汽车主动防撞系统的研究与设计(附件)【字数：18134】
摘 要交通事故频繁发生，其对社会造成的伤害与损失日益严重。据有关研究，驾驶员的反应时间对事故的是否发生具有重大影响，能提前提醒或辅助驾驶员的智能系统研究将具有重大意义。本论文所设计的汽车主动防撞系统，大致分为三块传感器探测模块、控制运算模块、执行模块。传感器主要是获取车速信号和车间距信号，控制运算是负责对信号的放大整形及计算其相关结果，发出执行指令。执行模块的设计采用黄灯闪烁提醒和主动制动的方式，根据指令分别执行。该系统能通过测量自车与前车的间距，来预测潜在撞车危险，做到提前警示驾驶员，并能在危急时刻主动制动，能有效降低事故概率的发生，达到行车安全。
目 录
第一章 课题研究背景和目的1
1.1课题研究的背景及意义1
1.2国内外研究现状1
1.3论文主要研究的内容和技术路线2
1.3.1研究内容2
1.3.2技术路线3
第二章 汽车主动防撞系统工作原理及控制策略4
2.1系统概述4
2.2汽车主动防撞系统工作原理及控制策略4
2.3系统整体设计5
2.4系统需要解决的问题5
第三章 测距模块的分析7
3.1汽车防撞系统的几种测距方式7
3.1.1超声波测距7
3.1.2毫米波雷达测距7
3.1.3激光测距7
3.1.4红外线测距8
3.2脉冲激光测距原理及精度分析8
3.2.1测距方式8
3.2.2测距原理8
3.2.3测距精度9
3.3车速测量11
第四章 控制单元11
4.1.模型建立前提13
4.2汽车制动减速过程分析13
4.2.1汽车制动距离分析14
4.3安全距离模型建立15
4.3.1报警距离15
4.3.2安全距离模型16
4.4控制单元的任务17
4.5控制单元的结构17
4.5.1数模转换模块19
4.5.2信号发动模块19
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接口设计20
4.6.1车速传感器接口设计20
4.6.2激光测距传感器的接口设计21
第五章 控制单元的程序22
5.1 C语言介绍22
5.2控制程序的编写22
第六章 执行机构24
6.1报警执行机构24
6.1.1闪烁灯输出接口设计24
6.2自动刹车执行机构26
6.2.1制动接口设计26
第七章 仿真27
7.1对程序进行检测27
7.2对报警指示灯仿真27
7.3模型仿真27
结束语30
致谢31
参考文献32
附录33 第一章 课题研究背景和目的
1.1课题研究的背景及意义
科技的迅猛发展带来汽车数量的剧增，同时伴随着汽车事故的频发。电视媒体曾经对行车安全做过一些统计调查并对数据进行统计报到:中国每年都有好几万人伤亡于汽车安全事故，大量财产损失也同时发生。道路上行驶着的汽车逐渐给道路交通设施施加重压。每年交通事故的不停发生给人们对汽车的发展敲响了警钟，交通事故已然是人们行车的重大隐患，主动行车安全技术已成为急切的需求。
世界汽车技术强国对汽车主动安全技术在技术与经济上的投入都是巨大的。沃尔沃汽车公司曾对汽车行驶安全做过测试:汽车速度每降低10km/h，撞击力就会减少三成，这对乘员的伤势轻重几乎是决定性的。奔驰公司研究人员收集并分析了大量汽车碰撞事故的相关数据，得出有关结论，主要是通过数据说明：如果驾驶员能够及早发现危险，则交通事故避免的概率会相应降低，研究结论提出数据：若提前发现0.5秒，60%的事故不会发生；提前1秒，避免90%的追尾事故。这两项研究结果表明，提早意识到汽车碰撞并采取措施能减少大量的交通事故，减少人员伤亡和财产损失。汽车技术发达的技术强国，他们都坚持对汽车安全技术的研究，并制定相关计划，使研究按计划有序进行，他们因此也取得了非凡的研究成果。
因此，可靠有效的汽车主动防撞系统能在一定程度上减少伤亡和财产损失。如今大力研究开发智能交通系统，若智能交通能早日实现，汽车主动防撞系统作为智能交通的组成单元那么其成功的研发与运用显得具有重大意义。
1.2国内外研究现状
早在20世纪60年代，汽车主动防撞系统就在一些实验室得到研究，经过多年发展之后，许多科学家通过坚持努力合作已成功研究出了汽车主动防撞系统。为了确实做到行车安全，部分发达国家先后颁布了相关汽车标准来要求汽车生产商对汽车主动安全技术实行规范，如此汽车主动安全技术得到快速发展，同时也得到广大汽车生产商的生产设置。
国外的发展比我国起步时间提早很多，在十多年前美国、日本等国家已经开始对汽车主动防撞开始进行研究与设计。目前国外的领先技术被美国戴姆勒克拉斯勒公司和日本沃尔沃公司所掌控，美国戴姆勒克拉斯勒公司所研发的汽车防撞系统所用的结构是一个影像系统与左右2个测距装置组成。它的特点一是能够迅速测出前方物体的距离和车速；二是执行装置可以自动控制制动器并且能够主动收紧安全带来最大限度的保障人生安全；三是汽车感应系统能够感受到驾驶员是否处于驾车疲劳的状态或者感受到车内酒精浓度过高时自动刹车及自动锁死方向盘。但是也是有一些缺陷的，例如发生误操作该系统不能及时的调整，当驾驶员想要超车时需要向右超车这时如果有对向行驶的汽车，系统不能做出正确判断，系统检测到车距减少会采取紧急制动影响汽车操控性。
我国汽车安全技术研究发展缓慢还处在萌芽状态，研发中心地理位置分散以及缺乏核心技术之间的交流讨论，且在经济投入上不高和研究计划上不够完善。汽车安全技术发展较为缓慢，但相关研究并没有中断过。国内有关方面的技术研究主要集中在一些大型汽车企业、高校和研究院如上海大众、东风汽车、交通部科学院研究所、清华大学汽车系。尽管如此但是现在我们所拥有的种类并不是很丰富，相比外国的先进科技我国的水平仍然有很大的不足。清华大学侯德藻教授，重庆大学柴毅博士，湖南大学李诗福教授，西北农林科技大学的肖永茂，西北工业大学的马娟丽等等专心研究汽车防撞系统的研究人才，都是经历过细心研究，在不停在这方面坚持科学探讨的过程，最终取得了让人满意的成绩。这些研究成果展示了中国在相关方面的进步，取得的成绩拉近了我们与发达国家之间的距离。如果这些杰出的科学家们能一起探讨相关核心技术及研究心得，相信中国在这方面的技术发展的速度将会得到进一步的提升[1]。
目 录
第一章 课题研究背景和目的1
1.1课题研究的背景及意义1
1.2国内外研究现状1
1.3论文主要研究的内容和技术路线2
1.3.1研究内容2
1.3.2技术路线3
第二章 汽车主动防撞系统工作原理及控制策略4
2.1系统概述4
2.2汽车主动防撞系统工作原理及控制策略4
2.3系统整体设计5
2.4系统需要解决的问题5
第三章 测距模块的分析7
3.1汽车防撞系统的几种测距方式7
3.1.1超声波测距7
3.1.2毫米波雷达测距7
3.1.3激光测距7
3.1.4红外线测距8
3.2脉冲激光测距原理及精度分析8
3.2.1测距方式8
3.2.2测距原理8
3.2.3测距精度9
3.3车速测量11
第四章 控制单元11
4.1.模型建立前提13
4.2汽车制动减速过程分析13
4.2.1汽车制动距离分析14
4.3安全距离模型建立15
4.3.1报警距离15
4.3.2安全距离模型16
4.4控制单元的任务17
4.5控制单元的结构17
4.5.1数模转换模块19
4.5.2信号发动模块19
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接口设计20
4.6.1车速传感器接口设计20
4.6.2激光测距传感器的接口设计21
第五章 控制单元的程序22
5.1 C语言介绍22
5.2控制程序的编写22
第六章 执行机构24
6.1报警执行机构24
6.1.1闪烁灯输出接口设计24
6.2自动刹车执行机构26
6.2.1制动接口设计26
第七章 仿真27
7.1对程序进行检测27
7.2对报警指示灯仿真27
7.3模型仿真27
结束语30
致谢31
参考文献32
附录33 第一章 课题研究背景和目的
1.1课题研究的背景及意义
科技的迅猛发展带来汽车数量的剧增，同时伴随着汽车事故的频发。电视媒体曾经对行车安全做过一些统计调查并对数据进行统计报到:中国每年都有好几万人伤亡于汽车安全事故，大量财产损失也同时发生。道路上行驶着的汽车逐渐给道路交通设施施加重压。每年交通事故的不停发生给人们对汽车的发展敲响了警钟，交通事故已然是人们行车的重大隐患，主动行车安全技术已成为急切的需求。
世界汽车技术强国对汽车主动安全技术在技术与经济上的投入都是巨大的。沃尔沃汽车公司曾对汽车行驶安全做过测试:汽车速度每降低10km/h，撞击力就会减少三成，这对乘员的伤势轻重几乎是决定性的。奔驰公司研究人员收集并分析了大量汽车碰撞事故的相关数据，得出有关结论，主要是通过数据说明：如果驾驶员能够及早发现危险，则交通事故避免的概率会相应降低，研究结论提出数据：若提前发现0.5秒，60%的事故不会发生；提前1秒，避免90%的追尾事故。这两项研究结果表明，提早意识到汽车碰撞并采取措施能减少大量的交通事故，减少人员伤亡和财产损失。汽车技术发达的技术强国，他们都坚持对汽车安全技术的研究，并制定相关计划，使研究按计划有序进行，他们因此也取得了非凡的研究成果。
因此，可靠有效的汽车主动防撞系统能在一定程度上减少伤亡和财产损失。如今大力研究开发智能交通系统，若智能交通能早日实现，汽车主动防撞系统作为智能交通的组成单元那么其成功的研发与运用显得具有重大意义。
1.2国内外研究现状
早在20世纪60年代，汽车主动防撞系统就在一些实验室得到研究，经过多年发展之后，许多科学家通过坚持努力合作已成功研究出了汽车主动防撞系统。为了确实做到行车安全，部分发达国家先后颁布了相关汽车标准来要求汽车生产商对汽车主动安全技术实行规范，如此汽车主动安全技术得到快速发展，同时也得到广大汽车生产商的生产设置。
国外的发展比我国起步时间提早很多，在十多年前美国、日本等国家已经开始对汽车主动防撞开始进行研究与设计。目前国外的领先技术被美国戴姆勒克拉斯勒公司和日本沃尔沃公司所掌控，美国戴姆勒克拉斯勒公司所研发的汽车防撞系统所用的结构是一个影像系统与左右2个测距装置组成。它的特点一是能够迅速测出前方物体的距离和车速；二是执行装置可以自动控制制动器并且能够主动收紧安全带来最大限度的保障人生安全；三是汽车感应系统能够感受到驾驶员是否处于驾车疲劳的状态或者感受到车内酒精浓度过高时自动刹车及自动锁死方向盘。但是也是有一些缺陷的，例如发生误操作该系统不能及时的调整，当驾驶员想要超车时需要向右超车这时如果有对向行驶的汽车，系统不能做出正确判断，系统检测到车距减少会采取紧急制动影响汽车操控性。
我国汽车安全技术研究发展缓慢还处在萌芽状态，研发中心地理位置分散以及缺乏核心技术之间的交流讨论，且在经济投入上不高和研究计划上不够完善。汽车安全技术发展较为缓慢，但相关研究并没有中断过。国内有关方面的技术研究主要集中在一些大型汽车企业、高校和研究院如上海大众、东风汽车、交通部科学院研究所、清华大学汽车系。尽管如此但是现在我们所拥有的种类并不是很丰富，相比外国的先进科技我国的水平仍然有很大的不足。清华大学侯德藻教授，重庆大学柴毅博士，湖南大学李诗福教授，西北农林科技大学的肖永茂，西北工业大学的马娟丽等等专心研究汽车防撞系统的研究人才，都是经历过细心研究，在不停在这方面坚持科学探讨的过程，最终取得了让人满意的成绩。这些研究成果展示了中国在相关方面的进步，取得的成绩拉近了我们与发达国家之间的距离。如果这些杰出的科学家们能一起探讨相关核心技术及研究心得，相信中国在这方面的技术发展的速度将会得到进一步的提升[1]。
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