【摘 要】
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随着汽车工业的迅速发展,我国汽车保有量快速增加,这也导致道路交通事故问题愈发严重,给人们的生命财产安全带来了巨大的隐患。以减少道路交通事故,降低事故严重程度为目标的汽车主动安全技术成为汽车领域的研究热点。而车辆自动紧急制动系统(AEB,Autonomous Emergency Braking)作为汽车主动安全技术发展的重要方向,能够提高道路交通安全,降低交通事故的发生率,在很大程度上保护驾乘人员和
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随着汽车工业的迅速发展,我国汽车保有量快速增加,这也导致道路交通事故问题愈发严重,给人们的生命财产安全带来了巨大的隐患。以减少道路交通事故,降低事故严重程度为目标的汽车主动安全技术成为汽车领域的研究热点。而车辆自动紧急制动系统(AEB,Autonomous Emergency Braking)作为汽车主动安全技术发展的重要方向,能够提高道路交通安全,降低交通事故的发生率,在很大程度上保护驾乘人员和行人的安全,因此对AEB控制策略及其仿真测试方法进行研究具有重要意义。本文以车辆动力学和控制理论为基础,设计了兼顾安全性和舒适性并符合驾驶员特性的车辆AEB系统防撞预警控制策略,借助Prescan、Carsim和Matlab/Simulink联合仿真平台,对所设计的控制策略的有效性进行了仿真分析验证。本文主要研究工作如下:(1)深入分析车辆AEB系统的功能和原理,结合车辆在实际道路上行驶的典型交通场景和工况,在考虑驾驶安全性和系统动力学控制的基础上,对车辆AEB系统防撞预警控制的总体方案进行设计,并分析了实施总体方案所需要解决的关键技术。(2)利用Carsim软件对车辆动力学系统进行了参数化建模,为了实现对车辆加速度的控制,基于整车基本参数建立了车辆逆纵向动力学模型,其中主要包括节气门开度及制动压力控制切换逻辑模型、基于逆发动机模型的节气门控制模型和制动压力控制模型,从而完成了整车动力学系统的建模。(3)根据车辆在真实道路交通下的行驶环境,分别建立了横向和纵向危险状态判断模型。利用主车与前方目标的横向相对位置和运动关系,实现对车辆横向危险状态的判断。基于安全时间模型建立了碰撞发生时间TTC(Time To Collision)和安全避撞时间TTA(Time To Avoidance)两个评价指标,通过比较两者大小关系,实现对车辆纵向危险状态的判断。其中安全避撞TTA作为AEB系统激活的时间阈值,可根据主车与前方目标的相对运动状态和路况,实时调整报警和紧急制动的时机。另外,针对十字路口行人违规从静止障碍车辆前方穿出并与主车碰撞的“鬼探头”危险场景,提出了一种基于V2V(Vehicle to Vehicle)通信技术的盲区行人危险状态判断模型,建立目标进入时间TTE(Time To Enter)、目标离开时间TTL(Time To Leave)两个危险状态判断评价指标,并通过比较两者和TTC的大小关系实现主车对其盲区附近行人危险状态的判断。最后,考虑驾驶员在不同类型预警信号下的反应时间基础上,完成了对AEB系统防撞预警控制策略的设计。(4)基于分层控制思想,分别对车辆AEB防撞预警控制系统的上、下层控制器进行设计。基于模糊控制设计上层控制器,其可根据主车和前方目标的相对运动状态,输出符合当前行驶工况下的期望减速度,使得上层控制器可以很好地模拟真实驾驶员的避撞操作特性。基于PID控制理论设计下层控制器,使车辆的实际减速度可以准确跟随上层控制器输出的期望减速度。(5)利用Prescan软件分别对车-车/两轮车、车-行人和十字路口“鬼探头”七种虚拟测试场景进行了建模。搭建了基于Prescan、Carsim和Matlab/Simulnik的联合仿真平台,对AEB系统在以上七种虚拟测试场景下的预警和避撞效果进行了仿真分析,仿真结果表明所设计的AEB系统防撞预警控制策略均能够实现避撞,且能够根据车辆的行驶状态和前方目标的运动状态实时调整AEB系统发出报警信号及接管车辆控制权的时机,并可根据危险程度实时调整制动时的减速度,体现了驾驶员避撞操作特性。另外,基于V2V(Vehicle to Vehicle)通信技术的行人危险状态判断模型在车辆雷达探测到盲区行人之前,便可对行人状态进行判断,从而提前指导AEB系统防撞预警功能的执行。车辆AEB系统防撞预警控制策略的有效性得到了验证,满足AEB系统的要求。
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