張 振， 肖 威， 鄭琦巍， 羅 勇， 余 飛

(1. 江西博能上饒客車(chē)有限公司， 江西 上饒 334000； 2. 廣東芬尼克茲節(jié)能設(shè)備有限公司, 廣州 511470)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016年我國(guó)全年的汽車(chē)交通事故多達(dá)145 820起，比2015年增加16 665起，其中超車(chē)不當(dāng)是引發(fā)交通事故的一項(xiàng)重要因素[1-2]。為了緩解因超車(chē)不當(dāng)引發(fā)的交通事故，本團(tuán)隊(duì)前期已構(gòu)建了直道超車(chē)軌跡運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，并分析了汽車(chē)在城市主干路上以中速進(jìn)行直道超車(chē)的安全轉(zhuǎn)向幅度范圍[3]。

為了驗(yàn)證直道超車(chē)軌跡運(yùn)動(dòng)學(xué)模型仿真結(jié)果的合理性，本文設(shè)計(jì)了一種城市主干路上的汽車(chē)直道超車(chē)道路試驗(yàn)方案(設(shè)計(jì)車(chē)速40～60 km/h)[4]，用于采集、處理及顯示相關(guān)時(shí)序數(shù)據(jù)，旨在為直道超車(chē)軌跡運(yùn)動(dòng)學(xué)模型仿真提供有效的驗(yàn)證。

1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及要求

在直道超車(chē)過(guò)程中，要求超越車(chē)的駕駛員完成換道(由原車(chē)道駛?cè)氤?chē)道)和并道(由超車(chē)道駛?cè)朐?chē)道)操作，汽車(chē)直道超車(chē)過(guò)程示意圖如圖1所示。

圖1 汽車(chē)直道超車(chē)過(guò)程示意圖

1.1 試驗(yàn)人員、車(chē)輛及路段的選擇

1) 選用具備良好駕駛技能和心理素質(zhì)的試驗(yàn)車(chē)駕駛員；車(chē)內(nèi)觀察員需具備良好的軟件操作技能及觀察能力，能完成試驗(yàn)前的軟件調(diào)試及試驗(yàn)時(shí)的觀察任務(wù)；車(chē)外觀察員應(yīng)熟悉試驗(yàn)規(guī)則，能準(zhǔn)確判斷超越車(chē)的行駛路徑是否符合試驗(yàn)要求。

2) 超越車(chē)選用某東風(fēng)雪鐵龍牌汽車(chē)；基于安全性考量，被超車(chē)的位移采用不同間隔的路錐表示，根據(jù)直道超車(chē)軌跡運(yùn)動(dòng)學(xué)模型仿真結(jié)果，設(shè)定路錐間距為30 m[3]。

3) 作為汽車(chē)直道超車(chē)道路試驗(yàn)的場(chǎng)所，應(yīng)盡量滿足車(chē)流量少且路況良好的條件。本試驗(yàn)選取上饒市經(jīng)開(kāi)區(qū)附近的一段道路進(jìn)行試驗(yàn)，該試驗(yàn)路段長(zhǎng)度約為200 m。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

1.2.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集設(shè)備

為了獲取汽車(chē)在直道超車(chē)過(guò)程中的時(shí)序數(shù)據(jù)，本團(tuán)隊(duì)集成了一套試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集設(shè)備。通過(guò)將傳感器接收到的信號(hào)由數(shù)據(jù)總線接口傳遞到計(jì)算機(jī)，可進(jìn)行有效的存儲(chǔ)、處理、顯示和分析。該套數(shù)據(jù)采集設(shè)備由車(chē)載工控機(jī)、加速度模塊、CAN總線解析器、GPS天線及鋰電池等部件組成，如圖2所示。

圖2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集設(shè)備

圖2所示的試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集設(shè)備可采集駕駛員肢體動(dòng)作信息和車(chē)速信息。其中，駕駛員肢體動(dòng)作的信息可通過(guò)采集轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角、手動(dòng)擋擋位、離合器接合、油門(mén)開(kāi)度、轉(zhuǎn)向燈開(kāi)關(guān)及剎車(chē)開(kāi)關(guān)等信息獲取。

在實(shí)際的應(yīng)用中，由于試驗(yàn)?zāi)康牟煌?，需要采集的信息也有所差異。該套設(shè)備的功能較為豐富，試驗(yàn)人員可以根據(jù)具體的需要，選擇相應(yīng)的功能，從而完成對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集任務(wù)。

在本試驗(yàn)中，可將轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角傳感器及車(chē)速儀表端子所采集到的信號(hào)，經(jīng)過(guò)匯總并輸送至信號(hào)處理電路板，信號(hào)處理電路板的各類信息通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換與同步處理的方式，轉(zhuǎn)換成數(shù)字的形式，再通過(guò)并口對(duì)轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角及車(chē)速數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，從而達(dá)到顯示、處理、存儲(chǔ)及分析的目的。

該試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集設(shè)備的信息采集模塊結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

圖3 信息采集模塊結(jié)構(gòu)示意圖

1.2.2 其他設(shè)備

為測(cè)量汽車(chē)直道超車(chē)過(guò)程中的轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角信號(hào)，還需配置一個(gè)轉(zhuǎn)角傳感器，其工作溫度范圍為-40～85 ℃。該傳感器基于ISO 26262安全標(biāo)準(zhǔn)，安裝在轉(zhuǎn)向柱上，并通過(guò)CAN總線與PCM連接[5-6]。另外，需要準(zhǔn)備的設(shè)備還包括數(shù)據(jù)線、電源線、對(duì)講機(jī)及望遠(yuǎn)鏡等。

1.3 試驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)

1) 準(zhǔn)備階段。檢查車(chē)輛及設(shè)備、掌握目標(biāo)及方法、熟悉操作流程及試驗(yàn)路況。

2) 實(shí)施階段。駕駛員以指定車(chē)速在車(chē)頭接近第一個(gè)路錐處開(kāi)始換道，且在車(chē)尾駛過(guò)第二個(gè)路錐處完成并道；車(chē)內(nèi)觀察員記錄車(chē)況；車(chē)外觀察員判斷試驗(yàn)車(chē)行駛路徑是否符合試驗(yàn)要求。

3) 后處理階段。提取最符合試驗(yàn)路徑要求的轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角時(shí)序數(shù)據(jù)，保存為text文件，并導(dǎo)入Excel軟件進(jìn)行繪制，得到轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角變化曲線。

4) 注意事項(xiàng)。試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)保證安全性及數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性，駕駛員需具備良好的精神狀態(tài)并遵守交通規(guī)則；車(chē)內(nèi)觀察員除了必要的交談之外，需保持安靜；車(chē)外觀察員需集中注意力。

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理

轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角時(shí)序數(shù)據(jù)的采集，即從轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角傳感器中采集信號(hào)，并通過(guò)接口將信號(hào)輸送到采集系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行分析和處理[7]。試驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)后處理階段得到指定車(chē)速下直道超車(chē)過(guò)程中轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角變化曲線，其中，60 km/h車(chē)速下進(jìn)行直道超車(chē)時(shí)的轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角變化曲線如圖4所示。

圖4 60 km/h下試驗(yàn)車(chē)轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角變化曲線

汽車(chē)在45 km/h、50 km/h、55 km/h、60 km/h、65 km/h 5種車(chē)速下進(jìn)行直道超車(chē)試驗(yàn)時(shí)的最大轉(zhuǎn)向角分別為47°、50°、54°、56°、58°。

對(duì)應(yīng)本驗(yàn)證試驗(yàn)的直道超軌跡運(yùn)動(dòng)學(xué)模型仿真結(jié)果為：汽車(chē)在45 km/h、50 km/h、55 km/h、60 km/h、65 km/h 5種車(chē)速下進(jìn)行直道超車(chē)的最大轉(zhuǎn)向角分別為45°、48°、52°、56°、60°，與試驗(yàn)結(jié)果的誤差值分別為-2°、-2°、-2°、0°、2°，表明仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果較為接近，該試驗(yàn)方案能有效地驗(yàn)證直道超車(chē)軌跡運(yùn)動(dòng)學(xué)模型仿真結(jié)果的合理性。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一種汽車(chē)直道超車(chē)道路試驗(yàn)方案，集成了一套試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集設(shè)備，在城市主干路條件下采集了轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角時(shí)序數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了直道超車(chē)軌跡運(yùn)動(dòng)學(xué)模型仿真結(jié)果的合理性。為汽車(chē)直道超車(chē)運(yùn)動(dòng)的安全性研究提供了一種可行的思路。

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