汽车防超速限速控制装置与控制方法

张凤娇 杨宏图 史颜洋 唐大鹏

摘 要：针对高速公路上驾驶员的超速行为，设计一种高速汽车防超速限速控制系统，在车速保持在国家限速的10%以内时进行语音报警，为车辆驾驶人员提供警示标志，以便驾驶人员及时减速;设置限速控制系统，在驾驶员长时间超速行驶时实行强制限速控制，为车辆驾驶员提供有效的安全保障，保证汽车安全行驶。

关键词：防超速限速;控制系统;装置

据统计，大量交通死亡事故有50%是因超速行驶所致[1]。中国交通法规明确规定汽车高速公路限速120km/h，车速超过132km/h将被罚款处理，但很多情况下，仍然有很多驾驶员违反国家交通法规故意超速驾驶造成很多重大交通事故。为了给司机行车过程中以全程的安全警示，以降低交通事故的发生几率，国内外已有研究人员设计出了多种汽车超速警报电路系统，国外在超速警报系统方面的研究已经很成熟，而国内在该领域的研究尚待提高，国内的专家学者们不但研究收集超速行驶数据，而且还对超速的发生的情境进行一系列的细致剖析，如魏秀岭[2]对车辆警示系统的组成及工作流程进行大量研究，简单叙述了一下视频测速的原理和方法，提出了更加适合高速公路道路实时的动态阴影的消除和车辆实时跟踪的运算。王素琴[3]等人研究了基于GPS/GSM/GIS的智能公交车辆监控的系统，阐述了监控系统的原理。毛建民[4]等人通过研究超速行驶及限速对交通安全的影响，合理限制速度可以有效减少重大交通事故的发生，还举例说明限制驾驶速度的相关实施措施。欧居尚[5]等人通过对汽车超速驾驶原因的研究，并从教育、法律、交通安全措施和交通科技四方面应采取一些相应措施来达到防止汽车超速行驶。

国内现有的汽车防超速报警系统，大多依靠传感器系统实时监视着汽车的行驶速度，它能在车速超过设定值时发出声光警示，刺激司机的视觉和听觉，提示司机立即减速，直到车速降到安全速度以内[6]，此类型的防超速警报系统，一定程度上可以减少因超速而发生的交通事故，但是无法从根本上杜绝高速上的故意超速行为。基于此，本文设计一种高速汽车防超速限速控制系统，该系统能够让车速保持在国家限速的10%以内时语音报警，在驾驶员长时间超速行驶时实现强制限速控制。

1 汽车防超速限速控制装置的基本组成

汽车防超速限速控制装置，它包括车辆狀态模块、驾驶输入模块、环境检测模块、车载ACC巡航系统、超速辨识模块、底盘制动系统和执行机构。车辆状态模块、驾驶输入模块和环境检测模块均分别与车载ACC巡航系统信号连接，车辆状态模块固定安装在车轮上方，并与轮胎流水槽正对，汽车的行驶状态信号传递给车辆状态模块，车辆状态模块包括车速传感器、制动压力传感器、加速度传感器、车辆定位器和车轮转角传感器，车速传感器、制动压力传感器、加速度传感器、车辆定位器和车轮转角传感器均分别与车载ACC巡航系统信号连接;驾驶输入模块采集加速踏板信号和制动踏板信号;环境检测模块采集车头时距信号和交通堵塞信号;车载ACC巡航系统与超速辨识模块相连，超速辨识模块与底盘制动系统相连;底盘制动系统与执行机构相连，执行机构包括独立制动模块和驱动控制模块，独立制动模块控制汽车的车速，驱动控制模块控制汽车的加速踏板;执行机构与汽车指示灯和报警器相连，指示灯安装在汽车的仪表盘上，报警器与汽车的倒车雷达蜂鸣器共用;如图1所示。

2 汽车防超速限速控制装置的控制方法

如图2所示

步骤一：车辆状态模块将车速信号、制动压力信号、加速度信号、车辆位置信号和车轮转角信号传递至车载ACC巡航系统，驾驶输入模块将加速踏板信号和制动踏板信号传递至车载ACC巡航系统，环境检测模块将车头时距信号和交通堵塞信号传递至车载ACC巡航系统;

步骤二：车载ACC巡航系统将步骤一中采集的信号传递至超速辨识模块，超速辨识模块中的中央处理器对信号进行处理后进行阈值分析，将阈值分为三个层级，第一层级为轻微超速，超速范围为超速10%以内，第二层级为中等超速，超速范围为超速10%-20%，第三层级为严重超速，超速范围为超速20%以上;

步骤三：超速辨识模块将不同层级的信息传递至底盘制动系统，底盘制动系统将信息传递至相应的执行机构对车辆进行控制，当处于第一层级时，ACC开启，执行机构控制指示灯和警报器工作，当处于第二层级时，ACC开启，执行机构控制指示灯和警报器工作的同时，通过独立制动模块对车辆进行强制降速，当处于第三层级时，ACC关闭，执行机构控制指示灯和警报器工作的同时，通过独立制动模块对车辆进行强制降速，此时通过驱动控制模块对加速踏板进行控制，使加速踏板的加速动作无效，第二层级和第三层级与中央处理器互通讯连接，传递这两行驶状态信号;

步骤四：当车辆状态模块检测到汽车不超速行驶后，重复步骤一到步骤三。

当阈值分析判断超速模式为第一层级轻微超速时，车辆系统ECU立即触发语音报警和危险指示灯报警电路，提醒驾驶员减速慢行;当阈值分析判断超速模式为第二层级中等超速时，车辆系统ECU发出指令给ACC系统在语音和灯光报警的同时进行限速行驶，限速实现由独立制动模块完成;当阈值分析判断超速模式为第三层级严重超速时，车辆系统ECU控制电动汽车的底盘制动系统短时强制降速，限制车速在132km/h以下，此时驾驶员踩踏板加速无效，直到装置检测到汽车稳定行驶一定时间后，再循环重复上述第一层级或第二层级的控制。

本文构建的这种超速危险程度辨识方法，建立的多层级防超速报警和限速系统，能弥补ACC巡航系统的不足和现有防超速报警系统的缺陷。

基金：江苏省高等学校大学生创新创业项目（201913114005Y）; 江苏省常州市科技计划项目（CJ20190009）;江苏省高职院校教师专业带头人高端研修项目（2019GRFX014）;

参考文献：

[1]罗卫兵，孙桦，张捷. SystemView动态系统分析及通信系统仿真设计[M].西安：西安电子科技大学出版社，2001.

[2]魏秀岭.高速公路车辆超速警示系统关键技术研究[D].长安大学，2009.

[3]王素琴，林碧英.基于GPS/GSM/GIS的智能公交车辆监控系统的研究[J].四川大学学报（自然科学版），2005（04）：710-713.

[4]毛建民，于博，张春学.超速行驶对交通安全的影响及其对策[J].公路与汽运，2009（04）：52-54.

[5]欧居尚.机动车超速行驶的认定方法与对策研究[D].西南交通大学，2006.

[6]王善鲤，王艳，魏国娟，忽满利.一种可用于机动车超速警报系统的电路设计[J].电子科技，2009，22（08）：87-89.