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全球汽车保有量持续上升，交通安全已成为日常生活中不可忽视的安全问题。国内外学者针对汽车防碰撞问题的研究也是取得了诸多进展。国外的研究成果主要集中于防碰撞算法的开发以及多种方式避撞策略的研究，也有一些汽车大厂的防碰撞系统和辅助驾驶系统已经进入了商业市场。国内的防碰撞研究主要集中于单车防追尾系统的开发，通过多种多样的传感器与算法，不断优化防碰撞系统的可靠性并提升舒适性。但是总体来说针对车队防碰撞的研究较少，尚有较大的研究空间。针对车队这一特殊整体可以设计一个整体算法，通过相应的传感器以及车与车之间的信息共享，实现车队内的车辆之间，车队与他车之间的防碰撞。摘 要：

关键词：车车通信；车辆防碰撞；安全距离；

引言

随着汽车工业的高速发展，汽车作为交通运输的主要工具已成为人们生活离不开的工具。近年来，我国汽车保有量持续增长。据估计，至2020年我国汽车保有量将超过2.5亿辆。然而随之而来的就是交通事故的频繁发生。根据世界卫生组织2018年发布的《全球道路安全现状报告》，每年因交通事故死亡的人数高达135万。该报告称交通事故已成为5至29岁儿童和年轻人的主要杀手。因而开发安全可靠的车辆防碰撞系统十分有必要。

开发车辆防碰撞系统的关键问题是通过车辆间通信等技术实现车间安全距离的保持。我们可以将进入公路系统的汽车编成车队，利用无线网络及相关传感器实现车间通信，获取车队车辆的多种信息，如车辆间距离、速度、加速度等，经过适当处理之后形成控制信号，在危险来临之前提醒驾驶员并在必要时候接管车辆进行合理处置。

2 研究现状

随着汽车逐渐走入每个人的家庭，驾驶汽车出行所带来的安全问题逐渐引起人们的高度重视。当前对交通事故原因的统计表明，驾驶员反应不够及时，处置方式不够合理引起的交通事故占所有交通事故的比例高达80%，其中有65%是追尾事故，以及35%的侧面碰撞和刮擦事故^[1]。德国奔驰公司的数据表明，如果驾驶员能够比实际提前1到2秒预知将要到来的交通风险，并采取正确的处置，就可以避免绝大多数的交通事故^[2]。因此，开发出一种能够在危险出现前提醒司机的车辆防碰撞系统应运而生。

国外研究现状

早在上个世纪，国外学者就已经开始了对车辆防碰撞系统的相关研究。德国Mercedes Benz公司的“PROMETHEUS”计划对汽车防碰撞雷达技术的进步做了相当多的工作^[3]。上个世纪九十年代，美国为了提高道路运输效率，在AHS的基础上开发了辅助驾驶技术。事实上，碰撞预警系统（Collision Warning System，CWS）早在那时就已经进入了商用市场^{[4 5 7]}。90年代初，日本政府主导了先进安全汽车项目（Advanced Safety Vehicle，ASV），目的是利用先进电子技术提高车辆行驶安全性。在该研究项目中，为避免交通事故，研究了专门的追尾碰撞预防系统，通过电子技术的有效运用提升汽车的主动安全性^{[5 6]}。国外针对主动防碰撞方面的研究主要集中于算法领域，并且已经取得了相应的成果。Ying-Chin Ho等针对网络导向路径的区域控制AGV系统提出了一种动态区域策略，主要依靠分区设计和动态分区控制来防止车辆的碰撞以及各分区之间的负载平衡^[8]。Ata M. Khan通过位置信息、距离信息与蒙特卡罗模拟以及贝叶斯决策模型相结合来识别碰撞前的状态，建立了一个自校正自适应的模型，实现了自适应纵向控制^[9]。Khajepour Amir等人提出了一种自护车辆提出了一种自主车辆无碰撞路径规划与跟踪框架。在路径规划方法中，将道路的三角函数与障碍物的指数函数相叠加，建立了一个三维虚拟危险势场，当车辆可能与障碍物发生碰撞时，该势场可以生成期望的避碰轨迹。接下来，为了跟踪避碰机动的计划轨迹，路径跟踪控制器将跟踪任务表示为多约束模型预测控制（MMPC）问题，并计算前转向角以防止车辆与移动障碍物车辆碰撞^[10]。来自印度的Vigensh Rajaram和Shankar C. Subramanian提出了一种基于滑模控制器（SMC）的避碰算法，并与基于线性全状态反馈的避碰算法进行了比较。他们考虑了制动过程中的载荷传递、轮胎与路面的相互作用、制动力的动态分布和气制动系统的响应等重要动态特性并研究了气动阻力对控制器性能的影响。他们开发的控制算法已在配备车辆动态仿真软件IPG/TruckMaker的半实物实验装置上实现并对不同荷载和道路条件下的实际交通情况进行了评估。硬件在环实验结果表明，滑模控制器和全状态反馈控制器能够有效地防止碰撞。同时，当包含参数变化形式的差异时，与全状态反馈控制器相比，滑模控制在缩短停车距离和降低控制器工作量方面都有更好的效果^[11]。

国内研究现状

国内针对车车通讯条件下的车辆防碰撞的研究也有很多学者在做，同样也取得了相当的成果。马小陆等基于车载前向碰撞预警系统传感器受到环境、使用场景等方面影响较大的问题，设计了一种嵌入式前向碰撞预警系统，实现了稳定可靠的前向碰撞预警^[18]。贵州大学余宽通过设计基于车间无线通讯网络条件的实施甲醛加速度分配主动协同避撞控制器实现了可靠地避免追尾碰撞并且通过优化控制策略显著提高了该算法的控制性能与响应品质^[3]。WANG J F等人依据相应的车辆行驶结合驾驶员与车辆以及车辆之间的行驶关系信息，提出了一种基于车辆间通信的智能防碰撞报警模型(intelligent vehicle collision warning model based on intervehicle communication，IVCWM)^[13]。Huang C M等基于车车通信的关系信息(relationship information，RI)，计算是否会存在潜在的碰撞，提出一种车辆提前预警的防碰撞算法(early collision warning algorithm，ECWA)^[14]。陈友荣等基于中国的北斗导航系统提出了基于车车通信的车辆防碰撞算法（Vehicle Anti-Collision Algorithm，VACA），根据采集的信息，利用kalman预测算法预测他车行驶状态，以判断是否会发生碰撞。无法直接判断时求解碰撞预测时间最小值，若小于阈值则发出警报。仿真结果显示该模型与上述与基于车辆间通信的智能防碰撞报警模型(IVCWM)和车辆提前预警的防碰撞算法(ECWA)比较，可更提前发现危险且更准确^[12]。近年来针对车车通信环境下的车辆避撞系统研究仍在推进。东北林业大学的李洪涛等提出了基于RBF制动意图辨识网络的防追尾安全距离模型，通过RBF神经网络辨识驾驶员的制动意图，分不同工况讨论，经过仿真分析显示该模型比传统安全距离模型降低了误报率，提高了运行效率^[15]。长安大学的惠飞等人针对传统模型假设通信时延时间内假定主车匀速和GPS无误差的局限提出了一种修正GPS误差及考虑时延时间内主车运动状态的FCW策略，仿真结果显示该预警策略在不同场景下均有较高的有效性^[16]。杨炜等提出了一种结合前车驾驶意图辨识的汽车主动防撞预警系统。该系统通过观察前车踏板信息，基于双层隐马尔可夫模型对前车驾驶意图进行实时辨识，结合车速等因素对碰撞风险进行预警^[17]。尧玲等人开发了一种基于多源信息融合的汽车主动避撞系统。该系统通过综合多信源的信息改善了传统避撞系统由于信息缺失导致的控制不准确等问题^[19]。北航的王庞伟等人则利用滑模控制方程分配前后车加速度来实现车辆防碰撞^[20]。

硬件实现现状

目前的多数研究主要集中于算法领域，多数文件最终以仿真方式完成，落实到硬件方面的相对较少。上海交通大学贺秋丽基于激光雷达开发了一套智能车避撞系统，该系统利用DSP 芯片 TMS320LF2407A 为控制器件，利用激光雷达作为障碍物检测传感器实现了检测前方障碍物并报告子系统进行紧急制动^[21]。马小陆等则以ARM微处理器A9为主控核心，利用UM220模块接受车辆位置信息，通过车载CAN总线获取车辆自身状态信息，车车通信DSRC模块发送和接收邻车位置和状态信息，软件基于Linux3.4.5内核，实现了前向碰撞的准确预警和解除^[18]。尧铃等则采用STM32F407ZGT6 芯片作为中央控制模块，增强型NRF24L01作为无线通信模块，搭配路面选择模块，并采用200米以上距离从GPS系统，200米以下距离利用激光测距的方式获取车辆位置信息，实现了安全距离保持和车辆碰撞预警^[19]。