一種汽車尾部智能車載警示裝置

崔藝馨 孔暄 王文杰

摘?要：本項目提出一種汽車尾部智能車載警示裝置。該裝置由事故感應(yīng)模塊、多關(guān)節(jié)伸出模塊、三角警示模塊三部分組成，解決了現(xiàn)有的防二次事故警示裝置警示信號不明確、占用空間過大等問題，且具有自動化、便攜化等優(yōu)點。

關(guān)鍵詞：交通安全；二次事故；監(jiān)測預(yù)警；智能化

隨著我國機(jī)動車保有量持續(xù)增長，近幾年交通方面引起了大家足夠的重視。當(dāng)遇到某種情況時，由于駕駛員失去主動能力或缺乏處置經(jīng)驗，事故預(yù)警系統(tǒng)尚不完善等原因，極有可能與后方隨之而來的車輛發(fā)生二次事故。

根據(jù)《道路交通法》規(guī)定，事故發(fā)生后應(yīng)下車擺放三角警示牌以警示后方來車。白天高速公路上，應(yīng)在距離車尾150米處放置三角警示牌。然而，從駕駛員下車到將三角警示牌放置完成的這一段時間內(nèi)，后車常因得不到警示，與前車發(fā)生二次追尾事故或其他情況。

根據(jù)胡源［1］“高速公路二次事故成因及其預(yù)防對策研究”調(diào)查表明，二次事故具有可預(yù)防性，若能在一次事故發(fā)生后發(fā)布及時有效的預(yù)警信息，二次事故發(fā)生率將大幅降低。因此，針對目前我國二次事故數(shù)逐年攀升的態(tài)勢，市場亟須一種實用有效的預(yù)防二次事故警示裝置。

1?現(xiàn)有技術(shù)調(diào)研

根據(jù)調(diào)研我們發(fā)現(xiàn)了幾種現(xiàn)有的防二次事故警示裝置，但同時這些技術(shù)均存在一定的問題，以至于它們未能真正投入市場。

王鵬宇等［2］提出了“一種新能源汽車用防止碰撞及連續(xù)碰撞的安全警示燈”，其在汽車四角均設(shè)置有事故發(fā)生后自動開啟的安全警示燈，以提高汽車安全系數(shù)。但是，該裝置的可視范圍小，警示效果較差。

林航［4］提出了“一種搭載汽車故障停車警示牌的小車及其發(fā)射設(shè)備”，利用收納箱存放小車并把小車發(fā)射出去，離開收納箱后的小車自行行駛到設(shè)定的極限距離處將小車固定并豎起警示牌。但是，該裝置對使用環(huán)境要求較多，難以實現(xiàn)廣泛應(yīng)用。

綜上，現(xiàn)有的預(yù)防二次事故警示裝置存在需要人為干預(yù)、警示信號不明確、占用空間影響駕駛員日常對車輛的使用、受環(huán)境限制嚴(yán)重等問題。目前尚無一種能夠有效填補(bǔ)警示空白時間的防二次事故警示裝置。

因此，研發(fā)一種解決現(xiàn)有問題的新型防二次事故警示裝置已成為一個重要的研究課題，這對于交通安全具有重要的現(xiàn)實意義。

2?總體設(shè)計

2.1?工作原理

一種汽車尾部智能車載警示裝置，屬于智能交通技術(shù)設(shè)備領(lǐng)域，包括事故感應(yīng)模塊、多關(guān)節(jié)伸出模塊、三角警示模塊。

其主要工作原理如下：本裝置的事故感應(yīng)模塊利用陀螺儀、碰撞傳感器和三軸加速度傳感器判斷事故是否發(fā)生，并通過主機(jī)控制后備箱打開，實現(xiàn)事故感應(yīng)自動化。在后備箱打開后，主機(jī)控制啟動收縮在后備箱蓋板的裝置。多關(guān)節(jié)折疊伸出模塊完成四次向外向上的展開動作，最后三角警示模塊展開并工作。多關(guān)節(jié)伸出模塊能夠在感應(yīng)到車輛碰撞后短時間內(nèi)實現(xiàn)自主伸展，無須人為操作啟動。三角警示模塊與多關(guān)節(jié)折疊伸出模塊共同在后備箱蓋板內(nèi)側(cè)以折疊的形式儲存，完成展開后呈三角狀。同時，啟動發(fā)光警示裝置和聲音警示裝置警示后方來車，如圖1所示。

2.2?事故感應(yīng)模塊

事故感應(yīng)模塊由主機(jī)、陀螺儀、碰撞傳感器、三軸加速度傳感器、備用電源和后備箱感應(yīng)碰撞自動打開裝置組成。主機(jī)與陀螺儀、碰撞傳感器、三軸加速度傳感器、備用電源、后備箱感應(yīng)碰撞自動打開裝置、三角警示模塊及聲音警示裝置連接，如圖2所示。

主機(jī)是在接收到上述各傳感器的信號后，實現(xiàn)多傳感器融合，利用動能定理、動量定理等公式計算出的閾值，判斷汽車是否發(fā)生碰撞事故，進(jìn)行分析處理，發(fā)出工作指令使多關(guān)節(jié)折疊伸出模塊和三角警示模塊開始工作。

2.3?多關(guān)節(jié)伸出模塊

多關(guān)節(jié)折疊伸出模塊包括固定裝置、四節(jié)金屬桿件、電機(jī)等。

多關(guān)節(jié)折疊伸出模塊通過電機(jī)驅(qū)動圓柱鉸鏈連接的多關(guān)節(jié)折疊桿件轉(zhuǎn)動。多關(guān)節(jié)折疊伸出模塊，在未收到主機(jī)工作信號時，在后備箱蓋板內(nèi)側(cè)以折疊收縮的形式儲存。在收到主機(jī)工作信號后，后備箱打開，通過多級伸縮的折疊桿結(jié)構(gòu)向外向上伸出。在最后一級桿展開完成后，三角警示模塊開始工作，如圖3所示。

多關(guān)節(jié)折疊伸出模塊有折疊和展開兩個狀態(tài)。

在展開狀態(tài)下，檢測到事故信號，金屬桿件Ⅰ、金屬桿件Ⅱ、金屬桿件Ⅲ及金屬桿件Ⅳ在驅(qū)動電機(jī)作用下伸出汽車后備箱蓋，金屬桿件Ⅰ、金屬桿件Ⅱ、金屬桿件Ⅲ及金屬桿件Ⅳ相互角度固定，且金屬桿件Ⅰ與地面垂直。

在折疊狀態(tài)下，未檢測到事故信號，固定裝置通過環(huán)保型強(qiáng)力膠固定在后備箱上，金屬桿件Ⅰ、金屬桿件Ⅱ、金屬桿件Ⅲ及金屬桿件Ⅳ順次折疊在一起，收縮在汽車后備箱蓋內(nèi)側(cè)。

2.4?三角警示模塊

三角警示模塊由三角折疊裝置、發(fā)光警示裝置、聲音警示裝置組成。三角折疊裝置包括兩組連接桿組，兩組連接桿組對稱設(shè)置在金屬桿件Ⅰ上。

連接桿組在金屬桿件Ⅰ上有收縮和展開兩種狀態(tài)。在收縮狀態(tài)下，未展開的兩側(cè)對稱的連接桿組收縮折疊，進(jìn)入金屬桿件Ⅰ的縫隙中，收納入中間，如圖4所示。在展開狀態(tài)下，連接桿組展開，在連接桿組的最后一級連接桿完成動作后，兩組連接桿組完全展開形成一個三角形的形狀，如圖5所示。三角警示模塊展開工作的同時，開啟發(fā)光警示裝置、聲音警示裝置，對后方車輛起到警示作用。

3?工作過程

在多關(guān)節(jié)折疊伸出模塊展開過程中，關(guān)節(jié)處的電機(jī)驅(qū)動圓柱鉸鏈連接轉(zhuǎn)動，驅(qū)動所述多級折疊裝置完成四次向外向上的伸展。四節(jié)金屬桿件（金屬桿件Ⅰ、金屬桿件Ⅱ、金屬桿件Ⅲ及金屬桿件Ⅳ）依次展開，如圖6所示。

電機(jī)控制金屬桿件轉(zhuǎn)動。根據(jù)車型、環(huán)境等實際應(yīng)用情況，調(diào)整各個電機(jī)控制轉(zhuǎn)動的角度。驅(qū)動電機(jī)調(diào)整適配后設(shè)置為默認(rèn)值，之后即可自動展開至合適的角度。根據(jù)前期程序設(shè)計，當(dāng)控制前一個金屬桿件展開的驅(qū)動電機(jī)結(jié)束工作1s后，控制下一個驅(qū)動電機(jī)工作開始。保證每節(jié)金屬桿件有序有效地在極短的時間內(nèi)展開，適合應(yīng)用于緊急場景。

多關(guān)節(jié)伸出模塊將三角警示模塊抬升至警示效果更好的高度，接著涂有反光材料的三角警示模塊展開呈三角狀，如圖7所示。同時，開啟驚嘆號狀的雙閃LED燈和蜂鳴器，警示后方來車。

4?項目優(yōu)點

4.1?警示效果明確化

三角警示模塊將利用多關(guān)節(jié)金屬折疊桿結(jié)構(gòu)伸出的三角折疊裝置與傳統(tǒng)的發(fā)光警示裝置、聲音警示裝置相結(jié)合，很大程度上提升了示警效果。同時，利用多關(guān)節(jié)折疊伸出模塊將三角警示裝置抬高，增大其可視范圍，后方車輛提供明確的警示信號，提示后方駕駛員提前減速。

4.2?安裝儲存便攜化

本項目設(shè)計了一種多關(guān)節(jié)金屬折疊桿結(jié)構(gòu)，考慮到后備箱空間限制的特殊性，該結(jié)構(gòu)在安全未啟動的情況下，為每一級桿件設(shè)計空槽，以折疊的方式收縮儲存，極大地節(jié)約了空間，便于安裝攜帶，同時不影響車主正常使用后備箱。

4.3?事故感應(yīng)自動化

一種汽車尾部智能車載警示裝置采用碰撞傳感器和三軸加速度傳感器。在車輛受到強(qiáng)烈撞擊時，碰撞傳感器輸出端發(fā)出信號。三軸加速度傳感器監(jiān)測車輛發(fā)生側(cè)翻、碰撞等事故時的加速度以確定汽車的運(yùn)動狀態(tài)。兩個傳感器通過同一個與門與主機(jī)連接，當(dāng)判斷事故發(fā)生時，向主機(jī)發(fā)送事故信號。

4.4?應(yīng)用工況多元化

本裝置適用性好，應(yīng)用場景廣泛。可應(yīng)用于霧天、雨雪天等各種能見度較低的自然環(huán)境，也可以在隧道、轉(zhuǎn)彎等路況運(yùn)行良好。同時，本裝置適用于轎車、SUV、MPV等各種常見車型。

5?應(yīng)用前景分析

本裝置主要針對兩類應(yīng)用場景。一類場景是事故較為嚴(yán)重，駕駛?cè)藛适е鲃幽芰Γ到y(tǒng)已檢測到該事故，裝置自動打開。由于駕駛?cè)艘褑适е鲃幽芰Γ瑹o法放置三角警示牌或打開危險報警閃光燈，處于極其危險的狀態(tài)，本裝置提供了最后的警示保護(hù)。

還有一類場景是發(fā)生輕微事故，裝置未觸發(fā)，駕駛?cè)司哂兄鲃幽芰Γㄟ^觸發(fā)車內(nèi)設(shè)置的按鈕手動開啟本裝置。確保環(huán)境安全后，再依照法律規(guī)定放置三角牌。

目前，汽車安全裝置需求量大，預(yù)防二次事故的警示裝置擁有廣闊的市場。當(dāng)前市場上尚無效果類似的同類產(chǎn)品，競爭對手少，發(fā)展?jié)摿Υ蟆Ｒ虼耍卷椖俊耙环N汽車尾部智能車載警示裝置”市場前景廣闊，具有極大的應(yīng)用推廣價值。

參考文獻(xiàn)：

［1］胡源.高速公路二次事故成因及其預(yù)防對策研究［D］.哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2017.

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［7］黃靖，王健.汽車碰撞過程中加速度特征對乘員損傷的影響分析［J］.汽車科技，2010（01）：3034.

基金項目：吉林大學(xué)國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目（編號：202210183129）

作者簡介：崔藝馨（2002—?），男，漢族，江蘇南通人，本科，學(xué)生，研究方向：車輛監(jiān)控預(yù)警。