基于汽車縱向主動(dòng)安全的控制方式研究

張文康+潘文章

摘 要 本文主要針對(duì)汽車的安全性能，從縱向主動(dòng)安全控制方式，高效快速的測(cè)量物體之間的距離，提高汽車的安全性能。文章首先介紹基于汽車縱向主動(dòng)安全的控制方式——汽車主動(dòng)安全避撞系統(tǒng)的相關(guān)概念，在此基礎(chǔ)上，分析了其在汽車信息感知、處理以及安全判斷等的作用。希望通過本文分析，為相關(guān)領(lǐng)域進(jìn)行汽車安全研究提供借鑒。

關(guān)鍵詞 汽車；縱向主動(dòng)安全；控制方式

中圖分類號(hào) U46 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2016）164-0193-01

隨著汽車行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的不斷增加，作為推動(dòng)汽車工業(yè)發(fā)展的重要保障，對(duì)汽車控制技術(shù)進(jìn)行理論與方法創(chuàng)新具有極為重要的現(xiàn)實(shí)作用。汽車安全性作為最基本的性能至關(guān)重要，作為主動(dòng)安全控制的重要方式，縱向主動(dòng)控制模式可以高效快速的測(cè)量物體之間的距離，可以為駕駛?cè)藛T提供有效的信息，可以有效避免汽車碰撞事故的產(chǎn)生，因此極為重要。現(xiàn)今，汽車的安全裝置包括2種，即主動(dòng)安全裝置和被動(dòng)安全裝置。其中主動(dòng)安全裝置主要基于汽車本身，為降低事故發(fā)生，主動(dòng)采取措施的配置；被動(dòng)安全裝置指的是當(dāng)事故發(fā)生之后，為避免人員的傷亡以及財(cái)物的受損等，汽車本身采取的措施。在縱向主動(dòng)安全控制中，最為成熟的技術(shù)為汽車主動(dòng)安全避撞控制技術(shù)，本文主要針對(duì)汽車主動(dòng)安全避撞控制技術(shù)研究基于汽車縱向主動(dòng)安全的控制方式。

1 汽車主動(dòng)安全避撞技術(shù)

汽車主動(dòng)安全避撞技術(shù)作為最為成熟的主動(dòng)安全技術(shù)，可以自動(dòng)檢測(cè)可能與汽車產(chǎn)生碰撞的車輛、行人等障礙物，并及時(shí)發(fā)出報(bào)警措施。其組成包括車用測(cè)距傳感器、氣節(jié)門位置傳感器、路況檢測(cè)傳感器等。

1.1 行車信息感知以及處理

行車信息感知以及處理主要基于汽車上各種傳感器，包括車用測(cè)距傳感器、氣節(jié)門位置傳感器等，對(duì)車輛的運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并對(duì)必要信息進(jìn)行處理，進(jìn)而獲得可靠、有效以及準(zhǔn)確的形成數(shù)據(jù)。對(duì)于汽車主動(dòng)安全避撞控制系統(tǒng)所包含的車間距離測(cè)量傳感器，屬于主動(dòng)避撞系統(tǒng)所獨(dú)有的。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于汽車縱向主動(dòng)安全控制方式的研究，主要集中在對(duì)車間距離測(cè)量傳感器的研究和對(duì)測(cè)量信息的處理方面。

依據(jù)實(shí)現(xiàn)方式的不同，可將車間距離傳感器分為2種，即以機(jī)器視覺為實(shí)現(xiàn)方式的車間距離測(cè)量研究；以車載雷達(dá)系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)模式的車間距離測(cè)量研究。其中前者主要基于視覺信號(hào)，獲得車間的距離值，其中視覺信號(hào)具有以下優(yōu)勢(shì)，即探測(cè)范圍極寬、目標(biāo)信息的完整性較好等，尤其是基于道路以及分道線的探測(cè)，具有不可比擬的優(yōu)越性，但此種模式存在極大的缺陷，表現(xiàn)在運(yùn)算量巨大，對(duì)數(shù)據(jù)測(cè)量的實(shí)時(shí)性較低；攝像頭影響極大，且對(duì)于車間距離的測(cè)量，精度極低。

以車載雷達(dá)系統(tǒng)作為實(shí)現(xiàn)方式的車間距離測(cè)量，主要利用微波以及激光雷達(dá)的方式，經(jīng)過處理雷達(dá)信號(hào)，獲得所需的車間距離以及相對(duì)速度等。同以機(jī)器視覺為實(shí)現(xiàn)方式的車間距離相比，雷達(dá)測(cè)量具有好的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性，這使得國(guó)內(nèi)外很多研究人員選擇器作為車輛距離獲得的主要模式。通過介質(zhì)的區(qū)別，可將其分為激光雷達(dá)以及微波雷達(dá)2種，其中同激光雷達(dá)相比，微波雷達(dá)的運(yùn)行更加可靠，更不易受外界環(huán)境的干擾，但此種模式具有極高的成本以及結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜。

通過雷達(dá)獲得的車輛運(yùn)動(dòng)信息，基于測(cè)量原理的限制，所獲得的目標(biāo)信息含有很多測(cè)量噪聲，因此，需要進(jìn)行處理。目前采用最多的處理方式為卡爾曼濾波原理，但從原理分析，如果車輛相對(duì)于自車來講，具有恒定的相對(duì)速度或者是相對(duì)加速度，則采用卡爾曼濾波可以得到準(zhǔn)確實(shí)時(shí)的車輛信息。但在實(shí)際中，汽車的速度以及加速度會(huì)經(jīng)常發(fā)生變化，采用卡爾曼濾波則難以獲得準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的車輛信息。因此，在基于汽車縱向主動(dòng)安全的應(yīng)用中，要注意。

1.2 行車的安全判斷

汽車縱向安全距離模型分為前向與后向2部分，其中兩者之間的判斷存在極大差別，因此，要分別考慮前向模型與后向模型2種。如圖1所示，為汽車以及其他車輛之間的相對(duì)位置形勢(shì)圖。

其中C1以及C2分別表示同向行駛的兩輛車，T時(shí)刻，兩車之間距離為S，兩車之間的相對(duì)行駛關(guān)系如表1所示。

1.2.1 前向的安全距離模型

基于前向的安全距離模型主要包括2種警戒方式，即一般提醒報(bào)警以及緊急危險(xiǎn)報(bào)警。

汽車在制動(dòng)停止后，兩汽車之間應(yīng)保持一個(gè)相對(duì)安全的距離s d，這一間距的選取要合理，否則會(huì)影響系統(tǒng)的虛警率，目前，國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料定義的相對(duì)安全距離為2m～5m，為進(jìn)一步加強(qiáng)虛警率的降低，同時(shí)還可以確保汽車的安全，在基于汽車的前向安全距離模型中，一般選取mds2=。

對(duì)于汽車，其在運(yùn)動(dòng)過程中，本身的車速1 V可以通過車載速度傳感器獲得，兩車的相對(duì)速度1 2CV可以通過公式（1）表示：

其中，wd表示一般的提醒報(bào)警距離；b d表示緊急危險(xiǎn)情況下的報(bào)警距離。

1.2.2 后向的安全距離模型

汽車追尾事故的發(fā)生一般會(huì)引起連環(huán)反應(yīng)，為了保證汽車在行駛當(dāng)中具有足夠的安全，則需要研究汽車的后向安全距離模型。當(dāng)汽車在緊急制動(dòng)條件下，后方車輛還處于加速條件，這種情況極其危險(xiǎn)。本文基于后向的安全距離模型構(gòu)建，主要基于2種狀態(tài)，即：車輛相對(duì)速度為負(fù)值條件，汽車的危險(xiǎn)系數(shù)極低，此時(shí)不報(bào)警；

隨著汽車縱向主動(dòng)控制系統(tǒng)的日趨復(fù)雜以及要求的越來越高，基于現(xiàn)代信息技術(shù)、傳感技術(shù)作為基礎(chǔ)的汽車縱向主動(dòng)安全控制技術(shù)的要求越來越高，在車輛行駛過程中，對(duì)汽車縱向主動(dòng)安全控制的人性化要求越來越強(qiáng)。在此基礎(chǔ)上，對(duì)基于汽車縱向主動(dòng)安全的控制方式研究具有極強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。本文基于汽車縱向主動(dòng)安全的控制方式——汽車主動(dòng)安全避撞系統(tǒng)的相關(guān)概念，在此基礎(chǔ)上，分析了其在汽車信息感知、處理以及安全判斷等的作用。希望通過本文分析，為相關(guān)領(lǐng)域進(jìn)行汽車安全研究提供借鑒。

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