一種前瞻性視頻拍攝和車輛碰撞預警的方法

鐘克華， 龐健宇， 蔣建輝， 劉涵昱， 朱漢舉

（廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院， 廣東 廣州 510640）

1 前言

汽車碰撞在汽車安全問題中是最需要關注的問題。 預防碰撞技術是汽車設計者一直在投入力量進行研究的技術。如在車輛行駛的全程都開啟視頻記錄是不可行的， 這對車輛存儲有極高的要求， 也不經濟。 而在碰撞發生之后才開始記錄， 無法滿足碰撞前就開始記錄碰撞過程的需求。

如何提前給用戶提醒預防， 以及事前打開攝像頭并準確記錄整個過程。 一方面提醒用戶預防碰撞的發生， 另一方面萬一發生了碰撞事故， 也可以準確分析出事故發生的原因。

為此， 提出了一種車輛碰撞預警和碰撞前打開攝像頭記錄發生過程的方法， 能夠在提供碰撞提醒的同時前瞻性地記錄碰撞發生過程的視頻， 碰撞發生后保存視頻數據并上傳服務器端。 這樣， 在碰撞前預先開啟攝像頭進行視頻拍攝， 提前記錄過程完整的視頻， 同時提供碰撞預警信息給車輛進行碰撞預防， 是切實可行的。

2 系統組成

2.1 功能模塊劃分

系統分為6個功能模塊， 包括： ①用于檢測本車與前車距離的雷達； ②距離過近判斷單元； ③用于進行預警的提示單元； ④用于執行視頻拍攝的執行單元； ⑤用于存儲視頻信息的數據存儲單元； ⑥用于上傳數據的5G無線數據通信單元。

1） 測距雷達， 檢測與前車的距離作為系統的信號輸入。

2） 距離過近判斷， 系統中存儲著設定的距離閾值， 當測距小于該閾值時， 給出信號用于預警， 同時給出信號用于啟動拍攝。

3） 預警提示， 在收到距離過近信號時， 通過語音、 振動、 文字等方式， 提示用戶 （駕駛員） 與前車距離過近，需要減速預防。

4） 視頻拍攝， 拍攝設定時間內的完整視頻， 記錄相應狀態， 供分析、 還原事故時使用。

5） 數據存儲， 本地存儲拍攝的視頻， 在存儲數據量達到設定值時， 啟動數據上傳， 把本地數據上傳到服務器端。

6） 5G通信， 提供數據上傳通道。

2.2 系統組成原理

系統組成原理如圖1所示。

圖1 系統組成原理圖

系統的功能模塊中， 雷達測距單元、 提示單元和視頻拍攝裝置分別通過CAN總線與整車ECU連接， 接入整車網絡。

1） 雷達測距后的距離信息， 通過CAN網絡， 作為輸入信號傳送給距離過近判斷單元， 當判斷為距離過近狀態時， 將產生距離過近信號， 并把信號回送到CAN網絡， 給到預警單元節點和拍攝控制節點接收。

2） 預警單元接收到距離過近信號， 形成駕駛員能感知的警示信號， 包括語音提示信號、 座椅振動提示信號、 屏幕文字警示信號等， 發送到整車相應的ECU， 對駕駛員進行跟車距離過近警示。

3） 拍攝控制單元接收到距離過近信號， 啟動視頻拍攝功能， 依據設定的拍攝參數 （拍攝時長、 拍攝角度、 攝像頭編號等） 進行視頻拍攝。

4） 視頻拍攝單元拍攝視頻數據信息， 存儲到本地數據存儲單元中。 存儲單元控制器檢測存儲容量使用信息。 當已用容量過大， 剩余容量過小時， 啟動數據上傳功能， 把本地數據上傳到云端服務器， 以清理出本地存儲容量給拍攝單元使用。

5） 數據上傳時， 使用5G通信模塊進行無線數據通信。

3 系統運行流程

3.1 運行步驟

系統運行包含以下步驟。

1） 信號輸入， 距離檢測單元檢測行車距離， 通過CAN總線傳給整車ECU。

2） 距離過近判斷單元， 把距離信號輸入與設定值進行比較。

3） 對比較結果進行判斷， 如果雷達測距小于或等于設定距離則輸出過近距離提示信號， 距離過近信號回傳送到CAN總線， 發送給預警提示單元和視頻拍攝單元進行接收；如果雷達測距大于設定的距離， 則不進行操作。

4） 預警提示單元接收到距離過近信號， 形成預警信息， 給駕駛員進行預警提示。

5） 視頻拍攝單元接收到距離過近信號， 輸出控制信號給視頻拍攝裝置啟動視頻拍攝， 并啟動拍攝計時。

6） 拍攝計時與設定值比較， 判斷拍攝時長是否達到設定值。

7） 視頻拍攝， 并把拍攝產生的數據進行存儲。

8） 當數據存儲容量到達設定的閾值時， 產生中斷觸發5G無線通信單元上傳所拍攝的視頻信息到服務器端。

9） 拍攝時長到達設定值， 停止拍攝。

在系統啟動運行時， 需判斷整車ECU中是否已設定過近距離值、 視頻拍攝持續時間長度， 這兩個值作為2） 和6）判斷參數， 這兩個參數只需設定一次， 可以在ECU中修改。

3.2 軟件流程

系統運行中， 有4個子流程， 分別為： 啟動預警提示流程、 啟動視頻拍攝流程、 數據上傳流程、 拍攝停止流程。

啟動預警提示流程和啟動拍攝視頻流程， 均以判斷距離過近為控制基礎； 數據上傳流程以本地數據存儲剩余容量比例為觸發信號， 停止拍攝以設定的拍攝時長為停止信號。 系統運行流程如圖2所示。

圖2 系統運行流程圖

1） 過近距離判斷： 距離檢測雷達周期性地輸入距離給到距離過近判斷單元， 判斷單元將該輸入值與系統中存儲的距離閾值進行比較； 當測距小于該閾值時， 形成距離過近信號值， 用于預警提示和啟動拍攝。

2） 預警提示： 在收到距離過近信號后， 形成預警提示信號。 系統將預警提示信號發送給執行部件， 生成駕駛員感知的警示信號， 以語音提示、 座椅振動、 屏幕文字警示等方式給出預警提示， 對駕駛員進行跟車距離過近警示。

3） 視頻拍攝： 在收到距離過近信號后， 視頻拍攝單元形成控制信號， 啟動視頻拍攝裝置進行視頻拍攝； 開啟拍攝計時定時器， 按設定時長、 角度、 方向進行拍攝。

4） 數據上傳： 本地數據存儲剩余容量到達設定值時（以比例計算）， 表明存儲空間不足， 需要騰出存儲空間以支持視頻拍攝數據信息存儲。 利用中斷方式， 觸發5G無線通信單元上傳所拍攝的視頻信息到服務器端， 并清空已上傳的視頻信息存儲空間， 供后續拍攝存儲使用。

4 應用

車輛碰撞預警和碰撞前預先打開攝像頭記錄發生過程視頻的方法， 可以達到以下幾個應用目的。

1） 在碰撞前發出預警提示， 讓駕駛員可以從容規避車輛碰撞風險。

2） 在車距過近時預先開啟視頻拍攝， 記錄碰撞前至碰撞后一段時間的發展運行過程， 為事故分析和原因查找定位提供合法可信的依據。

3） 采用5G通信技術， 把本地存儲的視頻記錄數據上傳服務器， 可以切實降低車機本地存儲空間需求， 從而降低用戶設備成本， 可有效解決全程拍攝成本高、 無法推廣使用的現實難題。

在實際應用時， 拍攝裝置搭配多個雷達檢測監控， 配置多個方位攝像頭更為實用， 效果更佳。 現在市場上的全景攝像頭， 加上前瞻性視頻拍攝和車輛碰撞預警方法， 綜合對車輛其它ECU進行適當改造， 就可以實現文中所述的效果。