【正文】 了近期、中期、遠(yuǎn)期的規(guī)劃，在國(guó)家法規(guī)、政策的指導(dǎo)下通過(guò)產(chǎn)、學(xué)、研的聯(lián)合，逐步地付諸實(shí)施。在德國(guó)，維爾德黑布呂格公司光學(xué)傳感器分部研制了MEAR系統(tǒng)「2.。為了探測(cè)車頭正前方以外區(qū)域的障礙物，美國(guó)通用汽車公司正在研究一種稱之為“視覺(jué)控制雷達(dá)”碰撞告警系統(tǒng)。美國(guó)的IVI計(jì)劃與通用汽車公司合作，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)。目前，ACC系統(tǒng)主要用于高速公路汽車速度控制上，下一代ACC系統(tǒng)將支持擁擠交通狀況。本田公司、尼桑公司和豐田公司也各自在先進(jìn)安全性車輛計(jì)劃中發(fā)展了行車安全子系統(tǒng)，它們包括:車輛定位系統(tǒng)、前車距離控制系統(tǒng)、自動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)、障礙報(bào)警系統(tǒng)、駕駛員打盹報(bào)警系統(tǒng)和夜間行人報(bào)警。美國(guó)交通部己經(jīng)開(kāi)始一項(xiàng)5年計(jì)劃，投入3500萬(wàn)與通用汽車公司合作開(kāi)發(fā)一種前后方防撞系統(tǒng)。早期，汽車防撞系統(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)。該雷達(dá)不僅對(duì)動(dòng)靜態(tài)物體具有很強(qiáng)的辨識(shí)能力，而且，對(duì)在轉(zhuǎn)彎、上下坡情況下也具有很高的分辨能力，可分辨路標(biāo)、車輛、交通標(biāo)志、車道線，減少在車輛上下坡時(shí)引起的目標(biāo)丟失。而毫米波雷達(dá)以其優(yōu)良的性價(jià)比在車用雷達(dá)領(lǐng)域越來(lái)越受到青睞。典型代表是德國(guó)ADC公司生產(chǎn)的ASR100毫米波雷達(dá)采用脈沖測(cè)距方式，奔馳、日產(chǎn)、福特等汽車公司廣泛開(kāi)發(fā)的汽車主動(dòng)防撞系統(tǒng)以及自適應(yīng)巡航系統(tǒng)多采用該款雷達(dá)。它是世界上第一款采用先進(jìn)的相控陣技術(shù)的車用雷達(dá)。法國(guó)AutoCruise公司是由Thales公司與美國(guó)TRW公司聯(lián)合成立的，專門從事車用毫米波雷達(dá)的研制與生產(chǎn)。另外，美國(guó)EatonVord公司所生產(chǎn)的EVT200，EVT300車用全天候防撞擊報(bào)警系統(tǒng)就采用了這兩款雷達(dá)。探測(cè)范圍為1～120m，～180km/h，探測(cè)方位角為水平方向177。、垂直方向4176。20世紀(jì)90年代中期以來(lái)些紛紛加大對(duì)汽車安全研究投入開(kāi)發(fā)出了若干實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品，并將注意力投向了新型的汽車防撞雷達(dá)。AICC的基本思想是:雷達(dá)系統(tǒng)通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車輛間距和相對(duì)速度信息，自動(dòng)控制汽車的加速、減速或者制動(dòng)，從而自動(dòng)地使自車與前車間距和相對(duì)速度保持在一個(gè)安全的范圍內(nèi)。無(wú)疑，這種集電子設(shè)備與汽車結(jié)構(gòu)于一體的安全輔助駕駛系統(tǒng)，是智能汽車防撞雷達(dá)發(fā)展的高級(jí)階段，也是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。許多汽車制造商也對(duì)研究部門提出建議和要求，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)。據(jù)報(bào)道，豐田公司使用毫米波雷達(dá)和CCD攝像機(jī)對(duì)本車與前車的距離進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，當(dāng)兩車距離小于規(guī)定值時(shí)，系統(tǒng)將發(fā)出直觀警報(bào)信號(hào)提醒本車駕駛員。日產(chǎn)公司使用緊急制動(dòng)勸告系統(tǒng)，利用先進(jìn)的車距監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)跟車距離進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，當(dāng)必須減速或制動(dòng)時(shí)，用制動(dòng)燈亮來(lái)提醒駕駛員，并及時(shí)監(jiān)測(cè)駕駛員操縱加速踏板的釋放狀態(tài)，必要時(shí)使汽車的自動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)提前起作用，先降低車速，在最危險(xiǎn)時(shí)刻自動(dòng)制動(dòng)。富士重工利用2個(gè)CCD攝像機(jī)三維信息系統(tǒng)來(lái)識(shí)別道路標(biāo)線和前方障礙物及汽車，當(dāng)本車與前方障礙物或汽車的距離降低到一定值時(shí)，便自動(dòng)發(fā)出信號(hào)，先自動(dòng)調(diào)低車速，在緊急時(shí)自動(dòng)制動(dòng)，以避免發(fā)生碰撞事故。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)車速，還可以根據(jù)時(shí)速確定與前車的距離，一旦距前車太近，汽車就自動(dòng)減速以避免追尾碰撞。美國(guó)研究狀況大致與德國(guó)相似，成本太高，結(jié)構(gòu)尺寸太大，沒(méi)有實(shí)用性，且只在一些高檔車上試裝了該類產(chǎn)品，未能完成產(chǎn)品化。目前，世界上采用車用雷達(dá)的汽車產(chǎn)品還不多，車用雷達(dá)僅局限于在一些高檔豪華轎車上應(yīng)用。2006年9月，豐田汽車日前在雷克薩斯品牌旗艦轎車“LS460”發(fā)布會(huì)上詳細(xì)介紹了車輛前方障礙物識(shí)別功能和后方車輛識(shí)別功能中使用的毫米波雷達(dá)。10度，配置在前格柵雷克薩斯車標(biāo)后面，毫米波束利用9頻道天線以電氣方式進(jìn)行掃描。15度，對(duì)進(jìn)入30m距離內(nèi)的后方車輛進(jìn)行識(shí)別，毫米波束使用3頻道天線以電子方式進(jìn)行掃描。性能參數(shù)德國(guó)（大眾）瑞典美國(guó)日本英國(guó)發(fā)射頻率（GHz）77777777方式FMCWFMCWFMCWFMCWFMCW作用距離（m）150200100120100相對(duì)距離精度（m）1177。據(jù)中國(guó)《科技日?qǐng)?bào)》報(bào)道，1997年4月12日在北京召開(kāi)了由我國(guó)電子工業(yè)部主辦的首次智能交通系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)國(guó)際研討會(huì)，來(lái)自日本、美國(guó)和國(guó)內(nèi)交通領(lǐng)域的著名學(xué)者、專家及企業(yè)代表出席了大會(huì)。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。反映了我國(guó)汽車電子和交通電子產(chǎn)業(yè)的水平。目前在汽車上所采用的安全措施已越來(lái)越多，越來(lái)越完善，采取措施的原則是預(yù)防交通事故的發(fā)生和使事故災(zāi)難損失降到最小。我國(guó)汽車防撞系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)同國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比，存在較大差距，到最近幾年來(lái)才相繼有一些科研院所和大專院校進(jìn)行此方面的研究，近距離報(bào)警比如倒車?yán)走_(dá)己在部分車輛上安裝使用，但是國(guó)內(nèi)目前生產(chǎn)的中遠(yuǎn)距離測(cè)量裝置普遍達(dá)不到要求，最遠(yuǎn)距離才能達(dá)到60米，測(cè)距誤差大于1米，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足高速公路的安全車距要求，許多關(guān)鍵技術(shù)有待于進(jìn)一步解決，而且價(jià)格也比較高。在國(guó)家政策的支持下，我國(guó)在汽車防撞系統(tǒng)研究上也取得了一定的進(jìn)步。廣西大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院及華中理工大學(xué)電信系共同研制的一種毫米波汽車?yán)走_(dá)系統(tǒng)采用線性調(diào)頻連續(xù)波(LFMCW)雷達(dá)體制，發(fā)射頻率按周期性三角波調(diào)制，前端主要包括收發(fā)天線、定向耦合器、混頻器、調(diào)頻振蕩器，控制單元部分用單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，由NRD波導(dǎo)構(gòu)成的集成收發(fā)前端及小型化菲涅爾天線[9]。系統(tǒng)采用了增益為26dB的小型喇叭天線，發(fā)射功率40mW的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)前端，以及先進(jìn)的DSP數(shù)據(jù)處理技術(shù)。當(dāng)目標(biāo)距離小于100m時(shí)，根據(jù)距離的不同可以用三種不同的音調(diào)進(jìn)行報(bào)警。在倒車防撞方由于車輛運(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)用于汽車上，所以本論文僅在汽車前向追尾防撞方面進(jìn)行了研究。 研究方法及具體步驟本課題為理論研究與技術(shù)開(kāi)發(fā)，在論文中采用了理論與實(shí)踐相結(jié)合的方法，先從各環(huán)節(jié)的元件配置開(kāi)始，基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和理論分析相結(jié)合，從該系統(tǒng)計(jì)算和試驗(yàn)得出有效理論依據(jù)，最后回到實(shí)踐中去加以指導(dǎo)和改進(jìn)。55第二章 汽車防追尾系統(tǒng)的目標(biāo)及總體設(shè)計(jì) 汽車追尾事故分析 駕駛行為及過(guò)程在道路上行駛的汽車，其駕駛員、汽車和道路環(huán)境構(gòu)成了典型的人一車一路系統(tǒng)。根據(jù)對(duì)人行為的“刺激機(jī)體反應(yīng)”經(jīng)典模式，駕駛汽車可分為三個(gè)階段，即感知階段、判斷決策階段和執(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)境和自車的運(yùn)行工況信息，這一階段主要由感覺(jué)器官完成。對(duì)于駕駛員來(lái)說(shuō)，如果沒(méi)有完全和準(zhǔn)確的駕駛信息和運(yùn)行狀態(tài)的獲得，極有可能導(dǎo)致判斷失誤和動(dòng)作失誤，因此，駕駛狀態(tài)意識(shí)在駕駛行為中相當(dāng)重要。判斷決策階段是駕駛員在感知信息的基礎(chǔ)上，結(jié)合自己的駕駛經(jīng)驗(yàn)和技能，經(jīng)過(guò)分析，做出判斷，確定有利于安全行駛的措施，這一段主要由人的大腦完成。在汽車行駛時(shí)，駕駛員需要知道其他車輛和障礙物在哪里，以及它們的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、自己車輛的狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)特性。（3）執(zhí)行階段。這樣，駕駛行為不僅是信息感知、判斷和執(zhí)行三個(gè)階段不間斷的多次組合，而且也是三者的連鎖反應(yīng)。 追尾事故分析引起高速公路汽車追尾的原因是多方面的，除眾所周知的諸如車速高、制動(dòng)非安全區(qū)擴(kuò)大、氣候條件差等易于誘發(fā)汽車追尾事故外，還有以下幾個(gè)方面的原因。當(dāng)速度、相對(duì)速度和兩車之間的距離超越了安全距離的邊界時(shí)，就引發(fā)交通事故。（1）在感知階段駕駛員需要知道前方車輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和自車的運(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。行駛中駕駛員的視覺(jué)判斷能力與車速有關(guān)，車速越高，判斷能力越差，同時(shí)駕駛員觀察人、物的視線焦點(diǎn)越遠(yuǎn)，這樣就容易導(dǎo)致車輛的追尾事故。①動(dòng)視力下降:其變化趨向是隨車速提高而下降。動(dòng)視力不同于靜視力，靜視力對(duì)同一個(gè)人來(lái)說(shuō)，一般變化不大，而動(dòng)視力則不然。如車速在60km/h時(shí)駕駛員看清行車前方標(biāo)志的距離為240m,而當(dāng)車速升至80km/h時(shí),駕駛員則在同樣條件下看清行車前方標(biāo)志的距離為160m；。視野是指駕駛員眼睛能看到的空間范圍。低速行駛時(shí)，駕駛員能透過(guò)擋風(fēng)玻璃，清晰地看到前方全景。當(dāng)汽車高速行駛時(shí)，由于近物也在快速移動(dòng)，在駕駛員的視網(wǎng)膜中來(lái)不及成像，因而變得模糊不清，只有玻璃中間的遠(yuǎn)處景物還可以看清，使注視點(diǎn)前移。由于這些原因，駕駛員對(duì)車子相對(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]。并把當(dāng)前相對(duì)距離與經(jīng)驗(yàn)駕駛的安全距離相比較，如果當(dāng)前距離大于安全跟車距離時(shí)，汽車保持原來(lái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或者采取加速狀態(tài)。在這一階段，如果判斷準(zhǔn)確，則是可以避免追尾事故的。汽車行駛中駕駛員掌握車速依靠?jī)蓚€(gè)方面:一是觀察車速表，另一個(gè)就是憑藉個(gè)人的主觀感覺(jué)。試驗(yàn)條件估計(jì)車速為60km/h時(shí)的實(shí)際車速誤差（%）100km/h車速保持140m后減速11100km/h車速連續(xù)行駛30m后減速26100km/h車速連續(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，即行車時(shí)間越長(zhǎng)，駕駛員判斷的車速與實(shí)際車速的誤差越大。據(jù)對(duì)來(lái)往于京津塘高速公路的車輛進(jìn)行車速調(diào)查發(fā)現(xiàn)，有80%車輛的速度超過(guò)了規(guī)定的110km/h的限速標(biāo)準(zhǔn)，甚至有的駕駛員駕駛高級(jí)轎車的速度高達(dá)150km/h以上，致使險(xiǎn)象環(huán)生。（3）在執(zhí)行階段，駕駛員根據(jù)所做出的決策進(jìn)行正確操作。追尾事故正常運(yùn)行執(zhí)行判斷決策信息獲得前車信息 駕駛員操縱汽車是由感覺(jué)器官獲得環(huán)境信息，經(jīng)由大腦中樞處理、決策后發(fā)布命令，傳達(dá)到效果器(指運(yùn)動(dòng)器官的手、腳等)來(lái)控制汽車產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，汽車運(yùn)動(dòng)后再由反饋來(lái)的信息糾正效果器的偏差來(lái)完成的。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。當(dāng)前車減速時(shí)，后車也隨之減速，但要延遲一段時(shí)間。這樣兩車的車間距隨時(shí)不斷變化。 防追尾系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 綜合以上對(duì)汽車追尾事故原因的分析可知，要設(shè)計(jì)高性能的汽車追尾防撞系統(tǒng)必須從駕駛員的感知、判斷、操作三方面來(lái)全面考慮：使用足夠的性能優(yōu)良的傳感器來(lái)感知外界的情況增強(qiáng)人的感知范圍；建立正確而實(shí)用的防撞模型，由中央處理器來(lái)分析行車狀況從而減少人的主觀經(jīng)驗(yàn)判斷引起的失誤；提供有效的操作機(jī)構(gòu)來(lái)加強(qiáng)人反應(yīng)不足所引起的誤操作[12]。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。傳感器是系統(tǒng)中信息的輸人部分，它用于感測(cè)控制系統(tǒng)外部的信息，并將得到的信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后傳輸給控制單元，輸人信息是引起控制系統(tǒng)發(fā)生變化的原因，在汽車防追尾碰撞系統(tǒng)中，測(cè)距傳感器則是把所測(cè)到的行車環(huán)境信息(前方車輛的車距、方位等)傳遞給控制單元。執(zhí)行器則是控制系統(tǒng)的輸出部分，它將電控單元形成的控制指令轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)現(xiàn)控制目標(biāo)的物理運(yùn)動(dòng)，輸出是系統(tǒng)根據(jù)輸人產(chǎn)生的結(jié)果，本系統(tǒng)的執(zhí)行單元主要是實(shí)現(xiàn)預(yù)報(bào)警功能，提醒駕駛員采取減速、制動(dòng)若加速超車等措施以及自動(dòng)向后車發(fā)出警告信息等[13]。電源管理模塊存儲(chǔ)模塊 中央控制模塊S3C44BOX信息處理模塊通信模塊制動(dòng)模塊人機(jī)交互模塊聲光報(bào)警模塊系統(tǒng)的及時(shí)報(bào)警能對(duì)駕駛員起到良好的警示作用，但如果系統(tǒng)的可靠性差，頻繁的報(bào)警可能會(huì)使駕駛員麻痹而導(dǎo)致忽視往后的報(bào)警，影響系統(tǒng)作用的發(fā)揮。駕駛員采取制動(dòng)措施，說(shuō)明駕駛員已經(jīng)意識(shí)到了行車的危險(xiǎn)狀況，在這個(gè)時(shí)候應(yīng)該抑制報(bào)警。車輛在城市道路低速行駛和經(jīng)常性起步停車時(shí)，發(fā)生惡性交通事故的可能性很小，因此當(dāng)自車速度低于一定值，(目前定為30km/h)時(shí)，對(duì)報(bào)警進(jìn)行抑制。車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)，雷達(dá)把道路兩旁的路障或隔離物當(dāng)作目標(biāo)，錯(cuò)誤的判定自車處于非安全行駛狀態(tài)，從而發(fā)生虛報(bào)警，此時(shí)也應(yīng)對(duì)報(bào)警進(jìn)行抑制。行駛中駕駛員的視覺(jué)判斷能力與車速有關(guān)，車速越高，判斷能力越差，同時(shí)駕駛員觀察人、物的視線焦點(diǎn)越遠(yuǎn)，這樣就容易導(dǎo)致車輛的追尾事故；駕駛員對(duì)高速公路的行車規(guī)定、行車知識(shí)缺少了解有關(guān)以外，另一方面就是駕駛員的速度順應(yīng)特性造成的，這是一個(gè)不容忽視的因素；駕駛員來(lái)不及反映，就會(huì)引起誤操作或者操作不能達(dá)到預(yù)期的效果，從而導(dǎo)致事故發(fā)生。第三章 高速公路最小安全行車車間距離的分析 在我國(guó)，高速公路既限制最低車速(50km/h)，又限制最高車速(120km/h)，從而使車輛的運(yùn)行速度控制在一定的范圍內(nèi)。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，如果跟隨車輛的車間距過(guò)小，則容易發(fā)生追尾碰撞事故。具體定義是指在同一條車道上，同向行駛前后兩車間的距離(后車車頭與前車車尾間的距離)，保持既不發(fā)生追尾事故，又不降低道路通行能力的適當(dāng)距離。車速（km/h）≥1201008060間距（m）≥20015010070密度（輛/km）571014，該安全車距是在沒(méi)有任何輔助設(shè)施幫助的情況下設(shè)定的，因而車間安全距離較長(zhǎng)，將影響高速公路的通過(guò)能力，不利于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)可知，判斷高速公路上同向同車道行駛的前后兩車此時(shí)刻是否存在追尾危險(xiǎn)的依據(jù)是:用兩車此時(shí)的實(shí)際車間距離與兩車此時(shí)刻應(yīng)該保持的最小車間距離相比較，如果兩車的實(shí)際車間距離小于應(yīng)該保持的最小車間距離那么就有追尾危險(xiǎn)，如果兩車的實(shí)際車間距離大于應(yīng)該保持的最小車間距離那么就不存在追尾危險(xiǎn)，所以正確確定兩車應(yīng)該保持的最小車間距離是正確判斷兩車是否存在追尾危險(xiǎn)的關(guān)鍵。本章就具體分析兩車應(yīng)該保持的最小車間距離與兩