CN105620474B

CN105620474B - 一种具有多模式的四轮轮毂驱动电动汽车主动避障方法

Info

Publication number: CN105620474B
Application number: CN201610051257.9A
Authority: CN
Inventors: 郑宏宇; 赵明新; 宗长富; 何磊; 陈国迎; 赵伟强
Original assignee: Jilin University
Current assignee: Jilin University
Priority date: 2016-01-26
Filing date: 2016-01-26
Publication date: 2019-02-19
Anticipated expiration: 2036-01-26
Also published as: CN105620474A

Abstract

本发明公开了一种具有多模式的四轮轮毂驱动电动汽车主动避障方法，旨在提高电动汽车的避障能力，进而提高电动汽车行驶的安全性。针对不同的车速以及本车与障碍物之间的实时距离等信息，本发明采用具有多种模式的控制方法对四轮轮毂驱动和制动的电动汽车进行合适的控制，以实现电动汽车的主动避障。尤其是在紧急情况下，可以通过控制一侧车轮制动，另外一侧车轮驱动来实现车辆快速转弯避障，从而大大减小本车与近距离障碍物的碰撞率。由于不涉及转向输入操作，避免了转向辅助控制与驾驶员决策意图不同而引起的驾驶员恐慌，很大程度上减轻了驾驶员操作负担，减少了由于驾驶员在紧急情况下的错误转向操作而引起的交通事故，提高了行驶安全性。

Description

一种具有多模式的四轮轮毂驱动电动汽车主动避障方法

技术领域：

本发明属于汽车安全领域，涉及车辆主动防碰撞技术，具体涉及一种具有多模式的四轮轮毂驱动电动汽车主动避障方法，用于提高电动汽车的避障能力，进而提高汽车的行驶安全性。

技术背景：

随着全球不可再生的化石燃料的逐渐枯竭，环境污染问题的日益突出，作为环保型、无污染的电动汽车越来越受到人们的重视。与此同时，直接用轮毂电机驱动的汽车，无须发动机、换档变速和传动轴等部件，简化传动系统和底盘结构，提高传动效率，是汽车底盘传动方式的更替；而且能独立控制电动轮的驱动力或者制动力，响应速度快，容易测得准确的转速、转矩值，有效精简底盘电子控制系统架构，更是汽车电控研发技术的革新。此外，随着四轮轮毂驱动电动汽车的执行机构和冗余制动系统的增加，也为辅助制动系统的设计提供了新的途径和平台。作为未来汽车发展趋势的电动汽车具有巨大的发展前景和市场潜力，所以各大科研单位以及汽车企业竞相投入大量人力，物力，财力开展电动汽车的研发工作。

然而，随着汽车数量的不断增加，频发不断的道路交通事故也是让人触目惊心，给人们的生命财产造成巨大的损失。其中汽车与障碍物之间的碰撞占交通事故的很大一部分。因此，开发一套电动汽车防碰撞系统显得尤为重要和迫切，同时也顺应汽车工业发展的趋势。目前，基于转向干预的防碰撞系统存在如下问题：1)对于基于电动助力转向(EPS)的辅助转向系统，驾驶员的转向输入对辅助控制系统产生干扰，辅助控制系统输出的转向力亦给驾驶员造成一定的不适；2)人机同时对转向进行控制，二者的协调性至关重要，若二者协调不一致或发生冲突，将加重驾驶员操纵负担，同时也会引起驾驶员的恐慌，影响汽车横向安全性；3)对于基于主动转向(线控转向)的辅助系统，要求极高的可靠性，成本高，目前还没有大范围的推广使用。鉴于基于转向辅助系统存在的协调、成本问题，本发明提出一种带有多模式的四轮轮毂驱动电动汽车的主动避障方法，旨在提高电动车的避障能力，进而提高车辆的行驶安全性。由于该系统是基于对轮毂电机和电控液压系统的控制实现车轮的差动制动以产生相应的横摆力矩，不涉及转向输入，因而也就克服了上述基于转向辅助系统存在的问题。

发明内容：

本发明目的在于提出一种具有多模式的四轮轮毂驱动电动汽车主动避障发方法，用于提高电动汽车的避障能力，进而提高汽车的行驶安全性。为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种具有多模式的四轮轮毂驱动电动汽车主动避障方法，该系统针对不同的避障危险采用不同的避障模式对电动汽车的四个轮毂电机以及液压制动系统进行控制；整个系统包括检测传感模块，决策控制模块以及响应执行模块；前、后、左、右四个车轮各对应一个轮毂电机，每个轮毂电机的控制电路均与决策控制模块相连，并且采用四轮独立液压制定系统。可独立控制四个车轮的制动压力以满足不同的工况要求，并且采用电控液压系统，响应速度得以提高。该系统可以实现对每个车轮的单独制动力控制，从而有效实现通过对单个车轮的制动力控制实现对整车横摆力矩的补偿，其效果优于传统的电子稳定性控制(ESC或ESP)系统。

技术方案中所述的具有多模式的四轮轮毂驱动电动车主动避障方法，具体包括两种避障模式，分别为一般避障模式和紧急避障模式，其中一般避障模式的预警时刻可根据驾驶员习惯自行调整设定。

技术方案中所述的一般避障模式，其控制方法包括如下过程：

1)由检测传感模块采集车辆当前车速v、路面附着系数μ、本车与前方障碍物实时距离L以及相邻的避障车道等信息，并传输至决策控制模块；

2)决策控制模块在相关参数输入后，通过控制器里的决策算法，计算出以电动车所能达到的最大制动强度实施制动至无碰撞停车的最小制动距离L₁；引入预警时刻调整参数λ；

i当L＞λL₁时，系统不起作用；

ii当L₁＜L≤≤λL₁时，系统通过人机交换接口向驾驶员提供报警；此时若驾驶员及时采取相应操作，则系统只提供预警；若由于驾驶员疏忽或者注意力不集中致使L＝L₁时，则此时不考虑驾驶员驾驶行为，直接由决策控制模块控制车辆以最大的制动强度实施制动；

3)由于每个轮毂电机的控制回路均与决策控制模块相连，所以响应执行模块迅速响应执行决策控制模块传来的控制信号；所涉及的电动汽车制动包括电机制动、电控液压制动、电机和液压同时制动三种模式，此时选用液压和电机同时制动模式实施制动，进而能够实现无碰撞停车。

技术方案中所述的一般避障模式的判断条件L₁＜L≤λL₁中，L₁是实时计算的动态值，系数λ是1到2之间的数，λ对驾驶员开放并且可由驾驶员根据自身的驾驶习惯在开车前自行设定，从而可以调整预警时刻；如若没有设定，则以上次历史记录值为准。

技术方案中所述的紧急避障模式，其控制方法包括如下过程：

1)检测传感模块采集车辆当前车速v、路面附着系数μ、本车与前方突然出现的障碍物实时距离L、相邻的避障车道等信息，并传输至决策控制模块；

2)由于障碍物出现的突然，致使L＜βL₁，其中β为阈值系数(O＜β≤1)；

i.若不存在可用的避障车道，则系统及时转入一般避撞模式，以最大制动强度实施制动，以减小碰撞损失和伤害；

ii.若检测到存在可用避障车道，车辆稳定性控制系统(ESC)及时退出工作模式；

a)当β₁＜β＜1时，通过决策控制模块控制靠近可用避障车道一侧前轮制动以产生期望的横摆力矩；

b)当β≤β₁时，通过决策控制模块控制靠近可用避障车道一侧车轮制动，远离避障车道一侧车轮加速驱动，从而以产生期望的紧急横摆力矩；

3)响应执行模块对决策控制模块传来的控制信号进行快速响应执行，最终实现车辆避障。

技术方案中所述，在近距离突然出现障碍物时，单纯的制动已经不能满足避要求了，由于本模式是基于ESC的，所以当检测到有可用避障车道，避障模式优先级高于防抱死系统(ABS)和车辆稳定性控制系统(ESC)。因此，当避障模式起作用时，车辆稳定性控制系统(ESC)和防抱死(ABS)不起作用。

技术方案中所述的判断条件β≤β₁的，其中阈值β₁可由提供相应产品的厂家设定，也可以由驾驶员根据自己的驾驶习惯、经验设定。当检测传感模块检测到本车与障碍物之间横向距离L₂≥L_lat(设定的横向阈值)时，及时退出紧急避障模式，继而车辆稳定性控制系统(ESC)工作，以稳定车身姿态。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1，采用了多模式的控制方法，对不同车速以及障碍物出现的形式等进行了细化，提高了算法的针对性，实用性，进而提高系统工作的可靠性。

2，由于采用基于差动制动的方法，不涉及转向输入控制，避免了基于转向干预的防碰撞系统存在驾驶员和辅助控制系统协调问题，即一旦驾驶员的转向输入与辅助控制系统输出不一致或者冲突时，则会加重驾驶员操纵负担并造成一定的不适，甚至引起驾驶员的恐慌。

3，也正是采用差动制动的方法，从而减少了由于驾驶员，尤其是新手驾驶员在紧急情况下的由于精神高度紧张，技术不娴熟而错误转向操作引起的交通事故，提高了行驶安全性。

4，采用了系数预先调整的方法，可根据驾驶员驾驶习惯设定其值，从而有效的改变了预警时刻，提高了系统的适应性及可接受程度。

5，在紧急避撞模式下，当障碍物与本车距离小于某一阈值时，由于采用一侧制动，一侧驱动的控制方法，能够实现车辆迅速转弯避障，大大缩短的转弯半径和时间，减少了碰撞的机会。

附图说明：

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1是所提出的控制系统组成示意图；

图2是一般避障模式流程图；

图3是紧急避障模式流程图；

具体实施方式：

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的描述。

参阅图1，整个系统包括检测传感模块，决策控制模块以及响应执行模块；其中决策控制模块针对不同车速下障碍危险情况又分为一般避障模式和紧急避障模式。整个系统工作原理如下：由检测传感模块采集道路环境信息(如路面附着系数μ避障车道信息以及本车与障碍物实时距离L等)和车辆运行状态信息(如车速V等)，并传输至决策控制模块。决策控制模块通过前期采集的参数信息，首先计算出以最大制动强度实施制动至无碰撞停车所需的最小距离L₁，然后根据障碍物与实车的距离L和L₁的大小选择不同的避障模式，最后信号控制响应执行模块实现预定的功能。

参阅图2，本发明所述的一般避障模式控制过程如下：

由检测传感模块采集道路环境信息(如路面附着系数μ避障车道信息以及本车与障碍物实时距离L等)和车辆运行状态信息(如车速V等)，并传输至决策控制模块。决策控制模块通过前期采集的参数信息，首先计算出以最大制动强度实施制动至无碰撞停车所需的最小距离L₁。下面根据检测到的本车与障碍物之间的实时距离L与L₁之间的关系进一步分类：当L＞λL₁时，系统不起作用，其中λ为预警时刻调整参数；当L₁＜L≤λL₁时，系统通过人机交换接口向驾驶员提供报警；此时若驾驶员及时采取相应操作，则系统只提供预警；若由于驾驶员疏忽或者注意力不集中致使L＝L₁时，则此时不考虑驾驶员驾驶行为，直接由决策控制模块发出以最大制动强度制动的信号，并控制轮毂电机和液压系统同时工作，实现无碰撞停车。

其中，判断条件L₁＜L≤λL₁中，L₁是实时计算的动态值，预警时刻调整参数λ是1到2之间的数；λ对驾驶员开放并且可由驾驶员根据自身的驾驶习惯在开车前自行设定，从而可以调整预警时刻；如若没有设定，则以上次历史记录值为准。

参阅图3，本发明所述的紧急避障模式的控制过程如下：

由检测传感模块采集道路环境信息(如路面附着系数μ避障车道信息以及本车与障碍物实时距离L等)和车辆运行状态信息(如车速V等)，并传输至决策控制模块。决策控制模块通过前期采集的参数信息，首先计算出以最大制动强度实施制动至无碰撞停车所需的最小距离L₁。在此种模式下，障碍物与本车距离L已经小于L₁，即L＜βL₁(0＜β<<1)，单纯的制动已经无法满足避免碰撞的要求。若不存在可用的避障车道，则进入一般避障模式，尽量减少碰撞损失和伤害；若检测到存在可用的避障车道，为了不与车轮稳定性控制系统(ESC)产生干涉，此时关闭ESC；如果β₁＜β＜＜1，则通过控制模块控制靠近避障车道一侧车轮实施相应的制动；如果0＜β＜＜β₁，则通过控制模块控制靠近避障车道一侧车轮实施相应的制动和远离避障车道一侧车轮加速驱动，以产生相应的横摆角进行车辆避障转弯。当检测传感模块检测到本车与障碍物之间横向距离L₂≥L_lat(设定的横向阈值)时，及时退出紧急避障模式，继而车辆稳定性控制系统(ESC)工作，稳定车身姿态。

Claims

1.一种具有多模式的四轮轮毂驱动电动汽车主动避障方法，其特征在于系统包括一般避障模式和紧急避障模式，针对不同的避障危险情况采用不同的避障模式对电动汽车的四个轮毂电机以及电控液压制动系统进行控制；整个系统包括检测传感模块，决策控制模块以及响应执行模块；检测传感模块采集车辆当前车速v、路面附着系数μ、本车与前方障碍物实时距离L、相邻的避障车道信息；决策控制模块通过采集的参数信息计算出以最大制动强度实施制动至无碰撞停车所需的最小距离L₁，并根据L、L₁以及调整参数β、λ的大小选择不同的避障模式：

a.紧急避障模式的控制方法包括如下过程：

①由于障碍物出现的突然，致使L<βL₁，其中β为调整参数且0<β≤1；若不存在可用的避障车道，则系统及时转入一般避障模式，以最大制动强度实施制动减小碰撞损失和伤害；

②若检测到存在可用避障车道，为避免干扰暂时关闭车辆稳定性控制系统(ESC)且当β₁<β≤1时，通过决策控制模块控制靠近可用避障车道一侧前轮制动以产生期望的横摆力矩；当β≤β₁时，通过决策控制模块控制靠近可用避障车道一侧车轮制动，远离避障车道一侧车轮加速驱动，从而以产生期望的紧急横摆力矩；

b.一般避障模式的控制方法包括如下过程：

①当L>λL₁时，系统不起作用；

②当L₁<L≤λL₁时，系统通过人机交互接口向驾驶员提供报警此时若驾驶员及时采取相应措施，则系统只提供预警；若由于驾驶员疏忽或者注意力不集中致使L＝L₁时，则此时不考虑驾驶员驾驶行为，直接由决策控制模块控制车辆以最大的制动强度实施制动。

2.如权利要求1所述的一种具有多模式的四轮轮毂驱动电动汽车主动避障方法，其特征在于在有可用避障车道情况下，当检测传感模块检测到本车与障碍物之间横向距离L₂≥设定的横向阈值 L_lat时，及时退出紧急避障模式，继而车辆稳定性控制系统(ESC)工作，稳定车身姿态。

3.如权利要求1所述的一种具有多模式的四轮轮毂驱动电动汽车主动避障方法，其特征在于采用了系数预先调整的方法，可根据驾驶员驾驶习惯设定其值；其中λ的范围在1到2之间；如若没有设定，则以上次历史记录值为准；β₁可由提供相应产品的厂家设定，也可以由驾驶员根据自己的驾驶习惯、经验设定。