汽车防撞预警系统的设计.doc

前 言 国际上先进国家自80年代末开始研究汽车防撞系统。90年代初，美国、德国、日本相继报道在民用汽车上装备防撞预警系统。我国在这一领域起步较晚，目前由于存在报警系统本身的可靠性或误报警等问题，尚未见到有批量化生产和装备汽车的报道。 防撞有微波、激光和超声等多种方法。微波系统测距范围较远，由于采用相控阵天线成像技术，已达到了实用化的程度，只是目前成本居高不下。国内已有公司设计出激光汽车防撞系统样品，但由于激光波束较窄、路障报告率偏低而暂时不能推广。 声波的发射和接收是自然界中的普遍现象。频率低于20KHz的声波人耳可辨，进行着各式各样、错综复杂的自然声音传递，因背景复杂而不利做测试媒体使用。频率高于20Hz的超声波不仅波长短、方向性好、能够呈射线定向传播，而且碰到界面就会有显著反射。这些特性有利于选用超声波做媒体，测定物体的位置、距离甚至形状等。超声波传感器的特性：1.在自身特性谐振点40KHz附近可获得较高的灵敏度；2.谐振带宽、波束角可以通过制作工艺控制得很窄，有利于抗声波干扰设计；3.不受无线电频谱资源限制，易于抗电磁干扰设计。另外，超声系统成本低、性能稳定可靠，应用前景好。 1 选题背景 1.1 题目来源 其他 1.2 研究的目的和意义 随着社会经济的发展交通运输业日益兴旺，汽车的数量在大副攀升。交通拥挤状况也日趋严重，撞车事件屡屡发生，造成了不可避免的人身伤亡和经济损失。我国交通死亡率远远高于其他国家。我国目前的交通安全相当于发达国家上个世纪70 年代水平。我国的年死亡人数分别是美国的2.3 倍、日本的13.4 倍、德国的18.4 倍。针对这种情况，设计一种响应快，可靠性高且较为经济的汽车防撞预警系统势在必行。 汽车已经是一种非常成熟的工业制成品。尤其在机械方面几乎没有太多的潜力可挖，目前主要在电控方面丰富和加强， 随着集成电路和单片机在汽车上的广泛应用，汽车上的电子控制单元越来越多，例如电子燃油喷射装置、防抱死制动装置（ABS）、安全气囊装置、电控门窗装置和主动悬架等等。在这种情况下，如果仍采用常规的布线方式，即电线一端与开关相接，另一端与用电设备相通，将导致车上电线数目的急剧增加，使得电线的质量占整车质量的4％左右。另外，电控系统的增加虽然提高了轿车的动力性、经济性和舒适性，但随之增加的复杂电路也降低了汽车的可靠性，增加了维修的难度。由于总线系统具有传输速率高，抗干扰能力强，硬件连接方便等突出特点，非常适合用于汽车系统中，解决众多测试与控制仪器之间的数据交换问题。 汽车防撞预警系统的核心在于快速、准确地测量出汽车与障碍物之间的距离，并及时发出报警信号，同时通知其它的汽车控制系统（如刹车系统）以达到防止碰撞的目的。实现距离非接触检测的方法很多。目前，非接触式测距系统常采用超声波、激光和雷达。但激光和雷达测距造价偏高，不利于广泛的普及应用，在某些应用领域有其局限性，相比之下，超声波方法具有明显突出的优点： 超声波方法作为非接触检测和识别的手段，已越来越引起人们的重视。在机器人避障、导航系统、机械加工自动化装配及检测、自动测距、无损检测、超声定位、汽车倒车、工业测井、水库液位测量等方面已经有了广泛的应用。 1.2 国内外研究现状、发展趋势及存在的主要问题 国际上如德国、日本、美国等先进的汽车生产国，在十年前已经开始了主动防撞安全装置的研究与开发。戴姆勒克莱斯勒公司和沃尔沃公司在汽车防撞器方面走在世界前列。 美国的《大众机械师》杂志介绍了戴姆勒克莱斯勒公司汽车防撞器的研究情况。该防撞器结构主要是两个测距仪和一个影像系统，能够测出安全距离，如果发现车前有障碍物，计算机能够自动引发刹车装置。这个系统的特点是： (1) 能够自动测出前方障碍物的速度和距离； (2) 执行机构能够自动启动刹车装置，自动关闭车的侧窗、天窗，自动调整座椅位置。当乘客遭受撞击时，最大限度受到气囊的保护； (3) 能够感知车的行驶状态，如果传感器感到车在左右摇摆，或者感到车内的酒精浓度过高，它能够自动刹车或者自动锁死方向盘。 沃尔沃公司在轿车上加装了夜视仪，夜视仪能够显示前灯照射距离以外的物体，显示车的前照灯与车前障碍物的距离，提示司机刹车，但是没有介绍沃尔沃公司的防撞器能不能自动刹车，能不能自动关闭天窗。 戴姆勒克莱斯勒公司以及沃尔沃公司的防撞器也有一些缺点：不能防止误操作，如你要超车，车的自动防撞器测出两车的间距小于安全距离，自动防撞器会自动通知汽车控制中心启动自动刹车系统执行减速操作。 国内汽车自动防撞技术方面的研究，主要在一些大型汽车企业和科研院所开展，如：长春一汽、上海大众、东风汽车、交通部科学研究所、武汉汽车研究所、清华大学汽车系、北京理工大学机械系等。但是， 现在已有的产品的种类并不是很多。从技术先进性角度来讲与国外同类产品仍有一定距