一种基于车路协同感知的罐车侧翻事前预警方法技术

本发明专利技术提出了一种基于车路协同感知的罐车侧翻事前预警方法，首先分析罐车侧翻原因并明确需要事前预警的侧翻场景，然后根据各种场景预警需求搭建侧翻事前预警系统，其次选定目标道路并确定路侧单元RSU的安装位置，再次明确路侧单元RSU发布的预警信息内容，进而设置车载单元OBU有效范围内接收到的预警信息播放机制，最后针对不同场景实现罐车侧翻事前预警。该方法分析总结了需要事前预警的罐车侧翻场景，利用车路协同感知，结合车身信息和路况信息实现侧翻事前预警。该方法能够在罐车存在潜在侧翻危险时进行有效预警，有效解决侧翻预警不及时的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于车路协同感知的罐车侧翻事前预警方法
本专利技术涉及一种罐车侧翻预警方法，具体的是一种基于车路协同感知的罐车侧翻事前预警方法，属于车辆安全

技术介绍
近年来，随着经济、工业和居民生活水平的迅猛发展，危险化工产品的使用需求不断攀升，运输需求也急剧增大。据不完全统计，2018年我国危险货物运输量约为18.6亿吨，且其中95％以上为异地运输。除了管道运输之外，危化品的主要运输方式是公路运输。由于罐车运输能力大且运输成本较低，因而成为危险化工产品公路运输的主体，同时也成为影响道路交通安全的主要来源。当装载丙稀腈(剧毒)、液化二氧化硫、汽油(易燃易爆)、乙醇等危险化学液体的罐车发生侧翻事故时，轻之，对自车和周围其他车辆造成损害，导致交通拥堵；重之，其罐体壁破裂导致危险化学品泄漏至人口密集区或自然环境中，会造成环境污染、生态破坏、人员伤亡等恶劣影响，并有可能引起燃烧、爆炸等极为危险的次生事故，对国家和人民的生命财产造成重大的损失。因此，研究罐车侧翻预警方法至关重要。目前，罐车侧翻预警方法主要事基于侧向加速度、横向载荷转移(LTR)和侧翻时间(TTR)等指标来实现预警，这些方法是在罐车存在一定的侧翻危险时才会报警，属于侧翻事中预警。然而，这些方法可能存在预警不及时的问题，导致驾驶员面对侧翻危险时没有足够时间采取有效措施。针对此类问题，需要在罐车处于安全状态时就能检测到潜在的侧翻危险并预警，即侧翻事前预警。
技术实现思路
针对罐车侧翻预警不及时的问题，本专利技术提出了一种基于车路协同感知的罐车侧翻事前预警方法。该方法利用车路协同感知，结合车身信息和路况信息实现侧翻事前预警。为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：步骤一：分析罐车侧翻原因并明确需要事前预警的侧翻场景罐车发生侧翻受车身条件和道路条件的影响，车身条件包括超速和爆胎，道路条件包括急弯、向下陡坡和湿滑路面；针对上述侧翻原因，归纳总结以下五种罐车侧翻事前预警场景：(1)罐车当前正常行驶，车速超过当前道路限制的最大速度；(2)罐车当前正常行驶，轮胎存在爆胎危险；(3)罐车当前正常行驶，前方存在急弯；(4)罐车当前正常行驶，前方存在向下陡坡；(5)罐车当前正常行驶，前方存在湿滑路面；步骤二：根据各种场景预警需求搭建侧翻事前预警系统在罐车最后轴两侧非转向轮上安装轮速传感器，实时输出两侧轮速v1和v2，定义罐车纵向车速为v，计算公式为：在罐车车轮上安装轮胎压力检测系统，实时输出各轮胎的胎压Tls、Trs和胎温Kls、Krs，Tls表示罐车第s根车轴左侧车轮的胎压，Trs表示罐车第s根车轴右侧车轮的胎压，Kls表示罐车第s根车轴左侧车轮的胎温，Krs表示罐车第s根车轴右侧车轮的胎温，s表示车轴编号；选用专用短程通信设备来实现车路通信，该设备包含两部分，第一部分是路侧单元RSU，布置于路侧，第二部分是车载单元OBU，固定于驾驶室；选用遥感式路面状况监测仪实时监测路面状况，固定于雨雪多发路段、桥面和高架桥的路侧；选用组合导航系统，定位精度在分米级和米级之间，组合导航系统固定于罐车质心处，连接的天线固定在车顶中心位置，实时输出罐车当前所在位置的经纬度信息(La,Ba)，La表示罐车的经度信息，Ba表示罐车的纬度信息；选用语音提示单元作为报警模块，固定于驾驶室；步骤三：选定目标道路并确定路侧单元RSU的安装位置选定包含侧翻事故高发路段的高等级路面为目标道路，高等级路面包括高速公路和一级公路，确定目标道路的起始点与终点；在目标道路雨雪多发路段、桥面和高架桥路侧各安装一个遥感式路面状况监测仪和一个路侧单元RSU，定义目标道路的雨雪多发路段、桥面和高架桥共有q1处，要q1个路侧单元RSU和q1个遥感式路面状况监测仪；确定用于急弯和向下陡坡的路侧单元RSU的安装位置的步骤如下：子步骤1：通过信息采集车辆获取目标道路信息和车辆状态信息信息采集车辆搭载实时动态差分组合导航系统，水平定位精度的圆概率误差小于0.02m，组合导航系统固定于信息采集车辆底盘质心处，连接的天线固定在车顶中心位置，实时输出信息采集车辆所在位置的经纬度信息(Li,Bi)、车速Vi、侧向加速度Ai、俯仰角αi和纵向加速度βi，其中Li表示信息采集车辆的经度信息，Bi表示信息采集车辆的纬度信息，i＝1,2,3…；子步骤2：将采集到目标道路节点的经纬度坐标转化成平面坐标并计算各节点处的道路曲率半径和纵向坡度从目标道路起点到终点之间有n个位置信息采集点，采用3度带高斯-克吕格投影方法，将经纬度坐标(Li,Bi)投影为高斯平面直角坐标系坐标(xi,yi)，(xi,yi)|i＝1,2,…,n表示目标道路的n个节点以及节点的位置信息；根据起点(L1,B1)选定(L0,B0)作为高斯-克吕格投影的原点，其中L0＝L1、B0＝0°，坐标转换公式如下：式(2)中，xi为第i个节点在高斯平面直角坐标系下的纵坐标即北向位置；yi为第i个节点在高斯平面直角坐标系下的横坐标即东向位置；l为所求点的经度Li与L0之差；t＝tanBi；η＝e'cosBi；e'为椭球第二偏心率；N为通过所求点的卯酉圈曲率半径；XBi为赤道至纬度Bi的子午线弧长，且XBi＝C0Bi-cosBi(C1sinBi+C2sin3Bi+C3sin5Bi+C4sin7Bi)，其中C0，C1，C2，C3，C4为与点位无关的系数，仅有椭球体长半轴、短半轴、第一偏心率参数确定；节点(xi,yi)|i＝1,2,…,n处的道路曲率半径ri为：式(3)中，Vi为信息采集车辆的车速、Ai为信息采集车辆的侧向加速度；节点(xi,yi)|i＝1,2,…,n处的纵向坡度θi为：式(4)中，βi为信息采集车辆的纵向加速度，g为重力加速度，g＝9.8m/s2；子步骤3：根据道路曲率半径、纵向坡度和俯仰角确定急弯和向下陡坡的路段并在路侧布置路侧单元RSU定义急弯为道路曲率半径小于50m的弯道，向下陡坡指纵向坡度大于3％的下坡道；目标道路急弯和向下陡坡判别方法为：在节点(xi,yi)处，若ri＜50m，则节点(xi,yi)是急弯路段节点；若θi＞3％且αi＜0，则节点(xi,yi)是向下陡坡路段节点；定义目标道路存在q2处急弯和q3处向下陡坡，在q2处急弯和q3处向下陡坡路侧各布置一个路侧单元RSU；步骤四：明确路侧单元RSU发布的预警信息内容子步骤1：确定各个路侧单元RSU的身份标识信息从目标道路起点到终点，利用实时动态差分组合导航系统沿着道路前进方向依次采集q个路侧单元RSU所在位置的经纬度信息利用公式(2)将经纬度信息投影为高斯平面直角坐标系坐标分别计算路侧单元RSU位置与目标道路节点(xi,yi)|i＝1,2,…,n间的距离计算公式为：对于其中一个路侧单元RSU，即j为一定值，比较n个间距本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于车路协同感知的罐车侧翻事前预警方法，其特征在于，具体步骤包括：/n步骤一：分析罐车侧翻原因并明确需要事前预警的侧翻场景/n罐车发生侧翻受车身条件和道路条件的影响，车身条件包括超速和爆胎，道路条件包括急弯、向下陡坡和湿滑路面；/n针对上述侧翻原因，归纳总结以下五种罐车侧翻事前预警场景：/n(1)罐车当前正常行驶，车速超过当前道路限制的最大速度；/n(2)罐车当前正常行驶，轮胎存在爆胎危险；/n(3)罐车当前正常行驶，前方存在急弯；/n(4)罐车当前正常行驶，前方存在向下陡坡；/n(5)罐车当前正常行驶，前方存在湿滑路面；/n步骤二：根据各种场景预警需求搭建侧翻事前预警系统/n在罐车最后轴两侧非转向轮上安装轮速传感器，实时输出两侧轮速v

【技术特征摘要】
1.一种基于车路协同感知的罐车侧翻事前预警方法，其特征在于，具体步骤包括：
步骤一：分析罐车侧翻原因并明确需要事前预警的侧翻场景
罐车发生侧翻受车身条件和道路条件的影响，车身条件包括超速和爆胎，道路条件包括急弯、向下陡坡和湿滑路面；
针对上述侧翻原因，归纳总结以下五种罐车侧翻事前预警场景：
(1)罐车当前正常行驶，车速超过当前道路限制的最大速度；
(2)罐车当前正常行驶，轮胎存在爆胎危险；
(3)罐车当前正常行驶，前方存在急弯；
(4)罐车当前正常行驶，前方存在向下陡坡；
(5)罐车当前正常行驶，前方存在湿滑路面；
步骤二：根据各种场景预警需求搭建侧翻事前预警系统
在罐车最后轴两侧非转向轮上安装轮速传感器，实时输出两侧轮速v1和v2，定义罐车纵向车速为v，计算公式为：



在罐车车轮上安装轮胎压力检测系统，实时输出各轮胎的胎压Tls、Trs和胎温Kls、Krs，Tls表示罐车第s根车轴左侧车轮的胎压，Trs表示罐车第s根车轴右侧车轮的胎压，Kls表示罐车第s根车轴左侧车轮的胎温，Krs表示罐车第s根车轴右侧车轮的胎温，s表示车轴编号；
选用专用短程通信设备来实现车路通信，该设备包含两部分，第一部分是路侧单元RSU，布置于路侧，第二部分是车载单元OBU，固定于驾驶室；
选用遥感式路面状况监测仪实时监测路面状况，固定于雨雪多发路段、桥面和高架桥的路侧；
选用组合导航系统，定位精度在分米级和米级之间，组合导航系统固定于罐车质心处，连接的天线固定在车顶中心位置，实时输出罐车当前所在位置的经纬度信息(La,Ba)，La表示罐车的经度信息，Ba表示罐车的纬度信息；
选用语音提示单元作为报警模块，固定于驾驶室；
步骤三：选定目标道路并确定路侧单元RSU的安装位置
选定包含侧翻事故高发路段的高等级路面为目标道路，高等级路面包括高速公路和一级公路，确定目标道路的起始点与终点；
在目标道路雨雪多发路段、桥面和高架桥路侧各安装一个遥感式路面状况监测仪和一个路侧单元RSU，定义目标道路的雨雪多发路段、桥面和高架桥共有q1处，要q1个路侧单元RSU和q1个遥感式路面状况监测仪；
确定用于急弯和向下陡坡的路侧单元RSU的安装位置的步骤如下：
子步骤1：通过信息采集车辆获取目标道路信息和车辆状态信息
信息采集车辆搭载实时动态差分组合导航系统，水平定位精度的圆概率误差小于0.02m，组合导航系统固定于信息采集车辆底盘质心处，连接的天线固定在车顶中心位置，实时输出信息采集车辆所在位置的经纬度信息(Li,Bi)、车速Vi、侧向加速度Ai、俯仰角αi和纵向加速度βi，其中Li表示信息采集车辆的经度信息，Bi表示信息采集车辆的纬度信息，i＝1,2,3…；
子步骤2：将采集到目标道路节点的经纬度坐标转化成平面坐标并计算各节点处的道路曲率半径和纵向坡度
从目标道路起点到终点之间有n个位置信息采集点，采用3度带高斯-克吕格投影方法，将经纬度坐标(Li,Bi)投影为高斯平面直角坐标系坐标(xi,yi)，(xi,yi)|i＝1,2,…,n表示目标道路的n个节点以及节点的位置信息；根据起点(L1,B1)选定(L0,B0)作为高斯-克吕格投影的原点，其中L0＝L1、B0＝0°，坐标转换公式如下：



式(2)中，xi为第i个节点在高斯平面直角坐标系下的纵坐标即北向位置；yi为第i个节点在高斯平面直角坐标系下的横坐标即东向位置；l为所求点的经度Li与L0之差；t＝tanBi；η＝e'cosBi；e'为椭球第二偏心率；N为通过所求点的卯酉圈曲率半径；为赤道至纬度Bi的子午线弧长，且其中C0，C1，C2，C3，C4为与点位无关的系数，仅有椭球体长半轴、短半轴、第一偏心率参数确定；
节点(xi,yi)|i＝1,2,…,n处的道路曲率半径ri为：



式(3)中，Vi为信息采集车辆的车速、Ai为信息采集车辆的侧向加速度；
节点(xi,yi)|i＝1,2,…,n处的纵向坡度θi为：



式(4)中，βi为信息采集车辆的纵向加速度，g为重力加速度，g＝9.8m/s2；
子步骤3：根据道路曲率半径、纵向坡度和俯仰角确定急弯和向下陡坡的路段并在路侧布置路侧单元RS...

【专利技术属性】
技术研发人员：李旭，韦坤，徐启敏，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32