前向避撞預警系統的研究

(遼寧工業大學 遼寧 錦州 121001)

前向避撞預警系統的研究

孟鑫李興峰

(遼寧工業大學遼寧錦州121001)

交通事故引發的人員傷亡和財產損失使得道路交通安全問題成為一個日益嚴峻的社會課題，基于毫米波雷達的主動安全技術能夠避免交通事故的發生，其中汽車前向避撞預警系統正成為國內外主動安全研究的熱點，深入展開汽車避撞預警系統的研究對于降低事故發生率，減少人員財產損失，促進智能交通的發展具有重要意義。

毫米波雷達；主動安全；避撞預警；智能交通

一、引言

車輛主動安全技術就是在交通事故發生之前，通過相關主動安全設備對駕駛員進行警示，實時提醒駕駛員車輛所處的交通環境和潛在危險，當事故將要發生時，控制系統臨時操縱制動系或轉向系，防止事故的發生。近年來隨著電子、通信及信息技術的長足發展，主動安全技術已取得飛速進步，常見的主動安全設備有ABS、EBD、ESP、避撞預警系統(CWS)、TCS、自適應巡航控制系統(ACC)、車道偏離預警系統(LDWS)、自動泊車系統等。但想要從根本上降低道路交通事故發生率，防撞預警系統的研究就顯得尤為重要。

二、汽車避撞系統的關鍵技術

汽車主動避撞系統關鍵技術資料顯示，有70%～90%的交通事故是由于駕駛員操作失誤所致。如果能夠在事故發生前提醒駕駛員注意并在緊急狀況下幫助駕駛員采取安全措施，對減少交通事故的發生無疑是非常有用的，汽車主動避撞系統正是實現這一功能的技術手段。汽車主動避撞系統利用現代信息技術、傳感技術來擴展駕駛人員的感知能力，將外界信息(如車速、其它障礙物距離)傳遞給駕駛人員的同時綜合利用路況與車況信息，判斷車輛當前運行狀況的安全程度，在緊急情況下能自動采取措施控制汽車，使汽車主動避開危險，保證車輛安全行駛或最大可能的減小事故的傷害程度。汽車具備了這樣的主動安全性，才可能從根本上減少交通事故，提高交通安全。

汽車縱向主動避撞系統作為一個復雜的控制系統，其結構與普通的控制系統結構相同，由傳感器、控制器和執行器三部分組成。傳感器的功能是準確、快速的測量車輛運行狀況及交通環境信息。控制器依據傳感器提供的信息和預先設定的參數、算法，進行車輛當前安全狀態的判斷，并依據控制算法計算結果向執行器發出控制命令。執行器接收控制器的控制指令，按照期望的方式實現對車輛的控制操作。為實現主動避撞的功能，汽車縱向主動避撞系統包括以下幾項關鍵技術：信息感知，安全狀態判斷，控制執行技術。

(一)信息感知

車輛行車信息感知及處理就是利用安裝于汽車上的各種傳感器，實時的對車輛運行參數進行檢測，并通過必要的信號處理獲得準確、可靠的行車信息。汽車縱向主動避撞系統用到的傳感器主要包括：車間距離測量傳感器、車速傳感器、節氣門位置傳感器、制動踏板、加速踏板及離合器動作傳感器(自動變速器車輛無需離合器動作傳感器)、車輛加速度傳感器、發動機轉速傳感器以及制動油壓傳感器等。在這些傳感器中，車間距離測量傳感器是主動避撞系統特有的，國內外對前向避撞系統行車信息感知及處理的研究集中于車間距離測量傳感器的研制及測量信號的處理方面。

(二)安全狀態判斷

車輛行車信息采集系統將獲得的車輛狀態及行車環境信息傳遞給汽車前向避撞系統中央控制器，中央控制器綜合利用多傳感器信息，依據安全狀態判斷邏輯進行車輛行車安全狀態的判斷，并依據判斷結果進行相應的控制操作。車輛行車安全狀態判斷邏輯對汽車前向避撞系統性能有重要影響。

總結現有的安全距離模型，具有代表性的有以下三種：

(1)基于制動過程運動學分析的安全距離模型。典型的車輛制動過程描述為：駕駛員識別前方交通情況，意識到應進行緊急制動，將右腳移動到制動踏板并緊急制動，直到車輛停止。

(2)基于車間時距的安全距離模型。車間時距是交通工程中的一個概念，表示車間距離與車輛速度的比值。實際交通條件下，在車輛以較小的相對速度跟隨行駛時，駕駛員保持的與前方目標車輛間的距離與自車速度有一定的線性關系，基于車間時距的安全距離模型就是建立在這種現象基礎上，其安全距離計算公式為：

D=vc*t+d

其中，vc為自車速度，t表示駕駛員車間時距，一般取值為1.2～2.0s;d為一常數，一般取值1～5m。

(3)駕駛員預瞄安全距離模型。實際行車時，駕駛員總是要對車輛的運行進行一下預測，以決定當前的操作，日本的研究人員以這種行為為基礎建立了駕駛員預瞄安全距離模型。

駕駛員預測ts后車間距離，將此車間距離與駕駛員認為的界限車間距離d0進行比較，如認為ts后車間距離將小于d0，則在現在時刻即制動，此時的車間距離值就是駕駛員期望保持的最小車間距離，定義為以駕駛員主觀感覺為依據確定的安全距離，表示如下：

D=-t*vrel-(af*t^2/2)+d0

其中，vrel表示相對速度，af為前車加速度，d0表示駕駛員期望保持的最小車距。

(三)控制執行技術

汽車輛動力學控制是實現汽車前向避撞系統功能的直接手段，控制的作用是調節車輛的縱向運動狀態，實現前向避撞系統所定義的功能。

國內外關于車輛縱向動力學控制方面的研究開始的較早，到現在已經獲得了許多實用化的研究成果。按照控制功能實現方法的不同，可以將與汽車前向避撞相關的車輛縱向動力學控制分為兩類：直接式控制和分層式控制。

直接式控制結構用一個控制器實現車輛縱向動力學控制的目的，控制器的輸入量是期望的車間距離或車輛速度，輸出量是期望的制動壓力和節氣門開度，輸出量直接傳遞給車輛的控制執行機構，控制車輛的運動，實現期望的控制結果。分層式控制結構將車輛縱向動力學控制的目的分為兩層實現，上位控制器輸入量是期望的車間距離或車輛速度，輸出量是期望的車輛加速度或車輛速度，上位控制器的輸出量作為下位控制器的輸入量，下位控制器的輸出量是期望的制動壓力和節氣門開度。

三、結束語

本文對前向避撞預警系統的主要過程進行了大致介紹，前向避撞預警系統的應用將推動汽車的智能化、信息化也對無人駕駛技術起到促進作用,從而讓我們的行車生活處于安全、舒適、快捷之中。

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孟鑫(1993-)，男，漢族，遼寧鐵嶺人，學生，專業碩士，遼寧工業大學，研究方向汽車智能輔助駕駛；李興峰(1990-)，男，漢族，遼寧朝陽人，學生，碩士，遼寧工業大學，研究方向汽車智能輔助駕駛。