[发明专利]基于3D点云优化动态LTR的侧翻预警方法及系统

说明书

本发明涉及一种基于3D点云优化的动态横向载荷转移率的侧翻预警方法及系统，包括：获取车辆信息以及前向路面高程点云；根据车辆信息，进行车辆行驶轨迹预测；基于所述前向路面高程点云以及预测的车辆行驶轨迹估计车辆行驶过程中的路面横向不平度；获取车身侧倾角，车身侧倾角通过路面不平度特征和车辆转向姿态侧倾两个因素进行估计；根据车身侧倾角、车速和横摆角速度，构建动态横向载荷转移率LTR指标；根据预测的车辆行驶轨迹依次采样计算未来预设时间段内是否存在|LTR|大于预设阈值的危险情况，若存在则进行侧翻预警。本发明提高了预警系统的抵抗越野等非结构路面随机干扰的鲁棒性，并通过得到侧翻指标预测序列实现了较长的有效防侧翻预警时间。

技术领域

本发明涉及汽车辅助驾驶技术领域，具体涉及一种基于3D点云优化动态 LTR的侧翻预警方法及系统。

背景技术

随着社会的发展，对载重能力强且高速行驶的越野车的需求日益增加，但载重较大的越野车具有悬架系统较高、轴距较短、离地距离更大导致的大惯量等特性，同时越野行驶环境具有复杂性和不确定性，因此越野车在野外高速行驶极易发生侧翻事故，存在严重的侧翻安全问题。因此提高越野车高速行驶的侧倾稳定性，对于提高越野车行车安全，降低侧翻事故起着至关重要的作用。

目前人们对于车辆侧翻的研究主要包括侧翻预警以及主动防侧翻控制两方面。其中侧翻预警技术不仅能为驾驶员提供提前的预警以使其采取及时有效的安全操作，而且可以作为主动防侧翻控制提供触发条件。在侧翻预警机制研究中，选取和优化表征车辆侧翻状态的指标是侧翻预警研究的主要内容。目前常用的侧翻指标有侧向加速度、车身侧倾角、横向载荷转移率(Lateral Transfer Rate，LTR)、侧翻能量稳定指标、侧翻时间(Time toRollover，TTR)等，其中LTR指标不仅能够客观反应车辆侧倾状态，而且阈值设定不受车型影响，通用性较好，因此是目前使用最广泛的侧翻指标。针对LTR指标下的防侧翻安全预警，国内外学者进行了深入的优化研究。如LI等人的方法(Li,H.,Zhao,Y., Wang,H.et al.“Design of an improved predictive LTR for rollover warning systems.”JBraz.Soc.Mech.Sci.Eng.,2017，39：3779–3791)提出利用预测型LTR 对未来时刻的侧翻危险作出预警；宗等人的方法(宗长富，韩小健，赵伟强，温占宇。基于动态LTR的客车防侧翻控制[J].中国公路学报,2016,29(09): 136-142.)提出一种动态LTR指标来解决传统LTR指标参数获取较难的问题，实现了对车辆动态特性的准确预测；金等人(金智林,严正华.基于二次预测型 LTR的汽车侧翻预警研究[J].中国机械工程,2019,30(15):1790-1795.)提出一种基于二次预测型横向载荷转移率的汽车侧翻预警方法，来提高预警精度。现有的基于LTR指标的侧翻预警方法实现了对传统LTR指标的优化，得到了一些积极的结果，但仍有一些不足：1)现有算法主要通过获取车辆侧翻指标状态参数来实现防侧翻安全预警。在结构性路面下可以获取期望的侧翻指标信号，但在越野等非结构路面下获取的侧翻指标信号常常参入大量的路面随机噪声，导致现有算法的预测单元极易受到环境影响，因此预警精度很难保证；2)现有算法在预测功能实现上，主要通过获取指标变化率来预测侧翻危险时间，能够提供的有效预警时间在1s以内，无法满足在越野等非结构路面下对较长有效预警信号的需求。因此现有的防侧翻预警算法在越野等非结构路面下使用受限，无法提供满意的防侧翻安全预警。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种基于3D点云优化动态 LTR的侧翻预警方法及系统。首先通过车载位姿传感器、激光雷达传感器获取车轮预测轨迹序列和周向环境的3D点云，通过路面不平度估计模型获取路面不平度特征序列；然后设计一种基于路面不平度的动态LTR侧翻指标观测器实现对越野车行驶过程中侧翻姿态的预测；最终输出预测侧翻危险时间，完成基于3D点云优化动态LTR指标的防侧翻安全预警算法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：