汽车倒车防坠落研究

摘 要：提出了利用超声波传感器检测汽车车尾与地面距离的方案，给出了检测信息的处理方法，汽车在倒车危险状态下的处理措施。理论分析和实验表明，该系统可以同时完成多个位置参数的监测任务，提高了汽车倒车时的安全性能。

关键词：倒车雷达；防坠落；研究

1 引言

本世纪以来，我国的汽车工业快速发展，国民的生活水平不断提高，汽车的人均拥有量呈几何函数迅猛递增。同时，非职业汽车驾驶人员的比例也逐年增加，驾驶人员的技术水平呈下降趋势。随着汽车数量的大幅增加，公路、街道、停车场、车库等地方车辆十分拥挤，交通事故频发，给国民生命财产的安全造成严重威胁。特别是在乡村公路掉头和倒车时，驾驶员既要前瞻，又要后顾，稍微不小心就会发生汽车倒车坠落。据相关调查统计，15%的汽车碰撞、坠落事故是因倒车时汽车的后视能力不良造成的。因此，增加汽车的后视能力，对即将发生的危险及时处理便成为近些年来的研究热点。

2 倒车雷达的测距原理

测距的方法有很多，依据信息载体的特性可分为光学法、无线电法、红外线法、激光法和超声波法。超声波在空气中的传播速度相对电磁波是非常慢的，所以在同等距离的情况下，超声波的传播时间远大于红外，往返时间更易测量，从而提高了测量的精度和可靠度。

超声波雷达测距原理图1：

倒车雷达发射器在汽车倒车时发出超声波信号，当发射波遇到障碍物后，部分信号反射；接收装置接收到反射信号后，通过控制器运算，就可以测出倒车发射器与障碍物之间的距离。其运算数学模型如下：

3 倒车雷达接收信息的处理

从超声波雷达接收装置得到了大量的测量参数，如何快速、准确处理这些数据，得出汽车倒车时车尾地理环境特性，是保证汽车倒车安全的关键问题。

由N个功能完全相同的超声波发射器和接收装置组成的汽车倒车监测系统，都对应有N个信息，对这N个信息进行融合处理，从而得到该监测区域地面及周围信息。下面就以汽车尾部保险杠上安装的监测保险杠与地面距离为例进行分析。这里，根据实时性要求，只对当次同一时刻测回的信息进行融合。

一般中心站融合律都是固定的，根据本系统的实际情况，这里给出一种加权融合估计算法，它不要求知道倒车雷达测量数据的任何先验知识，只是靠超声波接收装置所提供的测量数据，就可融合出均方误差最小的数据融合值。其基本思想是在总均方误差最小这一最优条件下，根据各个超声波接收装置所得到的测量值以自适应的方式寻找各个超声波接收装置所对应的最优加权因子，使融合后的值达到最优。

从式（7）可以看出，总均方误差是关于测量参数各加权因子的多元二次函数，因此必然存在一个最小值，其最小值的求取是加权因子WN满足归一化约束条件的多元函数极值的计算。

根据多元函数求取极值方法，得出总均方误差最小值所对应的加权因子为：

（8）、（9）是根据各个超声波接收装置在某一时刻的测量值而进行的估计，当估计真值X为常量时，则可根据各个接收装置历史数据的均值来进行估计。设

同理，，…，也是X的无偏估计，故有

根据以上数学模型可以精确地估计出该区域汽车车尾与地面的高度。

4 汽车倒车雷达倒车时防坠落的应用

在汽车尾部保险杠正下面安装3-5个超声波传感器，汽车倒车时，变速器置于倒车档，激活倒车雷达系统，超声波传感器开始检测汽车尾部保险杠与地面的高度，并进行比较运算，当各传感器测量值的差值大于某设定值时，说明汽车尾部地面极度凹凸不平，汽车倒车存在危险，倒车报警器工作，提示驾驶员谨慎倒车或停止倒车，当其中一个或多个传感器测量值大于设定极限值时，由倒车雷达控制器发出紧急指令，接通汽车刹车系统，在驾驶员没有踩刹车的情况下仍然完成汽车紧急刹车，自动防止汽车倒车坠落，有效保护驾驶员及车辆的安全。

5 结束语

根据监测一定区域距离的需要，对该区域的多个目标点进行监测和分析。提出的利用倒车雷达的多个超声波传感器组建的距离监测方案切实可行；利用倒车雷达的检测数据完成汽车倒车危险程度判断，并自动进行报警及紧急刹车处理，提高汽车的安全性能。理论分析和实验结果表明了该方案的可行性和先进性。

参考文献

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作者简介

黄薪蓉，女，重庆涪陵人，重庆工贸职业技术学院讲师，主要从事信息子技术方面的教学及研究。