汽車緊急制動控制模型及其安全性分析與研究

張立霞 賈同國 于濤

摘 要：主要研究汽車緊急制動控制及其安全性，在對緊急制動工作過程進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，通過結(jié)合Carsim和 Simulink軟件完成了緊急制動控制。根據(jù)兩車間的安全行駛距離，采用的模糊控制策略，其輸入變量為兩車間距及相對速度、輸出變量為主缸制動壓力。對該制動系統(tǒng)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)的模糊控制策略在制動過程中能有效實(shí)現(xiàn)，同時，顯著提升了車輛的安全性和乘坐舒適性。

關(guān)鍵詞：汽車緊急制動系統(tǒng); 控制模型; 模糊控制; 安全性; 舒適性

中圖分類號： U463.5

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

Abstract：This paper mainly studies the emergency brake control and its safety. Based on the analysis of the emergency brake work process， the control of the emergency brake control model is completed by combining Carsim and Simulink software. The input variables of the fuzzy control strategy used are the two-vehicle distance and relative speed， and the output variable is the master cylinder brake pressure. The simulation experiment analysis of the brake system shows that the fuzzy control strategy of the system works well. The brake function is effectively realized， the safety and ride comfort of the vehicle are significantly improved.

Key words：Automobile emergency braking system; Control model; Fuzzy control; Safety; Comfort

0 引言

我國國產(chǎn)汽車近幾年得到了迅猛發(fā)展，不斷提高的生產(chǎn)技術(shù)為汽車整體性能的提高提供了技術(shù)支撐，我國高速公路里程不斷增加，汽車已經(jīng)成為日常出行必不可少的交通工具，隨著汽車保有量的不斷增加，伴隨而來的交通事故逐漸增多，據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國每年幾十萬起的交通意外事故有對人們的生命及財(cái)產(chǎn)安全產(chǎn)生了嚴(yán)重威脅和影響，而制動失誤已成為交通事故的主要誘因，車輛發(fā)生意外后由低效的緊急制動過程導(dǎo)致車輛滑移原路線發(fā)生碰撞或翻車，其所引發(fā)的問題使人們對汽車的安全性能及操作性能的要求不斷提高，本文主要完成了汽車緊急制動控制模型及控制策略的構(gòu)建，以期提高汽車緊急制動過程的安全性和舒適性。

1 現(xiàn)狀分析

不斷發(fā)展完善的汽車技術(shù)為車輛整體安全舒適性能的實(shí)現(xiàn)提供了支撐，隨著自動化及智能化理念的深入人心，公眾對汽車的主動安全性能的關(guān)注程度不斷提高。作為汽車主動安全的重要構(gòu)成自動緊急制動（AEB）系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)成為提高車輛（處于行駛狀態(tài)）應(yīng)對包括爆胎、碰撞等在內(nèi)的潛在危險能力的有效手段，是部分豪華車宣傳的高科技亮點(diǎn)，歐盟Euro NCAP、美國IIHS、日本JNCAP、中國C-NCAP的新車評估體系中均納入了AEB系統(tǒng)，AEB系統(tǒng)已成為車輛獲取高評分的一項(xiàng)重要標(biāo)準(zhǔn)，駕駛員在車輛前方出現(xiàn)潛在安全隱患的情況下采取不正確的措施（如未采取制動措施、制動壓力不足等）會使車輛發(fā)生碰撞的概率增加，需通過自動緊急制動系統(tǒng)主動代替駕駛員發(fā)揮制動功能以確保車輛安全。汽車緊急制動系統(tǒng)已成為研究重點(diǎn)之一，現(xiàn)有研究中大多對最大制動減速度進(jìn)行設(shè)定（以路面狀況為依據(jù)、固定最大減速度），將制動主缸的壓力設(shè)置為某一定值，不利于連續(xù)動態(tài)的調(diào)整以滿足不同的制動需求[1]。為此本文完成了一種緊急制動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)基于模糊控制理論，制動壓力可根據(jù)不同的制動階段代替調(diào)整，有效提升了車輛的安全性和舒適性。

2 自動緊急制動系統(tǒng)工作流程分析

車輛的減速和停止通常使用某一固定主缸壓力實(shí)現(xiàn)，過小的壓力會降低應(yīng)對突發(fā)事件效果不利于確保車輛的安全，而突然施加過大的制動壓力會顯著降低車輛乘坐舒適性。自動緊急制動（AEB）系統(tǒng)通過雷達(dá)、攝像頭的使用完成對前方車輛的持續(xù)監(jiān)測過程，在兩車有碰撞危險的情況下（通過控制器完成判斷），先提醒駕駛員進(jìn)行制動（通過聲音、警示燈），駕駛員超過一定時間后未采取制動操作或制動壓力不足，系統(tǒng)會及時發(fā)揮輔助提高制動壓力到需求值的作用，以有效避免或減少交通事故的發(fā)生。

2.1 制動過程

制動距離是影響車輛發(fā)揮緊急制動效果的直接因素，圖1為汽車制動過程，汽車主缸制動壓力由Fp表示，制動減速度由ab表示，接到緊急停車信號（t=0 時）的駕駛員反應(yīng)時間由t′1表示，并在t=a時迅速抬腳踩制動踏板（這一過程持續(xù)的時間由t″1表示），制動踏板在t=b時開始下移直至踏板力達(dá)到最大值（即點(diǎn) d，這一過程用時由t2表示），克服制動踏板間隙及制動力增長所需時間分別由t″2和t′2表示。汽車從c點(diǎn)開始減速到e點(diǎn)時達(dá)到最大制動壓力，用時為t3的e到f屬于持續(xù)制動過程（在f處完全停止），放松制動器后消除制動壓力過程所需時間由t4表示。駕駛員制動過程雖存在一定的差異，但通常很難縮短整個反應(yīng)時間（即t1=t′1+t″1），因此控制t′2和t″2成為控制前后車輛距離的關(guān)鍵所在[1]。

前后兩車通過AEB系統(tǒng)保證相互間有足夠的安全距離，安全距離會受到前后兩車運(yùn)行狀態(tài)的較大影響。汽車主要分為勻速、加速、減速、靜止四種狀態(tài)，前、后車分別以其中的某一狀態(tài)向前行駛。假設(shè)前車靜止，前后兩車的運(yùn)行狀態(tài)根據(jù)由vrel表示的兩車相對速度可分為3種情況：后車行駛速度大于前車，vrel=v2-v1>0;前車行駛速度大于后車，vrel=v2-v1<0;兩車相對靜止vrel=v2-v1=0。后兩種運(yùn)行工況下不存在碰撞問題無需考慮，只需考慮第1種運(yùn)行工況，且在兩車間距S