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        汽車(chē)緊急制動(dòng)安全與舒適性控制仿真研究

        2021-03-29 09:39:58易來(lái)華
        汽車(chē)實(shí)用技術(shù) 2021年5期
        關(guān)鍵詞:駕駛員汽車(chē)系統(tǒng)

        易來(lái)華

        (湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院,湖南 長(zhǎng)沙 410151)

        1 AEB系統(tǒng)工作過(guò)程分析

        1.1 AEB系統(tǒng)整體方案概述

        AEB系統(tǒng)是利用光學(xué)攝像頭或者毫米波雷達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)路況監(jiān)測(cè)的,尤其是對(duì)車(chē)前方車(chē)輛的檢測(cè),當(dāng)檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)車(chē)輛自身與其前方某輛車(chē)有碰撞危險(xiǎn)時(shí),預(yù)警系統(tǒng)就會(huì)提醒駕駛員進(jìn)行制動(dòng),若是駕駛員沒(méi)有進(jìn)行制動(dòng)或者制動(dòng)壓力不夠,AEB系統(tǒng)就會(huì)根據(jù)需要或者設(shè)定幫助駕駛員提升制動(dòng)壓力,從而避免交通事故的發(fā)生[1][2]。由此可以發(fā)現(xiàn),AEB系統(tǒng)的發(fā)展是無(wú)人駕駛技術(shù)進(jìn)步的基礎(chǔ),而因此AEB系統(tǒng)必須具有信息收集、數(shù)據(jù)分析以及決策等智能化分析能力,所以,在進(jìn)行AEB系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),至少需要包含三個(gè)部分,即環(huán)境感知系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)、決策及執(zhí)行系統(tǒng),大體設(shè)計(jì)框架如圖1所示。

        圖1 汽車(chē)AEB系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架示意圖

        1.2 自動(dòng)緊急制動(dòng)過(guò)程分析

        AEB系統(tǒng)的工作工程可以用圖2來(lái)進(jìn)行分析。如圖所示,F(xiàn)b是汽車(chē)主缸制動(dòng)壓力,ab是汽車(chē)制動(dòng)減速時(shí)候的加速度,當(dāng)t=0時(shí),AEB系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)本車(chē)與前車(chē)有相撞的危險(xiǎn),于是做出預(yù)警,提醒駕駛員進(jìn)行緊急制動(dòng),駕駛員經(jīng)過(guò)t1’反應(yīng)時(shí)間,在t=a時(shí)刻開(kāi)始進(jìn)行制動(dòng)動(dòng)作,在t=b時(shí)刻剎車(chē)板受到駕駛員腳的驅(qū)動(dòng)開(kāi)始下落,在t=c時(shí)刻汽車(chē)受到制動(dòng)壓力的影響開(kāi)始減速,其中t1’表示駕駛員開(kāi)始抬腳到腳落在剎車(chē)板上面的時(shí)間,t2’為剎車(chē)板開(kāi)始下落到制動(dòng)壓力剛出現(xiàn)的時(shí)間,t2’’為制動(dòng)壓力開(kāi)始出現(xiàn)到制動(dòng)壓力增加至最大值的時(shí)間[3];在t=e時(shí)刻汽車(chē)的制動(dòng)壓力達(dá)到最大值,之后汽車(chē)一直處于制動(dòng)減速狀態(tài),直到 t=f時(shí)刻時(shí)徹底停下來(lái),之后駕駛員或者AEB系統(tǒng)松開(kāi)制動(dòng)系統(tǒng),制動(dòng)壓力經(jīng)過(guò)t4的時(shí)間徹底消除,至此AEB系統(tǒng)的整個(gè)制動(dòng)緊急制動(dòng)過(guò)程完全完成。雖然不同的駕駛?cè)藛T具有不同的反應(yīng)速度,但是駕駛?cè)藛T的整體反應(yīng)速度之間差異性并不是非常巨大,即t1的時(shí)間很難進(jìn)行控制或者縮短,因此,AEB系統(tǒng)的工作重點(diǎn)就在于對(duì)后續(xù)制動(dòng)壓力出現(xiàn)時(shí)間及增長(zhǎng)時(shí)間總時(shí)間t2以及汽車(chē)持續(xù)制動(dòng)時(shí)間t3進(jìn)行控制。

        圖2 AEB系統(tǒng)制動(dòng)工作過(guò)程分析

        1.3 檢測(cè)目標(biāo)的選擇

        一般而言,AEB系統(tǒng)都會(huì)選擇毫米波雷達(dá)來(lái)收集車(chē)輛周邊的環(huán)境信息,因?yàn)楹撩撞ɡ走_(dá)具有識(shí)別目標(biāo)多、檢測(cè)距離遠(yuǎn)以及分辨率高等特點(diǎn),但是同時(shí)毫米波雷達(dá)因?yàn)槠鋬?yōu)點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致其接受的信息中有較多的無(wú)效信息,因此,AEB系統(tǒng)要從眾多數(shù)據(jù)中識(shí)別出有效目標(biāo),確保AEB系統(tǒng)的精確性,避免AEB系統(tǒng)出現(xiàn)誤判的現(xiàn)象。當(dāng)使用毫米波雷達(dá)進(jìn)行環(huán)境感知時(shí),如果反饋值為默認(rèn)值,這表明當(dāng)前范圍內(nèi)沒(méi)有目標(biāo);當(dāng)毫米波雷達(dá)監(jiān)測(cè)到的目標(biāo)信息沒(méi)有連續(xù)出現(xiàn)10次,或者其滿足公式(1)和(2)時(shí),這表明該目標(biāo)是無(wú)效目標(biāo),可以去除;當(dāng)毫米波雷達(dá)檢測(cè)到的信息為靜止目標(biāo)時(shí),即滿足公式(3)時(shí),該目標(biāo)也可以剔除,當(dāng)然若是雷達(dá)檢測(cè)到的目標(biāo)不是行人或者車(chē)輛時(shí),也可以將該目標(biāo)剔除。

        注:式中vh是自車(chē)車(chē)速,n為毫米波雷達(dá)采樣數(shù)據(jù)序號(hào)且為正整數(shù),v為兩車(chē)相對(duì)速度。

        2 制動(dòng)緊急制動(dòng)仿真模擬研究

        2.1 仿真模型建立

        本研究使用Trucksim軟件進(jìn)行車(chē)輛動(dòng)力學(xué)分析,并且聯(lián)合Simulink進(jìn)行聯(lián)合仿真,對(duì)所設(shè)算法進(jìn)行驗(yàn)證。在Trucksim-Simulink聯(lián)合仿真模擬中,自車(chē)車(chē)速由 Trucksim提供,自車(chē)與前車(chē)之間的距離及速度由雷達(dá)檢測(cè)模塊進(jìn)行信息采集,然后通過(guò) Trucksim-Simulink聯(lián)合中的數(shù)據(jù)計(jì)算模塊計(jì)算最小安全距,并且將其與實(shí)際距離進(jìn)行比較,然后根據(jù)比較結(jié)果,結(jié)合預(yù)警判斷方式,對(duì)車(chē)輛做出相對(duì)的預(yù)警決策。Trucksim輸入自車(chē)行駛車(chē)速等相關(guān)參數(shù),經(jīng)過(guò)Simulink計(jì)算后輸出為制動(dòng)壓力,從而實(shí)現(xiàn)汽車(chē)緊急制動(dòng)模擬仿真。

        2.2 前車(chē)靜止時(shí)仿真結(jié)果

        假設(shè)前車(chē)靜止,自車(chē)行駛速度為 50km·h-1,當(dāng)兩者之間的初始間距為50m時(shí),得到仿真結(jié)果如圖3a所示,此時(shí)當(dāng)兩者之間的間距小于40m時(shí),汽車(chē)會(huì)啟動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng),并且在7.5s內(nèi)完成制動(dòng),最終自車(chē)與前車(chē)之間的距離為20m;當(dāng)兩者之間的初始距離為20m時(shí),仿真結(jié)果如圖3b所示,當(dāng)仿真開(kāi)始時(shí)自車(chē)的緊急制動(dòng)系統(tǒng)就已經(jīng)啟動(dòng),并且在3.3s內(nèi)就完成制動(dòng)動(dòng)作,兩車(chē)之間的間距為6m。

        圖3 前車(chē)靜止時(shí)仿真結(jié)果

        2.3 前車(chē)加速時(shí)仿真結(jié)果

        圖4 前車(chē)靜止時(shí)仿真結(jié)果

        假設(shè)前車(chē)的行駛速度為 30km·h-1,自車(chē)與前車(chē)之間的初始間距為50m,當(dāng)自車(chē)的初始車(chē)速為50km·h-1時(shí),仿真結(jié)果如圖4a所示,在前3.8s的時(shí)間內(nèi),自車(chē)處于安全行駛狀態(tài),此時(shí)車(chē)輛無(wú)制動(dòng)信息產(chǎn)生,當(dāng)?shù)?.8s時(shí),即兩車(chē)之間的間距接近30m時(shí),自車(chē)開(kāi)始啟動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng),然后通過(guò)約7.2s的制動(dòng)過(guò)程,自車(chē)與前車(chē)之間保持約16米的間距,并且自車(chē)車(chē)速與前車(chē)車(chē)速相近,維持平穩(wěn)狀態(tài)繼續(xù)行駛;當(dāng)自車(chē)的初始車(chē)速為 80km·h-1時(shí),仿真結(jié)果如圖4b所示,仿真結(jié)果開(kāi)始時(shí)自車(chē)就進(jìn)入緊急制動(dòng)狀態(tài),在經(jīng)過(guò)約11s的制動(dòng)之后,兩車(chē)之間保持相近的行駛速度,且維持約17米的汽車(chē)間距,繼續(xù)行駛。

        2.4 仿真結(jié)果分析

        經(jīng)過(guò)對(duì)三種狀態(tài)的仿真結(jié)果進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn),AEB系統(tǒng)可以有效幫助自車(chē)發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)情況并且通過(guò)緊急制動(dòng)避免自車(chē)與前車(chē)發(fā)生碰撞而導(dǎo)致交通事故的產(chǎn)生,表明使用最小安全距離進(jìn)行AEB系統(tǒng)的判斷依據(jù)是可靠的,同時(shí)還可以發(fā)現(xiàn),制動(dòng)系統(tǒng)啟動(dòng)后的最終結(jié)果和自車(chē)與前車(chē)兩者的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)都有關(guān)系,最終的運(yùn)行狀態(tài)分別為自車(chē)停止或者自車(chē)與前車(chē)保持相同的行駛速度以及不變的兩車(chē)間距,從而也證明仿真模擬開(kāi)始前的情景假設(shè)是合理的。

        3 結(jié)束語(yǔ)

        汽車(chē)緊急制動(dòng)時(shí)的安全性與舒適性是兩個(gè)重要評(píng)估指標(biāo),兩者往往難以同時(shí)兼顧。本文利用聯(lián)合仿真方式,對(duì)汽車(chē)AEB系統(tǒng)進(jìn)行仿真模擬研究。在本研究的模糊控制中,控制輸入為距離和相對(duì)速度,控制輸出為汽車(chē)制動(dòng)壓力。最終的仿真模擬結(jié)果表明,基于上述模糊控制條件,汽車(chē)緊急制動(dòng)系統(tǒng)能在保證安全性的前提下兼顧駕駛舒適性,完美平衡了緊急制動(dòng)系統(tǒng)安全性與舒適性兩個(gè)指標(biāo),具有深入研究的意義與價(jià)值。

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