【正文】 的關(guān)鍵。第三章 高速公路最小安全行車(chē)車(chē)間距離的分析 在我國(guó)，高速公路既限制最低車(chē)速(50km/h)，又限制最高車(chē)速(120km/h)，從而使車(chē)輛的運(yùn)行速度控制在一定的范圍內(nèi)。駕駛員采取制動(dòng)措施，說(shuō)明駕駛員已經(jīng)意識(shí)到了行車(chē)的危險(xiǎn)狀況，在這個(gè)時(shí)候應(yīng)該抑制報(bào)警。模型應(yīng)綜合考慮人的駕駛習(xí)慣及交通安全；（4）采用功能強(qiáng)大、性能優(yōu)良的微處理器對(duì)傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、處理，根據(jù)跟車(chē)模型產(chǎn)生聲光報(bào)警信號(hào)及緊急制動(dòng)信號(hào)；（5）根據(jù)汽車(chē)制動(dòng)原理，設(shè)計(jì)合適的緊急制動(dòng)機(jī)構(gòu)；（6）具有顯示、記錄行車(chē)狀態(tài)的功能，方便駕駛員駕駛及事故后對(duì)事故原因的分析；（7）系統(tǒng)抗電磁干擾能力強(qiáng)，可靠性高，抗振性能好，溫度穩(wěn)定性好；（8）系統(tǒng)應(yīng)用范圍廣，可靠性高，總成本低，體積小，便于安裝。正是由于這一時(shí)間延遲的影響，在交通流量大的高速公路上會(huì)引起追尾事故。試驗(yàn)條件估計(jì)車(chē)速為60km/h時(shí)的實(shí)際車(chē)速誤差（%）100km/h車(chē)速保持140m后減速11100km/h車(chē)速連續(xù)行駛30m后減速26100km/h車(chē)速連續(xù)行駛60m后減速 km/h32研究人員把這種現(xiàn)象叫做速度順應(yīng)特性，即行車(chē)時(shí)間越長(zhǎng)，駕駛員判斷的車(chē)速與實(shí)際車(chē)速的誤差越大。由于這些原因，駕駛員對(duì)車(chē)子相對(duì)速度和距離信息掌握不足或者大意，從而引發(fā)追尾事故[11]。如車(chē)速在60km/h時(shí)駕駛員看清行車(chē)前方標(biāo)志的距離為240m,而當(dāng)車(chē)速升至80km/h時(shí),駕駛員則在同樣條件下看清行車(chē)前方標(biāo)志的距離為160m；。（1）在感知階段駕駛員需要知道前方車(chē)輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和自車(chē)的運(yùn)行工況，如果通過(guò)感覺(jué)器官獲得的信息不準(zhǔn)確，或者不能獲得完整的所需要的信息，那么就只有依靠經(jīng)驗(yàn)來(lái)駕駛。（3）執(zhí)行階段。感知階段主要通過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和觸覺(jué)來(lái)獲得道路環(huán)境和自車(chē)的運(yùn)行工況信息，這一階段主要由感覺(jué)器官完成。在倒車(chē)防撞方由于車(chē)輛運(yùn)動(dòng)速度較慢，傳感器探測(cè)的距離較短，系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，目前已經(jīng)有很多的已經(jīng)成型的產(chǎn)品應(yīng)用于汽車(chē)上，所以本論文僅在汽車(chē)前向追尾防撞方面進(jìn)行了研究。在國(guó)家政策的支持下，我國(guó)在汽車(chē)防撞系統(tǒng)研究上也取得了一定的進(jìn)步。在中國(guó)，目前高速公路建設(shè)還不是十分理想的情況下，通過(guò)高科技和安全教育來(lái)改善中國(guó)交通狀況已迫在眉睫。10度，配置在前格柵雷克薩斯車(chē)標(biāo)后面，毫米波束利用9頻道天線以電氣方式進(jìn)行掃描。德國(guó)是研究防撞雷達(dá)裝置最早的國(guó)家，奔馳公司在最新型的Benz6005級(jí)轎車(chē)上，安裝了距離自動(dòng)控制雷達(dá)，可以在40至160公里時(shí)速范圍內(nèi)自動(dòng)調(diào)節(jié)車(chē)速，還可以根據(jù)時(shí)速確定與前車(chē)的距離，一旦距前車(chē)太近，汽車(chē)就自動(dòng)減速以避免追尾碰撞。許多汽車(chē)制造商也對(duì)研究部門(mén)提出建議和要求，認(rèn)為就目就可以了，而且這樣可以降低成本和簡(jiǎn)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。、垂直方向4176。它是世界上第一款采用先進(jìn)的相控陣技術(shù)的車(chē)用雷達(dá)。早期，汽車(chē)防撞系統(tǒng)前向探測(cè)傳感器大多采用的是激光雷達(dá)，日本對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的研究處于世界領(lǐng)先水平，先后研制了單光束激光雷達(dá)、一維掃描式激光雷達(dá)、二維掃描式激光雷達(dá)。美國(guó)的IVI計(jì)劃與通用汽車(chē)公司合作，發(fā)展一套自動(dòng)碰撞預(yù)警/防撞系統(tǒng)并開(kāi)發(fā)相關(guān)的試驗(yàn)系統(tǒng)。2003年日本己經(jīng)開(kāi)始實(shí)施這個(gè)示范計(jì)劃，到2015年將在日本全國(guó)范圍內(nèi)實(shí)施Smart Way計(jì)劃。早在1971年美、德、英、法、日諸國(guó)的各大汽車(chē)公司在開(kāi)展安全實(shí)驗(yàn)車(chē)ESV(Experimental Safety Vehicle )的研制，接著發(fā)展成RSV(Research Safety Vehicle)的研制，后來(lái)在此基礎(chǔ)上又進(jìn)行高水平的汽車(chē)綜合安全系統(tǒng)的研究，以解決汽車(chē)安全中最根本的問(wèn)題。根據(jù)調(diào)查，愿意安裝自動(dòng)防撞器的人占90％，按私人汽車(chē)保有量的20％計(jì)算，每年需要汽車(chē)防撞系統(tǒng)近600萬(wàn)套，實(shí)施此項(xiàng)目還可以帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，解決上萬(wàn)人的就業(yè)問(wèn)題，為社會(huì)避免因車(chē)禍帶來(lái)的直接經(jīng)濟(jì)損失數(shù)億元。％、％、％、％。汽車(chē)發(fā)生碰撞的主要原因是由于汽車(chē)距其前方物體(如汽車(chē)、行人或其它障礙物)的距離與汽車(chē)本身的車(chē)速不相稱(chēng)造成的，即距離近而相對(duì)速度又太高。高速公路屬于全封閉、立體交叉、具有中央分隔帶。照此下去，若車(chē)輛安全技術(shù)和道路交通管理手段跟不上的話(huà)，今后若干年中，我國(guó)的交通事故不但不會(huì)減少，反而還會(huì)有上升趨勢(shì)，造成的經(jīng)濟(jì)損失也會(huì)以相當(dāng)驚人的速度增長(zhǎng)。預(yù)計(jì)至2020年，交通事故將成為造成人類(lèi)非正常死亡的最大的直接原因之一。本文在借鑒了國(guó)內(nèi)外諸多汽車(chē)防撞模型及研究成果的基礎(chǔ)上，從車(chē)輛動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)兩方面詳細(xì)分析了汽車(chē)的制動(dòng)過(guò)程，并且根據(jù)汽車(chē)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)建立了實(shí)用、簡(jiǎn)單的汽車(chē)防撞預(yù)警模型。通過(guò)對(duì)高速公路追尾碰撞事故原因的分析，提出了汽車(chē)追尾防撞預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，并確定了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與汽車(chē)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，公路交通呈現(xiàn)出行駛高速化、車(chē)流密集化和駕駛員非職業(yè)化的趨勢(shì)。、人員傷亡和直接經(jīng)濟(jì)損失的大致情況。所以行車(chē)道上的車(chē)輛與橫向車(chē)輛、行人及對(duì)面車(chē)輛相撞的事故極少。為了防止汽車(chē)與前方物體發(fā)生碰撞，汽車(chē)的車(chē)速就要根據(jù)與前方物體的距離變化由執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，使汽車(chē)始終在安全車(chē)速下行駛。導(dǎo)致致死性交通事故前4位類(lèi)型為追尾、撞停止車(chē)輛、撞行人、撞固定物,％、％、％、10％，追尾是事故發(fā)生的主要類(lèi)型。所以可見(jiàn)隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)得到迅猛發(fā)展，私家車(chē)擁有量快速的增長(zhǎng)，高等級(jí)公路建設(shè)也快速發(fā)展，則不可避免的交通事故頻發(fā)。各大汽車(chē)制造商和一些研究機(jī)構(gòu)相繼也開(kāi)展了汽車(chē)安全性的研究。歐洲代理基金也支持縱向和側(cè)向防撞技術(shù)研究。在歐洲和日本的某些轎車(chē)上，己經(jīng)應(yīng)用了適應(yīng)性巡航控制(ACCAdaptive Cruise，Control)系統(tǒng)，美國(guó)汽車(chē)上也將很快使用該技術(shù)。其中，豐田汽車(chē)公司與Denso公司合作開(kāi)發(fā)的二維掃描式激光雷達(dá)代表了當(dāng)前激光雷達(dá)的最新進(jìn)展，該雷達(dá)通過(guò)將激光雷達(dá)掃描回來(lái)的圖像在豎直方向上進(jìn)行分割，初步實(shí)現(xiàn)了對(duì)目標(biāo)車(chē)輛上下坡道的判別與跟蹤。與機(jī)械掃描雷達(dá)相比，相控陣?yán)走_(dá)的天線無(wú)需轉(zhuǎn)動(dòng)，波束掃描更加靈活，對(duì)目標(biāo)識(shí)別的性能優(yōu)異。雷達(dá)功率為19W。日本各汽車(chē)制造企業(yè)如豐田、日產(chǎn)、馬自達(dá)、本田、三菱等公司，為實(shí)現(xiàn)其運(yùn)輸省提出的“發(fā)展先進(jìn)的安全汽車(chē)(ASV)計(jì)劃”致力于新型安全汽車(chē)技術(shù)研究開(kāi)發(fā)，并取得了重要的進(jìn)展。但是由于這些新技術(shù)價(jià)格過(guò)高，有關(guān)專(zhuān)家估計(jì)，經(jīng)5一10年后，這些先進(jìn)設(shè)備方能進(jìn)入普及型汽車(chē)[8]。用于后方車(chē)輛識(shí)別的毫米波雷達(dá)其左右方向的識(shí)別角高達(dá)177。與研討會(huì)同時(shí)舉辦的國(guó)際汽車(chē)電子暨智能公路展覽會(huì)上，來(lái)自全國(guó)近百家企業(yè)和科研院所展出了最新產(chǎn)品和科技成果。航天工業(yè)總公司8358所激光研究室采用窄脈沖半導(dǎo)激光測(cè)距技術(shù)，所開(kāi)發(fā)的汽車(chē)防撞裝置作用距離大于30米，測(cè)距精度小于1米，但仍然存在一些關(guān)鍵性技術(shù)問(wèn)題未解決，而且價(jià)格偏高。本論文主要完成如下幾部分工作：（1）詳細(xì)分析汽車(chē)發(fā)生追尾事故的過(guò)程以及原因，對(duì)高速公路的車(chē)輛追尾防撞預(yù)警系統(tǒng)提出功能性的要求；（2）從動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)兩方面對(duì)汽車(chē)制動(dòng)過(guò)程進(jìn)行分析，對(duì)防撞預(yù)警系統(tǒng)的制動(dòng)機(jī)構(gòu)提出相應(yīng)設(shè)計(jì)方案，建立實(shí)用的防撞預(yù)警模型,并根據(jù)汽車(chē)性能以及高速公路狀況確定模型的參數(shù)設(shè)置；（3）針對(duì)系統(tǒng)的要求，選擇合適的傳感器對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集，采用高性能的AR微處理器作為中央處理器，設(shè)計(jì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理電路、A/D采集電路、顯示電路、聲光報(bào)警電路,并制作出PCB板對(duì)電路進(jìn)行調(diào)試，從硬件方面可靠性設(shè)計(jì)； （4）采用C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言混合編程的方式對(duì)系統(tǒng)軟件進(jìn)行編寫(xiě)和調(diào)試，從軟件方面進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)；（5）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行防碰撞實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證系統(tǒng)的各項(xiàng)功能。在感知階段，駕駛員對(duì)己存在的道路交通信息的判別和正確理解，是隨后合理進(jìn)行動(dòng)作的保證和基礎(chǔ)。執(zhí)行階段是指駕駛員依據(jù)判斷決策所做出的實(shí)際反應(yīng)和行動(dòng)，具體指手、腳對(duì)汽車(chē)實(shí)施的控制，如加速、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向等，這一階段主要由運(yùn)動(dòng)器官完成。但是駕駛員高速駕駛條件下生理特征會(huì)發(fā)生變化：汽車(chē)駕駛員通過(guò)視覺(jué)機(jī)能從交通環(huán)境中獲得80%以上的交通信息，從而實(shí)施駕駛操作。對(duì)于不同年齡的駕駛員，都遵循同一規(guī)律，即車(chē)速越高，動(dòng)視力越小，故容易產(chǎn)生交通事故；②視野變窄:其變化趨向是隨車(chē)速提高注視點(diǎn)前移,視野變窄,形成“隧道視覺(jué)”。、視野與車(chē)速關(guān)系（2）在判斷決策階段，駕駛員根據(jù)所獲得的距離、相對(duì)速度以及自車(chē)的速度信息，得出安全跟車(chē)距離。這種順應(yīng)特性，也易于誘發(fā)追尾事故。在高速公路上行駛，前車(chē)變速時(shí)，后車(chē)會(huì)作出相應(yīng)的反應(yīng)。 防追尾系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 汽車(chē)防追尾碰撞系統(tǒng)屬于汽車(chē)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)為核心的控制單元和實(shí)現(xiàn)控制意圖的執(zhí)行器三部分構(gòu)成。（2）低速行駛。加之高速公路本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，排除了橫向交通和低速車(chē)輛的干擾，容易使車(chē)輛形成一個(gè)穩(wěn)定的車(chē)輛流，一般稱(chēng)這種交通條件為理想的交通條件，即在同一條車(chē)道上，同向行駛的車(chē)輛以相同的速度、連續(xù)不斷地行駛，并且各車(chē)輛之間保持著一定的車(chē)間距，構(gòu)成了一種穩(wěn)定交通流。而兩車(chē)應(yīng)該保持的最小車(chē)間距離，是隨兩車(chē)行車(chē)狀態(tài)的改變而改變的，所以正確確定兩車(chē)應(yīng)該保持的最小車(chē)間距離與兩車(chē)的行車(chē)狀態(tài)的關(guān)系至關(guān)重要。由于行駛著的汽車(chē)的特殊性，不論A、B兩車(chē)處于何種相對(duì)行駛狀態(tài)，B車(chē)駕駛員無(wú)法預(yù)知A車(chē)駕駛員下一時(shí)刻的行為。(a)和(b)分別為實(shí)際測(cè)試的和簡(jiǎn)化后的曲線。 (5) 持續(xù)制動(dòng)時(shí)間。由于高速公路比較平直，所以可以認(rèn)為汽車(chē)作直線運(yùn)動(dòng)，所以在、時(shí)間段里汽車(chē)所受的阻力主要有三種:滾動(dòng)阻力、空氣阻力,上坡阻力。車(chē)速增加到80 km/h。第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本論文的汽車(chē)追尾防撞系統(tǒng)硬件基本組成包括測(cè)距、測(cè)速傳感器、控制單元和執(zhí)行器。按照測(cè)程它可分為三種:(1)短程激光測(cè)距傳感器測(cè)程≤5km適用于各種工程測(cè)量及車(chē)載防撞雷達(dá)。準(zhǔn)測(cè)率:大于98%。重量: ≤7509。(2)激光測(cè)距傳感器內(nèi)部高溫時(shí)。如遇到雨滴等情況，則接收光傳感器置于外部較好。所以要監(jiān)視接收光元件的直流輸出功率超過(guò)規(guī)定值必須予以報(bào)警。CPU采用ARM7芯片S3C44B0X作為中央處理器。一般工作溫度范圍為40℃+85 ℃。解決不發(fā)生讀瀉仲裁的一個(gè)簡(jiǎn)單方法是執(zhí)行冗余的讀周期，可以通過(guò)只對(duì)一個(gè)端口安排若干級(jí)寫(xiě)操作的地址避免讀/寫(xiě)周期仲裁[25]。采用CMOS工藝，內(nèi)部包含片上時(shí)鐘、麥克前置放大器、自動(dòng)增益控制、帶通濾波器、平滑濾波器和功率放大器。取樣語(yǔ)音直接存儲(chǔ)到片內(nèi)的不揮發(fā)存儲(chǔ)器內(nèi)部，不需要數(shù)字化和壓縮等其它手段。在使用操作模式時(shí)必須注意兩點(diǎn)。RS232C提供了單片機(jī)與單片機(jī)、單片機(jī)與PC機(jī)間串行數(shù)據(jù)通信的標(biāo)準(zhǔn)接口，通信距離可達(dá)到巧米。①LED顯示器的結(jié)構(gòu)及分類(lèi)A、LED顯示器的引腳通常所說(shuō)的LED顯示器由七個(gè)發(fā)光二極管組成。為了顯示數(shù)字或符號(hào)，要為L(zhǎng)ED顯示器提供代碼，因?yàn)檫@些代碼是為顯示字形的，因此稱(chēng)之為字形代碼。所以靜態(tài)顯示方式常用在顯示器數(shù)目較少的應(yīng)用系統(tǒng)中。第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 存儲(chǔ)器在物理結(jié)構(gòu)上分程序存儲(chǔ)器空間和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間，共有四個(gè)存儲(chǔ)器空間:片內(nèi)程序存儲(chǔ)器和片外程序存儲(chǔ)器空間以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間。8751從片內(nèi)程序存儲(chǔ)器和片外程序存儲(chǔ)器取指令時(shí)執(zhí)行速度是相同的。00H 1 FH地址安排為四組工作寄存器區(qū)，每組有8個(gè)工作寄存器(RO}R7)，共占32個(gè)單元。若程序中并不需要四組，那么其余可用作一般RAM單元。存儲(chǔ)單元保留目的0000H0002H 復(fù)位后初始化引導(dǎo)程序0003H000AH外部中斷000BH0012H 定時(shí)器0溢出中斷0013H001 AH 外部中斷100 I B H0022H定時(shí)器1溢出中斷0023H002AH串行端口中斷002BH定時(shí)器2中斷(8751沒(méi)有) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址空間 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM用于存放運(yùn)算結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖、標(biāo)志梯形等。程序存儲(chǔ)器通過(guò)16位程序計(jì)數(shù)器尋址，尋址能力64KB。其原理是把所有顯示器的8個(gè)筆劃段的各個(gè)同段名端并接在一起，并把它們接到字段輸出口上。因此提供給LED顯示器的字形代碼正好一個(gè)字節(jié)[27]。此外顯示器中還有一個(gè)圓點(diǎn)型發(fā)光二極管，用于顯示小數(shù)點(diǎn)。RS一232 C不適于接口兩邊設(shè)備間要求絕緣的情況。以后的操作可以根據(jù)模式的不同從其它地址開(kāi)始。錄放時(shí)間:60秒。這種獨(dú)特的解決方案使用了ISD專(zhuān)利模擬存儲(chǔ)技術(shù)。使用一個(gè)“郵箱”來(lái)傳遞狀態(tài)信息的軟件仲裁系統(tǒng)也是可以使用的。由此就不需要通常雙端口存儲(chǔ)器周期中不可缺少的仲裁邏輯。芯片可以作為聯(lián)接兩個(gè)異步地址/數(shù)據(jù)共用總線子系統(tǒng)的共享存儲(chǔ)器。 車(chē)速傳感器車(chē)速傳感器類(lèi)型較多，測(cè)量原理、測(cè)量方法和輸出信號(hào)形式各有不同。 (2)傳感器內(nèi)部高溫檢測(cè)半導(dǎo)體激光器周?chē)鷾囟仍?0^80℃時(shí)，發(fā)光輸出功率只有常溫時(shí)的一半。(4)由于氣象條件(如大霧)空間的光穿透率下降時(shí)。半導(dǎo)體激光器激光發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)電源單元邏輯控制單元瞄準(zhǔn)顯示單元接收放大單元接收光學(xué)系統(tǒng) 系統(tǒng)開(kāi)機(jī)后，激光測(cè)距傳感器就開(kāi)始進(jìn)行測(cè)距，它將距離信號(hào)通過(guò)串行接口發(fā)送到控制單元。視場(chǎng)：≤7。(3)遠(yuǎn)程激光測(cè)距傳感器幾十km，用于測(cè)量導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星、月球等空間目標(biāo)的距離陰。由第三章分析的防撞模型可知系統(tǒng)需采集本車(chē)的速度和前后兩車(chē)的相對(duì)速度，需測(cè)速傳感器；而測(cè)量自車(chē)與前方障礙物或者車(chē)輛間的距離是系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)警及緊急制動(dòng)判斷的依據(jù)，所以車(chē)載傳感器還需實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)绍?chē)的相對(duì)距離，需測(cè)距傳感器。 (4)車(chē)輛制動(dòng)減速度按照路面附著系數(shù)的平均值來(lái)取，干燥路面取為6，潮濕路面取為5。 最小安全行車(chē)車(chē)間距離的確定從前面的分析可知，當(dāng)A車(chē)急剎停車(chē)時(shí)，為了使B車(chē)不與A車(chē)發(fā)生追尾事故，那么A，B兩車(chē)的最小車(chē)間距離S為: (7) (8)式中，為兩車(chē)停止時(shí)需保持的距離。下面分別討論在各段時(shí)間里B車(chē)的行駛距離。包括駕駛員發(fā)現(xiàn)、識(shí)別障礙物并作出決定的時(shí)間。所以為了