汽車下客微波防撞雷達(dá)系統(tǒng)技術(shù)研究＊

劉偉，劉清成，周知浩，晉元鈺，趙文龍

（1.上海工程技術(shù)大學(xué)，上海 201620；2.上海機(jī)電工程研究所，上海 201109）

查閱相關(guān)資料，在汽車靠邊停車的情況下，側(cè)道行駛的車輛高速行駛與下車乘員相撞的車禍屢見(jiàn)不鮮。車禍在全國(guó)意外事故的總數(shù)占據(jù)首位，且中國(guó)每年有超過(guò)26 萬(wàn)人在交通事故中身亡[1]，因此研發(fā)一套適用性廣泛的汽車乘客下車防撞系統(tǒng)迫在眉睫[1]。

本文根據(jù)調(diào)頻雷達(dá)測(cè)量后方車輛距離和速度，在后方車輛速度過(guò)快可能發(fā)生危險(xiǎn)的情況下，調(diào)頻雷達(dá)決策單元自動(dòng)使車門上鎖阻止乘員下車，從而有效保證乘員的安全，易于得到各式汽車公司的推廣與應(yīng)用。

1 防撞預(yù)警系統(tǒng)的組成

本下車防撞系統(tǒng)主要考慮車上乘員以及經(jīng)過(guò)車輛旁邊機(jī)動(dòng)車人員的安全狀況而設(shè)計(jì)，在后方來(lái)車速度過(guò)快時(shí)進(jìn)行及時(shí)的自動(dòng)鎖門以保證道路交通的安全[3]。汽車乘客下車防撞系統(tǒng)在汽車的車尾安裝具有大扇形方向圖的調(diào)頻雷達(dá)，汽車駐車后，雷達(dá)實(shí)時(shí)探測(cè)后方機(jī)動(dòng)車輛目標(biāo)，當(dāng)目標(biāo)運(yùn)行一段時(shí)間后，汽車與后車之間的距離達(dá)到預(yù)置危險(xiǎn)時(shí)間時(shí)，雷達(dá)發(fā)出警報(bào)并自動(dòng)鎖門防止乘員下車。為了預(yù)留足夠的下車安全時(shí)間，需要雷達(dá)具有較大的作用距離，先假設(shè)雷達(dá)最大探測(cè)距離不小于200 m，其系統(tǒng)原理如圖1 所示。

圖1 乘客下車防撞預(yù)警雷達(dá)系統(tǒng)原理圖

2 防撞預(yù)警雷達(dá)模型

假設(shè)后方車輛的初速度為V0，加速度為a，則機(jī)動(dòng)車輛運(yùn)行的距離S為[1]：

后方車輛的瞬時(shí)速度V1為[1]：

假設(shè)后車與前車的距離為L(zhǎng)，則機(jī)動(dòng)車輛的余量時(shí)間t為：

將此時(shí)間t與提前設(shè)定的安全時(shí)間τ作比較，當(dāng)t＜τ時(shí)，雷達(dá)發(fā)出報(bào)警指示信號(hào)，提醒乘客不要開(kāi)門下車。

3 防撞預(yù)警雷仿真分析

網(wǎng)絡(luò)調(diào)研不同類型的車輛加速性能，得到四種情況下的速度范圍[4]。自行車正常速度為15～20 km/h，加速度約2 m/s2。摩托車速度多為40～60 km/h，汽車、貨運(yùn)車在市區(qū)內(nèi)多為20～40 km/h 行駛。后三種情況為機(jī)動(dòng)車，最高車速不得超過(guò)120 km/h，最低車速不得低于60 km/h[5]。據(jù)網(wǎng)絡(luò)調(diào)研[6]可知，通常情況下的摩托車最大加速度[7]為30 m/s2，通常汽車、貨運(yùn)車的加速度[8]為4～6 m/s2，統(tǒng)一規(guī)定上述車輛為后車。設(shè)置監(jiān)測(cè)時(shí)間為t，初始速度為V0，以下選取幾種機(jī)動(dòng)車典型狀況進(jìn)行仿真分析，行駛過(guò)程中的瞬時(shí)速度V1和剩余時(shí)間余量的關(guān)系如圖2 所示。

圖2 機(jī)動(dòng)車行駛過(guò)程中的瞬時(shí)速度和剩余時(shí)間余量的關(guān)系圖

情況一：后方距200 m 處駛來(lái)自行車，t=25 s，V0=20 km/h≈5.5 m/s，a=1 m/s2。

情況二：后方距200 m 處駛來(lái)摩托車，t=10 s，V0=15 km/h≈4.2 m/s，a=8 m/s2。

情況三：后方距200 m 處駛來(lái)汽車，t=10 s，V0=10 km/h≈2.8 m/s，a=5 m/s2。

情況四：后方距200 m 處駛來(lái)貨運(yùn)車，t=10 s，V0=40 km/h≈11.1 m/s，a=5 m/s2。

經(jīng)過(guò)仿真計(jì)算，當(dāng)雷達(dá)的作用距離不小于200 m 時(shí)，機(jī)動(dòng)車速度低于17 m/s 時(shí)，可保證前車乘員成員有10 s 的下車安全余地。自行車的初速度，加速度都很小，在脈沖雷達(dá)監(jiān)測(cè)中，t＜τ的情況概率非常小，主要監(jiān)測(cè)的是加速度很高的摩托車和汽車等機(jī)動(dòng)車，在實(shí)際雷達(dá)設(shè)計(jì)的應(yīng)用中要考慮到速度監(jiān)測(cè)范圍以此來(lái)降低成本。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)比較常規(guī)機(jī)動(dòng)車的速度和加速性能，提出了安全余量時(shí)間的決策算法，論述了汽車駐車智能微波防撞預(yù)警系統(tǒng)的距離和速度等參數(shù)指標(biāo)的選取，結(jié)果表明為了留有10 s的下車安全時(shí)間，需要雷達(dá)的作用距離不小于200 m 時(shí)，跟隨其后的機(jī)動(dòng)車速度低于17 m/s。