簡(jiǎn)述激光測(cè)距傳感器在汽車?yán)走_(dá)系統(tǒng)中應(yīng)用的幾種方法

   目前運(yùn)用在汽車上的測(cè)距方法主要有超聲波短距離測(cè)距，毫米波雷達(dá)長(zhǎng)距離測(cè)距，激光測(cè)距，攝像系統(tǒng)測(cè)距等幾種方法。

1 超聲波距離測(cè)距
 
   它利用超聲探測(cè)原理，在司機(jī)倒車時(shí)，能正確的從數(shù)碼顯示器上了解汽車尾部與障礙物之間的距離。當(dāng)測(cè)距顯示小于報(bào)警距離時(shí)，還能準(zhǔn)確報(bào)警，及時(shí)提醒司機(jī)剎車。
 
    超聲波一般指頻率在20kHz以上的機(jī)械波，具有穿透性較強(qiáng)、衰減小、反射能力強(qiáng)等特點(diǎn)。超聲波測(cè)距儀器一般由發(fā)射器、接收器和信號(hào)處理裝置三部分組成。工作時(shí)，超聲波發(fā)射器不斷發(fā)出一系列連續(xù)的脈沖，并給測(cè)量邏輯電路提供一個(gè)短脈沖。超聲波接收器則在接收到遇障礙物反射回來(lái)的反射波后，也向測(cè)量邏輯電路提供一個(gè)短脈沖。*后由信號(hào)處理裝置對(duì)接收的信號(hào)依據(jù)時(shí)間差進(jìn)行處理，自動(dòng)計(jì)算出車與障礙物之間的距離。超聲波測(cè)距原理簡(jiǎn)單，成本低、制作方便，但其在高速行駛的汽車上的應(yīng)用有一定局限性，這是因?yàn)槌暡ǖ膫鬏斔俣仁芴鞖庥绊戄^大，不同的天氣條件下傳播速度不一樣；另一方面是對(duì)于遠(yuǎn)距離的障礙物，由于反射波過(guò)于微弱，使得靈敏度下降。故超聲波測(cè)距一般應(yīng)用在短距離測(cè)距，*佳距離為4～5米，一般應(yīng)用在汽車倒車防撞系統(tǒng)上。
 
2 毫米波雷達(dá)長(zhǎng)距離測(cè)距
 
    為了更好的適應(yīng)道路交通狀況，解決盲區(qū)視野問(wèn)題，在日本和美國(guó)開展了大量的工作。如應(yīng)用毫米波雷達(dá)CCD攝像檢測(cè)交通狀況，根據(jù)危險(xiǎn)程度改變直觀信號(hào)的音調(diào)、顏色和位置，并在顯示器中顯示。實(shí)現(xiàn)高度智能化，極大的改善車輛的**性。
 
    雷達(dá)是利用目標(biāo)對(duì)電磁波反射來(lái)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并測(cè)定其位置的。汽車上應(yīng)用的雷達(dá)采用的是30GHz以上的毫米波雷達(dá)。毫米波頻率高、波長(zhǎng)短，一方面可縮小從天線輻射的電磁波射束角幅度，從而減少由于不需要的反射所引起的誤動(dòng)作和干擾，另一方面由于多普勒頻移大，相對(duì)速度的測(cè)量精度高。在汽車上應(yīng)用毫米波雷達(dá)測(cè)距，有以下特點(diǎn)：
 
   （1）是探測(cè)性能穩(wěn)定。它不易受對(duì)象表面形狀和顏色的影響，也不受大氣流的影響。
 
   （2）是環(huán)境適應(yīng)性能好。雨、雪、霧等對(duì)之干擾小。作為車載雷達(dá)，目前適用的主要有脈沖多普勒雷達(dá)、雙頻CW雷達(dá)和FM雷達(dá)三種。應(yīng)用雷達(dá)測(cè)距，需要防止電磁波干擾，雷達(dá)彼此之間的電磁波和其他通信設(shè)施的電磁波對(duì)其測(cè)距性能都有影響。毫米波雷達(dá)主要應(yīng)用于防撞，以避免高速公路上發(fā)生追尾碰撞。
 
3 激光測(cè)距
 
    它可以對(duì)車前的路面狀況進(jìn)行電子掃描，還可以對(duì)周圍及后面司機(jī)看不到的地方進(jìn)行掃描。將收集的信息通過(guò)各個(gè)響應(yīng)部位的傳感器匯集到電腦中去，在車內(nèi)電視熒幕中顯示出來(lái)，擴(kuò)大了司機(jī)對(duì)路面觀察，并能對(duì)超速或有障礙的路面發(fā)出警報(bào)，引起司機(jī)注意。如日本馬自達(dá)汽車公司研制的掃描激光雷達(dá)和超聲波傳感器，可以檢測(cè)到前方是否有行人和在斜角方向是否有車駛來(lái)，以避免事故發(fā)生。
 
    激光測(cè)距裝置是一種光子雷達(dá)系統(tǒng)，它具有測(cè)量時(shí)間短、量程大、精度高等優(yōu)點(diǎn)，在許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。目前在汽車上應(yīng)用較廣的激光測(cè)距系統(tǒng)可分為非成象式激光雷達(dá)和成象式激光雷達(dá)。非成象式激光雷達(dá)根據(jù)激光束傳播時(shí)間確定距離。它的工作原理是：從高功率窄脈沖激光器發(fā)出的激光脈沖經(jīng)發(fā)射物鏡聚焦成一定形狀的光束后，用掃描鏡左右掃描，向空間發(fā)射，照射在前方車輛或其他目標(biāo)上，其反射光經(jīng)掃描鏡、接收物鏡及回輸光纖，被導(dǎo)入到信號(hào)處理裝置內(nèi)光電二極管，利用計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)激光二極管啟動(dòng)脈沖與光電二極管的接收脈沖間的時(shí)間差，即可求得目標(biāo)距離。利用掃描鏡系統(tǒng)中的位置探測(cè)器測(cè)定反射鏡的角度即可測(cè)出目標(biāo)的方位。
 
     成象式激光雷達(dá)又可分為掃描成象激光雷達(dá)和非掃描成象激光雷達(dá)。掃描成象激光雷達(dá)把激光雷達(dá)同二維光學(xué)掃描鏡結(jié)合起來(lái)，利用掃描器控制激光的射出方向，通過(guò)對(duì)整個(gè)視場(chǎng)進(jìn)行逐點(diǎn)掃描測(cè)量，即可獲得視場(chǎng)內(nèi)目標(biāo)的三維信息。非掃描成象式激光雷達(dá)將光源發(fā)出的經(jīng)過(guò)強(qiáng)度調(diào)制的激光經(jīng)分束器系統(tǒng)分為多束光后沿不同方向射出，照射待測(cè)區(qū)域。由于非掃描成象激光雷達(dá)測(cè)點(diǎn)數(shù)目大大減少，從而提高了系統(tǒng)三維成象速度。
 
      在汽車測(cè)距系統(tǒng)中，非成象激光雷達(dá)更具有實(shí)用價(jià)值。同成象式激光雷達(dá)相比，具有造價(jià)低、速度快、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。但由于激光雷達(dá)測(cè)距儀器工作環(huán)境處于高速運(yùn)動(dòng)的車體中，振動(dòng)大，對(duì)其穩(wěn)定性、可靠性提出了較高的要求，其體積也受到了一定的限制，同時(shí)還要考慮省電、低價(jià)、對(duì)人眼**等因素。這些決定了其光源只能采用半導(dǎo)體激光器。目前，在汽車上，上述各種激光雷達(dá)測(cè)距儀均有應(yīng)用，但成象式激光雷達(dá)還在進(jìn)一步研究之中。
 
    美國(guó)通用汽車公司于1997年研制成一種稱為"視控雷達(dá)"的防撞裝置。車載電腦根據(jù)脈沖多普勒雷達(dá)原理，先把兩車的距離、相對(duì)速度、本車速度等信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后計(jì)算出對(duì)應(yīng)的參數(shù)并存儲(chǔ)。計(jì)算機(jī)程序根據(jù)**距離公式計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)值，并與雷達(dá)測(cè)出的實(shí)際距離作比較。實(shí)際距離是由激光雷達(dá)通過(guò)攝像機(jī)和測(cè)定的道路邊界及其曲度，對(duì)汽車行駛前方的路面上的障礙或車輛測(cè)得的。如果出現(xiàn)實(shí)際距離小于**距離時(shí)，視控雷達(dá)系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)作用于汽車的制動(dòng)系統(tǒng)，使汽車減速或停車。當(dāng)距離大于極限**距離時(shí)，制動(dòng)控制機(jī)構(gòu)恢復(fù)正常狀態(tài)。 德爾福于 1998年SAE年會(huì)上推出了"防撞系統(tǒng)"。它采用雷達(dá)及超聲波技術(shù)，以提高汽車的**性。它是德爾福汽車系統(tǒng)推出的**性產(chǎn)品。該系統(tǒng)包括自適應(yīng)巡航系統(tǒng)、防碰撞預(yù)警系統(tǒng)（包括前方、兩側(cè)和后方碰撞）和碰撞干預(yù)系統(tǒng)三個(gè)方面。
 
3.1 自適應(yīng)巡航控制（Adaptive Cruise Contro）
 
    該裝置是通過(guò)裝在汽車前方的雷達(dá)傳感器，幫助司機(jī)保持適當(dāng)車速并控制與前方車輛的距離。當(dāng)需巡航控制時(shí)，可通過(guò)節(jié)氣門的控制和有限制動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)車速，保持車輛前后之間的距離，并可減少手動(dòng)變速的動(dòng)作。
 
3.2 防碰撞預(yù)警系統(tǒng)（COllision Warning SystemS）
 
（1）防碰撞預(yù)警探測(cè)系統(tǒng)。
 
    該系統(tǒng)采用76GHZ的微波雷達(dá)傳感器，能探測(cè)距離車輛前方150m以上的物體，不受車輛行駛速度的影響。它能根據(jù)所測(cè)出的障礙物與本車輛的距離，給司機(jī)發(fā)出不同的警告，如司機(jī)對(duì)發(fā)出的視覺閃光警告未作出反應(yīng)，能立即發(fā)出蜂鳴聲或響鈴報(bào)警。如車輛在行駛狀態(tài)時(shí)，即能自動(dòng)工作，可減少前面碰撞的危險(xiǎn)。
 
（2）防側(cè)面（左右兩邊）碰撞預(yù)警探測(cè)系統(tǒng)。
 
     該系統(tǒng)采用微波雷達(dá)探測(cè)行駛在盲區(qū)內(nèi)的車輛及警告司機(jī)注意車道左右兩旁的車輛和行人的距離等。當(dāng)車輛在正常行駛狀態(tài)時(shí)，該側(cè)面探測(cè)預(yù)警系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)工作，它不會(huì)對(duì)雷達(dá)探測(cè)器及其他電子系統(tǒng)造成干擾。
 
（3）防后部碰撞預(yù)警探測(cè)系統(tǒng)。
 
    該系統(tǒng)采用微波雷達(dá)探測(cè)車輛后部司機(jī)看不到區(qū)域內(nèi)障礙物體〔固定的或移動(dòng)的〕，探測(cè)距離為5m以內(nèi)，當(dāng)車輛正常行駛時(shí)也會(huì)自動(dòng)工作，能測(cè)出后面跟隨車輛的距離，提供警告預(yù)防后部車輛碰撞。它為倒車和停車泊位提供了幫助。
 
3.3 碰撞干預(yù)預(yù)警系統(tǒng)（ColIision Intervention Systems）
   
  該系統(tǒng)通過(guò)微波雷達(dá)探測(cè)系統(tǒng)，向司機(jī)發(fā)出預(yù)警后，司機(jī)如未能及時(shí)采取措施，系統(tǒng)就能通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的節(jié)氣門控制和有限制動(dòng)，使車輛自動(dòng)減速，直至車輛停駛。另外，該系統(tǒng)還能自動(dòng)控制轉(zhuǎn)向，幫助司機(jī)將車輛行駛在正確的車道上，這對(duì)女性駕駛汽車提供了很多方便。1999紳寶9-5型轎車因此銷售量大幅度上升。
 
4 高照度的攝像系統(tǒng)測(cè)距
 
     CCD攝像機(jī)是一種用來(lái)模擬人眼的光電探測(cè)器。它具有尺寸小、質(zhì)量輕、功耗小、噪聲低、動(dòng)態(tài)范圍大、光計(jì)量準(zhǔn)確、其線掃描輸出的光電信號(hào)有利于后續(xù)信號(hào)處理等優(yōu)良特性，在汽車行業(yè)也得到了廣泛的應(yīng)用。利用面陣CCD，可獲得被測(cè)視野的二維圖像，但無(wú)法確定與被測(cè)物體之間的距離。只使用一個(gè)CCD攝像機(jī)的系統(tǒng)稱為單目攝像系統(tǒng)，在汽車上常用于倒車后視系統(tǒng)，輔助駕駛員獲得后視死角信息，以避免倒車撞物。為獲得目標(biāo)三維信息，模擬人的雙目視覺原理，利用間隔固定的兩臺(tái)攝像機(jī)同時(shí)對(duì)同一景物成象，通過(guò)對(duì)這兩幅圖像進(jìn)行計(jì)算機(jī)分析處理，即可確定視野中每個(gè)物體的三維坐標(biāo)，這一系統(tǒng)稱為雙目攝像系統(tǒng)。雙目攝像系統(tǒng)模仿人體視覺原理，測(cè)量精度高。但目前價(jià)格較高，同時(shí)由于受軟件和硬件的制約，成象速度較慢。隨著計(jì)算機(jī)軟硬件性能的提高，*終將得到廣泛應(yīng)用。
 
     目前，在國(guó)外已有一些汽車廠家推出了可根據(jù)路況控制車速的裝置，如新款奔馳S系列**轎車裝備了**距離自動(dòng)控制雷達(dá)系統(tǒng)，不僅可自動(dòng)調(diào)節(jié)車速，還能根據(jù)的速確定與前車的距離。新系統(tǒng)在汽車后視鏡背后裝置了兩臺(tái)微型攝像機(jī)以充當(dāng)"眼睛"。兩臺(tái)攝像機(jī)指向汽車前方，其間距與人自然間距接近，可提供汽車前方交通情況的三維圖象。通過(guò)對(duì)比，電腦系統(tǒng)對(duì)汽車在道路上所處的位置以及周圍的路況等進(jìn)行判斷，然后通過(guò)傳動(dòng)裝置對(duì)汽車的方向盤、油門或剎車進(jìn)行自動(dòng)控制。司機(jī)只需重新握住方向盤或踩下油門或剎車，即可輕易"奪回"對(duì)汽車的控制權(quán)。
 
   隨著科技的進(jìn)一步發(fā)展，汽車?yán)走_(dá)系統(tǒng)中車輛測(cè)距技術(shù)的種類必將越來(lái)越多，其應(yīng)用也不僅是單一的測(cè)距方式，而是多種測(cè)距方式的混合，集某幾種裝置于一體，互相取長(zhǎng)補(bǔ)短，進(jìn)一步提高系統(tǒng)測(cè)量的精度和可靠性。隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的發(fā)展，成象式測(cè)距技術(shù)將一步步走向成熟，并代表這種技術(shù)的發(fā)展方向，在現(xiàn)代汽車駕駛技術(shù)中將得到廣泛運(yùn)用，以保證行車的**性。

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