CN104553992A - 一种车辆侧翻预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆侧翻预警方法通过对引起车辆侧向加速度的车速和车辆转向角进行分析，并结合车辆静态侧翻阈值来确定车辆动态侧翻时阈值，该方法直接采用侧向加速度为预警计算参数，信号无滞后，可以提供更加充分和有效的预警时间提醒驾驶员采取合理操纵，提升车辆行驶安全性。经验证，该方法对曲线行驶、车速过高引起的非绊倒性侧翻，有非常明显的预测作用，有一定应用价值。另外，该侧翻预警方法采用了车辆已广泛应用的现有传感器，可以在不增加硬件基础上实现侧翻预警功能，进一步减少了成本。

Description

一种车辆侧翻预警方法

技术领域

本发明属于车辆主动安全预警技术领域，涉及一种车辆侧翻预警方法。

背景技术

侧翻事故造成的损失严重，是道路交通安全和车辆安全研究领域的重要问题。随着车辆传感器的不断发展，为车辆运动状态识别提供了有效的感知信号，对车辆事故前预防起到了重要的作用。

现有的侧翻预警系统一般基于车辆侧倾角、横摆加速度等参数进行测量或计算，但现在使用的直接用于侧翻预警的传感器有一定的缺陷，例如侧倾角度传感器是基于光学原理进行角度测量的，其受道路倾角的影响，不适合车用，并且信号有延迟，尤其不适合预警使用；而横摆加速度传感器，同样受到道路倾角影响，一般基于惯性原理，经过仿真、试验均表明该信号有较大延迟，也不适合用于预警。另外，由于需要额外增设传感器，进一步增加了安装成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种车辆侧翻预警方法，以实现在尽量少使用传感器的情况下进行可靠地预警。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种车辆侧翻预警方法，包括如下步骤：

(1)当车辆行驶在一定车速下时，采集获取车辆转向轮的轮速信号及车速信号；

(2)根据采集到的轮速信号计算车辆转向角θ，θ的值与车速成反比且与转向轮的轮速差信号成正比；

(3)将计算得到的车辆转向角θ与预警门限值θ_阈进行比较，当θ＞θ_阈时根据所产生的相应级别的预警信号进行预警。

车辆转向角θ的计算公式如下：

$\mathrm{\θ}=\mathrm{\δ}*\frac{180}{\mathrm{\π}}=\frac{L}{B}*\frac{\mathrm{\Δ\ω}}{V}*\frac{180}{\mathrm{\π}}$

其中，δ为车辆转向角的弧度值，L为车辆轴距，B为车辆轮距，Δω为转向轮两轮轮速差，V为车速。

预警门限值θ_阈的计算过程如下：

ⅰ、车辆侧向加速度a_y随着车速V和车辆转向角θ的变化而变化，具体公式为：

$a_y=\frac{V^2}{R}=\frac{V^2}{L}*\mathrm{\θ}*\frac{\mathrm{\π}}{180}$

其中，L为车辆轴距；

ⅱ、车辆静态侧翻侧向加速度临界值的计算公式为：

$\left|A_y\right|=\frac{B}{2h}*g$

其中，h——车辆重心高度，g——重力加速度；

ⅲ、根据车辆静态侧翻侧向加速度临界值计算其动态侧翻侧向加速度临界值进而得到车辆转向角的预警门限值θ_阈，其计算公式如下：

其中，M为修正量，该值与车辆类型相关；K为预警级别参数。

所产生的预警信号分为两级，一级为初级预警，二级为严重预警。

对采集到的轮速信号要进行去野点和滤波处理。

对采集到的轮速信号进行滤波处理采用巴特沃斯四阶滤波方法。

本发明车辆侧翻预警方法通过对引起车辆侧向加速度的重要因素(车速和车辆转向角)进行分析，并结合车辆静态侧翻阈值来确定车辆动态侧翻时阈值，该方法较直接采用侧向加速度为预警计算参数，信号无滞后，可以提供更加充分和有效的预警时间提醒驾驶员采取合理操纵，提升车辆行驶安全性。经验证，该方法对曲线行驶、车速过高引起的非绊倒性侧翻，有非常明显的预测作用，有一定应用价值。另外，目前使用的ABS(防抱死制动系统)都是具备轮速信号传感器和CAN总线通信功能的智能传感器。

另外，由于ABS基本在车上实现标配，则该侧翻预警方法采用了车辆已广泛应用的现有传感器(轮速传感器)，可以在不增加硬件基础上实现侧翻预警功能，进一步减少了成本。

附图说明

图1是基于轮速传感器的车辆侧翻预警方法工作原理示意图；

图2是前转向轮车辆转向时前轮转角与车身参数的关系图；

图3是车辆静态侧翻分析图。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。

如图1所示为本发明车辆侧翻预警方法工作原理示意图，包括如下步骤：

(1)当车辆行驶在一定车速下时，利用车辆上配置的轮速传感器通过CAN总线通信采集获取车辆前轮左右两轮的轮速信号和车速信号(这里车速信号采用从动轮平均轮速)。

(2)对采集到的轮速信号进行去野点和滤波处理，经过试验验证，综合延时和滤波效果，这里采用Butterworth(巴特沃斯)四阶滤波方法，再根据滤波处理后的轮速信号计算车辆转向角θ。

如图2所示，对车辆行驶状态进行估计，通过几何关系的计算，得到车辆转向角θ的计算公式如下：

由于δ≈L/R，则转向半径R≈L/δ，

又因为，那么，有

其中，ω_内为车辆转向内侧车轮轮速(单位km/h)，ω_外为车辆转向外侧车轮轮速(单位km/h)；

由此可知： $\mathrm{\δ}=\frac{L}{B}*\frac{\mathrm{\Δ\ω}}{V}$

$\mathrm{\θ}=\mathrm{\δ}*\frac{180}{\mathrm{\π}}=\frac{L}{B}*\frac{\mathrm{\Δ\ω}}{V}*\frac{180}{\mathrm{\π}}$

其中，δ为车辆转向角的弧度值，L为车辆轴距，B为车辆轮距，Δω为轮速差，V为车速。

(3)将计算得到的车辆转向角θ与预警门限值θ_阈进行比较，当θ＞θ_阈时根据所产生的相应级别的预警信号进行预警，驾驶员根据预警信号及时纠正自己驾驶动作，即采取缓慢转向、恢复车辆前向行驶、减速等措施，便会自动解除预警状态，同时避免侧翻发生的可能性。

本实施例中预警门限值θ_阈的计算过程如下：

ⅰ、由车辆侧向加速度计算公式可得，车辆侧向加速度a_y随着车速V和车辆转向角θ的变化而变化，具体公式为：

$a_y=\frac{V^2}{R}=\frac{V^2}{L}*\mathrm{\θ}*\frac{\mathrm{\π}}{180}$

ⅱ、如图3所示为车辆静态侧翻分析图，根据车辆静态侧翻侧向加速度的临界值来确定侧翻预警阈值，车辆静态侧翻侧向加速度临界值经分析可以得到为：

$\left|A_y\right|=\frac{B}{2h}*g$

其中，h——车辆重心高度，g——重力加速度；

ⅲ、根据车辆静态侧翻侧向加速度临界值计算车辆动态侧翻侧向加速度临界值进而得到车辆转向角的预警门限值θ_阈，其计算公式如下：

其中，M为修正量，该值与车辆类型相关，一般商用车为50％，乘用车为70％；K为预警级别参数，可根据试验数据和控制逻辑标定情况来确定。

这里的预警信号分为两级，一级为初级预警，选K＝a；二级为严重预警，选K＝b。在车辆在行驶过程中，根据侧翻预警算法动态计算车辆的车辆转向角和车速之间的关系，可以选取a＝0.3为一级预警，选取b＝0.5为二级预警。

当车辆转向时，车辆的车辆转向角以及对应的车速超过预警门限值，该侧倾预警系统便会以声音、震动等形式提醒驾驶员。当车辆发出预警时，驾驶员及时纠正驾驶动作，采取缓慢转向、恢复方向盘转角至零位、减速等措施即可自动解除预警，以避免侧翻事故的发生。

本发明侧翻预警方法的原理如下：车辆侧向加速度一般产生在车辆转向过程中，受车辆转向角的影响，且其大小跟车速有很大关系。现在车辆普遍装有ABS(防抱死刹车系统)，通过该制动系统的轮速传感器可以获得车辆各个车轮的轮速信号，然后解析计算得到车速和前轮左右两轮轮速差，并通过一定数学关系，推算得出车辆转向角大小。根据车辆转向角与车速信号，经过实验和推算，可以得到车辆转向角与车速的关于侧翻的动态关系，利用静态侧翻阈值估算动态侧翻门限值，从而实现了侧翻预警方法。

以上实施例仅用于帮助理解本发明的核心思想，不能以此限制本发明，对于本领域的技术人员，凡是依据本发明的思想，对本发明进行修改或者等同替换，在具体实施方式及应用范围上所做的任何改动，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种车辆侧翻预警方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)当车辆行驶在一定车速下时，采集获取车辆转向轮的轮速信号及车速信号；

(2)根据采集到的轮速信号计算车辆转向角θ，θ的值与车速成反比且与转向轮的轮速差信号成正比；

(3)将计算得到的车辆转向角θ与预警门限值θ_阈进行比较，当θ＞θ_阈时根据所产生的相应级别的预警信号进行预警。

2.根据权利要求1所述的车辆侧翻预警方法，其特征在于：车辆转向角θ的计算公式如下：

$\mathrm{\θ}=\mathrm{\δ}*\frac{180}{\mathrm{\π}}=\frac{L}{B}*\frac{\mathrm{\Δ\ω}}{V}*\frac{180}{\mathrm{\π}}$

其中，δ为车辆转向角的弧度值，L为车辆轴距，B为车辆轮距，Δω为转向轮两轮轮速差，V为车速。

3.根据权利要求1或2所述的车辆侧翻预警方法，其特征在于：预警门限值θ_阈的计算过程如下：

ⅰ、车辆侧向加速度a_y随着车速V和车辆转向角θ的变化而变化，具体公式为：

$a_y=\frac{V^2}{R}=\frac{V^2}{L}*\mathrm{\θ}*\frac{\mathrm{\π}}{180}$

其中，L为车辆轴距；

ⅱ、车辆静态侧翻侧向加速度临界值的计算公式为：

$\left|A_y\right|=\frac{B}{2h}*g$

其中，h——车辆重心高度，g——重力加速度；

ⅲ、根据车辆静态侧翻侧向加速度临界值计算其动态侧翻侧向加速度临界值进而得到车辆转向角的预警门限值θ_阈，其计算公式如下：

其中，M为修正量，该值与车辆类型相关；K为预警级别参数。

4.根据权利要求3所述的车辆侧翻预警方法，其特征在于：所产生的预警信号分为两级，一级为初级预警，二级为严重预警。

5.根据权利要求1所述的车辆侧翻预警方法，其特征在于：对采集到的轮速信号要进行去野点和滤波处理。

6.根据权利要求5所述的车辆侧翻预警方法，其特征在于：对采集到的轮速信号进行滤波处理采用巴特沃斯四阶滤波方法。