《应用微波雷达防止汽车碰撞》由会员分享，可在线阅读，更多相关《应用微波雷达防止汽车碰撞（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、年第期 应用橄波雷达防 止汽车滋撞 周来良张立新 【摘要】 日本研制的激光雷达 、 美国研制的波段的微波雷达 , 已经在 载货车和会共汽车上应用 。 随着以极 高频率工作的徽信么处理机和数字信号处理机 性能的 改进和提 高 , 微波雷达的实用化必将成为可能 。 徽波雷达具有很好的环境适 应性 、 浏量精度 高和机体尺寸小型化等优点 , 当其预率分配问题解决之后 , 就能广 泛应用于汽车上 。 叙词汽车安全碰抢雷达 汽车技术今后发展 的一个重要方向将是 汽车的 “智能化”, 在雨 、 雪等恶劣天气中 , 帮助驾驶员判断情况并采取相应措施 。 但是 这并不意味着它们能完全代替驾驶员的操 作 , 驾
2、驶员掌握安全行驶 的知识和技术仍然 是十分必要的 。 本文就车装雷达的开发状况 、 装车试验 的防碰撞雷达在防止汽车碰撞方面的有效性 以及道路试验结果等作一介绍 。 橄波的特征 车装雷达的障碍物探测器 , 可用微波 、 超 声波 、 光等作为测距媒介 。 研究认为 , 用微 波作为探测媒介更为有效 。 这是因为 微波具有更稳定的探测性能 。 光易受 被测物体表面形状 、 颜色等的影响超声波 则容易受大气紊流 、 气涡等的影响 , 使它们 的探测准确性变差 。微波则克 服了以上缺陷 , 探测性能稳定 。 环境适应性 。 微波测距的精度很少受 雨 、 雪 、 雾 、 阳光等天气因素和杂音 、 污染
3、 等环境因素的影响 。 即使和频率为以 下的电磁波相比 , 啤 因微波的频率更高 、 波 长更短而具有以下优点能使从天线发射的 电磁波的射束幅度减小 , 从而减少不必要的 反射波造成的错觉 , 增强抗干扰的性能有 较高的相对速度感应 , 计算准确度高天线 、 高频装备的体积小 , 在车辆上的安装问题较 容易解决 。 做波,达与激光,达 激光波雷达是靠激光束照射在前车上的 反射镜装在汽车后部反射回来的激光束 来探测两车距离的 。 天气因素如雨 、 雪 、 雾和反射镜本身因素如安装位置 、 表面 污染 、 磨损或老化等的影响 , 使反射的激 光束散射损失增加 , 从而影响探测的准确性 , 并使在一
4、定功率下的探测距离比可能探测的 最大距离减少 。 微波雷达 由于靠发出单一波长的微波经 反射后不需经微分计算就能同时测得前车与 本车的相对距离和速度 , 因而提高了分析判 断险情的速度和准确性 。 试验结果表明 , 激光雷达在与前车距离 只有时才能探测到前方车辆 , 而微波雷 达则在与本车相距时就 可探测到前方 车辆 。 可见微波雷达判断险情的性能优于激 光雷达 。 车装雷达的基础研究 频率的选择 使用微波作为雷达探测器 的测距 媒介 时 , 微波频率的选择是一个很重要的问题 。具 世界汽车 体选定时 , 应注意以下两个方面 。 选定频率的抗干扰性 。 既要考虑所选 定的波段尽量少受其它通讯系
5、统无线电磁波 的影响和干扰 , 避免由于干扰而造成的错觉 和失误 , 又要考虑车装雷达之间相互的干扰 , 如偏振波 , 辐射幅度干扰等 。 后者可由雷达 本身来防治 。而要 防止 与通讯系统互相干扰 , 则主要靠正确的频道选择来解决 。 由于车用 微波的探测距离与通讯相比要短得多 , 因而 可以充分利用那些容易被氧气和水燕汽所吸 收 , 衰减很快的频率 , 而不能采用用以通讯 的 、 频道 。 天线尺寸 。 合理选择天线尺寸也是非 常重要的 。选择天线尺寸要考虑 的因素有微 波束的幅度 、 频率 、 车上装设的难易程度等 。 一般地说 , 发射的微波束的幅度越大 , 天线 应越长 , 频率越高
6、 , 天线应越短车型大时 , 天线也可稍长 。 但是考虑到雷达本身设备的 市场供应情况 , 最好选一之间的频 道 , 并按该频率选择与之相匹配的天线 。 信号辐射角的选择 选择车装防碰撞雷达天线信号 幅射角 时 , 一定要考虑道路两旁不必要的反射物可 能造成的错觉 、 车辆曲线行驶时引起的车体 摇晃 、 制动时车体前后的颠簸所造成的目标 丢失 , 以及必要的探测距离和 目标的反射特 性等因素 。 美 国国家公路安全管理局车装防止碰撞 雷达试验结果表明当探测距离为时 , 以探测错觉和停车指令两项指标评价 , 天线 的信号辐射角为一时效果最好 。 日本的研究机关把本国的典型高速公路 线型 、 车辆
7、的反射特性 、 汽车曲线行驶模型 等有关资料输入计算机 , 进行探测模拟试验 , 其结果如图所示 。 可以看出 , 天线信号辐 射角为左右时 , 探测的准确率最高 。 输出功率的选择 选择输出功率时考虑的最主要因素是探 测距离和所用传感器的特性 。 在满足以上两 项因素的前提下 , 从降低成本角度考虑 , 输 出功率为以下即可 。 雷达方式的选择 考虑到应使雷达高频部分尽量简单并 有足够探测准确度 , 适合车装雷达的雷达方 式 , 应具备脉冲式多普勒效应 、 二次等幅波 及调频等幅度 一 三种特点 , 以达 到在相对运动和相对静止时都能测量出两者 之间的距离的目的 。 测量原理如图所示 , 雷
8、达的场效应晶 体管振荡器发出频率为的超高频 电磁波 , 当电磁波被障碍物反射后 , 由于脉 冲多普勒效应 , 接收到的调频波在时间上与 发射波滞后 , 频率上相差 , 根据 和 , 即可换算出两者的距离和相对速 度 。 车装防碰掩雷达的试验情况 雷达系统的构成 试验车装 防碰撞雷达 由传感器 、 信号处 理 、 控制器三大部分构成 。 其性能参数如表 所示 。 圈夭线信号辐射角的试脸结果 年第期 哥场公那裸训 几几 几几 几 八八 八、八八几 几 几夕夕 山山山 声 、 气 气、 、厂飞 、几 几几、龟 、 中华骨饭 图 衰试验车装防碰搜,达性能今橄 一,达测距原理图 项项目目参数数 雷雷达方
9、式式脉冲多普勒 、 两波段段 调调调频一等幅波一 天天线线槽阵 、 园筒 、 抛物线组合型型 夭夭线信号辐射角 主主机频率 调调幅绷率 发发射功率 探探测距离 又 汽车前放置与普通车辆具有等效的反射效果 的反射板 , 让雷达探测器工作 , 探测反射板 与本车距离 , 并把实际距离与雷达探测距离 进行比较 。 其结果表明 , 探测结果是相当准 确的 。 发射波 工作原理 传感器通过天线发射出微波探 测信号 , 并 由天线接收经障碍物反射回来的微波信号 图 , 送至信号处理部分析处理 , 得出障碍 物的相对距离 、 速度等数据 , 并把该数据输 送给处理中心 , 处理中心再与由本车传感器 输入的本
10、车有关信号 如车速 、 制动气压 等综合 , 发出两种指令一种指令给本车 操纵系统 , 如 自动减速 、 换档 、 制动等另 一种则是给驾驶员的警示信号 , 如减速 、 制 动 、 转向 、 停车等 。 从而起到操纵汽车防止 与障碍物碰撞之 目的 。 车装防碰撞雷达的性能评价 为了评价车装防碰撞雷达探测障碍物距 离和相对速度的性能 , 采用 了静物距离探测 和在高速公路上行驶时探测两种试验 。 静物距离探测试验两种方法 第一种方法 , 在装有防碰撞雷达的静止 图防碰抽留达徽波的发射接收 第二种方法 , 把一辆排量为的摩 托车与其它障碍物混杂在一起 , 构成复数障 碍物 , 放置在汽车前部不同距
11、离 。 用雷达探 测在复数障碍物情况下 , 雷达分辨目标并测 量距离的能力 , 同实际距离作比较 。 结果仍 然证明 , 探测结果相当准确 。 高速公路上行驶试验 用装有防碰撞雷达的车辆向前车发射微 波 , 探测两车距离和相对速度 , 得 出的结果 如图所示 。 把上述探测结果与两车实际相对速 度和 距离相对照 , 发现雷达探测准确度良好 , 即 使碰上下大雨 , 需车窗刮水器高速刮水的天 气 , 其准确性也与晴天无 明显差异 , 可见实 际应用是没有问题的 。 世界汽车 卜 一 一 卜 卜盈卜 的 任 性留 奋 叭 一 时间 圈离邃公路上进行试脸的结果 车转防碰摘,达实用化 研究认为 , 为
12、了使车装防碰撞雷达走向 实用化 , 还需解决以下几个方面的问题 。 产品制造方面 , 微波雷达本身的开发 目前的微波雷达 , 尤其是小型化微波雷 达 , 还主要用于军事方面 , 因此价格昂贵 。 怎 样能降低生产成本 , 大量生产 , 投入汽车市 场 , 还需做大量的开发研究工作 。 在汽车上的安装间题 要在 汽车前端 中央部位装设雷达天线 , 并在适 当的部位安装探测器 、 信号处理机和 控制中心等装置 , 必然要涉及到车辆设计 、 制 造 、 维护等系列问题 。 提高雷达 系统的工作可靠性 如前所述 , 微波雷达对天气变化有较好 的适当性和探测的准确性 , 但在怎样防止因 道路两旁物体 、
13、 相邻车道上的车辆而产生的 错觉尤其是在弯道上行驶时的间题上 , 仍 有待作更多的研究工作 。 显示与报警 雷达的显示系统和报警系统应该向驾驶 员显示那些数据 , 发出什么样的瞥示信号 , 才 能使驾驶员乐于接受 , 不至 于造成 紧张 不安 和不愉快 , 即既要起到有利安全 、 又能与驾 驶 , 乞 的各项操作和谐配合 , 仍然需要从 二程 亡理学角度认真探讨 。 波段频道分配问题 现在使用微波作为通 讯手段 的势头越来 越强 。 就日本的情况来说 , 邮政 电讯方面 , 已 经在年把本来不大适应通讯用的 频道也已作为通讯用试验开发范围 , 使得微波雷达所能使用 的波段范围更 加减 少 。
14、尽管日本汽车应用雷达开发协会已向有 关部门提出了车装防碰撞雷达 的波段 申请 , 但至今仍未得到 明确的答复 。 因此实用化开 发仍难实施 。 总之 , 车装防碰撞雷达的研究已经在很 多方面展开 , 并且有实用化的先例 。 如日本 年就已在大型车上装设防碰撞雷达 , 美 国也有在载货车和公共汽车上装设防碰撞雷 达的实例 。 而且 , 实际应用表明 , 防碰撞雷 达确实起到 了防止车辆碰撞 、 减轻驾驶员操 作疲劳的作用 。 有理 由相信 , 随着科学技术 的进步 , 有关间题的解决 , 车装防碰撞雷达 一定会有广阔的使用前景 。 收稿日期 一一 月日 巴 侧侧韧琴 中国汽车技术研究中心 ,卜国
15、专家咨询部 ”即将 成立 经机械工业部汽车工业司同意 , 中国汽 车技术研究中心 “ 外国专家咨询部 ” 将于近 日成立 。 该咨询部将由中国汽车技术研究中心 和日本经济技术研究所合作建立 , 通过开展 技术咨询工作 , 学习国外先进技术 , 支持我 国汽车工业企业的技术发展 。 该咨询部以技术支援为宗旨 , 不以盈利 为目的 , 由中国汽车技术中心了解我国汽车 工业企业的技术偏求 , 通过日本经济技术研 究所推荐热衷于中日友好事业 , 并有惫支持 我国汽车工业发展的专家 , 为我国汽车工业 企业提供现场或书面的技术寸 育 导和技术咨 询服务 。 欢迎有这方面需要的我国汽车工业企 业与我们联系 。 联系部门 中国汽车技术研究中心外国 专家咨询部 联系人兰仲菊 联系电话转
