一种智能网联汽车弯道危险预警系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种智能网联汽车弯道危险预警方法，建立车辆空气动力学模型和三自由度车辆力矩平衡方程，进而推导出车辆过弯时的离心力表达式，再联合推算出车辆侧翻临界速度；提取与车辆侧翻相关的状态参数，建立车辆侧翻的极限状态方程，利用可靠度理论中的一阶二次矩阵法优化极限状态方程的求解过程，求得功能函数；通过验算点法建立车辆侧翻状态预测模型，得到车辆侧翻状态指数，进而推算出车辆行驶安全的概率；根据车辆行驶安全的概率判断是否进行车辆危险预警。本发明专利技术能够提前对前方弯道的危险进行预测，将各项车、路以及环境所能造成车辆弯道危险的风险指标综合分析，实时准确提供量化预测指标，确保车辆在弯道行驶时的稳定性和安全性。

A kind of intelligent network connected vehicle bend warning system and method

The invention provides an intelligent network method for warning vehicle bend hazards, establishes vehicle aerodynamic model and three-degree-of-freedom vehicle moment balance equation, then derives the expression of centrifugal force during vehicle bending, calculates vehicle rollover critical speed jointly, extracts state parameters related to vehicle rollover, and establishes vehicle rollover. The limit state equation of rollover is optimized by the first-order quadratic matrix method in reliability theory, and the function function is obtained. The rollover state prediction model is established by checking point method, and the rollover state index is obtained, and then the probability of vehicle safety is calculated. The whole probability determines whether the vehicle is in danger early warning. The invention can predict the danger of the front bend in advance, comprehensively analyze the risk indicators of the danger of the vehicle bend caused by various vehicles, roads and environments, and provide quantitative prediction indicators accurately in real time, so as to ensure the stability and safety of the vehicle when driving on the bend.

【技术实现步骤摘要】
一种智能网联汽车弯道危险预警系统及方法
本专利技术属于智能网联汽车
，具体涉及一种智能网联汽车弯道危险预警系统及方法。
技术介绍
随着我国机动车保有量的逐年攀升，每年发生的交通事故次数也是随之提高，据统计我国弯道交通事故所导致的死亡人数占比约为16.3％。车辆在弯道易发生车辆碰撞、侧滑、侧翻等危险事故。如今的车辆弯道危险预警研究主要集中于侧翻时间预测、车辆侧倾角阈值、车辆横向载荷转移率、车辆弯道安全车速预测这几个方面，都是以车辆自身动力学和驾驶员输入分析为基础，来建立车辆危险预警模型，但实际情况下，车辆弯道危险的诱因不仅仅局限于车辆自身，还涉及到道路坡度、曲率半径、天气因素、风速和风向等道路环境信息，因此传统的车辆危险预警方法存在很大局限性。只有通过将人车路环境进行耦合分析，全面动态地评估车辆的安全性，将车辆的危险量化为一种概率预测模型，精确地为驾驶员提供车辆弯道的危险程度预测，做出及时的预警，才能有效减少车辆发生危险的可能性。现有的道路环境的弯道危险预警，如中国专利申请CN104200693A公开了一种基于智能网联汽车的防侧翻方法，主要是将合理的弯道车速限定为固定值，而缺少对道路环境特性、车辆特性的量化分析，不符合实际需求。如中国专利申请CN106945670A公开了一种基于驾驶员输入预测的汽车防侧翻系统及控制策略，只考虑到人的输入因素，即方向盘转角，提出可预测的汽车侧翻指标而没有考虑到环境道路以及车辆自身参数。如中国专利申请CN106965804A公开了一种货车侧翻风险预估方法，通过对车辆实际重心高度、重心水平位置、整车重心侧向偏移等参数，来预估出一个前轮转向阈值，来防止车辆侧翻。如中国专利申请CN106945659A公开了一种基于轮胎侧偏变形的汽车侧翻预警方法，通过电阻应变片检测汽车轮胎变形量，实时将其与稳态变形量分析比较汽车侧翻危险。由以上现有公开文献可以看出，现有的侧翻预测专利主要从限定合理的速度、驾驶员因素、车辆重心、轮胎变形等车辆自身参数这些方面单独考虑，且以通常是以危险时间、侧倾角度或危险速度等物理量为预测指标，来衡量车辆危险。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供一种智能网联汽车弯道危险预警系统及方法，多参数考虑，提高复杂环境下侧翻预测模型的准确性，保证车辆行驶的安全性。本专利技术为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种智能网联汽车弯道危险预警方法，其特征在于：它包括以下步骤：S1、建立车辆空气动力学模型和三自由度车辆力矩平衡方程，进而推导出车辆过弯时的离心力表达式，再联合推算出车辆侧翻临界速度；S2、提取与车辆侧翻相关的状态参数，建立车辆侧翻的极限状态方程，利用可靠度理论中的一阶二次矩阵法优化所述的极限状态方程的求解过程，求得功能函数；S3、通过验算点法建立车辆侧翻状态预测模型，得到车辆侧翻状态指数βr，进而推算出车辆行驶安全的概率Ps；S4、基于车辆行驶安全的概率Ps建立车辆弯道危险预警，根据车辆行驶安全的概率Ps判断是否进行车辆危险预警。按上述方法，S1所述的车辆侧翻临界速度按以下公式获得：式中，Vth为车辆侧翻临界速度，R为弯道半径，m为车身质量，g为重力加速度，θ为车辆与侧向风的速度夹角，b为轮距，h为车辆重心高度，β为道路横坡角，ρ为空气密度，A为车辆侧向迎风面积，Vre为车辆与侧向风的相对速度。按上述方法，根据S1得到的车辆侧翻临界速度公式，S2提取的所述的与车辆侧翻相关的状态参数包括：车速V、车辆与侧向风的相对速度Vre、车辆与侧向风的速度夹角θ、弯道半径R、道路横坡角β、重心高度h、车身质量m、轮距b、空气密度ρ、车辆侧向迎风面积A。按上述方法，S2中车辆侧翻的极限状态方程如下：Zr＝f(X)＝V-Vth定义状态空间X＝(X1,X2,...,X10)T＝(V,Vre,θ,R,β,h,m,b,ρ,A)；对极限状态方程进行线性化处理，通过在某一状态空间点x0＝(x1,x2,...,x10)T极限状态方程进行泰勒展开，并取一次项作为功能函数Zr的简化表达式，得到线性化后的功能函数ZL，即：其中为极限状态方程的梯度。按上述方法，所述的S3具体为：(1)若状态空间X中的状态参数均服从正态分布，各变量之间相互独立，采用验算点法建立车辆侧翻状态预测模型，设定初始验算点x*，正态分布的随机变量Xi的平均值和标准差分别为和则车辆侧翻状态指数βr为：车辆行驶安全概率Ps＝Φ(βr)；(2)若状态空间X中的至少1个状态参数不服从独立随机分布，则先要获取两个相关状态参数Xi和Xj间的相关系数再计算车辆侧翻状态指数βr为：然后采用当量正态法将状态空间X中的状态参数转化为标准正态分布，再计算车辆行驶安全概率Ps。按上述方法，设置安全概率阈值Pr，当车辆行驶安全的概率Ps小于Pr时，发出侧翻预警。按上述方法，将侧翻预警设置若干等级，进行分级预警。用于实现所述的智能网联汽车弯道危险预警方法的系统，其特征在于：本系统包括信息采集模块、智能网联模块、弯道危险计算模块和危险预警显示模块；其中，信息采集模块包括车速传感器、风速传感器、横向加速度传感器、地图匹配系统以及控制开关；弯道危险计算模块包括用于通过智能网联模块接收信息采集模块采集的数据，并实现步骤S1-S3的微处理器与相应的处理电路；危险预警显示模块包括用于实现步骤S4的仪表指示灯和安全预警蜂鸣器；所述的控制开关用于控制本系统的开启和闭合。按上述系统，所述的仪表指示灯的工作状态如下：当本系统处于开启模式时，仪表指示灯保持亮光模式，且颜色随着危险预警等级增加，由绿色变黄色，最终变为红色；当本系统处于关闭模式时，仪表指示灯保持熄灭状态；在本系统开启时，所述的安全预警蜂鸣器的声音强度随着危险预警等级的增加而逐步增强。本专利技术的有益效果为：引入空气动力学模型、车辆三自由度模型，将所有危险指标综合起来考虑，能够提前对前方弯道的危险进行预测，将各项车、路以及环境所能造成车辆弯道危险的风险指标综合分析，并通过验算点法来建立车辆侧翻状态预测模型，实时准确提供量化预测指标，以提高复杂环境下侧翻预测模型的准确性，确保车辆在弯道行驶时的稳定性和安全性。附图说明图1为车辆弯道行驶示意图。图2为本专利技术一实施例的总体流程图。图3为本专利技术一实施例的系统框图。具体实施方式下面结合具体实例和附图对本专利技术做进一步说明。图1是车辆弯道行驶示意图，其中示意了车辆行驶方向，风险点，车辆坐标点，车载传感器通信基站，智能网联平台，可以对智能网联汽车的车路环境间的通信过程做出描述。本专利技术提供一种智能网联汽车弯道危险预警方法，如图2所示，它包括以下步骤：S1、建立车辆空气动力学模型和三自由度车辆力矩平衡方程，进而推导出车辆过弯时的离心力表达式，再联合推算出车辆侧翻临界速度。(1)建立空气动力学模型，依据空气动力学的原理，侧向风在车辆过弯时会产生一种外部干扰，对行车安全有很大影响。假设车辆沿着x方向以速度V行驶，风速为U，风速与车速的夹角为便可知车辆与侧向风的相对速度Vre和速度夹角θ。建立车辆所受侧向风的力和力矩方程：其中：Fw,x,Fw,y和Fw,z表示侧向风在纵向、横向和垂向三个方向对车辆产生的力；为侧向风的风力系数；A为车辆侧向迎风面积；h为车辆重心高度；ρ为空气密度；Mw,本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种智能网联汽车弯道危险预警方法，其特征在于：它包括以下步骤：S1、建立车辆空气动力学模型和三自由度车辆力矩平衡方程，进而推导出车辆过弯时的离心力表达式，再联合推算出车辆侧翻临界速度；S2、提取与车辆侧翻相关的状态参数，建立车辆侧翻的极限状态方程，利用可靠度理论中的一阶二次矩阵法优化所述的极限状态方程的求解过程，求得功能函数；S3、通过验算点法建立车辆侧翻状态预测模型，得到车辆侧翻状态指数βr，进而推算出车辆行驶安全的概率Ps；S4、基于车辆行驶安全的概率Ps建立车辆弯道危险预警，根据车辆行驶安全的概率Ps判断是否进行车辆危险预警。

【技术特征摘要】
1.一种智能网联汽车弯道危险预警方法，其特征在于：它包括以下步骤：S1、建立车辆空气动力学模型和三自由度车辆力矩平衡方程，进而推导出车辆过弯时的离心力表达式，再联合推算出车辆侧翻临界速度；S2、提取与车辆侧翻相关的状态参数，建立车辆侧翻的极限状态方程，利用可靠度理论中的一阶二次矩阵法优化所述的极限状态方程的求解过程，求得功能函数；S3、通过验算点法建立车辆侧翻状态预测模型，得到车辆侧翻状态指数βr，进而推算出车辆行驶安全的概率Ps；S4、基于车辆行驶安全的概率Ps建立车辆弯道危险预警，根据车辆行驶安全的概率Ps判断是否进行车辆危险预警。2.根据权利要求1所述的智能网联汽车弯道危险预警方法，其特征在于：S1所述的车辆侧翻临界速度按以下公式获得：式中，Vth为车辆侧翻临界速度，R为弯道半径，m为车身质量，g为重力加速度，θ为车辆与侧向风的速度夹角，b为轮距，h为车辆重心高度，β为道路横坡角，ρ为空气密度，A为车辆侧向迎风面积，Vre为车辆与侧向风的相对速度。3.根据权利要求2所述的智能网联汽车弯道危险预警方法，其特征在于：根据S1得到的车辆侧翻临界速度公式，S2提取的所述的与车辆侧翻相关的状态参数包括：车速V、车辆与侧向风的相对速度Vre、车辆与侧向风的速度夹角θ、弯道半径R、道路横坡角β、重心高度h、车身质量m、轮距b、空气密度ρ、车辆侧向迎风面积A。4.根据权利要求3所述的智能网联汽车弯道危险预警方法，其特征在于：S2中车辆侧翻的极限状态方程如下：Zr＝f(X)＝V-Vth定义状态空间X＝(X1,X2,...,X10)T＝(V,Vre,θ,R,β,h,m,b,ρ,A)；对极限状态方程进行线性化处理，通过在某一状态空间点x0＝(x1,x2,...,x10)T将极限状态方程进行泰勒展开，并取一次项作为功能函数Zr的简化表达式，得到线性化后的功能函数ZL，即：其中为极限状态方程...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺宜，杨鑫炜，吴超仲，严新平，陈韬，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42