主動(dòng)防撞預(yù)警系統(tǒng)概述

李文娜

長春汽車工業(yè)高等專科學(xué)校 吉林省長春市 130013

1 主動(dòng)防撞預(yù)警系統(tǒng)類型

主動(dòng)防撞預(yù)警系統(tǒng)類型較多，按照控制方向分為：

1.1 縱向制動(dòng)主動(dòng)防撞系統(tǒng)

這種形式的主動(dòng)防撞主要是針對(duì)正向碰撞，當(dāng)前方出現(xiàn)當(dāng)危險(xiǎn)情況，駕駛員未及時(shí)采取相應(yīng)措施，縱向制動(dòng)防撞系統(tǒng)就會(huì)工作，實(shí)現(xiàn)汽車制動(dòng)甚至停車從而有效的避免碰撞的發(fā)生或減小碰撞過程中車輛的損壞。

1.2 側(cè)向轉(zhuǎn)向主動(dòng)防撞系統(tǒng)

通過檢測(cè)及判斷確定前方有危險(xiǎn)情況時(shí)，側(cè)向轉(zhuǎn)向主動(dòng)防撞系統(tǒng)能夠接管駕駛，是汽車主動(dòng)轉(zhuǎn)向躲避前方危險(xiǎn)車輛，同時(shí)要對(duì)危險(xiǎn)目標(biāo)的位置進(jìn)行確認(rèn)，使自車能夠安全的繞過前車。

1.3 復(fù)合型智能主動(dòng)防撞系統(tǒng)

這種主動(dòng)防撞預(yù)警系統(tǒng)所需的算法及操縱機(jī)構(gòu)要復(fù)雜很多，出現(xiàn)危險(xiǎn)情況時(shí)，該系統(tǒng)會(huì)先計(jì)算需要進(jìn)行制動(dòng)還是轉(zhuǎn)向操作，是主動(dòng)防撞效果達(dá)到最優(yōu)，從而避免碰撞的發(fā)生或減輕碰撞損壞程度。

2 主動(dòng)防撞預(yù)警系統(tǒng)的組成

主動(dòng)防撞預(yù)警系統(tǒng)包括車輛行駛信息感知模塊、車輛控制分析模塊、車輛控制輔助執(zhí)行模塊三部分構(gòu)成，三者即使獨(dú)立的又相互聯(lián)系，各個(gè)模塊即時(shí)通訊并采取相應(yīng)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)車輛安全駕駛。車輛行駛信息感知模塊主要是對(duì)車輛前方的行駛狀況進(jìn)行探測(cè)，包括：目標(biāo)速度、目標(biāo)位置、兩車距離等信息。車輛行駛信息感知模塊得到的關(guān)鍵信息，通過CAN總線傳遞到車輛控制分析模塊，車輛控制分析模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的分析，最終得到危險(xiǎn)級(jí)別等級(jí)，將對(duì)車輛進(jìn)行的控制指令傳遞給車輛控制輔助執(zhí)行模塊。車輛控制輔助執(zhí)行模塊對(duì)危險(xiǎn)情況做出相應(yīng)反應(yīng)，如：聲光報(bào)警、主動(dòng)制動(dòng)、主動(dòng)轉(zhuǎn)向等。

2.1 車輛行駛信息感知模塊

車輛行駛信息感知模塊其實(shí)是車輛信號(hào)采集系統(tǒng)，對(duì)自車的行駛狀況、探測(cè)潛在危險(xiǎn)目標(biāo)的行駛狀況及車輛行駛的道路環(huán)境等信息進(jìn)行探測(cè)，為主動(dòng)防撞系統(tǒng)準(zhǔn)確的工作打好基礎(chǔ)。利用車輛自身搭載的各種傳感器對(duì)自車的速度、加速度及轉(zhuǎn)向角等信息進(jìn)行測(cè)量。通過雷達(dá)或是攝像頭等目標(biāo)探測(cè)類傳感器對(duì)前方車輛的信息進(jìn)行探測(cè)，通過一系類的分析計(jì)算，得到自車與目標(biāo)車輛相對(duì)位置、相對(duì)速度及相對(duì)方位等信息。行車信息感知模塊探測(cè)到的相應(yīng)信息，傳遞給控制預(yù)算模塊進(jìn)行相應(yīng)的分析處理。

車輛行駛信息感知模塊最關(guān)鍵的部件便是目標(biāo)探測(cè)傳感器，利用目標(biāo)探測(cè)傳感器獲得前方危險(xiǎn)車輛的運(yùn)行速度、相對(duì)位置等信息，并將得到的信息傳遞給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的分析處理，最終得到準(zhǔn)確的目標(biāo)車輛信息。

目前市場(chǎng)上存在的目標(biāo)探測(cè)傳感器主要包括：毫米波雷達(dá)傳感器、視覺傳感器、超聲波傳感器、激光雷達(dá)傳感器等：

2.1.1 毫米波雷達(dá)

通過測(cè)定和分析反射與發(fā)射的無線波之間的關(guān)系得到目標(biāo)車輛的速度、方向和位置等信息。目前，應(yīng)用在車上的毫米波雷達(dá)頻率一般為為24GH和77GHz，實(shí)際的測(cè)距范圍在100-200m左右。毫米波雷達(dá)工作比較可靠，但是無法確定前方障礙物是什么，需要與其他的探測(cè)傳感器一起使用，達(dá)到較好的探測(cè)效果。

2.1.2 激光雷達(dá)傳感器

發(fā)射激光束探測(cè)物體的方位、速度信息。具有極高的距離分辨率、角分辨率、速度分辨率，在較好的天氣情況下，可以滿足使用需求。在惡劣天氣時(shí)會(huì)受天氣影響較大，不能很好的進(jìn)行測(cè)量，使其應(yīng)用受到一定的限制。

2.1.3 視覺傳感器

目前市面上主要有單眼攝像頭和立體攝像頭兩種，與其他傳感器相比視覺傳感器可以對(duì)物體的形狀進(jìn)行識(shí)別，更容易分辨被探測(cè)物體的類別，而且其視角大、角度分辨率高，符合主動(dòng)防撞的需求。單眼攝像頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一般體型小、成本也較低，可以追加附加設(shè)備。立體攝像結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，有兩個(gè)攝像頭，使用時(shí)需要對(duì)兩個(gè)攝像頭進(jìn)行矯正，其得到的數(shù)據(jù)較大，處理起來比較復(fù)雜，應(yīng)用場(chǎng)合比較狹窄。視覺傳感器受視野范圍的影響，無法對(duì)較遠(yuǎn)距離的物體進(jìn)行識(shí)別。

2.1.4 超聲波傳感器

是一種振蕩頻率高于聲波的機(jī)械波，成本較低，防水、防塵、少量的泥沙遮擋仍可工作。但是其探測(cè)距離較短，響應(yīng)時(shí)間較長，分辨率低，很難進(jìn)行前向的探測(cè)，一般用在倒車?yán)走_(dá)。

2.2 車輛控制分析模塊

經(jīng)過車輛行駛信息感知模塊得到自身車輛的行狀態(tài)、前方目標(biāo)車輛的行車信息及兩者之間的相對(duì)信息，車輛行駛信息感知模塊將采集的數(shù)據(jù)傳送給車輛控制分析模塊。控制預(yù)測(cè)模塊已經(jīng)預(yù)先加入安全建立模型和危險(xiǎn)報(bào)警控制策略，當(dāng)汽車行駛信息模塊信息傳送過來數(shù)據(jù)，車輛控制分析模塊便可分析出當(dāng)前車輛所處的環(huán)境，進(jìn)而判別該車輛行駛環(huán)境是否處于危險(xiǎn)的情況，將不同級(jí)別的危險(xiǎn)情況信息和相應(yīng)的執(zhí)行數(shù)據(jù)傳送到車輛控制輔助執(zhí)行模塊。

2.3 車輛控制輔助執(zhí)行模塊

由于駕駛員的駕駛習(xí)慣、駕駛技術(shù)、精神狀態(tài)都不一樣，可能會(huì)因?yàn)樽约旱囊粫r(shí)疏忽而釀成悲劇，為避免因?yàn)轳{駛員誤操作引起的危險(xiǎn)情況，需要借助車輛輔助執(zhí)行機(jī)構(gòu)來避免危險(xiǎn)發(fā)生，通常輔助駕駛機(jī)構(gòu)主要有光電提示裝置、輔助制動(dòng)裝置、語音提示裝置、油門控制機(jī)構(gòu)等。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到危險(xiǎn)情況時(shí)，通過光電提示裝置及語音提示裝置進(jìn)行顯示報(bào)警及聲音報(bào)警提示，光電提示裝置主要進(jìn)行圖像顯示、危險(xiǎn)級(jí)別顯示，語音模塊進(jìn)行語音提示。

通過輔助裝置可以使駕駛員更好的掌握駕駛環(huán)境，避免危險(xiǎn)交通事故的發(fā)生。駕駛員在極端危險(xiǎn)情況下，沒有制動(dòng)或轉(zhuǎn)向動(dòng)作、甚至采取錯(cuò)誤操作，該系統(tǒng)會(huì)主動(dòng)的接管車輛，通過車輛輔助執(zhí)行模塊，自主進(jìn)行減速、制動(dòng)等操作。當(dāng)探測(cè)到碰撞不能避免時(shí)，車輛執(zhí)行輔助機(jī)構(gòu)將進(jìn)行主動(dòng)制動(dòng)，使汽車減速，與此同時(shí)勒緊安全帶，盡量減少碰撞損失。

3 主動(dòng)防撞預(yù)警系統(tǒng)工作過程

根據(jù)上述三個(gè)模塊工作原理，我們得到主動(dòng)防撞預(yù)警系統(tǒng)工作流程如下：

3.1 采集自身車輛和前方目標(biāo)車輛信息

利用車載傳感器得到自身車輛行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)，利用車輛裝載的探測(cè)傳感器，得到自車與目標(biāo)車輛的相對(duì)速度、相對(duì)位置、相對(duì)方位等數(shù)據(jù)。

3.2 分析數(shù)據(jù)得到直接危險(xiǎn)目標(biāo)

車輛行駛環(huán)境較為復(fù)雜，很多場(chǎng)景并不是危險(xiǎn)情況，應(yīng)通過數(shù)據(jù)分析排除掉這些干擾信號(hào)，例如超車、回車、轉(zhuǎn)彎等情況，這些都不是危險(xiǎn)情況，但在探測(cè)時(shí)會(huì)被雷達(dá)探測(cè)到，此時(shí)需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，辨別出是否為危險(xiǎn)目標(biāo)。

3.3 通過分析探測(cè)數(shù)據(jù)得到危險(xiǎn)等級(jí)

前車會(huì)不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，根據(jù)這些情況，制定相應(yīng)安全車距模型，將自車與目標(biāo)車輛實(shí)際距離與安全車距模型作比較，最終分析是否為安全距離。

3.4 報(bào)警提示與輔助執(zhí)行

當(dāng)車輛處于危險(xiǎn)情況時(shí)，需要及時(shí)的通過聲光報(bào)警提醒駕駛員，如果情況非常危急，系統(tǒng)將通過輔助執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制油門及制動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)汽車安全駕駛。

4 主動(dòng)防撞預(yù)警系統(tǒng)目標(biāo)要求

主動(dòng)防撞預(yù)警系統(tǒng)主要的目的是為了輔助駕駛員進(jìn)行車輛的安全駕駛，在必要的時(shí)候采取動(dòng)作。當(dāng)駕駛員沒有采取措施時(shí)，該系統(tǒng)接管駕駛實(shí)現(xiàn)車輛的安全駕駛。該系統(tǒng)主要功用是輔助駕駛，并不能取代駕駛員實(shí)現(xiàn)主動(dòng)駕駛，在系統(tǒng)工作期間若駕駛員采取正確措施，系統(tǒng)將不進(jìn)行主動(dòng)操縱，只進(jìn)行目標(biāo)探測(cè)和聲光提示，設(shè)有系統(tǒng)開關(guān)，駕駛員可以根據(jù)自己的需求進(jìn)行選擇是否使用該系統(tǒng)。

裝有主動(dòng)防撞預(yù)警系統(tǒng)的車輛必須實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）當(dāng)危險(xiǎn)目標(biāo)出現(xiàn)時(shí)，能過準(zhǔn)確預(yù)測(cè)；

（2）可得到自車信息、危險(xiǎn)目標(biāo)信息及兩者之間的相對(duì)位置、相對(duì)速度等信息；

（3）對(duì)本車的運(yùn)動(dòng)軌跡有一定預(yù)估能力；

（4）準(zhǔn)確探測(cè)目標(biāo)車輛的運(yùn)動(dòng)速度；

（5）當(dāng)實(shí)際情況符合安全策略模型時(shí)，要進(jìn)行相應(yīng)的提醒。

有很多情況汽車是處于安全狀態(tài)，主動(dòng)防撞預(yù)警系統(tǒng)不需要報(bào)警：

（1）危險(xiǎn)目標(biāo)車速大于自車車速；

（2）駕駛員采取主動(dòng)制動(dòng)；

（3）分析得到車輛在相鄰車道；

（4）駕駛員進(jìn)行換道或是高頻率的動(dòng)態(tài)操作。

5 結(jié)語

主動(dòng)防撞預(yù)警系統(tǒng)是現(xiàn)在車輛上較常見的智能輔助系統(tǒng)，可以幫助駕駛員更好的駕駛，是駕駛員關(guān)注點(diǎn)之一。該系統(tǒng)需要準(zhǔn)確的判斷自車的行駛信息、目標(biāo)車輛信息及兩者的相對(duì)位置、相對(duì)速度等信息，擁有合適的安全距離模型和合理的安全控制策略，才能實(shí)現(xiàn)車輛安全行駛。每一個(gè)過程都需要進(jìn)行更加深入的探索，該技術(shù)正在不斷的完善過程中，相信通過不斷的研發(fā)及探索，可以達(dá)到更加理想的主動(dòng)防撞預(yù)警效果。