汽车主动避撞系统关键技术研究
一，汽车行驶主动安全技术
长期以来,汽车行驶的安全性主要取决于驾驶人员,由驾驶员失误引发的交通事故占90%以上。随着车流量的增大和车速的提高,人的能力更显不足,导致交通事故频频发生。尽管有越来越多的被动安全措施被应用,但引发交通事故的根本原因未得到解决。因此,开展基于ITS（智能交通系统）的车辆主动安全性研究显得尤为迫切。
主动安全车的基本思想是将“人-车-环境”作为一个整体考虑,通过车载电子装置使车辆具有自动控制的辅助驾驶功能。安全驾驶支持系统(车辆控制和安全系统)是实现这一目标的途径该系统包括检测、安全情报提供、警告、控制功能,主要有障碍物及周围车辆警报系统、视觉支援系统、车间距检测及控制、自动巡航控制系统,加速/偏航及车道自动跟踪系统、驾驶员状态探测及驾驶资格检测警报系统、司机突发病自控系统、汽车技术状况监测系统等。
据统计,在众多交通事故中,汽车碰撞占有很大的比例。汽车主动避撞系统作为ITS中智能车辆子系统的重要研究内容,获得了广泛关注,防撞系统也被看作安全驾驶支持系统的核心。
二，汽车主动避撞的技术思路及系统结构
现代汽车主动避撞系统有3种类型,第一种是针对减轻车辆碰撞危害的车辆主动避撞报警CollisionWarning(CW)系统,对探测到的危险情况给出警报;第二种是针对主动避让的车辆自适应巡航控制AdaptiveCruiseControl(ACC)系统,可以实现简单交通情况下的主动避撞和巡航控制ACC目前研究的较多;第三种是针对复杂交通情况,特别是市区交通环境的车辆智能控制系统,就是将ACC系统辅以车辆停-走StopandGo系统提高车辆智能控制的实用性。
汽车主动避撞系统是利用现代信息技术、传感技术来扩展驾驶员的感知能力,将获取的外界信息传递给驾驶员,并结合汽车的状态辨别目标运动状态、相对运动速度、相对运动方向,确定当前数据所适用的模型,再根据天气、路面状况确定
危急程度、预测事故发生的可能性。在紧急情况下,由车载微处理器发出控制命令,自动采取控制措施,使汽车避开危险,保证车辆安全。系统工作原理如图1所示。
汽车主动避撞系统具备环境探测与辨识功能、事故预测及险情判定功能、自动控制与执行能力,通过障碍物距离检测、控制策略选择、汽车油门、刹车和转向控制系统等,完成上述的预警及控制功能。要实现上述功能,系统至少应包含以下几个功能模块:①行驶信息感知模块,主要由各种传感器构成,不断获得车辆行驶的信息(如到前方障碍物的距离及相对速度信息、自车速度及加速度信息等),并将这些信息提供给处理装置进行处理;②中央处理器,将采集的各种行车信息进行处理,依据预先设定的程序及算法进行计算,估计是否存在危险,并在危险的情况下向执行器发出指令;③控制执行器模块,接受来自控制器的命令,执行相应操作,实现车辆的减速及制动。
三，汽车主动避撞系统的关键技术 1，车辆行驶信息感知和融合技术
车辆行驶信息感知及信息融合技术,就是利用安装于汽车上的各种传感器,实时地对车辆运行参数进行检测,并通过必要的信号处理及信息融合来获得车辆的行驶信息。所用的传感器主要包括:距离测量传感器、车速传感器、节气门位置传感器、制动踏板、加速踏板及离合器动作传感器、车辆加速度传感器、发动机转速传感器以及制动油压传感器等。最基本的是距离测量传感器。
1)距离探测。准确地探测车间距离是避撞系统的基本技术支持。常用的车载
距离传感器有超声波、雷达、激光传感器、视频成像系统等。
传感器必须能够适应各种交通环境,及时准确地为系统提供数据。雷达探测能较好的满足这一要求。激光雷达与微波及毫米波雷达相比,具有体积小、波束窄、成本低、无电磁干扰、距离及位置探测精度高的优点。而1.55μm近红外激光雷达具有人眼安全及较高的大气透过率。
1.最大探测距离。最大探测距离由为避免紧急刹车带来的碰撞而应保持的车间距离决定研究表明,在潮湿路面上,自车以100km/h的速度行驶时探测到前方有障碍,在不发生碰撞情况下停下来,最大探测距离应为120m。
2.测距方法。通常有时间—飞行法、相位法、调频法、脉冲压缩法等。考虑到中近距离作用路程这一特点,通常采用相位法测距,距离d与相位Φ关系为: d=cΔΦ/2πf (1)
式中:ΔΦ为回波信号相位延迟;c为光速;f为光强调制频率(根据距离测量精度的要求确定)。
3.激光雷达扫描系统。激光二极管(LD)经注入式电流调制发出正弦幅度调制的激光束,由发射透镜变成满足要求的光束形状,再用扫描转镜实现水平扫描,向空间发射,照射到前方车辆和障碍物上。由目标反射回来的光从扫描镜经接收光组聚到雪崩管(APD)上,变成电信号。该电信号经低噪声放大、自动增益控制电路(AGC)进入鉴相器。利用一部分反射光落在一维位置探测器(PSD)的位置,测定扫描光束角度。其工作原理如图2所示。
2)信息的提取。从雷达直接获得的目标信息是方位角θ、距离d,为去除信号中的随机误差,须对原始数据进行处理后,方可在系统计算中应用。还要应用雷达