汽车主动防撞系统设计研究

丁家宝

摘要：随着我国汽车保有量的增加，对汽车的安全性有了更高的要求。为了提高汽车行驶的安全性，在汽车设计时会研究防撞系统。汽车安全性设计可分为主动安全和被动安全，主动安全设计为可避免汽车发生安全事故，被动安全设计为在汽车发生安全事故时能够确保驾乘人员的安全性。现阶段我国汽车安全设计主要以被动安全设计为主，随着安全需求的提升，主动安全设计成为汽车设计发展的重要趋势。文章主要对主动防撞系統研究开发进行分析，目的在于尽可能的避免事故的发生。

关键词：汽车设计;安全性;主动防撞系统;控制系统;执行机构

1  设计的目的与意义

伴随着中国经济的飞速发展，汽车作为现代交通工具越来越普及。伴随使用频率和公路等级不断提高，汽车的行驶速度逐渐加快，方便了人们出行也促进经济的快速发展。以此同时也带来了一定的负面影响，能源的浪费，环境的污染以及交通事故的发生。据统计，国内外因为汽车交通事故而引发的人员伤亡和财产损失十分巨大，在全世界几乎平均每分钟就有一人死于交通事故，汽车交通事故已成为一大社会公害。频发的事故引起人们对汽车行驶安全更多的重视。

而传统的汽车安全设计系统，主要是针对汽车在发生安全事故以后如何采取有效措施来保证驾乘人员的安全性，却忽略了对汽车自身的保护，这种设计理念已经无法满足现代交通的安全需求，所以需要在理念和技术两个方面对汽车防撞系统进行设计和研究。汽车主动防撞系统研究的核心为通过研发的装置能够对汽车前方以及周围的车辆运行情况进行测量，然后通过大量的数据分析能够进行自动安全控制。此种设计理念为在汽车可能具有碰撞安全的风险时，提前采取相应措施避免安全事故的发生，大大降低安全事故的发生，减少人员伤亡和财产损失，这是我国汽车安全设计应该面对的问题。

2  汽车主动防撞系统总体设计

2.1 汽车主动防撞系统概述

汽车主动防撞系统（automatic bump-shielded system of the automobile）是智能汽车的一部分。汽车主动防撞系统，是主动防止汽车发生碰撞事故的一种智能系统。该系统通过防撞装置能够对汽车的运行环境进行监测，对于可能会与汽车发生碰撞的车辆、行人以及其他障碍物都能够有效监测到，然后系统会发出警报，并且系统的控制部分会采取相应的措施以规避危险源，防止安全事故的发生。

据相关资料显示有70%～90%的事故原因是由于驾驶员本身操作原因造成的，如果能在事故发生之前提醒驾驶员或是能够自我改变行车情况来避免事故的发生，对减少汽车事故的发生有着很大的帮助。汽车主动防撞系统正是实现这一功能的技术手段。

2.2 汽车主动防撞系统当前技术

具体来讲，汽车主动防撞系统包含照明灯、信号灯、汽车前后的视野、转向系统和制动系统等。由公安部交通管理局的统计资料表明每年都会有一部分交通事故是因为灯光失效、转向失灵和制动不良引起的，尽管由于汽车系统不良造成的交通事故占得比例不是主要的，但是引起的伤亡事故人数也是惊人的。汽车生产制造商决不能轻视，必须从设计制造和检验各个环节给予高度重视，力求做到万无一失。

目前市场上开发的汽车主动防撞系统有3种类型：

①车辆主动防撞报警CWS（collision warning System）系统。它是专门针对减轻减少汽车碰撞危害发生而研发的，该系统会对探测到的危险情况给出警报，其主要的目的是在危险情况下能及时提醒驾驶员，使驾驶员有多一点反应时间来避免即将发生的交通安全事故，这一系统在美国的部分公交车以及重型货车中已经有所应用。

②车辆自适应巡航控制ACC（adaptivecruisecontrol）系统，其主要目的是主动防撞，该系统对于简单的道路交通能够实现巡航控制，并且具有主动防撞技术，现阶段在高档轿车设计中有所应用，该技术还可以减轻驾驶员的驾驶疲劳，让驾驶员保持较好的精力和注意力，不会让驾驶员疲劳驾驶从而减少事故的发生。

③复合型车辆智能控制系统，该系统比较适用于交通环境比较复杂的市区交通中，在ACC自巡航系统基础上，辅以车辆停走系统，可大大提高车辆智能控制的效率。相对于ACC自巡航系统，停走系统由于所处交通环境的复杂和系统对硬件要求程度高，系统实现难度很大，各个汽车工业发达的生产商都早早注意到这项技术而且早已积极地开展研发。复合型车辆智能控制系统是较符合大众理想型的主动防撞系统，也是我们努力想要得到的主动防撞系统，相信在未来不久一天此项技术会很完善的用于实际车辆上。

2.3 主动防撞系统结构与组成

现有的汽车主动防撞系统基本都是由三部分组成，分别如下：

①信号采集系统：该系统主要是各项数据信息的采集，包括本身及前车的行驶速度，两车间的距离，车辆行驶状态以及驾驶员状态。可利用雷达、声呐、激光以及超声波等技术进行测量。

②数据处理系统：在获取两车的距离以及瞬时相对速度后，数据处理系统会对所采集的信息进行分析，如果两车的安全距离较小，数据处理系统就会发出指令。同时该系统还会对行车状态和驾乘状态做出分析，然后决定是否发出指令。

③执行机构：执行机构主要是按照数据处理系统的指令执行操作，以警报的方式提醒驾驶员做出调整。如果驾驶员没有根据警报提醒进行相应的操作，执行机构就会主动采取安全控制措施。执行机构可以自动启动防抱死刹车装置，自动判断是否转向，自动关闭汽车各窗户，自动调整座椅等一系列尽量防止人员受到伤害的动作指令。当乘客遭受碰撞撞击时，最大限度受到车内被动安全保护。

2.4 系统总体设计

汽车主动防撞系统主要实现以下四项功能：第一，在路况正常时，能够帮助驾驶员自动控制车辆，可缓解驾驶员的疲劳感;第二，在驾驶员驾驶状态不佳的情况下，能够保证的车辆行驶的安全性;第三，在天气比较恶劣时，能够帮助驾驶员提高对路况的感知能力，确保车辆安全行驶;第四，在紧急情况下能够避免或者减少安全事故的发生，最大程度保证车辆和驾乘人员安全。前两项功能的实现能够有效提升汽车行驶的安全性，为降低交通事故的发生创造有利条件。主动防撞系统设计主要是通过检测系统测量本身与前车的行驶速度以及相对距离，从而将车速以及两车距离控制在安全范围内。系统总体设计框图如图2。

主动防撞系统的设计是基于车辆行驶信息的获取，通过在车上安装的传感器、红外激光雷达系统来采集有效信息。通过安装在车上的传感器能够获取车辆加速度、车轮车速、发动机转速、制动压力、节气门开度、转向转矩、制动踏板动作等各项信息，而安装在车辆前的红外激光雷达能够探知本车与前方障碍物之间的距离以及相对运动速度等信息。主动防撞系统将获取到的信息传递到中央控制系统，控制系统经过对各项数据的综合分析，能够判断出本车与前车或者前方障碍物之间的距离以及相对运行状态，然后按照车辆自身运行状态的判断结果，控制系统控制节气门执行器、转向执行器和制动执行器，将本车的行驶速度控制在安全范围内，确保本车与前车或者前方障碍物之间维持安全距离，防止发生碰撞，避免交通事故的发生。

根据原理主动防撞系统自身设计的工作过程可分为3部分：

①汽车在正常行驶状态下，自身的主动防撞系统会利用雷达、激光、声纳、红外线、超声波等技术，对本车前方以及周围的所有目标进行监测，然后将获取的数据信息传递给中央处理系统。系统会对这些数据进行安全程度预判计算，如果计算结果显示汽车处于安全状态，则主动防撞系统不会做出任何动作，不干扰驾乘人员的正常驾驶，同时驾乘人员可以随时根据自己需要选取适合当前的模式进行对车辆自行控制。

②如果当处理系统进过计算后判断当前状态时处于危险状态时主动防撞系统会做出动作，首先是自动切断油门，若此时驾乘人员还未做出相应的措施，则防撞系统将自动控制汽车做出最有利于汽车本身的安全措施制动或是转向，并调用其他相关的控制车辆系统（如ABS、ESP车身稳定控制程序等），使车辆脱离危险避免发生碰撞的同时保证自身的安全。当车辆行驶状态恢复正常时，或者驾驶人员已经采取安全控制措施，则防撞系统的指令会根据实际情况自动解除，回到正常行驶状态。

③当车速过高或是情况突发时间短造成危险无法避免时，主动防撞系统除了采取尽量远离和减少危险的控制外，还会根据当时的情况来判断障碍物类型以及危险程度的大小，然后采取最佳的被动安全措施，选择保护乘客或者保护行人，将危险控制在最小范围内。目前国内外已有的主动防撞系统的研究大多数是集中在碰撞系統的纵向控制。

参考文献：

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