窦同宇，郭玉颖，张建华

(东北林业大学，哈尔滨 150040)

随着我国机动车保有量的增加，停车问题严峻，停车时车门开启发生的碰撞也不在少数。不少道路都限制通行条件，均属于机非混行道路[1]。交通法规规定，在没有强制隔离的道路上，非机动车应靠右行驶。机动车临时停车上下客时，应该靠在右侧。由此分析，在相对不是很宽的道路上，机动车驾驶员在路边停车后突然开启车门，容易与后方过来的行人或机动车发生碰撞，并且也会引发不良的后果[2]。针对这一问题，很多汽车公司关注并致力于解决开门防撞预警技术的难题。德国凯毅德公司开发出一种创新车门“制动系统”[3]；
澳大利亚墨尔本“Dooring Alent System”公司，研发了一款利用声光报警对交通参与者进行提示的开门防撞预警装置[4]。与国外车门开启防碰撞系统相比，我国民用车载防碰撞系统普及率还是比较低。我国目前常用的是防撞条和防撞垫，虽然这些产品能够有效降低碰撞时带来的损失，却不能承受较大的碰撞冲击力，适用范围较小，对后方接近的人和机动车也无法起到提示作用，无法降低因开车门所发生事故的几率。

为解决上述问题，本文提出了一种基于Arduino的车门防碰撞装置，该装置不仅能主动控制车门开启角度，还可以对交通参与者进行声光警示，具有使用便捷、安装简单、能耗低，实现快速、高精度的距离测量，降低防撞系统成本，适应中国交通向智能化发展的需要，可有效降低因车门碰撞引起的事故发生率。

本装置主要由距离传感器、角度传感器、单片机、车门舵机、报警模块、显示屏、开关按键及供电单元构成。开关按键控制整个装置的开启与关闭，供电单元为单片机和整个设备提供电能。装置流程图如图1所示。

图1 装置流程图

1.1 单片机模块

装置中的单片机型号为Arduino UNO R3扩展电路，采用叠层设计，引出了UNO R3主板上所有的I/O口，并有板载了两个LED，复位按钮，外部电源接口等[5]，具有强大的扩展能力、兼容性和易用性。可以很容易地将角度传感器与距离传感器连接起来，从而控制传感器对距离与角度进行测算。

1.2 测距模块

测距模块单元使用型号为GP2Y0A21YK0F的红外测距传感器，距离测算范围为10～80 cm，供电电压为4.5～5.5 V[6]。该传感器采用的是激光三角测量方法，传感器的测量精度不会受被测物体的材料和环境的温度影响，而且成本低廉，短距离测量精度高。在测算车门与障碍物之间的距离时，更加精确，可以直接通过测量电压值得出车门与障碍物之间的距离。其接线图如图2所示。

图2 测距模块单元接线图

激光三角测距是在被测物的上方放置一个半导体激光器，激光器发射一束激光，经过汇聚透镜组照射到被测表面，因为该表面不可能绝对光滑，所以部分激光会产生漫反射，由于光电检测器前放置一个透镜进行成像汇聚，被漫反射的部分激光会在光传感器上汇聚成一个光斑，当被测物发生位移时，光斑会随之移动，根据位移值、入射激光和发散激光的夹角θ、像距a和物距b等参数可以求出被测表面的位移值。

图3是斜射式激光三角法的光路图。激光器轴线与被测表面的法线成一定角度，向被测物表面发射一束激光，激光照射点为P，经过漫反射和透镜Q的汇聚作用，激光在感光芯片上汇聚成一个光斑，光斑位置为 D。被测物表面发生位移后，激光入射角度不变，激光照射物体表面的位置变为P′，在感光芯片上汇聚光斑位置随着物体表面位置改变而改变，此时的位置为D′。设P′Q=a;D′Q=b。

图3 斜射型激光三角法

利用三角形几何关系可得

(1)

1.3 舵机控制模块

该装置通过单片机输出数字信号控制舵机，舵机型号为SG90 9G，工作扭矩为0.156 8 N·m，使用电压为5 V。该舵机为模拟舵机，即需要不断向舵机发送PWM信号让舵机保持在一个指定的旋转角度[8]，使车门以安全的角度开启。

1.4 声光报警模块

声光报警模块包括两部分：一是车内报警，蜂鸣报警器型号为LZQ-3D,工作电压为3.3 V，用以对机动车驾驶员进行提醒；
二是车外报警，LED警示灯工作电压为5 V，用以对其他驾驶员或行人进行示警。

1.5 显示屏与电池模块

该装置中利用的显示屏型号为LCM2004A，用以显示角度传感器所测算的车门开启安全角度；
电池型号为18650的两节锂电池，适用于Arduino GSM移动电源，用以为单片机及整个装置提供电能。

图4是单片机中的控制流程。首先由安装在车辆前翼子板的距离传感器测算车辆与障碍物之间的距离，将测算的数据反馈到单片机中，单片机判断所测算的距离是否大于车门最大开启距离，如果大于，则系统不工作，手动开启车门；
如果小于，则单片机计算车门所能开启的最大安全角度，控制安装在车门合页处的角度传感器与舵机，将车门开启到对应安全角度，并在显示屏上显示车门所开启的安全角度。同时，位于驾驶室内的LED灯亮起，进行车内报警，安装于前翼子板处的蜂鸣器报警，对其他驾驶员或行人进行车外报警。

图4 程序设计流程图

根据该装置电路原理图和工作流程图，将程序输入到各部分系统模块，并焊接组装，之后对其调试。将焊接组装好的实物系统安装在实践机动车车门上，分别在车门开启最大角度内外放置障碍物或行人，并调试超声波测距模块。将手放在机动车前翼子板外侧适当距离，观察舵机是否能控制车门开启，开启角度是否在安全范围内，观察显示屏是否显示正确的车门开启安全角度，蜂鸣器是否正常对驾驶员进行示警，LED警示灯是否能正常开关。

通过以上分析、设计，在没有强制隔离、机非混行的道路上临时停车上下客, 或在狭小空间内停车时，本装置可以做到有效避免车门开启与障碍物、行人发生的碰撞，并具有以下特点：

1)该装置采用距离传感器测算车辆与障碍物之间的距离，角度传感器与舵机配合工作控制车门开合角度，当车辆附近有障碍物时，保证车门可以安全开启，防止因车门开启角度不当，造成车门与其他交通参与者碰撞；

2)该装置在舵机控制车门安全开启的基础上，同时增加了声光示警装置，车内警示提醒驾驶员主动控制车门开启，车外警示提醒其他交通参与者注意避让，达到互相警示的效果，从而减少因开车门所产生的事故发生率；

3)该装置不需改装车体，对车型大小不设限制，可以安装在轿车、SUV上，也可以安装在客货运车辆上，适用范围广。

猜你喜欢 舵机障碍物车门 车门关闭过程的流场分析汽车实用技术(2022年19期)2022-10-19车门气密性对风噪的影响分析汽车工程师(2021年12期)2022-01-17地铁车辆车门安全联锁回路故障判断思路解析新视线·建筑与电力(2021年1期)2021-09-10高低翻越动漫界·幼教365(中班)(2020年3期)2020-04-20赶飞机创新作文(1-2年级)(2019年4期)2019-10-15月亮为什么会有圆缺好孩子画报(2019年10期)2019-01-10开车门保护装置儿童故事画报·发现号趣味百科(2018年1期)2018-11-14海太克HS—1100WP数字舵机航空模型(2016年5期)2016-07-25超音速舵机保护器航空模型(2016年5期)2016-07-25菜鸟看模型航空模型(2015年6期)2015-10-21