一种基于电子制动减速的罐车侧翻舒缓型控制方法转让专利
申请号 : CN202010587839.5
文献号 : CN111775912B
文献日 : 2021-06-11
发明人 : 李旭 , 韦坤 , 徐启敏
申请人 : 东南大学
摘要 :
本发明公开了一种基于电子制动减速的罐车侧翻舒缓型控制方法，针对使用EBS的罐车，首先明确舒缓型控制方法适用的罐车侧翻场景，然后采用最小二乘法建立罐车制动减速度的表征函数，最后基于制动减速度的表征函数和EBS实现罐车侧翻舒缓型控制。本发明拟合出罐车制动减速度的函数表达式，能够在不同侧翻场景下根据罐车运动学信息和车身信息自主选取合适的制动减速度；在进行罐车制动减速时，考虑了驾驶员的操作，实现人机的有效结合；在罐车处于侧翻潜在危险状态时就进行舒缓型制动减速，无需等到罐车存在较大侧翻危险时才进行紧急制动，提高了罐车侧翻控制的稳定性和有效性。
权利要求 :
1.一种基于电子制动减速的罐车侧翻舒缓型控制方法，其特征在于，具体步骤包括：步骤一：明确舒缓型控制方法适用的罐车侧翻场景适用的侧翻场景为：罐车当前正常行驶，但前方存在急弯，若以当前车速通过急弯，罐车会发生侧翻；
步骤二：采用最小二乘法建立罐车制动减速度的表征函数定义罐车制动减速度a的函数表达式为：
2 2
a＝c1λ+c2λ+c3m+c4m+b (1)式(1)中，c1、c2、c3、c4为系数，b为常数项；
制动试验场景基元包括车速、载荷和制动踏板开度，各场景基元的量化参数如下表所示，场景基元排列组合后有36种试验场景，每种试验场景下重复两次试验，共计72次试验；
场景基元 量化参数
车速 30km/h、50km/h、70km/h载荷 空载、半载、满载
制动踏板开度 20％、40％、60％、80％制动试验罐车装载的介质为水，罐车的整车质量m计算公式为：式(2)中，m′为罐车空载时整车质量，V为罐车容积，ρ为水的密度，m′和V由罐车产品手册获得；
在直线路段，罐车以30km/h、50km/h和70km/h中某一车速v′匀速行驶，通过CAN数据总线控制制动踏板以20％、40％、60％和80％中某一开度减速，直至罐车车速为零，记录罐车从开始减速到车速为零的时间为Δt，则制动减速度a的计算公式为：完成72次制动试验后，得到试验数据{λi,mi,ai}，i＝1,2,…,72；最小二乘法中总误差的平方为：
当总误差的平方J(c1,c2,c3,c4,b)取最小值时，c1、c2、c3、c4和b为最优解，计算公式为：
2 2
从而确定罐车制动减速度a的函数式a＝c1λ+c2λ+c3m+c4m+b；
步骤三：基于制动减速度的表征函数和EBS实现罐车侧翻舒缓型控制子步骤1：获取当前车速
在罐车最后轴两侧非转向轮上安装轮速传感器，实时输出两侧轮速v1和v2，定义罐车纵向车速为v，计算公式为：
子步骤2：判断前方路段是否存在侧翻危险通过增强型数字地图获取前方道路的道路曲率半径、纵向坡度角和横向坡度角，结合当前车速判断罐车经过前方路段是否存在侧翻危险；若无侧翻危险，结束控制；若有侧翻危险，计算罐车当前位置距前方危险地点的距离Δσ和建议的安全车速vs，进入子步骤3；
子步骤3：计算减速所需的制动踏板开度罐车以固定减速度 将当前车速v降到安全车速vs，结合距离Δσ，则 的计算公式为：事前静态测量罐车整车质量m，利用式(1)确定罐车制动减速度 时制动踏板开度 子步骤4：判断所需制动踏板开度是否大于驾驶员操作制动踏板开度通过CAN数据总线获取驾驶员操作制动踏板开度λ，当 时，通过CAN数据总线控制EBS以制动踏板开度 的制动效果进行减速控制；当 时，EBS以驾驶员操作制动踏板开度λ的制动效果进行减速控制；结束控制。
说明书 :
一种基于电子制动减速的罐车侧翻舒缓型控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种罐车侧翻控制方法，具体的是一种基于电子制动减速的罐车侧翻舒缓型控制方法，属于车辆安全技术领域。
背景技术
[0002] 罐车是车体呈罐形的运输车辆，用来装运各种液体、液化气体和粉末状货物等。由于罐车公路运输能力大、效率高和成本低，为危化品异地运输提供了极大的便利条件，故成
为危化品公路运输的主体。然而罐车车身结构具有特殊性和复杂性(质心较高、轮距较窄、
整车质量较大、液体扰动易引起质心偏移等)，罐车在高等级公路上交通事故品频频发生，
成为影响道路交通安全的主要来源。根据文献统计的708起危险货物罐车交通事故，归纳分
析各起交通事故的原因及其所占比例，罐车交通事故的原因主要有单方翻车、冲出路外、两
车追尾、两车侧碰等，其中单方翻车所占比例最大(29.10％)。
为危化品公路运输的主体。然而罐车车身结构具有特殊性和复杂性(质心较高、轮距较窄、
整车质量较大、液体扰动易引起质心偏移等)，罐车在高等级公路上交通事故品频频发生，
成为影响道路交通安全的主要来源。根据文献统计的708起危险货物罐车交通事故，归纳分
析各起交通事故的原因及其所占比例，罐车交通事故的原因主要有单方翻车、冲出路外、两
车追尾、两车侧碰等，其中单方翻车所占比例最大(29.10％)。
[0003] 目前罐车防侧翻主要采取主动防侧翻控制方法，包括主动横向稳定杆、主动转向控制、主动悬架控制和差动制动控制。由于主动横向稳定杆、主动转向控制和主动悬架控制
对罐车防侧翻控制的效果有限且需要安装过多的硬件装置，故差动制动控制是罐车常用的
侧翻控制方法。差动制动控制已开展了大量的研究，然而依然存在以下问题：1、在进行差动
制动时未考虑驾驶员的操作，执行机构操作可能与驾驶员操作发生冲突，或者驾驶员可能
采取了更有效的操作；2、差动制动是在罐车存在较大侧翻危险时采取紧急制动措施，导致
车身控制稳定性较低，然而若能在罐车进入侧翻危险状态前进行制动减速，则防侧翻效果
更好。
对罐车防侧翻控制的效果有限且需要安装过多的硬件装置，故差动制动控制是罐车常用的
侧翻控制方法。差动制动控制已开展了大量的研究，然而依然存在以下问题：1、在进行差动
制动时未考虑驾驶员的操作，执行机构操作可能与驾驶员操作发生冲突，或者驾驶员可能
采取了更有效的操作；2、差动制动是在罐车存在较大侧翻危险时采取紧急制动措施，导致
车身控制稳定性较低，然而若能在罐车进入侧翻危险状态前进行制动减速，则防侧翻效果
更好。
[0004] 根据GB7258‑2017规定，总质量超过12吨的危险货运车辆必须装备电子制动系统(Electronic Braking System，EBS)，可通过CAN数据总线与其通信。EBS根据制动踏板的开
度变化获得制动意图，制动踏板开度与制动强度相对应，根据垂向载荷、车轮滑移率等信息
动态调节各车轮的制动力。
度变化获得制动意图，制动踏板开度与制动强度相对应，根据垂向载荷、车轮滑移率等信息
动态调节各车轮的制动力。
发明内容
[0005] 针对罐车侧翻控制稳定性和有效性较低的问题，本发明提出了一种基于电子制动减速的罐车侧翻舒缓型控制方法。该方法结合驾驶员操作，在罐车处于侧翻潜在危险状态
时就进行舒缓型制动减速，无需等到罐车存在较大侧翻危险时才进行紧急制动，提高了罐
车侧翻控制的稳定性和有效性。
时就进行舒缓型制动减速，无需等到罐车存在较大侧翻危险时才进行紧急制动，提高了罐
车侧翻控制的稳定性和有效性。
[0006] 为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0007] 步骤一：明确舒缓型控制方法适用的罐车侧翻场景
[0008] 适用的侧翻场景为：罐车当前正常行驶，但前方存在急弯，若以当前车速通过急弯，
[0009] 罐车会发生侧翻；
[0010] 步骤二：采用最小二乘法建立罐车制动减速度的表征函数
[0011] 定义罐车制动减速度a的函数表达式为：
[0012] a＝c1λ2+c2λ+c3m2+c4m+b (1)
[0013] 式(1)中，c1、c2、c3、c4为系数，b为常数项；
[0014] 制动试验场景基元包括车速、载荷和制动踏板开度，各场景基元的量化参数如下表所示，场景基元排列组合后有36种试验场景，每种试验场景下重复两次试验，共计72次试
验；
验；
[0015]场景基元 量化参数
车速 30km/h、50km/h、70km/h
载荷 空载、半载、满载
制动踏板开度 20％、40％、60％、80％
车速 30km/h、50km/h、70km/h
载荷 空载、半载、满载
制动踏板开度 20％、40％、60％、80％
[0016] 制动试验罐车装载的介质为水，罐车的整车质量m计算公式为：
[0017]
[0018] 式(2)中，m′为罐车空载时整车质量，V为罐车容积，ρ为水的密度，m′和V由罐车产品手册获得；
[0019] 在直线路段，罐车以30km/h、50km/h和70km/h中某一车速v′匀速行驶，通过CAN数据总线控制制动踏板以20％、40％、60％和80％中某一开度减速，直至罐车车速为零，记录
罐车从开始减速到车速为零的时间为Δt，则制动减速度a的计算公式为：
罐车从开始减速到车速为零的时间为Δt，则制动减速度a的计算公式为：
[0020]
[0021] 完成72次制动试验后，得到试验数据{λi,mi,ai}，i＝1,2,…,72；最小二乘法中总误差的平方为：
[0022]
[0023] 当总误差的平方J(c1,c2,c3,c4,b)取最小值时，c1、c2、c3、c4和b为最优解，计算公式为：
[0024]
[0025] 从而确定罐车制动减速度a的函数式a＝c1λ2+c2λ+c3m2+c4m+b；
[0026] 步骤三：基于制动减速度的表征函数和EBS实现罐车侧翻舒缓型控制子步骤1：获取当前车速
[0027] 在罐车最后轴两侧非转向轮上安装轮速传感器，实时输出两侧轮速v1和v2，定义罐车纵向车速为v，计算公式为：
[0028]
[0029] 子步骤2：判断前方路段是否存在侧翻危险
[0030] 通过增强型数字地图获取前方道路的道路曲率半径、纵向坡度角和横向坡度角，结合当前车速判断罐车经过前方路段是否存在侧翻危险；若无侧翻危险，结束控制；若有侧
翻危险，计算罐车当前位置距前方危险地点的距离Δσ和建议的安全车速vs，进入子步骤3；
翻危险，计算罐车当前位置距前方危险地点的距离Δσ和建议的安全车速vs，进入子步骤3；
[0031] 子步骤3：计算减速所需的制动踏板开度
[0032] 罐车以固定减速度 将当前车速v降到安全车速vs，结合距离Δσ，则 的计算公式为：
[0033]
[0034] 事前静态测量罐车整车质量m，利用式(1)确定罐车制动减速度 时制动踏板开度子步骤4：判断所需制动踏板开度是否大于驾驶员操作制动踏板开度
[0035] 通过CAN数据总线获取驾驶员操作制动踏板开度λ，当 时，通过CAN数据总线控制EBS以制动踏板开度 的制动效果进行减速控制；当 时，EBS以驾驶员操作制动踏
板开度λ的制动效果进行减速控制；结束控制。
板开度λ的制动效果进行减速控制；结束控制。
[0036] 有益效果
[0037] 1.本发明拟合出罐车制动减速度的函数表达式，能够在不同侧翻场景下根据罐车运动学信息和车身信息自主选取合适的制动减速度。
[0038] 2.本发明在进行罐车制动减速时，考虑了驾驶员的操作，实现人机的有效结合。
[0039] 3.本发明在罐车处于侧翻潜在危险状态时就进行舒缓型制动减速，无需等到罐车存在较大侧翻危险时才进行紧急制动，提高了罐车侧翻控制的稳定性和有效性。
附图说明
[0040] 图1为罐车侧翻舒缓型控制总体设计方案图；
[0041] 图2为罐车侧翻舒缓型控制流程图。
具体实施方式
[0042] 以下将结合具体实例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明而不用于限制本发明的范围。
[0043] 针对使用EBS的罐车，本发明提出了一种基于电子制动减速的罐车侧翻舒缓型控制方法，首先明确舒缓型控制方法适用的罐车侧翻场景，然后采用最小二乘法建立罐车制
动减速度的表征函数，最后基于制动减速度的表征函数和EBS实现罐车侧翻舒缓型控制。该
方法拟合出罐车制动减速度的函数表达式，能够在不同侧翻场景下根据罐车运动学信息和
车身信息自主选取合适的制动减速度；在进行罐车制动减速时，考虑了驾驶员的操作，实现
人机的有效结合；在罐车处于侧翻潜在危险状态时就进行舒缓型制动减速，无需等到罐车
存在较大侧翻危险时才进行紧急制动，提高了罐车侧翻控制的稳定性和有效性。侧翻控制
的总体设计方案如图1所示，具体步骤包括：
动减速度的表征函数，最后基于制动减速度的表征函数和EBS实现罐车侧翻舒缓型控制。该
方法拟合出罐车制动减速度的函数表达式，能够在不同侧翻场景下根据罐车运动学信息和
车身信息自主选取合适的制动减速度；在进行罐车制动减速时，考虑了驾驶员的操作，实现
人机的有效结合；在罐车处于侧翻潜在危险状态时就进行舒缓型制动减速，无需等到罐车
存在较大侧翻危险时才进行紧急制动，提高了罐车侧翻控制的稳定性和有效性。侧翻控制
的总体设计方案如图1所示，具体步骤包括：
[0044] 步骤一：明确舒缓型控制方法适用的罐车侧翻场景
[0045] 以较大速度进行转向是罐车发生侧翻事故的重要原因之一，现有的侧翻控制方法一般是在罐车转向存在较大侧翻危险时采取紧急制动措施，然而可能会导致车身控制不稳
定和控制效果不理想的问题。
定和控制效果不理想的问题。
[0046] 因此，本发明提出了一种侧翻舒缓型控制方法，其适用的侧翻场景为：罐车当前正常行驶，但前方存在急弯，若以当前车速通过急弯，罐车会发生侧翻。
[0047] 步骤二：采用最小二乘法建立罐车制动减速度的表征函数
[0048] 罐车行驶的制动减速度a与其制动踏板开度λ有直接关系，制动踏板开度λ越大，
[0049] 制动减速度a越大；同时罐车整车质量m越大，惯性越大，改变其运动状态越难。考虑到函数拟合计算的复杂度和准确性，定义罐车制动减速度a的函数表达式为：
[0050] a＝c1λ2+c2λ+c3m2+c4m+b (1)
[0051] 式(1)中，c1、c2、c3、c4为系数，b为常数项。
[0052] 采用最小二乘法拟合函数表达式时需要实测数据来确定函数表达式中的未知项，因此开展实车制动试验获取不同场景下的制动踏板开度λ、整车质量m和制动减速度a的数
据。
据。
[0053] 制动试验场景基元包括车速、载荷和制动踏板开度，各场景基元的量化参数如下表所示，场景基元排列组合后有3(车速)×3(载荷)×4(制动踏板开度)＝36种试验场景。为
了保证数据的准确性，每种试验场景下重复两次试验，共计72次试验。
了保证数据的准确性，每种试验场景下重复两次试验，共计72次试验。
[0054] 场景基元 量化参数车速 30km/h、50km/h、70km/h
载荷 空载、半载、满载
制动踏板开度 20％、40％、60％、80％
载荷 空载、半载、满载
制动踏板开度 20％、40％、60％、80％
[0055] 制动试验罐车装载的介质为水，罐车的整车质量m计算公式为：
[0056]
[0057] 式(2)中，m′为罐车空载时整车质量，V为罐车容积，ρ为水的密度，m′和V由罐车产品手册获得。
[0058] 确定罐车的整车质量后，在直线路段，罐车以30km/h、50km/h和70km/h中某一车速v′匀速行驶，通过CAN数据总线控制制动踏板以20％、40％、60％和80％中某一开度减速，直
至罐车车速为零，记录罐车从开始减速到车速为零的时间为Δt，则制动减速度a的计算公
式为：
至罐车车速为零，记录罐车从开始减速到车速为零的时间为Δt，则制动减速度a的计算公
式为：
[0059]
[0060] 完成72次制动试验后，得到试验数据{λi,mi,ai}，i＝1,2,…,72。最小二乘法中总误差的平方为：
[0061]
[0062] 当总误差的平方J(c1,c2,c3,c4,b)取最小值时，c1、c2、c3、c4和b为最优解，计算公式为：
[0063]
[0064] 从而确定罐车制动减速度a的函数式a＝c1λ2+c2λ+c3m2+c4m+b。
[0065] 步骤三：基于制动减速度的表征函数和EBS实现罐车侧翻舒缓型控制
[0066] 针对罐车以较大车速转急弯易发生侧翻的问题，本发明是在罐车入弯前就进行制动减速(减速度较小)，能够在罐车入弯时将车速降到安全车速，从而克服了紧急制动导致
车身控制稳定性低的问题。侧翻控制流程如图2所示，具体步骤如下：
车身控制稳定性低的问题。侧翻控制流程如图2所示，具体步骤如下：
[0067] 子步骤1：获取当前车速
[0068] 在罐车最后轴两侧非转向轮上安装轮速传感器，可以实时输出两侧轮速v1和v2，定义罐车纵向车速为v，计算公式为：
[0069]
[0070] 子步骤2：判断前方路段是否存在侧翻危险
[0071] 通过增强型数字地图获取前方道路的道路曲率半径、纵向坡度角和横向坡度角，结合当前车速判断罐车经过前方路段是否存在侧翻危险。若无侧翻危险，结束控制；若有侧
翻危险，计算罐车当前位置距前方危险地点的距离Δσ和建议的安全车速vs，进入子步骤3。
判断罐车在前方路段是否存在侧翻危险以及计算Δσ和vs的具体方法见专利“一种基于增
强型数字地图的车辆侧翻预警方法”(申请号：201910421233.1)。
翻危险，计算罐车当前位置距前方危险地点的距离Δσ和建议的安全车速vs，进入子步骤3。
判断罐车在前方路段是否存在侧翻危险以及计算Δσ和vs的具体方法见专利“一种基于增
强型数字地图的车辆侧翻预警方法”(申请号：201910421233.1)。
[0072] 子步骤3：计算减速所需的制动踏板开度
[0073] 罐车以固定减速度 将当前车速v降到安全车速vs，结合距离×σ，则 的计算公式为：
[0074]
[0075] 事前静态测量罐车整车质量m，利用式(1)确定罐车制动减速度 时制动踏板开度子步骤4：子步骤5：判断所需制动踏板开度是否大于驾驶员操作制动踏板开度
[0076] 通过CAN数据总线获取驾驶员操作制动踏板开度λ，当 时，通过CAN数据总线控制EBS以制动踏板开度 的制动效果进行减速控制；当 时，EBS以驾驶员操作制动踏
板开度λ的制动效果进行减速控制。结束控制。
板开度λ的制动效果进行减速控制。结束控制。