[发明专利]工程车辆主动防倾翻控制系统和方法

说明书

技术领域

本发明属工程车辆安全研究技术领域，具体说是一种工程车辆主动防倾翻控制系统和方法。

背景技术

工程车辆工作环境恶劣，行驶路面复杂，翻车事故高发。国际标准法规要求工程车辆必须加装框架式翻车保护结构以实现对司机的被动保护，但仍难以避免翻车时司机的伤亡。

目前对车辆主动安全系统的研究主要是针对轿车和重型车辆，防止侧翻的方法主要有以下几种：(1)通过刹车或减少发动机扭矩降低车速；(2)车轮差动制动；(3)主动转向；(4)主动防倾翻杆；(5)半主动悬架；(6)主动悬架。其中，现在研究最多使用最广泛的是主动悬架系统和主动防倾翻杆。

轿车和重型车辆主动防倾翻技术的研究成果对工程车辆主动安全设计理论研究具有很好的参考价值。但由于工程车辆具有特殊的工作装置，导致工程车辆在车架结构和翻车工况等方面都与汽车有很大的差别。因此，对工程车辆主动防倾翻系统的设计理论和控制技术的研究具有很好的理论价值和应用前景。

目前工程车辆倾翻稳定性的研究存在的问题有：

1)工程车辆稳定性及倾翻状态的预测远比汽车复杂，影响车辆稳定性的参数多，又相互关联。以ZL50装载机为例，其满载工况和空载工况质量相差5000kg，占整机质量1/4，物料举升位置和前后车架铰接角度给装载机的质心位置的预测带来困难，另外装载机的倾翻轴线也是随前后车架铰接角度而变化的：

2)倾翻临界状态下，为实现工程车辆恢复稳定，可供选择的控制参数包括主动悬架高度、前后车架铰接角度、工作装置姿态和制动力分配等，这些参数对抑制倾翻的效果，响应时间，如何使这些主动控制参数合理组合，达到最优控制效果均需要深入研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工程车辆主动防倾翻控制系统和方法，通过多传感器信息融合监测车辆稳定性状态，在工程车辆侧翻还未发生时，就预见到侧翻危险，并给驾驶员和侧翻控制系统提供预警信号，进行侧翻预警，通过自主调整主动油气悬架高度、前后车架相对角度、工作装置姿态和改变制动力，实现主动抑制倾翻，从根源上减少翻车事故的发生，实现工程车辆翻车主动保护。

一、关于本发明的工程车辆主动防倾翻控制系统

(一)由倾翻状态检测模块Ⅱ、中央处理模块Ⅱ、控制模块Ⅲ、执行模块Ⅳ和工程车辆V组成，其中，中央处理模块Ⅱ的输入接口7与倾翻状态检测模块Ⅰ连接，中央处理模块Ⅱ的输出接口9与控制模块Ⅲ连接；控制模块Ⅲ中的主动油气悬架控制器10、差动制动系统控制器11、工作装置控制器12和转向系统控制器13，分别对应控制执行模块Ⅳ中的主动油气悬架14、差动制动系统15、工作装置16和转向系统17；执行模块Ⅳ中的语音报警器18和指示灯报警器19，接收中央处理模块Ⅱ中防倾翻中央处理器8输出的工程车辆V倾翻危险报警信号；倾翻状态检测模块Ⅰ中的垂直陀螺仪4安装在工程车辆V驾驶室内固定的水平载体上。

(二)倾翻状态检测模块Ⅰ由工作装置油缸伸出长度传感器1、工作装置油缸压力传感器2、转向油缸伸出长度传感器3、垂直陀螺仪4、油气悬架油缸压力传感器5和油气悬架油缸伸出长度传感器6组成，其中：

1)工作装置油缸伸出长度传感器1和工作装置油缸压力传感器2安装在执行模块Ⅳ的工作装置16油缸上；

2)转向油缸伸出长度传感器3安装在执行模块Ⅳ的转向系统17油缸上；

3)垂直陀螺仪4安装在工程车辆V驾驶室内固定的水平载体上，垂直陀螺仪4的X轴指向工程车辆V前方，Y轴指向工程车辆V右方，Z轴指向工程车辆V正下方；

4)油气悬架油缸压力传感器5和油气悬架油缸伸出长度传感器6安装在执行模块Ⅳ的主动油气悬架14油缸上。

(三)中央处理模块Ⅱ由输入接口7、防倾翻中央处理器8和输出接口9组成，其中输入接口7与倾翻状态检测模块Ⅰ连接，输出接口9与控制模块Ⅲ连接，防倾翻中央处理器8经输入接口7采集并融合倾翻状态检测模块Ⅰ中的工作装置油缸伸出长度传感器1、工作装置油缸压力传感器2、转向油缸伸出长度传感器3、油气悬架油缸压力传感器5和油气悬架油缸伸出长度传感器6检测到的信号，计算出工程车辆V的重心位置、稳定性评价指标和侧翻预警时间(TTR，Time to rollover)，判定工程车辆V的侧翻状态，同时做出控制策略决定，并经输出接口9，将控制信息对应输出到控制模块Ⅲ的工作装置控制器12、转向系统控制器13、主动油气悬架控制器10和差动制动系统控制器11。