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本设计的系统包括传感器感知子系统、中央处理子系统和信息输出子系统组成。通过分析高速公路上行驶的前后两车的三种相对行车状态,提出合理的安全跟车距离计算数学模型;通过对车间距离、相对速度和自车车速的测量方案比较及误差分析,确定采用多普勒调频连续波雷达传感器来测量两车间的实际车速;进而通过中央处理子系统对各传感器信息进行采集和处理,然后做出信息输出和控制安全判读。考虑到系统的实时性、精确性和可靠性,采用性价比比较高的八位微处理器AT89S52作为系统的控制中心,由此而组成中央处理子系统的核心。
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高速公路汽车防撞自动报警制动系统
【摘要】针对我国高速公路交通安全的需要,以及国内外汽车电子技术的应用现状和发
展趋势,综合汽车工程学、汽车电子技术、通讯技术和控制技术等多学科理论,从必要性、
可行性、实用性和经济性等角度出发,提出开发研制汽车防撞报警系统。目的在于当行车处
于危险状态时,发出报警,提醒驾驶员或自动采用相应措施,从而减少或避免高速公路碰撞
事故的发生。
本设计的系统包括传感器感知子系统、中央处理子系统和信息输出子系统组成。通过分
析高速公路上行驶的前后两车的三种相对行车状态,提出合理的安全跟车距离计算数学模型
通过对车间距离、相对速度和自车车速的测量方案比较及误差分析,确定采用多普勒调频连
续波雷达传感器来测量两车间的实际车速;进而通过中央处理子系统对各传感器信息进行采
集和处理,然后做出信息输出和控制安全判读。考虑到系统的实时性、精确性和可靠性,采
用性价比比较高的八位微处理器AT89S52作为系统的控制中心,由此而组成中央处理子系统
的核心。
关键词:安全跟车距离模型 防撞报警系统
PC机模拟通信 声光报警

2 系统分析与数学模型建立
2.1.1系统结构
图2-1 汽车防撞系统示意图
图 2-1 为 汽车防撞报警系统的结构示意图,整个系统由传感器感知、中央处理以及信
息输出三个子系统构成。传感器感知子系统由车辆上的各种传感器组成,用于收集车辆的内
外环境信息;中央处理子系统由信息采集单元与主控制单元组成,用于评估车辆行驶的安全
状态;信息输出子系统由声光报警模块与显示模块组成,为驾驶员提供汽车行驶的安全状态
信息
汽车防撞报警系统的工作原理:利用安装在汽车前保险杠上的雷达传感器实时测量自车
与前方目标物间的距离和相对速度等信息,并通过采集传送至信息采集单元;利用安装在变
速箱输出轴的霍尔车速传感器获得与转轴同速的脉冲信号,输出至信息采集单元进行车速计
算:制动、油门位置及路面附着系数以开关量的形式输入至信息采集单元;信息采集单元对各
种传感器信息进行处理,并把处理结果传送至主控制单元;主控制单元判断当前的行车安全
状态,采取相应的报警方式,警示驾驶员当前的行车状况及需要采取的措施。
系统采用两次报警的方式,如果实际测量间距大于提醒报警距离时,系统绿灯亮、无
报警音,即为安全行车状况:如果实际测量间距小于提醒报警距离而大于危险报警距离时,
系统黄灯闪烁,产生长间隔报警音,即为提醒报警状态,提醒驾驶员需要松开油门踏板:如
果实际测量间距小于危险报警距离时,系统红灯闪烁,产生短间隔报警音,即为危险报警状
态,要求驾驶员必须紧急制动或自动制动。
2.1.2系统技术指标分析
系统能够适用于各种交通环境,首先要求雷达传感器能够在各种交通环境下及时准确地为
系统提供数据信息。根据雷达现有技术及系统安装的方便性,对系统提出了如下一些技术指
标:
(1) 系统由传感器感知子系统、中央处理子系统及信息输出子系统构成。其中,中央处
理子系统由信息采集单元与主控制单元组成:信息输出子系统由声光报警模块与液晶显示模
块组成;
(2) 雷达传感器工作电压为直流10V -16V;控制单元工作电压为直流5V;
PC 机模拟
变
速
器
输
出
轴
霍
尔
车
速
传
感
器
频
率
量
输
入
光
电
隔
离
通信接口
毫米波雷达
测距传感器
主
控
处
理
单
元
LCD 显示
声光报警
模块
电源
控制模块

(3) 雷达传感器对各种天气状况(如大雾、晴天、阴天、雨天和雪天等典型天气)适应性
好,传感器表面脏时仍能正常工作:
(4) 雷达输出参数包括车间距离和相对速度;
(5) 雷达传感器检测距离最小为7m:在能见度大于50m的情况下,检测距离大于120m;在
检测距离为120m位置处,横向测量宽度为3.75m;
(6) 雷达传感器测量误差:距离测量误差绝对值不大于lm,相对速度测量误差绝对值不
大于1Km/h;
(7) 系统报警及时,报警声音强度与警示灯光亮度设置合理,报警抑制信号处理正确、
及时,液晶显示器显示信息准确:
(8) 系统工作温度范围为-30℃-+85℃,温度稳定性好;
(9) 系统抗电磁干扰能力强,可靠性高,最大耐震度为3g(重力加速度);
对于某些安全范围或特殊情况下,要对系统采取抑制报警的措施,以防错误报警导致不良
甚至新的安全威胁。对此要尽可能考虑到各种情况。分析如下:
(1) 驾驶员采取制动时。驾驶员采取制动措施,说明驾驶员已经意识到了行车的危险状况,
在这个时候应该抑制报警
(2) 低速行驶。车辆在城市道路低速行驶和经常性起步停车时,发生恶性交通事故的可能
性很小,因此当自车速度低于一定值(目前确定为40Km/h)时,对报警进行抑制;
(3) 弯道行驶。车辆转弯时,雷达把道路两旁的路障或隔离物当作目标,虚假地判定自车
处于非安全行驶状态,从而发生虚报警,此时亦应对报警进行抑制。
(4) 车辆超前时。当在某个时刻,有另外一辆车通过超车道而在短时间内行进入到本车的
安全距离下,考虑到两者的相对速度达到一定(目前确定为10Km/h)时,对报警进行抑制。
2.2系统安全跟车距离模型
如何保持合适的车间距离是汽车行驶过程中的关键问题。间距过大,则会导致道路通行
能力降低,不利于社会经济的快速发展;间距过小,则车辆行驶时发生交通事故的可能性增
大驾驶员通常是按照自己的经验来判断自车行驶的安全状态,当感觉危险存在时,通常采用
降低车速或者改变行驶方向的方法来避免危险情况的发生,但这种对行车安全状况的判断往
往并不够准确。汽车防碰撞系统作为汽车驾驶的辅助系统,应当建立相对比较合理的安全跟
车距离模型,准确判断前方目标物潜在的危险性程度,既保证车辆行驶的安全性,又保持良
好的道路通行能力,即尽可能保持理想的安全间距。
车辆安全行车间距的确定与车辆的制动距离有着十分密切的联系,经对车辆制动过程的
分析,得出汽车制动距离的计算公式如下:
d:制动距离,单位为m;
v
0
:汽车制动时刻的初速度,单位为m/s;
:驾驶员反应动作时间,即驾驶员发现情况并做出决定,以及将右脚从加速踏板移到
制动踏板所需的时间,单位为s
:制动协调时间,即消除制动踏板间隙,消除各种铰链、轴承间隙以及
制动摩擦片完全贴在制动鼓或制动盘上所需的时间,单位为S。
: 制动减速度增长时间,制动力从0增长到最大所需的时间,单位为s
: 车辆的最大制动减速度,单位为m/s
2

2.2.1系统安全跟车距离模型的建立
根据行车过程的实际状况,把前目标车分为三种运行状态,即静止状态、减速状态以及
匀速或加速状态,分别介绍如下:
前车处于静止状态时,两车间的最危险时刻是自车停止,且与障碍物相隔最
近的时刻,如图2-2所示。为了保证此刻自车的绝对安全,设定自车停止时,两
车间还存在一定的安全间距d
0
(单位:m),则危险报警距离d
b
(单位:m)为:
(2.2.2)
注:其它参数与式(2.2.1)中相同符号参数的定义一致,下同。
提醒报警距离 d
w
,是在危险报警距离的基础上,考虑了自车在驾驶员反应动
作时间内行驶的距离,所以,其计算公式如下:
(2.2.3)
即: (2.2.4)
2) 前车匀速或加速运动
当前车做匀速或加速运动时,两车间的最危险时刻是后车的速度减小至与前车同速时,如
图 2-3 所示。如果在两车速度相等的时刻还没有发生碰撞事故,之后就不再可能发生碰撞事
故了,因为最危险时刻以后,前车继续保持匀速或加速
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