Automobilový systém předcházení kolizím, jehož cílem je zvýšit aktivní bezpečnost vozidla, se v posledních letech stal horkým výzkumným tématem. Většina současných systémů však ignoruje aktivní ochranu chodců a dalších zranitelných skupin v dopravním systému. Pokročilý systém řízení nouzového brzdění je studován s ohledem na chodce a vozidla. Jsou definovány tři typické scénáře brzdění a bezpečnostní situace jsou hodnoceny porovnáním aktuální vzdálenosti mezi hostitelským vozidlem a překážkou s kritickou brzdnou dráhou. Model podélné dynamiky vozidla je vytvořen v CarSim, aby odrážel nelineární časově proměnlivé charakteristiky a regulační účinek podélné dynamiky. Potom je regulátor brzdění se strukturou horní a spodní vrstvy navržen na základě řízení klouzavého režimu a jednoneuronového PID řízení při konfrontaci s podmínkami zpomalení nebo nouzového brzdění. Kosimulace využívající CarSim a Simulink se nakonec provádějí na inteligentním modelu vozidla CarSim, aby se prozkoumala účinnost navrhovaného ovladače. Výsledky ukazují, že navržený ovladač má dobrou odezvu při prevenci srážky s předním vozidlem nebo chodcem.
1. Úvod
S vyšší pozorností věnovanou bezpečnosti silničního provozu a neustálým vývojem inteligentních dopravních systémů po celém světě se v posledních letech staly horkým výzkumným tématem automobilový aktivní systém předcházení kolizím, jako je například systém varování před srážkou [1]. Automobilové systémy varování před srážkou jsou schopny aktivně varovat řidiče, když hrozí bezprostřední riziko kolize, tím, že řidiči poskytnou dostatek času na přijetí vhodných opatření ke snížení závažnosti nehody. Některé z těchto systémů jsou vybaveny autonomním brzděním, což znamená, že vozidlo automaticky zabrzdí, pokud řidič včas nezareaguje. Pak lze účinek kolize zmírnit nebo se mu vyhnout. Předběžné studie naznačují, že takové systémy by nakonec mohly v celé EU ušetřit přibližně 5,000 50,000 smrtelných a 2 3 vážných zranění ročně [XNUMX]. Většina současných aktivních systémů pro předcházení kolizím v automobilech však bere hlavní vozidlo jako cíle předcházení kolizím a zaměřuje se hlavně na bezpečnost hostitelských vozidel, přičemž ignoruje aktivní ochranu chodců a dalších zranitelných skupin v dopravním systému. Ochrana chodců je totiž klíčovým problémem v kontextu automobilového průmyslu a jeho aplikací [XNUMX]. Při návrhu systému prevence kolize je nutné vzít v úvahu jak chodce, tak vedoucí vozidlo nebo jiné druhy překážek.
Naštěstí byly v poslední době učiněny určité příspěvky ke zvýšení aktivní bezpečnosti chodců. Například Fredriksson a Rosén [4] porovnali potenciální snížení poranění hlavy chodců ze současných protiopatření pasivní a aktivní bezpečnosti chodců, jako je kapota/airbag a autonomní brzdění. Llorca a kol. [5] poskytl řidiči vysoce přesné informace GPS, detekoval chodce vpředu pomocí stereovizního senzoru a navrhl ovladač řízení pro předcházení srážce s chodcem na základě fuzzy logiky. S ohledem na zranitelné chodce na silničních dopravních nehodách Milanés et al. [3] navrhli fuzzy řídicí systém s automatickým řízením zaměřeným na předcházení srážce s chodci, realizující chování při brzdění pro zamezení srážce s chodcem inteligentního vozidla. Zároveň také poukázali na to, že řidiči v takových nouzových situacích spíše brzdí než řídí, ačkoliv optimálním manévrem by bylo samotné řízení.
Při návrhu řídicího systému v reálném čase musí být nutně vytvořen dynamický model vozidla, aby lépe odrážel skutečný provozní stav vozidla. S ohledem na silnou nelinearitu systému vozidla a faktory nejistoty v procesu řízení byl výzkum modelování a návrhu dynamického řízení vozidla prováděn po celém světě. Například Ferrara a Vecchio [6], kteří byli motivováni robustními rysy klouzavého režimu, navrhli systém řízení klouzavého režimu druhého řádu založený na nelineárním modelu vozidla. Zhu a Feng [7] představili strategii řízení PID sledování jednoho neuronu pro chování při předjíždění. Nouvelière a Mammar [8] navrhli experimentální implementaci sdíleného podélného regulátoru vozidla založeného na technice klouzavého režimu druhého řádu, která byla testována za obvyklých dopravních podmínek, jako je zastavení a rozjezd, zastavení u překážek a sledování vozu řada scénářů, ale hlavně se soustředila na nízkou rychlost. Lee a Kim [9] řídili relativní rychlost a vzdálenost vozidel pomocí teorie fuzzy logiky. Ignorovali však vliv dynamických charakteristik modelu motoru a prokluzových charakteristik modelu pneumatiky, což je obtížné promítnout do efektu řízení v reálných pracovních podmínkách. Ve srovnání s řízením fuzzy logikou má řízení klouzavého režimu a řízení PID neuronové sítě silnější robustnost a může se přizpůsobit změnám prostředí. Fuzzy logický regulátor musí upravovat spoustu parametrů a důležitější je dobrá volba báze pravidel a parametrů funkcí příslušnosti [10]. Majdoub a spol. [11] vytvořil nelineární model podélného pohybu vozidla, který zohlednil většinu nelineární dynamiky vozidla včetně interakce pneumatika-silnice, aby byla zajištěna globální stabilizace a regulace podélné rychlosti během jízdních režimů zrychlení nebo zpomalení.
Pokročilý systém řízení nouzového brzdění, který současně zaměří chodce a vozidla vpřed, představuje systém zabraňující srážce vozidla. Zbytek tohoto dokumentu je uspořádán následovně. Část 2 uvádí strategie ovládání brzdění a stanoví model podélné dynamiky vozidla; regulátor je navržen pro situaci zpomalení nebo nouzového brzdění. Kosimulace využívající CarSim a Simulink jsou nakonec provedeny na inteligentním modelu vozidla CarSim v části 3, která bere v úvahu podélné síly pneumatiky a dynamiku pneumatiky, aby se prozkoumala účinnost navrhovaného ovladače. Část 4 uzavírá tento dokument.
2. Metodika
2.1. Strategie řízení brzdění
Automobilový podélný aktivní systém předcházení kolizím zahrnuje následující klíčové techniky: vnímání a zpracování prostředí, hodnocení stavu bezpečnosti provozu, modelování dynamiky vozidla a techniky provádění řízení. Hlavním účelem vnímání a zpracování prostředí je zjišťovat parametry jízdy vozidla v reálném čase pomocí všech druhů senzorů k získání přesných a spolehlivých informací o jízdě po určitém nezbytném zpracování signálu.
Po zjištění chodců a vozidel vpředu musí hostitelské vozidlo udržovat bezpečnou vzdálenost od přední překážky. V opačném případě musí být kontrolován, když je posouzen jako nebezpečný. V tomto článku jsou scénáře vyhýbání se kolizím zjednodušeny následovně [12]. Za prvé se berou v úvahu nebezpečné překážky před vámi ve stejném jízdním pruhu. Za druhé, manévr autonomního brzdění je použit místo změny jízdního pruhu, když se objeví přední vozidlo nebo chodec. Za třetí, bezpečnost provozu je hlavním cílem, ignoruje efektivitu silničního provozu. Konečně, rychlost chodce je zanedbatelná ve vztahu k rychlosti hostitelského vozidla a předpokládá se, že je nulová ve stejném pruhu. Potom lze definovat následující tři scénáře.
(a) Vedoucí vozidlo zpomaluje a brzdí. Stav bezpečnosti provozu se odhaduje na základě zpracování informací vedoucích vozidel ve stejném jízdním pruhu; proto je na základě teoretické analýzy brzdného procesu automobilů vytvořen model minimální bezpečné vzdálenosti pro předcházení srážce. Obrázek 1 ukazuje schematický pohled na tento scénář.
Základní funkcí Forward Collision-Avoidance Assist je varovat a pomáhat ovládat vozidlo v závislosti na úrovni rizika kolize.
- Varování před kolizí
- Nouzové brzdění
- Zastavení vozidla a ukončení ovládání brzd
Varování před kolizí
Varování před kolizí upozorní řidiče výstražnou zprávou, zvukovou výstrahou a vibracemi volantu (je-li ve výbavě).
- Pro vozidlo: Přibližně 10~200 km/h (6~124 mph)
- Chodec nebo cyklista: Přibližně 10~85 km/h (6~53 mph)
Nouzové brzdění
Nouzové brzdění upozorní řidiče předním bezpečnostním výstražným světlem, výstražnou zprávou a zvukovou výstrahou. Aktivuje se brzdový asistent, který pomůže zabránit srážce vozidla, chodce a cyklisty. Nouzové brzdění bude aktivováno při vaší rychlosti jízdy a následujících podmínkách.
| Řidičský cíl | Zastavený cíl | |
|---|---|---|
| Slabá brzdná síla | Přibližně 10~200 km/h (6~124 mph) | |
| Silná brzdná síla | Přibližně 10~85 km/h (6~53 mph) | Přibližně 10~75 km/h (6~47 mph) |
Provozní rozsah funkce se může snížit v důsledku dopravní situace vpředu nebo okolí vozidla.
Zastavení vozidla a ukončení ovládání brzd
Když se vozidlo zastaví kvůli nouzovému brzdění, na sdruženém přístroji se zobrazí varovná zpráva „Jeďte opatrně“.
Pro vaši bezpečnost by měl řidič okamžitě sešlápnout brzdový pedál a zkontrolovat okolí.
- Ovládání brzdy se ukončí po zastavení vozidla nouzovým brzděním po dobu přibližně 2 sekund.
Funkce Junction Turning
Základní funkcí funkce Junction Turning je varovat a pomáhat ovládat vozidlo v závislosti na úrovni rizika kolize.
- Varování před kolizí
- Nouzové brzdění
- Zastavení vozidla a ukončení ovládání brzd
Varování před kolizí
Varování před kolizí upozorní řidiče předním bezpečnostním výstražným světlem, výstražnou zprávou a zvukovým varováním. Varování před kolizí bude aktivováno za následujících podmínek.
- Vaše rychlost jízdy: Přibližně 10~30 km/h (6~19 mph)
- Rychlost protijedoucího vozidla: Přibližně 30~70 km/h (19~44 mph)
Nouzové brzdění
Nouzové brzdění upozorní řidiče předním bezpečnostním výstražným světlem, výstražnou zprávou a zvukovou výstrahou. Aktivuje se brzdový asistent, který pomůže zabránit kolizi vozidla. Nouzové brzdění bude aktivováno za následujících podmínek.
- Vaše rychlost jízdy: Přibližně 10~30 km/h (6~19 mph)
- Rychlost protijedoucího vozidla: Přibližně 30~70 km/h (19~44 mph)
Zastavení vozidla a ukončení ovládání brzd
Když je vozidlo zastaveno kvůli nouzovému brzdění, na sdruženém přístroji se zobrazí varovná zpráva. Pro vaši bezpečnost by měl řidič okamžitě sešlápnout brzdový pedál a zkontrolovat okolí.
- Ovládání brzdy se ukončí po zastavení vozidla nouzovým brzděním po dobu přibližně 2 sekund.
- Pro vaši bezpečnost změňte Nastavení po zaparkování vozidla na bezpečném místě.
- Řidič by měl nést odpovědnost za ovládání vozidla. Nespoléhejte pouze na Forward Collision-Avoidance Assist. Raději dodržujte bezpečnou brzdnou dráhu a v případě potřeby sešlápněte brzdový pedál, abyste snížili rychlost jízdy nebo zastavili vozidlo.
- Forward Collision-Avoidance Assist nefunguje ve všech situacích nebo nemůže zabránit všem srážkám.
- Nikdy záměrně nepoužívejte Forward Collision-Avoidance Assist na lidech, předmětech atd. Může způsobit vážné zranění nebo smrt.
- Forward Collision-Avoidance Assist nemusí fungovat, pokud řidič sešlápne brzdový pedál, aby zabránil srážce.
- Během činnosti asistenta pro předcházení kolizím se může vozidlo náhle zastavit, zranit cestující a přesunout volné předměty. Vždy mějte zapnutý bezpečnostní pás a volné předměty mějte zajištěné.
- Pokud se zobrazí varovná zpráva jakékoli jiné funkce nebo se generuje zvukové varování, varovná zpráva asistenta pro zamezení předcházení kolizím se nemusí zobrazit a zvukové varování se nemusí generovat.
- Pokud je okolí hlučné, nemusíte slyšet varovný zvuk systému Forward Collision-Avoidance Assist. Vozidlo nastavte odpovídajícím způsobem na hlasitost varování a vždy dávejte pozor na okolí a řiďte bezpečně.
- I když dojde k problému s asistentem zabránění kolize vpřed, základní brzdný výkon vozidla bude fungovat správně.
- Když řidič nadměrně sešlápne plynový pedál nebo prudce zatočí s vozidlem, během nouzového brzdění se ovládání brzd pomocí Forward Collision-Avoidance Assist automaticky zruší.
- Okolí a chodci, cyklisté nebo jiná vozidla jedoucí před vámi mohou ovlivnit rychlost nebo rozsah detekce pro aktivaci funkce Forward Collision-Avoidance Assist, což má za následek dočasné omezení nebo deaktivaci funkce Forward Collision-Avoidance Assist.
- Forward Collision-Avoidance Assist bude fungovat za určitých podmínek tím, že určí úroveň rizika v závislosti na okolí a směrech nebo rychlosti jízdy ostatních vozidel.
- Jízda nadměrně vyšší nebo nižší rychlostí než u jiných vozidel může dočasně omezit nebo deaktivovat asistent pro zabránění kolize vpřed.
- Když hrozí kolize, asistent pro zabránění kolize vpřed může řidiči pomoci s brzdami, pokud řidič nezabrzdí.
- Obrázky a barvy na sdruženém přístroji se mohou lišit v závislosti na typu sdruženého bloku nebo motivu zvoleném v nabídce nastavení.
