載貨汽車在途監測系統的開發*

趙佳琪，趙志剛，郝亮，李俊，趙智杰

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載貨汽車在途監測系統的開發*

趙佳琪，趙志剛，郝亮，李俊，趙智杰

（遼寧工業大學汽車與交通工程學院，遼寧 錦州 121001）

載貨汽車的內輪差是造成重大交通事故的主要原因之一，對于其完全透明化設計研究保障行車安全顯得至關重要。鑒于此，通過對載貨汽車內輪差建模的研究，進一步確定內輪差范圍，應用紅外光電傳感器對內輪差區域的狀況進行采集，采用STM32單片機為控制核心，搭建系統的硬件及相應的控制電路對采集信息進行分析、處理，進行危險狀況預警提醒。這套系統具有研發成本低、實用性強、能有效消除了轉向內輪差視野盲區等優點，因此其具有很好的推廣價值。

內輪差；行車安全；建模；紅外光電傳感器；STM32單片機

近年來，貨車營運車輛造成交通事故的重要誘因之一是右轉向內輪差。根據過去的2011全年國家統計數據表明，國內發生道路傷亡交通事故總共為210812件，其中死亡人數達到了62387人，而其中內輪差事故率為24%，事故總數達到了50297件，死亡人數為20649人，占死亡總人數的33.2%[1]。

本文采用單片機技術，通過搭建外圍硬件，實現了對內輪差區域的信息的采集、分析與預警等功能，從而保證了貨車右轉內輪差盲區全覆蓋，從而實現了貨車右轉內輪差區域“透明化”設計，保障車輛轉彎安全性起到積極的作用。

1 內輪差理論研究

私家轎車及小型車輛的內輪差區域范圍很小，幾乎不影響汽車行駛的安全性，但是對于大型營運客貨車輛來說30%事故都是由于內輪差視覺盲區造成的。表1當中給出了不同貨車的內輪差具體數值。

如圖1所示為單車右轉向內輪差模型示意圖，車輛的輪距為，分別為前右和后右輪。不計由于轉彎離心力造成的輪胎形變與側滑的影響。車輛右轉過程中，點的速度V始終恒定，點軌跡為/2圓?。ò霃綖椤A心為）然后接直線段。如圖1所示，以為坐標原點建立平面直角坐標系，并定義角處的內輪差()，是點軌跡和點軌跡沿相同方向的徑矢之差為：

圖1 單車內輪差的理論模型示意圖

右轉向內輪差最大值是：

點的運動速度與線段之間的角度應有對應以下關系式：

因此，由速度投影定理可知點的運動速度的按照投影定理得到分量方程式為：

從零時刻開始，對應的坐標點為(-，-)，點的運動軌跡可由(5)式進行積分而得到，然后就能按照公式（1）計算出不同時刻右轉的車輛內輪差具體數值。

圖2為半掛車的右轉向內輪差原理圖，牽引頭的軸距為1，車身的軸距為2，牽引頭和車身由光滑軸相連，如果點沿著以O為圓心、半徑是R的圓弧軌跡運動以建立的坐標系為基準，順時針轉動達到正向轉角，而虛線表示的分別是的軌跡，實現表示的分別是右前輪和右后輪的運動軌跡。與點按照單車運動規律運動，點不同時刻的運動軌跡也可由（5）式求得。點的運動方向始終與平行，速度大小由投影定理得到。 對時間積分可得點在任意時刻的位置。、點軌跡差：

需要指出，d'并非最大內輪差，半掛車的最大內輪差應為和的軌跡之差：

2 系統總體設計

本系統總體設計框圖如圖3所示。以STM32單片機為主控制器[2]，使用2個紅外光電傳感器進行右側內輪差區域信號實時采集，送STM32單片機進行運算、處理，將報警信息在中文液晶屏上顯示，通過語音提醒司機注意，對危險狀況做出提前判斷。

圖3 系統總體架構

3 系統硬件設計

貨車轉向預警系統硬件設計是以單片機為核心，外圍擴展電源供電模塊、光電信號采集模塊、中文液晶顯示模塊和語音報警模塊等，選取的模塊和電路相互協調、共同工作，來實現貨車轉向預警系統所需要的功能。系統硬件平臺的模塊框圖如圖4所示：

圖4 系統硬件模塊框圖

4 系統軟件設計

硬件由嵌入式C語言編寫的主程序調用子程序來實現預定的功能，其流程圖如10所示。采用模塊化軟件設計思路[3,4]，編寫各種模塊的驅動的程序，比如語音模塊、液晶屏等程序，通過J-LINK仿真器來進行程序的在線仿真和燒寫程序。系統軟件總體流程圖如圖5所示：

圖10 系統軟件總體流程圖

5 結語

對于右轉貨車的轉向內輪差區域，由于不同車型是不同的，通過分析幾種典型車型基礎上，確定其內輪差的大致的區域范圍，同時也明確了為減少內輪差，應該盡可能大的轉彎半徑。此外，汽車右轉時，駕駛員是通過車輛右側后視鏡觀察路況的，為了減少視覺誤差和觀察誤差應盡量降低車速。而本預警系統以單片機為核心控制單元，搭建貨車右轉向危險狀態主動預警系統，實現了貨車右轉彎危險狀況的實時、準確預警，以便消除內輪差產生視野盲區。大貨車轉向預警系統針對實際問題，實現低成本的車輛產品的研發是可行的。

[1] 沈艾中.大貨車之殤—貨運車輛交通事故高發的成因及對策[J].公安學刊, 2012(4): 85-89.

[2] 劉火良,楊森.《STM32庫開發實戰指南》[M].機械工業出版社,2013:78-92.

[3] 段了然,李雪蓮等.基于ISD1700語音控制芯片的低成本公交車自動報站電路設計[J].電子技術與軟件工程,2014,24(1):104-191.

[4] 任勝兵,邢琳.軟件工程[M].北京:北京郵電大學出版社,2004: 132-143.

Development of on-the-road monitoring system for trucks*

Zhao Jiaqi, Zhao Zhigang, Hao Liang, Li Jun, Zhao Zhijie

( School of automotive and traffic engineering, liaoning university of technology, Liaoning jinzhou 121001 )

Inner wheels difference is the main one of many causes for traffic accidents when trucks turn to right. It is crucial to design it to hyalinize in order to ensure the safety of driving. In view of this, area of inner wheels difference can be confirmed based on modeling and it is collected through infrared electric sensor and STM32 single-chip computer is used as the core to build the hardware and the control circuit in order to analysis and manage collecting information so as to warn dangerous conditions. The system has an advantage of research and development low cost, strong practicability and eliminating blind area of difference of radius between inner wheels etc. So it is useful for adopting this system widely.

inner wheels difference;traffic safety;modeling;infrared electric sensor;STM32 single-chip computer

U463.44+4

A

1671-7988(2019)09-84-03

U463.44+4

A

1671-7988(2019)09-84-03

趙佳琪，就讀于遼寧工業大學汽車與交通工程學院。

2018遼寧工業大學創新創業訓練計劃項目（201810154126）。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.09.028