CN112896120B - 一种车辆弯道动态逆向推理侧翻预警方法 - Google Patents

Abstract

一种车辆弯道动态逆向推理侧翻预警方法，包括以下步骤：侧翻预警单元在工作开始时会假设时间为t＝t₀，t₀为初始时刻，步长为ΔT,采样次数n，满足n＝0，其具体工作流程包括以下步骤：步骤1)、确定车辆在当前车辆状态和行驶工况状态下的差动制动防侧翻控制临界启动时间T；步骤2)、计算出t时刻下的LTR_a(t)和

步骤3)、计算出t时刻下LTR_p(t)；步骤4)、判定差动制动启动时机。本发明提供了一种车辆弯道动态逆向推理侧翻预警方法，通过动态逆向推理方式在设定LTR_P过程中考虑车辆状态信息和道路行驶环境对车辆差动制动防侧翻控制效果的影响，提升车辆在弯道行驶工况下的侧翻稳定性。

Description

一种车辆弯道动态逆向推理侧翻预警方法

技术领域

本发明涉及车辆防侧翻控制技术领域，尤其是涉及一种车辆弯道动态逆向推理侧翻预警方法。

背景技术

车辆在弯道行驶过程中的侧翻事故被视为一种严重的道路交通事故，成为人们日益关注的公共安全问题。当车辆的横向加速度足够大时，转向内侧轮胎不能达到极限附着状态，同时车身绕其纵轴线旋转角度大于90°时就会发生侧翻事故，造成人员伤亡和交通堵塞。差动制动防侧翻控制是一种典型的主动防侧翻控制技术，通过在很短时间内向车辆车轮施加足够大且精准的制动力产生相应的横摆力矩来降低车速并稳定车辆行驶状态。实施差动制动防侧翻控制的主要技术难点之一在于如何及时准确地确定差动制动防侧翻控制干预时机，也就是所谓的车辆侧翻预警方法。

现有的车辆侧翻预警技术往往将横向载荷转移率LTR(-1≤LTR≤1，LTR＝±1时表示车轮即将离地发生侧翻)作为侧翻评价指标，设定一个固定不变的侧翻主动控制阈值LTR_P，并根据关键传感器信号和力学模型计算出实际横向载荷转移率LTR_a，一旦满足|LTR_a|≥LTR_P则主动防侧翻控制系统介入工作。如中国专利申请号为201810343953.6，名称为“基于感知载荷和主动制动的重型车防侧翻预警系统”，该发明通过位移传感器接受悬挂位移量、横向加速度传感器接收信号，代入横向载荷转移率模型中计算出实际横向载荷转移率LTR_a，并人为设置侧翻主动控制阈值(即LTR_P)为0.9，当发生|LTR_a|≥0.9则主动防侧翻控制系统介入工作。但是，上述发明存在以下不足：LTR_P是根据人为经验确定的，也就是侧翻预警过程中始终理想化地认为只要车辆开启了差动制动防侧翻控制就可以避免车辆侧翻危险发生，忽略了车辆状态信息(车辆行驶车速、加速度)和道路行驶环境等条件对车辆防侧翻控制效果的影响。然而，实施差动制动防侧翻控制是通过地面对轮胎的制动力产生作用于车辆的横摆力矩，这一过程受到路面附着系数约束(路面附着系数越大，地面对车轮所能提供的制动力就越大)。也就是说存在即使及时开启差动制动防侧翻控制，但是当车辆行驶速度过快且路面附着系数较小造成差动制动产生横摆力矩值不足有效抑制LTR值上升趋势，车辆仍然会发生侧翻危险，也就有必要在该情况下适当减小LTR_P值以便尽快启动差动制动防侧翻控制。因此，考虑实际车辆行驶条件和路面附着条件，对LTR_P值的设定进行实时动态调整对于提升车辆行驶安全性具有重要研究意义。

发明内容

针对车辆在弯道行驶工况下侧翻预警方法存在忽略了车辆状态信息和道路行驶环境等外界条件对车辆差动制动防侧翻控制效果的影响，一旦遇到某些特殊行驶工况(比如行驶速度较大且路面附着系数较小)可能出现差动制动防侧翻干预不及时导致车辆发生侧翻危险的问题，本发明提供了一种车辆弯道动态逆向推理侧翻预警方法，通过动态逆向推理方式在设定LTR_P过程中考虑车辆状态信息和道路行驶环境对车辆差动制动防侧翻控制效果的影响，提升车辆在弯道行驶工况下的侧翻稳定性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种车辆弯道动态逆向推理侧翻预警方法，包括差动制动防侧翻系统，所述差动制动防侧翻系统包括纵向加速度传感器、横向加速度传感器、横摆角速度传感器、汽车CAN总线、信号采集处理单元、侧翻预警单元、差动制动控制系统、左轮制动执行机构、右轮制动执行机构、左轮制动轮缸、左车轮、右轮制动轮缸和右车轮；所述侧翻预警单元包括时变侧翻参考模型数据库、LTR_a和

计算单元、LTR_p计算单元以及差动制动启动时机判断单元，LTR_a为实际横向载荷转移率，

为LTR_a的一阶导数，LTR_p为侧翻主动控制阈值；所述时变侧翻参考模型数据库接收信号采集处理单元传递来的簧载质量、车速、纵向加速度、路面附着系数和前轮转角信息，输出差动制动防侧翻控制临界启动时间T到LTR_p计算单元中；LTR_a和

计算单元接收信号采集处理单元传递来的横向加速度a_y、侧倾角速度

和侧倾角加速度

信号，通过计算得到t时刻下的LTR_a(t)和

值，输出LTR_a(t)计算结果到差动制动启动时机判断单元，输出

计算结果到LTR_p计算单元中；LTR_p计算单元计算出根据差动制动防侧翻控制临界启动时间T和t时刻下的

计算出t时刻下LTR_p(t)并输入到差动制动启动时机判断单元中；

所述方法包括以下步骤：

侧翻预警单元在工作开始时会假设时间为t＝t₀，t₀为初始时刻，步长为ΔT,采样次数n，满足n＝0，其具体工作流程包括以下步骤：

步骤1)、确定车辆在当前车辆状态和行驶工况状态下的差动制动防侧翻控制临界启动时间T；

步骤2)、计算出t时刻下的LTR_a(t)和

步骤3)、计算出t时刻下LTR_p(t)；

步骤4)、判定差动制动启动时机。

进一步，所述步骤1)中还包括以下步骤：

侧翻参考模型数据库根据t时刻初始状态下车辆状态信息和弯道行驶工况信息判定开启差动制动防侧翻控制是否可以有效避免车辆发生侧翻危险，若判定无法有效控制，则直接输出侧翻危险信号提醒驾驶员进行人为减速操作；若判定可以有效控制，则查询侧翻参考模型数据库中预先制定好的关于差动制动防侧翻临界控制时间T的MAP表，在MAP表中通过线性插值法得到车辆在当前车辆状态和行驶工况状态下的差动制动防侧翻控制临界启动时间T；

所述时变侧翻参考模型数据库中的差动制动防侧翻临界控制时间T的MAP表的输入是前轮转角δ、路面附着系数μ(λ)、车速v和加速度

输出是差动制动防侧翻控制临界启动时间T，所述MAP表是基于MATLAB/Simulink软件进行大量的仿真得到的，仿真方法建立差动制动防侧翻临界控制时间T的MAP表的具体操作如下：

1)在考虑前轮转角δ、路面附着系数μ(λ)、车速v和加速度

取值范围前提下设置训练数据集，假设n个训练数据集，每个数据都包含一个不同取值的前轮转角、路面附着系数、车速和加速度；且保证所设定数据个数合理，能够较好反应各变量在其取值范围内的分布；

2)在MATLAB/Simulink软件中建立考虑横向、纵向、横摆和侧倾运动模型进行闭环仿真，根据抗横摆力矩控制和力矩分配单元求解得到修正后的抗横摆力矩M_i′，将每一个训练数据依次输入考虑横向、纵向、横摆和侧倾运动的仿真模型，通过不断延长差动制动防侧翻控制临界启动时间进行闭环仿真，直至车辆达到侧翻临界状态；

3)将n个训练数据集依次输入仿真模型得到的差动制动防侧翻控制临界启动时间T，从而产生所示关于差动制动防侧翻控制临界启动时间T的MAP表。

再进一步，所述步骤2)中还包括以下步骤：

LTR_a和

计算单元根据信号采集处理单元提供的t时刻下的横向加速度a_y(t)、侧倾角速度

和侧倾角加速度

计算出t时刻下的LTR_a(t)和

式中：m和m_s分别为整车质量和簧载质量；g为重力加速度；h和H为侧倾臂长和质心高度；B为轮距宽度；LTR_a(t)和LTR_a(t-ΔT)分别为t和t-ΔT时刻的实际横向载荷转移率。

再进一步，所述步骤3)中还包括以下步骤：

LTR_p计算单元接收侧翻参考模型数据库传递过来的差动制动防侧翻控制临界启动时间T以及LTR_a和

计算单元传递过来的t时刻下的

计算出t时刻的LTR_p(t)：

更进一步，所述步骤4)中还包括以下步骤：

差动制动启动时机判断单元将LTR_a和

计算单元传递过来的t时刻下的LTR_a(t)和LTR_p计算单元传递过来的t时刻下LTR_p(t)进行大小判断：若判断结果为LTR_a(t)＜LTR_p(t)，则令采样次数n满足n＝n+1且时间t为t＝t₀+n·ΔT，重新返回步骤2)开始运行；若判断结果为LTR_a(t)≥LTR_p(t)，则输出差动制动控制启动信号到差动制动控制系统，侧翻预警工作结束。

本发明的有益效果主要表现在：提出一种车辆弯道动态逆向推理侧翻预警方法，该方法在确定差动制动防侧翻控制干预时机过程中，可以充分考虑考虑道路行驶环境和车辆时变状态对差动制动防侧翻控制效果影响，通过精准判断差动制动防侧翻控制最佳干预时机，提升车辆差动制动防侧翻控制效果。

附图说明

图1是差动制动防侧翻系统的工作原理图。

图2是侧翻预警单元结构组成示意图。

图3是侧翻预警单元工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

如图1所示，本发明所运用于的差动制动防侧翻系统主要由纵向加速度传感器1、横向加速度传感器2、横摆角速度传感器3、汽车CAN总线4、信号采集处理单元5、侧翻预警单元6、差动制动控制系统7、左轮制动执行机构8、右轮制动执行机构9、左轮制动轮缸10、左车轮11、右轮制动轮缸12和右车轮13组成，所述纵向加速度传感器1、横向加速度传感器2、横摆角速度传感器3、汽车CAN总线4均分别与信号采集处理单元5连接，信号采集处理单元5与侧翻预警单元6连接，侧翻预警单元6与差动制动控制系统7连接，差动制动控制系统7分别与左轮制动执行机构8、右轮制动执行机构9连接，左轮制动执行机构8通过左轮制动轮缸10与左车轮11连接，右轮制动执行机构9通过右轮制动轮缸12与右车轮13连接；

所述差动制动防侧翻系统中纵向加速度传感器1、横向加速度传感器2和横摆角速度传感器3分别用于采集车辆的纵向加速度a_x、横向加速度a_y和横摆角速度ω_r信号；汽车CAN总线4确定簧载质量、车速、侧倾角速度、侧倾角加速度以及前方弯道曲率半径、前轮转角和路面附着系数信息；信号采集处理单元5接收并处理纵向加速度传感器1、横向加速度传感器2、横摆角速度传感器3和汽车CAN总线4的信号信息，确定车辆实时状态信息(簧载质量、车速、纵向加速度、横向加速度、横摆角速度、侧倾角加速度)和弯道行驶工况信息(曲率半径、前轮转角、路面附着系数)并输入到侧翻预警单元6；侧翻预警单元6根据预先设定侧翻预警逻辑来确定差动制动启动时机；一旦差动制动启动时机到来，差动制动控制系统7根据侧翻预警单元6发出的启动指令，分别计算出车辆左车轮11和右车轮13所需要施加的左、右轮理想制动力，并通过控制左轮制动执行机构8和右轮制动执行机构9来调节左轮制动轮缸10和右轮制动轮缸12内制动液压力大小，通过调节作用于左车轮11和右车轮13的制动力产生作用于车辆的横摆力矩，最终实现车辆在弯道行驶过程中的差动制动防侧翻控制。

如图2所示，侧翻预警单元6由时变侧翻参考模型数据库14、LTR_a和

计算单元15、LTR_p计算单元16以及差动制动启动时机判断单元17组成；LTR_a为实际横向载荷转移率，

为LTR_a的一阶导数，LTR_p为侧翻主动控制阈值；

所述时变侧翻参考模型数据库14接收信号采集处理单元5传递来的簧载质量、车速、纵向加速度、路面附着系数和前轮转角信息，输出差动制动防侧翻控制临界启动时间T到LTR_p计算单元16中；LTR_a和

计算单元15接收信号采集处理单元5传递来的横向加速度a_y、侧倾角速度

和侧倾角加速度

信号，通过计算得到t时刻下的LTR_a(t)和

值，输出LTR_a(t)计算结果到差动制动启动时机判断单元17，输出

计算结果到LTR_p计算单元16中；LTR_p计算单元16计算出根据差动制动防侧翻控制临界启动时间T和t时刻下的

计算出t时刻下LTR_p(t)并输入到差动制动启动时机判断单元17中。

如图3所示，侧翻预警单元6在工作开始时会假设时间为t＝t₀(t₀为初始时刻)，步长为ΔT，采样次数n满足n＝0，其具体工作流程包括以下步骤：

步骤1)、确定车辆在当前车辆状态和行驶工况状态下的差动制动防侧翻控制临界启动时间T：

将簧载质量、车速、纵向加速度、路面附着系数和前轮转角信息作为输入量输入到侧翻参考模型数据库14中，侧翻参考模型数据库14根据t时刻初始状态下车辆状态信息和弯道行驶工况信息判定开启差动制动防侧翻控制是否可以有效避免车辆发生侧翻危险，若判定无法有效控制，则直接输出侧翻危险信号提醒驾驶员进行人为减速操作；若判定可以有效控制，则查询侧翻参考模型数据库14中预先制定好的关于差动制动防侧翻临界控制时间T的MAP表，在MAP表中通过线性插值法得到车辆在当前车辆状态和行驶工况状态下的差动制动防侧翻控制临界启动时间T；

所述时变侧翻参考模型数据库中的差动制动防侧翻临界控制时间T的MAP表的输入是前轮转角δ、路面附着系数μ(λ)、车速v和加速度

输出是差动制动防侧翻控制临界启动时间T，所述MAP表是基于MATLAB/Simulink软件进行大量的仿真得到的，仿真方法建立差动制动防侧翻临界控制时间T的MAP表具体操作如下：

1)在考虑前轮转角δ、路面附着系数μ(λ)、车速v和加速度

取值范围前提下设置训练数据集(假设n个训练数据集，每个数据都包含一个不同取值的前轮转角、路面附着系数、车速和加速度；且保证所设定数据个数合理，能够较好反应各变量在其取值范围内的分布)；

2)在MATLAB/Simulink软件中建立考虑横向、纵向、横摆和侧倾运动模型进行闭环仿真，根据抗横摆力矩控制和力矩分配单元求解得到修正后的抗横摆力矩M_i′，将每一个训练数据依次输入考虑横向、纵向、横摆和侧倾运动的仿真模型，通过不断延长差动制动防侧翻控制临界启动时间进行闭环仿真，直至车辆达到侧翻临界状态；

3)将n个训练数据集依次输入仿真模型得到的差动制动防侧翻控制临界启动时间T，从而产生所示关于差动制动防侧翻控制临界启动时间T的MAP表。

步骤2)、计算出t时刻下的LTR_a(t)和

LTR_a和

计算单元15根据信号采集处理单元5提供的t时刻下的横向加速度a_y(t)、侧倾角速度

和侧倾角加速度

计算出t时刻下的LTR_a(t)和

式中：m和m_s分别为整车质量和簧载质量；g为重力加速度；h和H为侧倾臂长和质心高度；B为轮距宽度；LTR_a(t)和LTR_a(t-ΔT)分别为t和t-ΔT时刻的实际横向载荷转移率。

步骤3)、计算出t时刻下LTR_p(t)：

LTR_p计算单元16接收侧翻参考模型数据库14传递过来的差动制动防侧翻控制临界启动时间T以及LTR_a和

计算单元15传递过来的t时刻下的

计算出t时刻的LTR_p(t)：

步骤4)、判定差动制动启动时机：

差动制动启动时机判断单元17将LTR_a和

计算单元15传递过来的t时刻下的LTR_a(t)和LTR_p计算单元16传递过来的t时刻下LTR_p(t)进行大小判断：若判断结果为LTR_a(t)＜LTR_p(t)，则令采样次数n满足n＝n+1且时间t赋值为t＝t₀+n·ΔT，重新返回步骤2)开始运行；若判断结果为LTR_a(t)≥LTR_p(t)，则输出差动制动控制启动信号到差动制动控制系统7，侧翻预警工作结束。

Claims (4)

1.一种车辆弯道动态逆向推理侧翻预警方法，其特征在于：包括差动制动防侧翻系统，所述差动制动防侧翻系统包括纵向加速度传感器、横向加速度传感器、横摆角速度传感器、汽车CAN总线、信号采集处理单元、侧翻预警单元、差动制动控制系统、左轮制动执行机构、右轮制动执行机构、左轮制动轮缸、左车轮、右轮制动轮缸和右车轮；所述侧翻预警单元包括时变侧翻参考模型数据库、LTR_a和

计算单元、LTR_p计算单元以及差动制动启动时机判断单元，LTR_a为实际横向载荷转移率，

为LTR_a的一阶导数，LTR_p为侧翻主动控制阈值；所述时变侧翻参考模型数据库接收信号采集处理单元传递来的簧载质量、车速、纵向加速度、路面附着系数和前轮转角信息，输出差动制动防侧翻控制临界启动时间T到LTR_p计算单元中；LTR_a和

计算单元接收信号采集处理单元传递来的横向加速度a_y、侧倾角速度

和侧倾角加速度

信号，通过计算得到t时刻下的LTR_a(t)和

值，输出LTR_a(t)计算结果到差动制动启动时机判断单元，输出

计算结果到LTR_p计算单元中；LTR_p计算单元计算出根据差动制动防侧翻控制临界启动时间T和t时刻下的

计算出t时刻下LTR_p(t)并输入到差动制动启动时机判断单元中；

所述方法包括以下步骤：

侧翻预警单元在工作开始时会假设时间为t＝t₀，t₀为初始时刻，步长为ΔT,采样次数n，满足n＝0，其具体工作流程包括以下步骤：

步骤1)、确定车辆在当前车辆状态和行驶工况状态下的差动制动防侧翻控制临界启动时间T；

步骤2)、计算出t时刻下的LTR_a(t)和

步骤3)、计算出t时刻下LTR_p(t)；

步骤4)、判定差动制动启动时机；

所述步骤1)中还包括以下步骤：

侧翻参考模型数据库根据t时刻初始状态下车辆状态信息和弯道行驶工况信息判定开启差动制动防侧翻控制是否可以有效避免车辆发生侧翻危险，若判定无法有效控制，则直接输出侧翻危险信号提醒驾驶员进行人为减速操作；若判定可以有效控制，则查询侧翻参考模型数据库中预先制定好的关于差动制动防侧翻临界控制时间T的MAP表，在MAP表中通过线性插值法得到车辆在当前车辆状态和行驶工况状态下的差动制动防侧翻控制临界启动时间T；

所述时变侧翻参考模型数据库中的差动制动防侧翻临界控制时间T的MAP表的输入是前轮转角δ、路面附着系数μ(λ)、车速v和加速度

输出是差动制动防侧翻控制临界启动时间T，所述MAP表是基于MATLAB/Simulink软件进行大量的仿真得到的，仿真方法建立差动制动防侧翻临界控制时间T的MAP表的具体操作如下：

1)在考虑前轮转角δ、路面附着系数μ(λ)、车速v和加速度

取值范围前提下设置训练数据集，假设n个训练数据集，每个数据都包含一个不同取值的前轮转角、路面附着系数、车速和加速度；且保证所设定数据个数合理，能够较好反应各变量在其取值范围内的分布；

2)在MATLAB/Simulink软件中建立考虑横向、纵向、横摆和侧倾运动模型进行闭环仿真，根据抗横摆力矩控制和力矩分配单元求解得到修正后的抗横摆力矩M′_i，将每一个训练数据依次输入考虑横向、纵向、横摆和侧倾运动的仿真模型，通过不断延长差动制动防侧翻控制临界启动时间进行闭环仿真，直至车辆达到侧翻临界状态；

3)将n个训练数据集依次输入仿真模型得到的差动制动防侧翻控制临界启动时间T，从而产生所示关于差动制动防侧翻控制临界启动时间T的MAP表。

2.如权利要求1所述的一种车辆弯道动态逆向推理侧翻预警方法，其特征在于：所述步骤2)中还包括以下步骤：

LTR_a和

计算单元根据信号采集处理单元提供的t时刻下的横向加速度a_y(t)、侧倾角速度

和侧倾角加速度

计算出t时刻下的LTR_a(t)和

式中：m和m_s分别为整车质量和簧载质量；g为重力加速度；h和H为侧倾臂长和质心高度；B为轮距宽度；LTR_a(t)和LTR_a(t-ΔT)分别为t和t-ΔT时刻的实际横向载荷转移率。

3.如权利要求2所述的一种车辆弯道动态逆向推理侧翻预警方法，其特征在于：所述步骤3)中还包括以下步骤：

LTR_p计算单元接收侧翻参考模型数据库传递过来的差动制动防侧翻控制临界启动时间T以及LTR_a和

计算单元传递过来的t时刻下的

计算出t时刻的LTR_p(t)：

4.如权利要求3所述的一种车辆弯道动态逆向推理侧翻预警方法，其特征在于：所述步骤4)中还包括以下步骤：

差动制动启动时机判断单元将LTR_a和

计算单元传递过来的t时刻下的LTR_a(t)和LTR_p计算单元传递过来的t时刻下LTR_p(t)进行大小判断：若判断结果为LTR_a(t)＜LTR_p(t)，则令采样次数n满足n＝n+1且时间t为t＝t₀+n·ΔT，重新返回步骤2)开始运行；若判断结果为LTR_a(t)≥LTR_p(t)，则输出差动制动控制启动信号到差动制动控制系统，侧翻预警工作结束。

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