CN109017758A - 一种先行调节的车辆稳定控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种先行调节的车辆稳定控制系统和方法。该系统由预测路况校准子系统、ECU(p₂)以及执行器组成；预测路况校准子系统中包含ECU(p₁)，其和ECU(p₂)分别为车内ECU的第一、第二部分。该方法包括以下步骤：车辆通过图像传感器及网联协同校正，识别前方路况；在ECU(p₂)中，根据识别的道路曲率，计算车辆通过弯道时的方向盘转动角；在ECU(p₂)中，计算车辆在VSC系统辅助下安全通过弯道的极限车速Vmax；在ECU(p₂)中，计算车辆在ABS控制下的最短调速距离X’和最大制动减速度amax；以极限车速为控制目标，对车辆进行主动制动，使车辆以低于极限车速的行驶速度进入弯道。

Description

一种先行调节的车辆稳定控制系统和方法

技术领域

本发明涉及驾驶人辅助安全和汽车主动安全技术领域，具体涉及一种先行调节的车辆稳定控制系统和方法。

背景技术

1995年后，随着横摆角速度和侧向加速度传感器的出现，汽车稳定性控制的基本形式得到了确认。汽车电子稳定控制系统，能够通过主动施加相应的制动控制，有效提高车辆在极限工况下的行驶稳定性，降低交通事故率，有效降低在交通事故中的人员死亡率。经20多年的探索研究与实践运用，车辆稳定性控制系统在汽车上得到普遍应用，工程师和研究者对这项系统展开分析和研究使其已在软硬件部分已趋于完善，在VSC系统的设计和控制等方面的进步速度已经不如曾经。

然而，随着人们对车辆性能要求的日益提高以及汽车技术的发展，车辆的行驶速度越来越高，加上复杂多变的行驶工况，对于普通驾驶员而言，很难正确的对在驾驶过程中遇到的各种危险恶劣工况进行处理。而且车速越高，由汽车失稳引起的交通事故比例越大。当在车辆过弯时遭遇车辆失稳的情形中，一般来说它们的车辆稳定性控制已经发挥了作用，但是因为最终车辆没能将失控车辆重新稳定下来，最终导致事故发生。现有的汽车稳定性控制系统只能实现实时控制，或者只有很少量的提前量，仍然存在依赖驾驶人预瞄路况提前操控、不能预知稳定控制条件、低附着路面和高车速时无法维持车辆稳定等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述现有技术存在的问题，提供一种先获取校正的路况信息然后提前调节车辆行驶速度，从而使车辆在通过弯道时，车辆稳定性系统能够正常运行的车辆稳定控制方法。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的先行调节的车辆稳定控制系统，是由预测路况校准子系统、ECU(p₂)以及执行器组成，其中：预测路况校准子系统中包含ECU(p₁)，为车内ECU的第一部分；ECU(p₂)为车内ECU的第二部分。

所述预测路况校准子系统由车辆传感器，4G或5G通讯网络和ECU(p₁)组成。

所述ECU(p₁)用于接收并处理传感器检测所得信息，得出前方道路信息；通过车辆4G或5G网络通讯接收路况信息共享驿站单元传递的参考的前方道路信息数据；进行两组数据的校正，得出校正的前方道路信息，并将之传递到ECU(p₂)；前方道路信息包括前方路面附着系数μ和道路曲率k。

所述ECU(p₂)用于计算在进入弯道前的极限车速，并对比当前车速进行稳定性风险预测，若有风险，则进行额外计算并发出主动制动的相关指令。

所述执行器采用ABS系统和发动机系统协同进行主动制动，前者提供制动力，后者降低发动机输出功率，并在汽车中控台上显示主动制动的信号提示。

本发明提供的先行调节的车辆稳定控制方法，包括以下步骤：

(1)车辆通过图像传感器及网联协同校正的路况识别方法，识别车辆前方一定距离的路况信息，包括路面附着系数和道路曲率，以及本车与弯道的距离；

(2)在ECU(p₂)中，根据识别的道路曲率，在限定行车轨迹范围的情况下，计算车辆通过弯道时的方向盘转动角；

(3)在ECU(p₂)中，根据识别的路面附着系数，在限定行车轨迹范围的情况下，计算车辆在VSC系统辅助下安全通过弯道的极限车速V_max；

(4)在ECU(p₂)中，根据识别的路面附着系数，计算车辆在ABS控制下的最短调速距离X’和最大制动减速度a_max；

(5)根据极限车速V_max与当前车速V₀的关系，并考虑最短调速距离和驾驶员舒适度，以极限车速为控制目标，通过制动自动调节系统，对车辆进行主动制动，使车辆以低于极限车速的行驶速度进入弯道；

(6)通过弯道过程中，车辆实时测算路况信息，与识别校正信息一起传输至弯道的信息共享驿站，经过有效性判断之后，与原有数据进行再次校正，并更新原有路况信息。

上述方法中，校正的路况识别方法是根据本车图像传感器识别出的弯道路段路况信息，通过4G或5G车联网获取弯道路段的参考路况信息，根据车载通讯系统接受到的参考路况信息校正本车所识别的路况信息，从而得出校正的路况信息，包括前方路面附着系数μ和道路曲率k。

上述方法中，所述极限车速由ECU(p₂)的极限车速计算单元计算得出，所述极限车速计算单元的计算方法为：在车辆未进入弯道并限定行车轨迹范围的情况下，选用步骤(1)所述的路面附着系数和道路曲率，结合8自由度的modelica车辆动力学模型与VSC系统的modelica模型计算VSC系统在极限稳定工况下的最大入弯车速，该车速就是所述极限车速。

上述方法中，第(5)步工作步骤如下：

1)比较制动减速度a_舒适、a_计算min、a_max并根据以下三种情况进行主动制动，其中a_舒适是计算得到的考虑人感舒适性的制动减速度，a_计算min是根据本车至弯道距离和当前车速等信息计算得出的最小计算减速度，a_max为最大制动减速度；

2)当a_计算min＞a_舒适时，选取a_计算min作为主动制动减速度并立即开始减速，此时车辆与弯道入口距离为L，并开始主动制动，在驶入弯道之前降低车速至V_max以下；

3)当a_max≥a_舒适≥a_计算min时，选取a_舒适作为主动制动减速度并按当前车速行驶距离后,开始主动制动，在驶入弯道之前降低车速至Vmax以下；

上述公式中的符号含义为：a_舒适为计算得到的考虑人感舒适性的制动减速度、L为当前车辆与弯道距离、L’为车辆开始主动制动减速时，与车辆初始位置的距离、V₀为当前车速、V_max为极限车速；

4)当a_舒适≥a_max≥a_计算min时，选取a_max作为主动制动减速度，按照当前车速行驶至最短调速距离X’后开始主动制动，在驶入弯道之前降低车速至Vmax以下。

本发明与现有技术相比具有以下主要优点：

一般的车辆稳定性控制系统只能够实时控制车辆稳定，当处于车速过高，路面附着系数低，弯道曲率过大这三种情况下，车辆稳定性控制系统无法控制车辆稳定性而避免车辆失稳，从而会发生车祸。本发明通过设计一种先行调节的车辆稳定控制方法，在识别路况并计算车辆稳定性控制系统能正常工作的极限稳定工况的极限车速之后，以此目标对车辆进行主动制动。本系统实现了在车辆入弯之前，通过本系统预先调节车速，既避免车速过高同时保证车辆高效运动，从而在既保证车辆行驶效率的同时保证车辆稳定性控制系统能正常工作，提高驾驶安全性。

附图说明

图1是本发明的系统结构简图。

图2是本发明的校正的环境识别方法工作流程示意图。

图3是本发明的ECU(p₂)内部工作单元示意图。

图4是本发明的制动自动调节系统工作流程示意图。

图5系统工作流程示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明，但不限定本发明。

本发明提供的先行调节的车辆稳定控制系统，其结构如附图1所示，由预测路况校准子系统、ECU(p₂)以及执行器组成。其中ECU(p₁)为车内ECU的第一部分，ECU(p₂)为车内ECU的第二部分。

所述预测路况校准子系统用于识别车辆前方一定距离的路况信息，包括路面附着系数和道路曲率，以及本车与弯道的距离。该预测路况校准子系统包括车载路况识别单元以及路况信息共享驿站单元。具体部件和连接关系如附图2所示。

所述ECU(p₂)用于计算在进入弯道前的极限车速，并对比当前车速进行稳定性风险预测(若有风险，则进行额外计算并发出主动制动的相关指令)。在ECU(p₂)内包括：方向盘转角计算单元，极限车速计算单元，最短调速距离计算单元，制动力计算单元。各部件之间连接关系如附图3所示。

所述执行器用于车辆存在稳定性风险时，接收来自当ECU(p₂)的指令，主动制动来调节车速，消除稳定性风险，并给予驾驶员信息提示。所述执行器包括：ABS系统，发动机，中控台。其中ABS系统和发动机接收来自ECU(p₂)的减速指令，协同工作进行主动制动；中控台接收ECU(p₂)的提示信息并提醒驾驶员存在稳定性风险。

本发明提供的先行调节的车辆稳定控制系统，其工作过程是：、

(1)车辆通过图像传感器及网联协同校正的路况识别方法，识别车辆前方一定距离的路况信息，包括路面附着系数和道路曲率，以及本车与弯道的距离；(2)在ECU(p₂)中，根据识别的道路曲率，在限定行车轨迹范围的情况下，计算车辆通过弯道时的方向盘转动角；(3)在ECU(p₂)中，根据识别的路面附着系数，在限定行车轨迹范围的情况下，计算车辆在VSC系统辅助下安全通过弯道的极限车速Vmax；(4)在ECU(p₂)中，根据识别的路面附着系数，计算车辆在ABS控制下的最短调速距离X’和最大制动减速度amax；(5)根据极限车速Vmax与当前车速V₀的关系，并考虑最短调速距离和驾驶员舒适度，以极限车速为控制目标，通过对ABS系统和发动机发出指令，对车辆进行主动制动，使车辆以低于极限车速的行驶速度进入弯道；(6)通过弯道过程中，车辆实时测算路况信息，与识别校正信息一起传输至弯道的信息共享驿站，经过有效性判断之后，与原有数据进行再次校正，并更新原有路况信息。

本发明提供的先行调节的车辆稳定控制方法，包括以下步骤：

1.车辆通过在预测路况校正子系统中通过图像传感器及网联协同校正的路况识别方法，识别车辆前方一定距离的路况信息，包括路面附着系数和道路曲率，以及本车与弯道的距离；参见图2具体解释校正的路况识别方法：

(1)本车的车载通讯系统根据4G或5G网络传输接收来自于弯道路段的路况信息共享驿站储存的弯道路段的道路附着系数μ和道路曲率k，将它们作为参考数据，并进行有效性判断，记录有效的数据信息。

(2)本车的车载路况识别单元根据传感监测中的各项传感器预测识别前方路况信息，包括：前方道路附着系数μ和道路曲率k，并进行有效性判断，记录有效的数据信息。

(3)两组数据在ECU(p₁)内进行校正校验，以信息共享驿站传输的路况信息匹配传感检测所得的路况信息，从而得出校正的路况信息，包括：前方道路附着系数μ和道路曲率k。

2.在ECU(p₂)中，根据建立的8自由度的modelica车辆动力学模型与车辆稳定性控制系统的modelica模型，模拟车辆行驶从进入弯道至离开弯道的过程，并进行下列信息的计算；

(1)根据识别的道路曲率，在限定行车轨迹范围的情况下，在方向盘转动角计算单元中计算车辆通过弯道时的方向盘转动角。

(2)在车辆未进入弯道并限定行车轨迹范围的情况下，选用前面所预测的路面附着系数和道路曲率，结合8自由度的modelica车辆动力学模型与车辆稳定性控制系统的modelica模型计算车辆稳定性控制系统在极限稳定工况下的最大入弯车速，该车速就是所述极限车速V_max。

(3)根据当前车速、校正的路面附着系数μ、车辆动力学模型，车辆制动系统和ABS系统，计算车辆在当前路面附着系数下的车辆最大制动减速度a_max和最短调速距离X’。

X’的计算方法如下：

式中：V₀为当前车速，a_max为车辆最大制动减速度(考虑路面附着系数μ作用)，v_max为极限车速。

然后，在ECU(p₂)中进行判断：比较当前车速与极限车速。若当前车速低于极限车速，则表明车辆在本车速下不存在稳定性风险，不需要进行制动自动调节；若当前车速高于极限车速，则表明车辆在本车速下存在稳定性风险，需要通过执行器进行制动自动调节。

3.当车辆存在稳定性风险，需要调节车速时，本系统在ECU(p₂)继续工作，根据极限车速V_max与当前车速V₀的关系，并考虑最短调速距离和驾驶员舒适度，以极限车速为控制目标，通过ECU(p₂)和执行器对车辆进行主动制动，使车辆以低于极限车速的行驶速度进入弯道，结合图3具体介绍步骤如下：

(1)在制动力计算单元计算考虑人感舒适性的制动减速度a_舒适；

(2)在制动力计算单元建立方程：

公式(2)中，a_计算为计算的制动减速度；L为当前车辆与弯道距离、L’为车辆开始主动制动减速时，与车辆初始位置的距离；V₀为当前车速、V_max为极限车速。另外：L-L’的最小值就为最短调速距离X’，此时的车辆工况为，进入最短调速距离X’，以最大制动减速度a_max来主动制动。

公式(3)中，a计算min时a计算的最小值，此时的车况为车辆立刻进行主动制动，以减速度a_计算min减速直到抵达弯道入口。且由公式(2)(3)可得：a_计算min≤a_max。

(3)根据方程车辆实际减速距离和减速度，有如下三种情况，并根据对应情况在ABS系统和信息提示系统中进行相应的调控和显示：

当a_计算min≥a_舒适时，选取a_计算min作为主动制动减速度并立即开始减速。此时车辆与弯道入口距离为L，并开始主动制动，在驶入弯道之前降低车速至V_max以下；

当a_max≥a_舒适≥a_计算min时，选取a_舒适作为主动制动减速度并按当前车速行驶距离后,开始主动制动，在驶入弯道之前降低车速至Vmax以下。

当a_舒适≥a_max≥a_计算min时，选取a_max作为主动制动减速度，按照当前车速行驶至最短调速距离X’后开始主动制动，在驶入弯道之前降低车速至Vmax以下。从而在保证安全的情况下，获得较好车辆行驶效率。

4.在车辆过弯的过程中，根据本车信息运用Fiala轮胎模型计算并记录实际的弯道路段的道路附着系数：根据方向盘转角和车轮侧偏角等信息计算并记录实际的弯道路段的曲率。然后将这两组数据与进入弯道路段时经过校正的预测信息传输至该弯道路段的信息共享驿站，在信息共享驿站经过有效性判断之后与原有数据进行校正，然后更新原有的路况信息。

根据本方法实例的先行调节的车辆稳定控制方法，车辆在进入弯道路段之后，预先调节车速，既避免车速过高同时保证车辆高效运动，从而在既保证车辆行驶效率的同时保证车辆稳定性控制系统能正常工作，提高驾驶安全性。

上述实施例提供的系统和方法具有以下特点：

1.通过图像传感器及网联协同校正的路况识别方法(图1)，于此可以基于驿站已存的路况信息来校正本车传感器所测信息，从而使本车在预测前方道路信息更快速，通过两组信息的校正，提供了准确的前方道路信息，为接下来的稳定性预测提供准确的信息支持。(另外，车辆在过弯的过程中计算并记录实际道路信息，并在出弯后通过4G或5G网络传递给路边的驿站，从而更新预存道路信息，提高后来车辆的预测效率和准确性)(不知道有没有写进去的必要写进去，具体内容在上面一点的第4点里)

2.极限车速计算方法：

结合8自由度的modelica车辆动力学模型与VSC系统的modelica模型计算VSC系统在极限稳定工况下的最大入弯车速。

通过此极限车速计算方法，可以在多自由度模型中精确计算出在VSC系统参与辅助下车辆满足稳定性的最大入弯车速，同时利用modelica模型具有自动解耦、降低模型非线性的特性进行快速计算，从而可以实时且准确地计算最大入弯车速。

3.采用了制动自动调节方法，于此可以在考虑人感舒适性的情况下，提前对车辆进行主动制动，并且使车辆以更接近极限车速的速度进入弯道，从而提高行车效率和人感舒适性。

上述实例仅用于说明本发明，其中各个功能子系统和单元中所使用机械产品，系统模型等都是可以有所比变化的，凡是在本发明的控制方法的基础上进行的同等变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种先行调节的车辆稳定控制系统，其特征在于由预测路况校准子系统、ECU(p₂)以及执行器组成，其中：预测路况校准子系统中包含ECU(p₁)，为车内ECU的第一部分；ECU(p₂)为车内ECU的第二部分。

2.根据权利要求1所述的先行调节的车辆稳定控制系统，其特征在于所述预测路况校准子系统由车辆传感器，4G或5G通讯网络和ECU(p₁)组成。

3.根据权利要求1所述的先行调节的车辆稳定控制系统，其特征在于所述ECU(p₁)用于接收并处理传感器检测所得信息，得出前方道路信息；通过车辆4G或5G网络通讯接收路况信息共享驿站单元传递的参考的前方道路信息数据；进行两组数据的校正，得出校正的前方道路信息，并将之传递到ECU(p₂)；前方道路信息包括前方路面附着系数μ和道路曲率k。

4.根据权利要求1所述的先行调节的车辆稳定控制系统，其特征在于所述ECU(p₂)用于计算在进入弯道前的极限车速，并对比当前车速进行稳定性风险预测，若有风险，则进行额外计算并发出主动制动的相关指令。

5.根据权利要求1所述的先行调节的车辆稳定控制系统，其特征在于执行器采用ABS系统和发动机系统协同进行主动制动，前者提供制动力，后者降低发动机输出功率，并在汽车中控台上显示主动制动的信号提示。

6.一种先行调节的车辆稳定控制方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)车辆通过图像传感器及网联协同校正的路况识别方法，识别车辆前方一定距离的路况信息，包括路面附着系数和道路曲率，以及本车与弯道的距离；

(2)在ECU(p₂)中，根据识别的道路曲率，在限定行车轨迹范围的情况下，计算车辆通过弯道时的方向盘转动角；

(3)在ECU(p₂)中，根据识别的路面附着系数，在限定行车轨迹范围的情况下，计算车辆在VSC系统辅助下安全通过弯道的极限车速V_max；

(4)在ECU(p₂)中，根据识别的路面附着系数，计算车辆在ABS控制下的最短调速距离X’和最大制动减速度a_max；

(5)根据极限车速V_max与当前车速V₀的关系，并考虑最短调速距离和驾驶员舒适度，以极限车速为控制目标，通过通过对ABS系统和发动机发出指令，对车辆进行主动制动，使车辆以低于极限车速的行驶速度进入弯道；

(6)通过弯道过程中，车辆实时测算路况信息，与识别校正信息一起传输至弯道的信息共享驿站，经过有效性判断之后，与原有数据进行再次校正，并更新原有路况信息。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于校正的路况识别方法是根据本车图像传感器识别出的弯道路段路况信息，通过4G或5G车联网获取弯道路段的参考路况信息，根据车载通讯系统接受到的参考路况信息校正本车所识别的路况信息，从而得出校正的路况信息，包括前方路面附着系数μ和道路曲率k。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于所述极限车速由ECU(p₂)的极限车速计算单元计算得出，所述极限车速计算单元的计算方法为：在车辆未进入弯道并限定行车轨迹范围的情况下，选用步骤(1)所述的路面附着系数和道路曲率，结合8自由度的modelica车辆动力学模型与VSC系统的modelica模型计算VSC系统在极限稳定工况下的最大入弯车速，该车速就是所述极限车速。

9.如权利要求6所述的方法，其特征在于第(5)步工作步骤如下：

1)比较制动减速度a_舒适、a_计算min、a_max并根据以下三种情况进行主动制动，其中a_舒适是计算得到的考虑人感舒适性的制动减速度，a_计算min是根据本车至弯道距离和当前车速等信息计算得出的最小计算减速度，a_max为最大制动减速度；

2)当a_计算min＞a_舒适时，选取a_计算min作为主动制动减速度并立即开始减速，此时车辆与弯道入口距离为L，并开始主动制动，在驶入弯道之前降低车速至V_max以下；

3)当a_max≥a_舒适≥a_计算min时，选取a_舒适作为主动制动减速度并按当前车速行驶距离后,开始主动制动，在驶入弯道之前降低车速至Vmax以下；

上述公式中的符号含义为：a_舒适为计算得到的考虑人感舒适性的制动减速度、L为当前车辆与弯道距离、L’为车辆开始主动制动减速时，与车辆初始位置的距离、V₀为当前车速、V_max为极限车速；

4)当a_舒适≥a_max≥a_计算min时，选取a_max作为主动制动减速度，按照当前车速行驶至最短调速距离X’后开始主动制动，在驶入弯道之前降低车速至Vmax以下。