CN115366601A - 基于磁流变阻尼器的拖挂式房车防横摆控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于磁流变阻尼器的拖挂式房车防横摆控制系统及方法，包括传感器、房车电子控制单元、无线传输模块、牵引车微处理器、警示灯、防横摆电磁阻尼控制模块及故障检测模块，房车电子控制单元通过无线传输模块与牵引车微处理器传输数据，牵引车微处理器用于接收房车电子控制单元传输的传感器数据，并根据传感器数据判断是否发生横摆，控制警示灯和防横摆电磁阻尼控制模块工作，牵引车微处理器还用于接收故障检测模块检测的数据，并判断防横摆电磁阻尼控制模块是否发生故障。本发明适合应用于两部分分离的车型，阻尼产生更快速，阻尼力更大，能较快减缓拖挂式房车的摇摆，防横摆稳定性及适用性更强，可预知性好，可降低风险。

Description

基于磁流变阻尼器的拖挂式房车防横摆控制系统及方法
技术领域
本发明涉及车辆工程领域，特别涉及拖挂式房车防横摆系统。
背景技术
拖挂式房车在直线行驶多次变道时易发生“死亡摇摆”(车辆在高速行驶，并没有急转向，车辆行驶过程中产生剧烈的、高频率的，可导致失控的左右横摆运动，我们称为死亡摇摆。)如果不能及时调整，继续保持稳定，车辆就会产生失控，进而导致翻车等交通事故的发生。
现有技术主要针对房车整体及内部布置进行配重设计，使房车前后配重比更合理，该技术多为房车设计阶段所采用，实际生产及使用过程中房车前后配重比会发生改变，而且行驶过程中诸多其他影响因素也会引起拖挂式房车横摆运动的产生，该技术只能减少房车发生横摆的概率，无法完全消除房车产生横摆运动。
欧美多采用ATC系统(拖挂房车防侧滑系统)预防房车横摆，该系统在监测到房车发生左右横摆时，通过对左右轮进行制动减缓房车车速，进而拖曳牵引车保证牵引车与房车的行驶方向的稳定性。该系统主要是通过对后方拖挂式房车刹车降速来拖曳前方牵引车减速以达到稳定，由于没有预警系统，刹车系统起作用时驾驶员不能提前得知，而且刹车系统起作用时只对一侧车轮进行制动，对于高速行驶的牵引车突然进行拖曳会引发前车行驶的不稳定性，还有可能对后方来车造成影响，总体来说现在的防横摆技术及方式存在一定的不合理性与不适应性。
发明内容
发明目的：为了解决现有的房车横摆系统的不稳定性及不可预知性，本发明提供一种基于磁流变阻尼器的拖挂式房车防横摆控制系统。
本发明的另一目的是提供一种基于磁流变阻尼器的拖挂式房车防横摆控制方法。
技术方案：一种基于磁流变阻尼器的拖挂式房车防横摆控制系统，包括传感器、房车电子控制单元、无线传输模块、牵引车微处理器、警示灯、防横摆电磁阻尼控制模块及故障检测模块，防横摆电磁阻尼控制模块包括依次连接的阻尼器控制开关、可控电流驱动器及磁流变阻尼器，房车电子控制单元的输入端连接传感器，房车电子控制单元的输出端连接无线传输模块，牵引车微处理器的输入端连接无线传输模块，牵引车微处理器的输出端连接警示灯及阻尼器控制开关，所述故障检测模块的输入端连接防横摆电磁阻尼控制模块，故障检测模块的输出端连接微处理器，牵引车微处理器用于接收房车电子控制单元传输的传感器数据，并根据传感器数据判断是否发生横摆，控制警示灯和阻尼器控制开关，牵引车微处理器还用于接收故障检测模块检测的数据，并判断防横摆电磁阻尼控制模块是否发生故障。
进一步地，所述传感器包括横摆角速度传感器、横向加速度传感器，所述横摆角速度传感器、横向加速度传感器均安装在房车上。
进一步地，所述房车电子控制单元用于将传感器采集到的传感器数据进行编码处理，并通过无线传输模块传输至牵引车微处理器。
进一步地，所述牵引车微处理器用于根据传感器数据判断是否发生横摆，设横摆角速度传感器采集的横摆角速度为ωr，设横向加速度传感器采集的横向加速度为
Figure BDA0003074340750000022
，设车辆的速度为v1，计算侧向加速度ay，计算公式为：
Figure BDA0003074340750000021
设置侧翻阈值，将计算得到的侧向加速度ay与侧翻阈值相比较，若ay超过侧翻阈值，则判断为产生横摆。
进一步地，所述无线传输模块包括安装于房车的房车发送端和安装于牵引车的牵引车接收端，房车发送端与房车电子控制单元连接，房车发送端包括依次连接的模数转换器、调制编码器、射频发射装置，牵引车接收端包括依次连接的射频接收装置、数模转换器、调制解调器，牵引车微处理器与牵引车接收端连接。
进一步地，所述故障监测模块包括电压传感器、电流传感器、集成芯片及储存器，电压传感器及电流传感器分别与阻尼器控制开关、可控电流驱动器连接，集成芯片与电压传感器、电流传感器连接，储存器与集成芯片连接。
进一步地，所述可控电流驱动器与磁流变阻尼器中的线圈连接。
进一步地，所述警示灯包括LED警示灯及故障警示灯。
一种基于磁流变阻尼器的拖挂式房车防横摆控制方法，包括以下步骤：
(1)横摆角速度传感器、横向加速度传感器分别实时采集并上传房车的横摆角速度及横向加速度值；
(2)将横摆角速度及横向加速度值进行编码，将编码后的数据无线传输至牵引车微处理器；
(3)牵引车微处理器根据横摆角速度及横向加速度值计算出侧向加速度ay，设置侧翻阈值，将ay与侧翻阈值相比较，若ay超过侧翻阈值，则判断为产生横摆，发送指令开启LED警示灯，同时发送指令开启阻尼器控制开关；若ay未超过侧翻阈值，则发送指令关闭LED警示灯，同时发送指令关闭阻尼器控制开关；
(4)阻尼器控制开关开启后，控制可控电流驱动器输出电流，磁流变阻尼器中的线圈接通电流，产生阻尼力，阻碍房车横摆。
进一步地，步骤(4)中，实时检测阻尼器控制开关的电压值及可控电流驱动器的电流值，并将电压值和电流值发送给牵引车微处理器，牵引车微处理器根据电压值和电流值判断是否发生故障，若发生故障，则发送指令开启故障警示灯。
本发明提供一种基于磁流变阻尼器的拖挂式房车防横摆控制系统，相比较现有技术，存在以下有益效果：
(1)更加适合应用于拖挂式房车类型的两部分分离的车型，利用无线传输装置来实现牵引车与拖挂式房车的信号传递，提高了传递效率，简化了前部牵引车与房车之间的连接，使得磁流变阻尼器能及时开启，进而减缓并阻碍拖挂式房车的过大横摆，为同一类车型提供更稳定、更合适的方案。
(2)利用磁流变阻尼器防止拖挂式房车出现剧烈摇摆，阻尼产生更快速，阻尼力更大，能较快减缓拖挂式房车的摇摆，防横摆稳定性及适用性更强。
(3)警示灯响应模块使横摆预警信号及故障检测信号能及时提示驾驶员，让驾驶员在行进过程中对挂车行驶状况及防摇摆控制装置有及时的了解，并做出相应的判断与措施。
(4)故障检测模块可将故障细化至故障传感器种类，并将防横摆控制装置故障信息及时传递给牵引车驾驶员，明确维修方向，提高维修效率。
附图说明
图1为利用固结于汽车的车辆坐标系分析车辆的运动；
图2为基于磁流变阻尼器的拖挂式房车防横摆控制系统结构框图；
图3为故障检测模块、无线传输模块、微处理器间的信号流图；
图4为基于磁流变阻尼器的拖挂式房车防横摆控制系统各模块安装位置俯视示意图；
图5为基于磁流变阻尼器的拖挂式房车防横摆控制系统各模块安装位置侧视示意图；
图6为磁流变阻尼器的结构图。
1-传感器；2-房车电子控制单元；3-房车发送端；4-牵引车接收端；5-牵引车微处理器；6-警示灯、8-阻尼器控制开关；9可控电流驱动器；10-磁流变阻尼器；11-故障检测模块；12-活塞杆；13-线圈；14-活塞；15-磁流变液；16-弹簧；17-缸体；18-弹簧卡座；19-油封；20-螺栓底座。
具体实施方式
下面根据附图和具体实施方式，对本发明做进一步的说明。
如图2所示，一种基于磁流变阻尼器的拖挂式房车防横摆控制系统，包括传感器1、ECU房车电子控制单元2、无线传输模块、牵引车微处理器5、警示灯6、防横摆电磁阻尼控制模块及故障检测模块11，防横摆电磁阻尼控制模块包括依次连接的阻尼器控制开关8、可控电流驱动器9及磁流变阻尼器10，房车电子控制单元2的输入端连接传感器1，用于将传感器数据进行处理，房车电子控制单元2的输出端连接无线传输模块，将处理后的传感器数据通过无线传输模块发出，牵引车微处理器5的输入端连接无线传输模块，牵引车微处理器5的输出端连接警示灯6及阻尼器控制开关8，所述故障检测模块11的输入端连接防横摆电磁阻尼控制模块，故障检测模块11的输出端连接微处理器5，牵引车微处理器5用于接收房车电子控制单元2传输的传感器数据，并根据传感器数据判断是否发生横摆，控制警示灯6和阻尼器控制开关8，牵引车微处理器5还用于接收故障检测模块11检测的数据，并判断防横摆电磁阻尼控制模块是否发生故障。牵引车微处理器5结构如图2所示，是包含运算器、控制器和存储器的小型集成电路。
所述传感器1包括横摆角速度传感器、横向加速度传感器，横摆角速度传感器、横向加速度传感器分别用于采集并传输拖挂式房车发生左右横摆时的横摆角速度及横向加速度信号。
如图4、5为各模块安装位置。所述横摆角速度传感器、横向加速度传感器均安装在房车的底盘牵引销处三角架上。利用导线与房车电子控制单元2相连接来传输信号。房车电子控制单元2通过导线与无线传输模块房车发送端3连接，二者安装在拖挂式房车前部靠近底盘处以缩短信号传输距离。无线传输模块中的牵引车接收端4安装在牵引车后方靠近车尾处，以便缩短接收信号距离，牵引车微处理器5也安装在牵引车后方，便于与防横摆电磁阻尼控制模块及牵引车接收端4连接，牵引车微处理器5通过导线与安装在中控台附近的警示灯相连接。防横摆电磁阻尼控制模块中的阻尼器控制器8与牵引车微处理器5通过导线连接，阻尼器控制器8与可控电流驱动器9安装在同一位置，靠近牵引车车尾处的牵引车架上，所述磁流变阻尼器10安装在房车车架与牵引车牵引架之间，通过螺栓连接与房车车架及牵引车牵引架相连接，在房车正常行驶或者横摆角速度较小的时候磁流变阻尼器10内部液体阻力极小，不影响其正常转弯及小幅横摆，在房车发生左右横摆时，位于二者之间的磁流变阻尼器便根据电流变化增大阻尼以阻碍房车的左右摇摆。故障检测模块11安装在牵引车牵引架上靠近磁流变阻尼器10，通过导线与牵引车微处理器5连接，故障检测模块11中的电压传感器接在阻尼器控制器处，用于监测阻尼器控制器开关开启后电压是否正常，电流传感器接在可控电流驱动器输出端附近，用以监测可控电流驱动器输出电流是否持续稳定，是否有电流过大或过小现象。
为预防无线传输模块发送端传输的信号受其他车辆无线设备干扰，房车电子控制单元2将房车横摆角速度传感器和横向加速度传感器传输的信号进行编码处理，然后传递到无线传输模块中的房车发送端3，通过无线传输模块传输至牵引车微处理器5。
所述牵引车微处理器5用于根据传感器数据判断是否发生横摆，设横摆角速度传感器采集的横摆角速度为ωr，设横向加速度传感器采集的横向加速度为
Figure BDA0003074340750000053
设此时车辆的速度为v1，计算侧向加速度ay，牵引车微处理器将横摆角速度与横向加速度代入如下推导公式中计算。下面将公式推导与阈值设定作进一步说明解释：
如图1所示，车辆运动路径发生摆动时，由于车辆伴有平移和转动，在t+Δt时刻，车辆坐标系质心速度的大小和方向均发生变化，而车辆坐标系的纵轴与横轴的方向亦发生变化。所以，沿oy轴速度分量的变化为：
(v+Δv)cosθ-v+(u+Δu)sinθ＝vcosθ+Δvcosθ-v+usinθ+Δusinθ (1)
考虑到Δθ很小并忽略二阶微量，上式变为:
Δv+uΔθ (2)
除以Δt并取极限，便是汽车质心绝对加速度在车辆坐标系oy轴上的分量：
Figure BDA0003074340750000051
由于u＝v1cosθ，θ角比较小，可近似将车辆行驶速度与车辆在坐标系ox轴上的分量视为相等，即v1＝u，所以，公式(3)可改为：
Figure BDA0003074340750000052
将该公式储存进牵引车微处理器5中，牵引车微处理器5将横摆角速度传感器及横向加速度传感器测得的数值、此时的车速v1代入公式计算出ay，得出的数值在LED警示灯面板显示以告知驾驶员，经查询不同类型车辆侧翻阈值范围可将房车侧翻阈值设为0.76g。微处理器将计算出的实时侧向加速度ay与侧翻阈值进行对比，若大于该阈值就开启警示灯6报警并开启阻尼器控制开关8。
如图3，所述无线传输模块包括安装于房车的房车发送端和安装于牵引车的牵引车接收端，房车发送端3与房车电子控制单元2连接，房车发送端3包括依次连接的模数转换器、调制编码器、射频发射装置，牵引车接收端4包括依次连接的射频接收装置、数模转换器、调制解调器，牵引车微处理器5与牵引车接收端4连接。此外，房车发送端3和牵引车接收端4均还包括用于供电的电源装置。当房车发送端3接收到房车电子控制单元2指令要发送信号时，发送端经过模数转换器将模拟信号转化为数字信号、并由调制编码器编码后由射频装置发出；当牵引车接收端接收信号时，接收端通过射频接收装置接收后经过调制解调器解调后，由数模转换器转化为模拟信号后传输至牵引车微处理器5作进一步处理。
如图3，所述故障监测模块11包括电压传感器、电流传感器、集成芯片及储存器，电压传感器及电流传感器分别与阻尼器控制开关8、可控电流驱动器9连接，集成芯片与电压传感器、电流传感器连接，储存器与集成芯片连接。故障监测模块11用于检测防横摆电磁阻尼控制模块各器件是否出现故障，将信号传输到与其连接的牵引车微处理器5中，牵引车微处理器5将信号处理后判断是否发送故障警示指定开启故障警示灯来告知提醒驾驶员。
如图6，磁流变阻尼器10包括活塞杆12、线圈13、活塞14、磁流变液15、弹簧16、缸体17、弹簧卡座18、油封19及螺栓底座20。所述阻尼器控制开关8、可控电流驱动器9安装在牵引车上，磁流变阻尼器10安装在牵引车牵引架与房车牵引架之间。阻尼器控制开关8、可控电流驱动器9及磁流变阻尼器10依次连接，可控电流驱动器9与磁流变阻尼器10中的线圈13连接，当阻尼器控制开关8打开时，可控电流驱动器9输出电流，磁流变阻尼器10中的线圈通电，磁流变液15产生阻尼，阻碍房车的左右摇摆趋势。
所述警示灯6包括LED警示灯及故障警示灯，LED警示灯用于提醒驾驶员产生横摆，故障警示灯用于提醒驾驶员防横摆电磁阻尼控制模块产生故障。LED警示灯与故障警示灯均包括LED驱动器及LED数码管，所述LED数码管安装在牵引车的中控台上，牵引车微处理器5与LED驱动器连接。
一种基于磁流变阻尼器的拖挂式房车防横摆控制方法，包括以下步骤：
(1)横摆角速度传感器、横向加速度传感器分别实时采集并上传房车的横摆角速度及横向加速度值；
(2)将横摆角速度及横向加速度值进行编码，将编码后的数据无线传输至牵引车微处理器；
(3)牵引车微处理器根据横摆角速度及横向加速度值计算出侧向加速度ay，设置侧翻阈值，将ay与侧翻阈值相比较，若ay超过侧翻阈值，则判断为产生横摆，发送指令开启LED警示灯，同时发送指令开启阻尼器控制开关；若ay未超过侧翻阈值，则发送指令关闭LED警示灯，同时发送指令关闭阻尼器控制开关；
(4)阻尼器控制开关开启后，控制可控电流驱动器输出稳定电流，磁流变阻尼器中的线圈接通电流，产生阻尼力，阻碍房车横摆。实时检测阻尼器控制开关的电压值及可控电流驱动器的电流值，并将电压值和电流值发送给牵引车微处理器，牵引车微处理器根据电压值和电流值判断是否发生故障，若发生故障，则发送指令开启故障警示灯。

Claims (10)

1.一种基于磁流变阻尼器的拖挂式房车防横摆控制系统，其特征在于，包括传感器、房车电子控制单元、无线传输模块、牵引车微处理器、警示灯、防横摆电磁阻尼控制模块及故障检测模块，防横摆电磁阻尼控制模块包括依次连接的阻尼器控制开关、可控电流驱动器及磁流变阻尼器，房车电子控制单元的输入端连接传感器，房车电子控制单元的输出端连接无线传输模块，牵引车微处理器的输入端连接无线传输模块，牵引车微处理器的输出端连接警示灯及阻尼器控制开关，所述故障检测模块的输入端连接防横摆电磁阻尼控制模块，故障检测模块的输出端连接微处理器，牵引车微处理器用于接收房车电子控制单元传输的传感器数据，并根据传感器数据判断是否发生横摆，控制警示灯和阻尼器控制开关，牵引车微处理器还用于接收故障检测模块检测的数据，并判断防横摆电磁阻尼控制模块是否发生故障。
2.根据权利要求1所述的基于磁流变阻尼器的拖挂式房车防横摆控制系统，其特征在于，所述传感器包括横摆角速度传感器、横向加速度传感器，所述横摆角速度传感器、横向加速度传感器均安装在房车上。
3.根据权利要求1或2所述的基于磁流变阻尼器的拖挂式房车防横摆控制系统，其特征在于，所述房车电子控制单元用于将传感器采集到的传感器数据进行编码处理，并通过无线传输模块传输至牵引车微处理器。
4.根据权利要求2所述的基于磁流变阻尼器的拖挂式房车防横摆控制系统，其特征在于，所述牵引车微处理器用于根据传感器数据判断是否发生横摆，设横摆角速度传感器采集的横摆角速度为ωr，设横向加速度传感器采集的横向加速度为
Figure FDA0003074340740000012
设车辆的速度为v1，计算侧向加速度ay，计算公式为：
Figure FDA0003074340740000011
设置侧翻阈值，将计算得到的侧向加速度ay与侧翻阈值相比较，若ay超过侧翻阈值，则判断为产生横摆。
5.根据权利要求1或2所述的基于磁流变阻尼器的拖挂式房车防横摆控制系统，其特征在于，所述无线传输模块包括安装于房车的房车发送端和安装于牵引车的牵引车接收端，房车发送端与房车电子控制单元连接，房车发送端包括依次连接的模数转换器、调制编码器、射频发射装置，牵引车接收端包括依次连接的射频接收装置、数模转换器、调制解调器，牵引车微处理器与牵引车接收端连接。
6.根据权利要求1或2所述的基于磁流变阻尼器的拖挂式房车防横摆控制系统，其特征在于，所述故障监测模块包括电压传感器、电流传感器、集成芯片及储存器，电压传感器及电流传感器分别与阻尼器控制开关、可控电流驱动器连接，集成芯片与电压传感器、电流传感器连接，储存器与集成芯片连接。
7.根据权利要求1或2所述的基于磁流变阻尼器的拖挂式房车防横摆控制系统，其特征在于，所述可控电流驱动器与磁流变阻尼器中的线圈连接。
8.根据权利要求1或2所述的基于磁流变阻尼器的拖挂式房车防横摆控制系统，其特征在于，所述警示灯包括LED警示灯及故障警示灯。
9.一种基于磁流变阻尼器的拖挂式房车防横摆控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)横摆角速度传感器、横向加速度传感器分别实时采集并上传房车的横摆角速度及横向加速度值；
(2)将横摆角速度及横向加速度值进行编码，将编码后的数据无线传输至牵引车微处理器；
(3)牵引车微处理器根据横摆角速度及横向加速度值计算出侧向加速度ay，设置侧翻阈值，将ay与侧翻阈值相比较，若ay超过侧翻阈值，则判断为产生横摆，发送指令开启LED警示灯，同时发送指令开启阻尼器控制开关；若ay未超过侧翻阈值，则发送指令关闭LED警示灯，同时发送指令关闭阻尼器控制开关；
(4)阻尼器控制开关开启后，控制可控电流驱动器输出电流，磁流变阻尼器中的线圈接通电流，产生阻尼力，阻碍房车横摆。
10.根据权利要求9所述的基于磁流变阻尼器的拖挂式房车防横摆控制方法，其特征在于，步骤(4)中，实时检测阻尼器控制开关的电压值及可控电流驱动器的电流值，并将电压值和电流值发送给牵引车微处理器，牵引车微处理器根据电压值和电流值判断是否发生故障，若发生故障，则发送指令开启故障警示灯。
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