货车质心估算方法及基于无线存储通信的弯道预警系统与流程

本发明属于道路交通安全技术领域，具体涉及一种货车质心估算方法及基于无线存储通信的弯道预警系统。

背景技术：

弯道路段是交通事故多发地段，驾驶人常因超速行驶入弯导致车辆失控而引发交通事故，造成人身伤亡和财产损失。在弯道路段事故中，货车侧翻事故造成的后果尤为严重。现有的预警系统如EJ Kazlauskas等人以侧向加速度作为预警指标，计算车辆在轮胎离开地面时的侧向加速度，以此作为安全预警阈值进行安全判定，通过车载设备对驾驶员进行安全提示。该系统对驾驶人来说改进反应时间短且在雨雪天气下适应性差。

日本丰田自动车株式会社发明的用于车辆沿弯道转弯行驶时的行驶稳定性控制装置，该装置能独立于驾驶人的转向操作而控制转向车辆车轮的转向角和施加在各个车轮上的驱动力/制动力，并计算车辆的目标转弯行驶控制量。

在国内王庆一以汽车的刚体模型为物理模型分析了影响车辆侧翻的因素，确定了侧翻阈值，在此基础上开发了一套实用的车载安全预警系统。单少华研究了车路耦合的车辆动力学模型，提出了一种考虑道路线形影响的主动安全系统，可以有效地根据道路线形的不同对驾驶员实时的进行预警。

这些研究均主要从车的角度来提升车辆在弯道行驶的安全性，而没有涉及从道路服务功能角度来提高车辆入弯行驶安全性。以上方法虽然可以通过车载设备得到车辆运行时的详细参数，容易实现并应用在汽车上，但这种方法仅仅实现了对车辆行驶状态的监测，判断车辆的危险状态，并不能从宏观的角度提前对车辆危险状况进行判断。

目前从道路服务功能角度来提高车辆入弯行驶安全性的设施主要在弯道路段设置限速标志。限速标志以车辆在弯道路段的设计车速或运行车速为警示车速，对通行车辆进行警示，但弯道路段的交通事故数仍然居高不下。限速标志是对整条道路进行统一限速，弯道中的建议速度标志限速值的设置也难以针对不同载重量的货车个体进行预警，建议速度标志的信息是固定不变的，无法根据道路结构参数、天气状况的变化而实时进行改变。同时，因为预警车速还未考虑车辆运行状况，导致预警误差往往较大，长期使用后会使驾驶者因自身观念产生警惕性下降的现象。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供货车质心估算方法及弯道预警系统，解决现有技术中无法根据车辆自身运行状况来进行精确弯道预警的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种货车质心估算方法，通过式(1)计算货车质心高度H：

式(1)中，H为货车质心高度；m_i为货车在水平路面上测得的第i根轴重；m_j为货车在测量缓坡上测得的第j根轴重；l_1i为货车第1根车轴到第i根车轴的轴距；l_1j为货车第1根车轴到第j根车轴的轴距；M为货车总质量；α为缓坡的坡度角。

本发明还提供了一种基于无线存储通信的货车弯道预警系统，包括：

无线存储通信单元，安装在货车上，用于存储货车的行驶方向、车牌号、轮距B和货车质心高度H，其中所述货车质心高度H通过权利要求1所述的货车质心估算方法得到；

路侧单元，设置在弯道处，当货车进入路侧单元的通信范围后，采集无线存储通信单元中存储的货车信息；

控制单元，用于根据货车信息计算该货车信息所对应的临界安全车速，将采集到的货车经过弯道处的车速与该货车信息所对应的临界安全车速进行对比，得到货车的弯道预警信息；

显示单元，用于将弯道预警信息进行显示。

进一步地，所述控制单元中根据货车信息计算该货车信息所对应的临界安全车速，包括：

根据式(2)得到临界安全车速v：

v＝min(v₁,v₂) (2)

式(2)中，v₁为货车不发生侧翻的临界安全车速；

B为车辆轮距；H为车辆质心高度；R为弯道半径；a为道路超高；

v₂为货车不发生侧滑的临界安全车速；

a为道路超高；为路面附着系数。

进一步地，当设置在an货车上的所述无线存储通信单元不在路侧单元的通信范围内时，无线存储通信单元处于休眠状态；

当设置在货车上的所述无线存储通信单元进入路侧单元的通信范围时，路侧单元将无线存储通信单元唤醒，并与无线存储通信单元进行无线数据通信。

进一步地，所述路侧单元的通信范围为30m。

进一步地，沿货车的行驶方向所述路侧单元设置在弯道入口后的150m-200m处的路基侧。

进一步地，所述路侧单元与无线存储通信单元进行无线数据通信，包括：

步骤1，当无线存储通信单元进入路侧单元的通信范围后，所述路侧单元向无线存储通信单元发送数据握手请求；

步骤2，若路侧单元发送数据握手请求的对象不是无线存储通信单元，则路侧单元接收到的数据握手响应类型为呼叫目的不可达；

若路侧单元发送数据握手请求的对象是无线存储通信单元，则无线存储通信单元根据数据握手请求生成数据握手响应，并向路侧单元发送数据握手响应，执行步骤3；

步骤3，若路侧单元接收到的数据握手响应类型为允许，且数据握手响应的地址信息和数据握手请求的地址信息匹配，则路侧单元与无线存储通信单元进行无线数据通信。

本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

(1)本发明在车辆驶入弯道前便及早向驾驶人员的超速危险行为提出预警，保证了驾驶人有足够的反应时间和反应距离以降低入弯车速，从而保证行驶安全。

(2)本发明没有采取无差别预警反馈，没有对整条道路进行统一限速，而是单独针对弯道路段进行速度限制，同时针对不同载重量的货车个体进行预警。

(3)本发明的信息并不是固定不变的，而是可实时显示在不同天气条件、不同道路结构参数下，针对不同货车运行状况来全天候实时地向入弯货车提示预警信息的临界安全车速，尤其对提高雨雾天气条件下驾驶安全性帮助极大。

(4)本发明建立了包括路面结构参数和路面附着系数与入弯临界安全车速在内的车路耦合安全预警模型。

(5)本发明提出了用于弯道危险预警的无线存储通信单元，通过无线存储通信单元与路侧单元的信息通信，路侧单元实时采集即将入弯货车的数据信息，从而针对不同货车运行状况进行有效预警。

附图说明

图1是本发明的流程图；

图2是一实施例中弯道处的示意图；

图3是一实施例中显示单元的示意图。

图中符号代表为：1-路侧单元；2-显示单元；3-路基侧；4弯道入口。

以下结合附图对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

实施例1

本实施例提供了一种货车质心估算方法，通过式(1)计算货车质心高度H：

式(1)中，H为货车质心高度；m_i为货车在水平路面上测得的第i根轴重；m_j为货车在测量缓坡上测得的第j根轴重；l_1i为货车第1根车轴到第i根车轴的轴距；l_1j为货车第1根车轴到第j根车轴的轴距；M为货车总质量；α为缓坡的坡度角。

货车因为其载货质量的大小，质心高度浮动会较大，故本实施例提供了一种估算货车质心高度的方法，其估算精度高。

某三轴货车的质心高度，已知的数据如表1所示：

表1

将已知数据带入公式其中表中的m′₁m′₂m′₃带入公式中的m_j，根据表中数据最后计算可以得到：H＝1.29m。

实施例2

本实施例提供了一种基于无线存储通信的货车弯道预警系统，包括：

无线存储通信单元，安装在货车上，用于存储货车的行驶方向、车牌号、轮距B和货车质心高度H，其中所述货车质心高度H通过权利要求1所述的货车质心估算方法得到；

本实施例中的行驶方向对应双向车道，经过路侧单元的车辆同时有来向车辆和去向车辆，因此需要针对行驶方向进行区分编写，用于双向车道两侧的路侧单元，每侧车道的路侧单元从接收到的多组数据流中过滤掉去向车辆，筛选出该方向的来向车辆，从而只针对该方向的来向车辆进行预警。来向则对无线存储通信单元编入0，去向则对无线存储通信单元编入1。来向和去向针对每一路段而定，规定某一方向为来向，相反方向则为去向。

本实施例中的轮距B可以通过红外线测量得到，轮距B取货车最小轮距。

路侧单元1，设置在道路弯道处，当货车进入路侧单元1的通信范围后，采集无线存储通信单元中存储的货车信息；

控制单元，用于根据货车信息计算该货车信息所对应的临界安全车速，将采集到的货车经过弯道处的车速与该货车信息所对应的临界安全车速进行对比，得到货车的弯道预警信息；

显示单元2，用于将弯道预警信息进行显示。

具体地，控制单元中根据货车信息计算该货车信息所对应的临界安全车速，包括：

根据式(2)得到临界安全车速v：

v＝min(v₁,v₂) (2)

式(2)中，v₁为货车不发生侧翻的临界安全车速；

B为车辆轮距，可通过红外线测量得到，取货车的最小轮距；H为车辆质心高度；R为弯道半径；a为道路超高；

v₂为货车不发生侧滑的临界安全车速；

a为道路超高；为路面附着系数。

其中，路面附着系数参考值如表2：

表2

冰雪路面道路附着系数参考值如表3：

表3

可选地，控制单元还包括温度传感器、湿度传感器和雨雪传感器进行弯道路段环境信息的实时检测。

当设置在货车上的所述无线存储通信单元不在路侧单元的通信范围内时，无线存储通信单元处于休眠状态；

当设置在货车上的所述无线存储通信单元进入路侧单元1的通信范围时，路侧单元将无线存储通信单元唤醒，并与无线存储通信单元进行无线数据通信。

具体地，路侧单元1的通信范围为30m。

具体地，如图2所示，沿货车的行驶方向路侧单元1设置在弯道入口4后的150m-200m处的路基侧3，以采集沿货车的行驶方向路侧单元1后方10-30m范围内的货车信息，图2中箭头所指的方向为货车的行驶方向。

本实施例中路侧单元与无线存储通信单元进行无线数据通信，包括：

步骤1，当无线存储通信单元进入路侧单元的通信范围后，所述路侧单元向无线存储通信单元发送数据握手请求；

步骤2，若路侧单元发送数据握手请求的对象不是无线存储通信单元，则路侧单元接收到的数据握手响应类型为呼叫目的不可达；

若路侧单元发送数据握手请求的对象是无线存储通信单元，则无线存储通信单元根据数据握手请求生成数据握手响应，并向路侧单元发送数据握手响应，执行步骤3；

步骤3，若路侧单元接收到的数据握手响应类型为允许，且数据握手响应的地址信息和数据握手请求的地址信息匹配，则路侧单元与无线存储通信单元进行无线数据通信。

其中，无线存储通信单元包括写入模块、控制模块、射频模块、天线模块和电源管理模块。

本实施例中，写入模块与外部设备进行通信，外部设备通过写入模块读取单元内信息，同时无线存储通信单元通过写入模块接收外部设备的待写入内容，即货车信息。

本实施例中，所述写入模块可以通过射频模块13.56MHz电路与外部设备进行通信，对无线存储通信单元执行读取和写入操作。

本实施例中，控制模块根据外部设备发出的指令，将待写入内容即货车信息写入无线存储通信单元。本实施例中的外部设备指的是终端PC机。

本实施例中，所述控制模块主要由MCU和安全芯片构成，完成对射频模块的控制和信息的加密解密功能，同时采用可靠的通讯防碰撞算法。安全芯片设有与MCU的通信接口，支持国标SM4协议。

本实施例中，采用片内式存储。MCU内部存储器，存储空间大，不需要额外的存储器。

本实施例中，所述射频模块采用5.8GHz频段电路和13.56MHz电路，每个电路都与MCU进行独立的SPI通信。

本实施例中，所述13.56MHz频段电路采用集成芯片，外围连接天线。

本实施例中，所述5.8GHz频段电路采用集成芯片，内部内嵌放大电路和收发控制切换电路，外接天线，该5.8GHz频段电路集成芯片和单片机MCU封装在一起。

本实施例中，所述5.8GHz频段电路和13.56MHz电路集成芯片采用市面上的主流芯片，开发周期短，外围元器件少。

本实施例中，所述天线模块为印制板天线，采用微带线设计，线极化方式，全向天线。在布板时位置隔开，避免相互耦合。

本实施例中，所述电源管理模块包括电池，用于为无线存储通信单元各个模块提供电源以及实现电源控制管理。

本实施例中，所述天线模块用于实现无线存储通信单元与路侧单元的天线之间的通信交互。通过优化程序可以使无线存储通信单元在两条BST指令间隔内实现唤醒并响应来自路侧单元的通信请求。

本实施例中，所述电源管理模块的一个实施方式为：当无线存储通信单元经过路侧单元1的天线收发范围内时，路侧单元1会发出5.8GHz微波信号进行询问，将无线存储通信单元唤醒，进行无线数据传输操作；当无线存储通信单元不在路侧单元1的天线收发范围内时，所述无线存储通信单元进入休眠状态，即低功耗状态。

本实施例中，显示单元可以为现有技术中任意一种显示屏，如LED显示屏、LCD显示屏等，本实施例中采用的是全彩LED显示屏，如图3。全彩LED显示屏上显示限速标志，限速标志以黑色线条分为上下两栏，宽度上以1:4的比例进行设计，突出下栏部分。上栏显示车辆的车牌号，左侧“车牌号”为黑色字体。下栏为限速标志的主体部分，显示安全车速，限速标志白色底，红圈。

本实施例中从开始进行相关数据采集到最终在全彩LED显示屏上显示结果信息的过程均在1-2秒左右时间完成，将信息及时快速的反馈给驾驶人，以保证驾驶人有足够的时间来做出相应处理判断，将超速驾驶所造成的安全隐患在车辆入弯前尽快消除，提高弯道行车安全性，降低在弯道处的事故发生率。