基于联合仿真的超高速公路车辆制动避撞系统

doi:10.12141/j.issn.1000-565X.210703

华南理工大学学报(自然科学版) ›› 2022, Vol. 50 ›› Issue (10): 19-28.doi: 10.12141/j.issn.1000-565X.210703

所属专题： 2022年交通运输工程

基于联合仿真的超高速公路车辆制动避撞系统

何永明^1,² 冯佳^1,² 权聪^1,² 陈世升^1,²曹剑^1,²

^1.东北林业大学交通学院，黑龙江哈尔滨 150040
^2.哈尔滨超高速公路研究院，黑龙江哈尔滨 150040

收稿日期:2021-11-09 出版日期:2022-10-25 发布日期:2022-04-29
通信作者: 何永明（1979-），男，博士，副教授，主要从事超高速公路和道路交通仿真研究。 E-mail:hymjob@nefu.edu.cn
作者简介:何永明（1979-），男，博士，副教授，主要从事超高速公路和道路交通仿真研究。
基金资助:
黑龙江省自然科学基金资助项目(LH2019E004)

Braking Collision Avoidance System for Vehicles Driving on Superhighway Based on Co-simulation

HE Yongming^1,² FENG Jia^1,² QUAN Cong^1,² CHEN Shisheng^1,² CAO Jian^1,²

^1.School of Transportation，Northeast Forestry University，Harbin 150040，Heilongjiang，China
^2.Research Institute of Superhighway in Harbin，Harbin 150040，Heilongjiang，China

Received:2021-11-09 Online:2022-10-25 Published:2022-04-29
Contact: 何永明（1979-），男，博士，副教授，主要从事超高速公路和道路交通仿真研究。 E-mail:hymjob@nefu.edu.cn
About author:何永明（1979-），男，博士，副教授，主要从事超高速公路和道路交通仿真研究。
Supported by:
the Natural Science Foundation of Heilongjiang Province(LH2019E004)

摘要/Abstract

摘要：

为解决行驶在超高速公路上的高速智能车与前方低速车辆碰撞的安全问题，用联合仿真的方法研究了车辆制动避撞系统。通过CarSim软件建立车辆动力学模型，并设置前方车辆参数、道路参数和传感器参数，在MATLAB/Simulink中建立基于车间距和车速的控制模型，通过CarSim软件的输入与输出参数接口模块建立信号连接。当前车车速为100、120和140 km/h，智能车车速为140、160和180 km/h时，控制模型通过传感器采集到的实时距离与速度对智能车发出制动减速信号，建立超高速公路行驶车辆紧急制动避撞策略。研究结果表明：当道路附着系数为0.60，超高速公路汽车行驶在平坦的直线路段上进行制动时，最佳轮缸压力为7 MPa，此时，车辆速度为160 km/h时汽车的制动距离为170.3 m，前车以速度100、120和140 km/h匀速行驶，智能车车速分别以140、160和180 km/h制动到与前车车速一样时，所需要的相对距离分别为10.8、10.7和10.5 m。设置路面附着系数为0.60，前车车速分别为100、120和140 km/h，初始轮缸压力为1 MPa，智能车制动减速到与前车车速一样时，智能车前悬距前车后悬距离分别为3.1、3.5和3.8 m，其他条件不变，当初始轮缸压力为3 MPa，智能车制动到与前车车速相同时，智能车前悬距前车后悬距离分别为7.0、7.3和7.7 m。通过搭建的CarSim/Simulink汽车紧急制动避撞控制联合仿真平台，验证了超高速公路制动避撞模型的有效性和准确性，可以提高超高速公路行车的安全性。

关键词: 超高速公路, 避撞模型, 动力学模型, 辅助驾驶, 联合仿真

Abstract:

To solve the safety problem of collision between a high-speed intelligent vehicle and a low-speed vehicle on the superhighway, the vehicle braking collision avoidance system was studied by using the method of co-simulation. CarSim was used to establish the vehicle dynamics model and set the front vehicle parameters, road parameters and sensor parameters, and the control model based on vehicle distance and speed was established in MATLAB/Simulink. The signal connection is established through the input and output parameter interface module of CarSim software. When the speed of the front car is 100, 120 and 140 km/h, and the speed of an intelligent vehicle is 140, 160 and 180 km/h, respectively, the control model sends the braking deceleration signal to the intelligent vehicle through the real-time distance and speed collected by the sensor and establishes the emergency braking collision avoidance strategy for the vehicle on the superhighway. The results show that when the road adhesion coefficient is 0.60 and the car is braked on the flat straight section of the superhighway, the optimal wheel cylinder pressure is 7 MPa, and at this time, the braking distance of the car is 170.3 m at a speed of 160 km/h. The front car travels at a speed of 100, 120 and 140 km/h, and the smart car brakes at 140, 160 and 180 km/h, respectively, to the same speed as the car in front, requiring relative distances of 10.8, 10.7 and 10.5 m, respectively. When the road adhesion coefficient is 0.60, the vehicle speed of the front vehicle is 100, 120 and 140 km/h, respectively. When the initial cylinder pressure is 1 MPa and the intelligent vehicle braking decelerates to the same speed as the front vehicle, the distance between the front suspension of an intelligent vehicle and the rear suspension of the vehicle in front is 3.1, 3.5, and 3.8 m, respectively. When the initial cylinder pressure is 3 MPa and the intelligent vehicle braking decelerates to the same speed as the front vehicle, the distance between the front suspension of an intelligent vehicle and the rear suspension of the vehicle in front is 7.0, 7.3, and 7.7 m, respectively. Through the CarSim/Simulink co-simulation platform of vehicle emergency braking and collision avoidance control, the validity and accuracy of superhighway braking and collision avoidance model are verified, which can improve the safety of superhighway driving.

Key words: superhighway, collision avoidance model, dynamic model, assistant driving, co-simulation

中图分类号:

U463.5

何永明, 冯佳, 权聪, 等. 基于联合仿真的超高速公路车辆制动避撞系统[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2022, 50(10): 19-28.

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图/表 19

表1

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参考文献 18

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参数	数值		数值
整车质量/kg	1 110	怠速/（r·min^-1）	750
轴距/mm	2 600	最大扭矩/（N·m）	620
质心至前轴距离/mm	1 040	轮胎有效滚动半径/mm	298
质心高度/mm	540	汽车绕Z轴转动惯量/（kg·m²）	1 343

路面状况	干燥		潮湿
路面状况	<48 km/h	>48 km/h	<48 km/h	>48 km/h
沥青路面	0.80~1.00	0.60~0.70	0.50~0.80	0.45~0.75

类别	参数名称	参数含义
输入参数	PCON_BK	主缸压力
输入参数	Throttle	节气门开度
输出参数	S1	两车间距
输出参数	Vx	智能车车速

参数	数值
参数	工况一	工况二	工况三
前车车速/（km·h^-1）	100	120	140
智能车车速/（km·h^-1）	140	160	180
初始间距/m	30	30	30
车速一样时车间距/m	19.2	19.3	19.5
相对最小安全距离/m	10.8	10.7	10.5
相对最小安全距离建议值/m	11	11	11

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