[发明专利]一种汽车主动防碰撞自动制动控制系统及工作方法

权利要求书

1.一种汽车主动防碰撞自动制动控制系统，其特征在于：包括行人信息获取和处理模块、行车安全状态判断模块及自动控制模块，所述的行人信息获取和处理模块依次顺序与行车安全状态判断模块及自动控制模块串联连接；自动控制模块包括加速度滑模上层控制器和单神经元PID下层控制器；首先利用安装在汽车前方的红外摄像头获取前方车辆行人信息并进行行人信息处理，将处理后的结果输送给行车安全状态判断模块，行车安全状态判断模块将危险信号传送给自动控制模块，利用自动控制模块控制车辆减速制动。

2.一种汽车主动防碰撞自动制动控制系统的工作方法，其特征在于：包括以下步骤：

A、获取车辆前方行人信息

行人信息获取和处理模块利用安装于汽车上的红外摄像头获取前方行人信息，实时的对车辆前方行人进行检测和处理获得准确、可靠的行人信息；

B、进行行车安全状态判断

B1、计算制动临界距离

车辆和行人在同一车道内，车辆和行人的最小的制动临界距离的计算公式为：

dw1=vhtr+(vh-vl)ti2+vh2-vl22fg+dmin]]>

其中：v_h为车辆的初始速度，t_r为驾驶员反应时间和制动协调时间之和，取值为0.8～1.0s，t_i为减速度增长的时间，取0.1～0.2s，f为轮胎与地面间的附着系数，d_min为停车后行人与车辆之间最低要求的距离，v_l为行人步行的平均速度，g为重力加速度，取值为9.8m/s²；

B2、行车安全状态判断

在获取制动临界距离后，需要对行车安全状态进行判断；判断依据如下公式：

d>dw1d≤dw1]]>

如果车辆与行人之间的实时距离d大于制动临界距离d_w1，则行车处于安全状态，否则行车处于危险状态，需要进行车辆自动控制；

C、进行自动控制

系统自动控制模块的作用在行车处于危险状态时实时的自动控制车辆减速制动，实现行人的安全和车辆行驶的安全性，具体包括加速度滑模上层控制器和单神经元PID下层控制器；

C1、所述的加速度滑模上层控制器的作用是根据车辆与前方行人间保持适当的距离，确定当前情况下车辆实现的期望加速度，具体包括以下步骤：

C11、求取加速度滑模上层控制器变量参数

行人和车辆之间的相对距离和相对速度误差作为加速度滑模上层控制器的两个指标，定义加速度滑模上层控制器的变量参数为

ε＝(y-x)+(L+H)

ϵ·=vl-vh]]>

其中ε、分别为相对距离误差和相对速度误差；H为行人和车辆相对距离期望值；L为车身长度；y、x分别为行人和车辆的纵向位置；v_l、v_h分别为行人的速度和车辆的速度；

C12、求取车辆期望加速度

选择加速度滑模上层控制器的滑模切换面为：

S(t)=ϵ·+λ1ϵ+λ2∫0tϵdt]]>

式中：λ₁＞0和λ₂＞0为滑模控制的两个参数，对滑模切换面求导，得

S·(t)=v·l-v·h+λ1ϵ·+λ2ϵ]]>

在实际车辆本身控制系统中，摩擦、外界干扰和参数摄动的影响是难以避免的，这时需要考虑选取合适的控制率，采用符号函数sgn(S)使滑模切换面S的一阶微分得以收敛，即

S·=-βsgn(S)β>0]]>

最终求得车辆的期望加速度为

acdes=v·l=v·h-λ1ϵ·-λ2ϵ-βsgn(S)]]>

C13、验证加速度滑模上层控制器的稳定性

定义如下Lyapunov函数

V2=12S2]]>

显然V₂＞0；对V₂求微分，有

V·2=SS·=-S·βsgn(S)=-|S|·β]]>

由Lyapunov稳定判据知，因β＞0，显然对有系统稳定，能够有效抑制和减弱实际车辆本身控制系统的抖振作用,对外界干扰具有良好的鲁棒性；

C2、所述的单神经元PID下层控制器的作用是依据加速度滑模上层控制器的输出，对Carsim整车动力学系统进行控制，实现这一期望的加速度,具体包括以下步骤：

C21、求取单神经元PID下层控制器的状态量为x₁、x₂、x₃：

x₁(t)＝e(t)＝a_cdes(t)-a_x(t)

x₂(t)＝Δe(t)

x₃(t)＝e(t)-2e(t-1)+e(t-2)＝e(t-1)-e(t-2)

C22、确定单神经元PID下层控制器的控制算法和学习则：

accon(t)=accon(t-1)+KΣi=13wi(t)xi(t)]]>

wi(t)=wj(t)/Σj=13|wj(t)|]]>

w₁(t)＝w₁(t-1)+μ_Ie(t)a_ccon(t-1)(e(t)+Δe(t))

w₂(t)＝w₂(t-1)+μ_Pe(t)a_ccon(t-1)(e(t)+Δe(t))

w₃(t)＝w₃(t-1)+μ_De(t)a_ccon(t-1)(e(t)+Δe(t))

式中μ_I、μ_P、μ_D分别为积分、比例、微分的学习速率，K为神经元的比例系数，K＞0，w_i(t)为对应于x_i(t)的加权系数，a_cdes(t)为期望加速度，a_x(t)为实际加速度，a_ccon(t)为控制加速度；

C3、加速度滑模上层控制器根据车辆与前方行人的当前时刻的速度和位置，采用滑模控制方法确定当前情况下车辆实现的期望加速度，将求取的期望加速度传送给单神经元PID下层控制器；单神经元PID下层控制器依据加速度滑模上层控制器的输出值和车辆实际加速度值，采用单神经元PID控制方法求得车辆控制加速度，对Carsim整车动力学系统进行控制，实现这一期望的加速度，进而达到自动控制的目的。