鄭子健，鄭繼翔，劉 蒙

（中汽研（天津）汽車工程研究院有限公司，天津300300）

近年來，商用車保有量持續(xù)上升，而商用車引發(fā)的交通事故比例也在不斷增加，尤其是商用車轉彎時發(fā)生的傷亡事故明顯增加。相關數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，大約有30%的交通事故是由駕駛員進入視野盲區(qū)導致的[1]。在商用車低速轉彎時，車身兩側存在內輪差盲區(qū)，同時A 柱與后視鏡視野也存在盲區(qū)，尤其在右轉彎時盲區(qū)的范圍較大，極易導致商用車與盲區(qū)中的其他交通參與者發(fā)生碰撞[2]。行人與非機動車輛作為弱勢交通參與者，若處于商用車駕駛員視野盲區(qū)內，極易與商用車發(fā)生碰撞，傷亡率很高。研究表明，若駕駛員能夠提前1~2 秒察覺到潛在危險，作出正確的判斷并及時采取相應的措施，交通事故發(fā)生率將大幅減小[3]。

隨著車輛技術的不斷發(fā)展，國內外商用車市場均對車輛的安全性與舒適性提出更高的要求。因此，開展商用車駕駛員視野盲區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)的研究至關重要。

1 盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

1.1 國外研究現(xiàn)狀

在20 世紀初，很多主機廠和供應商推出了各種盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)。這些系統(tǒng)主要用于監(jiān)測車輛正后方以及側后方盲區(qū)范圍內的車況。當監(jiān)測到有車輛接近本車時，系統(tǒng)會自動提醒駕駛員。在各主機廠和供應商研發(fā)的盲區(qū)預警系統(tǒng)中，具有較高研究價值的有CamCar 系統(tǒng)、BLIS 系統(tǒng)、LCA/BSD 系統(tǒng)和盲區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)。CamCar 系統(tǒng)為福特汽車公司研發(fā)的視覺觀察輔助系統(tǒng)[4]，該系統(tǒng)將攝像頭安裝在車尾和車輛外后視鏡上，同時系統(tǒng)會自動調節(jié)攝像頭角度以適應當前的交通場景，為駕駛員獲取最佳觀察視角，拓展視野范圍。BLIS 系統(tǒng)也是福特汽車公司推出的系統(tǒng)，采用兩個多線束雷達監(jiān)測車輛兩邊的盲點區(qū)域，當探測到移動物體時，通過后視鏡上的LED 燈閃爍報警提示駕駛員。LCA/BSD 系統(tǒng)由Mobileye 公司研發(fā)[5]，該系統(tǒng)通過安裝在側邊后視鏡上的攝像頭對目標進行檢測，并判斷當前場景下的換道操作是否安全。

1.2 國內研究現(xiàn)狀

國內對于商用車駕駛員視野盲區(qū)的研究起步較晚。張正軒[6]等基于全景影像和超聲波雷達研究了駕駛員視野盲區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用全景影像使駕駛員知悉車輛的周邊環(huán)境，同時使用超聲波雷達探測車輛兩側與后方盲區(qū)內的障礙物。李磊磊等[7]利用廣角攝像頭和毫米波雷達，研究了大型貨車視野盲區(qū)的層疊式預警系統(tǒng)，可有效解決內輪差盲區(qū)導致的商用車安全問題。在近幾年國內主機廠新推出的一些高端車型上，已經(jīng)搭載了環(huán)視移動物體監(jiān)測系統(tǒng)或盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)。

2 盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)檢測方法分析

目前應用到商用車與乘用車盲區(qū)的障礙物檢測方法，大多使用攝像頭、超聲波雷達、毫米波雷達、激光傳感器或紅外裝置。

根據(jù)攝像頭的圖像采集范圍分類，一般分為平角攝像頭和廣角攝像頭。平角攝像頭的圖像采集范圍較小，若布置到商用車上，需要的攝像頭數(shù)量較多，不利于實車布置和圖像拼接處理。故在商用車全景監(jiān)控系統(tǒng)中一般采用廣角攝像頭，6 顆攝像頭即可滿足商用車360°范圍的檢測。但商用車倒車影像及全景影像技術發(fā)展較晚，由于輪胎高度、空載/重載等情況造成商用車攝像頭輸出的倒車軌跡線準確性較差，對駕駛員指導意義較小。

超聲波雷達廣泛應用于乘用車的泊車系統(tǒng)，具備穿透性強、操作簡單與成本低的特點。但是超聲波也具有監(jiān)測范圍小、方向性差、散射角大和受天氣變化影響大的缺點。對于遠距離的物體，超聲波測距的回波信號較為微弱，由此造成測量精度較低。且在車輛高速行駛時，超聲波測距不能實時跟進車距的變化，測量誤差較大。因此，超聲波雷達適用于車輛起步或低速泊車時監(jiān)控車輛周圍近距離（5m 內）的障礙物。

近幾年，毫米波雷達大規(guī)模應用于乘用車與商用車的碰撞避免系統(tǒng)與盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)。其優(yōu)點為精度高、穿透性強、抗干擾能力強、性能穩(wěn)定、分辨率高及受天氣影響小，可滿足全天候工作。市面上常見的毫米波雷達頻率為24GHz 和77GHz，毫米波雷達的頻率越高，則距離分辨率越高，目標探測能力越強。目前已量產(chǎn)車型搭載較多的為24GHz 毫米波雷達，用以實現(xiàn)車輛左右側盲區(qū)的監(jiān)控。77GHz 雷達對加工工藝要求更高，成本較高，但隨著技術的發(fā)展和雷達的大規(guī)模量產(chǎn)，成本將逐步降低，未來將有更多的車型采用77GHz 雷達實現(xiàn)更高精度的探測。

激光傳感器測距具備速度快、精度高、量程范圍廣、抗干擾能力強的特點，但是激光測距受惡劣天氣影響較大，因此限制了激光傳感器的使用。自動駕駛車輛多采用激光雷達實現(xiàn)周圍環(huán)境重建與目標定位，然而激光雷達成本極高，目前無法用于大規(guī)模量產(chǎn)。

3 基于信息安全和低成本考慮的商用車全盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)設計

基于以上章節(jié)的分析，本文提出一種基于全景攝像頭、前向與側向超聲波雷達以及后向毫米波雷達的商用車全盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)設計。本系統(tǒng)電氣原理圖與所用傳感器監(jiān)測范圍分別如圖1、圖2 所示，其中全景攝像頭（6 顆）用于識別車輛周圍的交通參與者，并判斷其運動軌跡。前向與側向超聲波雷達（8 顆）用以監(jiān)測近距離的障礙物，主要用于起步及低速右轉彎時彌補全景攝像頭的盲區(qū)。后向毫米波雷達用于監(jiān)測車輛側后方70m 范圍內的車輛，輔以左后方與右后方的攝像頭可實現(xiàn)20m 范圍內行人與非機動車輛的精確識別。

圖1 全盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)電氣原理圖

圖2 全盲區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測范圍

3.1 系統(tǒng)工作過程

本文提出的商用車全盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)功能工作過程如下所示。

起步模式（車速為30km/h 以內）：車輛起步時駕駛員需主要關注車頭盲區(qū)與垂直盲區(qū)。系統(tǒng)上電，全盲區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)控制器與多媒體控制器自檢完成后，首先在中控屏顯示圍繞車輛一周的視頻，以輔助駕駛員觀察車輛周圍的環(huán)境。車輛掛前進擋后，中控屏顯示全景拼接畫面和車輛正前方視圖，前向攝像頭、左前攝像頭與右前攝像頭開始監(jiān)測前向3m 及左右6m 范圍內的移動物體（包括車輛與行人），同時前向與側向超聲波雷達開始監(jiān)測近距離的障礙物。若攝像頭檢測到與本車存在碰撞危險的移動物體或超聲波雷達檢測到距離車輛周圍1m 以內的障礙物，則在拼接好的全景畫面相應區(qū)域疊加紅色報警框，同時輔以儀表蜂鳴器報警提示駕駛員。車頭盲區(qū)與垂直盲區(qū)的報警分為三級：一級報警僅進行視覺報警，無聲音報警，提示駕駛員注意該障礙物；二級報警包含視覺報警和低頻率的聲音報警，提示駕駛員需要通過制動或轉向避開障礙物；三級報警包含視覺報警和高頻率的聲音報警，提示駕駛員需要全力制動以避免與障礙物發(fā)生碰撞。

行車模式（車速為30km/h 以上）：車速達到30km/h 以上時，車頭盲區(qū)與垂直盲區(qū)危險性較小，需駕駛員關注側后方盲區(qū)。此時需要后向毫米波雷達監(jiān)測車輛左/右兩側3m 及后方70m 范圍內的車輛（含非機動車輛）。當監(jiān)測范圍內出現(xiàn)碰撞時間小于閾值的車輛，則通過A 柱指示燈閃爍提示駕駛員。若駕駛員在此時采取換道操作（開啟轉向燈或方向盤轉角大于閾值），則A 柱指示燈常亮，且儀表蜂鳴器報警提示駕駛員換道危險。駕駛員開啟轉向燈時，同時中控屏顯示全景拼接畫面和車輛側方視圖（開啟轉向燈側）。

轉彎模式：車輛轉彎時，內輪差盲區(qū)是引發(fā)交通事故的主要原因，因此本系統(tǒng)在車輛轉彎時重點監(jiān)測車輛兩側的交通參與者。駕駛員開啟轉向燈時，中控屏顯示全景拼接畫面和車輛側方視圖（開啟轉向燈側），側向的4 個攝像頭開始監(jiān)測車身兩側6m 范圍內的移動物體，同時側向超聲波雷達監(jiān)測車輛周圍1m 內的障礙物。系統(tǒng)在轉彎模式下根據(jù)危險程度提供三級報警，報警方式與起步模式相同。

倒車模式：倒車時，中控屏顯示全景拼接畫面和車輛正后方視圖，車輛后方攝像頭監(jiān)測車身正后方6m 范圍內的交通參與者（車輛與行人），同時后向毫米波雷達輔以監(jiān)測側向來車。當系統(tǒng)探測到碰撞時間小于閾值的車輛或行人時，則在拼接好的全景畫面相應區(qū)域疊加紅色報警框，同時輔以儀表蜂鳴器報警提示駕駛員。后方盲區(qū)的報警分為兩級：一級報警僅包含視覺報警，提示駕駛員注意該交通參與者；二級報警包含視覺報警和聽覺報警，提示駕駛員制動，停止倒車。

3.2 系統(tǒng)軟件設計

本文提出的商用車全盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)軟件考慮了正常功能實現(xiàn)和信息安全，包括以下模塊。

視頻拼接處理，對6 顆攝像頭拍到的視頻進行拼接處理，輸出環(huán)視視頻：

VedioStitching.Module，視頻拼接模塊，對6 個攝像頭采集到的視頻進行變形、拼接處理，得到車輛環(huán)視視頻；

VedioOutput.Module，視頻輸出模塊，根據(jù)車輛運行狀態(tài)輸出不同視角的視頻畫面。

感知信息處理，對各傳感器檢測的環(huán)境信息進行處理，提取障礙物目標：

PerceptionRadar.Module，毫米波雷達感知數(shù)據(jù)處理模塊，根據(jù)雷達檢測信息，標記障礙物分類、位置和速度；

PerceptionVedio.Module，攝像頭感知數(shù)據(jù)處理模塊，根據(jù)攝像頭采集的視頻畫面，標記障礙物的分類和位置；

PerceptionUltrasonic.Module，超聲波雷達感知數(shù)據(jù)處理模塊，輸出超聲波檢測的障礙物距離信息；

PerceptionFusion.Module，主要對毫米波雷達與攝像頭感知到的障礙物信息進行融合，提高目標檢測準確度。

報警信息處理，輸出相應報警信息：

WarningOutput.Module，根據(jù)當前車輛運行條件和感知結果，當滿足報警條件時，發(fā)出報警信息：

信息安全管理，建立信息安全主動防御體系與信息安全治理體系：

Identification.Module，實現(xiàn)統(tǒng)一身份認證；

AccessControl.Module，對系統(tǒng)資源的訪問進行授權；

Encryption.Module，對通信信息進行加密；

Decryption.Module，對通信信息進行解密；

Validation.module，對輸入信息進行有效性驗證。

4 結束語

考慮到商用車盲區(qū)范圍大，事故致死率較高，本文提出一種基于全景攝像頭、前向與側向超聲波雷達以及后向毫米波雷達的商用車全盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)設計。本系統(tǒng)根據(jù)商用車在不同場景下的駕駛員習慣與發(fā)生事故率較高的盲區(qū)范圍，優(yōu)化傳感器監(jiān)測范圍與報警等級。當前提出的商用車盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)設計均存在成本較高的缺點，這是影響該系統(tǒng)大規(guī)模落地的主要原因，未來各大主機廠和供應商仍需在降低商用車盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)成本、提高系統(tǒng)性能和駕駛員使用便利性上不斷努力。隨著網(wǎng)聯(lián)化的不斷發(fā)展，車輛的信息安全至關重要，未來各系統(tǒng)的架構設計需在信息安全管理方面做更加深入的研究。