汽車(chē)制動(dòng)警示信號(hào)燈的設(shè)計(jì)

德州學(xué)院汽車(chē)工程學(xué)院 季 勇

1.引言

隨著時(shí)代的發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，汽車(chē)已經(jīng)走進(jìn)了千家萬(wàn)戶(hù)。汽車(chē)在給人們帶來(lái)無(wú)窮樂(lè)趣與舒適的同時(shí)，也給人們帶來(lái)了種種安全隱患。據(jù)了解，在所有交通事故中，由于汽車(chē)追尾所造成的事故占到30%-40%，由于追尾所造成的交通事故占據(jù)了很大的比重。通過(guò)了解得知，剎車(chē)控制系統(tǒng)的優(yōu)劣是追尾事故發(fā)生的重要因素。為了進(jìn)一步改良制動(dòng)系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)外許多的汽車(chē)生產(chǎn)廠(chǎng)家組織有關(guān)專(zhuān)家或科研機(jī)構(gòu)對(duì)汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，或者研發(fā)新的汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)。但是目前，國(guó)內(nèi)外所有機(jī)動(dòng)車(chē)在制動(dòng)時(shí)是這樣的：司機(jī)腳踩剎車(chē)，剎車(chē)燈長(zhǎng)亮，對(duì)于后來(lái)車(chē)輛來(lái)說(shuō)，容易產(chǎn)生視覺(jué)的麻痹，并沒(méi)有什么顯著的作用。基于當(dāng)前頻閃技術(shù)的不斷發(fā)展，我們將頻閃技術(shù)和汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)相結(jié)合，即汽車(chē)頻閃信號(hào)燈剎車(chē)控制系統(tǒng)。

2.汽車(chē)制動(dòng)警示信號(hào)燈的設(shè)計(jì)方案

根據(jù)制動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生的原理，依據(jù)減少反應(yīng)時(shí)間，增強(qiáng)警示作用的目的，提出剎車(chē)警示信號(hào)燈的設(shè)計(jì)思路。初步提出三套方案：

方案一：汽車(chē)制動(dòng)時(shí)，在剎車(chē)信號(hào)控制電路中直接連接一個(gè)類(lèi)似于警示燈的裝置。當(dāng)汽車(chē)采取制動(dòng)措施時(shí)警示燈裝置閃亮并發(fā)出鳴叫，因而給后方跟進(jìn)車(chē)輛一個(gè)明確的的提示。

方案二：汽車(chē)制動(dòng)時(shí)，通過(guò)測(cè)量腳踩制動(dòng)踏板時(shí)踏板速度的大小來(lái)判斷采取的制動(dòng)措施是緊急制動(dòng)還是普通的減速剎車(chē)。

方案三：汽車(chē)實(shí)施制動(dòng)措施時(shí)，利用傳感器測(cè)量制動(dòng)管路中制動(dòng)液壓力變化率，根據(jù)其輸出的電信號(hào)經(jīng)單片機(jī)處理，判斷出采取的制動(dòng)措施的狀態(tài)，并發(fā)出指令促動(dòng)不同報(bào)警信號(hào)裝置發(fā)出警告信號(hào)。通過(guò)實(shí)現(xiàn)預(yù)見(jiàn)性制動(dòng)剎車(chē)燈長(zhǎng)亮，緊急制動(dòng)再增加制動(dòng)頻閃信號(hào)和聲音警告等措施給后車(chē)一個(gè)鮮明的警示，使之及時(shí)果斷采取相應(yīng)措施，切實(shí)避免車(chē)輛追尾事故發(fā)生。

比較上述三種方案，可以看到第一套方案可以用燈的閃動(dòng)、光的顏色變換、聲音信號(hào)等產(chǎn)生較好的提醒效果，但短時(shí)間內(nèi)無(wú)法分辨前車(chē)具體實(shí)施的是那種制動(dòng)措施，可能會(huì)引起駕駛員的過(guò)度緊張、恐慌，造成不必要的麻煩。第二中方案中腳踩剎車(chē)踏板的速度測(cè)量難度較大，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜，不易實(shí)現(xiàn)，時(shí)間的精度也不好控制。第三套方案中，液壓管路壓力變化可以通過(guò)壓力傳感器測(cè)量，壓力信號(hào)易于提取，設(shè)計(jì)完整的測(cè)量電路可使測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確、穩(wěn)定，該信號(hào)與制動(dòng)燈開(kāi)關(guān)信號(hào)經(jīng)變換成數(shù)字信號(hào)送到單片機(jī)處理，可判明制動(dòng)狀態(tài)，再利用單片機(jī)的快速高效多樣特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)多個(gè)執(zhí)行元件的協(xié)調(diào)、同步動(dòng)作，達(dá)到發(fā)出明確信號(hào)的作用。第三方案自身特點(diǎn)鮮明，也可經(jīng)改造兼顧其他方案的長(zhǎng)處，因而應(yīng)優(yōu)先選取。

3.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及原理

3.1 組成

傳感器(壓力傳感器、剎車(chē)燈開(kāi)關(guān))，指示裝置(儀表)，單片機(jī)部分，執(zhí)行裝置(剎車(chē)燈、頻閃燈、蜂鳴器)。

3.2 工作原理

司機(jī)腳踩剎車(chē)，在微秒時(shí)間內(nèi)啟動(dòng)，剎車(chē)燈會(huì)頻閃，然后長(zhǎng)亮。而目前，在國(guó)內(nèi)外機(jī)動(dòng)車(chē)剎車(chē)燈是這樣的：司機(jī)腳踩剎車(chē)，剎車(chē)燈亮，對(duì)于后來(lái)車(chē)輛來(lái)說(shuō)，容易產(chǎn)生視覺(jué)的麻痹，尤其在夜間行車(chē)，車(chē)的外部反映僅僅是亮度的提高，并無(wú)顯著的警示作用。與傳統(tǒng)汽車(chē)信號(hào)控制系統(tǒng)相比，該信號(hào)控制系統(tǒng)使后車(chē)駕駛者提前0.2秒，即在時(shí)速80公里時(shí)汽車(chē)可以提前4.4米左右的距離停車(chē)。其工作原理圖如圖1所示。

圖1 信號(hào)控制電路圖

整體控制電路如圖2所示。接通總電路，不同的壓力信號(hào)產(chǎn)生不同的電信號(hào)，輸入單片機(jī)。單片機(jī)接受不同的信號(hào)來(lái)控制AB兩個(gè)電路，A電路為閃頻電路，B電路為長(zhǎng)亮電路。執(zhí)行元件電路如圖3所示。

圖2 整體控制電路圖

圖3 執(zhí)行部分電路圖

4.設(shè)計(jì)效果分析

設(shè)計(jì)的整體效果如圖4所示。連接開(kāi)關(guān)(啟動(dòng)汽車(chē))，在汽車(chē)制動(dòng)時(shí)，通過(guò)測(cè)量剎車(chē)總泵中剎車(chē)油壓力變化率的大小，根據(jù)所輸出的信號(hào)值判斷是急剎車(chē)還是普通剎車(chē)。通過(guò)慢剎長(zhǎng)亮，急剎頻閃且鳴叫來(lái)給后車(chē)一個(gè)更清楚的提示。比較分析該方案，剎車(chē)油壓力變化易于測(cè)量，在測(cè)壓力的大小時(shí)加上感應(yīng)塞(壓力傳感器)和單片機(jī)。其工作原理是這樣的：司機(jī)腳踩剎車(chē)通過(guò)傳動(dòng)軸傳到制動(dòng)總泵，在制動(dòng)總泵輸出口處安裝一個(gè)感應(yīng)塞來(lái)感應(yīng)總泵內(nèi)油壓的變化率，感應(yīng)塞連接單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)測(cè)量制動(dòng)總泵中剎車(chē)油壓力變化率的大小來(lái)控制制動(dòng)燈長(zhǎng)亮或頻閃，進(jìn)而確定司機(jī)是緊急制動(dòng)還是一般的制動(dòng)。

圖4 設(shè)計(jì)效果圖

一般情況下，司機(jī)慢踩剎車(chē)，單位時(shí)間內(nèi)的油壓變化是一個(gè)值，此值作為一個(gè)信號(hào)傳入單片機(jī)，由單片機(jī)做出判斷控制制動(dòng)燈；緊急情況下，司機(jī)急剎車(chē)，單位時(shí)間內(nèi)的油壓變化是另外的一個(gè)值，此值作為另一個(gè)信號(hào)傳入單片機(jī)，由單片機(jī)做出判斷控制制動(dòng)燈。

5.結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的制動(dòng)警示信號(hào)燈從結(jié)構(gòu)上利用晶體管的開(kāi)關(guān)作用取代了原來(lái)的制動(dòng)開(kāi)關(guān)，省去了晶體管的連接裝置，結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單。另外，將原來(lái)的制動(dòng)燈改為頻閃信號(hào)燈，由壓力傳感器的壓力變化率產(chǎn)生的信號(hào)通過(guò)單片機(jī)來(lái)控制，更智能和精確，更能提高刺激從而起到更大的警示。

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