基于雷达测距的火车精确对接控制研究

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1、第一章绪论1.1研究背景和意义随着经济的快速发展，交通运输业、汽车工业、铁路和高速公路也得到迅速的发展，近年来发展尤为迅速。经济发展的同时也产生了一系列的社会问题：环境污染、能源浪费以及大量的交通事故等等。其中交通事故给人们的生命财产造成了巨大的损失。交通事故已成为“世界第一大害”，中国和美国是世界上交通事故最严重的两个国家。中国公安部交通管理局数据显示：2012年,中国共发生交通事故472.7万起,其中涉及人员伤亡的道路交通事故20.4万余起,造成59997人死亡、224327人受伤，连续十余年居世界第一。美国交通部国家公路交通安全管理局发布的2012年美国交通事故分析报告显示

2、：2012年美国交通事故死亡人数总数达33561人，全年因交通事故受伤人数达到240万人。通过对公路交通事故的分析显示：超过八成的公路交通事故是由于驾驶司机反应不及时造成的；超过六成的交通事故是由于追尾所致，在这些追尾事故中，又有五成是司机没看清楚前方车辆所导致，三成是司机发现了危险但来不及采取相应减速措施，事故无法避免。在高速公路上车速过快反应时间短，长时间驾驶车辆产生疲劳导致反应变慢，遇到雨雪雾等恶劣天气时，地面打滑能见度低，事故发生率更高【1】。欧洲的一项研究表明:驾驶员只要在有碰撞危险的0.5秒前得到预警,就可以避免至少60%的追尾撞车事故,30%的迎面撞车事故和50%的

3、路面相关事故;若有1秒钟的“预警”时间,则可避免90%的事故【3】。公路交通安全问题给国家和人民的生命财产造成了严重的损失，已经得到了人们的广泛关注，并且成为目前亟待解决的问题。在预防减少公路交通事故带来的损失上，政府部门除了建立健全的交通安全体制缓解交通压力、预防和控制车辆损坏和交通事故外，在交通工具上人们主要从两个方面着手考虑：汽车的被动安全和主动安全。被动安全系统旨在最大程度上减少损失，通过几十年的发展已经成熟。大致上分为两类：事故发生时起作用的安全防护措施，如安全带、保险杠、安全气囊等；以及事故发生后起作用的安全防护措施，如汽车黑匣子、阻燃器件、自动报警装置等等【4】。但

4、这些被动的安全措施，往往只能在事故发生时起到一定的保障人身安全的作用，并不能从根本上阻止交通事故的发生减少人身财产损失。因此，近年来在全球范围内兴起了以预防为主的汽车主动安全系统，也称为智能交通系统【6】。主动安全系统顾名思义即：汽车在行驶过程中通过对汽车行驶状况经行预判，提前识别危险并向驾驶员发出警报或自动采取相应应急措施以防止交通事故的发生，达到主动预防为主的目的。主动安全系统包括车辆正常行驶过程中的预防安全和车辆在事故发生前的事故安全两种，如车道偏离系统、前向避障辅助系统、夜视系统、防抱死制动系统、巡航控制系统、车距自动报警系统等等，主动安全系统通过提前预防，给驾驶人员发出

5、危险警报或自动采取相应应急措施，有效的保障了驾驶人员和行人的人身安全，大大避免交通事故的发生概率，有望以最彻底的方式减少交通事故中造成的经济损失和人员伤亡【4】。其中，汽车主动防撞系统作为主动安全系统和智能交通体系中的重要研究内容，获得了广泛的关注【3】。本文依托南车电气设备有限公司提供的火车对接测距应用要求，设计一个对接测距系统，实时准确的测量火车对接过程中两节车厢之间的距离，并通过反馈给上位机，减少对接过程中人力物力资源，以及预防对接过程中人为失误造成的意外事故。并在对接测距系统的基础上通过控制电机运行，模拟对火车车速的控制，达到智能控制火车对接的整个过程。1.2汽车主动防撞

6、系统测距技术方案相比安全带、安全气囊等被动安全方式而言，汽车主动安全系统对于提高车辆行驶安全十分重要。汽车主动防撞系统的关键在于测距和测速，通过实时监测车辆前方，辨别是否存在危险；当前方出现潜在危险目标（慢行车辆或停止车辆），主动防撞系统则提前向司机发出警报，提前使司机作出反应，采取相应措施，必要时通过控制系统，自动刹车或减速，实现智能控制的目的。长久以来以汽车主动安全为目的的汽车防撞系统的研究一直备受人们的重视。1971年开始，相继出现了超声波【10】、红外【11】、激光【12】、视频图像（CCD）【13】、毫米波雷达【14】等多种汽车主动防撞系统。1.2.1超声波测距超声波指

7、频率在20KHz以上的机械波，因其频率下限大于等于人类听觉上限而文明。它方向性好、穿透能力强、在水中传播距离远，常用于测距、测速、探伤等领域。超声波借助空气煤质传播，通过发射超声波与接收到通过障碍物反射回来的超声波的时间间隔和反射回来的超声波的强弱判断障碍物的性质和距离，是一些无目视能力的生物，如蝙蝠作为捕捉猎物和防御的生存手段。由于超声波的速度相对于光速要小的多，其传播时间就比较容易检测；并且易于成本低、尺寸小、定向发射、方向性好、强度易于控制；且超声波由于具有不受光线、电磁波