一种小型乘用车开门防撞系统的研究

连永光　江城城　刘敬敬

摘 要：人民生活水平的上升，经济的不断发展，社会主义现代化建设越来越高，城镇和乡村居民生活水平越来越高，人民对交通工具的需求越来越大，作为代步工具的微小型小型乘用车越来越普及。但是交通惨案频发，每一分钟每一秒钟都有人因为交通事故而遭到损害，根据研究发现很多交通事故完全可以避免，像开门杀这样的交通事故，完全可以通过安全装置系统提醒干预，从而避免发生，本研究以提高汽车主动安全为目的，避免开门出现撞击为切入点研发开门防撞装置。

关键词：开门防撞系统 乘用车 超声波雷达传感器 毫米波雷达传感器

Research on the Anti-collision System of a Small Passenger Cars Door Open

Lian Yongguang，Jiang Chengcheng，Liu Jingjing

Abstract：Peoples living standards are rising， the economy continues to develop， socialist modernization is getting higher and higher， the living standards of urban and rural residents are getting higher and higher， and the peoples demand for transportation is increasing. Micro and small vehicles are used as transportation tools. Small passenger cars are becoming more and more popular. However， traffic tragedies are frequent. Every minute and every second， people are harmed by traffic accidents. According to research， many traffic accidents can be avoided. Traffic accidents such as open door killing can be avoided through the safety device system. In order to avoid the occurrence of traffic accidents， this research aims to improve the active safety of the car， and avoids the impact of opening the door as the entry point to develop the door opening anti-collision device.

Key words：door opening anti-collision system， passenger car， ultrasonic radar sensor， millimeter wave radar sensor

1 引言

據有关部门统计，到2020年，我国民用汽车总量己超过2.6亿辆。根据这2.6亿辆的保有量不难看出，汽车在人们生产和工作中所占据重要地位，人们的生活的离不开汽车，尤其是小型乘用车，越来越受到人民的青睐，很多地方汽车已经走进了千家万户，甚至很多家庭不止一辆。但是与之相关的车辆使用安全问题也愈发突出，例如石油能源的预计枯竭问题、大量尾气污染环境问题、交通安全问题等等一些问题始终困扰着人们，其中交通安全问题，目前虽然众多的安全装置搭载在汽车上，解决了很多安全隐患，但是从数据上来看，车祸仍然层出不穷，给家庭带来了人员伤害，造成的财产损失等更不容小看。

据有关统计，2018年全国发生交通事故24万余起，死亡人数为6万余人;造成直接财产损失达13.8亿元以上。在车类型来说，汽车发生的交通事故和导致的死亡人数最高，2018年，我国汽车发生交通事故达16万余起，导致接近5万余人死亡，高达16万余人受伤，直接财产损失超过1.2亿元。为了避免这类损害，很多公司一直在研究汽车安全系统，针对开门杀做以下简介[1]。

1.1 国外研究现状

一家名叫“DooringAlertSystem”的澳大利的公司，研发了一种开门防撞预警系统，研发的第一代产品，实现预警是通过控制安全带，并且报警采用灯光提醒车内外人员，同时把报警灯安装于汽车后方后用来提醒车外人员。第二代产品，把摄像头集成在后视镜里面，探测后方的运动障碍物，从而判断危险状态，这是目前该公司通过其他渠道向外界透露出的技术，这个技术和凯毅德公司采用的方法相类似。德国凯毅德公司研发了一种基于“车门制动”的新型车门控制系统。这是一款基于传感器的安全装置。设计目的是减少车门的碰撞损失和危险情况的发生。他的设计是监测车门附近的障碍物在后视镜的下端加装摄像头，通过摄像头接收到的信息判断障碍物是否影响开门安全，并是否发出命令，是否实行车门的制动。它是一种基于视频技术的电磁门锁。通过控制，制动让车门停止开启是这款系统的优点，提高了安全性在整个开门过程中。

1.2 国内研究现状

国内很多高校，例如吉林大学、江苏大学、上海交通大学、扬州大学、等很多科研机构、高校等相继进行了汽车开门防撞预警的研发，以及对防撞系统控制的研究课题进行立项工作，目前来看国内汽车市场，还没有出现成功的产品可以应用在汽车上[2]。很多研究成功和研究项目还是处在实验室环境下，简单工况下的试验阶段，根据目前各研究机构和各高校研究成果来看，系统采用的信号采集工具或者研究方向简单分为以下几类：

1.2.1 基于超声波雷达传感器技术

超声波雷达传感器目前技术最为成熟，精准度较高，成本也比较低，但是该传感器探测范围较小，并且只能探测单一方向的障碍物体，假如障碍物和传感器超过一定角度，则不能被探测出来，所以盲区较大。目前主要是采用超声波阵列使用，倒车雷达目前在汽车上的使用是超声波传感器比较成功的使用例子。

1.2.2 基于视频处理技术

目前视频处理技术发展的也较为成熟，但是技术复杂性比较高，视频技术采集到的图像，通过数据传输到达计算机内部，计算机内部通过，信号处理，模式识别，信号融合等多个图像处理技术;分析得出，所测物质的大小，位置距离，运动的速度、角度等，计算并做出判断预测物体是否具有危险性，从而，是否发出指令报警或者锁止车门等。但是该技术目前并未在汽车上应用，因其复杂程度高，成本难以降低等问题，难以在家用车上实现[3]。

1.2.3 基于毫米波雷达传感器技术

应用毫米波雷达对障碍物探测，无论是探测静止的物体，还是探测运动的物体，都可以较准确的探测出来;并且毫米波雷达传感器对于速度的计算和角度的计算都较为精准，性能较好，目前无人驾驶和辅助驾驶技术，也经常采用该传感器，该传感器目前技术较为成熟，虽然目前价格较高，但是后期将技术融入汽车监控系统，减少汽车的改装，可以把成本降低下来[4]。

2 小型乘用车开门防撞系统的理论设计

2.1 防撞系统总体设计思路

本次设计的开门放碰撞系统的设计思路是，针侧方前、侧后方向运动物体以及车门两侧障碍物，基于超声波雷达传感器和德国大陆77GHz毫米波传感器的测量和定位;面对前、后侧方运动目标的复杂性，研究运动物体与车辆的碰撞情况，利用超声波雷达监测特性，基于工控机的处理，做出判断是否发生危险碰撞;通过原车CAN-BUS系统对汽车中控门锁和原车音响系统，当监测有发生危险碰撞可能时，进行声光报警和门锁锁止控制。

2.2 防撞系统传感器的选择

如图所示，本研究综合考虑，采用超声波雷达传感器和德国大陆77GHz毫米波传感器两种传感器进行综合控制，这两张传感器工作可靠、性能稳定、可以适应复杂情况、性价比高[5]。由超声波传感器检测车辆侧面障碍物，设定一定安全阀限，车辆左前角右前角及左后角和右后角分别加装毫米波雷达传感器，用来检测左右侧前方和左右侧后方移动障碍物的距离、速度等信息，本次采用的是德国大陆77GHz毫米波传感器，此款传感器功能强大，可直接检测移动障碍物的，距离、速度和方向角，具有精確度高、探测距离远、防干扰能力强性价比高等优点。

3 小型乘用车开门防撞系统的逻辑可行性分析

如图所示，整个系统的设计逻辑;首先系统工作条件为，驾驶员或者乘客解锁门锁;此时ECU检测到解锁信号，然后ECU发出指令控制超声波传雷达感器和毫米波雷达传感器开始工作，两传感器检测的信号结果传给ECU;ECU进行信号处理并判断，车辆侧面是否有障碍物距离车辆1M以内，或者左右前侧方和左右后侧方是否有运动物体，能否在10S内到达距离车1M以内，若无则ECU认为安全情况，驾驶员或乘客可以直接解锁车门开门下车。若有障碍物距离车辆侧面1M以内，或侧后方和侧前方有移动障碍物，且预计10S内可到达距离车1M内，则ECU判断出为危险情况，ECU通过CAN-BUS系统线路，发出指令控制车辆内部音响系统发出警报，并控制车辆前后灯光系统进行闪烁报警，报警时限设为3S，同时控制中控门锁持续3S锁止车门，防止乘客和司机打开车门，3S后系统报警和锁止解除，当乘客或者司机，通过观察情况再次打开车门时，ECU控制传感器停止工作，见上图。

4 结语

一种小型乘用车开门防撞系统的研究，目前研究内容针对开门杀的问题，初步解决了系统的逻辑设计，即开们防撞系统的开启和关闭模型设计和计算判断模型设计。我们所提出的一种小型乘用车开门防撞系统技术方案，尽可能少的对现有车辆的变动，减少设计成本，在原有的设备上通过加装超声波雷达传感器和毫米波雷达传感器，设计控制逻辑达到一种开门检测、判断、预警的系统，本研究的可行性是显而易见的，本系统我们已经做出了简单模型，初步完成了简单试验，但由于实验条件设备和资金的限制，本课题还存在很多不足之处，后续还面临着移动障碍物的精确计算，模型优化，干扰排除优化，车载电路支持等一些问题，有针对性进一步提高动态参数测量和计算，减小测量误差，优化判断逻辑。相信在不久的将来，会出现更安全更经济的系统来保护我们的司机和乘客，远离悲剧事故的发生，还车辆安全每一天。

山东省教育科学研究课题;项目名称：车门开启防撞预警系统;项目编号：17SC136。

参考文献：

[1]滕兆霞，徐帅帅，经淇.一种汽车开门主动防撞预警装置的设计与研发[J].科技资讯，2020，18（06）：71-72.

[2]李闯，庄可，周偲怡，许致火，施佺.车辆驻车开门防撞的智能预警系统[J].单片机与嵌入式系统应用，2019，19（09）：69-72.

[3]孙会明，秦永法，张纯.汽车开门防撞预警技术研究进展[J].机械工程与自动化，2018（06）：223-226.

[4]张羽.基于毫米波雷达的汽车开门防撞系统[D].河南科技大学，2018.

[5]孙会明.基于毫米波雷达的汽车开门防撞预警关键技术研究[D].扬州大学，2018.