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

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，此裝置通過激光測距雷達(dá)檢測跟車距離，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；自動檢測；預(yù)警；規(guī)避

1　前言

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)、信號處理技術(shù)、現(xiàn)代傳感技術(shù)探測車輛前方的危險(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　裝置總體設(shè)計(jì)

2.1總體方案

目前測距的雷達(dá)主要有激光測距雷達(dá)、微波測距雷達(dá)等。在汽車上應(yīng)用較為廣泛的激光測距雷達(dá)可分為非成像式激光雷達(dá)和成像式激光雷達(dá)。激光測距雷達(dá)有測量時(shí)間短、量程大、精度高等優(yōu)點(diǎn)。

安全車距預(yù)警裝置由若干測距雷達(dá)、傳感器和車距控制單元組成。速度測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。車距測量模塊由測距雷達(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

2.2兩車車距的測量方法

激光雷達(dá)測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)，速度傳感器將會及時(shí)獲取車輛的行駛狀態(tài)，包括車速、發(fā)動機(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)動轎殼或變速器殼內(nèi)，車速傳感器信號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)

3　防碰撞控制策略

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，不會受到外界干擾，當(dāng)車距小于這一固定值時(shí)，車輛就會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，對車輛安全行駛構(gòu)成極大威脅，可能隨時(shí)會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，對車輛造成一定威脅，但還不會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，不會影響車輛行駛。非威脅目標(biāo)與本車相距較遠(yuǎn)，不會影響車輛的正常行駛。

圖3　汽車行駛環(huán)境模擬圖

3.2信號處理及控制

控制部分檢測到威脅車輛行駛的信號出現(xiàn)時(shí)，汽車可自動實(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)境不能保證絕對安全，如有突發(fā)狀況會影響車輛的行駛。這時(shí)系統(tǒng)會提醒駕駛員“謹(jǐn)慎駕駛”同時(shí)伴有級別較低的聲音報(bào)警，實(shí)行報(bào)警控制策略。

c.減速控制策略。針對威脅目標(biāo)，系統(tǒng)認(rèn)為此時(shí)的駕駛環(huán)境危險(xiǎn)，會提醒駕駛員“減速行駛”同時(shí)伴有較高級別的聲光警報(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.制動控制策略。針對危險(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)會提醒駕駛員“緊急制動”并伴隨高等級的聲光警報(bào)，且同時(shí)車輛自動緊急制動，直到車輛脫離危險(xiǎn)為止，實(shí)行制動控制策略。

4　結(jié)語

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)無意識的車道偏離及汽車間距過近存在追尾可能時(shí)，能夠主動給予駕駛員預(yù)警及自動采取緊急制動措施，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。

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