段學濤 伍翔 梁廣升 郭曉鳳 初明川

摘要：針對雨霧天情況下，因能見度下降，汽車駕駛員無法看清楚路況而導致的頻繁發(fā)生的交通事故，提出了一種新型智能防撞裝置。裝置可通過溫濕度傳感器得到的數(shù)據(jù)，進行算法的分析，得到當天的能見度，進而得到相應的安全距離，并通過雷達傳感器測量本車與前方車輛之間的相對距離和相對速度信息從而得到最短剎車距離，并通過最短剎車距離與安全距離之比得到安全系數(shù)，根據(jù)安全系數(shù)的大小，對駕駛員發(fā)出不同的危險警報。

關鍵詞：雨霧天;能見度;智能防撞;安全系數(shù);危險警報

0 引言

隨著公路運輸業(yè)的快速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，汽車的持有量急劇增加，導致交通擁堵現(xiàn)象日益明顯，交通事故率也隨之明顯上升，嚴重威脅著人類的出行與生命安全。

解決道路交通安全問題的一個關鍵點在于如何有效提醒汽車駕駛人保持安全的行車距離，尤其在一些特殊的地區(qū)和特殊的天氣的情況下，能見度降低，人的注意力分散，都很有可能導致交通事故的發(fā)生。因此，提高行車的安全性以及能夠有效提醒駕駛人保持安全行車距離顯得越來越緊迫。而智能控制系統(tǒng)恰好可以滿足人們的這些需求，它在提高汽車安全性的同時滿足了人們對駕駛舒適性的要求。

針對以上的安全問題，為此設計了一種基于雷達的智能防撞裝置。該裝置的工作原理分為以下三步：1.通過雷達測量本車與前方車輛之間的相對距離和相對速度信息，以及用傳感器檢測計算得到能見度;2.收集到數(shù)據(jù)傳送到CPU，計算出兩車之間的安全距離，再與所測量的最短剎車距離進行比較得到安全系數(shù);3.根據(jù)安全系數(shù)發(fā)出不同的警告。通過以上三個環(huán)節(jié)得到一個可以提醒駕駛人保持安全行車距離的智能防撞裝置，希望能夠通過它來減少交通事故的發(fā)生。

1 研究背景

人類最主要的意外事故為車禍，而導致車禍的原因之一為能見度低，而在誘發(fā)因素與事故發(fā)生之間，有一個行駛過程，及為剎車距離，如果我們在這個最短剎車距離到來之前，發(fā)出警報，車主降低速度，增加兩車之間的安全距離，那么事故發(fā)生的可能性是否會大大減小呢。

因此，針對這些問題，我們提出一種基于雷達的智能防撞裝置設計方案，制造一種新的小巧，適用于大多數(shù)車型的智能防撞裝置。此智能防撞裝置將根據(jù)兩車之間的相對速度，相對距離，能見度等多方面因素進行對安全距離的計算，然后跟實際距離進行比較，從而發(fā)出不同的警告來減小交通事故的發(fā)生率。

2 智能防撞裝置總體設計

本裝置是基于ARM架構的STM32F103RCT6核心板進行數(shù)據(jù)處理的，使用LD303雷達傳感器、DHT11溫濕度傳感器和聲光報警電路作為外設電路，將與前車的間距以及當天的溫濕度通過串口發(fā)送給核心板，核心板得到數(shù)據(jù)后進行數(shù)據(jù)解析，并進行計算處理，得到安全系數(shù)，根據(jù)安全系數(shù)的大小判斷汽車處于何種危險情況，并發(fā)出不同的聲光警告，提醒駕駛員注意及時減速防止追尾碰撞。

3 智能防撞裝置的功能

3.1 能見度檢測

根據(jù)能見度V與平均大氣消光系數(shù)之間關系式：V=3.912/sigma。sigma為大氣消光系數(shù)，與人眼光譜特性有關，因為人眼對于0.55um的綠光視覺最為靈敏，因而，sigma可以近似為波長為0.55um的大氣消光系數(shù)。又有經(jīng)驗公式求解濕氣溶膠粒子半徑與干氣溶膠粒子半徑之比p=r（f）/r=（1-f）-（1/u）-（1-60%）-（1/u）+1，其中f為相對濕度，使用DHT11溫濕度傳感器可以得到當天的濕度，將得到的濕度與當前溫度下對應的標準濕度進行比較可以得到相對濕度，并通過相對濕度求得p，根據(jù)海洋大氣下的濕氣溶膠分布，即可得到k=sigma（p）/sigma（1）與p 值變化的平均曲線，可得到對應的sigma，進而得到能見度V。其中圖一為k跟p的一些點所擬合出來的函數(shù)的圖像，圖二為其與原圖離散點的擬合程度的參數(shù)。

3.2實際距離與安全距離讀取

采用HLK-LD303-24G雷達傳感器進行實際距離的讀取，傳感器本身可以用于還能檢測一定范圍內(nèi)的運動目標，并輸出距離和高低電平信息，且不受溫度、濕度、氣流、灰塵、噪聲、亮度等影響，抗干擾能力強，且發(fā)射頻率在24-24.5GHz之間，發(fā)射頻率高，可靠性強，適用于高速行駛的汽車中。開始工作時，核心板先向雷達傳感器發(fā)送一段固定查詢命令的字符串，示意雷達傳感器需要將檢測得到的安全距離發(fā)送回傳。雷達傳感器此時向核心板發(fā)送一串例如55 A5 0A D3 00 58 00 01 01 4C 01 01 7F的數(shù)據(jù)字符串，其中01 4C代表信號強度，占兩個字節(jié)，其中高位在前，核心板通過對數(shù)據(jù)的解析即可得到當前的實際距離。

最短剎車距離與速度有以下關系，S=0.75V+0.0256V^2，根據(jù)汽車行駛時監(jiān)測到的實際速度可以得到最短剎車距離，將之前的能見度除以一天中最大的能見度得到比例系數(shù)X，將雷達測出的實際距離乘以X再和最短剎車距離作比較得到安全距離，并將安全距離與最短剎車距離作商得到安全系數(shù)。

3.3根據(jù)道路情況給駕駛人不同程度的警告

在汽車行駛過程中，通過雷達傳感器得到的實際距離結合當前所測能見度以及安全距離得到安全系數(shù)，由安全系數(shù)的不同進行警告。在安全系數(shù)在2以上時，不發(fā)生警告，指示燈為黃色，隨著安全系數(shù)不斷減小，風險概率不斷增大，當安全系數(shù)在1-2之間時，指示燈變?yōu)榫G色，此時若危險性繼續(xù)增大，安全系數(shù)小于1，指示燈將變?yōu)榧t色，并同時發(fā)出聲音警報。

4 結束語

雨霧天由于空氣中的水霧增加，空氣中的水顆粒增多，使得進入人眼的光線多次被折射，導致駕駛員的能見度下降，從而可能會對前方的路況誤判，導致事故發(fā)生，所以對于檢測雨霧天下的能見度避免兩車之間的安全距離很小導致事故發(fā)生顯得至關重要。本裝置采用現(xiàn)今發(fā)展成熟的距離、溫濕度檢測工具進行安全系數(shù)的轉換，對用戶進行提醒，為未來交通道路減少事故發(fā)生提供更加有利的幫助。

5 參考文獻

【1】陳學文，祝東鑫，李萍等.城市工況汽車智能巡航控制與仿真[J].制造業(yè)自動化，2014，（6）：98-101.

【2】鄭露露.基于非線性PID神經(jīng)網(wǎng)絡的車輛智能巡航控制系統(tǒng)研究[D].長沙理工大學，2009.

【3】韓海強.汽車防撞雷達與智能巡航控制系統(tǒng)的研究[D].東北大學，2004

【4】孫景群.能見度與相對濕度的關系.中國科學院大氣物理研究所。1985