CN108909704A - 一种基于车联网车辆防侧翻控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于车联网车辆防侧翻控制方法，包括以下步骤：A、在车辆运行中对车辆的横摆角速度，侧倾角速度，俯仰角速度进行姿态积分，从而得到实时侧倾角；B、之后将采集的实时侧倾角采用卡尔曼滤波器对信号进行数据融合处理，得到车辆侧倾角的实时最优值；C、得到车辆姿态最优值后利用侧向加速度，侧倾角通过横向载荷转移率LTR计算公式，进行侧翻判别特征值的计算；D、然后，判断是否有侧翻危险，若暂时没有，则通过多层递阶建模预测方法对侧翻判别特征值进行1到2秒预测，得到侧翻判别特征值1到两秒的预测值，进一步判断未来1到2秒是否有发生侧翻事故的危险，本发明能够预测车辆未来侧倾运动以及实现侧翻预警的要求。

Description

一种基于车联网车辆防侧翻控制方法

技术领域

本发明涉及车辆防侧翻控制技术领域，具体为一种基于车联网车辆防侧翻控制方法。

背景技术

车联网是一种融合了多种先进技术以及先进设备的交互网络，该网络可以通过不同的车载设备完成自身状态信息和外部环境信息的采集；然后通过互联网技术，将所有车辆采集到的各种信息传输并汇总到数据中心；最后通过计算机技术，分析和处理这些车辆采集到的信息；车联网系统构成：数据中心控制平台、车联网车载终端系统、无线通信系统。

车辆侧翻是一种高发且危险的交通事故，侧翻的定义为：任何一种操纵能够使车辆绕其纵轴旋转90°或90°以上使车体与地面接触。查看相关文献及研究成果，若能够在潜在车辆侧翻事故发生前1秒，发出警报信息提醒驾驶员，则可以在一定程度上避免90％的交通事故，如果能再提前1秒，则侧翻事故就有可能完全避免。

当前的侧翻预警系统在选择车辆判别特征值的时候，大部分都以车辆的侧向加速度以及侧倾角等相关参数作为判别特征值。这些系统主要利用车辆上配备的运动传感器测量车辆在运动中的参数，处理这些参数之后得到车辆的侧向加速度以及侧倾角，然后与系统预先设定的门限值进行大小上的比较，根据比较的结果做出判断，判断系统处于的危险程度。这种根据结果进行判别的系统虽然可以监测车辆的侧倾运动，但是不能满足预测车辆未来侧倾运动以及实现侧翻预警的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于车联网车辆防侧翻控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于车联网车辆防侧翻控制方法，包括以下步骤：

A、在车辆运行中对车辆的横摆角速度，侧倾角速度，俯仰角速度进行姿态积分，从而得到实时侧倾角；

B、之后将采集的实时侧倾角采用卡尔曼滤波器对信号进行数据融合处理，得到车辆侧倾角的实时最优值；

C、得到车辆姿态最优值后利用侧向加速度，侧倾角通过横向载荷转移率LTR计算公式，进行侧翻判别特征值的计算，得到车辆实时侧翻判别特征值；

D、然后，判断是否有侧翻危险，若暂时没有，则通过多层递阶建模预测方法对侧翻判别特征值进行1到2秒预测，得到侧翻判别特征值1到两秒的预测值，进一步判断未来1到2秒是否有发生侧翻事故的危险。

优选的，包括主动差动联合控制系统，所述主动差动联合控制系统包括中央处理器、外部环境采集器、主动转向系统、差动转向系统、行驶状态辨别模块和驾驶员意图辨识模块，所述中央处理器分别信号连接外部环境采集器、主动转向系统、差动转向系统、行驶状态辨别模块和驾驶员意图辨识模块。

优选的，所述主动差动联合控制系统控制流程如下：

A、外部环境采集器、行驶状态辨别模块和驾驶员意图辨识模块分别采集图像信号传输至中央处理器处理；

B、中央处理器通过横向载荷转移率计算公式计算，得到横向载荷转移率特征值；

C、若横向载荷转移率大于1，则控制主动转向系统工作；如小于1，直接输出控制信号；

D、当主动转向系统工作后，横向载荷转移率大于1，则控制差动转向系统工作；若小于1，则直接输出控制信号；

E、当差动转向系统工作后，横向载荷转移率大于1，则制主动转向系统工作，若小于1，直接输出控制信号。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用横向载荷转移率作为判别特征值，利用预测技术实现横向载荷转移率的在线预测，得到车辆判别特征值的未来预测值，车辆接送未来预测值并判断车辆的侧翻危险程度，进一步采取相应的措施，本发明能够预测车辆未来侧倾运动以及实现侧翻预警的要求；另外，本发明采用了主动转向与差动制动联合控制的策略。该方法对主动转向使用PI控制，适度地修正转向角，以防止违背驾驶员的意图，如果该方法能够达到很好的防侧翻效果，差动制动就不启动工作。若主动转向的结果还无法满足防侧翻的要求，系统将启动差动制动，进行联合控制。这样就可以在原驾驶目的上不损失较多的转向角和速度，同样能起到防侧翻的目的。

附图说明

图1为本发明控制流程图；

图2为本发明主动差动联合控制系统原理框图；

图3为本发明主动差动联合控制流程图；

图4为本发明仿真案例1主动差动联合控制LTR曲线图；

图5为本发明仿真案例1主动控制LTR曲线图；

图6为本发明仿真案例1差动控制LTR曲线图；

图7为本发明仿真案例2主动差动联合控制LTR曲线图；

图8为本发明仿真案例2主动控制LTR曲线图；

图9为本发明仿真案例1差动控制LTR曲线图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种基于车联网车辆防侧翻控制方法，包括以下步骤：

A、在车辆运行中对车辆的横摆角速度，侧倾角速度，俯仰角速度进行姿态积分，从而得到实时侧倾角；

B、之后将采集的实时侧倾角采用卡尔曼滤波器对信号进行数据融合处理，得到车辆侧倾角的实时最优值；

C、得到车辆姿态最优值后利用侧向加速度，侧倾角通过横向载荷转移率LTR计算公式，进行侧翻判别特征值的计算，得到车辆实时侧翻判别特征值；

D、然后，判断是否有侧翻危险，若暂时没有，则通过多层递阶建模预测方法对侧翻判别特征值进行1到2秒预测，得到侧翻判别特征值1到两秒的预测值，进一步判断未来1到2秒是否有发生侧翻事故的危险。

一般认为，当LTR>1或LTR<-1时，汽车就会发生侧翻事故。此时本方案采用主动转向与差动制动联合控制方法来进行防侧翻控制；本发明包括主动差动联合控制系统，所述主动差动联合控制系统包括中央处理器1、外部环境采集器2、主动转向系统3、差动转向系统4、行驶状态辨别模块5和驾驶员意图辨识模块6，所述中央处理器1分别信号连接外部环境采集器2、主动转向系统3、差动转向系统4、行驶状态辨别模块5和驾驶员意图辨识模块6。

其中，主动转向是指在方向盘系统中安装了一套根据车速调整转向传动的变速箱。它可以在驾驶员给定的转向角d₁外，再额外给定一个较小的叠加转向角Dd，当驾驶员输入的方向盘转角使得车辆即将发生侧翻时，主动转向自动调整转向角，减小车轮转角，避免侧翻事故的发生；差动制动：差动制动是在汽车运动过程中对每个车轮提供不同的制动力，对汽车产生一定的动态力矩，保持车辆的稳定性。当车辆突然出现大转弯时，差动制动启动，并在前外车轮上作用一制动力矩，故产生了一附加横摆力偶矩，减小了汽车的横摆角速度w_y，同时，制动力的产生使得汽车纵向速度减小，地面对车轮的侧向力也减小，侧向速度减小。所以侧向加速度减小，从而可以防止侧翻的发生。

本发明中，主动差动联合控制系统控制流程如下：

A、外部环境采集器、行驶状态辨别模块和驾驶员意图辨识模块分别采集图像信号传输至中央处理器处理；

B、中央处理器通过横向载荷转移率计算公式计算，得到横向载荷转移率特征值；

C、若横向载荷转移率大于1，则控制主动转向系统工作；如小于1，直接输出控制信号；

D、当主动转向系统工作后，横向载荷转移率大于1，则控制差动转向系统工作；若小于1，则直接输出控制信号；

E、当差动转向系统工作后，横向载荷转移率大于1，则制主动转向系统工作，若小于1，直接输出控制信号。

本发明采用了主动转向与差动制动联合控制的策略。该方法对主动转向使用PI控制，适度地修正转向角，以防止违背驾驶员的意图，如果该方法能够达到很好的防侧翻效果，差动制动就不启动工作。若主动转向的结果还无法满足防侧翻的要求，系统将启动差动制动，进行联合控制。这样就可以在原驾驶目的上不损失较多的转向角和速度，同样能起到防侧翻的目的。

如图4-6所示，仿真案例1：

汽车从直道快速进入圆周轨道，在短时间内，车轮转角从零变化为一固定值，设汽车初始速度为40m/s，在该工况下方向盘转角为100°，该汽车转向传动比为18：1，则前轮角为0.097rad，仿真输入信号是0.097的阶跃信号，并假设作用时刻为1s时，图中最下方曲线是没有任何控制情况下的LTR曲线，由图可知，LTR超出了-1，也就是说汽车以经发生了侧翻。经过主动转向控制后，LTR值没有超过-1，最大值出现在-0.92，侧翻事故没有发生，但此时转向角只输入了原转角的一半，如图，故违背了驾驶员的意图。差动制动的效果和主动转向效果相当，同样起到了防侧翻的控制作用，但速度下降非常多，且需前轮提供的制动力较大。

两者联合控制的效果非常好，由于改变了主动控制程序中的PI参数值，可以减小转向修正角，以防止其破坏车道保持功能，LTR的最大值没有超过-0.9，且车轮的修正角小于1°，没有违背驾驶员意图，起到了很好的防侧翻效果。

如图7-9所示，仿真案例2：

汽车在高速行驶时，从行车道快速进入超车道，又快速回到原车道上的过程；或是汽车高速行驶时紧急避让前方障碍物的过程。此工况下车辆的参数值保持不变，方向盘输入为一方波曲线，幅值同样为0.097，方波频率为0.2HZ，即经过5秒方向盘的反向输入；无控制时，车辆在第一次大角度转向时就发生侧翻，LTR>1.主动转向控制和差动制动控制在第一次车轮转向时起到了防侧翻的作用，但是车轮在回到原车道的过程中没有起作用，车辆还是发生了侧翻。主动转向和差动制动联合控制的策略起到了很好的效果，车辆始终没有发生侧翻。且车辆修正角较小，速度在相应时间段内下降也较小。

本发明采用横向载荷转移率作为判别特征值，利用预测技术实现横向载荷转移率的在线预测，得到车辆判别特征值的未来预测值，车辆接送未来预测值并判断车辆的侧翻危险程度，进一步采取相应的措施，本发明能够预测车辆未来侧倾运动以及实现侧翻预警的要求。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种基于车联网车辆防侧翻控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

A、在车辆运行中对车辆的横摆角速度，侧倾角速度，俯仰角速度进行姿态积分，从而得到实时侧倾角；

B、之后将采集的实时侧倾角采用卡尔曼滤波器对信号进行数据融合处理，得到车辆侧倾角的实时最优值；

C、得到车辆姿态最优值后利用侧向加速度，侧倾角通过横向载荷转移率LTR计算公式，进行侧翻判别特征值的计算，得到车辆实时侧翻判别特征值；

D、然后，判断是否有侧翻危险，若暂时没有，则通过多层递阶建模预测方法对侧翻判别特征值进行1到2秒预测，得到侧翻判别特征值1到两秒的预测值，进一步判断未来1到2秒是否有发生侧翻事故的危险。

2.根据权利要求1所述的一种基于车联网车辆防侧翻控制方法，其特征在于：包括主动差动联合控制系统，所述主动差动联合控制系统包括中央处理器(1)、外部环境采集器(2)、主动转向系统(3)、差动转向系统(4)、行驶状态辨别模块(5)和驾驶员意图辨识模块(6)，所述中央处理器(1)分别信号连接外部环境采集器(2)、主动转向系统(3)、差动转向系统(4)、行驶状态辨别模块(5)和驾驶员意图辨识模块(6)。

3.根据权利要求2所述的一种基于车联网车辆防侧翻控制方法，其特征在于：所述主动差动联合控制系统控制流程如下：

A、外部环境采集器、行驶状态辨别模块和驾驶员意图辨识模块分别采集图像信号传输至中央处理器处理；

B、中央处理器通过横向载荷转移率计算公式计算，得到横向载荷转移率特征值；

C、若横向载荷转移率大于1，则控制主动转向系统工作；如小于1，直接输出控制信号；

D、当主动转向系统工作后，横向载荷转移率大于1，则控制差动转向系统工作；若小于1，则直接输出控制信号；

E、当差动转向系统工作后，横向载荷转移率大于1，则制主动转向系统工作，若小于1，直接输出控制信号。