CN106197416B - 一种多工况汽车侧翻指标计算装置及其计算方法 - Google Patents

一种多工况汽车侧翻指标计算装置及其计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多工况汽车侧翻指标计算装置及其计算方法，侧翻指标计算装置包括侧翻指标计算单元、电子陀螺仪传感器、汽车角加速度传感器、左前相对位移传感器、左前非簧载质量加速度传感器、右前相对位移传感器、右前非簧载质量加速度传感器、左后相对位移传感器、左后非簧载质量加速度传感器、右后非簧载质量加速度传感器和右后相对位移传感器；工作时，侧翻指标计算单元通过传感器采集的数据，根据汽车侧翻动力学规律计算侧翻因子，评价汽车侧翻危险性。该装置可对多种工况下汽车的侧翻危险性进行计算，将计算结果提供给驾驶员或其他安全控制装置，有效控制和防止汽车侧翻。

Description

一种多工况汽车侧翻指标计算装置及其计算方法
技术领域
本发明涉及汽车侧翻安全领域，尤其涉及一种汽车安全评价装置及方法，具体为一种多工况汽车侧翻指标计算装置及其计算方法。
背景技术
随着消费者对车辆安全性日益重视，车辆安全措施也不断产生和改进。汽车侧翻事故占交通事故的比例较低，但伤亡率很高。尤其对于大型客车和货车来说更易引起群死群伤和波及路面其他车辆。简单且精确的汽车侧翻指标计算装置和方法将有助于汽车防侧翻手段的运用，达到更好的防侧翻效果。
经查相关文献有很多专利探讨了汽车侧翻指标计算装置和方法的设计，如Yoshihisa,‘ROLLOVER JUDGING DEVICE’，Patent No.:US 7,236,864 B2.公开了一种侧翻判断装置。该装置采集车辆侧倾角速度和侧向加速度两个数据，并通过对侧倾角速度积分得到侧倾角。依据侧倾角速度和侧倾角计算车辆是否有侧倾可能，依据侧向加速度来判断是否确实会发生侧翻。该方法采用较少的传感器获得汽车侧翻判断依据，但该方法准确度不高，仅适用与非绊倒型侧翻工况，对不同车辆侧翻标准不一致。
Jan Konried Schiffmann,‘VEHICLE ROLLOVER SENSING’，Patent Number：6,002,975.公开了一种侧翻感知装置和方法。它可以预测车辆的侧翻和俯仰状态。该装置及方法采集姿态角速度、侧向角速度和垂向加速度信号并计算当前的姿态角和预测的姿态角。将预测的姿态角和阀值比较，判断车辆是否会发生翻车。该装置及方法通过预测值来判断车辆是否会发生侧翻，可以获得更多采取防御措施的时间。通过姿态角判断汽车是否侧翻不具备普遍性，针对不同的车辆需要设置不同的阀值，操作较为繁琐。
邱绪云，《一种汽车侧翻时间测量装置及其计算方法》，申请公布号：CN 105034740A。公开了一种汽车侧翻时间测量装置及其计算方法。本装置及方法通过传感器采集载荷数据并用于计算横向载荷转移率。通过横向载荷转移率计算汽车侧翻预测时间。但是，横向载荷转移率的测量较为困难，实时性差，很难获得精确数据，故该方法的可靠性低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是为了克服现有汽车侧翻指标计算装置及其计算方法数据不精确、实时性差、通用性考虑不足的问题，提供了一种多工况汽车侧翻指标计算装置及其计算方法，通过对布置在车上的传感器采集的数据以及多工况汽车侧翻评价计算方法获得准确实时的汽车侧翻性能。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种多工况汽车侧翻指标计算装置，包含侧翻指标计算单元、电子陀螺仪传感器、汽车角加速度传感器、左前相对位移传感器、左前非簧载质量加速度传感器、右前相对位移传感器、右前非簧载质量加速度传感器、左后相对位移传感器、左后非簧载质量加速度传感器、右后非簧载质量加速度传感器和右后相对位移传感器；
所述电子陀螺仪传感器用于测量汽车的绝对俯仰角、绝对侧倾角、侧向加速度和车身垂向加速度；
所述角加速度传感器用于测量汽车的侧倾角加速度；
所述左前相对位移传感器用于测量汽车左前悬架相对位移；
所述右前相对位移传感器用于测量汽车右前悬架相对位移；
所述左后相对位移传感器用于测量汽车左后悬架相对位移；
所述右后相对位移传感器用于测量汽车右后悬架相对位移；
所述左前非簧载质量加速度传感器用于测量汽车前车桥左侧垂向加速度；
所述右前非簧载质量加速度传感器用于测量汽车前车桥右侧垂向加速度；
所述左后非簧载质量加速度传感器用于测量汽车后车桥左侧垂向加速度；
所述右后非簧载质量加速度传感器用于测量汽车后车桥右侧垂向加速度；
所述侧翻指标计算单元分别和电子陀螺仪传感器、汽车角加速度传感器、左前相对位移传感器、左前非簧载质量加速度传感器、右前相对位移传感器、右前非簧载质量加速度传感器、左后相对位移传感器、左后非簧载质量加速度传感器、右后非簧载质量加速度传感器、右后相对位移传感器电气相连，用于根据输入计算汽车的侧翻指标。
作为本发明一种多工况汽车侧翻指标计算装置进一步的优化方案，所述侧翻指标计算单元采用ARM系列单片机。
作为本发明一种多工况汽车侧翻指标计算装置进一步的优化方案，所述侧翻指标计算单元采用SAA7750单片机。
本发明还公开了基于该多工况汽车侧翻指标计算装置的评价方法，包含以下步骤：
步骤1)，根据测得的汽车前后左右四个悬架的相对位移计算出汽车的车身侧倾角，再结合汽车的绝对侧倾角计算出汽车所在路面的倾角
Figure BDA0001039704020000021
步骤2)，根据所述四个悬架的相对位移计算出汽车的车身俯仰角，再结合汽车的绝对俯仰角计算出汽车所在路面的坡角θr；
步骤3)，根据测得的汽车前车桥左侧垂向加速度和后车桥左侧垂向加速度计算出汽车左侧非簧载质量垂向加速度
Figure BDA0001039704020000031
步骤4)，根据测得的汽车前车桥右侧垂向加速度和后车桥右侧垂向加速度计算出汽车右侧非簧载质量垂向加速度
Figure BDA0001039704020000032
步骤5)，根据测得的汽车的侧向加速度ay、绝对侧倾角
Figure BDA0001039704020000033
车身垂向加速度/>
Figure BDA0001039704020000034
侧倾角加速度/>
Figure BDA0001039704020000035
结合汽车结的构参数、，应用汽车侧翻动力学规律按照以下公式计算出汽车多工况汽车的侧翻指标：
Figure BDA0001039704020000036
所述汽车的结构参数包括左侧非簧载质量m1、右侧非簧载质量m2、簧载质量ms、总质量m、汽车侧倾转动惯量Ix、整车质心高度H、汽车重心与侧倾中心的距离h、轮距TW、重力加速度g。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1.道路工况适应性好。考虑路面坡角、倾角以及路面不平度等参数变化对汽车侧翻的影响，可以评价汽车在多种易侧翻路况下的侧翻危险性。
2.适应评价所有易侧翻的车型。该评价方法对所有车型的侧翻阈值统一，且所有参数在实车中易于测量实现。
3.准确度高。评价方法根据汽车侧翻运动规律获得，且所变量均可准确测量或计算，因此得到的评价指标准确度高。
4.经济性和实时性好。所用传感器均为常用传感器，装置成本小，且均为实时测量和计算。
附图说明
图1是多工况汽车侧翻指标计算装置的硬件组成图；
图2是多工况汽车侧翻指标计算方法的工作流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
如图1和图2所示，本发明公开了一种多工况汽车侧翻指标计算装置，包含，侧翻指标计算输出模块、电子陀螺仪传感器、汽车角加速度传感器、左前相对位移传感器、左前非簧载质量加速度传感器、右前相对位移传感器、右前非簧载质量加速度传感器、左后相对位移传感器、左后非簧载质量加速度传感器、右后非簧载质量加速度传感器和右后相对位移传感器。
侧翻指标计算单元采用ARM系列单片机，优先采用SAA7750单片机。
***启动，传感器初始化模块初始化所有传感器，各传感器开始采集数据。电子陀螺仪传感器采集汽车的侧向加速度信号、绝对俯仰角信号、整车垂向加速度和绝对侧倾角信号，汽车角加速度传感器采集汽车侧倾角加速度，左前相对位移传感器采集左前悬架相对位移，右前相对位移传感器采集右前悬架相对位移，左后相对位移传感器采集左后悬架相对车身的相对位移，右后相对位移传感器采集后右后悬架相对位移，左前非簧载质量加速度传感器采集前车桥左侧垂向加速度垂向加速度，右前非簧载质量加速度传感器采集前车桥右侧垂向加速度垂向加速度，左后非簧载质量加速度传感器采集后车桥左侧垂向加速度垂向加速度，右后非簧载质量加速度传感器采集后车桥右侧垂向加速度垂向加速度。
下面以易侧翻的几种典型路况为例，说明汽车侧翻因子计算及侧翻危险评价的原理。
当汽车在不平直路面行驶时，由角度测量模块得到绝对俯仰角和绝对侧倾角的值为
Figure BDA0001039704020000041
由相对位移测量模块得到左前悬架相对位移、右前悬架相对位移、左后悬架相对位移和右后悬架相对位移的值分别为z1F、z2F、z1R、z2R；由加速度测量模块得到汽车的侧向加速度为0、车身垂向加速度、前车桥左侧垂向加速度的、前车桥右侧垂向加速度、后车桥左侧垂向加速度和后车桥右侧垂向加速度的值分别为/>
Figure BDA0001039704020000042
由角加速度测量模块得到汽车侧倾角加速度的值为/>
Figure BDA0001039704020000043
由车身姿态角计算模块得到车身俯仰角的值为0、车身侧倾角的值为/>
Figure BDA0001039704020000044
由左侧非簧载质量垂向加速度计算模块得到左侧非簧载质量垂向加速度的值为/>
Figure BDA0001039704020000045
由右侧非簧载质量垂向加速度计算模块得到右侧非簧载质量垂向加速度的值为/>
Figure BDA0001039704020000046
由路面坡角计算模块得到路面坡角的值为0；由路面倾角计算模块得到路面倾角的值为0。根据不为零的车身垂向加速度/>
Figure BDA0001039704020000047
左侧非簧载质量垂向加速度/>
Figure BDA0001039704020000048
非簧载质量垂向加速度/>
Figure BDA0001039704020000049
绝对侧倾角/>
Figure BDA00010397040200000410
和汽车侧倾角加速度/>
Figure BDA00010397040200000411
由多工况汽车侧翻因子计算模块计算得到该工况下的实时汽车侧翻因子，评价汽车侧翻危险性。
当汽车在水平路面转向行驶时，由角度测量模块得到绝对俯仰角的值为0，绝对侧倾角的值为
Figure BDA00010397040200000412
由相对位移测量模块得到左前悬架相对位移、右前悬架相对位移、左后悬架相对位移和右后悬架相对位移的值分别为z1F、z2F、z1R、z2R；由加速度测量模块得到汽车的侧向加速度的值为ay，车身垂向加速度、前车桥左侧垂向加速度的、前车桥右侧垂向加速度、后车桥左侧垂向加速度和后车桥右侧垂向加速度的值均为0，由角加速度测量模块得到汽车侧倾角加速度的值为/>
Figure BDA0001039704020000051
由车身姿态角计算模块得到车身俯仰角的值为0，车身侧倾角的值为/>
Figure BDA0001039704020000052
由左侧非簧载质量垂向加速度计算模块得到左侧非簧载质量垂向加速度的值为0；由右侧非簧载质量垂向加速度计算模块得到右侧非簧载质量垂向加速度的值为0；由路面坡角计算模块得到路面坡角的值为0；由路面倾角计算模块得到路面倾角的值为0。根据不为零的侧向加速度ay、汽车侧倾角加速度/>
Figure BDA0001039704020000053
和车身侧倾角/>
Figure BDA0001039704020000054
由多工况汽车侧翻因子计算模块计算得到该工况下的实时汽车侧翻因子，评价汽车侧翻危险性。
当汽车在高速公路匝道行驶时，由角度测量模块得到绝对俯仰角的值为θa，绝对侧倾角的值为
Figure BDA0001039704020000055
由相对位移测量模块得到左前悬架相对位移、右前悬架相对位移、左后悬架相对位移和右后悬架相对位移的值分别为z1F、z2F、z1R、z2R；由加速度测量模块得到汽车的侧向加速度的值为ay、车身垂向加速度、前车桥左侧垂向加速度的、前车桥右侧垂向加速度、后车桥左侧垂向加速度和后车桥右侧垂向加速度的值均为0，由角加速度测量模块得到汽车侧倾角加速度的值为/>
Figure BDA00010397040200000516
由车身姿态角计算模块得到车身俯仰角的值为θ，车身侧倾角的值为/>
Figure BDA0001039704020000056
由左侧非簧载质量垂向加速度计算模块得到左侧非簧载质量垂向加速度的值为0；由右侧非簧载质量垂向加速度计算模块得到右侧非簧载质量垂向加速度的值为0；由路面坡角计算模块得到路面坡角的值为θr；由路面倾角计算模块得到路面倾角的值为/>
Figure BDA0001039704020000057
根据不为零的绝对侧倾角/>
Figure BDA0001039704020000058
路面坡角θr、路面倾角/>
Figure BDA0001039704020000059
侧向加速度ay、侧倾角加速度/>
Figure BDA00010397040200000510
由多工况汽车侧翻因子计算模块计算得到该工况下的实时汽车侧翻因子，评价汽车侧翻危险性。
当汽车在水平直路面行驶且受到侧面碰撞时，由角度测量模块得到绝对俯仰角的值为0，绝对侧倾角的值为
Figure BDA00010397040200000511
由相对位移测量模块得到左前悬架相对位移、右前悬架相对位移、左后悬架相对位移和右后悬架相对位移的值分别为z1F、z2F、z1R、z2R；由加速度测量模块得到汽车的侧向加速度的值为ay，车身垂向加速度、前车桥左侧垂向加速度的、前车桥右侧垂向加速度、后车桥左侧垂向加速度和后车桥右侧垂向加速度的值均为0，由角加速度测量模块得到汽车侧倾角加速度的值为/>
Figure BDA00010397040200000512
由车身姿态角计算模块得到车身俯仰角的值为0，车身侧倾角的值为/>
Figure BDA00010397040200000513
由左侧非簧载质量垂向加速度计算模块得到左侧非簧载质量垂向加速度的值为0；由右侧非簧载质量垂向加速度计算模块得到右侧非簧载质量垂向加速度的值为0；由路面坡角计算模块得到路面坡角的值为0；由路面倾角计算模块得到路面倾角的值为0。根据不为零的侧向加速度ay、汽车侧倾角加速度/>
Figure BDA00010397040200000514
和车身侧倾角/>
Figure BDA00010397040200000515
由多工况汽车侧翻因子计算模块计算得到该工况下的实时汽车侧翻指标，评价汽车侧翻危险性。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种多工况汽车侧翻指标计算装置的评价方法，所述多工况汽车侧翻指标计算装置包含侧翻指标计算单元、电子陀螺仪传感器、汽车角加速度传感器、左前相对位移传感器、左前非簧载质量加速度传感器、右前相对位移传感器、右前非簧载质量加速度传感器、左后相对位移传感器、左后非簧载质量加速度传感器、右后非簧载质量加速度传感器和右后相对位移传感器；
所述电子陀螺仪传感器用于测量汽车的绝对俯仰角、绝对侧倾角、侧向加速度和车身垂向加速度；
所述角加速度传感器用于测量汽车的侧倾角加速度；
所述左前相对位移传感器用于测量汽车左前悬架相对位移；
所述右前相对位移传感器用于测量汽车右前悬架相对位移；
所述左后相对位移传感器用于测量汽车左后悬架相对位移；
所述右后相对位移传感器用于测量汽车右后悬架相对位移；
所述左前非簧载质量加速度传感器用于测量汽车前车桥左侧垂向加速度；
所述右前非簧载质量加速度传感器用于测量汽车前车桥右侧垂向加速度；
所述左后非簧载质量加速度传感器用于测量汽车后车桥左侧垂向加速度；
所述右后非簧载质量加速度传感器用于测量汽车后车桥右侧垂向加速度；
所述侧翻指标计算单元分别和电子陀螺仪传感器、汽车角加速度传感器、左前相对位移传感器、左前非簧载质量加速度传感器、右前相对位移传感器、右前非簧载质量加速度传感器、左后相对位移传感器、左后非簧载质量加速度传感器、右后非簧载质量加速度传感器、右后相对位移传感器电气相连，用于根据输入计算汽车的侧翻指标；
其特征在于，所述多工况汽车侧翻指标计算装置的评价方法包含以下步骤：
步骤1)，根据测得的汽车前后左右四个悬架的相对位移计算出汽车的车身侧倾角，再结合汽车的绝对侧倾角计算出汽车所在路面的倾角
Figure FDA0003942000250000011
步骤2)，根据所述四个悬架的相对位移计算出汽车的车身俯仰角，再结合汽车的绝对俯仰角计算出汽车所在路面的坡角θr；
步骤3)，根据测得的汽车前车桥左侧垂向加速度和后车桥左侧垂向加速度计算出汽车左侧非簧载质量垂向加速度
Figure FDA0003942000250000012
步骤4)，根据测得的汽车前车桥右侧垂向加速度和后车桥右侧垂向加速度计算出汽车右侧非簧载质量垂向加速度
Figure FDA0003942000250000021
步骤5)，根据测得的汽车的侧向加速度ay、绝对侧倾角
Figure FDA0003942000250000022
车身垂向加速度/>
Figure FDA0003942000250000023
侧倾角加速度/>
Figure FDA0003942000250000024
结合汽车结的构参数，应用汽车侧翻动力学规律按照以下公式计算出汽车多工况汽车的侧翻指标：
Figure FDA0003942000250000025
所述汽车的结构参数包括左侧非簧载质量m1、右侧非簧载质量m2、簧载质量ms、总质量m、汽车侧倾转动惯量Ix、整车质心高度H、汽车重心与侧倾中心的距离h、轮距TW、重力加速度g。
2.根据权利要求1所述的多工况汽车侧翻指标计算装置的评价方法，其特征在于，所述侧翻指标计算单元采用ARM系列单片机。
3.根据权利要求2所述的多工况汽车侧翻指标计算装置的评价方法，其特征在于，所述侧翻指标计算单元采用SAA7750单片机。
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