車輛防碰撞預警系統(tǒng)01

車輛防碰撞預警系統(tǒng)簡介周洋2120220512隨著大路交通網(wǎng)絡的不斷擴大，汽車工業(yè)現(xiàn)代科技的不斷進展，汽車給人類生活做出了很大貢獻，但與此同時也消失了交通事故、交通堵塞、環(huán)境污染、能源鋪張等諸多不行避開的問題。以交通事故為例，據(jù)我國安監(jiān)總局網(wǎng)站消息，2022年全國道路交通傷亡事故約21.1萬起，死亡人數(shù)6.2萬人，追尾事故在整個交通事故中占很大的比例，如中國高速大路追尾事故數(shù)約占總事故數(shù)的33.4%,美國高速大路上發(fā)生的追尾碰撞事故約占事故總數(shù)的24%。這些交通事故在造成巨大的經(jīng)濟損失的同時，也加劇了對緊急的道路和醫(yī)療資源的不必要的占用。智能車輛系統(tǒng)可以通過環(huán)境感知傳感器辨識車輛所處環(huán)境的狀態(tài)來把握道路、四周車輛、行人和交通信號等駕駛環(huán)境信息，依據(jù)這些信息進行分析、規(guī)劃和決策，并通過車輛底層掌握系統(tǒng)實現(xiàn)車輛自動導引，有助于改善車輛行駛平安性，提高車輛智能化和削減交通堵塞等。車輛碰撞預警系統(tǒng)是智能交通體系的重要爭論內容，受到了廣泛的關注。車輛碰撞預警系統(tǒng)采用現(xiàn)代信息技術、傳感技術來擴展駕駛員的感知力量，將感知技術獵取的外界信息(如車速、與其障礙物的距離等)傳遞給駕駛員，同時在路況與車況的綜合信息中辨識是否構成平安隱患。一旦發(fā)覺危急狀況準時向駕駛員供應警報，為駕駛員爭取肯定的反應時間，提高車輛平安性與牢靠性，是削減駕駛員人為因素造成交通事故的重要手段。所以爭論一種實時、牢靠、適應性好的車輛防碰撞預警系統(tǒng)是提高車輛行駛平安的一項特別重要的內容。車輛防碰撞預警系統(tǒng)要求在行駛中檢測車輛前、后方的車輛或障礙物的信息，如己車的速度、加速度，相關車的速度、加速度，兩車之間的距離等參數(shù)，用相關的平安距離模型進行追尾碰撞推斷，做出不報警、報警和制動處理。國外對于高速大路車輛防碰撞的爭論始于20世紀80年月末，爭論主要以德國、美國和日本為代表。我們我國在這方面的爭論起步較晚，與發(fā)達我國有肯定的差距，目前開展這方面爭論工作的單位主要包括一些高校和科研機構，如國防科技高校、清華高校、吉林高校、中科院沈陽自動化爭論所、長安高校等。1994年，Daimler-Benz公司的員工提出基于前方雷達探測汽車前方障礙物信息的一種前方碰撞預警系統(tǒng)［1］。通過分析，他們認為汽車前方碰撞主要受到駕駛員反應時間的影響。該系統(tǒng)采用雷達對汽車的前方區(qū)域進行實時掃描，并通過相應的軟件實時處理掃描得到的前方障礙物的信息，而汽車本身行駛的參數(shù)如車速、方向盤轉角、油門踏板和制動踏板等則由安裝在車上的相應的傳感器獲得。通過這些信息可以計算出本車與前方車輛的相對距離和平安距離，經(jīng)過比較認為危急的時候，給出駕駛員警告信息。2005年，美國通用公司首次展現(xiàn)了車對車信息交換技術V2V(Vehicle-to-Vehic)系統(tǒng)。它以GPS定位系統(tǒng)為基礎，搭配著無線通訊儀器，能夠時時的提示駕駛者是否有車輛消失在視線盲點和入彎處，除此以外它還能統(tǒng)計諸如速度、方向和車輛加速度等數(shù)據(jù)做出準時的預判，是否有撞車的危急。這些警示信號能夠以圖象、聲音或者是通過MagicFingers震驚坐墊等方式發(fā)出。假如你對這些提示沒有反應的話，系統(tǒng)還可以自動連接剎車裝置進行緊急制動。而隨著近幾年計算機技術的飛速進展，車對車信息交換技術訊息收發(fā)器的性能得到大幅提高，體積也明顯減小。通用公司于2022年9月在上海展現(xiàn)了新一代的車對車信息交換技術系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要采用了無線通信原理和GPS全球衛(wèi)星定位技術，通過安裝在汽車中的V2V訊息收發(fā)器，每一輛通用公司生產(chǎn)的汽車都可以快速定位自身車輛，并且實時的監(jiān)測到道路上的其他車輛及設施，與此同時，系統(tǒng)將監(jiān)測到的信息通過畫面和語音傳達給駕駛員，讓駕駛者能夠準時發(fā)覺潛在的行車平安問題。豐田汽車公司則使用毫米波雷達和CCD攝像機對前方本車與車輛的距離進行動態(tài)監(jiān)測，當兩車距離小于規(guī)定值時,系統(tǒng)將發(fā)出直觀警報信號提示本車駕駛者；日產(chǎn)公司使用的是“緊急制動勸說系統(tǒng)”，采用先進的車距監(jiān)測系統(tǒng)對跟車距離進行動態(tài)監(jiān)測，當需要減速或制動時，用制動燈亮來提示駕駛者，并準時監(jiān)視駕駛者操縱油門踏板的釋放狀態(tài)。大發(fā)和三菱等公司也將采用激光雷達做跟車距離傳感器，采用風窗玻璃顯示器來警告駕駛者。且在2007年，日本總務省MIC打算為車輛交互通信系統(tǒng)預留700MHz頻段，這個系統(tǒng)可以使車輛之間進行無線網(wǎng)絡通信從而有效防止撞車事故的發(fā)生。以色列的Dagan等人采用一個單純的CCD攝像機對汽車前方障礙物進行探測,建立了一種高速汽車前方碰撞預警算法［2］。通過CCD攝像機的一維掃描，對汽車前方障礙物的方位和距離進行探測。同三維掃描相比，掃描點大大削減、造價低、速度快、穩(wěn)定性高。算法主要通過計算將來汽車發(fā)生碰撞的時間，與平安時間門檻值進行比較以確定汽車行駛的平安性。在歐洲，德國、法國、意大利等我國也正在樂觀地進行汽車防碰撞技術的爭論開發(fā)。歐洲開放基金的爭論集中在駕駛員的監(jiān)測、道路環(huán)境的感知、視覺增加、前車距掌握以及傳感器融合方面。歐洲托付基金正在支持縱向和側向防撞爭論。德國大眾汽車公司研制的“特定車道障礙物預警系統(tǒng)”能預報逆向行駛的車輛對自己超車是否構成危急。此外，德國奧迪、德國寶馬、戴姆勒?克萊斯勒、意大利菲亞特、法國雷諾及德國大眾6家公司于2005年初成立了車輛間通信聯(lián)盟，該聯(lián)盟的目的是開發(fā)旨在采用無線LAN技術的車間通信，以及車輛與基礎設施間通信的歐洲通用標準。國內對高速大路車輛防碰撞的爭論雖然起步較晚，但也取得了肯定的成果。例如，西安大路交通高校的陳光武、候德藻、李曉霞、李百川［3］對車輛制動過程進行分析，初步建立了高速大路有用平安距離模型，爭論了避開追尾碰撞的主要影響因素；西安交通高校的黨宏社，韓崇昭，段戰(zhàn)勝［4］在考慮了駕駛員的駕駛風格和路面狀況的基礎上對制動距離進行了分析，提高了汽車防碰撞報警系統(tǒng)的精確 性；武漢理工高校的黃秋員，周鵬，陳偉［5］從技術的角度對目前的幾種汽車碰撞報警系統(tǒng)進行了分析；南京林業(yè)高校的丁士清［6］對車用測距傳感器進行了選擇，并初步完成了防追尾碰撞系統(tǒng)的設計；長安高校的肖梅［7］進一步對跟車模型進行了修正，提出了保證交通平安的“最危急時刻”的概念,得到了各種運動狀態(tài)下的平安跟車距離計算公式；吉林高校的張立存［8］綜合考慮了汽車運動特性和駕駛員行為特性，提出了汽車縱向與橫向綜合猜測算法并虛擬彎道檢測算法，實現(xiàn)了汽車在直道和彎道工況下的前方碰撞預警算法；吉林高校的畢雁冰［9］提出了基于視覺的高速大路汽車偏離預警系統(tǒng)，建立了一套道路預警圖像預處理新算法；清華高校的王大志［10］對車輛正面碰撞進行了分析，通過建立模型對如何減輕正面碰撞進行了爭論；哈爾濱工業(yè)高校的吳興利［H］建立了車輛碰撞模型，并采用VB軟件編寫了仿真程序進行仿真；伍宗富，陳日新,朱明旱［12］采用車載單目機器視覺測量前車車距，設計了一種基于圖像識別的汽車智能防撞系統(tǒng)。隨著機器視覺技術的不斷進展，以其精確感知道路交通環(huán)境的力量和相對較少的成本都表明白基于視覺的車輛防碰撞預警系統(tǒng)有巨大的應用前景。基于機器視覺的車輛防碰撞預警系統(tǒng)由三部分構成，一是車道線的檢測與跟蹤，這可以讓本車道的車與其它車道的車相區(qū)分,特殊是處于彎道的時候，能夠防止錯誤報警;二是車輛的檢測與跟蹤；三是車輛平安距離的測量與計算。參考文獻：W.Ulke,R.Adomat,K.Butscher,W.Lauer.RadarBasedAutomotiveObstacleDetectionSystem.SAE940904,1994.ErizDagan,OferMano,etc.ForwardCollisionWarningwithaSingelCamera.IEEEIntelligentVehiclesSymposium(IV2004),Parama,Italy,2004.［3］李曉霞，李百川，候德藻等.車輛追尾碰撞避開技術.西安大路交通高校學報.2001,21(2):94-97.［4］黨宏社，韓崇昭，段戰(zhàn)勝.汽車防碰撞報警與制動距離的確定.長安高校學報.2002,22(6):89-91.［5］黃秋員，周鵬，陳偉.汽車碰撞報警/防撞系統(tǒng)的方案分析.交通與計算機.2003,21(3):1-24.［6］丁士清.汽車防追尾系統(tǒng)的爭論與開發(fā).南京林業(yè)高校碩士學位論文.2003:3-10.［7］肖梅.高速大路追尾碰撞預警系統(tǒng)再爭論.長安高校碩士學位論文.2003:1-30.［8］張立存.高速汽車彎道前方碰撞預警算法的爭論.吉林高校碩士學位論文.2004:1-65.［9］畢雁冰.高速汽車車道偏離預警系統(tǒng)可行區(qū)域感知算法爭論.吉林高校博士學位論文.2006:1-104.［10］王大志.基于乘員愛護的汽車正面碰撞結構設計與變形掌握爭論.清華高校博士學位論文.2006:15-42.［11］吳興利.基于車身變形的汽車碰撞速度計算方