汽車防超速限速控制裝置與控制方法

張鳳嬌 楊宏圖 史顏洋 唐大鵬

摘 要：針對高速公路上駕駛員的超速行為，設(shè)計一種高速汽車防超速限速控制系統(tǒng)，在車速保持在國家限速的10%以內(nèi)時進(jìn)行語音報警，為車輛駕駛?cè)藛T提供警示標(biāo)志，以便駕駛?cè)藛T及時減速;設(shè)置限速控制系統(tǒng)，在駕駛員長時間超速行駛時實行強(qiáng)制限速控制，為車輛駕駛員提供有效的安全保障，保證汽車安全行駛。

關(guān)鍵詞：防超速限速;控制系統(tǒng);裝置

據(jù)統(tǒng)計，大量交通死亡事故有50%是因超速行駛所致[1]。中國交通法規(guī)明確規(guī)定汽車高速公路限速120km/h，車速超過132km/h將被罰款處理，但很多情況下，仍然有很多駕駛員違反國家交通法規(guī)故意超速駕駛造成很多重大交通事故。為了給司機(jī)行車過程中以全程的安全警示，以降低交通事故的發(fā)生幾率，國內(nèi)外已有研究人員設(shè)計出了多種汽車超速警報電路系統(tǒng)，國外在超速警報系統(tǒng)方面的研究已經(jīng)很成熟，而國內(nèi)在該領(lǐng)域的研究尚待提高，國內(nèi)的專家學(xué)者們不但研究收集超速行駛數(shù)據(jù)，而且還對超速的發(fā)生的情境進(jìn)行一系列的細(xì)致剖析，如魏秀嶺[2]對車輛警示系統(tǒng)的組成及工作流程進(jìn)行大量研究，簡單敘述了一下視頻測速的原理和方法，提出了更加適合高速公路道路實時的動態(tài)陰影的消除和車輛實時跟蹤的運算。王素琴[3]等人研究了基于GPS/GSM/GIS的智能公交車輛監(jiān)控的系統(tǒng)，闡述了監(jiān)控系統(tǒng)的原理。毛建民[4]等人通過研究超速行駛及限速對交通安全的影響，合理限制速度可以有效減少重大交通事故的發(fā)生，還舉例說明限制駕駛速度的相關(guān)實施措施。歐居尚[5]等人通過對汽車超速駕駛原因的研究，并從教育、法律、交通安全措施和交通科技四方面應(yīng)采取一些相應(yīng)措施來達(dá)到防止汽車超速行駛。

國內(nèi)現(xiàn)有的汽車防超速報警系統(tǒng)，大多依靠傳感器系統(tǒng)實時監(jiān)視著汽車的行駛速度，它能在車速超過設(shè)定值時發(fā)出聲光警示，刺激司機(jī)的視覺和聽覺，提示司機(jī)立即減速，直到車速降到安全速度以內(nèi)[6]，此類型的防超速警報系統(tǒng)，一定程度上可以減少因超速而發(fā)生的交通事故，但是無法從根本上杜絕高速上的故意超速行為。基于此，本文設(shè)計一種高速汽車防超速限速控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠讓車速保持在國家限速的10%以內(nèi)時語音報警，在駕駛員長時間超速行駛時實現(xiàn)強(qiáng)制限速控制。

1 汽車防超速限速控制裝置的基本組成

汽車防超速限速控制裝置，它包括車輛狀態(tài)模塊、駕駛輸入模塊、環(huán)境檢測模塊、車載ACC巡航系統(tǒng)、超速辨識模塊、底盤制動系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。車輛狀態(tài)模塊、駕駛輸入模塊和環(huán)境檢測模塊均分別與車載ACC巡航系統(tǒng)信號連接，車輛狀態(tài)模塊固定安裝在車輪上方，并與輪胎流水槽正對，汽車的行駛狀態(tài)信號傳遞給車輛狀態(tài)模塊，車輛狀態(tài)模塊包括車速傳感器、制動壓力傳感器、加速度傳感器、車輛定位器和車輪轉(zhuǎn)角傳感器，車速傳感器、制動壓力傳感器、加速度傳感器、車輛定位器和車輪轉(zhuǎn)角傳感器均分別與車載ACC巡航系統(tǒng)信號連接;駕駛輸入模塊采集加速踏板信號和制動踏板信號;環(huán)境檢測模塊采集車頭時距信號和交通堵塞信號;車載ACC巡航系統(tǒng)與超速辨識模塊相連，超速辨識模塊與底盤制動系統(tǒng)相連;底盤制動系統(tǒng)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)相連，執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括獨立制動模塊和驅(qū)動控制模塊，獨立制動模塊控制汽車的車速，驅(qū)動控制模塊控制汽車的加速踏板;執(zhí)行機(jī)構(gòu)與汽車指示燈和報警器相連，指示燈安裝在汽車的儀表盤上，報警器與汽車的倒車?yán)走_(dá)蜂鳴器共用;如圖1所示。

2 汽車防超速限速控制裝置的控制方法

如圖2所示

步驟一：車輛狀態(tài)模塊將車速信號、制動壓力信號、加速度信號、車輛位置信號和車輪轉(zhuǎn)角信號傳遞至車載ACC巡航系統(tǒng)，駕駛輸入模塊將加速踏板信號和制動踏板信號傳遞至車載ACC巡航系統(tǒng)，環(huán)境檢測模塊將車頭時距信號和交通堵塞信號傳遞至車載ACC巡航系統(tǒng);

步驟二：車載ACC巡航系統(tǒng)將步驟一中采集的信號傳遞至超速辨識模塊，超速辨識模塊中的中央處理器對信號進(jìn)行處理后進(jìn)行閾值分析，將閾值分為三個層級，第一層級為輕微超速，超速范圍為超速10%以內(nèi)，第二層級為中等超速，超速范圍為超速10%-20%，第三層級為嚴(yán)重超速，超速范圍為超速20%以上;

步驟三：超速辨識模塊將不同層級的信息傳遞至底盤制動系統(tǒng)，底盤制動系統(tǒng)將信息傳遞至相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)對車輛進(jìn)行控制，當(dāng)處于第一層級時，ACC開啟，執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制指示燈和警報器工作，當(dāng)處于第二層級時，ACC開啟，執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制指示燈和警報器工作的同時，通過獨立制動模塊對車輛進(jìn)行強(qiáng)制降速，當(dāng)處于第三層級時，ACC關(guān)閉，執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制指示燈和警報器工作的同時，通過獨立制動模塊對車輛進(jìn)行強(qiáng)制降速，此時通過驅(qū)動控制模塊對加速踏板進(jìn)行控制，使加速踏板的加速動作無效，第二層級和第三層級與中央處理器互通訊連接，傳遞這兩行駛狀態(tài)信號;

步驟四：當(dāng)車輛狀態(tài)模塊檢測到汽車不超速行駛后，重復(fù)步驟一到步驟三。

當(dāng)閾值分析判斷超速模式為第一層級輕微超速時，車輛系統(tǒng)ECU立即觸發(fā)語音報警和危險指示燈報警電路，提醒駕駛員減速慢行;當(dāng)閾值分析判斷超速模式為第二層級中等超速時，車輛系統(tǒng)ECU發(fā)出指令給ACC系統(tǒng)在語音和燈光報警的同時進(jìn)行限速行駛，限速實現(xiàn)由獨立制動模塊完成;當(dāng)閾值分析判斷超速模式為第三層級嚴(yán)重超速時，車輛系統(tǒng)ECU控制電動汽車的底盤制動系統(tǒng)短時強(qiáng)制降速，限制車速在132km/h以下，此時駕駛員踩踏板加速無效，直到裝置檢測到汽車穩(wěn)定行駛一定時間后，再循環(huán)重復(fù)上述第一層級或第二層級的控制。

本文構(gòu)建的這種超速危險程度辨識方法，建立的多層級防超速報警和限速系統(tǒng)，能彌補(bǔ)ACC巡航系統(tǒng)的不足和現(xiàn)有防超速報警系統(tǒng)的缺陷。

基金：江蘇省高等學(xué)校大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目（201913114005Y）; 江蘇省常州市科技計劃項目（CJ20190009）;江蘇省高職院校教師專業(yè)帶頭人高端研修項目（2019GRFX014）;

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