一类自动化车辆构架合理体系的预设

    1系统组成及模式实现
　　智能型车辆主动安全系统从工程实际角度出发，综合考虑车辆行驶中的各种工况，为有效避免车辆碰撞设计而成。现就该主动安全系统的组成和工作模式作以下简介。
　　1.1系统组成
　　车辆主动安全系统由信息输入部分、控制部分和控制输出部分组成，其总体结构如1所示，各部分的功能如下：
　　1车辆主动安全系结构图a）信息输入部分：主要用于向微机控制单元提供车辆行驶状况以及驾驶员操作信号。
　　1）车用测距传感器：用于测量自车与前车间的相对距离和相对速度。
　　2）轮速传感器：用于测量自车的车速。
　　3）节气门位置传感器：用于检测节气门的位置。
　　4）开关量：用于路面识别或其它车辆运行情况的检测。
　　5）模式转换开关：本系统拟采用两种模式实现车辆主动安全控制，即“预警模式”和“巡航模式”。“预警模式”是为驾驶员提供必要的预警信号，并能够在驾驶员来不及处理的情况下实现自动制动以避免碰撞的发生；“巡航模式”是为降低驾驶员疲劳程度而设置的车辆“恒速”
　　行驶模式，是一种间接防撞措施。两种模式转换必须通过驾驶员操作模式转换开关来实现。
　　b）控制部分：控制部分的功能是把输入信息转换成微机控制单元便于接收和识别的信息，并进行相应的滤波、放大、存储等处理，最后分析运算，输出控制信息，驱动执行器动作。
　　c）控制输出部分：1）报警模块：“预警模式”下，危险情况时为了提醒驾驶员采取减速、制动或转向等措施以避免碰撞所设置的报警装置。
　　2）自动制动执行机构：“预警模式”下，当驾驶员未对危险情况做出及时处理时，为避免碰撞所设置的实现自动制动（刹车）作用的执行机构。
　　3）节气门执行机构：“巡航模式”下实现恒速控制的执行机构。
　　1.2模式实现
　　a）预警模式实现1）控制原理2预警模式下主动安全系统控制过程框图如2所示，系统检测装置实时检测车辆的运行工况，并把所检测到的相关信息传递到控制单元。控制单元对传递来的信息进行处理、运算，并依据所建立的安全模型计算出临界安全距离sa，危险距离sw和制动距离sz，并将两车间实际相对距离s与之比较，做出行车安全判定和输出控制决策。具体判定依据：当sw<ss<sa时，系统发出临界安全报警信号；当sz<ss<sw时，系统发出危险报警信号；当s<sz时，系统发出制动指令给自动制动执行机构以实现自动制动操作，避免碰撞。
　　2）自动制动机构的设计
　　自动制动执行机构的设计要能保证原车制动系统的正常运作，同时必须满足制动的可靠性要求，在此基础上，设计了一套自动制动执行机构，如3所示。
　　该自动制动执行机构是在原有的液压制动管路中并3车辆自动制动执行机构结构简图联一套液压自动制动系统，通过电磁阀控制自动刹车系统向制动管路提供压力。
　　b）巡航模式实现1）巡航控制原理当驾驶员通过模式转换开关使系统工作在巡航模式下时，车辆按车速设定值恒速行驶。巡航模式的车速设定值即为模式切换时刻的实际车速值（即把模式转换时刻车速值定为目标车速值），具体巡航控制原理图（4）。
　　4巡航控制原理图如4所示，控制器有两个输入信号：一个是驾驶员设定的车速信号，另一个是实际车速反馈信号。当测出的实际车速高于或低于驾驶员设定的车速时，ECU将这两种信号进行比较，得出误差信号，再经放大、处理后成为节气门控制信号，送至节气门执行器，驱动节气门执行器工作，调节发动机节气门开度，以修正设定车速信号与实际车速反馈信号的误差，从而使实际车速很快恢复到驾驶员设定的车速，保持恒定。
　　2）车速与节气门间的关系
　　5车速与节气门开度关系图车速与节气门开度的关系如图5所示。本系统巡航控制应使控制器根据车速设定值自动维持汽车恒速行驶。
　　ECU设置了维持恒速行驶的车速与节气门开度的输出控制线，系统应该按照输出控制线控制汽车才能满足恒速行驶目的。如：系统进行巡航控制时，若在平坦路面上车速为V0时，对应系统控制节气门开度到θ0点，一旦遇到爬坡时，则行驶阻力增加，如不进行调节控制，车速就会降到VD点。要使行驶达到动态平衡，必使开度增加 Δθ，相应的车速会降低-ΔV，从而重新取得动力平衡。由此，当车辆行驶时阻力发生变化，车速也只在V0-Δθ和V0 Δθ之间的小范围内变化，达到稳定行驶的目的。
　　2系统软件设计
　　系统软件的设计主要包括：数据采集及处理、串行通信设计、显示设计、主控程序设计和处理子程序等。因为篇幅有限，仅在这里介绍两种模式对应的子程序流程图，分别如6
　　所示。
　　6预警模式子程序流程图3模拟验证和仿真a）预警模式下控制效果模拟验证
　　文中采用VC  6.0编程来验证安全控制过程，其中自车速度、相对距离、相对速度、以及汽车的运行状态（如拐弯、制动、油门）通过界面输入，同时通过四个界面选择按钮确定汽车所行路面情况，当按钮按下的同时启动程序；计算得到临界安全距离、危险距离、制动距离并将其显示出来，同时也显示安全判定结果。其验证结果如图8所示。
　　图7巡航模式子程序流程图图8预警模式下控制效果验证模拟验证模仿了预警模式下实际安全控制的整个控制过程，结果表明该模式下的主动安全控制设计完全正确合理。
　　b）巡航模式“恒速”控制仿真[6]通过MATLAB内的仿真工具Simulink来搭建仿真模型（图9）实现仿真功能。
　　当给定速度为60km/h时，仿真结果如图10所示。
　　仿真结果表明所采用的控制方法超调较小，响应时间较快，说明该系统的“恒速”巡航速度逐渐趋向、稳定于设定的目标值，从而保证车辆间接实现安全控制的目标。
　　4结论
　　本主动安全系统通过模拟验证和仿真都取得了良好的控制效果，从理论上说明该系统的可行性。但该系统实施的关键是要有较高精度的测距雷达传感器，在此基础上实施应该没有太大难度。而且这一设计概念是预警、自动制动与巡航的结合，是一个全新的概念，具有一定实用价值，相信也一定有良好的市场前景。