关于车辆自动紧急制动系统建模与仿真的分析

郭家昕

摘 要：本文将通过以车辆自动紧急制动系统作为主要研究内容，采用实验和建模分析的方式，对车辆自动紧急制动系统建模和仿真进行简要分析研究。

关键词：自动紧急制动；建模；仿真试验；碰撞时距

引言：根据相关数据显示，在我国现阶段发生的交通事故中，因驾驶员操作不当导致的交通事故占总事故数量的80%左右，尤其是在汽车追尾事故当中，有至少31%的事故是由于驾驶员未能采取有效制动。

一、车辆自动紧急制动系统建模分析

（一）安全距离模型

如果两辆汽车超同一方向行驶运动，则仅用一种时间指标Tb即可衡量自车同前车的相对距离。但计算这一指标的过程当中，需要对两车的行驶信息进行全面考虑。如果将两车之间距离表示为d，相对速度和相对加速度分别用Vrel以及arel进行表示，则：

在对进行计算的过程中，需要对车辆发生碰撞之前，前车是否采取了制动措施而停止进行准确判定。假设前车从开始制动到实际停止一共需要花费的时间为 ，则假如在两车发生碰撞之前，前车已经采取

制动措施并且成功停止，此时tobj≤Tb ，也就是：

反之，如果两车发生碰撞之前，前车并未成功采取制动措施，仍然处于行使状态，此时tobj≥Tb ，也就是：

通过对这一模型进行进一步推导，可以得知Tb= ，

随后通过对tobj进行计算，判断其是否与tobj≤Tb 相符合。如果其满足这一条件则无需继续计算，如果其与无法满足这一条件，则通过进一步计算可得：

假设V2同a2相等，取值均为零，也就是说前车为静止目标时，tobj≤Tb 成立，此时可以对上述模型进行简化，得到： ，此时通过进

一步推导可得Tb= 。如果自车同前车相同，均处于匀速运

动状态，则此时a1和a2完全相等均取值为零， ，其中碰

撞时距用TTC表示。由此可知该时距下的安全距离模型中，时间指标立足于碰撞时距的同时，也对自车以及前车加速度情况予以了充分考虑[1]。

（二）分级制动方式

1.判断自车危险状态

在前文构筑的安全距离模型当中，时间指标Tb可以对驾驶员在遇到紧急情况时，使用车辆自动紧急制动系统并有效完成制动动作，以防车辆碰撞的时间予以客观反映。通过结合下图可知，车辆行车安全状态会根据Tb的变化而变化，其中Tb1与Tb2分别为时间指标阈值，而在行车过程中，一旦Tb

2.确定制动减速度

根据王素金（2013）的相关研究可知，有超过95%的驾驶员在常规制动下其平均制动减速度以及峰值减速度分别可以达到0.55g以及-0.92g。这主要是由于车辆自动紧急制动系统本身就是专门针对车辆在紧急情况下，用于有效确保车辆安全的一种制动系统，因此其在自动启动制动操作的过程中相比于注重保障驾驶舒适性，更加看重保障车辆的行车安全[2]。当汽车在行车状态中启动了车辆自动紧急制动系统，将会使得行车危险性降至最低，在一般情况下，小制动力便可以有效达到防止碰撞发生的目的。

二、车辆自动紧急制动系统的试验与仿真

（一）试验方案

为有效验证车辆自动紧急制动系统模型的有效性以及其真实性能，本文将采取仿真试验的方式对其进行验证。而为了确保试验的安全性，在本次仿真试验当中采取的控制策略为，时间指标Tb为1.2s时输出-5m/s2。此外，在本次仿真試验当中还分别设置了四种不同的试验工况，分别为静止和缓速移动目标以及两种制动目标，分别为接近常规制动目标以及接近紧急制动目标[3]。

（二）结果分析

1.接近静止目标

在接近前方静止目标的试验当中，自车保持每小时10到80km的速度向前车靠拢，每隔10km/h对10km/h到60km/h进行测试，每隔5km/h对60km/h到80km/h进行一次测试，总共进行十组试验后记录试验结果。

根据仿真结果显示，当自车初速度在每小时60km以内的情况下能够有效防止出现车辆碰撞的情况。而随着车速越来越快，停止制动之后与目标之间的距离越来越小，在车速大约每小时65km时虽然无法有效保障避免发生车辆碰撞，但可以在一定程度上控制车辆碰撞时的速度，将伤害降至最小。在将时间指标分别设置为1.6s以及0.6s的情况下，依次输出-4m/s2以及-8m/s2，结果显示只有当时间指标为2ss时将制动减速度-8m/s2输入至车辆模型当中时，在车速为每小时10km到80km的情况下才能够有效防止与静止目标相碰撞。

2.接近缓速移动目标

表2展示的就是接近缓速移动目标工况的仿真结果，通过对下表内容进行分析，可知D即统计距离为相对速度为零的情况下，自车与目标之间的距离，此时相对距离达到最小值。在采用分级制动控制策略的情况下，自车车速在每小时30km到80km之间时，均可以有效避免出现车辆碰撞的情况。但随着车速的愈发加快，自车距离目标车的相对距离明显减小，当自车速度达到每小时30km的情况下，控制策略只输出-4m/s2的减速度。

结束语：本文通过采用仿真试验的方式，分别设定了接近静止目标、接近缓速移动目标、接近常规制动以及紧急制动的工况，证明了本文所构建的仿真模型具有较高的可行性和有效性，对于车辆自动紧急制动系统的实际运用和后续完善具有积极的指导作用。

参考文献：

[1]裴晓飞，刘昭度，马国成，等.汽车主动避撞系统的安全距离模型和目标检测算法[J].汽车安全与节能学报，2012（1）：26-33.

[2]王素金.汽车辅助安全避撞系统的建模与仿真研究[D].江苏大学，2013.