交叉口车辆自动限速系统研究

韩 平 马丽丽 邹乃威 邬万江

佳木斯大学机械工程学院

基于车辆超速行驶的危害和道路交叉口为交通事故多发点的特性，结合以往车辆自动限速系统研究成果的基础上，研究构建一种适用于交叉口的车辆自动限速系统，使得车辆在到达交叉口前车速被动下降，以较低的车速通过交叉口，从而控制车辆不超速行驶，提高交通安全性。

概述

公安部交通管理局车辆和驾驶人管理处统计，2011年从肇事车辆的使用性质看，生产经营性道路交通事故总数有些下降，一般货运车辆事故还是比较突出，占整个生产经营性事故的71.8%。“十次事故九次快”，超速行驶是造成道路交通事故的主要原因。

超速行驶会导致驾驶员的空间认知能力、判断力变差，视距变大；同时，也使车辆的制动距离大大增加，稳定性变差，使车辆难以操控，从而酿成重大交通事故，造成生命财产的重大损失。

城市道路交叉口是城市道路网的交汇点，是行人、车辆的汇合、转向、分流的地方，是道路网灵活性的关键，但同时也是交通事故多发地。在城市道路上发生的交通事故中，交叉口事故占很大比例，据统计，德国城市的交通事故60%～80%发生在平面交叉口；日本33.3%；我国对国内城市的交通事故抽样统计表明：发生在交叉口的交通事故数约为30%。

特别大型载货汽车是在通过道路平面交叉口时，驾驶员为少停车、赶时间，经常争道抢行，遇有十字路口心存绕幸，不减速、闯红灯，强超强会，往往会引发恶性交通事故。

我国目前对车辆超速的限制措施

目前我国主要从以下几个方面来控制城市车辆的超速行驶：在路段设置限速标志，驾驶员根据限速标志限定的时速行驶，避免超速；在路面划定标线，利用车道宽度的变化，让驾驶员从视觉的角度感觉行驶受限，从而限制车辆超速；在学校、单位或居民小区等人流量比较大的出入口设置减速带，迫使驾驶员降低车速；利用电子监控系统对超速行驶的车辆进行抓拍，然后进行处罚；也有在车辆上安装超速报警装置，一旦车辆超速，车辆会收到提示信息或发出声音警报。

以上控制措施都对驾驶员本身的素质要求较高，而对于职业素质较低的驾驶员，还有那些遮挡、套用假号牌的车辆，根本起不到任何作用。

车辆限速装置的研究现状

德国西门子公司曾在2006 年开发出了一种道路限速标志识别装置，该装置是利用摄像头识别前方限速标志，当行驶速度超过设定限速值时，就发生警告，提醒司机或与巡航控制系统连动，自动限制行驶速度。

长安大学的刘巧莲等设计的车辆自动限速系统可以根据道路状况的不同，给出对应不同的限速值，通过对汽车当前速度的测量，并与设定的限速值相比较，当大于设定限速值时，使油门自动关小，能使汽车的运行速度限制在限速值附近，在限速区司机无法更改车辆的限速值，从而达到限速的目的。

祝敏和陈怡倩设计的汽车自动限速系统比较相似，根据道路状况、天气、车型等的不同，参考交通部门的规定设定的车辆限速值，通过对车辆行驶速度与设定限速值的实时比较来控制油路，使车速保持在限速值附近。

以上研究中所设计的自动限速系统都不是针对道路平面交叉口的交通特点而设计的，由此可见，研究一种能够有效限制车辆行驶速度，特别是大型载货汽车通过道路平面交叉口的车速，避免恶性交通事故的发生，有着重要的意义。

图1 车辆自动限速原理

基于车辆超速行驶的危害和道路交叉口为交通事故多发点的特性，在结合以上研究成果的基础上，研究构建一种交叉口车辆自动限速系统，使得车辆在到达交叉口前的车速被动下降，以较低的车速通过交叉口，从而控制车辆不超速行驶，提高交通安全性。

交叉口车辆自动限速系统的原理和控制逻辑

当车辆即将到达交叉口前的一定距离时，通过传感器接收到达信息，然后由车辆上的中央控制单元判断车速，当车速超过某一设定值时，通过中央控制单元切断供油系统，使得车辆在到达交叉口前的车速被动下降，以较低的车速通过交叉口，从而控制车辆不超速行驶。

如图1 所示，当车辆进入到平面交叉口检测段的时候，车载装置接收到设置在路边（或路面）的信号发射装置发出的信号，车辆上的电控单元开始利用安装在车轮上的车速传感器对车速进行检测与判断，当车辆行驶速度超过某一设定值时（20km/h ≤v ≤40km/h），由ECU 直接切断车辆的燃油供给系统，停止供油，驾驶员即使继续踩踏加速踏板也不能使车速进一步增加。由于燃油供给已被切断，所以车辆的速度就会被动地降低。由于设定的车速值一般较高，所以虽然油路被切断，发动机仍然可以怠速运转，不会导致车辆熄火。一旦车辆的行驶速度低于设定值，ECU 控制燃油供给系统恢复供油，驾驶员便可恢复对车辆的正常控制。车辆从进入检测线一直到驶出交叉口这段距离内，ECU 实时检测车辆的行驶速度。如果车辆驶入检测区域内时的车速大于最高限值（如：v ≥40km/h），单独进行断油控制并不能使车辆的行驶速度在短时间内自动减速到20km/h，此时ECU 同时控制制动系统进行工作，辅以强制制动使车辆的速度能够迅速降低于40km/h 以下，然后ECU 停止强制制动，继续进行断油控制，直到车辆的行驶速度降低到20km/h，驾驶员恢复对车辆的正常操纵。经过这样一系列控制，使得车辆在通过道路平面交叉口时，车辆的行驶速度被动地降低到规定的车速，从而可以控制车辆超速行驶通过交叉口，有效避免恶性交通事故的发生。

图2 系统的控制逻辑图

该系统的控制逻辑如图2 所示。

系统的构成

整个系统由路面信号发射装置、车载接收装置和车辆控制系统等部分所组成。其中路面信号发射装置与车载接收装置可采用技术非常成熟的无线射频发射与接收设备，当然也可采用目前比较时尚的蓝牙技术。

车辆控制系统方面，电控系统中本身就具备减速断油控制，即汽车在正常行驶中，驾驶员突然放松加速踏板时，ECU 将自动切断燃油喷射控制电路，使燃油喷射中断，目的是降低减速时HC 和CO 的排放量，而当发动机转速下降至临界转速时，又能自动恢复供油。而ABSEBD等车辆控制系统中，也完全可以实现制动控制。

所以这套交叉口车辆自动限速系统中的车辆电控单元与车速传感器可采用原车配置，只需要在电控单元中植入一套车速判断程序即可实现车辆的自动限速，既减少了车辆附属设备的增加，又节约了成本。

结束语

我国目前针对道路平面交叉口出现的车辆超速、闯红灯等易导致重大交通事故的违章行为还没有一种有效的管理和控制措施，基于车辆超速行驶的危害和道路交叉口为交通事故多发点的特性，在结合以往研究成果的基础上，构建了一种交叉口车辆自动限速系统，该系统思路简单，方便可行，可以在不改变车辆设计的基础上，有效限制车辆通过交叉口的行驶速度，降低交通事故的发生率，而且特别适用于大型的载货汽车。