關(guān)于汽車(chē)防撞系統(tǒng)的自動(dòng)化研究

馬果紅

【摘要】隨著人民生活水平的不斷提高，近年來(lái)中國(guó)的汽車(chē)總數(shù)大幅增加。隨之而來(lái)的交通安全問(wèn)題變得越來(lái)越重要。汽車(chē)防撞系統(tǒng)的研制有利于提高道路交通安全水平，降低事故發(fā)生率，對(duì)保障人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全具有重要意義。本文結(jié)合實(shí)際，對(duì)汽車(chē)自動(dòng)避碰系統(tǒng)進(jìn)行一定的探索和研究。

【關(guān)鍵詞】汽車(chē) 安全 防撞系統(tǒng) 自動(dòng)化

【中圖分類(lèi)號(hào)】U463.6 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2018）19-0280-02

汽車(chē)防撞系統(tǒng)是智能汽車(chē)的一部分，是防止汽車(chē)碰撞的智能設(shè)備。它可以自動(dòng)檢測(cè)可能與汽車(chē)碰撞的車(chē)輛，行人或其他障礙物，發(fā)出警告，或同時(shí)采取制動(dòng)或避免措施以避免碰撞。

自動(dòng)防撞系統(tǒng)主要分為三部分：信號(hào)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，分別起到數(shù)據(jù)檢測(cè)，數(shù)據(jù)處理和程序執(zhí)行的作用。

伴隨著聲波，激光和電子技術(shù)的不斷更新，汽車(chē)防撞系統(tǒng)的研究方向不斷變化。可以說(shuō)，汽車(chē)防撞系統(tǒng)不僅是一種特殊的汽車(chē)技術(shù)，各類(lèi)技術(shù)的交叉使用已成為該系統(tǒng)的突出特點(diǎn)。

一、汽車(chē)自動(dòng)防撞系統(tǒng)的重要性

在中國(guó)，道路交通事故已成為社會(huì)的重大公害，嚴(yán)重影響人們的正常生活和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)。目前，中國(guó)在汽車(chē)安全系統(tǒng)研究方面取得了一定進(jìn)展。從中國(guó)道路交通事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，近五年來(lái)，中國(guó)的交通事故數(shù)量，受傷和經(jīng)濟(jì)損失的數(shù)量呈下降趨勢(shì)。然而，這并不意味著汽車(chē)的安全系統(tǒng)已經(jīng)足夠完善，因?yàn)槊磕甑能?chē)禍總數(shù)仍然非常大。為了減少汽車(chē)事故的發(fā)生，世界各國(guó)紛紛投入巨大的人力，物力和財(cái)力。一方面，政府不斷地任命和改進(jìn)汽車(chē)交通規(guī)則，提高人們的安全意識(shí)。另一方面，我們積極開(kāi)發(fā)汽車(chē)安全系統(tǒng)。目前已知的汽車(chē)安全系統(tǒng)分為主動(dòng)安全系統(tǒng)和被動(dòng)安全系統(tǒng)。主動(dòng)安全系統(tǒng)是指?jìng)鹘y(tǒng)的汽車(chē)安全系統(tǒng)，如防抱死制動(dòng)系統(tǒng)和緊急制動(dòng)輔助系統(tǒng)。這些系統(tǒng)可以使汽車(chē)更加穩(wěn)定，縮短制動(dòng)距離，并降低汽車(chē)的碰撞率。但是，這些系統(tǒng)必須在手動(dòng)控制狀態(tài)下發(fā)揮作用。無(wú)法預(yù)測(cè)和準(zhǔn)確預(yù)防交通事故。被動(dòng)安全系統(tǒng)指安全系統(tǒng)，如安全氣囊，兒童安全座椅和安全帶。這種安全系統(tǒng)的作用是減少事故造成的損害并防止事故發(fā)生。因此，開(kāi)發(fā)一種為駕駛員提供自動(dòng)報(bào)警和輔助制動(dòng)服務(wù)的主動(dòng)安全系統(tǒng)可以彌補(bǔ)現(xiàn)有安全系統(tǒng)中存在的缺陷。不僅有利于維護(hù)人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全，而且具有很好的發(fā)展前景。具有重大的現(xiàn)實(shí)意義和市場(chǎng)價(jià)值。

二、目前國(guó)外對(duì)汽車(chē)防撞系統(tǒng)的研究狀況分析

汽車(chē)防撞系統(tǒng)研究始于上世紀(jì)中后期。當(dāng)時(shí)，一些汽車(chē)行業(yè)發(fā)展較快的發(fā)達(dá)國(guó)家在系統(tǒng)研發(fā)上投入了大量的精力，但由于當(dāng)時(shí)物理和硬件因素的影響，并沒(méi)有取得重大進(jìn)展。知道在20世紀(jì)后半葉，德國(guó)奔騰公司推出了“普羅米修斯”計(jì)劃，為研究幾乎死亡的汽車(chē)安全系統(tǒng)提供了新的活力。該計(jì)劃使雷達(dá)系統(tǒng)成為各機(jī)構(gòu)研究的重要組成部分，在其他技術(shù)支持的前提下，該系統(tǒng)發(fā)展非常迅速，使德國(guó)成為該領(lǐng)域最早從事該研究的國(guó)家。梅賽德斯-奔馳將距離自動(dòng)雷達(dá)設(shè)置為最新型號(hào)Benz6005轎車(chē)上，這種雷達(dá)可以在40km～160km的時(shí)速范圍內(nèi)自動(dòng)調(diào)節(jié)車(chē)速。根據(jù)車(chē)的行駛速度與周?chē)沫h(huán)境情況自動(dòng)調(diào)節(jié)車(chē)距，當(dāng)車(chē)距過(guò)近時(shí)，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，降低汽車(chē)的行駛速度，進(jìn)而有效地避免了車(chē)輛碰撞事故的發(fā)生。此外，汽車(chē)防撞系統(tǒng)的研究一直是沃爾沃在德國(guó)的研究重點(diǎn)。2006年正式開(kāi)發(fā)適應(yīng)性碰撞輔助系統(tǒng)和巡航控制系統(tǒng)。2007年，司機(jī)先后被介紹。警告控制系統(tǒng)，車(chē)道偏離報(bào)警系統(tǒng)和具有自動(dòng)制動(dòng)功能的碰撞預(yù)警系統(tǒng)。美國(guó)在這個(gè)研究領(lǐng)域相對(duì)較晚，但汽車(chē)安全系統(tǒng)的發(fā)展速度是最快的。到目前為止，美國(guó)汽車(chē)擁有的汽車(chē)防撞技術(shù)處于世界前列。目前，美國(guó)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了智能車(chē)輛交通系統(tǒng)的發(fā)展，其中車(chē)輛控制系統(tǒng)的發(fā)展是系統(tǒng)的技術(shù)難點(diǎn)和重點(diǎn)。預(yù)警系統(tǒng)和機(jī)載雷達(dá)檢測(cè)是防撞警報(bào)系統(tǒng)的主要應(yīng)用領(lǐng)域。該系統(tǒng)采用先進(jìn)的自動(dòng)毫米波雷達(dá)，在商用產(chǎn)品中成功使用軍用防御雷達(dá)，性價(jià)比極高。

三、國(guó)內(nèi)目前的研究狀況

目前，我國(guó)對(duì)汽車(chē)自動(dòng)防撞系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)仍處于初級(jí)階段，技術(shù)含量遠(yuǎn)不及發(fā)達(dá)國(guó)家，且研究的范圍相對(duì)有限，主要由大型汽車(chē)企業(yè)和科研院校承擔(dān)，對(duì)這方面的技術(shù)還處于探索的階段。

1.模糊控制理論

該理論涉及到模糊理論，模糊語(yǔ)言變量以及控制系統(tǒng)中模糊邏輯推理的相關(guān)技術(shù)。這樣，整個(gè)控制系統(tǒng)就可以有一種與人類(lèi)接近的思維方式，可以用來(lái)制造一定程度的汽車(chē)。和司機(jī)一樣。這種技術(shù)可以用一種相對(duì)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)形式表達(dá)人們的思考和判斷。雖然還處于發(fā)展階段，但一旦成熟，將會(huì)被業(yè)界廣泛使用。在自動(dòng)控制領(lǐng)域，將人類(lèi)思維和控制技術(shù)融入自動(dòng)控制系統(tǒng)是汽車(chē)自動(dòng)語(yǔ)音碰撞避免系統(tǒng)研究的又一突破。模糊控制的基礎(chǔ)是模糊積分理論，使得語(yǔ)言表達(dá)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)更容易獲得，從而有助于建立準(zhǔn)確的模型。即使是一個(gè)完全可控的基于經(jīng)驗(yàn)的系統(tǒng)也可以得到有效的控制。在整個(gè)過(guò)程中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的仿生性實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)中各種信息的有效利用，任意的函數(shù)關(guān)系可以通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)映射出來(lái)，具有一定的自學(xué)習(xí)和并行處理能力。在整個(gè)系統(tǒng)中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊邏輯相輔相成。模糊邏輯描述高層次的邏輯框架，而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以處理低層次的傳感數(shù)據(jù)。

2.基于模糊理論的汽車(chē)自動(dòng)防撞研究情況

報(bào)警提示：駕駛員駕駛汽車(chē)時(shí)，智能報(bào)警系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)向駕駛員顯示車(chē)輛的速度，前一輛車(chē)的狀況以及可能的威脅。當(dāng)車(chē)速太快或太接近前方車(chē)輛時(shí)，防撞系統(tǒng)會(huì)提醒駕駛員前方有危險(xiǎn)情況，從而避免可能發(fā)生的車(chē)禍。跟蹤識(shí)別：采用先進(jìn)的雷達(dá)識(shí)別系統(tǒng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)車(chē)輛前方的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)目標(biāo)，智能計(jì)算并分析前方障礙物，推斷前方障礙物的危險(xiǎn)程度，如果前方障礙物直接威脅到車(chē)輛安全，駕駛員沒(méi)有及時(shí)采取適當(dāng)措施，雷達(dá)將采集到的數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)換為可執(zhí)行信號(hào)，避免災(zāi)難發(fā)生。減速制動(dòng)：當(dāng)汽車(chē)突然遇到危險(xiǎn)時(shí)，系統(tǒng)可以制動(dòng)執(zhí)行中央處理系統(tǒng)發(fā)出的制動(dòng)指令，并迅速減速，制動(dòng)和停車(chē)，從而最大限度避免發(fā)生車(chē)禍程度。根據(jù)車(chē)速和大氣條件，進(jìn)行道路距離檢測(cè)，汽車(chē)自動(dòng)防撞系統(tǒng)啟動(dòng)中央處理器處理實(shí)際檢測(cè)情況。原車(chē)的結(jié)構(gòu)不會(huì)因制動(dòng)性能而改變，也不會(huì)影響原車(chē)的制動(dòng)性能。當(dāng)汽車(chē)在行駛過(guò)程中檢測(cè)到對(duì)汽車(chē)構(gòu)成威脅的障礙物時(shí)，汽車(chē)的自動(dòng)保險(xiǎn)杠可以執(zhí)行一系列動(dòng)作，如自動(dòng)警報(bào)，減速和制動(dòng)，以防止汽車(chē)與障礙物發(fā)生碰撞。為了提前追尾追尾，汽車(chē)的后剎車(chē)燈提前提醒后車(chē)司機(jī)注意。并且該車(chē)將為后剎車(chē)預(yù)留一定距離以避免車(chē)輛追尾事故。

四、現(xiàn)在設(shè)計(jì)的不足以及可以改進(jìn)的方面

在研究的過(guò)程中，所謂的安全距離是假設(shè)前方有靜止的車(chē)輛，根據(jù)靜止?fàn)顟B(tài)下的車(chē)輛分析出來(lái)的，而在我們的實(shí)際過(guò)程中，周?chē)沫h(huán)境往往是復(fù)雜多變的，這使得現(xiàn)在的研究將更多的因素考慮進(jìn)去。例如，車(chē)輛從靜止?fàn)顟B(tài)突然開(kāi)動(dòng)，車(chē)輛從開(kāi)動(dòng)的狀態(tài)突然靜止，車(chē)輛處于加速或減速狀態(tài)等環(huán)境下，都應(yīng)該模擬出來(lái)，并最終得到正確的研究數(shù)據(jù)，安全距離模型應(yīng)該是可以在任何條件下都可以做出正確判斷的系統(tǒng)，否則，一旦判斷失誤，獲取會(huì)給人們?cè)斐筛蟮纳c財(cái)產(chǎn)安全。整體研究中，有部分理論性的東西并沒(méi)有完全在實(shí)踐中得到證實(shí)，這需要反復(fù)的做實(shí)驗(yàn)，才能最終得到正確的數(shù)據(jù)。

五、最簡(jiǎn)易的系統(tǒng)——超聲波

超聲波系統(tǒng)工作時(shí)，發(fā)射器發(fā)出脈沖并給測(cè)量邏輯電路提供一個(gè)短脈沖，再由信號(hào)處理裝置對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，測(cè)算出車(chē)距。

盡管超聲波系統(tǒng)原理簡(jiǎn)單、成本低、制作比較方便，但在汽車(chē)高速行駛的狀態(tài)下，超聲波受到天氣的影響比較大，不同天氣下的聲波傳播速度不同，對(duì)遠(yuǎn)距離障礙物測(cè)算時(shí)靈敏度會(huì)有所下降，因此超聲波的最佳測(cè)距為4～5m。目前，不少汽車(chē)的倒車(chē)防撞系統(tǒng)都采用超聲波防撞預(yù)警系統(tǒng)。

六、最昂貴的系統(tǒng)——交互式智能化防撞系統(tǒng)

交互式智能化防撞預(yù)警系統(tǒng)對(duì)于周邊相關(guān)的基礎(chǔ)配套設(shè)施要求比較高，由信息交換網(wǎng)絡(luò)、MMDS寬帶數(shù)字通信子站、車(chē)距信息無(wú)線交互車(chē)后單元、無(wú)線車(chē)載前機(jī)單元組成。交互式智能化防撞預(yù)警系統(tǒng)在工作時(shí)不受天氣條件等因素的影響，精度高、監(jiān)控全面而且信息化很強(qiáng)。一旦投入使用，不但對(duì)汽車(chē)個(gè)體的安全性有很大的增強(qiáng)，而且在交通管理和交通安全方面都具有全面信息化的作用，可以說(shuō)，這一系統(tǒng)的覆蓋面和社會(huì)意義都是不可限量的。當(dāng)然，交互式智能化防撞預(yù)警系統(tǒng)在短期內(nèi)投產(chǎn)的局限性也是顯而易見(jiàn)的，在現(xiàn)階段情況下，無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)首先就沒(méi)有很好的解決穩(wěn)定性方面的問(wèn)題，而且該系統(tǒng)的初期投入相當(dāng)大，MMDS寬帶數(shù)字通信子站和路旁單元RSU的建立也是一個(gè)龐大的工程，該系統(tǒng)的使用所依靠的將不僅僅是研究單位、生產(chǎn)企業(yè)和汽車(chē)生產(chǎn)商方面的事情。

七、最綜合的系統(tǒng)——綜合型汽車(chē)防撞預(yù)警系統(tǒng)

以上介紹的僅僅是預(yù)警系統(tǒng)的工作原理，而汽車(chē)防撞系統(tǒng)并不單單由預(yù)警系統(tǒng)構(gòu)成，如何將預(yù)警系統(tǒng)和傳感器進(jìn)行結(jié)合，并核算出合理有效地解決方案才是汽車(chē)防撞系統(tǒng)真正能夠得以投產(chǎn)并廣泛運(yùn)用的關(guān)鍵所在。

從80年代初期開(kāi)始，世界上的著名大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)，包括美國(guó)三百多家公司都開(kāi)始對(duì)汽車(chē)防撞系統(tǒng)項(xiàng)目進(jìn)行了研究。不管是毫米波雷達(dá)的研究，還是毫米波雷達(dá)和圖像傳感器的結(jié)合，包括算法上的改進(jìn)研究，技術(shù)上的不斷成熟都在推進(jìn)著汽車(chē)防撞系統(tǒng)的成形。比如重慶某公司通過(guò)近十年的研究得出的“高速公路智能型汽車(chē)行駛主動(dòng)安全預(yù)警系統(tǒng)”就是針對(duì)超聲波原理在短距測(cè)距中的優(yōu)勢(shì)而得出的，不管是算法還是圖像傳感器方面，都達(dá)到了視頻流的要求，確保了檢測(cè)實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。

就目前汽車(chē)防撞系統(tǒng)的發(fā)展而言，在研究當(dāng)中，解決系統(tǒng)的抗干擾能力，減少誤報(bào)，提高檢測(cè)范圍，增加視覺(jué)角度，穩(wěn)定性，增強(qiáng)決策因素，智能系統(tǒng)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)都是當(dāng)務(wù)之急。

八、結(jié)論

隨著道路交通狀況的日益復(fù)雜，汽車(chē)自動(dòng)防撞系統(tǒng)的研究也將會(huì)面臨更多的問(wèn)題，對(duì)于此車(chē)自動(dòng)化防撞系統(tǒng)的研究，只有將理論與實(shí)際結(jié)合起來(lái)，及時(shí)的發(fā)現(xiàn)研究中可能存在的問(wèn)題并認(rèn)真解決問(wèn)題，才能讓汽車(chē)自動(dòng)防撞系統(tǒng)真正造福于人類(lèi)。

參考文獻(xiàn)：

[1]雷斌，曾偉，車(chē)輛產(chǎn)生仿真模型[J].計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程，2005（10）.

[2]陳斌.基于多智能主體系統(tǒng)的車(chē)道變換模型[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào)，中國(guó)公路學(xué)報(bào)，2007（4）.

[3]廖傳錦.以人為中心的汽車(chē)主動(dòng)安全預(yù)警信息系統(tǒng)研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2005，6.

[4]陳旭梅，于雷，郭繼孚，等.美、歐、日智能交通系統(tǒng)（ITS）發(fā)展分析及啟示[J].城市規(guī)劃，2004，7.