汽车下客微波防撞雷达系统技术研究＊

2021-12-04刘伟刘清成周知浩晋元钰赵文龙

科技与创新 2021年22期

关键词：防撞乘员机动车

刘伟，刘清成，周知浩，晋元钰，赵文龙

（1.上海工程技术大学，上海 201620；2.上海机电工程研究所，上海 201109）

查阅相关资料，在汽车靠边停车的情况下，侧道行驶的车辆高速行驶与下车乘员相撞的车祸屡见不鲜。车祸在全国意外事故的总数占据首位，且中国每年有超过26 万人在交通事故中身亡[1]，因此研发一套适用性广泛的汽车乘客下车防撞系统迫在眉睫[1]。

本文根据调频雷达测量后方车辆距离和速度，在后方车辆速度过快可能发生危险的情况下，调频雷达决策单元自动使车门上锁阻止乘员下车，从而有效保证乘员的安全，易于得到各式汽车公司的推广与应用。

1 防撞预警系统的组成

本下车防撞系统主要考虑车上乘员以及经过车辆旁边机动车人员的安全状况而设计，在后方来车速度过快时进行及时的自动锁门以保证道路交通的安全[3]。汽车乘客下车防撞系统在汽车的车尾安装具有大扇形方向图的调频雷达，汽车驻车后，雷达实时探测后方机动车辆目标，当目标运行一段时间后，汽车与后车之间的距离达到预置危险时间时，雷达发出警报并自动锁门防止乘员下车。为了预留足够的下车安全时间，需要雷达具有较大的作用距离，先假设雷达最大探测距离不小于200 m，其系统原理如图1 所示。

图1 乘客下车防撞预警雷达系统原理图

2 防撞预警雷达模型

假设后方车辆的初速度为V0，加速度为a，则机动车辆运行的距离S为[1]：

后方车辆的瞬时速度V1为[1]：

假设后车与前车的距离为L，则机动车辆的余量时间t为：

将此时间t与提前设定的安全时间τ作比较，当t＜τ时，雷达发出报警指示信号，提醒乘客不要开门下车。

3 防撞预警雷仿真分析

网络调研不同类型的车辆加速性能，得到四种情况下的速度范围[4]。自行车正常速度为15～20 km/h，加速度约2 m/s2。摩托车速度多为40～60 km/h，汽车、货运车在市区内多为20～40 km/h 行驶。后三种情况为机动车，最高车速不得超过120 km/h，最低车速不得低于60 km/h[5]。据网络调研[6]可知，通常情况下的摩托车最大加速度[7]为30 m/s2，通常汽车、货运车的加速度[8]为4～6 m/s2，统一规定上述车辆为后车。设置监测时间为t，初始速度为V0，以下选取几种机动车典型状况进行仿真分析，行驶过程中的瞬时速度V1和剩余时间余量的关系如图2 所示。

图2 机动车行驶过程中的瞬时速度和剩余时间余量的关系图

情况一：后方距200 m 处驶来自行车，t=25 s，V0=20 km/h≈5.5 m/s，a=1 m/s2。

情况二：后方距200 m 处驶来摩托车，t=10 s，V0=15 km/h≈4.2 m/s，a=8 m/s2。

情况三：后方距200 m 处驶来汽车，t=10 s，V0=10 km/h≈2.8 m/s，a=5 m/s2。

情况四：后方距200 m 处驶来货运车，t=10 s，V0=40 km/h≈11.1 m/s，a=5 m/s2。

经过仿真计算，当雷达的作用距离不小于200 m 时，机动车速度低于17 m/s 时，可保证前车乘员成员有10 s 的下车安全余地。自行车的初速度，加速度都很小，在脉冲雷达监测中，t＜τ的情况概率非常小，主要监测的是加速度很高的摩托车和汽车等机动车，在实际雷达设计的应用中要考虑到速度监测范围以此来降低成本。