汽車(chē)防撞系統(tǒng)的自動(dòng)化論述

薛金波

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，汽車(chē)的生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，公路的等級(jí)也在不斷的提升，尤其是高速公路的發(fā)展更是迅猛，汽車(chē)行駛的速度不斷加快，在這樣的大背景下，汽車(chē)的安全行駛問(wèn)題也受到越來(lái)越多人的關(guān)注。所以，深入研究汽車(chē)的防撞系統(tǒng)，提高行駛過(guò)程中的安全性，對(duì)于避免事故發(fā)生具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)；防撞系統(tǒng)；自動(dòng)化；論述

我國(guó)的道路交通事故頻發(fā)，已經(jīng)漸漸成為主要的社會(huì)危害之一，對(duì)于人們的正常生活以及經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)都造成了極大的阻礙。當(dāng)前，我國(guó)研究人員在汽車(chē)安全系統(tǒng)方面的研究已經(jīng)具備了一定的基礎(chǔ)，結(jié)合我國(guó)道路交通的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看，在最近五年我國(guó)的交通事故發(fā)生次數(shù)、傷亡人數(shù)以及直接造成的經(jīng)濟(jì)損失都在呈現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)，但是我們絕不可以掉以輕心，認(rèn)為我國(guó)汽車(chē)的安全防撞系統(tǒng)發(fā)展足夠完善，每年我國(guó)發(fā)生車(chē)禍的次數(shù)仍舊非常巨大。為了有效的降低汽車(chē)事故的發(fā)生，世界各個(gè)國(guó)家都開(kāi)始投入了巨大的人力和物力。各國(guó)政府相繼出臺(tái)完善了有關(guān)汽車(chē)交通的法律法規(guī)來(lái)提高人們的憂(yōu)患意識(shí)和安全意識(shí)，同時(shí)，研發(fā)人員開(kāi)始大力開(kāi)展汽車(chē)安全防撞系統(tǒng)的研發(fā)工作。當(dāng)前已知的汽車(chē)安全系統(tǒng)主要分為主動(dòng)安全系統(tǒng)和被動(dòng)安全系統(tǒng)兩大主要的部分，主動(dòng)安全系統(tǒng)包括汽車(chē)防抱死（ABS）系統(tǒng)、緊急剎車(chē)的輔助控制系統(tǒng)等傳統(tǒng)意義上的汽車(chē)安全系統(tǒng)。這些安全系統(tǒng)的使用可以大大增強(qiáng)汽車(chē)行駛的安全性，有效縮短安全制動(dòng)距離，降低汽車(chē)的碰撞率。但是這些系統(tǒng)離不開(kāi)人工的控制，不能精準(zhǔn)預(yù)測(cè)并躲避交通事故的發(fā)生。被動(dòng)安全系統(tǒng)主要包含安全氣囊，兒童安全座椅以及安全帶之類(lèi)的安全系統(tǒng)，這類(lèi)安全系統(tǒng)并不能降低汽車(chē)碰撞率，但是可以大大降低道路事故中的生命財(cái)產(chǎn)損失。所以，積極研制一套可以為駕駛?cè)藛T提供預(yù)警以及輔助制動(dòng)的安全系統(tǒng)，對(duì)于維護(hù)人們的生命財(cái)產(chǎn)，彌補(bǔ)當(dāng)前安全系統(tǒng)的漏洞十分重要，其發(fā)展前景也十分廣闊，擁有十分巨大的現(xiàn)實(shí)意義。

1 目前國(guó)外的汽車(chē)防撞系統(tǒng)研究概況

從20世紀(jì)中后期開(kāi)始，人們對(duì)于汽車(chē)自動(dòng)防撞系統(tǒng)的研究正式開(kāi)始。當(dāng)時(shí)，很多汽車(chē)工業(yè)發(fā)展水平較高的發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始逐漸擴(kuò)大對(duì)于該系統(tǒng)的研發(fā)力度和研發(fā)精力，但是受到當(dāng)時(shí)發(fā)展水平較低的物理研究和硬件因素的限制，對(duì)于汽車(chē)防撞安全系統(tǒng)的研究一直沒(méi)有取得實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。直到20 世紀(jì)后期，德國(guó)奔騰公司率先提出并發(fā)起了“普羅米修斯”計(jì)劃，使得原本已經(jīng)近乎停滯狀態(tài)的汽車(chē)安全系統(tǒng)的研發(fā)重新綻放出了年輕的活力。此次計(jì)劃的研究重點(diǎn)既是汽車(chē)的雷達(dá)系統(tǒng)，從此該系統(tǒng)也成為了世界各個(gè)汽車(chē)研發(fā)機(jī)構(gòu)的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容 ，隨著相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的逐步發(fā)展，雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)展也迎來(lái)了發(fā)展的黃金期，德國(guó)自此成為最早掀起汽車(chē)安全防撞系統(tǒng)研究熱潮的國(guó)家。

德國(guó)沃爾沃公司一直將車(chē)自動(dòng)化防碰系統(tǒng)的研究作為公司的研究重點(diǎn)內(nèi)容，既2006年公司研發(fā)團(tuán)隊(duì)正式開(kāi)發(fā)出自適應(yīng)帶剎車(chē)輔助的碰撞警示系統(tǒng)以及巡航控制系統(tǒng)之后，在2007 年，又相繼出臺(tái)了駕駛員警示控制系統(tǒng)、車(chē)道偏離警示系統(tǒng)以及帶自動(dòng)剎車(chē)功能的碰撞警示系統(tǒng)等一系列控制系統(tǒng)。美國(guó)在有關(guān)汽車(chē)安全控制系統(tǒng)方面的研究起步相對(duì)較晚，但是其系統(tǒng)研發(fā)周期及研發(fā)速度卻是世界首屈一指的，截止到當(dāng)前，美國(guó)汽車(chē)自動(dòng)化防碰撞技術(shù)已經(jīng)處于世界汽車(chē)技術(shù)的前列。預(yù)警系統(tǒng)和車(chē)載雷達(dá)探測(cè)是防碰預(yù)警系統(tǒng)的主要運(yùn)用領(lǐng)域，美國(guó)研發(fā)的汽車(chē)防撞系統(tǒng)采用了先進(jìn)的自動(dòng)毫米波雷達(dá)，成功的將軍事防御雷達(dá)巧妙的運(yùn)用在了商業(yè)產(chǎn)品中，性?xún)r(jià)比非常高。

2 當(dāng)前國(guó)內(nèi)的系統(tǒng)研發(fā)情況

當(dāng)前我國(guó)國(guó)內(nèi)對(duì)于汽車(chē)自動(dòng)防撞系統(tǒng)的研究仍然處于研發(fā)的初級(jí)階段，技術(shù)領(lǐng)域與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有很大的差距，研究的范圍相對(duì)來(lái)說(shuō)具有應(yīng)的局限性，主要是集中在大型汽車(chē)企業(yè)以及科研院中，對(duì)于該技術(shù)的研究還處于摸索的階段。

2.1 模糊控制理論

模糊控制理論主要是將模糊理論，模糊語(yǔ)言變量以及模糊邏輯推理的相關(guān)技術(shù)綜合運(yùn)用于汽車(chē)的防撞控制系統(tǒng)中，這樣制作出來(lái)的防撞控制系統(tǒng)更加趨近于人性化，能夠運(yùn)用和人相近的思維方法來(lái)對(duì)汽車(chē)行駛做出一定的預(yù)判，在一定程度上對(duì)汽車(chē)做出和司機(jī)一樣控制。將模糊控制理論應(yīng)用于汽車(chē)的安全控制系統(tǒng)中可以將人的思維與判斷通過(guò)建立相對(duì)簡(jiǎn)單數(shù)學(xué)模型而呈現(xiàn)出來(lái)，雖然國(guó)內(nèi)這套理論還處于研究探索的階段，但是可以預(yù)見(jiàn)，一旦這種技術(shù)的研究成功，一定會(huì)被業(yè)界廣泛的運(yùn)用。在汽車(chē)的自動(dòng)控制系統(tǒng)中，將人類(lèi)的思維與控制技術(shù)整合到自動(dòng)控制系統(tǒng)中 ，是對(duì)于汽車(chē)自動(dòng)化防撞系統(tǒng)研究的又一具有歷史意義的飛躍。模糊控制的基礎(chǔ)是模糊集成論，方便精確模型的建立 ，即使是完全憑經(jīng)驗(yàn)的可控系統(tǒng)也可以得到有效的控制。

2.2 基于模糊理論的汽車(chē)自動(dòng)防撞研究情況

目前基于模糊控制理論而創(chuàng)造出的汽車(chē)自動(dòng)防撞研究主要包含幾個(gè)重要方面，即報(bào)警提醒、跟蹤識(shí)別以及減速剎車(chē)等。

2.2.1 報(bào)警提醒 ： 司機(jī)在駕駛汽車(chē)時(shí)，智能報(bào)警系統(tǒng)可以顯示汽車(chē)行駛中的實(shí)時(shí)車(chē)速以及汽車(chē)前方的車(chē)輛情況、可能存在的威脅等。當(dāng)駕駛?cè)藛T的汽車(chē)行駛速度過(guò)快或與前方車(chē)輛未能保持安全距離時(shí)，防撞系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)提醒司機(jī)前方有危險(xiǎn)情況，這樣就可以大大降低發(fā)生的車(chē)禍的可能性。

2.2.2 跟蹤識(shí)別 ： 利用汽車(chē)內(nèi)部安裝的先進(jìn)雷達(dá)識(shí)別系統(tǒng)，對(duì)行駛車(chē)輛前方的動(dòng)靜態(tài)目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，智能的計(jì)算與分析前方障礙物的運(yùn)行軌跡和狀態(tài)，推斷出前方障礙物是否對(duì)本車(chē)具有危險(xiǎn)性，如果系統(tǒng)判斷前方的障礙物會(huì)對(duì)本車(chē)的安全造成直接的威脅，而司機(jī)又沒(méi)有及時(shí)的采取減速或是停車(chē)的措施時(shí)，雷達(dá)便會(huì)將采集的數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)換為可執(zhí)行信號(hào)，強(qiáng)制性的進(jìn)行緊急減速或停車(chē)，這樣可以有效的避免汽車(chē)道路交通事故的發(fā)生。

2.2.3 減速剎車(chē) ： 在汽車(chē)突然遇到危險(xiǎn)時(shí)，系統(tǒng)可以主動(dòng)的執(zhí)行從中央處理系統(tǒng)發(fā)出的緊急制動(dòng)指令，使汽車(chē)做出快速的減速、剎車(chē)以及停車(chē)動(dòng)作，能夠有效的避免車(chē)禍的發(fā)生。

針對(duì)不同的車(chē)速以及行駛天氣情況，汽車(chē)的防撞系統(tǒng)可以進(jìn)行實(shí)時(shí)的路據(jù)監(jiān)測(cè)，自動(dòng)啟動(dòng)汽車(chē)中央處理器，對(duì)于道路中所出現(xiàn)的交通狀況進(jìn)行緊急處理。采取這種控制系統(tǒng)不會(huì)對(duì)汽車(chē)贗本的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造產(chǎn)生影響，也不會(huì)對(duì)汽車(chē)的制動(dòng)性能產(chǎn)生影響。當(dāng)汽車(chē)在行駛中發(fā)現(xiàn)有對(duì)車(chē)構(gòu)成威脅的障礙物時(shí) ，汽車(chē)自動(dòng)防撞控制器可以自動(dòng)完成減速以及停車(chē)等動(dòng)作，防止汽車(chē)碰撞事故的發(fā)生。在后車(chē)有追尾的可能性時(shí)，汽車(chē)會(huì)自動(dòng)的亮起后剎車(chē)燈，提醒后車(chē)司機(jī)注意，同時(shí)也會(huì)預(yù)留出后車(chē)的制動(dòng)距離，有效的避免事故發(fā)生。

3 汽車(chē)自動(dòng)防撞系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

汽車(chē)自動(dòng)防撞系統(tǒng)是利用對(duì)車(chē)輛縱向動(dòng)力學(xué)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)其控制車(chē)輛的系統(tǒng)功能，系統(tǒng)研究中最為關(guān)鍵的步驟即是控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)?？刂葡到y(tǒng)共分為控制功能定義層、上位控制器以及下位控制器設(shè)計(jì)三部分。

3.1 巡航控制系統(tǒng)的上位控制器設(shè)計(jì)

汽車(chē)的制動(dòng)防撞系統(tǒng)主要需要具有的功能包括定速巡航控制以及目標(biāo)安全距離控制。上位控制器的主要起到確定出行車(chē)需要的汽車(chē)加速度。汽車(chē)巡航控制系統(tǒng)的研究，其主要目的是當(dāng)汽車(chē)行駛在一定的車(chē)速范圍內(nèi)，駕駛員可以不用控制加速踏板，而是由該系統(tǒng)以設(shè)定的速度行駛實(shí)現(xiàn)自我控制的裝置。在汽車(chē)上安裝這種控制系統(tǒng)，在高速公路上長(zhǎng)時(shí)間行駛時(shí)，由于駕駛員可以不用控制加速踏板，大大降低了駕駛?cè)说钠冢岣吡诵旭偘踩?，也減少了不必要的車(chē)速變化，節(jié)省了汽車(chē)行駛?cè)剂?。汽?chē)的巡航控制系統(tǒng)主要由巡航控制開(kāi)關(guān)、車(chē)速傳感器、節(jié)氣門(mén)執(zhí)行器和控制器等組成?？刂破饔袃蓚€(gè)輸入信號(hào)，一個(gè)是駕駛員按要求設(shè)定的指令車(chē)速，直接由駕駛員設(shè)定，另一個(gè)是實(shí)際車(chē)速的反饋信號(hào)，由車(chē)速傳感器檢測(cè)后反饋給控制器，控制器檢測(cè)這兩個(gè)輸入信號(hào)之間的偏差后，經(jīng)過(guò)一定的控制計(jì)算，產(chǎn)生一個(gè)送至節(jié)氣門(mén)執(zhí)行器的控制信號(hào)節(jié)氣門(mén)執(zhí)行器根據(jù)所接受到的節(jié)氣門(mén)控制信號(hào)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門(mén)開(kāi)度，從而是車(chē)速保持穩(wěn)定。

3.2 下位控制器的設(shè)計(jì)

下位控制器的主要功能就是為了有效的對(duì)車(chē)輛動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行控制，車(chē)輛動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了期望的車(chē)輛加速度。汽車(chē)自動(dòng)防撞系統(tǒng)通過(guò)對(duì)車(chē)輛加速度的精確控制實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)功能，由于車(chē)輛動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的非線(xiàn)性及車(chē)輛質(zhì)量變動(dòng)、道路坡度及風(fēng)阻等外部干擾因素的存在，使控制系統(tǒng)魯棒性成為下位控制器設(shè)計(jì)時(shí)重點(diǎn)保證的性能。在進(jìn)行控制器的設(shè)計(jì)時(shí)需要滿(mǎn)足的最基本條件就是能夠?qū)ζ?chē)行駛狀況作出快速、準(zhǔn)確的控制，這也是汽車(chē)的防撞系統(tǒng)對(duì)于下位控制器設(shè)計(jì)的基本要求；以汽車(chē)自動(dòng)防撞系統(tǒng)的實(shí)際效果角度來(lái)看，由于汽車(chē)應(yīng)用條件發(fā)生了變化，導(dǎo)致車(chē)輛本身的動(dòng)力學(xué)參數(shù)及外界環(huán)境對(duì)車(chē)輛動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的影響會(huì)經(jīng)常的發(fā)生變化，所以在進(jìn)行下位控制器的設(shè)計(jì)時(shí)必須保證控制系統(tǒng)的魯棒性，這樣下位控制功能的實(shí)現(xiàn)受控制對(duì)象參數(shù)變化及外界干擾的影響較??；從車(chē)輛控制對(duì)象的特點(diǎn)以及自動(dòng)防撞系統(tǒng)功能的角度來(lái)看分析，為避免由于車(chē)倆控制對(duì)象中存在的不規(guī)則響應(yīng)特性和惰性帶來(lái)的沖擊和抖動(dòng)，同時(shí)便于上為控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和整個(gè)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)，下位控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有規(guī)范的輸入輸出特性，即包括上位控制器和下位控制器對(duì)象在內(nèi)的下位控制系統(tǒng)需要能夠準(zhǔn)確表示的、規(guī)范的傳遞函數(shù)。

4 目前汽車(chē)防撞系統(tǒng)設(shè)計(jì)的不足

在目前的有關(guān)汽車(chē)防撞系統(tǒng)的研究，指的安全距離一般來(lái)說(shuō)都是假設(shè)前方有靜止的車(chē)輛，所作出的分析一般也是按照車(chē)輛在靜止?fàn)顟B(tài)下所作出的分析，而在實(shí)際的汽車(chē)行駛過(guò)程中，其周?chē)h(huán)境一般都是較為多變的，所以在進(jìn)行系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)時(shí)，需要將更多的復(fù)雜因素計(jì)算在其中，比如，車(chē)輛從靜止?fàn)顟B(tài)啟動(dòng)，車(chē)輛從行駛狀態(tài)突然停車(chē)，車(chē)輛處于加速減速的狀態(tài)，都需要進(jìn)行科學(xué)的模擬，并得到精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，所謂安全的行駛距離模型必須是能夠在任何的狀況下都能做出正確快速的判斷，否則，一旦因系統(tǒng)的設(shè)計(jì)缺陷而造成了人民的生命財(cái)產(chǎn)損失，將會(huì)為駕駛?cè)藛T及家人帶來(lái)巨大的痛苦。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著公路等級(jí)的不斷提升，道路安全交通狀況也愈加復(fù)雜，汽車(chē)自動(dòng)防撞系統(tǒng)的研究也面臨更多的狀況和問(wèn)題，在進(jìn)行汽車(chē)自動(dòng)化防撞系統(tǒng)的研究過(guò)程中，研究人員需要有效的結(jié)合理論與實(shí)際情況，充分考慮實(shí)際行車(chē)中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，才能在最大程度上提高汽車(chē)防撞系統(tǒng)的可靠性與安全性，為人類(lèi)造福。

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