【正文】 的處理及控制；6）存儲、通信模塊，負責行車狀態(tài)的記錄及與其他設備的信息交換?？刂茊卧强刂葡到y(tǒng)的中樞，是系統(tǒng)中的信息處理部分，它通過處理、分析和計算輸人信息形成控制指令，并將形成的控制決定傳輸給執(zhí)行器，處理是控制系統(tǒng)對輸入的響應過程，本系統(tǒng)的控制單元則完成防碰撞預測與判斷功能(路徑、臨界車距計算、安全/危險?)，危險時發(fā)出信息給執(zhí)行單元，實現(xiàn)預報警。 防追尾系統(tǒng)總體設計 汽車防追尾碰撞系統(tǒng)屬于汽車計算機控制系統(tǒng)，一般由感測控制信號的傳感器，以計算機為核心的控制單元和實現(xiàn)控制意圖的執(zhí)行器三部分構(gòu)成。具體的設計要求如下：（1）雷達傳感器對各種天氣狀況（如大霧、晴天、雨天、陰天和雪天等典型氣候）適應性好；（2）選取合適的傳感器探測汽車側(cè)面狀況，防止汽車側(cè)面碰撞，探測行駛路面情況，為防撞模型提供合適的參數(shù)；（3）根據(jù)交通安全法規(guī)及高速公路特性建立適當?shù)母嚹Ｐ?。當交通量很大時，某些車間距很短，在車速很高的車隊里，一旦前車車速有所降低常會發(fā)生后繼各車相繼追尾的連鎖反應。這時可能前車又加速，后車又隨之加速，但此時前車也許已保持勻速行駛。在高速公路上行駛，前車變速時，后車會作出相應的反應。從信息到完成操縱有一時間延遲，這一時間延遲隨操縱特性的不同而不同。如果操作準確無誤，并且判斷決策準確及時，那么就可以避免事故發(fā)生，使車輛以安全狀態(tài)運動；如果在緊急情況下，或者駕駛員來不及反映，就會引起誤操作或者操作不能達到預期的效果，從而導致事故發(fā)生。這一方面與駕駛員對高速公路的行車規(guī)定、行車知識缺少了解有關以外，另一方面就是駕駛員的速度順應特性造成的，這是一個不容忽視的因素。這種順應特性，也易于誘發(fā)追尾事故。主觀感覺是駕駛員根據(jù)看到周圍景物的移動和身體的感受，以及聽到的風聲來判斷車速的，因此易產(chǎn)生誤差，特別在高速長距離行駛時，更是如此（）。但是，由于高速公路長時間行車的單調(diào)性,易使駕駛員注意力分散，對緊急情況下的感知遲緩,判斷準確率降低，如果駕駛員經(jīng)驗不足，或者判斷有誤。如果當前距離小于安全跟車距離時，汽車應該改變原來的運行狀態(tài)，并且發(fā)出相應的指令，采取減速或者制動的操作。、視野與車速關系（2）在判斷決策階段，駕駛員根據(jù)所獲得的距離、相對速度以及自車的速度信息，得出安全跟車距離。車速越快，視野越小，注意力隨之引向景象的中心()而置兩側(cè)于不顧，易形成“隧洞視”現(xiàn)象，使駕駛員易于疲勞甚至打磕睡，從而引發(fā)追尾等交通事故；③注意力分散、準確判斷能力降低:隨著駕駛時間的增加,駕駛員的注意力會不自覺的分散，使其對車速的敏感性降低；④誘導睡意:在全封閉的高速公路上長時間行車易使駕駛員產(chǎn)生單調(diào)感,導致意識渾沌,誘導睡意。隨著車速的提高，近處景物相對汽車移動的速度提高。汽車高速行駛時，駕駛員的視野變得很狹小。對于不同年齡的駕駛員，都遵循同一規(guī)律，即車速越高，動視力越小，故容易產(chǎn)生交通事故；②視野變窄:其變化趨向是隨車速提高注視點前移,視野變窄,形成“隧道視覺”。對于同一個人，以不同的速度駕車行駛，動視力差別很大，車速越高，能看清楚的距離越短。動視力是指汽車在行進中駕駛員能看清物體的(最遠)距離。其中對駕駛影響較大的是動視力和視野。但是駕駛員高速駕駛條件下生理特征會發(fā)生變化：汽車駕駛員通過視覺機能從交通環(huán)境中獲得80%以上的交通信息，從而實施駕駛操作。根據(jù)前面的分析，我們可以找出追尾事故產(chǎn)生在三個不同階段的原因[10]。在追尾事故發(fā)生的前一刻時間，駕駛員獲得道路環(huán)境狀態(tài)信息。這就要求駕駛員在非常短的時間內(nèi)，根據(jù)綜合判斷的結(jié)果及對現(xiàn)有狀態(tài)的認識和理解，來確定要素的瞬時或者隨后狀態(tài)，以便于正確的決策和協(xié)調(diào)動作。執(zhí)行階段是指駕駛員依據(jù)判斷決策所做出的實際反應和行動，具體指手、腳對汽車實施的控制，如加速、制動、轉(zhuǎn)向等，這一階段主要由運動器官完成。駕駛員可以從道路環(huán)境、車內(nèi)顯示儀表板或直接通過感覺器官來識別道路交通狀態(tài)中的要素及相應特性。識別道路交通環(huán)境中的各個關鍵要素是首位。（2）判斷決策階段。在感知階段，駕駛員對己存在的道路交通信息的判別和正確理解，是隨后合理進行動作的保證和基礎。汽車運行狀態(tài)判斷決策執(zhí)行感知道路環(huán)境信息（1）感知階段。在該系統(tǒng)中，駕駛員是關鍵因素，對行車安全起著主導作用。硬件方面：探討各種測距傳感器的優(yōu)缺點，根據(jù)實際要求選擇合適的測距傳感器，并在此基礎上選擇合適的單片機與測距傳感器相匹配；軟件方面：在探討行車信息采集與處理方法的基礎上，進行編程調(diào)試以及驗證其系統(tǒng)的性能和實用性，根據(jù)分析所得的數(shù)據(jù)提出合理的配置方案，并給出方案的具體元器件工作原理與所需的邏輯電路圖；對報警方式進行優(yōu)選和實驗，將系統(tǒng)改進并優(yōu)化，最終確定高速公路汽車追尾系統(tǒng)的整體方案。本論文主要完成如下幾部分工作：（1）詳細分析汽車發(fā)生追尾事故的過程以及原因，對高速公路的車輛追尾防撞預警系統(tǒng)提出功能性的要求；（2）從動力學和運動學兩方面對汽車制動過程進行分析，對防撞預警系統(tǒng)的制動機構(gòu)提出相應設計方案，建立實用的防撞預警模型,并根據(jù)汽車性能以及高速公路狀況確定模型的參數(shù)設置；（3）針對系統(tǒng)的要求，選擇合適的傳感器對信號進行采集，采用高性能的AR微處理器作為中央處理器，設計相應的數(shù)據(jù)處理電路、A/D采集電路、顯示電路、聲光報警電路,并制作出PCB板對電路進行調(diào)試，從硬件方面可靠性設計； （4）采用C語言和匯編語言混合編程的方式對系統(tǒng)軟件進行編寫和調(diào)試，從軟件方面進行可靠性設計；（5）設計實驗對系統(tǒng)進行防碰撞實驗，驗證系統(tǒng)的各項功能。 論文主要研究的內(nèi)容汽車智能防撞系統(tǒng)是一項融合汽車電子技術、現(xiàn)代控制技術、信號處理技術及通信技術等多學科的綜合性課題，雖然國際上對于該項技術的研究已經(jīng)進行了近40多年一些系統(tǒng)已經(jīng)應用于高檔豪華轎車上了，但我國在這方面的技術還相對比較落后，測距傳感器性能較差，虛警率較高，性價比低等問題需要進一步解決。整個系統(tǒng)由上下兩部分構(gòu)成:上面部分包括天線、前端和中頻放大模塊，輸出信號為經(jīng)過放大了的中頻信號；下面部分為數(shù)據(jù)處理和顯示報警模塊，可以顯示目標距離和相對運動速度。 上海汽車電子工程中心研制的SAE100型毫米波防碰撞雷達系統(tǒng)樣機，采用零差FMCW體制，工作頻率35GHz,測距范圍大于100m,測速范圍大于100km/h。航天工業(yè)總公司8358所激光研究室采用窄脈沖半導激光測距技術，所開發(fā)的汽車防撞裝置作用距離大于30米，測距精度小于1米，但仍然存在一些關鍵性技術問題未解決，而且價格偏高。90年代中期以來，我國交通運輸屆的科學家和工程技術人員開始跟蹤國際上智能交通系統(tǒng)(ITS)發(fā)展，交通部將智能交通系統(tǒng)的研究納入了科技發(fā)展“九五”計劃和2010年發(fā)展綱要，并于1998年1月成立了智能交通運輸系統(tǒng)工程研究中心，國家科技部籌建了中國ITS政府協(xié)調(diào)小組。同時最新研究還要求汽車應有自動記錄功能報導交通事故的系統(tǒng)(類似于飛機上的“黑匣子”以確定汽車發(fā)生交通事故的真正原因)，這對“提高汽車安全性”措施的研究是有很大幫助的。這次研討會和展示會對促進我國應用ITS(智能交通系統(tǒng))加快交通進步及現(xiàn)代化起了積極作用。與研討會同時舉辦的國際汽車電子暨智能公路展覽會上，來自全國近百家企業(yè)和科研院所展出了最新產(chǎn)品和科技成果。與會代表認為，中國是經(jīng)濟發(fā)展中國家，車輛的發(fā)展高出慕尼黑平均速度9%，道路和車輛的不平衡發(fā)展的矛盾日益嚴重化，大城市環(huán)境污染也十分嚴重。相對速度（km/h）80~240360~+360未述及~180未述及相對速度精度（km/h）未述及未述及1%掃描速度（Hz）3310未述及未述及20我國早在二十世紀90年代就對主動安全系統(tǒng)的發(fā)展也表示了極大關注。由于是以電子方式對毫米波束進行掃描，因此毫米波雷達的縱深尺寸也變小毫米波雷達的投影面積僅有煙盒大小。用于后方車輛識別的毫米波雷達其左右方向的識別角高達177。該雷達使用76GHz頻段的毫米波，前方用的毫米波雷達左右方向的識別角為177。如：奔馳S系列、美洲虎XKR系列、尼桑Nissan的Q45，F(xiàn)X45系列、凌志330和430系列、奧迪A8系列，以及卡迪拉克的某些選配車型。此外，日本NEC、本田、村田制作所，德國VDO、寶馬、博世（Bosch），美國德爾福（Delphi）、福特以及瑞典沃爾沃等公司都競相研制和生產(chǎn)車用雷達。但是由于這些新技術價格過高，有關專家估計，經(jīng)5一10年后，這些先進設備方能進入普及型汽車[8]。它們中的部分產(chǎn)品已經(jīng)在載重汽車上付諸使用。本田公司使用具有扇形激光束掃描的雷達傳感器，即使車輛在彎道行駛也能監(jiān)測到本車與前方汽車或障礙物的距離，當本車與前方的汽車或障礙物的距離降低到規(guī)定值時，若駕駛員仍未及時采取相應措施，便發(fā)出警告信號。該系統(tǒng)的505駐車系統(tǒng)開關為駕駛員提供自動駐車的選擇。日本各汽車制造企業(yè)如豐田、日產(chǎn)、馬自達、本田、三菱等公司，為實現(xiàn)其運輸省提出的“發(fā)展先進的安全汽車(ASV)計劃”致力于新型安全汽車技術研究開發(fā)，并取得了重要的進展。但是就目前情況來看，國際上研制出的用于高速公路上的防撞雷達基本上都只具有向駕駛員提供危險警報的功能，為駕駛員爭取一定的反應時間。整個過程不需要人工控制，從而大大地減輕了駕駛員的負擔，使駕駛變得更加安全和舒適。這種新型的防撞雷達主要應用在高速公路的“AICC”即自主智能巡航控制系統(tǒng)中。雷達功率為19W。6176。在短短的幾年間，該防撞系統(tǒng)已經(jīng)在美國的5000輛大型卡車上裝配使用。該公司生產(chǎn)的AC10和AC20毫米波雷達，采用單片微波集成電路（monolithic microwave IC，MMIC）制造，性能卓越、角度大、精度高，可自動對同一物體進行識別，無需進行后續(xù)信號識別處理。與機械掃描雷達相比，相控陣雷達的天線無需轉(zhuǎn)動，波束掃描更加靈活，對目標識別的性能優(yōu)異。日本豐田公司與Denso公司、三菱公司合作開發(fā)的電子掃描式毫米波（electronically scanning MMW）雷達，采用調(diào)頻連續(xù)波測距方式，結(jié)構(gòu)緊湊、抗干擾性能好。車用毫米波雷達的研究始于20世紀60年代。但由于激光的散射特性，激光雷達不能適應惡劣天氣環(huán)境，而且激光雷達價格昂貴，所以沒有廣泛的應用于汽車上。其中，豐田汽車公司與Denso公司合作開發(fā)的二維掃描式激光雷達代表了當前激光雷達的最新進展，該雷達通過將激光雷達掃描回來的圖像在豎直方向上進行分割，初步實現(xiàn)了對目標車輛上下坡道的判別與跟蹤。在汽車防撞系統(tǒng)中，前向探測傳感器的性能在很大程度上決定了整個系統(tǒng)的防撞效果。歐洲開放基金資助進行駕駛員的監(jiān)測、道路環(huán)境的感知、視覺增強、汽車距控制以及傳感器融合方面的研究。1999年，日本三菱公司引入一套新的駕駛員預警系統(tǒng)，它可以進行車輛離道報警，并借助機器視覺監(jiān)視車輛側(cè)面和后面的交通情況。在歐洲和日本的某些轎車上，己經(jīng)應用了適應性巡航控制(ACCAdaptive Cruise，Control)系統(tǒng)，美國汽車上也將很快使用該技術。該系統(tǒng)由1臺電視攝像機來測定道路邊界和曲度，再根據(jù)電視攝像機所獲得的信息來控制激光雷達，這時激光雷達就可隨著汽車的實際路線來調(diào)整探測的方向，增加有效作用距離，實現(xiàn)對障礙物的最佳探測[7]。這種激光測距系統(tǒng)由3部分組成:1臺傳感器頭(包括測距傳感器和電視攝像機)，1臺數(shù)據(jù)記錄器和控制單元，以及1臺儀表板顯示單元，位于車頭前的這種系統(tǒng)可向司機提供與其它車輛和障礙物之間的距離及相對速度數(shù)據(jù)，還可提供視頻圖像。各國都投人了相當?shù)牧α浚瑢嵤┰谄嚢踩夹g方面的各項課題研究。歐洲代理基金也支持縱向和側(cè)向防撞技術研究。日本的Smart Way計劃(智能公路計劃)中，提出要在車輛上采用諸如車道保持、十字路口防撞、行人避讓和車距保持等智能車輛技術。況且由于汽車雷達工作環(huán)境惡劣，干擾因素眾多，在實驗室中制造樣機時，對許多因素考慮不夠全面，導致其在實際應用中工作效果不佳，不能令人滿意。國際上對于汽車安全防撞系統(tǒng)的研究始于20世紀60年代，在此后的10年時間內(nèi)，以德國、日本、美國為代表的主要西方國家形成了一股研究熱潮，眾多科研機構(gòu)與汽車制造廠家緊密合作，有多臺樣機問世，并有一些相應的實驗結(jié)果和論文發(fā)表。各大汽車制造商和一些研究機構(gòu)相繼也開展了汽車安全性的研究。發(fā)達的汽車工業(yè)國家都耗費了巨大的人力、物力、財力不斷研制新型的汽車安全裝置，并在國家的法規(guī)、政策指導下，開發(fā)了各種安全運行的交通系統(tǒng)，例如仃S系統(tǒng)(新一代智能運輸系統(tǒng))等等。為了有效保障汽車安全性和使用安全性，發(fā)達國家分別頒布了汽車安全性的國際標準(150標準)、歐共體標準(ECE標準)、聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會標準(EEC標準)和各國標準，其中美國的聯(lián)邦機動車安全標準(F入IVSS)、日本汽車安全標準舊本汽車保安基準)對世界汽車安全性研究具有很重要的影響力。因此，本文研究的如何預防汽車追尾防撞系統(tǒng)的設計是具有實際意義的[6]。所以可見隨著我國經(jīng)濟得到迅猛發(fā)展，私家車擁有量快速的增長，高等級公路建設也快速發(fā)展，則不可避免的交通事故頻發(fā)。2006年末全國民用汽車保有量達到4985萬輛（包括三輪汽車和低速貨車1399萬輛），％，其中私人汽車保有量2925萬輛，％。近年來由于電子技術的飛躍發(fā)展，使得相關技術日新月異，尤其是信息產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，使得研制高度信息化的交通安全系統(tǒng)有了基礎，因此便出現(xiàn)了旨在提高現(xiàn)有道路利用率、發(fā)揮道路交通潛能、全面提高交通運行的便捷性和安全性的新型交通系統(tǒng)，即智能交通系統(tǒng)(Intelligent Transportation System，簡稱ITS) [4]。2005年1月，深汕高速30車連環(huán)相撞導致4死38傷；12月，西安西潼高速公路10分鐘追尾事故發(fā)生9起；據(jù)不完全統(tǒng)計，南京日均發(fā)生400起左右的交通事故，其中追尾事故大約占15％，日均50起左右[5]。導致致死性交通事故前4位類型為追尾、撞停止車輛、撞行人、撞固定物,％、％、％、10％，追尾是事故發(fā)生的主要類型。發(fā)生致傷性交通事故前4位的類型為追尾、撞固定物、撞停止車輛、自翻。高速公路是集人、車、路、環(huán)境和管理于一體的復雜系統(tǒng)，引起事故的原因很多，發(fā)生的交通事故的類型也各不相同，但追尾碰撞引起的事故占最多數(shù)。從安全行車的角度考