電動汽車防追尾預警剎車系統的設計

張兆豪，呂劍英

（德州學院汽車工程學院，山東 德州 253023）

電動汽車防追尾預警剎車系統的設計

張兆豪，呂劍英

（德州學院汽車工程學院，山東 德州 253023）

隨著電動汽車及車聯網的發展，電動汽車越來越偏向于智能化，文章采用車載雷達測距裝置實時測量汽車的狀態，在一定的剎車距離之內通過電腦算法計算來防止車輛追尾，撞擊靜止物體（如靜止的車輛）而研發的智能預警自動剎車裝置，該裝置通過車載雷達信息采集、電腦系統主控實時算法計算、蜂鳴器報警和自動剎車三個單元模塊組成，通過人的主動控制和裝置的輔助控制使汽車在行駛中始終與前車保持足夠的安全距離。最后的自動剎車更是摒除了人工操作的不足，能夠減少疲勞駕駛、醉酒狀態下駕駛的車輛追尾事故。

汽車；追尾；預警；安全距離；自動剎車

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.01.031

CLC NO.:U467.4 Document Code:A Article ID:1671-7988(2016)01-90-03

引言

汽車防追尾預警剎車系統功能是指當發現自車與前方行駛中的車輛之間的距離小于安全距離時，電腦會根據實現輸入的程序給出報警，蜂鳴器報警提醒駕駛員剎車，最后自動剎車。這一功能的實現是利用車載雷達傳感器探測自車和前車的距離和相對速度或前車或物體是為靜止障礙物時與自車的距離。當車間或車輛與前方靜止物體或車輛距離降到規定數值時，系統發出聲音和燈光報警信號，提醒駕駛員準備制動或車輛自身實施制動，并在電腦液晶顯示屏上顯示出測量數值。

1、電動汽車防追尾預警剎車系統總體方案設計

整個系統由雷達信息采集單元、電腦系統主控單元、顯示報警剎車單元、自動剎車裝置四部分組成。雷達信息采集單元由測距雷達、自車速度傳感器、轉向角傳感器、制動傳感器、加速踏板傳感器和路面情況選擇開關等幾部分組成，顯示報警單元包括液晶顯示屏、報警蜂鳴器、報警指示燈等。信息采集單元主動實時采集自車和前車或靜止物體的運動狀況，并將數據傳給電腦主控單元對數據進行及時的處理判斷及時將結果通過顯示報警單元反饋給駕駛員或自動剎車裝置。

圖1 汽車防追尾預警系統組成方框圖

2、安全距離模型的建立

汽車防追尾預警自動剎車安全距離模型是根據車間距離、自車和前車的運動距離進行安全判斷，主要有三部分組成，即：自車制動距離，兩車車間距d，前車運動距離，建立安全距離模型。

圖2 汽車防追尾避撞安全距離模型

2.1 自車制動距離計算

根據安全距離模型可知，汽車的安全距離不僅和自車的速度有關，還和自車的加速度有關，也與前車的速度和加速度緊密聯系。接下來根據自車的速度和加速度來計算自車的制動距離X1，根據前車的速度和加速度來計算前車的運動距離X2。汽車制動時間可分為四個階段：駕駛員的反應時間Tr，制動器協調時間Ta，減速度增長時間Ts，持續制動時間Tv；則制動過程如圖3 所示。

圖3 制動減速度與時間關系圖

設以下參數：自車速度：va；兩車相對速度：v互；自車緊急制動時的制動減速度a；駕駛員制動的反應時間：tr；制動器協調時間：ta；制動減速度增長時間：ts；自車與前車之間的間距：d；由圖3可知自車的制動運動過程分為三個階段：勻速運動階段、減速度增長階段和持續制動階段。因此自車制動距離可以分為一下三個部分。

（1）勻速運動階段

在制動協調時間tr和駕駛員反應時間ta內，車輛沒有產生制動力，所以車輛依舊按照制動前的初速度前行。tr+ta時間內前行的距離為S1：

（2）減速度線形增長階段

在減速度增長時間ts內，其速度的增長模式基本上為線性增長模式，由圖4可以看出在任意時刻減速度為：

勻減速階段：tv時間內駛過的距離S3，這段 時間內加速度a是個定值，令tv時間段的初速度為'v，所以末速度速度為：

v'同時也是ts時段的末速度，即:

將v'代入式（5）又因為考慮到在ts時間末的速度為零，然后可以得出：

因為最后一項的數值比較小，因此可以忽略不計則：

以上計算包括認為操作的幾乎所有情況，所以X1可以為最小剎車距離。

2.2 前車運動距離計算

連接電腦的車載雷達對前車的運動狀態實時跟蹤，不斷的采集并計算出前車的運動情況包括前車實時速度和加速度，電腦根據測得信息準確地計算出前車下一時間的運動距離、速度以及加速度。和以前的算法相比，本算法通過電腦連接車載測距雷達實時采集的信息來準確計算前車的速度和加速度，更加明確出前車在下一時刻的運動狀態。設前車被發現時速度為vt，加速度為at。在這段行駛時間中，假設前車一直保持其原來的行駛狀態。可測得前車的行駛距離為：

2.3 執行過程

為保證行車安全則需要使：d＞X1-X2+d0成立。式中：d0是固定值可取3米（考慮到路面情況、天氣情況等對剎車距離有影響，所以采用安全剎車距離加d0為3米的固定值可以有效的防止以上誤差所帶來的影響）。電腦系統利用安全距離模型算法進行報警判斷，進而給出當前車的狀態：分為正常駕駛、提醒報警、自動剎車三種狀態。最后一項為車輛自動制動是為了防止因駕駛員醉駕，疲勞駕駛造成的反應遲鈍的情況。

3、結論

隨著車輛的日益增長，追尾的交通安全越來越受到重視，車輛的增長道路交通車流量壓力增大。以正在發展的車聯網為基礎，車載雷達測量行車安全距離為主的技術，在車身上裝上車在雷達，電腦，車輛的剎車裝置。將車載雷達的實時測量的數據，交給電腦進行算法計算，并將數據及時反饋給報警裝置和自動剎車裝置，提醒駕駛員減速剎車，但當兩車輛車距超過人類自己制動的距離范圍時直接命令自動剎車裝置進行自動剎車。

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Electric car rear-end warning Brake System

Zhang Zhaohao, Lv Jianying
( College of Automotive Engineering, Dezhou University, Shandong Dezhou 253023 )

With the development of electric vehicles and vehicle networking, more and more biased in favor of electric vehicles, intelligent, paper, automotive radar distance measuring device in real-time measurement of the car's status within a certain distance of the brake to prevent rear-end collision is calculated by a computer algorithm, impact stationary object (such as a stationary vehicle) and intelligent automatic brake warning device research and development, the device through the car radar information collection, real-time computer system control algorithm, buzzer alarm and automatic braking of three unit modules, through human initiative control and auxiliary control means making the car in motion and always maintain a safe distance from the vehicle in front. Finally, automatic braking is insufficient to exclude a manual operation, to reduce fatigue driving, driving under the drunken state of vehicles rear-end accidents.

Car; Rear; Warning; Safe distance; Independent brake

U467.4

A

1671-7988(2016)01-90-03

張兆豪，就讀于德州學院汽車工程學院。