[发明专利]一种基于车路协同的弯道行车预警方法

摘要

本发明公开一种基于车路协同的弯道行车预警方法，首先，检测弯道入口处能见度信息，以及通行车辆在离弯道入口100m处车辆载重、速度、车牌号及车辆型号信息；根据车辆型号信息、车辆载重信息与弯道半径信息和弯道横坡角信息，得到各个车辆对应的弯道通行车速上限值；将各车辆的修正前的弯道通行车速上限值，结合能见度信息最终得到各个车辆修正后的弯道通行车速最佳限速值，连同对应车牌号一并发送到可变限速提示牌中进行显示。本发明的优点为：运算速度快，可靠性高，为弯道行车限速标志提供可靠信息；且有效地辅助驾驶员避免可能发生的侧翻事故，确保行车安全，对弯道行车环境普遍适用，摒弃了传统方法中车载预警方式高成本的弊端，系统可实施性更强。

主权项

1.一种基于车路协同的弯道行车预警方法，其特征在于：通过下述步骤实现：步骤1：弯道信息检测；通过道路能见度信息检测单元实时检测弯道入口处的能见度信息；步骤2：驶入弯道车辆信息检测；通过视频检测器实时检测距离弯道入口100m处，弯道横断面上的各个车辆的型号信息、车牌号信息及车速信息，进行视频处理，并自动编号；通过称重传感器实时检测距离弯道入口100m处，弯道横断面上各个车辆载重量信息，并对应进行存储；步骤3：根据驶入弯道车辆的车辆型号信息、车辆载重信息与弯道半径及横坡角信息，得到各个车辆对应的弯道通行车速上限值；由路侧控制器通过广域通信网络实时接收步骤1与步骤2中测得的弯道入口处车辆型号信息与车辆载重信息，对内部数据库进行分析，得到内部数据库中存储的各车辆对应的车辆质心高度值和轮距值，再结合预弯道半径及横坡角信息进而得到各型号车辆弯道通行车速上限值V_ci，具体为：其中，根据三自由度车辆模型，得到的力矩平衡方程：ΣF_y＝F_y,RCcosφ_B+F_z,RCsinφ_B-m_sa_y＝0    (1)ΣF_z＝-F_y,RCsinφ_B+F_z,RCcosφ_B-m_sg＝0    (2)ΣM_RC＝m_sa_ydcosφ_S+m_sgdsinφ_S-K_φφ＝0   (3)即：m_sa_ydcos(φ-φ_B)+m_sgdsin(φ-φ_B)＝K_φφ   (4)其中，ΣF_y为车辆在y方向上的合力；ΣF_z为车辆在z方向上的合力；ΣM_RC为对车辆的侧倾中心RC取力矩平衡；m_s代表车辆的簧载质量；Φ_B为道路横坡角，d代表车辆的簧载质量质心CG相对于车辆的侧倾中心RC的高度；a_y为车辆的侧向加速度；K_φ为车辆的侧倾刚度；Φ为车辆的侧倾角；F_y,RC和F_z,RC分别为车辆侧倾中心处的侧向载荷和垂直载荷；根据三自由度车辆模型的几何关系，还可以得到d＝(H_CG,s-H_RC)/cosφ               (5)H_CG,s为车辆质心高度值；H_RC代表车辆侧倾中心的高度；考虑到侧倾角较小，式（4）和式（5）可以表示为：K_φφ≈m_sa_yd+m_sgd(φ-φ_B)          (6)即：φ/[(a_y/g)-φ_B]≈m_sgd/(K_φ-m_sgd)    (7)d≈H_CG,s-H_RC    (8)式（7）中表示的车辆的簧载质量侧倾角和车辆侧倾角速度的比值通常被称为车辆的侧倾增益，侧倾增益R_φ还可以表示为：Rφ=φ(ay/g)-φB=1Kφ/[msg(HCG,s-HRC)]-1---(9)]]>在三自由度车辆模型中，车辆绕右侧轮胎接地点侧倾，则得到作用在接地点的力矩ΣM_o＝K_φφ+F_y,RCH_RC-F_z,RCt_w/2+F_i,zt_w＝0    (10)其中，F_i,z为车辆即将离地侧轮胎收到的地面给的z方向的力；t_w为车辆的轮距；考虑到侧倾角较小，式（1）和（2）可以表示为：F_y,RC＝m_sa_y-m_sgφ_B    (11)F_z,RC＝m_sg+m_sa_yφ_B    (12)当车辆内侧轮胎离地时，内侧轮胎的垂向载荷为0，令此时车辆允许的侧向加速度最大值和车辆允许的侧倾角最大值分别为a_ymax,φ和φ_max,φ，得到：K_φφ_max,φ＝-(m_sa_ymax,φ-m_sgφ_B)H_RC+(m_sg+m_sa_ymax,φφ_B)t_w/2    (13)将式（7）和式（8）代入式（13）中，得到：m_sa_ymax,φ(H_CG,s-H_RC)+(H_CG,s-H_RC)(φ_max,φ-φ_B)    (14)=-(m_sa_ymax,φ-m_sgφ_B)H_RC+(m_sg+m_sa_ymax,φφ_B)t_w/2    (14)将式（7）和式（8）代入式（9）表示的侧倾增益的表达式，得到：aymax,φg(HCG,s-HRC)+(HCG,s-HRC)[(aymax,φg-φB)Rφ-φB]]]>   (15)=-(aymax,φg-φB)HRC+(1+aymax,φgφB)tw2]]>式（15）进一步简化为：aymax,φg=φB[HCG,s+(HCG,s-HRC)Rφ]+(tw/2)HCG,s+(HCG,s-HRC)Rφ-φB(tw/2)]]>由此得到带横坡角的车辆允许的侧向加速度最大值a_ymax,φ；将推导出来的a_ymax,φ进行简化，取H_CG,s＝H_RC，即式16可以简化为:aymax,φg=φBHCG,s+(tw/2)HCG,s-φB(tw/2)---(17)]]>根据车辆允许的最大侧向加速度值和弯道半径值，可将车辆的侧向加速度转化为车速形式，即由此可得到车辆允许的侧向加速度最大值a_ymax,φ与后侧倾稳定车速V_ci和转弯半径的约束关系：Vci=aymax,φR=φBHCG,s+(tw/2)HCG,s-φB(tw/2)·R---(18)]]>则V_ci即为弯道行驶过程中的车辆允许的弯道通行车速上限值；步骤4：由路侧控制器通过广域通信网络实时接收步骤1与步骤2中弯道入口处的路面状况信息、能见度信息，从内部数据库中存储的能见度与车辆速度的关系，再结合步骤3中得到的各个车辆允许的弯道通行车速上限值V_ci，最终得到各个车辆允许的弯道通行车速最佳限速值V_csi；当能见度大于200m时，则Vcsi=Vsi=aymax,φR=φBHCG,s+(tw/2)HCG,s-φB(tw/2)·R---(19)]]>当能见度小于200m时：小型车：Vcsi=8.414×ln(S)+32.8168.414×ln(200)+32.816·aymax,φR=8.414×ln(S)+32.8168.414×ln(200)+32.816·φBHCG,s+(tw/2)HCG,s-φB(tw/2)·R---(20)]]>大型车:Vcsi=3.117×ln(S)+36.873.117×ln(200)+36.87·aymax,φR=3.117×ln(S)+36.873.117×ln(200)+36.87·φBHCG,s+(tw/2)HCG.s-φB(tw/2)·R---(21)]]>式中，S为大气能见度；步骤5：弯道最佳限速值显示；通过路侧控制器将各个车辆的车牌号信息以及各车辆对应的车辆允许的弯道通行车速最佳限速值V_csi发送到可变限速提示牌中进行显示。