基于单片机的汽车防碰撞系统设计文献综述

 2022-08-30 10:08

基于单片机的汽车防碰撞系统

  1. 前言

现代社会经济的迅猛发展,汽车逐渐进入千家万户,伴随着汽车总量逐年大幅上升,交通拥堵状况也日趋突出,撞车事件频频发生,造成了不可估量的经济损失和无法避免的人身伤亡。据不完全统计,每年全球平均约有 120万人丧生于汽车交通事故中,受伤人数高达 5000 万人。在低收入国家汽车交通事故带来的直接经济损失约占到国民生产总值(GNP)的 1%,在中等收入国家约占到 GNP 的 1.5%,而在高收入国家约占到 GNP 的 2%。全球每年因汽车交通事故造成的经济损失约为 5180 亿美元,这其中低收入和中等收入国家每年的损失就高达 650 亿美元。以 2002 年为例,我国共发生约77 万起与汽车相关的交通事故,其中死亡人数达到 109381 人,平均每天约有 300 人在交通事故中死去。除此之外,仅 2002 年全国汽车交通事故就造成共 56.2 万人受伤,初步估计直接经济损失约 33.2 亿元。权威人士声称,在 2000 至 2020 年期间,高收入国家死于汽车交通事故人数将下降大约 30%,相反低收入和中等收入国家将会大幅上升。若再不采取合理举措,到 2020 年汽车交通事故伤害将跃升到引发全球疾病与伤害的因素中的第 3 位。

鉴于以上情况,世界各国政府都主动将解决汽车交通事故伤害问题作为各项工作的的重中之重,许多国家和地区为此还制订了相应的政策和分解目标。这些目标政策的提出,助推了汽车安全技术的发展,但也对汽车安全性能提出了更严格的要求。汽车安全技术由主动安全技术和被动安全技术构成。

其中,汽车防碰撞系统是世界各国研究汽车安全技术的重点对象。引起了国内外研究者的关注,形成了丰富的研究成果

  1. 国内相关研究

目前,一般都是利用波在介质中的传播速度和时间的关系来测量距离,常见的有红外测距、激光测距和超声波测距三种。依托于这三种测距方法的不断研究与改进,在与智能小车结合后,能够帮助智能小车完成避障和安全行驶。因此,测距报警系统以及测距安全行驶系统成为近年来研发的热门课题,由此可见国内测距报警系统具有很大的发展空间,并将向计算机控制、模糊控制和自动控制等智能化方向发展。市场上流行的测距安全行驶系统的自动控制是以单片机硬件控制为核心,并融合无线通信技术、测距技术等实现。

    1. 超声波测距安全系统

伴随着现代科技技术、工业控制自动化技术、电子技术、信号处理技术、超声波传感器技术、超声波相控技术的快速发展,国内对超声波的关注已不再仅仅停留在在理论上,理论及与其相结合的实物的制造成为重点研发对象。近年来经过国内研究人员不断努力,在超声波测距理论与实际结合方面取得了突破性的进展。在嵌入式应用方面,2008 年,杜晓 同时考虑到测距量程和精度,利用 40k Hz 与20k Hz 两种频率的超声波进行测距,并将脉冲压缩技术很好的与双频超声测距技术相融合应用到超声波测距中,使超声波测距技术既可获得较大的量程,又可得到很高的分辨率。超声波测距具有原理简单、电路实现容易以及成本低廉等诸多优点,在液面检测、移动机器人视觉、汽车防撞预警等方面有广泛的应用。在移动机器人视觉方面,2007 年,田志宏在传感器技术学报发表了自己的研究成果,该成果利用超声波测距原理,设计了一种能够智能避障的自动轮椅,在轮椅的各个方向安装有多组超声波测距传感器,通过对超声波测距传感器测得实时距离值进行处理,并加之一定的避障策略,从而实现了帮助行动不便的人智能避障的功能。王洪青 等人经过不懈努力研制出并行超声波测距系统,该系统采用多组超声波传感器并行工作的方式,能够同时工作实现对距离进行实时检测,经过一定的处理消除了各组相互干扰的隐患,并应用到运动机器人中,经验证完全满足机器人避障的要求。2010 年大连理工大学渠笑纳和刘欣合作开发了超声波测距泊车辅助系统,系统将超声波测距完美的应用到汽车安全中,利用安装在汽车尾部的超声波测距传感器实时测距,并将测距值以多种形式反馈到驾驶室,驾驶员根据信息提示即可轻松实现安全泊车,从而保证了驾驶员和汽车在泊车过程中的安全。

    1. 红外线测距安全系统研究

2011 年湖南大学蒋晓玲、孟志强等人开发了基于红外激光测距技术的汽车防撞保护器

系统,主要依据时间比例放大原理而设计开发了近距离(小于 70 m)的汽车追尾防撞红外测距系统。实际测试结果表明理论研究成果切实可行,测距精度范围为plusmn;1 m,能够很好地实现汽车追尾防撞。同济大学王佳元、罗峰和孙泽昌等人开发了红外光电传感器在自动循迹小车中的应用系统。2001 年湖南大学金湘亮、曾云和陈迪平三人合作建立红外线测距系统并将其应用到汽车防撞系统中,他们采用一种全新的测距原理,并与单片机结合共同构建了红外线测距系统。基于该系统他们设计开发了汽车红外防撞系统,能够自动检测并显示车与障碍物的实时距离,距离值超出设置的安全极限距离时,能够制动报警;结合汽车自动刹车装置,能够实现自动刹车减速功能。经过测试该系统成本低,精确度高,完全符合市场要求。兰州大学的罗宁,李柏年等人开发了基于红外测距传感器的倒车雷达系统,采用 STC 系列单片机作为控制核心,使用 Zigbee 技术实现无线通信,并采用非线性修正来处理电压值和距离,大大提高了倒车雷达系统的精度,经验证可广泛用于汽车防撞系统中。

  1. 国外相关研究

目前,国外已经设计完成并开发成功的智能安全辅助系统有以下五种。

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