一種用于貨車的坡度提示系統(tǒng)

辛?xí)扎?，王?/p>

（陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院，陜西 西安 710200）

一種用于貨車的坡度提示系統(tǒng)

辛?xí)扎?，王?/p>

（陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院，陜西 西安 710200）

針對(duì)大型貨車駕駛員對(duì)道路坡度把握不準(zhǔn)確而容易導(dǎo)致長(zhǎng)大下坡路段出現(xiàn)制動(dòng)器失效的問題，提出一種用于貨車的坡度提示系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用陀螺儀實(shí)時(shí)探測(cè)貨車所處道路的坡度，并實(shí)時(shí)顯示，當(dāng)檢測(cè)到貨車連續(xù)下坡超過一定長(zhǎng)度且沒有采取制動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)提示駕駛員適當(dāng)制動(dòng)，以避免后期車速加大而頻繁制動(dòng)導(dǎo)致制動(dòng)器失效。經(jīng)實(shí)際驗(yàn)證本系統(tǒng)能有效給駕駛員提示，對(duì)減少交通事故有一定實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

大貨車；長(zhǎng)大下坡；制動(dòng)器；陀螺儀；提示

CLC NO.: U463.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2014)09-83-03

引言

由長(zhǎng)大下坡路段導(dǎo)致的交通事故一直是業(yè)界所關(guān)注的重要問題，特別是長(zhǎng)大下坡路段大貨車制動(dòng)器失效，每年由此而導(dǎo)致的交通事故不計(jì)其數(shù)。現(xiàn)階段針對(duì)此類事故國(guó)內(nèi)外學(xué)者和研究機(jī)構(gòu)做了大量的研究，開發(fā)出了如緩速器等長(zhǎng)大下坡路段的復(fù)制安全駕駛裝置，但由于其成本較高，貨運(yùn)車輛本身的經(jīng)濟(jì)屬性就限制了其實(shí)用性。而實(shí)際應(yīng)用中絕大多數(shù)駕駛員都采取制動(dòng)器滴水的方式來(lái)解決此類問題，但長(zhǎng)期使用會(huì)對(duì)制動(dòng)器材料性質(zhì)造成損傷，同樣不利于行車安全。

通過分析統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可看出，出現(xiàn)長(zhǎng)大下坡路段制動(dòng)器失效的車輛，絕大部分是外地車輛。這些車輛駕駛員對(duì)路段不熟悉，而且較小的坡度情況下駕駛員一般很難主觀判斷車輛是否處于下坡路段還是平路，若駕駛員能夠?qū)崟r(shí)的把握車輛所處路段的坡度，在下坡路段提前制動(dòng)，讓車速保持在相對(duì)較低的水平，則可有效避免車輛后期頻繁制動(dòng)造成的制動(dòng)器失效問題。本文正是基于此，設(shè)計(jì)一種用于貨車的坡度提示裝置，實(shí)時(shí)顯示路段的坡度，當(dāng)車輛連續(xù)下坡路段超過一定長(zhǎng)度且沒有采取制動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)提示駕駛員適當(dāng)制動(dòng)，已保證行車安全。

1、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)總體框架

本系統(tǒng)主要采用陀螺儀實(shí)時(shí)探測(cè)貨車所處路段的水平角度值，將測(cè)量得到的角度值作為道路的坡度，并且實(shí)時(shí)顯示坡度值，同時(shí)記錄從坡度小于零開始車輛走過的路程，當(dāng)路程達(dá)到200米駕駛員未采取制動(dòng)操作時(shí)，系統(tǒng)向駕駛員發(fā)出警告，提示駕駛員適當(dāng)降低車速，以免車速增加后連續(xù)高強(qiáng)

度制動(dòng)造成制動(dòng)器失效，系統(tǒng)的整體框架如圖1所示。

1.2 信號(hào)采集模塊設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)信號(hào)采集模塊主要采集陀螺儀信號(hào)和本車車速信號(hào)，其中陀螺儀信號(hào)為陀螺儀所測(cè)量的車身水平信號(hào)，一次來(lái)反映車輛所處道路的坡度值。車速信號(hào)用于計(jì)算車輛所走距離，可直接通過車速傳感器輸出信號(hào)線來(lái)獲取。為保證系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，本系統(tǒng)所采用的陀螺儀為EPSON/愛普生XV-8100CB汽車專用陀螺儀，該陀螺儀靈敏度為25 mV/ °/s，體積保持在1cm2內(nèi)，因此設(shè)備安裝不會(huì)對(duì)貨車有較大改動(dòng)，所采集到的車輛俯仰信號(hào)通過數(shù)據(jù)線傳輸至處理單元的I/O接口?？紤]到陀螺儀工作環(huán)境的特殊性，安裝時(shí)采用膠粘方式將其固定安裝在貨車質(zhì)心處。

車速采集可直接通過車輛原有速度傳感器獲取，將獲取的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)線傳輸至處理器的I/O接口，數(shù)據(jù)采樣頻率和速度傳感器輸出數(shù)據(jù)頻率一致，以保證采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。

1.3 處理器設(shè)計(jì)

處理器是系統(tǒng)的核心組成部分，在系統(tǒng)工作時(shí)處理器接收來(lái)自陀螺儀的數(shù)據(jù)和車速傳感器的數(shù)據(jù)，并根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行初處理和提示信號(hào)控制。考慮到數(shù)據(jù)量較大，且處理數(shù)據(jù)的時(shí)效性，因此本系統(tǒng)采用目前車輛上主動(dòng)安全設(shè)備中較常用的飛思卡爾MC9S12X系列單片機(jī)，具體型號(hào)為MC9S12X128，該單片機(jī)大部分I/O引腳可由相應(yīng)的寄存器位來(lái)配置選擇數(shù)據(jù)方向、驅(qū)動(dòng)能力，使能上拉或下拉式裝置。當(dāng)用作通用IO口時(shí)，所有的端口都有數(shù)據(jù)寄存器和數(shù)據(jù)方向寄存器。處理器的I/O接口分別和陀螺儀的信號(hào)輸出端、車速傳感器輸出信號(hào)線以及提示裝置的信號(hào)輸入線相連。處理器的電路圖如圖2所示。

1.4 信息提示系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的信息提示系統(tǒng)采用液晶和聲音兩種提示方式組合而成。在正常行車時(shí)，系統(tǒng)將陀螺儀采集到的道路坡度信號(hào)實(shí)時(shí)顯示在液晶屏幕上，以提示駕駛員下坡路段注意安全，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到車輛處于下坡路段，且在連續(xù)的200米范圍內(nèi)駕駛員沒有采取制動(dòng)或者將擋等減速措施時(shí)，系統(tǒng)將通過聲音的形式向駕駛員發(fā)出警告，提示駕駛員適當(dāng)減速，以避免后期由于車輛速度過大而導(dǎo)致的連續(xù)高強(qiáng)度制動(dòng)造成的制動(dòng)器失效問題。因此，本系統(tǒng)采用的液晶顯示器為L(zhǎng)CM1602液晶顯示板，該顯示板可有效顯示兩行數(shù)據(jù)，能夠滿足系統(tǒng)的需求。系統(tǒng)所采用的蜂鳴器為YHE12-05電磁式有源蜂鳴器，該蜂鳴器可在5V電壓下正常工作，且聲音洪亮，能夠滿足系統(tǒng)的要求。

1.5 電源模塊設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)屬于車載主動(dòng)安全系統(tǒng)領(lǐng)域，因此供電有車載蓄電池提供?？紤]到車載蓄電池電壓為24V，本系統(tǒng)中的陀螺儀以及液晶和蜂鳴器穩(wěn)定工作電壓均為5V，因此需要降壓模塊來(lái)為系統(tǒng)供電。本系統(tǒng)采用的降壓模塊為L(zhǎng)M2576該模塊能有效將24V電壓轉(zhuǎn)換為5V，考慮到系統(tǒng)硬件設(shè)備都是5V供電，且用電器較多，為保證供電的穩(wěn)定性，本系統(tǒng)采用兩個(gè)LM2576降壓模塊，以保證電源的穩(wěn)定。

2、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要完成信號(hào)的處理以及輸出信號(hào)的顯示和報(bào)警信號(hào)的判斷。由于系統(tǒng)需要適時(shí)顯示坡度值，因此首先完成顯示模塊的涉及，顯示模塊設(shè)計(jì)中，需將采集到的信號(hào)實(shí)時(shí)顯示在液晶屏幕上，本系統(tǒng)中為保證駕駛員能夠有效的獲取顯示屏信息，同時(shí)讓其對(duì)駕駛員造成的分心盡量小，因此本系統(tǒng)采用簡(jiǎn)單的顯示方式，即顯示坡度的拼音podu，正值代表上坡，負(fù)值代表下坡，在系統(tǒng)驗(yàn)證中截圖如圖3所示。

本系統(tǒng)中另一個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)是對(duì)車輛連續(xù)下坡進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)檢測(cè)到坡度值為負(fù)值，車輛連續(xù)行駛超過200米且沒有進(jìn)行制動(dòng)的情況下，本系統(tǒng)通過蜂鳴器向駕駛員發(fā)出警告，提示駕駛員適當(dāng)減速。系統(tǒng)流程圖如圖4所示。

3、系統(tǒng)驗(yàn)證

為驗(yàn)證系統(tǒng)的穩(wěn)定性與實(shí)用性，本系統(tǒng)在硬件和軟件設(shè)計(jì)完成后，用實(shí)車進(jìn)行了驗(yàn)證。所選用的驗(yàn)證場(chǎng)地是西安市至漢中市之間的西漢高速，此路段處于秦嶺山區(qū)，起伏路段較多，且長(zhǎng)度較長(zhǎng)，比較符合本系統(tǒng)的驗(yàn)證環(huán)境，驗(yàn)證場(chǎng)景如圖5所示。

選取實(shí)驗(yàn)路段上起伏較緩和的兩個(gè)路段，分別驗(yàn)證上坡和下坡的準(zhǔn)確性。上坡驗(yàn)證和下坡驗(yàn)證原理一樣，本系統(tǒng)在驗(yàn)證中只驗(yàn)證下坡路段，實(shí)驗(yàn)過程中坡度數(shù)據(jù)、當(dāng)前車輛速度以及行駛距離和是否報(bào)警數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 驗(yàn)證路段實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)一

由上述驗(yàn)證結(jié)果來(lái)看，當(dāng)車輛處于下坡路段時(shí)，系統(tǒng)能夠穩(wěn)定直觀的將路段坡度值顯示出來(lái)，并且當(dāng)車輛行駛距離超過200米時(shí)，系統(tǒng)能夠及時(shí)有效的響應(yīng)，向駕駛員發(fā)出警報(bào)，說明此系統(tǒng)能正常工作，具有較好的環(huán)境適應(yīng)性。

4、結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)現(xiàn)階段我國(guó)出現(xiàn)的長(zhǎng)大下坡路段交通事故的特點(diǎn)，即外地駕駛員和外地車輛為事故高發(fā)群體。具體原因是駕駛員對(duì)道路坡度主觀感知能力有限，不能在進(jìn)入長(zhǎng)大下坡路段時(shí)就采取減速措施，以至后期車輛速度增加需要連續(xù)高強(qiáng)度的制動(dòng)來(lái)控制車速，從而導(dǎo)致制動(dòng)器失效。對(duì)此本文提出一種用于大貨車的道路坡度顯示系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)顯示道路坡度，并在車輛連續(xù)處于下坡路段行駛超過200米且沒有采取制動(dòng)操作時(shí)，本系統(tǒng)會(huì)對(duì)駕駛員發(fā)出警報(bào)，以提示駕駛員適當(dāng)減速，保證行車安全。

[1] 林煌. 連續(xù)長(zhǎng)大下坡路段安全保障系統(tǒng)研究[D]. 重慶交通大學(xué), 2012.

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[5] MC9S12X128開發(fā)平臺(tái)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)手冊(cè).

A system Tips for trucks slope

Xin Xiaoying, Wang Meng
（Institute of Automotive Engineering, Shaanxi Heavy Duty Truck Co., Ltd., Shaanxi Xi’an 710200）

For large truck drivers can’t grasp the road slope inaccurately and lead to brake failure problem in downhill. Proposed slope indicator system for trucks. The system uses gyroscopes to detect real-time road slope and display. When a truck is detected continuously over a certain length of the downhill without braking. Proper braking system prompts the driver, to avoid frequent braking late lead to brake failure. The practical verification of this system can give drivers tips. The reduction of traffic accidents has some practical value.

large trucks; grow downhill; brakes; gyroscope; tips

U463.3

A

1671-7988(2014)09-83-03

辛?xí)扎?，助理工程師，就職于陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院?/p>