[发明专利]一种大型车转弯内轮差的危险区域预测方法

摘要

本发明公开了一种大型车转弯内轮差的危险区域预测方法，其步骤包括：1判定车辆所处的转弯阶段，建立模拟坐标系，输入相关参数；2基于本发明的算法模型进行坐标模拟，计算出车辆的模拟行驶曲线并进行预测；3输出车辆的危险区域。本发明能根据驾驶员对车辆的操控情况和车辆状态，预测出车辆接下来一段时间的行驶轨迹，获得预测的危险区域，从而提升大型车转弯的安全性。

主权项

1.一种大型车转弯内轮差的危险区域预测方法，其特征是按如下步骤进行：步骤1、建立大型车转弯内轮差的危险区域理论模型：步骤1.1、将车辆转弯过程划分为三个阶段，包括入弯阶段、稳定阶段和回正阶段；所述入弯阶段为：前轮转角变化率恒定且为正，车速u恒定，横摆角速度ω_r恒定；所述稳定阶段为：前轮转角α₂恒定，车速u恒定，横摆角速度ω_r恒定；所述回正阶段为：前轮转角变化率恒定且为负，车速u恒定，横摆角速度ω_r恒定；步骤1.2、入弯阶段危险区域理论模型的建立和所述入弯阶段的危险区域计算：步骤1.2.1、利用式(1)得到汽车瞬时转动半径ρ：式(1)中，a为汽车前轮轴距，b为汽车后轮轴距，α₁为后轮侧偏角，α₂为前轮转角；并有：tanα₂＝(v+ω_ra)/(u‑ω_rd)   (2)tanα₁＝(v‑ω_rb)/(u‑ω_rd)   (3)式(2)和式(3)中，v为垂直车速u方向的速度，d为车辆质心与前后轮中心连接线之间的长度；步骤1.2.2、利用式(4)得到汽车前轮在入弯阶段的平均速度u_L：式(4)中，α为汽车前轮瞬时转角；步骤1.2.3、利用式(5)得到所述前轮转角α₂从初始零度变化到α_2max的时间t：式(5)中，α_2max为前轮最大转角，并根据汽车瞬时转动最大半径ρ_max与路面转弯半径r相等而得到；步骤1.2.4、利用式(6)得到在时间t内，汽车前轮行驶的路程s：s＝u_Lt   (6)步骤1.2.5、以车辆入弯时前轮的位置为原点o，以前轮入弯的瞬时速度方向为x轴，以垂直于前轮入弯的瞬时速度方向为y轴，建立转弯模型坐标系o‑xy；并利用式(7)得到汽车在入弯阶段时的质心中轴线与x轴的最大夹角α_0max：α_0max＝tω_r   (7)步骤1.2.6、利用式(8)得到汽车的前轮轨迹与x轴的最大夹角β_max：β_max＝α_0max+α_2max   (8)步骤1.2.7、建立如式(9)所示的方程组，并得到前轮轨迹在所述入弯阶段时的终点坐M₁(x₁,y₁)，路面转弯圆的圆心与x轴的距离c₁以及前轮轨迹曲线参数A₁：步骤1.2.8、设入弯阶段汽车的前轮坐标为(x₁',y₁')，则入弯阶段汽车的后轮坐标为(x₁'‑(a+b)cosα₀,y₁'+(a+b)sinα₀)并作为入弯阶段危险区域理论模型；以入弯阶段汽车后轮坐标的行驶轨迹作为汽车入弯阶段的危险区域；其中，α₀为汽车在入弯阶段时的质心中轴线与x轴的夹角；步骤1.3、稳定阶段危险区域理论模型的建立和稳定阶段的危险区域计算：利用式(10)得到稳定阶段前轮的转弯半径r₁和稳定阶段后轮的转弯半径r₂，并根据稳定阶段后轮的转弯半径r₂，得到所述汽车后轮坐标的行驶轨迹并作为稳定阶段的危险区域理论模型，以稳定阶段汽车后轮坐标的行驶轨迹作为汽车入弯阶段的危险区域；步骤1.4、回正阶段危险区域理论模型的建立和回正阶段的危险区域计算：步骤1.4.1、以车辆出弯时前轮的位置为原点o′，以前轮出弯的瞬时速度方向为x′轴，以垂直于前轮出弯的瞬时速度方向为y′轴，建立转弯模型坐标系o′‑x′y′；建立如式(11)所示的方程组，并得到前轮轨迹在所述回正阶段的起始点坐标M₂(x₂,y₂)，路面转弯圆的圆心与x′轴的距离c₂以及前轮轨迹曲线参数A₂：步骤1.4.2、设入回正段汽车的前轮坐标为(x′₂,y′₂)，则回正阶段汽车的后轮坐标为(x′₂+(a+b)cosα₀,y′₂+(a+b)sinα₀)并作为回正阶段的危险区域理论模型；以回正阶段汽车后轮坐标的行驶轨迹作为汽车入弯阶段的危险区域；步骤2、根据前轮转角的变化值以及前轮转角的变化率进行转弯阶段判定：步骤2.1、当Δα₂＞k₁＞0且时，表示汽车进入入弯阶段；当且‑k₃＜Δα₂＜k₃时，表示汽车进入稳定阶段；当且Δα₂＜k₅＜0时，表示汽车进入稳定阶段；其中，k，k₁，k₂，k₃，k₄，k₅为可调节的灵敏度参数，Δα₂为前轮转角的变化量；步骤2.2、入弯阶段的危险区域预测：步骤2.2.1、在所述入弯阶段获取汽车参数，包括：汽车瞬时速度u₁，横摆角速度ω_r1，汽车前轮轴距a，汽车后轮轴距b，汽车质心距离前后轮中心线距离d，前轮转角α₂′，汽车前轮瞬时转角变化率步骤2.2.2、利用式(12)得到汽车入弯的模拟时间t′：步骤2.2.3、利用式(13)得到汽车在入弯阶段时的质心中轴线与x轴的夹角α₀′：α′₀＝ω_r1t′   (13)步骤2.2.4、根据式(14)得到得到汽车的前轮轨迹与x轴的夹角β'：β′＝α′₀+α′₂   (14)步骤2.2.5、根据式(16)得到汽车前轮在入弯阶段的平均速度u′_L；式(15)中，α为区间[0,α′₂]的积分段；步骤2.2.6、根据式(16)得到汽车前轮在模拟时间t′下的路程s′：s′＝u′_Lt′   (16)步骤2.2.7、设车辆前轮在所述转弯模型坐标系o′‑x′y′的坐标为Q(x″₁,y″₁)；并建立如式(17)所示的方程组，以求得前轮轨迹曲线参数A₁'，从而得到前轮在入弯阶段的轨迹曲线：式(17)中，x″为区间[0,x″₂]的积分段；步骤2.2.8、根据车辆前轮的坐标Q(x″₁,y″₁)，得到后轮坐标为(x″₁‑(a+b)cosα′₀,y″₁‑(a+b)sinα′₀)；步骤2.2.9、假设在获取所述入弯阶段的汽车参数后的时间段里，前轮按照入弯阶段的轨迹曲线运动，则根据前轮在入弯阶段的轨迹曲线，得到后轮预测轨迹曲线，从而实现入弯阶段危险区域的预测；步骤2.3、稳定阶段的危险区域预测：步骤2.3.1、在所述稳定阶段获取汽车参数，包括：汽车瞬时速度u₂，横摆角速度ω_r2，汽车前轮轴距a，汽车后轮轴距b，汽车质心距离前后轮中心线距离d，前轮转角α″₂；利用式(18)得到稳定阶段前轮的转弯半径r″₁和稳定阶段后轮的转弯半径r″₂，并根据稳定阶段后轮的转弯半径r″₂得到所述汽车后轮坐标的行驶轨迹；式(18)中，v₂为垂直车速u₂方向的速度，α″₁为稳定阶段内后轮侧偏角；步骤2.3.2、假设在获取所述稳定阶段的汽车参数后的时间段里，前轮按照稳定阶段的轨迹曲线运动，则根据后轮的转弯半径r″₂，得到后轮预测轨迹曲线，从而实现稳定阶段危险区域的预测；步骤2.4、回正阶段的危险区域预测：步骤2.4.1、在所述回正阶段获取汽车参数，包括：汽车瞬时速度u₃，横摆角速度ω_r3，汽车前轮轴距a，汽车后轮轴距b，汽车质心距离前后轮中心线距离d，前轮转角α″′₂；利用式(19)得到回正阶段前轮的转弯半径r″′₁和回正阶段后轮的转弯半径r″′₂，并根据回正阶段后轮的转弯半径r″′₂得到所述汽车后轮坐标的行驶轨迹；式(19)中，v₃为垂直车速u₃方向的速度，α″′₁为回正阶段内后轮侧偏角；步骤2.4.2、假设在获取所述回正阶段的汽车参数后的时间段里，前轮按照回正阶段的轨迹曲线运动，则根据后轮的转弯半径r″′₂，得到后轮预测轨迹曲线，从而实现回正阶段危险区域的预测。