CN114148322B - 一种路面附着自适应的商用车气压自动紧急制动控制方法 - Google Patents

一种路面附着自适应的商用车气压自动紧急制动控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种路面附着自适应的商用车气压自动紧急制动控制方法，通过最危险目标车辆计算，对自车周围车辆进行筛选，并确定对自车危险系数最高的车辆，提高了自动紧急制动系统的决策准确性；通过对当前路面附着系数进行估算，增加了自动紧急制动系统的准确性；通过TTC门限值修正，实现TTC门限值对路面附着自适应调整，提升了主动安全措施的准确性，减少了对驾驶员的干扰，提高了商用车的主动安全性能；通过部分制动评估以及全制动评估，对依靠TTC指标作为制动系统介入条件在某些工况下所带来的不准确问题进行完善，减少了对驾驶员采取制动行为的干扰，也减少了发生碰撞的几率，提高了商用车的主动安全性能。

Description

一种路面附着自适应的商用车气压自动紧急制动控制方法
技术领域
本发明涉及一种商用车自动紧急制动控制方法，特别涉及一种路面附着自适应的商用车气压自动紧急制动控制方法。
背景技术
随着经济的发展，交通运输需求日益增长，商用车因其具有载运能力强、运输成本低、购置成本低等优势，成为现代运输的重要力量，然而商用车所引发的交通安全问题也是异常严峻。由于商用车具有整备质量大、结构尺寸大、质心位置高等特点，且商用车普遍采用气压制动系统，而气压制动系统存在压力迟滞的问题，故这些特点导致商用车易在行驶过程中发生交通安全事故。并且商用车一旦发生交通事故，所造成的生命、财产损失惨重，故商用车安全性能极为重要。
在商用车交通事故当中，所占比重较大的为追尾事故，原因多数为驾驶员没有采取制动操作、采取制动操作但制动力不足或采取全力制动的时间点过晚。因此，亟需一种商用车自动紧急制动系统控制方法，以解决上述技术问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种路面附着自适应的商用车气压自动紧急制动控制方法，包括以下步骤：
步骤1)，车载摄像头采集车道线及周围目标车辆位置；毫米波雷达采集周围目标车与自车的相对速度、纵向相对距离与相对加速度；各轮速传感器采集对应车轮的轮速；各压力传感器采集对应制动气室压力以及制动管路出气口压力；制动踏板位移传感器采集制动踏板行程；纵向加速度传感器采集自车纵向加速度；
步骤2)，根据摄像头及毫米波雷达所采集的数据输入，进行最危险目标车辆计算，判断自车周围是否存在最危险目标车辆；
步骤3)，若自车周围不存在最危险目标车辆，则返回步骤1)；
若自车周围存在最危险目标车辆，则对碰撞预警时间TTC第一门限值TTCth1、第二门限值TTCth2、第三门限值TTCth3进行赋值，令第一门限值TTCth1赋值为预设的在实际路面附着系数为0.3时的值TTC1，令第二门限值TTCth2赋值为预设的在实际路面附着系数为0.3时的值TTC2，令第三门限值TTCth3赋值为预设的在实际路面附着系数为0.3时的值TTC3；
步骤4)，根据各轮速传感器采集的对应车轮的轮速，进行路面附着系数的估算；
步骤5)，判断路面附着系数的估算结果是否等于0.3，若路面附着系数的估算结果等于0.3，则根据步骤2)所判断的最危险目标车辆，进行TTC值计算；若路面附着系数的估算结果不等于0.3，则对TTC第一门限值TTCth1、第二门限值TTCth2、第三门限值TTCth3进行修正，并根据步骤2)所判断的最危险目标车辆，进行TTC值计算；
步骤6)，根据所计算的TTC值与TTCth1、TTCth2和TTCth3门限值进行比较：
步骤6.1)，若TTC＞TTCth1，则返回步骤3)；
步骤6.2)，若TTCth2＜TTC≤TTCth1，则确定此时车辆所处工况的危险程度较低，采取一级预警，即仪表盘的警示灯长亮与显示中控台的警示图像，以引起驾驶员的注意，并根据制动踏板位移传感器的测量值判断驾驶员是否采取制动操作，若制动踏板位移传感器的测量值为0，即驾驶员未采取制动操作，则进行一级预警的持续警示，即仪表盘的警示灯长亮、中控台的警示图像持续显示；若制动踏板位移传感器的测量值不为0，即驾驶员采取相应的制动操作，则停止一级预警，并退出自动紧急制动；
步骤6.3)，若TTCth3＜TTC≤TTCth2，则确定此时车辆所处工况的危险程度较高，采取二级预警，即仪表盘的警示灯长亮与显示中控台的警示图像，同时进行声音预警播报，以引起驾驶员的注意，并根据制动踏板位移传感器的测量值判断驾驶员是否采取制动操作，若制动踏板位移传感器的测量值为0，即驾驶员未采取制动操作，则进行二级预警的持续警示，即仪表盘的警示灯长亮与中控台的警示图像持续显示，同时持续进行声音预警播报；若制动踏板位移传感器的测量值不为0，即驾驶员采取相应的制动操作，则停止二级预警，并退出自动紧急制动；
步骤6.4)，若TTC≤TTCth3，则进行相对车速vrel判定：
若相对车速vrel不小于0，即前车车速大于或等于自车车速，则返回步骤1)；
若相对车速vrel小于0，即前车车速小于自车车速，则确定此时车辆所处工况的危险程度很高或极高，采取主动制动介入预警，即仪表盘的警示灯长亮与显示中控台的警示图像，同时进行声音预警播报，以引起驾驶员的注意，同时进行部分制动实施评估计算，计算采取部分制动时自车与前车车速相等时的最小纵向相对距离drmin1；
步骤7)，将计算得到的采取部分制动时自车与前车车速相等时的最小纵向相对距离drmin1与预设的纵向安全距离ds相对比：
若drmin1＞ds，则返回步骤3)；
若drmin1＝ds，则确定此时工况的危险程度很高，采取部分制动，即制动强度大小为0.3g，且维持此制动强度直至自车车速与前车车速相等或小于前车车速后，停止主动制动介入预警，且主动制动的制动强度降为0，并退出自动紧急制动；
若drmin1＜ds，则进行全制动实施评估计算，计算采取全制动时自车车速减速为0时与前车的最小纵向相对距离drmin2；
步骤8)，将计算得到的采取全制动时自车车速减速为0时与前车的最小纵向相对距离drmin2与预设的纵向安全距离ds相对比：
若drmin2＞ds，则确定此时工况的危险程度很高，采取部分制动，即制动强度大小为0.3g，且维持此制动强度直至自车车速与前车车速相等或小于前车车速后，停止主动制动介入预警，且主动制动的制动强度降为0，并退出自动紧急制动；
若drmin2≤ds，则确定此时工况的危险程度极高，采取全制动，即制动强度大小为0.8g，且维持此制动强度，直至自车车速为0后，停止主动制动介入预警，且主动制动的制动强度降为0，并退出自动紧急制动。
进一步的，步骤2)中，最危险目标车辆计算过程包括以下步骤：
(1)对以自车为坐标中心的周围目标车辆横向相对距离进行计算：
式中，xreli为第i辆目标车辆与自车的横向相对距离；sreli为第i辆目标车辆与自车的相对距离；θi为第i辆目标车辆与自车的中心线的夹角；
(2)根据摄像头所采集的车道线信息，获取车道宽度dw，并将所计算出的以自车为坐标中心的周围目标车辆横向相对距离与车道宽度的一半dw/2以及自车的宽度dc相对比，将的目标车辆视为无潜在危险目标车辆，不予进行观测；将/>的目标车辆视为具有潜在危险的目标车辆，作为备选观测目标继续观测；将/>的目标车辆视为危险目标车辆，并进行筛选观测计算；若无目标车辆符合危险目标车辆条件，则输出不存在最危险车辆目标信号；
(3)根据所筛选的危险目标车辆，对其进行以自车为坐标中心的危险目标车辆纵向相对距离计算：
式中，yreli为第i辆目标车辆与自车的纵向相对距离；
(4)根据计算的以自车为坐标中心的危险目标车辆纵向相对距离，选取最小值为以自车为坐标中心的最危险目标车辆纵向相对距离，即：
drel＝min(yrel1，yrel2，yrel3，...，yreli，...，yreln)
式中，drel为以自车为坐标中心的最危险目标车辆纵向相对距离；
(5)将由摄像头采集的最危险目标车辆的车辆位置，以及毫米波雷达采集的此最危险车辆目标与自车的相对速度、纵向相对距离与相对加速度的数据输入至控制系统中。
进一步的，步骤4)中，路面附着系数估算过程如下：
(1)纵向车速v计算，即：
式中，ωfl、ωfr、ωrl、ωrr分别为左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的轮速；rfl、rfr、rrl、rrr分别为左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的半径；aR为车辆在一般路面制动时能达到的减速度，此处aR取g；
(2)计算滑移率λ，即：
式中，ω为车轮角速度；r为车轮的滚动半径；
(3)当滑移率λ小于等于20％时，即λ≤20％，利用斜率法估算路面附着系数μ，即：
式中，k为μ-λ曲线线性区的斜率；Fxri与Fzri分别为后轴轮胎在当前滑移率下的纵向力与垂向力；λ`为线性区最大的轮胎滑移率，λ`＝20％；γ为线性区最大路面附着系数与峰值路面附着系数的比例系数，γ＝1.35；
(4)当滑移率λ大于20％时，即λ＞20％，建立车辆加速上坡模型，利用带遗忘因子的递推最小二乘法估算路面附着系数μ，其中车辆加速上坡模型忽略旋转质量惯性阻力偶矩与滚动阻力偶矩，即：
式中，Fzf、Fzr为作用在前、后轮上的地面法向反作用力；Fzsf、Fzsr为车辆所受重力分配于前、后轴的分量产生的地面法向反作用力；Fzwf、Fzwr为作用于车身上并位于前、后轮接地点上方的空气升力；G为车辆所受重力；g为重力加速度；hg为车辆质心距地面高度；L为车辆轴距；a、b为车辆质心至前、后轴的距离；α为道路坡度角；CLf、CLr为前、后空气升力系数；A为车辆迎风面积；ρ为空气密度；ur为无风时车辆的行驶速度；
(5)作用于后轮上的地面切向反作用力Fxr，即：
式中，μ为路面附着系数；
(6)采用带遗忘因子的递推最小二乘法估算路面附着系数μ，在递推最小二乘算法中，测量值与系统参数间有如下关系：
式中，z(k)为测量值；H(k)为系数矩阵；为待估计参数；
则带有遗忘因子的最小二乘算法为：
式中，L(k)为增益矩阵；P(k)为协方差矩阵。
进一步的，步骤5)中，对TTC第一门限值TTCth1、第二门限值TTCth2、第三门限值TTCth3进行修正的过程如下：
(1)计算在实际路面附着系数为0.3时，TTC门限值为TTC1、TTC2、TTC3内车辆所行驶过的纵向距离，即：
式中，tTTC1为预设的在实际路面附着系数为0.3时的TTC第一门限值TTC1；tTTC2预设的在实际路面附着系数为0.3时的TTC第二门限值TTC2；tTTC3预设的在实际路面附着系数为0.3时的TTC第三门限值TTC3；d1`为在实际路面附着系数为0.3时的TTC第一门限值TTC1的时间内自车所行驶的纵向距离；d2`为在实际路面附着系数为0.3时的TTC第二门限值TTC2的时间内自车所行驶的纵向距离；d3`为在实际路面附着系数为0.3时的TTC第三门限值TTC3的时间内自车所行驶的纵向距离；
(2)对预设的TTC门限值TTC1、TTC2、TTC3进行修正，即：
式中，tTTCth1为修正后的TTC第一门限值；tTTCth2为修正后的TTC第二门限值；tTTCth3为修正后的TTC第三门限值。
进一步的，步骤5)中，TTC值计算过程如下：
式中，vrel为最危险目标车辆与自车的相对速度；arel为最危险目标车辆与自车的相对加速度；drel为以自车为坐标中心的最危险目标车辆纵向相对距离。
进一步的，步骤6)中，根据各压力传感器采集的对应制动气室压力以及制动管路出气口压力以及纵向加速度传感器采集的自车纵向加速度，进行部分制动实施评估计算，计算采取部分制动时自车与前车车速相等时的最小纵向相对距离drmin1过程如下：
(1)气压制动的制动管路延迟时间t1l计算：
式中，ρ为压缩气体密度；fl为制动管路的摩擦因数；lp为制动管路长度；dp为制动管路直径；ΔP为制动管路出气口与进气口压力差值；
(2)气压制动的制动气室不充气状态的内腔延迟时间t1c计算：
式中，ρ为压缩气体密度；fc为制动气室的摩擦因数；lc为制动气室不充气状态的内腔长度；dc为制动气室不充气状态的内腔直径；ΔPc为制动气室的内腔与进气口压力差值；
(3)气压制动系统执行机构动作延迟时间t1m计算：
式中，Cp为密封件的阻尼系数；x为制动力矩达到最大时制动块位移；Kp为回位弹簧和橡胶密封件的总刚度；Fc为制动气室气压产生的力；Fn为制动盘与制动块间的接触力；mb为制动块总质量；ε为增力比；Ap为活塞面积；σ为制动间隙；dmax为阻尼系数达到最大时的变形量；
(4)气压制动回路压力响应延迟时间t1计算：
t1＝t1l+t1c+t1m
(5)采取部分制动时制动气室建压时间t2计算：
式中，P0为制动管路出气口压力；Vc为充放气时制动气室的内腔容积；K为绝热系数；Ac为制动气室入口有效截面积；Tc为制动气室的绝对温度；Pc为制动气室内压力；R0为气体常数；Ps为气源压力；Vc0为制动气室不充气状态的内腔容积；Sc为制动气室内活塞的面积；lcx为充放气时制动气室内活塞的行程；
(6)采取部分制动时制动压力维持时间t3计算：
式中，vobj为最危险目标车辆纵向车速；a0为自车初始加速度；a1为采取部分制动时的制动减速度，a1＝-0.3g；
(7)采取部分制动时自车与前车车速相等时的最小纵向相对距离drmin1的计算：
式中，S1为气压制动回路压力响应延迟时间t1内车辆所行驶的路程；S2为采取部分制动时制动气室建压时间t2内车辆所行驶的路程；S1为采取部分制动时制动压力维持时间t3内车辆所行驶的路程。
进一步的，步骤7)中，根据各压力传感器采集的对应制动气室压力以及制动管路出气口压力以及纵向加速度传感器采集的自车纵向加速度，进行全制动实施评估计算，计算全制动时自车车速减速为0时与前车的最小纵向相对距离drmin2过程如下：
(1)采取全制动时制动气室建压时间t4计算：
(2)采取全制动时制动压力维持时间t5计算：
式中，v`为此刻获取的自车纵向车速；a2为采取部分制动时的制动减速度，a2＝-0.8g；
(3)采取全制动时自车车速减速为0时的最小纵向相对距离drmin2的计算：
式中，S4为采取全制动时制动气室建压时间t4内车辆所行驶的路程；S5为采取全制动时制动压力维持时间t5内车辆所行驶的路程；S6为车辆减速度下降至0阶段车辆所行驶的路程，由于此阶段自车车速极低，接近于0，故忽略此段自车行驶路程，取S6＝0。
本发明的有益效果：
本发明通过最危险目标车辆计算，对自车周围车辆进行筛选，并确定对自车危险系数最高的车辆，提高了自动紧急制动系统的决策准确性；通过对当前路面附着系数进行估算，增加了自动紧急制动系统的准确性；通过TTC门限值修正，实现TTC门限值对路面附着自适应调整，提升了主动安全措施的准确性，减少了对驾驶员的干扰，提高了商用车的主动安全性能；通过部分制动评估以及全制动评估，对依靠TTC指标作为制动系统介入条件在某些工况下所带来的不准确问题进行完善，减少了对驾驶员采取制动行为的干扰，也减少了发生碰撞的几率，提高了商用车的主动安全性能。
附图说明
图1为本发明具体实施方式流程示意图。
具体实施方式
请参阅如1所示：
本发明提供一种路面附着自适应的商用车气压自动紧急制动控制方法，包括以下步骤：
步骤1)，摄像头采集车道线及周围目标车辆位置；毫米波雷达采集周围目标车与自车的相对速度、纵向相对距离与相对加速度；各轮速传感器采集对应车轮的轮速；各压力传感器采集对应制动气室压力以及制动管路出气口压力；制动踏板位移传感器采集制动踏板行程；纵向加速度传感器采集自车纵向加速度，进而将所采集的数据输入至系统中，并进入步骤2)；
步骤2)，根据摄像头及毫米波雷达所采集的数据输入，进行最危险目标车辆计算，并进入步骤3)。最危险目标车辆计算具体步骤如下：
(1)对以自车为坐标中心的周围目标车辆横向相对距离进行计算：
式中，xreli为第i辆目标车辆与自车的横向相对距离；sreli为第i辆目标车辆与自车的相对距离；θi为第i辆目标车辆与自车的中心线的夹角；
(2)根据摄像头所采集的车道线信息，获取车道宽度dw，并将所计算出的以自车为坐标中心的周围目标车辆横向相对距离，与车道宽度的一半dw/2以及自车的宽度dc相对比，将的目标车辆视为无潜在危险目标车辆，不予进行观测计算，当/>时，将其设为危险目标车辆；将/>的目标车辆视为具有潜在危险的目标车辆，作为备选观测计算，当/>时，将其设为危险目标车辆；将/>的目标车辆视为危险目标车辆，并进行筛选观测计算，若无目标车辆符合危险目标车辆条件，则输出不存在最危险车辆目标信号；若存在则进入(3)；
(3)根据所选取的危险目标车辆，对其进行以自车为坐标中心的危险目标车辆纵向相对距离计算：
式中，yreli为第i辆目标车辆与自车的纵向相对距离；
(4)根据计算的以自车为坐标中心的危险目标车辆纵向相对距离，选取最小值为以自车为坐标中心的最危险目标车辆纵向相对距离，即
drel＝min(yrel1，yrel2，yrel3，...，yreli，...，yreln)
式中，drel为以自车为坐标中心的最危险目标车辆纵向相对距离；
(5)将由摄像头采集的最危险目标车辆的车辆位置，以及毫米波雷达采集的此最危险车辆目标与自车的相对速度、纵向相对距离与相对加速度的数据输入至系统中。
步骤3)，根据最危险目标车辆的计算结果，判断自车周围是否存在最危险目标车辆，若存在则进入步骤4)；若不存在则返回步骤1)；
步骤4)，对TTC第一门限值TTCth1、第二门限值TTCth2、第三门限值TTCth3进行赋值，令TTC第一门限值TTCth1赋值为预设的在实际路面附着系数为0.3时的值TTC1，令TTC第二门限值TTCth2赋值为预设的在实际路面附着系数为0.3时的值TTC2，令TTC第三门限值TTCth3赋值为预设的在实际路面附着系数为0.3时值TTC3，并进入步骤5)；
步骤5)，根据各轮速传感器采集的对应车轮的轮速，进行路面附着系数的估算，并进入步骤6)。路面附着系数估算具体步骤如下：
(1)纵向车速v计算，即：
式中，ωfl、ωfr、ωrl、ωrr分别为左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的轮速；rfl、rfr、rrl、rrr分别为左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的半径；aR为车辆在一般路面制动时能达到的减速度，此处aR取g；
(2)计算滑移率λ，即：
式中，ω为车轮角速度；r为车轮的滚动半径；
(3)当滑移率λ小于等于20％时，即λ≤20％，利用斜率法估算路面附着系数μ，即：
式中，k为μ-λ曲线线性区的斜率；Fxri与Fzri分别为后轴轮胎在当前滑移率下的纵向力与垂向力；λ`为线性区最大的轮胎滑移率，λ`＝20％；γ为线性区最大路面附着系数与峰值路面附着系数的比例系数，γ＝1.35；
(4)当滑移率λ大于20％时，即λ＞20％，建立车辆加速上坡模型，利用带遗忘因子的递推最小二乘法估算路面附着系数μ，其中车辆加速上坡模型忽略旋转质量惯性阻力偶矩与滚动阻力偶矩，即：
式中，Fzf、Fzr为作用在前、后轮上的地面法向反作用力；Fzsf、Fzsr为车辆所受重力分配于前、后轴的分量产生的地面法向反作用力；Fzwf、Fzwr为作用于车身上并位于前、后轮接地点上方的空气升力；G为车辆所受重力；g为重力加速度；hg为车辆质心距地面高度；L为车辆轴距；a、b为车辆质心至前、后轴的距离；α为道路坡度角；CLf、CLr为前、后空气升力系数；A为车辆迎风面积；ρ为空气密度；ur为无风时车辆的行驶速度；
(5)作用于后轮上的地面切向反作用力Fxr，即：
式中，μ为路面附着系数；
(6)采用带遗忘因子的递推最小二乘法估算路面附着系数μ，在递推最小二乘算法中，测量值与系统参数间有如下关系：
式中，z(k)为测量值；H(k)为系数矩阵；为待估计参数；
则带有遗忘因子的最小二乘算法为：
式中，L(k)为增益矩阵；P(k)为协方差矩阵。
步骤6)，判断路面附着系数的估算结果，若路面附着系数的估算结果不等于0.3，则进入步骤7)；若路面附着系数的估算结果等于0.3，则进入步骤8)；
步骤7)，根据路面附着系数的估算结果、预设的在实际路面附着系数为0.3时的TTC第一门限值TTC1、预设的在实际路面附着系数为0.3时的TTC第二门限值TTC2、预设的在实际路面附着系数为0.3时的TTC第三门限值TTC3、预设的在实际路面附着系数为0.3时TTC第一门限值TTC1的两车纵向相对距离值d1、预设的在实际路面附着系数为0.3时TTC第二门限值TTC2的两车纵向相对距离值d2、预设的在实际路面附着系数为0.3时TTC第三门限值TTC3的两车纵向相对距离值d3，对TTC第一门限值TTCth1、TTC第二门限值TTCth2、TTC第三门限值TTCth3进行修正，并进入步骤8)。TTC门限值修正方法具体步骤如下：
(1)计算在实际路面附着系数为0.3时，TTC门限值为TTC1、TTC2、TTC3内车辆所行驶过的纵向距离，即：
式中，tTTC1为预设的在实际路面附着系数为0.3时的TTC第一门限值；tTTC2预设的在实际路面附着系数为0.3时的TTC第二门限值；tTTC3预设的在实际路面附着系数为0.3时的TTC第三门限值；d1`为在实际路面附着系数为0.3时的TTC第一门限值的时间内自车所行驶的纵向距离；d2`为在实际路面附着系数为0.3时的TTC第二门限值的时间内自车所行驶的纵向距离；d3`为在实际路面附着系数为0.3时的TTC第三门限值的时间内自车所行驶的纵向距离；
(2)对预设的TTC门限值TTC1、TTC2、TTC3进行修正，即：
式中，tTTCth1为修正后的TTC第一门限值；tTTCth2为修正后的TTC第二门限值；tTTCth3为修正后的TTC第三门限值。
步骤8)，根据所选定的最危险车辆目标，进行TTC值计算，并进入步骤9)。TTC值计算过程具体如下：
式中，vrel为最危险目标车辆与自车的相对速度；arel为最危险目标车辆与自车的相对加速度；drel为以自车为坐标中心的最危险目标车辆纵向相对距离。
步骤9)，根据所计算的TTC值与TTCth1与TTCth2门限值进行对比，若所计算的TTC值处于TTCth2＜TTC≤TTCth1，则进入步骤10)；若TTC＞TTCth1或TTC≤TTCth2，则进入步骤14)；
步骤10)，根据对TTC计算值的判定结果，确定此时车辆所处工况的危险程度较低，采取一级预警，即仪表盘的警示灯长亮与显示中控台的警示图像，以引起驾驶员的注意，并进入步骤11)；
步骤11)，根据制动踏板位移传感器的测量值，作为判断依据，若制动踏板位移传感器的测量值为0，即驾驶员未采取制动操作，则进入步骤12)；若制动踏板位移传感器的测量值不为0，即驾驶员采取相应的制动操作，则进入步骤13)；
步骤12)，根据驾驶员未采取制动操作的判定结果，进行一级预警的持续警示，即仪表盘的警示灯长亮与中控台的警示图像持续显示，以引起驾驶员的注意，并返回步骤4)；
步骤13)，根据驾驶员采取制动操作的判定结果，停止一级预警，即仪表盘的警示灯熄灭与中控台的警示图像不显示，并退出自动紧急制动系统，进行下一次循环。
步骤14)，根据所计算的TTC值与TTCth2与TTCth3门限值进行对比，若所计算的TTC值处于TTCth3＜TTC≤TTCth2，则进入步骤15)；若TTC＞TTCth2或TTC≤TTCth3，则进入步骤19)；
步骤15)，根据对TTC计算值的判定结果，确定此时车辆所处工况的危险程度较高，采取二级预警，即仪表盘的警示灯长亮与显示中控台的警示图像，同时进行声音预警播报，以引起驾驶员的注意，并进入步骤16)；
步骤16)，根据制动踏板位移传感器的测量值，作为判断依据，若制动踏板位移传感器的测量值为0，即驾驶员未采取制动操作，则进入步骤17)；若制动踏板位移传感器的测量值不为0，即驾驶员采取相应的制动操作，则进入步骤18)；
步骤17)，根据驾驶员未采取制动操作的判定结果，进行二级预警的持续警示，即仪表盘的警示灯长亮与中控台的警示图像持续显示，同时持续进行声音预警播报，以引起驾驶员的注意，并返回步骤4)；
步骤18)，根据驾驶员采取制动操作的判定结果，停止二级预警，即仪表盘的警示灯熄灭与中控台的警示图像不显示，同时声音预警停止播报，并退出自动紧急制动系统，进行下一次循环。
步骤19)，根据所计算的TTC值与TTC第三门限值TTCth3进行对比，若TTC≤TTCth3，则进入步骤20)；若TTC＞TTCth1＞TTCth3，则返回步骤4)；
步骤20)，根据对TTC计算值的判定结果，再进行相对车速vrel判定，若vrel＜0，即前车车速小于自车车速，则进入步骤21)；若vrel≥0，即前车车速大于或等于自车车速，则返回步骤1)；
步骤21)，根据对TTC计算值与相对速度vrel的判定结果，确定此时车辆所处工况的危险程度已处于很高或极高，采取主动制动介入预警，即仪表盘的警示灯长亮与显示中控台的警示图像，同时进行声音预警播报，以引起驾驶员的注意，并进入步骤22)；
步骤22)，根据各压力传感器采集的对应制动气室压力以及制动管路出气口压力以及纵向加速度传感器采集的自车纵向加速度，进行部分制动实施评估计算，计算采取部分制动时自车与前车车速相等时的最小纵向相对距离drmin1，并进入步骤23)。部分制动评估计算具体步骤如下：
(1)气压制动的制动管路延迟时间t1l计算：
式中，ρ为压缩气体密度；fl为制动管路的摩擦因数；lp为制动管路长度；dp为制动管路直径；ΔP为制动管路出气口与进气口压力差值；
(2)气压制动的制动气室不充气状态的内腔延迟时间t1c计算：
式中，ρ为压缩气体密度；fc为制动气室的摩擦因数；lc为制动气室不充气状态的内腔长度；dc为制动气室不充气状态的内腔直径；ΔPc为制动气室的内腔与进气口压力差值；
(3)气压制动系统执行机构动作延迟时间t1m计算：
式中，Cp为密封件的阻尼系数；x为制动力矩达到最大时制动块位移；Kp为回位弹簧和橡胶密封件的总刚度；Fc为制动气室气压产生的力；Fn为制动盘与制动块间的接触力；mb为制动块总质量；ε为增力比；Ap为活塞面积；σ为制动间隙；dmax为阻尼系数达到最大时的变形量；
(4)气压制动回路压力响应延迟时间t1计算：
t1＝t1l+t1c+t1m
(5)采取部分制动时制动气室建压时间t2计算：
/>
式中，P0为制动管路出气口压力；Vc为充放气时制动气室的内腔容积；K为绝热系数；Ac为制动气室入口有效截面积；Tc为制动气室的绝对温度；Pc为制动气室内压力；R0为气体常数；Ps为气源压力；Vc0为制动气室不充气状态的内腔容积；Sc为制动气室内活塞的面积；lcx为充放气时制动气室内活塞的行程；
(6)采取部分制动时制动压力维持时间t3计算：
式中，vobj为最危险目标车辆纵向车速；a0为自车初始加速度；a1为采取部分制动时的制动减速度，a1＝-0.3g；
(7)采取部分制动时自车与前车车速相等时的最小纵向相对距离drmin1的计算：
式中，S1为气压制动回路压力响应延迟时间t1内车辆所行驶的路程；S2为采取部分制动时制动气室建压时间t2内车辆所行驶的路程；S1为采取部分制动时制动压力维持时间t3内车辆所行驶的路程。
步骤23)，根据部分制动实施评估所计算的采取部分制动时自车与前车车速相等时的最小纵向相对距离drmin1，与预设的纵向安全距离ds相对比，若drmin1＞ds，则返回步骤4)；若drmin1≤ds，则进入步骤24)；
步骤24)，根据部分制动实施评估所计算的采取部分制动时自车与前车车速相等时的最小纵向相对距离drmin1，与预设的纵向安全距离ds相对比，若drmin1＝ds，则进入步骤25)；若drmin1＜ds，则进入步骤29)；
步骤25)，根据对TTC计算值、相对速度vrel以及采取部分制动时自车与前车车速相等时的最小纵向相对距离drmin1的判定结果，确定此时工况的危险程度很高，采取部分制动，即制动强度大小为0.3g，且维持此制动强度，直至自车车速与前车车速相等，并进入步骤26)；
步骤26)，根据毫米波雷达测量的当前相对车速值作为部分制动实施效果的判定依据，对当前相对车速vrel进行判定，若vrel≥0，即实施部分制动后达到预设的纵向安全距离ds，此时前车车速大于或等于自车车速，则进入步骤27)；若vrel＜0，即实施部分制动后未达到预设的纵向安全距离ds，此时前车车速小于自车车速，则进入步骤28)；
步骤27)，根据对当前相对速度vrel的判定结果，确定此时工况的危险程度很低，停止主动制动介入预警与部分制动，即仪表盘的警示灯熄灭与中控台的警示图像不显示，同时声音预警停止播报，且制动强度降为0，并退出自动紧急制动系统，进行下一次循环。
步骤28)，根据对当前相对速度vrel的判定结果，确定此时工况的危险程度仍处于很高，进行主动制动预警的持续警示，与部分制动的保持，即仪表盘的警示灯长亮与中控台的警示图像持续显示，同时持续进行声音预警播报，以引起驾驶员的注意，且保持制动强度为0.3g，并维持此制动强度，直至自车车速与前车车速相等，并返回步骤26)；
步骤29)，根据各压力传感器采集的对应制动气室压力以及制动管路出气口压力以及纵向加速度传感器采集的自车纵向加速度，进行全制动实施评估计算，计算全制动时自车车速减速为0时与前车的最小纵向相对距离drmin2，并进入步骤30)。全制动评估计算具体步骤如下：
(1)采取全制动时制动气室建压时间t4计算：
(2)采取全制动时制动压力维持时间t5计算：
式中，v`为此刻获取的自车纵向车速；a2为采取部分制动时的制动减速度，a2＝-0.8g；
(3)采取全制动时自车车速减速为0时的最小纵向相对距离drmin2的计算：
式中，S4为采取全制动时制动气室建压时间t4内车辆所行驶的路程；S5为采取全制动时制动压力维持时间t5内车辆所行驶的路程；S6为车辆减速度下降至0阶段车辆所行驶的路程，由于此阶段自车车速极低，接近于0，故忽略此段自车行驶路程，取S6＝0。
步骤30)，根据全制动时自车车速减速为0时与前车的最小纵向相对距离drmin2，与预设的纵向安全距离ds相对比，若drmin2＞ds，则进入步骤31)；若drmin2≤ds，则进入步骤32)；
步骤31)，根据对TTC计算值、相对速度vrel以及采取部分制动时自车与前车车速相等时的最小纵向相对距离drmin2的判定结果，确定此时工况的危险程度很高，采取部分制动，即制动强度大小为0.3g，且维持此制动强度，并返回步骤26)；
步骤32)，根据对TTC计算值、相对速度vrel以及采取全制动时自车与前车车速相等时的最小纵向相对距离drmin2的判定结果，确定此时工况的危险程度极高，采取全制动，即制动强度大小为0.8g，且维持此制动强度，直至自车车速为0，并进入步骤33)；
步骤33)，根据估算的自车车速值作为全制动实施效果的判定依据，对自车车速v进行判定，若v≠0，即实施全制动后未达到预设的纵向安全距离ds，则进入步骤34)；若v＝0，即实施全制动后达到预设的纵向安全距离ds，则进入步骤35)；
步骤34)，根据对自车车速v的判定结果，确定此时工况的危险程度仍处于极高，进行主动制动预警的持续警示，与全制动的保持，即仪表盘的警示灯长亮与中控台的警示图像持续显示，同时持续进行声音预警播报，以引起驾驶员的注意，且保持制动强度为0.8g，并维持此制动强度，直至自车车速为0，并返回步骤33)；
步骤35)，根据对自车车速v的判定结果，确定此时工况的危险程度很低，停止主动制动介入预警与全制动，即仪表盘的警示灯熄灭与中控台的警示图像不显示，同时声音预警停止播报，且制动强度降为0，并退出自动紧急制动系统，进行下一次循环。

Claims (8)

1.一种路面附着自适应的商用车气压自动紧急制动控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1)，采集车道线、周围目标车辆位置、周围目标车与自车的相对速度、纵向相对距离、相对加速度、自车各车轮的轮速、各制动气室压力、制动管路出气口压力、制动踏板行程以及自车纵向加速度；
步骤2)，根据所采集的数据输入，进行最危险目标车辆计算，筛选出自车周围最危险目标车辆；
步骤3)，筛选出自车周围最危险目标车辆后，对碰撞预警时间TTC第一门限值TTCth1、第二门限值TTCth2、第三门限值TTCth3进行赋值，令第一门限值TTCth1赋值为预设的在实际路面附着系数为0.3时的值TTC1，令第二门限值TTCth2赋值为预设的在实际路面附着系数为0.3时的值TTC2，令第三门限值TTCth3赋值为预设的在实际路面附着系数为0.3时的值TTC3；
步骤4)，根据所采集的车轮的轮速，进行路面附着系数的估算；
步骤5)，判断路面附着系数的估算结果是否等于0.3，若路面附着系数的估算结果等于0.3，则根据所判断的最危险目标车辆，进行TTC值计算；若路面附着系数的估算结果不等于0.3，则对TTC第一门限值TTCth1、第二门限值TTCth2、第三门限值TTCth3进行修正，并根据所判断的最危险目标车辆，进行TTC值计算；
步骤6)，根据所计算的TTC值与TTCth1、TTCth2和TTCth3门限值进行比较：
步骤6.1)，若TTC＞TTCth1，则返回步骤3)；
步骤6.2)，若TTCth2＜TTC≤TTCth1，则确定此时车辆所处工况的危险程度较低，采取一级预警，并根据制动踏板位移传感器的测量值判断驾驶员是否采取制动操作，若制动踏板位移的测量值为0，即驾驶员未采取制动操作，则持续进行一级预警；若制动踏板位移的测量值不为0，即驾驶员采取相应的制动操作，则停止一级预警，并退出自动紧急制动；
步骤6.3)，若TTCth3＜TTC≤TTCth2，则确定此时车辆所处工况的危险程度较高，采取二级预警，并根据制动踏板位移传感器的测量值判断驾驶员是否采取制动操作，若制动踏板位移传感器的测量值为0，即驾驶员未采取制动操作，则持续进行二级预警；若制动踏板位移传感器的测量值不为0，即驾驶员采取相应的制动操作，则停止二级预警，并退出自动紧急制动；
步骤6.4)，若TTC≤TTCth3，则进行相对车速vrel判定：
若相对车速vrel不小于0，即前车车速大于或等于自车车速，则返回步骤1)；
若相对车速vrel小于0，即前车车速小于自车车速，则确定此时车辆所处工况的危险程度很高或极高，采取主动制动介入预警，同时进行部分制动实施评估计算，计算采取部分制动时自车与前车车速相等时的最小纵向相对距离drmin1；
步骤7)，将计算得到的采取部分制动时自车与前车车速相等时的最小纵向相对距离drmin1与预设的纵向安全距离ds相对比：
若drmin1＞ds，则返回步骤3)；
若drmin1＝ds，则确定此时工况的危险程度很高，采取部分制动，且维持此制动强度直至自车车速与前车车速相等或小于前车车速后，停止主动制动介入预警，且主动制动的制动强度降为0，并退出自动紧急制动；
若drmin1＜ds，则进行全制动实施评估计算，计算采取全制动时自车车速减速为0时与前车的最小纵向相对距离drmin2；
步骤8)，将计算得到的采取全制动时自车车速减速为0时与前车的最小纵向相对距离drmin2与预设的纵向安全距离ds相对比：
若drmin2＞ds，则确定此时工况的危险程度很高，采取部分制动，且维持此制动强度直至自车车速与前车车速相等或小于前车车速后，停止主动制动介入预警，且主动制动的制动强度降为0，并退出自动紧急制动；
若drmin2≤ds，则确定此时工况的危险程度极高，采取全制动，且维持此制动强度，直至自车车速为0后，停止主动制动介入预警，且主动制动的制动强度降为0，并退出自动紧急制动。
2.根据权利要求1所述的一种路面附着自适应的商用车气压自动紧急制动控制方法，其特征在于：步骤2)中，最危险目标车辆计算过程包括以下步骤：
(1)对以自车为坐标中心的周围目标车辆横向相对距离进行计算：
式中，xreli为第i辆目标车辆与自车的横向相对距离；sreli为第i辆目标车辆与自车的相对距离；θi为第i辆目标车辆与自车的中心线的夹角；
(2)根据所采集的车道线信息，获取车道宽度dw，并将所计算出的以自车为坐标中心的周围目标车辆横向相对距离与车道宽度的一半dw/2以及自车的宽度dc相对比，将的目标车辆视为无潜在危险目标车辆，不予进行观测；将/>的目标车辆视为具有潜在危险的目标车辆，作为备选观测目标继续观测；将/>的目标车辆视为危险目标车辆，并进行筛选观测计算；若无目标车辆符合危险目标车辆条件，则输出不存在最危险车辆目标信号；
(3)根据所筛选的危险目标车辆，对其进行以自车为坐标中心的危险目标车辆纵向相对距离计算：
式中，yreli为第i辆目标车辆与自车的纵向相对距离；
(4)根据计算的以自车为坐标中心的危险目标车辆纵向相对距离，选取最小值为以自车为坐标中心的最危险目标车辆纵向相对距离，即：
drel＝min(yrel1，yrel2，yrel3，...，yreli，...，yreln)
式中，drel为以自车为坐标中心的最危险目标车辆纵向相对距离；
(5)将采集的最危险目标车辆的车辆位置，以及采集的此最危险车辆目标与自车的相对速度、纵向相对距离与相对加速度的数据输入至控制系统中。
3.根据权利要求1所述的一种路面附着自适应的商用车气压自动紧急制动控制方法，其特征在于：步骤4)中，路面附着系数估算过程如下：
(1)纵向车速v计算，即：
式中，ωfl、ωfr、ωrl、ωrr分别为左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的轮速；rfl、rfr、rrl、rrr分别为左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的半径；aR为车辆在一般路面制动时能达到的减速度，此处aR取g；
(2)计算滑移率λ，即：
式中，ω为车轮角速度；r为车轮的滚动半径；
(3)当滑移率λ小于等于20％时，即λ≤20％，利用斜率法估算路面附着系数μ，即：
式中，k为μ-λ曲线线性区的斜率；Fxri与Fzri分别为后轴轮胎在当前滑移率下的纵向力与垂向力；λ`为线性区最大的轮胎滑移率，λ`＝20％；γ为线性区最大路面附着系数与峰值路面附着系数的比例系数，γ＝1.35；
(4)当滑移率λ大于20％时，即λ＞20％，建立车辆加速上坡模型，利用带遗忘因子的递推最小二乘法估算路面附着系数μ，其中车辆加速上坡模型忽略旋转质量惯性阻力偶矩与滚动阻力偶矩，即：
式中，Fzf、Fzr为作用在前、后轮上的地面法向反作用力；Fzsf、Fzsr为车辆所受重力分配于前、后轴的分量产生的地面法向反作用力；Fzwf、Fzwr为作用于车身上并位于前、后轮接地点上方的空气升力；G为车辆所受重力；g为重力加速度；hg为车辆质心距地面高度；L为车辆轴距；a、b为车辆质心至前、后轴的距离；α为道路坡度角；CLf、CLr为前、后空气升力系数；A为车辆迎风面积；ρ为空气密度；ur为无风时车辆的行驶速度；
(5)作用于后轮上的地面切向反作用力Fxr，即：
式中，μ为路面附着系数；
(6)采用带遗忘因子的递推最小二乘法估算路面附着系数μ，在递推最小二乘算法中，测量值与系统参数间有如下关系：
式中，z(k)为测量值；H(k)为系数矩阵；为待估计参数；
则带有遗忘因子的最小二乘算法为：
式中，L(k)为增益矩阵；P(k)为协方差矩阵。
4.根据权利要求1所述的一种路面附着自适应的商用车气压自动紧急制动控制方法，其特征在于：步骤5)中，对TTC第一门限值TTCth1、第二门限值TTCth2、第三门限值TTCth3进行修正的过程如下：
(1)计算在实际路面附着系数为0.3时，TTC门限值为TTC1、TTC2、TTC3内车辆所行驶过的纵向距离，即：
式中，tTTC1为预设的在实际路面附着系数为0.3时的TTC第一门限值TTC1；tTTC2预设的在实际路面附着系数为0.3时的TTC第二门限值TTC2；tTTC3预设的在实际路面附着系数为0.3时的TTC第三门限值TTC3；d1`为在实际路面附着系数为0.3时的TTC第一门限值的时间内自车所行驶的纵向距离；d2`为在实际路面附着系数为0.3时的TTC第二门限值的时间内自车所行驶的纵向距离；d3`为在实际路面附着系数为0.3时的TTC第三门限值的时间内自车所行驶的纵向距离；
(2)对预设的TTC门限值TTC1、TTC2、TTC3进行修正，即：
式中，tTTCth1为修正后的TTC第一门限值；tTTCth2为修正后的TTC第二门限值；tTTCth3为修正后的TTC第三门限值。
5.根据权利要求1所述的一种路面附着自适应的商用车气压自动紧急制动控制方法，其特征在于：步骤5)中，TTC值计算过程如下：
式中，vrel为最危险目标车辆与自车的相对速度；arel为最危险目标车辆与自车的相对加速度；drel为以自车为坐标中心的最危险目标车辆纵向相对距离。
6.根据权利要求1所述的一种路面附着自适应的商用车气压自动紧急制动控制方法，其特征在于：步骤6)中，根据采集的制动气室压力、制动管路出气口压力以及采集的自车纵向加速度，进行部分制动实施评估计算，计算采取部分制动时自车与前车车速相等时的最小纵向相对距离drmin1过程如下：
(1)气压制动的制动管路延迟时间t1l计算：
式中，ρ为压缩气体密度；fl为制动管路的摩擦因数；lp为制动管路长度；dp为制动管路直径；ΔP为制动管路出气口与进气口压力差值；
(2)气压制动的制动气室不充气状态的内腔延迟时间t1c计算：
式中，ρ为压缩气体密度；fc为制动气室的摩擦因数；lc为制动气室不充气状态的内腔长度；dc为制动气室不充气状态的内腔直径；ΔPc为制动气室的内腔与进气口压力差值；
(3)气压制动系统执行机构动作延迟时间t1m计算：
式中，Cp为密封件的阻尼系数；x为制动力矩达到最大时制动块位移；Kp为回位弹簧和橡胶密封件的总刚度；Fc为制动气室气压产生的力；Fn为制动盘与制动块间的接触力；mb为制动块总质量；ε为增力比；Ap为活塞面积；σ为制动间隙；dmax为阻尼系数达到最大时的变形量；
(4)气压制动回路压力响应延迟时间t1计算：
t1＝t1l+t1c+t1m
(5)采取部分制动时制动气室建压时间t2计算：
式中，P0为制动管路出气口压力；Vc为充放气时制动气室的内腔容积；K为绝热系数；Ac为制动气室入口有效截面积；Tc为制动气室的绝对温度；Pc为制动气室内压力；R0为气体常数；Ps为气源压力；Vc0为制动气室不充气状态的内腔容积；Sc为制动气室内活塞的面积；lcx为充放气时制动气室内活塞的行程；
(6)采取部分制动时制动压力维持时间t3计算：
式中，vobj为最危险目标车辆纵向车速；a0为自车初始加速度；a1为采取部分制动时的制动减速度，a1＝-0.3g；
(7)采取部分制动时自车与前车车速相等时的最小纵向相对距离drmin1的计算：
式中，S1为气压制动回路压力响应延迟时间t1内车辆所行驶的路程；S2为采取部分制动时制动气室建压时间t2内车辆所行驶的路程；S1为采取部分制动时制动压力维持时间t3内车辆所行驶的路程。
7.根据权利要求1所述的一种路面附着自适应的商用车气压自动紧急制动控制方法，其特征在于：步骤6)中，所述的一级预警为仪表盘的警示灯长亮，显示中控台的警示图像；所述的二级预警为仪表盘的警示灯长亮，显示中控台的警示图像，同时进行声音预警播报；所述的主动制动介入预警为仪表盘的警示灯长亮，显示中控台的警示图像，同时进行声音预警播报。
8.根据权利要求1所述的一种路面附着自适应的商用车气压自动紧急制动控制方法，其特征在于：步骤7)中，根据采集的对应制动气室压力、制动管路出气口压力以及采集的自车纵向加速度，进行全制动实施评估计算，计算全制动时自车车速减速为0时与前车的最小纵向相对距离drmin2过程如下：
(1)采取全制动时制动气室建压时间t4计算：
(2)采取全制动时制动压力维持时间t5计算：
式中，v`为此刻获取的自车纵向车速；a2为采取部分制动时的制动减速度，a2＝-0.8g；
(3)采取全制动时自车车速减速为0时的最小纵向相对距离drmin2的计算：
式中，S4为采取全制动时制动气室建压时间t4内车辆所行驶的路程；S5为采取全制动时制动压力维持时间t5内车辆所行驶的路程；S6为车辆减速度下降至0阶段车辆所行驶的路程，由于此阶段自车车速极低，接近于0，故忽略此段自车行驶路程，取S6＝0。
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CN114148322A (zh) 2022-03-08

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