一种基于智能终端的车辆侧翻安全态势评估系统的制作方法

本发明涉及车辆预警领域，具体涉及一种基于智能终端的车辆侧翻安全态势评估系统。

背景技术：

相对于小型轿车而言，货车尤其是重型货车，因其质心高，行驶稳定性差，当车辆转弯时极易发生侧翻事故。此外，货车几何尺寸巨大，一旦发生道路事故，后果严重，既危及自身车辆，又波及其他车辆，甚至可能诱发二次、多次道路交通事故，造成难以估量的财产损失和人员伤亡。

现阶段研究的货车侧翻预警设备多基于集成电路的独立终端，报警方式单一，仅通过蜂鸣器、LED灯或LED屏报警。对于此类独立终端来说，测量数据无法存储，扩展性差，智能程度低，无法准确预估重型货车安全态势。

技术实现要素：

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种基于智能终端的车辆侧翻安全态势评估系统。

本发明通过对货车钢板弹簧应变量的实时监测，结合智能终端终端读取数据，实时获取车辆侧翻态势信息，并基于侧翻预警算法，实时量化车辆侧翻风险，当车辆侧翻风险度大于阈值时，向驾驶员发出警报信息，提醒驾驶员控制车速。

本发明采用如下技术方案：

一种基于智能终端的车辆侧翻安全态势评估系统，包括依次连接的汽车态势数据采集模块、汽车态势信息处理模块、汽车态势数据传输模块及汽车态势风险决策模块；

所述汽车态势数据采集模块，包括应变片传感器、压力变送器及模数转换器，所述应变片传感器粘贴在车辆的后轴左右两侧的弹簧上，实时监测钢板弹簧表面应变量通过压力变送器形成模拟信号，经由模数转换器转换成数字信号；

所述汽车态势信息处理模块，用于对数字信号进行滤波及放大；

所述汽车态势数据传输模块，用于将处理后的数字信号传输到汽车态势风险决策模块；

所述汽车态势风险决策模块，包括内置侧翻预警算法的智能终端，智能终端根据数字信号，实时获取车辆侧翻态势信息，得到车辆侧翻风险值，当侧翻风险度大于阈值时，向驾驶员发出警报信息，控制车速。

所述汽车态势数据传输模块具体为蓝牙模块，所述蓝牙模块选用HC05蓝牙模块。

所述应变片传感器选用ED全桥式应变片。

所述汽车态势信息处理模块具体为单片机，所述单片机为89C51型8位单片机。

所述智能终端选用Android系统或iOS系统。

所述预警算法，具体是检测车辆安全态势的两个指标，车辆横向载荷转移率LTR和车辆侧翻时限TTR；

车辆横向载荷转移率LTR计算公式如下：

式中，△εL为车辆左侧钢板弹簧表面应变，△εR为车辆右侧钢板弹簧表面应变，△ε0为静载时钢板弹簧表面应变；

侧翻时限TTR计算公式如下：

式中，L0为LTR阈值，L(0)为当前tw时刻车辆的LTR函数值；为当前时刻tw车辆的LTR函数的一阶导数值；为在当前时刻tw，车辆的LTR函数的二阶导数值。

L取0.9。

根据车辆横向载荷转移率LTR和车辆侧翻时限TTR得到车辆侧翻风险值；

状态一当TTR>3，且LTR<0.70，车辆行驶状态良好，即为车辆侧翻预警系统期望车辆行驶状态；

状态二当TTR>3，且LTR≥0.70，车辆处于倾斜稳态，即车辆倾斜严重，但车辆没有继续倾斜的趋势，但车辆可能随时进入状态四，为本系统预警情况之一；

状态三当TTR≤3，且LTR<0.70，车辆没有明显的倾斜状态，但是车辆有倾斜趋势，若以当前状态继续运行下去，会发生侧翻危险，为本系统预警情况之一；

状态四当TTR≤3，且LTR≥0.70，车辆倾斜严重，并且有加剧倾斜趋势，车辆随时可能发生侧翻危险，为本系统重点预警情况。

本发明的有益效果：

(1)本设备通过智能终端终端应用程序实现安全态势评估、侧翻风险预测、以及报警信息的发布，能够及时的检测到货车存在的潜在侧翻风险。并且相比于现有通过蜂鸣器、LED灯等报警设备，报警信息具有可视化、易于驾驶员理解等交互友好的优点；

(2)本设备将数据集中在终端终端应用程序进行处理，可以搭建应用程序后端服务器，数据通过存储上传，运用现阶段人工智能、机器学习等数据算法进行数据分析、数据挖掘，可以对预警算法做进一步的优化、修正，提高预警算法的准确性，进而提高本货车侧翻预警设备的可靠性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的电路连接图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，一种基于智能终端的车辆侧翻安全态势评估系统，

基于智能终端的载货车辆侧翻安全态势评估系统主要包括四大模块：依次连接的汽车态势数据采集模块、汽车态势信息处理模块、汽车态势数据传输模块和汽车态势风险决策模块。

所述汽车态势数据采集模块，包括应变片传感器、压力变送器及模数转换器，所述应变片传感器粘贴在货车后车轴左右两侧的弹簧上，实时监测钢板弹簧表面应变量，通过压力变送器形城模拟信号，然后经由模数转换器转换成数字信号。

所述汽车态势信息处理模块，用于对数字信号进行滤波及方法，具体为单片机，单片机型号为89C51型8位单片机。

所述汽车态势数据传输模块，用于将处理后的数字信号传输到汽车态势风险决策模块；具体为蓝牙模块，所述蓝牙模块选用HC05蓝牙模块。

所述汽车态势风险决策模块，包括内置侧翻预警算法的智能终端，智能终端根据数字信号，实时获取车辆侧翻态势信息，得到车辆侧翻风险值，当侧翻风险度大于阈值时，向驾驶员发出警报信息，控制车速。

汽车态势信息处理模块的核心电子元件单片机通过发送指令，由汽车态势数据传输模块的电子元件蓝牙模块将采集的数据通过智能终端的蓝牙传输到应用程序内，应用程序内侧翻预警算法对接送数据进行分析，实时检测评估货车安全态势并进行侧翻风险预测，在车辆有侧翻危险的情况下向驾驶员发出警报。

所述各个模块中的ED全桥式应变片、压力变送器、PCF8591模数转换器模块、89C51单片机和HC05蓝牙模块等电子元件集成电路，需要在货车上安装。集成电路板电路图如图2。

如图2，集成电路包括一单片机U1、一压力变送器U2、一AD/DA转换器U3、一蓝牙扩展模块U4、两个全桥式应变片传感器U5、U6及其相关外围电路。变送器将应变片传出的关于钢板弹簧变形量信息的模拟信号进行放大、滤波及保持，并分别以通道一C1、通道二C2传出。AD/DA转换器U3将应变片传出的两个通道C1、C2的模拟信号输入通道一AIN0、通道二AIN1转化为8位数字信号。单片机U1内置模数转换发射算法模块，其将从模数转换器接收到的双通道数字信号通过蓝牙扩展模块U4发射出。

变送器输入电压为5.5V～6V的直流电，由独立的电源提供，并且通过变送器提供约3V的直流电作为应变片的激励电压。应变片的2条电源线、2条信号线分别于变送器对应的电源线VCC、GND，信号线S+、S-相接。变送器输出端2条电源线接6V恒压直流电源，两条信号线C1、C2分别接入AD/DA转换器的AIN0、AIN1口，1条接地线接地。AD/DA转换器输出端VCC口接单片机VCC口，GND口接单片机GND口。数据线SDA、时钟线SCL分别接入单片机2.0、2.1口。单片机输入电压为4.5V～5.5V的直流电，并以此向AD/DA转换器和蓝牙扩展模块供电。单片机USB口接恒压直流电源。TXD口、RXD口分别接蓝牙扩展模块TXD口、RXD口，VCC口接蓝牙扩展模块VCC口，GND口接蓝牙扩展模块GND口。

智能终端选用Android系统或iOS系统，需安装本系统配套的应用程序。应用程序内置数据滤波算法、货车安全态势评估算法、货车侧翻预警算法。在智能终端报警应用程序，需要打开蓝牙并与预警设备的蓝牙模块对接，智能终端将接收到的数字信号进行初步滤波，根据被监测货车动力学的基本参数信息，实现实时监测货车横向载荷转移率LTR，实时评估货车倾斜程度。车辆横向载荷转移率LTR计算公式如下：

式中，△εL为车辆左侧钢板弹簧表面应变，△εR为车辆右侧钢板弹簧表面应变，△ε0为静载时钢板弹簧表面应变，钢板弹簧表面应变信号均通过汽车态势数据采集模块中应变片传感器获取。

根据监测的货车横向载荷转移率LTR预测货车侧翻时限TTR。侧翻时限TTR计算公式如下：

式中，L0为LTR阈值，L(0)为当前tw时刻车辆的LTR函数值；为当前时刻tw车辆的LTR函数的一阶导数值；为在当前时刻tw，车辆的LTR函数的二阶导数值。

智能终端应用程序根据货车横向载荷转移率LTR和侧翻时限TTR这两个指标监测货车状态，在应用程序的主界面内会实时显示车辆的倾斜程度车辆和可能侧翻的预测时间，并将车辆当前运行状态评价为安全，由此将车辆侧翻信息实时反馈给驾驶员，提醒驾驶员纠正驾驶操纵行为，以预防侧翻事故的发生。

根据车辆横向载荷转移率LTR和车辆侧翻时限TTR得到车辆侧翻风险值；

状态一当TTR>3，且LTR<0.70，车辆行驶状态良好，即为车辆侧翻预警系统期望车辆行驶状态；

状态二当TTR>3，且LTR≥0.70，车辆处于倾斜稳态，即车辆倾斜严重，但车辆没有继续倾斜的趋势，但车辆可能随时进入状态四，为本系统预警情况之一；

状态三当TTR≤3，且LTR<0.70，车辆没有明显的倾斜状态，但是车辆有倾斜趋势，若以当前状态继续运行下去，会发生侧翻危险，为本系统预警情况之一；

状态四当TTR≤3，且LTR≥0.70，车辆倾斜严重，并且有加剧倾斜趋势，车辆随时可能发生侧翻危险，为本系统重点预警情况。

本系统的工作过程，具体如下：

在车辆悬架系统钢板表面安装ED全桥式应变片，采集货车钢板弹簧应变信号，通过压力变送器形城模拟信号，经由模数转换器转换成数字信号。

单片机指令蓝牙模块，实现短距离无线传输数据到智能手机终端的计算程序内。

智能手机终端启动内置预警算法的应用程序，打开手机蓝牙，打开预警算法实时评估货车辆侧翻安全态势，当预测货车有侧翻危险时，向驾驶员发出警报信息。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。