一. 引言

　　隨著工業化進程的不斷加速，汽車已成為新時代的代名詞。目前各國汽車的保有量均不斷上升，同時由于汽車所導致的交通事故也呈現逐年上升趨勢。據統計，在中國每三分鐘發生一起交通事故，每五分鐘有一人因交通事故而死亡。所以消費者在選擇汽車作為代步工具時除了考慮外觀和表面，亦對車身的安全性能給予更多的關注。自19世紀九十年代以來，駕駛員輔助安全系統得到迅猛發展。目前已開發出并安裝于的輔助安全系統有電子輔助制動系統(EBA)、自適應巡航系統(ACC)、電子穩定性控制系統(ESC)、主動避撞系統(ABC)和自動泊車系統(ASC)等。上述輔助安全系統的主要功能大體可以概括成當系統檢測到駕駛員或車輛處于危險情況時，系統提示駕駛員相關操作信息或直接制動車輛以防止碰撞的發生。

　　從技術層面看，多數交通事故發生關鍵問題即駕駛員無法準確控制車速和車—障礙物的距離，此問題在倒車過程中表現得尤為突出。例如，在倒車過程中駕駛員對車后存在視野死角和視線模糊的問題,使得駕駛員無法正確判斷車輛與車后障礙物的實時距離，因此造成誤操作從而導致各種擦碰事故頻發，此類事故的頻發降低了駕駛的安全性。

　　二. 倒車自動剎車系統的系統背景與設計原則

　　市場上的倒車剎車系統大體可分為兩類：倒車雷達系統和倒車影像系統。倒車雷達系統利用超聲波測距原理，在智能控制器的控制下，由裝置于車尾的探頭發送超聲波信號，并接收經障礙物發射的回波信號，繼而控制器進行數據處理從而計算出車—障礙物的實際距離。而倒車影像系統則是通過安裝在車后的遠紅外線廣角攝像裝置，將車后的障礙物實時顯示在車內顯示屏上，使得車后的狀況更加直觀可視。目前的倒車剎車系統的本質是在倒車過程中系統將所探測的車后環境反饋給駕駛員并給予一定操作提示，而不直接介入車輛動力系統控制。當出現緊急情況或者駕駛員誤操作時，依然無法避免碰撞的發生。因此為了提高駕駛員及車輛的安全性，新一代的倒車剎車系統的開發迫在眉睫。

　　新一代的倒車剎車系統的關鍵問題即如何更好的控制車速和車—障礙物的距離。Kyongsu Yi提出適用于Stop-and-Go(S&G)控制系統的車—車距離控制算法，此算法包含了距離控制及利用節氣門及剎車控制以達到加速度軌跡追蹤的目的。其控制器采用LQ最佳控制法則，在控制效果上，此算法提供了一個良好的距離控制性能，并且有效的克服建構模型的誤差問題。但其無法控制車速維持在低速范圍。Venhovens在此基礎上改善了速度控制策略，從而提升S&G控制系統在低速范圍的準確性。但其依然無法解決車輛勻速行進，由此產生的聳車降低了駕駛員的舒適性。所以車輛的低速控制，尤其在倒車過程中的低速控制，依然有待發展，同時也是新一代倒車剎車系統的核心所在。

　　由于低速控制的速度控制范圍小、精度要求高以及實時性強。同時由于車身零部件屬非線性時變系統，因此產生的累計誤差對控制系統會造成極大影響。故系統在對車身狀態進行實時監控分析的同時必須要求相應系統對控制指令作出快速相應。本文開發的新一代倒車剎車系統—基于LabVIEW的倒車自動剎車系統著重于改善車輛在倒車過程中以低速平穩倒車，以確保駕駛員的行車舒適度。同時，當檢測到車—障礙物距離處于危險范圍時，系統自動使車制動從而保證駕駛員及車輛的安全性。

　　倒車自動剎車系統的控制指標如下：
　　1)車速方面：①預定車速②實時車速③實時加速度④期望壓力值⑤實際壓力值
　　2)距離方面：①車—障礙物實時距離②預定警戒距離

　　三. 倒車自動剎車系統的總體設計

　　3.1 系統模塊圖　　

 

　　系統總共包括四個模塊，分別是數據處理中心(DPC)、探測模塊、剎車控制模塊以及顯示模塊。DPC主要負責收集匯總實時數據并根據相關控制算法對其余各模塊發出相應控制指令。探測模塊通過NI設備驅動超聲波傳感器并將相關數據發送至DPC。剎車控制模塊通過NI-8473與車載CAN通信無縫連接，返回車身實時狀態信息至DPC并將DPC處理后的控制指令發送至車載相關設備，以此實現車載設備與LabVIEW平臺的信息交互。顯示模塊基于LabVIEW平臺顯示車身實時數據以及測距模塊的車—障礙物的距離，并可修改剎車控制算法中特征變量的參數大小。

　　3.2 探測模塊設計

　　3.2.1 工作原理

　　大部分剎車系統傳感器的探測范圍在30cm至200cm之間，本系統選取性價比較高的超聲波傳感器測量距離。其探測范圍為30cm至250cm之間，盲區為30cm。超聲波傳感器的工作原理及脈沖時序如圖2、3。