汽車防撞紅外線測距系統(tǒng)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述

浙江師范大學(xué)行知學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）文獻(xiàn)綜述分院工學(xué)分院專業(yè)電子信息工程學(xué)生姓名學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師職稱合作導(dǎo)師職稱論文題目汽車防撞紅外線測距系統(tǒng)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述：一、研究背景和意義隨著汽車事業(yè)的快速發(fā)展，汽車作為重要的交通工具步入了尋常百姓家，但是道路狀態(tài)、交通管理等硬件難以跟上，加上駕駛超車、駕車開小差、錯(cuò)誤估計(jì)車距等主觀的原因，特別是汽車追尾碰撞事故也隨之成為社會(huì)關(guān)注的重要問題，使相互碰撞的交通事故頻頻發(fā)生。解決這個(gè)問題的根本措施是給行進(jìn)中的汽車安裝能自動(dòng)跟蹤測距，在危險(xiǎn)距離內(nèi)自動(dòng)剎車的裝置。由于電子技術(shù)的發(fā)展，先后出現(xiàn)了激光測距、微波雷達(dá)測距、超聲波測距及紅外線測距。其中激光測距是靠激光束照射在前車上的反射鏡（汽車尾部）反射回來的激光束探測兩車距離。由于受惡劣的天氣、汽車激烈的振動(dòng)，反射鏡表面磨損，污染等因素影響，使反射的激光束的實(shí)際探測距離比理論探測的最大距離減少1/2?1/3,大大影響探測的精確度；微波雷達(dá)測距技術(shù)是軍事和某些工業(yè)開發(fā)采用的裝備和振蕩器等電路部分，價(jià)格昂貴，現(xiàn)在幾乎還沒有開拓民用市場；超聲波測距在國內(nèi)外已有人做過研究，由于采用特殊專用元件使其價(jià)格高，技術(shù)難度大，難以推廣；紅外線作為一種特殊的光波，具有光波的基本物理傳輸特性反射、折射、散射等，且由于其技術(shù)難度相對不太大，構(gòu)成的測距系統(tǒng)成本低廉，性能優(yōu)良，便于民用推廣。當(dāng)前測距系統(tǒng)所用的測距基本原理都是建立在測量時(shí)間差的基礎(chǔ)上，而測量時(shí)間的方法主要有脈沖方式和調(diào)頻2連續(xù)波方式。這兩種測量方式都是以模擬電路來實(shí)現(xiàn)，由于器件延時(shí)的影響，使測量精度大大下降。本文采用計(jì)數(shù)方式，通過單片機(jī)處理，使測量的準(zhǔn)確度有了很大提高。因此，本設(shè)計(jì)研究的紅外測距系統(tǒng)成本較低，機(jī)體尺寸小，而且利用一種新的測距原理結(jié)合單片機(jī)技術(shù)的處理，使測量精度有了較大提高；分析判斷險(xiǎn)情的速度加快，準(zhǔn)確性提高。二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展動(dòng)態(tài)（一）國內(nèi)研究現(xiàn)狀與發(fā)展動(dòng)態(tài)：在汽車防撞系統(tǒng)研發(fā)的極大現(xiàn)實(shí)意義和廣闊應(yīng)用前景的驅(qū)動(dòng)下，世界各國的汽車制造商、大學(xué)和科研院所先后投入大量的人力、物力、財(cái)力研制主動(dòng)式的汽車自動(dòng)防撞器。國際上對于汽車防撞雷達(dá)的研究始于20世紀(jì)60年代，研究主要在以德國、美國和R本為代表的西方發(fā)達(dá)國家內(nèi)展開。至今為止，從時(shí)間上大致可以分為兩個(gè)階段。第一階段從60年代至70年代木期，這一階段的特點(diǎn)是微波理論及其器件集成水平低，系統(tǒng)硬件成本高，對于汽車防撞雷達(dá)系統(tǒng)的性能要求沒有客觀的標(biāo)準(zhǔn)，因而各國研制出的防撞雷達(dá)樣機(jī)效果差。第二階段80年代中期至今，在這一階段，隨著微波技術(shù)理論及其器件集成技術(shù)的高速發(fā)展，以及微處理器性能價(jià)格比的突飛猛進(jìn)，使得研制出低成本、高性能的汽車防撞雷達(dá)成為可能，對于防撞雷達(dá)系統(tǒng)的性能要求也大致形成了共識(shí)。進(jìn)入90年代后，德國在這一領(lǐng)域的研究處于領(lǐng)先地位。最近，歐盟RadarNet研究項(xiàng)目致力于整合已有研發(fā)成果，采用最新技術(shù)，研制一種新型的多功能汽車防撞雷達(dá)，應(yīng)該說它代表了汽車防撞雷達(dá)研究的技術(shù)前沿，具有較強(qiáng)的參考價(jià)值。我國對汽車防撞雷達(dá)的研究起步較晚。目前，國內(nèi)在汽車防撞方面只局限于倒車?yán)走_(dá)的研制和生產(chǎn)，至于前向探測雷達(dá)，雖然目前有不少的汽車廠商和科研院所都做了一些跟蹤與探索，但沒有實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所于2001年率先在國內(nèi)開發(fā)出了35GHz的毫米波防撞雷達(dá)系統(tǒng)。2005年6月，該研究所首次研制成功小型防撞雷達(dá)，其中關(guān)鍵的雷達(dá)前端芯片是國內(nèi)首次研制成功，擁有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)。目前只有寶馬、三菱等極少數(shù)品牌的高檔車采用了防撞技術(shù)，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有普及，而且制造成本很高，只有等將來徹底市場化了，成本才有可能降低。(二)國外研究現(xiàn)狀與發(fā)展動(dòng)態(tài)：德國是研究防撞雷達(dá)裝置最早的國家。1997年奔馳公司所設(shè)計(jì)的稱為速度一距離控制系統(tǒng)的汽車?yán)走_(dá)系統(tǒng)榮獲德國的工業(yè)革新獎(jiǎng)。這種雷達(dá)采用FMCW體制，工作頻率為76GHz，發(fā)射功率3mW，最大作用距離為150米，可同時(shí)跟蹤30個(gè)目標(biāo)，但只考慮行駛速度小于或等于自身車輛速度的目標(biāo)。雷達(dá)將接收的目標(biāo)反射信號(hào)通過處理器送至汽車控制系統(tǒng)，就可以自動(dòng)執(zhí)行剎車或變速，從而控制車距。日本在先進(jìn)安全車輛控制與安全系統(tǒng)方面的研究比較早。1995年，豐田汽車公司研制成主動(dòng)預(yù)防安全系統(tǒng)和被動(dòng)防撞安全系統(tǒng)，毫米波雷達(dá)是該系統(tǒng)項(xiàng)目的一個(gè)組成部分。通過毫米波雷達(dá)獲得前方同向車輛的信息并判斷危險(xiǎn)性，通過警報(bào)、顯示建議駕駛者及時(shí)采取措施，如果斷定即將發(fā)生碰撞，系統(tǒng)將干涉操縱系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)停車。R本五大汽車公司都開發(fā)有自己的先進(jìn)安全汽車，汽車防撞雷達(dá)是事故預(yù)防必不可少的裝備。三菱和同立公司研制的毫米波防撞雷達(dá)采用FMCW工作體制，探測距離為120米。尼桑公司研制的立體雷達(dá)防撞系統(tǒng)，毫米波信號(hào)交替的由左邊或右邊的天線輻射，以掃描前方路面，回波信號(hào)經(jīng)過處理，顯示出前方目標(biāo)的距離和相對速度，并測出輻射信號(hào)的相位差，判斷是否有碰撞的危險(xiǎn)。若有危險(xiǎn)，可向司機(jī)發(fā)出警報(bào)和自動(dòng)校正汽車行駛方向。目前，日本正在積極推廣智能公路(Smartway)計(jì)劃。2003年在日本小范圍內(nèi)實(shí)施了一個(gè)示范計(jì)劃，到2015年將在全國范圍內(nèi)實(shí)施。該計(jì)劃提出要在車輛上采用諸如車道保持、十字路口防撞和車距保持等技術(shù)。美國防撞雷達(dá)的研究相對于歐洲和日本來說起步較晚，但是發(fā)展很快，美國的汽車防撞技術(shù)目自｛『己經(jīng)是世界領(lǐng)先水平，主要有代表性的福特和Eaton公司開發(fā)的Vorad汽車防撞雷達(dá)系統(tǒng)，該系統(tǒng)是商業(yè)上最為成功的汽車防撞雷達(dá)系統(tǒng)。另外，美國還有許多汽車制造商如通用、福特、克萊斯勒等正在研制用于客車上的防碰撞報(bào)警系統(tǒng)，預(yù)計(jì)到2010年此系統(tǒng)可以推向市場。如今國外總共研制有三種不同的汽車防撞系統(tǒng)即為利用射頻、微波和紅外線裝置經(jīng)過傳感器檢測反射信號(hào)以實(shí)現(xiàn)在司機(jī)改道或轉(zhuǎn)彎時(shí)告知其盲區(qū)是否有車輛出現(xiàn)。目前制造商正著手于研制能被作為標(biāo)準(zhǔn)部件安裝到汽車上的防撞系統(tǒng)。最近美國丹佛自動(dòng)檢測公司推出一種新的掃描防撞系統(tǒng)一側(cè)防系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括紅外傳感器、紅外檢測器和西門子光電分公司研制的顯示器三個(gè)主要部分組成。該公司打算大量生產(chǎn)這種側(cè)防系統(tǒng)以便把單價(jià)控制在美元以下。而采用其它技術(shù)構(gòu)成的系統(tǒng)估價(jià)一般在美元之司。掃描側(cè)防系統(tǒng)的特點(diǎn)是監(jiān)測范圍大可靠性強(qiáng)。紅外傳感器組件朝后安裝在汽車的尾部監(jiān)測兩側(cè)米以內(nèi)的盲區(qū)。當(dāng)汽車改變方面或轉(zhuǎn)道時(shí)在觸發(fā)轉(zhuǎn)彎信號(hào)的同時(shí)也使掃描側(cè)防系統(tǒng)啟動(dòng)工作。當(dāng)紅外傳感器組件發(fā)射的紅外光被接近的車輛反射時(shí)反射的紅外光經(jīng)紅外傳感器接收后觸發(fā)工作電路使安裝在司機(jī)旁邊的后視反射鏡上的發(fā)光示警。只要目標(biāo)剛一進(jìn)入被監(jiān)測的盲區(qū)在幾分之一秒內(nèi)就可被檢測到?，F(xiàn)在美國和歐洲正在汽車上對這種掃描側(cè)防系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試。未來四年內(nèi)將安裝到客運(yùn)汽車和有蓬的貨運(yùn)汽車上。目前，國際研究者已將注意力投向了新型的汽車防撞雷達(dá)，即自主智能巡航控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠自動(dòng)地使自車與前車的問距和相對速度保持在一個(gè)安全的范圍內(nèi)。整個(gè)過程不需要人工控制，從而大大地減輕了駕駛員的負(fù)擔(dān)。而且，在一部車上不僅安裝前視防撞雷達(dá)，還配備有側(cè)視及后視防撞雷達(dá)。三、文獻(xiàn)研究內(nèi)容隨著汽車事業(yè)的快速發(fā)展，汽車作為重要的交通工具步入了尋常百姓家，但是汽車進(jìn)車庫時(shí)容易發(fā)生碰撞和摩擦，這也成為人們關(guān)注的重要問題。因此國內(nèi)外對降低汽車碰撞做了相關(guān)的研究，國內(nèi)外行業(yè)人士對此紛紛發(fā)表了各自獨(dú)到而犀利的見解。[1]候智新、胡建軍和張世義在重慶工學(xué)院學(xué)報(bào)2007年2月第21卷第2期《汽車紅外線防碰撞控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)》中提到預(yù)防高速公路交通事故發(fā)生的有效措施之一，就是研究開發(fā)汽車安全距離自動(dòng)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過油門開度的調(diào)節(jié)、自動(dòng)檔位變換來改變車速，使前后車輛間距離控制在安全范圍內(nèi)。當(dāng)車輛間距離小于安全距離時(shí)，系統(tǒng)將發(fā)出預(yù)警信號(hào)，通知駕駛員采取相應(yīng)措施。當(dāng)情況比較緊迫時(shí)，它還會(huì)采取自動(dòng)減少油門開度、自動(dòng)減檔或自動(dòng)制動(dòng)等相關(guān)操作，從而避免事故發(fā)生.該系統(tǒng)應(yīng)對安全車距控制有足夠高的精度和足夠靈敏的反應(yīng)性能，能預(yù)警和自動(dòng)操作，保證高速公路的通車效率以及車輛的安全性和舒適性。車輛安全距離控制系統(tǒng)在國內(nèi)、外均屬于高技術(shù)產(chǎn)品。道路條件的改善和車輛的增加使車輛安全行駛問題日益突出，開發(fā)這樣的車輛安全輔助裝置是目前和今后相當(dāng)長的一段時(shí)期的必然趨勢。⑵胡瑜在機(jī)械工程與自動(dòng)化2010年8月第4期（總第161期）《汽車防碰撞系統(tǒng)的應(yīng)用與研究》中提到汽車防碰撞系統(tǒng)可以減少因碰撞而引發(fā)的事故，對提高交通道路安全具有十分重要的作用。汽車防碰撞系統(tǒng)是一種安裝在汽車上的主動(dòng)安全系統(tǒng)，是一種可以向駕駛員預(yù)先發(fā)出視聽報(bào)警信號(hào)的探測裝置。其工作原理是：在汽車正常行駛時(shí)，該系統(tǒng)處于非工作狀態(tài)；當(dāng)行人、車輛、障礙物非常接近于本車時(shí)，該系統(tǒng)將發(fā)出警告；在發(fā)出警告后，如果駕駛員沒有采取減速制動(dòng)措施，該系統(tǒng)便自動(dòng)啟動(dòng)緊急制動(dòng)裝置，以避免發(fā)生碰撞事故?？焖?、準(zhǔn)確計(jì)算出汽車行駛的安全距離，是實(shí)現(xiàn)車輛精確控制的關(guān)鍵，而測距方法的不同則大大影響汽車行駛安全距離的計(jì)算精度。［3］劉克旺在科技縱橫2010年4月第238—243頁《基于紅外線技術(shù)的汽車警示系統(tǒng)》中提到“汽車警示系統(tǒng)”的紅外線測距系統(tǒng)成本較低、機(jī)體尺寸小，而且利用一種新的測距原理結(jié)合單片機(jī)技術(shù)的處理，使測量精度有了較大的提高，同時(shí)把這種測距系統(tǒng)應(yīng)用于汽車防撞系統(tǒng)中，并進(jìn)行了裝車防撞試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，這種系統(tǒng)探測距離在無反射的條件下大于100米、在反射的條件下大于40米，且分析判斷險(xiǎn)情的速度快，準(zhǔn)確性較高。［4］蔣曉玲、孟志強(qiáng)和陳燕東等在光電系技術(shù)2011年3月第31卷第1期《汽車追尾防撞紅外測距系統(tǒng)》中提到從20世紀(jì)90年代開始，人們就著手研究基于超聲波測距的汽車防撞技術(shù)Ix］。紅外線因具有比超聲波傳播速度更快、傳播方向性更好、發(fā)射功率可控性更強(qiáng)等突出優(yōu)點(diǎn)，在汽車防撞研究中得到了廣泛的研究。［11］唐理洋和張亞君在電子器件2012年6月第35卷第3期《基于紅外線測距的汽車防撞系統(tǒng)的研究》中提到當(dāng)今世界電子技術(shù)發(fā)達(dá)，測距的方法多種多樣，主要有超聲波測距、激光測距、微波雷達(dá)測距和紅外線測距。這些測距的原理不同，也各有其優(yōu)缺點(diǎn)。超聲波測距原理簡單、成本較低，但是速度易受外界環(huán)境影響，并且測量的理想距離也只有4m?5m。激光測距易受汽車震動(dòng)、惡劣天氣、反射鏡表面磨損和污染等因素影響，而使測距的探測距離減少1/2?1/3,使用精度大為降低。微波雷達(dá)測距不僅成本較高，而且易受電磁波的干擾，不適合應(yīng)用于汽車測距系統(tǒng)。紅外線傳播時(shí)不易擴(kuò)散，穿越其他物質(zhì)時(shí)折射率很小，再加上能適應(yīng)夜晚或能見度差的環(huán)境、應(yīng)用于測距時(shí)成本低廉，因此便于民間的推廣。［13］金湘亮、曾云和陳迪平在紅外技術(shù)2001年5月第23卷第3期《紅外線測距系統(tǒng)的建立及其在汽車防撞系統(tǒng)中的應(yīng)用》中提到激光測距是靠激光束照射在前車上的反射鏡（汽車尾部）反射回來的激光束探測兩車距離。由于受惡劣的天氣、汽車激烈的振動(dòng)，反射鏡表面磨損，污染等因素影響，使反射的激光束在一定功率上探測距離比可能探測的最大距離減少1/2?1/3,損失很大，影響探測的精確度；微波雷達(dá)測距技術(shù)為軍事和某些工業(yè)開發(fā)采用的裝備和振蕩器等電路部分價(jià)格昂貴現(xiàn)在幾乎還沒有開拓民用市場；超聲波測距在國內(nèi)外已有人做過研究，由于采用特殊專用元件使其價(jià)格高，難以推廣;紅外線作為一種特殊的光波，具有光波的基本物理傳輸特性)反射、折射、散射等，且由于其技術(shù)難度相對不太大，構(gòu)成的測距系統(tǒng)成本低廉，性能優(yōu)良。四、文獻(xiàn)的借鑒意義通過以上文獻(xiàn)研究內(nèi)容的總結(jié)，不難發(fā)現(xiàn)：隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對汽車的需要越來越大，交通安全問題也日益加重，減少交通事故的發(fā)生不管是國內(nèi)還是國外都非常重視。二十一世紀(jì)是安全交通的時(shí)代，而汽車在這個(gè)時(shí)代則扮演著非常重要的角色。隨著社會(huì)的發(fā)展，汽車將會(huì)是家家戶戶不可缺少的代步工具，因此減少汽車在倒車入庫時(shí)的碰撞已經(jīng)是刻不容緩的事情。汽車防碰撞系統(tǒng)是一種安裝在汽車上的主動(dòng)安全系統(tǒng)，是一種可以向駕駛員預(yù)先發(fā)出視聽報(bào)警信號(hào)的探測裝置。汽車防碰撞系統(tǒng)可以減少因碰撞而引發(fā)的事故，對提高交通道路安全具有十分重要的作用。作者針對汽車防撞發(fā)展的現(xiàn)狀，經(jīng)過詳細(xì)系統(tǒng)的調(diào)查，查閱了以上文獻(xiàn)，為汽車防撞紅外測距打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。通過對上述文獻(xiàn)的總結(jié)，希望我們所得的結(jié)論對汽車防撞的研究更加全面，從而更切合駕駛員的實(shí)際操作。五、主要參考文獻(xiàn)[1]侯志新，胡建軍，張世義.汽車紅外線防碰撞控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].重慶工學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，21:99—102.[2]胡瑜.汽車防碰撞系統(tǒng)的應(yīng)用與研究[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2010，161:214—216.[3]劉克旺.基于紅外線技術(shù)的汽車警示系統(tǒng)[J].科技縱橫，2010(4):238—243.[4]蔣曉玲，孟志強(qiáng)，陳燕東等.汽車追尾防撞紅外測距系統(tǒng)[J].光電子技術(shù)，2011(3):67-72.[5]岳昕，康文，李會(huì).高速公路汽車追尾事故智能預(yù)警系統(tǒng)的研究[J].森林工程，2005，21(3):26—28.[6]楊幫文.新型集成器件實(shí)用電路[M].修訂版.北京：電子工業(yè)出版社，2006.[7]楊欣.車輛紅外線警示系統(tǒng)[P].中國專利:ZL02213501.4，2003—2—12.[8]荊崇波，苑士華，郭曉林.雙離合器自動(dòng)變速器及其應(yīng)用前景分析[J].機(jī)械傳動(dòng)，2005，56:56—58.[9]李華.MCS-51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社，1993.8[10]張毅剛等主編.新編MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)[M].哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2004年5月.[11]唐理洋，張亞君.基于紅外線測距的汽車防撞系統(tǒng)的研