一种可变高度的超高装置及使用方法与流程

1.本发明涉及汽车领域，特别是涉及一种可变高度的超高装置及使用方法。


背景技术：

2.当今，社会经济水平不断提高，汽车保有量也随之不断增加，车辆作为一种方便快捷的交通工具与我们生活密切联系。然而，它带来的不仅仅是方便，同时交通事故的发生也是逐年增加。其中，弯道处发生的交通事故占了很大的比重。在车辆行驶至平曲线时，受横向力或离心力作用会产生滑移，为抵消车辆在圆曲线路段上行驶时所产生的离心力，为了保障乘客的舒适性和安全性，会设置外侧高内侧低的超高。但是，目前车辆在转弯过程中发生事故的现象屡见不鲜。
3.现在的超高路面都是固定的，技术人员在设计过程中，以设计速度为标准设定的固定超高只能满足大部分车辆行驶情况，不能满足所有的行驶速度。没有考虑到因某些特殊情况达不到设计速度，比如车辆因故障被迫停在超高设置较大的路段时，导致行驶车辆在此有可能发生侧翻或滑移。
4.发明人发现，车辆在转弯时是一个非常复杂的运动，导致上述问题的原因在于当前的路面都是固定的，路面灵活度较低，不能根据行驶车辆做出适应的调整。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种可变高度的超高装置，灵活性较高，将路面设计为一个可变的曲面，根据不同车辆的行驶情况而为其定制适合的坡度，实现实时变动来满足车辆的不同行驶条件变化，这大大提高了行驶的安全性和舒适性。
6.一种可变高度的超高装置的具体方案如下：
7.一种可变高度的超高装置，包括路面支撑单元，路面支撑单元包括底座、支撑柱和单元路面，底座表面设置多根支撑柱，多根支撑柱的顶端支撑单元路面，支撑柱可伸缩设置，且支撑柱的动力源与中央控制单元连接，中央控制单元与安装于车辆的感应部件连接以获得车辆前轴和后轴的内、外侧轮的转向角度，且中央控制单元与用于监测不同车辆实时速度和角速度的监测部件连接，中央控制单元与安装于单元路面顶端的力传感器连接。
8.如上所述的一种可变高度的超高装置，为了实现对车辆车轮转向角度的测量，所述感应部件包括安装于车辆内、外侧轮的角度传感器。
9.如上所述的一种可变高度的超高装置，所述监测部件包括监测摄像头，监测摄像头用于获取车辆的实时速度和角速度，监测摄像头设置在设定的高度。
10.如上所述的一种可变高度的超高装置，为了获取不同位置的车辆速度和角速度，所述监测摄像头设有多处，相邻两监测摄像头之间间隔有设定的距离。
11.如上所述的一种可变高度的超高装置，所述单元路面为六边形，单元路面与所述底座之间共设置7根支撑柱，其中一根支撑柱即中心支撑柱位于单元路面与底座的中间，剩余6根支撑柱均位于中心支撑柱的周侧，中心的支撑柱起到支撑路面的作用。
12.如上所述的一种可变高度的超高装置，所述中央控制单元根据单元路面的已知滑动摩擦因数，与所述力传感器测量的车辆给单元路面的压力，获得车辆车轮所受的摩擦力。
13.如上所述的一种可变高度的超高装置，为了保证车辆在转弯处的行车安全，所述路面支撑单元拼装设置成路面，这样路面为一个高度可变的面，这对保障行驶的安全性将会很大的提高。
14.如上所述的一种可变高度的超高装置，所述中央控制单元根据如下公式计算所述路面支撑单元的横坡度：
[0015][0016]
δf
a
——前轴的外侧轮与内侧轮所受支持力之差
[0017]
δf
a
——前轴的外侧轮与内侧轮所受静摩擦力之差
[0018]
α——车辆前轴的外侧轮的转向角度
[0019]
β——车辆前轴的内侧轮的转向角度
[0020]
b——车辆的轴距
[0021]
ω——车辆前轴中心相对于转弯半径圆心的角速度
[0022]
m1——车辆前轴内侧轮所承担的部分车身质量
[0023]
m2——车辆前轴外侧轮所承担的部分车身质量
[0024]
对后轮：
[0025][0026]
δf
b
——后轴的外侧轮与内侧轮所受支持力之差
[0027]
δf
b
——后轴的外侧轮与内侧轮所受静摩擦力之差
[0028]
a——车辆后轴的内侧轮到转弯半径圆心的距离
[0029]
l——车辆的轮距
[0030]
ω——车辆后轴中心相对于转弯半径圆心的角速度
[0031]
m3——车辆后轴内侧轮所承担的部分车身质量
[0032]
m4——车辆后轴外侧轮所承担的部分车身质量
[0033]
θ
修正坡度
＝k*ν
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0034]
k——前轴与后轴坡角平衡系数
[0035]
ν——支撑柱在实时变化过程中可能出现的震动影响系数
[0036][0037]
如上所述的一种可变高度的超高装置，所述中央控制单元中按照如下公式计算所述支撑柱的理论升高高度h，根据支撑柱的理论升高高度、车辆的实时速度、支撑柱被判定为有效支撑柱时的那刻该支撑柱与车辆之间的距离和汽车的轮距进行支撑柱升高高度与时间的时域函数模拟，计算出支撑柱的纵向升高高度y：
[0038]
h＝x0tanθ
[0039]
其中，x0为内侧轮向转弯圆心的方向0.25米处的点为原点，向圆心外为正方向的
横向坐标值。
[0040]
第二方面，本发明还提供了一种可变高度的超高装置的使用方法，包括如下内容：
[0041]
在缓和路段和圆曲线路段处，在空中大于限高处布设监测部件，监测部件可布设多个；
[0042]
将原有的路面替换为由多个所述的一种可变高度的超高装置拼成完整面所构成的路面；
[0043]
当监测部件监测到车辆即将进入缓和曲线段时，开始对相关数据进行实时采集，中央控制单元通过相关数据计算出当时路面支撑单元的横坡度；
[0044]
中央控制单元判断支撑柱是否为有效支撑柱，具体判断方法为：当车辆即将行驶到支撑柱a时，支撑柱a满足与前一辆经过的车无接触，且与即将到的车辆相距在100米以内；
[0045]
在中央控制单元的调控下，单元路面构成的路面过渡自然，横坡度为θ；同时，中央控制单元针对不同的路面支撑单元进行时域函数模拟，计算每根支撑柱的纵向高度y。
[0046]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0047]
1)本发明整体中央控制单元通过对监测部件、感应部件和力传感器数据的获取，可根据车辆的调整及时调整路面支撑单元的支撑状态，从而实现不同车辆具有不同的行驶方案，突破路面为固定路面的状态，以最大限度的保障车辆的安全性和舒适性。
[0048]
2)本发明通过监测部件能够获得车辆的实时速度和角速度，而且还根据监测到车辆在路面停止的状态，中央控制单元可根据车辆的具体状态来改变路面支撑单元中支撑柱的支撑高度，并改变坡度，消除了侧翻的可能性。
[0049]
3)本发明通过路面支撑单元的设置，不仅方便拼装成路面，而且每一路面支撑单元设置有多个支撑柱，可保证路面坡度调整的准确性。
[0050]
4)本发明通过监测摄像头可获取车辆实时速度和角速度，通过感应部件可获得车辆前轴和后轴的内、外侧轮的转向角度，并通过力传感器获得车辆前、后轴内外侧车轮的所受支撑力之差和前、后轴内外侧车轮所受摩擦力之差，从而可获得路面支撑单元的横向坡度。
附图说明
[0051]
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
[0052]
图1为本发明根据一个或多个实施方式的一种可变高度的超高装置工作流程图；
[0053]
图2为本发明根据一个或多个实施方式的一种可变高度的超高装置中路面支撑单元的示意图；
[0054]
其中：1.单元路面，2.支撑柱，3.底座。
具体实施方式
[0055]
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0056]
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0057]
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在车辆转弯存在较大安全性的问题，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种可变高度的超高装置及使用方法，下面结合说明书附图，对本发明做进一步的阐述。
[0058]
以四轮车辆为例进行详细说明，需要注意的是，本发明的保护范围并不仅限于此，在其他实施例中，可以进行适应性调整。
[0059]
本发明的一种典型的实施方式中，一种可变高度的超高装置，参考图2所示，包括路面支撑单元，路面支撑单元包括底座3，底座3表面通过支撑柱2支撑单元路面1，支撑柱可伸缩设置，且支撑柱的动力源与中央控制单元连接，中央控制单元与安装于车辆的感应部件连接。
[0060]
感应部件安装于车辆，具体包括设置于车辆内、外侧轮的角度传感器，用于获取车辆前轴和后轴的内、外侧轮的转向角度，便于精确计算横坡度角。
[0061]
监测部件包括监测摄像头，监测摄像头通过立杆方式安装于路面的上空，用于监测不同车辆实时速度和角速度，并传送数据给中央控制单元，由中央控制单元通过调整支撑柱实现实时调整横坡度使得单元路面成为最适合车辆行驶的设计路面。
[0062]
而且，为了获取不同位置的车辆速度和角速度，所述监测摄像头设有多处，相邻两监测摄像头之间间隔有设定的距离。
[0063]
支撑柱2，安装于单元路面1的下方，且支撑柱2布置于单元路面的六个角和中心处，通过位于六角的支撑柱的高度差调整单元路面1的倾斜方向和角度，中心的支撑柱2用于支撑车辆，用于调整单元路面，适应车辆的行驶状态。
[0064]
同时，单元路面顶端均安装有力传感器，实时监测每个支撑柱的受力情况，用于推算车辆给单元路面的压力，单元路面采用设定的材料所制，单元路面具有已知的滑动摩擦因数，通过力传感器测量车辆给单元路面的压力，该压力与单元路面的滑动摩擦因数相乘，可计算出每个车轮所受摩擦力。
[0065]
需要说明的是，力传感器选择薄膜压力传感器。薄膜压力传感器采用现有薄膜压力传感器，包括设于薄膜内的力感知芯片和信息传导光纤。
[0066]
中央控制单元，具有存储器，存储车辆的轴距、前轴内外侧轮所承担的部分车身质量、后轴内外车轮所承担的部分车身质量，且中央控制单元接收感应部件、支撑柱动力源和监测摄像头的信息，用于计算坡度和时域函数。
[0067]
中央控制单元通过数据采集器来采集相关的数据，感应部件、监控摄像头和动力源力传感器均与数据采集器连接，数据采集器用于采集相关数据并发送至中央控制单元，中央控制单元选用工控机或plc中央控制单元，对数据进行后台处理。
[0068]
进一步，单元路面为六边形，底座为六棱柱，在单元路面与底座之间共设置 7根支撑柱，其中一根支撑柱位于单元路面与底座的中间，其他的支撑柱均位于中心支撑柱的周侧。
[0069]
本实施例中，为了对路面坡面的较好模拟，支撑柱2均为伸缩柱，伸缩柱可为气缸
或液压缸或电缸，相应支撑柱的动力源可为电机或液压缸。
[0070]
中央控制单元根据如下公式计算所述路面支撑单元的横坡度：
[0071][0072]
δf
a
——前轴的外侧轮与内侧轮所受支持力之差
[0073]
δf
a
——前轴的外侧轮与内侧轮所受静摩擦力之差
[0074]
α——车辆前轴的外侧轮的转向角度
[0075]
β——车辆前轴的内侧轮的转向角度
[0076]
b——车辆的轴距
[0077]
ω——车辆前轴中心相对于转弯半径圆心的角速度
[0078]
m1——车辆前轴内侧轮所承担的部分车身质量
[0079]
m2——车辆前轴外侧轮所承担的部分车身质量
[0080]
对后轮：
[0081][0082]
δf
b
——后轴的外侧轮与内侧轮所受支持力之差
[0083]
δf
b
——后轴的外侧轮与内侧轮所受静摩擦力之差
[0084]
a——车辆后轴的内侧轮到转弯半径圆心的距离
[0085]
l——车辆的轮距
[0086]
ω——车辆后轴中心相对于转弯半径圆心的角速度
[0087]
m3——车辆后轴内侧轮所承担的部分车身质量
[0088]
m4——车辆后轴外侧轮所承担的部分车身质量
[0089]
θ
修正坡度
＝k*ν
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0090]
k——前轴与后轴坡角平衡系数
[0091]
ν——支撑柱在实时变化过程中可能出现的震动影响系数
[0092][0093]
如上所述的一种可变高度的超高装置，所述中央控制单元中按照如下公式计算所述支撑柱的理论升高高度h，根据支撑柱的理论升高高度、车辆的实时速度、支撑柱被判定为有效支撑柱时的那刻该支撑柱与车辆之间的距离和汽车的轮距进行支撑柱升高高度与时间的时域函数模拟，计算出支撑柱的纵向升高高度y：
[0094]
h＝x0tanθ
[0095]
其中，x0为内侧轮向转弯圆心的方向0.25米处的点为原点，向圆心外为正方向的横向坐标值。
[0096]
一种可变高度的超高装置的使用方法，参考图1所示，包括如下内容：
[0097]
步骤1：在缓和路段和圆曲线路段处，在空中大于限高处布设监测摄像头，监测摄像头可布设多个，多个布设点水平距离小于等于三米，保证无死角可监测到路面的车辆行驶状况。
[0098]
步骤2：将原有的路面替换为由多个一种可变高度的超高装置拼成完整面所构成的路面。
[0099]
步骤3：当监测摄像头监测到车辆即将进入缓和曲线段时，数据采集器开始对相关数据进行实时采集，中央控制单元通过相关数据计算出当时路面支撑单元的横坡度。
[0100]
中央控制单元判断支撑柱是否为有效支撑柱，具体判断方法为：当车辆即将行驶到支撑柱a时，支撑柱a满足与前一辆经过的车无接触，且与即将到的车辆相距在100米以内。然后在中央控制单元的调控下，路面支撑单元构成的路面过渡自然，横坡度为θ。同时，中央控制单元针对不同的路面支撑单元进行时域函数模拟，计算出每时刻每根支撑柱的纵向高度y。
[0101]
路面支撑单元的横坡度θ，计算公式如下：
[0102]
假设车辆受到的横向静摩擦力由圆心指向外为正方向，对前轮：
[0103][0104]
δf
a
——前轴的外侧轮与内侧轮所受支持力之差
[0105]
δf
a
——前轴的外侧轮与内侧轮所受静摩擦力之差
[0106]
α——车辆前轴的外侧轮的转向角度
[0107]
β——车辆前轴的内侧轮的转向角度
[0108]
b——车辆的轴距
[0109]
ω——车辆前轴中心相对于转弯半径圆心的角速度
[0110]
m1——车辆前轴内侧轮所承担的部分车身质量
[0111]
m2——车辆前轴外侧轮所承担的部分车身质量
[0112]
对后轮：
[0113][0114]
δf
b
——后轴的外侧轮与内侧轮所受支持力之差
[0115]
δf
b
——后轴的外侧轮与内侧轮所受静摩擦力之差
[0116]
a——车辆后轴的内侧轮到转弯半径圆心的距离
[0117]
l——车辆的轮距
[0118]
ω——车辆后轴中心相对于转弯半径圆心的角速度
[0119]
m3——车辆后轴内侧轮所承担的部分车身质量
[0120]
m4——车辆后轴外侧轮所承担的部分车身质量
[0121]
θ
修正坡度
＝k*ν
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0122]
k——前轴与后轴坡角平衡系数
[0123]
ν——支撑柱在实时变化过程中可能出现的震动影响系数
[0124][0125]
步骤4：支撑柱理论升高高度h＝x
o
tanθ。其中，考虑到车辆两侧有0.25 米的安全距离，x0为内侧轮向转弯圆心的方向0.25米处的点为原点，向圆心外为正方向的横向坐标
值(0＜x0≤0.5 轮距)。
[0126]
通过预测车辆的轨迹，以轮轴的中心向内侧的点为原点。以所有原点连成的线的方向为纵轴线，与车辆行驶方向垂直的为横轴，那么横坐标相同的支撑柱取x0相同。对车辆的行驶轨迹进行实时预测，车辆的实时速度即切向v取1s前监测的实时速度。因为间隔时间足够短，所以在这1s中看作车辆的实时速度没有变化，被判断为有效支撑柱的时刻，t被命令为0，并开始计时。
[0127]
取即t0为支撑柱达到理论升高高度的时间。
[0128]
支撑柱升高与时间关系函数形成时域函数，计算公式如下：
[0129][0130]
h——支撑柱理论升高高度
[0131]
s0——支撑柱被判定为有效支撑柱时的那刻该支撑柱与车辆之间的距离
[0132]
l——车辆的轮距
[0133]
v——车辆的实时速度
[0134]
如果支撑柱在变化范围内，又符合了下一辆车的有效支撑柱，此时放弃前辆车的支撑柱升高与时间关系函数y算法，换成下一辆车的参数，计算下一车辆的中支撑柱的升高高度。
[0135]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。