交叉口車輛自動限速系統(tǒng)研究

韓 平 馬麗麗 鄒乃威 鄔萬江

佳木斯大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院

基于車輛超速行駛的危害和道路交叉口為交通事故多發(fā)點(diǎn)的特性，結(jié)合以往車輛自動限速系統(tǒng)研究成果的基礎(chǔ)上，研究構(gòu)建一種適用于交叉口的車輛自動限速系統(tǒng)，使得車輛在到達(dá)交叉口前車速被動下降，以較低的車速通過交叉口，從而控制車輛不超速行駛，提高交通安全性。

概述

公安部交通管理局車輛和駕駛?cè)斯芾硖幗y(tǒng)計，2011年從肇事車輛的使用性質(zhì)看，生產(chǎn)經(jīng)營性道路交通事故總數(shù)有些下降，一般貨運(yùn)車輛事故還是比較突出，占整個生產(chǎn)經(jīng)營性事故的71.8%?！笆问鹿示糯慰臁保傩旭偸窃斐傻缆方煌ㄊ鹿实闹饕?。

超速行駛會導(dǎo)致駕駛員的空間認(rèn)知能力、判斷力變差，視距變大；同時，也使車輛的制動距離大大增加，穩(wěn)定性變差，使車輛難以操控，從而釀成重大交通事故，造成生命財產(chǎn)的重大損失。

城市道路交叉口是城市道路網(wǎng)的交匯點(diǎn)，是行人、車輛的匯合、轉(zhuǎn)向、分流的地方，是道路網(wǎng)靈活性的關(guān)鍵，但同時也是交通事故多發(fā)地。在城市道路上發(fā)生的交通事故中，交叉口事故占很大比例，據(jù)統(tǒng)計，德國城市的交通事故60%～80%發(fā)生在平面交叉口；日本33.3%；我國對國內(nèi)城市的交通事故抽樣統(tǒng)計表明：發(fā)生在交叉口的交通事故數(shù)約為30%。

特別大型載貨汽車是在通過道路平面交叉口時，駕駛員為少停車、趕時間，經(jīng)常爭道搶行，遇有十字路口心存繞幸，不減速、闖紅燈，強(qiáng)超強(qiáng)會，往往會引發(fā)惡性交通事故。

我國目前對車輛超速的限制措施

目前我國主要從以下幾個方面來控制城市車輛的超速行駛：在路段設(shè)置限速標(biāo)志，駕駛員根據(jù)限速標(biāo)志限定的時速行駛，避免超速；在路面劃定標(biāo)線，利用車道寬度的變化，讓駕駛員從視覺的角度感覺行駛受限，從而限制車輛超速；在學(xué)校、單位或居民小區(qū)等人流量比較大的出入口設(shè)置減速帶，迫使駕駛員降低車速；利用電子監(jiān)控系統(tǒng)對超速行駛的車輛進(jìn)行抓拍，然后進(jìn)行處罰；也有在車輛上安裝超速報警裝置，一旦車輛超速，車輛會收到提示信息或發(fā)出聲音警報。

以上控制措施都對駕駛員本身的素質(zhì)要求較高，而對于職業(yè)素質(zhì)較低的駕駛員，還有那些遮擋、套用假號牌的車輛，根本起不到任何作用。

車輛限速裝置的研究現(xiàn)狀

德國西門子公司曾在2006 年開發(fā)出了一種道路限速標(biāo)志識別裝置，該裝置是利用攝像頭識別前方限速標(biāo)志，當(dāng)行駛速度超過設(shè)定限速值時，就發(fā)生警告，提醒司機(jī)或與巡航控制系統(tǒng)連動，自動限制行駛速度。

長安大學(xué)的劉巧蓮等設(shè)計的車輛自動限速系統(tǒng)可以根據(jù)道路狀況的不同，給出對應(yīng)不同的限速值，通過對汽車當(dāng)前速度的測量，并與設(shè)定的限速值相比較，當(dāng)大于設(shè)定限速值時，使油門自動關(guān)小，能使汽車的運(yùn)行速度限制在限速值附近，在限速區(qū)司機(jī)無法更改車輛的限速值，從而達(dá)到限速的目的。

祝敏和陳怡倩設(shè)計的汽車自動限速系統(tǒng)比較相似，根據(jù)道路狀況、天氣、車型等的不同，參考交通部門的規(guī)定設(shè)定的車輛限速值，通過對車輛行駛速度與設(shè)定限速值的實(shí)時比較來控制油路，使車速保持在限速值附近。

以上研究中所設(shè)計的自動限速系統(tǒng)都不是針對道路平面交叉口的交通特點(diǎn)而設(shè)計的，由此可見，研究一種能夠有效限制車輛行駛速度，特別是大型載貨汽車通過道路平面交叉口的車速，避免惡性交通事故的發(fā)生，有著重要的意義。

圖1 車輛自動限速原理

基于車輛超速行駛的危害和道路交叉口為交通事故多發(fā)點(diǎn)的特性，在結(jié)合以上研究成果的基礎(chǔ)上，研究構(gòu)建一種交叉口車輛自動限速系統(tǒng)，使得車輛在到達(dá)交叉口前的車速被動下降，以較低的車速通過交叉口，從而控制車輛不超速行駛，提高交通安全性。

交叉口車輛自動限速系統(tǒng)的原理和控制邏輯

當(dāng)車輛即將到達(dá)交叉口前的一定距離時，通過傳感器接收到達(dá)信息，然后由車輛上的中央控制單元判斷車速，當(dāng)車速超過某一設(shè)定值時，通過中央控制單元切斷供油系統(tǒng)，使得車輛在到達(dá)交叉口前的車速被動下降，以較低的車速通過交叉口，從而控制車輛不超速行駛。

如圖1 所示，當(dāng)車輛進(jìn)入到平面交叉口檢測段的時候，車載裝置接收到設(shè)置在路邊（或路面）的信號發(fā)射裝置發(fā)出的信號，車輛上的電控單元開始利用安裝在車輪上的車速傳感器對車速進(jìn)行檢測與判斷，當(dāng)車輛行駛速度超過某一設(shè)定值時（20km/h ≤v ≤40km/h），由ECU 直接切斷車輛的燃油供給系統(tǒng)，停止供油，駕駛員即使繼續(xù)踩踏加速踏板也不能使車速進(jìn)一步增加。由于燃油供給已被切斷，所以車輛的速度就會被動地降低。由于設(shè)定的車速值一般較高，所以雖然油路被切斷，發(fā)動機(jī)仍然可以怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，不會導(dǎo)致車輛熄火。一旦車輛的行駛速度低于設(shè)定值，ECU 控制燃油供給系統(tǒng)恢復(fù)供油，駕駛員便可恢復(fù)對車輛的正常控制。車輛從進(jìn)入檢測線一直到駛出交叉口這段距離內(nèi)，ECU 實(shí)時檢測車輛的行駛速度。如果車輛駛?cè)霗z測區(qū)域內(nèi)時的車速大于最高限值（如：v ≥40km/h），單獨(dú)進(jìn)行斷油控制并不能使車輛的行駛速度在短時間內(nèi)自動減速到20km/h，此時ECU 同時控制制動系統(tǒng)進(jìn)行工作，輔以強(qiáng)制制動使車輛的速度能夠迅速降低于40km/h 以下，然后ECU 停止強(qiáng)制制動，繼續(xù)進(jìn)行斷油控制，直到車輛的行駛速度降低到20km/h，駕駛員恢復(fù)對車輛的正常操縱。經(jīng)過這樣一系列控制，使得車輛在通過道路平面交叉口時，車輛的行駛速度被動地降低到規(guī)定的車速，從而可以控制車輛超速行駛通過交叉口，有效避免惡性交通事故的發(fā)生。

圖2 系統(tǒng)的控制邏輯圖

該系統(tǒng)的控制邏輯如圖2 所示。

系統(tǒng)的構(gòu)成

整個系統(tǒng)由路面信號發(fā)射裝置、車載接收裝置和車輛控制系統(tǒng)等部分所組成。其中路面信號發(fā)射裝置與車載接收裝置可采用技術(shù)非常成熟的無線射頻發(fā)射與接收設(shè)備，當(dāng)然也可采用目前比較時尚的藍(lán)牙技術(shù)。

車輛控制系統(tǒng)方面，電控系統(tǒng)中本身就具備減速斷油控制，即汽車在正常行駛中，駕駛員突然放松加速踏板時，ECU 將自動切斷燃油噴射控制電路，使燃油噴射中斷，目的是降低減速時HC 和CO 的排放量，而當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速下降至臨界轉(zhuǎn)速時，又能自動恢復(fù)供油。而ABSEBD等車輛控制系統(tǒng)中，也完全可以實(shí)現(xiàn)制動控制。

所以這套交叉口車輛自動限速系統(tǒng)中的車輛電控單元與車速傳感器可采用原車配置，只需要在電控單元中植入一套車速判斷程序即可實(shí)現(xiàn)車輛的自動限速，既減少了車輛附屬設(shè)備的增加，又節(jié)約了成本。

結(jié)束語

我國目前針對道路平面交叉口出現(xiàn)的車輛超速、闖紅燈等易導(dǎo)致重大交通事故的違章行為還沒有一種有效的管理和控制措施，基于車輛超速行駛的危害和道路交叉口為交通事故多發(fā)點(diǎn)的特性，在結(jié)合以往研究成果的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了一種交叉口車輛自動限速系統(tǒng)，該系統(tǒng)思路簡單，方便可行，可以在不改變車輛設(shè)計的基礎(chǔ)上，有效限制車輛通過交叉口的行駛速度，降低交通事故的發(fā)生率，而且特別適用于大型的載貨汽車。