車輛開門防撞與預(yù)警裝置的設(shè)計(jì)＊

宋 志，韓兆輝，張威翼，劉永昌，陳佩江

（臨沂大學(xué)機(jī)械與車輛工程學(xué)院，山東 臨沂276002）

本文概述了車輛開門防撞與報警裝置總體布局，在此基礎(chǔ)上，對各部分元件的功用以及雷達(dá)系統(tǒng)測距模塊的原理進(jìn)行簡單闡述。并對雷達(dá)系統(tǒng)測距單元的測距特征進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)，針對測量實(shí)驗(yàn)結(jié)果，完成了雷達(dá)系統(tǒng)測距模塊中的雷達(dá)傳感器（探頭）的類型選擇。最后介紹了本裝置的工作原理，得出了在車輛實(shí)際應(yīng)用的結(jié)論。

1 汽車開門防撞與預(yù)警裝置的總體設(shè)計(jì)

開門防撞預(yù)警裝置包含雷達(dá)測距系統(tǒng)模塊、車輛信息感知模塊、車輛預(yù)警提示模塊。

根據(jù)當(dāng)前車輛雷達(dá)系統(tǒng)存在的問題和預(yù)警裝置研究的現(xiàn)狀，對汽車開門防撞預(yù)警裝置的基本功能進(jìn)行了總結(jié)，總體布局設(shè)計(jì)如圖1 所示。

圖1 汽車開門防撞預(yù)警裝置的總體布局

1.1 雷達(dá)系統(tǒng)測距模塊

采用兩對相同型號雷達(dá)傳感器（探頭），型號為TF-Luna型。雷達(dá)系統(tǒng)測距模塊安裝在汽車尾部的保險杠上。各傳感器的安裝位置及安裝順序都有相應(yīng)的規(guī)定，安裝時絕對不能出錯，否則傳感器會輸送給電子控制單元（ECU）錯誤的信號，造成汽車開門防撞預(yù)警裝置誤報警，對駕乘人員產(chǎn)生很大的影響，達(dá)不到預(yù)期設(shè)想的設(shè)計(jì)效果。雷達(dá)傳感器（探頭）具有質(zhì)量輕便、探測目標(biāo)準(zhǔn)確、反饋信息速度靈敏等特點(diǎn)。

1.2 雷達(dá)系統(tǒng)測距模塊的測距原理

TF-Luna 型基于TOF（Time Of Flight）原理。其原理為雷達(dá)系統(tǒng)測距模塊向外發(fā)出周期性的紅外光調(diào)制波，紅外光調(diào)制波遇物體后反射。雷達(dá)系統(tǒng)測距模塊經(jīng)過測量紅外光調(diào)制波往復(fù)相位差，能準(zhǔn)確地計(jì)算出后方物體與車輛的距離。雷達(dá)系統(tǒng)測距模塊的測距原理如圖2 所示。

圖2 雷達(dá)系統(tǒng)測距模塊的測距原理示意圖

1.3 車輛信息感知模塊

電子控制單元（ECU），其功能是根據(jù)電控單元ECU 對雷達(dá)傳感器（探頭）輸入的信息進(jìn)行處理，然后做出判斷是否發(fā)出指令，向車輛預(yù)警提示裝置提供信號。車輛信息感知模塊在汽車開門防撞與預(yù)警裝置的總體設(shè)計(jì)中起到中樞的作用，也是整個系統(tǒng)的核心元件。

1.4 車輛預(yù)警提示模塊

車輛預(yù)警提示模塊即聲音報警及顯示裝置，其主要作用是為駕駛員及乘客報警，并顯示檢測的結(jié)果。本設(shè)計(jì)中的顯示模塊采用的是LED 顯示屏，系統(tǒng)采用電磁式蜂鳴器，當(dāng)距離超出預(yù)設(shè)值時，蜂鳴器就會發(fā)出報警響聲，引起駕乘人員的注意。

2 雷達(dá)系統(tǒng)測距模塊的測距特征

雖然對雷達(dá)測距模塊進(jìn)行了技術(shù)升級，但是由于車輛后方物體較為復(fù)雜，有太多的不確定性，不能嚴(yán)格分辨出到底是機(jī)動車輛還是非機(jī)動車輛。

雖然報警裝處于報警狀態(tài)，卻不能準(zhǔn)確地分析車輛安全性能。這是由本裝置設(shè)計(jì)的缺陷所導(dǎo)致的，其測距范圍必然會受到被測目標(biāo)反射率的影響。

只有當(dāng)被測目標(biāo)邊長大于等于有效測距邊長時，數(shù)據(jù)才穩(wěn)定可靠。有效測距邊長L由視場角決定，計(jì)算公式為：d=2×tanβ。其中d為有效測距邊長，β為TF-Luna 型的接收半角1°。

當(dāng)被測物體邊長不滿足有效測距邊長時，TF-Luna 型輸出測量值（Dist）會出現(xiàn)異常。其測量實(shí)驗(yàn)結(jié)果Dist1＜Dist＜Dist2。

3 雷達(dá)系統(tǒng)測距模塊的雷達(dá)傳感器的選擇

總結(jié)目標(biāo)檢測雷達(dá)傳感器的類型及其優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)傳感器類型的選擇原則和合理性，對汽車開門防撞預(yù)警裝置中的雷達(dá)系統(tǒng)測距模塊的測距特征進(jìn)行了分析，雷達(dá)傳感器應(yīng)采用雙角度水平與垂直角度設(shè)為不同值，數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確，如圖3所示。探頭表面采用平面設(shè)計(jì)，探頭膠卡采用勝膠材料，有效防止超聲波與車身產(chǎn)生共振帶來的誤報警。

圖3 雷達(dá)傳感器（探頭）的雙角度示意圖

4 汽車開門防撞預(yù)警裝置的工作原理

汽車開門防撞預(yù)警裝置就是利用雷達(dá)傳感器具有周期性的向外發(fā)出紅外光調(diào)制波，經(jīng)車輛信息感知模塊電子控制單元（ECU）控制，分析雷達(dá)傳感器發(fā)出與接收信號的時間差，計(jì)算出車輛與被測物體間的距離，然后由聲音報警裝置發(fā)出不同的報警聲。

當(dāng)汽車駐車時，本裝置使用雷達(dá)傳感器探測車輛后方周圍的區(qū)域，如果探測區(qū)域內(nèi)檢測到移動車輛，車輛預(yù)警提示模塊內(nèi)的聲音報警裝置就會發(fā)出聲音警告，LED 顯示屏?xí)@示距離，從而提醒駕乘人員注意后方來往車輛，提高了汽車行駛的安全性能。車輛開門防撞與預(yù)警裝置如果能夠得到合理利用，將從根本上減少交通事故的發(fā)生。

5 結(jié)論

車輛開門防撞與預(yù)警裝置，在汽車現(xiàn)有電子設(shè)備技術(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)車輛雷達(dá)系統(tǒng)的原理，采用雷達(dá)傳感器作為雷達(dá)系統(tǒng)測距模塊，以電控單元為中樞系統(tǒng)，以LED 顯示屏、蜂鳴器為車輛預(yù)警提示模塊，本裝置具有測量準(zhǔn)確定性高、反應(yīng)靈敏、成本低等特點(diǎn)，具有較好的應(yīng)用前景。