1、重庆理工大学毕业论文 汽车主动避撞控制器 目 录 摘 要 . I Abstract . II 1 绪论 . 1 1.1 课题研究的背景 . 1 1.2 研究该课题的目的和意义 . 2 1.3 主动避撞系统的发展史以及国内外发展状况 . 3 1.4 本课题研究的主要内容 . 8 1.5 本章小结 . 8 2 汽车主动避撞控制器的原理 . 9 2.1 汽车主动安全技术 . 9 2.2 汽车电子控制系统 . 9 2.2.1 电子控制系统的基本原理 . 9 2.2.2 汽车电子控制的基本组成 . 10 2.3 汽车主动避撞控制器 . 10 2.4 本章小结 . 11 3 系统结构 . 12 3.1 系
2、统框图 . 12 3.2 系统输入信号 . 12 3.3 系统输出部分功能 . 13 3.4 系统仿真软件 . 13 3.5 本章小结 . 13 4 系统原理设计 . 14 重庆理工大学毕业论文 汽车主动避撞控制器 4.1 主控芯片的选择 . 14 4.2 LPC2124I/O 口分配 . 17 4.3 电源控制 . 18 4.4 晶振模块 . 19 4.5 复位模块 . 20 4.6 光电耦合模块 . 21 4.7 A/D 转换模块 . 21 4.8 液晶显示模块 . 23 4.9 制动电机模块 . 24 4.10 声音报警电路 . 28 4.11 存储模块 . 29 4.12 按键开关模块
3、 . 30 4.13 本章小结 . 30 5 系统软件要求 . 31 5.1 功能分析 . 31 5.2 开发环境 . 31 5.3 软件设计思想 . 32 5.4 软件设计流程图 . 32 5.5 软件抗干扰性和可靠性 . 34 5.6 本章小结 . 35 6 总结与展望 . 36 6.1 总结 . 36 6.2 展望 . 37 7 致谢 . 38 8 参考文献 . 39 附录一 原理图 . 41 附录二 程序代码 . 42 重庆理工大学毕业论文 汽车主动避撞控制器 I 摘 要 随着经济的发展和车辆增多，公路道路交通安全形势越来越严峻，汽车事故中，正面和侧面碰撞事故发生的概率远远高于其他类型
4、的事故。因此，研究交通安全问题、预防和减少交通事故是交通运输行业的一项重大课题，也是我国交通运输事业可持续发展的迫切需要。本文研究了一种基于 ARM7 的汽车主动避撞控制器，具有速度距离显示，声光报警和紧急制动功能。 本文分析了国内汽车主动安全技术的现状，设计了通过一个液晶显示模块来显示检测到的车速和距离；通过控制步进电机来达到对踏板和节气门位置的控制，并且通过扬声器和发光二极管来报警，提醒驾驶员采取措施 的控制器， 并对原理进行了仿真。给出了硬件电路图和部分程序代码。最后 对本文的研究作了一个系统的总结和展望，指出了研究的成果和意义。 关键词 ：汽车 主动安全 防撞预警 电路设计 ARM 重
5、庆理工大学毕业论文 汽车主动避撞控制器 II Abstract With the development of economy and vehicles increased, highway road traffic safety situation more and more severe, in a car accident, positive and side impact the accident happened probability is far far higher than other types of accidents. Therefore, study the traf
6、fic security problems, prevent and reduce traffic accidents is traffic transportation industry a major issue, China is the transportation continuable development of urgent need. This paper studied a method based on ARM7 car active suspension with speed bump controller, display, sound-light alarm fro
7、m emergency brake function. This paper analyses the present situation of car active safety technologies, design through a LCD module to display the speed and distance detected; Through the control to achieve stepper motor to pedal and throttle position control, and through speakers and leds to alarm
8、, remind drivers take measures of the controller, and principle of a simulation. It also presents the hardware circuit diagram and part program code. Finally the research on this article makes a systematic conclusion and outlook, points out the research achievement and meaning. Key words： car Active
9、 safety Avoid bump warning Circuit design ARM 重庆理工大学毕业论文 汽车主动避撞控制器 1 1 绪论 交通运输的作用是越来越大，影响越来越大， 它关系到国家经济发展，影响到每个人的生活，在整个国家正常运转中起着纽带作用，为经济的发展提供了强有力的基础保障。汽车主动避撞系统主要目的是进行避撞安全的预警和执行，它是基于提高车辆的主动安全性来实现在行车过程中，给驾驶员提供便利和安全保障。 1.1 课题研究的背景 2005 年，全国共发生道路交通事故 450254 起，造成 98738 人死亡、 469911 人受伤，直接财产损失 18.8 亿元。 1 2
10、006 年，全国共发生道路交通事故 378781 起，造成 89455 人死亡、 431139 人受伤，直接财产损失 14.9 亿元 。 1 2007 年，全国共发生道路交通事故 327209 起，造成 81649 人死亡、 380442 人受伤，直接财产损失 12 亿元。 1 2008 年，全国共发生道路交通事故 265204 起，造成 73484 人死亡、 304919 人受伤，直接财产损失 10.1 亿元。 1 2009 年我国共发生道路交通事故 26_5204 起，造成 73484 人死亡、 304919 人受伤，直接经济损失 10.1 亿元。 1 2010 年，全国共发生道路交通事故
11、 238351 起，造成 67759 人死亡、 275125 人受伤，直接财产损失 9.1 亿元 。 1 造成交通事故的原因主要包括超速行驶、疲劳驾驶、占道行驶等。 碰撞是交通事故的主要表现形式，其中大部分是车与车碰撞和车与人碰撞。随着我国汽车保有量的迅速增加、高速公路和高等级公路里程的快速延伸，虽然每年的死亡人数和直接经济损失在减少，但是道路交通事故仍然是个急需解决的问题。因此，如何减少交通事故的频发，提高道路交通安全水平已经成为全社会的迫切要求，是保证人民群众生命财产安全的有效措施之一。面对严峻的交通安全形势， 2008 年 2月 18 日，科技部、公安部、交通部三部委在人民大会堂举行了“
12、国家道路交通安全科技行动计划合作协议签字仪式。他们期望和决心通过联重庆理工大学毕业论文 汽车主动避撞控制器 2 合行动能形成一批技术水平高、实践效果好、应用前景广、具有自主知识产权的科研成果，积累典型经验，最大限度地预防和减少道路交通事故的发生 .根据该协议，三部门将建立联合工作机制，成立领导小组和专家组，并安排专项资金和配套资金，围绕“人、车、路”等道路交通安全的影响因素，开展交通安全领域关键技术的研究和开发。 1汽车生产商和政府管理部门对汽车安全的期望值也 越来越高，传统的汽车被动安全措施，如安全带、安全气囊、保险杠以及针对碰撞后的乘员保护技术和措施已经不能满足现代汽车安全和交通的迫切要求
13、，因此以电子、通讯以及信息技术为基础的主动安全避撞系统的发展为此提供了新的技术支持引起了人们的广泛关注。 如果能够给予驾驶员缓解驾驶疲劳并且在事故发生前提醒驾驶员并采取一定的安全措施，对减少交通事故的发生则是非常有用的。汽车主动避撞预警系统正是基于提高车辆的主动安全性来实现在行车过程中，给驾驶员提供必要的技术设施。 1.2 研究该课题的目的和意义 由于在上面所介绍的背景之下，汽车主动安全技术的研究是十分急迫的。而主动避撞系统是汽车主动安全技术里面很重要的内容。 通过对发生交通事故的原因展开统计，我们可以发现， 80%的交通事故应归结于驾驶员意识到危险太晚，已经不能采取有效的应对措施。在交通事故
14、里面，前后两车追尾占了 65%。通过调查并分析，指出如果驾驶员能提前感知险情，有效采取相关行动，就可以阻止大多数的碰撞事故。 3尽管世界各大国都致力于开发安全可靠的汽车防撞预警系统，但是真正投入市场的实用性防撞预警装置远远不能满足需要。要理想地降低交通事故率还是一个 漫长的过程。大力研制汽车防撞预警系统等主动安全驾驶辅助装置，对解决交通安全、提高运输能力、降低恶性交通事故发生率、减少生命财产损失。因此，对该课题的研究对于中国自主的汽车防撞系统无论是在理论研究还是实际应用上都具有较大的价值。 我国的人口众多，汽车数量与日俱增，交通事故也是频频发生，造成了巨大的人员伤亡和经济损失。因此我国对汽车主
15、动安全技术是很需要的，然而由于我国对此项技术的发展较晚以及相关技术的不成熟和外国的技术封锁，所以我国在这方面应该积极的研究。 汽车主动安全技术是一个很复杂的技术，包含了很多科技与技术，通过对该领重庆理工大学毕业论文 汽车主动避撞控制器 3 域的研究会有很强的学术意义，如果该技术成熟得运用到了生活中的每辆汽车中的话，将会提高他们的安全性，从而减少了交通事故的发生率，避免了很多不必要的上网和损失，因此具有很强的社会意义。由于汽车现在已经成为人类无法舍弃的交通工具，已经融入了我们日常的生活，因此对它的需求是非常大的，如果有了这项技术的话，对提高社会经济效益来说具有极大的现实意义和广阔的应用前景。 1
16、.3 主动避撞系统的发展史以及国内外发展状况 国际上对汽车防撞雷达的研究始于 20 世纪 60 年代，在此后的 10 多年内，以德国、美国、日本为代表的主要西方国家内形成了一股研究热潮，众多研究机构和汽车制造厂家合作，有多台样机问世，并有一些相应的实验结果和论文发表，但是，局限于当时的微波理论及器件的发展水平，加上系统其他硬件成本居高不下，导致雷达难于做到结构简单、体积轻巧、成本低廉，些外，汽车防撞雷达的工作环境恶劣，干扰因素众多，科研工作者在实验室制造样机时，对许多因素考虑并不全面，造成在实际应用中，防撞雷达的工作效果并不理想。 30 1986年，奔驰公司发起，包括遍及欧洲的 17家主要汽车
17、生产厂和 50多个研究所，制订了 “Promtheus” 计划，将组合传感器、通信、人工智能技术于一个系统中，其目的是改进汽车的安全性、经济性和有效性，其中研制出的性能优良的汽车防撞雷达，帮助驾驶员避免发生交通事故，是该计划的一个重要组成部份，该计划，随着微波器件及其集成技术的高速发展，以及微处理器性能价格比的突飞猛进，使得制造出低成主本、高性能的汽车防撞雷达成为可能，进入 90年代后，德国在这方面的研究工作处于领先地位。 31 我国对于汽车防撞系统的研究较晚 ，该项研究目前在我国尚处于起步系统所涉及的各项关键技术方面还有许多尚未解决的问题。在雷达测距方面，国外关于车载雷达系统的具体设计参数和
18、实现原理属于技术机密范畴，我们无法获得 ;国外对这些做了相应的技术保密。用在实用的成果很少 ， 大多都还停留在高校和相关机构的理论研究阶段，也有极少数的公司通过自身的条件制造出了能够实用的产品。 90年代中期，我国以清华大学为代表的科研院所开始致力于汽车防撞预警控制系统的研究。与国外机构的高投入、系统性的研发相比，国内在这方面还相对比较落后，传感器性能较差，虚警率较高，性价比低等问 题需要进一步解决。 重庆理工大学毕业论文 汽车主动避撞控制器 4 2008 年我国首个汽车主动防碰撞系统通过技术鉴定，实现汽车“智能化”主动避险。由南京理工大学和安徽凤阳金星实业有限公司合作研发的高科技民品项目“激
19、光探测汽车主动防碰撞智能安全系统”通过专家鉴定，填补了我国在这一领域内的空白，为实现 汽车“智能化”主动避险、开辟我国交通安全新模式奠定了坚实的基础。目前已经完成了样机研制和道路行驶试验。其研究出发点是改变传统的交通安全概念，变常规的如何在发生碰撞事故时尽力保护驾驶者和乘员安全的“被动型保护”为如何提前避免或减少碰撞事故的“主动型防御”。 在举行的鉴定会上，以中国工程院院士刘怡昕为首的专家组一致认为，此次评审的“激光探测汽车主动防碰撞智能安全系统”在国内属首次研制成功，它由高频高精度激光测距组件、多维信息综合处理组件以及汽车自动控制组件等组成，实现了目标自动识别、汽车自动减速和紧急制动的一体化
20、和智能化。 2 同时，专家指出，项目组还研制出了具有自主知识产权的汽车防撞紧急制动装置，把传统的行车安全由驾驶员一人掌控变成由智能安全系统辅助掌控，为我国交通安全技术开辟了主动智能安全的新模式，也为安全行车提供了有效而重要的保障，具有十分重要的现实意义 和广阔的应用前景。整体技术达到国际先进水平。 2011 年 04 月 18 日，在香港生产力促进局、 汽车 零部件研究及发心、香港理工大学和 南京 理工大学研究生院联合举办的 “ 影像处理技术及其车辆应用研讨会 ” 上，专家们对这种影像处理技术以及 汽车 先进辅助驾驶系统的应用前景普遍充满了信心，并希望能尽快投入实际运用中。据了解，早在 200
21、9 年 6 月，南京理工大学计算机学院就已经与同香港生产力促进局合作开展了 ACAS 与 ILAS 两个 项目的研发工作，今年 2 月完成了相关技术产品的测试。 1 据南京理工大学计算机学院院长唐振民介绍，所谓 ACAS，中文全称 “开发先 进 汽车防撞系统 ” ，主要是在汽车周边安装摄像头和毫米波雷达两类传感器，在行驶过程中同时对汽车的前方障碍物进行检测，在汽车与障碍物具有发生碰撞危险的情况下进行报警，以便让驾驶员采取相应的措施，避免追尾碰撞和侧刮等交通事故的发生。而 ILAS，中文全称则是 “ 行车道检 测及切线辅助系统 ” ，主要通过视觉传感器获取车外环境信息，特别是车前大约 80度视角
22、区域，及车两侧后视大约 60 度视角区域，针对 汽车 行 驶过程中可能出现的车辆偏离行车道的危险以及变道时盲区车辆接近的碰撞危险进行及时预警，从而保障驾驶员的安全，大幅度减少因此类情况而导致的交通事故。 2 重庆理工大学毕业论文 汽车主动避撞控制器 5 纵观国内汽车防撞系统技术这一块领域还比较少，目前市场上研发经营的主要有两家公司泰远和超越，而两家公司的产品其实有很多相似之处，超越公司的老总之前原是泰远公司的技术总监，因此产品的理念几乎相同。 泰远牌汽车自动防撞器目前是国内防撞系统最先进的产品，其自动防撞器自动刹车平稳，不甩尾、不掉头、不侧翻，是当今最为理想的安全防撞系统。既能减轻司乘人员的心
23、理负担，又能保 护人车安全。一般情况下，防撞器自动刹车前，后刹车灯会提前一秒钟点亮，以提醒后车注意 。 倒车防撞器能在安全距离自动刹车停稳，且有语音提示。手动档、自动档车辆均可安装防撞器，手动档安装防撞器后自动刹车时不会熄火 。 离前车的自动刹车距离是一个变数，它是根据本车和前车速度由防撞器智能系统自动确定的。一般会在保障安全时刹车 。 防撞器自动刹车的前提是雷达要探测到前方一定距离内的障碍物。若雷达没有探测到前方障碍物则不会自动刹车 。 使用防撞器超车时打开转向灯开关，防撞功能自动解除，即可正常超车。时速35公里内不容易出现恶性撞车事故 ，因此，防撞功能自动解除 ,方便城区行驶。安装防撞器的
24、车辆能在各种弯道上正常行驶，探测到拦板或山体也不会自动刹车。车辆在停止或行驶中都可以随时打开或关闭防撞器开关 。 防撞器上设有记录仪，能够自动记录防撞器相关工作状态。若车辆发生意外撞车事故，将此记录仪送给交管部门就能分清责任。比如：行车时是否打开防撞器开关等等。防撞器对探测到的前方车辆或其它障碍物，在显示屏上会出现其距离数据 。 连接防撞器的线路出现问题或防撞器电子出现故障等，显示屏会提示。探测雷达的镜片被泥浆等遮盖后会影响防撞器正常工作，显示屏上会有提示。 技 术 含量已位列世界先进技术行列。 2 国际上如 德国 、 日本 、 美国 等先进的汽车生产国，在 很以 年前已经开始了主动防撞安全装
25、置的研究与开发。戴姆勒 -克莱斯勒公司和 沃尔沃 公司在汽车防撞器方面走在世界前列。美国的大众机械师杂志介绍了戴姆勒克莱斯勒公司汽车防撞器的研究情况。该防撞器结构主要是两个测距仪和一个影像系统，能够测出安全距离，如果发现车前有障碍物，计算机能够自动引发刹车装置。这个系统的特点是：（ 1）能够自动测出前方障碍物的速度和距离；（ 2）执行机构能够自动启动刹车装置，自动关闭车的侧窗、天窗，自动调整座椅位置。当乘客遭受撞击时，最大限度受到气囊的保护；（ 3） 能够感知车的行驶状态，如果传感器感到车在左右摇摆，或者感到车内的 酒精浓度 过高，它能够自动刹车或者自动锁死方向盘。 2002年 7月 5日的参
26、重庆理工大学毕业论文 汽车主动避撞控制器 6 考消息介绍了沃尔沃公司的智能技术。沃尔沃公司在轿车上加装了夜视仪，夜视仪能够显示前灯照射距离以外的物体，显示车的前照灯与车前障碍物的距离，提示司机刹车，但是没有介绍沃尔沃公司的防撞器能不能自动刹车，能不能自动关闭天窗。戴姆勒 克莱斯勒公司以及沃尔沃公司的防撞器也 有一些缺点：不能防止误操作，如你要超车，车的自动防撞器测出两车的间距小于安全距离，自动防撞器就要自动刹车。最近市场上高端奔驰也配备了自动刹车系统，该自动刹车系统：遇到前方险情加大，能够自动报警，锁定行车速度，时速 50公里防追尾准确率达到 75%。 31 美国防撞雷达的研究相对于欧洲和日本
27、来说起步较晚，但目前美国的汽车防撞技术己经处于世界领先水平。 主要代表有福特和 Eaton orad 公 司开发的汽车防撞雷达系统，其前方探测距离 106 米，可在探测范围内跟踪 20 多个目标，工作频率 24.725GHz。 2007 年 美国洛杉矶一个废弃的军事基地内 3号举行了一场名为 “ 城市挑战 ” 的无人驾驶汽车大赛。 由美国国防部主办的这项赛事始于 2004 年，起初是一项名为 “ 大挑战 ” 的穿越沙漠赛 。 “ 城市挑战 ” 无人驾驶汽车大赛模拟城市交通路况，要求参赛的无人驾驶汽车从复杂路况中自行选择行进方向，并在六小时内走完 100 公里赛程，而且必须遵守交规。参赛的无人驾
28、驶汽车装备有人工智能系统，借助卫星导航、摄像机、雷达和激光探测器等设备，进行定位并选择前进方向，然后把指令传送给驱动系统。还能通过遥控刹车系统，避免撞车和堵车。 “ 城市挑战 ” 大赛不仅考察速度 ，还考察无人驾驶汽车的安全性和稳定性。最终， 11 辆赛车中只有 6辆跑完了全程，最高时速达到 48 公里。来自卡耐基 -梅隆大学的参赛车辆第一个抵达终点，获得了 200 万美元的奖金。 无人驾驶汽车大赛由美国国防部高级研 究计划局主办 。创办这项赛事目的是鼓励开发无人驾驶汽车，以替代美国士兵在作战地区执行运输任务。美国军方计划在 2015 年前实现三分之一的军用地面车辆无人驾驶。而汽车制造商认为，
29、无人驾驶汽车将影响人们的生活，甚至有可能最终把人们从方向盘边解放出来。 美国五角大楼创办这项赛事的目的是鼓励美国大学、公司的科研机构开发 无人驾驶的人工智能汽车，以替代美国士兵在作战地区执行任务。 2国 内对汽车防撞装置的研究相对比较晚，整体水平也相对较低。具有代表性是有 :上 海汽车电子工程中心研制的 SAE-100 型毫米波汽车防撞雷达样机，采用 LFMCW 制式，工作频率 35GHz，测距范围大于 100 米，测速范围大于 100km/h 采用增益为 26dB 的喇叭天线，发射功率 405mW，以 DSP 为中央处理器。 6 德国等欧国家均对毫米波雷达防撞技术进行了研究，特别是奔驰、宝马等著
