汽车防追尾碰撞预警系统
汽车防追尾碰撞预警系统
.1 汽车防追尾碰撞预警系统的背景及意义
随着社会的快速发展，我国汽车保有量也逐年增加，中国产业信息网发布的《2015-2020年中国汽车整车制造市场评估及投资前景预测报告》显示2015年6月，我国汽车保有量已经不止1.63亿辆，保有量已经仅位美国之后，成为世界第二。在汽车保有量快速增长的同时，交通事故也越显频繁，而在众多交通事故中追尾碰撞事故占很大的比例。往往交通事故出现的同时，总伴随人身伤亡及财产损失，这是人们最不愿看到的。
目前汽车常常采用被动安全手段来提升汽车安全性能，即采用像安全带或安全气囊等保护措施，在交通事故发生的时候对车上人员进行被动保护,减少乘员伤亡。当然现在，我们更多关注的是只能预警系统式的主动安全手段，在行车过程中对车况障碍物等进行检测判断，在事故发生前提前预警给驾驶员足够的处理时间，从而尽可能避免交通事故的发生。本课题主要研究在汽车行车过程中，对有可能发生追尾碰撞的情况进行提前预警从而使驾驶员能够及时作出相应的处理，避免追尾碰撞事故发生。
1.2 国内外现状
交通事故的发生往往是不可预测，并且是不能够绝对避免的。所以在如何做好防患于未然，利用信息电子技术解决交通安全问题，成为了国内外研究的重点。
最早研究汽车防碰撞可以追溯到20世纪60年代，并且在之后的一段时间内德美日等发达国家在这方面的研究力度很大，日本当时在这方面的研究水平最高，不过后来一直没有得到突破[1]。
1986年，奔驰公司在欧洲开启了“普罗米修斯”计划，重新定义了雷达系统对汽车防追尾上的重要作用。接着计算机微处理技术的不断提升，元器件集成技术和微波理论的高速发展，是的该系统在汽车领域有了更好的运用。
90年代以来，日本各大汽车厂商均加入先进安全汽车ASV（Advanced Safety Vehicle）计划的研究。各企业均有所成就，丰田的主动预警安全系统；马自达的激光雷达扫描防撞预警系统；日立和三菱采用毫米波雷达研究防撞技术。
中国对于汽车防追尾碰撞的研究相比较发达国家，差距还是比较大的。但是最近几年随着汽车主动安全越来越被消费者关注，所以我国一些研究所，高等院校等等也相继在这方面的研究加大了力度，也取得了一些成果。目前国内的汽车在倒车雷达，倒车影像等的的使用已经十分普遍。但是总体来说产品单一化，精度不是非常高，还不能胜任高速预警的职能，所以还有待进一步研究。
这个题目是直接测量距离，通过确认与前车的距离，集合自身行车车速所需制动距离了着手，设定安全距离。从而在行车的时候通过不断的检测和数据反馈来实现汽车防追尾碰撞预警。
1.3 论文研究内容
1）总体实现方法
通过对现有的追尾碰撞预警技术进行介绍，使本设计的总体思路和结构变得清晰可见。
2）系统的硬件设计
详细介绍碰撞预警系统各个硬件组成，单片机部分，人机交互界面。
3）系统的软件设计
本设计基于keil环境，C语言编写的重点是追尾碰撞预警算法的实现，同时，测压也十分重要。
4）实物制作与调试
首先在模型车上进行硬件安装，然后通过超声波测距模块来测量与前面障碍物的距离，最后在道路上运行。
2 汽车行车安全预警平台总体方案设计
2.1 总体方案
本课题主要研究车辆行车主动安全预警系统。现如今，车辆行车安全预警系统已成为智能交通运输系统的重要组成部分，传统的车辆行车安全系统功能元素单一，并且受天气及光线的影响较大、设备安装要求比较高，但是本课题讨论的大型车辆行车安全预警系统是一种通过预警的方法帮助驾驶员尽可能避免因为汽车偏离车辆行车道，侧翻，追尾，或者是驾驶员疲劳驾驶而发生交通事故。针对传统的单一元素车辆行车安全预警系统的不足，设计出一种用于警示驾驶员的车辆行车安全预警系统，在车流量为打转向灯而偏离车道，在车辆行车可能侧翻，在通过雷达测距等方法来检测车辆周边障碍物，并集合车速来预测可能发生追尾碰撞的情况，及时提醒驾驶员，使得驾驶员有更多的时间来处理紧急情况，避免安全事故的发生[2]。
2.2 系统组成及工作原理
如图2.1所示，车辆行车安全预警系统主要由摄像头、报警器、显示器、传感器及控制器组成。
车辆行车安全预警系统包含车道偏离、车辆侧翻、疲劳驾驶、车辆追尾碰撞于一体。通过车道偏离和疲劳驾驶预警系统，在车辆高速行驶且当驾驶员处于疲劳磕睡疏忽状态注意了不集中等导致的汽车偏离正常行驶车道时，提醒驾驶员及时纠正行车路线；通过防追尾碰撞预警系统，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。通过汽车CAN总线将五大子系统结合处理，从而实时反馈车辆行车状况，在出现危险时及时提醒驾驶员，从而避免交通事故的发生。
图2.1 车辆行车安全预警系统结构
总系统的硬件结构如图2.2所示，车道偏离预警系统主要是通过CCD摄像机采集道路信息，然后将信息传递给处理器进行处理，处理器将处理结果通过人机交互界面呈现；疲劳驾驶预警系统是通过摄像头采集面部信息（视网膜瞳孔检测），然后将信息传递给处理器进行处理，处理器将处理结果通过人机交互界面呈现；侧翻预警系统则需要利用车速传感器采集车速，依靠舵机测量转弯半径，通过MPU6050加速度计得到三轴加速度信息，之后将这些信息整合到一起传递给处理器进行处理，处理器将处理结果通过人机交互界面呈现；追尾和碰撞预警系统分别是利用雷达探测车身前后障碍物距离和利用红外测距传感器测量车身周围的障碍物距离，之后将信息传递给处理器，处理方法与上述相同。
参 考 文 献
1 陈吉明,汽车防撞报警系统的设计[D]．学位论文，2015
2 In - vehicle Alcohol Detection Based on MCU and Design and Implementation of Safety Control System.Computer and Computing Technologies in Agriculture IV——Proceedings of 4th IFIP TC 12 Conference(CCTA2010) Part IV
3 于照晨,车道偏离预警系统的研究[J].无线互联科技，2014(2)：150~150
4 南京远驱科技有限公司,安乃达-疲劳驾驶预警系统gogo850[Z].
5 李勤,2000年中国道路交通故事分析[J]. 汽车与安全，2001
6 李会,高速公路汽车追尾事故智能预警系统的研究[J]. 森林工程.2005.
7 李晓霞,李百川,侯德藻.汽车追尾碰撞预报警系统开发研究[J]. 中国公路学报，2001.
8 厦门光沃自动化设备有限公司,【1746-HSRV】[Z]. 2015.7.21
9 Admin,正点原子探索者STM32F407开发板例程[Z]. 2014
10 叶天凤,叶梦君,胡长晖,万里光 一种无线传感器硬件系统设计[J]. 湖北理工学院学报, 2013.4
11 孙永德(译),世界名车安全新技术[J]. 汽车维修与保养,2000.
12 何希才.传感器及其应用电路[M].北京：电子工业出版社，2001.
13 李晓霞,李百川,侯德藻.汽车追尾碰撞预报警系统开发研究[J]. 中国公路学报，2001.
14 左建平,智能轮椅传感器信息融合的模型与算法选择[J]. 产业与科技论坛，2013.6.
.1 汽车防追尾碰撞预警系统的背景及意义
随着社会的快速发展，我国汽车保有量也逐年增加，中国产业信息网发布的《2015-2020年中国汽车整车制造市场评估及投资前景预测报告》显示2015年6月，我国汽车保有量已经不止1.63亿辆，保有量已经仅位美国之后，成为世界第二。在汽车保有量快速增长的同时，交通事故也越显频繁，而在众多交通事故中追尾碰撞事故占很大的比例。往往交通事故出现的同时，总伴随人身伤亡及财产损失，这是人们最不愿看到的。
目前汽车常常采用被动安全手段来提升汽车安全性能，即采用像安全带或安全气囊等保护措施，在交通事故发生的时候对车上人员进行被动保护,减少乘员伤亡。当然现在，我们更多关注的是只能预警系统式的主动安全手段，在行车过程中对车况障碍物等进行检测判断，在事故发生前提前预警给驾驶员足够的处理时间，从而尽可能避免交通事故的发生。本课题主要研究在汽车行车过程中，对有可能发生追尾碰撞的情况进行提前预警从而使驾驶员能够及时作出相应的处理，避免追尾碰撞事故发生。
1.2 国内外现状
交通事故的发生往往是不可预测，并且是不能够绝对避免的。所以在如何做好防患于未然，利用信息电子技术解决交通安全问题，成为了国内外研究的重点。
最早研究汽车防碰撞可以追溯到20世纪60年代，并且在之后的一段时间内德美日等发达国家在这方面的研究力度很大，日本当时在这方面的研究水平最高，不过后来一直没有得到突破[1]。
1986年，奔驰公司在欧洲开启了“普罗米修斯”计划，重新定义了雷达系统对汽车防追尾上的重要作用。接着计算机微处理技术的不断提升，元器件集成技术和微波理论的高速发展，是的该系统在汽车领域有了更好的运用。
90年代以来，日本各大汽车厂商均加入先进安全汽车ASV（Advanced Safety Vehicle）计划的研究。各企业均有所成就，丰田的主动预警安全系统；马自达的激光雷达扫描防撞预警系统；日立和三菱采用毫米波雷达研究防撞技术。
中国对于汽车防追尾碰撞的研究相比较发达国家，差距还是比较大的。但是最近几年随着汽车主动安全越来越被消费者关注，所以我国一些研究所，高等院校等等也相继在这方面的研究加大了力度，也取得了一些成果。目前国内的汽车在倒车雷达，倒车影像等的的使用已经十分普遍。但是总体来说产品单一化，精度不是非常高，还不能胜任高速预警的职能，所以还有待进一步研究。
这个题目是直接测量距离，通过确认与前车的距离，集合自身行车车速所需制动距离了着手，设定安全距离。从而在行车的时候通过不断的检测和数据反馈来实现汽车防追尾碰撞预警。
1.3 论文研究内容
1）总体实现方法
通过对现有的追尾碰撞预警技术进行介绍，使本设计的总体思路和结构变得清晰可见。
2）系统的硬件设计
详细介绍碰撞预警系统各个硬件组成，单片机部分，人机交互界面。
3）系统的软件设计
本设计基于keil环境，C语言编写的重点是追尾碰撞预警算法的实现，同时，测压也十分重要。
4）实物制作与调试
首先在模型车上进行硬件安装，然后通过超声波测距模块来测量与前面障碍物的距离，最后在道路上运行。
2 汽车行车安全预警平台总体方案设计
2.1 总体方案
本课题主要研究车辆行车主动安全预警系统。现如今，车辆行车安全预警系统已成为智能交通运输系统的重要组成部分，传统的车辆行车安全系统功能元素单一，并且受天气及光线的影响较大、设备安装要求比较高，但是本课题讨论的大型车辆行车安全预警系统是一种通过预警的方法帮助驾驶员尽可能避免因为汽车偏离车辆行车道，侧翻，追尾，或者是驾驶员疲劳驾驶而发生交通事故。针对传统的单一元素车辆行车安全预警系统的不足，设计出一种用于警示驾驶员的车辆行车安全预警系统，在车流量为打转向灯而偏离车道，在车辆行车可能侧翻，在通过雷达测距等方法来检测车辆周边障碍物，并集合车速来预测可能发生追尾碰撞的情况，及时提醒驾驶员，使得驾驶员有更多的时间来处理紧急情况，避免安全事故的发生[2]。
2.2 系统组成及工作原理
如图2.1所示，车辆行车安全预警系统主要由摄像头、报警器、显示器、传感器及控制器组成。
车辆行车安全预警系统包含车道偏离、车辆侧翻、疲劳驾驶、车辆追尾碰撞于一体。通过车道偏离和疲劳驾驶预警系统，在车辆高速行驶且当驾驶员处于疲劳磕睡疏忽状态注意了不集中等导致的汽车偏离正常行驶车道时，提醒驾驶员及时纠正行车路线；通过防追尾碰撞预警系统，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。通过汽车CAN总线将五大子系统结合处理，从而实时反馈车辆行车状况，在出现危险时及时提醒驾驶员，从而避免交通事故的发生。
图2.1 车辆行车安全预警系统结构
总系统的硬件结构如图2.2所示，车道偏离预警系统主要是通过CCD摄像机采集道路信息，然后将信息传递给处理器进行处理，处理器将处理结果通过人机交互界面呈现；疲劳驾驶预警系统是通过摄像头采集面部信息（视网膜瞳孔检测），然后将信息传递给处理器进行处理，处理器将处理结果通过人机交互界面呈现；侧翻预警系统则需要利用车速传感器采集车速，依靠舵机测量转弯半径，通过MPU6050加速度计得到三轴加速度信息，之后将这些信息整合到一起传递给处理器进行处理，处理器将处理结果通过人机交互界面呈现；追尾和碰撞预警系统分别是利用雷达探测车身前后障碍物距离和利用红外测距传感器测量车身周围的障碍物距离，之后将信息传递给处理器，处理方法与上述相同。
参 考 文 献
1 陈吉明,汽车防撞报警系统的设计[D]．学位论文，2015
2 In - vehicle Alcohol Detection Based on MCU and Design and Implementation of Safety Control System.Computer and Computing Technologies in Agriculture IV——Proceedings of 4th IFIP TC 12 Conference(CCTA2010) Part IV
3 于照晨,车道偏离预警系统的研究[J].无线互联科技，2014(2)：150~150
4 南京远驱科技有限公司,安乃达-疲劳驾驶预警系统gogo850[Z].
5 李勤,2000年中国道路交通故事分析[J]. 汽车与安全，2001
6 李会,高速公路汽车追尾事故智能预警系统的研究[J]. 森林工程.2005.
7 李晓霞,李百川,侯德藻.汽车追尾碰撞预报警系统开发研究[J]. 中国公路学报，2001.
8 厦门光沃自动化设备有限公司,【1746-HSRV】[Z]. 2015.7.21
9 Admin,正点原子探索者STM32F407开发板例程[Z]. 2014
10 叶天凤,叶梦君,胡长晖,万里光 一种无线传感器硬件系统设计[J]. 湖北理工学院学报, 2013.4
11 孙永德(译),世界名车安全新技术[J]. 汽车维修与保养,2000.
12 何希才.传感器及其应用电路[M].北京：电子工业出版社，2001.
13 李晓霞,李百川,侯德藻.汽车追尾碰撞预报警系统开发研究[J]. 中国公路学报，2001.
14 左建平,智能轮椅传感器信息融合的模型与算法选择[J]. 产业与科技论坛，2013.6.
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