自动泊车毕业设计.docx
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自动泊车毕业设计
*************大学本科
毕业设计（论文）任务书
题目：
基于超声波传感器的自动泊车系统设计
院别：
机电工程学院
专业：
机电一体化技术
学生姓名：
********
指导老师：
************
2014年5月
目录
摘要..................................................................................1
关键词..............................................................................1
第1章自动泊车辅助系统介绍................................2
1、定义...............................................................................................2
2、原理..............................................................................................2
3、汽车历史......................................................................................5
4、代表车厂......................................................................................6
5、代表车型.......................................................................................6
第2章超声波传感器的基本结构与工作原理.......7
1、超声波传感器的基本结构...........................................................7
2、超声波传感器的测距原理..........................................................7
3、自动定位的实现原理...................................................................9
4、基于超声波传感器方法的自动泊车系统.................................9
5、超声波驱动电路.........................................................................10
6、回波检测模块.............................................................................11
第3章超声波传感器测量误差的分析................13
1、数据分析.....................................................................................13
2、影响超声波测量的主要因素.....................................................13
3、使用注意事项.............................................................................15
第4章自动泊车系统在生活中的运用................16
1、主要功能及优缺点.....................................................................16
2、启动调件....................................................................................16
3、工作步骤...................................................................................17
4、结构组成及常见故障.................................................................18心得总结........................................................................20
感谢辞............................................................................22
参考文献........................................................................23
摘要
近年来，由于科技工业的高速发展，都市生活水平的提高，代步也由原来的自行车演变成了现在的私家车，具不完全统计2006年我国的汽车保有量为3800万辆，到2015年，全球汽车保有量将从2007年的近9.2亿辆增至11.2亿辆左右。
汽车保有量的快速增长，使得泊车环境日益复杂，这也促使了自动泊车辅助系统的诞生，自动泊车辅助系统是基于超声波传感器的测距原理，通过车载电脑进行运算，判断泊车位能否满足汽车的驻停要求，继而发布一连串指令，全自动或半自动的帮助用户完成泊车，自动泊车系统使用传感器实现自动定位，使用电动转向实现方向盘自动控制。
用户只需要控制车速和变换档位D&R，全方位的实现了泊车的智能化和自动化，解决了日益严峻的泊车难题。
关键词：
自动泊车辅助系统超声波传感器电动转向
第一章自动泊车辅助系统介绍
1、定义
自动泊车系统,可以使汽车自动地以正确的停靠位泊车,该系统是通过传感器系统和电动转向系统密切配合实现的。
合理的安装超声波传感器群组实现对车身周边环境自动感知，再通过方向盘进行电动转向控制，根据智能控制器的输出来实现车辆动作的自动控制，但是档位与刹车还是需要人为控制，现在还达不到全智能化。
2、原理
自动泊车辅助系统的工作原理是依靠前后保险杠两侧的雷达传感装置来探测和判断停车位的间距，运用超声波传感器等扫描路面两侧，通过比较停车的空间和车辆的长度，从而自动寻找到合适的车位。
当监测系统探知到合适的空间时，驾驶者只需要挂上倒档，再轻踩油门并适当控制刹车即可，而转向工作则可以交给这套自动泊车系统来自动完成，在整个停车的过程中，驾驶室内液晶屏也会显示和提示停车情况。
如下图1所示为侧位自动泊车实景图，首先超声波检查，寻找到合适的泊车位后电动转向，轻松入位。
图1侧位自动泊车实景图
图2为入库自动泊车实景操作图，根据系统的提示指令操作，驾驶者可以轻松入库。
图2入库自动泊车实景操作图
图3为自动泊车辅助系统的组成框图。
图3自动泊车辅助系统组成框图
要实现自动泊车这个复杂的功能，需要车辆的各个子系统协同工作，下面的图4展示了CAN数据总线中的联网关系。
图4系统示意图
图中自动泊车辅助系统的图例说明如下：
E266泊车辅助系统按键E581自动泊车辅助系统按键
G203-G206,G252-G255,G568-G569,G716-G717泊车辅助系统传感器
H15,H22泊车辅助系统蜂鸣器J791泊车辅助系统控制单元
K136泊车辅助系统指示灯
3、汽车历史
汽车已有100多年历史，引领历史发展的永远是技术。
举些简单的例子，更大功率的发动机让汽车能跑得更快，安全带的出现挽救了大量的生命，车载空调保证车内冬暖夏凉，车载娱乐系统使得长途驾驶不再枯燥无味。
总之汽车技术在汽车普及和改善人类生活方面起到至关重要的作用。
在当今，消费者购车时更多地关心车辆的品质和性价比，但其实适当关注一下汽车最新的配置也不无裨益，至少能让你了解汽车到底发展到怎样的水平，新技术又提供了怎样的生活。
如今自动泊车辅助系统的出现，使新手面对都市日益严峻的泊车环境不在那么担心，人们只需简单的按钮操作，就能让您的爱车完美的泊入停车位，让您的出行更加的方便、轻松。
4、代表车厂
奔驰、雷克萨斯
顾名思义，自动泊车系统就是不用人工干预，自动停车入位的系统。
这套系统在国外已经并不罕见，但国内只有少量的5款车配置了该系统。
5、代表车型
上海大众途观、奔驰B200、一汽大众CC、斯柯达昊锐、一汽丰田皇冠。
第二章超声波传感器的基本结构与工作原理
1、超声波传感器的基本结构
超声波传感器主要材料有压电晶体（电致伸缩）及镍铁铝合金（磁致伸缩）两类。
电致伸缩的材料有锆钛酸铅（PZT）等。
压电晶体组成的超声波传感器是一种可逆传感器，它可以将电能转变成机械振荡而产生超声波，同时它接收到超声波时，也能转变成电能，所以它可以分成发送器或接收器。
有的超声波传感器既作发送，也能作接收。
如图5所示为超声波传感器的结构示意图。
图5超声波传感器的结构图
2、超声波传感器测距原理
如图6所示为超声波传感器工作原理图。
图6超声波传感器工作原理图
超声波传感器发出的超声波是一种传递信息的媒体，它与机械振动密切相关，可以由物体的撞击、运动所产生的机械振动以波的形式向外传播。
超声波的物理特性：
（1）传播类似于光线，遵循几何光学的规律，速度与声波相同；
（2）波长很短，方向性强：
（3）能够产生窄脉冲:
（4）功率大，超声波能够产生并传递强大的能量。
因为声波在介质中以纵波传播，所以当声波遇到尺寸大于他的波长时的目标物体阻挡时就会发生反射，而反射波就是我们通常称的回声。
回声在空气介质中传播的速度是已知的，通过测量声波从声源到达目标然后返回声源的时间，就可以计算出声波到目标的距离。
3、自动定位的实现原理
由超声波的物理特性可以得出要实现准确的自动定位有效的测量出车辆周围环境信息，必须要多个传感器联合使用。
为实现平行泊车及泊车位的位置预测一共需要安装16个超声波传感器，车身两侧各需装6个，3个为一组，分别装在车身的前后部；车头车尾各安装2个。
车身两侧的传感器为找车位倒车提供准确的环境信息；车头车尾的传感器为车辆进入泊车位时提示前进方向，调整车辆姿态。
如图7所示为超声波传感器布局图。
图7超声波传感器布局
4、基于超声波传感器方法的自动泊车系统
由于超声波传感器具有结构简单、体积小、费用低，信息处理简单可靠，不受光照、电磁和灰尘干扰等特点，被广泛应用于移动机器人对环境的感知和建模和自动泊车系统中。
如图8所示系统的硬件组成包括：
微控制器及信号采集模块、串行通讯模块、超声波驱动电路、回波检测模块、接口保护电路等。
基本工作原理是：
由单片机产生固定周期的数字震荡脉冲，经驱动电路将脉冲放大激励超声换能器工作，超声换能器接受反射回来的超声回波信号并产生微弱的电压，经回波检测模块放大，最后将波形采样送入单片机，单片机计算从脉冲发出到接受到回波的时间，该时间数据经串口传输到上位机并得出相应的距离信息，同时上位机也可通过串口向超声波传感器发送控制指令。
图8系统结构框图
5、超声波驱动电路
如图9所示为一路超声波驱动电路，其功率管放大级由三极管2N4401和功率管IRF520两级构成。
这种电路是采用在饱和区工作的功率管开关作为激励功率管，以降低功率管的功耗。
该电路的特点是当信号输入端为低电平时，功率管IRF520栅源极电压U为零，功率管的静态漏极电流ID也为零，而当输入信号为交替的方波脉冲时，则在功率管的漏极产生较大的交变电流，激励变压器工作。
图9超声波驱动电路
在电路中增加74CH00与非门，一方面是增加单片机方波信号的驱动能力，产生足够大的基极电流控制三极管工作；另一方面是将信号反相，使得功率管在有脉冲信号的情况下工作，无信号时截止，起到减少电路的功耗，保护功率管的作用，否则功率管长时间处于导通状态，管耗增加，会使功率管温度急剧上升，甚至会烧毁功率管。
另外，由于单片机方波信号经过与非门后波形失真，使得方波上升沿上升时间变长，也会增加功率管的发热量增加，所以在与非门的输出端增加一个去耦电容，校正了波形失真，减小管耗。
6、回波检测模块
回波检测模块分为放大电路和滤波电路两个部分，如图10所示，放大电路是一个由精密、高输入阻抗仪表放大器AD620构成的精密放大器，AD620是一种电阻可编程的放大器，整个放大器具有很高的精度和共模抑制比。
系统采用无限增益多路反馈型滤波电路，它是由一个理论上具有无限增益运算放大器以多路反馈构成的滤波电路。
图10回波检测电路
第三章超声波传感器测量误差的分析
1、数据分析
表1部分测量误差表（CM）
实际距
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
测量距离
0
12.7
22.6
32.6
42.3
52.3
61.4
71.6
81.4
91.2
误差
0
2.7
2.6
2.2
2.3
2.3
1.4
1.6
1.4
1.2
实际距离
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
测量距离
100.6
110.5
120.9
130.6
139.7
150.4
160.2
170.4
181.1
190.6
误差
0.6
0.5
0.9
0.6
—0.3
0.4
0.2
0.4
1.1
0.6
通过上表可以知道超声波传感器所测量的距离与实际的距离存在一定的误差，距离越小误差越大。
2、影响超声波测量的主要因素
（1）空气密度
声速受密度的影响较大，空气密度主要受压强、温度、湿度等因素的影响。
所以，在不同的环境中测量出来的距离会出现误差。
（2）声波的反射问题
当被测物体与传感器成一定角度的时候，所探测的距离和实际距离有个三角误差；在特定的角度下，发出的声波被光滑的物体镜面反射出去，因此无法产生回波，也就无法产生距离读数，这时超声波传感器会忽视这个物体的存在；在探测墙角或者类似结构的物体时会出现多次反射现象，声波经过多次反弹才被传感器接收到，因此实际的探测值并不是真实的距离值。
（3）时间测量的误差
如图11所示，超声波传感器接受电路图，超声波传感器接收到由物体反射回来的时间脉冲由于各种原因接收到的时间脉冲并不是实际的时间脉冲；超声波传感器内部电路的电阻电容存在热噪声，导致电路延迟引起测量时间误差；超声波传感器所接收到的超声波可能是被被测量物体侧面或侧面旁其它物体漫反射，所以，测量的距离并不是实际距离。
图11超声波传感器接收电路图
3、使用注意事项
由于超声波传感器在实际测量中存在一定的误差，为了能够减小测量误差，在平时的使用要注意以下事项：
（1）安装高度：
一般离地：
50-65cm。
（2）经常清洗探头，防止积土。
（3）不要用坚硬的东西将探头表面遮住，会产生误报或测距不准，如泥浆把探头表面覆盖。
（4）冬天避免结冰。
（5）注意探头安装朝向，要按UP朝上安装。
（6）探头不建议安装在金属板材上，因为金属板材振动时会引起探头共振，产生误报。
第四章自动泊车系统在生活中的运用
1、主要功能及优缺点
目前自动泊车系统的主要功能：
自动倒车辅助系统会运用超声波传感器扫描道路两侧，通过比较停车空间和车身长度来寻找合适的停车位。
发现适合的位置后，声音的紧密程度会自动提示，系统会自动引导车辆进入驻停区域，挂上倒车档，自动倒车辅助系统即会自动控制转向操作，此时您只需控制油门和制动，即可将车停进停车位。
此外，中文导航系统的液晶显示屏，会直接显示障碍物与车辆之间位置关系的图像，使驾驶者更从容实现对车辆的控制。
优点：
使“入门级”驾驶员轻松解决城市生活中遇到停车的困扰，只需轻轻按下启动按钮、坐定、放松，控制车速，其它一切即可自动完成。
减少了刮蹭、停车缓慢引起的短时交通堵塞等情况。
缺点：
当“入门级”驾驶员长时间依赖自动泊车系统，如遇到损坏或驾驶没有自动泊车系统的车辆时，就需要求助周边的“老手”或者就是放弃车位了。
此外，该系统其实不能说是完美，也会出现系统识别错误容易出现刮蹭等问题出现，所以建议大家不要全部依赖自动泊车系统，以免给您带来不便。
2、启动条件
1）车速要低于36km/h
（2）打转向灯（以给系统提示要停车在哪个方向）
（3）停车区域要长于车身的1.2到1.3米（B级车长4273mm）
（4）车辆必须离开障碍物（例如停车区域前后的车）距离在1.5米之内，意思是不能离开太远。
3、工作步骤
1）驾驶员将汽车开到停车位的前面，停在前面一辆车的旁边，启动自动泊车系统。
2）自动泊车系统向路边转动车轮，以大约45°将车向后切入停车位。
3）当汽车进入车位后，自动泊车系统会拨直前轮，然后继续倒车。
4）当通过后视境确保与后面车辆保持一定距离后。
自动泊车系统会向从路边打车轮，这是驾驶员需要将汽车泊入行进档，自动泊车则会将汽车前端回转到停车位中。
5）驾驶员需要在停车位前后移动汽车，直到汽车停在适当的位置。
汽车移动到前车旁边时，系统会给驾驶员一个信号，告诉他应该停车的时间。
然后，驾驶员换倒挡，稍稍松开刹车，开始倒车。
然后，车上的计算机系统将接管方向盘。
计算机通过动力转向系统转动车轮，将汽车完全倒入停车位。
当汽车向后倒得足够远时，系统会给驾驶员另一个信号，告诉他应该停车并换为前进挡。
汽车向前移动，将车轮调整到位。
最后，系统再给驾驶员一个信号，告诉他车子已停好。
4、结构组成及常见故障
结构组成：
（1）泊车辅助/泊车转向辅助按钮
（2）后部泊车辅助传感器
（3）右前泊车辅助转向传感器
（4）轮速传感器
（5）前部泊车辅助传感器
（6）电动助力转向
（7）左前泊车辅助转向传感器
（8）ESP控制单元
（9）自动泊车辅助控制单元
（10）泊车辅助蜂鸣器（前、后）
（11）转向开关
泊车辅助转向传感器
信号作用：
这两个传感器的信号是泊车辅助转向功能专用的，它们被用于测量可能停车位，并且在泊车过程中监测前部末端的侧向空位，信号也被用于计算驶过角。
失效影响：
传感器具有自诊断能力，如果该传感器有故障，泊车辅助转向功能将不能用，但是停车辅助功能仍然有效。
泊车辅助传感器
信号作用：
该传感器用于测量车辆与附近障碍物的距离，可用于停车距离控制和泊车辅助转向。
失效影响：
全部传感器具有自诊断功能，其中一个传感器失效将导致泊车辅助和泊车辅助转向功能都失效。
泊车辅助转向控制单元
控制单元位于转向柱的左侧，中央电器控制单元的上方，包含泊车辅助转向功能和泊车辅助功能。
如果车辆装备了泊车转向辅助系统则不必装备泊车辅助控制单元。
如果车辆只装备泊车辅助控制单元，则无法实现泊车辅助转向功能。
常见故障：
1）自动泊车功能失效
2）倒车时故障灯常亮
3）无虚拟行车图像
4）传感器故障或未激活
心得总结
经过几周的整理，我的毕业设计终于完成了，做毕业设计真的是对自己几年来所学知识的一个全面总结，它不仅是对学过知识的一种检验，更是对自己能力的一个提升，通过这次毕业设计使我明白我们学习的知识都比较片面，要学的东西还很多，学习是个长期坚持积累的过程，不能一口吃成个大胖子，在未来的工作、生活中都应该不断学习新知识，了解新动态，全面提高自己的综合素质。
毕业设计，是一个任务，更是一个很好的学习机会，它让我们把之前学习的知识都串起来了，也迫使我们去对某一个领域有更深入的了解和研究，虽然目前来看自动泊车技术还不是那么完善，使用范围比较有限，但它确实使我们的生活带来了很大的方便，也能更好的提醒大家按顺序有序泊车，一套系统的完美利用除了系统本身的优点外更需要使用者的正确操作与及时的日常维护保养。
汽车的日益普及也促使着这些新技术更好的发展。
在这次毕业设计中也使我们同学关系更进一步了，同学之间相互帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识有很大的帮助，所以在这里也非常感谢我的同学们。
在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了很多，同时也收货很多，在整个设计中，培养了我独立工作的能力，同时学会查阅运用现有的资料和数据在工作中也有很重要的作用，这次设计也大大提高了我的动手能力和独立思考能力，使我充分体会到了在创造过程中的艰难和成功时的喜悦。
虽然这个设计做的有很多不足的地方，但是在设计过程中学到的东西才是这次毕业设计的最大收货和财富，将会让我终身受益。
感谢辞
从决定参加自学考试到今天，两年时间一晃而过，学习，重来都是一个漫长而又枯燥的过程，只有坚持不懈，才能到达最后的终点，曾经也在路口徘徊，也会有挂科的郁闷，也会想这一切是否值得，磕磕跘跘走到了今天，毕业设计，更向是一个学习总结，是对这几年学习的最好回顾。
毕业，从来不是终点，而是另一个起点。
两年的学习时光，非常感谢黄诚驹老师的尊尊教诲和无私帮助，是您让我从一个专科生成为了本科生，是您让我学到了更多更有用的知识，丰富了我人生的记忆，让我的未来有了更多更好的路。
自考，学的是知识，更是学习的方法。
如今的科技日新月异，新技术层出不穷，要想从中得到属于自己的那一片天地，我们都必须不断的学习，不断的掌握新的知识，一旦你停了下来，你就有可能被社会所淘汰，通过自考更加强化了我的自学能力，也使我更有信息去面对以后的路。
在这里，也要感谢段天珍老师，她就像我们大学时候的辅导员一样，关心我们的学习，每天督促着我们去上课，孜孜不倦的教导我们好好看书，争取早点毕业，在她的教导下我也努力的在进步、学习，以更好的学习成绩来感谢老师们的无私奉献。
人生的路还很长，学习不是一会儿的事，在以后的生活中，我也会延续两位恩师的教诲，勤学苦练，为了未来美好的生活更努力奋斗。
参考文献：
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传感器技术，2004年06期
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微机与应用，1996年07期
3吴妍.汽车倒车雷达预警系统研究.武汉：
武汉理工大学，2007
4吴谐.智能自动泊车系统研究.南京：
南京理工大学，2008
5李建锋.汽车辅助系统的控制策略和算法研究.西安：
西南交通大学，2010
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高等教育出版社，1999.6（2004重印）
7靳霖霖，曾迎生，宋金泽.自动泊车超声传感器系统设计【J】.传感器与仪表，2010
8庄攀峰.图像传感器在汽车上的应用【J】.汽车维修.2010
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10康雅萍，刘震宇，郭鑫等.高精度超声波测距系统设计【J】实验技术与管理，2010
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