[发明专利]一种紧急变道工况下车辆线控制动辅助安全系统及其控制方法

权利要求书

1.一种基于车辆线控制动辅助安全系统的控制方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤1：

环境感知模块将车辆周围的物体位置信息与运动状态信息传输给碰撞危险度分析模块；碰撞危险度分析模块通过传感器融合算法区分出车辆周围的不同运动物体与车辆本身的相对位置关系和相对运动关系；

步骤2：

驾驶员输入模块采集方向盘转角信息与制动踏板位移信息并传输给碰撞危险度分析模块；

步骤3.1：

碰撞危险度分析模块首先以车辆几何中心为原点，车辆前进方向为X轴，垂直于X轴过原点指向车辆前进方向左侧的方向为Y轴；将当前时刻环境感知模块获取的周围车辆与车辆本身的相对位置信息与相对运动信息在该坐标系中描述为[X_i(t),Y_i(t),V_xi(t),V_yi(t)],其中X_i(t)和Y_i(t)分别为物体在车辆坐标系中所处的横纵坐标值，V_xi(t)和V_yi(t)分别为物体在车辆坐标系中沿X轴方向与Y轴方向的运动速度，i表示不同的物体编号；

步骤3.2：

碰撞危险度分析模块由方向盘转角传感器获得当前时刻的驾驶员方向盘转角θ_sw(t)以及方向盘转速传感器获得驾驶员方向盘转速由GPS和惯性导航仪得到车辆当前纵向车速V_X(t)，横向车速V_Y(t)以及相对于车道线的航向角θ_Lh(t)，在平直道路上，车速较高时出现方向盘转速或转角过大的其情况，则判断驾驶员在进行紧急变道操作；

步骤3.3：

根据环境感知模块所测得的车辆间相对速度V_xi(t)通过滤波估计得到车辆间相对加速度值a_xi(t)，

计算这些车辆与本车的碰撞预计时间TC_i：

式中i∈{OF,CF,CR}其中OF表示为原车道前方车辆，CF为变道侧前方车辆，CR为变道侧后方车辆；

步骤3.4：

将驾驶员方向盘转角带入车辆动力学方程：

式中γ(t)为横摆角速度，β(t)为质心侧偏角，a为车辆质心到前轴距离，b为车辆质心到后轴距离，k_f和k_r分别为前后轮侧片刚度，n为转向系传动比，m为整车质量，I_z为整车绕过质心垂直与地面的z轴的转动惯量；

由式(2)得出车辆当前时刻的状态增量，由此计算出下一时刻的状态量:

同时利用所测得的方向盘转速计算出下一时刻的预测方向盘转角以及所预测的t+1时刻的状态值代入上述动力学方程，由此预测两个时刻后的车辆状态值和将所预测的两组状态值代入车辆运动学方程：

式(4)中Δt为时间间隔；

分别得到车辆相对于车道线的预测横向速度和预测纵向速度和由环境感知模块获得车辆当前相对车道线的位置X_L(t)和Y_L(t)，并由预测的速度计算得到预测的位置和以及和和步骤3.5：

设定变道距离为Y_L，变道过程轨迹近似为以下函数：

式中坐标系以车道线所在直线为X轴；

将车辆当前相对车道线位置以及预测位置带入上式得到变道轨迹总的纵向距离，根据车辆当前车速计算得到车辆离开原车道所需要的时间估计值t₁和车辆离开原车道并入变道侧车道所需要的总时间t₂，当t₁＞TC_OF-t_s1时，系统判断需要进行制动干预，最小的制动强度z_min1需满足以下条件：

式中t_s1表示安全时间阈值；

步骤3.6：

根据步骤3.4得出车辆相对于车道线的横向速度V_LY，由此估计车辆离开原车道并入变道侧车道所需要的总时间t₂；步骤3.7:

对于不同的情况采取不同的控制方法：

a)对于TC_CR＜t₂+t_s3，则采取禁止制动控制；

b)对于TC_CF＞t₂+t_s2且TC_CR＞t₂+t_s3的情况，则根据步骤3.5中制动强度重新计算与后车的碰撞预计时间：

当TC_CR＞t₂+t_s3时判断无危险，按照步骤3.5中制动强度进行变道，当TC_CR＜t₂+t_s3时按照禁止变道处理；

c)对于TC_CF＜t₂+t_s2且TC_CR＞t₂+t_s3的情况，首先计算避撞所需的制动强度z_min2，其满足以下条件：

然后得出所需制动强度为z＝max(z_min1,z_min2)；将该制动强度带入公式：

当TC_CR＞t₂+t_s3时判断无危险，按照式(9)计算所得制动强度进行变道，当TC_CR＜t₂+t_s3时禁止变道；

t_s2和t_s3是安全时间阈值；

步骤3.8碰撞危险度分析模块将所得的控制结果传递给线控制动力分配控制模块；

步骤4：

状态感知模块的GPS惯性导航仪获取车辆本身的运动状态信息，并传输给线控制动力分配控制模块；

步骤5：

线控制动力分配控制模块通过接受步骤3中所述的制动力目标，以及由步骤4所得到的车辆运动状态，结合车辆横向稳定性安全要求计算得到各车轮制动力控制分配策略，并将所得到的各车轮制动力控制目标传输给线控制动力分配执行模块；

所述结合车辆横向稳定性安全要求计算得到各车轮制动力控制分配策略具体步骤如下：

1)根据驾驶员方向盘转角得到理想的横摆角速度值：

式中L为前后轴距；

2)计算得到横摆角速度偏差e＝γ_d-γ，运用滑模控制算法计算得到主动横摆力矩控制量：

式中ε和k为滑模控制参数；

3)根据步骤3所获得的制动强度控制值以及踏板行程传感器得到的数值进行比较，则制动强度取两者中的较大值；同时，结合主动横摆力矩控制值，优化分配得到各车轮的制动力，优化分配的目标为：

式中i＝[FL,FR,RL,RR]式表示前左、前右、后左、后右四个车轮，F_xi表示车轮纵向力，F_yi表示车轮侧向力，μ表示路面附着系数，F_zi表示车轮垂直载荷，其中F_xi为优化变量满足以下限制：

式中c表示车轮轮距；式中F_yi由轮胎魔术公式求得：

F_yi＝Dsin{Carctan[Bα_i-E(Bα_i-arctanBα_i)]}  (14)

式中B、C、D和E为轮胎模型参数，α_i为车轮侧偏角，其中前轮侧偏角后轮侧偏角

4)将所得的各轮制动力分配结果输出给线控制动力执行模块；

步骤6：

线控制动力分配执行模块根据所得到的制动力控制目标调动线控制动系统各元器件工作，为各车轮提供准确的制动力，为车辆在变道过程中的所遇到的危险情况提供安全辅助功能；

所述车辆线控制动辅助安全系统，包括：环境感知模块、驾驶员输入模块、车辆ECU模块、状态感知模块和执行模块；

其中，环境感知模块包括安装于激光雷达(2)、摄像头(3)、以及至少一个毫米波雷达(1)；激光雷达(2)、摄像头(3)、毫米波雷达(1)分别将获数据传输给碰撞危险度分析模块(11)；

驾驶员输入模块包括方向盘(6)、连接方向盘的转向管柱(5)、安装于转向管柱上的方向盘转角与转速传感器(4)、制动踏板(8)以及连接制动踏板的踏板制动行程传感器(7)，方向盘转角与转速传感器(4)和制动踏板行程传感器(7)分别将所获数据传输给碰撞危险度分析模块(11)；

状态感知模块包括GPS惯性导航仪(10)及与其配套的GPS天线(9)；状态感知模块将所获数据传输给线控制动力分配控制模块(12)；

车辆ECU模块包括相互连接的碰撞危险度分析模块(11)和线控制动力分配控制模块(12)。