CN114023080A - 基于车路协同的液罐车弯道防侧滑侧翻限速系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于车路协同的液罐车弯道防侧滑侧翻限速系统，包括用于采集弯道信息数据的路侧单元、用于采集车辆基本信息数据的车载单元、中央处理单元报警单元和车速控制单元，路侧单元和车载单元与中央处理单元通讯连接，中央处理单元与报警单元和车速控制单元通讯连接；本发明还公开一种基于车路协同的液罐车弯道防侧滑侧翻限速方法，中央处理单元根据路侧单元和车载单元计算车辆转弯的临界车速，并基于临界车速计算车辆进入弯道时不发生侧滑或侧翻的安全车速；中央处理单元根据车辆的实时车速判断其侧滑或侧翻风险等级并进行预警或车速控制。本发明能够预测潜在的侧翻危险，进行事前预警并主动进行控制，以保证车辆安全行驶。

Description

基于车路协同的液罐车弯道防侧滑侧翻限速系统及方法

技术领域

本发明涉及一种液罐车主动安全控制系统，尤其涉及一种基于车路协同的液罐车弯道防侧滑侧翻限速系统。

背景技术

液罐车广泛应用于液体货物的道路运输，且道路液态危险品运输需求和运输量逐年增长。据统计，弯道路段为交通事故多发地段，主要原因是车速较快，在遇到突发情况如地上有积水积冰或者车速过快时，车辆容易发生侧滑或侧翻。由于液罐车的特殊性，一旦侧翻会造成严重的生命与财产损失。

所以，提高液罐车行驶安全性尤为重要。现阶段罐车侧翻预警方法主要事基于侧向加速度、横向载荷转移(LTR)和侧翻时间(TTR)等指标来实现预警，这些方法是通过提前设定某些参数的侧翻门限值，当车辆接近或者超过门限值时，预警系统才会发出预警，存在预警不及时的缺陷，无法对潜在危险进行预测。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种能够在液罐车弯道行驶前预警潜在危险并进行主动控制的系统和方法。

技术方案：本发明所述的基于车路协同的液罐车弯道防侧滑侧翻限速系统包括用于采集弯道信息数据的路侧单元；用于采集车辆基本信息数据的车载单元；用于计算临界车速，包括侧滑临界车速和侧翻临界车速的中央处理单元；以及根据中央处理单元判断车辆有侧滑或侧翻风险时发出预警的报警单元和用于控制车速的车速控制单元，所述路侧单元和车载单元与中央处理单元通讯连接，所述中央处理单元与报警单元和车速控制单元通讯连接。

所述路侧单元设置在在距弯道500-1000米范围内；所述路侧单元路侧单元的输出端与车载单元的输入端通讯连接，以专用短程通信方式将所采集的弯道信息数据输送至车载单元。

所述车速控制单元安装在驾驶室内油门踏板上，其输入端与中央处理单元的输出端通讯连接，车速控制单元包括节气门位置传感器和控制电机，通过中央处理单元输出的信息控制所述的控制电机调整节气门开度。

所述弯道信息包括车辆与弯道入口的距离、海拔高度、天气情况、弯道转弯半径R、道路倾角α、路面摩擦系数

所述车辆基本信息包括：车辆经纬度信息(A_i，B_j)、轮距B、车辆实时车速V、液罐重心高度D、空车质心距地面高度D₁、空车质量m₁，装载液体密度ρ。

本发明所述基于上述系统进行液罐车防侧滑侧翻限速的方法包括如下步骤：

(1)当车载单元接收到路侧单元的信息后，将弯道信息与车载单元采集的信息发送给中央处理单元；

(2)中央处理单元计算车辆转弯的临界车速，并基于临界车速计算车辆进入弯道时不发生侧滑或侧翻的安全车速；

(3)中央处理单元根据车辆的实时车速判断其侧滑或侧翻风险等级；当判断车辆存在中等侧滑或侧翻风险时，报警单元发出提醒，当判断车速存在高风险时，报警单元发出提醒，如驾驶员未能在设定时间内将车速降低至安全范围内，则车速控制单元进行强制减速。

所述步骤(2)中车辆转弯的临界车速包括侧滑临界车速和侧翻临界车速；所述侧滑临界车速V_hmax按下式计算：

上式中，g为重力加速度，R为弯道转弯半径，

为路面摩擦系数，α为道路倾角；所述侧翻临界车速V_fmin按下式计算：

上式中，B为车辆轮距，m1为空车质量，m2为液罐车装载的液体质量，D为液罐重心高度，D₁为空车质心距地面高度，y₀为装载液体质心的纵坐标，按下式计算：

y₀＝Ix/S

上式中，Ix是液体截面相对于x轴的静矩，S为液体截面面积；

所述安全车速V_safe的表达式如下：

V_safe＝min{V_fmax,V_hmax}。

所述步骤(3)中，侧滑或侧翻的风险等级按如下步骤判断：

计算实际车速与安全车速之差，如下式所示：

ΔV＝V-V_safe

当ΔV≤t₁时，车辆处于安全状态，无侧翻侧滑风险；

当t₁＜ΔV≤t₂时，车辆处于低风险状态；

当ΔV＞t₂时，车辆处于高风险状态；

其中，t₁、t₂为根据车辆的属性预设的安全参数，且t₁＜t₂。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：在安全行驶时能够预测潜在的侧翻危险，进行事前预警并主动进行控制，以保证车辆安全行驶，同时能够增加报警的精确度，减少报警次数，提升车辆安全性的同时能缓解驾驶员的行车紧张程度。

附图说明

图1为本发明所述系统的结构示意图；

图2为本发明所述系统的控制流程示意图；

图3为本发明所述方法的车辆侧滑临界情况下的受力分析简图；

图4为本发明所述方法的车辆侧翻临界情况下的受力分析简图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

如图1所示，本发明的基于车路协同的液罐车防侧滑侧翻限速系统，包括用于获取弯道信息的路侧单元；用于获取车辆基本信息的车载单元；用于计算临界车速，包括侧滑临界车速V_hmax和侧翻临界车速V_fmax的中央处理单元；用于控制车速的车速控制单元和报警单元。

所述路侧单元包括信息收集子单元、信息交互子单元、信息发送与控制子单元组成。通过红外相机、毫米波雷达、遥感式路面状况检测仪等收集前方道路状态数据；路侧单元的输出端与车载单元的输入端通讯联接；所述车载单元包括车载车辆基本信息获取子单元和车载通信子单元；车载车辆基本信息单元通过安装在车轮上的车速传感器以及液面高度传感器等传感器获取车辆基本信息，包括轮距、空车质心距地面高度、空车质量，装载液体密度，液面重心高度、车辆经纬信息等；采用专用短程通信技术(DSRC)实现路侧单元与车载单元间的信息交互。所述车载单元的输出端与所述中央处理单元通讯连接，将车辆信息与弯道信息输入计算临界车速V_safe，所述中央处理单元的输出端分别与报警单元、车速控制单元和汽车显示单元相连。当没有接收到路侧单元信息时，车辆正常行驶；当接收到路侧单元发来的前方道路信息后，中央处理单元计算临界车速V_safe，通过比较临界车速与行驶测速的大小，决定是否进行预警和控制，记ΔV＝V-V_safe，所述安全风险按如下方法判断：

当ΔV≤t1时，车辆处于安全状态，无侧翻侧滑风险；

当t₁＜ΔV≤t₂时，车辆处于低风险状态，转弯时有可能发生侧滑或侧翻，提醒驾驶员注意保持车速；

当ΔV＞t₂时，车辆处于高风险状态，继续以当前车速过弯存在较大侧翻风险，此时由报警单元提醒驾驶员降低车速，并通过车速控制系统降低车辆行驶速度。

其中t₁,t₂为预设的安全参数，且有t₁<t₂，该安全参数可根据车辆的属性调整。

所述弯道信息包括：车辆与弯道入口的距离、海拔高度、天气情况、弯道转弯半径R、道路倾角α、路面摩擦系数

所述车辆基本信息包括：经纬度信息(A_i,B_j)、轮距B、车辆实时车速V、液罐重心高度D、空车质心据地面高度D1、空车质量m1，装载液体密度ρ。

路侧单元设置在弯道路道的一侧距离弯道500～1000米范围内，路侧单元通过采用专用短程通信技术(DSRC)，将采集到的弯道信息输出到车载单元；车载单元安装在汽车前方，能够采集汽车基本信息，车载单元的输入端与路侧单元的输出端电联接，其输出端与中央处理器的输入端电联接，将弯道信息与汽车基本信息输入中央处理单元；中央处理单元安装在车辆前方，其输出端与报警单元输入端连接。中央处理单元基于弯道信息和车辆基本信息来判断当前车速是否会造成车辆侧滑或侧翻，并将判断后的信息输出，报警单元提醒驾驶员采取相应措施降低车速；车速控制单元安装在驾驶室内油门踏板上，其输入端与中央处理单元的输出端电联接，车速控制单元包括节气门位置传感器、控制电机，通过中央处理单元输出的信息控制所述的控制电机，进而减小节气门开度，最终达到降低车速的目的。

如图2所述，本发明的工作过程如下：

当车载单元没有收到路侧单元的信息时，预警系统不工作，汽车正常行驶；当车载单元接收到路侧单元的信息后，通过车载单元获取到汽车基本信息和前方弯道信息，整理后发送给中央处理单元；中央处理单元对车辆转弯的临界车速，包括侧滑临界车速 V_hmax和侧翻临界车速V_fmax进行计算，随后于汽车实时车速进行比较判断。汽车在转弯行驶时，进入弯道不发生侧滑或侧翻的安全车速计算公式为V_safe，V_safe＝min{V_fmax, V_hmax}，其中

当ΔV≤t1时，车辆处于安全状态，无侧翻侧滑风险；当t1＜ΔV≤t2时，车辆处于低风险状态，转弯时有可能发生侧滑或侧翻，提醒驾驶员注意保持车速；当ΔV＞t2时，车辆处于高风险状态，继续以当前车速过弯存在较大侧翻风险，此时提醒驾驶员降低车速，如驾驶员在设定时间内未能将车速降到安全范围内，则并通过车速控制系统降低车辆行驶速度。

本实施例中临界车速计算过程如下：

液罐在平坦道路上匀速行驶时，在液罐的任一截面上，液体表面的形状是相同的，在讨论罐内液面数学模型时，可以选择任意界面进行分析，从而将三维问题简化为二维问题。如图3所示，以液罐截面的中心O为原点，建立坐标系xoy,

设液体的质心坐标为(x₀，y₀)，则x₀＝I_y/S,y0＝I_x/S，其中S为液体截面面积，I_y、I_x是液体截面相对于y轴和x轴的静矩。

液体质量：m₂＝ρV＝ρSL，故整车质量：m＝m₁+m₂，整车质心到y轴的距离：e＝m₂x₀/m，整车质心高度

其中D为液罐重心高度、D1空车质心据地面高度、m1 空车质量，ρ装载液体密度。

如图4所示，汽车曲线行驶时，汽车即将发生侧滑时，汽车的向心力与摩擦力在向心力方向上的分量相等，有

得

汽车在转弯行驶过程中即将发生侧翻时，汽车离心力对M点达到力矩等于重力对M点的力矩，其中M为外侧车轮与地面接触点，即有：

F_M·I_M＝G·I_G，其中I_M、I_G分别为离心力和重力的力臂，F_M为离心力

整理得

本实施例中未详细描述的部分均可用常规技术实现，故不再详述。

Claims (7)

1.一种基于车路协同的液罐车弯道防侧滑侧翻限速系统，其特征在于，所述系统包括用于采集弯道信息数据的路侧单元；用于采集车辆基本信息数据的车载单元；用于计算临界车速，包括侧滑临界车速和侧翻临界车速的中央处理单元；以及根据中央处理单元判断车辆有侧滑或侧翻风险时发出预警的报警单元和用于控制车速的车速控制单元，所述路侧单元和车载单元与中央处理单元通讯连接，所述中央处理单元与报警单元和车速控制单元通讯连接。

2.根据权利要求1所述的基于车路协同的液罐车弯道防侧滑侧翻限速系统，其特征在于，所述路侧单元设置在距弯道500-1000米范围内；所述路侧单元以专用短程通信方式将所采集的弯道信息数据输送至车载单元。

3.根据权利要求1所述的基于车路协同的液罐车弯道防侧滑侧翻限速系统，其特征在于，所述车速控制单元安装在驾驶室内油门踏板上，其输入端与中央处理单元的输出端通讯连接，车速控制单元包括节气门位置传感器和控制电机，通过中央处理单元输出的信息控制所述的控制电机调整节气门开度。

4.根据权利要求1所述的基于车路协同的液罐车弯道防侧滑侧翻限速系统，其特征在于，所述弯道信息包括车辆与弯道入口的距离、海拔高度、天气情况、弯道转弯半径R、道路倾角α、路面摩擦系数

所述车辆基本信息包括：车辆经纬度信息(A_i，B_j)、轮距B、车辆实时车速V、液罐重心高度D、空车质心据地面高度D₁、空车质量m₁，装载液体密度ρ。

5.一种使用权利要求1所述系统的基于车路协同的液罐车弯道防侧滑侧翻限速方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)当车载单元接收到路侧单元的信息后，将弯道信息与车载单元采集的信息发送给中央处理单元；

(2)中央处理单元计算车辆转弯的临界车速，并基于临界车速计算车辆进入弯道时不发生侧滑或侧翻的安全车速；

(3)中央处理单元根据车辆的实时车速判断其侧滑或侧翻风险等级；当判断车辆存在中等侧滑或侧翻风险时，报警单元发出提醒，当判断车速存在高风险时，报警单元发出提醒，如驾驶员未能在设定时间内将车速降低至安全范围内，则车速控制单元进行强制减速。

6.根据权利要求5所述的基于车路协同的液罐车弯道防侧滑侧翻限速方法，其特征在于，所述步骤(2)中车辆转弯的临界车速包括侧滑临界车速和侧翻临界车速；所述侧滑临界车速V_hmax按下式计算：

上式中，g为重力加速度，R为弯道转弯半径，

为路面摩擦系数，α为道路倾角；

所述侧翻临界车速V_fmin按下式计算：

上式中，B为车辆轮距，m1为空车质量，m2为液罐车装载的液体质量，D为液罐重心高度，D₁为空车质心距地面高度，y₀为装载液体质心的纵坐标，按下式计算：

y₀＝I_x/S

上式中，I_x是液体截面相对于x轴的静矩，S为液体截面面积；

所述安全车速V_safe的表达式如下：

V_safe＝min{V_fmax,V_hmax}。

7.根据权利要求5所述的基于车路协同的液罐车弯道防侧滑侧翻限速方法，其特征在于，所述步骤(3)中，侧滑或侧翻的风险等级按如下步骤判断：

计算实际车速与安全车速之差，如下式所示：

ΔV＝V-V_safe

当ΔV≤t₁时，车辆处于安全状态，无侧翻侧滑风险；

当t₁＜ΔV≤t₂时，车辆处于低风险状态；

当ΔV＞t₂时，车辆处于高风险状态；

其中，t₁、t₂为根据车辆的属性预设的安全参数，且t₁<t₂。

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