[发明专利]一种公路强横风路段速度预警控制方法及系统

权利要求书

1.一种实现公路强横风路段速度预警控制的系统，其特征在于，预警系统包括：信息检测模块、信息处理模块和信息预警发布模块，所述信息监测模块用于实时检测获取风速、风向数据，并将获取的数据发送给信息处理模块；所述信息处理模块将接收到的数据进行处理之后输出相应的限速发布信息指令给信息预警发布模块；所述预警信息发布模块接收到所述数据处理模块的限速发布信息指令，并对该限速发布信息指令进行显示和语音提示；

采用所述预警系统实现公路强横风路段速度预警控制方法，包括以下步骤：

S1,基于多约束条件针对公路强横风路段建立限速优化模型，获取车辆的安全行驶限速值；

S2，针对已建立的限速优化模型，制定可变限速控制策略：针对不同车型计算各类车型在当前横风状态下的限速值，选择各车型相对最小的限速值作为该路段的计算限速值；

S3，根据步骤S2中的计算限速值获得执行限速值，同时综合考虑车辆运行效率、稳定性、安全性以及实时变化的横风状态，对步骤S2中该路段的执行限速值进行实时更新；

S4，针对步骤S3中实时更新的执行限速值，对该公路横风路段建立预警策略；

步骤S1中多约束条件包括行车过程中的气动阻力、气动升力和侧向气动力，所述气动阻力计算公式为：

所述气动升力的计算公式为：

所述侧向气动力的计算公式为：

式中：ρ为气流空气密度；A为汽车迎风面投影面积；C_z为气动阻力系数；C_s为气动升力系数；C_c为侧向气动力系数；v为合成速度，其中v_c，v_wt分别为车辆速度与横风垂直于车辆迎风面的风速；

步骤S1中，建立限速优化模型的步骤具体如下：

S11,分别构建车辆侧滑受力分析模型和车辆侧翻受力分析模型；

S12,分别获取车辆不发生侧滑的安全行驶车速临界约束v_ch和不发生侧翻的安全行驶车速临界约束v_cf，由此获取车辆发生侧滑或者侧翻的临界条件为：

f(v_w,α)＝min{v_ch,v_cf}；

S13,分别针对小汽车和客/货车，获取小汽车发生侧滑或者侧翻的临界条件为：f_c(v_w,α)；客/货车发生侧滑或侧翻的临界约束条件为f_h(v_w,α)；

S14,获取综合限速指标为：v_cx≤min{f_c(v_w,α),20+f_h(v_w,α)}

式中：v_w为检测横风风速；v_cx为车辆的安全行驶限速值；f_c(v_w,α)为小汽车在横风作用下发生侧滑或侧翻临界速度值；f_h(v_w,α)为客/货车在横风作用下发生侧滑或侧翻临界速度值；α是道路的超高；

步骤S11中，车辆在进行侧滑受力分析时，避免车辆发生侧滑的限定条件需要满足：

F_c+F_mgf+F_l≤F_mc

式中：F_mgf为重力沿道路的分量；F_mc为车辆发生侧滑的临界值：F_c为侧向气动力；F_l为车辆的离心率；

其中：

式中：α为道路的超高；R为道路的曲率半径；v_c为车辆速度；μ_h为道路横向摩擦系数，一般μ_h＝(0.6～0.7)μ，μ为路面附着系数；

车辆在进行侧翻受力分析时，避免车辆发生侧翻的限定条件需要满足：

式中：H为车辆的质心高度；w为车辆的轮距长度，X为车辆沿道路水平方向的受力，Y为车辆在沿道路垂直方向受力，

步骤S2中，

车辆不发生侧滑的安全行驶车速临界约束：

车辆不发生侧翻的安全行驶车速临界约束为：

步骤S3中，具体包括以下步骤：

S31,判断步骤S2中得到的计算限速值是否大于等于道路设计限速值，若计算限速值大于等于道路设计限速值，则以道路设计限速值作为最终的执行限速值；当计算限速值小于道路设计限速值，则执行限速值的选取如下表所示：

计算限速值	30	(30,40]	(40,50]	(50,60]	(60,70]
执行限速值	20	30	40	50	60
计算限速值	(70,80]	(80,90]	(90,100]	(100,110]	110
执行限速值	70	80	90	100	设计限速

S32,对执行限速值进行实时更新，更新时间间隔为10min，具体的规则如下：

当前限速值v_t；当前限速值持续时长ΔT_t；上一时刻和当前最新计算限速值分别为v_t-T，v_t+T；

若ΔT_t≤10且v_t-10≤v_t+T＜v_t+10时，继续保持当前限速值；

若ΔT_t≤10且时，取max{v_t-T,v_t+T}为当前计算限速值所对应表1中的执行限速值作为下一时刻限速值，此时ΔT_t＝0；

若ΔT_t≤10且时，取min{v_t-T,v_t+T}为当前计算限速值所对应表1中的执行限速值作为下一时刻限速值，此时ΔT_t＝0；

若ΔT_t≤10且v_t+T≤v_t-20时，取v_t+T所对应表中的执行限速值作为下一时刻限速值，此时ΔT_t＝0；

步骤S4中具体为：采用预警系统建立预警策略；具体的预警策略分为四级，具体为：

当横风风速v_w≤10.7m/s时，为四级蓝色预警，预警系统不工作，默认发布道路默认限速信息；

当横风风速10.7m/s＜v_w＜f^-1(v_she)，为三级黄色预警，预警系统启动并发布注意横风提示消息；

当横风风速f^-1(v_she)≤v_w＜f^-1(20)，为二级橙色预警，预警系统启动并发布限速警示信息；f^-1(v_she)为当前设定限速值v_she对应的风速值；

当横风风速f^-1(20)≤v_w，为一级红色预警，预警系统启动并发布高危预警警示信息。