汽車主動防撞系統(tǒng)設(shè)計研究

丁家寶

摘要：隨著我國汽車保有量的增加，對汽車的安全性有了更高的要求。為了提高汽車行駛的安全性，在汽車設(shè)計時會研究防撞系統(tǒng)。汽車安全性設(shè)計可分為主動安全和被動安全，主動安全設(shè)計為可避免汽車發(fā)生安全事故，被動安全設(shè)計為在汽車發(fā)生安全事故時能夠確保駕乘人員的安全性?，F(xiàn)階段我國汽車安全設(shè)計主要以被動安全設(shè)計為主，隨著安全需求的提升，主動安全設(shè)計成為汽車設(shè)計發(fā)展的重要趨勢。文章主要對主動防撞系統(tǒng)研究開發(fā)進(jìn)行分析，目的在于盡可能的避免事故的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：汽車設(shè)計;安全性;主動防撞系統(tǒng);控制系統(tǒng);執(zhí)行機(jī)構(gòu)

1 ?設(shè)計的目的與意義

伴隨著中國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，汽車作為現(xiàn)代交通工具越來越普及。伴隨使用頻率和公路等級不斷提高，汽車的行駛速度逐漸加快，方便了人們出行也促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。以此同時也帶來了一定的負(fù)面影響，能源的浪費(fèi)，環(huán)境的污染以及交通事故的發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計，國內(nèi)外因?yàn)槠嚱煌ㄊ鹿识l(fā)的人員傷亡和財產(chǎn)損失十分巨大，在全世界幾乎平均每分鐘就有一人死于交通事故，汽車交通事故已成為一大社會公害。頻發(fā)的事故引起人們對汽車行駛安全更多的重視。

而傳統(tǒng)的汽車安全設(shè)計系統(tǒng)，主要是針對汽車在發(fā)生安全事故以后如何采取有效措施來保證駕乘人員的安全性，卻忽略了對汽車自身的保護(hù)，這種設(shè)計理念已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代交通的安全需求，所以需要在理念和技術(shù)兩個方面對汽車防撞系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計和研究。汽車主動防撞系統(tǒng)研究的核心為通過研發(fā)的裝置能夠?qū)ζ嚽胺揭约爸車能囕v運(yùn)行情況進(jìn)行測量，然后通過大量的數(shù)據(jù)分析能夠進(jìn)行自動安全控制。此種設(shè)計理念為在汽車可能具有碰撞安全的風(fēng)險時，提前采取相應(yīng)措施避免安全事故的發(fā)生，大大降低安全事故的發(fā)生，減少人員傷亡和財產(chǎn)損失，這是我國汽車安全設(shè)計應(yīng)該面對的問題。

2 ?汽車主動防撞系統(tǒng)總體設(shè)計

2.1 汽車主動防撞系統(tǒng)概述

汽車主動防撞系統(tǒng)（automatic bump-shielded system of the automobile）是智能汽車的一部分。汽車主動防撞系統(tǒng)，是主動防止汽車發(fā)生碰撞事故的一種智能系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過防撞裝置能夠?qū)ζ嚨倪\(yùn)行環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，對于可能會與汽車發(fā)生碰撞的車輛、行人以及其他障礙物都能夠有效監(jiān)測到，然后系統(tǒng)會發(fā)出警報，并且系統(tǒng)的控制部分會采取相應(yīng)的措施以規(guī)避危險源，防止安全事故的發(fā)生。

據(jù)相關(guān)資料顯示有70%～90%的事故原因是由于駕駛員本身操作原因造成的，如果能在事故發(fā)生之前提醒駕駛員或是能夠自我改變行車情況來避免事故的發(fā)生，對減少汽車事故的發(fā)生有著很大的幫助。汽車主動防撞系統(tǒng)正是實(shí)現(xiàn)這一功能的技術(shù)手段。

2.2 汽車主動防撞系統(tǒng)當(dāng)前技術(shù)

具體來講，汽車主動防撞系統(tǒng)包含照明燈、信號燈、汽車前后的視野、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和制動系統(tǒng)等。由公安部交通管理局的統(tǒng)計資料表明每年都會有一部分交通事故是因?yàn)闊艄馐?、轉(zhuǎn)向失靈和制動不良引起的，盡管由于汽車系統(tǒng)不良造成的交通事故占得比例不是主要的，但是引起的傷亡事故人數(shù)也是驚人的。汽車生產(chǎn)制造商決不能輕視，必須從設(shè)計制造和檢驗(yàn)各個環(huán)節(jié)給予高度重視，力求做到萬無一失。

目前市場上開發(fā)的汽車主動防撞系統(tǒng)有3種類型：

①車輛主動防撞報警CWS（collision warning System）系統(tǒng)。它是專門針對減輕減少汽車碰撞危害發(fā)生而研發(fā)的，該系統(tǒng)會對探測到的危險情況給出警報，其主要的目的是在危險情況下能及時提醒駕駛員，使駕駛員有多一點(diǎn)反應(yīng)時間來避免即將發(fā)生的交通安全事故，這一系統(tǒng)在美國的部分公交車以及重型貨車中已經(jīng)有所應(yīng)用。

②車輛自適應(yīng)巡航控制ACC（adaptivecruisecontrol）系統(tǒng)，其主要目的是主動防撞，該系統(tǒng)對于簡單的道路交通能夠?qū)崿F(xiàn)巡航控制，并且具有主動防撞技術(shù)，現(xiàn)階段在高檔轎車設(shè)計中有所應(yīng)用，該技術(shù)還可以減輕駕駛員的駕駛疲勞，讓駕駛員保持較好的精力和注意力，不會讓駕駛員疲勞駕駛從而減少事故的發(fā)生。

③復(fù)合型車輛智能控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)比較適用于交通環(huán)境比較復(fù)雜的市區(qū)交通中，在ACC自巡航系統(tǒng)基礎(chǔ)上，輔以車輛停走系統(tǒng)，可大大提高車輛智能控制的效率。相對于ACC自巡航系統(tǒng)，停走系統(tǒng)由于所處交通環(huán)境的復(fù)雜和系統(tǒng)對硬件要求程度高，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)難度很大，各個汽車工業(yè)發(fā)達(dá)的生產(chǎn)商都早早注意到這項技術(shù)而且早已積極地開展研發(fā)。復(fù)合型車輛智能控制系統(tǒng)是較符合大眾理想型的主動防撞系統(tǒng)，也是我們努力想要得到的主動防撞系統(tǒng)，相信在未來不久一天此項技術(shù)會很完善的用于實(shí)際車輛上。

2.3 主動防撞系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與組成

現(xiàn)有的汽車主動防撞系統(tǒng)基本都是由三部分組成，分別如下：

①信號采集系統(tǒng)：該系統(tǒng)主要是各項數(shù)據(jù)信息的采集，包括本身及前車的行駛速度，兩車間的距離，車輛行駛狀態(tài)以及駕駛員狀態(tài)?？衫美走_(dá)、聲吶、激光以及超聲波等技術(shù)進(jìn)行測量。

②數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：在獲取兩車的距離以及瞬時相對速度后，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)會對所采集的信息進(jìn)行分析，如果兩車的安全距離較小，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)就會發(fā)出指令。同時該系統(tǒng)還會對行車狀態(tài)和駕乘狀態(tài)做出分析，然后決定是否發(fā)出指令。

③執(zhí)行機(jī)構(gòu)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要是按照數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的指令執(zhí)行操作，以警報的方式提醒駕駛員做出調(diào)整。如果駕駛員沒有根據(jù)警報提醒進(jìn)行相應(yīng)的操作，執(zhí)行機(jī)構(gòu)就會主動采取安全控制措施。執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以自動啟動防抱死剎車裝置，自動判斷是否轉(zhuǎn)向，自動關(guān)閉汽車各窗戶，自動調(diào)整座椅等一系列盡量防止人員受到傷害的動作指令。當(dāng)乘客遭受碰撞撞擊時，最大限度受到車內(nèi)被動安全保護(hù)。

2.4 系統(tǒng)總體設(shè)計

汽車主動防撞系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下四項功能：第一，在路況正常時，能夠幫助駕駛員自動控制車輛，可緩解駕駛員的疲勞感;第二，在駕駛員駕駛狀態(tài)不佳的情況下，能夠保證的車輛行駛的安全性;第三，在天氣比較惡劣時，能夠幫助駕駛員提高對路況的感知能力，確保車輛安全行駛;第四，在緊急情況下能夠避免或者減少安全事故的發(fā)生，最大程度保證車輛和駕乘人員安全。前兩項功能的實(shí)現(xiàn)能夠有效提升汽車行駛的安全性，為降低交通事故的發(fā)生創(chuàng)造有利條件。主動防撞系統(tǒng)設(shè)計主要是通過檢測系統(tǒng)測量本身與前車的行駛速度以及相對距離，從而將車速以及兩車距離控制在安全范圍內(nèi)。系統(tǒng)總體設(shè)計框圖如圖2。

主動防撞系統(tǒng)的設(shè)計是基于車輛行駛信息的獲取，通過在車上安裝的傳感器、紅外激光雷達(dá)系統(tǒng)來采集有效信息。通過安裝在車上的傳感器能夠獲取車輛加速度、車輪車速、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、制動壓力、節(jié)氣門開度、轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩、制動踏板動作等各項信息，而安裝在車輛前的紅外激光雷達(dá)能夠探知本車與前方障礙物之間的距離以及相對運(yùn)動速度等信息。主動防撞系統(tǒng)將獲取到的信息傳遞到中央控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)經(jīng)過對各項數(shù)據(jù)的綜合分析，能夠判斷出本車與前車或者前方障礙物之間的距離以及相對運(yùn)行狀態(tài)，然后按照車輛自身運(yùn)行狀態(tài)的判斷結(jié)果，控制系統(tǒng)控制節(jié)氣門執(zhí)行器、轉(zhuǎn)向執(zhí)行器和制動執(zhí)行器，將本車的行駛速度控制在安全范圍內(nèi)，確保本車與前車或者前方障礙物之間維持安全距離，防止發(fā)生碰撞，避免交通事故的發(fā)生。

根據(jù)原理主動防撞系統(tǒng)自身設(shè)計的工作過程可分為3部分：

①汽車在正常行駛狀態(tài)下，自身的主動防撞系統(tǒng)會利用雷達(dá)、激光、聲納、紅外線、超聲波等技術(shù)，對本車前方以及周圍的所有目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測，然后將獲取的數(shù)據(jù)信息傳遞給中央處理系統(tǒng)。系統(tǒng)會對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行安全程度預(yù)判計算，如果計算結(jié)果顯示汽車處于安全狀態(tài)，則主動防撞系統(tǒng)不會做出任何動作，不干擾駕乘人員的正常駕駛，同時駕乘人員可以隨時根據(jù)自己需要選取適合當(dāng)前的模式進(jìn)行對車輛自行控制。

②如果當(dāng)處理系統(tǒng)進(jìn)過計算后判斷當(dāng)前狀態(tài)時處于危險狀態(tài)時主動防撞系統(tǒng)會做出動作，首先是自動切斷油門，若此時駕乘人員還未做出相應(yīng)的措施，則防撞系統(tǒng)將自動控制汽車做出最有利于汽車本身的安全措施制動或是轉(zhuǎn)向，并調(diào)用其他相關(guān)的控制車輛系統(tǒng)（如ABS、ESP車身穩(wěn)定控制程序等），使車輛脫離危險避免發(fā)生碰撞的同時保證自身的安全。當(dāng)車輛行駛狀態(tài)恢復(fù)正常時，或者駕駛?cè)藛T已經(jīng)采取安全控制措施，則防撞系統(tǒng)的指令會根據(jù)實(shí)際情況自動解除，回到正常行駛狀態(tài)。

③當(dāng)車速過高或是情況突發(fā)時間短造成危險無法避免時，主動防撞系統(tǒng)除了采取盡量遠(yuǎn)離和減少危險的控制外，還會根據(jù)當(dāng)時的情況來判斷障礙物類型以及危險程度的大小，然后采取最佳的被動安全措施，選擇保護(hù)乘客或者保護(hù)行人，將危險控制在最小范圍內(nèi)。目前國內(nèi)外已有的主動防撞系統(tǒng)的研究大多數(shù)是集中在碰撞系統(tǒng)的縱向控制。

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