CN110080136A - 一种车辆侧翻智能防护***及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆侧翻智能防护***及其控制方法，车辆侧翻智能防护***包含判断模块和防护单元；判断模块包含传感器单元、第一控制器和信号发射器；传感器单元包含水平仪和陀螺仪；防护单元包含信号接收器、第二控制器、立柱、斜撑、横梁、缓冲装置、第一轴承、第二轴承和调节柱；调节柱包含推杆、气缸、动力气体发生单元；气囊单元包含气囊织带、气囊气体发生器、塑料薄板；第一控制器分别与水平仪、陀螺仪、信号发射器电气连接；第二控制器分别与信号接收器、动力气体发生单元和气囊气体发生器电气连接。本发明结构简单，可通过物联网实现车辆与护栏的通讯，护栏在可能发生撞击的位置调整姿态，打开缓冲气囊，减小车辆受到的冲击。

Description

一种车辆侧翻智能防护***及其控制方法

技术领域

本发明涉及车辆安全领域，尤其涉及一种车辆侧翻只能防护栏及其控制方法。

背景技术

随着汽车行业和国家经济的快速发展，我国汽车保有量已跻身世界前列。尤其是家用SUV、客车与货车已成为我国公路运输的主要交通工具，但是该类车型中乘客或货物较多、质量和体积较大，质心较高，所以相较于小型汽车，其稳定性较差且一旦发生侧翻会造成群死群伤和环境污染等严重后果。护栏是一种有效缓冲和阻挡车辆侧翻的有效保护措施，将防止车辆进一步侧翻，防止伤及周围车辆和人员。

为解决上述问题，市场上已出现许多且种类繁多的公路护栏。如杨光等发明的“一种公路护栏结构”（申请号 201811015191 .3），其通过上横梁与下横梁间的弹簧，在发生碰撞时可有效吸收能量，减小乘客的损伤。但是该发明的尺寸设计只适合于小型车辆的正面或侧面碰撞，如遇大型客车和货车侧翻时，不是在护栏的正面碰撞，而是从护栏的斜上方进行碰撞。此时，护栏的立柱会先与车身接触，对车身局部区域造成较大的破坏，甚至侵入车身内部，直接对乘客造成较大的损伤。

楼月芳发明的“高速公路护栏”（申请号 201810826222 .7），其通过设置缓冲垫和滑动机构，缓解车辆低速下与护栏的碰撞，同时能对驾驶员进行提醒，使驾驶员进行相关的操作，避免进一步的碰撞。但是该发明只能对低速下行驶的车辆起到缓解碰撞和提醒的作用，因护栏缓冲垫的缓冲功能有限，当车辆在高速行驶时与护栏发生碰撞，其所吸收的能量占碰撞总能量的比重较小，难以其他缓解碰撞的作用。同时，在高速行驶状态下，护栏无法对驾驶员起到提醒作用。

王本勋发明的“一种基于物联网技术的智能护栏”（申请号 201810035532.7），其通过在栏杆外侧安装若干个轴承,使得车辆撞击到栏杆上时,车体可以通过轴承在栏杆上滚动，从而减小碰撞时车身发生的变形。同时，该护栏在感应到碰撞后，可自动通过物联网对附近的交警部门进行报警。但是，该发明结构复杂、成本较高、安装难度较大，且当发生碰撞时，控制***很容易被破坏而无法发出报警信号。

综上所述，目前的护栏大多只是考虑小型车辆的正面碰撞和侧面碰撞的情况，没有可以同时面对不同车型，不同碰撞工况时，都能起到良好保护作用的护栏。因大客车和大货车等质心较高，质量较大，当发生侧翻时，现有的护栏往往是顶部先与车身接触，不但不能起到保护作用，反而会加大车身的变形量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种车辆侧翻只能防护栏及其控制方法，通过物联网技术使车辆与护栏能够进行通讯，从而使护栏可以根据车型的大小，调整不同的姿态，使碰撞接触面更大，避免局部车身产生过大的形变。同时，此设置有气囊模块，可根据车辆发出的信号打开气囊，起到缓冲作用，减小损伤。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种车辆侧翻智能防护***及其控制方法，包含判断模块和防护模块；

所述判断模块设置在车辆上，包含水平仪、陀螺仪、存储单元、第一控制器和信号发射器；

所述水平仪、陀螺仪设置在车辆质心位置，均用于检测客车的车身侧倾角度，并将测得的车身倾斜角度传递给所述第一控制器；

所述信号发射器设置在车辆前横梁轴线处，用于向其工作范围内的防护单元发出报警信号；

所述存储单元用于存储车辆的车型大小信息，所述车型大小信息为小型车、中型车或大型车；

所述第一控制器分别和水平仪、陀螺仪、存储单元、信号发射器电气连接，用于根据水平仪传感器和陀螺仪传感器的感应信号判断车身是否发生侧翻，如果发生侧翻，则控制信号发射器发射报警信号，所述报警信号包含车型大小信息和碰撞预警信息；

所述防护模块包含若干设置在道路需要防护处的防护单元，所述防护单元包含信号接收器、第二控制器、立柱、斜撑、横梁、调节柱和缓冲装置；

所述立柱垂直固定在地面上；所述斜撑、横梁分别设置在立柱的两侧，调节柱和横梁位于立柱的同一侧，其中，所述斜撑一端和所述立柱固连、另一端和地面固连，使得立柱、斜撑和地面之间形成直角三角形，用于增强立柱抗破坏能力；所述横梁一端和所述立柱垂直固连，另一端和所述缓冲装置铰接；所述调节柱设置在所述横梁下方，一端和所述立柱固连，另一端和所述和所述缓冲装置铰接，且调节柱和缓冲装置的铰接处高于调节柱和立柱的连接处；

所述调节柱包含气缸、以及第一至第三动力气体发生器；所述气缸采用单作用气缸，其缸筒和所述立柱固连、活塞杆和所述缓冲装置铰接；所述第一至第三动力气体发生器均设置在气缸缸筒的底壁上，且气缸缸筒的内壁上设有用于防止气缸活塞压迫第一至第三动力气体发生器的卡环；所述第一至第三动力气体发生器用于根据第二控制器的指令进行点火、释放气体推动气缸的活塞杆往外运动、进而推动所述缓冲装置上扬；

所述缓冲装置包含壳体、气囊气体发生器、气囊织带和塑料薄板；所述壳体为一端开口、另一端封闭的空心柱体；所述塑料薄板和所述壳体开口端固连、和壳体配合形成密闭腔体；所述气囊气体发生器、气囊织带均设置在所述塑料薄板、壳体形成的腔体内，所述气囊气体发生器用于根据第二控制器的指令释放气体对气囊织带进行充气、使得气囊织带膨胀撞破塑料薄板；所述壳体的封闭端分别和所述横梁、调节柱铰接；

所述信号接收器用于接收信号发射器发出的报警信号，并将接收到的报警信号传递给所述第二控制器；

所述第二控制器分别和信号接收器、第一至第三动力气体发生器、气囊气体发生器电气连接，用于根据信号接收器收到的报警信号，控制第一至第三动力气体发生器、气囊气体发生器工作。

作为本发明一种车辆侧翻智能防护***进一步的优化方案，所述信号发射器的工作范围为3~5米。

作为本发明一种车辆侧翻智能防护***进一步的优化方案，所述第一至第三动力气体发生器未工作时所述缓冲装置壳体的封闭端所在平面和所述立柱的轴线平行。

本发明还公开了一种该车辆侧翻智能防护***的控制方法，包括以下步骤：

步骤1），水平仪传感器、陀螺仪传感器分别采集车辆的车身侧倾角信号，并传输给所述第一控制器；

步骤2），控制模块采用卡尔曼滤波对陀螺仪传感器和水平仪传感器采集车身侧倾角信号进行信息糅合，得到糅合后的车身侧倾角，并通过糅合后的车身侧倾角判断车身是否发生侧翻；

步骤3），如果判断车辆发生侧翻，第一控制器控制信号发射器发射报警信号，所述报警信号包含车型大小信息和碰撞预警信息；

步骤4），信号发生器工作范围内的各个防护单元接收报警信号，将其输出给其第二控制器，对于各个防护单元：

步骤4.1），如果车型大小信息为小型车，第二控制器控制第一动力气体发生器点火；

如果车型大小信息为中型车，第二控制器控制第一、第二动力气体发生器点火；

如果车型大小信息为大型车，第二控制器控制第一、第二、第三动力气体发生器点火；

步骤4.2），气缸的活塞滑动，使得气缸的活塞杆推动缓冲装置绕横梁远离立柱的一端转动；

步骤4.3），第二控制器控制气囊气体发生器点火，释放气体对气囊织带进行充气、使得气囊织带膨胀撞破塑料薄板，对车辆的撞击进行缓冲。

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. 结构简单，所占空间小，便于安装和维修。

2. 智能化较高，可通过与车辆的物联网通讯技术，及时的获取车辆侧翻和车型的信息，从而针对不同情况采取不同的措施。

3. 灵活性较高，护栏可对缓冲装置进行三种角度的控制，对应不同的车型，进行采用不同的角度，使车辆与护栏的接触面更大，避免局部区域产生过大的变形。

4. 缓冲作用强，护栏设置有气囊，根据车辆发出的信号打开气囊，因车辆具有初速度，发生侧翻的过程中仍会沿轴向进行运动，从而将沿途气囊打开，对更大的车身面积起到缓冲作用。

附图说明

图1 是本发明中防护单元未打开时的示意图；

图2 是本发明中防护单元打开时的示意图；

图3 是本发明中调节柱的结构示意图；

图4 是本发明中缓冲装置的结构示意图；

图5 是本发明车辆模块和各个防护单元通讯的示意图；

图6 是本发明的效果示意图；

图7 是本发明的控制流程图；

图中，1-立柱，2-斜撑，3-横梁，4-缓冲装置，5-调节柱，6-气缸的活塞，7-气缸的活塞杆，8-卡环，9-第一动力气体发生器，10-第二动力气体发生器，11-第三动力气体发生器，12-壳体，13-气囊气体发生器，14-塑料板，15-气囊织带。

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：

本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。

本发明公开了一种车辆侧翻智能防护***及其控制方法，包含判断模块和防护模块；

所述判断模块设置在车辆上，包含水平仪、陀螺仪、存储单元、第一控制器和信号发射器；

所述水平仪、陀螺仪设置在车辆质心位置，均用于检测客车的车身侧倾角度，并将测得的车身倾斜角度传递给所述第一控制器；

所述信号发射器设置在车辆前横梁轴线处，用于向其工作范围内的防护单元发出报警信号；

所述存储单元用于存储车辆的车型大小信息，所述车型大小信息为小型车、中型车或大型车；

所述第一控制器分别和水平仪、陀螺仪、存储单元、信号发射器电气连接，用于根据水平仪传感器和陀螺仪传感器的感应信号判断车身是否发生侧翻，如果发生侧翻，则控制信号发射器发射报警信号，所述报警信号包含车型大小信息和碰撞预警信息；

所述防护模块包含若干设置在道路需要防护处的防护单元，如图1、图2所示，所述防护单元包含信号接收器、第二控制器、立柱、斜撑、横梁、调节柱和缓冲装置；

所述立柱垂直固定在地面上；所述斜撑、横梁分别设置在立柱的两侧，调节柱和横梁位于立柱的同一侧，其中，所述斜撑一端和所述立柱固连、另一端和地面固连，使得立柱、斜撑和地面之间形成直角三角形，用于增强立柱抗破坏能力；所述横梁一端和所述立柱垂直固连，另一端和所述缓冲装置铰接；所述调节柱设置在所述横梁下方，一端和所述立柱固连，另一端和所述和所述缓冲装置铰接，且调节柱和缓冲装置的铰接处高于调节柱和立柱的连接处；

如图3所示，所述调节柱包含气缸、以及第一至第三动力气体发生器；所述气缸采用单作用气缸，其缸筒和所述立柱固连、活塞杆和所述缓冲装置铰接；所述第一至第三动力气体发生器均设置在气缸缸筒的底壁上，且气缸缸筒的内壁上设有用于防止气缸活塞压迫第一至第三动力气体发生器的卡环；所述第一至第三动力气体发生器用于根据第二控制器的指令进行点火、释放气体推动气缸的活塞杆往外运动、进而推动所述缓冲装置上扬；

如图4所示，所述缓冲装置包含壳体、气囊气体发生器、气囊织带和塑料薄板；所述壳体为一端开口、另一端封闭的空心柱体；所述塑料薄板和所述壳体开口端固连、和壳体配合形成密闭腔体；所述气囊气体发生器、气囊织带均设置在所述塑料薄板、壳体形成的腔体内，所述气囊气体发生器用于根据第二控制器的指令释放气体对气囊织带进行充气、使得气囊织带膨胀撞破塑料薄板；所述壳体的封闭端分别和所述横梁、调节柱铰接；

所述信号接收器用于接收信号发射器发出的报警信号，并将接收到的报警信号传递给所述第二控制器；

所述第二控制器分别和信号接收器、第一至第三动力气体发生器、气囊气体发生器电气连接，用于根据信号接收器收到的报警信号，控制第一至第三动力气体发生器、气囊气体发生器工作。

所述信号发射器的工作范围为3~5米。所述第一至第三动力气体发生器未工作时所述缓冲装置壳体的封闭端所在平面和所述立柱的轴线平行。

第一至第三动力气体发生器的点火个数可以是一个、也可以是两个、还可以是三个，从而使活塞具有三个等级的伸出长度，从而使缓冲装置可上扬三个角度。

如图7所示，本发明还公开了一种该车辆侧翻智能防护***的控制方法，包括以下步骤：

步骤1），水平仪传感器、陀螺仪传感器分别采集车辆的车身侧倾角信号，并传输给所述第一控制器；

步骤2），控制模块采用卡尔曼滤波对陀螺仪传感器和水平仪传感器采集车身侧倾角信号进行信息糅合，得到糅合后的车身侧倾角，并通过糅合后的车身侧倾角判断车身是否发生侧翻；

步骤3），如果判断车辆发生侧翻，第一控制器控制信号发射器发射报警信号，所述报警信号包含车型大小信息和碰撞预警信息；

步骤4），信号发生器工作范围内的各个防护单元接收报警信号，将其输出给其第二控制器，对于各个防护单元，如图5所示：

步骤4.1），如果车型大小信息为小型车，第二控制器控制第一动力气体发生器点火；

如果车型大小信息为中型车，第二控制器控制第一、第二动力气体发生器点火；

如果车型大小信息为大型车，第二控制器控制第一、第二、第三动力气体发生器点火；

步骤4.2），气缸的活塞滑动，使得气缸的活塞杆推动缓冲装置绕横梁远离立柱的一端转动；

步骤4.3），第二控制器控制气囊气体发生器点火，释放气体对气囊织带进行充气、使得气囊织带膨胀撞破塑料薄板，对车辆的撞击进行缓冲，如图6所示。

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 (4)

1.一种车辆侧翻智能防护***及其控制方法，其特征在于，包含判断模块和防护模块；

所述判断模块设置在车辆上，包含水平仪、陀螺仪、存储单元、第一控制器和信号发射器；

所述水平仪、陀螺仪设置在车辆质心位置，均用于检测客车的车身侧倾角度，并将测得的车身倾斜角度传递给所述第一控制器；

所述信号发射器设置在车辆前横梁轴线处，用于向其工作范围内的防护单元发出报警信号；

所述存储单元用于存储车辆的车型大小信息，所述车型大小信息为小型车、中型车或大型车；

所述第一控制器分别和水平仪、陀螺仪、存储单元、信号发射器电气连接，用于根据水平仪传感器和陀螺仪传感器的感应信号判断车身是否发生侧翻，如果发生侧翻，则控制信号发射器发射报警信号，所述报警信号包含车型大小信息和碰撞预警信息；

所述防护模块包含若干设置在道路需要防护处的防护单元，所述防护单元包含信号接收器、第二控制器、立柱、斜撑、横梁、调节柱和缓冲装置；

所述立柱垂直固定在地面上；所述斜撑、横梁分别设置在立柱的两侧，调节柱和横梁位于立柱的同一侧，其中，所述斜撑一端和所述立柱固连、另一端和地面固连，使得立柱、斜撑和地面之间形成直角三角形，用于增强立柱抗破坏能力；所述横梁一端和所述立柱垂直固连，另一端和所述缓冲装置铰接；所述调节柱设置在所述横梁下方，一端和所述立柱固连，另一端和所述和所述缓冲装置铰接，且调节柱和缓冲装置的铰接处高于调节柱和立柱的连接处；

所述调节柱包含气缸、以及第一至第三动力气体发生器；所述气缸采用单作用气缸，其缸筒和所述立柱固连、活塞杆和所述缓冲装置铰接；所述第一至第三动力气体发生器均设置在气缸缸筒的底壁上，且气缸缸筒的内壁上设有用于防止气缸活塞压迫第一至第三动力气体发生器的卡环；所述第一至第三动力气体发生器用于根据第二控制器的指令进行点火、释放气体推动气缸的活塞杆往外运动、进而推动所述缓冲装置上扬；

所述缓冲装置包含壳体、气囊气体发生器、气囊织带和塑料薄板；所述壳体为一端开口、另一端封闭的空心柱体；所述塑料薄板和所述壳体开口端固连、和壳体配合形成密闭腔体；所述气囊气体发生器、气囊织带均设置在所述塑料薄板、壳体形成的腔体内，所述气囊气体发生器用于根据第二控制器的指令释放气体对气囊织带进行充气、使得气囊织带膨胀撞破塑料薄板；所述壳体的封闭端分别和所述横梁、调节柱铰接；

所述信号接收器用于接收信号发射器发出的报警信号，并将接收到的报警信号传递给所述第二控制器；

所述第二控制器分别和信号接收器、第一至第三动力气体发生器、气囊气体发生器电气连接，用于根据信号接收器收到的报警信号，控制第一至第三动力气体发生器、气囊气体发生器工作。

2.根据权利要求1所述的车辆侧翻智能防护***，其特征在于，所述信号发射器的工作范围为3~5米。

3.根据权利要求1所述的车辆侧翻智能防护***，其特征在于，所述第一至第三动力气体发生器未工作时所述缓冲装置壳体的封闭端所在平面和所述立柱的轴线平行。

4.基于权利要求1所述的车辆侧翻智能防护***的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1），水平仪传感器、陀螺仪传感器分别采集车辆的车身侧倾角信号，并传输给所述第一控制器；

步骤2），控制模块采用卡尔曼滤波对陀螺仪传感器和水平仪传感器采集车身侧倾角信号进行信息糅合，得到糅合后的车身侧倾角，并通过糅合后的车身侧倾角判断车身是否发生侧翻；

步骤3），如果判断车辆发生侧翻，第一控制器控制信号发射器发射报警信号，所述报警信号包含车型大小信息和碰撞预警信息；

步骤4），信号发生器工作范围内的各个防护单元接收报警信号，将其输出给其第二控制器，对于各个防护单元：

步骤4.1），如果车型大小信息为小型车，第二控制器控制第一动力气体发生器点火；

如果车型大小信息为中型车，第二控制器控制第一、第二动力气体发生器点火；

如果车型大小信息为大型车，第二控制器控制第一、第二、第三动力气体发生器点火；

步骤4.2），气缸的活塞滑动，使得气缸的活塞杆推动缓冲装置绕横梁远离立柱的一端转动；

步骤4.3），第二控制器控制气囊气体发生器点火，释放气体对气囊织带进行充气、使得气囊织带膨胀撞破塑料薄板，对车辆的撞击进行缓冲。