淺析汽車智能防撞報警系統(tǒng)設(shè)計

邵俊嘉，江 潤，唐惠虹

（甘肅省蘭州市榆中縣西北民族大學(xué)榆中校區(qū)，蘭州 730100）

據(jù)不完全統(tǒng)計，截至2016年底，我國汽車保有量已經(jīng)超過了兩億臺，已經(jīng)超越美國位居世界之首。在我國，汽車扮演著非常重要角色，它與人們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)，這也使得汽車安全問題日益突出。

1 汽車防撞發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

對于整個社會來說，汽車智能防撞預(yù)警系統(tǒng)具有巨大經(jīng)濟價值，同時也包含巨大社會意義，因此世界各國都投入巨額資源進行研究。以日本、美國為例，這些國家通常將汽車防撞智能系統(tǒng)納入到智能交通系統(tǒng)中進行研究，通過先進通訊技術(shù)、傳感技術(shù)、計算機技術(shù)將其集成運用于整個交通運輸系統(tǒng)之中，從而建立起一套全方位智能防撞系統(tǒng)，做到實時高效綜合運用。但是這種系統(tǒng)成本非常高昂，在全世界并沒有廣泛推進。

由于成本、技術(shù)等各方面原因，世界各國和各個車企都對智能汽車防撞系統(tǒng)進行了研究。早在20世紀(jì)，日本政府就提出了先進汽車計劃，日本豐田公司通過開發(fā)毫米波雷達，對本車和前車距離進行精確測量，當(dāng)前車距離過小時會發(fā)生報警信號。在2013年，韓國現(xiàn)代汽車也推出了全新道路識別預(yù)警裝置，這是一種當(dāng)車輛偏離正常運行軌道之后，攝像頭會進行識別發(fā)出報警信號，以便使車輛可以回歸正常渠道。德國奔馳汽車最早使用了防撞雷達，他在奔馳S600級別轎車上安裝了距離自動控制雷達，可以根據(jù)車速確定與前車之間距離，防止追尾事件發(fā)生。

近些年來，無論是德國奔馳還是日本雷克薩斯，他們都采用了自適應(yīng)式巡航系統(tǒng)，這種系統(tǒng)是在控制技術(shù)基礎(chǔ)之上而形成智能化系統(tǒng)。當(dāng)車輛在行駛過程中，車距傳感器持續(xù)對車輛前方道路狀況進行檢測，將檢測數(shù)據(jù)收入到acc系統(tǒng)。如果數(shù)據(jù)已經(jīng)處于危險級別，acc單元自動系統(tǒng)和發(fā)動機系統(tǒng)會同時起作用，使發(fā)動機輸出功率顯著下降，以便降低車速，防止與前車出現(xiàn)碰撞事件，這種隱形的控制系統(tǒng)可以有效控制車輛，車速也會明顯減緩，但是不會影響其舒適度。當(dāng)需要采取最大減速措施時，acc控制單元常常會發(fā)出報警信號，提示駕駛員主動采取措施，當(dāng)與前車恢復(fù)到安全距離之時，acc控制單元又會使得車輛按照既定車速進行行駛。acc系統(tǒng)是未來車輛安全發(fā)展方向，但是由于造價相對昂貴，技術(shù)相對復(fù)雜而沒有大面積使用。

2 汽車智能防撞報警系統(tǒng)設(shè)計

2.1 脈沖激光雷達

脈沖激光雷達主要是依靠激光脈沖以光速進行傳播，脈沖傳播時間與距離成正比關(guān)系。在行駛過程中，雷達探測裝置會呈現(xiàn)水平方向向前和向后發(fā)射脈沖信號。汽車中單擊變計時器可以根據(jù)發(fā)出脈沖和接收脈沖之間間隔計算出間距。

脈沖雷達主要是通過脈沖激光二極管作為發(fā)射元件，其發(fā)射工程是不連續(xù)。在每次發(fā)射完脈沖之后，接收器需要等待接收脈沖波回波，因此脈沖之間發(fā)射頻率具有一定一致性。正是基于這一特點，我們可以通過測量目標(biāo)多普勒頻率來計算車距，以便使車輛之間保持安全距離。由于物體輻射波長根據(jù)光源和觀測者相對運動而產(chǎn)生一定變化，當(dāng)運動在波源后面時波長會顯著變長，頻率也會顯著變低。當(dāng)波源速度變高時其所產(chǎn)生效應(yīng)也會越來越大。

因此，我們可以根據(jù)光波移動程度計算出移動速度，這就是多普勒頻移。如果接收器所接收反射波頻率變高，或者變低之時，多普勒發(fā)生平移，我們可以得知車輛是在靠近還是在遠離。

2.2 毫米波雷達

對于雷達系統(tǒng)來說，由于其調(diào)頻連續(xù)波將電磁波發(fā)射頻率和時間進行相關(guān)聯(lián)，因此在一定時間范圍內(nèi)，頻率會將時間變成線形變化關(guān)系。發(fā)射信號和反饋信號會符合線性規(guī)律，因此我們可以通過這種方法來檢測傳播時間。如果前方出現(xiàn)了幾個不同目標(biāo)，汽車就是要有多個不同頻率進行解碼。這種不斷變化調(diào)頻波雷達又可以稱作毫米波雷達，這種雷達與紅外光激光電視等等光學(xué)雷達引導(dǎo)頭相比具有更好穿透性，因此具有全天候特點。此外，毫米波雷達抗干擾能力也非常強，反隱身能力也與其他雷達相比更優(yōu)。

2.3 攝像機立體圖像識別技術(shù)

我們可以采用ccd攝影技術(shù)進行掃描，當(dāng)同時發(fā)現(xiàn)幾個不同目標(biāo)時可以對它們進行一一判斷。攝影機可以將識別圖像，通過自身系統(tǒng)進行數(shù)字化序列排序，這些圖像在經(jīng)過光影處理之后會分割成一些不連續(xù)部分，顯示出障礙物輪廓，并再次對其進行判斷。

通過對障礙物輪廓進行識別探測目的，探測到障礙物之后對其進行持續(xù)跟蹤。在分析車輛運動狀態(tài)之后，系統(tǒng)會經(jīng)過算法會對車輛方向及可能碰撞時間進行預(yù)判。通過比較一系列連續(xù)不斷圖像畫面確定為背景預(yù)估出車輛運行軌跡，從而判斷車輛運行是否存在危險。

攝像機系統(tǒng)常常用于識別障礙物探測，這是一種非常智能化算法。例如，我們從汽車后方進行觀察，汽車形狀大致可以分成直角和直線，這些直線和直角與自然界其他景物明顯不同。通過對這些特點觀察，有助于過濾些沒有任何危險障礙物，使得算法更加精確并做出最為明確智能判斷。

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