車輛彎道行駛安全預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)★

付欣月 孟 晗 沈芳冰 高冠宇 孟令澤

(東北林業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150000)

1 概述

交通事故近年來(lái)呈不斷增長(zhǎng)事態(tài)，尤其是山區(qū)、農(nóng)村彎道路段盲區(qū)多，約占交通事故多發(fā)路段總數(shù)的12.5%。彎道路段每百起事故死亡人數(shù)為各個(gè)路段最高[1]。在彎道路段行駛時(shí)，駕駛員對(duì)彎道處交通情況缺乏了解，一旦發(fā)生緊急情況留給駕駛員的反應(yīng)時(shí)間少，增大了交通事故發(fā)生的概率。根據(jù)德國(guó)Daimler-Benz公司對(duì)汽車事故調(diào)查結(jié)果顯示，若駕駛員能提早0.5 s意識(shí)到危險(xiǎn)并采取措施，則可避免30%的迎面碰撞事故和50%追尾碰撞事故，若能提前1 s則可避免90%的事故發(fā)生[2]。目前為保障彎道行駛安全，我國(guó)最常采用的措施是使用凸面反光鏡，該裝置具有施工簡(jiǎn)單、成本低、養(yǎng)護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)[3]，但其發(fā)揮作用的程度極易受天氣情況影響，并且表面產(chǎn)生污損后發(fā)揮作用的能力又會(huì)下降。微波雷達(dá)在我國(guó)也常被用于對(duì)道路車況進(jìn)行檢測(cè)，但其僅適用于單行車道，并且車輛距離縮短時(shí)信息處理會(huì)產(chǎn)生困難。根據(jù)上述背景，設(shè)計(jì)了一種基于地感線圈的彎道預(yù)警系統(tǒng)，通過(guò)安裝在彎道處的彎道預(yù)警顯示裝置對(duì)駕駛員進(jìn)行提示，當(dāng)車輛在彎道處違規(guī)變道時(shí)，裝置便會(huì)顯示相應(yīng)的信息去警示行人、駕駛員等，在一定程度上能有效降低事故的發(fā)生率。同時(shí)相比其他彎道預(yù)警方案，該系統(tǒng)添加了車輛在彎道路段處的停車預(yù)警系統(tǒng)，并且嵌入路面的地磁線圈不易受損，耐用度更高。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要由檢測(cè)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、彎道預(yù)警顯示裝置三個(gè)部分組成，其中檢測(cè)系統(tǒng)主要由車輛違規(guī)變道檢測(cè)和停車檢測(cè)兩個(gè)部分組成。車輛違規(guī)變道檢測(cè)是通過(guò)地感線圈對(duì)進(jìn)入對(duì)向車道行駛的車輛進(jìn)行檢測(cè)，停車檢測(cè)同樣是通過(guò)地感線圈對(duì)在彎道路段處停車的車輛進(jìn)行檢測(cè)?？刂葡到y(tǒng)對(duì)檢測(cè)所得信息進(jìn)行處理并對(duì)預(yù)警指示燈和速度顯示器進(jìn)行控制。對(duì)彎道預(yù)警顯示裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以對(duì)行人、駕駛員等加以預(yù)警，還能夠提醒維修人員及時(shí)檢修。

3 檢測(cè)系統(tǒng)

檢測(cè)系統(tǒng)主要具有感應(yīng)和檢測(cè)兩方面功能，通過(guò)地感線圈在道路上的合理布局，可有效發(fā)揮檢測(cè)系統(tǒng)的功能，圖1為檢測(cè)系統(tǒng)布局圖。該系統(tǒng)由按照一定順序進(jìn)行設(shè)置且完全相同的四個(gè)地感線圈及其相應(yīng)配套裝置組成。檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)實(shí)時(shí)感應(yīng)各個(gè)地感線圈中電感的變化，來(lái)檢測(cè)是否有車輛違規(guī)變道行駛以及車輛在彎道路段處停車。由于地感線圈的施工特點(diǎn)為一次性施工，可以長(zhǎng)時(shí)間可靠使用，因此地感線圈可以為該裝置檢測(cè)系統(tǒng)安全、正常工作提供長(zhǎng)久保證。

3.1 地感線圈位置

該感應(yīng)系統(tǒng)中兩個(gè)地感線圈即感應(yīng)器為一組，兩組感應(yīng)器分別為感應(yīng)器1、感應(yīng)器2和感應(yīng)器3、感應(yīng)器4，將感應(yīng)器埋設(shè)于路面平整，沒(méi)有接縫處的公路地下，來(lái)保證地感線圈的正常使用。地感線圈的具體位置分別為內(nèi)外側(cè)車道上正常行駛方向的對(duì)向車道，其中感應(yīng)器1和感應(yīng)器2位于內(nèi)側(cè)車道上，感應(yīng)器3和感應(yīng)器4位于外側(cè)車道上，每組中的兩個(gè)感應(yīng)器設(shè)置一定和適當(dāng)?shù)拈g距，并且兩組感應(yīng)器的分布一致。感應(yīng)器1(2)和彎道與直線路段的連接處位于同一水平線，兩組感應(yīng)器連線的中心位置與預(yù)警指示燈和速度顯示器在同一水平線上。

3.2 系統(tǒng)構(gòu)成

該彎道預(yù)警系統(tǒng)是被安裝在含有彎道的公路上的一款預(yù)警系統(tǒng)，主要包括四個(gè)感應(yīng)器及含有速度顯示器和預(yù)警指示燈的彎道預(yù)警顯示裝置。其中兩個(gè)感應(yīng)器為一組，用于檢測(cè)是否有車輛違規(guī)變道以及車輛在彎道路段處停車。在外側(cè)彎道進(jìn)出口的兩側(cè)外緣，分別設(shè)置具有預(yù)警指示燈和速度顯示器的彎道預(yù)警顯示裝置，預(yù)警指示燈整體由紅黃綠顯示燈完成預(yù)警作用，根據(jù)感應(yīng)器感應(yīng)到的不同情況以及信息通過(guò)系統(tǒng)處理后，預(yù)警指示燈分別亮起不同顏色的燈，提醒其他駕駛員和行人是否有違規(guī)變道車輛以及在彎道路段處停車的車輛，可以達(dá)到良好的預(yù)警效果。速度顯示器位于預(yù)警指示燈的上方，根據(jù)記錄車輛通過(guò)感應(yīng)器2和感應(yīng)器1或感應(yīng)器3和感應(yīng)器4的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，以及根據(jù)一組感應(yīng)器中兩個(gè)感應(yīng)器的固定距離，計(jì)算出車輛通過(guò)感應(yīng)器的速度，在顯示屏幕上加以顯示，提醒其他駕駛員和行人違規(guī)變道車輛的行駛速度。

4 控制系統(tǒng)

4.1 簡(jiǎn)介

控制系統(tǒng)的輸出終端為預(yù)警指示燈與速度顯示器，其中預(yù)警指示燈包括紅色和黃色的車輛預(yù)警燈和綠色的通行指示燈。根據(jù)控制系統(tǒng)的程序設(shè)定，對(duì)違規(guī)變道以及在彎道路段處停車的車輛的行駛信息進(jìn)行采集、處理并控制輸出終端，最終達(dá)到對(duì)正常行駛車輛預(yù)警的目的。具體流程如圖2所示。

該控制系統(tǒng)共有四種信號(hào)模式。第一種信號(hào)模式為綠色指示燈常亮，此時(shí)無(wú)車輛進(jìn)出彎道；第二種信號(hào)模式為綠色指示燈常亮伴有黃色指示燈閃爍，該種模式下車輛的行駛狀況為行駛方向2(1)的車輛正常行駛，即先經(jīng)過(guò)感應(yīng)器1(4)再經(jīng)過(guò)感應(yīng)器2(3)；第三種信號(hào)模式為紅色指示燈亮7 s伴有黃色指示燈閃爍，該種模式下車輛違規(guī)變道，即先經(jīng)過(guò)感應(yīng)器2(4)再經(jīng)過(guò)感應(yīng)器1(3)，同時(shí)當(dāng)車輛駛過(guò)一組感應(yīng)器后，黃色指示燈熄滅、紅色指示燈常亮7 s后熄滅切換至綠色指示燈亮起，同時(shí)通過(guò)其間的固定距離及通過(guò)系統(tǒng)測(cè)量車輛通過(guò)兩感應(yīng)器之間的時(shí)間，按照測(cè)速模型測(cè)算出違規(guī)變道車輛車速并及時(shí)傳輸?shù)较到y(tǒng)的輸出終端，即速度顯示器；第四種信號(hào)模式為僅有黃色指示燈常亮，該種模式下車輛長(zhǎng)時(shí)間在該處停車，即長(zhǎng)時(shí)間停留在感應(yīng)器1，感應(yīng)器2，感應(yīng)器3，感應(yīng)器4上，通過(guò)檢測(cè)感應(yīng)器中的頻率變化情況確定車輛處于停車狀態(tài)，此時(shí)黃色指示燈亮起、綠色指示燈熄滅，直至車輛離開(kāi)時(shí)綠色指示燈亮起、黃色指示燈熄滅。

4.2 測(cè)速模型

將感應(yīng)器的測(cè)速模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，從線性分析的角度對(duì)變量之間的關(guān)系進(jìn)行分析，可以得到汽車通過(guò)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間和修正后的時(shí)間。

Δt進(jìn)=t2進(jìn)-t1進(jìn)，Δt出=t2出-t1出,

其中，L為感應(yīng)器1和感應(yīng)器2之間的距離；t2進(jìn)為車輛剛進(jìn)入感應(yīng)器2的測(cè)速；t1進(jìn)為車輛剛進(jìn)入感應(yīng)器1的測(cè)速；t2出為車輛剛駛出感應(yīng)器2的測(cè)速；t1出為車輛剛駛出感應(yīng)器1的測(cè)速；δ為時(shí)間靈敏度影響因子；γ為道路情況影響因子。根據(jù)文獻(xiàn)[4]中測(cè)速試驗(yàn)的詳細(xì)數(shù)據(jù)，并通過(guò)SPSS軟件的計(jì)算,得到本模型修正后的速度公式如下，影響因子δ=0.796，γ=0.789。

5 彎道預(yù)警顯示裝置設(shè)計(jì)

在本系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)一種彎道預(yù)警顯示裝置，如圖3所示。

該彎道預(yù)警顯示裝置包括地腳孔、三分岔底座、固定座、主箱體、預(yù)警燈、速度顯示屏、備用倉(cāng)、太陽(yáng)能電池及其固定架等。主箱體上方設(shè)有速度顯示器和預(yù)警指示燈，預(yù)警指示燈從上到下依次為紅燈、黃燈、綠燈，分別用于不同的預(yù)警模式。其次速度顯示屏采用LED顯示屏，用于顯示違規(guī)變道車輛的行駛速度。而太陽(yáng)能電池固定架傾斜角度可以根據(jù)陽(yáng)光照射情況實(shí)時(shí)變化，以便更好的吸收太陽(yáng)能。本裝置還設(shè)有報(bào)錯(cuò)區(qū)域，當(dāng)裝置出現(xiàn)故障會(huì)通過(guò)報(bào)錯(cuò)區(qū)域顯示，即報(bào)錯(cuò)燈亮起，這能夠有效提醒駕駛員、行人以及維修人員該彎道預(yù)警顯示裝置異常，在發(fā)現(xiàn)故障后可以利用備用倉(cāng)內(nèi)的備用模塊快速準(zhǔn)確地進(jìn)行更換和維修，提高了維修人員的工作效率。本彎道預(yù)警顯示裝置能有效提高駕駛員注意力，保障駕駛員的行車安全，降低彎道路段交通事故的發(fā)生率。

6 結(jié)語(yǔ)

道路安全本身受多種因素的影響，而駕駛員作為其中的主導(dǎo)因素，其行為決策與交通安全息息相關(guān)。通過(guò)對(duì)彎道處車輛行駛情況進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)了基于地感線圈對(duì)車輛行駛狀態(tài)進(jìn)行分析并對(duì)違章駕駛情況給出預(yù)警的道路預(yù)警系統(tǒng)。系統(tǒng)的反饋結(jié)果最終通過(guò)彎道預(yù)警顯示裝置上的預(yù)警指示燈以及速度顯示器顯示，裝置的提示內(nèi)容在各類環(huán)境中清晰可見(jiàn)，可以給駕駛員有效的提示，在一定程度上規(guī)避了事故的發(fā)生，保障了駕駛員以及行人的安全。同時(shí)將起到檢測(cè)作用的地感線圈安裝在地面以下，裝置在整體上都具有高度實(shí)用性。