大型车辆超声波过弯雷达
【摘 要】利用超声波测距原理，设计大型车辆过弯雷达，在大型车辆转弯时，对车辆转弯半径内侧物体进行测距，并与设定的安全距离进行比较，做出判断。能直观地发现车辆在过弯时的安全问题，提示司机注意转弯以避免事故的发生。试验结果表明，所建立的模型能够在虚拟弯道下做出正确的判断，起到预警作用。
【关键词】超声波；过弯雷达；大型车辆
0 前言
过弯雷达[1]是提醒驾驶员在转弯时道路交通环境中存在的安全隐患，以便提前做好准备，避免交通事故发生。大型车辆在过弯时由于其前后轮所运行轨迹不一致，会产生一个很大的内轮差[2]，甚至可达到2米，极易形成大型车辆司机的“视觉盲区”，发生交通事故的可能性也越大。
然而，现在汽车的价格也越来越低，这就了汽车过弯雷达不能有太高的制造单价，这就要求汽车过弯雷达必须具有价格低廉，结构简单，稳定可靠，操作方便等优势。因此对汽车过弯雷达的信号源要求就特别严格。在对比红外、激光、超声和电涡流等测距方式[3]后，发现超声波测距具有传播时间容易检测，发射强度易控制，易于定向发射，且不受电磁干扰等优势。因此超声波测距[4]作为汽车过弯雷达的测距信号最为理想。
1 测距系统设计
系统工作原理是，首先单片机STCC51RD通过程序控制发射出40Khz（传播效率最好）的方波信号，经超声波发射电路放大后通发射探头发出超声波。超声波经障碍物阻拦后反射回来，再被接收探头接收。然后在接收模块中经放大、滤波处理后形成一个电信号传送于单片机，读出发送到接受之间的时差T，再由系统计算距离S，最后将S送至LED显示输出。图1为超声波测距系统的构成。
图1 超声波测距原理
2 转弯报警值的分析计算
2.1 大型车转弯路径分析
如图2是大货车的转弯路线。没有轮差的转弯应当是前后轮转弯半径是一致的，但大型车在转弯时会有一个很大的内轮差，内轮差即车辆转弯时的前内轮的转弯半径与后内轮的转弯半径之差。图2中所标示的前内轮与后内轮的行进路线形成的区域为最危险区域。所以先要对这段距离做计算。车辆在行驶过程中，对周围物体的碰撞情况可以分成两类：一类，是车辆撞上了静止的物体；另一类，
则是撞上移动中的物体。对于静止的物体，当其距离车过近已近进入车辆转弯时的内轮差区域，若驾驶员不采取措施则一定会撞上物体。图2中a段的左边区域表示的是大型车将会撞到的静止物体的部分。超出a段后，在a和b线段所夹的区域内，有物体以一定的速度向前方行驶时，当其比车辆早到达危险区域，则也会发生碰撞事故，因此也应当将这段距离视为危险区域。所以现在就要对静止物体的危险距离a和移动物体的危险距离b做计算，a与b之和就是预警距离。
图2 大型车转弯路径图
2.2 车辆报警值计算
1）静止物体安全距离的计算
物体不进入行驶车辆的内轮差范围内，则不会产生碰撞事故。如图3静止物体安全距离计算图即是等效转弯路径分析，在此将大型车辆转弯时其前轮转弯角度设置为固定值θ，由图可知，车辆在转弯时其前内如公式4所示。
移动物体的安全距离计算时，车辆的参数选择为，轴距L=6米长，d=2米宽大型货车作为目标车辆，道路宽度选择国内标准w=3.5米宽，大型车速度选择为v1=20m/s，移动物体的速度选择为v2=5m/s。移动物体的速度选择速度较快的电瓶车的例（速度越快其发生事故可能性高，作为事故评价依据更可靠）。采用上述方法可求得静止物体的安全距离S=2.16米。移动物体的安全距离S=2.16+1.95可知轴距为6米的卡车和运动物体的报警距离为4.1米。为了确保安全，允许该值有一个小的溢出，因此可将此值设置为报警距离。
3）仿真研究
首先设置系统报警值，这里为方便操作，将预警值设定为4m，因此当进入4m范围内的障碍物应当报警。实验中利用简易的障碍物，分别将其与移动物体的距离设定如表1，利用超声波测距模块模拟车辆运行环境，验证其是否能正常测距和报警，并在报警重置后能否重启工作。试验结果如表1。
表1 试验中系统状态
如上试验可知，当物体在安全区域外移动时，警报没有响起，系统正常工作。当移动物体进入危险区域后，系统发出警报，直至报警手动解除后系统正常运行；当有物体再次进入预警范围后，系统再次报警。试验达到预期目标。
【参考文献】
[1]Michael Sivak， Paull.olson， and Kenneth M.Farmer. Radar-measured reaction times of unalerted drivers to brake signals[J].Perceptual and Motor Skills，1982，Volume 55， pages 594-594.
[2]Guan Xin，Wang Jing WU，Gao Zhen hai.Vehicle adaptive cruise control system based on optimal preview acceleration decision making[J].Jounral of Jilin University（Engineering and Technology Edition），2004，34（2）：1-193.
[3]李晓霞，李百川，侯德藻，等.汽车追尾碰撞预警系统开发研究[J].中国公路学报，2001，14（3）：93-95.
[4]鲍吉龙，应延治，赵洪霞，等.基于DSP技术的汽车防撞雷达[J].微计算机信息，2006，22（2）：188-190.
