純電動汽車駕駛員離座安全輔助系統設計

盧 雄, 王 全, 楊杰君, 文健峰

(中車時代電動汽車股份有限公司, 湖南 株洲 412007)

近年來,因駕駛員在車輛行駛過程中主動或被動離開駕駛座椅而造成交通事故的情況頻繁發生。如駕駛員受到乘客干擾離開座椅導致車輛失控造成交通事故;駕駛員未拔鑰匙、未拉手剎且車輛又未回空擋而離座,使車輛處于無人管控狀態導致溜車造成交通事故[1];車輛正常行駛過程中受到激烈撞擊,如追尾或車輛翻滾,駕駛員被甩離座位,致其昏迷或死亡,此時駕駛員無法通過拉手剎進行駐車制動,車輛同樣在無人操控且無制動的情況下溜車,會造成二次事故或擴大事故損失等[2-3]。針對以上情況,本文設計一種純電動汽車駕駛員離座安全輔助系統來避免該類事故的發生。

1 方案設計

該輔助系統主要由人機交互系統、離座感知系統、決策控制系統、決策執行系統組成。其中最核心的決策控制系統在第2部分重點闡述。

1) 人機交互系統。車載儀表為人機交互系統的主要角色。接收到決策控制系統發出的離座預警指令時,儀表發出聲音預警信號,同時儀表上離座預警對應的黃色圖標會不停閃爍,以提示駕駛員當前為離座狀態。

2) 離座感知系統。離座感知系統采用2個車規級高精度的離座傳感器來相互感知校驗駕駛員的離座信息,隨后整車控制單元VCU將采集到的離座信息傳輸給決策控制系統進行決策控制。

3) 決策執行系統。決策執行系統包含車載儀表、雙閃燈光系統、電機驅動系統、多合一輔源控制系統、氣制動系統、EPB駐車系統、BMS電池管理系統。其中車載儀表負責執行決策控制系統的聲光預警指令;雙閃燈光系統負責執行決策控制系統的激活雙閃燈指令;電機驅動系統負責執行決策控制系統的動力限制指令;多合一輔源控制系統負責執行決策控制系統的電機驅動高壓下電指令;氣制動系統負責執行決策控制系統的氣制動力控制指令;EPB駐車系統負責執行決策控制系統的駐車控制指令;BMS電池管理系統負責執行決策控制系統的斷開電池放電主回路高壓接觸器指令。

2 決策控制系統

決策控制系統是輔助系統中最核心的子系統,負責實時采集整車信息[4-8],并根據離座感知系統反饋的離座信息決策出預警信號、限扭信號、制動信號、電機驅動系統高壓下電信號、EPB駐車信號和電池放電主回路高壓下電信號。

2.1 駕駛員離座預警控制

當整車處于非駐車狀態,并且VCU采集到2個離座傳感器同時反饋的駕駛員離座信號有效且連續保持2 s以上時,決策控制系統會及時給車載儀表發出聲光預警指令進行預警,同時系統將自動激活雙閃燈,以提示周圍來往車輛此車輛狀態。駕駛員離座預警控制流程如圖1所示。

圖1 駕駛員離座預警控制流程

2.2 離座驅動扭矩限制控制

當駕駛員離座預警有效時,決策控制系統輸出聲光預警信號的同時也會輸出限制整車動力扭矩為0的信號,直到離座預警無效時車輛恢復正常行車。

2.3 離座制動控制

當駕駛員離座預警有效時,決策控制系統輸出聲光預警信號和限制整車動力扭矩為0的信號,同時還會輸出主動剎車的信號,直到離座預警無效時車輛恢復正常行車。

1) 制動需求減速度標定。當系統有主動剎車介入請求時,根據制動時當前不同車速v(試驗車輛最高車速設置為60 km/h)標定一個相應的需求減速度a0(見表1)。

表1 制動請求時v與a0的標定對應表

2) 制動目標減速度控制原理。VCU通過CAN總線向電子制動系統EBS發送目標減速度、輪速、整車質量、前后車橋氣壓值、整車最大電制動扭矩、整車目標電制動扭矩、整車實際電制動扭矩、整車當前最大可利用電制動扭矩等車輛狀態信號,EBS根據接收到的這些信息采用預設的算法和控制策略進行數據處理,從而實現對整車電制動力與氣制動力進行動態分配和控制以及對車輛制動目標減速度的控制。

3) 制動目標減速度。由于駕駛員離座狀態下行車是高度危險的駕駛行為,所以當駕駛員離座時需給EBS發送目標減速度指令來實現快速剎停車輛的目的。假設向EBS請求總的目標減速度aTar,則aTar=a0,a0為表1中標定的需求減速度。制動力分配控制由EBS實現,具體實現過程不在此詳述。

2.4 離座駐車控制

當駕駛員離座預警有效且車輛自動剎車至車速低于1.5 km/h時,系統將自動給電子手剎系統發送駐車指令以消除溜車或整車掉電后造成二次事故或擴大事故損失的風險。直至車輛無離座、非空擋且駕駛員重新踩驅動踏板時解除電子駐車狀態。

2.5 離座自動回空擋控制

由于駕駛員離座觸發電子駐車系統成功駐車后,系統將自動給擋位管理系統發送擋位回空擋指令,將整車擋位自動退回空擋以保證行車安全。直至車輛無離座時才允許駕駛員掛擋。

2.6 離座高壓下電控制

由于駕駛員離座而觸發電子駐車系統駐車保持10 min以上,且檢測到車輛未斷高壓電時,系統將先給MCU電機控制單元發送電機驅動系統與輔源系統的前端高壓主接觸器K4斷開指令,當電機驅動系統與輔源系統停止工作后,再給BMS電池管理系統發送電池放電主回路接觸器K1斷開指令,徹底斷開高壓放電回路,以保證車輛高壓用電安全[9-11]。直至車輛無離座且駕駛員重新關閉再開啟鑰匙Start擋才允許整車重新上高壓電。整車高壓系統示意圖如圖2所示。

圖2 整車高壓系統示意圖

3 結束語

本文提出了一種純電動汽車的駕駛員離座安全輔助系統,該系統具有較高的可行性和實用性,并為純電動汽車的安全行駛提供了一種有效的解決方案。駕駛員離座安全輔助系統將會得到更為廣泛的應用,為人們的出行提供更為安全的保障。