CN101537835A - 具有驾驶辅助功能的集成式电控制动*** - Google Patents

具有驾驶辅助功能的集成式电控制动*** Download PDF

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王建强
张德兆
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Abstract

本发明涉及一种具有驾驶辅助功能的集成式电控制动***，它包括一信息采集装置、一控制器和一制动执行器；其中，控制器包括预置有一控制策略计算模块的微处理器；微处理器中的控制策略计算模块根据信息采集装置采集到的自车当前工作状态信息和自车前方障碍物信息，对自车当前状态进行判断和计算，计算出相应的控制量，并输送给制动执行器，制动执行器依据所述控制量大小对自车实施相应的自动制动；当微处理器接收到人工制动信号时，微处理器中的控制策略计算模块停止计算控制量工作。本发明安全功能齐全，控制精度高，成本低廉，适合推广应用。

Description

具有驾驶辅助功能的集成式电控制动***
技术领域
本发明涉及一种车辆安全技术领域，特别是关于一种具有驾驶辅助功能的集成式电控制动***。
背景技术
交通事故造成了极大的经济损失和人员伤亡，是现代社会面临的严峻问题。由于驾驶员在自身生理或驾驶经验上存在局限性，因此驾驶员会经常出现疲劳、疏忽、判断失误等驾驶操作，从而导致交通事故，据相关统计，因为上述过失造成的交通事故数占到了总交通事故数的90％以上。针对上述事实，减轻驾驶员的劳动强度和扩大驾驶员的感知范围，以提高驾驶员的安全驾驶能力，降低诸如过失造成的交通事故发生率成为汽车厂商和研究机构研究的首要目标。
驾驶辅助***正是为了实现这一目标而发展起来的一项汽车主动安全技术。针对车辆在单一车道内的纵向行驶，汽车厂商和研究机构已经开发了驾驶辅助***。驾驶辅助***是通过雷达或摄像机等传感器探测车辆前方的障碍物信息，根据驾驶辅助控制器中的控制策略，自动控制车辆的速度，以保持安全的跟车距离，同时驾驶辅助***还为驾驶员提供追尾预警，在危险情况下自动制动，避免追尾事故的发生。
目前上市的驾驶辅助***已经具有很多种功能，比如自适应巡航、追尾预防、电子稳定性控制等功能，针对每一种功能，都需要改动车辆发动机管理***和制动***控制器的算法，使控制器能够接收前方障碍物信息和驾驶员操作信息，并加入安全策略模块和控制模块，实现对节气门开度和制动压力的控制，才能完成该功能。但是现有技术难以实现对多种功能的嵌入安装，而且每一种驾驶辅助***的硬件装置开发都需要很大投入，成本高，极大地限制了车辆辅助驾驶技术的推广。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种集成有多种安全功能、控制精度高、成本低廉的具有驾驶辅助功能的集成式电控制动***。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种具有驾驶辅助功能的集成式电控制动***，其特征在于：包括一信息采集装置、一控制器和一制动执行器；其中，所述控制器包括预置有一控制策略计算模块的微处理器；所述微处理器中的控制策略计算模块根据所述信息采集装置采集到的自车当前工作状态信息和自车前方障碍物信息，计算出相应的控制量，并输送给所述制动执行器，所述制动执行器依据所述控制量大小对自车实施相应的自动制动；当所述微处理器接收到人工制动信号时，所述微处理器中的控制策略计算模块停止计算控制量工作。
它还包括一人机界面，其上设置有驾驶辅助功能开闭的按钮、驾驶辅助功能参数设置按钮和显示所述控制器发出的信息用的显示屏；当所述人机界面上的驾驶辅助功能按钮关闭时，所述信息采集装置在线采集驾驶员习惯的跟车参数和危险判断参数，并按时间先后顺序记录在所述微处理器内；当所述人机界面上的驾驶辅助功能按钮开启时，所述微处理器中控制策略计算模块根据所述信息采集装置在线采集到的自车当前工作状态信息，并调用最新驾驶员习惯的跟车参数和危险判断参数，进行自适应巡航。
所述信息采集装置包括一用于探测自车相对于其前车的距离和速度的激光雷达，一用于采集自车前方道路图像的智能摄像机，一方向盘转角传感器，一测量自车纵向和横向加速度信息的加速度传感器，一测量自车横摆角速度的横摆角速度传感器，多个车轮轮速传感器、多个制动压力传感器和一显示人工制动信息用的制动灯。
所述控制器还包括：一模数采集模块，其将所述激光雷达、智能摄像机、加速度传感器、横摆角速度传感器和制动压力传感器采集到的模拟信号转换成数字信号，输送给所述微处理器；一开关量采集模块，其将所述方向盘转角传感器采集到的转向信号和制动灯信号，输送给所述微处理器；一CAN模块，其为所述微处理器提供原车CAN总线上已有的数字信息；一开关量输出模块，用于稳定所述微处理器输入的开关量；一PWM输出模块，用于接收所述开关量输出模块输送的稳定开关量，并生成一相应的脉冲信号；一驱动电路，用于接收所述PWM输出模块输送的脉冲信号输送给所述制动执行器；一电源模块，其将自车上的12V车载蓄电池提供的不稳定直流电，转换成稳定的5V和12V直流电，分别为所述信息采集装置和所述控制器中其它各所述模块供电。
所述制动执行器包括：一直流电机和多个分别对应连接每一车轮的制动电磁阀；其中，所述直流电机和各制动电磁阀的输入端均与所述控制器中的驱动电路的输出端连接，同时各所述制动电磁阀的另一输入端均连接所述直流电机的输出端；所述自车上的12V车载蓄电池分别为所述直流电机和各制动电磁阀供电。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、由于本发明***包括了功能齐全的信息采集装置、集成了多种安全功能的控制器和制动执行器，本发明***的控制器根据信息采集装置采集到的自车当前工作状态信息和自车前方障碍物的信息，对自车的追尾危险情况、跟车速度、各车轮的抱死或启动防滑情况进行判断和计算，计算出对应各种情况的控制量，并输送给制动执行器，制动执行器依据所述控制量大小对自车实施相应的自动制动，以保证自车的安全行驶，因此本发明***功能齐全，控制精度高，并且响应速度快。2、由于本发明中的制动执行器只对原车进行了简单的改造，而且多种安全功能的控制器可以在车辆的设计生产中作为车辆的原装配置加入，因此本发明***不仅安全功能齐全，而且可以实现对普通车辆的嵌入安装，应用范围广，还节约了成本。3、本发明***由于设置了一人机界面，驾驶员可以通过人机界面可以对电控辅助***实施开关操作，还可以设置不同的辅助功能参数，观察报警信息、制动信息和自车当前工作状态信息，因此本发明操作简单，控制准确。
附图说明
图1是本发明的结构示意图
图2是本发明的原理示意图
图3是本发明控制器中微处理器的结构示意图
图4是本发明中制动执行器的结构示意图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明驾驶辅助***包括一信息采集装置1、一控制器2、一制动执行器3和一人机界面4。其中，信息采集装置1将采集到的自车当前工作状态信息和自车前方障碍物信息输送给控制器2，由控制器2对自车的当前状态进行判断和计算，计算出对应各种情况的控制量，并输送给制动执行器3，制动执行器3随后依据控制量的大小对自车实施相应的自动制动，以保证自车的安全行驶，同时控制器2将其发出的报警信息、制动信息和自车当前状态信息均发送至人机界面4进行显示。上述自车的当前状态包括：跟车速度、追尾危险情况、各车轮的抱死和启动防滑情况。
上述过程中，控制器2与原车CAN总线5之间可以实现信息共享，同时控制器2将12V车载蓄电池6提供的12V不稳定的直流电，转换成稳定的5V和12V直流电，分别输送给信息采集装置1和控制器2自身供电。
人机界面4上设置有控制驾驶辅助功能开闭的按钮和驾驶辅助功能参数设置按钮，比如巡航车速、跟车级别等参数，本实施例中的人机界面4可以采用触摸显示屏，也可以采用其它显示设备。
如图2所示，本发明***中信息采集装置1包括一激光雷达11、一智能摄像机12、一方向盘转角传感器13、一加速度传感器14、一横摆角速度传感器15、多个车轮轮速传感器16、多个制动压力传感器17和一制动灯18。激光雷达11安装在自车保险杠中央，用于探测自车相对于其前方车辆(简称前车)的距离和速度。智能摄像机12安装在自车前挡风玻璃与后视镜之间，用于采集自车前方道路图像。方向盘转角传感器13安装在自车的方向盘总成内，用于测量方向盘转角数据。加速度传感器14固定在自车底盘的整车重心位置，以测量自车纵向和横向加速度信息。横摆角速度传感器15固定在自车底盘的整车重心位置，测量自车的横摆角速度。车轮轮速传感器16分别设置在自车的四个车轮上，以检测各车轮的转速。制动压力传感器17分别安装在自车的四个车轮分泵的支路上，以测量各车轮的制动压力。制动灯18连接制动踏板7，显示驾驶员实施人工制动的信号。本实施例中，激光雷达11、智能摄像机12、方向盘转角传感器13、加速度传感器14、横摆角速度传感器15、车轮轮速传感器16、制动压力传感器17和制动灯18均为本领域常用设备，在此不再详述。
如图2所示，本发明***中控制器2采用的是一基于Freescale HCS12芯片开发的单片机，其包括一模数采集模块21、一开关量采集模块22、一CAN(Controller Area Network，控制器局域网)模块23、一开关量输出模块24、一PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)输出模块25、一驱动电路26、一电源模块27和一微处理器28。
模数采集模块21为一模数转换电路，其将激光雷达11、智能摄像机12、加速度传感器14、横摆角速度传感器15和制动压力传感器17采集到的模拟信号转换成数字信号，输送给微处理器2。
开关量采集模块22为一光电隔离电路，其将方向盘转角传感器13采集到的转向信号和制动灯18的信号，输送给微处理器28。
CAN模块23为一CAN通讯芯片，其为微处理器28提供原车CAN总线5上已有的数字信息，比如自车车速Vs。自车速度Vs由原车上的ABS(Anti-Brake System，防抱死***)控制器8根据车轮轮速传感器16测得的各车轮的转速ωs计算得出。
开关量输出模块24为一稳压电路，用于将微处理器28输入的开关量转化为稳定信号后，通过PWM输出模块25输出给驱动电路26。其中，PWM输出模块25为一产生脉冲信号的脉冲调制电路，驱动电路26为制动执行器3的驱动源。
电源模块27将自车上的12V车载蓄电池6提供的不稳定直流电，转换成稳定的5V和12V直流电，分别为信息采集装置1和控制器2中其它各模块供电。
微处理器28接收模数采集模块21输送的数字信号，开关量采集模块22输送的转向信号和制动灯信号，以及CAN模块23提供的原车CAN总线5上已有的状态信息，进行自车的控制量计算，并将计算得到的控制量通过开关量输出模块24输出。
如图3所示，自车的控制量可以由微处理器28内预设置的一控制策略计算模块281计算获得。控制策略计算模块281内预置有跟车公式，当前状态下的自车与前车的碰撞时间TTC公式，碰撞时间阈值TTCB(碰撞最小值)和TTCA(碰撞最大值)，滑转率计算公式，自车车轮滑转率阈值Rwl(最小值)和Rwh(最大值)，车轮半径r。
其中，跟车公式如下：
dg dv = K 1 * ( D - V s T h ) + K 2 * ( V f - V s )
其中， V r = V s V f
当前状态下的自车与前车的碰撞时间TTC公式为： TTC = D V r
滑转率计算公式为：
R w = V s - ω s r V s
上述各式中，g为驾驶员对车辆速度控制装置广义上的控制量，D为自车与前车的相对车距，Vs为自车速度，Vf为前车速度，Vr为自车与前车的相对速度，ωs为自车车轮的转速，K1、Th、K2、TTCA和TTCB均为微处理器28通过在线采集符合驾驶员***均值方法求得的。
如图4所示，制动执行器3包括一直流电机31和多个制动电磁阀32，每个制动电磁阀32对应连接一个车轮，比如左前轮进油电磁阀和左前轮出油电磁阀均对应左前轮，右前轮进油电磁阀和右前轮出油电磁阀均对应右前轮，左后轮进油电磁阀和左后轮出油电磁阀均对应左后轮，右后轮进油电磁阀和右后轮出油电磁阀均对应右后轮，因此制动电磁阀32可以直接对四个车轮进行独立的增压和减压操作。直流电机31和各制动电磁阀32的输入端同时与驱动电路26的输出端连接，同时各制动电磁阀32的另一输入端同时连接直流电机31的输出端。12V车载蓄电池6分别为直流电机31和各制动电磁阀32供电。
本发明***工作时，其包括以下步骤：
(1)车辆发动，本发明***随之启动。
(2)当驾驶员通过人机界面4将驾驶辅助功能按钮关闭时，信息采集装置1在线采集驾驶员驾驶数据：信息采集装置1将驾驶员习惯的跟车参数K1、Th和K2，以及危险判断参数TTCA和TTCB辨识出来并按时间先后顺序记录在微处理器28内。
当驾驶员通过人机界面4将驾驶辅助功能按钮开启时，信息采集装置1在线采集自车当前工作状态信息并输送给微处理器28，微处理器28中的控制策略计算模块281调用最新驾驶员习惯的跟车参数K1、Th和K2，以及危险判断参数TTCA和TTCB，进行自适应巡航，在自适应巡航过程中进行自车追尾危险判断。
本发明***追尾危险判断的具体步骤如下：
①根据信息采集装置1中的激光雷达11和智能摄像机12获取的自车前方的障碍信息，控制策略计算模块281计算出自车与前车的相对车距D和速度Vr。
②根据计算出的自车与前车的相对车距D和速度Vr，控制策略计算模块281根据公式(3)，计算出自车与后车的碰撞时间TTC。
③控制策略计算模块281根据计算出来的碰撞时间TTC与危险判断参数TTCB和TTCA之间的差值，判断自车追尾前车的危险程度，危险程度判别的原则如下：
当TTCB＜TTC≤TTCA时，控制策略计算模块281通过人机界面5上的报警装置：比如不同颜色的显示灯或者蜂鸣器等，向驾驶员发出报警信息。
当0＜TTC≤TTCB时，本发明***自动制动，并返回步骤②。其中，本发明***自动制动的方法是：控制策略计算模块281通过跟车公式(1)将制动压力期望值计算出来并转化为控制量，依次通过开关量输出模块25、PWM输出模块26和驱动电路27，再由驱动电路27驱动制动执行器3进行自动制动。制动压力传感器17分别采集四个车轮分泵的支路上各车轮的制动压力信息，作为控制的反馈信息。
在上述本发明***自动制动过程中，若驾驶员踩下了制动踏板，制动灯18的信号输送至微处理器28，微处理器28中的控制策略计算模块281停止计算控制量工作，即驾驶辅助功能随后关闭，由驾驶员实施人工制动，且人机界面4显示制动信号。
上述实施例中，当控制策略计算模块281根据车轮轮速传感器16采集到的自车上各车轮速度Vw和CAN模块23输送的自车速度Vs，结合其内预置的滑转率计算公式(4)和车轮的半径r，计算各车轮的滑转率Rw，并对各车轮的抱死或启动防滑现象进行判断计算。若某一车轮速度Rw＜Rwl或者Rwh＜Rw，此时控制策略计算模块281根据公式(1)计算出相应车轮的制动压力期望值，并将制动压力期望值转化为一制动直流电机31和制动电磁阀32的控制量，依次通过开关量输出模块24、开关量输出模块25和驱动电路26，再通过驱动电路26分别输送给制动直流电机31和制动电磁阀32，以控制对应车轮的车速，以实现对自车的制动防抱死或驱动防滑功能。
上述各实施例中，控制策略计算模块281根据方向盘转角传感器13采集到的自车上方向盘转角信息，对驾驶员的转向意图进行判断计算，同时结合横摆角速度传感器15和加速踏板开度传感器19输送的信息，对自车当前的转向状态，即对自车当前是过度转向还是不足转向进行判断，然后根据公式(1)计算出自车恢复正常转向状态所需的制动压力期望值，并转化为一制动直流电机31和制动电磁阀32的控制量，依次通过开关量输出模块24、开关量输出模块25和驱动电路26，再通过驱动电路26分别输送给制动直流电机31和制动电磁阀32，以给自车一个纠正力矩，使自车恢复正常的转向状态，避免自车出现甩尾、驶出、侧滑等现象，实现电子稳定性控制的功能。
上述各实施例中，各部件的结构、设置位置、及其连接都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，对个别部件进行的改进和等同变换，不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1、一种具有驾驶辅助功能的集成式电控制动***，其特征在于：包括一信息采集装置、一控制器和一制动执行器；其中，所述控制器包括预置有一控制策略计算模块的微处理器；所述微处理器中的控制策略计算模块根据所述信息采集装置采集到的自车当前工作状态信息和自车前方障碍物信息，计算出相应的控制量，并输送给所述制动执行器，所述制动执行器依据所述控制量大小对自车实施相应的自动制动；当所述微处理器接收到人工制动信号时，所述微处理器中的控制策略计算模块停止计算控制量工作。
2、如权利要求1所述的具有驾驶辅助功能的集成式电控制动***，其特征在于：它还包括一人机界面，其上设置有驾驶辅助功能开闭的按钮、驾驶辅助功能参数设置按钮和显示所述控制器发出的信息用的显示屏；
当所述人机界面上的驾驶辅助功能按钮关闭时，所述信息采集装置在线采集驾驶员习惯的跟车参数和危险判断参数，并按时间先后顺序记录在所述微处理器内；
当所述人机界面上的驾驶辅助功能按钮开启时，所述微处理器中控制策略计算模块根据所述信息采集装置在线采集到的自车当前工作状态信息，并调用最新驾驶员习惯的跟车参数和危险判断参数，进行自适应巡航。
3、如权利要求1所述的具有驾驶辅助功能的集成式电控制动***，其特征在于：所述信息采集装置包括一用于探测自车相对于其前车的距离和速度的激光雷达，一用于采集自车前方道路图像的智能摄像机，一方向盘转角传感器，一测量自车纵向和横向加速度信息的加速度传感器，一测量自车横摆角速度的横摆角速度传感器，多个车轮轮速传感器、多个制动压力传感器和一显示人工制动信息用的制动灯。
4、如权利要求2所述的具有驾驶辅助功能的集成式电控制动***，其特征在于：所述信息采集装置包括一用于探测自车相对于其前车的距离和速度的激光雷达，一用于采集自车前方道路图像的智能摄像机，一方向盘转角传感器，一测量自车纵向和横向加速度信息的加速度传感器，一测量自车横摆角速度的横摆角速度传感器，多个车轮轮速传感器、多个制动压力传感器和一显示人工制动信息用的制动灯。
5、如权利要求1或2或3或4所述的具有驾驶辅助功能的集成式电控制动***，其特征在于：所述控制器还包括：
一模数采集模块，其将所述激光雷达、智能摄像机、加速度传感器、横摆角速度传感器和制动压力传感器采集到的模拟信号转换成数字信号，输送给所述微处理器；
一开关量采集模块，其将所述方向盘转角传感器采集到的转向信号和制动灯信号，输送给所述微处理器；
一CAN模块，其为所述微处理器提供原车CAN总线上已有的数字信息；
一开关量输出模块，用于稳定所述微处理器输入的开关量；
一PWM输出模块，用于接收所述开关量输出模块输送的稳定开关量，并生成一相应的脉冲信号；
一驱动电路，用于接收所述PWM输出模块输送的脉冲信号输送给所述制动执行器；
一电源模块，其将自车上的12V车载蓄电池提供的不稳定直流电，转换成稳定的5V和12V直流电，分别为所述信息采集装置和所述控制器中其它各所述模块供电。
6、如权利要求1或2或3或4所述的具有驾驶辅助功能的集成式电控制动***，其特征在于：所述制动执行器包括：一直流电机和多个分别对应连接每一车轮的制动电磁阀；其中，所述直流电机和各制动电磁阀的输入端均与所述控制器中的驱动电路的输出端连接，同时各所述制动电磁阀的另一输入端均连接所述直流电机的输出端；所述自车上的12V车载蓄电池分别为所述直流电机和各制动电磁阀供电。
7、如权利要求5所述的具有驾驶辅助功能的集成式电控制动***，其特征在于：所述制动执行器包括：一直流电机和多个分别对应连接每一车轮的制动电磁阀；其中，所述直流电机和各制动电磁阀的输入端均与所述控制器中的驱动电路的输出端连接，同时各所述制动电磁阀的另一输入端均连接所述直流电机的输出端；所述自车上的12V车载蓄电池分别为所述直流电机和各制动电磁阀供电。
8、如权利要求1或2或3或4或7所述的具有驾驶辅助功能的集成式电控制动***，其特征在于：所述微处理器中的控制策略计算模块根据所述信息采集装置采集到的自车信息，对驾驶员的转向意图和自车的转向状态进行判断，并计算出自车恢复正常转向状态所需的制动压力期望值，输送给所述制动执行器。
9、如权利要求5所述的具有驾驶辅助功能的集成式电控制动***，其特征在于：所述微处理器中的控制策略计算模块根据所述信息采集装置采集到的自车信息，对驾驶员的转向意图和自车的转向状态进行判断，并计算出自车恢复正常转向状态所需的制动压力期望值，输送给所述制动执行器。
10、如权利要求6所述的具有驾驶辅助功能的集成式电控制动***，其特征在于：所述微处理器中的控制策略计算模块根据所述信息采集装置采集到的自车信息，对驾驶员的转向意图和自车的转向状态进行判断，并计算出自车恢复正常转向状态所需的制动压力期望值，输送给所述制动执行器。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20090923