挂车转弯安全预警系统设计研究

2019-05-16王建美WangJianmeiFengLi

北京汽车 2019年2期

王建美，冯理 Wang Jianmei，Feng Li

挂车转弯安全预警系统设计研究

王建美，冯理 Wang Jianmei，Feng Li

（武汉华夏理工学院，湖北武汉 430223）

挂车在城市中转向行驶时，由于驾驶员存在视野盲区，可能会碰撞到路上的行人、自行车或电动自行车等非机动车人员，设计一套挂车转弯安全预警系统，能够在非机动车人员进入挂车转弯危险区域时及时发出警示信息，避免发生交通事故和人员伤亡。该系统有多个警示装置，能够同时提醒汽车驾驶员和非机动车人员，达到双向双重预警的目的，提高挂车转弯安全性。

预警；内轮差；手机移动终端

0 引言

近年来，挂车保有量逐年增长，事故率也在逐年上升，尤其是挂车转弯事故逐年增加。挂车由于质量大、惯性大，导致事故中死亡率高达43%。因挂车的交通事故破坏性强、损失大和人员伤亡率高等因素，所以在日常出行中，不管是行人、非机动车辆或是小型机动车辆在道路上遇到挂车时总是畏而远之[1]。目前并没有一套成熟的安全预警系统能在挂车转弯时给予适当警示，这样的安全预警系统可以减少事故率和人员伤亡。

1 事故原因及防范措施

挂车转弯事故发生的主要原因是挂车轮胎数量多、体积大，位于车头的驾驶室比较高，非机动车人员通常在被撞倒之后卷入底盘被压伤亡。此类转弯事故大多是由于车辆转弯时存在内轮差盲区所导致[2]。内轮差是指转弯时，挂车内前轮与内后轮转弯半径之差，前、后车轮转弯半径不一致导致前、后轮运动轨迹并不重合，所形成的区域即为内轮差区域，也是驾驶员的视觉盲区，如图1所示。

图1 内轮差区域

西南交通大学设计的大货车弯道安全警示系统主要包括红外感应器和LED（Light Emitting Diode，发光二极管）灯等装置，当货车转弯、非机动车人员进入到危险区域时，红外感应器接收到信息并经处理器计算处理后，LED灯发光并将光亮照在路面上，以提醒非机动车人员此区域危险，应快速避开[3-4]。此系统可以一定程度降低挂车转弯时的事故发生率；但红外感应器是其唯一的信号采集器，采集的信号比较单一，如果红外感应器异常或故障，则警示系统极容易失效或不正常工作；此外，红外感应器成本偏高，难以在消费群体中推广[5]；因此，挂车转弯预警系统应多渠道采集车辆转弯时的外界信号，且能够快速准确判断弯道路况，及时计算处理信息并发出预警指令，同时应避免过高的成本。

2 预警系统技术方案

挂车转弯安全预警系统主要由控制开关、信息采集模块、信息计算与处理模块和安全预警装置等组成。其控制开关为转向灯控制开关，信息采集模块包括毫米波雷达、广角摄像头和GPS（Global Positioning System，全球定位系统），信息计算与处理模块主要为ECU（Electronic Control Unit，电子控制单元）和中央服务器，安全预警装置主要包括LED软光带、蜂鸣器和移动手机终端。其技术特点是将挂车转弯时的内轮差盲区通过LED软光带动态闪烁可视化，以此警示行人或非机动车驾驶人，驾驶室内蜂鸣器鸣笛以警示驾驶员，同时通过移动手机终端分别发送语音信号给驾驶员和处于危险区域的行人或其他车辆驾驶员，双重预警行人和驾驶员，避免因转弯内轮差盲区而发生交通事故。预警系统技术方案如图2所示。

图2 预警系统技术方案图

具体实施方式如图3所示，当挂车转弯时，驾驶员打开转向灯，此时系统开始工作，信息采集模块中毫米波雷达和广角摄像头采集路况信息，其中毫米波雷达用于检测非机动车辆或行人的速度与挂车间的距离，广角摄像头用于探测挂车转弯时的路况，采集的信号经A/D转换后输入ECU模块，ECU模块经过逻辑运算，输出控制信号给LED软光带和蜂鸣器，若行人或非机动车辆处于危险区域，即内轮差盲区，则软光带动态闪烁警告行人或非机动车辆，同时，位于驾驶室内的蜂鸣器发出警示声，驾驶员和行人即可采取行动避开危险。此外，通过GPS定位驾驶员和行人的移动手机终端，将定位的物理距离信号输入中央服务器，中央服务器发出的信号输入ECU模块，经ECU模块逻辑运算后反馈给中央服务器，若处于危险路况，则中央服务器发出信号触发驾驶员和处于危险距离的行人的移动手机终端，由手机发出语音报警。综上所述，此预警系统能利用LED软光带、蜂鸣器和移动手机终端同时预警，不仅提醒处于危险区域的行人和非机动车辆，同时提醒驾驶员，避免转弯工况事故的发生。当一个预警装置失效或故障时，另一个预警装置可以正常工作，起到双重预警的作用，提高挂车转弯安全性。

图3 预警系统结构图

预警系统的关键技术要求挂车转弯信息采集模块在任何环境下都可以采集车辆与行人、非机动车辆之间的动态信息，保证雷达和摄像头在极端车速或恶劣环境下准确采集信息。信息计算与处理模块要求采用高精度、高计算速度的ECU和中央服务器进行数据计算处理。

预警装置即执行机构，应能够准确快速接收ECU指令并发出动作。在驾驶员操纵转向灯亮起的前提下，如果在内轮差区域（危险区域）雷达和摄像头检测到行人或非机动车辆距离挂车的速度越来越高、距离越来越近，则该信息输送到ECU并经计算处理后，发送指令给预警装置，软光带闪亮、蜂鸣器发出预警声音、手机终端发出语音提醒。驾驶员可采取操纵转向盘减小转弯角度、不再进行转向操作或制动停车等措施避免交通事故；同时，非机动车人员听到或看到预警装置警告可快速远离危险区域。当非机动车人员远离内轮差区域后，预警作用自动解除，系统自动关闭。此系统可起到双向双重预警作用。如果在危险区域雷达和摄像头检测到行人或非机动车辆距离挂车的速度越来越小、距离越来越远，则信息经ECU计算处理后，预警装置不做出反应直至危险消除。