大型车右转弯安全预警系统

文/河海大学土木与交通学院 李红 伟钟馨 董雨婷 张婷 方颖

大型车指大于19座的客车及载质量大于2吨的货车，其右转弯事故频繁发生且死亡率高。调查显示大型车的交通事故死亡率高达43%，亟需设计一种大型车右转弯安全预警系统以降低事故发生率。通过分析右转弯事故，发现导致事故发生的原因：一是大型车车身长且驾驶室高，驾驶员在观察周围路况时有盲区；二是非机动车驶入大型车转弯时造成的内轮差区域。事故发生的主要形式为前轮剐倒，后轮碾压。因此，大型车右转弯安全预警系统应在大型车转弯前，对与大型车距离小于安全距离的非机动车，向驾驶员发出警报；大型车转弯后，若非机动车位于危险区域内，则同时向非机动车和大型车驾驶员报警。

设计思路

根据交通信息流程，该系统包括数据采集、数据传输、数据处理和数据发布四个子系统∶

数据采集子系统包括RFID(射频识别技术)车辆自动识别装置和雷达，用于识别车辆身份和测量车距车速；数据传输采用无线数字微波传输设备，用于将采集的数据传输到合成处理机进行处理；数据处理选用处理器，用于将接收到的数据进行处理，预判是否危险并下达指令；数据发布包括无线电声光警报器，用于接收做出防护措施的指令，防止事故发生。

系统的工作流程如下：第一步，车辆通过交叉口时，RFID解读器读取车上电子标签信息并解码。第二步，雷达在监测区扫描，实时测出大型车与非机动车之间的距离和速度。第三步，处理器接收识别信息和感应数据，将实时距离与安全距离进行比对，判断非机动车是否危险并下达做出防护措施的指令。第四步，大型车转弯前，若非机动车与大型车距离小于安全距离，则向非机动车驾驶员发出警报；大型车转弯后，若非机动车位于危险区域内，则向大型车和非机动车同时发送警报提醒。

系统关键技术方案

大型车右转弯安全预警与防护系统包括五个模块，分别是识别模块、感应模块、信息处理模块、预警模块和防护模块。

识别模块设计

识别模块要求设备具有动态识别车辆身份信息的功能，并能穿透雪、雾、冰、涂料、尘垢和条形码无法使用的恶劣环境。因此，在感应线圈、RFID、智能卡、条形码识别等自动车辆识别装置中，选用扫描速度快、耐久性强、可重复使用且能同时识别多个目标的RFID自动车辆识别装置。该装置由一个解读器和多个应答器组成，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触，适用于短距离识别通信。为方便信息处理模块的计算，在大型车标签内添加大型车的相关车型信息。

当置于路面下面的触发线圈，通过其产生的磁场（范围为半径30m的圆），感应到车辆的进入，解读器发出一定频率电磁波，车载标签内存储的信息以无线电波传回解读器，即可识别卡号，将识别信息传输到合成处理机，进行数据处理。

感应模块设计

感应模块要求测量大型车与非机动车之间的距离和各自速度。为保证装置全天候运行，采用探测距离远，对黑暗、灰尘、烟雾等穿透能力强的微波雷达实现本模块的功能。微波雷达由耿式二极管、双平衡式混凝器、收发天线、前置电路等组成。本装置根据多普勒效应原理，工作时，雷达不停地向正前方发送电磁波，如前方有车辆，则该设备可接收返回的微波信号，信号经处理后，获得两车距离与速度。

该装置根据车速、数据传输速度等因素，设定测距长度为150m，宽度为两个车道的宽度，即7.5m左右，因此雷达监测区为长150m，宽7.5m的长方形，面积为1125m2。为使雷达监测效果最好，将雷达设置在位于交叉口路口，距地面12m高的位置，当车辆进入雷达监测区时，通过采集微波雷达传感器输出中频放大信号的频率与幅值信息，来完成大型车与非机动车之间的距离和速度的测量，再将数据传输到信息处理模块，进行数据处理。

信息处理模块设计

信息处理模块采用计算精度高、计算能力强的处理器进行数据处理。处理器主要由数据传输电路和信息处理计算机组成。

大型车右转弯之前，预测非机动车是否有危险。雷达传感器测得非机动车与大型车侧向距离D（m）、机动车速度V（km/h），处理器接收数据。处理器预先输入根据车速，计算出的机动车右侧安全距离S1。

安全距离S1计算公式如下所示：

其中，V0为大型车速度（m/s），V1为非机动车速度（m/s）。当大型车速度为V时，若D≤S1，非机动车警报器提醒非机动车车主远离大型车；若D≥S1，不做反应。

大型车右转弯之后，检测非机动车是否在大型车内轮差区域内。识别系统测得大型车车型数据，雷达传感器测得非机动车与大型车侧向距离D（m）、非机动车到大型车右后轮竖向距离n（m），处理器接收数据。处理器预先输入不同车型的大型车转弯半径R（m），代入到内轮差公式中计算出内轮差J（m）。

将与大型车右侧水平距离D（m）小于等于J的范围称为内轮差区域，与大型车右侧水平距离D（m）大于J且小于等于J+1m的范围称为危险区域。若D≤J，则大型车启动防护栏装置；若J（J+1m），则系统不做反应。大型车内轮差计算图如图1所示。

图1 大型车内轮差计算

内轮差计算公式如所示：

其中，R为车辆所在车道的转弯半径（m），L为轴距（m），d1为前轮距（m），d2为后轮距（m）， 为车辆前轴与后轴中点与转弯圆心所夹角度，a为内侧后轮中心线的运动半径（m），b为内侧前轮中心线的运动半径（m），J为车辆的内轮差（m）。

预警模块设计

预警模块包括无线电声光警报器和无线电接收器，设备安装在大型车驾驶室内和非机动车车把上，分别对大型车和非机动车有针对性地预警。考虑到报警设备的便携性和信息交流的特性，采用无线电报警器，可进行360°全方位射频遥控，具有耗电量低、触发工作待机休眠的特点。考虑到路上噪音太大，听不到录音播放的可能性，采取声光同时报警的警报器。

大型车右转前，当处理器判断大型车与非动车侧向距离小于安全距离后，发出报警指令，非机动车上的接收器接到信息，触发报警器播放录音“大型车右转，请远离”，同时警报器上的LED灯闪烁，提醒非机动车驾驶员采取相应措施。

大型车右转后，若非机动车位于危险区域内，处理机发出指令，大型车与非机动车接收器同时接收信息，触发双方报警器。大型车报警器播放录音“右侧危险，请注意”，同时警报器上的LED灯闪烁，提醒大型车司机增大转弯半径；非机动车报警器播放录音“大型车右转，请远离”，同时警报器上的LED灯闪烁，提醒非机动车驾驶员迅速远离大型车。当非机动车驶出危险区域后，报警器自动关闭。