重型車輛側翻預警技術現狀及研究進展

趙志國

(淮陰工學院交通學院)

重型車輛側翻預警技術現狀及研究進展

趙志國

(淮陰工學院交通學院)

提高車輛主動安全性和操縱穩定性是提高公路運輸安全和減少交通事故的重要手段。簡述了車輛側翻預警方法及系統的工作原理;詳細闡述了目前國內外車輛側翻預警研究現狀;指出了車輛側翻預警系統存在的問題，并提出側翻預警系統未來發展方向，為車輛側翻預警算法及控制系統的研究奠定了基礎。

重型車輛;側翻預警;研究進展

隨著我國國民經濟的高速發展，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、質量和體積大、輪距相對于質心高度過窄等特點，極易發生側翻事故。側翻事故中，非碰撞事故占10%，而重大非碰撞事故中的90%是側翻事故，對經濟發展和人民生命財產造成了重大損失。因此，研究、探索和主動控制重型車輛行駛安全性和操縱穩定性，已成為各國學者、高等院校及科研單位所關注的重要課題。

1 側翻預警方法及系統工作原理

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

圖1 車輛側翻預警系統原理

圖1為車輛側翻預警系統原理圖，側翻預警器對方向盤轉角、側向加速度、車速等參數進行檢測，根據車輛模型，運行側翻預警算法。若側翻算法的門限值大于設定值，報警系統給出預警信號，駕駛員根據預警信號采取相應的防側翻措施來控制側翻。

2 重型車輛側翻預警研究現狀

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

2.1 國外研究現狀

當前，國際上對重型車輛的側翻動力學研究，無論從靜態、準靜態和動態的計算機模擬，還是側翻試驗測試，都有深入的研究。美國、加拿大、英國和日本等國諸多學者為車輛側翻預警理論和實踐的研究做出了重要貢獻，取得了很多成果。

傳統的側翻預警算法大都是基于側向加速度或側傾角極限值。1990年Rakheja提出側翻安全預警監控算法，以車輛靜態轉向內側車輪離地時的側向加速度作為臨界側翻門限值，達到側翻門限值則觸發警示。

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

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

1997年，P.J.Liu研發了一套車載潛在側翻危險警示裝置，建立了側翻失穩RSF評價指標，研究表明，側翻失穩評價指標RSF與側向加速度和側傾角有關系。

2001年，Chen和 Peng提出了一種基于 TTR(Time To Rollover)側翻時間預測的側翻動態預警算法，該算法簡單，有較好的實用性。同時，Chen和Peng用神經網絡技術提高了TTR值的精度。

2003年，Eger和Kiencke建立了車輛側翻時間序列，給出了側傾角速度和側傾角之間的數學關系，規定了車輛穩定邊界。

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

2.2 國內研究現狀

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

2007年，南京航空航天大學的張先奎提出了一種基于姿態監測的TTR側翻預警方法和雙飛輪側翻控制方法，用Simulink對其進行了仿真分析。結果表明，側翻預警器能夠提供側翻預警信息，對車輛側翻能夠進行有效的控制。

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

2008年，吉林大學的朱天軍提出了一種基于回路傳輸恢復技術的LQG主動側傾控制算法。仿真結果表明，該算法有效提高了車輛的側翻穩定性。

2008年，吉林大學的宗長富在回路傳輸恢復技術控制算法上，建了全局增度控制的全狀態反饋控制器。仿真結果，該算法能有效提高車輛側傾穩定性。

2010年，重慶大學的連金江以TTR預警算法為基礎，提出了混凝土攪拌車側翻預警算法，并對其進行了仿真分析。結果表明，該預警算法具有提前預測側翻的功能。

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

2011年，吉林大學的朱天軍在傳統TTR預警算法的基礎上，提出了一種基于改進TTR重型車輛側翻預警算法，并進行了實車試驗。結果表明，該方法可以對車輛側翻進行提前預警。

3 重型車輛側翻預警研究現狀

綜上所述，目前國內外重型車輛側翻預警技術方面的研究主要存在以下問題。

(1)傳統的車輛預警算法多數屬于靜態預警系統，不能動態精確預測側翻程度。

(2)傳統的側翻預警算法需要精確獲得載荷、重心、加速度等參數，當參數變化較大時，不能準確預測側翻狀況。

通過上述分析可知，建立精確的車輛動態側翻預警模型，探索新的動態預警方法，能夠早期發現潛在的側翻危險，為防側翻穩定控制奠定基礎。

4 結論

重型車輛側翻已成為影響道路交通安全的重要問題，車輛側翻對我國經濟發展和人民生命財產造成了重大損失。因此，研究開發新型重型車輛側翻預警算法及控制技術，提高車輛行駛的主動安全性具有重要的意義，將會產生重要的經濟效益。

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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，主要從事車輛動態仿真與控制方面的研究。

江蘇省高校自然科學研究計劃項目(09KJB580001)。