車載雷達(dá)防追尾預(yù)警系統(tǒng)中的目標(biāo)跟蹤研究
1 引言
追尾碰撞是目前我國高速公路各類事故中較多的一類事故,占事故總數(shù)的 33%左右。誘發(fā)的主要原因為:(1)駕駛員精力不集中,致使疏忽大意或措施不當(dāng);(2)疲勞駕駛,在高速公路上長時間高速行駛,加之道路景觀單一,駕駛員很容易疲勞,導(dǎo)致駕駛員判斷能力和操作準(zhǔn)確性下降;(3)異常天氣(如雨、雪、霧),能見度低,行車的安全距離不能保證,同時受到當(dāng)時路面條件的影響,制動效果難以保障;(4)車輛本身不能滿足高速公路行駛的性能需求。根據(jù)對沈大、合寧、廣深、西臨等高速公路交通事故的統(tǒng)計分析,交通事故類型如表1所示。
有關(guān)研究表明,若駕駛員能夠提早1 秒意識到有事故危險并采取相應(yīng)的措施,則90%的追尾事故和60%的正面碰撞事故都可以避免。美、英、德、日的不少汽車公司(如德國的奔馳、日本的三菱、馬自達(dá)、日產(chǎn)、本田及富土重工等公司)都開展了高速公路車載毫米波雷達(dá)防追尾碰撞預(yù)警系統(tǒng)的研究。
我國主要有清華大學(xué)、浙江大學(xué)、上海交通大學(xué)、吉林大學(xué)等高校和部分研究所在進行車輛主動防撞報警、輔助駕駛系統(tǒng)等相關(guān)技術(shù)研究。例如上海交通大學(xué)卓斌教授等研究開發(fā)了“人— 車—路綜合環(huán)境下主動安全性模擬系統(tǒng)”,實現(xiàn)了行車環(huán)境數(shù)據(jù)采集、通訊和駕駛軟件仿真的編制。在現(xiàn)行的高速公路交通管理中,為保證行車安全,常依據(jù)公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中的行車視距要求,規(guī)定一定行駛速度下的車輛必須保持相應(yīng)的間距。那么如何準(zhǔn)確跟蹤車輛之間的距離信息,就成了汽車毫米波雷達(dá)防追尾預(yù)警系統(tǒng)的關(guān)鍵。
把交互多模型(IMM)機動目標(biāo)跟蹤算法運用到汽車毫米波雷達(dá)防追尾預(yù)警系統(tǒng)當(dāng)中,當(dāng)毫米波雷達(dá)存在一定測量誤差和噪聲時,目標(biāo)跟蹤算法能使毫米波雷達(dá)能夠準(zhǔn)確地探知前方車輛的運動狀態(tài),如車間距離、行駛速度等,從而提高駕駛員在高速公路上行駛安全性。
2 汽車防追尾預(yù)警系統(tǒng)工作原理
高速公路汽車防追尾預(yù)警系統(tǒng)由信息采集單元、信息處理單元和信息輸出裝置3 部分組成。信息采集單元通常由毫米波雷達(dá)、自車速度傳感器、轉(zhuǎn)向角傳感器、制動傳感器、加速踏板傳感器和路面情況選擇開關(guān)等組成;信息處理單元主要為中央處理器;信息輸出裝置包括液晶顯示屏、報警蜂鳴器、報警指示燈等,圖1 是車載雷達(dá)防追尾預(yù)警系統(tǒng)組成方框圖。
信息采集單元不斷地采集相關(guān)信息,利用車載毫米波雷達(dá)獲得前方目標(biāo)車輛的運動信息,如車間距離、相對速度;利用自車傳感系統(tǒng)獲得自車運行狀態(tài)信息,如自車速度、有無轉(zhuǎn)向、有無制動等,并將此信息傳送至信息處理單元。信息處理單元根據(jù)自車速度、相對速度以及所建立的安全距離計算模型,計算出當(dāng)前應(yīng)保持的安全距離并與實測車間距離相比較。若實測車間距離大于提醒報警距離,則進入下一工作循環(huán);若實測車間距離小于提醒報警距離,則進行一次報警,提醒駕駛員松油門并做好剎車準(zhǔn)備;當(dāng)實測車間距離小于危險報警距離,則進行二次報警,促使駕駛員立即制動,以避免追尾事故的發(fā)生。液晶顯示屏用于顯示兩車間實際距離及相對速度,報警蜂鳴器和報警指示燈用于提供聲音報警和指示燈報警,及時的報警可以有效地提醒駕駛員,促使其采取合適的應(yīng)對措施。
汽車在道路上行駛時,經(jīng)常要進行加速、減速和轉(zhuǎn)彎,其運動狀態(tài)是不斷改變的。行駛中的汽車所處的道路環(huán)境是相當(dāng)復(fù)雜的,而安裝車載毫米波雷達(dá)的汽車本身也是不時地處于機動狀態(tài)之中,因此車載雷達(dá)所探測的目標(biāo)也是在不停的變化當(dāng)中,導(dǎo)致所測兩汽車之間的距離數(shù)據(jù)存在一定測量誤差和噪聲,就會使汽車防追尾預(yù)警系統(tǒng)產(chǎn)生虛警或漏警。過高虛警率的雷達(dá)不但不能減輕駕駛者的工作負(fù)擔(dān),反而會造成駕駛者精神高度緊張,起到相反的效果。因此,采用合適的機動目標(biāo)跟蹤算法,準(zhǔn)確地跟蹤自車前面的車輛目標(biāo)的狀態(tài)、及時估計行車的危險程度是車載雷達(dá)測距系統(tǒng)的一項主要任務(wù)。
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