复杂工况下二阶碰撞时间自动紧急制动模型

自动紧急制动是汽车安全行驶的重要保障，也是汽车智能化关键技术研究的重点和难点。针对传统防撞时间（Time To Collision,TTC）模型在复杂工况下，本车与目标车车辆速度接近时易出现无限大的问题导致预警过早或过晚的问题，以四轮独立驱动电动汽车为研究对象，提出一种基于二阶TTC的自动紧急制动模型。将目标车按照场景分为静止、ACC和Cut-in等三种类型，通过二阶TTC计算到可能碰撞时间，并与预设的时间阈值进行对比，力矩分配控制器根据当前输入信息计算得到制动力矩并传给车辆执行机构，车辆根据当前信息进行减速或紧急等辅助措施。利用联合仿真对该紧急制动模型进行了验证，结果表明当目标车存在加速度的情况下，该自动紧急制动模型相较与传统一阶TTC紧急制动模型能够很好地进行制动，防止车辆碰撞，并能有效适应复杂工况。     

多算法融合控制的自动紧急制动系统仿真研究

为了提高汽车行驶的安全性，实现避免碰撞或降低碰撞程度，在分析TTC和Mazda避撞算法的基础上，充分考虑车间运动信息，提出一种优化的TTC和Mazda算法融合的安全逻辑判断算法。通过评估当下道路的碰撞危险程度，并考虑驾驶人因素，设计了一种智能化分级预警/制动控制策略。设计了BP神经网络PID控制的下层控制器，实现了对车辆期望加速度的准确控制。运用总体仿真模型对Euro-NCAP规定的AEB测试工况进行了仿真试验，验证所设计的自动紧急制动系统控制策略具有适应性强、功能安全性好的特点。     

减速制动时机械式自动变速器车辆换档控制策略

将制动工况分为普通制动、紧急制动和惯性制动三种,研究不同制动工况下手动变速器(Manual transmission,MT)车辆优秀驾驶员的操控特点。将普通制动工况和紧急制动工况归为减速制动这一类情况对机械式自动变速器(Automated mechanical transmission,AMT)车辆进行研究。结合某重型越野车辆的车辆参数和试验数据,分析位置式电控柴油机的特性,提出油门关闭时其发动机转速存在一个固有转速下降率的概念,指出由于外界的原因来延缓或加快这一变化率时,发动机都将产生阻碍这一运动趋势的转矩。在对制动过程中传动系统动力学模型进行详细分析的基础上,讨论不同制动工况下发动机的作用。根据发动机转速及其下降率、变速器输出轴转速及其下降率,结合当前档位、离合器状态以及制动信号来识别普通制动和紧急制动,制定减速制动时AMT车辆换档控制策略,通过实车道路试验进行验证。     

汽车紧急制动安全与舒适性控制仿真研究

汽车自动紧急制动系统是汽车主动安全的一部分,在车辆行驶过程中能提高车辆应对潜在碰撞危险的能力。若车辆前方出现潜在安全隐患时,驾驶员没有采取制动措施或者施加的制动压力太小不足以避免车辆发生碰撞,系统将协助驾驶员进行制动以避免碰撞事故的发生。为使车辆停止,常采用某一固定主缸压力来使车辆减速,压力太小时,应对突发事件的效果不理想,汽车的安全性得不到保障;制动压力太大时,突然施加的制动压力会使乘坐舒适性大大降低。为汽车提高紧急制动系统在保证汽车制动安全性前提下制动的驾乘舒适性,通过分析汽车紧急制动系统的工作过程,提出了以两车的安全行驶距离为目标,以相对速度和两车间距为输入,以主缸制动压力为输出的模糊控制策略。为此采用Simulink软件与Carsim软件联合仿真的形式建立了紧急制动系统模型,并对汽车紧急制动系统的安全性和汽车紧急制动时的舒适性进行了仿真分析。结果表明,在模糊控制下的汽车紧急制动系统能够实现汽车制动时在保证汽车安全性的同时兼顾汽车的乘坐舒适性。     

车联网环境下考虑前方车辆驾驶人意图的汽车主动预警防撞模型

前方车辆驾驶人意图信息对后方车辆预警防撞模型危险判断至关重要,针对传统防撞模型误警率高、制动不及时等问题,设计了一种考虑前方车辆驾驶人意图的汽车主动预警防撞模型。首先,选择BP神经网络（Back-propagation neural network,BPNN）和隐马尔可夫模型（Hidden Markov model,HMM）作为驾驶行为层与驾驶意图层的主体模型,并利用驾驶模拟器采集的前车制动踏板、加速踏板和车速等意图观测数据作为输入构建意图识别模型,从而实现对前车驾驶人加速驾驶、匀速驾驶、正常制动和紧急制动意图的识别;其次,利用车联网将前车驾驶人意图识别结果与路面附着信息传递给后方车辆,建立考虑前车驾驶人意图的汽车主动预警防撞模型,动态判断碰撞危险并调整预警及制动执行逻辑;最后,为验证所提出的意图识别模型准确性和主动预警防撞模型的有效性,搭建基于Simulink、Carsim及PreScan的联合仿真平台,并进行多工况试验测试。结果表明,所提出的BP-HMM模型对前车驾驶人意图的平均识别准确率为94.17%,优于传统BP或HMM识别模型;主动预警防撞模型在预警测试中的平均正警率为93.43%,与TTC、Mazda及考虑后车驾驶人意图的三种模型相比,平均误警率分别降低了16.12%、23.43%和26.67%,且在自动紧急制动测试工况中均能成功避免碰撞,两车最短相对距离大多保持在2～8 m范围内,平均值为3.698 m,具有更高的安全性和稳定性。     

汽车碰撞事故判断与新型碰撞吸能装置控制系统研究

通过实车试验研究发现,紧急制动时车辆加速度信号与其他工况有明显区别,可利用车辆的加速度信号识别驾驶员的紧急制动行为以预测碰撞事故。因此,基于制动加速度和移动窗积分算法,研制了一种可用于主被动结合新型碰撞缓冲吸能装置的自动控制系统。实车试验表明,该系统能够有效识别驾驶员的紧急制动行为并预测碰撞事故,能向主被动结合新型碰撞缓冲吸能装置发出正确的触发指令,且工作稳定。     

基于PreScan的交叉轨迹工况AEB控制

针对X形和垂直交叉轨迹两种特殊的汽车行驶工况,分析自车和目标车的相互运动关系。进行了碰撞域的划分、碰撞时间的确定以及适用于该工况的安全距离模型搭建,并建立PreScan环境下的交叉轨迹工况AEB模型。通过碰撞时间来判断是否将有危险发生,若有危险,则通过分析自车紧急制动后的停车位置与碰撞域的位置关系来检测自车的避撞效果。最后,进行X形交叉轨迹工况下AEB实车实验,验证了该方法的有效性与可行性。     

汽车爆胎附加横摆力矩模型研究

在对爆胎车辆动力学特性进行分析的基础上,建立了爆胎车辆产生附加横摆力矩预估计算模型,并结合车辆电控液压制动系统中进液电磁阀开启时间与制动轮缸压力的相关特性,把附加横摆力矩预估值转化为制动轮缸增压时间,以直接控制车辆各轮缸增压时间来实现差动制动,从而产生相应的抗爆胎附加横摆力矩以平衡车辆。设计了相关试验系统,试验结果表明,该预估计算模型基本可以近似计算车辆爆胎后所需的抗爆胎横摆力矩,为提高汽车爆胎应急自动制动系统响应能力,进一步精准控制爆胎车辆运动轨迹提供了先行条件。     

线控制动车辆弯道制动力优化分配控制策略

针对具备线控制动系统的车辆弯道制动工况下容易失稳的问题,提出了一种制动力优化分配控制策略,提升了车辆的操纵稳定性。总体采用分层控制的结构,上层运动控制器以理想二自由度车辆模型为参考模型,设计了基于横摆角速度和质心侧偏角联合控制的滑模控制器,用于计算所需的附加横摆力矩;同时通过制动踏板特性来识别驾驶员制动意图从而得出总制动力;下层制动力分配器以轮胎利用率为目标函数,通过序列二次规划法在约束条件范围内优化求解出各车轮所需的制动力。利用MATLAB/Simulink与Carsim进行联合仿真,并与传统的制动力比例分配策略在不同弯道制动工况下进行对比验证。结果表明:提出的制动力优化分配策略在转弯紧急制动工况下不仅能保证驾驶员的期望减速度,同时有效地提升了汽车的横向稳定性。     

考虑停车距离的载货汽车制动危险状态辨识

通过对紧急制动下的停车距离计算,可间接预测出车辆的安全行驶间距,从而实现车辆防追尾避撞。以载货汽车为研究对象,提出了停车距离模型参数计算方法,从制动距离影响因素着手,通过对驾驶员制动反应时间、制动管路压力、制动蹄片温度、路面附着系数等停车距离的影响参数分析,建立了停车距离分析模型;通过空挡怠速、滑行试验来标定了制动距离计算模型中车辆内外阻力参数;最后综合考虑制动距离、驾驶员反应距离和路面情况,建立在人-车-路闭环系统下多参数融合的载货汽车停车距离模型,提出了载货汽车制动危险状态辨识方法;在不同工况下对停车距离进行仿真试验及实车道路试验,通过对仿真结果和试验结果的分析,验证了停车距离计算模型的可行性,为车辆运行安全状态预警技术的研究提供理论依据和技术支持。     

基于状态识别的整车操纵性和平顺性的协调控制

建立汽车底盘中悬架、制动系统及转向时的操纵动力学模型,分析各个系统运动关系之间的相互影响.为改善车辆在多工况下的平顺性和操纵性,在设计出基于状态识别的协调控制器的基础上,对悬架、转向和制动系统分别采用PID、滑模变结构和变滑移率逻辑门限值的控制方法,并对不同工况下车辆运动信息进行控制分类,同时通过大量的仿真对各控制参数进行调试,设计出最佳的控制参数值.在此基础上,设计出整车三个控制系统软硬件,进行状态识别模式下的汽车底盘控制系统实车试验.结果表明,该方法在复杂工况下能够有效地抑制车身的垂直振动、俯仰和侧倾,极大地改善整车的平顺性;车辆转向或转向制动时,直接横摆力矩控制器能够根据上层协调器的信息,较好地跟踪车身的目标横摆角速度,提高整车的操纵稳定性;制动子系统控制器能够根据上层协调器提供的实时目标滑移率,控制车轮获得最大制动力,缩短制动距离,提高了制动性能.     

某履带车辆分布式电涡流辅助制动研究

针对履带车辆紧急制动过程中制动力矩小、制动时间长的问题,提出了一种分布式电涡流辅助制动方式,以某履带车辆总体设计性能指标为依据,进行车辆动力学理论分析。基于动力学分析软件RecurDyn建立某履带车辆虚拟样机的动力学模型,基于Matlab/Simulink软件建立电涡流制动器仿真模型,同时考虑风阻、温度及主动轮制动力矩等条件,并利用RecurDyn/Control接口技术,建立联合仿真模型。依据所建立的联合仿真模型,对履带车辆自然停车、主动轮单独制动、分布式电涡流辅助制动等各种工况进行仿真,并对履带车辆偏驶情况、制动距离、制动加速度等指标进行分析。     

紧急制动下车身姿态的控制研究

考虑到车辆行驶过程中遇突发状况紧急制动会引起车身姿态较大幅度地变化,同时受路面附着系数、道路条件等影响车轮也会发生抱死和侧滑。为了提高车辆在紧急制动工况下的平顺性和制动性能,改善车身姿态的变化,对非线性半车模型进行了研究,建立了包含主动悬架与制动在内的仿真模型,在主动悬架LQG控制、目标滑移率模糊控制的基础上,通过两者之间的相互影响,进一步设计了俯仰模糊控制策略来改善车身姿态。对车辆在不同控制下紧急制动进行了动力学仿真分析,结果表明,联合控制能够较好地抑制车辆俯仰角的变化,加大制动减速度,减小车身垂直加速度和制动时间,改善车辆的性能,证明设计的控制策略是有效的。     

一种汽车自动制动踏板机构设计及试验

为方便传统汽车制动踏板的机械自动化,根据汽车制动踏板结构形式,设计一种带有圆弧形截面的自动制动踏板机构.运用机构运动学原理,建立自动制动踏板运动学模型,提出一种根据踏板结构几何约束确定最优圆弧形截面尺寸的方法.以某电动汽车制动踏板为例,计算获得该踏板最优圆弧形截面的设计尺寸,并与CATIA DMU模型和台架试验数据进行对比,验证所建立运动学模型的正确性.通过开展实车制动试验,说明所设计自动制动踏板机构的可行性.结果表明,建立的自动制动踏板机构运动学模型与CATIA DMU模型的计算结果完全一致,与台架试验数据亦十分接近;在最优圆弧形截面的制动仿真中,运动销与圆弧形截面的切点和运动销顶点的横向偏差不超过0.54 mm,该机构能平稳连续的传递制动推力;实车制动试验表明,所设计自动制动踏板能有效实现慢速、快速和人-机分离等自动驾驶车辆的制动过程.     

再生制动优先作用的电动汽车ABS控制策略

为使电动汽车的驱动轮在紧急制动时,既能防抱死,又能回收制动能,提出了再生制动力矩优先作用的机电协同防抱死制动控制策略。即在任何制动工况下,只要再生制动力矩有效,均优先使用再生制动力矩来防止驱动轮抱死。分析了再生ABS优先作用的工作模式及其制动力分配原则,给出了相应的控制逻辑;然后以1/4车辆模型为例,建立了再生ABS优先作用的动力学模型,设计了基于车轮滑移率的PID控制律。在此基础上,建立了该策略的MATLAB/SIMULINK仿真模型。仿真结果表明:随着路面附着系数的提高,制动模式将由纯再生ABS转为再生制动优先作用的机电复合再生ABS,机械制动力矩也将相应增大;其次,与传统液压ABS的对比仿真试验表明,采用该策略能使制动系统的反应速度至少提高21.8%,车辆制动距离缩短4.9%。     

汽车两级自动紧急制动系统控制研究

针对自动紧急制动系统兼顾制动效能和制动舒适性的要求,设计了两级自动紧急制动系统控制策略。选取具有丰富驾驶经验的驾驶员在驾驶模拟器硬件在环试验台上进行试验,利用驾驶员实际制动数据确认驾驶员最舒适制动减速度,以此在单级自动紧急制动强度的基础上,建立了考虑前车运动状态的两级自动紧急制动安全距离模型和两级自动紧急制动系统控制策略,并通过驾驶模拟器硬件在环试验对所设计的控制策略进行验证。结果表明:两级自动紧急制动系统能够有效防止紧急制动车辆发生碰撞危险,具有良好的驾驶辅助功能。     

前轮滑移率对汽车的制动效能和方向稳定性分析

针对极限工况下汽车的制动效能和方向稳定性问题,基于Matlab/Simulink建立八自由度整车模型以及HSRI轮胎模型,分析了前轴两轮胎分别在单独制动过程中车轮的目标滑移率对车辆横摆力矩所产生的影响。通过对开路面和JTurn两种典型极限工况下的实车实验,表明设定较大的外前轮目标滑移率可提高车辆的制动效能,但其制动方向稳定性较差。在保证车辆具有较好的制动稳定性前提下,适当的增大外前轮目标滑移率的门限值可使车辆获得更好的制动性能,但所设定的滑移率门限值不应超过0.12。     

多目标动态协调发动机电机液压制动控制策略

针对混合动力汽车发动机参与工作模式下附着系数分离路面起步或低速行驶,防止产生更大的附加横摆力矩而影响车辆的稳定性,提出基于多目标动态协调的发动机电机液压制动协调控制策略。根据混合动力车辆多动力源的特点,搭建车辆驱动轮在该工况下的受力模型,基于逆模型的液压制动力矩控制算法和发动机目标转矩设计算法,制定所研究控制策略。基于Simulink仿真分析了混合动力汽车控制系统进入发动机电机液压制动协调控制策略时在不同工况下的仿真结果。结果可知采取这种电控策略能够提高车辆的加速性能,更加有效地抑制低附着侧驱动轮打滑。为了验证提出的这种控制策略对实际执行系统的有效性,采取了试验验证的方法搭建了试验平台,通过仿真分析和试验数据的对比,证明了所提出控制策略的合理性和有效性。     

汽车悬架结构优化及整车制动性试验

提高车辆自身的安全性能是解决道路交通安全问题的有效方法,汽车的制动性能是其主动安全的重要组成部分。基于ADAMS/Car软件,参考某轿车相关参数建立了麦弗逊前悬架模型并进行仿真试验,分析前轮定位参数并以此为目标函数,通过ADAMS/Insight进行优化设计,得到优化后的悬架结构参数和前轮定位参数。建立包括优化后的前悬架的整车动力学模型,进行不同工况下的汽车制动性能仿真试验;根据优化后的硬点坐标,调整悬架的结构参数并进行实车紧急制动试验,获得试验汽车的制动距离,对比分析后得出试验汽车的制动性能及其与行车安全之间的关系。结果对研究汽车主动安全和提高道路交通安全具有一定的指导意义。     

新型160 km／h城际动车组制动性能的计算分析

根据新型160 km/h城际动车组制动系统的设计要求,运用有限元法对动车组在紧急制动工况下和模拟线路运营工况下制动盘的热容量进行计算分析,以及对初速度为160 km/h最大载重工况下的紧急制动距离进行计算。计算结果表明,新型160 km/h城际车制动性能满足动车组的正常运营要求。