一种基于环境感知碰撞主动断电保护系统设计方法与流程

本发明涉及汽车安全领域，具体是一种基于环境感知碰撞主动断电保护系统设计方法。

背景技术：

汽车安全一直以来都是很多消费者关注的重点。近年来，随着新能源汽车产业的不断发展，道路交通中电动汽车占比逐渐增大，频繁出现的电动汽车安全事故也越来越受到关注。电动汽车存在着完全有别于传统汽车的高压电伤害。在碰撞过程中电动汽车的高压电气系统发生损坏，会引起乘员触电以及汽车起火爆炸等事故发生。

快速并且准确的发出断电信号是电动汽车主动断电保护系统的主要功能。电动汽车发生碰撞时是否需要切断高压电信号，需要结合车辆实际碰撞过程中动力电池的安全极限和高压电气系统的损伤程度来综合考虑。如果断电信号的发送过于保守的话，频繁断电会提高车辆维修成本，更严重的甚至会引起二次事故的发生；如果断电过于激进，会出现系统漏判而导致高压电伤害车内乘员甚至起火的情况发生。同时，又要求尽快的发出断电信号，保证高压电气系统尽早的完成断电，避免出现因断电不及时而引发高压电器带电和高压线束短路、起火等现象。但是传统的电动汽车断电保护系统主要是根据碰撞传感器获取的加速度信号进行断电决策，无法反馈高压电气系统可能因碰撞冲击导致的硬导线被破坏而引发断电保护信号无法正常传达等问题。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种基于环境感知碰撞主动断电保护系统设计方法，本发明所用的技术方案为：

一种基于环境感知碰撞主动断电保护系统设计方法，主动断电保护系统包括环境感知模块、碰撞传感器模块、整车控制器vcu和动力电池管理系统；断电保护控制过程包括以下步骤：

s1.根据环境感知模块实时对周围环境进行碰撞预警，若出现不可避免的碰撞情况，则对高压电气系统进行断电保护；

s2.将环境感知系统、自车信息以及碰撞传感器获取的加速度信号输入至整车控制器vcu中的主动断电控制算法中，对影响碰撞结果的关键因素进行预测；

s3.根据对影响纯电动汽车高压电安全风险关键因素的预测结果以及周围环境和自车的信号，与电动汽车的高压电断电阈值曲线进行对比，判断在该碰撞工况下是否存在高压电安全风险；

s4.若该碰撞情况下不存在高压电安全风险，则恢复高压电气系统供电，若存在风险，则保持断电状态。

步骤s1中所述环境感知模块全天候运行，持续性获得目标车碰撞前的相对速度以及相对位置。

步骤s2中所述主动断电控制算法的具体内容为：

设计一个以自车与目标车之间碰撞前相对速度、相对速度和自车碰撞前后速度变化量为输入，以自车与目标车之间质量比为预测输出的神经网络算法；根据碰撞安全仿真的高效性以及可重复性等特点，通过碰撞安全仿真试验的方法为神经网络算法提供足够的数据样本；

选取不同的两车质量比、两车相对位置以及两车相对速度设计碰撞工况矩阵，对电动汽车高压电气系统的损伤程度进行评价，观察判断在各个工况下电动汽车是否存在高压电安全风险，并设置对应的高压电断电阈值曲线；

主动断电保护系统根据环境感知系统以及碰撞传感器获得的自车与目标车之间碰撞前相对速度、相对位置和碰撞传感器获得的自车碰撞前后速度变化量对自车与目标车之间质量比进行神经网络算法预测，再根据预测得到的自车与目标车之间质量比以及感知系统获得的碰撞前相对速度、相对位置进行高压电断电阈值曲线对照，决策是否存在高压电安全风险。

本发明的有益效果在于：

1)主动预警系统与传统碰撞仿真优化方法结合后显著提高了断电时机的准确度；

2)主动预警系统能够大大提前断电信号发出时间，进一步降低电动汽车电安全风险。

附图说明

图1为本发明方法的感知系统安装位置示意图；

图2为本发明方法的车车全重叠追尾碰撞模型示意图；

图3为本发明主动断电保护系统的连接原理框架图；

图4为本发明方法的主动断电保护策略逻辑流程图。

图中：1、左雷达；2、右雷达。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

实施例：参见图1-4。

实施例1为针对全重叠追尾碰撞工况的主动断电保护系统设计。

采用附图1所示的感知系统安装位置示意图，如图所示，建立一个随自车运动的二维坐标系，设定车辆后轴为y轴，左边正方向，车辆中心线为x轴，前向行驶方向正方向，并在车辆后保险杠的两侧分别安装一个79ghz的毫米波雷达，雷达的水平安装角度设计为35度。该设计方法能够覆盖主动断电保护系统对整车后方区域感知的需求。

图2为车车全重叠碰撞模型。图中后车2以速度对速度为的前车1发生全重叠追尾碰撞。车辆发生全重叠追尾碰撞时，忽略其他影响，由动量守恒定理可知:

式中:m1为前车的质量，m2为后车的质量；分别为前车的碰前及碰后速度，分别为后车的碰前及碰后速度。

两车追尾碰撞数学模型为：

式中δv1为车辆1在全重叠追尾碰撞中的速度变化值,δv2为车辆2在全重叠追尾碰撞中的速度变化值。η为修正系数，与两车质量比及两车碰前相对速度有关。

后车2依据《乘用车后碰撞燃油系统安全要求》可移动避障小车的参数建立，可以通过调整避障小车的载重和速度以满足碰撞工况矩阵对于不同碰撞工况的要求，并观察分析不同碰撞工况下的高压电气系统损伤结果。

通过追尾碰撞数学模型以及碰撞工况矩阵仿真结果综合分析可知，前车1与后车2的质量比、前车碰撞前后速度变化δv1、前后车的碰撞前相对速度和前车高压电气系统的受损程度关系密切，可以据此完成神经网络的设计和断电阈值曲线设置。

如图3所示，本发明包括整车控制单元、电池管理单元、动力电池组、安全气囊控制器、车身碰撞传感器和感知系统传感器。其中，整车控制单元、电池管理单元和安全气囊控制器之间通过汽车的以总线进行连接。感知系统传感器与整车控制单元之间通过导线连接，电池管理单元与动力电池组之间通过导线连接，安全气囊控制器与车身碰撞传感器之间通过导线连接。

图4为主动断电保护策略逻辑流程图。环境感知传感器将实时获取的周围环境信息发送整车控制器，整车控制器预警模块根据目标车辆与自车的相对距离和速度判断碰撞时间ttc(time-to-collision)，若ttc小于主动断电保护系统系统断电时间，则执行断电。碰撞发生后，环境感知传感器将断电启动时刻的两车碰撞前相对速度发送至主动断电保护算法中，同时，碰撞传感器获取的汽车加速度曲线在经过安全气囊控制器的滤波和曲线积分处理好，输出前车碰撞前后速度变化量δv1至主动断电保护算法中；将两车碰撞前相对速度以及后车与前车质量比m2/m1插入断电保护阈值曲线中，判断电动汽车高压电安全风险，若不存在风险，则恢复高压电气系统供电，若存在风险，则及时提醒乘客离开车辆，等待救援。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。