一种电动汽车智能提前制动系统

本发明属于汽车安全领域，涉及电动汽车主动安全控制技术，具体涉及一种电动汽车智能提前制动系统。

背景技术：

1、随着电动汽车产业的快速发展，汽车安全性的要求不断提高。在复杂多变的交通环境中，如何通过制动系统来有效避免碰撞并提高汽车安全性成为需要解决的重要问题。

2、传统的制动系统主要依赖驾驶员的手动操作，在面对突发交通状况时，驾驶员往往难以及时做出准确的判断和操作，从而增加了交通事故的风险。为解决这一问题，高级驾驶辅助系统和自动紧急制动系统应运而生，这些系统通过多种传感器来实时监测车辆周围的环境信息，并在检测到潜在碰撞风险时主动进行制动。然而，这些系统在面对突发的交通情况和动态变化的环境时，仍然存在响应速度和准确性不足的局限性，难以完全满足实际需求。

3、通过车用无线通信技术，车辆可以与其他车辆、交通信号灯、道路基础设施等实时交换信息，从而提前获取前方道路状况和周围环境的实时动态数据，为主动安全控制提供关键信息。然而，现有的制动系统并未充分利用车用无线通信技术，缺乏对复杂交通场景下制动需求的动态判断和制动力的精确控制。因此，亟需开发一种智能提前制动系统，能够充分利用车用无线通信技术和先进的算法，实时判断并优化提前制动的时机和制动力大小，从而有效提升汽车主动安全性。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种电动汽车智能提前制动系统，以解决上述背景技术中所面临的问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种电动汽车智能提前制动系统，包括基于车用无线通信技术的信息获取模块、提前制动判断模块、提前制动开启灵敏度适配模块、提前制动力计算模块和提前制动与正常制动衔接模块；

4、所述基于车用无线通信技术的信息获取模块，用于获取本车与周围环境之间的各种信息，包括本车行驶状态信息、周围车辆行驶状态信息、周围道路基础设施信息和周围行人信息；

5、所述提前制动判断模块，根据提前制动需求程度表征系数r与提前制动开启阈值ot的比较结果，判断是否开启提前制动；当所述提前制动需求程度表征系数r小于或等于提前制动开启阈值ot时，关闭提前制动系统；当所述提前制动需求程度表征系数r大于提前制动开启阈值ot时，开启提前制动系统；

6、所述提前制动需求程度表征系数r，由前方车辆行驶状态需求因子rfv、周围道路情况需求因子rr、周围行人情况需求因子rp和本车运行安全状况需求因子rtv通过加权计算得到；

7、所述前方车辆行驶状态需求因子rfv的计算公式为：

8、

9、式中，v1、v2和v3分别为同一时刻距本车所在车道前方0至100米、100米至200米和200米至300米范围区间内所有车辆纵向车速的平均值；a1、a2和a3分别为同一时刻距本车所在车道前方0至100米、100米至200米和200米至300米范围区间内所有车辆制动减速度的平均值；d1、d2和d3分别为同一时刻距本车所在车道前方0至100米、100米至200米和200米至300米范围区间内的车辆数量；x为本车与前方车辆的跟车距离；vmax为各范围区间内所有车辆纵向车速的最大平均值，取值为120km/h；amax为各范围区间内所有车辆制动减速度的最大平均值，取值为10m/s2；dmax为各范围区间内最大车辆数，取值为15辆；xmin为本车与前方车辆的最小跟车距离，取值为5m；ωv、ωa、ωd和ωx为权重系数，具体取值通过仿真和试验确定；

10、所述周围道路情况需求因子rr的计算公式为：

11、

12、式中，ts为交通信号灯影响量，当本车前方最近距离的交通信号灯为红灯或黄灯时，取值为1，当本车前方最近距离的交通信号灯为绿灯时，取值为0；i为道路指示牌影响量，当本车前方最近距离的道路指示牌提示内容为减速慢行时，取值为1，当本车前方最近距离的道路指示牌提示其他内容时，取值为0；μ为路面附着系数；r为道路类型影响量，当本车前方最近距离的道路类型为下坡道路或弯道时，取值为1，当本车前方最近距离的道路类型为其他道路时，取值为0；ωi、ωμ和ωr为权重系数，具体取值通过仿真和试验确定；

13、所述周围行人情况需求因子rp的计算公式为：

14、

15、式中，d为前照灯最远照射范围内的行人密集程度系数，5人以下时，取值为1，5人至10人时，取值为2，10人以上时，取值为3；dmax为前照灯最远照射范围内的最大行人密集程度系数，取值为3；a为前照灯最远照射范围内的行人平均年龄系数，18岁至60岁时，取值为1，18岁以下或60岁以上时，取值为2；amax为前照灯最远照射范围内的行人平均年龄系数的最大值，取值为2；s为前照灯最远照射范围内的行人行动状态系数，当前照灯最远照射范围内的行人中存在奔跑行动状态时，取值为3，存在慢步行走行动状态时，取值为2，其他行动状态，取值为1；smax为前照灯最远照射范围内的行人行动状态系数的最大值，取值为3；ωd、ωa和ωs为权重系数，具体取值通过仿真和试验确定；

16、所述本车运行安全状况需求因子rtv的计算公式为：

17、

18、式中，vt为本车车速；为本车最大车速，取值为80km/h；m为本车总质量；mmax为本车最大总质量，取值为40000kg；y为驾驶员年龄；yd为理想驾驶员年龄，取值为44岁；t为驾驶员连续驾车时长；tmax为驾驶员连续驾车最大时长，取值为4小时；v为驾驶室乘员音量；vmax为驾驶室乘员最大音量100分贝；ωvt、ωm、ωa、ωt和ωv为权重系数，具体取值通过仿真和试验确定；

19、所述提前制动需求程度表征系数r的计算公式为：

20、r＝ε1rfv+ε2rr+ε3rp+ε4rtv

21、式中，ε1、ε2、ε3和ε4分别为前方车辆行驶状态需求权重系数、周围道路情况需求权重系数、周围行人情况需求权重系数和本车运行安全状况需求权重系数，具体取值通过仿真和试验确定；

22、所述提前制动开启灵敏度适配模块，根据驾驶员的驾驶风格表征系数s和驾驶经验表征系数e计算所述提前制动开启阈值ot；

23、所述提前制动力计算模块，采用近端策略优化算法计算提前制动力fb的大小；所述近端策略优化算法的奖励函数rppo由制动安全奖励项、舒适性奖励项、制动能效奖励项、行驶稳定性奖励项和制动器温度惩罚项共同组成；

24、所述提前制动与正常制动衔接模块，根据制动衔接规则实现提前制动和正常制动之间的合理过渡；所述正常制动，具体为驾驶员根据实时交通情况和驾驶需求手动操作制动系统以及制动主动安全系统触发后的制动过程。

25、所述驾驶风格表征系数s的计算公式为：

26、

27、式中，vd为驾驶员的习惯驾驶车速；为最高行驶车速，取值为150km/h；为最低行驶车速，取值为0km/h；ad为驾驶员的习惯制动减速度；为最大制动减速度，取值为8m/s2；为最小制动减速度，取值为0.5m/s2；fb为驾驶员的紧急制动频率；为最高紧急制动频率，取值为每小时10次；xd为驾驶员的习惯跟车距离；为最大跟车距离，取值为100m；为最小跟车距离，取值为3m；α1、α2、α3和α4为权重系数，具体取值通过仿真和试验确定；β1、β2、β3和β4为影响系数，具体取值通过仿真和试验确定；

28、所述驾驶经验表征系数e的计算公式为：

29、

30、式中，y为驾驶员年龄；ymax为最大驾龄，取值为50年；ymin为最小驾龄，取值为0年；n为突发驾驶风险正确应对次数；nmax为突发驾驶风险正确应对次数最大值，取值为1000次；tr为驾驶员在潮湿、积雪和结冰路面上总的驾驶时长；为最大驾驶时长，取值为500小时；ta为驾驶员使用辅助驾驶系统时长；为最大使用时长，取值为1000小时；α5、α6、α7和α8为权重系数，具体取值通过仿真和试验确定；β5、β6、β7和β8为影响系数，具体取值通过仿真和试验确定；

31、所述提前制动开启阈值ot的计算公式为：

32、

33、式中，和分别为驾驶风格权重系数、驾驶经验权重系数和驾驶风格与驾驶经验交互权重系数，具体取值通过仿真和试验确定；ρ1、ρ2和ρ3分别为非线性影响系数，具体取值通过仿真和试验确定。

34、所述近端策略优化算法的具体设计为：

35、状态变量s为：

36、s＝[r，m，vt，μ，i，s]

37、式中，r为提前制动需求程度表征系数；m为本车总质量；vt为本车车速；μ为路面附着系数；i为道路坡度；s为驾驶风格表征系数；

38、动作变量f为：

39、

40、式中，f1为电机制动力；f2为液压制动力；为最大电机制动力；为最大液压制动力；ac为制动钳的有效面积；k1为电机制动效率；k2为液压制动效率；

41、奖励函数rppo设计为：

42、rppo＝rs+rc+re+rst+pt

43、式中，rs为制动安全奖励项；rc为舒适性奖励项；re为制动能效奖励项；rst为行驶稳定性奖励项；pt为制动器温度惩罚项。

44、所述制动安全奖励项rs的计算公式为：

45、

46、式中，amax为最大制动减速度，取值为8m/s2；r为提前制动需求程度表征系数；f1为电机制动力；f2为液压制动力；

47、所述舒适性奖励项rc的计算公式为：

48、

49、式中，和分别为电机制动力f1和液压制动力f2对时间t的微分，表示电机制动力变化率和液压制动力变化率；

50、所述制动能效奖励项re的计算公式为：

51、re＝-(ηh·f2·vt2-ηreg·f1·vt2·γenv)

52、式中，ηh为液压制动能耗系数，取值为0.05；ηreg为电机制动能量回收系数，取值为0.1；vt为本车车速；γenv为环境修正系数，取值为0.95；

53、所述行驶稳定性奖励项rst的计算公式为：

54、

55、式中，hc为车辆质心高度；m为本车总质量；ay为车辆侧向加速度；d为轮距；vt为本车车速；θf为前轮转角；l为轴距；

56、所述制动器温度惩罚项pt的计算公式为：

57、pt＝10(max(0，tb-to))3

58、式中，tb为制动器工作温度；to为制动器最佳工作温度，取值为300℃。

59、所述制动衔接规则，具体为：

60、当提前制动系统开启10秒后，如果提前制动需求程度表征系数r仍大于提前制动开启阈值ot并不断增大，且驾驶员并未踩下制动踏板，则开启自动紧急制动系统；

61、当提前制动系统开启10秒后，如果提前制动需求程度表征系数r仍大于提前制动开启阈值ot并不断增大，但驾驶员踩下制动踏板，则整车制动力矩大小由制动踏板开度确定；

62、当提前制动系统开启10秒后，如果提前制动需求程度表征系数r仍大于提前制动开启阈值ot但保持不变，则继续开启提前制动系统。

63、本发明的有益效果为：

64、1.本发明通过综合考虑前方车辆行驶状态、周围道路情况、周围行人情况和本车运行安全状况，确定提前制动需求程度表征系数。

65、2.本发明根据驾驶员的驾驶风格表征系数和驾驶经验表征系数计算提前制动开启阈值，并与提前制动需求程度表征系数比较，进而判断是否开启提前制动。

66、3.本发明能够综合利用车用无线通信技术和近端策略优化算法，根据实时路况和车辆状态，动态判断并优化提前制动的开启时机和提前制动力大小，从而实现更为安全、可靠的主动安全控制。