基于动态碰撞时间的自动紧急制动策略设计

针对基于碰撞时间（TTC）的传统自动紧急制动（AEB）策略未考虑自车车速的局限性,提出了一种考虑车速的动态碰撞时间阈值模型,设计了基于动态碰撞时间阈值的AEB控制策略。为保证制动过程的舒适性与安全性,确定了两级制动策略并对减速度的变化率进行限制,利用PI控制算法完成车辆减速度控制,并通过仿真确定不同车速下的TTC阈值,建立动态碰撞时间阈值模型。硬件在环仿真结果表明：在保证舒适性的前提下,相比于传统AEB策略,所设计的AEB策略避撞成功率提高了47.6%,具有更优的综合性能。     

基于GGAP-RBF的重型载货汽车持续制动匹配分级控制策略

为了有效降低长大下坡路段重型载货汽车行车制动器的使用频率和驾驶强度,基于持续制动匹配等级和广义生长剪枝径向基函数(GGAP-RBF)减速度估计模型提出持续制动匹配控制策略。首先以重型载货汽车为研究对象,基于发动机制动、排气制动和电涡流缓速器制动试验研究持续制动力随行驶车速的变化关系;然后以当前车速、车速差以及道路坡度作为输入参数,需求减速度作为输出参数,基于GGAP-RBF建立需求减速度估计模型;最后依据需求制动力与等级制动力差值最小原则选择持续制动匹配等级,同时分别进行定坡度工况下试验验证和变坡度工况下仿真研究以验证控制效果。结果表明:4.2%定坡度工况下,采用所提出的控制策略持续制动等级仅切换2次,比控制最优驾驶人切换少1次,速度变化基本一致;13 160m变坡度工况下,能够实现稳定减速,150m后达到预定车速,随后在60~62km·h~(-1)范围内变化,具有变坡度工况适应性强的特点;所提出的控制策略能够依靠持续制动匹配分级控制而有效降低行车制动器的使用频率和驾驶强度,实现车辆减速和稳定车速下坡行驶的效果。     

基于BP神经网络算法预测的重型半挂汽车列车AEB控制策略研究

我国商用车AEB性能要求和试验方法标准的发布,推动了AEB在商用车领域的发展与应用。本文针对半挂汽车列车制动距离长、质心高等特点,结合驾驶员紧急制动的经验,提出了一种基于BP神经网络预测碰撞时间TTC的AEB控制策略。首先,设计了上层控制器,基于不同驾驶员在不同紧急制动场景下碰撞时间的数据,利用BP神经网络算法得到预测模型,从而计算出触发AEB系统的预警时间阈值和紧急制动时间阈值;再以前车与本车的相对距离、相对速度和前车的减速度为输入,通过模糊控制规则得到本车期望的减速度;接着,设计了下层控制器,采用期望减速度前馈控制和减速度偏差PID反馈控制相结合的方式,得到各车轮所需的轮缸制动压力;并基于滑移率滑模控制防止车轮抱死,提高紧急制动时的安全性、舒适性和横摆稳定性。最后,在TruckSim中建立CCRb、CCRm、CCRs 3种测试场景,对控制策略进行了验证。结果表明,本文所提出的控制策略能有效避免碰撞的发生,为半挂汽车列车AEB系统的设计和研究提供了理论依据。     

基于PC-Crash的轿车-行人高速碰撞仿真模型

利用PC-Crash模拟高速条件下轿车与行人后部的碰撞过程,试验假人选择PC-Crash标准成年假人模型,碰撞后汽车驾驶员未采取紧急制动措施,仍然按照碰撞时刻的车速行驶,试验车速区间选择75~155 km/h。研究了不同碰撞车速下行人的第一落地点和最终静止点抛距变化规律,分析了行人头部在事故中所受到的碰撞接触力的变化规律,在此基础上建立汽车行人高速碰撞模型并进行对比验证。     

汽车紧急制动响应的分析

汽车紧急制动时,制动力矩、制动减速度、车速、车体俯倾角及其角加速度与时间呈非线性关系。本文对BJ212轻型越野汽车满载紧急制动进行了试验,以试验结果为依据,讨论了汽车紧急制动时诸参数之间的关系。其结论是:在瞬变过程中,制动减速度及车体俯倾角加速度与其制动初速度无关;在平稳过程中,制动减速度及车体俯倾角加速度随制动初速度增大而减小,而且大致成线性关系。     

视线遮挡条件下面向弱势道路使用者的避撞策略研究

由于视线障碍物造成的“鬼探头”事故已经成为当前城市道路交通事故的主要类型之一。针对汽车碰撞视线遮挡条件下横穿的弱势道路使用者(VRU)的场景, 设计了1种基于碰撞时间比和安全制动距离的避撞策略, 建立车辆与VRU的交通状态数学模型, 分析“鬼探头”场景下的制动避撞临界距离。结合临界距离和车辆与VRU的碰撞时间比, 将可以避免碰撞的场景分为3种工况, 分别采用不同的制动减速度, 建立自动紧急制动避撞策略。通过Euro NCAP CPNC测试场景对该策略与传统TTC制动算法进行比较分析。结果表明, 在Euro NCAP CPNC测试场景中, 自车利用该避撞策略在理想情况下能够在更高的车速情况下完成避撞; 在不能避免碰撞的高速行驶工况中较传统TTC算法能够更加有效降低碰撞速度, 同时降低事故重伤风险和死亡风险, 提高车辆的安全性。      

基于车路协同的高速公路车辆碰撞预警模型

为了预防和减少高速公路碰撞事故的发生,及时向高速公路一定范围内的相关车辆提供事故预警信息,提出了一种基于车路协同的高速公路车辆碰撞事故预警模型。首先,基于4G和DSRC通信网络构建了高速公路通信场景与事故预警框架。其次,建立了高速公路环境下双车道两车相撞的事故场景,分析了车辆在高速行驶时发生碰撞的动机以及可能发生的碰撞事故类型。最后,分析了追尾碰撞与侧向碰撞发生之前两车在横向和纵向两个方向接近的全过程,探索两种碰撞事故发生的内在规律,建立潜在碰撞事故判定规则,并基于车路协同技术建立了以时间、位置、速度、车间距以及制动距离为参数的车辆追尾碰撞预警模型与车辆侧向碰撞预警模型。针对实车场地试验对碰撞事故测试成本高难度大等问题,基于Veins仿真平台搭建了具备4G和DSRC异构通信网络环境的高速公路车联网仿真场景,对两种事故预警模型的性能进行测试。测试结果表明,在车速低于120 km/h的情况下,通过潜在碰撞事故判定得到预警结果,并给相关车辆发送事故预警消息广播,能有效避免追尾碰撞和侧向碰撞的发生。     

帕萨特B4后制动失效原因剖析

一辆帕萨特B4因制动太软(踏板自由行程大)而发生多次追尾事故,造成车辆不同程度的损伤,已送至两家修理厂维修过,前后已更换过制动总泵、左右后制动钳(分泵)总成、后制动片,故障依旧。车主将车送到我厂修理,并要求不惜一切代价修好制动,不行的话可以改装为帕萨特B5的制动系统。故障现象:通过试车发现,车速较低时(小于20km／h),制动良好,车速在60km／h以上时制动软、踏板低;车速在80km／h点制动时,车头急剧下沉,感觉后轮制动力太小,随即以40km／h紧急制动,前轮制动力左右拖印均衡清晰,后轮无拖印。初步判断为后轮无制动力造成快速行驶时制动软的现象。故障诊断:回厂将车辆举升至后轮脱离地面,启动着车并     

可变附着系数路面上的自动紧急制动避撞安全策略研究

针对路面条件变化时紧急制动系统易出现的制动时机决策失准问题,提出基于车辆运动学的动态决策增强安全模型的紧急制动策略。首先,依据目标车加减速状态细化工况,基于车辆速度与加速度建立动态决策安全模型,以提高极端工况下控制策略对车辆动态行驶速度的适应性。接着,以无迹卡尔曼滤波(UKF)算法连续辨识获得道路附着系数,通过系列道路条件下对实车和模型的制动性能试验建立路况与车辆减速能力的关系,根据道路条件实时更新模型依赖的极限减速度参数,进一步增强控制策略安全性和对动态道路条件的适应性。最后,通过附着系数连续多变路面工况试验和中国新车评价规程(C-NCAP)测试工况试验,对控制策略进行验证。结果表明,滤波算法具备精准的辨识效果;而自动紧急制动策略可在变化附着系数路面上实现对制动时机的准确决断。     

汽车紧急制动响的分析

汽车紧急制动时，制动力矩、制动减速度、车速、车体俯倾角及其角加速度与时间呈非线性关系。本文对ＢＪ２１２轻型越野汽车满载紧急制动进行了试验，以试验结果为依据，讨论了汽车紧急性制动时诸参数之间的关系。     

Emergency Braking Control with an Observer-based Dynamic Tire/Road Friction Model and Wheel Angular Velocity Measurement

Summary A control scheme for emergency braking of vehicles is designed. The tire/road friction is described by a LuGre dynamic friction model. The control system output is the pressure in the master cylinder of the brake system. The controller utilizes estimated states for a feedback control law that achieves a near maximum deceleration. The state observer is designed using linear matrix inequality (LMI) techniques. The analysis shows that using the wheel angular speed information exclusively is not sufficient to rapidly estimate the velocity and relative velocity, due to the fact that the dynamical system is almost unobservable with this measurement as output. Findings are confirmed by simulation results that show that the estimated vehicle velocity and relative velocity converge slowly to their true values, even though the internal friction state and friction parameters converge quickly. The proposed control system has two main advantages when compared with an antilock braking system (ABS): (1) it produces a source of a priori information regarding safe spacing between vehicles that can be used to increase safety levels in the highway; and (2) it achieves a near optimal braking strategy with less chattering.     

Emergency Braking Control with an Observer-based Dynamic Tire/Road Friction Model and Wheel Angular Velocity Measurement

Summary A control scheme for emergency braking of vehicles is designed. The tire/road friction is described by a LuGre dynamic friction model. The control system output is the pressure in the master cylinder of the brake system. The controller utilizes estimated states for a feedback control law that achieves a near maximum deceleration. The state observer is designed using linear matrix inequality (LMI) techniques. The analysis shows that using the wheel angular speed information exclusively is not sufficient to rapidly estimate the velocity and relative velocity, due to the fact that the dynamical system is almost unobservable with this measurement as output. Findings are confirmed by simulation results that show that the estimated vehicle velocity and relative velocity converge slowly to their true values, even though the internal friction state and friction parameters converge quickly. The proposed control system has two main advantages when compared with an antilock braking system (ABS): (1) it produces a source of a priori information regarding safe spacing between vehicles that can be used to increase safety levels in the highway; and (2) it achieves a near optimal braking strategy with less chattering.     

ISG hybrid powertrain: a rule-based driver model incorporating look-ahead information

According to European regulations, if the amount of regenerative braking is determined by the travel of the brake pedal, more stringent standards must be applied, otherwise it may adversely affect the existing vehicle safety system. The use of engine or vehicle speed to derive regenerative braking is one way to avoid strict design standards, but this introduces discontinuity in powertrain torque when the driver releases the acceleration pedal or applies the brake pedal. This is shown to cause oscillations in the pedal input and powertrain torque when a conventional driver model is adopted. Look-ahead information, together with other predicted vehicle states, are adopted to control the vehicle speed, in particular, during deceleration, and to improve the driver model so that oscillations can be avoided. The improved driver model makes analysis and validation of the control strategy for an integrated starter generator (ISG) hybrid powertrain possible.     

基于视觉识别的线控制动压力滑模控制

制动安全是车辆主动安全的关键技术之一。制动决策和执行器控制是影响线控制动系统性能的两个主要因素。路面自适应性和控制器鲁棒性分别对制动决策和执行器控制有着重要影响,制约着线控制动系统的发展。本文中以一种液压调控的线控制动系统为基础,针对路面自适应性和控制器鲁棒性问题,提出一种双层结构的制动系统控制器,上层采用计算机视觉的方法对路面类型进行识别,根据识别结果制定当前路面的最佳滑移率;下层针对制动系统参数不确定性问题,引入滑模控制理论对制动过程中的最佳滑移率进行跟踪控制。通过仿真与实验验证,结果表明,双层结构的制动系统控制器相比传统控制器,路面的自适应性好,制动距离更短,控制器鲁棒性好。     

Feedback brake distribution control for minimum pitch

The distribution of brake forces between front and rear axles of a vehicle is typically specified such that the same level of brake force coefficient is imposed at both front and rear wheels. This condition is known as ‘ideal’ distribution and it is required to deliver the maximum vehicle deceleration and minimum braking distance. For subcritical braking conditions, the deceleration demand may be delivered by different distributions between front and rear braking forces. In this research we show how to obtain the optimal distribution which minimises the pitch angle of a vehicle and hence enhances driver subjective feel during braking. A vehicle model including suspension geometry features is adopted. The problem of the minimum pitch brake distribution for a varying deceleration level demand is solved by means of a model predictive control (MPC) technique. To address the problem of the undesirable pitch rebound caused by a full-stop of the vehicle, a second controller is designed and implemented independently from the braking distribution in use. An extended Kalman filter is designed for state estimation and implemented in a high fidelity environment together with the MPC strategy. The proposed solution is compared with the reference ‘ideal’ distribution as well as another previous feed-forward solution.     

制动减速度与制动响应时间的匹配设计及优化分析

制动减速度和制动响应时间作为商用车制动系统两项重要技术指标,直接影响车辆行车安全。本文通过对某款8×8车型的制动减速度与制动响应时间进行匹配设计、测试分析及设计优化,最终使制动减速度达到理想状态,制动响应时间大幅缩短,制动性能得到了大幅提升,进一步提高了整车的安全性。     

智能网联车辆交通流优化对交通安全的改善

为改善常规驾驶车辆交通流追尾碰撞交通安全状况,提出智能网联车辆（Connected and Automated Vehicles,CAV）与常规车辆构成的混合交通流车队稳定性优化控制方法。基于全速度差模型,应用集成速度与加速度的多前车反馈构建CAV跟驰模型,考虑CAV混合交通流车辆空间分布的随机性,将各类型局部车队稳定性作为优化目标,以局部车队头车速度扰动为系统输入,以尾车速度扰动为系统输出,应用经典控制理论领域的传递函数法推导局部车队稳定性约束条件;分析关于平衡态速度与CAV反馈系数的车队稳定域,以各类型局部车队能够在任意平衡态速度下均稳定为控制目标,对CAV反馈系数输出进行优化控制;设计高速公路上匝道交通瓶颈数值仿真试验,在不同CAV比例等多种条件下,分析CAV混合交通流优化控制对交通流车辆追尾碰撞风险的影响。研究结果表明：CAV混合交通流优化控制可降低车辆追尾碰撞风险,在碰撞时间阈值小于2 s时,100%比例的CAV交通流可将交通流的车辆追尾碰撞风险降低85.81%以上;在碰撞时间阈值大于2 s时,追尾碰撞风险可降低48.22%～78.80%。所提优化控制方法可有效降低CAV车队优化控制的复杂性,为大规模CAV背景下的混合交通流优化控制以及车辆追尾碰撞交通安全提升策略提供直接理论参考。     

分布式驱动电动汽车回馈制动失效的液压补偿控制

分布式驱动电动汽车各驱动轮转速和转矩可以单独精确控制，便于实现整车动力学控制和制动能量回馈，从而提升车辆的主动安全性和行驶经济性。但车辆在回馈制动过程中，一旦1台电机突发故障，其他电机产生的制动力矩将对整车形成附加横摆力矩，从而造成车辆失稳，此时虽可通过截断异侧对应电机制动力矩输出来保证行驶方向，但会使车辆制动力大幅衰减或丧失，同样不利于行车安全。为了解决此问题，提出并验证一种基于电动助力液压制动系统的制动压力补偿控制方法，力图有效保证整车制动安全性。以轮毂电机驱动汽车为例，首先建立了整车动力学模型以及轮毂电机模型，通过仿真验证了回馈制动失效的整车失稳特性以及电机转矩截断控制的不足；然后，建立了电动助力液压制动系统模型，并通过原理样机的台架试验验证了模型的准确性；接着，基于滑模控制算法设计了制动压力补偿控制器，并在单侧电机再生制动失效后的转矩截断控制基础上完成了液压制动补偿控制效果仿真验证；最后，通过实车试验证明了所提控制方法的有效性和实用性。研究结果表明：在分布式驱动电动汽车单侧电机再生制动失效工况下，通过异侧电机转矩截断控制和制动系统的液压主动补偿，能够使车辆快速恢复稳定行驶并满足制动强度需求。     

基于线性路径跟踪控制的换道避撞控制策略研究

为实现车辆自主避撞，改善道路交通安全状况，提出一种基于线性路径跟踪控制的换道避撞控制策略。为实时确定制动和换道时机，获取跟车状态下自车和前车车速、加速度、相对距离以及驾驶人制动反应时间计算制动安全距离和换道安全距离，并在此基础上分别引入制动危险系数B和换道危险系数S评估制动与换道风险，使得车辆发生追尾碰撞的危险程度和主动干预阈值更直观。根据车辆期望横向加速度和期望横向位移的变化特性，采用5次多项式法规划符合驾驶人换道避撞特性的避撞路径。为保证换道避撞过程中驾驶人的安全舒适，采用最大横向加速度约束换道避撞轨迹。为实现对换道避撞路径的线性跟踪控制，保证车辆的操纵稳定性和横摆稳定性，基于车辆稳态动力学模型建立前馈控制，结合线性反馈控制消除换道路径的位置和横摆角偏差，修正参考路径实现直车道场景追尾避撞控制。仿真和实车交叉验证试验表明：根据车辆期望横向加速度和期望横向位移建立的符合驾驶人换道避撞特性的五次多项式换道路径与驾驶人实际换道避撞路径基本吻合，结合碰撞时间和车间时距的制动避撞控制策略能够在保证车辆行驶安全舒适性的同时有效避免车辆追尾碰撞，减少交通事故的发生。