一種用于應(yīng)急情況下的交通信號(hào)燈改變裝置設(shè)計(jì)

陳紀(jì)龍，逯兆友

(東北林業(yè)大學(xué)交通學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

1 引 言

應(yīng)急車輛在執(zhí)行任務(wù)時(shí)如何快速通過城市信號(hào)控制交叉口一直是一個(gè)長(zhǎng)期備受關(guān)注的問題。由于近幾年來城市突發(fā)性事件數(shù)量不斷增多，使得應(yīng)急情況下的交通控制變得更加重要，鑒于應(yīng)急車輛運(yùn)行有緊急性的特點(diǎn)，希望應(yīng)急車輛盡可能快地到達(dá)救援地點(diǎn)或醫(yī)療場(chǎng)所。

目前普遍存在的交通擁堵容易使應(yīng)急車被困堵在車流中，造成應(yīng)急車輛無法迅速、安全地到達(dá)目的地，由于普通車輛需自發(fā)為應(yīng)急車輛讓行，使得應(yīng)急車輛的運(yùn)行可能會(huì)進(jìn)一步加劇交通擁堵，甚至造成新的事故。因此，如何保證應(yīng)急車輛快速、安全地通過道路交叉口，是亟需解決的問題。

在解決上述問題上，吉林大學(xué)豆雪珊等人搭建了在車路協(xié)同環(huán)境下應(yīng)急車輛交叉口優(yōu)先通行硬件平臺(tái)，對(duì)緊急情況下應(yīng)急車輛在不同行駛方向下優(yōu)先通行控制模型進(jìn)行了研究和探討，提出了應(yīng)急車輛優(yōu)先通行前與優(yōu)先通行后的輔助方法及平滑過渡的協(xié)調(diào)控制策略，明顯降低了緊急車輛通過交叉口的行程時(shí)間、停車次數(shù)及時(shí)間延誤，提高應(yīng)急車輛在交叉口的通行效率;應(yīng)急車輛通過交叉口后，在交通狀態(tài)恢復(fù)過程中采用平滑過渡協(xié)調(diào)控制策略可以減少對(duì)普通車輛的影響；武漢理工大學(xué)趙欣等人提出應(yīng)急車輛在交叉口的可變導(dǎo)向車道優(yōu)先控制概念，并建立交叉口車輛實(shí)時(shí)延誤模型，制定對(duì)應(yīng)的信號(hào)優(yōu)先控制及時(shí)空組合優(yōu)先控制策略，在實(shí)現(xiàn)應(yīng)急車輛無延誤的前提下，以交叉口車輛總延誤最小為目標(biāo)，建立多相位信號(hào)優(yōu)化配時(shí)模型。

本文為解決信號(hào)燈處于紅燈狀態(tài)下應(yīng)急車輛無法快速地通過道路交叉口的問題，設(shè)計(jì)了一種應(yīng)急情況下信號(hào)燈的改變裝置。

2 裝置設(shè)計(jì)

本裝置包括應(yīng)急車輛遙控器和信號(hào)燈改變器。

應(yīng)急車輛遙控器設(shè)置在應(yīng)急車輛上，主要包括遙控器外殼1、開關(guān)按鈕2、無線電遙控發(fā)射器3和無線電發(fā)射天線4，遙控器外殼1為帶有空腔的長(zhǎng)方體，無線電遙控發(fā)射器3安裝在遙控器外殼1的空腔內(nèi)，開關(guān)按鈕2安裝在遙控器外殼1的上蓋外部，無線電發(fā)射天線4安裝在遙控器外殼1的前端。

圖1 應(yīng)急車輛遙控器的結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 無線電遙控發(fā)射器和無線電發(fā)射天線的電路圖

無線電遙控發(fā)射器3包括電阻R6、電阻R7、電阻R8、晶振B、電容C11、電容C12、NPN三極管VT5、電感線圈L3、電感線圈L4和開關(guān)SB，電阻R6的一端同時(shí)連接+9V電壓輸入端、電容C11的一端，線圈L3的一端、線圈L4的一端和無線電發(fā)射天線4的無線電發(fā)射接口，線圈L4的另一端接地，電阻R6的另一端同時(shí)連接晶振B的一端、NPN三極管VT5的基極和電阻R7的一端，晶振B的的另一端同時(shí)連接電容C11的另一端、線圈L3的另一端和NPN三極管VT5的集電極，NPN三極管VT5的發(fā)射極同時(shí)連接電阻R8的一端和電容C12的一端，電阻R8的另一端連接開關(guān)SB的一端，電容C12的另一端和開關(guān)SB的另一端同時(shí)接地；開關(guān)按鈕2與開關(guān)SB連接；

信號(hào)燈改變器包括無線電接收器和信號(hào)燈接口電路。

無線電接收器包括無線電接收天線、電容C1、可變電容C2、電容C3、電容C4、電容C5、電容C6、電容C7、電容C8、電容C9、電容C10、可變電阻RP、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、電感L1、電感L2、NPN三極管VT1、NPN三極管VT2、PNP三極管VT3、NPN三極管VT4、音頻變壓器T、二極管VD和繼電器線圈KM；

無線電接收天線的無線電接收接口連接電容C1的一端，電容C1的另一端同時(shí)連接電容C4的一端、NPN三極管VT1的基極、NPN三極管VT1的集電極、電容C3的一端、電感L1的一端、可變電容C2的一端和可變電阻RP的一端，NPN三極管VT1的發(fā)射極同時(shí)連接電容C3的另一端和電感L2的一端，電感L2的另一端同時(shí)連接電容C5的一端、電阻R1的一端和電容C6的一端，電容C6的另一端連接電阻R2的一端，電阻R2的另一端同時(shí)連接NPN三極管VT2的基極、電容C9的一端和電阻R3的一端，NPN三極管VT2的集電極同時(shí)連接電容C9的另一端、電阻R3的另一端、電容C8的一端和音頻變壓器T初級(jí)線圈的一端，音頻變壓器T次級(jí)線圈的一端同時(shí)連接音頻變壓器T次級(jí)線圈的中間抽頭、電容C10的一端、PNP三極管VT3的發(fā)射極和PNP三極管VT3的基極，PNP三極管VT3的集電極同時(shí)連接電容C10的另一端和電阻R4的一端，電阻R4的另一端同時(shí)連接電阻R5的一端、NPN三極管VT4的基極，NPN三極管VT4的集電極同時(shí)連接繼電器線圈KM的一端和二極管VD的陽極；可變電阻RP的另一端、電感L1的另一端、可變電容C2的另一端、電容C7的一端、電容C8的另一端、音頻變壓器T初級(jí)線圈的另一端、音頻變壓器T次級(jí)線圈的一端、二極管VD的陰極和繼電器線圈KM的另一端同時(shí)連接+9V電壓輸入端；電容C7的另一端接地；電容C4的另一端、電容C5的另一端、電阻R1的另一端、接NPN三極管VT2的發(fā)射極、電阻R5的另一端和NPN三極管VT4的發(fā)射極同時(shí)接地。

圖3 無線電接收器的電路圖

信號(hào)燈接口電路包括電阻R9、電阻R10、電阻R11、電阻R12、應(yīng)急車道綠燈G1、應(yīng)急車道紅燈R1、非應(yīng)急車道紅燈R2、非應(yīng)急車道綠燈G2、繼電器常開觸點(diǎn)KM1、繼電器常閉觸點(diǎn)KM2、繼電器常開觸點(diǎn)KM3和繼電器常閉觸點(diǎn)KM4；繼電器常開觸點(diǎn)KM1的一端、繼電器常閉觸點(diǎn)KM2的一端、繼電器常開觸點(diǎn)KM3的一端和繼電器常閉觸點(diǎn)KM4的一端同時(shí)連接+5V電壓輸入端的正極，繼電器常開觸點(diǎn)KM1的另一端連接應(yīng)急車道綠燈G1的一端，應(yīng)急車道綠燈G1的另一端連接電阻R9的一端，繼電器常閉觸點(diǎn)KM2的另一端連接應(yīng)急車道紅燈R1的一端，應(yīng)急車道紅燈R1的另一端連接電阻R10的一端，繼電器常開觸點(diǎn)KM3的另一端的另一端連接非應(yīng)急車道紅燈R2的一端， 非應(yīng)急車道紅燈R2的另一端連接電阻R11的一端，繼電器常閉觸點(diǎn)KM4的另一端連接非應(yīng)急車道綠燈G2的一端，非應(yīng)急車道綠燈G2的另一端連接電阻R12的一端，電阻R9的另一端、電阻R10的另一端、電阻R11的另一端和電阻R12的另一端同時(shí)連接+5V電壓輸入端的負(fù)極。

圖4 信號(hào)燈接口電路的電路圖

3 可行性分析

本裝置采用Arduino控制信號(hào)燈實(shí)現(xiàn)與車輛和控制系統(tǒng)的互聯(lián)。在定時(shí)控制信號(hào)燈中，當(dāng)緊急車輛要通過紅色信號(hào)交叉口時(shí)，緊急車輛通過該裝置向控制系統(tǒng)發(fā)送信息，使Arduino的通信引腳電位發(fā)生改變，啟動(dòng)中斷函數(shù)使現(xiàn)有信號(hào)發(fā)生改變——使紅色信號(hào)燈臨時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)辄S色，3 s后轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色。

圖5 裝置運(yùn)行流程圖

待緊急車輛通過交叉口時(shí)，再次發(fā)送信號(hào)，程序跳出中斷函數(shù)，使信號(hào)燈恢復(fù)到原來的周期；在感應(yīng)控制信號(hào)燈中，由于增加固定周期，使其線控系統(tǒng)中周期不至于紊亂，從而能夠達(dá)到基本線控的效果。

4 結(jié) 論

本裝置在應(yīng)急車輛通過十字路口的信號(hào)燈時(shí)，所在道路無法通車時(shí)，按下應(yīng)急車輛上設(shè)置的應(yīng)急車輛遙控器的開關(guān)按鈕，繼電器線圈得電吸合，應(yīng)急車道的信號(hào)燈由紅燈變?yōu)榫G燈，非應(yīng)急車道的信號(hào)燈由綠燈變?yōu)榧t燈，應(yīng)急車輛得以通行，當(dāng)應(yīng)急車輛通過該路口后，再次按下應(yīng)急車輛上設(shè)置的應(yīng)急車量遙控器的開關(guān)按鈕，繼電器線圈失電釋放，應(yīng)急車輛的信號(hào)燈由綠燈變?yōu)榧t燈，非應(yīng)急車道的信號(hào)燈由紅燈變?yōu)榫G燈，十字路口的信號(hào)燈恢復(fù)為原工作狀態(tài)。解決了現(xiàn)有應(yīng)急車輛在通過道路交叉口時(shí)，信號(hào)燈處于紅燈狀態(tài)下無法快速地通過道路交叉口的問題。

圖6 周期復(fù)位說明圖