CN112455456B - 一种智能商用车质心位置测量方法及行车安全控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种智能商用车质心位置测量方法及行车安全控制系统。包括信号采集模块，计算模块，底盘智能域控制模块和显示模块：信号采集模块用于采集信号，并进行标定和滤波处理，后将信号值传送至计算模块；计算模块根据信号采集模块得到的信号值，计算出商用车的实时质心位置，并计算得到此时的临界安全车速，生成安全行车预警信息；智能底盘域控制模块通过智能底盘域，控制电子油门和电子制动实现安全行车限速，防止商用车入弯时的侧滑、侧翻；显示模块声光提示当前商用车行车状态以及安全行车预警信息。本发明可以根据商用车行驶工况尤其是入弯工况实时更新质心位置，依据实时临界安全车速进行制动力的分配，进一步提高商用车行驶安全。

Description

一种智能商用车质心位置测量方法及行车安全控制系统

技术领域

本发明属于车辆智能安全技术领域，具体涉及一种智能商用车质行车安全控制系统及控制方法。

背景技术

俗话说“十次事故九次快”。在商用车运行过程中，尤其是弯道工况，如果车速过快，很有可能会发生侧翻和侧滑事故。因此，在商用车运行时，对其进行安全车速的控制尤为重要。通过快速、准确地获取商用车质心位置来计算安全车速阈值，以便进行电子油门和电子制动控制。商用车质心位置较高，且质心位置常随装载质量的位置和大小而存在较大变化，常规的测量方法却是在车辆非运行情况下进行测量，这就需要一种能够在运行过程中进行质心位置实时更新的方法。

目前对于商用车的质心位置确定方法一类是悬挂法、零位法、摇摆法和质量反应法，该类方法局限性较大，只能够确定商用车运行前的初始质心位置，不能够应对商用车运行过程中质心位置时刻变化的情况；另一类是进行质心的动态更新，但大部分仅考虑质心左右对称的理想情况。

中国专利申请CN108109433公开了“货车质心估算方法及基于无线存储通信的弯道预警系统”，该方法中基于纵向静态测量获得货车质心高度，用于弯道行车预警，这种方法假设质心位于左右对称中心，实际上商用车在运行过程中质心并非左右对称，因而安全车速亦随之变化。另外，驾驶员因长途行车带来的疲劳分神、或受雨雾天气等的制约，常常容易忽视对于路侧单元所给出的预警信息的观察。

中国申请专利CN106768638B公开了“一种乘用车质心高度实时估算方法”，该方法中通过采用MEMS陀螺仪测量侧倾角和三轴加速度计测量横向加速度相结合的方式，实现乘用车质心高度横向动态测量，这种方法忽视了质心前后位置的变化带来的地面附着力变化以及质心左右并非对称。

且上述质心确定带来的问题，给行车安全造成了很大的隐患，不能很好的避免车辆转弯时的侧倾和侧翻。

发明内容

本发明的目的在于提供一种智能商用车质心位置测量方法及行车安全控制系统。

实现本发明目的的技术解决方案为：

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

本发明的行车安全控制系统，通过各种传感器测量车辆的信息，且通过道路信号采集子模块采集了道路的信息，并通过计算模块计算商用车的实时质心，通过实时质心得到行车的临界安全车速，并通过底盘智能域控制模块,根据质心位置、路侧单元或智能网联云平台或高精度地图提供的道路信息，通过电子油门和电子制动的控制实现安全行车限速。

附图说明

图1为本发明的质心位置测量方法流程图。

图2为本发明的商用车行车安全控制系统原理示意图。

图3为本发明的商用车弯道时的车身姿态的后视图。

图4为本发明的商用车弯道时的车身姿态的主视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

实施例1

提供了一种商用车质心位置测量方法，所述测量方法主要使用IMU(InertialMeasurement Unit，惯性测量单元)，以及选装悬架位移传感器、车速传感器和转角传感器。

所述IMU安装于商用车底盘处，用于测量商用车运行过程中的纵向加速度、横向加速度和横摆角速度；

所述悬架位移传感器安装于车辆悬架处，用于测量各悬架位移量，若车辆搭载空气悬架或主动悬架，则可直接获得悬架位移量而无需额外加装悬架位移传感器；

所述选装车速传感器，用于测量车速，车速也可通过底盘CAN总线直接读取；

所述选装转角传感器，用于测量车辆行驶过程中转向盘转角。

如图1所示，测量方法具体包括如下步骤：

步骤1：开始移动时，信号采集模块通过车辆传感器获取信号值，并进行信号值的滤波处理。为了提高各个传感器的测量精度，需要对各个传感器进行标定才能够完成使用。

步骤2：传感器测量信号值上传到计算模块。

计算模块中的预设参数有商用车初始质心位置、轮距、车轴数、悬架刚度系数、悬架弹簧非线性参数、侧倾刚度。以静止质心位置为原点，生成直角坐标系，该直角坐标系和车辆坐标系重合。

商用车基本参数计算：

车身俯仰角θ：

车身侧倾角φ：

横向车速v_y：v_y＝v_x tanδ；

转向轮转角δ：δ＝nδ_sw；

式中：a_x、a_y为商用车纵向加速度和横向加速度；ω_z为商用车横摆角速度；v_x为车辆纵向速度；v_y为车辆横向速度，横向速度根据转向轮转角δ和车速计算获得，转向轮转角根据选装转向盘转角δ_sw和转向系传动比n计算获得；

为纵向速度和横向速度的微分；g为重力加速度；

车身俯仰角和侧倾角合角α：

根悬架弹簧力-位移公式得到各轮上的载荷，进一步得到商用车质量：

式中：

为某一车轮上的载荷，i＝1,2,…2n；n为商用车车轴数量；k_i为第i个悬架的弹簧刚度系数，x_i为第i个悬架的位移量，ε_i为第i个悬架的弹簧非线性参数，n、k_i和ε_i均为计算模块中预设参数。

步骤3：计算模块各参数信息计算实时质心高度、质心横纵向偏移量，商用车弯道时的车身姿态如图3所示。

商用车实时质心高度：

式中：k_φ为侧倾刚度。

根据质心纵横向偏移量得到动态质心纵横向位置坐标：(-hsinθ,-hsinφ)。

步骤4：根据所设置的固定时间间隔进行质心位置的更新计算。所设置的更新时间依据各传感器采样时间，同时不应设置得太长，确保其实时性。

实施例2

本实施例提供了一种商用车行车安全控制系统，如图2所示，该系统包括信号采集模块、计算模块、底盘智能域控制模块、显示模块。

首先各传感器信号值，包括IMU的纵横向加速度和横摆角速度信号、悬架位移传感器的悬架位移量、速度传感器的车辆纵向信号值和转角传感器的方向盘转角，发送到信号采集模块，并经过标定、滤波处理，方便计算模块的处理；路侧单元或智能网联云平台或高精度地图提供给信号采集模块道路信息，道路信息包括道路曲率半径、路面附着系数甚至路面横坡角。

接着计算模块根据各个传感器测量值和实时道路信息，计算出质心实时位置，进一步计算出安全车速。具体公式如下：

商用车基本参数计算：

车身俯仰角θ：

车身侧倾角φ：

横向车速v_y：v_y＝v_x tanδ；

转向轮转角δ：δ＝nδ_sw；

式中：a_x、a_y为商用车纵向加速度和横向加速度；ω_z为商用车横摆角速度；v_x为车辆纵向速度；v_y为车辆横向速度，横向速度根据转向轮转角δ和车速计算获得，转向轮转角根据选装转向盘转角δ_sw和转向系传动比n计算获得；

为纵向速度和横向速度的微分；g为重力加速度；

车身俯仰角和侧倾角合角α：

根悬架弹簧力-位移公式得到各轮上的载荷，进一步得到商用车质量：

式中：

为某一车轮上的载荷，i＝1,2,…2n；n为商用车车轴数量；k_i为第i个悬架的弹簧刚度系数，x_i为第i个悬架的位移量，ε_i为第i个悬架的弹簧非线性参数，n、k_i和ε_i均为计算模块中预设参数。

质心位置计算：

商用车实时质心高度：

式中：k_φ为侧倾刚度。

动态质心纵横向位置坐标：(-hsinθ,-hsinφ)。

商用车不发生侧滑时的临界安全车速：

式中，

为路面附着系数；β为路面横坡角；R为弯道曲率半径；g为重力加速度。

商用车不发生侧翻时的临界安全车速：

式中，B₁＝B-hsinφ，2B为商用车轮距；h为商用车质心高度；

根据两式计算得到的两种临界车速，通过比较取最小值，即可得到当前商用车入弯时的安全车速v_s为：

v_s＝min{v₁,v₂}。

当计算模块实时计算出质心位置和安全车速后，通过智能底盘域，控制电子油门和电子制动实现安全行车限速，防止商用车入弯时的侧滑、侧翻。针对商用车气压制动系统，电子制动采用电子脚阀在每个车轴均设计安装了一个桥阀，桥阀串联安装于ABS阀与储气罐之间。以不超过安全车速为目标，根据车辆质心实时位置和轴荷来精确控制每个车轴的制动力。

最终通过显示模块声光提示当前商用车行车状态以及安全行车预警信息。

Claims (5)

1.一种智能商用车质心位置测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤(1)：开始移动时，信号采集模块通过车辆传感器获取信号值，并进行信号值的滤波处理；

步骤(2)：信号采集模块将滤波处理后的测量信号值上传到计算模块，计算模块计算得基本参数；

步骤(3)：计算模块根据参数信息计算实时质心高度、纵向偏移量和横向偏移量；

步骤(4)：根据所设置的固定时间间隔进行质心位置的更新；

所述步骤(1)中获取的车辆传感器信号值包括纵向加速度、横向加速度和横摆角速度、悬架位移量、纵向速度和转向盘转角；

所述纵向加速度、横向加速度和横摆角速度、悬架位移量、纵向速度和转向盘转角通过以下方式获取：

使用安装于商用车底盘处的IMU，测量商用车运行过程中的纵向加速度、横向加速度和横摆角速度；

使用安装于车辆悬架处的悬架位移传感器，测量各悬架位移量；若车辆搭载空气悬架或主动悬架，则可以直接获得悬架位移量而无需额外加装悬架位移传感器；

使用车速传感器测量车速，或通过底盘CAN总线直接读取测量车速；

使用转角传感器测量车辆行驶过程中转向盘转角；

步骤(2)中的计算模块计算得基本参数具体为：

车身俯仰角θ：

车身侧倾角φ：

横向车速v_y：v_y＝v_x tanδ；

转向轮转角δ：δ＝nδ_sw；

式中：a_x、a_y为商用车纵向加速度和横向加速度；ω_z为商用车横摆角速度；v_x为车辆纵向速度；v_y为车辆横向速度，横向速度根据转向轮转角δ和车速计算获得，转向轮转角根据选装转向盘转角δ_sw和转向系传动比n计算获得；

为纵向速度和横向速度的微分；g为重力加速度；

车身俯仰角和侧倾角合角α：

根悬架弹簧力-位移公式得到各轮上的载荷，进一步得到商用车质量：

式中：

为某一车轮上的载荷，i＝1,2,…2n；n为商用车车轴数量；k_i为第i个悬架的弹簧刚度系数，x_i为第i个悬架的位移量，ε_i为第i个悬架的弹簧非线性参数，n、k_i和ε_i均为计算模块中预设参数；

步骤(3)中的计算模块根据参数信息计算实时质心高度具体为：

式中：k_φ为侧倾刚度；

动态质心纵横向位置坐标：(-hsinθ,-hsinφ)。

2.一种商用车行车安全控制系统，其特征在于，包括信号采集模块、计算模块、底盘智能域控制模块、显示模块；

信号采集模块获取车辆传感器信息以及由无线通信获取道路信息；

计算模块根据权利要求1所述的方法得到的质心位置，以及由无线通讯获得的道路信息，计算得到临界安全车速，生成安全行车预警信息；

智能底盘域控制模块根据临界安全车速，通过智能底盘域，控制电子油门和电子制动实现安全行车限速；

所述显示模块用于声光提示当前商用车行车状态以及安全行车预警信息。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述信号采集模块有两路来源，一路是车辆传感器测量信号，一路是无线通信获得道路信号；无线通信用于路侧单元或智能网联云平台或高精度地图提供给信号采集模块道路信息。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，并计算得到临界安全车速具体为：

商用车不发生侧滑时的临界安全车速：

式中，

为路面附着系数；β为路面横坡角；R为弯道曲率半径；g为重力加速度；

商用车不发生侧翻时的临界安全车速：

式中，B₁＝B-hsinφ，2B为商用车轮距；h为商用车质心高度；

根据两式计算得到的两种临界车速，通过比较取最小值，即可得到当前商用车入弯时的安全车速v_s为：

v_s＝min{v₁,v₂}。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，根据安全车速，通过智能底盘域控制模块，控制电子油门和电子制动实现安全行车限速，针对商用车气压制动系统，所述电子制动采用电子脚阀并在每个车轴均设计安装了一个桥阀，桥阀串联安装于ABS阀与储气罐之间，根据质心纵横向偏移和轴荷来精确控制每个车轴的制动力。

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