德州學(xué)院汽車工程學(xué)院 曹文冠 于士軍
安全車距預(yù)警裝置設(shè)計(jì)
德州學(xué)院汽車工程學(xué)院曹文冠于士軍
針對(duì)當(dāng)前汽車追尾事故頻發(fā)的現(xiàn)象,設(shè)計(jì)了一種汽車安全車距預(yù)警裝置,此裝置通過激光測(cè)距雷達(dá)檢測(cè)跟車距離,傳感器判斷汽車行駛狀態(tài)。智能控制單元根據(jù)兩車之間的距離及車輛的行駛狀態(tài)智能地制定出相應(yīng)的預(yù)警和規(guī)避措施,從而減少追尾事故的發(fā)生。
安全車距;自動(dòng)檢測(cè);預(yù)警;規(guī)避
近幾年隨著人們生活質(zhì)量的不斷提高,私家車的數(shù)量也逐漸增多,導(dǎo)致道路交通擁堵現(xiàn)象十分嚴(yán)重,從而也導(dǎo)致了大量交通事故,其中追尾事故約占交通事故的1/10。人們不能及時(shí)控制車速以及人操作反應(yīng)時(shí)間的延遲是造成這些問題的主要原因。為解決這些問題,安全車距預(yù)警裝置設(shè)計(jì)逐漸成為汽車安全領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。此裝置通過雷達(dá)系統(tǒng)、信號(hào)處理技術(shù)、現(xiàn)代傳感技術(shù)探測(cè)車輛前方的危險(xiǎn)目標(biāo),幫助駕駛員將行車危險(xiǎn)和事故發(fā)生的可能性降到最低,防患于未然?,F(xiàn)代智能技術(shù)的應(yīng)用,有效地降低了交通事故的發(fā)生數(shù)量,但仍然需要駕駛謹(jǐn)慎,才能將危險(xiǎn)降到最低。
2.1總體方案
目前測(cè)距的雷達(dá)主要有激光測(cè)距雷達(dá)、微波測(cè)距雷達(dá)等。在汽車上應(yīng)用較為廣泛的激光測(cè)距雷達(dá)可分為非成像式激光雷達(dá)和成像式激光雷達(dá)。激光測(cè)距雷達(dá)有測(cè)量時(shí)間短、量程大、精度高等優(yōu)點(diǎn)。
安全車距預(yù)警裝置由若干測(cè)距雷達(dá)、傳感器和車距控制單元組成。速度測(cè)量模塊由傳感器組成,把車輛的行駛狀況傳送到速度計(jì)算單元。車距測(cè)量模塊由測(cè)距雷達(dá)組成,把車輛與前方車輛、人及障礙物的距離信息傳送給車距計(jì)算單元。然后通過車距智能控制單元的分析處理,控制車輛速度,防止追尾事故的發(fā)生。
圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖
2.2兩車車距的測(cè)量方法
激光雷達(dá)測(cè)距裝置的工作原理有連續(xù)波和脈沖波兩種,此裝置采用激光測(cè)距的脈沖波方式。激光雷達(dá)工作時(shí),發(fā)射機(jī)向空間發(fā)射一串重復(fù)周期一定的高頻窄脈沖。如果在電磁波傳播途徑上有目標(biāo)存在,那么激光雷達(dá)就會(huì)收到由目標(biāo)反射回來的回波。由于回波往返于目標(biāo)與雷達(dá)之間,我們知道電磁波的能量是以光速傳播的,設(shè)目標(biāo)距離為S,則傳播距離等于光速乘以時(shí)間間隔t,即S=Ct/2(C為光速C=300000000m/s)。
2.3速度傳感器
當(dāng)汽車工作時(shí),速度傳感器將會(huì)及時(shí)獲取車輛的行駛狀態(tài),包括車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù),然后將這些信息傳遞到車距智能控制單元。目前應(yīng)用最多的兩種車速傳感器是磁電式及光電式傳感器。通常安裝在驅(qū)動(dòng)轎殼或變速器殼內(nèi),車速傳感器信號(hào)線通常裝在屏蔽的外套內(nèi),這是為了消除高壓電火線、車載電話及其他電子設(shè)備產(chǎn)生電子或及射頻干擾,保證各電子工作單元正常工作。
2.4預(yù)警裝置的車載狀態(tài)
預(yù)警裝置的車載狀態(tài)示意圖,如圖2所示,裝置結(jié)構(gòu)由預(yù)警裝置、信息處理模塊、雷達(dá)鏡頭及調(diào)節(jié)裝置、車速傳感器、強(qiáng)制剎車裝置等組成。各組件通過信息處理組的調(diào)控,協(xié)調(diào)運(yùn)行,保證了整個(gè)裝置的靈敏性、功用性。以前方車輛的距離和汽車本身的車速為基礎(chǔ),系統(tǒng)每秒進(jìn)行50次計(jì)算,從而確定汽車的行車環(huán)境。
圖2 預(yù)警裝置的車載狀態(tài)
車距智能控制單元接收速度計(jì)算單元和車距計(jì)算單元的信息,然后通過智能分析處理,根據(jù)不同的行車環(huán)境,制定出不同的控制策略。
車輛在道路上行駛時(shí),與其他行駛的車輛有一定的車距,當(dāng)車距大于某一固定值時(shí),車輛可正常行駛,不會(huì)受到外界干擾,當(dāng)車距小于這一固定值時(shí),車輛就會(huì)受到外界條件的限制,影響正常行駛,本文將這一臨界車距稱為安全臨界車距。
3.1目標(biāo)危險(xiǎn)等級(jí)分類
根據(jù)行車環(huán)境的不同,道路上的臨近車輛可分為危險(xiǎn)目標(biāo)、威脅目標(biāo)、潛在威脅目標(biāo)、非威脅目標(biāo)(如圖3所示)。危險(xiǎn)目標(biāo)一般來自本車道內(nèi)且車距小于安全臨界距離的車輛,對(duì)車輛安全行駛構(gòu)成極大威脅,可能隨時(shí)會(huì)威脅到駕駛員及乘客的人身安全。威脅目標(biāo)一般來自臨近車道且行車間距較小的車輛和本車道內(nèi)行車間距較小但大于安全臨界車距的車輛,對(duì)車輛造成一定威脅,但還不會(huì)威脅到駕駛員的人身安全。潛在威脅目標(biāo)一般與本車有一定的間距,如果沒有突發(fā)狀況或行車環(huán)境突然改變,不會(huì)影響車輛行駛。非威脅目標(biāo)與本車相距較遠(yuǎn),不會(huì)影響車輛的正常行駛。
圖3 汽車行駛環(huán)境模擬圖
3.2信號(hào)處理及控制
控制部分檢測(cè)到威脅車輛行駛的信號(hào)出現(xiàn)時(shí),汽車可自動(dòng)實(shí)行預(yù)警及緊急規(guī)避措施。根據(jù)目標(biāo)危險(xiǎn)程度的不同,車距智能控制單元將實(shí)行不同的控制策略,這樣不僅最大限度提高了駕駛員的駕駛愉悅性,還能及時(shí)預(yù)防事故的發(fā)生。報(bào)警軟件設(shè)計(jì)如圖4所示。
圖4 控制策略軟件流程圖
a.安全控制策略。針對(duì)非威脅目標(biāo),兩車之間車距較大,系統(tǒng)認(rèn)為此時(shí)的行車環(huán)境是安全的,不會(huì)影響駕駛員的正常駕駛,實(shí)行安全控制策略。
b.報(bào)警控制策略。針對(duì)潛在威脅目標(biāo),系統(tǒng)認(rèn)為此時(shí)的駕駛環(huán)境不能保證絕對(duì)安全,如有突發(fā)狀況會(huì)影響車輛的行駛。這時(shí)系統(tǒng)會(huì)提醒駕駛員“謹(jǐn)慎駕駛”同時(shí)伴有級(jí)別較低的聲音報(bào)警,實(shí)行報(bào)警控制策略。
c.減速控制策略。針對(duì)威脅目標(biāo),系統(tǒng)認(rèn)為此時(shí)的駕駛環(huán)境危險(xiǎn),會(huì)提醒駕駛員“減速行駛”同時(shí)伴有較高級(jí)別的聲光警報(bào),這時(shí)車距小于安全臨界車距,系統(tǒng)判定當(dāng)前汽車行駛環(huán)境非常危險(xiǎn),發(fā)生事故的可能性較大,實(shí)行減速控制策略。
d.制動(dòng)控制策略。針對(duì)危險(xiǎn)目標(biāo),系統(tǒng)認(rèn)為此時(shí)的駕駛環(huán)境發(fā)生事故的可能性非常大,此時(shí)系統(tǒng)會(huì)提醒駕駛員“緊急制動(dòng)”并伴隨高等級(jí)的聲光警報(bào),且同時(shí)車輛自動(dòng)緊急制動(dòng),直到車輛脫離危險(xiǎn)為止,實(shí)行制動(dòng)控制策略。
汽車安全預(yù)警裝置,是一個(gè)意外事故預(yù)防和緩和的駕駛輔助裝置。利用技術(shù)手段分析車道、周圍車輛的狀況及駕駛環(huán)境信息,一旦駕駛員出現(xiàn)駕駛疲勞及精神渙散、汽車出現(xiàn)無意識(shí)的車道偏離及汽車間距過近存在追尾可能時(shí),能夠主動(dòng)給予駕駛員預(yù)警及自動(dòng)采取緊急制動(dòng)措施,旨在預(yù)防交通事故的發(fā)生,保護(hù)駕駛員及乘客的人身安全。
[1]胡壽松.制動(dòng)控制原理[M].北京:科學(xué)出版社,2007.
[2]鐘勇,姚劍峰.現(xiàn)代汽車的四種測(cè)距方法[J].汽車工業(yè)研究,2001(2).
[3]張毅.自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005.
[4]吳闖,張雄,盧亞玲.車輛安全距離智能控制與自剎車系統(tǒng). 2013.
[5]宋保林,周汽一.汽車主動(dòng)防撞系統(tǒng)的規(guī)避控制研究.2014.
[6]程自珠,吳佳琳,周炳峰.汽車防碰撞安全系統(tǒng)研究.2009.