预警车辆侧翻的方法和装置

1.一种预警车辆侧翻的方法，其特征在于：利用传感器检测在行驶过程中车辆的横向载荷转移率及侧向加速度值，传感器将检测到的数据发送至微处理单元中，微处理单元将横向载荷转移率及侧向加速度值分别与它们的预设阈值进行比较，当它们同时超过预设阈值后，处理器将控制报警装置进行报警；所述的横向载荷转移率为车辆两侧的钢板弹簧形变应力值的比值，如下式所示：
式中，Fli为车辆左侧车轮上的垂直载荷；Fri为车辆右侧车轮上的垂直载荷；i和n分别为轴的位置和总的车轴数。

预警车辆侧翻的方法和装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种安全预警的方法和装置，特别是一种预警车辆侧翻的方法和装置。
背景技术
[0002] 随着我国汽车工业的不断发展和道路交通设施的改善，汽车行驶速度不断提高，导致大量交通事故的发生，造成人员伤亡和巨大的经济损失，因此，汽车行驶的安全性越来越受到人们的重视。一些汽车如油罐车、中重型货车、重型半挂车等由于其质心位置高、质量和体积较大等特点，在高速转弯和弯道直径较小时极易发生侧翻事故。据美国公路交通安全管理局（NHTSA）车辆侧翻所引起事故的危害程度仅次于车辆碰撞所引起的事故，位居第二。欧洲及北美交通事故统计分析表明，汽车侧翻占导致人身伤害交通事故的5%，占存在人员死亡的交通事故的20%。车辆侧翻之车辆在行驶过程中绕纵轴转动车辆侧翻是指车辆在行驶过程中绕纵轴转动90°或更大的角度，以致车身和地面相接触的危险侧向运动。
车辆侧翻一般分为两种：一种是绊倒侧翻，即车辆行驶时发生侧向滑移，与路面上的障碍物侧向撞击而将其“绊倒”；一种是曲线运动引起的侧翻，即车辆在道路上行驶时，车辆侧向加速度超过侧翻阈值，内侧车轮垂直反作用力为零时引起侧翻。影响车辆侧翻的因素很多，通常分为两大类：一是与汽车设计参数有关的静态因素，如质心高度、轮距、悬架和轮胎特性等；二是随汽车行驶而异的因素，如司机的转向模式，道路表面的形状及附着系数，汽车承载型式，路面上有无障碍等。例如罐式汽车的罐内装满液体时，液体货物的质量均匀分布于罐内，车辆的侧翻特性与运输等量固体货物时基本相同。但当罐内只是部分装载液体货物并转向行驶时，由于液体的流动性，罐内液体将晃动，在重力与惯性力等的作用下，整车的质心位置也将发生变化，使罐式汽车的侧翻特性受到影响，其侧翻阈值减小，容易导致侧翻事故的发生。目前，中国专利公开号CN2825373Y，名称为“自卸车防侧翻报警装置”的申请案，其特征是采用两路倾角开关根据自卸车工作时的实际情况，感知横向斜坡角度，在两个不同的角度分别闭合导通。用电阻进行限流，高亮度的发光二极管和蜂鸣器对倾角开关所感知斜坡角度进行声光报警提示，该系统功能单一，采用机械开关，测量的可靠性差，测量的汽车种类单一，限制了系统的普及和应用。传统的侧倾测量装置只是单纯的测量汽车的侧倾角或单纯的测量汽车的侧向加速度。而汽车的侧倾角实验值和实际侧倾值相差很大，不能准确的判断汽车是否达到侧倾条件。本发明采用同时测量侧向加速度和横向载荷转移率两个值作为评价汽车侧倾的条件，使测量结果更准确，可靠性更强。
发明内容
[0003] 本发明所要解决的技术问题是：提供一种预警车辆侧翻的方法和装置，其准确性好、可靠性强且具有普遍使用性，以克服现有技术的不足。
[0004] 本发明的是这样实现的：预警车辆侧翻的方法，利用传感器检测在行驶过程中车辆的横向载荷转移率及侧向加速度值，传感器将检测到的数据发送至微处理单元中，微处理单将横向载荷转移率及侧向加速度值分别与它们的预设阈值进行比较，当它们超过预设阈值后，处理器将控制报警装置进行报警。
[0005] 所述的横向载荷转移率为车辆两侧的钢板弹簧形变应力值的比值。
[0006] 预警车辆侧翻的装置，它包括微处理单元，电源，微处理单元与电源连接，在微处理单元上连接有左侧钢板弹簧应变传感器、右侧钢板弹簧应变传感器、侧向加速度传感器及报警装置。
[0007] 报警装置包括报警器、安全灯、预警灯、报警灯及显示器。
[0008] 本发明针对实验车型在实验研究的基础上,根据车辆临界侧翻时车辆两侧钢板弹簧变形和侧向加速度特征,运用应力应变传感器和侧向加速度传感器并结合智能控制器对行驶中的车辆进行侧翻检测，当车辆有侧翻趋势时对驾驶员进行声光报警，使驾驶员采取减速行驶等措施避免侧翻事故的发生，或为以后的防侧翻装置提供侧翻预警信号。
[0009] 具体来说，主要判断依据为利用横向载荷转移情况来判断车辆侧翻，即侧翻预警算法，侧翻预警算法通过车辆两侧的钢板弹簧形变应力值的比值来估算横向载荷转移情况及横向载荷转移率。
[0010] 横向载荷转移率LLTR（Lateral Load Transfer Rate）定义为：车辆两侧车轮上的垂直载荷之差与垂直荷载之和的比值，如下式所示：
[0011]
[0012] 式中，Fli为车辆左侧车轮上的垂直载荷；Fri为车辆右侧车轮上的垂直载荷；i和n分别为轴的位置和总的车轴数。在本发明中我们取车辆的最后一根车轴即i=1，取一根车轴，计算简单方便，因车辆侧翻时最后一根车轴最先Y侧翻趋有侧倾趋势，因此，对最后一根车轴进行计算。
[0013] 此外，本发明还运用侧向加速度传感器监测车辆的侧向加速，对侧翻条件进行补充和修正。在车辆行驶过程中的某些特殊情况，如车辆通过较大的凸包、凹坑和倾斜的路面时，会对车辆的横向载荷转移率产生较大的影响，如果只用横向载荷转移率作为侧翻因子，则报警系统容易产生误报。本发明运用横向载荷转移率和侧向加速度作为侧翻因子，只有当两个因子的实测值都超过预设阈值时，报警装置才会报警。与其它的侧翻预警系统相比摆脱了单一侧翻因子带来的实际准确性低和可靠性差的缺点，由于本发明通过测定车辆两侧的钢板弹簧形变应力值来计算出横向载荷转移率，因此适用于所有以钢板弹簧作为悬架系统弹性元件的车辆。
[0014] 微处理单元通过获取传感器监测的数据来判断车辆的行驶状态，传感器将实时监测的数据传送到微处理单元，微处理单元将这些数据带入预先设置在微处理单元内部的程序中，计算得到横向载荷转移率并与侧向加速度值一起与预设在微处理单元程序里的侧翻阈值进行比较，如果小于侧翻阈值，报警装置不报警；如果大于侧翻阈值，则表明车辆有侧翻趋势，报警装置开始报警。
[0015] 本发明的工作原理如图2所示，当启动车辆时，微处理单元启动，并开始接收来自于传感器输出的信号。工作时微处理单元会实时检测两侧的钢板弹簧应变传感器传输来的数据，并把该数据代入已有程序，计算出横向载荷转移率。同时，微处理单元会实时检测侧向加速度传感器传输来的侧向加速度值，微处理单元将这两个值与预设阈值进行比较，当这两个值都大于预设侧翻阈值时，微处理单元将打开报警装置的开关，报警装置开始工作进行声光，即报警器发出报警蜂鸣，报警灯闪烁。
[0016] 工作原理图2的右半部分是辅助工作部分：该部分的作用是计算车辆两侧的载荷之比，并通过报警显示器告知司机。当货物摆放不均或由于途中货物位置发生变化致使车辆两侧的载荷比例太过失调时，系统将会提醒司机。判断车辆两侧的载荷之比的依据是比较车辆两侧钢板弹簧形变应力值的比值，其先决条件是车辆行驶平稳，即侧向加速度接近于0的状态。如原理图2所示，当微处理单元检测到钢板弹簧形变没有恢复初值时，会再检测侧向加速度传感器判断侧向加速度是否接近于0，如果是，微处理单元将会检测并对比两侧的钢板弹簧形变应力值，并将所算比例显示报警显示器上，然后再判断这个比例是否超程，如果超程，预报警灯将会闪烁以提醒司机。
[0017] 本发明的方法准确可靠，所采用元器件技术成熟，体积小；工作可靠性高，无需对现有车型进行大的结构改动，适合各种类型和新旧车辆，对于提高车辆的行驶安全具有显著的作用。
[0018] 由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明采用检测车辆在行驶过程中两侧的钢板弹簧形变应力值以及侧向加速度值，并将检测数据通过处理器进行比较，对超出预设阈值的情况进行报警；本发明通过两侧的钢板弹簧应变力的比值来估算横向载荷转移情况，并采用侧向加速度对横向载荷转移率进行修正，综合考虑了横向载荷转移率和侧向加速度侧翻因子，防止车辆实际行驶情况下的类似情况对横向载荷转移率判断指标的干扰而造成的误报警和过早报警，极大的提高了报警的际准确性低和抗干扰能力，实际运用性强。本发明的方法准确可靠，所采用元器件技术成熟，体积小；工作可靠性高，无需对现有车型进行大的结构改动，适合各种类型和新旧车辆，对于提高车辆的行驶安全具有显著的作用。
附图说明
[0019] 附图1为本发明的结构示意图；
[0020] 附图2为本发明的工作原理图；
[0021] 附图3、附图4为钢板弹簧应变传感器与微处理单元连接电路图；
[0022] 附图5为侧向加速度传感器与微处理单元连接电路图；
[0023] 附图6为报警器电路图；
[0024] 附图7为安全等、预警灯及报警灯电路图；
[0025] 附图8为报警显示器电路图。
具体实施方式
[0026] 本发明的实施例：预警车辆侧翻的方法，利用传感器检测在行驶过程中车辆两侧的钢板弹簧形变应力值及侧向加速度值，传感器将检测到的数据发送至微处理单元中，微处理单将车辆两侧的钢板弹簧形变应力值的比值作为车辆的横向载荷转移率，并车辆的横向载荷转移率将及侧向加速度值分别与它们在处理装置中的预设阈值进行比较，当它们超过预设阈值后，处理器将控制报警装置进行报警。
[0027] 预警车辆侧翻的装置的结构如图1所示，采用STC89C52单片机作为微处理单元1，将其与电源2进行连接，在微处理单元1上连接左侧钢板弹簧应变传感器3、右侧钢板弹簧应变传感器4、侧向加速度传感器5及报警装置；报警装置包括报警器6、安全灯7、预警灯8及报警灯9及显示器10；各部件与微处理单元1之间采用通讯信号线进行连接。
[0028] 电源2采用车载电源；左侧钢板弹簧应变传感器3和右侧钢板弹簧应变传感器4采用型号为HBM K-LY4X-3/350的应变传感器；侧向加速度传感器5采用型号为MMAmma7455的加速度传感器；报警器6采用扬声器；安全灯7、预警灯8及报警灯9采用LED灯；报警显示器10采用数码显示管或车载液晶显示器。