一种侧翻预警系统及其预警方法技术方案

本发明专利技术公开了一种侧翻预警系统及其预警方法，侧翻预警系统包含传感器模块、预警ECU、灯控ECU和报警灯组，报警灯组包含第一至第三报警灯；预警ECU分别和传感器模块、灯控ECU相连，灯控ECU还分别和第一至第三报警灯相连。工作时，预警ECU根据传感器模块的感应数据计算汽车四个车轮的垂向力、并分别判断汽车四个车轮的垂向力是否等于零后将判断结果传递给灯控ECU；灯控ECU根据接收到的判断结果控制第一至第三报警灯工作。本发明专利技术更为精确，普适性更强；报警灯组对应四个轮胎，不同数量的预警灯的闪烁分别对应不同的侧翻等级，提醒驾驶员在侧翻最初时刻进行自我调节，避免主动安全装置介入而导致的车辆不受驾驶员控制的情形。

【技术实现步骤摘要】
一种侧翻预警系统及其预警方法
本专利技术涉及汽车安全领域，尤其涉及一种侧翻预警系统及其预警方法。
技术介绍
近年来,侧翻已经成为影响汽车安全性的一个重要因素。据美国国家道路交通安全局(NHSTA)的统计数据,虽然汽车侧翻现象只占交通事故的8％,但是侧翻事故中严重受伤和死亡的概率却高达21％和31％,每年大约超过1000人死于侧翻事故,即便是系着安全带,仍然有75％的概率在侧翻事故中致死。目前对侧翻的预测方法比较繁多，有基于侧倾角，侧向加速度，侧倾角速度信号等作为侧翻评价指标，目前比较主流的是基于横向载荷转移率计算方法的侧翻评价指标，但这些方法大都不够精确，且不适用于转向及制动工况，如横向载荷转移率是同时计算左右两侧车轮垂向力的载荷转移，虽然计算公式比较简单，但当制动，制动和转向同时存在时，车辆的侧翻往往是从单个后轮开始，继而发展到全部车轮，此时横向载荷转移率的评价方法就不够精确。基于单个状态参数的评价方法只能大致估计侧翻的趋势，达不到实际运用的标准。TTR算法可以预测当前时刻到侧翻发生时刻所需要的时间，而TTR核心是基于横向载荷转移率的算法，因此对于侧翻的预测也不够精确。在侧翻控制领域，大多数控制方法是基于侧翻评价指标进行的防侧翻控制，因此提高侧翻指标的准确性普适性，不仅对侧翻预警有很大的意义对侧翻的控制也有很大的影响。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对
技术介绍
中所涉及到的缺陷，提供一种侧翻预警系统及其预警方法。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种侧翻预警系统，包含传感器模块、预警ECU、灯控ECU和报警灯组；所述传感器模块设置在汽车的车体上，包含方向盘转角传感器、侧倾角速度传感器、侧倾角传感器、俯仰角传感器、俯仰角速度传感器、纵向速度传感器、纵向加速度信号，侧向速度传感器、侧向加速度传感器、横摆角速度传感器，分别用于测量汽车的方向盘转角、侧倾角、角速度，俯仰角、俯仰角速度，纵向车速、纵向加速度，侧向速度、侧向加速度和横摆角速度；所述报警灯组包含第一至第三报警灯；所述预警ECU分别和方向盘转角传感器、侧倾角速度传感器、侧倾角传感器、俯仰角传感器、俯仰角速度传感器、纵向速度传感器、纵向加速度传感器，侧向速度传感器、侧向加速度传感器、横摆角速度传感器、灯控ECU相连，用于根据传感器模块的感应数据计算汽车四个车轮的垂向力、并分别判断汽车四个车轮的垂向力是否等于零后将判断结果传递给所述灯控ECU；所述灯控ECU还分别和所述第一至第三报警灯相连，用于根据接收到的判断结果控制第一至第三报警灯工作。本专利技术还公开了一种基于该侧翻预警系统的预警方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤1)，传感器模块测得汽车的方向盘转角信号、侧倾角信号、角速度信号，俯仰角信号、俯仰角速度信号，纵向车速信号、纵向加速度信号，侧向速度信号、侧向加速度信号和横摆角速度信号，并将其传递给所述预警ECU；步骤2)，预警ECU计算汽车四个车轮的垂向力；步骤2.1)，采用卡尔曼滤波模块接收传感器模块的感应信号，结合轮胎垂向力的计算公式所需的状态量进行迭代计算，得到最优估计的系统状态值；步骤2.2)，将当前系统状态量的最优估计值带入轮胎垂向力的计算公式，得出当前轮胎垂向力的精确值；步骤3)，预警ECU分别判断汽车四个车轮的垂向力是否等于零后将判断结果传递给所述灯控ECU；步骤4)，灯控ECU根据接收到的判断结果控制第一至第三报警灯工作，具体如下：若只有一个小于0的信号则开启第一报警灯，若有2个等于0的信号第一和第二报警灯，若大于2个小于0信号则开启全部报警灯。作为本专利技术基于该侧翻预警系统的预警方法进一步的优化方案，所述步骤2.1)和步骤2.2)中轮胎垂向力的计算公式如下：式中，Ffl,Ffr,Frr,Frl分别为左前轮、右前轮、右后轮、左后轮的垂向力；m为车辆质量，g为重力加速度；a、b分别为质心到前轴和后轴距离；l为前后轴距离；Kθ为俯仰刚度；Cθ为俯仰阻尼；θ为俯仰角，为俯仰角速度；为侧倾刚度；为侧倾阻尼；为侧倾角，为侧倾角速度；T为轮距；md为车辆簧下质量，ms为车辆簧上质量；hd为簧下质量质心高度，hsr为侧倾中心到地面高度，hsp为俯仰中心到地面高度；Vx、分别为纵向速度和侧向加速度，Vy、分别为侧向速度和侧向加速度；r为车辆横摆角速度；为俯仰角加速度；e为簧上质量质心到侧倾中心距离；为侧倾角加速度。作为本专利技术基于该侧翻预警系统的预警方法进一步的优化方案，所述步骤2.1)中卡尔曼滤波器的具体设定如下：离散系统方程Xk和观测方程Zk如下：式中，Fk、Bk为系统方程的状态矩阵和输入矩阵，Hk为观测方程的状态矩阵，Wk、Vk分别为过程噪声和观测噪声；k为迭代步数；预测误差协方差矩阵：Pk/k-1＝FkPk-1/k-1FkT+Qk；卡尔曼增益矩阵：Kk＝Pk/k-1HkT(HkPk/k-1HkT+Rk)-1；状态更新矩阵：Xk/k＝Xk/k-1+Kk(Zk-HkXk/k-1)；误差协方差更新矩阵：Pk/k＝(I-KkHk)Pk/k-1式中：Qk为Wk的方差，Rk为Vk的方差，HkT为Hk的转秩矩阵，FkT为Fk的转秩矩阵，Pk为预测误差协方差矩阵，Kk为卡尔曼增益矩阵；过程噪声Wk和测量噪声Vk均为高斯白噪声。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：(a)不同于传统的基于单侧轮胎垂向力的预警方法，汽车由于自身质量分布及运行工况的不同，侧翻发生往往是由单个车轮离开地面开始，继而发展为2个轮胎离地以及完全侧翻。而当出现一个车轮离地时，汽车已经处于危险状态，操纵稳定性极低。本专利技术基于当个车轮垂向力的预警方法则可以适用于转向，制动，加速，加速转向，制动转向等各种工况，提高了普适性。(b)通过对4个车轮的垂向力单独计算，可以准确预测单个车轮的垂向力变化情况，因此本专利技术根据4个轮胎的垂向力进行了报警等级划分，当单个车轮出现等于0的垂向力时，开启一盏报警等，此时车辆存在一定的操纵性，旨在提醒驾驶员自我修正汽车姿态；当2个车轮出现报警灯时，汽车侧翻即将发生，可绕过驾驶员指令，激活防侧翻控制装置，主动防侧翻；当出现3个及以上垂向力为0则可开启全部报警灯，警示驾驶员做好翻车的心理准备，保护身体。附图说明图1是侧翻预警系统流程图；图2是卡尔曼滤波器迭代流程图；图3是灯控ECU的控制框图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明：一种侧翻预警系统，包含传感器模块、预警ECU、灯控ECU和报警灯组；所述传感器模块设置在汽车的车体上，包含方向盘转角传感器、侧倾角速度传感器、侧倾角传感器、俯仰角传感器、俯仰角速度传感器、纵向速度传感器、纵向加速度信号，侧向速度传感器、侧向加速度传感器、横摆角速度传感器，分别用于测量汽车的方向盘转角、方向盘转角、侧倾角、角速度，俯仰角、俯仰角速度，纵向车速、纵向加速度，侧向速度、侧向加速度和横摆角速度；所述报警灯组包含第一至第三报警灯；所述预警ECU分别和方向盘转角传感器、侧倾角速度传感器、侧倾角传感器、俯仰角传感器、俯仰角速度传感器、纵向速度传感器、纵向加速度信号，侧向速度传感器、侧向加速度传感器、横摆角速度传感器、灯控ECU相连，用于根据传感器模块的感应数据计算汽车四个车轮的垂向力、并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种侧翻预警系统，其特征在于，包含传感器模块、预警ECU、灯控ECU和报警灯组；所述传感器模块设置在汽车的车体上，包含方向盘转角传感器、侧倾角速度传感器、侧倾角传感器、俯仰角传感器、俯仰角速度传感器、纵向速度传感器、纵向加速度信号，侧向速度传感器、侧向加速度传感器、横摆角速度传感器，分别用于测量汽车的方向盘转角、侧倾角、角速度，俯仰角、俯仰角速度，纵向车速、纵向加速度，侧向速度、侧向加速度和横摆角速度；所述报警灯组包含第一至第三报警灯；所述预警ECU分别和方向盘转角传感器、侧倾角速度传感器、侧倾角传感器、俯仰角传感器、俯仰角速度传感器、纵向速度传感器、纵向加速度传感器，侧向速度传感器、侧向加速度传感器、横摆角速度传感器、灯控ECU相连，用于根据传感器模块的感应数据计算汽车四个车轮的垂向力、并分别判断汽车四个车轮的垂向力是否等于零后将判断结果传递给所述灯控ECU；所述灯控ECU还分别和所述第一至第三报警灯相连，用于根据接收到的判断结果控制第一至第三报警灯工作。

【技术特征摘要】
1.一种侧翻预警系统，其特征在于，包含传感器模块、预警ECU、灯控ECU和报警灯组；所述传感器模块设置在汽车的车体上，包含方向盘转角传感器、侧倾角速度传感器、侧倾角传感器、俯仰角传感器、俯仰角速度传感器、纵向速度传感器、纵向加速度信号，侧向速度传感器、侧向加速度传感器、横摆角速度传感器，分别用于测量汽车的方向盘转角、侧倾角、角速度，俯仰角、俯仰角速度，纵向车速、纵向加速度，侧向速度、侧向加速度和横摆角速度；所述报警灯组包含第一至第三报警灯；所述预警ECU分别和方向盘转角传感器、侧倾角速度传感器、侧倾角传感器、俯仰角传感器、俯仰角速度传感器、纵向速度传感器、纵向加速度传感器，侧向速度传感器、侧向加速度传感器、横摆角速度传感器、灯控ECU相连，用于根据传感器模块的感应数据计算汽车四个车轮的垂向力、并分别判断汽车四个车轮的垂向力是否等于零后将判断结果传递给所述灯控ECU；所述灯控ECU还分别和所述第一至第三报警灯相连，用于根据接收到的判断结果控制第一至第三报警灯工作。2.基于所述权利要求1所述的侧翻预警系统的预警方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤1)，传感器模块测得汽车的方向盘转角信号、侧倾角信号、角速度信号，俯仰角信号、俯仰角速度信号，纵向车速信号、纵向加速度信号，侧向速度信号、侧向加速度信号和横摆角速度信号，并将其传递给所述预警ECU；步骤2)，预警ECU计算汽车四个车轮的垂向力；步骤2.1)，采用卡尔曼滤波模块接收传感器模块的感应信号，结合轮胎垂向力的计算公式所需的状态量进行迭代计算，得到最优估计的系统状态值；步骤2.2)，将当前系统状态量的最优估计值带入轮胎垂向力的计算公式，得出当前轮胎垂向力的精确值；步骤3)，预警ECU分别判断汽车四个车轮的垂向力是否等于零后将判断结果传递给所述灯控ECU；步骤4)，灯控ECU根据接收到的判断结果控制第一至第三报警灯工作，具体如下：...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵万忠，季林，王春燕，金颖智，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32