一種基于多傳感器的客車防碰撞預(yù)警系統(tǒng)

王文杰　劉國兵　陶磊　王浩然　王銘升　孫文宇

摘 要：為了解決客車側(cè)面和正面碰撞問題，設(shè)計了一種可向駕駛員預(yù)先發(fā)出視聽警告信號的探測裝置，并建立安全距離模型，采用AJ-SRO4K超聲波傳感器和毫米波雷達(dá)傳感器作為探測設(shè)備，測算出客車與周圍物體的相對距離。中央處理模塊將其與數(shù)據(jù)庫里的安全值進(jìn)行比較，并預(yù)判物體的運動軌跡，進(jìn)而決定是否發(fā)出警報。

關(guān)鍵詞：安全距離;傳感器;運動軌跡;防碰撞預(yù)警

中圖分類號：U436.6文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2018）25-0115-03

近年來，我國汽車保有量不斷增加，給我國道路交通安全帶來了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，其中側(cè)面碰撞事故僅次于正面碰撞事故的發(fā)生率，占事故總發(fā)生率的27%[1]。汽車側(cè)面防碰撞問題已成為世界性的熱點話題。我國日常城市交通運輸中，客車占比巨大，所以研發(fā)客車側(cè)面碰撞預(yù)警系統(tǒng)十分必要。國內(nèi)對汽車防撞預(yù)警技術(shù)的研究相比國外較晚，大多還處于試驗或論證階段，相關(guān)防撞產(chǎn)品較少。

1 確定客車盲區(qū)

本發(fā)明以金龍旅行客車（11 500mm×2 550mm×3 670mm）為研究載體，確定客車盲區(qū)。盲區(qū)一：車兩側(cè)中段到駕駛室位置;盲區(qū)二：車頭處1.2m以下的物體;盲區(qū)三：車頭左右側(cè)前方45°;盲區(qū)四：客車的車尾。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 系統(tǒng)總體框架

一種基于多傳感器的客車防碰撞預(yù)警系統(tǒng)，其主要由電源模塊、AJ-SR04K超聲波傳感器、毫米波雷達(dá)傳感器、車速檢測模塊、中央處理模塊、預(yù)警模塊、視頻顯示器及攝像頭組成。

電源模塊由車載蓄電池提供，是整個系統(tǒng)的供電裝置，保證系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性。AJ-SR04K超聲波傳感器和毫米波雷達(dá)傳感器是測距設(shè)備，其中2個AJ-SR04K超聲波傳感器分別安裝在客車兩側(cè)中段位置，2個毫米波雷達(dá)傳感器等間距安裝在客車進(jìn)氣格柵處，分別將測得的數(shù)字信號傳輸給中央處理模塊。車速檢測模塊通過CAN總線將本車車速傳輸給中央處理模塊并及時更新。中央處理模塊由數(shù)字信號處理單元和數(shù)據(jù)存儲單元組成。數(shù)字信號處理單元根據(jù)毫米波雷達(dá)傳感器的信號數(shù)據(jù)以及本車車速建立安全距離模型，算出不同狀態(tài)下的安全車距[2]。當(dāng)客車與前車距離在預(yù)警范圍內(nèi)時發(fā)出預(yù)警指令。數(shù)字信號處理單元根據(jù)AJ-SR04K超聲波傳感器的信號數(shù)據(jù)算出本車與側(cè)方車輛或行人的距離，多次測量距離預(yù)判運動軌跡。預(yù)警模塊由蜂鳴器和指示燈組成，當(dāng)接收到中央處理模塊不同程度的預(yù)警指令后，進(jìn)行不同程度的預(yù)警。攝像頭實時采集客車側(cè)方盲區(qū)圖像，通過中央處理模塊傳輸?shù)揭曨l顯示器上。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架如圖1所示。

2.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)信號采集

AJ-SR04K超聲波傳感器和77GHz毫米波雷達(dá)傳感器作為系統(tǒng)測距設(shè)備。其中AJ-SR04K超聲波傳感器有效探測范圍為2～800cm，探測角度為30°。2個AJ-SR04K超聲波傳感器分別安裝在客車兩側(cè)中段位置，將測得的數(shù)字信號傳輸給中央處理模塊。77GHz毫米波雷達(dá)傳感器的有效探測范圍是150～250m，2個77GHz毫米波雷達(dá)傳感器等間距安裝在客車進(jìn)氣格柵處，將測得的數(shù)字信號傳輸給中央處理模塊。車速檢測模塊通過CAN總線將本車車速實時傳輸給中央處理模塊并及時更新[3]。

2.3 系統(tǒng)電源模塊設(shè)計

本系統(tǒng)所述電源模塊由客車車載蓄電池提供?？蛙囓囕d蓄電池電壓為24V，系統(tǒng)預(yù)警模塊和各傳感器所需的工作電壓均為5V，本系統(tǒng)利用LM2576降壓模塊將客車車載蓄電池的電池電壓24V降至所需要的數(shù)值，可有效為用電設(shè)備提供穩(wěn)定的電壓。在為中央處理模塊提供電源時，用電容與傳感器并聯(lián)，防止電源干擾。

2.4 中央處理模塊設(shè)計

本系統(tǒng)所述中央處理模塊由數(shù)字信號處理單元和數(shù)據(jù)存儲單元組成。數(shù)字信號處理單元采用MCS-51單片機(jī)，這是一款應(yīng)用較為廣泛、設(shè)計較為簡單的高性能8位單片機(jī)，具有速度快、成本低、功耗低等特點，足以滿足系統(tǒng)所需的處理功能。中央處理模塊實時采用I/O口接收AJ-SR04K超聲波傳感器和77Ghz毫米波雷達(dá)傳感器所發(fā)來的信號，經(jīng)過處理，計算前車安全距離并預(yù)判側(cè)方車輛或行人的運動軌跡，將運算結(jié)果傳輸至數(shù)據(jù)存儲單元保存，以備后期計算時調(diào)用。當(dāng)存在安全隱患時，向預(yù)警模塊發(fā)出不同程度的預(yù)警信號，提醒駕駛員采取制動措施。攝像頭與中央處理模塊相連接，數(shù)字信號經(jīng)過處理后，將側(cè)方盲區(qū)內(nèi)圖像傳輸?shù)揭曨l顯示器上。

2.5 預(yù)警模塊設(shè)計

本系統(tǒng)所述預(yù)警模塊由蜂鳴器和指示燈組成，與所述中央處理模塊相連接，接收所述中央處理模塊發(fā)出的預(yù)警指令，發(fā)出預(yù)警信號。蜂鳴器和指示燈安裝在駕駛座的周圍，通過聲光來對駕駛員進(jìn)行預(yù)警[4]。當(dāng)中央處理模塊發(fā)出指示預(yù)警指令時，車內(nèi)蜂鳴器發(fā)出間隔時間長且緩慢的報警聲來提醒駕駛員;當(dāng)中央處理模塊發(fā)出中級預(yù)警指令時，車內(nèi)蜂鳴器發(fā)出間隔時間短且較急促的報警聲，同時指示燈一直閃爍黃光，提醒駕駛員減速;當(dāng)中央處理模塊發(fā)出危險預(yù)警指令時，車內(nèi)蜂鳴器發(fā)出短而急促的報警聲，同時指示燈一直閃爍紅光，提醒駕駛員制動。駕駛員可以通過不同程度的預(yù)警指令了解危險程度，及時采取制動措施。同時，視頻顯示器和攝像頭輔助預(yù)警模塊，幫助駕駛員了解側(cè)方盲區(qū)的實時情況，確認(rèn)預(yù)警信息。攝像頭安裝在客車兩側(cè)后視鏡的下方，視頻顯示器安裝在客車儀表盤的上方，分別與中央處理模塊相連接。攝像頭將采集的信號經(jīng)過中央處理模塊處理后將客車側(cè)方盲區(qū)圖像實時顯示到視頻顯示器上。

4 結(jié)語

為了解決客車正面防碰撞的問題，本文通過建立安全距離模型，當(dāng)客車距離前車過近時，內(nèi)置程序發(fā)出不同程度的預(yù)警指令，提醒駕駛員及時采取措施。為了解決客車側(cè)面防碰撞的問題，設(shè)定側(cè)面安全距離，當(dāng)客車與側(cè)方車輛或行人距離處于報警距離之內(nèi)或者側(cè)方車輛或行人即將處于客車行駛軌跡上時，通過警報，有效提醒駕駛員及時采取措施，避免發(fā)生側(cè)面碰撞事故。本文只是基礎(chǔ)性研究，建立的模型也只是較為簡單的理想模型，要想使報警系統(tǒng)有更為準(zhǔn)確地預(yù)警，還需要做大量的調(diào)查與試驗，建立更為真實的數(shù)學(xué)模型。

參考文獻(xiàn)：

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