本發(fā)明屬于汽車主動(dòng)安全控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于載荷轉(zhuǎn)移比(Load Transfer Ratio，縮寫為L(zhǎng)TR)等高線的車輛側(cè)翻預(yù)警方法和預(yù)警系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)車輛側(cè)翻風(fēng)險(xiǎn)的精確量化與預(yù)測(cè)。

背景技術(shù)：

車輛側(cè)翻是一種極具危險(xiǎn)的交通事故。側(cè)翻預(yù)警技術(shù)可以提前警告駕駛員即將發(fā)生的側(cè)翻風(fēng)險(xiǎn)，使駕駛員及時(shí)采取措施，還可以作為主動(dòng)防側(cè)翻控制系統(tǒng)的觸發(fā)條件?，F(xiàn)有的車輛側(cè)翻預(yù)警算法主要有以下兩類：基于車輛模型的預(yù)警算法和基于MAP圖的預(yù)警算法?；谲囕v模型的預(yù)警算法對(duì)車輛側(cè)傾狀態(tài)進(jìn)行在線估計(jì)和預(yù)測(cè)，車輛模型越精細(xì)，側(cè)翻預(yù)警算法的精度越高，但實(shí)時(shí)性隨之變差，因而其實(shí)際應(yīng)用具有較大局限性；大多數(shù)基于MAP圖的預(yù)警算法直接將車輛的當(dāng)前狀態(tài)和MAP中的臨界狀態(tài)進(jìn)行對(duì)比，缺乏對(duì)車輛狀態(tài)動(dòng)態(tài)變化的考慮，因而算法的預(yù)測(cè)性不足。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種車輛側(cè)翻預(yù)警方法和系統(tǒng)，以便在線監(jiān)測(cè)車輛的側(cè)翻穩(wěn)定性，精確量化和預(yù)測(cè)車輛的側(cè)翻風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)、準(zhǔn)確地進(jìn)行側(cè)翻預(yù)警或者觸發(fā)主動(dòng)防側(cè)翻控制，保證車輛的行駛安全性。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題，通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種車輛側(cè)翻預(yù)警方法，包括以下步驟：

步驟一：車輛的載荷轉(zhuǎn)移比(LTR)等高線的獲?。?/p>

步驟二：車輛側(cè)翻風(fēng)險(xiǎn)的量化和預(yù)測(cè)；

步驟三：基于側(cè)翻指標(biāo)CLRI的側(cè)翻預(yù)警。

所述的步驟一是車輛的LTR等高線獲取，通過實(shí)車試驗(yàn)獲取車輛在“車身側(cè)傾角—側(cè)傾角速度相平面”內(nèi)的LTR等高線；具體的，車輛的LTR等高線獲取方法為：

(1)進(jìn)行不同車速下的斜坡轉(zhuǎn)向輸入試驗(yàn)，方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)角速度固定，采用傳感器采集車身側(cè)傾角和側(cè)傾角速度，同時(shí)通過觀測(cè)器觀測(cè)車輛的載荷轉(zhuǎn)移比；

(2)對(duì)傳感器采集信號(hào)進(jìn)行濾波處理，設(shè)置載荷轉(zhuǎn)移比閾值LTR_x，提取不同車速下載荷轉(zhuǎn)移比為L(zhǎng)TR_x時(shí)的車身側(cè)傾角和側(cè)傾角速度；

(3)對(duì)上述提取的側(cè)傾角和側(cè)傾角速度進(jìn)行線性擬合，得到車輛的LTR等高線：

其中，和為擬合直線的橫、縱坐標(biāo)。

所述的步驟二是車輛側(cè)翻風(fēng)險(xiǎn)的量化和預(yù)測(cè)；通過步驟一所獲取的實(shí)際車輛的LTR等高線計(jì)算側(cè)翻指標(biāo)CLRI，對(duì)車輛的側(cè)翻可能性進(jìn)行量化和預(yù)測(cè)。

所述的根據(jù)實(shí)際車輛的LTR等高線計(jì)算側(cè)翻指標(biāo)CLRI的方法為：

(1)通過信息采集系統(tǒng)獲取車輛當(dāng)前的側(cè)傾運(yùn)動(dòng)信號(hào)，包括車輛的車身側(cè)傾角側(cè)傾角速度和側(cè)傾角加速度

(2)建立車輛當(dāng)前狀態(tài)下的側(cè)傾相軌跡切線方程；一種側(cè)傾相軌跡切線方程的表達(dá)方法為：

其中，和分別為切線方程的橫、縱坐標(biāo)。

(3)求解車輛的LTR等高線與側(cè)傾相軌跡切線的交點(diǎn)，并對(duì)有效交點(diǎn)進(jìn)行判定；

其中，B_i(i＝1,2)為L(zhǎng)TR等高線與側(cè)傾相軌跡切線的交點(diǎn)，和分別為B_i點(diǎn)的橫、縱坐標(biāo)，有效交點(diǎn)可用不等式進(jìn)行判斷。

(4)實(shí)時(shí)計(jì)算側(cè)翻指標(biāo)CLRI；當(dāng)車輛側(cè)傾狀態(tài)處于兩條LTR等高線之間的區(qū)域時(shí)，CLRI定義為側(cè)傾相軌跡以當(dāng)前變化率為初速度，沿切線方向勻速到達(dá)LTR等高線所需時(shí)間；當(dāng)車輛側(cè)傾狀態(tài)處于其他區(qū)域時(shí)，CLRI定義為0；一種CLRI計(jì)算方法如下：

其中，sign(s)為符號(hào)函數(shù)：

所述的步驟三是基于側(cè)翻指標(biāo)CLRI的側(cè)翻預(yù)警，根據(jù)步驟二所獲得的側(cè)翻指標(biāo)CLRI判斷是否進(jìn)行側(cè)翻預(yù)警或者主動(dòng)防側(cè)翻控制；具體的，基于側(cè)翻指標(biāo)CLRI的側(cè)翻預(yù)警方法為：

根據(jù)駕駛員反應(yīng)時(shí)間或者主動(dòng)防側(cè)翻控制系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)滯設(shè)置側(cè)翻預(yù)警時(shí)間閾值T_s；

當(dāng)側(cè)翻指標(biāo)CLRI>T_s時(shí)，車輛處于安全狀態(tài)，此時(shí)不進(jìn)行預(yù)警或者主動(dòng)防側(cè)翻控制；

當(dāng)側(cè)翻指標(biāo)CLRI≤T_s時(shí)，車輛處于危險(xiǎn)狀態(tài)，進(jìn)行預(yù)警并觸發(fā)主動(dòng)防側(cè)翻控制；側(cè)翻指標(biāo)CLRI值越小，車輛側(cè)翻風(fēng)險(xiǎn)越高。根據(jù)側(cè)翻指標(biāo)CLRI數(shù)值大小，將側(cè)翻預(yù)警分為以下五個(gè)等級(jí)：

當(dāng)0.8T_s<CLRI≤T_s時(shí)，側(cè)翻預(yù)警為I級(jí)；

當(dāng)0.6T_s<CLRI≤0.8T_s時(shí)，側(cè)翻預(yù)警為II級(jí)；

當(dāng)0.4T_s<CLRI≤0.6T_s時(shí)，側(cè)翻預(yù)警為III級(jí)；

當(dāng)0.2T_s<CLRI≤0.4T_s時(shí)，側(cè)翻預(yù)警為IV級(jí)；

當(dāng)0≤CLRI≤0.2T_s時(shí)，側(cè)翻預(yù)警為V級(jí)；

一種為實(shí)現(xiàn)所述車輛側(cè)翻預(yù)警方法的車輛側(cè)翻預(yù)警系統(tǒng)，包含信息采集模塊，側(cè)翻指標(biāo)計(jì)算模塊、側(cè)翻預(yù)警顯示模塊，所述的信息采集模塊包括車身側(cè)傾角傳感器、側(cè)傾角速度傳感器、側(cè)傾角加速度傳感器、控制開關(guān)；所述的側(cè)翻指標(biāo)計(jì)算模塊包括實(shí)時(shí)計(jì)算側(cè)翻指標(biāo)CLRI的微處理器與相應(yīng)的處理電路；所述的側(cè)翻預(yù)警顯示模塊包括系統(tǒng)工作指示燈和蜂鳴器；

所述的控制開關(guān)用于開啟和關(guān)閉側(cè)翻預(yù)警系統(tǒng)；所述的處理電路采集來自信息采集模塊的傳感信號(hào)，進(jìn)而傳遞至微處理器；微處理器通過計(jì)算得到側(cè)翻指標(biāo)CLRI，傳遞至側(cè)翻預(yù)警顯示模塊；所述的系統(tǒng)工作指示燈用于指示系統(tǒng)當(dāng)前工作狀態(tài)，當(dāng)側(cè)翻預(yù)警系統(tǒng)處于開啟模式時(shí)，系統(tǒng)指示燈保持高亮狀態(tài)，且顏色隨側(cè)翻預(yù)警等級(jí)增加由綠色向深紅色逐漸變化，當(dāng)側(cè)翻預(yù)警系統(tǒng)處于關(guān)閉模式時(shí)，系統(tǒng)指示燈保持熄滅狀態(tài)；所述的蜂鳴器用于產(chǎn)生側(cè)翻預(yù)警信號(hào)，在進(jìn)行側(cè)翻預(yù)警時(shí)，蜂鳴器的聲音強(qiáng)度隨側(cè)翻等級(jí)的增加而增強(qiáng)。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果：

1)利用實(shí)車試驗(yàn)精確描述了車輛的側(cè)翻穩(wěn)定性閾值，避免了建立復(fù)雜車輛動(dòng)力學(xué)模型，保證了側(cè)翻預(yù)警算法的實(shí)時(shí)性和精確性；

2)充分利用車身側(cè)傾運(yùn)動(dòng)信息，提取了具有精確預(yù)測(cè)能力的側(cè)翻指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了車輛側(cè)翻風(fēng)險(xiǎn)的在線監(jiān)測(cè)與預(yù)警。

附圖說明

圖1示出了本發(fā)明的一種車輛側(cè)翻預(yù)警方法的流程圖；

圖2示出了車輛的LTR等高線獲取方法；

圖3示出了車輛側(cè)翻風(fēng)險(xiǎn)量化和預(yù)測(cè)的原理圖；

圖4示出了一種基于LTR等高線的側(cè)翻指標(biāo)CLRI計(jì)算方法；

圖5示出了基于側(cè)翻指標(biāo)CLRI的側(cè)翻預(yù)警方法；

圖6示出了本發(fā)明的車輛側(cè)翻預(yù)警系統(tǒng)的一種實(shí)施例；

圖7示出了一種實(shí)施例中車輛的LTR等高線試驗(yàn)結(jié)果；

圖8(a)為一種實(shí)施例中轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角-時(shí)間關(guān)系圖；

圖8(b)為一種實(shí)施例中CLRI-時(shí)間關(guān)系圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。

本發(fā)明的一種車輛側(cè)翻預(yù)警方法，如圖1所示，主要包括以下步驟：

步驟一：車輛的載荷轉(zhuǎn)移比(LTR)等高線的獲?。?/p>

步驟二：車輛側(cè)翻風(fēng)險(xiǎn)的量化和預(yù)測(cè)；

步驟三：基于側(cè)翻指標(biāo)CLRI的側(cè)翻預(yù)警。

如圖2所示，所述的步驟一是車輛的LTR等高線獲取。其目的是通過實(shí)車試驗(yàn)獲取車輛在“車身側(cè)傾角—側(cè)傾角速度相平面”內(nèi)的LTR等高線。具體的，車輛的LTR等高線獲取方法為：

(1)進(jìn)行不同車速下的斜坡轉(zhuǎn)向輸入試驗(yàn)，推薦試驗(yàn)車速為50km/h～100km/h，步長(zhǎng)為10km/h，方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)角速度固定為720deg/s，采用傳感器采集車身側(cè)傾角和側(cè)傾角速度，同時(shí)通過觀測(cè)器觀測(cè)車輛的載荷轉(zhuǎn)移比；

(2)對(duì)傳感器采集信號(hào)進(jìn)行濾波處理，設(shè)置載荷轉(zhuǎn)移比閾值LTR_x，提取不同車速下載荷轉(zhuǎn)移比為L(zhǎng)TR_x時(shí)的車身側(cè)傾角和側(cè)傾角速度，得到LTR等高線在“車身側(cè)傾角—側(cè)傾角速度相平面”內(nèi)的原始擬合點(diǎn)。對(duì)于所設(shè)置的閾值LTR_x，要求擬合的數(shù)據(jù)點(diǎn)不少于3個(gè)，否則，擴(kuò)展試驗(yàn)車速范圍、補(bǔ)充試驗(yàn)數(shù)據(jù)或者更改載荷轉(zhuǎn)移比閾值；

(3)采用最小二乘法對(duì)上述提取的側(cè)傾角和側(cè)傾角速度進(jìn)行線性擬合，得到車輛的LTR等高線，可表示為以下形式：

其中，和為擬合直線的橫、縱坐標(biāo)，a和b分別為擬合直線的斜率和縱截距。

如圖3所示，所述的步驟二是車輛側(cè)翻風(fēng)險(xiǎn)的量化和預(yù)測(cè)。其目的是通過步驟一所獲取的實(shí)際車輛的LTR等高線計(jì)算側(cè)翻指標(biāo)(記為CLRI)，對(duì)車輛的側(cè)翻可能性進(jìn)行量化和預(yù)測(cè)。

如圖4所示，一種基于LTR等高線的側(cè)翻指標(biāo)(CLRI)計(jì)算方法為：

(1)通過信息采集系統(tǒng)獲取車輛當(dāng)前的側(cè)傾運(yùn)動(dòng)信號(hào)，包括車輛的車身側(cè)傾角側(cè)傾角速度和側(cè)傾角加速度

(2)建立車輛當(dāng)前狀態(tài)下的側(cè)傾相軌跡切線方程；一種側(cè)傾相軌跡切線方程的表達(dá)方法為：

其中，和分別為切線方程的橫、縱坐標(biāo)。

(3)求解車輛的LTR等高線與側(cè)傾相軌跡切線的交點(diǎn)，并對(duì)有效交點(diǎn)進(jìn)行判定；

其中，B_i(i＝1,2)為L(zhǎng)TR等高線與側(cè)傾相軌跡切線的交點(diǎn)，和分別為B_i點(diǎn)的橫、縱坐標(biāo)，有效交點(diǎn)可用不等式進(jìn)行判斷。

(4)實(shí)時(shí)計(jì)算側(cè)翻指標(biāo)CLRI；當(dāng)車輛側(cè)傾狀態(tài)處于兩條LTR等高線之間的區(qū)域時(shí)，CLRI定義為側(cè)傾相軌跡以當(dāng)前變化率為初速度，沿切線方向勻速到達(dá)LTR等高線所需時(shí)間；當(dāng)車輛側(cè)傾狀態(tài)處于其他區(qū)域時(shí)，CLRI定義為0；一種CLRI計(jì)算方法如下：

其中，sign(s)為符號(hào)函數(shù)：

如圖5所示，所述的步驟三是基于側(cè)翻指標(biāo)CLRI的側(cè)翻預(yù)警。其目的是根據(jù)步驟二所獲得的側(cè)翻指標(biāo)CLRI判斷是否進(jìn)行側(cè)翻預(yù)警或者主動(dòng)防側(cè)翻控制。具體的，基于側(cè)翻指標(biāo)CLRI的側(cè)翻預(yù)警方法為：

根據(jù)駕駛員反應(yīng)時(shí)間或者主動(dòng)防側(cè)翻控制系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)滯設(shè)置側(cè)翻預(yù)警時(shí)間閾值T_s；當(dāng)側(cè)翻指標(biāo)CLRI>T_s時(shí)，車輛處于安全狀態(tài)，此時(shí)不進(jìn)行預(yù)警或者主動(dòng)防側(cè)翻控制；當(dāng)側(cè)翻指標(biāo)CLRI≤T_s時(shí)，車輛處于危險(xiǎn)狀態(tài)，進(jìn)行預(yù)警并觸發(fā)主動(dòng)防側(cè)翻控制。側(cè)翻指標(biāo)CLRI值越小，車輛側(cè)翻風(fēng)險(xiǎn)越高。根據(jù)側(cè)翻指標(biāo)CLRI數(shù)值大小，將側(cè)翻預(yù)警分為以下五個(gè)等級(jí)：

當(dāng)0.8T_s<CLRI≤T_s時(shí)，側(cè)翻預(yù)警為I級(jí)；

當(dāng)0.6T_s<CLRI≤0.8T_s時(shí)，側(cè)翻預(yù)警為II級(jí)；

當(dāng)0.4T_s<CLRI≤0.6T_s時(shí)，側(cè)翻預(yù)警為III級(jí)；

當(dāng)0.2T_s<CLRI≤0.4T_s時(shí)，側(cè)翻預(yù)警為IV級(jí)；

當(dāng)0≤CLRI≤0.2T_s時(shí)，側(cè)翻預(yù)警為V級(jí)。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述方法，還提供一種車輛側(cè)翻預(yù)警系統(tǒng)，如圖6所示，其包含信息采集模塊1，側(cè)翻指標(biāo)計(jì)算模塊2和側(cè)翻預(yù)警顯示模塊3；

所述的信息采集模塊1包括測(cè)量車身的側(cè)傾角傳感器11、側(cè)傾角速度傳感器12、側(cè)傾角加速度傳感器13和控制開關(guān)14。

所述的側(cè)翻指標(biāo)計(jì)算模塊2包括實(shí)時(shí)計(jì)算側(cè)翻指標(biāo)CLRI的微處理器21與相應(yīng)的處理電路22。

所述的側(cè)翻預(yù)警顯示模塊3包括系統(tǒng)工作指示燈31和蜂鳴器32。

所述的控制開關(guān)14用于開啟和關(guān)閉側(cè)翻預(yù)警系統(tǒng)；所述的處理電路22采集來自信息采集模塊1的傳感信號(hào)，進(jìn)而傳遞至微處理器21；微處理器21通過計(jì)算得到側(cè)翻指標(biāo)CLRI并對(duì)其進(jìn)行判斷，將判斷結(jié)果和預(yù)警信號(hào)傳遞至側(cè)翻預(yù)警顯示模塊3；所述的系統(tǒng)工作指示燈31用于指示系統(tǒng)當(dāng)前工作狀態(tài)，當(dāng)側(cè)翻預(yù)警系統(tǒng)處于開啟模式時(shí)，系統(tǒng)指示燈保持高亮狀態(tài)，且顏色隨側(cè)翻預(yù)警等級(jí)增加由綠色向深紅色逐漸變化，當(dāng)側(cè)翻預(yù)警系統(tǒng)處于關(guān)閉模式時(shí)，系統(tǒng)指示燈保持熄滅狀態(tài)；所述的蜂鳴器32用于產(chǎn)生側(cè)翻預(yù)警信號(hào)，在進(jìn)行側(cè)翻預(yù)警時(shí)，蜂鳴器的聲音強(qiáng)度隨側(cè)翻等級(jí)的增加而增強(qiáng)。

一個(gè)實(shí)施例：

車輛LTR等高線獲取的試驗(yàn)工況為：轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為720deg/s，車速變化范圍為50km/h～100km/h，步長(zhǎng)為10km/h，載荷轉(zhuǎn)移比閾值設(shè)定為0.9，車輛的LTR等高線試驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。在Matlab/Simuink環(huán)境下建立上述車輛側(cè)翻預(yù)警方法，并利用CarSim軟件對(duì)側(cè)翻預(yù)警算法進(jìn)行仿真驗(yàn)證。在初始車速為72km/h、路面附著系數(shù)為0.85時(shí)進(jìn)行Fishhook試驗(yàn)，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角與時(shí)間的關(guān)系如圖8(a)所示，所得的側(cè)翻預(yù)警算法的仿真結(jié)果，即側(cè)翻指標(biāo)CLRI與時(shí)間的關(guān)系如圖8(b)所示。

上述實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，其中各步驟順序和細(xì)節(jié)、各部件的結(jié)構(gòu)、連接方式等都是可以有所變化的，凡是在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行的等同變換和改進(jìn)仍落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。