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基于脉冲激光测距的汽车主动刹车技术研究

吴李勇  
【摘要】:随着行车安全问题日益受到重视,基于实时测距的汽车主动刹车技术成为研究热点。针对现存车载测距刷新率较低的不足,本论文基于较高重复频率的脉冲激光测距法来实现汽车主动刹车技术。在设计了电路的基础上,以提高运动过程中激光测距精度为目的,着重研究了系统误差的修正和动态测距过程中的滤波算法。根据飞行时间TOF(Time of Flight)原理,本文设计并实现了脉冲激光测距系统,主要包括以下几部分:基于半导体激光二极管的发射模块、基于雪崩二极管的接收模块,主要包括放大电路和时刻鉴别电路、基于Boost升压原理的高压模块、基于FPGA+DSP的数据处理和控制模块以及其他传感器模块(用于采集行驶状态)。通过分析时刻鉴别法对测距精度的影响,重点研究了激光测距机的系统误差。通过理论分析、建立模型、拟合标定的步骤,分析了系统延时的规律,探究了产生系统延时的原因,对不同测距距离和障碍物特性下回波脉冲的强度变化进行了详细分析,根据实际测距数据,建立了回波脉宽与接收端系统延时关系的数学模型,提出了基于恒阈值检测法的漂移误差修正方法,从而建立了所测时间间隔和实际距离之间的标定方程,以此提升系统测距精度。针对动态测距过程中产生的随机误差,提出基于滑动均值滤波的相对速度计算方法,同时减小了噪声对结果的影响。提出了基于卡尔曼滤波技术的提高脉冲激光测距机动态测距的方法,即通过建立卡尔曼滤波测距模型得到测距结果的最优估计,大大降低了测距过程引入的噪声对精度的影响,同时得到相对速度的估计值。实验结果表明,不仅使静态测距精度提升了两个数量级,而且在保证实时性的同时,又提高了动态测距中相对速度的计算精度。搭建整车系统平台,设计基于安全碰撞时间的主动刹车算法及其DSP实现,并进行实验,测得本设计的主动刹车防撞成功率为93.75%,针对失败原因提出了提高TTC(Time to Collision)阈值的措施。最后结合不足之处,提出了进一步的研究展望。


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