基于自動(dòng)尋跡控制的車用警示裝置

管少杰，匡智慧，董 鑫，張洪賓

（山東理工大學(xué)，山東 淄博255049）

1 研究背景

在美國、歐洲，如果高速公路上發(fā)生車禍，交警至少在200 m 以外就在地上放置冷光蠟燭（防風(fēng)），提醒駕駛員換線，冷光蠟燭連成一條長長的火光斜線，后方的司機(jī)有非常足夠的時(shí)間避開故障區(qū)。而在中國，要求在故障車輛（事故車輛）后方至少150 m 處放一個(gè)熒光的三角架警示來往車輛，在國內(nèi)相關(guān)專利中也有提及“通過后備箱開啟后，以連接帶隨風(fēng)飄蕩使警示三角架落至汽車后方”式放置警示三角架，但此裝置存在自動(dòng)化程度低、靈活性低、安全系數(shù)低等缺點(diǎn)。由于高速公路車速快，尤其在夜間行車視線不足的情況，駕駛?cè)瞬叫性O(shè)置警示標(biāo)志將非常不安全。

大量數(shù)據(jù)顯示，高速公路發(fā)生的交通事故中，在設(shè)置警示標(biāo)志的過程中發(fā)生的事故占據(jù)了很大一部分。開發(fā)一種智能設(shè)備代替人工放置警示裝置顯得尤為重要。相比于傳統(tǒng)的三角警示牌和其他警示方法，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的基于自動(dòng)尋跡控制的車用警示裝置可在車輛發(fā)生交通事故或故障時(shí)，駕駛員在高速公路右側(cè)護(hù)欄外，根據(jù)設(shè)定的目標(biāo)距離，通過控制器遠(yuǎn)程操作車用尋跡警示裝置，該裝置可自動(dòng)到達(dá)相應(yīng)位置，降低駕駛員步行放置警示裝置的風(fēng)險(xiǎn)。

2 項(xiàng)目簡介

該裝置由變形三角架、車載控制設(shè)備、手動(dòng)遙控器組成。該裝置可用于車輛發(fā)生交通事故或故障時(shí)，駕駛員可在高速公路右側(cè)護(hù)欄外，根據(jù)設(shè)定的目標(biāo)距離和坐標(biāo)，通過控制器遠(yuǎn)程操作車用尋跡警示裝置，該裝置可自動(dòng)沿應(yīng)急車道左側(cè)車道白實(shí)線移動(dòng)至上游150 m 處后，再橫向移動(dòng)至故障車輛中心線的交點(diǎn)位置，降低駕駛員在高速公路上步行放置警示標(biāo)志的風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)物如圖1 所示。

3 設(shè)計(jì)方案

3.1 設(shè)計(jì)思路

在原有應(yīng)急警示三角牌基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，通過增加電動(dòng)推桿和可自動(dòng)、可遙控行駛的底盤，設(shè)計(jì)成能通過遠(yuǎn)程控制的自動(dòng)尋跡警示裝置。

圖1 實(shí)物圖

在車輛發(fā)生故障時(shí)，駕駛員可立馬撤離到高速公路安全位置，通過控制器遠(yuǎn)程控制尋跡警示裝置，該裝置可沿應(yīng)急車道左側(cè)車道白實(shí)線移動(dòng)至指定位置，移動(dòng)過程三角警示牌自動(dòng)升起。最后通過遙控微調(diào)，尋跡警示裝置再橫向移動(dòng)至故障車輛中心線的交點(diǎn)位置，起到對(duì)后方車輛的警示作用。

回收時(shí)，發(fā)射無線電信號(hào)，該裝置先橫向移動(dòng)至應(yīng)急車道左側(cè)白實(shí)線，再沿白實(shí)線向故障車輛所在方向移動(dòng)。整個(gè)過程實(shí)現(xiàn)用智能設(shè)備替代人工放置警示三角牌，降低駕駛員在高速公路上步行放置警示標(biāo)志的風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 裝置組成

該裝置由變形三角架、車載控制裝置、手動(dòng)遙控裝置三部分組成。變形三角架工作流程演示如圖2 所示。

3.2.1 變形三角架

在原有應(yīng)急三角架基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，增加底盤、動(dòng)力輪、升起裝置。

3.2.2 車載控制裝置

車載控制裝置分為兩部分，駕駛操控界面的控制按鈕區(qū)域和車位尋跡信號(hào)發(fā)射區(qū)。控制按鈕區(qū)域與尋跡信號(hào)發(fā)射區(qū)由車載電路連接通信，主要承擔(dān)信號(hào)的傳送以及其他總線控制機(jī)能。尋跡信號(hào)發(fā)射區(qū)包括無線電信號(hào)發(fā)射接收器，實(shí)時(shí)向?qū)ほE三角架提供信號(hào)，并接收反饋，以調(diào)整車用警示裝置軌跡。該部分裝置根據(jù)設(shè)定程序以及遙控指令實(shí)現(xiàn)三角警示牌按人為需求自動(dòng)放置到指定位置。

圖2 變形三角架工作流程演示圖

3.2.3 手動(dòng)遙控裝置

在自動(dòng)化的系統(tǒng)外，另設(shè)手動(dòng)遙控裝置，便于駕駛?cè)俗灾髡{(diào)節(jié)三角架位置。手動(dòng)遙控裝置對(duì)運(yùn)載裝置進(jìn)行控制，使其運(yùn)動(dòng)到車輛后方150 m 處。同時(shí)通過可操控手柄對(duì)運(yùn)載裝置進(jìn)行控制，使其在特定地點(diǎn)打開警示裝置。并在車輛得到救援后，遙控自動(dòng)返回故障地點(diǎn)，進(jìn)行回收利用。工作示意如圖3 所示。

圖3 工作示意圖

4 工作原理

在車輛發(fā)生故障時(shí)，駕駛員可以首先將車輛開到應(yīng)急車道內(nèi)，按《道路交通安全法》內(nèi)容使用相應(yīng)警示燈光，并在車輛后方150 m 處設(shè)置三角警示牌。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的自動(dòng)尋跡警示裝置能替代人工放置三角警示牌，需要駕駛員將裝置放置在車道白實(shí)線上，然后立馬撤離到高速公路右側(cè)護(hù)欄外安全位置，再通過控制器啟動(dòng)尋跡警示裝置，該裝置可沿應(yīng)急車道車道白實(shí)線移動(dòng)至上游150 m 處，再橫向移動(dòng)至故障車輛中心線的交點(diǎn)位置，到達(dá)指定位置后，三角警示牌在電動(dòng)推桿推動(dòng)下自動(dòng)緩慢升起，起到警示后方車輛作用。

直至故障車輛得到救援轉(zhuǎn)移，駕駛員遠(yuǎn)程控制自動(dòng)尋跡裝置回到車道白實(shí)線上，裝置檢測到白實(shí)線后自動(dòng)按白實(shí)線軌跡回到初始位置，警示牌在電動(dòng)推桿收縮牽引下降落，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)尋跡裝置回收。該裝置降低了駕駛員在高速公路上步行放置警示標(biāo)志的風(fēng)險(xiǎn)，最大程度保障了駕駛員和車內(nèi)乘客的生命財(cái)產(chǎn)安全。工作原理如圖4 所示。

圖4 工作原理圖

5 關(guān)鍵技術(shù)

5.1 尋跡技術(shù)

利用紅外光電傳感器對(duì)路面白色車道線進(jìn)行檢測，并將路面檢測信號(hào)進(jìn)行分析判斷，及時(shí)控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)以調(diào)整裝置轉(zhuǎn)向，從而使裝置能夠沿著白色車道線軌跡自動(dòng)移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)裝置自動(dòng)尋跡的目的。紅外光線反射特性對(duì)于不同物體反射特性不一樣，裝置在移動(dòng)過程中不斷向地面發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外光遇到白色地面時(shí)發(fā)生漫反射，發(fā)射光被裝在裝置上的接收管接收；如果遇到黑線則紅外光被吸收，則裝置的接收管接收不到信號(hào)，利用這一特性實(shí)現(xiàn)裝置沿應(yīng)急車道白線行駛。

5.2 自動(dòng)升降技術(shù)

利用電動(dòng)推桿使警示三角架在一定范圍行程內(nèi)作往返運(yùn)動(dòng)，單片機(jī)連接電動(dòng)推桿，通過遙控終端實(shí)時(shí)控制三角架升落。電動(dòng)推桿主要由電機(jī)、推桿和控制裝置等機(jī)構(gòu)組成的一種新型直線執(zhí)行機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制、集中控制。

5.3 遙控技術(shù)

除自動(dòng)尋跡模塊外還有紅外遙控模塊。利用紅外遙控實(shí)現(xiàn)裝置的啟動(dòng)、停止、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、前進(jìn)后退等功能，便于細(xì)調(diào)最終運(yùn)行位置。裝置運(yùn)行沿白線來實(shí)現(xiàn)尋跡功能，可利用遙控器的紅外遙控控制裝置行駛到應(yīng)急車道線左側(cè)白實(shí)線，當(dāng)裝置遇到白線，就會(huì)啟動(dòng)尋跡功能模塊，讓小車沿白線行駛。每個(gè)模塊都是相互獨(dú)立又相互協(xié)調(diào)配合，實(shí)現(xiàn)裝置的智能控制。

6 創(chuàng)新與應(yīng)用前景

6.1 創(chuàng)新性

相比于普通警示三角架，該尋跡警示裝置通過增加電動(dòng)推桿、尋跡裝置實(shí)現(xiàn)了放置警示三角架的智能性和便捷性；選用的微型電動(dòng)推桿，可自動(dòng)可遙控的尋跡小車保證了放置過程的準(zhǔn)確性和人性化；該警示裝置配有一定自重，可保證在如大風(fēng)等特殊天氣下仍然正常起到警示作用；用智能設(shè)備替代人工放置警示三腳架，能有效防止在放置過程發(fā)生二次交通事故，縮短駕駛?cè)嗽诟咚俟沸熊嚨郎系臏魰r(shí)間，最大限度保障了駕駛?cè)思俺丝偷陌踩?/p>

6.2 應(yīng)用前景

國內(nèi)外目前還沒有出現(xiàn)一種有效的方法來解決由于駕駛員步行在高速公路上放置警示裝置而發(fā)生二次事故的問題，而本裝置的車載控制裝置利用自動(dòng)尋跡技術(shù)，是一個(gè)集環(huán)境感知和規(guī)劃決策多功能于一體的綜合系統(tǒng)，能夠縮短駕駛?cè)嗽诟咚俟沸熊嚨郎系臏魰r(shí)間，最大限度地保障了駕駛?cè)思俺丝偷陌踩易詣?dòng)尋跡技術(shù)在智能車應(yīng)用方面具有操作簡單、調(diào)節(jié)響應(yīng)時(shí)間快和性能較好等優(yōu)良特征，將成為一種更智能化、自動(dòng)化的自動(dòng)尋跡控制的車用尋跡警示裝置，具有廣闊的應(yīng)用前景。