汽车防追尾系统设计
汽车防追尾系统设计[20200106202743]
随着汽车工业的迅速发展，汽车已成为主要交通运输工具，但随着汽车保有辆的增加，随之而来的是道路交通安全形式越发严峻。交通事故给家庭、集体和国家都带来了巨大的损失，在整个道路交通事故中，汽车追尾事故约占7层以上。所以，人们越来越认识到防止追尾事故的重要性。智能化的汽车防追尾系统为提高车辆平均技术速度、增加道路的通行能力提供了可能。本文旨在根据汽车防追尾问题，研制一种基于超声波测距传感器的新型智能防追尾安全测控系统。利用激光作为检测手段，来检测道路路面信息和两车的相对车速，并采用单片机8751作为中央处理器，设计了油门节气门开度的步进电机控制电路来实现车速的自动辅助调节，采用汇编与C语言结合的方式编写系统所需软件，并将此软件在硬件上进行了调试 ，确保软件可靠运行。 *查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:汽车,防追尾系统,传感器,单片机
目 录
1 引言 1
1.1 国内外研究的概况 1
1.2 论文主要研究的内容 2
1.3 研究目的和意义 3
2 汽车防追尾系统的目标及总体设计 3
2.1 汽车追尾事故分析 3
2.2 防追尾系统设计要求 5
2.3 防追尾系统总体设计 6
3 公路最小安全行车距离分析 8
3.1 分析公路最小安全行车距离 9
3.2 确立公路最小安全行车距离 9
3.3 参数的制定 11
4 系统硬件选择 12
4.1 测距传感器单元 12
4.2 控制单元与执行器单元 14
5 系统软件设计 15
5.1 存储器配置 15
5.2 单片机的中断系统 16
5.3 软件设计 17
结论 27
致谢 28
参考文献 29
1 引言
1.1 国内外研究的概况
（1） 国外研究概况
随着汽车产业的快速发展，汽车发生碰撞事故也随之大增，其中汽车追尾占到很大的比例，且给人们的生命、财产造成了巨大损失，交通事故己经引起了世界各国的广泛关注。为了确保汽车工业可持续性发展的战略目标，汽车安全性研究已经成为发达汽车工业国家的重要项目，各国都花费巨大的人力、财力、物力开发出各种安全运行的交通系统，例如 ITS 系统（智能交通系统）等等。
世界各国都大力的支持纵向和侧向防撞技术研究，在欧洲，汽车作为各国家的支柱性产业的发展战略的组成部分，对汽车安全性的研究一直是在有序的、有计划的状态中展开的，并且制定了近、中、远的三期规划，在国家法规、政策的指导下通过产、学、研的联合，逐步地付诸实施。在汽车安全技术方面的课题研究上，各国也花费了巨大的精力，例如美国通用汽车公司正在研究的一种被称为“视觉控制雷达”碰撞预警系统。该系统由1台摄像机来测定道路的边界和曲度，再根据摄像机所获得的数据来控制激光雷达，这时激光雷达就可随着汽车的实际行进路线来调整探测的方向，增加有效探测距离，实现对障碍物的最佳探测。
（2）国内研究概况
虽然我国对于汽车防追尾系统的研究整体来说起步比较晚，整体水平也较低，系统所涉及的一些关键技术仍未取得突破，但在二十世纪90年代就对主动安全系统的发展表示了极大关注。1997年4月12日我国在北京首次召开了由电子工业部主办的智能交通系统发展趋势国际研讨会，在和研讨会同时举办的国际汽车电子暨智能公路展览会上，来自全国各地的百家科研院所和企业展出了他们最新的产品和科技成果，反映了我国汽车电子和交通电子产业的水平。本次研讨会和展示会对促进我国应用 ITS（智能交通系统）的发展和加快现代化交通管理起到了积极作用。虽然我国汽车防撞系统的开发同国外发达国家相比，存在较大差距，但在国家政策的大力支持下，我国在汽车防撞系统领域也取得了一定的进步。其中具有代表性的是由上海汽车电子工程中心研制的SAE-100型毫米波汽车防撞雷达样机，采用LFMCW 制式，工作频率 35GHz，测距范围大于100米。由此可见，在汽车保有量的快速发展，车辆和道路的不平衡发展矛盾已经日益严重的中国，大力研究汽车防防追尾系统对解决交通安全问题、减少事故发生以及保护生命财产有着极大的现实意义和广阔的应用背景。
1.2 论文主要研究的内容
汽车防追尾系统是一项综合性的课题，它结合了汽车电子、控制、信号处理技术及通信技术等众多多学科。虽然国际上对于该项技术的研究已经进行了近40多年，一些系统已经应用于高档豪华轿车上,，但我国在这方面的技术还相对比较落后，测距传感器性能较差，虚警率较高，性价比低等问题还有待进一步解决。在倒车防撞系统中由于车辆行驶速度较慢，传感器探测距离较短，且系统设计较为简单，目前已经有很多成型产品被应用于汽车上，所以本论文仅对汽车前向防追尾防撞系统进行研究。其主要研究内容如下：
（1）详细分析汽车发生追尾事故的过程以及原因，对高速公路的汽车追尾预防系统提出功能性的要求；
（2）从运动学和动力学两方面入手，对汽车制动过程进行全面分析，对满足高速公路使用的汽车防追尾系统的制动机构提出相应设计要求，并建立可靠高效地高速公路防追尾系统模型；
（3）针对系统的要求，选择合适的传感器进行信号采集，设计相应的数据处理电路、A/D转换电路、声光警报电路，并制作PCB板对电路进行调试。采用汇编语言和c语言混合编程的方式对系统软件进行编写和调试；
（4）设计静物距离探测实验对系统进行高速公路汽车防追尾模拟，验证系统的
各项功能。
本论文为理论性研究与技术开发，在论文中采用理论与实践相结合的方法，先从各环节的元器件的选择开始，再通过基础实验和理论分析相结合，试验和计算得出系统有效数据，再依照数据对系统进行该改进。
软件方面：在探讨行车信息采集与处理方法的基础上，进行编程调试并验证系统的可靠性和实用性，根据分析所得的数据提出合理的配置方案，并给出方案的具体元器件工作原理与所需的逻辑电路图；对选择合适的警报方式，将系统进行改进，最终确定适用于高速公路的汽车防追尾系统的整体方案；硬件方面：分析各种测距传感器的优缺点，并依据实际需求选择合适的测距传感器,并在此基础上选择合适的单片机与测距传感器相匹配。
1.3 研究目的和意义
汽车的出现，改变了人们的生活方式，扩大了人类生活范围同时也推动了社会经济的发展和人类文化的进步。但给人们的生活带来便捷的同时，也带来了严重的交通安全问题。道路交通事已成为严重的世界性问题，它给国家、社会和家庭带来了巨大的损失和痛苦。根据红十字会的不完全统计：全球每年死于交通事故的人数超过100 万人，另外还有大约1000～1500万人受伤，每年因道路交通事故造成的经济损失大概为5180亿美元。预计至2020年，交通事故将成为人类最大非直接死亡原因之一。随着我国经济的飞速发展，汽车的产量和保有量的急剧增加，我国交通事故死伤人数已连续数年高居世界第一，每年车祸夺去的生命和财产让我们痛心疾首，交通事故已成为“中国第一害”，这些事故中追尾占到了很大的比例，所以研究预防汽车追尾碰撞系统就显得格外重要和具有实际意义。因此，本文研究的如何预防汽车追尾防撞系统的设计是具有实际意义的。
2 汽车防追尾系统的目标及总体设计
2.1 汽车追尾事故分析
2.1.1 驾驶行为及过程
道路上行驶的汽车可看做一个系统，由驾驶员、汽车和道路环境构成，即典型的人—车—路系统，在该系统中驾驶员起到主导驾驶安全的关键作用。按照人行为的经典模式（刺激—机体—反应）划分，驾驶行为可分为感知、判断决策阶和执行三个阶段，如图1所示。
随着汽车工业的迅速发展，汽车已成为主要交通运输工具，但随着汽车保有辆的增加，随之而来的是道路交通安全形式越发严峻。交通事故给家庭、集体和国家都带来了巨大的损失，在整个道路交通事故中，汽车追尾事故约占7层以上。所以，人们越来越认识到防止追尾事故的重要性。智能化的汽车防追尾系统为提高车辆平均技术速度、增加道路的通行能力提供了可能。本文旨在根据汽车防追尾问题，研制一种基于超声波测距传感器的新型智能防追尾安全测控系统。利用激光作为检测手段，来检测道路路面信息和两车的相对车速，并采用单片机8751作为中央处理器，设计了油门节气门开度的步进电机控制电路来实现车速的自动辅助调节，采用汇编与C语言结合的方式编写系统所需软件，并将此软件在硬件上进行了调试 ，确保软件可靠运行。 *查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:汽车,防追尾系统,传感器,单片机
目 录
1 引言 1
1.1 国内外研究的概况 1
1.2 论文主要研究的内容 2
1.3 研究目的和意义 3
2 汽车防追尾系统的目标及总体设计 3
2.1 汽车追尾事故分析 3
2.2 防追尾系统设计要求 5
2.3 防追尾系统总体设计 6
3 公路最小安全行车距离分析 8
3.1 分析公路最小安全行车距离 9
3.2 确立公路最小安全行车距离 9
3.3 参数的制定 11
4 系统硬件选择 12
4.1 测距传感器单元 12
4.2 控制单元与执行器单元 14
5 系统软件设计 15
5.1 存储器配置 15
5.2 单片机的中断系统 16
5.3 软件设计 17
结论 27
致谢 28
参考文献 29
1 引言
1.1 国内外研究的概况
（1） 国外研究概况
随着汽车产业的快速发展，汽车发生碰撞事故也随之大增，其中汽车追尾占到很大的比例，且给人们的生命、财产造成了巨大损失，交通事故己经引起了世界各国的广泛关注。为了确保汽车工业可持续性发展的战略目标，汽车安全性研究已经成为发达汽车工业国家的重要项目，各国都花费巨大的人力、财力、物力开发出各种安全运行的交通系统，例如 ITS 系统（智能交通系统）等等。
世界各国都大力的支持纵向和侧向防撞技术研究，在欧洲，汽车作为各国家的支柱性产业的发展战略的组成部分，对汽车安全性的研究一直是在有序的、有计划的状态中展开的，并且制定了近、中、远的三期规划，在国家法规、政策的指导下通过产、学、研的联合，逐步地付诸实施。在汽车安全技术方面的课题研究上，各国也花费了巨大的精力，例如美国通用汽车公司正在研究的一种被称为“视觉控制雷达”碰撞预警系统。该系统由1台摄像机来测定道路的边界和曲度，再根据摄像机所获得的数据来控制激光雷达，这时激光雷达就可随着汽车的实际行进路线来调整探测的方向，增加有效探测距离，实现对障碍物的最佳探测。
（2）国内研究概况
虽然我国对于汽车防追尾系统的研究整体来说起步比较晚，整体水平也较低，系统所涉及的一些关键技术仍未取得突破，但在二十世纪90年代就对主动安全系统的发展表示了极大关注。1997年4月12日我国在北京首次召开了由电子工业部主办的智能交通系统发展趋势国际研讨会，在和研讨会同时举办的国际汽车电子暨智能公路展览会上，来自全国各地的百家科研院所和企业展出了他们最新的产品和科技成果，反映了我国汽车电子和交通电子产业的水平。本次研讨会和展示会对促进我国应用 ITS（智能交通系统）的发展和加快现代化交通管理起到了积极作用。虽然我国汽车防撞系统的开发同国外发达国家相比，存在较大差距，但在国家政策的大力支持下，我国在汽车防撞系统领域也取得了一定的进步。其中具有代表性的是由上海汽车电子工程中心研制的SAE-100型毫米波汽车防撞雷达样机，采用LFMCW 制式，工作频率 35GHz，测距范围大于100米。由此可见，在汽车保有量的快速发展，车辆和道路的不平衡发展矛盾已经日益严重的中国，大力研究汽车防防追尾系统对解决交通安全问题、减少事故发生以及保护生命财产有着极大的现实意义和广阔的应用背景。
1.2 论文主要研究的内容
汽车防追尾系统是一项综合性的课题，它结合了汽车电子、控制、信号处理技术及通信技术等众多多学科。虽然国际上对于该项技术的研究已经进行了近40多年，一些系统已经应用于高档豪华轿车上,，但我国在这方面的技术还相对比较落后，测距传感器性能较差，虚警率较高，性价比低等问题还有待进一步解决。在倒车防撞系统中由于车辆行驶速度较慢，传感器探测距离较短，且系统设计较为简单，目前已经有很多成型产品被应用于汽车上，所以本论文仅对汽车前向防追尾防撞系统进行研究。其主要研究内容如下：
（1）详细分析汽车发生追尾事故的过程以及原因，对高速公路的汽车追尾预防系统提出功能性的要求；
（2）从运动学和动力学两方面入手，对汽车制动过程进行全面分析，对满足高速公路使用的汽车防追尾系统的制动机构提出相应设计要求，并建立可靠高效地高速公路防追尾系统模型；
（3）针对系统的要求，选择合适的传感器进行信号采集，设计相应的数据处理电路、A/D转换电路、声光警报电路，并制作PCB板对电路进行调试。采用汇编语言和c语言混合编程的方式对系统软件进行编写和调试；
（4）设计静物距离探测实验对系统进行高速公路汽车防追尾模拟，验证系统的
各项功能。
本论文为理论性研究与技术开发，在论文中采用理论与实践相结合的方法，先从各环节的元器件的选择开始，再通过基础实验和理论分析相结合，试验和计算得出系统有效数据，再依照数据对系统进行该改进。
软件方面：在探讨行车信息采集与处理方法的基础上，进行编程调试并验证系统的可靠性和实用性，根据分析所得的数据提出合理的配置方案，并给出方案的具体元器件工作原理与所需的逻辑电路图；对选择合适的警报方式，将系统进行改进，最终确定适用于高速公路的汽车防追尾系统的整体方案；硬件方面：分析各种测距传感器的优缺点，并依据实际需求选择合适的测距传感器,并在此基础上选择合适的单片机与测距传感器相匹配。
1.3 研究目的和意义
汽车的出现，改变了人们的生活方式，扩大了人类生活范围同时也推动了社会经济的发展和人类文化的进步。但给人们的生活带来便捷的同时，也带来了严重的交通安全问题。道路交通事已成为严重的世界性问题，它给国家、社会和家庭带来了巨大的损失和痛苦。根据红十字会的不完全统计：全球每年死于交通事故的人数超过100 万人，另外还有大约1000～1500万人受伤，每年因道路交通事故造成的经济损失大概为5180亿美元。预计至2020年，交通事故将成为人类最大非直接死亡原因之一。随着我国经济的飞速发展，汽车的产量和保有量的急剧增加，我国交通事故死伤人数已连续数年高居世界第一，每年车祸夺去的生命和财产让我们痛心疾首，交通事故已成为“中国第一害”，这些事故中追尾占到了很大的比例，所以研究预防汽车追尾碰撞系统就显得格外重要和具有实际意义。因此，本文研究的如何预防汽车追尾防撞系统的设计是具有实际意义的。
2 汽车防追尾系统的目标及总体设计
2.1 汽车追尾事故分析
2.1.1 驾驶行为及过程
道路上行驶的汽车可看做一个系统，由驾驶员、汽车和道路环境构成，即典型的人—车—路系统，在该系统中驾驶员起到主导驾驶安全的关键作用。按照人行为的经典模式（刺激—机体—反应）划分，驾驶行为可分为感知、判断决策阶和执行三个阶段，如图1所示。
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