行車系統(tǒng)中行人避險系統(tǒng)的研究

于彤　張寧　郭珅

摘 要 在汽車行駛過程中，當(dāng)車輛突遇前方阻礙（行人及各種障礙物）時，通過一套實(shí)時監(jiān)控的智能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多種措施的及時響應(yīng)以達(dá)到保護(hù)行人及駕駛?cè)藛T，盡最大可能將事故發(fā)生率或傷害降低至最小。將探測設(shè)備（雷達(dá)、激光、紅外傳感器）安置于車輛前部，對前方障礙物無死角探測并對行人進(jìn)行精確定位。然后通過單片機(jī)進(jìn)行智能地自動分析判斷，定位行人位置，分析車輛及行人的運(yùn)動方向和速度，判斷是否處于危險范圍，若處于危險范圍則通過電子控制設(shè)備自動啟動預(yù)警及保護(hù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)車輛避險控制、行人緩撞，減少交通事故的發(fā)生。

關(guān)鍵詞 主動避險 雷達(dá)探測 智能控制

一、研究背景

汽車安全不僅是針對車內(nèi)的駕乘人員而言，同時也要保護(hù)行人的安全，因此車輛碰撞防護(hù)技術(shù)也開始將保護(hù)行人安全列為它的重點(diǎn)發(fā)展目標(biāo)。近年來歐洲的E-NCAP汽車碰撞測試中，就已經(jīng)不僅檢驗(yàn)車內(nèi)乘員的安全保護(hù)程度，也通過劃分4個星級來檢驗(yàn)車輛對行人的安全保護(hù)程度。為了有效保護(hù)行人的安全，除指定和實(shí)施相關(guān)法規(guī)外，還需要通過發(fā)展技術(shù)提高汽車的安全性能。

二、國外相關(guān)技術(shù)發(fā)展

隨著道路交通對行人安全越來越重視，各汽車公司相繼展開相關(guān)行人保護(hù)系統(tǒng)的研究，就目前而言，沃爾沃公司和寶馬公司對行人安全系統(tǒng)的研究較為領(lǐng)先，而國內(nèi)各汽車生產(chǎn)廠商尚無此項(xiàng)技術(shù)。

沃爾沃行人安全系統(tǒng)

沃爾沃最新推出的新一代碰撞避免技術(shù)是帶有自動剎車功能的行人安全系統(tǒng)，它高度體現(xiàn)了以人為本的安全理念，把行人的安全放在與駕駛者同等重要的位置。該系統(tǒng)在車速超過4km/h時啟動，如果與前車的車距過近或所在車道上有行人，該系統(tǒng)即會發(fā)出警告。如果駕駛者未對此做出反應(yīng)，且碰撞即將發(fā)生時，系統(tǒng)會啟動全力自動制動。在150 米的范圍內(nèi)，裝備在沃爾沃前格柵后面的雷達(dá)傳感器和風(fēng)擋玻璃后面的數(shù)字?jǐn)z像機(jī)持續(xù)監(jiān)測與前車的距離。白天行駛速度在35 km/h 時，它也能檢測到站立或行走的行人。如果有行人突然沖到車前或前車突然制動，并且碰撞警告系統(tǒng)感應(yīng)到碰撞有可能發(fā)生，它將通過閃爍風(fēng)擋玻璃上的紅色警告燈以及聲音報警器來警告駕駛者。另外，此技術(shù)還通過預(yù)先向制動器施加壓力，以準(zhǔn)備施加緊急制動和幫助縮短制動時間，來為駕駛者施加制動提供支持。

寶馬第三代夜視輔助系統(tǒng)

寶馬的夜視系統(tǒng)具備行人識別的功能，夜視系統(tǒng)能夠自動識別行人并在儀表盤、HUD抬頭顯示中發(fā)出警示這套系統(tǒng)更先進(jìn)的地方在于搭載了“動態(tài)光點(diǎn)”的燈光技術(shù)，能夠以單獨(dú)的高亮度光束照亮行人，使駕駛者更容易注意到行人，減少夜間車輛與行人發(fā)生碰撞的危險。位于霧燈位置的LED燈組在未激活“動態(tài)光點(diǎn)”照明時，亮度與遠(yuǎn)近光一致，用來輔助車輛大燈的照明效果。從2013年夏季開始，第三代的寶馬夜視系統(tǒng)即將加入新的功能：動物識別功能，夜視系統(tǒng)不僅能夠識別出前方探測范圍內(nèi)的行人，還能夠辨識出前方的動物。系統(tǒng)能夠在100米的距離上就辨識出前方的人或動物，并用高亮度的光束單獨(dú)照亮該物體，同時在儀表盤以及HUD抬頭顯示儀表上對駕駛者做出提示。

三、相關(guān)研究方案及實(shí)驗(yàn)

1、研究意義

在交通事故中行人往往處于弱勢地位，需要更多的保護(hù)，而對于行人的保護(hù)功能正式現(xiàn)有大多數(shù)汽車所欠缺的。此項(xiàng)研究的目的在于使車輛道路行駛中對行人進(jìn)行判別并采取避險措施，可以將相關(guān)裝置安裝于普通汽車，著眼于行人安全的保護(hù)，該項(xiàng)研究符合和諧社會加強(qiáng)對人的關(guān)懷的需求，引導(dǎo)汽車技術(shù)朝人文關(guān)懷發(fā)展，研究將著力降低功能實(shí)現(xiàn)成本，努力將行人保護(hù)系統(tǒng)推廣至國內(nèi)普通民眾車型，以較低的成本提高技術(shù)普及率，切實(shí)減少交通事故，提高公路交通的安全性，對于成熟的汽車社會發(fā)展具有重要意義。

2、研究方法

通過研究建立完整的行車安全控制系統(tǒng)，將計算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、車輛技術(shù)等多種技術(shù)綜合研究以實(shí)現(xiàn)功能，豐富車輛的輔助功能，將智能化技術(shù)融入汽車，大大增強(qiáng)了汽車自身的自我控制，自動識別前方道路出現(xiàn)的物體，及時采取行動，盡最大可能避免事故的發(fā)生。

3、方案選擇及實(shí)驗(yàn)研究

行人避險系統(tǒng)主要組成為：行人探測識別裝置、單片機(jī)智能分析處理裝置、供電匹配調(diào)試裝置、預(yù)警提醒裝置、車輛自動速度控制裝置五個部分。

行人探測識別裝置通過雷達(dá)波進(jìn)行探測，通過波形返回和時間計算得到行人與車輛相隔距離，并將探測雷達(dá)安裝在車輛前部進(jìn)氣格柵、左右前燈及后視鏡，以達(dá)到對前方障礙物無死角探測并對行人進(jìn)行精確定位。

實(shí)驗(yàn)用單片機(jī)智能分析處理裝置以飛思卡爾MC9S12DG128單片機(jī)為處理核心，通過波形周期處理、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路實(shí)現(xiàn)智能分析控制， 計算出車輛行駛狀態(tài)、行人運(yùn)動狀態(tài)、車人距離等信息，通過編寫算法程序進(jìn)行控制，智能判斷是否屬于危險范圍并自動做出響應(yīng)。執(zhí)行模塊主要通過電路設(shè)計，對不同的信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，利用繼電器等進(jìn)行命令執(zhí)行，改變電路結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)保險預(yù)警的功能并控制車速改變和剎車系統(tǒng)，在預(yù)判發(fā)生危險情況時對行人及駕駛員進(jìn)行報警提醒，在危險范圍內(nèi)自動降低車速或更換車道等躲避措施，在進(jìn)行處理之后同時啟動反饋模塊，反饋模塊主要是在執(zhí)行模塊做出響應(yīng)之后，通過檢測模塊對車速和和前方路況狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，并將信息反饋給中央處理模塊做出綜合分析判斷，進(jìn)而控制執(zhí)行模塊進(jìn)行下一步響應(yīng)。保證整個系統(tǒng)的完整可靠性，實(shí)現(xiàn)對行人的有效保護(hù)。

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（作者單位：長安大學(xué)汽車學(xué)院）