专利名称：工程车辆主动防倾翻性能实验系统及方法
技术领域：
本发明属于工程车辆实验测量技术领域，具体涉及一种工程车辆主动防倾翻性能实验系统及方法。
背景技术：
目前工程车辆安全上在被动安全技术方面发展较快，技术较成熟。然而仅靠被动安全并不能完全避免司乘人员的伤亡，因此主动安全技术亟待开发。而工程车辆主动防倾翻性能测试无论是在工程车辆主动安全技术开发阶段还是产品应用阶段都十分重要的环节。现有的实验方法和试验台只能对工程车辆的被动安全性能进行考察，并且在实验过程中工程车辆整机或一部分(驾驶室)是固定在实验台上进行加载的。而主动安全技术要 求工程车辆在运动的过程中考察各项指标，因此被动安全实验台和实验方法不能满足主动安全实验；同时，实验过程中有可能发生倾翻事故，造成司乘人员伤亡及设备和车辆损坏，这就要求开发能适应主动安全性能实验的系统和方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种工程车辆主动防倾翻性能实验系统及方法，克服现有技术只能对工程车辆被动安全性能进行考察的局限，并使其能适应各种机型，使实验过程中避免倾翻事故，具有较高的安全性和较好的通用性。为解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案实现一种工程车辆主动防倾翻性能实验系统，包括有车辆跟随系统I、安全保障系统II、测试系统III、被测车辆IV、自动驾驶系统V、控制中心VI和实验场VL所述的测试系统III安装在被测车辆IV上，将被测车辆IV的运动状态信号传送至控制中心VI ;所述的自动驾驶系统V安装在被测车辆IV和控制中心VI中，使得操作员可以在控制中心VI遥控驾驶被测车辆IV ;所述的控制中心VI位于实验场νπ的安全区内；所述的车辆跟随系统I安装于实验场Vn上方，并通过安全保障系统II与被测车辆IV连接，车辆跟随系统I驱动安全保障系统II始终处于被测车辆IV上方；所述的安全保障系统II由连接点7、钢丝绳8和限锁组件9组成；所述的钢丝绳8下端通过连接点7安装在被测车辆VI的两侧，钢丝绳8上端通过限锁组件9与车辆跟随系统I固定，限锁组件9根据被测车辆IV的状态调整钢丝绳8滑动速度，当被测车辆IV将要发生倾翻时，限锁组件9将钢丝绳8锁死，防止被测车辆IV发生倾翻。所述的车辆跟随系统I由车辆位置检测组件I、横向驱动组件2、纵向驱动组件3、滑轨5和竖直跟随组件6组成；所述的车辆位置检测组件I将实时测得的被测车辆IV位置信号与自身位置信号进行比较，得到横向偏差、纵向偏差和竖直偏差，并将各偏差信号传递给横向驱动组件2、纵向驱动组件3和竖直跟随组件6 ;滑轨5固定在实验场VII的承重墙22上，纵向驱动组件3带动与其固连的横梁4沿着滑轨5纵向移动，横向驱动组件2带动竖直跟随组件6沿着横梁4横向移动，竖直跟随组件6带动安全保障系统II的限锁组件9竖直移动。所述的横向驱动组件2由横向驱动控制器k、横向驱动电机b、横向驱动减速机a和横向移动台车e组成；横向驱动控制器k根据横向偏差使横向驱动电机b动作,再通过横向驱动减速机a将动力传递到横向移动台车e上以产生横向位移；所述的纵向驱动组件3由纵向驱动控制器g、纵向驱动电机j、纵向驱动减速机i和纵向移动台车h组成，所述的纵向驱动控制器g根据纵向偏差使纵向驱动电机j动作，再通过纵向驱动减速机i将动力传递到纵向移动台车h上，驱动横梁4在滑轨5上进行纵向移动；所述的竖直跟随组件6由卷扬控制器η、卷扬电机C、卷扬减速机P和滚筒d组成，所述的卷扬控制器η根据竖直偏差使卷扬电机c转动,并通过卷扬减速机P带动滚筒d转动，带动限锁组件9竖直移动，进而调节钢丝绳8的松紧程度。 所述的测试系统III由传感器10、数据采集器11、数据发送组件12和数据接收组件13组成；所述的传感器10实时检测被测车辆IV的各运动状态信号，所述的数据采集器11采集传感器10检测到的信号，通过数据发送组件12将数据采集器11采集到的检测信号发送到数据接收组件13，所述的数据接收组件13将数据传输到控制中心VI进行存储。所述的被测车辆IV由工程车辆14和加装组件15组成；所述的工程车辆14为被测样本车辆，所述的加装组件15为工程车辆14与车辆跟随系统I、安全保障系统II、测试系统III和自动驾驶系统V相连接的组件。所述的自动驾驶系统V由指令发送组件16、指令接收组件17、视觉组件18和执行组件19组成；所述的视觉组件18实时探测被测车辆IV所处的环境并将影像传输到控制中心VI提供给操作人员，所述的指令发送组件16将操作人员的驾驶指令发送到指令接收组件17，所述的指令接收组件17根据指令驱动执行组件19使被测车辆VI完成相应动作。所述的控制中心IV由计算机20和显示器21组成；所述的计算机20存储并在线处理接收到的数据；所述的显示器21实时显示测试数据的曲线以及视觉组件18探测到的影像。所述的实验场Vn由承重墙22、顶棚23和路面24组成；所述的承重墙22为具有一定长度的两面平行墙体，其上安装有滑轨5和顶棚23，所述的路面24根据主动防倾翻性能测试的不同条件要求进行材质和坡度的改变。一种工程车辆主动防倾翻性能实验方法，包括以下步骤(一)在合适的场地对工程车辆14进行功能测试，确定其各项功能完好，然后将加装组件15安装到预定位置，以保证各系统能完好连接；(二)安装控制中心IV，同时将自动驾驶系统V安装到被测车辆IV上，检测系统遥控功能是否正常；(三)安装测试系统III，并使被测车辆IV完成简单的行驶以检查测试系统III的功能是否正常；(四)安装车辆跟随系统I和安全保障系统II，启动被测车辆IV并使其低速平稳运行，以检测车辆跟随系统I和安全保障系统II是否工作正常；(五)根据主动防倾翻性能测试工况要求，布置实验场VII的地面24，并进行测试。
本发明的有益效果在于将主动防倾翻性能测试所需要的系统整合在一起，可以对工程车辆主动防倾翻性能进行检测，突破了工程车辆主动安全技术中的实验检测环节难以完成的局限，保障了检测过程中操作人员、车辆及设备的安全。另外，本发明得是工程车辆主动防倾翻技术实现的关键环节。通过改变地面参数以完成不同测试条件下工程车辆的主动防倾翻性能，可见本发明通用性强，节省了专用设备的成本投入，且操作简单，安全，具有很好的应用前景。
图I为工程车辆主动防倾翻性能实验系统示意2为工程车辆主动防倾翻性能实验系统组成示意3为工程车辆主动防倾翻性能实验系统框图
图4为车辆跟随系统结构简中I、车辆跟随系统；II、安全保障系统；111、测试系统；IV、被测车辆；V、自动驾驶系统；VI、控制中心；νπ、实验场；I、车辆位置检测组件；2、横向驱动组件；3、纵向驱动组件；4、横梁；5、滑轨；6、竖直跟随组件；7、连接点；8、钢丝绳；9、限锁组件；10、传感器；11、数据采集器；12、数据发送组件；13、数据接收组件；14、工程车辆；15、加装组件；16、指令发送组件；17、指令接收组件；18、视觉组件；19、执行组件；20、计算机；21、显示器；22、承重墙；23、顶棚；24、路面；a、横向驱动减速机；b、横向驱动电机；c、卷扬电机；d、滚筒；e、横向移动台车；g、纵向驱动控制器；h、纵向移动台车；i、纵向驱动减速机；j、纵向驱动电机；k、横向驱动控制器；p、卷扬减速机；n、卷扬控制器。
具体实施例方式下面，结合附图对本发明进行详细介绍。图I和图3为工程车辆主动防倾翻性能实验系统示意图和系统组成框图，可见本发明的一种工程车辆主动防倾翻性能实验系统，主要由车辆跟随系统I、安全保障系统II、测试系统III、被测车辆IV、自动驾驶系统V、控制中心VI和实验场νπ组成，所述的车辆跟随系统I安装于实验场νπ上方，并通过安全保障系统II与被测车辆IV连接，车辆跟随系统I驱动安全保障系统II始终处于被测车辆IV上方；所述的安全保障系统II可以防止被测车辆IV发生倾翻；所述的测试系统III安装在被测车辆IV上，将被测车辆IV的运动状态信号传送至控制中心VI;所述的自动驾驶系统V安装在被测车辆IV和控制中心VI中，使得操作员可以在控制中心VI遥控驾驶被测车辆IV ;所述的控制中心VI位于实验场νπ的安全区内。图4为车辆跟随系统结构简图，可见所述的车辆跟随系统I由车辆位置检测组件
I、横向驱动组件2、纵向驱动组件3、横梁4、滑轨5和竖直跟随组件6组成。所述的车辆位置检测组件1，可以实时测量被测车辆IV的位置，并将位置信号传递给横向驱动组件2、纵向驱动组件3和竖直跟随组件6，所述的横向驱动组件2由横向驱动控制器k、横向驱动电机b、横向驱动减速机a和横向移动台车e组成，可沿横梁4进行横向运动，所述的纵向驱动组件3由纵向驱动控制器g、纵向驱动电机j、纵向驱动减速机i和纵向移动台车h组成，可以驱动横梁4在滑轨5上进行纵向移动，所述的滑轨5安装在实验场VII的承重墙22上方，所述的竖直跟随组件6由卷扬控制器η、卷扬电机C、卷扬减速机P和滚筒d组成，安装在横向移动台车e上，使得钢丝绳8的松紧程度适中。该系统可以跟随被测车辆IV移动以保证安全保障系统能起到应有的作用。具体地，本发明的车辆跟随系统I实现过程如下。车辆位置检测组件I将得到的车辆位置与自身的位置进行比较并得到横向偏差、纵向偏差和竖直偏差；继而将横向偏差传递给横向驱动控制器k,横向驱动控制器k根据横向偏差使横向驱动电机b作用，再通过横向驱动减速机a将动力传递到横向移动台车e上以产生横向位移；同时车辆位置检测组件I将纵向偏差传递给纵向驱动控制器g，纵向驱动控制器g根据纵向偏差使纵向驱动电机j作用，再通过纵向驱动减速机i将动力传递到纵向移动台车h上以产生纵向位移；该横向移动和纵向移动可由图2所示的系统组成示意图 看出；同时车辆位置检测组件I将竖直偏差传递给卷扬控制器n，卷扬控制器η根据竖直偏差使卷扬电机c作用，再通过卷扬减速机P将动力传递到滚筒d使得钢丝绳8的松紧程度适中，既不会改变被测车辆IV的负载又不会过长而使安全保障系统II不能起到应有的作用。所述的安全保障系统II由连接点7、钢丝绳8和限锁组件9组成。所述的连接点7安装在被测车辆VI的两侧，所述的钢丝绳8将连接点7和限锁组件9连接起来，并具有很高的强度，所述的限锁组件9与车辆跟随系统I固定在一起，并能根据被测车辆IV的状态自动调整钢丝绳8滑动速度，当被测车辆IV将要发生倾翻时，该组件可以将钢丝绳8锁死从而防止被测车辆IV倾翻。所述的测试系统III由传感器10、数据采集器11、数据发送组件12和数据接收组件13组成。所述的传感器10按照测试要求安装在被测车辆IV上，并可实时检测被测车辆IV的各状态信号，所述的数据采集器11将传感器10检测到的信号进行采样并转换为数字信号，所述数据发送组件12将数据采集器11采集到的检测信号发送到数据接收组件13，所述的数据接收组件13将数据传输到控制中心VI进行存储。所述的被测车辆IV由工程车辆14和加装组件15组成。所述的工程车辆14为被测样本车辆，具有行驶速度不高于50km/h的特性，所述的加装组件15是为了便于与车辆跟随系统I、安全保障系统II、测试系统III和自动驾驶系统V相连接而在工程车辆14上以合适的方式加装的组件。所述的自动驾驶系统V由指令发送组件16、指令接收组件17、视觉组件18和执行组件19组成。所述的指令发送组件16可以将操作人员的驾驶指令发送到指令接收组件17，所述的指令接收组件17可以接收指令发送组件16传输的指令并驱动执行组件19产生响应的动作，所述的视觉组件18用于实时探测被测车辆IV所处的环境并将影像传输到控制中心VI提供给驾驶员，所述的执行组件可以根据指令使被测车辆VI完成启动、前进、后退、换挡、转向、停止等动作。所述的控制中心IV由计算机20和显示器21组成。所述的计算机20可以存储并在线处理接收到的数据，同时可以接收操作人员发出的指令并将其转换为可用的格式，所述的显示器21可以实时显示测试数据的曲线以及视觉组件18探测到的影像。
所述的实验场νπ由承重墙22、顶棚23和路面24组成。所述的承重墙22是两面有一定长度且相对距离的平行墙体，该墙体同时具有一定高度和厚度的墙体以承受很大的冲击力，所述的顶棚23固定在承重墙22上，将整个实验场地遮蔽起来，所述的路面24可以改变材质或坡度以测试不同条件下车辆的主动防倾翻性能。一种工程车辆主动防倾翻性能实验方法，包括以下步骤(一)在合适的场地对工程车辆14进行功能测试，确定其各项功能完好，然后将加装组件15安装到预定位置，以保证各系统能完好连接；(二)安装控制中心IV，同时将自动驾驶系统V安装到被测车辆IV上，检测系统遥控功能是否正常；(三)安装测试系统III并让被测车辆IV完成简单的行驶以检查测试系统III的功能是否正常； (四)安装车辆跟随系统I和安全保障系统II，启动被测车辆IV并使其低速平稳运行，以检测车辆跟随系统I和安全保障系统II是否工作正常；(五)根据主动防倾翻性能测试工况要求，布置实验场VII的地面24，并进行测试。
权利要求
1.一种工程车辆主动防倾翻性能实验系统，包括有测试系统(III)、被测车辆(IV)、自动驾驶系统(V )、控制中心(VI)和实验场(通)，所述的测试系统(III)安装在被测车辆(IV)上，将被测车辆(IV)的运动状态信号传送至控制中心(VI);所述的自动驾驶系统(V)安装在被测车辆(IV)和控制中心(VI)中，使得操作员可以在控制中心(VI)遥控驾驶被测车辆(IV)；所述的控制中心(VI)位于实验场(vn)的安全区内；其特征在于 还包括有车辆跟随系统(I)和安全保障系统(Ii)； 所述的车辆跟随系统(I)安装于实验场(vn)上方，并通过安全保障系统(Ii)与被测车辆(IV)连接，车辆跟随系统(I )驱动安全保障系统(II)始终处于被测车辆(IV)上方；所述的安全保障系统(II)由连接点(7)、钢丝绳(8)和限锁组件(9)组成；所述的钢丝绳(8)下端通过连接点(7)安装在被测车辆(VI)的两侧，钢丝绳(8)上端通过限锁组件(9)与车辆跟随系统(I )固定，限锁组件(9)根据被测车辆(IV)的状态调整钢丝绳(8)滑动速度，当被测车辆(IV)将要发生倾翻时，限锁组件(9)将钢丝绳(8)锁死，防止被测车辆(IV)发生倾翻。
2.根据权利要求I所述的一种工程车辆主动防倾翻性能实验系统，其特征在于 所述的车辆跟随系统(I )由车辆位置检测组件(I)、横向驱动组件(2)、纵向驱动组件(3)、滑轨(5)和竖直跟随组件(6)组成； 所述的车辆位置检测组件(I)将实时测得的被测车辆(IV)位置信号与自身位置信号进行比较，得到横向偏差、纵向偏差和竖直偏差，并将各偏差信号传递给横向驱动组件(2)、纵向驱动组件(3)和竖直跟随组件(6);滑轨(5)固定在实验场(VD的承重墙(22)上，纵向驱动组件(3)带动与其固连的横梁(4)沿着滑轨(5)纵向移动，横向驱动组件(2)带动竖直跟随组件(6)沿着横梁(4)横向移动，竖直跟随组件(6)带动安全保障系统(II)的限锁组件(9)竖直移动。
3.根据权利要求2所述的一种工程车辆主动防倾翻性能实验系统，其特征在于 所述的横向驱动组件(2)由横向驱动控制器(k)、横向驱动电机(b)、横向驱动减速机(a)和横向移动台车(e)组成；横向驱动控制器(k)根据横向偏差使横向驱动电机(b)动作，再通过横向驱动减速机(a)将动力传递到横向移动台车(e)上以产生横向位移； 所述的纵向驱动组件(3)由纵向驱动控制器(g)、纵向驱动电机(j)、纵向驱动减速机(i)和纵向移动台车(h)组成，所述的纵向驱动控制器(g)根据纵向偏差使纵向驱动电机(j)动作，再通过纵向驱动减速机(i)将动力传递到纵向移动台车(h)上，驱动横梁(4)在滑轨(5)上进行纵向移动； 所述的竖直跟随组件(6)由卷扬控制器(n)、卷扬电机(C)、卷扬减速机(p)和滚筒(d)组成，所述的卷扬控制器(n)根据竖直偏差使卷扬电机(c)转动,并通过卷扬减速机(p)带动滚筒(d)转动，带动限锁组件(9)竖直移动，进而调节钢丝绳(8)的松紧程度。
4.根据权利要求I所述的一种工程车辆主动防倾翻性能实验系统，其特征在于 所述的测试系统(III)由传感器(10)、数据采集器(11)、数据发送组件(12)和数据接收组件(13)组成；所述的传感器(10)实时检测被测车辆(IV)的各运动状态信号，所述的数据采集器(11)采集传感器(10 )检测到的信号，通过数据发送组件(12 )将数据采集器(11)采集到的检测信号发送到数据接收组件(13)，所述的数据接收组件(13)将数据传输到控制中心(VI)进行存储。
5.根据权利要求I所述的一种工程车辆主动防倾翻性能实验系统，其特征在于 所述的被测车辆(IV)由工程车辆(14)和加装组件(15)组成；所述的工程车辆(14)为被测样本车辆，所述的加装组件(15)为工程车辆(14)与车辆跟随系统(I )、安全保障系统(II)、测试系统(III)和自动驾驶系统(V)相连接的组件。
6.根据权利要求I所述的一种工程车辆主动防倾翻性能实验系统，其特征在于 所述的自动驾驶系统(V)由指令发送组件(16)、指令接收组件(17)、视觉组件(18)和执行组件(19)组成；所述的视觉组件(18)实时探测被测车辆(IV)所处的环境并将影像传输到控制中心(VI)提供给操作人员，所述的指令发送组件(16)将操作人员的驾驶指令发送到指令接收组件(17)，所述的指令接收组件(17)根据指令驱动执行组件(19)使被测车辆(VI)完成相应动作。
7.根据权利要求6所述的一种工程车辆主动防倾翻性能实验系统，其特征在于 所述的控制中心(IV)由计算机(20)和显示器(21)组成；所述的计算机(20)存储并在线处理接收到的数据；所述的显示器(21)实时显示测试数据的曲线以及视觉组件(18)探测到的影像。
8.根据权利要求I所述的一种工程车辆主动防倾翻性能实验系统，其特征在于 所述的实验场(VD由承重墙(22)、顶棚(23)和路面(24)组成；所述的承重墙(22)为具有一定长度的两面平行墙体，其上安装有滑轨(5)和顶棚(23)，所述的路面(24)根据主动防倾翻性能测试的不同条件要求进行材质和坡度的改变。
9.一种工程车辆主动防倾翻性能实验方法，其特征在于包括以下步骤 (一)在合适的场地对工程车辆(14)进行功能测试，确定其各项功能完好，然后将加装组件(15)安装到预定位置，以保证各系统能完好连接； (二)安装控制中心(IV)，同时将自动驾驶系统(V)安装到被测车辆(IV)上，检测系统遥控功能是否正常； (三)安装测试系统(III)，并使被测车辆(IV)完成简单的行驶以检查测试系统(III)的功能是否正常； (四)安装车辆跟随系统(I)和安全保障系统(II)，启动被测车辆(IV)并使其低速平稳运行，以检测车辆跟随系统(I )和安全保障系统(II)是否工作正常； (五)根据主动防倾翻性能测试工况要求，布置实验场(vn)的地面(24)，并进行测试。
全文摘要
本发明公开了一种工程车辆主动防倾翻性能实验系统及方法，包括有车辆跟随系统、安全保障系统、测试系统、被测车辆、自动驾驶系统、控制中心和实验场，所述的测试系统安装在被测车辆上，将被测车辆的运动状态信号传送至控制中心；所述的自动驾驶系统安装在被测车辆和控制中心中，使得操作员可以在控制中心遥控驾驶被测车辆；所述的控制中心位于实验场的安全区内；所述的车辆跟随系统驱动安全保障系统始终处于被测车辆上方，防止被测车辆发生倾翻。本发明可以对工程车辆主动防倾翻性能进行检测，突破了工程车辆主动安全技术中的实验检测环节难以完成的局限，保障了检测过程中操作人员、车辆及设备的安全。
文档编号G01M17/007GK102809489SQ20121024561
公开日2012年12月5日 申请日期2012年7月12日 优先权日2012年7月12日
发明者姚宗伟, 王国强, 张玉新, 李学飞, 钱小磊, 张冠宇, 曲俊娜, 郭瑞 申请人:吉林大学