CN212410091U - 一种半挂汽车列车操纵稳定性测试装置 - Google Patents

Abstract

该实用新型提供了一种半挂汽车列车操纵稳定性测试装置，其包括传感器模块(9)、数据处理器(10)、结果输出装置(11)及安全辅助装置(12)，其中：传感器模块(9)包括半挂车陀螺仪(1)等；数据处理器(10)用于分析半挂汽车列车运动状态参数；结果输出装置(11)包括数据显示器和报告输出装置；安全辅助装置(12)包括主挂防折叠装置(8)和防侧翻支架(5)；主挂防折叠装置(8)设置在牵引车后轴上方，防侧翻支架(5)设置在半挂车底盘的两侧。该系统有效缩短了整车性能匹配和验证的周期，提高了性能评价的科学性和客观性，此外，该系统还能够对半挂汽车列车操稳性能进行更加全面具体的分析和测试。

Description

一种半挂汽车列车操纵稳定性测试装置

技术领域

本实用新型涉及半挂汽车列车整车操控性能测试技术领域，尤其涉及一种半挂汽车列车操纵稳定性测试装置。

背景技术

半挂汽车列车作为公路运输的主要方式，载货量大与运输成本低使汽车列车的数量在大规模的增长，但同时也带来了具有重大社会影响的重特大交通事故，因此对半挂汽车列车的安全性提出了更加严格的考验。

然而，国内的半挂车产品还处于生产、装配等阶段，而牵引车生产企业又只关注于牵引车的性能研发和验证，导致半挂汽车列车的整车安全性和行驶稳定性长期以来只处于少量工况的验证和测试。对汽车列车操控性能测试过程中的量化参数较少，同时无法完全回放测试结果和复原测试场景，同国外严格的测试、调教、匹配及优化的开发设计流程相比还有很大的差距。并且，对于半挂汽车列车操控性能的调试验证和测试都处于低级阶段，主要的评价方法还是通过具有多年经验的驾驶员进行主观评价，但是主观评价驾驶员需要相当漫长的时间积累和测试，国内的人员不能满足半挂汽车列车快速开发周期的需求。

因此，对半挂汽车列车操控稳定性的测试亟需通过客观、快速及科学的方式解决。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了提出一种对半挂汽车列车操纵稳定性的测试系统，解决现有技术中对操纵稳定性智能测试的技术问题。

本实用新型提供以下技术方案一种半挂汽车列车操纵稳定性测试装置，其包括传感器模块、数据处理器、结果输出装置及安全辅助装置，其中：

传感器模块包括半挂车陀螺仪、半挂车GPS天线、牵引车陀螺仪、牵引车 GPS天线，转向机器人及CAN总线数据读取器；其中，半挂车陀螺仪安装在半挂车车架中间位置，通过连接线与半挂车GPS天线相连，且半挂车陀螺仪通过 CAN连接线与CAN总线数据读取器相连；牵引车陀螺仪安装在牵引车后轴鞍座上，通过连接线与牵引车GPS天线相连，且牵引车陀螺仪通过CAN连接线与CAN 总线数据读取器相连；转向机器人安装在方向盘上，用于采集包括方向盘转向力矩、转向角及转角速率的数据；

数据处理器用于分析半挂汽车列车运动状态参数，计算得到不同工况下的评价指标和性能参数；

结果输出装置包括数据显示器和报告输出装置，数据显示器和报告输出装置分别安装在操控室中；

安全辅助装置包括主挂防折叠装置和防侧翻支架；主挂防折叠装置设置在牵引车后轴上方，防侧翻支架设置在半挂车底盘的两侧。

进一步地，半挂车陀螺仪和牵引车陀螺仪通过电源线与电池盒进行连接。

进一步地，数据处理器能够选择单片机或PLC芯片。

进一步地，主挂防折叠装置包括半挂车安装板、限位销、限位轴套、牵引车安装板；

半挂车安装板与半挂车牵引销所在平面刚性连接，两个半挂车安装板关于半挂车纵向中心线对称，半挂车安装板中间有两个用于限位的限位槽；限位槽给限位销提供限制力与力矩；

牵引车安装板，安装在牵引车鞍座两侧，两个牵引车安装板关于牵引车纵向中心线对称，牵引车安装板与牵引车车架平面刚性连接，为限位销和限位轴套提供安装基准。

进一步地，限位销，安装在限位轴套内，能够在限位轴套内自由滑动，根据传感器模块提供的车辆运动状态信息判断是否开启气动歧管控制器。

进一步地，气动歧管控制器与数据处理器相连接，用于接收来自数据处理器的控制信号，根据预先设定的阈值进行判断，高于阈值时，通过电磁阀将气路打开，将牵引车制动气室的气压作用在限位销处，低于阈值时，关闭电磁阀，切断限位销与牵引车制动气室的连接。

本实用新型的有益效果

(1)本实用新型是一种对半挂汽车列车操纵稳定性的测试系统，所述的系统依次由连接传感器模块、安全辅助装置、数据处理器以及结果显示模块组成的，其中传感器模块至少包括：牵引车和半挂车的陀螺仪及GPS天线，CAN总线数据读取器，及伺服电机和方向盘力矩和转角传感器。

(2)本实用新型通过传感器模块的多传感器组合，使现阶段半挂汽车列车操纵稳定性测试的定性转变为具体指标和参数的定量，有效缩短了整车性能匹配和验证的周期，提高了性能评价的科学性和客观性。本实用新型还能够对半挂汽车列车操稳性能进行更加全面具体的分析和测试。

(3)本实用新型不仅采集半挂汽车列车的运动状态参数(车辆加速度、姿态角以及速度等)，评价车辆的操纵稳定性，还利用转向机器人及CAN总线读取器对整车性能进行全面的测试和分析，使评价指标更加全面和丰富。同时，转向机器人能够通过准确的转角输入完成不同工况的操纵稳定性试验，保证测试结果的一致性和可重复性。

(4)本实用新型对半挂汽车列车操纵稳定性的测试指标更加全面和完整，测试过程更加安全有效，对半挂汽车列车的横向稳定性、抗侧翻特性等操稳特性的评价更为客观和准确，在此基础上能够形成更加专业高效安全的汽车列车操稳性能测试评价能力。

(5)本实用新型还通过多传感器的组合，使半挂汽车列车的操纵稳定性评价从驾驶员主观评价到准确客观的定量化转变，提高了半挂汽车列车的测试效率和测试结果的客观性。

(5)本实用新型还开发了一套防折叠系统，不仅提高了半挂汽车列车操纵稳定性测试的安全性，也为汽车列车的行驶稳定性提供了可供参考的解决方案，提高其道路行驶的安全性。因此，本实用新型能够缩短整车操稳性能研发、调校和匹配的周期，弥补主观评价所产生的评价盲区。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或者现有技术得技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用得附图做简单地介绍，显然，下面描述中的附图仅仅为本实用新型的部分实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取其他的附图。

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的部分侧面结构示意图；

图3为本实用新型的传感器模块中陀螺仪与GPS天线的连接示意图；

图4为本实用新型的主挂防折叠装置机械结构示意图；

图5为本实用新型的主挂防折叠装置的具体实施示意图；

图6为本实用新型的主挂防折叠装置的控制逻辑图。

其中：

1-半挂车陀螺仪，2-半挂车GPS天线；3-牵引车陀螺仪，4-牵引车GPS天线； 6-转向机器人，7-CAN总线数据读取器；5-防侧翻支架，8-防折叠系统，8-1半挂车安装板，8-2-限位销；8-3限位轴套，8-4牵引车安装板，9-传感器模块，10- 数据处理器，11-结果输出装置，12-安全辅助装置。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本实用新型的技术方案进行详细的阐述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其他实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。

如图1-6，该实施例提供了一种半挂汽车列车操纵稳定性测试装置，其包括传感器模块9、数据处理器10、结果输出装置11及安全辅助装置12，其中：

传感器模块9，用于对半挂汽车列车的运动状态参数进行采集；

传感器模块9包括半挂车陀螺仪1、半挂车GPS天线2，牵引车陀螺仪3、牵引车GPS天线4，转向机器人6及CAN总线数据读取器7。

半挂车陀螺仪1用于采集半挂车的运动状态参数，运动状态参数包括侧向加速度、质心侧偏角、横摆角速度等，半挂车陀螺仪1安装在半挂车车架中间靠近质心位置，通过连接线与半挂车GPS天线2相连，通过CAN连接线与CAN总线数据读取器7相连。

半挂车GPS天线2主要用于提供半挂车的速度信息。

牵引车陀螺仪3用于采集牵引车的运动状态参数，运动状态参数包括侧向加速度、质心侧偏角、横摆角速度等，牵引车陀螺仪3安装在牵引车后轴鞍座附件靠近质心位置，通过连接线与牵引车GPS天线4相连，通过CAN连接线与CAN 总线数据读取器7相连。

牵引车GPS天线4主要用于提供牵引车的速度信息。

半挂车陀螺仪1和牵引车陀螺仪3通过Ethernet连接线与电脑进行连接，对陀螺仪的初始位置进行设置，相关设置主要包括陀螺仪的XYZ方向、陀螺仪中心位置距质心位置的距离、陀螺仪距前轴与后轴的距离、陀螺仪与GPS天线之间的位置关系。

半挂车陀螺仪1和牵引车陀螺仪3通过电源线与12V电池盒进行连接，对其进行供电。

半挂车陀螺仪1和牵引车陀螺仪3及半挂车GPS天线2和牵引车GPS天线4，通过卫星定位基站，GNSS天线及Radio天线，用于保证陀螺仪的定位精度，完成汽车列车测试轨迹的回放和再现；其中半挂车陀螺仪1、牵引车陀螺仪3、卫星定位基站均为OxTS公司RT系列的产品。

转向机器人6，用于采集方向盘转向力矩、转向角及转角速率等数据；

其中所述的转向机器人6安装在方向盘上，通过方向盘支架与方向盘保持平行对中的关系，对方向盘的输入进行准确的测量。转向机器人6为ABDynamic 公司的产品。

需要重点说明的是，转向机器人6除了作为传感器来测量方向盘的转角和力矩等参数，还包括提供主动控制的伺服电机，代替驾驶员对方向盘进行控制，通过对方向盘输入准确的激励(如单变道试验可输入正弦曲线，抗侧翻可输入定半径曲线)，广泛应用于汽车转向性能评估、整车操纵稳定性试验以及ADAS主动安全系统测试。针对不同的工况，可输入相应的转角信号，精度高、效率高、试验结果的可重复性强，同时还能够快速的采集评价整车性能所需的试验数据。

CAN总线数据读取器7，用于采集发动机转速、发动机扭矩、制动和油门踏板开度数据及发动机限值。

CAN总线数据读取器7能够分析解决现代汽车中众多电控(ECU)模块之间的数据交换，是一种串行的数据总线。数据总线是模块之间运行数据的公共通道，将各个功能部件的ECU连接在一起，在总线上有大量的数据信息和控制信息流动，实现各功能部件的ECU之间的信息交换，具有实时性强，成本低等优点。

数据处理器10，用于分析所述的汽车列车运动状态参数，计算得到不同工况下的评价指标和性能参数；

数据处理器10包括但不限于单片机、PLC芯片，用于对采集到的陀螺仪数据、整车ECU数据、转向机器人数据进行滤波、平滑等处理。

结果输出装置11，用于显示和输出操稳性能评价结果；结果输出装置11包括：数据显示器和报告输出装置。数据显示器和报告输出装置均安装在操控室中；

安全辅助装置12，用于保证测试系统的安全性，保证极限工况的半挂汽车列车不发生侧翻、折叠、甩尾等危险情况；

通过传感器模块9对半挂汽车列车操纵稳定性进行全工况、多性能的检测，通过多个传感器的融合，采集能够表征车辆操稳性能的参数；采集的参数经过数据处理器10进行计算分析，得到汽车列车的性能参数，由结果显示模块11输出不同工况的评价指标。

如图4-5所示，安全辅助装置12包括主挂防折叠装置8和防侧翻支架5；

主挂防折叠装置8，所述的主挂防折叠装置包括半挂车安装板8-1、限位销 8-2、限位轴套8-3、牵引车安装板8-4

半挂车安装板8-1，半挂车安装板8-1通过四个螺栓与半挂车牵引销所在平面刚性连接，两块半挂车安装板8-1保持关于半挂车纵向中心线对称的位置关系，安装板中间有两个用于限位的限位槽；

限位槽通常为角度为40°的圆弧段，两段限位槽是为了给限位销8-2提供更稳定和可靠的限制力与力矩；

牵引车安装板8-4安装在牵引车鞍座两侧，保持关于牵引车纵向中心线对称的位置关系，各侧牵引车安装板8-4通过四个螺栓与牵引车车架平面刚性连接，为限位销8-2和限位轴套8-3提供安装基准；

限位销8-2，安装在限位轴套8-3内，能够在限位轴套内自由滑动，根据传感器模块9提供的车辆运动状态信息判断是否开启气动歧管控制器8-5，通过数据处理器10向气动歧管控制器发动控制信号，当半挂汽车列车处于折叠甩尾等危险工况时，限位销在气压的作用下向上升起，起到防止折叠的作用，当半挂汽车列车处于正常行驶工况时，来自牵引车制动气室的气压消失，牵引销落下，不会对半挂汽车列车行驶进行影响；

限位轴套8-3，与限位销形成圆柱副的接触，同时限位轴套通过气动歧管控制器发出的气压对限位销进行控制；

气动歧管控制器8-5，气动歧管控制器8-5与数据处理器10相连接，主要用于接收来自数据处理器10的控制信号，根据预先设定的阈值进行判断，高于阈值时，通过电磁阀将气路打开，将牵引车制动气室的气压作用在限位销处，低于阈值时，关闭电磁阀，切断限位销与牵引车制动气室的连接；

需要说明的是，主挂防折叠装置8的输入信号主要通过传感器模块中的半挂车陀螺仪1和牵引车陀螺仪3提供的运动状态参数，主要包括航向角、横摆角、侧向加速度参数，通过数据处理器进行分析，利用半挂汽车列车的经典动力学模型作为阈值计算模型，如果汽车列车的铰接角、横摆角速度及侧向加速度达到危险阈值，数据处理器发出信号使主挂防折叠装置作用，可实现半挂汽车列车防折叠失稳的主动干预。

防侧翻支架5安装在半挂车底盘的两侧，在半挂车发生侧翻时候，起到支撑作用。

因此，本实用新型专利不限于以上描述，并可包括在不脱离本实用新型保护范围和精神的情况下针对本实用新型所作的各种变型、改型及等效方案虽然上面结合本实用新型的优选实施例对本实用新型的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本实用新型的示意性实现方式的解释，并非对本实用新型包含范围的限定。

Claims (6)

1.一种半挂汽车列车操纵稳定性测试装置，其包括传感器模块(9)、数据处理器(10)、结果输出装置(11)及安全辅助装置(12)，其中：

传感器模块(9)包括半挂车陀螺仪(1)、半挂车GPS天线(2)、牵引车陀螺仪(3)、牵引车GPS天线(4)，转向机器人(6)及CAN总线数据读取器(7)；其中，半挂车陀螺仪(1)安装在半挂车车架中间位置，通过连接线与半挂车GPS天线(2)相连，且半挂车陀螺仪(1)通过CAN连接线与CAN总线数据读取器(7)相连；牵引车陀螺仪(3)安装在牵引车后轴鞍座上，通过连接线与牵引车GPS天线(4)相连，且牵引车陀螺仪(3)通过CAN连接线与CAN总线数据读取器(7)相连；转向机器人(6)安装在方向盘上，用于采集包括方向盘转向力矩、转向角及转角速率的数据；

数据处理器(10)用于分析半挂汽车列车运动状态参数；

结果输出装置(11)包括数据显示器和报告输出装置，数据显示器和报告输出装置分别安装在操控室中；

安全辅助装置(12)包括主挂防折叠装置(8)和防侧翻支架(5)；主挂防折叠装置(8)设置在牵引车后轴上方，防侧翻支架(5)设置在半挂车底盘的两侧。

2.根据权利要求1所述的半挂汽车列车操纵稳定性测试装置，其特征在于：半挂车陀螺仪(1)和牵引车陀螺仪(3)通过电源线与电池盒进行连接。

3.根据权利要求1所述的半挂汽车列车操纵稳定性测试装置，其特征在于：数据处理器(10)能够选择单片机或PLC芯片。

4.根据权利要求1所述的半挂汽车列车操纵稳定性测试装置，其特征在于：主挂防折叠装置包括半挂车安装板(8-1)、限位销(8-2)、限位轴套(8-3)、牵引车安装板(8-4)；

半挂车安装板(8-1)与半挂车牵引销所在平面刚性连接，两个半挂车安装板(8-1)关于半挂车纵向中心线对称，半挂车安装板(8-1)中间有两个用于限位的限位槽；限位槽给限位销(8-2)提供限制力与力矩；

牵引车安装板(8-4)，安装在牵引车鞍座两侧，两个牵引车安装板(8-4)关于牵引车纵向中心线对称，牵引车安装板(8-4)与牵引车车架平面刚性连接，为限位销(8-2)和限位轴套(8-3)提供安装基准。

5.根据权利要求4所述的半挂汽车列车操纵稳定性测试装置，其特征在于：限位销(8-2)，安装在限位轴套(8-3)内，能够在限位轴套内自由滑动，根据传感器模块(9)提供的车辆运动状态信息判断是否开启气动歧管控制器(8-5)。

6.根据权利要求5所述的半挂汽车列车操纵稳定性测试装置，其特征在于：气动歧管控制器(8-5)与数据处理器(10)相连接，用于接收来自数据处理器(10)的控制信号，根据预先设定的阈值进行判断，高于阈值时，通过电磁阀将气路打开，将牵引车制动气室的气压作用在限位销处，低于阈值时，关闭电磁阀，切断限位销与牵引车制动气室的连接。

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