CN109353408B - 一种适用于盘山公路复合弯道的转向辅助*** - Google Patents

一种适用于盘山公路复合弯道的转向辅助*** Download PDF

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Abstract

本发明设计了一种适用于盘山公路复合弯道的转向辅助***，涉及驾驶辅助领域。转向辅助***组成包括弯道半径获取装置，车辆垂向平衡装置以及转向辅助控制装置。转向辅助***的主要功能为根据复合弯道的道路信息对车辆的行驶路径，转弯姿态以及行驶车速进行控制，弥补驾驶员驾驶经验与驾驶技巧的不足，提高车辆的行驶安全性。

Description

一种适用于盘山公路复合弯道的转向辅助***
技术领域
本发明涉及驾驶辅助领域，设计了一种适用于盘山公路复合弯道的转向辅助***，提高车辆的行驶安全性。
背景技术
在车辆技术不断发展的今天，各种驾驶辅助技术得到了广泛的应用，但是现有驾驶辅助技术的适用范围大多局限于常规行驶道路比如城市道路以及高速公路，这些道路的共同特点为修建的规章制度比较严格，路面状况相对良好。但是在一些山区，一些盘山公路由于地理条件的限制使得路面状况难以得到保证，甚至会出现一些半径不断变化的弯道，这些弯道也被称为复合弯道，这种弯道的存在使得盘山公路的行驶条件更为恶劣，因而在这种道路下行驶对车辆驾驶员的驾驶技术与驾驶经验要求较高，稍有不慎便会造成车辆侧翻或者交通事故的发生。
因此，本发明设计了一种适用于盘山公路复合弯道的转向辅助***，转向辅助***可以实现基于高精地图的弯道半径的获取，并且转向辅助***可以根据行驶路面弯道的变化情况完成基于智能控制的路径规划以及车辆转向姿态的调整，以弥补驾驶员驾驶技术及驾驶经验的不足，此外，由于适用范围特殊，所述转向辅助***可以外装于行驶车辆，达到节省成本及减轻汽车行驶负担的目的。
发明内容
本发明的主要目的在于设计了一种适用于盘山公路复合弯道的转向辅助***，在盘山公路复合弯道这种特殊的工况对驾驶员的操作起到辅助的作用，旨在于提高驾驶车辆的行驶安全性。为了实现上述目的，本发明按如下技术方案实现：
转向辅助***由弯道半径获取装置，车辆垂向平衡装置以及转向辅助控制装置组成；弯道半径获取装置对车辆行驶所行驶的复合弯道进行采点取样，并对弯道半径进行估算；车辆垂向平衡装置对车辆施加垂向力，从而减小车身在车辆转弯过程中的转动；转向辅助控制装置用于监测车辆通过复合弯道时的姿态，对车辆行驶路径进行规划控制。
技术方案中所述的弯道半径获取装置安装于车辆顶端；弯道半径获取装置由弯道半径计算模块以及具备冗余采集功能的弯道半径采集装置两部分组成，其中弯道半径采集装置用于路面弯道的采集，弯道半径计算模块用于获取弯道半径采集装置所获取的样本点并以此为依据对弯道半径进行估算。
技术方案中所述的车辆垂向平衡装置包括分布于车辆两侧的直线作动器，安装于车辆前轴综合控制单元的前轴双通道电流控制模块，安装于车辆后轴控制单元的后轴双通道电流控制模块以及安装于车辆线控转向控制单元的VE控制器组成，其中直线作动器对车身提供纵向力，减少车身侧倾，是车辆获得较好的操纵稳定性；前、后轴双通道电流控制模块用于接收VE控制器的指令控制直线作动器的输入电流；VE控制器为车辆垂向平衡装置的控制单元，对车辆垂向平衡装置实施控制指令。
技术方案中所述的转向辅助控制装置由非道路目标获取模块，第一芯片控制模块，第二芯片控制模块以及决策模块组成，其中非道路目标获取模块用于获取车辆行驶路面上包括其他车辆、道路异物在内的目标与自车的横向距离和纵向距离；第一芯片控制模块与第二芯片控制模块均由有写有专家控制***算法程序路径规划单元以及写有模糊控制算法程序的危险评级单元两部分组成，其中第一芯片控制模块为主控制模块，第二芯片控制模块为辅助控制模块；决策模块根据第一芯片控制模块、第二芯片控制模块的运算结果对车辆车速，转弯姿态，行驶路径实施命令控制。
技术方案中所述的转向辅助***可以外装在车辆上,并且转向辅助***所包含的直线作动器的数量为2-6个,直线作动器的具体安装数量n与车辆总质量m满足关系:
n＝-8.571m2+30.569m-21.572
计算结果向上取偶数，以保证对车身姿态的调节；弯道半径获取装置的安装位置与车辆称重结果所确定的车辆质心位置保持一致，以便于弯道半径采集装置确定坐标原点。
技术方案中所述的弯道半径采集装置由云端地图采集部分以及实时路面采集部分组成；云端地图采集部分可以获取云端高精地图，并在高精地图上采点取样，采样频率的变化依据为道路动态弯曲因子S的取值，其中
S＝(0.0144R2-0.01V2)1/2
式中R为弯道圆弧曲率半径R，V为车辆实时车速，若S<3.74,模块采样频率为300Hz,若3.74<S<11.95,模块采样频率为150Hz，若S>11.95,模块采样频率为30Hz；采集模块中的实时路面采集部分对云端地图采集部分进行检测，当云端地图采集部分无法工作时，实时路面采集部分进入工作状态，并对依据道路动态弯曲因子对采样频率进行调整。
技术方案中所述的弯道半径计算模块对路面半径采集模块采集到的样本点进行拟合，得到车辆前方弯道圆弧的圆心位置横坐标x,纵坐标y以及圆弧曲率半径R的估计值：
Figure BDA0001895032040000021
Figure BDA0001895032040000022
Figure BDA0001895032040000023
式中，xi和yi(i＝1,2,3)为采集点的横坐标以及纵坐标，坐标原点为车辆质心位置。
技术方案中所述的直线作动器对称安装于车辆两侧：当作动器数量为2时，作动器纵向安装位置为车身B柱内侧；当作动器数量为4时，作动器纵向安装位置为车辆前轴及后轴；当作动器数量为6时，作动器纵向安装位置为车身B柱内侧、车辆前轴以及车辆后轴；直线作动器向内倾斜，使得车身重心在车辆转弯过程中向转向一侧移动，作动器倾斜角度θ与车身侧倾角φ关系满足：
θ＝0.063φ2+0.382φ；
单个直线作动器的输出力满足：
Figure BDA0001895032040000031
式中，K为车辆侧倾刚度，φ为车身侧倾角，B为车辆轮距，θ为直线作动器倾斜角度。
技术方案中所述的VE控制器与前轴双通道电流控制模块通过第一无线通道相连，VE控制器与后轴双通道电流控制模块通过第二无线通道相连，前、后轴电流控制模块通过第三无线通道相连；VE控制器与转向辅助控装置通过第四无线通道相连；VE控制器内集成有写入BP神经网络算法程序的控制芯片，算法以车辆转弯半径，实时车速，路面附着系数为输入，以车身侧倾角为输出。
与现有技术相比，本发明实施具有以下有益效果：转向辅助***中的半径获取装置可以准确快速地捕捉到弯道半径的变化，为驾驶员以及转向辅助***的控制装置提供基本的操作依据；转向辅助***中的垂向平衡装置可以对车辆转向姿态进行调整，以提供良好的操纵稳定性；转向辅助***的控制装置可以依据已有数据对车辆行驶路径进行规划，弥补驾驶员驾驶经验及驾驶技术的不足。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
图1是本发明所述的转向辅助***的结构组成图；
图2是本发明所述的转向辅助***的安装示意图；
图3是本发明所述的直线作动器的安装示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的描述。这些附图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此仅显示与发明有关的结构组成。
如图1所示，弯道半径获取装置101的安装于车辆顶端，具体安装位置与车辆质心位置保持一致。工作过程中，弯道半径获取装置101中的弯道半径采集模块首先与云端取得通讯，实现车辆的高精定位同时获取高精地图，并在高精地图上采点取样，取样结果按照时间顺序分组送入弯道半径计算模块，由弯道半径计算模块计算得到目标弯道的半径并做向下取整处理。
转向辅助控制装置102与弯道半径获取装置安装位置相近，转向辅助控制装置102中的非道路目标获取模块接收由弯道半径获取装置计算得到的弯道半径，同时获取车辆行驶路面上包括其他车辆、道路异物在内的目标与自车的横向距离和纵向距离，经过处理后，将处理结果作为第一芯片控制模块中专家控制***程序的输入，所述专家控制算法以适用于复合弯道驾驶技巧的相关知识作为知识库，对自车前方的复合弯道进行控制分析，将输出结果作为路径规划的基本依据并完成安全路径的规划，与此同时，芯片控制模块中模糊控制算法以安全路径的下的转弯半径、车辆的实时车速以及路面附着系数三个变量作为输入，得到危险评定等级；而后决策模块根据芯片控制模块的运算结果对车辆车速，转弯姿态，车辆行驶路径实时命令控制，同时通过驾驶室显示屏传达给驾驶员。
如图3所示，车辆垂向平衡装置中的直线作动器202对称安装于车辆两侧，上端与车身201相连，下端与簧下部分203相连具体安装数量与车辆总质量正相关，保证在调节车辆转弯姿态时可以提供足够大的力矩，当作动器数量为2时，作动器纵向安装位置为车身B柱内侧，即图1中的位置2；当作动器数量为4时，作动器纵向安装位置为车辆前轴及后轴，即图1中的位置1和位置3；当作动器数量为6时，作动器纵向安装位置为车身B柱内侧、车辆前轴以及车辆后轴，即图1中的位置1，位置2和位置3；直线作动器202向内倾斜，使得车身重心在车辆转弯过程中向转向一侧移动，进一步避免车辆发生侧翻；车辆垂向平衡装置中的前轴双通道电流控制模块安装于车辆前轴综合控制单元，后轴双通道电流控制模块安装于车辆后轴综合控制单元，VE控制器安装于车辆线控转向控制单元，并且所述VE控制器与前轴双通道电流控制模块通过第一无线通道相连，VE控制器与后轴双通道电流控制模块通过第二无线通道相连，前、后轴电流控制模块通过第三无线通道相连；VE控制器与转向辅助控装置通过第四无线通道相连，从而完成装置内的通讯；VE控制器内集成有写入BP网络算法程序的控制芯片,算法以转弯半径，实时车速，路面附着系数为输入，以车身侧倾角为输出，并计算出参数确定的车辆转向姿态下每个直线作动器所需提供的垂向力，最终由前、后轴双通道电流控制模块调整直线作动器的输入电流，最终实现车辆姿态的调整，保证车辆良好的行驶安全性。

Claims (3)

1.一种适用于盘山公路复合弯道的转向辅助***，其特征在于：转向辅助***由弯道半径获取装置，车辆垂向平衡装置以及转向辅助控制装置组成；
弯道半径获取装置对车辆行驶所行驶的复合弯道进行采点取样，并对弯道半径进行估算，所述弯道半径获取装置安装于车辆顶端，弯道半径获取装置由弯道半径计算模块以及具备冗余采集功能的弯道半径采集装置两部分组成；所述弯道半径采集装置由云端地图采集部分以及实时路面采集部分组成；云端地图采集部分可以获取云端高精地图，并在高精地图上采点取样，采样频率的变化依据为道路动态弯曲因子S的取值，其中
S=(0.0144R2-0.01V2)1/2
式中R为弯道圆弧曲率半径，V为车辆实时车速，若S<3.74,模块采样频率为300Hz,若3.74<S<11.95,模块采样频率为150Hz，若S>11.95,模块采样频率为30Hz；采集模块中的实时路面采集部分对云端地图采集部分进行检测，当云端地图采集部分无法工作时，实时路面采集部分进入工作状态，并依据道路动态弯曲因子对采样频率进行调整；
车辆垂向平衡装置对车辆施加垂向力，从而减小车身在车辆转弯过程中的转动，所述车辆垂向平衡装置包括分布于车辆两侧的直线作动器，安装于车辆前轴综合控制单元的前轴双通道电流控制模块，安装于车辆后轴控制单元的后轴双通道电流控制模块以及安装于车辆线控转向控制单元的VE控制器组成；所述直线作动器对称安装于车辆两侧：当作动器数量为2时，作动器纵向安装位置为车身B柱内侧；当作动器数量为4时，作动器纵向安装位置为车辆前轴及后轴；当作动器数量为6时，作动器纵向安装位置为车身B柱内侧、车辆前轴以及车辆后轴；直线作动器向内倾斜，作动器倾斜角度θ与车身侧倾角ϕ关系满足：θ=0.063ϕ2+0.382ϕ；单个直线作动器的输出力满足：
Figure QLYQS_1
；式中，K为车辆侧倾刚度，ϕ为车身侧倾角，B为车辆轮距，θ为直线作动器倾斜角度；
转向辅助控制装置用于监测车辆通过复合弯道时的姿态，对车辆行驶路径进行规划控制，所述转向辅助控制装置由非道路目标获取模块，第一芯片控制模块，第二芯片控制模块以及决策模块组成，其中非道路目标获取模块用于获取车辆行驶路面上包括其他车辆、道路异物在内的目标与自车的横向距离和纵向距离；第一芯片控制模块与第二芯片控制模块均由写有专家控制***算法程序路径规划单元以及写有模糊控制算法程序的危险评级单元两部分组成，其中第一芯片控制模块为主控制模块，第二芯片控制模块为辅助控制模块；决策模块根据第一芯片控制模块、第二芯片控制模块的运算结果对车辆车速，转弯姿态，行驶路径实施命令控制，所述转向辅助***可以外装在车辆上,并且转向辅助***所包含的直线作动器的数量为2-6个,直线作动器的具体安装数量n与车辆总质量m满足关系:
n=-8.571m2+30.569m-21.572
计算结果向上取偶数；弯道半径获取装置的安装位置与车辆称重结果所确定的车辆质心位置保持一致。
2.如权利要求1所述的一种适用于盘山公路复合弯道的转向辅助***，其特征在于：所述弯道半径计算模块对路面半径采集模块采集到的样本点进行拟合，得到车辆前方弯道圆弧的圆心位置横坐标x,纵坐标y以及圆弧曲率半径R的估计值：
Figure QLYQS_2
；/>
Figure QLYQS_3
；
Figure QLYQS_4
；式中，xi和yi（i=1,2,3）为采集点的横坐标以及纵坐标，坐标原点为车辆质心位置。
3.如权利要求1所述的一种适用于盘山公路复合弯道的转向辅助***，其特征在于：所述VE控制器与前轴双通道电流控制模块通过第一无线通道相连，VE控制器与后轴双通道电流控制模块通过第二无线通道相连，前、后轴电流控制模块通过第三无线通道相连；VE控制器与转向辅助控装置通过车辆总线通道相连；VE控制器内集成有写入BP网络算法程序的控制芯片，算法以车辆转弯半径，实时车速，路面附着系数为输入，以车身侧倾角为输出。
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