多传感信息融合的车辆主动防碰撞系统设计

一、引言

　　随着社会的不断进步，汽车正为越来越多的人所使用，而相应的，交通事故也越来越多。全球每年由交通事故造成的人员和财产损失的数目是惊人的，因此，车辆安全问题已引起人们的高度重视。对大量交通事故的分析表明，80%以上的车祸是由于驾驶员反应不及时引起的，超过65%的车辆相撞属于追尾相撞，其余则属于侧面相撞和正面相撞。有关研究表明，若驾驶员能够提早1 s 意识到有事故危险并采取相应的措施，则90%的追尾事故和60%的正面碰撞事故都可以避免。

　　现代的交通系统和未来将要出现的自动车辆系统(AVS)均要求建立智能交通系统(ITS)，以便于对车辆进行交通监视和跟踪以及多传感信息融合。未来AVS异类传感器包括视频传感器、激光扫描仪和雷达传感器等，融合的目的在于把目标输入到路径规划与制导系统中去。而基于多传感信息融合的车辆主动防碰撞控制系统，就是根据多传感器接收到的车辆前方目标信息和本车的状态信息，利用多源信息融合技术，识别出本车前方车辆的距离和速度等状态信息，并进行碰撞危险估计的。举例说，若车间距接近临界距离时，发出报警信号，提请司机注意； 若车间距小于临界安全距离时,则启动制动系统，以避免碰撞的发生．

　　显然，基于多传感信息融合的车辆主动防碰撞控制系统是一种主动式的防撞、防抱死的汽车安全系统，它使反应时间、距离、速度三个方面都能得到优化控制，可减少驾驶员的负担和判断错误，对于提高交通安全性将起到重要作用，能有效地避免大部分汽车事故的发生。同时也为提高使用车速、增加道路通行能力、实现自动化驾驶等奠定了良好的基础。

二、基于多传感信息融合的车辆主动防碰撞控制系统的组成和功能

　　汽车防追尾碰撞控制系统是一种主动安全系统。在正常行驶时，该系统处于非工作状态。当本车的车头非常接近于前车的车尾时，该系统将发出防追尾警告。在发出警告后，如果驾驶员没有采取制动减速措施，该系统便自动启动紧急制动装置，以避免发生追尾事故。

汽车防追尾碰撞控制系统

　　具有三种功能：即环境监测功能、防碰撞判断功能和车辆控制功能。

1、 行车环境监测系统

　　行车环境监测系统由环境探测系统和车况探测系统组成。环境探测系统由测量车间距离和前面车辆方位的毫米波雷达、激光雷达、CCD摄象机及能够判断路面状况的道路传感器所组成。车辆的周边传感技术是实现汽车防碰撞的关键技术。传感器性能的优劣将直接影响整个系统的性能，只有提高传感器的可靠性，才有可能减少系统的虚警率。微波传感器（雷达）的性价比较高，因此一般选择工作于毫米波的微波传感器作为主传感器，配置以图像、路面传感器等作为辅助传感器来实现对车前障碍物的检测。毫米波雷达安装在车辆前端的中央位置上，激光雷达安装在毫米波雷达的两侧，它们的主要功能是测量本车与前车的距离和前面车辆的方位，并把所测数据传输到防碰撞判断系统；CCD摄象机获得前方车辆和障碍物的图像信息，道路传感器得到路面的状态信息，车况探测系统检测本车的速度、加速度和其他状态信息，所有信息都将被送往防碰撞判断系统。

2、防碰撞判断系统

　　防碰撞判断系统由目标识别系统和危险估计系统组成。目标识别系统将毫米波雷达、激光雷达、CCD摄象机等传感器的信息经融合处理后，估计出本车前方距离最近的车辆或障碍物的距离和相对速度，并将此信号传送给危险估计系统。

　　危险估计系统根据路面状况（湿/干）、本车的状况（如车速、转向角及横向摆动速率）、距前车的距离和相对速度以及司机的反应状况计算出"临界车间距离"，并将实际测量的车间距离与临界车间距离进行比较，在实际测量的车间距离非常接近临界车间距离的某一时刻，报警器发出警告信号。当实际测量的车间距离等于或小于临界车间距离时，自动启动制动控制系统。

3、有自动制动操作机构的车辆控制

国际公路委员会对驾驶员的反应时间做了调查，结论得出平均值为0.5～3s。若驾驶员的反应时间是1.5s，那么在汽车的车速为40Km/h时，反应时间内汽车的行驶的距离是16.7m；车速为80Km/h时，行驶的距离将达33.4m。自动制动系统的反应时间远比驾驶员少的多，它的反应距离只有0.5 m。

　　工作时，防碰撞判断系统不断地根据测出的两车之间的距离、本身的车速、相对车速等有关信息，通过数据处理求出安全距离，并与雷达测出的实际距离相比较。如实测距离小于安全距离时，就发出报警信息，如驾驶员仍未采取措施，且安全距离小于极限安全距离时，系统通过执行机构对汽车的常规制动系统起作用，使汽车减速，当距离超过极限距离时，制动机构又恢复正常。