CN210574293U - 基于智能网联的匝道路段车辆防失稳车速预警系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于智能网联的匝道路段车辆防失稳车速预警系统，包括测速雷达、车型检测器、路侧传感采集装置、反馈预警装置和工控机，测速雷达探测驶入匝道车辆的特征量，车型检测器实时检测驶入匝道的车辆的车型信息，路侧传感采集装置用以获取匝道路段实时的道路信息参数，反馈预警装置用于发出预警信息，工控机用于基于智能网联的车辆匝道路段车辆防失稳车速计算算法的实现，工控机分别与测速雷达、车型检测器、路侧传感采集装置及反馈预警装置电性连接。该预警系统可实时提醒驾驶人注意自身车速以及提示临界防失稳车速，保证驾驶人合理的控制车速，以安全驶过匝道路段。

Description

基于智能网联的匝道路段车辆防失稳车速预警系统

技术领域

本实用新型属于智能交通安全技术领域，涉及一种基于智能网联的匝道路段车辆防失稳车速预警系统。

背景技术

随着车联网技术的发展，智能车联网已成为可能，智能网联车辆为配备最新的车载传感器、控制器、执行器等装置，并以先进的网络通信技术为基础，完成车与X(人、车、路、后台等)智能信息交互共享，具备复杂的环境感知、智能决策、协同控制和执行等功能，可实现安全、舒适、节能、高效行驶，并最终实现真正无人驾驶的新一代车辆。智能网联车辆的研究成为交通领域研究的热点之一。

随着我国经济的快速发展，各类公路网络也在逐步形成。作为公路的重要组成部分，各类匝道路段是交通事故的高发点，例如高速公路进出口匝道、互通立交出口匝道等。由于匝道路段存在的安全问题较多，保障匝道路段的行车安全已成为道路安全领域迫切需要解决的问题。根据《中华人名共和国道路交通事故年报》的统计结果显示，2015年中，发生在弯道处的交通事故共有32026起，死亡13205人，受伤36423人，直接财产损失20343万元，分别占总数的17.05％、22.76％、18.22％、19.62％，其中有超过九成的交通事故是由于超速驾驶和操作失误而引发的。研究显示，只要合理选择过弯车速，就能够有效避免匝道侧向失稳事件的发生。因此，如果能在车辆匝道行驶时对其车速进行合理引导，将有效减少事故的发生，避免失稳事件发生。

目前，已有相关研究针对车辆匝道安全行驶状态进行了分析研究。然而，现有技术较少综合考虑侧滑和侧翻两种危险状态的情况，并且针对的车型较为单一，其建立的车辆动力学模型，既未考虑车辆侧滑过程中的垂向载荷偏移影响，对于车辆侧滑临界条件的判断不够精确，也未定量分析临界侧翻速度与车辆横向载荷转移率之间的关系，未对匝道车速的影响因素做系统的分析。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术中的问题，提供一种改进的基于智能网联的匝道路段车辆防失稳车速预警系统。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种基于智能网联的匝道路段车辆防失稳车速预警系统，包括：

测速雷达，用于探测驶入匝道车辆的特征量；

车型检测器，用于实时检测驶入匝道的车辆的车型信息，并与已经存储的车型数据库比对，获取驶入匝道的车辆的车型信息以及车辆结构信息；

路侧传感采集装置，用以获取匝道路段实时的道路信息参数；

反馈预警装置，用于发出预警信息；

工控机，用于基于智能网联的车辆匝道路段车辆防失稳车速计算算法的实现，所述工控机分别与所述测速雷达、所述车型检测器、所述路侧传感采集装置及所述反馈预警装置电性连接。

优选地，所述反馈预警装置包括用于反馈声音预警信息的语言子系统、用于反馈光线预警信息的预警灯及用于反馈文字预警信息的显示屏中的一种或多种。

进一步地，所述语言子系统、所述预警灯及所述显示屏分别安装在驶入匝道后的同一位置或不同位置处。

优选地，所述测速雷达安装在匝道处，所述测速雷达探测驶入匝道的车辆的特征量至少包括车辆当前车速及位置。

优选地，所述工控机为工业计算机，所述工控机安装在匝道处。

优选地，所述工控机分别与所述测速雷达、所述车型检测器、所述路侧传感采集装置及所述反馈预警装置通过导线电性连接。

优选地，所述预警系统还包括用于对驶入匝道的车辆的轴或轴组的重量进行称量的轴重秤，所述轴重秤安装在驶入匝道前一位置处，所述轴重秤与所述工控机电性连接。

由于上述技术方案的运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：本实用新型的基于智能网联的匝道路段车辆防失稳车速预警系统通过智能网联技术进行互联以及控制，以先进的网络通信技术为基础，完成人、车、路、后台智能信息交互共享，进行协同控制和执行。该预警系统可实时提醒驾驶人注意自身车速以及提示临界防失稳车速，保证驾驶人合理的控制车速，以安全驶过匝道路段。

附图说明

图1是本实用新型的基于智能网联的匝道路段车辆防失稳车速预警系统的结构示意图；

图2是本实用新型的基于智能网联的匝道路段车辆防失稳车速引导方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图来对本实用新型的技术方案作进一步的阐述。

如图1所示，本实用新型的基于智能网联的匝道路段车辆防失稳车速预警系统包括测速雷达1、车型检测器2、路侧传感采集装置3、反馈预警装置和工控机4。

测速雷达1用以探测驶入匝道的车辆的位置、速度等特征量，其安装在驶入匝道处。车型检测器2用以实时检测驶入匝道的车辆的车型信息，并与已经存储的车型数据库比对，获取驶入匝道的车辆的车型信息以及车辆结构信息等，其安装在驶入匝道前，本实施例中，其安装在驶入匝道前5m处。路侧传感采集装置3用以获取匝道路段实时的道路信息参数，其安装在驶入匝道处。

预警系统还包括轴重秤5，轴重秤5为轴重计量子力学动静态电子衡，其用以对驶入匝道的车辆的轴或轴组的重量进行称量，经累加从而获得整车重量。轴重秤5安装在驶入匝道前，本实施例中，其安装在驶入匝道前10m处。

反馈预警装置包括语言子系统61、预警灯62和显示屏63中的一种或多种。语言子系统61为将声音进行放大，传播的更远的反馈预警装置扩音器，其用于反馈声音预警信息，语言子系统61安装在驶入匝道后，本实施例中，其安装在驶入匝道后5m处。预警灯62同样用以警示驾驶人预警信息，其反馈光线预警信息，安装在驶入匝道后，本实施例中，其安装在驶入匝道后8m处。显示屏63同样用以警示提醒驾驶人，其反馈文字预警信息，安装在驶入匝道后，本实施例中，其安装在驶入匝道后5m处。

工控机4为工业计算机，用于基于智能网联的匝道路段车辆防失稳车速引导算法的实现。工控机4分别与测速雷达1、车型检测器2、路侧传感采集装置3、轴重秤5及反馈预警装置电性连接，本实施例中，其分别通过导线与测速雷达1、车型检测器2、路侧传感采集装置3、轴重秤5、语言子系统61、预警灯62和显示屏63连接，以将测速雷达1、车型检测器2、路侧传感采集装置3、轴重秤5检测获得的数据传送到工控机4中，并通过比较计算得到的防失稳车速与测速雷达的结果，生成预警信号，并控制语言子系统61、预警灯62和显示屏63发布预警信息。工控机4安装在匝道处。

该预警系统通过智能网联技术进行互联以及控制，以先进的网络通信技术为基础，完成人、车、路、后台智能信息交互共享，进行协同控制和执行。

该实施例中，显示屏63将该车辆的实时车速、系统算得的临界防失稳车速和该车辆的超速判断信息均显示在显示屏63上，并且通过语言子系统61、预警灯62提示驾驶员安全行驶，整个预警工作实时完成。该预警系统可实时提醒驾驶人注意自身车速以及提示临界防失稳车速，保证驾驶人合理的控制车速，以安全驶过匝道路段。

如图2所示，本实用新型针对车辆在匝道发生的侧翻、侧滑等侧向失稳事件，基于智能网联技术，假设车辆与道路之间可进行信息交互，并通过已标定的驾驶行为特征参数，在充分考虑人、车、路三者影响的基础上，建立一种基于智能网联的匝道路段车辆防失稳车速引导方法。

该方法主要包括以下步骤：

(1)计算车辆匝道防侧滑失稳车速

关于侧滑的车辆动力学模型往往过于简单，主要未考虑前后轴因素，也未考虑在转弯过程中的载荷偏移。值得注意的是，轮胎的动载荷随汽车的行驶工况不断变化，并且对轮胎的纵向力和横向力有着重要影响，因此建模时必须重点考虑。车辆在匝道行驶过程中，若车轮横向附着力小于路面与轮胎之间的横向摩擦阻力时，则会产生侧滑失稳。

汽车的侧滑失稳工况包括：四轮侧滑、前轴侧滑和后轴侧滑，汽车前后轴同时发生侧滑的情况很少。只要前后轴中的一轴发生侧滑，可视为汽车发生了侧滑。因此，车辆前后轴发生侧滑失稳的临界速度V_s为：

式中，B为轮距，单位为m；θ为路面横坡角，单位为°；h_g为车辆质心高度，单位为m；λ为横向附着力转换系数，取0.8；

为路面附着系数；h为质心至侧倾中心的距离，单位为m；K_Φ为悬架系统侧倾刚度，单位为N·m·rad-1；m_s为车辆簧载质量，单位为kg；g为重力加速度，取9.8m/s²；R为车辆行驶匝道半径，单位为m。

θ、λ、

及R的数值通过路侧传感采集装置3测试获得，B、h_g、h、K_Φ及m_s的数值通过车型检测器2检测获得。

(2)计算车辆匝道防侧翻失稳车速

车辆的侧滑临界速度计算虽能够为小型轿车提供有效的防失稳车速指示，但对于重型货车、客车等车型，仍然存在一定的不足。原因在于这类车型的重心位置较高，当其在高附着路面的匝道高速行驶时，还会受到较大的由离心力和横向附着力组成的倾覆力矩，从而引发车辆重量向转弯外侧轮胎转移，即车辆的横向载荷转移现象。一旦倾覆力矩增加到使转弯内侧轮胎脱离路面时，便出现所谓的“非绊倒型侧翻”或“曲线行驶引起的侧翻”。车辆的横向载荷转移率(Lateral load transfer ratio,LTR)是标志其发生侧翻的重要指标之一，当车辆发生侧翻时，内侧车轮的垂向载荷全部转移至外侧车轮。同时，考虑到车辆在受力作用下，轮胎接地中心向内偏移，使临界车速有所减少。因此，车辆发生侧翻失稳的临界速度V_r为：

式中，B为轮距，单位为m；θ为路面横坡角，单位为°；h_g为车辆质心高度，单位为m；h为质心至侧倾中心的距离，单位为m；K_Φ为悬架系统侧倾刚度，单位为N·m·rad-1；m_s为车辆簧载质量，单位为kg；g为重力加速度，取9.8m/s²；R为车辆行驶匝道半径，单位为m；K为修正系数，取0.95。

同步骤(1)，θ、λ、

及R的数值通过路侧传感采集装置3测试获得，B、h_g、h、K_Φ及m_s的数值通过车型检测器2检测获得。

(3)计算车辆过匝道车速

为了使智能驾驶车辆的车速决策尽可能做到拟人化的过匝道决策，通过对驾驶人过匝道驾驶行为进行研究后发现，匝道行车会产生侧向摩擦需求，而超过驾驶人生理承受能力的侧向摩擦需求会引起驾驶人的不舒适感。因此，驾驶人会综合考虑实际驾驶工况，选择合适的过匝道车速。因此，基于自动驾驶的算法应用基础，利用驾驶人亲自驾驶过匝道时收集到的驾驶工况信息数据进行线性回归拟合，根据实际反馈的驾驶人驾驶数据进行标定，车辆过匝道车速V_c为：

式中，θ为路面横坡角，单位为°；v_a为车辆实际车速，单位为m/s；R为车辆行驶匝道半径，单位为m；g为重力加速度，取9.8m/s²；a₀、a₁、a₂为标定的校准系数。

同步骤(1)，θ、及R的数值通过路侧传感采集装置3测试获得，v_a的数值通过测速雷达1检测获得，a₀、a₁及a₂的数值利用驾驶人亲自驾驶过匝道时收集到的驾驶工况信息数据进行线性回归拟合得到。

(4)计算车辆入匝道时的防失稳车速

车辆的侧滑失稳、侧翻失稳等侧向失稳事件，以及车辆过匝道行为与车辆重心高度、路面附着条件等均密切相关，单独分析车辆的侧滑或侧翻，以及车辆过匝道行为，并不能得到所有类型车辆在各种行驶工况下的防失稳车速。因此，综合考虑车辆侧滑和侧翻以及车辆过匝道行为，利用上述针对车辆侧滑、侧翻以及过匝道行为而计算得到的三种临界车速，通过比较保守取其最小值，即可得到车辆入匝道时的防失稳车速V_safe为：

V_safe＝min{V_s,V_r,V_c}

(5)优化计算车辆入匝道时的防失稳车速

考虑到不同驾驶人的年龄、驾龄、视距条件、驾驶习惯等具有差异，这些差异直接影响驾驶人对车辆的决策控制，其表现为驾驶人对道路环境的反应、判断和操作等行为特性。因此，不同行为特性的驾驶人，对于匝道防失稳车速的心理预期值与接受度均有不同。为此，在匝道防失稳车速引导方法中引入驾驶人影响因子、道路环境影响因子，建立优化后的匝道防失稳车速为：

V_{safe_o}＝k_d·k_e·V_safe

式中，k_d为驾驶人影响因子；k_e为道路环境影响因子；通过标定k_d·k_e取值范围0.5～0.8，具体参考晴天取0.8、阴天取0.7、雾天取0.6、夜间取0.5。

(6)匝道车辆防失稳车速约束条件及车速引导

在综合考虑人车路耦合特征下，车辆匝道防失稳车速约束条件为：

当前车速V≤V_{safe_o}

当车辆过匝道时的当前车速V≤V_{safe_o}时，说明当前车速V为安全车速，可以继续保持当前车速V行驶通过匝道；当V＞V_{safe_o}时，说明当前车速V为不安全车速，预警系统通过语言子系统61、预警灯62和显示屏63发出预警信号，同时需要按照该约束条件对驶入匝道路段的车辆进行适时的车速引导，使其保持在合理的车速范围内。

该基于智能网联的匝道路段车辆防失稳车速引导方法及预警系统，对于匝道安全辅助驾驶系统的设计开发有着十分重要的作用和意义。换言之，匝道路段防失稳车速的准确计算是开发匝道安全辅助驾驶系统的前提，只有精确计算车辆的入匝道防失稳车速，才能开发出可靠的辅助驾驶系统，从而保证车辆在匝道路段行驶的稳定性和安全性。

该基于智能网联的匝道路段车辆防失稳车速引导方法及预警系统可用于准确预测不同车型(通过车型检测器直接检测车型)与道路条件下的临界防失稳车速，具有计算简便，运算速度快，可靠性高等优点，为匝道安全辅助驾驶系统的设计开发提供理论方法支撑，对弯道行车安全研究更具普适性。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并加以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围，凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于智能网联的匝道路段车辆防失稳车速预警系统，其特征在于：包括：

测速雷达，用于探测驶入匝道车辆的特征量；

车型检测器，用于实时检测驶入匝道的车辆的车型信息，并与已经存储的车型数据库比对，获取驶入匝道的车辆的车型信息以及车辆结构信息；

路侧传感采集装置，用以获取匝道路段实时的道路信息参数；

反馈预警装置，用于发出预警信息；

工控机，用于基于智能网联的车辆匝道路段车辆防失稳车速计算算法的实现，所述工控机分别与所述测速雷达、所述车型检测器、所述路侧传感采集装置及所述反馈预警装置电性连接。

2.根据权利要求1所述的基于智能网联的匝道路段车辆防失稳车速预警系统，其特征在于：所述反馈预警装置包括用于反馈声音预警信息的语言子系统、用于反馈光线预警信息的预警灯及用于反馈文字预警信息的显示屏中的一种或多种。

3.根据权利要求2所述的基于智能网联的匝道路段车辆防失稳车速预警系统，其特征在于：所述语言子系统、所述预警灯及所述显示屏分别安装在驶入匝道后的同一位置或不同位置处。

4.根据权利要求1所述的基于智能网联的匝道路段车辆防失稳车速预警系统，其特征在于：所述测速雷达安装在匝道处，所述测速雷达探测驶入匝道的车辆的特征量至少包括车辆当前车速及位置。

5.根据权利要求1所述的基于智能网联的匝道路段车辆防失稳车速预警系统，其特征在于：所述工控机为工业计算机，所述工控机安装在匝道处。

6.根据权利要求1所述的基于智能网联的匝道路段车辆防失稳车速预警系统，其特征在于：所述工控机分别与所述测速雷达、所述车型检测器、所述路侧传感采集装置及所述反馈预警装置通过导线电性连接。

7.根据权利要求1所述的基于智能网联的匝道路段车辆防失稳车速预警系统，其特征在于：所述预警系统还包括用于对驶入匝道的车辆的轴或轴组的重量进行称量的轴重秤，所述轴重秤安装在驶入匝道前一位置处，所述轴重秤与所述工控机电性连接。

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