汽車緊急制動控制模型及其安全性分析與研究

張立霞 賈同國 于濤

摘 要：主要研究汽車緊急制動控制及其安全性，在對緊急制動工作過程進行分析的基礎上，通過結合Carsim和 Simulink軟件完成了緊急制動控制。根據兩車間的安全行駛距離，采用的模糊控制策略，其輸入變量為兩車間距及相對速度、輸出變量為主缸制動壓力。對該制動系統進行仿真實驗結果表明，系統的模糊控制策略在制動過程中能有效實現，同時，顯著提升了車輛的安全性和乘坐舒適性。

關鍵詞：汽車緊急制動系統; 控制模型; 模糊控制; 安全性; 舒適性

中圖分類號： U463.5

文獻標志碼： A

Abstract：This paper mainly studies the emergency brake control and its safety. Based on the analysis of the emergency brake work process， the control of the emergency brake control model is completed by combining Carsim and Simulink software. The input variables of the fuzzy control strategy used are the two-vehicle distance and relative speed， and the output variable is the master cylinder brake pressure. The simulation experiment analysis of the brake system shows that the fuzzy control strategy of the system works well. The brake function is effectively realized， the safety and ride comfort of the vehicle are significantly improved.

Key words：Automobile emergency braking system; Control model; Fuzzy control; Safety; Comfort

0 引言

我國國產汽車近幾年得到了迅猛發展，不斷提高的生產技術為汽車整體性能的提高提供了技術支撐，我國高速公路里程不斷增加，汽車已經成為日常出行必不可少的交通工具，隨著汽車保有量的不斷增加，伴隨而來的交通事故逐漸增多，據統計，全國每年幾十萬起的交通意外事故有對人們的生命及財產安全產生了嚴重威脅和影響，而制動失誤已成為交通事故的主要誘因，車輛發生意外后由低效的緊急制動過程導致車輛滑移原路線發生碰撞或翻車，其所引發的問題使人們對汽車的安全性能及操作性能的要求不斷提高，本文主要完成了汽車緊急制動控制模型及控制策略的構建，以期提高汽車緊急制動過程的安全性和舒適性。

1 現狀分析

不斷發展完善的汽車技術為車輛整體安全舒適性能的實現提供了支撐，隨著自動化及智能化理念的深入人心，公眾對汽車的主動安全性能的關注程度不斷提高。作為汽車主動安全的重要構成自動緊急制動（AEB）系統的應用已經成為提高車輛（處于行駛狀態）應對包括爆胎、碰撞等在內的潛在危險能力的有效手段，是部分豪華車宣傳的高科技亮點，歐盟Euro NCAP、美國IIHS、日本JNCAP、中國C-NCAP的新車評估體系中均納入了AEB系統，AEB系統已成為車輛獲取高評分的一項重要標準，駕駛員在車輛前方出現潛在安全隱患的情況下采取不正確的措施（如未采取制動措施、制動壓力不足等）會使車輛發生碰撞的概率增加，需通過自動緊急制動系統主動代替駕駛員發揮制動功能以確保車輛安全。汽車緊急制動系統已成為研究重點之一，現有研究中大多對最大制動減速度進行設定（以路面狀況為依據、固定最大減速度），將制動主缸的壓力設置為某一定值，不利于連續動態的調整以滿足不同的制動需求[1]。為此本文完成了一種緊急制動控制系統的設計，該系統基于模糊控制理論，制動壓力可根據不同的制動階段代替調整，有效提升了車輛的安全性和舒適性。

2 自動緊急制動系統工作流程分析

車輛的減速和停止通常使用某一固定主缸壓力實現，過小的壓力會降低應對突發事件效果不利于確保車輛的安全，而突然施加過大的制動壓力會顯著降低車輛乘坐舒適性。自動緊急制動（AEB）系統通過雷達、攝像頭的使用完成對前方車輛的持續監測過程，在兩車有碰撞危險的情況下（通過控制器完成判斷），先提醒駕駛員進行制動（通過聲音、警示燈），駕駛員超過一定時間后未采取制動操作或制動壓力不足，系統會及時發揮輔助提高制動壓力到需求值的作用，以有效避免或減少交通事故的發生。

2.1 制動過程

制動距離是影響車輛發揮緊急制動效果的直接因素，圖1為汽車制動過程，汽車主缸制動壓力由Fp表示，制動減速度由ab表示，接到緊急停車信號（t=0 時）的駕駛員反應時間由t′1表示，并在t=a時迅速抬腳踩制動踏板（這一過程持續的時間由t″1表示），制動踏板在t=b時開始下移直至踏板力達到最大值（即點 d，這一過程用時由t2表示），克服制動踏板間隙及制動力增長所需時間分別由t″2和t′2表示。汽車從c點開始減速到e點時達到最大制動壓力，用時為t3的e到f屬于持續制動過程（在f處完全停止），放松制動器后消除制動壓力過程所需時間由t4表示。駕駛員制動過程雖存在一定的差異，但通常很難縮短整個反應時間（即t1=t′1+t″1），因此控制t′2和t″2成為控制前后車輛距離的關鍵所在[1]。

前后兩車通過AEB系統保證相互間有足夠的安全距離，安全距離會受到前后兩車運行狀態的較大影響。汽車主要分為勻速、加速、減速、靜止四種狀態，前、后車分別以其中的某一狀態向前行駛。假設前車靜止，前后兩車的運行狀態根據由vrel表示的兩車相對速度可分為3種情況：后車行駛速度大于前車，vrel=v2-v1>0;前車行駛速度大于后車，vrel=v2-v1<0;兩車相對靜止vrel=v2-v1=0。后兩種運行工況下不存在碰撞問題無需考慮，只需考慮第1種運行工況，且在兩車間距S