LED倒车雷达 10betaWord格式.docx
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智能汽车装备有多种传感器,能够充分感知驾车者和乘客的状况,交通设施和周边环境的信息,判断乘员是否处于最佳状态,车辆和人是否会发生危险,并及时采取对应措施。
今天,社会进入了信息网络时代,人们希望汽车不仅仅是一种代步工具,更希望在汽车是生活及工作范围的一种延伸,在汽车上就像呆在自己的办公室和家里一样,可以收听广播,打电话,上互联网,处理工作。
随着数字技术的进步,汽车也将步入多媒体时代。
利用操作系统开发的车载计算机多媒体系统,具有信息处理、通讯、导航、防盗、语言识别、图像显示和娱乐等功能。
可以预见到的将来,汽车装置自动导航和辅助驾驶系统,驾驶员可把行车的目的地输入到汽车电脑中,汽车就会沿着最佳行车路线行驶到达目的地。
人们可以通过语言识别系统操纵着车内的各种设施,一边驾驶着汽车,一边欣赏着音乐电视.
1.3研究方法
2汽车主动安全技术及其发展
2.1汽车安全技术的应用
随着人类社会的不断发展与进步,汽车的普及和应用将更加普遍。
随之带来的道路交通安全问题也已成为世界性的大问题。
据联合国世界卫生组织最新一期的《世界灾难报告》报道:
目前,全球每年有超过l3O万人死于因汽车引起的道路交通事故,伤残人数更是高达3000多万,即平均约每25S左右就有1人因道路交通事故而丧生,约每秒就有1人因道路交通事故而受伤或致残。
道路交通事故仅位于心脑血管疾病、呼吸系统疾病和恶性肿瘤之后,已经成为威胁人类生命的第4大杀手。
全球每年因道路交通事故造成的直接经济损失高达5800多亿美元,其中发展中国家损失超过l200亿美元,是发展中国家每年接受援助额的2倍多。
因此,汽车的安全性能对人类生命和财产安全的影响是不言而喻的。
在世界汽车工业年的发展史中,汽车安全技术始终是商家们优先及其未来考虑的问题,他们一直在不懈努力,不断推陈出新,使汽车安全技术的研究和汽车安全新装备的应用随着汽车工业的发展发生了日新月异的变化,从最初的保险杠、减振系统、乘员系绊系统、安全气囊到汽车碰撞实验、车轮防抱死制动系统(ABS)、驱动防滑系统(ASR),再到无视差无盲点安全后视镜、儿童限动系统、行驶巡航系统等的研究,
汽车的安全性能正日臻完善。
特别是近几年,随着现代科学技术的迅猛发展和人类生活水平的快速提高,人民对当代汽车的安全性能、舒适性能提出了更高的要求,机电一体化技术、微电子技术、信息处理技术、自动化智能化技术等越来越多的先进技术、先进装备在汽车上得到广泛应用,使当代汽车安全技术和安全性能又有了飞跃性的发展,有些新技术和新装备更是令人耳目一新。
2.2汽车主动安全技术发展
通过提高汽车的主动安全技术和安全性能,可以最有效地减少道路交通事故的发生,从而可以从根本上降低道路交通事故对人类生命及财产安全造成的危害,因此,汽车主动安全技术是当今汽车研发的重点研究领域。
2.2.1防抱死制动系统(ABS)
防抱死制动系统的英文全称是Anti-LockBrakeSystem,缩写为ABS,是汽车主动安全技术最基本的,也是最重要的装置之一。
当汽车制动时,安装在车轮上的传感器立即能感知车轮是否抱死,并将信号传输给控制单元,控制单元会马上降低抱死车轮的制动力,车轮又继续转动,转动到一定程度,控制单元又会增加制动力。
这样不断重复,直到汽车降低车速或完全停止。
通过抱死—松开—抱死—松开……的循环工作,使车辆始终处于临界抱死的间歇滚动状态,保证汽车制动时,车轮与地面之间有足够的附着力。
2.2.2驱动防滑系统(ASR)
驱动防滑系统的英文全称是AccelerationSlipRegulation。
ASR在汽车驱动加速时发挥作用,以获得尽可能高的加速度,使驱动轮的驱动力不超过车轮与路面之间的附着力,以防止车轮滑转。
ASR的主要功能是当汽车在不良路面起步和行驶突然加速时以及车辆在湿滑路面高速转弯时,ASR可以最大限度地利用发动机的驱动力矩,防止或减少驱动轮出现打滑现象,以提高汽车的牵引力,从而保证车辆起步、转向和加速过程中行驶方向的稳定性,提高车辆的操控性能[2]。
2.2.3制动辅助系统(BAS)
制动辅助系统的英文全称是BrakeAssistSystem。
在紧急制动的情况下,驾驶员通常能够迅速反应,但是不能将制动踏板迅速踩到底,以至于要延迟一段时间才能达到全制动。
梅塞德斯公司与卢卡斯汽车配件公司开发的紧急制动辅助系统BAS可以根据驾驶员踩下制动踏板的速度来探测车辆是否出现紧急情况。
在紧急情况下,当驾驶员迅速踩下制动踏板力度不足时,BAS便会启动,并在不足1s的时间内迅速把制动力增至最大,从而缩短紧急制动的制动距离。
2.2.4电子制动力分配装置(EBD)
电子制动力分配装置的英文全称是ElectricBrakeforceDistribution。
EBD的功能就是在汽车制动的瞬间,根据每个车轮不同的附着力情况,迅速准确地计算出每个车轮的摩擦力数值,然后通过自动调整制动装置,使每个车轮的制动力与摩擦力(牵引力)达到合理匹配,以保证车辆制动时的平稳与安全。
2.2.5电子稳定程序(ESP)
电子稳定程序的英文全称是ElectronicStabilityProgram。
ESP是通过电子制动系统EBS(包括ABS、BAS、EBD)和驱动防滑系统(ASR)的相互作用来实现的,是以上系统功能的延伸。
ESP系统具有以下功能:
(1)实时监控。
ESP能够实时监控汽车行驶的运动状态、驾驶员的操控动作以及车辆对路面的反应状态,并不断地向发动机和制动系统发出正确指令,自动修正;
(2)主动干预。
ABS等安全技术主要是对驾驶员的动作起一定的干预作用,但不能调控发动机,而ESP则可以通过主动调控发动机的转速,并调整每个车轮上驱动力和制动力,来修正汽车行驶过程中的过度转向或转向不足;
(3)事先提醒。
当驾驶员操控不当或出现路面异常时,ESP会用警告灯即时警示驾驶员。
2.2.6胎压监测系统(TirePressure-Monitoring)
此系统可以单独的工作,也可以和ABS系统结合使用,监测轮胎的胎压。
当压力低于安全范围时会给予报警。
据统计,50起交通事故中,就有一起是因为轮胎保养问题导致的。
NHSTA(NationalHighwayTrafficSafetyAdministration美国国家公路交通安全管理委员会)提供的数据表明,四分之一的轿车和三分之一的轻型卡车,轮胎胎压处于不正常的状态。
这套系统在高档轿车中已经广泛使用,在美国,2007年,胎压监测系统将是轿车的标准配置。
2.2.7爆胎监测与制动系统(BMBS)
吉利自主研发的爆胎监测与制动系统BMBS是世界汽车安全技术的一项重大发明。
BMBS是当出现爆胎等紧急情况时,胎压监测采样单元能够即刻采集到这一信号,并将这一信号立即传递给中央控制单元,中央控制单元马上发出指令给制动器单元,制动器单元瞬间爆发出强大的制动力,在极短时间内(0.2至0.5秒之间,从爆胎发生到产生制动的时间)促使汽车产生紧急制动并安全减速,实现短时间内车速达到每小时二三十公里的安全时速甚至停车。
统计表明,司机从发现状况到采取制动措施通常需要3秒钟,而在这3秒钟的时间里,汽车已经失去了控制,紧接着是各种严重后果的发生,而BMBS为司机赢得了这关键的3秒钟。
2.3汽车被动安全技术发展
被动安全技术是指在车辆发生交通安全事故后,通过车内的保护系统来有效地保护驾乘人员,尽量减少损伤的程度,包括对车上乘员和车下行人的保护。
传统的被动安全技术只能对车内乘员起到一定的保护作用,而新兴的汽车将更加注重人、车与环境的融合,因此对行人的保护也成为当今汽车设计者研究的重要课题。
2.3.1安全带和安全气囊
安全带和安全气囊系统是最典型的被动安全装置。
当车辆发生碰撞时,安全气囊控制模块快速对信号做出处理,确认发生碰撞的严重程度已超出安全带的保护能力,便迅速释放气囊,使乘员的头、胸部直接与较为柔软有弹性的气囊接触。
安全气囊只是辅助,在不系安全带的状况下,安全气囊不但不能对乘员起到防护作用,还会对乘员有严重的杀伤力。
安全气囊的爆发力是惊人的,足以击断驾驶者的颈椎。
因此,系好安全带是安全气囊发挥保护作用的一个重要条件。
2.3.2自动求救系统
自动求救系统是一项较新的被动安全技术,它是基于安装了GPS的车辆。
当车辆发生严重的交通事故后,它会立即向救援中心发出呼叫,报告事故车所处的准确位置、车辆事故的状态,并能向救援人员赶赴事故现场的途中转发伤员身体方面的重要信息,可以测出车内极微的振动和微量的二氧化碳,还能测出车厢或行李厢内是否有人,防止伤员被困在里面,以争取最早地、最准确地发出求救信息,获得最及时最有效的救援,将伤亡程度减轻到最小限度。
2.3.3高强度轻质车身
高强度轻质材料的应用不仅能改进燃油经济性、有利于环保,而且在提高安全性方面也能收到很好的效果。
这些材料制成的高强度轻质车身,使汽车在发生碰撞时变形小、惯性力小,对乘员的安全保护也能起到至关重要的作用。
被动安全技术是对事故发生后的一种补救措施,在汽车安全技术领域,被动安全技术也是不可忽视的。
除以上所述外,还有一些其他被动安全技术,如座椅、安全玻璃、方向柱、车顶和车门强度、内饰件缓冲性能等。
3课题的研究内容
3.1研究汽车安全技术的特点与应用
3.1.1防撞技术
专家、学者在分析城市交通事故的原因时,普遍认为事故原因主要由:
人员素质、运输车辆、道路环境、管理法规等4个方面。
而其中很重要的一点———运输车辆性能的提高,常常为人所忽视,而事实上,随着科技水平的不断提高,使得机动车辆的智能化已成现实,可以通过机动车辆的智能化来提高城市交通的安全性。
新型带自动制动功能的碰撞警示系统
该系统由沃尔沃公司最近推出,可以最大可能地降低碰撞时的车速,减少碰撞双方乘员伤害风险。
系统功能包括:
纵向避撞--有助于防止车辆与车辆之间,车辆与其它物体或行人之间正面或尾部的碰撞.该系统有助于减少碰撞的数量及减轻受损程度.它包括对潜在或临近碰撞的探测提醒驾驶员采取即时规避动作并临时性控制车辆。
侧向避撞--有助于防止车辆偏离行驶车道引起的侧面碰撞.该系统为改变车道与驶离道路、车辆碰撞警示于控制,有助于两车或多辆汽车以及驶离道路的单辆汽车减少侧碰事故.在改变车道时,现场显示器能够连续地监视车辆盲点,驾驶员能够得到有效的临近碰撞警示.根据需要,能够很快地采取自动制动.警示系统还能提醒驾驶员临近的道路交叉口、帮助车辆免于偏离行驶车道,最后在危险状况下提供自动导向及加速踏板控制。
视觉强化防止碰撞--改善驾驶员观察道路及道路上或道路旁物体的能力.视觉强化将有助于驾驶员避免与其他车辆或道路上物体相碰撞,也能使驾驶员遵守交通标志及交通信号.该系统要求具备车载探测潜在危险的设备,对危险信息进行处理并且以对驾驶员有帮助的方式显示信息。
激光测距在汽车智能防撞系统中的应用
该汽车智能防撞系统主要包括:
振动电路,激光调制器,激光发射器,激光接收器,计数器,处理器,以及显示、报警和智能制动装置等。
当启动系统后,激光发射器不断发射激光束,探测前方是否有障碍物。
当有障碍物时,激光束被反射回来被接收器接收并转换为电信号,经放大后通过计数器计数获得N值,再经处理器的运算得到距离:
D=K×
N,并在显示屏幕上显示。
同时在处理器中还要将D值与设定的安全距离值D0进行比较。
当D>
D0时,安全状态;
当D<
D0时,不安全状态,启动报警装置,并同时采取制动措施使距离大于安全距离。
式中K=c/(2f),是测距脉冲当量,表示单位计数脉冲对应的被测距离。
智能式汽车安全气袋控制系统
气袋控制系统的任务是准确判断出事故的碰撞强度.并点爆气袋。
控制系统主要有机械式、模拟电子式、智能式几种川。
第一、二代的机械式和模拟式控制系统,由于结构的局限,灵活性有很大限制,应用正在减少。
现在大部分系统都采用第三代的带微处理器的智能控制系统。
它使用单片机对电子式加速度传感器测得的信号进行计算,认为发生了碰撞并且达到一定强度时,输出点火脉冲引爆气体发生器,迅速产生大量气体充满气袋‘J’。
智能控制系统的控制算法由软件实现,极大地提高了算法的灵活性,而且具有记录事故信息和与计算机通讯等前两代控制系统无法实现的功能。
3.1.2防盗技术
汽车电子式防盗采用射频识别技术(RFID),这是一种非接触式的自动识别技术,通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。
RFID技术采用射频传输,可以透过外部材料读取芯片数据,实现非接触操作,应用便利,使用寿命长;
大容量的存储空间,适合储存大量的数据信息;
数据安全方面,通信数据使用加密算法对数据进行加密,实现数据安全存储、安全管理和安全通信。
基于射频识别技术的汽车防盗器主要功能特点如下:
普通汽车防盗器主要是采用键盘输入方式对司机身份进行识别的,这种方式给驾驶带来诸多不便,而且由于其密码组合有限,较容易被窃取和破译。
而采用射频识别技术来识别身份,则可有效解决这一问题。
车主只须携带应答器(32mm)靠近阅读器的感应线圈(进入7cm左右的感应范围),即可在瞬间完成身份识别,并且其密码不宜破译,因而大大提高了防盗效果。
如果原有的应答器丢失,那么,使用者只须按下“学习”键,然后将备用的应答器靠近感应天线即可完成ID的学习,原有的ID会自动清除,同时使丢失的应答器失效,备用应答器生效。
语音电路以ISD1420集成语音芯片为核心,结合调理和功放电路便可实现多段语音的录放,而且其音质良好。
利用该电路可以方便地实现防盗系统的安全提示和报警功能。
3.1.3汽车智能钥匙
靠近汽车时:
钥匙和汽车便开始通过无线电交换已设定好的指令信息,随即汽车的关闭系统和安全系统以及发动机的控制系统全部被激活。
打开车门时:
只要驾驶员一碰到车门把手,传感器就会探测到这一压力,同时伺服发动机便会打开车门门锁。
接着座椅、转向盘和外后观镜便会自动调整到合适与车主的位置。
启动前:
驾驶员踩下制动踏板,转向盘锁会被随即打开,同时启动按钮也会被释放,最后主制动器自动松开。
下车时:
驾驶员必须按下锁车钮,如果闪光灯亮起则表示车门以安全上锁。
汽车上锁的同时,钥匙和汽车就会重新约定好一个新的指令信息。
3.1.4GPRS移动通讯网络汽车智能防盗系统
该系统主要由信号采集系统、控制系统、通讯系统和外部设备等组成。
其原理框图如下所示:
当用户驾车外出,车辆停放位置与用户比较近时,防盗监测系统通过GSM网络发短消息给用户的GPRS手机,不需要上Internet网络,这样用户可以更快采取补救措施。
当用户车辆在公用车库中或距离很远,或中途被抢,此时就可将信息经GPRS和Internet网络传送给监控中心计算机,监控中心计算机分析现场传输的图片、声音等资料,采取相应的措施,同时利用GPS传送信息结合该地区、城市地形图,确定被盗车辆现在哪个地区哪个城市哪个街道,将监测到的有效信息提供给公安机关,帮助快速破案。
3.2研究超声波测距技术
超声波测距器可应用于汽车倒车。
建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控,也可用于如液位、井深、管道长度、物体厚度等的测量。
其测量范围为0.10~4.00m,测量精度为1cm。
测量时与被测物体无直接接触,能够清晰、稳定地显示测量结果。
由于超声波指向性强,能量消耗慢,在介质中传播的距离较远,因而超声波经常用于距离的测量。
利用超声波检测距离设计比较方便,计算处理也比较简单,并且在测量精度方面也能达到使用的要求。
超声波发生器可以分为两大类:
一类是使用电气方式产生超声波;
另一类是用机械方式产生超声波。
电气方式包括电压型、电动型等;
机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。
它们所产生的超声波的频率、功率和声波各不相同,因而用途也各不相同。
目前在近距离测量方面较为常用的是压电式超声波换能器。
图1为超声波测距系统的设计框架图
--图1--
3.2.1研究电子系统开发技术
电子系统分为模拟型、数字型及两者兼而有之的混合型三种,无论哪一种电子系统,它们都是能够完成某种任务的电子设备。
通常把规模较小、功能单一的电子系统称为单元电路,实际应用中的电子系统由若干单元电路构成。
一般的电子系统由输入、输出、信息处理三大部分组成,用来实现对信息的采集处理、变换与传输功能。
下图为电子系统基本组成方框图
从系统的角度看,电子系统是能按特定的控制信号,执行所设想的功能,由一组元件(通常是电子元件)联成的一个整体。
这样,很多东西,譬如从单级放大器到最复杂的计算机都可以称为一个电子系统。
我们可以将很多元件集成为一个功能单元,再用若干个功能单元去描述一个系统。
在认识、理解与设计电子系统的过程中,这样的功能单元常常不用给出详细的内部结构,而只需从输入输出特性去描述,这就需要用到黑箱分析法。
黑箱辨识方法是系统科学中的主要方法之一。
人们在从事科学研究时,常常会遇到一些需要认识或控制的系统(称为客体)。
由于种种条件限制,这些客体的内部结构和机理尚不能或不便被直接观察到,仿若一个不透明的密封箱子,将这种客体称为黑箱(B1ackBox)是极其形象的。
所谓黑箱辨识方法,就是通过考察黑箱的输入、输出及其动态过程,而不是通过直接考察其内部结构,来定量地研究黑箱的功能特性、行为方式,从而探索其内部结构和机理。
在传统与现代电子系统设计中有如下几中常用的设计方法:
1.自底向上设计方法:
传统的系统设计采用自底向上的设计方法。
这种设计方法采用“分而治之”的思想,在系统功能划分完成后,利用所选择的元器件进行逻辑电路设计,完成系统各独立功能模块设计,然后将各功能模块按搭积木的方式连接起来构成更大的功能模块,直到构成整个系统,完成系统的硬件设计。
这个过程从系统的最底层开始设计,直至完成顶层设计,因此将这种设计方法称为自底向上的设计方法。
用自底向上设计方法进行系统设计时,整个系统的功能验证要在所有底层模块设计完成之后才能进行,一旦不满足设计要求,所有底层模块可能需要重新设计,延长了设计时间。
2.自顶向下设计方法:
目前VLSI系统设计中主要采用的方法是自顶向下设计方法,这种设计方法的主要特征是采用综合技术和硬件描述语言,让设计人员用正向的思维方式重点考虑求解的目标问题。
这种采用概念和规则驱动的设计思想从高层次的系统级入手,从最抽象的行为描述开始把设计的主要精力放在系统的构成、功能、验证直至底层的设计上,从而实现设计、测试、工艺的一体化。
当前EDA工具及算法把逻辑综合和物理设计过程结合起来的方式,有高层工具的前向预测(lookahead)能力,较好地支持了自顶向下设计方法在电子系统设计中的应用。
3.层次式设计方法:
它的基本策略是将一个复杂系统按功能分解成可以独立设计的子系统,子系统设计完成后,将各子系统拼接在一起完成整个系统的设计。
一个复杂的系统分解成子系统进行设计可大大降低设计复杂度。
由于各子系统可以单独设计,因此具有局部性,即各子系统的设计与修改只影响子系统本身,而不会影响其它子系统。
利用层次性,将一个系统划分成若干子系统,然后子系统可以再分解成更小的子系统,重复这一过程,直至子系统的复杂性达到了在细节上可以理解的适当的程度。
模块化是实现层次式设计方法的重要技术途径,模块化是将一个系统划分成一系列的子模块,对这些子模块的功能和物理界面明确地加以定义,模块化可以帮助设计人员阐明或明确解决问题的方法,还可以在模块建立时检查其属性的正确性,因而使系统设计更加简单明了。
将一个系统的设计划分成一系列已定义的模块还有助于进行集体间共同设计,使设计工作能够并行开展,缩短设计时间。
4.嵌入式设计方法:
现代电子系统的规模越来越复杂,而产品的上市时间(timetomarket)却要求越来越短,即使采用自顶向下设计方法和更好的计算机辅助设计技术,对于一个百万门级规模的应用电子系统,完全从零开始自主设计是难以满足上市时间要求的。
嵌入式设计方法在这种背景下应运而生。
嵌入式设计方法除继续采用自顶向下设计方法和计算机综合技术外,它的最主要的特点是大量知识产权(IntellectualProperty-IP)模块的复用,这种IP模块可以是RAM、CPU、及数字信号处理器等。
在系统设计中引入IP模块,使得设计者可以只设计实现系统其它功能的部分以及与IP模块的互连部分,从而简化设计,缩短设计时间。
一个复杂的系统通常既包含有硬件,又有软件,因此需要考虑哪些功能用硬件实现,哪些功能用软件实现,这就是硬件/软件协同设计的问题。
硬件/软件协同设计要求硬件和软件同时进行设计,并在设计的各个阶段进行模拟验证,减少设计的反复,缩短设计时间。
硬件/软件协同是将一个嵌入式系统描述划分为硬件和软件模块以满足系统的功耗、面积和速度等约束的过程。
嵌入式系统的规模和复杂度逐渐增长,其发展的另一趋势是系统中软件实现功能增加,并用软件区分不同的产品,增加灵活性、快速响应标准的改变,降低升级费用和缩短产品上市时间。
3.2.2研究单片机设计技术
图2为单片机设计思路图
--图2--
近年来随着科技的飞速发展,单片机的应用正在不断深入,同时带动传统控制检测技术日益更新。
在实时检测和自动控制的单片机应用系统中,单片机往往作为一个核心部件来使用,仅单片机方面知识是不够的,还应根据具体硬件结构软硬件结合,加以完善。
十字路口车辆穿梭,行人熙攘,车行车道,人行人道,有条不紊。
那么靠什么来实现这井然秩序呢?
靠的就是交通信号灯的自动指挥系统。
交通信号灯控制方式很多。
本系统采用MSC-51系列单片机ATSC51和可编程并行I/O接口芯片8255A为中心器件来设计交通灯控制器,实现了能根据实际车流量通过8051芯片的P1口设置红、绿灯燃亮时间的功能;
红绿灯循环点亮,倒计时剩5秒时黄灯闪烁警示(交通灯信号通过PA口输出,显示时间直接通过8255的PC口输出至双位数码管);
车辆闯红灯报警;
绿灯时间可检测车流量并可通过双位数码管显示。
本系统实用性强、操作简单、扩展功能强单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支,也是颇具生命力的机种。
单片机微型计算机简称单片机,特别适用于控制领域,故又称为
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