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淺談汽車測距系統的設計

時間:06-21 來源: 出處:www.cwodhw.tw

第一章緒論

1.1 前言

近些年,我國經濟的發展正在飛快的前進,用于交通運輸的車輛也在源源不斷的增多,人們越來越關注的話題也因此轉向了交通擁堵的問題。汽車的倒車后視鏡是存在一定的死角的,視線不清楚,開車司機肉眼看到的距離誤差等多種原因,倒車事故發生的頻率遠遠大于了汽車在前進時發生事故的頻率。倒車事故不僅僅是會對自己的愛車和他人的財物造成不同程度的損傷,更嚴重的會傷及到兒童,這樣的后果不堪設想。因為會產生嚴重的后果,在汽車產品的大家族中,“倒車測距儀”的誕生就是專門為倒車而設計的。通過調查,有一種可以發現汽車車尾障礙物的“后視眼”成為了絕大多數非職業汽車駕駛者們的希望。然而倒車測距儀的問世成功地解決了駕駛者的后顧之憂,倒車事故的發生率也被大大地降低了。

倒車測距儀是一個專門為汽車倒車泊車的安全而設計的一個輔助裝置,它通過單片機來實現控制的。這個倒車測距儀對單片機的實時控制和數據處理的功能進行了說明,并且與超聲波的測距技術、傳感器技術互相結合,從而能夠測量并顯示出車輛尾部障礙物和車輛之間的距離,同時使用間歇的“嘟嘟”聲作為警報,“嘟嘟”聲的間隙大小隨障礙物離車尾的距離的縮小而不斷縮短,這樣駕駛員不僅可以直接看到車上顯示的距離,還可以通過聽覺判斷出車后的障礙物到底和車尾有多遠,這就可以讓駕駛者不用一直不斷地左右觀察了,也成功的讓視線死角與視野不清晰的問題從駕駛者身上解除了,駕駛的安全性相對就提升了好多。

1.2 國內外發展的現狀

倒車雷達系統分類與應用在目前狀態下分布較為廣泛,超聲波倒車測距系統就是其中的一種,測距雷達在車輛掛倒車擋的時候才會進行工作,倒車雷達時由探頭、主機和顯示器三個主要部分構成。

總的概括的系統三個經歷階段,六代的改良、改進技術過程如下,最早期,有倒車防撞儀,通過發出警報聲,在一定的有限范圍內測出車后的障礙物,后來這項技術逐漸得到改善然后,發出警報的距離由遠及近得到區分。總體來說,前兩個階段的倒車雷達相對來講的操作原理較為簡單,即均采用一般的專用集成電路。從目前來講這樣的倒車雷達系統遠遠不能滿足人們對汽車的輔助駕駛系統的要求,結合單片機的價格越來越低和汽車電子系統面向網絡化發展的需求和現狀,采用單片機作為核心的智能測距傳感系統基本都是新一代的倒車雷達的主要系統。駕駛者在倒車過程中運用雷達系統能夠連續不斷地測試距離并且不斷地顯示出障礙物與車尾之間的距離,運用不同頻率、起伏不定的的報警聲音來報警,從而達到讓駕駛者注視場景時更加集中注意力的效果。此外,倒車雷達如果作為一個具有通訊功能的駕駛輔助系統子系統也是需要汽車電子系統的網絡化發展,各項數據才能夠完整的傳輸到汽車線上。例如世界上先進的倒車雷達系統“智能可視倒車雷達系統”,通過在汽車尾部安裝上針孔攝像頭,在倒車的時候車后的廣角真實情況可以完整地呈現在車內DVD顯示屏上。

超聲波測距技術應用到倒車雷達上有德國的大眾汽車公司。此外其他各國的一些大型汽車公司都表示投入了不少的的人力、物力,開發研究采用最先進的毫米波雷達、CCD攝像機、GPS和高檔微機等技術制成的預警系統,大多數的高級汽車將運用所開發的這套預警系統。目前,公司表示,他們已成功的開發出了電子剎車系統使用于供商用車(尤指卡車),與行業內的其他汽車剎車系統的區別在于,通過在卡車的車頭裝設雷達感應器,感應器的作用在于可以在車前觀察周圍的環境,并將所有收集到的信息交給一控制器加上處理,形成一個虛擬的景象,然后再借助演算法的輔助來判斷出所發生的狀況是否需要使用剎車。在未來的兩三年內這種新型的剎車系統便可以量產上市,但是價格會昂貴,其過高的生產成本從根本上限制了它應用的普遍性。安裝了公司生產的以攝像機為基礎的后視鏡系統,是通用汽車公司的Precept概念車的做法。該系統采集汽車周圍的景象主要采用一個內后視鏡和兩個外后視鏡來,一個全景圖像就是通過這樣的三個景象會合形成,最后顯示在汽車內置的顯示屏上,此外傳達信息說明還會運用輔助文字。在倒車的時候攝像機也可以使用,如果發現車后有消火栓等障礙物時,駕駛員就可以及時看到。采用全新一代的“藍鳥智尊”配備了倒車影像顯示功能和NAVI衛星導航系統是有限公司最近所推出的,這種全新的智能化系統直接從“概念”引入到了現實基本“應用”。當駕駛者倒車操作是,車內的成像系統會自動化的切換畫面,從而轉化成車后的環境狀況,最大程度地方便駕駛者泊車,其最重要的價值主要還是體現在夜間泊車狀況。

1.3 本課題研究的主要內容

隨著科技在汽車上的廣泛應用,汽車發動機、底盤和車身中使用了各種電控系統。電控系統主要由傳感器、電子控制單元和執行器組成。傳感器和電子控制單元共同完成汽車內各種物理參數的測量,傳感器負責信息的采集和傳輸工作,電子控制單元負責信息的處理工作。

汽車測距系統是利用超聲波傳感器(超聲波探頭)和電子控制單元來測量汽車倒車距離的系統,涉及方案設計、硬件電路設計和軟件設計,主要包括以下研究內容。

(1)研究超聲波傳感器的輸出特性。超聲波傳感器基本都是安裝的超聲波探頭,對傳感器的輸出特性進行研究。

(2)測量方案設計。針對汽車倒車距離測量的應用場合,設計合適的倒車距離測量方案,包括器件選型、測量方法等。

(3)ECU(單片機)的選型及其最小系統的電路設計。選擇適合本系統應用場合的單片機,并設計其最小系統,包括電源、晶振等電路的設計。

(4)倒車距離測量硬件電路設計。主要包括倒車距離測量電路設計、I/O接口的電路設計、A/D轉換模塊的電路設計。

(5)倒車距離測量軟件程序設計。主要包括主程序、A/D轉換程序、距離信息處理程序的設計。

第二章汽車測距系統的測量原理

2.1 超聲波傳感器

利用特性研制開發的傳感器是超聲波傳感器比較常見的的使用原理。是一種的機械波,它的振動頻率比一般的聲波要高很多,晶片通過在電壓的激勵下發出的波長比較短、頻率相對較高、繞射現象不明顯,方向性非常好的傳播,這就是超聲波發生振動的原理,射線定向傳播這樣類似的特性也是存在的。穿透數十米厚度的超聲波也是不在話下的,在作用在液體和固體的穿透本領方面時,超聲波的作用也將會非常大,當超聲波遇到雜質或者是分界面的時候會產生非常顯著反射同時會形成反射變成回波,在碰到活動物體的情況下便可以產生多普勒效應。因此的檢測已經大量的使用在了工業、國防、生物醫學等等的各個方面。

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