車輛彎道行駛安全預警系統(tǒng)設計★

付欣月 孟 晗 沈芳冰 高冠宇 孟令澤

(東北林業(yè)大學，黑龍江 哈爾濱 150000)

1 概述

交通事故近年來呈不斷增長事態(tài)，尤其是山區(qū)、農村彎道路段盲區(qū)多，約占交通事故多發(fā)路段總數的12.5%。彎道路段每百起事故死亡人數為各個路段最高[1]。在彎道路段行駛時，駕駛員對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時間少，增大了交通事故發(fā)生的概率。根據德國Daimler-Benz公司對汽車事故調查結果顯示，若駕駛員能提早0.5 s意識到危險并采取措施，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，我國最常采用的措施是使用凸面反光鏡，該裝置具有施工簡單、成本低、養(yǎng)護方便等優(yōu)點[3]，但其發(fā)揮作用的程度極易受天氣情況影響，并且表面產生污損后發(fā)揮作用的能力又會下降。微波雷達在我國也常被用于對道路車況進行檢測，但其僅適用于單行車道，并且車輛距離縮短時信息處理會產生困難。根據上述背景，設計了一種基于地感線圈的彎道預警系統(tǒng)，通過安裝在彎道處的彎道預警顯示裝置對駕駛員進行提示，當車輛在彎道處違規(guī)變道時，裝置便會顯示相應的信息去警示行人、駕駛員等，在一定程度上能有效降低事故的發(fā)生率。同時相比其他彎道預警方案，該系統(tǒng)添加了車輛在彎道路段處的停車預警系統(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)設計

本系統(tǒng)主要由檢測系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、彎道預警顯示裝置三個部分組成，其中檢測系統(tǒng)主要由車輛違規(guī)變道檢測和停車檢測兩個部分組成。車輛違規(guī)變道檢測是通過地感線圈對進入對向車道行駛的車輛進行檢測，停車檢測同樣是通過地感線圈對在彎道路段處停車的車輛進行檢測。控制系統(tǒng)對檢測所得信息進行處理并對預警指示燈和速度顯示器進行控制。對彎道預警顯示裝置進行設計，可以對行人、駕駛員等加以預警，還能夠提醒維修人員及時檢修。

3 檢測系統(tǒng)

檢測系統(tǒng)主要具有感應和檢測兩方面功能，通過地感線圈在道路上的合理布局，可有效發(fā)揮檢測系統(tǒng)的功能，圖1為檢測系統(tǒng)布局圖。該系統(tǒng)由按照一定順序進行設置且完全相同的四個地感線圈及其相應配套裝置組成。檢測系統(tǒng)通過實時感應各個地感線圈中電感的變化，來檢測是否有車輛違規(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為一次性施工，可以長時間可靠使用，因此地感線圈可以為該裝置檢測系統(tǒng)安全、正常工作提供長久保證。

3.1 地感線圈位置

該感應系統(tǒng)中兩個地感線圈即感應器為一組，兩組感應器分別為感應器1、感應器2和感應器3、感應器4，將感應器埋設于路面平整，沒有接縫處的公路地下，來保證地感線圈的正常使用。地感線圈的具體位置分別為內外側車道上正常行駛方向的對向車道，其中感應器1和感應器2位于內側車道上，感應器3和感應器4位于外側車道上，每組中的兩個感應器設置一定和適當的間距，并且兩組感應器的分布一致。感應器1(2)和彎道與直線路段的連接處位于同一水平線，兩組感應器連線的中心位置與預警指示燈和速度顯示器在同一水平線上。

3.2 系統(tǒng)構成

該彎道預警系統(tǒng)是被安裝在含有彎道的公路上的一款預警系統(tǒng)，主要包括四個感應器及含有速度顯示器和預警指示燈的彎道預警顯示裝置。其中兩個感應器為一組，用于檢測是否有車輛違規(guī)變道以及車輛在彎道路段處停車。在外側彎道進出口的兩側外緣，分別設置具有預警指示燈和速度顯示器的彎道預警顯示裝置，預警指示燈整體由紅黃綠顯示燈完成預警作用，根據感應器感應到的不同情況以及信息通過系統(tǒng)處理后，預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，可以達到良好的預警效果。速度顯示器位于預警指示燈的上方，根據記錄車輛通過感應器2和感應器1或感應器3和感應器4的時間節(jié)點，以及根據一組感應器中兩個感應器的固定距離，計算出車輛通過感應器的速度，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 簡介

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

該控制系統(tǒng)共有四種信號模式。第一種信號模式為綠色指示燈常亮，此時無車輛進出彎道；第二種信號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，即先經過感應器1(4)再經過感應器2(3)；第三種信號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，即先經過感應器2(4)再經過感應器1(3)，同時當車輛駛過一組感應器后，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，同時通過其間的固定距離及通過系統(tǒng)測量車輛通過兩感應器之間的時間，按照測速模型測算出違規(guī)變道車輛車速并及時傳輸到系統(tǒng)的輸出終端，即速度顯示器；第四種信號模式為僅有黃色指示燈常亮，該種模式下車輛長時間在該處停車，即長時間停留在感應器1，感應器2，感應器3，感應器4上，通過檢測感應器中的頻率變化情況確定車輛處于停車狀態(tài)，此時黃色指示燈亮起、綠色指示燈熄滅，直至車輛離開時綠色指示燈亮起、黃色指示燈熄滅。

4.2 測速模型

將感應器的測速模型進行簡化，從線性分析的角度對變量之間的關系進行分析，可以得到汽車通過的標準時間和修正后的時間。

Δt進=t2進-t1進，Δt出=t2出-t1出,

其中，L為感應器1和感應器2之間的距離；t2進為車輛剛進入感應器2的測速；t1進為車輛剛進入感應器1的測速；t2出為車輛剛駛出感應器2的測速；t1出為車輛剛駛出感應器1的測速；δ為時間靈敏度影響因子；γ為道路情況影響因子。根據文獻[4]中測速試驗的詳細數據，并通過SPSS軟件的計算,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 彎道預警顯示裝置設計

在本系統(tǒng)中，設計一種彎道預警顯示裝置，如圖3所示。

該彎道預警顯示裝置包括地腳孔、三分岔底座、固定座、主箱體、預警燈、速度顯示屏、備用倉、太陽能電池及其固定架等。主箱體上方設有速度顯示器和預警指示燈，預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。而太陽能電池固定架傾斜角度可以根據陽光照射情況實時變化，以便更好的吸收太陽能。本裝置還設有報錯區(qū)域，當裝置出現(xiàn)故障會通過報錯區(qū)域顯示，即報錯燈亮起，這能夠有效提醒駕駛員、行人以及維修人員該彎道預警顯示裝置異常，在發(fā)現(xiàn)故障后可以利用備用倉內的備用模塊快速準確地進行更換和維修，提高了維修人員的工作效率。本彎道預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 結語

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因素，其行為決策與交通安全息息相關。通過對彎道處車輛行駛情況進行分析，設計了基于地感線圈對車輛行駛狀態(tài)進行分析并對違章駕駛情況給出預警的道路預警系統(tǒng)。系統(tǒng)的反饋結果最終通過彎道預警顯示裝置上的預警指示燈以及速度顯示器顯示，裝置的提示內容在各類環(huán)境中清晰可見，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。同時將起到檢測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用性。