汽车紧急制动控制模型及其安全性分析与研究

张立霞 贾同国 于涛

摘 要：主要研究汽车紧急制动控制及其安全性，在对紧急制动工作过程进行分析的基础上，通过结合Carsim和 Simulink软件完成了紧急制动控制。根据两车间的安全行驶距离，采用的模糊控制策略，其输入变量为两车间距及相对速度、输出变量为主缸制动压力。对该制动系统进行仿真实验结果表明，系统的模糊控制策略在制动过程中能有效实现，同时，显著提升了车辆的安全性和乘坐舒适性。

关键词：汽车紧急制动系统; 控制模型; 模糊控制; 安全性; 舒适性

中图分类号： U463.5

文献标志码： A

Abstract：This paper mainly studies the emergency brake control and its safety. Based on the analysis of the emergency brake work process， the control of the emergency brake control model is completed by combining Carsim and Simulink software. The input variables of the fuzzy control strategy used are the two-vehicle distance and relative speed， and the output variable is the master cylinder brake pressure. The simulation experiment analysis of the brake system shows that the fuzzy control strategy of the system works well. The brake function is effectively realized， the safety and ride comfort of the vehicle are significantly improved.

Key words：Automobile emergency braking system; Control model; Fuzzy control; Safety; Comfort

0 引言

我國国产汽车近几年得到了迅猛发展，不断提高的生产技术为汽车整体性能的提高提供了技术支撑，我国高速公路里程不断增加，汽车已经成为日常出行必不可少的交通工具，随着汽车保有量的不断增加，伴随而来的交通事故逐渐增多，据统计，全国每年几十万起的交通意外事故有对人们的生命及财产安全产生了严重威胁和影响，而制动失误已成为交通事故的主要诱因，车辆发生意外后由低效的紧急制动过程导致车辆滑移原路线发生碰撞或翻车，其所引发的问题使人们对汽车的安全性能及操作性能的要求不断提高，本文主要完成了汽车紧急制动控制模型及控制策略的构建，以期提高汽车紧急制动过程的安全性和舒适性。

1 现状分析

不断发展完善的汽车技术为车辆整体安全舒适性能的实现提供了支撑，随着自动化及智能化理念的深入人心，公众对汽车的主动安全性能的关注程度不断提高。作为汽车主动安全的重要构成自动紧急制动（AEB）系统的应用已经成为提高车辆（处于行驶状态）应对包括爆胎、碰撞等在内的潜在危险能力的有效手段，是部分豪华车宣传的高科技亮点，欧盟Euro NCAP、美国IIHS、日本JNCAP、中国C-NCAP的新车评估体系中均纳入了AEB系统，AEB系统已成为车辆获取高评分的一项重要标准，驾驶员在车辆前方出现潜在安全隐患的情况下采取不正确的措施（如未采取制动措施、制动压力不足等）会使车辆发生碰撞的概率增加，需通过自动紧急制动系统主动代替驾驶员发挥制动功能以确保车辆安全。汽车紧急制动系统已成为研究重点之一，现有研究中大多对最大制动减速度进行设定（以路面状况为依据、固定最大减速度），将制动主缸的压力设置为某一定值，不利于连续动态的调整以满足不同的制动需求[1]。为此本文完成了一种紧急制动控制系统的设计，该系统基于模糊控制理论，制动压力可根据不同的制动阶段代替调整，有效提升了车辆的安全性和舒适性。

2 自动紧急制动系统工作流程分析

车辆的减速和停止通常使用某一固定主缸压力实现，过小的压力会降低应对突发事件效果不利于确保车辆的安全，而突然施加过大的制动压力会显著降低车辆乘坐舒适性。自动紧急制动（AEB）系统通过雷达、摄像头的使用完成对前方车辆的持续监测过程，在两车有碰撞危险的情况下（通过控制器完成判断），先提醒驾驶员进行制动（通过声音、警示灯），驾驶员超过一定时间后未采取制动操作或制动压力不足，系统会及时发挥辅助提高制动压力到需求值的作用，以有效避免或减少交通事故的发生。

2.1 制动过程

制动距离是影响车辆发挥紧急制动效果的直接因素，图1为汽车制动过程，汽车主缸制动压力由Fp表示，制动减速度由ab表示，接到紧急停车信号（t=0 时）的驾驶员反应时间由t′1表示，并在t=a时迅速抬脚踩制动踏板（这一过程持续的时间由t″1表示），制动踏板在t=b时开始下移直至踏板力达到最大值（即点 d，这一过程用时由t2表示），克服制动踏板间隙及制动力增长所需时间分别由t″2和t′2表示。汽车从c点开始减速到e点时达到最大制动压力，用时为t3的e到f属于持续制动过程（在f处完全停止），放松制动器后消除制动压力过程所需时间由t4表示。驾驶员制动过程虽存在一定的差异，但通常很难缩短整个反应时间（即t1=t′1+t″1），因此控制t′2和t″2成为控制前后车辆距离的关键所在[1]。

前后两车通过AEB系统保证相互间有足够的安全距离，安全距离会受到前后两车运行状态的较大影响。汽车主要分为匀速、加速、减速、静止四种状态，前、后车分别以其中的某一状态向前行驶。假设前车静止，前后两车的运行状态根据由vrel表示的两车相对速度可分为3种情况：后车行驶速度大于前车，vrel=v2-v1>0;前车行驶速度大于后车，vrel=v2-v1<0;两车相对静止vrel=v2-v1=0。后两种运行工况下不存在碰撞问题无需考虑，只需考虑第1种运行工况，且在两车间距S