有關(guān)新一代剎車燈的構(gòu)思——警停燈

昝鷺鷥 張晗 冀向陽(yáng) 韓鵬洋

摘 要：追尾、疲勞駕駛等現(xiàn)象是交通事故的高危隱患，尤其是在節(jié)假日、上班高峰期等車流量大的情境中，加上司機(jī)的不良駕駛習(xí)慣，更加劇了事故的發(fā)生概率。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在交通事故類別比例中，追尾占60%。下面，舉例說(shuō)明：1、5月18日，南京市六合區(qū)雍六高速發(fā)生一起車禍，兩輛小車發(fā)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(duì)接警之后迅速趕到現(xiàn)場(chǎng)，設(shè)置路障，引導(dǎo)高速車輛小心慢行，隨后調(diào)來(lái)事故清障車，將現(xiàn)場(chǎng)清理干凈，直到今天凌晨?jī)牲c(diǎn)左右雍六高速才恢復(fù)正常通行。2、5月14日下午，G65包茂高速公路龍鳳山隧道發(fā)生一起6車連環(huán)追尾事故。事故發(fā)生后，當(dāng)?shù)亓⒓磫?dòng)應(yīng)急預(yù)案，目前，送往醫(yī)院的傷者都已經(jīng)得到妥善救治。截止5月15日上午十點(diǎn)，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(cái)產(chǎn)損失等都不容小視，更有清理、疏導(dǎo)等費(fèi)時(shí)費(fèi)力的后續(xù)工作。因此，尋求一種能夠有效降低追尾事故發(fā)生概率的方法便成了我們今天要探討的問題。

關(guān)鍵詞：警停燈；剎車燈；

引言：

由于后方司機(jī)不知道前方司機(jī)正在急剎，便導(dǎo)致了事故的發(fā)生。也就是說(shuō)由于后方司機(jī)不清楚前方司機(jī)的剎車力度，導(dǎo)致追尾事故的發(fā)生。如果我們能讓后方司機(jī)得知前 方司機(jī)的剎車力度，那么追尾事故和二次事故的發(fā)生幾率將會(huì)大大降低。

警停燈就是傳遞前方司機(jī)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(jì)ADXL345，外殼使用亞克力板制作成的，并且在外殼上采用空氣對(duì)流的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，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?cè)谲囕v上裝警停燈的時(shí)候只需對(duì)車輛進(jìn)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(jī)動(dòng)車上。

車輛加速度的測(cè)量是利用加速度計(jì)ADXL345和水銀開關(guān)。我們將ADXL345測(cè)得的三個(gè)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(guān)鍵問題是車輛在上下坡時(shí)角度的測(cè)量，對(duì)于角度的測(cè)量，警停燈采用水銀開關(guān)測(cè)車頭的轉(zhuǎn)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(shù)測(cè)出車輛與水平方向的夾角，再利用三角函數(shù)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(jìn)而通高亮度LED燈列量化顯示。

一、測(cè)量角度的具體方法為：

采用兩個(gè)水銀開關(guān)，分別傾斜的放在以加速度計(jì)為中心X軸和Z軸組成坐標(biāo)系的三四象限，當(dāng)加速度計(jì)水平放置時(shí)，水銀開關(guān)都不會(huì)處于開啟狀態(tài)，當(dāng)加速度計(jì)向X軸正向旋轉(zhuǎn)是，一個(gè)水銀開關(guān)開啟（另一個(gè)水銀開關(guān)閉合）；當(dāng)加速度計(jì)向X軸負(fù)向旋轉(zhuǎn)時(shí)，另一個(gè)開關(guān)開啟，這樣我們將兩個(gè)水銀開關(guān)的一端接入高電平，另一端分別接入不同的測(cè)量口，這樣我們就可以根據(jù)這兩個(gè)輸入口不同的高低電平組合，就可以準(zhǔn)確測(cè)得轉(zhuǎn)向。

二、角度的測(cè)量：

通過水銀開關(guān)測(cè)出被測(cè)物的旋轉(zhuǎn)方向，在根據(jù)加速度計(jì)測(cè)出三個(gè)方向的加速度，我們利用三角函數(shù)關(guān)系就可以計(jì)算出被測(cè)物當(dāng)前位置相對(duì)于豎直方向的夾角大小和方向，這樣我們就可以正確測(cè)出被測(cè)物每一時(shí)刻的動(dòng)態(tài)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(jù)車輛剎車力度的不同，有不同的顯示方式。輕剎時(shí)，中間的兩列紅燈會(huì)亮；中剎時(shí)，中間兩列紅燈和其旁邊的兩列自燈會(huì)亮；急剎時(shí)，所有燈列都會(huì)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(jī)。

三、在制作過程中，要注意以下幾點(diǎn)：

1：我們根據(jù)加速度計(jì)在莫些方面上的局限，設(shè)計(jì)出了路況探測(cè)傳感器。其功能是對(duì)車輛當(dāng)前所行駛的路況，即上坡，平坡，下坡進(jìn)行探測(cè)，并向主控板傳遞電信號(hào)，以方便主控板對(duì)加速度計(jì)的采樣值進(jìn)行處理。

2：解決車輛在上下坡行駛時(shí)的問題

車輛在上下坡行駛時(shí)，重力會(huì)影響加速度計(jì)對(duì)車輛真正加速度值得測(cè)量，所以我們 根據(jù)路況探測(cè)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(dāng)前真正的加速度值。

3.：我們?cè)O(shè)計(jì)了消除車輛震動(dòng)影響的濾波算法

我們對(duì)加速度采樣值進(jìn)行平滑濾波和限福濾波的算法設(shè)計(jì)，消除了車輛震動(dòng)的影響量。

4：解決了高亮度led燈的驅(qū)動(dòng)問題

高亮度LED燈的工作電流大，但憑借IO口是不能驅(qū)動(dòng)燈的。所以我們?cè)O(shè)計(jì)出了依靠達(dá)林頓管的驅(qū)動(dòng)電路。

5：解決了高亮度led燈的散熱問題

高亮度LED燈工作時(shí)，會(huì)發(fā)出大量的熱，會(huì)影響燈的使用壽命，我們采用了散熱硅膠加鐵片進(jìn)行主散熱，而且通過空氣對(duì)流的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行輔助散熱，經(jīng)濟(jì)并且效果好

四、警停燈具有的優(yōu)勢(shì)有：

現(xiàn)在的剎車燈都只能顯示出來(lái)車輛當(dāng)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(yōu)勢(shì)一：警停燈采用兩種方式進(jìn)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(dá)到無(wú)需改裝車輛結(jié)構(gòu)，可直接使用，方便安裝。

優(yōu)勢(shì)二：本產(chǎn)品應(yīng)用范圍廣泛，它即可以用在機(jī)動(dòng)車上還可以用在非機(jī)動(dòng)車上。

優(yōu)勢(shì)三：使用壽命長(zhǎng)

優(yōu)勢(shì)四：采用LED燈，理論可以用6萬(wàn)小時(shí)，也就是說(shuō)在車報(bào)廢期間就不用換燈泡了。

五、警停燈的市場(chǎng)應(yīng)用：

我們的最終目標(biāo)是將警停燈成為車輛的標(biāo)配，進(jìn)而替代高位剎車燈。截止2015年底，全國(guó)機(jī)動(dòng)車保有量達(dá)2.79億輛，其中汽車1.72億輛；機(jī)動(dòng)車駕駛?cè)?.27億人，其中汽車駕駛?cè)顺^2.8億人。安全重如山，任何有關(guān)安全的問題都不是小事，相信我們的創(chuàng)意會(huì)在減少追尾事故發(fā)生概率上起到良好的作用。有很大的市場(chǎng)空間，另一方面我們的產(chǎn)品應(yīng)用范圍廣泛。

參考文獻(xiàn)：

[1]袁西， 陳棟， 田湘，等. 三軸數(shù)字加速度計(jì)ADXL345及其在捷聯(lián)慣導(dǎo)中的應(yīng)用[J]. 電子設(shè)計(jì)工程， 2010， 18（3）：138-140.

[2]陳玉玲， 李磊. 基于單片機(jī)的地鐵剎車燈故障提醒電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 數(shù)碼世界， 2016（12）：162-162.

[3]張朝陽(yáng). 自行車轉(zhuǎn)向剎車警示燈：， CN204150159U[P]. 2015.

作者簡(jiǎn)介：

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

張晗，1997年6月27號(hào)，女，漢族，河南省人；職稱：學(xué)生；單位：鄭州大學(xué)；研究方向：車輛方向.

冀向陽(yáng)，1996年6月7日，男，漢族，河南省人；職稱：學(xué)生；單位：鄭州大學(xué)；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(xué)生；單位：鄭州大學(xué)；研究方向：車輛方向.