車輛安全距離智能控制與自剎車系統(tǒng)

為避免兩車在同車道行駛中因追尾發(fā)生交通事故，本項(xiàng)目根據(jù)追尾事故的產(chǎn)生原因研制了車距安全距離智能控制與自剎車模擬系統(tǒng)。本模擬系統(tǒng)運(yùn)用霍爾傳感器以及加速度傳感器測量后車車速Vb、采用超聲波回波測距原理測量前后車的車輛間距△S，利用stm32f103zet6單片機(jī)處理數(shù)據(jù)，并根據(jù)兩車的運(yùn)行狀況，后車自動調(diào)整行駛速度，從而實(shí)現(xiàn)后車與前車的安全車距的智能控制。實(shí)際測試表明，本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)安全車距的智能控制，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

近幾年全國道路交通事故中，追尾事故約占全部交通事故的1/10.隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，私家車的增多，近年來道路交通擁堵現(xiàn)象十分嚴(yán)重。人們不能及時(shí)控制車速以及人操作反應(yīng)時(shí)間的延遲是造成這些問題的主要原因。要解決這些問題，可以將行車手動駕駛變?yōu)樽詣玉{駛，而要實(shí)現(xiàn)自動駕駛就必須實(shí)現(xiàn)車輛速度的精確測量。本項(xiàng)目首先改進(jìn)了速度測量方式，用加速度傳感器補(bǔ)償傳統(tǒng)霍爾傳感器測速的誤差，實(shí)現(xiàn)速度的精確測量，其次精確測量前后車距，通過自動控制算法，實(shí)現(xiàn)安全車距的智能控制。

1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

該模擬系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，通過速度測量模塊和車距測量模塊得到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，將得到的數(shù)據(jù)送到stm32f單片機(jī)（stm32f單片機(jī)是一款基于ARM—CM3內(nèi)核的32位微處理器，系統(tǒng)主頻72 MHz，低功耗，功能強(qiáng)大）的數(shù)據(jù)處理單元進(jìn)行運(yùn)算和處理，將處理結(jié)果送至車距智能控制單元，從而實(shí)現(xiàn)車速的控制和車輛安全距離的智能控制。

2方案、原理以及技術(shù)描述

2.1后車車速Vb測量

1）車輪轉(zhuǎn)速→行車速度將恒定磁體按一定的角間距安裝在車輪的輪軸上，運(yùn)用霍爾效應(yīng)，通過設(shè)計(jì)和配置小電壓輸出的信號調(diào)節(jié)電路，獲取一定時(shí)間內(nèi)（△t）輪軸轉(zhuǎn)動的角間距（△Ω），根據(jù)車輪半徑參數(shù)，得到后車車速

2）直線加速度→下一刻速度速度等于加速度對時(shí)間的積分。利用壓電效應(yīng)原理制成的加速度傳感器獲取小車的線加速度a，計(jì)算下一時(shí)刻速度vn

2.2兩車相對位移△S測量

以運(yùn)動的后車為參照物，運(yùn)動的前車與后車的位移為兩車相對位移△S.通過超聲波發(fā)射裝置發(fā)出超聲波，利用回波測距原理，根據(jù)接收器接到超聲波（波速）時(shí)的時(shí)間差△T，及時(shí)獲取兩車相對位移△S

兩車相對速度vr，的測量：以運(yùn)動的后車為參照物，測取前車相對速度，實(shí)驗(yàn)原理為：以時(shí)間T為間隔，連續(xù)兩次發(fā)射超聲波，通過獲取兩次的相對距離得到相對速度。根據(jù)車輛的相對速度，獲取前車的運(yùn)動信息，從而為后車速度調(diào)整提供依據(jù)。

2.3安全車距智能控制實(shí)驗(yàn)原理

根據(jù)車輛性能，設(shè)定自動控制算法的安全距離。根據(jù)vb、△s、vr，采取閉環(huán)控制，實(shí)時(shí)自動調(diào)整后車速度，使后車與前車保持安全距離，實(shí)現(xiàn)安全車距智能控制和自剎車，其原理如圖2所示。

3測試數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)和技術(shù)性分析

保證超聲波測距系統(tǒng)及霍爾器件測速的準(zhǔn)確性，是實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)車距智能控制的關(guān)鍵。在實(shí)驗(yàn)中我們對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了測量和分析，記錄和分析如下。

3.1超聲波測距模塊的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析

1）超聲波測距模塊的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)方法：先精確確定超聲波測距模塊與前方障礙物的距離，此距離即是實(shí)際距離。然后啟動超聲波模塊，得到測試數(shù)據(jù)。

2）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析及結(jié)論根據(jù)測試數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)對比分析可知，兩條數(shù)據(jù)曲線吻合較好（如圖3所示）。超聲波模塊與前方障礙物距離小于200 cm時(shí)，測試相對誤差的最大值為3.28％，且隨距離的增加而增大；超聲波模塊與前方障礙物距離在大于200 cm時(shí)，相對誤差顯著增加。