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。