制止车辆二次碾压的智能控制系统研究

摘要：近年来，车辆二次碾压事故频发，性质恶劣，造成巨大人员伤亡和经济损失，引发社会各界高度关注。基于对车辆二次碾压事故特征分析，综合运用智能控制理论、红外探测、图像识别、制动控制、自动报警等技术，设计出一种有效制止车辆二次碾压事故发生的智能控制系统，系统由红外生命监测子系统、车辆制动子系统和报警子系统组成。红外生命监测子系统对车辆底盘下方及其外侧一定范围内进行生命信息探测，发现车下有生命信息自动启动车辆制动子系统，车辆制动，避免再次碾压行人，同时向警方和驾驶人员报警，以达到制止车辆二次碾压的目的。

关键词：二次碾压；智能控制；红外探测；车辆制动；报警

Abstract: In recent years, vehicle re-crush accidents have occured frequently, which are very serious and cause great casualties, economic loss and social attention. Based on the vehicle re-crush accident characteristics analysis, the intelligent control theory, infrared detection, image recognition, braking control and automatic alarm technology , are integrated, which intends to design a kind of effective intelligent control system to stop vehicles re-crush accidents happen. The intelligent control system consists of monitoring subsystem, vehicle brake subsystem and alarm subsystem. The infrared detection equipment is used to detect life information below the vehicle chassis and a certain aerea of its lateral. If life information is discovered, the braking subsystems will be started and the alarm will be sent to the police to prevent vehicles re-crush.

Key words: vehicle re-crush; intelligent control; infrared detection; vehicle braking; alarm

中图分类号： F407.472文献标识码：A 文章编号：

引 言

随着国民经济飞速发展，以及车辆行业快速发展，机动车保有量急剧增加。近年来车辆二次碾压恶通事故不断发生，造成巨大人员伤亡和经济损失，引起社会各界高度关注。 二次碾压事故可分为同车碾压和多车碾压。同车碾压是指同一车辆在撞倒行人后二次碾压。同车碾压又分别为正向碾压、调头碾压和倒车碾压。多车碾压是指前方车辆撞倒行人，尾随一辆或多辆车造成二次碾压。

通过调查、分析大量车辆二次碾压交通事故，发现此类事故有以下规律：二次碾压事故主要发生在城市中心人口密度较大地区，或居民小区，或宾馆附近；二次碾压事故车辆类型不定，有卡车、轿车和面包车等车型；同车二次碾压在此类事故中数量最多，车辆在撞倒行人后再次启动地点到伤者的距离均很短，大约在1-2m范围内，车速很低；由于车辆第一次撞人后，往往会引起周围行人的关注，后面车辆速度相对较低。总而言之，二次碾压事故主要发生在人口密度较大地区，二次碾压发生时肇事车辆车速较低。

目前，关于二次碾压事故的解决方案仅仅停留在道德和法律层面上，而在科学技术层面上尚未见公开发表或报道的相关研究文献和技术方案。本文针对低速运行状态的车辆二次碾压现象，研制出一种能够有效制止车辆二次碾压的智能控制系统，该技术的应用可大大降低车辆二次碾压事故的发生率，确保行人安全，具有重大社会意义和良好的经济效益。

1 制止车辆二次碾压智能控制原理

制止车辆二次碾压智能控制系统主要由红外探测子系统、车辆制动子系统、自动报警子系统组成，制止车辆二次碾压的智能控制原理如图1所示。运用递阶控制原理，分级控制，自动实现生命信息探测、车辆制动控制、自动报警三项功能。

该系统具体实现程序如下：车辆启动时，安装在钥匙孔内的压力传感器受压触发，智能控制系统启动。红外探测子系统开始工作，实时监测车辆下方规定的范围，测量车下物体红外波长，并量化为电压值，通过与人体波长（8~14μm）电压范围进行比较，判别车下是否有生命体。如果测得的电压不在规定的阈值范围内，确认车下没有生命体，传向AT89S52单片机的信号为“0”（假），拒绝该信号传输，车辆制动子系统和自动报警子系统暂不启动，汽车正常行驶；如果测得的电压在规定的阈值范围内，传向单片机的信号为“1”（真），接受并处理该信号，并将信号传递给车辆制动子系统和自动报警子系统[2]。主控制器控制车辆制动子系统在车辆未启动或启动后处于待驶状态下实现启动控制，或在车辆已启动并处于低速行驶状态下自动刹车。同时，主控制器控制自动报警子系统实现自动报警，将事故重要信息反馈给驾驶员和相关部门，使事故及时得到妥善处理。除此外，报警子系统还以语音和图像形式向驾驶员报警。

图1 制止车辆二次碾压的智能控制原理

2 智能控制系统子结构设计

2.1红外探测子系统

红外探测子系统是基于红外光线会使特定电子元件的物理特性发生改变的原理构建而成。该子系统由红外生命探测和红外成像两个模块组成，二者独立工作，具有较高的探测灵敏度和图像分辨率，具体工作原理如图2所示。该子系统是制止车辆二次碾压智能控制系统最基础部分，相当于人的眼睛。

2.1.1红外生命探测模块

红外生命探测模块是制止车辆二次碾压系

图 2红外探测子系统工作原理图

统的输入端，主要组件是红外生命探测传感器，其结构如图3所示。它是由钽酸锂（BST）材料

制成的双探测元结构，外面有8~14μm的滤波片控制输入的红外波长范围，在车辆底盘下方形成一定范围的监测区域，当有变化的红外信号进入监测区域时，传感器采集到该信号产生极化现象，经过偏置电阻转化成电压信号加至场效应管的栅极，经放大电路[3]和比较电路处理后，判别是否为人体信息。若为人体信息，则通过延时电路后将该信号输送到单片机。

2.1.2红外成像模块

红外成像模块由红外热成像前置元件、信号处理电路板和显示器构成。可以提供底盘下方可视化的实况图像，便于驾驶员判别事故严重程度及人体所在位置，及时采取相应措施。

红外热成像前置元件是采集监测范围的原始红外图像信息装置，主要结构有热敏感元件和读出电路。热敏感元件采用不需制冷技术处理即可成像的BST材料制成。运用大规模红外焦平面阵列技术[4]，实时采集监测范围数据，利用读出电路将红外信号转换成模拟电信号，输入信号处理电路中。

图3 红外生命探测传感器结构示意图

信号处理电路板是基于DSP和FPGA技术将信号处理电路集成在一块电路板上。首先将输入的模拟电信号通过A/D转换成可处理的数字信号，采用非均匀性矫正[4-5]、盲元检测及补偿[7]和离散小波变换红外图像增强[5-6]技术，形成图像信号处理流水线，将图像噪声信息降到最低，再将剩下信息进行视频合成，经过D/A转化后在显示屏上显示出图像信息。

2.2车辆制动子系统

车辆制动子系统由车辆启动控制模块和车辆自动刹车模块组成[8-9] ，车辆制动子系统结构如图4所示。车辆启动时，钥匙孔内压力传感器收到压力感应信号后开启制止车辆二次碾压智能控制系统，红外生命探测子系统开始对车辆底盘下方及其外侧一定范围进行生命信息探测，同时车速传感器输出车速信号。制止车辆二次碾压智能控制系统对探测信号和车速信号进行分析处理，如果未探测到生命信息，车辆正常启动；如果探测到生命信息且车速v=0即车辆未启动或启动后处于待驶状态，单片机控制车辆启动模块实现车辆启动装置锁死，使车辆无法启动；如果探测到生命信息且车速0＜v＜vc（ vc 建议取30km/h），即车辆已启动，并处于低速行驶状态，单片机控制车辆自动刹车模块实现自动刹车。当车辆监视区域下方生命信息消失后，控制信号解除，车辆启动模块自动解锁，车辆才能被重新启动并正常行驶。考虑到车辆高速运行时突然刹车，车辆自身就不安全，也难以刹住，速度超过临界速度0＜v＜vc 刹车子系统不起作用，报警子系统正常工作。

图 4 车辆制动子系统结构

2.2.1车辆启动控制模块

车辆启动控制模块通过控制装在发动机供油油路上的二位二通电磁阀实现发动机供油油路的通断，二位二通电磁阀结构如图5所示。单片机发出控制信号，二位二通电磁阀的阀电磁铁通电，阀电磁铁的磁力吸引阀衔铁克服弹簧的弹性力把活塞拉到二位二通电磁阀阀芯的左侧，发动机的供油油路被阻断。控制信号解除后，阀电磁铁断电，活塞在回位弹簧的作用下右移恢复原位，发动机正常供油。

2.2.2车辆自动刹车模块

车辆自动刹车执行机构是在保证原有车辆制动系统正常运作和满足制动可靠性的基础上进行设计的[10]，其原理如图6所示。该自动刹车执行机构是在原有的液压制动管路中并联一套液压自动刹车系统，通过电磁阀控制自动刹车系统，向制动管路提供压力。

图 5 二位二通电磁阀结构示意图·

单片机发出制动信号后，第一继电器、第二继电器分别控制第一电磁换向阀、第二电磁换向阀通电工作，蓄能器中的压力油通过第一电磁换向阀进入液压缸的右腔，柱塞右侧产生油压，推动柱塞左移，缸体左侧油腔体积减小，产生制动油压，使车轮制动器工作，控制车辆刹车。

图 6 制止车辆二次碾压自动刹车机构

2.3自动报警子系统

自动报警子系统由指挥中心、车载单元和显示单元组成。针对二次碾压事故发生时司机逃逸或报警不及时、不准确，以及控制困难的问题，采用单片机接口技术[2]，实现对报警各组成部分的联动处理。通过软件设计，利用指令控制、GSM无线通信以及GPS卫星定位等技术，将事故状况以短消息的方式发送给警方，同时利用车载显示装置实时向司机实现多种方式报警，如语音报警和LCD显示报警[11-12]，存储子系统对每次报警进行存储。

2.3.1自动短消息报警

正常情况下，车辆处于某一初始状态，当接收到单片机的控制信号时，报警子系统启动。红外探测子系统将探测信号传输给单片机模块，由单片机内部程序对异常信号进行分析、判断，然后利用软件向GPS接收模块发送请求命令，及时调取当前车辆所处位置的GPS定位信息，按照程序设定的固定格式将事故发生地点、时间以及车牌号等事故重要信息写入短信，传送到GSM通信模块，继而通过GSM网络发送警方。短消息自动报警流程如图6所示。

图6短消息自动报警流程

2.3.2短信报警软件流程图

短信报警软件流程如图7所示。车载单元分为布防和撤防两种状态，两种状态并列存在。设置一个标志位lock，当lock=l时系统处于布防状态，当lock=0时系统处于撤防状态。lock的值储存在AT24C16中，掉电信息不丢失，所以可以通过lock的值判断状态。在正常状态即布防状态下，检测是否有传感器传来的控制信号，如果接到控制信号，车辆制动，同时发送短消息进行报警。车载单元在布防状态下，还可以接收撤防信号，进入撤防状态。当系统进入撤防状态后，可以接收警方系统自动回复的确认短信，接到正确的信号后，把相应的信息记录在AT24C16中，并返回相应的应答信号。如果在规定的时间内未接收到警方回复信号，则车辆自动由布防状态进入撤防状态，重新发送报警信息并对此次事件进行记录。

图7短信报警软件流程图

3结论

本文针对低速运行状态下车辆二次碾压交通事故，综合运用红外技术、图像识别技术、车辆制动技术和智能控制理论等，给出有效制止车辆二次碾压的完备技术方案。车辆装载该技术产品对于高速行驶的车辆司机有很大威慑作用。即使较高速度的二次碾压发生，制动子系统不起作用，但自动报警系统仍会启动向警方报警，肇事司机逃逸也很容易被查出。

该技术方案所采用的主要设备，如红外生命监测器、AT89S52单片机、GMS等，多为电子产品，技术相对成熟，成本不高，可安装于各类级别车辆。

生命无价，尊重每个生命，是和谐社会必要条件之一。文中所述的技术方案符合国家安全交通政策，我国汽车保有量已突破1亿辆，并以每年1500万辆以上的速度增加，到2020年我国车辆保有量将超过2亿辆，潜在市场巨大。另外，该项技术更新升级空间大，可与未来物联网技术结合，将会进一步扩充其功能。

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