汽車主動防撞系統設計研究

丁家寶

摘要：隨著我國汽車保有量的增加，對汽車的安全性有了更高的要求。為了提高汽車行駛的安全性，在汽車設計時會研究防撞系統。汽車安全性設計可分為主動安全和被動安全，主動安全設計為可避免汽車發生安全事故，被動安全設計為在汽車發生安全事故時能夠確保駕乘人員的安全性。現階段我國汽車安全設計主要以被動安全設計為主，隨著安全需求的提升，主動安全設計成為汽車設計發展的重要趨勢。文章主要對主動防撞系統研究開發進行分析，目的在于盡可能的避免事故的發生。

關鍵詞：汽車設計;安全性;主動防撞系統;控制系統;執行機構

1 ?設計的目的與意義

伴隨著中國經濟的飛速發展，汽車作為現代交通工具越來越普及。伴隨使用頻率和公路等級不斷提高，汽車的行駛速度逐漸加快，方便了人們出行也促進經濟的快速發展。以此同時也帶來了一定的負面影響，能源的浪費，環境的污染以及交通事故的發生。據統計，國內外因為汽車交通事故而引發的人員傷亡和財產損失十分巨大，在全世界幾乎平均每分鐘就有一人死于交通事故，汽車交通事故已成為一大社會公害。頻發的事故引起人們對汽車行駛安全更多的重視。

而傳統的汽車安全設計系統，主要是針對汽車在發生安全事故以后如何采取有效措施來保證駕乘人員的安全性，卻忽略了對汽車自身的保護，這種設計理念已經無法滿足現代交通的安全需求，所以需要在理念和技術兩個方面對汽車防撞系統進行設計和研究。汽車主動防撞系統研究的核心為通過研發的裝置能夠對汽車前方以及周圍的車輛運行情況進行測量，然后通過大量的數據分析能夠進行自動安全控制。此種設計理念為在汽車可能具有碰撞安全的風險時，提前采取相應措施避免安全事故的發生，大大降低安全事故的發生，減少人員傷亡和財產損失，這是我國汽車安全設計應該面對的問題。

2 ?汽車主動防撞系統總體設計

2.1 汽車主動防撞系統概述

汽車主動防撞系統（automatic bump-shielded system of the automobile）是智能汽車的一部分。汽車主動防撞系統，是主動防止汽車發生碰撞事故的一種智能系統。該系統通過防撞裝置能夠對汽車的運行環境進行監測，對于可能會與汽車發生碰撞的車輛、行人以及其他障礙物都能夠有效監測到，然后系統會發出警報，并且系統的控制部分會采取相應的措施以規避危險源，防止安全事故的發生。

據相關資料顯示有70%～90%的事故原因是由于駕駛員本身操作原因造成的，如果能在事故發生之前提醒駕駛員或是能夠自我改變行車情況來避免事故的發生，對減少汽車事故的發生有著很大的幫助。汽車主動防撞系統正是實現這一功能的技術手段。

2.2 汽車主動防撞系統當前技術

具體來講，汽車主動防撞系統包含照明燈、信號燈、汽車前后的視野、轉向系統和制動系統等。由公安部交通管理局的統計資料表明每年都會有一部分交通事故是因為燈光失效、轉向失靈和制動不良引起的，盡管由于汽車系統不良造成的交通事故占得比例不是主要的，但是引起的傷亡事故人數也是驚人的。汽車生產制造商決不能輕視，必須從設計制造和檢驗各個環節給予高度重視，力求做到萬無一失。

目前市場上開發的汽車主動防撞系統有3種類型：

①車輛主動防撞報警CWS（collision warning System）系統。它是專門針對減輕減少汽車碰撞危害發生而研發的，該系統會對探測到的危險情況給出警報，其主要的目的是在危險情況下能及時提醒駕駛員，使駕駛員有多一點反應時間來避免即將發生的交通安全事故，這一系統在美國的部分公交車以及重型貨車中已經有所應用。

②車輛自適應巡航控制ACC（adaptivecruisecontrol）系統，其主要目的是主動防撞，該系統對于簡單的道路交通能夠實現巡航控制，并且具有主動防撞技術，現階段在高檔轎車設計中有所應用，該技術還可以減輕駕駛員的駕駛疲勞，讓駕駛員保持較好的精力和注意力，不會讓駕駛員疲勞駕駛從而減少事故的發生。

③復合型車輛智能控制系統，該系統比較適用于交通環境比較復雜的市區交通中，在ACC自巡航系統基礎上，輔以車輛停走系統，可大大提高車輛智能控制的效率。相對于ACC自巡航系統，停走系統由于所處交通環境的復雜和系統對硬件要求程度高，系統實現難度很大，各個汽車工業發達的生產商都早早注意到這項技術而且早已積極地開展研發。復合型車輛智能控制系統是較符合大眾理想型的主動防撞系統，也是我們努力想要得到的主動防撞系統，相信在未來不久一天此項技術會很完善的用于實際車輛上。

2.3 主動防撞系統結構與組成

現有的汽車主動防撞系統基本都是由三部分組成，分別如下：

①信號采集系統：該系統主要是各項數據信息的采集，包括本身及前車的行駛速度，兩車間的距離，車輛行駛狀態以及駕駛員狀態。可利用雷達、聲吶、激光以及超聲波等技術進行測量。

②數據處理系統：在獲取兩車的距離以及瞬時相對速度后，數據處理系統會對所采集的信息進行分析，如果兩車的安全距離較小，數據處理系統就會發出指令。同時該系統還會對行車狀態和駕乘狀態做出分析，然后決定是否發出指令。

③執行機構：執行機構主要是按照數據處理系統的指令執行操作，以警報的方式提醒駕駛員做出調整。如果駕駛員沒有根據警報提醒進行相應的操作，執行機構就會主動采取安全控制措施。執行機構可以自動啟動防抱死剎車裝置，自動判斷是否轉向，自動關閉汽車各窗戶，自動調整座椅等一系列盡量防止人員受到傷害的動作指令。當乘客遭受碰撞撞擊時，最大限度受到車內被動安全保護。

2.4 系統總體設計

汽車主動防撞系統主要實現以下四項功能：第一，在路況正常時，能夠幫助駕駛員自動控制車輛，可緩解駕駛員的疲勞感;第二，在駕駛員駕駛狀態不佳的情況下，能夠保證的車輛行駛的安全性;第三，在天氣比較惡劣時，能夠幫助駕駛員提高對路況的感知能力，確保車輛安全行駛;第四，在緊急情況下能夠避免或者減少安全事故的發生，最大程度保證車輛和駕乘人員安全。前兩項功能的實現能夠有效提升汽車行駛的安全性，為降低交通事故的發生創造有利條件。主動防撞系統設計主要是通過檢測系統測量本身與前車的行駛速度以及相對距離，從而將車速以及兩車距離控制在安全范圍內。系統總體設計框圖如圖2。

主動防撞系統的設計是基于車輛行駛信息的獲取，通過在車上安裝的傳感器、紅外激光雷達系統來采集有效信息。通過安裝在車上的傳感器能夠獲取車輛加速度、車輪車速、發動機轉速、制動壓力、節氣門開度、轉向轉矩、制動踏板動作等各項信息，而安裝在車輛前的紅外激光雷達能夠探知本車與前方障礙物之間的距離以及相對運動速度等信息。主動防撞系統將獲取到的信息傳遞到中央控制系統，控制系統經過對各項數據的綜合分析，能夠判斷出本車與前車或者前方障礙物之間的距離以及相對運行狀態，然后按照車輛自身運行狀態的判斷結果，控制系統控制節氣門執行器、轉向執行器和制動執行器，將本車的行駛速度控制在安全范圍內，確保本車與前車或者前方障礙物之間維持安全距離，防止發生碰撞，避免交通事故的發生。

根據原理主動防撞系統自身設計的工作過程可分為3部分：

①汽車在正常行駛狀態下，自身的主動防撞系統會利用雷達、激光、聲納、紅外線、超聲波等技術，對本車前方以及周圍的所有目標進行監測，然后將獲取的數據信息傳遞給中央處理系統。系統會對這些數據進行安全程度預判計算，如果計算結果顯示汽車處于安全狀態，則主動防撞系統不會做出任何動作，不干擾駕乘人員的正常駕駛，同時駕乘人員可以隨時根據自己需要選取適合當前的模式進行對車輛自行控制。

②如果當處理系統進過計算后判斷當前狀態時處于危險狀態時主動防撞系統會做出動作，首先是自動切斷油門，若此時駕乘人員還未做出相應的措施，則防撞系統將自動控制汽車做出最有利于汽車本身的安全措施制動或是轉向，并調用其他相關的控制車輛系統（如ABS、ESP車身穩定控制程序等），使車輛脫離危險避免發生碰撞的同時保證自身的安全。當車輛行駛狀態恢復正常時，或者駕駛人員已經采取安全控制措施，則防撞系統的指令會根據實際情況自動解除，回到正常行駛狀態。

③當車速過高或是情況突發時間短造成危險無法避免時，主動防撞系統除了采取盡量遠離和減少危險的控制外，還會根據當時的情況來判斷障礙物類型以及危險程度的大小，然后采取最佳的被動安全措施，選擇保護乘客或者保護行人，將危險控制在最小范圍內。目前國內外已有的主動防撞系統的研究大多數是集中在碰撞系統的縱向控制。

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