基于毫米波雷達(dá)系統(tǒng)的汽車(chē)開(kāi)門(mén)防碰撞安全預(yù)警系統(tǒng)

李家毅?董少帥?茍立松

摘 要：隨著科技的進(jìn)步，人民生活水平的日益提升，駕駛員和機(jī)動(dòng)車(chē)的日益劇增也給道路交通帶了許多問(wèn)題。本作品探討的是由于駕駛員或乘客未注意后方來(lái)車(chē)而突開(kāi)車(chē)門(mén)造成的交通事故。作品主要是應(yīng)用毫米波雷達(dá)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算分析，運(yùn)用蜂鳴警報(bào)、強(qiáng)制自鎖車(chē)門(mén)等方式來(lái)保證駕駛員、乘客及周?chē)熊?chē)之間的安全。

關(guān)鍵詞：毫米波雷達(dá);監(jiān)測(cè);突開(kāi)車(chē)門(mén);安全距離;自鎖

1 研究背景

隨著生活水平的不斷提高，中國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)保有量不斷上升，其中汽車(chē)在人們的生活中越來(lái)越普及。其中交通事故的發(fā)生率隨著機(jī)動(dòng)車(chē)數(shù)量的增多也明顯提高，如何降低交通事故的發(fā)生率成為人們有待解決的問(wèn)題。

最近幾年由于車(chē)輛的車(chē)門(mén)開(kāi)啟不當(dāng)導(dǎo)致的交通事故不在少數(shù)，俗稱(chēng)“開(kāi)門(mén)死”。這類(lèi)事故實(shí)際上是由于車(chē)輛停車(chē)時(shí)由于開(kāi)門(mén)不當(dāng)導(dǎo)致停車(chē)車(chē)輛側(cè)后方的非機(jī)動(dòng)車(chē)、行人撞上車(chē)門(mén)，造成人員傷亡及車(chē)輛的損壞。在突開(kāi)車(chē)門(mén)造成的碰撞的事故中，如果車(chē)內(nèi)的駕駛員和乘客能獲得預(yù)警并知道車(chē)側(cè)后方有非機(jī)動(dòng)車(chē)或者行人，這類(lèi)事故在很大程度上得到緩解。

現(xiàn)在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上這樣的安全預(yù)警系統(tǒng)不多，應(yīng)用于實(shí)際的少之又少。本小組對(duì)以毫米波雷達(dá)為基礎(chǔ)的汽車(chē)開(kāi)門(mén)防碰撞安全預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行討論研究。

2 系統(tǒng)啟動(dòng)前提條件

1）正常行車(chē)途中（有一定速度）時(shí)中控鎖成鎖死狀態(tài)，當(dāng)停車(chē)開(kāi)門(mén)時(shí)駕駛員手動(dòng)打開(kāi)中控鎖時(shí)啟動(dòng)系統(tǒng)。

2）當(dāng)出現(xiàn)車(chē)輛檔位移至倒車(chē)檔位時(shí)，系統(tǒng)啟動(dòng)。

3）安全帶拆卸時(shí)，系統(tǒng)啟動(dòng)。

4）速度較慢逼近停止時(shí)，右轉(zhuǎn)向燈處于常閃狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)啟動(dòng)。[1]

3 系統(tǒng)工作原理

車(chē)載毫米波雷達(dá)

3.1 測(cè)速原理

根據(jù)多普勒效應(yīng)，毫米波雷達(dá)的頻率變化、本車(chē)后方監(jiān)測(cè)目標(biāo)的速度是緊密相關(guān)的，根據(jù)反射回來(lái)的毫米波頻率和發(fā)射頻率之間的一個(gè)差值即多普勒頻率，多普勒頻率的值與后方監(jiān)測(cè)目標(biāo)的速度成正比，由此可以得知后方監(jiān)測(cè)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度。

3.2 測(cè)距原理

毫米波雷達(dá)通過(guò)發(fā)射天線(xiàn)發(fā)出相應(yīng)波段的有指向性的毫米波，當(dāng)毫米波遇到后方監(jiān)測(cè)目標(biāo)后反射回來(lái)，通過(guò)接收天線(xiàn)接收反射回來(lái)的毫米波。根據(jù)毫米波的波段，通過(guò)公式計(jì)算就可以知道毫米波雷達(dá)（本車(chē)）和目標(biāo)之間的相對(duì)距離（x）了，同時(shí)也就知道目標(biāo)的位置。

x代表本車(chē)與目標(biāo)之間相對(duì)距離，t代表毫米波的飛行時(shí)間，C是光速

4 測(cè)量方位角原理

通過(guò)毫米波雷達(dá)的發(fā)射天線(xiàn)發(fā)射出毫米波后，遇到被監(jiān)測(cè)物體，反射回來(lái)，通過(guò)毫米波雷達(dá)并列的接收天線(xiàn)，通過(guò)收到同一監(jiān)測(cè)目標(biāo)反射回來(lái)的毫米波的相位差，就可以計(jì)算出被監(jiān)測(cè)目標(biāo)的方位角了。

此系統(tǒng)主要通過(guò)檢測(cè)分析車(chē)身兩側(cè)后方來(lái)車(chē)及車(chē)內(nèi)的實(shí)際情況及各個(gè)信號(hào)的綜合運(yùn)用來(lái)判斷后方車(chē)輛是否處于構(gòu)成危險(xiǎn)的區(qū)域及是否會(huì)造成事故并進(jìn)行提醒和強(qiáng)制鎖定車(chē)門(mén)的裝置。以此來(lái)達(dá)到避免安全事故的發(fā)生的目的。系統(tǒng)首先通過(guò)一個(gè)信號(hào)采集系統(tǒng)采集線(xiàn)性電信號(hào)，采集的信號(hào)分別來(lái)自四個(gè)方面：1）當(dāng)停車(chē)后，車(chē)內(nèi)的中控鎖從鎖死狀態(tài)到打開(kāi)狀態(tài)。2）當(dāng)汽車(chē)擋位移至倒車(chē)擋位時(shí)。3）安全帶拆卸時(shí)。4）汽車(chē)速度較慢逼近停止時(shí)，右轉(zhuǎn)向燈處于常亮狀態(tài)。

當(dāng)采集系統(tǒng)判斷存在這幾個(gè)信號(hào)中的其中一個(gè)時(shí)，再通過(guò)電信號(hào)傳給控制系統(tǒng)發(fā)出指令開(kāi)啟雷達(dá)檢測(cè)系統(tǒng)，進(jìn)而雷達(dá)檢測(cè)系統(tǒng)開(kāi)始檢測(cè)后方運(yùn)動(dòng)車(chē)輛與雷達(dá)安裝位置的距離S，及車(chē)輛與雷達(dá)安裝位置的夾角同車(chē)身正方向直線(xiàn)的夾角Φ，再將測(cè)量的數(shù)據(jù)通過(guò)信號(hào)傳送回控制系統(tǒng)進(jìn)行判斷，S*sinΦ是否

一、（若不滿(mǎn)足條件，則不進(jìn)行預(yù)警，再判斷條件5和條件6是否滿(mǎn)足，①若滿(mǎn)足其中之一就關(guān)閉整個(gè)系統(tǒng)，②若條件5和6都不滿(mǎn)足，再由雷達(dá)系統(tǒng)檢測(cè)，又進(jìn)行判斷循環(huán)。）

二、（若滿(mǎn)足條件，再進(jìn)行判斷S*sinΦ是否

其中條件5即判斷車(chē)輛重新具有速度是通過(guò)車(chē)內(nèi)的霍爾傳感器方波信號(hào)的不同采集數(shù)據(jù)將汽車(chē)速度數(shù)據(jù)傳到控制系統(tǒng)進(jìn)行判斷。條件6：同樣與前面介紹的電信號(hào)采集過(guò)程一樣，當(dāng)遙控鎖接收到遙控鑰匙的信號(hào)時(shí)，同時(shí)將此信號(hào)穿輸?shù)讲杉到y(tǒng)再進(jìn)行進(jìn)一步判斷。信號(hào)采集系統(tǒng)和控制系統(tǒng)都通過(guò)MATLAB把模型轉(zhuǎn)化為動(dòng)態(tài)鏈接，再與單片機(jī)相連接。由此組成一個(gè)完整的毫米波雷達(dá)系統(tǒng)

如圖，為本系統(tǒng)的雷達(dá)監(jiān)測(cè)區(qū)域示意圖，該系統(tǒng)監(jiān)測(cè)區(qū)域主要分為兩個(gè)區(qū)域，第一個(gè)區(qū)域?yàn)榉澍Q警報(bào)響起區(qū)域該段距車(chē)身30m，后方車(chē)輛在這段距離有足夠的時(shí)間改變自身的行車(chē)軌跡;第二個(gè)區(qū)域?yàn)檐?chē)門(mén)自鎖位置，經(jīng)過(guò)分析，該區(qū)域長(zhǎng)度為a（8m）。因此的當(dāng)車(chē)輛臨近此區(qū)域時(shí)，通過(guò)自鎖車(chē)門(mén)的方式在盡量不影響上下車(chē)的情況下來(lái)保障乘客、駕駛員和行車(chē)的安全。

5 系統(tǒng)關(guān)閉條件：

1）車(chē)輛重新具有一定速度且中控鎖鎖上，檔位為前進(jìn)檔時(shí)，系統(tǒng)關(guān)閉（運(yùn)動(dòng)）。

2）遙控鎖接收到遙控鑰匙所發(fā)射的信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)關(guān)閉（靜止）。

6 結(jié)語(yǔ)

智能交通領(lǐng)域是未來(lái)交通人將深入研究探討的一個(gè)前沿領(lǐng)域，該領(lǐng)域力求實(shí)現(xiàn)人、車(chē)、路的智能化協(xié)調(diào)發(fā)展。在智能化的時(shí)代，安全要素是我們必須首要考慮的。該系統(tǒng)綜合運(yùn)用毫米波雷達(dá)和各類(lèi)傳感器，使得駕駛員、乘客及行車(chē)之間的安全能夠得以保證。該系統(tǒng)智能、靈活，相信在智能交通領(lǐng)域中將會(huì)具有其極具特色的優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

[1]王明亮.基于后視攝像頭的車(chē)門(mén)開(kāi)啟安全預(yù)警系統(tǒng)研究[D].重慶理工大學(xué)，2015.

[2]岳文豹.FMCW雷達(dá)測(cè)距系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].中北大學(xué)，2013.

[3]吳進(jìn)軍，方繼根等.基于CAN總線(xiàn)的新能源汽車(chē)ECU控制器程序刷寫(xiě)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新，2018.

作者簡(jiǎn)介

李家毅（1999-），大學(xué)本科，研究方向：交通運(yùn)輸。

董少帥（1998-），大學(xué)本科，研究方向：交通運(yùn)輸。

茍立松（1999-），大學(xué)本科，研究方向：交通運(yùn)輸。