車輛防追尾系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的算法

尤云海

(三明學(xué)院，福建 三明　365000)

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車輛防追尾系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的算法

尤云海

(三明學(xué)院，福建 三明365000)

摘要：汽車防追尾碰撞系統(tǒng)屬于汽車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),一般由發(fā)出控制信號(hào)的傳感器,以計(jì)算機(jī)為核心的控制單元和實(shí)現(xiàn)控制目的的執(zhí)行器三部分構(gòu)成。傳感器是系統(tǒng)中信息的輸人部分,傳遞給控制單元;控制單元是控制系統(tǒng)的中樞,是系統(tǒng)中的信息處理部分,它通過處理、分析和計(jì)算輸人信息形成控制指令,將形成的控制決定傳輸給執(zhí)行器,處理是控制系統(tǒng)對(duì)輸入的響應(yīng)過程,通過對(duì)這三個(gè)部分的設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)預(yù)報(bào)警功能,提醒駕駛員采取減速、剎車以及自動(dòng)向后面的車發(fā)出警告信息等。

關(guān)鍵詞：車輛；防尾追系統(tǒng)；傳感器

一、前言

近幾年我國汽車總量不斷增加，根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)未來我國汽車總量將達(dá)到4.9億。盡管國家在采取不同的措施實(shí)現(xiàn)交通安全，避免交通事故。但是由于數(shù)量龐大，撞車事故還是不斷發(fā)生。針對(duì)這一現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)一款反應(yīng)快，穩(wěn)定性好且相對(duì)經(jīng)濟(jì)的汽車防碰撞報(bào)警系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。汽車防碰撞系統(tǒng)是一種向司機(jī)發(fā)出信號(hào)的裝置。當(dāng)汽車與障礙物之間的距離達(dá)到極限時(shí)，汽車發(fā)出報(bào)警信號(hào)，達(dá)到提醒司機(jī)防止碰撞的目的。

二、汽車防追尾碰撞系統(tǒng)的工作原理及系統(tǒng)組成

(一)汽車防追尾碰撞系統(tǒng)的工作原理。

系統(tǒng)開始工作時(shí),測(cè)距離的傳感器發(fā)出光或波,同時(shí)定時(shí)器開始計(jì)時(shí),光或波返回被傳感器接收到,當(dāng)計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí),計(jì)算出實(shí)際車間距離,并根據(jù)其變化率計(jì)算出兩車間的相對(duì)速度。車速傳感器將測(cè)得的車速傳遞給控制單元,將本車車速與相對(duì)速度相加得到前車的速度,計(jì)算出這時(shí)的行車臨界安全車之間的距離;然后再送至控制單元與臨界安全車間距離進(jìn)行比較,如果實(shí)際車間距離小于或等于臨界安全車間距離時(shí),則控制單元發(fā)信號(hào)給執(zhí)行報(bào)警單元,從而提醒駕駛員做出相應(yīng)的動(dòng)作,從而有效地避免事故的發(fā)生。為了防止被動(dòng)性的不安全,控制單元在必要時(shí)也會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)給后方車輛,讓后方車輛的駕駛員知道前方有不安全事件即將發(fā)生,提前做出動(dòng)作,避免造成嚴(yán)重的交通事故。

(二)系統(tǒng)的構(gòu)成。

汽車防追尾碰撞系統(tǒng)屬于汽車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),一般由感測(cè)控制信號(hào)的傳感器,以計(jì)算機(jī)為核心的控制單元以及實(shí)現(xiàn)控制意圖的執(zhí)行器三部分構(gòu)成。傳感器是系統(tǒng)中信息的輸人部分,它用于感測(cè)控制系統(tǒng)外部的信息,并將得到的信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后傳輸給控制單元,輸人信息是引起控制系統(tǒng)發(fā)生變化的原因,在汽車防追尾碰撞系統(tǒng)中,測(cè)距傳感器則是把所測(cè)到的行車環(huán)境信息(前方車輛的車距、方位等)傳遞給控制單元;控制單元是控制系統(tǒng)的中樞,是系統(tǒng)中的信息處理部分,它通過處理、分析和計(jì)算輸人信息形成控制指令,將形成的控制決定傳輸給執(zhí)行器。處理是控制系統(tǒng)對(duì)輸入的響應(yīng)過程,本系統(tǒng)的控制單元?jiǎng)t完成防碰撞預(yù)測(cè)與判斷功能(路徑、臨界車距計(jì)算、安全/危險(xiǎn)),危險(xiǎn)時(shí)發(fā)出信息給執(zhí)行單元,實(shí)現(xiàn)預(yù)報(bào)警;執(zhí)行器則是控制系統(tǒng)的輸出部分,它將電控單元形成的控制指令轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)現(xiàn)控制目標(biāo)的物理運(yùn)動(dòng),輸出是系統(tǒng)根據(jù)輸入產(chǎn)生的結(jié)果。本系統(tǒng)的執(zhí)行單元主要是實(shí)現(xiàn)預(yù)報(bào)警的功能,最終用來提醒駕駛員采取減速、剎車以及自動(dòng)向后方的車發(fā)出警告信息等有效措施。

三、軟件設(shè)計(jì)

(一)控制單元的軟件設(shè)計(jì)。

控制單元的軟件可以分為程序和數(shù)據(jù)兩部分,程序的結(jié)構(gòu)取決于控制單元的功能,數(shù)據(jù)要與程序的特定部分相聯(lián)系,并在控制系統(tǒng)自檢時(shí)保持一定。程序一般包括以下幾個(gè)部分:(1)軟件與控制單元的匹配部分:控制單元的初始化和微處理器與外圍設(shè)備的內(nèi)部服務(wù);(2)軟件的控制功能部分:其結(jié)構(gòu)取決于控制系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)的控制功能;(3)安全保險(xiǎn)功能部分:如輸出電路發(fā)生短路的處理過程、輸人信號(hào)出現(xiàn)異常時(shí)確定替代值、根據(jù)要求設(shè)置軟件檢測(cè)程序;(4)自檢及環(huán)境測(cè)試所需的診斷和通訊部分。

(二)程序設(shè)計(jì)算法思想。

設(shè)計(jì)算法思想源于雙CPU結(jié)構(gòu)，因此需要對(duì)二個(gè)CPU分開進(jìn)行編程。我們規(guī)定CPU1主要搜集車速和車向信息，第一步先通過轉(zhuǎn)向情況判斷數(shù)據(jù)是否正常，如果正常就進(jìn)行車速信息的收集。第二步根據(jù)CPU2傳過來的相對(duì)速度信息判斷前車速度，根據(jù)車速計(jì)算二車臨界安全車距，最后根據(jù)CPU2所采集的車間距離與安全車間距離進(jìn)行比較,如果安全則循環(huán)，若不安全則輸出車間距離進(jìn)行比較。;CPU2主要負(fù)責(zé)收集車間距離信息、兩車間相對(duì)車速計(jì)算、鍵盤操作與顯示車間距離。

三、系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

(一)距離信息的接收。

通過激光測(cè)距傳感器測(cè)得的實(shí)際車間距離信息，經(jīng)過RS-232C串行接口、串行接口驅(qū)動(dòng)器MAX232傳送到CPU2。由于BJ-1型激光測(cè)距傳感器中的單片機(jī)是將測(cè)得的 實(shí)際車間距離進(jìn)行了處理之后傳送給CPU2的，故激光測(cè)距傳感器與CPU2之間的數(shù)據(jù)通信屬于單片機(jī)之間的雙機(jī)通信，且屬于單工模式，但為了減少由于汽車振動(dòng)等原因所引起誤測(cè)，在對(duì)CPU2距離信息接收進(jìn)行編程時(shí)，要對(duì)激光測(cè)距傳感器傳入的實(shí)際車距信息進(jìn)行數(shù)字濾波處理，然后再將其存儲(chǔ)到{DS 1609}。

(二)兩車相對(duì)速度計(jì)算。

通過對(duì)實(shí)際車間距離測(cè)量，由CPU2計(jì)算其對(duì)時(shí)間的變化率，即可得出兩車之間的相對(duì)速度。

(三)本車速度的信息收集。

通過對(duì)實(shí)際車間距離測(cè)量，由CPU2計(jì)算其對(duì)時(shí)間的變化率，即可得出兩車之間的相對(duì)速度。速度信息屬于頻率信號(hào)。

頻率信號(hào)在單片機(jī)中的處理方式有兩種:(1)頻率=N個(gè)/1秒；(2)頻率=1/周期。

在單片機(jī)進(jìn)行速度信息處理時(shí)，由于實(shí)時(shí)性比較強(qiáng)，所以一般采用方式(2)。但在汽車運(yùn)行過程中得到的周期的脈沖寬度

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并不是固定不變的，在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)要對(duì)其進(jìn)行平均處理，使所測(cè)得的速度值盡量接近本車的真實(shí)速度值。

(四)前車速度計(jì)算。

CPU1從DS 1609中取出CPU2計(jì)算的相對(duì)速度信息，與本車速度相加就可得到 前車的速度。

(五)行車臨界安全車距計(jì)算。

CPU1根據(jù)本車速度和前車速度所在的范圍查詢程序存儲(chǔ)器預(yù)先編制好的數(shù)據(jù)表即可得到行車臨界安全車距。

(六)安全/危險(xiǎn)判斷功能的實(shí)現(xiàn)。

將兩車間的實(shí)際車間距離信息與行車臨界安全車距進(jìn)行比較，若實(shí)際車間距離小于或等于行車臨界安全車間距離，則判定為危險(xiǎn)，否則為安全。危險(xiǎn)時(shí)單片機(jī)則啟動(dòng)報(bào)警電路進(jìn)行報(bào)警

(七)譯碼顯示功能。

CPU2將實(shí)際車間距離數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成BCD碼，然后發(fā)送到譯碼顯示電路顯示。

(八)報(bào)警功能。

報(bào)警電路被啟動(dòng)，系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出報(bào)警。報(bào)警可分為聲音報(bào)警和燈光報(bào)警，聲音報(bào)警由工SD2560來完成，采用模式5;燈光報(bào)警由發(fā)光二極管導(dǎo)通或截止來實(shí)現(xiàn)。

四、結(jié)語

本系統(tǒng)研究了一種能夠通過聲光報(bào)警方式提醒駕駛員采取相應(yīng)措施避免與前方車輛相撞的汽車防追尾碰撞系統(tǒng)。這是一種主動(dòng)汽車安全系統(tǒng)。裝有本系統(tǒng)的汽車在高速公路上正常行駛時(shí),當(dāng)本車車頭接近前車車尾,并有可能與前車發(fā)生追尾碰撞時(shí),該系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出報(bào)警信息,在系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警后,本車駕駛員應(yīng)采取制動(dòng)減速或加速超車等相應(yīng)措施以避免與前車發(fā)生汽車追尾碰撞事故。

參考文獻(xiàn)：

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中圖分類號(hào):U463.6

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-864X(2016)04-0173-02

作者簡(jiǎn)介：尤云海(1993.8-)，男，漢族，福建福安，三明學(xué)院，本科。