汽車防撞系統的自動化論述

薛金波

摘 要：隨著經濟的發展和社會的進步，汽車的生產規模不斷擴大，公路的等級也在不斷的提升，尤其是高速公路的發展更是迅猛，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注。所以，深入研究汽車的防撞系統，提高行駛過程中的安全性，對于避免事故發生具有重要的意義。

關鍵詞：汽車；防撞系統；自動化；論述

我國的道路交通事故頻發，已經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濟增長都造成了極大的阻礙。當前，我國研究人員在汽車安全系統方面的研究已經具備了一定的基礎，結合我國道路交通的統計數據來看，在最近五年我國的交通事故發生次數、傷亡人數以及直接造成的經濟損失都在呈現明顯的下降趨勢，但是我們絕不可以掉以輕心，認為我國汽車的安全防撞系統發展足夠完善，每年我國發生車禍的次數仍舊非常巨大。為了有效的降低汽車事故的發生，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汽車交通的法律法規來提高人們的憂患意識和安全意識，同時，研發人員開始大力開展汽車安全防撞系統的研發工作。當前已知的汽車安全系統主要分為主動安全系統和被動安全系統兩大主要的部分，主動安全系統包括汽車防抱死（ABS）系統、緊急剎車的輔助控制系統等傳統意義上的汽車安全系統。這些安全系統的使用可以大大增強汽車行駛的安全性，有效縮短安全制動距離，降低汽車的碰撞率。但是這些系統離不開人工的控制，不能精準預測并躲避交通事故的發生。被動安全系統主要包含安全氣囊，兒童安全座椅以及安全帶之類的安全系統，這類安全系統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損失。所以，積極研制一套可以為駕駛人員提供預警以及輔助制動的安全系統，對于維護人們的生命財產，彌補當前安全系統的漏洞十分重要，其發展前景也十分廣闊，擁有十分巨大的現實意義。

1 目前國外的汽車防撞系統研究概況

從20世紀中后期開始，人們對于汽車自動防撞系統的研究正式開始。當時，很多汽車工業發展水平較高的發達國家開始逐漸擴大對于該系統的研發力度和研發精力，但是受到當時發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的研究一直沒有取得實質性的進展。直到20 世紀后期，德國奔騰公司率先提出并發起了“普羅米修斯”計劃，使得原本已經近乎停滯狀態的汽車安全系統的研發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系統，從此該系統也成為了世界各個汽車研發機構的重點研究內容 ，隨著相關技術領域的逐步發展，雷達系統發展也迎來了發展的黃金期，德國自此成為最早掀起汽車安全防撞系統研究熱潮的國家。

德國沃爾沃公司一直將車自動化防碰系統的研究作為公司的研究重點內容，既2006年公司研發團隊正式開發出自適應帶剎車輔助的碰撞警示系統以及巡航控制系統之后，在2007 年，又相繼出臺了駕駛員警示控制系統、車道偏離警示系統以及帶自動剎車功能的碰撞警示系統等一系列控制系統。美國在有關汽車安全控制系統方面的研究起步相對較晚，但是其系統研發周期及研發速度卻是世界首屈一指的，截止到當前，美國汽車自動化防碰撞技術已經處于世界汽車技術的前列。預警系統和車載雷達探測是防碰預警系統的主要運用領域，美國研發的汽車防撞系統采用了先進的自動毫米波雷達，成功的將軍事防御雷達巧妙的運用在了商業產品中，性價比非常高。

2 當前國內的系統研發情況

當前我國國內對于汽車自動防撞系統的研究仍然處于研發的初級階段，技術領域與發達國家相比還有很大的差距，研究的范圍相對來說具有應的局限性，主要是集中在大型汽車企業以及科研院中，對于該技術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技術綜合運用于汽車的防撞控制系統中，這樣制作出來的防撞控制系統更加趨近于人性化，能夠運用和人相近的思維方法來對汽車行駛做出一定的預判，在一定程度上對汽車做出和司機一樣控制。將模糊控制理論應用于汽車的安全控制系統中可以將人的思維與判斷通過建立相對簡單數學模型而呈現出來，雖然國內這套理論還處于研究探索的階段，但是可以預見，一旦這種技術的研究成功，一定會被業界廣泛的運用。在汽車的自動控制系統中，將人類的思維與控制技術整合到自動控制系統中 ，是對于汽車自動化防撞系統研究的又一具有歷史意義的飛躍。模糊控制的基礎是模糊集成論，方便精確模型的建立 ，即使是完全憑經驗的可控系統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 ： 司機在駕駛汽車時，智能報警系統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。當駕駛人員的汽車行駛速度過快或與前方車輛未能保持安全距離時，防撞系統就會自動提醒司機前方有危險情況，這樣就可以大大降低發生的車禍的可能性。

2.2.2 跟蹤識別 ： 利用汽車內部安裝的先進雷達識別系統，對行駛車輛前方的動靜態目標進行實時監測，智能的計算與分析前方障礙物的運行軌跡和狀態，推斷出前方障礙物是否對本車具有危險性，如果系統判斷前方的障礙物會對本車的安全造成直接的威脅，而司機又沒有及時的采取減速或是停車的措施時，雷達便會將采集的數據直接轉換為可執行信號，強制性的進行緊急減速或停車，這樣可以有效的避免汽車道路交通事故的發生。

2.2.3 減速剎車 ： 在汽車突然遇到危險時，系統可以主動的執行從中央處理系統發出的緊急制動指令，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生。

針對不同的車速以及行駛天氣情況，汽車的防撞系統可以進行實時的路據監測，自動啟動汽車中央處理器，對于道路中所出現的交通狀況進行緊急處理。采取這種控制系統不會對汽車贗本的結構和構造產生影響，也不會對汽車的制動性能產生影響。當汽車在行駛中發現有對車構成威脅的障礙物時 ，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，提醒后車司機注意，同時也會預留出后車的制動距離，有效的避免事故發生。

3 汽車自動防撞系統的設計

汽車自動防撞系統是利用對車輛縱向動力學控制來實現其控制車輛的系統功能，系統研究中最為關鍵的步驟即是控制系統的設計。控制系統共分為控制功能定義層、上位控制器以及下位控制器設計三部分。

3.1 巡航控制系統的上位控制器設計

汽車的制動防撞系統主要需要具有的功能包括定速巡航控制以及目標安全距離控制。上位控制器的主要起到確定出行車需要的汽車加速度。汽車巡航控制系統的研究，其主要目的是當汽車行駛在一定的車速范圍內，駕駛員可以不用控制加速踏板，而是由該系統以設定的速度行駛實現自我控制的裝置。在汽車上安裝這種控制系統，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，大大降低了駕駛人的疲勞，提高了行駛安全性，也減少了不必要的車速變化，節省了汽車行駛燃料。汽車的巡航控制系統主要由巡航控制開關、車速傳感器、節氣門執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定的指令車速，直接由駕駛員設定，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，經過一定的控制計算，產生一個送至節氣門執行器的控制信號節氣門執行器根據所接受到的節氣門控制信號調節發動機節氣門開度，從而是車速保持穩定。

3.2 下位控制器的設計

下位控制器的主要功能就是為了有效的對車輛動力學系統進行控制，車輛動力學系統實現了期望的車輛加速度。汽車自動防撞系統通過對車輛加速度的精確控制實現了系統功能，由于車輛動力學系統的非線性及車輛質量變動、道路坡度及風阻等外部干擾因素的存在，使控制系統魯棒性成為下位控制器設計時重點保證的性能。在進行控制器的設計時需要滿足的最基本條件就是能夠對汽車行駛狀況作出快速、準確的控制，這也是汽車的防撞系統對于下位控制器設計的基本要求；以汽車自動防撞系統的實際效果角度來看，由于汽車應用條件發生了變化，導致車輛本身的動力學參數及外界環境對車輛動力學系統的影響會經常的發生變化，所以在進行下位控制器的設計時必須保證控制系統的魯棒性，這樣下位控制功能的實現受控制對象參數變化及外界干擾的影響較小；從車輛控制對象的特點以及自動防撞系統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則響應特性和惰性帶來的沖擊和抖動，同時便于上為控制系統的設計和整個系統功能的實現，下位控制系統應當具有規范的輸入輸出特性，即包括上位控制器和下位控制器對象在內的下位控制系統需要能夠準確表示的、規范的傳遞函數。

4 目前汽車防撞系統設計的不足

在目前的有關汽車防撞系統的研究，指的安全距離一般來說都是假設前方有靜止的車輛，所作出的分析一般也是按照車輛在靜止狀態下所作出的分析，而在實際的汽車行駛過程中，其周圍環境一般都是較為多變的，所以在進行系統的研究和設計時，需要將更多的復雜因素計算在其中，比如，車輛從靜止狀態啟動，車輛從行駛狀態突然停車，車輛處于加速減速的狀態，都需要進行科學的模擬，并得到精準的數據，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，一旦因系統的設計缺陷而造成了人民的生命財產損失，將會為駕駛人員及家人帶來巨大的痛苦。

5 結語

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

參考文獻

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