CN109435825A - 基于滑移率和横摆力的罐车侧翻预警系统及方法 - Google Patents

基于滑移率和横摆力的罐车侧翻预警系统及方法 Download PDF

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Abstract

基于滑移率和横摆力的罐车侧翻预警系统及方法属于车辆安全技术领域，预警系统包括轮速传感器、横摆角速度传感器、数据存储模块、数据处理模块和报警装置。本发明提出了一种在不影响驾驶员正常驾驶的情况下，基于内侧车轮滑移率与罐体横摆力的表征危险品运输罐车侧翻预警系统和方法，将通过侧翻试验总结的侧翻阈值范围输入至数据处理模块中，通过数据的实时采集与计算评估，有效提前预估罐车侧翻的危险状态，预先性和准确性较好。本发明所采用的轮速传感器、横摆角速度传感器以及车载的数据处理模块体积小、成本低、安装方便，方便在危险品运输车辆中普及与推广。

Description

基于滑移率和横摆力的罐车侧翻预警系统及方法
技术领域
本发明属于车辆安全技术领域，特别是涉及到一种基于滑移率和横摆力的罐车侧翻预警系统及方法。
背景技术
危险品运输车辆罐体内通常为液状危化品，转弯过程中罐体内液体的摆动容易造成车辆失稳，严重时直接导致车辆侧翻。危险品运输车辆侧翻不仅会造成驾驶员、乘客以及道路上其他人员的伤亡，罐体内危化品的泄露对于环境与道路的影响也是巨大的。因此，防患于未然，在危险品运输车辆刚刚产生侧翻趋势时就进行有效的预警是十分必要的，而对车辆侧翻状态的准确评估是实现预警的前提和基础。
危险品运输车辆侧翻的运行状态评估方法对于配合危险品运输车辆主动与被动防侧翻技术具有重要的作用。目前，没有有效的危险品运输车辆侧翻的运行状态评估方法。针对商用车侧翻的运行状态评估方法没有考虑到所装的液体的摆动，并且危险品运输车辆的所需求的侧翻阈值较低，如果将商用车侧翻的运行状态评估方法放到危险品运输车辆中，造成的安全隐患是巨大的。
因此，目前亟待需要一种针对危险品运输车辆侧翻状态的评估方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于滑移率和横摆力的罐车侧翻预警系统及方法，用于解决现有危险品运输车辆评估系统不完善不健全，没有有效的危险品运输车辆侧翻的运行状态评估方法的技术问题。
基于滑移率和横摆力的罐车侧翻预警系统，包括轮速传感器、横摆角速度传感器、数据存储模块、数据处理模块和报警装置，所述数据存储模块分别与轮速传感器、横摆角速度传感器以及数据处理模块连接；所述数据处理模块与报警装置连接。
所述轮速传感器分别安装在罐车尾部车轴两侧的车轮上。
所述横摆角速度传感器分别安装在罐体底部中心位置和罐体顶部中心位置。
所述报警装置设置在驾驶室内警示仪表模块中。
基于滑移率和横摆力的罐车侧翻预警方法，利用所述的基于滑移率和横摆力的罐车侧翻预警系统，包括以下步骤，并且以下步骤顺次进行，
步骤一、将轮速传感器分别安装在罐车尾部车轴两侧的车轮上，实时采集罐车两侧车轮的轮速值并传输至数据存储模块；
步骤二、将横摆角速度传感器安装在罐体底部中心位置，实时采集罐体底部的横摆角速度，将横摆角速度传感器安装在罐体顶部中心位置，实时采集罐体顶部的横摆角速度值并传输至数据存储模块；
步骤三、数据存储模块接收并存储实时采集的轮速值和横摆角速度值，数据存储模块将存储的实时轮速值和实时横摆角速度值传输至数据处理模块；
步骤四、将通过侧翻试验获得的内侧车轮滑移率变化范围值以及罐体横摆力的阈值输入至数据处理模块，将装载液体的罐体总重量输入至数据处理模块，数据处理模块接收实时轮速值和横摆角速度值，
数据处理模块取同一时间点的两侧车轮的轮速值进行比较，轮速值小的一侧车轮为内侧车轮，利用内侧车轮滑移率公式获得罐车的内侧车轮滑移率数值；
数据处理模块取同一时间点罐体顶部和底部的横摆角速度值，利用罐体横摆力公式分别获得罐体横摆力的最大值和最小值；
步骤五、所述步骤四中获得的罐车的内侧车轮滑移率大于或等于侧翻试验获得的内侧车轮滑移率变化范围值，数据处理模块发送报警信号给报警装置，报警装置发出报警信号；
所述步骤四中获得的罐体横摆力的最大值大于或等于侧翻试验获得的罐体横摆力的阈值，数据处理模块发送报警信号给报警装置，报警装置发出报警信号。
所述步骤四中内侧车轮滑移率s公式为：
s＝[|(vx-v轮速)|/max(vx，v轮速)]×100％
其中，vx为车辆行驶的纵向速度，v轮速为车轮轮速。
所述步骤四中罐体的横摆力F公式为：
其中，vx为车辆行驶的纵向速度，vy为车辆行驶的侧向速度，ψ为横摆角速度传感器测量的角速度，m为罐车装载液体的罐体总质量。
通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：
本发明提出一种在不影响驾驶员正常驾驶的情况下，基于内侧车轮滑移率与罐体横摆力的表征危险品运输罐车侧翻预警系统和方法。
1、本发明提出了一种在不影响驾驶员正常驾驶的情况下，基于内侧车轮滑移率与罐体横摆力的表征危险品运输罐车侧翻预警系统和方法，将通过侧翻试验总结的侧翻阈值范围输入至数据处理模块中，通过数据的实时采集与计算评估，有效提前预估罐车侧翻的危险状态，预先性和准确性较好。
2、本发明能排除罐车正常转弯工况，有效降低误报率。
3、本发明所采用的轮速传感器、横摆角速度传感器以及车载的数据处理模块体积小、成本低、安装方便，方便在危险品运输车辆中普及与推广。
4、本发明是将数据处理结果实时反映至驾驶室内仪表模块中，对于驾驶员影响结果较小。
5、本发明将数据处理模块连接至数据存储模块中，在通讯协议允许的工作条件下，可以配合罐车主动防侧翻控制系统工作。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明：
图1为本发明基于滑移率和横摆力的罐车侧翻预警系统及方法中预警系统的结构框图。
图2为本发明基于滑移率和横摆力的罐车侧翻预警系统及方法中横摆角速度传感器的安装位置示意图。
图3为本发明基于滑移率和横摆力的罐车侧翻预警系统及方法中预警方法的流程框图。
图中 1-轮速传感器、2-横摆角速度传感器、3-数据存储模块、4-数据处理模块、5-报警装置。
具体实施方式
如图所示，基于滑移率和横摆力的罐车侧翻预警系统，包括轮速传感器1、横摆角速度传感器2、数据存储模块3、数据处理模块4和报警装置5，所述数据存储模块3分别与轮速传感器1、横摆角速度传感器2以及数据处理模块4连接；所述数据处理模块4与报警装置5连接。
所述轮速传感器1分别安装在罐车尾部车轴两侧的内侧车轮处。
所述横摆角速度传感器2分别安装在罐体底部中心位置和罐体顶部中心位置。
所述报警装置5设置在驾驶室内警示仪表模块中。
基于滑移率和横摆力的罐车侧翻预警方法，利用所述的基于滑移率和横摆力的罐车侧翻预警系统，包括以下步骤，并且以下步骤顺次进行，
步骤一、将轮速传感器1分别安装在罐车尾部车轴两侧的内侧车轮处，实时采集罐车两侧车轮的轮速值并传输至数据存储模块3；
步骤二、将横摆角速度传感器2安装在罐体底部中心位置，实时采集罐体底部的横摆角速度，将横摆角速度传感器2安装在罐体顶部中心位置，实时采集罐体顶部的横摆角速度值并传输至数据存储模块3；
步骤三、数据存储模块3接收并存储实时采集的轮速值和横摆角速度值，数据存储模块3将存储的实时轮速值和实时横摆角速度值传输至数据处理模块4；
步骤四、将通过侧翻试验获得的内侧车轮滑移率变化范围值以及罐体横摆力的阈值输入至数据处理模块4，将装载液体的罐体总重量输入至数据处理模块4，数据处理模块4接收实时轮速值和横摆角速度值，
数据处理模块4取同一时间点的两侧车轮的轮速值进行比较，轮速值小的一侧车轮为内侧车轮，利用内侧车轮滑移率公式获得罐车的内侧车轮滑移率数值；
数据处理模块4取同一时间点罐体顶部和底部的横摆角速度值，利用罐体横摆力公式分别获得在罐体顶部测得的横摆力值和在罐体底部测得的横摆力值，其中两个横摆力值中数值大的为罐体横摆力的最大值，数值小为罐体横摆力的最小值，最小值至最大值的全部数值为罐车的横摆力范围值；
步骤五、所述步骤四中获得的罐车的内侧车轮滑移率大于或等于侧翻试验获得的内侧车轮滑移率变化范围值，数据处理模块4发送报警信号给报警装置5，报警装置5发出报警信号；
所述步骤四中罐体横摆力的最大值大于或等于侧翻试验获得的罐体横摆力的阈值，数据处理模块4发送报警信号给报警装置5，报警装置5发出报警信号。
所述步骤四中内侧车轮滑移率s公式为：
s＝[|(vx-v轮速)|/max(vx，v轮速)]×100％
其中，vx为车辆行驶的纵向速度，v轮速为车轮轮速。
所述步骤四中罐体的横摆力F公式为：
其中，vx为车辆行驶的纵向速度，vy为车辆行驶的侧向速度，ψ为横摆角速度传感器测量的角速度，m为罐车装载液体的罐体总质量。
根据罐体的横摆力公式，罐体顶部横摆角速度传感器测量并计算获得的罐体横摆力F1：
其中，vx为车辆行驶的纵向速度，vy为车辆行驶的侧向速度，ψ1为罐体顶部横摆角速度传感器测量的角速度，m为罐车装载液体的罐体总质量。
根据罐体的横摆力公式，罐体底部横摆角速度传感器测量并计算获得的罐体横摆力F2：
其中，vx为车辆行驶的纵向速度，vy为车辆行驶的侧向速度，ψ2为罐体底部横摆角速度传感器测量的角速度，m为罐车装载液体的罐体总质量。
F1和F2中只要有一个值大于或等于侧翻试验获得的罐体横摆力的阈值，数据处理模块4发送报警信号给报警装置5，报警装置5发出报警信号。报警装置5设置在驾驶室内警示仪表模块中，将处理结果实时反映至驾驶室内警示模块中，并可以实时配合车载EBS系统进行有效干预。
所述步骤四中侧翻试验获得的内侧车轮滑移率变化范围值以及罐体横摆力的阈值的获得方法为：
驾驶罐车以不同的液体填充比(从70％至95％)分别进行双移线试验、蛇行绕桩试验以及稳态回转试验，至罐车最后一轴内侧车轮离地，计算内侧车轮离地瞬间前后各2秒时间范围内的车辆参数变化情况，所述车辆参数包括内侧车轮的滑移率s变化范围以及横摆角速度传感器2在罐体顶部测得的横摆力值F1至横摆角速度传感器2在罐体底部测得的横摆力值F2变化范围。最后将不同液体填充比下罐车装载液体的罐体总质量m，以及与其对应的车辆参数变化范围输入至数据处理模块4中。

Claims (7)

1.基于滑移率和横摆力的罐车侧翻预警系统，其特征是：包括轮速传感器(1)、横摆角速度传感器(2)、数据存储模块(3)、数据处理模块(4)和报警装置(5)，所述数据存储模块(3)分别与轮速传感器(1)、横摆角速度传感器(2)以及数据处理模块(4)连接；所述数据处理模块(4)与报警装置(5)连接。
2.根据权利要求1所述的基于滑移率和横摆力的罐车侧翻预警系统，其特征是：所述轮速传感器(1)分别安装在罐车尾部车轴两侧的车轮上。
3.根据权利要求1所述的基于滑移率和横摆力的罐车侧翻预警系统，其特征是：所述横摆角速度传感器(2)分别安装在罐体底部中心位置和罐体顶部中心位置。
4.根据权利要求1所述的基于滑移率和横摆力的罐车侧翻预警系统，其特征是：所述报警装置(5)设置在驾驶室内警示仪表模块中。
5.基于滑移率和横摆力的罐车侧翻预警方法，利用如权利要求1所述的基于滑移率和横摆力的罐车侧翻预警系统，其特征是：包括以下步骤，并且以下步骤顺次进行，
步骤一、将轮速传感器(1)分别安装在罐车尾部车轴两侧的车轮上，实时采集罐车两侧车轮的轮速值并传输至数据存储模块(3)；
步骤二、将横摆角速度传感器(2)安装在罐体底部中心位置，实时采集罐体底部的横摆角速度，将横摆角速度传感器(2)安装在罐体顶部中心位置，实时采集罐体顶部的横摆角速度值并传输至数据存储模块(3)；
步骤三、数据存储模块(3)接收并存储实时采集的轮速值和横摆角速度值，数据存储模块(3)将存储的实时轮速值和实时横摆角速度值传输至数据处理模块(4)；
步骤四、将通过侧翻试验获得的内侧车轮滑移率变化范围值以及罐体横摆力的阈值输入至数据处理模块(4)，将装载液体的罐体总重量输入至数据处理模块(4)，数据处理模块(4)接收实时轮速值和横摆角速度值，
数据处理模块(4)取同一时间点的两侧车轮的轮速值进行比较，轮速值小的一侧车轮为内侧车轮，利用内侧车轮滑移率公式获得罐车的内侧车轮滑移率数值；
数据处理模块(4)取同一时间点罐体顶部和底部的横摆角速度值，利用罐体横摆力公式分别获得罐体横摆力的最大值和最小值；
步骤五、所述步骤四中获得的罐车的内侧车轮滑移率大于或等于侧翻试验获得的内侧车轮滑移率变化范围值，数据处理模块(4)发送报警信号给报警装置(5)，报警装置(5)发出报警信号；
所述步骤四中获得的罐体横摆力的最大值大于或等于侧翻试验获得的罐体横摆力的阈值，数据处理模块(4)发送报警信号给报警装置(5)，报警装置(5)发出报警信号。
6.根据权利要求5所述的基于滑移率和横摆力的罐车侧翻预警方法，其特征是：所述步骤四中内侧车轮滑移率s公式为：
s＝[|(vx-v轮速)|/max(vx，v轮速)]×100％
其中，vx为车辆行驶的纵向速度，v轮速为车轮轮速。
7.根据权利要求5所述的基于滑移率和横摆力的罐车侧翻预警方法，其特征是：所述步骤四中罐体的横摆力F公式为：
其中，vx为车辆行驶的纵向速度，vy为车辆行驶的侧向速度，ψ为横摆角速度传感器测量的角速度，m为罐车装载液体的罐体总质量。
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