车辆安全距离智能控制与自刹车系统 安全距离, 智能

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为避免两车在同车道行驶中因追尾发生交通事故，本项目根据追尾事故的产生原因研制了车距安全距离智能控制与自刹车模拟系统。本模拟系统运用霍尔传感器以及加速度传感器测量后车车速Vb、采用超声波回波测距原理测量前后车的车辆间距△S，利用stm32f103zet6单片机处理数据，并根据两车的运行状况，后车自动调整行驶速度，从而实现后车与前车的安全车距的智能控制。实际测试表明，本系统可以实现安全车距的智能控制，达到设计要求。
近几年全国道路交通事故中，追尾事故约占全部交通事故的1/10.随着社会经济的发展，私家车的增多，近年来道路交通拥堵现象十分严重。人们不能及时控制车速以及人操作反应时间的延迟是造成这些问题的主要原因。要解决这些问题，可以将行车手动驾驶变为自动驾驶，而要实现自动驾驶就必须实现车辆速度的精确测量。本项目首先改进了速度测量方式，用加速度传感器补偿传统霍尔传感器测速的误差，实现速度的精确测量，其次精确测量前后车距，通过自动控制算法，实现安全车距的智能控制。

1系统总体设计
该模拟系统结构图如图1所示，通过速度测量模块和车距测量模块得到实时数据，将得到的数据送到stm32f单片机（stm32f单片机是一款基于ARM—CM3内核的32位微处理器，系统主频72 MHz，低功耗，功能强大）的数据处理单元进行运算和处理，将处理结果送至车距智能控制单元，从而实现车速的控制和车辆安全距离的智能控制。



2方案、原理以及技术描述

2.1后车车速Vb测量
1）车轮转速→行车速度将恒定磁体按一定的角间距安装在车轮的轮轴上，运用霍尔效应，通过设计和配置小电压输出的信号调节电路，获取一定时间内（△t）轮轴转动的角间距（△Ω），根据车轮半径参数，得到后车车速

2）直线加速度→下一刻速度速度等于加速度对时间的积分。利用压电效应原理制成的加速度传感器获取小车的线加速度a，计算下一时刻速度vn

2.2两车相对位移△S测量
以运动的后车为参照物，运动的前车与后车的位移为两车相对位移△S.通过超声波发射装置发出超声波，利用回波测距原理，根据接收器接到超声波（波速）时的时间差△T，及时获取两车相对位移△S

两车相对速度vr，的测量：以运动的后车为参照物，测取前车相对速度，实验原理为：以时间T为间隔，连续两次发射超声波，通过获取两次的相对距离得到相对速度。根据车辆的相对速度，获取前车的运动信息，从而为后车速度调整提供依据。

2.3安全车距智能控制实验原理
根据车辆性能，设定自动控制算法的安全距离。根据vb、△s、vr，采取闭环控制，实时自动调整后车速度，使后车与前车保持安全距离，实现安全车距智能控制和自刹车，其原理如图2所示。



3测试数据、技术参数和技术性分析
保证超声波测距系统及霍尔器件测速的准确性，是实现本系统车距智能控制的关键。在实验中我们对相关参数进行了测量和分析，记录和分析如下。

3.1超声波测距模块的实验数据及分析
1）超声波测距模块的实验数据实验方法：先精确确定超声波测距模块与前方障碍物的距离，此距离即是实际距离。然后启动超声波模块，得到测试数据。

2）实验数据分析及结论根据测试数据以及数据对比分析可知，两条数据曲线吻合较好（如图3所示）。超声波模块与前方障碍物距离小于200cm时，测试相对误差的最大值为3.28％，且随距离的增加而增大；超声波模块与前方障碍物距离在大于200cm时，相对误差显著增加。



误差产生的主要原因是模块安装位置与障碍物之间的角度随距离的改变而产生，该误差可根据产生的原因在算法中加以修正。
本作品系统中，超声波模块安装在后车的车头正前方，后车车头与前车车尾的距离（即两车的安全距离）设置在200cm以内，由以上数据分析可知，该距离范围测试误差和绝对误差均较小，可见，超声波测距模块满足本系统的设计要求。

3.2速度测量的实验数据及分析
1）速度测量的实验数据实验方法：本系统采用霍尔传感器进行速度测量，利用加速度传感器对速度进行辅助测量提高系统测速的准确性，实验中，我们通过将显示数据与实测数据进行比较，得到以下数据。



2）实验数据分析及结论通过以上数据分析可知：小车速度为0.12～0.29m/s时，速度测量的稳定性好，测量误差较小；当速度大于0.29m/s，测量误差增大。
速度测量产生误差的主要原因是：本套模拟系统中使用的模型小车，其车轮较小（直径5.5cm），使得霍尔传感器测速模块中安装在车轮上的磁珠的个数过少（3个），车轮旋转一周所能获得的信号脉冲个数只有3个，使得测量误差较大。误差修正方法有2个：方法一，采用加速度传感器来减小误差；方法二，采用相同原理的光电码盘测速器替代霍尔传感器进行脉冲信号采集。
本作品中，小车的运行速度为0.12～0.29m/s，另外由于加入了加速度传感器来修正霍尔传感器的测量输出，使得误差较小，满足本模拟系统测速要求。

3.3安全车距的智能控制
为检测本安全车距保持系统是否达到要求，我们通过固定一个路标（停车标志位），让小车以不同的速度通过设定的参考线，参考线与路标距离为50cm，然后测量小车停车时与路标距离，从而判定该系统是否达标。实验现场如图4所示。实验数据如表3所示。