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1 引言

　　追尾碰撞是目前我國高速公路各類事故中較多的一類事故，占事故總數(shù)的 33%左右。誘發(fā)的主要原因?yàn)椋海?）駕駛員精力不集中，致使疏忽大意或措施不當(dāng)；（2）疲勞駕駛，在高速公路上長時(shí)間高速行駛，加之道路景觀單一，駕駛員很容易疲勞，導(dǎo)致駕駛員判斷能力和操作準(zhǔn)確性下降；（3）異常天氣（如雨、雪、霧），能見度低，行車的安全距離不能保證，同時(shí)受到當(dāng)時(shí)路面條件的影響，制動(dòng)效果難以保障；（4）車輛本身不能滿足高速公路行駛的性能需求。根據(jù)對沈大、合寧、廣深、西臨等高速公路交通事故的統(tǒng)計(jì)分析，交通事故類型如表1所示。

　　有關(guān)研究表明，若駕駛員能夠提早1 秒意識到有事故危險(xiǎn)并采取相應(yīng)的措施，則90%的追尾事故和60%的正面碰撞事故都可以避免。美、英、德、日的不少汽車公司（如德國的奔馳、日本的三菱、馬自達(dá)、日產(chǎn)、本田及富土重工等公司）都開展了高速公路車載毫米波雷達(dá)防追尾碰撞預(yù)警系統(tǒng)的研究。

　　我國主要有清華大學(xué)、浙江大學(xué)、上海交通大學(xué)、吉林大學(xué)等高校和部分研究所在進(jìn)行車輛主動(dòng)防撞報(bào)警、輔助駕駛系統(tǒng)等相關(guān)技術(shù)研究。例如上海交通大學(xué)卓斌教授等研究開發(fā)了“人— 車—路綜合環(huán)境下主動(dòng)安全性模擬系統(tǒng)”，實(shí)現(xiàn)了行車環(huán)境數(shù)據(jù)采集、通訊和駕駛軟件仿真的編制。在現(xiàn)行的高速公路交通管理中，為保證行車安全，常依據(jù)公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中的行車視距要求，規(guī)定一定行駛速度下的車輛必須保持相應(yīng)的間距。那么如何準(zhǔn)確跟蹤車輛之間的距離信息，就成了汽車毫米波雷達(dá)防追尾預(yù)警系統(tǒng)的關(guān)鍵。

　　把交互多模型（IMM）機(jī)動(dòng)目標(biāo)跟蹤算法運(yùn)用到汽車毫米波雷達(dá)防追尾預(yù)警系統(tǒng)當(dāng)中，當(dāng)毫米波雷達(dá)存在一定測量誤差和噪聲時(shí)，目標(biāo)跟蹤算法能使毫米波雷達(dá)能夠準(zhǔn)確地探知前方車輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，如車間距離、行駛速度等，從而提高駕駛員在高速公路上行駛安全性。

　　2 汽車防追尾預(yù)警系統(tǒng)工作原理

　　高速公路汽車防追尾預(yù)警系統(tǒng)由信息采集單元、信息處理單元和信息輸出裝置3 部分組成。信息采集單元通常由毫米波雷達(dá)、自車速度傳感器、轉(zhuǎn)向角傳感器、制動(dòng)傳感器、加速踏板傳感器和路面情況選擇開關(guān)等組成；信息處理單元主要為中央處理器；信息輸出裝置包括液晶顯示屏、報(bào)警蜂鳴器、報(bào)警指示燈等，圖1 是車載雷達(dá)防追尾預(yù)警系統(tǒng)組成方框圖。

　　信息采集單元不斷地采集相關(guān)信息，利用車載毫米波雷達(dá)獲得前方目標(biāo)車輛的運(yùn)動(dòng)信息，如車間距離、相對速度；利用自車傳感系統(tǒng)獲得自車運(yùn)行狀態(tài)信息，如自車速度、有無轉(zhuǎn)向、有無制動(dòng)等，并將此信息傳送至信息處理單元。信息處理單元根據(jù)自車速度、相對速度以及所建立的安全距離計(jì)算模型，計(jì)算出當(dāng)前應(yīng)保持的安全距離并與實(shí)測車間距離相比較。若實(shí)測車間距離大于提醒報(bào)警距離，則進(jìn)入下一工作循環(huán)；若實(shí)測車間距離小于提醒報(bào)警距離，則進(jìn)行一次報(bào)警，提醒駕駛員松油門并做好剎車準(zhǔn)備；當(dāng)實(shí)測車間距離小于危險(xiǎn)報(bào)警距離，則進(jìn)行二次報(bào)警，促使駕駛員立即制動(dòng)，以避免追尾事故的發(fā)生。液晶顯示屏用于顯示兩車間實(shí)際距離及相對速度，報(bào)警蜂鳴器和報(bào)警指示燈用于提供聲音報(bào)警和指示燈報(bào)警，及時(shí)的報(bào)警可以有效地提醒駕駛員，促使其采取合適的應(yīng)對措施。

　　汽車在道路上行駛時(shí)，經(jīng)常要進(jìn)行加速、減速和轉(zhuǎn)彎，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是不斷改變的。行駛中的汽車所處的道路環(huán)境是相當(dāng)復(fù)雜的，而安裝車載毫米波雷達(dá)的汽車本身也是不時(shí)地處于機(jī)動(dòng)狀態(tài)之中，因此車載雷達(dá)所探測的目標(biāo)也是在不停的變化當(dāng)中，導(dǎo)致所測兩汽車之間的距離數(shù)據(jù)存在一定測量誤差和噪聲，就會使汽車防追尾預(yù)警系統(tǒng)產(chǎn)生虛警或漏警。過高虛警率的雷達(dá)不但不能減輕駕駛者的工作負(fù)擔(dān)，反而會造成駕駛者精神高度緊張，起到相反的效果。因此，采用合適的機(jī)動(dòng)目標(biāo)跟蹤算法，準(zhǔn)確地跟蹤自車前面的車輛目標(biāo)的狀態(tài)、及時(shí)估計(jì)行車的危險(xiǎn)程度是車載雷達(dá)測距系統(tǒng)的一項(xiàng)主要任務(wù)。