高俊祥，高孝亮，陳斐彪

（1.湖南財經(jīng)工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 衡陽 421002；2.湖南交通工程學(xué)院，湖南 衡陽 421001）

隨著人們生活水平的提高，汽車普及率也越來越高，與之相應(yīng)，交通事故也越來越多。《2014年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》指出，2014年汽車交通事故死亡人數(shù)相對2013年增長率為8.5%，相比2012年增長率為13.46%，相比2011年的增長率為15.78%?？梢姡┠陙?，我國交通事故死亡人數(shù)呈逐年小幅度上升趨勢［1］。

對大量交通事故的分析表明，80%以上的車禍是由于駕駛員反應(yīng)不及時引起的，車輛相撞事故中屬于追尾相撞的超過65%，其余則屬于側(cè)面相撞和正面相撞［2］。所以設(shè)計一種實時、可靠、適應(yīng)性好的車輛防碰撞系統(tǒng)是為提高車輛行駛安全而采用的非常重要的技術(shù)措施。

1 防碰撞安全系統(tǒng)設(shè)計

1.1 原理設(shè)計

車輛防碰撞系統(tǒng)在汽車有追尾碰撞和側(cè)面碰撞危險時，能立刻發(fā)出報警信號，警示駕駛員及時采取處理措施，并在駕駛員無避險操作的時候自動啟動制動系統(tǒng)，避免發(fā)生交通事故。系統(tǒng)原理見圖1。

整個系統(tǒng)由傳感器單元、中央處理單元以及信息輸出單元構(gòu)成。傳感器單元收集車輛的內(nèi)外環(huán)境信息，包含車輛上的各種傳感器；中央處理單元用于評估車輛行駛的安全狀態(tài)，由信息采集單元與主控制單元組成；信息輸出子系統(tǒng)為駕駛員提供汽車行駛的安全狀態(tài)信息，由聲光報警模塊與顯示模塊組成。

汽車防撞安全系統(tǒng)的工作原理：利用安裝在汽車前保險杠上和兩側(cè)的雷達傳感器實時測量自車與前方目標物間及自車與兩側(cè)面目標物的距離和相對速度等信息，傳送至信息采集單元；利用霍爾傳感器獲得的車速信號，輸出至信息采集單元進行車速計算；制動、油門位置及路面附著系數(shù)也輸入至信息采集單元；各種傳感器信息經(jīng)信息采集單元處理后，傳送至主控制單元；主控制單元實時判斷行車安全狀態(tài)，發(fā)出相應(yīng)的報警信號，警示駕駛員采取措施或系統(tǒng)自動采取措施。

汽車追尾時，系統(tǒng)采用兩次報警的方式，如果實際測量間距小于危險報警距離，為危險報警狀態(tài)，紅燈閃爍，產(chǎn)生短間隔報警音，要求駕駛員緊急制動或自動制動；如果實際測量間距大于提醒報警距離，為安全行車狀況，綠燈亮、無報警音；如果實際測量間距小于提醒報警距離而大于危險報警距離，為提醒報警狀態(tài)，黃燈閃爍，產(chǎn)生長間隔報警音，提醒駕駛員需要松開油門踏板。汽車側(cè)撞時，系統(tǒng)采用一次報警方式。

1.2 制動距離的計算

為了保證絕對安全，自車制動停止后，兩車之間應(yīng)保持一定的安全間距d0。d0越大，系統(tǒng)的虛警率越高；越小，系統(tǒng)的安全保障能力越小。d0的取值因駕駛員的駕駛風(fēng)格而異，國內(nèi)外的資料一般選取為2～5 m，為了保證系統(tǒng)的安全性，本系統(tǒng)取最大值5m。

1）危險報警距離計算公式

2）提醒報警距離dw計算公式

前車加速或勻速運動時：dw=db+vrel

前車靜止或減速運動時：dw=db+v1

上述公式中：v1——自車速度；v2——前車或側(cè)車速度；vrel——相對速度；a——本車加速度。

1.3 相對距離和相對速度的測量

車前及兩側(cè)采用毫米波雷達來作為測量傳感器。毫米波雷達［3］的工作頻率在30～300 GHz，波長短，頻率高，抗干擾性強，測距性能穩(wěn)定，受對象表面和顏色的影響小，可以全天候工作，不受天氣狀況的影響，環(huán)境適應(yīng)性能好，能精確地測量目標的距離和相對速度，并且雷達的外形尺寸很小，便于在汽車上安裝。毫米波雷達有調(diào)頻連續(xù)波 （FMCW）和脈沖雷達兩種，汽車毫米波雷達系統(tǒng)一般采用結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、適合作近距離探測的調(diào)頻連續(xù)波雷達方式。

2 自動制動系統(tǒng)的設(shè)計

當實際測量間距小于危險報警距離，且信息采集單元沒有檢測到駕駛員的減速或制動信號時，主控單元自動啟動制動系統(tǒng)。制動系統(tǒng)由制動伺服電機、齒輪齒條傳動機構(gòu)、液壓缸等組成。主控單元輸出的開關(guān)量，負責(zé)接通制動伺服電機，扭矩傳感器將獲得的扭矩大小轉(zhuǎn)換成電壓數(shù)字量，傳送給伺服電機。伺服電機的角位移經(jīng)齒輪齒條傳動機構(gòu)變成制動液壓缸的位移，進而得到相應(yīng)的制動力矩，完成自動制動任務(wù)，自動制動原理見圖2。

在車輛不同的負載和車速條件下，力矩傳感器輸出的電壓大小也不一樣，伺服電機的角位移隨之變化，液壓缸產(chǎn)生的壓力大小就會不同，制動器就能得到所需對應(yīng)的制動力矩，實現(xiàn)最佳的制動效果。

3 小結(jié)

汽車防撞安全系統(tǒng)設(shè)計主要針對追尾和側(cè)撞的情況，不針對倒車情況 （因為車速較低，且駕駛員注意力集中，危險系數(shù)較?。?。本防撞安全系統(tǒng)在出現(xiàn)追尾和側(cè)撞危險報警時，優(yōu)先采用人工制動，只有在人工制動失效的情況下，自動制動系統(tǒng)才會啟動，并且能根據(jù)汽車不同的載荷和車速選擇相應(yīng)的制動力矩，改善了制動效果。

系統(tǒng)測試以東風(fēng)雪鐵龍C4L 1.6THP勁智版為試驗車型，該車最大扭矩240Nm。系統(tǒng)采用上海汽車電子工程中心研制的SAE－100型毫米波雷達，工作頻率35GHz，毫米波雷達的探測距離在100 m以上，探測寬度為3.5 m，探測幅度為3 m，與道路的升降相對應(yīng)。主控單元采用美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS 8位單片機AT89C52，它有40個引腳，32個外部雙向輸入／輸出 （I／O）端口，可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。遇到追尾危險時，兩次報警完備，側(cè)撞一次報警，自動制動系統(tǒng)的反應(yīng)距離為0.5m，制動力矩與載荷和車速相對應(yīng)，制動效果良好。

［1］ 2014年全國道路交通事故數(shù)據(jù)統(tǒng)計［EB／OL］.http：／／www.peichang.cn／detail／id2737.html，2015－03－13.

［2］ 車輛主動防碰撞控制系統(tǒng)設(shè)計［EB／OL］.http：／／wenku. baidu.com／link?url=yV2LCCLR5sPqXZsgvzr_jNfPuSj5Y txuHj9pzkT92PdUw9_KKY1－G9QSbOe17NqqYNSxp76Y3 ak4yZGz99bbVRmPxYklGCrTIZB8YdXfYq，2012－12－05.

［3］ 韓天龍.現(xiàn)代汽車防追尾系統(tǒng)研究［J］.機電工程技術(shù)，2008，37（8）：76－78.