2023年汽车防碰撞系统研究文献综述.doc

汽车防碰撞系统研究文献综述 1.引言 汽车碰撞有汽车碰撞到固定的物体或与行驶中的汽车相撞两种类型。为了防止汽车在行驶中，特别在高速行驶时发生碰撞，一些现代汽车已装备了自动控制防碰撞系统，这是一种主动安全系统。 汽车行驶时，防碰撞系统处于监测状态，当汽车接近前车车尾或超越前车时，该系统将发出警告信号。在发出警告后，如果驾驶员没有采取减速制动措施，该系统便启动紧急制动装置，以防止发生碰撞事故。 2.概述 防碰撞控制系统装有测距传感器，它们利用激光、超声波或红外线，测得汽车与障碍物间的距离，这个距离信号，加上车速传感器和车轮转角传感器的信号送入电子控制器，通过计算求出行驶汽车与前方物体的实际距离以及相互接近的相对速度，并向驾驶员发出预告信号或显示前方物体的距离。当将要碰撞时，控制器向制动装置和节气门控制电路发出控制指令，使汽车发动机降速并及时制动，从而有效地防止碰撞。 3.测距传感器 〔1〕防碰撞传感器 ① CCD照相机 CCD〔电荷耦合器件〕摄像元件可以读取受光元件接收的光通量放出的电流值，并作为图像信号输出。在夜间，由于照相机处于低照度的环境，只有在汽车前、后照灯翻开时才能确认障碍物。 汽车装设的CCD照相机如上图所示，当点火开关接通时，变速器换档杆换到前进档或倒档，多功能显示板上就能显示出车辆前方或前方的图像。 ② 激光雷达 激光雷达是从激光发送至被测物体，然后反射回来被接收，其间的时间差即用来计算至障碍物的距离。早期的车用激光雷达都是发送多股激光光束，并依靠前车反射镜的反射时间来测定距离。现代汽车除了测定前方车的距离外还要对前方多辆车的位置进行辨识，因而开始采用扫描式激光雷达。 根据物体的反射特性，激光的反射光亮变化很大，因此可能检测出的距离也是变化的。由于车辆后部的反射镜等容易反射，故可以检测出稳定的较长距离。有少许凹凸的铁板等因不能得到充足的反射光量，故测出的距离较短。另外，在检测侧面方向及前方的障碍物时，与检测前方障碍物的情况不同，如果障碍物上没有反射镜，那么由于各种障碍物的反射特性变化很大，故可能稳定测出的距离 变短。 ③超声波传感器 所谓超声波，即通常指人的耳朵无法听到的高频声波。 超声波〔距离〕传感器的主要功用是车辆后退时，利用超声波检测车辆前方的障碍物，并利用指示灯及蜂鸣器等把车辆到障碍物的距离及位置等通知驾驶人员，起到确保安全的作用。 超声波〔距离〕传感器采用的是压电元件锆钛化铝，一般称为PZT。这种传感器的特点在于它具有方向性，传感器用蜂鸣器的纸盆为椭圆形，其目的就是传感器的水平方向特性宽，而垂直方向受到限制。 超声波〔距离〕传感器的工作原理犹如有人对着大山呼喊所产生的回声，利用这种现象制成汽车所用的倒车声纳系统，如以下图，主要由反射传感器、接收传感器、微机及显示装置组成。 倒车声纳装置向车辆前方反射超声波，当车后无障碍物时，随着距离的增加，超声波逐渐减弱，就是说，根据向车后反射的超声波是否返回，可以判断检测范围内是否有障碍物。如向车后反射的超声波遇有障碍物返回时，测定所用的时间，再根据时间与距离的正比例关系，就可判断并显示出汽车到障碍物的距离。此外，将车辆前方划分为左、中、右三个区域，可以判断出障碍物在何处。这种系统还具有自我检验功能，用以检验本系统工作状况。 ④电磁波传感器 电磁波传感器采用的是振荡检测原理，电路中的电磁波发射局部设有一个振荡线圈，当这一局部产生高频〔如：2.45 GHz〕的电磁波时，振荡线圈象一个天线一样，将电磁波发射到其周围的区域。通过发射电磁波信号可以来检测车辆周围是否有物体出现。 如果有一个人在电磁波检测范围内活动，那么就会在高频电磁波上叠加一个低频干扰信号。电路中与电磁波发射局部相连的是一个干扰信号别离局部，其中的低通滤波器将信号中的低频干扰信号送入到其后的干扰程度比拟局部中。干扰程度比拟局部将干扰信号与预定的参考值加以比拟，如果在一段时间内，干扰信号超过了参考信号，那么它向输入/输出连接器输出一个警示信号，告知驾驶人员其车辆周围环境内有障碍物。 ⑤ 红外线测距传感器 红外线作为一种特殊的光波,具有光波的根本物理传输特性—反射、折射、散射等,且由于其技术难度相对不太大,构成的测距系统本钱低廉,性能优良,便于民用推广。当前测距系统所用的测距根本原理都是建立在测量时间差的根底上,而测量时间的方法主要有“脉冲方式〞和“调频2连续波方式〞。 红外线发射器不断发射出频率为40 kHz 的红外线,经障碍物反射,红外线接收器接收到反射波信号,并将其转变为电信号。测出发射波与接收到反射波的时间差t ,即可求出距离s :s =1/2 ct (1)式中, c 为光速度,一般取3 ×108 m/ s。 4、防碰撞控制系统 〔1〕系统组成 防碰撞控制系统主要由行车环境监测、防碰撞预测和车辆控制三局部组成。 ①行车环境监测 行车环境监测系统由测量车间距离和前面车辆方位的测距传感器及能判定路面状况的道路传感器所组成。 测距传感器安装在车辆前端的中央位置，主要功能是测量车距离和前面车辆的方位，并将所测数据传输到防碰撞判定系统。 ②防碰撞判断 防碰撞判断分为两步，第一步是进行路径估计，即从测距传感器所获"距离和方位"的大量数据组中抽取有用数据；第二步是进行安全危险判定，即判断碰撞的危险程度。 ③车辆控制 系统由安全/危险预警信号控制的自动制动操作机构，制动防抱死系统〔ABS〕，并采用高速电磁阀进行纵向加速度反响控制。自动制动操作机构的优点是当自动操作机构处于工作状态时，如果驾驶员的脚制动力大于自动制动控制的前动力时，那么驾驶员的脚制动力有效。一旦自动制动操作机构失灵，脚制动系统并不受影响。 (2)控制原理 系统采用测距传感器在水平面上呈扇形快速扫描，提高激光束的能量密度，可延长测距传感器的监测距离，消除因车辆颠簸引起的误差，并能监测弯道上的障碍物。 最小的传感器监测范围〔一般在120m以上〕是由实际车间距离确定的。该车间距离是指在潮湿路面状况下，保证在后面车辆减速制动后，不致于碰撞到前面的暂停车辆的距离。 根据路面状况〔湿/干〕、后面车速及相对车速，计算出"临界车间距离"，该值是根据路径估算方法确定的车间距离。判断安全/危险的方法，就是将实际测量的车间距离等于或小于临界车间距离时，自动制动控制系统启动。 5.开展状况 汽车防碰撞系统对提高汽车行驶安全性十分重要，该系统的研究一直倍受重视。从1971年开始，相继出现过超声波、激光、红外、微波等多种方式的主动汽车防碰撞系统，但是以上系统均存在一些缺乏，未能在汽车上大量推广应用。随着各国高速公路网的快速开展，恶性交通事故不断增加，为减少事故，先后采用行驶安全带、安全气囊等保护措施，但这些技术均为被动防护，不能从根本上解决问题。毫米波是指波长介于1~10mm之间的电磁波，其RF带宽大，分辨率高，天线部件尺寸小，能适应恶劣环境，所以毫米波雷达系统具有重量轻、体积小和全天候等特点，“主动汽车毫米波防碰撞雷达系统〞成为近年来国际研究与开发的热点，并已有产品开始投入市场，前景十分看好。 6.小结(开发的意义) 车辆主动防碰撞控制系统所能到达的技术指标包括能在线实时采集数据，并完成目标识别和多传感信息的融合处理；目标识别精度到达工业应用标准；能根据车辆目前的状态和障碍物的状态，进行防碰撞判断；特别能对危险情况进行预警,当接近目标时发出报警信号，提醒司机注意。车辆主动防碰撞控制系统的实施可以大大提高车辆运行的安全性，最大限度地减少交通事故的发生。特别是假设把此方法应用于自动车辆系统〔AVS〕，可以为车辆安全性带来非常大的改善。 参考文献 [1]张建辉 刘国岁等.多斜率步进调频连续波信号在汽车防撞雷达中的应用.电子与信息学报2023,24(2).-232-237 [2]基于多传感器信息融合的车辆主动防碰撞控制系统 :// sensorworld /zzzt/2023/09/xhxt-1.htm [3]盛怀茂，夏冠群，孙晓玮，李洪芹，李玉芳。FMCW毫米波防撞雷达系统，电子产品世界 2023-2-14， :// eepw [4] M. Breakstone, M. McDonald, Car-following: a historical review[J], Transportation Research Part F2, 1999, PP.181-196. [5] Kay C. Check, G .E. Mid, Multi-Sensor based Collision Warning System[C]. Proc. Of the 32nd ISATA, Vienna, Austria, 14-18 June 1999. [6] C. Stiller, J. Hippo, Multi-sensor obstacle detection and tracking[J]. Image and Vision Computing, 2023, pp.389-396. [7] Ito T. Yamada K., Preceding Vehicle and Road Lanes Recognition Methods for RCAS Using Visual System[C]. Intelligent Vehicles 94, 1994, Paris, pp.85-90. [8] H. Araki, K. Yamada, Development of Rear-end Collision Avoidance System[J]. Conference Proceeding of IEEE Intelligent Transportation Systems, October, 2023.