汽车智能防撞系统的研究摘要：本文综述世界智能车辆技术在自动防撞方面的应用现状，结合我国高速公路、驾驶习惯及现有传感器的技术状况，分析探究适合中国高速公路及现实国情的汽车智能防撞装置。

根据所要实现的基本功能，对比当前采用的四种常用测距方法，最终选用红外激光测距原理，建立了系统方案。

汽车红外激光智能防撞装置是一种主动式防撞系统，它能使反应时间、距离、速度三个方面都能得到良好的优化控制，可以有效地避免汽车追尾碰撞事故的发生，该系统在汽车领域的应用与其所能带来的经济效益和社会效益将会是相当可观的。

关键词：智能防撞激光测距雷达测距单片机语音报警1 前言1.1课题研究的价值和意义随着我国改革开放的不断深入和社会主义经济的不断发展，人们的物质生活日益提高，汽车己经进入千家万户，公路交通呈现出行驶高速化、车流密集化和驾驶员非职业化的趋势;与此同时，也带来了一个不可避免的问题:交通事故逐年上升。

2004年，全国公安机关交通管理部门共受理道路交通事故51.8万起，造成107077人死亡，比2003年增加2705人，上升2.6%;直接财产损失23.9亿元。

在各类事故形态中，机动车碰撞事故占绝大多数。

2004年，全国共发生机动车碰撞事故400389起，造成77081人死亡、375620人受伤，分别占总数的77.3%、72%和78.1%。

其中，正面相撞事故123577起，造成31715人死亡、128447人受伤，分别占总数的23.9%、29.6%和26.7%;侧面相撞事故196798起，造成29900人死亡、186683人受伤，分别占总数的38%、27.9%和38.8%;追尾相撞事故80014起，造成15466人死亡、60490人受伤，分别占总数的15.5%、14.4%和12.6%。

从以上数据，足以说明公路交通安全已是我国面临的重大问题。

我国的高速公路起步随晚，但发展较快。

据统计，高速公路每百公里事故率为普通公路的4倍多。

高速公路的事故类型，大多数为车辆的追尾碰撞事故，这是由高速公路的特点所决定的。

高速公路具有汽车专用、分割行驶、控制出入、全部立交、限制车速以及高标准、设施完备等特点。

高速公路由于排除了行人、非机动车的干扰，从而保证车辆可以高速行驶，而具有路面宽阔、标示醒目、标线分明、全线封闭等特点。

保证了高速公路具有行车速度快、交通流量大的优点。

我国，一般公路平均时速为40~50Km/h，而高速公路平均时速可达80Km/h以上。

高速公路车辆速度快、干扰小的特点也促使其发生的事故性质比较严重，一旦发生事故，多数是恶性的交通事故。

分析高速公路交通事故的类型和原因，发现超速行驶、恶劣天气时很容易发生制动测滑、甩尾或行车视距不足而导致的追尾碰撞事故。

死亡事故中65%以上是追尾相撞造成的。

由此可见，如何提高汽车行驶安全性，减少交通事故及其损失，己经刻不容缓的摆在研究人员的面前。

据有关部门对交通事故的统计分析，发现在司机—汽车—环境三要素中，司机是可靠性最差的一个环节，80%以上的事故是由于司机反映不及时或判断失误引起。

计算表明，司机反映迟缓1秒，速度为80Km/h的汽车要前进约22.2米，由此可能产生不堪设想的后果。

若在夜间或雨、雪、雾等恶劣天气条件下，汽车在中、高速行驶时，很难及时发现前方障碍物并采取必要应急措施。

统计表明，在发生撞车的事故中，45%是司机没有看清楚前面车辆所处的位置，30%是发现前方车辆但为时己晚，特别在汽车高速行驶的情况下，前方目标正确识别与否至关重要。

根据汽车驾驶自动化和智能化的发展趋势，汽车防撞系统的研制有着重要的意义。

1.2研究的现状目前，汽车防撞技术分为被动式防撞和主动式防撞两种。

增强汽车的结构(如给汽车前部和尾部均加上保险架)、安装行驶安全带和安全气囊等，这些均属于被动方式的汽车防撞装置，它们只能在一定程度上减少碰撞事故发生时的损失，不能从根本上避免交通事故发生。

因而人们在汽车主动式防撞技术方面的研究很活跃，从1971年开始，出现了主动式汽车防碰撞系统。

从技术角度分析，主动式汽车防撞系统的研究，关键在于相对距离和相对速度的测量。

当本车以较高的速度接近前方车辆时，如果两车之间的距离太近，很容易造成追尾事故。

因此，常用的汽车防撞系统都将车辆之间的相对距离作为是否发生碰撞危险的判断依据。

车用防撞系统报警与否的判断依据在于相对距离和安全距离的大小关系，而相对距离的测量，其方法有好多种，主要有:超声波雷达测距方式;红外线测距方式;毫米波雷达测距方式;激光雷达测距方式。

下面就分别对它们的防撞机理进行简述。

2 主题2.1超声波雷达测距方式超声波是指震动振动频率在20KHZ 以上的机械波，超声波不仅波长短、方向性好、能够呈射线定向传播，而且碰到界面就会有显著反射。

这些特性有利于选用超声波做媒体，测定物体的位置、距离甚至形状等.。

超声波测距仪一般整个系统的硬件由发送部分、接收处理部分、温度检测部分，语音部分和距离显示及声光报警部分组成[2]。

如图所示超声波测距的基本原理是超声波发射器不断地发射出.40kHz 超声波，遇到障碍物后反射回反射波，超声波接收器接收到反射波信号，并将其转变为电信号[5]。

测出发射和接收回波的时间差T ，然后求出距离S 。

在已知速度C 的情况下，不难得出:1=2S CT 式中C ——超声波音速。

由于超声波也是声波，故C也为音速。

音速为c =式中γ——气体的绝热体积系数(空气为1.4)p ——气体的气压可(海平面为1.013x106Pa) 0ρ——气体密度(空气为1.29kg/m 3)对于1mol 空气，质量为m ，体积为V ，则密度0ρ=m/V ，故c==对于理想气体，有pV=RT，式中R——摩尔气体常热T——绝对温度因此：c=由于Y、R、m均为已知常数，故声速C仅与温度T有关，若温度不变，则声音在空气中速率与压强无关。

在0℃的空气中，C0=331.5m/s。

通过对上式的实际分析可得，温度每升高1℃，声速增加为0.607m/s，故可以得出声速与现场环境温度θ的经验公式是：C=331.5+0.607θ。

这样，只要测得超声波发射和接收回波的时间差T以及现场环境温度θ，就可以精确计算出从发射点到障碍物之间的距离。

超声波传感器安装在汽车的尾部，其接收和发射传感器距离较近，之间容易有较强的干扰信号。

为防止误测现象，在软件上采用延迟接收技术，一次提高系统的抗干扰能力。

系统初始化，首先完成对温度的采集，确定该温度下的超声波速度;若控制键被按下，发射出超声波，同时T0计数器进行计数，收到反射波后T0停止计数，以此计算出发射和接收超声波的时间间隔;最后通过数值处理程序计算出被测的距离，送显示器显示[11]。

超声波能量是距离的平方成正比而衰减的，则距离越远，反射回的超声波减少，灵敏度下降很快，从而使得超声波测距方式只适用于较短距离。

目前国内外一般的超声波测距仪理想测量距离为4米~5米左右，因为一般只能用于汽车倒车防撞系统上。

2.2红外线测距方式红外线测距和超声波测距在原理上基本相同，均是根据发射和反射的时间差来判断目标的距离。

红外线测距在技术上难度不大，系统结构也较简单，如图所示。

红外发射电路发射出40kHz频率的红外线，当遇到障碍物红外线发生漫反射，红外线接收电路第一次接收到反射的红外线时，给单片机一个信号脉冲，启动单片机内的计数器，计数器置位进入计数状态;当接收电路第二次接收到反射器的红外线时，经单片机处理给出一个信号脉冲，使计数器停止计数，数据被锁存，然后经单片机处理，将测量的距离显示在显示器上，并发出报警信号[1]。

红外线测距系统在恶劣天气下测量受到干扰比较大，也不适合长距离探测，当前还不能满足高速公路防撞的要求[7]。

2.3毫米波雷达测距方式雷达是利用目标对电磁波反射来发现目标并测定其位置的。

雷达的工作频率从3MHZ 到300GHZ的范围内，其对应波长为100m到1mm，工作频率在30GHZ以下的雷达称为微波雷达，工作频率在30GHZ以上的雷达成为毫米波雷达。

作为车载雷达，一般选用60GHZ、120HGZ、180GHZ波段，其对应波长为毫米级，故称毫米波雷达[12]。

与30GHZ以下的微波相比，毫米波频率高，波长短，一方面可缩小从天线辐射的电磁波射束角幅度，从而减小由于不需要的反射所引起的误动作和干扰，另一方面由于多普勒频移大，相对速度的测量精度高，因而在汽车领域一般不使用微波而使用毫米波。

作为长距离传感器，与其它方式相比，毫米波测距具有以下特点:一是探测性能稳定。

与光学相比，它不易受到对象表面形状和颜色的影响，与超声波相比，它不受大气紊流的影响。

二是环境适应性能好。

受雨、雪、雾、阳光、污染的干扰小，探测性能下降下[13]。

毫末波雷达测距，能探测多目标，多目标分辨力好，探测精度高，受天气影响较小，已经达到实用水平[8]。

作为车载雷达，目前适用的形式主要有脉冲多普勒雷达，双频CW雷达和FM雷达三种。

但存在电磁波干扰问题，必须防止因雷达装置相互间以及其它通信设施的电磁波干扰而发生误动作[9]。

目前，毫米波雷达在汽车上应用最多是作为防撞雷达，防止在高速公路上发生追尾碰撞。

不过，毫米波雷达测距系统造价比较昂贵，目前多在军用飞机上应用。

.2.4激光雷达测距方式激光测距仪是一种光子雷达系统，它具有测量时间短、量程大、精度高等优点，在许多领域得到了广泛应用[3]。

目前，在汽车上应用较广的激光测距系统可分为非成像激光雷达和成像式激光雷达。

非成像激光雷达根据光束传播时间确定距离。

激光束在传播路上遇到前车发生反射。

测量从发射时刻到反射光返回到发射点所经过的时间t，便可计算出车距。

其计算机公式同超声波测距公式，不同的是速度c为光速，c=3x108m/s[10]。

从高功率的窄脉冲激光器发射出来的激光脉冲经发射物镜聚焦成一定形状的光束后，用扫描镜的左右扫描，向空间发射，照射在前方车辆或其它目标上，其反射光经扫描镜、接收物镜及回输光纤，被导入到信号处理装置内光电二极管，利用计数器计数激光二极管启动脉冲与光电二极管的接收脉冲间的时间差，即可求得目标距离[4]。

利用扫描镜系统中的位置探测器测定反射镜的角度即可测出目标的方位。

成像式激光雷达又可以分为扫描成像激光雷达和非扫描成像激光雷达。

扫描成像激光雷达把激光雷达与二维光学扫描镜的有效结合，利用扫描器控制出射激光的方向，通过对整个视场进行逐点扫描测量，即可获得视场内目标的三维信息[6]。

但扫描成像激光雷达普遍存在速度过慢的问题，这有待于软、硬件的进一步改善。

非扫描成像式激光雷达将光源发出的经过强度调制的激光经分束器系统分为多束光后沿不同方向射出，照射待测区域。

被测物体表面散射的光经过微通道图像增强板(MCP)混频输出后，由面阵CDC等二维成像器接收，CCD 每个像元的输出信号提供了相应成像区域的距离信息。