CN110217155B - 基于安全气囊的液罐车侧翻复合防护***及其控制过程 - Google Patents

基于安全气囊的液罐车侧翻复合防护***及其控制过程 Download PDF

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Abstract

本发明涉及液罐车防侧翻技术领域，尤其是一种基于安全气囊的液罐车侧翻复合防护***，包括罐体、安全气囊、智能防波板、液压水平偏移***、碰撞检测传感器、控制器和车架，罐体用于承载被运输的液体，车架与液罐车的底盘连接,罐体设置在车架上,安全气囊设置有两个,且两个安全气囊分别呈对称设置在罐体的两侧,液压水平偏移***设置在罐体与车架之间，碰撞检测传感器和控制器均设置在罐体上，通过碰撞检测传感器检测罐体的侧翻情况，通过控制器接收侧翻检测信号，并对安全气囊和液压水平偏移***进行控制，智能防波板设置在罐体内，本发明能够降低侧翻事故的发生概率，以及侧翻后最大限度降低事故造成的次生损害。

Description

基于安全气囊的液罐车侧翻复合防护***及其控制过程
技术领域
本发明涉及液罐车防侧翻技术领域，具体领域为一种基于安全气囊的液罐车侧翻复合防护***及其控制过程。
背景技术
在我国，每年有超过4亿吨的液体货物使用汽车罐车进行公路运输，日均运输量达100多万吨，涉及3000多个货物品种。由于液体货物生产地和主要消费地的分布不均，依靠汽车罐车进行异地运输的货物总量还在逐年增加。汽车罐车的普遍使用在极大的促进生产发展的同时，也带来严重的交通安全问题。与普通载货汽车的交通事故相比，由于汽车罐车运输的货物多具有***、易燃、毒害、感染、腐蚀、放射性等危险特性，其交通事故常造成巨大的人员伤亡、财产损毁和环境污染。据中华人民共和国公安部和中国化学品安全协会的统计，2007-2009年间，汽车罐车交通事故总量高达1565起，造成约万人伤亡；近年来，汽车罐车的交通事故量仍呈上升趋势。本发明针对液罐车侧翻事故的机理，研究侧翻防护***。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于安全气囊的液罐车侧翻复合防护***及其控制过程，以解决现有技术中无法避免液罐车侧翻事故的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于安全气囊的液罐车侧翻复合防护***及其控制过程，包括罐体、安全气囊、智能防波板、液压水平偏移***、碰撞检测传感器、控制器和车架，所述的罐体用于承载被运输的液体，所述的车架与液罐车的底盘连接,所述罐体设置在车架上,所述的安全气囊设置有两个,且两个安全气囊分别呈对称设置在罐体的两侧,所述的液压水平偏移***设置在罐体与车架之间，所述的碰撞检测传感器和控制器均设置在罐体上，通过碰撞检测传感器检测罐体的侧翻情况，通过控制器接收侧翻检测信号，并对安全气囊和液压水平偏移***进行控制，所述的智能防波板设置在罐体内，通过智能防波板对罐体内的液体进行波动阻止。
优选的，所述的安全气囊包括囊盖、帆布囊体、底座、灭火发生器和气体发生器,所述底座为一侧开口箱体状底座，所述囊盖的一侧与底座的开口处一侧铰接，通过囊盖对底座的开口进行密闭，所述灭火发生器和气体发生器均设置在底座内，所述帆布囊体设置在底座内，且帆布囊体包设整个灭火发生器和气体发生器，帆布囊体折叠状态，通过囊盖的封闭能够整个置于底座内，所述控制器的输出端分别与灭火发生器和气体发生器的控制端连接。
优选的，所述的智能防波板包括纵向防波板、横向防波板、压电发电凸起、铰链和微型电机，纵向防波板竖直设置在罐体内，横向防波板呈对称在纵向防波板上转动设置有两个，压电发电凸起均匀分布在横向防波板表面，微型电机设置在纵向防波板上部，铰链配合连接在微型电机与横向防波板的转轴处，微型电机与控制器连接，通过控制器控制微型电机的转动。
优选的，所述的横向防波板在纵向防波板上从上到下设置有多对。
优选的，所述的压电发电凸起从顶层到底层依次由聚对苯二甲酸、铜片、聚四氟乙烯、铝片和聚对苯二甲酸组成。
优选的，所述的液压水平偏移***包括滑片、滑轨和液压缸，所述滑轨设置在车架上，所述滑片滑动设置在滑轨上，所述的罐体安装在滑片上，所述液压缸设置有两个，两个液压缸分别对称设置在滑片的两端，滑片在液压缸的推力作用下能够左右水平移动。
优选的，所述的液压水平偏移***在车架上设置有两个，且两个液压水平偏移***位于箱体的前后两侧。
为实现上述目的，本发明还提供如下技术方案：一种基于安全气囊的液罐车侧翻复合防护***的其控制过程，其步骤为：
(1)设定车辆向左急转弯时，整车重心处于向右侧倾状态；
(2)此时***控制右侧液压缸工作产生推力、左侧液压缸产生拉力，将罐体向左侧平移，从而将整车重心向左侧偏移，来抵抗整车左转向时向右的离心力，防止侧翻事故发生；
(3)反之车辆向右转弯时，整车重心处于向左侧倾状态；
(4)此时***控制左侧液压缸工作产生推力、右侧液压缸产生拉力，将罐体向右侧平移，从而将整车重心向右侧偏移，来抵抗整车右转向时向左的离心力，防止侧翻事故发生；
(5)当罐车发生侧翻事故时，碰撞传感器检测到侧翻信号并传递给控制器；
(6)控制器控制气体发生器，瞬间产生大量氮气，同时灭火发生器喷射出大量的粉状灭火剂；
(7)帆布囊体在氮气的膨胀作用下迅速鼓起，在罐体与被压物体之间产生一层缓冲气囊，灭火器的存在可以大大降低侧翻引起火灾的概率；
(8)纵向防波板用于降低罐体内液体横向波动，横向防波板用于降低罐体内纵向波动；
(9)压电发电凸起布置在横向防波板上，用于降低液体横向晃动，同时将液体晃动的动能用于压电发电，从而防止静电产生；
(10)液体波动带动压电发电凸起变形，从而引起压电结构发电；
(11)横向防波板与纵向防波板夹角为α，***控制器采集罐内充液比和侧向加速度ay的变化，控制微型电机转动；
(12)微型电机的转动带动铰链的上下移动，使得带动横向防波板的α角度的变化；
(13)从而使横向防波板上的压电发电凸起尽可能多的与液面接触，达到更好发电和抑制波动的目的。
优选的，步骤(1)至(4)，根据传感器测试的数据进行分析处理获得汽车整体侧向能，包括动能与势能，然后液压水平偏移***自动进行反向平移纠正，防止侧翻事故发生。
优选的，水平偏移距离y与液罐车整体侧向能Wall之间的关系:
Figure BDA0002050017910000041
其中，d为测量误差，WT和Wd分别为整车侧向势能与侧向动能，m1为非簧载质量，m2为簧载质量，h1为m1的高度，h2为m2的高度，vy为整车侧向速度，vtire，为车轮行驶速度，
Figure BDA0002050017910000042
为方向盘转角，θ1为轮胎侧偏角，θ2为轮胎侧倾角。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：具有侧翻主动保护和被动保护的***，一方面通过罐体内智能防波板的设计，以及抗侧倾液压水平偏移***的研发实现液罐车侧翻主动保护，另一方面通过侧翻安全气囊的研发实现液罐车侧翻被动保护。主动保护***与被动保护***分别用来降低侧翻事故的发生概率，以及侧翻后最大限度降低事故造成的次生损害。
附图说明
图1为本发明的***整体结构示意图；
图2为本发明的液压水平偏移***结构图；
图3为本发明的液压水平偏移***液压回路；
图4为本发明的液压水平偏移***控制过程；
图5为本发明的智能防波板结构；
图6为本发明的智能防波板参数α变化的控制原理；
图7为本发明的压电发电凸起结构；
图8为本发明的安全气囊结构；
图9为本发明的安全气囊碰撞后的结构；
图10为本发明的罐体横向移动距离与罐体侧向能之间的关系。
图中：1、罐体；2、安全气囊；21、囊盖；22、帆布囊体；23、底座；24、灭火发生器；25、气体发生器；3、智能防波板；31、纵向防波板；32、横向防波板；33、压电发电凸起；34、铰链；35、微型电机；4、液压水平偏移***；41、滑片；42、滑轨；43、液压缸；5、车架。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1至10，本发明提供一种技术方案：一种基于安全气囊的液罐车侧翻复合防护***及其控制过程，包括罐体1、安全气囊2、智能防波板3、液压水平偏移***4、碰撞检测传感器、控制器和车架5，所述的罐体1用于承载被运输的液体，所述的车架5与液罐车的底盘连接,所述罐体1设置在车架5上,所述的安全气囊2设置有两个,且两个安全气囊2分别呈对称设置在罐体1的两侧,所述的液压水平偏移***4设置在罐体1与车架5之间，所述的碰撞检测传感器和控制器均设置在罐体1上，通过碰撞检测传感器检测罐体1的侧翻情况，通过控制器接收侧翻检测信号，并对安全气囊2和液压水平偏移***4进行控制，所述的智能防波板3设置在罐体1内，通过智能防波板3对罐体1内的液体进行波动阻止。
所述的安全气囊2包括囊盖21、帆布囊体22、底座23、灭火发生器24和气体发生器25,所述底座23为一侧开口箱体状底座23，所述囊盖21的一侧与底座23的开口处一侧铰接，通过囊盖21对底座23的开口进行密闭，所述灭火发生器24和气体发生器25均设置在底座23内，所述帆布囊体22设置在底座23内，且帆布囊体22包设整个灭火发生器24和气体发生器25，帆布囊体22折叠状态，通过囊盖21的封闭能够整个置于底座23内，所述控制器的输出端分别与灭火发生器24和气体发生器25的控制端连接。
所述的智能防波板3包括纵向防波板31、横向防波板32、压电发电凸起33、铰链34和微型电机35，纵向防波板31竖直设置在罐体1内，横向防波板32呈对称在纵向防波板31上转动设置有两个，压电发电凸起33均匀分布在横向防波板32表面，微型电机35设置在纵向防波板31上部，铰链34配合连接在微型电机35与横向防波板32的转轴处，微型电机35与控制器连接，通过控制器控制微型电机35的转动。
所述的横向防波板32在纵向防波板31上从上到下设置有多对。
所述的压电发电凸起33从顶层到底层依次由聚对苯二甲酸、铜片、聚四氟乙烯、铝片和聚对苯二甲酸组成。
所述的液压水平偏移***4包括滑片41、滑轨42和液压缸43，所述滑轨42设置在车架5上，所述滑片41滑动设置在滑轨42上，所述的罐体1安装在滑片41上，所述液压缸43设置有两个，两个液压缸43分别对称设置在滑片41的两端，滑片41在液压缸43的推力作用下能够左右水平移动。
所述的液压水平偏移***4在车架5上设置有两个，且两个液压水平偏移***4位于箱体的前后两侧。4个液压缸43分别连通两个油泵，以左右两侧区分安装在滑轨42上的液压缸43，4个液压缸43的左侧液压口端连接油泵一，4个液压缸43的右侧液压口端连接油泵二，两个油泵均与控制器连接，通过控制器控制油泵使得对液压缸43进行伸缩量的控制，油泵与每个液压缸43的液压口之间均连接有阻尼阀。
一种基于安全气囊2的液罐车侧翻复合防护***的其控制过程，其步骤为：
(1)设定车辆向左急转弯时，整车重心处于向右侧倾状态；
(2)此时***控制右侧液压缸43工作产生推力、左侧液压缸43产生拉力，将罐体1向左侧平移，从而将整车重心向左侧偏移，来抵抗整车左转向时向右的离心力，防止侧翻事故发生；
(3)反之车辆向右转弯时，整车重心处于向左侧倾状态；
(4)此时***控制左侧液压缸43工作产生推力、右侧液压缸43产生拉力，将罐体1向右侧平移，从而将整车重心向右侧偏移，来抵抗整车右转向时向左的离心力，防止侧翻事故发生；
(5)当罐车发生侧翻事故时，碰撞传感器检测到侧翻信号并传递给控制器；
(6)控制器控制气体发生器25，瞬间产生大量氮气，同时灭火发生器24喷射出大量的粉状灭火剂；
(7)帆布囊体22在氮气的膨胀作用下迅速鼓起，在罐体1与被压物体之间产生一层缓冲气囊2，灭火器的存在可以大大降低侧翻引起火灾的概率；
(8)纵向防波板31用于降低罐体1内液体横向波动，横向防波板32用于降低罐体1内纵向波动；
(9)压电发电凸起33布置在横向防波板32上，用于降低液体横向晃动，同时将液体晃动的动能用于压电发电，从而防止静电产生；
(10)液体波动带动压电发电凸起33变形，从而引起压电结构发电；
(11)横向防波板32与纵向防波板31夹角为α，***控制器采集罐内充液比和侧向加速度ay的变化，控制微型电机35转动；
(12)微型电机35的转动带动铰链34的上下移动，使得带动横向防波板32的α角度的变化；
(13)从而使横向防波板32上的压电发电凸起33尽可能多的与液面接触，达到更好发电和抑制波动的目的。
步骤(1)至(4)，根据传感器测试的数据进行分析处理获得汽车整体侧向能，包括动能与势能，然后液压水平偏移***4自动进行反向平移纠正，防止侧翻事故发生。
水平偏移距离y与液罐车整体侧向能Wall之间的关系:
Figure BDA0002050017910000081
其中，d为测量误差，WT和Wd分别为整车侧向势能与侧向动能，m1为非簧载质量，m2为簧载质量，h1为m1的高度，h2为m2的高度，vy为整车侧向速度，vtire，为车轮行驶速度，
Figure BDA0002050017910000082
为方向盘转角，θ1为轮胎侧偏角，θ2为轮胎侧倾角。
通过本技术方案，传感器检测的数据包括有纵向车速、方向盘转角、轮胎垂向负荷、整车侧向速度、液压充液比，上述车辆传感器的传感检测数据均导入控制器内，使得控制器对液压缸43进行对应伸缩控制，使得响应滑片4131与滑轨42之间的滑动量，以避免罐体1侧翻。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种基于安全气囊的液罐车侧翻复合防护***，其特征在于：包括罐体、安全气囊、智能防波板、液压水平偏移***、碰撞检测传感器、控制器和车架，所述的罐体用于承载被运输的液体，所述的车架与液罐车的底盘连接,所述罐体设置在车架上,所述的安全气囊设置有两个,且两个安全气囊分别呈对称设置在罐体的两侧,所述的液压水平偏移***设置在罐体与车架之间，所述的碰撞检测传感器和控制器均设置在罐体上，通过碰撞检测传感器检测罐体的侧翻情况，通过控制器接收侧翻检测信号，并对安全气囊和液压水平偏移***进行控制，所述的智能防波板设置在罐体内，通过智能防波板对罐体内的液体进行波动阻止，其中，所述的智能防波板包括纵向防波板、横向防波板、压电发电凸起、铰链和微型电机，纵向防波板竖直设置在罐体内，横向防波板呈对称在纵向防波板上转动设置有两个，压电发电凸起均匀分布在横向防波板表面，微型电机设置在纵向防波板上部，铰链配合连接在微型电机与横向防波板的转轴处，微型电机与控制器连接，通过控制器控制微型电机的转动。
2.根据权利要求1所述的基于安全气囊的液罐车侧翻复合防护***，其特征在于：所述的安全气囊包括囊盖、帆布囊体、底座、灭火发生器和气体发生器,所述底座为一侧开口箱体状底座，所述囊盖的一侧与底座的开口处一侧铰接，通过囊盖对底座的开口进行密闭，所述灭火发生器和气体发生器均设置在底座内，所述帆布囊体设置在底座内，且帆布囊体包设整个灭火发生器和气体发生器，帆布囊体折叠状态，通过囊盖的封闭能够整个置于底座内，所述控制器的输出端分别与灭火发生器和气体发生器的控制端连接。
3.根据权利要求1所述的基于安全气囊的液罐车侧翻复合防护***，其特征在于：所述的横向防波板在纵向防波板上从上到下设置有多对。
4.根据权利要求1所述的基于安全气囊的液罐车侧翻复合防护***，其特征在于：所述的压电发电凸起从顶层到底层依次由聚对苯二甲酸、铜片、聚四氟乙烯、铝片和聚对苯二甲酸组成。
5.根据权利要求1所述的基于安全气囊的液罐车侧翻复合防护***，其特征在于：所述的液压水平偏移***包括滑片、滑轨和液压缸，所述滑轨设置在车架上，所述滑片滑动设置在滑轨上，所述的罐体安装在滑片上，所述液压缸设置有两个，两个液压缸分别对称设置在滑片的两端，滑片在液压缸的推力作用下能够左右水平移动。
6.根据权利要求5所述的基于安全气囊的液罐车侧翻复合防护***，其特征在于：所述的液压水平偏移***在车架上设置有两个，且两个液压水平偏移***位于箱体的前后两侧。
7.一种基于安全气囊的液罐车侧翻复合防护***的控制过程，其特征在于：其步骤为：
(1)设定车辆向左急转弯时，整车重心处于向右侧倾状态；
(2)此时***控制右侧液压缸工作产生推力、左侧液压缸产生拉力，将罐体向左侧平移，从而将整车重心向左侧偏移，来抵抗整车左转向时向右的离心力，防止侧翻事故发生；
(3)反之车辆向右转弯时，整车重心处于向左侧倾状态；
(4)此时***控制左侧液压缸工作产生推力、右侧液压缸产生拉力，将罐体向右侧平移，从而将整车重心向右侧偏移，来抵抗整车右转向时向左的离心力，防止侧翻事故发生；
(5)当罐车发生侧翻事故时，碰撞传感器检测到侧翻信号并传递给控制器；
(6)控制器控制气体发生器，瞬间产生大量氮气，同时灭火发生器喷射出大量的粉状灭火剂；
(7)帆布囊体在氮气的膨胀作用下迅速鼓起，在罐体与被压物体之间产生一层缓冲气囊，灭火器的存在可以大大降低侧翻引起火灾的概率；
(8)纵向防波板用于降低罐体内液体横向波动，横向防波板用于降低罐体内纵向波动；
(9)压电发电凸起布置在横向防波板上，用于降低液体横向晃动，同时将液体晃动的动能用于压电发电，从而防止静电产生；
(10)液体波动带动压电发电凸起变形，从而引起压电结构发电；
(11)横向防波板与纵向防波板夹角为α，***控制器采集罐内充液比和侧向加速度ay的变化，控制微型电机转动；
(12)微型电机的转动带动铰链的上下移动，使得带动横向防波板的α角度的变化；
(13)从而使横向防波板上的压电发电凸起尽可能多的与液面接触，达到更好发电和抑制波动的目的。
8.根据权利要求7所述的基于安全气囊的液罐车侧翻复合防护***的控制过程，其特征在于：步骤(1)至(4)，根据传感器测试的数据进行分析处理获得汽车整体侧向能，包括动能与势能，然后液压水平偏移***自动进行反向平移纠正，防止侧翻事故发生。
9.根据权利要求8所述的基于安全气囊的液罐车侧翻复合防护***的控制过程，其特征在于：水平偏移距离y与液罐车整体侧向能Wall之间的关系:
Figure FDA0003108028650000031
其中，d为测量误差，WT和Wd分别为整车侧向势能与侧向动能，m1为非簧载质量，m2为簧载质量，h1为m1的高度，h2为m2的高度，vy为整车侧向速度，vtire，为车轮行驶速度，
Figure FDA0003108028650000041
为方向盘转角，θ1为轮胎侧偏角，θ2为轮胎侧倾角。
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