基于多传感器的高速公路防碰撞预警系统

潘妍睿 刘 秀 李若琳 梁 晨 张子龙

(东北林业大学，黑龙江 哈尔滨 150040)

1 研究现状

1.1 国内研究现状

目前针对于汽车追尾的研究中，国内高校及科研机构在这方面起步较晚。国内外主要是从事汽车追尾硬件系统的研究，国内学者在国外汽车追尾防撞硬件研究的基础上，对于汽车追尾概率也提出了自己的研究思路。目前如清华大学，国防科技大学等高校与科研机构也正在开展此方面的研究工作。

1.2 国外研究现状

2005年，美国通用公司在GPS导航的基础上，结合通讯仪器，对车辆行驶过程中的视线盲点及入弯处进行障碍检测，并能对碰撞风险进行感知和预判，从而及时报警反馈给驾驶员，以保证安全行车。在对于汽车安全行车距离的控制上，日本丰田公司结合毫米波雷达与CCD摄像机对跟车距离实行动态检测，在必要情况下可实现紧急制动刹车以保障行车安全，防止追尾事故的发生。

2 防碰撞预警系统研究

2.1 研究目标

本研究预设计一套基于多传感器的车辆信息及驾驶员操作信息采集系统，根据汽车运动与动力学分析制动安全距离，同时考虑到路面附着系数、公路等级情况等因素，判断出在某种条件下是否将发生碰撞，并显示当前数据，包括前车速度、后车速度、安全距离，以及在预设的条件下判断是否会发生碰撞，并做出预警。

2.2 研究方法

首先参阅大量相关文献，并参考现有汽车防追尾模型的研究成果，以建立一个简单实用的防碰撞模型。为了更全面地建立安全模型，首先研究高速公路交通事故特征，事故成因，分析高速公路追尾事故各项影响因素，再根据安全行车原则，汽车防追尾碰撞原理，汽车参数及性能等影响因素建立本设计所提出的防碰撞预警系统。结合车辆自身传感器等建立车辆信息采集系统，对预警系统正常工作所需的相关信息实时采集与反馈。

本设计借助于LABVIEW软件实现对车辆跟车情况的实时模拟，其基本工作原理可简要概括为：首先，基于行车状况对相关因素进行随机取值，并进行大量的仿真和迭代，以求更为接近实际情况。根据最终仿真所得的数据，进一步建立防追尾预警模型。该模型采集跟车距离、前车及我车行驶速度、道路路面状况、车辆性能等作为车辆追尾预测模型中的输入信号，输出信号即为追尾概率。然后，依据相关算法对输出信号进行连续实时的分析，当输出信号达到预警阈值即对驾驶员实施预警。该研究技术路线图如图1所示。

2.3 研究内容

本研究所提出的基于多传感器的高速公路防碰撞预警系统可安装于汽车上，结合汽车的行驶速度、跟车距离、路面状况等数据，可以有效地监控汽车追尾事故。因此，本设计首先对高速公路追尾原因进行分析，建立高速公路安全距离模型；其次运用LABVIEW编程软件开发基于多传感器的车辆信息及驾驶员操作信息采集系统以及一套高速公路汽车追尾模拟仿真系统；然后运用MATLAB软件，基于其RBF神经网络建立追尾预测仿真模型。基于此模型，即可实现对追尾事故进行预测分析。此外，并设计了辅助用高速公路防车辆追尾警示装置，该装置可安装于高速公路道路旁侧，实时地对汽车驾驶员进行提醒和预警，结合防碰撞预警系统以大大降低高速公路汽车追尾事故的发生率。

3 防追尾警示装置

本研究所设计的防追尾预警系统由两部分组成，分为车载防碰撞预警系统和高速公路防碰撞警示装置。其中，所设计的高速公路防追尾警示装置起辅助作用，其主要由部分简单的机械结构组装而成，规避了现有技术中漏水孔封堵的问题。该装置安装方便，成本低廉且无需消耗能源即可自行工作，响应了国家绿色环保政策的号召。与车载预警系统配合工作可以更好的起到对驾驶员进行碰撞预警的作用。该装置结构如图2所示。

4 创新点

本设计借助于MATLAB,LABVIEW,BP神经网络算法等工具开发了一套高速公路汽车防追尾预警系统。该系统设有车载装置以及路面装置，二者协同工作，更好的实现了高速公路行车防追尾预警的作用。其中，车载装置为多传感器防追尾预警系统，其更好的借助了车辆已搭载的传感器系统，综合其所采集的行驶速度、跟车距离、车辆参数性能等相关信息，根据汽车运动与动力学原理计算其制动安全距离，并结合路面状况等因素，判断该行车条件下发生追尾碰撞的概率，并对所采集的信息进行显示，必要情况下提前对驾驶员做出预警。其次，路面装置为改进后的高速公路用车辆防追尾警示装置，可与车载装置协同工作，更加安全高效，大大降低高速公路追尾事故发生率。