一種基于多傳感器的客車防碰撞預警系統

摘 要：為了解決客車側面和正面碰撞問題，設計了一種可向駕駛員預先發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傳感器作為探測設備，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據庫里的安全值進行比較，并預判物體的運動軌跡，進而決定是否發出警報。

關鍵詞：安全距離;傳感器;運動軌跡;防碰撞預警

中圖分類號：U436.6 文獻標識碼：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峻挑戰，其中側面碰撞事故僅次于正面碰撞事故的發生率，占事故總發生率的27%[1]。汽車側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，所以研發客車側面碰撞預警系統十分必要。國內對汽車防撞預警技術的研究相比國外較晚，大多還處于試驗或論證階段，相關防撞產品較少。

1 確定客車盲區

本發明以金龍旅行客車（11 500mm×2 550mm×3 670mm）為研究載體，確定客車盲區。盲區一：車兩側中段到駕駛室位置;盲區二：車頭處1.2m以下的物體;盲區三：車頭左右側前方45°;盲區四：客車的車尾。

2 系統硬件設計

2.1 系統總體框架

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

電源模塊由車載蓄電池提供，是整個系統的供電裝置，保證系統供電的穩定性。AJ-SR04K超聲波傳感器和毫米波雷達傳感器是測距設備，其中2個AJ-SR04K超聲波傳感器分別安裝在客車兩側中段位置，2個毫米波雷達傳感器等間距安裝在客車進氣格柵處，分別將測得的數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。中央處理模塊由數字信號處理單元和數據存儲單元組成。數字信號處理單元根據毫米波雷達傳感器的信號數據以及本車車速建立安全距離模型，算出不同狀態下的安全車距[2]。當客車與前車距離在預警范圍內時發出預警指令。數字信號處理單元根據AJ-SR04K超聲波傳感器的信號數據算出本車與側方車輛或行人的距離，多次測量距離預判運動軌跡。預警模塊由蜂鳴器和指示燈組成，當接收到中央處理模塊不同程度的預警指令后，進行不同程度的預警。攝像頭實時采集客車側方盲區圖像，通過中央處理模塊傳輸到視頻顯示器上。系統的結構框架如圖1所示。

2.2 系統數據信號采集

AJ-SR04K超聲波傳感器和77GHz毫米波雷達傳感器作為系統測距設備。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中段位置，將測得的數字信號傳輸給中央處理模塊。77GHz毫米波雷達傳感器的有效探測范圍是150～250m，2個77GHz毫米波雷達傳感器等間距安裝在客車進氣格柵處，將測得的數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 系統電源模塊設計

本系統所述電源模塊由客車車載蓄電池提供。客車車載蓄電池電壓為24V，系統預警模塊和各傳感器所需的工作電壓均為5V，本系統利用LM2576降壓模塊將客車車載蓄電池的電池電壓24V降至所需要的數值，可有效為用電設備提供穩定的電壓。在為中央處理模塊提供電源時，用電容與傳感器并聯，防止電源干擾。

2.4 中央處理模塊設計

本系統所述中央處理模塊由數字信號處理單元和數據存儲單元組成。數字信號處理單元采用MCS-51單片機，這是一款應用較為廣泛、設計較為簡單的高性能8位單片機，具有速度快、成本低、功耗低等特點，足以滿足系統所需的處理功能。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毫米波雷達傳感器所發來的信號，經過處理，計算前車安全距離并預判側方車輛或行人的運動軌跡，將運算結果傳輸至數據存儲單元保存，以備后期計算時調用。當存在安全隱患時，向預警模塊發出不同程度的預警信號，提醒駕駛員采取制動措施。攝像頭與中央處理模塊相連接，數字信號經過處理后，將側方盲區內圖像傳輸到視頻顯示器上。

2.5 預警模塊設計

本系統所述預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出的預警指令，發出預警信號。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行預警[4]。當中央處理模塊發出指示預警指令時，車內蜂鳴器發出間隔時間長且緩慢的報警聲來提醒駕駛員;當中央處理模塊發出中級預警指令時，車內蜂鳴器發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;當中央處理模塊發出危險預警指令時，車內蜂鳴器發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警模塊，幫助駕駛員了解側方盲區的實時情況，確認預警信息。攝像頭安裝在客車兩側后視鏡的下方，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過中央處理模塊處理后將客車側方盲區圖像實時顯示到視頻顯示器上。

4 結語

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，當客車距離前車過近時，內置程序發出不同程度的預警指令，提醒駕駛員及時采取措施。為了解決客車側面防碰撞的問題，設定側面安全距離，當客車與側方車輛或行人距離處于報警距離之內或者側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，避免發生側面碰撞事故。本文只是基礎性研究，建立的模型也只是較為簡單的理想模型，要想使報警系統有更為準確地預警，還需要做大量的調查與試驗，建立更為真實的數學模型。

參考文獻：

[1]王萌，辛曉鷹.一種用于自卸載重汽車防側翻的報警系統[J].農業裝備與車輛工程，2014（9）：72-74.

[2]王征，張廣昕，孫晉偉.基于單視覺的車輛防碰撞預警系統研究[J].計算機光盤軟件與應用，2012（6）：200-201.

[3]鐘勇，姚劍鋒.行進中車輛臨界安全車距的探討[J].湖南大學學報（自然科學版），2001（6）：54-58.

[4]趙嚴強，王思凡，楊志，等.汽車防側翻預警系統研究[J].產業與科技論壇，2011（14）：68.

[5]游忍.基于毫米波雷達的汽車防碰撞控制算法研究[D].合肥：合肥工業大學，2017.