技术与研究
陈烁华冯桑
内容提要：倒车辅助系统，又称泊车辅助系统或可视倒车雷达，能够给驾驶员倒车、泊车操作带来极大的方便，现已越来越多配置于汽车当中。本文详细地介绍倒车辅助系统的产生背景、发展历程以及现有主流产品的种种特点；并对其缺陷做出了初步探讨，提出了新的解决思路。
关键词：倒车辅助系统倒车雷达机器视觉
随着我国经济的腾飞和老百姓生活水平的提高，汽车已经进入越来越多的普通家庭。据统计，截至2008 年年底，我国的汽车保有量已突破 6400万辆，而且此数字还会继续增长。在此背景下，越来越多的新驾驶员上路，城市的泊车空间也越来越拥挤。
在普通汽车中，驾驶员主要是靠后视镜来判断后方的情况和自身的定位。然而，由于后视镜存在着不同程度的失真率，造成物像畸变，可能使驾驶员判断不准；并且，车
内、车外的许多部件（如头枕、遮
阳板、后风窗刮水器、示廓灯、转
向指示灯、后保险杠两端等）致使
后视镜的可视有效面积相应减低。
再者，无论设计多完美的后视镜，车
辆正后方肯定有一大片区域不能被
观测到，这就是所谓的盲区。
基于上述种种原因，倒车泊车
中的刮碰现象越来越多。巨大的市
场需求有力推动了辅助倒车产品
（Parking Assist System也有的
资料称为泊车辅助系统或简称倒
车雷达）的普及和运用。
简单来说，倒车辅助系统以图
象、声音的直观形式告知驾驶员车与
障碍物的相对位置，解除因后视镜存
在盲区带来的困扰，从而为驾驶员倒
车泊车提供方便，消除安全隐患。
1 倒车辅助系统的总体分类
按所使用的传感器不同，倒车辅助系
统可进行如下分类。
1.1 红外线式
20世纪80年代出现的以红外线发送
接收原理制成的倒车辅助系统，其最大的缺
点是红外线易受干扰，
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不可能局限于一个区域，我国地大物博，消费层次各不相同，比如上海市、北京市等国际大都市的消费层次不可能与省会城市等同，省会城市的消费层次也不可能与地区级城市等同，同样还存在着不同的地区差别。
产品等级按常规划分可分为低档、中档、高档，当然也可以用其他的方法给予区别。产品等级是决定产品结构、选材、性能要求等的重要因素。在产品开发时，对产品等级进行规定，这样有助于产品开发设计人员在设计过程中有的放矢，有利于产品开发的标准化、系列化、通用化。在产品开发设计时如不规定产品等级，产品开发就会出现偏颇，在产品销售过程中为满足不同消费层次的需求还要做很多重复性的工作，浪费资源、增加成本，不
能很好地稳定产品质量，对提高产
品品质也只能是一句空话。
5 不要过分追求造型的“别
致”
我国客车工业通过几十年的风
风雨雨，点点滴滴的原始积累，艰
辛的倡导、创新、开拓，在车身造
型设计方面已取得了长足的发展，
客车车身造型设计已基本接近国外
的先进水平。许多客车生产厂家，面
对日益激烈的市场竞争，大打客车
造型仗，通过改头换面以新品冲向
市场，赢得了一定的市场效应，但
同时也给企业带来了创伤。由于产
品开发快，对加工工艺的合理性考
虑得不周，对底盘的各项性能指标
又考虑欠缺，且同时生产多品种产
品，企业的生产能力又有限，产品的制造
稳定性难以得到有效的控制，质量问题接二
连三地出现，最终后果是新品的开发给企
业的管理带来了混乱的局面，使企业陷于
内外交困之中。
6 结束语
随着人们生活水平的提高，对
客车产品的要求也越来越高，人们
对整车的安全系数和环保要求已放
在首要的位置。所以我们在产品开
发时一定要以人为本，以标准和法
规为设计准则，进一步提高整车的
安全性、环保性、乘座舒适性、操
纵方便性、结构合理性、维修方便
性，加工工艺先进性。只有这样才
能真正地提高产品品质，产品在竞
争中才会立于不败之地。
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另外对深黑粗糙表面物体的反应 也差。更糟糕的是，只要红外线发 射器或接收器表面给一层薄薄的冰 雪或泥尘覆盖，系统就会失效。
1.2 电磁感应式
电磁感应原理制成的倒车辅助 系统，虽检测的稳定性和灵敏度比 红外线提高许多，但也有着致命性 缺点，是只能动态检测障碍物。也 即是说，车辆停止时，它不能检测
到任何东西。因此实用性也不如意。 1.3 超声波式 20 世纪 90 年代，倒车辅助系统 终于迎来技术上的突破，采纳了超声 波作为检测媒介。它的各项性能指标 与经济性都相当好，以至于当今的产 品都是基于此项技术开发而来。
超声波发射接收装置，俗称探 头，主要有三大组成部件：铝合金 外壳、陶瓷振荡片、吸音材料。微 处理器发出命令后，瓷片起振，与
铝合金外壳产生共振形成超声波， 并向周围发射。四周及后方的音波 是不需要的，须加吸音材料来降低 这些干扰。超声波发射出去后，碰 到障碍物，会形成回波，此回波又 恰好由相同的铝合金外壳与瓷片以 振动形式来接收。微处理器以计算 回波的时间差和方位差的方式判断 障碍物的位置。
1.4 超声波与机器视觉配合式 最新
的倒车辅助系统以超声波
和机器视觉作为检测手段，全智能 泊车。例如，雷克萨斯 LS460L 是首 款进入国内拥有智能泊车辅助系
统 的车型。它使用超声波传感器检
测 障碍物，并能结合摄像头自动识
别 停车线，当汽车自动检测好停车
位 置和距离时，只要驾驶者按下确认 键，该系统就会自动泊车。
2 以超声波检测的倒车辅助系 统 因为红外线和电磁感应技术的
倒车辅助系统的不完善、全智能泊 车系统价格昂贵，所以市面上的倒 车辅助系统基本采纳单一的超声波 作为检测手段。
超声波倒车辅助系统主要由显 示提示装置、微处理器、超声波发 射接收装置所组成。这一类系统，已 经历了五代的发展历程。 2.1 第一代
此系统应用了低级别的超声波 技术，倒车时，只要车后1.8～1.5m 处有障碍物，轰鸣器就会响起。但 此系统没有语音提示，也没有距离 提示，所以驾驶员只能知道身后有 障碍物，其细节却全然不知。 2.2 第二代
在第一代的基础上，深化了超 声波技术，加装了数码或波段等显 示装置，可以显示车后障碍物到车 体的距离。数码显示产品直接以数 字形式显示距离，波段显示产品则
以不同的颜显示来提醒距离。例
如：绿代表安全，表示障碍物离 车体有 0.8m 以上；黄代表警告， 表示距离只有 0.6～0.8m ；红代 表危险，表示离障碍物只有不到
0.6m 的空间。第二代的性价比高， 实用性强，价钱便宜，普及面广。 2.3 第三代 这一代产品开始有了质的飞 跃，其增加的功能亮点是，液晶荧 屏动态显示。车主可以把小液晶荧
屏方便地粘贴在仪表盘或其他方便
的地方，其外观漂亮小巧、显示清 晰宜人。当倒车时，在配以不同等 级声音提示的同时，显示荧屏也会 动态闪烁汽车模型的图案 以及周围障碍物的方位和 距离标识，从而给驾驶员 以较直观提示。缺点是此 系统抗干扰能力不强，误 报较多。 2.4 第四代
除了声音提示、动态
车模提示，更关键是提高了抗干扰 能力。这一代产品采用了最新仿生 超声雷达技术，配以高速电脑控制， 可全天候地测知 2m 内的障碍物，并 添加
广角摄像头拍摄后方景象，大 幅度提高侦测能力和消除盲区，给 驾驶员以新的感知方式。显示屏多 种多样，汽车固配的基本都采纳中 控台的液晶显
示，加装的大多数做 成后视镜模样，
安装在原有的后视
镜位置，当没显示时表现为普通的
防眩光镜子，显示时则成为荧屏。此 套系统还加装了空气污染显示、温
度显示、车提电话等种种功能。 2.5 第五代 专门为高档汽车生产，在第四 代基础上，整合了倒车轨迹的合成 显示。它主要通过摄像头不断拍摄 车后情况，然后将图象传送回主机。 在微处理器收到图象信号、转向角 信号、车身转角信号、车速信号后， 进行了一系列复杂的倒车轨迹和距 离的测算，最后在屏幕上以车辆后 方区域和驻车
引导线合成图象的方 式来提示驾驶员
操纵方向盘。两条 红线为实际倒车引
导线，红线的每 一间隔代表 1m ；蓝区域为后方停 车位。以达到和实际停
车线的吻合。 当然，在车辆缓慢倒车当中，提示 会不断修正。并且，它还拥有高级 影音系统，可以播出 DVD 高
清画质 影片。
3 超声波倒车辅助系统的缺点
超声波倒车辅助系统技术成 熟，稳定性、灵敏度、经济性都比
倒车轨迹合成图示意
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以往的倒车辅助系统好，但不是一
点瑕疵都没有。下面以广州丰田凯
美瑞轿车的倒车辅助系统（超声波
倒车辅助系统第五代）为例进行介绍。
3.1 工作条件
当探头被泥或雪等杂质覆盖、
环境温度出现严寒或高温、下大雨、在崎岖不平或未经铺设的道路行驶、在高草从中等，倒车辅助系统的工
作可能不正常。
3.2 障碍物类别超声波本身的特性，
会导致不
能检测某些障碍物。当障碍物为过
细的钢丝和绳线等纤惜物体、当障
碍物为棉花或雪等吸收超声波的物体、当障碍物为边缘锋利的物体时，倒车辅助系统极为可能检测不到。3.3 盲区
超声波倒车辅助系统的探测器
一般安装在后保险杠上，一般来说，探头中心点10～15cm 以下的障碍
物一般被探头所忽视，而且障碍物
距离车位距离越近，这一数值也就
会随之加大，危险性增高。因此，圆
锥形的低矮路桩、阶梯、山崖、高
的悬起物体、高路缘或突出物体的
角部，可能侦测不到；而沟坎、路
坑之类的路面，更是束手无策。
再者，由于探头数量的限制，所
能达到的探测范围也不尽相同，并
且超声波始终存在发射接收角度的
困扰问题，所以不可避免会存在某
程度上的盲区，特别在离障碍物距
离太近、倒车转弯或大幅度倾斜的
时候这一问题更为突出。
3.4 干扰问题
当车辆附近有另一汽车使用喇叭、摩托车的发动机声、大型车辆
的空气制动器声或另一车辆发出的
声纳超声波时，均能导致倒车辅助
系统工作不正常。
另外，当车辆装有另购无线机
芯天线时，也可能出现问题。4 倒车辅助系统的新技术手段
—
—机器视觉
由上述介绍可知，超声波倒车
辅助系统不是完美无暇，它未来必
将会被另一种技术的系统所代替。
从目前最新的研究成果来看，超声
波与机器视觉配合的倒车辅助系统
是未来的方向。如前文所介绍，首
款进入国内的拥有智能泊车辅助系
统雷克萨斯LS460L，就是个很好的
例子。
机器视觉就是用机器代替人眼
来做测量和判断。它通过机器视觉
产品（例如：摄像头）将被摄取目
标转换成图像信号，传送给专用的
图像处理系统，根据像素分布和亮
度、颜等信息，转变成数字化信
号；图像系统对这些信号进行各种
运算来抽取目标的特征，进而根据
判别的结果来控制现场的设备动
作。
机器视觉的成功案例很多，具
体比较常见的有：自动识
别系统、焊缝自动跟踪系统、活塞
装配视觉识别系统。
在超声波技术的基础上，配以
机器视觉技术，构成双向检测，必
能大大提高安全性和便利性。
将视觉技术应用在现有主流倒
车辅助系统，具体有以下两方面。
4.1 停车线的识别
如同已经配置于某些国外高档
车的倒车辅助系统一样，利用对停
车线的视觉识别进行智能泊车。具
体的识别过程为：先通过车后车牌
架上的摄像头不断采集图象，由于
停车线一般来说具有双直线特征和
颜突变特征，且颜一般为黄，
所以当采集到的图象传输到微处理
器的时候，可以用某种计算机语言
编写一套程序，从而在主机中把停
车线识别出来，并利用液晶屏幕加
以标识和喇叭声音提醒。最终，结
合超声波第五代倒车辅助系统的模
拟倒车轨迹的技术，让处理器不断
控制汽车的油门和前轮方向，使模
拟倒车轨迹和已识别的停车线不断
吻合，从而自动泊车。机器视觉识
别停车线已经可以在 M A T L A B软
件进行仿真实现。
4.2 障碍物的识别鉴于超声波对障碍物的
识别已汽车可视倒车雷达
经相对成熟，我们可以开发超声波
不能检测的障碍物的识别，例如：台
阶、沟坎、钢丝。同样的道理，基
于不同的障碍物我们必须先深入探
讨以便掌握其不同的图象特征：对
于台阶，一般利用其处于整幅图象
下方的位置特征、直线特征和颜
从下往上形成由暗转亮的特征等等；
对于钢丝，利用其纤细的特征和由
于光线反射形成光亮的特征等。由
于具体到某种障碍物都存在千姿百
态的情况，所以此技术不见得一朝
一夕就会完善，对各种障碍物的识
别必然会经历一个从粗糙到精细的
过程。这需要科技人员不断观察和
积累。
就目前国内外发展态势来看，以机
器视觉技术为基础的各种辨识系统是众多
国家研究的热点，其发展空间潜力巨大。
倘若把此技术引进于汽车的倒车辅助系统，
对减轻驾驶员的劳动强度、减少交通事故
率有着不可估量的作用和意义。现在，机
器视觉尚处于初步发展阶段，成果相对少，
可借鉴经验不多，所以许多国家为此投入
了许多人力物力进行研究。
5 结束语
可以说，我国和许多国家在这
方面技术水平相差不大，此研究急
待我国车辆科技工作者出成果，这
也对我国在图象智能识别、汽车倒
车辅助系统的更新换代、市场的抢
先占领具有非常意义。
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