[发明专利]一种基于GIS系统的液罐车侧翻预警系统

权利要求书

1.一种基于GIS系统的液罐车侧翻预警系统，其特征在于：包括移动GIS模块、车辆信息模块、侧翻状态判定模块、预警模块，其中：

移动GIS模块通过GPS确定车辆的精确位置，在地理信息系统中获取至少包括车辆前进方向上的弯道半径R、弯道超高值i_h、路面坡度值γ的道路信息；

车辆信息模块存储至少包括车辆轮距B、车辆净重m_净车、车体重心高度Y_净车、液罐底部距离地面高度h_罐体的车辆参数信息，同时实时测量罐内液面高度h信息；

侧翻状态判定模块通过移动GIS模块获取的道路信息以及车辆信息模块存储的车辆参数信息和实时测量的液面高度信息，计算建立液罐车在弯道行驶时的侧翻临界速度的计算模型，将车辆当前行驶速度与最小侧翻临界速度进行对比，根据比较结果判断其是否会发生侧翻；

预警模块在侧翻判定模块判定车辆当前行驶速度高于最小侧翻临界速度时，发出警报信号，提示驾驶员降低车速到安全车速以下；

所述的侧翻状态判定模块中，车辆的临界侧翻速度v₀(R)的计算过程如下：

(1)、考虑道路超高、加减速以及路段坡度因素，计算液罐车装载液体后在行驶过程中以车体横截面中轴线与地面的交点F(X_F，Y_F)为参考点，即X_F＝Y_F＝0时，整车的重心位置G″(Y_整车，X_整车)：

式中：

X′、Y′为当车辆行驶于具有超高路段的弯道时，液体重心相对于罐体横截面形心的坐标，可通过后文公式计算得到；m_液体为装载液体的质量，由内置于罐体内的重量传感器实时测量；m_净车为车体质量；Y_净车为车体重心高度；h_罐体为液罐底部距离地面高度；ΔY₁为加减速导致液体重心位置变化的修正系数；ΔY₂为路段坡度导致液体重心位置变化的修正系数；

(2)、车辆在设有超高的的圆曲线上行驶时，车辆的临界侧翻速度v₀(R)计算公式如下：

公式中，g为重力加速度，R为弯道半径，B为车辆轮距；

考虑存在道路超高时液体重心相对于罐体横截面形心的坐标X′、Y′的计算公式为：

公式中，r为罐体半径为不同车辆的固有参数，需手动输入车载电脑ECU，Y为液面水平时液体相对于罐体横截面形心的重心竖坐标可通过公式计算得到，α为液面相对于超高路面的倾斜角度可通过下述公式计算得到：

其中，g表示重力加速度，可取9.8m/s²，路面横向倾角β可通过下式计算得到：

i_h＝tanβ

其中，i_h为弯道超高值，可通过GIS模块存储的道路基础信息直接获得；

考虑加减速导致液体重心位置变化的修正系数ΔY₁的计算方法为：

公式中，Y₁、Y₂为考虑加减速时液体纵断面相对于罐体横截面形心的重心竖坐标，当罐内液体较少时，加减速引起的液面上升高度不会超过液罐的高度，此时液体纵断面相对于罐体横截面形心的重心竖坐标Y₁计算方法为：

公式中，将液体纵断面简化为梯形，并将梯形分割为底部矩形和上部三角形，Y_三角形为上部三角形形心竖坐标，S_三角形为上部三角形面积，Y_矩形为底部矩形形心竖坐标，S_矩形为底部矩形面积，计算方法如下：

公式中，r为罐体半径，L为罐体长度，均为不同车辆的固有参数，需手动输入车载电脑ECU，h为静止状态下液面的高度，可由内置于罐内的液面传感器实时测量得到，Δh₁为较高侧液面高度低于罐体高度时，液面较高侧与较低侧的高度差，计算方法为：

Δh₁＝L·tanα

公式中α为液体倾斜角度，计算方法为：

公式中g为重力加速度，a_前为车辆前进加速度，可通过传感器测得;

当罐内液体较多时，加减速引起的液面上升高度会达到液罐的高度，此时液体纵断面相对于罐体横截面形心的重心竖坐标Y₂计算方法为：

公式中，将纵截面无液体的部分简化为三角形，Y_三角形为无液体部分三角形形心竖坐标，S_三角形为无液体部分三角形面积，Y_矩形为整个纵截面矩形形心竖坐标，S_矩形为整个纵截面矩形面积，计算方法如下：

Y_矩形＝0

S_矩形＝L·2r

公式中，r为罐体半径，L为罐体长度，均为不同车辆的固有参数，需手动输入车载电脑ECU，y₂为较低侧的液面高度，ΔL为液罐上端液面宽度，计算方法如下：

联立两式可解出y₂，ΔL, 式中S_液体为液体纵截面面积，无需得出，仅作为中间变量使用;

考虑路段坡度导致液体重心位置变化的修正系数ΔY₁的计算方法为：

ΔY₂＝Y₃-h

公式中，Y3为考虑路段坡度时液体纵断面相对于罐体横截面形心的重心竖坐标可通过计算得到，h为静止状态下液面的高度，由内置于罐内的液面传感器实时测量得到。