貨車彎道防側翻動態檢測預警裝置的製作方法

2023-12-01 19:14:41

專利名稱：：貨車彎道防側翻動態檢測預警裝置的製作方法
技術領域：
：本實用新型涉及一種貨車安全監控裝置，特別是關於一種貨車彎道防側翻動態檢測預警裝置。
背景技術：
：貨車在運輸貨物時，因其裝載貨物的種類和重量不同，其質心高度時常變化。若質心高度較高、車速較快，貨車在彎道行駛時很容易發生側翻事故，造成重大人員傷亡和財產損失。由此，國內外正在積極開展研究貨車的運行安全與監控技術，例如智能車速系統，即根據道路條件和車輛性能參數實現對車輛速度地自動控制，從而使得車輛能夠安全地通過彎道；又比如基於車路協調的安全控制技術，通過車路通訊信息、車載雷達信息、車輛運動狀態信息等，實時判斷車輛的運行安全狀態，利用車載安全執行裝置如電子輔助制動裝置使車輛能夠以安全的速度運行。對於這些安全技術來說，車輛自身性能參數是建立正確安全控制算法的基礎，而車輛的質心高度又是這些參數中最為重要的參數之一，對車輛質心高度的辨識則是最終能否實現車輛安全控制的關鍵，所以對車輛質心高度的動態監測具有重要意義。目前對貨車質心高度的檢測技術主要是利用稱重儀、巻尺、角度儀等儀器對貨車質心高度進行靜態測量，即必須在貨車靜止於稱重儀器上時才能對其質心高度進行測量，並且當貨車載重量及貨物種類變化時還必須重複上述過程才能獲取其新的質心高度。因此，對於目前的貨車質心高度的檢測技術而言，主要存在以下問題第一，由於貨車裝載的貨物種類與重量時常變化，所以現有的檢測技術沒有針對性，當裝載的貨物發生變化時就難以獲知其實際質心高度；第二，現有技術檢測出的貨車質心高度很難保證它的實時準確性，從而導致基於此質心高度所建立的車輛安全控制算法不準確，因此無法有效保障貨車在彎道上地安全運行。
發明內容針對上述問題，本實用新型的目的是提供一種可靠性高，應用廣泛，且在貨車轉彎時能夠及時、主動、準確地提供預警信息的貨車彎道防側翻動態檢測預警裝置。為實現上述目的，本實用新型採取以下技術方案一種貨車彎道防側翻動態檢測預警裝置，其特徵在於它包括一方向盤轉角傳感器，其安裝在貨車方向盤下方的轉向柱上；一橫擺角速度傳感器，其安裝在貨車車廂底部兩條中軸線的交叉處；一傾角儀，其安裝在貨車車廂底部縱向中軸線與後軸在車廂上的投影的交叉點處；另一傾角儀，其安裝在後軸的中點處；一報警提示裝置，其設置在駕駛室的中控臺上；一電子控制單元，其內包括有單片機，所述單片機內設置有質心高度動態檢測算法模塊和防側翻預警算法模塊。所述電子控制單元還包括一CAN總線收發電路和一串口收發器電路；所述CAN總線收發電路的一端連接貨車上原有的車載CAN網絡，另一端連接所述單片機；所述串口收發器電路一端連接兩傾角儀，另一端連接所述單片機。所述報警提示裝置包括一集成電路和由所述集成電路控制的燈光、聲音提示裝置，所述集成電路至少集成四路複合管驅動的集成電路。所述方向盤轉角測量裝置採用LH3-SX-4300A型轉角傳感器。所述橫擺角速度測量裝置採用BEI公司的LCG50-00100-100型傳感器。兩所述傾角測量裝置採用Lamshine公司的LAM-TD-45D型單軸傾角傳感器。所述EUC4中的單片機Ul採用摩託羅拉公司生產、型號為MC9S08DZ60的八位單片機。本實用新型由於採取以上技術方案，其具有以下優點1、本實用新型通過對貨車的各種動力學參數的採集和單片機內預置的質心高度動態檢測算法模塊的計算，可以較為精確地得到貨車側向加速度和質心高度，為貨車發生側翻的可能性的計算提供了可靠的依據。2、本實用新型通過防側翻預警算法模塊，可以計算出側翻加速度閾值，並根據其與側向加速度的差值，判斷是否需要進行側翻報警，因此採用本實用新型預警裝置發出的報警科學準確，有效地防止了貨車側翻的發生，保證了貨車行駛和駕駛人員的安全。3、由於本實用新型採用了LH3-SX-4300A型轉角傳感器，其測量精度高，寬溫區測量，便於安裝，可靠性高。4、由於本實用新型採用了LCG50-00100-100型傳感器，其測量精度高，安裝方便，可靠性高。5、由於本實用新型採用的LAM-TD-45D型單軸傾角傳感器內置有溫度補償及衝擊抑制模塊，因此進一步提高了測量精度。6、本實用新型在對貨車質心高度計算前，由於採用了濾波減噪電路對輸入的貨車動力學基本參數信息進行濾波處理，更進一步提高了測量的準確性。7、本實用新型的報警提示裝置是由一集成電路控制的三種顏色的發光二極體和蜂鳴器，可以根據報警級別的不同驅動對應顏色的發光二極體，一目了然地提醒駕駛員。本實用新型可以適合各種車輛，可靠性高，車輛在彎道行駛時，能夠主動、及時、準確地發出預警信息，避免交通事故的發生。圖1是本實用新型的結構框圖圖2是本實用新型的傾角測量裝置安裝位置示意圖圖3是本實用新型電子控制單元的電路原理圖圖4是本實用新型報警提示裝置的電路原理圖具體實施方式以下結合附圖和實施例對本實用新型進行詳細的描述。如圖1所示，本實用新型包括方向盤轉角測量裝置1、橫擺角速度測量裝置2、傾角測量裝置3、ECU4和報警提示裝置5。方向盤轉角測量裝置1採用一方向盤轉角傳感器，其固定安裝於貨車方向盤下方的轉向柱上，其用於檢測方向盤轉角信號並輸送給ECU4，且輸送給ECU4的信號為兩路模擬電壓信號，一路用於判斷方向盤轉動的方向及圈數，另一路用於判斷方向盤在該圈內所轉過的角度。在本實施例中，方向盤轉角傳感器是BI公司的LH3-SX-4300A型轉角傳感器，最大輸入電壓為16V，量程為-90(^+90(A可抗10g的衝擊力，適用於車載環境，方向盤轉角測量裝置1也可以採取各種類型的傳感器，其安裝位置也是可以變化的。橫擺角速度測量裝置2採用一橫擺角速度傳感器，其安裝於貨車車廂底部兩條中軸線的交叉處，其用於檢測貨車沿垂向的橫擺角速度信號並輸送給ECU4，輸送給ECU4的信號為05V之間變化的模擬電壓信號。在本實施例中，橫擺角速度傳感器採用BEI公司的LCG50-00100-100型傳感器，額定輸入電壓為5Vdc，量程為士100V"滿足貨車使用要求，但橫擺角速度測量裝置2的類型不限於此。如圖2所示，傾角測量裝置3採用兩傾角儀31、32，其中傾角儀31安裝在貨車車廂底部縱向中軸線與後軸在車廂上的投影的交叉點處，傾角儀32安裝在後軸的中點處，分別用於檢測貨車車廂的側傾角度^和貨車後軸的側傾角度^信號，輸出信號^和化為數位訊號，可以通過傾角儀31、32上的串口輸送給ECU4。在本實施例中，兩傾角儀31、32採用Lamshine公司的LAM-TD-45D型單軸傾角傳感器，其內置有溫度補償及衝擊抑制模塊，適用於車載環境，但其中任一傾角儀也可以採用兩個位移傳感器來代替。如圖3所示，ECU4包括一單片機Ul及相關外圍電路，單片機Ul具有三A/D轉換電路，且內部設置有一質心高度動態檢測算法模塊和一防側翻預警算法模塊，其將方向盤轉角測量裝置1及橫擺角速度測量裝置2輸出的模擬電壓信號轉換成數位訊號，同時接收傾角測量裝置3輸送的數位訊號，且根據被檢測貨車動力學基本參數信息，及汽車動力學理論運行貨車質心高度動態檢測算法模塊內的算法計算貨車側向加速度和質心高度，在此基礎上再運行報警決策算法模塊內的算法計算貨車側翻加速度閾值，然後ECU4根據比較檢測的貨車側向加速度與側翻加速度閾值的差值和預置的側翻報警範圍向報警提示裝置5發出報警指令。在本實施例中，EUC4中的單片機U1採用摩託羅拉公司生產、型號為MC9S08DZ60的八位單片機，也可以採用其它類似的單片機，在此不作限制。如圖3所示，ECU4還包括一端分別連接方向盤轉角測量裝置1兩輸出端和橫擺角速度測量裝置2輸出端的三濾波減噪電路，其另一端分別連接ECU4中單片機Ul的三A/D轉換電路的輸入端ADIN0、ADIN1和ADIN2。第一濾波減噪電路輸入的是方向盤轉角傳感器1輸出的方向盤轉動方向及圈數的信號，該電路由電容Cll、C12和電阻R1組成，電容C12與電阻R1串聯後，得到的串聯支路與電容C11並聯；該並聯電路的一端接地線，另一端同時連接第一A/D轉換電路的輸入端ADIN0和一二極體D1的陽極，二極體D1的陰極連接電源電壓VCC;第二濾波減噪電路輸入的是方向盤轉角測量裝置1輸出方向盤在該圈內所轉過角度的信號，該電路由電容C13、C14和電阻R2組成，電容C14與電阻R2串聯後，得到的串聯支路與電容C13並聯；該並聯電路的一端接地線，另一端同時連接第二A/D轉換電路的輸入端ADIN1和一二極體D2的陽極，二極體D2的陰極連接電源電壓VCC;第三濾波減噪電路輸入的是橫擺角速度測量裝置2輸出的信號，該電路由電容C15、C16和電阻R3組成，電容C16與電阻R3串聯後，得到的串聯支路與電容C15並聯；該並聯電路的一端接地線，另一端同時連接第三A/D轉換電路的輸入端ADIN2和一二極體D3的陽極，二極體D3的陰極連接電源電壓VCC。濾波減噪電路用於濾掉模擬信號中的高頻噪聲，以防止後續A/D採樣過程中發生信號混疊。濾波減噪電路除上述電容式的濾波電路外，還可以採用其它的電容式濾波電路，在此不限。若採用本實施例中的濾波減噪電路時，電容Cll、C12、C13、C14、C15和C16為luF的電解質電容，也可以是其它類型的電容，當為電解質電容時，上述電容的負極接地。電阻R1、R2和R3為50A:Q。二極體D1、D2和D3用於保證單片機Ul中的三A/D轉換電路的輸入端ADINO、ADIN1和ADIN2的輸入電壓不超過電源電壓VCC。如圖3所示，ECU4中還包括一CAN總線收發電路連接一貨車原有的車載CAN(ControllerAreaNetwork)網絡6，用於從車載CAN網絡6中接收貨車縱向車速信號。該CAN總線收發電路採用PCA82C250晶片U2作為驅動器，PCA82C250是專用的CAN驅動晶片，分別為CAN總線和ECU5提供差動發送和差動接收能力，並且完成CANH和CANL與CAN總線發送、接收之間的轉換。U2的1腳和4腳分別與單片機Ul的29腳和30腳相連，U2的7腳和6腳分別接車載CAN網絡6的高端CANH和低端CANL，用於接收車載CAN網絡6輸入的貨車縱向車速信號。電容C21和C22並聯連接構成U2的濾波穩壓電路，該濾波穩壓電路的一端與U2的3腳相連，另一端與U2的2腳相連，同時U2的3腳還與電源電壓VCC相連，U2的2腳與地線相連。如圖3所示，ECU4中還包括一串口收發器電路，該電路採用Max232晶片U3作為串口收發驅動晶片，其包括2路發送器、2路接收器和一個電壓發生器電路提供TIA/EIA-232-F電平，符合TIA/EIA-232-F標準。其中每一個接收器將TIA/EIA-232-F電平轉換成5VTTL/CMOS電平，每一個發送器將TTL/CMOS電平轉換成TIA/EIA-232-F電平。本實施例中，U3隻採用其中一路發送器及一路接收器。U3的10腳與單片機Ul的15腳相連，9腳與單片機Ul的16腳相連，7腳與傾角儀3、4的串口線中的發送線相連，8腳與傾角儀3、4的串口線中的接收線相連。U3的1腳和3腳之間連接一電容C31，1腳接C4的正極；4腳和5腳之間連接一電容C32，4腳接C32的正極；2腳和16腳之間連接一電容C33,2腳接C33的正極，且16腳與電源電壓VCC相連；6腳與一電容C34的正極相連，C34的負極接地線；15腳接地線，同時與一電容C35的負極相連，C35的正極與電源電壓VCC相連；U3的其它管腳懸空。本實施例中，U2是德州儀器公司(TI)推出的一款兼容RS232標準的晶片，電容C31、C32、C33、C34和C35為luF的極性電容，但不限於此。現記經過濾波減噪電路並由單片機Ul進行AD採樣處理後的方向盤轉角信號為^q和橫擺角速度信號為氣,("，記由串口接收到的由傾角儀31、32輸出的貨車車廂的側傾角度為^("和後軸的側傾角度為A("，記由車載CAN網絡6中接收的貨車縱向車速信號為w("，其中^表示第k步採樣時刻。然後，單片機U1根據採集的信息運行貨車質心高度動態檢測算法計算貨車質心高度，其具體步驟如下(1)計算理論穩態貨車橫擺角速度("利用車輛穩態轉向模型，根據實時測量的方向盤轉角信號^("，車載CAN網絡6中接收的貨車縱向車速信號"(W，其計算表達式如下formulaseeoriginaldocumentpage7其中，丄為貨車軸距，C為車輛的穩定性因數。本實施例中，￡=4.5m，C=0.0019s2/w2。(2)計算校正穩態橫擺角速度^(":讀取橫擺角速度實際測量值《("，考慮到橫擺角速度的實際測量存在一定的誤差，因此將實測橫擺角速度值《("和理論穩態橫擺角速度值氣(q進行加權平均，從而得到一個校正橫擺角速度值，其計算式如下A("二(l-氛("+M,("其中，義為權係數，具體數值根據橫擺角速度測量裝置2的精度和具體安裝方式而定，也可由實驗進行標定。本實施例中，取義=0.5。(3)計算貨車當前的側向加速度^(":根據校正橫擺角速度^^;)和當前縱向車速"q，其計算式如下-本實施例中，側向加速度^("也可以通過在貨車上安裝一側向加速度傳感器直接測取。(4)估計貨車質心高度/Z(":根據貨車動力學參數、、S、&、m，及當前側向加速度^("和傾角^、％，利用車輛穩態側傾模型，建立車輛質心高度/z("的回歸最小二乘估計算法，其計算式如下e(一、—("i。("l-(闢-i)-;z。)+》)+g.一)]￡+屍(A:_1)w2[+g牟)4卜一e("附[A("+g，("J屍("i)其中，e(/t)為k-l時刻的估計誤差，e("為第k時刻的增益矩陣，i^"為第k時刻的對陣矩陣，H("為質心高度估計值，s為遺忘因子，/z。為貨車車廂底部至路面的高度，、為貨車懸架的側傾角剛度，m為貨車質量，g為重力加速度。本實施例中，g取9.8m/s2，s取0.99，/z。取0.536m，、取6739Nm/deg。採用上述步驟得出貨車當前的質心高度/Z("後，單片機U1繼續運行防側翻預警算法模塊中的算法，計算貨車開始側翻時所受的側向加速度即側翻加速度閾值。根據車輛的準靜態側翻計算理論，貨車側翻加速度閾值計算式為其中，S為貨車的輪距，在本實施例中，B取1.865m。當貨車以某一速度駛過彎道或改變行駛方向時，步驟(3)中測得的側向加速度^越接近側翻加速度閾值^，其發生側翻的危險係數越高。防側翻預警算法模塊中預設有側翻報警範圍，其分級別對駕駛員給予報警提示，報警級別G及級別的劃分規則如下若<0.5、，報警級別G=0，ECU4向報警提示裝置5發出不報警指令；若0.5^^<<0.8^，報警級別G=l，ECU4向報警提示裝置5發出初級報警指令；若《》0.8A，報警級別G4，ECU4向報警提示裝置5發出高級報警指令。上述報警級別的劃分規則不僅能在貨車出現側翻的危險之前對駕駛員發出報警，及早提示駕駛員減速慢行，還能根據貨車的運行危險程度對駕駛員發出不同級別的報警提示信息，符合大部分駕駛員的駕駛特性。如表1所示，根據上述報警規則得出報警級別的大小之後，ECU4將根據報警級別的不同驅動報警提示裝置5以不同的方式向駕駛員提供預警信息。報警提示裝置5能實現燈光報警和聲音提示報警等功能。對應於報警級別G的大小，報警提示裝置5的報警方式也對應有三種狀態。表ltableseeoriginaldocumentpage9如圖4所示，報警提示裝置5包括一集成電路U4及其控制的燈光、聲音提示裝置，集成電路U4可以直接驅動燈光、聲音提示裝置。集成電路U4的輸入端1腳(IN1)、2腳(IN2)、3腳(IN3)禾P4腳(IN4)，分別與單片機U1的4個輸出端即43腳、45腳、47腳和52腳相連。其中1腳輸入質心高度動態檢測工作指示信號，2腳輸入初級報警信號，3腳輸入高級報警信號，4腳輸入初或高級報警信號，並且集成電路U4的9腳(K)接電源電壓VCC，8腳(GND)接地線。與1腳對應的輸出端16腳(0UT1)依序通過一綠色發光二極體LED(LightEmittingDiode)1、一電阻R4與9腳相連，LED1為一綠色發光二極體；與2腳對應的輸出端15腳(OUT2)依序通過一紅色LED2、一R5與9腳相連，LED2為紅色發光二極體，作為初級報警燈；與3腳對應的輸出端14腳(OUT3)依序通過一黃色LED3、一電阻R6與9腳相連，LED3為紅色發光二極體，作為高級報警燈；與4腳對應的輸出端13腳(OUT4)通過一蜂鳴器LSI與9腳相連。另夕卜，一電阻R7和一LED4串聯，接在9腳與地線間，LED4為電源指示燈，用於指示系統供電是否正常。本實施例中，集成電路U4為型號為MC1412、集成了7路的複合管驅動專用集成電路，也可以為其它至少集成4路的複合管驅動專用集成電路。R4、R5、R6禾卩R7為1.2K^的限流電阻，用於防止通過各LED的電流過大，以保護LED。本實用新型裝置檢測時，可歸納為以下步驟1)設置一貨車彎道防側翻動態檢測預警裝置，它包括方向盤轉角測量裝置、橫擺角速度測量裝置、傾角測量裝置和包括有單片機的電子控制單元；所述單片機內的固化程序設置有質心高度動態檢測算法模塊和防側翻預警算法模塊；所述防側翻預警算法模塊中預置有側翻報警範圍；2)採集方向盤轉角信號，貨車沿垂向的橫擺角速度信號，貨車車廂的側傾角度信號，貨車後軸的側傾角度信號，貨車的縱向車速信號；3)通過所述質心高度動態檢測算法模塊，計算出貨車側向加速度和質心高度；4)根據質心高度，通過所述防側翻預警算法模塊，計算出側翻加速度閾值；5)依據貨車側向加速度與側翻加速度閾值的差值和預置的側翻報警範圍，發出相應的報警指令。本實用新型報警提示裝置5是這樣工作的當ECU4驅動報警提示裝置5發出不報警信息時，ECU4中單片機Ul的43腳向報警提示裝置5中的集成電路U4的1腳發出高電平信號，集成電路U4的1腳為高電平，16腳與8腳連通，指示燈LED1所在迴路閉合，此時LED1亮。當ECU4驅動報警提示裝置5發出初級報警信息時，即ECU5中的單片機Ul的45腳和52腳向報警提示裝置5中的集成電路U4的2腳及4腳發出頻率為1HZ的方波信號，此時，集成電路U4的2腳和4腳的電平以頻率1Hz高低交替變化，l腳和3腳為低電平，集成電路U4的13腳和15腳與8腳以頻率lHz交替通斷，14腳和16腳懸空，對應的LED2禾卩LS1所在迴路以頻率lHz交替通斷，則初級報警燈LED2燈以頻率1HZ閃爍，且蜂鳴器LSI發出頻率1HZ蜂鳴聲；當ECU4驅動報警提示裝置5發出高級報警信息時，即ECU4中的單片機Ul的47腳和52腳向報警提示裝置5中的集成電路U4的3腳及4腳發出頻率為2HZ的方波信號，此時，集成電路U4的3腳和4腳的電平以頻率2Hz高低較低交替變換，l腳和2腳為低電平，此時集成電路U4的13腳和14腳與8腳以頻率2Hz交替通斷，15腳和16腳懸空，對應的LED3和LSI所在迴路以2Hz交替通斷，則高級報警燈LED3燈以頻率2HZ閃爍，且蜂鳴器LS1發出頻率2HZ的蜂鳴聲。各部件的結構、設置位置、及其連接都是可以有所變化的，在本實用新型技術方案的基礎上，對個別部件進行的改進和等同變換，不應排除在本實用新型的保護範圍之外。權利要求1、一種貨車彎道防側翻動態檢測預警裝置，其特徵在於它包括一方向盤轉角傳感器，其安裝在貨車方向盤下方的轉向柱上；一橫擺角速度傳感器，其安裝在貨車車廂底部兩條中軸線的交叉處；一傾角儀，其安裝在貨車車廂底部縱向中軸線與後軸在車廂上的投影的交叉點處；另一傾角儀，其安裝在後軸的中點處；一報警提示裝置，其設置在駕駛室的中控臺上；一電子控制單元，其內包括有單片機，所述單片機內設置有質心高度動態檢測算法模塊和防側翻預警算法模塊。2、如權利要求1所述的貨車彎道防側翻動態檢測預警裝置，其特徵在於所述電子控制單元還包括一CAN總線收發電路和一串口收發器電路；所述CAN總線收發電路的一端連接貨車上原有的車載CAN網絡，另一端連接所述單片機；所述串口收發器電路一端連接兩傾角儀，另一端連接所述單片機。3、如權利要求2所述的貨車彎道防側翻動態檢測預警裝置，其特徵在於所述報警提示裝置包括一集成電路和由所述集成電路控制的燈光、聲音提示裝置，所述集成電路至少集成四路複合管驅動的集成電路。4、如權利要求1所述的貨車彎道防側翻動態檢測預警裝置，其特徵在於所述報警提示裝置包括一集成電路和由所述集成電路控制的燈光、聲音提示裝置，所述集成電路至少集成四路複合管驅動的集成電路。5、如權利要求1或2或3或4所述的貨車彎道防側翻動態檢測預警裝置，其特徵在於所述方向盤轉角測量裝置採用LH3-SX-4300A型轉角傳感器。6、如權利要求1或2或3或4所述的貨車彎道防側翻動態檢測預警裝置，其特徵在於所述橫擺角速度測量裝置採用BEI公司的LCG50-00100-100型傳感器。7、如權利要求1或2或3或4所述的貨車彎道防側翻動態檢測預警裝置，其特徵在於兩所述傾角測量裝置採用Lamshine公司的LAM-TD-45D型單軸傾角傳感器。8、如權利要求1或2或3或4所述的貨車彎道防側翻動態檢測預警裝置，其特徵在於所述EUC4中的單片機U1採用摩託羅拉公司生產、型號為MC9S08DZ60的八位單片機。專利摘要本實用新型涉及一種貨車彎道防側翻動態檢測預警裝置，其特徵在於它包括一方向盤轉角傳感器，其安裝在貨車方向盤下方的轉向柱上；一橫擺角速度傳感器，其安裝在貨車車廂底部兩條中軸線的交叉處；一傾角儀，其安裝在貨車車廂底部縱向中軸線與後軸在車廂上的投影的交叉點處；另一傾角儀，其安裝在後軸的中點處；一報警提示裝置，其設置在駕駛室的中控臺上；一電子控制單元，其內包括有單片機，所述單片機內設置有質心高度動態檢測算法模塊和防側翻預警算法模塊。本實用新型可以依據貨車側向加速度與側翻加速度閾值的差值和預置的側翻報警範圍，發出相應的報警指令，有效地避免了彎道側翻事故的發生，保護了貨車行駛和駕駛員的人身安全。文檔編號B60P5/00GK201304934SQ20082012244公開日2009年9月9日申請日期2008年9月4日優先權日2008年9月4日發明者張德兆,李克強,李升波,楊殿閣,王建強,羅禹貢,連小珉,鄭四發申請人:清華大學