高速公路汽車智能防撞系統研究

車威

（1.黃淮學院 電子科學與工程系，河南 駐馬店 463000；2.武漢理工大學 汽車工程學院，湖北 武漢 430070）

高速公路汽車智能防撞系統研究

車威1,2

（1.黃淮學院 電子科學與工程系，河南 駐馬店 463000；2.武漢理工大學 汽車工程學院，湖北 武漢 430070）

高速公路的交通事故中，車輛追尾事故占很大一部分．發生車輛追尾事故的主要原因是車間距離不足．設計了一個汽車智能防撞系統，主要通過車間距離的自動報警提示和強制減速達到安全駕駛的目的．

高速公路；車間距離；智能防撞；強制制動

近年來，隨著我國經濟的發展，道路交通發生了很大的變化．截至2009年底，我國汽車保有量已達7619.31萬輛，高速公路通車里程達6.5萬公里．公安部交通管理局發布的全國道路交通事故情況顯示，2009年全國共發生道路交通事故238351起，共造成67759人死亡，275125人受傷，直接財產損失9.1億元，這些數字雖然較2008年都有所下降，但是損失還是非常慘重的．追尾事故在高速公路交通事故中所占比例最高，而追尾事故發生的主要原因就是駕駛員未能保持安全的車間距離．因此，設計一個智能防撞系統顯得很有必要．本文所設計智能防撞系統的基本思想是：當車間距離不足時，系統提醒駕駛員減速，若駕駛員不采取有效措施，則系統自動執行減速操作直到車間距離超過安全距離．

1 系統的基本組成

所設計汽車智能防撞系統由4部分組成，如圖1所示．

圖1 汽車智能防撞系統組成框圖

信號采集單元的作用是通過車速傳感器測出當前車速，通過測距雷達測出自車與前車距離．處理控制單元的作用是測出實際車距，并根據當前速度計算出安全距離，再將兩距離進行比較．當車輛間距離小于規定的安全距離時通過報警信號提醒駕駛員減速以增大車距．自動減速制動單元的作用是當報警信號發出后若駕駛員未采取有效措施，則系統自動執行減速操作．

2 制動防抱死系統（ABS）的改造[1]

當測距雷達測量出車輛與前車的距離達到危險報警距離時，若駕駛員仍未通過踩制動踏板、松油門等措施增加車輛間距，系統必須自動啟動強制剎車系統，并保證車輛不發生抱死．當車間距離增大到安全距離后，強制制動系統解除，以防止車速降低過多而造成后車追尾．為了強制制動系統正常工作，需要對原有的防抱死制動系統進行改造，改造方法是模擬制動踏板力向制動防抱死系統提供液壓力．

輔助強制剎車系統如圖2所示．當輔助強制系統工作時，電磁換向閥受微處理器控制向右移動，由蓄能器通過左工作通道提供壓力，通過電磁換向閥向系統供油；當需要停止輔助強制剎車時，電磁換向閥向左移動，右通道打開，壓力油回到儲油室．壓力傳感器的作用是檢測系統油壓，當壓力油都回到儲油室時，壓力傳感器輸出信號變為零，此時電磁換向閥由微控制器控制回到中間位置．蓄能器的壓力由定量泵提供，而定量泵的動力由發動機提供．

圖2 輔助強制剎車系統裝置

圖3為汽車制動系統結構圖，它增加了輔助強制剎車系統．梭閥用于人為制動與輔助強制制動間的轉換．當有制動踏板作用時，輔助剎車系統不起作用，這是由于制動踏板產生的液壓力大于輔助剎車系統的液壓力；當制動踏板不起作用時，輔助剎車系統起作用．一般情況下輔助剎車系統不會干擾駕駛員對車輛的操控，只有駕駛員未采取剎車措施或者剎車力不夠時，強制輔助剎車系統才起作用．

圖3 汽車制動系統圖

3 智能防撞系統的數學模型

行駛于車道后方的車輛稱為自車，行駛于自車前方與自車距離最近的車輛稱為前車[2]．要避免車輛發生追尾，就要時刻保證車輛間實際距離d大于自車車速下的安全距離d0．為了確保數學模型安全可靠，我們取前車靜止，后車從制動到靜止需要的安全距離這種情況．駕駛員制動的時間分為反應時間和實際制動時間．大多數追尾交通事故是由于車輛間距離過小和駕駛員反應時間過長、行為遲鈍造成的，所以將反應時間區分出來可以有效地提醒駕駛員制動．設v1為自車速度，a1為自車加速度（制動減速度），thum為駕駛員反應時間，tx為制動器協調時間，ts為制動減速度增長時間，dw為提醒報警距離，db為危險報警距離，不難推出以下關系：

根據《中華人民共和國道路交通安全法實施條例》第七十八條的規定，高速公路應當標明車道的行駛速度，最低車速不得低于60 km/h，小型載客汽車最高車速不得超過120 km/h，摩托車不得超過80 km/h，其他機動車不得超過100 km/h．本模型中為了提高實用性與安全性，設定最高車速為120 km/h，最低車速為30 km/h．

a1主要與路面附著系數有關，附著系數與制動減速度之間的換算關系如表1所示[3―4]．本模型中，對于干燥瀝青路面和干燥水泥混凝土路面，a1取6.0 m/s2；對于潮濕瀝青路面和潮濕水泥混凝土路面，a1取5.0 m/s2；對于冰雪路面，a1取2.85 m/s2．

表1 附著系數與制動減速度的換算

根據測定，駕駛員的反應時間thum一般在0.3～1.2 s之間，且性別、年齡等因素對反應時間的影響較大．出于安全駕駛考慮，本模型中thum取為1.2 s．

制動器協調時間tx由制動器的制動間隙和駕駛員踩制動踏板的速度決定[5―6]．汽車制動方面的相關資料表明，氣壓式制動器的協調時間為0.2～0.9 s，液壓式制動器的協調時間為0.1～0.2 s．本系統中的tx選為0.2 s．制動減速度增長時間ts主要與制動系統的結構形式有關，在本系統中取0.2 s．查閱國內外資料，高速公路上車輛間的安全距離一般為2～5 m，本系統取最大值5 m．

把以上參數代入式(1)和式(2)，得干燥路面時提醒報警距離和危險報警距離分別為：

4 智能防撞系統功能的實現

行車過程中，汽車智能防撞系統通過安裝在自車前端的測距微波雷達，實時地測出自車與前車距離，并把該距離送到處理控制單元進行處理，與當前速度下的提醒報警距離、危險報警距離進行比較，當實際車距大于提醒報警距離時不報警；當實際車距小于提醒報警距離而大于危險報警距離時，進行聲光報警；當實際車間距離小于危險報警距離時，系統自動執行強制制動減速，以增加車間距離，直至車距大于提醒報警距離時，強制制動減速解除．該系統可以有效地避免高速公路汽車追尾碰撞事故的發生．

[1] 韓洋．高速公路追尾防撞預警系統研究[D]．太原：中北大學，2008．

[2] 戰緒庶，王紫婷，戰緒仁．一種汽車激光雷達自動防撞微機控制系統的研究[J]．蘭州交通大學學報，2006，8(4)：100．

[3] 朱從坤，裴玉龍．冰雪路面砂鹽混合料養護技術與標準研究[J]．哈爾濱建筑大學學報，1999(5)：102―105．

[4] 陳光武．高速公路追尾碰撞預防報警系統開發研究[D]．西安：長安大學，2000．

[5] 李新佳．歐洲智能交通建設情況及啟發[J]．城市交通，2004(2)：58―62．

[6] 陳旭梅，于雷，郭繼孚，等．美、歐、日智能交通系統（ITS）發展分析及啟示[J]．城市規劃，2004(7)：75―79．

U463.6，TP273.5

A

1006-5261(2011)05-0028-02

2010-09-05

車威（1981―），男，河南駐馬店人，助教，碩士．

〔責任編輯 張繼金〕