一种基于倾斜角传感器的自卸车举升作业侧翻预警装置的制作方法

本发明涉及自卸车防侧翻预警装置技术领域，具体涉及一种基于倾斜角传感器的自卸车举升作业侧翻预警装置。

背景技术：

汽车侧翻是导致生命财产损失的重大交通安全事故。自卸车是指通过液压或机械举升而自行卸载货物的车辆，作为一种专用汽车，自卸车由于自身的结构因素决定了自卸车整车具有质心位置偏高、质量和体积相对较大、轮距相对过载等特点，在其翻斗由举升缸举升倾倒所装载物品时极易发生侧翻事故，其失稳的危险性也较一般车辆要高。在侧翻事故发生时，驾驶员几乎都感觉不到侧翻的发生。根据统计，汽车侧翻事故已经成为仅次于正面碰撞的严重汽车事故，而自卸载重汽车由于自身的结构因素决定了其整车质心高度比一般货车要高，其侧翻的危险性也要更大，特别是举升作业过程中，由于自卸车承载量的急剧变化，加大了侧翻的可能性。

自卸车特殊的、危害最大的失效形式是卸载时的作业侧翻失稳。由于自卸车通常采用的是车架和车箱相分离的结构以及开式车箱，致使自卸车车箱在卸货时的刚度较弱，再加上运载货物的物理和化学性质、气候、道路、工作场地的影响，自卸车在进行举升卸载作业时更易出现横向侧翻现象，发生严重的事故。近年来，随着运输业对大吨位、长高车厢自卸车需求的增加，重型自卸车生产厂家的车箱越做越大。尽管重型车底盘厂和上装生产企业为提高各自生产部件的承载能力，分别对车架、悬挂、车桥、副架、车厢等承载部件进行了加强设计，但由于自卸车整体质心高度的增加，降低了自卸车卸载作业的稳定性。

对于自卸车侧翻预警系统的设计，国内外学者有不少研究。1990年，Rekheja等开发出一套用于重型车辆方向稳定性的早期预警系统(Rekheja S.and Piche A..Development of Directional Stability Criteria for an Early Warning Safety Device.SAE Paper No.902265,1990.)，此系统是在静态转向的条件下通过比较侧向加速度是否大于设定的门限值来判断车辆是否处于侧翻危险状态，并对驾驶员发出警示信号，但是此方法过于简单，预警性能比较差。此外，用此方法设计的自卸车侧翻预警系统，只能监测自卸车行驶状态下的侧翻危险状况，无法对自卸车举升卸载作业工况下的侧翻危险状况进行预警。2011年，淮阴工学院夏晶晶根据自卸车的结构及其作业特点设计出一套自卸车侧翻预警装置(夏晶晶，胡晓明，陈杰.自卸汽车侧翻预警装置设计[J].2011，7：25-27.)，此系统通过自卸车左右两侧载荷传感器和侧倾角传感器所测得的数值来估算自卸车实时质心高度，根据不同质心高度读取通过实验获得的自卸车侧翻极限的侧倾角度，将这个侧倾角度设为自卸车侧倾角的门槛值，若自卸车实时侧倾角大于此时的门槛值，系统发出报警。此套系统虽然用于监测自卸车静态下的举升卸载作业下的侧翻危险性，但由于系统通过左右两侧载荷传感器和侧倾角传感器得出车辆质心不准确，导致系统误差较大。此外，左右两侧载荷传感器不便于安装到自卸车上，且安装后，由于自卸车行驶作业环境恶劣的原因，左右两侧载荷传感器易损坏，传感器精准性亦会降低，致使系统的准确预警能力降低。

综上所述，自卸车由于本身具有质心位置偏高、质量和体积相对较大、轮距相对过载等特点，稳定性差，特别在举升作业过程中更易发生侧翻。目前现有技术中，对自卸车举升过程中缺少一种预警能力准确的预警装置。

技术实现要素：

本发明的发明目的在于：针对背景技术中存在的问题，提供一种基于倾斜角传感器的自卸车举升作业侧翻预警装置，本发明预警装置可以精确地预警自卸车举升作业操作过程中，自卸车发生侧翻的危险状况，及时提醒驾驶员谨慎作业，有效地防止自卸车举升作业时发生侧翻，保证了自卸车与驾驶人员的安全。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于倾斜角传感器的自卸车举升作业侧翻预警装置，包括后轴倾斜角传感器、车架倾斜角传感器、车箱倾斜角传感器、控制器和报警器；所述后轴倾斜角传感器、车架倾斜角传感器、车箱倾斜角传感器和报警器均分别与所述控制器相连；

所述后轴倾斜角传感器用于采集自卸车后轴倾斜度并转换成后轴倾斜电信号传递给所述控制器；所述车架倾斜角传感器用于采集自卸车车架倾斜度并转换成车架倾斜电信号传递给所述控制器；所述车箱倾斜角传感器用于采集自卸车车箱倾斜度并转换成车箱倾斜电信号传递给所述控制器；

所述控制器用于接收所述后轴倾斜电信号、车架倾斜电信号和车箱倾斜电信号并将上述各信号进行处理得到自卸车实时倾斜值α，接着将所述实时倾斜值α与控制器中内置的侧翻倾斜角阈值β进行对比分析得到分析结果，依据所述分析结果，所述控制器向所述报警器发出报警或者不报警的命令。

优化的，所述控制器向所述报警器发出报警或者不报警的命令指：当α﹤0.7β，报警级别G＝0，所述控制器向所述报警器发出不报警命令；当α≥0.7β，所述控制器向所述报警器发出报警命令。本发明将α≥0.7β控制器向所述报警器发出报警命令，是通过数据模拟和实车验证后得出，符合自卸车操作过程中的习惯。因为自卸车通过有较大的载重量，在举升作业过程中，难免会发生车的的移动，此时控制器中的α值也会在一定范围内波动，而在α﹤0.7β时，这种波动属于正常范围，不易发生侧翻。如果在α﹤0.7β中任一数值报警，则驾驶员容易听到报警后会停止举升，不利于卸货作业；而如果α≥0.7β时，报警器不报警，由于人听到报警器到停止举升作业，有一个反应时间，在大载荷或路况不好的情况下，易发生侧翻。

进一步优化的，所述报警命令包括：当0.7β≦α﹤0.8β，报警级别为G＝1，所述控制器向所述报警器发出初级报警命令；当α≧0.8β，报警级别为G＝2，所述控制器向所述报警器发出高级报警指令。本发明，将报警级别人性化的区分为G＝1初级报警和G＝2高级报警：可以方便驾驶员根据自身经验和载何量及路况判断当初级报警发出时，是否可以继续举升作业，同时提示此时应谨慎操作，时时注意车子倾斜情况随时停止举升作业；当G＝2高级报警时，应立即停止举升作业，以防止自卸车侧翻。

再进一步优化的，所述报警器包括灯光报警器和声音报警器；当报警级别为G＝0，灯光报警器为绿色，声音报警器不报警；当报警级别为G＝1，灯光报警器为黄色并为闪烁状态，声音报警器发出报警频率为1Hz的蜂鸣声；当报警级别为G＝2，灯光报警器为红色并为闪烁状态，声音报警器发出报警频率为2Hz的蜂鸣声。本发明将报警器进一分设置为灯光报警器和声音报警器，便于做到及时观测到报警情况。在某些举升作业环境下，声音较大，不易听到声音报警器，则灯光报警器可以方便观察。同理，在某些举升作业环境下，光线较亮，则声音报警器可以方便听到。而声音报警器中不同报警频率也是经过多次优化后，驾驶员更易接受，太强烈的警报声易造成驾驶员突然紧张而惊慌，更易发生危险。

再进一步优化的，所述后轴倾斜角传感器和车架倾斜角传感器均为单轴倾斜角传感器，所述单轴倾斜角传感器均内置有温度补偿模块和冲击抑制模块。本发明中通过内置有温度补偿及冲击抑制模块，适用于不同温度环境和不同作业状况下的车载环境，减少因外界温度变化和/或冲击给传感器测量带来影响，从而影响测量精确度，保证测量结果的准确性。

再进一步优化的，其特征在于，所述单轴倾斜角传感器的型号为BWK210，输出范围为0～5V，量程为-90°～90°。

再进一步优化的，所述车箱倾斜角传感器为双轴倾斜角传感器，所述双轴倾斜角传感器均内置有温度补偿模块和冲击抑制模块。车箱在举升作业过程中，由于不断抬高的车箱和可能发生倾斜的情况，同时会在X轴和Y轴发生倾斜，选择双轴传感器可以更好的将举升作业过程中监测到车箱的时时情况，提高准确度；同时可以避免同时安装两个单轴传感器，节约成本。本发明中通过内置有温度补偿及冲击抑制模块，适用于不同温度环境和不同作业状况下的车载环境，减少因外界温度变化和/或冲击给传感器测量带来影响，从而影响测量精确度，保证测量结果的准确性。

再进一步优化的，所述双轴倾斜角传感器的型号为BWK216，输出范围为0～5V，量程为-90°～90°。

再进一步优化的，所述控制器选自MC9S12XS128单片机。

再进一步优化的，所述侧翻倾斜角阈值β的获取方法如下：首先采用MATLAB进行数学建模Simlink进行仿真设计，建立自卸车的车后轴倾斜角、车架倾斜角和车箱倾斜角在不同载重量和/或路况条件下举升作业过程中倾斜角与自卸车侧翻关系的数据组，然后用实车验证和完善所述数据组后得到侧翻倾斜角阈值β，最后将所述侧翻倾斜角阈值β写入所述控制器中。

本发明工作原理如下：

本发明自卸车侧翻预警装置，在自卸车举升作业过程中，通过本装置中的后轴倾斜角传感器、车架倾斜角传感器和车箱倾斜角传感器时时的分别将自卸车的后轴倾斜度、车架倾斜度和车箱倾斜度转换成相应的后轴倾斜电信号、车架倾斜电信号和车箱倾斜电信号，然后分别传送给控制器，控制器对各信号进行处理得到自卸车实时倾斜值α，接着将所述实时倾斜值α与控制器中内置的侧翻倾斜角阈值β进行对比分析得到分析结果，依据所述分析结果，所述控制器向所述报警器发出报警或者不报警的命令。

侧翻倾斜角阈值β的获取方法如下：首先采用MATLAB进行数学建模Simlink进行仿真设计，建立自卸车的车后轴倾斜角、车架倾斜角和车箱倾斜角在不同载重量和/或路况条件下举升作业过程中倾斜角与自卸车侧翻关系的数据组，然后用实车验证和完善所述数据组后得到侧翻倾斜角阈值β，最后将所述侧翻倾斜角阈值β写入所述控制器中。

实时倾斜值α与侧翻倾斜角阈值β越接近时，发生侧翻的危险性越高。报警器未报警，证明举升作业安全，举升作业可以继续进行；当报警器报警时，提示驾驶员有侧翻危险。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明预警装置通过同时测定车后轴、车架和车箱在举升作业过程中的倾斜情况，可以精确地预警自卸车静态下举升侧翻的危险状况，举升作业过程中如果有侧翻趋势时，及时提醒驾驶员谨慎作业，有效地防止自卸车举升作业时发生侧翻，保证了自卸车与驾驶人员的安全。

2、本发明通过对自卸车侧翻数学模型的建立及计算，并用系统装车试验后修正完善得到的自卸车侧翻倾斜角阈值β，并将侧翻倾斜角阈值β写入系统单片机中，为系统对自卸车侧翻预警提供了可靠的依据。通过实时倾斜值α与侧翻倾斜角阈值β进行比较，控制器向所述报警器发出报警或者不报警的命令。可以精确地预警自卸车静态下举升侧翻的危险状况，有效地防止自卸车侧翻的发生，保证了自卸车与驾驶人员的安全。

3、本发明通过多次研究，对比分析后选取后轴倾斜角传感器、车架倾斜角传感器、车箱倾斜角传感器实时通过时时监测自卸车举升作业过程中车后轴倾斜角、车架倾斜角和车箱倾斜角，因为车后轴、车架和车箱最能全面准备的反应出自卸车的倾斜情况，与单一或放置于其他地方的传感器相比，倾斜度测量准确率更接近车的实际情况，准确率可达95％以上。并且同时将三者数据进行监测，经运算处理后得到的实时倾斜值α更准确。

4、本发明所使用的倾斜角传感器价格较低，系统生产成本降低，选用的倾斜角传感器内置有温度补偿及冲击抑制模块，提高了测量精度，此外，倾斜角传感器安装方便，可靠性高。

5、本发明的报警提示装置是由一集成电路控制的三种颜色的发光二极管和蜂鸣器，可以根据报警级别的不同驱动对应的发光二极管，一目了然地提醒驾驶员。

【附图说明】

图1本发明自卸车举升作业侧翻预警装置结构示意图；

图2本发明自卸车举升作业侧翻预警装置安装示意图；

图3为图2沿A向后轴示意视图；

图4为图2沿C-C’线车架示意视图；

附图中，1-后轴倾斜角传感器、2-车架倾斜角传感器、3-车箱倾斜角传感器、4-控制器、5-报警器、11-自卸车后轴、21-自卸车车架、31-自卸车车箱；

【具体实施方式】

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

实施例1

请参照图1、图2、图3和图4。

一种基于倾斜角传感器的自卸车举升作业侧翻预警装置，包括后轴倾斜角传感器1、车架倾斜角传感器2、车箱倾斜角传感器3、控制器4和报警器5；所述后轴倾斜角传感器1、车架倾斜角传感器2、车箱倾斜角传感器3和报警器5均分别与所述控制器4相连；

所述后轴倾斜角传感器1用于采集自卸车后轴11倾斜度并转换成后轴倾斜电信号传递给所述控制器4；所述车架倾斜角传感器2用于采集自卸车车架21倾斜度并转换成车架倾斜电信号传递给所述控制器4；所述车箱倾斜角传感器3用于采集自卸车车箱31倾斜度并转换成车箱倾斜电信号传递给所述控制器4；

所述控制器4用于接收所述后轴倾斜电信号、车架倾斜电信号和车箱倾斜电信号并将上述各信号进行处理得到自卸车实时倾斜值α，接着将所述实时倾斜值α与控制器中内置的侧翻倾斜角阈值β进行对比分析得到分析结果，依据所述分析结果，所述控制器4向所述报警器5发出报警或者不报警的命令。

其中，所述控制器向所述报警器发出报警或者不报警的命令指：当α﹤0.7β，报警级别G＝0，所述控制器向所述报警器发出不报警命令；当α≥0.7β，所述控制器向所述报警器发出报警命令。进一步细化，所述报警命令进一步细分为：当0.7β≦α﹤0.8β，报警级别为G＝1，所述控制器向所述报警器发出初级报警命令；当α≧0.8β，报警级别为G＝2，所述控制器向所述报警器发出高级报警指令。

所述报警器5包括灯光报警器(图未示)和声音报警器(图未示)；当报警级别为G＝0，灯光报警器为绿色，声音报警器不报警；当报警级别为G＝1，灯光报警器为黄色并为闪烁状态，声音报警器发出报警频率为1Hz的蜂鸣声；当报警级别为G＝2，灯光报警器为红色并为闪烁状态，声音报警器发出报警频率为2Hz的蜂鸣声。

所述后轴倾斜角传感器1和车架倾斜角传感器2均为单轴倾斜角传感器，所述单轴倾斜角传感器均内置有温度补偿模块和冲击抑制模块。所述单轴倾斜角传感器的型号为BWK210，输出范围为0～5V，量程为-90°～90°。后轴倾斜角传感器1水平安装在自卸车后轴11上，且后轴倾斜角传感器1的±X轴平行于自卸车后轴11的中心轴线。车架倾斜角传感器2安装在自卸车的车架21上，且车架倾斜角传感器2的±X轴平行于自卸车车架21的横向方向。

所述车箱倾斜角传感器3为双轴倾斜角传感器，所述双轴倾斜角传感器均内置有温度补偿模块和冲击抑制模块。所述双轴倾斜角传感器选自宁波麦思电子科技有限公司生产的型号为BWK216产品，输出范围为0～5V，量程为-90°～90°。车箱倾斜角传感器3水平安装在自卸车车箱31下表面，优化的位置在车箱31下表面靠近车头一侧，且车箱倾斜角传感器3的±X轴平行于自卸车车箱31的横向方向。

所述控制器选自MC9S12XS128单片机，选自飞思卡尔公司生产的产品。

所述侧翻倾斜角阈值β的获取方法如下：首先采用MATLAB进行数学建模Simlink进行仿真设计，建立自卸车的车后轴倾斜角、车架倾斜角和车箱倾斜角在不同载重量和/或路况条件下举升作业过程中倾斜角与自卸车侧翻关系的数据组，即不同倾斜角度状况下测量后轴倾斜角、车架倾斜角、车箱倾斜角、后轴倾斜角和车架倾斜角、后轴倾斜角和车箱倾斜角、车架倾斜角和车箱倾斜角、车箱倾斜角和后轴倾斜角和车箱倾斜角，以上任一种情况下在不同载重量和/或不同路况条件下进行举升作业过程中倾斜角与自卸车侧翻关系的数据，这些众多数据汇总得到数据组。然后用实车在上述条件下荷重举升作业验证和完善所述数据组后得到侧翻倾斜角阈值β，最后将所述侧翻倾斜角阈值β写入所述控制器4中。

做为优化的，本发明中单轴倾斜角传感器选择宁波麦思电子科技有限公司BWK210型号，双轴倾斜角传感器选择宁波麦思电子科技有限公司BWK216型号；可以理解，本发明中单轴倾斜角传感器还可以选择其他生产企业和/或其他型号，双轴倾斜角传感器还可以选择其他企业和/或其他型号，只是使用习惯或测量精度方面的区别，并不影响本发明功能的实现。

本实施例中的控制器4也可以选择其他生产企业的其他型号产品，均能实现本发明功能。

可以理解，本发明中车箱倾斜角传感器3也可以安装于自卸车车箱31的下表面的任何位置，或者安装于车箱31上表面上的任何位置，或者车箱31上的侧面等车箱31上的任何位置；优选的情况是，且车箱倾斜角传感器3的±X轴平行于自卸车车箱31的横向方向，通过数据修正也可以不平行于自卸车车箱31的横向方向；以上只是测量的精度或使用便捷的区别，并不影响本发明目的的实现。

同理，可以理解，自卸车一般具有两个后轴，本发明中后轴倾斜角传感器1可以安装在自卸车的任一后轴11上的任一位置；±X轴平行于自卸车后轴11的中心轴线，通过数据修正也可以不平行自卸车后轴11的中心轴线；以上这些只是测量精度的区别，并不影响本发明目的的实现。

同理，可以理解，本发明中车架倾斜角传感器2可以安装在自卸车的车架21上的任一位置；±X轴平行于自卸车车架21的横向方向，通过数据修正也可以不平行；以上这些只是测量精度的区别，并不影响本发明目的的实现。

上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。