超重载长大多轮独立电驱动特种车辆防侧翻方法和系统

摘要

本申请涉及一种超重载长大多轮独立电驱动特种车辆防侧翻方法和系统。所述方法包括：分别测量车架前后部3个以上位置的速度、转弯半径和倾斜角，再根据这些点和车辆质心之间的几何关系，实时计算车辆质心处的侧向加速度和横摆角速度。同时，测量车辆的方向盘转角和车辆速度，计算当前车辆车质心处的侧向加速度理论极限值和横摆角速度理论极限值。当计算得到的侧向加速度大于侧向加速度理论极限值，且计算得到的横摆角速度小于横摆角速度理论极限值时，生成车辆侧滑警告信号。本方法比较车辆质心处的实时姿态数据和当前车辆速度和转向情况下的理论极限值，生成车辆侧滑告警信号，能为超重载长大多轮独立电驱动特种车辆提供防侧滑功能。

说明书

技术领域

本申请涉及种汽车防侧翻保护控制技术领域，特别是涉及一种超重载长大多轮独立电驱动特种车辆防侧翻方法和系统。

背景技术

超重载多轴自行式特种车辆具有质量大、质心高、尺寸大的特点。采用混合动力多轮独立电驱动技术后，相比于传统底盘，电驱动特种车辆的机动速度更高、加速能力更强，对行驶安全性也提出了更高的要求。在各种交通事故中，侧翻事故会对特种车辆及装载设备造成重大损失，严重时甚至会车毁人亡。为此，必须采取有效技术措施降低超重、超大特种车辆侧翻事故发生概率，提高机动安全性。

与普通车辆不同，特种车辆整车质心位置通常位于底盘车架上方，且布置有设备，没有安装传感器的空间，因此不能通过在车辆质心位置安放传感器的方式来实现防侧翻系统。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种适应特种车辆应用要求的超重载长大多轮独立电驱动特种车辆防侧翻方法和系统。

一种超重载长大多轮独立电驱动特种车辆防侧翻方法，包括：

分别获取车架上一组预设点的速度测量值、转弯半径测量值和倾斜角测量值。其中，预设点分别设置在车架的前部和后部，数量不少于3个。

基于预设点和车辆质心之间的几何关系，根据一组预设点的速度测量值、转弯半径测量值和倾斜角测量值，得到车辆质心处的侧向加速度计算值和横摆角速度计算值。

根据车辆的方向盘转角测量值和车辆速度测量值，计算车辆车质心处的侧向加速度理论极限值和横摆角速度理论极限值。

当侧向加速度计算值大于侧向加速度理论极限值，且横摆角速度计算值小于横摆角速度理论极限值时，生成车辆侧滑警告信号。

其中一个实施例中，根据一组预设点的速度测量值、转弯半径测量值和倾斜角测量值，得到车辆质心处的侧向加速度计算值和横摆角速度计算值的方式包括：

根据车架基面上的3个预设点的速度测量值、转弯半径测量值和倾斜角测量值，得到车架基面的运动姿态数据。

以3个预设点和车辆质心为顶点构建四面体结构，基于四面体结构的几何关系，根据车架基面的运动姿态数据，得到车辆质心处的侧向加速度计算值和横摆角速度计算值。

其中一个实施例中，预设点的数量不小于4。所述方法还包括：根据车架基面上的4个预设点的速度值、转弯半径测量值和倾斜角测量值，消除车架和车架基面间的偏离值，将4个预设点的倾斜角测量值转移到同一个车架基面。

其中一个实施例中，所述方法还包括：

当侧向加速度计算值大于侧向加速度理论极限值，且横摆角速度计算值小于横摆角速度理论极限值时，获取油门踏板信号和制动踏板信号，根据侧向加速度计算值、横摆角速度计算值、油门踏板信号和制动踏板信号得到车辆轨迹预测数据。

根据预测数据生成驱动轮控制信号，对驱动轮进行动力减小、动力解除和/或反拖制动操作。

其中一个实施例中，所述方法还包括：

获取油门踏板信号和制动踏板信号，根据侧向加速度计算值、横摆角速度计算值、油门踏板信号和制动踏板信号得到车辆轨迹预测数据。

获取当前路况数据，根据车辆轨迹预测数据和当前路况数据，生成车辆速度建议数据。

一种超重载长大多轮独立电驱动特种车辆防侧翻系统，包括方向盘转角传感器和车身姿态传感器组和防侧翻控制设备。

方向盘转角传感器用于获得方向盘转角测量值。

车身姿态传感器组包括速度传感器、侧倾角传感器和转向传感器，车身姿态传感器组设置在车架上的预设点处，预设点分别设置在车架的前部和后部，数量不少于3个。

防侧翻控制设备接收方向盘转角传感器、车轮传感器和车身姿态传感器组的测量数据，基于预设点和车辆质心之间的几何关系，根据预设点的速度测量值、转弯半径测量值和倾斜角测量值，得到车辆质心处的侧向加速度计算值和横摆角速度计算值，根据方向盘转角测量值和车辆速度测量值，计算车辆车质心处的侧向加速度理论极限值和横摆角速度理论极限值，当侧向加速度计算值大于侧向加速度理论极限值，且横摆角速度计算值小于横摆角速度理论极限值时，生成车辆侧滑警告信号。

其中一个实施例中，所述系统还包括车轮传感器，用于获得非驱动轮转速值。

防侧翻控制设备还用于，当侧向加速度计算值大于侧向加速度理论极限值，且横摆角速度计算值小于横摆角速度理论极限值时，获取油门踏板信号和制动踏板信号，根据侧向加速度计算值、横摆角速度计算值、油门踏板信号和制动踏板信号得到车辆轨迹预测数据。接收驱动电机发送的驱动轮转速值，根据非驱动轮转速值、驱动轮转速值和预测数据生成对应的驱动轮控制信号，分别对各个驱动轮进行动力减小、动力解除和/或反拖制动操作。

其中一个实施例中，防侧翻控制设备还用于，

获取油门踏板信号和制动踏板信号，根据侧向加速度计算值、横摆角速度计算值、油门踏板信号和制动踏板信号得到车辆轨迹预测数据，获取当前路况数据，根据车辆轨迹预测数据和当前路况数据，生成车辆速度建议数据。

一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

分别获取车架上一组预设点的速度测量值、转弯半径测量值和倾斜角测量值。其中，预设点分别设置在车架的前部和后部，数量不少于3个。

基于预设点和车辆质心之间的几何关系，根据一组预设点的速度测量值、转弯半径测量值和倾斜角测量值，得到车辆质心处的侧向加速度计算值和横摆角速度计算值。

根据车辆的方向盘转角测量值和车辆速度测量值，计算车辆车质心处的侧向加速度理论极限值和横摆角速度理论极限值。

当侧向加速度计算值大于侧向加速度理论极限值，且横摆角速度计算值小于横摆角速度理论极限值时，生成车辆侧滑警告信号。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

分别获取车架上一组预设点的速度测量值、转弯半径测量值和倾斜角测量值。其中，预设点分别设置在车架的前部和后部，数量不少于3个。

基于预设点和车辆质心之间的几何关系，根据一组预设点的速度测量值、转弯半径测量值和倾斜角测量值，得到车辆质心处的侧向加速度计算值和横摆角速度计算值。

根据车辆的方向盘转角测量值和车辆速度测量值，计算车辆车质心处的侧向加速度理论极限值和横摆角速度理论极限值。

当侧向加速度计算值大于侧向加速度理论极限值，且横摆角速度计算值小于横摆角速度理论极限值时，生成车辆侧滑警告信号。

与现有技术相比，上述一种超重载长大多轮独立电驱动特种车辆防侧翻方法、系统、计算机设备和存储介质，分别获取车架前后部3个以上位置的速度测量值、转弯半径测量值和倾斜角测量值，再根据这些点和车辆质心之间的几何关系，实时计算车辆质心处的侧向加速度和横摆角速度。同时，根据车辆的方向盘转角测量值和车辆速度测量值，计算车辆车质心处的侧向加速度理论极限值和横摆角速度理论极限值。当侧向加速度计算值大于侧向加速度理论极限值，且横摆角速度计算值小于横摆角速度理论极限值时，生成车辆侧滑警告信号。本申请能够获得车辆质心处的实时姿态数据，当实时姿态数据超出当前车辆速度和转向情况下的理论极限值范围时，生成车辆侧滑告警信号，能够有效地为超重载长大多轮独立电驱动特种车辆提供防侧滑功能。

附图说明

图1为一个实施例中一种超重载长大多轮独立电驱动特种车辆防侧翻方法的应用场景图；

图2为一个实施例中一种超重载长大多轮独立电驱动特种车辆防侧翻方法的步骤图；

图3为考虑车架柔性时各个预设点的位置示意图；

图4为另一个实施例中车速高于40km/h时的车轮分组控制方案示意图；

图5为另一个实施例中车速低于40km/h时的车轮分组控制方案示意图；

图6为一个实施例中一种超重载长大多轮独立电驱动特种车辆防侧翻系统的系统组成示意图；

图7为一个实施例中计算机设备的内部结构图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请提供的一种超重载长大多轮独立电驱动特种车辆防侧翻方法，可以应用于如图1所示的应用环境中。一组预设点(编号分别1、2、3、4)分别位于车架的前端两侧和后端两侧。本实施例中所述的车架前部和后部，是指以车辆前进方向为前方，则前部是指车辆质心之前的车架部分，后部是指车辆质心之后的车架部分。在一个预设点处设置了速度传感器、倾角传感器和转向传感器，分别用于测量该预设点处的速度、倾角和转向数据。

一个实施例中，通过对预设点处的传感器数据进行实时处理，实现一种超重载长大多轮独立电驱动特种车辆防侧翻方法，如图2所示，包括以下步骤：

步骤202，分别获取车架上3个预设点的速度测量值、转弯半径测量值和倾斜角测量值。

步骤204，基于预设点和车辆质心之间的几何关系，根据一组预设点的速度测量值、转弯半径测量值和倾斜角测量值，得到车辆质心处的侧向加速度计算值和横摆角速度计算值。

具体地，以获取预设点1-3的数据为例进行说明。当车架处于同一基面时，三个传感器可以构成一个三角基准面，与车辆的质心位置形成一个稳定四面体结构。根据三角基准面三个顶点的信息，可以计算出基准面的运动姿态，进而计算出质心位置的加速度和横摆角速度。在预设点1、预设点2和预设点3处速度传感器测得的速度值分别为v

横摆角速度计算值为：

基于车辆质心处的加速度值可以得到对应的横向分量，即侧向加速度计算值。

步骤206，根据车辆的方向盘转角测量值和车辆速度测量值，计算车辆车质心处的侧向加速度理论极限值和横摆角速度理论极限值。

步骤208，当侧向加速度计算值大于侧向加速度理论极限值，且横摆角速度计算值小于横摆角速度理论极限值时，生成车辆侧滑警告信号。

在根据传感器数据计算当前车辆质心的侧向加速度值a

本实施例能够获得车辆质心处的实时姿态数据，当实时姿态数据超出当前车辆速度和转向情况下的理论极限值范围时，生成车辆侧滑告警信号，能够有效地为超重载长大多轮独立电驱动特种车辆提供防侧滑功能。

其中一个实施例中，所述方法还包括：

步骤201，根据车架基面上的4个预设点的速度值、转弯半径测量值和倾斜角测量值，消除车架和车架基面间的偏离值，将4个预设点的倾斜角测量值转移到同一个车架基面。

具体地，本实施例考虑车架柔性，结合四个位置的传感器进行联合工作，如附图3所示。当车架存在柔性时，车架上的4个预设点可能偏离同一基面。因此本实施例利用四个预设点的倾角传感器的数值，将4个预设点转换至同一基面，并引入车架柔性系数k。对于实际车辆，这一过程也可通过实车可以通过标定方式进行。基于上述实施例中的方法可以可得计算质心处的侧向加速度和横摆角速度。

其中一个实施例中，所述方法还包括：

步骤210，当侧向加速度计算值大于侧向加速度理论极限值，且横摆角速度计算值小于横摆角速度理论极限值时，获取油门踏板信号和制动踏板信号，根据侧向加速度计算值、横摆角速度计算值、油门踏板信号和制动踏板信号得到车辆轨迹预测数据。根据预测数据生成驱动轮控制信号，对驱动轮进行动力减小、动力解除和/或反拖制动操作。

以多轮独立控制的多轴电驱底盘为例进行说明，车轮数量12个。为降低控制复杂度，提高系统响应速度，采用电子履带的方案，对车轮进行分组控制。当车速高于30km/h时，通过防侧翻控制设备按前三后三方案分组对车辆的行驶速度进行干预减速，如图4所示；当车速低于40km/h时，通过防侧翻控制设备执行单元按前二、中二、后二方案分组对车辆的行驶速度进行干预减速，如附图5所示。

其中一个实施例中，所述方法还包括：

步骤212，获取油门踏板信号和制动踏板信号，根据侧向加速度计算值、横摆角速度计算值、油门踏板信号和制动踏板信号得到车辆轨迹预测数据。获取当前路况数据，根据车辆轨迹预测数据和当前路况数据，生成车辆速度建议数据。

具体地，在有电子地图保障的条件下，结合电子地图，可以根据当前车辆的姿态，为驾驶员根据前方弯道、特殊路况等提供行驶速度控制建议。

应该理解的是，虽然图2的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图2中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

在一个实施例中，如图6所示，提供了一种超重载长大多轮独立电驱动特种车辆防侧翻系统，包括方向盘转角传感器和车身姿态传感器组和防侧翻控制设备。

方向盘转角传感器用于获得方向盘转角测量值。

车身姿态传感器组包括速度传感器、侧倾角传感器和转向传感器，车身姿态传感器组设置在车架上的预设点处，预设点分别设置在车架的前部和后部，数量不少于3个。

防侧翻控制设备接收方向盘转角传感器、车轮传感器和车身姿态传感器组的测量数据，基于预设点和车辆质心之间的几何关系，根据预设点的速度测量值、转弯半径测量值和倾斜角测量值，得到车辆质心处的侧向加速度计算值和横摆角速度计算值，根据方向盘转角测量值和车辆速度测量值，计算车辆车质心处的侧向加速度理论极限值和横摆角速度理论极限值，当侧向加速度计算值大于侧向加速度理论极限值，且横摆角速度计算值小于横摆角速度理论极限值时，生成车辆侧滑警告信号。

其中一个实施例中，所述系统还包括车轮传感器，用于获得非驱动轮转速值。

防侧翻控制设备还用于，当侧向加速度计算值大于侧向加速度理论极限值，且横摆角速度计算值小于横摆角速度理论极限值时，获取油门踏板信号和制动踏板信号，根据侧向加速度计算值、横摆角速度计算值、油门踏板信号和制动踏板信号得到车辆轨迹预测数据。接收驱动电机发送的驱动轮转速值，根据非驱动轮转速值、驱动轮转速值和预测数据生成对应的驱动轮控制信号，分别对各个驱动轮进行动力减小、动力解除和/或反拖制动操作。

多轴底盘车轮数量为8-16个，需要根据整车姿态控制需求，计算每个车轮的驱制动力分配。本实施例针对超大型特种车辆技术特点，充分利用电驱底盘驱制动控制灵活、响应速度快的特点，分别对各个驱动轮进行相应的防侧翻操作，确保特种车辆机动安全。

其中一个实施例中，防侧翻控制设备还用于，

获取油门踏板信号和制动踏板信号，根据侧向加速度计算值、横摆角速度计算值、油门踏板信号和制动踏板信号得到车辆轨迹预测数据，获取当前路况数据，根据车辆轨迹预测数据和当前路况数据，生成车辆速度建议数据。

关于一种超重载长大多轮独立电驱动特种车辆防侧翻系统的具体限定可以参见上文中对于一种超重载长大多轮独立电驱动特种车辆防侧翻方法的限定，在此不再赘述。上述一种超重载长大多轮独立电驱动特种车辆防侧翻系统中防侧翻控制设备的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图7所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种超重载长大多轮独立电驱动特种车辆防侧翻方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。

本领域技术人员可以理解，图7中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，该存储器存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：

分别获取车架上一组预设点的速度测量值、转弯半径测量值和倾斜角测量值。其中，预设点分别设置在车架的前部和后部，数量不少于3个。

基于预设点和车辆质心之间的几何关系，根据一组预设点的速度测量值、转弯半径测量值和倾斜角测量值，得到车辆质心处的侧向加速度计算值和横摆角速度计算值。

根据车辆的方向盘转角测量值和车辆速度测量值，计算车辆车质心处的侧向加速度理论极限值和横摆角速度理论极限值。

当侧向加速度计算值大于侧向加速度理论极限值，且横摆角速度计算值小于横摆角速度理论极限值时，生成车辆侧滑警告信号。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：根据车架基面上的3个预设点的速度测量值、转弯半径测量值和倾斜角测量值，得到车架基面的运动姿态数据。以3个预设点和车辆质心为顶点构建四面体结构，基于四面体结构的几何关系，根据车架基面的运动姿态数据，得到车辆质心处的侧向加速度计算值和横摆角速度计算值。

其中一个实施例中，预设点的数量不小于4。处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：根据车架基面上的4个预设点的速度值、转弯半径测量值和倾斜角测量值，消除车架和车架基面间的偏离值，将4个预设点的倾斜角测量值转移到同一个车架基面。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：当侧向加速度计算值大于侧向加速度理论极限值，且横摆角速度计算值小于横摆角速度理论极限值时，获取油门踏板信号和制动踏板信号，根据侧向加速度计算值、横摆角速度计算值、油门踏板信号和制动踏板信号得到车辆轨迹预测数据。根据预测数据生成驱动轮控制信号，对驱动轮进行动力减小、动力解除和/或反拖制动操作。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：获取油门踏板信号和制动踏板信号，根据侧向加速度计算值、横摆角速度计算值、油门踏板信号和制动踏板信号得到车辆轨迹预测数据。获取当前路况数据，根据车辆轨迹预测数据和当前路况数据，生成车辆速度建议数据。

在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

分别获取车架上一组预设点的速度测量值、转弯半径测量值和倾斜角测量值。其中，预设点分别设置在车架的前部和后部，数量不少于3个。

基于预设点和车辆质心之间的几何关系，根据一组预设点的速度测量值、转弯半径测量值和倾斜角测量值，得到车辆质心处的侧向加速度计算值和横摆角速度计算值。

根据车辆的方向盘转角测量值和车辆速度测量值，计算车辆车质心处的侧向加速度理论极限值和横摆角速度理论极限值。

当侧向加速度计算值大于侧向加速度理论极限值，且横摆角速度计算值小于横摆角速度理论极限值时，生成车辆侧滑警告信号。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：根据车架基面上的3个预设点的速度测量值、转弯半径测量值和倾斜角测量值，得到车架基面的运动姿态数据。以3个预设点和车辆质心为顶点构建四面体结构，基于四面体结构的几何关系，根据车架基面的运动姿态数据，得到车辆质心处的侧向加速度计算值和横摆角速度计算值。

其中一个实施例中，预设点的数量不小于4。计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：根据车架基面上的4个预设点的速度值、转弯半径测量值和倾斜角测量值，消除车架和车架基面间的偏离值，将4个预设点的倾斜角测量值转移到同一个车架基面。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：当侧向加速度计算值大于侧向加速度理论极限值，且横摆角速度计算值小于横摆角速度理论极限值时，获取油门踏板信号和制动踏板信号，根据侧向加速度计算值、横摆角速度计算值、油门踏板信号和制动踏板信号得到车辆轨迹预测数据。根据预测数据生成驱动轮控制信号，对驱动轮进行动力减小、动力解除和/或反拖制动操作。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：获取油门踏板信号和制动踏板信号，根据侧向加速度计算值、横摆角速度计算值、油门踏板信号和制动踏板信号得到车辆轨迹预测数据。获取当前路况数据，根据车辆轨迹预测数据和当前路况数据，生成车辆速度建议数据。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。