提高汽車安全性中雷達系統的應用

摘要:為保障汽車駕駛時的舒適性和安全性，世界各國對汽車防撞技術的研究和發展投入了大量的人力、物力和財力。據統計，危險境況時，如果能給駕駛員半秒鐘的預處理時間，則可分別減少追尾事故的30%，路面相關事故的50%，迎面撞車事故的60%，所以現代汽車安裝各類雷達系統以保障行車安全。

關鍵詞:汽車 安全性 測距技術 防撞 雷達

0 引言

為提高汽車的舒適性和安全性，現代汽車廠家應用先進的測距技術，給汽車安裝了各類的雷達系統，使汽車安全性大大提高，減少事故的發生，確保行車安全。

1 超聲波距離測距

它利用超聲探測原理，在司機倒車時，能正確的從數碼顯示器上了解汽車尾部與障礙物之間的距離。當測距顯示小于報警距離時，還能準確報警，及時提醒司機剎車。超聲波一般指頻率在20kHz以上的機械波，具有穿透性較強、衰減小、反射能力強等特點。超聲波測距儀器一般由發射器、接收器和信號處理裝置三部分組成。工作時，超聲波發射器不斷發出一系列連續的脈沖，并給測量邏輯電路提供一個短脈沖。超聲波接收器則在接收到遇障礙物反射回來的反射波后，也向測量邏輯電路提供一個短脈沖。最后由信號處理裝置對接收的信號依據時間差進行處理，自動計算出車與障礙物之間的距離。超聲波測距原理簡單，成本低、制作方便，但其在高速行駛的汽車上的應用有一定局限性，這是因為超聲波的傳輸速度受天氣影響較大，不同的天氣條件下傳播速度不一樣;另一方面是對于遠距離的障礙物，由于反射波過于微弱，使得靈敏度下降。故超聲波測距一般應用在短距離測距，最佳距離為4～5米，一般應用在汽車倒車防撞系統上。

2 毫米波雷達長距離測距

為了更好的適應道路交通狀況，解決盲區視野問題，在日本和美國開展了大量的工作。如應用毫米波雷達CCD攝像檢測交通狀況，根據危險程度改變直觀信號的音調、顏色和位置，并在顯示器中顯示。實現高度智能化，極大的改善車輛的安全性。

雷達是利用目標對電磁波反射來發現目標并測定其位置的。汽車上應用的雷達采用的是30GHz以上的毫米波雷達。毫米波頻率高、波長短，一方面可縮小從天線輻射的電磁波射束角幅度，從而減少由于不需要的反射所引起的誤動作和干擾，另一方面由于多普勒頻移大，相對速度的測量精度高。在汽車上應用毫米波雷達測距，探測性能穩定，環境適應性能好。

3 激光測距

激光測距裝置是一種光子雷達系統，它具有測量時間短、量程大、精度高等優點，在許多領域得到了廣泛應用。目前在汽車上應用較廣的激光測距系統可分為非成象式激光雷達和成象式激光雷達。非成象式激光雷達根據激光束傳播時間確定距離。它的工作原理是:從高功率窄脈沖激光器發出的激光脈沖經發射物鏡聚焦成一定形狀的光束后，用掃描鏡左右掃描，向空間發射，照射在前方車輛或其他目標上，其反射光經掃描鏡、接收物鏡及回輸光纖，被導入到信號處理裝置內光電二極管，利用計數器計數激光二極管啟動脈沖與光電二極管的接收脈沖間的時間差，即可求得目標距離。利用掃描鏡系統中的位置探測器測定反射鏡的角度即可測出目標的方位。

成象式激光雷達又可分為掃描成象激光雷達和非掃描成象激光雷達。掃描成象激光雷達把激光雷達同二維光學掃描鏡結合起來，利用掃描器控制激光的射出方向，通過對整個視場進行逐點掃描測量，即可獲得視場內目標的三維信息。非掃描成象式激光雷達將光源發出的經過強度調制的激光經分束器系統分為多束光后沿不同方向射出，照射待測區域。由于非掃描成象激光雷達測點數目大大減少，從而提高了系統三維成象速度。

在汽車測距系統中，非成象激光雷達更具有實用價值。同成象式激光雷達相比，具有造價低、速度快、穩定性高等特點。但由于激光雷達測距儀器工作環境處于高速運動的車體中，振動大，對其穩定性、可靠性提出了較高的要求，其體積也受到了一定的限制，同時還要考慮省電、低價、對人眼安全等因素。這些決定了其光源只能采用半導體激光器。目前，在汽車上，上述各種激光雷達測距儀均有應用，但成象式激光雷達還在進一步研究之中。

3.1 自適應巡航控制(Adaptive Cruise Contro) 該裝置是通過裝在汽車前方的雷達傳感器，幫助司機保持適當車速并控制與前方車輛的距離。當需巡航控制時，可通過節氣門的控制和有限制動來調節車速，保持車輛前后之間的距離，并可減少手動變速的動作。

3.2 防碰撞預警系統(COllision Warning SystemS)

3.2.1 防碰撞預警探測系統 該系統采用76GHZ的微波雷達傳感器，能探測距離車輛前方150m以上的物體，不受車輛行駛速度的影響。它能根據所測出的障礙物與本車輛的距離，給司機發出不同的警告，如司機對發出的視覺閃光警告未作出反應，能立即發出蜂鳴聲或響鈴報警。如車輛在行駛狀態時，即能自動工作，可減少前面碰撞的危險。

3.2.2 防側面(左右兩邊)碰撞預警探測系統 該系統采用微波雷達探測行駛在盲區內的車輛及警告司機注意車道左右兩旁的車輛和行人的距離等。當車輛在正常行駛狀態時，該側面探測預警系統會自動工作，它不會對雷達探測器及其他電子系統造成干擾。

3.2.3 防后部碰撞預警探測系統 該系統采用微波雷達探測車輛后部司機看不到區域內障礙物體(固定的或移動的)，探測距離為5m以內，當車輛正常行駛時也會自動工作，能測出后面跟隨車輛的距離，提供警告預防后部車輛碰撞。它為倒車和停車泊位提供了幫助。

3.3 碰撞干預預警系統(ColIision Intervention Systems) 該系統通過微波雷達探測系統，向司機發出預警后，司機如未能及時采取措施，系統就能通過發動機的節氣門控制和有限制動，使車輛自動減速，直至車輛停駛。另外，該系統還能自動控制轉向，幫助司機將車輛行駛在正確的車道上，這對女性駕駛汽車提供了很多方便。1999紳寶9-5型轎車因此銷售量大幅度上升。

4 高招度的攝像系統測距

CCD攝像機是一種用來模擬人眼的光電探測器。它具有尺寸小、質量輕、功耗小、噪聲低、動態范圍大、光計量準確、其線掃描輸出的光電信號有利于后續信號處理等優良特性，在汽車行業也得到了廣泛的應用。利用面陣CCD，可獲得被測視野的二維圖像，但無法確定與被測物體之間的距離。只使用一個CCD攝像機的系統稱為單目攝像系統，在汽車上常用于倒車后視系統，輔助駕駛員獲得后視死角信息，以避免倒車撞物。為獲得目標三維信息，模擬人的雙目視覺原理，利用間隔固定的兩臺攝像機同時對同一景物成象，通過對這兩幅圖像進行計算機分析處理，即可確定視野中每個物體的三維坐標，這一系統稱為雙目攝像系統。雙目攝像系統模仿人體視覺原理，測量精度高。但目前價格較高，同時由于受軟件和硬件的制約，成象速度較慢。隨著計算機軟硬件性能的提高，最終將得到廣泛應用。

目前，在國外已有一些汽車廠家推出了可根據路況控制車速的裝置，如新款奔馳S系列高級轎車裝備了安全距離自動控制雷達系統，不僅可自動調節車速，還能根據的速確定與前車的距離。新系統在汽車后視鏡背后裝置了兩臺微型攝像機以充當“眼睛”。兩臺攝像機指向汽車前方，其間距與人自然間距接近，可提供汽車前方交通情況的三維圖象。通過對比，電腦系統對汽車在道路上所處的位置以及周圍的路況等進行判斷，然后通過傳動裝置對汽車的方向盤、油門或剎車進行自動控制。司機只需重新握住方向盤或踩下油門或剎車，即可輕易“奪回”對汽車的控制權。

隨著科技的進一步發展，汽車雷達系統中車輛測距技術的種類必將越來越多，其應用也不僅是單一的測距方式，而是多種測距方式的混合，集某幾種裝置于一體，互相取長補短，進一步提高系統測量的精度和可靠性。隨著計算機軟硬件技術的發展，成象式測距技術將一步步走向成熟，并代表這種技術的發展方向，在現代汽車駕駛技術中將得到廣泛運用，以保證行車的安全性。