摘 要：提出了利用超聲波傳感器檢測汽車車尾與地面距離的方案，給出了檢測信息的處理方法，汽車在倒車危險(xiǎn)狀態(tài)下的處理措施。理論分析和實(shí)驗(yàn)表明，該系統(tǒng)可以同時(shí)完成多個(gè)位置參數(shù)的監(jiān)測任務(wù)，提高了汽車倒車時(shí)的安全性能。

關(guān)鍵詞：倒車?yán)走_(dá)；防墜落；研究

1 引言

本世紀(jì)以來，我國的汽車工業(yè)快速發(fā)展，國民的生活水平不斷提高，汽車的人均擁有量呈幾何函數(shù)迅猛遞增。同時(shí)，非職業(yè)汽車駕駛?cè)藛T的比例也逐年增加，駕駛?cè)藛T的技術(shù)水平呈下降趨勢。隨著汽車數(shù)量的大幅增加，公路、街道、停車場、車庫等地方車輛十分擁擠，交通事故頻發(fā)，給國民生命財(cái)產(chǎn)的安全造成嚴(yán)重威脅。特別是在鄉(xiāng)村公路掉頭和倒車時(shí)，駕駛員既要前瞻，又要后顧，稍微不小心就會(huì)發(fā)生汽車倒車墜落。據(jù)相關(guān)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，15%的汽車碰撞、墜落事故是因倒車時(shí)汽車的后視能力不良造成的。因此，增加汽車的后視能力，對(duì)即將發(fā)生的危險(xiǎn)及時(shí)處理便成為近些年來的研究熱點(diǎn)。

2 倒車?yán)走_(dá)的測距原理

測距的方法有很多，依據(jù)信息載體的特性可分為光學(xué)法、無線電法、紅外線法、激光法和超聲波法。超聲波在空氣中的傳播速度相對(duì)電磁波是非常慢的，所以在同等距離的情況下，超聲波的傳播時(shí)間遠(yuǎn)大于紅外，往返時(shí)間更易測量，從而提高了測量的精度和可靠度。

超聲波雷達(dá)測距原理圖1：

倒車?yán)走_(dá)發(fā)射器在汽車倒車時(shí)發(fā)出超聲波信號(hào)，當(dāng)發(fā)射波遇到障礙物后，部分信號(hào)反射；接收裝置接收到反射信號(hào)后，通過控制器運(yùn)算，就可以測出倒車發(fā)射器與障礙物之間的距離。其運(yùn)算數(shù)學(xué)模型如下：

3 倒車?yán)走_(dá)接收信息的處理

從超聲波雷達(dá)接收裝置得到了大量的測量參數(shù)，如何快速、準(zhǔn)確處理這些數(shù)據(jù)，得出汽車倒車時(shí)車尾地理環(huán)境特性，是保證汽車倒車安全的關(guān)鍵問題。

由N個(gè)功能完全相同的超聲波發(fā)射器和接收裝置組成的汽車倒車監(jiān)測系統(tǒng)，都對(duì)應(yīng)有N個(gè)信息，對(duì)這N個(gè)信息進(jìn)行融合處理，從而得到該監(jiān)測區(qū)域地面及周圍信息。下面就以汽車尾部保險(xiǎn)杠上安裝的監(jiān)測保險(xiǎn)杠與地面距離為例進(jìn)行分析。這里，根據(jù)實(shí)時(shí)性要求，只對(duì)當(dāng)次同一時(shí)刻測回的信息進(jìn)行融合。

一般中心站融合律都是固定的，根據(jù)本系統(tǒng)的實(shí)際情況，這里給出一種加權(quán)融合估計(jì)算法，它不要求知道倒車?yán)走_(dá)測量數(shù)據(jù)的任何先驗(yàn)知識(shí)，只是靠超聲波接收裝置所提供的測量數(shù)據(jù)，就可融合出均方誤差最小的數(shù)據(jù)融合值。其基本思想是在總均方誤差最小這一最優(yōu)條件下，根據(jù)各個(gè)超聲波接收裝置所得到的測量值以自適應(yīng)的方式尋找各個(gè)超聲波接收裝置所對(duì)應(yīng)的最優(yōu)加權(quán)因子，使融合后的值達(dá)到最優(yōu)。

從式（7）可以看出，總均方誤差是關(guān)于測量參數(shù)各加權(quán)因子的多元二次函數(shù)，因此必然存在一個(gè)最小值，其最小值的求取是加權(quán)因子WN滿足歸一化約束條件的多元函數(shù)極值的計(jì)算。

根據(jù)多元函數(shù)求取極值方法，得出總均方誤差最小值所對(duì)應(yīng)的加權(quán)因子為：

（8）、（9）是根據(jù)各個(gè)超聲波接收裝置在某一時(shí)刻的測量值而進(jìn)行的估計(jì)，當(dāng)估計(jì)真值X為常量時(shí)，則可根據(jù)各個(gè)接收裝置歷史數(shù)據(jù)的均值來進(jìn)行估計(jì)。設(shè)

同理，，…，也是X的無偏估計(jì)，故有

根據(jù)以上數(shù)學(xué)模型可以精確地估計(jì)出該區(qū)域汽車車尾與地面的高度。

4 汽車倒車?yán)走_(dá)倒車時(shí)防墜落的應(yīng)用

在汽車尾部保險(xiǎn)杠正下面安裝3-5個(gè)超聲波傳感器，汽車倒車時(shí)，變速器置于倒車檔，激活倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)，超聲波傳感器開始檢測汽車尾部保險(xiǎn)杠與地面的高度，并進(jìn)行比較運(yùn)算，當(dāng)各傳感器測量值的差值大于某設(shè)定值時(shí)，說明汽車尾部地面極度凹凸不平，汽車倒車存在危險(xiǎn)，倒車報(bào)警器工作，提示駕駛員謹(jǐn)慎倒車或停止倒車，當(dāng)其中一個(gè)或多個(gè)傳感器測量值大于設(shè)定極限值時(shí)，由倒車?yán)走_(dá)控制器發(fā)出緊急指令，接通汽車剎車系統(tǒng)，在駕駛員沒有踩剎車的情況下仍然完成汽車緊急剎車，自動(dòng)防止汽車倒車墜落，有效保護(hù)駕駛員及車輛的安全。

5 結(jié)束語

根據(jù)監(jiān)測一定區(qū)域距離的需要，對(duì)該區(qū)域的多個(gè)目標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測和分析。提出的利用倒車?yán)走_(dá)的多個(gè)超聲波傳感器組建的距離監(jiān)測方案切實(shí)可行；利用倒車?yán)走_(dá)的檢測數(shù)據(jù)完成汽車倒車危險(xiǎn)程度判斷，并自動(dòng)進(jìn)行報(bào)警及緊急剎車處理，提高汽車的安全性能。理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了該方案的可行性和先進(jìn)性。

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作者簡介

黃薪蓉，女，重慶涪陵人，重慶工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，主要從事信息子技術(shù)方面的教學(xué)及研究。