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基于驾驶员反应特性的纵向防碰撞预警系统

王慧文  
【摘要】:交通事故已成为我国严重的社会问题,与之相关的智能驾驶辅助技术研究日益受到重视。汽车主动防碰撞系统作为智能交通系统中的重要组成部分,国外对其所涉及的相关理论和技术问题进行了诸多研究,并已在部分实车上实现应用。但国内汽车先进安全技术尚处于研发和试验阶段,主动防碰撞系统还存在车载雷达系统实用化成果少、安全距离模型的准确度低、关键参数难获得以及对驾驶员特性考虑不够和车辆动力学建模难以兼顾准确性和简洁性等诸多问题,因此很有必要对其进行相应的研究。本文以中低速电动汽车为应用背景,以车辆动力学和控制工程为理论基础,对纵向防碰撞预警系统所涉及的自车及环境信息采集、安全距离模型、系统建模仿真、硬件在环实验平台和实车实验平台开发等逐一进行研究,实现了纵向防碰撞预警系统的功能。具体的研究内容如下:(1)系统方案设计及环境感知制定防碰撞预警系统开发的整体框架。选用单片机MC9S12XS128作为系统控制单元,实现对自车信息及雷达数据的采集,并输出预警单元及制动系统的控制信号。通过对比各传感器性能选用了固态激光雷达Leddar~(TM),并基于雷达返回数据特征设计了一种目标检测算法,分别对行人和车辆做了静态和动态检测,实验表明Leddar~(TM)价格低、实用性强、具有与激光雷达、毫米波雷达近似的识别精度,同时也可以满足防碰撞预警系统对环境感知系统的实时性要求。(2)考虑驾驶员反应特性和路面附着系数的安全距离模型利用模糊控制对驾驶员反应时间进行辨识,采用功能原理和最小二乘估计器估算路面附着系数,并分别在实车和驾驶模拟器上采集数据从而拟合不同工况下的最小安全距离,最终建立了考虑驾驶员反应时间的安全预警距离模型和考虑路面附着系数及最小停车距离的安全制动距离模型。(3)系统仿真验证在CarSim中完成对自车车辆动力学建模、雷达系统建模和目标车及拖车建模,并在Matlab/Simulink中建立系统的控制策略,然后参照E-NCAP对AEB系统的测试要求对整个防碰撞系统进行了联合仿真验证。(4)硬件在环实验平台及实车实验为实现防碰撞预警系统的主动制动功能,搭建电控液压制动系统硬件在环实验平台进行验证,并基于实验电动汽车进行制动系统改造,完成防碰撞预警系统的实车实验平台的搭建工作。最后,针对前车静止工况做了实车实验,实验结果表明本文设计和开发的防碰撞预警系统可以很好地防止车辆发生碰撞。


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