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汽车防碰撞系统的研究,机械毕业设计全套
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浙江工业大学浙西分校信息与电子工程系毕业设计（文献综述） 1 文献综述 浙工大浙西分校 03 工自 (1)班 李达军 22 号 一、引言 变频恒压供水是在变频调速技术的发展之后逐渐发展起来的。在早期，由于国外生产的变频器的功能主要限定在频率控制、升降速控制、正反转控制、起制动控制、起制动控制、压频比控制及各种保护功能。应用在变频恒压供水系统中，变频器仅作为执行机构，为了满足供水量大小需求不同时，保证管网压力恒定，需在变频器外部提供压力控制器和压力传感器，对压力进行闭环控制。从查阅的资料的情况来看，国外的恒压供水工程在设计时都采用一台变频器只带一台水泵机组的方 式，几乎没有用一台变频器拖动多台水泵机组运行的情况，因而投资成本高。随着变频技术的发展和变频恒压供水系统的稳定性、可靠性以及自动化程度高等方面的优点以及显著的节能效果被大家发现和认可后，国外许多生产变频器的厂家开始重视并推出具有恒压供水功能的变频器，像日本 Samco 公司，就推出了恒压供水基板，备“变频泵固定方式”，“变频泵循环方式”两种模式。它将PID 调节器和 PLC 可编程控制器等硬件集成在变频器控制基板上，通过设置指令代码实现 PLC 和 PID 等电控系统的功能，只要搭载配套的恒压供水单元，便可直接控制多个内置的 电磁接触器工作，可构成最多 7 台电机 (泵 )的供水系统。这类设备虽微化了电路结构，降低了设备成本，但其输出接口的扩展功能缺乏灵活性，系统的动态性能和稳定性不高，与别的监控系统 (如 BA 系统 )和组态软件难以实现数据通信，并且限制了带负载的容量，因此在实际使用时其范围将会受到限制。 二、恒压供水国内外状况 目前国内有不少公司在做变频恒压供水的工程，大多采用国外的变频器控制水泵的转速，水管管网压力的闭环调节及多台水泵的循环控制，有的采用可编程控制器 (PLC)及相应的软件予以实现 ;有的采用单片机及相应的软件予以实现。但在系统的动态性能、稳定性能、抗扰性能以及开放性等多方面的综合技术指标来说，还远远没能达到所有用户的要求。原深圳华为 (现己更名为艾默生 )电气公司和成都希望集团 (森兰变频器 )也推出了恒压供水专用变频器 (5.5kw22kw) ,无需外接 PLC 和 PID 调节器，可完成最多 4 台水泵的循环切换、定时起、停和定时循环。该变频器将压力闭环调节与循环逻辑控制功能集成在变频器内部实现，但其输出接口限制了带负载容量，同时操作不方便且不具有数据通信功能，因此只适用于小容量，控制要求不高的供水场所。 可以看出，目前在国内外变频调速恒 压供水控制系统的研究设计中，对于能适应不同的用水场合，结合现代控制技术、网络和通讯技术同时兼顾系统的电磁兼容性 (EMC)的变频恒压供水系统的水压闭环控制研究得不够。 因此，有待于进一步研究改善变频恒压供水系统的性能，使其能被更好的应用于生活、生产实践。 市场的大量需求，随着工业自动化程度的不断提高和能源全球性短缺，变频nts浙江工业大学浙西分校信息与电子工程系毕业设计（文献综述） 2 器越来越广泛地应用在机械、纺织、化工、造纸、冶金、食品等各个行业，并取得显著的经济效益。尤其在水泵、风机方面的应用，取得了显著的节能效果。功率器件的发展近年来高电压大电流的 SCR, GTO, IGBT, IGC 等器件的生产以及并联、串联技术的发展应用，使高电压、大功率变频器产品的生产及应用成为现实。控制理论和微电子技术的发展 ， 矢量控制、磁通控制、转矩控制、模糊控制等新的控制理论为高性能的变频器提供了理论基础。 16 位、 32 位高速微处理器以及信号处理器 (DSP)和专用集成电路 (ASIC)技术的快速发展，为实现变频器高精度、多功能化提供了硬件手段 9因此，有待于进一步研究改善变频恒压供水系统的性能，使其能被更好的应用于生活、生产实践。 控制理论和微电子技术的发展，矢量控制、磁通控制、转矩控制、模糊控制等 新的控制理论为高性能的变频器提供了理论基础。 16 位、 32 位高速微处理器以及信号处理器 (DSP)和专用集成电路(ASIC)技术的快速发展，为实现变频器高精度、多功能化提供了硬件手段 9配套部件生产的社会化、专业化基础工业和各种制造业的高速发达，为变频器相关配套部件生产的社会化、专业化提供了可靠保证。 电气传动系统通常由电动机、控制装置和信息装置三部分组成 7。电气传动关系到如何合理地使用电动机，以节约电能和有效控制机械的运转状态 (位置、速度、加速度等 )，实现电能到机械能的高效转换，最终达到优质、高产、低 耗的目的的问题。电气传动分成不调速传动和调速传动两大类，调速又分交流调速和直流调速两种方式不调速就是传动电动机直接由电网供电，而没有经过电力变换过程的传动方式。随着电力电子技术的发展，为了节约电能 (节约 1520%或更多 )、改善产品质量、提高产量，这类原本不调速的机械越来越多的改用调速传动方式运行。在我国， 60%的发电量是通过电动机消耗掉的 4。因此，如何利用电机调速技术进行电机运行方式改造以节约电能一直得到国家重视 9。目前，电机调速技术已具备比较完备的技术和实践基础 。 近年来，交流调速中最活跃、发展 最快的就是变频调速技术， 变频调速是交流调速的基础和主干内容。上个世纪变压器的出现使改变电压变得很容易，从而造就了一个庞大的电力行业。但长期以来，交流电的频率却一直固定而不能受人为控制。变频调速技术的出现使频率变成可以利用的资源 1。 现在，我国已有很多的公司、工厂和研究所从事变频调速技术的研究开发工作。但自行开发生产的变频调速产品，和国际上的同类产品相比还有比较大的技术差距 ， 随着改革开放和经济的高速发展， 变频调速已形成了一个巨大的市场。为适应经社会经济和社会建设的高速发展，我国采取要么直接从发达国家进口现成的变频调速设备，要么内外结合，国内的相关部门在自行设计制造的成套装置中采用外国进口公司和合资企业的先进设备，然后自己开发应用软件的办法，很好地为国内重大工程项目提供了电气传动控制系统的解决办法，适应了社会的需要。 市场的大量需求 ： 随着工业自动化程度的不断提高和能源全球性短缺，变频器越来越广泛地应用在机械、纺织、化工、造纸、冶金、食品等各个行业，并取得显著的 经济效益。尤其在水泵、风机方面的应用，取得了显著的节能效果。 功率器件的发展 ： 近年来高电压大电流的 SCR, GTO, IGBT, IGC 等器件的生产以及并联、串联技术的发展应用，使高电压、大功率变频器产品的生产及应用成为现实。 控制理论和微电子技术的发展 ： 矢量控制、磁通控制、转矩控制、模糊控制等新的控制理论为高性能的变频器提供了理论基础。 16 位、 32 位高速微处理器nts浙江工业大学浙西分校信息与电子工程系毕业设计（文献综述） 3 以及信号处理器 (DSP)和专用集成电路 (ASIC)技术的快速发展，为实现变频器高精度、多功能化提供了硬件手段 。 三、结论 总之，虽然国内变频调速 技术取得了较好的成绩，但是总体上来说国内自行开发、生产相关设备的能力还比较弱，对国外公司的依赖性还很严重。当前国内变频调速行业的主要特点有变频器的整机技 术落后，国内虽有很多单位投入了一定的人力、物力，但由于分散 并没有形成一定的技术和生产规模。变频器产品所用半导体功率器件的制造业几乎是空白。相关配套产业及行业落后。产品可靠性及工艺水平不高。 参考文献 1 宋序彤 .我国城市供水发展有关问题分析 J.城镇供水 .2001, 2: 22 26 2 田会山，杨爱华 .水泵和水泵站 M.北京 :中国建筑工业 出版社， 1986 3 成都佳灵电气制造公司 .JP6C-T9 系列 PIM IGBT 高性能数字式变频器使用手册 .2001， 2 4 陈国呈编著 .PWM 变频调速技术 M.北京 :机械工业出版社， 1998. 7 5 廖常初编著 .可编程序控制器应用技术 M.重庆 :重庆大学出版社， 2001, 7 6 俞云奎，罗耀华主编 .可编程序调节器、控制器原理与应用 M.哈尔滨工程大学出版社， 1997, 5 7 钟肇新，王颧编 .可编程控制器入门教程 (SIMATIC S7-200) M.广州 :华南理工 出版社， 1999, 5 8 钱毅，韩涛 .微机控制的变频调速恒压供水系统 J .资源节约和综合利用，1996,6 (2) 9 李红斌，张承慧，宋军，万军 .远程供水变频调速计算机控制系统设计 J.电气传动， 2002 第 1 期 :14 18 10 陈虹，史旺旺，唐鸿儒，刘正意 .中小型水厂自动化技术的实现方法 J.给水排水， 2001， 27(11): 86 90 11 史志强 .水厂自动化控制系统中可编程控制器的应用 J.福州大学学报 (自然科学版 )， 1998, 26(6): 44 47 12 金以慧主编 .过程控制 M .清华大学出版社 2001, 7 13 林敏，薛红主编 .计算机控制技术与系统 M.北京 :中国轻工业出版社，1999,6 14 李清泉，杜继宏编著 .计算机控制系统及应用 M.机械工业出版社， 1988, 12 15 全继萍 .陈玩丰大涌水厂给水泵房改造节能总结 J.城镇供水 .2002 4: 3 6 16 韩涛，钱毅 .变频调速供水系统控制特性的改进 J供水排水 .1995, 21(6)3132 17 蔡燕，陈振翼 .微机控制变频调速水泵恒压供水系 统 J.天津纺织工学院学报， 1994, 13(3): 54 57 18 高新陵，宋晓平 .变频调速恒压供水系统研制 J.河海大学学报， 2001, 29(1):115 118 19 西门子 (中国 )有限公司 .SIMATIC S1-200 可编程序控制器系统手册， 2002,3 nts浙江工业大学浙西分校信息与电子工程系毕业设计（文献综述） 4 20 张世芳 .泵与凤机 .第一版 .北京 :机械工业出版社 .1996: 33 45 21 周顺荣 .电机学 .第一版 .北京 :科学出版社 .2002: 5 13 22 谭洪等 .模糊逻辑控制技术发展的新动向 .广州自动化 .1994, 15 (7 ): 38 44 23 章卫国，杨向忠 .模糊逻辑控制理论与应用，第一版 .西安 :西北工业大学出版社， 1999:13 66 nts浙江工业大学浙西分校信息与电子工程系毕业设计（外文翻译） ECONO-PILOT”ENERGY-SAVING SYSTEM FOR WATER PUMPS We have developed the “Econo-Pilot” energy-saving system for water pumps, which reduces the power consumption of motors for water supply. In the energy-saving control field, the conventional method used is that of constant pressure control of the water supply with inverters. However, as Econo-Pilot employs a method of variable water pressure control corresponding to flow volume, the system can raise the energy-saving ratio up to 90 percent. This paper describes the principles of the system and its basic functions, along with a case study of some practical applications. INTRODUCTION With the background of fulfilling public commitments for the prevention of global warning, many countries have consolidated related laws and regulations aiming to reduce energy consumption. Energy conservation has become one of the important issues for companies and organizations accredited with the ISO 14000 series standards certification because they are required to achieve yearly targets for improvements, which have, in a sense, the same implications as laws. In a prolonged recession, investments in energy-saving activities directly linked with cost reduction have attracted increasing attention. However, large-scale renewal investments which entail enormous costs cannot be implemented easily. Consequently, there have been increasing needs for energy conservation activities which bring about substantial cost reduction effects but can be conducted inexpensively with ease and minimum risks, while at the same time utilizing existing facilities. Figure 1 is a graphical indication of the energy consumption ratios of office buildings, which is based on research conducted by the Building-Energy Managers Association of Japan. As indicated in the graph, air conditioning-related items account for half of the total consumption. This means that air conditioning must be the main target for energy conservation. Figure 1 Energy Consumption of Office Buildings by Usage Among air conditioning-related technologies, we have focused on the control of nts浙江工业大学浙西分校信息与电子工程系毕业设计（外文翻译） air conditioning pumps and have developed a new energy-saving control system called Econo-Pilot which meets the requirements for implementations mentioned earlier system. The Econo-Pilot adopts a new control mechanism contrived by three enterprises-Yokogawa Electric Corporation, Asahi Kogyosha Co, Ltd., and The First Energy Service Company, Limited-and was commercialized by Yokogawa after the development and demonstration phases, through joint research with the New Energy and Industrial Technical Development Organization (NEDO). OVERVIEW OF AN AIR CONDITIONING SYSTEM Figure 2 shows an overview of an air conditioning system. Broadly speaking, energy is consumed by heat sources, water pumps, and ventilators. FIgure 2 Overview of an Air Conditioning System A heat source generates cold/hot water through gas combustion in the case of applying a gas-based cold/hot water generator, the cold/hot water is then conveyed to air conditioners by water pumps. Inside air conditioner, the cold/hot water is flowing through heat exchange equipment where air is warned up or cooled when passing through the heat exchange equipment via ventilators- and then the warned/cooled air is blown to an area through ducts. Water pumps are mainly classified into primary pumps, secondary pumps, and cooling pumps, but their power consumption is almost the same. Among them, we have focused on secondary water pumps whose flow volume varies significantly according to demand. nts浙江工业大学浙西分校信息与电子工程系毕业设计（外文翻译） “经济型”节能系统在水泵方面的应用 我们已经对经济型的水泵节能系统作了一些研究，这个系统帮助节约马达对运输水时的功耗。在节能领域，传统的方法是利用整流器通过压力来控制水量，而“经济型”系统采用多种水压保证流量的水压相一致，因此这个系统能使节能效率达到 90%。本文将着重介绍系统的原理基本功能以及部分实际应用情况。 引言 在保护地球的号召下，许多国家联合并巩固了相关的法律法规来实现减少能源消耗，能量守恒 问题之所以成为工厂机构最重要的问题之一，归功于 ISO14000系列标准的保证，因为他们每年都必须达标就如同服从法律一样，在长期的经济萧条中，与经济紧密相连的节能投资已经开始倍受关注。 然而大规模的节能设施投资之所以没有那么容易实施，主要是需要负担巨大的经济成本，渐渐的，人们对低风险，低成本，高效率的能量守恒需求越高。 图 1，指示了办公室各种设备能量消耗的情况，此图由日本能量建筑理事协会通过研究得出，从图可得空调的消耗量占一半，这意味着空调将是能量守恒所研究的主要对象。 图 1 办公室各种设备能量消耗的情况 在众多的关于空调的技术中，我们已经把目标集中在空调泵上，并制造出一种“经济型”的新型节能控制系统，这个系统迎合了先前系统所缺少的需求。 “经济型”节能系统采取了一种新的控制机制，这个机制由 Yokojana电子公司， Asahikojyoshal 有限公司和第一能源服务公司三大企业联合制定。第一能源服务公司后来通过发展和研究被 Yokojana 吞并。并且通过了 ZN 与（工业技术发展组织） ITDO的联合研究。 回顾先前空调系统 图 2显示了空调的内部系统， 分析先前空调系统，从总体上讲，能源主要以散热，水泵，通风装置的形式消耗。 nts浙江工业大学浙西分校信息与电子工程系毕业设计（外文翻译） 图 2 空调的内部系统 通过电动机引起的热能给水升温，然后通过水泵把冷 /热水输到空调内部。冷 /热水进入转换由排风扇实行空气升 /降温，然后从管道中释放冷空气。 水泵主要分为主水泵，次要水泵和冷却水泵，但他们的能源几乎相同，其中我们主要研究次要水泵，他的流量大小可通过需要发生改变。 不规则空调系统的构造指示了冷 /热水的流经方向通过加热产生的冷 /热水被回流到主要水泵当中，应承对恒温水的要求很高，次要水泵主要负责输 送要求的水量。 任何位置的空调操作都由室内温度传感器和双向回管所控制的，当温度达到预先设置的温度时，这些管会自动关闭，因此次要水泵的流量会发生显著变化，多功能的次要水泵常用于保证流量的有效变化，例如，一个或三个水泵根据流量变化来操作控制每个泵的开关，还有，为了保护管道与空调，回管常用水控制以使产生的压力的管道承受力相符。 然而美中不足的是回管会把水泵中的水引流到原位置，产生能源损耗的负面效果，目前随着整流器价格的不断下跌，通通控制提供必须必要水量时间的长短的节能技术得到光泛观注，然而这些整流器为了使水压力保 持不变，使用了控制装置，所以事实上他们没有达到真正的能量守恒效果。 译者：李达军 时间： 2006.3.25 nts中译文 模糊控制理论在自动引导车智能导航中的应用 L. Doitsidis, K. P. Valavanis, N. C. Tsourveloudis （克利特科技大学生产过程和管理工程系，克利特岛，希腊，希腊 GR-73100， 电子邮箱： ldoitsidis, kimonv, nikostdpem .tuc .gr） 摘要：本文设计了一种双层的基于模糊控制理论的控制器，用来在一个充满障碍物的环境下为自动引导车提供自主领航。控制器的第一层建立了一个复合的声纳传感器的输入端模型，它是由四个独 立的控制器组成，这四个控制器分别用来计算自动引导车向前、后、左、右四个方向移动时碰撞可能性。第二层是由一个主控制器构成，它能计算自动引导车的行驶路线，因此能执行相应的程序以避免碰撞。通过对一个移动机器人进行研究证明了这个双层控制器的适用性。 关键 词：自动引导，移动机器人，智能导航 1 引言 自主移动的机器人在 2维 不确定环境下的导航的问题，现存有很多方法，这些建议有的是以模糊控制理论的算法为基础的，还有的是把把模糊控制理论和调优算法结合起来的，以及把模糊控制理论和静电学领域结合起来的方法。 这篇文章 是结合最近的一些研究成果而提出的。本文主要研究自动引导车的 2维 环境下的导航问题。自动引导车是坚实而轻巧的，只要求很少的装配部件，并且它可以很迅速的从点运动转变到线运动时 , 本文导论的就是自动引导车的直线驾驶问题 6. 自动引导车和明确指点车的运动的不同在于自动引导车的转弯方式 . 轮子的转动被限于绕一条轴 , 方向盘的缺陷导致导航由每边的速度变化决定。只要任一方向有相同速度就将导致自动引导车沿直线运动。而明确指点车的轮子绕着两条轴转动。自动引导车 在 X-Y 平面里的几何结构如图 1所示 ,在这张图里 ,表示的 是航向角度 ,w表示的是机器人的宽度 ,自转角和 S1、 S2时该车在每个方向的速度。 . nts 2.模糊逻辑控制系统的设计 为了控制车的移动，一个双层的 Mamdani型的控制器已经设计出来并完成。在第一层，四个模糊控制器负责对障碍物的探测和对前后左右四个方向的碰撞可能性进行计算。这四个控制器接收来自声纳传感器的数据，同时输出前后左右四个方向的碰撞的可能性。这些可能性在第一层中计算出来并和角度误差一起被输入到第二层中，输出量是车的最新的平移和旋转速度。 图 1. 自动引导车 在 X-Y平面上的模型 A.模 糊逻辑控制器的第一层 在自动引导车周围装有 24个超声波传感器，如 图 2所示。这里所用到的这些超声波传感器由Polaroid制造。 在测试一些关于声纳传感器数据编组和管理之后，最初决定按照文献 8的方法对传感器编组 (把小测距系统中的 十二台生波探侧器的传感器编组为 Ai, i=1,4a., 12,如图 2)， 然后再把来自两组传感器的一对数据分开来讨论，可以得到潜在障碍物的距离。然而，由于 小型测距系统 特有的声纳传感器的不可靠性 , 这个方法得到的结果不尽如人意，当 车 附近有障碍时，传感器却探测到一条 “自由道路 ”。 为了解决这个问题，本文提出了一个改进的 ,更简单的传感器编组和数据管理方法，并得到了更好更准确的结果：对图 2的传感器再编组，它们的读数的最小数是到障碍物的距离的一个衡量值。 每个 ATRV生波探侧器传感器以 4米作为最大距离，从这个距离处的障碍物返回数据。 (这 由生波探侧器传感器制造商进行了实验性地核实 ). nts 图 2. 传感器组 第一层的每个独立的模糊控制器的模型，即障碍物探测模块，如 图 3所示。从图 3可知，对前、后方向的碰撞可能性的测定由传感器 A1,A2, A5（ 5个输入数据）和传感器 A7,A8, A11（ 5个输 入数据）完成，而对左、右方向的碰撞可能性的测定由传感器 A5,A6,A7（ 3个输入数据）和传感器 A11,A12,A13（ 3个输入数据）完成，每个独立的模糊控制器利用隶属度函数来计算碰撞的可能性。距离障碍物的距离按照隶属度函数分为三个标准：近、中等距离、远，如图 4，反映了关于潜在障碍物在 4 米内的准确信息。 图 3.障碍物探测 模块。 nts 图 4.输入变量：距离 障碍物的距离 第一层的输出结果是各个方向的碰撞可能性 ， 取从 0 到 1的值来表示， .描述各个方向撞击可能性按照隶属度函数的标准有：不可能、可能、非常可能性 ，如图 5。基于左碰撞可能性的输出结果如表 1。 图 5. 输出变量：碰撞可能性。 以前碰为类 : 如果 A1、 A2、 A3、 A5是近的、 A4 是中等距离，那麽碰撞可能性高的。 后面碰撞与此相似。 为左边 (等效为右碰 )碰撞可能性是 : 如果 A5 、 A6、 A7 都是近的 ， 那碰撞的可能性是高的。 nts表 1. 一部分的规则基地为左碰撞。 输入可变物 A5 A6 A7 在附近 在附近 在附近 非常可能 周围 周围 周围 不可能 在附近 周围 中等距离 可能 在附近 周围 在附近 非常可能 B.模糊逻辑控 制器的第二层 模糊控制器的第二层输入的是四个方向的碰撞可能性和角度误差，输出的是使车子前后移动的移动速度和转动速度，如图 6所示。角度误差描述的是机器人航向角度和机器人要达到它的目的地的目标角度之间的差距。角度误差的范围是 -180度到 180度之间。按照隶属度函数描述角度误差的词有：偏后 1、正左方、左边、前面、正右面、偏后 2，如图 7. 可平移速度 (m/sec), 作为第二层的输出结果 , 按照隶属度函数用以下词描述 : 向后加速 , 向 后 、向后减速、 停止 , 向前减速、向前、向前加速，如图 8. 按照隶属度函数转动速 度 (rad/sec)用以下词汇描述 :向右加速 ,、向右、不转、向左、向左加速，如图 9. 图 6. 模糊控制器的第 2 层模型 nts 图 7. 输入变量：角度误差 图 8. 输出变量：平移速度 控制车运动的例子 : 如果前面碰撞、后面碰撞、左面碰撞、右面碰撞都是不可能的 ，则角度误差是前面 ， 平移速度是向前加速、加速度是不旋转 nts 图 9. 输出变量：旋转速度。 3.结论 模糊控制器已经被设计出来，并在一个由 R W I制造的 小型测距系统 中运用，而且利用 C+语言 进行了设计并执行。在所有的实验中，当机器人能在一个半 径为 30厘米的圆圈中停下来的时候，就可以认为它达到了它的目标。这个假设是成立的，因为所有的计算都已经被验证。所以，如果机器人在假定的圆圈内停下来，它的目标就实现了。 通过研究该机器在有障碍的 2维环境中的一些情况，来测定它的运行情况和控制器的适用性。 图 10、 图 15、 图 20的箭头显示的是 车 的初始方向。 在测试情形 1中，我们检查了 车 在一个有三个障碍物的环境下的运行情况，具体如 图 10所示。图 11显示了平移速度以及 图 12显示的是转速。 图 13介绍的是前撞的可能性。在 图 14中，实线表示的是左撞的可能性，而 虚线 表示右撞的 可能性。 车 的运行情况是由周围的障碍所决定的。 一开始，左撞的可能性是由左边的障碍物决定的。机器向前移动，然后向右行驶避开障碍，然后再向左驶向其目标运动。 图 15所示的测试情形 2，显示的是一个更加复杂的三个障碍物的测试环境。 图 16 显示了平移速度， 图 17显示了转动速度。 图 18表示的是前撞的可能性， 图 19 中的实线代表的是左撞的可能性，而 虚线 代表的是右撞的可能性。在 图 15中，我们可以发现机器人前面的路是被封锁的。机器仅仅利用转动速度来行驶并避开障碍物。然后它以曲线行驶向着目标前进。 车 的行使路线如 图 20所示。由 于周围的障碍物， 车 不得不稍稍向右转了一个弯，然后逃离了这个封闭的区域。 图 21显示了平移速度， 图 22显示了转动速度。 图 23表示的是前撞的可能性， 图 24 中的实nts线代表的是左撞的可能性，而 虚线 代表的是右撞的可能性。每种情形中的 车 的运行情况可以通过各个方向的碰撞可能性的相关数据得到检验。 图 10. 判例 1 ：三个障碍并且目标点较远 图 11. 判例 1中 平移速度。 图 14. 判例 1中左右碰撞可能性 nts 图 12. 判例 1中 旋转速度 图 15 判例 2：较复杂的 三个障碍 图 13. 判例 1中 前面碰撞可能性 图 16. 判例 2中 平移速度 nts 图 17. 判例 2中 旋转的速度 图 20. 判例 3：复杂障碍物情况 图 18. 判例 2中 前面碰撞可能性 图 21. 判例 3中 平移速度 图 19. 判例 2.中 左右碰撞可能性 图 22. 判例 3中 旋转的速度 nts 图 23. 判例 3中 前面碰撞可能性 图 24. 判例 3中左右碰撞可能性 四、讨论 我们已经讨论了一个用于自动引导车导航系统，其中用到了一个双层的模糊控制器。模糊控制器的第一层由四个模糊逻辑控制器组成。控制器中控制前后碰撞的情况包含 60个规则， 左面和右面碰撞的情况包含 57个规则，模糊控制器的第二层中对即时导航和躲避障碍物的情形包含 238个规则。 模糊控制器发展前景看好。结果表明 车 有在复杂环境中运动的能 力。这篇论文中推荐的控制器，是以 9中所建议的控制器为基础的，但是它被用于自动引导车。研究的未来方向包括动态环境的测试和其他信息资源的使用。将来的目标是创造一个自治车，它使用导航系统和避免碰撞，结合来自视觉输入，声波定位仪和室外 GPS数据等信息，遥控 车 朝着目标前进。 nts 汽 车 防 碰 撞 系 统 研 究 nts信息与电子工程 系毕业设计 (论文 ) 毕业设计 (论文 )开题报告 信息与电子工程 系 工业电气自动化 技术 专业 03 级 1 班 课题名称：汽车防碰撞系统研究 毕业设计 (论文 )起止时间： 2006年 02月 15 日 06 月 05 日 (共 16周 ) 学生姓名： 朱淑芳 学号： 36 指导教师： 卢艳 报告日期： 2006.03.05 nts信息与电子工程 系毕业设计 (论文 ) 1 本课题所涉及的问题在国内 (外 )的研究现状综述 汽车防碰撞系统作为汽车主动安 全设备的应用是未来汽车发展的大趋势。 随着时代的发展及社会的进步 ,越来越多的汽车进入了普通人的家庭。尽管公路条件在不断改进 ,但仍然避免不了公路上汽车拥挤的现状 ,再加上车速逐渐提高 ,恶性交通事故无时无刻不在发生 ,给人们和社会带来了巨大的生命与财产损失。为此开发安全汽车势在必行。在安全性方面，除了被人们所熟知的防抱死制动系统、安全气囊、牵引力控制系统外，着眼于雷达、超声波、红外线等防撞系统，汽车故障自诊断系统和卫星导航系统以及智能汽车的开发。 目前我国的汽车安全水平还不尽人意，所以根据自身现状及世界汽车电子产品应 用和发展的趋势，我国决定在 20 世纪末到 21 世纪初重点发展汽车电子产品，本课题所研究的汽车防碰撞系统是发展汽车产业的一个方向。 当前，国外在汽车防碰撞控制系统的研究上远远领先于中国，美国从 1989 年就开始研究，至今已有十几年的历史，产品目前已经进入商品化实用阶段，一些工业化国家如日本、澳大利亚、法国和德国也都处于大力应用推广时期。但是在这些先进产品中，尤其是日本的产品，几乎都是采用激光雷达来测量车辆之间的距离，由于激光的光学特性，在空气中存在水雾的时候，大部分激光会被雾珠散射掉，雷达的接受效果就会大大降低， 很容易做出错误的判断，使得驾驶员处于危险之中，这时该系统也就失去了其防碰撞功能。还有，几乎所有的产品都只是考虑了汽车之间的距离因素，而没有将汽车之间的相对速度以及本车的自身速度综合考虑进去，在控制过程中就会存在一定的缺陷，这些是需要改进之处。而且国外的产品都受到知识产权的保护，如果一味引进势必会使我国的汽车生产成本大大增加，所以要立足国内、自行研制。我国在此方面起步较晚，到目前为止开发出的产品仍处于初级阶段。 汽车防撞系统不同于自动驾驶系统。汽车自动驾驶系统是完全否决人的参与，整个驾驶过程由汽车本身决定，也 可以说是无人驾驶汽车。而汽车防碰撞是对现有的汽车进行升级改造，要达到目的的是人、汽车及其环境在行驶过程中的和谐统一，是以人为中心，人于汽车平等合作，共同决策，实现安全、舒适和高效的行驶。驾驶员驾车的过程是人机一体化系统运作的过程，其实是人、车和环境三者之间信息交流的过程，构成人 车 环境信息流的闭环系统。汽车效能的完美化取决于闭环系统中人、车、环境三者相互作用的协调与特性的最佳匹配，既为实现系统内驾驶员行为特性、汽车机械特性以及道路设施和交通法则之间的最优协调，已追求系统整体的最佳效果。 21 世纪初的 2000 2020 年间，人们很有可能将享受即使开车时打瞌睡也不会走向黄泉路的乐趣，这就是自动调速汽车。这是由汽车上或公路旁的电脑控制系统来消除人驾驶时受到外界刺激和影响以及随之而来的危险，减少高速公路上的交通阻塞现象及交通事故。要求当汽车距离太近时，这种系统可自动使汽车减速，使汽车之间保持安全的距离。当有人超越时，该系统可调节速度与超车的汽车保持距离，并可校正方向盘以保持汽在指定的线路之内行驶。汽车雷达防撞控制系统可以很出色的完成自动调速功能，防止汽车碰撞。研究汽车防撞控制系统是保证行车安全的需要，也是国际汽车发 展的必然。 nts信息与电子工程 系毕业设计 (论文 ) 2 设计 (论文 )要解决的问题和拟采用的研究方法 本课题所研究的汽车防碰撞系统可以分为许多种，所有这些 系统必须具备三种功能：即环境监测功能、防碰撞判断功能和车辆控制功能。 1、 防碰撞模拟系统 追尾碰撞：根据前车的运动状态计算每种状态下的报警距离。汽车的制动过程可以分为四个阶段：驾驶员反应阶段、制动器协调阶段、减速度增长阶段、持续制动阶段，结合这四个阶段把防碰撞模型分为前车静止或前方为障碍物、前车匀速、前车减速三种情况来讨论系统的危险报警距离和提醒报警距离。 超车碰撞：把超车运动看作为匀 速圆周运动，可以确定超车时的最小转角、纵向距离和最大转角、纵向距离。 2、 行车环境监测系统 行车环境监测系统由环境探测系统和车况探测系统组成。我们确立了 左右侧监测方案 利用超声波测距仪，前方监测方案 利用雷达测距仪，后方监测方案 利用红外线测距仪。 3、防碰撞判断系统 防碰撞判断系统由目标识别系统和危险估计系统组成。目标识别系统将传感器的信息经融合处理后，估计出本车前方距离最近的车辆或障碍物的距离和相对速度，并将此信号传送给危险估计系统。危险估计系统根据路面状况（湿 /干）、本车的状况（如车速、转向角及 横向摆动速率）、距前车的距离和相对速度以及司机的反应状况计算出“临界车间距离”，并将实际测量的车间距离与临界车间距离进行比较，在实际测量的车间距离非常接近临界车间距离的某一时刻，报警器发出警告信号。当实际测量的车间距离等于或小于临界车间距离时，自动启动制动控制系统。 4、防碰撞系统芯片、传感器的选择 主要芯片： 8051、 8155、 LM567 传感器：车速传感器、 雷达测距传感器、超声波测距传感器、红外线测距传感器 nts信息与电子工程 系毕业设计 (论文 ) 3 本课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路 本课题需要重点研究的、关键的问题有三个， 即 1. 防碰撞模型 （ 1） 追尾防碰撞模型 本模型要确定的参数有自车速度与相对速度，制动器协调时间与制动减速度增长时间，驾驶员反应时间和制动减速度及安全距离，因此，把追尾防碰撞模型分为三种情况： 前车静止或前方为障碍物时、前车匀速时、前车减速时，利用运动学知识计算出三种情况下的危险报警距离和提醒报警距离。 （ 2） 侧向防碰撞模型 本模型要确定的参数有自车速度，自车侧向加速度，转弯半径，自车与前车的宽度及侧向安全间距，因此， 把超车运动看作为匀速圆周运动，可以确定超车时的最小转角、纵向距离和最大转角、纵向距离。 2. 测距传感器 （ 1） 前方：雷达 测距传感器 防撞雷达是利用蝙蝠仿生学原理，通过配用的压电测距传感器发射和接受超声波信号，让驾驶员 “ 看到 ” 其目力所不及的障碍物的距离和位置 。雷达能发出频率范围在 30G 300GHZ（波长0.01 米 0.001 米）的毫米波，毫米波的优点在于它的反射性、直线传播性及集束性等几个方面，它具有类似光一样的特性，当它遇到汽车等物体时会反射回来，照射到介质上时能穿透过，也能在微波滤波器的阻隔下，不影响微波通信的正常进行。 （ 2） 左右侧 :超声波测距 传感器 超声波传感器 (俗称探头 )、控制器和显示器 (或蜂鸣器 )等部分组 成。系统采用超声波测距原理，在控制器的控制下，由传感器发射超声波信号，当遇到障碍物时，产生回波信号，传感器接收到回波信号后经控制器进行数据处理、判断出障碍物的位置，由显示器显示距离并发出其他警示信号，得到及时警示，从而使驾驶者倒车时做到心中有 “数
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