盧 雄, 王 全, 楊杰君, 文健峰

(中車時代電動汽車股份有限公司, 湖南 株洲 412007)

近年來,因駕駛員在車輛行駛過程中主動或被動離開駕駛座椅而造成交通事故的情況頻繁發(fā)生。如駕駛員受到乘客干擾離開座椅導(dǎo)致車輛失控造成交通事故;駕駛員未拔鑰匙、未拉手剎且車輛又未回空擋而離座,使車輛處于無人管控狀態(tài)導(dǎo)致溜車造成交通事故[1];車輛正常行駛過程中受到激烈撞擊,如追尾或車輛翻滾,駕駛員被甩離座位,致其昏迷或死亡,此時駕駛員無法通過拉手剎進行駐車制動,車輛同樣在無人操控且無制動的情況下溜車,會造成二次事故或擴大事故損失等[2-3]。針對以上情況,本文設(shè)計一種純電動汽車駕駛員離座安全輔助系統(tǒng)來避免該類事故的發(fā)生。

1 方案設(shè)計

該輔助系統(tǒng)主要由人機交互系統(tǒng)、離座感知系統(tǒng)、決策控制系統(tǒng)、決策執(zhí)行系統(tǒng)組成。其中最核心的決策控制系統(tǒng)在第2部分重點闡述。

1) 人機交互系統(tǒng)。車載儀表為人機交互系統(tǒng)的主要角色。接收到?jīng)Q策控制系統(tǒng)發(fā)出的離座預(yù)警指令時,儀表發(fā)出聲音預(yù)警信號,同時儀表上離座預(yù)警對應(yīng)的黃色圖標(biāo)會不停閃爍,以提示駕駛員當(dāng)前為離座狀態(tài)。

2) 離座感知系統(tǒng)。離座感知系統(tǒng)采用2個車規(guī)級高精度的離座傳感器來相互感知校驗駕駛員的離座信息,隨后整車控制單元VCU將采集到的離座信息傳輸給決策控制系統(tǒng)進行決策控制。

3) 決策執(zhí)行系統(tǒng)。決策執(zhí)行系統(tǒng)包含車載儀表、雙閃燈光系統(tǒng)、電機驅(qū)動系統(tǒng)、多合一輔源控制系統(tǒng)、氣制動系統(tǒng)、EPB駐車系統(tǒng)、BMS電池管理系統(tǒng)。其中車載儀表負(fù)責(zé)執(zhí)行決策控制系統(tǒng)的聲光預(yù)警指令;雙閃燈光系統(tǒng)負(fù)責(zé)執(zhí)行決策控制系統(tǒng)的激活雙閃燈指令;電機驅(qū)動系統(tǒng)負(fù)責(zé)執(zhí)行決策控制系統(tǒng)的動力限制指令;多合一輔源控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)執(zhí)行決策控制系統(tǒng)的電機驅(qū)動高壓下電指令;氣制動系統(tǒng)負(fù)責(zé)執(zhí)行決策控制系統(tǒng)的氣制動力控制指令;EPB駐車系統(tǒng)負(fù)責(zé)執(zhí)行決策控制系統(tǒng)的駐車控制指令;BMS電池管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)執(zhí)行決策控制系統(tǒng)的斷開電池放電主回路高壓接觸器指令。

2 決策控制系統(tǒng)

決策控制系統(tǒng)是輔助系統(tǒng)中最核心的子系統(tǒng),負(fù)責(zé)實時采集整車信息[4-8],并根據(jù)離座感知系統(tǒng)反饋的離座信息決策出預(yù)警信號、限扭信號、制動信號、電機驅(qū)動系統(tǒng)高壓下電信號、EPB駐車信號和電池放電主回路高壓下電信號。

2.1 駕駛員離座預(yù)警控制

當(dāng)整車處于非駐車狀態(tài),并且VCU采集到2個離座傳感器同時反饋的駕駛員離座信號有效且連續(xù)保持2 s以上時,決策控制系統(tǒng)會及時給車載儀表發(fā)出聲光預(yù)警指令進行預(yù)警,同時系統(tǒng)將自動激活雙閃燈,以提示周圍來往車輛此車輛狀態(tài)。駕駛員離座預(yù)警控制流程如圖1所示。

圖1 駕駛員離座預(yù)警控制流程

2.2 離座驅(qū)動扭矩限制控制

當(dāng)駕駛員離座預(yù)警有效時,決策控制系統(tǒng)輸出聲光預(yù)警信號的同時也會輸出限制整車動力扭矩為0的信號,直到離座預(yù)警無效時車輛恢復(fù)正常行車。

2.3 離座制動控制

當(dāng)駕駛員離座預(yù)警有效時,決策控制系統(tǒng)輸出聲光預(yù)警信號和限制整車動力扭矩為0的信號,同時還會輸出主動剎車的信號,直到離座預(yù)警無效時車輛恢復(fù)正常行車。

1) 制動需求減速度標(biāo)定。當(dāng)系統(tǒng)有主動剎車介入請求時,根據(jù)制動時當(dāng)前不同車速v(試驗車輛最高車速設(shè)置為60 km/h)標(biāo)定一個相應(yīng)的需求減速度a0(見表1)。

表1 制動請求時v與a0的標(biāo)定對應(yīng)表

2) 制動目標(biāo)減速度控制原理。VCU通過CAN總線向電子制動系統(tǒng)EBS發(fā)送目標(biāo)減速度、輪速、整車質(zhì)量、前后車橋氣壓值、整車最大電制動扭矩、整車目標(biāo)電制動扭矩、整車實際電制動扭矩、整車當(dāng)前最大可利用電制動扭矩等車輛狀態(tài)信號,EBS根據(jù)接收到的這些信息采用預(yù)設(shè)的算法和控制策略進行數(shù)據(jù)處理,從而實現(xiàn)對整車電制動力與氣制動力進行動態(tài)分配和控制以及對車輛制動目標(biāo)減速度的控制。

3) 制動目標(biāo)減速度。由于駕駛員離座狀態(tài)下行車是高度危險的駕駛行為,所以當(dāng)駕駛員離座時需給EBS發(fā)送目標(biāo)減速度指令來實現(xiàn)快速剎停車輛的目的。假設(shè)向EBS請求總的目標(biāo)減速度aTar,則aTar=a0,a0為表1中標(biāo)定的需求減速度。制動力分配控制由EBS實現(xiàn),具體實現(xiàn)過程不在此詳述。

2.4 離座駐車控制

當(dāng)駕駛員離座預(yù)警有效且車輛自動剎車至車速低于1.5 km/h時,系統(tǒng)將自動給電子手剎系統(tǒng)發(fā)送駐車指令以消除溜車或整車掉電后造成二次事故或擴大事故損失的風(fēng)險。直至車輛無離座、非空擋且駕駛員重新踩驅(qū)動踏板時解除電子駐車狀態(tài)。

2.5 離座自動回空擋控制

由于駕駛員離座觸發(fā)電子駐車系統(tǒng)成功駐車后,系統(tǒng)將自動給擋位管理系統(tǒng)發(fā)送擋位回空擋指令,將整車擋位自動退回空擋以保證行車安全。直至車輛無離座時才允許駕駛員掛擋。

2.6 離座高壓下電控制

由于駕駛員離座而觸發(fā)電子駐車系統(tǒng)駐車保持10 min以上,且檢測到車輛未斷高壓電時,系統(tǒng)將先給MCU電機控制單元發(fā)送電機驅(qū)動系統(tǒng)與輔源系統(tǒng)的前端高壓主接觸器K4斷開指令,當(dāng)電機驅(qū)動系統(tǒng)與輔源系統(tǒng)停止工作后,再給BMS電池管理系統(tǒng)發(fā)送電池放電主回路接觸器K1斷開指令,徹底斷開高壓放電回路,以保證車輛高壓用電安全[9-11]。直至車輛無離座且駕駛員重新關(guān)閉再開啟鑰匙Start擋才允許整車重新上高壓電。整車高壓系統(tǒng)示意圖如圖2所示。

圖2 整車高壓系統(tǒng)示意圖

3 結(jié)束語

本文提出了一種純電動汽車的駕駛員離座安全輔助系統(tǒng),該系統(tǒng)具有較高的可行性和實用性,并為純電動汽車的安全行駛提供了一種有效的解決方案。駕駛員離座安全輔助系統(tǒng)將會得到更為廣泛的應(yīng)用,為人們的出行提供更為安全的保障。