趙志國

(淮陰工學(xué)院交通學(xué)院)

重型車輛側(cè)翻預(yù)警技術(shù)現(xiàn)狀及研究進(jìn)展

趙志國

(淮陰工學(xué)院交通學(xué)院)

提高車輛主動安全性和操縱穩(wěn)定性是提高公路運輸安全和減少交通事故的重要手段。簡述了車輛側(cè)翻預(yù)警方法及系統(tǒng)的工作原理;詳細(xì)闡述了目前國內(nèi)外車輛側(cè)翻預(yù)警研究現(xiàn)狀;指出了車輛側(cè)翻預(yù)警系統(tǒng)存在的問題，并提出側(cè)翻預(yù)警系統(tǒng)未來發(fā)展方向，為車輛側(cè)翻預(yù)警算法及控制系統(tǒng)的研究奠定了基礎(chǔ)。

重型車輛;側(cè)翻預(yù)警;研究進(jìn)展

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，以及國家對高等級公路的快速修建，高效率、高可靠性、低成本、快速安全的重型車輛的需求大幅增長。2010年，我國重型車輛年銷量突破100萬輛，重型車輛年銷量已占世界重型車輛總銷量的一半以上，增長速度堪稱世界之最。

重型車輛具有重心高、質(zhì)量和體積大、輪距相對于質(zhì)心高度過窄等特點，極易發(fā)生側(cè)翻事故。側(cè)翻事故中，非碰撞事故占10%，而重大非碰撞事故中的90%是側(cè)翻事故，對經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生命財產(chǎn)造成了重大損失。因此，研究、探索和主動控制重型車輛行駛安全性和操縱穩(wěn)定性，已成為各國學(xué)者、高等院校及科研單位所關(guān)注的重要課題。

1 側(cè)翻預(yù)警方法及系統(tǒng)工作原理

車輛側(cè)翻是指車輛在行駛過程中繞其縱軸線轉(zhuǎn)動90°或更大的角度，導(dǎo)致車身與地面相接觸的一種危險的側(cè)向運動。車輛側(cè)翻可分為兩種:一種是曲線運動引起的側(cè)翻，即車輛行駛過程中產(chǎn)生側(cè)向滑移，與地面上的障礙物側(cè)向撞擊而將其“絆倒”;一種是絆倒側(cè)翻，即車輛在道路上行駛時，側(cè)向加速度超過門限值，使內(nèi)側(cè)車輪的垂直反力為零而引起的側(cè)翻。

圖1 車輛側(cè)翻預(yù)警系統(tǒng)原理

圖1為車輛側(cè)翻預(yù)警系統(tǒng)原理圖，側(cè)翻預(yù)警器對方向盤轉(zhuǎn)角、側(cè)向加速度、車速等參數(shù)進(jìn)行檢測，根據(jù)車輛模型，運行側(cè)翻預(yù)警算法。若側(cè)翻算法的門限值大于設(shè)定值，報警系統(tǒng)給出預(yù)警信號，駕駛員根據(jù)預(yù)警信號采取相應(yīng)的防側(cè)翻措施來控制側(cè)翻。

2 重型車輛側(cè)翻預(yù)警研究現(xiàn)狀

如何提高重型車輛行駛安全性及操縱穩(wěn)定性是現(xiàn)代汽車研究的重要課題之一，國內(nèi)外各大汽車公司、高等院校及科研院在重型車輛主動安全及穩(wěn)定性控制領(lǐng)域進(jìn)行了大量的研究。

2.1 國外研究現(xiàn)狀

當(dāng)前，國際上對重型車輛的側(cè)翻動力學(xué)研究，無論從靜態(tài)、準(zhǔn)靜態(tài)和動態(tài)的計算機(jī)模擬，還是側(cè)翻試驗測試，都有深入的研究。美國、加拿大、英國和日本等國諸多學(xué)者為車輛側(cè)翻預(yù)警理論和實踐的研究做出了重要貢獻(xiàn)，取得了很多成果。

傳統(tǒng)的側(cè)翻預(yù)警算法大都是基于側(cè)向加速度或側(cè)傾角極限值。1990年Rakheja提出側(cè)翻安全預(yù)警監(jiān)控算法，以車輛靜態(tài)轉(zhuǎn)向內(nèi)側(cè)車輪離地時的側(cè)向加速度作為臨界側(cè)翻門限值，達(dá)到側(cè)翻門限值則觸發(fā)警示。

傳統(tǒng)預(yù)警方法精準(zhǔn)性較差，基于前人在側(cè)翻機(jī)理上的研究，1990年P(guān)reston-Thomas提出用橫向載荷轉(zhuǎn)移率(LTR)作為車輛側(cè)翻危險指標(biāo)，兩側(cè)輪胎的載荷相等時LTR則為0，一側(cè)輪胎離地時LTR為1，即橫向加速度達(dá)到臨界側(cè)翻門限值。自此之后很多研究以LTR作為判定標(biāo)準(zhǔn)。1998年Dunwoody等人提出了一個以LTR作為判斷依據(jù)的側(cè)翻預(yù)警方法，并申請了專利。2003年，韓國的Dongyong Hyun建立了重型半掛車側(cè)翻預(yù)警模型，以LTR值判斷側(cè)翻程度。該模型考慮了懸架和輪胎的非線性特性，利用參數(shù)辨識技術(shù)，辨識影響LTR值的參數(shù)，使預(yù)測模型接近于實車，能夠更加準(zhǔn)確預(yù)測半掛車的側(cè)翻穩(wěn)定性。

除LTR外，國外學(xué)者提出了很多側(cè)翻預(yù)警方法，Nalecz等人提出一種基于能量計算的側(cè)翻判定方法(RPER)，試驗證明，該方法可以準(zhǔn)確地進(jìn)行側(cè)翻預(yù)警。

1997年，P.J.Liu研發(fā)了一套車載潛在側(cè)翻危險警示裝置，建立了側(cè)翻失穩(wěn)RSF評價指標(biāo)，研究表明，側(cè)翻失穩(wěn)評價指標(biāo)RSF與側(cè)向加速度和側(cè)傾角有關(guān)系。

2001年，Chen和 Peng提出了一種基于 TTR(Time To Rollover)側(cè)翻時間預(yù)測的側(cè)翻動態(tài)預(yù)警算法，該算法簡單，有較好的實用性。同時，Chen和Peng用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提高了TTR值的精度。

2003年，Eger和Kiencke建立了車輛側(cè)翻時間序列，給出了側(cè)傾角速度和側(cè)傾角之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，規(guī)定了車輛穩(wěn)定邊界。

2008年，美國俄亥俄州立大學(xué)的H.Yu提出一種基于實時TTR矩陣作為側(cè)翻危險判據(jù)的側(cè)翻預(yù)警算法，并使用卡爾曼濾波技術(shù)提高TTR矩陣的精度，試驗證明，該方法比較實用，能夠有效的預(yù)測車輛側(cè)翻狀態(tài)。

2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

國內(nèi)部分高校，如吉林大學(xué)、南京航空航天大學(xué)和重慶交通大學(xué)等高校進(jìn)了大量的研究工作，取得了一定的成果。

2007年，南京航空航天大學(xué)的張先奎提出了一種基于姿態(tài)監(jiān)測的TTR側(cè)翻預(yù)警方法和雙飛輪側(cè)翻控制方法，用Simulink對其進(jìn)行了仿真分析。結(jié)果表明，側(cè)翻預(yù)警器能夠提供側(cè)翻預(yù)警信息，對車輛側(cè)翻能夠進(jìn)行有效的控制。

2008年，南京航空航天大學(xué)的金智林提出了一種基于動態(tài)因子的車輛側(cè)翻預(yù)警算法。試驗表明，該算法能夠精確地算出車輛側(cè)翻時間值，判斷車輛側(cè)翻的危險狀況。

2008年，吉林大學(xué)的朱天軍提出了一種基于回路傳輸恢復(fù)技術(shù)的LQG主動側(cè)傾控制算法。仿真結(jié)果表明，該算法有效提高了車輛的側(cè)翻穩(wěn)定性。

2008年，吉林大學(xué)的宗長富在回路傳輸恢復(fù)技術(shù)控制算法上，建了全局增度控制的全狀態(tài)反饋控制器。仿真結(jié)果，該算法能有效提高車輛側(cè)傾穩(wěn)定性。

2010年，重慶大學(xué)的連金江以TTR預(yù)警算法為基礎(chǔ)，提出了混凝土攪拌車側(cè)翻預(yù)警算法，并對其進(jìn)行了仿真分析。結(jié)果表明，該預(yù)警算法具有提前預(yù)測側(cè)翻的功能。

2010年，淮陰工學(xué)院的夏晶晶提出了一種基于模型預(yù)測的側(cè)翻主動控制方法。仿真結(jié)果表明，該方法能夠有提高車輛的側(cè)翻控制能力。

2011年，吉林大學(xué)的朱天軍在傳統(tǒng)TTR預(yù)警算法的基礎(chǔ)上，提出了一種基于改進(jìn)TTR重型車輛側(cè)翻預(yù)警算法，并進(jìn)行了實車試驗。結(jié)果表明，該方法可以對車輛側(cè)翻進(jìn)行提前預(yù)警。

3 重型車輛側(cè)翻預(yù)警研究現(xiàn)狀

綜上所述，目前國內(nèi)外重型車輛側(cè)翻預(yù)警技術(shù)方面的研究主要存在以下問題。

(1)傳統(tǒng)的車輛預(yù)警算法多數(shù)屬于靜態(tài)預(yù)警系統(tǒng)，不能動態(tài)精確預(yù)測側(cè)翻程度。

(2)傳統(tǒng)的側(cè)翻預(yù)警算法需要精確獲得載荷、重心、加速度等參數(shù)，當(dāng)參數(shù)變化較大時，不能準(zhǔn)確預(yù)測側(cè)翻狀況。

通過上述分析可知，建立精確的車輛動態(tài)側(cè)翻預(yù)警模型，探索新的動態(tài)預(yù)警方法，能夠早期發(fā)現(xiàn)潛在的側(cè)翻危險，為防側(cè)翻穩(wěn)定控制奠定基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

重型車輛側(cè)翻已成為影響道路交通安全的重要問題，車輛側(cè)翻對我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生命財產(chǎn)造成了重大損失。因此，研究開發(fā)新型重型車輛側(cè)翻預(yù)警算法及控制技術(shù)，提高車輛行駛的主動安全性具有重要的意義，將會產(chǎn)生重要的經(jīng)濟(jì)效益。

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U461.6

A

1008-3383(2012)01-0089-01

2011-08-20

趙志國(1977-)，男，博士研究生，講師，主要從事車輛動態(tài)仿真與控制方面的研究。

江蘇省高校自然科學(xué)研究計劃項目(09KJB580001)。