基于车路协同的汽车临界失稳速度及制动距离获取方法技术

本申请公开了一种基于车路协同的汽车临界失稳速度及制动距离获取方法，包括：步骤S1：获取车辆及通行路段的道路数据、气象数据、人的数据、其他环境数据；步骤S2：根据所得数据对汽车行驶平衡分析、汽车横向倾覆稳定分析、汽车横向滑移稳定分析、实测停车视距、道路最高行车速度、低能见度恶劣气象条件下失稳速度分析；步骤S3：获取该辆汽车的实时合理安全速度V0、临界失稳速度Vc以及临界制动距离Dc；步骤S4：获取汽车实际行驶速度V、汽车实际纵向车距D，通过报警单元显示实际行驶速度V、合理安全速度V0，并判断汽车实际行驶速度V与合理安全速度V0的关系；步骤S5：上传后方管控和调度平台。该方法减轻驾驶人员现场判断强度，更加安全。全。全。

【技术实现步骤摘要】
基于车路协同的汽车临界失稳速度及制动距离获取方法


[0001]本申请涉及车辆运行
，特别是一种基于车路协同的汽车临界失稳速度及制动距离获取方法。

技术介绍

[0002]汽车在道路行驶的安全行驶速度和制动距离，与汽车(包括汽车轮距b、汽车重力G、汽车重心高度h
g
等)、道路(包括圆曲线半径R、道路纵向坡度i、道路横向坡度i
h
、横向摩阻系数纵向摩阻系数f、附着系数路面平整度等)、气象(包括雨、雪、冰、雾、风、光照、昼夜等)、人(包括机动车的驾驶行为、个体的习惯、偶然的动作等)以及其他因素(包括非机动车、行人、各种路侧干扰等)密切相关，安全行驶速度和制动距离是实时动态值。
[0003]但现有车辆行驶过程中，行驶速度及制动仍然靠驾驶员经验、感性判断，无法综合考虑汽车、道路、气象、人等因素的影响，驾驶人员无法实时获得不同路段该车辆的准确安全行驶速度数据及制动距离，并且道路的限制速度为固定值(一个限速值、或者两个限速值)，也无法体现合理的安全行驶速度和制动距离。导致车辆行驶速度受驾驶人员驾驶经验、习惯、感性判断的影响较大，容易引发交通事故或道路的拥堵，降低道路通行能力；特别是在恶劣天气、交通环境复杂的情况下，导致交通事故频繁，甚至发生重大、特大交通事故(例如2020年11月24日上午，包茂高速西安至延安方向，因大雾及长下坡桥梁结冰，引起10多辆大货车相撞，烧毁车辆14辆；2022年12月28日早上，郑新黄河大桥北向南方向，因大雾引起多车连环相撞，涉及车辆200多辆)，给人民的生命、财产安全带来极大的威胁。
[0004]根据相关统计分析显示，引发交通事故的因素中人的因素大约占80％～85％，其中的超速驾驶、疲劳驾驶、纵向间距过短违章驾驶等行为又占人多因素中的绝大多数。主要原因就是汽车的安全行驶速度和制动距离未综合考虑汽车、道路、气象、人等因素的影响。
[0005]现有辅助驾驶方法例如CN201811215812.2汽车辅助驾驶系统及汽车辅助驾驶方法，仅考虑汽车行驶时获取的车身周围环境图形这一参数，并未将行驶路段的气象、汽车自身性能数据同时考虑，无法为驾驶人员提供该路段该车辆可靠的安全驾驶速度，以辅助驾驶。
[0006]又如CN201911185761.8公开了一种汽车辅助驾驶的方法以及汽车辅助驾驶装置，该方法虽然可以反馈安全驾驶速度，但也仅考虑了路况这一单一数据，无法综合其他数据，输出安全驾驶速度仅适用于该路段，无法根据车辆自身情况调整安全行驶速度，影响安全驾驶速度的准确性。

技术实现思路

[0007]本申请针对上述技术问题提供了一种基于车路协同的汽车临界失稳速度及制动距离获取方法，可在驾驶过程中实时获取合理安全速度V0、临界失稳速度Vc以及临界制动距离Dc，为驾驶人员提供辅助信息提高驾驶安全性的同时提高道路的通行能力，提升运输效率，缓解道路拥堵，减少交通事故。
[0008]本申请提供了一种基于车路协同的汽车临界失稳速度及制动距离获取方法，包括以下步骤：
[0009]步骤S1：获取车辆及通行路段的道路数据、气象数据、人的数据、其他环境数据；
[0010]步骤S2：根据所得数据对汽车行驶平衡分析、汽车横向倾覆稳定分析、汽车横向滑移稳定分析、实测停车视距、道路最高行车速度、低能见度恶劣气象条件下失稳速度分析，得到汽车实时行驶路段的合理安全速度V0、临界失稳速度Vc以及临界制动距离Dc数据；
[0011]按下式获得临界失稳速度V
c
：
[0012]V
c
＝min{V
c
‑1,V
c
‑2,V
c
‑3,V
c
‑4,V
c
‑5}
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(式19)
[0013]其中，Vc
‑
1：汽车行驶时的平衡分析对应的临界失稳速度；Vc
‑
2：汽车横向倾覆稳定分析对应的临界失稳速度；Vc
‑
3：汽车横向滑移稳定分析对应的临界失稳速度；Vc
‑
4：停车视距分析对应的临界失稳速度；Vc
‑
5：低能见度等恶劣气象条件分析对应的临界失稳速度；
[0014]合理安全速度V0满足下式：
[0015]V0＝min{V0‑1,V0‑2,0.8
·
V
c
}(式20)
[0016]其中，V0
‑
1：汽车行驶时的平衡分析对应的合理安全速度；V0
‑
2：道路直线路段的合理安全速度；0.8
·
Vc：汽车的临界失稳速度考虑合理折减后的速度；
[0017]临界制动距离D
c
满足下式：
[0018]D
c
＝min{D
c
‑1,D
c
‑2,D
c
‑3}
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(式21)
[0019]其中D
c
‑1：正常气象条件及行驶状态下，道路的实测停车视距；D
c
‑2：雨、雪、雾等低能见度等恶劣气象条件下，为实际能见度；D
c
‑3：在出现道路拥堵、交通事故、交通管制或其他无法正常通行的障碍区时，车载探测设备、交管部门发布、卫星通信定位等方式获；
[0020]缓和曲线路段：其合理安全速度V0、临界失稳速度Vc的值，由前后路段的相应参数按长度线形渐变确定；
[0021]汽车行驶平衡分析包括以下步骤：
[0022]步骤S21：按下式计算汽车离心力为：
[0023]得到
[0024]其中，F：离心力(N)；G：汽车重力(N)；R：道路圆曲线半径(m)；V：汽车行驶速度(km/h)；
[0025]将离心力F与汽车重力G分解为平行于路面的横向力X和垂直于路面的竖向力Y，则有：
[0026]X＝Fcosα
‑
Gsinα
[0027]Y＝Fsinα+Gcosα
[0028]其中，α根据道路坡度设定为0
°
～5.71
°
，sinα值在0～0.0995，cosα值在1～0.9950，因此近似取sinα≈tanα＝i
h
，cosα≈1，其中i
h
为道路横向坡度；
[0029]X＝F
‑
G
·
i
h
[0030]将(式2)代入上式中，
[0031][0032]得到表征汽车行驶的横向稳定程度的横向力系数μ：
[0033][0034]因此有
[0035][0036]其中，R：圆曲线半径(m)；V：汽车行驶速度(km/h)；i
h
：横向坡度(以小数表本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于车路协同的汽车临界失稳速度及制动距离获取方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：获取车辆及通行路段的道路数据、气象数据、人的数据、其他环境数据；步骤S2：根据所得数据对汽车行驶平衡分析、汽车横向倾覆稳定分析、汽车横向滑移稳定分析、实测停车视距、道路最高行车速度、低能见度恶劣气象条件下失稳速度分析，得到汽车实时行驶路段的合理安全速度V0、临界失稳速度Vc以及临界制动距离Dc数据；按下式获得临界失稳速度V
c
：V
c
＝min{V
c
‑
1 ,V
c
‑
2 ,V
c
‑
3 ,V
c
‑
4 ,V
c
‑
5 }
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(式19)其中，Vc
‑
1：汽车行驶时的平衡分析对应的临界失稳速度；Vc
‑
2：汽车横向倾覆稳定分析对应的临界失稳速度；Vc
‑
3：汽车横向滑移稳定分析对应的临界失稳速度；Vc
‑
4：停车视距分析对应的临界失稳速度；Vc
‑
5：低能见度等恶劣气象条件分析对应的临界失稳速度；合理安全速度V0满足下式：V0＝min{V0‑1,V0‑2,0.8
·
V
c
}(式20)其中，V0
‑
1：汽车行驶时的平衡分析对应的合理安全速度；V0
‑
2：道路直线路段的合理安全速度；0.8
·
Vc：汽车的临界失稳速度考虑合理折减后的速度；临界制动距离D
c
满足下式：D
c
＝min{D
c
‑
1 ,D
c
‑
2 ,D
c
‑3}
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(式21)其中D
c
‑1：正常气象条件及行驶状态下，道路的实测停车视距；D
c
‑2：雨、雪、雾等低能见度等恶劣气象条件下，为实际能见度；D
c
‑3：在出现道路拥堵、交通事故、交通管制或其他无法正常通行的障碍区时，车载探测设备、交管部门发布、卫星通信定位等方式获；缓和曲线路段：其合理安全速度V0、临界失稳速度Vc的值，由前后路段的相应参数按长度线形渐变确定；汽车行驶平衡分析包括以下步骤：步骤S21：按下式计算汽车离心力为：其中，F：离心力(N)；G：汽车重力(N)；R：道路圆曲线半径(m)；V：汽车行驶速度(km/h)；将离心力F与汽车重力G分解为平行于路面的横向力X和垂直于路面的竖向力Y，则有：X＝Fcosα
‑
GsinαY＝Fsinα+Gcosα其中，α根据道路坡度设定为0
°
～5.71
°
，sinα值在0～0.0995，cosα值在1～0.9950，因此近似取sinα≈tanα＝i
h
，cosα≈1，其中i
h
为道路横向坡度；X＝F
‑
G
·
i
h
将(式2)代入上式中，得到表征汽车行驶的横向稳定程度的横向力系数μ：
因此有其中，R：圆曲线半径(m)；V：汽车行驶速度(km/h)；i
h
：横向坡度(以小数表示)；横向力系数μ对驾乘人员和车辆稳定的影响如下：当μ＜0.10时，转弯不感到有曲线的存在，很平稳；当μ＝0.15时，转弯感到有曲线的存在，但尚平稳；当μ＝0.20时，已感到有曲线的存在，并感到不平稳；当μ＝0.35时，感到有曲线的存在，并感到不稳定；当μ＞0.40时，转弯非常不稳定，有倾覆的危险；取μ＝0.10时对应的车速为合理安全速度V0‑1：此时车辆离心力F＝X+G
·
i
h
＝μ
·
G+G
·
i
h
＝G
·
(μ+i
h
)＜＜G；
◆
取μ＝0.35时对应的车速为临界失稳速度V
c
‑1：(式6)和(式7)中的R和i
h
(以小数表示)均为道路各路段实际的圆曲线半径R和横向坡度i
h
；步骤S3：在路段通行的汽车接收该路段的各类汽车合理安全速度V0、临界失稳速度Vc以及临界制动距离Dc的数据集合后，通行汽车获取该路段的实时道路数据、气象数据、人的数据、其他环境数据、汽车本身的轮距b、重力G、重心高度hg，并上传基础数据平台，采用汽车本身的轮距b、重力G、重心高度hg获取该辆汽车的实时合理安全速度V0、临界失稳速度Vc以及临界制动距离Dc；步骤S4：获取汽车实际行驶速度V、汽车实际纵向车距D，判断汽车实际行驶速度V是否大于合理安全速度V0，如果判断结果为否，则以绿色显示合理安全速度V0；如果判断结果为是，则继续判断汽车实际行驶速度V是否大于临界失稳速度Vc，如果判断结果为是，则以红色显示临界失稳速度Vc并报警；如果判断结果为否，则以橙色显示临界失稳速度Vc并提示；判断汽车实际纵向车距D是否大于临界制动距离Dc，如果判断结果为是，则以红色显示临界制动距离Dc并报警，直至汽车实际纵向车距D为110％临界制动距离Dc时停止报警；如果判断结果为否，则以绿色显示临界制动距离Dc；步骤S5：反馈数据：获取通过该路段的汽车的车辆信息、实际行驶的速度，以及车载设备探测到的道路、气象、人和其他数据，并上传基础数据平台。2.根据权利要求1所述的基于车路协同的汽车临界失稳速度及制动距离获取方法，其特征在于，步骤S2中汽车横向倾覆稳定分析包括以下步骤：步骤S22：根据汽车的横向倾覆条件为倾覆力矩不得大于稳定力矩，即：步骤S22：根据汽车的横向倾覆条件为倾覆力矩不得大于稳定力矩，即：
由于F
·
i
h
比G小很多，可忽略不计，则有：将(式7)代入(式3)，则有其中，b：汽车轮距(m)；h
g
：汽车重心高度(m)；i
h
：道路横向坡度(以小数表示)；由(式9)得出临界失稳速度V
c
‑2：(式10)中的R和i
h
(以小数表示)均为道路各路段实际的圆曲线半径R(设计阶段或测量获取，较为稳定)和横向坡度i
h
(运营期会发生变化，以定期实测为准)；汽车轮距b、汽车重心高度h
g
根据不同车辆确定。3.根据权利要2所述的基于车路协同的汽车临界失稳速度及制动距离获取方法，其特征在于，步骤S2中汽车横向滑移稳定分析包括以下步骤：步骤S23：汽车的横向滑移条件为横向力不大于轮胎和路面之间的横向摩阻力，即：步骤S23：汽车的横向滑移条件为横向力不大于轮胎和路面之间的横向摩阻力，即：F sinα+G cosα≈Gcosα≈G将(式4)代入(式10)，则有将(式4)代入(式10)，则有其中，横向摩阻系数，取横向摩阻系数，取为路面与轮胎间的附着系数；由(式11)得出临界失稳速度Vc
‑
3：(式12)中的R和ih(以小数表示)均为道路各路段实际的圆曲线半径R(设计阶段或测量获取，较为稳定)和横向坡度ih(运营期会发生变化，以定期实测为准)；受路面材料类型、使用年限、车速、雨、雪、冰等因素的影响较大，应根据路面材料类型、表面特征、使用年限进行测定，并依据车速及气象条件、道路雨、雪、冰等实时获取；路面状态附着系数
干燥水泥路面为0.7～1.0、潮湿水泥路面为0.4～0.6、下雨开始时0.3～0.4，在新雪、接近冰...

【专利技术属性】
技术研发人员：武生彪，罗仕庭，魏云波，尹正文，杨灿，杨雄兵，
申请(专利权)人：中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：