行車(chē)系統(tǒng)中行人避險(xiǎn)系統(tǒng)的研究

于彤　張寧　郭珅

摘 要 在汽車(chē)行駛過(guò)程中，當(dāng)車(chē)輛突遇前方阻礙（行人及各種障礙物）時(shí)，通過(guò)一套實(shí)時(shí)監(jiān)控的智能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多種措施的及時(shí)響應(yīng)以達(dá)到保護(hù)行人及駕駛?cè)藛T，盡最大可能將事故發(fā)生率或傷害降低至最小。將探測(cè)設(shè)備（雷達(dá)、激光、紅外傳感器）安置于車(chē)輛前部，對(duì)前方障礙物無(wú)死角探測(cè)并對(duì)行人進(jìn)行精確定位。然后通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行智能地自動(dòng)分析判斷，定位行人位置，分析車(chē)輛及行人的運(yùn)動(dòng)方向和速度，判斷是否處于危險(xiǎn)范圍，若處于危險(xiǎn)范圍則通過(guò)電子控制設(shè)備自動(dòng)啟動(dòng)預(yù)警及保護(hù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛避險(xiǎn)控制、行人緩撞，減少交通事故的發(fā)生。

關(guān)鍵詞 主動(dòng)避險(xiǎn) 雷達(dá)探測(cè) 智能控制

一、研究背景

汽車(chē)安全不僅是針對(duì)車(chē)內(nèi)的駕乘人員而言，同時(shí)也要保護(hù)行人的安全，因此車(chē)輛碰撞防護(hù)技術(shù)也開(kāi)始將保護(hù)行人安全列為它的重點(diǎn)發(fā)展目標(biāo)。近年來(lái)歐洲的E-NCAP汽車(chē)碰撞測(cè)試中，就已經(jīng)不僅檢驗(yàn)車(chē)內(nèi)乘員的安全保護(hù)程度，也通過(guò)劃分4個(gè)星級(jí)來(lái)檢驗(yàn)車(chē)輛對(duì)行人的安全保護(hù)程度。為了有效保護(hù)行人的安全，除指定和實(shí)施相關(guān)法規(guī)外，還需要通過(guò)發(fā)展技術(shù)提高汽車(chē)的安全性能。

二、國(guó)外相關(guān)技術(shù)發(fā)展

隨著道路交通對(duì)行人安全越來(lái)越重視，各汽車(chē)公司相繼展開(kāi)相關(guān)行人保護(hù)系統(tǒng)的研究，就目前而言，沃爾沃公司和寶馬公司對(duì)行人安全系統(tǒng)的研究較為領(lǐng)先，而國(guó)內(nèi)各汽車(chē)生產(chǎn)廠商尚無(wú)此項(xiàng)技術(shù)。

沃爾沃行人安全系統(tǒng)

沃爾沃最新推出的新一代碰撞避免技術(shù)是帶有自動(dòng)剎車(chē)功能的行人安全系統(tǒng)，它高度體現(xiàn)了以人為本的安全理念，把行人的安全放在與駕駛者同等重要的位置。該系統(tǒng)在車(chē)速超過(guò)4km/h時(shí)啟動(dòng)，如果與前車(chē)的車(chē)距過(guò)近或所在車(chē)道上有行人，該系統(tǒng)即會(huì)發(fā)出警告。如果駕駛者未對(duì)此做出反應(yīng)，且碰撞即將發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)會(huì)啟動(dòng)全力自動(dòng)制動(dòng)。在150 米的范圍內(nèi)，裝備在沃爾沃前格柵后面的雷達(dá)傳感器和風(fēng)擋玻璃后面的數(shù)字?jǐn)z像機(jī)持續(xù)監(jiān)測(cè)與前車(chē)的距離。白天行駛速度在35 km/h 時(shí)，它也能檢測(cè)到站立或行走的行人。如果有行人突然沖到車(chē)前或前車(chē)突然制動(dòng)，并且碰撞警告系統(tǒng)感應(yīng)到碰撞有可能發(fā)生，它將通過(guò)閃爍風(fēng)擋玻璃上的紅色警告燈以及聲音報(bào)警器來(lái)警告駕駛者。另外，此技術(shù)還通過(guò)預(yù)先向制動(dòng)器施加壓力，以準(zhǔn)備施加緊急制動(dòng)和幫助縮短制動(dòng)時(shí)間，來(lái)為駕駛者施加制動(dòng)提供支持。

寶馬第三代夜視輔助系統(tǒng)

寶馬的夜視系統(tǒng)具備行人識(shí)別的功能，夜視系統(tǒng)能夠自動(dòng)識(shí)別行人并在儀表盤(pán)、HUD抬頭顯示中發(fā)出警示這套系統(tǒng)更先進(jìn)的地方在于搭載了“動(dòng)態(tài)光點(diǎn)”的燈光技術(shù)，能夠以單獨(dú)的高亮度光束照亮行人，使駕駛者更容易注意到行人，減少夜間車(chē)輛與行人發(fā)生碰撞的危險(xiǎn)。位于霧燈位置的LED燈組在未激活“動(dòng)態(tài)光點(diǎn)”照明時(shí)，亮度與遠(yuǎn)近光一致，用來(lái)輔助車(chē)輛大燈的照明效果。從2013年夏季開(kāi)始，第三代的寶馬夜視系統(tǒng)即將加入新的功能：動(dòng)物識(shí)別功能，夜視系統(tǒng)不僅能夠識(shí)別出前方探測(cè)范圍內(nèi)的行人，還能夠辨識(shí)出前方的動(dòng)物。系統(tǒng)能夠在100米的距離上就辨識(shí)出前方的人或動(dòng)物，并用高亮度的光束單獨(dú)照亮該物體，同時(shí)在儀表盤(pán)以及HUD抬頭顯示儀表上對(duì)駕駛者做出提示。

三、相關(guān)研究方案及實(shí)驗(yàn)

1、研究意義

在交通事故中行人往往處于弱勢(shì)地位，需要更多的保護(hù)，而對(duì)于行人的保護(hù)功能正式現(xiàn)有大多數(shù)汽車(chē)所欠缺的。此項(xiàng)研究的目的在于使車(chē)輛道路行駛中對(duì)行人進(jìn)行判別并采取避險(xiǎn)措施，可以將相關(guān)裝置安裝于普通汽車(chē)，著眼于行人安全的保護(hù)，該項(xiàng)研究符合和諧社會(huì)加強(qiáng)對(duì)人的關(guān)懷的需求，引導(dǎo)汽車(chē)技術(shù)朝人文關(guān)懷發(fā)展，研究將著力降低功能實(shí)現(xiàn)成本，努力將行人保護(hù)系統(tǒng)推廣至國(guó)內(nèi)普通民眾車(chē)型，以較低的成本提高技術(shù)普及率，切實(shí)減少交通事故，提高公路交通的安全性，對(duì)于成熟的汽車(chē)社會(huì)發(fā)展具有重要意義。

2、研究方法

通過(guò)研究建立完整的行車(chē)安全控制系統(tǒng)，將計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、車(chē)輛技術(shù)等多種技術(shù)綜合研究以實(shí)現(xiàn)功能，豐富車(chē)輛的輔助功能，將智能化技術(shù)融入汽車(chē)，大大增強(qiáng)了汽車(chē)自身的自我控制，自動(dòng)識(shí)別前方道路出現(xiàn)的物體，及時(shí)采取行動(dòng)，盡最大可能避免事故的發(fā)生。

3、方案選擇及實(shí)驗(yàn)研究

行人避險(xiǎn)系統(tǒng)主要組成為：行人探測(cè)識(shí)別裝置、單片機(jī)智能分析處理裝置、供電匹配調(diào)試裝置、預(yù)警提醒裝置、車(chē)輛自動(dòng)速度控制裝置五個(gè)部分。

行人探測(cè)識(shí)別裝置通過(guò)雷達(dá)波進(jìn)行探測(cè)，通過(guò)波形返回和時(shí)間計(jì)算得到行人與車(chē)輛相隔距離，并將探測(cè)雷達(dá)安裝在車(chē)輛前部進(jìn)氣格柵、左右前燈及后視鏡，以達(dá)到對(duì)前方障礙物無(wú)死角探測(cè)并對(duì)行人進(jìn)行精確定位。

實(shí)驗(yàn)用單片機(jī)智能分析處理裝置以飛思卡爾MC9S12DG128單片機(jī)為處理核心，通過(guò)波形周期處理、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路實(shí)現(xiàn)智能分析控制， 計(jì)算出車(chē)輛行駛狀態(tài)、行人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、車(chē)人距離等信息，通過(guò)編寫(xiě)算法程序進(jìn)行控制，智能判斷是否屬于危險(xiǎn)范圍并自動(dòng)做出響應(yīng)。執(zhí)行模塊主要通過(guò)電路設(shè)計(jì)，對(duì)不同的信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，利用繼電器等進(jìn)行命令執(zhí)行，改變電路結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)保險(xiǎn)預(yù)警的功能并控制車(chē)速改變和剎車(chē)系統(tǒng)，在預(yù)判發(fā)生危險(xiǎn)情況時(shí)對(duì)行人及駕駛員進(jìn)行報(bào)警提醒，在危險(xiǎn)范圍內(nèi)自動(dòng)降低車(chē)速或更換車(chē)道等躲避措施，在進(jìn)行處理之后同時(shí)啟動(dòng)反饋模塊，反饋模塊主要是在執(zhí)行模塊做出響應(yīng)之后，通過(guò)檢測(cè)模塊對(duì)車(chē)速和和前方路況狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并將信息反饋給中央處理模塊做出綜合分析判斷，進(jìn)而控制執(zhí)行模塊進(jìn)行下一步響應(yīng)。保證整個(gè)系統(tǒng)的完整可靠性，實(shí)現(xiàn)對(duì)行人的有效保護(hù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]魏幫頂.現(xiàn)代汽車(chē)安全技術(shù)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2012.

[2]崔心存.現(xiàn)代汽車(chē)新技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2001.

[3]宋慶文.當(dāng)代汽車(chē)安全技術(shù)及其未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)[J].商用汽車(chē)雜志，2006.2.

[4]單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用[J].2008（12）.

[5]王迎強(qiáng).相干多普勒激光雷達(dá)技術(shù)[J].雷達(dá)科學(xué)與技術(shù)，2007（2）.

[6]何玉軍.國(guó)內(nèi)外汽車(chē)電子技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀[J].電子產(chǎn)品世界，2000（5）.

（作者單位：長(zhǎng)安大學(xué)汽車(chē)學(xué)院）