一种基于v2x车联网的汽车弯道避撞与稳定性系统协调控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于V2X车联网的汽车弯道避撞与稳定性系统协调控制方法，包括以下步骤：1获取由V2X车联网和自车传感系统采集的弯道车辆行车信息；由V2X车联网系统获取前车的行驶速度Vf，前后辆车间的相对距离Drelative，弯道半径R；由车载传感系统获取自车的行驶速度Vr、实际横摆角速度r、前轮转向角δf；2：分析弯道车辆行车信息，建立汽车弯道避撞安全距离方程；3：分析弯道车辆行车信息，建立汽车期望横摆角速度方程；4：对所建汽车弯道避撞安全距离方程和汽车期望横摆角速度方程进行求解计算，得到弯道避撞预警距离Dw、弯道强制制动距离Db及期望横摆角速度rd；5：根据步骤4求解的结果，设计汽车弯道避撞与稳定性系统协调控制方法。显著提高了安全性和稳定性。
【专利说明】
一种基于V2X车联网的汽车弯道避撞与稳定性系统协调控制 方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种基于V2X车联网的汽车弯道避撞与稳定性系统协调控制方法，属 于行驶安全技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着近十年中国机动车保有量井喷式发展，道路交通安全问题日益突出。根据联 合国秘书长潘基文公布的联合国道路安全协作机制(UNESC)的报告，全球每年的交通事故 造成近130万人死亡，2000万至5000万人受伤。弯道发生交通事故占很大比例，弯道行车视 野受限，车辆间的信息交互不足，追尾撞车，侧翻，偏出车道等事故频频发生。
[0003] 无线通讯技术的迅速发展，为V2X车联网提供了现实基础，V2X车联网可以实时精 确地感知车辆状态，包括车辆工作状态感知技术、车辆运动状态感知技术和车辆行驶环境 感知技术等，为弯道车一车、车一路间通信提供了平台。
【发明内容】
[0004] 为了解决上述问题，本发明提出了一种基于V2X车联网的汽车弯道避撞与稳定性 系统协调控制方法，依据V2X车联网和自车传感系统采集的弯道车辆行车信息，建立汽车弯 道避撞安全距离方程和汽车期望横摆角速度方程，并以此为基础设计一种基于V2X车联网 的汽车弯道避撞与稳定性系统协调控制方法，即实现弯道避撞，又克服了弯道制动工况的 稳定性问题，使汽车的安全性和稳定性得到显著的提高。具体技术方案如下：
[0005] -种基于V2X车联网的汽车弯道避撞与稳定性系统协调控制方法，包括如下步骤：
[0006] 步骤1:获取由V2X车联网和自车传感系统采集的弯道车辆行车信息；
[0007] 由V2X车联网系统获取前车的行驶速度Vf，前后辆车间的相对距离Drelative，结合 GPS定位系统获得弯道半径R;由车载传感系统获取自车的行驶速度Vr、实际横摆角速度r、 前轮转向角S f;
[0008] 步骤2:通过分析弯道车辆行车信息，建立汽车弯道避撞安全距离方程；
[0009] 步骤3:通过分析弯道车辆行车信息，建立汽车期望横摆角速度方程；
[0010] 步骤4:对所建汽车弯道避撞安全距离方程和汽车期望横摆角速度方程进行求解 计算，得到弯道避撞预警距离Dw、弯道强制制动距离D b及期望横摆角速度rd;
[0011] 步骤5:根据步骤4求解的结果，设计汽车弯道避撞与稳定性系统协调控制方法。
[0012] 进一步地，所述步骤2的汽车弯道避撞安全距离方程为：
[0015] 其中，Dw:弯道避撞预警距离，即两车距离若在与Dw、D b之间应该报警；
[0016] Db:弯道强制制动距离，即两车距离若小于Db应该制动，为紧急避撞边界值；
[0017] Dh:表示相对速度消除后，自车与目标车间仍要保持的距离；
[0018] Tr-d:驾驶员反应时间，驾驶员发现前方车辆并采取制动动作，到脚踩上制动踏板 的时间；
[001 9] Tr-b :车制动系统响应和制动时间；
[0020] Vr:自车车速，Vf:前车车速，g:重力加速度，y:路面附着系数，R:弯道半径。
[0021] 进一步地，Dh设置为2-5米;Tr-d设置为0.3-1秒;Tr-b设置为0.3秒。
[0022]进一步地，所述步骤3的汽车期望横摆角速度方程为：
[0024] 其中
期望横摆角速度，Sf:前轮转向角，K:汽车稳定性因数， kf、kr:分别表示前后轮的侧偏刚度，lf、lr:分别表示整车质心距前后轴的距离，1:轴距，m: 整车质量。
[0025] 进一步地，所述步骤5的实现包括如下情况：
[0026] ①测量的前后车相对距离Drelative彡DJ寸，
[0027] 1)如果r = rd，则E⑶发出决策指令;弯道避撞系统不工作;稳定性系统不工作； [0028] 2)如果r#rd，则ECU发出决策指令;弯道避撞系统不工作;稳定性系统工作，改善 汽车稳定性；
[0029] ②测量的前后车相对距离Dw>Dreiative彡D b时，
[0030] 1)如果r = rd，则ECU发出决策指令;弯道避撞系统工作，对驾驶员进行避撞预警； 稳定性系统不工作；
[0031] 2)如果r辛rd，则ECU发出决策指令;弯道避撞系统工作，对驾驶员进行避撞预警； 稳定性系统参与工作，改善汽车稳定性；
[0032] ③测量的前后车相对距离Drelative彡Db时，
[0033] 1)如果r = rd，则ECU发出决策指令;弯道避撞系统工作，进行汽车的强制制动;稳 定性系统不工作；
[0034] 2)如果r#rd，则ECU发出决策指令;弯道避撞系统工作，进行汽车的强制制动;稳 定性系统参与工作，改善汽车稳定性。
[0035]进一步地，所述稳定性系统的控制方法为：
[0036]①当r>0时，横摆角速度符号为正，表示汽车左转，则有：
[0037] 1)如果r-rd>0,这时实际横摆角度与期望横摆角速度的误差为正，说明汽车转向 过多，实行右前轮制动；
[0038] 2)如果r-rd〈0,这时实际横摆角度与期望横摆角速度的误差为负，说明汽车转向 不足，实彳丁左后轮制动；
[0039] ③当r〈0时，横摆角速度符号为负，表示汽车右转，则有：
[0040] 1)如果r-rd>0,这时实际横摆角度与期望横摆角速度的误差为正，说明汽车转向 不足，实行右后轮制动；
[0041] 2)如果r-rd〈0,这时实际横摆角度与期望横摆角速度的误差为负，说明汽车转向 过多，实行左前轮制动。
[0042]本发明的有益效果：
[0043] (1)本发明利用V2X车联网，对弯道车辆的行驶信息进行了精确的获取，显著提高 了系统计算的精确度；
[0044] (2)本发明提供了汽车弯道避撞与稳定性系统协调控制方法，即实现弯道避撞，又 克服了弯道制动制动工况的稳定性问题，使汽车的安全性和稳定性得到显著的提高。
【附图说明】
[0045] 图1是本发明的方法流程图；
[0046] 图2是本发明的V2X车联网信息获取图。
【具体实施方式】
[0047] 下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0048] 如图1所示，本发明提供一种基于V2X车联网的汽车弯道避撞与稳定性系统协调控 制方法，包括以下几个步骤：
[0049] 步骤1:获取由V2X车联网和自车传感系统采集的弯道车辆行车信息。如图2所示：
[0050] 由V2X车联网系统获取前车的行驶速度Vf、以及前后辆车间的相对距离Drelative、弯 道半径R(需要结合GPS定位计算）；由车载传感系统获取自车的行驶速度V r、实际横摆角速 度r、前轮转向角Sf。
[0051 ]步骤2:通过分析弯道车辆行车信息，建立汽车弯道避撞安全距离方程。
[0054] 式中：
[0055] Dw:弯道避撞预警距离，即两车距离若在与Dw、Db之间应该报警。
[0056] Db:弯道强制制动距离，即两车距离若小于Db应该制动，为紧急避撞边界值。
[0057] Dh:表示相对速度消除后，自车与目标车间仍要保持的距离，一般选取数值为2-5 米。
[0058] Tr-d:驾驶员反应时间，驾驶员发现前方车辆并采取制动动作，到脚踩上制动踏板 的时间，一般选取数值为0.3-1秒。
[0059] Tr-b:车制动系统响应和制动时间，一般选取数值为0.3秒。
[0060] Vr:自车车速，Vf:前车车速，g:重力加速度，y:路面附着系数，R:弯道半径。
[0061]步骤3:通过分析弯道车辆行车信息，建立汽车期望横摆角速度方程。
(3)
[0064] rd:期望横摆角速度，心:前轮转向角，K:汽车稳定性因数，kf、kr:分别表示前后轮 的侧偏刚度，If、lr:整车质心分别距前后轴的距离，1:轴距，m:整车质量。
[0065]步骤4:对所建汽车弯道避撞安全距离方程和汽车期望横摆角速度方程进行求解 计算，得到弯道避撞预警距离Dw、弯道强制制动距离Db及期望横摆角速度rd。具体地：
[0066]通过求解模型方程（1)，获得时刻T时汽车的弯道避撞预警距离Dw;通过求解模型 方程(2 )，获得时刻T时汽车的弯道强制制动距离Db;通过求解模型方程(3 )，获得时刻T时汽 车的期望横摆角速度rd。
[0067]步骤5:根据步骤4求解的结果，设计汽车弯道避撞与稳定性系统协调控制方法。 [0068]根据前面测量的前后车相对距离Drelatlve、实际横摆角速度r、横摆角速度方向（由 汽车的转弯方向确定，这里设汽车向前行驶是以左转向产生的横摆角度为正）以及计算出 的弯道避撞预警距离D w、弯道强制制动距离Db、期望横摆角速度rd，设计的汽车弯道避撞与 稳定性系统协调控制方法如下：
[0069] ①测量的前后车相对距离Drelative彡DJ寸，
[0070] 1)如果r = rd，则ECU发出决策指令;弯道避撞系统不工作;稳定性系统不工作。
[0071 ] 2)如果r辛rd，则ECU发出决策指令;弯道避撞系统不工作;稳定性系统工作，改善 汽车稳定性。
[0072] ②测量的前后车相对距离Dw>Dreiative彡D b时，
[0073] 1)如果r = rd，则ECU发出决策指令;弯道避撞系统工作，对驾驶员进行避撞预警； 稳定性系统不工作。
[0074] 2)如果r辛rd，则ECU发出决策指令;弯道避撞系统工作，对驾驶员进行避撞预警； 稳定性系统参与工作，改善汽车稳定性。
[0075] ③测量的前后车相对距离Drelative彡Db时，
[0076] 1)如果r = rd，则ECU发出决策指令;弯道避撞系统工作，进行汽车的强制制动;稳 定性系统不工作。
[0077] 2)如果r#rd，则ECU发出决策指令;弯道避撞系统工作，进行汽车的强制制动;稳 定性系统参与工作，改善汽车稳定性。
[0078]进一步，其中稳定性系统工作控制方法分以下几种情况设计：
[0079]① r>0时，横摆角速度符号为正，表示汽车左转，此时则有：
[0080] 1)如果r-rd>0,这时实际横摆角度与期望横摆角速度的误差为正，说明汽车转向 过多，实行右前轮制动；
[0081] 2)如果r-rd〈0,这时实际横摆角度与期望横摆角速度的误差为负，说明汽车转向 不足，实行左后轮制动。
[0082] ②当r〈0时，横摆角速度符号为负，表示汽车右转，此时则有：
[0083] 1)如果r-rd>0,这时实际横摆角度与期望横摆角速度的误差为正，说明汽车转向 不足，实行右后轮制动；
[0084] 2)如果r-rd〈0,这时实际横摆角度与期望横摆角速度的误差为负，说明汽车转向 过多，实行左前轮制动。
[0085] 以图2中汽车1为例：
[0086]①由V2X车联网以及自车传感系统采集的弯道车辆行车信息。
[0087]②通过分析弯道车辆行车信息，建立汽车弯道避撞安全距离方程。
[0088] ③通过分析弯道车辆行车信息，建立汽车期望横摆角速度方程。
[0089] ④对所建汽车弯道避撞安全距离方程和汽车期望横摆角速度方程进行求解计算， 得到弯道避撞预警距离Dw、弯道强制制动距离D b及期望横摆角速度rd。
[0090] ⑤判断此时测量的前后车相对距离Dw多Dreiat ive>Db，且r = rd，则ECU发出决策指 令;弯道避撞系统工作，对驾驶员进行避撞预警;稳定性系统不工作。
[0091 ]⑥进一步行驶后，驾驶员未采取控制动作，此时测量的前后车相对距离Dre5lative5< Db，且r>0、r-rd>0,横摆角速度符号为正汽车左转，这时实际横摆角度与期望横摆角速度的 误差为正，说明汽车转向不足，则ECU发出决策指令，弯道避撞系统工作，进行汽车的强制差 动制动，并且右后轮制动力大于其他车轮制动力，实现汽车弯道避撞与稳定性系统协调控 制。
[0092] 该控制方法利用V2X车联网，对弯道车辆的行驶信息进行了精确的获取，显著提高 了系统计算的精确度;提供了汽车弯道避撞与稳定性系统协调控制方法，即实现弯道避撞， 又克服了弯道制动制动工况的稳定性问题，使汽车的安全性和操纵稳定性得到显著的提 尚。
[0093] 上述仅为本发明技术方案和具体实施例的解释，并不用于限定本发明的保护范 围，在不违背本发明实质内容和原则的前提下，所作任何修改、润饰等都在保护范围之内。
【主权项】
1. 一种基于V2X车联网的汽车弯道避撞与稳定性系统协调控制方法，其特征在于，包括 如下步骤： 步骤1:获取由V2X车联网和自车传感系统采集的弯道车辆行车信息； 由V2X车联网系统获取前车的行驶速度Vf，前后辆车间的相对距离Drelative，结合GPS定 位系统获得弯道半径R;由车载传感系统获取自车的行驶速度Vr、实际横摆角速度r、前轮转 向角3f; 步骤2:通过分析弯道车辆行车信息，建立汽车弯道避撞安全距离方程； 步骤3:通过分析弯道车辆行车信息，建立汽车期望横摆角速度方程； 步骤4:对所建汽车弯道避撞安全距离方程和汽车期望横摆角速度方程进行求解计算， 得到弯道避撞预警距离Dw、弯道强制制动距离Db及期望横摆角速度rd; 步骤5:根据步骤4求解的结果，设计汽车弯道避撞与稳定性系统协调控制方法。2. 根据权利要求1所述的一种基于V2X车联网的汽车弯道避撞与稳定性系统协调控制 方法，其特征亦干，所沭击骤2的汽车齊i首擗樯安仝距富卞1?为，其中，Dw:弯道避撞预警距离，即两车距离若在与Dw、Db之间应该报警； Db:弯道强制制动距离，即两车距离若小于Db应该制动，为紧急避撞边界值； Dh:表示相对速度消除后，自车与目标车间仍要保持的距离； IVd:驾驶员反应时间，驾驶员发现前方车辆并采取制动动作，到脚踩上制动踏板的时 间； IVb:车制动系统响应和制动时间； Vr:自车车速，Vf:前车车速，g:重力加速度，μ:路面附着系数，R:弯道半径。3. 根据权利要求2所述的一种基于V2X车联网的汽车弯道避撞与稳定性系统协调控制 方法，其特征在于，Dh设置为2-5米;IVd设置为0.3-1秒;IV b设置为0.3秒。4. 根据权利要求1所述的一种基于V2X车联网的汽车弯道避撞与稳定性系统协调控制 方法，其特征在于，所述步骤3的汽车期望横摆角速度方程为：其中M:期望横摆角速度，Sf:前轮转向角，K:汽车稳定性因数，k f、 kr:分别表示前后轮的侧偏刚度，If、lr:分别表示整车质心距前后轴的距离，1:轴距，m:整车 质量。5. 根据权利要求1所述的一种基于V2X车联网的汽车弯道避撞与稳定性系统协调控制 方法，其特征在于，所述步骤5的实现包括如下情况： ① 测量的前后车相对距l^lDrelative^Dw时， 1) 如果r = rd，则ECU发出决策指令;弯道避撞系统不工作;稳定性系统不工作； 2) 如果r辛rd，则ECU发出决策指令;弯道避撞系统不工作;稳定性系统工作，改善汽车稳 定性； ② 测量的前后车相对距离Dw彡Drelative彡Db时， 1) 如果r = rd，则ECU发出决策指令;弯道避撞系统工作，对驾驶员进行避撞预警;稳定性 系统不工作； 2) 如果r辛rd，则ECU发出决策指令;弯道避撞系统工作，对驾驶员进行避撞预警;稳定性 系统参与工作，改善汽车稳定性； ③ 测量的前后车相对距l^lDrelative^iDb时， 1) 如果r = rd，则ECU发出决策指令;弯道避撞系统工作，进行汽车的强制制动;稳定性系 统不工作； 2) 如果则ECU发出决策指令;弯道避撞系统工作，进行汽车的强制制动;稳定性系 统参与工作，改善汽车稳定性。6. 根据权利要求5所述的一种基于V2X车联网的汽车弯道避撞与稳定性系统协调控制 方法，其特征在于，所述稳定性系统的控制方法为： ① 当r>0时，横摆角速度符号为正，表示汽车左转，则有： 1) 如果r-rd>0,这时实际横摆角度与期望横摆角速度的误差为正，说明汽车转向过多， 实行右前轮制动； 2) 如果r-rd〈0,这时实际横摆角度与期望横摆角速度的误差为负，说明汽车转向不足， 实行左后轮制动； ② 当KO时，横摆角速度符号为负，表示汽车右转，则有： 1) 如果r-rd>0,这时实际横摆角度与期望横摆角速度的误差为正，说明汽车转向不足， 实行右后轮制动； 2) 如果r-rd〈0,这时实际横摆角度与期望横摆角速度的误差为负，说明汽车转向过多， 实行左前轮制动。
【文档编号】B60W40/10GK106004873SQ201610355480
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月26日
【发明人】袁朝春, 王潍, 张龙飞, 朱畏畏, 王琨
【申请人】江苏大学