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基于车辆侧倾角侧翻预警算法的研究

机械设计与制造 2011年第2期 52-54页

作者：朱颖周炜郭志平李文亮张学文内蒙古工业大学机械学院呼和浩特010014 交通部公路科学研究院运输车辆运行安全技术交通行业重点实验室北京100088

侧翻预警是防止运输车辆发生事故的主要手段。基于车辆侧倾角和侧向加速度的监测,建立车辆动态侧翻模型,设计侧翻事故线性判别函数,提出了直接根据侧倾角信号和侧向加速度信号对侧翻事故进行判断的预警算法。通过对某车型进行仿真试验... 详细信息

侧翻预警是防止运输车辆发生事故的主要手段。基于车辆侧倾角和侧向加速度的监测,建立车辆动态侧翻模型,设计侧翻事故线性判别函数,提出了直接根据侧倾角信号和侧向加速度信号对侧翻事故进行判断的预警算法。通过对某车型进行仿真试验验证了预警算法的有效性,同时本算法具有计算量小、计算速度快等优点,对减少同类交通事故的发生具有重要意义。

关键词：侧翻预警侧倾角侧向加速度

ADXL203型加速度传感器在汽车侧翻预警系统中的应用

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科学技术与工程 2013年第7期21卷 1979-1982页

作者：刘久凯吉林农业工程职业技术学院四平136001

设计了一种基于MEMS加速度传感器的汽车侧翻预警系统,通过对汽车侧翻数学模型分析,以汽车发生侧翻的最大倾侧角度作为阈值门限进行预警。由MSP430F149单片机对ADXL203型加速度传感器采集的数据进行分析处理。计算出汽车当前倾侧角度和... 详细信息

设计了一种基于MEMS加速度传感器的汽车侧翻预警系统,通过对汽车侧翻数学模型分析,以汽车发生侧翻的最大倾侧角度作为阈值门限进行预警。由MSP430F149单片机对ADXL203型加速度传感器采集的数据进行分析处理。计算出汽车当前倾侧角度和继续维持当前状态行驶至出现侧翻的时间并做出提前预警。使驾驶员能够有充足的反应时间,防止汽车产生侧翻。

关键词：侧翻预警最大倾侧角度 ADXL203型加速度传感器 MSP430F149单片机

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基于模型预测的重型商用车侧翻预警算法

吉林大学学报（工学版） 2010年第4期40卷 906-910页

作者：麦莉曲伟朱天军于志新吉林大学机械科学与工程学院长春130022 吉林大学汽车工程学院长春130022 吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室长春130022

在建立商用车侧倾简化模型和确定动态侧倾阈值的基础上,开发了基于侧翻时间预测的重型商用车侧翻预警算法和一套能觉察翻车危险的实时侧翻预警控制器,并进行了实车场地试验验证。试验结果表明,本文算法可在控制器上运行,并能在车辆接近... 详细信息

在建立商用车侧倾简化模型和确定动态侧倾阈值的基础上,开发了基于侧翻时间预测的重型商用车侧翻预警算法和一套能觉察翻车危险的实时侧翻预警控制器,并进行了实车场地试验验证。试验结果表明,本文算法可在控制器上运行,并能在车辆接近侧翻时及时提醒驾驶员采取相应措施,从而避免侧翻发生。

关键词：车辆工程重型商用车模型预测动态侧倾阈值侧翻预警

基于TTR的轻型森林消防车侧翻预警系统研究

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基于TTR的轻型森林消防车侧翻预警系统研究

作者：何佼容北京林业大学

学位级别：硕士

森林火灾危害大,火势蔓延快,如果不及时遏制将会对森林资源带来毁灭性的打击,这就要求消防人员尽快到达现场实施扑救。森林消防车是执行救灾任务的重要载体,其性能直接决定了扑救工作的水平以及效率。由于森林消防车是一种林业特种车辆... 详细信息

森林火灾危害大,火势蔓延快,如果不及时遏制将会对森林资源带来毁灭性的打击,这就要求消防人员尽快到达现场实施扑救。森林消防车是执行救灾任务的重要载体,其性能直接决定了扑救工作的水平以及效率。由于森林消防车是一种林业特种车辆,需要通过多种复杂的越野路面,具有较高的质心。而质心越高,车辆的侧翻风险也越大。所以,及时对森林消防车进行有效的侧翻预警对于避免消防人员伤亡至关重要。针对目前森林消防车电气化水平普遍不高,需要在车上额外加装传感器才能获取车辆行驶的实时参数的特点,基于TTR算法和惯导技术相结合,采用模型理论计算、计算机仿真、动态侧翻预警试验等方法对轻型森林消防车侧翻预警展开综合分析研究。首先,使用基于TTR(Time to Rollover)的森林消防车侧翻预警算法,以森林消防车实时侧倾角和侧倾角速度为算法的输入变量,将森林消防车的动态 LTR(Lateral-Load Transfer Ratio)作为侧翻判定指标,设置|LTRMAx|=0.8为侧翻判定门限值,TTR=1s为主要预警门限值,同时,在侧倾角速度为0的特殊时刻,单独使用横向载荷转移率LTR=0.8作为辅助预警门限值。其次,在CarSim软件中建立森林消防车动力学模型,在Matlab/Simulink环境中搭建预警算法,针对典型鱼钩转向工况和双移线转向工况进行CarSim和Matlab/Simulink的非绊倒型侧翻联合模拟仿真,得到了满意的结果。最后,基于MEMS惯性元件MPU6050和STM32单片机自主开发了侧翻预警系统,并参考国标GBT 6323-2014和美国49CFRPart575法规分别选择蛇形工况、稳态回转工况和鱼钩转向工况展开了场地试验。结果表明:该侧翻预警系统使用尽可能少的传感器获取车辆参数实现侧翻预警,且得到的侧倾角度和侧倾角速度准确,通过侧翻预警算法求得的侧翻预警时间可靠性和实时性较高,能辅助驾驶员判断侧翻风险,提高森林消防车的主动安全性。

关键词：森林消防车侧翻预警 TTR算法惯导技术

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基于车联网车载终端及车辆侧翻预警系统设计

基于车联网车载终端及车辆侧翻预警系统设计

作者：任向阳昆明理工大学

学位级别：硕士

随着我国经济的发展,交通管理压力以及交通安全问题日趋明显,如何更有效地保障车辆的安全运行变得尤其重要。及时获取车辆实时信息以及相关参数预测信息,对于防止交通事故的发生有着重要的现实意义。针对这一现象,本文基于嵌入式技术、... 详细信息

随着我国经济的发展,交通管理压力以及交通安全问题日趋明显,如何更有效地保障车辆的安全运行变得尤其重要。及时获取车辆实时信息以及相关参数预测信息,对于防止交通事故的发生有着重要的现实意义。针对这一现象,本文基于嵌入式技术、无线网络通信技术、车辆实时定位技术以及车辆侧翻预警算法,设计了具有数据中心控制平台、无线通信模块、车联网车载终端模块以车辆侧翻预警模块的综合系统。本文主要完成了以下工作：(1)设计了一种车辆综合信息管理系统。该系统主要包括：车主及车辆信息管理、车辆定位信息管理、车辆状态数据信息管理等。系统主要从数据中心控制平台以及车联网车载终端两部分进行设计。在数据中心控制平台中,系统实现对车主以及车辆的基本信息进行查询以及修改、显示并保存车辆的实时位置信息、以及与车载平台进行信息交互等功能。在车联网车载终端中,系统除了能实现数据中心的功能外,还可以显示并保存车辆状态数据信息等功能。(2)设计了一种车辆侧翻预警系统。系统选择内含ARM11处理器的S3C6410作为侧翻预警系统主控制器的处理器,利用MPU6050六自由度传感器采集车辆实时运行参数并输送给主控制器。使用定位通信一体模块SIM908模块实现车辆的实时定位,以及车联网车载终端与数据中心控制平台的无线通信。(3)为了达到车辆侧翻预警的目的,本文选取车辆的横向载荷转载转移率(LTR, Lateral-Load Transfer Ratio)作为车辆侧翻预警算法的判别侧翻指示。选用多层递阶(MLR, Multi-level Recursive)建模预测方法作为预警算法,可以实现在线预测侧翻判别指标的数值,根据预测得到的数值,车载系统对车辆侧翻危险程度进行判断,当预测LTR值超过设定的阈值后发出报警信号。本系统基于软硬件平台以及实车模拟实验完成了系统的综合测试,实现了数据中心与车载终端进行信息的查询、储存、更改、交互等功能。为验证系统算法的有效性,将本文所提MLR建模预测方法与自回归模型(AR, Autoregressive Model)预测方法在未来1到2秒的LTR预测值并与车辆实际LTR值作对比,实验结果显示,本文所提车辆侧翻预警系统有较高的适用性和预测精度。

关键词：车联网侧翻预警 MLR建模预测方法嵌入式技术

车辆侧翻预警及半主动悬架防侧翻优化控制研究

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车辆侧翻预警及半主动悬架防侧翻优化控制研究

作者：杨益吉林大学

学位级别：硕士

车辆侧翻是一种极危险的交通事故。美国国家公路交通安全管理局的统计表明,侧翻事故导致的死亡人数约占所有交通事故总死亡人数的32%。车辆抗侧翻性能是美国新车评估体系中的一项重要指标。车辆侧翻稳定性及主动防侧翻控制一直是研究热... 详细信息

车辆侧翻是一种极危险的交通事故。美国国家公路交通安全管理局的统计表明,侧翻事故导致的死亡人数约占所有交通事故总死亡人数的32%。车辆抗侧翻性能是美国新车评估体系中的一项重要指标。车辆侧翻稳定性及主动防侧翻控制一直是研究热点。主动防侧翻控制的核心是侧翻预警与侧翻控制。侧翻预警要求侧翻指标兼备实时性、准确性和预测性,但常见侧翻指标对侧翻动力学的表达不够充分,其准确性和预测性仍有不足;在侧翻控制方面,常见防侧翻协调控制缺乏对悬架执行器动力学特性的细致描述,对执行器瞬态特性和饱和约束的考虑不足,对悬架系统多执行器作动力的分配研究不足。本文针对半主动悬架汽车防侧翻控制展开研究,重点解决了车辆侧倾中心在线辨识、侧翻稳定性描述及其实时预测、半主动悬架防侧翻优化控制等问题。主要研究内容和结论如下:1)侧倾中心辨识与轮胎垂向力观测。考虑侧倾角、侧倾角速度和侧倾角加速度信号的可观测性,建立了三种侧倾中心在线辨识方法:当全部侧倾运动信号可观测时,设计了带扰动观测的最小二乘法辨识算法;当侧倾角和侧倾角速度可观测时,提出一种滑模自适应辨识方法;仅当侧倾角信号可观测时,设计了扩展卡尔曼滤波器辨识算法。仿真结果表明:最小二乘法辨识精度高且辨识速度快,可用于直线工况较多时的侧倾中心在线辨识;滑模自适应算法辨识精度与最小二乘法相当,但辨识速度相对较慢,可用于转向工况较多时的侧倾中心在线辨识;扩展卡尔曼滤波辨识误差相对于最小二乘法为6%,且辨识速度慢,可用于对侧倾中心辨识精度和辨识速度要求较低的场合。研究了具有未知输入的状态观测算法,设计了一种轮胎垂向载荷自适应鲁棒观测器,采用线性矩阵不等式实现了观测器增益的快速设计。仿真结果表明:对Fishhook和J-turn试验,轮胎垂向载荷转移比最大观测误差不超过0.1,为建立侧翻预警算法和防侧翻控制奠定基础。2)基于载荷转移比等高线的侧翻预警方法。采用相平面分析研究了车辆侧翻稳定性描述方法,提出了载荷转移比等高线,并通过理论推导建立了载荷转移比等高线的解析表达形式和试验辨识方法,实现了在侧倾相平面内对车辆侧翻稳定性阈值的描述;采用一阶泰勒展开对侧倾相轨迹的运动趋势进行描述,在侧倾相平面内建立了车辆侧翻预警算法,提出了基于载荷转移比等高线的车辆侧翻指标。结果表明:综合载荷转移比等高线的侧倾相平面分析不仅能直接描述车辆的侧倾运动状态,还能反映车辆载荷转移情况;基于载荷转移比等高线的侧翻指标通过准确计算载荷转移比的变化率对车辆的侧翻倾向进行准确预测并及时触发防侧翻控制,为半主动悬架汽车防侧翻控制性能提供了保障。3)磁流变阀控半主动悬架防侧翻优化控制研究。采用分层控制策略和控制分配理论建立了半主动悬架汽车防侧翻协调优化控制:首先,设计了半主动悬架防侧翻滚动优化控制和差动制动滑模控制,求解广义防侧翻力矩和差动制动力矩;然后,建立了刻画轮胎垂向动态载荷的性能目标函数,采用拉格朗日乘子法设计了考虑减振器饱和约束的阻尼力优化分配方法,同时根据各车轮制动对横摆力矩的影响设计了车轮制动力链式分配策略;最后,基于ITAE指标建立了考虑减振器瞬态响应特性的阻尼力优化跟踪控制方法。对比半主动悬架防侧翻优化控制和半主动悬架防侧翻模糊控制的结果表明:采用磁流变阀控半主动悬架防侧翻时,相比于模糊控制,半主动悬架优化控制可将目标车辆不侧翻的最高车速提高25%;采用半主动悬架和差动制动协调防侧翻时,“悬架优化控制+差动制动”的优化性能指标较“悬架模糊控制+差动制动”明显降低,从而降低了轮胎垂向动态载荷,减小了车辆载荷转移比,提高了车辆侧翻稳定性。

关键词：主动防侧翻侧翻预警侧倾中心半主动悬架优化控制

基于分层HMM和AR模型的重型车辆侧翻预警方法研究

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基于分层HMM和AR模型的重型车辆侧翻预警方法研究

作者：陈敏东南大学

学位级别：硕士

针对传统的侧翻预警方法在重型车辆载荷和重心变化较大时,复杂工况下预警可信度下降问题,本文基于国家自然基金资助项目(51205151),结合自回归模型(AR)和隐马尔科夫模型(HMM),对重型车辆侧翻预警模型和算法进行了部分研究。针对重型车... 详细信息

针对传统的侧翻预警方法在重型车辆载荷和重心变化较大时,复杂工况下预警可信度下降问题,本文基于国家自然基金资助项目(51205151),结合自回归模型(AR)和隐马尔科夫模型(HMM),对重型车辆侧翻预警模型和算法进行了部分研究。针对重型车辆发生非绊倒型侧翻时的动力学特点,本文首先建立了三自由度的简化模型,深入研究重型车辆侧翻失稳机理,分析重型车辆行驶稳定性的影响因素,为构建侧翻预警模型提供理论基础。结合车辆侧翻过程的运动特点,构建基于自回归模型理论以及分层隐马尔科夫模型理论的车辆侧翻预警模型,用下层分方向状态模型库描述转向过程分运动的状态,以分运动状态的辨识结果为观察序列,构建描述转向过程车辆整体状态的上层模型。利用MATLAB和TruckSim进行车辆动态运行仿真,根据仿真数据的特征,结合自回归模型特点,对仿真获得的数据进行一系列处理,然后编写相关公式的m代码训练重型车辆分层隐马尔科夫模型,并对训练好的模型进行复杂工况下的离线验证。根据训练好的车辆分层隐马尔科夫模型和仿真过程车辆状态的辨识情况,利用Viterbi算法结合传统的TTR车辆预警方法,探索有效的重型车辆侧翻预警算法;结合马尔科夫预测法预测未来一段时间内车辆的运行状态,在危险工况下实现预警。

关键词：重型车辆侧翻预警自回归模型隐马尔科夫模型状态辨识

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基于姿态监测的汽车侧翻预警及控制研究

基于姿态监测的汽车侧翻预警及控制研究

作者：张先奎南京航空航天大学

学位级别：硕士

国内外学者多注重于侧翻检测和侧翻控制方面的研究,而作者以为侧翻预警能有效减少人为导致的侧翻事故,具有比较大的研究价值。本文在总结国内外汽车侧翻相关文献的基础上,建立了三自由度汽车侧翻模型,提出了基于姿态监测的TTR侧翻预警... 详细信息

国内外学者多注重于侧翻检测和侧翻控制方面的研究,而作者以为侧翻预警能有效减少人为导致的侧翻事故,具有比较大的研究价值。本文在总结国内外汽车侧翻相关文献的基础上,建立了三自由度汽车侧翻模型,提出了基于姿态监测的TTR侧翻预警方法及双飞轮侧翻控制方法,研究了TTR侧翻预警模型和双飞轮侧翻控制模型,并运用Simulink软件对TTR侧翻预警模型和双飞轮侧翻控制模型进行了仿真分析。本文还设计了基于TMS320LF2407 DSP和XC866单片机的汽车侧翻预警器和侧翻控制器软硬件,并将TTR侧翻预警方法和双飞轮侧翻控制方法应用到侧翻预警器和侧翻控制器之中。本文最后利用PC机、NI PCI-6024E多功能数据采集卡、SC-2075端子板等硬件搭建了硬件在环仿真试验平台,使用VC++和Real-Time Workshop设计了平台仿真软件和数学模型程序,构成了一个完整的硬件在环仿真试验环境,并在平台上进行了侧翻预警及控制硬件在环仿真试验。试验结果表明侧翻预警器能可靠稳定地提供基于汽车姿态监测的侧翻预警信息,侧翻控制器模型也能在紧急情况下对汽车侧翻进行有效控制。

关键词：侧翻预警侧翻控制 TTR 双飞轮硬件在环仿真

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轮式车辆侧翻预警系统研究

轮式车辆侧翻预警系统研究

作者：王璐西北农林科技大学

学位级别：硕士

随着社会的高速发展以及道路交通设施的日臻完善,汽车在日常生活中的应用愈加广泛,车辆保有量急剧增大。人们对车辆的安全性要求也越来越高,然而车辆的侧翻问题,却一直没有得到足够的重视。可见,设计一种经济实用的车辆侧翻预警系统来... 详细信息

随着社会的高速发展以及道路交通设施的日臻完善,汽车在日常生活中的应用愈加广泛,车辆保有量急剧增大。人们对车辆的安全性要求也越来越高,然而车辆的侧翻问题,却一直没有得到足够的重视。可见,设计一种经济实用的车辆侧翻预警系统来避免车辆侧翻事故的发生显得十分必要。本文在上述结论基础上针对上述问题,提出了一种车辆侧翻预警方案,选定电动小车作为试验平台,搭建了整个侧翻预警系统的硬件平台并编写了软件系统,完成了整体预警系统调试,及利用试验平台完成了相关的实验,主要研究内容与结论包括:(1)分析了国内外车辆侧翻预警系统和侧翻稳定性的研究及发展现状,提出了车辆侧翻预警系统在研究和发展面临的问题与挑战。提出了不断采集车辆相关状态参数并实时计算出车辆的侧向加速度,并与车辆的侧向加速度阈值对比,以此判断车辆的平衡状态,并根据不同的危险程度发出相应级别的声光报警的预警方案。(2)根据不同的侧翻类型,详尽地分析了引起侧翻事故的因素和侧翻过程,并在此基础上建立了车辆的刚性模型作为分析汽车侧翻阈值的力学模型。详细比较并分析了侧翻的各种评价指标,选择车辆的侧向加速度为本预警系统的评价指标。分析了不同情况下的车辆平衡方程式,为车辆侧翻预警系统提供了理论依据。(3)选择一辆电动小车作为本研究的试验平台。本研究中的传感器部分包括:车速传感器模块、转向角传感器模块、侧倾角传感器模块,用以实现车辆状态信息的实时采集。对所需的传感器进行了选型、安装、调试,并对每个模块进行了精度测量,车辆转角传感器模块的误差低于5%,车辆侧倾角传感器模块的误差低于1%,车辆速度传感器模块误差低于6%,能满足设计的工作要求。本研究中上位机选用PC,下位机选择51单片机。完成了实验小车的改装,搭建了整个硬件平台。(4)本研究中的软件设计主要包括上位机软件设计和下位机软件设计。下位机程序即单片机测量转速的程序,在Keil uVision4版本的集成开发环境下采用C语言编写,编写时主要考虑到霍尔传感器的霍尔脉冲的初步处理及与上位机的通信。上位机程序采用图形化编程软件Lab VIEW编写,上位机框图程序的编写主要是根据刚性车辆模型,对传输来3种数据计算得到车辆的侧向加速度,并根据车辆侧向加速度预警范围比较,判断车辆的侧翻危险程度,并根据不同危险程度来进行对应级别的侧翻预警。(5)对侧翻预警系统进行了整体调试和相关实验。对整体调试时,先完成每个传感器模块进行调试,确定每个模块的供电及其连线。然后再完成各个模块与上位机的通信。以及上位机软件的运行。验证了预警系统的超实时性。在模拟的车辆行驶中,分别测定了当车辆的侧倾角为0o、5o和10o时,侧翻预警系统发出一级预警、二级预警、三级预警时,对应的临界车辆速度与临界车辆转向角。预警系统的整体误差为8.04%。实验表明:该侧翻预警系统相关参数及精度与方案设计基本一致,能实现车辆侧翻的预警作用。

关键词：车辆侧翻侧翻预警侧翻评价指标侧向加速度