电动汽车纵向主动避撞系统的设计

电动汽车纵向主动避撞系统的设计

余柏霖 ,赵团团（通讯作者） ,李宗唐 ,牛治远 ,史启发 ,曹文霜

新疆工程学院 工程技能实训学院   新疆乌鲁木齐   830011

摘要：针对驾驶员因疲劳驾驶等因素而发生汽车高速、低速追尾，与行人、障碍物碰撞等重大交通事故，提出了汽车的自动刹车纵向主动避撞系统的总体设计和参数匹配的设计方案。自动刹车纵向主动避撞系统的基本原理是：由车辆前方的测距探头不断监测与前面车的距离，并根据本相对车速按照建立的数学模型和控制算法计算出本车是否处于安全行驶状态，若车距太近则立刻启动紧急刹车系统，使汽车迅速停止行驶。该自动刹车系统由激光传感器，PLC控制器，电池，稳压器，电磁铁，鼓式刹车六部分组成。

关键词：汽车；主动避撞；安全距离；自动刹车

引言

随着电动汽车行业的蓬勃发展，汽车驾驶的安全问题越来越受到社会各界的重视，

汽车驾驶也越来越趋向于智能化。自主车辆应用信息、传感与控制技术来提高驾驶安全和效率，被认为是提高交通安全行之有效的解决方法[1]。自主车辆按其功能可分为辅助驾驶和自动驾驶。辅助驾驶主要是改进车辆安全性与舒适性，先进驾驶辅助系统的出现使辅助驾驶功能得以实现，主要有自适应巡航控制、纵向主动避撞和车道偏离报警系统等。我们设计的刹车系统属于辅助驾驶的纵向主动避撞系统，主要功能为，若驾驶员对前方的紧急情况未及时做出相应反应，该系统能够自动使车辆进行制动，避免追尾事故的发生或减轻追尾事故的碰撞程度[2]。汽车安全系统的深入研究和开发，更有助于提高驾驶员的驾驶体验，减少交通事故的发生，避免因驾驶员的操作不当而造成的人员伤亡，对从根本上解决交通安全问题具有深远意义[3]。

1、电动车纵向主动避撞系统的总体设计方案

整个系统由激光传感器，PLC控制器，电池，稳压器，电磁铁，鼓式刹车六部分组成。该系统由激光传感器测量本车与前车的距离，并由电池给PLC控制器提供电量，稳压器给PLC控制器提供稳定的电压，PLC控制器处理激光传感器获得的距离信息。当本车与前车相对距离小于安全距离，驾驶员未做出相应反应时，PLC控制器将立即发出给电磁铁断电的指令，然后弹簧夹弹起，通过钢丝拉动车轮上的鼓刹使汽车迅速停止。

2、弹簧夹原理图

弹簧夹原理：通过在④处的电磁铁控制②，按压①，使③处在蓄力状态，当驾驶员因操作不当引起与前车距离过近时，PLC控制系统控制④处的电磁铁断电，②释放弹簧弹力，使①迅速弹起，拉动①上钢丝控制的鼓刹，使汽车迅速停止。

3、安全距离简化模型的建立与分析

当本车与静止障碍物距离X≤X₁时，电动汽车纵向主动避撞系统启动，使汽车停止的时间为t₁。假设汽车的牵引力为F,汽车质量为m,汽车减速前的速度为v₁,则汽车的减速加速度为a=F/m。

由公式v=at,得t₁=v₁/a,即t₁=mv/F。

由公式X=1/2at²,得X=mv₁²/2F。

得出汽车的制动距离一般S≤mv₁²/2F。才能保证驾驶安全。

4、总结

该系统设计简单，应用方便，能保障车辆安全行驶，较容易实现[4]。但是不同路况、不同天气下，汽车安全距离不同，前车的运动状态也不能确定，刹车系统有一定的局限性[5]。如果安全距离设定过长，刹车系统会频繁触动，道路利用率大大降低；如果安全距离设定过短，容易发生交通事故[6]。

参考文献

[1]潘杰,李萍.汽车防追尾预警系统安全距离模型研究[J].电子技术与软件工程.2015,24(4)：3-10.

[2]王军雷,应世杰,李百川.高速公路汽车追尾预警系统的开发研究[J].安全与环境学报,2006,7(4)：4-7.

[3]杨伟,徐杰,李宗平.高速公路上跟随车安全距离的一种确定方法[J].四川工业学院学报,2001,21(4)：13-14.

[4]余志生.汽车理论(第3版)[M]机械工业大学出版社,2000,2(5)：13-17．

[5]陈光武.高速公路追尾碰撞预防报警系统开发研究[D].西安公路交通大学硕士论文.2000,27(4)：13-17．

[6]由彦涛，廉宇峰，王晓玉.电动汽车主动安全驾驶系统[M]第1版.北京：化学工业出版社.2020.

第一作者：余柏霖（2000.10—），男，汉族，四川成都人，本科.

通讯作者：赵团团（1985.01—），男，汉族，河南辉县人，硕士，高级工程师，主要从事优化控制，故障诊断，智能制造，汽车设计制造等方面的研究工作.