汽车自动防撞技术的研究

发表时间:2019/9/27   来源:《知识-力量》2019年10月43期   作者:王新龙 王春林
[导读] 随着汽车工业的快速发展,汽车给人们的日常生活带来了极大的方便,但是频繁发生的交通事故让我们触目惊心,给人们的生命和财产造成了巨大的损失。汽车的安全性问题己经成为人们关注的焦点问题。配置汽车安全预警系统的车辆基本上都是髙档车,大部分汽车上仍然未配置相应的安全保护系统,因此需要研制出一款低成本,能够适配多种车型的汽车安全防护系统。
(潍坊科技学院,山东 潍坊 262700)
依托项目:潍坊科技学院2018年度校级课题《货车倒车遇险自动刹车系统的研究》,项目编号:2018KJYB09
摘要:随着汽车工业的快速发展,汽车给人们的日常生活带来了极大的方便,但是频繁发生的交通事故让我们触目惊心,给人们的生命和财产造成了巨大的损失。汽车的安全性问题己经成为人们关注的焦点问题。配置汽车安全预警系统的车辆基本上都是髙档车,大部分汽车上仍然未配置相应的安全保护系统,因此需要研制出一款低成本,能够适配多种车型的汽车安全防护系统。汽车自主防碰撞系统的研制具有非常高的应用价值化及良好的经济前景,降低交通事故的发生概率,减少人员伤亡和经济损失。本文提出了一种汽车自主防碰撞系统的设计方案。该系统具备高速道路版与城市道路版防护切换功能,具备语音报警和主动制动功能,对汽车实施安全保护。通过参考多种汽车安全模型,确定了本系统中所采用的汽车安全模型,能够根据汽车的不同运行状态,自动采用不同的汽车安全模型,达到降低系统误报率的目的。
关键词:汽车防撞;汽车安全驾驶;防撞功能;主动制动;自动防撞

 
             我国车祸导致人员死亡率为27.3%,位居世界第一。而有"车轮上行走的国家"之称的美国仅为1.3%。因此,提高汽车安全性已迫在眉睫,特别是对于我国来说。根据汽车的方位来分,交通事故主要分为汽车前方的正面碰撞、汽车后方的追尾碰撞和汽车的侧面碰撞刮擦等。
             汽车安全保护系统主要由被动安全保护系统与主动安全保护系统组成。被动安全保护系统的主要代表有乘车员头颈保护系统、汽车安全带、安全气囊、安全车身、儿童安全座椅等。主动安全保护系统的主要代表有汽车防抱死制动子系统、汽车电子制动力分配控制子系统、驱动防滑子系统、牵引力控制子系统、电子稳定装置、车辆稳定性控制子系统、轮胎压力检测子系统等。被动安全保护系统的特点是只能在交通事故发生的时候,降低碰撞事故造成的损失。而主动安全保护系统的特点是提前预警避免交通事故的发生。但是,这些安全系统只有在操作人员能够进行有效控制的时候才能奏效。
             从引起交通事故发生的原因分析,基本上都是由于驾驶人员醉酒驾驶、疲劳驾驶、超员、超速所致。假如有一种设备能够检测到当前车辆的行驶状况,感知和评估周围事物对汽车以及人身造成的危险程度,提前提醒驾驶人员危险的存在、采取避让措施,甚至在驾驶人员没有采取措施的情况下,能够主动采取措施,降低交通事故引起的伤害,甚至达到完全避免交通事故发生的目的。此将在道路交通中具有革命性意义。因此,主要问题是提出一种能够感知汽车周边环境以及在必要情况下采取自主制动措施的技术方案,并加以实施。
             1 汽车自动防撞器的研究现状
             汽车自动防撞器系统是现在高档汽车安全保护系统的重要组成部分,具有探测周边障碍物离自身车辆的距离和方位,并且能够向驾驶人员预先发出声、光警告信号,通知驾驶人员W及乘客有可能发生交通事故,警示司机应该马上采取必要的减速、刹车以及避让措施或者自身采取相应的制动措施来避免交通事故的发生的汽车安全保护装置。
             在国内,汽车防撞器的发展同汽车行业在国内的发展一样同比西方发达国家晚了不少,系统整体性能不高,并且其中的一些关键技术未取得重大性突破。但是,随着国内汽车行业的发展和人们对于生命安全问题的重视,一些高校和科研院所正积极推进相关问题的研究。
             九十年代中期,国内许多科学研究院,其中以清华大学为主要代表,致力于汽车防撞系统的研制。由南京理工大学和安徽凤阳金星实业有限公司共同合作研制的鳥科技汽车安全产品“激光探测汽车主动防碰撞智能安全系统”,是国内初次基于激光技术的汽车主动防碰撞智能安全系统,当日通过了专家鉴定,该系统当前己经完成了样机研制和道路行驶试验。目前国内市场上研发经营汽车安全防撞器的主要有两家公司:超越(河南)汽车安全自控装置有限公司与北京泰远汽车自动防撞器制造有限公司,但两家公司的产品有很多相近之处,产品理念几乎相同。泰远牌汽车自动防撞器目前是国内汽车防撞系统中最为先进的产品,其高科技技术含量可以说己位列世界先进技术行列。但是,只有前方防碰撞检测,不能够全方位确保人身以及汽车的安全。
             2 研究内容
             根据当前国内道路交通安全的实际需要,结合当前国内外的研巧现状,及在智能交通的大环境下,研制一套价格低廉、实用性能高、适配各种车型方便、满足高速公路以及城市道路交通需求的汽车全方位自主防碰撞系统。
             以汽车全方位自主防碰撞系统为研究对象,结合微电子技术、机械机构学、自动控制原理、信号分析处理技术W及通讯技术等多学科内容展开研究。调查驾驶人员的行车习惯,建立汽车的安全模型。通过安装传感器,获得自身车辆的行驶速度信息、自身车辆与周边物体的距离信息L义及驾驶人员对汽车的操作状态信息等,然后将各种信息输送到中央控制器。中央控制器根据预先设定的汽车安全模型,进行信息处理,判断出障碍物对汽车W及乘车人员的危险程度,输出判断结果,达到危险提前警示并在必要时自动采取降速、刹车等动作,降低道路交通事故的发生概率,减少人员财产损失的目的。
             3 汽车防追尾模型
             汽车纵向安全车距的确定,对于道路的运输能力有着很密切的联系。

如果安全车距设定的比较小,道路上就可以行驶更多的汽车,道路的运输能力也就提高了,但是发生交通事故的可能性就会增大。相反,设定的安全车距比较大,由于汽车之间的距离増加,发生交通事故的概率就会降低,但是带来的问题就是道路的运输能力的下降,不利于城市道路交通水平的提高,对于经济的快速发展有抑制弊端。因此,如何平衡道路的运输能力和安全车距的关系,使两者平衡彼此的利弊达到最优,是在确定汽车安全车距时,需要考虑的问题。
             1)起初汽车安全距离算法
             汽车在道路上行进时,若前方车辆进行减速至低于后方车辆车速或者紧急刹车,就会造成两车间距离的不断减小,在此情况下,如果后方车辆驾驶人员没有采取必要的降速或者避让动作,就很有可能发生汽车追尾交通事故。为了预防同行车道行驶车辆间的碰撞,就需要实时检测两辆车间间距d是否一直处于大于安全间距的状态,两车不发生追尾事故的条件为:
             d≥dw
             式中,dw为最小汽车安全间距,即两辆车之间不发生追尾交通事故的安全距离。
             汽车安全距离(dw)的确定,主要有两大类方法:第一类是根据汽车的行驶速度来实时计算安全车距;第二类是依据工程经验来设定安全距离。
             第一类,根据汽车的行驶速度来计算安全车距的方法在—般情况下,前后两辆汽车的行驶速度、制动过程等具有很多共性,所以汽车安全距离(dw)可以设定为,在保持前车速的情况下,汽车行驶3s的时间所驶过的距离,这个车间距离因为从时间的度量角度得到的,所以被称为3秒时距。该方法优点是简单,缺点就是不够精细。安全距离也可以直接根据汽车车速来定:假如汽车车速为120km/h,则设定汽车安全距离为120m;当汽车车速为50km/h时,则设汽车安全距离50m。可以看出此方法是将汽车千米每小时为单位的车速直接作为汽车的安全距离。这种方法对于驾驶人员来说,汽车的行驶速度可以很方便的从汽车仪表盘上读出,因此安全车间距的获取也比较方便、直观,降低驾驶人员的用脑疲劳程度。
             第二类,依据工程经验来判定安全距离主要有下面两种方法:—种是通过驾驶人员的驾驶经验来估算汽车安全距离,可以通过对汽车车型、制动能力、行驶车速以及驾驶人员的个体差异等因素来估算,这种方法也称为固定值法。第二种是通过车头时距法来确定汽车安全距离。
             上述两种汽车安全模型的特点是模型简单,易于使用,同时也具有一定的车辆行驶安全指导意义,缺点就是所得的汽车安全距离不能精确地反应出汽车的危险程度,并容易导致系统误报率、漏报率及早报率等显著提高的现象,从而在某种程度上影响驾驶人员的行车注意力,因此上述两种方法并不适合于建立汽车的实时安全距离模型。
             2)马自达安全模型和本田安全模型
             马自达安全模型和本田安全模型是早期两种经典防撞模型。马自达安全模型是当前方车辆开始减速时,后方车辆测距传感器检测到前方车辆车速发生变化后,将检测得到的实时间距传给中也控制器。经过中屯、处理器的分析处理,当实时间距小于汽车安全车距时,后方车辆就采取相应的制动措施。为了确保汽车之间绝对安全,即在停车时两车之间的间距应保证在2—5m的距离。
             本田安全模型相对于马自达安全模型的最大特点是采用两段式报警策略,即将安全模型分为提醒报答距离dw和危险报答距离db两段来处理。使用这种根据危险程度的不同,然后分级处理的策略,在实际应用中确实能够降低驾驶人员对汽车防捏器的不适感,同时又保证了行车的安全性。由于本田模型的获得是通过大量实验数据得到的,不能够确切的表达汽车的安全距离。
             在城市道路交通模式下,当行驶车速低于30km/h,说明当前的道路状况比较拥挤,因此,即使汽车间距小于汽车的安全距离,也不进行刹车制动动作,只进行系统语音报警,提醒驾驶人员必要的注意。如果行驶车速在30km/h以上,则说明当前道路比较畅通,车间距比较大,实行系统的报警提醒和报警制动模式,避免严重交通事故的发生。采用这样的速度分段措施的优点在于,降低了系统的误动作率,降低对驾驶人员造成的不适,同时也能满足降低交通事故发生概率的要求。
             在高速道路交通模式下,由于行驶车速高、车间距比较大,实行报警提醒和报警制动模式。但是,考虑到在高速行驶时,如果进行一次性刹死制动,必然会对汽车和乘车人员造成伤害,因此,在刹车制动阶段,采取点刹制动提醒,使汽车的速度有一定程度的降低。在此之后,如果驾驶人员依然没有采取避让降速措施,车辆依然向障碍物靠近,系统则采取紧急刹车措施,避免交通事故的发生。
参考文献
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