駕駛員介入的AEB系統(tǒng)建模與仿真

李迎弟

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駕駛員介入的AEB系統(tǒng)建模與仿真

李迎弟

（長(zhǎng)安大學(xué)，陜西 西安 710014）

現(xiàn)有的AEB系統(tǒng)在駕駛員介入后，無(wú)論駕駛員操作是否正確，系統(tǒng)都會(huì)自動(dòng)取消介入。為了優(yōu)化這一性能，文章根據(jù)所設(shè)計(jì)的有駕駛員介入的自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)算法流程圖，基于臨界安全距離模型，利用PID控制方法在Simulink中建立車輛自動(dòng)緊急制動(dòng)模型，并與Carsim整車模型進(jìn)行聯(lián)合仿真。通過(guò)仿真驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)算法及自動(dòng)緊急制動(dòng)模型的合理性，從一定程度上對(duì)現(xiàn)有AEB系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化。

駕駛員介入；AEB；系統(tǒng)建模；聯(lián)合仿真

引言

車輛的追尾碰撞是道路交通中發(fā)生最頻繁的事故之一，誘因是駕駛員注意力的分散或是對(duì)交通狀況的誤判[1]。AEB系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)前方路況與車輛移動(dòng)情況，如果探測(cè)到潛在的風(fēng)險(xiǎn)，它將采取預(yù)制動(dòng)措施，提醒駕駛員風(fēng)險(xiǎn)的存在；如果在反應(yīng)時(shí)間內(nèi)未接到駕駛員的制動(dòng)干預(yù)指令，該系統(tǒng)則會(huì)自動(dòng)制動(dòng)來(lái)避免事故。然而當(dāng)AEB系統(tǒng)預(yù)警后，一旦有駕駛員介入，無(wú)論駕駛員的操作是否正確，AEB系統(tǒng)都會(huì)自動(dòng)取消介入并將控制權(quán)完全交還給駕駛員[2-3]。這類系統(tǒng)已經(jīng)較為成熟，比如Volvo的CitySafety系統(tǒng)、Mercedes-Benz的Pre-Safe系統(tǒng)。

駕駛員行為介入的自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)在曹寅、朱春嵩等的《自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)性能測(cè)試》中也有提出，以及同濟(jì)大學(xué)李霖的《智能汽車自動(dòng)緊急控制策略》中主要從理論方面分析了有駕駛員轉(zhuǎn)向介入的自動(dòng)緊急制動(dòng)控制策略。本文基于現(xiàn)有的AEB系統(tǒng)控制策略，臨界預(yù)警距離時(shí)刻至臨界制動(dòng)距離時(shí)刻這一反應(yīng)時(shí)間段內(nèi)駕駛員采取錯(cuò)誤響應(yīng)（誤踩加速踏板、反向猛打轉(zhuǎn)向盤）而造成AEB系統(tǒng)凍結(jié)這一性能進(jìn)行優(yōu)化。

1 駕駛員介入的自動(dòng)緊急制動(dòng)控制策略

汽車遇到障礙物后，當(dāng)實(shí)際距離大于臨界預(yù)警距離時(shí)，駕駛員應(yīng)該進(jìn)行制動(dòng)或者恰當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)向操作。若駕駛員不動(dòng)作且當(dāng)實(shí)際距離小于臨界預(yù)警距離而大于臨界制動(dòng)距離時(shí)，AEB系統(tǒng)發(fā)出預(yù)警警告后，若駕駛員進(jìn)行了足夠的制動(dòng)或恰當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)向，則AEB系統(tǒng)不介入；若駕駛員制動(dòng)力不足則需AEB系統(tǒng)進(jìn)行制動(dòng)力補(bǔ)充，或駕駛員因緊張等個(gè)人因素造成的誤踩加速踏板造成的實(shí)際縱向距離小于等于臨界制動(dòng)縱向距離時(shí)或反方向轉(zhuǎn)向至有并行車輛的車道時(shí)，則需要AEB系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)制動(dòng)。

1.1 車輛動(dòng)力學(xué)模型

為驗(yàn)證自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)控制策略的準(zhǔn)確性，首先需要在CarSim中建立起整車模型。本文以某款實(shí)際車型為參考，查閱該車的相關(guān)參數(shù)并在Carsim中建立整車模型如圖1所示。

圖1 Carsim整車動(dòng)力學(xué)模型

1.2 臨界安全車距模型

車輛避撞系統(tǒng)主要是為了減少事故發(fā)生率，因此以減小車輛速度和與前車保持足夠的車間距離為基本準(zhǔn)則，避免事故發(fā)生的前提是判斷當(dāng)前車輛的安全狀態(tài)。為了完成對(duì)車輛安全狀態(tài)判斷，第一步是計(jì)算車輛的安全車距模型。

本文中安全距離模型有兩級(jí)，第一級(jí)為預(yù)警提示，第二級(jí)為自動(dòng)制動(dòng)。由于不同駕駛員對(duì)提醒信號(hào)的反應(yīng)時(shí)間不同，查閱相關(guān)資料，得到相當(dāng)數(shù)量樣本后，回歸處理，最終得到計(jì)算公式。

安全距離模型的預(yù)警臨界距離為：

安全距離模型的制動(dòng)臨界距離為：

式中：v自車速度，v是兩車相對(duì)速度；a是自車制動(dòng)減速度，a是前車制動(dòng)減速度；1是系統(tǒng)延遲時(shí)間，2是制動(dòng)時(shí)間；d是預(yù)警臨界安全距離,d是制動(dòng)臨界安全距離。

1.3 有駕駛員介入的自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)算法設(shè)計(jì)

本文提出一種考慮駕駛員行為介入的自動(dòng)緊急制動(dòng)控制策略，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)在緊急工況下駕駛員的制動(dòng)干預(yù)操作是否正確合理，如果不合理則有自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行主動(dòng)制動(dòng)，并凍結(jié)駕駛員的錯(cuò)誤操作行為。原理是通過(guò)雷達(dá)獲取前車的信息包括前車速度、相對(duì)距離，通過(guò)本車傳感器獲取本車速度、加速度、方向盤轉(zhuǎn)角、節(jié)氣門開(kāi)度位置、制動(dòng)踏板位置等信息。車輛安全狀態(tài)邏輯運(yùn)算的基本思想是把傳感器檢測(cè)本車與前方目標(biāo)車輛之間的相對(duì)縱向距離按照某種安全車距算法計(jì)算的臨界縱向安全距離進(jìn)行實(shí)時(shí)比較來(lái)判定本車是否安全。

圖2 自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)算法流程圖

1.4 在simulink中建立自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)控制模塊

根據(jù)駕駛員介入的自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)算法流程圖，基于臨界安全距離模型，利用PID控制方法在Simulink中建立車輛自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)模型（主要包括控制策略模塊和機(jī)械系統(tǒng)模塊），如圖3所示。控制策略模塊根據(jù)傳感器輸入的兩車車速、相對(duì)距離等經(jīng)過(guò)PID控制方法調(diào)節(jié)輸出自車期望減速度至機(jī)械系統(tǒng)模塊，機(jī)械系統(tǒng)模塊主要是將得到的期望減速度轉(zhuǎn)化成制動(dòng)輪缸壓力施加到執(zhí)行模塊。

1.5 聯(lián)合仿真

通過(guò)在Carsim中對(duì)前置雷達(dá)的安裝位置、檢測(cè)距離、檢測(cè)角度等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，使得雷達(dá)能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量車輛前方是否有緊急障礙物。

圖4 緊急制動(dòng)工況兩車車速

根所建立的自動(dòng)緊急制動(dòng)控制器，在CarSim中建立仿真道路模型，即選取一條直道對(duì)該算法進(jìn)行仿真分析。如圖4所示，緊急制動(dòng)工況中前車在以90km/h的速度正常行駛過(guò)程中突然減速，后車檢測(cè)到前車的距離和車速，計(jì)算該距離能夠進(jìn)行緊急制動(dòng)，則模擬駕駛員對(duì)本車進(jìn)行一個(gè)加速度輸入，后車能夠在系統(tǒng)允許的反應(yīng)時(shí)間內(nèi)啟動(dòng)自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)有效避撞。制動(dòng)過(guò)程中的制動(dòng)主缸壓力如圖5所示。

圖5 緊急制動(dòng)工況主缸壓力

2 結(jié)論

通過(guò)對(duì)Carsim和Simulink進(jìn)行聯(lián)合仿真，分別對(duì)駕駛員不介入和駕駛員介入（包括系統(tǒng)預(yù)警后加速、側(cè)向車道有障礙轉(zhuǎn)彎、側(cè)向車道無(wú)障礙轉(zhuǎn)彎 ）等工況進(jìn)行了仿真，最終驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)模型和算法的準(zhǔn)確性。

[1] European new car assessment programme test protocol-AEB systems vison 1.1[S]. Geneva: EURO-NCAP,2015.

[2] 李霖,朱西產(chǎn).智能汽車自動(dòng)緊急控制策略[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào),2015, 43（11）:0253-374X.

[3] 曹寅,朱春嵩.自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)性能測(cè)試[J].機(jī)動(dòng)車專欄,2014,51（30）:1271-1280.

Modeling and simulation of AEB system with driver intervention

Li Yingdi

( Chang’an University, Shaanxi Xi’an 710014 )

The existing AEB system automatically cancels the intervention of the system after the driver intervention, regardless of whether the driver is operating correctly.in order to optimize this performance, According to the designed algorithm of automatic emergency braking system with driver intervention, based on the critical safety distance model, the vehicle automatic emergency braking model is established in Simulink by PID control method, and co-simulation with Carsim vehicle model. The rationality of the designed algorithm and the automatic emergency braking model is verified by simulation, and the existing AEB system is optimized to some extent.

driver intervention; AEB; system modeling; co-simulation

A

1671-7988(2019)03-113-03

U471.3

A

1671-7988(2019)03-113-03

U471.3

李迎弟，碩士，就讀于長(zhǎng)安大學(xué)汽車學(xué)院。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.03.035