車威

（1.黃淮學院 電子科學與工程系，河南 駐馬店 463000；2.武漢理工大學 汽車工程學院，湖北 武漢 430070）

高速公路汽車智能防撞系統(tǒng)研究

車威1,2

（1.黃淮學院 電子科學與工程系，河南 駐馬店 463000；2.武漢理工大學 汽車工程學院，湖北 武漢 430070）

高速公路的交通事故中，車輛追尾事故占很大一部分．發(fā)生車輛追尾事故的主要原因是車間距離不足．設計了一個汽車智能防撞系統(tǒng)，主要通過車間距離的自動報警提示和強制減速達到安全駕駛的目的．

高速公路；車間距離；智能防撞；強制制動

近年來，隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，道路交通發(fā)生了很大的變化．截至2009年底，我國汽車保有量已達7619.31萬輛，高速公路通車里程達6.5萬公里．公安部交通管理局發(fā)布的全國道路交通事故情況顯示，2009年全國共發(fā)生道路交通事故238351起，共造成67759人死亡，275125人受傷，直接財產(chǎn)損失9.1億元，這些數(shù)字雖然較2008年都有所下降，但是損失還是非常慘重的．追尾事故在高速公路交通事故中所占比例最高，而追尾事故發(fā)生的主要原因就是駕駛員未能保持安全的車間距離．因此，設計一個智能防撞系統(tǒng)顯得很有必要．本文所設計智能防撞系統(tǒng)的基本思想是：當車間距離不足時，系統(tǒng)提醒駕駛員減速，若駕駛員不采取有效措施，則系統(tǒng)自動執(zhí)行減速操作直到車間距離超過安全距離．

1 系統(tǒng)的基本組成

所設計汽車智能防撞系統(tǒng)由4部分組成，如圖1所示．

圖1 汽車智能防撞系統(tǒng)組成框圖

信號采集單元的作用是通過車速傳感器測出當前車速，通過測距雷達測出自車與前車距離．處理控制單元的作用是測出實際車距，并根據(jù)當前速度計算出安全距離，再將兩距離進行比較．當車輛間距離小于規(guī)定的安全距離時通過報警信號提醒駕駛員減速以增大車距．自動減速制動單元的作用是當報警信號發(fā)出后若駕駛員未采取有效措施，則系統(tǒng)自動執(zhí)行減速操作．

2 制動防抱死系統(tǒng)（ABS）的改造[1]

當測距雷達測量出車輛與前車的距離達到危險報警距離時，若駕駛員仍未通過踩制動踏板、松油門等措施增加車輛間距，系統(tǒng)必須自動啟動強制剎車系統(tǒng)，并保證車輛不發(fā)生抱死．當車間距離增大到安全距離后，強制制動系統(tǒng)解除，以防止車速降低過多而造成后車追尾．為了強制制動系統(tǒng)正常工作，需要對原有的防抱死制動系統(tǒng)進行改造，改造方法是模擬制動踏板力向制動防抱死系統(tǒng)提供液壓力．

輔助強制剎車系統(tǒng)如圖2所示．當輔助強制系統(tǒng)工作時，電磁換向閥受微處理器控制向右移動，由蓄能器通過左工作通道提供壓力，通過電磁換向閥向系統(tǒng)供油；當需要停止輔助強制剎車時，電磁換向閥向左移動，右通道打開，壓力油回到儲油室．壓力傳感器的作用是檢測系統(tǒng)油壓，當壓力油都回到儲油室時，壓力傳感器輸出信號變?yōu)榱悖藭r電磁換向閥由微控制器控制回到中間位置．蓄能器的壓力由定量泵提供，而定量泵的動力由發(fā)動機提供．

圖2 輔助強制剎車系統(tǒng)裝置

圖3為汽車制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，它增加了輔助強制剎車系統(tǒng)．梭閥用于人為制動與輔助強制制動間的轉(zhuǎn)換．當有制動踏板作用時，輔助剎車系統(tǒng)不起作用，這是由于制動踏板產(chǎn)生的液壓力大于輔助剎車系統(tǒng)的液壓力；當制動踏板不起作用時，輔助剎車系統(tǒng)起作用．一般情況下輔助剎車系統(tǒng)不會干擾駕駛員對車輛的操控，只有駕駛員未采取剎車措施或者剎車力不夠時，強制輔助剎車系統(tǒng)才起作用．

圖3 汽車制動系統(tǒng)圖

3 智能防撞系統(tǒng)的數(shù)學模型

行駛于車道后方的車輛稱為自車，行駛于自車前方與自車距離最近的車輛稱為前車[2]．要避免車輛發(fā)生追尾，就要時刻保證車輛間實際距離d大于自車車速下的安全距離d0．為了確保數(shù)學模型安全可靠，我們?nèi)∏败囲o止，后車從制動到靜止需要的安全距離這種情況．駕駛員制動的時間分為反應時間和實際制動時間．大多數(shù)追尾交通事故是由于車輛間距離過小和駕駛員反應時間過長、行為遲鈍造成的，所以將反應時間區(qū)分出來可以有效地提醒駕駛員制動．設v1為自車速度，a1為自車加速度（制動減速度），thum為駕駛員反應時間，tx為制動器協(xié)調(diào)時間，ts為制動減速度增長時間，dw為提醒報警距離，db為危險報警距離，不難推出以下關(guān)系：

根據(jù)《中華人民共和國道路交通安全法實施條例》第七十八條的規(guī)定，高速公路應當標明車道的行駛速度，最低車速不得低于60 km/h，小型載客汽車最高車速不得超過120 km/h，摩托車不得超過80 km/h，其他機動車不得超過100 km/h．本模型中為了提高實用性與安全性，設定最高車速為120 km/h，最低車速為30 km/h．

a1主要與路面附著系數(shù)有關(guān)，附著系數(shù)與制動減速度之間的換算關(guān)系如表1所示[3―4]．本模型中，對于干燥瀝青路面和干燥水泥混凝土路面，a1取6.0 m/s2；對于潮濕瀝青路面和潮濕水泥混凝土路面，a1取5.0 m/s2；對于冰雪路面，a1取2.85 m/s2．

表1 附著系數(shù)與制動減速度的換算

根據(jù)測定，駕駛員的反應時間thum一般在0.3～1.2 s之間，且性別、年齡等因素對反應時間的影響較大．出于安全駕駛考慮，本模型中thum取為1.2 s．

制動器協(xié)調(diào)時間tx由制動器的制動間隙和駕駛員踩制動踏板的速度決定[5―6]．汽車制動方面的相關(guān)資料表明，氣壓式制動器的協(xié)調(diào)時間為0.2～0.9 s，液壓式制動器的協(xié)調(diào)時間為0.1～0.2 s．本系統(tǒng)中的tx選為0.2 s．制動減速度增長時間ts主要與制動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式有關(guān)，在本系統(tǒng)中取0.2 s．查閱國內(nèi)外資料，高速公路上車輛間的安全距離一般為2～5 m，本系統(tǒng)取最大值5 m．

把以上參數(shù)代入式(1)和式(2)，得干燥路面時提醒報警距離和危險報警距離分別為：

4 智能防撞系統(tǒng)功能的實現(xiàn)

行車過程中，汽車智能防撞系統(tǒng)通過安裝在自車前端的測距微波雷達，實時地測出自車與前車距離，并把該距離送到處理控制單元進行處理，與當前速度下的提醒報警距離、危險報警距離進行比較，當實際車距大于提醒報警距離時不報警；當實際車距小于提醒報警距離而大于危險報警距離時，進行聲光報警；當實際車間距離小于危險報警距離時，系統(tǒng)自動執(zhí)行強制制動減速，以增加車間距離，直至車距大于提醒報警距離時，強制制動減速解除．該系統(tǒng)可以有效地避免高速公路汽車追尾碰撞事故的發(fā)生．

[1] 韓洋．高速公路追尾防撞預警系統(tǒng)研究[D]．太原：中北大學，2008．

[2] 戰(zhàn)緒庶，王紫婷，戰(zhàn)緒仁．一種汽車激光雷達自動防撞微機控制系統(tǒng)的研究[J]．蘭州交通大學學報，2006，8(4)：100．

[3] 朱從坤，裴玉龍．冰雪路面砂鹽混合料養(yǎng)護技術(shù)與標準研究[J]．哈爾濱建筑大學學報，1999(5)：102―105．

[4] 陳光武．高速公路追尾碰撞預防報警系統(tǒng)開發(fā)研究[D]．西安：長安大學，2000．

[5] 李新佳．歐洲智能交通建設情況及啟發(fā)[J]．城市交通，2004(2)：58―62．

[6] 陳旭梅，于雷，郭繼孚，等．美、歐、日智能交通系統(tǒng)（ITS）發(fā)展分析及啟示[J]．城市規(guī)劃，2004(7)：75―79．

U463.6，TP273.5

A

1006-5261(2011)05-0028-02

2010-09-05

車威（1981―），男，河南駐馬店人，助教，碩士．

〔責任編輯 張繼金〕