一種基於質量飛輪的車輛防側翻裝置及其控制方法與流程
2023-06-25 18:21:41
本發明涉及汽車主動安全技術領域，尤其涉及用於汽車防側翻安全的一種基於質量飛輪的車輛防側翻裝置及其控制方法。
背景技術：
近些年來運動型多功能汽車（suv）越來越受歡迎，加上大型客車、重型車的側翻事故，使得汽車側翻事故佔汽車事故比重逐年上升。側翻事故帶來的人身財產損失往往要高於其他類型事故，這是由於汽車側翻不僅會直接威脅車內乘客安全，同時側翻帶來的連續翻滾、貨物散落等也會對道路上的其他行駛車輛和行人造成安全威脅。所以在汽車面臨側翻危險時，需要有良好的防側翻裝置進行抑制，保證汽車安全行駛。
為了解決上述問題，國內對於防側翻裝置的研究也很多，其中陳京垚發明的「一種汽車防側翻裝置」（專利申請號：201520199956.9），在汽車本體的車架下端設置有長方體的凹槽，在凹槽裡面設置有和凹槽內壁相互配套的配重鉛塊，通過移動配重塊的左右方向，達到抑制側翻的效果。該結構較為複雜，並且機械結構反應時間較慢，應對緊急工況下的側翻響應速度太慢。
南京航空航天大學的張先奎「基於姿態監測的汽車側翻預警及控制研究」中提出的單軸雙飛輪的控制方法防側翻，即在汽車側傾軸向應用兩個相反方向旋轉的飛輪。在汽車啟動時兩個飛輪緩慢加速。當汽車啟動一定時間後雙飛輪達到一定的轉速，並在汽車正常行駛過程中保持這個速度旋轉。當汽車發生側翻時與側翻方向相反的飛輪被制動，飛輪的角動量通過制動力矩傳遞給汽車使汽車受到一個與側翻方向相反的回拉力矩作用從而有效地控制汽車的側翻。該裝置設計簡單實用，但是雙質量飛輪在行駛過程中，消耗能量過多，且裝置遇到汽車側翻角動量過大的情況不能提供足夠的角動量抑制側翻。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是針對現有多數車輛防側翻保護裝置反應速度較慢，可調節性差等問題，提出了一種基於質量飛輪的車輛防側翻裝置及其控制方法，反應迅速、過程平穩、可調節性強，提高了車輛主動防側翻能力。
本發明為解決上述技術問題採用以下技術方案：
一種基於質量飛輪的車輛防側翻裝置，包括電子控制單元ecu、轉向電機、支架、第一固定板、第一軸承、第二固定板、第二軸承、電機座、供能電機、主動齒輪、轉動軸、從動齒輪和質量飛輪；
所述質量飛輪呈圓盤狀，和所述轉動軸同軸設置，且所述質量飛輪設置在所述轉動軸的中點；
所述從動齒輪和所述轉動軸同軸設置；
所述質量飛輪、從動齒輪均和所述轉動軸軸向固定；
所述第一軸承、第二軸承分別設置在第一固定板、第二固定板上；所述轉動軸的兩端分別和所述第一軸承、第二軸承相連；
所述第一固定板、第二固定板、電機座均固定在所述支架上，所述供能電機固定在所述電機座上；
所述供能電機的輸出軸和所述主動齒輪的軸心固定相連，所述主動齒輪和所述從動齒輪嚙合；
所述供能電機用於輸出動能，依次帶動主動齒輪、從動齒輪、轉動軸、質量飛輪旋轉；
所述轉向電機設置在車輛縱向的中軸線上，輸出端和所述支架的底端固定相連，用於調整所述轉動軸、使其處於車輛縱向的中軸線上或處於車輛橫向的中軸線上；
所述電子控制單元ecu分別和所述轉向電機、供能電機電氣相連，用於根據輸入的車輛側傾狀態信號來控制所述轉向電機、供能電機工作。
所述車輛側傾狀態信號包含車輛向左側側翻信號、車輛向右側側翻信號和車輛穩定信號。
本發明還公開了一種該基於質量飛輪的車輛防側翻裝置的防側翻方法，包含以下步驟：
從車輛尾部往車輛頭部看，當電子控制單元ecu接收到車輛向左側側翻或車輛向右側翻的信號時：
步驟a.1），電子控制單元ecu控制轉向電機工作，使得轉動軸處於車輛縱向的中軸線上；
步驟a.2），當電子控制單元ecu接收到車輛向左側側翻的信號時：
步驟a.2.1），若質量飛輪不轉動，電子控制單元ecu控制供能電機工作，使得質量飛輪順時針轉動；
步驟a.2.2），若質量飛輪為順時針轉動，電子控制單元ecu控制供能電機工作，使得質量飛輪的旋轉速度增加；
步驟a.2.3），若質量飛輪為逆時針轉動，電子控制單元ecu控制供能電機工作，使得質量飛輪的旋轉速度減少；
步驟a.3），當電子控制單元ecu接收到車輛向右側側翻的信號時：
步驟a.3.1），若質量飛輪不轉動，電子控制單元ecu控制供能電機工作，使得質量飛輪逆時針轉動；
步驟a.3.3），若質量飛輪為順時針轉動，電子控制單元ecu控制供能電機工作，使得質量飛輪的旋轉速度減少；
步驟a.3.3），若質量飛輪為逆時針轉動，電子控制單元ecu控制供能電機工作，使得質量飛輪的旋轉速度增加；
當電子控制單元ecu接收到車輛穩定信號時：
步驟b.1），電子控制單元ecu控制轉向電機工作，使得轉動軸處於車輛橫向的中軸線上；
步驟b.2），電子控制單元ecu控制功能電機停止工作。
本發明採用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果：
1.通用性好：本發明對原車結構和功能依賴較少，適合多種車型的防側翻；
2.不影響駕駛意圖：本發明在工作時不會改變駕駛員駕駛意圖，提高車輛的行駛穩定性；
3.性能穩定高效：本發明通過轉動飛輪轉角抑制車輛側翻，反應迅速且平穩可靠；
4.可調性強：本發明根據側翻傾向大小可自動調節防側翻所需角動量，適應不同工況。
附圖說明
圖1是本發明基於質量飛輪的車輛防側翻裝置的結構示意圖；
圖2是本發明基於質量飛輪的車輛防側翻裝置的控制方法的流程示意圖；
圖3（a）、圖3（b）、圖3（c）分別是本發明基於質量飛輪的車輛防側翻裝置在車輛向左側翻、向右側翻、不發出側翻時的工作示意圖。
圖中,1-電子控制單元ecu，2-轉向電機，3-支架，4-電機座，5-供能電機，6-主動齒輪，7-轉動軸，8-從動齒輪，9-質量飛輪，10-第一固定板，11-第一軸承，12-第二固定板，13-第二軸承。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明的技術方案做進一步的詳細說明：
如圖1所示，本發明公開了一種基於質量飛輪的車輛防側翻裝置，包括電子控制單元ecu、轉向電機、支架、第一固定板、第一軸承、第二固定板、第二軸承、電機座、供能電機、主動齒輪、轉動軸、從動齒輪和質量飛輪；
所述質量飛輪呈圓盤狀，和所述轉動軸同軸設置，且所述質量飛輪設置在所述轉動軸的中點；
所述從動齒輪和所述轉動軸同軸設置；
所述質量飛輪、從動齒輪均和所述轉動軸軸向固定；
所述第一軸承、第二軸承分別設置在第一固定板、第二固定板上；所述轉動軸的兩端分別和所述第一軸承、第二軸承相連；
所述第一固定板、第二固定板、電機座均固定在所述支架上，所述供能電機固定在所述電機座上；
所述供能電機的輸出軸和所述主動齒輪的軸心固定相連，所述主動齒輪和所述從動齒輪嚙合；
所述供能電機用於輸出動能，依次帶動主動齒輪、從動齒輪、轉動軸、質量飛輪旋轉；
所述轉向電機設置在車輛縱向的中軸線上，輸出端和所述支架的底端固定相連，用於調整所述轉動軸、使其處於車輛縱向的中軸線上或處於車輛橫向的中軸線上；
所述電子控制單元ecu分別和所述轉向電機、供能電機電氣相連，用於根據輸入的車輛側傾狀態信號來控制所述轉向電機、供能電機工作。
所述車輛側傾狀態信號包含車輛向左側側翻信號、車輛向右側側翻信號和車輛穩定信號。
如圖2所示，本發明還公開了一種該基於質量飛輪的車輛防側翻裝置的防側翻方法，包含以下步驟：
從車輛尾部往車輛頭部看，當電子控制單元ecu接收到車輛向左側側翻或車輛向右側翻的信號時：
步驟a.1），電子控制單元ecu控制轉向電機工作，使得轉動軸處於車輛縱向的中軸線上；
步驟a.2），當電子控制單元ecu接收到車輛向左側側翻的信號時：
步驟a.2.1），若質量飛輪不轉動，電子控制單元ecu控制供能電機工作，使得質量飛輪順時針轉動；
步驟a.2.2），若質量飛輪為順時針轉動，電子控制單元ecu控制供能電機工作，使得質量飛輪的旋轉速度增加；
步驟a.2.3），若質量飛輪為逆時針轉動，電子控制單元ecu控制供能電機工作，使得質量飛輪的旋轉速度減少；
步驟a.3），當電子控制單元ecu接收到車輛向右側側翻的信號時：
步驟a.3.1），若質量飛輪不轉動，電子控制單元ecu控制供能電機工作，使得質量飛輪逆時針轉動；
步驟a.3.3），若質量飛輪為順時針轉動，電子控制單元ecu控制供能電機工作，使得質量飛輪的旋轉速度減少；
步驟a.3.3），若質量飛輪為逆時針轉動，電子控制單元ecu控制供能電機工作，使得質量飛輪的旋轉速度增加；
當電子控制單元ecu接收到車輛穩定信號時：
步驟b.1），電子控制單元ecu控制轉向電機工作，使得轉動軸處於車輛橫向的中軸線上；
步驟b.2），電子控制單元ecu控制功能電機停止工作。
圖3（a）、圖3（b）、圖3（c）分別是本發明基於質量飛輪的車輛防側翻裝置在車輛向左側翻、向右側翻、不發出側翻時的工作示意圖。
本技術領域技術人員可以理解的是，除非另外定義，這裡使用的所有術語（包括技術術語和科學術語）具有與本發明所屬領域中的普通技術人員的一般理解相同的意義。還應該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術語應該被理解為具有與現有技術的上下文中的意義一致的意義，並且除非像這裡一樣定義，不會用理想化或過於正式的含義來解釋。
以上所述的具體實施方式，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施方式而已，並不用於限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。