車輛防碰撞預(yù)警系統(tǒng)01

車輛防碰撞預(yù)警系統(tǒng)簡(jiǎn)介周洋2120220512隨著大路交通網(wǎng)絡(luò)的不斷擴(kuò)大，汽車工業(yè)現(xiàn)代科技的不斷進(jìn)展，汽車給人類生活做出了很大貢獻(xiàn)，但與此同時(shí)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(kāi)的問(wèn)題。以交通事故為例，據(jù)我國(guó)安監(jiān)總局網(wǎng)站消息，2022年全國(guó)道路交通傷亡事故約21.1萬(wàn)起，死亡人數(shù)6.2萬(wàn)人，追尾事故在整個(gè)交通事故中占很大的比例，如中國(guó)高速大路追尾事故數(shù)約占總事故數(shù)的33.4%,美國(guó)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(jì)損失的同時(shí)，也加劇了對(duì)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(guò)環(huán)境感知傳感器辨識(shí)車輛所處環(huán)境的狀態(tài)來(lái)把握道路、四周車輛、行人和交通信號(hào)等駕駛環(huán)境信息，依據(jù)這些信息進(jìn)行分析、規(guī)劃和決策，并通過(guò)車輛底層掌握系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)車輛自動(dòng)導(dǎo)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(yù)警系統(tǒng)是智能交通體系的重要爭(zhēng)論內(nèi)容，受到了廣泛的關(guān)注。車輛碰撞預(yù)警系統(tǒng)采用現(xiàn)代信息技術(shù)、傳感技術(shù)來(lái)擴(kuò)展駕駛員的感知力量，將感知技術(shù)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(shí)在路況與車況的綜合信息中辨識(shí)是否構(gòu)成平安隱患。一旦發(fā)覺(jué)危急狀況準(zhǔn)時(shí)向駕駛員供應(yīng)警報(bào)，為駕駛員爭(zhēng)取肯定的反應(yīng)時(shí)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(zhēng)論一種實(shí)時(shí)、牢靠、適應(yīng)性好的車輛防碰撞預(yù)警系統(tǒng)是提高車輛行駛平安的一項(xiàng)特別重要的內(nèi)容。車輛防碰撞預(yù)警系統(tǒng)要求在行駛中檢測(cè)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(guān)車的速度、加速度，兩車之間的距離等參數(shù)，用相關(guān)的平安距離模型進(jìn)行追尾碰撞推斷，做出不報(bào)警、報(bào)警和制動(dòng)處理。國(guó)外對(duì)于高速大路車輛防碰撞的爭(zhēng)論始于20世紀(jì)80年月末，爭(zhēng)論主要以德國(guó)、美國(guó)和日本為代表。我們我國(guó)在這方面的爭(zhēng)論起步較晚，與發(fā)達(dá)我國(guó)有肯定的差距，目前開(kāi)展這方面爭(zhēng)論工作的單位主要包括一些高校和科研機(jī)構(gòu)，如國(guó)防科技高校、清華高校、吉林高校、中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化爭(zhēng)論所、長(zhǎng)安高校等。1994年，Daimler-Benz公司的員工提出基于前方雷達(dá)探測(cè)汽車前方障礙物信息的一種前方碰撞預(yù)警系統(tǒng)［1］。通過(guò)分析，他們認(rèn)為汽車前方碰撞主要受到駕駛員反應(yīng)時(shí)間的影響。該系統(tǒng)采用雷達(dá)對(duì)汽車的前方區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)掃描，并通過(guò)相應(yīng)的軟件實(shí)時(shí)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(zhuǎn)角、油門踏板和制動(dòng)踏板等則由安裝在車上的相應(yīng)的傳感器獲得。通過(guò)這些信息可以計(jì)算出本車與前方車輛的相對(duì)距離和平安距離，經(jīng)過(guò)比較認(rèn)為危急的時(shí)候，給出駕駛員警告信息。2005年，美國(guó)通用公司首次展現(xiàn)了車對(duì)車信息交換技術(shù)V2V(Vehicle-to-Vehic)系統(tǒng)。它以GPS定位系統(tǒng)為基礎(chǔ)，搭配著無(wú)線通訊儀器，能夠時(shí)時(shí)的提示駕駛者是否有車輛消失在視線盲點(diǎn)和入彎處，除此以外它還能統(tǒng)計(jì)諸如速度、方向和車輛加速度等數(shù)據(jù)做出準(zhǔn)時(shí)的預(yù)判，是否有撞車的危急。這些警示信號(hào)能夠以圖象、聲音或者是通過(guò)MagicFingers震驚坐墊等方式發(fā)出。假如你對(duì)這些提示沒(méi)有反應(yīng)的話，系統(tǒng)還可以自動(dòng)連接剎車裝置進(jìn)行緊急制動(dòng)。而隨著近幾年計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速進(jìn)展，車對(duì)車信息交換技術(shù)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(duì)車信息交換技術(shù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要采用了無(wú)線通信原理和GPS全球衛(wèi)星定位技術(shù)，通過(guò)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(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)到道路上的其他車輛及設(shè)施，與此同時(shí)，系統(tǒng)將監(jiān)測(cè)到的信息通過(guò)畫(huà)面和語(yǔ)音傳達(dá)給駕駛員，讓駕駛者能夠準(zhǔn)時(shí)發(fā)覺(jué)潛在的行車平安問(wèn)題。豐田汽車公司則使用毫米波雷達(dá)和CCD攝像機(jī)對(duì)前方本車與車輛的距離進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，當(dāng)兩車距離小于規(guī)定值時(shí),系統(tǒng)將發(fā)出直觀警報(bào)信號(hào)提示本車駕駛者；日產(chǎn)公司使用的是“緊急制動(dòng)勸說(shuō)系統(tǒng)”，采用先進(jìn)的車距監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)跟車距離進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，當(dāng)需要減速或制動(dòng)時(shí)，用制動(dòng)燈亮來(lái)提示駕駛者，并準(zhǔn)時(shí)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(dá)做跟車距離傳感器，采用風(fēng)窗玻璃顯示器來(lái)警告駕駛者。且在2007年，日本總務(wù)省MIC打算為車輛交互通信系統(tǒng)預(yù)留700MHz頻段，這個(gè)系統(tǒng)可以使車輛之間進(jìn)行無(wú)線網(wǎng)絡(luò)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(gè)單純的CCD攝像機(jī)對(duì)汽車前方障礙物進(jìn)行探測(cè),建立了一種高速汽車前方碰撞預(yù)警算法［2］。通過(guò)CCD攝像機(jī)的一維掃描，對(duì)汽車前方障礙物的方位和距離進(jìn)行探測(cè)。同三維掃描相比，掃描點(diǎn)大大削減、造價(jià)低、速度快、穩(wěn)定性高。算法主要通過(guò)計(jì)算將來(lái)汽車發(fā)生碰撞的時(shí)間，與平安時(shí)間門檻值進(jìn)行比較以確定汽車行駛的平安性。在歐洲，德國(guó)、法國(guó)、意大利等我國(guó)也正在樂(lè)觀地進(jìn)行汽車防碰撞技術(shù)的爭(zhēng)論開(kāi)發(fā)。歐洲開(kāi)放基金的爭(zhēng)論集中在駕駛員的監(jiān)測(cè)、道路環(huán)境的感知、視覺(jué)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(cè)向防撞爭(zhēng)論。德國(guó)大眾汽車公司研制的“特定車道障礙物預(yù)警系統(tǒng)”能預(yù)報(bào)逆向行駛的車輛對(duì)自己超車是否構(gòu)成危急。此外，德國(guó)奧迪、德國(guó)寶馬、戴姆勒?克萊斯勒、意大利菲亞特、法國(guó)雷諾及德國(guó)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(kāi)發(fā)旨在采用無(wú)線LAN技術(shù)的車間通信，以及車輛與基礎(chǔ)設(shè)施間通信的歐洲通用標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)內(nèi)對(duì)高速大路車輛防碰撞的爭(zhēng)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(duì)車輛制動(dòng)過(guò)程進(jìn)行分析，初步建立了高速大路有用平安距離模型，爭(zhēng)論了避開(kāi)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(fēng)格和路面狀況的基礎(chǔ)上對(duì)制動(dòng)距離進(jìn)行了分析，提高了汽車防碰撞報(bào)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(shù)的角度對(duì)目前的幾種汽車碰撞報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行了分析；南京林業(yè)高校的丁士清［6］對(duì)車用測(cè)距傳感器進(jìn)行了選擇，并初步完成了防追尾碰撞系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；長(zhǎng)安高校的肖梅［7］進(jìn)一步對(duì)跟車模型進(jìn)行了修正，提出了保證交通平安的“最危急時(shí)刻”的概念,得到了各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的平安跟車距離計(jì)算公式；吉林高校的張立存［8］綜合考慮了汽車運(yùn)動(dòng)特性和駕駛員行為特性，提出了汽車縱向與橫向綜合猜測(cè)算法并虛擬彎道檢測(cè)算法，實(shí)現(xiàn)了汽車在直道和彎道工況下的前方碰撞預(yù)警算法；吉林高校的畢雁冰［9］提出了基于視覺(jué)的高速大路汽車偏離預(yù)警系統(tǒng)，建立了一套道路預(yù)警圖像預(yù)處理新算法；清華高校的王大志［10］對(duì)車輛正面碰撞進(jìn)行了分析，通過(guò)建立模型對(duì)如何減輕正面碰撞進(jìn)行了爭(zhēng)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(xiě)了仿真程序進(jìn)行仿真；伍宗富，陳日新,朱明旱［12］采用車載單目機(jī)器視覺(jué)測(cè)量前車車距，設(shè)計(jì)了一種基于圖像識(shí)別的汽車智能防撞系統(tǒng)。隨著機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的不斷進(jìn)展，以其精確感知道路交通環(huán)境的力量和相對(duì)較少的成本都表明白基于視覺(jué)的車輛防碰撞預(yù)警系統(tǒng)有巨大的應(yīng)用前景?；跈C(jī)器視覺(jué)的車輛防碰撞預(yù)警系統(tǒng)由三部分構(gòu)成，一是車道線的檢測(cè)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(shí)候，能夠防止錯(cuò)誤報(bào)警;二是車輛的檢測(cè)與跟蹤；三是車輛平安距離的測(cè)量與計(jì)算。參考文獻(xiàn)：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(kāi)技術(shù).西安大路交通高校學(xué)報(bào).2001,21(2):94-97.［4］黨宏社，韓崇昭，段戰(zhàn)勝.汽車防碰撞報(bào)警與制動(dòng)距離的確定.長(zhǎng)安高校學(xué)報(bào).2002,22(6):89-91.［5］黃秋員，周鵬，陳偉.汽車碰撞報(bào)警/防撞系統(tǒng)的方案分析.交通與計(jì)算機(jī).2003,21(3):1-24.［6］丁士清.汽車防追尾系統(tǒng)的爭(zhēng)論與開(kāi)發(fā).南京林業(yè)高校碩士學(xué)位論文.2003:3-10.［7］肖梅.高速大路追尾碰撞預(yù)警系統(tǒng)再爭(zhēng)論.長(zhǎng)安高校碩士學(xué)位論文.2003:1-30.［8］張立存.高速汽車彎道前方碰撞預(yù)警算法的爭(zhēng)論.吉林高校碩士學(xué)位論文.2004:1-65.［9］畢雁冰.高速汽車車道偏離預(yù)警系統(tǒng)可行區(qū)域感知算法爭(zhēng)論.吉林高校博士學(xué)位論文.2006:1-104.［10］王大志.基于乘員愛(ài)護(hù)的汽車正面碰撞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與變形掌握爭(zhēng)論.清華高校博士學(xué)位論文.2006:15-42.［11］吳興利.基于車身變形的汽車碰撞速度計(jì)算方