CN112309125A - 一种弯道路段车辆侧翻侧滑风险远程防控系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于机动车行驶安全领域，公开了一种弯道路段车辆侧翻侧滑风险远程防控系统和方法，该防控系统包括：雷达视频一体机、称重传感器、可编程控制器、陀螺仪和远程运算控制平台；其中，雷达视频一体机、称重传感器、陀螺仪的信号输出端分别与远程运算控制平台的信号输入端通过无线连接；远程运算控制平台的信号输出端与可编程控制器的信号输入端通过无线连接；可编程控制器的信号输出端与车辆发动机的控制端电连接；该防控系统和方法能同时结合路面与车载的优势，充分获取人‑车‑路‑环境等信息，并根据获取的信息自动对车辆状态进行准确判断及持续性监测，当车辆有侧翻、侧滑风险时，可对车辆进行强制降速从而有效防止车辆过弯失稳。

Description

一种弯道路段车辆侧翻侧滑风险远程防控系统和方法
技术领域
本发明涉及机动车行驶安全领域，具体涉及一种弯道路段车辆侧翻侧滑风险远程防控系统和方法，用于防止车辆过弯引发横向失稳的问题。
背景技术
公路弯道通常是交通事故的易发路段，造成严重的人员伤亡和财产损失。从事故率上看，曲线段事故率远远大于直线段事故率。根据中国交通事故年度统计报告，有17％的事故发生在弯道上，但不包括其他形式的伤亡，弯道事故造成的死亡人数占总死亡人数的23％。从事故统计中可以看出，弯道事故的主要形式是车辆的侧翻、侧滑。
弯道事故的发生与人-车-路-环境等因素有关。现有对于弯道事故的防控手段多样，但大致可分为两类。一类是以车载的方式对车辆行驶状态实时监控，当车辆出现风险时，向驾驶员发出警示信号或是主动控制车辆执行紧急操作。另一类是通过路面感知设备对行驶车辆进行实时监测，并对风险车辆作出提醒，同时设置防护设施降低车辆发生危险后的损失。
然而，以车载的方式进行弯道风险防控在风险的判别上存在有考虑因素不全面的弊端，该方式仅能考虑到人和车影响，而容易忽略道路和环境带来的影响；另一方面，在出现风险时仅对驾驶员发出警报，驾驶员难以及时作出反应或者对于警报视而不见。而对于采用路面设备的防控手段来说，该手段虽然可以得到路面、环境和部分车辆信息，但是难以考虑到人的影响，而且路面设施在识别到车辆风险时仅能对驾驶员作出提醒，干预方式有限，难以达到令人满意的防控效果。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种弯道路段车辆侧翻侧滑风险远程防控系统和方法，该防控系统及方法简单，能同时结合路面与车载的优势，充分获取人-车-路-环境等信息，并根据获取的信息自动对车辆状态进行准确判断及持续性监测，当车辆有侧翻、侧滑风险时，可对车辆进行强制降速从而有效防止车辆过弯失稳。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。
(一)一种弯道路段车辆侧翻侧滑风险远程防控系统，包括：雷达视频一体机、称重传感器、可编程控制器、陀螺仪和远程运算控制平台；
其中，所述雷达视频一体机设置于弯道前的路侧，所述称重传感器设置于弯道前的路面，所述可编程控制器和陀螺仪分别安装于车辆上，所述远程运算控制平台设置于道路安全管理中心；
所述雷达视频一体机、称重传感器、陀螺仪的信号输出端分别与所述远程运算控制平台的信号输入端通过无线连接；所述远程运算控制平台的信号输出端与所述可编程控制器的信号输入端通过无线连接；所述可编程控制器的信号输出端与车辆发动机的控制端电连接。
优选的，所述雷达视频一体机用于获取行驶车辆的速度、车身宽度信息，并将获取的行驶车辆的速度、车身宽度信息传递给远程运算控制平台；
所述称重传感器用于获取行驶车辆的重量信息，并将获取的行驶车辆的重量信息传递给远程运算控制平台；
所述陀螺仪用于获取行驶车辆的横向加速度和侧倾角信息，并将获取的行驶车辆的横向加速度和侧倾角信息传递给远程运算控制平台；
所述远程运算控制平台用于根据雷达视频一体机、称重传感器、陀螺仪获取的信息通过运算判断车辆风险并及时向车辆的可编程控制器发送控制信号；
所述可编程控制器用于接收远程运算控制平台的控制信号并对车辆发动机输出功率进行限制。
(二)一种弯道路段车辆侧翻侧滑风险远程防控方法，包括以下步骤：
步骤1，雷达视频一体机实时测量行驶车辆的速度v、车身宽度b信息，并将测量的行驶车辆的速度v、车身宽度b信息传递给远程运算控制平台；
称重传感器实时测量行驶车辆的重量m信息，并将测量的行驶车辆的重量m信息传递给远程运算控制平台；
陀螺仪用于实时测量行驶车辆的横向加速度ay和侧倾角φ信息，并将测量的行驶车辆的横向加速度ay和侧倾角φ信息传递给远程运算控制平台；
远程运算控制平台内预先存储有行驶车辆弹簧刚度k、弯道半径R、路拱β和道路摩擦系数μ；
步骤2，所述远程运算控制平台根据获取的行驶车辆弹簧刚度k、侧倾角φ、行驶车辆的重量m、横向加速度ay计算得到车辆的重心高度hg；
步骤3，所述远程运算控制平台根据得到的车辆的重心高度hg、行驶车辆的重量m、车身宽度b、弯道半径R、路拱β计算得到车辆侧翻极限车速vr；
远程运算控制平台根据获取的行驶车辆的重量m、弯道半径R、路拱β、道路摩擦系数μ计算得到车辆侧滑极限车速vs；
步骤4，根据所述车辆侧翻极限车速vr和所述车辆侧滑极限车速vs，确定车辆过弯极限速度vmax；
步骤5，远程运算控制平台根据所述行驶车辆的速度v和车辆过弯极限速度vmax计算车辆入弯前车速降到过弯极限速度所需的最小制动减速度amin，判断最小制动减速度amin是否大于0，若amin>0，则远程运算控制平台发出控制信号至目标车辆的可编程控制器，通过可编程控制器限制目标车辆发动机输出功率以保证目标车辆以最小制动减速度amin小于0行驶；否则，实时监测车辆的最小制动减速度amin。
优选的，步骤2中，所述车辆的重心高度hg的计算公式为：
Figure BDA0002752076010000041
其中，g为重力加速度。
优选的，步骤3中，所述车辆侧翻极限车速vr的计算公式为：
Figure BDA0002752076010000042
其中，g为重力加速度。
优选的，步骤3中，所述车辆侧滑极限车速vs的计算公式为：
Figure BDA0002752076010000043
其中，g为重力加速度。
优选的，步骤4中，所述车辆过弯极限速度vmax的确定方法为：选择所述车辆侧翻极限车速vr和所述车辆侧滑极限车速vs中的较小值作为车辆过弯极限速度vmax，即vmax＝min{vr,vs}。
优选的，步骤5中，所述最小制动减速度amin的计算公式为：
Figure BDA0002752076010000044
其中，s表示车辆到入弯口的距离。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明的弯道路段车辆侧翻侧滑风险远程防控系统结构简单，能同时结合路面设备(雷达视频一体机、称重传感器)和车载设备(可编程控制器、陀螺仪)的优势，充分获取人-车-路-环境等信息，结合车辆模型对车辆状态进行准确判断，在车辆出现横向失稳之前通过远程运算控制平台向车辆的可编程控制器发出控制信号，对车辆进行强制降速防止车辆过弯失稳，保证车辆安全过弯。
(2)本发明的弯道路段车辆侧翻侧滑风险远程防控方法简单，能自动判断车辆在过弯道路段时是否有侧翻、侧滑风险，并能持续性监测；且当车辆在过弯道路段时有侧翻、侧滑风险时可以通过可编程控制器对风险车辆进行强制降速，达到有效预警，避免车辆过弯引发横向失稳的问题。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
图1为一种弯道路段车辆侧翻侧滑风险远程防控系统的设置示意图；
图2为一种弯道路段车辆侧翻侧滑风险远程防控方法的流程图。
以上图中：1雷达视频一体机；2称重传感器；3可编程控制器；4陀螺仪；5远程运算控制平台；6行驶车辆；7弯道。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域的技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。
(一)参考图1提供的弯道路段车辆侧翻侧滑风险远程防控系统结构示意图，本发明的弯道路段车辆侧翻侧滑风险远程防控系统包括：雷达视频一体机1、称重传感器2、可编程控制器3、陀螺仪4和远程运算控制平台5；
其中，雷达视频一体机1设置于弯道7前100米处的路侧，称重传感器2设置于弯道7前200米处的路面，可编程控制器3和陀螺仪4分别安装于车辆上，远程运算控制平台5设置于道路安全管理中心。雷达视频一体机1、称重传感器2、陀螺仪4的信号输出端分别与远程运算控制平台5的信号输入端通过无线连接；远程运算控制平台5的信号输出端与可编程控制器3的信号输入端通过无线连接；可编程控制器3的信号输出端与车辆发动机的控制端电连接。
其中，雷达视频一体机1用于获取行驶车辆6的速度、车身宽度信息，并将获取的行驶车辆6的速度、车身宽度信息传递给远程运算控制平台5。
称重传感器2用于获取行驶车辆6的重量信息，并将获取的行驶车辆6的重量信息传递给远程运算控制平台5。
陀螺仪4用于获取行驶车辆6的横向加速度和侧倾角信息，并将获取的行驶车辆6的横向加速度和侧倾角信息传递给远程运算控制平台5。
远程运算控制平台5用于接收雷达视频一体机1、称重传感器2、陀螺仪4获取的信息通过运算判断车辆风险并及时向车辆的可编程控制器3发送控制信号。
可编程控制器3用于接收远程运算控制平台5的控制信号并对车辆发动机输出功率进行限制。
(二)参考图2提供的弯道路段车辆侧翻侧滑风险远程防控方法的流程图，本发明的弯道路段车辆侧翻侧滑风险远程防控方法包括以下步骤：
步骤1，雷达视频一体机实时测量行驶车辆的速度v、车身宽度b信息，并将测量的行驶车辆的速度v、车身宽度b信息传递给远程运算控制平台。称重传感器实时测量行驶车辆的重量m信息，并将测量的行驶车辆的重量m信息传递给远程运算控制平台。陀螺仪用于实时测量行驶车辆的横向加速度ay和侧倾角φ信息，并将测量的行驶车辆的横向加速度ay和侧倾角φ信息传递给远程运算控制平台。远程运算控制平台内预先存储有行驶车辆弹簧刚度k、弯道半径R、路拱β和道路摩擦系数μ；其中，行驶车辆弹簧刚度k为车辆固有参数；弯道半径R、路拱β可通过实地测量获得；道路摩擦系数μ可根据实际情况通过GB/T 33195-2016《道路交通事故车辆速度鉴定》查表1获得，具体如下：
表1路面摩擦系数分布表
Figure BDA0002752076010000071
步骤2，远程运算控制平台根据获取的行驶车辆弹簧刚度k、侧倾角φ、行驶车辆的重量m、横向加速度ay通过以下公式计算得到车辆的重心高度hg：
Figure BDA0002752076010000072
其中，g为重力加速度。
步骤3，远程运算控制平台根据得到的车辆的重心高度hg、行驶车辆的重量m、车身宽度b、弯道半径R、路拱β通过以下公式计算得到车辆侧翻极限车速vr：
Figure BDA0002752076010000081
远程运算控制平台根据获取的行驶车辆的重量m、弯道半径R、路拱β、道路摩擦系数μ通过以下公式计算得到车辆侧滑极限车速vs：
Figure BDA0002752076010000082
步骤4，根据车辆侧翻极限车速vr和车辆侧滑极限车速vs，确定车辆过弯极限速度vmax。
具体的，选择车辆侧翻极限车速vr和车辆侧滑极限车速vs中的较小值作为车辆过弯极限速度vmax(即图2中的弯道速度阈值)，即vmax＝min{vr,vs}。
步骤5，当行驶车辆的速度v大于车辆过弯极限速度vmax，远程运算控制平台利用公式
Figure BDA0002752076010000083
计算车辆入弯前车速降到过弯极限速度所需的最小制动减速度amin，其中，s表示车辆到入弯口的距离；远程运算控制平台发出控制信号至目标车辆的可编程控制器，通过可编程控制器限制目标车辆发动机输出功率以保证目标车辆以最小制动减速度amin行驶，从而保证车辆在入弯前车速低于vmax。
当行驶车辆的速度v小于等于车辆过弯极限速度vmax，远程运算控制平台发送控制信号至目标车辆可编程控制器，实时监测车辆最小制动减速度amin。若amin>0，通过可编程控制器限制车辆发动机输出功率从而保证车辆amin小于0行驶；否则，持续监测车辆的最小制动减速度amin。
虽然，本说明书中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种弯道路段车辆侧翻侧滑风险远程防控系统，其特征在于，包括：雷达视频一体机、称重传感器、可编程控制器、陀螺仪和远程运算控制平台；
其中，所述雷达视频一体机设置于弯道前的路侧，所述称重传感器设置于弯道前的路面，所述可编程控制器和陀螺仪分别安装于车辆上，所述远程运算控制平台设置于道路安全管理中心；
所述雷达视频一体机、称重传感器、陀螺仪的信号输出端分别与所述远程运算控制平台的信号输入端通过无线连接；所述远程运算控制平台的信号输出端与所述可编程控制器的信号输入端通过无线连接；所述可编程控制器的信号输出端与车辆发动机的控制端电连接。
2.根据权利要求1所述的弯道路段车辆侧翻侧滑风险远程防控系统，其特征在于，所述雷达视频一体机用于获取行驶车辆的速度、车身宽度信息，并将获取的行驶车辆的速度、车身宽度信息传递给远程运算控制平台；
所述称重传感器用于获取行驶车辆的重量信息，并将获取的行驶车辆的重量信息传递给远程运算控制平台；
所述陀螺仪用于获取行驶车辆的横向加速度和侧倾角信息，并将获取的行驶车辆的横向加速度和侧倾角信息传递给远程运算控制平台；
所述远程运算控制平台用于根据雷达视频一体机、称重传感器、陀螺仪获取的信息通过运算判断车辆风险并及时向车辆的可编程控制器发送控制信号；
所述可编程控制器用于接收远程运算控制平台的控制信号并对车辆发动机输出功率进行限制。
3.一种弯道路段车辆侧翻侧滑风险远程防控方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，雷达视频一体机实时测量行驶车辆的速度v、车身宽度b信息，并将测量的行驶车辆的速度v、车身宽度b信息传递给远程运算控制平台；
称重传感器实时测量行驶车辆的重量m信息，并将测量的行驶车辆的重量m信息传递给远程运算控制平台；
陀螺仪用于实时测量行驶车辆的横向加速度ay和侧倾角φ信息，并将测量的行驶车辆的横向加速度ay和侧倾角φ信息传递给远程运算控制平台；
远程运算控制平台内预先存储有行驶车辆弹簧刚度k、弯道半径R、路拱β和道路摩擦系数μ；
步骤2，所述远程运算控制平台根据获取的行驶车辆弹簧刚度k、侧倾角φ、行驶车辆的重量m、横向加速度ay计算得到车辆的重心高度hg；
步骤3，所述远程运算控制平台根据得到的车辆的重心高度hg、行驶车辆的重量m、车身宽度b、弯道半径R、路拱β计算得到车辆侧翻极限车速vr；
远程运算控制平台根据获取的行驶车辆的重量m、弯道半径R、路拱β、道路摩擦系数μ计算得到车辆侧滑极限车速vs；
步骤4，根据所述车辆侧翻极限车速vr和所述车辆侧滑极限车速vs，确定车辆过弯极限速度vmax；
步骤5，远程运算控制平台根据所述行驶车辆的速度v和车辆过弯极限速度vmax计算车辆入弯前车速降到过弯极限速度所需的最小制动减速度amin，判断最小制动减速度amin是否大于0，若amin>0，则远程运算控制平台发出控制信号至目标车辆的可编程控制器，通过可编程控制器限制目标车辆发动机输出功率以保证目标车辆以最小制动减速度amin小于0行驶；否则，实时监测车辆的最小制动减速度amin。
4.根据权利要求3所述的弯道路段车辆侧翻侧滑风险远程防控方法，其特征在于，步骤2中，所述车辆的重心高度hg的计算公式为：
Figure FDA0002752074000000031
其中，g为重力加速度。
5.根据权利要求3所述的弯道路段车辆侧翻侧滑风险远程防控方法，其特征在于，步骤3中，所述车辆侧翻极限车速vr的计算公式为：
Figure FDA0002752074000000032
其中，g为重力加速度。
6.根据权利要求3所述的弯道路段车辆侧翻侧滑风险远程防控方法，其特征在于，步骤3中，所述车辆侧滑极限车速vs的计算公式为：
Figure FDA0002752074000000033
其中，g为重力加速度。
7.根据权利要求3所述的弯道路段车辆侧翻侧滑风险远程防控方法，其特征在于，步骤4中，所述车辆过弯极限速度vmax的确定方法为：选择所述车辆侧翻极限车速vr和所述车辆侧滑极限车速vs中的较小值作为车辆过弯极限速度vmax，即vmax＝min{vr,vs}。
8.根据权利要求3所述的弯道路段车辆侧翻侧滑风险远程防控方法，其特征在于，步骤5中，所述最小制动减速度amin的计算公式为：
Figure FDA0002752074000000034
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