CN108860138B - 一种基于lte-v的弯道车速自动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于LTE‑V的弯道车速自动控制方法，用安装于车辆上的LTE‑V车载单元根据安装于入弯道前的LTE‑V路侧单元实时播发的道路信息，以及车辆CAN网络发送的车辆信息，计算安全临界车速以及进入弯道前启动预警的安全距离；当车辆实时速度小于安全临界车速，提示安全临界车速即可，若车辆速度大于安全速度，则立即进行报警。本发明在计算安全临界车速时考虑了侧翻、侧滑的可能以及内侧车轮滑移率，所以得出的安全车速具有科学意义；启动的安全预警距离也是考虑了路面情况，所以安全无风险，能够在进入弯道前确保将车速降下来。

Description

一种基于LTE-V的弯道车速自动控制方法

技术领域

本发明涉及一种基于LTE-V的弯道车速自动控制方法，属于汽车电子及安全技术领域。

背景技术

弯道车速过高是导致侧滑、侧翻等事故发生的重要原因，尤其是大型营运车辆，往往造成重大安全事故。由于驾驶员可能对道路弯道信息不熟悉或车速过高，较易造成车辆侧滑侧翻事故，在车辆进入弯道前对车辆进行预警或控制对行车安全具有重要的意义。

目前的弯道车速控制辅助技术存在以下问题：

(1)有些弯道车速预警技术仅能够提供定性的信息，如“减速慢行”等信息，不能给出精确的超速信息。

(2)有些弯道车速预警技术基于RFID(无线射频识别技术)，弯道信息不能通过蜂窝网络实时更新，且不能将自车减速制动的信息发给后车，不利于交通安全。

(3)当弯道是多弯道或变弯道时，目前的弯道车速预警技术并不是对曲率半径最小的弯道进行车速报警，导致车辆在弯道内制动，易引发侧翻侧滑等事故。

(4)只进行预警不对车速进行控制。如果驾驶员忽略预警不采取任何措施，则达不到提升行车安全的效果。

因此，有必要提出一种能给出精确的超速信息、能实时更新弯道信息、能与后车协同通信、能够自动控制车速的新的弯道车速控制方法，对于行车安全意义重大。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种基于LTE-V的弯道车速自动控制方法，基于LTE-V通讯协议，通过安装在路侧的LTE-V路侧单元(简称RSU)播发道路信息，安装在车内的LTE-V车载单元(简称OBU)获取LTE-V路侧单元(RSU)播发的信息，同时通过车辆CAN网络获取车辆自身信息，经过计算后获得通过弯道的安全速度，与实时车速进行比较，确定是否需要向驾驶员报警，并当预警后驾驶员不进行有效减速操作时，系统自动减速至安全临界车速以下。在车辆通过弯道过程中对车辆状态进行监测，如果判断有潜在的侧翻风险，对车辆在弯道行驶过程进行二次控制，保证车辆安全通过弯道。本系统设置两级弯道车速控制，在进入弯道前将车辆速度控制在理论安全过弯速度范围内，在车辆通过弯道过程中对车辆进行监测，如果判定有发生侧翻的潜在风险，再次启动车速控制，降低车速保证车辆安全行驶。

本发明解决以上技术问题所采用的技术方案如下：

一种基于LTE-V的弯道车速自动控制方法，其特征在于：安装于车辆上的LTE-V车载单元根据安装于入弯道前的LTE-V路侧单元实时播发的道路信息，以及车辆CAN网络发送的车辆信息，计算安全临界车速以及进入弯道前启动预警的安全距离；

其中，所述安全临界车速包括进入弯道前的安全临界车速和进入弯道后安全临界车速；

A、进入弯道前的安全临界车速V_s：

考虑侧翻、侧滑的可能，设车辆的质量为m，重心高度为h，轴距为B，路面摩擦系数为μ，弯道的坡度为θ，弯道的半径为R；则：

①车辆的侧翻速度限值v₁为：

②车辆的侧滑速度限值v₂为：

③路侧标识的速度限值v₃为已知；

则，车辆进入弯道前的安全临界车速V_s取三者中的最小值，V_s＝min(v₁,v₂,v₃)；

当车辆系统监测到车辆实时车速小于安全临界车速时，提示安全临界车速即可，当车辆实时车速大于安全临界车速时，则立即启动报警；

B、进入弯道后的安全临界车速：

考虑内侧车轮滑移率，根据车轮转动方程：

其中：F_μ表示制动器制动力；F_b表示地面制动力；r表示车轮半径；I表示车轮转动惯量；表示车轮角减速度；

当车辆进入弯道后，系统实时计算在当前制动力下的车轮角减速度，如果车轮角减速度小于设定的安全阈值，则证明车辆行驶是安全的，车辆进入弯道后的安全临界车速等于进入弯道前的安全临界车速V_s；

如果车轮角减速度大于等于设定的安全阈值，则证明车辆行驶出现危险，车辆需减速至低于安全阈值，将此时对应的车速V₄作为通过该弯道的安全临界车速；

其中，计算进入弯道前启动预警的安全距离S_Nwarn的方法为：

根据路面附着系数情况分为正常附着系数路面模式和低附着系数路面模式：

1)、正常附着系数路面

预警所需的最小距离S_Nwarn从公式(1)得到：

式中，V_current是车辆当前车速；t_resp是设定的驾驶员反应时间；a_d是设定的车辆预期减速度；V_s是车辆进入弯道前的安全临界车速；

2)、低附着系数路面

低附着系数路面制动减速度a_L按下式计算：

式中为低附着系数路面制动系数；

预警所需的最小距离S_Lwarn从公式(2)得到：

如果是多弯道或者变弯道路况，则弯道半径R选择最小的曲率半径。

如果在报警时间内驾驶员采取制动措施，则系统重新计算安全临界车速，进行对比，直至满足要求；如果在报警时间内驾驶员没有采取制动措施，则系统启动自动减速控制，以不大于4m/s²的减速度在进入弯道前将车速降至安全临界车速以下。

进一步地，前车制动时LTE-V车载单元同时将制动信号传给后车的LTE-V车载单元，后车收到前车制动信号后，启动制动预警。

与现有技术相比，本发明显著的有益效果如下：

1、本发明计算临界车速的方法不同，兼顾了侧翻、侧滑与法规规定，提高了安全性。

(1)连续弯道时，选择的半径是多个弯道半径最小的曲率半径，在进入弯道前减至安全临界车速以下，避免弯道内制动。

(2)同时比较侧滑、侧翻和限速标识，由三者间的最小值确定安全临界车速。

2、分级预警并给出了最小的预警距离

两级预警时间行驶距离+制动距离为最小预警距离，为了保证行驶安全性不应进行紧急制动，因此规定制动减速度不大于4m/s²。结合在进入弯道前进行制动，确定预警距离。

3、LTE-V路侧单元(RSU)可与蜂窝网络进行通信，实现信息的动态更新。

4、增加了自动控制车速功能。系统在向驾驶员发出预警信号后，如果驾驶员没有采取任何有效措施，系统启动自动减速功能，能够进一步提升行车安全。

5、增加了车辆进入弯道后的侧翻风险监测，对因车辆进入弯道后仍然可能发生侧翻的情况进行实时监测，当存在侧翻风险时，对车辆进行二次速度控制，控制车辆安全减速通过弯道。

6、车辆制动时自车LTE-V车载单元(OBU)可将制动减速度信号传给后车的LTE-V车载单元(OBU)，避免发生被追尾的事故。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

图1为一种基于LTE-V的弯道车速自动控制方法流程图；

图2为弯道行驶安全临界状态示意图；

图3为制动力与车轮角减速度关系图；

图4为多弯道示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述，其中，附图构成本申请一部分，仅用于阐释本发明。但本领域的技术人员应该知道，以下实施例并不是对本发明技术方案作的唯一限定，凡是在本发明技术方案精神实质下所做的任何等同变换或改动，均应视为属于本发明的保护范围。

本发明提出了一种基于LTE-V的弯道车速自动控制方法，通过安装在路侧的LTE-V路侧单元(RSU)播发道路信息，安装在车内的LTE-V车载单元(OBU)获取LTE-V路侧单元(RSU)播发的信息，同时通过车辆CAN网络获取车辆自身信息，经过计算后获得通过弯道的安全速度，与实时车速进行比较，确定是否需要向驾驶员报警，并当预警后驾驶员不进行减速操作时，自动制动减速至安全临界车速以下。

主要包括如下一些步骤，具体参阅图1：

步骤1)确定LTE-V路侧单元(RSU)在道路(尤其是弯道)的布置位置，在车辆进入弯道前设置LTE-V路侧单元(RSU)，并在LTE-V路侧单元(RSU)中写入弯道信息，包括弯道的半径、弯道的倾斜角、道路的摩擦系数、限速标识等信息。

步骤2)LTE-V车载单元(OBU)通过车辆CAN网络读取车辆自身信息，包括车辆的重心高度、长、宽、高等外形参数信息，轴距、前悬、后悬、轮胎型号等几何信息，车速、加速度等运动状态信息。

步骤3)LTE-V路侧单元(RSU)将弯道信息通过LTE-V协议向外播发，且可与蜂窝网络进行通信，通过蜂窝网络实现信息的实时更新。

步骤4)LTE-V车载单元(OBU)判断车辆是否进入弯道信息有效接收的范围(跟RSU的播发范围有关)，当LTE-V车载单元(OBU)在信息接收的有效范围内，且在距离弯道有足够远的距离S时，结合自车信息计算安全临界车速。

由于考虑侧翻、侧滑的可能，本发明计算的安全临界车速，分为进入弯道前和进入弯道后两种情况。

一，进入弯道前

(1)计算安全临界车速V_s

车辆在弯道行驶安全临界状态如图2所示，按运动学分析，设车辆的质量为m，重心高度为h，轴距为B，路面摩擦系数为μ，弯道的坡度为θ，弯道的半径为R；以上参数都为已知。

则：

①车辆的侧翻速度限值v₁：

②车辆的侧滑速度限值v₂：

③限速标识的速度限值v₃为已知。

则，车辆进入弯道前的安全临界车速V_s取三者中的最小值，V_s＝min(v₁,v₂,v₃)。

(2)确定开始减速(或控制)的最小距离S_Nwarn

在确定了车辆进入弯道前的安全临界车速后，可据此进一步预算启动制动措施的最小安全预警距离，根据路面附着系数情况分为正常附着系数路面模式和低附着系数路面模式

a.正常附着系数路面

预警所需的最小距离S_Nwarn从公式(1)得到：

式中，V_current是车辆当前车速；t_resp是设定的驾驶员反应时间，至少为0.8s，两级预警一般取1.4s；a_d是设定的车辆预期减速度(这个值是系统设定的)，因不应为紧急制动，所以其值选则为不大于0.4g；V_s是车辆进入弯道前的安全临界车速。

b.低附着系数路面

当路面有雨雪覆盖，或者其他因素导致路面附着系数较低时，车载单元(OBU)根据路侧单元(RSU)对路面信息描述判定道路为低附着系数路面，在低附着路面模式下计算最小预警距离和安全临界车速。

低附着系数路面制动减速度a_L按下式计算：

式中为低附着系数路面制动系数(路面的特征参数，路面确定后，附着系数确定)。

预警所需的最小距离S_Lwarn从公式(2)得到：

式中，V_current是车辆当前车速；t_resp是设定的驾驶员反应时间，至少为0.8s，两级预警一般取1.4s；a_L是低附着系数路面车辆预期减速度，不应为紧急制动，所以不应大于0.4g；V_s是车辆进入弯道前的安全临界车速。

步骤5)将步骤1)中获取的车辆实时车速与步骤4)中计算得到的安全临界车速进行比较，若车辆实时速度小于安全临界车速，则提示安全临界车速具体值；若车辆速度大于安全速度，则立即进行报警。

步骤6)报警一段时间内(二级预警一般是1.4s，一级预警一般是0.8s)，如果驾驶员在报警后采取制动或换道操作，系统将重新计算速度，进行对比，如果仍然没有降到临界车速以下，将继续报警，直至满足要求。

报警后如果驾驶员没有采取任何有效制动措施，包括制动和换道，系统将启动自动减速控制，以不大于4m/s²减速度直至在进入弯道前将车速控制在临界车速以下，之所以选择不大于4m/s²的减速度，是因为不能紧急制动，而是一个比较安全舒适的减速过程(本车前提是系统带自动减速功能，当系统检测到需要减速时，控制单元发送减速控制信号到执行器实现减速)。

二，进入弯道后

根据车轮转动方程：

其中：F_μ表示制动器制动力；F_b表示地面制动力；r表示车轮半径；I表示车轮转动惯量；表示车轮角减速度。

当车轮离地时，表明车辆将发生侧翻危险，此时，F_b＝0，该临界状态下的制动力对应车轮的角减速度应最大，所以以车轮离地临界工况计算的车轮角减速度作为判定条件，判断是否发生侧翻危险。本实施例中，为了保证安全，系统给出10％的安全裕量，系统也可以根据实际情况给出其他阈值。

所以，车辆以临界车速V_s＝min(v₁,v₂,v₃)进入弯道后，需要考虑内侧车轮滑移率问题，对容易导致侧翻危险的情况启动二次控制。当车辆进入弯道后，系统发送侧翻监测信号，并计算在当前制动力下的车轮角减速度。

图3所示为临界状态下制动力与车轮角减速度的关系图，定义当时，认为存在发生侧翻的危险，车辆行驶状态需要修正，制动力对应角减速度区间为修正区间，当时，认为不存在发生侧翻危险，制动力对应角减速度区间为安全区间。

如果系统发送侧翻监测信号对应的角减速度则证明在安全区内，系统不参与控制；如果对应的角减速度时，则判定为有危险，系统将控制车辆自动减速，直至低于该阈值并记录对应车速为V₄，则下次通过该弯道的目标车速即为V₄。

如果进入弯道系统发送侧翻监测信号对应的角减速度始终在范围内，则车辆可以以安全临界车速V_s通过弯道，安全临界车速V_s依然取上述三者中的最小值。

如果是多弯道或者变弯道，则上述弯道半径R选择最小的曲率半径。如图4所示，如果R₂<R₁，则计算速度时公式中的R＝R₂。

进一步地，自车制动时LTE-V车载单元(OBU)同时可将制动减速度信号传给后车的LTE-V车载单元(OBU)。后车收到前车制动信息，将前车制动信号融入后车的防追尾碰撞算法中，防止因前车制动导致后车发生追尾事故。

Claims (4)

1.一种基于LTE-V的弯道车速自动控制方法，其特征在于：安装于车辆上的LTE-V车载单元根据安装于入弯道前的LTE-V路侧单元实时播发的道路信息，以及车辆CAN网络发送的车辆信息，计算安全临界车速以及进入弯道前启动预警的安全距离；

其中，所述安全临界车速包括进入弯道前的安全临界车速和进入弯道后安全临界车速；

A、进入弯道前的安全临界车速V_s：

考虑侧翻、侧滑的可能，设车辆的质量为m，重心高度为h，轴距为B，路面摩擦系数为μ，弯道的坡度为θ，弯道的半径为R；则：

①车辆的侧翻速度限值v₁为：

②车辆的侧滑速度限值v₂为：

③路侧标识的速度限值v₃为已知；

则，车辆进入弯道前的安全临界车速V_s取三者中的最小值，V_s＝min(v₁,v₂,v₃)；

当车辆系统监测到车辆实时车速小于安全临界车速时，提示安全临界车速即可，当车辆实时车速大于安全临界车速时，则立即启动报警；

B、进入弯道后的安全临界车速：

考虑内侧车轮滑移率，根据车轮转动方程：

其中：F_μ表示制动器制动力；F_b表示地面制动力；r表示车轮半径；I表示车轮转动惯量；表示车轮角减速度；

当车辆进入弯道后，系统实时计算在当前制动力下的车轮角减速度，如果车轮角减速度小于设定的安全阈值，则证明车辆行驶是安全的，车辆进入弯道后的安全临界车速等于进入弯道前的安全临界车速V_s；

如果车轮角减速度大于等于设定的安全阈值，则证明车辆行驶出现危险，车辆需减速至低于安全阈值，将车轮角减速度减至安全阈值时对应的车速V₄作为通过该弯道的安全临界车速；

其中，计算进入弯道前启动预警的安全距离S_Nwarn的方法为：

根据路面附着系数情况分为正常附着系数路面模式和低附着系数路面模式：

1)、正常附着系数路面

进入弯道前启动预警的安全距离S_Nwarn从公式(1)得到：

式中，V_current是车辆当前车速；t_resp是设定的驾驶员反应时间；a_d是设定的车辆预期减速度；V_s是车辆进入弯道前的安全临界车速；

2)、低附着系数路面

低附着系数路面制动减速度a_L按下式计算：

式中为低附着系数路面制动系数；

进入弯道前启动预警的安全距离S_Nwarn从公式(2)得到：

2.根据权利要求1所述的基于LTE-V的弯道车速自动控制方法，其特征在于：如果是多弯道或者变弯道路况，则弯道半径R选择最小的曲率半径。

3.根据权利要求1所述的基于LTE-V的弯道车速自动控制方法，其特征在于：

如果在报警时间内驾驶员采取制动措施，则系统重新计算安全临界车速，进行对比，直至满足要求；

如果在报警时间内驾驶员没有采取制动措施，则系统启动自动减速控制，以不大于4m/s²的减速度在进入弯道前将车速降至安全临界车速以下。

4.根据权利要求1所述的基于LTE-V的弯道车速自动控制方法，其特征在于：前车制动时LTE-V车载单元同时将制动信号传给后车的LTE-V车载单元，后车收到前车制动信号后，启动制动预警。