CN109823338B - 一种基于综合评价指标的汽车主动安全预警系统 - Google Patents

一种基于综合评价指标的汽车主动安全预警系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于综合评价指标的汽车主动安全预警系统，包括传感单元、ECU和执行单元。传感单元采用各类传感器及毫米波雷达实时监测行车状态信号、驾驶员状态信号以及道路环境信号，并通过A/D转换将监测信号送入ECU。ECU接受到各类信号后将数据进行处理，再根据综合评价指标对汽车行驶的危险状态进行评估。执行单元进行声光预警，并对行车进行转向、制动协同控制，及时避免车辆发生危险。本发明通过将综合评价指标作为评价值进行主动安全预警及控制，能有效提升驾乘人员的行车安全，降低发生危险的可能性。

Description

一种基于综合评价指标的汽车主动安全预警系统
技术领域
本发明属于汽车行驶安全技术领域，特别涉及了一种汽车主动安全预警系统。
背景技术
汽车的行驶安全性一直是人们关注的热点问题之一。近年来，应用在汽车主动安全领域的技术层出不穷，如AEB、ACC、LDW等，这些技术均为汽车在道路上正常行驶提供了重要的安全保障。随着主动安全技术的不断完善，如何更好地评价汽车在不同工况下的行驶状态，通过一些指标来量化汽车的行驶性能，从而更好地协调驾驶员与驾驶机器的协同控制成为了研究难点之一。
发明内容
为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明提出了一种基于综合评价指标的汽车主动安全预警系统，将能反映不同危险工况的综合评价指标作为判据，进行危险预警及控制，从而有效保证汽车行驶安全。
为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：
一种基于综合评价指标的汽车主动安全预警系统，包括传感单元、ECU和执行单元；所述传感单元作为汽车主动安全预警系统的信号输入端，包含各种类型的传感器，能够实时采集驾驶员状态信号、行车状态信号和道路环境信号，并将这些信号经A/D转换后传送给ECU；所述ECU包括数据处理模块和控制模块，数据处理模块将传感单元采集的各类信号进行分析处理，得到不同危险工况下的单项评价指标，并基于各单项评价指标计算出综合评价指标，经该综合评价指标与预设的综合评级指标阈值进行对比，判断出汽车所处的危险状态等级，并将该等级信号传送给控制模块；控制模块包括主动预警控制器、转向控制器和制动控制器，根据数据处理模块输出的危险状态等级发出相应的主动预警指令、主动转向指令和主动制动指令，并将这些指令信号传送给执行单元；所述执行单元包括主动预警执行器、转向执行器和制动执行器，当接收到控制模块发出的指令信号后，主动预警执行器进行相应的声光报警，转向执行器控制汽车转向轴以调节转向转矩，制动执行器调节制动液压以改变动力、进而控制汽车行驶速度，最终协助驾驶员进行转向和/或制动操作。
进一步地，所述不同危险工况下的单项评价指标包括驾驶员负担评价指标JB、汽车侧翻评价指标JR和汽车追尾评价指标JD，具体计算方法如下：
Figure BDA0002009626980000021
上式中，
Figure BDA0002009626980000022
ωb1和ωb2分别为Jb1和Jb2的权值；
Figure BDA0002009626980000023
为方向盘转角速度，
Figure BDA0002009626980000024
为方向盘转角速度门槛值，Tsw(t)为方向盘力矩，
Figure BDA0002009626980000025
为方向盘力矩标准门槛值，tn为测量时长；
Figure BDA0002009626980000026
上式中，ay(t)为汽车侧向加速度，
Figure BDA0002009626980000027
为侧向加速度门槛值；
Figure BDA0002009626980000028
上式中，d(t)为汽车距前车或后车距离，
Figure BDA0002009626980000029
为安全车距门槛值。
进一步地，所述综合评价指标计算方法如下：
Figure BDA00020096269800000210
上式中，JT为综合评价指标，wB、wR和wD分别为JB、JR和JD的权值。
进一步地，设JT为综合评价指标，JT *为预设的综合评价指标阈值，则汽车所处的危险状态等级的判断方法如下：
(1)当
Figure BDA0002009626980000031
时，表明此状态下驾驶员负担轻，汽车侧翻危险性、侧滑危险性及追尾危险性均小，汽车处于正常行驶状态；
(2)当
Figure BDA0002009626980000032
时，表明此状态下驾驶员负担较重，汽车操纵稳定性较差，危险性较高，系统进入一级危险状态；
(3)当JT≥JT *时，表明汽车处于某种极限工况下，汽车操纵稳定性差，危险性高，系统进入二级危险状态。
进一步地，控制模块的控制过程以及执行单元的执过程如下：
(a)当汽车处于正常行驶状态，主动预警控制器、转向控制器和制动控制器均不发出任何控制指令；
(b)当汽车进入一级危险状态，主动预警控制器发出控制指令，主动预警执行器进行相应的声光报警；若在ΔT时间内监测到驾驶员主动进行避险操作，并且综合评价指标JT逐渐恢复到安全范围时，则系统自动解除一级危险状态，进入正常行驶状态；若在ΔT时间内系统未监测到驾驶员进行任何避险动作，并且当汽车行驶车速低于50km/h，制动控制器发出制动指令，制动执行器协助驾驶员进行制动操纵；若当汽车行驶车速等于或超过50km/h，则转向控制器发出转向指令，转向执行器协助驾驶员进行转向操纵，此种状态下驾驶员并未完全失去控制权，汽车进入人机共驾模式；
(c)当系统进入二级危险状态，主动预警控制器发出控制指令，主动预警执行器持续进行相应的声光报警；转向控制器发出控制指令，转向执行器完全代替驾驶员进行转向操纵，制动控制器发出控制指令，制动执行器调节制动液压以改变制动力进而控制汽车行驶速度，驾驶员失去控制权，汽车进入自动驾驶模式；当综合评价指标JT恢复到安全范围时，说明汽车恢复正常行驶状态，则系统自动解除二级危险状态模式，进入正常行驶状态。
进一步地，当汽车进入人机共驾模式，若转向控制器和/或制动控制器的控制指令与驾驶员的主动控制出现矛盾时，若导致ΔT时间后综合评价指标JT持续增大，则系统自动进入二级危险状态。
进一步地，所述传感单元包括方向盘转角传感器、方向盘转矩传感器、制动压力传感器、侧向加速度传感器、车速传感器和毫米波测距雷达；方向盘转角传感器安装于方向盘下方的方向柱内；方向盘转矩传感器安装于转向柱上；制动压力传感器安装于制动踏板上；侧向加速度传感器安装于汽车底盘上；车速传感器安装于汽车前保险杠上；毫米波测距雷达安装于汽车车身上，用于测量汽车与前方或后方障碍物的实时距离。
进一步地，主动预警控制器与主动预警执行器之间、转向控制器与转向执行器之间以及制动控制器与制动执行器之间均通过CAN总线连接。
采用上述技术方案带来的有益效果：
本发明提出了一种能反映不同危险工况的综合评价指标，包括驾驶员负担、侧翻危险性、侧滑危险性，以该综合评价指标为判据，能综合考虑汽车行驶中可能发生的危险情况，集合了多个主动安全检测和预警控制功能，并通过横纵向协同工作，从而更好的保障汽车行驶安全。同时，本发明提出的危险状态等级判断规则能及时有效的判断出行车所处危险状态，为主动安全预警及控制提供合适的介入时机。
附图说明
图1是本发明的系统组成框图；
图2是本发明危险状态判断逻辑图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
本发明设计了一种基于综合评价指标的汽车主动安全预警系统，如图1所示，包括传感单元、ECU和执行单元。所述传感单元作为汽车主动安全预警系统的信号输入端，包含各种类型的传感器，能够实时采集驾驶员状态信号、行车状态信号和道路环境信号，并将这些信号经A/D转换后传送给ECU。所述ECU包括数据处理模块和控制模块，数据处理模块将传感单元采集的各类信号进行分析处理，得到不同危险工况下的单项评价指标，并基于各单项评价指标计算出综合评价指标，经该综合评价指标与预设的综合评级指标阈值进行对比，判断出汽车所处的危险状态等级，并将该等级信号传送给控制模块；控制模块包括主动预警控制器、转向控制器(EPS)和制动控制器(ABS)，根据数据处理模块输出的危险状态等级发出相应的主动预警指令、主动转向指令和主动制动指令，并将这些指令信号传送给执行单元；所述执行单元包括主动预警执行器、转向执行器和制动执行器，当接收到控制模块发出的指令信号后，主动预警执行器进行相应的声光报警，转向执行器控制汽车转向轴以调节转向转矩，制动执行器调节制动液压以改变动力、进而控制汽车行驶速度，最终协助驾驶员进行转向和/或制动操作。
本发明的一种优选实施方案如下：
不同危险工况下的单项评价指标包括驾驶员负担评价指标JB、汽车侧翻评价指标JR和汽车追尾评价指标JD，具体计算方法如下：
Figure BDA0002009626980000051
上式中，
Figure BDA0002009626980000061
ωb1和ωb2分别为Jb1和Jb2的权值；
Figure BDA0002009626980000062
为方向盘转角速度，
Figure BDA0002009626980000063
为方向盘转角速度门槛值，Tsw(t)为方向盘力矩，
Figure BDA0002009626980000064
为方向盘力矩标准门槛值，tn为测量时长；
Figure BDA0002009626980000065
上式中，ay(t)为汽车侧向加速度，
Figure BDA0002009626980000066
为侧向加速度门槛值；
Figure BDA0002009626980000067
上式中，d(t)为汽车距前车或后车距离，
Figure BDA0002009626980000068
为安全车距门槛值。
综合评价指标计算方法如下：
Figure BDA0002009626980000069
上式中，JT为综合评价指标，wB、wR和wD分别为JB、JR和JD的权值。
本发明的一种优选实施方案如下：
如图2所示，设JT为综合评价指标，JT *为预设的综合评价指标阈值，则汽车所处的危险状态等级的判断方法如下：
(1)当
Figure BDA00020096269800000610
时，表明此状态下驾驶员负担轻，汽车侧翻危险性、侧滑危险性及追尾危险性均小，汽车处于正常行驶状态；
(2)当
Figure BDA00020096269800000611
时，表明此状态下驾驶员负担较重，汽车操纵稳定性较差，危险性较高，系统进入一级危险状态；
(3)当JT≥JT *时，表明汽车处于某种极限工况下，汽车操纵稳定性差，危险性高，系统进入二级危险状态。
本发明的一种优选实施方案如下：
控制模块的控制过程以及执行单元的执过程如下：
(a)当汽车处于正常行驶状态，主动预警控制器、转向控制器和制动控制器均不发出任何控制指令；
(b)当汽车进入一级危险状态，主动预警控制器发出控制指令，主动预警执行器进行相应的声光报警；若在ΔT时间内监测到驾驶员主动进行避险操作，并且综合评价指标JT逐渐恢复到安全范围时，则系统自动解除一级危险状态，进入正常行驶状态；若在ΔT时间内系统未监测到驾驶员进行任何避险动作，并且当汽车行驶车速低于50km/h，制动控制器发出制动指令，制动执行器协助驾驶员进行制动操纵；若当汽车行驶车速等于或超过50km/h，则转向控制器发出转向指令，转向执行器协助驾驶员进行转向操纵，此种状态下驾驶员并未完全失去控制权，汽车进入人机共驾模式；
(c)当系统进入二级危险状态，主动预警控制器发出控制指令，主动预警执行器持续进行相应的声光报警；转向控制器发出控制指令，转向执行器完全代替驾驶员进行转向操纵，制动控制器发出控制指令，制动执行器调节制动液压以改变制动力进而控制汽车行驶速度，驾驶员失去控制权，汽车进入自动驾驶模式；当综合评价指标JT恢复到安全范围时，说明汽车恢复正常行驶状态，则系统自动解除二级危险状态模式，进入正常行驶状态。
进一步地，当汽车进入人机共驾模式，若转向控制器和/或制动控制器的控制指令与驾驶员的主动控制出现矛盾时，若导致ΔT时间后综合评价指标JT持续增大，则系统自动进入二级危险状态。
本发明的一种优选实施方案如下：
传感单元包括方向盘转角传感器、方向盘转矩传感器、制动压力传感器、侧向加速度传感器、车速传感器和毫米波测距雷达；方向盘转角传感器安装于方向盘下方的方向柱内；方向盘转矩传感器安装于转向柱上；制动压力传感器安装于制动踏板上；侧向加速度传感器安装于汽车底盘上；车速传感器安装于汽车前保险杠上；毫米波测距雷达安装于汽车车身上，用于测量汽车与前方或后方障碍物的实时距离。
本发明的一种优选实施方案如下：
主动预警控制器与主动预警执行器之间、转向控制器与转向执行器之间以及制动控制器与制动执行器之间均通过CAN总线连接。
实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于综合评价指标的汽车主动安全预警系统，其特征在于：包括传感单元、ECU和执行单元；所述传感单元作为汽车主动安全预警系统的信号输入端，包含各种类型的传感器，能够实时采集驾驶员状态信号、行车状态信号和道路环境信号，并将这些信号经A/D转换后传送给ECU；所述ECU包括数据处理模块和控制模块，数据处理模块将传感单元采集的各类信号进行分析处理，得到不同危险工况下的单项评价指标，并基于各单项评价指标计算出综合评价指标，经该综合评价指标与预设的综合评级指标阈值进行对比，判断出汽车所处的危险状态等级，并将该等级信号传送给控制模块；控制模块包括主动预警控制器、转向控制器和制动控制器，根据数据处理模块输出的危险状态等级发出相应的主动预警指令、主动转向指令和主动制动指令，并将这些指令信号传送给执行单元；所述执行单元包括主动预警执行器、转向执行器和制动执行器，当接收到控制模块发出的指令信号后，主动预警执行器进行相应的声光报警，转向执行器控制汽车转向轴以调节转向转矩，制动执行器调节制动液压以改变动力、进而控制汽车行驶速度，最终协助驾驶员进行转向和/或制动操作；所述不同危险工况下的单项评价指标包括驾驶员负担评价指标JB、汽车侧翻评价指标JR和汽车追尾评价指标JD，具体计算方法如下：
Figure FDA0002421365740000011
上式中，
Figure FDA0002421365740000012
ωb1和ωb2分别为Jb1和Jb2的权值；
Figure FDA0002421365740000013
为方向盘转角速度，
Figure FDA0002421365740000014
为方向盘转角速度门槛值，Tsw(t)为方向盘力矩，
Figure FDA0002421365740000015
为方向盘力矩标准门槛值，tn为测量时长；
Figure FDA0002421365740000021
上式中，ay(t)为汽车侧向加速度，
Figure FDA0002421365740000022
为侧向加速度门槛值；
Figure FDA0002421365740000023
上式中，d(t)为汽车距前车或后车距离，
Figure FDA0002421365740000024
为安全车距门槛值。
2.根据权利要求1所述基于综合评价指标的汽车主动安全预警系统，其特征在于：所述综合评价指标计算方法如下：
Figure FDA0002421365740000025
上式中，JT为综合评价指标，wB、wR和wD分别为JB、JR和JD的权值。
3.根据权利要求1所述基于综合评价指标的汽车主动安全预警系统，其特征在于：设JT为综合评价指标，JT *为预设的综合评价指标阈值，则汽车所处的危险状态等级的判断方法如下：
(1)当
Figure FDA0002421365740000026
时，表明此状态下驾驶员负担轻，汽车侧翻危险性、侧滑危险性及追尾危险性均小，汽车处于正常行驶状态；
(2)当
Figure FDA0002421365740000027
时，表明此状态下驾驶员负担较重，汽车操纵稳定性较差，危险性较高，系统进入一级危险状态；
(3)当JT≥JT *时，表明汽车处于某种极限工况下，汽车操纵稳定性差，危险性高，系统进入二级危险状态。
4.根据权利要求3所述基于综合评价指标的汽车主动安全预警系统，其特征在于：控制模块的控制过程以及执行单元的执过程如下：
(a)当汽车处于正常行驶状态，主动预警控制器、转向控制器和制动控制器均不发出任何控制指令；
(b)当汽车进入一级危险状态，主动预警控制器发出控制指令，主动预警执行器进行相应的声光报警；若在ΔT时间内监测到驾驶员主动进行避险操作，并且综合评价指标JT逐渐恢复到安全范围时，则系统自动解除一级危险状态，进入正常行驶状态；若在ΔT时间内系统未监测到驾驶员进行任何避险动作，并且当汽车行驶车速低于50km/h，制动控制器发出制动指令，制动执行器协助驾驶员进行制动操纵；若当汽车行驶车速等于或超过50km/h，则转向控制器发出转向指令，转向执行器协助驾驶员进行转向操纵，此种状态下驾驶员并未完全失去控制权，汽车进入人机共驾模式；
(c)当系统进入二级危险状态，主动预警控制器发出控制指令，主动预警执行器持续进行相应的声光报警；转向控制器发出控制指令，转向执行器完全代替驾驶员进行转向操纵，制动控制器发出控制指令，制动执行器调节制动液压以改变制动力进而控制汽车行驶速度，驾驶员失去控制权，汽车进入自动驾驶模式；当综合评价指标JT恢复到安全范围时，说明汽车恢复正常行驶状态，则系统自动解除二级危险状态模式，进入正常行驶状态。
5.根据权利要求4所述基于综合评价指标的汽车主动安全预警系统，其特征在于：当汽车进入人机共驾模式，若转向控制器和/或制动控制器的控制指令与驾驶员的主动控制出现矛盾时，若导致ΔT时间后综合评价指标JT持续增大，则系统自动进入二级危险状态。
6.根据权利要求1所述基于综合评价指标的汽车主动安全预警系统，其特征在于：所述传感单元包括方向盘转角传感器、方向盘转矩传感器、制动压力传感器、侧向加速度传感器、车速传感器和毫米波测距雷达；方向盘转角传感器安装于方向盘下方的方向柱内；方向盘转矩传感器安装于转向柱上；制动压力传感器安装于制动踏板上；侧向加速度传感器安装于汽车底盘上；车速传感器安装于汽车前保险杠上；毫米波测距雷达安装于汽车车身上，用于测量汽车与前方或后方障碍物的实时距离。
7.根据权利要求1所述基于综合评价指标的汽车主动安全预警系统，其特征在于：主动预警控制器与主动预警执行器之间、转向控制器与转向执行器之间以及制动控制器与制动执行器之间均通过CAN总线连接。
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