基于路面附着系数的自适应紧急制动方法及系统与流程

1.本技术涉及汽车安全的技术领域，尤其是涉及一种基于路面附着系数的自适应紧急制动方法及系统。


背景技术：

2.自动紧急制动(autonomous emergency brake，aeb)，是通过现代传感器(如车载摄像头、毫米波雷达等)对车辆周围环境进行实时感知，并在当前行驶状态处于危险状态且驾驶员仍未有制动动作时，对车辆进行紧急制动的智能驾驶辅助技术。
3.目前自动紧急制动的控制算法能在一定程度上实现车辆的紧急避撞，避免前向碰撞的发生和减轻碰撞发生时的危害。
4.但这些控制算法大多没有考虑路面附着系数对避撞控制的影响，导致准确性较差。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本技术提供一种基于路面附着系数的自适应紧急制动方法及系统。
6.第一方面，本技术提供的一种基于路面附着系数的自适应紧急制动方法，采用如下的技术方案：
7.一种基于路面附着系数的自适应紧急制动方法，包括：
8.获取车辆驾驶数据；
9.根据所述车辆驾驶数据以及魔术轮胎模型，获取轮胎纵向力和滑移率的关系；
10.基于所述轮胎纵向力和滑移率的关系，采用递推最小二乘法估计路面附着系数；
11.建立车辆制动距离模型；
12.根据所述路面附着系数以及车辆制动距离模型，获取当前路面对应的安全距离。
13.通过采用上述技术方案，基于递推最小二乘法对路面进行在线识别，根据路面信息实时更新安全距离模型，具有较好的自适应性，便于保证数据的准确性，以实现有效避撞。
14.可选的，根据所述车辆驾驶数据以及魔术轮胎模型，获取轮胎纵向力和滑移率的关系步骤，包括：
15.根据魔术轮胎模型和沿车辆行驶方向的纵向力平衡方程做出轮胎纵向力和滑移率曲线。
16.可选的，还包括：
17.实时获取车辆与障碍之间的间距以及车辆与障碍的相对速度；
18.根据车辆与障碍之间的间距以及车辆与障碍的相对速度，确定车辆危险等级；
19.根据车辆危险等级、车辆与障碍之间的间距以及安全距离，确定对应的制动策略。
20.可选的，根据车辆与障碍之间的间距以及车辆与障碍的相对速度，确定车辆危险
等级步骤，包括：
21.根据车辆与障碍之间的间距以及车辆与障碍的相对速度，计算得到决策指标；
22.基于所述决策指标，确定车辆危险等级；其中，所述车辆危险等级包括安全、警告、危险三个等级。
23.可选的，根据车辆危险等级、车辆与障碍之间的间距以及安全距离，确定对应的制动策略步骤，包括：
24.当决策指标处于安全等级时，车辆正常行驶；
25.当决策指标处于警告等级时，发出警告提醒驾驶员采取适当制动操作；
26.当决策指标处于危险等级时，则采取紧急制动。
27.第二方面，本技术提供的一种基于路面附着系数的自适应紧急制动系统，采用如下的技术方案：
28.一种基于路面附着系数的自适应紧急制动系统，包括：
29.获取模块，用于获取车辆驾驶数据；
30.处理模块，用于根据所述车辆驾驶数据以及魔术轮胎模型，获取轮胎纵向力和滑移率的关系；
31.估计模块，用于基于所述轮胎纵向力和滑移率的关系，采用递推最小二乘法估计路面附着系数；
32.建立模块，用于建立车辆制动距离模型；
33.计算模块，用于根据所述路面附着系数以及车辆制动距离模型，获取当前路面对应的安全距离。
34.第三方面，本技术提供的一种计算机存储介质，采用如下的技术方案：
35.一种计算机存储介质，存储有能够被处理器加载并执行如第一方面所述方法中的计算机程序。
36.综上所述，本技术包括以下有益技术效果：
37.基于递推最小二乘法对路面进行在线识别，根据路面信息实时更新安全距离模型，具有较好的自适应性，便于保证数据的准确性，以实现有效避撞。
附图说明
38.图1是本技术其中一实施例示出的轮胎纵向力和滑移率曲线的示意图。
39.图2是本技术其中一实施例示出的基于路面附着系数的自适应紧急制动方法的流程图。
具体实施方式
40.以下结合附图对本技术作进一步详细说明。
41.本技术实施例公开一种基于路面附着系数的自适应紧急制动方法。
42.作为自适应紧急制动方法的一种实施方式，包括以下步骤：
43.100，获取车辆驾驶数据。
44.基于车辆上安装的各种传感器元件获取车辆驾驶数据，包括车辆速度、加速度等。
45.200，根据所述车辆驾驶数据以及魔术轮胎模型，获取轮胎纵向力和滑移率的关
系。
46.当车辆直线行驶时，对车辆有影响的纵向力包括轮胎纵向力、重力和空气阻力，忽略空气阻力，规定车辆只做纵向上的运动，没有转向行为，根据魔术轮胎模型和沿车辆行驶方向的纵向力平衡方程做出轮胎纵向力和滑移率曲线，如图1所示。
47.其中，纵向力平衡方程为：
48.ma
x
＝f
xf
+f
xr-r
xf-r
xr-da49.其中，m为整体质量，a
x
是纵向加速度，f
xf
、f
xr
分别是前后轮驱动力，r
xf
、r
xr
分别是前后轮滚动阻力，da是空气阻力。
50.在图1中，当滑移率低于2％时为线性区，该区间内纵向力与滑移率成正比，并且比例系数与路面附着系数有关；当滑移率超过30％时为饱和区，该区间内纵向力基本保持不变；当滑移率介于2％-30％为暂态区，此时纵向力受路面附着系数影响较大，同时也与车辆状态等因素有关。
51.300，基于所述轮胎纵向力和滑移率的关系，采用递推最小二乘法估计路面附着系数。
52.需要说明的是，车辆实际行驶过程中，影响暂态区车辆纵向力变化的因素较多且存在耦合现象，因此只能对其进行模糊处理或不更新。所以当车辆纵向力变化为暂态时，路面附着系数估计算法不更新，仍取前一时刻相应值。
53.在线性区内通过制动过程中的滑移率变化对路面附着系数进行估计，仅考虑纵向运动，忽略轮胎测量力，则：
[0054][0055]
式中，f
x
、fz分别表示轮胎纵向力和法向力，γ为轮胎滑移率，k(μ)为需要估计的参数。则由递推最小二乘法标准形式可得其中，y(t)是系统的输出，θ(t)＝k(μ)是系统的未知参数，是系统的输入。一旦斜率k(μ)确定后，路面附着系数μ的计算公式为：
[0056]
μ＝ck(μ)+d
[0057]
式中，c和d为常数，可以由仿真实验获得。
[0058]
在饱和区域内即滑移率大于30％时，线性区域内的估计算法将不再适用，车轮出现滑转或抱死状态，此时纵向力达到饱和。饱和区内纵向力仅与路面附着系数和法向载荷有关，此时：
[0059][0060]
代入纵向力平衡方程可得：
[0061][0062]
式中，a、b分别为车辆质心至前后轴的距离，m为整体质量，g为重力加速度。
[0063]
400，建立车辆制动距离模型。
[0064]
需要说明的是，驾驶员遇到紧急或危险状况进行制动后，经历以下四个阶段后最终停车：
[0065]
(1)制动反应时间,驾驶员在碰到红灯或者障碍物等需要紧急停车时做出反应以及将右脚从油门踏板移动到制动踏板所经历的时间。
[0066]
(2)制动协调时间，驾驶员从踩到制动踏板到制动器出现制动力所经历的时间，即消除制动机构制动间隙的时间。
[0067]
(3)减速度线性增长时间，制动系发生作用，制动器制动力从零增加到最大值，车辆减速度线性增加，汽车做变减速运动。
[0068]
在车辆处于高速紧急工况下，驾驶员来不及控制车辆躲避障碍物，而是直接由控制器控制避撞，故忽略制动反应时间，因此车辆制动距离模型为：
[0069][0070]
其中，t1为制动协调时间，t2为减速度线性增长时间，μ为路面附着系数，g为重力加速度，vc为初始车速。由于t1、t2时间较短，故影响车辆制动距离模型的主要因素是vc和μ。
[0071]
500，根据所述路面附着系数以及车辆制动距离模型，获取当前路面对应的安全距离。
[0072]
根据估计所得的路面附着系数μ，根据车辆制动距离模型得到基于当前路面条件的安全距离。
[0073]
作为自适应紧急制动方法的另一种实施方式，还包括：
[0074]
600，实时获取车辆与障碍之间的间距以及车辆与障碍的相对速度。
[0075]
具体的，车辆行驶时通过激光雷达传感器采集车辆与障碍之间的间距，并获取车辆与障碍的相对速度。
[0076]
700，根据车辆与障碍之间的间距以及车辆与障碍的相对速度，确定车辆危险等级。
[0077]
由于车辆制动距离模型虽能实时计算出当前两车需要保持的安全距离，但无法评估二者碰撞的危险程度，故而引入车辆碰撞时决策指标：
[0078][0079]
式中，v为车辆与障碍的相对速度，s为车辆与障碍之间的间距，ttc-1
为决策指标。当两车相对速度趋于0时，ttc-1
趋于零，ttc-1
随车辆碰撞危险等级的提高而增大。
[0080]
通过决策指标ttc-1
将车辆危险等级分为安全、警告、危险三个等级。
[0081]
800，根据车辆危险等级、车辆与障碍之间的间距以及安全距离，确定对应的制动策略。
[0082]
具体的，当决策指标ttc-1
处于安全等级时，车辆正常行驶；当决策指标ttc-1
处于警告等级时，发出警告提醒驾驶员采取适当制动操作；当决策指标ttc-1
处于危险等级时，则采取紧急制动策略。
[0083]
基于上述自适应紧急制动方法，本技术实施例还公开了一种基于路面附着系数的自适应紧急制动系统，包括：
[0084]
获取模块，用于获取车辆驾驶数据；
[0085]
处理模块，用于根据所述车辆驾驶数据以及魔术轮胎模型，获取轮胎纵向力和滑移率的关系；
[0086]
估计模块，用于基于所述轮胎纵向力和滑移率的关系，采用递推最小二乘法估计路面附着系数；
[0087]
建立模块，用于建立车辆制动距离模型；
[0088]
计算模块，用于根据所述路面附着系数以及车辆制动距离模型，获取当前路面对应的安全距离。
[0089]
本技术实施例还公开了一种计算机可读存储介质，存储有能够被处理器加载并执行如上述方法的计算机程序，该计算机可读存储介质例如包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read-onlymemory，rom)、随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0090]
以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于路面附着系数的自适应紧急制动方法，其特征在于，包括：获取车辆驾驶数据；根据所述车辆驾驶数据以及魔术轮胎模型，获取轮胎纵向力和滑移率的关系；基于所述轮胎纵向力和滑移率的关系，采用递推最小二乘法估计路面附着系数；建立车辆制动距离模型；根据所述路面附着系数以及车辆制动距离模型，获取当前路面对应的安全距离。2.根据权利要求1所述的一种基于路面附着系数的自适应紧急制动方法，其特征在于，根据所述车辆驾驶数据以及魔术轮胎模型，获取轮胎纵向力和滑移率的关系步骤，包括：根据魔术轮胎模型和沿车辆行驶方向的纵向力平衡方程做出轮胎纵向力和滑移率曲线。3.根据权利要求1所述的一种基于路面附着系数的自适应紧急制动方法，其特征在于，还包括：实时获取车辆与障碍之间的间距以及车辆与障碍的相对速度；根据车辆与障碍之间的间距以及车辆与障碍的相对速度，确定车辆危险等级；根据车辆危险等级、车辆与障碍之间的间距以及安全距离，确定对应的制动策略。4.根据权利要求3所述的一种基于路面附着系数的自适应紧急制动方法，其特征在于，根据车辆与障碍之间的间距以及车辆与障碍的相对速度，确定车辆危险等级步骤，包括：根据车辆与障碍之间的间距以及车辆与障碍的相对速度，计算得到决策指标；基于所述决策指标，确定车辆危险等级；其中，所述车辆危险等级包括安全、警告、危险三个等级。5.根据权利要求4所述的一种基于路面附着系数的自适应紧急制动方法，其特征在于，根据车辆危险等级、车辆与障碍之间的间距以及安全距离，确定对应的制动策略步骤，包括：当决策指标处于安全等级时，车辆正常行驶；当决策指标处于警告等级时，发出警告提醒驾驶员采取适当制动操作；当决策指标处于危险等级时，则采取紧急制动。6.一种基于路面附着系数的自适应紧急制动系统，其特征在于，包括：获取模块，用于获取车辆驾驶数据；处理模块，用于根据所述车辆驾驶数据以及魔术轮胎模型，获取轮胎纵向力和滑移率的关系；估计模块，用于基于所述轮胎纵向力和滑移率的关系，采用递推最小二乘法估计路面附着系数；建立模块，用于建立车辆制动距离模型；计算模块，用于根据所述路面附着系数以及车辆制动距离模型，获取当前路面对应的安全距离。7.一种计算机存储介质，其特征在于，存储有能够被处理器加载并执行如权利要求1-5中任一种方法中的计算机程序。

技术总结
本申请涉及汽车安全的技术领域，尤其是涉及一种基于路面附着系数的自适应紧急制动方法及系统，方法包括：获取车辆驾驶数据；根据所述车辆驾驶数据以及魔术轮胎模型，获取轮胎纵向力和滑移率的关系；基于所述轮胎纵向力和滑移率的关系，采用递推最小二乘法估计路面附着系数；建立车辆制动距离模型；根据所述路面附着系数以及车辆制动距离模型，获取当前路面对应的安全距离。基于递推最小二乘法对路面进行在线识别，根据路面信息实时更新安全距离模型，具有较好的自适应性，便于保证数据的准确性，以实现有效避撞。以实现有效避撞。以实现有效避撞。


技术研发人员：陈雪梅 肖龙 韩欣彤 杨宏伟 沈晓旭
受保护的技术使用者：山东伟创信息技术有限公司
技术研发日：2023.02.17
技术公布日：2023/6/27