CN106696929A - 一种在手动挡汽车上实现自动紧急制动功能的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种手动挡汽车自动紧急制动系统及方法，包括系统控制器、雷达、视觉传感器、电子稳定ESC、灯光控制模块LCM、仪表IP、发动机管理系统EMS和离合器控制模块，它们通过网关GW实现信息传输和控制。本发明是在出现突发危险状况时AEB才介入并触发ESC紧急制动的功能。在AEB请求ESC紧急制动的过程中，发动机管理系统EMS检测到发动机趋于熄火的状态时，发送控制信号给离合器控制模块，离合器控制模块通过电机驱动拉线，拉线作用于离合器踏板，发动机飞轮和变速箱传动轴脱开，确保发动机不熄火，避免因发动机熄火导致AEB功能失效。本发明具有原理简单、可靠性高、可实现性强的优点。
Description
技术领域
本发明属于汽车主动安全领域，具体涉及自动紧急制动技术。
背景技术
在驾车行驶的过程中，车辆与汽车、二三轮车和行人等道路上的其它目标极易发生刮撞和追尾事故。为了避免事故的发生，各个汽车生产厂商从汽车主动安全的领域出发，积极推出各种预警和防撞系统的解决方案。但是，目前各个汽车厂商对这项技术的命名并不统一。例如，沃尔沃的CWAB（Collision Warning with Brake Assist）系统，奔驰的Pre-safe系统，丰田的PCS（Pre-Collision System）系统，本田CMBS（Collision MitigationBrake System）系统等。
这种预警和防撞系统的技术，主要是利用雷达和摄像头等测距设备实时探测前方路况，测算出发生碰撞危险的等级，系统根据危险等级给相应的执行机构发出执行命令。例如，在车辆遇到危险时，通过预警功能提醒驾驶员制动；当制动力不足或驾驶员没有制动时，通过主动制动甚至完全刹停以避免或缓解碰撞，从而提高行车的安全性。目前，有些厂商的系统只有预警提醒的功能，不具备自动刹车的功能。
对于这些系统，当前在自动挡或者手自一体的车型搭载率较高，而手动挡车型上均没有搭载AEB(自动紧急刹车系统)配置，分析其原因主要有：
（1）手动挡与自动挡车型的动力总成不一致，在自动挡车型上开发的AEB系统不能直接移植到手动挡车型，需要实际考虑手动挡车型独有的特性。例如，在紧急制动的过程中，车辆熄火可能会导致AEB失效，进而导致电子稳定控制系统ESC失效。系统失效是不可接受的，这有可能会导致车型的大批量召回。
（2）大多数消费者对这一功能不了解。国内目前具有AEB功能的仍集中在2015-2016年上市的新款车型上。
名称为“基于机器视觉的车辆前向防撞自动紧急制动系统及该车辆”和“一种实现自动紧急制动的系统”的专利文献，也都提供了一种详细实现预警和防撞功能的方法。但是，并未从手动档车型实际的工程化应用上考虑。
随着消费需求的推动，技术的逐步成熟和产品价格的趋向下降，AEB应用车型必将由高向低逐步下探。因此，急需解决手动挡车型搭载自动紧急制动功能问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于：针对手动挡车型实现自动紧急制动功能，提供一种原理简单、可靠性高、可实现性强的方法。
本发明提出的手动挡汽车自动紧急制动系统包括系统控制器、环境感知设备、电子稳定ESC、发动机管理系统EMS和离合器控制模块，它们通过网关GW实现信息传输和控制。
所述系统控制器，用于对搜集的环境感知设备信号进行融合处理，作出控制决策，对执行机构发出执行命令；
所述电子稳定控制系统ESC，控制自动紧急制动系统的激活，并根据自动紧急制动系统的请求提供刹车制动；
所述发动机管理系统EMS，用于将发动机的状态信号给系统控制器，系统控制器监测到发动机处于关闭的状态下不工作；
所述方向盘转角传感器，用于采集驾驶员转向信号并预测驾驶员转向意图；
所述离合器控制模块，用于控制微型电机驱动拉线，拉线作用于离合器踏板，使发动机飞轮和变速箱传动轴脱开，保持发动机不熄火。
优选地，所述环境感知设备包括雷达和/或视觉传感器；所述雷达探测前方目标及路况信息；所述视觉传感器对前方目标及路况信息进行采集并通过CAN将采集的信号发送给系统控制器进行处理。
进一步，本系统还包括灯光控制模块LCM和仪表IP；所述灯光控制模块LCM在车辆主动制动时点亮制动尾灯；所述仪表IP提供文字、图片和声音报警提醒；
进一步，本系统还包括空调控制器AC，用于实时监测车外温度，当车外温度低于雷达传感器设定的零界温度时，雷达自动启动加热模块加热，避免雷达表面结冰影响正常使用。
还包括车身控制模块BCM，用于监测车门开闭状态，控制自动紧急制动系统在车门处于关闭的状态下才能激活。
本系统中，所述系统控制器集成雷达传感器硬件，雷达采用77-79GHz的毫米波雷达。视觉传感器采用单目摄像头。
本发明还提出一种在手动挡汽车上实现自动紧急制动功能的方法，包括以下步骤：
步骤1：系统控制器将接收到的环境感知设备信号进行信息融合，计算出当前场景下的目标信息；
步骤2：系统控制器提取当前场景下的目标信息和本车信息进行分析处理，判定当前场景下本车与前方目标是否会发生危险，确定危险目标；
步骤3：系统控制器通过控制算法确定系统的响应请求，并将请求命令发给相应的执行机构；
步骤4：执行机构响应系统的请求，包括
当检测到驾驶员有制动但制动力不足时，系统控制器向电子稳定控制系统ESC发出请求，启动电子稳定控制系统ESC的制动辅助功能；
当检测到驾驶员完全无制动行为时，系统控制器通过电子稳定控制系统ESC主动紧急制动；
以上在系统控制器 请求电子稳定控制系统ESC 制动过程中，发动机管理系统EMS向离合器控制模块发出控制信号，离合器控制模块发出信号给微型电机，控制微型电机驱动拉线，拉线作用于离合器踏板，使发动机飞轮和变速箱传动轴脱开，确保发动机不熄火。
步骤5：电子稳定控制系统ESC完成制动工作后，系统控制器通过CAN总线发信号给发动机管理系统EMS，告知本次自动紧急制动工作完成，此时，离合器控制模块响应退出动作，离合器踏板松开复位。
本方法中，采用雷达和摄像头作为自动紧急制动系统的环境感知设备，同步采集前方路况信息。
所述步骤4执行机构响应系统的请求还包括：
仪表IP显示图片和文字提醒、蜂鸣器发出报警声音，提醒驾驶员注意前方危险且需要制动；
主动制动过程中系统控制器给灯光控制模块LCM 发出点亮制动尾灯的信号，灯光控制模块控制制动尾灯点亮。
本发明针对普通的离合器踏板进行升级改造，避免因发动机熄火导致AEB功能失效，可以实现FCW、AEB City、AEB Inter-Urban和AEB Pedestrian四个功能。毫米波雷达识别距离可达200m，摄像头信号和雷达传感器信号融合可保证目标识别精度高，可避免栏杆、塑料袋、易拉罐等目标造成系统的误触发。本发明的系统既可以对静止目标起作用，也可以对行人、自行车和摩托车的不易识别的小目标起作用。AEB功能完整覆盖E-NCAP和C-NCAP的所有测试工况，预期在E-NCAP和C-NCAP的测试中均能获得较高的评分。
附图说明
图1是本发明的自动紧急制动系统的硬件构架框图；
图2是本发明的离合器控制模块工作原理图；
图3是本发明的自动紧急制动系统工作原理框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
本发明采用毫米波雷达+单目摄像头的方案。系统的硬件构架框图如图1所示。各关联系统的功能说明如下：
（1）系统控制器：将系统控制器集成于雷达内部，系统控制器对搜集的雷达传感器信号和摄像头传感器信号进行融合处理，完成外界环境信息搜集和感知后作出控制决策，然后对执行机构发出执行命令；
（2）雷达：采用77-79GHz的毫米波雷达，负责探测前方目标及路况信息；
（3）单目摄像头：作为视觉传感器，对前方目标及路况信息进行采集并通过私有CAN将采集的信号传送给雷达控制器进行处理；
（4）ESC：电子稳定控制系统，当ESC关闭时，AEB功能不能激活。根据AEB的请求提供刹车制动的功能；
（5）GW：网关，实现系统各关联模块之间信息传输控制；
（6）AC：空调控制器，实时监测车外温度，当车外温度低于雷达传感器设定的零界温度时，雷达自动启动加热模块加热，避免雷达表面结冰影响正常使用；
（7）BCM：车身控制模块，监测车门开闭状态，只有车门处于关闭的状态下，AEB才能激活；
（8）LCM：灯光控制模块，车辆主动制动时点亮制动尾灯；
（9）IP：仪表，提供文字和图片提醒；
（10）EMS：发动机管理系统，发动机的状态信号给AEB系统，AEB监测到发动机处于关闭的状态下不工作；
（11）SAS：方向盘转角传感器，采集驾驶员转向信号并预测驾驶员转向意图；
（12）离合器控制模块：AEB系统制动过程中，保持发动机不熄火。
本发明针对普通的离合器踏板进行升级改造，避免因发动机熄火导致AEB功能失效。其工作原理如图2所示。通常情况下，在驾驶员开车行驶的过程中，AEB处于监控待命的状态。一旦出现突发的危险状况，AEB才介入并可能触发ESC紧急制动的功能。在AEB请求ESC紧急制动的过程中，发动机管理系统EMS检测到发动机趋于熄火的状态时，发送控制信号给离合器控制模块，离合器控制模块通过微型电机驱动拉线，拉线作用于离合器踏板，相当于驾驶员主动踩下离合器踏板，发动机飞轮和变速箱传动轴脱开，确保发动机不熄火。ESC完成制动工作后，AEB通过CAN总线发信号给EMS，告知本次AEB工作完成，此时，离合器控制模块响应退出动作，离合器踏板松开复位。在AEB没有主动介入紧急制动的过程中，这个模块不会工作，驾驶员踩急刹仍会导致车辆熄火。因此，加入离合器控制模块并不会影响驾驶员正常操作，用户甚至觉察不到离合器的改变。
参见图3，本系统实现自动紧急制动的具体过程如下，
1、系统自检：上电后，系统启动自检，当系统或关联部件出现故障时，仪表9会点亮故障灯并提醒用户自动紧急制动功能不可用。当自检通过后，仪表会提示用户自动紧急制动功能已开启。
2、环境感知及信息提取：在行驶过程中，雷达2发射雷达波探测前方目标，摄像头3同步采集前方路况的视频信息，并通过私有CAN将信号发送至系统控制器1，系统控制器1通过融合算法计算出前方目标的距离、相对速度、加速度、横向偏移和方位角等信息。
3、控制算法：电子稳定控制系统ESC 4和发动机管理系统EMS 10提供本车的速度、加速度、驾驶员转向等信息给系统控制器1，系统的控制器1将当前场景下的目标信息和本车信息进行分析处理。系统的控制器1判定当前场景下本车与前方目标是否会发生危险，确定危险目标。
4、执行机构响应：系统控制器1给相应的执行机构发出执行命令：
一旦出现危险时，仪表9显示图片和文字提醒、蜂鸣器发出报警声音首先提醒驾驶员注意前方危险且需要制动；
当驾驶员有制动但制动力不足时，系统控制器1通过电子稳定控制系统ESC 4的制动辅助功能，帮助驾驶员制动以达到最佳的制动效果。
而当驾驶员完全无制动行为时，系统控制器1通过电子稳定控制系统ESC 4主动紧急制动以避免和缓解碰撞。主动制动过程中的主要执行结构是电子稳定控制系统ESC4，系统制动过程中灯光控制模块LCM 8点亮制动尾灯以避免后车追尾本车。
在系统控制器 1请求电子稳定控制系统ESC 4制动过程中，离合器控制模块12在接收到发动机管理系统EMS10给出的控制信号后，通过微型电机驱动拉线，拉线作用于离合器踏板，相当于驾驶员主动踩下离合器踏板，发动机飞轮和变速箱传动轴脱开，确保发动机不熄火。
Claims (10)
1.一种手动挡汽车自动紧急制动系统，其特征在于，包括系统控制器、环境感知设备、电子稳定控制系统ESC、发动机管理系统EMS和离合器控制模块，它们通过网关GW实现信息传输和控制；
所述系统控制器，用于对搜集的环境感知设备信号进行融合处理，作出控制决策，对执行机构发出执行命令；
所述电子稳定控制系统ESC，控制自动紧急制动系统的激活，并根据自动紧急制动系统的请求提供刹车制动；
所述发动机管理系统EMS，用于将发动机的状态信号给系统控制器，系统控制器监测到发动机处于关闭的状态下不工作；
所述方向盘转角传感器，用于采集驾驶员转向信号并预测驾驶员转向意图；
所述离合器控制模块，用于控制微型电机驱动拉线，拉线作用于离合器踏板，使发动机飞轮和变速箱传动轴脱开，保持发动机不熄火。
2.根据权利要求1所述的手动挡汽车自动紧急制动系统，其特征在于，环境感知设备包括雷达和/或视觉传感器；
所述雷达，探测前方目标及路况信息；
所述视觉传感器，对前方目标及路况信息进行采集并通过CAN将采集的信号发送给系统控制器进行处理。
3.根据权利要求1所述的手动挡汽车自动紧急制动系统，其特征在于，还包括灯光控制模块LCM和仪表IP；所述灯光控制模块LCM在车辆主动制动时点亮制动尾灯；所述仪表IP提供文字、图片和声音报警提醒。
4.根据权利要求1所述的手动挡汽车自动紧急制动系统，其特征在于，还包括空调控制器AC，用于实时监测车外温度，当车外温度低于雷达传感器设定的零界温度时，雷达自动启动加热模块加热，避免雷达表面结冰影响正常使用；或者还包括车身控制模块BCM，用于监测车门开闭状态，控制自动紧急制动系统在车门处于关闭的状态下才能激活。
5.根据权利要求1所述的手动挡汽车自动紧急制动系统，其特征在于，所述系统控制器集成雷达传感器硬件，雷达采用77-79GHz的毫米波雷达；视觉传感器采用单目摄像头。
6.一种在手动挡汽车上实现自动紧急制动功能的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，系统控制器将接收到的环境感知设备信号进行信息融合，计算出当前场景下的目标信息；
步骤2：系统控制器提取当前场景下的目标信息和本车信息进行分析处理，判定当前场景下本车与前方目标是否会发生危险，确定危险目标；
步骤3：系统控制器通过控制算法确定系统的响应请求，并将请求命令发给相应的执行机构；
步骤4：执行机构响应系统的请求，包括
当检测到驾驶员有制动但制动力不足时，系统控制器向电子稳定控制系统ESC发出请求，启动电子稳定控制系统ESC的制动辅助功能；
当检测到驾驶员完全无制动行为时，系统控制器通过电子稳定控制系统ESC主动紧急制动；
以上在系统控制器请求电子稳定控制系统ESC制动过程中，发动机管理系统EMS向离合器控制模块发出控制信号，离合器控制模块发出信号给微型电机，控制微型电机驱动拉线，拉线作用于离合器踏板，使发动机飞轮和变速箱传动轴脱开，确保发动机不熄火；
步骤5：电子稳定控制系统ESC完成制动工作后，系统控制器通过CAN总线发信号给发动机管理系统EMS，告知本次自动紧急制动工作完成，此时，离合器控制模块响应退出动作，离合器踏板松开复位。
7.根据权利要求6所述的在手动挡汽车上实现自动紧急制动功能的方法，其特征在于，在系统工作过程中，电子稳定控制系统ESC和发动机管理系统EMS提供本车的速度、加速度、驾驶员转向等信息给系统控制器。
8.根据权利要求6所述的在手动挡汽车上实现自动紧急制动功能的方法，其特征在于，所述系统控制器通过融合算法计算当前场景下的目标信息，信息包括前方目标的距离、相对速度、加速度、横向偏移和方位角等。
9.根据权利要求6所述的在手动挡汽车上实现自动紧急制动功能的方法，其特征在于，所述步骤4执行机构响应系统的请求还包括：
仪表IP显示图片和文字提醒、蜂鸣器发出报警声音，提醒驾驶员注意前方危险且需要制动；
主动制动过程中系统控制器给灯光控制模块LCM 发出点亮制动尾灯的信号，灯光控制模块控制制动尾灯点亮。
10.根据权利要求6所述的在手动挡汽车上实现自动紧急制动功能的方法，其特征在于，自动紧急制动上电时，先启动自检，若系统或关联部件出现故障，仪表点亮故障灯并提醒用户，若没有故障，仪表提示用户AEB功能已开启。
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