基于蓝牙无线技术的汽车主动避撞系统设计-项目申报书

. 申报项目情况介绍 项目名称：基于蓝牙无线技术的汽车主动避撞系统设计1. 立项背景和依据（包括研究目的、国内外研究现状分析与评价、研究意义，应附主要参考文献及出处 1.1项目研究背景：随着我国社会经济的快速发展，机动化程度不断提高，道路通车里程和车辆运行里程显著增加，客货出行频率和道路交通量明显增大，导致车与车相撞的交通事故频发。不但导致人员死伤和直接财产损失，还将导致交通堵塞、交通延误、火灾、爆炸、危险品泄露等问题，给人民的生产生活和社会经济发展带来巨大损失。因此，迫切需要采取一种有效的措施减少汽车相撞事件的发生。 由于糟糕的天气条件、拥堵的路况、超速行驶、疲劳驾驶、驾驶员的失当操作等原因导致了车与车间的相撞交通事故的发生，采用无线通信技术实现汽车间的通信，实现在即将发生危险情况下的对车辆的智能控制，主动自动采取措施防止相撞能从根本上根除这些由于不可控的天气环境因素和人为因素导致的车祸的发生。在目前比较流行的无线组网技术WI-FI、HomeRF、HiperLAN、蓝牙、ZigBee中,蓝牙技术因其全球通用、低成本、抗干扰、可靠性强、安全性高、穿透物体性能强等特点，非常适合汽车行驶的实际情况下无线局域网络的构建，可以在各种户外条件下较好的实现汽车之间之的数据传输与交换。 申报项目情况介绍 1.2项目研究目标：本项目利用已经成熟的蓝牙无线技术建立无线局域网的连接，建立起短距离范围内的车与车间的通信，实现汽车运用GPS、射频识别、传感器、摄像头头像处理等装置所获取的汽车自身的位置、速度等汽车自身环境和状态信息的交换。根据行车电脑中相应程序对周围车辆数据信息的处理和分析，将监测到的信息通过画面和语音传达给驾驶员，解决驾驶过程中视觉死角引起的安全隐患，让驾驶员能够及时地发现潜在的行车求安全问题。在紧急情况下，系统通过对周围车辆数据信息的处理和分析，预知即将到来的碰撞，启动相应程序，在最小行车安全距离处，通过汽车ECU输出信号，控制汽车刹车系统等工作以达到防止相撞的目的。利用蓝牙无线技术实现短距离范围内的汽车间的数据交换.通过对周围汽车信息的处理和分析，车载电脑将可能存在的行车安全隐患的问题通过语音、座椅震动或画面的形式传达给驾驶员。 申报项目情况介绍 B车位置数据信息 A车行车电脑中的数据处理系统对数据信息处理分析后启动智能化防撞程序A车位置数据信息 B车速度数据信息A车速度数据信息B车制动信息 A汽车ECU执行程序发出的指令通过液压油泵等控制刹车以及ABS等系统工作避免相撞 紧急情况下汽车防撞系统工作原理1.3国内外研究现状分析与评价： 1.3.1国外研究现状 2009年，蓝牙SIG组织（special Interest Group）推出了Bluetooth 2.1+EDR版本的蓝牙技术。该技术改善了蓝牙装置的配对流程，使得短距离内的蓝牙装置能够实现自动配对。同年4月21日，蓝牙技术联盟(Bluetooth SIG)正式颁布了新一代标准规范Bluetooth Core Specification Version 3.0 High Speed(蓝牙核心规范3.0版 )，通过集成802.11 PAL(协议适应层)，蓝牙3.0数据的传输率提高到了大约24Mbps(即可在需要的时候调用802.11 WI-FI用于实现高速数据传输)，上述蓝牙技术的发展为实现汽车间短距离通信提供了无线通信技术上的支持。 2009年9月24日，通用汽车公司在上海展示了新一代的车对车信息交换技术系统（V2V Communications）该系统技术主要利用了无线通信原理和GPS全球卫星定位技术，通过安装在汽车中的V2V讯息收发器，每一辆通用公司生产的汽车都可以迅速定位自身车辆，并且实时的监测到道路上的其他车辆及设施，系统将监测到的信息通过画面和语音传达给驾驶员，让驾驶者能够及时发现潜在的行车安全问题。 2012年3月开始，美国交通运输安全管理局开始在美国密歇根州安阿伯市，针对3000辆汽车展开了车间通讯技术的研究。 1.3.2国内研究现状 在国内目前的汽车间的数据信息交换的研究才刚刚起步，从事这方面研究的单位并不是很多，主要有以下单位进行了汽车间通信技术的研究. 西安交通大学人工智能与机器人研究所智能车辆课题组Springrobot智能车：车辆避障警告或控制系统是汽车主动安全中的主要研究内容，其关键问题是障碍物的检测和分类。障碍物的种类是多种多样的，但基本的障碍物是行人和车辆，因此主要有人车相撞和车车相撞。如果车载信息系统能够适时地检测车辆周围的行人和车辆的位置和速度，并给出警报或控制，可以大大减少行人和汽车，汽车与汽车间的相撞事故的发生。 清华大学汽车研究所研制的汽车安全辅助装置开发已通过验收，这套装置借助视觉、雷达、以及GPS等相关传感器获取运行车辆周围的环境信息，建立了车间保持安全距离模型、汽车运动鲁棒控制器、障碍物识别、汽车智能制动系统等相关子系统，并以提高运行过程中的整体安全为研究目标。 申 1.4 项目研究意义：本项目利用蓝牙无线技术建立起短距离范围内的汽车间的通讯关系，实现汽车与汽车之间数据信息的相互交换，初步实现V2V车间通信，为进一步实现车联网奠定理论和实践基础。 实现在危险状况下的汽车的刹车系统在无人操作的情况下的智能工作，防止汽车间相撞事件的发生，从源头上解决了汽车间发生相撞的问题。保障了客乘人员的生命安全，避免了由于交通事故引起的交通堵塞、爆炸、危险品泄露的问题，为人民的生产生活和社会经济发展保驾护航。 在假设该项目投入市场的条件下，项目将带来相关的经济效益，开辟了新的蓝牙设备市场，丰富汽车电子设备市场，为相关设备生产商、经销商带来了经济效益，带动相关产业的发展。主要参考文献：【1】张慧永. 基于贝叶斯网络的交通事故态势研究. 长春：吉林大学博士论文，2013.【2】张禄林, 雷春娟, 郎晓红. 蓝牙协议及其实现M . 北京: 人民邮电出版社, 2001.【3】朱刚等编著. 蓝牙技术原理与协议M . 北方交通大学出版社, 2002.【4】赵晖，赵岩.应用蓝牙技术组件无线局域网J. 天津通信技术. 2004.【5】于进才，马岚，任晓明.蓝牙技术的现状及发展J.电子技术应用.2004.【6】马建仓，罗亚军，赵玉亭.蓝牙核心技术及应用M.北京:科学出版社，2003.【7】李静，耿卫东等.HCI协议在嵌入式蓝牙系统中的应用.电子科技.2002【8】武锁宁. 车联网：值得关注的问题J.中国电信业,2010(116):11-19.【9】谢波.面向无线车辆网络的可生存性技术研究D.长沙:国防科技大学,2008.【10】宋超,刘明,龚海刚.基于车流信息的车载自组织网络路由协议J.计算机应用研究,2009.【11】/view/f7ec4ad4b14e852458fb573b.html【12】舒红，吴建生.汽车制动系设计计算软件开发研究.北京：北京汽车，1999.【13】孙益民.基于MATLAB的汽车制动系统设计和分析软件开发.上海：上海汽车工程研究院，2004.【14】孙晋文.智能运输系统与汽车的智能化技术J.汽车研究开发，2000年，第3期.【15】刘卫平，黄富元，熊文莉，王瑛琳.车辆安全辅助驾驶系统发展概述J.汽车运用，2005年，第11期.【16】刘利花，张金喜.我国高速公路安全影响因素分析J.道路交通与安全，2006.【17】王跃建，侯德藻，李克强等.基于ITS的汽车主动避撞性关键技术研究J.汽车技术，2003.【18】李嘉，方霞.高速公路出入口设计与安全性研究J.中南公路工程，2003年6月，第28卷，第二期.【19】中国车联网市场调研与前景预测报告.中国产业调研网. 申报项目情况介绍2、 项目研究内容（项目主要研究内容；拟解决的关键问题、重点和难点）2.1 项目主要研究内容： 本项目研究在HCI协议基础上进行开发，实现利用微控制器控制蓝牙模块与UART接口的连接，完成蓝牙连接功能的实现，并通过HCI协议，使设计的蓝牙模块能够完成初始化、查询、建立连接、数据传输、断开连接等一系列功能。 图 2.1.1 蓝牙数据传输系统组成框图 对高速公路入口合流处等常见事故多发区域进行跟驰模型研究，以及对高速公路上换道模型的研究，通过数学建模的方法分进行析运算，考虑汽车载重、路面材质等因素条件下，确定汽车的最小安全距离。 根据汽车最小安全距离数据结果，依据汽车行驶速度和刹车距离以及路况条件建立数学模型，结合现有的刹车辅助系统（EBA或BAS）、防抱死系统，使用RCP工具开发在即将发生相撞的情况下汽车的主动刹车系统。2.2拟解决的重点、关键问题： 在现有的蓝牙模块基础上，拟通过增加蓝牙射频模块，在HCI协议上进行开发等方案，改良出能适应各种户外环境下稳定通信的蓝牙设备，应用PARAMICS软件构建仿真环境，进行仿真实验，验证蓝牙改良方案的有效性和实用性。2.3项目实施的难点： 考虑到汽车实际行驶环境的复杂性，需要通过MATLAB在很多种情况下进行建模分析，然后进行仿真验证，开发出相关的软件逻辑，使设计的软件系统能够快速分析通过蓝牙所传回的周围汽车的位置、速度等数据信息结合自身的位置、速度等数据信息建立出与周围汽车的物理关系，从而筛选出与周围汽车可能存在的安全隐患问题。 申报项目情况介绍三、项目特色及创新点3.1项目特色 跨学科概念的结合将无线通信技术和汽车结合，建立起短距离范围内的汽车间的联系，实现汽车间的数据交换。 基于建模和仿真的设计理念利用MATLAB建立相关的数学模型，通过对模型的仿真验证，不断地修正所建模型，最后得到最为符合实际情况的模型。 实用性和未来市场化潜力本项目着眼于解决当前频发的交通事故问题，一旦投入应用能大大减少交通事故的发生率，为人们的安全出行提供了保障，具有非常大的市场前景。3.2项目的创新点 新技术的跨学科应用首次提出将最新的蓝牙无线通信技术应用到汽车上的概念，通过行车电脑的纽带作用，将蓝牙设备和汽车联系起来。 新软件逻辑开发流程的应用在汽车原有的刹车系统基础上，采用V字型流程的方式，基于数学模型，进行汽车的主动避撞软件逻辑的开发，在保证了较高的软件质量的情况下，大大的缩短了汽车主动避撞软件的开发周期。 创新蓝牙性能改良方案的设计在将现有的蓝牙模块进行适合汽车实际环境行驶状况下的改进时，从硬件入手，通过加装射频模块来增强蓝牙无线信号的稳定性以及抗干扰性能。四、项目完成预期成果（成果形式：研究论文、专利、设计、产品、软件、研究或调研报告等）1、 项目总结报告；2、 项目鉴定报告；3、 在核心期刊发表项目研究成果相关论文12篇；4、 车用通信蓝牙模块样件；5、 汽车主动避撞系统软件；6、 用于分析汽车数据的软件。5、 项目实施的总体方案（研究思路和方法，实施计划、技术路线、人员分工等）5.1研究思路和方法 5.1.1总体研究思路 以性能决定设计从汽车行车数据信息传递的稳定性和传输速度出发，通过增加硬件模块，改良无线蓝牙模块。 以模拟实验指导设计通过PARAMICS软件构建无线仿真环境，进行蓝牙模块的仿真实验，通过实验结果发现设计中问题，指导蓝牙模块的改进。 以理论支持设计蓝牙无线技术为支撑，在原有的蓝牙模块上进行二次开发，设计出适合车间通信的蓝牙模块。 以实验结果优化设计汇总模拟分析、理论计算、试验分析各项结果，在分析过程中对原有方案进行不断优化。 5.1.2总体研究方法: 在综合分析汽车实际行驶过程中的各种情况，建立合适的数学模型，基于建立的数学模型，采用V字型的软件逻辑开发流程，设计相关蓝牙模块和汽车的子主动避撞系统，再通过模拟仿真软件对设计的蓝牙模块和软件系统进行模拟实验，通过对模拟实验的结果分析，对蓝牙模块和软件系统进行改进，如此重复，直到得到最优结果。最后，将设计的模块和软件系统在试验车进行调试。5.1.3项目技术路线：科研计划5.2人员分工: 邀请汽车专业.无线通信专业.软件专业的相关同学组成项目组。 通信专业同学负责汽车通信所用的蓝牙无线技术的抗干扰和稳定性能的改良，设计出适合汽车通信的蓝牙设备。 汽车专业同学负责汽车不同行驶环境下的安全应答距离数据的收集分析以及通过相关软件模拟实验得出汽车在即将发生碰撞事故时汽车发动机，刹车，等零件采取的合适应答反应的各项数据。 软件专业同学根据汽车专业同学得出的各项实验数据设计汽车数据信息处理程序和紧急情况下防止相撞程序。 最后结合各个模块的成果，进行整体调试。5.3实施计划经费使用计划购置蓝牙设备、无线实验材料