CN110217156A - 基于双u型结构的液罐车侧翻复合防护系统及其操控方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及侧翻防护装置技术领域，尤其是一种基于双U型结构的液罐车侧翻复合防护系统，包括罐体、防护钢架、双U型结构件、智能防波板、液压水平偏移系统、控制器和车架，所述的罐体用于承载被运输的液体，所述的车架与液罐车的底盘连接,所述罐体设置在车架上,所述的双U型结构件设置有两个,且两个双U型结构件分别呈对称设置在罐体的两侧,所述的防护钢架套设在罐体外部，且防护钢架的两侧分别对应于双U型结构件抵触设置，所述的液压水平偏移系统设置在罐体与车架之间，本发明能够降低侧翻事故的发生概率，以及侧翻后最大限度降低事故造成的次生损害。

Description

基于双U型结构的液罐车侧翻复合防护系统及其操控方法

技术领域

本发明涉及侧翻防护装置技术领域，具体领域为一种基于双U型结构的液罐车侧翻复合防护系统。

背景技术

在我国，每年有超过4亿吨的液体货物使用汽车罐车进行公路运输，日均运输量达100多万吨，涉及3000多个货物品种。由于液体货物生产地和主要消费地的分布不均，依靠汽车罐车进行异地运输的货物总量还在逐年增加。汽车罐车的普遍使用在极大的促进生产发展的同时，也带来严重的交通安全问题。与普通载货汽车的交通事故相比，由于汽车罐车运输的货物多具有爆炸、易燃、毒害、感染、腐蚀、放射性等危险特性，其交通事故常造成巨大的人员伤亡、财产损毁和环境污染。据中华人民共和国公安部和中国化学品安全协会的统计，2007-2009年间，汽车罐车交通事故总量高达1565起，造成约万人伤亡；近年来，汽车罐车的交通事故量仍呈上升趋势。本发明针对液罐车侧翻事故的机理，研究侧翻防护系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于双U型结构的液罐车侧翻复合防护系统，以解决现有技术中无法避免液罐车侧翻事故的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于双U型结构的液罐车侧翻复合防护系统，包括罐体、防护钢架、双U型结构件、智能防波板、液压水平偏移系统、控制器和车架，所述的罐体用于承载被运输的液体，所述的车架与液罐车的底盘连接,所述罐体设置在车架上,所述的双U型结构件设置有两个,且两个椭圆支撑件分别呈对称设置在罐体的两侧,所述的防护钢架套设在罐体外部，且防护钢架的两侧分别对应于双U型结构件抵触设置，所述的液压水平偏移系统设置在罐体与车架之间，所述的控制器设置在罐体上，通过控制器对罐体运行过程的数据接收并进行处理，使得控制器对液压水平偏移系统进行控制，所述的智能防波板设置在罐体内，通过智能防波板对罐体内的液体进行波动阻止。

优选的，所述的双U型结构件包括U型弹片和调节装置，所述的U型弹片呈对称设置有两个，所述的调节装置设置在两个U型弹片之间，且两个U型弹片的开口呈背向设置，所述的调节装置为丝杠伸缩调节件，通过丝杠伸缩调节件调节两个U型弹片之间的间距。

优选的，所述的防护钢架为弹性钢架套，通过两侧的双U型结构件固定防护钢架在罐体上。

优选的，所述的智能防波板包括纵向防波板、横向防波板、压电发电凸起、铰链和微型电机，纵向防波板竖直设置在罐体内，横向防波板呈对称在纵向防波板上转动设置有两个，压电发电凸起均匀分布在横向防波板表面，微型电机设置在纵向防波板上部，铰链配合连接在微型电机与横向防波板的转轴处，微型电机与控制器连接，通过控制器控制微型电机的转动。

优选的，所述的横向防波板在纵向防波板上从上到下设置有多对。

优选的，所述的压电发电凸起从顶层到底层依次由聚对苯二甲酸、铜片、聚四氟乙烯、铝片和聚对苯二甲酸组成。

优选的，所述的液压水平偏移系统包括滑片、滑轨和液压缸，所述滑轨设置在车架上，所述滑片滑动设置在滑轨上，所述的罐体安装在滑片上，所述液压缸设置有两个，两个液压缸分别对称设置在滑片的两端，滑片在液压缸的推力作用下能够左右水平移动。

优选的，所述的液压水平偏移系统在车架上设置有两个，且两个液压水平偏移系统位于箱体的前后两侧。

为实现上述目的，本发明还提供如下技术方案：一种基于双U型结构的液罐车侧翻复合防护系统的操控方法，其步骤为：

(1)设定车辆向左急转弯时，整车重心处于向右侧倾状态；

(2)此时系统控制右侧液压缸工作产生推力、左侧液压缸产生拉力，将罐体向左侧平移，从而将整车重心向左侧偏移，来抵抗整车左转向时向右的离心力，防止侧翻事故发生；

(3)反之车辆向右转弯时，整车重心处于向左侧倾状态；

(4)此时系统控制左侧液压缸工作产生推力、右侧液压缸产生拉力，将罐体向右侧平移，从而将整车重心向右侧偏移，来抵抗整车右转向时向左的离心力，防止侧翻事故发生；

(5)当罐车侧翻后，防护钢架首先接触地面，在双U型结构的弹性缓冲下，把罐体侧翻所释放的动能通过双U型结构进行吸收，减小侧翻对罐体和被压物之间的相互冲击力，起到罐体被动安全的作用；

(6)纵向防波板用于降低罐体内液体横向波动，横向防波板用于降低罐体内纵向波动；

(7)压电发电凸起布置在横向防波板上，用于降低液体横向晃动，同时将液体晃动的动能用于压电发电，从而防止静电产生；

(8)液体波动带动压电发电凸起变形，从而引起压电结构发电；

(9)横向防波板与纵向防波板夹角为α，系统控制器采集罐内充液比和侧向加速度a_y的变化，控制微型电机转动；

(10)微型电机的转动带动铰链的上下移动，使得带动横向防波板的α角度的变化；

(11)从而使横向防波板上的压电发电凸起尽可能多的与液面接触，达到更好发电和抑制波动的目的。

优选的，步骤(1)至(4)，根据传感器测试的数据进行分析处理获得汽车整体侧向能，包括动能与势能，然后液压水平偏移系统自动进行反向平移纠正，防止侧翻事故发生；

水平偏移距离y与液罐车整体侧向能W_all之间的关系:

其中，d为测量误差，W_T和W_d分别为整车侧向势能与侧向动能，m₁为非簧载质量，m₂为簧载质量，h₁为m₁的高度，h₂为m₂的高度，v_y为整车侧向速度，v_tire，为车轮行驶速度，为方向盘转角，θ₁为轮胎侧偏角，θ₂为轮胎侧倾角

与现有技术相比，本发明的有益效果是：具有侧翻主动保护和被动保护的系统，一方面通过罐体内智能防波板的设计，以及抗侧倾液压水平偏移系统的研发实现液罐车侧翻主动保护，另一方面通过侧翻安全气囊的研发实现液罐车侧翻被动保护。主动保护系统与被动保护系统分别用来降低侧翻事故的发生概率，以及侧翻后最大限度降低事故造成的次生损害。

附图说明

图1为本发明的系统整体结构示意图；

图2为本发明的液压水平偏移系统结构图；

图3为本发明的液压水平偏移系统液压回路；

图4为本发明的液压水平偏移系统控制过程；

图5为本发明的智能防波板结构；

图6为本发明的智能防波板参数α变化的控制原理；

图7为本发明的压电发电凸起结构；

图8为本发明的双U型结构；

图9为本发明的双U型结构变形结构。

图10为本发明的罐体横向移动距离与罐体侧向能之间的关系。

图11为本发明的双U型结构刚度特性。

图中：1、罐体；2、钢架U型结构结合装置；21、防护钢架；22、U型弹片；23、调节装置；3、智能防波板；31、纵向防波板；32、横向防波板；33、压电发电凸起；34、铰链；35、微型电机；4、液压水平偏移系统；41、滑片；42、滑轨；43、液压缸；5、车架。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至11，本发明提供一种技术方案：一种基于双U型结构的液罐车侧翻复合防护系统，包括罐体1、防护钢架21、双U型结构件、智能防波板3、液压水平偏移系统4、控制器和车架5，所述的罐体1用于承载被运输的液体，所述的车架与液罐车的底盘连接,所述罐体设置在车架上,所述的双U型结构件设置有两个,且两个椭圆支撑件分别呈对称设置在罐体的两侧,所述的防护钢架套设在罐体外部，且防护钢架的两侧分别对应于双U型结构件抵触设置，所述的液压水平偏移系统设置在罐体与车架之间，所述的控制器设置在罐体上，通过控制器对罐体运行过程的数据接收并进行处理，使得控制器对液压水平偏移系统进行控制，所述的智能防波板设置在罐体内，通过智能防波板对罐体内的液体进行波动阻止。

如图8所示，所述的双U型结构件包括U型弹片和调节装置，所述的U型弹片呈对称设置有两个，所述的调节装置设置在两个U型弹片之间，且两个U型弹片的开口呈背向设置，所述的调节装置为丝杠伸缩调节件，如图8和图9比对所示，通过丝杠伸缩调节件调节两个U型弹片之间的间距。在罐体的每侧均上下设置有两个双U型结构件。

所述的防护钢架为弹性钢架套，通过两侧的双U型结构件固定防护钢架在罐体上。

所述的智能防波板3包括纵向防波板31、横向防波板32、压电发电凸起33、铰链34和微型电机35，纵向防波板31竖直设置在罐体1内，横向防波板32呈对称在纵向防波板31上转动设置有两个，压电发电凸起33均匀分布在横向防波板32表面，微型电机35设置在纵向防波板31上部，铰链34配合连接在微型电机35与横向防波板32的转轴处，微型电机35与控制器连接，通过控制器控制微型电机35的转动。所述的横向防波板32在纵向防波板31上从上到下设置有多对。纵向防波板31用于降低罐体1内液体横向波动，横向防波板32用于降低罐体1内纵向波动，压电发电凸起33起布置在横向防波板32上，用于降低液体横向晃动，同时可以将液体晃动的动能用于压电发电，从而防止静电产生。

如图6所示，横向防波板32与纵向防波板31夹角为α，系统控制器采集罐内充液比和侧向加速度a_y的变化，控制微型电机35转动，带动绳索上下移动，从而引起铰链34上下移动，导致α角度的变化，从而使横向防波板32上的压电发电凸起33尽可能多的与液面接触，达到更好发电和抑制波动的目的。

如图7所示，所述的压电发电凸起33从顶层到底层依次由聚对苯二甲酸、铜片、聚四氟乙烯、铝片和聚对苯二甲酸组成，液体波动带动压电发电凸起33变形，从而引起压电结构发电。

如图1至2所示，所述的液压水平偏移系统4包括滑片41、滑轨42和液压缸43，所述滑轨42设置在车架5上，所述滑片41滑动设置在滑轨42上，所述的罐体1安装在滑片41上，所述液压缸43设置有两个，两个液压缸43分别对称设置在滑片41的两端，滑片41在液压缸43的推力作用下能够左右水平移动。

所述的液压水平偏移系统4在车架5上设置有两个，且两个液压水平偏移系统4位于箱体的前后两侧。

一种基于双U型结构的液罐车侧翻复合防护系统的操控方法，其步骤为：

(1)设定车辆向左急转弯时，整车重心处于向右侧倾状态；

(2)此时系统控制右侧液压缸工作产生推力、左侧液压缸产生拉力，将罐体向左侧平移，从而将整车重心向左侧偏移，来抵抗整车左转向时向右的离心力，防止侧翻事故发生；

(3)反之车辆向右转弯时，整车重心处于向左侧倾状态；

(4)此时系统控制左侧液压缸工作产生推力、右侧液压缸产生拉力，将罐体向右侧平移，从而将整车重心向右侧偏移，来抵抗整车右转向时向左的离心力，防止侧翻事故发生；

(5)当罐车侧翻后，防护钢架首先接触地面，在双U型结构的弹性缓冲下，把罐体侧翻所释放的动能通过双U型结构进行吸收，减小侧翻对罐体和被压物之间的相互冲击力，起到罐体被动安全的作用；

(6)纵向防波板用于降低罐体内液体横向波动，横向防波板用于降低罐体内纵向波动；

(7)压电发电凸起布置在横向防波板上，用于降低液体横向晃动，同时将液体晃动的动能用于压电发电，从而防止静电产生；

(8)液体波动带动压电发电凸起变形，从而引起压电结构发电；

(9)横向防波板与纵向防波板夹角为α，系统控制器采集罐内充液比和侧向加速度a_y的变化，控制微型电机转动；

(10)微型电机的转动带动铰链的上下移动，使得带动横向防波板的α角度的变化；

(11)从而使横向防波板上的压电发电凸起尽可能多的与液面接触，达到更好发电和抑制波动的目的。

步骤(1)至(4)，根据传感器测试的数据进行分析处理获得汽车整体侧向能，包括动能与势能，然后液压水平偏移系统自动进行反向平移纠正，防止侧翻事故发生；

水平偏移距离y与液罐车整体侧向能W_all之间的关系:

其中，d为测量误差，W_T和W_d分别为整车侧向势能与侧向动能，m₁为非簧载质量，m₂为簧载质量，h₁为m₁的高度，h₂为m₂的高度，v_y为整车侧向速度，v_tire，为车轮行驶速度，为方向盘转角，θ₁为轮胎侧偏角，θ₂为轮胎侧倾角。

通过本技术方案，传感器检测的数据包括有纵向车速、方向盘转角、轮胎垂向负荷、整车侧向速度、液压充液比，上述车辆传感器的传感检测数据均导入控制器内，使得控制器对液压缸进行对应伸缩控制，使得响应滑片与滑轨之间的滑动量，以避免罐体侧翻。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种基于双U型结构的液罐车侧翻复合防护系统，其特征在于：包括罐体、防护钢架、双U型结构件、智能防波板、液压水平偏移系统、控制器和车架，所述的罐体用于承载被运输的液体，所述的车架与液罐车的底盘连接,所述罐体设置在车架上,所述的双U型结构件设置有两个,且两个双U型结构件分别呈对称设置在罐体的两侧,所述的防护钢架套设在罐体外部，且防护钢架的两侧分别对应于双U型结构件抵触设置，所述的液压水平偏移系统设置在罐体与车架之间，所述的控制器设置在罐体上，通过控制器对罐体运行过程的数据接收并进行处理，使得控制器对液压水平偏移系统进行控制，所述的智能防波板设置在罐体内，通过智能防波板对罐体内的液体进行波动阻止。

2.根据权利要求1所述的基于双U型结构的液罐车侧翻复合防护系统，其特征在于：所述的双U型结构件包括U型弹片和调节装置，所述的U型弹片呈对称设置有两个，所述的调节装置设置在两个U型弹片之间，且两个U型弹片的开口呈背向设置，所述的调节装置为丝杠伸缩调节件，通过丝杠伸缩调节件调节两个U型弹片之间的间距。

3.根据权利要求1所述的基于双U型结构的液罐车侧翻复合防护系统，其特征在于：所述的防护钢架为弹性钢架套，通过两侧的双U型结构件固定防护钢架在罐体上。

4.根据权利要求1所述的基于双U型结构的液罐车侧翻复合防护系统，其特征在于：所述的智能防波板包括纵向防波板、横向防波板、压电发电凸起、铰链和微型电机，纵向防波板竖直设置在罐体内，横向防波板呈对称在纵向防波板上转动设置有两个，压电发电凸起均匀分布在横向防波板表面，微型电机设置在纵向防波板上部，铰链配合连接在微型电机与横向防波板的转轴处，微型电机与控制器连接，通过控制器控制微型电机的转动。

5.根据权利要求4所述的基于弹性可调椭圆支撑的液罐车侧翻复合防护系统，其特征在于：所述的横向防波板在纵向防波板上从上到下设置有多对。

6.根据权利要求4所述的基于弹性可调椭圆支撑的液罐车侧翻复合防护系统，其特征在于：所述的压电发电凸起从顶层到底层依次由聚对苯二甲酸、铜片、聚四氟乙烯、铝片和聚对苯二甲酸组成。

7.根据权利要求1所述的基于弹性可调椭圆支撑的液罐车侧翻复合防护系统，其特征在于：所述的液压水平偏移系统包括滑片、滑轨和液压缸，所述滑轨设置在车架上，所述滑片滑动设置在滑轨上，所述的罐体安装在滑片上，所述液压缸设置有两个，两个液压缸分别对称设置在滑片的两端，滑片在液压缸的推力作用下能够左右水平移动。

8.根据权利要求7所述的基于弹性可调椭圆支撑的液罐车侧翻复合防护系统，其特征在于：所述的液压水平偏移系统在车架上设置有两个，且两个液压水平偏移系统位于箱体的前后两侧。

9.一种基于双U型结构的液罐车侧翻复合防护系统的操控方法，其特征在于：其步骤为：

(1)设定车辆向左急转弯时，整车重心处于向右侧倾状态；

(2)此时系统控制右侧液压缸工作产生推力、左侧液压缸产生拉力，将罐体向左侧平移，从而将整车重心向左侧偏移，来抵抗整车左转向时向右的离心力，防止侧翻事故发生；

(3)反之车辆向右转弯时，整车重心处于向左侧倾状态；

(4)此时系统控制左侧液压缸工作产生推力、右侧液压缸产生拉力，将罐体向右侧平移，从而将整车重心向右侧偏移，来抵抗整车右转向时向左的离心力，防止侧翻事故发生；

(5)当罐车侧翻后，防护钢架首先接触地面，在双U型结构的弹性缓冲下，把罐体侧翻所释放的动能通过双U型结构进行吸收，减小侧翻对罐体和被压物之间的相互冲击力，起到罐体被动安全的作用；

(6)纵向防波板用于降低罐体内液体横向波动，横向防波板用于降低罐体内纵向波动；

(7)压电发电凸起布置在横向防波板上，用于降低液体横向晃动，同时将液体晃动的动能用于压电发电，从而防止静电产生；

(8)液体波动带动压电发电凸起变形，从而引起压电结构发电；

(9)横向防波板与纵向防波板夹角为α，系统控制器采集罐内充液比和侧向加速度a_y的变化，控制微型电机转动；

(10)微型电机的转动带动铰链的上下移动，使得带动横向防波板的α角度的变化；

(11)从而使横向防波板上的压电发电凸起尽可能多的与液面接触，达到更好发电和抑制波动的目的。

10.一种基于双U型结构的液罐车侧翻复合防护系统的操控方法，其特征在于：步骤(1)至(4)，根据传感器测试的数据进行分析处理获得汽车整体侧向能，包括动能与势能，然后液压水平偏移系统自动进行反向平移纠正，防止侧翻事故发生；

水平偏移距离y与液罐车整体侧向能W_all之间的关系:

其中，d为测量误差，W_T和W_d分别为整车侧向势能与侧向动能，m₁为非簧载质量，m₂为簧载质量，h₁为m₁的高度，h₂为m₂的高度，v_y为整车侧向速度，v_tire，为车轮行驶速度，为方向盘转角，θ₁为轮胎侧偏角，θ₂为轮胎侧倾角。