雨霧天多發(fā)事故下的智能防撞裝置研究

段學(xué)濤 伍翔 梁廣升 郭曉鳳 初明川

摘要：針對(duì)雨霧天情況下，因能見(jiàn)度下降，汽車駕駛員無(wú)法看清楚路況而導(dǎo)致的頻繁發(fā)生的交通事故，提出了一種新型智能防撞裝置。裝置可通過(guò)溫濕度傳感器得到的數(shù)據(jù)，進(jìn)行算法的分析，得到當(dāng)天的能見(jiàn)度，進(jìn)而得到相應(yīng)的安全距離，并通過(guò)雷達(dá)傳感器測(cè)量本車與前方車輛之間的相對(duì)距離和相對(duì)速度信息從而得到最短剎車距離，并通過(guò)最短剎車距離與安全距離之比得到安全系數(shù)，根據(jù)安全系數(shù)的大小，對(duì)駕駛員發(fā)出不同的危險(xiǎn)警報(bào)。

關(guān)鍵詞：雨霧天;能見(jiàn)度;智能防撞;安全系數(shù);危險(xiǎn)警報(bào)

0 引言

隨著公路運(yùn)輸業(yè)的快速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，汽車的持有量急劇增加，導(dǎo)致交通擁堵現(xiàn)象日益明顯，交通事故率也隨之明顯上升，嚴(yán)重威脅著人類的出行與生命安全。

解決道路交通安全問(wèn)題的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)在于如何有效提醒汽車駕駛?cè)吮３职踩男熊嚲嚯x，尤其在一些特殊的地區(qū)和特殊的天氣的情況下，能見(jiàn)度降低，人的注意力分散，都很有可能導(dǎo)致交通事故的發(fā)生。因此，提高行車的安全性以及能夠有效提醒駕駛?cè)吮３职踩熊嚲嚯x顯得越來(lái)越緊迫。而智能控制系統(tǒng)恰好可以滿足人們的這些需求，它在提高汽車安全性的同時(shí)滿足了人們對(duì)駕駛舒適性的要求。

針對(duì)以上的安全問(wèn)題，為此設(shè)計(jì)了一種基于雷達(dá)的智能防撞裝置。該裝置的工作原理分為以下三步：1.通過(guò)雷達(dá)測(cè)量本車與前方車輛之間的相對(duì)距離和相對(duì)速度信息，以及用傳感器檢測(cè)計(jì)算得到能見(jiàn)度;2.收集到數(shù)據(jù)傳送到CPU，計(jì)算出兩車之間的安全距離，再與所測(cè)量的最短剎車距離進(jìn)行比較得到安全系數(shù);3.根據(jù)安全系數(shù)發(fā)出不同的警告。通過(guò)以上三個(gè)環(huán)節(jié)得到一個(gè)可以提醒駕駛?cè)吮３职踩熊嚲嚯x的智能防撞裝置，希望能夠通過(guò)它來(lái)減少交通事故的發(fā)生。

1 研究背景

人類最主要的意外事故為車禍，而導(dǎo)致車禍的原因之一為能見(jiàn)度低，而在誘發(fā)因素與事故發(fā)生之間，有一個(gè)行駛過(guò)程，及為剎車距離，如果我們?cè)谶@個(gè)最短剎車距離到來(lái)之前，發(fā)出警報(bào)，車主降低速度，增加兩車之間的安全距離，那么事故發(fā)生的可能性是否會(huì)大大減小呢。

因此，針對(duì)這些問(wèn)題，我們提出一種基于雷達(dá)的智能防撞裝置設(shè)計(jì)方案，制造一種新的小巧，適用于大多數(shù)車型的智能防撞裝置。此智能防撞裝置將根據(jù)兩車之間的相對(duì)速度，相對(duì)距離，能見(jiàn)度等多方面因素進(jìn)行對(duì)安全距離的計(jì)算，然后跟實(shí)際距離進(jìn)行比較，從而發(fā)出不同的警告來(lái)減小交通事故的發(fā)生率。

2 智能防撞裝置總體設(shè)計(jì)

本裝置是基于ARM架構(gòu)的STM32F103RCT6核心板進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的，使用LD303雷達(dá)傳感器、DHT11溫濕度傳感器和聲光報(bào)警電路作為外設(shè)電路，將與前車的間距以及當(dāng)天的溫濕度通過(guò)串口發(fā)送給核心板，核心板得到數(shù)據(jù)后進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，并進(jìn)行計(jì)算處理，得到安全系數(shù)，根據(jù)安全系數(shù)的大小判斷汽車處于何種危險(xiǎn)情況，并發(fā)出不同的聲光警告，提醒駕駛員注意及時(shí)減速防止追尾碰撞。

3 智能防撞裝置的功能

3.1 能見(jiàn)度檢測(cè)

根據(jù)能見(jiàn)度V與平均大氣消光系數(shù)之間關(guān)系式：V=3.912/sigma。sigma為大氣消光系數(shù)，與人眼光譜特性有關(guān)，因?yàn)槿搜蹖?duì)于0.55um的綠光視覺(jué)最為靈敏，因而，sigma可以近似為波長(zhǎng)為0.55um的大氣消光系數(shù)。又有經(jīng)驗(yàn)公式求解濕氣溶膠粒子半徑與干氣溶膠粒子半徑之比p=r（f）/r=（1-f）-（1/u）-（1-60%）-（1/u）+1，其中f為相對(duì)濕度，使用DHT11溫濕度傳感器可以得到當(dāng)天的濕度，將得到的濕度與當(dāng)前溫度下對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)濕度進(jìn)行比較可以得到相對(duì)濕度，并通過(guò)相對(duì)濕度求得p，根據(jù)海洋大氣下的濕氣溶膠分布，即可得到k=sigma（p）/sigma（1）與p 值變化的平均曲線，可得到對(duì)應(yīng)的sigma，進(jìn)而得到能見(jiàn)度V。其中圖一為k跟p的一些點(diǎn)所擬合出來(lái)的函數(shù)的圖像，圖二為其與原圖離散點(diǎn)的擬合程度的參數(shù)。

3.2實(shí)際距離與安全距離讀取

采用HLK-LD303-24G雷達(dá)傳感器進(jìn)行實(shí)際距離的讀取，傳感器本身可以用于還能檢測(cè)一定范圍內(nèi)的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，并輸出距離和高低電平信息，且不受溫度、濕度、氣流、灰塵、噪聲、亮度等影響，抗干擾能力強(qiáng)，且發(fā)射頻率在24-24.5GHz之間，發(fā)射頻率高，可靠性強(qiáng)，適用于高速行駛的汽車中。開(kāi)始工作時(shí)，核心板先向雷達(dá)傳感器發(fā)送一段固定查詢命令的字符串，示意雷達(dá)傳感器需要將檢測(cè)得到的安全距離發(fā)送回傳。雷達(dá)傳感器此時(shí)向核心板發(fā)送一串例如55 A5 0A D3 00 58 00 01 01 4C 01 01 7F的數(shù)據(jù)字符串，其中01 4C代表信號(hào)強(qiáng)度，占兩個(gè)字節(jié)，其中高位在前，核心板通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的解析即可得到當(dāng)前的實(shí)際距離。

最短剎車距離與速度有以下關(guān)系，S=0.75V+0.0256V^2，根據(jù)汽車行駛時(shí)監(jiān)測(cè)到的實(shí)際速度可以得到最短剎車距離，將之前的能見(jiàn)度除以一天中最大的能見(jiàn)度得到比例系數(shù)X，將雷達(dá)測(cè)出的實(shí)際距離乘以X再和最短剎車距離作比較得到安全距離，并將安全距離與最短剎車距離作商得到安全系數(shù)。

3.3根據(jù)道路情況給駕駛?cè)瞬煌潭鹊木?/p>

在汽車行駛過(guò)程中，通過(guò)雷達(dá)傳感器得到的實(shí)際距離結(jié)合當(dāng)前所測(cè)能見(jiàn)度以及安全距離得到安全系數(shù)，由安全系數(shù)的不同進(jìn)行警告。在安全系數(shù)在2以上時(shí)，不發(fā)生警告，指示燈為黃色，隨著安全系數(shù)不斷減小，風(fēng)險(xiǎn)概率不斷增大，當(dāng)安全系數(shù)在1-2之間時(shí)，指示燈變?yōu)榫G色，此時(shí)若危險(xiǎn)性繼續(xù)增大，安全系數(shù)小于1，指示燈將變?yōu)榧t色，并同時(shí)發(fā)出聲音警報(bào)。

4 結(jié)束語(yǔ)

雨霧天由于空氣中的水霧增加，空氣中的水顆粒增多，使得進(jìn)入人眼的光線多次被折射，導(dǎo)致駕駛員的能見(jiàn)度下降，從而可能會(huì)對(duì)前方的路況誤判，導(dǎo)致事故發(fā)生，所以對(duì)于檢測(cè)雨霧天下的能見(jiàn)度避免兩車之間的安全距離很小導(dǎo)致事故發(fā)生顯得至關(guān)重要。本裝置采用現(xiàn)今發(fā)展成熟的距離、溫濕度檢測(cè)工具進(jìn)行安全系數(shù)的轉(zhuǎn)換，對(duì)用戶進(jìn)行提醒，為未來(lái)交通道路減少事故發(fā)生提供更加有利的幫助。

5 參考文獻(xiàn)

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