基于多傳感器的高速公路防碰撞預(yù)警系統(tǒng)

潘妍睿 劉 秀 李若琳 梁 晨 張子龍

(東北林業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150040)

1 研究現(xiàn)狀

1.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

目前針對于汽車追尾的研究中，國內(nèi)高校及科研機(jī)構(gòu)在這方面起步較晚。國內(nèi)外主要是從事汽車追尾硬件系統(tǒng)的研究，國內(nèi)學(xué)者在國外汽車追尾防撞硬件研究的基礎(chǔ)上，對于汽車追尾概率也提出了自己的研究思路。目前如清華大學(xué)，國防科技大學(xué)等高校與科研機(jī)構(gòu)也正在開展此方面的研究工作。

1.2 國外研究現(xiàn)狀

2005年，美國通用公司在GPS導(dǎo)航的基礎(chǔ)上，結(jié)合通訊儀器，對車輛行駛過程中的視線盲點(diǎn)及入彎處進(jìn)行障礙檢測，并能對碰撞風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行感知和預(yù)判，從而及時(shí)報(bào)警反饋給駕駛員，以保證安全行車。在對于汽車安全行車距離的控制上，日本豐田公司結(jié)合毫米波雷達(dá)與CCD攝像機(jī)對跟車距離實(shí)行動(dòng)態(tài)檢測，在必要情況下可實(shí)現(xiàn)緊急制動(dòng)剎車以保障行車安全，防止追尾事故的發(fā)生。

2 防碰撞預(yù)警系統(tǒng)研究

2.1 研究目標(biāo)

本研究預(yù)設(shè)計(jì)一套基于多傳感器的車輛信息及駕駛員操作信息采集系統(tǒng)，根據(jù)汽車運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力學(xué)分析制動(dòng)安全距離，同時(shí)考慮到路面附著系數(shù)、公路等級情況等因素，判斷出在某種條件下是否將發(fā)生碰撞，并顯示當(dāng)前數(shù)據(jù)，包括前車速度、后車速度、安全距離，以及在預(yù)設(shè)的條件下判斷是否會發(fā)生碰撞，并做出預(yù)警。

2.2 研究方法

首先參閱大量相關(guān)文獻(xiàn)，并參考現(xiàn)有汽車防追尾模型的研究成果，以建立一個(gè)簡單實(shí)用的防碰撞模型。為了更全面地建立安全模型，首先研究高速公路交通事故特征，事故成因，分析高速公路追尾事故各項(xiàng)影響因素，再根據(jù)安全行車原則，汽車防追尾碰撞原理，汽車參數(shù)及性能等影響因素建立本設(shè)計(jì)所提出的防碰撞預(yù)警系統(tǒng)。結(jié)合車輛自身傳感器等建立車輛信息采集系統(tǒng)，對預(yù)警系統(tǒng)正常工作所需的相關(guān)信息實(shí)時(shí)采集與反饋。

本設(shè)計(jì)借助于LABVIEW軟件實(shí)現(xiàn)對車輛跟車情況的實(shí)時(shí)模擬，其基本工作原理可簡要概括為：首先，基于行車狀況對相關(guān)因素進(jìn)行隨機(jī)取值，并進(jìn)行大量的仿真和迭代，以求更為接近實(shí)際情況。根據(jù)最終仿真所得的數(shù)據(jù)，進(jìn)一步建立防追尾預(yù)警模型。該模型采集跟車距離、前車及我車行駛速度、道路路面狀況、車輛性能等作為車輛追尾預(yù)測模型中的輸入信號，輸出信號即為追尾概率。然后，依據(jù)相關(guān)算法對輸出信號進(jìn)行連續(xù)實(shí)時(shí)的分析，當(dāng)輸出信號達(dá)到預(yù)警閾值即對駕駛員實(shí)施預(yù)警。該研究技術(shù)路線圖如圖1所示。

2.3 研究內(nèi)容

本研究所提出的基于多傳感器的高速公路防碰撞預(yù)警系統(tǒng)可安裝于汽車上，結(jié)合汽車的行駛速度、跟車距離、路面狀況等數(shù)據(jù)，可以有效地監(jiān)控汽車追尾事故。因此，本設(shè)計(jì)首先對高速公路追尾原因進(jìn)行分析，建立高速公路安全距離模型；其次運(yùn)用LABVIEW編程軟件開發(fā)基于多傳感器的車輛信息及駕駛員操作信息采集系統(tǒng)以及一套高速公路汽車追尾模擬仿真系統(tǒng)；然后運(yùn)用MATLAB軟件，基于其RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立追尾預(yù)測仿真模型。基于此模型，即可實(shí)現(xiàn)對追尾事故進(jìn)行預(yù)測分析。此外，并設(shè)計(jì)了輔助用高速公路防車輛追尾警示裝置，該裝置可安裝于高速公路道路旁側(cè)，實(shí)時(shí)地對汽車駕駛員進(jìn)行提醒和預(yù)警，結(jié)合防碰撞預(yù)警系統(tǒng)以大大降低高速公路汽車追尾事故的發(fā)生率。

3 防追尾警示裝置

本研究所設(shè)計(jì)的防追尾預(yù)警系統(tǒng)由兩部分組成，分為車載防碰撞預(yù)警系統(tǒng)和高速公路防碰撞警示裝置。其中，所設(shè)計(jì)的高速公路防追尾警示裝置起輔助作用，其主要由部分簡單的機(jī)械結(jié)構(gòu)組裝而成，規(guī)避了現(xiàn)有技術(shù)中漏水孔封堵的問題。該裝置安裝方便，成本低廉且無需消耗能源即可自行工作，響應(yīng)了國家綠色環(huán)保政策的號召。與車載預(yù)警系統(tǒng)配合工作可以更好的起到對駕駛員進(jìn)行碰撞預(yù)警的作用。該裝置結(jié)構(gòu)如圖2所示。

4 創(chuàng)新點(diǎn)

本設(shè)計(jì)借助于MATLAB,LABVIEW,BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等工具開發(fā)了一套高速公路汽車防追尾預(yù)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)設(shè)有車載裝置以及路面裝置，二者協(xié)同工作，更好的實(shí)現(xiàn)了高速公路行車防追尾預(yù)警的作用。其中，車載裝置為多傳感器防追尾預(yù)警系統(tǒng)，其更好的借助了車輛已搭載的傳感器系統(tǒng)，綜合其所采集的行駛速度、跟車距離、車輛參數(shù)性能等相關(guān)信息，根據(jù)汽車運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力學(xué)原理計(jì)算其制動(dòng)安全距離，并結(jié)合路面狀況等因素，判斷該行車條件下發(fā)生追尾碰撞的概率，并對所采集的信息進(jìn)行顯示，必要情況下提前對駕駛員做出預(yù)警。其次，路面裝置為改進(jìn)后的高速公路用車輛防追尾警示裝置，可與車載裝置協(xié)同工作，更加安全高效，大大降低高速公路追尾事故發(fā)生率。