一种防碰撞的汽车主动安全预警系统技术方案

本发明专利技术公开了一种防碰撞的汽车主动安全预警系统，包括传感单元、ECU和执行单元三大部分。采用传感器和全景测距雷达得到实时的行车状态信号、驾驶员状态信号以及道路环境信号，通过A/D转换将监测信号送入ECU。ECU采用分层控制器结构，上层控制器利用上述信号并通过操纵逆动力学计算输出期望车速与期望方向盘转角，并根据不同的危险工况设置不同的危险状态等级及切换规则。下层控制器将上层输出的信号转换为控制指令，输出期望的制动压力和方向盘转矩以及预警信号给执行单元，及时避免行车发生碰撞。本系统通过将主动预警、主动制动及主动转向控制相结合，能有效防止汽车与前车或障碍物发生碰撞的危险。

【技术实现步骤摘要】
一种防碰撞的汽车主动安全预警系统
本专利技术属于汽车主动安全
，具体涉及一种防碰撞的汽车主动安全预警系统。
技术介绍
随着科技的发展与汽车产业创新能力的提高，人们对汽车行驶安全性能的要求也越来越高，而造成人员伤亡的重大交通事故多发生在汽车追尾、碰撞等工况，因此研究汽车的防碰撞系统对保障驾乘人员的人身安全具有重大意义。在现有技术中，汽车安全系统主要分为主动安全系统和被动安全系统。常见的汽车被动安全系统有安全带、安全气囊等，仅能在车辆在事故发生后起到一定的保护作用；而为了预防汽车发生事故，采用的主动安全设计主要有ABS、EPS、TCS等，但上述措施在汽车可能发生追尾等事故下不能进行协同工作。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种防碰撞的汽车主动安全预警系统，解决了汽车在不同车速下行驶会发生的碰撞问题，及时对驾驶员状态进行评估预警，有效保障了驾驶员在驾驶过程中的安全性。技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种防碰撞的汽车主动安全预警系统，包括依次连接的传感单元、ECU和执行单元，其中，所述传感单元包括全景测距雷达和若干传感器，监测实时的行车状态信号、驾驶员状态信号以及道路环境信号，通过A/D转换将监测信号送入ECU；所述ECU采用分层控制器结构，包括上层控制器和下层控制器；其中，上层控制器为数据计算系统，利用所述监测信号并通过操纵逆动力学计算输出期望车速与期望方向盘转角，并根据不同的危险工况设置不同的危险状态等级及切换规则，其中，根据当前车辆与前车或障碍物的实时相对距离d与安全距离阈值D*的大小关系判定汽车处于安全状态或一级危险状态或二级危险状态；切换规则为根据汽车的危险状态等级发出主动制动或主动转向控制的执行命令；下层控制器包括主动安全预警控制器、ABS控制器、EPS控制器，将上层控制器输出的信号转换为控制指令，输出期望的制动压力和方向盘转矩以及预警信号给执行单元；所述执行单元包括主动安全预警执行器、ABS执行器、EPS执行器，收到下层控制器的控制指令后，调节车轮制动液压，并启动转向电动机产生相应大小和方向的辅助动力，协助驾驶员进行操作，避免行车发生碰撞危险。进一步的，所述传感单元的传感器包括车速传感器、侧向加速度传感器、方向盘转角/转矩传感器、制动压力传感器，其中，车速传感器设置于汽车前保险杠上，侧向加速度传感器安装于汽车底盘上，二者用于监测行车状态信号；方向盘转角/转矩传感器安装于方向盘与转向开关之间的转向柱上，制动压力传感器安装于制动踏板内部，二者用于监测驾驶员状态信号；全景测距雷达安装于汽车车身上，用于监测道路环境信号。进一步的，所述执行单元的具体执行方式为：主动安全预警执行器选用声光预警执行器，通过发出声音或灯光来警示驾驶员前方危险隐患；ABS执行器调节车轮制动液压，EPS执行器让转向电机产生相应大小和方向的辅助动力，协助驾驶员进行操纵，避免行车发生碰撞危险。进一步的，所述操纵逆动力学的计算步骤包括：(1)搭建三自由度车辆模型；(2)建立最优控制模型；(3)求解最优控制问题；(4)求得最优操纵输入，包括期望的车速u*、期望的方向盘转角δ*。进一步的，所述危险状态等级的设置方法具体为：首先，将监测信号的数据计算出不同车速下的安全距离阈值D*，其中，当车速小于或等于50km/h时，得到的是基于制动的安全距离阈值Db*；当车速高于50km/h时，得到的是基于转向的安全距离阈值Ds*；以下将两类安全距离阈值均称为安全距离阈值D*；其次，将ECU接收到的当前车辆与前车或障碍物的实时相对距离d与安全距离阈值D*相比较，判定当前碰撞发生的可能性，对其进行危险状态判断，危险状态判断逻辑为：(1)若d>1.2D*，行车无碰撞危险，汽车处于安全状态；(2)一级危险状态的判定条件：D*<d<1.2D*时，此时实时相对距离d仍处于安全距离阈值D*之外，但有发生碰撞的潜在危险性；(3)二级危险状态的判定条件：d<D*，此时实时相对距离d处于安全距离阈值D*之内，车辆发生碰撞的危险性提高，需及时采取有效措施。进一步的，其中，基于制动的安全距离阈值D*的计算公式为：式中，jr为相对加速度，tj为从当前加速度到以最大制动减速度制动避撞的时间，a0为自车初始加速度，vt为自车速度，vj为相对速度，vl为前车速度，atmin为自车最小加速度，al为前车加速度，ds为最小停车安全距离，at为自车加速度；基于转向的安全距离阈值Ds*的计算公式为：Ds*＝c+ds，式中，c为车辆完成换到纵向位移s的一半，ds为最小停车安全距离。进一步的，所述切换规则为：当行车车速小于或等于50km/h时，ECU根据危险状态发出主动制动的执行命令；当行车车速大于50km/h时，ECU根据危险状态发出主动转向控制的执行命令。进一步的，所述切换规则为：(1)当行车车速小于或等于50km/h时：若行车处于一级危险状态下，主动安全预警控制器发出预警命令，主动安全预警执行器开始报警，ABS控制器、EPS控制器不发出命令；若行车处于二级危险状态下，主动安全预警执行器持续报警，ABS控制器发出制动命令，ABS执行器进行制动操作，EPS控制器不发出命令；(2)当行车车速大于50km/h时：若行车处于一级危险状态下，主动安全预警控制器发出预警命令，主动安全预警执行器开始报警，ABS控制器、EPS控制器不发出命令；若行车处于二级危险状态下，主动安全预警执行器持续报警，EPS控制器发出转向命令，EPS执行器进行主动转向操作，ABS控制器不发出命令。进一步的，在一级危险状态下，主动安全预警执行器报警后，若传感器监测到驾驶员采取主动制动或主动转向操作信号，则预警消除；若在安全时间阈值t*下未监测到驾驶员操纵状态信号，系统自动启动二级危险状态模式，主动安全预警执行器持续报警，ABS控制器或EPS控制器发出相应命令。进一步的，所述安全时间阈值t*的参考区间为[3s～5s]。有益效果：本专利技术提供的一种防碰撞的汽车主动安全预警系统，与现有技术相比，具有以下优势：1)本系统通过将主动预警、主动制动及主动转向控制相结合，能有效防止行车与前车或障碍物发生碰撞的危险。2)采用分层式控制结构，上下控制器分工明确，可以通过上下控制器的分别设计，满足多项控制要求。3)本系统提出的危险状态等级及切换规则能对不同车速下的行车工况进行有效判断，及时高效的做出避撞反应。4)将驾驶员的操纵状态信号作为触发信号之一，为主动安全控制系统提供了更精确的介入时机，弥补了该系统出现误判的可能性，可靠性高，方便实用。附图说明图1为本专利技术的工作流程图。图2为操纵逆动力学计算流程图。图3为危险状态判断逻辑及切换规则。具体实施方式本专利技术公开了一种防碰撞的汽车主动安全预警系统，包括传感单元、ECU(中央控制处理单元)和执行单元三大部分。本专利技术采用各类传感器和全景测距雷达得到实时的行车状态信号、驾驶员状态信号以及道路环境信号，通过A/D转换将监测信号送入ECU。ECU采用分层控制器结构，上层控制器利用上述信号并通过操纵逆动力学计算输出期望车速与期望方向盘转角，并根据不同的危险工况设置不同的危险状态等级及切换规则。下层控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种防碰撞的汽车主动安全预警系统，其特征在于：包括依次连接的传感单元、ECU和执行单元，其中，所述传感单元包括全景测距雷达和若干传感器，监测实时的行车状态信号、驾驶员状态信号以及道路环境信号，通过A/D转换将监测信号送入ECU；所述ECU采用分层控制器结构，包括上层控制器和下层控制器；其中，上层控制器为数据计算系统，利用所述监测信号并通过操纵逆动力学计算输出期望车速与期望方向盘转角，并根据不同的危险工况设置不同的危险状态等级及切换规则，其中，根据当前车辆与前车或障碍物的实时相对距离d与安全距离阈值D*的大小关系判定汽车处于安全状态或一级危险状态或二级危险状态；切换规则为根据汽车的危险状态等级发出主动制动或主动转向控制的执行命令；下层控制器包括主动安全预警控制器、ABS控制器、EPS控制器，将上层控制器输出的信号转换为控制指令，输出期望的制动压力和方向盘转矩以及预警信号给执行单元；所述执行单元包括主动安全预警执行器、ABS执行器、EPS执行器，收到下层控制器的控制指令后，调节车轮制动液压，并启动转向电动机产生相应大小和方向的辅助动力，协助驾驶员进行操作，避免行车发生碰撞危险。

【技术特征摘要】
1.一种防碰撞的汽车主动安全预警系统，其特征在于：包括依次连接的传感单元、ECU和执行单元，其中，所述传感单元包括全景测距雷达和若干传感器，监测实时的行车状态信号、驾驶员状态信号以及道路环境信号，通过A/D转换将监测信号送入ECU；所述ECU采用分层控制器结构，包括上层控制器和下层控制器；其中，上层控制器为数据计算系统，利用所述监测信号并通过操纵逆动力学计算输出期望车速与期望方向盘转角，并根据不同的危险工况设置不同的危险状态等级及切换规则，其中，根据当前车辆与前车或障碍物的实时相对距离d与安全距离阈值D*的大小关系判定汽车处于安全状态或一级危险状态或二级危险状态；切换规则为根据汽车的危险状态等级发出主动制动或主动转向控制的执行命令；下层控制器包括主动安全预警控制器、ABS控制器、EPS控制器，将上层控制器输出的信号转换为控制指令，输出期望的制动压力和方向盘转矩以及预警信号给执行单元；所述执行单元包括主动安全预警执行器、ABS执行器、EPS执行器，收到下层控制器的控制指令后，调节车轮制动液压，并启动转向电动机产生相应大小和方向的辅助动力，协助驾驶员进行操作，避免行车发生碰撞危险。2.根据权利要求1所述的防碰撞的汽车主动安全预警系统，其特征在于：所述传感单元的传感器包括车速传感器、侧向加速度传感器、方向盘转角/转矩传感器、制动压力传感器，其中，车速传感器设置于汽车前保险杠上，侧向加速度传感器安装于汽车底盘上，二者用于监测行车状态信号；方向盘转角/转矩传感器安装于方向盘与转向开关之间的转向柱上，制动压力传感器安装于制动踏板内部，二者用于监测驾驶员状态信号；全景测距雷达安装于汽车车身上，用于监测道路环境信号。3.根据权利要求1所述的防碰撞的汽车主动安全预警系统，其特征在于：所述执行单元的具体执行方式为：主动安全预警执行器选用声光预警执行器，通过发出声音或灯光来警示驾驶员前方危险隐患；ABS执行器调节车轮制动液压，EPS执行器让转向电机产生相应大小和方向的辅助动力，协助驾驶员进行操纵，避免行车发生碰撞危险。4.根据权利要求1所述的防碰撞的汽车主动安全预警系统，其特征在于：所述操纵逆动力学的计算步骤包括：(1)搭建三自由度车辆模型；(2)建立最优控制模型；(3)求解最优控制问题；(4)求得最优操纵输入，包括期望的车速u*、期望的方向盘转角δ*。5.根据权利要求1所述的一种防碰撞的汽车主动安全预警系统，其特征在于：所述危险状态等级的设置方法具体为：首先，将监测信号的数据计算出不同车速下的安全距离阈值D*，其中，当车速小于或等于50km/h时，得到的是基于制动的安全距离阈值Db*；当车速高于50km/h时，得到的是基于转向的安全距离阈值Ds*；以下将两类安全距离阈值均称为安全距离阈值D*；其次，将ECU接收到的当前车...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫茜，赵又群，张雯昕，张桂玉，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32