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汽车列车右转弯盲区辅助监测系统的设计

时间:2020年03月07日 分类:推荐论文 次数:

摘要:汽车列车在右转弯时由于前后轮转弯半径不同存在内轮差危险区域,这对路人的生命安全造成较大威胁。为了减少汽车列车右转弯时因存在内轮差而与行人或车辆发生碰撞事故,设计了一套针对汽车列车右转弯盲区的辅助监测系统,利用毫米波雷达对其盲区进行实时

  摘要:汽车列车在右转弯时由于前后轮转弯半径不同存在内轮差危险区域,这对路人的生命安全造成较大威胁。为了减少汽车列车右转弯时因存在内轮差而与行人或车辆发生碰撞事故,设计了一套针对汽车列车右转弯盲区的辅助监测系统,利用毫米波雷达对其盲区进行实时监测,在汽车列车右转弯时辅助驾驶员驾驶。

  关键词:汽车列车;盲区;监测;系统设计;毫米波雷达

道路交通管理

  目前,全国大型车辆占汽车保有量比例为12.28%,但其肇事导致的伤亡人数却占交通事故伤亡总数的48.23%[1]。其中,因大型车辆驾驶员右转弯存在视线盲区等因素导致大型车辆在路口右转弯时发生的交通事故约占30%[2]。随着我国物流量的加大,大型车辆的数量也在迅猛增加,由汽车右转弯盲区而引起的交通事故也随之增加。

  1汽车列车右转弯时盲区产生的原理

  由于车辆自身轴距、车宽等因素的影响,转弯时其前后轮的转弯半径不同,车辆内后轮的转弯半径小于内前轮的转弯半径。通常将转弯时车辆内前轮与内后轮的转弯半径之差称为内轮差,内轮差的存在形成了车辆转弯盲区,且转弯盲区随内轮差的增大而增大[3]。在我国由于驾驶员通常位于驾驶室左侧,很难顾及车辆右侧情况,故车辆右转弯时的盲区更大。随着车辆轴数、轴距、车宽的增加,车辆右转弯时内轮差增大,右转弯盲区也随之增大。对于汽车列车,其内轮差是指牵引车的内前轮与挂车的内后轮转弯半径之差。相比于普通大型车辆而言,汽车列车的轴数更多,使得其内轮差更大,由内轮差引起的盲区就更大。

  2汽车盲区监测的方法分析

  对于汽车盲区监测常用的方法有超声波盲区监测、盲区视频监测、雷达盲区监测等。

  2.1超声波盲区监测

  超声波盲区监测通过监测车辆与障碍物之间的距离来对盲区进行监测。其距离根据超声波在发射和遇到障碍物后反射回来被接收的时间差来计算。超声波是一种波长较长的电磁波,由于电磁波波长越长、频率越低、分辨率就越低,故超声波的检测精度较低。除此之外,超声波雷达监测范围也较小,反应速度较慢,故其可靠性不高。

  2.2盲区视频监测

  盲区视频监测主要是利用摄像头的成像原理与视频识别对盲区内的障碍物进行监测。但在车辆相对速度过快时该系统工作效率降低明显,并且光线对其影响较大,在夜晚等光线较暗的情况下成像效果不好,视频识别更加困难。

  2.3毫米波雷达监测

  毫米波雷达是指工作频段在毫米波频段的雷达,毫米波的波长为1~10mm,其波长较短,检测精度较高,反应速度快,受车速影响较小,而且毫米波雷达工作频率高,对距离和速度的测量精度和分辨能力较高。毫米波雷达的天线口径和元器件体积较小,可以适应更复杂、恶劣的环境。

  3盲区辅助监测系统设计

  汽车列车右转弯盲区辅助监测系统包括系统硬件设计和系统软件设计。汽车列车右转弯盲区辅助监测系统硬件由控制开关、毫米波雷达模块、警报装置组成。系统软件主要通过在STM32F103R8T6单片机上利用C语言编写完成,以实现对系统的信息处理及硬件控制。

  3.1系统硬件设计

  3.1.1控制开关

  控制开关与汽车列车的右转向灯开关为同一开关。当驾驶员开启右转向灯开关时,该系统控制开关即闭合,使整个系统开始工作,进入盲区监测状态;当汽车列车通过转弯区域,右转向灯开关断开时,系统断电停止工作。这种设计避免了过多的操作,可以避免在汽车列车右转弯时驾驶员来不及或者忘记打开系统控制开关,可靠性更高。

  3.1.2毫米波雷达模块

  该汽车列车右转弯盲区辅助检测系统采用的是24GHz的毫米波雷达模块。24GHz的毫米波雷达主要用于近距离监测,对于10m以内的障碍物可以精确监测,能够满足汽车列车右转弯的盲区监测需要。其主要通过监测发射点与障碍物之间的距离及相对速度来实现盲区监测。信号发生器产生电信号,一部分作为本振信号输入混频器,另一部分由发射天线以电磁波的形式发射出去。

  电磁波在空气中向前传播,当遇到障碍物时会有一部分电磁波被反弹回来,这些被反弹回来的电磁波被接收天线接收转变为电信号,成为回波信号。本振信号与回波信号在混频器中混合,输出一个包含障碍物与雷达天线之间的相对距离和相对速度的中频信号。随后该中频信号进入数据采集模块,将该模拟信号转变为数字信号,然后对其进行频谱分析求模,最后输出障碍物的距离及相对速度信息[4]。

  3.1.3警报装置

  该系统配备有专门的警报装置,包括蜂鸣器和警示灯。可以通过蜂鸣器发出蜂鸣声,警示灯闪烁来提醒驾驶员。当障碍物距离汽车列车较远时蜂鸣器发声频率较低,警示灯闪烁缓慢,随着障碍物的靠近蜂鸣器发声频率加快,警示灯闪烁加快,使驾驶员能够及时采取相应的措施以避免危险事故的发生。

  3.2系统软件设计

  该系统的主控制模块采用STM32F103R8T6单片机控制,该芯片采用性能较高的ARMCortex ̄M3的32位核心处理器,工作频率为72MHz,内部高速存储器,并且其集成度很高,具有功能强化的I/O端口,拥有CAN、USB、ADC等外设及功能。毫米波雷达混频器产生的中频信号经过放大电路放大后进入单片机的ADC模块中,该模块将此模拟信号转换为数字信号,随后该数字信号进入频谱分析模块,对其处理后得到相应频率的脉冲信号,该脉冲信号由单片机的I/O口输出。

  当输出信号为高电平时,该信号经过晶体管的放大作用传至蜂鸣器与警示灯的输入端,使蜂鸣器发声,警示灯发亮;当输出信号为低电平时,晶体管处于截止状态,蜂鸣器与警示灯均不工作。当汽车列车右转弯时,右转向灯打开,同时系统控制开关开启,系统开始通电工作,位于汽车列车右侧、牵引车与挂车连接处的毫米波雷达模块开始对盲区进行监测,实时接收盲区内的数据信息。若盲区内有障碍物,根据障碍物的距离及速度控制蜂鸣器的发声频率及警示灯的闪烁频率,从而提醒驾驶员谨慎驾驶,提高行车安全性。

  4结束语

  该汽车列车右转弯盲区辅助监测系统主要采用24GHz毫米波雷达对汽车列车右转弯内轮差盲区内车辆、行人等障碍物的位置及速度进行精准监测,并通过蜂鸣器发声的频率快慢、警示灯闪烁的频率快慢提醒驾驶员提高警惕,可以有效避免因汽车列车内轮差造成的盲区而导致的交通事故,提高行车安全。该系统结构简单、成本较低、易于布置,可以在不同规格的汽车列车上推广使用,具有较好的实际应用价值。

  参考文献:

  [1]本刊讯.货车违规生产问题突出存在严重运输安全隐患[J].道路交通管理,2017(2):8-9.

  [2]吴佳林,孔军.汽车后视镜盲区及预测方法[J].武汉理工大学学报:信息与管理工程版,2010,32(6):958-961.

  道路交通论文投稿刊物:《道路交通管理》杂志是由中华人民共和国公安部主管、中国道路交通安全协会主办、面向全国公开发行的道路交通管理专业刊物。多年来,围绕公安交通管理中心工作,传播现代交通管理理念、交流交通管理先进经验、宣传交通法规、普及交通安全常识,受到广大读者的欢迎。

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