[发明专利]一种轮式装载机侧倾翻预测的方法

说明书

技术领域

本发明涉及铰接式车辆倾翻预测方法，尤其是涉及一种轮式装载机侧倾翻预测的方法。

背景技术

伴随我国经济建设的发展，我国工程车辆发展异常迅速，其中轮式装载机是典型量大、面广的工程车辆，而工程车辆倾翻（包括侧倾翻、前后倾翻）事故比例高、危害大，其中又以轮式装载机尤为突出。对于轮式装载机来讲，在实际应用中常使用翻车保护结构（Roll-Over Protect Structure，ROPS）来抵御倾翻给驾驶员带来的危害。翻车保护结构，是指车辆驾驶室在翻车时受到巨大的冲击载荷，其翻车保护结构应具有足够的侧向刚度来阻止其变形,同时又要能够吸收一定的能量，减小事故给驾驶员带来的危害（[1]Kenneth F.Orlowski Crash Tests---The influence of Roof Strength on Injury Mechanics,SAE paper 851734）。

但翻车保护结构只是被动防御倾翻带来的危害，并不能从根本上防止倾翻的发生，所以才有了倾翻主动防御的出现。倾翻主动防御是借助于车上的各种传感器、电脑和其他一些电子装置来实现的，通过倾翻主动防御最大限度的避免倾翻的发生。其中应用广泛的有Time To Roll（以下简称TTR，对倾翻发生时间的预测）预警机制；其原理通常都是通过测量当前各种运动参数，对比倾翻参考模型，预测未来时间段的倾翻危险来达到主动预防倾翻（[2]Chen,B.，Peng,H..Rollover Warning For Articulated Vehicles Based on A Time-To-Rollover Metric[C].Proceedings of the 1999ASME International Congress and Exposition,Knoxville,TN,November1999）。该方法能提供提前预警功能并具备一定的精确性。

上述方法存在以下缺点：现有公路车辆倾翻预警算法以及预警参考模型不能应用于轮式装载机，因为当系统工作时，系统的参考模型是假设车辆的结构和质心不变，而实际情况是轮式装载机在工作时结构发生变化，质心变化无规律，使得公路车辆的倾翻预警算法以及预警参考模型应用到轮式装载机上并不适用。

中国专利200710064320.3提供了一种车辆防侧翻惯性测量及控制方法，该方法所采用的装置包括一个微观形测量单元和传统速度仪表，可自主计算车辆防侧翻系数，自动发出提示信息以及执行制动控制指令，但由于公路车辆具有轮式装载机所不具有的悬挂结构，而轮式装载机本身具有摆动式驱动桥这类特殊结构，两者差异明显，并且轮式装载机翻车事故中还有部分是倾翻而不是侧翻，因而上述发明专利并不适用于轮式装载机这类工程车辆。现有技术中存在的技术缺陷，成为本领域技术人员急待解决的一个重要技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种在轮式装载机工作时，能实时监测轮式装载机运动参数及计算倾翻危险指标，达到主动预防倾翻危险的轮式装载机侧倾翻预测的方法。

本发明的技术方案为：一种轮式装载机倾翻预测方法，所采用的装置包括三轴陀螺仪、胎压传感器、倾角传感器、传统速度仪表、数据采集系统和数据处理器；将三轴陀螺仪固装在轮式装载机前车架与后车架之间的铰接点处，将胎压传感器固装在轮胎气门上，将倾角传感器安装在铰接点处，速度仪表直接采用驾驶室的传统速度仪表，数据采集系统和数据处理器设于轮式装载机的控制电路中；三轴陀螺仪、胎压传感器、倾角传感器和速度仪表分别均与轮式装载机的控制电路电信号连接。

本发明包括以下步骤：

1）静止状态下标定三轴陀螺仪的Z轴零偏，消除陀螺仪零偏重复性误差；

2）由车辆仪表盘输出车辆速度，倾角传感器读出铰接点转角，以计算车辆转弯半径，以及离心加速度大小以及方向，在车辆自身坐标系中用向量表示出该加速度；

3）由三轴陀螺仪输出参数计算原重力方向相对车辆自身的转角，并在车辆坐标系中表示出重力加速度方向；

4）将重力加速度和离心加速度矢量相加，得出加速度向量值；

5）建立车辆动力学方程，通过胎压传感器采集到的数据计算出四个车轮法向作用力，结合步骤4）中的加速度向量值，求出车辆质量大小以及车辆质心坐标值；

6）计算倾翻面法向量值以及倾翻轴线坐标值；

7）由车辆瞬时转向半径和车速计算出未来某时刻后的车辆坐标系相对当前车辆的旋转和平移量，从而计算出未来重力加速度向量值；