一种考虑驾驶员特征的电动汽车智能防抱死制动系统

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，具体涉及一种考虑驾驶员特征的电动汽车智能防抱死制动系统。

背景技术：

1、随着电动汽车技术的快速发展，汽车主动安全性和驾驶体验成为了人们关注的焦点。传统的防抱死制动系统在大多数情况下能够有效防止车轮抱死，保证车辆在紧急制动时的行驶稳定性。然而，现有的防抱死制动系统主要基于车辆的动力学参数和道路状况进行制动控制，未能充分考虑驾驶员的特征和状态。

2、在实际驾驶过程中，驾驶员的紧张程度、疲劳状态和决策能力对制动效果有着重要影响。紧张的驾驶员可能会过度用力踩下制动踏板，而疲劳的驾驶员则可能反应迟钝，这些因素都可能影响车辆的制动性能和安全性。然而，仅依赖车辆和环境信息的传统防抱死制动系统存在一定的局限性，无法动态调整制动控制策略以适应不同驾驶员的特性。因此，亟需开发一种考虑驾驶员特征的防抱死制动系统，能够根据驾驶员的特征动态优化制动控制策略，从而提高防抱死制动系统的控制效果。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种考虑驾驶员特征的电动汽车智能防抱死制动系统，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、一种考虑驾驶员特征的电动汽车智能防抱死制动系统，包括综合信息获取模块、驾驶员特征提取模块、防抱死制动触发阈值调整模块、汽车制动助力比调整模块、单轮电液制动力矩分配方式选择模块和防抱死制动系统安全保障模块；

4、所述综合信息获取模块，用于获取驾驶员基本信息、车辆状态信息和道路环境信息；所述驾驶员基本信息包括驾驶员心率、驾驶员心率变异性、驾驶员皮肤电导率、驾驶员脑电图β、θ与γ频带功率和驾驶员眨眼频率；所述车辆状态信息包括车辆类型和车速；所述道路环境信息包括道路类型、路面附着系数、能见度和光照强度；

5、所述驾驶员特征提取模块，用于计算驾驶员紧张水平表征因子、驾驶员疲劳程度表征因子和驾驶员决策能力表征因子；

6、所述防抱死制动触发阈值调整模块，根据驾驶员紧张水平表征因子、驾驶员疲劳程度表征因子、驾驶员决策能力表征因子和防抱死制动初始触发阈值，计算防抱死制动调整后触发阈值；所述防抱死制动初始触发阈值，是指车辆当前所在路面的理想车轮滑移率；所述防抱死制动调整后触发阈值，具体计算公式为：

7、

8、式中，sabs为防抱死制动调整触发阈值；sideal为防抱死制动初始触发阈值，等于车辆当前所在路面的理想车轮滑移率；ft为驾驶员紧张水平表征因子；ff为驾驶员疲劳程度表征因子；fd为驾驶员决策能力表征因子；

9、所述汽车制动助力比调整模块，根据驾驶员紧张水平表征因子、驾驶员疲劳程度表征因子、驾驶员决策能力表征因子和汽车标准制动助力比，采用深度神经网络算法确定汽车调整后制动助力比；所述深度神经网络算法的结构设计具体为：

10、输入层包括4个节点，分别对应驾驶员紧张水平表征因子、驾驶员疲劳程度表征因子、驾驶员决策能力表征因子和汽车标准制动助力比；隐藏层采用3层结构，包括第一隐藏层、第二隐藏层和第三隐藏层；所述第一隐藏层、第二隐藏层和第三隐藏层分别包含64、32和16个神经元；输出层包括1个节点，输出为汽车调整后制动助力比；

11、所述汽车调整后制动助力比的计算公式为：

12、

13、式中，ft为驾驶员紧张水平表征因子；ff为驾驶员疲劳程度表征因子；fd为驾驶员决策能力表征因子；rstandard为汽车标准制动助力比，取值由制动助力器的生产厂商通过试验确定；radjust为汽车调整后制动助力比；h1、h2和h3分别为第一隐藏层的输出、第二隐藏层的输出和第三隐藏层的输出；relu为激活函数，具体定义为relu(x)＝max(0，x)，x为激活函数的输入；w1、w2、w3和w4分别为输入层到第一隐藏层的权重矩阵、第一隐藏层到第二隐藏层的权重矩阵、第二隐藏层到第三隐藏层的权重矩阵和第三隐藏层到输出层的权重矩阵，w1、w2、w3和w4都通过训练过程确定；b1、b2、b3和b4分别为第一隐藏层的偏置项、第二隐藏层的偏置项、第三隐藏层的偏置项和输出层的偏置项，b1、b2、b3和b4都通过训练过程确定；α和β为通过训练过程得到的调整系数；

14、所述单轮电液制动力矩分配方式选择模块，根据驾驶员力矩分配方式影响因子和路面附着系数，并结合力矩分配方式选择规则，确定对单个车轮所施加制动力矩的来源；

15、所述防抱死制动系统安全保障模块，根据多级防抱死制动安全触发阈值和多级汽车制动安全助力比，保障所述一种考虑驾驶员特征的电动汽车智能防抱死制动系统的安全可靠。

16、所述驾驶员紧张水平表征因子根据驾驶员紧张水平生理反馈指标、车辆行驶状态指标、车辆内部与外部操作环境指标和驾驶行程要求指标经过加权计算得到；

17、所述驾驶员紧张水平生理反馈指标的计算公式为：

18、

19、式中，dtp为驾驶员紧张水平生理反馈指标；hr为驾驶员心率；为驾驶员静息心率；为驾驶员最大心率；cs为驾驶员皮肤电导率；为驾驶员静息的状态下的皮肤电导率；为驾驶员静息的最大皮肤电导率；pβ为驾驶员脑电图β频带功率；为驾驶员脑电图β频带最大功率；α1、α2和α3为分别为驾驶员心率权重系数、驾驶员皮肤电导率权重系数和驾驶员脑电图β频带功率权重系数，具体取值通过仿真和试验确定；

20、所述车辆行驶状态指标的计算公式为：

21、

22、式中，vs为车辆行驶状态指标；v为车速；f为汽车故障状态，f＝0表示汽车未发生故障，f＝0.4表示汽车的驱动电机发生故障，f＝0.6表示汽车的液压制动系统发生故障，f＝1表示汽车的驱动电机和液压制动系统都发生故障；tv为电动汽车类型表征量，tv＝0.2表示电动轿车，tv＝0.4表示电动客车，tv＝0.6表示电动货车，tv＝1表示电动半挂车；β1和β2为权重系数，具体取值通过仿真和试验确定；

23、车辆内部与外部操作环境指标的计算公式为：

24、ve＝γ1·cr+γ2·ct+γ3·cw+γ4·bp

25、式中，ve为车辆内部与外部操作环境指标；cr为道路条件，cr＝0.4表示乡村道路，cr＝0.7表示城市道路，cr＝1表示高速公路；ct为交通状况，ct＝1表示车辆因交通拥堵而停车，ct＝0.5表示车辆因红色交通信号灯而停车，ct＝0表示车辆未停车，处于通行状态；cw为天气条件，cw＝0表示晴朗或多云天气，cw＝0.5表示下雨天气，cw＝1表示下雪天气；bp为车内乘客说话音量，bp＝0.2表示音量在60-70分贝，bp-0.6表示音量在70-85分贝，bp＝1表示音量在85-100分贝；γ1、γ2、γ3和γ4为权重系数，具体取值通过仿真和试验确定；

26、所述驾驶行程要求指标的计算公式为：

27、

28、式中，dj为驾驶行程要求指标；n为驾驶员前往行程要求目的地的历史次数，n＝0表示驾驶员前往行程要求目的地的历史次数为0次，n＝0.2表示驾驶员前往行程要求目的地的历史次数为1-3次，n＝0.6表示驾驶员前往行程要求目的地的历史次数为4-6次，n＝1表示驾驶员前往行程要求目的地的历史次数为6次以上；t为驾驶员前往行程要求目的地的时间限制，t＝0.2表示时间限制为15分钟以内，t＝0.4表示时间限制为15-30分钟，t＝0.6表示时间限制为30-60分钟，t＝1表示时间限制为60分钟以上；δ1和δ2为权重系数，具体取值通过仿真和试验确定；

29、所述驾驶员紧张水平表征因子的计算公式为：

30、

31、式中，ft为驾驶员紧张水平表征因子；ft0为驾驶员紧张水平未归一化初始值；dtp为驾驶员紧张水平生理反馈指标；vs为车辆行驶状态指标；ve为车辆内部与外部操作环境指标；dj为驾驶行程要求指标；ε1、ε2和ε3为权重系数，具体取值通过仿真和试验确定。

32、所述驾驶员疲劳程度表征因子根据驾驶员疲劳程度生理反馈指标、驾驶员操作反馈指标和驾驶环境影响指标经过加权计算得到；

33、所述驾驶员疲劳程度生理反馈指标的计算公式为：

34、

35、式中，dfp为驾驶员疲劳程度生理反馈指标；hrv为驾驶员心率变异性；为驾驶员静息心率变异性；为驾驶员最大心率变异性；bf为驾驶员眨眼频率；为驾驶员平均眨眼频率；为驾驶员最大眨眼频率；pθ为驾驶员脑电图θ频带功率；为驾驶员脑电图θ频带最大功率；λ1、λ2和λ3为分别为驾驶员心率变异性权重系数、驾驶员眨眼频率权重系数和驾驶员脑电图θ频带功率权重系数，具体取值通过仿真和试验确定；

36、所述驾驶员操作反馈指标的计算公式为：

37、do＝σ1·fw+σ2·fb+σ3·fa

38、式中，do为驾驶员操作反馈指标；fw为方向盘角度调节频率；fb为制动踏板开度变化频率；fa为加速踏板开度变化频率；σ1、σ2和σ3为权重系数，具体取值通过仿真和试验确定；

39、所述驾驶环境影响指标的计算公式为：

40、

41、式中，e为驾驶环境影响指标；td为驾驶员连续驾驶时长；v为驾驶环境的能见度；l为驾驶环境的光照强度；

42、所述驾驶员疲劳程度表征因子的计算公式为：

43、

44、式中，ff为驾驶员疲劳程度表征因子；ff0为驾驶员疲劳程度未归一化初始值；dfp为驾驶员疲劳程度生理反馈指标；do为驾驶员操作反馈指标；e为驾驶环境影响指标；κ1、κ2和κ3为权重系数，具体取值通过仿真和试验确定。

45、所述驾驶员决策能力表征因子根据驾驶员脑电图γ频带功率、驾驶员制动反应时间、驾驶员注视前方最近距离的车辆与交通信号灯的时间比例之和、车道偏离次数经过加权计算得到，具体计算公式为：

46、

47、式中，fd为驾驶员决策能力表征因子；fd0为驾驶员决策能力未归一化初始值；pγ为驾驶员脑电图γ频带功率；tdb为驾驶员制动反应时间；pt为驾驶员注视前方最近距离的车辆与交通信号灯的时间比例之和；nd为车道偏离次数；ξ1、ξ2、ξ3和ξ4为权重系数，具体取值通过仿真和试验确定。

48、所述驾驶员力矩分配方式影响因子的计算公式为：

49、

50、式中，idriver为驾驶员力矩分配方式影响因子；ft为驾驶员紧张水平表征因子；fd为驾驶员决策能力表征因子；ω1、ω2和ω3为权重系数，具体取值通过仿真和试验确定；

51、所述力矩分配方式选择规则具体为：

52、当驾驶员力矩分配方式影响因子的计算数值小于0.3时，且路面附着系数不大于0.2时，仅由驱动电机对单个车轮施加电机制动力矩；

53、当驾驶员力矩分配方式影响因子的计算数值小于0.3时，且路面附着系数大于0.2时，优先由驱动电机对单个车轮施加电机制动力矩，当电机制动力矩不能满足制动需求时，再由液压制动系统施加液压制动力矩用以补充不足部分；

54、当驾驶员力矩分配方式影响因子的计算数值处于0.3至0.6时，优先由驱动电机对单个车轮施加电机制动力矩，当电机制动力矩不能满足制动需求时，再由液压制动系统施加液压制动力矩用以补充不足部分；

55、当驾驶员力矩分配方式影响因子的计算数值大于0.6时，仅由液压制动系统对单个车轮施加液压制动力矩。

56、所述多级防抱死制动安全触发阈值具体分为防抱死制动最大触发阈值和防抱死制动最小触发阈值；当防抱死制动调整后触发阈值的计算数值大于防抱死制动最大触发阈值时，将防抱死制动调整后触发阈值的计算数值设定为防抱死制动最大触发阈值；当防抱死制动调整后触发阈值的计算数值小于防抱死制动最小触发阈值时，将防抱死制动调整后触发阈值的计算数值设定为防抱死制动最小触发阈值；

57、所述多级汽车制动安全助力比具体分为汽车制动最大助力比和汽车制动最小助力比；当汽车调整后制动助力比的计算数值大于汽车制动最大助力比时，将汽车调整后制动助力比的计算数值设定为汽车制动最大助力比；当汽车调整后制动助力比的计算数值小于汽车制动最小助力比时，将汽车调整后制动助力比的计算数值设定为汽车制动最小助力比。

58、本发明的有益效果为：

59、1.本发明能够实时获取并分析驾驶员的紧张程度、疲劳状态和决策能力，从而根据驾驶员的实际状态动态调整防抱死制动系统的触发阈值和制动控制策略，实现个性化的制动控制。

60、2.本发明能够根据驾驶员特征调整防抱死制动触发阈值，使得防抱死制动系统能够在恰当时机触发，有效避免了制动过早或过晚的问题，提高了制动系统的精准度和响应速度。

61、3.本发明能够根据驾驶员特征和当前车辆行驶环境，动态确定单个车轮的制动力矩来源，优化制动力的分配，提高车辆的制动稳定性和安全性。