[发明专利]强侧向风作用下的公路车辆行驶危险态势预警方法及系统

权利要求书

1.强侧向风作用下的公路车辆行驶危险态势预警方法，其特征在于该方法通过建立强侧向风的风险评估策略，利用该策略对车辆强侧向风下的危险态势进行准确辨识，并进行危险态势预警，该方法包括：

(1)建立的卡尔曼滤波器如下：

$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{\·}{x}=Ax+Bu+B_{W}W\\ y=Cx\end{array}\right.$

其中：

$A=\left[\begin{array}{cccc}-2\frac{C_f+C_r}{Mv}& -1+\frac{2L_r{C}_r-2L_f{C}_f}{{\mathrm{Mv}}^2}& 0& 0\\ \frac{2L_r{C}_r-2L_f{C}_f}{I_z}& -\frac{2L_r^2{C}_r+2L_f^2{C}_f}{I_{z}v}& 0& 0\\ v& 0& 0& v\\ 0& 1& 0& 0\end{array}\right]$

$B=\left[\begin{array}{c}2\frac{C_f}{Mv}\\ 2\frac{C_f}{I_z}\\ 0\\ 0\end{array}\right],B_W=\left[\begin{array}{cc}\frac{1}{Mv}& 0\\ 0& \frac{1}{I_z}\\ 0& 0\\ 0& 0\end{array}\right],C=\left[\begin{array}{cccc}0& 1& 0& 0\\ 0& 0& 1& L\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]$

式中：状态向量x＝[β，ω_r，y_h，ΔΨ]^T，β为质心侧偏角，ω_r为横摆角速度，y_h为横向位移，ΔΨ为横摆角增量；由侧向风引起的侧向风力、力矩作为系统的观测量W＝[F_w,M_w]^T；A、B、B_W、C为方程的系数矩阵；F_w为侧向风力；M_w为侧向风力矩；M为车辆质量；v为车辆速度；I_z为车辆绕垂向的转动惯量；C_f、C_r为前后轮的侧偏刚度；L_f、L_r为重心到前、后轴的距离；L为车辆轴距；

(2)计算侧向风力F_w与力矩M_w的估计值：

所述侧向风力F_w为：车辆在路面行驶时受到侧向风扰动的作用力，

所述侧向风力矩M_w为：车辆在路面行驶时受到侧向风扰动的作用力矩，

通过将卡尔曼滤波进行扩展，得到扩展方程为：

$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{\·}{X}=\hat{A}X+\hat{B}u\\ Y=\hat{C}X\end{array}\right.$

式中：

$\hat{A}=\left[\begin{array}{cc}A& B_W\\ 0& 0\end{array}\right],\hat{B}=\left[\begin{array}{c}B\\ 0\end{array}\right],\hat{C}=\left[\begin{array}{cc}C& 0\end{array}\right]$

式中：A、B、B_W、C为方程的系数矩阵，

通过扩展矩阵M，状态估计量及系统方程如下：

$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{\·}{\hat{X}}=\hat{A}\hat{X}+\hat{B}u+M\left(\hat{Y}-Y\right)\\ \hat{Y}=\hat{C}\hat{X}\end{array}\right.$

定义误差其误差动力学方程为：为确保这个误差动力学方程趋于稳定，须使误差动力学方程的所有特征值都有负实数根，

根据观测值和上述卡尔曼滤波算法，便可估计侧向风力与力矩参数；

(3)建立风险评估策略：

1)利用下述计算前后轮胎-路面附着系数：

${\mathrm{\μ}}_f=\frac{{\left(\frac{M_w+L_r{F}_w}{L_f+L_r}\right)}^2+F_m^2}{Mg\frac{L_r}{L_f+L_r}},{\mathrm{\μ}}_r=\frac{{\left(\frac{M_w-L_f{F}_w}{L_f+L_r}\right)}^2}{Mg\frac{L_f}{L_f+L_r}}$

式中：M_w为侧向风力矩；F_w为侧向风力；L_f、L_r为重心到前、后轴的距离；F_m为驱动力；M为车辆质量；g为重力加速度，

2)构建风险评估值公式为：

r＝f(μ_f,μ_r)

风险评估值r的范围为0～1之间。