一种作用于后视盲区的倒车辅助装置

石翔文 刘宏达 时明亮 刘婷婷 于靖博

摘 要：结合车辆倒车过程中可能出现的问题，特别是在驾驶员注意力未集中或视野受到阻碍的情况下，都有可能极大提高事故发生概率，因此设计了一种作用于后视盲区的倒车辅助装置。该装置通过机械部件与电子测距系统相辅相成，实现倒车过程中针对汽车与障碍物之间距离的时刻变化，实时给予汽车驾驶员反馈，并在达到临界危险极值前予以紧急自动刹车，从而达到降低危险事故的目的。

关键词：倒车辅助;装置设计;安全

中图分类号：U463  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）20-48-03

Dalian Ocean University， Liaoning Dalian 116023 ）

Abstract： The probability of accidents may be greatly increased because of the drivers distraction or dead zone during the reversing. Therefore， a kind of reverse assist device which acts on the blind area of rear vision is designed. The device complements each other through mechanical parts and electronic distance measurement system. It can give real-time feedback to the driver of the vehicle in the process of reversing， and make emergency automatic brake before reaching the critical danger extreme value， so as to reduce the danger accident.

Keywords： Park assist; Device design; Security

CLC NO.： U463  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）20-48-03

前言

汽车行业发展至今，无论从驾驶速度还是使用舒适度日臻趋于完美，但对于常规车辆使用的安全性方面，尤其是倒车安全，受到车辆本身的可靠性以及驾驶员的技术和状态的影响，并无确切标准来衡量，每年都有大量在倒车过程中发生事故的报道，因此倒车安全是关系到人员生命和财产安全的大事，也是许多汽车厂商和用户所关心的众多问题之一。

由图1可得知，我国历年交通事故虽有下降，其原因与汽车性能不断提升和人们道路安全意识的不断提高有关，但其中倒车事故的发生依然占有很大比重，为了解决驾驶员在倒车过程中由于视野盲区以及驾驶员倒车技术有待加强而产生的事故，设计了这种结构简单，使用安全的倒车辅助装置，能够同时实现蜂鸣提醒和自动刹车两项实用功能，以防止车辆继续运动而发生不必要的事故，以保障车辆及车外人员财产的安全。

1 装置原理

包含安装在车辆防撞后方钢梁上的红外线发射设备，分别负责对后方及地面距离进行判定。外管发射脉冲信号，遇到障碍物后，发生反射，红外信号经过障碍物反射会有一部分被雪崩光电二极管光电探测器接收并且转换为电信号，其后经过红外线信号计算模块输入到滤波处理模块。其后进行控制操作，控制器模块通过电机连接在刹车片下方位置，电机与传动部件及汽车刹车片相连形成联动关系。

其中距离计算模块用于持续监测车辆与其后方车辆或障碍物的距离信息，并将信息传达至控制器模块，控制器模块通过控制电机转子带动齿轮传动，从而压缩刹车助力器降低速度，达到停车的目的。

2 工作流程

首先，滤波处理模块持续工作，采集车辆后方与障碍物或车辆的位置距离信息，将信息传递给距离计算模块，并且将车距信息与装置内置阈值相对比。由于装置采用对地与对后方双线监测，因此该程序分为两部分，第一部分为对后方检测，本装置拟采用500mm为第一阈值，400mm为第二阈值，300mm为第三阈值。当所测车距信息数值小于一级阈值时，启动蜂鸣器报警，当所测车距信息数值小于二级阈值时，蜂鸣器持续警报并增大蜂鸣频率，由于控制器模块启动所需时间相对较长，因此在此阈值状态下进行预启动。当所测车距信息数值小于三级阈值时，启动控制单元。第二部分对地面距离监测，拟设置阈值小于300mm以检测后方地面突起，设置阈值大于400mm以检测后方地面凹陷，见图2所示。

3 控制系统设计

在车辆挂倒挡时，红外信号开始产发出，单片机收到信号后开始工作，产生红外信号，单片机通过红外信号计算模块的信息，可以测算出在探测范围内有无障碍物，以及障碍物的距离，并在达到阈值时能够下达相应的命令给蜂鸣器和电机，从而使车辆做出反应，并进入循环判定的过程，在车辆速度为零时，程序停止判定，检测终止（如图3所示）。

本设计将单片机和传统机械相结合。单片机采用STC公司生产的STC89C52。它是一种低功耗、高性能的CMOS 8位微控制器，具有8K的系统可编程闪存。可以完美运行本设计程序，其冗余的的部分可便于后续更新开发使用。

4 机械结构设计

4.1 主要部件设计

机械结构部分设计的电动机及齿轮轴承的装配图，与刹车片控制模块相连（如图4所示）。

该装置以电机外套齿轮为主，其中齿轮选用的是一种特殊齿轮，其棘齿为可调节角度的活动齿，通过和轴承链接的外壳部分与转动中的内齿轮形成相对运动，拓开活动齿进行传动工作，在工作停止后，电动机反转使齿轮收回齿腔。该设计解决了在解决装置运行后，脚踏板归位抬起时所受到的电机旋转阻力问题，使该状态下齿轮非啮合状态，进行空转。齿轮部分如图5所示。

蜂鸣器会根据不同的距离信息，以不同频率蜂鸣来提示障碍物与车身后保险杠的距离。驾驶者可通过不同频率的声音，来判断障碍物距离。与蜂鸣器驱动模块相连。

5 系统测试及分析

5.1 实车可靠监测

6 结论与展望

该设计初衷是为了将倒车变得更可靠和安全。通过简单的结构以及低廉成本的材料要求，同时拥有性能可靠，性价比较高等特点。在当今设计要求实用性与经济型并存的时代，其能够满足在汽车日常安全驾驶领域的要求，可谓是非常实用的优化设计。

参考文献

[1] 夏明.汽车倒车辅助系统的设计[J].装备制造技术，2017，（4）：209- 211.

[2] 胡鹏，秦会斌.基于红外测距汽车倒车雷达预警系统设计[J].傳感器与微系统，2018，第37卷（7）：114-116，126.

[3] 张弘扬.基于单片机的汽车倒车雷达设计[J].数码世界，2017，（10）： 36.

[4] 乔亚楠，刘新宽，刘平等.高强度镀锌钢丝表面硬度与扭转性能关系研究[J].功能材料， 2017，第48卷.（8）：8053-8057.

[5] 廖晓文，赖香功.金属热处理工艺对齿轮材料性能的影响[J].世界有色金属， 2019， （21）：159-160.

[6] 单新平，蒋云峰，刘宗健.基于超声波倒车雷达的研究[J].汽车电器， 2019，（7）：20-22.