主动避撞方法、系统及汽车技术方案

本发明专利技术提供一种主动避撞方法、系统及汽车，属于智慧交通及无人驾驶技术领域，本发明专利技术对汽车传动结构的动力学公式进行了简化；发动机模型，液力变矩器模型，自动变速器模型和整车质量模型的汽车纵向动力学模型；通过后车的雷达传感器获取后车与前车的相对距离，相对速度，后车速度、加速度，前车速度、加速度，车宽、横向角等信息，安全距离模型根据这些信息计算出前后车需要保持的距离并将其与实际的车辆距离做比较；当实际的车辆距离小于避撞系统中的安全距离时，车辆本身将会处于危险的状况，需要驾驶员进行制动的操作，如果驾驶员并没有执行制动的操作，主动避撞系统直接关闭车辆的节气门，并且开始制动，从而避免追尾事故的发生。生。生。

【技术实现步骤摘要】
主动避撞方法、系统及汽车


[0001]本专利技术涉及智慧交通及无人驾驶
，具体涉及一种基于汽车传动结构的无人驾驶主动避撞方法、系统及汽车。

技术介绍

[0002]无人车技术是结合了路径导航系统、人工智能、雷达与GPS定位系统、车联网等技术，车载传感器装在车身上，油门、刹车等装置与互联网相连接，将无人车信息与其他车辆，行人，道路相结合，使得无人车拥有自主的决策能力、控制能力和环境感知等能力，减小对驾驶员对于车辆的控制，进而保证车辆舒适性，也提高了车辆的的行驶安全性。对于无人车，汽车工程师学会定义了L0、L1、L2、L3、L4、L5六个级别的车辆自动化级别。随着等级的提高，人类驾驶员将逐步交出到车辆的控制权。当到达L5级的时候，车辆将由智能系统独立的完成所有的驾驶操作，无人车将在任何场景下都可以做到完全驾驶车辆行驶。
[0003]但是无人车技术仍然不成熟，存在安全方面的问题。如，2018年3月18号，某型号的无人驾驶SUV在进行无人驾驶测试时撞上道路上的行人，该无人车的速度为64Km/h，并且没有减速的痕迹。行人出事时正推着自行车横穿马路，但是并没有走人行横道，该测试车上搭载有多个摄像头，其中有朝前的摄像头，也有对着车上驾驶员的。虽然拥有足够多的摄像头传感器也无法避免事故的发生，由此可见无人车避撞系统的还需要改进提高，避免此类事件的再度发生。
[0004]动力学模型的建立方面，车辆模型的构建是由运动学模型开始，运动学模型中将车辆看作一个点，单纯地考虑速度，距离等。接着，在单一质点基础上提出二自由度的运动学模型，二自由度运动学模型是将车辆两个前轮看作一个车轮，后轮同理，在转向的时候前后轮存在一定的对应关系，不而再是单一的质点。当把加速度引入到车辆模型中时，模型也从运动学模型转变为动力学模型，所以出现了二自由度的力矩驱动模型，由力矩去驱动模型的后轮，从而产生加速度。为了更加贴合实际，只是简单地考虑车辆的外部速度，加速度不能满足研究的需要。
[0005]控制器方面，在避撞的功能中会涉及到控制算法，控制算法的使用将决定避撞效果的好与坏，所以控制器的选择显得尤为重要。PID控制器作为控制理论中最基础的控制器，是最先使用在主动避撞功能上的。但由于PID控制器的自身局限性，其参数整定是尤其困难。
[0006]避撞模型方面，如现有的固定安全距离模型，是考虑在前后辆车的距离缩短到一定值时，后车将会采取制动，但这样的距离模型会降低路面的利用率，而且也不考虑前后车的速度关系。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种构造了完整的车辆动力学模型、选择了合适的控制算法、建立了有效的安全距离模型、保证了无人车能够主动避撞的基于汽车传动结构的无人
驾驶主动避撞方法、系统及汽车，以解决上述
技术介绍
中存在的至少一项技术问题。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案：
[0009]一方面，本专利技术提供一种主动避撞方法，包括：
[0010]获取运行环境信息，所述运行环境信息包括本车与前车的相对距离、本车与前车的相对距离相对速度、本车的运行状态信息、前车运行状态信息以及前车的车型信息和本车的车型信息；
[0011]利用构建的车辆纵向动力学模型，根据运行环境信息计算出前车和本车需要保持的安全距离，将安全距离与本车和前车间的实际车辆距离做比较，当实际车辆距离小于安全距离时，需要驾驶员进行本车的制动操作，如果驾驶员并没有执行本车制动操作，则直接关闭本车节气门进行制动，避免追尾事故的发生。
[0012]可选的，基于传动轴和传动齿轮为刚性、不考虑滑移率的问题、汽车在无风的天气中行驶在平直的路面上这三个假设，对汽车传动结构的动力学公式进行简化，构建车辆纵向动力学模型。
[0013]可选的，构建的车辆纵向动力学模型包括发动机模型、液力变矩器模型，自动变速器模型和整车质量模型，并且油门与刹车作为两个相互独立的执行机构。
[0014]可选的，发动机模型为：
[0015]T
e
＝f
e
(n
e
,a)
[0016]在稳态工况下，发动机的外特性曲线和部分负荷特性曲线是与发动机开度和输出转速有关的非线性函数，式中T
e
为加速阻力，n
e
为发动机转速，a为节气门开度；
[0017]将发动机的转速稳定在固定值，可以得到发动机的扭矩特性函数；当发动机转速和节气门开度都发生变化时，可以把发动机的扭矩输出特性看成一阶线性模型，即可作为发动机输出扭矩T
ed
的动态特性，发动机响应滞后时间为t
e
，发动机输出扭矩与发动机扭矩的关系如下式：
[0018][0019]根据发动机与变矩器之间的扭矩传递关系，可以得到发动机转速与发动机输出扭矩的关系，如下式所示：
[0020]J
e
ω
e
＝T
ed
‑
T
p
[0021]式中T
p
为液力变矩器泵轮转矩，J
e
为发动机转动部件有效转动惯量。
[0022]可选的，液力变矩器模型为：液力变矩器的特性包括转矩特性和容量特性，即液力变矩器的转矩比τ和容量系数K
tc
。液力变矩器的泵速ω
p
和涡轮转速ω
t
之比为扭矩比；泵轮和涡轮扭矩分别用T
p
和T
t
表示；扭矩特性和容量特性表示分别如下式所示：
[0023][0024][0025]则得到的液力变矩器泵轮扭矩公式为：
[0026][0027]则，得出涡轮扭矩的公式为：
[0028][0029]输出轴的转速和扭矩分别用ω0和T0表示；根据档位确定的传动比用R
g
表示；不同档位对应的传动比不同，建立了以下两个方程式：
[0030]ω
t
＝ω0R
g
[0031]T0＝T
t
R
g
。
[0032]可选的，自动变速器模型为：根据车辆的速度和节气门开度，自动地切换档位离合器，根据离合器的连接与释放，自动切换车辆的档位，保证车辆的平稳行驶，在车辆的行驶中，节气门开度与车速构成了非线性函数。
[0033]可选的，整车质量模型为：在建立车辆驱动系统和车辆动力学模型时，根据车辆行驶的真实情况，提出了合理的简化和假设：动力传动系统中的驱动轴和传动齿轮是刚性的；不考虑车辆轮胎等非线性因素；汽车是在一条直线并水平的路上，并且是在无风的天气里行驶；在行驶过程中，存在的动力与阻力关系为：
[0034]F
j
＝F
t
+F
w
+F
f
+F
b
[0035]F
j
为加速阻力，F
t
为驱动力，F
w
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种主动避撞方法，其特征在于，包括：获取运行环境信息，所述运行环境信息包括本车与前车的相对距离、本车与前车的相对距离相对速度、本车的运行状态信息、前车运行状态信息以及前车的车型信息和本车的车型信息；利用构建的车辆纵向动力学模型，根据运行环境信息计算出前车和本车需要保持的安全距离，将安全距离与本车和前车间的实际车辆距离做比较，当实际车辆距离小于安全距离时，需要驾驶员进行本车的制动操作，如果驾驶员并没有执行本车制动操作，则直接关闭本车节气门进行制动，避免追尾事故的发生。2.根据权利要求1所述的主动避撞方法，其特征在于，基于传动轴和传动齿轮为刚性、不考虑滑移率的问题、汽车在无风的天气中行驶在平直的路面上这三个假设，对汽车传动结构的动力学公式进行简化，构建车辆纵向动力学模型。3.根据权利要求2所述的主动避撞方法，其特征在于，构建的车辆纵向动力学模型包括发动机模型、液力变矩器模型，自动变速器模型和整车质量模型，并且油门与刹车作为两个相互独立的执行机构。4.根据权利要求3所述的主动避撞方法，其特征在于，发动机模型为：T
e
＝f
e
(n
e
,a)在稳态工况下，发动机的外特性曲线和部分负荷特性曲线是与发动机开度和输出转速有关的非线性函数，式中T
e
为加速阻力，n
e
为发动机转速，a为节气门开度；将发动机的转速稳定在固定值，可以得到发动机的扭矩特性函数；当发动机转速和节气门开度都发生变化时，可以把发动机的扭矩输出特性看成一阶线性模型，即可作为发动机输出扭矩T
ed
的动态特性，发动机响应滞后时间为t
e
，发动机输出扭矩与发动机扭矩的关系如下式：根据发动机与变矩器之间的扭矩传递关系，可以得到发动机转速与发动机输出扭矩的关系，如下式所示：J
e
ω
e
＝T
ed
‑
T
p
式中T
p
为液力变矩器泵轮转矩，J
e
为发动机转动部件有效转动惯量。5.根据权利要求4所述的主动避撞方法，其特征在于，液力变矩器模型为：液力变矩器的特性包括转矩特性和容量特性，即液力变矩器的转矩比τ和容量系数K
tc
，液力变矩器的泵速ω
p
和涡轮转速ω
t
之比为转矩比；泵轮和涡轮扭矩分别用T
p
和T
t
表示；扭矩特性和容量特性表示分别如下式所示：性表示分别如下式所示：则得到的液力变矩器泵轮扭矩公式为：
则，得出涡轮扭矩的公式为：输出轴的转速和扭矩分别用ω0和T0表示；根据档位确定的传动比用R
g
表示；不同档位对应的传动比不同，建立了以下两个方程式：ω
t
＝ω0R
g
T0＝T
t
R
g
。...

【专利技术属性】
技术研发人员：李润梅，辛世纪，邓尚劼，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：