【智能车辆主动避撞控制系统设计（论文）7400字】

第第PAGE２页第第PAGE１页智能车辆主动避撞控制系统设计目录TOC\o"1-2"\h\u25387关键词:智能车辆避撞控制系统科学技术 2132071智能车辆主动避撞控制系统设计的现状及研究意义 2189651.1研究背景 2258621.2国内外研究现状 2225001.3研究主要内容 3223792避撞系统的概述 499492.1避撞控制系统的定义 428492.2避撞控制系统的技术 4287931.信息感知环节 4113212.信息判断环节 538573.车辆建模环节 5225104.控制系统设计环节 5199932.3VISSIM主要功能 5190743基于车辆模型的避撞研究 612783.1建立车辆纵向、侧向智能行驶模型 684683.2VTH距离算法 866894制作碰撞模拟仿真 8305254.1.选取车道制作仿真图 8139624.2使用VISSIM软件制作仿真图 898425工作总结 1030785参考文献 11中文摘要随着我国经济飞速发展，社会主义现代化建设逐步加快，我国机动车行业也日新月异，人均持有机动车量也大幅度增长，给人民也带来了诸多交通便利，但是伴随着发展的同时，也带来了交通风险，威胁人民的人身财产安全，所以解决机动车带给人民的威胁是刻不容缓的问题，本文从研究智能车辆主动避撞系统的设计出发，从技术角度出发，解决实际问题,以智能车辆为研究核心的智能安全和智能辅助驾驶受到人们的广泛关注,以避免事故发生为目的的主动安全控制系统的研究正成为国内外汽车主动安全领域的研究热点之一,减少人员财产损失,促进智能交通的发展具有重要意义本文研究了交通场景中的两类避撞情形,设计了相应的避撞算法,最后通过仿真的例子来说明所给的算法可以实现避撞的目的。关键词:智能车辆避撞控制系统科学技术1智能车辆主动避撞控制系统设计的现状及研究意义1.1研究背景目前由于社会飞速发展，导致人民经济飞速增长，生活质量逐步提高，步入小康时代，促进了工业化发展，导致汽车行业繁荣蓬勃，人均持有机动车数量也在逐步提升，机动车也为人类谋求了福利，通过社会各个领域提供了数量相当多的便利，为人民的出行以及工作效率产生了极大的提高。虽然机动车在现代社会中扮演着重要的角色，也起到了相当重要的作用，但是机动车行业的飞速发展同样是一把双刃剑，也带来了相应的弊端，例如，近年来根据数据表明道路交通安全性差以及道路容纳量低等一系列的问题也正在逐步加重,根据欧盟数据统计在其道路交通系统中综合当前数据分析，平均每年将发生将近4万起重大交通事故，受伤人数将近达到180万，根据美国有关部门统计在其公路交通安全系统中，平均交通事故死亡人数超过50万。受伤人数达到1000万，同样我也是被道路交通安全困扰的国家之一，每年发生的交通事故也是最为严重，根据公安部交通管理局数据统计，2019年我国发生交通事故共计426万余起，因交通事故死亡人数7万三千余人，导致30万人受伤，造成财产损失十亿元，2020年发生交通事故共计23万起，因交通事故死亡人数六万七千余人，导致27万余人受伤，造成财产损失九亿元，在面对这些沉痛的数据时，不禁引起我们的反思，对于道路交通安全的重视已经是刻不容缓，如何提高道路交通安全以及对于如何机动车安全性的研究课题也是极为重要,为了这里动交通安全，世界各地正在积极研究如何提高机动车的安全性能，并且通过智能化的方式实施自主避撞，减少人民的伤亡率，所以加强社会关注并且提高核心科学技术，实现车辆智能自动避撞技术的应用，保证人民的道路交通安全能够得到进一步的提升，所以本文对车辆智能避撞技术进行深入研究，为提高道路交通安全，提供具体价值，为未来的技术工作打下基础，提供合理的意见和依据。1.2国内外研究现状目前虽然道路交通发展迅速，建设也日益完善，但是面临的道路交通安全风险也正在逐步加大，给人民带来了一系列负面影响，严重威胁人民的人身财产安全，例如道路交通拥堵，安全事故频发以及尾气污染能源损耗等各类交通问题，为解决此类道路交通安全问题，本文着力研究智能交通系统，改善道路交通环境，提供多项安全举措，减少因事故发生的人员伤亡以及财产损耗，研发机动车智能主动安全技术，已经成为了世界上各个国家的主要研究方向。第一届ITS世界大会我国也有一部分学者参加了此次大会，这次大会的顺利召开，为中国的ITS项目展开了，一幅全新的篇章。在此次大会之后，经过我国学者大力研究，与世界各国先进技术进行接轨，对于ITS技术进行学习后在智能交通领域上取得了显著的效果，所谓ITS技术就是将先进技术运用于治理道路交通安全体系的一种科学手段，ITS将信息化技术，传感技术，通信控制技术以及计算机技术与道路交通安全有机地结合在一起，建立起一个全新的控制体系，对于道路交通安全可以进行全方位监控准确实时的进行运输和管理，避免道路交通事故的发生，减少对人民人身财产安全的威胁，防止能源浪费，防止机动车尾气污染环境,经过我国学者不断努力以及科研机关的不停奋斗，我国的智能交通系统已经取得了突飞猛进的进步，2009年西安交通大学首次举办了智能车辆和智能交通的Ie11智能车辆国际会议，取得了不错的反响，2009年2010年在西安举办了第一届，第二届中国智能车未来挑战比赛，在国内智能车辆领域掀起了火热的狂潮，2011年中华人民共和国科学技术部批准后，举办第六届中国智能交通年会中国智能交通博览会以及第七届国际节能及新能源创新发展论坛展览会，这一系列标志性大会都在彰显着我国智能车辆领域的繁荣发展，以及国际智能车辆领域的重要地位。想要进一步研究智能车辆领域的应用以及发展，我们应该回首车辆主动避撞的发展过程，回顾历史，总结经验才能得到新的突破，新的进展。在智能车辆主动避撞的发展历程中，首次提及的自主控制避撞的应用，是在无人航天机上，虽然无人航天飞机与智能车辆的导航系统不同，但是通过研究无人航天飞机的控制方法，也可以应用到智能车辆领域，通过研究无人机上的主动避撞的控制方式进而借鉴到智能车辆主动避撞研究中，具有相当重要的研究价值和意义，国际研发车辆主动避撞这一科研领域较为成功的国家主要有美日德，其研究出的。计划，是由50多科学研究所及17家著名的机动车制造商连同参与共同研发，将人工智能，计算机运行处理，传感器等多项科学技术融为一体，创造出新型的智能车辆主动避撞体系，提高了机动车在道路交通内，行驶过程中的安全性和可控性，并且在第76届日内瓦车展上，日本丰田集团带来了雷克萨斯旗舰版，该车辆搭载了最为全新的安全系统，其中车辆碰撞安全预警系统以及驾驶员驾驶辅助系统障碍物测试系统，尤为引人注目，实现了车辆智能避撞的重要应用，这以标志性改革代表了现代智能车辆主动避撞的里程碑，为未来研究智能车辆主动爱避撞体系的发展打下了坚实的基础。我国对于设计车辆自主避撞的研究。发展较晚，但是国家和政府已经对此类技术重视起来，各大高校开始着手研究新型智能车辆和智能车辆主动避撞系统,我国同国外发达国家相比还存在较大差距,车辆距离报警装置普遍难以满足车辆行驶安全要求但是在控制策略方面,但是目前我国学者经过研究对于控制策略方面已经有了极大的贡献，在文献中表明，我国学者针对车辆主动避撞系统的下位控制要求设计了相应的控制器，对于车辆主动避撞下位系统有着良好的控制，并且提出了自适应神经模糊退系统数据算法，为智能车辆主动避撞提供了重要的控制方式，建立了智能车辆主动避撞的数据建模，通过数据测算和分析进行研究，建立了应用于车辆避撞控制的驾驶员模型，为未来我国研发智能车辆主动避撞领域进行了大量数据铺垫，提供更多的理论知识。通过上述文件我们可以得到相应的启发，结合数据分析，结合研究发现，可以对本文对于智能车辆主动避撞的问题进行研究，通过实际出发，结合现实中道路交通内的驾驶场景，提出最优模型以及控制算法，为建立车辆主动避撞的体系，进行技术探讨和研究。1.3研究主要内容在智能车辆主动避撞系统的研究过程中，目前存在着最难的技术问题就是对于控制系的灵敏度精准度的设计，应确保机动车在道路内行驶过程中，可以对外界数据进行整合后，通过智能车辆主动避撞系统进行自主控制防止发生事故后，在紧急状态下，无法进行自主操控避撞，导致驾驶员产生严重的安全威胁，所以说，智能车辆主动避撞系统的技术关键问题就是新型科学技术与传感器的实际操作配合，需要共同建立起一个可以实现自动避撞的数据模型，通过对于外界数据进行获取与车辆自身情况进行结合，计算出可以完成避撞的最佳方案，最佳路线，最佳控制时间，实现成功避撞，所以说研究车辆智能主动避撞的第一步就是，对控制器的设计，对于控制器的设计应该结合车辆的动力学进行研究，利用建模的方式，做出预先控制算法，确保车辆在实施避撞过程中解决各个问题，排除相关干扰获取正确信号。2避撞系统的概述2.1避撞控制系统的定义智能车辆主动避撞系统通过新型科学技术进行传感控制，对机动车驾驶员信息感知能力进行增强，将车辆信息以及获取到的外界信息进行整合，传递给车辆智能避撞系统控制器中，通过数据建模进行运算，得出最佳的批准角度和制动距离，判断当前的运行状态，发生紧急情况后，立即进行相应措施，减少碰撞事故的发生，保证机动车驾驶员的安全，降低机动车事故率。2.2避撞控制系统的技术车辆主动实施避撞是智能车辆领域内较为困难的难题之一，车辆实现主动避撞具有十分重要的研究意义，可以为机动车驾驶员提供更多的安全可能，车辆主动避撞技术仍有诸多问题需要解决，需要深入研究核心技术，建立车辆主动避撞控制系统，加强智能化研究，我国在此技术上仍处于起步阶段，所以对于车辆主动避撞系统的研究是极为重要的,提高道路交通的安全性,降低交通事故的发生率,促进智能交通系统的发展。汽车避撞系统是一个极其复杂的控制系统,其结构主要由传感器、控制器和执行器三部分组成,传感器从车辆自身及外界获得车辆所需信息,如速度、车辆位置等车辆自身信息，以及与障碍物的距离、相邻车道的交通状况等外界信息控制器通过信息采集仪器，将车辆自身信息以及外界道路信息进行整合，通过建模后，计算出相应的数据进行自动避撞,并制定相应的控制算法执行器执行相应的操作,然后根据外界交通环境的变化将信息再反馈给传感器,实现一个闭环具体的,汽车避撞系统的技术主要有以下四个环节：信息感知、信息判断、车辆建模和控制系统设计1.信息感知环节车辆通过传感系统对于外界交通环境获取相应的道路信息，确保车辆避撞系统的数据获取正确,将车辆自身信息与获取的外界道路信息进行结合，计算出正确的避撞数据，实施精准避撞。2.信息判断环节通过信息感知环节获取到的实际数据，传递给中控系统，对于获取到的数据进行分析，研判判断信息的正确性，为接下来的运算提供有效信息。3.车辆建模环节智能车辆主动避撞系统最为重要的环节就是通过判断正确的外界信息数据之后，对车辆动力学系统以及障碍物的安全距离碰撞时间进行车辆建模运算，通过传感器发出控制信息，实现控制系统的避撞功能。4.控制系统设计环节在对车辆避撞系统建模的基础上,设计合适的控制算法对车辆的转向及加速度进行控制控制算法不仅要使系统稳定可靠,而且要易于实现,计算负担要小。2.3VISSIM主要功能VISSIM为分析交通系统的微观软件系统。通过利用该软件的特性和功能，对于机动车辆进行智能主动避让有着良好的作用，通过利用软件进行分析，进行相关实验，得出一定结论，对命题的认证提供科学严谨的思路。该系统主要由两部分组成交通仿真器和信号状态产生器，通过系统运作将车道进行合理分配，调节停车让行交通组成等因素，加入行人和机动车模型形成车人交互的状态，在各类影响因素设定完成的前提后，进行工作运转，得到完整参数在综合车道内展示实际情况，可以直观地得出仿真结果。本篇论文主要用到的VISSIM技术主要有车辆定义模块，车道变换模块，动态分配模块等，其中车道变换模块为主要应用，当智能车辆在行驶过程中前车遇到紧急制动的过程中会妨碍自己行驶，智能车辆或者选择紧急制动或者进行车道变换，在变化车道的过程中应注意本车道与邻近车道的情况，在该模块可以自定义设置。3基于车辆模型的避撞研究建立车辆主动避撞系统。对于预防道路交通安全问题的发生提出解决方案。为直管研究智能车辆主动避撞系统，建立模拟数据模型，分析影响车辆主动必撞的各个环节的因素，总结相应数据，通过建立数据模型，我们可以直观的对车辆避撞问题进行系统分析。通过科学算法，列出相应数据，进行分析总结，为道路安全问题的解决，提出良好的对策，并且通过纵向和侧向两种模式来分别讨论，从多角度出发，积极探究车辆避撞这一现实问题，为进一步研究车辆安全打下基础。3.1建立车辆纵向、侧向智能行驶模型建立智能车辆主动避撞系统的框架图。通过建模来研究车辆主动避撞系统，我们可以大致分为两个方向，一，纵向控制安全距离，二，侧向转向避让目标，纵向及时通过车辆减速控制安全距离，及时制动，来进行主动避撞，侧向则为车辆通过进行转向避让障碍物。纵向：建立车辆主动避撞系统的方式有，一VYH安全距离算法，二下层控制器设置，三上层控制器设置。下层控制器设置来实现车辆智能主动避撞的方式为设计出理想加速度以及当前车辆实际加速度，最终得出控制车辆需要的油门开口以及满足制动的压力，通过驱动以及建模来作出运算驱动模型油门执行器或者制动压力转变为控制车辆行驶的实际油门角度，来达到控制机动车，在设定下进行行驶，对结果数据进行分析运算后，得出相应结论参数，按照指定参数进行标定设定数值，从而进行控制制动，来实现机动车辆的智能避撞。上层控制器设置主要是保证车间距离，进而进行制定三级制动控制策略，记录两辆机动车之间的实际距离，并且推算出应当保证安全地制动距离，以及推算出理论安全距离，通过运算得出危险指数，通过上控制器设置来评判车辆检测前方低速车辆，并且减速跟车行驶的能力，根据紧急制动测试工况的原理，来设定两车应有的安全制动距离，通过总结结论来得出最优控制理论，并且得出制动危险指数，来进行多方自动控制，采取相应策略，在遇到紧急情况时提高车辆，主动避撞能力，大幅度降低车辆碰撞事故的发生。侧向：建立转向避让障碍物的方式有，一代入自行车模型，二角度推导转向角公式。车辆模型如图所示的形状可以近似成一个长为L,宽为W砰的长方形,为了分析的方便,我们引入一个自行车单轨模型,即将车辆模型中前轴上的两个轮用位于前轴中心的一个轮来简化,后轮进行相似的简化,这样就得到了一个自行车模型,用它来分析智能汽车的行为前后轮的滑动角,利用具有线性轮胎特性的稳态转向方程，可以近似动态转向过程中的转向角与转向半径的关系，为了补偿轮胎的松弛，在转向角与转向半径之间引入了小时延,这是通常很容易包括在智能车模型和消除在推导过程中，这使得更容易推断出一些简单的角度，在稳态转向，转向角可以近似如下3.2VTH距离算法如（1）（2）所示τ1、τ2均为大于0的常数，但不是固定不变，而是随着汽车行驶环境变化而变化的变量；τ为车间时距常数，τ值最高取值3s，最低取值1s；车间安全间距为dsafe,m；主车辆的实时车速为vhost,m/s；两车静止时车间最小距离为dmin，一般取值为1.5~3m。车间距应表示为：VTH控制算法设计时应考虑车间相对速度对车间时距τ的影响，其车间时距τ可用一个饱和函数sat()来描述。式中：sat()为饱和函数；τ0和τh是大于0的车头时距常数；vr是车间相对速度m/s。这种安全距离算法更能符合实际交通路况的需求，能更好地提高道路的利用率和保证汽车的行驶安全性。4制作碰撞模拟仿真4.1.选取车道制作仿真图本篇论文选取的是位于沈阳市大东区的大东路街道，大东路街道为双向三车道路段，路段车流量大，连接中街和龙之梦商业圈并道路两侧分布住宅区。车流组成复杂、行人量大、车种复杂、交叉口多、交通分散，高峰时段无法满足车流量需求。该车道满足智能车辆可能在行驶过程中遇到的所有问题。因此选取这条车道能车辆避撞系统研究道路。4.2使用VISSIM软件制作仿真图4.2.1安装VISSIM8.0学生版先下载交通仿真软件VISSIM8.0学生版，解压后双击打开文件弹出框选择English，单击ok，弹出框再选择VISSIM520_UNI_Init.zip文件，单击打开，单击next安装即可。最后打开软件，在菜单里先点击view，再单击options，调成中文模式。4.2.2制作仿真图流程

​1.点击左边新建道路按钮，建立一条道路设置道路属性，以单向车流量为例。点击载入交通量按钮，设置编号、名称、交通构成、交通量、开始与结束时间。

2.切换到routs，单击主路段然后再靠近起点的位置右键、对话框参数不改（起点位置应离闸道口距离远些），选择靠近大东路路边的车道为路段1，然后单击路段1，在一个点为前车设置临时停车点右键设置终点1，同理为后车设置终点2，在空白地方左键后再右键下，前车和后车会产生冲突区，点击最conflict按键，左键点击冲突位置，右键更改冲突方式。最后制作仿真，如下图为仿真图。进行视频录像。5工作总结考虑避免与障碍物发生碰撞的实际意义,我们研究了避撞实现问题,并取得了一定的研究成果,本文的主要工作如下考虑在车辆主动避撞系统的控制下，机动车在实际场景中与相同街道静止的障碍物发生碰撞，然后进行自动避撞设计，提出符合当时条件下的最优模型以及控制算法，调整出最好的预期行车轨迹，进行自动避撞，达到避撞目的，保护驾驶员的行车安全。考虑智能车辆在道路内行驶过程中，与一个和他运动方向相反的运动障碍物发生碰撞后，通过智能车辆主动避撞系统的控制，提出相应的控制算法，进行自主避撞，选择最优路线，选择最优方式，完成避撞任务，达到避撞目