(遼寧工業(yè)大學(xué) 遼寧 錦州 121001)

前向避撞預(yù)警系統(tǒng)的研究

孟鑫李興峰

(遼寧工業(yè)大學(xué)遼寧錦州121001)

交通事故引發(fā)的人員傷亡和財產(chǎn)損失使得道路交通安全問題成為一個日益嚴(yán)峻的社會課題，基于毫米波雷達(dá)的主動安全技術(shù)能夠避免交通事故的發(fā)生，其中汽車前向避撞預(yù)警系統(tǒng)正成為國內(nèi)外主動安全研究的熱點，深入展開汽車避撞預(yù)警系統(tǒng)的研究對于降低事故發(fā)生率，減少人員財產(chǎn)損失，促進(jìn)智能交通的發(fā)展具有重要意義。

毫米波雷達(dá)；主動安全；避撞預(yù)警；智能交通

一、引言

車輛主動安全技術(shù)就是在交通事故發(fā)生之前，通過相關(guān)主動安全設(shè)備對駕駛員進(jìn)行警示，實時提醒駕駛員車輛所處的交通環(huán)境和潛在危險，當(dāng)事故將要發(fā)生時，控制系統(tǒng)臨時操縱制動系或轉(zhuǎn)向系，防止事故的發(fā)生。近年來隨著電子、通信及信息技術(shù)的長足發(fā)展，主動安全技術(shù)已取得飛速進(jìn)步，常見的主動安全設(shè)備有ABS、EBD、ESP、避撞預(yù)警系統(tǒng)(CWS)、TCS、自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)(ACC)、車道偏離預(yù)警系統(tǒng)(LDWS)、自動泊車系統(tǒng)等。但想要從根本上降低道路交通事故發(fā)生率，防撞預(yù)警系統(tǒng)的研究就顯得尤為重要。

二、汽車避撞系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

汽車主動避撞系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)資料顯示，有70%～90%的交通事故是由于駕駛員操作失誤所致。如果能夠在事故發(fā)生前提醒駕駛員注意并在緊急狀況下幫助駕駛員采取安全措施，對減少交通事故的發(fā)生無疑是非常有用的，汽車主動避撞系統(tǒng)正是實現(xiàn)這一功能的技術(shù)手段。汽車主動避撞系統(tǒng)利用現(xiàn)代信息技術(shù)、傳感技術(shù)來擴展駕駛?cè)藛T的感知能力，將外界信息(如車速、其它障礙物距離)傳遞給駕駛?cè)藛T的同時綜合利用路況與車況信息，判斷車輛當(dāng)前運行狀況的安全程度，在緊急情況下能自動采取措施控制汽車，使汽車主動避開危險，保證車輛安全行駛或最大可能的減小事故的傷害程度。汽車具備了這樣的主動安全性，才可能從根本上減少交通事故，提高交通安全。

汽車縱向主動避撞系統(tǒng)作為一個復(fù)雜的控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)與普通的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相同，由傳感器、控制器和執(zhí)行器三部分組成。傳感器的功能是準(zhǔn)確、快速的測量車輛運行狀況及交通環(huán)境信息?？刂破饕罁?jù)傳感器提供的信息和預(yù)先設(shè)定的參數(shù)、算法，進(jìn)行車輛當(dāng)前安全狀態(tài)的判斷，并依據(jù)控制算法計算結(jié)果向執(zhí)行器發(fā)出控制命令。執(zhí)行器接收控制器的控制指令，按照期望的方式實現(xiàn)對車輛的控制操作。為實現(xiàn)主動避撞的功能，汽車縱向主動避撞系統(tǒng)包括以下幾項關(guān)鍵技術(shù)：信息感知，安全狀態(tài)判斷，控制執(zhí)行技術(shù)。

(一)信息感知

車輛行車信息感知及處理就是利用安裝于汽車上的各種傳感器，實時的對車輛運行參數(shù)進(jìn)行檢測，并通過必要的信號處理獲得準(zhǔn)確、可靠的行車信息。汽車縱向主動避撞系統(tǒng)用到的傳感器主要包括：車間距離測量傳感器、車速傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、制動踏板、加速踏板及離合器動作傳感器(自動變速器車輛無需離合器動作傳感器)、車輛加速度傳感器、發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器以及制動油壓傳感器等。在這些傳感器中，車間距離測量傳感器是主動避撞系統(tǒng)特有的，國內(nèi)外對前向避撞系統(tǒng)行車信息感知及處理的研究集中于車間距離測量傳感器的研制及測量信號的處理方面。

(二)安全狀態(tài)判斷

車輛行車信息采集系統(tǒng)將獲得的車輛狀態(tài)及行車環(huán)境信息傳遞給汽車前向避撞系統(tǒng)中央控制器，中央控制器綜合利用多傳感器信息，依據(jù)安全狀態(tài)判斷邏輯進(jìn)行車輛行車安全狀態(tài)的判斷，并依據(jù)判斷結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的控制操作。車輛行車安全狀態(tài)判斷邏輯對汽車前向避撞系統(tǒng)性能有重要影響。

總結(jié)現(xiàn)有的安全距離模型，具有代表性的有以下三種：

(1)基于制動過程運動學(xué)分析的安全距離模型。典型的車輛制動過程描述為：駕駛員識別前方交通情況，意識到應(yīng)進(jìn)行緊急制動，將右腳移動到制動踏板并緊急制動，直到車輛停止。

(2)基于車間時距的安全距離模型。車間時距是交通工程中的一個概念，表示車間距離與車輛速度的比值。實際交通條件下，在車輛以較小的相對速度跟隨行駛時，駕駛員保持的與前方目標(biāo)車輛間的距離與自車速度有一定的線性關(guān)系，基于車間時距的安全距離模型就是建立在這種現(xiàn)象基礎(chǔ)上，其安全距離計算公式為：

D=vc*t+d

其中，vc為自車速度，t表示駕駛員車間時距，一般取值為1.2～2.0s;d為一常數(shù)，一般取值1～5m。

(3)駕駛員預(yù)瞄安全距離模型。實際行車時，駕駛員總是要對車輛的運行進(jìn)行一下預(yù)測，以決定當(dāng)前的操作，日本的研究人員以這種行為為基礎(chǔ)建立了駕駛員預(yù)瞄安全距離模型。

駕駛員預(yù)測ts后車間距離，將此車間距離與駕駛員認(rèn)為的界限車間距離d0進(jìn)行比較，如認(rèn)為ts后車間距離將小于d0，則在現(xiàn)在時刻即制動，此時的車間距離值就是駕駛員期望保持的最小車間距離，定義為以駕駛員主觀感覺為依據(jù)確定的安全距離，表示如下：

D=-t*vrel-(af*t^2/2)+d0

其中，vrel表示相對速度，af為前車加速度，d0表示駕駛員期望保持的最小車距。

(三)控制執(zhí)行技術(shù)

汽車輛動力學(xué)控制是實現(xiàn)汽車前向避撞系統(tǒng)功能的直接手段，控制的作用是調(diào)節(jié)車輛的縱向運動狀態(tài)，實現(xiàn)前向避撞系統(tǒng)所定義的功能。

國內(nèi)外關(guān)于車輛縱向動力學(xué)控制方面的研究開始的較早，到現(xiàn)在已經(jīng)獲得了許多實用化的研究成果。按照控制功能實現(xiàn)方法的不同，可以將與汽車前向避撞相關(guān)的車輛縱向動力學(xué)控制分為兩類：直接式控制和分層式控制。

直接式控制結(jié)構(gòu)用一個控制器實現(xiàn)車輛縱向動力學(xué)控制的目的，控制器的輸入量是期望的車間距離或車輛速度，輸出量是期望的制動壓力和節(jié)氣門開度，輸出量直接傳遞給車輛的控制執(zhí)行機構(gòu)，控制車輛的運動，實現(xiàn)期望的控制結(jié)果。分層式控制結(jié)構(gòu)將車輛縱向動力學(xué)控制的目的分為兩層實現(xiàn)，上位控制器輸入量是期望的車間距離或車輛速度，輸出量是期望的車輛加速度或車輛速度，上位控制器的輸出量作為下位控制器的輸入量，下位控制器的輸出量是期望的制動壓力和節(jié)氣門開度。

三、結(jié)束語

本文對前向避撞預(yù)警系統(tǒng)的主要過程進(jìn)行了大致介紹，前向避撞預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用將推動汽車的智能化、信息化也對無人駕駛技術(shù)起到促進(jìn)作用,從而讓我們的行車生活處于安全、舒適、快捷之中。

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孟鑫(1993-)，男，漢族，遼寧鐵嶺人，學(xué)生，專業(yè)碩士，遼寧工業(yè)大學(xué)，研究方向汽車智能輔助駕駛；李興峰(1990-)，男，漢族，遼寧朝陽人，學(xué)生，碩士，遼寧工業(yè)大學(xué)，研究方向汽車智能輔助駕駛。