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1、. . . . 工程硕士学位论文高速公路汽车防追尾系统研究摘 要高速公路交通系统在我国的兴起，正改变着我国陆上交通的格局。然而近年来，道路交通安全形势越来越严峻，交通事故给家庭、集体和国家都带来了巨大的损失，已成为世界性的严重问题。这其中自高速公路投入使用以来，事故频发，已严重影响人们对使用高速公路的信心，据有关统计资料表明，在众多的高速公路交通事故中，追尾碰撞引起的事故占最多数，因此，研发一种高性能的汽车追尾防撞预警系统成为迫切的需要。本文在借鉴了国外诸多汽车防撞模型与研究成果的基础上，从车辆动力学和运动学两方面详细分析了汽车的制动过程，并且根据汽车的运动状态建立了实用、简单的汽车防撞预警模
2、型。通过对高速公路追尾碰撞事故原因的分析，提出了汽车追尾防撞预警系统设计要求，并确定了系统的设计方案。整个系统由各种传感器、数据采集电路、声光报警电路、液晶显示电路等组成，系统采用高性能的ARM7芯片S3C44B0X作为中央处理器，保证了系统工作的实时性。论文对汽车追尾防撞预警系统所需传感器进行了分析、比较和选型；制作、调试了系统硬件部分；采用汇编与C语言结合的方式编写系统所需软件，并将此软件在硬件上进行了调试；论文针对系统应用的环境，从软件和硬件两方面对系统进行了可靠性设计，从而使系统更加稳定可靠。最后，论文还通过实验对系统各项功能进行了考察，实验表明系统声光报警、抑制报警、液晶显示等各项功
3、能基本实现了系统的设计要求。关键词：追尾，防撞预警系统，碰撞模型，S3C44B0X，ARM7AbstractThe rising of rapid transit on freeway is changing the pattern of overland traffic in our country. The traffic safety condition is becoming increasingly serious in recent years.The traffic accidents have become a worldwide problemwhich make great
4、 lost to our families and country. While the frequent accidents have badly touched the confidence of people using them since the freeways were devote to using, the statistic shows that the accidents resulted from Rear-end Collision are in the majority among the accidents in expressway.The statistic
5、shows that the Rear-end Collision is of the majority in all expressway accidents.Therefore it becomes an urgent necessity to develop a high-performance Collision Warning System.This paper conducts both the dynamic and kinematic analysis of the automobile braking process.Referring to many research fr
6、uits in automobile anti-collision of the world, the paper establishes a simple and applicable model of anti-collision alarm system based on the automobiles movement status.By analyzing the cause of Rear-end Collision,the dissertation put forward the system requirements and then designs scheme.The wh
7、ole system consists of various sensors,data collection circuit,alarming circuit of sound and light,display circuit of LCD screen.The high-powered chip，as the central processing unit，is used to control all the circuits for improving real-time character of the system.This paper also analyzes and compa
8、res the sensors,then complete the hardware system.The system software is programmed with C and assembly language and debug on the hardware.According the environment of the automobile,many effective measures from the software and hardware are adopted to enhance the reliability of the system.At last,e
9、xperiments are carried out on the Collision Warning System and it is confirmed that the system basically meets the design requirements.Key words:Rear-end Collision,Collision Warning System目 录第一章 前 言31.1 课题研究的目的和意义31.2 国外研究的概况41.2.1国外研究述评41.2.2国研究述评71.3 论文主要研究的容81.4 研究方法与具体步骤9第二章汽车追尾防撞系统设计102.1 汽车追尾事
10、故分析102.1.1 驾驶行为与过程102.1.2 追尾事故分析112.2 追尾防撞系统设计要求122.3 追尾防撞系统总体设计132.4本章小结12第三章高速公路最小安全行车车间距离的分析143.1 高速公路最小安全行车车间距离的定义143.2 高速公路最小安全行车车间距离分析的前提条件143.3 高速公路最小安全行车车间距离模型的建立143.3.1 车辆制动减速过程分析143.3.2 B车制动距离的计算153.3.3 A车制动距离的计算163.3.4 最小安全行车车间距离的确定163.4 模型参数的讨论163.5本章小结9第四章系统硬件设计174.1 传感器单元174.1.1 激光测距传感
11、器194.1.2 车速传感器204.2 控制单元与执行器单元204.2.1 硬件结构中主要部件和特殊部件的说明204.2.2 测距信息输入电路244.2.3 车速信息输入电路474.2.4 转向信息输入电路474.2.5 语音报警输出电路474.2.6 实际车间距离显示电路474.3本章小结20第五章系统软件设计495.1存储器配置495.1.1 程序存储器的地址空间495.1.2 数据存储器的地址空间495.2单片机的中断系统525.3 软件设计505.3.1 程序设计方案555.3.2 功能实现555.4 性能评价575.5本章小结59结论59参考文献60附录62攻读学位期间取得的研究成果
12、63致63 / 第一章 前 言1.1 课题研究的目的和意义汽车作为现代人类的交通工具，改变了人们的生活方式，推动了社会经济的发展和人类文化的进步，给人们的生活带来了极大的便利，但同时也带来了严重的交通安全问题。据红十字会的数据：全世界每年死于道路交通事故的人数达70万人，另有10001500万人受伤，每年因道路交通事故造成的经济损失约为5180亿美元。道路交通事故给家庭、集体和国家都会带来巨大的损失，成为世界性的严重社会问题。预计至2020年，交通事故将成为造成人类非正常死亡的最大的直接原因之一。随着经济的发展与汽车科学技术的进步，公路交通呈现出行驶高速化、车流密集化和驾驶员非职业化的趋势。同
13、时，随着汽车工业的飞速发展，汽车的产量和保有量都在急剧增加。高速公路的出现为汽车的高速化提供了有利的条件，但汽车的高速化也带来了一个不可避免的问题:汽车碰撞事故。在我国，汽车的产量和保有量逐年增加，但公路发展、交通管理却相对落后，导致车祸连年上升。我国每年因交通事故死亡的人数也在迅速增长，十年间翻了一番，从1991年的5.3万人，到2001年已达10.6万人，平均每4.8分钟有1人死于车祸，每0.9分钟有1人在车祸中伤残，每年因交通事故造成的直接经济损失达数百亿元，居世界第一位。我国的高速公路起步虽晚，但发展较快1。据统计，高速公路每百公里事故率为普通公路的4倍多。照此下去，若车辆安全技术和道
14、路交通管理手段跟不上的话，今后若干年中，我国的交通事故不但不会减少，反而还会有上升趋势，造成的经济损失也会以相当惊人的速度增长。我国高速公路交通事故情况统计表1.1给出了我国近年来高速公路交通事故的数量、人员伤亡和直接经济损失的大致情况。图表显示，我国高速公路交通事故形势不容乐观，并有愈演愈烈之势表1.1我国高速公路交通事故情况统计年 份事故数死亡人数受伤人数直接经济损失（亿元）19979035118231901.7199810574148740341.762000160002.2 从其他有关统计数据来看，1996年全国高速公路百公里事故率比普通公路高出3倍多，而同期国外高速公路每百公里的事故
15、发生率仅为普通公路的1/3，1998年我国高速公路每百公里死亡率为26.9%，高于全国道路每百公里死亡率25.9%，这与世界主要发达国家高速公路交通事故死亡的事故率仅为一般公路的1/101/2的结果相差悬殊。例如英国高速公路的死伤事故率只有一般公路的1/3，城市道路的1/92。综上所述，可以对我国高速公路的安全状况作如下评价:1、我国高速公路交通事故频频，事故率高于西方发达国家，并不能体现其“安全”的优点。2、事故严重程度高，致死率大大高于国外发达国家。3、缺乏预防高速公路交通事故有效措施。高速公路的事故类型，大多数为车辆追尾碰撞事故，这是由高速公路的特点所决定的。高速公路属于全封闭、立体交叉、具有中央分隔带。所以行车道上的车辆与横向车辆、行人与对面车辆相撞的事故极少。但因其车速高，所以在雨、雪天气路面溜滑或雾天视线不良等情况下很容易发生制动侧滑、甩尾或行车视距不足而导致追尾碰撞事故。在过去20-30年中，人们主要把精力集中于汽车的被动安全性方面，例如，在汽车的前部后部安装保险杠、在汽车外壳四周安装弹性材料、在车相关部位安装各种形式的安全带与安全气囊等等，以减轻汽车碰撞带来的危害。安装防撞
