车辆防追尾预警刹车系统的设计探讨

鲍伟亮 张晓壮 吴轲

摘 要：根据高速公路上汽车行驶状态，任意选择相邻两车建立防追尾模型、超车模型的仿真模型，分析模型中目标车、跟随车的运动状态及遇到紧急情况时的制动过程，推导出两车制动后不发生碰撞的最小安全距离。通过信息传输延时、GPS 误差、路面摩擦系数三个方面研究安全距离模型，为设计出一套高效智能预警自动刹车装置提供参考。

关键词：汽车；防碰撞；仿真

中图分类号：U463 文献标识码：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.03.001

Abstract： According to the running state of the automobile on the highway， the simulation model of anti-rear-end collision model and overtaking model is established by randomly selecting two adjacent vehicles， the moving state of the target vehicle and the following vehicle and the braking process in case of emergency are analyzed， and the minimum safe distance without collision after braking is derived.The safe distance model is studied from three aspects of information transmission delay， GPS error and road friction coefficient， which provides feasibility for designing an efficient intelligent early warning automatic brake device.

Keywords： automobile；collision；the simulation

0 引言

汽車的普及为交通运输、经济发展、日常出行等带来了极大的便利，但由于天气、地段等难以避免的因素，致使交通碰撞事故频发，预防工作成为了重中之重。目前，国内外推出了比较常见的防追尾预警系统，如CMBS防碰撞刹车辅助系统、Pre-Collision预碰撞系统等，但由于毫米波雷达易受干扰、系统成本高昂等原因，无法取得理想效果。

基于车车通信，从信息传输延时、GPS 误差、路面摩擦系数三个方面研究含有防追尾模型、超车模型的安全距离模型，通过计算仿真分析，为智能车预警自动刹车装置生产提供了理论依据。

1 安全系统的组成

安全系统的组成如图1所示，分别从信息采集、数据处理和报警系统三方面研究。

1.1 信息采集

不同路面的滚动阻力系数如表1所示，不同路面的滚动阻力系数对运动速度的影响是不同的。

实验选择混凝土、沥青、碎石和压实地等四种常用路面进行分析，如表2所示，归纳出各条件下的滚动摩擦系数和滑动摩擦系数。

1.2 数据处理

建立路况数据库，自动模糊分析天气情况及路面情况，从大量的杂乱无章的难以理解的数据中抽取并推导出对于研究事件来说是有价值、有意义的数据。

1.3 报警系统

警报：当处于危险工作期间时，系统预先发出警报，直至危险消除。

执行系统：当达到极限危险值时，驾驶员还未采取任何制动措施时，安全系统介入制动系统，强制车辆减速。

2 追尾模型

2.1 车辆位置图

建立如图2所示的车辆位置图，A、B两车同向行驶，当二车距离小于安全距离后，紧急刹车无法阻止碰撞事件的产生，导致汽车追尾。

2.2 最大安全距离的确定

假设汽车质量为m，路面摩擦系数为μ，

则最大制动力Fmax=μmg （单位：N），最大制动加速度amax=μg （单位：m/s2）。

分别从后车匀速行驶、加速行驶和减速行驶来对行驶路线进行模拟，并计算安全距离。

（1）匀速行驶时

vA

vA=vB安全

vA>vB 危险

当后车速度大于前车时，两车之间车距逐渐减小如图3后车匀速运动时两车的v-t曲线图所示。

3 误差分析

3.1 信息传递延时

与GPS接收机有关的误差，包括接收机的位置误差和接收机天线相位中心偏差。

3.2 系统传输延时

系统分析处理信息以可编程线延时芯片和单片机为基础，数据分析及传输需要一定的时间，进而通过设计可编程控制系统，完成信息的传输，从中产生一些不可避免的时间误差。

3.3 人为信息处理

人的正常反应时间：一般人的反应时间应该在0.2 s以上，经过训练的运动员应该也不会低于0.1 s。

4 仿真模拟

4.1 实物模拟

模拟选用HSP无限1/16电动有刷遥控车进行检测，分别模拟沥青路、混泥土路两种常见路面，得出如表5、表6数据。

根据已得数据可知，外界条件相同时，汽车以相同速度行驶在混凝土路面和沥青路面上，前者所需的刹车距离更长。这与信息采集部分得到的摩擦系数数据差基本一致，证明在该实验条件下，数据结论成立。

5 结论与展望

该实验，通过对信息传输延时、GPS 误差、路面摩擦系数三个方面研究，结合仿真模拟，得出汽车刹车安全距离模型，为设计出一套高效智能预警自动刹车装置提供参考。当然，限于实验条件，数据仅在实验模拟条件下成立，在今后的应用中有待于精确度更高的数据产生，以应用于实际，造福大众。

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