汽車(chē)行駛狀態(tài)參數(shù)預(yù)測(cè)的主動(dòng)安全探討

劉昭

摘 要：汽車(chē)數(shù)量的快速增長(zhǎng)，道路交通面臨更大的壓力，汽車(chē)安全事故時(shí)有發(fā)生。對(duì)處于行駛狀態(tài)下的汽車(chē)狀態(tài)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行安全預(yù)測(cè)，對(duì)于減少交通事故，提高車(chē)輛運(yùn)行穩(wěn)定性具有十分重要的作用。車(chē)輛發(fā)生側(cè)翻的主要原因在于受離心力的影響，車(chē)輛行駛穩(wěn)定性受到破壞，加上駕駛員判斷和操作上的失誤，很容易造成側(cè)翻事故。該文利用AR模型，對(duì)行駛狀態(tài)下車(chē)輛的參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，對(duì)狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，據(jù)此在安全區(qū)間內(nèi)控制汽車(chē)，提高主動(dòng)安全性能，對(duì)于減少交通事故的發(fā)生具有積極的意義。

關(guān)鍵詞：汽車(chē) 行駛狀態(tài) 側(cè)翻 參數(shù)預(yù)測(cè) 主動(dòng)安全

中圖分類(lèi)號(hào)：U463.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）04（b）-0043-02

經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，人們生活水平的不斷提高，現(xiàn)今，汽車(chē)已經(jīng)成為人類(lèi)社會(huì)的交通出行工具，我國(guó)汽車(chē)保有量持續(xù)增長(zhǎng)。汽車(chē)數(shù)量的增加，道路交通事故也時(shí)有發(fā)生。在多種類(lèi)型的交通事故中，汽車(chē)側(cè)翻事故十分常見(jiàn)，往往會(huì)造成嚴(yán)重的后果。從交通事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看，汽車(chē)在彎道和轉(zhuǎn)向高速行駛狀態(tài)下發(fā)生的側(cè)翻事故往往會(huì)造成重大的人員傷亡，占交通事故傷亡總數(shù)的近1/3。相對(duì)于側(cè)滑來(lái)說(shuō)，側(cè)翻造成的傷亡后果更為嚴(yán)重，危害更大。國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家和學(xué)者對(duì)于汽車(chē)在轉(zhuǎn)向行駛狀態(tài)下的安全事故預(yù)防方面做了大量的分析和研究，通過(guò)建立動(dòng)力學(xué)模型，參數(shù)測(cè)量等方向來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛行駛狀態(tài)的穩(wěn)定性測(cè)量，對(duì)行駛狀態(tài)的主動(dòng)安全性進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)，以期提高行駛狀態(tài)下的穩(wěn)定性。

1 汽車(chē)行駛狀態(tài)主動(dòng)安全性概述

汽車(chē)行駛的主動(dòng)安全性是賦予汽車(chē)自己主動(dòng)思考的能力，能夠在行駛狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)對(duì)自身狀態(tài)的“主動(dòng)思考”，發(fā)現(xiàn)異常情況能夠自覺(jué)采取一定的控制措施，以防止交通安全事故的發(fā)生。汽車(chē)駕駛員在長(zhǎng)時(shí)間或者長(zhǎng)距離駕駛汽車(chē)的過(guò)程中，自身注意力和判斷力下降，對(duì)距離和車(chē)子狀態(tài)的判斷準(zhǔn)確性大打折扣，當(dāng)有異樣的情況發(fā)生時(shí)，或遇到突發(fā)狀態(tài)，很容易做出錯(cuò)誤的判斷，或者在操作上出現(xiàn)人為的失誤，造成交通安全事故的發(fā)生。由此看來(lái)，深入研究汽車(chē)主動(dòng)安全技術(shù)，加大研究和開(kāi)發(fā)的力度，對(duì)于減少駕駛員駕駛壓力，降低駕駛員判斷失誤率，提高交通安全具有十分重要的意義。汽車(chē)主動(dòng)安全決策控制系統(tǒng)能夠?qū)④?chē)輛行駛的信息（包括車(chē)輛自身狀態(tài)信息和外界路況信息）傳遞給汽車(chē)駕駛員，并根據(jù)車(chē)況和路況的綜合情況對(duì)車(chē)輛的運(yùn)行狀態(tài)、安全程度進(jìn)行測(cè)量和判斷，在突發(fā)的、緊急的情況下能夠根據(jù)判斷結(jié)果采取必要的測(cè)量對(duì)汽車(chē)行駛的穩(wěn)定性加以控制，賦予汽車(chē)主動(dòng)避險(xiǎn)的能力，提高汽車(chē)行駛的安全性。

汽車(chē)在行駛的過(guò)程中發(fā)生側(cè)翻事故，主要是因?yàn)槭艿诫x心力的影響，汽車(chē)行駛穩(wěn)定性受到破壞從而發(fā)生側(cè)翻。汽車(chē)發(fā)生側(cè)翻的時(shí)候大多是因?yàn)檫M(jìn)入彎道行駛，或者行駛軌跡突然發(fā)生變化，這些都是汽車(chē)發(fā)生側(cè)翻時(shí)常見(jiàn)的運(yùn)行狀態(tài)。從大量交通事故的研究資料可以看出，約有1/3的交通事故是由于汽車(chē)駕駛員操作失誤，使得汽車(chē)偏離了安全行駛的路線而造成的，比如緊急轉(zhuǎn)向避讓障礙物、彎道高速行駛等。大多數(shù)汽車(chē)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳動(dòng)比都是固定不變的，駕駛員對(duì)汽車(chē)方向盤(pán)的控制以及對(duì)緊急情況的處理多依靠自己的駕駛技術(shù)和駕駛經(jīng)驗(yàn)，這極大地考驗(yàn)著駕駛員自身的應(yīng)變能力。隨著汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)逐漸取代了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)，轉(zhuǎn)向操作系統(tǒng)與執(zhí)行系統(tǒng)各自獨(dú)立，通過(guò)系統(tǒng)傳動(dòng)比的改變來(lái)對(duì)車(chē)輛轉(zhuǎn)向過(guò)程中的力傳遞特性進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，提高了汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)的安全性能。

2 車(chē)身行駛姿態(tài)的預(yù)測(cè)

汽車(chē)的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)復(fù)雜性高，容易受外界因素的干擾影響，因此要對(duì)汽車(chē)行駛狀態(tài)的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行全面準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)是具有很高的難度的。綜合比較起來(lái)，運(yùn)用AR模型對(duì)汽車(chē)行駛姿態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)還是具有一定優(yōu)勢(shì)的，可以將汽車(chē)運(yùn)動(dòng)本身的歷史數(shù)據(jù)作為有利的已知條件，探索其中蘊(yùn)含的規(guī)律，在風(fēng)阻系數(shù)、路面功率譜特性及駕駛員操縱特性等信息的情況下建立起預(yù)測(cè)模型，對(duì)汽車(chē)行駛狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。

2.1 車(chē)輛姿態(tài)預(yù)測(cè)模型的建立

該文對(duì)于車(chē)輛姿態(tài)預(yù)測(cè)是通過(guò)AR（p）模型來(lái)實(shí)現(xiàn)的。時(shí)間序列是已知條件，表示為，測(cè)量數(shù)據(jù)的數(shù)量表示為N。待估參數(shù)為自回歸系統(tǒng)，表示為，時(shí)間點(diǎn)表示為S，階數(shù)表示為p，方差表示為，與各自獨(dú)立，得出公式為：

2.2 汽車(chē)姿態(tài)預(yù)測(cè)結(jié)果

采樣時(shí)間總共為120 s，其中前60 s的數(shù)據(jù)用來(lái)進(jìn)行編程建模，后60 s的數(shù)據(jù)用于對(duì)模型預(yù)測(cè)效果進(jìn)行檢驗(yàn)。根據(jù)傳感器獲得測(cè)量數(shù)據(jù)繪制出側(cè)傾加速度的曲線，采樣頻率為4 Hz，也正因?yàn)檫@個(gè)頻率，要得到1 s的預(yù)測(cè)值，則需要向前預(yù)測(cè)4步，每加1 s需要向前遞增4步。每增加一個(gè)數(shù)據(jù)，就用新的數(shù)據(jù)替代舊的數(shù)據(jù)，這樣就可以得到一序列的向前4步和向前8步預(yù)測(cè)值。將實(shí)驗(yàn)值與預(yù)測(cè)值進(jìn)行對(duì)照，加上計(jì)算可以得出，側(cè)傾角速度2 s預(yù)測(cè)的平均值比1s預(yù)測(cè)的平均值相對(duì)誤差要大些。對(duì)汽車(chē)行駛姿態(tài)的預(yù)測(cè)是極短期的預(yù)報(bào)，也就是說(shuō)很短時(shí)間狀態(tài)的預(yù)測(cè)就能夠有效地預(yù)防行駛危險(xiǎn)。預(yù)測(cè)時(shí)間越長(zhǎng)，相對(duì)預(yù)測(cè)誤差也就越大。

3 側(cè)傾角速度與行駛安全的關(guān)系

通過(guò)大量的資料分析和驗(yàn)證，側(cè)傾角速度與汽車(chē)行駛安全之間的關(guān)系如圖1所示。

從圖1中可以看出，汽車(chē)行駛狀態(tài)下，其安全性從W1區(qū)到W5區(qū)呈逐漸遞增的趨勢(shì)。從W4和W5兩個(gè)區(qū)間來(lái)看，車(chē)輛在行駛狀態(tài)下即使存在一定的傾斜角度，但是只要側(cè)傾角速度控制得當(dāng)，把握好側(cè)傾角變化規(guī)律，車(chē)輛仍然處于相對(duì)安全的區(qū)間內(nèi)，保持安全行駛的狀態(tài)。從W1和W2兩個(gè)區(qū)間來(lái)看，雖然車(chē)輛側(cè)傾角并不大，但是因?yàn)閭?cè)傾角速度較快，車(chē)輛狀態(tài)轉(zhuǎn)向危險(xiǎn)狀態(tài)，車(chē)輛安全性已經(jīng)受到威脅。由此可見(jiàn)，車(chē)輛是否進(jìn)入側(cè)翻危險(xiǎn)的狀態(tài)，很大程度上取決于側(cè)傾角速度。

4 車(chē)輛主動(dòng)安全控制策略的仿真

根據(jù)車(chē)輛模型在Simulink下建立起基于主動(dòng)安全的變傳動(dòng)比控制的車(chē)輛控制模型，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

車(chē)輛主動(dòng)安全控制仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)M在行車(chē)過(guò)程中緊急避開(kāi)障礙物的狀況，要求當(dāng)車(chē)輛速度達(dá)到要求后，駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)呈270°，再向相反方向快速轉(zhuǎn)動(dòng)540°。通過(guò)比較兩種車(chē)輛行駛過(guò)程中的側(cè)向加速度以及側(cè)傾角值，我們可以明顯看出有側(cè)翻控制的車(chē)輛則行駛狀態(tài)良好，而沒(méi)有進(jìn)行主動(dòng)安全控制的車(chē)輛很快發(fā)生了側(cè)翻。而當(dāng)車(chē)輛呈正常行駛狀態(tài)時(shí)，主動(dòng)安全控制策略對(duì)車(chē)輛行駛沒(méi)有影響。

由此可見(jiàn)，當(dāng)車(chē)輛出現(xiàn)危險(xiǎn)姿態(tài)時(shí)該控制策略能使線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提前做出反應(yīng)，從而抑制汽車(chē)側(cè)翻，避開(kāi)危險(xiǎn)狀態(tài)，而且對(duì)車(chē)輛的正常行駛無(wú)影響。主動(dòng)安全控制策略的應(yīng)用，可以有效地對(duì)車(chē)輛危險(xiǎn)狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)，對(duì)于提高車(chē)輛穩(wěn)定性，減少交通安全事故的發(fā)生具有非常重要的作用。

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