車輛開門防撞與預警裝置的設計＊

宋 志，韓兆輝，張威翼，劉永昌，陳佩江

（臨沂大學機械與車輛工程學院，山東 臨沂276002）

本文概述了車輛開門防撞與報警裝置總體布局，在此基礎上，對各部分元件的功用以及雷達系統測距模塊的原理進行簡單闡述。并對雷達系統測距單元的測距特征進行了模擬實驗，針對測量實驗結果，完成了雷達系統測距模塊中的雷達傳感器（探頭）的類型選擇。最后介紹了本裝置的工作原理，得出了在車輛實際應用的結論。

1 汽車開門防撞與預警裝置的總體設計

開門防撞預警裝置包含雷達測距系統模塊、車輛信息感知模塊、車輛預警提示模塊。

根據當前車輛雷達系統存在的問題和預警裝置研究的現狀，對汽車開門防撞預警裝置的基本功能進行了總結，總體布局設計如圖1 所示。

圖1 汽車開門防撞預警裝置的總體布局

1.1 雷達系統測距模塊

采用兩對相同型號雷達傳感器（探頭），型號為TF-Luna型。雷達系統測距模塊安裝在汽車尾部的保險杠上。各傳感器的安裝位置及安裝順序都有相應的規定，安裝時絕對不能出錯，否則傳感器會輸送給電子控制單元（ECU）錯誤的信號，造成汽車開門防撞預警裝置誤報警，對駕乘人員產生很大的影響，達不到預期設想的設計效果。雷達傳感器（探頭）具有質量輕便、探測目標準確、反饋信息速度靈敏等特點。

1.2 雷達系統測距模塊的測距原理

TF-Luna 型基于TOF（Time Of Flight）原理。其原理為雷達系統測距模塊向外發出周期性的紅外光調制波，紅外光調制波遇物體后反射。雷達系統測距模塊經過測量紅外光調制波往復相位差，能準確地計算出后方物體與車輛的距離。雷達系統測距模塊的測距原理如圖2 所示。

圖2 雷達系統測距模塊的測距原理示意圖

1.3 車輛信息感知模塊

電子控制單元（ECU），其功能是根據電控單元ECU 對雷達傳感器（探頭）輸入的信息進行處理，然后做出判斷是否發出指令，向車輛預警提示裝置提供信號。車輛信息感知模塊在汽車開門防撞與預警裝置的總體設計中起到中樞的作用，也是整個系統的核心元件。

1.4 車輛預警提示模塊

車輛預警提示模塊即聲音報警及顯示裝置，其主要作用是為駕駛員及乘客報警，并顯示檢測的結果。本設計中的顯示模塊采用的是LED 顯示屏，系統采用電磁式蜂鳴器，當距離超出預設值時，蜂鳴器就會發出報警響聲，引起駕乘人員的注意。

2 雷達系統測距模塊的測距特征

雖然對雷達測距模塊進行了技術升級，但是由于車輛后方物體較為復雜，有太多的不確定性，不能嚴格分辨出到底是機動車輛還是非機動車輛。

雖然報警裝處于報警狀態，卻不能準確地分析車輛安全性能。這是由本裝置設計的缺陷所導致的，其測距范圍必然會受到被測目標反射率的影響。

只有當被測目標邊長大于等于有效測距邊長時，數據才穩定可靠。有效測距邊長L由視場角決定，計算公式為：d=2×tanβ。其中d為有效測距邊長，β為TF-Luna 型的接收半角1°。

當被測物體邊長不滿足有效測距邊長時，TF-Luna 型輸出測量值（Dist）會出現異常。其測量實驗結果Dist1＜Dist＜Dist2。

3 雷達系統測距模塊的雷達傳感器的選擇

總結目標檢測雷達傳感器的類型及其優缺點，根據傳感器類型的選擇原則和合理性，對汽車開門防撞預警裝置中的雷達系統測距模塊的測距特征進行了分析，雷達傳感器應采用雙角度水平與垂直角度設為不同值，數據更準確，如圖3所示。探頭表面采用平面設計，探頭膠卡采用勝膠材料，有效防止超聲波與車身產生共振帶來的誤報警。

圖3 雷達傳感器（探頭）的雙角度示意圖

4 汽車開門防撞預警裝置的工作原理

汽車開門防撞預警裝置就是利用雷達傳感器具有周期性的向外發出紅外光調制波，經車輛信息感知模塊電子控制單元（ECU）控制，分析雷達傳感器發出與接收信號的時間差，計算出車輛與被測物體間的距離，然后由聲音報警裝置發出不同的報警聲。

當汽車駐車時，本裝置使用雷達傳感器探測車輛后方周圍的區域，如果探測區域內檢測到移動車輛，車輛預警提示模塊內的聲音報警裝置就會發出聲音警告，LED 顯示屏會顯示距離，從而提醒駕乘人員注意后方來往車輛，提高了汽車行駛的安全性能。車輛開門防撞與預警裝置如果能夠得到合理利用，將從根本上減少交通事故的發生。

5 結論

車輛開門防撞與預警裝置，在汽車現有電子設備技術的基礎上，根據車輛雷達系統的原理，采用雷達傳感器作為雷達系統測距模塊，以電控單元為中樞系統，以LED 顯示屏、蜂鳴器為車輛預警提示模塊，本裝置具有測量準確定性高、反應靈敏、成本低等特點，具有較好的應用前景。