多路况下汽车防碰撞及行人保护预警系统设计

多路况下汽车防碰撞及行人保护预警系统设计
刘树峰，吕钊钦*
山东农业大学机械与电子工程学院, 山东泰安 271018 摘 要:研究设计一种多路况下的汽车防碰撞及行人保护的综合预警系统。采用毫米波雷达防碰撞系统和超声波雷达 侧面盲区行人保护系统的结合，实现汽车纵向和横向主动安全保护；通过引入附着系数这一参数，建立不同路况条 件下汽车安全距离计算模型；运用多传感器技术，实时监控驾驶员驾驶状态，减少系统的虚警率和误警率；设计一 种集显示，声音、灯光报警，模式选择为一体的控制面板。试验结果表明，系统能够根据不同行驶路况建立汽车安 全距离模型，对侧面不同速度行驶的汽车、行人准确识别并做出相应反应，报警显示控制面板操作简便，界面友好， 安全距离模型试验结果与 MATLAB 仿真结果相对误差在 7%以内。系统具有较高的环境适应性，能够提高汽车行车 的安全性。 关键词：防碰撞系统;行人保护;多路况;预警;主动安全 中图法分类号：U491.6 文献标识码：A 文章编号：1000-2324（2014）02-0210-06
第 45 卷
3.2.1 防碰撞程序模块 根据驾驶员的路况选择建立所对应的路况的纵向安全距离模型。安全距离模 型分为三个距离阶段：安全行驶距离 Ss、提醒报警距离 Sr 和紧急辅助制动距离 Se。系统实时接收测 距传感器所测与前方障碍物的距离，并与三段状态距离进行对比，根据不同距离状况作出不同的反 应。在安全行驶距离 Ss，汽车正常行驶，系统显示器显示车辆无障碍、行驶安全；提醒报警距离 Sr 给予驾驶员充足的反应时间，并能够进行正确的习惯操作，在进入提醒报警距离后，系统的声光报 警装置会进行报警提醒驾驶员注意，驾驶员采取相应措施恢复到安全距离之后，停止报警，如果驾 驶员未采取相应措施，系统显示器显示车辆有障碍、注意安全，声光报警进行持续报警，并随距离 的减少，蜂鸣器声音尖锐，LED 报警灯闪烁频率增大；在进入紧急辅助制动距离 Se 后，安全带预紧 装置工作， 系统自动控制辅助制动系统制动汽车， 在距离前方车辆最短安全距离 Sm 时车辆完全制动， 程序如图 5。
图 1 系统组成框图 Fig.1 Block diagram of system
图 2 系统原理图 Fig.2 Principle diagram of system
1.2 工作原理 根据不同路况下的附着系数建立不同汽车安全距离模型，选择相应路况的距离安全模型，在正 面防碰撞中采用毫米波雷达对前方车辆距离、速度差等进行测量，一般状况下，声光系统预警，提 醒驾驶员，紧急状况下，能够进行紧急辅助制动。在侧面安全保护中，主要利用超声波测距雷达对 汽车两侧驾驶员视觉盲区的行人、车辆等障碍物进行监测，特别是在汽车转弯过程中实时测量汽车 内轮差内的障碍物，及时提醒驾驶员，并采取一系列紧急措施。通过汽车转向系统传感器，油门踏 板位置传感器，制动踏板位置传感器，以及温度、加速度等传感器综合感知驾驶员驾驶状态，从而 减少误警率和虚警率。系统在较高车速下才工作，较低车速时自动关闭。结构如图 2。
2 控制系统
主要由毫米波测距雷达和多个超声波测距传感器组成的测距电路、数据调制电路、主控制电路、 报警显示控制面板电路以及辅助制动电路组成，如图 3。 报警显示控制面板主要由显示器、报警蜂鸣器、报警 LED 灯、模式选择开关等组成，来完成系 统的主要数据分析控制，主从机之间的数据通信以及报警、显示和模式选择功能。并且接收车速、 制动踏板位置等传感器的信号，进行分析处理，实时监控汽车行驶状态。当从机发来测距数据，主 机计算之后做出相应操作。紧急情况下，控制安全带收紧、辅助制动装置辅助驾驶员控制车辆。
warning system combines millimeter wave radar anti-collision system with ultrasonic radar side blind pedestrian protection system, which realizes the combination of vehicle lBiblioteka Baidungitudinal and lateral automatic protection. Besides, through the introduction of adhesion coefficient parameter, the calculation model of vehicle safety distance under multiple road conditions is established. What’s more, by using multi-sensor technology, it realizes the real-time monitoring of the driver state; consequently, the system false alarm rate can be reduced. This comprehensive warning system designs a kind of control panel which assembles display, sound, light alarm and mode selection. The test results show that according to multiple road conditions this system can establish vehicle safety distance model and make identification and immediate response to the vehicle and pedestrian that are at different speed from sides; in addition, alarm display control panel has simple operation and friendly interface. And the relative error between the results of safety distance model and the results of MATLAB simulation is within 7%. This system owns higher environmental adaptability, which greatly improves the automatic safety of vehicle driving.
Keywords: Anti-collision system; pedestrian protection; multiple road conditions; early warning; active safety
在各国事故的类型调查中发现，引起交通事故的最主要原因是由于机动车驾驶人失误，其在各 种事故中的原因中所占比例高达 80%～90%，在我国所占比例达到 95%以上[1]；汽车的正面追尾碰 造成系统 撞和侧面碰撞占交通事故的 90%以上。为解决传统研究中将汽车纵向[3]和横向[4]分开研究， 冗余复杂，和未考虑不同路况条件对汽车防碰撞系统影响的问题[5-7]，本设计对汽车防碰撞[5]和行人 保护进行综合的研究。从主动保护入手，设计基于毫米波雷达和超声波测距雷达的纵向防碰撞、横 向行人保护以及转弯过程预警保护综合系统。
第2期
刘树峰等:多路况下汽车防碰撞及行人保护预警系统设计
•211•
收回波信号，完成雷达信号的发送和接收。数据采集调制模块：实时的采集回波信号，并且进行相 应的数模转换，以供信息处理系统的使用。信息处理模块：即微处理器控制单元，接收来自数据采 集调制系统的信息，并且进行数据分析，从而判断行驶安全性。声光报警显示模块：分为声音报主 要是两种测距雷达，即毫米波测距雷达、超声波测距雷达，雷达产生所需的波频信号，通过接收警 和灯光报警，根据不同的安全情况，进行不同报警，并且对相应信息进行显示。辅助制动模块：控 制汽车电子制动器、离合器等，在紧急情况下辅助驾驶员制动汽车，同时安全带预紧装置工作，保 护驾驶员。传感器感知模块: 通过汽车转向系统传感器，油门踏板位置传感器，制动踏板位置传感 器，以及温度，速度等传感器综合感知汽车行驶状态，从而减少误警率和虚警率。路况选择控制模 块：主要包括系统开关和路况模式选择开关，控制系统开闭和不同路况模式的选择，以及输入键盘 进行路况控制。
LCD12864
LCD12864
VCC K V O U TA VOUT P3 4 R T P3 3 NS C P3 2 PS B D7 D B7 D6 D B 6 D5 D B5 D4 D B4 D3 D B3 D2 D B 2 D1 D B1 D0 D B0 E RW E R / W RS RS O VCC V VDD V SS 10k 10k 10k 10k VOUT AT89C51 S1 S2 S3 VCC 3 2 1 S4 1 2 3 4 5 6 7 8 P32 13 P33 12 15 P34 14 31 22p Y1 CRYSTAL 22p 19 18 9 17 16 P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17 INT1 INT0 T1 T0 EA/VP X1 X2 RESET RD WR MCU RXD TXD ALE/P PSEN 10 11 30 29 P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07 P20 P21 P22 P23 P24 P25 P26 P27 39 38 37 36 35 34 33 32 1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 11 10 9 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 RL VCC
Design of Vehicle Anti-collision and Pedestrian Protection Warning System Under Multiple Road Conditions
LIU Shu-feng, LV Zhao-qin*
College of Mechanical & Electrical Engineering, Shandong Agricultural University, Taian 271018, China Abstract: This study designs a comprehensive warning system of vehicle anti-collision and pedestrian protection. This
山东农业大学学报(自然科学版),2014,45(2):210-215 Journal of Shandong Agricultural University (Natural Science Edition)
VOL.45 NO.2 2014 doi:10.3969/j.issn.1000-2324.2014.02.010
1 系统组成和工作原理
1.1 系统组成 多路况下汽车防碰撞及行人保护预警系统主要包括以下几部分，如图 1：测距雷达收发模块:端
收稿日期：2013-02-22 修回日期：2013-03-21 基金项目：山东省泰安市科技创新行动计划项目(2012D2014) 作者简介：刘树峰(1990-),男,山东临沂人,硕士研究生,主要从事汽车电子技术研究. *通讯作者:Author for correspondence. E-mail:lzq@sdau.edu.cn
3 软件系统与距离模型建立
3.1 系统主程序模块 首先调用初始化模块和路况选择模块，完成系统的初步设置。根据不同的情况完成不同行驶状 态下的全方位主动保护，并在显示面板上显示相关行驶环境数据，主程序流程如图 4。 3.2 系统防碰撞程序与纵向安全距离模型建立
•212•
山东农业大学学报(自然科学版)