關于車輛自動緊急制動系統建模與仿真的分析

郭家昕

摘 要：本文將通過以車輛自動緊急制動系統作為主要研究內容，采用實驗和建模分析的方式，對車輛自動緊急制動系統建模和仿真進行簡要分析研究。

關鍵詞：自動緊急制動；建模；仿真試驗；碰撞時距

引言：根據相關數據顯示，在我國現階段發生的交通事故中，因駕駛員操作不當導致的交通事故占總事故數量的80%左右，尤其是在汽車追尾事故當中，有至少31%的事故是由于駕駛員未能采取有效制動。

一、車輛自動緊急制動系統建模分析

（一）安全距離模型

如果兩輛汽車超同一方向行駛運動，則僅用一種時間指標Tb即可衡量自車同前車的相對距離。但計算這一指標的過程當中，需要對兩車的行駛信息進行全面考慮。如果將兩車之間距離表示為d，相對速度和相對加速度分別用Vrel以及arel進行表示，則：

在對進行計算的過程中，需要對車輛發生碰撞之前，前車是否采取了制動措施而停止進行準確判定。假設前車從開始制動到實際停止一共需要花費的時間為 ，則假如在兩車發生碰撞之前，前車已經采取

制動措施并且成功停止，此時tobj≤Tb ，也就是：

反之，如果兩車發生碰撞之前，前車并未成功采取制動措施，仍然處于行使狀態，此時tobj≥Tb ，也就是：

通過對這一模型進行進一步推導，可以得知Tb= ，

隨后通過對tobj進行計算，判斷其是否與tobj≤Tb 相符合。如果其滿足這一條件則無需繼續計算，如果其與無法滿足這一條件，則通過進一步計算可得：

假設V2同a2相等，取值均為零，也就是說前車為靜止目標時，tobj≤Tb 成立，此時可以對上述模型進行簡化，得到： ，此時通過進

一步推導可得Tb= 。如果自車同前車相同，均處于勻速運

動狀態，則此時a1和a2完全相等均取值為零， ，其中碰

撞時距用TTC表示。由此可知該時距下的安全距離模型中，時間指標立足于碰撞時距的同時，也對自車以及前車加速度情況予以了充分考慮[1]。

（二）分級制動方式

1.判斷自車危險狀態

在前文構筑的安全距離模型當中，時間指標Tb可以對駕駛員在遇到緊急情況時，使用車輛自動緊急制動系統并有效完成制動動作，以防車輛碰撞的時間予以客觀反映。通過結合下圖可知，車輛行車安全狀態會根據Tb的變化而變化，其中Tb1與Tb2分別為時間指標閾值，而在行車過程中，一旦Tb

2.確定制動減速度

根據王素金（2013）的相關研究可知，有超過95%的駕駛員在常規制動下其平均制動減速度以及峰值減速度分別可以達到0.55g以及-0.92g。這主要是由于車輛自動緊急制動系統本身就是專門針對車輛在緊急情況下，用于有效確保車輛安全的一種制動系統，因此其在自動啟動制動操作的過程中相比于注重保障駕駛舒適性，更加看重保障車輛的行車安全[2]。當汽車在行車狀態中啟動了車輛自動緊急制動系統，將會使得行車危險性降至最低，在一般情況下，小制動力便可以有效達到防止碰撞發生的目的。

二、車輛自動緊急制動系統的試驗與仿真

（一）試驗方案

為有效驗證車輛自動緊急制動系統模型的有效性以及其真實性能，本文將采取仿真試驗的方式對其進行驗證。而為了確保試驗的安全性，在本次仿真試驗當中采取的控制策略為，時間指標Tb為1.2s時輸出-5m/s2。此外，在本次仿真試驗當中還分別設置了四種不同的試驗工況，分別為靜止和緩速移動目標以及兩種制動目標，分別為接近常規制動目標以及接近緊急制動目標[3]。

（二）結果分析

1.接近靜止目標

在接近前方靜止目標的試驗當中，自車保持每小時10到80km的速度向前車靠攏，每隔10km/h對10km/h到60km/h進行測試，每隔5km/h對60km/h到80km/h進行一次測試，總共進行十組試驗后記錄試驗結果。

根據仿真結果顯示，當自車初速度在每小時60km以內的情況下能夠有效防止出現車輛碰撞的情況。而隨著車速越來越快，停止制動之后與目標之間的距離越來越小，在車速大約每小時65km時雖然無法有效保障避免發生車輛碰撞，但可以在一定程度上控制車輛碰撞時的速度，將傷害降至最小。在將時間指標分別設置為1.6s以及0.6s的情況下，依次輸出-4m/s2以及-8m/s2，結果顯示只有當時間指標為2ss時將制動減速度-8m/s2輸入至車輛模型當中時，在車速為每小時10km到80km的情況下才能夠有效防止與靜止目標相碰撞。

2.接近緩速移動目標

表2展示的就是接近緩速移動目標工況的仿真結果，通過對下表內容進行分析，可知D即統計距離為相對速度為零的情況下，自車與目標之間的距離，此時相對距離達到最小值。在采用分級制動控制策略的情況下，自車車速在每小時30km到80km之間時，均可以有效避免出現車輛碰撞的情況。但隨著車速的愈發加快，自車距離目標車的相對距離明顯減小，當自車速度達到每小時30km的情況下，控制策略只輸出-4m/s2的減速度。

結束語：本文通過采用仿真試驗的方式，分別設定了接近靜止目標、接近緩速移動目標、接近常規制動以及緊急制動的工況，證明了本文所構建的仿真模型具有較高的可行性和有效性，對于車輛自動緊急制動系統的實際運用和后續完善具有積極的指導作用。

參考文獻：

[1]裴曉飛，劉昭度，馬國成，等.汽車主動避撞系統的安全距離模型和目標檢測算法[J].汽車安全與節能學報，2012（1）：26-33.

[2]王素金.汽車輔助安全避撞系統的建模與仿真研究[D].江蘇大學，2013.