CN113635895B - 一种考虑制动力衰减的车辆主动防撞控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种考虑制动力衰减的车辆主动防撞控制方法，涉及行车安全技术领域。该方法利用制动器信息与前方路面信息得到当前制动***可提供的最大制动减速度，获取车辆行驶状态信息和环境障碍物信息，判断当前车辆的碰撞风险，计算制动***所需制动压力，重复以上步骤来实时检测制动***的制动力衰减情况。本发明公开的控制方法能够综合车辆制动***状态、车辆运动学信息以及环境障碍物信息对车辆安全性进行合理判断并输出所需的制动力矩，为车辆主动防撞提供更加准确的控制方法，提高了制动***的安全性与可靠性。

Description

一种考虑制动力衰减的车辆主动防撞控制方法
技术领域
本发明涉及行车安全技术领域，尤其是一种考虑制动力衰减的车辆主动防撞控制方法。
背景技术
随着汽车保有量的快速增长，道路交通安全问题已经成为各国政府和社会关注的重要问题。美国国家高速公路安全委员会(NHTSA)的调研表明，在道路交通致死事故中，因驾驶员过失造成的约占90％，而因车辆故障造成的仅占约3％，发展先进的车辆主动安全***已成为现代道路交通的迫切需求。车辆的主动避撞方法的研究是车辆主动安全***的重要方面之一，现有主动避撞控制方法未能考虑制动***的制动力衰减情况，难以满足制动盘升温或者磨损情况下的车辆主动安全防护需求。
发明内容
本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种考虑制动力衰减的车辆主动防撞控制方法，本发明的技术方案如下：
一种考虑制动力衰减的车辆主动防撞控制方法，包括：
步骤1，确定当前车辆的行驶速度、每个车轮的制动盘热衰减系数、储气罐压力和前方路面峰值附着系数；
步骤2，根据当前车辆的行驶速度、每个车轮的制动盘热衰减系数、储气罐压力和前方路面峰值附着系数得到当前气制动***的最大制动减速度；
步骤3，确定当前车辆的前方障碍物运动速度和前方障碍物与当前车辆的距离；
步骤4，根据当前车辆的行驶速度、前方障碍物运动速度、前方障碍物与当前车辆的距离和前方路面峰值附着系数得到当前气制动***的期望制动减速度，根据期望制动减速度和最大制动减速度判断当前车辆是否有碰撞风险，若有风险，进入步骤5，否则返回步骤1；
步骤5，计算当前气制动***的期望制动力矩，并将期望制动力矩反馈给气制动***执行；
步骤6，重复步骤1至5。
进一步的，步骤1具体包括：
利用红外传感器检测当前车辆每个车轮的制动盘温度，再通过公式
Figure BDA0003188684050000021
计算得到每个车轮的制动盘热衰减系数，其中ij∈{fl,fr,bl,br}，ij＝fl表示左前轮，ij＝fr表示右前轮，ij＝bl表示左后轮，ij＝br表示右后轮，σij为对应车轮的制动盘热衰减系数，Tij为对应车轮的制动盘温度，KT1至KT5分别为制动盘的热衰减拟合系数、与制动盘材料及结构有关；
利用气压传感器检测当前车辆的储气罐压力；
利用CAN总线采集当前车辆的行驶速度；
利用摄像头采集前方路面图像并通过隐马尔可夫模型算法确定前方路面峰值附着系数。
进一步的，得到当前气制动***的最大制动减速度，包括：
根据行驶速度计算得到路面摩擦阻力Fr和迎风阻力Fw；
根据储气罐压力和每个车轮的制动盘热衰减系数计算得到当前气制动***提供的最大制动力矩Mlim；
根据当前气制动***提供的最大制动力矩Mlim和前方路面峰值附着系数
Figure BDA0003188684050000025
计算得到当前气制动***提供的最大制动力Fb_max；
按照公式
Figure BDA0003188684050000022
计算得到当前气制动***的最大制动减速度，m为车辆质量。
进一步的，根据当前气制动***提供的最大制动力矩Mlim和前方路面峰值附着系数计算得到当前气制动***提供的最大制动力Fb_max，包括：
按照公式
Figure BDA0003188684050000023
计算得到当前气制动***提供的最大制动力，rr为车轮半径，m为车辆质量，g为重力加速度，
Figure BDA0003188684050000024
为前方路面峰值附着系数。
进一步的，根据储气罐压力和每个车轮的制动盘热衰减系数计算得到当前气制动***提供的最大制动力矩Mlim，包括：
根据储气罐压力和每个车轮的制动盘热衰减系数计算得到当前气制动***提供的每个车轮的最大制动力矩Mfl、Mfr、Mbl、Mbr；
按照公式
Figure BDA0003188684050000031
计算得到当前气制动***提供的最大制动力矩，β为前轮制动力分配系数，Mfl、Mfr、Mbl、Mbr分别为当前气制动***提供的左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的最大制动力矩。
进一步的，当前气制动***提供的每个车轮的最大制动力矩Mfl、Mfr、Mbl、Mbr为：
Figure BDA0003188684050000032
其中，μ为制动盘与衬块之间的摩擦系数，Pt为储气罐压力，σfl、σfr、σbl、σbr分别为左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的制动盘热衰减系数，n为制动缸数量，S为制动缸横截面积，R为制动盘有效制动半径。
进一步的，根据行驶速度计算得到路面摩擦阻力Fr和迎风阻力Fw，包括按照如下公式计算：
Figure BDA0003188684050000033
其中，f为滚动摩擦系数，v为车辆行驶速度，m为车辆质量，g为重力加速度，CD为车辆风阻系数，Aa为车辆迎风面积，ρ为空气密度。
进一步的，步骤4中的根据当前车辆的行驶速度、前方障碍物运动速度、前方障碍物与当前车辆的距离和前方路面峰值附着系数得到当前气制动***的期望制动减速度，包括按照如下公式计算：
Figure BDA0003188684050000034
其中，v为当前车辆的行驶速度，So为前方障碍物与当前车辆的距离，vo为前方障碍物运动速度，
Figure BDA0003188684050000035
为前方路面峰值附着系数，g为重力加速度值，Ssafe为预留安全距离。
进一步的，根据期望制动减速度和最大制动减速度判断当前车辆是否有碰撞风险，包括按照如下公式判定：
Figure BDA0003188684050000041
其中，La为当前车辆的碰撞风险判定级别，0为无风险，1为有风险；ades为当前气制动***的期望制动减速度，amax为当前气制动***的最大制动减速度。
进一步的，步骤5的计算当前气制动***所需的制动力矩，包括按照如下公式计算：
Figure BDA0003188684050000042
其中，Mdes为当前气制动***的期望制动力矩，ades为当前气制动***的期望制动减速度，amax为当前气制动***的最大制动减速度，Fr为路面摩擦阻力，Fw为迎风阻力，m为车辆质量，rr为车轮半径。
本发明的有益技术效果是：
本发明公开了一种考虑制动力衰减的车辆主动防撞控制方法，能够对车辆行驶过程中气制动***的制动力衰减情况进行实时检测，综合车辆气制动***状态、车辆行驶状态信息以及环境障碍物信息对车辆安全性进行合理判断并输出所需的制动力矩给气制动***，避免了由于制动盘磨损、热失效等因素导致的主动制动控制方法失效，为车辆主动防撞提供更加准确的控制方法，提高了制动***的安全性与可靠性。
附图说明
图1是本发明的考虑制动力衰减的车辆主动防撞控制方法的方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
本申请公开了一种考虑制动力衰减的车辆主动防撞控制方法，请结合图1，主要包括如下步骤：
步骤1：确定当前车辆的行驶速度、每个车轮的制动盘热衰减系数、储气罐压力和前方路面峰值附着系数，具体包括利用红外传感器检测当前车辆每个车轮的制动盘温度，再通过公式
Figure BDA0003188684050000051
计算得到每个车轮的制动盘热衰减系数，其中ij∈{fl,fr,bl,br}，ij＝fl表示左前轮，ij＝fr表示右前轮，ij＝bl表示左后轮，ij＝br表示右后轮，σij为对应车轮的制动盘热衰减系数，Tij为对应车轮的制动盘温度信息，KT1至KT5分别为制动盘的热衰减拟合系数、与制动盘材料及结构有关；利用气压传感器检测当前车辆的储气罐压力；利用CAN总线采集当前车辆的行驶速度；利用摄像头采集前方路面图像并通过隐马尔可夫模型算法确定前方路面峰值附着系数，本实施例中摄像头安装在前防风玻璃中间靠底部的位置。
步骤2：根据步骤1确定的当前车辆的行驶速度、每个车轮的制动盘热衰减系数、储气罐压力和前方路面峰值附着系数得到当前气制动***的最大制动减速度，具体包括：
(1)根据每个车轮的制动盘热衰减系数和储气罐压力计算当前气制动***提供的每个车轮的最大制动力矩，具体按照如下公式计算：
Figure BDA0003188684050000052
其中，Mfl、Mfr、Mbl、Mbr分别为当前气制动***提供的左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的最大制动力矩，μ为制动盘与衬块之间的摩擦系数，Pt为储气罐压力，σfl、σfr、σbl、σbr分别为左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的制动盘热衰减系数，n为制动缸数量，S为制动缸横截面积，R为制动盘有效制动半径。
(2)为了防止由于制动力矩差导致的车辆跑偏现象，以当前气制动***热衰减系数最小的制动轮缸为基准反推当前气制动***可以提供的最大制动力矩Mlim，具体按照如下公式计算：
Figure BDA0003188684050000053
其中，β为前轮制动力分配系数。
(3)根据当前气制动***提供的最大制动力矩Mlim计算当前气制动***提供的最大制动力Fb_max。在具体工况中，若前方路面峰值附着系数较低，则此时前方路面峰值附着系数为最大制动力的有效约束，若制动盘热衰减状态较严重，则制动力矩成为最大制动力的有效约束，具体按照如下公式计算：
Figure BDA0003188684050000061
其中，rr为车轮半径，m为车辆质量，g为重力加速度，
Figure BDA0003188684050000062
为前方路面峰值附着系数。
(4)根据车辆行驶速度计算得到路面摩擦阻力Fr和迎风阻力Fw，具体按照如下公式计算：
Figure BDA0003188684050000063
其中，f为滚动摩擦系数，v为车辆行驶速度，m为车辆质量，g为重力加速度，CD为车辆风阻系数，Aa为车辆迎风面积，ρ为空气密度。
(5)根据路面摩擦阻力Fr、迎风阻力Fw和当前气制动***提供的最大制动力Fb_max计算当前气制动***提供的最大制动减速度amax，按照如下公式计算：
Figure BDA0003188684050000064
其中，m为车辆质量。
步骤3：通过雷达获取所述当前车辆的前方障碍物运动速度和前方障碍物与当前车辆的距离。
步骤4：根据当前车辆的行驶速度、前方障碍物运动速度、前方障碍物与当前车辆的距离和前方路面峰值附着系数得到当前气制动***的期望制动减速度，根据期望制动减速度和最大制动减速度判断当前车辆是否有碰撞风险，若有风险，进入步骤5，否则返回步骤1，具体包括：
(1)根据当前车辆行驶速度、前方障碍物运动速度、前方障碍物与当前车辆的距离和前方路面峰值附着系数计算得到当前气制动***的期望制动减速度，按照如下公式计算：
Figure BDA0003188684050000071
其中，ades为当前气制动***的期望制动减速度，v为当前车辆的行驶速度，So为前方障碍物与当前车辆的距离，vo为前方障碍物运动速度，
Figure BDA0003188684050000072
为前方路面峰值附着系数，g为重力加速度值，Ssafe为预留安全距离。
(2)根据期望制动减速度和最大制动减速度判定当前车辆的碰撞风险，具体判定方法如下：
Figure BDA0003188684050000073
其中，La为当前车辆的碰撞风险判定级别，0为无风险，1为有风险。
步骤5：计算当前气制动***的期望制动力矩，并将期望制动力矩反馈给气制动***执行，期望制动力矩具体按照如下公式计算：
Figure BDA0003188684050000074
其中，Mdes为当前气制动***的期望制动力矩，ades为当前气制动***的期望制动减速度，amax为当前气制动***的最大制动减速度，Fr为路面摩擦阻力，Fw为迎风阻力，m为车辆质量，rr为车轮半径。
步骤6：重复步骤1至5。
以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种考虑制动力衰减的车辆主动防撞控制方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1，确定当前车辆的行驶速度、每个车轮的制动盘热衰减系数、储气罐压力和前方路面峰值附着系数；
步骤2，根据所述当前车辆的行驶速度、每个车轮的制动盘热衰减系数、储气罐压力和前方路面峰值附着系数得到当前气制动***的最大制动减速度；
步骤3，确定当前车辆的前方障碍物运动速度和前方障碍物与当前车辆的距离；
步骤4，根据所述当前车辆的行驶速度、所述前方障碍物运动速度、所述前方障碍物与当前车辆的距离和所述前方路面峰值附着系数得到所述当前气制动***的期望制动减速度，根据所述期望制动减速度和所述最大制动减速度判断所述当前车辆是否有碰撞风险，若有风险，进入步骤5，否则返回步骤1；
步骤5，计算所述当前气制动***的期望制动力矩，并将所述期望制动力矩反馈给所述气制动***执行；
步骤6，重复步骤1至5。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：
利用红外传感器检测当前车辆每个车轮的制动盘温度，再通过公式
Figure FDA0003188684040000011
计算得到所述每个车轮的制动盘热衰减系数，其中ij∈{fl,fr,bl,br}，ij＝fl表示左前轮，ij＝fr表示右前轮，ij＝bl表示左后轮，ij＝br表示右后轮，σij为对应车轮的制动盘热衰减系数，Tij为对应车轮的制动盘温度，KT1至KT5分别为制动盘的热衰减拟合系数、与制动盘材料及结构有关；
利用气压传感器检测当前车辆的储气罐压力；
利用CAN总线采集所述当前车辆的行驶速度；
利用摄像头采集前方路面图像并通过隐马尔可夫模型算法确定所述前方路面峰值附着系数。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述得到所述当前气制动***的最大制动减速度，包括：
根据所述行驶速度计算得到路面摩擦阻力Fr和迎风阻力Fw；
根据所述储气罐压力和每个车轮的制动盘热衰减系数计算得到当前气制动***提供的最大制动力矩Mlim；
根据所述当前气制动***提供的最大制动力矩Mlim和所述前方路面峰值附着系数
Figure FDA0003188684040000025
计算得到所述当前气制动***提供的最大制动力Fb_max；
按照公式
Figure FDA0003188684040000021
计算得到所述当前气制动***的最大制动减速度，m为车辆质量。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述当前气制动***提供的最大制动力矩Mlim和所述前方路面峰值附着系数计算得到所述当前气制动***提供的最大制动力Fb_max，包括：
按照公式
Figure FDA0003188684040000022
计算得到所述当前气制动***提供的最大制动力，rr为车轮半径，m为车辆质量，g为重力加速度，
Figure FDA0003188684040000023
为前方路面峰值附着系数。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述储气罐压力和每个车轮的制动盘热衰减系数计算得到当前气制动***提供的最大制动力矩Mlim，包括：
根据所述储气罐压力和所述每个车轮的制动盘热衰减系数计算得到所述当前气制动***提供的每个车轮的最大制动力矩Mfl、Mfr、Mbl、Mbr；
按照公式
Figure FDA0003188684040000024
计算得到所述当前气制动***提供的最大制动力矩，β为前轮制动力分配系数，Mfl、Mfr、Mbl、Mbr分别为所述当前气制动***提供的左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的最大制动力矩。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述当前气制动***提供的每个车轮的最大制动力矩Mfl、Mfr、Mbl、Mbr为：
Figure FDA0003188684040000026
其中，μ为制动盘与衬块之间的摩擦系数，Pt为储气罐压力，σfl、σfr、σbl、σbr分别为左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的制动盘热衰减系数，n为制动缸数量，S为制动缸横截面积，R为制动盘有效制动半径。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述行驶速度计算得到路面摩擦阻力Fr和迎风阻力Fw，包括按照如下公式计算：
f＝0.0076+0.000056v
Fr＝mgf；
Figure FDA0003188684040000031
其中，f为滚动摩擦系数，v为车辆行驶速度，m为车辆质量，g为重力加速度，CD为车辆风阻系数，Aa为车辆迎风面积，ρ为空气密度。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4中的根据所述当前车辆的行驶速度、所述前方障碍物运动速度、所述前方障碍物与当前车辆的距离和所述前方路面峰值附着系数得到所述当前气制动***的期望制动减速度，包括按照如下公式计算：
Figure FDA0003188684040000032
其中，v为当前车辆的行驶速度，So为前方障碍物与当前车辆的距离，vo为前方障碍物运动速度，
Figure FDA0003188684040000033
为前方路面峰值附着系数，g为重力加速度值，Ssafe为预留安全距离。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述期望制动减速度和所述最大制动减速度判断所述当前车辆是否有碰撞风险，包括按照如下公式判定：
Figure FDA0003188684040000034
其中，La为当前车辆的碰撞风险判定级别，0为无风险，1为有风险；ades为当前气制动***的期望制动减速度，amax为当前气制动***的最大制动减速度。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤5的计算所述当前气制动***的期望制动力矩，包括按照如下公式计算：
Figure FDA0003188684040000041
其中，Mdes为当前气制动***的期望制动力矩，ades为当前气制动***的期望制动减速度，amax为当前气制动***的最大制动减速度，Fr为路面摩擦阻力，Fw为迎风阻力，m为车辆质量，rr为车轮半径。
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