陳嵐 趙竹 吳歡 劉霽霆 曾浩然

作者簡(jiǎn)介：陳嵐（1983— ），女，湖南長(zhǎng)沙人，講師，碩士；研究方向：智能交通，交通控制，交通工程。

*通信作者：趙竹（1981— ），男，湖南長(zhǎng)沙人，副教授，碩士；研究方向：智能交通，網(wǎng)絡(luò)通信，視頻監(jiān)控。

摘要：大型車(chē)輛由于車(chē)身長(zhǎng)、軸距長(zhǎng)等特點(diǎn)，導(dǎo)致其在行駛過(guò)程中存在嚴(yán)重的視覺(jué)盲區(qū)。車(chē)身越長(zhǎng)，轉(zhuǎn)彎形成的內(nèi)輪差就越大，盲區(qū)也就越大，因此給行車(chē)安全帶來(lái)巨大的隱患。文章設(shè)計(jì)了一套低成本盲區(qū)預(yù)警系統(tǒng)，采用三級(jí)混合報(bào)警系統(tǒng)，將人體紅外傳感器、語(yǔ)音報(bào)警器、地面投影器、聲光報(bào)警器融合，實(shí)現(xiàn)多方位盲區(qū)檢測(cè)，達(dá)到“車(chē)避人”+“人避車(chē)”的效果，很好地解決盲區(qū)問(wèn)題，大幅提高駕駛的安全性。

關(guān)鍵詞：大型車(chē)輛盲區(qū)；三級(jí)混合報(bào)警系統(tǒng)；行人檢測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP929 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

隨著中國(guó)貨運(yùn)行業(yè)的發(fā)展，貨運(yùn)車(chē)輛大型化趨勢(shì)非常明顯，因車(chē)輛盲區(qū)引發(fā)的事故數(shù)不勝數(shù)，特別是雨霧天、夜晚、右轉(zhuǎn)彎等視野欠缺情況下，給行車(chē)安全造成極大隱患。因此，設(shè)計(jì)一種大型車(chē)輛的盲區(qū)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)提示交通安全具有重要意義?，F(xiàn)有盲區(qū)檢測(cè)系統(tǒng)均采用“車(chē)避人”方式防止盲區(qū)交通事故，且存在一定技術(shù)缺陷。本文提出的大型車(chē)輛盲區(qū)預(yù)警系統(tǒng)采用“車(chē)避人”+“人避車(chē)”原理，可以較好地解決這個(gè)問(wèn)題。

1 車(chē)輛盲區(qū)問(wèn)題分析

據(jù)《2020年交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》統(tǒng)計(jì)，2020年全國(guó)大型車(chē)輛擁有量達(dá)到2 281.79萬(wàn)輛［1］。大型車(chē)輛所導(dǎo)致的交通事故也在逐年增加，在涉及車(chē)輛發(fā)生的惡性交通事故中，盲區(qū)引發(fā)的事故高達(dá)70%，致死率超過(guò)90%［2］。分析可知，事故原因主要有 ：大車(chē)司機(jī)的視線(xiàn)存在盲區(qū)導(dǎo)致其未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)盲區(qū)內(nèi)的非機(jī)動(dòng)車(chē)、行人；非機(jī)動(dòng)車(chē)及行人對(duì)大型車(chē)輛右轉(zhuǎn)盲區(qū)范圍判斷有誤造成的誤入；大型車(chē)司機(jī)駕車(chē)過(guò)程中的車(chē)速過(guò)快及疏忽大意問(wèn)題。

大型車(chē)輛在右轉(zhuǎn)彎時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)輪差導(dǎo)致巨大的視覺(jué)盲區(qū)。內(nèi)輪差是在車(chē)輛轉(zhuǎn)彎過(guò)程中前后內(nèi)輪轉(zhuǎn)彎半徑的差值，與車(chē)長(zhǎng)、輪距、最小轉(zhuǎn)彎半徑3個(gè)因素有關(guān)［3］。根據(jù)內(nèi)輪差模型（見(jiàn)圖1），A、B、C、D為4個(gè)輪的行駛軌跡。

半掛式貨車(chē)內(nèi)輪差的計(jì)算推導(dǎo)：

abo為直角三角形，oa為車(chē)輛最小轉(zhuǎn)彎半徑，ab=cd為軸距，根據(jù)勾股定理可得：

c和d與o點(diǎn)形成直角三角形，勾股定理得出OD的數(shù)據(jù)。即：

式中：j為牽引銷(xiāo)與牽引車(chē)后軸的距離; r為牽引銷(xiāo)的運(yùn)動(dòng)半徑; c為掛車(chē)內(nèi)側(cè)后輪中心線(xiàn)的運(yùn)動(dòng)半徑; n′為半掛車(chē)輛的內(nèi)輪差（單位均為m）。

非掛式貨車(chē)內(nèi)輪差計(jì)算公式：

其中d1表示前輪的外輪的弧度半徑，d2表示內(nèi)輪的弧度半徑，d1d2表示兩輪弧度半徑的比值。

以重型貨車(chē)、公交車(chē)和半掛汽車(chē)列車(chē)為例，分別計(jì)算沿特定半徑道路中心線(xiàn)轉(zhuǎn)彎時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)輪差。其中車(chē)型分別選取一汽平頭柴油自卸汽車(chē)CA3071P9K2AE、宇通公交車(chē)ZK6891HG和一汽半掛牽引車(chē)CA4260P66K2T1A作為代表。計(jì)算后的內(nèi)輪差范圍大小如表1所示。

根據(jù)以上結(jié)果 ，半掛車(chē)的寬度為2.5 m，車(chē)道寬度為3.5 m，當(dāng)半掛車(chē)沿著25 m半徑圓弧轉(zhuǎn)彎時(shí)，所產(chǎn)生的內(nèi)輪差極易侵入內(nèi)側(cè)的車(chē)道，而行人與非機(jī)動(dòng)車(chē)很難準(zhǔn)確判斷自身是否進(jìn)入大型車(chē)右轉(zhuǎn)盲區(qū)。

對(duì)此交警部門(mén)做出很多處理方式，如針對(duì)右轉(zhuǎn)內(nèi)輪差盲區(qū)提出的右轉(zhuǎn)必停標(biāo)志、右轉(zhuǎn)危險(xiǎn)區(qū)域提示、雷視一體機(jī)路口監(jiān)測(cè)等。這些措施能夠一定程度上減少事故發(fā)生，但都存在一定的缺陷。

“右轉(zhuǎn)必停標(biāo)志”是交警部門(mén)針對(duì)盲區(qū)問(wèn)題做出的相關(guān)法規(guī)［4］，要求所有大型車(chē)輛駕駛員右轉(zhuǎn)必停，即車(chē)輛在路口右轉(zhuǎn)或者行經(jīng)右轉(zhuǎn)渠化匝道時(shí)，自覺(jué)停到兩米線(xiàn)外進(jìn)行觀望，在滿(mǎn)足道路安全情況下，才能進(jìn)行右轉(zhuǎn)通行。這讓大型車(chē)輛因右轉(zhuǎn)彎導(dǎo)致的事故大幅下降。但其背后也有缺點(diǎn)，如不斷啟停會(huì)增加油耗、駕駛員不可能同時(shí)進(jìn)行前、左、右盲區(qū)的觀察、停車(chē)后不能避免還會(huì)有人進(jìn)入盲區(qū)。

“右轉(zhuǎn)危險(xiǎn)區(qū)域提示”使用紅色油漆將內(nèi)輪差盲區(qū)漆紅，變成一個(gè)醒目的區(qū)域警示非機(jī)動(dòng)車(chē)和行人，達(dá)到自覺(jué)避開(kāi)“右轉(zhuǎn)危險(xiǎn)區(qū)”的效果。同時(shí)也存在一定的缺陷，如無(wú)法避免行人、非機(jī)動(dòng)車(chē)不守交通規(guī)則，駕駛員在危險(xiǎn)區(qū)域前沒(méi)有停車(chē)眺望直接駛過(guò)等危險(xiǎn)。

除此之外，市面上還有針對(duì)盲區(qū)研發(fā)的技術(shù)解決方案，常見(jiàn)的有雷達(dá)、360°車(chē)輛全景影視、渣土車(chē)主動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)等，也都存在一定缺陷。

雷達(dá)：探測(cè)聲波存在太窄的現(xiàn)象，障礙物一旦偏離雷達(dá)探頭的正對(duì)角度時(shí)，多數(shù)存在較大的探測(cè)盲區(qū)，對(duì)管狀、錐狀等特殊障礙物存在較多的死角。因車(chē)輛行駛過(guò)程中的環(huán)境十分復(fù)雜以及各種極端天氣的影響，導(dǎo)致雷達(dá)對(duì)障礙物的識(shí)別存在一定的誤差概率。

智能車(chē)載360度全景環(huán)視系統(tǒng)：通過(guò)視頻監(jiān)控提醒大型車(chē)輛駕駛?cè)俗⒁獗荛_(kāi)行人，而大型車(chē)輛駕駛?cè)擞袝r(shí)不會(huì)及時(shí)地注意觀察監(jiān)控屏，所以解決盲區(qū)的能力較弱。

渣土車(chē)盲區(qū)主動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)：只有在車(chē)速15 km/h以下才會(huì)自動(dòng)觸發(fā)。

以上大貨車(chē)盲區(qū)問(wèn)題的方式都是從駕駛員的方面去考慮，以達(dá)到“車(chē)避人”效果。目前，針對(duì)進(jìn)入盲區(qū)的非機(jī)動(dòng)車(chē)、行人主動(dòng)提醒等方面還處于技術(shù)空缺階段。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文提出的系統(tǒng)是專(zhuān)門(mén)針對(duì)大型車(chē)輛盲區(qū)以及內(nèi)輪差這一危險(xiǎn)地帶的解決方案，系統(tǒng)的檢測(cè)單元與警示單元通過(guò)信息傳播媒介（微處理器）進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)與報(bào)警功能。主要核心部件為人體紅外傳感器、語(yǔ)音報(bào)警器、聲光報(bào)警器、地面投影器。STM32單片機(jī)運(yùn)行三級(jí)混合報(bào)警系統(tǒng)做出決策，當(dāng)行人進(jìn)入設(shè)定的預(yù)警區(qū)域時(shí)，觸發(fā)三級(jí)混合報(bào)警系統(tǒng)對(duì)行人以及駕駛員進(jìn)行預(yù)警。報(bào)警單元內(nèi)的地面投影儀、聲光報(bào)警器以及語(yǔ)音播報(bào)器可以單獨(dú)使用，也可以混合報(bào)警，既可以自動(dòng)調(diào)試，也可以手動(dòng)操作。達(dá)到“車(chē)避人”+“人避車(chē)”的效果。

2.1 設(shè)備選取及安裝

2.1.1 人體紅外傳感器安裝

大型車(chē)輛因A柱及車(chē)身遮擋產(chǎn)生多個(gè)盲區(qū)，為解決這些盲區(qū)問(wèn)題，布置2顆人體紅外傳感器于車(chē)前保險(xiǎn)杠后。針對(duì)轉(zhuǎn)彎盲區(qū)，布置2顆人體紅外傳感器于駕駛艙間橫梁處。人體紅外傳感器最遠(yuǎn)的探測(cè)距離約為12 m，探測(cè)角度為錐角120°～180°可調(diào)。通過(guò)4顆人體紅外傳感器覆蓋車(chē)身，達(dá)到監(jiān)測(cè)目的，如圖2所示。安裝過(guò)程采用卡接式，探頭部位朝外。具體傳感器數(shù)量依據(jù)盲區(qū)大小進(jìn)行配置。

2.1.2 地面投影儀安裝

大貨車(chē)的內(nèi)輪差通?？蛇_(dá)1.5～2 m，投影儀投射距離約為6 m。經(jīng)過(guò)大量測(cè)試，采用鈍角三角形的投射方式，將投影器安裝至內(nèi)輪差的頭部（前轉(zhuǎn)向輪附近），離地0.8～1.2 m，安裝角度與車(chē)身成15°夾角斜向下，達(dá)到警示盲區(qū)效果。

2.1.3 語(yǔ)音播報(bào)器安裝

距離每增加1倍時(shí)，聲壓會(huì)減少6 dB。通過(guò)測(cè)試，語(yǔ)音播報(bào)器的分貝為120 dB，街道環(huán)境聲音為70 dB左右，因此在內(nèi)輪差盲區(qū)的起點(diǎn)，高度為1.8 m處安裝語(yǔ)音播報(bào)器可以更好使警報(bào)傳播到人耳。

2.1.4 聲光報(bào)警器安裝

為引起非機(jī)動(dòng)車(chē)、行人注意，警報(bào)器通過(guò)安裝至車(chē)頂處。在緊急情況下發(fā)出警報(bào)聲，不斷閃爍強(qiáng)光，提醒盲區(qū)內(nèi)的非機(jī)動(dòng)車(chē)、行人迅速退出盲區(qū)，避免事故發(fā)生。

2.1.5 微處理單元安裝

微處理單元是本系統(tǒng)最重要的部件，為避免暴曬、潮濕等危害，須進(jìn)行特殊的安裝保護(hù)，安裝在駕駛室中控臺(tái)內(nèi)，根據(jù)情況找到固定點(diǎn)，并固定牢固。

2.2 系統(tǒng)功能分析

2.2.1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由人體紅外傳感器負(fù)責(zé)［5］。通過(guò)紅外傳感器的探頭探測(cè)人體體溫恒定所釋放的紅外線(xiàn)，人體紅外傳感器所連接的電路通過(guò)對(duì)電荷進(jìn)行檢測(cè)就能識(shí)別是否有人在此區(qū)域，從而達(dá)到探測(cè)盲區(qū)的效果。

2.2.2 報(bào)警系統(tǒng)

當(dāng)監(jiān)測(cè)單元感應(yīng)到車(chē)輛盲區(qū)內(nèi)有人，則將信息傳輸至微處理單元。微處理單元經(jīng)過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)單元信息的采集及處理，進(jìn)而發(fā)送指令控制警示單元中的聲光報(bào)警器、語(yǔ)音報(bào)警器和地面投影器進(jìn)行大型車(chē)輛盲區(qū)預(yù)警提示。具體工作方式為：地面投影器投影出車(chē)輛盲區(qū)的范圍，并標(biāo)注字體“車(chē)輛盲區(qū)，請(qǐng)注意避讓?zhuān)　?；聲光?bào)警器進(jìn)行紅、綠、藍(lán)燈光的交替閃爍，聲光報(bào)警器結(jié)合語(yǔ)音警報(bào)器，在車(chē)內(nèi)外進(jìn)行燈光交替閃爍的同時(shí)發(fā)出蜂鳴聲警示周?chē)菣C(jī)動(dòng)車(chē)與行人。

2.2.3 決策系統(tǒng)

決策系統(tǒng)由三級(jí)混合報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行判斷。將語(yǔ)音報(bào)警器、聲光報(bào)警器、地面投影器，結(jié)合多傳感融合技術(shù)進(jìn)行處理。進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)，結(jié)合報(bào)警器可調(diào)節(jié)功能設(shè)計(jì)的三級(jí)報(bào)警方案，分別對(duì)應(yīng)的音量分貝、報(bào)警頻率均不相同，如圖3所示。

通過(guò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)、決策系統(tǒng)三大系統(tǒng)結(jié)合對(duì)大型車(chē)輛盲區(qū)進(jìn)行實(shí)時(shí)保護(hù)，達(dá)到“車(chē)避人”+“人避車(chē)”雙重保障效果。

3 結(jié)語(yǔ)

本文提出的大型車(chē)輛智能盲區(qū)預(yù)警系統(tǒng)利用人體紅外傳感器、語(yǔ)音報(bào)警器、聲光報(bào)警器、地面投影器高靈敏度傳感器組合，實(shí)現(xiàn)多方位盲區(qū)檢測(cè)，達(dá)到“人避車(chē)”+“車(chē)避人”效果。通過(guò)產(chǎn)品的測(cè)試以及逐步投入市場(chǎng)，使用效果證明該系統(tǒng)具有可靠性強(qiáng)、成本低的優(yōu)勢(shì)，適用于各類(lèi)大型車(chē)輛，可以很好地解決大型車(chē)輛的盲區(qū)安全問(wèn)題。

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（編輯 傅金睿）

Abstract： Large vehicles due to the long body， wheelbase and other characteristics， resulting in serious visual blind spots in the driving process. The longer the vehicle body is， the larger the inner wheel difference formed by turning， and the larger the blind spot is， thus posing a huge hidden danger to driving safety. This paper designs a low-cost blind zone warning system， using a three-stage hybrid alarm system， integrating human infrared sensors， voice alarms， ground projectors， and audio and visual alarms to achieve multi-directional blind zone detection， achieving the effect of “car avoiding people” + “people avoiding cars”. Effect， a good solution to the blind spot problem， significantly improve the safety of driving.

Key words： blind zone of large vehicles; three-level hybrid alarm system; pedestrian detection