现代汽车避撞技术

现代汽车避撞技术

据美国的最新统计表明，因各种原因造成的车辆碰撞追尾事故占公路交通事故总量的90%左右。因此，要降低公路交通事故，必须大力降低车辆碰撞事故，而汽车碰撞技术的发展及应用有助于减少汽车碰撞事故的发生。

随着我国公路等级的不断提高，特别是高速公路的飞速发展，汽车的行驶速度越来越快，车流量也越来越大，汽车碰撞事故越来越多。造成汽车碰撞的原因十分复杂，既有车辆自身的因素，也有人为的因素，还有公路、气象等环境因素。在上述诸多因素中，人为因素是造成汽车碰撞的主要原因。因此，国内外都在研究如何利用先进的技术，即汽车避撞技术，辅助汽车驾驶者对影响公路交通安全的人、车、路环境进行实时监控，在危急情况下由系统主动干涉驾驶操纵、辅助驾驶者进行应急处理、防止汽车相撞事故的发生。

汽车避撞技术首先需要解决的问题是汽车之间的安全距离。汽车与汽车之间的距离超过了这个安全距离，就应该能够自动报警，并采取制动措施。

●三种测距方法

如何测定汽车的安全距离，目前一般采用的技术有超声波测距、微波雷达测距和激光测距三种。

超声波测距就是利用其反射特性。超声波发生器不断地发射出40kHz超声波遇到障碍物后反射回反射波，超声波接受器接收到发射波信号，并将其转换为电信号。

微波雷达测距是利用目标对电磁波反射来发现目标并测定其位置。根据微波雷达的用途不同，所测定的目标可能是飞机、导弹、车辆、建筑物、云雨等。

激光测距的工作原理与微波雷达测距相似，具体的测距方式有连续波和脉冲波两种。

1、超声波汽车倒车避撞装置

据初步调查统计，l5%的汽车事故是由汽车倒车“后视”不良造成的。因此，增强汽车的后视能力，尤其是增强大型、重型车辆的后视能力，对于提高行车安全，减轻司机的劳动强度和心理压力，是十分重要的。

超声波倒车避撞报警器

我国华南理工大学研制出一种单片机控制的超声波倒车避撞报警器。该报警器利用超声波回声测距的原理，测量车后一定距离内的物体，并以MCS-51系列单片机作为中心控制单元。这种新型避撞报警器可以及时显示车后障碍物的距离和方位，显示范围为0.5-9.9m，当距离大于2m时显示车后障碍物的方位；当距离小于2m时，除了显示其方位外，还可按照三段距离分别给出三种报警信号，以警示司机三种不同程度的紧急状态，使司机据此作出相应的操作，防止事故的发生。

江苏常州银河电器有限公司研制生产的YHD型倒车避撞装置也是利用超声波对车后的障碍物以三种特定距离(2.lm、1.1m、0.6m)向驾驶员进行报警。报警方式有声报警和光报警(发光二极管)两种，驾驶者可以根据三种不同音调和声音或三只发光二极管的亮灭得知障碍物的实际距离。YDH型汽车倒车避撞装置是采用超声波发射与接收装置作为检测器，其中心频率为40kHz，超声波灵敏度为-78dB，探测垂直角度为55°，水平角度为120°。该装置由检测器和控制器两部分组成。

日产汽车超声波倒车避撞装置

日产公司研制开发的专用超声波倒车避撞装置采用的是LM1812集成电路。其电路图如图1所示。

该装置由40kHz的超声波振荡器和超声波接收、控制和报警电路等组成。

40kHz超声波振荡器由IC1(NE555)和R1、R2、C1等组成的无稳态多谐振荡器构成。其输出振荡方波经晶体管BG1(9013)放大后，加至专用IC(LM1812)的第8脚。超声波信号经处理后，由6脚输出，加至功率放大器BG2(2SB504)，高阻抗的超声波发射头MA40EIS和40kHz的输出谐振回路并接。为防止负载对谐振回路的影响，回路电感线圈采用中心抽头与晶体管BG2集电极连接。

接收传感头采用与发射头MA40EIS相匹配的MA40EIR，其接收、放大用的谐振回路与发射回路一样，谐振在40kHz。声光报警电路由IC2(NE555)和R3、C2等组成的单稳态电路进行控制，单稳态宽度Td=1.Lr3*C2。因此，电子蜂鸣器发出的是断续的报警音响，同时，发光二极管LED发出可见的闪烁光，进行同步闪烁。

该装置的发射头、接收头并排安装在汽车的尾部，电路部分安装于驾驶室内，使用约3m电缆或宽待屏蔽的导线连接，以防止外界的干扰。该装置的避撞距离为3m左右，报警灵敏度可通过电位器W调节。

2、汽车避撞雷达

汽车避撞雷达是利用电磁波发射后遇到障碍物反射的回波对其不断检测和计算与前方或后方障碍物的相对速度和距离，经过分析判断，对构成危险的目标按程度不同进行报警，控制车辆自动减速，直到自动刹车。

汽车避撞雷达的工作原理如图2所示。

当发射机采用微波调频连续波体制时，在车辆行进中，雷达窄波束向前发射调频连续波信号，当发射信号遇到目标时，被反射回来为同一天线接收，经混频放大处理后，可用其差拍信号间相差来表示雷达与目标的距离，把对应的脉冲信号经微处理器处理计算可得到距离数值，再根据差频信号相差与相对速度关系，计算出目标对雷达的相对速度；微处理器将上述两个物理量代入危险时间函数数字模型后，即可算出危险时间；当危险程度达到各种不同级别时，分别输出报警信号或通过车辆控制电路去控制车速或刹车。

主要技术参数：作用距离不小于100m时，误差为±0.5m；微波发射频率为24.125GHz。

主要的功能有：测速测距、对前方100m内危险目标提供声光报警；兼备汽车黑匣子功能；自动巡航系统(行驶中自动保持与前面行驶车辆之间的距离)；紧急情况下自动刹车。

装有避撞雷达的汽车上了高速公路以后，驾驶者就可以启动车上的避撞雷达。雷达选定好眼随的汽车以后，被眼随的汽车就成了后面汽车的“目标车”，无论是加速、减速，还是停车、启动，后面的汽车都能在瞬间之内予以模仿。如果前面的汽车在行驶一段时间之后，不再适合于自己的“目标车”，驾驶者可以重新选择另一辆“目标车”。

汽车避撞雷达在美国一些公司研制开发的时间较长，如美国TRW公司研制出的24GHz波段微波雷达已在货车和公共汽车上投入使用。

丰田Celsior车载雷达

丰田公司的Celsior车(出口型称为凌志LS400)在日本国内出售时，将拥有两项高新技术的选装设备：雷达车速控制系统和提供实时行车路线及天气信息的导航系统。

雷达车速控制系统有时被称为智能车速控制系统，是由丰田公司和通用公司的德科电子分部联合开发的。该系统不是让车辆预先设定的速度行驶，而是让它与前面的车辆保持预定的距离。驾驶者可以自己选择滞后于前车1.8s、2s或4s。该系统用一个装在前保险杠上的雷达测距传感器来与前车保持固定的距离。

3、激光雷达避撞装置

防追尾碰撞激光报警装置

该装置结构如图3所示。包括发光部、受光部、计算车间距离的激光雷达、信号处理电路、显示装置、车速传感器等构成。

激光镜头使脉冲状的红外激光束向前方照射，并利用汽车后部反光镜的反射光，通过受光装置检测其距离，如图4所示。使用汽车反光镜，检测距离约l00m，最大检测宽度35m以上。关于报警发生范围，通过控制电路的控制，三个激光束中的左右激光束，取其35m以上，宽度控制在3.5m，中央激光束的检测距离取其80m以上，这样就能够更早地检测插入车流的车辆，并发出警报，同时它还能抑制弯道上的标识物而发出报警，使之达到最优状态，如图5所示。

控制部分由微机进行下列运算：本车车速、前方行驶车辆车速、车间距离、根据车间距离和安全车间距离的比较发出警报声或报警灯闪烁。显示装置安装在仪表盘上进行距离显示。

扫描式激光雷达

最早的前方用激光雷达都是发出多股激光光束，并依靠前行车反光镜的反射时间来测定其距离。但是由于要对前方车辆进行辨别，因而开始采用扫描式激光雷达，如图6所示。

这样，不但至前方车的距离可测，而且其横向方向的位置也可以检测出来。此技术的进一步发展，可使扫描角度成360°。这时，如果在车辆四角设置类似的扫描式激光雷达，那么车辆四周的障碍物都可以测出。