杜國靜，劉玉振，李曉菲

（山東華宇工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，山東 德州 253034）

前言

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，汽車已經(jīng)成為了家家戶戶的必須品[1]，根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)結(jié)果得知，截至2020年底，全國機(jī)動車保有量約3.67億輛，與 2019年相對比較，今年我國汽車保有量增加了 0.19億輛。隨著汽車數(shù)量的增加，給我們的生活出行帶來了極大的便利，但是由于社會生活節(jié)奏的不斷加快和工作壓力的增加，突發(fā)性疾病的發(fā)病率不斷上升。當(dāng)在工作過程中突發(fā)疾病，會對他人的生命財(cái)產(chǎn)安全造成了不同程度的影響，自己也不能得到及時的救治，尤其是駕駛員在行車時的突發(fā)性疾病影響更甚。因此，我們針對長時間工作的車輛設(shè)計(jì)了該安全停車系統(tǒng)，用于在行車過程中，當(dāng)駕駛員突發(fā)疾病無法控制車輛時，進(jìn)行一系列的緊急自動操作，使該車輛可以第一時間進(jìn)行安全停車，并通知到急救中心及緊急聯(lián)系人進(jìn)行救援，提高了外界的救援速度，極大程度的保障了駕駛員及乘客安全。

1 安全停車報(bào)警系統(tǒng)的研究背景

近年來，隨著私家車的逐漸增多，交通事故發(fā)生的機(jī)率也不斷的上升，汽車本身自帶的主動安全裝置和被動安全裝置，可以在交通事故發(fā)生時能最大程度的保障人們的生命安全。目前汽車上的主動安全裝置和被動安全裝置只是在交通事故發(fā)生時，用于減小駕駛員及其他人員的傷亡，無法解決因駕駛員突發(fā)疾病或意外造成的車輛失控帶來人員傷亡的問題。

現(xiàn)階段我國在人體生理數(shù)據(jù)檢測模塊，通訊系統(tǒng)，安全停車系統(tǒng)等領(lǐng)域發(fā)展都發(fā)展的比較成熟，但是基于心率系統(tǒng)的安全停車系統(tǒng)在國內(nèi)外目前沒有結(jié)合起來研究的成果，是一片藍(lán)海區(qū)域。隨著人們生活水平的不斷提高，和當(dāng)今信息化社會的到來，一款基于5G網(wǎng)絡(luò)緊急情況下智能停車裝置的設(shè)計(jì)是必然會出現(xiàn)的。該系統(tǒng)在駕駛時可實(shí)現(xiàn)突發(fā)性疾病監(jiān)測報(bào)警并且靠邊停車，最大限度保障駕駛員及乘客生命財(cái)產(chǎn)安全。

2 安全停車報(bào)警系統(tǒng)的組成和工作原理

2.1 安全停車報(bào)警系統(tǒng)的組成

智能停車裝置主要由人體生理數(shù)據(jù)檢測模塊、控制單元、通訊模塊、語音播報(bào)系統(tǒng)和停車控制系統(tǒng)四部分構(gòu)成。人體生理數(shù)據(jù)檢測模塊用于在行車過程中時刻檢測駕駛身體情況，避免行車過程中因駕駛員身體不適和突發(fā)疾病的發(fā)生，而導(dǎo)致不可逆轉(zhuǎn)的事故；控制單元主要用于接受人體生理數(shù)據(jù)檢測模塊對駕駛員身體檢測的反饋信息，通過對反饋信息的處理分析，進(jìn)而控制通訊模塊和停車控制系統(tǒng)相對作用；通訊模塊采用了目前速度最快的第五代移動通信網(wǎng)絡(luò)，主要用于第一時間向外界發(fā)出求救通知，提高外界的救援的速度；語音播報(bào)系統(tǒng)由內(nèi)外兩套擴(kuò)音器組成，當(dāng)系統(tǒng)激活后，外擴(kuò)音器對外重復(fù)播報(bào)報(bào)警語音包，引起他人和車輛的注意，避免追尾事故的發(fā)生，同時車內(nèi)擴(kuò)音器會通過通訊系統(tǒng)與醫(yī)護(hù)人員相連，醫(yī)護(hù)人員會對發(fā)病駕駛員進(jìn)行心里安慰，安撫駕駛員情緒；停車控制系統(tǒng)主要用于當(dāng)駕駛員因疾病不能操控車輛時，自動的完成車輛避障、緩慢減速和靠邊停車等一系列的操作，保證在無人駕駛的情況下安全停車；通過各部件協(xié)同配合，完成突發(fā)性疾病監(jiān)測、報(bào)警、靠邊停車等一系列復(fù)雜工作過程，以最大限度確保駕駛員及乘客生命財(cái)產(chǎn)安全。

圖1 安全停車報(bào)警系統(tǒng)的組成

2.2 安全停車報(bào)警系統(tǒng)的工作原理

駕駛?cè)嗽谛熊囃局型话l(fā)疾病時，人體生理數(shù)據(jù)檢測模塊檢測到駕駛員身體異常，此時激活通訊模塊及停車系統(tǒng)，通訊模塊利用了目前最先進(jìn)的5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過語音包形式以最快的速度向緊急道路救援、急救中心、緊急聯(lián)系人發(fā)送遇險(xiǎn)通知，與此同時外擴(kuò)音器對外重復(fù)播報(bào)報(bào)警語音包，引起他人和車輛的注意，避免追尾事故的發(fā)生，同時車內(nèi)擴(kuò)音器會通過通訊系統(tǒng)與醫(yī)護(hù)人員相連，醫(yī)護(hù)人員會對發(fā)病駕駛員進(jìn)行心里安慰，安撫駕駛員情緒；車載電腦控制危險(xiǎn)報(bào)警閃光燈及轉(zhuǎn)向燈開啟；安全電機(jī)配合停車軌跡控制剎車緩慢減速；車載雷達(dá)獲取本車與周圍車輛的位置信息，建立平面坐標(biāo)系，根據(jù)在線預(yù)測算法得到周圍車輛的預(yù)測行車軌跡，并根據(jù)周圍車輛的預(yù)測行車軌跡生成本車的行車軌跡，并根據(jù)在線預(yù)測算法實(shí)時修正本車的行車軌跡，直至靠邊停車動作完成。

此時在線預(yù)測算法計(jì)算結(jié)束，安全電機(jī)控制剎車使制動力保持，預(yù)防車輛運(yùn)動造成對駕駛員及乘客的二次傷害，此時點(diǎn)火開關(guān)斷開，發(fā)動機(jī)熄火，但不斷開車載電源，使危險(xiǎn)報(bào)警燈常亮，擴(kuò)音器繼續(xù)播報(bào)，以警示其他車輛及行人。

圖2 安全停車報(bào)警系統(tǒng)的工作原理

3 通訊模塊的設(shè)計(jì)

5G作為最先進(jìn)的第五代移動通信網(wǎng)絡(luò)，其應(yīng)用將深入到社會的各個領(lǐng)域，為現(xiàn)代化的信息社會提供全方位的服務(wù)，促進(jìn)各行各業(yè)的轉(zhuǎn)型與升級。為了滿足這些行業(yè)的發(fā)展需求，5G技術(shù)將帶來超低的業(yè)務(wù)時延、超高的連接數(shù)密度、超高的頻譜利用效率、超低的功耗、超高移動性支持等[2]。5G的數(shù)據(jù)傳輸速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于以前的蜂窩網(wǎng)絡(luò)，最高可達(dá) 10Gbit/s，比當(dāng)前的有線互聯(lián)網(wǎng)要快，比先前的4GLTE蜂窩網(wǎng)絡(luò)快100倍[3]。另外有較低的網(wǎng)絡(luò)延遲（更快的響應(yīng)時間），低于1毫秒，而4G為30-70毫秒，為現(xiàn)在的信息化社會提供了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的保障，5G不僅是一場技術(shù)革命更蘊(yùn)含千萬億級市場。

該通訊模塊采用5G移動技術(shù)，利用5G網(wǎng)絡(luò)的速度快、延時性低等優(yōu)點(diǎn)提高外界的救援速度。該車控制系統(tǒng)會在人體生理數(shù)據(jù)檢測模塊檢測到駕駛員身體異?；蛘唏{駛員提前按下緊急情況按鍵時，激活5G通訊模塊和北斗定位模塊，北斗定位模塊會準(zhǔn)確的獲取當(dāng)?shù)氐奈恢眯畔?，控制系統(tǒng)會將當(dāng)?shù)氐奈恢眯畔⒖焖贉?zhǔn)確送至5G通訊模塊，通訊模塊會將預(yù)設(shè)報(bào)警信息及實(shí)時位置快速準(zhǔn)確的編輯成文本，第一時間以語音包的形式告知急救中心和緊急聯(lián)系人，以最大限度確保駕駛員及乘客生命財(cái)產(chǎn)安全，避免因報(bào)警不及時而導(dǎo)致的救援延誤。

圖3 通訊模塊的設(shè)計(jì)

4 語音播報(bào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

當(dāng)人體生理數(shù)據(jù)檢測模塊檢測到駕駛員身體異常或者駕駛員提前按下緊急情況按鍵時，車載擴(kuò)音器會重復(fù)對外播報(bào)提前設(shè)置好的報(bào)警語音包，在進(jìn)行安全停車的過程中提醒其他車輛和行人注意安全，避免交通事故的發(fā)生，同時引起他人的注意，可以及時得到他人的搶救或安全補(bǔ)救。當(dāng)車輛安全?？亢?，控制系統(tǒng)會控制危險(xiǎn)報(bào)警燈進(jìn)行工作，提醒后方車輛請注意避讓，避免出現(xiàn)車輛追尾等情況的發(fā)生，對突發(fā)疾病的駕駛員減少了二次傷害。

圖4 語音播報(bào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

當(dāng)車輛安全靠邊停車后，通訊模塊會接通醫(yī)護(hù)人員與車輛的通訊頻道，使醫(yī)護(hù)人員能時刻觀察到發(fā)病駕駛員的狀況，可以根據(jù)現(xiàn)場的情況，可準(zhǔn)確分配相關(guān)的醫(yī)護(hù)人員前往搶救，還可以通過語音指導(dǎo)讓駕駛員進(jìn)行自救。醫(yī)護(hù)人員還可通過語音系統(tǒng)，對發(fā)病駕駛員進(jìn)行心里安慰，安撫駕駛員情緒。

5 安全停車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

當(dāng)系統(tǒng)激活后，危險(xiǎn)報(bào)警閃光燈及轉(zhuǎn)向燈開啟，自動的實(shí)現(xiàn)安全泊車的功能。此時，行車電腦會接管方向盤，通過傳感器系統(tǒng)感知環(huán)境信息，根據(jù)傳感器系統(tǒng)的檢測信息得出道路上各車輛相對位置，然后生成車輛行車軌跡，車輛根據(jù)行車軌跡進(jìn)行循跡避障，并根據(jù)在線預(yù)測算法實(shí)時修正本車的行車軌跡，從而行車電腦會通過動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)動車輪，控制車輛無碰撞地進(jìn)行自動泊車，直至靠邊停車動作完成。

安全停車系統(tǒng)裝有各種傳感器，可檢測周圍車輛信息及與周圍車輛距離之間的距離，并通過數(shù)據(jù)線傳輸給控制系統(tǒng);并由控制系統(tǒng)分析處理后，得出汽車的當(dāng)前位置和周圍的環(huán)境參數(shù)，依據(jù)上述參數(shù)作出安全靠邊停車的路線策略，并將其轉(zhuǎn)換成電信號;所述的車輛停車系統(tǒng)接受電信號后，依據(jù)指令作出汽車的行駛?cè)缃嵌?、方向及動力支援方面的一系列操作，直至靠邊停車動作完成?/p>

6 總結(jié)

基于人體生理數(shù)據(jù)檢測的安全停車報(bào)警系統(tǒng)，對于提升公共交通安全，有著較大的益處，是人體生理數(shù)據(jù)信息與智能駕駛相結(jié)合的一條新徑。另外本次的研究內(nèi)容可為未來車輛智能駕駛的研究提供一定的參考和借鑒意義。