關(guān)于車輛自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)建模與仿真的分析

郭家昕

摘 要：本文將通過以車輛自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)作為主要研究內(nèi)容，采用實(shí)驗(yàn)和建模分析的方式，對車輛自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)建模和仿真進(jìn)行簡要分析研究。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)緊急制動(dòng)；建模；仿真試驗(yàn)；碰撞時(shí)距

引言：根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，在我國現(xiàn)階段發(fā)生的交通事故中，因駕駛員操作不當(dāng)導(dǎo)致的交通事故占總事故數(shù)量的80%左右，尤其是在汽車追尾事故當(dāng)中，有至少31%的事故是由于駕駛員未能采取有效制動(dòng)。

一、車輛自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)建模分析

（一）安全距離模型

如果兩輛汽車超同一方向行駛運(yùn)動(dòng)，則僅用一種時(shí)間指標(biāo)Tb即可衡量自車同前車的相對距離。但計(jì)算這一指標(biāo)的過程當(dāng)中，需要對兩車的行駛信息進(jìn)行全面考慮。如果將兩車之間距離表示為d，相對速度和相對加速度分別用Vrel以及arel進(jìn)行表示，則：

在對進(jìn)行計(jì)算的過程中，需要對車輛發(fā)生碰撞之前，前車是否采取了制動(dòng)措施而停止進(jìn)行準(zhǔn)確判定。假設(shè)前車從開始制動(dòng)到實(shí)際停止一共需要花費(fèi)的時(shí)間為 ，則假如在兩車發(fā)生碰撞之前，前車已經(jīng)采取

制動(dòng)措施并且成功停止，此時(shí)tobj≤Tb ，也就是：

反之，如果兩車發(fā)生碰撞之前，前車并未成功采取制動(dòng)措施，仍然處于行使?fàn)顟B(tài)，此時(shí)tobj≥Tb ，也就是：

通過對這一模型進(jìn)行進(jìn)一步推導(dǎo)，可以得知Tb= ，

隨后通過對tobj進(jìn)行計(jì)算，判斷其是否與tobj≤Tb 相符合。如果其滿足這一條件則無需繼續(xù)計(jì)算，如果其與無法滿足這一條件，則通過進(jìn)一步計(jì)算可得：

假設(shè)V2同a2相等，取值均為零，也就是說前車為靜止目標(biāo)時(shí)，tobj≤Tb 成立，此時(shí)可以對上述模型進(jìn)行簡化，得到： ，此時(shí)通過進(jìn)

一步推導(dǎo)可得Tb= 。如果自車同前車相同，均處于勻速運(yùn)

動(dòng)狀態(tài)，則此時(shí)a1和a2完全相等均取值為零， ，其中碰

撞時(shí)距用TTC表示。由此可知該時(shí)距下的安全距離模型中，時(shí)間指標(biāo)立足于碰撞時(shí)距的同時(shí)，也對自車以及前車加速度情況予以了充分考慮[1]。

（二）分級制動(dòng)方式

1.判斷自車危險(xiǎn)狀態(tài)

在前文構(gòu)筑的安全距離模型當(dāng)中，時(shí)間指標(biāo)Tb可以對駕駛員在遇到緊急情況時(shí)，使用車輛自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)并有效完成制動(dòng)動(dòng)作，以防車輛碰撞的時(shí)間予以客觀反映。通過結(jié)合下圖可知，車輛行車安全狀態(tài)會(huì)根據(jù)Tb的變化而變化，其中Tb1與Tb2分別為時(shí)間指標(biāo)閾值，而在行車過程中，一旦Tb

2.確定制動(dòng)減速度

根據(jù)王素金（2013）的相關(guān)研究可知，有超過95%的駕駛員在常規(guī)制動(dòng)下其平均制動(dòng)減速度以及峰值減速度分別可以達(dá)到0.55g以及-0.92g。這主要是由于車輛自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)本身就是專門針對車輛在緊急情況下，用于有效確保車輛安全的一種制動(dòng)系統(tǒng)，因此其在自動(dòng)啟動(dòng)制動(dòng)操作的過程中相比于注重保障駕駛舒適性，更加看重保障車輛的行車安全[2]。當(dāng)汽車在行車狀態(tài)中啟動(dòng)了車輛自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)，將會(huì)使得行車危險(xiǎn)性降至最低，在一般情況下，小制動(dòng)力便可以有效達(dá)到防止碰撞發(fā)生的目的。

二、車輛自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)的試驗(yàn)與仿真

（一）試驗(yàn)方案

為有效驗(yàn)證車輛自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)模型的有效性以及其真實(shí)性能，本文將采取仿真試驗(yàn)的方式對其進(jìn)行驗(yàn)證。而為了確保試驗(yàn)的安全性，在本次仿真試驗(yàn)當(dāng)中采取的控制策略為，時(shí)間指標(biāo)Tb為1.2s時(shí)輸出-5m/s2。此外，在本次仿真試驗(yàn)當(dāng)中還分別設(shè)置了四種不同的試驗(yàn)工況，分別為靜止和緩速移動(dòng)目標(biāo)以及兩種制動(dòng)目標(biāo)，分別為接近常規(guī)制動(dòng)目標(biāo)以及接近緊急制動(dòng)目標(biāo)[3]。

（二）結(jié)果分析

1.接近靜止目標(biāo)

在接近前方靜止目標(biāo)的試驗(yàn)當(dāng)中，自車保持每小時(shí)10到80km的速度向前車靠攏，每隔10km/h對10km/h到60km/h進(jìn)行測試，每隔5km/h對60km/h到80km/h進(jìn)行一次測試，總共進(jìn)行十組試驗(yàn)后記錄試驗(yàn)結(jié)果。

根據(jù)仿真結(jié)果顯示，當(dāng)自車初速度在每小時(shí)60km以內(nèi)的情況下能夠有效防止出現(xiàn)車輛碰撞的情況。而隨著車速越來越快，停止制動(dòng)之后與目標(biāo)之間的距離越來越小，在車速大約每小時(shí)65km時(shí)雖然無法有效保障避免發(fā)生車輛碰撞，但可以在一定程度上控制車輛碰撞時(shí)的速度，將傷害降至最小。在將時(shí)間指標(biāo)分別設(shè)置為1.6s以及0.6s的情況下，依次輸出-4m/s2以及-8m/s2，結(jié)果顯示只有當(dāng)時(shí)間指標(biāo)為2ss時(shí)將制動(dòng)減速度-8m/s2輸入至車輛模型當(dāng)中時(shí)，在車速為每小時(shí)10km到80km的情況下才能夠有效防止與靜止目標(biāo)相碰撞。

2.接近緩速移動(dòng)目標(biāo)

表2展示的就是接近緩速移動(dòng)目標(biāo)工況的仿真結(jié)果，通過對下表內(nèi)容進(jìn)行分析，可知D即統(tǒng)計(jì)距離為相對速度為零的情況下，自車與目標(biāo)之間的距離，此時(shí)相對距離達(dá)到最小值。在采用分級制動(dòng)控制策略的情況下，自車車速在每小時(shí)30km到80km之間時(shí)，均可以有效避免出現(xiàn)車輛碰撞的情況。但隨著車速的愈發(fā)加快，自車距離目標(biāo)車的相對距離明顯減小，當(dāng)自車速度達(dá)到每小時(shí)30km的情況下，控制策略只輸出-4m/s2的減速度。

結(jié)束語：本文通過采用仿真試驗(yàn)的方式，分別設(shè)定了接近靜止目標(biāo)、接近緩速移動(dòng)目標(biāo)、接近常規(guī)制動(dòng)以及緊急制動(dòng)的工況，證明了本文所構(gòu)建的仿真模型具有較高的可行性和有效性，對于車輛自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)用和后續(xù)完善具有積極的指導(dǎo)作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]裴曉飛，劉昭度，馬國成，等.汽車主動(dòng)避撞系統(tǒng)的安全距離模型和目標(biāo)檢測算法[J].汽車安全與節(jié)能學(xué)報(bào)，2012（1）：26-33.

[2]王素金.汽車輔助安全避撞系統(tǒng)的建模與仿真研究[D].江蘇大學(xué)，2013.