CN113203580A - 工程车辆稳定性评估方法、装置、***及工程车辆 - Google Patents

工程车辆稳定性评估方法、装置、***及工程车辆 Download PDF

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Abstract

本公开公开了一种工程车辆稳定性评估方法、装置、***及工程车辆，其中，评估方法包括：获取工程车辆底盘和驾驶室上多个测点在三个方向上的加速度；建立每个测点在三个方向上的加速度与测点位置坐标和工程车辆的六自由度参数之间的函数关系，六自由度参数包括工程车辆在三个方向上的平动位移和绕三个方向的转动角加速度；建立所有测点在三个方向上的加速度与所有测点位置坐标和六自由度参数之间的函数关系，其中，六自由度参数作为自变量；根据函数关系通过最小二乘法得出六自由度参数。

Description

工程车辆稳定性评估方法、装置、***及工程车辆
技术领域
本公开涉及工程车辆技术领域，特别涉及一种工程车辆稳定性评估方法、装置、***及工程车辆。
背景技术
工程车辆作业事故中，倾翻事故造成的损失最为严重。随着工程车辆的广泛使用，其安全性能越来越受到人们的重视。近年来，在汽车行业看到主动稳定***的普遍安装使用，然而对于技术尚未普及的低速工程车辆而言，情况并非如此。
现有技术普遍使用市场上销售的集成式惯性测量单元，通常情况下价格昂贵，为了获得动态稳定性，汽车行业制定了多种通过/失败指标，对于工程车辆的适用性有待研究；在工程车辆行业，通常根据操作者的感觉对试验样机做出对或错的评分，进行车辆稳定性的主观评估，这种方法虽然快速简便，但不能对工程车辆的稳定性进行定向客观的评估。
发明内容
本公开提供了一种工程车辆稳定性评估方法、装置、***及工程车辆，能够客观地对工程车辆工作时的稳定性进行评估。
根据本公开的第一方面，提供了一种工程车辆稳定性评估方法，包括：
获取工程车辆底盘和驾驶室上多个测点在三个方向上的加速度；
建立每个测点在三个方向上的加速度与测点位置坐标和工程车辆的六自由度参数之间的函数关系，六自由度参数包括工程车辆在三个方向上的平动位移和绕三个方向的转动角加速度；
建立所有测点在三个方向上的加速度与所有测点位置坐标和六自由度参数之间的函数关系，六自由度参数作为自变量；
根据函数关系通过最小二乘法得出六自由度参数。
在一些实施例中，多个测点包括驾驶室底部的四个角和前后轴的轴端位置。
在一些实施例中，在得出六自由度参数之后，还包括：
获取工程车辆沿纵向的俯仰运动灵敏度和沿横向的侧倾运动灵敏度，作为工程车辆稳定性的评价指标；
其中，俯仰运动灵敏度为纵向的角加速度与平动位移的比值，侧倾运动灵敏度为横向的角加速度与平动位移的比值。
在一些实施例中，还包括：
对工程车辆沿纵向和横向中的至少一个方向施加方向交替变化且幅值变化的加速度。
在一些实施例中，建立每个测点在三个方向上的加速度与测点位置坐标和工程车辆的六自由度参数之间的关系包括：
Figure BDA0003058273420000021
其中，(ui,vi,wi)为每个测点在三个方向上的加速度；
(uC,vC,wC)为工程车辆在三个方向上的平动位移；
(θx,θy,θz)为工程车辆绕三个方向的转动角加速度；
(xi，yi，zi)测点的位置坐标。
在一些实施例中，根据函数关系y＝Ax通过最小二乘法得出六自由度参数包括：
x＝(ATA)-1ATy
其中，x为工程车辆的六自由度参数；
y为所有测点在三个方向上的加速度；
A为传递矩阵。
根据本公开的第二方面，提供了一种工程车辆稳定性评估装置，用于执行上述实施例的工程车辆稳定性评估方法。
根据本公开的第三方面，提供了一种工程车辆稳定性评估***，包括：
多个加速度传感器，被配置为一一对应地检测工程车辆底盘和驾驶室上多个测点在三个方向上的加速度；和
上述实施例的工程车辆稳定性评估装置。
根据本公开的第四方面，提供了一种工程车辆，包括上述实施例的工程车辆稳定性评估装置或工程车辆稳定性评估***。
本公开实施例的工程车辆稳定性评估方法，通过获取工程车辆底盘和驾驶室上多个测点在三个方向上的加速度，能够定量地确定工程车辆不同位置的振动与整车动态稳定性之间的关系，提高工程车辆工作的安全性，还能降低工程车辆稳定性评估的成本，易于实现。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本公开飞机工程车辆稳定性评估方法的一些实施例的流程示意图。
图2为本公开飞机工程车辆稳定性评估***的一些实施例中加速度传感器的安装位置示意图。
具体实施方式
下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开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公开一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有开展创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
在本公开的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
在本公开的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本公开保护范围的限制。
此外，下面所描述的本公开不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
如图1和图2所示，本公开提供了一种工程车辆稳定性评估方法，在一些实施例中，包括：
步骤110、获取工程车辆底盘2和驾驶室1上多个测点在三个方向上的加速度；其中，三个方向可包括：纵向x、横向y和高度方向z，以驾驶员乘坐在车内为基准，纵向z为纵向，横向y为横向，高度方向z为上下方向。第i个测点在三个方向上的加速度(ui,vi,wi)，加速度可通过加速度传感器检测。
步骤120、建立每个测点在三个方向上的加速度与测点位置坐标和工程车辆的六自由度参数之间的函数关系，六自由度参数包括工程车辆在三个方向上的平动位移和绕三个方向的转动角加速度；将工程车辆C简化为刚体，三个方向上的平动位移为(uC,vC,wC)，绕三个方向的转动角加速度为(θx,θy,θz)。
步骤130、建立所有测点在三个方向上的加速度与所有测点位置坐标Ri＝(xi,yi,zi)和六自由度参数之间的函数关系，其中，六自由度参数作为自变量；
步骤140、根据函数关系通过最小二乘法得出六自由度参数。
其中，步骤110-140顺序执行。此种工程车辆稳定性评估方法，通过获取工程车辆底盘2和驾驶室1上多个测点在三个方向上的加速度，能够定量地确定工程车辆不同位置的振动与整车动态稳定性之间的关系，提高工程车辆工作的安全性，还能降低工程车辆稳定性评估的成本，易于实现。
在一些实施例中，如图2所示，多个测点包括驾驶室1底部的四个角和前后轴的轴端位置，轴端位置为轴与车轮3连接的位置。具体地，多个测点一一对应地设置多个加速度传感器，包括：前轴的左右轴端和后轴的左右轴端的四个第一加速度传感器4，以及驾驶室1底部四个角的第二加速度传感器5、共设置八个加速度传感器。此种布置方式通过将测点布置在多个不同的典型位置，能够更加综合地反映整个工程车辆的振动情况，以准确地评估整车的稳定性。
工程车辆稳定工作期间的运动为低频，不需要高频分辨率数据，在数据采集过程中，采样频率可设置为100Hz左右。加速度传感器安装方向应与工程车辆坐标方向一致(正x方向向前，正y方向向左，正z方向向上)。
在一些实施例中，在得出六自由度参数之后，工程车辆稳定性评估方法还包括：
获取工程车辆沿纵向x的俯仰运动灵敏度和沿横向y的侧倾运动灵敏度，作为工程车辆稳定性的评价指标；
其中，俯仰运动灵敏度为纵向x的转动角加速度θx与平动位移uC的比值，侧倾运动灵敏度为横向y的角加速度θy与平动位移vC的比值。
该实施例通过工程车辆的俯仰运动灵敏度和侧倾运动灵敏度来反应整车稳定性，优点是可以将两个方向的灵敏度解耦，以便更加准确地反映出车辆在不同方向的灵敏度情况，在车辆稳定性较差时可针对性地采取改善措施。
此种情况下，可以设想一条曲线来表示车辆受到的俯仰运动灵敏度和侧倾运动灵敏度之间的关系，而不是单一的评价指标。如果它们的关系是线性的，则可以将稳定性指标减少为两个单一指标，即俯仰稳定性和侧倾稳定性。
在一些实施例中，工程车辆稳定性评估方法还包括：
对工程车辆沿纵向x和横向y中的至少一个方向施加方向交替变化且幅值变化的加速度。
该实施例通过向工程车辆施加方向和幅值变化的加速度，能够通过试验得出车辆稳定性。
在一些实施例中，建立每个测点在三个方向上的加速度与测点位置坐标和工程车辆的六自由度参数之间的关系包括：
Figure BDA0003058273420000061
其中，(ui,vi,wi)为每个测点在三个方向上的加速度；
(uC,vC,wC)为工程车辆在三个方向上的平动位移；
(θx,θy,θz)为工程车辆绕三个方向的转动角加速度；
(xi，yi，zi)为测点的位置坐标。
上式通过如下公式变换得到：
Figure BDA0003058273420000062
其中，Θ表示工程车辆绕三个方向的转动角加速度，Ri表示第i个测点的位置坐标矢量，det表示矩阵的行列式。
在一些实施例中，所有测点在三个方向上的加速度与所有测点位置坐标和六自由度参数之间的函数关系为，根据该函数关系通过最小二乘法得出六自由度参数包括：
x＝(ATA)-1ATy
其中，x为工程车辆的六自由度参数；
y为所有测点在三个方向上的加速度；
A为传递矩阵。
由于矩阵A不是正方形的形式，因此是不可逆的，无精确解。通过采用最小二乘法计算，可以得到整车六自由度参数。
本公开的评估方法，利用工程车辆多个位置的加速度数据，最终将信号减少到整车基本刚体上述六自由度。使用多个加速通道，可以完全在三维空间中完全捕获车辆/驾驶室1的运动(例如，加速度)，而整车刚体仅需要六个自由度即可完全在三维空间中进行定位。本公开的数学变换/归约方法，可从许多测量的加速度通道中获得六个自由度，可通过计算算法来充分利用这种冗余，提高评估准确度。
下面通过一个具体的实施例来说明本公开的评估方法。根据工程车辆C的平动位移(uC,vC,wC)与转动角加速度(θx,θy,θz)来关联每个测点位置i的加速度(ui,vi,wi)。对于每个测量位置：
Figure BDA0003058273420000071
使用了位置矢量Ri＝(xi,yi,zi)来捕获每个加速度计测点的位置，对上述公式进行变换，得出加速度(ui,vi,wi)与六自由度参数之间的函数关系如下：
Figure BDA0003058273420000072
以三个测点的加速度为例，给出三个测点的加速度与六自由度参数之间的函数关系如下公式。
Figure BDA0003058273420000081
同样地，按照上式多个测点的函数关系依此类推，由此可得到整车六自由度参数与工程车辆各位置加速度之间的关系。该方程为，但是矩阵A不是正方形的形式，因此是不可逆的(无精确解)。采用最小二乘法如下式，可以得到整车六自由度参数。
Figure BDA0003058273420000082
在此基础上，工程车辆的稳定性可通过俯仰运动灵敏度和侧倾运动灵敏度作为评价指标。利用多个测点三个方向的加速度数据，最终将信号减少到整车基本刚体六自由度参数，包括三个方向的平动位移与三个方向的转动角加速度。
其次，本公开提供了一种工程车辆稳定性评估装置，用于执行上述实施例的工程车辆稳定性评估方法。该工程车辆稳定性评估装置可采用控制器。控制器可以为用于执行本公开所描述功能的通用处理器、可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，简称：PLC)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称：DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称：ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称：FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件或者其任意适当组合。
再次，本公开提供了一种工程车辆稳定性评估***，包括：多个加速度传感器，被配置为一一对应地检测工程车辆底盘2和驾驶室1上多个测点在三个方向上的加速度；和上述实施例的工程车辆稳定性评估装置。
最后，本公开提供了一种工程车辆，包括：上述实施例的工程车辆稳定性评估装置，或者工程车辆稳定性评估***。
以上仅为本公开的示例性实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种工程车辆稳定性评估方法，其特征在于，包括：
获取工程车辆底盘和驾驶室上多个测点在三个方向上的加速度；
建立每个测点在所述三个方向上的加速度与测点位置坐标和工程车辆的六自由度参数之间的函数关系，所述六自由度参数包括所述工程车辆在三个方向上的平动位移和绕三个方向的转动角加速度；
建立所有测点在所述三个方向上的加速度与所有测点位置坐标和所述六自由度参数之间的函数关系，其中，所述六自由度参数作为自变量；
根据所述函数关系通过最小二乘法得出所述六自由度参数。
2.根据权利要求1所述的工程车辆稳定性评估方法，其特征在于，所述多个测点包括所述驾驶室底部的四个角和前后轴的轴端位置。
3.根据权利要求1所述的工程车辆稳定性评估方法，其特征在于，在得出所述六自由度参数之后，还包括：
获取工程车辆沿纵向的俯仰运动灵敏度和沿横向的侧倾运动灵敏度，作为所述工程车辆稳定性的评价指标；
其中，所述俯仰运动灵敏度为纵向的转动角加速度与平动位移的比值，所述侧倾运动灵敏度为横向的角加速度与平动位移的比值。
4.根据权利要求1所述的工程车辆稳定性评估方法，其特征在于，还包括：
对工程车辆沿纵向和横向中的至少一个方向施加方向交替变化且幅值变化的加速度。
5.根据权利要求1所述的工程车辆稳定性评估方法，其特征在于，建立每个测点在所述三个方向上的加速度与测点位置坐标和工程车辆的六自由度参数之间的关系包括：
Figure FDA0003058273410000021
其中，(ui,vi,wi)为每个测点在所述三个方向上的加速度；
(uC,vC,wC)为工程车辆在三个方向上的平动位移；
(θx,θy,θz)为工程车辆绕三个方向的转动角加速度；
(xi，yi，zi)测点的位置坐标。
6.根据权利要求1所述的工程车辆稳定性评估方法，其特征在于，根据所述函数关系y＝Ax通过最小二乘法得出所述六自由度参数包括：
x＝(ATA)-1ATy
其中，x为工程车辆的六自由度参数；
y为所有测点在所述三个方向上的加速度；
A为传递矩阵。
7.一种工程车辆稳定性评估装置，其特征在于，用于执行权利要求1～6任一所述的工程车辆稳定性评估方法。
8.一种工程车辆稳定性评估***，其特征在于，包括：
多个加速度传感器，被配置为一一对应地检测工程车辆底盘和驾驶室上多个测点在三个方向上的加速度；和
权利要求7所述的工程车辆稳定性评估装置。
9.一种工程车辆，其特征在于，包括：权利要求7所述的工程车辆稳定性评估装置，或者权利要求8所述的工程车辆稳定性评估***。
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