汽车防撞预警装置研究和发展.docx

华清学院信息与控制工程系毕业设计（论文）文献综述汽车防撞预警装置的研究摘要：随着汽车工业的发展, 汽车行驶速度越来越快, 道路交通事故已成为世界性的社会问题。其中, 碰撞事故占的比例约80%, 所以对汽车防撞研究也成为世界性课题。本文对汽车防撞预警装置中的超声波测距技术、雷达测距技术、激光测距技术、红外线测距技术的原理、特点、缺陷等方面进行分析、比对， 最后对全文进行总结，提出了汽车防撞预警系统的发展方向。关键词：汽车; 防撞; 预警系统; 安全行驶。1.前言 随着汽车大量增加, 路上车流不息, 使道路交通事故逐年大幅度增加, 造成大量人员伤亡和财产损失1。据中国公安部2005 年1月14 日发布的新闻: 中国在2004年总共发生交通事故567, 753 起, 导致99, 217 人死亡, 451, 810 人受伤, 直接财产损失27. 7亿元。交通事故的主要原因包括超速行使、占道行使、酒后驾驶、疲劳驾驶等。而碰撞是交通事故的主要表现形式, 其中大部分是车- 车碰撞和人- 车碰撞。可以肯定, 随着我国汽车保有量和生产量的快速增长, 高速公路和高等级公路里程的快速延伸, 如果不加大汽车交通安全控制, 交通安全事故会大量增加, 造成更多的伤亡和经济损失。 专家对汽车交通事故的分析结果表明,在所发生的交通事故中,有80% 是由于驾驶员反应不及时, 处置不当所造成.其中有65% 的事故属汽车追尾碰撞造成, 其余则属于侧面碰撞、擦挂所致。因此, 德国奔驰公司的专家们在对各类交通事故进行系统研究分析后得出:若驾驶员能在事故发生前提早1秒钟意识到会有交通事故发生, 并采取了相应的正确措施, 则绝大多数事故都可能避免。汽车防撞预警系统对提高汽车行驶安全性十分重要。从1971年开始, 国内外相继出现了超声波、雷达、激光、红外等防撞预警系统的研究或者产品。本文将对各种防撞预警系统的原理、特点、缺陷等方面进行分析,并提出汽车防撞预警系统的发展方向。 1.汽车防撞预警装置的原理 汽车防撞预警装置的原理2：汽车在行驶中，预警系统会利用相关技术对汽车周围所存在的潜在威胁进行追踪，一旦发现可能出现碰撞的目标， 传感器将信号传给预警系统，预警系统就会发生报警， 提醒驾驶员威胁方向和等级，司机根据提醒就会做出事先的防范，从而最大程度上避免了事故的发生。汽车预警系统的工作四个部分：信息收集、处理、危险等级判断以及报警。信息收集阶段所采用的技术有雷达、激光、超声波、红外线等，通过这些技术可以探测汽车四周的潜在危险；处理阶段主要是预警系统对信息进行的处理分析，主要判断所搜集的信息中，哪些是主要的危险因素， 这个阶段用到的技术设备有ARM、单片机等，高级设备还配有专业的CPU 等计算机核心设备；信息的判断阶段就是根据信息处理后情况，对潜在危险因素的速度、车型以及天气状况进行动态的识别；报警阶段主要是根据所确定的危险目标，进行方向、等级的反馈，并通过声光形式传递给驾驶者，驾驶者根据这些信息可以预先对危险等级的因素进行重视， 防止汽车相撞现象的发生，预警系统根据所采用的信息搜集、处理形式的不同，可以分为不同的类型。2.激光测距技术的基本原理及其特点2.1原理9、11 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。2.2特点121. 激光测距技术, 它具有测量时间短、量程较大、精度高等优点, 在许多领域得到了广泛应用。但是高速运动的车体中, 震动幅度比较大和激光在雾天会被吸收以及对人眼的伤害限制极大程度限制了激光汽车防撞预警系统的使用。此系统体积也比较大, 要在车上安装受到限制。其优点是测量范围广、响应速度快、远距离测量无需反光板等。3. 超声波测距技术的原理及其特点3.1原理4 超声波一般指频率在20kH z以上的机械波, 具有穿透性较强、衰减小、反射能力强等特点。工作时, 超声波发射器不断发出一系列连续的脉冲, 并给测量逻辑电路提供一个短脉冲。超声波接收器则在接收到遇障碍物反射回来的反射波后, 也向测量逻辑电路提供一个短脉冲。最后由信号处理装置对接收的信号依据时间差进行处理, 自动计算出车与障碍物之间的距离。超声波在空气中传播的速度会受到温度、湿度、大气压力等因素的影响, 在这些因素中, 温度对其速度的影响更大一些, 而且环境温度的变化更为经常。研究表明, 声速与热力学温度平方根成正比, 温度越高声速越大, 温度越低声速越小。3.2特点51. 超声波测距原理简单、成本低、制作方便, 但在高速行驶的汽车上的应用具有一定局限性, 这是因为超声波的传输速度受天气影响较大, 不同的天气条件下传播速度不一样。对于远距离的障碍物, 由于反射波过于微弱, 使得灵敏度下降,超声波的发射角度小, 直线传播方式, 所测得的区域小。故超声波测距一般应用于短距离测距, 最佳距离为4-5m, 一般应用在汽车倒车防撞系统上。目前, 很多车上都装有超声波倒车防撞系统。其优点是指向性好、功率大、穿透力强、空化作用4红外线测距技术的原理及其特点4.1原理 红外热成像原理为在中红外区域(波长3-5m)或远红外区域(波长8-12m)。通过探测物体发出的红外辐射, 热成像仪产生一个实时的图像, 从而提供一种景物的热图像。红外线产生于发热物体, 它除可感受波长在380-780mm 的可见光外, 还可感受770-1350mm 的红外光。因红外线光波的波长比可见光长, 它可以帮助我们看到肉眼观察不到的事物, 并将不可见的辐射图像转变为人眼可见的、清晰的图像。热成像仪非常灵敏, 能探测到小于0. 1的温差。热成像利用光学器件将场景中的物体发出的红外能量聚焦在红外探测器上, 然后来自与每个探测器元件的红外数据转换成标准的视频格式。通过视频采集卡对红外热成像进行转换成数字信息, 并送到数字信号处理器( DSP) 处理分析, 分析结果送到微处理器判断危险物、危险级别。提前4-5对危险情况报警, 提示驾驶员采取正确措施。4.2特点3 由于红外热成像系统探测的是热而不是光, 所以可全天候使用, 这一特点将促进它在汽车防撞预警系统中的广泛应用, 解决上面超声波、雷达、激光、机器视觉的致命缺陷, 也增强了汽车在雾天、雨天、雪天等恶劣气候下的安全行驶。红外线夜视系统已经在奔驰车S-Class使用, 但是对红外热成像的处理、分析、辨识等方面, 在软件、硬件上要求高。其优点是远距离测量、有同步输入端、测量范围广、响应时间短、外形设计紧凑、易于安装、便于操作等。1. 雷达测距技术的原理及其特点5.1原理6-8 雷达测距技术利用电磁波发射后遇到障碍物反射的回波对其不断检测和计算与前方或后方障碍物的相对速度和距离, 经过分析判断, 对构成危险的目标按程度不同进行报警。当发射机采用微波调频连续波体制时, 在车辆行进中, 雷达窄波束向前发射调频连续波信号, 当发射信号遇到目标时, 被反射回来为同一天线接收, 经混频放大处理后, 可用其差拍信号间相差来表示雷达与目标的距离, 把对应的脉冲信号经微处理器处理计算可得到距离数值, 再根据差频信号相差与相对速度关系, 计算出目标对雷达的相对速度, 微处理器将上述两个物理量代入危险时间函数数字模型后, 即可算出危险时间。5.2特点雷达探测性能稳定, 不容易受对象表面形状和颜色的影响。环境适应性能好, 受天气影响较大, 它具有测量时间短、量程大(可达10km以上)、精度高等优点。但是周围车辆、障碍物都会对其产生电磁波干扰, 车载雷达彼此之间也存在干扰。此系统庞大, 造价昂贵。在高速路上, 隔离带和路两边的金属在很大程度上限制了此系统的应用。6.对超声波、雷达、红外线与激光测距技术的对比通过对现有的各种汽车防撞预警系统中测距技术的特点、性能进行分析,我们发现, 超声波、雷达、激光有以下的固有缺陷:在汽车一方出现多目标时,不能很好的辨识出最危险的目标,导致误报; 在道路弯道处不能很好检测到危险目标,受公路上栏杆影响, 也导致误报和漏报; 雷达和激光都能测出上几公里的距离,但是在200m以下效果不好、成本高、大题小做,并且它们系统复杂、体积庞大、造价昂贵;激光的视觉角度几乎为0, 方向性强, 天气变化鲁棒性差; 红外测距技术相对来说是最好的,可以全天候使用,抗干扰能力强,但是系统的技术要求和硬件要求也高;通过对近些年的汽车防撞预警系统中测距技术进行对比可知，未来在汽车防撞预警装置中，测距技术稳定有效的发展，将是未来预警装置中的主要技术层面。总结：本文通过对超声波测距技术、红外线测距技术、激光测距技术以及雷达测距技术进行了原理分析，列出特点、优点。最后进行比较，未来在智能汽车方面，防撞预警技术必不可少。但是现有的产品并不是能够全面应用，而且就现有的技术，还是有很大的发展空间。通过本文我们可以预测未来防撞装置中应该体现以下几方面： 提高抗干扰能力, 减少误报; 增加视觉角度,提高监控范围; 增强稳定性, 减少误报、漏报; 增加驾驶员和汽车检测, 因为碰撞事故中驾驶员的疲劳驾驶和汽车的性能也有关系; 增加报警决策因素, 超声波、雷达、激光等系统报警的因素是汽车和危险物距离, 应该考虑相对速度、相对加速度、车型以及天气; 形成智能型专家系统, 提高报警的实时性、准确性, 因为不同的车型和不同的天气对安全距离和安全时间要求不同; 形成行业标准, 这是当务之急,因为产品的成功应用离不开行业标准。防撞预警系统在智能汽车中是必不可少的一项，未来的防撞预警装置应该就以上特性进行发展研究，将优点扩大化，再发展新技术的同时，应该继承现有技术的优良特性，综合运用。我们也相信汽车防撞预警技术将推动汽车的智能化、信息化, 也对无人驾驶技术起到促进作用, 从而让我们的行车生活处于安全、舒适、快捷之中。参考文献1廖传锦, 柴毅, 黄席樾. 汽车防撞系统中目标跟踪与防撞决策研究 J , 中国公路学报, 2004, 7( 2 ): 113 - 118.2 邓金城, 黄席樾, 邓小丽, 廖传锦. 汽车防撞系统中的危险估计与超车决策 J . 计算机仿真, 2004, 21 ( 11) : 207 - 210.3赵建顺, 王玉泰. 超声汽车防撞系统的研究J . 济南大学学报, 2001, 15 ( 3) : 216 - 218.4戈素贞. 车辆智能制动系统J . 起重运输机械, 2004, ( 10) :33 - 35.5党宏社, 韩崇昭, 段战胜. 汽车防碰撞报警与制动距离的确定 J . 长安大学学报, 2002, 22 ( 6) : 89 - 91.6贺乐厅, 孙利生, 翟羽健. 汽车防撞雷达实验系统的研制J .工业仪表与自动化装置, 2003, ( 3) : 14 - 16.7安富强. 汽车防追尾碰撞系统的研制D . 南京林业大学机械电子工程学院研究生论文, 2000.8刘桥. 汽车高速行驶正面防撞系统设计J . 自动化与仪表,2004, ( 6 ): 69 - 70.9蔡喜平, 赵远. 成像激光雷达系统模拟J . 激光与红外,2000, 30 ( 5) : 274 - 276.10孙兵, 王蔚然. 基于DSP的激光防撞雷达动态成像校正系统J . 激光杂志, 2004, 25 ( 3) : 43 - 45.11张建华. 激光雷达汽车全自动防撞计算机控制系统的改进J . 教育与职业, 2004( 24) : 71 - 72.12黄席樾, 柴毅等. 汽车智能辅助操作系统中的障碍物检测J . 重庆大学学报, 2000,