CN106875510A - 一种车辆侧翻预警方法和*** - Google Patents

一种车辆侧翻预警方法和*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种车辆侧翻预警方法，包括以下步骤：车辆的载荷转移比LTR等高线的获取；车辆侧翻风险的量化和预测；基于侧翻指标CLRI的侧翻预警。一种为实现所述车辆侧翻预警方法的车辆侧翻预警***，包含信息采集模块，侧翻指标计算模块、侧翻预警模块，所述的侧翻指标计算模块中的处理电路采集来自信息采集模块的传感信号，进而传递至微处理器；微处理器通过计算得到侧翻指标CLRI，传递至侧翻预警显示模块。本发明能够在线监测车辆的侧翻稳定性，精确量化和预测车辆的侧翻风险，及时、准确地进行侧翻预警或者触发主动防侧翻控制，保证车辆的行驶安全性。

Description

一种车辆侧翻预警方法和***
技术领域
本发明属于汽车主动安全控制技术领域，具体涉及一种基于载荷转移比(LoadTransfer Ratio，缩写为LTR)等高线的车辆侧翻预警方法和预警***，可实现车辆侧翻风险的精确量化与预测。
背景技术
车辆侧翻是一种极具危险的交通事故。侧翻预警技术可以提前警告驾驶员即将发生的侧翻风险，使驾驶员及时采取措施，还可以作为主动防侧翻控制***的触发条件。现有的车辆侧翻预警算法主要有以下两类：基于车辆模型的预警算法和基于MAP图的预警算法。基于车辆模型的预警算法对车辆侧倾状态进行在线估计和预测，车辆模型越精细，侧翻预警算法的精度越高，但实时性随之变差，因而其实际应用具有较大局限性；大多数基于MAP图的预警算法直接将车辆的当前状态和MAP中的临界状态进行对比，缺乏对车辆状态动态变化的考虑，因而算法的预测性不足。
发明内容
本发明为克服上述现有技术存在的不足，提供一种车辆侧翻预警方法和***，以便在线监测车辆的侧翻稳定性，精确量化和预测车辆的侧翻风险，及时、准确地进行侧翻预警或者触发主动防侧翻控制，保证车辆的行驶安全性。
本发明为解决上述技术问题，通过以下技术方案实现：
一种车辆侧翻预警方法，包括以下步骤：
步骤一：车辆的载荷转移比(LTR)等高线的获取；
步骤二：车辆侧翻风险的量化和预测；
步骤三：基于侧翻指标CLRI的侧翻预警。
所述的步骤一是车辆的LTR等高线获取，通过实车试验获取车辆在“车身侧倾角—侧倾角速度相平面”内的LTR等高线；具体的，车辆的LTR等高线获取方法为：
(1)进行不同车速下的斜坡转向输入试验，方向盘转动角速度固定，采用传感器采集车身侧倾角和侧倾角速度，同时通过观测器观测车辆的载荷转移比；
(2)对传感器采集信号进行滤波处理，设置载荷转移比阈值LTRx，提取不同车速下载荷转移比为LTRx时的车身侧倾角和侧倾角速度；
(3)对上述提取的侧倾角和侧倾角速度进行线性拟合，得到车辆的LTR等高线：
其中，和为拟合直线的横、纵坐标。
所述的步骤二是车辆侧翻风险的量化和预测；通过步骤一所获取的实际车辆的LTR等高线计算侧翻指标CLRI，对车辆的侧翻可能性进行量化和预测。
所述的根据实际车辆的LTR等高线计算侧翻指标CLRI的方法为：
(1)通过信息采集***获取车辆当前的侧倾运动信号，包括车辆的车身侧倾角侧倾角速度和侧倾角加速度
(2)建立车辆当前状态下的侧倾相轨迹切线方程；一种侧倾相轨迹切线方程的表达方法为：
其中，和分别为切线方程的横、纵坐标。
(3)求解车辆的LTR等高线与侧倾相轨迹切线的交点，并对有效交点进行判定；
其中，Bi(i＝1,2)为LTR等高线与侧倾相轨迹切线的交点，和分别为Bi点的横、纵坐标，有效交点可用不等式进行判断。
(4)实时计算侧翻指标CLRI；当车辆侧倾状态处于两条LTR等高线之间的区域时，CLRI定义为侧倾相轨迹以当前变化率为初速度，沿切线方向匀速到达LTR等高线所需时间；当车辆侧倾状态处于其他区域时，CLRI定义为0；一种CLRI计算方法如下：
其中，sign(s)为符号函数：
所述的步骤三是基于侧翻指标CLRI的侧翻预警，根据步骤二所获得的侧翻指标CLRI判断是否进行侧翻预警或者主动防侧翻控制；具体的，基于侧翻指标CLRI的侧翻预警方法为：
根据驾驶员反应时间或者主动防侧翻控制***响应时滞设置侧翻预警时间阈值Ts；
当侧翻指标CLRI>Ts时，车辆处于安全状态，此时不进行预警或者主动防侧翻控制；
当侧翻指标CLRI≤Ts时，车辆处于危险状态，进行预警并触发主动防侧翻控制；侧翻指标CLRI值越小，车辆侧翻风险越高。根据侧翻指标CLRI数值大小，将侧翻预警分为以下五个等级：
当0.8Ts<CLRI≤Ts时，侧翻预警为I级；
当0.6Ts<CLRI≤0.8Ts时，侧翻预警为II级；
当0.4Ts<CLRI≤0.6Ts时，侧翻预警为III级；
当0.2Ts<CLRI≤0.4Ts时，侧翻预警为IV级；
当0≤CLRI≤0.2Ts时，侧翻预警为V级；
一种为实现所述车辆侧翻预警方法的车辆侧翻预警***，包含信息采集模块，侧翻指标计算模块、侧翻预警显示模块，所述的信息采集模块包括车身侧倾角传感器、侧倾角速度传感器、侧倾角加速度传感器、控制开关；所述的侧翻指标计算模块包括实时计算侧翻指标CLRI的微处理器与相应的处理电路；所述的侧翻预警显示模块包括***工作指示灯和蜂鸣器；
所述的控制开关用于开启和关闭侧翻预警***；所述的处理电路采集来自信息采集模块的传感信号，进而传递至微处理器；微处理器通过计算得到侧翻指标CLRI，传递至侧翻预警显示模块；所述的***工作指示灯用于指示***当前工作状态，当侧翻预警***处于开启模式时，***指示灯保持高亮状态，且颜色随侧翻预警等级增加由绿色向深红色逐渐变化，当侧翻预警***处于关闭模式时，***指示灯保持熄灭状态；所述的蜂鸣器用于产生侧翻预警信号，在进行侧翻预警时，蜂鸣器的声音强度随侧翻等级的增加而增强。
本发明具有以下优点和积极效果：
1)利用实车试验精确描述了车辆的侧翻稳定性阈值，避免了建立复杂车辆动力学模型，保证了侧翻预警算法的实时性和精确性；
2)充分利用车身侧倾运动信息，提取了具有精确预测能力的侧翻指标，实现了车辆侧翻风险的在线监测与预警。
附图说明
图1示出了本发明的一种车辆侧翻预警方法的流程图；
图2示出了车辆的LTR等高线获取方法；
图3示出了车辆侧翻风险量化和预测的原理图；
图4示出了一种基于LTR等高线的侧翻指标CLRI计算方法；
图5示出了基于侧翻指标CLRI的侧翻预警方法；
图6示出了本发明的车辆侧翻预警***的一种实施例；
图7示出了一种实施例中车辆的LTR等高线试验结果；
图8(a)为一种实施例中转向盘转角-时间关系图；
图8(b)为一种实施例中CLRI-时间关系图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
本发明的一种车辆侧翻预警方法，如图1所示，主要包括以下步骤：
步骤一：车辆的载荷转移比(LTR)等高线的获取；
步骤二：车辆侧翻风险的量化和预测；
步骤三：基于侧翻指标CLRI的侧翻预警。
如图2所示，所述的步骤一是车辆的LTR等高线获取。其目的是通过实车试验获取车辆在“车身侧倾角—侧倾角速度相平面”内的LTR等高线。具体的，车辆的LTR等高线获取方法为：
(1)进行不同车速下的斜坡转向输入试验，推荐试验车速为50km/h～100km/h，步长为10km/h，方向盘转动角速度固定为720deg/s，采用传感器采集车身侧倾角和侧倾角速度，同时通过观测器观测车辆的载荷转移比；
(2)对传感器采集信号进行滤波处理，设置载荷转移比阈值LTRx，提取不同车速下载荷转移比为LTRx时的车身侧倾角和侧倾角速度，得到LTR等高线在“车身侧倾角—侧倾角速度相平面”内的原始拟合点。对于所设置的阈值LTRx，要求拟合的数据点不少于3个，否则，扩展试验车速范围、补充试验数据或者更改载荷转移比阈值；
(3)采用最小二乘法对上述提取的侧倾角和侧倾角速度进行线性拟合，得到车辆的LTR等高线，可表示为以下形式：
其中，和为拟合直线的横、纵坐标，a和b分别为拟合直线的斜率和纵截距。
如图3所示，所述的步骤二是车辆侧翻风险的量化和预测。其目的是通过步骤一所获取的实际车辆的LTR等高线计算侧翻指标(记为CLRI)，对车辆的侧翻可能性进行量化和预测。
如图4所示，一种基于LTR等高线的侧翻指标(CLRI)计算方法为：
(1)通过信息采集***获取车辆当前的侧倾运动信号，包括车辆的车身侧倾角侧倾角速度和侧倾角加速度
(2)建立车辆当前状态下的侧倾相轨迹切线方程；一种侧倾相轨迹切线方程的表达方法为：
其中，和分别为切线方程的横、纵坐标。
(3)求解车辆的LTR等高线与侧倾相轨迹切线的交点，并对有效交点进行判定；
其中，Bi(i＝1,2)为LTR等高线与侧倾相轨迹切线的交点，和分别为Bi点的横、纵坐标，有效交点可用不等式进行判断。
(4)实时计算侧翻指标CLRI；当车辆侧倾状态处于两条LTR等高线之间的区域时，CLRI定义为侧倾相轨迹以当前变化率为初速度，沿切线方向匀速到达LTR等高线所需时间；当车辆侧倾状态处于其他区域时，CLRI定义为0；一种CLRI计算方法如下：
其中，sign(s)为符号函数：
如图5所示，所述的步骤三是基于侧翻指标CLRI的侧翻预警。其目的是根据步骤二所获得的侧翻指标CLRI判断是否进行侧翻预警或者主动防侧翻控制。具体的，基于侧翻指标CLRI的侧翻预警方法为：
根据驾驶员反应时间或者主动防侧翻控制***响应时滞设置侧翻预警时间阈值Ts；当侧翻指标CLRI>Ts时，车辆处于安全状态，此时不进行预警或者主动防侧翻控制；当侧翻指标CLRI≤Ts时，车辆处于危险状态，进行预警并触发主动防侧翻控制。侧翻指标CLRI值越小，车辆侧翻风险越高。根据侧翻指标CLRI数值大小，将侧翻预警分为以下五个等级：
当0.8Ts<CLRI≤Ts时，侧翻预警为I级；
当0.6Ts<CLRI≤0.8Ts时，侧翻预警为II级；
当0.4Ts<CLRI≤0.6Ts时，侧翻预警为III级；
当0.2Ts<CLRI≤0.4Ts时，侧翻预警为IV级；
当0≤CLRI≤0.2Ts时，侧翻预警为V级。
本发明为实现上述方法，还提供一种车辆侧翻预警***，如图6所示，其包含信息采集模块1，侧翻指标计算模块2和侧翻预警显示模块3；
所述的信息采集模块1包括测量车身的侧倾角传感器11、侧倾角速度传感器12、侧倾角加速度传感器13和控制开关14。
所述的侧翻指标计算模块2包括实时计算侧翻指标CLRI的微处理器21与相应的处理电路22。
所述的侧翻预警显示模块3包括***工作指示灯31和蜂鸣器32。
所述的控制开关14用于开启和关闭侧翻预警***；所述的处理电路22采集来自信息采集模块1的传感信号，进而传递至微处理器21；微处理器21通过计算得到侧翻指标CLRI并对其进行判断，将判断结果和预警信号传递至侧翻预警显示模块3；所述的***工作指示灯31用于指示***当前工作状态，当侧翻预警***处于开启模式时，***指示灯保持高亮状态，且颜色随侧翻预警等级增加由绿色向深红色逐渐变化，当侧翻预警***处于关闭模式时，***指示灯保持熄灭状态；所述的蜂鸣器32用于产生侧翻预警信号，在进行侧翻预警时，蜂鸣器的声音强度随侧翻等级的增加而增强。
一个实施例：
车辆LTR等高线获取的试验工况为：转向盘转动角速度为720deg/s，车速变化范围为50km/h～100km/h，步长为10km/h，载荷转移比阈值设定为0.9，车辆的LTR等高线试验结果如图7所示。在Matlab/Simuink环境下建立上述车辆侧翻预警方法，并利用CarSim软件对侧翻预警算法进行仿真验证。在初始车速为72km/h、路面附着系数为0.85时进行Fishhook试验，转向盘转角与时间的关系如图8(a)所示，所得的侧翻预警算法的仿真结果，即侧翻指标CLRI与时间的关系如图8(b)所示。
上述实施例仅用于说明本发明，其中各步骤顺序和细节、各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进仍落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种车辆侧翻预警方法，包括以下步骤：
步骤一：车辆的载荷转移比(LTR)等高线的获取，通过实车试验获取车辆在“车身侧倾角—侧倾角速度相平面”内的LTR等高线；
步骤二：车辆侧翻风险的量化和预测；通过步骤一所获取的实际车辆的LTR等高线计算侧翻指标CLRI，对车辆的侧翻可能性进行量化和预测；
步骤三：基于侧翻指标CLRI的侧翻预警，根据步骤二所获得的侧翻指标CLRI判断是否进行侧翻预警或者主动防侧翻控制。
2.根据权利要求1所述的一种车辆侧翻预警方法，其特征在于：
所述的步骤一中车辆的LTR等高线获取方法为：
(1)进行不同车速下的斜坡转向输入试验，方向盘转动角速度固定，采用传感器采集车身侧倾角和侧倾角速度，同时通过观测器观测车辆的载荷转移比；
(2)对传感器采集信号进行滤波处理，设置载荷转移比阈值LTRx，提取不同车速下载荷转移比为LTRx时的车身侧倾角和侧倾角速度；
(3)对上述提取的侧倾角和侧倾角速度进行线性拟合，得到车辆的LTR等高线：
其中，和为拟合直线的横、纵坐标。
3.根据权利要求1所述的一种车辆侧翻预警方法，其特征在于：
所述的步骤二中根据实际车辆的LTR等高线计算侧翻指标CLRI的方法为：
(1)通过信息采集***获取车辆当前的侧倾运动信号，包括车辆的车身侧倾角侧倾角速度和侧倾角加速度
(2)建立车辆当前状态下的侧倾相轨迹切线方程；一种侧倾相轨迹切线方程的表达方法为：
其中，和分别为切线方程的横、纵坐标；
(3)求解车辆的LTR等高线与侧倾相轨迹切线的交点，并对有效交点进行判定；
其中，Bi(i＝1,2)为LTR等高线与侧倾相轨迹切线的交点，和分别为Bi点的横、纵坐标，有效交点可用不等式进行判断；
(4)实时计算侧翻指标CLRI；当车辆侧倾状态处于两条LTR等高线之间的区域时，CLRI定义为侧倾相轨迹以当前变化率为初速度，沿切线方向匀速到达LTR等高线所需时间；当车辆侧倾状态处于其他区域时，CLRI定义为0；一种CLRI计算方法如下：
其中，sign(s)为符号函数：
s i g n ( s ) = 1 s &GreaterEqual; 0 - 1 s < 0 - - - ( 6 ) .
4.根据权利要求1所述的一种车辆侧翻预警方法，其特征在于：
所述的步骤三中基于侧翻指标CLRI的侧翻预警方法为：
根据驾驶员反应时间或者主动防侧翻控制***响应时滞设置侧翻预警时间阈值Ts；
当侧翻指标CLRI＞Ts时，车辆处于安全状态，此时不进行预警或者主动防侧翻控制；
当侧翻指标CLRI≤Ts时，车辆处于危险状态，进行预警并触发主动防侧翻控制；侧翻指标CLRI值越小，车辆侧翻风险越高。
5.根据权利要求4所述的一种车辆侧翻预警方法，其特征在于：
根据所述的侧翻指标CLRI数值的大小，将侧翻预警分为以下五个等级：
当0.8Ts＜CLRI≤Ts时，侧翻预警为I级；
当0.6Ts＜CLRI≤0.8Ts时，侧翻预警为II级；
当0.4Ts＜CLRI≤0.6Ts时，侧翻预警为III级；
当0.2Ts＜CLRI≤0.4Ts时，侧翻预警为IV级；
当0≤CLRI≤0.2Ts时，侧翻预警为V级。
6.一种为实现权利要求1至权利要求5任一项所述车辆侧翻预警方法的车辆侧翻预警***，包含信息采集模块、侧翻指标计算模块和侧翻预警显示模块；其特征在于：
所述的信息采集模块包括车身侧倾角传感器、侧倾角速度传感器、侧倾角加速度传感器以及控制开关；
所述的侧翻指标计算模块包括实时计算侧翻指标CLRI的微处理器与相应的处理电路；所述的侧翻预警显示模块包括***工作指示灯和蜂鸣器；
所述的控制开关控制侧翻预警***的开启和关闭；所述的处理电路采集来自信息采集模块的传感信号，进而传递至微处理器；微处理器通过计算得到侧翻指标CLRI，传递至侧翻预警显示模块。
7.根据权利要求6所述的车辆侧翻预警***，其特征在于：
所述的***工作指示灯指示***当前工作状态，当侧翻预警***处于开启模式时，***指示灯保持高亮状态，且颜色随侧翻预警等级增加由绿色向深红色逐渐变化；
当侧翻预警***处于关闭模式时，***指示灯保持熄灭状态；
所述的蜂鸣器用于产生侧翻预警信号，在进行侧翻预警时，蜂鸣器的声音强度随侧翻等级的增加而增强。
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