汽车防撞系统的自动化论述

薛金波

摘 要：随着经济的发展和社会的进步，汽车的生产规模不断扩大，公路的等级也在不断的提升，尤其是高速公路的发展更是迅猛，汽车行驶的速度不断加快，在这样的大背景下，汽车的安全行驶问题也受到越来越多人的关注。所以，深入研究汽车的防撞系统，提高行驶过程中的安全性，对于避免事故发生具有重要的意义。

关键词：汽车；防撞系统；自动化；论述

我国的道路交通事故频发，已经渐渐成为主要的社会危害之一，对于人们的正常生活以及经济增长都造成了极大的阻碍。当前，我国研究人员在汽车安全系统方面的研究已经具备了一定的基础，结合我国道路交通的统计数据来看，在最近五年我国的交通事故发生次数、伤亡人数以及直接造成的经济损失都在呈现明显的下降趋势，但是我们绝不可以掉以轻心，认为我国汽车的安全防撞系统发展足够完善，每年我国发生车祸的次数仍旧非常巨大。为了有效的降低汽车事故的发生，世界各个国家都开始投入了巨大的人力和物力。各国政府相继出台完善了有关汽车交通的法律法规来提高人们的忧患意识和安全意识，同时，研发人员开始大力开展汽车安全防撞系统的研发工作。当前已知的汽车安全系统主要分为主动安全系统和被动安全系统两大主要的部分，主动安全系统包括汽车防抱死（ABS）系统、紧急刹车的辅助控制系统等传统意义上的汽车安全系统。这些安全系统的使用可以大大增强汽车行驶的安全性，有效缩短安全制动距离，降低汽车的碰撞率。但是这些系统离不开人工的控制，不能精准预测并躲避交通事故的发生。被动安全系统主要包含安全气囊，儿童安全座椅以及安全带之类的安全系统，这类安全系统并不能降低汽车碰撞率，但是可以大大降低道路事故中的生命财产损失。所以，积极研制一套可以为驾驶人员提供预警以及辅助制动的安全系统，对于维护人们的生命财产，弥补当前安全系统的漏洞十分重要，其发展前景也十分广阔，拥有十分巨大的现实意义。

1 目前国外的汽车防撞系统研究概况

从20世纪中后期开始，人们对于汽车自动防撞系统的研究正式开始。当时，很多汽车工业发展水平较高的发达国家开始逐渐扩大对于该系统的研发力度和研发精力，但是受到当时发展水平较低的物理研究和硬件因素的限制，对于汽车防撞安全系统的研究一直没有取得实质性的进展。直到20 世纪后期，德国奔腾公司率先提出并发起了“普罗米修斯”计划，使得原本已经近乎停滞状态的汽车安全系统的研发重新绽放出了年轻的活力。此次计划的研究重点既是汽车的雷达系统，从此该系统也成为了世界各个汽车研发机构的重点研究内容 ，随着相关技术领域的逐步发展，雷达系统发展也迎来了发展的黄金期，德国自此成为最早掀起汽车安全防撞系统研究热潮的国家。

德国沃尔沃公司一直将车自动化防碰系统的研究作为公司的研究重点内容，既2006年公司研发团队正式开发出自适应带刹车辅助的碰撞警示系统以及巡航控制系统之后，在2007 年，又相继出台了驾驶员警示控制系统、车道偏离警示系统以及带自动刹车功能的碰撞警示系统等一系列控制系统。美国在有关汽车安全控制系统方面的研究起步相对较晚，但是其系统研发周期及研发速度却是世界首屈一指的，截止到当前，美国汽车自动化防碰撞技术已经处于世界汽车技术的前列。预警系统和车载雷达探测是防碰预警系统的主要运用领域，美国研发的汽车防撞系统采用了先进的自动毫米波雷达，成功的将军事防御雷达巧妙的运用在了商业产品中，性价比非常高。

2 当前国内的系统研发情况

当前我国国内对于汽车自动防撞系统的研究仍然处于研发的初级阶段，技术领域与发达国家相比还有很大的差距，研究的范围相对来说具有应的局限性，主要是集中在大型汽车企业以及科研院中，对于该技术的研究还处于摸索的阶段。

2.1 模糊控制理论

模糊控制理论主要是将模糊理论，模糊语言变量以及模糊逻辑推理的相关技术综合运用于汽车的防撞控制系统中，这样制作出来的防撞控制系统更加趋近于人性化，能够运用和人相近的思维方法来对汽车行驶做出一定的预判，在一定程度上对汽车做出和司机一样控制。将模糊控制理论应用于汽车的安全控制系统中可以将人的思维与判断通过建立相对简单数学模型而呈现出来，虽然国内这套理论还处于研究探索的阶段，但是可以预见，一旦这种技术的研究成功，一定会被业界广泛的运用。在汽车的自动控制系统中，将人类的思维与控制技术整合到自动控制系统中 ，是对于汽车自动化防撞系统研究的又一具有历史意义的飞跃。模糊控制的基础是模糊集成论，方便精确模型的建立 ，即使是完全凭经验的可控系统也可以得到有效的控制。

2.2 基于模糊理论的汽车自动防撞研究情况

目前基于模糊控制理论而创造出的汽车自动防撞研究主要包含几个重要方面，即报警提醒、跟踪识别以及减速刹车等。

2.2.1 报警提醒 ： 司机在驾驶汽车时，智能报警系统可以显示汽车行驶中的实时车速以及汽车前方的车辆情况、可能存在的威胁等。当驾驶人员的汽车行驶速度过快或与前方车辆未能保持安全距离时，防撞系统就会自动提醒司机前方有危险情况，这样就可以大大降低发生的车祸的可能性。

2.2.2 跟踪识别 ： 利用汽车内部安装的先进雷达识别系统，对行驶车辆前方的动静态目标进行实时监测，智能的计算与分析前方障碍物的运行轨迹和状态，推断出前方障碍物是否对本车具有危险性，如果系统判断前方的障碍物会对本车的安全造成直接的威胁，而司机又没有及时的采取减速或是停车的措施时，雷达便会将采集的数据直接转换为可执行信号，强制性的进行紧急减速或停车，这样可以有效的避免汽车道路交通事故的发生。

2.2.3 减速刹车 ： 在汽车突然遇到危险时，系统可以主动的执行从中央处理系统发出的紧急制动指令，使汽车做出快速的减速、刹车以及停车动作，能够有效的避免车祸的发生。

针对不同的车速以及行驶天气情况，汽车的防撞系统可以进行实时的路据监测，自动启动汽车中央处理器，对于道路中所出现的交通状况进行紧急处理。采取这种控制系统不会对汽车赝本的结构和构造产生影响，也不会对汽车的制动性能产生影响。当汽车在行驶中发现有对车构成威胁的障碍物时 ，汽车自动防撞控制器可以自动完成减速以及停车等动作，防止汽车碰撞事故的发生。在后车有追尾的可能性时，汽车会自动的亮起后刹车灯，提醒后车司机注意，同时也会预留出后车的制动距离，有效的避免事故发生。

3 汽车自动防撞系统的设计

汽车自动防撞系统是利用对车辆纵向动力学控制来实现其控制车辆的系统功能，系统研究中最为关键的步骤即是控制系统的设计。控制系统共分为控制功能定义层、上位控制器以及下位控制器设计三部分。

3.1 巡航控制系统的上位控制器设计

汽车的制动防撞系统主要需要具有的功能包括定速巡航控制以及目标安全距离控制。上位控制器的主要起到确定出行车需要的汽车加速度。汽车巡航控制系统的研究，其主要目的是当汽车行驶在一定的车速范围内，驾驶员可以不用控制加速踏板，而是由该系统以设定的速度行驶实现自我控制的装置。在汽车上安装这种控制系统，在高速公路上长时间行驶时，由于驾驶员可以不用控制加速踏板，大大降低了驾驶人的疲劳，提高了行驶安全性，也减少了不必要的车速变化，节省了汽车行驶燃料。汽车的巡航控制系统主要由巡航控制开关、车速传感器、节气门执行器和控制器等组成。控制器有两个输入信号，一个是驾驶员按要求设定的指令车速，直接由驾驶员设定，另一个是实际车速的反馈信号，由车速传感器检测后反馈给控制器，控制器检测这两个输入信号之间的偏差后，经过一定的控制计算，产生一个送至节气门执行器的控制信号节气门执行器根据所接受到的节气门控制信号调节发动机节气门开度，从而是车速保持稳定。

3.2 下位控制器的设计

下位控制器的主要功能就是为了有效的对车辆动力学系统进行控制，车辆动力学系统实现了期望的车辆加速度。汽车自动防撞系统通过对车辆加速度的精确控制实现了系统功能，由于车辆动力学系统的非线性及车辆质量变动、道路坡度及风阻等外部干扰因素的存在，使控制系统鲁棒性成为下位控制器设计时重点保证的性能。在进行控制器的设计时需要满足的最基本条件就是能够对汽车行驶状况作出快速、准确的控制，这也是汽车的防撞系统对于下位控制器设计的基本要求；以汽车自动防撞系统的实际效果角度来看，由于汽车应用条件发生了变化，导致车辆本身的动力学参数及外界环境对车辆动力学系统的影响会经常的发生变化，所以在进行下位控制器的设计时必须保证控制系统的鲁棒性，这样下位控制功能的实现受控制对象参数变化及外界干扰的影响较小；从车辆控制对象的特点以及自动防撞系统功能的角度来看分析，为避免由于车俩控制对象中存在的不规则响应特性和惰性带来的冲击和抖动，同时便于上为控制系统的设计和整个系统功能的实现，下位控制系统应当具有规范的输入输出特性，即包括上位控制器和下位控制器对象在内的下位控制系统需要能够准确表示的、规范的传递函数。

4 目前汽车防撞系统设计的不足

在目前的有关汽车防撞系统的研究，指的安全距离一般来说都是假设前方有静止的车辆，所作出的分析一般也是按照车辆在静止状态下所作出的分析，而在实际的汽车行驶过程中，其周围环境一般都是较为多变的，所以在进行系统的研究和设计时，需要将更多的复杂因素计算在其中，比如，车辆从静止状态启动，车辆从行驶状态突然停车，车辆处于加速减速的状态，都需要进行科学的模拟，并得到精准的数据，所谓安全的行驶距离模型必须是能够在任何的状况下都能做出正确快速的判断，否则，一旦因系统的设计缺陷而造成了人民的生命财产损失，将会为驾驶人员及家人带来巨大的痛苦。

5 结语

随着公路等级的不断提升，道路安全交通状况也愈加复杂，汽车自动防撞系统的研究也面临更多的状况和问题，在进行汽车自动化防撞系统的研究过程中，研究人员需要有效的结合理论与实际情况，充分考虑实际行车中可能出现的问题，才能在最大程度上提高汽车防撞系统的可靠性与安全性，为人类造福。

参考文献

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[2] 杨风桐.汽车防撞自动化研究[J].技术研发，2013（3）.

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