汽車防碰撞預警及自控與救援系統

汪齊齊 張金偉

(安徽理工大學計算機科學與工程學院 安徽淮南 232001)

道路上正出現越來越多的車輛，截止到2022年初，中國的汽車保有量突破3億輛。路上車流不息，隨之而來的是各樣的交通事故，造成了大量的人員傷亡和財產損失，交通事故的主要原因多是由司機超速行駛、酒后駕駛、疲勞駕駛導致的反應不及時造成的，眾多的交通事故中約78%是因汽車碰撞導致[1]，因此發展此系統十分有必要，能在出事前幾秒進行報警或自動處理以避免汽車碰撞，能極大保證人民的生命財產安全。

該文有以下幾點特色：（1）多種傳感器：速度、加速度、圖像傳感器等采集所要的信息[2]；（2）多種防撞預警系統：超聲波、雷達、紅外線預警系統來感知周圍環境；（3）剎車控制連接安全氣囊實現即使未發生碰撞也能彈出安全氣囊[3]起到保護人員的作用；（4）預警危險、擇時控制車輛，采集、處理、上傳碰撞信息，以供救援人員及時響應。

1 系統設計與實現

設計此系統前筆者首先考慮以下問題：（1）如何感知到危險的存在。這其中還應考慮到如何區分普通信號、危險信號。（2）檢測到危險信號后如何處理分析并采取措施。及時報警并進行控制，還是僅報警以待司機處理。（3）如何控制車輛。分析計算危險信號準備開啟自控功能后如何選擇恰當的時間控制剎車系統并判斷是否彈出安全氣囊。（4）自控過程中如何根據周圍環境適當調整。車輛行駛過程中一旦發生危險狀況若不選取恰當的位置停車處理極有可能給后方車輛以及自身帶來一定的危險。（5）碰撞發生后，如何第一時間發出碰撞地點、碰撞程度等信息至碰撞檢測中心以便及時救援。

針對問題（1）尋找一種或多種合適的能相互配合相互彌補的防碰撞預警系統來感知危險信號。針對問題（2）（3）采用控制系統和CPU處理器進行防撞控制與危險保護。針對問題（4）利用超聲波的短距離特性辨識車輛周圍環境。針對問題（5）利用加速度傳感器，將碰撞信號處理后發送給碰撞檢測中心，利用GPS 全球定位系統發送事故位置信息至相關道路安全部門[4]。解決以上問題的流程圖具體見圖1。

圖1 預警自控系統實現過程

具體實現過程中，雷達、超聲波、紅外線防碰撞預警系統三者相互配合分別實現探測前方車輛與本車的距離速度等、周圍物體可能對本車的影響、熱成像物體的圖像（采用多CPU 處理器更高效準確地對圖像進行處理），再將識別探測的結果送至汽車控制系統，進行一系列復雜的信號分析處理計算，進行決策探測的信號類型[5]，若是危險信號則啟動報警并擇時利用CPU進行控制剎車裝置、判斷開啟安全氣囊。此部分硬件框圖具體見圖2。

圖2 系統硬件模塊實現框圖

考慮到還有一些突發狀況會使碰撞發生，考慮結合無線傳感器網絡技術[6]完善此系統以供碰撞發生后的處理救援。此部分的實現主要基于部署在車輛前方的加速度傳感器節點終端，通過節點探測到的碰撞數據，通過無線物聯網網關與有線網絡接入將數據上傳于道路交管部門，有關部門根據車載GPS 定位到事故發生地實施救援行動[7]。上述與道路安全部門聯接的方案具體見圖3。

圖3 碰撞發生后獲得救援

2 測試與分析

運用Matlab軟件進行仿真：模擬出道路狀況，設定車輛速度、行駛軌跡，假定道路上只有兩輛車，其余物體分別為非機動車輛、行人、建筑物等。兩車行駛過程中[8]，甲車開啟系統，乙車未開啟。經模擬[9]看出甲車前方一直發出探測信號，在遇到障礙物時會出現加重標記，由于兩車距離較遠、車速不高、道路兩旁物體未被系統標記為危險信號，因此甲車并未啟動預警、自控系統，在路上正常行駛。從整體上看，此系統能夠較好地感知前方車輛及四周狀況。但因筆者時間、能力的原因，在自控彈出氣囊時控制剎車的過程并未實現；碰撞發生后進行信息傳送的過程也未完全實現（僅在Things Board平臺實現）。

3 創新性說明

自控時除考慮改車輛安全也考慮到根據周圍環境適當調整保證其他車輛安全；剎車控制連接安全氣囊實現即使未發生碰撞也能彈出安全氣囊；事故發生后，能采集碰撞加速度物理信號，感知識別碰撞信號進行處理判斷，并上傳至碰撞檢測云平臺，達到公路安全管理部門及時掌握事故的嚴重程度信息，并通過GPS 定位事故發生地做出及時響應。

4 前景及展望

此系統思路可應用在各種車輛當中，降低事故發生的概率；此系統的感知報警功能可以應用在一些危險系數較大的工程當中：地下礦物開采、危險化學品泄漏探測等；也可為自動駕駛時代的到來注入活力，在自動駕駛汽車的安全感知、自動處理等方面有巨大的應用前景。不久的將來，街道上行駛的車輛都安上此系統，幫助解決疲勞駕駛、注意力不足等可能帶來的交通安全問題。筆者愿此系統可以為道路安全問題做出貢獻。

5 結語

近年來，企業正布局汽車自動駕駛，發展此類系統不僅可以提高企業核心競爭力，為研究自動駕駛技術提供一定的幫助，還能保障居民的出行安全。此系統有一定的創新性，希望可以合作互助早日做成完善系統。下面給汽車企業的讀者提出以下拙見：加大汽車安全技術的投入，對一些汽車相關的性能做出進一步提高，對相關成本能控制在一個較合理的水平，保證居民有條件購買安裝此系統；引入高技術高創新型人才，打造更好的產品使民眾認可；具有一定的前瞻性，針對未來可能的發展趨勢及時做出相應的調整與產業布局。