倒车防撞控制原理的研究和探讨

倒车防撞控制原理的现状与发展

摘要:介绍了倒车防撞控制超声波测距的原理，以及应用倒车防撞系统的特点，

即优、缺点，同时文章对此类系统存在的弊端及其优化思路进行详细阐述和探讨。

关键词：防撞系统 超声波测距 温度补偿

0 引言

对于交通事故的分析表明：75%以上的交通事故是发生在车速低于30km/h的低速，因驾驶员反应不及时所引起的交通事故占80％以上，如果司机能够提早1秒钟意识到有事故危险并且能采取相应的正确措施，那么绝大多数的交通事故都可以避免。在这种背景下，设计一种响应快，可靠性高且较为经济的汽车低速防撞预警系统势在必行。因为倒车镜有死角、驾车者目测距离有误差等原因造成倒车时的事故率远大于汽车前进时的事故率,尤其是非职业驾驶员和女性更为突出。据有关调查统计,15%的汽车碰撞事故是由于倒车时汽车的后视能力不良造

[1]

成的。因此,增加汽车的后视能力,研制汽车后部探测障碍物的倒车雷达成为近些年来的研究热点之一。超声波测距原理简单，成本低廉，较易实现，且不受光线的限制，天气影响不大，稍加改造即可用于汽车倒车雷达防装系统[2]。利用超声波制作汽车防撞雷达可以帮助驾驶员及时了解周围阻碍情况,防止汽车在转弯、倒车等情况下撞伤、划伤。

1 超声波测距的构成及工作原理

1.1超声波测距的构成

倒车防撞报警系统又称为倒车雷达系统或声纳测距系统，该系统主要由超声波传感器、电子控制单元、报警装置（发光器或蜂鸣器）等组成。

超声波传感器安装在后保险杠上，它向汽车内部发射超声波并接收反射回来的超声波。超声波测距传感器采用锆钛铅作为压电敏感元件，考虑倒车对水平更大宽度范围障碍了解要求，接收传感器使用长轴在水平方向的椭圆形纸盆喇叭。

电子控制单元用于接收从超声波传感器传送回来的信号，经过计算，判断障碍物离车尾的距离。如果达到报警位置，就传送信号给蜂鸣器。

蜂鸣器用于发出警告声，并根据不同的距离发出不同的警告声。

1.2超声波的工作原理

人能听到的声音频率为:20Hz~20kHz,即为可听声波,超出此频率范围的声音,即20Hz以下的声音称为低频声波,20kHz以上的声音称为超声波。超声波是一种只有少数生物(如蝙蝠、海豚)才能感觉的机械波,其频率在20kHz以上,波长短,绕射小、能定向传播。超声波为直线传播方式,频率越高,绕射能力越弱,但反射能力越强。为此,利用超声波的这种性能就可制成超声波传感器。

超声波测距原理有两种方式:共振式和脉冲反射式。因为共振式的应用要求复杂,一般使用脉冲反射式。

超声波测距的原理就是利用超声波发射器向某一方向发射超声波,在发射时刻的同时开始计时,超声波在空气中传播,途中碰到障碍物就立即返回来,超声波

接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s,根据计时器记录的时间t,就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)。

超声波遇到障碍物要反射，由于其受环境因素的影响较小，因此其入射角和反射角近似相等。具体计算如下：

图1

由图1可知，超声波从发射到接收经过的路程（L的两倍）与传播速度v和传播时间T的关系为

图11-20中，H是两个传感器之间的距离，L是超声波的单向路程，S为传感器与后方障碍物的间距，α为反射角，则

一般车宽为2～4m，H／2约等于1m，L按报警距离可以确定为80m≤L≤200m。由此可以导出S近似值，即

S=170T

因此，只要测出超声波的传播时间，就可以计算出前后两车的间距。

1.3超声波测距的工作方式[3]

利用超声波测距的工作,就可以根据测量发射波与反射波之间的时间间隔,从而达到测量距离的作用。其主要有三种测距方法:

(1)相位检测法,相位检测法虽然精度高,但检测范围有限； (2)声波幅值检测法,声波幅值检测法易受反射波的影响；

(3)渡越时间检测法,渡越时间检测法的工作方式简单,直观, 在硬件控制和软件设计上都非常容易实现。

因此，渡越时间检测方法较为常用。该方法检测原理如下：发射端发射超声波信号，信号经气体介质传播遇到障碍物后发生反射，再由接收端传感计算接收超声波的时间差，即为距离渡越时间，该方法是通过回波的返回时延判断距离。

2超声波测距的特点:

2.1超声波测距的优点

[4]

（1）原理简单； （2）成本低廉； （3）较易实现； （4）天气影响不大；

（5）在使用中不受光照度、电磁场、色彩等因素的影响,

（6）超声波传感器有信息处理简单、价格低廉、硬件容易实现等优点； （7）响应快、可靠性高。

2.2超声波测距的缺点

（1）实际应用当中声波C是变化的，它随着温度的变化而变化,温度变化带来超声波测距精度不高以及距离不远，若将系统测距的精度考虑在内，则必须考

[6]

虑温度补偿问题；

（2）超声波在空气中逐渐衰减，测量距离有限，离车较远的障碍物反射强度弱，不易被检出；

（3）超声波存在检测盲区。

3超声波测距的不足补偿措施

（1）为使障碍物位置分辨得更清楚，超声波传感器将车后方划分成左、中、右三个检测区，系统并带有故障自诊断功能[5]。

（2）为弥补超声波存在检测盲区的不足，有的汽车在后保险杠角处装角声纳（或角雷达）传感器。

（3）对声速进行温度补偿，由表1可得到温度补偿函数。在超声波的两个探头旁边需要放置温度传感器,测出环境温度T，由电子控制单元进行软件修正[7]。

在空气中的其传播速度与环境温度的关系表达式为:

V=331.45 + 0.607 T

4倒车防撞系统未来的改进及应用

智能化的信息融合技术是当今智能汽车的发展前景,它使得车辆能够利用多传感器集成技术以及融合技术,结合环境信息、交通状况信息做出一个最优决策。

倒车防撞系统未来的发展：实现车辆自动感知前方的障碍物,及时采进行避让；通过对前方信号的识别,自动停车或运行;通过对路标的自动识别,避免违章行为等,从而可以大大降低车辆事故的发生,同时减轻司机驾驶的负担,尽量降低司机疲劳驾驶的可能性。

5结论

倒车防撞系统将会以更成熟的姿态呈现在智能车上，智能汽车的发展还有很长的路要走，但是未来交通必然是由智能车主宰，再配合上智能交通系统，人们的梦想——高速安全便捷的交通运输将不再是梦。

参考文献:

[1] 朱利娜.基于单片机的超声测距倒车雷达的研究[J].微计算机信

息,2007(23):110-111.

[2] 林勇.汽车倒车防撞雷达系统原理及优化的探讨[J].计算机工程应用技

术，2008，12，6（4）:1498-1499．

[3] 奠石镁.超声波测距在汽车倒车防撞系统中的应用[J].电脑知识与学术，

2007，1（4）.

[4] 周超.具有声光提示双功能的倒车防撞系统设计[J].传感器与微系统，

2011,30（5）.

[5] 鲁植雄.汽车电子控制技术:[M].北京：人民交通出版社，2011,12（2）. [6] 张珩，刘亚杰.基于单片机的超声波测距倒车防撞报警系统[J]. 机械与

电气，2009,9（130）.

[7] 沈二波,陈彬.基于超声波倒车雷达防撞系统设计[J].电脑与信息技

术,2011,4(19).

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