雨霧環境下車速動態控制系統研發與應用

王超，王林杰，李沖沖，王玉

（山東科技大學交通學院，山東 青島 266590）

在公路交通事故中由于雨霧等不利天氣引起的交通事故數量增加，惡劣的天氣條件嚴重威脅了公路行車安全。2016年我國道路交通事故864.3萬起，同比增加了65.9萬起，上升了16.5%，其中70%與天氣有關。在全球氣候變暖、極端氣象災害增加的大背景下，雨霧天氣頻次增加、幅度增大。雨霧天氣下駕駛員在一些特殊路段的超速行駛是導致交通事故的直接原因。因此開展雨霧環境下道路動態控速技術與方法研究，對降低車輛在特殊天氣條件下的行車速度，保障公路交通安全具有重大意義。

1 雨霧環境對交通安全的影響

雨霧環境下道路通行能力下降，使得重大交通事故頻發。由于雨霧具有比較強的時效性和隨機性，所以會對局部路段交通產生較大的影響，從整條道路來看，雨霧籠罩區域車輛行駛緩慢，易形成瓶頸路段，從而降低整條道路的通行效率。雨霧環境下，駕駛員的視覺受到影響，能見度大幅度下降，駕駛員對周邊環境的感知能力下降，容易忽視路邊交通標志牌上的信息，對路況的把握不準確，從而產生一些錯誤判斷，導致駕駛員對車輛進行一些不當操作，引起追尾、碰撞等交通事故。雨霧天氣下輪胎與路面之間會形成一層水膜，致使路面附著系數下降，在駕駛員制動過程中，輪胎易打滑使得制動距離增加，在車輛發生滑動時駕駛員生理和心理上會產生較大的壓力，增大交通安全隱患。雨水落在擋風玻璃上會遮擋駕駛員視線，影響駕駛員觀察交通情況，疲勞度會在短時間內大幅度增加。車外的雨聲和胎噪聲較大，會影響到駕駛員獲取相關交通信息，也容易導致駕駛員對交通狀況的判斷時間和制動時間增加。雨霧環境下的種種不安全因素使得道路交通事故更容易發生。

2 雨霧監測及控速系統

雨霧環境下監測及控速系統主要由四部分組成：雨霧監測器、智能減速帶、可變信息標志牌和信息控制處理器，系統構架如圖1所示。

圖1 系統結構圖

圖2 系統信息流程圖

雨霧監測器主要由能見度檢測單元、降雨量檢測單元和電源組成。能見度檢測單元主要是通過測量光在大氣光通道中的透射率來得出大氣的光透過率，以此反映道路的能見度。降雨量監測單元是一種自動測量降水量的儀器，用的較多的是翻斗式雨量計，將降雨量轉換為可進行計量的物理信號來對降水量進行測量。減速帶是道路強制控速手段中的一種，車輛以較高的速度通過減速帶時會產生較為強烈的機械振動，這種強烈振動會迫使駕駛員主動減速。本系統的智能減速帶由信息控制處理器控制，當信息控制處理器接收到雨霧消散信號時會給減速帶一個下降的信號，當信息控制處理器接收到雨霧信號時會給減速帶一個升起的信號。這樣，正常天氣條件下減速帶處于下降狀態，車輛按常速行駛。在雨霧天氣條件下，減速帶升起，駕駛員主動或被動把車速降至安全車速通過該路段。減速帶上配有黃色閃光的發光道釘，在雨霧條件下黃色閃光可以在短時間內引起駕駛員的注意，使駕駛員注意到減速帶的位置，并進行主動減速以安全車速通過減速帶。可變信息標志牌可根據不同季節、時段等特點為駕駛員及時提供道路運營狀況，提高道路通行效率及保障行車安全。Led可變信息標志牌由信息控制處理器控制，可變信息標志牌由兩部分組成：可變信息和固定信息。可變信息會根據信息控制處理器發出的信息變更指令對當時的行車環境進行變更；固定信息部分發布的消息是固定不變的，但可通過系統對固定信息進行編輯。可變信息標志牌可根據不同等級的變更信息而采用不同的字體顏色。可變信息標志牌不同于靜態信息標志牌，可變信息標志牌可通過系統設定時間段對交通信息進行更新和發布，也可以對多條信息輪流播放。Led可變信息標志牌不僅可以傳輸文字，還具有圖像傳輸功能，使駕駛員更加容易并快速了解道路狀況。

本系統針對雨霧條件，集交通環境監測、道路控速和道路信息提示于一體，對一些特殊路段或路口具有很大的實用性，可有效提高道路的安全性及交通流的穩定性和有序性，系統信息流程圖如圖2所示。

3 自動升降式發光減速帶設計

3.1 設計思路

將機械系統與電子系統相結合，信息控制處理器發出指令時，減速帶的電子系統控制電機，電機帶動機械系統工作，從而控制減速帶的升起或降落，以達到控制路段行車速度的目的。同時減速帶的電子系統也會控制發光道釘的亮/滅狀態，以達到提醒駕駛員前方減速帶并主動減速的目的。發光道釘的設計位置在減速帶的側板面，保障燈光以最佳角度進入駕駛員的視野范圍，且發光道釘的最高點應略低于橡膠保護層，避免發光道釘與輪胎有直接接觸，延長道釘的使用壽命。減速帶內部具有排水系統，防止雨水進入影響機械系統和電子系統的正常工作。

3.2 工作原理及機構組成

本機構整體是一個倒置的“凸”形體箱，如圖3所示。箱子下部分與地面結合，底面和側面留有安裝孔位，采用螺釘連接。頂層與地面齊平，待減速帶啟動后，減速板升起形成近似梯形減速帶，同時側板面上的Led閃光燈會同步閃爍，減速帶關閉后，Led閃光燈關閉（也可根據實際需求，在減速帶回到原始位置后閃光燈可定時段開啟），減速板面回到原始位置。

減速帶根據功能可分為三個部分：機械升降裝置、燈光裝置和保護裝置。

圖3 減速帶結構簡化圖

機械升降裝置：減速帶的升降機構可簡化為曲柄頂桿機構，如圖4所示，電機帶動曲軸運動，曲軸帶動連桿使活動頂桿做上下位移運動。電子系統每收到一個指令電機工作半個周期（曲柄旋轉一圈為一個周期），活動頂桿由最低點運動到最高點或由最高點運動到最低點，其運動特性如下。

燈光裝置：設計采用有源式Led道釘，可接入24V直流電或220V交流電，由殼體、Led燈、導線和控制器件等組成。減速帶上所有道釘為一組，以同步閃爍的方式工作。道釘外殼采用PC防彈料一次注塑成型，增加道釘的高抗沖擊性能，其內部控制器采用恒流控制方式，保護Led燈不受損傷，增加燈泡的穩定性能和抗干擾能力，整體實芯環氧樹脂填充密封，增加道釘的抗壓、抗腐蝕及防水性能。道釘通過螺釘與減速帶側面板連接，待減速帶升起后道釘與地面形成一定的夾角，閃光更容易進入駕駛員的視覺區域，引起駕駛員注意，如圖5。

圖4 升降機構簡化圖

圖5 燈光裝置示意圖

保護裝置：保護裝置包括外層的橡膠保護層和內層的防水層。外層的側面板上鋪有保護層，保護層采用彈性橡膠材料制成，在車輛撞擊時可吸收部分能量，減少顛簸感。表面刻有“∧”形花紋，與輪胎接觸摩擦有收攏效果，還可以降噪，同時在降雨天氣下可將雨水快速排到減速帶底部的排水槽。表面是傳統的黑黃相間色，醒目度高。保護層在閃光燈設計位置預留有安裝孔位，保護層厚度高出閃光燈最高面約2cm，當輪胎撞擊到減速帶時胎面與閃光燈有一定的間隙，以保護閃光燈。內層側面板底部留有一個傾斜的凹形排水槽，可將雨水快速排出。在側面板內側設有密封層，可防止雨水、灰塵等進入減速帶內部。

3.3 安裝工藝

（1）施工前準備

晴朗天氣條件下施工，保證路面干燥整潔，無雨水、石子、油污等。施工人員提前準備路錐、施工導流牌、反光衣等安全防護設備；切槽機、電錘、盤尺、發電機、導線等施工工具。設備應預調試完畢。

（2）施工步驟

先用盤尺確定安裝位置，用標記筆標記，再用切槽機切槽，切開的槽道要將多余泥土清理干凈，然后放入設備，用電鉆在底部側面板上的安裝孔位鉆孔，并嵌入膨脹螺絲緊固，用束線帶將內部的連接線固定，最后清理施工現場。

（3）測試

給減速帶通電，通過手動控制測試減速帶能否正常升降及閃光燈能否按設定頻率工作。

4 結語

本文分析了雨霧條件下的行車條件及一些隱藏的安全隱患，根據社會需求，結合實際，將電子系統與機械系統整合為一體，對傳統減速帶進行了創新性改進。通過雨霧檢測器監測雨霧條件的發生來控制減速帶是否啟動，實現了減速帶的自動化，可變信息標志牌的運用解決了同一個地方交通標志過多的問題，簡潔、準確地將道路交通狀況傳遞給駕駛員，為駕駛員營造出友好的交通環境，提高了道路服務水平。本裝置可提前預警，向駕駛員傳遞雨霧天氣條件下的道路實時信息，有效提高道路交通安全水平，降低雨霧環境下交通事故發生的可能性。