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摘要：本文介绍了车辆碰撞形式及特点，通过对防碰撞技术的分析研究，基于特种车辆的使用环境提出一种防碰撞系统，它在特种车辆行驶及作业时同步进行工作，对可能出现的问题进行报警或紧急制动。
关键词：防碰撞技术、安全触边、测距传感器、解锁
1概述
车辆的行驶安全已成为当今汽车工业乃至整个人类社会面临的焦点问题， 由于汽车保有量剧增、交通环境的紧张、车数不断提高等因素，车辆安全问题更是首当其冲。随着科学技术的不断进步和更多的电子技术、 新型材料的应用，汽车防碰撞技术也走向多元化、系统化、智能化、全面化、精确化、普及化，日趋完善。车辆发生碰撞的主要原因是由于车辆距其前方物体（如汽车、行人或其他障碍物）的距离与车辆本身的车速不相称造成的，即距离近而相对速度又太高。为了防止车辆与前方物体发生碰撞，车辆的速度就要根据与前方物体的距离变化由控制机构进行调整，使车辆始终在安全车速下行驶。这样就会大大提高汽车行驶的安全性，减少车祸的发生。从安全行车的角度考虑，主动防撞远远优于传统的被动防撞，只是优于成本较高目前尚不能普及。随着主动技术的逐步完善，它在未来的汽车上是大有可为的。
随着作战任务的发展需要，越来越多的特种作业车辆被用于执行机场保障任务，随之特种车辆的行驶安全及作业安全引起用户的注意。由于作业环境的复杂多变、驾驶员技术的差异等因素特种车辆的碰撞也会时常发生发生，有碰撞到固定的物体或与行驶中的车辆相撞两种类型。一般车速越高碰撞造成的伤害就越严重，而特种车辆行驶速度普遍≯20km/h,驾驶员具有足够的反应时间；在作业过程中，由于视线受限或指挥不当等原因，特种车辆容易碰撞到飞机及悬挂物等固定物体，造成损伤导致保障任务失败。
因此，需要针对特种车辆的使用环境提出一种防碰撞系统，用于提醒驾驶员进行安全行驶和作业，并对可能出现的问题进行紧急制动。
2防碰撞系统组成及技术应用
根据特种车辆使用环境，结合防碰撞技术提出一种防碰撞系统，该系统主要由测距传感器、安全触边、档位开关、主控盒、方向电磁阀、制动电磁阀、组合仪表、蜂鸣器、解锁开关等组成，其功能框图见图1所示。
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图1 防碰撞系统功能框图
车辆行驶及作业过程中遇到障碍物后，测距传感器利用激光、超声波或红外线测得车辆与障碍物间的距离，并将这个距离参数报送主控盒，主控盒收到距离参数并通过算法判断后，一方面将距离参数发送至组合仪表显示，一方面控制蜂鸣器工作，距离越近蜂鸣器声音越急促。驾驶员可通过组合仪表显示和声音提醒控制车速或制动车辆。
当车辆继续行驶，与障碍物碰撞后安全触边触发，主控盒采集到安全触边信号后则发出控制信号，控制方向电磁阀和制动电磁阀开关使车辆制动从而有效地降低碰撞后的伤害。
车辆碰撞制动后，只有解锁后方可正常运行。解锁首先需要保证车辆当前档位处于空挡的状态，然后触发解锁按钮才有效。解锁按钮有效需按下解锁按钮且保持时间不得低于3秒钟，按钮有效时解锁灯为闪烁状态，反之解锁灯保持常亮状态。解锁按钮有效后系统检查车辆是否有触边状态，无则进行解锁操作，反之则进行档位判断，判断车辆当前档位是否与触边时的档位反向，反向则进行解锁操作，反之则不进行解锁操作，解锁成功后解锁灯熄灭。
3 主要元器件匹配选型
在防碰撞系统中，测距传感器的性能在很大程度上决定了整个系统的防撞效果。下面对分别对几种常见的测距传感器进行对比分析：
3.1 电磁铁传感器
电磁波传感器采用的是振荡检测原理，电路中的电磁波发射部分将振荡器产生的2.45G高频电磁波，通过振荡线圈发射到周围的区域。通过反射回的电磁波信号成份可以检测车辆周围是否有物体出现。如果有物体出现在电磁波范围内就会在高频电磁波上叠加一个低频干扰信号。经电磁波发射部分的干扰分离电路将电磁信号中的低频干扰信号分享出来，与预定的参考值比较，如果干扰信号超过了参考信号，则输出一个警示信号告知驾驶人员其车辆周围环境内有障碍物。
3.2超声波传感器
所谓超声波，即通常指人的耳朵无法听到的高频声波。超声波距离传感器的主要功用是车辆后退时，利用超声波检测车辆后方的障碍物，并利用指示灯及蜂鸣器等把车辆到障碍物的距离及位置等信息通知驾驶人员，起到确保安全的作用。
超声波距离传感器采用的是压电元件锆钛化铝。这种传感器的特点是具有方向性，传感器用蜂鸣器的纸盆为椭圆形，其目的就是使传感器的水平方向特性变宽，而垂直方向就受到限制。
超声距离传感器的工作原理与人对大山呼喊的回声原理相似。倒车声纳系统就是利用的这个原理。倒车声纳装置向车辆后方发射超声波，当车后无障碍物时超声波随着距离的增加而减弱最终消失无反射波。如超声波遇障碍物反射回来测定所用的时间，电脑则可根据超声波的速度与时间的乘积判断并显示出车辆到障碍物的距离。此系统一般将车辆后方分为左、中、右三个区域，可以判断出障碍物所在位置。
3.3 CCD照相机
CCD摄像元件可以读取受光元件接收的光通量放出的电流值，并作为图像信号输出。在夜间由于照相机处于低照度的环境，只有在车辆前、后照灯打开时才能确认障碍物。当点火开关接通时，多功能显示板上就会显示出变速器切换的档位的前进或后退方向的图像。
3.4 激光雷达
早期，车辆防撞系统前向探测传感器大多采用的是激光雷达。激光雷达是激光从激光发生器发送至被测物体，然后反射回来被接收，期间的时间差即用来计算到障碍物的距离。早期的车用激光雷达都是发送多股激光光束，并依靠前车反射镜的反射时间来测定距离。现代汽车除了测定前方车的距离外还要对前方多辆车的位置进行辨识，因而开始采用扫描式激光雷达。
根据物体的反射特性，激光的反射光亮变化很大，因此可能检测出的距离也是变化的。由于车辆后部的反射镜等容易反射，故可以检测出稳定的较长距离。有少许凹凸的铁板等反射物不能得到充足的反射光量，故测出的距离较短。另外，在检测侧面方向及后方的障碍物时，与检测前方障碍物的情况不同，如果障碍物上没有反射镜，那么由于各种障碍物的反射特性变化很大故可能稳定测出的距离变短。
3.5 红外线测距传感器
红外线测距系统成本低廉、性能优良，便于民用推广。当前测距系统所用的测距基本原理都是建立在测量时间差的基础上，而测量时间的方法主要有“脉冲方式”和“调频2连续波方式”。红外线发射器不断发射出频率为40kHz的红外线，经障碍物反射，红外线拉收器收到反射波信号后，将其转变为电信号。测出发射波与接收到反射波的时间差就可以求出距离了。
4 结论
本文通过分析特种车辆的使用环境及特点，并基于这种使用环境介绍了一种防碰撞系统，该系统在特种车辆行驶及作业时同步进行工作，可以及时的进行数据采集盒分析，通过算法分析后做出相应的措施，从而大大的提高了特种车辆行驶及作业时的安全性，最大限度的减少事故的发生。
参考文献
[1]李晓霞，李百川，等．车辆追尾碰撞避免技术[J]．西安公路交通大学学报，2001（4）．
[2]李朋.汽车主动防撞系统控制模式的研究[D].南京:南京航空航天大学, 2012.
[3]钟勇，姚剑峰．现代汽车的四种测距方法[J]．汽车工业研究，2001（2）．
[4]刘刚，侯德藻，等.汽车主动避撞系统安全报警算法[J].清华大学学报(自然科学版)，2004，44(5)：697-700.