汽車防碰撞系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制作

朱立宗+姚志明+許凌志

摘 要：利用紅外雷達(dá)，及超聲波，毫米波等雷達(dá)測距及攝像頭探測汽車前方路況并實(shí)時(shí)反饋給ECU，由ECU判斷前方障礙物的距離，同時(shí)車內(nèi)攝像頭判斷駕駛員是否注意路況，結(jié)合兩者情況并進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)防碰撞的功能。

關(guān)鍵詞：汽車；防碰撞；系統(tǒng)；設(shè)計(jì)制作

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.04.177

0 引言

隨著汽車行駛速度的提高，道路交通的復(fù)雜化，以及雨雪霧等復(fù)雜天氣的影響，對于行車安全出現(xiàn)了越來越多的隱患。本設(shè)計(jì)采用紅外雷達(dá)，超聲波，納米波等雷達(dá)及攝像頭探測前方路況，同時(shí)車內(nèi)攝像頭檢測駕駛員駕駛狀態(tài)的防碰撞系統(tǒng)，既可以減少交通事故，又可以減少誤剎率。

系統(tǒng)的組成與工作原理：

1 系統(tǒng)的組成

汽車防碰撞系統(tǒng)的組成部分：超聲波毫米波等測距雷達(dá)收發(fā)模塊以及紅外側(cè)面及后方雷達(dá)預(yù)警模塊：完成雷達(dá)信號的發(fā)送和接收；數(shù)據(jù)采集調(diào)制模塊：實(shí)時(shí)的采集回波信號 ，并且進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)模轉(zhuǎn)換，以供信息處理系統(tǒng)的使用；信息處理模塊：ECU接收來自數(shù)據(jù)采集調(diào)制系統(tǒng)的信息，并且進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，從而判斷行駛安全性；聲光報(bào)警顯示模塊：主要是兩種測距雷達(dá)，即毫米波測距雷達(dá)、超聲波測距雷達(dá)，雷達(dá)產(chǎn)生所需的波頻信號 ，通過聲音和燈光報(bào)警 ，根據(jù)不同的安全情況 ，進(jìn)行報(bào)警 ，并且對相應(yīng)信息進(jìn)行顯示 ；輔助制動(dòng)模塊：控制電子制動(dòng)器、離合器等，在緊急情況下輔助駕駛員制動(dòng)汽車，同時(shí)安全帶預(yù)緊裝置工作，保護(hù)駕駛員；傳感器模塊 ：通過汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳感器 、油門踏板位置傳感器 、制動(dòng)踏板位置傳感器、溫度、速度等傳感器綜合感知汽車行駛狀態(tài)，同時(shí)采用室內(nèi)駕駛員監(jiān)控?cái)z像頭判斷駕駛員的頭部轉(zhuǎn)向及眼睛打開程度來判斷駕駛員是否進(jìn)入疲勞駕駛，從而減少誤警率和虛警率；路況選擇控制模塊 ：主要包括系統(tǒng)開關(guān)和路況模式選擇開關(guān)，控制系統(tǒng)開閉和不同路況模式的選擇，以及輸入鍵盤進(jìn)行路況控制。

2 系統(tǒng)的工作原理

系統(tǒng)由超聲波測距雷達(dá)，納米波測距雷達(dá)測量前方障礙物的實(shí)時(shí)距離，攝像頭判斷前方道路行人的情況，紅外測距雷達(dá)測量障礙物的距離，車內(nèi)攝像頭采集駕駛員頭部轉(zhuǎn)向及眼睛打開程度，以及通過油門踏板位置傳感器，制動(dòng)踏板位置傳感器，判斷駕駛員的駕駛狀態(tài)，所有雷達(dá)及探頭采集到的信息反饋給ECU，通過預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值存于ECU中，判斷所反饋的信息是否超過標(biāo)準(zhǔn)值，超過后系統(tǒng)將做出相應(yīng)的聲光報(bào)警或采取緊急制動(dòng)措施，系統(tǒng)根據(jù)速度的快慢，決定制動(dòng)力矩的大小，從而達(dá)到更好的制動(dòng)效果

3 系統(tǒng)的控制

（1） 硬件控制系統(tǒng)的組成，主要由控制核心MCU宏晶公司生產(chǎn)的STC89C52。該芯片具有價(jià)格低廉，性價(jià)比高的優(yōu)點(diǎn)，足以應(yīng)對該系統(tǒng)的需求。

MCU根據(jù)測距模塊輸入的信號進(jìn)行處理，與系統(tǒng)的標(biāo)定值進(jìn)行比較對比，計(jì)算測距模塊輸入的信號是否超過標(biāo)定值，根據(jù)超出的百分比進(jìn)行相應(yīng)的控制信號輸出，當(dāng)測距模塊輸入的數(shù)值超過標(biāo)定值，系統(tǒng)開始出現(xiàn)警示燈亮，當(dāng)該數(shù)值超過標(biāo)定值的百分之五進(jìn)行蜂鳴器的報(bào)警，當(dāng)輸入數(shù)值超過百分之十，人體的剎車反應(yīng)無法趕上碰撞之前把車剎停的一個(gè)數(shù)值時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)行自主剎車，同時(shí)系統(tǒng)將根據(jù)速度的快慢進(jìn)行不同力矩的剎車，只要駕駛員有踩剎車的動(dòng)作，系統(tǒng)將會停止剎車，由駕駛員來完成。

（2）軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，汽車啟動(dòng)，程序初始化，判斷車速是否到達(dá)監(jiān)控模15km/h，判斷汽車與前方障礙物的距離，是否小于安全距離D1，小于安全距離D1汽車制動(dòng)，當(dāng)踩下剎車，程序松開自動(dòng)剎車。車速到達(dá)15km/h進(jìn)入監(jiān)控模式二、當(dāng)汽車進(jìn)入安全距離時(shí)，汽車警示燈閃爍，當(dāng)汽車進(jìn)入制動(dòng)安全距離，系統(tǒng)產(chǎn)生制動(dòng)力。軟件程序圖如圖3所示。

4 數(shù)據(jù)采集模塊

系統(tǒng)采用HY-SRF05超聲波模塊用于側(cè)方位測量，由于實(shí)驗(yàn)條件有限使用的是模型車，所以不采用毫米波雷達(dá)。模塊工作原理：采用IO觸發(fā)測距，給至少10us的高電平信號；模塊自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40khz的方波，自動(dòng)檢測是否有信號返回；有信號返回，通過IO輸出一高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間.測試距離=（高電平時(shí)間*聲速（340M/S））/2；本模塊可提供全套測距程序：C51，PIC18F877，超聲波LCD1602顯示，超聲波LCD12864顯示，數(shù)碼管顯示，串口顯示等，測距參考程序。攝像頭采用行車紅外攝像頭。

5 系統(tǒng)執(zhí)行模塊

執(zhí)行模塊由蜂鳴器，LED等，步進(jìn)電機(jī)組成，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)制缸完成制動(dòng)任務(wù)。步進(jìn)電機(jī)采用QS-M42 伺服電機(jī)監(jiān)控電機(jī)搭載的編碼器的反饋調(diào)整電流值，因此即使在急劇的負(fù)載變化或急加速時(shí)也不會失步，可持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，可在低速區(qū)域內(nèi)輸出高轉(zhuǎn)矩，因此可用于頻繁實(shí)施急加速急停的高速寸動(dòng)動(dòng)作及旋轉(zhuǎn)臺控制。步進(jìn)電機(jī)與指令同步動(dòng)作，因此不存在對脈沖指令的響應(yīng)延遲。根據(jù)電機(jī)的負(fù)載狀態(tài)控制電流，大幅減少了步進(jìn)電機(jī)所特有的發(fā)熱及振動(dòng)。進(jìn)行控制時(shí)，不必?fù)?dān)心發(fā)熱或振動(dòng)，定位停止時(shí)無振蕩。

6 結(jié)束語

在設(shè)計(jì)的過程中，充分考慮了系統(tǒng)的可行性，及設(shè)備的工作性能等方面。采用超聲波，攝像頭等雷達(dá)來達(dá)到測距的目的，達(dá)到了實(shí)時(shí)監(jiān)測路況，近距離報(bào)警，安全距離內(nèi)剎車的功能，能夠?qū)ζ嚻鸬桨踩Ｗo(hù)作用。該系統(tǒng)操作簡單，工作穩(wěn)定，具有一定的實(shí)用性。

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本文系廣西科技大學(xué)2016年自治區(qū)級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目《汽車防碰撞系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制作》成果。

作者簡介：朱立宗（1980-），廣西貴港人，講師，主要從事載運(yùn)工具運(yùn)用工程、CAE、職業(yè)教育研究。