基于自動尋跡控制的車用警示裝置

管少杰，匡智慧，董 鑫，張洪賓

（山東理工大學(xué)，山東 淄博255049）

1 研究背景

在美國、歐洲，如果高速公路上發(fā)生車禍，交警至少在200 m 以外就在地上放置冷光蠟燭（防風(fēng)），提醒駕駛員換線，冷光蠟燭連成一條長長的火光斜線，后方的司機有非常足夠的時間避開故障區(qū)。而在中國，要求在故障車輛（事故車輛）后方至少150 m 處放一個熒光的三角架警示來往車輛，在國內(nèi)相關(guān)專利中也有提及“通過后備箱開啟后，以連接帶隨風(fēng)飄蕩使警示三角架落至汽車后方”式放置警示三角架，但此裝置存在自動化程度低、靈活性低、安全系數(shù)低等缺點。由于高速公路車速快，尤其在夜間行車視線不足的情況，駕駛?cè)瞬叫性O(shè)置警示標志將非常不安全。

大量數(shù)據(jù)顯示，高速公路發(fā)生的交通事故中，在設(shè)置警示標志的過程中發(fā)生的事故占據(jù)了很大一部分。開發(fā)一種智能設(shè)備代替人工放置警示裝置顯得尤為重要。相比于傳統(tǒng)的三角警示牌和其他警示方法，本項目設(shè)計的基于自動尋跡控制的車用警示裝置可在車輛發(fā)生交通事故或故障時，駕駛員在高速公路右側(cè)護欄外，根據(jù)設(shè)定的目標距離，通過控制器遠程操作車用尋跡警示裝置，該裝置可自動到達相應(yīng)位置，降低駕駛員步行放置警示裝置的風(fēng)險。

2 項目簡介

該裝置由變形三角架、車載控制設(shè)備、手動遙控器組成。該裝置可用于車輛發(fā)生交通事故或故障時，駕駛員可在高速公路右側(cè)護欄外，根據(jù)設(shè)定的目標距離和坐標，通過控制器遠程操作車用尋跡警示裝置，該裝置可自動沿應(yīng)急車道左側(cè)車道白實線移動至上游150 m 處后，再橫向移動至故障車輛中心線的交點位置，降低駕駛員在高速公路上步行放置警示標志的風(fēng)險。實物如圖1 所示。

3 設(shè)計方案

3.1 設(shè)計思路

在原有應(yīng)急警示三角牌基礎(chǔ)上進行改造，通過增加電動推桿和可自動、可遙控行駛的底盤，設(shè)計成能通過遠程控制的自動尋跡警示裝置。

圖1 實物圖

在車輛發(fā)生故障時，駕駛員可立馬撤離到高速公路安全位置，通過控制器遠程控制尋跡警示裝置，該裝置可沿應(yīng)急車道左側(cè)車道白實線移動至指定位置，移動過程三角警示牌自動升起。最后通過遙控微調(diào)，尋跡警示裝置再橫向移動至故障車輛中心線的交點位置，起到對后方車輛的警示作用。

回收時，發(fā)射無線電信號，該裝置先橫向移動至應(yīng)急車道左側(cè)白實線，再沿白實線向故障車輛所在方向移動。整個過程實現(xiàn)用智能設(shè)備替代人工放置警示三角牌，降低駕駛員在高速公路上步行放置警示標志的風(fēng)險。

3.2 裝置組成

該裝置由變形三角架、車載控制裝置、手動遙控裝置三部分組成。變形三角架工作流程演示如圖2 所示。

3.2.1 變形三角架

在原有應(yīng)急三角架基礎(chǔ)上進行改造，增加底盤、動力輪、升起裝置。

3.2.2 車載控制裝置

車載控制裝置分為兩部分，駕駛操控界面的控制按鈕區(qū)域和車位尋跡信號發(fā)射區(qū)?？刂瓢粹o區(qū)域與尋跡信號發(fā)射區(qū)由車載電路連接通信，主要承擔(dān)信號的傳送以及其他總線控制機能。尋跡信號發(fā)射區(qū)包括無線電信號發(fā)射接收器，實時向?qū)ほE三角架提供信號，并接收反饋，以調(diào)整車用警示裝置軌跡。該部分裝置根據(jù)設(shè)定程序以及遙控指令實現(xiàn)三角警示牌按人為需求自動放置到指定位置。

圖2 變形三角架工作流程演示圖

3.2.3 手動遙控裝置

在自動化的系統(tǒng)外，另設(shè)手動遙控裝置，便于駕駛?cè)俗灾髡{(diào)節(jié)三角架位置。手動遙控裝置對運載裝置進行控制，使其運動到車輛后方150 m 處。同時通過可操控手柄對運載裝置進行控制，使其在特定地點打開警示裝置。并在車輛得到救援后，遙控自動返回故障地點，進行回收利用。工作示意如圖3 所示。

圖3 工作示意圖

4 工作原理

在車輛發(fā)生故障時，駕駛員可以首先將車輛開到應(yīng)急車道內(nèi)，按《道路交通安全法》內(nèi)容使用相應(yīng)警示燈光，并在車輛后方150 m 處設(shè)置三角警示牌。本項目設(shè)計的自動尋跡警示裝置能替代人工放置三角警示牌，需要駕駛員將裝置放置在車道白實線上，然后立馬撤離到高速公路右側(cè)護欄外安全位置，再通過控制器啟動尋跡警示裝置，該裝置可沿應(yīng)急車道車道白實線移動至上游150 m 處，再橫向移動至故障車輛中心線的交點位置，到達指定位置后，三角警示牌在電動推桿推動下自動緩慢升起，起到警示后方車輛作用。

直至故障車輛得到救援轉(zhuǎn)移，駕駛員遠程控制自動尋跡裝置回到車道白實線上，裝置檢測到白實線后自動按白實線軌跡回到初始位置，警示牌在電動推桿收縮牽引下降落，實現(xiàn)自動尋跡裝置回收。該裝置降低了駕駛員在高速公路上步行放置警示標志的風(fēng)險，最大程度保障了駕駛員和車內(nèi)乘客的生命財產(chǎn)安全。工作原理如圖4 所示。

圖4 工作原理圖

5 關(guān)鍵技術(shù)

5.1 尋跡技術(shù)

利用紅外光電傳感器對路面白色車道線進行檢測，并將路面檢測信號進行分析判斷，及時控制驅(qū)動電機以調(diào)整裝置轉(zhuǎn)向，從而使裝置能夠沿著白色車道線軌跡自動移動，實現(xiàn)裝置自動尋跡的目的。紅外光線反射特性對于不同物體反射特性不一樣，裝置在移動過程中不斷向地面發(fā)射紅外光，當紅外光遇到白色地面時發(fā)生漫反射，發(fā)射光被裝在裝置上的接收管接收；如果遇到黑線則紅外光被吸收，則裝置的接收管接收不到信號，利用這一特性實現(xiàn)裝置沿應(yīng)急車道白線行駛。

5.2 自動升降技術(shù)

利用電動推桿使警示三角架在一定范圍行程內(nèi)作往返運動，單片機連接電動推桿，通過遙控終端實時控制三角架升落。電動推桿主要由電機、推桿和控制裝置等機構(gòu)組成的一種新型直線執(zhí)行機構(gòu)，可以實現(xiàn)遠距離控制、集中控制。

5.3 遙控技術(shù)

除自動尋跡模塊外還有紅外遙控模塊。利用紅外遙控實現(xiàn)裝置的啟動、停止、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、前進后退等功能，便于細調(diào)最終運行位置。裝置運行沿白線來實現(xiàn)尋跡功能，可利用遙控器的紅外遙控控制裝置行駛到應(yīng)急車道線左側(cè)白實線，當裝置遇到白線，就會啟動尋跡功能模塊，讓小車沿白線行駛。每個模塊都是相互獨立又相互協(xié)調(diào)配合，實現(xiàn)裝置的智能控制。

6 創(chuàng)新與應(yīng)用前景

6.1 創(chuàng)新性

相比于普通警示三角架，該尋跡警示裝置通過增加電動推桿、尋跡裝置實現(xiàn)了放置警示三角架的智能性和便捷性；選用的微型電動推桿，可自動可遙控的尋跡小車保證了放置過程的準確性和人性化；該警示裝置配有一定自重，可保證在如大風(fēng)等特殊天氣下仍然正常起到警示作用；用智能設(shè)備替代人工放置警示三腳架，能有效防止在放置過程發(fā)生二次交通事故，縮短駕駛?cè)嗽诟咚俟沸熊嚨郎系臏魰r間，最大限度保障了駕駛?cè)思俺丝偷陌踩?/p>

6.2 應(yīng)用前景

國內(nèi)外目前還沒有出現(xiàn)一種有效的方法來解決由于駕駛員步行在高速公路上放置警示裝置而發(fā)生二次事故的問題，而本裝置的車載控制裝置利用自動尋跡技術(shù)，是一個集環(huán)境感知和規(guī)劃決策多功能于一體的綜合系統(tǒng)，能夠縮短駕駛?cè)嗽诟咚俟沸熊嚨郎系臏魰r間，最大限度地保障了駕駛?cè)思俺丝偷陌踩?，且自動尋跡技術(shù)在智能車應(yīng)用方面具有操作簡單、調(diào)節(jié)響應(yīng)時間快和性能較好等優(yōu)良特征，將成為一種更智能化、自動化的自動尋跡控制的車用尋跡警示裝置，具有廣闊的應(yīng)用前景。