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基于超聲波檢測的車門安全開啟檢測及提醒系統(tǒng)

文檔作者：代艷萍李進(jìn)山李平安文檔來源：攀枝花學(xué)院交通與汽車工程學(xué)院		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年09月01日
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內(nèi)燃機(jī)與配件
0 引言
針對汽車行駛安全問題，國內(nèi)外進(jìn)行了許多研究。目
前，我國有許多的機(jī)構(gòu)已投入大量的精力在開發(fā)研究高性
能的防碰撞系統(tǒng)。目前關(guān)于防碰撞系統(tǒng)的重心仍是在防止
車后方的碰撞，雖然車門防撞梁、安全氣囊等設(shè)備設(shè)施已
經(jīng)開始變得大眾化，在很大程度上避免了交通事故的發(fā)
生，但是而具體針對于防止行人及車輛碰撞車門系統(tǒng)目前
在國內(nèi)外都還并不完善。在研究時，采用的測距方法都各
不一樣，其中超聲波測距、激光測距、微波雷達(dá)測距和紅外
線測距是最常見的。國外研究主要放在汽車在交通中所涉
及的環(huán)境問題，包括道路與土地的規(guī)劃、道路設(shè)計、聯(lián)動系
統(tǒng)等。其次，頒布了諸多的法律條文來約束駕駛者的行為
規(guī)范。國外供道路劃線的材料，除使用各種不同油漆外，還
利用了熱塑性材料、漿沫和人工合成材料，陶瓷磚、混凝土
塊件和其它混合料以及使道路設(shè)施閃光和反射發(fā)光的金
屬材料等等。雖然針對汽車安全的法規(guī)和設(shè)備有很多，但
交通事故的數(shù)量還是居高不下，為減小交通事故的發(fā)生量
本文提出了一種智能化的車輛開門預(yù)警系統(tǒng)。
1 系統(tǒng)內(nèi)容
基于超聲波檢測的車門安全開啟檢測及提醒系統(tǒng)主
要功能是通過檢測分析汽車周圍環(huán)境，達(dá)到系統(tǒng)的實際意
義，其目的在于提供一種智能化的車輛開門預(yù)警系統(tǒng)，以
避免打開車門時車門與周邊事物或人員發(fā)生碰撞。本裝置
實現(xiàn)的是，當(dāng)系統(tǒng)感應(yīng)到周圍一定范圍內(nèi)存在車輛、行人
——————————————————————— 作者簡介：代艷萍（1990-），女，云南曲靖人，碩士研究生，研究方
向為交通規(guī)劃與管理。
風(fēng)油氣分離結(jié)構(gòu)和疊片式油氣分離結(jié)構(gòu)。其中，雙旋風(fēng)油
氣分離結(jié)構(gòu)的工作原理為：曲軸箱內(nèi)的氣體進(jìn)入旋風(fēng)式分
離腔，并且進(jìn)行快速旋轉(zhuǎn)運動，從而在離心力的作用下，使
得混合氣體內(nèi)的機(jī)油與氣體分離開來，并將機(jī)油回流到固
定的位置內(nèi)。疊片式油氣分離結(jié)構(gòu)的工作原理為：高壓機(jī)
油驅(qū)動疊片進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)運行，將混合氣體內(nèi)的機(jī)油通過
離心力甩出去，從而達(dá)到油氣分離的目的。
2.4 回油系統(tǒng)設(shè)計
回油系統(tǒng)在曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)中的主要功能為：將油氣
分離器中分離出來的機(jī)油返回到曲軸箱內(nèi)。為了保證機(jī)油
能夠順利的回到曲軸箱內(nèi)，在進(jìn)行回油系統(tǒng)設(shè)計的過程
中，首先需要對回油的高度進(jìn)行確定，這個高度值得是垂
直高度，并且能夠滿足回油的條件。
在進(jìn)行回油系統(tǒng)設(shè)計時，需要考慮的是回油高度與系
統(tǒng)阻力之間的平衡，具體計算公式[2]如下：
Lmin=△P（/ ρxg）
其中，Lmin 指的是最小回油高度；△P 指的是系統(tǒng)阻力；
ρ 指的是機(jī)油密度；g 指的是重力加速度。
為了保證回油系統(tǒng)能夠正常的進(jìn)行工作，其回油的高
度L 不能夠小于Lmin。而當(dāng)回油的高度小于Lmin 時，可能會
出現(xiàn)油氣分離器中分離出來的機(jī)油不能夠回到曲軸箱內(nèi)，
而隨著時間的積累，就會出現(xiàn)機(jī)油淤積的故障，引發(fā)通風(fēng)
系統(tǒng)失效。因此，有關(guān)設(shè)計人員在設(shè)計回油系統(tǒng)時，必須要
注意回油高度的設(shè)計。
3 結(jié)束語
綜上所述，本文主要在對汽油機(jī)曲軸通風(fēng)系統(tǒng)分析的
基礎(chǔ)之上，探討了曲軸通風(fēng)系統(tǒng)的縱向通風(fēng)通道、垂直通
風(fēng)通道、油氣分離結(jié)構(gòu)、回油系統(tǒng)的設(shè)計，這對于有關(guān)設(shè)計
人員對通風(fēng)設(shè)計的思路具有十分重要的作用。
參考文獻(xiàn)：
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技展望，2017，27（12）：59.
[2]柳國立，劉正勇，韓俊楠，張蒙，吳貴榮.現(xiàn)代發(fā)動機(jī)曲軸箱
通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計研究[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2014（12）：17-22.
基于超聲波檢測的車門安全開啟檢測及提醒系統(tǒng)
代艷萍；李進(jìn)山；李平安
（攀枝花學(xué)院交通與汽車工程學(xué)院，攀枝花617000）
摘要：針對汽車開啟車門時容易撞上車門側(cè)面高于車門門檻的盲區(qū)障礙物或與其他交通參與者發(fā)生碰撞這一問題，提出了一種
基于超聲波檢測的車門安全開啟檢測及提醒系統(tǒng)，利用光電碼盤的輸出脈沖信號來測出車的瞬時速度，在車停下來及車門解鎖時，汽
車車門兩端以及汽車尾部超聲波檢測到障礙物，ECU 接收到超聲波檢測到的信息進(jìn)行處理控制，當(dāng)存在障礙物時警報系統(tǒng)發(fā)出對應(yīng)
的警報聲提示及警報燈閃爍。避免打開車門時發(fā)生交通事故或者損壞車門。
Abstract: When the car opens the door, it is easy to hit the obstacle in blind area on the side of the door that is above the door
threshold or hit other traffic participants. For this problem, a safety detection and reminder system for door safety based on ultrasonic is
proposed. The instantaneous velocity of the vehicle is measured by using the output pulse signal of the photoelectric encoder, when the car
stops and the door is unlocked, the ultrasonic located in the car door ends and the car's tail can detect the obstacle, and then the ECU
receives the information detected by the ultrasonic wave for processing control. When there is an obstacle, the alarm system issues a
corresponding alarm tone and the alarm light flashes to avoid traffic accidents or damage the door when opening the door.
關(guān)鍵詞：光電碼盤；速度傳感器；超聲波檢測；警報系統(tǒng)；ECU Key words: light code disc；speed sensor；infrared obstacle avoidance module；alarm system；ECU
·20·
萬方數(shù)據(jù)
Internal Combustion Engine &amp;amp; Parts
以及其他障礙物，預(yù)測到用戶開門有可能發(fā)生交通事故以
及損壞車門時，車內(nèi)會有警報系統(tǒng)進(jìn)行警報，同時警報燈
持續(xù)閃爍，提醒潛在的危險。通過采取以上措施制止此類
事故的發(fā)生，以達(dá)到減小此類事故發(fā)生的機(jī)率。
1.1 硬件設(shè)計
如圖1 所示，一種車門安全開啟檢測及提醒系統(tǒng)，它
包括驅(qū)動電路1、電阻2、與汽車相連的電源3、車門控制
開關(guān)4、速度傳感器5、超聲波檢測器6、系統(tǒng)啟動開關(guān)7、
ECU8、警報系統(tǒng)9、電容10。其特征在于驅(qū)動電路1、電阻
2、電源3 與車門控制開關(guān)4 串聯(lián)，速度傳感器5 與超聲波
檢測器6 并聯(lián)，ECU8 串接于系統(tǒng)啟動開關(guān)7 與警報系統(tǒng)
9 之間，電容10 與驅(qū)動電路1、電阻2、電源3、車門控制開
關(guān)4 并聯(lián)。
所述驅(qū)動電路1 是與汽車汽車車門相連的電路，以檢
測車門是否解鎖；電阻2 是與驅(qū)動電路1 相連起分壓作
用；電源3 是汽車內(nèi)部系統(tǒng)電源，它與電路相連；車門控制
開關(guān)4 是用于控制車門的開啟與閉合的；車速傳感器5 與
汽車碼盤相連；超聲波檢測器6 安裝于汽車兩側(cè)及后方；
系統(tǒng)啟動開關(guān)7 串接于傳感器與ECU 之間控制電路的開
斷；ECU8 是汽車電腦，控制汽車內(nèi)部各個電路；警報系統(tǒng)
9 是在接收到ECU 指令時發(fā)出警報同時警報燈閃爍；電
容10 起穩(wěn)壓作用。
圖1 系統(tǒng)基本組成示意圖
1.2 軟件設(shè)計
一種車門安全開啟檢測及提醒系統(tǒng)由輸入模塊、處理
模塊、輸出模塊組成。
輸入模塊由車速檢測器、超聲波檢測器組成，車速檢
測器能利用光電碼盤的輸出脈沖數(shù)來測出車的瞬時速度，
并將檢測到的速度以信號的形式發(fā)送給處理模塊；超聲波
檢測器能先設(shè)置檢測距離，使用時在檢測距離內(nèi)出現(xiàn)障礙
物阻擋探頭發(fā)出的超聲波時會向處理模塊發(fā)送檢測到的
信號。
處理模塊主要指汽車電腦ECU，輸入模塊所檢測到
的信號會發(fā)送給ECU，ECU 接收到信號后對所接收到的
信息進(jìn)行處理、分析。根據(jù)處理結(jié)果判斷是否向輸出模塊
發(fā)送指令。
輸出模塊由警報系統(tǒng)組成，警報系統(tǒng)接收到ECU 發(fā)
送的信號后會發(fā)出警報聲，警報燈持續(xù)閃爍。
處理模塊對信號的處理以及對輸出模塊的控制是由
內(nèi)部設(shè)定好的程序所完成的。
2 具體實施方式
實施方式主要從系統(tǒng)工作流程和系統(tǒng)安裝測試兩方
面進(jìn)行描述。
2.1 系統(tǒng)工作流程
如圖2 所示，車門安全開啟檢測及提醒系統(tǒng)啟動后系
統(tǒng)各功能開啟，當(dāng)車速檢測器檢測到車停下來并且檢測到
車門解鎖時向ECU 發(fā)送停車及車門解鎖信號，ECU 接收
到信號后檢查系統(tǒng)是否收到超聲波檢測器所發(fā)送的信號。
當(dāng)超聲波檢測器檢測到有障礙物時向ECU 發(fā)送障礙物所
在方向，ECU 接收到信號后進(jìn)行處理，當(dāng)物體在區(qū)域一及
區(qū)域二時ECU 向警報系統(tǒng)發(fā)送指令，警報系統(tǒng)接收到指
令后發(fā)出急促的幾聲警報，同時警報燈開始閃爍。
所述車速檢測器能根據(jù)光電碼盤的輸出脈沖數(shù)來得
到車的瞬時速度，在車停下來時向ECU 發(fā)送停車信號。超
聲波檢測器安裝于汽車的兩側(cè)和后方，能夠根據(jù)設(shè)定好的
檢測距離進(jìn)行檢測，檢測到有障礙物時向ECU 發(fā)送信號。
區(qū)域一是安裝于汽車兩側(cè)的超聲波檢測器所檢測到的區(qū)
域，能檢測到汽車車門下方的盲區(qū)是否存在障礙物。區(qū)域
二是安裝于汽車后方的超聲波檢測器所檢測到的區(qū)域，能
檢測到汽車側(cè)后方和后方的障礙物。ECU 是汽車電腦，在
接收到車速檢測器發(fā)送的停車及車門解鎖信號后檢查是
否接收到超聲波檢測器所發(fā)送的信號，若有則對障礙物所
在區(qū)域進(jìn)行判別，并向該側(cè)的警報系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的指令。
若沒有接收到超聲波檢測器所發(fā)送的信號則不發(fā)送指令。
圖2 系統(tǒng)工作流程圖
系統(tǒng)啟
動開關(guān)
車速檢
測器
車門
解鎖
超聲波
檢測器
控制
開關(guān)ECU 警報
系統(tǒng)
2.2 系統(tǒng)安裝測試
一種基于超聲波檢測的車門安全開啟檢測及提醒系
統(tǒng)，由驅(qū)動電路、電阻、與汽車相連的電源、車門控制開關(guān)、
速度傳感器、超聲波檢測器、系統(tǒng)啟動開關(guān)、ECU、警報系
統(tǒng)、電容等組成。
汽車長寬高按車長5.05m，寬1.86m，高1.5m 計算。汽
車兩側(cè)下方的四道車門門檻兩端以及小車兩側(cè)的尾燈下
各安裝一個超聲波檢測器，在正后方等距離安裝三個超聲
波檢測器。兩側(cè)下方的四道車門門檻兩端的超聲波檢測器
檢測區(qū)域一范圍內(nèi)的障礙物，尾燈下的超聲波檢測器及小
車正后方的超聲波檢測器檢測區(qū)域二的障礙物。
駕駛員駕駛汽車行駛，當(dāng)汽車停下后，車速檢測器檢
測到車停下來時向ECU 發(fā)送停車信號，且當(dāng)ECU 接收到
停車信號并且接收到車門解鎖信號后檢查系統(tǒng)是否收到
超聲波檢測器所發(fā)送的信號。當(dāng)超聲波檢測器檢測到有障
礙物時向ECU 發(fā)送障礙物所在方向，ECU 接收到信號后
進(jìn)行處理，當(dāng)物體在區(qū)域一或區(qū)域二時ECU 向警報系統(tǒng)
發(fā)送指令，警報系統(tǒng)接收到指令后發(fā)出急促的警報聲，并
且在相應(yīng)車門的警報燈會持續(xù)閃爍。
因城市交通相對于其他地區(qū)較為復(fù)雜，所以以城市
道路為例，按限速40km/h 來設(shè)計區(qū)域一檢測距離為
·21·
萬方數(shù)據(jù)
內(nèi)燃機(jī)與配件
0.7m 左右；區(qū)域二尾燈下的超聲波檢測器檢測距離為十
幾米，正后方檢測距離也為十幾米。速度傳感器安裝于汽
車碼盤上。
測試時應(yīng)在區(qū)域一和區(qū)域二的檢測范圍內(nèi)以及檢測
范圍外放置障礙物，經(jīng)過多次測試后根據(jù)所測數(shù)據(jù)得到系
統(tǒng)的誤判率。應(yīng)當(dāng)注意的是測試后根據(jù)測試數(shù)據(jù)對測試結(jié)
果進(jìn)行分析處理，將影響系統(tǒng)性能的部分替換或改進(jìn)，直
到系統(tǒng)誤判率低于0.01%為止。
如圖3 所示為超聲波檢測器安裝示意圖，11、12 為右
側(cè)前車門門檻兩端，13、14 為右側(cè)后車門門檻兩端，15 為
右側(cè)尾燈，16 為汽車尾部，17 為左側(cè)尾燈，18、19 為左側(cè)
后車門門檻兩端，20、21 為右側(cè)前車門門檻兩端。11-14 以
及18-21 組成區(qū)域一，15-17 組成區(qū)域二，每個位置各安
裝一個超聲波檢測器進(jìn)行障礙物檢測。
圖3 超聲波檢測器安裝位置示意圖
3 系統(tǒng)原理
通常汽車自身變速器上的速度傳感器方波信號的頻
率在0~200Hz，當(dāng)車速下降到10km/h 以下，即速度傳感器
輸出頻率只有幾赫茲時，系統(tǒng)啟動。此處，本組采用碼盤測
速，用碼盤測量轉(zhuǎn)速的一般過程如圖4 所示。
圖4 碼盤測量轉(zhuǎn)速過程圖
設(shè)電機(jī)的速度為ω（t），則T 時刻碼盤的位置為θ（t）=
∫ T0ω（t）dt+θ（0），其中θ（0）是碼盤的初始位置，一般假定
為0。設(shè)經(jīng)倍頻后碼盤每轉(zhuǎn)輸出的脈沖數(shù)為N，則θ（T）對
應(yīng)的脈沖為M（t）=N2π·θ（T），由于只有在M（T）為整數(shù)
時，碼盤才真正發(fā)出脈沖讓計數(shù)器計數(shù)，因此計數(shù)器在T
時刻的值為m（t）=fix[M（T）]，這里fix 是零方向取整函數(shù)，
亦即m（T）是1 個使m（T）≤M（T）且最接近M（T）的整數(shù)。
當(dāng)速度采樣周期是Ts 時，則kTs 時刻速度值為ω1e（k）=
2πm1（k）/TsN，其中，m1（k）是（k-1）Ts 到kTs 時刻1 個采
樣周期內(nèi)光碼盤發(fā)出的脈沖個數(shù)，亦即m1（k）=m（kTs）-m
（[ k-1）Ts]ω1e（k），通常包含著顯著的噪聲，常用一階低通
濾波方法來降低噪聲：m2e（k）=αω2e（k-1）+（1-α）ω1e
（k），這里ω2e（k）是濾波后k 時刻的速度估計值。α 是0
到1 之間的1 個常數(shù)，可根據(jù)需要選取。根據(jù)以上分析，用
SIMULINK 語言構(gòu)造出的仿真模型如圖5 所示。
圖5 仿真模型圖
當(dāng)速度傳感器啟動并檢測到汽車速度將為0 及車門
解鎖時，與之連接的單片機(jī)檢測到低頻信號，隨后啟動汽
車上的超聲波檢測模塊，該模塊原理如下：
超聲波檢測器具有一對超聲波發(fā)射與接收探頭，發(fā)射
探頭發(fā)射出一定頻率的超聲波，當(dāng)檢測方向遇到障礙物
時，超聲波反射回來被接收探頭接收，經(jīng)過比較器電路處
理之后，信號輸出接口輸出數(shù)字信號（一個低電平信號），
可通過電位器旋鈕調(diào)節(jié)檢測距離。
當(dāng)超聲波檢測器避障模塊檢測到距汽車尾部十幾米
范圍內(nèi)或后側(cè)方十幾米范圍內(nèi)有障礙物時，將信息傳到與
之相連的ECU，并啟動警報系統(tǒng)，提示車主是否開啟車
門，當(dāng)檢測到距車身0.7m 時警報系統(tǒng)發(fā)出警報并且警報
燈持續(xù)閃爍。
4 創(chuàng)新特色
一種基于超聲波檢測的車門安全開啟檢測及提醒系
統(tǒng)，測速傳感器檢測準(zhǔn)確率比較高、工作穩(wěn)定，且采用超聲
波來檢測障礙物可以在很大程度上節(jié)約成本。整個系統(tǒng)工
作時，系統(tǒng)感應(yīng)周圍一定范圍內(nèi)車輛和行人，預(yù)測到車內(nèi)
人員開門有可能撞到行人或者其他物體，車內(nèi)會有提醒裝
置響起及警報燈閃爍，提醒潛在的危險，在特殊情況下可
關(guān)閉ECU 自控功能，由車主自行判定是否進(jìn)行后續(xù)操作。
一種基于超聲波檢測的車門安全開啟檢測及提醒系統(tǒng)如
果能夠得到合理的利用，可以在很大程度上減少因開啟車
門所造成的交通事故以及車門的損壞帶來的損失。
5 結(jié)束語
一種基于超聲波檢測的車門安全開啟檢測及提醒系
統(tǒng)可以運用到各類汽車上，各汽車生產(chǎn)公司也可以在車上
增設(shè)此裝置，在不影響汽車外觀的情況下，增加汽車行駛
的安全性能，在很大程度上減少交通事故的發(fā)生。且系統(tǒng)
成本較低、實用性強(qiáng)、市場范圍廣，能在一定程度上減少交
通事故的發(fā)生。
參考文獻(xiàn)：
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