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雷纵横，张金泉，陈孝龙，林春生
一汽解放汽车有限公司
【摘要】 由于重型货车在右转弯时存在视野盲区以及内轮差，给行车安全造成极大隐患。本文设计了一套低成本毫米波雷达和超声波雷达融合控制策略的盲区监测系统，可以实时监测货车右侧范围内的车辆、行人等物体，并提供驾驶员声光警报，大幅提高驾驶的安全性。
【关键词】 内轮差，毫米波雷达，超声波雷达，盲区监测
Design of a Heavy Truck Blind Spot Monitoring System
Lei Zongheng, Zhang Jinquan, Chen Xiaolong, Lin Chunsheng
FAW Jiefang Automobile Co ., Ltd .
Abstract: As heavy trucks have blind spots and inner wheel differences when turning right, they cause great hidden dangers to driving safety.This paper sets up a blind-spot-detection system with low-cost millimeter wave radar and ultrasonic radar fusion control strategy, which can monitor vehicles, pedestrians and other objects on the right side of the truck in real time, and provide drivers with sound and light warnings, which greatly improves driving safety.
Key words: inner wheel difference,millimeter wave radar,ultrasonic radar,blind spot detection
在交通运输和城镇化建设中，重型货车有车体高、车身长等特点，右转弯时存在视野盲区以及内轮差 [1] （车辆转弯时内前轮转弯半径与内后轮转弯半径之差），导致驾驶人难以观察到车身右侧等待过街或者正在过街的行人、机动车等物体，极易发生交通事故，尤其在雨雾天、夜间等视野较差的情况下，更加剧了事故问题的严重性。因此，设计一种重型货车盲区监测系统对于提升交通安全具有十分重要的意义。市场现有的监测系统都有一定的缺陷，如覆盖范围不够、成本高、环境适应性差等。本文提出的毫米波雷达和超声波雷达融合控制策略，可以较好地解决这些问题。
通过对车辆的视野盲区进行分析，如图1所示，车辆右侧A区因A柱遮挡为全盲区，B区为部分盲区。为解决这A/B两块盲区的问题，布置2颗超声波雷达（超声波雷达1、超声波雷达2）。其次，针对内轮差盲区，如图2所示，在转向轮附近布置2颗超声波雷达（超声波雷达3、超声波雷达4），超声波雷达最远探测距离约为5m。为增强探测精度，本系统设置超声波雷达的探测距离为0～3m。4颗超声波雷达探测范围如图3中1、2、3、4所示。实际应用中可根据驾驶室盲区计算合理匹配超声波雷达数量。
针对车辆右转弯后方来车工况，匹配了毫米波雷达，通过对短程、中程和长程毫米波雷达的选型不同，最远可探测车辆右后方200m以上范围内汽车、摩托车等危险障碍物，出于对重型货车使用工况分析和节约成本考虑，本系统采用24GHz毫米波雷达，探测范围为车辆右后方0～60m。毫米波雷达探测范围如图3中5所示。
图1 视野盲区
图2 内轮差盲区
图3 雷达探测范围
超声波雷达 [2] 的工作原理是通过超声波发射装置向外发出超声波，到通过接收器接收到发送过来超声波时的时间差来测算距离，超声波的穿透性强，成本低，但监测范围小。毫米波雷达工作频率高，具有检测精度高、空间分辨率高和探测距离远的特点。本系统通过对重型货车盲区和使用工况的分析，运用毫米波雷达和超声波雷达融合的布置和控制策略，成本更低，同时兼顾盲区探测范围，能够有效地提示驾驶人车辆右方危险。选用超声波雷达和毫米波雷达的技术参数见表1、表2。
表1 超声波雷达技术参数
表2 毫米波雷达技术参数
系统原理如图4所示，超声波雷达控制器和毫米波雷达控制器均采用货车24V供电系统，控制器之间通过CAN线连接，超声波雷达控制器通过CAN网络与整车通信。控制器实时接收并处理雷达传递的障碍物信息，通过CAN网络获取车辆的车速、档位信号、刮水器信号、前照灯信号、右转向信号、转向盘转角信号等来判断车辆当下的行驶状态和阴雨、傍晚等环境状态，进一步经过内部算法来有效判断障碍物，并输出指示灯或蜂鸣器报警信号。驾驶人可以通过控制开关来关闭和开启盲区监测系统。
根据各模块功能及技术要求，安装需遵守下面规范：
图4 系统原理
（1）控制器安装
超声波雷达控制器需安装在驾驶室内，并用螺钉固定可靠。可以根据实车的实际布置情况，兼顾线束连接走向，合理布置，注意避免干扰，并做防水、防潮、防尘处理。
毫米波雷达控制器与毫米波雷达集成安装。
（2）蜂鸣器安装
蜂鸣器通过粘贴方式安装于驾驶室内，且蜂鸣器置于驾驶座附近，保证音量充分。
（3）警示灯安装
警示灯安装于驾驶室右侧A柱或仪表台醒目位置，指示灯具有背光，白天和黑夜两级亮度可调，由车辆前照灯信号控制。
（4）雷达安装
超声波雷达通过卡接式安装于车辆保险杠和翼子板，上仰角度为0°，安装相对地面高度控制在0.7～1m。
毫米波雷达安装于车辆右侧轮眉后右位置，通过安装支架固定在车体上，后侧方向无遮挡，保证雷达的水平角度为45°±1°，上仰角度为0°，安装相对地面高度控制在1.2～1.8m。
毫米波雷达和超声波雷达融合控制的盲区监测系统通过同时判断车辆状态和障碍物状态来触发警报，实时监测右前方、右侧方盲区近处的石柱、行人、自行车、机动车等障碍物或正在接近的机动车等障碍物，车辆在起动、低速行驶、车辆右转和高速行驶不同的状态下，警报策略不同，一级警报为光学报警信号，二级警报为光学报警信号同时发出蜂鸣声音报警信号 [3] 。
不同的使用工况，监测范围内障碍物的距离和接近速度不同，报警方式不同，具体可分为以下7种状态：
1）车辆处于起动状态且车速为0km/h、右转向灯未打开，右前侧障碍物在0～0.5m范围内时，报警指示灯和蜂鸣器同时报警；右前侧障碍物在0.5～3m范围内，仅报警指示灯闪烁报警；右侧障碍物在0～3m内时，仅报警指示灯闪烁报警。
2）车辆处于起动状态且车速为0km/h、右转向灯打开，右前侧障碍物在0～3m范围内时，报警指示灯和蜂鸣器同时报警；右侧障碍物在0～3m内时，报警指示灯和蜂鸣器同时报警。
3）车辆车速为大于0km/h且小于30km/h、右转向灯未打开，右前侧障碍物在0～3m范围内时，报警指示灯和蜂鸣器同时报警；右侧障碍物在0～3m内时，仅报警指示灯闪烁报警。
4）车辆车速为大于0km/h且小于30km/h、右转向灯打开，右前侧障碍物在0～3m范围内时，报警指示灯和蜂鸣器同时报警；右侧障碍物在0～3m内时，报警指示灯和蜂鸣器同时报警。
5）车速为大于10km/h，右转向灯未打开，右后方的障碍物接近速度大于或等于20km/h且0～60m范围内，仅报警指示灯闪烁报警。
6）车速为大于10km/h，右转向灯打开，右后方的障碍物接近速度大于或等于20km/h且0～60m范围内，报警指示灯和蜂鸣器同时报警。
7）右前方、右侧方和右后方无障碍物或障碍物超出范围，无报警。
上述车速、探测距离、接近速度等变量可根据车辆具体使用工况随时调整，通过不同的警报状态，来提示驾驶人盲区的危险等级，用以辅助驾驶。
根据盲区监测系统的布置要求，将超声波雷达和毫米波雷达安装到重型货车上，如图5、图6所示，将开关、指示灯、控制器、雷达等各个部分用线束连接好，系统上电，标定雷达高度、角度、距离等参数，如图7所示，并按照本文上述7种车辆状态进行实车道路试验 [4] 。
图5 超声波雷达安装
图6 毫米波雷达安装
图7 雷达标定
根据ISO测试标准，满足但不限于表3所示场景的路试要求。
表3 车辆路试要求
（续）
道路试验过程中，车速在0～30km/h内，超声波雷达报警稳定，正确报警率在95%以上，毫米波雷达在车速大于10km/h时启动工作，整个路试下来未发现误报和漏报情况，性能总体稳定。试验结果表明，系统可有效监测右前方、右侧方盲区近处的石柱、行人、机动车等障碍物或正在接近的机动车等障碍物，并发出声光报警信号，且可以克服夜晚、雨雪、大雾等恶劣工况，提升了驾驶安全性。
本文设计了一种重型货车盲区监测系统，利用超声波和毫米波雷达融合技术，实现了对车辆右前方、右侧方、右后方视野盲区障碍物的准确监测，并实现对驾驶人的实时提醒。该系统成本低，性能可靠，经过多轮试验验证，已满足批量装车要求，并成功应用在解放搅拌车上。
后续将进一步优化报警方式，灯光警报的显示位置、亮度，声音警报的频率、响度等，以提升驾驶人的使用体验。
[1]熊建昌，肖悦，项郑壘，等.一种大型车辆驾驶盲区实时监测报警装置设计[J].佳木斯大学学报（自然科学版），2017，35（5）：840-841.
[2]赵顾淇，王学洋，张旭东，等.汽车列车右转弯盲区辅助监测系统的设计[J].林业机械与木工设备，2019，47（8）：40-41.
[3]陈立伟，等.24GHz盲区监测与变道辅助雷达系统的开发[J].汽车安全与节能学报，2019，10（2）：201.
[4]刘保祥.基于毫米波雷达的汽车盲区监测系统研究[J].北京汽车，2019，5（7）：22-24.