應(yīng)用雷達(dá)系統(tǒng)對于提高汽車安全性的分析

李敬國

摘要：為提高汽車的舒適性和安全性，現(xiàn)代汽車廠家應(yīng)用先進(jìn)的測距技術(shù)，給汽車安裝了各類的雷達(dá)系統(tǒng)，使汽車安全性大大提高，減少事故的發(fā)生，確保行車安全。

關(guān)鍵詞：汽車安全性測距技術(shù)防撞雷達(dá)

0 引言

為保障汽車駕駛時(shí)的舒適性和安全性，世界各國對汽車防撞技術(shù)的研究和發(fā)展投入了大量的人力、物力和財(cái)力。據(jù)統(tǒng)計(jì)，危險(xiǎn)境況時(shí)，如果能給駕駛員半秒鐘的預(yù)處理時(shí)間，則可分別減少追尾事故的30％，路面相關(guān)事故的50％，迎面撞車事故的60％，所以現(xiàn)代汽車安裝各類雷達(dá)系統(tǒng)以保障行車安全。

1 超聲波距離測距

它利用超聲探測原理，在司機(jī)倒車時(shí)，能正確的從數(shù)碼顯示器上了解汽車尾部與障礙物之間的距離。當(dāng)測距顯示小于報(bào)警距離時(shí)，還能準(zhǔn)確報(bào)警，及時(shí)提醒司機(jī)剎車。超聲波一般指頻率在20kHz以上的機(jī)械波，具有穿透性較強(qiáng)、衰減小、反射能力強(qiáng)等特點(diǎn)。超聲波測距儀器一般由發(fā)射器、接收器和信號處理裝置三部分組成。工作時(shí)，超聲波發(fā)射器不斷發(fā)出一系列連續(xù)的脈沖，并給測量邏輯電路提供一個(gè)短脈沖。超聲波接收器則在接收到遇障礙物反射回來的反射波后，也向測量邏輯電路提供一個(gè)短脈沖。最后由信號處理裝置對接收的信號依據(jù)時(shí)間差進(jìn)行處理，自動(dòng)計(jì)算出車與障礙物之間的距離。超聲波測距原理簡單，成本低、制作方便，但其在高速行駛的汽車上的應(yīng)用有一定局限性，這是因?yàn)槌暡ǖ膫鬏斔俣仁芴鞖庥绊戄^大，不同的天氣條件下傳播速度不一樣；另一方面是對于遠(yuǎn)距離的障礙物，由于反射波過于微弱，使得靈敏度下降。故超聲波測距一般應(yīng)用在短距離測距，最佳距離為4～5米，一般應(yīng)用在汽車倒車防撞系統(tǒng)上。

2 毫米波雷達(dá)長距離測距

為了更好的適應(yīng)道路交通狀況，解決盲區(qū)視野問題，在日本和美國開展了大量的工作。如應(yīng)用毫米波雷達(dá)CCD攝像檢測交通狀況，根據(jù)危險(xiǎn)程度改變直觀信號的音調(diào)、顏色和位置，并在顯示器中顯示。實(shí)現(xiàn)高度智能化，極大的改善車輛的安全性。雷達(dá)是利用目標(biāo)對電磁波反射來發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并測定其位置的。汽車上應(yīng)用的雷達(dá)采用的是30GHz以上的毫米波雷達(dá)。毫米波頻率高、波長短，一方面可縮小從天線輻射的電磁波射束角幅度，從而減少由于不需要的反射所引起的誤動(dòng)作和干擾，另一方面由于多普勒頻移大，相對速度的測量精度高。在汽車上應(yīng)用毫米波雷達(dá)測距，探測性能穩(wěn)定，環(huán)境適應(yīng)性能好。

3 激光測距

激光測距裝置是一種光子雷達(dá)系統(tǒng)，它具有測量時(shí)間短、量程大、精度高等優(yōu)點(diǎn)，在許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。目前在汽車上應(yīng)用較廣的激光測距系統(tǒng)可分為非成象式激光雷達(dá)和成象式激光雷達(dá)。非成象式激光雷達(dá)根據(jù)激光束傳播時(shí)間確定距離。它的工作原理是：從高功率窄脈沖激光器發(fā)出的激光脈沖經(jīng)發(fā)射物鏡聚焦成一定形狀的光束后，用掃描鏡左右掃描，向空間發(fā)射，照射在前方車輛或其他目標(biāo)上，其反射光經(jīng)掃描鏡、接收物鏡及回輸光纖，被導(dǎo)入到信號處理裝置內(nèi)光電二極管，利用計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)激光二極管啟動(dòng)脈沖與光電二極管的接收脈沖間的時(shí)間差，即可求得目標(biāo)距離。利用掃描鏡系統(tǒng)中的位置探測器測定反射鏡的角度即可測出目標(biāo)的方位。

成象式激光雷達(dá)又可分為掃描成象激光雷達(dá)和非掃描成象激光雷達(dá)。掃描成象激光雷達(dá)把激光雷達(dá)同二維光學(xué)掃描鏡結(jié)合起來，利用掃描器控制激光的射出方向，通過對整個(gè)視場進(jìn)行逐點(diǎn)掃描測量，即可獲得視場內(nèi)目標(biāo)的三維信息。非掃描成象式激光雷達(dá)將光源發(fā)出的經(jīng)過強(qiáng)度調(diào)制的激光經(jīng)分束器系統(tǒng)分為多束光后沿不同方向射出，照射待測區(qū)域。由于非掃描成象激光雷達(dá)測點(diǎn)數(shù)目大大減少，從而提高了系統(tǒng)三維成象速度。

在汽車測距系統(tǒng)中，非成象激光雷達(dá)更具有實(shí)用價(jià)值。同成象式激光雷達(dá)相比，具有造價(jià)低、速度快、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。但由于激光雷達(dá)測距儀器工作環(huán)境處于高速運(yùn)動(dòng)的車體中，振動(dòng)大，對其穩(wěn)定性、可靠性提出了較高的要求，其體積也受到了一定的限制，同時(shí)還要考慮省電、低價(jià)、對人眼安全等因素。這些決定了其光源只能采用半導(dǎo)體激光器。目前，在汽車上，上述各種激光雷達(dá)測距儀均有應(yīng)用，但成象式激光雷達(dá)還在進(jìn)一步研究之中。

3.1 自適應(yīng)巡航控制(Adaptive Cruise Contro) 該裝置是通過裝在汽車前方的雷達(dá)傳感器，幫助司機(jī)保持適當(dāng)車速并控制與前方車輛的距離。當(dāng)需巡航控制時(shí)，可通過節(jié)氣門的控制和有限制動(dòng)來調(diào)節(jié)車速，保持車輛前后之間的距離，并可減少手動(dòng)變速的動(dòng)作。

3.2 防碰撞預(yù)警系統(tǒng)(COllision Warning Systems)

3.2.1 防碰撞預(yù)警探測系統(tǒng) 該系統(tǒng)采用76GHZ的微波雷達(dá)傳感器，能探測距離車輛前方150m以上的物體，不受車輛行駛速度的影響。它能根據(jù)所測出的障礙物與本車輛的距離，給司機(jī)發(fā)出不同的警告，如司機(jī)對發(fā)出的視覺閃光警告未作出反應(yīng)，能立即發(fā)出蜂鳴聲或響鈴報(bào)警。如車輛在行駛狀態(tài)時(shí)，即能自動(dòng)工作，可減少前面碰撞的危險(xiǎn)。

3.2.2 防側(cè)面(左右兩邊)碰撞預(yù)警探測系統(tǒng) 該系統(tǒng)采用微波雷達(dá)探測行駛在盲區(qū)內(nèi)的車輛及警告司機(jī)注意車道左右兩旁的車輛和行人的距離等。當(dāng)車輛在正常行駛狀態(tài)時(shí)，該側(cè)面探測預(yù)警系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)工作，它不會(huì)對雷達(dá)探測器及其他電子系統(tǒng)造成干擾。

3.2.3 防后部碰撞預(yù)警探測系統(tǒng) 該系統(tǒng)采用微波雷達(dá)探測車輛后部司機(jī)看不到區(qū)域內(nèi)障礙物體(固定的或移動(dòng)的)，探測距離為5m以內(nèi)，當(dāng)車輛正常行駛時(shí)也會(huì)自動(dòng)工作，能測出后面跟隨車輛的距離，提供警告預(yù)防后部車輛碰撞。它為倒車和停車泊位提供了幫助。

3.3 碰撞干預(yù)預(yù)警系統(tǒng)(ColIision Intervention Systems) 該系統(tǒng)通過微波雷達(dá)探測系統(tǒng)，向司機(jī)發(fā)出預(yù)警后，司機(jī)如未能及時(shí)采取措施，系統(tǒng)就能通過發(fā)動(dòng)機(jī)的節(jié)氣門控制和有限制動(dòng)，使車輛自動(dòng)減速，直至車輛停駛。另外，該系統(tǒng)還能自動(dòng)控制轉(zhuǎn)向，幫助司機(jī)將車輛行駛在正確的車道上，這對女性駕駛汽車提供了很多方便。1999紳寶9-5型轎車因此銷售量大幅度上升。

4 高招度的攝像系統(tǒng)測距

CCD攝像機(jī)是一種用來模擬人眼的光電探測器。它具有尺寸小、質(zhì)量輕、功耗小、噪聲低、動(dòng)態(tài)范圍大、光計(jì)量準(zhǔn)確、其線掃描輸出的光電信號有利于后續(xù)信號處理等優(yōu)良特性，在汽車行業(yè)也得到了廣泛的應(yīng)用。利用面陣CCD，可獲得被測視野的二維圖像，但無法確定與被測物體之間的距離。只使用一個(gè)CCD攝像機(jī)的系統(tǒng)稱為單目攝像系統(tǒng)，在汽車上常用于倒車后視系統(tǒng)，輔助駕駛員獲得后視死角信息，以避免倒車撞物。為獲得目標(biāo)三維信息，模擬人的雙目視覺原理，利用間隔固定的兩臺(tái)攝像機(jī)同時(shí)對同一景物成象，通過對這兩幅圖像進(jìn)行計(jì)算機(jī)分析處理，即可確定視野中每個(gè)物體的三維坐標(biāo)，這一系統(tǒng)稱為雙目攝像系統(tǒng)。雙目攝像系統(tǒng)模仿人體視覺原理，測量精度高。但目前價(jià)格較高，同時(shí)由于受軟件和硬件的制約，成象速度較慢。隨著計(jì)算機(jī)軟硬件性能的提高，最終將得到廣泛應(yīng)用。

目前，在國外已有一些汽車廠家推出了可根據(jù)路況控制車速的裝置，如新款奔馳S系列高級轎車裝備了安全距離自動(dòng)控制雷達(dá)系統(tǒng)，不僅可自動(dòng)調(diào)節(jié)車速，還能根據(jù)的速確定與前車的距離。新系統(tǒng)在汽車后視鏡背后裝置了兩臺(tái)微型攝像機(jī)以充當(dāng)“眼睛”。兩臺(tái)攝像機(jī)指向汽車前方，其間距與人自然間距接近，可提供汽車前方交通情況的三維圖象。通過對比，電腦系統(tǒng)對汽車在道路上所處的位置以及周圍的路況等進(jìn)行判斷，然后通過傳動(dòng)裝置對汽車的方向盤、油門或剎車進(jìn)行自動(dòng)控制。司機(jī)只需重新握住方向盤或踩下油門或剎車，即可輕易“奪回”對汽車的控制權(quán)。

隨著科技的進(jìn)一步發(fā)展，汽車?yán)走_(dá)系統(tǒng)中車輛測距技術(shù)的種類必將越來越多，其應(yīng)用也不僅是單一的測距方式，而是多種測距方式的混合，集某幾種裝置于一體，互相取長補(bǔ)短，進(jìn)一步提高系統(tǒng)測量的精度和可靠性。隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的發(fā)展，成象式測距技術(shù)將一步步走向成熟，并代表這種技術(shù)的發(fā)展方向，在現(xiàn)代汽車駕駛技術(shù)中將得到廣泛運(yùn)用，以保證行車的安全性。