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车辆主动防碰撞控制系统的设计

作者:时间:2009-03-12来源:网络收藏

一、引言

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/197903.htm

  随着社会的不断进步,汽车正为越来越多的人所使用,而相应的,交通事故也越来越多。全球每年由交通事故造成的人员和财产损失的数目是惊人的,因此,车辆安全问题已引起人们的高度重视。对大量交通事故的分析表明,80%以上的车祸是由于驾驶员反应不及时引起的,超过65%的车辆相撞属于追尾相撞,其余则属于侧面相撞和正面相撞。有关研究表明,若驾驶员能够提早1 s 意识到有事故危险并采取相应的措施,则90%的追尾事故和60%的正面碰撞事故都可以避免。

  现代的交通系统和未来将要出现的自动车辆系统(AVS)均要求建立智能交通系统(ITS),以便于对车辆进行交通监视和跟踪以及多传感信息融合。未来AVS异类传感器包括视频传感器、激光扫描仪和雷达传感器等,融合的目的在于把目标输入到路径规划与制导系统中去。而基于多传感信息融合的车辆主动,就是根据多传感器接收到的车辆前方目标信息和本车的状态信息,利用多源信息融合技术,识别出本车前方车辆的距离和速度等状态信息,并进行碰撞危险估计的。举例说,若车间距接近临界距离时,发出报警信号,提请司机注意;
若车间距小于临界安全距离时,则启动制动系统,以避免碰撞的发生.

  显然,基于多传感信息融合的车辆主动是一种主动式的防撞、防抱死的汽车安全系统,它使反应时间、距离、速度三个方面都能得到优化控制,可减少驾驶员的负担和判断错误,对于提高交通安全性将起到重要作用,能有效地避免大部分汽车事故的发生。同时也为提高使用车速、增加道路通行能力、实现自动化驾驶等奠定了良好的基础。

  二、基于多传感信息融合的车辆主动的组成和功能

  汽车防追尾碰撞控制系统是一种主动安全系统。在正常行驶时,该系统处于非工作状态。当本车的车头非常接近于前车的车尾时,该系统将发出防追尾警告。在发出警告后,如果驾驶员没有采取制动减速措施,该系统便自动启动紧急制动装置,以避免发生追尾事故。

  汽车防追尾碰撞控制系统

  具有三种功能:即环境监测功能、防碰撞判断功能和车辆控制功能。

  1、 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。环境探测系统由测量车间距离和前面车辆方位的毫米波雷达、激光雷达、CCD摄象机及能够判断路面状况的道路传感器所组成。车辆的周边传感技术是实现汽车防碰撞的关键技术。传感器性能的优劣将直接影响整个系统的性能,只有提高传感器的可靠性,才有可能减少系统的虚警率。从表1可知,微波传感器(雷达)的性价比较高,因此一般选择工作于毫米波的微波传感器作为主传感器,配置以图像、路面传感器等作为辅助传感器来实现对车前障碍物的检测。毫米波雷达安装在车辆前端的中央位置上,激光雷达安装在毫米波雷达的两侧,它们的主要功能是测量本车与前车的距离和前面车辆的方位,并把所测数据传输到防碰撞判断系统;CCD摄象机获得前方车辆和障碍物的图像信息,道路传感器得到路面的状态信息,车况探测系统检测本车的速度、加速度和其他状态信息,所有信息都将被送往防碰撞判断系统。

  2、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。目标识别系统将毫米波雷达、激光雷达、CCD摄象机等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。

  3、有自动制动操作机构的车辆控制

  国际公路委员会对驾驶员的反应时间做了调查,结论得出平均值为0.5~3s。若驾驶员的反应时间是1.5s,那么在汽车的车速为40Km/h时,反应时间内汽车的行驶的距离是16.7m;车速为80Km/h时,行驶的距离将达33.4m。自动制动系统的反应时间远比驾驶员少的多,它的反应距离只有0.5 m。

  工作时,防碰撞判断系统不断地根据测出的两车之间的距离、本身的车速、相对车速等有关信息,通过数据处理求出安全距离,并与雷达测出的实际距离相比较。如实测距离小于安全距离时,就发出报警信息,如驾驶员仍未采取措施,且安全距离小于极限安全距离时,系统通过执行机构对汽车的常规制动系统起作用,使汽车减速,当距离超过极限距离时,制动机构又恢复正常。

三、毫米波雷达

  目前最受关注的传感手段是运用毫米波进行测量的雷达系统。毫米波是指工作频率在 30~100GHz,波长在1~10mm之间的电磁波。毫米波雷达(主要是9 4GHz)原来主要用于短程反装甲武器系统,其功能就是精确测量目标的距离和相对速度。毫米波雷达可以全天候工作,不受天气状况的影响,而恶劣的气候环境正是导致交通事故的主要原因之一。随着GaAs高频器件和单片微波集成电路 MMIC的出现和应用,毫米波雷达的性能有了很大的提高,成本也有所下降,并且雷达的外型尺寸可以做得很小,便于在汽车上安装。因此,毫米波雷达就成了汽车前视雷达的首选。为了在高速公路上及时发现前方的交通堵塞,汽车用毫米波雷达的探测距离必须在100m以上;为了覆盖左右两侧的车道线,探测宽度必为 3.5m;为了不把道路上方的标识和人行天桥也探测进去,上、下方要有与道路的升降相对应的3m左右的探测幅度。其主要指标如下:

  ①天线:尺寸要小、成本要低、性能要高,还要便于安装和使用。
  ②工作频率:毫米波雷达的工作频率与其性能和价格相关。一般而言,频率提高,目标的反射效果会更好,但信号的穿透力会减弱,测距范围降低,器件成本增大。曾有工作于 24GHz,60GHz, 76~77GHz的雷达样机和成品的报道,现由于76~77GHz毫米波雷达具有较好的性价比,国外目前多采用这一工作频率。我国由于受到器件和成本方面因素的影响,目前倾向于采用35GHz的工作频率。
  ③视角:视角就是天线波束的扫描范围,包括方位角和高低角。为降低虚警率,一般选择方位角为9oC~12oC ,甚至更大。高低角则取3oC 左右。
  ④作用距离:100m~150m即可。如美国规定为1~100m,欧洲规定为1~150m,测距范围的确定以保证车制动时两车不会发生追尾碰撞为原则。
  ⑤测量的动态范围:雷达必须有足够的动态范围,以保证对大小目标都能识别。
  ⑥分辨率:径向距离分辨率达到1m即可。


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关键词: 防碰撞 控制系统

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