薛金波

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會的進(jìn)步，汽車的生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，公路的等級也在不斷的提升，尤其是高速公路的發(fā)展更是迅猛，汽車行駛的速度不斷加快，在這樣的大背景下，汽車的安全行駛問題也受到越來越多人的關(guān)注。所以，深入研究汽車的防撞系統(tǒng)，提高行駛過程中的安全性，對于避免事故發(fā)生具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：汽車；防撞系統(tǒng)；自動化；論述

我國的道路交通事故頻發(fā)，已經(jīng)漸漸成為主要的社會危害之一，對于人們的正常生活以及經(jīng)濟(jì)增長都造成了極大的阻礙。當(dāng)前，我國研究人員在汽車安全系統(tǒng)方面的研究已經(jīng)具備了一定的基礎(chǔ)，結(jié)合我國道路交通的統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，在最近五年我國的交通事故發(fā)生次數(shù)、傷亡人數(shù)以及直接造成的經(jīng)濟(jì)損失都在呈現(xiàn)明顯的下降趨勢，但是我們絕不可以掉以輕心，認(rèn)為我國汽車的安全防撞系統(tǒng)發(fā)展足夠完善，每年我國發(fā)生車禍的次數(shù)仍舊非常巨大。為了有效的降低汽車事故的發(fā)生，世界各個國家都開始投入了巨大的人力和物力。各國政府相繼出臺完善了有關(guān)汽車交通的法律法規(guī)來提高人們的憂患意識和安全意識，同時，研發(fā)人員開始大力開展汽車安全防撞系統(tǒng)的研發(fā)工作。當(dāng)前已知的汽車安全系統(tǒng)主要分為主動安全系統(tǒng)和被動安全系統(tǒng)兩大主要的部分，主動安全系統(tǒng)包括汽車防抱死（ABS）系統(tǒng)、緊急剎車的輔助控制系統(tǒng)等傳統(tǒng)意義上的汽車安全系統(tǒng)。這些安全系統(tǒng)的使用可以大大增強(qiáng)汽車行駛的安全性，有效縮短安全制動距離，降低汽車的碰撞率。但是這些系統(tǒng)離不開人工的控制，不能精準(zhǔn)預(yù)測并躲避交通事故的發(fā)生。被動安全系統(tǒng)主要包含安全氣囊，兒童安全座椅以及安全帶之類的安全系統(tǒng)，這類安全系統(tǒng)并不能降低汽車碰撞率，但是可以大大降低道路事故中的生命財產(chǎn)損失。所以，積極研制一套可以為駕駛?cè)藛T提供預(yù)警以及輔助制動的安全系統(tǒng)，對于維護(hù)人們的生命財產(chǎn)，彌補(bǔ)當(dāng)前安全系統(tǒng)的漏洞十分重要，其發(fā)展前景也十分廣闊，擁有十分巨大的現(xiàn)實意義。

1 目前國外的汽車防撞系統(tǒng)研究概況

從20世紀(jì)中后期開始，人們對于汽車自動防撞系統(tǒng)的研究正式開始。當(dāng)時，很多汽車工業(yè)發(fā)展水平較高的發(fā)達(dá)國家開始逐漸擴(kuò)大對于該系統(tǒng)的研發(fā)力度和研發(fā)精力，但是受到當(dāng)時發(fā)展水平較低的物理研究和硬件因素的限制，對于汽車防撞安全系統(tǒng)的研究一直沒有取得實質(zhì)性的進(jìn)展。直到20 世紀(jì)后期，德國奔騰公司率先提出并發(fā)起了“普羅米修斯”計劃，使得原本已經(jīng)近乎停滯狀態(tài)的汽車安全系統(tǒng)的研發(fā)重新綻放出了年輕的活力。此次計劃的研究重點既是汽車的雷達(dá)系統(tǒng)，從此該系統(tǒng)也成為了世界各個汽車研發(fā)機(jī)構(gòu)的重點研究內(nèi)容 ，隨著相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的逐步發(fā)展，雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)展也迎來了發(fā)展的黃金期，德國自此成為最早掀起汽車安全防撞系統(tǒng)研究熱潮的國家。

德國沃爾沃公司一直將車自動化防碰系統(tǒng)的研究作為公司的研究重點內(nèi)容，既2006年公司研發(fā)團(tuán)隊正式開發(fā)出自適應(yīng)帶剎車輔助的碰撞警示系統(tǒng)以及巡航控制系統(tǒng)之后，在2007 年，又相繼出臺了駕駛員警示控制系統(tǒng)、車道偏離警示系統(tǒng)以及帶自動剎車功能的碰撞警示系統(tǒng)等一系列控制系統(tǒng)。美國在有關(guān)汽車安全控制系統(tǒng)方面的研究起步相對較晚，但是其系統(tǒng)研發(fā)周期及研發(fā)速度卻是世界首屈一指的，截止到當(dāng)前，美國汽車自動化防碰撞技術(shù)已經(jīng)處于世界汽車技術(shù)的前列。預(yù)警系統(tǒng)和車載雷達(dá)探測是防碰預(yù)警系統(tǒng)的主要運(yùn)用領(lǐng)域，美國研發(fā)的汽車防撞系統(tǒng)采用了先進(jìn)的自動毫米波雷達(dá)，成功的將軍事防御雷達(dá)巧妙的運(yùn)用在了商業(yè)產(chǎn)品中，性價比非常高。

2 當(dāng)前國內(nèi)的系統(tǒng)研發(fā)情況

當(dāng)前我國國內(nèi)對于汽車自動防撞系統(tǒng)的研究仍然處于研發(fā)的初級階段，技術(shù)領(lǐng)域與發(fā)達(dá)國家相比還有很大的差距，研究的范圍相對來說具有應(yīng)的局限性，主要是集中在大型汽車企業(yè)以及科研院中，對于該技術(shù)的研究還處于摸索的階段。

2.1 模糊控制理論

模糊控制理論主要是將模糊理論，模糊語言變量以及模糊邏輯推理的相關(guān)技術(shù)綜合運(yùn)用于汽車的防撞控制系統(tǒng)中，這樣制作出來的防撞控制系統(tǒng)更加趨近于人性化，能夠運(yùn)用和人相近的思維方法來對汽車行駛做出一定的預(yù)判，在一定程度上對汽車做出和司機(jī)一樣控制。將模糊控制理論應(yīng)用于汽車的安全控制系統(tǒng)中可以將人的思維與判斷通過建立相對簡單數(shù)學(xué)模型而呈現(xiàn)出來，雖然國內(nèi)這套理論還處于研究探索的階段，但是可以預(yù)見，一旦這種技術(shù)的研究成功，一定會被業(yè)界廣泛的運(yùn)用。在汽車的自動控制系統(tǒng)中，將人類的思維與控制技術(shù)整合到自動控制系統(tǒng)中 ，是對于汽車自動化防撞系統(tǒng)研究的又一具有歷史意義的飛躍。模糊控制的基礎(chǔ)是模糊集成論，方便精確模型的建立 ，即使是完全憑經(jīng)驗的可控系統(tǒng)也可以得到有效的控制。

2.2 基于模糊理論的汽車自動防撞研究情況

目前基于模糊控制理論而創(chuàng)造出的汽車自動防撞研究主要包含幾個重要方面，即報警提醒、跟蹤識別以及減速剎車等。

2.2.1 報警提醒 ： 司機(jī)在駕駛汽車時，智能報警系統(tǒng)可以顯示汽車行駛中的實時車速以及汽車前方的車輛情況、可能存在的威脅等。當(dāng)駕駛?cè)藛T的汽車行駛速度過快或與前方車輛未能保持安全距離時，防撞系統(tǒng)就會自動提醒司機(jī)前方有危險情況，這樣就可以大大降低發(fā)生的車禍的可能性。

2.2.2 跟蹤識別 ： 利用汽車內(nèi)部安裝的先進(jìn)雷達(dá)識別系統(tǒng)，對行駛車輛前方的動靜態(tài)目標(biāo)進(jìn)行實時監(jiān)測，智能的計算與分析前方障礙物的運(yùn)行軌跡和狀態(tài)，推斷出前方障礙物是否對本車具有危險性，如果系統(tǒng)判斷前方的障礙物會對本車的安全造成直接的威脅，而司機(jī)又沒有及時的采取減速或是停車的措施時，雷達(dá)便會將采集的數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)換為可執(zhí)行信號，強(qiáng)制性的進(jìn)行緊急減速或停車，這樣可以有效的避免汽車道路交通事故的發(fā)生。

2.2.3 減速剎車 ： 在汽車突然遇到危險時，系統(tǒng)可以主動的執(zhí)行從中央處理系統(tǒng)發(fā)出的緊急制動指令，使汽車做出快速的減速、剎車以及停車動作，能夠有效的避免車禍的發(fā)生。

針對不同的車速以及行駛天氣情況，汽車的防撞系統(tǒng)可以進(jìn)行實時的路據(jù)監(jiān)測，自動啟動汽車中央處理器，對于道路中所出現(xiàn)的交通狀況進(jìn)行緊急處理。采取這種控制系統(tǒng)不會對汽車贗本的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造產(chǎn)生影響，也不會對汽車的制動性能產(chǎn)生影響。當(dāng)汽車在行駛中發(fā)現(xiàn)有對車構(gòu)成威脅的障礙物時 ，汽車自動防撞控制器可以自動完成減速以及停車等動作，防止汽車碰撞事故的發(fā)生。在后車有追尾的可能性時，汽車會自動的亮起后剎車燈，提醒后車司機(jī)注意，同時也會預(yù)留出后車的制動距離，有效的避免事故發(fā)生。

3 汽車自動防撞系統(tǒng)的設(shè)計

汽車自動防撞系統(tǒng)是利用對車輛縱向動力學(xué)控制來實現(xiàn)其控制車輛的系統(tǒng)功能，系統(tǒng)研究中最為關(guān)鍵的步驟即是控制系統(tǒng)的設(shè)計?？刂葡到y(tǒng)共分為控制功能定義層、上位控制器以及下位控制器設(shè)計三部分。

3.1 巡航控制系統(tǒng)的上位控制器設(shè)計

汽車的制動防撞系統(tǒng)主要需要具有的功能包括定速巡航控制以及目標(biāo)安全距離控制。上位控制器的主要起到確定出行車需要的汽車加速度。汽車巡航控制系統(tǒng)的研究，其主要目的是當(dāng)汽車行駛在一定的車速范圍內(nèi)，駕駛員可以不用控制加速踏板，而是由該系統(tǒng)以設(shè)定的速度行駛實現(xiàn)自我控制的裝置。在汽車上安裝這種控制系統(tǒng)，在高速公路上長時間行駛時，由于駕駛員可以不用控制加速踏板，大大降低了駕駛?cè)说钠?，提高了行駛安全性，也減少了不必要的車速變化，節(jié)省了汽車行駛?cè)剂?。汽車的巡航控制系統(tǒng)主要由巡航控制開關(guān)、車速傳感器、節(jié)氣門執(zhí)行器和控制器等組成。控制器有兩個輸入信號，一個是駕駛員按要求設(shè)定的指令車速，直接由駕駛員設(shè)定，另一個是實際車速的反饋信號，由車速傳感器檢測后反饋給控制器，控制器檢測這兩個輸入信號之間的偏差后，經(jīng)過一定的控制計算，產(chǎn)生一個送至節(jié)氣門執(zhí)行器的控制信號節(jié)氣門執(zhí)行器根據(jù)所接受到的節(jié)氣門控制信號調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)節(jié)氣門開度，從而是車速保持穩(wěn)定。

3.2 下位控制器的設(shè)計

下位控制器的主要功能就是為了有效的對車輛動力學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行控制，車輛動力學(xué)系統(tǒng)實現(xiàn)了期望的車輛加速度。汽車自動防撞系統(tǒng)通過對車輛加速度的精確控制實現(xiàn)了系統(tǒng)功能，由于車輛動力學(xué)系統(tǒng)的非線性及車輛質(zhì)量變動、道路坡度及風(fēng)阻等外部干擾因素的存在，使控制系統(tǒng)魯棒性成為下位控制器設(shè)計時重點保證的性能。在進(jìn)行控制器的設(shè)計時需要滿足的最基本條件就是能夠?qū)ζ囆旭偁顩r作出快速、準(zhǔn)確的控制，這也是汽車的防撞系統(tǒng)對于下位控制器設(shè)計的基本要求；以汽車自動防撞系統(tǒng)的實際效果角度來看，由于汽車應(yīng)用條件發(fā)生了變化，導(dǎo)致車輛本身的動力學(xué)參數(shù)及外界環(huán)境對車輛動力學(xué)系統(tǒng)的影響會經(jīng)常的發(fā)生變化，所以在進(jìn)行下位控制器的設(shè)計時必須保證控制系統(tǒng)的魯棒性，這樣下位控制功能的實現(xiàn)受控制對象參數(shù)變化及外界干擾的影響較??；從車輛控制對象的特點以及自動防撞系統(tǒng)功能的角度來看分析，為避免由于車倆控制對象中存在的不規(guī)則響應(yīng)特性和惰性帶來的沖擊和抖動，同時便于上為控制系統(tǒng)的設(shè)計和整個系統(tǒng)功能的實現(xiàn)，下位控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有規(guī)范的輸入輸出特性，即包括上位控制器和下位控制器對象在內(nèi)的下位控制系統(tǒng)需要能夠準(zhǔn)確表示的、規(guī)范的傳遞函數(shù)。

4 目前汽車防撞系統(tǒng)設(shè)計的不足

在目前的有關(guān)汽車防撞系統(tǒng)的研究，指的安全距離一般來說都是假設(shè)前方有靜止的車輛，所作出的分析一般也是按照車輛在靜止?fàn)顟B(tài)下所作出的分析，而在實際的汽車行駛過程中，其周圍環(huán)境一般都是較為多變的，所以在進(jìn)行系統(tǒng)的研究和設(shè)計時，需要將更多的復(fù)雜因素計算在其中，比如，車輛從靜止?fàn)顟B(tài)啟動，車輛從行駛狀態(tài)突然停車，車輛處于加速減速的狀態(tài)，都需要進(jìn)行科學(xué)的模擬，并得到精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，所謂安全的行駛距離模型必須是能夠在任何的狀況下都能做出正確快速的判斷，否則，一旦因系統(tǒng)的設(shè)計缺陷而造成了人民的生命財產(chǎn)損失，將會為駕駛?cè)藛T及家人帶來巨大的痛苦。

5 結(jié)語

隨著公路等級的不斷提升，道路安全交通狀況也愈加復(fù)雜，汽車自動防撞系統(tǒng)的研究也面臨更多的狀況和問題，在進(jìn)行汽車自動化防撞系統(tǒng)的研究過程中，研究人員需要有效的結(jié)合理論與實際情況，充分考慮實際行車中可能出現(xiàn)的問題，才能在最大程度上提高汽車防撞系統(tǒng)的可靠性與安全性，為人類造福。

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