基本信息
- 項目名稱：
- 汽車防撞系統(tǒng)
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 汽車追尾在交通事故中占到30％-40％，為了減少交通事故和人員傷亡，研究和推廣汽車防撞系統(tǒng)日益顯得重要和迫切。自動發(fā)現(xiàn)可能與汽車發(fā)生碰撞的車輛、行人、或其他障礙物體，發(fā)出警報或同時采取制動或規(guī)避等措施。
- 詳細介紹：
- 設計要求：1)功能強大、性能優(yōu)良的微處理器對行車信息進行實時采集、處理，根據(jù)跟車模型產(chǎn)生聲光報警信號及緊急制動信號；2)根據(jù)汽車制動原理，設計合適的緊急制動機構；3)系統(tǒng)抗電磁干擾能力強，可靠性高。 汽車防撞系統(tǒng)簡介 汽車防撞系統(tǒng)，是防止汽車發(fā)生碰撞的一種智能裝置。它能夠自動發(fā)現(xiàn)可能與汽車發(fā)生碰撞的車輛、行人、或其他障礙物體，發(fā)出警報或同時采取制動或規(guī)避等措施，以避免碰撞的發(fā)生。汽車防撞系統(tǒng)主要由以下三個部分組成： (1)信息采集模塊，是系統(tǒng)的信息獲取部分．駕駛員在行車中所感覺到的道路、車輛和路況等信息將直接影響到汽車的主動安全性．為此，系統(tǒng)配置有能識別外界信息的傳感器，通過測量裝置感測外界危險信號，然后把這些信號送給計算機處理。目前用于車輛外界識別的傳感器主要有超聲波、激光、毫米雷達、紅外線、CCD攝像機等。 (2)信息決策模塊，是系統(tǒng)的信息處理部分．它是智能控制系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，通過對外界的信息進行處理判斷，做出快速、準確的反應．這一部分需要通過編制相應的軟件包并與硬件相結合．以實現(xiàn)信息處理智能化． (3)執(zhí)行機構，是一個智能化的制動系統(tǒng)．它是汽車安全駕駛的最后一道保障．如果ECU通過車速和距離測量后判定將要發(fā)生碰撞。安全系統(tǒng)就向高速制動發(fā)出一個緊急制動信號，制動器工作，車輛減速運行，直至車輛與障礙物的距離大于預警安全距離后，再自動解除制動工作。 測距方式的選取 汽車避撞技術首先要解決的是車輛與車輛之間，車輛與行人之間(以下統(tǒng)稱為障礙物)間的安全距離，一旦車輛超出這個安全距離，系統(tǒng)應發(fā)出警告，并采取相應的措施。目前，測定汽車之聞安全距離的方法有四種：超聲波、毫米波雷達、激光和CCD攝像機等。 一：正常行駛傳感器的主要類型 1) 超聲波測距 超聲波測距就是利用其反射特性。超聲波發(fā)生器不斷地發(fā)射出40kHz超聲波遇到障礙物后反射回反射波，超聲波接受器接收到發(fā)射波信號，并將其轉換為電信號。超聲波測距的特點是對南、霧、雪的穿透能力強，傳輸過程能量衰減較小，反射能力較強。因此汽車聲納雷達能夠在雨、霧、雪等惡劣天氣條件下工作。超聲波測距制作原理簡單，制作方便，成本低。其缺點是：(1)超聲波速度受外界影響較大；(2)超聲波能量與距離的平方成正比衰減，距離越遠，衰減越嚴重，反射回的聲波越少，靈敏度下降快，只適合于測低速較短的距離。如果車速太快或者距離太遠，測量誤差很大。因此，作為高速行駛車輛上的測距傳感儀器不可取。 2) 毫米波雷達測距 毫米波雷達測距是利用目標對電磁波反射來發(fā)現(xiàn)目標并測定其位置。工作頻率從3MHZ至I．[30GHZ的范圍內。工作頻率在30GHZ以上的雷達稱為毫米波雷達。作為車載雷達，一般選擇60GHZ，120GHZ，180GHZ波段，其對應波長為毫米級，故稱為毫米波雷達。用毫米波雷達測距的優(yōu)點有：一是探測性能穩(wěn)定。與光學式相比，它不易受對象表面形狀和顏色影響；二是環(huán)境適應性能好。受雨、雪、霧、污穢、陽光的干擾小，探測性能下降小。缺點是存在電磁波干擾問題，雷達彼此之間的電磁波或者其他通信電磁波都可能成為干擾因素。 3) 高精度的攝像系統(tǒng)測距 高精度的攝像系統(tǒng)測距就是利用CCD射像機，它尺寸小、質量輕、噪音低、功耗低、動態(tài)范圍大、光電計量準確、掃描輸出的光電信號處理容易，在汽車行業(yè)也得到了廣泛的應用。優(yōu)點是采用攝像系統(tǒng)模擬人體視覺原理，獲得的信息非常直觀，缺點是由于攝像系統(tǒng)測距需要處理的信息量很大，同時受到軟件和硬件的限制，成像速度慢。 4) 激光測距 激光測距的工作原理與微波雷達測距相似。激光鏡頭使脈沖狀的紅外激光束向前方照射，并利用汽車的反射光，通過受光裝置檢測其距離，激光汽車避撞系統(tǒng)的檢測距離達100米以上。具體的測距方式有連續(xù)波和脈沖波兩種。連續(xù)波相位測距是用無線電波段的頻率，對激光束進行幅度調制并測定調制光往返測線一次所產(chǎn)生的相位延遲，再根據(jù)調制光的波長，換算此相位延遲所代表的距離．即用間接方法測定出光經(jīng)往返測線所需的時間。連續(xù)波相位測距的精度極高，一般可達毫米級，但相對脈沖測距而言，連續(xù)波相位測距法電路復雜，成本高，考慮到在汽車防碰撞系統(tǒng)中，不需要太高的測距精度，本系統(tǒng)利用了激光脈沖測距法來測量車前物體的距離。激光脈沖測距是利用測量往返脈沖間隔時間，獲知距離。測時方法是在確定時間起止點之間用時鐘脈沖填充計數(shù)，這種方法可以得到10^-10s以上的測時精度。通過比較，考慮到防撞系統(tǒng)最為關鍵的就是反應要迅速，測量時間要盡可能短等因素，激光測距系統(tǒng)則顯示出巨大的優(yōu)勢。然而由于高精度攝像系統(tǒng)對信息的獲取類似于人眼，它所獲得信息更為直觀和寬廣。對獲取的圖像信息加以分析，將有助于對當前路況的判斷。在高精度攝像系統(tǒng)中，最大的難點就是對攝像頭采集到得信息進行處理的過程，數(shù)據(jù)信息處理慢是該種方式的最大的弱點。對于此，系統(tǒng)采用一個高速的DSP作為圖像部分的專用協(xié)處理器，通過DSP的高速處理能力，一舉解決了圖像處理部分的運算速度問題。因此，相對于一般的汽車防撞系統(tǒng)無論在檢測手段上，還是在平臺的性能上都具有一定優(yōu)勢。 二：倒車過程中選用的傳感器 在倒車過程中由于車速慢，與障礙物之間的距離短，因此對傳感器的要求不是很高，因此我們選用原理簡單，成本低、制作方便的超聲波傳感器。 三：高速行駛過程中選用的傳感器 在高速行駛過程中由于車速快，與前車的距離較遠（遠距離的障礙物，由于反射波過于微弱，使得靈敏度下降。故超聲波測距常用于短距離測距），天氣變化莫測（超聲波的傳輸速度受天氣影響較大，不同的天氣條件下傳播速度不一樣），因此我們選用抗干擾強的雷達測距，但是由于高性能的毫米波測距雷達大多為國外產(chǎn)品，價格昂貴，所以本系統(tǒng)暫時采用國產(chǎn)微波傳感器來測距測速。該傳感器-3DB 輻射角度為 12.5 度，探測距離 1-300m。微波振蕩器輸出頻率為 10.525GHz，功率為 20 毫瓦。 測距原理 一：高速行駛過程中的測距原理 汽車的制動過程可以分為以下四個階段： (1) 駕駛員反應階段，包括駕駛員發(fā)現(xiàn)障礙物并做出判斷和把腳從加速踏板換到制 動踏板上的時間。 (2) 制動器協(xié)調階段，包括消除各鉸鏈和軸承間間隙的時間以及制動摩擦片完全貼 靠在制動盤上的時間。 (3) 減速度增長階段，指制動減速度從零增加到最大值的時間。持續(xù)制動時間為 ，車速為 設駕駛員反應時間為 ，制動器協(xié)調時間為 ，制動減速度增長時間為 。 (4) 持續(xù)制動階段，指汽車以某一個基本恒定的減速度減速到車速為零的時間。 第三章 硬件模塊及其測試 行駛過程中的防撞報警器的硬件設計 一：總體設計 二：信息采集處理模塊的設計 對于雷達信號處理，設計采用了芯片LM358、LM339、MAX197。如圖3.1所示，從測速測距傳感器輸出的信號是正弦波，正弦波的幅值代表物體間的相對距離，頻率代表相對速度。該模擬信號要能被微處理器識別必須先進行放大及A/D轉換。本系統(tǒng)使用集成運算放大器LM358對正弦信號進行放大，放大后的信號分為兩路：一路送給A/D轉換芯片進行數(shù)據(jù)轉換，轉換后的數(shù)據(jù)送給微處理器進行處理；另一路送給比較器LM339，將正弦波轉換為方波，送給微處理器，采取計數(shù)的方式算出方波的周期，由周期與頻率的關系可得方波的頻率（即位正弦波的頻率），從而算出移動物體的速度。 第四章 倒車過程中的防撞報警軟件設計 軟件采用模塊化設計，由主程序、發(fā)射子程序、接受子程序等模塊組成。該系統(tǒng)的主程序處于鍵控循環(huán)工作方式，按下測量鍵，主程序開始調用發(fā)射子程序、查詢接收子程序、定時子程序，結果驅動ISD1420工作
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 汽車追尾在交通事故中占到30％-40％，為了減少交通事故和人員傷亡，研究和推廣汽車防撞系統(tǒng)日益顯得重要和迫切。自動發(fā)現(xiàn)可能與汽車發(fā)生碰撞的車輛、行人、或其他障礙物體，發(fā)出警報或同時采取制動或規(guī)避等措施。設計要求：1)功能強大、性能優(yōu)良的微處理器對行車信息進行實時采集、處理，根據(jù)跟車模型產(chǎn)生聲光報警信號及緊急制動信號；2)根據(jù)汽車制動原理，設計合適的緊急制動機構；3)系統(tǒng)抗電磁干擾能力強，可靠性高。
科學性、先進性
- 人們主要把精力集中于汽車被動安全性方面，例如，在汽車的前部或后部安裝保險杠、在汽車外殼四周安裝彈性材料、在車內安裝安全帶及安全氣囊等等，以減輕汽車碰撞帶來的危害。而發(fā)展汽車防撞技術，對提高汽車智能化水平有重要意義。防撞裝置是借助于遙測技術監(jiān)視汽車前方的車輛、障礙物。理論上，汽車防撞裝置可在任何天氣、任何車速狀態(tài)下探測出將要發(fā)生的危險情況并及時提醒司機及早采取措施或自動緊急制動，避免嚴重事故發(fā)生。
獲獎情況及鑒定結果
- 無
作品所處階段
- 中試階段
技術轉讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 其他
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 最大特點就是充分采用了現(xiàn)代各種高科技手段，把對汽車特別是乘員的生命安全保護問題，從“主動性”的保護理論角度加以闡述和發(fā)揮，使其安全保護程庋和干涉控制摸式更加趨向智能化、自動化?，F(xiàn)代社會高速公路的迅猛發(fā)展和汽車制造水平的快速提高，導致了汽車的行車速度不斷上升。所以研究和提升汽車安全系統(tǒng)的這方面會帶來廣闊的前景。
同類課題研究水平概述
- 我國汽車防碰撞系統(tǒng)的研究開發(fā)同國外發(fā)達國家相比，存在較大差距，近幾年相繼有一些科研院所、大專院校和公司廠家進行此方面的研究。近距離報警如倒車雷達現(xiàn)已蓬勃地車輛上安裝使用，但國內目前生產(chǎn)的中遠距離測量普遍達不到要求，表現(xiàn)在最遠測距距離近，測距誤差大，遠遠不滿足高速公路的安全車距離要求，需進一步研究。隨著汽車防撞報警技術在現(xiàn)實生活中的使用范圍越來越廣，汽車防撞報警系統(tǒng)的開發(fā)和探索也將越來越受到人們的重視，我們的研究工作僅僅只是探索的開始，限于時間緊張，許多更深入、更具體的工作有待于進一步的探討。針對各種需求，系統(tǒng)還有以下一些地方有待完善和補充。 國際上如德國、日本、美國等先進的汽車生產(chǎn)國，在十年前已經(jīng)開始了主動防撞安全裝置的研究與開發(fā)。戴姆勒?克萊斯勒公司和沃爾沃公司在汽車防撞器方面走在世界前列。
