汽车防撞报警系统（共10篇）
汽车防撞报警系统 篇1
1 引言
随着我国经济飞速发展, 越来越多的人拥有自己的汽车, 同时安全驾驶、泊车、倒车等问题也开始影响到人们的日常生活[1]。因此, 有助于驾驶员安全驾驶、泊车和倒车的汽车智能防撞报警系统应运而生。一般智能防撞报警系统, 包括正向防撞预警系统、自动泊车系统和倒车防撞雷达系统。正向防撞系统能够直观的显示汽车前方障碍物的距离, 在检测到危险障碍物时, 发出报警并主动减速避障, 当达到制动距离时汽车将制动避障;自动泊车系统能够在司机将车停在合适位置后自动将车按照设定的轨迹倒入停车位;倒车防撞雷达系统能够以直观的显示和声音告知驾驶员周围障碍物情况, 解除了驾驶员泊车和启动车辆时前后左右探视的困扰, 并帮助驾驶员扫除视角的死角等缺陷。
2 系统的硬件结构设计
AT89C51是一个低电压, 高性能CMOS 8位单片机, 片内含4k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器 (RAM) , 器件采用A T M E L公司的高密度、非易失性存储技术生产, 兼容标准MCS-51指令系统, 片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元。许多控制系统提供了高度灵活和低成本的解决办法。充分利用他的片内资源, 即可在较少外围电路的情况下构成功能完善的超声波测距系统。
2.1 按键控制电路设计
本设计中采用独立按键控制, 其功能主要是控制系统的启动和停止及工作模式的选择。其中, 按键1功能为:控制正向防撞预警系统的启动;按键2功能为:控制自动泊车系统的启动;按键3功能为:倒车雷达系统的启动;按键4功能为:各个工作模式的停止控制。
2.2 数码管显示电路设计
采用四位数码管显示超声波测出障碍物的距离。由于在该系统设计中I/O口较为紧张, 故采用数码管动态扫描显示, 并采用两个74HC573AN锁存器分别进行位码和段码的锁存, 而达到以最少的I/O接口, 实现1-8位的数码管动态显示。
2.3 报警电路设计
本设计中设有警戒距离报警功能, 即小于安全距离时进行声音报警, 提示司机采取相应措施。由AT89C51的P2.3提供蜂鸣器的控制信号。
2.4 转向指示灯电路设计
在汽车运行时, 本身的相关运行状态对其他驾驶者也具有很大的影响, 故本方案设有对汽车前转向灯及后转向灯的控制以反映该车的运行状况。其中L E D 1、LED2代表汽车的前侧左右转向灯;LED3、LED4代表汽车尾部的左右转向灯及减速警示灯。
3 系统软件结构设计
3.1 系统程序设计方案
本设计中超声波准确测距是重点。由DYP-ME007超声波模块的工作原理和时序图可知, 对回响信号的检测及回响信号持续的时间的测量至关重要。
超声波模块的测量距离与其测量周期有很大的关系。由DYP-ME007超声波模块的时序图及其使用说明可知, 模块的测量周期推荐为60ms以上。
系统的显示部分采用的数码管动态显示。为保证其显示效果亮度均匀, 需要准确的设定其数码管扫描时间。
系统中对直流电机的调速采用P W M调制调速方式。应由A T 8 9 C 5 1单片机提供P W M控制信号。
其系统功能模块图, 如图1。
3.2 主程序流程设计
软件部分主要分为两部分, 主程序和中断服务程序。
主程序主要完成定时器等的初始化、按键的扫描及各个工作方式的启动和停止控制。
由分析可知, 在主程序中需要对定时/计数器T0、T1进行初始化, 并通过按键扫描选择系统工作模式并控制各个工作模式的启动与停止。主程序流程图, 如图2。
3.3 中断服务程序设计
3.3.1 定时器T0中断服务程序设计
中断服务程序的主要程序完成DYP-ME007超声波模块循环的启动、时间值的读取、直流电机P W M调速控制、结果的动态扫描显示等工作。其中定时器0中断服务程序主要是判断定时器0是否溢出, 若溢出, 则说明未遇到障碍物或测距错误, 此时, 均按未测得结果处理。其中断服务程序如下:
3.3.2 定时器T1中断服务程序设计
定时器T1中断服务程序主要完成DYP-ME007超声波模块循环的启动、时间值的读取、直流电机P W M调速控制、结果的动态扫描显示及其重新装入初值等工作。其中断服务程序如下:
3.3.3 显示子程序设计
本设计采用两个74HC573AN锁存器分别进行位码和段码的锁存, 实现数码管的动态扫描显示[2]。其显示子程序如下:
3.3.4 直流电机PWM调速子程序设计
本程序设计用宏定义Speed定义速度等级, 即PWM脉冲数, 通过调节脉冲开启的时间 (PWM_ON) 对直流电机进行调速控制[3,4]。其源程序如下:
3.3.5 超声波模块启动控制程序
由超声波使用说明得知超声波模块启动条件为:模块的控制端 (Trig) 应输入一个10us以上的高电平。考虑到超声波模块的最大测量距离与其测量周期有关, 测量周期越大其测量距离越远, 但系统反应将会变得迟钝。综合以上考虑, 本方案设定测量周期为100ms。其源程序如下
3.4 正向智能防撞预警系统程序设计及流程图
正向智能防撞报警系统主要完成的功能是:测量汽车前方障碍物距离并显示。使用DYP-ME007超声波模块时, 只需读取接收端 (Echo) 输出的PWM高电平信号, 回响信号是一个与脉冲宽度成正比的距离对象, 可通过发射信号的时间到收到回响信号的时间间隔计算距离[5]。超声波测距流程图, 如图3。
3.5 自动泊车系统程序设计
自动泊车系统的原理是:在司机将车停在停车位适当位置时, 启动自动泊车系统, 系统实时监测并显示后侧障碍物距离, 自动将车按照设定的轨迹倒入停车位。[6]根据顺列式泊车步骤, 编制其流程图, 如图4。
3.6 倒车雷达系统程序设计
本系统能以声音和显示告知驾驶员周围障碍物的情况, 解除了驾驶员泊车、倒车和起动车辆时前后左右探视所引起的困扰, 并帮助驾驶员扫除了视野死角和视线模糊的缺陷, 提高驾驶的安全[7]。本系统采用声音报警, 并具有两级报警功能, 其程序流程图, 如图5。
4 结束语
本次系统软件部分联机调试均在LY-51S V2.0单片机开发板进行。该实验主板集成U S B转串口芯片PL2303, 只要1根usb线就可以实现供电、下载、通讯一体。本次设计能够正确显示前方障碍物距离, 较近距离精确度在±1cm以内, 较远距离在±3cm以内, 能够测试距离在1cm到450cm之间, 基本能满足在玩具车底盘上测试要求。同时能够按照设定的程序线路完成顺列式泊车, 其间指示灯显示正确。进入危险区后, 减速并报警, 进入避障区后, 能够减速转弯, 指示灯显示正确;到达制动区后, 小车制动停止, 指示灯显示正确。
摘要：主要设计了以AT89C51单片机为核心的一种低成本、高精度、微型化, 并有数字显示和声光报警功能的智能防撞报警系统。包含有智能防撞报警系统, 包括正向防撞预警系统、自动泊车系统和倒车防撞雷达系统。该系统利用超声波进行测距, 性能可靠, 增强了驾驶的安全性, 同时也提高了泊车和倒车时的安全与效率。
关键词：AT89C51,超声波,测距,防撞预警,倒车雷达
参考文献
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[8]李悦等.报警电路的设计与仿真[J].信息技术, 2014, (1) :95-97.
汽车防撞报警系统 篇2
机载防撞系统水平防撞模型的建模与仿真
针对下一代机载防撞系统水平防撞的功能要求,采用相对距离水平投影的方法,根据空间碰撞威胁度和时间碰撞威胁度的.理论依据,建立了水平方向的冲突探测和防撞模型,并利用伽利略相对性原理导出了本机与入侵飞机之间的投影水平相遇距离和到最接近点的预留时间的计算公式.阐明了水平防撞模型的建模方法,制定出机载防撞系统水平防撞功能的仿真测试方案,并进行了基于时间流的计算机仿真和测试.仿真结果表明:该模型不仅能够预测出飞机在各个时间的相对方位、相对距离和相对高度,而且可以给出合理的水平机动措施,为飞行员提供左转或右转的角度指示以避免空中相撞.
作 者：彭良福 林云松 作者单位：彭良福(西南民族大学,电气信息工程学院,四川,成都,610041)林云松(电子科技大学,自动化工程学院,四川,成都,610054)
刊 名：空军工程大学学报（自然科学版） ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF AIR FORCE ENGINEERING UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE EDITION) 年，卷(期)： 11(4) 分类号：V243 V249 关键词：机载防撞系统(TCAS) 广播式自动相关监视(ADS-B) 水平防撞 建模仿真基于激光的集装箱防撞系统 篇3
为满足现代化生产需求和加强安全管理，集装箱防撞系统日益受到重视。基于激光的集装箱防撞系统利用高精度激光测距，准确获取当前小车、吊具、堆场箱区信息，通过可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）编程控制RTG动作，有效降低因司机误操作而造成的撞箱事故概率，而且其对司机的正常操作影响较小，可实现效率与安全有效结合。
1 系统功能
集装箱在RTG吊具闭锁后，立即上升至起升的上停止位，司机面对吊起的集装箱前往目标箱区，这时司机视线被吊起的集装箱遮住而无法看到前方堆场的集装箱堆放情况，其往往根据码头操作系统中的箱位分布图来进行着箱操作。若箱区实际分布与后台提供的堆场数据一致，则本次作业顺利进行；若箱区实际分布与后台的堆场分布图不一致，则本次作业存在安全隐患。
上海海勃物流软件有限公司研发的基于激光的集装箱防撞系统通过安装在吊具前后两侧的激光扫描仪同时扫描，实现RTG作业过程监控无死角，确保吊箱作业的安全可靠。该系统根据双激光扫描仪的数据自动分析堆场集装箱分布、吊具高度和小车位置等；当遇到障碍物时，系统通过PLC自动进行小车的分级速度控制；当一侧激光扫描仪发生故障或被遮挡时，系统通过语音提醒司机检修，同时系统自动切换到单激光防撞控制模式，从而实现安全控制双冗余。
2 系统组成
2.1 堆场集装箱轮廓分布获取模块
基于激光的集装箱防撞系统采用日本北洋UXM-30LX激光扫描仪来实时采集箱区集装箱分布数据，采集到的数据为16进制，须通过算法转换为堆场轮廓图。激光扫描仪输出示例如图1所示。
在实际操作时，须通过算法选择一些特征点来区分扫描的物体，因此，如何设计出稳定、高效的算法来得到特征点和特征值非常关键。此外，不作业时与作业时扫描到的图像受震动影响会有较大区别，因此，须通过算法来适应不同工况。
2.2 PLC电控系统
基于激光的集装箱防撞系统主要选用富士和安川的PLC电控系统。富士PLC F70S修改示意如图2所示。
2.3 防撞控制核心模块
防撞控制核心模块的主要依据是堆场集装箱轮廓分布获取模块得到的轮廓相对坐标（x，y），其中：x为水平方向相对位置；y为垂直方向相对高度。设RTG小车相对于原点的位置为xlaser，则轮廓相对坐标可转换为极坐标（xlaser+x，y）。在双激光作业模式下，使用相对坐标来进行防撞控制；在单激光作业模式下，须将相对坐标转换为极坐标来进行防撞控制。防撞控制流程如图3所示。
3 系统架构
激光扫描仪可通过以太网和串口进行数据交换，以太网模式数据传输速度快且连接稳定可靠，故采用以太网通信模式。RTG的PLC控制系统支持双工模式的串口交换和单工模式的10BASE以太网交换，根据现场测试的速率选择串口数据交换模式。基于激光的集装箱防撞系统架构如图4所示。
4 系统特点
（1）无须安装反射板等辅助定位设施，安装方便，安全性高；
（2）精度高，防撞箱距离可控制在以内；
（3）引入双激光作业模式，扫描无死角，可靠性更高；
（4）可与场桥远程操控无缝融合，实现吊箱的自动控制；
（5）多级限速，根据吊具与行进路线上障碍物的距离实现多级平滑限速，在确保安全的前提下，方便司机操作。
5 系统应用效果
对于传统的“大门字”作业，RTG行驶的是固定路线，每次作业移动距离可自动计算出来。如某次翻箱作业，RTG吊具须从箱区第一排第三层移动到第五排第三层（见图5），由激光扫描到的第一排高度和中心位置为（H1，C1），第五排高度和中心位置为（H5，C5），则RTG吊具移动标准距离为
作业时间是根据实际作业过程中开闭锁动作产生的时刻统计出来的，根据实际运行距离可计算出作业速率。假设使用基于激光的集装箱防撞系统前的标准作业速率与此相同，则可计算出标准作业耗时，以便比较（见图7）。
6 结束语
基于激光的集装箱防撞系统已在上港集团振东集装箱码头分公司进行一系列测试，结果表明该系统达到预期目标，论证了激光防撞的可行性和安全性。
汽车超声波测距防撞报警系统设计 篇4
1 硬件电路设计
本系统硬件电路部分由A T89S51单片机控制器的电源电路、按键电路、超声波发射电路、超声波接收电路、H C -SR 04测距模块、液晶显示电路组成。
51系列单片机的最大优点就是高度灵活和低成本。充分利用其片内资源, 即可在较少外围电路的情况下构成功能完善的超声波测距系统。
本系统采用的是A T89S51单片机, 下面简单的来介绍一下该单片机各引脚功能:
V C C:电源端。工作电源和编程校验 +5V;V SS:接地端。X TA L1与X TA L2分别作用系统时钟的反相放大器输入端和输出端。A LEA LE/PR O G:A LE为地址锁存器允许信号。R ESET:A T89S51的重置引脚。EA /V pp:访问外部程序的控制信号。
PSEN:外部程序存储器R O M的读选通信号。P0口 (P0.0~P0.7) :是一个8位漏极开路型双向I/O口。P1口 (P1.0~P1.7) :是一个内部带提升电阻的准双向I/O端口。P2口 (P2.0~P2.7) :是一个内部带提升电阻的8位准双向I/O端口。P3口 (P3.0~P3.7) :是一个内部带提升电阻的8位准双向I/O端口。
这里介绍一下P3口8个引脚各自的第二功能:P3.0:R X, 串行口输入。P3.1:TX D, 串行口输出。P3.2:IN T0, 外部中断0输入。P3.3:IN T1, 外部中断1输入。P3.4:T0, 定时器 / 计数器的外部输入。P3.5:T1, 定时器 / 计数器的外部输入。P3.6:W R:片外数据存储器写选通控制输出。P3.7:R D, 片外数据存储器读选通控制输出。
各端口的负载能力:P0口的每一位能驱动8个LSTTL门输入端, P1-P3口的每一位能驱动3个LSTTL门输入端。
集成电路是一款专门用于接受红外线信号的芯片, 比较常见的就是用于电视机遥控器的红外线接收器。红外遥控常用的载波频率为38~40k H z, 而本实验中使用的测距的超声波频率40~42k H z, 两者较为接近, 所以可以选取它来制作超声波检测接收电路。通过实验证明用接收超声波 (无信号时输出高电平) , 具有很好的灵敏度和较强的抗干扰能力。另外, 如果适当的增大或减小电容C 4, 便可以达到改变接收电路的灵敏度和抗干扰效果。
2 软件设计
本系统内部软件重要的参数为安全距离, 这也是设计汽车防撞报警系统的意义所在, 提醒用户保持一个安全距离。
本系统采用C语言编写程序, 在软件Keil_C 51上编译仿真, 超声波测距仪的软件设计主要由主程序、超声波发生子程序、超声波接收中断程序及显示子程序组成。
主程序的流程为:完成单片机初始化工作、定子中断子程序、各路超声波发射是否有回波, 有回波则继续外部中断子程序。
定时中断服务子程序完成定时器初始化, 三方向超声波的轮流发射, 最后停止发射并返回。
外部中断服务子程序主要完成关外部中断, 读取时间值、计算距离、输出结果, 然后开外部中断最终返回的工作。
主程序首先是对系统环境进行初始化, 设置定时器T0工作模式为16位定时计数器模式。置位总中断允许位EA并给显示端口0的位0和位1清0。然后用超声波发生子程序发出的一个超声波脉冲, 为了防止超声波从发射器直接传送到接收器引起的直射波触发, 需要延时后才打开外中断1接收返回的超声波信号。由于已知具时钟振荡器的频率和计数器每计一个数值, 当主程序检测到接收成功的标志位后, 将计数器T0中的数 (即超声波来回所用的时间) 按公式d= (c×t) /2计算, 即可得被测物体与测距仪之间的距离。
超声波发生子程序的作用是通过P1.0端口发送约为2个频率40k H z左右的方波超声波脉冲信号, 脉冲宽度约为12μs, 同时把计数器T0打开进行计时。由于超声波发生子程序较为容易, 且要求程序运行准确, 所以采用C语言进行编程。
超声波测距仪主程序的超声波信号利用外中断1检测返回, 接收到返回超声波信号后, 立即进入中断程序。进入中断后就迅速关闭计时器T0停止计时, 并将测距成功标志字赋值x。如果当计时器溢出时还未检测到超声波返回信号, 则定时器T0溢出中断将外中断1关闭, 并将测距成功标志字赋值y以表示此次测距不成功。
3 结束语
汽车防撞报警系统以A T89S51单片机为控制器, 该芯片为一般控制应用的8位单芯片, 晶片内部具时钟振荡器, 要比传统的工作频率高, 外部程序和存数据储器可扩充至64KB, 拥有2条双向输入输出线, 且每条均可以单独做I/O的控制, 8751及8752单芯片具有数据保密的功能且单芯片提供位逻辑运算指令, 功能上来讲要好过于A T89C 51。
超声波测距的原理是利用超声波的发射和接受, 根据超声波传播的时间来计算出传播距离。实用的测距方法采用反射波方式, 发射波被物体反射回来后接收的反射波方式, 适用于测距仪。
在元件和调试方面, 由于采用的电路使用了很多集成电路。外围元件调试应该不会太难, 元件的数量不是很多。只要电路焊接无误, 稍加调试应该会正常工作。电路中除集成电路外, 对各电子元件也无特别要求。根据测量范围要求不同, 可适当调整与接收换能器并接的滤波电容C 0的大小, 以获得合适的接收灵敏度和抗干扰能力。若能将超声波接收电路用金属壳屏蔽起来, 则可提高抗干扰能力。
参考文献
[1]谭浩强.C程序设计[M].北京:清华大学出版社, 1999.
汽车防撞报警系统 篇5
Avoidance SystemⅡ）。首先简要介绍了TCAS2的功用和发展概况，随后根据对方飞机安装TCAS2、S模式应答机、A/C模式应答机等几种不同情况较为详细地阐述了它的基本工作原理。
一、TCAS的概述
（一）TCAS的起源。开发有效的机载防撞系统曾经是航空界多年来追求的目标。受1956年在科罗拉多大峡谷上空两架客机相撞的刺激，航空公司开始了防撞概念的研究。20世纪60年代末至70年代初，若干厂家开发了航空器防撞系统ACAS
（Airborne Collision Avoidance System），但该设备在繁忙机场区域的正常运营中将产生高的虚警告，此外，它要求其他飞机也必须安装该类设备。20世纪70年代中期，开发了信标防撞系统BCAS（Beacon Collision Avoidance System），该系统利用空中交通管制雷达信标系统ATCRBS应答机发回的数据来决定对方飞机的距离和高度。所有的航线运输飞机、军用飞机和大多数通用航空飞机上都安装有ATCRBS应答机。因此，任何装备BCAS的飞机能够避开大多数其他飞机而得到保护。此外，正在发展的S模式应答机使用的离散选址通信技术，使两架冲突的BCAS飞机能高度可靠地完成协调的避让机动。1981年，FAA决定发展并装备空中交通警戒与防撞系统TCAS（Traffic Alert
and Collision Avoidance System）。TCAS用的是BCAS的设计，但增加了新的功能，特别是TCAS2能提供垂直方向的避让措施，能在交通密度高达每平方nmile0.3架飞机的空域正常运行。因此，TCAS系统是完全不依赖地面系统的机载设备。它通过ATC应答机相互对话，自行完成探测和跟踪邻近空域的飞机。根据接近程度，向机组提供不同级别的音响和目视警告，必要时推荐避让措施。
（二）TCAS的功用和分类。交通咨询与避撞系统（TCAS）是一种新型航空电子系统，可简称为避撞系统或防撞系统。国际民航组织定名为飞机避撞系统（ACAS）。它是一种独立于地面设备的机载设备，它通过应答机相互通话，探测和跟踪邻近空域，根据接近程度，向机组提供警告和推荐避让措施。
根据功能的不同，TCAS分为四类：TCAS1、TCAS2、TCAS3、TCAS4。
TCAS1——仅仅提供接近警告，用以帮助飞行员目视搜寻对方飞机，该类设备主要用于通勤航空器和通用航空器上。
TCAS2——既提供交通警戒信息，同时推荐在垂直方向的避让措施（决策信息），以避开冲突的交通目标。该类设备主要用于航线运输飞机、较大的通勤飞机和公务飞机。
TCAS3——由于技术原因，已停止发展。
TCAS4——目前还在开发之中，为避开冲突飞机，将提供交通警戒信息，并推荐在垂直方向和水平方向的避让措施。
（三） TCAS对飞行安全的影响。美国联邦航空局于1989年1月发出指令，要求各航空公司于1993年12月30日以前将旅客座位超过30座以上的所有飞机安装TCAS系统和S模式应答机，1995年2月9日以前将旅客座位10～30座的所有飞机安装TCAS系统，经过几年的实践证明，TCAS系统确实是一种防止和避免空中相撞事故的有效设备，美国在未装备TCAS的1989年共发生危险接近（距离小于30米）事件23起，而装备后的4年里（1993～1996）总共出现了18起。我们身边的事实同样证明了TCAS为保障安全做出的积极贡献。1996年9月8日，国航一架B747SP飞机执飞香港的航班任务，进入武汉区域后，副驾驶在TCAS显示器上发现有接近的飞机，虽然地面管制认为是TCAS出错，但是机组通过目视观察飞机外部情况，证实了TCAS显示的正确性。TCAS发出“TRAFFIC”和“DESCENT”的音响警告，机组立即根据TCAS指令措施下降避免了一场可能发生的事故。
TCAS为飞行人员提供了一种安全可靠的探测空中交通环境手段。飞行人员在空中飞行时，不仅有交通控制系统为他们提供间隔距离，还可以方便的使用TCAS去发现附近的飞机，主动的避让可能出现的危险，TCAS起着一道避免相撞危险的屏障作用，极大地增强了飞行人员的安全可靠感。
（四）TCAS的发展趋势。TCAS在今后的使用中，其逻辑和标准将被不断升级和提高，以便使其决策信息更趋于合理化，可靠性更强、准确性更高。例如，在按RA实施爬升和下降中达到超过红区指示的垂直速度变化率时的声音警报从过去的“Monitor Vertical Speed”（“监控垂直速度”）变为“Adjust Verti
cal Speed”（“校准垂直速度”），显示也是用绿色飞行轨迹弧显示出合理的高度变化率，以此抑制不必要的高度偏离。与此同时，TCAS4也在加紧研制，它直接从对方飞机或通过地面台中介来接收对方飞机的GPS Position？（全球定位系统的位置）DA
TA（资料），进而与对方飞机的FMS（飞行管理系统）直接交换自动飞行的资料，发出向垂直和水平方向最合适的回避指示。
TCAS在可预见的未来仍是飞机监视与防撞的重要组成部分，而且还将在未来新的自由飞行环境中担当关键的角色。如果借助ADS—B（广播式自动相关监视系统）的远程被动式监视技术，TCAS的功能将得到进一步的扩展。目前TCAS的监视范围为40海里，借助ADS—B被动监视技术后TCAS的预警范围可提高到200海里以上。并且ADS—B能够周期性接收空域内每架飞机的重要信息，其包括航空器识别、位置、速度方向、高度等。TCAS飞机可以利用这些信息扩展其安全探查范围，从而为机组提供更大的空中交通定向能力。
二、TCAS2的组成及原理
（一）TCAS2系统的组成。TCAS机载电子设备必须和S模式应答机联合工作，因而一架飞机上必须有一至二套S模式应答机再加上一套TCAS机载电子设备才能工作。全套组成机件如下：
（二）TCAS2的基本工作原理。TCAS2应答机探测的范围是前方40海里，后方20海里，两侧各20海里，上下8700英尺称为保护区。如果有飞机闯入保护区，TCAS2系统通过应答机与该机对话，计算双方之间距离，对方的相对方位，对方的高度和垂直速度（如果对方报告高度），对方的接近速率，通过这些数据TCAS2计算两架飞机对CPA的时间。因此，对方飞机所带应答机的类型不同，TCAS2的探测原理也有一定的差异。
（1） 对方飞机带有S模式应答机或TCAS2系统。S模式应答机具有选择地址的特性，它以每秒约1次的速率在1030MHz断续发送间歇振荡信号，该信号中含有发射者的S模式地址，装有TCAS2的飞机将在1090MHz上主动接收这些信号，并对装有S模式应答机的飞机在1030MHz上发出S模式询问。根据回答信号可以确定该飞机的距离，方位和高度；根据对方飞机的几次应答可以确定对方的高度变化率和距离变化率；根据询问应答之间的来回时间可以确定它是否接近或离开探测范围。因此，TCAS计算机可以计算出对方飞机的轮廓线和飞行轨迹是否将导致与自己相撞或接近相撞。然后TCAS2在自身飞机轮廓线的基础上，给出合理的避撞措施RA。如果对方飞机带有TCAS2系统，每架飞机都通过S模式应答机向对方发出询问以保证互补决策的选择。如图2所示某架飞机正发出一个
RA，其它飞机就会向那架飞机每秒发一个协调询问，协调询问中包含有飞机打算作的垂直机动等信息，这种信息为互补形式。
（2）对方飞机带有A/C模式应答机。TCAS2采用一种修改的C模式询问，即全呼叫C模式询问，如图3所示，它以每秒一次的正常速率询问A/C模式应答机。若对方飞机应答机工作在C模式，其回答信号中包括有高度信息，TCAS2可以发布决策信息RA；若工作在A模式，回答信号中没有高度信息，TCAS2不能发布决策信息RA，只能发布交通警戒信息TA。
（3）对方无应答机或应答机不工作。对方无应答机或应答机不工作，它对TCAS2的询问无法做出响应，因此，TCAS2无法探测该类飞机。
综上所述，TCAS2提供的保护等级由对方飞机所带的应答机的类型来决定，若对方飞机带有A模式应答机，TCAS2只提供交通警戒信息TA；若对方飞机带有C模式或S模式应答机，TCAS2既提供交通警戒信息TA，还提供决策信息RA；若两架飞机都带有TCAS2设备，则通过S模式应答机交换数据以对冲突进行协调解决；若对方飞机没有应答机或应答机没有工作，则TCAS2无法探测。
三、对航空维修工作的几点思考
飞行安全是航空维修工作永恒的主题。一要掌握故障的宏观规律。从宏观上准确认识故障，是正确指导航空维修工作的基础和前提。二是掌握故障的发生机理。对故障开展微观研究，是提高机务人员技术水平的重要途径。随着装备复杂度的提高，许多故障需要跨专业联合攻关。这就需要建立新的故障研究机制，实现远程诊断故障。三要从根本上减少故障。保证飞行安全的根本出路是提高装备的固有可靠性，减少故障就必须注重维修质量。航空维修工作现代化建设问题
发展就是硬道理，对航空维修部门来说也是如此。一要思想观念现代化。应该树立强烈的现代化意识、发展意识和改革创新意识。飞机维修工作曾经被视为简单的技艺，但现代航空维修已经成为一门科学，更被尊为其它武器装备维修和工业维修的前驱。二要掌握应用先进科技手段。实现航空维修现代化，关键在先进科学技术的应用。随着航空维修技术进入信息时代，将先进维修技术用于老旧飞机大有潜力可挖。三要学习民航的先进维修经验。国内民航维修保障工作已完全与国际接轨，其法规体系、管理制度、维修技术与西方先进国家相比已无很大差距。认真学习民航维修管理经验和技术，将起到事半功倍的效果。
关于汽车防撞系统的自动化研究 篇6
关键词：汽车,安全,防撞系统,自动化
1 汽车自动防撞系统的重要性
在我国, 道路交通事故已经成为了社会的一大公害, 严重影响着人们的正常生活与经济的增长。目前, 我国在汽车安全的系统的研究上已经取得了一定的进展, 从我国道路交通事故的统计数据可以看出, 在最近五年, 我国交通事故的次数、受伤人数与经济损失呈现下降的趋势, 但是这并不能说明汽车的安全系统已经足够完善, 因为每年车祸的总量依然是非常巨大的。为了减少汽车事故的发生, 世界各国纷纷投入了巨大的人力物力与财力。一方面, 政府不断的指定与完善汽车交通法规, 提高人们的安全意识。另一方面, 积极开发汽车安全系统。目前已知的汽车安全系统分为主动安全系统与被动安全系统两种。主动安全系统是指防抱死制动系统、紧急刹车辅助系统等这类传统的汽车安全系统。这些系统可以使得汽车的行驶更加稳定, 缩短制动距离, 减少汽车的碰撞率。但是这些系统必须在人工控制的状态下才能发挥出作用, 没有办法预测和准确避免交通事故的发生。被动安全系统是指安全气囊、儿童安全座椅、安全带等这类安全系统, 这类安全系统的作用仅仅是减少车祸所带来的损失, 并无法避免交通事故的发生。因此, 研制一种主动安全系统, 为司机提供自动报警与辅助制动的服务, 可以弥补现有安全系统中存在的不足, 不仅有利于维护人们的生命与财产安全, 而且其发展前景也非常广阔。有着巨大的现实意义和市场价值。
2 目前国外对汽车防撞系统的研究状况分析
对于汽车自动防撞系统的研究, 开始于上个世纪中后期。当时, 一些汽车工业发展较快的发达国家对于该系统的研发投入了大量的精力, 但由于当时的物理水平与硬件因素的影响, 一直没有取得很大的进展。知道20世纪后期, 德国奔腾公司发起了“普罗米修斯”计划, 才让几乎进入停止状态的汽车安全系统的研究焕发出新的活力。这次计划使得雷达系统成为了各个机构研究的重点内容, 而且在其它技术支撑的前提下, 该系统发展十分迅速, 使得德国成为从事该领域研究的最早国家。奔驰公司将距离自动控制雷达安装在了最新型的Benz6005轿车上, 这种雷达可以在40km~160km的时速范围内自动调节车速。根据车的行驶速度与周围的环境情况自动调节车距, 当车距过近时, 该系统可以实现自动化操作, 降低汽车的行驶速度, 进而有效地避免了车辆碰撞事故的发生。另外, 关于汽车自动化防碰系统的研究, 一直是德国沃尔沃公司的研究重点, 在2006年正式开发出自适应带刹车辅助的碰撞警示系统和巡航控制系统, 而在2007年, 又相继推出了驾驶员警示控制系统、车道偏离警示系统和带自动刹车功能的碰撞警示系统。美国在该领域的研究相对较晚, 但汽车安全系统的发展速度是最快的, 到目前为止, 美国汽车具备的自动化防碰技术处于世界前列。当前, 美国已实现了智能车辆的交通系统的开发, 其中车辆控制系统的开发是该系统的技术难点和重点。预警系统和车载雷达探测是防碰预警系统的主要运用领域, 该系统采用了先进的自动毫米波雷达, 成功的将军事防御雷达巧妙的运用在了商业产品中, 而且性价比也非常高。
3 国内目前的研究状况
目前, 我国对汽车自动防撞系统的开发仍处于初级阶段, 技术含量远不及发达国家, 且研究的范围相对有限, 主要由大型汽车企业和科研院校承担, 对这方面的技术还处于探索的阶段。
3.1 模糊控制理论
这一理论指的是把模糊理论, 模糊语言变量和模糊逻辑推理的相关技术运用在控制系统中, 这样, 整个控制系统就可以有和人接近的思维方法, 可以在一定程度上对汽车做出和司机一样控制。这种技术可以把人的思维与判断运用相对简单的数学形式表达出来, 虽然目前还处于研制的阶段, 但是这种技术一旦成熟起来, 必将被业界广泛的运用。在自动控制领域中, 把人的思维与控制技术整合到自动控制系统中, 是对于汽车自动话防撞系统研究的又一大突破。模糊控制的基础是模糊集成论, 其使得语言表达的专业知识更易获取, 进而方便了精确模型的建立, 即使是完全凭经验的可控系统也可以得到了有效的控制。而在整个过程中, 神经网络的仿生特性实现了系统中各种信息的有效利用, 而且任意的函数关系都可以通过神经网络映射出来, 有着一定的自学习能力和并行处理能力。整个系统中, 神经网络与模糊逻辑相辅相成, 模糊逻辑描述高层的逻辑框架, 而神经网络则可以处理低层的感知数据。
3.2 基于模糊理论的汽车自动防撞研究情况
报警提醒:司机在驾驶汽车时, 智能报警系统可以实时向司机显示行驶的车速, 前的车辆情况以及可能存在的威胁。当车速过快或与前方车辆的距离太近时, 防撞系统就会提醒司机前方有危险情况, 从而避免可能发生的车祸。跟踪识别:运用先进的雷达识别系统, 及时的检测车辆前方的动静态目标, 对前方的障碍物进行智能的计算与分析, 推断出前方障碍物的危险程度, 若前方的障碍物直接威胁到了本车的安全, 而司机又没有及时的采取相应的措施时, 雷达便会将采集的数据直接转换为可执行信号, 避免灾害的发生。减速刹车:在汽车突然遇到危险时, 系统可以制动执行从中央处理系统发出的制动命令, 将汽车快速的减速、刹车、停车等, 最大程度上避免车祸的发生。基于车速和大气情况, 进行路距的探测, 且汽车自动防撞系统会启动中央处理器, 对实际的探测情况进行处理。原车的结构不会因为制动性能而发生改变, 也不会对原车的制动性能产生影响。当汽车在行驶中发现有对车构成威胁的障碍物时, 汽车的自动防撞器可以实现自动报警、减速、制动等一系列的动作, 以避免汽车与障碍物发生碰撞。对于后车追尾碰撞的提前预警, 汽车的后刹车灯提前亮, 提醒后车司机注意。并且本车会给后车预留制动的一段距离, 以避免汽车追尾事故的发生。
4 现在设计的不足以及可以改进的方面
在研究的过程中, 所谓的安全距离是假设前方有静止的车辆, 根据静止状态下的车辆分析出来的, 而在我们的实际过程中, 周围的环境往往是复杂多变的, 这使得现在的研究将更多的因素考虑进去。例如, 车辆从静止状态突然开动, 车辆从开动的状态突然静止, 车辆处于加速或减速状态等环境下, 都应该模拟出来, 并最终得到正确的研究数据, 安全距离模型应该是可以在任何条件下都可以做出正确判断的系统, 否则, 一旦判断失误, 获取会给人们造成更大的生命与财产安全。整体研究中, 有部分理论性的东西并没有完全在实践中得到证实, 这需要反复的做实验, 才能最终得到正确的数据。
5 结论
随着道路交通状况的日益复杂, 汽车自动防撞系统的研究也将会面临更多的问题, 对于此车自动化防撞系统的研究, 只有将理论与实际结合起来, 及时的发现研究中可能存在的问题并认真解决问题, 才能让汽车自动防撞系统真正造福于人类。
参考文献
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汽车防撞报警系统 篇7
1 总体设计
图1是汽车防撞系统框图。
系统开始工作时, 测速模块开始检测汽车轮胎的转速, 将数据送给MSP430后计算出此时的车速, 与此同时测距模块开始工作, 把检测到的数据 (前方车辆或障碍物的距离) 传递给单片机。单片机通过处理、分析、计算和比较输入的信息完成碰撞预测和判断功能, 并在危险的时候做出警报。同时单片机通过显示模块显示当前的速度、理论安全距离、实际距离。
2 测速模块
2.1 转速测量方法
这个系统所用的转速测量方法是M法 (测频法) 。转速的定义是指单位时间内轮子所转圈数。这在转换过程中是一种重复运动, 并且是有规律可循的。如果把一块永磁钢安装在车轮轮胎的边沿上, 在汽车开动的时候, 这个永磁钢会随着车轮同时转动。由于霍尔效应, 在这个时候, 固定在一边的霍尔器件会由于受磁钢的磁场影响会输出频率和转速成正比的脉冲信号。下式表达的是信号周期 (t) 与电机的转速 (N) 关系:
其中:N表示车轮的转速;p为车轮转一圈的脉冲数;t为输出信号周期。
2.2 测速电路
图2是测速电路的信号采集部分, 为了滤去电源尖啸使霍尔元件稳定工作, 我们将电容c2并联在电源输入端。我们使用的霍尔元件为HGCS3020, 为了滤去波形尖峰我们在HGCS3020的3端口 (输入端) 与地之间加一个电容 (C3) 。我们在LM324的输出端 (端口1) 接一个电阻R2 (作为上拉电阻) , 这样就构成一个比较器。我们将电位器Rp1与HGCS3020的输出电压进行比较, 通过端口1将得出高低电平信号送给单片机。同时为了保证获得良好数学信号我们用C4来进行波形整形。
3 激光测距模块
3.1 脉冲激光测距原理
开始我们在起始点向目标发射一束短而强的激光脉冲, 然后光功能接收器会接收到光脉冲发射到目标上后反射回的一小部分激光。假定从开始发射激光脉冲到接收器接收到反射信号的时间间隔为t, 那么我们可知两点间的距离D为:
3.2 发射电路设计
首先我们需要产生一段脉冲 (用555定时器作为主要器件) , 我们将脉冲的占空比设为50%, 将它的频率设为500HZ。然后将这段脉冲延时4次, 每次的延时时间为7ns。接下来把得到的结果做一次异或操作, 使得输出的脉冲脉宽为28ns, 频率为1KHZ。这段脉冲就叫窄脉冲。然后再经过半导体激光器传递给功率放大电路将信号放大后送给脉冲激光二极管发射出去。图3为发射电路框图。
3.3 接收电路设计
一般来说, 正常情况下我们所接受到的激光回波信号会十分微弱, 这会使我们的检测工作变得十分困难。造成这种情况的原因是由于光信号从发射点出去到达接收点的路程中往往自身会产生衰减并且目标物也会使其发生漫反射。因此我们需要一个较为灵敏的接收传感器。雪崩二极管的内部增益有很高, 还有非常快响应速度, 所以这里选择雪崩二极管作为光敏接收器。
我们用AGC宽带放大器、跟随放大器和光电传感器组成接收电路。一般来说, 由于接收到的激光回波信号强度与测量点与目标之间的距离值呈反比关系。我们在测距时将AGC信号控制放大器的增益丛5~8db逐渐增加到38db以上, 同时把带宽设置为1.5~15MHz, 这样可消除放大器放大远距离回波信号产生的失真。
往往经放大以后的回波信号会变得不规则, 这是被测目标的远近目标特性不一致所引起的, 为保证控制电路可靠工作, 就必须将它们整形, 使之成为概述很陡、宽度和幅度一定的矩形脉冲。
4 时间间隔测量电路设计和软件实现
由于激光脉冲在空中的传输过程中会产生衰减和畸变, 从而导致接收到的脉冲与发射脉冲在幅度和形状上都有很大的不同。这样就会给很难确定起止时刻, 这样所产生的测量误差就是我们所说的漂移误差, 此外, 由于输入噪声引起时间波动也会给测量带来误差。因此本文用前沿时刻鉴别法来减小误差。
该部分电路核心器件是德国ACAM公司的通用TDC家族的TDC-GP2。TDC-GP2具有比之前产品更高的精度和更小的封装, 并且还拥有高速脉冲发生器, 停止信号使能, 温度测量和时钟控制等功能。
图4为TDC-GP20和MSP43的连接图, 要想完成单片机与TDC-GP2的数据通讯, TDC-GP2的通讯接口SPI可直接与MSP430的SPI口相连, 我们可以通过SPI口控制TDC-GP2的工作。另外START、STOPT1、STOPT2分别为TDC-GP2的三个使能端, 它们与单片机的三个IO口相连, 通过控制使能端的开关来控制TDC-GP2是否能接受外来的信号 (就是开始/截止信号) , 这样就可以达到控制TDC-GP2何时开始时间测量的目的。在这里直接由单片机给出START信号给TDC-GP2的。STOPT1和STOPT2都是截止信号, 前者来自于前段的驱动电路 (指激光管的驱动电路) , 后者来自与接收电路。
TDC-GP2的控制流程图如图5所示:
下面是TDC-GP2寄存器配置程序:
当Reg x的配置完成后, 下面就打开3个使能 (start、stopt1、stopt2) , 并发送开始信号, 开始接收发射与接收单元的脉冲信号, 然后进行数据校正 (通过SPI接口发送Start_Cal_TDC指令实现) 。当中断信号INTN为0时, 发送Read_data命令在结果寄存器RES_0中读取所需的测量数据。
下面是GP2的测量程序:
我们选择TDC-GP2工作在测量范围1校准测量。标准数据是以2的补码形式出现的32位固定浮点数。高16位为该浮点数的整数部分, 低16位是小数部分。
通过上式可以计算TDC所测量的时间差。再通过公式S= (T*c) /2 (c为光速) 即可计算出距离。
参考文献
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汽车防撞报警系统 篇8
关键词：电磁力,排斥,碰撞
1 研究背景
汽车安全历来是人们最为关心的问题之一, 它直接关系到人民生命的安全和财产的损失。汽车发展的历史同时也是汽车安全性能不断提高的历史。目前, 各国都在努力降低交通事故的伤亡率, 并且已经取得了显著效果。随着社会的发展, 科技的进步, 汽车的安全性能在不断地提高, 现代汽车的安全设计都在从整体上来考虑, 不仅要在事故发生时尽量减少乘员受伤的机率, 而且更重要的是要在轻松和舒适的驾驶条件下帮助驾驶者避免事故的发生。
随着人们对驾驶安全要求不断提高, 汽车的安全技术性能也在不断完善, 特别是随着电子技术的发展, 高性能的电子科技产品应用于汽车安全系统当中, 对汽车的安全监测起到了重要的作用。
2 汽车安全性分析
汽车的安全性分为主动安全和被动安全两种, 主动安全是指汽车防止发生事故的能力, 被动安全是指在万一发生事故的情况下, 汽车保护乘员的能力。
现在汽车设计师们更多考虑的则是主动安全设计, 使汽车能够自己“思考”, 主动采取措施, 避免事故的发生。在这种汽车上装有汽车规避系统, 包括装在车身各部位的防撞雷达、红外雷达等传感器、盲点探测器等设施, 由计算机进行控制。在倒车、超车、换道、大雾、雨天等易发生危险的情况下, 随时以声、光形式向驾驶者提供车体周围必要的信息, 并可自动采取措施, 有效防止事故发生。另外在计算机的存储器内还可储大量有关驾驶者和车辆的各种信息, 对驾驶者和车辆进行监测控制。因此, 汽车的安全技术在不断地更新和完善。汽车的主动安全技术主要包括ABS、EBD、TCS、LSWS等的应用当汽车发生事故时, 对乘员的伤害是在瞬间发生的。例如, 以车速50公里/时进行正面撞车时, 其发生时间只有十分之一秒左右。为了在这样短暂的时间中防止对乘员的伤害, 必须设置安全装备, 目前被动安全技术主要有安全带、防撞式车身和安全气囊防护系统等。
由于很多事故是难以避免的, 因此被动安全性也非常重要, 安全气囊作为被动安全性的研究成果, 由于使用方便, 效果显著, 造价不高, 得到了迅速的发展和普及。安全气囊同样也有它不安全的一面。据计算, 若汽车以60km的时速行驶, 突然的撞击会令车辆在0.2秒之内停下, 而气囊则会以大约300km/h的速度弹出, 而由此所产生的撞击力约有180公斤, 这对于头部、颈部等人体较脆弱的部位就很难承。因此, 如果安全气囊弹出的角度、力度稍有差错, 就有可能酿出一场“悲剧”。
3 电磁力与距离关系的分析
电磁力是一种非接触力, 其大小主要与电流、距离等因素有关, 电磁力变化是非线性变化。根据图1中可以看出, 电磁力主要集中在1-300mm之间, 距离越小, 电磁力越大, 成指数上升。当出现车辆强烈碰撞时, 线圈内会流过强大的电流, 人体向前倾, 根据曲线图的走向, 会产生强大的电磁力, 此强大的电磁力会缓冲人体和方向盘的接触, 很大限度的防止人体直接接触方向盘而造成的二次伤害。
4 电磁缓冲防撞系统的初步构思
电磁缓冲防撞系统是利用电流流过电磁线圈产生电磁力, 同极性电磁力互相排斥的原理, 达到缓冲并防止驾驶员身体上部碰撞方向盘。在方向盘内放置超导线圈, 安全带需要特殊设计, 使正对方向盘的安全带部分需要内置超导线圈, 当车辆车头猛烈撞击时, 碰撞传感器发出信号, 信号传递到ECU中进行处理, 使方向盘和安全带内的超导线圈通电, 产生同极性磁场, 互相排斥, 使人身前倾缓冲, 两者越接近, 排斥力越大, 致使人体不碰触到方向盘。 (图2)
结束语
通过以上对系统的介绍, 该系统是借助一种非接触的力来进行缓冲, 达到人体不接触硬件物体, 以此来保护人身安全。该系统利用电磁原理, 故从车辆碰撞到系统起作用之间时间非常短, 大大的提高了安全时间。在如今电子技术飞速发展的年代, 该系统应用在汽车上造价低廉, 安全系数高, 值得更进一步研究及广泛应用。
参考文献
[1]吴建立.电磁力在汽车主动安全技术中的探究[J].技术应用, 2014 (16) :117-118.
[2]王丽.电磁防撞系统的探讨[J].科技信息, 2011 (36) .
[3]佟国栋.基于超声波测距的汽车电磁防撞装置[J].中国现代教育装备, 2011 (9) :11-14.
汽车防撞报警系统 篇9
在我国汽车数量逐年增加,公路交通安全问题日益突出的情况下,迫切需要找到一种合适的汽车主动防撞装置,用来确保行车安全。公路交通汽车事故分析表明:80%以上的车祸是由于司机反应不及时或判断失误造成的;特别是在汽车高速行驶的情况下,前方目标的正确识别至关重要,如果司机能提早0.5秒钟意识到危险并采取措施,可避免迎面碰撞事故30%,追尾事故50%,若提早1秒钟采取措施则绝大多数事故可避免[1]。为了最大限度地减少汽车交通事故,国内外已经开始对毫米波雷达防撞系统进行了研究,这是因为毫米波的特性保证了它能够适应恶劣的气候条件,如在能见度比较低的雨雾等正需要防撞系统提供帮助的天气条件下,激光和超声波等方式不能正常工作,毫米波雷达则不会受到影响;而且毫米波雷达的天线也不会因为灰尘等污染而产生误差,比较适合在高速公路中运用。汽车防撞雷达按照安装位置的不同和需要防护避让的目标不同可以分为前向雷达、倒车雷达、侧向雷达。汽车主动防撞雷达主要是指前向雷达,它具有测速、测距以及测角的功能,同时具有判断目标车辆对己车的威胁程度,并发出不同的警报信息提醒司机注意安全。因此,解决交通安全,积极开发汽车防撞技术具有重要的现实意义和广阔市场前景。
1 汽车防撞雷达的工作原理
根据测距原理的不同,毫米波雷达测距有脉冲雷达和调频连续波(FMCW)雷达两种。
1.1 脉冲雷达
脉冲测距的原理是通过判断发射脉冲信号与目标反射信号之间的时间差td,结合毫米波的传播速度,计算两车的间距
脉冲测距方式原理虽然简单(即测定发射脉冲和接收脉冲之间的时间差),但是在具体的技术实现上存在一定的难度。如果目标距离相对较近时,发射信号和接收信号之间的时间差非常小,仅仅几个纳秒。这就要求系统采用高速信号处理技术,从而使近距离测量变得十分复杂,成本也大幅上升。另外NASA5827号技术备忘录中肯定地指出:单脉冲方式用于防撞雷达测角不可行。因此脉冲雷达在汽车防撞方面的实用性不强[2]。
1.2 调频连续波雷达
FMCW 汽车防撞雷达工作时通过发射天线向外发射一系列连续调频连续波,并接受目标的反射信号。发射波与反射波形状相同,如图1(a)所示,但是时间上滞后Δt。Δt与目标距离R的关系可以表示为Δt=2R/C,其中c为光速。发射信号与反射信号在某一时刻的频率差即为混频输出的中频信号频率Δf,如图1(b)所示。根据三角关系
容易看出,目标距离与前端混频输出的中频频率成正比。
对于运动目标,反射信号中包括一个由目标的相对运动所引起的多普勒频移fd,如图2所示。在三角波的上升沿和下降沿输出中频频率可分别表示为:
fb+=Δf-fd (1)
fb-=Δf+fd (2)
上两式中Δf为目标物体相对静止时中频信号的频率,fd为多普勒频移,根据多普勒原理,多普勒频移fd可由下式求得
因此,在实际应用中不管目标处于相对运动还是相对静止运动状态,只要分别求出调制三角波在上升沿和下降沿的中频信号的频率,就可以利用以上两式来计算目标的距离和速度信息[3]。
2 FMCW雷达系统结构
调频连续波( FMCW)汽车防撞雷达系统的结构如图3所示,主要由调制波形发生器、压控振荡器、定向耦合器、收发天线、混频器、低通滤波器、中频电路、A/D转换器、数字信号处理器、声光报警器组成。
雷达的发射波是被调制的射频信号,由VCO在调制信号的作用下产生,经天线向外辐射。一般在调频连续波雷达中调制信号为三角波或锯齿波信号,VCO输出信号的频率随调制信号的幅度线性变化。因此调制信号稳定度和线性度的好坏直接影响雷达的测距精度和距离分辨率,在设计调制信号波形产生电路时,其稳定度和线性度是需要重点考虑的因素。
把接收到的回波信号与发射信号混频后经带通滤波器得到所需模拟中频信号。由于发射、接收单元的发射功率较小,信号在空气中传播会衰减部分能量,从混频器输出的差拍信号较小,并且会参杂很多杂波信号,如果直接对信号进行采集肯定无法实现,因此在对中频信号进行处理时首先进行放大,低通滤波后,再进行中频放大,完成幅度统一的功能,然后送A/D 转换器进行模数转换,最后送至数字信号处理部分。
数据处理部分消除中频信号中不必要的信号(如杂波)和干扰信号,并对经过中频放大的混频信号进行处理,从信号频谱中提取目标距离和速度等信息。报警模块是在情况危险时向司机发出报警,或者直接控制汽车的行驶状态,从而避免事故的发生。
信号的放大、滤波和数模转换可以使用MAX11043实现。MAX11043是业内首款集成信号处理器,用于汽车自适应巡航控制,MAX11043是4路单端或差分、16位同时采样ADC。MAX11043每通道包含通用的滤波器模块和可编程增益放大器(PGA)。每通道的滤波器由7级2阶可编程滤波器单元构成,可以构建成14阶滤波器。滤波器系数用户可编程。每个2阶滤波器均可配置为低通(LP)、高通(HP)或带通(BP),并可选择校准。PGA可以设置增益的范围为1至64,PGA内包含均衡(EQ)功能,在CW线性调频雷达等应用中自动提升幅度较低的高频信号[4]。
3 国内外发展与应用状况
我国在汽车防撞雷达的研究方面比较滞后,多数研究机构都只针对雷达的某一部分进行研究,也取得一些可喜的成果,但是受到器件、成本及技术等方面因素的影响,大多处于实验室阶段,没有实现产业化。中国科学院上海微系统研究所首次研制成功小型防撞雷达, 其中关键的雷达前端芯片是国内首次研制成功,拥有独立知识产权,但是制造成本很高,每套系统大约6000元。江苏赛博电子有限公司与大专院校合作研制出一款38GHz汽车雷达防撞系统。2008年上海汽车电子工程中心研制出的SAE-100毫米波防撞雷达系统样机采用FMCW方案,工作频率为35GHz,测距范围约10Om。该系统采用26dB增益的小型喇叭天线,发射功率为400mw的波导前端,尺寸为9cm×15cm×16cm[5]。电子科技大学对调频连续波雷达的体制和雷达的后期信号处理进行了较为深入的研究。我国现有毫米波雷达主要工作于40GHz以下如24GHz、35GHz等,这主要是由于器件成本以及测试设备方面的限制造成的。目前这些雷达系统尚未见诸商业化应用的报道。我国对汽车防撞雷达的研究尚处于起始阶段, 还有很多的问题有待解决。
国际上对汽车防撞雷达的研究始于20世纪60年代, 研究主要在以德国、美国和日本为代表的西方发达国家内展开。随着微波技术理论及其器件集成技术的高速发展,以及处理器性价比的突飞猛进, 使得研制成本降低。再加之各国的ITS(智能交通系统)计划全面启动,对于防撞雷达系统的性能要求也大致达成了共识。于是汽车防撞雷达的研究成为近年来雷达领域的研究热点,并且已经研制出可供装车使用的产品。如美国公共交通管理局研制的一种36GHz汽车防撞雷达系统, 当发现前方30～45m处有障碍物时可自动刹车。日本研制的一种60GHz 脉冲多普勒体制汽车防撞雷达系统,作用距离5～150m。丰田汽车公司使用毫米波雷达和CCD 摄像机对前后车距进行动态监测,车距小于阈值时就发出警报。本田公司使用扇形激光束来扫描雷达传感器,即使在弯道行驶也可以监测前后车辆和障碍物的距离[6]。
现在许多车电系统厂商都致力于研发汽车主动防撞设施,大部分仍然在研发测试阶段。由于制造成本很高,目前只有宝马、奔驰、三菱等极少数品牌的高档车采用了防撞技术,安装在普及型轿车上还需要一些时间。奔驰公司在Ben2600S级轿车上安装了距离自动控制雷达,可以在40至160公里时速范围内自动调节车速,还可以根据时速确定自车与前车的距离,一旦距前车太近,自车就自动减速以避免追尾碰撞。但是由于其设定的前方距离较大,在中国销售的车辆就没有安装此项功能。
4 结束语
对于汽车防撞雷达的研制而言,现阶段主要存在虚警和漏警两大技术难题,对前方车辆的角度测量方法也存在一定的难度。目前的防撞雷达在直线上实现防撞报警已经积累了相当多的经验, 但是在复杂路面情况时就会出现问题。国外汽车防撞雷达已投入使用并收到了很好的效益。未来防撞雷达必定向着小型、智能、节能化方向发展。如果我国的雷达厂家能生产出符合标准的汽车防撞雷达,将会产生巨大的经济效应。
参考文献
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汽车涡扇液氮减速制动防撞装置 篇10
●MDH160F大规格卧式加工中心MDH160F大规格卧式加工中心是大连机床集团有限责任公司自主研制的具有国内先进水平的卧式加工中心, 广泛适用于箱体零件、壳体零件等大中型零件的加工, 零件经一次装夹可自动完成4个面的铣、镗、钻、扩、铰、攻螺纹等多工序加工。机床采用滑动导轨结构, 主轴采用齿轮传动, 最大转矩可达2463N·m, 保证了机床的高刚性和大转矩切削。
主要技术参数:X、Y、Z轴行程2500mm/1800mm/1600mm;X、Y、Z轴快进速度16m/min;X、Y、Z轴工进速度1~5000mm/min;工作台最大载重10000kg;主轴转速50~3000r/min;最大转矩2463N·m;刀库容量60把;进刀方式随机 (任意) ;数控系统法那科-18i。
●H2000C数控螺旋锥齿轮铣齿机哈尔滨量具刃具集团有限责任公司生产的H2000C数控螺旋锥齿轮铣齿机, 为六轴五联动数控机床, 由X、Y、Z三个相互垂直的直线轴和A、B、C三个旋转轴构成。A轴为工件轴, C轴为刀具轴, B轴用于调整工件轴线与刀具线的夹角。B轴采用转台加连杆机构驱动的新型结构, 避免了摩擦轮结构产生的打滑和机床坐标原点漂移的问题。Y轴传动取消了平衡油缸, 采用双丝杠的“重心驱动”结构, 提高了机床的动态性能。H2000C型数控螺旋锥齿轮铣齿机适合于矿山、冶金、船舶、建材等行业大规格、高精度螺旋锥齿轮的精密铣齿加工。
主要技术参数:最大加工工件直径2000mm;最大加工模数40mm;使用刀盘直径21~40英寸;刀具轴转速0~30r/min;工件轴转速0~15r/min;工件主轴通孔直径400mm;铣齿精度6级以上 (GB 11365—1989) ;机床联动轴数为6轴5联动。X13.05-04
[机械工业信息研究院赵广兴供稿北京市西城区百万庄大街22号100037] (3)
跀賴设备管理与维修2013№5
专利申请号:200820129215.3)
目前, 国内外发明和配置的汽车防撞装置主要有:刹车减速制动装置、ABS防侧滑装置、雷达探测预警自动减速装置 (提供安全距离预警并减小发动机功率输出) 、GPS定位预警自动减速装置 (应用GPS系统测定两车相对距离提供预警并减速) 等, 但这些发明还不能在汽车高速行驶状态下完全避免、减少追尾和连环撞车事故的发生。如果汽车在应急状态下能有效地缩短刹车距离, 减小惯性冲击力, 减少和避免追尾事故和连环撞车事故的发生, 汽车的安全性能将会大大提高。
本实用新型涉及一种汽车涡扇液氮减速制动防撞装置。利用液氮在常温状态下体积呈几何级数膨胀的特性, 在汽车前端安装涡扇液氮减速制动防撞装置, 为高速行驶的汽车提供有效的反作用力, 减小汽车快速前进的作用力, 汽车在反作用力的作用下就会迅速减速, 增加制动距离和驾驶员的反应时间, 达到减少或避免追尾事故和连环撞车事故发生的目的。其结构简单、体积小、制造成本低且节能环保, 对环境无污染, 可广泛应用于越野车、小轿车、中巴车等的辅助减速制动。X13.05-05