用为当汽车车架1发生倾斜时进行报警提醒驾驶员，当汽车的横向载荷转移率正常时，报警器不发出声响，当汽车的横向载荷转移率超过第一阈值或第二阈值时，报警器发出高频率“嘀嘀嘀”的提示音；控制面板上设有三个操作开关，分别控制液压总成2第一工作面工作、第二工作面工作和停止工作。
工作时，当汽车的横向载荷转移率正常时，绿灯亮起，报警器不发出声响；当汽车的横向载荷转移率超过第一阈值时，黄灯亮起，报警器进行报警，驾驶员更具汽车的行驶状态选择操作开关进而选择液压总成2的工作模式，当汽车处于行驶过程中应使液压总成2以第一工作面工作，即液压总成2上的万向轮7与地面接触，当汽车处于静止状态时，选择液压总成2以第二工作面工作，及液压总成2上底座第二侧板4的平面与地面接触，当汽车的横向载荷转移率恢复正常后，驾驶员通过操作开关使液压总成2中的液压支撑油缸8收缩停止工作；当汽车的横向载荷转移率超过第二阈值时，红灯亮起，报警器进行报警，驾驶员更具汽车的行驶状态选择操作开关进而选择液压总成2的工作模式，当汽车处于行驶过程中应使液压总成2以第一工作面工作，即液压总成2上的万向轮7与地面接触，当汽车处于静止状态时，选择液压总成2以第二工作面工作，及液压总成2上底座第二侧板4的平面与地面接触，当汽车的横向载荷转移率恢复正常后，驾驶员通过操作开关使液压总成2中的液压支撑油缸8收缩停止工作。
如图6所示，是本发明一个实施例中重型汽车防侧翻系统的工作逻辑流程图，系统工作时，陀螺仪和距离传感器3检测汽车车架1数据，并将数据传送到控制器中，控制器对汽车状态进行判断，当汽车的横向载荷转移率正常时，控制面板上的绿灯亮起，报警器不报警；当汽车横向载荷转移率超过第一阈值或第二阈值时，控制面板上的报警器进行报警，同时信号灯亮起(超过第一阈值时黄灯亮，超过第二阈值时红灯亮)，驾驶员需要根据汽车的行驶状态选择液压总成2的工作模式，当汽车处于行驶过程中，驾驶员通过按下第一开关，液压总成2以第一工作面工作，即液压支撑油缸8的活塞杆伸长，直到底座上的万向轮7与地面接触后停止，当汽车处于静止状态时，驾驶员通过按下第二开关，液压总成2以第二工作面工作，即液压支撑油缸8的活塞杆伸长，知道底座上的第二侧板4的平面与地面接触后停止，当汽车的横向载荷转移率恢复正常后，驾驶员通过按下第三开关，液压支撑油缸8的活塞杆收缩，液压总成2停止工作。通过此系统能够保证汽车发生倾斜时控制液压总成2辅助汽车平衡，防止汽车发生侧翻。
本发明中公开了一种重型汽车防侧翻系统报警阈值确定方法，利用卡尔曼滤波器预估车辆车身倾角和重心高度变化，确定报警阈值。
首先根据车辆具体参数建立车辆侧翻模型，由达朗贝尔原理建立车辆侧倾模型：
(1)绕X轴的力矩平衡方程为：
(2)沿Y轴的力平衡方程为：
(3)绕Z轴的力矩平衡方程为：
其中
F12＝Cγα12
F34＝Chα34
Ix＝Ixx+mh2
在小轮胎侧偏角下满足几何关系：
式中，m为整车质量；h为质心到侧倾中心的距离；δ为前轮转角；φ为侧倾角；为横摆角速度；α12、α34分别为前后轮侧偏角；β为质心侧偏角；lv、lh分别为质心至前、后轴距离；Vx、Vy分别为纵向、侧向速度；F12、F34分别为前、后轮总侧向力；ay为侧向加速度；Ixx是整车质量绕车身质心的纵轴的转动惯量；Ix是整车质量绕侧倾轴的转动惯量；Cv，Ch分别为前、后轮胎的总侧偏刚度；K为悬架等效侧倾刚度；C为悬架等效侧倾阻尼系数。上述车辆参数可根据具体车型获得，状态变量可通过车辆自身所带ECU单元或者陀螺仪获取。
首先选择车辆动态横向载荷转移率作为侧翻危险判据的预警门限值。这样的门限值选择使得预警算法更加具有普适性；其次，为了更加精确的获得动态预警门限值，在侧翻预警算法中使用基于卡尔曼滤波技术的参数估计器。
传统意义上，车辆横向载荷转移率(LTR)可以定义为车辆两侧车轮上的垂直载荷
之差与垂直载荷之和的比值，即：
式中Fzl、Fzr分别为左右轮垂直载荷。
当左右轮胎载荷相等时，VLTR的值为0；当发生侧翻危险时，一侧车轮离开地面，此时VLTR的绝对值为1，即对于不同的车型和不同的行驶条件，侧翻预警门限值可确定为一定值，为保证车辆的行驶安全，本文将动态横向载荷转移率预警门限值第一阈值设为0.8，第二阈值设为0.9。
由于车辆在行驶过程中左右车轮垂直载荷不断变化且不易直接测量，所以难以根据定义式直接计算出动态VLTR的值。本文选取一套实时计算横向载荷转移率VLTR的算法，具体计算公式为：
式中，hRC为车辆侧倾中心高度，d1为车辆轮距。
所以，要想获得精确的动态横向载荷转移率，必须首先获得车辆侧向加速度和实际侧倾角这两个状态量。车辆侧向加速度可以通过陀螺仪直接测出，而车辆的实际侧倾角却难以通过车载传感器直接获得，需通过卡尔曼滤波估计技术对其进行实时的估计。
使用本方法获得的阈值更加精准，有利于系统精准动作，维持汽车平衡，防止侧翻达到最佳效果。
采用上述技术方案后，工作时，陀螺仪和距离传感器3检测汽车车架1数据，并将数据传送到控制器中，控制器对汽车状态进行判断，当汽车的横向载荷转移率正常时，控制面板上的绿灯亮起，报警器不报警；当汽车横向载荷转移率超过第一阈值或第二阈值时，控制面板上的报警器进行报警，同时信号灯亮起(超过第一阈值时黄灯亮，超过第二阈值时红灯亮)，驾驶员需要根据汽车的行驶状态选择液压总成2的工作模式，当汽车处于行驶过程中，驾驶员通过按下第一开关，液压总成2以第一工作面工作，即液压支撑油缸8的活塞杆伸长，直到底座上的万向轮7与地面接触后停止，当汽车处于静止状态时，驾驶员通过按下第二开关，液压总成2以第二工作面工作，即液压支撑油缸8的活塞杆伸长，知道底座上的第二侧板4的平面与地面接触后停止，当汽车的横向载荷转移率恢复正常后，驾驶员通过按下第三开关，液压支撑油缸8的活塞杆收缩，液压总成2停止工作。通过此系统能够保证汽车发生倾斜时控制液压总成2辅助汽车平衡，防止汽车发生侧翻。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种重型汽车防侧翻系统，其特征在于：包括陀螺仪、距离传感器、控制器、控制面板和液压总成；所述陀螺仪、所述距离传感器、所述控制面板和所述液压总成分别连接所述控制器；所述陀螺仪安装在汽车车架中间横梁的底部，所述距离传感器安装在汽车车架两侧的底部，所述液压总成安装在汽车车架两侧，所述控制面板安装在汽车控制室内；当汽车车架倾斜到阈值角度时，所述液压总成的伸缩部分支撑在地面上。
2.根据权利要求１所述的重型汽车防侧翻系统，其特征在于：还包括数据采集装置、信号发射器和信号接收器，所述数据采集装置分别连接所述陀螺仪和所述距离传感器，所述信号发射器连接所述数据采集装置，所述信号接收器连接所述控制器。
3.根据权利要求１所述的重型汽车防侧翻系统，其特征在于：所述陀螺仪个数为两个，分别安装在汽车车架中间横梁两端的底部。
4.根据权利要求１所述的重型汽车防侧翻系统，其特征在于：所述距离传感器个数为四个，分别安装在汽车车架两侧的底部，每侧安装有两个所述距离传感器，两个所述距离传感器一前一后分布。
5.根据权利要求１所述的重型汽车防侧翻系统，其特征在于：所述液压总成包括液压支撑油缸、底座、万向轮和电机，所述液压支撑油缸和所述电机分别连接所述控制器，所述液压支撑油缸安装在汽车车架的侧部，所述底座和所述液压支撑油缸活塞杆的端部固定连接，所述底座和所述电机的电机轴固定连接，所述万向轮安装在所述底座上。
6.根据权利要求１所述的重型汽车防侧翻系统，其特征在于：所述液压总成个数为四个，分别安装在汽车车架两侧，每侧安装有两个所述液压总成，两个所述液压总成一前一后分布。
7.根据权利要求5所述的重型汽车防侧翻系统，其特征在于：所述底座包括第一侧板、第二侧板和支架，所述第一侧板和所述第二侧板相互垂直连接呈L形，所述支架固定安装在所述第一侧板的一侧，所述万向轮固定安装在所述第一侧板的另一侧，所述支架和所述第二侧板位于所述第一侧板的同侧；所述电机和和所述液压支撑油缸活塞杆的端部分别和所述支架固定连接。
8.根据权利要求5所述的重型汽车防侧翻系统，其特征在于：所述电机选用为自锁式步进电机。
9.根据权利要求１所述的重型汽车防侧翻系统，其特征在于：所述控制面板包括信号灯、报警器和操作开关，所述信号灯、所述报警器和所述操作开关均与所述控制器连接。
10.根据权利要求１所述的重型汽车防侧翻系统，其特征在于：利用卡尔曼滤波器预估车辆车身倾角和重心高度变化，确定所述阈值角度。
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