CN115571122A - 一种主被动安全一体化控制***及其控制方法 - Google Patents

一种主被动安全一体化控制***及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种主被动安全一体化控制***，包括：信息采集模块，其设置在目标车辆上，用于采集目标车辆的行驶信息及碰撞目标的行驶信息；信息处理模块，其与所述信息采集模块相连接，用于信息的接收、处理和碰撞风险的判断；信息输出模块，其与所述信息处理模块相连接，用于发出预警信息；执行机构，其设置在目标车辆上，且所述执行机构与所述信息输出模块相连接，用于控制目标车辆的转向和制动。本发明还公开了一种主被动安全一体化控制***的控制方法，通过主被动碰撞技术的结合，减小碰撞损失。

Description

一种主被动安全一体化控制***及其控制方法
技术领域
本发明涉及汽车防碰撞技术领域，更具体的是，本发明涉及一种主被动安全一体化控制***及其控制方法。
背景技术
随着汽车保有量增多，随之而带来的交通事故也愈发增多，因此对于汽车安全技术的研究愈发重要。
现阶段主要的汽车安全技术分为主动安全技术和被动安全技术。
主动安全技术主要是在碰撞发生前，对可能发生的碰撞提前进行感知，对驾驶员进行提醒或采取措施，避免碰撞事故的发生，主动安全技术包括：盲点检测***(BlindSpot Monitoring,BSM)、自动紧急制动***(Autonomous Emergence Braking，AEB)、车道偏离警示***(Lane Departure Warning，LDW)、正面碰撞警告(Forward CollisionWarning，FCW)、自动紧急转向(Autonomous Emergency Steering，AES)等。
被动安全技术主要是在发生碰撞事故中或后对乘员或者行人进行的保护，被动安全技术包括：主动预紧式安全带、安全气囊、汽车吸能装置、发动机罩弹起装置等。
但是在现有技术中主动安全技术和被动安全技术基本完全分离，不能在发生碰撞时协同发挥作用来保障乘员以及行人的安全，而且目前对于行人保护的被动技术的研究也不是很多。
发明内容
本发明的目的是设计开发了一种主被动安全一体化控制***，多模块构成主被动安全一体化***，实现对不同碰撞目标采用不同的车辆避撞，提升车辆安全性。
本发明还设计开发了一种主被动安全一体化控制***的控制方法，对不同的碰撞对象，采用不同的主被动碰撞结合，减小碰撞带来的损失。
本发明提供的技术方案为：
一种主被动安全一体化控制***，包括：
信息采集模块，其设置在目标车辆上，用于采集目标车辆的行驶信息及碰撞目标的状态信息；
信息处理模块，其与所述信息采集模块相连接，用于信息的接收、处理和碰撞风险的判断；
信息输出模块，其与所述信息处理模块相连接，用于发出预警信息；
执行机构，其设置在目标车辆上，且所述执行机构与所述信息输出模块相连接，用于控制目标车辆的转向和制动。
优选的是，所述信息采集模块包括：
激光雷达，其设置在目标车辆的车顶上，用于测距；
测速雷达，其设置在目标车辆的前端，用于检测碰撞目标的加速度；
多个车载摄像头，其设置在目标车辆的周围，用于扫描和识别目标车辆周围车道及碰撞目标；
其中，所述激光雷达、测速雷达及多个车载摄像头均与信息处理模块相连接。
优选的是，所述信息处理模块为电子控制单元。
优选的是，所述信息输出模块包括：
语音提醒装置，其设置在目标车辆的驾驶室内，用于对驾驶员进行风险提示；
警示灯，其设置在目标车辆的驾驶室内，用于对驾驶员进行风险提示。
优选的是，所述执行机构包括EPS、ESC&EPB和EMS&TCU&BMS。
一种主被动安全一体化控制***的控制方法，使用所述的主被动安全一体化控制***，包括如下步骤：
步骤一、采集目标车辆的车速、碰撞目标的速度、碰撞目标的加速度和目标车辆与碰撞目标之间的距离；
步骤二、若D1≤Dw时，则信息输出模块提示驾驶员通过制动或转向进行避障；
若D1≤Ds、驾驶员无动作且目标车辆所在车道的旁边车道安全时，则执行机构使目标车辆通过自动紧急转向进行避障，同时主动预紧式安全带收紧；
若D1＝Db1、驾驶员无动作且目标车辆所在车道的旁边车道不安全时，则执行机构使目标车辆通过自动紧急制动以最大纵向制动减速度进行避障，同时主动预紧式安全带收紧；
若碰撞目标为突然出现的车辆且D1＜Db1、驾驶员无动作、目标车辆所在车道的旁边车道不安全时，则执行机构使目标车辆通过自动紧急制动以最大纵向制动减速度进行避障，同时主动预紧式安全带收紧，安全气囊在碰撞前0.01s时弹出；
若碰撞目标为突然出现的行人且D1＜Db2、驾驶员无动作、目标车辆所在车道的旁边车道不安全时，则执行机构使目标车辆通过自动紧急制动以最大纵向制动减速度进行避障，同时主动预紧式安全带收紧，行人保护装置启动；
其中，D1为目标车辆与碰撞目标之间的距离，Dw为临界预警距离，Ds为转向避撞临界距离，Db1为车辆制动避撞临界距离，Db2为行人制动避撞临界距离，且Db1＜Ds＜Dw，Db2＜Ds＜Dw。
优选的是，所述临界预警距离满足：
Dw＝2.3vrel+6.3；
式中，vrel为目标车辆与碰撞目标之间的相对速度。
优选的是，所述转向避撞临界距离满足：
Figure BDA0003933694870000031
式中，y1为避撞所需的换道横向位移，ay,max为目标车辆的最大横向加速度，τ1为***延迟时间。
优选的是，所述车辆制动避撞临界距离和行人制动避撞临界距离满足：
Figure BDA0003933694870000032
Figure BDA0003933694870000041
式中，t1为目标车辆的制动时间，ax,max为目标车辆的最大纵向制动减速度，v2为碰撞目标的速度，a1,max为碰撞目标的最大纵向制动减速度，v1为目标车辆的车速。
优选的是，所述主动预紧式安全带的预紧过程时间为800ms，预紧量为55mm；
行人保护装置包括汽车吸能装置和发动机罩弹起装置，所述汽车吸能装置为形状记忆合金汽车吸能装置，所述发动机罩弹起装置为形状记忆合金汽车弹起式发动机罩结构；
所述判断目标车辆所在车道的旁边车道是否安全具体包括：
若激光雷达检测目标车辆所在车道的旁边车道相对应目标车辆的位置前后50米内无碰撞目标，则判定目标车辆所在车道的旁边车道安全，否则判定目标车辆所在车道的旁边车道不安全。
本发明所述的有益效果：
(1)、本发明设计开发的一种主被动安全一体化控制***，多模块构成主被动安全一体化***，实现对不同碰撞目标采用不同的车辆避撞，提升车辆安全性。
(2)、本发明设计开发的主被动安全一体化控制***的控制方法，针对不同的碰撞对象，采取不同的主被动碰撞技术，可以减小碰撞所带来的损失。
附图说明
图1为本发明所述主被动安全一体化控制***的控制方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
本发明提供的一种主被动安全一体化控制***包括：
信息采集模块、信息处理模块、信息输出模块和执行机构，并且上述模块均设置在目标车辆上，信息采集模块、信息处理模块、信息输出模块和执行机构依次连接，信息采集模块用于采集目标车辆的行驶信息及碰撞目标的状态信息；信息处理模块获取所述信息采集模块采集的信息，并判断是否存在本车与前方车辆或行人发生碰撞的风险；信息输出模块用于当目标车辆与前方碰撞目标(车辆或行人)有碰撞风险时向驾驶员发出预警信息；执行机构实现目标车辆的转向、制动等操作。
其中，所述信息采集模块包括：激光雷达、测速雷达和多个车载摄像头，所述激光雷达设置在目标车辆的车顶，用于检测目标车辆与碰撞目标的距离、目标车辆周围车道或建筑物的距离；测速雷达设置在目标车辆的前端，用于检测碰撞目标的加速度；多个车载摄像头设置在目标车辆的周围，用于扫描和识别目标车辆的周围车道及碰撞目标，所述激光雷达、测速雷达及多个车载摄像头均与信息处理模块相连接，进行判别车道线和周围车辆。
在本实施例中，目标车辆为本车，碰撞目标为本车前方的车辆或行人。
所述信息处理模块采用电子控制单元(ECU)，目标车辆的车速通过车辆仪表盘获取。
所述信息输出模块包括：语音提醒装置和警示灯，均设置在目标车辆驾驶室内，用于对目标车辆的驾驶员进行风险提示。
定位模块采用GPS或北斗导航***，获取目标车辆所在位置的限速值。
所述执行机构包括：电动助力转向(EPS)、汽车电子稳定控制***&电子手刹驻车(ESC&EPB)、发动机管理***&远程信息控制单元&电池管理***(EMS&TCU&BMS)等执行器，电子控制单元与这些执行器通过CAN总线连接，这些执行器可以接收电子控制单元发送的控制指令，并执行控制指令实现目标车辆的转向和制动等操作，从而最终实现通过主动安全控制来获取被动安全装置的最优利用。
本发明设计开发的一种主被动安全一体化控制***，多模块构成主被动安全一体化***，实现对不同碰撞目标采用不同的车辆避撞，提升车辆安全性。
如图1所示，本发明还提供一种主被动安全一体化控制***的控制方法，使用所述的主被动安全一体化控制***，具体包括如下步骤：
步骤一、通过信息采集模块获取目标车辆的车速v1、碰撞目标的速度v2、碰撞目标的加速度和目标车辆与碰撞目标之间的距离D1；
步骤二、若D1≤Dw时，则信息输出模块通过驾驶室内的警示灯和语音提示装置提示驾驶员通过制动或转向进行避障；
其中，Dw为临界预警距离且满足：
Dw＝2.3vrel+6.3；
式中，Dw为临界预警距离，vrel为目标车辆与碰撞目标之间的相对速度。
若D1≤Ds、驾驶员无动作且目标车辆所在车道的旁边车道安全时，即切换至旁边车道碰撞可避免，则执行机构使目标车辆通过自动紧急转向进行避障，同时主动预紧式安全带收紧，预紧过程时间设置为800ms，预紧量设置为55mm；
其中，Ds为转向避撞临界距离且满足：
Figure BDA0003933694870000061
式中，Ds为转向避撞临界距离，y1为避撞所需的换道横向位移，ay,max为目标车辆的最大横向加速度，τ1为***延迟时间；
在本实施例中，避撞所需的换道横向位移为2.5m，***延迟时间为0.6s；
所述判断目标车辆所在车道的旁边车道是否安全具体包括：
若激光雷达检测目标车辆所在车道的旁边车道相对应目标车辆的位置前后50米内无碰撞目标，则判定目标车辆所在车道的旁边车道安全，否则判定目标车辆所在车道的旁边车道不安全。
若D1＝Db1、驾驶员无动作且目标车辆所在车道的旁边车道不安全时，即在本车道碰撞可避免，则执行机构使目标车辆通过自动紧急制动进行避障，同时主动预紧式安全带收紧；
其中，Db1为车辆制动避撞临界距离且满足：
Figure BDA0003933694870000071
式中，Db1为车辆制动避撞临界距离，t1为目标车辆的制动时间，ax,max为目标车辆的最大纵向制动减速度，v2为碰撞目标的速度，a1,max为碰撞目标的最大纵向制动减速度，v1为目标车辆的车速。
若碰撞目标为突然出现的车辆且D1＜Db1、驾驶员无动作、目标车辆所在车道的旁边车道不安全时，即在本车道碰撞不可避免，则执行机构使目标车辆通过自动紧急制动以最大纵向制动减速度进行避障，同时主动预紧式安全带开始收紧，预紧过程时间设置为800ms，预紧量设置为55mm，安全气囊在碰撞前0.01s时实现提前点火弹出；
若碰撞目标为突然出现的行人且D1＜Db2、驾驶员无动作、目标车辆所在车道的旁边车道不安全时，即在本车道碰撞不可避免，则执行机构使目标车辆通过自动紧急制动以最大纵向制动减速度进行避障，同时主动预紧式安全带收紧，行人保护装置启动；
其中，Db2为行人制动避撞临界距离且满足：
Figure BDA0003933694870000072
在本实施例中，Db1＜Ds＜Dw，Db2＜Ds＜Dw。
所述行人保护装置包括汽车吸能装置和发动机罩弹起装置，所述汽车吸能装置为形状记忆合金汽车吸能装置，所述发动机罩弹起装置为形状记忆合金汽车弹起式发动机罩结构。
其中，所述汽车吸能装置的主要作用在于：(1)用于连接防撞横梁和前纵梁，使车身结构具有一定刚度；(2)用于吸收由于汽车碰撞时发生压溃变形从而产生的能量，保护车内成员和车身本体；(3)用于将防撞横梁传递来的冲击力均匀传递给汽车的两个纵梁。
本发明提供的主被动安全一体化控制***的控制方法，先判断是否可以安全避让障碍物，若可以，则生成相应的避撞策略——自动紧急转向或者自动紧急制动；若否，则再次判断障碍物是车辆还是行人，针对不同的碰撞目标生成不同的主被动一体化碰撞策略，因此，针对不同的碰撞对象，采取不同的主被动碰撞技术，可以极大地减轻发生碰撞时对乘员和碰撞目标的损害，减小碰撞所带来的损失。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。

Claims (10)

1.一种主被动安全一体化控制***，其特征在于，包括：
信息采集模块，其设置在目标车辆上，用于采集目标车辆的行驶信息及碰撞目标的状态信息；
信息处理模块，其与所述信息采集模块相连接，用于信息的接收、处理和碰撞风险的判断；
信息输出模块，其与所述信息处理模块相连接，用于发出预警信息；
执行机构，其设置在目标车辆上，且所述执行机构与所述信息输出模块相连接，用于控制目标车辆的转向和制动。
2.如权利要求1所述的主被动安全一体化控制***，其特征在于，所述信息采集模块包括：
激光雷达，其设置在目标车辆的车顶上，用于测距；
测速雷达，其设置在目标车辆的前端，用于检测碰撞目标的加速度；
多个车载摄像头，其设置在目标车辆的周围，用于扫描和识别目标车辆周围车道及碰撞目标；
其中，所述激光雷达、测速雷达及多个车载摄像头均与信息处理模块相连接。
3.如权利要求2所述的主被动安全一体化控制***，其特征在于，所述信息处理模块为电子控制单元。
4.如权利要求3所述的主被动安全一体化控制***，其特征在于，所述信息输出模块包括：
语音提醒装置，其设置在目标车辆的驾驶室内，用于对驾驶员进行风险提示；
警示灯，其设置在目标车辆的驾驶室内，用于对驾驶员进行风险提示。
5.如权利要求4所述的主被动安全一体化控制***，其特征在于，所述执行机构包括EPS、ESC&EPB和EMS&TCU&BMS。
6.一种主被动安全一体化控制***的控制方法，使用如权利要求1-5任意一项所述的主被动安全一体化控制***，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、采集目标车辆的车速、碰撞目标的速度、碰撞目标的加速度和目标车辆与碰撞目标之间的距离；
步骤二、若D1≤Dw时，则信息输出模块提示驾驶员通过制动或转向进行避障；
若D1≤Ds、驾驶员无动作且目标车辆所在车道的旁边车道安全时，则执行机构使目标车辆通过自动紧急转向进行避障，同时主动预紧式安全带收紧；
若D1＝Db1、驾驶员无动作且目标车辆所在车道的旁边车道不安全时，则执行机构使目标车辆通过自动紧急制动以最大纵向制动减速度进行避障，同时主动预紧式安全带收紧；
若碰撞目标为突然出现的车辆且D1＜Db1、驾驶员无动作、目标车辆所在车道的旁边车道不安全时，则执行机构使目标车辆通过自动紧急制动以最大纵向制动减速度进行避障，同时主动预紧式安全带收紧，安全气囊在碰撞前0.01s时弹出；
若碰撞目标为突然出现的行人且D1＜Db2、驾驶员无动作、目标车辆所在车道的旁边车道不安全时，则执行机构使目标车辆通过自动紧急制动以最大纵向制动减速度进行避障，同时主动预紧式安全带收紧，行人保护装置启动；
其中，D1为目标车辆与碰撞目标之间的距离，Dw为临界预警距离，Ds为转向避撞临界距离，Db1为车辆制动避撞临界距离，Db2为行人制动避撞临界距离，且Db1＜Ds＜Dw，Db2＜Ds＜Dw。
7.如权利要求6所述的主被动安全一体化控制***的控制方法，其特征在于，所述临界预警距离满足：
Dw＝2.3vrel+6.3；
式中，vrel为目标车辆与碰撞目标之间的相对速度。
8.如权利要求7所述的主被动安全一体化控制***的控制方法，其特征在于，所述转向避撞临界距离满足：
Figure FDA0003933694860000021
式中，y1为避撞所需的换道横向位移，ay,max为目标车辆的最大横向加速度，τ1为***延迟时间。
9.如权利要求8所述的主被动安全一体化控制***的控制方法，其特征在于，所述车辆制动避撞临界距离和行人制动避撞临界距离满足：
Figure FDA0003933694860000031
Figure FDA0003933694860000032
式中，t1为目标车辆的制动时间，ax,max为目标车辆的最大纵向制动减速度，v2为碰撞目标的速度，a1,max为碰撞目标的最大纵向制动减速度，v1为目标车辆的车速。
10.如权利要求9所述的主被动安全一体化控制***的控制方法，其特征在于，所述主动预紧式安全带的预紧过程时间为800ms，预紧量为55mm；
行人保护装置包括汽车吸能装置和发动机罩弹起装置，所述汽车吸能装置为形状记忆合金汽车吸能装置，所述发动机罩弹起装置为形状记忆合金汽车弹起式发动机罩结构；
所述判断目标车辆所在车道的旁边车道是否安全具体包括：
若激光雷达检测目标车辆所在车道的旁边车道相对应目标车辆的位置前后50米内无碰撞目标，则判定目标车辆所在车道的旁边车道安全，否则判定目标车辆所在车道的旁边车道不安全。
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