CN108680364B - 一种汽车侧翻评价指标及评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汽车侧翻评价指标及评价方法,属车辆主动安全领域。在该方法中,应用汽车侧翻动力学理论求解出汽车侧翻评价指标的侧翻阈值条件,并其转为相图模式;将汽车行驶过程中实时测量的侧倾角、侧倾角加速度以及横向加速度转为侧倾角与侧倾角加速度相图、侧倾角与横向加速度相图、及横向加速度与侧倾角加速度相图,并与各自对应的侧翻阈值条件比较,判断汽车是否存在侧翻危险。本发明通过实时测量的行车参数直接与阀值条件进行比较,侧翻评价指标准确,实时性好;此外,参数图像化能更直观反映出各参数对汽车侧翻的影响,有利于实际行驶中指导驾驶人员或者主动安全设备采取防侧翻措施。
Description
技术领域
本发明涉及车辆主动安全领域,尤其涉及一种汽车侧翻评价指标及评价方法。
背景技术
在交通事故中,侧翻事故致死致伤率都相当高,尤其对于存在高重心、高惯性等特点的诸如大型客车、大货车、混凝土搅拌车等车辆来说,更易发生侧翻事故,而该类车辆一旦发生侧翻,后果不堪设想。因此,提前准确预测汽车侧翻对于防止发生交通事故具有重要的意义。
经查阅相关文献,中国专利CN201510368690.0公开了一种汽车侧翻时间测量装置及计算方法,该装置及方法通过传感器测得各车轮的垂向载荷,并计算出汽车行驶过程中发生侧翻的时间,使车载控制系统或驾驶员在汽车发生侧翻前对汽车行驶状态做出调整。但是,垂向载荷测定较为困难,实时性差,很难获得精确数据,因此该方法可靠性不足。
美国专利US201113227565公开了一种检测车辆侧翻的系统和方法,该系统和方法测量反应力并通过反应力的值来计算汽车侧向加速度,然后将其与各个侧向加速度阈值比较,对是否发生侧翻进行判断。该装置侧向加速度阈值的确定较为困难并且需要设置不同的阈值,实施起来难度较大。
发明内容
本发明针对上述问题提出了一种汽车侧翻评价指标及评价方法,该评价方法实时性好、可靠性高,汽车行驶参数实时测量获取,其所使用的侧翻评价指标准确度高且能直观体现出各参数对于汽车侧翻的影响。
本发明所采用的技术方案为:
一种汽车侧翻评价指标及评价方法,所述汽车侧翻评价指标包括:侧倾角与侧倾角加速度相图、侧倾角与横向加速度相图、以及横向加速度与侧倾角加速度相图;
所述汽车侧翻评价方法,包括如下步骤:
一、应用汽车侧翻动力学理论求解所述汽车侧翻评价指标中的侧倾角与侧倾角加速度相图、侧倾角与横向加速度相图、以及横向加速度与侧倾角加速度相图的侧翻阈值条件;
二、实时测量汽车行驶过程中的侧倾角加速度,侧倾角以及横向加速度的数据;
三、根据实时测得的侧倾角,侧倾角加速度及横向加速度数据获得侧倾角与侧倾角加速度相图、侧倾角与横向加速度相图、以及横向加速度与侧倾角加速度相图;
将获得的侧倾角与侧倾角加速度相图、侧倾角与横向加速度相图、以及横向加速度与侧倾角加速度相图与所述汽车侧翻评价指标中各自对应的侧翻阈值条件进行比较;若测量数据均在相图阈值范围内,则汽车没有侧翻危险,否则汽车发生侧翻。
进一步地,所述汽车侧翻评价指标的侧翻阀值条件求解包括以下步骤:
1)建立汽车侧翻的四自由度动力学模型,包括:横向运动、横摆运动、簧载质量侧倾和非簧载质量侧倾的运动方程;
非簧载质量侧倾运动方程为:
其中,
式中,m为汽车质量,ms为汽车簧载质量,h为簧载质量质心到侧倾中心的距离,hu为非簧载质量质心高度,hc为侧倾中心高度,a为前轴到质心距离,b为后轴到质心距离,Ff为前轮侧向力,Fr为后轮侧向力,v为汽车侧向速度,u为汽车纵向速度,r为横摆角速度,ay为汽车横向加速度,δ为前轮转角,kf为前轮胎侧偏刚度,kr为后轮胎侧偏刚度,βf为前轮侧偏角,βr为后轮侧偏角,Iz为横摆转动惯量,Ix为簧载质量绕侧倾中心转动惯量,Ks为悬架等效侧倾刚度,Ds为悬架等效侧倾阻尼,Ku为轴向等效侧倾刚度,为簧载质量侧倾角,为非簧载质量侧倾角,为簧载质量侧倾角速度,为非簧载质量侧倾角速度,为簧载质量侧倾角加速度,为非簧载质量侧倾角加速度;
通过所述四自由度动力学模型的运动方程对LTR进行转化:
其中,F1表示左悬架力,F2表示右悬架力;
由式(3)得,
获得汽车侧翻指标为:
当汽车侧翻指标RI的值为±1时,汽车处于侧翻的临界状态;
3)将RI=±1代入所述汽车侧翻指标表达式(9)中,
4)根据汽车侧翻动力学模型求解出汽车实际行驶过程中,当RI恰好为±1时簧载质量侧倾角加速度汽车横向加速度ay和簧载质量侧倾角的值,将簧载质量侧倾角的值代入式(11)中,汽车侧向加速度ay的值代入式(12)中,簧载质量侧倾角加速度代入式(13)中,求得各参数间的一次函数表达式,即得到侧翻阈值条件边界曲线。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
1、加速度、速度等参数更易于通过传感器测定,且测量结果更加准确,提高了侧翻指标的准确性,可靠性高;
2、车辆参数实时测量并可直接通过行驶参数是否超出侧翻边界实时地判断汽车是否有侧翻危险,实时性好,侧翻预警效果好;
3、阀值条件边界相图可以更直观地反映出汽车行驶参数对侧翻稳定性的影响情况,从而为运用何种防侧翻方式提供参考。
附图说明
图1为本发明的汽车侧翻评价指标及评价方法原理流程图;
图2为本发明的求解汽车侧翻评价指标的侧翻阈值条件原理流程图;
图3为汽车实时侧倾角与侧倾角加速度相图和对应侧翻阈值边界曲线;
图4为汽车实时侧倾角与横向加速度相图和对应侧翻阈值边界曲线;
图5为汽车实时横向加速度与侧倾角加速度相图和对应侧翻阈值边界曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明提出的一种汽车侧翻评价指标及评价方法,该方法主要分为三个步骤,如图1所示:
一、应用汽车侧翻动力学理论获取汽车侧翻评价指标的侧翻阀值条件,包括:汽车侧倾角与侧倾角加速度相图的侧翻阈值条件、侧倾角与横向加速度相图的侧翻阈值条件、以及横向加速度与侧倾角加速度相图的侧翻阈值条件;
具体包括以下步骤,如图2所示:
1)建立汽车侧翻的四自由度动力学模型,包括:横向运动、横摆运动、簧载质量侧倾和非簧载质量侧倾的运动方程;
非簧载质量侧倾运动方程为:
其中,
式中,m为汽车质量,ms为汽车簧载质量,h为簧载质量质心到侧倾中心的距离,hu为非簧载质量质心高度,hc为侧倾中心高度,a为前轴到质心距离,b为后轴到质心距离,Ff为前轮侧向力,Fr为后轮侧向力,v为汽车侧向速度,u为汽车纵向速度,r为横摆角速度,ay为汽车横向加速度,δ为前轮转角,kf为前轮胎侧偏刚度,kr为后轮胎侧偏刚度,βf为前轮侧偏角,βr为后轮侧偏角,Iz为横摆转动惯量,Ix为簧载质量绕侧倾中心转动惯量,Ks为悬架等效侧倾刚度,Ds为悬架等效侧倾阻尼,Ku为轴向等效侧倾刚度,为簧载质量侧倾角,为非簧载质量侧倾角,为簧载质量侧倾角速度,为非簧载质量侧倾角速度,为簧载质量侧倾角加速度,为非簧载质量侧倾角加速度;
通过所述四自由度动力学模型的运动方程对LTR进行转化:
其中,F1表示左悬架力,F2表示右悬架力;
由式(3)得,
获得汽车侧翻指标为:
当汽车侧翻指标RI的值为±1时,汽车处于侧翻的临界状态;
3)将RI=±1代入侧翻指标表达式(9)中,
4)根据汽车侧翻动力学模型求解出汽车实际行驶过程中,当RI恰好为±1时簧载质量侧倾角加速度汽车横向加速度ay和簧载质量侧倾角的值,将簧载质量侧倾角的值代入式(11)中,汽车侧向加速度ay的值代入式(12)中,簧载质量侧倾角加速度代入式(13)中,即可求得各参数间的一次函数表达式,即为侧翻阈值边界条件曲线。其中,每两个参数间的一次函数表达式有两个,分别为其上边界和下边界,如图3、图4和图5虚线所示。
二、通过安装在汽车上的传感器实时地测得汽车行驶过程中的侧倾角加速度,侧倾角以及横向加速度;
三、根据实时测得的侧倾角、侧倾角加速度及横向加速度数据获取的侧倾角与侧倾角加速度相图、侧倾角与横向加速度相图、及横向加速度与侧倾角加速度相图,并与侧翻阈值条件比较,判断汽车是否存在侧翻危险。图3、图4和图5实线超出虚线边界,表明汽车会发生侧翻。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种汽车侧翻评价指标及评价方法,其特征在于,汽车侧翻评价指标包括:侧倾角与侧倾角加速度相图、侧倾角与横向加速度相图、以及横向加速度与侧倾角加速度相图;
汽车侧翻评价方法,包括如下步骤:
一、应用汽车侧翻动力学理论求解所述汽车侧翻评价指标中的侧倾角与侧倾角加速度相图、侧倾角与横向加速度相图、以及横向加速度与侧倾角加速度相图的侧翻阈值条件;
二、实时测量汽车行驶过程中的侧倾角加速度,侧倾角以及横向加速度的数据;
三、根据实时测得的侧倾角,侧倾角加速度及横向加速度数据获得侧倾角与侧倾角加速度相图、侧倾角与横向加速度相图、以及横向加速度与侧倾角加速度相图;
将获得的侧倾角与侧倾角加速度相图、侧倾角与横向加速度相图、以及横向加速度与侧倾角加速度相图与所述汽车侧翻评价指标中各自对应的侧翻阈值条件进行比较,若测量数据均在侧翻阈值条件范围内,则汽车没有侧翻危险,否则汽车发生侧翻;
其中,所述汽车侧翻评价指标的侧翻阀值条件求解包括以下步骤:
1)建立汽车侧翻的四自由度动力学模型,包括:横向运动、横摆运动、簧载质量侧倾和非簧载质量侧倾的运动方程;
非簧载质量侧倾运动方程为:
其中,
式中,m为汽车质量,ms为汽车簧载质量,h为簧载质量质心到侧倾中心的距离,hu为非簧载质量质心高度,hc为侧倾中心高度,a为前轴到质心距离,b为后轴到质心距离,Ff为前轮侧向力,Fr为后轮侧向力,v为汽车侧向速度,u为汽车纵向速度,r为横摆角速度,ay为汽车横向加速度,δ为前轮转角,kf为前轮胎侧偏刚度,kr为后轮胎侧偏刚度,βf为前轮侧偏角,βr为后轮侧偏角,Iz为横摆转动惯量,Ix为簧载质量绕侧倾中心转动惯量,Ks为悬架等效侧倾刚度,Ds为悬架等效侧倾阻尼,Ku为轴向等效侧倾刚度,为簧载质量侧倾角,为非簧载质量侧倾角,为簧载质量侧倾角速度,为非簧载质量侧倾角速度,为簧载质量侧倾角加速度,为非簧载质量侧倾角加速度;
通过所述四自由度动力学模型的运动方程对LTR进行转化:
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由式(3)得,
获得汽车侧翻指标为:
当汽车侧翻指标RI的值为±1时,汽车处于侧翻的临界状态;
3)将RI=±1代入所述汽车侧翻指标表达式(9)中,
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