基于毫米波雷达与DSRC的车辆前向碰撞预警系统研发

摘要

随着汽车保有量的日益增长，汽车前向碰撞事故的发生率也大幅上升，这无疑给人们的生命财产安全带来了极大威胁。前向碰撞预警（Forward Collision Warning，FCW）系统是一种先进的汽车主动安全技术，不同于安全带、安全气囊等用于碰撞后的被动安全技术，它可以对潜在的前向碰撞事故进行预警，从根本上防止事故的发生。目前，传统的前向碰撞预警系统中广泛采用的是为以毫米波雷达为代表的车载传感器技术和以专用短程通信（Dedicated Short RangeCommunication，DSRC）为代表的车车通信技术，但是单独使用毫米波雷达或者是DSRC都存在一定的缺陷。因此，本文通过将毫米波雷达与DSRC相结合的方式进行车辆前向碰撞预警。　　本文首先分析了前向碰撞预警系统的国内外行业发展及研究现状，并对现状进行了总结。其次对前向碰撞预警系统的总体方案与工作流程进行了设计，该方案包括毫米波雷达单元、DSRC通信单元、车载终端（Telematics Box，T-Box）三个部分，通过分析汽车紧急制动过程，建立了碰撞预警模型，讨论并确定了模型中的参数取值。针对不同道路状态下，碰撞预警模型中道路附着系数不同的问题，提出了通过机器视觉的方式对常见的三种道路状态进行实时识别的解决方案，并建立了道路状态识别模型。再次，对系统的硬件平台进行了设计与搭建，通过分析系统的硬件需求，明确了硬件技术要求，并根据要求对毫米波雷达单元、DSRC通信单元以及车载终端进行了选型并对车载终端进行了电路设计和PCB设计。从次，对系统的软件进行了设计与实现，通过分析系统的软件功能需求，明确了以模块化的方式分别对毫米波雷达软件、DSRC通信单元软件和车载终端软件进行开发。最后，对系统建立的碰撞预警模型进行了仿真验证以及对整体系统进行了实车试验。　　仿真验证和实车试验的结果表明，本文所研究的基于毫米波雷达与DSRC的车辆前向碰撞预警系统是可行的和合理的，可以很好地实现车辆前向碰撞预警，对提高道路交通安全，降低碰撞事故发生的可能性具有积极意义。

目录

1 绪 论

1.1 课题背景及研究目的意义

1.2 前向碰撞预警系统国内外现状

1.2.1 前向碰撞预警系统国内外行业发展现状

1.2.2 前向碰撞预警系统国内外研究现状

1.2.3 国内外现状小结

1.3 本文的研究内容

2 前向碰撞预警系统方案设计及模型建立

2.1 前向碰撞预警系统总体方案设计

2.2 前向碰撞预警模型建立

2.2.1 前向碰撞预警模型概述

2.2.2 前向碰撞预警模型的建立

2.3 道路状态识别模型建立

2.4 本章小结

3 前向碰撞预警系统硬件设计与开发

3.1 前向碰撞预警系统硬件需求分析

3.1.1 毫米波雷达单元技术要求

3.1.2 DSRC通信单元技术要求

3.1.3 车载终端T-Box硬件技术要求

3.2 前向碰撞预警系统关键器件选型

3.2.1 毫米波雷达单元选型

3.2.2 DSRC通信单元选型

3.2.3 车载终端T-Box选型

3.3 前向碰撞预警系统硬件开发

3.3.1 前向碰撞预警系统关键电路设计

3.3.2 前向碰撞预警系统PCB设计

3.4 本章小结

4 前向碰撞预警系统软件设计与开发

4.1 前向碰撞预警系统软件功能需求分析

4.2 毫米波雷达单元数据解析与预处理

4.2.1 毫米波雷达数据解析

4.2.2 毫米波雷达数据预处理

4.3 DSRC通信单元软件设计与开发

4.3.1 MK5 OBU软件开发环境搭建

4.3.2 MK5 OBU软件设计框架

4.3.3 MK5 OBU各层软件开发

4.4 车载终端T-Box软件设计与开发

4.4.1 车载终端T-Box驱动层移植

4.4.2 车载终端T-Box功能模块层开发

4.4.3 车载终端T-Box应用层开发

4.5 本章小结

5 前向碰撞预警系统仿真验证与实车试验

5.1 前向碰撞预警模型仿真验证

5.2 试验环境准备

5.2.1 硬件环境搭建

5.2.2 软件环境准备

5.3 实车试验

5.3.1 前车紧急制动预警试验

5.3.2 碰撞预警试验

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

参考文献

附 录

A. 发明专利

B. 科技竞赛

C. 学位论文数据集

致谢