顧 斌，周 胥，冒 武，夏新春，胡順安

（1.常熟理工學(xué)院 汽車工程學(xué)院，江蘇 常熟 215500；2.上海易沃汽車設(shè)備有限公司，上海 201100）

1 引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，貨物的周轉(zhuǎn)愈發(fā)頻繁，卡車在交通運(yùn)輸中扮演著不可或缺的角色，但由于其自身結(jié)構(gòu)原因在行車環(huán)節(jié)中極易形成盲區(qū)，即使是大曲率的后視鏡也無法完全避免.圖1所示為某卡車盲區(qū)，ABCDE 5處均為視野盲區(qū)，極易造成安全事故，尤其在內(nèi)輪差盲區(qū)，見圖2.上述盲區(qū)的存在顯然增加了卡車行駛的危險性和對道路交通安全的影響，駕駛者稍有不慎，其后果不堪設(shè)想.

圖1 卡車盲區(qū)分布示意圖

圖2 卡車內(nèi)輪差盲區(qū)示意圖

世衛(wèi)組織在《2015年全球道路安全現(xiàn)狀報告》中指出，交通安全狀況雖有改善［1］，但全世界由于后視鏡盲區(qū)造成的交通事故約占30%.據(jù)德國保險協(xié)會預(yù)測，盲點(diǎn)監(jiān)測系統(tǒng)的推廣普及可減少近半成的卡車事故，同時能有效減少約1/3的卡車事故死亡人數(shù).歐盟（EU）早在2006年頒布的2003/97/EC法規(guī)中，要求卡車生產(chǎn)商生產(chǎn)的所有重型車都必須安裝盲點(diǎn)后視鏡，以有效延伸后視野區(qū)域［2］.

基于以上分析，現(xiàn)研發(fā)一種基于單片機(jī)的卡車盲點(diǎn)警示與監(jiān)控系統(tǒng)，結(jié)合視頻成像技術(shù)和雷達(dá)探測技術(shù)實(shí)現(xiàn)對盲區(qū)范圍的實(shí)時監(jiān)測，通過蜂鳴器鳴叫、警示燈閃爍、車距實(shí)時顯示、監(jiān)控視頻反饋等多種技術(shù)手段達(dá)到提醒駕駛員的目的，從而減少盲區(qū)事故的發(fā)生.

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及主要部件

2.1 系統(tǒng)功能綜述

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和安裝示意圖如圖3、圖4所示.根據(jù)駕駛員實(shí)際行車的需求設(shè)定了系統(tǒng)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo).當(dāng)車鑰匙撥至ON擋時，系統(tǒng)啟動，并對探測性能進(jìn)行自我檢測，若系統(tǒng)自檢正常，蜂鳴器“Bi----”一聲提示，同時顯示器動態(tài)掃描一次，若自檢發(fā)現(xiàn)探頭錯誤，蜂鳴器“Bi-Bi-”兩聲提示，顯示器提示自檢出錯的探頭編號.

圖3 盲點(diǎn)警示與監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖4 盲點(diǎn)警示與監(jiān)控系統(tǒng)安裝示意圖

系統(tǒng)的連接線束選取帶有隱藏布線的屏蔽護(hù)套電纜，保證在有電磁干擾環(huán)境下系統(tǒng)的優(yōu)良傳輸性能，其中插接器選取防護(hù)等級較高的航空接頭，防振性能優(yōu)良［3］.雷達(dá)探測系統(tǒng)始終工作，選用6路收發(fā)一體式超聲波探頭進(jìn)行測距，并會比對出6路測距計(jì)數(shù)值中的最小值［4］，并將其輸出至中控臺左上方的距離顯示器.其中4個開孔式探頭安裝在駕駛室周圍，其余2個以支架式（螺栓固定）安裝在車廂周邊（支架式探頭數(shù)目可根據(jù)車長增減），并通過彈性線將支架式探頭和開孔式探頭的線路連接起來.所有探頭時刻將距離信息反饋至雷達(dá)主機(jī)，若雷達(dá)主機(jī)判斷出來車距離小于預(yù)先設(shè)置的閾值則判定存在安全隱患，并將信息通過主線組傳至報警主機(jī)，報警主機(jī)將啟動所控制的各“效應(yīng)器”.首先控制對應(yīng)方向外后視鏡內(nèi)部的警示燈亮起，其原理在于安裝在高反射率鏡面后端的一塊小型嵌入式TFT-LCD液晶顯示屏，利用鏡面單方向的高透射性，將液晶顯示屏上紅色警示標(biāo)識透過鏡面進(jìn)行顯示［5］；其次，駕駛室內(nèi)左右分別布置一個無源蜂鳴器，借助單片機(jī)等電子元器件，采用合適的直流電壓驅(qū)動蜂鳴器進(jìn)行多頻鳴叫，實(shí)現(xiàn)不同工況下的發(fā)聲效果［6］；同時距離顯示器會顯示來車方向與距離；最后報警主機(jī)控制6個來自Integrated Micro-electronics的小型攝像頭將所獲視頻信息傳輸至四分屏后視鏡進(jìn)行顯示.系統(tǒng)在不同行車狀態(tài)下的工作狀態(tài)，見表1.

表1 卡車盲點(diǎn)警示與監(jiān)控系統(tǒng)工作方式

當(dāng)汽車開啟示寬燈時，警示燈的亮度自動降低，減少對駕駛員的影響，即警示燈亮度自動調(diào)節(jié)功能.

2.2 超聲波雷達(dá)探頭

鑒于超聲波的優(yōu)良物理性能，該系統(tǒng)借助6個具有較大探測范圍的超聲波雷達(dá)探頭進(jìn)行非接觸式測距.

該系統(tǒng)中的超聲波雷達(dá)采用往返時間檢測法，并選用常見的40 kHZ超聲波頻率.其工作原理是通過傳感器發(fā)射40 kHZ超聲波，采集從發(fā)射到返回所經(jīng)歷的時間，從而計(jì)算出物體間距［7］，其原理如圖5所示.

圖5 超聲波測距模塊工作原理

2.3 四分屏后視鏡

該系統(tǒng)采用四分屏后視鏡這一新型顯示方式，其結(jié)構(gòu)的特殊性在于將一塊嵌入式TFT-LCD液晶顯示屏安裝于鏡面后側(cè)，借助后視鏡平面的單向高透射性，從而把液晶顯示器上的畫面內(nèi)容穿過鏡面進(jìn)行顯示（見圖6），暫時性取代傳統(tǒng)后視鏡.當(dāng)顯示器黑屏?xí)r，又恢復(fù)成普通的反射鏡面［7］.

此外，上述顯示屏并非一直顯示影像，而是在相當(dāng)長時間內(nèi)僅作為傳統(tǒng)后視鏡使用，可有效避免全時工作攝像頭由于一直提供圖像信息反而容易使駕駛員忽略提示，且比全時工作的攝像頭具有更長的使用壽命.

圖6 四分屏后視鏡工作示意圖

2.4 距離顯示器

該系統(tǒng)采用數(shù)碼管進(jìn)行距離數(shù)值的顯示，采用膠粘方式布置在主控平臺上方偏左位置，相比儀表盤更易觀察.信息采集單元為車周身所布置的超聲波雷達(dá)探頭，信息處理單元為單片機(jī)，數(shù)據(jù)顯示單元由8位的共陰極數(shù)碼管和布置成方塊、箭頭形狀的發(fā)光二極管構(gòu)成.超聲波雷達(dá)探頭將測得的信息發(fā)送至單片機(jī)，單片機(jī)經(jīng)過A/D（模數(shù)轉(zhuǎn)換）然后將結(jié)果通過數(shù)碼管顯示出來［8］.

具體顯示界面中，箭頭的作用是指明進(jìn)入閾值范圍之內(nèi)的車輛與該車的相對位置，有左右之分，兩側(cè)各6個方形二極管是距離遠(yuǎn)近程度的直觀表示.例如，若該系統(tǒng)設(shè)定安全報警閾值為3 m，則可設(shè)定距離在0～0.5 m內(nèi)是亮一個方形二極管，0.5～1.0 m亮兩個，1.0～1.5 m亮3個，1.5～2.0 m亮4個，2.0～2.5 m亮5個，2.5～3.0 m亮6個，從而形成直觀的距離程度條.例如，圖7表示在該車左側(cè)距離3.0 m有車輛駛近，圖8表示在該車右側(cè)距離1.8 m有車輛駛近.

圖7 左側(cè)來車距離顯示器界面

圖8 右側(cè)來車距離顯示器界面

3 工作方式與原理

如圖9所示，當(dāng)該車鑰匙撥至ON擋位時啟動系統(tǒng)，電源控制管理模塊借助LM2596電源轉(zhuǎn)換模塊將車載12 V（或24 V）電源電壓轉(zhuǎn)換為適用的5 V電壓，進(jìn)一步為各部件供能；當(dāng)鑰匙退出ON擋系統(tǒng)關(guān)閉.在ON狀態(tài)下，駕駛員可通過開關(guān)控制系統(tǒng)的開啟與關(guān)閉，避免系統(tǒng)故障的情況下對駕駛員產(chǎn)生誤導(dǎo).

控制器為MIK632系統(tǒng)主控MCU8032，結(jié)合了報警主機(jī)與雷達(dá)主機(jī)功能，安裝于車輛ECU模塊附近，同時在其中設(shè)置探測距離的有效閾值.6個探測頭均選取HCR4型超聲波雷達(dá)，TRIG及ECHO接口分別與MIK632系統(tǒng)主控MCU8032的A0-A7、B0-B3端口連接.若距離探測頭采集到的障礙物距離小于上述閾值，則借助I/O端口與MIK632系統(tǒng)主控MCU8032相連接的距離顯示器顯示來車距離，同時警示燈工作且蜂鳴器鳴叫，MIK632系統(tǒng)主控MCU8032的C0、C1輸出端與左右蜂鳴器連接，來車方向一側(cè)的蜂鳴器將立即鳴叫.同時打開車身攝像頭，攝像頭的AV信號與MIK2435B信號開關(guān)連接，然后MIK2435B信號開關(guān)的復(fù)合輸出端接入MIK632系統(tǒng)主控MCU8032的BT.656，利用高速千兆多媒體串行鏈路（GMSL）串行器和方形解串器進(jìn)行視頻解析與傳輸，將視頻信息轉(zhuǎn)化為單片機(jī)可識別的信號，然后由DAC口和T-CON口輸出至LCD四分屏后視鏡.

圖9 盲點(diǎn)警示與監(jiān)控系統(tǒng)電路原理圖

4 結(jié)束語

目前市場上不乏盲點(diǎn)探測系統(tǒng)和監(jiān)視系統(tǒng)，但兩者一般單獨(dú)運(yùn)行，例如倒車?yán)走_(dá)以及行車記錄儀，但其未進(jìn)行有效融合，故現(xiàn)有技術(shù)仍存在很大的提升空間.基于此提供了一種車輛盲區(qū)避險警示與監(jiān)控裝置，通過對車輛行駛過程中外界環(huán)境的測距，由音頻和視頻提醒駕駛員進(jìn)行行車避讓從而提高安全性.其優(yōu)點(diǎn)在于：通過不同位置的距離探測頭探測車輛外部障礙物的距離信息，由控制器控制不同位置的攝像頭和蜂鳴器工作提醒駕駛員注意安全，當(dāng)外部障礙物距離車身過近時，打開攝像頭提供實(shí)時畫面至四分屏后視鏡，避免全時工作攝像頭一直提供圖像信息而容易使駕駛員忽略提示的問題，提示效果更好.另外非全時工作的攝像頭具有更長的使用壽命.故通過以上途徑減少安全事故的發(fā)生，在預(yù)防交通事故應(yīng)用方面有著十分重要的作用.

當(dāng)然，該系統(tǒng)僅僅提供行駛輔助功能，不可能完全消除盲區(qū)，要進(jìn)一步減少盲區(qū)影響帶來的交通事故，還要卡車等大型車輛駕駛員與行人及其他車輛遵守道路交通法規(guī)，理性認(rèn)識盲區(qū)，禮讓、謹(jǐn)慎通行，共同維護(hù)和諧安全的道路交通環(huán)境.