CN114475541B - 一种考虑乘客安全的自动紧急制动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种考虑乘客安全的自动紧急制动方法。包括如下步骤：S1：车载传感器收集路面信息和障碍物信息，随后判断附着系数能否产生预期的制动减速度，计算出安全距离；S2:将计算得到的安全距离模型输入AEB决策模块中，判断驾驶时实时车距是否满足安全距离模型来决定是否介入制动；S3：当实时车距小于安全距离时，系统发出制动指令并按设计的制动减速度方案采取制动。本发明制定出考虑减速度及其变化率的制动控制方案，提出了针对两种典型工况下的主动制动安全距离模型并建立统一的数学表达式，根据实际情况，选择合适的制动减速度，能够避免AEB介入与退出制动时因减速度产生突变而造成对驾乘人员的影响，提高了驾乘的安全性。

Description

一种考虑乘客安全的自动紧急制动方法

技术领域

本发明属于车辆制动领域，具体涉及一种考虑乘客安全的自动紧急制动方法。

背景技术

自动紧急制动系统属于驾驶辅助主动安全领域。其一般基于毫米波雷达的探测功能，毫米波雷达具有集成性好、受雨雪等恶劣天气干扰小、探测距离远、可靠性好等优点。自动紧急制动系统能够在很大程度上主动预防由于驾驶员的操作不当导致的追尾事故，而且也是未来车辆实现自动驾驶需要经历的过程。自动紧急制动系统作为提升汽车主动安全的关键技术，能够通过传感器及时发现车辆前方潜在的碰撞威胁，并通过避撞算法主动介入制动以避免发生碰撞，从而达到有效降低意外交通碰撞事故发生率的目的。调查显示，与未装配主动安全技术的车辆相比，装有AEB系统的车辆的追尾事故总体数量减少38％。

当前的诸多研究表明，对于前方出现行人时，车辆采取自动紧急制动，车速在短时间内的急剧变化会让驾乘人员产生不适感，同时也对行人造成惊吓。对于前方出现行人的自动紧急制动系统也将成为今后研究的重点。大部分控制策略仅仅只考虑到制动减速度的切换频率，没有考虑到乘坐者的安全。

发明内容

本发明的目的在于提供一种考虑乘客安全的自动紧急制动方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种考虑乘客安全的自动紧急制动方法，包括如下步骤：

步骤(1)：车载传感器收集路面信息和障碍物信息，针对前车匀速、前车常规制动和前车紧急制动三种典型工况，确定统一的安全距离模型d_b：

式中，d_initial为前车开始制动时两车距离，a₁为前车制动减速度，t₁、t₅为AEB 介入时刻，v_rel为相对速度，d₀为最小跟车距离，t₀为AEB介入时刻；

步骤(2)：将步骤(1)得到的安全距离模型输入进AEB决策模块中，制定分级制动策略，分级制动策略如下：

步骤(3)：判断当前路面峰值附着系数是否满足最大期望减速度，满足，就按照步骤(1)的安全距离模型计算出安全距离，如不满足，就按照当前路面峰值系数取得的制动减速度重新计算出安全距离；

步骤(4)：根据实际的前后车距离与计算的安全距离判断，当实际的距离大于安全距离不需要介入制动，当实际的距离小于安全距离，AEB介入制动。

进一步的，步骤(1)中的“车载传感器收集路面信息和障碍物信息”具体步骤如下：

路面附着系数的定义为：

平直路面上轮胎制动工况下回转力模型为：

路面附着系数μ的表达式为：

式中，F_x为地面纵向反作用力，F_z为垂直载荷，J为车轮转动惯量，为车轮角减速度，T为车轮所受制动力矩，T_f为滚动阻力矩，r为车轮滚动半径。

进一步的，步骤(1)中的“针对前车匀速、前车常规制动和前车紧急制动三种典型工况，确定统一的安全距离模型d_b”具体为：

a)前车匀速工况

在这种工况下，两车距离变化量都只取决于后车运动状态，确保后车不与前车碰撞的制动临界距离应为后车按期望减速度行驶的制动距离,另外，前后车应保持一定的最小行车距离d₀

制动安全距离为：

式中，v_rel为相对速度，t₁、t₅分别为AEB介入的起止时刻，

b)前车常规制动

后车在检测到前车减速信号时立刻制动：当前车制动时两车间距较大，后车在前车制动前期仍保持匀速，不在前车制动结束前完成制动；

制动安全距离为：

式中，d_initial为前车开始制动时两车距离，a₁为前车制动减速度，t_b1、t_b2分别为前后车制动时间，s₁、s₂分别为前后车制动距离，v₀为两车初始车速，v为两车制动结束后的车速；

c)前车紧急制动

制动安全距离为：

式中，d_initial为前车开始制动时两车距离，a₁为前车制动减速度，s₁、s₂分别为前后车制动距离，v₀为两车初始车速。

由此建立典型工况下的统一安全距离模型：

进一步的，步骤(4)中的“AEB介入制动”具体为：上层控制器决策得到的制动信号与具体制动减速度转换为制动主缸压力；

期望减速度对应的制动力矩为：

式中，m为整车质量，a_des为车辆期望制动减速度，F_b为制动力，r为车轮半径，g为重力加速度，f为滚动阻力系数，C_D为空气阻力系数，A为迎风面积，ρ为空气密度，v为车速；

式中，K_b为制动力与制动压力比例系数，P为制动主缸压力；

期望减速度对应的期望制动压力P_e：

根据计算得到的P_e分配给制动主缸。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

本发明提出一种考虑乘客安全的自动紧急制动方法，制定出考虑减速度及其变化率的制动控制方案，提出了针对两种典型工况下的主动制动安全距离模型并建立统一的数学表达式，根据实际情况，选择合适的制动减速度，能够避免AEB 介入与退出制动时因减速度产生突变而造成对驾乘人员的影响，提高了驾乘的安全性。

附图说明

图1为本发明的制动控制流程图。

图2为本发明的分级制动减速曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

如图1-2所示，一种考虑乘客安全的自动紧急制动算法，包括如下步骤：

S1：车载传感器收集路面信息和障碍物信息，判断当前路面峰值附着系数是否满足最大期望减速度，如果满足，就按照安全距离模型计算出安全距离，如不满足，就按照当前路面峰值系数取得的制动减速度重新计算出安全距离；

S2：将计算得到的安全距离模型输入AEB决策模块中，根据实际的前后车距离与计算的安全距离判断，当实际的距离大于安全距离不需要介入制动，当实际的距离小于安全距离，AEB介入制动；

S3：当实时车距小于安全距离时，系统发出制动指令并按设计的制动减速度方案采取制动。

所述步骤S1中，车载传感器收集路面信息和障碍物信息的步骤包括：

S11：路面附着系数的定义为：

平直路面上轮胎制动工况下回转力模型为：

路面附着系数μ的表达式为：

式中，F_x为地面纵向反作用力，F_z为垂直载荷，J为车轮转动惯量，为车轮角减速度，T为车轮所受制动力矩，T_f为滚动阻力矩，r为车轮滚动半径。

S12：根据C-NCAP与Euro-NCAP规定的典型AEB测试场景，选取前车匀速、前车匀减速两种典型工况分析安全距离，其中，前车匀减速工况进一步细分为前车常规制动与前车紧急制动，当路面附着系数不满足条件时，只需将设计的减速度修改为允许的最大减速度进行计算。

前车匀速工况

在这两种工况下，两车距离变化量都只取决于后车运动状态，确保后车不与前车碰撞的制动临界距离应为后车按期望减速度行驶的制动距离。另外，前后车应保持一定的最小行车距离d₀

制动安全距离为：

式中，v_rel为相对速度，t₁、t₅分别为AEB介入的起止时刻，d₀为最小跟车距离。

前车常规制动

当前车制动时两车间距较小，此时后车应该在检测到前车减速信号时立刻制动：当前车制动时两车间距较大，后车可以在前车制动前期仍保持匀速，尽量不在前车制动结束前完成制动。

制动安全距离为：

式中，d_initial为前车开始制动时两车距离，a₁为前车制动减速度，t_b1、t_b2分别为前后车制动时间，s₁、s₂分别为前后车制动距离，ν₀为两车初始车速，ν为两车制动结束后的车速，d₀为最小跟车距离。

前车紧急制动

制动安全距离为：

式中，d_initial为前车开始制动时两车距离，a₁为前车制动减速度，s₁、s₂分别为前后车制动距离，ν₀为两车初始车速，d₀为最小跟车距离。

由此建立典型工况下的统一安全距离模型：

式中，d_initial为前车开始制动时两车距离，a₁为前车制动减速度，t₁、t₅为 AEB介入时刻，v_rel为相对速度，d₀为最小跟车距离。

所述步骤S2中，将计算得到的安全距离模型输入进AEB决策模块中的步骤包括：

S21：考虑到驾驶的安全性，需要使制动减速度不发生突变，并且不能过大，因此设置分级制动，系统会在某一刻从较低的减速度切换到确保安全的临界减速度，相应的制动强度由低到高，相比传统的AEB系统制动强度直接从0到高，车辆顿挫感会减少，驾乘人员的驾乘安全性也会提升。

S22:驾驶员的制动水平是影响AEB制动强度的一个重要因素。实验分析在制动减速度-2m/s²时基本没有乘员会不适，保障驾乘安全的最大临界期望减速度a_dmax为-6m/s²。对应减速度控制曲线的分配，将制动减速度分成五个区域，缓冲区为Δt₁、Δt₃、Δt₅，其中Δt₁～Δt₅分别为减速度控制曲线5个阶段的相应时长，对应的制动强度见下式，具体见图2。

S23：判断当前路面峰值附着系数是否满足最大期望减速度，满足，就按照上述安全距离模型计算出安全距离，如不满足，就按照当前路面峰值系数取得的制动减速度重新计算出安全距离。

S24：根据实际的前后车距离与计算的安全距离判断，当实际的距离大于安全距离不需要介入制动，当实际的距离小于安全距离，AEB介入制动。

所述步骤S3中，系统发出制动指令并按设计的制动减速度方案采取制动的步骤包括：

S31：对车辆模型的控制是控制制动压力和节气门开度等。上层控制器决策得到的制动信号与具体制动减速度转换为制动主缸压力。

S32：期望减速度对应的制动力矩为：

式中，m为整车质量，a_des为车辆期望制动减速度，F_b为制动力，r为车轮半径，g为重力加速度，f为滚动阻力系数，C_D为空气阻力系数，A为迎风面积，ρ为空气密度，ν为车速。

式中，K_b为制动力与制动压力比例系数，P为制动主缸压力。

期望减速度对应的期望制动压力P_e：

根据计算得到的P_e分配给制动主缸。

根据本发明所述的一种考虑乘客安全的自动紧急制动算法，整个算法包含：收集路面信息，计算安全距离，发出制动指令制动三个部分。首先车载传感器收集路面信息和障碍物信息，随后判断附着系数能否产生预期的制动减速度，计算出安全距离，然后将计算得到的安全距离模型输入进AEB决策模块中，判断驾驶时实时车距是否满足安全距离模型来决定是否介入制动，最后当实时车距小于安全距离时，系统发出制动指令并按设计的制动减速度方案采取制动。

综上所述，本发明基于自动紧急制动系统，为了提高驾乘安全性，提出了增加减速缓冲区的想法，减小了预期制动减速度，能够避免AEB介入与退出制动时因减速度产生突变而造成对驾乘安全性的影响。

Claims (1)

1.一种考虑乘客安全的自动紧急制动方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤(1)：车载传感器收集路面信息和障碍物信息，针对前车匀速、前车常规制动和前车紧急制动三种典型工况，确定统一的安全距离模型d_b：

式中，d_initial为前车开始制动时两车距离，a₁为前车制动减速度，t₁、t₅为AEB介入时刻，v_rel为相对速度，d₀为最小跟车距离，t₀为AEB介入时刻；

步骤(2)：将步骤(1)得到的安全距离模型输入进AEB决策模块中，制定分级制动策略，分级制动策略如下：

步骤(3)：判断当前路面峰值附着系数是否满足最大期望减速度，满足，就按照步骤(1)的安全距离模型计算出安全距离，如不满足，就按照当前路面峰值系数取得的制动减速度重新计算出安全距离；

步骤(4)：根据实际的前后车距离与计算的安全距离判断，当实际的距离大于安全距离不需要介入制动，当实际的距离小于安全距离，AEB介入制动；

步骤(1)中的“车载传感器收集路面信息和障碍物信息”具体步骤如下：

路面附着系数的定义为：

平直路面上轮胎制动工况下回转力模型为：

路面附着系数μ的表达式为：

式中，F_x为地面纵向反作用力，F_z为垂直载荷，J为车轮转动惯量，为车轮角减速度，T为车轮所受制动力矩，T_f为滚动阻力矩，r为车轮滚动半径；

步骤(1)中的“针对前车匀速、前车常规制动和前车紧急制动三种典型工况，确定统一的安全距离模型d_b”具体为：

a)前车匀速工况

在这种工况下，两车距离变化量都只取决于后车运动状态，确保后车不与前车碰撞的制动临界距离应为后车按期望减速度行驶的制动距离,另外，前后车应保持一定的最小行车距离d₀

制动安全距离为：

式中，v_rel为相对速度，t₁、t₅分别为AEB介入的起止时刻，

b)前车常规制动

后车在检测到前车减速信号时立刻制动：当前车制动时两车间距较大，后车在前车制动前期仍保持匀速，不在前车制动结束前完成制动；

制动安全距离为：

式中，d_initial为前车开始制动时两车距离，a₁为前车制动减速度，t_b1、t_b2分别为前后车制动时间，s₁、s₂分别为前后车制动距离，v₀为两车初始车速，v为两车制动结束后的车速；

c)前车紧急制动

制动安全距离为：

式中，d_initial为前车开始制动时两车距离，a₁为前车制动减速度，s₁、s₂分别为前后车制动距离，v₀为两车初始车速；

由此建立典型工况下的统一安全距离模型：

步骤(4)中的“AEB介入制动”具体为：上层控制器决策得到的制动信号与具体制动减速度转换为制动主缸压力；

期望减速度对应的制动力矩为：

式中，m为整车质量，a_des为车辆期望制动减速度，F_b为制动力，r为车轮半径，g为重力加速度，f为滚动阻力系数，C_D为空气阻力系数，A为迎风面积，ρ为空气密度，v为车速；

式中，K_b为制动力与制动压力比例系数，P为制动主缸压力；

期望减速度对应的期望制动压力P_e：

根据计算得到的P_e分配给制动主缸。