交通事故現(xiàn)場(chǎng)隔離路錐車(chē)的總體設(shè)計(jì)與研究

呂能超,李 澤,羅齊漢,黃 珍,吳超仲

(1.武漢理工大學(xué)智能交通系統(tǒng)研究中心 湖北 武漢 430063;2.水路公路交通安全控制與裝備教育部工程研究中心 湖北 武漢 430063;3.武漢理工大學(xué)物流工程學(xué)院 湖北 武漢 430063; 4.武漢理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院 湖北 武漢 430070)

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交通事故現(xiàn)場(chǎng)隔離路錐車(chē)的總體設(shè)計(jì)與研究

呂能超1,2,李 澤1,2,羅齊漢3,黃 珍4,吳超仲1,2

(1.武漢理工大學(xué)智能交通系統(tǒng)研究中心 湖北 武漢 430063;2.水路公路交通安全控制與裝備教育部工程研究中心 湖北 武漢 430063;3.武漢理工大學(xué)物流工程學(xué)院 湖北 武漢 430063; 4.武漢理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院 湖北 武漢 430070)

隨著高速公路、城市快速路重大交通事故的頻發(fā)及以人為本的交通施工理念的提出,需要對(duì)高速公路、城市快速路突發(fā)性事故做出快速反應(yīng),進(jìn)行事故現(xiàn)場(chǎng)快速隔離.因此,交通路錐的快速收放成為亟待解決的難題.對(duì)此,進(jìn)行了交通事故現(xiàn)場(chǎng)隔離路錐車(chē)的總體設(shè)計(jì)研究,利用皮卡作為車(chē)載平臺(tái),設(shè)計(jì)可移動(dòng)的車(chē)載設(shè)備加裝在車(chē)輛貨箱進(jìn)行作業(yè),創(chuàng)造性地利用電磁鐵完成路錐的運(yùn)送,并采用SolidWorks三維軟件進(jìn)行模擬仿真.該路錐車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、工作效率及可靠性高,能夠快速隔離事故現(xiàn)場(chǎng),避免交通堵塞,對(duì)減少交通傷亡及防止事態(tài)惡化起到關(guān)鍵作用.

交通安全; 路錐車(chē); 自動(dòng)收放; SolidWorks仿真; 人機(jī)交互

目前我國(guó)道路交通事故死亡人數(shù)居世界第一,交通事故總量居高不下,全國(guó)道路交通安全形勢(shì)嚴(yán)峻.2012年,我國(guó)道路交通事故致死率為21.10%(其中高速公路交通事故致死率更是高達(dá)33.32%),而同期美國(guó)為1.45%,日本僅為0.54%[1].由于高速公路是高指標(biāo)線形的全封閉道路,發(fā)生突發(fā)性交通事故時(shí),“二次事故”時(shí)有發(fā)生,而交通事故應(yīng)急救援不及時(shí),是導(dǎo)致致死率高居不下的重要原因之一.在發(fā)生重大交通事故后,需要將事故現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行必要的隔離,一方面可以防止二次事故的發(fā)生,降低損失,防止事態(tài)惡化,保護(hù)現(xiàn)場(chǎng); 另一方面可保障正常車(chē)輛安全通過(guò)事故路段,避免交通堵塞[2-3].

目前國(guó)內(nèi)高速公路大多已進(jìn)入維修保養(yǎng)期,在進(jìn)行養(yǎng)護(hù)作業(yè)時(shí),必須保證作業(yè)區(qū)行車(chē)的安全，因此需要在作業(yè)區(qū)外擺放交通路錐以引導(dǎo)車(chē)輛行駛.目前主要采用人工的方式進(jìn)行道路安全隔離設(shè)施的布設(shè),其質(zhì)量較大且需布設(shè)的路段距離較長(zhǎng),人工布設(shè)路錐的工作量大,致使工作效率低; 同時(shí)人工布設(shè)時(shí),工作人員直接暴露在高速公路車(chē)道上,面臨安全風(fēng)險(xiǎn)很大[4-5].設(shè)計(jì)一種能夠在交通事故現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)快速布設(shè)隔離設(shè)施的設(shè)備具有顯著的實(shí)用價(jià)值.

近年來(lái)國(guó)內(nèi)已研發(fā)出若干交通路錐自動(dòng)、半自動(dòng)收放車(chē)，及相關(guān)的投放、回收裝置等,如上海電控研究所于2012年研發(fā)的SY-100型交通路錐自動(dòng)收放車(chē),但目前還沒(méi)有進(jìn)入大規(guī)模應(yīng)用階段.現(xiàn)有相關(guān)路錐車(chē)大多數(shù)都是以輕、中型貨車(chē)作為車(chē)載平臺(tái),存在著體積龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、機(jī)動(dòng)性不強(qiáng)的問(wèn)題; 而且在路錐的投放及回收過(guò)程中,大多以機(jī)械傳動(dòng)為主,存在著摩擦阻力大、路錐磨損嚴(yán)重、機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜等的問(wèn)題.在面對(duì)突發(fā)性交通事故時(shí)無(wú)法做到快速、機(jī)動(dòng)、精確地投放路錐,因此設(shè)計(jì)研發(fā)更加實(shí)用、輕便、智能的路錐車(chē)迫在眉睫.國(guó)外類(lèi)似產(chǎn)品市場(chǎng)化應(yīng)用相對(duì)成熟,但也存在上述問(wèn)題.對(duì)此,進(jìn)行了交通事故現(xiàn)場(chǎng)隔離路錐車(chē)的總體設(shè)計(jì)研究,利用普通皮卡作為車(chē)載平臺(tái),創(chuàng)造性地利用電磁鐵完成了路錐的運(yùn)送,并采用獨(dú)特的路錐存儲(chǔ)方式,簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu),提高工作可靠性.先進(jìn)的電氣控制及人機(jī)交互界面確保了工作的可靠性、便捷性.

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

考慮到使用便捷性、通用性及處理重大突發(fā)事故的快速可靠性等,本設(shè)計(jì)利用普通皮卡作為車(chē)載平臺(tái),對(duì)車(chē)輛自身改裝較小,設(shè)計(jì)可移動(dòng)的車(chē)載設(shè)備加裝在車(chē)輛貨箱即可進(jìn)行作業(yè),并采用先進(jìn)的電氣控制及人性化的人機(jī)交互界面實(shí)現(xiàn)交通路錐的快速收放.

1.1 系統(tǒng)組成

交通路錐車(chē)主要由車(chē)載平臺(tái)(皮卡車(chē))及車(chē)載裝置組成.如圖1所示.車(chē)載裝置主要包括:轉(zhuǎn)盤(pán)機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)臂機(jī)構(gòu)、回收機(jī)構(gòu)、人機(jī)交互顯示屏及電氣控制柜等.其中轉(zhuǎn)盤(pán)機(jī)構(gòu)安裝在車(chē)廂內(nèi)部,起升機(jī)構(gòu)安裝在車(chē)輛右側(cè),轉(zhuǎn)臂機(jī)構(gòu)安裝在起升機(jī)構(gòu)上方,回收機(jī)構(gòu)車(chē)輛右側(cè)下方位置.人機(jī)交互顯示屏位于駕駛室,電氣控制柜位于車(chē)廂內(nèi)部.

圖1 車(chē)載平臺(tái)、車(chē)載裝置總體結(jié)構(gòu)

(1) 轉(zhuǎn)盤(pán)機(jī)構(gòu) 該機(jī)構(gòu)主要實(shí)現(xiàn)路錐的存儲(chǔ)功能.采用轉(zhuǎn)盤(pán)形式進(jìn)行堆疊存儲(chǔ),極大地簡(jiǎn)化了路錐的排列、運(yùn)輸及整理工序,有效地提高了空間利用率.轉(zhuǎn)盤(pán)機(jī)構(gòu)由固定盤(pán)與轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)組成.固定盤(pán)與車(chē)箱底板剛性連接,轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)通過(guò)推力軸承可在固定盤(pán)上自由轉(zhuǎn)動(dòng).轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)正中央安裝有轉(zhuǎn)盤(pán)電機(jī),通過(guò)齒輪內(nèi)嚙合驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)旋轉(zhuǎn).轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)上方均勻布置4個(gè)路錐定位支撐機(jī)構(gòu),每個(gè)定位支撐機(jī)構(gòu)最多可以堆疊10個(gè)路錐,即轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)最多可存儲(chǔ)40個(gè)路錐.

(2) 起升機(jī)構(gòu) 該機(jī)構(gòu)主要用于輔助轉(zhuǎn)臂機(jī)構(gòu)運(yùn)送路錐,實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臂的上升、下降,在最小的空間內(nèi)完成路錐的投放和回收,并避免轉(zhuǎn)臂拾取路錐時(shí)與車(chē)廂體發(fā)生干涉.該機(jī)構(gòu)主要由起升電機(jī)、齒輪、齒條及滑塊組成.起升電機(jī)通過(guò)齒輪驅(qū)動(dòng)滑塊在齒條上進(jìn)行上下直線運(yùn)動(dòng),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臂的上下運(yùn)動(dòng),完成路錐的運(yùn)送.

(3) 轉(zhuǎn)臂機(jī)構(gòu) 該機(jī)構(gòu)主要用于運(yùn)送路錐.在投放和回收過(guò)程中,通過(guò)利用轉(zhuǎn)臂的往復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)將路錐從車(chē)廂運(yùn)送至地面,或?qū)⒙峰F從地面運(yùn)送至車(chē)廂.

該機(jī)構(gòu)主要由轉(zhuǎn)臂電機(jī)、傳動(dòng)帶、電磁鐵及配重等組成.轉(zhuǎn)臂電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)帶驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)臂繞電機(jī)輸出軸作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),轉(zhuǎn)臂一端通過(guò)懸臂桿連接電磁鐵,另一端安裝有配重,起平衡作用.電磁鐵得電產(chǎn)生吸引力進(jìn)而拾取路錐,整個(gè)轉(zhuǎn)臂機(jī)構(gòu)在起升機(jī)構(gòu)的配合下,完成路錐投放和回收過(guò)程中的運(yùn)送功能.

(4) 回收機(jī)構(gòu) 該機(jī)構(gòu)主要用于路錐回收，由路錐打倒裝置和翻轉(zhuǎn)裝置組成[6].其中,路錐打倒裝置主要由導(dǎo)向桿、橫桿及護(hù)欄組成; 翻轉(zhuǎn)裝置主要由翻轉(zhuǎn)電機(jī)、底座及插桿組成.路錐回收過(guò)程中,車(chē)輛倒行,路錐進(jìn)入打倒裝置時(shí)被弧形的橫桿打倒,兩邊的護(hù)欄確保路錐倒伏時(shí)處于豎直狀態(tài).

1.2 路錐投放流程

1.2.1 路錐投放工作原理

電磁鐵拾取路錐,起升電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng),路錐上升至最高點(diǎn),使其全部脫離下方的路錐,起升電機(jī)停止工作; 轉(zhuǎn)臂電機(jī)開(kāi)始正向轉(zhuǎn)動(dòng),使路錐運(yùn)動(dòng)至投放位置的正上方; 同時(shí),起升電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng),使路錐下降至最低點(diǎn),即投放點(diǎn),電磁鐵失電,路錐落到地面,實(shí)現(xiàn)路錐投放.在此期間,轉(zhuǎn)盤(pán)電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°.完成路錐投放后,起升電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)臂機(jī)構(gòu)上升,轉(zhuǎn)臂機(jī)構(gòu)同時(shí)反向轉(zhuǎn)動(dòng),使電磁鐵運(yùn)動(dòng)至路錐吸取點(diǎn)的正上方; 轉(zhuǎn)臂機(jī)構(gòu)停止工作,起升電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng),使電磁鐵向下運(yùn)動(dòng),直到接觸路錐頂部時(shí)停止工作.至此,完成一個(gè)路錐投放的全過(guò)程.采用SolidWorks三維軟件進(jìn)行模擬仿真,如圖2所示.

圖2 路錐投放流程

1.2.2 路錐投放時(shí)序制定

根據(jù)SolidWorks三維軟件模擬仿真及考慮路錐車(chē)投放的可靠性,設(shè)定路錐投放周期為7.5 s,并制定路錐投放時(shí)序表.路錐投放階段時(shí)序見(jiàn)表1.

(1) 將電磁鐵所處的最低點(diǎn)作為起始位置,即拾取點(diǎn).在該位置時(shí),電磁鐵正好與路錐頂部保持接觸,將此狀態(tài)作為計(jì)時(shí)零點(diǎn).

(2)t1=0時(shí)刻,電磁鐵得電,起升電機(jī)開(kāi)始正向轉(zhuǎn)動(dòng),拾取路錐并上升,上升高度至少為一個(gè)路錐的高度,確保被拾取的路錐能完全脫離轉(zhuǎn)盤(pán)上存儲(chǔ)的路錐而不發(fā)生干涉,起升時(shí)間約為2 s.

(3)t2=2 s時(shí)刻,路錐到達(dá)最高點(diǎn),觸碰行程開(kāi)關(guān),起升電機(jī)停止上升,此時(shí)轉(zhuǎn)臂電機(jī)開(kāi)始正向轉(zhuǎn)動(dòng),直到轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)動(dòng)至投放位置的正上方時(shí),轉(zhuǎn)臂電機(jī)停止,轉(zhuǎn)臂電機(jī)工作歷時(shí)約2 s.為了縮短整個(gè)投放過(guò)程的周期,當(dāng)路錐在水平方向上離開(kāi)轉(zhuǎn)盤(pán)上存儲(chǔ)的路錐后,整個(gè)轉(zhuǎn)臂機(jī)構(gòu)即可開(kāi)始下降,轉(zhuǎn)臂電機(jī)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)約0.5 s后,即t3=2.5 s時(shí)刻,起升電機(jī)開(kāi)始反向轉(zhuǎn)動(dòng).

(4)t4=4 s時(shí)刻,轉(zhuǎn)臂機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)至極限位置,即投放點(diǎn)正上方,轉(zhuǎn)臂電機(jī)停止工作,起升電機(jī)保持反向轉(zhuǎn)動(dòng),處于下降狀態(tài),在t2～t4時(shí)間段內(nèi)轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)90°,進(jìn)入等待下次拾取路錐狀態(tài).

(5)t5=4.5 s時(shí)刻,路錐運(yùn)動(dòng)至最低點(diǎn),即投放點(diǎn).觸碰行程開(kāi)關(guān),起升電機(jī)停止工作,等待路錐投放.根據(jù)檢測(cè)車(chē)速和設(shè)定路錐間距,確定投放時(shí)間,電磁鐵失電,路錐投放至地面,實(shí)現(xiàn)路錐的投放.此時(shí),起升電機(jī)立即正向轉(zhuǎn)動(dòng),電磁鐵上升,轉(zhuǎn)臂電機(jī)反轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)臂機(jī)構(gòu)回程運(yùn)動(dòng)歷時(shí)約1.5 s.

(6)t6=6 s時(shí)刻,轉(zhuǎn)臂機(jī)構(gòu)上升至最高點(diǎn),觸碰行程開(kāi)關(guān),轉(zhuǎn)臂開(kāi)始反向轉(zhuǎn)動(dòng)至極限位置,該點(diǎn)位于路錐的最上方,即拾取點(diǎn).此時(shí)轉(zhuǎn)臂電機(jī)停止工作,起升電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng),電磁鐵下降.

(7)t7=7.5 s時(shí)刻,電磁鐵拾取下一個(gè)路錐時(shí),觸發(fā)電磁鐵上的壓力傳感器,起升電機(jī)停止下降,電磁鐵得電,吸取路錐,進(jìn)入下一個(gè)路錐投放周期.

1.3 路錐回收流程

1.3.1 路錐投放工作原理

為確保道路行車(chē)安全性,回收路錐過(guò)程中,路錐車(chē)處于倒車(chē)行駛狀態(tài).回收路錐4,路錐車(chē)倒車(chē)行駛,路錐首先通過(guò)導(dǎo)向桿進(jìn)入護(hù)欄中,護(hù)欄上方的弧形打倒桿將路錐打倒,路錐處于倒伏狀態(tài).翻板裝置的插桿全部插進(jìn)路錐中后,翻板電機(jī)工作,翻板逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°,路錐離開(kāi)地面,并保持直立狀態(tài).此時(shí),起升機(jī)構(gòu)向下移動(dòng),電磁鐵得電,拾取路錐,路錐上升至一定高度后,轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)動(dòng)至轉(zhuǎn)盤(pán)路錐定位支撐裝置正上方,同時(shí),起升機(jī)構(gòu)向下移動(dòng)一定距離,電磁鐵失電,路錐準(zhǔn)確落到轉(zhuǎn)盤(pán)預(yù)定位置.轉(zhuǎn)臂反向轉(zhuǎn)動(dòng)至合適位置,等待下一個(gè)路錐的回收.同時(shí),轉(zhuǎn)盤(pán)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°,等待下一個(gè)路錐的存儲(chǔ).在此,完成一個(gè)路錐回收全過(guò)程.采用SolidWorks三維軟件進(jìn)行模擬仿真,如圖3所示.

表1 路錐投放階段時(shí)序

圖3 路錐回收流程

1.3.2 路錐回收時(shí)序制定

綜合考慮交通路錐車(chē)回收時(shí)的行車(chē)安全性及工作可靠性,制定路錐回收時(shí)序表.路錐回收階段時(shí)序見(jiàn)表2.

(1) 當(dāng)路錐在翻轉(zhuǎn)裝置底板上處于直立狀態(tài),且電磁鐵已運(yùn)動(dòng)至最低點(diǎn),與路錐頂部保持吸合時(shí),將該位置作為回收點(diǎn)及計(jì)時(shí)零點(diǎn),即t1=0.此時(shí),起升電機(jī)開(kāi)始正向轉(zhuǎn)動(dòng),路錐開(kāi)始上升,歷時(shí)約2 s.

(2)t2=1.5 s時(shí)刻,路錐上升至最高點(diǎn),觸碰行程開(kāi)關(guān),起升電機(jī)停止工作,轉(zhuǎn)臂電機(jī)開(kāi)始反向轉(zhuǎn)動(dòng)約1.5 s,路錐運(yùn)動(dòng)至轉(zhuǎn)盤(pán)路錐定位支撐機(jī)構(gòu)的正上方.

(3)t3=3 s時(shí)刻,轉(zhuǎn)臂電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng),起升電機(jī)開(kāi)始反向轉(zhuǎn)動(dòng),路錐開(kāi)始下降約1.5 s.同時(shí),在t2～t3時(shí)間段內(nèi)翻板電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng),底板及插桿順時(shí)針?lè)D(zhuǎn)90°,等待回收下一路錐.

(4)t4=4.5 s時(shí)刻,路錐下降至最低點(diǎn),觸碰行程開(kāi)關(guān),起升電機(jī)停止工作,電磁鐵失電,路錐準(zhǔn)確落入轉(zhuǎn)盤(pán)預(yù)定位置,完成路錐回收存儲(chǔ)及存儲(chǔ).完成路錐回收后,轉(zhuǎn)臂電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng),歷經(jīng)約1.5 s后,電磁鐵運(yùn)動(dòng)至回收點(diǎn)正上方.t4～t5時(shí)間段內(nèi),轉(zhuǎn)盤(pán)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90°,為回收下一路錐做準(zhǔn)備.

(5)t5=6 s時(shí)刻,下一個(gè)路錐被打倒,翻板裝置的插桿全部插進(jìn)路錐中后,翻板電機(jī)工作,翻板逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度,路錐離開(kāi)地面,并保持直立狀態(tài).

(6)t6=7 s時(shí)刻,起升電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng),向下運(yùn)動(dòng)約1.5 s,當(dāng)電磁鐵與路錐頂部接觸時(shí),觸發(fā)電磁鐵上面的壓力傳感器,起升電機(jī)停止工作.同時(shí),電磁鐵得電,拾取路錐,進(jìn)入下一路錐回收周期.

表2 路錐回收階段時(shí)序

2 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

電氣控制系統(tǒng)主要由主控單元、信息檢測(cè)單元、驅(qū)動(dòng)控制單元、人機(jī)交互顯示單元及電氣控制柜組成,如圖4所示.其中人機(jī)交互顯示單元放置于駕駛室,便于駕駛員工作過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)控各機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài),并進(jìn)行相關(guān)的操作動(dòng)作; 主控單元、信息檢測(cè)單元、驅(qū)動(dòng)控制單元和電源管理單元放置于車(chē)廂內(nèi)定制的電氣控制柜,用于接地實(shí)現(xiàn)各機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)控制[7].

圖4 電氣控制系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

(1) 主控單元:基于嵌入式技術(shù)開(kāi)發(fā)專(zhuān)用控制器,基于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)、操作人員命令,及路錐收放工作流程規(guī)范,進(jìn)行系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制決策.

(2) 信息檢測(cè)單元:利用輪速傳感器、接近開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、壓力傳感器及微動(dòng)開(kāi)關(guān)等傳感器,用于實(shí)時(shí)檢測(cè)各類(lèi)信號(hào),如車(chē)速、路錐轉(zhuǎn)盤(pán)位置、轉(zhuǎn)臂旋轉(zhuǎn)角度等.同時(shí)檢測(cè)單元負(fù)責(zé)對(duì)各類(lèi)信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,供各機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)控制決策所用.

(3) 驅(qū)動(dòng)控制單元:根據(jù)主控單元控制決策給對(duì)應(yīng)工作機(jī)構(gòu)輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào),實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)可靠動(dòng)作.

(4) 人機(jī)交互單元:設(shè)計(jì)友好、方便操作的人機(jī)交互界面,實(shí)現(xiàn)操作人員與控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)交互.通過(guò)與主控單元實(shí)時(shí)通訊,獲取現(xiàn)場(chǎng)各機(jī)構(gòu)工作狀態(tài)[8].顯示屏可實(shí)時(shí)顯示車(chē)速、路錐布設(shè)間距、布設(shè)距離、工作時(shí)間、投放/回收個(gè)數(shù)及剩余個(gè)數(shù)等基本信息,供操作人員了解系統(tǒng)工作狀態(tài)和相關(guān)信息; 同時(shí)操作人員可通過(guò)人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)相關(guān)工作流程的啟停操作.

(5) 電源管理單元:系統(tǒng)采用自帶發(fā)電機(jī)供電方式,工作過(guò)程中不對(duì)車(chē)輛本身的電源系統(tǒng)造成負(fù)擔(dān)和影響.設(shè)計(jì)電源管理單元,為系統(tǒng)各部分提供所需的穩(wěn)壓電源,且具有系統(tǒng)一鍵啟動(dòng)和一鍵關(guān)閉功能,實(shí)現(xiàn)安全、可靠的系統(tǒng)供電管理.

電氣控制系統(tǒng)主控單元是以嵌入操作系統(tǒng)(uCOS-II)為平臺(tái),以STM32系列單片機(jī)為中央核心處理器,實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)等的實(shí)時(shí)控制[9-10].

2.2 投放控制流程

當(dāng)上位機(jī)按下投放按鈕時(shí),系統(tǒng)開(kāi)始初始化,驅(qū)動(dòng)起升機(jī)構(gòu)下行并控制電磁鐵得電,直到檢測(cè)到壓力傳感器信號(hào)有變化；延時(shí)0.1s后驅(qū)動(dòng)起升機(jī)構(gòu)上行,直到觸碰到上行限位開(kāi)關(guān)停止,驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)臂旋轉(zhuǎn)180°；當(dāng)CPU收到到位信號(hào)時(shí),驅(qū)動(dòng)起升機(jī)構(gòu)下行；當(dāng)下限位開(kāi)關(guān)得電時(shí),起升機(jī)構(gòu)停止運(yùn)動(dòng)；當(dāng)運(yùn)動(dòng)距離與設(shè)定距離相等時(shí),控制電磁鐵失電,驅(qū)動(dòng)起升機(jī)構(gòu)上行；當(dāng)上限位開(kāi)關(guān)得電時(shí),驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)臂反轉(zhuǎn)180°并驅(qū)動(dòng)圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)90°；當(dāng)收到到位信號(hào)時(shí),控制電磁鐵得電并驅(qū)動(dòng)起升機(jī)構(gòu)下行,完成一個(gè)投放周期.

2.3 回收控制流程

當(dāng)上位機(jī)按下回收按鈕時(shí),系統(tǒng)開(kāi)始初始化,驅(qū)動(dòng)起升機(jī)構(gòu)上行,直到觸碰到上行限位開(kāi)關(guān)停止,驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)臂旋轉(zhuǎn)180°；當(dāng)微動(dòng)開(kāi)關(guān)得電時(shí),驅(qū)動(dòng)翻板反轉(zhuǎn)90°；當(dāng)CPU收到轉(zhuǎn)臂到位信號(hào)時(shí),驅(qū)動(dòng)起升機(jī)構(gòu)下行控制電磁鐵得電,直到檢測(cè)到壓力傳感器信號(hào)有變化；延時(shí)0.1s后驅(qū)動(dòng)起升機(jī)構(gòu)上行,直到觸碰到上行限位開(kāi)關(guān)停止,驅(qū)動(dòng)翻板和圓盤(pán)正轉(zhuǎn)90°并驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)臂旋轉(zhuǎn)180°；當(dāng)CPU收到轉(zhuǎn)臂到位信號(hào)時(shí),驅(qū)動(dòng)起升機(jī)構(gòu)下行特定角度控制電磁鐵失電,完成一個(gè)回收周期.

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)高速公路、城市快速路突發(fā)性事故現(xiàn)場(chǎng)快速隔離及養(yǎng)護(hù)過(guò)程中交通路錐快速、可靠、自動(dòng)投放與回收的問(wèn)題,進(jìn)行了一種新型交通路錐車(chē)的總體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)研究.通過(guò)在輕型皮卡上加裝路錐收放車(chē)載裝置,利用先進(jìn)的電氣控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)路錐的快速、精確的投放與回收.最后,采用SolidWorks三維軟件進(jìn)行了路錐投放與回收全過(guò)程模擬仿真,取得了較好效果.該新型交通路錐自動(dòng)收放車(chē)機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,可靠性好、工作效率高,實(shí)用性強(qiáng)，為相關(guān)路錐自動(dòng)收放裝置的設(shè)計(jì)與研發(fā)提供了理論支撐,對(duì)于交通事故的現(xiàn)場(chǎng)的快速隔離及在大規(guī)模的道路養(yǎng)護(hù)應(yīng)用中,能起到緩解交通堵塞、減少人員傷亡的關(guān)鍵作用.

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Overall design and research on road-cone vehicle for traffic incident fields

LV Neng-chao,LI Ze,LUO Qi-han,HUANG Zhen,WU Chao-zhong

(1.Intelligent transportation systems research center, Wuhan University of Technology ,Wuhan 430063,China;2.Engineering Research Center of the Ministry of education of highway traffic safety control and equipment,Wuhan 430063,China; 3.School of logistics engineering, Wuhan University of Technology Wuhan 430063,China;3.College of automation, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070,China)

Due to the high frequency of highway and urban expressway traffic incidents and rapid advance of human-centric conceptions, the emergences should be quickly responded.For the purpose of accident filed isolation, the fast layout and recovery of road cones becomes imperative.Accordingly, an overall design on road-cone vehicle is conducted to handle the traffic incident fields.By using the pickup truck as a vehicle platform, the mobile vehicle device is designed and installed in the carriage, whereas an electromagnet is used to deliver road cones.With assistance of SolidWorksTM, the road-cone vehicle is designed in the simple, efficient and reliable manner.Therefore, the quick isolation for incident fields can avoid traffic jams, reduce traffic injuries and prevent situation deteriorations.

traffic safety; road-cone vehicle; automatic layout and recovery; SolidWorks simulation; human-computer interaction

國(guó)家科技支撐計(jì)劃(2014BAG01B0503)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)基金資助(133244003)

呂能超(1982-)，男，博士，副教授.E-mail: lvnengchao@163.com

TH 122

A

1672-5581(2016)03-0233-06