高速公路防连环相撞的方案及设计文献综述.docx

文献综述 高速公路汽车防连环相撞的解决方案及设计学 生：李强学 号：200904000113专 业：机械设计及其自动化班 级：机械0902指导教师：花广如 机械与材料工程学院二O一三年五月文献综述前言随着当前我国经济实力的提高，汽车工业的发展取得举世瞩目的成就，中国已然成为汽车生产消费大国。汽车的安全驾驶越发引起消费者的注意。在面前提倡信息化、智能化生活的大前提下，对汽车自动控制系统的应用也越发广泛。随着汽车工业的不断进步,行驶在道路的车辆越来越多,而现代生活节奏的加快，交通事故发生的频率也不断增加。为提高汽车运行的安全性和降低碰撞发生的可能,可以分为两个主要研究方向:一是主动式安全技术，即防止事故的发生，该种方式是目前汽车安全研究的最终目的;二是被动式安全技术，即事故发生后的乘员保护。 在过去2030 年中，人们主要把精力集中于汽车的被动安全性方面，例如，在汽车的前部或后部安装保险杠、在汽车外壳四周安装某种弹性材料、在车内相关部位安装各种形式的安全带及安全气囊等等，以减轻汽车碰撞带来的危害。安装防撞保险杠固然能在某种程度上减轻碰撞给本车造成损坏，却无法消除对被撞物体的伤害；此外，车上安装的安全气囊系统，在发生车祸时不一定能有效地保护车内乘务员的安全。所有这些被动安全措施都不能从根本上解决汽车在行驶中发生碰撞造成的问题。从经济性和安全性两方面来说，这些被动安全措施是在事故发生时刻对车辆和人员进行保护，有很大的局限性，因而车辆的主动安全研究尤为重要，智能交通系统类产品的设计和研究开发具有极大的实现意义和广阔的应用前景。在汽车高速行驶时，保持合理的车距可以有效降低交通事故的发生几率。本文主要研究以单片机为核心结合毫米波测距的汽车防撞系统：通过单片机控制，保持合理车距，从而防止交通事故发生。国内外的研究现状 国外研究现状 利用信息感知、动态辨识、控制技术与方法提高的主动安全性，是先进汽车控制与安全系统（AVCSS）的主要研究内容。世界各大汽车公司、大学在政府的支持下，都在开展这方面的研究与开发工作。日本各大汽车制造企业如丰田、日产、马、本田、三菱等公司，为实现其运输省提出的发展“先进的安全汽车(ASV)计划”致力于新型安全汽车技术研究开发，并取得了重要的进展。丰田汽车公司使用毫米波雷达和CCD 摄像机对本车的距离进行动态监测，当两车距离小于规定值时，系统将发出直观报警信号提醒本车驾驶员。日产汽车公司使用紧急制动劝告系统，利用先进的车距监测系统对跟车距离进行动态监测，当需要减速或制动时，用制动灯亮来提醒驾驶员，并及时监测驾驶员操纵驾驶踏板的踏踩状态，必要时使汽车的自动制动系统前起作用降低车速，在最危险时刻自动制动。本田公司使用具有扇形激光束扫描的雷达传感器，即使车辆在弯道行使也能检测到本车与前方汽车或障碍物的距离降到规定值时，驾驶员仍未及时采取相应措施，便发出警告信号。三菱和日立公司在毫米波雷达防撞方面也做了大量的研究，其雷达中心频率主要选择6061GHz或7677GHz, 探测距离为120 米，尼桑公司为41LV-Z 配备了自适应巡航控制系统，该系统利用毫米波雷达作为探测器，为巡航驾驶提供了判断依据。 德国和法国等欧洲国家也对毫米波雷达技术进行了研究，特别是奔驰、宝马等著名汽车生产厂商，其采用的雷达为调频毫米波雷达（Frequency ModulationContinuous Wave）,频段选择7677GHz。如奔驰汽车公司和英国劳伦斯电子公司联合研制的汽车防撞报警系统，探测距离为150 米，当测得的实际车间距离小于安全车间距离时，发出声光报警信号。该系统已经得到应用。美国的汽车防碰撞技术已经相当先进，福特汽车公司开发的汽车防碰撞系统的工作频率为24.725 GHz, 探测距离约106 米。据说该系统理论上能根据转弯的角度信息自动适应路面的转弯情况，仅探测本车道内车辆的信息，从而可避免旁车道上目标物的影响。戴姆勒-克莱斯勒公司的防撞结构主要是两个测距仪和一个影像系统，她能够测出安全距离，发现前方有障碍物，计算机能够自动引发制动装置。戴姆勒-克莱斯勒公司的实验结果显示，车速以每小时32.18 公里/小时的速度行驶，在距离障碍物2.54cm 的地方停下来。国内研究现状 我国汽车防碰撞系统的研究开发同国外发达国家相比，存在较大差距，近几年相继有一些科研院所、大专院校和公司厂家进行此方面的研究。近距离报警如倒车雷达现已蓬勃地车辆上安装使用，但国内目前生产的中远距离测量普遍达不到要求，表现在最远测距距离近，测距误差大，远远不满足高速公路的安全车距离要求，需进一步研究。测距的方法：1） 超声波测距超声波特点是对雨、雾、雪的穿透能力强，传输过程能量衰减较小，反射能力较强。因此汽车声纳雷达能够在雨、雾、雪等恶劣天气条件下工作。超声波测距原理简单，制作方便，成本低。其缺点是: 超声波速度受外界风速和温度的影响较大； 超声波能量与距离的平方成正比衰减，距离越远，衰减越严重，反射回的声波越少，灵敏度下降快，只适合于测低速较短的距离如果车速太快或者距离太远，测量误差很大。因此，作为高速行驶车辆上的测距传感仪器不可取，日本研制成功了样机，但没有投入使用。（2） 激光测距目前在汽车上应用较广的激光测距系统可分为非成像式激光雷达和成像式激光雷达。非成像式激光雷达根据激光束传播时间确定距离。它的工作原理是:从高功率窄脉冲激光器发出的激光脉冲经发射物镜聚焦成一定形状的光束后,用扫描镜左右扫描,向空间发射, 照射在前方车辆或其他目标上,其反射光经扫描镜、接收物镜及回输光纤,被导入到信号处理装置内光电二极管,利用计数器计数激光二极管启动脉冲与光电二极管的接收脉冲间的时间差,即可求得目标距离。利用扫描镜系统中的位置探测器测定反射镜的角度即可测出目标的方位。成像式激光雷达又可分为扫描成像激光雷达和非扫描成像激光雷达。扫描成像激光雷达把激光雷达同二维光学扫描镜结合起来,利用扫描器控制激光的射出方向, 通过对整个视场进行逐点扫描测量, 即可获得视场内目标的三维信息。非扫描成像式激光雷达将光源发出的经过强度调制的激光经分束器系统分为多束光后沿不同方向射出,照射待测区域。由于非扫描成像激光雷达测点数目大大减少, 从而提高了系统三维成像速度。激光测距是一种光学雷达系统，它具有测量时间短，量程大，测距精度很高，车道分辨率高等优点。利用激光雷达测距技术，可以制成防止追尾撞车的装置。缺点是：由于光波束很窄；扫描速度比较慢，必须采取特殊的技术措施，才能覆盖车道，另外受各种光源、天气的影响比较大。（3） 微波雷达测距雷达是利用目标对电磁波的反射来发现目标并测定其位置的。工作频率从3MHZ到3OGHZ 的范围内。微波雷达是利用发射的电磁波信号，当遇到前方障碍物(汽车)后反射回来，接收装置收到回波信号，测得发射信号与接收信号之间的时间差,微处理器可以计算出两车之间距离。微波汽车防撞雷达,各国已经有成熟技术，如德国不伦瑞克工业大学研制了样机已试验成功,但推广起来存在一些问题,如波束较宽,易受干扰、造价也偏高,如果目标车的材料不是金属、反射信号会很弱,给测距带来困难。毫米波雷达测距的优点有:检测障碍物时对环境的变化有很强的稳定性，与光学式相比，它不易受对象表面形状和颜色影响;是环境适应性能好，受雨、雪、雾、污秽、阳光的干扰小，探测性能下降小。（4） 红外测距红外测距的工作原理也与上述测距方案相似：红外线在它的传播路径上遇到物体就反射回来,测量从发射时刻到反射光返回到发射点所经过的时间,便可计算出物体的距离。同样该方案也存在缺点，比如受温度的影响比较大,对雾的穿透性不强等。（5） 摄像系统测距摄像系统指电荷藕合器件CCD 常用摄像系统。CCD 摄像机是一种用来模拟人眼的光电探测器，具有尺寸小，质量轻、功耗小、噪声低、动态范围大、光计量准确等特点。优点是采用双目摄像系统模拟人体视觉原理，测量精度高。缺点是需要高速的处理芯片,图象处理算法复杂, 成像速度慢，目前价格高，同时受到软件和硬件的限制。且在环境比较恶劣的条件下(如大雾、大雨等) ,视觉传感器会失效。结论：综合以上优缺点，考虑性能价格比，本系统采用毫米波雷达测距技术作为关键技术。以达到当发现危险时能达到紧急制动的作用，再加上磁铁同极相斥的原理，辅助紧急制动。参考文献：1邓建辉.毫米波汽车防撞雷达的研究.博士学位论文.南京：南京理工大学，20012杨超，胡瑜.高速公路汽车安全距离模型.华东交通大学学报，2010，27（5）:143孔金生，郭非，王希萍.基于安全距离模型的汽车防追尾避撞方法.微计算机信息，2008,24（32）:2512524李小松，田文强.倒车防撞报警系统的设计.太原科技大学学报.2011,32（3）:1721765胡媛媛，邓世建.基于模糊控制的汽车防撞控制系统设计.中国科技论文在线。2011 6韩海强.汽车防撞雷达与智能巡航控制系统的研究.硕士学位论文.沈阳：东北大学，20047刘刚,侯德藻,李克强等.汽车主动避撞系统安全报警算法.清华大学学报，2004,44（5）：697700 8Yamamoto K. Development of alertness-level- dependent headway distancewarning system J. J S A E Review ,2001,22(3):3253309朱巍.24GHz多普勒车载雷达射频前端关键技术研究.硕士学位论文.南京：东南大学,201010郑锐.毫米波汽车防撞雷达的设计与实现.硕士学位论文.镇江：江苏大学，2010 11李文娟,海霞,叶谌雯.一种基于超声波的检测防撞系统设计.自动化博览,2007,24(3):808112Answering_measure Radar for Expressway Automotive Anti_collision SystemApplication C Industrial Electronics and Application （ ICIEA ） 2008 3rd IEEEConference ，200813R.H.Rasshofer ， K.Gresser.Automotive Radar and Lidar Systems for