基于多傳感器的高速公路防碰撞預警系統

潘妍睿 劉 秀 李若琳 梁 晨 張子龍

(東北林業大學，黑龍江 哈爾濱 150040)

1 研究現狀

1.1 國內研究現狀

目前針對于汽車追尾的研究中，國內高校及科研機構在這方面起步較晚。國內外主要是從事汽車追尾硬件系統的研究，國內學者在國外汽車追尾防撞硬件研究的基礎上，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，國防科技大學等高校與科研機構也正在開展此方面的研究工作。

1.2 國外研究現狀

2005年，美國通用公司在GPS導航的基礎上，結合通訊儀器，對車輛行駛過程中的視線盲點及入彎處進行障礙檢測，并能對碰撞風險進行感知和預判，從而及時報警反饋給駕駛員，以保證安全行車。在對于汽車安全行車距離的控制上，日本豐田公司結合毫米波雷達與CCD攝像機對跟車距離實行動態檢測，在必要情況下可實現緊急制動剎車以保障行車安全，防止追尾事故的發生。

2 防碰撞預警系統研究

2.1 研究目標

本研究預設計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，根據汽車運動與動力學分析制動安全距離，同時考慮到路面附著系數、公路等級情況等因素，判斷出在某種條件下是否將發生碰撞，并顯示當前數據，包括前車速度、后車速度、安全距離，以及在預設的條件下判斷是否會發生碰撞，并做出預警。

2.2 研究方法

首先參閱大量相關文獻，并參考現有汽車防追尾模型的研究成果，以建立一個簡單實用的防碰撞模型。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影響因素，再根據安全行車原則，汽車防追尾碰撞原理，汽車參數及性能等影響因素建立本設計所提出的防碰撞預警系統。結合車輛自身傳感器等建立車輛信息采集系統，對預警系統正常工作所需的相關信息實時采集與反饋。

本設計借助于LABVIEW軟件實現對車輛跟車情況的實時模擬，其基本工作原理可簡要概括為：首先，基于行車狀況對相關因素進行隨機取值，并進行大量的仿真和迭代，以求更為接近實際情況。根據最終仿真所得的數據，進一步建立防追尾預警模型。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測模型中的輸入信號，輸出信號即為追尾概率。然后，依據相關算法對輸出信號進行連續實時的分析，當輸出信號達到預警閾值即對駕駛員實施預警。該研究技術路線圖如圖1所示。

2.3 研究內容

本研究所提出的基于多傳感器的高速公路防碰撞預警系統可安裝于汽車上，結合汽車的行駛速度、跟車距離、路面狀況等數據，可以有效地監控汽車追尾事故。因此，本設計首先對高速公路追尾原因進行分析，建立高速公路安全距離模型；其次運用LABVIEW編程軟件開發基于多傳感器的車輛信息及駕駛員操作信息采集系統以及一套高速公路汽車追尾模擬仿真系統；然后運用MATLAB軟件，基于其RBF神經網絡建立追尾預測仿真模型。基于此模型，即可實現對追尾事故進行預測分析。此外，并設計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，實時地對汽車駕駛員進行提醒和預警，結合防碰撞預警系統以大大降低高速公路汽車追尾事故的發生率。

3 防追尾警示裝置

本研究所設計的防追尾預警系統由兩部分組成，分為車載防碰撞預警系統和高速公路防碰撞警示裝置。其中，所設計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械結構組裝而成，規避了現有技術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，響應了國家綠色環保政策的號召。與車載預警系統配合工作可以更好的起到對駕駛員進行碰撞預警的作用。該裝置結構如圖2所示。

4 創新點

本設計借助于MATLAB,LABVIEW,BP神經網絡算法等工具開發了一套高速公路汽車防追尾預警系統。該系統設有車載裝置以及路面裝置，二者協同工作，更好的實現了高速公路行車防追尾預警的作用。其中，車載裝置為多傳感器防追尾預警系統，其更好的借助了車輛已搭載的傳感器系統，綜合其所采集的行駛速度、跟車距離、車輛參數性能等相關信息，根據汽車運動與動力學原理計算其制動安全距離，并結合路面狀況等因素，判斷該行車條件下發生追尾碰撞的概率，并對所采集的信息進行顯示，必要情況下提前對駕駛員做出預警。其次，路面裝置為改進后的高速公路用車輛防追尾警示裝置，可與車載裝置協同工作，更加安全高效，大大降低高速公路追尾事故發生率。