汽车防碰撞预警和自控救援系统思考

汽车防碰撞预警和自控救援系统思考

摘要:该文考虑实现汽车行驶过程中探测危险信号、及时发出报警等待响应或根据周围环境自动处理、碰撞发生后数据的云端交互。此系统考虑使用多种传感器、预警系统、GPS、多CPU处理器、IOT等技术实现信息生成、传输、处理及应用,以达到更好地探测危险、发出预警、自动控制、求助救援的目的。该文思路可应用于其他相关领域,如危险品监测预警,自动驾驶汽车中如优化安全感知、自动处理、信息联网等技术。

关键词:汽车防碰撞;物联网;预警;自控与救援;道路安全

道路上正出现越来越多的车辆,截止到2022年初,中国的汽车保有量突破3亿辆。路上车流不息,随之而来的是各样的交通事故,造成了大量的人员伤亡和财产损失,交通事故的主要原因多是由司机超速行驶、酒后驾驶、疲劳驾驶导致的反应不及时造成的,众多的交通事故中约78%是因汽车碰撞导致[1],因此发展此系统十分有必要,能在出事前几秒进行报警或自动处理以避免汽车碰撞,能极大保证人民的生命财产安全。该文有以下几点特色:(1)多种传感器:速度、加速度、图像传感器等采集所要的信息[2];(2)多种防撞预警系统:超声波、雷达、红外线预警系统来感知周围环境;(3)刹车控制连接安全气囊实现即使未发生碰撞也能弹出安全气囊[3]起到保护人员的作用;(4)预警危险、择时控制车辆,采集、处理、上传碰撞信息,以供救援人员及时响应。

1系统设计与实现

设计此系统前笔者首先考虑以下问题:(1)如何感知到危险的存在。这其中还应考虑到如何区分普通信号、危险信号。(2)检测到危险信号后如何处理分析并采取措施。及时报警并进行控制,还是仅报警以待司机处理。(3)如何控制车辆。分析计算危险信号准备开启自控功能后如何选择恰当的时间控制刹车系统并判断是否弹出安全气囊。(4)自控过程中如何根据周围环境适当调整。车辆行驶过程中一旦发生危险状况若不选取恰当的位置停车处理极有可能给后方车辆以及自身带来一定的危险。(5)碰撞发生后,如何第一时间发出碰撞地点、碰撞程度等信息至碰撞检测中心以便及时救援。针对问题(1)寻找一种或多种合适的能相互配合相互弥补的防碰撞预警系统来感知危险信号。针对问题(2)(3)采用控制系统和CPU处理器进行防撞控制与危险保护。针对问题(4)利用超声波的短距离特性辨识车辆周围环境。针对问题(5)利用加速度传感器,将碰撞信号处理后发送给碰撞检测中心,利用GPS全球定位系统发送事故位置信息至相关道路安全部门[4]。解决以上问题的流程图具体见图1。具体实现过程中,雷达、超声波、红外线防碰撞预警系统三者相互配合分别实现探测前方车辆与本车的距离速度等、周围物体可能对本车的影响、热成像物体的图像(采用多CPU处理器更高效准确地对图像进行处理),再将识别探测的结果送至汽车控制系统,进行一系列复杂的信号分析处理计算,进行决策探测的信号类型[5],若是危险信号则启动报警并择时利用CPU进行控制刹车装置、判断开启安全气囊。此部分硬件框图具体见图2。考虑到还有一些突发状况会使碰撞发生,考虑结合无线传感器网络技术[6]完善此系统以供碰撞发生后的处理救援。此部分的实现主要基于部署在车辆前方的加速度传感器节点终端,通过节点探测到的碰撞数据,通过无线物联网网关与有线网络接入将数据上传于道路交管部门,有关部门根据车载GPS定位到事故发生地实施救援行动[7]。上述与道路安全部门联接的方案具体见图3。

2测试与分析

运用Matlab软件进行仿真:模拟出道路状况,设定车辆速度、行驶轨迹,假定道路上只有两辆车,其余物体分别为非机动车辆、行人、建筑物等。两车行驶过程中[8],甲车开启系统,乙车未开启。经模拟[9]看出甲车前方一直发出探测信号,在遇到障碍物时会出现加重标记,由于两车距离较远、车速不高、道路两旁物体未被系统标记为危险信号,因此甲车并未启动预警、自控系统,在路上正常行驶。从整体上看,此系统能够较好地感知前方车辆及四周状况。但因笔者时间、能力的原因,在自控弹出气囊时控制刹车的过程并未实现;碰撞发生后进行信息传送的过程也未完全实现(仅在ThingsBoard平台实现)。

3创新性说明

自控时除考虑改车辆安全也考虑到根据周围环境适当调整保证其他车辆安全;刹车控制连接安全气囊实现即使未发生碰撞也能弹出安全气囊;事故发生后,能采集碰撞加速度物理信号,感知识别碰撞信号进行处理判断,并上传至碰撞检测云平台,达到公路安全管理部门及时掌握事故的严重程度信息,并通过GPS定位事故发生地做出及时响应。

4前景及展望

此系统思路可应用在各种车辆当中,降低事故发生的概率;此系统的感知报警功能可以应用在一些危险系数较大的工程当中:地下矿物开采、危险化学品泄漏探测等;也可为自动驾驶时代的到来注入活力,在自动驾驶汽车的安全感知、自动处理等方面有巨大的应用前景。不久的将来,街道上行驶的车辆都安上此系统,帮助解决疲劳驾驶、注意力不足等可能带来的交通安全问题。笔者愿此系统可以为道路安全问题做出贡献。

5结语

近年来,企业正布局汽车自动驾驶,发展此类系统不仅可以提高企业核心竞争力,为研究自动驾驶技术提供一定的帮助,还能保障居民的出行安全。此系统有一定的创新性,希望可以合作互助早日做成完善系统。下面给汽车企业的读者提出以下拙见:加大汽车安全技术的投入,对一些汽车相关的性能做出进一步提高,对相关成本能控制在一个较合理的水平,保证居民有条件购买安装此系统;引入高技术高创新型人才,打造更好的产品使民众认可;具有一定的前瞻性,针对未来可能的发展趋势及时做出相应的调整与产业布局。

作者:汪齐齐 张金伟 单位:安徽理工大学计算机科学与工程学院