一種基于電動汽車的主動防碰撞系統的制作方法
本實用新型屬于車輛主動安全領域，具體涉及一種基于電動汽車的主動防碰撞系統。
背景技術：
隨著汽車保有量的增加，在推動經濟發展的同時，也給我們帶來了很多的社會問題，如空氣污染和交通事故，尤其是交通事故頻發，帶來了嚴重的經濟損失和人員傷亡。
基于電動汽車的主動防碰撞系統已經成為解決此問題的重要方法，但現有防碰撞系統使用的制動系統采用傳統的拉線式或電機驅動式，其響應時間長，腳感差；此外大部分應用中對安全距離模型未考慮路面變化情況，從而導致其防碰撞的可靠性差，這些缺陷都極大地損害防碰撞系統的推廣。
在已公布專利【CN106004671 A】中公開了一種交叉路口車輛防碰撞系統及防碰撞方法，該系統采用主、從毫米波雷達以及1個單目攝像頭作為目標采集系統，雖然可以在一定程度上提高檢測精度，但其成本較高，而且對于融合算法、制動系構成、控制策略等均未說明；在已公布專利【CN104276078 A】中公開了一種基于前向防碰撞系統的汽車防追尾裝置，該系統采用碰撞時間TTC法，雖然計算簡單，但其模型精度不高，未考慮路面情況，可靠性差，此外僅能預警而不能實現主動制動。
技術實現要素：
為了克服上述現有技術存在的缺陷，本實用新型的目的在于提供一種基于電動汽車的主動防碰撞系統及其控制方法，在結構上采用電控液壓制動取代現有技術中電控機械制動，采用固態激光雷達和視覺傳感器檢測前方環境，在算法上采用固態激光雷達與視覺傳感器信息融合方法進行目標辨識，利用貝葉斯定理估計當前時刻的路面附著系數，從而極大地提高防碰撞系統辨識的精確性、可靠性和實時性，有效提高了行駛安全性。
為了達到上述目的，本實用新型采用如下技術方案：一種基于電動汽車的主動防碰撞系統，其包括：人機接口單元、信息采集單元、中央處理單元和執行單元。
所述的人機接口單元包括一控制面板，布置于駕駛室中控臺；
所述信息采集單元包括激光雷達和視覺傳感器，激光雷達隱藏布置于汽車正前部散熱柵中部，視覺傳感器安裝于駕駛室內前風擋玻璃上方中央處，激光雷達和視覺傳感器與中央處理單元通過車載總線通信；
所述的中央處理單元包括數據處理模塊、控制策略模塊和故障診斷模塊，數據處理模塊通過車載總線接收信息采集單元的輸出，經處理后通過車載總線傳輸給控制策略模塊、控制策略模塊同時通過車載總線獲取故障診斷模塊的結果，并發出控制信號給執行單元；
所述執行單元包括電磁閥總成，電磁閥總成通過液壓管路連接制動主缸和四個制動輪缸。
其中，控制面板上布置有預警嗡鳴器、故障指示燈和控制開關，包括制動控制開關、預警控制開關、電源控制開關。
其中，激光雷達為一固態激光雷達，其布置位置為散熱柵中央處。
其中，數據處理模塊連接包括轉向信號采集電路、控制開關信號采集電路。
其中，電磁閥總成包括電磁閥驅動電路和油泵電機驅動電路。
與現有技術相比，本實用新型具有以下有益的技術效果：
采用電控液壓制動，克服了機械傳動系統結構復雜、系統反應時間長的缺陷；采用視覺傳感器與激光雷達信息進行融合處理，使環境感知更加精確；通過考慮路面附著系數的安全距離模型實時判斷兩車間距和安全距離的關系，并考慮了駕駛員的轉向意圖，使預警、制動更加可靠；設置了人機接口單元，提供多種功能選擇，提高防碰撞系統操控的靈活性。
附圖說明
參照下面附圖的優選實施形式的說明，會更清楚地理解本實用新型。但是，實施形式和附圖用于單純的圖示和說明，不應用于限定本實用新型的范圍，本實用新型的范圍由權利要求書確定。
圖1為本實用新型的主動防碰撞系統組成框圖。
圖2為本實用新型的激光雷達數據聚類處理流程圖。
圖3為本實用新型的融合算法流程圖。
圖4為本實用新型的路面附著系數估計流程圖。
圖5為本實用新型的綜合決策算法流程圖。
具體實施方式
根據圖1～圖5對本實用新型的優選實施方式進行說明。
圖1表示本實用新型的主動防碰撞系統組成框圖，其包括人機接口單元、信息采集單元、中央處理單元和執行單元。人機接口單元包括一控制面板，具體包括故障指示燈，電源開關，預警開關，制動開關，嗡鳴器等，布置于駕駛室中控臺。人機接口單元的主要用途在于一方面為駕駛員提供預警，在本優選實施例中采用嗡鳴器發出的聲音信號，亦可采用光信號或振動信號等；人機接口單元的另一方面用途是為駕駛員提供不同的功能設置，對于制動開關和預警開關進行不同的操作，可以屏蔽對應的功能。如，如果接通預警開關而關閉制動開關，則系統在執行時僅進行預警而不會主動制動；如果接通制動開關而關閉預警開關，則系統在執行時僅進行主動制動而不會預警；如果兩開關均關閉，則系統既不預警也不主動制動。
信息采集單元包括激光雷達和視覺傳感器，在本優選實施例中，采用1臺固態16點紅外激光雷達Leddar。該款雷達體積小，性價比高，隱藏布置于汽車正前部散熱柵中部，距離地面約50—70cm。視覺傳感器采用具有夜視增強功能的普通單目攝像頭，安裝于駕駛室內前風擋玻璃上方中央處，激光雷達和視覺傳感器與中央處理單元通過車載總線通信。
中央處理單元包括數據處理模塊、控制策略模塊和故障診斷模塊。數據處理模塊通過車載總線接收信息采集單元的輸出，主要包括雷達數據和視覺傳感器的視頻數據以及轉向信號、電子踏板信號、車速信號、操作按鈕的開關信號。信號經處理后通過車載總線傳輸給控制策略模塊、控制策略模塊同時通過車載總線獲取故障診斷模塊的結果，發出控制信號給執行單元；
執行單元包括電磁閥總成，通過液壓管路連接制動主缸和四個制動輪缸。該電磁閥總成閥體結構與現有ABS/ESP電磁閥總成結構一致，可以批量采購。電磁閥總成包括電磁閥驅動電路和油泵電機驅動電路。在本優選實施例中，電磁閥驅動主要采用飛利浦BCP68三極管，油泵電機驅動主要采用HFV6繼電器。
基于上述主動防碰撞系統的控制方法，本優選實施例中包括以下步驟：
步驟1，采集控制開關信號、激光雷達信號、視覺傳感器信號、速度傳感器信號、轉向信號，經數據處理模塊處理；
步驟2，處理后的信號輸入到中央處理單元，根據激光雷達獲取前方有效目標的方位，并利用視覺傳感器信號采用融合算法確定有效目標為人或車輛，并計算獲取目標對本車的相對距離和相對速度；
步驟3，根據本車速度、目標相對速度，基于路面附著系數估計計算出安全預警距離和安全制動距離；
步驟4，根據安全預警距離和安全制動距離、相對距離、控制按鈕信號、轉向信號綜合決策，得出控制信號并驅動執行單元。
圖2為本實用新型的激光雷達數據聚類處理流程圖。具體包括：
首先，進行激光雷達數據預處理，根據車道寬度及雷達探測角度提取感興趣區數據，計算相鄰數據點實際距離；
其次，計算相鄰數據點理論距離，橫向理論距離計算公式為d1＝|y/tan(α+β)-y/tan(β)|，縱向理論距離計算公式為d2＝|x·tan(α+β)-x·tan(α)|，其中x為雷達數據點在直角坐標系下的橫坐標值，y為雷達數據點在直角坐標系下的縱坐標值，α為固態激光雷達的角分辨率，β為雷達數據點所在激光束與直角坐標系橫軸的夾角；
然后，計算相鄰兩點實際距離與理論距離之差的絕對值與實際距離的比值，與閾值對比判斷出A、B、C類點；
最后，根據A、B類點的特征判斷出有效目標，并給出有效目標的方位和速度。
圖3為本實用新型的融合算法流程圖。具體包括：
首先，根據雷達檢測的目標相對方位確定視覺檢測的感興趣區；
其次，根據確定的感興趣區采用支持向量機方法檢測是否為車輛或行人；
最后，給出目標的絕對速度、相對距離信息。
圖4為本實用新型的路面附著系數估計流程圖。具體包括：
首先，計算驅動輪縱向滑移率s：
非制動工況下：s＝1-ωr/ωf，其中ωf，ωr分別為為兩前、后輪的平均轉速；制動工況下：首先對加速度偏差進行估計：其中v為本車速度，ax為加速度，ax_offset為加速度偏差，然后利用Luenberger觀測器來估計車速：其中為車速、加速度偏差估計值，l1，l2為觀測器反饋增益，最后將車速代入s＝(ωr-v)/max(ωr,v)，式中ω為車輪轉速，r為車輪半徑；
其次，利用附著系數的估計：式中：
前輪地面縱向作用力為其中，Tb1為制動力矩，Tr1為滾動阻力矩，為轉動慣量，前軸的驅動力矩為Td＝Tmi0ηT，其中Tm為電動機的輸出扭矩，i0為主減速器的傳動比，ηT為傳動系統的效率；
前輪垂向力為Fz1＝[mgb-(msax+Fa)hs]/L，其中L為軸距，Fa為空氣阻力，hs為懸掛質心高度，m和ms分別為整車質量和懸掛質量；
然后，利用貝葉斯定理估計當前時刻的路面附著系數：式中：設當前地面利用附著系數為μi，其后驗概率為其中，Pk(μi)為μi的先驗概率，將驅動輪縱向滑移率s代入預先建立的幾種不同路面的關系，可得對應利用附著系數，記為定義偏差估計值對應不同路面的條件概率等價于偏差Ei,k的概率分布，設其服從高斯分布，則可得如下似然函數i＝1,2,…，n,其中σ為標準差。最后，計算安全距離：
安全預警距離
安全制動距離
其中v為本車速度，u為目標絕對速度，vr為相對速度，t1為駕駛員反應時間，t2為制動延遲時間，g為重力加速度，d0為最小安全距離，一般取2～5m。
圖5為本實用新型的綜合決策算法流程圖。具體包括：
首先，根據本車車速設置安全距離的誤差帶，誤差帶與本車車速呈負相關，即速度大誤差帶小，反之誤差帶大；
其次，計算目標相對距離與安全制動距離之差：
如果達到安全距離誤差帶之內，此時判斷：
若制動開關接通，則：若檢測到轉向信號則不制動，若無轉向信號則制動；
若制動開關關閉，則不制動；
最后，計算目標相對距離與安全預警距離之差：
如果達到安全距離誤差帶之內，此時判斷：
若預警開關接通，則預警；否者不預警；
以上結合附圖的實施例描述，旨在便于理解本實用新型的創新實質，但并非以此來限定本實用新型的多樣式實施以及要求的權利要求保護范圍。但凡理解本實用新型，并根據上述實施例進行的等效結構變化或構件替換，能夠實現相同目的和效果的設計，均應視為對本專利申請保護內容的侵犯。
- 還沒有人留言評論。精彩留言會獲得點贊！