一種基于傳感器的外后視鏡自動(dòng)避障系統(tǒng)及方法

贠歡慶 陳謝天 趙迎國(guó)

摘要：針對(duì)行車過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)的外后視鏡碰撞、剮蹭等問(wèn)題，本文提出了一種外后視鏡自動(dòng)避障系統(tǒng)。利用埋入式微型光電傳感器來(lái)檢測(cè)后視鏡行進(jìn)路線上是否存在碰撞可能，將接收到的信號(hào)通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路控制與后視鏡的驅(qū)動(dòng)電機(jī)相連，對(duì)意外的突發(fā)情況或在駕駛員不能主動(dòng)的作出正確判斷反應(yīng)時(shí)，自動(dòng)折疊后視鏡，達(dá)到減少或消除類似事故的目的，保證駕駛員及車輛自身安全。

關(guān)鍵詞：汽車;避障;傳感器;外后視鏡

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與人民生活水平的提高，汽車數(shù)量也在不斷地增長(zhǎng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019年底，全國(guó)汽車保有量已達(dá)2.6億輛，駕駛?cè)藬?shù)達(dá)4.35億人。車輛數(shù)的不斷增加以及駕駛員群體的不斷擴(kuò)大，導(dǎo)致道路安全事故的發(fā)生量也不斷增加，汽車的交通安全問(wèn)題也越來(lái)越被重視。外后視鏡作為汽車車身最外側(cè)的部位，在車輛行駛過(guò)程中極易受到碰撞剮蹭等傷害。

目前的車輛后視鏡不具備自動(dòng)探測(cè)障礙物并規(guī)避碰撞風(fēng)險(xiǎn)的功能，國(guó)內(nèi)外針對(duì)汽車后視鏡系統(tǒng)的研究主要針對(duì)于后視鏡的電動(dòng)自動(dòng)折疊系統(tǒng)，這需要駕駛員主動(dòng)的進(jìn)行對(duì)后視鏡的調(diào)整伸縮等功能。現(xiàn)有技術(shù)中，也有一些針對(duì)意外情況的后視鏡自動(dòng)折疊技術(shù)，例如基于前置泊車?yán)走_(dá)的車外后視鏡避障系統(tǒng)[1]，利用機(jī)器視覺(jué)和相關(guān)算法對(duì)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行分析來(lái)實(shí)現(xiàn)控制的系統(tǒng)[2]等，但此類系統(tǒng)要求配置較高，成本昂貴，許多車輛都不具有此類功能，市場(chǎng)上基于該系統(tǒng)的完整系統(tǒng)也尚未得到應(yīng)用。本文提出了一種基于光電接近傳感器的外后視鏡自動(dòng)避障系統(tǒng)和方法，包括后視鏡殼體、光電接近傳感器、折疊控制機(jī)構(gòu)和蜂鳴器報(bào)警系統(tǒng)。

1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1后視鏡殼體

汽車后視鏡起著駕駛員“第二只眼睛”的作用，屬于重要的安全件，它的鏡面、外型都十分講究，有著十分嚴(yán)格的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[3]。本系統(tǒng)在所述后視鏡殼體表面設(shè)計(jì)一個(gè)凹口用于鑲嵌安裝傳感器，考慮到碰撞最先發(fā)生在視鏡殼體外側(cè)邊緣位置，因此凹口的理想安裝位置應(yīng)置于外殼的邊側(cè)附近，用于檢測(cè)碰撞發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。

1.2光電接近傳感器

光電接近傳感器是利用被檢測(cè)物對(duì)光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測(cè)物體有無(wú)的。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測(cè)。光電開(kāi)關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號(hào)射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強(qiáng)弱或有無(wú)對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行探測(cè)。根據(jù)檢測(cè)方式的不同，可將其分為漫反射式、鏡反射式、光纖式等。考慮到碰撞風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生具有意外性和隨機(jī)性，無(wú)法確定其位置，本系統(tǒng)選用的是漫反射式光電接近傳感器。它的檢測(cè)距離長(zhǎng)，探測(cè)范圍廣，響應(yīng)速度很快，幾乎不受檢測(cè)物體的制約，已廣泛應(yīng)用在航空、航天技術(shù)以及工業(yè)生產(chǎn)中，日常生活中，如賓館、飯店、車庫(kù)的自動(dòng)門、自動(dòng)熱風(fēng)機(jī)上也都有應(yīng)用。利用其現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)后視鏡行駛路線前方各個(gè)方位的道路信息進(jìn)行檢測(cè)，可以有效的檢測(cè)碰撞風(fēng)險(xiǎn)。

1.3折疊控制機(jī)構(gòu)

折疊控制機(jī)構(gòu)主要用于控制后視鏡的自動(dòng)折疊與展開(kāi)，主要包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、滾動(dòng)軸承、合頁(yè)與連接裝置，現(xiàn)有的技術(shù)結(jié)構(gòu)已十分成熟[4-5]，下面主要對(duì)控制方法做了闡述：發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火，系統(tǒng)開(kāi)始工作。當(dāng)傳感器檢測(cè)安全距離范圍內(nèi)無(wú)障礙物時(shí)，系統(tǒng)保持原有狀態(tài)不變。當(dāng)檢測(cè)安全距離范圍內(nèi)出現(xiàn)障礙物時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路開(kāi)關(guān)會(huì)由常開(kāi)狀態(tài)轉(zhuǎn)為閉合狀態(tài)，此時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)會(huì)控制后視鏡自動(dòng)折疊至安全范圍，開(kāi)關(guān)仍處于閉合狀態(tài)。當(dāng)障礙物離開(kāi)安全距離后，開(kāi)關(guān)自動(dòng)斷開(kāi)，可逆電機(jī)控制后視鏡自動(dòng)展開(kāi)，恢復(fù)正常狀態(tài)。

1.4蜂鳴器報(bào)警系統(tǒng)

為了進(jìn)一步提高安全性能，可在殼體邊緣加裝蜂鳴器報(bào)警裝置。蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，已廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)、定時(shí)器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積較小，不需要更改后視鏡形狀，可直接通過(guò)螺釘安裝在后視鏡邊緣。當(dāng)接近傳感器感應(yīng)到障礙物時(shí)，電機(jī)控制后視鏡折疊，同時(shí)，報(bào)警器發(fā)出報(bào)警提示，提醒司機(jī)注意道路安全信息，謹(jǐn)慎駕駛，進(jìn)一步提高安全保障。

2.系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法

下面進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法和原理：

步驟1.發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火，系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行。接近傳感器檢測(cè)外后視鏡行駛路線前方安全距離內(nèi)是否出現(xiàn)障礙物。此時(shí)光電開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)狀態(tài)，折疊控制系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)處于安全待機(jī)狀態(tài)。

步驟2.在檢測(cè)到障礙物出現(xiàn)的情況下，光電開(kāi)關(guān)閉合，驅(qū)動(dòng)電機(jī)開(kāi)始控制后視鏡自動(dòng)收縮。同時(shí)，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒駕駛員和周圍人員碰撞風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生。

步驟3.若車輛繼續(xù)保持行駛，接近傳感器檢測(cè)到安全距離內(nèi)已再無(wú)障礙物，光電開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，停止報(bào)警。由可逆電機(jī)控制后視鏡自動(dòng)展開(kāi)至正常狀態(tài)，保證駕駛員的安全視野。

此方法主要適用于應(yīng)對(duì)駕駛過(guò)程中出現(xiàn)的突發(fā)情況和駕駛員對(duì)車身距離把握不準(zhǔn)確的現(xiàn)象。為避免不必要的折疊和展開(kāi)，在步驟2執(zhí)行的具體目標(biāo)下，可以盡量減小保證碰撞不發(fā)生的安全距離（即接近傳感器的檢測(cè)范圍），此技術(shù)可以通過(guò)選用精度高的接近傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，在不損傷后視鏡的前提下，防止折疊對(duì)駕駛員的駕駛視野產(chǎn)生影響。進(jìn)一步的，還可以根據(jù)障礙物位置計(jì)算出每次合適折疊的角度，不需要每次都將后視鏡折疊至極限位置，這樣在提高折疊效率的同時(shí)，還可以起到保護(hù)后視鏡，增長(zhǎng)其使用壽命的效果。

結(jié)語(yǔ)

目前的汽車外后視鏡大多采用手動(dòng)或電動(dòng)的折疊控制方式，需要駕駛員主動(dòng)選擇。在行車過(guò)程中，駕駛員的注意力集中在車輛周圍道路信息以及駕駛操作上，發(fā)生意外時(shí)很難快速做出主動(dòng)反應(yīng)。根據(jù)文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)因汽車后視鏡設(shè)計(jì)制造缺陷造成的交通事故占交通事故總數(shù)的 30%，市場(chǎng)上急需一種安全的后視鏡避障系統(tǒng)用以應(yīng)對(duì)此類情況，減少交通事故的發(fā)生。本文提出的外后視鏡自動(dòng)避障系統(tǒng)及方法，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全可靠性高、實(shí)現(xiàn)成本低且不需要很高的汽車配置等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)用性較強(qiáng)，對(duì)解決此類問(wèn)題具有積極的促進(jìn)意義。

參考文獻(xiàn)

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項(xiàng)目來(lái)源：

本文系江蘇大學(xué)2019年度大學(xué)生科研立項(xiàng)項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：18B051。