有關新一代剎車燈的構思——警停燈

昝鷺鷥 張晗 冀向陽 韓鵬洋

摘 要：追尾、疲勞駕駛等現象是交通事故的高危隱患，尤其是在節假日、上班高峰期等車流量大的情境中，加上司機的不良駕駛習慣，更加劇了事故的發生概率。據統計，在交通事故類別比例中，追尾占60%。下面，舉例說明：1、5月18日，南京市六合區雍六高速發生一起車禍，兩輛小車發生追尾事故，追尾小車被撞的四輪朝天翻在馬路中間， 所幸的是駕駛員受輕傷，沒有人員受傷。南京交警高速八大隊接警之后迅速趕到現場，設置路障，引導高速車輛小心慢行，隨后調來事故清障車，將現場清理干凈，直到今天凌晨兩點左右雍六高速才恢復正常通行。2、5月14日下午，G65包茂高速公路龍鳳山隧道發生一起6車連環追尾事故。事故發生后，當地立即啟動應急預案，目前，送往醫院的傷者都已經得到妥善救治。截止5月15日上午十點，事故已造成6人亡。從以上新聞可以看出，追尾事故造成的人身傷害和財產損失等都不容小視，更有清理、疏導等費時費力的后續工作。因此，尋求一種能夠有效降低追尾事故發生概率的方法便成了我們今天要探討的問題。

關鍵詞：警停燈；剎車燈；

引言：

由于后方司機不知道前方司機正在急剎，便導致了事故的發生。也就是說由于后方司機不清楚前方司機的剎車力度，導致追尾事故的發生。如果我們能讓后方司機得知前 方司機的剎車力度，那么追尾事故和二次事故的發生幾率將會大大降低。

警停燈就是傳遞前方司機剎車力度的通道。警停燈由外殼，控制電路，顯示部分，電源四部分組成。其中控制部分的核心是加速度計ADXL345，外殼使用亞克力板制作成的，并且在外殼上采用空氣對流的結構設計，方便高亮度LED燈散熱；電源采用和車載電源電壓一置的電源。這樣，我們在車輛上裝警停燈的時候只需對車輛進行為改裝或是不改裝即可。另一方面我們可以將警停燈裝在非機動車上。

車輛加速度的測量是利用加速度計ADXL345和水銀開關。我們將ADXL345測得的三個方向的加速度通過勾股定理減去重力加速度，這樣就能得到車輛的真正的加速度。這里面的關鍵問題是車輛在上下坡時角度的測量，對于角度的測量，警停燈采用水銀開關測車頭的轉向，即車輛行駛在上坡還是下坡，再通過勾股定理和反三角函數測出車輛與水平方向的夾角，再利用三角函數將重力在車輛行駛方向的加速度減去，便得到了車輛的真正的加速度，進而通高亮度LED燈列量化顯示。

一、測量角度的具體方法為：

采用兩個水銀開關，分別傾斜的放在以加速度計為中心X軸和Z軸組成坐標系的三四象限，當加速度計水平放置時，水銀開關都不會處于開啟狀態，當加速度計向X軸正向旋轉是，一個水銀開關開啟（另一個水銀開關閉合）；當加速度計向X軸負向旋轉時，另一個開關開啟，這樣我們將兩個水銀開關的一端接入高電平，另一端分別接入不同的測量口，這樣我們就可以根據這兩個輸入口不同的高低電平組合，就可以準確測得轉向。

二、角度的測量：

通過水銀開關測出被測物的旋轉方向，在根據加速度計測出三個方向的加速度，我們利用三角函數關系就可以計算出被測物當前位置相對于豎直方向的夾角大小和方向，這樣我們就可以正確測出被測物每一時刻的動態角度。

警停燈的功能是顯示車輛得剎車力度和急剎警示的功能。警停燈根據車輛剎車力度的不同，有不同的顯示方式。輕剎時，中間的兩列紅燈會亮；中剎時，中間兩列紅燈和其旁邊的兩列自燈會亮；急剎時，所有燈列都會亮起，并且開始爆閃。這樣不同的剎車力度通過不同的方式顯示給后方得司機。

三、在制作過程中，要注意以下幾點：

1：我們根據加速度計在莫些方面上的局限，設計出了路況探測傳感器。其功能是對車輛當前所行駛的路況，即上坡，平坡，下坡進行探測，并向主控板傳遞電信號，以方便主控板對加速度計的采樣值進行處理。

2：解決車輛在上下坡行駛時的問題

車輛在上下坡行駛時，重力會影響加速度計對車輛真正加速度值得測量，所以我們 根據路況探測傳感器的返回值，并且通過算法去除重力的影響量，這樣我們便得到了車輛當前真正的加速度值。

3.：我們設計了消除車輛震動影響的濾波算法

我們對加速度采樣值進行平滑濾波和限福濾波的算法設計，消除了車輛震動的影響量。

4：解決了高亮度led燈的驅動問題

高亮度LED燈的工作電流大，但憑借IO口是不能驅動燈的。所以我們設計出了依靠達林頓管的驅動電路。

5：解決了高亮度led燈的散熱問題

高亮度LED燈工作時，會發出大量的熱，會影響燈的使用壽命，我們采用了散熱硅膠加鐵片進行主散熱，而且通過空氣對流的結構設計進行輔助散熱，經濟并且效果好

四、警停燈具有的優勢有：

現在的剎車燈都只能顯示出來車輛當前正在剎車，但并不能顯示剎車的力度，而警停燈不但可以顯示出剎車的力度，而且還具有急剎警示的功能。

優勢一：警停燈采用兩種方式進行供電，一種是通過3s鋰電池供電，另一種是通過車載電源供電，以達到無需改裝車輛結構，可直接使用，方便安裝。

優勢二：本產品應用范圍廣泛，它即可以用在機動車上還可以用在非機動車上。

優勢三：使用壽命長

優勢四：采用LED燈，理論可以用6萬小時，也就是說在車報廢期間就不用換燈泡了。

五、警停燈的市場應用：

我們的最終目標是將警停燈成為車輛的標配，進而替代高位剎車燈。截止2015年底，全國機動車保有量達2.79億輛，其中汽車1.72億輛；機動車駕駛人3.27億人，其中汽車駕駛人超過2.8億人。安全重如山，任何有關安全的問題都不是小事，相信我們的創意會在減少追尾事故發生概率上起到良好的作用。有很大的市場空間，另一方面我們的產品應用范圍廣泛。

參考文獻：

[1]袁西， 陳棟， 田湘，等. 三軸數字加速度計ADXL345及其在捷聯慣導中的應用[J]. 電子設計工程， 2010， 18（3）：138-140.

[2]陳玉玲， 李磊. 基于單片機的地鐵剎車燈故障提醒電路設計與實現[J]. 數碼世界， 2016（12）：162-162.

[3]張朝陽. 自行車轉向剎車警示燈：， CN204150159U[P]. 2015.

作者簡介：

昝鷺鷥，1995年11月18日，男，漢族，天津市人；職稱：學生；單位：鄭州大學；研究方向：車輛方向.

張晗，1997年6月27號，女，漢族，河南省人；職稱：學生；單位：鄭州大學；研究方向：車輛方向.

冀向陽，1996年6月7日，男，漢族，河南省人；職稱：學生；單位：鄭州大學；研究方向：車輛方向.

韓鵬洋，1995年2月26日，男，漢族，河南省人；職稱：學生；單位：鄭州大學；研究方向：車輛方向.