CN111605525A - 一种基于实时路面识别的紧急自动刹车稳态控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种基于实时路面识别的紧急自动刹车稳态控制方法，能够在需要进行合理的AEB自主紧急制动动作时，及时的通过子功能预制动提示功能，来对当时的路面类型和摩擦系数进行有效的识别，并有效的判别出车辆的性能衰减。然后结合前后车的车距、车速，来计算出合适的补偿量来针对刹车时机进行合理补偿，及针对车辆的性能衰减的适当补偿制动力来弥补减速度响应的不足，从而做到，即使是在湿滑路面上，也能够识别出当时的路况，从而自动紧急刹车控制器能够正确补偿制动指令，来避免由于路面湿滑，刹车不及时造成的碰撞事故。针对车辆性能下降导致的减速度响应不足可通过适当的减速度补偿因子调节，来满足减速度执行的稳定性，防止碰撞的发生。

Description

一种基于实时路面识别的紧急自动刹车稳态控制方法

技术领域

本发明涉及车身控制技术领域，具体是一种基于实时路面识别的紧急自动刹车稳态控制方法。

背景技术

随着汽车技术的快速进步及人们对车辆安全性的要求不断提高，以及汽车行业的法规对车辆主动安全方面的要求越来越严，智能辅助驾驶车辆市场越来越火热。自动紧急刹车功能作为主动安全功能，重中国汽车协会的数据看装备率程较大幅度增长。而由于CNCAP时标准规范的测试场景，虽然有严苛的要求，但可以预见在测试场景表现优异的功能在公共道路表现的差异就会体现。本发明提取出自动紧急刹车(AEB)功能够成功执行的关键要素：即在合适的TTC时间阈值来发出适当的减速度指令，完成刹车动作，进而保证刹停后安全距离。目前市场上普及的各种AEB紧急制动***，并没有充分考虑路面类型、附着系数及车辆状态，都是基本标准摩擦系数路面来进行的标定，也未考虑冰雪、下雨等环境因素造成的摩擦系数变化，由试验样车完成的标定同样未考虑车辆老化、刹车***磨损导致的性能衰减。如果按照出场时AEB***的标定测了，并不能够保证及时的进行精准的制动，就无法避免碰撞事故的发生。本发明将环境及车辆性能衰减列入***计算，利用子功能预制动提示(WB，warning brake)快速识别衰减因素。

常规的AEB功能控制方法分为三个阶段，第一阶段：正常的目标物的识别与优先级比选，选择第一优先级目标物为跟踪目标；第二阶段：当检测到与目标物的时间距离达到预警要求的TTC时，会进行碰撞预警制动(WB，warning brake)，通过一次较轻程度的间歇制动，车辆一定的减速感，其主要是提醒驾驶员注意的目的。第三个阶段就是当与前车的距离十分接近时，选择合适的时间点进行按要求的减速度，以避免与前目标物碰撞。

发明内容

针对背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种安全有效的基于实时路面识别的紧急自动刹车稳态控制方法。

为达到上述目的，本发明设计的基于实时路面识别的紧急自动刹车稳态控制方法，其特征在于：

S1，在车辆设计时，对整车进行测试，采集并计算出车辆的轮胎与不同路面的附着***-滑移率曲线，计算出不同路面对应的车辆减速度识别区间，并将此判断识别表存放在AEB控制器的内存中，作为路面类型识别模型库；

S2，在预警制动过程中计算出的滑移率和车辆减速度，与AEB控制器内存中的路面类型匹配模型库进行匹配，确定车辆当前所在的路面类型，并对车辆性能衰减进行评判；

S3，基于识别的路面类型、车辆性能衰减程度，结合前后车的车距、车速，对全力制动的时机及减速度响应进行补偿。

优选的，S1中，根据轮胎-路面摩擦模型公式：

在标定时，对参数c₁、c₂、c₃来进行拟合；其中，s表示车轮的动态滑移率，μ(s)表示不同滑移率下轮胎与地面的实际附着系数，e为自然常数，c₁、c₂、c₃为轮胎-路面摩擦模型三个参数，轮胎在不同路面上进行摩擦匹配时，需要对这三个参数进行适配；计算出一定的滑移率时：冰面的匹配区间为(0,μ₁(s)]；雪面的匹配区间为(μ₁(s),μ₂(s)]；湿鹅卵石的路面的匹配区间为(μ₂(s),μ₃(s)]；湿沥青的匹配区间为(μ₃(s),μ₄(s)]干沥青的匹配区间为(μ₄(s),μ₅(s)]并将伤处判断识别表存放在AEB控制器的内存中。

进一步优选的，设定滑移率为12％进行计算。

优选的，S2中，判断车辆当前的路面类型方法为：在AEB控制器发出预警制动指令后，AEB控制器获取车辆主动建压前的车速、预警制动过程中四个车轮的轮速及当时的车辆减速度值，利用公式s＝(u-w.r)/u，式中：s车轮滑移率；u车速；w车轮角速度；r车轮滚动半径；通过对四个车轮分别计算后，取四个车轮滑移率的平均值，计算并记录到整个预警制动过程中的整车车轮滑移率的变化；通过计算出的滑移率和获得的车辆减速度与路面类型识别模型库进行匹配，找到在滑移率为12％情况下对应车辆减速度在数值上最接近路面附着系数，从而通过落在对应的识别区间中，来对应识别到当时制动时的车辆所在的路面类型。

进一步优选的，在预警制动时，AEB控制器会发出一个预警制动指令给ESC，ESC通过马达主动建立一个持续0.5秒的80bar制动液压。

进一步优选的，AEB控制器通过ESC内部集成的加速度惯性传感器获取车辆减速度。

优选的，S3中的补偿方法为：以干沥青路面为基准，通过TTC模型来对相撞危险进行危险评估，两车相撞所需时间TTC＝V_rel/V_rel，其中，D_rel为两车相对距离，V_rel为两车相对速度；要求刹停时，与目标车的安全距离d₀；基于干沥青路面的AEB控制***，当两车相对距离达到危险距离Dbr时，立即发生全力刹车指令，其中：Dbr＝TTC·V_rel+d₀；

确定当前路面类型后，即可得到当前路面的附着系数，若当前路面为普通的沥青路面，按照原定的刹车时间点进行刹车；若当前路面为湿滑路面时，将全力刹车指令提前。

进一步优选的，当前路面为湿滑路面时，提前的时间计算方法为：

在做AEB标定时，假设此种路面的摩擦为u₁，所识别路面的摩擦系数为u_x。则提前刹车的两车碰撞时间TTC_x＝u₁/u_x·TTC，识别路面类型后，需要提前全力刹车的危险距离计算方法为：Dbr_x＝TTC_x·V_rel+d_br。

本发明的有益效果是：本发明能够在需要进行合理的AEB自主紧急制动动作时，及时的通过子功能预制动提示功能，来对当时的路面类型和摩擦系数进行有效的识别，并有效的判别出车辆的性能衰减。然后结合前后车的车距、车速，来计算出合适的补偿量来针对刹车时机进行合理补偿，及针对车辆的性能衰减的适当补偿制动力来弥补减速度响应的不足，从而做到，即使是在湿滑路面上，也能够识别出当时的路况，从而自动紧急刹车(AEB)控制器能够正确补偿制动指令，来避免由于路面湿滑，刹车不及时造成的碰撞事故。针对车辆性能下降导致的减速度响应不足可通过适当的减速度补偿因子调节，来满足减速度执行的稳定性，防止碰撞的发生。

本发明是结合路面类型和附着系数实时识别的自动紧急刹车控制方法，当发现障碍物时，控制***会提前对路面进行识别，分辨出路面的类型和摩擦系数，根据不同路面选取不同的减速度曲线，则会将自动刹车的时间点进行合理优化，从而有效地避免碰撞事故的发生。同时，能够合理补偿性能衰减的部分，确保减速度执行的精确性，有效的保证车辆AEB***性能及行人车辆安全。

在针对复杂多变的路况，及面对严酷的环境因素考量时，可以巧妙的利用AEB紧急制动前的子功能(预制动提示)来辅助判断道路及车辆***的真实表现，从而对AEB紧急制动时路面的状态和摩擦力进行识别，将路面因素考虑到***后续动作与执行中，从而能够选择更好的刹车时机和刹车力度，确保AEB紧急制动效果的稳定性，进一步提高功能安全，确保在复杂环境下对行人的保障。

本发明可以在面对复杂情况时AEB功能成功的执行，关键在于本发明的路面状态信息的识别，能够提前得知路面信息及车辆性能衰减，进而车辆控制器可以通过计算与前方障碍物之间的相对时域距离，及两者之前的相对速度，从而合理的估算出两者碰撞时所需要的时间，从而计算出更合理的刹车时间点，保证执行结果基本相同。

安全效益：本发明主要是在普通基于干沥青路面基础上设计的AEB功能里，在前期的预警制动时，通过算法设计，通过对车辆信息的计算，并与车辆路面运动特性模型库进行匹配，实现路面识别及车辆性能衰减评判；然后基于识别的路面类型、车辆性能衰减程度，对全力制动的时机及减速度响应进行补偿；从而避免因为路面湿滑等原因，导致AEB制动不及时，产生碰撞事故。

经济效益：化解路面因素或车辆性能衰减导致的功能失效的风险，减少潜在风险的客户索赔；高性能的AEB***也带来了消费卖点。

潜在客户效益：高性能及稳定可靠的AEB***，在各种专业机构或媒体测评中表现稳定初始，使得客户更加容易接受。

企业效益：本发明已多传感器融合为基础，未来功能间必然不是相互独立的而是配合运行的，为将来的开发前景及模块化运行打下来基础。

附图说明

图1路面类型与附着系数识别流程

图2实时识别路面工况的AEB控制器工作流程

具体实施方式

下面通过图1～图2以及列举本发明的一些可选实施例的方式，对本发明的技术方案(包括优选技术方案)做进一步的详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和图2所示，

在AEB工作过程中，巧妙利用碰撞预警制动(WB,warning brake)，然后通过这次预警制动，设计一种识别机制，对路面的类型和路面的摩擦系数进行识别，对车辆性能衰减进行评判。然后，基于预警制动对路面类型和摩擦系数识别的前提下，并结合前后车的车速、二者的相对距离等信息，来来计算出合适的补偿量来针对刹车时机进行合理补偿，及针对车辆的性能衰减的适当补偿制动力来弥补减速度响应的不足。

预警制动时的路面信息识别方法如下：

对于要采用本发明专利的车辆，需要在车辆设计时，对整车进行测试，采集并计算出车辆的轮胎与不同路面的附着***-滑移率曲线。根据轮胎-路面摩擦模型公式

在标定时，对参数c₁、c₂、c₃来进行拟合，其中，s表示车轮的动态滑移率，μ(s)表示不同滑移率下轮胎与地面的实际附着系数，e为自然常数，c₁、c₂、c₃为轮胎-路面摩擦模型三个参数，轮胎在不同路面上进行摩擦匹配时，需要对这三个参数进行适配，一般仅仅用来单纯的计算轮胎的摩擦力，本发明用它来识别路面，并来作为AEB控制策略的输入条件；然后计算出本车滑移率在12％时，不同路面对应的车车减速度识别区间，如下表所示。并将此判断识别表存放在AEB控制器的内存中，作为路面类型区配识别模型库。模型库主要存储内容如下表所示，为在一定滑移率下，对应的各种不同路面上的减速度区间。

编号	路面	匹配区间
			1	冰面	(0,μ<sub>1</sub>(s)]
2	雪面	(μ<sub>1</sub>(s),μ<sub>2</sub>(s)]
			3	湿鹅卵石	(μ<sub>2</sub>(s),μ<sub>3</sub>(s)]
4	湿沥青	(μ<sub>3</sub>(s),μ<sub>4</sub>(s)]
			5	干沥青	(μ<sub>4</sub>(s),μ<sub>5</sub>(s)]

在预警制动时，AEB控制器会发出一个预警制动指令给ESC(汽车电子稳定控制***)，ESC通过马达主动建立一个持续0.5秒的80bar制动液压，车辆会有一个短暂的减速过程。

在AEB控制器发出预警制动指令后，AEB控制器需要从总线上车辆的关键信息(主动建压前的车速、预警制动过程中四个车轮的轮速及当时的车辆减速度值)来计算对应的滑移率，计算方法如下：

s-车轮滑移率；u-车速；w-车轮角速度；r-车轮滚动半径；

通过四个车轮分别计算后，取四个车轮滑移率的平均值，从而计算并记录到整个预警制动过程中的整车车轮滑移率的变化。

由于ESC内部会集成有加速度惯性传感器，并通过报文的形式传送到CAN总线上，AEB控制器是可以获取的。

通过上述模块在预警制动过程中计算出的滑移率和车辆减速度，然后与AEB控制器内存中事先存放的车辆路面类型匹配模型库进行匹配，找到12％滑移率情况下对应车辆减速度在数值上最接近路面附着系数，从而通过落在对应的识别区间中，来对应识别到当时制动时的车辆所在的路面类型。

通过上述方法对路面类型进行识别，由于车辆在不同类型的路面上的刹车距离是不同的；所以AEB控制器可以根据路面类型，在现有的标定(以干沥青路面为标准)基础上，来对发出全力制动指令的时机进行适当的调整。调整方法如下：

现有A1EB控制***，以干沥青路面为基准，通过TTC(两车相撞所需时间)模型来对相撞危险进行危险评估，TTC＝V_rel/V_rel，D_rel为两车相对距离，V_rel为两车相对速度。另外，要求刹停时，与目标车的安全距离d₀。那么基于沥青的AEB控制***，当两车相对距离达到危险距离Dbr时，应立即发生全力刹车指令。其中Dbr计算方法为：Dbr＝TTC·V_rel+d₀。

当AEB控制器对路面类型进行识别后，可以得到路面的附着系数，当发现所处路面为湿滑路面时，由于路面摩擦系数较低，刹车距离会比干沥青长许多，因此需要对全力刹车指令的发出进行提前。

由于车辆在不同路面上的刹车距离不同，且可近似认为是线性相关；另外在做AEB标定时，假设此种路面的摩擦为u₁(一般接近1)，所识别路面的摩擦系数为u_x。则提前刹车的两车碰撞时间

识别路面后，需要提前全力刹车的危险距离计算方法为：Dbr_x＝TTC_x·V_rel+d_br。

本发明的要点有两点，一个要点在发现目标障碍后，需要在预警制动的短暂过程中，对路面类型和摩擦系数进行识别出；另一个要点是，在对路面进行识别后，需要根据路面不同，计算出需要发出全力制动指令时的提前时机。

在预警制动时，进行路面识别，需要的实时获取到的信息有：车速、轮速及所设计车的轮胎-路面模型库。

轮胎-路面模型库，需要的功能设计前期，进行整车测试，工况是：在本模型库所包含的5种路面上分别做制动测试，采集出车速、轮速，对应的整车减速度信号；然后拟合出各种路面下，车辆的滑移率-利用附着系数特性曲线，然后提前保存在AEB控制器内存的路面匹配库中。其中，轮速、车速和整车减速度由布置在4个车轮处的轮速传感器获取，并通过ESC传送到CAN总线上，然后由AEB控制器进行获取。

AEB功能的设计结构主要分为三个部分，目标物探测，AEB控制器ECU模块和制动执行机构。目标物探测主要依靠毫米波雷达，探测与前车的相对距离和相对速度；上述信息会传递到AEB的控制单元，进行安全状态的估计。当发现相对距离已经达到预警制动的阀值时，会发出预警制动指令；然后AEB控制器会依据预警制动时的车速、轮速和整车减速度计算出当时的滑移率及对应等效的路面利用摩擦系数。并与ECU内存中的路面类型信息模版进行匹配，最终以据所识别出的路面信息和传感器传递的目标物信息，来做出危险估计，判断出提前的制动的补偿。

本领域技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不以限制本发明，凡在本发明的精神和原则下所做的任何修改、组合、替换、改进等均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于实时路面识别的紧急自动刹车稳态控制方法，其特征在于：

S1，在车辆设计时，对整车进行测试，采集并计算出车辆的轮胎与不同路面的附着***-滑移率曲线，计算出不同路面对应的车辆减速度识别区间，并将此判断识别表存放在AEB控制器的内存中，作为路面类型识别模型库；

S2，在预警制动过程中计算出的滑移率和车辆减速度，与AEB控制器内存中的路面类型匹配模型库进行匹配，确定车辆当前所在的路面类型，并对车辆性能衰减进行评判；

S3，基于识别的路面类型、车辆性能衰减程度，结合前后车的车距、车速，对全力制动的时机及减速度响应进行补偿。

2.根据权利要求1所述的基于实时路面识别的紧急自动刹车稳态控制方法，其特征在于：S1中，根据轮胎-路面摩擦模型公式：

在标定时，对参数c₁、c₂、c₃来进行拟合，其中，s表示车轮的动态滑移率，μ(s)表示不同滑移率下轮胎与地面的实际附着系数，e为自然常数，c₁、c₂、c₃为轮胎-路面摩擦模型三个参数，轮胎在不同路面上进行摩擦匹配时，需要对这三个参数进行适配；计算出一定的滑移率时：冰面的匹配区间为(0,μ₁(s)]；雪面的匹配区间为(μ₁(s),μ₂(s)]；湿鹅卵石的路面的匹配区间为(μ₂(s),μ₃(s)]；湿沥青的匹配区间为(μ₃(s),μ₄(s)]干沥青的匹配区间为(μ₄(s),μ₅(s)]并将伤处判断识别表存放在AEB控制器的内存中。

3.根据权利要求2所述的基于实时路面识别的紧急自动刹车稳态控制方法，其特征在于：设定滑移率为12％进行计算。

4.根据权利要求1所述的基于实时路面识别的紧急自动刹车稳态控制方法，其特征在于：S2中，判断车辆当前的路面类型方法为：在AEB控制器发出预警制动指令后，AEB控制器获取车辆主动建压前的车速、预警制动过程中四个车轮的轮速及当时的车辆减速度值，利用公式s＝(u-w.r)/u，式中：s车轮滑移率；u车速；w车轮角速度；r车轮滚动半径；通过对四个车轮分别计算后，取四个车轮滑移率的平均值，计算并记录到整个预警制动过程中的整车车轮滑移率的变化；通过计算出的滑移率和获得的车辆减速度与路面类型识别模型库进行匹配，找到在滑移率为12％情况下对应车辆减速度在数值上最接近路面附着系数，从而通过落在对应的识别区间中，来对应识别到当时制动时的车辆所在的路面类型。

5.根据权利要求4所述的基于实时路面识别的紧急自动刹车稳态控制方法，其特征在于：在预警制动时，AEB控制器会发出一个预警制动指令给ESC，ESC通过马达主动建立一个持续0.5秒的80bar制动液压。

6.根据权利要求4所述的基于实时路面识别的紧急自动刹车稳态控制方法，其特征在于：AEB控制器通过ESC内部集成的加速度惯性传感器获取车辆减速度。

7.根据权利要求1所述的基于实时路面识别的紧急自动刹车稳态控制方法，其特征在于：S3中的补偿方法为：以干沥青路面为基准，通过TTC模型来对相撞危险进行危险评估，两车相撞所需时间TTC＝V_rel/V_rel，其中，D_rel为两车相对距离，V_rel为两车相对速度；要求刹停时，与目标车的安全距离d₀；基于干沥青路面的AEB控制***，当两车相对距离达到危险距离Dbr时，立即发生全力刹车指令，其中：Dbr＝TTC·V_rel+d₀；

确定当前路面类型后，即可得到当前路面的附着系数，若当前路面为普通的沥青路面，按照原定的刹车时间点进行刹车；若当前路面为湿滑路面时，将全力刹车指令提前。

8.根据权利要求7所述的基于实时路面识别的紧急自动刹车稳态控制方法，其特征在于：当前路面为湿滑路面时，提前的时间计算方法为：

在做AEB标定时，假设此种路面的摩擦为u₁，所识别路面的摩擦系数为u_x。则提前刹车的两车碰撞时间TTC_x＝u₁/u_x·TTC，识别路面类型后，需要提前全力刹车的危险距离计算方法为：Dbr_x＝TTC_x·V_rel+d_br。

Images