车辆开门防撞与预警装置的设计＊

宋 志，韩兆辉，张威翼，刘永昌，陈佩江

（临沂大学机械与车辆工程学院，山东 临沂276002）

本文概述了车辆开门防撞与报警装置总体布局，在此基础上，对各部分元件的功用以及雷达系统测距模块的原理进行简单阐述。并对雷达系统测距单元的测距特征进行了模拟实验，针对测量实验结果，完成了雷达系统测距模块中的雷达传感器（探头）的类型选择。最后介绍了本装置的工作原理，得出了在车辆实际应用的结论。

1 汽车开门防撞与预警装置的总体设计

开门防撞预警装置包含雷达测距系统模块、车辆信息感知模块、车辆预警提示模块。

根据当前车辆雷达系统存在的问题和预警装置研究的现状，对汽车开门防撞预警装置的基本功能进行了总结，总体布局设计如图1 所示。

图1 汽车开门防撞预警装置的总体布局

1.1 雷达系统测距模块

采用两对相同型号雷达传感器（探头），型号为TF-Luna型。雷达系统测距模块安装在汽车尾部的保险杠上。各传感器的安装位置及安装顺序都有相应的规定，安装时绝对不能出错，否则传感器会输送给电子控制单元（ECU）错误的信号，造成汽车开门防撞预警装置误报警，对驾乘人员产生很大的影响，达不到预期设想的设计效果。雷达传感器（探头）具有质量轻便、探测目标准确、反馈信息速度灵敏等特点。

1.2 雷达系统测距模块的测距原理

TF-Luna 型基于TOF（Time Of Flight）原理。其原理为雷达系统测距模块向外发出周期性的红外光调制波，红外光调制波遇物体后反射。雷达系统测距模块经过测量红外光调制波往复相位差，能准确地计算出后方物体与车辆的距离。雷达系统测距模块的测距原理如图2 所示。

图2 雷达系统测距模块的测距原理示意图

1.3 车辆信息感知模块

电子控制单元（ECU），其功能是根据电控单元ECU 对雷达传感器（探头）输入的信息进行处理，然后做出判断是否发出指令，向车辆预警提示装置提供信号。车辆信息感知模块在汽车开门防撞与预警装置的总体设计中起到中枢的作用，也是整个系统的核心元件。

1.4 车辆预警提示模块

车辆预警提示模块即声音报警及显示装置，其主要作用是为驾驶员及乘客报警，并显示检测的结果。本设计中的显示模块采用的是LED 显示屏，系统采用电磁式蜂鸣器，当距离超出预设值时，蜂鸣器就会发出报警响声，引起驾乘人员的注意。

2 雷达系统测距模块的测距特征

虽然对雷达测距模块进行了技术升级，但是由于车辆后方物体较为复杂，有太多的不确定性，不能严格分辨出到底是机动车辆还是非机动车辆。

虽然报警装处于报警状态，却不能准确地分析车辆安全性能。这是由本装置设计的缺陷所导致的，其测距范围必然会受到被测目标反射率的影响。

只有当被测目标边长大于等于有效测距边长时，数据才稳定可靠。有效测距边长L由视场角决定，计算公式为：d=2×tanβ。其中d为有效测距边长，β为TF-Luna 型的接收半角1°。

当被测物体边长不满足有效测距边长时，TF-Luna 型输出测量值（Dist）会出现异常。其测量实验结果Dist1＜Dist＜Dist2。

3 雷达系统测距模块的雷达传感器的选择

总结目标检测雷达传感器的类型及其优缺点，根据传感器类型的选择原则和合理性，对汽车开门防撞预警装置中的雷达系统测距模块的测距特征进行了分析，雷达传感器应采用双角度水平与垂直角度设为不同值，数据更准确，如图3所示。探头表面采用平面设计，探头胶卡采用胜胶材料，有效防止超声波与车身产生共振带来的误报警。

图3 雷达传感器（探头）的双角度示意图

4 汽车开门防撞预警装置的工作原理

汽车开门防撞预警装置就是利用雷达传感器具有周期性的向外发出红外光调制波，经车辆信息感知模块电子控制单元（ECU）控制，分析雷达传感器发出与接收信号的时间差，计算出车辆与被测物体间的距离，然后由声音报警装置发出不同的报警声。

当汽车驻车时，本装置使用雷达传感器探测车辆后方周围的区域，如果探测区域内检测到移动车辆，车辆预警提示模块内的声音报警装置就会发出声音警告，LED 显示屏会显示距离，从而提醒驾乘人员注意后方来往车辆，提高了汽车行驶的安全性能。车辆开门防撞与预警装置如果能够得到合理利用，将从根本上减少交通事故的发生。

5 结论

车辆开门防撞与预警装置，在汽车现有电子设备技术的基础上，根据车辆雷达系统的原理，采用雷达传感器作为雷达系统测距模块，以电控单元为中枢系统，以LED 显示屏、蜂鸣器为车辆预警提示模块，本装置具有测量准确定性高、反应灵敏、成本低等特点，具有较好的应用前景。