防大车侧翻的转向限制装置的制作方法

本公开涉及一种防大车侧翻的转向限制装置。

背景技术：

大型车辆在高速路上行驶存在着常见的超载、超速现象。不管是大客车，还是大货车，在装满人或物尤其是超载的时候，重心就会高。当大车遇到前方有车的紧急情况时，大车司机出于本能会下意识急打方向盘。此时由于速度过快的时候，车辆惯性远大于车轮、车架的支撑力，且制动距离通常比较长，就会出现侧翻现象。如果发生侧翻，车上人员的安全不能保证，非死即伤。如果旁边还有路人、其他车辆，在大车侧翻时，被压倒死亡的几率几乎是百分百的，这是一件非常恐怖的事情。

根据所查阅资料，国内外防止车辆侧翻主要有优化减速机制、控制载重及行驶速度两个研究方向。

因此，人们渴望一种装置能够消除司机下意识急打方向盘而导致车辆侧翻情况出现。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本公开提供了一种防大车侧翻的转向限制装置，包括：圆柱外壳，车辆转向柱穿过其中；成对弧形磁铁单元，布置在所述圆柱外壳内并包围所述转向柱并通过弹性单元彼此分离并不接触所述转向柱，所述弧形磁体单元面向转向柱的内侧提供有摩擦材料；电磁控制单元，布置在所述成对弧形磁铁单元外侧，其在通电状态下利用产生的电磁场推动所述成对弧形磁铁单元相对运动以便使得其上摩擦材料与所述转向柱外壁进行摩擦接触；角速度传感器，用于检测转向柱的转动角速度；以及限制指令单元，比较所检测的角速度与基于车辆行驶速度所对应的角速度阈值，并在所检测的角速度大于所述角速度阈值时，向电磁控制单元发出驱动成对弧形磁铁单元的指令。

根据本公开的防大车侧翻的转向限制装置，其中所述限制指令单元基于车辆当前行驶速度与所检测的角速度计算提供给所述电磁控制单元的励磁电流值，并将该励磁电流值包含在所发出的指令中。

根据本公开的防大车侧翻的转向限制装置，其还包括压力传感器，感测所述弧形磁体单元内表面与转向柱外壁之间的接触压力，其中所述限制指令单元比较所述压力传感器所感测的压力与所述角速度阈值所对应的压力阈值，并在所感测的压力小于所述角速度阈值所对应的压力阈值时，提高提供给所述电磁控制单元的励磁电流值，直到所述压力传感器所感测的压力等于所述压力阈值为止。

根据本公开的防大车侧翻的转向限制装置，其还包括数据更新单元，其将所提高的励磁电流值对应于所述角速度阈值和压力阈值存储在阈值存储单元中。

通过本公开的防大车侧翻的转向限制装置，能够结合车辆的实际行驶情况以及司机的转动转向柱的角速度，将转向柱的转向速度和角度控制在防止车辆可能侧翻的范围内，以便尽可能减少车辆碰到意外情况下产生的各种损失。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1A所示为使用根据本公开的实施例的防大车侧翻的转向限制装置的示意图。

图1B所示为使用根据本公开的实施例的防大车侧翻的转向限制装置纵向剖视图。

图1C所示为使用根据本公开的实施例的防大车侧翻的转向限制装置的横向剖视图。

图2所示为使用根据本公开的实施例的防大车侧翻的转向限制装置的弧形磁铁单元受力运动原理示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，例如，第一磁铁也可以被称为第二磁铁，反之亦然，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”。

为了使本领域技术人员更好地理解本公开，下面结合附图和具体实施方式对本公开作进一步详细说明。

图1A-1C所示为使用根据本公开的实施例的防大车侧翻的转向限制装置100的示意图和剖视图。如图1A所示，该限制装置100的圆柱外壳110包裹着车辆转向柱115。车辆转向柱115的端部连接车辆方向盘。在圆柱外壳110内布置有成对弧形磁铁单元120-1和120-2。弧形磁铁单元120-1和120-2为一种永磁体，安装在圆柱外壳110的内壁和转向柱115的外壁之间，弧形磁铁单元120-1和120-2在常规状态下通过弹性元件125而彼此分离，由此不与转向柱115接触。弧形磁铁单元120-1和120-2彼此拼合形成一个位于圆柱外壳110内的桶状并包围所述转向柱115。在弧形磁铁单元120-1和120-2的面向车辆转向柱115的外壁的内壁上设置有一层摩擦材料130。这层摩擦材料130可以是常规的车用刹车片摩擦材料，也可以是一种耐磨橡胶材料。尽管这里显示的摩擦材料130位于弧形磁铁单元120-1和120-2的内壁，但是也可以直接将摩擦材料制作成摩擦材料环套装在转向柱115。这样，当转向柱115在转动时，如果摩擦材料抵靠着转向柱115的外壁，转向柱115的转动就会受到限制。当摩擦材料抵靠着转向柱115的压力足够大时，转向柱115就会被卡死而不能转动。

为了控制弧形磁铁单元120-1和120-2采用摩擦方式控制转向柱115的转动，该限制装置100提供了一个电磁控制单元140。该电磁控制单元140可以是电磁铁或电磁线圈方式。如图1所示，该电磁控制单元140布置在所述成对弧形磁铁单元120外侧。当该电磁控制单元140被通电时，其产生的电磁场推动所述成对弧形磁铁单元120-1和120-2彼此相对运动，向着转向柱115靠近，从而使得其上摩擦材料130与所述转向柱115外壁进行摩擦接触。

为了控制电磁控制单元140在通电时产生的磁场强度，由此控制推动所述成对弧形磁铁单元120-1和120-2抵靠所述转向柱115外壁的压力，从而控制摩擦材料130对所述转向柱115外壁施加摩擦阻力，提供了一个限制指令单元150。限制指令单元150会根据具体情况来向电磁控制单元140发送指令信号，指令电源向电磁控制单元140提供的电流值。该限制装置100具有一个阈值存储单元160，该存储单元160存储有车辆各种行驶状态下对应的转向柱的转向速度阈值、对应的摩擦材料130与所述转向柱115外壁之间摩擦力阈值、对应的摩擦材料130与所述转向柱115外壁之间的压力阈值等。限制指令单元150会根据车辆的具体行驶速度，不断读取与速度对应的各这阈值，并缓存在本地缓存器中。当行驶速度改变时，本地缓存器中缓存的阈值也相应地改变。

存储单元160存储的数据基于运筹学以及运动物理学原理获得。具体而言，通过分析了大车在紧急情况时不同程度转向时的损失分析、构建基于速度的大车侧翻模型，获得上述相关数据。具体而言，通过实际案例的收集或测量实际测试，获取各种车辆的侧翻相关数据。例如，在何种行驶速度下，采用何种转向速度，会导致车辆侧翻，并将该临界值设置的该行驶速度下的临界转向速度(例如，转向柱115的角速度阈值)。

为此，本公开的限制装置100包括角速度传感器170，其用于检测车辆的转向柱115的当前转动角速度。限制指令单元150实时采集转向柱115的当前转动角速度，并实时比较转向柱115的当前转动角速度与对应的当前行驶速度所对应的角速度阈值。在所检测的角速度大于所述角速度阈值时，向电磁控制单元140发出驱动成对弧形磁铁单元120的指令。所述指令包含有提供给电磁控制单元140的电流量值。当所检测的角速度与所述角速度阈值之间的差越大时，对应输出的电流量值也越大，从而使得摩擦材料130抵靠转向柱115的压力越大，摩擦力也越大，从而更快地降低转向柱115角速度，减小转向角度，降低车辆侧翻的危险。

尽管可以通过控制电流量来控制摩擦材料130与转向柱115之间的摩擦力。但是，随着运行时间流逝，摩擦材料140的磨损，摩擦材料140与转向柱115之间的距离会增大。因此输出的对应的电流值会不能足以使得摩擦材料130与转向柱115之间产生足够的摩擦力。为此，本公开为限制装置100设置了一个布置在转向柱115外壁上的压力传感器170，用于感测所述弧形磁体单元120内表面与转向柱115外壁之间的接触压力。所述限制指令单元150在指令电磁控制单元140驱动所述弧形磁体单元120之后，实时获取压力传感器170的感测压力，并且比较所述压力传感器170所感测的压力与所述角速度阈值所对应的压力阈值。在所感测的压力小于所述角速度阈值所对应的压力阈值时，所述限制指令单元150提高提供给所述电磁控制单元140的励磁电流值，直到所述压力传感器170所感测的压力等于所述压力阈值为止。

为了适应具体车辆的具体情况，需要通过实际情况更新存储单元160中的数据。因此，本公开为限制装置100设置了数据更新单元180。数据更新单元180在所述限制指令单元150提高提供给所述电磁控制单元140的励磁电流值时，将最终提供的励磁电流值作为电流阈值存储在存储单元160中对应行驶速度的数据条目中，从而使得存储单元存储与本车辆相适应的模型数据。

图2所示为使用根据本公开的实施例的防大车侧翻的转向限制装置的弧形磁铁单元受力运动原理示意图。如图2所示，在弧形磁铁单元120-1和120-2受到电磁控制单元140的电磁作用下，受到相对推动的力F，并相向靠拢，由此，在电磁力F的作用下紧紧包裹住转向柱115，由此，随着电磁力F的增大，弧形磁铁单元120-1和120-2对转向柱115表面的压力也增加，从而使得弧形磁铁单元120-1和120-2的内表面的摩擦材料130对转向柱115表面的摩擦力增大，从而减小转向柱115的角速度，最后降低转向柱115的转向角度。

综上所述，本公开为了防止车辆侧翻，设计了基于单片机控制的防止大车侧翻的转向限制装置。基于运筹学以及运动物理学原理，分析了大车在紧急情况时不同程度转向时的损失分析、构建了基于速度的大车侧翻模型，并提出了根据物理模型的且基于单片机控制的限制转向的装置。概括而言，通过控制电路电流变化，控制电磁线圈的磁性大小，进而控制电磁铁与永磁铁之间的电磁作用力的大小，并根据物理模型计算出所需的引起摩擦力的外力大小，与此同时通过压力传感器的反馈值同根据物理模型计算得出的所需压力值进行大小比较，使得单片机收到的反馈值，以摩擦力阻碍方向盘轴的转动。由此，合理有效地减少甚至避免大车侧翻现象的发生。

上述具体实施方式，并不构成对本公开保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何在本公开的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开保护范围之内。