CN103413460A - 一种基于车路协同的弯道行车预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于车路协同的弯道行车预警方法，首先，检测弯道入口处能见度信息，以及通行车辆在离弯道入口100m处车辆载重、速度、车牌号及车辆型号信息；根据车辆型号信息、车辆载重信息与弯道半径信息和弯道横坡角信息，得到各个车辆对应的弯道通行车速上限值；将各车辆的修正前的弯道通行车速上限值，结合能见度信息最终得到各个车辆修正后的弯道通行车速最佳限速值，连同对应车牌号一并发送到可变限速提示牌中进行显示。本发明的优点为：运算速度快，可靠性高，为弯道行车限速标志提供可靠信息；且有效地辅助驾驶员避免可能发生的侧翻事故，确保行车安全，对弯道行车环境普遍适用，摒弃了传统方法中车载预警方式高成本的弊端，系统可实施性更强。

Description

一种基于车路协同的弯道行车预警方法

技术领域

本发明属于交通安全技术领域，涉及一种智能交通技术领域的安全监控方法及装置，尤其是一种基于车路协同的弯道行车预警方法。

背景技术

由于地形地貌限制，在山道或高速公路出入口匝道中常常会出现一些对行车不利的小半径弯道，有的甚至是连续急弯道，对行车安全造成极大隐患。据不同道路线形交通事故的统计中可以看出，虽然在普通弯道和急弯道发生交通事故的次数和死亡人数比平直路段少，但每起弯道事故的死亡人数却比平直路段高得多。目前高速公路为小型载客汽车及其他车辆规定了最高车速限值，但普通公路对各类车型都采用固定统一限速标准，这种限速标准不仅不利于防止交通事故，而且严重影响弯道通行效率。

目前绝大多数弯道行车预警算法都是针对弯道行车防碰撞和防侧翻侧滑进行研究的，且系统安装在汽车上，对于弯道的道路环境发生改变（例如前方有雾而影响驾驶员视野）时，由于没有对道路信息进行探测的部分，故算法因为不能对外界环境变化进行反应，从而导致预警效果较差。此外，由于车用弯道行车限速成本相对较高，汽车弯道行车预警系统目前一般只应用于一些高档的汽车上，且各个预警装置通常是针对某一车型，未发现针对不同车辆进行弯道限速的装置。本发明运算速度快，可靠性高，为弯道行车限速标志提供可靠信息；且有效地辅助驾驶员避免可能发生的侧翻事故，确保行车安全，对弯道行车环境普遍适用，摒弃了传统方法中车载预警方式高成本的弊端，系统可实施性更强。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种使弯道行车获取最高安全性和最大通行效率的基于车路协同的弯道行车预警方法，通过下述步骤实现：

本发明一种基于车路协同的弯道行车预警方法，通过下述步骤实现：

步骤1：弯道信息检测；

通过道路能见度信息检测单元实时检测弯道入口处的能见度信息。

步骤2：驶入弯道车辆信息检测；

通过视频检测器实时检测距离弯道入口100m处，弯道横断面上的各个车辆的型号信息、车牌号信息及车速信息，进行视频处理，并自动编号；通过称重传感器实时检测距离弯道入口100m处，弯道横断面上各个车辆载重量信息，并对应进行存储。

步骤3：根据驶入弯道车辆的车辆型号信息、车辆载重信息与弯道半径及横坡信息，得到各个车辆对应的弯道通行车速上限值；

由路侧控制器通过广域通信网络实时接收步骤1与步骤2中测得的弯道入口处车辆型号信息与车辆载重信息，对内部数据库进行分析，得到内部数据库中存储的各车辆对应的车辆质心高度值和轮距值，再结合弯道半径及横坡角信息进而得到各型号车辆弯道通行车速上限值V_ci，具体为：

其中，根据三自由度车辆模型，得到的力矩平衡方程：

ΣF_y＝F_y,RCcosφ_B+F_z,RCsinφ_B-m_sa_y＝0                       (1)

ΣF_z＝-F_y,RCsinφ_B+F_z,RCcosφ_B-m_sg＝0                       (2)

ΣM_RC＝m_sa_ydcosφ_S+m_sgdsinφ_S-K_φφ＝0                      (3)

即：

m_sa_ydcos(φ-φ_B)+m_sgdsin(φ-φ_B)＝K_φφ                    (4)

其中，ΣF_y为车辆在y方向上的合力；ΣF_z为车辆在z方向上的合力；ΣM_RC为对车辆的侧倾中心RC取力矩平衡；m_s代表车辆的簧载质量；Φ_B为道路横坡角，d代表车辆的簧载质量质心CG相对于车辆的侧倾中心RC的高度；a_y为车辆的侧向加速度；K_φ为车辆的侧倾刚度；Φ为车辆的侧倾角；F_y,RC和F_z,RC分别为车辆侧倾中心处的侧向载荷和垂直载荷。

根据三自由度车辆模型的几何关系，还可以得到

d＝(H_CG,s-H_RC)/cosφ    (5)

H_CG,s为车辆质心高度值；H_RC代表车辆侧倾中心的高度；

考虑到侧倾角较小，式（4）和式（5）可以表示为：

K_φφ≈m_sa_yd+m_sgd(φ-φ_B)    (6)

即：

φ/[(a_y/g)-φ_B]≈m_sgd/(K_φ-m_sgd)    (7)

d≈H_CG,s-H_RC           (8)

式（7）中表示的车辆的簧载质量侧倾角和车辆侧倾角速度的比值通常被称为车辆的侧倾增益，侧倾增益R_φ还可以表示为：

$R_{\mathrm{\φ}}=\frac{\mathrm{\φ}}{(a_y/g)-{\mathrm{\φ}}_B}=\frac{1}{K_{\mathrm{\φ}}/\left[m_{s}g(H_{\mathrm{CG},s}-H_{\mathrm{RC}})\right]-1}---\left(9\right)$

在三自由度车辆模型中，车辆绕右侧轮胎接地点侧倾，则得到作用在接地点的力矩

ΣM_o＝K_φφ+F_y,RCH_RC-F_z,RCt_w/2+F_i,zt_w＝0                    (10)

其中，F_i,z为车辆即将离地侧轮胎收到的地面给的z方向的力；t_w为车辆的轮距；

考虑到侧倾角较小，式（1）和（2）可以表示为：

F_y,RC＝m_sa_y-m_sgφ_B    (11)

F_z,RC＝m_sg+m_sa_yφ_B    (12)

当车辆内侧轮胎离地时，内侧轮胎的垂向载荷为0，令此时车辆允许的侧向加速度最大值和车辆允许的侧倾角最大值分别为a_ymax,φ和φ_max,φ，得到：

K_φφ_max,φ＝-(m_sa_ymax,φ-m_sgφ_B)H_RC+(m_sg+m_sa_ymax,φφ_B)t_w/2    (13)

将式（7）和式（8）代入式（13）中，得到：

m_sa_ymax,φ(H_CG,s-H_RC)+m_sg(H_CG,s-H_RC)(φ_max,φ-φ_B)    (14)

＝-(m_sa_ymax,φ-m_sgφ_B)H_RC+(m_sg+m_sa_ymax,φφ_B)t_w/2

将式（7）和式（8）代入式（9）表示的侧倾增益的表达式，得到：

$\frac{a_{y\max ,\mathrm{\φ}}}{g}(H_{\mathrm{CG},s}-H_{\mathrm{RC}})+(H_{\mathrm{CG},s}-H_{\mathrm{RC}})[(\frac{a_{y\max ,\mathrm{\φ}}}{g}-{\mathrm{\φ}}_B)R_{\mathrm{\φ}}-{\mathrm{\φ}}_B]$       (15)

$=-(\frac{a_{y\max ,\mathrm{\φ}}}{g}-{\mathrm{\φ}}_B)H_{\mathrm{RC}}+(1+\frac{a_{y\max ,\mathrm{\φ}}}{g}{\mathrm{\φ}}_B)\frac{t_w}{2}$

式（15）进一步简化为：

$\frac{a_{y\max ,\mathrm{\φ}}}{g}=\frac{{\mathrm{\φ}}_B[H_{\mathrm{CG},s}+(H_{\mathrm{CG},s}-H_{\mathrm{RC}})R_{\mathrm{\φ}}]+(t_w/2)}{H_{\mathrm{CG},s}+(H_{\mathrm{CG},s}-H_{\mathrm{RC}})R_{\mathrm{\φ}}-{\mathrm{\φ}}_B(t_w/2)}---\left(16\right)$

由此得到带横坡角的车辆允许的侧向加速度最大值a_ymax,φ；将推导出来的a_ymax,φ进行简化，取H_CG,s＝H_RC，即式16可以简化为:

$\frac{a_{y\max ,\mathrm{\φ}}}{g}=\frac{{\mathrm{\φ}}_B{H}_{\mathrm{CG},s}+(t_w/2)}{H_{\mathrm{CG},s}-{\mathrm{\φ}}_B(t_w/2)}---\left(17\right)$

根据车辆允许的最大侧向加速度值和弯道半径值，可将车辆的侧向加速度转化为车速形式，即

由此可得到车辆允许的侧向加速度最大值a_ymax,φ与后侧倾稳定车速V_ci和转弯半径的约束关系：

$V_{\mathrm{ci}}=\sqrt{a_{y\max ,\mathrm{\φ}}R}=\sqrt{\frac{{\mathrm{\φ}}_B{H}_{\mathrm{CG},s}+(t_w/2)}{H_{\mathrm{CG},s}-{\mathrm{\φ}}_B(t_w/2)}\·R}---\left(18\right)$

则V_ci即为弯道行驶过程中的车辆允许的弯道通行车速上限值；

步骤4：由路侧控制器通过广域通信网络实时接收步骤1与步骤2中弯道入口处的路面状况信息、能见度信息，从内部数据库中存储的能见度与车辆速度的关系，再结合步骤3中得到的各个车辆允许的弯道通行车速上限值V_ci，最终得到各个车辆允许的弯道通行车速最佳限速值V_csi。

当能见度大于200m时，则 $V_{\mathrm{csi}}=V_{\mathrm{si}}=\sqrt{a_{y\max ,\mathrm{\φ}}R}=\sqrt{\frac{{\mathrm{\φ}}_B{H}_{\mathrm{CG},s}+(t_w/2)}{H_{\mathrm{CG},s}-{\mathrm{\φ}}_B(t_w/2)}\·R}---\left(19\right)$

当能见度小于200m时：

小型车：

$V_{\mathrm{csi}}=\frac{8.414\×1n\left(S\right)+32.816}{8.414\×1n\left(200\right)+32.816}\·\sqrt{a_{y\max ,\mathrm{\φ}}R}=\frac{8.414\×1n\left(S\right)+32.816}{8.414\×1n\left(200\right)+32.816}\·\sqrt{\frac{{\mathrm{\φ}}_B{H}_{\mathrm{CG},s}+(t_w/2)}{H_{\mathrm{CG},s}-{\mathrm{\φ}}_B(t_w/2)}\·R}---\left(20\right)$

大型车:

$V_{\mathrm{csi}}=\frac{3.117\×1n\left(S\right)+36.87}{3.117\×1n\left(200\right)+36.87}\·\sqrt{a_{y\max ,\mathrm{\φ}}R}=\frac{3.117\×1n\left(S\right)+36.87}{3.117\×1n\left(200\right)+36.87}\·\sqrt{\frac{{\mathrm{\φ}}_B{H}_{\mathrm{CG},s}+(t_w/2)}{H_{\mathrm{CG}.s}-{\mathrm{\φ}}_B(t_w/2)}\·R}---\left(21\right)$

式中，S为大气能见度。

步骤5：弯道最佳限速值显示；

通过路侧控制器将各个车辆的车牌号信息以及各车辆对应的车辆允许的弯道通行车速最佳限速值V_csi发送到可变限速提示牌中进行显示。

本发明的优点在于：

（1）本发明基于车路协同的弯道行车预警方法综合考虑了汽车运动特性和驾驶员行为特性，利用车辆动力学理论对车辆在弯道处的最佳限制速度进行分析，建立了汽车在弯道行驶时的限速预警算法，具有计算简便，运算速度快，可靠性高等优点，为弯道行车限速标志提供可靠信息材料，有效增加弯道行车的行驶安全性；

（2）本发明基于车路协同的弯道行车预警方法中的可变限速提示牌能接受路侧控制器控制，可依据当前的天气情况的动态变化同步更新限速值，通过对弯道处行车可变限速值的区别分析，有助于发挥不同车辆的动力性能，提高道路的通行能力；

（3）本发明基于车路协同的弯道行车预警方法采用固定点检测与预警，对车辆的配置条件没有要求，通过对道路交通环境的检测，能准确识别车辆行驶方向、行驶速度，更能适应复杂道路环境的限速需求，从汽车主动安全性出发，有效地辅助驾驶员避免可能产生的侧翻事故，确保行车安全，对弯道行车环境普遍适用，摒弃了传统方法中车载预警高成本的弊端，系统可实施性更强。

附图说明

图1为本发明基于车路协同的弯道行车预警方法整体流程图；

图2为本发明基于车路协同的弯道行车预警方法中弯道信息检测与驶入弯道车辆信息检测位置示意图。

图中：

1-道路能见度信息检测单元  2-视频检测器  3-车辆载重检测传感器

4-路侧控制器  5-可变限速提示牌

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，一种可变限速的弯道行车预警方法，如图1所示，通过下述步骤实现：

步骤1：弯道信息检测；

通过道路能见度信息检测单元1实时检测弯道入口处的能见度信息；能见度信息可视为整个弯道的能见度信息。上述能见度信息检测单元安装在弯道入口处。

步骤2：驶入弯道车辆信息检测；

通过视频检测器2实时检测距离弯道入口100m处，弯道横断面上的各个车辆的型号信息、车牌号信息及车速信息，进行视频处理，并自动编号；通过车辆载重检测传感器3实时检测距离弯道入口100m处，弯道横断面上各个车辆载重信息。上述视频检测器2与车辆载重检测传感器3均安装在距离弯道入口100m处，如图2所示。

步骤3：根据驶入弯道车辆的车辆型号信息、车辆载重信息与弯道半径及横坡信息（半径及横坡为固定值，故可以预先存储），得到各个车辆对应的弯道通行车速上限值；由路侧控制器通过广域通信网络实时接收步骤1与步骤2中测得的弯道入口处车辆型号信息与车辆载重信息，对内部数据库进行分析，得到内部数据库中存储的各车辆对应的车辆质心高度值和轮距值，再结合预先存储的弯道半径及横坡角信息进而得到各型号车辆弯道通行车速上限值V_ci，i为车辆编号，i=1、2、3、……，n；具体为：

根据三自由度车辆模型，得到的力矩平衡方程：

ΣF_y＝F_y,RCcosφ_B+F_z,RCsinφ_B-m_sa_y＝0    (1)

ΣF_z＝-F_y,RCsinφ_B+F_z,RCcosφ_B-m_sg＝0    (2)

ΣM_RC＝m_sa_ydcosφ_S+m_sgdsinφ_S-K_φφ＝0    (3)

即：

m_sa_ydcos(φ-φ_B)+m_sgdsin(φ-φ_B)＝K_φφ    (4)

其中，ΣF_y为车辆在y方向上的合力；ΣF_z为车辆在z方向上的合力；ΣM_RC为对车辆的侧倾中心RC取力矩平衡；m_s代表车辆的簧载质量；Φ_B为道路横坡角，d代表车辆的簧载质量质心CG相对于车辆的侧倾中心RC的高度；a_y为车辆的侧向加速度；K_φ为车辆的侧倾刚度；Φ为车辆的侧倾角；F_y,RC和F_z,RC分别为车辆侧倾中心处的侧向载荷和垂直载荷；

根据三自由度车辆模型的几何关系，还可以得到

d＝(H_CG,s-H_RC)/cosφ    (5)

H_CG,s为车辆质心高度值；H_RC代表车辆侧倾中心的高度；

考虑到侧倾角较小，式（4）和式（5）可以表示为：

K_φφ≈m_sa_yd+m_sgd(φ-φ_B)    (6)

即：

φ/[(a_y/g)-φ_B]≈m_sgd/(K_φ-m_sgd)    (7)

d≈H_CG,s-H_RC    (8)

式（7）中表示的车辆的簧载质量侧倾角和车辆侧倾角速度的比值通常被称为车辆的侧倾增益，侧倾增益R_φ还可以表示为：

$R_{\mathrm{\φ}}=\frac{\mathrm{\φ}}{(a_y/g)-{\mathrm{\φ}}_B}=\frac{1}{K_{\mathrm{\φ}}/\left[m_s(H_{\mathrm{CG},s}-H_{\mathrm{RC}})\right]-1}---\left(9\right)$

在三自由度车辆模型中，车辆绕右侧轮胎接地点侧倾，则得到作用在接地点的力矩

ΣM_o＝K_φφ+_Fy,RCH_RC-F_z,RCt_w/2+F_i,zt_w＝0    (10)

其中，F_i,z为车辆即将离地侧轮胎收到的地面给的z方向的力；t_w为车辆的轮距；

考虑到侧倾角较小，式（1）和（2）可以表示为：

F_y,RC＝m_sa_y-m_sgφ_B    (11)

F_z,RC＝m_sg+m_sa_yφ_B    (12)

当车辆内侧轮胎离地时，内侧轮胎的垂向载荷为0，假定此时车辆允许的侧向加速度最大值和车辆允许的侧倾角最大值分别为a_ymax,φ和φ_max,φ，可以得到：

K_φφ_max,φ＝-(m_sa_ymax,φ-m_sgφ_B)H_RC+(m_sg+m_sa_ymax,φφ_B)t_w/2    (13)

将式（7）和式（8）代入式（13）中，可以得到：

m_sa_ymax,φ(H_CG,s-H_RC)+m_sg(H_CG,s-H_RC)(φ_max,φ-φ_B)    (14)

(m_sa_ymax-m_sgφ_B)H_RC+(m_sg+m_sa_ymax,φφ_B)t_w/2

将式（7）和式（8）代入式（9）表示的侧倾增益的表达式，可以得到：

$\frac{a_{y\max ,\mathrm{\φ}}}{g}(H_{\mathrm{CG},s}-H_{\mathrm{RC}})+(H_{\mathrm{CG},s}-H_{\mathrm{RC}})[(\frac{a_{y\max ,\mathrm{\φ}}}{g}-{\mathrm{\φ}}_B)R_{\mathrm{\φ}}-{\mathrm{\φ}}_B]$     (15)

$=-(\frac{a_{y\max ,\mathrm{\φ}}}{g}-{\mathrm{\φ}}_B)H_{\mathrm{RC}}+(1+\frac{a_{y\max ,\mathrm{\φ}}}{g}{\mathrm{\φ}}_B)\frac{t_w}{2}$

式（15）可以进一步简化为：

$\frac{a_{y\max ,\mathrm{\φ}}}{g}=\frac{{\mathrm{\φ}}_B[H_{\mathrm{CG},s}+(H_{\mathrm{CG},s}-H_{\mathrm{RC}})R_{\mathrm{\φ}}]+(t_w/2)}{H_{\mathrm{CG},s}+(H_{\mathrm{CG},s}-H_{\mathrm{RC}})R_{\mathrm{\φ}}-{\mathrm{\φ}}_B(t_w/2)}---\left(16\right)$

由此可得到带横坡角的车辆允许的侧向加速度最大值a_ymax,φ。介于测量方便与可操作性方面的考虑，将推导出来的a_ymax,φ进行了简化，取H_CG,s＝H_RC，即式16可以简化为:

$\frac{a_{y\max ,\mathrm{\φ}}}{g}=\frac{{\mathrm{\φ}}_B{H}_{\mathrm{CG},s}+(t_w/2)}{H_{\mathrm{CG},s}-{\mathrm{\φ}}_B(t_w/2)}---\left(17\right)$

根据车辆允许的最大侧向加速度值和弯道半径值，可将车辆的侧向加速度转化为车速形式，即

由此可得到车辆允许的侧向加速度最大值a_ymax,φ与后侧倾稳定车速V_ci和转弯半径的约束关系：

$V_{\mathrm{ci}}=\sqrt{a_{y\max ,\mathrm{\φ}}R}=\sqrt{\frac{{\mathrm{\φ}}_B{H}_{\mathrm{CG},s}+(t_w/2)}{H_{\mathrm{CG},s}-{\mathrm{\φ}}_B(t_w/2)}\·R}---\left(18\right)$

则V_ci即为弯道行驶过程中的车辆允许的弯道通行车速上限值；

步骤4：由路侧控制器通过广域通信网络实时接收步骤1与步骤2中弯道入口处的路面状况信息、能见度信息，从内部数据库中存储的能见度与车辆速度的关系，再结合步骤3中得到的各个车辆允许的弯道通行车速上限值V_ci，最终得到各个车辆允许的弯道通行车速最佳限速值V_csi；具体为：

令小型车行车速度与能见度关系为：

v=8.41×4(lSn)+32    (19)

令大型车行车速度与能见度：

v=3.117×ln(S)+36.87    (20)

式中：v为驾驶员选择的行车速度，S为大气能见度（小于等于200m，大于200m时，能见度对行车影响较小，速度主要受道路线性等的影响）。

当能见度大于200m时，则 $V_{\mathrm{csi}}=V_{\mathrm{ci}}=\sqrt{a_{y\max ,\mathrm{\φ}}R}=\sqrt{\frac{{\mathrm{\φ}}_B{H}_{\mathrm{CG},s}+(t_w/2)}{H_{\mathrm{CG},s}-{\mathrm{\φ}}_B(t_w/2)}\·R}---\left(21\right)$

当能见度小于200m时，考虑道路能见度对车速的限制作用，则：

小型车：

$V_{\mathrm{csi}}=\frac{8.414\×1n\left(S\right)+32.816}{8.414\×1n\left(200\right)+32.816}\·\sqrt{a_{y\max ,\mathrm{\φ}}R}=\frac{8.414\×1n\left(S\right)+32.816}{8.414\×1n\left(200\right)+32.816}\·\sqrt{\frac{{\mathrm{\φ}}_B{H}_{\mathrm{CG},s}+(t_w/2)}{H_{\mathrm{CG},s}-{\mathrm{\φ}}_B(t_w/2)}\·R}---\left(22\right)$

大型车:

$V_{\mathrm{csi}}=\frac{3.117\×1n\left(S\right)+36.87}{3.117\×1n\left(200\right)+36.87}\·\sqrt{a_{y\max ,\mathrm{\φ}}R}=\frac{3.117\×1n\left(S\right)+36.87}{3.117\×1n\left(200\right)+36.87}\·\sqrt{\frac{{\mathrm{\φ}}_B{H}_{\mathrm{CG},s}+(t_w/2)}{H_{\mathrm{CG}.s}-{\mathrm{\φ}}_B(t_w/2)}\·R}---\left(23\right)$

如图2所示，所述述路侧控制器4可安装在弯道一侧任意位置，需保证路侧控制器4可通过广域通信网络与路状况检测单元、能见度信息检测单元、视频检测器2、地感线圈检测器4、路侧可变限速提示牌5间的正常通讯，本发明中将路侧控制器4安装在距离弯道入口50～100米之间。所述广域通信网络采用CDMA1X网络系统，能快速传递海量数据信息。

步骤5：弯道最佳限速值显示；

通过路侧控制器4将各个车辆的车牌号信息以及各车辆对应的车辆允许的弯道通行车速最佳限速值V_csi通过广域通信网络发送到可变限速提示牌5中进行显示；

本发明中所述可变限速提示牌5安装在距离弯道入口50米处，如图2所示。

通过本发明方法在不增加执行机构的基础上，只需安装路侧控制器4即可实现对弯道行车的可变限速预警，帮助驾驶员在进入弯道前采取必要减速措施，合理选择最佳限速值，避免固定单一限速值造成的行驶时间延误、堵塞和事故，从而可大幅度地提高弯道的通行能力，提高汽车运输生产率和经济效益。

本发明方法同样适用于具有双向车道的弯道，此时弯道具有两个入口，则只需要通过两个视频检测器2分别检测距离弯道两个入口100m处，弯道横断面上通行车辆的型号信息、车牌号信息及车速信息，进行视频处理，并自动编号；且通过两个车辆载重检测传感器3分别检测距离弯道两个入口100处，弯道横断面上的车辆载重量信息；由此，通过本发明方法可得到弯道两个入口处的最佳限速值，分别在弯道的两个入口处的可变限速提示牌5上进行显示即可。

Claims (4)

1.一种基于车路协同的弯道行车预警方法，其特征在于：通过下述步骤实现：

步骤1：弯道信息检测；

通过道路能见度信息检测单元实时检测弯道入口处的能见度信息；

步骤2：驶入弯道车辆信息检测；

通过视频检测器实时检测距离弯道入口100m处，弯道横断面上的各个车辆的型号信息、车牌号信息及车速信息，进行视频处理，并自动编号；通过称重传感器实时检测距离弯道入口100m处，弯道横断面上各个车辆载重量信息，并对应进行存储；

步骤3：根据驶入弯道车辆的车辆型号信息、车辆载重信息与弯道半径及横坡角信息，得到各个车辆对应的弯道通行车速上限值；

由路侧控制器通过广域通信网络实时接收步骤1与步骤2中测得的弯道入口处车辆型号信息与车辆载重信息，对内部数据库进行分析，得到内部数据库中存储的各车辆对应的车辆质心高度值和轮距值，再结合预弯道半径及横坡角信息进而得到各型号车辆弯道通行车速上限值V_ci，具体为：

其中，根据三自由度车辆模型，得到的力矩平衡方程：

ΣF_y＝F_y,RCcosφ_B+F_z,RCsinφ_B-m_sa_y＝0    (1)

ΣF_z＝-F_y,RCsinφ_B+F_z,RCcosφ_B-m_sg＝0    (2)

ΣM_RC＝m_sa_ydcosφ_S+m_sgdsinφ_S-K_φφ＝0   (3)

即：

m_sa_ydcos(φ-φ_B)+m_sgdsin(φ-φ_B)＝K_φφ   (4)

其中，ΣF_y为车辆在y方向上的合力；ΣF_z为车辆在z方向上的合力；ΣM_RC为对车辆的侧倾中心RC取力矩平衡；m_s代表车辆的簧载质量；Φ_B为道路横坡角，d代表车辆的簧载质量质心CG相对于车辆的侧倾中心RC的高度；a_y为车辆的侧向加速度；K_φ为车辆的侧倾刚度；Φ为车辆的侧倾角；F_y,RC和F_z,RC分别为车辆侧倾中心处的侧向载荷和垂直载荷；

根据三自由度车辆模型的几何关系，还可以得到

d＝(H_CG,s-H_RC)/cosφ               (5)

H_CG,s为车辆质心高度值；H_RC代表车辆侧倾中心的高度；

考虑到侧倾角较小，式（4）和式（5）可以表示为：

K_φφ≈m_sa_yd+m_sgd(φ-φ_B)          (6)

即：

φ/[(a_y/g)-φ_B]≈m_sgd/(K_φ-m_sgd)    (7)

d≈H_CG,s-H_RC    (8)

式（7）中表示的车辆的簧载质量侧倾角和车辆侧倾角速度的比值通常被称为车辆的侧倾增益，侧倾增益R_φ还可以表示为：

$R_{\mathrm{\φ}}=\frac{\mathrm{\φ}}{(a_y/g)-{\mathrm{\φ}}_B}=\frac{1}{K_{\mathrm{\φ}}/\left[m_{s}g(H_{\mathrm{CG},s}-H_{\mathrm{RC}})\right]-1}---\left(9\right)$

在三自由度车辆模型中，车辆绕右侧轮胎接地点侧倾，则得到作用在接地点的力矩

ΣM_o＝K_φφ+F_y,RCH_RC-F_z,RCt_w/2+F_i,zt_w＝0    (10)

其中，F_i,z为车辆即将离地侧轮胎收到的地面给的z方向的力；t_w为车辆的轮距；

考虑到侧倾角较小，式（1）和（2）可以表示为：

F_y,RC＝m_sa_y-m_sgφ_B    (11)

F_z,RC＝m_sg+m_sa_yφ_B    (12)

当车辆内侧轮胎离地时，内侧轮胎的垂向载荷为0，令此时车辆允许的侧向加速度最大值和车辆允许的侧倾角最大值分别为a_ymax,φ和φ_max,φ，得到：

K_φφ_max,φ＝-(m_sa_ymax,φ-m_sgφ_B)H_RC+(m_sg+m_sa_ymax,φφ_B)t_w/2    (13)

将式（7）和式（8）代入式（13）中，得到：

m_sa_ymax,φ(H_CG,s-H_RC)+(H_CG,s-H_RC)(φ_max,φ-φ_B)    (14)

=-(m_sa_ymax,φ-m_sgφ_B)H_RC+(m_sg+m_sa_ymax,φφ_B)t_w/2    (14)

将式（7）和式（8）代入式（9）表示的侧倾增益的表达式，得到：

$\frac{a_{y\max ,\mathrm{\φ}}}{g}(H_{\mathrm{CG},s}-H_{\mathrm{RC}})+(H_{\mathrm{CG},s}-H_{\mathrm{RC}})[(\frac{a_{y\max ,\mathrm{\φ}}}{g}-{\mathrm{\φ}}_B)R_{\mathrm{\φ}}-{\mathrm{\φ}}_B]$    (15)

$=-(\frac{a_{y\max ,\mathrm{\φ}}}{g}-{\mathrm{\φ}}_B)H_{\mathrm{RC}}+(1+\frac{a_{y\max ,\mathrm{\φ}}}{g}{\mathrm{\φ}}_B)\frac{t_w}{2}$

式（15）进一步简化为：

$\frac{a_{y\max ,\mathrm{\φ}}}{g}=\frac{{\mathrm{\φ}}_B[H_{\mathrm{CG},s}+(H_{\mathrm{CG},s}-H_{\mathrm{RC}})R_{\mathrm{\φ}}]+(t_w/2)}{H_{\mathrm{CG},s}+(H_{\mathrm{CG},s}-H_{\mathrm{RC}})R_{\mathrm{\φ}}-{\mathrm{\φ}}_B(t_w/2)}$

由此得到带横坡角的车辆允许的侧向加速度最大值a_ymax,φ；将推导出来的a_ymax,φ进行简化，取H_CG,s＝H_RC，即式16可以简化为:

$\frac{a_{y\max ,\mathrm{\φ}}}{g}=\frac{{\mathrm{\φ}}_B{H}_{\mathrm{CG},s}+(t_w/2)}{H_{\mathrm{CG},s}-{\mathrm{\φ}}_B(t_w/2)}---\left(17\right)$

根据车辆允许的最大侧向加速度值和弯道半径值，可将车辆的侧向加速度转化为车速形式，即由此可得到车辆允许的侧向加速度最大值a_ymax,φ与后侧倾稳定车速V_ci和转弯半径的约束关系：

$V_{\mathrm{ci}}=\sqrt{a_{y\max ,\mathrm{\φ}}R}=\sqrt{\frac{{\mathrm{\φ}}_B{H}_{\mathrm{CG},s}+(t_w/2)}{H_{\mathrm{CG},s}-{\mathrm{\φ}}_B(t_w/2)}\·R}---\left(18\right)$

则V_ci即为弯道行驶过程中的车辆允许的弯道通行车速上限值；

步骤4：由路侧控制器通过广域通信网络实时接收步骤1与步骤2中弯道入口处的路面状况信息、能见度信息，从内部数据库中存储的能见度与车辆速度的关系，再结合步骤3中得到的各个车辆允许的弯道通行车速上限值V_ci，最终得到各个车辆允许的弯道通行车速最佳限速值V_csi；

当能见度大于200m时，则 $V_{\mathrm{csi}}=V_{\mathrm{si}}=\sqrt{a_{y\max ,\mathrm{\φ}}R}=\sqrt{\frac{{\mathrm{\φ}}_B{H}_{\mathrm{CG},s}+(t_w/2)}{H_{\mathrm{CG},s}-{\mathrm{\φ}}_B(t_w/2)}\·R}---\left(19\right)$

当能见度小于200m时：

小型车：

$V_{\mathrm{csi}}=\frac{8.414\×\ln \left(S\right)+32.816}{8.414\×\ln \left(200\right)+32.816}\·\sqrt{a_{y\max ,\mathrm{\φ}}R}=\frac{8.414\×\ln \left(S\right)+32.816}{8.414\×\ln \left(200\right)+32.816}\·\sqrt{\frac{{\mathrm{\φ}}_B{H}_{\mathrm{CG},s}+(t_w/2)}{H_{\mathrm{CG},s}-{\mathrm{\φ}}_B(t_w/2)}\·R}---\left(20\right)$

大型车:

$V_{\mathrm{csi}}=\frac{3.117\×\ln \left(S\right)+36.87}{3.117\×\ln \left(200\right)+36.87}\·\sqrt{a_{y\max ,\mathrm{\φ}}R}=\frac{3.117\×\ln \left(S\right)+36.87}{3.117\×\ln \left(200\right)+36.87}\·\sqrt{\frac{{\mathrm{\φ}}_B{H}_{\mathrm{CG},s}+(t_w/2)}{H_{\mathrm{CG}.s}-{\mathrm{\φ}}_B(t_w/2)}\·R}---\left(21\right)$

式中，S为大气能见度；

步骤5：弯道最佳限速值显示；

通过路侧控制器将各个车辆的车牌号信息以及各车辆对应的车辆允许的弯道通行车速最佳限速值V_csi发送到可变限速提示牌中进行显示。

2.如权利要求1所述一种基于车路协同的弯道行车预警方法，其特征在于：所述能见度信息检测单元均安装在弯道入口处；视频检测器与称重传感器均安装在距离弯道入口100m处；路侧控制器安装在距离弯道入口50～100米之间；所述可变限速提示牌安装在距离弯道入口50米处。

3.如权利要求1所述一种基于车路协同的弯道行车预警方法，其特征在于：所述步骤5中，路侧控制器对接收到的各车辆允许的弯道通行车速最佳限速值V_csi，与步骤2中得到的各车辆当前行驶速度信息进行比较判断，若(V_i-V_csi)/V_csi＞50%，则控制可变限速提示牌5中用红色对车辆车牌号码4及车辆允许的弯道通行车速最佳限速值V_csi进行显示；若20＜(V_i-V_csi)/V_csi≤50%，则控制可变限速提示牌5中用黄色对车辆车牌号码4及车辆允许的弯道通行车速最佳限速值V_csi进行显示；若(V_i-V_csi)/V_csi≤20%，则控制可变限速提示牌5中用绿色对车辆车牌号码4及车辆允许的弯道通行车速最佳限速值V_csi进行显示。

4.如权利要求1所述一种基于车路协同的弯道行车预警方法，其特征在于：所述广域通信网络采用CDMA1X网络系统。

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