基本信息
- 项目名称：
- 汽车防撞系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 汽车追尾在交通事故中占到30％-40％，为了减少交通事故和人员伤亡，研究和推广汽车防撞系统日益显得重要和迫切。自动发现可能与汽车发生碰撞的车辆、行人、或其他障碍物体，发出警报或同时采取制动或规避等措施。
- 详细介绍：
- 设计要求：1)功能强大、性能优良的微处理器对行车信息进行实时采集、处理，根据跟车模型产生声光报警信号及紧急制动信号；2)根据汽车制动原理，设计合适的紧急制动机构；3)系统抗电磁干扰能力强，可靠性高。 汽车防撞系统简介 汽车防撞系统，是防止汽车发生碰撞的一种智能装置。它能够自动发现可能与汽车发生碰撞的车辆、行人、或其他障碍物体，发出警报或同时采取制动或规避等措施，以避免碰撞的发生。汽车防撞系统主要由以下三个部分组成： (1)信息采集模块，是系统的信息获取部分．驾驶员在行车中所感觉到的道路、车辆和路况等信息将直接影响到汽车的主动安全性．为此，系统配置有能识别外界信息的传感器，通过测量装置感测外界危险信号，然后把这些信号送给计算机处理。目前用于车辆外界识别的传感器主要有超声波、激光、毫米雷达、红外线、CCD摄像机等。 (2)信息决策模块，是系统的信息处理部分．它是智能控制系统的神经中枢，通过对外界的信息进行处理判断，做出快速、准确的反应．这一部分需要通过编制相应的软件包并与硬件相结合．以实现信息处理智能化． (3)执行机构，是一个智能化的制动系统．它是汽车安全驾驶的最后一道保障．如果ECU通过车速和距离测量后判定将要发生碰撞。安全系统就向高速制动发出一个紧急制动信号，制动器工作，车辆减速运行，直至车辆与障碍物的距离大于预警安全距离后，再自动解除制动工作。 测距方式的选取 汽车避撞技术首先要解决的是车辆与车辆之间，车辆与行人之间(以下统称为障碍物)间的安全距离，一旦车辆超出这个安全距离，系统应发出警告，并采取相应的措施。目前，测定汽车之闻安全距离的方法有四种：超声波、毫米波雷达、激光和CCD摄像机等。 一：正常行驶传感器的主要类型 1) 超声波测距 超声波测距就是利用其反射特性。超声波发生器不断地发射出40kHz超声波遇到障碍物后反射回反射波，超声波接受器接收到发射波信号，并将其转换为电信号。超声波测距的特点是对南、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。超声波测距制作原理简单，制作方便，成本低。其缺点是：(1)超声波速度受外界影响较大；(2)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。 2) 毫米波雷达测距 毫米波雷达测距是利用目标对电磁波反射来发现目标并测定其位置。工作频率从3MHZ至I．[30GHZ的范围内。工作频率在30GHZ以上的雷达称为毫米波雷达。作为车载雷达，一般选择60GHZ，120GHZ，180GHZ波段，其对应波长为毫米级，故称为毫米波雷达。用毫米波雷达测距的优点有：一是探测性能稳定。与光学式相比，它不易受对象表面形状和颜色影响；二是环境适应性能好。受雨、雪、雾、污秽、阳光的干扰小，探测性能下降小。缺点是存在电磁波干扰问题，雷达彼此之间的电磁波或者其他通信电磁波都可能成为干扰因素。 3) 高精度的摄像系统测距 高精度的摄像系统测距就是利用CCD射像机，它尺寸小、质量轻、噪音低、功耗低、动态范围大、光电计量准确、扫描输出的光电信号处理容易，在汽车行业也得到了广泛的应用。优点是采用摄像系统模拟人体视觉原理，获得的信息非常直观，缺点是由于摄像系统测距需要处理的信息量很大，同时受到软件和硬件的限制，成像速度慢。 4) 激光测距 激光测距的工作原理与微波雷达测距相似。激光镜头使脉冲状的红外激光束向前方照射，并利用汽车的反射光，通过受光装置检测其距离，激光汽车避撞系统的检测距离达100米以上。具体的测距方式有连续波和脉冲波两种。连续波相位测距是用无线电波段的频率，对激光束进行幅度调制并测定调制光往返测线一次所产生的相位延迟，再根据调制光的波长，换算此相位延迟所代表的距离．即用间接方法测定出光经往返测线所需的时间。连续波相位测距的精度极高，一般可达毫米级，但相对脉冲测距而言，连续波相位测距法电路复杂，成本高，考虑到在汽车防碰撞系统中，不需要太高的测距精度，本系统利用了激光脉冲测距法来测量车前物体的距离。激光脉冲测距是利用测量往返脉冲间隔时间，获知距离。测时方法是在确定时间起止点之间用时钟脉冲填充计数，这种方法可以得到10^-10s以上的测时精度。通过比较，考虑到防撞系统最为关键的就是反应要迅速，测量时间要尽可能短等因素，激光测距系统则显示出巨大的优势。然而由于高精度摄像系统对信息的获取类似于人眼，它所获得信息更为直观和宽广。对获取的图像信息加以分析，将有助于对当前路况的判断。在高精度摄像系统中，最大的难点就是对摄像头采集到得信息进行处理的过程，数据信息处理慢是该种方式的最大的弱点。对于此，系统采用一个高速的DSP作为图像部分的专用协处理器，通过DSP的高速处理能力，一举解决了图像处理部分的运算速度问题。因此，相对于一般的汽车防撞系统无论在检测手段上，还是在平台的性能上都具有一定优势。 二：倒车过程中选用的传感器 在倒车过程中由于车速慢，与障碍物之间的距离短，因此对传感器的要求不是很高，因此我们选用原理简单，成本低、制作方便的超声波传感器。 三：高速行驶过程中选用的传感器 在高速行驶过程中由于车速快，与前车的距离较远（远距离的障碍物，由于反射波过于微弱，使得灵敏度下降。故超声波测距常用于短距离测距），天气变化莫测（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），因此我们选用抗干扰强的雷达测距，但是由于高性能的毫米波测距雷达大多为国外产品，价格昂贵，所以本系统暂时采用国产微波传感器来测距测速。该传感器-3DB 辐射角度为 12.5 度，探测距离 1-300m。微波振荡器输出频率为 10.525GHz，功率为 20 毫瓦。 测距原理 一：高速行驶过程中的测距原理 汽车的制动过程可以分为以下四个阶段： (1) 驾驶员反应阶段，包括驾驶员发现障碍物并做出判断和把脚从加速踏板换到制 动踏板上的时间。 (2) 制动器协调阶段，包括消除各铰链和轴承间间隙的时间以及制动摩擦片完全贴 靠在制动盘上的时间。 (3) 减速度增长阶段，指制动减速度从零增加到最大值的时间。持续制动时间为 ，车速为 设驾驶员反应时间为 ，制动器协调时间为 ，制动减速度增长时间为 。 (4) 持续制动阶段，指汽车以某一个基本恒定的减速度减速到车速为零的时间。 第三章 硬件模块及其测试 行驶过程中的防撞报警器的硬件设计 一：总体设计 二：信息采集处理模块的设计 对于雷达信号处理，设计采用了芯片LM358、LM339、MAX197。如图3.1所示，从测速测距传感器输出的信号是正弦波，正弦波的幅值代表物体间的相对距离，频率代表相对速度。该模拟信号要能被微处理器识别必须先进行放大及A/D转换。本系统使用集成运算放大器LM358对正弦信号进行放大，放大后的信号分为两路：一路送给A/D转换芯片进行数据转换，转换后的数据送给微处理器进行处理；另一路送给比较器LM339，将正弦波转换为方波，送给微处理器，采取计数的方式算出方波的周期，由周期与频率的关系可得方波的频率（即位正弦波的频率），从而算出移动物体的速度。 第四章 倒车过程中的防撞报警软件设计 软件采用模块化设计，由主程序、发射子程序、接受子程序等模块组成。该系统的主程序处于键控循环工作方式，按下测量键，主程序开始调用发射子程序、查询接收子程序、定时子程序，结果驱动ISD1420工作
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 汽车追尾在交通事故中占到30％-40％，为了减少交通事故和人员伤亡，研究和推广汽车防撞系统日益显得重要和迫切。自动发现可能与汽车发生碰撞的车辆、行人、或其他障碍物体，发出警报或同时采取制动或规避等措施。设计要求：1)功能强大、性能优良的微处理器对行车信息进行实时采集、处理，根据跟车模型产生声光报警信号及紧急制动信号；2)根据汽车制动原理，设计合适的紧急制动机构；3)系统抗电磁干扰能力强，可靠性高。
科学性、先进性
- 人们主要把精力集中于汽车被动安全性方面，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弹性材料、在车内安装安全带及安全气囊等等，以减轻汽车碰撞带来的危害。而发展汽车防撞技术，对提高汽车智能化水平有重要意义。防撞装置是借助于遥测技术监视汽车前方的车辆、障碍物。理论上，汽车防撞装置可在任何天气、任何车速状态下探测出将要发生的危险情况并及时提醒司机及早采取措施或自动紧急制动，避免严重事故发生。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 其他
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 最大特点就是充分采用了现代各种高科技手段，把对汽车特别是乘员的生命安全保护问题，从“主动性”的保护理论角度加以阐述和发挥，使其安全保护程庋和干涉控制摸式更加趋向智能化、自动化。现代社会高速公路的迅猛发展和汽车制造水平的快速提高，导致了汽车的行车速度不断上升。所以研究和提升汽车安全系统的这方面会带来广阔的前景。
同类课题研究水平概述
- 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。随着汽车防撞报警技术在现实生活中的使用范围越来越广，汽车防撞报警系统的开发和探索也将越来越受到人们的重视，我们的研究工作仅仅只是探索的开始，限于时间紧张，许多更深入、更具体的工作有待于进一步的探讨。针对各种需求，系统还有以下一些地方有待完善和补充。 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。
