電動(dòng)汽車防追尾預(yù)警剎車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

張兆豪，呂劍英

（德州學(xué)院汽車工程學(xué)院，山東 德州 253023）

電動(dòng)汽車防追尾預(yù)警剎車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

張兆豪，呂劍英

（德州學(xué)院汽車工程學(xué)院，山東 德州 253023）

隨著電動(dòng)汽車及車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，電動(dòng)汽車越來越偏向于智能化，文章采用車載雷達(dá)測(cè)距裝置實(shí)時(shí)測(cè)量汽車的狀態(tài)，在一定的剎車距離之內(nèi)通過電腦算法計(jì)算來防止車輛追尾，撞擊靜止物體（如靜止的車輛）而研發(fā)的智能預(yù)警自動(dòng)剎車裝置，該裝置通過車載雷達(dá)信息采集、電腦系統(tǒng)主控實(shí)時(shí)算法計(jì)算、蜂鳴器報(bào)警和自動(dòng)剎車三個(gè)單元模塊組成，通過人的主動(dòng)控制和裝置的輔助控制使汽車在行駛中始終與前車保持足夠的安全距離。最后的自動(dòng)剎車更是摒除了人工操作的不足，能夠減少疲勞駕駛、醉酒狀態(tài)下駕駛的車輛追尾事故。

汽車；追尾；預(yù)警；安全距離；自動(dòng)剎車

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.01.031

CLC NO.:U467.4 Document Code:A Article ID:1671-7988(2016)01-90-03

引言

汽車防追尾預(yù)警剎車系統(tǒng)功能是指當(dāng)發(fā)現(xiàn)自車與前方行駛中的車輛之間的距離小于安全距離時(shí)，電腦會(huì)根據(jù)實(shí)現(xiàn)輸入的程序給出報(bào)警，蜂鳴器報(bào)警提醒駕駛員剎車，最后自動(dòng)剎車。這一功能的實(shí)現(xiàn)是利用車載雷達(dá)傳感器探測(cè)自車和前車的距離和相對(duì)速度或前車或物體是為靜止障礙物時(shí)與自車的距離。當(dāng)車間或車輛與前方靜止物體或車輛距離降到規(guī)定數(shù)值時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出聲音和燈光報(bào)警信號(hào)，提醒駕駛員準(zhǔn)備制動(dòng)或車輛自身實(shí)施制動(dòng)，并在電腦液晶顯示屏上顯示出測(cè)量數(shù)值。

1、電動(dòng)汽車防追尾預(yù)警剎車系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)由雷達(dá)信息采集單元、電腦系統(tǒng)主控單元、顯示報(bào)警剎車單元、自動(dòng)剎車裝置四部分組成。雷達(dá)信息采集單元由測(cè)距雷達(dá)、自車速度傳感器、轉(zhuǎn)向角傳感器、制動(dòng)傳感器、加速踏板傳感器和路面情況選擇開關(guān)等幾部分組成，顯示報(bào)警單元包括液晶顯示屏、報(bào)警蜂鳴器、報(bào)警指示燈等。信息采集單元主動(dòng)實(shí)時(shí)采集自車和前車或靜止物體的運(yùn)動(dòng)狀況，并將數(shù)據(jù)傳給電腦主控單元對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)的處理判斷及時(shí)將結(jié)果通過顯示報(bào)警單元反饋給駕駛員或自動(dòng)剎車裝置。

圖1 汽車防追尾預(yù)警系統(tǒng)組成方框圖

2、安全距離模型的建立

汽車防追尾預(yù)警自動(dòng)剎車安全距離模型是根據(jù)車間距離、自車和前車的運(yùn)動(dòng)距離進(jìn)行安全判斷，主要有三部分組成，即：自車制動(dòng)距離，兩車車間距d，前車運(yùn)動(dòng)距離，建立安全距離模型。

圖2 汽車防追尾避撞安全距離模型

2.1 自車制動(dòng)距離計(jì)算

根據(jù)安全距離模型可知，汽車的安全距離不僅和自車的速度有關(guān)，還和自車的加速度有關(guān)，也與前車的速度和加速度緊密聯(lián)系。接下來根據(jù)自車的速度和加速度來計(jì)算自車的制動(dòng)距離X1，根據(jù)前車的速度和加速度來計(jì)算前車的運(yùn)動(dòng)距離X2。汽車制動(dòng)時(shí)間可分為四個(gè)階段：駕駛員的反應(yīng)時(shí)間Tr，制動(dòng)器協(xié)調(diào)時(shí)間Ta，減速度增長(zhǎng)時(shí)間Ts，持續(xù)制動(dòng)時(shí)間Tv；則制動(dòng)過程如圖3 所示。

圖3 制動(dòng)減速度與時(shí)間關(guān)系圖

設(shè)以下參數(shù)：自車速度：va；兩車相對(duì)速度：v互；自車緊急制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)減速度a；駕駛員制動(dòng)的反應(yīng)時(shí)間：tr；制動(dòng)器協(xié)調(diào)時(shí)間：ta；制動(dòng)減速度增長(zhǎng)時(shí)間：ts；自車與前車之間的間距：d；由圖3可知自車的制動(dòng)運(yùn)動(dòng)過程分為三個(gè)階段：勻速運(yùn)動(dòng)階段、減速度增長(zhǎng)階段和持續(xù)制動(dòng)階段。因此自車制動(dòng)距離可以分為一下三個(gè)部分。

（1）勻速運(yùn)動(dòng)階段

在制動(dòng)協(xié)調(diào)時(shí)間tr和駕駛員反應(yīng)時(shí)間ta內(nèi)，車輛沒有產(chǎn)生制動(dòng)力，所以車輛依舊按照制動(dòng)前的初速度前行。tr+ta時(shí)間內(nèi)前行的距離為S1：

（2）減速度線形增長(zhǎng)階段

在減速度增長(zhǎng)時(shí)間ts內(nèi)，其速度的增長(zhǎng)模式基本上為線性增長(zhǎng)模式，由圖4可以看出在任意時(shí)刻減速度為：

勻減速階段：tv時(shí)間內(nèi)駛過的距離S3，這段 時(shí)間內(nèi)加速度a是個(gè)定值，令tv時(shí)間段的初速度為'v，所以末速度速度為：

v'同時(shí)也是ts時(shí)段的末速度，即:

將v'代入式（5）又因?yàn)榭紤]到在ts時(shí)間末的速度為零，然后可以得出：

因?yàn)樽詈笠豁?xiàng)的數(shù)值比較小，因此可以忽略不計(jì)則：

以上計(jì)算包括認(rèn)為操作的幾乎所有情況，所以X1可以為最小剎車距離。

2.2 前車運(yùn)動(dòng)距離計(jì)算

連接電腦的車載雷達(dá)對(duì)前車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)實(shí)時(shí)跟蹤，不斷的采集并計(jì)算出前車的運(yùn)動(dòng)情況包括前車實(shí)時(shí)速度和加速度，電腦根據(jù)測(cè)得信息準(zhǔn)確地計(jì)算出前車下一時(shí)間的運(yùn)動(dòng)距離、速度以及加速度。和以前的算法相比，本算法通過電腦連接車載測(cè)距雷達(dá)實(shí)時(shí)采集的信息來準(zhǔn)確計(jì)算前車的速度和加速度，更加明確出前車在下一時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。設(shè)前車被發(fā)現(xiàn)時(shí)速度為vt，加速度為at。在這段行駛時(shí)間中，假設(shè)前車一直保持其原來的行駛狀態(tài)?？蓽y(cè)得前車的行駛距離為：

2.3 執(zhí)行過程

為保證行車安全則需要使：d＞X1-X2+d0成立。式中：d0是固定值可取3米（考慮到路面情況、天氣情況等對(duì)剎車距離有影響，所以采用安全剎車距離加d0為3米的固定值可以有效的防止以上誤差所帶來的影響）。電腦系統(tǒng)利用安全距離模型算法進(jìn)行報(bào)警判斷，進(jìn)而給出當(dāng)前車的狀態(tài)：分為正常駕駛、提醒報(bào)警、自動(dòng)剎車三種狀態(tài)。最后一項(xiàng)為車輛自動(dòng)制動(dòng)是為了防止因駕駛員醉駕，疲勞駕駛造成的反應(yīng)遲鈍的情況。

3、結(jié)論

隨著車輛的日益增長(zhǎng)，追尾的交通安全越來越受到重視，車輛的增長(zhǎng)道路交通車流量壓力增大。以正在發(fā)展的車聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，車載雷達(dá)測(cè)量行車安全距離為主的技術(shù)，在車身上裝上車在雷達(dá)，電腦，車輛的剎車裝置。將車載雷達(dá)的實(shí)時(shí)測(cè)量的數(shù)據(jù)，交給電腦進(jìn)行算法計(jì)算，并將數(shù)據(jù)及時(shí)反饋給報(bào)警裝置和自動(dòng)剎車裝置，提醒駕駛員減速剎車，但當(dāng)兩車輛車距超過人類自己制動(dòng)的距離范圍時(shí)直接命令自動(dòng)剎車裝置進(jìn)行自動(dòng)剎車。

[1] 潘杰,李萍.汽車防追尾預(yù)警系統(tǒng)安全距離模型研究[J].電子技術(shù)與軟件工程.2015.

[2] 馬駿.高速公路行車安全距離的分析與研究[J]西安公路交通大學(xué)學(xué)報(bào),1998,18(4).

[3] 王軍雷,應(yīng)世杰,李百川.高速公路汽車追尾預(yù)警系統(tǒng)的開發(fā)研究[J].安全與環(huán)境學(xué)報(bào),2006(06).

[4] 楊偉,徐杰,李宗平.高速公路上跟隨車安全距離的一種確定方法[J].四川工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào) ,2001,21(01).

[5] 余志生.汽車?yán)碚?第3版)[M]機(jī)械工業(yè)大學(xué)出版社,2000:78-79．

[6] 陳光武.高速公路追尾碰撞預(yù)防報(bào)警系統(tǒng)開發(fā)研究［D].西安公路交通大學(xué)碩士論文.2000:1－33．

Electric car rear-end warning Brake System

Zhang Zhaohao, Lv Jianying
( College of Automotive Engineering, Dezhou University, Shandong Dezhou 253023 )

With the development of electric vehicles and vehicle networking, more and more biased in favor of electric vehicles, intelligent, paper, automotive radar distance measuring device in real-time measurement of the car's status within a certain distance of the brake to prevent rear-end collision is calculated by a computer algorithm, impact stationary object (such as a stationary vehicle) and intelligent automatic brake warning device research and development, the device through the car radar information collection, real-time computer system control algorithm, buzzer alarm and automatic braking of three unit modules, through human initiative control and auxiliary control means making the car in motion and always maintain a safe distance from the vehicle in front. Finally, automatic braking is insufficient to exclude a manual operation, to reduce fatigue driving, driving under the drunken state of vehicles rear-end accidents.

Car; Rear; Warning; Safe distance; Independent brake

U467.4

A

1671-7988(2016)01-90-03

張兆豪，就讀于德州學(xué)院汽車工程學(xué)院。