技术领域

本发明属于电动汽车技术领域， 更具体地， 涉及一种电动汽车的防撞系 统及自动刹车方法。

背景技术

汽车追尾是最为常见的交通事故之一， 其主要原因在于驾驶人在行驶过 程中没有保持安全的汽车间距， 或者保持了安全间距但反应不及时造成的。 为了解决上述问题， 目前， 已经有一些方法来实现汽车的防撞问题。 比如： 中国专利 CN2468062Y公开了一种 "毫米波汽车防撞雷达装置" ， 利用天线、 收发组件、 中放、 信号处理、 报警及显示、 函数发生器和电源等部件， 当探 测到汽车与前方障碍物的距离小于安全阔值时 ，对驾驶人发出光电警 4艮提醒， 但是该专利所公开的技术方案不能进行自动减 速或刹车控制。

中国专利 CN1586945A公开的"汽车追尾防撞预警智能控制系� ��及控制方 法" ， 在检测到当前车距小于安全距离时， 通过自动调节发动机给油量和控 制机械制动装置， 实现对车速的控制， 但此种方法仅适用于燃油汽车领域。

中国专利 CN101377685A公开了 "用于电动汽车的智能防撞系统" ，针对 电动汽车电机驱动的特点， 当检测到车辆需要减速或刹车时， 通过减小或封 锁对驱动电机施加的 PWM控制信号的占空比， 从而实现减速或刹车， 但此种 方法仅能依靠电机的再生制动进行减速， 其减速能力有限， 在紧急情况下， 难以保证车辆安全。 另一种可能的情况是， 由于其计算安全距离釆用的是电 机最大的制动加速度， 这样将导致安全距离较大， 浪费较多的道路资源。

随着电动汽车技术的不断发展， 以电动为主的新能源汽车将成为未来交 通工具的发展方向， 对于如何快速、 准确、 及时地实现电动汽车的自动防撞 和追尾， 成为目前电动汽车领域一个不得不解决的难题 。

发明内容 本发明的特征和优点在下文的描述中部分地陈 述， 或者可从该描述显而 易见， 或者可通过实践本发明而学习。

为解决电动汽车的快速、 准确、 及时地自动避免在行驶过程中发生追尾 和碰撞、 全面提高汽车的智能化的问题， 本发明提供一种电动汽车的防撞系 统及自动刹车方法。 本发明解决上述技术问题所釆用的技术方案如 下：

根据本发明的一个方面，提供一种电动汽车的 防撞系统，该系统，包括： 信息釆集模块， 设置为： 实时釆集电动汽车与前方车辆或障碍物之间的 距离以及当前行驶速度； 信息处理模块， 设置为： 实时计算电动汽车与前方车辆或障碍物的追尾 时间 , 以及再生制动安全时间和机械制动安全时间； 智能决策模块，设置为：根据电动汽车与前方 车辆或障碍物的追尾时间， 以及再生制动安全时间和机械制动安全时间， 决定是否继续保持正常行驶或 者启动再生制动模式或者同时启动再生制动和 机械制动模式的复合制动模式; 再生制动模块， 设置为： 根据智能决策模块所提供的启动再生制动模式 信号对电动汽车启动再生制动； 以及 机械制动模块， 设置为： 根据智能决策模块所提供的启动复合制动模式 信号对电动汽车启动机械制动。

优选地， 信息釆集模块包括距离传感器、 车速传感器和信号转换电路， 信号转换电路设置为： 将距离传感器和车速传感器所釆集的模拟信号 转换为 数字信号， 并将数字信号传输给信息处理模块。

优选地， 信息处理模块还包括追尾时间计算模块， 设置为： 实时计算电 动汽车与前方车辆或障碍物的追尾时间， 根据如下公式进行计算：

t (k) =s (k) ÷ v (k) 其中， t (k)为追尾时间；

s (k)为电动汽车与前方车辆或障碍物的距离；

V (k)为当前汽车的行驶速度。 优选地， 信息处理模块还包括再生制动安全时间计算模 块， 设置为： 计 算再生制动安全时间， 根据如下公式进行计算： m v(k) > 120

、 , v(k)― 20

( ^k ) = { min + _{12 0} _ _{2 Q} X ( ^ax - _in ) 20 < v(k) < 120

_e

"min v(k) < 20

其中， t ^e (k)为再生制动安全时间；

v (k)为当前汽车的行驶速度；

t ^e _fflax 为高速情况下的最大再生制动安全时间， 该值由系统根据电动汽车 制动性能， 由系统预设；

t ^e _fflin 为低速情况下的最小再生制动安全时间， 该值由系统根据电动汽车 制动性能， 由系统预设。

优选地， 信息处理模块还包括机械制动安全时间计算模 块， 设置为： 计 算机械制动安全时间， 根据如下公式进行计算：

t ^m ( ^k ) 120

其中， t ^m (k)为机械制动安全时间；

v (k)为汽车的行驶速度；

t ^m _max 为高速情况下的最大机械制动安全时间， 该值由系统根据电动汽车 制动性能， 由系统预设；

t ^m _fflin 为低速情况下的最小机械制动安全时间， 该值由系统根据电动汽车 制动性能， 由系统预设。

优选地， 智能决策模块包括制动时间比较模块， 设置为： 分别比较追尾 时间与再生制动安全时间和机械制动安全时间 的大小。

优选地， 智能决策模块还包括制动模式决策模块， 设置为： 当追尾时间 大于再生制动安全时间时， 向电动汽车动力装置输入继续正常行驶的信号 ， 当追尾时间小于再生制动安全时间并小于机械 制动安全时间时， 向再生制动 模块输入启动再生制动模式的信号， 当追尾时间小于机械制动安全时间时， 同时向再生制动模块和机械制动模块输入同时 启动再生制动和机械制动模式 的复合制动模式信号。

优选地， 智能决策模块包括再生制动力矩计算模块， 设置为： 当追尾时 间比机械制动安全时间大,但小于再生制动安� �时间时，计算再生制动力矩， 用如下公式进行计算：

_ t(k) - t ^m (k)

T(k)― T _max - _t e(k)― t ^m (k) ^{X Tmax} 其中， T (k)为再生制动力矩；

t (k)为追尾时间；

t ^m (k)为机械制动安全时间；

t ^e (k)为再生制动安全时间；

T _max 为最大的再生制动力矩，该值为系统才艮 据电动汽车刹车性能和驱动电 机性能以及各零部件性能测试调试获得后由系 统预设。

优选地， 智能决策模块包括刹车踏板下压角度计算模块 ， 设置为： 当追 尾时间比机械制动安全时间小时， 计算刹车踏板下压角度， 用如下公式进行 计算：

_A (k) -

其中， A (k)为刹车踏板下压角度；

A _max 为刹车踏板可下压的最大角度，该值为根 据电动汽车刹车踏板特性预 设；

t (k)为追尾时间；

t ^m _min 为刹车踏板下压至最大角度时的最短追尾 时间， 该值为根据电动汽 车刹车踏板特性预设；

t ^m (k)为机械制动安全时间。 优选地， 再生制动模块包括驱动电机控制器和驱动电机 ， 驱动电机控制 器设置为： 接收再生制动模式的信号或者复合制动模式信 号， 并将该信号转 变为电机驱动信号； 驱动电机设置为： 接收电机驱动信号产生制动力矩对电 动汽车进行制动。

优选地， 机械制动模块包括： 刹车踏板电机控制器和刹车踏板电机， 刹 车踏板电机控制器设置为： 接收复合制动模式信号， 并将该信号转变为刹车 踏板电机控制信号， 刹车踏板电机设置为： 接收刹车踏板电机控制信号并将 其转变成控制刹车踏板下压角度的力。

优选地， 电动汽车的防撞系统还包括光电提醒模块， 设置为： 当电动汽 车进入再生制动模式和复合制动模式时， 以声光形式对驾驶员和跟随车辆发 出提示刹车的声光报警信号。

本发明还提供了一种基于电动汽车的防撞系统 而实现的自动刹车方法， 该方法包括：

实时釆集电动汽车与前方车辆或障碍物之间的 距离和当前行驶速度； 计算电动汽车与前方车辆或障碍物的追尾时间 ， 以及再生制动安全时间 和机械制动安全时间；

智能决策模块根据电动汽车与前方车辆或障碍 物的追尾时间， 以及再生 制动安全时间和机械制动安全时间， 决定是否继续保持正常行驶或者启动再 生制动模式或者同时启动再生制动和机械制动 模式的复合制动模式；

电动汽车根据智能决策模块所提供的信号， 对电动汽车进行再生制动或 者同时启动再生制动和机械制动的复合制动。

通过以上技术方案， 实现了电动汽车的快速、 准确、 及时地自动避免在 行驶过程中发生追尾和碰撞的问题， 全面提高汽车的智能化和安全性， 而且 由于釆用了再生制动的方式， 能够回收部分能量， 使得电动汽车电池续航能 力较高， 节省了能量， 同时， 由于在危机状况时同时釆用了再生制动和机械 制动的方式， 使得刹车距离短， 大大缩短了汽车的安全距离， 提高了道路的 利用率。

通过阅读说明书， 本领域普通技术人员将更好地了解这些技术方 案的特 征和内容。

附图概述

下面通过参考附图并结合实例具体地描述本发 明， 本发明的优点和实现 方式将会更加明显， 其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明 ， 而不构 成对本发明的任何意义上的限制， 在附图中：

图 1为本发明实施例电动汽车的防撞系统的系统� �理框图。

图 2为本发明实施例中信息釆集模块各部分连接� �系示意图。

图 3为本发明实施例中信息处理模块各部分连接� �系示意图。

图 4为本发明实施例中智能决策模块各部分连接� �系示意图。

图 5为本发明一优选的实施例的系统原理框图。

图 6为本发明实施例智能决策模式的具体实现方� �流程图。

本发明的较佳实施方式

本发明实施例所公开的电动汽车的防撞系统， 至少包括如下几个模块， 其各部分的连接关系， 如图 1所示：

信息釆集模块 101 , 用于实时釆集电动汽车与前方车辆或障碍物之 间的 距离以及当前行驶速度；

信息处理模块 102 , 用于实时计算电动汽车与前方车辆或障碍物的 追尾 时间 , 以及再生制动安全时间和机械制动安全时间；

智能决策模块 103 ,用于根据电动汽车与前方车辆或障碍物的追� �时间， 以及再生制动安全时间和机械制动安全时间， 决定是否继续保持正常行驶或 者启动再生制动模式或者同时启动再生制动和 机械制动模式的复合制动模式; 再生制动模块 104, 根据智能决策模块 103所提供的启动再生制动模式 信号对电动汽车启动再生制动； 机械制动模块 105 , 根据智能决策模块 103所提供的启动复合制动模式 信号对电动汽车启动机械制动。

如图 2所示，信息釆集模块 101包括距离传感器 201和车速传感器 202 , 距离传感器 201和车速传感器 202分别和信号转换电路 203连接， 距离传感 器 201安装在车辆正前方， 其作用在于实时检测电动汽车与前方车辆或障 碍 物之间的距离，其实现方法包括但不限于激光 距离传感器、超声距离传感器、 雷达距离传感器等， 其技术指标要求距离测量范围 1-50 米、 测量误差小于 0. 5米。 车速传感器 202釆用一般车辆的车速测量装置， 其作用在于实时检 测车辆当前的绝对速度，其技术指标要求车速 测量范围 0-160千米 /小时，测 量误差小于 1千米 /小时。 信号转换电路 203主要包括一块 MCU, 其作用在于 将距离传感器 201和车速传感器 202测得的模拟信号转化为釆样频率 20Hz 以上的数字信号， 并通过 CAN总线或串口将距离和车速信号发送到信息处 理 模块 102。

如图 3所示， 信息处理模块 102主要包括追尾时间计算模块 301 , 再生 制动安全时间计算模块 302 , 机械制动安全时间计算模块 303。 一般情况下， 该模块主要由软件实现， 信号输入主要是来自信息釆集模块 101传输过来的 与前车或障碍物的距离信号， 以及电动汽车当前行驶速度。 追尾时间的计算方法如下：

在 k时刻，记录距离信号为 s (k) (单位 m )、车速信号为 v (k) (单位 m/s ), 则追尾时间 t (k) (单位 s )代表了前车急停时， 在不改变本车速度情况下， 本车追尾前车的时间， 其具体计算方法为：

t (k) =s (k) ÷ v (k) 再生制动安全时间的计算方法如下：

再生制动安全时间 t ^e (k) (单位 S )是依赖于车速信号 v (k)的预设阔值， 当车速较快时 t ^e (k)应较长， 当车速较慢时 t ^e (k)应较短。 一种典型的实现方 式为根据车辆再生制动刹车的性能特点， 设定高速情况下的最大再生制动安 全时间 t ^e _max 和低速情况下的最小再生制动安全时间 t ^e _min , 并釆用线性插值的 办法确定中速情况下的再生制动安全时间， 如下式：

"min v(k) < 20

机械制动安全时间的计算方法如下：

机械制动安全时间 t ^m (k) (单位 s )是依赖于车速信号 v (k)的预设阔值， 当车速较快时 t ^m (k)应较长， 当车速较慢时 t ^m (k)应较短。 一种典型的实现方 式为根据车辆机械制动刹车的性能特点， 设定高速情况下的最大机械制动安 全时间 t ^m _max 和低速情况下的最小机械制动安全时间 t ^m _min , 并釆用线性插值的 办法确定中速情况下的机械制动安全时间， 如下式：

120

^L min v(k) < 20

需要说明的是： 由于机械制动的力矩大于再生制动， 因此， 同等情况下， t ^m (k)总是小于 t ^e (k)。 如图 4所示， 图 4为本发明实施例中智能决策模块各部分连接� �系示意 图， 智能决策模块 103的主要作用是艮据电动汽车与前方车辆或障 碍物的追 尾时间， 以及再生制动安全时间和机械制动安全时间， 决定是否继续保持正 常行驶或者启动再生制动模式或者同时启动再 生制动和机械制动模式的复合 制动模式。

智能决策模块 103主要包括如下部分：

制动时间比较模块 401 , 用于分别比较追尾时间与再生制动安全时间和 机械制动安全时间的大小。

制动模式决策模块 402 , 用于当追尾时间大于再生制动安全时间时， 向 电动汽车动力装置输入继续正常行驶的信号， 当追尾时间小于再生制动安全 时间并小于机械制动安全时间时， 向再生制动模块 104输入启动再生制动模 式的信号， 当追尾时间小于机械制动安全时间时， 同时向再生制动模块 104 和机械制动模块 105输入同时启动再生制动和机械制动模式的复 合制动模式 信号。

再生制动力矩计算模块 403, 用于当追尾时间比机械制动安全时间大, 但小于再生制动安全时间时， 计算再生制动力矩， 用如下公式进行计算：

t(k) - t ^m (k)

T(k) = T,

t ^e (k) - t ^m (k) 其中， T (k)为再生制动力矩；

t (k)为追尾时间；

t ^m (k)为机械制动安全时间；

t ^e (k)为再生制动安全时间；

T _max 为最大的再生制动力矩，该值为系统才艮 据电动汽车刹车性能和驱动 电机性能以及各零部件性能测试调试获得后由 系统预设。 刹车踏板下压角度计算模块 404, 刹车踏板下压角度釆用如下公式进行 计算：

其中， A (k)为刹车踏板下压角度；

A _max 为刹车踏板可下压的最大角度，该值为根 据电动汽车刹车踏板特性预 设；

t (k)为追尾时间； i _n 为刹车踏板下压至最大角度时的最短追尾 时间， 该值为根据电动汽 车刹车踏板特性预设；

t ^m (k)为机械制动安全时间。 智能决策模块 103通过 CAN总线或串口将刹车踏板下压角度 A (k)和再 生制动力矩 T (k)分别送到机械制动模块 105和再生制动模块 104。 再生制动模块 104包括驱动电机控制器和驱动电机， 驱动电机控制器用 于接收再生制动模式信号或者复合制动模式信 号， 并将该信号转变为电机驱 动信号， 驱动电机接收电机驱动信号产生制动力矩对电 动汽车进行制动。 其 中， 驱动电机可以是同步电机、 异步电机、 交流电机、 直流电机等。

机械制动模块 105包括： 刹车踏板电机控制器和刹车踏板电机， 刹车踏 板电机控制器用于接收复合制动模式信号， 并将该信号转变为刹车踏板电机 控制信号， 刹车踏板电机用于接收刹车踏板电机控制信号 并将其转变成控制 刹车踏板下压角度的力。 其中， 刹车踏板电机包括但不限于步进电机、 伺服 电机等。

作为一种优选的实施例， 如图 5所示， 本发明所公开的电动汽车的防撞 系统还可以包括光电提醒模块 106, 用于当电动汽车进入再生制动模式或复 合制动模式时， 以声光形式对驾驶员和跟随车辆发出提示刹车 的声光报警信 号，具体为，在电动汽车中控显示面板上显示 追尾时间，在车内发出报警声， 同时点亮车辆刹车灯。

基于上述的电动汽车的防撞系统， 本发明还公开一种电动汽车的自动刹 车方法， 该方法包括：

步骤 1、 实时釆集电动汽车与前方车辆或障碍物之间的 距离和当前行驶 速度；

步骤 2、 计算电动汽车与前方车辆或障碍物的追尾时间 ， 以及再生制动 安全时间和机械制动安全时间；

步骤 3、 智能决策模块根据电动汽车与前方车辆或障碍 物的追尾时间， 以及再生制动安全时间和机械制动安全时间， 决定是否继续保持正常行驶或 者启动再生制动模式或者同时启动再生制动和 机械制动模式的复合制动模式; 步骤 4、 电动汽车根据智能决策模块所提供的信号， 对电动汽车进行再 生制动或者同时启动再生制动和机械制动的复 合制动。

其中， 上述各个步骤的具体实现方式， 已经在上文中做出了详细描述， 需要进一步说明的是， 在步骤 3中， 智能决策模块根据电动汽车与前方车辆 或障碍物的追尾时间， 以及再生制动安全时间和机械制动安全时间， 决定是 否继续保持正常行驶或者启动再生制动模式或 者同时启动再生制动和机械制 动模式的复合制动模式； 智能决策模块的具体策略， 如图 6所示， 智能决策 模块 103读取追尾时间 t(k)、 机械制动安全时间 t ^m (k)和再生制动安全时间 t ⁶ (k)后， 将追尾时间 t(k)与再生制动安全时间 t ⁶ (k)进行比较， 如果追尾时 间 t(k)大于再生制动安全时间 t ^e (k) , 说明当前还不会发生撞车， 所以保持 正常行驶； 如果追尾时间 t(k)小于再生制动安全时间 t ^e (k)时， 说明有碰撞 的危险， 需要进行刹车， 但是， 在进行刹车之前， 还需要比较追尾时间 t(k) 与机械制动安全时间 t ^m (k)的大小， 如果追尾时间 t(k)大于机械制动安全时 间 t ^m (k) , 则需要让汽车进入再生制动模式， 计算再生制动力矩 T(k); 如果 追尾时间 t(k)小于机械制动安全时间 t ^m (k) , 需要让汽车进入再生制动和机 械制动同时进行的复合制动模式， 再生制动力矩 T(k)给定最大值， 计算刹车 踏板下压角度 A(k)。

优选地， 当电动汽车进入再生制动模式或复合制动模式 时， 以声光形式 对驾驶员和跟随车辆发出提示刹车的声光报警 信号， 具体为， 在电动汽车中 控显示面板上显示追尾时间， 在车内发出报警声， 同时点亮车辆刹车灯。

以上参照附图说明了本发明的优选实施例， 本领域技术人员不脱离本发 明的范围和实质， 可以有多种变型方案实现本发明。 举例而言， 作为一个实 施例的部分示出或描述的特征可用于另一实施 例以得到又一实施例。 以上仅 为本发明较佳可行的实施例而已， 并非因此局限本发明的权利范围， 凡运用 本发明说明书及附图内容所作的等效变化，均 包含于本发明的权利范围之内。

工业实用性

通过以上技术方案， 实现了电动汽车的快速、 准确、 及时地自动避免在 行驶过程中发生追尾和碰撞的问题， 全面提高汽车的智能化和安全性， 而且 由于釆用了再生制动的方式， 能够回收部分能量， 使得电动汽车电池续航能 力较高， 节省了能量， 同时， 由于在危机状况时同时釆用了再生制动和机械 制动的方式， 使得刹车距离短， 大大缩短了汽车的安全距离， 提高了道路的 利用率。