載貨汽車在途監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)*

趙佳琪，趙志剛，郝亮，李俊，趙智杰

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載貨汽車在途監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)*

趙佳琪，趙志剛，郝亮，李俊，趙智杰

（遼寧工業(yè)大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院，遼寧 錦州 121001）

載貨汽車的內(nèi)輪差是造成重大交通事故的主要原因之一，對于其完全透明化設(shè)計研究保障行車安全顯得至關(guān)重要。鑒于此，通過對載貨汽車內(nèi)輪差建模的研究，進(jìn)一步確定內(nèi)輪差范圍，應(yīng)用紅外光電傳感器對內(nèi)輪差區(qū)域的狀況進(jìn)行采集，采用STM32單片機(jī)為控制核心，搭建系統(tǒng)的硬件及相應(yīng)的控制電路對采集信息進(jìn)行分析、處理，進(jìn)行危險狀況預(yù)警提醒。這套系統(tǒng)具有研發(fā)成本低、實用性強(qiáng)、能有效消除了轉(zhuǎn)向內(nèi)輪差視野盲區(qū)等優(yōu)點，因此其具有很好的推廣價值。

內(nèi)輪差；行車安全；建模；紅外光電傳感器；STM32單片機(jī)

近年來，貨車營運(yùn)車輛造成交通事故的重要誘因之一是右轉(zhuǎn)向內(nèi)輪差。根據(jù)過去的2011全年國家統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，國內(nèi)發(fā)生道路傷亡交通事故總共為210812件，其中死亡人數(shù)達(dá)到了62387人，而其中內(nèi)輪差事故率為24%，事故總數(shù)達(dá)到了50297件，死亡人數(shù)為20649人，占死亡總?cè)藬?shù)的33.2%[1]。

本文采用單片機(jī)技術(shù)，通過搭建外圍硬件，實現(xiàn)了對內(nèi)輪差區(qū)域的信息的采集、分析與預(yù)警等功能，從而保證了貨車右轉(zhuǎn)內(nèi)輪差盲區(qū)全覆蓋，從而實現(xiàn)了貨車右轉(zhuǎn)內(nèi)輪差區(qū)域“透明化”設(shè)計，保障車輛轉(zhuǎn)彎安全性起到積極的作用。

1 內(nèi)輪差理論研究

私家轎車及小型車輛的內(nèi)輪差區(qū)域范圍很小，幾乎不影響汽車行駛的安全性，但是對于大型營運(yùn)客貨車輛來說30%事故都是由于內(nèi)輪差視覺盲區(qū)造成的。表1當(dāng)中給出了不同貨車的內(nèi)輪差具體數(shù)值。

如圖1所示為單車右轉(zhuǎn)向內(nèi)輪差模型示意圖，車輛的輪距為，分別為前右和后右輪。不計由于轉(zhuǎn)彎離心力造成的輪胎形變與側(cè)滑的影響。車輛右轉(zhuǎn)過程中，點的速度V始終恒定，點軌跡為/2圓?。ò霃綖?、圓心為）然后接直線段。如圖1所示，以為坐標(biāo)原點建立平面直角坐標(biāo)系，并定義角處的內(nèi)輪差()，是點軌跡和點軌跡沿相同方向的徑矢之差為：

圖1 單車內(nèi)輪差的理論模型示意圖

右轉(zhuǎn)向內(nèi)輪差最大值是：

點的運(yùn)動速度與線段之間的角度應(yīng)有對應(yīng)以下關(guān)系式：

因此，由速度投影定理可知點的運(yùn)動速度的按照投影定理得到分量方程式為：

從零時刻開始，對應(yīng)的坐標(biāo)點為(-，-)，點的運(yùn)動軌跡可由(5)式進(jìn)行積分而得到，然后就能按照公式（1）計算出不同時刻右轉(zhuǎn)的車輛內(nèi)輪差具體數(shù)值。

圖2為半掛車的右轉(zhuǎn)向內(nèi)輪差原理圖，牽引頭的軸距為1，車身的軸距為2，牽引頭和車身由光滑軸相連，如果點沿著以O(shè)為圓心、半徑是R的圓弧軌跡運(yùn)動以建立的坐標(biāo)系為基準(zhǔn)，順時針轉(zhuǎn)動達(dá)到正向轉(zhuǎn)角，而虛線表示的分別是的軌跡，實現(xiàn)表示的分別是右前輪和右后輪的運(yùn)動軌跡。與點按照單車運(yùn)動規(guī)律運(yùn)動，點不同時刻的運(yùn)動軌跡也可由（5）式求得。點的運(yùn)動方向始終與平行，速度大小由投影定理得到。 對時間積分可得點在任意時刻的位置。、點軌跡差：

需要指出，d'并非最大內(nèi)輪差，半掛車的最大內(nèi)輪差應(yīng)為和的軌跡之差：

2 系統(tǒng)總體設(shè)計

本系統(tǒng)總體設(shè)計框圖如圖3所示。以STM32單片機(jī)為主控制器[2]，使用2個紅外光電傳感器進(jìn)行右側(cè)內(nèi)輪差區(qū)域信號實時采集，送STM32單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算、處理，將報警信息在中文液晶屏上顯示，通過語音提醒司機(jī)注意，對危險狀況做出提前判斷。

圖3 系統(tǒng)總體架構(gòu)

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

貨車轉(zhuǎn)向預(yù)警系統(tǒng)硬件設(shè)計是以單片機(jī)為核心，外圍擴(kuò)展電源供電模塊、光電信號采集模塊、中文液晶顯示模塊和語音報警模塊等，選取的模塊和電路相互協(xié)調(diào)、共同工作，來實現(xiàn)貨車轉(zhuǎn)向預(yù)警系統(tǒng)所需要的功能。系統(tǒng)硬件平臺的模塊框圖如圖4所示：

圖4 系統(tǒng)硬件模塊框圖

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

硬件由嵌入式C語言編寫的主程序調(diào)用子程序來實現(xiàn)預(yù)定的功能，其流程圖如10所示。采用模塊化軟件設(shè)計思路[3,4]，編寫各種模塊的驅(qū)動的程序，比如語音模塊、液晶屏等程序，通過J-LINK仿真器來進(jìn)行程序的在線仿真和燒寫程序。系統(tǒng)軟件總體流程圖如圖5所示：

圖10 系統(tǒng)軟件總體流程圖

5 結(jié)語

對于右轉(zhuǎn)貨車的轉(zhuǎn)向內(nèi)輪差區(qū)域，由于不同車型是不同的，通過分析幾種典型車型基礎(chǔ)上，確定其內(nèi)輪差的大致的區(qū)域范圍，同時也明確了為減少內(nèi)輪差，應(yīng)該盡可能大的轉(zhuǎn)彎半徑。此外，汽車右轉(zhuǎn)時，駕駛員是通過車輛右側(cè)后視鏡觀察路況的，為了減少視覺誤差和觀察誤差應(yīng)盡量降低車速。而本預(yù)警系統(tǒng)以單片機(jī)為核心控制單元，搭建貨車右轉(zhuǎn)向危險狀態(tài)主動預(yù)警系統(tǒng)，實現(xiàn)了貨車右轉(zhuǎn)彎危險狀況的實時、準(zhǔn)確預(yù)警，以便消除內(nèi)輪差產(chǎn)生視野盲區(qū)。大貨車轉(zhuǎn)向預(yù)警系統(tǒng)針對實際問題，實現(xiàn)低成本的車輛產(chǎn)品的研發(fā)是可行的。

[1] 沈艾中.大貨車之殤—貨運(yùn)車輛交通事故高發(fā)的成因及對策[J].公安學(xué)刊, 2012(4): 85-89.

[2] 劉火良,楊森.《STM32庫開發(fā)實戰(zhàn)指南》[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2013:78-92.

[3] 段了然,李雪蓮等.基于ISD1700語音控制芯片的低成本公交車自動報站電路設(shè)計[J].電子技術(shù)與軟件工程,2014,24(1):104-191.

[4] 任勝兵,邢琳.軟件工程[M].北京:北京郵電大學(xué)出版社,2004: 132-143.

Development of on-the-road monitoring system for trucks*

Zhao Jiaqi, Zhao Zhigang, Hao Liang, Li Jun, Zhao Zhijie

( School of automotive and traffic engineering, liaoning university of technology, Liaoning jinzhou 121001 )

Inner wheels difference is the main one of many causes for traffic accidents when trucks turn to right. It is crucial to design it to hyalinize in order to ensure the safety of driving. In view of this, area of inner wheels difference can be confirmed based on modeling and it is collected through infrared electric sensor and STM32 single-chip computer is used as the core to build the hardware and the control circuit in order to analysis and manage collecting information so as to warn dangerous conditions. The system has an advantage of research and development low cost, strong practicability and eliminating blind area of difference of radius between inner wheels etc. So it is useful for adopting this system widely.

inner wheels difference;traffic safety;modeling;infrared electric sensor;STM32 single-chip computer

U463.44+4

A

1671-7988(2019)09-84-03

U463.44+4

A

1671-7988(2019)09-84-03

趙佳琪，就讀于遼寧工業(yè)大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院。

2018遼寧工業(yè)大學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（201810154126）。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.09.028