本發(fā)明涉及汽車駕駛安全技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說是涉及一種液體罐車彎道行駛防側(cè)翻預(yù)警控制系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

液體罐車裝載液體貨物時，整車質(zhì)量大、重心位置高，左右輪距相對于整車寬度和重心高度較小，側(cè)向穩(wěn)定性較差；液體罐車在彎道行駛過程中，由于受到側(cè)向加速度的影響，液罐內(nèi)液體發(fā)生傾斜，重心位置發(fā)生變化，較裝載固態(tài)貨物而言側(cè)翻風(fēng)險更高，更容易發(fā)生側(cè)翻事故。液體罐車裝載易燃、易爆和劇毒油料本身也具有潛在的高危險性，一旦發(fā)生側(cè)翻事故導(dǎo)致液體泄漏，會造成嚴重的環(huán)境污染與交通堵塞，嚴重危及生命及財產(chǎn)損失。

目前針對液體罐車彎道行駛時側(cè)翻風(fēng)險判斷，及預(yù)警控制的方法并不完善，也未考慮液罐內(nèi)液體的傾斜狀態(tài)對整車重心位置的影響，因此本發(fā)明基于液面傾斜角度，建立側(cè)翻臨界速度計算模型，并將臨界速度與行駛速度比較，以此判斷車輛所處狀態(tài)，進行側(cè)翻預(yù)警和控制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一種液體罐車彎道行駛防側(cè)翻預(yù)警控制系統(tǒng)和方法，能夠通過gps定位模塊、液面高度采集模塊、參數(shù)存儲模塊、運算模塊、決策模塊、報警模塊和油門控制模塊構(gòu)成的系統(tǒng)，實現(xiàn)車輛側(cè)翻前的預(yù)警和油門控制；一方面通過報警信號提醒駕駛員減速或控制方向，對側(cè)翻趨勢進行糾正，另一方面通過控制油門的開合度，對速度進行強制控制。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種液體罐車彎道行駛防側(cè)翻預(yù)警控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括gps定位模塊、液面高度采集模塊、參數(shù)存儲模塊、運算模塊、決策模塊、報警模塊和油門控制模塊；所述的液面高度采集模塊與參數(shù)存儲模塊相連，所述的gps定位模塊和參數(shù)存儲模塊與運算模塊相連，所述的運算模塊與決策模塊相連，所述的決策模塊與報警模塊和油門控制模塊相連。

所述的gps定位模塊設(shè)置于車身上方，包括前天線、后天線和gps移動站；所述的前天線設(shè)置于液罐上方的前部，采集車輛方向坐標(biāo)信息；所述的后天線設(shè)置于液罐上方的后部，采集車輛位置坐標(biāo)信息；所述的gps移動站與所述的前天線、后天線相連，將定位信息(x,y,angle)編碼輸出。所述的液面高度采集模塊設(shè)置于液罐內(nèi)部，包括液位傳感器，所述的液位傳感器采集液面高度hliquid。所述的參數(shù)存儲模塊，存儲液罐半徑r、車輛凈質(zhì)量mveh、凈車重心位置(xveh,yveh)、液罐底部距離地面高度htank、輪距b等參數(shù)。所述的運算模塊，將gps定位模塊和存儲模塊傳送的信息進行運算處理，計算得到車輛側(cè)翻臨界速度v0(r,v)。所述的決策模塊，將運算模塊傳送的車輛側(cè)翻臨界速度與行駛速度進行比較判斷，確定車輛所處狀態(tài)，進行預(yù)警和控制決策。所述的報警模塊設(shè)置于駕駛室內(nèi)中央控制臺上，包括控制器、報警指示燈，所述的控制器將決策模塊傳送的信號轉(zhuǎn)換，控制所述的報警指示燈。所述的油門控制模塊設(shè)置于駕駛室內(nèi)油門踏板上，包括控制器、控制電機，所述的控制器將決策模塊傳送的信號轉(zhuǎn)換，控制所述的控制電機，進而控制油門開合度。

一種液體罐車彎道行駛防側(cè)翻預(yù)警控制方法，具體步驟為：

首先在車輛靜止時，采集液面水平時的高度hliquid，計算液面水平狀態(tài)下液體重心位置(xliquid,yliquid)；在車輛行駛過程中，采集車輛行駛實時位置與方向(x,y,angle)，計算車輛實時轉(zhuǎn)彎半徑r和速度v；進而計算側(cè)向加速度a，計算液面傾斜角度α；進而計算液面傾斜狀態(tài)下液體重心位置(x′liquid,y′liquid)，計算整車重心位置(x,y)；進而計算車輛側(cè)翻臨界速度v0(r,v)；比較車輛側(cè)翻臨界速度v0(r,v)與行駛速度v，確定車輛所處狀態(tài)，根據(jù)狀態(tài)判斷報警與否、控制與否。

所述的車輛所處狀態(tài)，可分為三種：

當(dāng)v-v0(r,v)>k1時，車輛處于安全狀態(tài)，無側(cè)翻風(fēng)險，無需進行報警與油門控制；

當(dāng)k2<v-v0(r,v)≤k1時，車輛處于低風(fēng)險狀態(tài)，保持該速度與轉(zhuǎn)彎半徑繼續(xù)行駛無側(cè)翻風(fēng)險，當(dāng)速度上升或轉(zhuǎn)彎半徑減小則會使得側(cè)翻風(fēng)險上升，需對駕駛員進行防側(cè)翻預(yù)警；

當(dāng)v-v0(r,v)≤k2時，車輛處于高風(fēng)險狀態(tài)，保持該速度與轉(zhuǎn)彎半徑繼續(xù)行駛存在側(cè)翻風(fēng)險，當(dāng)速度上升或轉(zhuǎn)彎半徑減小則會使得側(cè)翻風(fēng)險上升，需對駕駛員進行防側(cè)翻預(yù)警，并進行強制油門控制；

其中，k1,k2為預(yù)設(shè)安全參數(shù)，k1>k2，可根據(jù)車輛屬性設(shè)置。

本發(fā)明的優(yōu)點是：

本發(fā)明能夠在液體罐車轉(zhuǎn)彎行駛速度較高時，為駕駛員提供預(yù)警，并可以通過控制油門進而控制車速，達到防止車輛側(cè)翻保證人員與車輛安全的目的。

附圖說明

圖1是防側(cè)翻預(yù)警控制系統(tǒng)和方法原理圖。

圖2是gps天線設(shè)置圖。

圖3是通過gps定位信息計算車輛轉(zhuǎn)彎半徑原理圖。

圖4是計算液面水平時液體重心位置原理圖。

圖5是計算液面傾斜時液體重心位置原理圖。

圖6是計算側(cè)翻臨界速度原理圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對液體罐車彎道行駛防側(cè)翻預(yù)警控制系統(tǒng)和方法做進一步詳細的說明。

如圖1所示，本發(fā)明基于液面傾斜角度，建立側(cè)翻臨界速度計算模型，并將臨界速度與行駛速度比較，以此判斷車輛所處狀態(tài)，進行側(cè)翻預(yù)警和控制。一種液體罐車彎道行駛防側(cè)翻預(yù)警控制系統(tǒng)，由gps定位模塊1、液面高度采集模塊2、參數(shù)存儲模塊3、運算模塊4、決策模塊5、報警模塊6和油門控制模塊7構(gòu)成。液面高度采集模塊2與參數(shù)存儲模塊3相連，gps定位模塊1和參數(shù)存儲模塊3與運算模塊4相連，運算模塊4與決策模塊5相連，決策模塊5與報警模塊6和油門控制模塊7相連。

gps定位模塊設(shè)置于車身上方，包括前天線、后天線和gps移動站。如圖2所示，前天線設(shè)置于液罐上方的前部，采集車輛方向坐標(biāo)信息；后天線設(shè)置于液罐上方的后部，采集車輛位置坐標(biāo)信息；gps移動站與所述的前天線、后天線相連，將定位信息(x,y,angle)編碼輸出。

通過定位信息計算車輛轉(zhuǎn)彎半徑與行駛速度的原理，如圖3所示。

在本發(fā)明中，所有位置坐標(biāo)(x,y)均基于大地坐標(biāo)系，所有方向坐標(biāo)angle均以向北為0°，順時針方向遞增至360°。

在t時刻，后天線采集位置坐標(biāo)(xb,yb)，前天線采集方向坐標(biāo)angle。

前天線位置坐標(biāo)(xf,yf)可計算得到。

xf＝xb+d×sin(angle)

yf＝y(tǒng)b+d×cos(angle)

其中d為前、后天線間距離。

前、后天線連線中點位置坐標(biāo)記為(xm,ym)，可計算得到。

xm＝(xb+xf)/2

ym＝(yb+yf)/2

前、后天線連線方向可表示車輛行駛方向，在坐標(biāo)系中表示為k，可計算得到。

k＝(yb-yf)/(xb-xf)

在t′時刻，后天線采集位置坐標(biāo)(x′b,y′b)，前天線采集方向坐標(biāo)angle′。(x′f,y′f)，(x′m,y′m)和k′的計算方法與t時刻相同。

車輛在t時刻到t′時刻間行駛的時，轉(zhuǎn)彎圓心位置坐標(biāo)記為(xo,yo)，可計算得到。

轉(zhuǎn)彎半徑r可計算得到。

行駛速度v可計算得到。

液面高度采集模塊設(shè)置于液罐內(nèi)部，包括液位傳感器，液位傳感器采集液面高度hliquid。

假設(shè)液罐的橫截面為標(biāo)準(zhǔn)圓形，液罐內(nèi)裝載均質(zhì)液體時，液面為任意高度時，液體重心位置(xliquid,yliquid)和質(zhì)量mliquid均可計算得到。

非滿載狀態(tài)且液體高度高于液罐半徑，即r<hliquid<2r時，將液罐橫截面stank進行拆分，如圖4所示，包括下部扇形部分s1和上部扇形部分s2+3，上部扇形部分s2+3可由液面劃分為下部液體部分s2和上部無液體部分s3。其中液體部分橫截面sliquid可計算得到。

sliquid＝s1+s2＝stank-(s2+3)+s2

θ表示液面高度相關(guān)參數(shù)，可計算得到。

s2+3和s2可計算得到。

取液罐底部(xp,yp)為參考點，即xp＝y(tǒng)p＝0，則液罐橫截面stank的重心高度ytank、上部扇形部分s2+3的重心高度y2+3和下部液體部分s2的重心高度y2均可計算得到。

ytank＝r

其中，扇形弦長c和弧長l均可計算得到。

c＝2r×sin(θ)

l＝2r×θ

液體重心位置(xliquid,yliquid)可通過不同部分的重心位置疊加計算得到。

xliquid＝0

由于隨著車輛行駛速度的增大，側(cè)向加速度也會隨之增大，罐體內(nèi)的液面傾斜狀態(tài)也不同，對應(yīng)于車輛側(cè)翻的判定條件隨之變化。側(cè)向加速度a可計算得到。

液罐車裝載液體的液面在僅受重力作用的水平路面上呈水平狀態(tài)，當(dāng)有不平行于重力方向的外力作用時，液面也會發(fā)生變化。當(dāng)車輛存在離心加速度時，液面發(fā)生傾斜，忽略液面的其他變形，假設(shè)液體傾斜但液面保持平面，即可認為橫截面上，液體在罐內(nèi)繞罐體中心發(fā)生了旋轉(zhuǎn)，液面的傾斜角度α可計算得到。

其中g(shù)為重力加速度，可取g＝9.8m/s²。

如圖5所示，在橫截面上，液體圍繞罐體中心旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度即為液面傾斜角度α，液面傾斜時液體重心位置(x′liquid,y′liquid)可計算得到。

x′liquid＝(r-xliquid)×sin(α)

y′liquid＝y(tǒng)liquid+(r-yliquid)×(1-cos(α))

如圖6所示，整車重心位置(x,y)可通過凈車重心位置與液體重心位置疊加計算得到。參數(shù)存儲模塊，存儲液罐半徑r、車輛凈質(zhì)量mveh、凈車重心位置(xveh,yveh)、液罐底部距離地面高度htank、輪距b等參數(shù)。

車輛側(cè)翻的常用判定方式之一，是根據(jù)轉(zhuǎn)彎內(nèi)側(cè)車輪是否離開地面為界限。臨界狀態(tài)即車輛僅通過外側(cè)車輪支撐車體，車輛以外側(cè)車輪與地面接觸的點為轉(zhuǎn)動中心，重力的力矩與側(cè)向加速度引起的側(cè)向力的力矩平衡。

fg×lg＝fa×la

其中，整車重力fg、離心力fa、重力力臂lg和離心力力臂la可計算得到。

fg＝(mveh+mliquid)×g

fa＝(mveh+mliquid)×a

lg＝y(tǒng)

通過力矩平衡方程可解得臨界側(cè)翻速度v0(r,v)。

決策模塊，將運算模塊傳送的車輛側(cè)翻臨界速度v0(r,v)與行駛速度v進行比較判斷，確定車輛所處狀態(tài)，進行預(yù)警和控制決策。

車輛所處狀態(tài)，可分為三種：

當(dāng)δv＝v-v0(r,v)>k1時，車輛處于穩(wěn)定性良好的狀態(tài)，無側(cè)翻風(fēng)險，無需進行報警與油門控制；

當(dāng)k2<δv＝v-v0(r,v)≤k1時，車輛處于穩(wěn)定性一般的狀態(tài)，存在側(cè)翻的風(fēng)險，保持該速度與轉(zhuǎn)彎半徑繼續(xù)行駛無側(cè)翻風(fēng)險，當(dāng)速度上升或轉(zhuǎn)彎半徑減小則會使得側(cè)翻風(fēng)險上升，需對駕駛員進行防側(cè)翻預(yù)警；

當(dāng)δv＝v-v0(r,v)≤k2時，車輛處于穩(wěn)定性較差的狀態(tài)，側(cè)翻風(fēng)險較高，保持該速度與轉(zhuǎn)彎半徑繼續(xù)行駛存在側(cè)翻風(fēng)險，當(dāng)速度上升或轉(zhuǎn)彎半徑減小則會使得側(cè)翻風(fēng)險劇增，需進行強制油門控制以控制車速。

其中，k1,k2為預(yù)設(shè)安全參數(shù)，k1>k2，可根據(jù)車輛屬性設(shè)置。

報警模塊設(shè)置于駕駛室內(nèi)中央控制臺上，包括控制器、報警指示燈，所述的控制器將決策模塊傳送的信號轉(zhuǎn)換，控制所述的報警指示燈。

油門控制模塊設(shè)置于發(fā)動機油路系統(tǒng)內(nèi)，包括控制器、控制電機，所述的控制器將決策模塊傳送的信號轉(zhuǎn)換，控制所述的控制電機，進而控制油門開合度。

綜上所述，本發(fā)明涉及的一種液體罐車彎道行駛防側(cè)翻預(yù)警控制系統(tǒng)和方法，其通過gps定位模塊、液面高度采集模塊、參數(shù)存儲模塊、運算模塊、決策模塊、報警模塊和油門控制模塊構(gòu)成的系統(tǒng)，采集液罐內(nèi)液體高度及車輛行駛的轉(zhuǎn)彎半徑、速度等信息，結(jié)合車輛自身參數(shù)，計算得到臨界側(cè)翻速度，并于行駛速度進行比較判斷，確定車輛所處狀態(tài)，進行預(yù)警和控制決策，從而起到在彎道行駛時提醒駕駛員注意速度，并在速度過高時進行強制控制速度，以防止車輛側(cè)翻，保證駕駛員與車輛安全的功效。

上述實施例和圖示并非限定本發(fā)明的產(chǎn)品形態(tài)和樣式，任何屬于技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員對其做的適當(dāng)變化或修飾，皆應(yīng)視為不脫離本發(fā)明的專利范疇。