CN110341666B - 一种基于a律13折线的车辆主动制动系统制动力曲线规划算法 - Google Patents

一种基于a律13折线的车辆主动制动系统制动力曲线规划算法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于A律13折线的车辆主动制动系统制动力曲线规划算法，解决传统主动制动系统中制动力曲线在开始阶段和结束阶段制动力变化速率与司乘人员舒适性相互制约的问题。本发明采用A律13折线的压扩算法对制动力曲线进行非均匀量化。在制动力上升阶段采用A律13折线算法进行非均匀压扩，使得制动力增长速率随着制动力的增加而减小；在制动力下降阶段，将制动力曲线通过反向A律13折线算法进行非均匀压扩，使得制动力增长速率随着制动力的增加而增加，进而实现制动力变化速率与司乘人员舒适性的平衡。同时，通过改变压扩系数，可实现司乘人员乘坐习惯的个性化匹配和定制，有效改善司乘人员在车辆制动时的乘坐体验。

Description

一种基于A律13折线的车辆主动制动系统制动力曲线规划 算法
技术领域
本发明涉及智能汽车主动制动领域，具体为一种基于A律13折线的车辆主动制动系统制动力曲线规划算法。
背景技术
主动制动系统属于汽车主动安全系统中的一部分，也是现今汽车主动安全系统的重要研究方向。主动制动系统利用通讯技术与传感器技术来感应周边车辆的行驶环境，当前向车辆出现紧急制动或者前向行驶区域存在障碍物时，主动制动系统会按照制动曲线进行主动制动，以达到自动刹车的效果，而无需驾驶员的操作。这项技术能够有效地规避对前方行人的伤害，避免发生追尾事故，也能实现主动减速，从而降低风险及损失，减少交通事故的发生。目前已有的主动制动系统，主要是采用电子制动系统代替机械制动系统，按照车辆理想制动曲线，控制汽车制动系统的前后桥制动力分配，尽可能获得最大制动力。为了保证在安全距离内完成制动，主动制动的制动力曲线在开始增压阶段需要急速增加，然后在保压阶段保持最大制动力，在减压阶段需要急速减小。但目前制动曲线只考虑制动力急速增加和急速减小的问题，没有考虑司乘人员的舒适性，导致制动初期制动力陡增，后期制动力陡降，导致司乘人员在制动过程中的舒适性较差。同时，在制动力曲线控制过程中，多采用均匀离散化，不能够保证制动力曲线开始阶段和结束阶段对制动力变化率的要求。
针对上述问题，本发明提出一种基于A律13折线的车辆主动制动系统制动力曲线规划算法，既可以满足主动制动系统中制动力曲线对开始阶段和结束阶段对制动力变化率的要求，又可以避免现有制动曲线中开始阶段和结束阶段的剧烈变化的问题，提高主动制动过程中的舒适性。本发明采用A律13折线的压扩算法对制动力曲线进行非均匀量化，使使主动制动系统能够按照此制动力曲线调节车辆制动力，提高司乘人员在主动制动过程中的舒适性。同时，通过调整压扩系数，可以实现司乘人员乘坐习惯的个性化匹配和定制，有效改善司乘人员在车辆制动时的乘坐体验。通过查阅资料，目前，在主动制动系统中采用A律13折线对制动力曲线进行规划的算法尚未有相关报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于A律13折线的车辆主动制动系统制动力曲线规划算法，解决传统主动制动系统中制动力曲线在开始阶段和结束阶段制动力变化速率与司乘人员舒适性相互制约的问题。本发明采用A律13折线的压扩算法对制动力曲线进行非均匀量化。在制动力上升阶段采用A律13折线算法进行非均匀压扩，使得制动力增长速率随着制动力的增加而减小；在制动力下降阶段，将制动力曲线通过反向A律13折线算法进行非均匀压扩，使得制动力增长速率随着制动力的增加而增加，进而实现制动力变化速率与司乘人员舒适性的平衡。同时，通过改变压扩系数，可实现司乘人员乘坐习惯的个性化匹配和定制，有效改善司乘人员在车辆制动时的乘坐体验。
本发明算法：为了既能满足主动制动系统在有限时间内完成制动、安全避障，又要满足司乘人员在主动制动过程中的舒适性，本发明将制动曲线分为三部分，在制动力上升阶段，将制动力曲线通过A律13折线算法进行非均匀压扩，使得制动力增长速率随着制动力的增加而减小，既能满足制动力的上升速度，又可以对制动力上升过程进行平滑；当制动力达到最大值时，采用恒定制动力，此时制动力曲线为最大值，保持不变；在制动力下降阶段，将制动力曲线通过反向A律13折线算法进行非均匀压扩，使得制动力减小速率随着制动力的减小而增大，既能满足制动力的下降速度，又可以对制动力下降过程进行平滑。针对不同司乘人员对制动过程中舒适性要求的不同，本发明采用离线测试的方法，确定A律13折线算法中的压扩系数。
根据本算法设计的流程如下所示：
(1)、采集车辆制动力F随制动时间τ的变化曲线；
(2)、将制动力曲线划分为三个阶段，即制动力上升阶段、制动力保持阶段、制动力下降阶段，初始化上升阶段和下降阶段的压扩系数A1、A2；
(3)、在制动力上升阶段，对制动力上升时间和制动力进行归一化处理，利用A律13折线压扩算法对制动力曲线进行平滑；
(4)、在制动力保持阶段，制动力曲线保持最大制动力不变；
(5)、在制动力下降阶段，对制动力下降时间和制动力进行归一化处理，利用反向A律13折线压扩算法对制动力曲线进行平滑；
(6)、进行司乘人员舒适性评估；如果舒适性不好，则返回到第(2)步，调整上升阶段和下降阶段的压扩系数A1、A2及制动力保持阶段的长短；如果舒适性好，则得到最终的制动力曲线。
本发明技术方案：
具体地，根据本发明算法的流程结合具体数值对本发明技术方案做如下进一步说明：
(1)、采集车辆制动力F随制动时间τ的变化曲线；
(2)、将制动力曲线划分为三个阶段，即制动力上升阶段、制动力保持阶段、制动力下降阶段，初始化上升阶段和下降阶段的压扩系数A1、A2；
(3)、在制动力上升阶段：
首先对制动力上升时间和制动力进行归一化处理，制动力上升时间的区间为0～1；
然后，将x轴的制动力上升时间的区间为0～1分为8个不均匀段，具体划分方法为：将0～1之间一分为二，其中点为1/2，取1/2～1之间作为第八段；剩余的0～1/2再一分为二，中点为1/4，取1/4～1/2之间作为第七段，再把剩余的0～1/4一分为二，中点为1/8，取1/8～1/4之间作为第六段，依次分下去，直至剩余的最小一段为0～1/128作为第一段。而y轴的0～1均匀地分为八段，从第一段到第八段分别为，0～1/8，1/8～2/8，…，7/8～1，它们与x轴的八段一一对应。在此过程中，制动力增加速率逐步递减，第一段～第八段的斜率分别为：k1＝16，k2＝16，k3＝8，k4＝4，k5＝2，k6＝1，k7＝1/2，k8＝1/4。
根据下列公式，得到压扩后的制动力的值为：
Figure BDA0002101270450000031
段落 1 2 3 4 5 6 7 8
计算值 F<sub>1</sub> F<sub>2</sub> F<sub>3</sub> F<sub>4</sub> F <sub>5</sub> F<sub>6</sub> F<sub>7</sub> F<sub>8</sub>
根据所计算值，得出制动力上升阶段的平滑曲线。
(4)、在制动力保持阶段，制动力曲线保持最大制动力不变；
(5)、在制动力下降阶段：
首先对制动力下降时间和制动力进行归一化处理，制动力下降时间的区间为0～1；
然后，将x轴的制动力下降时间的区间为0～1分为8个不均匀段，具体划分方法为：将0～1之间一分为二，其中点为1/2，取0～1/2之间作为第一段；剩余的1/2～1再一分为二，中点为3/4，取1/2～3/4之间作为第二段，再把剩余的3/4～1一分为二，中点为7/8，取3/4～7/8之间作为第三段，依次分下去，直至剩余的最小一段为127/128～1作为第八段。而y轴的0～1均匀地分为八段，从第一段到第八段分别为，0～1/8，1/8～2/8，…，7/8～1，它们与x轴的八段一一对应。
在此过程中，制动力减小速率逐步递增，第一段～第八段的斜率分别为：k1＝1/4，k2＝1/2，k3＝1，k4＝2，k5＝4，k6＝8，k7＝16，k8＝16。
根据下列公式，得到压扩后的制动力的值为：
Figure BDA0002101270450000041
段落 1 2 3 4 5 6 7 8
计算值 F<sub>1</sub> F<sub>2</sub> F<sub>3</sub> F<sub>4</sub> F<sub>5</sub> F<sub>6</sub> F<sub>7</sub> F<sub>8</sub>
根据所计算值，得出制动力下降阶段的平滑曲线。
(6)、进行司乘人员舒适性评估；如果舒适性不好，则返回到第(2)步，调整上升阶段和下降阶段的压扩系数A1、A2及制动力保持阶段的长短；如果舒适性好，则得到最终的制动力曲线。
本发明的有益效果：
本发明提出的一种基于A律13折线的车辆主动制动系统制动力曲线规划算法，利用A律13折线的压扩特性对制动力曲线进行非均匀量化，满足主动制动系统中制动力曲线对开始阶段和结束阶段对制动力变化率的要求，又可以避免现有制动曲线中开始阶段和结束阶段的剧烈变化的问题，提高主动制动过程中的舒适性。通过调整压扩系数，可以实现司乘人员乘坐习惯的个性化匹配和定制，有效改善司乘人员在车辆制动时的乘坐体验。
附图说明
图1为本发明本算法流程图。
图2为传统主动制动制动力曲线图。
图3为本发明制动力上升阶段规划曲线图。
图4为本发明制动力下降阶段规划曲线图。
图5为本发明非均匀量化后的制动力曲线与传统制动力曲线对比图。
图中参数：图中F表示制动力大小，τ表示制动时间，E1表示制动力上升阶段，E2表示制动力保持阶段，E3表示制动力下降阶段；f1(τ)表示传统主动制动制动力曲线，f2(τ)表示非均匀量化后的制动力曲线。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
根据本算法设计的流程图如图1所示：
(1)、采集车辆制动力F随制动时间τ的变化曲线；
(2)、将制动力曲线划分为三个阶段，即制动力上升阶段、制动力保持阶段、制动力下降阶段，初始化上升阶段和下降阶段的压扩系数A1、A2；
(3)、在制动力上升阶段，对制动力上升时间和制动力进行归一化处理，利用A律13折线压扩算法对制动力曲线进行平滑；
(4)、在制动力保持阶段，制动力曲线保持最大制动力不变；
(5)、在制动力下降阶段，对制动力下降时间和制动力进行归一化处理，利用反向A律13折线压扩算法对制动力曲线进行平滑；
(6)、进行司乘人员舒适性评估；如果舒适性不好，则返回到第(2)步，调整上升阶段和下降阶段的压扩系数A1、A2及制动力保持阶段的长短；如果舒适性好，则得到最终的制动力曲线。
根据图1所示流程，结合附图再做如下进一步说明：
(1)、采集车辆制动力F随制动时间τ的变化曲线
如图2所示，传统主动制动制动力曲线在在开始增压阶段需要急速增加，然后在保压阶段保持最大制动力，在减压阶段需要急速减小，传统制动力曲线存在制动初期制动力陡增，后期制动力陡降现象，导致司乘人员在制动过程中的舒适性较差。
(2)本发明将制动力曲线划分为三个阶段，即制动力上升阶段、制动力保持阶段、制动力下降阶段，初始化上升阶段和下降阶段的压扩系数A1、A2；
(3)、如图3所示，在制动力上升阶段：
首先对制动力上升时间和制动力进行归一化处理，制动力上升时间的区间为0～1；
然后，将x轴的制动力上升时间的区间为0～1分为8个不均匀段，具体划分方法为：将0～1之间一分为二，其中点为1/2，取1/2～1之间作为第八段；剩余的0～1/2再一分为二，中点为1/4，取1/4～1/2之间作为第七段，再把剩余的0～1/4一分为二，中点为1/8，取1/8～1/4之间作为第六段，依次分下去，直至剩余的最小一段为0～1/128作为第一段。而y轴的0～1均匀地分为八段，从第一段到第八段分别为，0～1/8，1/8～2/8，…，7/8～1，它们与x轴的八段一一对应。在此过程中，制动力增加速率逐步递减，第一段～第八段的斜率分别为：k1＝16，k2＝16，k3＝8，k4＝4，k5＝2，k6＝1，k7＝1/2，k8＝1/4。
根据下列公式，得到压扩后的制动力的值为：
Figure BDA0002101270450000061
段落 1 2 3 4 5 6 7 8
计算值 F<sub>1</sub> F<sub>2</sub> F<sub>3</sub> F<sub>4</sub> F<sub>5</sub> F<sub>6</sub> F<sub>7</sub> F<sub>8</sub>
根据所计算值，得出制动力上升阶段的平滑曲线。
(4)、在制动力保持阶段，制动力曲线保持最大制动力不变；
(5)、如图4所示，在制动力下降阶段：
首先对制动力下降时间和制动力进行归一化处理，制动力下降时间的区间为0～1；
然后，将x轴的制动力下降时间的区间为0～1分为8个不均匀段，具体划分方法为：将0～1之间一分为二，其中点为1/2，取0～1/2之间作为第一段；剩余的1/2～1再一分为二，中点为3/4，取1/2～3/4之间作为第二段，再把剩余的3/4～1一分为二，中点为7/8，取3/4～7/8之间作为第三段，依次分下去，直至剩余的最小一段为127/128～1作为第八段。而y轴的0～1均匀地分为八段，从第一段到第八段分别为，0～1/8，1/8～2/8，…，7/8～1，它们与x轴的八段一一对应。
在此过程中，制动力减小速率逐步递增，第一段～第八段的斜率分别为：k1＝1/4，k2＝1/2，k3＝1，k4＝2，k5＝4，k6＝8，k7＝16，k8＝16。
根据下列公式，得到压扩后的制动力的值为：
Figure BDA0002101270450000062
Figure BDA0002101270450000063
Figure BDA0002101270450000071
根据所计算值，得出制动力下降阶段的平滑曲线。
(6)、进行司乘人员舒适性评估；如果舒适性不好，则返回到第(2)步，调整上升阶段和下降阶段的压扩系数A1、A2及制动力保持阶段的长短；如果舒适性好，则得到最终的制动力曲线。最终得到的非均匀量化后的制动力曲线与传统制动力曲线对比图如图5所示。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于A律13折线的车辆主动制动系统制动力曲线规划算法，其特征在于，将制动力曲线分为三部分，在制动力上升阶段，将制动力曲线通过A律13折线算法进行非均匀压扩，使得制动力增长速率随着制动力的增加而减小；当制动力达到最大值时，采用恒定制动力，此时制动力曲线为最大值，保持不变；在制动力下降阶段，将制动力曲线通过反向A律13折线算法进行非均匀压扩，使得制动力减小速率随着制动力的减小而增大。
2.根据权利要求1所述的一种基于A律13折线的车辆主动制动系统制动力曲线规划算法，其特征在于，所述算法的实现步骤包括如下：
(1)、采集车辆制动力F随制动时间τ的变化曲线；
(2)、将制动力曲线划分为三个阶段，即制动力上升阶段、制动力保持阶段、制动力下降阶段，初始化上升阶段和下降阶段的压扩系数A1、A2；
(3)、在制动力上升阶段，对制动力上升时间和制动力进行归一化处理，利用A律13折线压扩算法对制动力曲线进行平滑；
(4)、在制动力保持阶段，制动力曲线保持最大制动力不变；
(5)、在制动力下降阶段，对制动力下降时间和制动力进行归一化处理，利用反向A律13折线压扩算法对制动力曲线进行平滑；
(6)、进行司乘人员舒适性评估；如果舒适性不好，则返回到第(2)步，调整上升阶段和下降阶段的压扩系数A1、A2及制动力保持阶段的长短；如果舒适性好，则得到最终的制动力曲线。
3.根据权利要求2所述的一种基于A律13折线的车辆主动制动系统制动力曲线规划算法，其特征在于，所述步骤(3)中制动力上升阶段的压扩算法如下：
首先对制动力上升时间和制动力进行归一化处理，制动力上升时间的区间为0～1；
然后，将x轴的制动力上升时间的区间为0～1分为8个不均匀段，具体划分方法为：将0～1之间一分为二，其中点为1/2，取1/2～1之间作为第八段；剩余的0～1/2再一分为二，中点为1/4，取1/4～1/2之间作为第七段，再把剩余的0～1/4一分为二，中点为1/8，取1/8～1/4之间作为第六段，依次分下去，直至剩余的最小一段为0～1/128作为第一段；y轴的0～1均匀地分为八段，从第一段到第八段分别为，0～1/8，1/8～2/8，…，7/8～1，它们与x轴的八段一一对应；在此过程中，制动力增加速率逐步递减，第一段～第八段的斜率分别为：k1＝16，k2＝16，k3＝8，k4＝4，k5＝2，k6＝1，k7＝1/2，k8＝1/4；
建立压扩后的制动力的计算表达式；
根据每一段所计算的F的值，得出制动力上升阶段的平滑曲线。
4.根据权利要求2所述的一种基于A律13折线的车辆主动制动系统制动力曲线规划算法，其特征在于，所述步骤(5)中制动力下降阶段的压扩算法如下：
首先对制动力下降时间和制动力进行归一化处理，制动力下降时间的区间为为0～1；
然后，将x轴的制动力下降时间的区间为0～1分为8个不均匀段，具体划分方法为：将0～1之间一分为二，其中点为1/2，取0～1/2之间作为第一段；剩余的1/2～1再一分为二，中点为3/4，取1/2～3/4之间作为第二段，再把剩余的3/4～1一分为二，中点为7/8，取3/4～7/8之间作为第三段，依次分下去，直至剩余的最小一段为127/128～1作为第八段；y轴的0～1均匀地分为八段，从第一段到第八段分别为，0～1/8，1/8～2/8，…，7/8～1，它们与x轴的八段一一对应；
在此过程中，制动力减小速率逐步递增，第一段～第八段的斜率分别为：k1＝1/4，k2＝1/2，k3＝1，k4＝2，k5＝4，k6＝8，k7＝16，k8＝16；
建立反向压扩后的制动力的计算表达式；
根据每一段所计算的F的值，得出制动力下降阶段的平滑曲线。
5.根据权利要求2所述的一种基于A律13折线的车辆主动制动系统制动力曲线规划算法，其特征在于，改变压扩系数A1、A2，能够实现司乘人员乘坐习惯的个性化匹配和定制。
6.根据权利要求2所述的一种基于A律13折线的车辆主动制动系统制动力曲线规划算法，其特征在于，采用离线测试的方法，确定压扩系数A1、A2。
7.根据权利要求3所述的一种基于A律13折线的车辆主动制动系统制动力曲线规划算法，其特征在于，所述压扩后的制动力的计算表达式为：
Figure FDA0002987187240000021
8.根据权利要求4所述的一种基于A律13折线的车辆主动制动系统制动力曲线规划算法，其特征在于，所述反向压扩后的制动力的计算表达式为：
Figure FDA0002987187240000031
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