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大型车辆侧翻预测和控制技术研究进展

交通信息与安全 2019年第4期37卷 1-9页

作者：贺宜杨鑫炜 Xiaoyun LU 任卫群褚端峰吴超仲武汉理工大学智能交通系统研究中心武汉430063 加州大学伯克利分校PATH研究中心美国伯克利94804 中国交通通信信息中心交通安全应急信息技术国家工程实验室北京100011 东风商用车技术研究中心武汉430056

大型车辆引起的重特大侧翻事故频发会造成严重的人员伤亡和财产损失,因此,提高中国大型车辆防侧翻技术水平显得尤为重要。通过阐述国内外在车辆侧翻预警和稳定性控制方面开展的研究现状,详细描述基于静态门限值法和动态门限值法的侧翻... 详细信息

大型车辆引起的重特大侧翻事故频发会造成严重的人员伤亡和财产损失,因此,提高中国大型车辆防侧翻技术水平显得尤为重要。通过阐述国内外在车辆侧翻预警和稳定性控制方面开展的研究现状,详细描述基于静态门限值法和动态门限值法的侧翻预警技术研究进展,分析车辆半主动、主动转向控制、主动悬架控制、差动控制、电子稳定控制、联合控制等防侧翻控制技术发展现状,指出当前车辆侧倾预警领域主要研究方向在于提高侧翻指标的预测精度和响应实时性,特别是综合考虑道路环境因素对侧翻指标的影响。侧翻控制已逐步从半主动阶段提升到主动控制,控制方法更趋智能化、精确化。人-车-路-环境耦合作用、复杂非线性条件下的车辆侧翻预测模型,以及混沌条件下的优化控制将会是未来重点研究方向。

关键词：车辆主动安全大型车辆侧翻预测防侧翻控制关键技术

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基于CNN-LSTM的重型载货车侧翻预测

湖北汽车工业学院学报 2024年第2期38卷 6-11,16页

作者：高梦涵冯樱湖北汽车工业学院汽车工程学院湖北十堰442002

针对车辆在运行过程中左右侧车轮垂直载荷难以直接测量的问题,结合卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)和长短时记忆神经网络(long short-term memory,LSTM)对横向载荷转移率(lateral load transfer rate,LTR)进行预测。建... 详细信息

针对车辆在运行过程中左右侧车轮垂直载荷难以直接测量的问题,结合卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)和长短时记忆神经网络(long short-term memory,LSTM)对横向载荷转移率(lateral load transfer rate,LTR)进行预测。建立重型载货车TruckSim动力学模型,在鱼钩工况、J-Turn工况和双移线工况下采集车辆的侧向加速度、横摆角速度等行驶状态参数。在MATLAB中建立CNN-LSTM模型,利用CNN-LSTM模型的特征提取和时间序列预测功能,对重型载货车LTR值进行预测,并在多种工况下验证CNN-LSTM模型的性能。结果表明:在不同行驶工况、车辆参数及路面条件下,CNN-LSTM模型能够对重型载货车LTR值进行有效预测。

关键词：重型载货车侧翻预测横向载荷转移率时间序列预测

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载货汽车弯道侧翻路侧预测方法

吉林大学学报(工学版) 2024年第5期54卷 1302-1310页

作者：许清津付锐郭应时吴付威长安大学汽车学院长安大学汽车运输安全保障技术交通行业重点实验室

载货汽车重心高的特点极易因操作不当引发侧翻，为此，依靠现有路侧测量设备提出一种可快速投入使用的车辆弯道侧翻预测方法。首先，提出基于改进KNN的车辆重心高度回归预测模型实现车辆重心高度路侧动态估计；然后，建立基于横向载荷... 详细信息

载货汽车重心高的特点极易因操作不当引发侧翻，为此，依靠现有路侧测量设备提出一种可快速投入使用的车辆弯道侧翻预测方法。首先，提出基于改进KNN的车辆重心高度回归预测模型实现车辆重心高度路侧动态估计；然后，建立基于横向载荷转移率的车辆侧倾估计模型实现侧倾程度路侧估计；最后，提出在线ARIMA模型在线预测车辆侧倾状态。MATLAB/Simulink与TruckSim联合仿真结果表明：本文提出的侧翻预测方法在弯道全程均能准确预测车辆LTR变化趋势和其极限值，从而为路侧设施在弯道发布针对性预警提供依据。

关键词：交通工程侧翻预测在线ARIMA 路侧感知设备重心高度估计 TruckSim仿真

基于预瞄、预测模型的汽车防侧翻控制策略研究

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基于预瞄、预测模型的汽车防侧翻控制策略研究

作者：王浩宇南京航空航天大学

学位级别：硕士

近年来,重心偏高的越野车和SUV汽车的蓬勃发展,使得车辆行驶中的侧翻问题成了人们关注的核心。在此类车辆所有类型的交通事故中,高速转向下的侧翻事故尤为突出,针对常见的高速转向工况下的车辆行驶安全性尤其是侧翻的研究也受到了越来... 详细信息

近年来,重心偏高的越野车和SUV汽车的蓬勃发展,使得车辆行驶中的侧翻问题成了人们关注的核心。在此类车辆所有类型的交通事故中,高速转向下的侧翻事故尤为突出,针对常见的高速转向工况下的车辆行驶安全性尤其是侧翻的研究也受到了越来越多的重视。因此,研制一种车辆侧翻预测系统和防侧翻控制系统,从而提高此类车辆的侧翻稳定性,对避免侧翻事故的频繁发生具有重要的意义。本文主要研究了基于预瞄、预测模型的车辆防侧翻控制策略问题。本文以高重心易侧翻车辆为研究对象,如越野车和SUV运动型多功能汽车,通过深入地研究侧翻动力学模型,建立了三自由度车辆模型和预瞄驾驶员模型;接着研究了车辆侧翻的机理,提出了车辆侧翻预测指标,并建立了基于预瞄驾驶员模型的侧翻预测计算方法和车辆侧翻预测系统;然后通过主动悬架控制器,基于模糊控制理论,建立了车辆防侧翻控制器,进而研究车辆的防侧翻控制策略问题,最终建立了包含预瞄驾驶员模型和侧翻预测系统的车辆防侧翻控制系统;最后进行了双移线道路的仿真分析,验证了提出的控制系统和控制策略的有效性在传统的侧翻指标中,一般仅考虑了当下时刻的车辆动力学的参数,而忽略了对车辆运动状态的整体倾向的判断,且侧翻阈值难以确定。常用的侧翻预警算法在计算时,也假设车辆输入不变,计算效率和实时性十分依赖车辆的动力学模型,同时计算结果需要进行进一步复杂的修正。而这些指标和预警本质上就是对车辆侧翻的发生作出预测,因此,本章接着对车辆侧翻的预测进行深入的分析,包括侧翻预测的机理分析和预测载荷转移率PLTR,对比了PLTR和LTR,在此基础上提出了基于预瞄驾驶员模型的预测载荷转移率PPLTR,详细介绍了PPLTR的计算方法并构建了侧翻预测系统。最终通过基于预瞄、预测模型的侧翻预测系统,建立了基于主动悬架和模糊控制的防侧翻控制系统。本文所建立的车辆的防侧翻控制系统,控制逻辑基于模糊控制理论,控制信号输入来自侧翻预测系统。防侧翻控制器的输入信号是基于侧翻预测信号,在时间上考虑了预测时间,包含一定的超前性和预测性,因此控制器能够实现对车辆侧翻倾向的主动控制。

关键词：防侧翻预瞄侧翻预测主动悬架模糊控制

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运输车辆侧翻预测及主动防侧翻控制研究

运输车辆侧翻预测及主动防侧翻控制研究

作者：高琦山东理工大学

学位级别：硕士

运输车辆主要包括货车、客车等,相对于其他小型车辆具有质心位置较高、车体较长以及车身体积较大等特点,在高速运行通过各种弯道和躲避障碍物时更容易发生侧翻,而且一旦发生侧翻事故将造成较为严重的人员伤亡和财产损失。为此,本文针对... 详细信息

运输车辆主要包括货车、客车等,相对于其他小型车辆具有质心位置较高、车体较长以及车身体积较大等特点,在高速运行通过各种弯道和躲避障碍物时更容易发生侧翻,而且一旦发生侧翻事故将造成较为严重的人员伤亡和财产损失。为此,本文针对运输车辆行驶过程中的侧翻安全问题,选取某一车型开展运输车辆侧翻预测及主动防侧翻控制的研究。本文的主要研究工作如下:(1)建立三轴货车侧翻动力学仿真平台。运用车辆系统动力学软件veDYNA,建立了三轴货车侧翻动力学仿真平台,并根据实车试验设置相同工况进行仿真,验证其有效性。仿真结果表明:所建立的三轴货车侧翻动力学仿真平台能够动态仿真模拟运输车辆侧翻的动力学过程,为后续车辆的侧翻动力学特性、预测及主动防侧翻控制研究提供了试验验证平台。(2)运输车辆侧翻动力学特性研究。分析了运输车辆行驶过程中发生侧翻的各种影响因素,重点研究了运输车辆的结构参数、动力学参数及道路参数对车辆侧翻的影响,从而对运输车辆侧翻动力学特性有一个整体认识。(3)运输车辆侧翻预测研究。分析比较了车辆侧向加速度、侧倾角和横向载荷转移率作为车辆侧翻评价指标的特点,提出一种基于侧倾角和侧向加速度的运输车辆侧翻综合评价指标,通过所建立的三轴货车侧翻动力学仿真平台验证该侧翻综合评价指标的有效性;以运输车辆达到侧翻指标动态阈值的时间为目标,构建了一种改进的运输车辆侧翻时间预测算法,并在所建立的三轴货车侧翻动力学仿真平台中进行验证和调整。(4)运输车辆主动防侧翻控制策略研究。采用自抗扰控制算法(ADRC),以侧翻综合评价指标为控制量,设计了一种运输车辆主动防侧翻控制策略。当侧翻综合评价指标达到设定阈值时,控制器能够实时输出运输车辆所需的防侧翻力矩,并分配到车辆后轴悬架进行力矩调节,通过仿真试验验证了控制效果。最后,指出本文的创新之处与不足,并对后续的研究工作进行展望。

关键词：运输车辆侧翻动力学侧翻预测主动防侧翻控制自抗扰控制

基于车路多源信息的大型车辆侧翻预测建模及仿真实现

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基于车路多源信息的大型车辆侧翻预测建模及仿真实现

作者：范世才武汉理工大学

学位级别：硕士

近年来,我国交通运输业迅速发展,汽车侧翻引起的交通事故在不断增加,造成了严重的人员伤亡与巨大的经济损失。车辆侧翻已经成为世界瞩目的安全问题,研究如何提高车辆的抗侧翻能力,减少侧翻事故的发生,已成为当前研究的热点。大型车辆作... 详细信息

近年来,我国交通运输业迅速发展,汽车侧翻引起的交通事故在不断增加,造成了严重的人员伤亡与巨大的经济损失。车辆侧翻已经成为世界瞩目的安全问题,研究如何提高车辆的抗侧翻能力,减少侧翻事故的发生,已成为当前研究的热点。大型车辆作为一种重要的交通运输工具,具有重心高,质量大,轮距相对较窄的特点,且行驶中这些参数都动态变化,致使大型车辆比其它汽车更容易发生侧翻事故。本文以大型车辆为研究对象,建立三自由度车辆动力学模型,提出基于TTR的车辆侧翻预测方法,并运用MABLAB/Simulink和Trucksim软件联合仿真不同车辆操纵参数、车辆结构参数以及不同路面条件的车辆TTR侧翻预测结果,主要研究内容如下： (1)分析车辆稳定性机理,包括侧倾稳定机理和横摆稳定机理。以两轴大型车辆为研究对象,在车辆坐标系下建立了三自由度动力学模型,该模型包括横向,横摆以及侧倾方向的响应。在MATLAB/Simulink中,分别采用J-turn和Fishhook工况来仿真所建立动力学模型动态响应,通过侧倾角φ、横摆角速度Ψ、质心侧偏角β、横向速度Vx和横向加速度αy这五个变量的输出响应与Trucksim仿真结果进行对比,结果表明该模型与Trucksim中对应车辆模型的响应基本一致,可以满足大型车辆侧翻预测的需求,为大型车辆侧翻预测算法的研究打下基础。 (2)基于车辆三自由度动力学模型,根据车辆动态横向载荷转移率LTRd确定出车辆侧倾角阈值,在MATLAB/Simulink中仿真实现基于侧倾角速度和侧倾加速度TTR侧翻预测方法。仿真结果对比表明,两种TTR侧翻预测方法都能有效预测车辆侧翻发生的时间,在整个预测过程中,基于侧倾角速度的TTR侧翻预测方法比基于侧倾加速度的TTR预测方法效果好,原因在于它的稳定性好,精确性好。 (3)仿真不同车辆操纵参数、车辆结构参数的车辆TTR侧翻预测结果。车辆操纵参数包括车速和前轮转角;车辆结构参数包括簧载质量、簧载质量侧倾转动惯量、侧倾中心距离、质心到前轴的距离、悬架侧倾刚度、悬架侧倾阻尼系数、前轮侧偏刚度和后轮侧偏刚度等。 (4)统计了公安部交通管理局发布的近三年的道路因素与侧翻事故关系的数据,在Trucksim软件中仿真了典型的几种路面条件下的车辆TTR侧翻预测结果,包括不同路面附着系数,路面凸起。本文基于三自由度动力学模型实现了基于侧倾角速度的车辆TTR侧翻预测算法,并仿真了不同的车辆操纵参数、不同车辆结构参数和不同道路条件时的TTR侧翻预测结果,文中的预测方法为今后开发大型车辆侧翻预警装置与侧翻控制装置打下基础。

关键词：大型车辆侧倾稳定性侧翻预测路面条件

基于差动制动的汽车横摆与侧翻稳定性集成控制研究

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基于差动制动的汽车横摆与侧翻稳定性集成控制研究

作者：李占旗吉林大学

学位级别：硕士

近些年来一直畅销的SUV(Sport Utility Vehicle)车型由于重心位置较高,侧翻稳定阈值相对较低,在高附着路面上进行紧急避障或急转弯时容易发生侧翻。随着汽车电子稳定性控制系统日渐成熟并在汽车上获得了广泛应用,汽车的主动安全性得到... 详细信息

近些年来一直畅销的SUV(Sport Utility Vehicle)车型由于重心位置较高,侧翻稳定阈值相对较低,在高附着路面上进行紧急避障或急转弯时容易发生侧翻。随着汽车电子稳定性控制系统日渐成熟并在汽车上获得了广泛应用,汽车的主动安全性得到了很大的提高,但是目前这类系统多是以横摆稳定性为主要控制目标。为了使汽车电子稳定性控制系统在更大程度上提高SUV车型的行驶安全性,有必要把侧翻稳定性作为其一个重要控制目标,并对横摆与侧翻稳定性控制进行有效集成。论文以某款SUV为研究对象,为了深入了解横摆与侧翻稳定性控制的特点,首先分别对横摆稳定性控制算法以及侧翻稳定控制算法进行了分立研究,然后在此基础上进行了横摆与侧翻稳定性集成控制算法的探索研究。全文共分六章,主要内容如下: 第1章为绪论,详细阐述了汽车失去横摆稳定性以及侧翻稳定性的原因,并介绍了汽车横摆与侧翻稳定性控制的发展与研究现状,给出了论文研究的主要内容。第2章建立了作为横摆稳定性控制参考模型的二自由度车辆模型以及作为侧翻稳定性控制预测模型的三自由度车辆模型。在建立了线性二自由度车辆模型之后,通过fminsearch方法对前后轴轮胎的等效侧偏刚度进行了离线辨识;在此基础上,增加了侧倾自由度建立了线性三自由度车辆模型,并通过对前后轴轮胎侧偏特性的分段处理实现了对三自由度车辆模型的非线性化;然后通过对三自由度车辆模型的离散化实现了其真正作为侧翻预测模型的目的。仿真结果表明,本文建立的二自由度车辆模型可以描述目标车辆线性区的动态特性,三自由度车辆模型可以描述目标车辆线性区和非线性区的动态特性。这些为下面对横摆与侧翻稳定性控制算法的研究提供了可靠的基础。第3章设计了基于差动制动的横摆稳定性控制算法。算法以汽车的横摆角速度偏差以及质心侧偏角导数作为控制变量,利用门限值和PID控制方法进行横摆力矩决策,然后选择效率车轮进行差动制动并通过液压调节实现需求的制动压力,从而实现汽车的横摆稳定性。通过GM公司的ESP评价方法设定的低附着路面工况以及NHTSA的FMVSS126法规关于ESP评价设定的高附着路面工况的仿真验证,表明本文的横摆稳定性控制算法可以有效地提高汽车的横摆稳定性。第4章首先基于TTR的思想设计了侧翻预测系统;该系统以三自由度车辆模型为预测模型,以瞬态过程的侧向载荷转移率为侧翻指数,预测过程中如果侧翻指数超过设定的门限值就认为汽车未来一段时间有侧翻危险并输出距离侧翻发生的时间TTR;通过仿真中把预测的与汽车实际状态下的侧向载荷转移率进行对比,表明该侧翻预测系统可以准确预测未来一段时间汽车的侧翻状态。之后在侧翻预测系统的基础上设计了基于侧翻预测的侧翻稳定性控制算法;算法以侧翻预测系统输出的TTR作为控制变量,利用PID控制方法进行横摆力矩决策,选择外前轮进行制动并通过液压调节实现需求的制动压力,从而实现汽车的侧翻稳定性。通过高附着路面驾驶员开环和闭环工况的仿真,表明本文基于侧翻预测的侧翻稳定性控制算法可以及时有效地实现汽车的侧翻稳定性。第5章设计了基于差动制动的横摆与侧翻稳定性集成控制算法。算法按照先独立决策后加权集成的控制思路进行设计,即先由横摆稳定性控制模块和侧翻稳定性控制模块独立决策出各自需求的横摆力矩和制动力矩,再根据汽车的横摆与侧翻状态对横摆力矩和制动力矩进行统一加权仲裁,然后对横摆力矩采用效率车轮的思想进行单轮制动力分配,对制动力矩采用四轮均施加制动但制动力不等的差动制动思想进行四轮制动力分配,最后通过线性相加计算出每个车轮需求的制动力。为了防止控制过程中车轮抱死,集成控制中还加入了ABS控制。通过驾驶员闭环工况的仿真,验证了本文设计的横摆与侧翻稳定性集成控制算法在防止侧翻的同时明显地提高了汽车对驾驶员转向意图的跟随能力,从而表明本文对横摆与侧翻稳定性集成控制的有效性。第6章对全文进行了总结,并对今后的研究工作进行了展望。

关键词：横摆稳定性侧翻稳定性差动制动集成控制侧翻预测