王振宇

在2018年2月10日，我看到了一則報(bào)道：在合肥華盛大運(yùn)城附近，發(fā)生一起車禍，一輛大貨車轉(zhuǎn)彎時(shí)不慎撞到了一輛電動(dòng)車，車上兩名男子一傷一亡。大過(guò)年的，發(fā)生這種事情真是讓人傷心。

大型車輛出事故的情況已經(jīng)屢見(jiàn)不鮮，主要原因是大型車輛軸距很長(zhǎng)，難以操控，盲區(qū)較大。在拐彎的時(shí)候，由于車輛拐彎的內(nèi)輪差，會(huì)導(dǎo)致車體內(nèi)側(cè)有將近2米的范圍司機(jī)是看不到的。中國(guó)的車輛駕駛員都是在駕駛室左側(cè)，在左轉(zhuǎn)彎的時(shí)候，駕駛員通過(guò)左側(cè)后視鏡可以看到左側(cè)區(qū)域，基本沒(méi)有盲區(qū)，但是在右轉(zhuǎn)彎的時(shí)候，由于駕駛室寬大，右側(cè)盲區(qū)巨大，駕駛員無(wú)法通過(guò)后視鏡觀察到盲區(qū)情況。

在國(guó)際上，車輛在道路上的行駛有2種情況：一種是像中國(guó)這樣的，車輛在道路右側(cè)行駛，方向盤(pán)在駕駛室左側(cè);另一種是像英國(guó)那樣的情況，車輛靠道路左側(cè)行駛，方向盤(pán)在駕駛室右側(cè)，其車輛在左轉(zhuǎn)彎時(shí)，左側(cè)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)較大的盲區(qū)，駕駛員此時(shí)看不見(jiàn)盲區(qū)內(nèi)的情況，一旦有行人或車輛在盲區(qū)內(nèi)就極有可能發(fā)生交通事故。這2種情況，不管是哪種行駛規(guī)則，當(dāng)車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)，都會(huì)出現(xiàn)一個(gè)較大的盲區(qū)。

如圖1所示，由于車輛軸距較大，前輪行駛的軌跡是白色的線，后輪行駛的線是黃色線，內(nèi)輪和外輪拐彎時(shí)的差距稱之為內(nèi)輪差。內(nèi)輪差的區(qū)域（圖中紫紅色區(qū)域）司機(jī)是完全無(wú)法觀察到的，這種現(xiàn)象造成了大量的交通事故。車輛的軸距越大盲區(qū)也越大。

車輛的拐彎盲區(qū)和車的長(zhǎng)度及拐彎的距離有關(guān)系。假設(shè)車體長(zhǎng)度為X，轉(zhuǎn)彎的距離為Y，則車輛拐彎時(shí)所轉(zhuǎn)過(guò)的角度為：360×X/（Y×3.14×2）;則危險(xiǎn)區(qū)域距離車頭的距離為：Y×cos（360×X/（Y×3.14×2）1.6+2;危險(xiǎn)區(qū)域距離車體右側(cè)的距離為：Y×sin（360×X/（Y×3.14×2）+2-2.494。

于是，我便想能否設(shè)計(jì)一種主動(dòng)檢測(cè)盲區(qū)的設(shè)備，檢測(cè)車輛盲區(qū)內(nèi)是否有人或其他障礙物，檢測(cè)到了主動(dòng)提示駕駛員和行人，同時(shí)在盲區(qū)投影出影像，這樣就可以很好地解決大型車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)的盲區(qū)問(wèn)題。

設(shè)計(jì)原理

本作品的設(shè)計(jì)原理是通過(guò)激光雷達(dá)傳感器檢測(cè)盲區(qū)，當(dāng)檢測(cè)到盲區(qū)有物體的時(shí)候，語(yǔ)音提示系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)提示駕駛員盲區(qū)內(nèi)有行人或者車輛，同時(shí)車外部的警示燈也會(huì)亮起，起到提示作用。為了讓行人及其他車輛在行駛的時(shí)候能看到車輛的盲區(qū)有多大，會(huì)利用投影燈投影出一片紅色網(wǎng)格在車輛的右拐彎盲區(qū)區(qū)域，同時(shí)在地上投影出“注意盲區(qū)”的字樣，警示行人注意。盲區(qū)的投影面積和車輛的拐彎角度成正比，為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，系統(tǒng)通過(guò)傳感器系統(tǒng)和舵機(jī)系統(tǒng)帶動(dòng)投影燈轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)整投影角度。同時(shí)，系統(tǒng)也可以在左拐彎的時(shí)候進(jìn)行檢測(cè)。圖2是系統(tǒng)的設(shè)計(jì)架構(gòu)圖。

裝置的結(jié)構(gòu)組成

本裝置主要由轉(zhuǎn)角傳感器模塊、車輛及行人檢測(cè)電路、中央處理器模塊、投影模塊、語(yǔ)音提示模塊和警示監(jiān)視模塊構(gòu)成。

◇只有在大貨車拐彎的時(shí)候才會(huì)開(kāi)啟檢測(cè)系統(tǒng)，所以需要1個(gè)檢測(cè)開(kāi)關(guān)檢測(cè)車輛是否拐彎。車輛是否拐彎是通過(guò)安裝在方向盤(pán)上的轉(zhuǎn)角傳感器檢測(cè)的，轉(zhuǎn)角傳感器可以檢測(cè)到方向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)，可以檢測(cè)正反轉(zhuǎn)各1圈半的范圍。

◇系統(tǒng)啟動(dòng)之后就會(huì)開(kāi)啟投影系統(tǒng)，在地上的盲區(qū)內(nèi)投影出紅色網(wǎng)格，以警示行人及其他車輛。

◇當(dāng)有行人或車輛進(jìn)入盲區(qū)的時(shí)候，系統(tǒng)能通過(guò)激光雷達(dá)傳感器檢測(cè)到，并通過(guò)電路系統(tǒng)進(jìn)行處理，最后通過(guò)喇叭播放提示音，并且閃爍報(bào)警燈。

◇在車輛的駕駛室內(nèi)部有1個(gè)一直開(kāi)啟的監(jiān)視器，可以通過(guò)右側(cè)的攝像頭監(jiān)視右后方路況，方便司機(jī)觀察。

裝置的使用方法

本設(shè)備在使用時(shí)，將轉(zhuǎn)角傳感器放置在方向盤(pán)上，開(kāi)啟電源即可工作。設(shè)置好對(duì)應(yīng)的工作模式，設(shè)備就會(huì)進(jìn)入工作狀態(tài)。當(dāng)車輛直行時(shí)，報(bào)警和提示裝置不工作;當(dāng)車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)，開(kāi)啟報(bào)警燈和盲區(qū)投影提示，提醒路人及時(shí)避讓;如果此時(shí)有物體或行人進(jìn)入盲區(qū)，系統(tǒng)會(huì)及時(shí)對(duì)行人和駕駛員進(jìn)行語(yǔ)音提醒，閃爍報(bào)警燈，并會(huì)在監(jiān)視器上顯示。系統(tǒng)在地面盲區(qū)投影效果如圖3所示，圖4是裝置的實(shí)際測(cè)試效果。

創(chuàng)新點(diǎn)及用途

目前，市場(chǎng)上雖然出現(xiàn)了很多解決車輛盲區(qū)的方案，但是基本原理都是采用全景影像技術(shù)（全景倒車），在車后視鏡上集成攝像頭，通過(guò)攝像頭觀察，當(dāng)有車輛進(jìn)入就提醒司機(jī)，而且這種技術(shù)主要用在轎車上，用于輔助駕駛系統(tǒng)，檢測(cè)車輛并線、倒庫(kù)等功能。

而本方案提出了一種雙向主動(dòng)檢測(cè)方案，通過(guò)激光雷達(dá)傳感器掃描盲區(qū)內(nèi)的路況，一旦發(fā)現(xiàn)有人或其他車輛就雙向提醒司機(jī)和行人，并且通過(guò)激光投影技術(shù)在路面上投影出盲區(qū)區(qū)域，提醒行人注意。本方案具有以下創(chuàng)新點(diǎn)。

◇當(dāng)車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)，裝置中的報(bào)警燈啟動(dòng)，同時(shí)投影裝置將盲區(qū)顯示出來(lái)，可以很好地對(duì)行人和車輛進(jìn)行提醒。

◇當(dāng)有行人或車輛進(jìn)入盲區(qū)時(shí)，報(bào)警喇叭啟動(dòng)進(jìn)行聲音提示，讓行人趕緊離開(kāi)盲區(qū)，同時(shí)駕駛室中的喇叭也會(huì)提醒司機(jī)有人進(jìn)入盲區(qū)，可以有效防止交通事故的發(fā)生，大大地降低了危險(xiǎn)性。

◇此裝置不僅適合中國(guó)的車輛靠道路右側(cè)行駛的規(guī)則，同樣也可以用于像英國(guó)這樣的靠道路左側(cè)行駛的國(guó)家，只要把裝置安裝在另外一側(cè)就可以了。

小結(jié)

本設(shè)計(jì)提出了一種大型車輛拐彎盲區(qū)檢測(cè)系統(tǒng)，利用投影技術(shù)在盲區(qū)內(nèi)投影出車輛的拐彎盲區(qū)，對(duì)在盲區(qū)內(nèi)或在盲區(qū)附近的車輛和行人進(jìn)行提示，并通過(guò)激光雷達(dá)掃描檢測(cè)車輛拐彎盲區(qū)，當(dāng)檢測(cè)到盲區(qū)內(nèi)有人或車時(shí)，通過(guò)語(yǔ)音提示進(jìn)入盲區(qū)的車輛及行人注意安全。本裝置能夠有效保證行人和車輛的安全，具有良好的應(yīng)用前景。

該項(xiàng)目獲得第34屆全國(guó)青少年科技創(chuàng)新大賽創(chuàng)新成果競(jìng)賽項(xiàng)目中學(xué)組工程學(xué)一等獎(jiǎng)。

專家評(píng)語(yǔ)

該項(xiàng)目創(chuàng)意了一種基于紅外視覺(jué)和激光多傳感融合的大型車輛轉(zhuǎn)彎盲區(qū)預(yù)警裝置，實(shí)現(xiàn)了行人和駕駛員的雙向警示和防護(hù)，裝置安裝方式靈活，可適用于國(guó)際交規(guī)，具備良好的應(yīng)用前景。進(jìn)一步研究時(shí)，可對(duì)大型車輛與行人視野盲區(qū)交織區(qū)域構(gòu)成的光學(xué)機(jī)理進(jìn)行分析，完善障礙物數(shù)據(jù)庫(kù)信息，利用多種車型開(kāi)展實(shí)車測(cè)試。