汽車防超速限速控制裝置與控制方法

張鳳嬌 楊宏圖 史顏洋 唐大鵬

摘 要：針對高速公路上駕駛員的超速行為，設計一種高速汽車防超速限速控制系統(tǒng)，在車速保持在國家限速的10%以內(nèi)時進行語音報警，為車輛駕駛?cè)藛T提供警示標志，以便駕駛?cè)藛T及時減速;設置限速控制系統(tǒng)，在駕駛員長時間超速行駛時實行強制限速控制，為車輛駕駛員提供有效的安全保障，保證汽車安全行駛。

關鍵詞：防超速限速;控制系統(tǒng);裝置

據(jù)統(tǒng)計，大量交通死亡事故有50%是因超速行駛所致[1]。中國交通法規(guī)明確規(guī)定汽車高速公路限速120km/h，車速超過132km/h將被罰款處理，但很多情況下，仍然有很多駕駛員違反國家交通法規(guī)故意超速駕駛造成很多重大交通事故。為了給司機行車過程中以全程的安全警示，以降低交通事故的發(fā)生幾率，國內(nèi)外已有研究人員設計出了多種汽車超速警報電路系統(tǒng)，國外在超速警報系統(tǒng)方面的研究已經(jīng)很成熟，而國內(nèi)在該領域的研究尚待提高，國內(nèi)的專家學者們不但研究收集超速行駛數(shù)據(jù)，而且還對超速的發(fā)生的情境進行一系列的細致剖析，如魏秀嶺[2]對車輛警示系統(tǒng)的組成及工作流程進行大量研究，簡單敘述了一下視頻測速的原理和方法，提出了更加適合高速公路道路實時的動態(tài)陰影的消除和車輛實時跟蹤的運算。王素琴[3]等人研究了基于GPS/GSM/GIS的智能公交車輛監(jiān)控的系統(tǒng)，闡述了監(jiān)控系統(tǒng)的原理。毛建民[4]等人通過研究超速行駛及限速對交通安全的影響，合理限制速度可以有效減少重大交通事故的發(fā)生，還舉例說明限制駕駛速度的相關實施措施。歐居尚[5]等人通過對汽車超速駕駛原因的研究，并從教育、法律、交通安全措施和交通科技四方面應采取一些相應措施來達到防止汽車超速行駛。

國內(nèi)現(xiàn)有的汽車防超速報警系統(tǒng)，大多依靠傳感器系統(tǒng)實時監(jiān)視著汽車的行駛速度，它能在車速超過設定值時發(fā)出聲光警示，刺激司機的視覺和聽覺，提示司機立即減速，直到車速降到安全速度以內(nèi)[6]，此類型的防超速警報系統(tǒng)，一定程度上可以減少因超速而發(fā)生的交通事故，但是無法從根本上杜絕高速上的故意超速行為?；诖耍疚脑O計一種高速汽車防超速限速控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠讓車速保持在國家限速的10%以內(nèi)時語音報警，在駕駛員長時間超速行駛時實現(xiàn)強制限速控制。

1 汽車防超速限速控制裝置的基本組成

汽車防超速限速控制裝置，它包括車輛狀態(tài)模塊、駕駛輸入模塊、環(huán)境檢測模塊、車載ACC巡航系統(tǒng)、超速辨識模塊、底盤制動系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)。車輛狀態(tài)模塊、駕駛輸入模塊和環(huán)境檢測模塊均分別與車載ACC巡航系統(tǒng)信號連接，車輛狀態(tài)模塊固定安裝在車輪上方，并與輪胎流水槽正對，汽車的行駛狀態(tài)信號傳遞給車輛狀態(tài)模塊，車輛狀態(tài)模塊包括車速傳感器、制動壓力傳感器、加速度傳感器、車輛定位器和車輪轉(zhuǎn)角傳感器，車速傳感器、制動壓力傳感器、加速度傳感器、車輛定位器和車輪轉(zhuǎn)角傳感器均分別與車載ACC巡航系統(tǒng)信號連接;駕駛輸入模塊采集加速踏板信號和制動踏板信號;環(huán)境檢測模塊采集車頭時距信號和交通堵塞信號;車載ACC巡航系統(tǒng)與超速辨識模塊相連，超速辨識模塊與底盤制動系統(tǒng)相連;底盤制動系統(tǒng)與執(zhí)行機構(gòu)相連，執(zhí)行機構(gòu)包括獨立制動模塊和驅(qū)動控制模塊，獨立制動模塊控制汽車的車速，驅(qū)動控制模塊控制汽車的加速踏板;執(zhí)行機構(gòu)與汽車指示燈和報警器相連，指示燈安裝在汽車的儀表盤上，報警器與汽車的倒車雷達蜂鳴器共用;如圖1所示。

2 汽車防超速限速控制裝置的控制方法

如圖2所示

步驟一：車輛狀態(tài)模塊將車速信號、制動壓力信號、加速度信號、車輛位置信號和車輪轉(zhuǎn)角信號傳遞至車載ACC巡航系統(tǒng)，駕駛輸入模塊將加速踏板信號和制動踏板信號傳遞至車載ACC巡航系統(tǒng)，環(huán)境檢測模塊將車頭時距信號和交通堵塞信號傳遞至車載ACC巡航系統(tǒng);

步驟二：車載ACC巡航系統(tǒng)將步驟一中采集的信號傳遞至超速辨識模塊，超速辨識模塊中的中央處理器對信號進行處理后進行閾值分析，將閾值分為三個層級，第一層級為輕微超速，超速范圍為超速10%以內(nèi)，第二層級為中等超速，超速范圍為超速10%-20%，第三層級為嚴重超速，超速范圍為超速20%以上;

步驟三：超速辨識模塊將不同層級的信息傳遞至底盤制動系統(tǒng)，底盤制動系統(tǒng)將信息傳遞至相應的執(zhí)行機構(gòu)對車輛進行控制，當處于第一層級時，ACC開啟，執(zhí)行機構(gòu)控制指示燈和警報器工作，當處于第二層級時，ACC開啟，執(zhí)行機構(gòu)控制指示燈和警報器工作的同時，通過獨立制動模塊對車輛進行強制降速，當處于第三層級時，ACC關閉，執(zhí)行機構(gòu)控制指示燈和警報器工作的同時，通過獨立制動模塊對車輛進行強制降速，此時通過驅(qū)動控制模塊對加速踏板進行控制，使加速踏板的加速動作無效，第二層級和第三層級與中央處理器互通訊連接，傳遞這兩行駛狀態(tài)信號;

步驟四：當車輛狀態(tài)模塊檢測到汽車不超速行駛后，重復步驟一到步驟三。

當閾值分析判斷超速模式為第一層級輕微超速時，車輛系統(tǒng)ECU立即觸發(fā)語音報警和危險指示燈報警電路，提醒駕駛員減速慢行;當閾值分析判斷超速模式為第二層級中等超速時，車輛系統(tǒng)ECU發(fā)出指令給ACC系統(tǒng)在語音和燈光報警的同時進行限速行駛，限速實現(xiàn)由獨立制動模塊完成;當閾值分析判斷超速模式為第三層級嚴重超速時，車輛系統(tǒng)ECU控制電動汽車的底盤制動系統(tǒng)短時強制降速，限制車速在132km/h以下，此時駕駛員踩踏板加速無效，直到裝置檢測到汽車穩(wěn)定行駛一定時間后，再循環(huán)重復上述第一層級或第二層級的控制。

本文構(gòu)建的這種超速危險程度辨識方法，建立的多層級防超速報警和限速系統(tǒng)，能彌補ACC巡航系統(tǒng)的不足和現(xiàn)有防超速報警系統(tǒng)的缺陷。

基金：江蘇省高等學校大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目（201913114005Y）; 江蘇省常州市科技計劃項目（CJ20190009）;江蘇省高職院校教師專業(yè)帶頭人高端研修項目（2019GRFX014）;

參考文獻：

[1]羅衛(wèi)兵，孫樺，張捷. SystemView動態(tài)系統(tǒng)分析及通信系統(tǒng)仿真設計[M].西安：西安電子科技大學出版社，2001.

[2]魏秀嶺.高速公路車輛超速警示系統(tǒng)關鍵技術研究[D].長安大學，2009.

[3]王素琴，林碧英.基于GPS/GSM/GIS的智能公交車輛監(jiān)控系統(tǒng)的研究[J].四川大學學報（自然科學版），2005（04）：710-713.

[4]毛建民，于博，張春學.超速行駛對交通安全的影響及其對策[J].公路與汽運，2009（04）：52-54.

[5]歐居尚.機動車超速行駛的認定方法與對策研究[D].西南交通大學，2006.

[6]王善鯉，王艷，魏國娟，忽滿利.一種可用于機動車超速警報系統(tǒng)的電路設計[J].電子科技，2009，22（08）：87-89.