CN113232644A - 基于能量回收的拖挂式房车防横摆系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于能量回收的拖挂式房车防横摆系统及其方法，包括横摆角速度传感器、牵引车控制单元、无线传输模块、房车控制单元及阻尼控制及能量回收模块；牵引车控制单元用于根据横摆角速度传感器的传感信号判断是否发生横摆，发送信号至房车控制单元；所述阻尼控制与能量回收模块包括依次连接的发电机、蓄电池及可控被动式电磁阻尼器；房车控制单元的输入端与无线接收端连接，输出端与发电机、蓄电池及可控被动式电磁阻尼器连接；房车控制单元用于接收牵引车控制单元的信号，并发送指令给阻尼控制与能量回收模块。本发明能够将横摆的部分能量转化吸收利用，高效率利用阻尼器来消除横摆运动，安全性更好。

Description

基于能量回收的拖挂式房车防横摆系统及其方法
技术领域
本发明涉及拖挂式房车牵引车及汽车电子系统，特别涉及拖挂式房车横摆阻尼控制，属于车辆工程领域。
背景技术
拖挂式房车受外力冲击会导致“陀螺效应”的扰动，陀螺在旋转的时候，它有一个稳定的运动轨迹，就等同于拖挂房车在行驶中，也会有一个稳定的前进轨迹。当外力破坏了这个稳定以后，就会导致车辆左右摇摆，如果不能及时调整，继续保持稳定，车辆就会产生失控。从理论分析将其横摆过大导致翻滚总结为两大原因：一是拖挂房车的重量分布不均会导致牵引轮横摆阻尼过小从而引起横摆导致翻滚；二是行驶速度过快在转向或者超车时从而引起横摆运动，当横摆幅度过大时，汽车就会翻滚。
首先对于拖挂式房车来说，横摆通常源于房车在高速行驶超车时，会有一个明显的横向外力，这个外力可以破坏拖挂房车的横向平衡，横摆到一定的程度会导致汽车翻滚，目前现有技术尚未存在完善的基于拖挂式房车的横摆阻尼设计。针对拖挂式房车的车型，防横摆系统在信号设置及信号传输方面易存在安全隐患，现有技术主要是采用防摇摆系统与重量平衡仪搭配使用，防横摆系统也称为ATC系统(AL-KO Trailer Control steam爱科拖车控制系统)。如果车辆发生摆动，ATC系统的横摆传感器将会把这个信号与存储在ATC软件中与系统数据进行比较，当信号超出设置极限时，ATC系统就会自动启动挂车制动，保障车辆安全。其虽然可以通过制动来解决横摆问题，但不能将横摆产生的能量进行利用并且不能预警横摆问题的产生，且ATC系统只能针对一侧车轮进行制动，导致房车有可能会制动失衡，除此之外，传感器在汽车正常行驶时也需要一直运转，造成资源的浪费。总体来说，现在的防横摆系统不适合应用于拖挂式房车。
发明内容
发明目的：为了解决现有技术中的防横摆系统无法回收利用横摆能量的问题，本发明提供一种基于能量回收的拖挂式房车防横摆系统。
本发明另一目的是提供一种基于能量回收的拖挂式房车防横摆方法。
技术方案：一种基于能量回收的拖挂式房车防横摆系统，包括横摆角速度传感器、牵引车控制单元、无线传输模块、房车控制单元及阻尼控制及能量回收模块，所述无线传输模块包括无线发送端和无线接收端；牵引车控制单元的输入端与横摆角速度传感器连接，输出端与无线发送端连接，牵引车控制单元用于根据横摆角速度传感器的传感信号判断是否发生横摆，发送信号至房车控制单元；所述阻尼控制与能量回收模块包括依次连接的发电机、蓄电池及可控被动式电磁阻尼器；房车控制单元的输入端与无线接收端连接，输出端与发电机、蓄电池及可控被动式电磁阻尼器连接；房车控制单元用于接收牵引车控制单元的信号，并发送指令给阻尼控制与能量回收模块，监测蓄电池电量、发电机工作状态及可控被动式电磁阻尼器的工作状态。
进一步地，牵引车控制单元发送的信号包括工作信号、停止信号，预设横摆角速度的门槛值α，将检测的横摆角度信号与α进行对比，若横摆角速度达到α，牵引车控制单元传输工作信号至房车控制单元；若横摆角速度未达到α，牵引车控制单元传输停止信号至房车控制单元；
当房车控制单元接收到工作信号时，发送工作指令到阻尼控制及能量回收模块，蓄电池放电，增大可控被动式电磁阻尼器中的电流，增大阻尼稳定横摆；当房车控制单元接收到停止信号时，发送回收指令到阻尼控制及能量回收模块，发电机工作，蓄电池充电。
进一步地，所述无线发送端安装在牵引车后部靠近底盘处，所述无线接收端安装在房车前部靠近牵引架处。
进一步地，所述的无线发送端包括依次连接的A/D模块、蓝牙和微天线；所述无线接收端包括依次连接的微天线、D/A模块、蓝牙。
一种基于能量回收的拖挂式房车防横摆方法，包括以下步骤：
步骤一、检测牵引架的横摆角速度信号；
步骤二、预设横摆角速度的门槛值α，将横摆角度信号与α进行对比，若横摆角速度达到α，牵引车控制单元传输工作信号至房车控制单元；若横摆角速度未达到α，牵引车控制单元传输停止信号至房车控制单元；
步骤三、若房车控制单元接收到工作信号，则发出工作指令，控制蓄电池放电，增大可控被动式电磁阻尼器的电流，从而增大阻尼稳定横摆；若房车控制单元接收到停止信号，则发出回收指令，牵引架横摆的力通过横摆摇臂带动发电机工作，蓄电池充电；
步骤四、不断重复步骤一至三，不断检测横摆角速度信号、分析横摆状态至横摆结束。
进一步地，步骤三中，房车控制单元发出工作指令或回收指令的同时，还开启监测发电机、蓄电池及可控被动式电磁阻尼器工作状态功能。
进一步地，步骤二中，设牵引车控制单元预设横摆角速度警戒值为β，则将β的0.8倍作为门槛值α。
进一步地，步骤二中，牵引车控制单元传输工作信号或回收信号至房车控制单元，是通过无线传输方法实现。
本发明提供的一种基于能量回收的拖挂式房车防横摆系统，相比较现有技术，具有以下有益效果：
(1)适用性更强，通过判断横摆角速度，能够更及时、精准的预警拖挂式房车横摆运动的发生。
(2)提出横摆能量回收系统，即能够将横摆的部分能量转化吸收，又能够在横摆较大时更好利用储蓄的电能控制阻尼器，高效率利用阻尼器来消除横摆运动，安全性更好。
(3)采用电子传输及控制系统，相对于传统的机械结构来预防消除横摆运动，能够更加全面，更加迅速，更加简单的实现汽车横摆的稳定。
附图说明
图1为基于能量回收的拖挂式房车防摇摆控制系统的结构框图；
图2为牵引车电子控制单元、无线传输模块、房车控制单元间的信号流图；
图3为拖挂式房车各模块安装位置俯视示意图；
图4为拖挂式房车各模块安装位置侧视示意图；
图5为可控被动式电磁阻尼器内部结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种基于能量回收的拖挂式房车防横摆系统，包括横摆角速度传感器1、牵引车控制单元2、无线传输模块、房车控制单元5及阻尼控制及能量回收模块6，所述无线传输模块包括无线发送端3和无线接收端4；横摆角速度传感器1安装在牵引架的三角盘上；牵引车控制单元2的输入端与横摆角速度传感器1利用导线连接，输出端与无线发送端3连接，牵引车控制单元2用于根据横摆角速度传感器的传感信号判断是否发生横摆，发送信号至房车控制单元5；所述阻尼控制与能量回收模块6包括依次连接的发电机9、蓄电池8及可控被动式电磁阻尼器7，阻尼控制与能量回收模块6安装在房车上，如图3所示；房车控制单元5的输入端与无线接收端4连接，输出端与发电机9、蓄电池8及可控被动式电磁阻尼器7连接；房车控制单元5用于接收牵引车控制单元2的信号，并发送指令给阻尼控制与能量回收模块6，监测蓄电池电量、发电机工作状态及可控被动式电磁阻尼器的工作状态。
所述牵引车控制单元2是系统的核心控制单元。它根据横摆角速度传感器1传输过来的横摆角速度信号来传递给无线传输模块的发送端，根据实际情况发出不同的信号。牵引车控制单元2获取横摆角速度传感器检测出的横摆角速度信号后，通过中央处理器进行计算后，判断是否发生横摆，根据判断结果发送信号给房车控制单元5。牵引车控制单元预设横摆角速度警戒值β，并将警戒值β的0.8倍作为门槛值α。如图2所示，牵引车控制单元2的结构包括运算器、控制器和存储器的小型集成电路。牵引车控制单元2根据横摆角度及横摆角速度的大小来进行下一步命令的判断。将检测的横摆角度信号与α进行对比，若横摆角速度达到α，牵引车控制单元2通过无线传输模块传输工作信号至房车控制单元5；若横摆角速度未达到α，牵引车控制单元2通过无线传输模块传输停止信号至房车控制单元5。
如图4所示，所述无线发送端3安装在牵引车后部靠近底盘处，所述无线接收端4安装在房车前部靠近牵引架处，以缩短信号传输距离，信号强度较强。
如图2所示，所述的无线发送端3包括依次连接的A/D模块、蓝牙和微天线；所述无线接收端4包括依次连接的微天线、D/A模块、蓝牙。当无线发送端接收到牵引车指令要发送信号时，发送端经过A/D模块将模拟信号转化为数字信号、并由微天线发出；当无线接收端接收信号时，接收端通过微天线和蓝牙模块接收后，由D/A模块将数字信号转化为模拟信号后传输至房车控制单元5作进一步处理。
当房车控制单元5接收到工作信号时，发送工作指令到阻尼控制及能量回收模块6，蓄电池8放电，增大可控被动式电磁阻尼器7中的电流，从而增大阻尼，快速稳定横摆运动；当房车控制单元5接收到停止信号时，发送回收指令到阻尼控制及能量回收模块6，开始对能量进行回收的工作，牵引架横摆的力通过横摆摇臂带动发电机9工作，发电机将横摆的部分能量回收到蓄电池中转化为电能储存起来，给蓄电池8充电。同时，房车控制单元5开启监测发电机、蓄电池、可控被动式电磁阻尼器的工作状态功能。牵引车控制单元2不断接受接收到横摆传感器1传来的信号，不断分析横摆的进程，并判断横摆是否结束。
如图5为可控被动式电磁阻尼器7的结构示意图，转子10通过滚动轴承11或滑动轴承支承在铁芯12上。该铁芯12再通过弹簧13支承在机座14上。弹簧的支承刚度可按使用要求设计，为支承系统的主刚度。在机座上环绕铁芯同心放置有四只电磁铁15，改变励磁电压值就能改变刚度和阻尼。励磁电压值越大，可控被动式电磁阻尼器7的阻尼比越大，从而能更快的吸收房车横摆产生的能量，使房车的横摆角速度更快的降到β值以下，从而实现控制房车的横摆运动。
一种基于能量回收的拖挂式房车防横摆方法，包括以下步骤：
步骤一、检测牵引架的横摆角速度信号；
步骤二、预设横摆角速度的门槛值α，设牵引车控制单元预设横摆角速度警戒值为β，则门槛值α为β的0.8倍。将横摆角度信号与α进行对比，若横摆角速度达到α，牵引车控制单元传输工作信号至房车控制单元；若横摆角速度未达到α，牵引车控制单元传输停止信号至房车控制单元；为了方便，牵引车控制单元传输工作信号或回收信号至房车控制单元，通过无线传输方法实现。
步骤三、若房车控制单元接收到工作信号，则发出工作指令，控制蓄电池放电，增大可控被动式电磁阻尼器的电流，从而增大阻尼稳定横摆，同时还开启监测发电机、蓄电池及可控被动式电磁阻尼器工作状态功能；若房车控制单元接收到停止信号，则发出回收指令，牵引架横摆的力通过横摆摇臂带动发电机工作，蓄电池充电，同时还开启监测发电机、蓄电池及可控被动式电磁阻尼器工作状态功能；
步骤四、不断重复步骤一至三，不断检测横摆角速度信号、分析横摆状态至横摆结束。

Claims (8)

1.一种基于能量回收的拖挂式房车防横摆系统，其特征在于，包括横摆角速度传感器、牵引车控制单元、无线传输模块、房车控制单元及阻尼控制及能量回收模块，所述无线传输模块包括无线发送端和无线接收端；牵引车控制单元的输入端与横摆角速度传感器连接，输出端与无线发送端连接，牵引车控制单元用于根据横摆角速度传感器的传感信号判断是否发生横摆，发送信号至房车控制单元；所述阻尼控制与能量回收模块包括依次连接的发电机、蓄电池及可控被动式电磁阻尼器；房车控制单元的输入端与无线接收端连接，输出端与发电机、蓄电池及可控被动式电磁阻尼器连接；房车控制单元用于接收牵引车控制单元的信号，并发送指令给阻尼控制与能量回收模块，监测蓄电池电量、发电机工作状态及可控被动式电磁阻尼器的工作状态。
2.根据权利要求1所述的基于能量回收的拖挂式房车防横摆系统，其特征在于，牵引车控制单元发送的信号包括工作信号、停止信号，预设横摆角速度的门槛值α，将检测的横摆角度信号与α进行对比，若横摆角速度达到α，牵引车控制单元传输工作信号至房车控制单元；若横摆角速度未达到α，牵引车控制单元传输停止信号至房车控制单元；
当房车控制单元接收到工作信号时，发送工作指令到阻尼控制及能量回收模块，蓄电池放电，增大可控被动式电磁阻尼器中的电流，增大阻尼稳定横摆；当房车控制单元接收到停止信号时，发送回收指令到阻尼控制及能量回收模块，发电机工作，蓄电池充电。
3.根据权利要求1或2所述的基于能量回收的拖挂式房车防横摆系统，其特征在于，所述无线发送端安装在牵引车后部靠近底盘处，所述无线接收端安装在房车前部靠近牵引架处。
4.根据权利要求1或2所述的基于能量回收的拖挂式房车防横摆系统，其特征在于，所述的无线发送端包括依次连接的A/D 模块 、蓝牙和微天线；所述无线接收端包括依次连接的微天线、 D/A 模块、蓝牙。
5.一种基于能量回收的拖挂式房车防横摆方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、检测牵引架的横摆角速度信号；
步骤二、预设横摆角速度的门槛值α，将横摆角度信号与α进行对比，若横摆角速度达到α，牵引车控制单元传输工作信号至房车控制单元；若横摆角速度未达到α，牵引车控制单元传输停止信号至房车控制单元；
步骤三、若房车控制单元接收到工作信号，则发出工作指令，控制蓄电池放电，增大可控被动式电磁阻尼器的电流，从而增大阻尼稳定横摆；若房车控制单元接收到停止信号，则发出回收指令，牵引架横摆的力通过横摆摇臂带动发电机工作，蓄电池充电；
步骤四、不断重复步骤一至三，不断检测横摆角速度信号、分析横摆状态至横摆结束。
6.根据权利要求4所述的基于能量回收的拖挂式房车防横摆方法，其特征在于，步骤三中，房车控制单元发出工作指令或回收指令的同时，还开启监测发电机、蓄电池及可控被动式电磁阻尼器工作状态功能。
7.根据权利要求4或5所述的基于能量回收的拖挂式房车防横摆方法，其特征在于，步骤二中，设牵引车控制单元预设横摆角速度警戒值为β，则将β的0.8倍作为门槛值α。
8.根据权利要求4或5所述的基于能量回收的拖挂式房车防横摆方法，其特征在于，步骤二中，牵引车控制单元传输工作信号或回收信号至房车控制单元，是通过无线传输方法实现。
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