辛曉鷹，王萌

（陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院，陜西 西安 710200）

一種用于貨車的坡度提示系統(tǒng)

辛曉鷹，王萌

（陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院，陜西 西安 710200）

針對大型貨車駕駛員對道路坡度把握不準確而容易導致長大下坡路段出現制動器失效的問題，提出一種用于貨車的坡度提示系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用陀螺儀實時探測貨車所處道路的坡度，并實時顯示，當檢測到貨車連續(xù)下坡超過一定長度且沒有采取制動時，系統(tǒng)提示駕駛員適當制動，以避免后期車速加大而頻繁制動導致制動器失效。經實際驗證本系統(tǒng)能有效給駕駛員提示，對減少交通事故有一定實際應用價值。

大貨車；長大下坡；制動器；陀螺儀；提示

CLC NO.: U463.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2014)09-83-03

引言

由長大下坡路段導致的交通事故一直是業(yè)界所關注的重要問題，特別是長大下坡路段大貨車制動器失效，每年由此而導致的交通事故不計其數?，F階段針對此類事故國內外學者和研究機構做了大量的研究，開發(fā)出了如緩速器等長大下坡路段的復制安全駕駛裝置，但由于其成本較高，貨運車輛本身的經濟屬性就限制了其實用性。而實際應用中絕大多數駕駛員都采取制動器滴水的方式來解決此類問題，但長期使用會對制動器材料性質造成損傷，同樣不利于行車安全。

通過分析統(tǒng)計數據可看出，出現長大下坡路段制動器失效的車輛，絕大部分是外地車輛。這些車輛駕駛員對路段不熟悉，而且較小的坡度情況下駕駛員一般很難主觀判斷車輛是否處于下坡路段還是平路，若駕駛員能夠實時的把握車輛所處路段的坡度，在下坡路段提前制動，讓車速保持在相對較低的水平，則可有效避免車輛后期頻繁制動造成的制動器失效問題。本文正是基于此，設計一種用于貨車的坡度提示裝置，實時顯示路段的坡度，當車輛連續(xù)下坡路段超過一定長度且沒有采取制動時，系統(tǒng)提示駕駛員適當制動，已保證行車安全。

1、系統(tǒng)硬件設計

1.1 系統(tǒng)總體框架

本系統(tǒng)主要采用陀螺儀實時探測貨車所處路段的水平角度值，將測量得到的角度值作為道路的坡度，并且實時顯示坡度值，同時記錄從坡度小于零開始車輛走過的路程，當路程達到200米駕駛員未采取制動操作時，系統(tǒng)向駕駛員發(fā)出警告，提示駕駛員適當降低車速，以免車速增加后連續(xù)高強

度制動造成制動器失效，系統(tǒng)的整體框架如圖1所示。

1.2 信號采集模塊設計

本系統(tǒng)信號采集模塊主要采集陀螺儀信號和本車車速信號，其中陀螺儀信號為陀螺儀所測量的車身水平信號，一次來反映車輛所處道路的坡度值。車速信號用于計算車輛所走距離，可直接通過車速傳感器輸出信號線來獲取。為保證系統(tǒng)的準確性和穩(wěn)定性，本系統(tǒng)所采用的陀螺儀為EPSON/愛普生XV-8100CB汽車專用陀螺儀，該陀螺儀靈敏度為25 mV/ °/s，體積保持在1cm2內，因此設備安裝不會對貨車有較大改動，所采集到的車輛俯仰信號通過數據線傳輸至處理單元的I/O接口?？紤]到陀螺儀工作環(huán)境的特殊性，安裝時采用膠粘方式將其固定安裝在貨車質心處。

車速采集可直接通過車輛原有速度傳感器獲取，將獲取的數據通過數據線傳輸至處理器的I/O接口，數據采樣頻率和速度傳感器輸出數據頻率一致，以保證采集數據的準確性和實時性。

1.3 處理器設計

處理器是系統(tǒng)的核心組成部分，在系統(tǒng)工作時處理器接收來自陀螺儀的數據和車速傳感器的數據，并根據采集到的數據進行初處理和提示信號控制。考慮到數據量較大，且處理數據的時效性，因此本系統(tǒng)采用目前車輛上主動安全設備中較常用的飛思卡爾MC9S12X系列單片機，具體型號為MC9S12X128，該單片機大部分I/O引腳可由相應的寄存器位來配置選擇數據方向、驅動能力，使能上拉或下拉式裝置。當用作通用IO口時，所有的端口都有數據寄存器和數據方向寄存器。處理器的I/O接口分別和陀螺儀的信號輸出端、車速傳感器輸出信號線以及提示裝置的信號輸入線相連。處理器的電路圖如圖2所示。

1.4 信息提示系統(tǒng)設計

本系統(tǒng)的信息提示系統(tǒng)采用液晶和聲音兩種提示方式組合而成。在正常行車時，系統(tǒng)將陀螺儀采集到的道路坡度信號實時顯示在液晶屏幕上，以提示駕駛員下坡路段注意安全，當系統(tǒng)檢測到車輛處于下坡路段，且在連續(xù)的200米范圍內駕駛員沒有采取制動或者將擋等減速措施時，系統(tǒng)將通過聲音的形式向駕駛員發(fā)出警告，提示駕駛員適當減速，以避免后期由于車輛速度過大而導致的連續(xù)高強度制動造成的制動器失效問題。因此，本系統(tǒng)采用的液晶顯示器為LCM1602液晶顯示板，該顯示板可有效顯示兩行數據，能夠滿足系統(tǒng)的需求。系統(tǒng)所采用的蜂鳴器為YHE12-05電磁式有源蜂鳴器，該蜂鳴器可在5V電壓下正常工作，且聲音洪亮，能夠滿足系統(tǒng)的要求。

1.5 電源模塊設計

本系統(tǒng)屬于車載主動安全系統(tǒng)領域，因此供電有車載蓄電池提供?？紤]到車載蓄電池電壓為24V，本系統(tǒng)中的陀螺儀以及液晶和蜂鳴器穩(wěn)定工作電壓均為5V，因此需要降壓模塊來為系統(tǒng)供電。本系統(tǒng)采用的降壓模塊為LM2576該模塊能有效將24V電壓轉換為5V，考慮到系統(tǒng)硬件設備都是5V供電，且用電器較多，為保證供電的穩(wěn)定性，本系統(tǒng)采用兩個LM2576降壓模塊，以保證電源的穩(wěn)定。

2、系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)軟件設計主要完成信號的處理以及輸出信號的顯示和報警信號的判斷。由于系統(tǒng)需要適時顯示坡度值，因此首先完成顯示模塊的涉及，顯示模塊設計中，需將采集到的信號實時顯示在液晶屏幕上，本系統(tǒng)中為保證駕駛員能夠有效的獲取顯示屏信息，同時讓其對駕駛員造成的分心盡量小，因此本系統(tǒng)采用簡單的顯示方式，即顯示坡度的拼音podu，正值代表上坡，負值代表下坡，在系統(tǒng)驗證中截圖如圖3所示。

本系統(tǒng)中另一個創(chuàng)新點是對車輛連續(xù)下坡進行監(jiān)控，當檢測到坡度值為負值，車輛連續(xù)行駛超過200米且沒有進行制動的情況下，本系統(tǒng)通過蜂鳴器向駕駛員發(fā)出警告，提示駕駛員適當減速。系統(tǒng)流程圖如圖4所示。

3、系統(tǒng)驗證

為驗證系統(tǒng)的穩(wěn)定性與實用性，本系統(tǒng)在硬件和軟件設計完成后，用實車進行了驗證。所選用的驗證場地是西安市至漢中市之間的西漢高速，此路段處于秦嶺山區(qū)，起伏路段較多，且長度較長，比較符合本系統(tǒng)的驗證環(huán)境，驗證場景如圖5所示。

選取實驗路段上起伏較緩和的兩個路段，分別驗證上坡和下坡的準確性。上坡驗證和下坡驗證原理一樣，本系統(tǒng)在驗證中只驗證下坡路段，實驗過程中坡度數據、當前車輛速度以及行駛距離和是否報警數據如表1所示。

表1 驗證路段實驗數據一

由上述驗證結果來看，當車輛處于下坡路段時，系統(tǒng)能夠穩(wěn)定直觀的將路段坡度值顯示出來，并且當車輛行駛距離超過200米時，系統(tǒng)能夠及時有效的響應，向駕駛員發(fā)出警報，說明此系統(tǒng)能正常工作，具有較好的環(huán)境適應性。

4、結束語

本文針對現階段我國出現的長大下坡路段交通事故的特點，即外地駕駛員和外地車輛為事故高發(fā)群體。具體原因是駕駛員對道路坡度主觀感知能力有限，不能在進入長大下坡路段時就采取減速措施，以至后期車輛速度增加需要連續(xù)高強度的制動來控制車速，從而導致制動器失效。對此本文提出一種用于大貨車的道路坡度顯示系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實時顯示道路坡度，并在車輛連續(xù)處于下坡路段行駛超過200米且沒有采取制動操作時，本系統(tǒng)會對駕駛員發(fā)出警報，以提示駕駛員適當減速，保證行車安全。

[1] 林煌. 連續(xù)長大下坡路段安全保障系統(tǒng)研究[D]. 重慶交通大學, 2012.

[2] KEJI H E L J. 連續(xù)長大下坡路段安全保障系統(tǒng)研究[J]. 世界 (運輸?車輛), 2013, 1: 29-30.

[3] 趙靈. 基于 MEMS 陀螺儀的穩(wěn)定平臺關鍵技術研究[D]. 南京理工大學, 2013.

[4] 鄒達明. 動力調諧陀螺儀漂移測試與建模研究[D]. 哈爾濱工程大學碩士學位論文, 2004.

[5] MC9S12X128開發(fā)平臺實驗指導手冊.

A system Tips for trucks slope

Xin Xiaoying, Wang Meng
（Institute of Automotive Engineering, Shaanxi Heavy Duty Truck Co., Ltd., Shaanxi Xi’an 710200）

For large truck drivers can’t grasp the road slope inaccurately and lead to brake failure problem in downhill. Proposed slope indicator system for trucks. The system uses gyroscopes to detect real-time road slope and display. When a truck is detected continuously over a certain length of the downhill without braking. Proper braking system prompts the driver, to avoid frequent braking late lead to brake failure. The practical verification of this system can give drivers tips. The reduction of traffic accidents has some practical value.

large trucks; grow downhill; brakes; gyroscope; tips

U463.3

A

1671-7988(2014)09-83-03

辛曉鷹，助理工程師，就職于陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院。