[发明专利]基于车身侧倾角估计的防侧翻预警控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种车辆防侧翻预警控制方法，尤其是一种采用估计重型车辆在行驶过程中车身侧倾角的大小来防侧翻预警控制方法。

背景技术

重型车辆具有质心位置高、整车质量和体积大、前后轮距相对于整车高度过窄等特点，因此侧翻稳定阈值较小，容易发生侧翻事故。一般情况下，在发生侧翻事故时，驾驶员很难察觉到事故的发生。据美国高速公路交通安全管理局(NHTSA)统计，在非碰撞交通事故中，有90%是由汽车侧翻造成的，而其导致的死亡率也达到了75%，在这些侧翻事故中，重型车辆占到了将近70%左右。重型车辆的侧翻已经成为影响交通安全的重要问题。因此，重型车辆的行驶安全性，尤其是行驶中的侧翻稳定性问题一直以来是车辆主动安全性研究的热点。

车辆侧翻是指车辆在行驶过程中绕其纵轴线转动90°或更大的角度，以至车身与地面相接触的一种极其危险的侧向运动。有很多因素可能引起车辆的侧翻，包括车辆结构、驾驶员和道路条件等。车辆侧翻大体上可分为两大类，一类是曲线运动引起的侧翻，另一类是绊倒侧翻。前者指车辆在道路（包括侧向坡道）上行驶时，由于车辆的侧向加速度超过一定限值，使得车辆内侧车轮的垂直反力为零而引起的侧翻；后者是指汽车行驶时产生侧向滑移，与路面上的障碍物侧向撞击而将其“绊倒”。本发明研究的是非绊倒型侧翻情况下的重型车辆侧翻预警算法。

近年来，侧翻预警系统在重型车辆稳定性控制中的应用大大提高了车辆的侧倾稳定性，进而有效避免了重型车辆侧翻事故的发生。但这些研究并没有考虑某些关键参数在车辆行驶过程中难以直接测取的问题，从而导致作为侧翻危险判据的动态门限值不能准确获得。

发明内容

本发明提出一种基于车身侧倾角估计的防侧翻预警控制方法，即采用经典Kalman滤波状态估计技术实时准确估计重型车辆在行驶过程中车身侧倾角的大小，并由此计算出车辆侧翻预警控制的动态门限值。在此基础上，设计基于侧翻时间(Time-To-Rollover,TTR)的重型车辆侧翻预警算法，最终达到重型车辆侧翻预警的目的，这种通过经典Kalman滤波状态估计技术来实时准确地估计出重型车辆在行驶过程中车身侧倾角的大小的策略，为重型车辆侧翻预警算法提供了一种新的解决方案。

本发明的技术方案是：一种基于车身侧倾角估计的防侧翻预警控制方法，具体步骤为：首先建立车辆侧翻模型，采用Kalman滤波估计算法，利用车辆侧翻模型来预测真实车辆的状态参数，以车辆当前时刻的运行状态为初始值，按照车辆侧翻规律以                                                为步长计算模型的侧翻指标LTR，当该侧翻指标LTR第一次满足侧翻条件时记下计算步数，即可以得到车辆侧翻预警时间为。

车辆侧翻模型是根据达朗贝尔原理，建立三个平衡方程：

(1)             绕Z轴的力矩平衡方程为：

（6）

(2)             沿Y轴的力平衡方程为：

（7）

(3)             绕X轴的力矩平衡方程为：

（8）

同时，满足：

（9）

（10）

（11）

在小轮胎侧偏角下满足几何关系：

（12）

（13）

（14）

式中，是整车质量绕车身质心的纵轴的转动惯量；是整车质量绕侧倾轴的转动惯量；、分别为前、后轮胎的总侧偏刚度；为悬架等效侧倾刚度；为悬架等效侧倾阻尼系数。

采用Kalman滤波估计算法对车辆状态估计步骤为：

(1)             设定车辆侧翻模型的初始状态变量为：；

；

(2)             设定Kalman滤波估计器系数为：

测量噪声协方差R=1；

过程激励噪声协方差；

(3)             Kalman滤波估计器时间更新部分为：

；（1）

；（2）

(4)             Kalman滤波估计器状态更新部分为：

；（3）

；（4）

；（5）

式中，为误差协方差，为Kalman增益系数，为状态估计量，、、、为系数矩阵。

计算车辆模型的侧翻指标LTR的具体计算公式为：

（16）

式中，为车辆侧倾中心高度，为车辆轮距。

本发明的有益效果是：