CN113246681A - 基于空气悬架的机场摆渡车转弯姿态调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于空气悬架的机场摆渡车转弯姿态调整方法，通过识别前方道路交通标识，测量空气弹簧高度，测量摆渡车侧倾角，空气悬架控制单元通过判断转向模式，计算乘客理论舒适倾角，控制电气比例阀的开度，进而调整空气弹簧的高度，反方向补偿所述摆渡车侧倾角的变化。与现有技术相比，本发明解决了机场摆渡车在转弯过程中乘客站立不稳的问题，使乘客在摆渡车转弯过程中有舒适感，并消除了行李箱“飘移”的现象。

Description

基于空气悬架的机场摆渡车转弯姿态调整方法

技术领域

本发明涉及车辆转弯技术，尤其涉及一种基于空气悬架的机场摆渡车转弯姿态调整系统与方法。

背景技术

目前机场摆渡车为了提高载客能力，车内设置的乘客座位较少，绝大部分登机乘客只能在摆渡车中站立。乘客站立区域人员密集且乘客抓手不足，在摆渡车转弯的过程中，站立乘客会向转弯对侧倾斜，严重时能导致乘客摔倒。随身携带行李箱登机的乘客在摆渡车转弯的过程中行李箱也需要乘客扶稳，否则会发生行李箱“飘移”现象。针对此类问题，摆渡车也采取了相关措施，比如在摆渡车内设置行李箱放置区，但是，首先由于行李箱放置区空间有限不能满足所有乘客的需要，其次多数乘客认为行李箱安放在自己的身边才更加方便和安全，乘客们会采取空出一只手来固定行李箱的方式，所以摆渡车行李箱放置区并没有解决上述问题。不同于大型客车以及公交车，机场摆渡车内的乘客多处于站立姿态，且在机场内部道路多弯道，在转弯过程中乘客安全性以及便利性问题更加突出，亟待解决。

传统的机场摆渡车刚性悬架由于其刚度不可调整现在大多数已经被空气悬架所代替，可实时调整车身姿态的空气悬架为解决摆渡车转弯过程中乘客容易摔倒的问题提供了可能。

发明内容

为了解决机场摆渡车在转弯过程中乘客站立不稳的问题，本发明提供了一种基于空气悬架的摆渡车转弯姿态调整系统与方法。本发明通过实时控制摆渡车的空气悬架的姿态来消除摆渡车在转弯过程中发生的重心偏斜问题，改善了站立乘客在摆渡车转弯过程中的舒适感并消除了行李箱“飘移”的现象。

本发明的整体构思是：空气悬架控制单元实时计算摆渡车当前状态下乘客在转弯过程中不发生向弯道外侧倾倒的轿厢理论偏移角度，据此发出信号给执行机构调整空气悬架与地面的夹角，补偿轿厢的理论偏移角，从而消除或减弱站立乘客在转弯过程中向弯道外倾斜的可能。

本发明解决以上技术问题所采用的技术方案如下：一种基于空气悬架的机场摆渡车转弯姿态调整方法，是在摆渡车上安装空气悬架控制单元、图像识别模块、高度传感器模块和角度传感器模块，

通过所述图像识别模块识别前方道路交通标识，

通过所述高度传感器模块测量空气弹簧高度，

通过所述角度传感器模块测量摆渡车侧倾角，

所述空气悬架控制单元实时接收道路交通标识信号、驾驶员转向灯信号、空气弹簧高度信号、方向盘转角信号、摆渡车速度信号以及摆渡车侧倾角信号，通过判断转向模式，计算乘客理论舒适倾角，控制电气比例阀的开度，进而调整空气弹簧的高度，反方向补偿所述摆渡车侧倾角的变化；

其中，所述理论舒适倾角的确定方法为：

根据加速度合成定理，车辆的加速度为：

a＝a_τ+a_n (1)

a_τ为切向加速度，a_n为法向加速度，R是摆渡车的转向半径，v是摆渡车在转弯过程的线速度；

使乘客产生侧倾的加速度是a_n，运用牛顿第二定律求得理论舒适倾角θ：

结合公式(1)、(2)得：

所述空气悬架控制单元，通过下式控制所述电气比例阀的开度：

P为所述空气悬架控制单元输出给所述电气比例阀的控制信号，是0～100的数字，

K为比例增益系数，T_i为积分时间常数，β(t)为理论舒适倾角θ与摆渡车实际侧倾角α的差值，T_d为微分时间常数，都为已知值。

进一步地，所述空气悬架控制单元同时调整双侧空气弹簧的高度。

进一步地，所述空气悬架控制单元结合所述道路交通标识信号和转向灯信号，判断摆渡车转向模式：

A_mode表示转向模式，

Curvesignal为道路交通标识信号，Curvesignal＝0表示当前道路没有转向交通标识，Curvesignal＝1表示当前道路有左转交通标识，Curvesignal＝2表示当前道路有右转交通标识，Curvesignal＝3表示当前道路同时具有左转和右转交通标识，

Turnsignal为转向灯信号，Turnsignal＝0表示左转向灯亮，Turnsignal＝1表示右转向灯亮；

当Curvesignal＝0时，判断为直行模式，

当Turnsignal＝0&Curvesignal＝1时，A_mode＝1，判断为左转模式，

当Turnsignal＝1&Curvesignal＝2时，A_mode＝0，判断为右转模式；

当Curvesignal＝3时，转向模式以所述转向灯信号为准。

进一步地，

1)左转模式下，所述空气悬架控制单元按下述方法判断摆渡车转弯倾向：

当θ-α≥0时，B_mode＝1，所述空气悬架控制单元进入左转左倾控制模式，

当θ-α＜0时，B_mode＝2，所述空气悬架控制单元进入左转右倾控制模式，

2)右转模式下，所述空气悬架控制单元按下述方法判断摆渡车转弯倾向：

当θ-α≤0时，C_mode＝1，所述空气悬架控制单元进入右转左倾控制模式，

当θ-α＞0时，C_mode＝2，所述空气悬架控制单元进入右转右倾控制模式。

进一步地，根据所述空气弹簧的可调限值，当左、右侧空气弹簧任一的高度超出可调限值时，所述空气悬架控制单元控制进入超速保护模式，停止当前方向的角度调整，并只响应对侧方向倾斜信号。

与现有技术相比，本发明解决了机场摆渡车在转弯过程中乘客站立不稳的问题，本发明通过计算理论舒适倾角，调整空气弹簧高度，反向控制摆渡车在转弯过程中发生的重心偏斜，使乘客在摆渡车转弯过程中不倾斜摔倒并消除了行李箱“飘移”的现象。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为基于空气悬架的机场摆渡车转弯姿态调整系统布置图；

图2为摆渡车与水平面夹角示意图；

图3为基于空气悬架的机场摆渡车转弯姿态调整方法流程图；

图4为ASCU的控制逻辑图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述，但本领域的技术人员应该知道，以下实施例并不是对本发明技术方案作的唯一限定，凡是在本发明技术方案精神实质下所做的任何等同变换或改动，均应视为属于本发明的保护范围。

参见图1，一种基于空气悬架的机场摆渡车转弯姿态调整系统(以下简称系统)，包括：空气悬架机构1，图像识别模块2，高度传感器模块3，角度传感器模块4，空气悬架控制单元5(以下简称ASCU)。

空气悬架机构1，设置在机场摆渡车载客车厢下部，包括空气弹簧、导向机构以及其他装置，如进排气电磁阀、压缩空气储存器等；空气悬架调整机构1作为车辆构成的一部分，其作用是响应ASCU的控制信号控制机场摆渡车的姿态。

图像识别模块2，包括摄像头以及弯道识别单元，摄像头设置在机场摆渡车前风挡的中部上沿，方向对准摆渡车正前方实时采集前方路面交通标识信息；弯道识别单元安装在ASCU旁，其功能是收集摄像头拍摄的图像信息并进行处理，计算后向ASCU发出相应的道路信息。

弯道识别单元发出的识别标记为：当摄像头检测到前方路面交通标识为左转时，弯道识别单元发出左转弯信号1；当摄像头检测到前方路面交通标识为右转时，弯道识别单元发出右转弯信号2；当摄像头检测到前方路面交通标识同时拥有左转和右转时，弯道识别单元发出右转弯信号3；当摄像头检测不到前方路面存在左转或者右转交通标识时，弯道识别单元发出直行信号0。

高度传感器模块3，设置在空气弹簧上，其作用是将空气弹簧高度实时的反馈给ASCU，ASCU通过计算可以获得当前机场摆渡车的车身姿态。

角度传感器模块4，安装在摆渡车轿厢的中部位置，实时监测摆渡车前进过程中轿厢左右方向与水平面的夹角，记为摆渡车侧倾角α，并把角度信号发送给ASCU。无论是左倾还是右倾，角度传感器模块只输出夹角的绝对值，见图2。

空气悬架控制单元5，由信号输入模块、信号输出模块以及信号处理单元组成，负责实时接收摆渡车反馈信息并发出信息控制机场摆渡车悬架姿态。接收的信号包括：摆渡车转向灯信号，方向盘转角信号，摆渡车车速信号，摆渡车转弯信号以及摆渡车轿厢左右倾角信号；发出的信号是对空气悬架调整机构1的控制信号。

一种基于空气悬架的机场摆渡车转弯姿态调整方法，见图3：

在摆渡车行进的过程中，ASCU实时接收反馈数据，包括：图像识别模块发出的路面标识信号、驾驶员的转向灯信号、两侧空气弹簧的高度信号、摆渡车方向盘的角度信号、摆渡车前进的速度信号以及摆渡车轿厢左右倾角信号(即α)。

ASCU实时利用以上数据做出车辆转向及轿厢倾斜方向判断，并计算出乘客理论舒适倾角，并发出信号给电气比例阀来调整气阀的开度，空气弹簧通过充放气来调整高度，从而使车辆做出姿态调整，进而改变摆渡车轿厢与水平面的角度，从反方向弥补这一倾斜角度的变化，使车辆保持平稳。

所述理论舒适倾角，是指摆渡车在当前状态下转弯时使站立乘客不向弯道外侧倾斜的轿厢倾角。

理论舒适倾角的确定方法为：

摆渡车在转弯过程中，车是一个定轴转动的物体，根据加速度合成定理，乘客的加速度为：

a＝a_τ+a_n (1)

a_τ为切向加速度，a_n为法向加速度，R是摆渡车的转向半径，v是摆渡车在转弯过程的线速度。

使乘客产生侧倾的加速度是a_n。

站立乘客在摆渡车转弯的过程中由脚底的摩擦力提供向心力，所以乘客的上半身会在惯性的作用下向相反方向倾倒。在转弯过程中摆渡车轿厢如果向转弯侧倾斜，由乘客自身的重力和支持力的合力提供向心力，则乘客转弯过程的外倾感消失。对乘客运用牛顿第二定律求得摆渡车轿厢倾角θ：

所以，结合公式(1)、(2)可计算出在当前速度和当前车辆转向角度下乘客不受轿厢摩擦力的轿厢和水平面的夹角θ(即理论舒适倾角)为：

所以，空气悬架调整机构控制方法，用下式表述为：

上式中P为ASCU输出给空气悬架的空气弹簧的电气比例阀的控制命令，它是一个0～100的数字信号，无量纲。

K为比例增益系数，T_i为积分时间常数，β(t)为理论舒适倾角θ与摆渡车实际倾角α的差值，T_d为微分时间常数。都为已知值。

ASCU的命令信号是一个根据摆渡车当前的过弯状态计算得到的电气比例阀开度百分比，实施控制比例阀开度。P为1～100的数字信号，其中1对应比例阀关闭的状态，100对应比例阀完全开启的状态，其他数字代表比例阀的不同开度。比如P＝50代表了比例阀开度为总开度的一半。这些信号是根据理论舒适倾角θ与摆渡车实际侧倾角α的差值得来的。

比如，当转向灯信号和识别信号全部为左转信号时，ASCU进入左转模式，ASCU根据当前摆渡车侧倾角α计算与乘客理论舒适倾角的差值，计算出当前所需要的电气比例阀开度，然后发出开度命令动作。

在左转入弯的过程中ASCU发送电气比例阀开度信号给左侧放气比例阀和右侧充气比例阀，左侧空气弹簧放气，右侧空气弹簧充气，摆渡车轿厢左侧倾斜，摆渡车姿态左倾调整至实际倾角等于理论舒适倾角，或者两侧空气空气弹簧高度调节范围达到上限时，ASCU发送指令关闭左侧放气比例阀和右侧充气比例阀；在左转出弯的过程中ASCU发送比例阀开度信号给右侧放气比例阀和左侧充气比例阀，左侧空气弹簧充气，右侧空气弹簧放气，摆渡车轿厢逐渐扶正，直至摆渡车姿态调平。

其中，在摆渡车轿厢角度调整的过程中采取左右两侧同时充、放气的方法，这样保证摆渡车在经过弯道前、后空气悬架的左、右高度不变，即过弯前、后空气悬架状态相同。右转同理。

ASCU的控制逻辑是，如图4：

1)首先判断摆渡车转向模式：

在摆渡车行进的过程中，ASCU根据图像识别模块发出的信号进入直行模式或者转向模式。当Curvesignal＝0时为直行模式，ASCU不输入电气比例阀开度信号，当Curvesignal≠0时(等于1、2、3时)根据以下逻辑自动进入相应的转向模式：

A_mode为转向模式，0为左转模式，1为右转模式；

Turnsignal为摆渡车的转向灯信号，0为左转向灯亮，1为右转向灯亮；

Curvesignal为图像识别模块发出的道路信息，0为当前车道没有转向交通标线，1为当前车道有左转交通标线，2为当前车道有右转交通标线，3位当前道路同时具有左转和右转交通标线。

当Curvesignal＝0时为直行模式，ASCU不输入电气比例阀开度信号；

当Turnsignal＝0&Curvesignal＝1时，A_mode＝1，ASCU进入左转模式；

当Turnsignal＝1&Curvesignal＝2时，A_mode＝0，ASCU进入右转模式；

当Curvesignal＝3时，A_mode＝Turnsignal，即当道路中同时具有左转和右转的交通标线时，根据驾驶员的转向灯进入对应的转向模式。

2)左转模式下，ASCU按下述方法判断摆渡车轿厢调整方向：

其中，B_mode为左转模式，1为左转左倾倾向，2为左转右倾倾向；

当θ-α≥0时，B_mode＝1，ASCU进入左转左倾控制模式；

当θ-α＜0时，B_mode＝2，ASCU进入左转右倾控制模式。

3)右转模式下，ASCU按下述方法判断摆渡车轿厢调整方向：

其中，C_mode为右转模式，1为右转左倾倾向，2为右转右倾倾向；

当θ-α≤0时，C_mode＝1，ASCU进入右转左倾控制模式；

当θ-α＞0时，C_mode＝2，ASCU进入右转右倾控制模式。

4)在摆渡车转弯速度过大，超过空气弹簧的调节能力后，ASCU进入超速保护模式：

其中，D_mode为超速保护模式，1为调节模式，2为保护模式；

leftheight为左侧弹簧高度，rightheight为右侧弹簧高度，L为空气弹簧的最底可调值，H为空气弹簧的最高可调值。

当任意一侧弹簧高度不在可调范围内时，超速保护模式D_mode为0，ASCU停止当前方向的角度调整，并只响应对侧方向倾斜的请求指令。

弹簧高度在可调节模式下，以左转入弯和出弯为例：

A)左转入弯过程，ASCU接收到驾驶员的转向灯左转信号和摄像头发出的左转道路信息，进入左转模式，A_mode＝1。ASCU根据摆渡车当前状态计算出乘客理论舒适倾角θ，此时θ-α≥0，进入左转左倾模式，B_mode＝1。

若此时驾驶员速度控制良好，超速保护模式D_mode＝1。ASCU计算出的摆渡车当前状态下需要调整轿厢角度所需要的气阀开度，并把命令发送给左侧放气比例阀和右侧充气比例阀，摆渡车轿厢逐渐左倾至乘客理论舒适倾角θ。

当转弯速度过大，空气弹簧高度rightheight和leftheight超过调整范围后，超速保护模式D_mode＝0，此时ASCU关闭左侧放气比例阀和右侧充气比例阀，摆渡车保持轿厢最大倾斜角度过弯。

B)左转出弯过程，左转模式A_mode＝1，ASCU根据摆渡车当前状态计算出乘客理论舒适倾角θ，此时θ-α＜0，摆渡车进入左转右倾模式，B_mode＝2。超速保护模式D_mode＝1，此时，ASCU计算出的摆渡车当前状态下需要调整轿厢角度所需要的气阀开度，并把命令发送给右侧放气比例阀和左侧充气比例阀，摆渡车轿厢右倾至轿厢水平。

当左转入弯激活超速保护模式后D_mode＝0，在左转出弯的过程中，空气弹簧高度rightheight和leftheight恢复至调整范围，超速保护模式关闭，D_mode＝1。

右转模式原理相同。

Claims (5)

1.一种基于空气悬架的机场摆渡车转弯姿态调整方法，其特征在于：基于在摆渡车上安装空气悬架控制单元、图像识别模块、高度传感器模块和角度传感器模块，

通过所述图像识别模块识别前方道路交通标识，

通过所述高度传感器模块测量空气弹簧高度，

通过所述角度传感器模块测量摆渡车侧倾角，

所述空气悬架控制单元实时接收道路交通标识信号、驾驶员转向灯信号、空气弹簧高度信号、方向盘转角信号、摆渡车速度信号以及摆渡车侧倾角信号，通过判断转向模式，计算乘客理论舒适倾角，控制电气比例阀的开度，进而调整空气弹簧的高度，反方向补偿所述摆渡车侧倾角的变化；

其中，所述理论舒适倾角的确定方法为：

根据加速度合成定理，车辆的加速度为：

a＝a_τ+a_n (1)

a_τ为切向加速度，a_n为法向加速度，R是摆渡车的转向半径，v是摆渡车在转弯过程的线速度；

使乘客产生侧倾的加速度是a_n，运用牛顿第二定律求得理论舒适倾角θ：

结合公式(1)、(2)得：

所述空气悬架控制单元，通过下式控制所述电气比例阀的开度：

P为所述空气悬架控制单元输出给所述电气比例阀的控制信号，是0～100的数字，K为比例增益系数，T_i为积分时间常数，β(t)为理论舒适倾角θ与摆渡车实际侧倾角α的差值，T_d为微分时间常数，都为已知值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述空气悬架控制单元同时调整双侧空气弹簧的高度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述空气悬架控制单元结合所述道路交通标识信号和转向灯信号，判断摆渡车转向模式：

A_mode表示转向模式，

Curvesignal为道路交通标识信号，Curvesignal＝0表示当前道路没有转向交通标识，Curvesignal＝1表示当前道路有左转交通标识，Curvesignal＝2表示当前道路有右转交通标识，Curvesignal＝3表示当前道路同时具有左转和右转交通标识，

Turnsignal为转向灯信号，Turnsignal＝0表示左转向灯亮，Turnsignal＝1表示右转向灯亮；

当Curvesignal＝0时，判断为直行模式，

当Turnsignal＝0&Curvesignal＝1时，A_mode＝1，判断为左转模式，

当Turnsignal＝1&Curvesignal＝2时，A_mode＝0，判断为右转模式；

当Curvesignal＝3时，转向模式以所述转向灯信号为准。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：

1)左转模式下，所述空气悬架控制单元按下述方法判断摆渡车转弯倾向：

当θ-α≥0时，B_mode＝1，所述空气悬架控制单元进入左转左倾控制模式，

当θ-α＜0时，B_mode＝2，所述空气悬架控制单元进入左转右倾控制模式，

2)右转模式下，所述空气悬架控制单元按下述方法判断摆渡车转弯倾向：

当θ-α≤0时，C_mode＝1，所述空气悬架控制单元进入右转左倾控制模式，

当θ-α＞0时，C_mode＝2，所述空气悬架控制单元进入右转右倾控制模式。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的方法，其特征在于：根据所述空气弹簧的可调限值，当左、右侧空气弹簧任一的高度超出可调限值时，所述空气悬架控制单元控制进入超速保护模式，停止当前方向的角度调整，并只响应对侧方向倾斜信号。

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