汽车智能化防追尾碰撞系统的研究

·信息技术－韩天龙·汽车智能化防追尾碰撞系统的研究汽车智能化防追尾碰撞系统的研究韩天龙（杭州职业技术学院．浙江杭州３１００００）

摘要：汽车追尾事故在整个交通事故中占很大的比例。从汽车智能化防追尾碰撞系统的具体组成、常见类型以及智能化防追尾碰撞系统的设计等方面进行阐述。关键词：智能化；防追尾碰撞系统；安全中图分类号：ＴＨｌ２文献标志码：Ｂ文章编号：ｉ６７１－５２７６（２０１２）０３－０１４６４）２

ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＡｎｔｉ－ｖｅｈｉｃｌｅＲｅａｒ－ｅｎｄｓＣｏｌｌｉｓｉｏｎＳｙｓｔｅｍ

ＨＡＮＴｉａｎ·ｌｏｎｇ

（ＨａｎｇｚｈｏｕＶｏｃａｔｉｏｎａｌａｎｄＴｅｃｈｎｉｃａｌＣｏｌｌｅｇｅ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００００，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒｅａｒ－ｅｎｄｃｏｌｌｉｓｉｏｎｓａｃｃｏｕｎｔｆｏｒａｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｏｆｔｒａｆｆｉｃａｃｃｉｄｅｎｔｓ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ

ａｎｔｉ－ｖｅｈｉｃｌｅｒｅａｒ－ｅｎｄｃｏｌｌｉｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍ，ｉｔｓｄｅｓｉｇｎａｎｄｃｏｍｍｏｎｔｙｐｅｄｅｓｉｇｎ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ；ａｎｔｉ·ｖｅｈｉｃｌｅｒｅａｒ－ｅｏｄｃｏｌｌｉｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍ；ｓａｆｅｔｙ

０引言车辆追尾事故是我国城市道路中仅次于正面和侧面相撞的多发事故类型，在全国高速公路交通事故中，追尾碰撞事故数约占总事故数的３３．４％，位居高速公路交通事故之首。目前．世界各国都在研究更加实时、可靠、适应性好的车辆防追尾碰撞系统，以进一步提高车辆行驶的安全。汽车智能化防追尾碰撞系统就是在汽车有追尾碰撞危险时．能立刻发出警报信号．提醒司机及时处理，并在必要的时候自动启动制动系统，尽量避免交通事故的发生。

了提高环境识别的可靠性，可采用多种测距方式和其他传感器相结合的方式进行信息采集。同时在行车状况监视方面要注意传感器的布局以及选取方式，保证各个传感器的数据能准确反映汽车实时的行车工况。

１．２控制单元

对信息采集系统的各种数据进行分析判断，判定危险级别。由安全车距计算、危险评估系统组成。在控制单元设计方面，“临界安全车距”的确定将是至关重要的。在确定该距离时，有时还得考虑驾驶员的反应时间、行车状况等，并且通过模糊推理将评估结果送到危险警示系统和刹车控制系统中。

１智能化防追尾碰撞系统的具体１．３人机界面

组成

汽车智能化防追尾碰撞系统在汽车正常行驶时处于非工作状态，当后车车头非常接近前车车尾时，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，该系统便启动紧急制动装置，以避免发生追尾事故。汽车智能化防追尾碰撞系统由防追尾碰撞警报系统（ＣＷ），和防追尾自动制动系统（ＣＡ）组成，主要分为信息收集、控制单元、人机界面三部分。

１．１信息采集即用传感器收集各种行车信息（如己车与目标车辆的间距、相对速度、加速度和节气门开度等）。由驾驶环境识别系统、行车状况监视系统及路面选择系统组成。为即信息显示和危险应对措施。由危险提醒报警系统、自动制动系统、ＭＳＢ（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓａｆｅｂｅｌｔ）模块、液晶显示行车信息等组成。２具体类型２．１毫米波雷达汽车上用的雷达是３０以上的毫米波雷达，毫米波的波长短、频率高，抗干扰性强，多普勒频移大，相对速度的测昔精度高。现在常用的车用雷达有：脉冲多普勒雷达、双频雷达和雷达三种。汽车毫米波雷达测距有以下特点：性能稳定，它受对象表面和颜色的影响小，受气流影响也比较小，境适应性能高，在恶劣天气下性能稳定，受雨、雪、

基金项目：杭州职业技术学院科研课题（课题编号：ＫＹ２０１ｉｆ７１）作者简介：韩天龙（１９７８一），男。河北张家口人。硕士。主要从事汽车电子控制研究。

·１４６·ｈｔｔｐ；／／ＺＺＨＤ．ｃｈｌｎａｊｏｕｍａｌ．ｎｅｔ．ｃｎＥ－ｍａｉｌ：ＺＺＨＤ＠ｅｈ＝ｎａｊｏｕｍａｌ．ｎｅｔ．ｃｎ《机械制造与自动化》

万方数据·信息技术·韩天龙·汽车智能化防追尾碰撞系统的研究雾等的影响小、价格较贵。２．２激光测距激光测距也是一种雷达装置，是一种光子雷达系统，它测量精度高、量程大、时间短，应用领域广泛。现在汽车应用的激光测距系统可分为两大类，即非成像式激光雷达和成像式激光雷达。非成像激光雷达和电磁波雷达的工作原理一样，根据激光束传播时间确定距离；成像式激光雷达就是应用激光束对整个视场进行扫描，获得视场内目标的三维信息，根据这些信息判断是否有追尾碰撞危险。２．３高精度摄像系统测距高精度的摄像系统测距就是利用摄像机，它尺寸小、质量轻、噪声低、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。２．４红外线测距红外线的波长比可见光长，是肉眼看不见的光，有很好的热效应和穿透云雾能力。而且，任何物体在任何时候都会发出红外线。测距仪通过发射并接收相关物体反射的红外线，根据信号的强弱及波长的不同、接收的时间差，可以分析出物体的性质和它们之间的距离。由于红外线人眼感知不到，隐蔽性强，夜间也可以正常使用，所以这种测距仪常常应用于军用汽车上。３智能化防追尾碰撞系统的设计现代汽车在制动安全系统方面所广泛应用的ＡＢＳ系统只能保障汽车在人工制动过程中实现制动效果的最大化。避免发生失去转向及甩尾等危险情况，而在预防或避免车体的碰撞方面还不是很理想，尤其对预防追尾碰撞不能达到最佳效果。因此，有必要在制动总反应时间上做文章，利用该时间段充分发挥制动效能．减小汽车发生追尾事故的可能性。汽车智能化防追尾碰撞装置硬件电路设计主要由单片机控制、加速度传感器、激光雷达、ＬＥＤ刹车灯及电源等电路组成，在车辆上的具体位置如图ｌ所示。显示界面图１装置在车上的具体位置示意图选择的睡眠模式，以及８ＫＢ的系统内可编程Ｆｌａｓｈ存储器（可随时在线编程），易于产品设计和更新。同时。ＡＴ．ｍｅｇａＳＬ可达到接近ｌＭＨｚ的性能，运行速度比普通ＣＩｓｃ单片机高出ｌＯ倍，并且该器件价格不高，为许多嵌入式控制应用提供灵活且低成本的解决方案。另外，ＡＴｍｅｇａＳＬ的工作电压为２．７５Ｖ，非常适用于那些电压波动较大的场合。

３．２加速度传感器ＭＭＡ７２６０ＱＴ与单片

机接口设计

该系统设计选用加速度传感器ＭＭＡ７２ｒ口ＯＱＴ，测量加速度。该器件采用ＭＥＭＳ原理制作的低成本、低功耗、单芯片集成ｘｙｚ三轴感应加速度传感器，可准确测量０—３５０ｍ，士６ｇ范围内动态或静态加速度，还能够监测车体微小震动和整车的倾斜角度。该器件内部集成了信号调理、单极低通滤波器和温度补偿技术，并提供４个量程（１．５ｇ，２ｇ，４ｇ，６ｇ）可选，２‘２—３．６Ｖ单电源供电，工作电流小于５００们，休眠模式下最低供电电流仅为３ｕＡ。ＭＭＡ７２６０ＱＴ加速度传感器采集汽车加速度数据，并将数据通过ＡＴｍｅｇａＳＬ的ＰｌＹ／（ＡＩＮＩ）端口传输至ＡＴｍｅｇａＳＬ。

３．３霍尔车速传感器霍尔车速传感器由８级磁钢、ＵＧＮ一３０３０Ｔ型霍尔开关传感器、ＬＭ２９１７及放大电路组成，如图２所示。汽车传动部分带动８级磁钢旋转，由于磁场变化使得８级磁钢每转一圈霍尔传感器便产生８个脉冲信号经放大器处理输出到频彰电压转换器ＬＭ２９１７，由单片机的Ａ／Ｄ转换器

根据ＬＭ２９１７输出电压测量当前汽车时速。霍尔传感器ＵＧＮ一３０３０１＇

图２霍尔车速传感器组成ＬＭ２９１７

３．４激光雷达测距测距方法主要有超声波、激光雷达、连续波雷达等，基于成本和设计需求考虑，激光雷达测距是最佳选择。激光雷达测距有连续波和脉冲波两种方式，本设计使用脉冲波方式。安全装置发出脉冲状的红外激光束照射前方，并利用汽车后部可反光部件的反射光，通过受光装置检测反射光。单片机根据时间差计算出其距离。

３．１单片机３·５ＬＥＤ刹车灯装置该设计中，刹车灯由发光二极管阵列组成，发光二极该设计选用高性能、低功耗单片机，它是基于先进的

ＡＶＲＲＩｓｃ结构的８位ＣＭＯＳ工艺微控制器，器件内部集成有模拟比较器，６通道ｌＯ位（ＴＱｒＰ与ＭＬＦ封装为８通道）的Ａ／Ｄ转换器。３个具有比较模式的灵活定时器／计数器，５１２字节的ＥＥＰＲＯＭ，片内／外中断。５种可通过软件

Ｍ，ｄａｎｔＢｕｉＭｉｎｇ日Ａｕｔｏｍａｌｉｏｎ，＾ｎ２０１２，４１（３）：１４６。１４７，１５０

管选用Ｅｖｅｄｉｇｈｔ公司生产的１ｗ高亮度ＬＥＤ，其响应时间为纳秒级，而普通车灯的热启动时间约２５０ｍｓ。假设汽车时速为９０ｋｍ／ｈ（２５ｍ／ｓ），通过计算可得反应迅速的ＬＥＤ刹车灯可提早约６ｍ距离发出刹车警告，从而有效避免汽（下转第１５０页）

·１４７·万方数据信息技术·张宏兵·基于ＣＡＴｌＡ软件平台蜗轮蜗杆参数化设计ｂ）结构设计蜗轮是典型的回转体零件，主要采用整体辐板式结构形式，结构不太复杂．零件结构图样如图４，

．二５＿．Ｄ４４ｄ７９Ｃ２ＴＣ２

嚣黾营

以０．图４蜗轮零件图ｃ）参数建模蜗轮建模主要包括齿坯建模和轮齿建模两个部分，建模难点主要集中在轮齿部分。蜗轮的轮齿部分实际上就是一个斜齿轮。建模过程中，首先确定了蜗轮轮齿的齿廓形状为渐开线齿廓。渐开线的数学模型如式（１）所示。

ＪＸ＝ｒｂ。。。８妒＋ｒｂ。妒。８ｉ“妒…【Ｙ＝ｒｂ×ｓｉｍｐ—ｒｂ×妒×ｃｏｓ‘ｐ根据式１，建立渐开线在ＣＡＴＩＡ软件环境下的参数方程（参见式（２）），渐开线的展角为【０，１８０】。

『Ｘ：ｒｂ×ｃｏｓ（１８０×￡×Ｉｄｅｇ）＋ｒｂ×￡×Ｐ／×ｓｉｎ（１８０×ｆ×ｌｄｅｇ）【ｙ：ｒｂ×ｓｉｎ（１８０×Ｉ×ｌｄｅｇ）一ｒｂｘｆ×Ｐｌｘｃｏｓ（１８０ＸｆＸ１ｄｅｇ）

最后，创建蜗轮的扫描轨迹，该轨迹线是一条螺旋形，螺旋角为口＝４．７６４。。蜗轮实体造型最终结果如图５：

２结语所谓的参数化建模，实质上足将特征模型进行参数化处理，以实现尺寸参数驱动之功效。ＣＡ７ＦＩＡ软件是一个可以完全实现参数化建模的世界顶级设计软件，该软件在参数化建模方面具有以下特点：

图５蜗轮实体零件Ｊ）ｎＴ以对设计的模型特征进行反复编辑和修改，不会造成零件特征数据丢失现象；２）可以通过参数族表，建立简单的零件特征库，克服了重复劳动现象，提高丁建模效率；３）可以通过参数方程，构建复杂的空间曲线或曲面特征。综上所述，；ＣＡＴＩＡ软件的参数化设计功能已经非常强大。它必将成为今后零部件设计与开发的核心软件。

参考文献：［１］李澄，吴天生，闻百桥．机械制图［Ｍ］．北京：高等教育出版社．２００７．【２］马俊，王玫．机械制图［Ｍ］．北京：北京邮电出版社，２００８．［３］张宏兵ＣＡＴＩＡＶ５Ｒ１８零件设计实例教程［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２００９．［４］陈靖芯，等．基于ＣＡＴＩＡ的ｉ维参数化建模方法和应用［Ｊ］机械设计．２００３．２０（８）：［５］ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｆｉｔｘｍ．Ｉ：ｎ／ｈｔｍｌ／９９／ｔ４０９９ｈｔｍｌ，ＣＡＴＩＡ的应用现状与前景