CN117416316A - 一种基于压力传感器的拖挂式房车制动控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车辆安全控制技术领域，公开了一种基于压力传感器的拖挂式房车制动控制系统和控制方法，系统包括：牵引车制动信号传递模块、同步器模块和房车车身稳定监测模块，所述牵引车制动信号传递模块包括多方位布置的压力传感器，安装于牵引车和房车之间的球铰连接处，房车车身稳定监测模块包括分布在房车上的多种车身状态检测传感器。本发明依据球铰连接中安装的压力传感器所感受到的力的大小与方向，通过同步器灵活调节与分配房车各车轮的制动力，能够改善房车制动过程中出现的侧翻、横摆等情况，同时较传统电刹方式改进了繁杂的电路布置，节约了成本。

Description

一种基于压力传感器的拖挂式房车制动控制系统和方法

技术领域

本发明属于车辆工程、安全控制技术领域，涉及拖挂式房车刹车系统，具体涉及一种基于压力传感器的拖挂式房车制动控制系统和方法。

背景技术

拖挂式房车是一种集汽车和房车于一身的车辆，可以极大地提高人们在旅途中的舒适程度。在拖挂式房车的行驶过程中，刹车系统是保障行车安全的关键之一。与普通车辆相比，拖挂式房车存在着诸多的安全隐患。拖挂式房车的长度、高度、重量都大于普通车辆，行驶时的惯性也更大，在紧急情况下的制动距离更长，容易导致失控或翻车，因此该类型房车对刹车系统有着更高的需求。拖挂式房车的制动系统主要为撞刹或电刹，撞刹通过机械连接实现牵引车制动信号的传递，形式传统且存在一定安全隐患；电刹则通过电信号将牵引车的制动信号传递给房车，加强了对制动性能的控制但形式复杂且成本较高。

撞刹系统是指：在连接两车底盘的球铰连接位置安装有液压装置，在牵引车制动时，房车在惯性的作用下撞击、挤压与前车相连的球铰连接，以为房车制动系统分配制动液，达到制动、减速的目的。

电刹系统需要安装在房车和牵引车之间，并由牵引车上的控制器控制。当牵引车司机踩下制动踏板时，控制器会向电子刹车系统发送信号，触发房车制动器的工作，从而实现房车制动。

采用撞刹系统的拖挂式房车在牵引车制动时，房车会因惯性撞击球铰连接，导致房车瞬间产生较大的制动力，房车迅速制动降速并对前车产生水平向后的拉力，此时前后车相对运动如弹簧般如此往复；当采用撞刹系统的车辆在转向行驶、S路行驶或收到横向作用力干扰时，易发生因缺少对各轮胎的独立控制而导致的侧滑、摆动、侧翻等；此外，该类型房车在上坡以及倒车下坡行驶时，也会因球铰接触不到位而导致制动效果不理想，进而加大汽车行驶过程中的危险性。采用电刹系统的拖挂式房车制动性能有较好的线性与同步性，但需在牵引车上加装同步器，同时附有较大的电路改动与布置，通常比较复杂和昂贵。

发明内容

技术目的：针对上述技术问题，本发明提出了一种基于压力传感器的拖挂式房车制动控制系统和方法，其依据球铰连接中安装的压力传感器所感受到的力的大小与方向，通过同步器灵活调节与分配房车各车轮的制动力，对于制动过程中出现的侧翻、横摆等情况有一定改善，同时较电刹相比，改进了繁杂的电路布置，节约了成本。

技术方案：为实现上述技术目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于压力传感器的拖挂式房车制动控制系统，其特征在于：包括牵引车制动信号传递模块、同步器模块和房车车身稳定监测模块，其中，

所述牵引车制动信号传递模块包括多方位布置的压力传感器，安装于牵引车和房车之间的球铰连接处，压力传感器用于监测牵引车和房车车之间的压力值；

所述房车车身稳定监测模块包括分布在房车上的多种车身状态检测传感器，包括横摆角速度传感器、横向加速度传感器、轮速传感器与水平陀螺仪传感器，横摆角速度传感器用于测量房车的横摆角速度，横向加速度传感器用于测量房车在横向方向上的加速度，轮速传感器通过检测房车的车轮转动的速度和方向来测量房车的速度和加速度，水平陀螺仪传感器测量房车在水平方向上的姿态和转动角速度；

所述同步器安装于房车上，用于根据牵引车制动信号传递模块中所有压力传感器传送的压力值，结合房车车身稳定监测模块测得的房车状态数据，计算牵引车和房车之间的相对运动速度与运动方向，并产生房车制动控制信号，用于控制房车各车轮上安装的电磁制动器制动。

优选地，所述多方位布置的压力传感器，具体包括：顺序设置的左部压力传感器、左前压力传感器、前部压力传感器、右前压力传感器和右部压力传感器，各个压力传感器的高度一致且皆垂直于地面，前部压力传感器与车辆直行的方向即车辆行驶坐标系的X轴垂直，左部压力传感器和右部压力传感器与车辆直行时的横向即车辆行驶坐标系Y轴垂直，相邻的压力传感器之间呈135°夹角布置。

优选地，所述同步器包括脉冲宽度调制器、微处理器、电源和继电器，其中，微处理器用于接收牵引车的制动信号并控制脉冲宽度调制器的输出电压和频率，进而控制电磁制动器的工作，以及，用于通过诊断系统检测电子刹车器的工作状态，发现故障并发出警报；电源用于提供系统所需的电能，继电器用于控制制动系统的开关，使制动器与电源和PWM之间实现电路的开闭。

一种基于压力传感器的拖挂式房车制动控制方法，包括如下制动过程：

当牵引车驾驶员踩下制动踏板时，牵引车速度降低，房车在惯性的作用下撞击、挤压与牵引车相连的球铰连接结构，此时位于球铰连接结构处多方位布置的压力传感器依据探测到的压力大小与方向判断两车相对运动，产生相应的压力信号并传至同步器；

房车车身稳定监测模块通过布置在房车上的多种车身状态检测传感器，检测房车的实时运行状态，并将检测到的多种车身状态信号传至同步器；

同步器依据压力传感器与房车车身稳定监测模块传送的信号，产生房车制动控制信号，控制房车的各个车轮上安装的电磁制动器，实现房车车轮的电控制动。

有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

本发明结合了拖挂式房车撞刹与电刹两种刹车方式的特点，克服了传统撞刹运动不线性的问题，并通过监测房车运动状态保证了拖挂式房车制动、S路行驶时的稳定性，对房车的制动性能与操纵稳定性能具有一定的提升；同时相对电刹，简化了电路布置，节省了成本。

附图说明

图1为各模块信号传递示意图；

图2为总布置示意图；

图3为牵引车制动信号传递模块示意图；

其中，1-压力传感器，2-横摆角速度传感器，3-横向加速度传感器，4-水平陀螺仪传感器，5-轮速传感器，6-刹车灯，7-制动器，8-同步器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细的说明。

本发明提出一种基于多方位布置的压力传感器拖挂式房车制动控制系统，包括牵引车制动信号传递模块、同步器模块和房车车身稳定监测模块。

其中，牵引车制动信号传递模块包括多方位布置的压力传感器，安装于两车之间的球铰连接处，与安装在房车端的同步器相连；压力传感器负责监测前后车之间的压力值。压力传感器中包括金属薄膜/弹性体、电阻应变计、支撑结构与输出电路。当被测压力作用于弹性体上时，弹性体会发生微小的形变，进而导致安装在其上的电阻应变计的电阻值发生变化。这种电阻值的变化可以通过输出电路检测并测量，进而得到被测压力的大小。根据压力传感器的不同角度、不同位置的多方位布置，可以得出被测压力的方向。同步器根据所测得的压力大小与方向，计算相对运动速度与运动方向并产生房车制动控制信号，灵活控制房车各车轮制动。

房车车身稳定监测模块包括横摆角速度传感器、横向加速度传感器、轮速传感器与水平陀螺仪传感器等，通过导线与房车端同步器相连，用于监测房车车身是否发生横摆、侧滑、侧倾等危险工况，以便后续做出控制。横摆角速度传感器通过测量车辆围绕垂直轴的旋转速度来计算车辆的横摆角速度。它通常包含一个陀螺仪传感器和一个微处理器，陀螺仪传感器会感受到车辆围绕垂直轴的旋转速度，并将这些旋转速度转换成电信号，再由微处理器计算出车辆的横摆角速度。横向加速度传感器用于测量车辆在横向方向上的加速度。它通常包含一个加速度计传感器和一个微处理器，加速度计传感器会感受到车辆在横向方向上的加速度，并将这些加速度转换成电信号，再由微处理器计算出车辆的横向加速度。轮速传感器通过检测车轮转动的速度和方向来测量车辆的速度和加速度。它通常安装在车轮上，可以检测车轮是否滑动或打滑。水平陀螺仪传感器可以测量车辆在水平方向上的姿态和转动角速度。它可以提供更加精确的姿态和角速度数据，以帮助车辆行驶控制。这些传感器可以为车辆行驶安全提供关键的监测和控制功能。通过使用这些传感器，车辆的行车电脑可以更准确地了解车辆的状态，并在必要时采取措施来保护车辆和乘客的安全。

同步器模块包括脉冲宽度调制器(PWM)、微处理器、电源、继电器等。同步器中的微处理器接收牵引车的制动信号并控制PWM的输出电压和频率，进而控制电子刹车器/电磁刹车器的工作。微处理器还可以通过诊断系统检测电子刹车器的工作状态，发现故障并发出警报。同步器中的电源提供系统所需的电能。同步器中的继电器用于控制制动系统的开关，使制动器与电源和PWM之间实现电路的开闭。具体制动过程如下：牵引车司机踩下制动踏板，压力传感器探测到的压力大小与方向判断两车相对运动，产生相应的牵引车制动信号并传至同步器，同步器的微处理器接收牵引车制动信号并根据所设置的制动力度和时间控制PWM输出的电压和频率，PWM向电子刹车器发送脉冲信号，触发制动器的工作。制动器根据其信号的频率和电压输出相应的电流，使电磁铁产生磁力，使制动器工作实现制动。当压力传感器处的牵引车制动信号消失时，同步器会发送解除房车制动控制信号，房车车轮恢复自由旋转。与传统撞刹系统的机械-液控方式相比，该控制方法采用更为灵活的机械-电控方式，制动效能更加可靠，制动力度更易调节，且接入房车车身稳定模块后电控系统可实现对房车制动以及行驶稳定性的双重控制，制动稳定性大大增强。传统电刹系统的牵引车制动信号源自牵引车，需用冗长的电路连接牵引车与房车，还需对车架与电路进行较大的改装，本发明的方法的牵引车制动信号源自球铰连接处，省去了牵引车车架的改装与两车之间的电路布置，节省了成本。

如图1所示，该系统包括牵引车制动信号传递模块、房车车身稳定监测模块和同步器，其与制动系统共同作用以达到拖挂式房车稳定、高效制动的目的。本发明在牵引车和房车之间的球铰连接处安装压力传感器，同时在房车端采用的电磁制动器，工作原理为：

(1)、当牵引车驾驶员踩下制动踏板时，牵引车速度降低，而房车在惯性作用下撞击挤压两车的连接部件，房车在惯性的作用下撞击、挤压与牵引车相连的球铰连接结构；

此时位于连接处多方位布置的压力传感器依据探测到的压力大小与方向判断两车相对运动，产生相应的电信号即牵引车制动信号/压力信号，并传至同步器；

(2)、房车车身稳定监测模块依据横摆角速度传感器、横向加速度传感器、轮速传感器与水平陀螺仪传感器等判断房车是否发生侧翻侧滑等运动并将信号传至同步器；

(3)、同步器依据(1)与(2)的信号产生房车制动控制信号，独立控制房车左右车轮上安装的电磁制动器，实现房车车轮的电控制动并保持房车车身稳定。

(4)当压力传感器处的牵引车制动信号消失时，同步器发送解除房车制动控制信号，房车车轮恢复自由旋转。

本发明通过在球铰连接处设置多方位布置的压力传感器，实时检测牵引车和房车之间的相对运动，同步器通过测得压力的大小与方向、横向加速度大小以及滑移率综合控制房车各个车轮上安装的电磁制动器的制动力，使得制动过程更加平缓与稳定。

如图2所示的总布置图，包括安装于两车之间的球铰连接处的压力传感器1，安装在房车车身上的横摆角速度传感器2、横向加速度传感器3、水平陀螺仪传感器4、刹车灯6、同步器8，以及安装在房车车轮上的轮速传感器5和电磁制动器7。

同步器包括PWM、微处理器、电源、继电器等部件。其中，继电器充当制动开关的角色。通常来说，在车辆正常行驶过程中压力传感器处会产生轻微的振动与误碰；且当汽车的加速度超过0.2g时，人们会感受到轻微的推背感。因此，为保证产生准确的房车制动控制信号，确保制动安全与牵引车乘员乘坐舒适，设置继电器的开关阈值为0.1倍的车重。当压力传感器感受到0.1倍前车重的压力时，继电器即接通制动系统开始制动。

微处理器负责对同步器接收到的数字信号进行处理和解析，通过内部的程序算法计算出各车轮制动力度的大小等参数，并由PWM传至制动系统控制制动：

假设牵引车车质量为M，房车质量为m。当牵引车的制动力为F_q时，其以的目标减速度进行制动；在房车车因惯性撞向拖车后，两车减速度为/>依据牛顿第二定律得压力传感器处压力(即房车对压力传感器的压力)

为保证房车在压力F_ya与其自身目标制动力Ff下达到的目标减速度，则有

假设K为同步器初始默认制动系数，同步器依据F_ya与K得到房车目标制动力Ff值。

KF_ya＝Ff (3)

由上述三式联立解得K的初始默认值为此时理论上牵引车将与房车以相同的目标制动减速度进行制动。在此基础上，同步器依据压力方向、横向加速度以及滑移率等参数，对房车左右车轮的目标制动力Ff进行修正得到实际制动力值。

此外，同步器装可手动调节制动力度与开关阈值。其内部设定多个制动力度档位(或采用非离散的可连续调节的档位)，用户通过控制元件(如旋钮、按钮)向同步器发送调节信号，同步器会根据此信号调整输出信号，从而调节制动力度。

多方位布置的压力传感器如图3所示，包括左、左前、前、右前、右五部分，各传感器高度一致且皆垂直于地面，其中前部压力传感器与车辆行驶坐标系X轴垂直，左部与右部传感器与车辆行驶坐标系Y轴垂直，相邻传感器各呈135°夹角布置。当牵引车在直线行驶过程中制动时，主要为前部压力传感器受到压力，此时同步器产生房车制动控制信号，控制房车左右车轮同时制动且左右两侧制动力大小相等；当牵引车在向左转向行驶过程中制动时，主要为右部及右前部压力传感器受到压力，此时同步器产生房车制动控制信号，控制房车制动且左侧制动力偏大、右侧制动力偏小，房车左右轮出现轮速差，右侧车轮转速大于左侧车轮转速，以实现房车的向左转向；当牵引车在向左转向行驶过程中制动时，主要为右部及右前部压力传感器受到压力，此时同步器产生房车制动控制信号，控制房车制动且右侧制动力偏大、左侧制动力偏小，房车左右轮出现轮速差，左侧车轮转速大于右侧车轮转速，以实现房车的向右转向。

在房车车身稳定监测模块中，在通过轮速等传感器已知房车车轮的中心速度v、车轮角速度w_w和没有地面制动力时的车轮滚动半径r_r0的条件下，由滑动率公式(1)可知，可以计算得出房车的滑动率s，判断房车是否发生滑动；横向加速度传感器负责测量房车的侧翻情况，将其测得的值与0.76g(房车的侧翻阈值)作对比以判断房车是否发生侧翻，

无论是侧翻或者是滑移，在控制器监测到此工况时，均可以通过同步器独立控制各车轮的纵向动力来保证房车的行车稳定。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于压力传感器的拖挂式房车制动控制系统，其特征在于：包括牵引车制动信号传递模块、同步器模块和房车车身稳定监测模块，其中，

所述牵引车制动信号传递模块包括多方位布置的压力传感器，安装于牵引车和房车之间的球铰连接处，压力传感器用于监测牵引车和房车车之间的压力值；

所述房车车身稳定监测模块包括分布在房车上的多种车身状态检测传感器，包括横摆角速度传感器、横向加速度传感器、轮速传感器与水平陀螺仪传感器，横摆角速度传感器用于测量房车的横摆角速度，横向加速度传感器用于测量房车在横向方向上的加速度，轮速传感器通过检测房车的车轮转动的速度和方向来测量房车的速度和加速度，水平陀螺仪传感器测量房车在水平方向上的姿态和转动角速度；

所述同步器安装于房车上，用于根据牵引车制动信号传递模块中所有压力传感器传送的压力值，结合房车车身稳定监测模块测得的房车状态数据，计算牵引车和房车之间的相对运动速度与运动方向，并产生房车制动控制信号，用于控制房车各车轮上安装的电磁制动器制动。

2.根据权利要求1所述的基于压力传感器的拖挂式房车制动控制系统，其特征在于：所述多方位布置的压力传感器，具体包括：顺序设置的左部压力传感器、左前压力传感器、前部压力传感器、右前压力传感器和右部压力传感器，各个压力传感器的高度一致且皆垂直于地面，前部压力传感器与车辆直行的方向即车辆行驶坐标系的X轴垂直，左部压力传感器和右部压力传感器与车辆直行时的横向即车辆行驶坐标系Y轴垂直，相邻的压力传感器之间呈135°夹角布置。

3.根据权利要求1所述的基于压力传感器的拖挂式房车制动控制系统，其特征在于：所述同步器包括脉冲宽度调制器、微处理器、电源和继电器，其中，微处理器用于接收牵引车的制动信号并控制脉冲宽度调制器的输出电压和频率，进而控制电磁制动器的工作，以及，用于通过诊断系统检测电子刹车器的工作状态，发现故障并发出警报；电源用于提供系统所需的电能，继电器用于控制制动系统的开关，使制动器与电源和PWM之间实现电路的开闭。

4.一种基于压力传感器的拖挂式房车制动控制方法，其特征在于，包括如下制动过程：

当牵引车驾驶员踩下制动踏板时，牵引车速度降低，房车在惯性的作用下撞击、挤压与牵引车相连的球铰连接结构，此时位于球铰连接结构处多方位布置的压力传感器依据探测到的压力大小与方向判断两车相对运动，产生相应的压力信号并传至同步器；

房车车身稳定监测模块通过布置在房车上的多种车身状态检测传感器，检测房车的实时运行状态，并将检测到的多种车身状态信号传至同步器；

同步器依据压力传感器与房车车身稳定监测模块传送的信号，产生房车制动控制信号，控制房车的各个车轮上安装的电磁制动器，实现房车车轮的电控制动。