CN112092762A - 一种消防车侧翻预警系统和方法 - Google Patents

一种消防车侧翻预警系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种消防车侧翻预警系统和方法。所述系统包括：触控显示器，用于输入所述消防车的车辆参数；倾角传感器，安装于所述消防车的车辆大梁外侧，用于检测所述消防车的倾斜角度；转角传感器，安装于所述消防车的前桥中部，用于检测所述消防车的转向角度；速度传感器，安装于所述消防车的底盘，用于检测所述消防车的车速；控制器，用于根据所述车辆参数、倾斜角度、转向角度和车速判断车辆侧翻风险，并在存在侧翻风险时进行报警。该系统结构简单、接线方便、成本低，可靠性好且便于安装和维护；能够根据车辆实际情况调整车辆参数，报警灵敏度较高，提升了消防车行驶的安全性。

Description

一种消防车侧翻预警系统和方法
技术领域
本发明涉及车辆安全领域，特别地，涉及一种消防车侧翻预警系统和方法。
背景技术
为减少汽车事故，关于车辆侧翻预警的研究越来越多，但是目前已有研究只是关注普通家用汽车，对于消防车这类重型车辆的研究则少之又少，而这类质量大、重心高的重型车辆，由于其操控稳定性及侧倾稳定性较差，是最易发生侧翻事故的车辆类型。尤其是随着消防体制的改革及应急管理部的成立，对现在消防车的要求也在不断提高，消防车不仅需要在城区，机场等较为平坦的道路上进行灭火救援，也时常面对山区、森林火灾等情况，消防车必须克服各种不利地形进行救援，因此，应用于消防车上的侧翻报警系统已必不可少。目前未有用于消防车的侧翻报警系统，且已有的侧翻报警系统通常是出厂时默认给定报警参数，无法根据车辆实际情况调整，导致报警灵敏度较差；常规车辆配备的加速度传感器靠振动感应，横向加速度测量精度差。
发明内容
为了解决上述至少一个技术问题，本发明提出了一种消防车侧翻预警系统，能够准确、及时地预知侧翻风险时发出报警提示，提高了行车安全性。
根据本发明的第一方面，提供了一种消防车侧翻预警系统，包括：
触控显示器，用于输入所述消防车的车辆参数；
倾角传感器，安装于所述消防车的车辆大梁外侧，用于检测所述消防车的倾斜角度；
转角传感器，安装于所述消防车的前桥中部，用于检测所述消防车的转向角度；
速度传感器，安装于所述消防车的底盘，用于检测所述消防车的车速；
控制器，用于根据所述车辆参数、倾斜角度、转向角度和车速判断车辆侧翻风险，并在存在侧翻风险时进行报警。
进一步地，所述车辆参数包括轮距、轴距、质心高度和转向半径。
进一步地，所述根据所述车辆参数、倾斜角度、转向角度和车速判断车辆侧翻风险包括：
根据所述轴距、转向半径、车速和转向角度计算横向加速度，根据所述横向加速度、倾斜角度、轮距和质心高度判断车辆侧翻风险。
进一步地，所述根据所述车辆参数、车速和转向角度计算横向加速度为：
a＝V2/R,
R＝L/sinα，
其中，a为横向加速度，V为车速，R为转向半径，L为轴距，α为转向角度。
进一步地，所述根据所述横向加速度、倾斜角度、轮距和质心高度判断车辆侧翻风险为：
若(a+gsinθ)/(gcosθ)≤B/(2h)，则无侧翻风险，否则存在侧翻风险；
其中，g为重力加速度，h为质心高度，B为轮距，θ为倾斜角度。
进一步地，所述根据所述横向加速度、倾斜角度、轮距和质心高度判断车辆侧翻风险为：
按照如下公式计算车辆侧翻概率：
P＝X*(a+gsinθ)*(2h)/(gcosθ)/B*100％，
其中，P为车辆侧翻概率，X为预设的侧翻系数，g为重力加速度，h为质心高度，B为轮距，θ为倾斜角度；
若侧翻概率P小于预设阈值，则无侧翻风险，否则存在侧翻风险。
进一步地，所述触控显示器和速度传感器通过CAN总线连接至所述控制器；所述倾角传感器和转角传感器通过硬线连接至所述控制器。
进一步地，所述触控显示器还用于在车辆处于水平静止，车轮回正的状态下输入确认信息，所述控制器根据所述确认信息获取所述消防车的倾角传感器和转角传感器的零点位置。
根据本发明的第二方面，提供了一种消防车侧翻预警方法，包括：
获取所述消防车的车辆参数、倾斜角度、转向角度和车速，所述车辆参数包括轮距、轴距、质心高度和转向半径；
计算横向加速度a＝V2/R,R＝L/sinα，其中，V为车速，R为转向半径，L为轴距，α为转向角度；
根据所述横向加速度、倾斜角度、轮距和质心高度判断车辆侧翻风险，并在存在侧翻风险时进行报警，包括：
若(a+gsinθ)/(gcosθ)≤B/(2h)，则无侧翻风险，否则存在侧翻风险，或者按照如下公式计算车辆侧翻概率：
P＝X*(a+gsinθ)*(2h)/(gcosθ)/B*100％，
其中，P为车辆侧翻概率，X为预设的侧翻系数，g为重力加速度，h为质心高度，B为轮距，θ为倾斜角度；
若侧翻概率P小于预设阈值，则无侧翻风险，否则存在侧翻风险。
本发明公开的消防车侧翻预警系统及方法，系统结构简单、接线方便、成本低，可靠性好且便于安装和维护；基于消防车的特点设计了侧翻风险的判断方法，预警准确及时，提升了消防车行驶的安全性；能够根据车辆实际情况调整车辆参数，报警灵敏度较高；通过车辆参数和车速、转向角度计算横向加速度，加速度数值更为精准；通用性强，能够适用于各种消防车辆。
附图说明
图1示出了本发明实施例的消防车侧翻预警系统的架构图；
图2示出了本发明实施例的触控显示器界面示意图；
图3示出了本发明实施例的消防车侧翻预警方法的流程图。
具体实施方法
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
图1示出了根据本发明实施例的一种消防车侧翻预警系统10，包括触控显示器101、倾角传感器102、转角传感器103、速度传感器104和控制器105。
所述触控显示器101用于输入所述消防车的车辆参数，所述车辆参数包括轮距、轴距、质心高度和转向半径。
所述倾角传感器102水平地安装于所述消防车的车辆大梁外侧，用于检测所述消防车的倾斜角度；
所述转角传感器103安装于所述消防车的前桥中部，用于检测所述消防车的转向角度；
所述速度传感器104安装于所述消防车的底盘，用于检测所述消防车的车速；
所述控制器105用于根据所述车辆参数、倾斜角度、转向角度和车速判断车辆侧翻风险，并在存在侧翻风险时进行报警。
上述消防车侧翻预警系统结构简单、接线方便、成本低，现在消防车辆都配有显示器及控制器，只需加装两个角度传感器即可实现报警功能；预警准确及时，提升了消防车行驶的安全性；能够根据车辆实际情况调整车辆参数，报警灵敏度较高；通用性强，能够适用于各种消防车辆。
所述触控显示器101和速度传感器104通过CAN总线连接至所述控制器105，所述倾角传感器102和转角传感器103通过硬线连接至所述控制器105。倾角传感器102根据车辆的实际倾斜角度输出一个范围为0-10V的模拟信号给控制器，转角传感器103根据车辆的实际转向角度输出一个范围为0-10V的模拟信号给所述控制器105，控制器105通过CAN1939协议与速度传感器104连接通讯，实时读取底盘车速信息。
进一步地，所述系统10还包括与控制器105连接的报警器106，用于在控制器105的控制下发出报警，例如蜂鸣声。
所述控制器105可选地为PLC控制器(可编程逻辑控制器)，智能化程度高，具有较强的数据处理能力。
所述控制器105还将倾斜角度、转向角度和车速信息发送至触控显示器101，触控显示器101用于实时显示所述倾斜角度、转向角度和车速信息。因此，除去通过CAN通讯采集的数据外，只有转角传感器及倾角传感器的信号是通过硬线采集，而且可以通过触控显示器直观地观察到传感器的数值，能够实时监控是否正常工作，系统具有较高的可靠性。
所述根据所述车辆参数、倾斜角度、转向角度和车速判断车辆侧翻风险包括：
根据所述轴距、转向半径、车速和转向角度计算横向加速度，根据所述横向加速度、倾斜角度、轮距和质心高度判断车辆侧翻风险。
所述根据所述车辆参数、车速和转向角度计算横向加速度为：
a＝V2/R,
R＝L/sinα，
其中，a为横向加速度，V为车速，R为转向半径，L为轴距，α为转向角度。
所述根据所述横向加速度、倾斜角度、轮距和质心高度判断车辆侧翻风险为：
若(a+gsinθ)/(gcosθ)≤B/(2h)，则无侧翻风险，否则存在侧翻风险；
其中，g为重力加速度，h为质心高度，B为轮距，θ为倾斜角度。
或者，按照如下公式计算车辆侧翻概率：
P＝X*(a+gsinθ)*(2h)/(gcosθ)/B*100％，
其中，P为车辆侧翻概率，X为预设的侧翻系数，g为重力加速度，h为质心高度，B为轮距，θ为倾斜角度；
若侧翻概率P小于预设阈值，则无侧翻风险，否则存在侧翻风险。
可选地，其中侧翻系数X为0<X<100，默认值为50，可人为修改，数值越大，计算得到的侧翻概率越大，也即灵敏度更高。侧翻概率的预设阈值可选地为100％。
根据本发明的一个实施例，上述消防车侧翻预警系统10的工作过程如下：
操作人员(例如司机)通过触控显示器101的界面输入所述消防车的车辆参数，示例性的界面如图2所示。操作人员输入所述车辆的轮距、轴距、质心高度和转向半径，并在车辆处于水平静止，车轮回正的状态下点击相应按钮进行确认，所述控制器105根据所述确认信息获取所述消防车当前的倾角传感器和转角传感器的信息作为零点位置。侧翻系数也可以人为输入，用于调节报警的灵敏度，初始的默认数值为50。如果使用车辆过程中认为当前车辆状态不足以侧翻，而系统却进行报警了，就可以适当降低侧翻系数数值，使报警灵敏度降低。反之同理，当在使用车辆时感到当前车辆有侧翻危险，而侧翻系统却没有报警时，即可调高侧翻系数数值，使报警灵敏度提高。由此，可以结合司机的实践经验提高预警系统的准确性。
在车辆行驶时，倾角传感器102根据车辆的实际倾斜角度输出一个范围为0-10V的模拟信号给控制器105，转角传感器103根据车辆的实际转向角度输出一个范围为0-10V的模拟信号给所述控制器105，控制器105与速度传感器104连接通讯实时读取车速信息，并根据以下公式计算车辆横向加速度：
a＝V2/R,
R＝L/sinα，
其中，a为横向加速度，V为车速，R为转向半径，L为轴距，α为转向角度。
控制器105再根据车辆横向加速度判断车辆侧翻风险：
按照如下公式计算车辆侧翻概率：
P＝X*(a+gsinθ)*(2h)/(gcosθ)/B*100％，
其中，P为车辆侧翻概率，X为预设的侧翻系数，g为重力加速度，h为质心高度，B为轮距，θ为倾斜角度；
若侧翻概率P小于预设阈值，则无侧翻风险，否则存在侧翻风险。
可选地，其中侧翻系数X为0<X<100，默认值为50，可人为修改，数值越大，计算得到的侧翻概率越大，也即灵敏度更高。侧翻概率的预设阈值可选地为100％
如果控制器105判断无侧翻风险，则不进行动作，如果判断有侧翻风险，则控制报警器106发出蜂鸣声以提醒司机。
根据本发明的另一个实施例，提供了一种消防车侧翻预警方法，可选地由上述系统10中的控制器105执行。所述方法包括：
S301、获取所述消防车的车辆参数、倾斜角度、转向角度和车速，所述车辆参数包括轮距、轴距、质心高度和转向半径；
S302、计算横向加速度a＝V2/R,R＝L/sinα，其中，V为车速，R为转向半径，L为轴距，α为转向角度；
S303、根据所述横向加速度、倾斜角度、轮距和质心高度判断车辆侧翻风险，并在存在侧翻风险时进行报警，包括：
若(a+gsinθ)/(gcosθ)≤B/(2h)，则无侧翻风险，否则存在侧翻风险，或者按照如下公式计算车辆侧翻概率：
P＝X*(a+gsinθ)*(2h)/(gcosθ)/B*100％，
其中，P为车辆侧翻概率，X为预设的侧翻系数，g为重力加速度，h为质心高度，B为轮距，θ为倾斜角度；
若侧翻概率P小于预设阈值，则无侧翻风险，否则存在侧翻风险。
可选地，其中侧翻系数X为0<X<100，默认值为50，可人为修改，数值越大，计算得到的侧翻概率越大，也即灵敏度更高。侧翻概率的预设阈值可选地为100％。
本发明公开的消防车侧翻预警方法基于消防车的特点设计了侧翻风险的判断方法，预警准确及时，提升了消防车行驶的安全性；通过车辆参数和车速、转向角度计算横向加速度，加速度数值更为精准；通用性强，能够适用于各种消防车辆。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种消防车侧翻预警系统，其特征在于，包括：
触控显示器，用于输入所述消防车的车辆参数；
倾角传感器，安装于所述消防车的车辆大梁外侧，用于检测所述消防车的倾斜角度；
转角传感器，安装于所述消防车的前桥中部，用于检测所述消防车的转向角度；
速度传感器，安装于所述消防车的底盘，用于检测所述消防车的车速；
控制器，用于根据所述车辆参数、倾斜角度、转向角度和车速判断车辆侧翻风险，并在存在侧翻风险时进行报警。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述车辆参数包括轮距、轴距、质心高度和转向半径。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述根据所述车辆参数、倾斜角度、转向角度和车速判断车辆侧翻风险包括：
根据所述轴距、转向半径、车速和转向角度计算横向加速度，根据所述横向加速度、倾斜角度、轮距和质心高度判断车辆侧翻风险。
4.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述根据所述车辆参数、车速和转向角度计算横向加速度为：
a＝V2/R,
R＝L/sinα，
其中，a为横向加速度，V为车速，R为转向半径，L为轴距，α为转向角度。
5.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述根据所述横向加速度、倾斜角度、轮距和质心高度判断车辆侧翻风险为：
若(a+gsinθ)/(gcosθ)≤B/(2h)，则无侧翻风险，否则存在侧翻风险；
其中，g为重力加速度，h为质心高度，B为轮距，θ为倾斜角度。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述根据所述横向加速度、倾斜角度、轮距和质心高度判断车辆侧翻风险为：
按照如下公式计算车辆侧翻概率：
P＝X*(a+gsinθ)*(2h)/(gcosθ)/B*100％，
其中，P为车辆侧翻概率，X为预设的侧翻系数，g为重力加速度，h为质心高度，B为轮距，θ为倾斜角度；
若侧翻概率P小于预设阈值，则无侧翻风险，否则存在侧翻风险。
7.根据权利要求6或7所述的系统，其特征在于，所述触控显示器和速度传感器通过CAN总线连接至所述控制器；所述倾角传感器和转角传感器通过硬线连接至所述控制器。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述触控显示器还用于在车辆处于水平静止，车轮回正的状态下输入确认信息，所述控制器根据所述确认信息获取所述消防车的倾角传感器和转角传感器的零点位置。
9.一种消防车侧翻预警方法，其特征在于，包括：
获取所述消防车的车辆参数、倾斜角度、转向角度和车速，所述车辆参数包括轮距、轴距、质心高度和转向半径；
计算横向加速度a＝V2/R,R＝L/sinα，其中，V为车速，R为转向半径，L为轴距，α为转向角度；
根据所述横向加速度、倾斜角度、轮距和质心高度判断车辆侧翻风险，并在存在侧翻风险时进行报警，包括：
若(a+gsinθ)/(gcosθ)≤B/(2h)，则无侧翻风险，否则存在侧翻风险，或
者按照如下公式计算车辆侧翻概率：
P＝X*(a+gsinθ)*(2h)/(gcosθ)/B*100％，
其中，P为车辆侧翻概率，X为预设的侧翻系数，g为重力加速度，h为质心高度，B为轮距，θ为倾斜角度；
若侧翻概率P小于预设阈值，则无侧翻风险，否则存在侧翻风险。
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