CN109878471A - 一种客车防滑防撞装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种客车防滑防撞装置，包括：支架，其可拆卸设置在所述车桥下方；主液压泵，其一端可旋转支撑在所述支架一端；偏弯支架，其一端可旋转支撑在所述主液压泵另一端；防滑副轮，其可旋转支撑在所述偏弯支架另一端，本发明具有防滑副轮，可以辅助车辆在结冰路面上行驶，增加车辆附着力，具有防滑和防撞效果，增大了客车的行驶阻力，且此装置与转向和制动配合使用，使客车在冬季任何时候安全平稳行驶在高速路上，还提供了一种客车防滑防撞控制方法。

Description

一种客车防滑防撞装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及车辆主动安全领域，具体涉及一种基于多传感器的客车防滑防撞装置和一种客车防滑防撞控制方法。

背景技术

随着经济社会的快速发展，汽车越来越成为人们出行的主要交通工具。人们在长途出行时考虑到时间性、经济性、舒适性会首先选择客车交通工具。冬季气温骤降，下雨或下雪之后路面易结冰，当车辆行驶在高速路面上时，驾驶员很难控制车辆安全平稳行驶，这对于载客量众多的大型客车而言极其危险。

当发生路面结冰时，现有的措施是通过临时关闭高速路段或者在车轮上安装防滑链，保护乘客的安全，避免事故的发生。关闭高速路段会消耗乘客的出行时间并且降低了客车的高效性。防滑链安装操作复杂且驾驶员须要提前准备，一旦防滑链松动脱落会极其危险。所以现有的两种方式不能满足现代社会发展的输求，且不适用。

发明内容

本发明设计开发了一种客车防滑防撞装置，具有防滑副轮，可以辅助车辆在结冰路面上行驶，增加车辆附着力，具有防滑和防撞效果。

本发明还提供了一种客车防滑防撞控制方法，通过推算路面结冰系数给出防滑副轮控制算法，能够准确根据环境信息控制客车启动防滑防撞装置，使客车具有了在冰面上稳定安全行驶的能力。

本发明提供的技术方案为：

一种客车防滑防撞装置，包括：

支架，其可拆卸设置在车桥上方；

主液压泵，其一端可旋转支撑在所述支架一端；

偏弯支架，其一端可旋转支撑在所述主液压泵另一端；

副轮，其可旋转支撑在所述偏弯支架另一端。

优选的是，所述偏弯支架包括：

第一直角支撑架，其一端可旋转支撑在所述支架另一端，位于所述主液压泵一侧；

第二直角支撑架，其一端与所述第一直角支撑架另一端铰接；

第三直角支撑架，其一端与所述第二直角支撑架另一端铰接。

优选的是，还包括：缓冲减震弹簧，其一端连接所述主液压泵另一端，另一端连接所述第三直角支撑架一端。

优选的是，还包括：推动架，其连接所述主液压泵，能够推动所述主液压泵旋转。

优选的是，所述推动架包括：

第一推动架，其一端可旋转支撑在所述主液压泵另一端，位于所述主液压泵另一侧；

第二推动架，其一端可旋转支撑在所述支架另一端，另一端与所述第一推动架铰接。

优选的是，还包括：

副液压泵，其一端可旋转支撑在所述支架另一端，另一端可旋转连接所述第二推动架另一端，能够推动所述第二推动架旋转。

优选的是，还包括连接杆，其一端可旋转连接所述副液压泵另一端，另一端可旋转连接第二推动架另一端，能够推动所述第二推动架旋转。

优选的是，还包括限位弹簧，其一端设置在所述支架一端，另一端能够支撑在所述主液压泵上。

一种客车防滑防撞控制方法，包括：

步骤一、采用温度传感器检测外界温度、风速测量仪检测风速、湿度传感器检测空气湿度，并根据当前车速推算出当前环境风速和环境风向；

其中，v_h为环境风速，v_c为当前车速，v_j为风速测量仪检测到的风速，α为检测到的风向，β为车向，为环境风向；

并根据所述环境风速和所述环境风向推算路面结冰系数λ_B；

其中，λ_B为路面结冰系数，为结冰系数阈值，ω₀为与温度相关的系数，ω_s为与湿度相关的系数，T_h为温度传感器检测到的外界温度，RH_h为环境湿度，D为倾斜系数，π为弧度，λ为偏转角系数，v_h为环境风速，d_i为客车偏离中线的距离，为环境风向；

步骤二、采用超声波传感器探测车辆与障碍物之间的距离L，并将其与距离阈值作比较，将结冰系数λ_B与结冰系数平均值作比较；

若L＜δ且启动客车防滑防撞装置，防滑副轮以速度v′_n辅助客车行驶；

其中，v′_n的旋转方向与客车的行进方向相反，为结冰系数平均值，δ为距离阈值；

若L≥δ且启动客车防滑防撞装置，防滑副轮以速度v_f辅助客车行驶。

优选的是，所述步骤二中防滑副轮的行驶速度v′_n的计算公式为：

其中，λ_B为路面结冰系数，n为防滑副轮的个数，v_c为当前车速，G为与行驶速度相关的系数；

所述步骤二中防滑副轮的行驶速度v_f的计算公式为：

其中，λ_B为路面结冰系数，n为防滑副轮的个数，v_c为当前车速，G为与行驶速度相关的系数。

本发明所述的有益效果

本发明设计开发了一种客车防滑防撞装置，具有防滑副轮，可以辅助车辆在结冰路面上行驶，增加车辆附着力，具有防滑和防撞效果，且此装置与转向和制动配合使用，使客车在冬季任何时候安全平稳行驶在高速路上。

本装置采用上下相间的螺钉安装在车桥的正下方，保证支架不会因为车辆长时间的运行而松动，相对于焊接方式可以保证结构的维修拆卸的方便。

本装置提供的防滑副轮相对于普通车轮增加了防滑沟槽，并且在胎面上镶嵌有螺钉，增大摩擦力，增加防滑效果，增大了客车的行驶阻力。

本发明还提供了一种客车防滑防撞控制方法，通过推算路面结冰系数给出防滑副轮控制算法，能够准确根据环境信息控制客车启动防滑防撞装置，使客车具有了在冰面上稳定安全行驶的能力。

附图说明

图1为本发明所述的客车防滑防撞装置的结构示意图。

图2为本发明所述的支架的结构示意图。

图3为本发明所述的偏弯支架的结构示意图。

图4为本发明所述的推动架的结构示意图。

图5为本发明所述的客车防滑防撞装置工作状态的结构示意图。

图6为本发明所述的客车防滑防撞装置传感器整体结构示意图。

图7为本发明所述的多传感器布置示意图。

图8为本发明所述的基于多传感器的客车防滑防撞控制方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1所示，本发明提供的客车防滑防撞装置包括：支架110、主液压泵120、偏弯支架130和防滑副轮140。

其中，支架110通过上下相间的螺钉安装在车桥的正下方，保证支架不会因为车辆长时间的运行而松动，相对于焊接方式可以保证结构的维修拆卸的方便，支架110平面与车辆底盘平行可以充分利用车辆底盘与地面之间的空间。

如图2所示，支架110由外架111和内柱112组成，外架111为n型支架，内柱112支撑在外架111内，将支架110分割为两部分，第一部分用于安放防滑防撞装置的主体结构，第二部分用于布置车轮的位置，将主体结构与车轮分开可以避免车轮上的泥土进入到液压泵影响装置的正常运行，保证了结构的可靠性。

如图3所示，圆柱轴122固定支架110上，主液压泵120一端通过球形轴承采用过盈配合安装在固定轴122上，另一端连接偏弯支架130。

偏弯支架130包括圆柱销134，圆柱销134支撑在主液压泵120另一端，位于主液压泵120一侧，第一直角支撑架143的一端套设在圆柱销134上，另一端通过圆柱销143连接第二直角支撑架144的一端，第二直角支撑架144的另一端通过圆柱销136连接第三直角支撑架145。作为一种优选，所有的圆柱销两侧都开有圆柱槽，通过卡环限制构件之间的平动，允许构件之间的转动。

作为一种优选，缓冲减震弹簧152安装在主液压泵120和圆柱销136之间，用于缓冲路面不平和车轮回收时的冲击。

防滑副轮140可旋转支撑在第三直角支撑架145的另一端上，防滑副轮140相对于普通车轮增加了防滑沟槽，并且在胎面上镶嵌有螺钉，轮胎材料采用摩擦系数达到0.8的合成橡胶轮胎。轮毂电机M安装在车轮轮辋内，防滑时轮毂电机M在副轮140的带动下可以进行发电，防撞时轮毂电机M带动副轮140顺时针转动增大客车的行驶阻力。

如图4所示，在另一实施例中，还包括推动架160，推动架150连接主液压泵120，能够推动主液压泵120旋转。推动架160包括：固定轴121和固定轴123，固定轴121和固定轴123分别设置在内柱112的顶部和底部，第一推动架148套设在固定轴133上，固定轴133固定在一主液压泵另一端，位于主液压泵120的另一侧；第二推动架142的一端套设在固定轴143上，另一端与第一推动架148通过圆柱销132铰接。

在另一实施例中，还包括副液压泵150，副液压泵150的一端套设在固定轴121上，另一端套设在圆柱销132上，能够推动第一推动架148和第二推动架142旋转。

在另一实施例中，连接杆141设置在副液压泵150和圆柱销132之间，连接杆141的一端套设在位于副液压泵150另一端的圆柱销131，另一端套设在圆柱销132上，能够推动第一推动架148和第二推动架142旋转。

在另一实施例中，还包括限位弹簧103，限位弹簧103的一端可拆卸固定在支架一端，当主液压泵120旋转，限位弹簧103能够支撑主液压泵120，以免主液压泵与支架110贴合，发生偏转。

实施以客车防滑防撞装置的工作过程为例，作进一步说明

如图1所示，通过上下相间的螺钉将支架110安装在车桥的正下方，安装后，防滑防撞装置处于初始状态，副液压泵150的活塞收缩，副液压泵150处于水平状态，拉动连接杆141，使第一推动架148和第二推动架142的夹角变小，进而将主液压泵120提起，处于水平状态，防滑副轮140处于支架110内。

如图5所示，当启动防滑防撞装置时，副液压泵150的活塞伸出，推动连接杆141向下运动，使第一推动架148和第二推动架142的夹角变大，进而推动主液压泵120绕固定轴122向下偏转，防滑时轮毂电机M在副轮140的带动下可以进行发电，防撞时轮毂电机M带动副轮140顺时针转动增大客车的行驶阻力，防滑副轮140辅助客车行驶，增大摩擦力，增加防滑效果。

如图6所示，基于多传感器的客车防滑防撞装置，还包括感知层、决策层、执行层。其中感知层由集成的气象传感器、陀螺仪、CCD摄像头、两个超声波传感器、车速传感器和5G信号接受天线构成，其中集成的气象传感器由温度传感器、湿度传感器、风速测量仪构成，它们分别用于实时获取车辆外面的气象信息，摄像头用于获取客车前方障碍物信息，超声波传感器用于获取障碍物的距离，车速传感器用于获取车辆当前时刻的车速，5G信号接受天线用于接受气象局的卫星遥感信息，通过CAN通讯方式将所有获取的感知层信息传递给决策层的中央集成控制器，集成控制单元ECU接受到信号后做出及时的判断，并将控制信号传递给由电控液压助力转向系统EHPS、电子制动踏板、防撞防滑装置组成的执行结构，车辆在正常路面上行驶的时候可以进行防撞控制，车辆在冰面上行驶时可以进行防滑和防撞，从而提高了车辆在冬季路面上行驶的安全性、平稳性、可靠性，保障了客车上乘客的安全。

如图7所示，摄像头201安装在客车的前部车顶的正中间处，摄像头镜头方向与车辆外形轮廓垂直且向下倾斜15°，这样车辆可以获取最大的前向视野。超声波传感211安装客车左前侧大灯的正下方、超声波传感器212安装在客车右前大灯的正下方，两个超声波传感器相对于车辆纵向对称分布，且超声波传感器的轴线方向与车头垂直，使用两个对称分布的测距传感器可以通过三角形原理精确的计算出障碍物到车辆的直线垂直距离。气象传感器中温度传感器202、风速测量仪203、湿度传感器204按上中下排列在横向中轴线上，风速测量仪3的测量值与车速的矢量差可以推断出当前环境风速的大小和方向。5G信号接收器安装在客车右后侧的车顶上。四个防滑防撞装置对称分布在车辆前后车桥的正下方，且相对于客车的纵横轴线对称分布，保证了车辆结构的平衡性，不会因为地面的不平加剧车辆运动时的振动。

一种基于多传感器的客车防滑防撞控制方法，包括：

步骤一、采用温度传感器检测外界温度、风速测量仪检测风速、湿度传感器检测空气湿度，并根据当前车速推算出当前环境风速和环境风向；

其中，v_h为环境风速，v_c为当前车速，v_j为风速测量仪检测到的风速，α为检测到的风向，β为车向，为环境风向；

并根据环境风速和环境风向推算路面结冰系数λ_B；

其中，λ_B为路面结冰系数，为结冰系数阈值，其数值,236.4，ω₀为与温度相关的系数，ω_s为与湿度相关的系数，T_h为温度传感器检测到的外界温度，RH_h为环境湿度，D为倾斜系数，π为弧度，λ为偏转角系数，其数值为28.6，v_h为环境风速，d_i为客车偏离中线的距离，为环境风向；

步骤二、采用超声波传感器探测车辆与障碍物之间的距离L，并将其与距离阈值作比较，将结冰系数λ_B与结冰系数平均值作比较；

若L＜δ且启动客车防滑防撞装置，防滑副轮以速度v′_n辅助客车行驶；

其中，v′_n的旋转方向与客车的行进方向相反，为结冰系数平均值，其数值为0.54，δ为距离阈值，其数值为1千米；

若L≥δ且启动客车防滑防撞装置，防滑副轮以速度v_f辅助客车行驶。

其中，防滑副轮行驶速度v_f的计算公式为：

其中，λ_B为路面结冰系数，n为防滑副轮的个数，v_c为当前车速，G为与行驶速度相关的系数，其数值为30；

防滑副轮行驶速度v_n的计算公式为：

其中，λ_B为路面结冰系数，n为防滑副轮的个数，v_c为当前车速，G为与行驶速度相关的系数，其数值为30。

如图8所示，基于多传感器的客车防滑防撞装置控制方法流程包括以下步骤：

客车在路面上正常行驶，位于客车顶部的气象传感器，温度传感器202、风速测量仪203，湿度传感器204实时测量车辆外部的气象信息，位于车辆尾部的5G信号接受天线实时接受气象局卫星信号，通过CAN线将感知信息传递给中央处理器，集成ECU根据车辆外界信息和卫星遥感信息判别当前道路是否结冰，若前方道路结冰，电子液压助力转向系统EHPS、电子制动踏板、防滑防撞装置启动。若前方道路没有结冰，电子液压助力转向系统EHPS、电子制动踏板、防撞装置启动。

若决策层判定车辆前方道路结冰，防滑防撞装置1001、防滑防撞装置1002、防滑防撞装置1003、防滑防撞装置1004同时从静止状态启动，副液压泵150通电后推动活塞向外移动，圆柱销311在活塞的推动下带动直角支撑板141向左移动，直角支撑板141推动主液压泵120绕着固定轴122顺时针转动，同时限位弹簧151和直线支撑板142阻止主液压泵120继续向左转动，当副液压泵150活塞上的拉力传感器接收到阻力时，副液压泵150不再增压。主液压泵120开始供电，活塞推动钝角支撑板144带动副轮140向下移动，直线支撑板143控制车轮140的落地姿态，当车轮接触到地面时主液压泵120不再增压。此时，四个副轮140在车辆的带动下随车辆在冰面上滚动，此时车辆在不加装防滑链的情况下就可以增加车辆在冰面上的附着力，并且轮毂电机M在副轮140的带动下产生电量，此时车辆可以在结冰的路面上安全行驶，而且可以进行能量的回收。当车辆上的陀螺仪探测到车辆的航向角偏离道路的中轴线时，轮毂电机M启动带动副轮140顺时针转动，当车辆向左侧偏离时，防撞防滑装置1001、防撞防滑装置1002上的轮毂电机工作带动相应副轮140顺时针转动，扭转车辆偏离的趋势，使车辆在道路中间行驶。当车辆向右偏离时，防撞防滑装置1003、防撞防滑装置1004上的轮毂电机M工作带动相应副轮140顺时针转动，扭转车辆偏离的趋势，使车辆在道路中间行驶。摄像头201时时将采集的信号传递到训练好的卷积神经网络CNN分类器中，当检测到车辆前方存在障碍物时，位于变速器壳内的车速传感器将车速信号传递到集成控制器。

若车速信号大于30km/h时，制动踏板工作车辆进行减速，同时超声波传感器探测车辆与障碍物之间的距离L，

若L＜δ，电控液压助力转向系统EHPS控制方向盘保持不动，防止驾驶员误触方向盘致使车辆发生侧翻，同时四个防滑防撞装置上的四个轮毂电机M启动，带动副轮140逆时针转动，增加车辆的行驶阻力，车辆快速停车，从而避免了车辆的碰撞发生。至此，加装防滑防撞的车辆具有了在结冰路面上防止打滑失稳、碰撞的能力，提高了客车冬季行驶的安全性，保障了乘客的生命安全。

若决策层判定车辆前方道路未结冰，此时四个防滑防撞装置处于初始状态，车辆正常行驶。

摄像头201时时采集车辆前方道路状况并将信息通过CAN通讯传递到训练好的卷积神经网络CNN分类器中，当检测到车辆前方出现障碍物，超声波传感器211、超声波传感器212同时工作，测量障碍物距客车前端的垂直距离L，

若L＜δ，电子液压助力转向系统EHPS保持客车方向盘不动，电子制动踏板使车辆迅速减速，同时防滑防撞装置迅速启动，轮毂电机M带动副轮140顺时针转动，使车辆快速减速，从而避免了碰撞的发生，提高了乘客的生命财产安全。

本发明设计开发了一种客车防滑防撞装置，具有防滑副轮，可以辅助车辆在结冰路面上行驶，增加车辆附着力，具有防滑和防撞效果，且此装置与转向和制动配合使用，使客车在冬季任何时候安全平稳行驶在高速路上，本发明还提供了一种客车防滑防撞控制方法，通过推算路面结冰系数给出防滑副轮控制算法，能够准确根据环境信息控制客车启动防滑防撞装置，使客车具有了在冰面上稳定安全行驶的能力。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种客车防滑防撞装置，其特征在于，包括：

支架，其可拆卸设置在车桥下方；

主液压泵，其一端可旋转支撑在所述支架一端；

偏弯支架，其一端可旋转支撑在所述主液压泵另一端；

防滑副轮，其可旋转支撑在所述偏弯支架另一端。

2.根据权利要求1所述的客车防滑防撞装置，其特征在于，所述偏弯支架包括：

第一直角支撑架，其一端可旋转支撑在所述支架另一端，位于所述主液压泵一侧；

第二直角支撑架，其一端与所述第一直角支撑架另一端铰接；

第三直角支撑架，其一端与所述第二直角支撑架另一端铰接。

3.根据权利要求2所述的客车防滑防撞装置，其特征在于，还包括：缓冲减震弹簧，其一端连接所述主液压泵另一端，另一端连接所述第三直角支撑架一端。

4.根据权利要求1或2所述的客车防滑防撞装置，其特征在于，还包括：推动架，其连接所述主液压泵，能够推动所述主液压泵旋转。

5.根据权利要求4所述的客车防滑防撞装置，其特征在于，所述推动架包括：

第一推动架，其一端可旋转支撑在所述主液压泵另一端，位于所述主液压泵另一侧；

第二推动架，其一端可旋转支撑在所述支架另一端，另一端与所述第一推动架铰接。

6.根据权利要求5所述的客车防滑防撞装置，其特征在于，还包括：

副液压泵，其一端可旋转支撑在所述支架另一端，另一端可旋转连接所述第二推动架另一端，能够推动所述第二推动架旋转。

7.根据权利要求6所述的客车防滑防撞装置，其特征在于，还包括：连接杆，其一端可旋转连接所述副液压泵另一端，另一端可旋转连接所述第二推动架另一端，能够推动所述第二推动架旋转。

8.根据权利要求1-3和5-7中任一项所述的客车防滑防撞装置，其特征在于，还包括：限位弹簧，其一端设置在所述支架一端，另一端能够支撑在所述主液压泵上。

9.一种客车防滑防撞控制方法，其特征在于，包括：

步骤一、通过温度传感器检测外界温度、风速测量仪检测风速、湿度传感器检测空气湿度，并通过当前车速计算出当前环境风速和环境风向；

其中，v_h为环境风速，v_c为当前车速，v_j为风速测量仪检测到的风速，α为检测到的风向，β为车向，为环境风向；

并根据所述环境风速和所述环境风向计算路面结冰系数λ_B；

其中，λ_B为路面结冰系数，为结冰系数阈值，ω₀为与温度相关的系数，ω_s为与湿度相关的系数，T_h为温度传感器检测到的外界温度，RH_h为环境湿度，D为倾斜系数，π为弧度，λ为偏转角系数，v_h为环境风速，d_i为客车偏离中线的距离，为环境风向；

步骤二、通过超声波传感器探测车辆与障碍物之间的距离L，并将其与距离阈值作比较，将结冰系数λ_B与结冰系数平均值作比较；

若L＜δ且启动客车防滑防撞装置，防滑副轮以速度v′_n辅助客车行驶；

其中，v′_n的旋转方向与客车的行进方向相反，为结冰系数平均值，δ为距离阈值；

若L≥δ且启动客车防滑防撞装置，防滑副轮以速度v_f辅助客车行驶。

10.根据权利要求9所述的客车防滑防撞控制方法，其特征在于，所述步骤二中防滑副轮的行驶速度v′_n的计算公式为：

其中，λ_B为路面结冰系数，n为防滑副轮的个数，v_c为当前车速，G为与行驶速度相关的系数；

所述步骤二中防滑副轮的行驶速度v_f的计算公式为：

其中，λ_B为路面结冰系数，n为防滑副轮的个数，v_c为当前车速，G为与行驶速度相关的系数。