汽車行駛狀態參數預測的主動安全探討

劉昭

摘 要：汽車數量的快速增長，道路交通面臨更大的壓力，汽車安全事故時有發生。對處于行駛狀態下的汽車狀態各項參數進行安全預測，對于減少交通事故，提高車輛運行穩定性具有十分重要的作用。車輛發生側翻的主要原因在于受離心力的影響，車輛行駛穩定性受到破壞，加上駕駛員判斷和操作上的失誤，很容易造成側翻事故。該文利用AR模型，對行駛狀態下車輛的參數進行測量，對狀態參數進行預測，據此在安全區間內控制汽車，提高主動安全性能，對于減少交通事故的發生具有積極的意義。

關鍵詞：汽車 行駛狀態 側翻 參數預測 主動安全

中圖分類號：U463.4 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）04（b）-0043-02

經濟的快速增長，人們生活水平的不斷提高，現今，汽車已經成為人類社會的交通出行工具，我國汽車保有量持續增長。汽車數量的增加，道路交通事故也時有發生。在多種類型的交通事故中，汽車側翻事故十分常見，往往會造成嚴重的后果。從交通事故統計數據來看，汽車在彎道和轉向高速行駛狀態下發生的側翻事故往往會造成重大的人員傷亡，占交通事故傷亡總數的近1/3。相對于側滑來說，側翻造成的傷亡后果更為嚴重，危害更大。國內外專家和學者對于汽車在轉向行駛狀態下的安全事故預防方面做了大量的分析和研究，通過建立動力學模型，參數測量等方向來實現對車輛行駛狀態的穩定性測量，對行駛狀態的主動安全性進行分析和預測，以期提高行駛狀態下的穩定性。

1 汽車行駛狀態主動安全性概述

汽車行駛的主動安全性是賦予汽車自己主動思考的能力，能夠在行駛狀態下實現對自身狀態的“主動思考”，發現異常情況能夠自覺采取一定的控制措施，以防止交通安全事故的發生。汽車駕駛員在長時間或者長距離駕駛汽車的過程中，自身注意力和判斷力下降，對距離和車子狀態的判斷準確性大打折扣，當有異樣的情況發生時，或遇到突發狀態，很容易做出錯誤的判斷，或者在操作上出現人為的失誤，造成交通安全事故的發生。由此看來，深入研究汽車主動安全技術，加大研究和開發的力度，對于減少駕駛員駕駛壓力，降低駕駛員判斷失誤率，提高交通安全具有十分重要的意義。汽車主動安全決策控制系統能夠將車輛行駛的信息（包括車輛自身狀態信息和外界路況信息）傳遞給汽車駕駛員，并根據車況和路況的綜合情況對車輛的運行狀態、安全程度進行測量和判斷，在突發的、緊急的情況下能夠根據判斷結果采取必要的測量對汽車行駛的穩定性加以控制，賦予汽車主動避險的能力，提高汽車行駛的安全性。

汽車在行駛的過程中發生側翻事故，主要是因為受到離心力的影響，汽車行駛穩定性受到破壞從而發生側翻。汽車發生側翻的時候大多是因為進入彎道行駛，或者行駛軌跡突然發生變化，這些都是汽車發生側翻時常見的運行狀態。從大量交通事故的研究資料可以看出，約有1/3的交通事故是由于汽車駕駛員操作失誤，使得汽車偏離了安全行駛的路線而造成的，比如緊急轉向避讓障礙物、彎道高速行駛等。大多數汽車的轉向系統傳動比都是固定不變的，駕駛員對汽車方向盤的控制以及對緊急情況的處理多依靠自己的駕駛技術和駕駛經驗，這極大地考驗著駕駛員自身的應變能力。隨著汽車技術的發展，線控轉向系統逐漸取代了傳統轉向系統的機械傳動，轉向操作系統與執行系統各自獨立，通過系統傳動比的改變來對車輛轉向過程中的力傳遞特性進行控制和調節，提高了汽車傳動系統的安全性能。

2 車身行駛姿態的預測

汽車的動力學系統復雜性高，容易受外界因素的干擾影響，因此要對汽車行駛狀態的各個參數進行全面準確地預測是具有很高的難度的。綜合比較起來，運用AR模型對汽車行駛姿態進行預測還是具有一定優勢的，可以將汽車運動本身的歷史數據作為有利的已知條件，探索其中蘊含的規律，在風阻系數、路面功率譜特性及駕駛員操縱特性等信息的情況下建立起預測模型，對汽車行駛狀態參數進行分析和預測。

2.1 車輛姿態預測模型的建立

該文對于車輛姿態預測是通過AR（p）模型來實現的。時間序列是已知條件，表示為，測量數據的數量表示為N。待估參數為自回歸系統，表示為，時間點表示為S，階數表示為p，方差表示為，與各自獨立，得出公式為：

2.2 汽車姿態預測結果

采樣時間總共為120 s，其中前60 s的數據用來進行編程建模，后60 s的數據用于對模型預測效果進行檢驗。根據傳感器獲得測量數據繪制出側傾加速度的曲線，采樣頻率為4 Hz，也正因為這個頻率，要得到1 s的預測值，則需要向前預測4步，每加1 s需要向前遞增4步。每增加一個數據，就用新的數據替代舊的數據，這樣就可以得到一序列的向前4步和向前8步預測值。將實驗值與預測值進行對照，加上計算可以得出，側傾角速度2 s預測的平均值比1s預測的平均值相對誤差要大些。對汽車行駛姿態的預測是極短期的預報，也就是說很短時間狀態的預測就能夠有效地預防行駛危險。預測時間越長，相對預測誤差也就越大。

3 側傾角速度與行駛安全的關系

通過大量的資料分析和驗證，側傾角速度與汽車行駛安全之間的關系如圖1所示。

從圖1中可以看出，汽車行駛狀態下，其安全性從W1區到W5區呈逐漸遞增的趨勢。從W4和W5兩個區間來看，車輛在行駛狀態下即使存在一定的傾斜角度，但是只要側傾角速度控制得當，把握好側傾角變化規律，車輛仍然處于相對安全的區間內，保持安全行駛的狀態。從W1和W2兩個區間來看，雖然車輛側傾角并不大，但是因為側傾角速度較快，車輛狀態轉向危險狀態，車輛安全性已經受到威脅。由此可見，車輛是否進入側翻危險的狀態，很大程度上取決于側傾角速度。

4 車輛主動安全控制策略的仿真

根據車輛模型在Simulink下建立起基于主動安全的變傳動比控制的車輛控制模型，控制系統結構圖如圖2所示。

車輛主動安全控制仿真實驗模擬在行車過程中緊急避開障礙物的狀況，要求當車輛速度達到要求后，駕駛員轉動方向盤呈270°，再向相反方向快速轉動540°。通過比較兩種車輛行駛過程中的側向加速度以及側傾角值，我們可以明顯看出有側翻控制的車輛則行駛狀態良好，而沒有進行主動安全控制的車輛很快發生了側翻。而當車輛呈正常行駛狀態時，主動安全控制策略對車輛行駛沒有影響。

由此可見，當車輛出現危險姿態時該控制策略能使線控轉向系統提前做出反應，從而抑制汽車側翻，避開危險狀態，而且對車輛的正常行駛無影響。主動安全控制策略的應用，可以有效地對車輛危險狀態進行預測，對于提高車輛穩定性，減少交通安全事故的發生具有非常重要的作用。

參考文獻

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