汽車下客微波防撞雷達系統技術研究＊

劉偉，劉清成，周知浩，晉元鈺，趙文龍

（1.上海工程技術大學，上海 201620；2.上海機電工程研究所，上海 201109）

查閱相關資料，在汽車靠邊停車的情況下，側道行駛的車輛高速行駛與下車乘員相撞的車禍屢見不鮮。車禍在全國意外事故的總數占據首位，且中國每年有超過26 萬人在交通事故中身亡[1]，因此研發一套適用性廣泛的汽車乘客下車防撞系統迫在眉睫[1]。

本文根據調頻雷達測量后方車輛距離和速度，在后方車輛速度過快可能發生危險的情況下，調頻雷達決策單元自動使車門上鎖阻止乘員下車，從而有效保證乘員的安全，易于得到各式汽車公司的推廣與應用。

1 防撞預警系統的組成

本下車防撞系統主要考慮車上乘員以及經過車輛旁邊機動車人員的安全狀況而設計，在后方來車速度過快時進行及時的自動鎖門以保證道路交通的安全[3]。汽車乘客下車防撞系統在汽車的車尾安裝具有大扇形方向圖的調頻雷達，汽車駐車后，雷達實時探測后方機動車輛目標，當目標運行一段時間后，汽車與后車之間的距離達到預置危險時間時，雷達發出警報并自動鎖門防止乘員下車。為了預留足夠的下車安全時間，需要雷達具有較大的作用距離，先假設雷達最大探測距離不小于200 m，其系統原理如圖1 所示。

圖1 乘客下車防撞預警雷達系統原理圖

2 防撞預警雷達模型

假設后方車輛的初速度為V0，加速度為a，則機動車輛運行的距離S為[1]：

后方車輛的瞬時速度V1為[1]：

假設后車與前車的距離為L，則機動車輛的余量時間t為：

將此時間t與提前設定的安全時間τ作比較，當t＜τ時，雷達發出報警指示信號，提醒乘客不要開門下車。

3 防撞預警雷仿真分析

網絡調研不同類型的車輛加速性能，得到四種情況下的速度范圍[4]。自行車正常速度為15～20 km/h，加速度約2 m/s2。摩托車速度多為40～60 km/h，汽車、貨運車在市區內多為20～40 km/h 行駛。后三種情況為機動車，最高車速不得超過120 km/h，最低車速不得低于60 km/h[5]。據網絡調研[6]可知，通常情況下的摩托車最大加速度[7]為30 m/s2，通常汽車、貨運車的加速度[8]為4～6 m/s2，統一規定上述車輛為后車。設置監測時間為t，初始速度為V0，以下選取幾種機動車典型狀況進行仿真分析，行駛過程中的瞬時速度V1和剩余時間余量的關系如圖2 所示。

圖2 機動車行駛過程中的瞬時速度和剩余時間余量的關系圖

情況一：后方距200 m 處駛來自行車，t=25 s，V0=20 km/h≈5.5 m/s，a=1 m/s2。

情況二：后方距200 m 處駛來摩托車，t=10 s，V0=15 km/h≈4.2 m/s，a=8 m/s2。

情況三：后方距200 m 處駛來汽車，t=10 s，V0=10 km/h≈2.8 m/s，a=5 m/s2。

情況四：后方距200 m 處駛來貨運車，t=10 s，V0=40 km/h≈11.1 m/s，a=5 m/s2。

經過仿真計算，當雷達的作用距離不小于200 m 時，機動車速度低于17 m/s 時，可保證前車乘員成員有10 s 的下車安全余地。自行車的初速度，加速度都很小，在脈沖雷達監測中，t＜τ的情況概率非常小，主要監測的是加速度很高的摩托車和汽車等機動車，在實際雷達設計的應用中要考慮到速度監測范圍以此來降低成本。

4 結語

通過比較常規機動車的速度和加速性能，提出了安全余量時間的決策算法，論述了汽車駐車智能微波防撞預警系統的距離和速度等參數指標的選取，結果表明為了留有10 s的下車安全時間，需要雷達的作用距離不小于200 m 時，跟隨其后的機動車速度低于17 m/s。