自卸汽车侧翻预警装置设计

第7期2011年7月机械设计与制造MACHINERYDESIGNMANUFACTURE文章编号10013997201107002502自卸汽车侧翻预警装置设计术夏晶晶胡晓明1,2陈杰淮阴工学院交通工程学院，淮安223001同济大学机械工程学院，上海210804DESIGNOFROLLOVERWARNINGEQUIPMENTFORTHEDUMPTRUCKXIAJINGJING，HUXIAOMING，CHENJIESCHOOLOFTRAFFICENGINEERING，HUAIYININSTITUTEOFTECHNOLOGY，HUAIAN223001，CHINACOLLEGEOFMECHANICALENGINEERING，TONGJIUNIVERSITY，SHANGHAI210804，CHINA【摘要】为了解决自卸汽车侧翻问题，根据自卸汽车的结构及其作业特点，分析自卸汽车的侧翻机理。根据自卸汽车的侧翻机理，以侧倾角作为自卸汽车侧翻预警系统的侧翻预警指标，建立自卸汽车的侧翻预警模型。通过自卸汽车的侧翻预警模型研究了自卸汽车侧翻预警方法，并进行自卸汽车侧翻预警装置的设计。设计的自卸汽车侧翻预警方法和预警装置适合自卸汽车的工作特点，方法简单，有一定的汽车侧翻预警精度。关键词自卸汽车；侧翻，I机理分析；预警装置【ABSTRACT】TORESOLVETHEROLLOVEROFADUMPTRUCK，THEROLLOVERMECHANISMOFTHEDUMPTRUCKISANALYZEDBASEDONITSSTRUCTUREANDOPERATINGCHARACTERISTICSACCORDINGTOWHICHAROLLOVERWARNINGMODEZISESTABLISHEDWITHTHESIDERAKEANGLEASWARNINGINDICATORFORROLLOVERSYSTEMOFTHETRUCKTHROUGHWHICHROLLOVERWARNINGMETHODISSTUDIED，ANDTHEROLLOVERWARNINGEQUIPMENTISDESIGNEDASWEL1THEROLLOVERWARNINGMETHODDESIGNEDANDTHEROLLOVERWARNINGEQUIPMENTSUITWELLWITHTHEWORKCHARACTERISTICSOFTHEDUMPTRUCKWITHENOUGHPRECISIONOFROLLOVERWARNING,MOREOVER，ITISVERYSIMPLEKEYWORDSDUMPTRUCK；ROLLOVER；MECHANISMANALYSIS；WARNINGEQUIPMENT中图分类号TH12，U4694文献标识码A1日IJ吾汽车侧翻是导致生命财产损失的重大交通安全事故，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，而自卸汽车由于自身的结构因素决定了其整车的质心高度比一般货车要高，其侧翻的危险性更大。国内外学者对普通汽车侧翻预警进行了大量的研究工作。RAKHEJA提出侧翻安全预警监控算法，以车辆稳态转向内侧车轮离地时的横向加速度作为临界侧翻门槛值，在横向加速度测量值达到侧翻门槛值发出警示BOCHIUAN提出一种基于模型的侧翻预警算法，以运动预测技术进行车辆状态预测，进而由侧翻条件得到侧翻危险状况21。但是针对自卸汽车工作特点的侧翻预警研究较少。针对自卸汽车的工作特点，对自卸汽车侧翻机理进行了分析，并在理清自卸汽车侧翻机理的基础上，研究自卸汽车侧翻预警方法，设计侧翻预警装置。2自卸车侧翻机理分析自卸汽车由于工作原因有其特殊的结构特点、工作特点，工作时的道路条件较差但工作时车速不是很快，且与一般载货货车相比，其底盘车架、副车架、车厢副纵梁、车厢等尺寸参数决定其质心较高。当自卸汽车处于具有横向坡度为的地面时，由整车受力分析可知，自卸汽车处于静止平衡状态时，所有外力对左侧车轮接地点的力矩2M为，D、BWCOSO1式中一右侧车轮垂直载荷；一轮胎平均着地宽度；一自卸汽车的总重力；一整车重力所指方向的延长线与地面交点的横坐标；0路面横向坡度。如果考虑自卸汽车的悬架和轮胎变形，由于重力分力的作用，使得左、右悬架受力不均，产生的弹性变形也不同，从而使得车厢和土料相对于车桥轴线产生一角位移，同样由于重力分力的作用，使得左、右轮胎受力不均，产生的弹性变形也不同，从而使得车桥轴线相对地面产生一角位移卢，在自卸汽车运行过程中，角位移随着装载隋况的变化而不断变化61。要使自卸汽车不发生侧翻，则整车重力所指方向的延长线与地面的交点坐标X，0必需满足公式2X0HTGAFLR日一HXTGFL,一2式中月一整车的质心高度；卢左、右轮胎变形不同引起的车桥轴线相对地面的角位移左、右悬架变形不同引起的车厢和土料相对于车桥轴线的角位移；一车架相对车桥轴线的旋转中心离地高度。通过对于自卸汽车侧翻机理的分析可以看出，自卸汽车的质来稿日期20100926基金项目江苏省高校自然科学研究计划项目09KJB580001，淮安市科技支撑计划工业项目HAG0904326夏晶晶等自卸汽车侧翻预警装置设计第7期心较高且车厢装载情况会引起质心的较大变化，工作时的车速不高但是路面条件比较复杂，自卸汽车侧翻可以近似为静态侧翻。3自卸汽车侧翻预警装置设计31自卸汽车侧翻预警方法研究为了避免自卸汽车侧翻事故的发生，需要使用侧翻预警方法，让驾驶员提前了解到汽车即将处于的侧翻危险状况，期望能够及时采取有效措施应对侧翻危险。汽车侧翻指标对侧翻预警方法的准确性影响很大，选择合理的汽车侧翻指标可以提高侧翻预警方法的精度。国际上通常采用横向加速度、侧倾角、横向载荷转移率作为汽车侧翻预警指标，相关的具体数值作为汽车侧翻危险状况门槛值。根据自卸汽车侧翻机理的分析，采用侧倾角作为自卸汽车侧翻预警系统的侧翻预警指标。建立能够准确反应汽车侧翻规律性且比较实用的预警模型对于汽车侧翻预警方法至关重要。通过以上自卸汽车侧翻机理的分析得出自卸汽车侧翻主要是近似静态侧翻，因此可以依据公式2建立汽车侧翻预警模型。结合汽车侧翻指标的选择，将整车重力所指方向的延长线与地面的交点坐标X，0必须满足公式2改变为汽车侧倾角必须满足公式3ARCTG1B3、式中一汽车侧倾角；一汽车侧翻的侧倾角极限值；轮胎、悬架变形导致的自卸汽车侧倾角，与汽车的装载隋况有关。通过对式3的分析可以看出，轮胎平均着地宽度B为已知的汽车结构参数，整车的质心高度可以根据汽车结构参数结合汽车的装载情况比较精确的推算出来，而轮胎、悬架变形导致的自卸汽车侧倾角很难得出，因此汽车侧翻危险状况时侧倾角的门槛值需要通过自卸汽车侧翻台架试验得出。在自卸汽车侧翻台架试验中，采集白卸汽车不同装载情况下的自卸汽车侧翻的侧倾角极限值，加上一定的安全系数后就可以作为自卸汽车侧翻危险状况门槛值可以取自卸汽车侧翻的侧倾角极限值的08倍。图1自卸汽车侧翻预警方法示意图自卸汽车侧翻预警方法，如图1所示。在自卸汽车运行过程中，不断采集汽车的侧倾角度、左右轮载荷信号，根据载荷信号确定自卸汽车不同装载情况下的自卸汽车侧翻危险状况侧倾角门槛值，将采集侧倾角度信号与门槛值进行比较，如果实际自卸汽车的侧倾角大于侧翻危险状况门槛值，说明汽车已经处于侧翻危险状况，必须及时进行侧翻危险状况报警，便于驾驶员采取措施避免侧翻事故发生。32自卸汽车侧翻预警装置结构设计根据以上自卸汽车侧翻预警方法，进行自卸汽车侧翻预警装置结构设计。当自卸汽车进入侧翻危险状态时，自卸汽车侧翻预警装置能够及时向驾驶员示警，便于驾驶员采取措施，避免自卸汽车侧翻事故的发生。自卸汽车侧翻预警装置，包括侧倾角传感器、左右载荷传感器、微处理器以及报警指示装置等，如图2所示。侧倾角传感器安装在自卸汽车的车厢下，主要是实时检测自卸汽车运动中的车身侧倾角度，并及时将数据传递给微处理器；左右载荷传感器安装在车厢与车架之间支撑处，主要是检测自卸汽车的实际装载情况，并及时将数据传递给微处理器，便于微处理器根据实际装载情况判断自卸汽车质心高度的变化情况，并进一步计算自卸汽车侧翻的侧倾角门槛值；微处理器中预先存储有台架试验得到的自卸汽车不同装载情况下的汽车质心高度以及该情况下侧翻时的侧倾角门槛值，微处理器根据载荷传感器的输入信号来查表得出实时装载情况下的汽车侧翻危险状况报警门槛值，根据侧倾角传感器的输入信号得出汽车实时侧倾角度，并将汽车实时侧倾角度与汽车侧倾报警门槛值进行比较，如达到向报警电路发出报警要求；报警电路中的蜂鸣器根据微处理器发出的报警要求向驾驶员报警，使驾驶员了解到车辆处于侧翻危险状态，以便及时采取措施避免车辆侧翻事故的发生。另外，LED数码管可以在自卸汽车接近侧翻危险状况时提醒驾驶员以及在自卸汽车装载过程中根据左右载荷传感器显示汽车的左右装载的不平衡情况。侧倾角传感器左载荷传感器右载荷传感器模L羹电L路L丽图2自卸汽车侧翻预警装置示意图4结论利用侧倾角传感器测得的汽车实时侧倾角与在台架上试验得出的汽车侧翻报警门槛值进行比较，来确定汽车侧翻危险状况的预警方法符合自卸汽车的工作特点，方法也比较简单，而且根据自卸汽车的实际装载情况来确定汽车侧翻报警门槛值提高了汽车侧翻预警的精度。设计的自卸汽车侧翻预警装置可以很好的将侧翻危险状况及时、准确的向驾驶员预警，提高了自卸汽车的工作安全性；同时可以减轻驾驶员对于侧翻问题的思想负担，提高了自卸汽车的工作效率。但是在这里主要考虑自卸汽车的在静态、运行两种工况下的侧翻机理的分析，以及侧翻预警研究。今后进一步研究中需要第7期2011年7月机械设计与制造MACHINERYDESIGNMANUFACTURE27文章编号10013997201107002703基于遗传算法和BP神经网络的花盘结构优化设计珠南京工业大学工业装备数字制造及控制技术重点实验室，南京210009OPTIMAIDESIGNOFFACEPLATESTRUCTUREBASEDONBPNEURALNETWORKANDGENETICALGORITHMTANGJUN，HUANGXIAODIAO，FANGCHENGGANGSCHOOLOFMECHANICALANDPOWERENGINEERING，NANJINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY，NANJING210009，CHINA；【摘要】综合利用有限元法、正交试验法、BP神经网络以及遗传算法对大重型数控转台的花盘结；构系统进行优化研究。首先对花盘结构系统进行谐响应动力学分析，找出对结构动态特性影响最大的L模态频率，并确定BP神经网络的输入变量，然后利用正交试验法和有限元分析法确定出BP神经网络I样本点数据，建立反映花盘结构特性的BP神经网络模型，最后利用遗传算法对建立的BP神经网络优L化。仿真结果表明，花盘第一阶固有频率提高155，其自重降低98。I关键词BP神经网络；遗传算法；有限元法；正交试验，I结构优化L【ABSTRACT】WITHTHEAPPLICATIONOFFINITEELEMENTMETHOD，ORTHOGONALEXPERIMENTMETHOD，BPNEURAL2NETWORKANDGENETICALGORITHM,FACEPLATESTRUCTURESYSTEMOFLARGE，HEAVYDUTYNCROTARYTABLEISSTUDIEDINLOPTIMIZINGFIRSTOFALL，NKINETICSANALYSISOFTHEHARMONICRESPONSEISPROCESSEDINTHEFACEPLATESTRUCTUREISYSTEMTOFINDOUTTHEFREQUENCYMODEWHICHEFFECTSDYNAMICBEHAVIOROFTHESYSTEMSIGNIFICANTLYANDCON一；FIRMTHEINPUTVARIABLESOFTHEBPNEURALNETWORKTHENBYAPPLYING帆ORTHOGONALEXPERIMENTANDFINITEELELFEFEATURESOFFACEPLATESTRUCTUREATLAST，THEBPNEURALNETWORKMODELWILLBEOPTIMIZEDTHROUGHTHEGE一；NETICALGORITHRMSIMZ优。NRESHSSHO们FTHEFIRST。RDERINHEFREQUENEYINCREASESBY155PERCEN；H98PERCEIGHLOSL；KEYWORDSBPNEURALNETWORK；GENETICALGORITHM；FINITEELEMENT；ORTHOGONALEXPERIMENT；STRUC竺P|、H，|NTL、HTTL、“，|T“，IL、HHHTT|、PN“，L、“R、“，TTMM“|、|、“，|TMPM中图分类号TH122，TP183文献标识码A1己I吉适应性好的串，生成新的串的群体I”。单纯利用遗传算法对花盘结遗传算法G。TIALGORITHM，简称GA是模仿自然界生物构进行形状优化设计时，需要不断对结构进行有限元分析，这样进化机制发展起来的随机全局搜索和优化方法，它利用某种编码要花费大量计算时间，给结构优化设计带来很大困难。通过利用技术，作用于称为染色体的数字串，模拟由这些串组成的群体的BP神经网络高度的非线性映射能力来获得遗传算法的适应度函进化过程。数值，替代繁复的有限元分析法。最后，对遗传算法优化结果进行遗传算法通过有组织的、随机的信息交换来重新组合那些有限元分析，发现其优化结果可以满足工程要求。K来稿日期20100920基金项目江苏省科技计划项目BC2009012，江苏省自然科学基金BK2OO8374考虑自卸汽车自卸作业时质心