大型车辆防追尾预警系统设计
目 录
1.绪论1
1.1选题背景及意义1
1.2车辆防追尾预警技术的国内外现状1
1.3论文研究内容3
2大型车辆行车安全预警平台总体方案设计3
2.1系统总体组成结构及原理3
2.2子系统方案设计4
2.3防追尾预警系统5
2.4测距原理及比较7
2.5车辆追尾临界安全车距的数学模型9
3大型车辆防追尾预警系统硬件设计13
3.1硬件结构设计13
3.2系统硬件电路设计14
4软件设计17
5实物制作与调试21
5.1调试方案21
5.2硬件电路调试21
5.3软件调试22
5.4调试运行23
结论 28
致谢 29
参考文献30
1 绪论
1.1 选题背景及意义
汽车作为现代人类普遍的交通工具，改变了人们的日常生活方式，加快了社会经济的发展，人们的生活从此有了很大的方便，但同时也带来了严重的交通安全问题。据红十字会的数据：全世界每年大概有70万人死于道路交通事故，另外有1000～1500万人受伤，每年就是因为道路交通事故导致造成的经济损失约为5180亿美元。道路交通事故给家庭、社会和国家都会带来很大的经济损失，成为世界性的严重社会问题。据统计，肇事比例占总数的41.47%[1]。通过分析大型车辆肇事的交通事故可以看到，疲劳驾驶、注意力不集中、超速等是事故的主要原因。然而在各类交通事故中，汽车碰撞追尾事故又是发生频率较大的一类。汽车碰撞追尾在交通事故中占到了大概30％-40％，而事故所造成的财产损失和人员伤亡更是 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
占到了总损伤的61％。
目前经常采用的安全手段是被动安全，也就是采用一些保护措施(如安全带、安全气囊等)，使乘客在发生事故时可以得到保护，减少伤亡。除外，我们开始关注主动安全手段（预警系统），即对交通事故的发生进行预测，避免事故的出现。大型车辆行车安全预警系统集车道偏离、疲劳驾驶、碰撞、追尾和侧翻五大预警系统于一体。本课题是针对大型车辆主要进行设计研究的防追尾预警系统，通过该预警系统，实时探测车辆前后障碍物的距离，并在危险距离内提醒驾驶员及时作出反应。因此，为了减少车辆事故的发生，使汽车驾驶有更高的安全性，研究设计了一种简单可靠，使用比较方便，性价比高，能够自动检测汽车与前面障碍物的距离，并在距离小于安全距离时给驾驶人员发出语音提醒及声光报警提示的安全防撞系统具有特别重大的实际意义，也显得非常重要和迫切。
1.2 车辆防追尾预警技术的国内外现状
1.2.1 国外研究状况
20世纪70年代开始，各种在毫米波雷达基础上的追尾预警系统被开发出来，图像处理技术和数字信号处理器也随之发展起来，一些基于机器视觉的追尾预警系统也被提出。以上的预警技术属于自主式追尾预警，虽然可靠性强也比较容易商业化，但它也存在很多不足：①系统对周围信息感知的存在可视范围得到限制；②系统价格较贵；③车辆单独采集信息，不利于共享；④在解决连环追尾的问题上，其能力比较有限。因此一些研究人员提出通信协同式追尾预警的概念。此系统通过危险源的车辆会向周围车辆直接发出警报消息来预防可能的追尾。美国和欧洲在此技术上的推广很快，且大大减少了追尾事故的发生。虽然我国在车辆联网领域研究起步有点晚，但是已经开始对其关注。
车辆防撞系统的研究再20世纪60年代开始,经过了10多年的时间，德、美和日作为代表的发达国家对该系统的研究产生了比较浓厚的兴趣,但是由于当时的微波理论水平低、硬件成本高,就一直没有得到突破。1986年,德国奔驰公司很多机构也重新开始研究起雷达系统。随之微波器件和集成技术也快速进步与发展,该系统在汽车运用领域获得了比较快的发展[2]。
德国是研究防撞雷达装置最早的国家,奔驰公司在最新型的Benz6005级轿车上,安装了距离自动控制雷达的装置,可以在40至160公里时速范围内自动调节车速,还可以根据时速确定前后车的距离,一旦距离太近,汽车就会自动减速以防止追尾碰撞。但是由于这些新技术价格昂贵,有关专家猜想,至少经5一10年后,这些先进设备才能进入普及型汽车。
瑞典的沃尔沃公司也一直为车辆安全研究而努力,在2006年推出了自适应巡航控制系统、带刹车辅助的碰撞警示系统,之后2007年推出了带自动刹车功能的碰撞警示系统、驾驶员警示控制系统、车道偏离警示系统[3]。
美国研究状况与德国有点相似,成本太高,结构尺寸太大,没有太大的实用性,且在一些高档车上只是试装了该类产品,未能完成基本的产品化。
日本各汽车制造企业如丰田、日产、马自达、本田等公司,为了实现运输省提出的“发展先进的安全汽车(ASV)计划”,也都在为新型车辆安全技术的研究开发努力着,并取得了进展。它们中的部分产品己经在载重汽车上实施[4]。
1.2.2 国内研究状况
然而我国对于汽车防撞系统的研究是比较晚的，整体水平也比较低，系统所涉及到的一些关键技术仍未取得明显的突破。90年代中期，以清华大学为代表的科学院开始研究汽车防撞系统。与国外先进的技术相比，国内技术相对比较落后，而且大多数研究仍处在实验室阶段。具有代表性的研究成果是上海汽车电子工程中心研制的毫米波汽车防撞雷达样机，工作频率为35GHz，测距范围大于100米，同时对于追尾测距通常采用的是超声波传感器。由此可见，在我国大力研究汽车防追尾报警系统对解决交通安全问题、减少事故发生率以及生命财产损失有着极大的现实意义和广阔的应用背景。
1.3 论文研究内容
1）总体实现方法
通过介绍一些现有的防追尾预警技术，提出本课题设计的总体思路和结构。
2）系统的硬件设计
具体介绍追尾预警系统各个硬件组成、结构及原理。
3）系统的软件设计
本课题设计基于KEIL语言环境，从而实现防追尾预警算法，同时画出系统流程图。
4）实物制作与调试
在模型车上进行硬件安装，测好安全车距和车速，最后在道路上调试运行。
2 大型车辆行车安全预警平台总体方案设计
2.1 系统总体组成结构及原理
大型车辆行车安全预警平台主要由车道偏离、疲劳驾驶、侧翻、追尾、碰撞五个模块组成，如图2-1所示，车辆行车安全预警系统主要是由显示器、报警器、摄像头、传感器及控制器等组成。并结合图2-2所知，通过车道偏离和疲劳驾驶预警系统 ，在大型车辆高速行驶时且当驾驶员处于疲劳磕睡、精神不集中等导致的汽车偏离正常行驶车道时，提醒驾驶员并及时改正行车路线；通过防碰撞预警系统，实时探测车身周围障碍物的距离，并在危险距离内提醒驾驶员及时作出反应以防止事故的发生；通过防追尾预警系统，实时探测车身前后障碍物的距离及车辆行驶速度，并在危险距离内提醒驾驶员及时作出反应；通过侧翻预警系统，实时监测汽车行驶时三轴方向的加速度信息，并结合车速和汽车转弯情况，判断车体是否出现侧翻危险，以警示驾驶员。本文主要完成防追尾模块功能设计。
防追尾模块主要利用雷达探测车身前后障碍物，当达到一定的距离时，便会进行预警提示。它利用超声波发射后遇到障碍物反射的回波对其不断检测和计算与前方或后方障碍物的相对速度和距离，经过分析判断对构成危险的目标物体按程度的大小进行报警。
1.绪论1
1.1选题背景及意义1
1.2车辆防追尾预警技术的国内外现状1
1.3论文研究内容3
2大型车辆行车安全预警平台总体方案设计3
2.1系统总体组成结构及原理3
2.2子系统方案设计4
2.3防追尾预警系统5
2.4测距原理及比较7
2.5车辆追尾临界安全车距的数学模型9
3大型车辆防追尾预警系统硬件设计13
3.1硬件结构设计13
3.2系统硬件电路设计14
4软件设计17
5实物制作与调试21
5.1调试方案21
5.2硬件电路调试21
5.3软件调试22
5.4调试运行23
结论 28
致谢 29
参考文献30
1 绪论
1.1 选题背景及意义
汽车作为现代人类普遍的交通工具，改变了人们的日常生活方式，加快了社会经济的发展，人们的生活从此有了很大的方便，但同时也带来了严重的交通安全问题。据红十字会的数据：全世界每年大概有70万人死于道路交通事故，另外有1000～1500万人受伤，每年就是因为道路交通事故导致造成的经济损失约为5180亿美元。道路交通事故给家庭、社会和国家都会带来很大的经济损失，成为世界性的严重社会问题。据统计，肇事比例占总数的41.47%[1]。通过分析大型车辆肇事的交通事故可以看到，疲劳驾驶、注意力不集中、超速等是事故的主要原因。然而在各类交通事故中，汽车碰撞追尾事故又是发生频率较大的一类。汽车碰撞追尾在交通事故中占到了大概30％-40％，而事故所造成的财产损失和人员伤亡更是 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
占到了总损伤的61％。
目前经常采用的安全手段是被动安全，也就是采用一些保护措施(如安全带、安全气囊等)，使乘客在发生事故时可以得到保护，减少伤亡。除外，我们开始关注主动安全手段（预警系统），即对交通事故的发生进行预测，避免事故的出现。大型车辆行车安全预警系统集车道偏离、疲劳驾驶、碰撞、追尾和侧翻五大预警系统于一体。本课题是针对大型车辆主要进行设计研究的防追尾预警系统，通过该预警系统，实时探测车辆前后障碍物的距离，并在危险距离内提醒驾驶员及时作出反应。因此，为了减少车辆事故的发生，使汽车驾驶有更高的安全性，研究设计了一种简单可靠，使用比较方便，性价比高，能够自动检测汽车与前面障碍物的距离，并在距离小于安全距离时给驾驶人员发出语音提醒及声光报警提示的安全防撞系统具有特别重大的实际意义，也显得非常重要和迫切。
1.2 车辆防追尾预警技术的国内外现状
1.2.1 国外研究状况
20世纪70年代开始，各种在毫米波雷达基础上的追尾预警系统被开发出来，图像处理技术和数字信号处理器也随之发展起来，一些基于机器视觉的追尾预警系统也被提出。以上的预警技术属于自主式追尾预警，虽然可靠性强也比较容易商业化，但它也存在很多不足：①系统对周围信息感知的存在可视范围得到限制；②系统价格较贵；③车辆单独采集信息，不利于共享；④在解决连环追尾的问题上，其能力比较有限。因此一些研究人员提出通信协同式追尾预警的概念。此系统通过危险源的车辆会向周围车辆直接发出警报消息来预防可能的追尾。美国和欧洲在此技术上的推广很快，且大大减少了追尾事故的发生。虽然我国在车辆联网领域研究起步有点晚，但是已经开始对其关注。
车辆防撞系统的研究再20世纪60年代开始,经过了10多年的时间，德、美和日作为代表的发达国家对该系统的研究产生了比较浓厚的兴趣,但是由于当时的微波理论水平低、硬件成本高,就一直没有得到突破。1986年,德国奔驰公司很多机构也重新开始研究起雷达系统。随之微波器件和集成技术也快速进步与发展,该系统在汽车运用领域获得了比较快的发展[2]。
德国是研究防撞雷达装置最早的国家,奔驰公司在最新型的Benz6005级轿车上,安装了距离自动控制雷达的装置,可以在40至160公里时速范围内自动调节车速,还可以根据时速确定前后车的距离,一旦距离太近,汽车就会自动减速以防止追尾碰撞。但是由于这些新技术价格昂贵,有关专家猜想,至少经5一10年后,这些先进设备才能进入普及型汽车。
瑞典的沃尔沃公司也一直为车辆安全研究而努力,在2006年推出了自适应巡航控制系统、带刹车辅助的碰撞警示系统,之后2007年推出了带自动刹车功能的碰撞警示系统、驾驶员警示控制系统、车道偏离警示系统[3]。
美国研究状况与德国有点相似,成本太高,结构尺寸太大,没有太大的实用性,且在一些高档车上只是试装了该类产品,未能完成基本的产品化。
日本各汽车制造企业如丰田、日产、马自达、本田等公司,为了实现运输省提出的“发展先进的安全汽车(ASV)计划”,也都在为新型车辆安全技术的研究开发努力着,并取得了进展。它们中的部分产品己经在载重汽车上实施[4]。
1.2.2 国内研究状况
然而我国对于汽车防撞系统的研究是比较晚的，整体水平也比较低，系统所涉及到的一些关键技术仍未取得明显的突破。90年代中期，以清华大学为代表的科学院开始研究汽车防撞系统。与国外先进的技术相比，国内技术相对比较落后，而且大多数研究仍处在实验室阶段。具有代表性的研究成果是上海汽车电子工程中心研制的毫米波汽车防撞雷达样机，工作频率为35GHz，测距范围大于100米，同时对于追尾测距通常采用的是超声波传感器。由此可见，在我国大力研究汽车防追尾报警系统对解决交通安全问题、减少事故发生率以及生命财产损失有着极大的现实意义和广阔的应用背景。
1.3 论文研究内容
1）总体实现方法
通过介绍一些现有的防追尾预警技术，提出本课题设计的总体思路和结构。
2）系统的硬件设计
具体介绍追尾预警系统各个硬件组成、结构及原理。
3）系统的软件设计
本课题设计基于KEIL语言环境，从而实现防追尾预警算法，同时画出系统流程图。
4）实物制作与调试
在模型车上进行硬件安装，测好安全车距和车速，最后在道路上调试运行。
2 大型车辆行车安全预警平台总体方案设计
2.1 系统总体组成结构及原理
大型车辆行车安全预警平台主要由车道偏离、疲劳驾驶、侧翻、追尾、碰撞五个模块组成，如图2-1所示，车辆行车安全预警系统主要是由显示器、报警器、摄像头、传感器及控制器等组成。并结合图2-2所知，通过车道偏离和疲劳驾驶预警系统 ，在大型车辆高速行驶时且当驾驶员处于疲劳磕睡、精神不集中等导致的汽车偏离正常行驶车道时，提醒驾驶员并及时改正行车路线；通过防碰撞预警系统，实时探测车身周围障碍物的距离，并在危险距离内提醒驾驶员及时作出反应以防止事故的发生；通过防追尾预警系统，实时探测车身前后障碍物的距离及车辆行驶速度，并在危险距离内提醒驾驶员及时作出反应；通过侧翻预警系统，实时监测汽车行驶时三轴方向的加速度信息，并结合车速和汽车转弯情况，判断车体是否出现侧翻危险，以警示驾驶员。本文主要完成防追尾模块功能设计。
防追尾模块主要利用雷达探测车身前后障碍物，当达到一定的距离时，便会进行预警提示。它利用超声波发射后遇到障碍物反射的回波对其不断检测和计算与前方或后方障碍物的相对速度和距离，经过分析判断对构成危险的目标物体按程度的大小进行报警。
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