關于汽車防撞系統的自動化研究

馬果紅

【摘要】隨著人民生活水平的不斷提高，近年來中國的汽車總數大幅增加。隨之而來的交通安全問題變得越來越重要。汽車防撞系統的研制有利于提高道路交通安全水平，降低事故發生率，對保障人民群眾生命財產安全具有重要意義。本文結合實際，對汽車自動避碰系統進行一定的探索和研究。

【關鍵詞】汽車 安全 防撞系統 自動化

【中圖分類號】U463.6 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）19-0280-02

汽車防撞系統是智能汽車的一部分，是防止汽車碰撞的智能設備。它可以自動檢測可能與汽車碰撞的車輛，行人或其他障礙物，發出警告，或同時采取制動或避免措施以避免碰撞。

自動防撞系統主要分為三部分：信號采集系統，數據處理系統和執行機構，分別起到數據檢測，數據處理和程序執行的作用。

伴隨著聲波，激光和電子技術的不斷更新，汽車防撞系統的研究方向不斷變化。可以說，汽車防撞系統不僅是一種特殊的汽車技術，各類技術的交叉使用已成為該系統的突出特點。

一、汽車自動防撞系統的重要性

在中國，道路交通事故已成為社會的重大公害，嚴重影響人們的正常生活和經濟增長。目前，中國在汽車安全系統研究方面取得了一定進展。從中國道路交通事故統計數據可以看出，近五年來，中國的交通事故數量，受傷和經濟損失的數量呈下降趨勢。然而，這并不意味著汽車的安全系統已經足夠完善，因為每年的車禍總數仍然非常大。為了減少汽車事故的發生，世界各國紛紛投入巨大的人力，物力和財力。一方面，政府不斷地任命和改進汽車交通規則，提高人們的安全意識。另一方面，我們積極開發汽車安全系統。目前已知的汽車安全系統分為主動安全系統和被動安全系統。主動安全系統是指傳統的汽車安全系統，如防抱死制動系統和緊急制動輔助系統。這些系統可以使汽車更加穩定，縮短制動距離，并降低汽車的碰撞率。但是，這些系統必須在手動控制狀態下發揮作用。無法預測和準確預防交通事故。被動安全系統指安全系統，如安全氣囊，兒童安全座椅和安全帶。這種安全系統的作用是減少事故造成的損害并防止事故發生。因此，開發一種為駕駛員提供自動報警和輔助制動服務的主動安全系統可以彌補現有安全系統中存在的缺陷。不僅有利于維護人民群眾生命財產安全，而且具有很好的發展前景。具有重大的現實意義和市場價值。

二、目前國外對汽車防撞系統的研究狀況分析

汽車防撞系統研究始于上世紀中后期。當時，一些汽車行業發展較快的發達國家在系統研發上投入了大量的精力，但由于當時物理和硬件因素的影響，并沒有取得重大進展。知道在20世紀后半葉，德國奔騰公司推出了“普羅米修斯”計劃，為研究幾乎死亡的汽車安全系統提供了新的活力。該計劃使雷達系統成為各機構研究的重要組成部分，在其他技術支持的前提下，該系統發展非常迅速，使德國成為該領域最早從事該研究的國家。梅賽德斯-奔馳將距離自動雷達設置為最新型號Benz6005轎車上，這種雷達可以在40km～160km的時速范圍內自動調節車速。根據車的行駛速度與周圍的環境情況自動調節車距，當車距過近時，該系統可以實現自動化操作，降低汽車的行駛速度，進而有效地避免了車輛碰撞事故的發生。此外，汽車防撞系統的研究一直是沃爾沃在德國的研究重點。2006年正式開發適應性碰撞輔助系統和巡航控制系統。2007年，司機先后被介紹。警告控制系統，車道偏離報警系統和具有自動制動功能的碰撞預警系統。美國在這個研究領域相對較晚，但汽車安全系統的發展速度是最快的。到目前為止，美國汽車擁有的汽車防撞技術處于世界前列。目前，美國已經實現了智能車輛交通系統的發展，其中車輛控制系統的發展是系統的技術難點和重點。預警系統和機載雷達檢測是防撞警報系統的主要應用領域。該系統采用先進的自動毫米波雷達，在商用產品中成功使用軍用防御雷達，性價比極高。

三、國內目前的研究狀況

目前，我國對汽車自動防撞系統的開發仍處于初級階段，技術含量遠不及發達國家，且研究的范圍相對有限，主要由大型汽車企業和科研院校承擔，對這方面的技術還處于探索的階段。

1.模糊控制理論

該理論涉及到模糊理論，模糊語言變量以及控制系統中模糊邏輯推理的相關技術。這樣，整個控制系統就可以有一種與人類接近的思維方式，可以用來制造一定程度的汽車。和司機一樣。這種技術可以用一種相對簡單的數學形式表達人們的思考和判斷。雖然還處于發展階段，但一旦成熟，將會被業界廣泛使用。在自動控制領域，將人類思維和控制技術融入自動控制系統是汽車自動語音碰撞避免系統研究的又一突破。模糊控制的基礎是模糊積分理論，使得語言表達的專業知識更容易獲得，從而有助于建立準確的模型。即使是一個完全可控的基于經驗的系統也可以得到有效的控制。在整個過程中，神經網絡的仿生性實現了系統中各種信息的有效利用，任意的函數關系可以通過神經網絡映射出來，具有一定的自學習和并行處理能力。在整個系統中，神經網絡和模糊邏輯相輔相成。模糊邏輯描述高層次的邏輯框架，而神經網絡可以處理低層次的傳感數據。

2.基于模糊理論的汽車自動防撞研究情況

報警提示：駕駛員駕駛汽車時，智能報警系統可以實時向駕駛員顯示車輛的速度，前一輛車的狀況以及可能的威脅。當車速太快或太接近前方車輛時，防撞系統會提醒駕駛員前方有危險情況，從而避免可能發生的車禍。跟蹤識別：采用先進的雷達識別系統，及時發現車輛前方的靜態和動態目標，智能計算并分析前方障礙物，推斷前方障礙物的危險程度，如果前方障礙物直接威脅到車輛安全，駕駛員沒有及時采取適當措施，雷達將采集到的數據直接轉換為可執行信號，避免災難發生。減速制動：當汽車突然遇到危險時，系統可以制動執行中央處理系統發出的制動指令，并迅速減速，制動和停車，從而最大限度避免發生車禍程度。根據車速和大氣條件，進行道路距離檢測，汽車自動防撞系統啟動中央處理器處理實際檢測情況。原車的結構不會因制動性能而改變，也不會影響原車的制動性能。當汽車在行駛過程中檢測到對汽車構成威脅的障礙物時，汽車的自動保險杠可以執行一系列動作，如自動警報，減速和制動，以防止汽車與障礙物發生碰撞。為了提前追尾追尾，汽車的后剎車燈提前提醒后車司機注意。并且該車將為后剎車預留一定距離以避免車輛追尾事故。

四、現在設計的不足以及可以改進的方面

在研究的過程中，所謂的安全距離是假設前方有靜止的車輛，根據靜止狀態下的車輛分析出來的，而在我們的實際過程中，周圍的環境往往是復雜多變的，這使得現在的研究將更多的因素考慮進去。例如，車輛從靜止狀態突然開動，車輛從開動的狀態突然靜止，車輛處于加速或減速狀態等環境下，都應該模擬出來，并最終得到正確的研究數據，安全距離模型應該是可以在任何條件下都可以做出正確判斷的系統，否則，一旦判斷失誤，獲取會給人們造成更大的生命與財產安全。整體研究中，有部分理論性的東西并沒有完全在實踐中得到證實，這需要反復的做實驗，才能最終得到正確的數據。

五、最簡易的系統——超聲波

超聲波系統工作時，發射器發出脈沖并給測量邏輯電路提供一個短脈沖，再由信號處理裝置對信號進行處理，測算出車距。

盡管超聲波系統原理簡單、成本低、制作比較方便，但在汽車高速行駛的狀態下，超聲波受到天氣的影響比較大，不同天氣下的聲波傳播速度不同，對遠距離障礙物測算時靈敏度會有所下降，因此超聲波的最佳測距為4～5m。目前，不少汽車的倒車防撞系統都采用超聲波防撞預警系統。

六、最昂貴的系統——交互式智能化防撞系統

交互式智能化防撞預警系統對于周邊相關的基礎配套設施要求比較高，由信息交換網絡、MMDS寬帶數字通信子站、車距信息無線交互車后單元、無線車載前機單元組成。交互式智能化防撞預警系統在工作時不受天氣條件等因素的影響，精度高、監控全面而且信息化很強。一旦投入使用，不但對汽車個體的安全性有很大的增強，而且在交通管理和交通安全方面都具有全面信息化的作用，可以說，這一系統的覆蓋面和社會意義都是不可限量的。當然，交互式智能化防撞預警系統在短期內投產的局限性也是顯而易見的，在現階段情況下，無線移動網絡首先就沒有很好的解決穩定性方面的問題，而且該系統的初期投入相當大，MMDS寬帶數字通信子站和路旁單元RSU的建立也是一個龐大的工程，該系統的使用所依靠的將不僅僅是研究單位、生產企業和汽車生產商方面的事情。

七、最綜合的系統——綜合型汽車防撞預警系統

以上介紹的僅僅是預警系統的工作原理，而汽車防撞系統并不單單由預警系統構成，如何將預警系統和傳感器進行結合，并核算出合理有效地解決方案才是汽車防撞系統真正能夠得以投產并廣泛運用的關鍵所在。

從80年代初期開始，世界上的著名大學和科研機構，包括美國三百多家公司都開始對汽車防撞系統項目進行了研究。不管是毫米波雷達的研究，還是毫米波雷達和圖像傳感器的結合，包括算法上的改進研究，技術上的不斷成熟都在推進著汽車防撞系統的成形。比如重慶某公司通過近十年的研究得出的“高速公路智能型汽車行駛主動安全預警系統”就是針對超聲波原理在短距測距中的優勢而得出的，不管是算法還是圖像傳感器方面，都達到了視頻流的要求，確保了檢測實時性和準確性。

就目前汽車防撞系統的發展而言，在研究當中，解決系統的抗干擾能力，減少誤報，提高檢測范圍，增加視覺角度，穩定性，增強決策因素，智能系統和行業標準都是當務之急。

八、結論

隨著道路交通狀況的日益復雜，汽車自動防撞系統的研究也將會面臨更多的問題，對于此車自動化防撞系統的研究，只有將理論與實際結合起來，及時的發現研究中可能存在的問題并認真解決問題，才能讓汽車自動防撞系統真正造福于人類。

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