汽車A柱盲區(qū)消除系統(tǒng)設(shè)計

張博+化有為+于麗

摘 要 本次作品的設(shè)計思路主要是通過攝像頭采集車外路況影響，通過數(shù)據(jù)線路傳輸?shù)杰噧?nèi)顯示器中，再由顯示器成像與車內(nèi)，為駕駛員提供路面情況參考。同時由于攝像頭視角有限，以及高速情況下駕駛員視野盲區(qū)增大，即使再車內(nèi)成像也難以觀察到一些障礙物，因此加裝一套感應(yīng)雷達裝置，與攝像頭配合使用，使得駕駛員在視覺和聽覺上共同收到提示，避免視覺盲區(qū)帶來的危險。

關(guān)鍵詞 汽車A柱盲區(qū)；視線盲區(qū)處理；視覺；聽覺

中圖分類號 TP3 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）160-0135-02

1 緒論

1.1 研究背景

我國機動車保有量逐年攀升，大大的增加了普通民眾出行時對汽車這種交通工具的依賴。然而隨著汽車保有量的增加，每年我國發(fā)生的交通事故也成上升趨勢，國家針對交通事故愈發(fā)重視，從政策上出發(fā)，加大了對道路安全的監(jiān)管力度，嚴格強化了交通法規(guī)，從駕駛員角度出發(fā)，使駕駛證考試變得更加嚴格與困難，提高了駕車上路所要求的水平。然而，僅僅從國家政策角度出發(fā)是遠遠不夠的。作為汽車工業(yè)中的重要一環(huán)，汽車安全技術(shù)也起著至關(guān)重要的作用。因此設(shè)計一款實用合理的A柱盲區(qū)消除系統(tǒng)并在一般乘車用上安裝使用可以大幅度提高汽車主動安全性，對汽車工業(yè)的發(fā)展以及汽車駕乘人員安全至關(guān)重要。

1.2 研究意義

2013年11月4日，駕駛員宋某駕車上班途中因為A柱盲區(qū)撞了環(huán)衛(wèi)工作人員所幸傷情不重；2013年12月23日，新浪大連新聞報道，一輛SUV因A柱盲區(qū)擋司機視線慘醜車禍，造成一死一傷。[1]由于因A柱盲區(qū)引起的路面交通事故頻發(fā)，所以人們?nèi)找骊P(guān)注A柱盲區(qū)的問題。A柱盲區(qū)消除系統(tǒng)的研發(fā)，是汽車主動安全的一項突破性成就，解決了汽車在行駛過程中尤其是轉(zhuǎn)彎時，駕駛員視角難以觀察斜前方，發(fā)生剮蹭等一些不必要的事故的問題。因此解決A柱盲區(qū)的問題在汽車安全技術(shù)領(lǐng)域來講有著必要的研究意義。

1.3 A柱盲區(qū)消除系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

早在1885年德國人卡爾·佛里特立奇·本茨發(fā)明汽車以來，汽車的安全性就一直為人們所重視。而有著居安思危未雨綢繆思想的工程師，則在汽車工業(yè)發(fā)展之初就重視起汽車主動規(guī)避風(fēng)險的能力，稱為汽車主動安全性。在消除A柱盲區(qū)這個問題上，前人做了很多的努力，其中主要包括[2]以下方面。

1）把汽車A柱上面開三角窗或者安裝倒車貼。但是這種方案由于效果有限且對A柱結(jié)構(gòu)改變后不符合原來白車身設(shè)計時的結(jié)構(gòu)強度影響被動安全性能。

2）通過改編A柱材料進而提高A柱強度，在滿足強度額前提下適當(dāng)縮小A柱的尺寸（尤其是寬度）。

3）用三角形的硬質(zhì)材料（如鋼鐵）填充到樹脂玻璃中，利用樹脂玻璃材料作為A柱材料，達到“A柱透明化”的效果，進而解決A柱盲區(qū)問題。

4）在車外安裝輔助攝像頭，通過線路連接到車內(nèi)，在車內(nèi)A柱處安裝等效顯示器把車外的路況影響呈現(xiàn)在車內(nèi)A柱上的顯示器上。

2 A柱盲區(qū)消除系統(tǒng)理論介紹

2.1 A柱與駕駛員距離及A柱寬度對盲區(qū)的影響分析

眾所周知，不同車型擁有不同的A柱，包括傾斜角度的不同以及寬窄度的不同等等。對盲區(qū)產(chǎn)生影響的主要是A柱的寬窄度，也就是說在駕駛員位置不變的情況下，A柱越寬所產(chǎn)生的盲區(qū)越大。另外如果A柱寬度不變的情況下，駕駛員距離A柱越近則A柱盲區(qū)越大。由于中國汽車駕駛員位置位于前排左側(cè)所以左面的A柱相比右面的A柱產(chǎn)生的盲區(qū)要大一些。如圖1所示。

其中，左側(cè)A柱盲區(qū)為6.8°（紅色區(qū)域），右側(cè)A柱盲區(qū)為2.3°（粉色區(qū)域），正常視野為210°（綠色區(qū)域）。

2.2 車速對駕駛盲區(qū)的影響分析

擁有駕駛經(jīng)歷的人都知道，當(dāng)駕駛汽車達到一定速度時，如果在橫向突然出現(xiàn)物體是極為危險的，原因一在于車速快難以控制汽車制動，原因二在于沒有發(fā)現(xiàn)橫向有物體出現(xiàn)而忽略制動。這就不禁讓我們想到車速與視野范圍是否存在一定聯(lián)系？經(jīng)具體實驗及查閱文獻資料得知，當(dāng)車速在40km/h的時候，駕駛員視野范圍是100°，隨著車速的增加，每提升1km/h，視野減小1°。靜止時視野約為210°，70km/h時視野約為65°，100km/h時視野約為40°[3]。因此可知視野盲區(qū)不單只有A柱遮擋造成，也由車速決定。所以本文的消除A柱盲區(qū)系統(tǒng)在低速轉(zhuǎn)彎時應(yīng)用更為合理。

2.3 設(shè)計解決方案

本文的設(shè)計思路主要是通過攝像頭采集車外路況影響，通過數(shù)據(jù)線路傳輸?shù)杰噧?nèi)顯示器中，再由顯示器成像與車內(nèi)，為駕駛員提供路面情況參考。同時由于攝像頭視角有限，以及高速情況下駕駛員視野盲區(qū)增大，即使再車內(nèi)成像也難以觀察到一些障礙物，因此加裝一套感應(yīng)雷達裝置，與攝像頭配合使用，使得駕駛員在視覺和聽覺上共同收到提示，避免視覺盲區(qū)帶來的危險。設(shè)計方案原理如圖2所示。

3 A柱盲區(qū)消除系統(tǒng)硬件與實現(xiàn)

3.1 硬件裝配及布置

由于各種汽車A柱設(shè)計不同，所以為使得駕駛員視線觀察舒適方便，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整攝像頭角度及車內(nèi)顯示器角度和位置，故在這里對攝像頭角度及顯示器角度和位置不加以詳細說明，以方便駕駛員觀察為準。

具體裝配及布置（以汽車左側(cè)A柱為例）：

在汽車A柱上鉆與攝像頭大小相似的孔，再打磨至與攝像頭尺寸一致。將攝像頭安裝至A柱上，調(diào)整好角度使其可以照到路面。在A柱上以相同方式安裝感應(yīng)雷達，感應(yīng)范圍不宜過大，本文中采用1.5m～2m報警雷達。將攝像頭數(shù)據(jù)傳輸線與雷達數(shù)據(jù)傳輸線共同連接在事先編寫好程序的處理器上，雷達數(shù)據(jù)由音頻線連接一個小型喇叭輸出，攝像頭數(shù)據(jù)由視頻AV線連接顯示器輸出。以轉(zhuǎn)向燈開關(guān)為觸發(fā)點，也就是說在駕駛員打開轉(zhuǎn)向開關(guān)的時刻，攝像頭與雷達開始工作，達到轉(zhuǎn)向時A柱盲區(qū)成像的效果，從而消除A柱盲區(qū)。電路簡圖如圖3所示。

3.2 運用單片機實現(xiàn)控制3.2.1 單片機介紹

本系統(tǒng)中采用的AT89S52單片機該種單片機是一種低功耗高性能的8位微控制器具有8k字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器，AT89S52使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程亦適于常規(guī)編程器在單芯片上AT89S52擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活有效的解決方案[4]。

3.2.2 單片機控制的實現(xiàn)

對單片機進行程序編寫（具體程序代碼參考市面上已有倒車影響雷達裝置的單片機程序），達到轉(zhuǎn)向開關(guān)開啟，雷達發(fā)射電路工作、攝像探頭工作、接收探頭工作、接收電路工作，經(jīng)單片機處理使得顯示器電路工作、報警電路工作的效果。報警及顯示電路圖4所示。

4 結(jié)論與展望

經(jīng)過實際試驗證明本裝置在車輛直線行駛及轉(zhuǎn)彎時都能夠正常工作，起到一定的消除A柱盲區(qū)的作用，即使在攝像頭角度無法觀測到的位置出現(xiàn)障礙物，雷達也可起到一定的報警提示功能，從而避免事故發(fā)生，有一定的實用價值。但在實用中也會出現(xiàn)一些問題，比如路面顛簸改編了攝像頭角度與位置、高速行駛超車時如對向有車駛過報警裝置會在不需要響應(yīng)時響應(yīng)，造成不必要的麻煩、整體線路沒有與CAN總線相連，獨立在整車系統(tǒng)之外，與車輛的融合度不高等問題。這些都是本系統(tǒng)設(shè)計上的不足之處，因此這一工作還有很大程度的提高空間，需要不斷改進與完善。

在未來的主動安全領(lǐng)域，A柱盲區(qū)消除將有著不可取代的作用。未來的A柱盲區(qū)發(fā)展在滿足高度集成高度電子化的同時，應(yīng)著眼于人機結(jié)合領(lǐng)域，將人眼視覺顯示器相關(guān)聯(lián)，顯示器主動捕捉人球的運動，達到人眼隨動的效果，則駕駛員應(yīng)用起這套程序來更加得心應(yīng)手。

參考文獻

[1]廖術(shù)娟.基于電子透明理念的A柱盲區(qū)消除系統(tǒng)研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2014.

[2]張俊.基于TMS320DM642的A柱盲區(qū)消除系統(tǒng)的研究與設(shè)計[D].成都：西南交通大學(xué)，2009.

[3]王琪崢，董力軍.A柱擋住視線釀事故[J].WORLD OF DRIVER駕駛園，2012（7）：90.

[4]劉鑫，朱靖玉.基于單片機的倒車雷達的設(shè)計.電子設(shè)計工程，2012，20（1）：94-97.