胡穎，黎曉健

(武漢理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，湖北武漢430063)

0 引言

自2003年開(kāi)始，我國(guó)汽車(chē)保有量呈明顯上升狀態(tài)，道路上車(chē)輛數(shù)量和類(lèi)型的迅速增加，也帶來(lái)了交通事故數(shù)量不斷增加的困擾。尤其在夜間照明不足，存在視野盲區(qū)的路段，更是交通事故的高發(fā)區(qū)域。如果事前對(duì)于可能發(fā)生交通事故的路段，將道路信息提前告知車(chē)輛，便能在很大程度上提高駕駛的安全系數(shù)。因而車(chē)路協(xié)同通訊的技術(shù)，已成為智能交通系統(tǒng)當(dāng)中備受矚目的發(fā)展趨勢(shì)之一。

1 研究背景

車(chē)路協(xié)同技術(shù)是目前智能交通領(lǐng)域新興的技術(shù)，它通過(guò)通訊技術(shù)和自動(dòng)化控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)道路信息在車(chē)載裝置和路側(cè)設(shè)備之間的智能協(xié)同和配合，以提高道路交通的安全性。

車(chē)路協(xié)同技術(shù)包括2個(gè)部分:

(1)將車(chē)載終端控制與車(chē)輛設(shè)備等連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)智能化監(jiān)控和管理;

(2)用無(wú)線通訊技術(shù)把車(chē)載終端與外部網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛外部設(shè)施之間的信息交換。

2 研究目的

現(xiàn)有汽車(chē)自適應(yīng)前照大燈系統(tǒng)，可以總體分為普通AFS車(chē)燈和全功能AFS車(chē)燈。普通AFS車(chē)燈主要是基于方向盤(pán)轉(zhuǎn)角信息控制燈具偏轉(zhuǎn)角度，即車(chē)燈控制有駕駛?cè)藛T參與，很難起到預(yù)見(jiàn)作用和精確控制。全功能AFS車(chē)燈相比之下減少了系統(tǒng)控制過(guò)程中的人為因素，更多地依賴(lài)于加裝在車(chē)輛上的大量傳感器采集的環(huán)境信息，車(chē)輛在不同路段和環(huán)境下行駛時(shí)，難以保證實(shí)時(shí)工況與設(shè)計(jì)工況相吻合，而傳感器的增加既降低了系統(tǒng)的可靠性又提高裝置的成本。

3 研究方案

基于對(duì)車(chē)路協(xié)同和自適應(yīng)車(chē)燈控制的討論，我們可以發(fā)現(xiàn)，如果將兩者結(jié)合在一起，即利用車(chē)路協(xié)同通訊技術(shù)實(shí)時(shí)控制前照大燈的偏轉(zhuǎn)，不僅能夠使車(chē)燈先于駕駛者動(dòng)作，為駕駛者贏得了“預(yù)警時(shí)間”，而且能避免普通AFS車(chē)燈控制不精確和全功能AFS價(jià)格昂貴可靠性不佳的弊端。

3.1 基本原理

將道路信息預(yù)先存儲(chǔ)于路側(cè)設(shè)備中，當(dāng)車(chē)輛行駛至彎道緩沖區(qū)時(shí)，車(chē)載信息接收模塊采集當(dāng)前路段實(shí)時(shí)信息，即建議最佳入彎角度，車(chē)載AFS控制模塊運(yùn)行相應(yīng)程序控制前照大燈按預(yù)定角度動(dòng)作，如圖1所示。

3.2 原理框圖

車(chē)載信息接收模塊根據(jù)路側(cè)設(shè)備發(fā)送的前方彎道信息，提取最佳入彎燈光角度。同時(shí)方向盤(pán)轉(zhuǎn)角傳感器輸出的脈沖信號(hào)，由相應(yīng)算法可得另一燈光偏轉(zhuǎn)角度。車(chē)燈控制單元比較上述兩個(gè)角度，將其中的較大值輸出，其信號(hào)經(jīng)功率放大器放大以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)車(chē)燈偏轉(zhuǎn)［1］，如圖2所示。

4 角度控制計(jì)算模型

由路側(cè)設(shè)備直接發(fā)送轉(zhuǎn)角信息，車(chē)輛只需要依照規(guī)定的程序控制相應(yīng)部件，不僅使得車(chē)載信息接收終端結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，也避免了復(fù)雜的程序在車(chē)載ECU中執(zhí)行，提高了系統(tǒng)的反應(yīng)速度。

那么，路側(cè)設(shè)備中事先錄入的轉(zhuǎn)動(dòng)角度值就是關(guān)鍵，由于方向盤(pán)控制的車(chē)燈轉(zhuǎn)角的數(shù)學(xué)模型與現(xiàn)有的AFS系統(tǒng)類(lèi)似，在此不做闡述。這里只對(duì)路側(cè)設(shè)備發(fā)送的車(chē)燈轉(zhuǎn)向角數(shù)學(xué)模型進(jìn)行探究。路側(cè)設(shè)備發(fā)送的車(chē)燈偏轉(zhuǎn)角數(shù)學(xué)模型是基于汽車(chē)駕駛安全，結(jié)合傳感器和微控制技術(shù)以及現(xiàn)行的交通法規(guī)和道路勘探設(shè)計(jì)基礎(chǔ)而建立的。

4.1 車(chē)燈轉(zhuǎn)角模型

根據(jù)汽車(chē)車(chē)燈工作的基本原理，當(dāng)汽車(chē)在夜間轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，從車(chē)燈發(fā)射出來(lái)的光束與汽車(chē)的擬行駛軌跡 (以汽車(chē)當(dāng)前轉(zhuǎn)彎半徑所作的過(guò)當(dāng)前位置點(diǎn)的一段圓弧)相割，為便于討論，將汽車(chē)擬行駛軌跡與光軸相割形成的劣弧的長(zhǎng)度定義為彎道幾何照明距離［2］。

停車(chē)視距是根據(jù)交通道路相關(guān)規(guī)定，按照一定的公路等級(jí)給出的安全停車(chē)距離，可分解為反應(yīng)距離和制動(dòng)距離兩部分。

a為制動(dòng)減速度，m/s2;

ψ為道路阻力系數(shù);

φ為路面與輪胎間的附著系數(shù)。

為保證行車(chē)安全，φ值以潮濕路面計(jì)算。

行駛速度v:設(shè)計(jì)速度為120～80 km/h時(shí)，行駛速度采用設(shè)計(jì)速度的85%;60～40 km/h時(shí)，行駛速度采用設(shè)計(jì)速度的90%;30～20 km/h時(shí)，行駛速度采用設(shè)計(jì)速度。

4.2 角度確定

由于停車(chē)視距大于制動(dòng)距離，因此，選擇停車(chē)視距作為汽車(chē)車(chē)燈的彎道幾何照明距離，安全性更高。

由圓的弦切角以及弧長(zhǎng)與其所對(duì)應(yīng)的圓心角的關(guān)系，可得出在轉(zhuǎn)彎時(shí)汽車(chē)車(chē)燈彎道幾何照明距離與汽車(chē)轉(zhuǎn)彎半徑幾何關(guān)系，如圖3所示。

圖中s表示汽車(chē)車(chē)燈的光軸與汽車(chē)擬行駛軌跡的交點(diǎn)到汽車(chē)前端的距離，m;s'表示汽車(chē)車(chē)燈的彎道幾何照明距離，m;R表示汽車(chē)轉(zhuǎn)彎半徑，m;θ表示汽車(chē)AFS車(chē)燈的轉(zhuǎn)角，(°)?？傻玫狡?chē)車(chē)燈的轉(zhuǎn)角:

用優(yōu)化距離替代上式中的s'。則各級(jí)公路所對(duì)應(yīng)的汽車(chē)車(chē)燈偏轉(zhuǎn)角如表1所示。

表1 各級(jí)公路汽車(chē)車(chē)燈偏轉(zhuǎn)角

針對(duì)各級(jí)公路［3］，可以將汽車(chē)車(chē)燈的偏轉(zhuǎn)角信息儲(chǔ)存到路側(cè)設(shè)備中，當(dāng)汽車(chē)通過(guò)道路彎道緩沖區(qū)時(shí)路側(cè)設(shè)備將信息發(fā)送給車(chē)載信息接收模塊，從而實(shí)現(xiàn)汽車(chē)車(chē)燈的主動(dòng)偏轉(zhuǎn)，提高夜間彎道交通的安全性。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)基于車(chē)路協(xié)同的汽車(chē)車(chē)燈自適應(yīng)控制系統(tǒng)中路側(cè)設(shè)備發(fā)送的車(chē)燈偏轉(zhuǎn)角進(jìn)行研究，可以得出，可以利用車(chē)路協(xié)同信息改進(jìn)現(xiàn)有汽車(chē)車(chē)燈控制系統(tǒng)，提高車(chē)燈自適應(yīng)控制的精度，同時(shí)實(shí)現(xiàn)車(chē)燈智能化控制，保證了行車(chē)安全。

【1】李輝，張曉光，高頂.基于ZigBee的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在礦井安全監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用［J］.儀表技術(shù)與傳感器，2008(4):33－35.

【2】王維鋒，吳青，呂植勇，初秀民.基于彎道模式的自適應(yīng)前照燈控制建模及仿真［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2009(9):70－71.

【3】楊少偉.道路勘測(cè)設(shè)計(jì)［M］.北京:人民交通出版社，2009.