第第PAGE２頁第第PAGE１頁智能車輛主動避撞控制系統設計目錄TOC\o"1-2"\h\u25387關鍵詞:智能車輛避撞控制系統科學技術 2132071智能車輛主動避撞控制系統設計的現狀及研究意義 2189651.1研究背景 2258621.2國內外研究現狀 2225001.3研究主要內容 3223792避撞系統的概述 499492.1避撞控制系統的定義 428492.2避撞控制系統的技術 4287931.信息感知環節 4113212.信息判斷環節 538573.車輛建模環節 5225104.控制系統設計環節 5199932.3VISSIM主要功能 5190743基于車輛模型的避撞研究 612783.1建立車輛縱向、側向智能行駛模型 684683.2VTH距離算法 866894制作碰撞模擬仿真 8305254.1.選取車道制作仿真圖 8139624.2使用VISSIM軟件制作仿真圖 898425工作總結 1030785參考文獻 11中文摘要隨著我國經濟飛速發展，社會主義現代化建設逐步加快，我國機動車行業也日新月異，人均持有機動車量也大幅度增長，給人民也帶來了諸多交通便利，但是伴隨著發展的同時，也帶來了交通風險，威脅人民的人身財產安全，所以解決機動車帶給人民的威脅是刻不容緩的問題，本文從研究智能車輛主動避撞系統的設計出發，從技術角度出發，解決實際問題,以智能車輛為研究核心的智能安全和智能輔助駕駛受到人們的廣泛關注,以避免事故發生為目的的主動安全控制系統的研究正成為國內外汽車主動安全領域的研究熱點之一,減少人員財產損失,促進智能交通的發展具有重要意義本文研究了交通場景中的兩類避撞情形,設計了相應的避撞算法,最后通過仿真的例子來說明所給的算法可以實現避撞的目的。關鍵詞:智能車輛避撞控制系統科學技術1智能車輛主動避撞控制系統設計的現狀及研究意義1.1研究背景目前由于社會飛速發展，導致人民經濟飛速增長，生活質量逐步提高，步入小康時代，促進了工業化發展，導致汽車行業繁榮蓬勃，人均持有機動車數量也在逐步提升，機動車也為人類謀求了福利，通過社會各個領域提供了數量相當多的便利，為人民的出行以及工作效率產生了極大的提高。雖然機動車在現代社會中扮演著重要的角色，也起到了相當重要的作用，但是機動車行業的飛速發展同樣是一把雙刃劍，也帶來了相應的弊端，例如，近年來根據數據表明道路交通安全性差以及道路容納量低等一系列的問題也正在逐步加重,根據歐盟數據統計在其道路交通系統中綜合當前數據分析，平均每年將發生將近4萬起重大交通事故，受傷人數將近達到180萬，根據美國有關部門統計在其公路交通安全系統中，平均交通事故死亡人數超過50萬。受傷人數達到1000萬，同樣我也是被道路交通安全困擾的國家之一，每年發生的交通事故也是最為嚴重，根據公安部交通管理局數據統計，2019年我國發生交通事故共計426萬余起，因交通事故死亡人數7萬三千余人，導致30萬人受傷，造成財產損失十億元，2020年發生交通事故共計23萬起，因交通事故死亡人數六萬七千余人，導致27萬余人受傷，造成財產損失九億元，在面對這些沉痛的數據時，不禁引起我們的反思，對于道路交通安全的重視已經是刻不容緩，如何提高道路交通安全以及對于如何機動車安全性的研究課題也是極為重要,為了這里動交通安全，世界各地正在積極研究如何提高機動車的安全性能，并且通過智能化的方式實施自主避撞，減少人民的傷亡率，所以加強社會關注并且提高核心科學技術，實現車輛智能自動避撞技術的應用，保證人民的道路交通安全能夠得到進一步的提升，所以本文對車輛智能避撞技術進行深入研究，為提高道路交通安全，提供具體價值，為未來的技術工作打下基礎，提供合理的意見和依據。1.2國內外研究現狀目前雖然道路交通發展迅速，建設也日益完善，但是面臨的道路交通安全風險也正在逐步加大，給人民帶來了一系列負面影響，嚴重威脅人民的人身財產安全，例如道路交通擁堵，安全事故頻發以及尾氣污染能源損耗等各類交通問題，為解決此類道路交通安全問題，本文著力研究智能交通系統，改善道路交通環境，提供多項安全舉措，減少因事故發生的人員傷亡以及財產損耗，研發機動車智能主動安全技術，已經成為了世界上各個國家的主要研究方向。第一屆ITS世界大會我國也有一部分學者參加了此次大會，這次大會的順利召開，為中國的ITS項目展開了，一幅全新的篇章。在此次大會之后，經過我國學者大力研究，與世界各國先進技術進行接軌，對于ITS技術進行學習后在智能交通領域上取得了顯著的效果，所謂ITS技術就是將先進技術運用于治理道路交通安全體系的一種科學手段，ITS將信息化技術，傳感技術，通信控制技術以及計算機技術與道路交通安全有機地結合在一起，建立起一個全新的控制體系，對于道路交通安全可以進行全方位監控準確實時的進行運輸和管理，避免道路交通事故的發生，減少對人民人身財產安全的威脅，防止能源浪費，防止機動車尾氣污染環境,經過我國學者不斷努力以及科研機關的不停奮斗，我國的智能交通系統已經取得了突飛猛進的進步，2009年西安交通大學首次舉辦了智能車輛和智能交通的Ie11智能車輛國際會議，取得了不錯的反響，2009年2010年在西安舉辦了第一屆，第二屆中國智能車未來挑戰比賽，在國內智能車輛領域掀起了火熱的狂潮，2011年中華人民共和國科學技術部批準后，舉辦第六屆中國智能交通年會中國智能交通博覽會以及第七屆國際節能及新能源創新發展論壇展覽會，這一系列標志性大會都在彰顯著我國智能車輛領域的繁榮發展，以及國際智能車輛領域的重要地位。想要進一步研究智能車輛領域的應用以及發展，我們應該回首車輛主動避撞的發展過程，回顧歷史，總結經驗才能得到新的突破，新的進展。在智能車輛主動避撞的發展歷程中，首次提及的自主控制避撞的應用，是在無人航天機上，雖然無人航天飛機與智能車輛的導航系統不同，但是通過研究無人航天飛機的控制方法，也可以應用到智能車輛領域，通過研究無人機上的主動避撞的控制方式進而借鑒到智能車輛主動避撞研究中，具有相當重要的研究價值和意義，國際研發車輛主動避撞這一科研領域較為成功的國家主要有美日德，其研究出的。計劃，是由50多科學研究所及17家著名的機動車制造商連同參與共同研發，將人工智能，計算機運行處理，傳感器等多項科學技術融為一體，創造出新型的智能車輛主動避撞體系，提高了機動車在道路交通內，行駛過程中的安全性和可控性，并且在第76屆日內瓦車展上，日本豐田集團帶來了雷克薩斯旗艦版，該車輛搭載了最為全新的安全系統，其中車輛碰撞安全預警系統以及駕駛員駕駛輔助系統障礙物測試系統，尤為引人注目，實現了車輛智能避撞的重要應用，這以標志性改革代表了現代智能車輛主動避撞的里程碑，為未來研究智能車輛主動愛避撞體系的發展打下了堅實的基礎。我國對于設計車輛自主避撞的研究。發展較晚，但是國家和政府已經對此類技術重視起來，各大高校開始著手研究新型智能車輛和智能車輛主動避撞系統,我國同國外發達國家相比還存在較大差距,車輛距離報警裝置普遍難以滿足車輛行駛安全要求但是在控制策略方面,但是目前我國學者經過研究對于控制策略方面已經有了極大的貢獻，在文獻中表明，我國學者針對車輛主動避撞系統的下位控制要求設計了相應的控制器，對于車輛主動避撞下位系統有著良好的控制，并且提出了自適應神經模糊退系統數據算法，為智能車輛主動避撞提供了重要的控制方式，建立了智能車輛主動避撞的數據建模，通過數據測算和分析進行研究，建立了應用于車輛避撞控制的駕駛員模型，為未來我國研發智能車輛主動避撞領域進行了大量數據鋪墊，提供更多的理論知識。通過上述文件我們可以得到相應的啟發，結合數據分析，結合研究發現，可以對本文對于智能車輛主動避撞的問題進行研究，通過實際出發，結合現實中道路交通內的駕駛場景，提出最優模型以及控制算法，為建立車輛主動避撞的體系，進行技術探討和研究。1.3研究主要內容在智能車輛主動避撞系統的研究過程中，目前存在著最難的技術問題就是對于控制系的靈敏度精準度的設計，應確保機動車在道路內行駛過程中，可以對外界數據進行整合后，通過智能車輛主動避撞系統進行自主控制防止發生事故后，在緊急狀態下，無法進行自主操控避撞，導致駕駛員產生嚴重的安全威脅，所以說，智能車輛主動避撞系統的技術關鍵問題就是新型科學技術與傳感器的實際操作配合，需要共同建立起一個可以實現自動避撞的數據模型，通過對于外界數據進行獲取與車輛自身情況進行結合，計算出可以完成避撞的最佳方案，最佳路線，最佳控制時間，實現成功避撞，所以說研究車輛智能主動避撞的第一步就是，對控制器的設計，對于控制器的設計應該結合車輛的動力學進行研究，利用建模的方式，做出預先控制算法，確保車輛在實施避撞過程中解決各個問題，排除相關干擾獲取正確信號。2避撞系統的概述2.1避撞控制系統的定義智能車輛主動避撞系統通過新型科學技術進行傳感控制，對機動車駕駛員信息感知能力進行增強，將車輛信息以及獲取到的外界信息進行整合，傳遞給車輛智能避撞系統控制器中，通過數據建模進行運算，得出最佳的批準角度和制動距離，判斷當前的運行狀態，發生緊急情況后，立即進行相應措施，減少碰撞事故的發生，保證機動車駕駛員的安全，降低機動車事故率。2.2避撞控制系統的技術車輛主動實施避撞是智能車輛領域內較為困難的難題之一，車輛實現主動避撞具有十分重要的研究意義，可以為機動車駕駛員提供更多的安全可能，車輛主動避撞技術仍有諸多問題需要解決，需要深入研究核心技術，建立車輛主動避撞控制系統，加強智能化研究，我國在此技術上仍處于起步階段，所以對于車輛主動避撞系統的研究是極為重要的,提高道路交通的安全性,降低交通事故的發生率,促進智能交通系統的發展。汽車避撞系統是一個極其復雜的控制系統,其結構主要由傳感器、控制器和執行器三部分組成,傳感器從車輛自身及外界獲得車輛所需信息,如速度、車輛位置等車輛自身信息，以及與障礙物的距離、相鄰車道的交通狀況等外界信息控制器通過信息采集儀器，將車輛自身信息以及外界道路信息進行整合，通過建模后，計算出相應的數據進行自動避撞,并制定相應的控制算法執行器執行相應的操作,然后根據外界交通環境的變化將信息再反饋給傳感器,實現一個閉環具體的,汽車避撞系統的技術主要有以下四個環節：信息感知、信息判斷、車輛建模和控制系統設計1.信息感知環節車輛通過傳感系統對于外界交通環境獲取相應的道路信息，確保車輛避撞系統的數據獲取正確,將車輛自身信息與獲取的外界道路信息進行結合，計算出正確的避撞數據，實施精準避撞。2.信息判斷環節通過信息感知環節獲取到的實際數據，傳遞給中控系統，對于獲取到的數據進行分析，研判判斷信息的正確性，為接下來的運算提供有效信息。3.車輛建模環節智能車輛主動避撞系統最為重要的環節就是通過判斷正確的外界信息數據之后，對車輛動力學系統以及障礙物的安全距離碰撞時間進行車輛建模運算，通過傳感器發出控制信息，實現控制系統的避撞功能。4.控制系統設計環節在對車輛避撞系統建模的基礎上,設計合適的控制算法對車輛的轉向及加速度進行控制控制算法不僅要使系統穩定可靠,而且要易于實現,計算負擔要小。2.3VISSIM主要功能VISSIM為分析交通系統的微觀軟件系統。通過利用該軟件的特性和功能，對于機動車輛進行智能主動避讓有著良好的作用，通過利用軟件進行分析，進行相關實驗，得出一定結論，對命題的認證提供科學嚴謹的思路。該系統主要由兩部分組成交通仿真器和信號狀態產生器，通過系統運作將車道進行合理分配，調節停車讓行交通組成等因素，加入行人和機動車模型形成車人交互的狀態，在各類影響因素設定完成的前提后，進行工作運轉，得到完整參數在綜合車道內展示實際情況，可以直觀地得出仿真結果。本篇論文主要用到的VISSIM技術主要有車輛定義模塊，車道變換模塊，動態分配模塊等，其中車道變換模塊為主要應用，當智能車輛在行駛過程中前車遇到緊急制動的過程中會妨礙自己行駛，智能車輛或者選擇緊急制動或者進行車道變換，在變化車道的過程中應注意本車道與鄰近車道的情況，在該模塊可以自定義設置。3基于車輛模型的避撞研究建立車輛主動避撞系統。對于預防道路交通安全問題的發生提出解決方案。為直管研究智能車輛主動避撞系統，建立模擬數據模型，分析影響車輛主動必撞的各個環節的因素，總結相應數據，通過建立數據模型，我們可以直觀的對車輛避撞問題進行系統分析。通過科學算法，列出相應數據，進行分析總結，為道路安全問題的解決，提出良好的對策，并且通過縱向和側向兩種模式來分別討論，從多角度出發，積極探究車輛避撞這一現實問題，為進一步研究車輛安全打下基礎。3.1建立車輛縱向、側向智能行駛模型建立智能車輛主動避撞系統的框架圖。通過建模來研究車輛主動避撞系統，我們可以大致分為兩個方向，一，縱向控制安全距離，二，側向轉向避讓目標，縱向及時通過車輛減速控制安全距離，及時制動，來進行主動避撞，側向則為車輛通過進行轉向避讓障礙物。縱向：建立車輛主動避撞系統的方式有，一VYH安全距離算法，二下層控制器設置，三上層控制器設置。下層控制器設置來實現車輛智能主動避撞的方式為設計出理想加速度以及當前車輛實際加速度，最終得出控制車輛需要的油門開口以及滿足制動的壓力，通過驅動以及建模來作出運算驅動模型油門執行器或者制動壓力轉變為控制車輛行駛的實際油門角度，來達到控制機動車，在設定下進行行駛，對結果數據進行分析運算后，得出相應結論參數，按照指定參數進行標定設定數值，從而進行控制制動，來實現機動車輛的智能避撞。上層控制器設置主要是保證車間距離，進而進行制定三級制動控制策略，記錄兩輛機動車之間的實際距離，并且推算出應當保證安全地制動距離，以及推算出理論安全距離，通過運算得出危險指數，通過上控制器設置來評判車輛檢測前方低速車輛，并且減速跟車行駛的能力，根據緊急制動測試工況的原理，來設定兩車應有的安全制動距離，通過總結結論來得出最優控制理論，并且得出制動危險指數，來進行多方自動控制，采取相應策略，在遇到緊急情況時提高車輛，主動避撞能力，大幅度降低車輛碰撞事故的發生。側向：建立轉向避讓障礙物的方式有，一代入自行車模型，二角度推導轉向角公式。車輛模型如圖所示的形狀可以近似成一個長為L,寬為W砰的長方形,為了分析的方便,我們引入一個自行車單軌模型,即將車輛模型中前軸上的兩個輪用位于前軸中心的一個輪來簡化,后輪進行相似的簡化,這樣就得到了一個自行車模型,用它來分析智能汽車的行為前后輪的滑動角,利用具有線性輪胎特性的穩態轉向方程，可以近似動態轉向過程中的轉向角與轉向半徑的關系，為了補償輪胎的松弛，在轉向角與轉向半徑之間引入了小時延,這是通常很容易包括在智能車模型和消除在推導過程中，這使得更容易推斷出一些簡單的角度，在穩態轉向，轉向角可以近似如下3.2VTH距離算法如（1）（2）所示τ1、τ2均為大于0的常數，但不是固定不變，而是隨著汽車行駛環境變化而變化的變量；τ為車間時距常數，τ值最高取值3s，最低取值1s；車間安全間距為dsafe,m；主車輛的實時車速為vhost,m/s；兩車靜止時車間最小距離為dmin，一般取值為1.5~3m。車間距應表示為：VTH控制算法設計時應考慮車間相對速度對車間時距τ的影響，其車間時距τ可用一個飽和函數sat()來描述。式中：sat()為飽和函數；τ0和τh是大于0的車頭時距常數；vr是車間相對速度m/s。這種安全距離算法更能符合實際交通路況的需求，能更好地提高道路的利用率和保證汽車的行駛安全性。4制作碰撞模擬仿真4.1.選取車道制作仿真圖本篇論文選取的是位于沈陽市大東區的大東路街道，大東路街道為雙向三車道路段，路段車流量大，連接中街和龍之夢商業圈并道路兩側分布住宅區。車流組成復雜、行人量大、車種復雜、交叉口多、交通分散，高峰時段無法滿足車流量需求。該車道滿足智能車輛可能在行駛過程中遇到的所有問題。因此選取這條車道能車輛避撞系統研究道路。4.2使用VISSIM軟件制作仿真圖4.2.1安裝VISSIM8.0學生版先下載交通仿真軟件VISSIM8.0學生版，解壓后雙擊打開文件彈出框選擇English，單擊ok，彈出框再選擇VISSIM520_UNI_Init.zip文件，單擊打開，單擊next安裝即可。最后打開軟件，在菜單里先點擊view，再單擊options，調成中文模式。4.2.2制作仿真圖流程

?1.點擊左邊新建道路按鈕，建立一條道路設置道路屬性，以單向車流量為例。點擊載入交通量按鈕，設置編號、名稱、交通構成、交通量、開始與結束時間。

2.切換到routs，單擊主路段然后再靠近起點的位置右鍵、對話框參數不改（起點位置應離閘道口距離遠些），選擇靠近大東路路邊的車道為路段1，然后單擊路段1，在一個點為前車設置臨時停車點右鍵設置終點1，同理為后車設置終點2，在空白地方左鍵后再右鍵下，前車和后車會產生沖突區，點擊最conflict按鍵，左鍵點擊沖突位置，右鍵更改沖突方式。最后制作仿真，如下圖為仿真圖。進行視頻錄像。5工作總結考慮避免與障礙物發生碰撞的實際意義,我們研究了避撞實現問題,并取得了一定的研究成果,本文的主要工作如下考慮在車輛主動避撞系統的控制下，機動車在實際場景中與相同街道靜止的障礙物發生碰撞，然后進行自動避撞設計，提出符合當時條件下的最優模型以及控制算法，調整出最好的預期行車軌跡，進行自動避撞，達到避撞目的，保護駕駛員的行車安全。考慮智能車輛在道路內行駛過程中，與一個和他運動方向相反的運動障礙物發生碰撞后，通過智能車輛主動避撞系統的控制，提出相應的控制算法，進行自主避撞，選擇最優路線，選擇最優方式，完成避撞任務，達到避撞目