雨雾环境下车速动态控制系统研发与应用

王超，王林杰，李冲冲，王玉

（山东科技大学交通学院，山东 青岛 266590）

在公路交通事故中由于雨雾等不利天气引起的交通事故数量增加，恶劣的天气条件严重威胁了公路行车安全。2016年我国道路交通事故864.3万起，同比增加了65.9万起，上升了16.5%，其中70%与天气有关。在全球气候变暖、极端气象灾害增加的大背景下，雨雾天气频次增加、幅度增大。雨雾天气下驾驶员在一些特殊路段的超速行驶是导致交通事故的直接原因。因此开展雨雾环境下道路动态控速技术与方法研究，对降低车辆在特殊天气条件下的行车速度，保障公路交通安全具有重大意义。

1 雨雾环境对交通安全的影响

雨雾环境下道路通行能力下降，使得重大交通事故频发。由于雨雾具有比较强的时效性和随机性，所以会对局部路段交通产生较大的影响，从整条道路来看，雨雾笼罩区域车辆行驶缓慢，易形成瓶颈路段，从而降低整条道路的通行效率。雨雾环境下，驾驶员的视觉受到影响，能见度大幅度下降，驾驶员对周边环境的感知能力下降，容易忽视路边交通标志牌上的信息，对路况的把握不准确，从而产生一些错误判断，导致驾驶员对车辆进行一些不当操作，引起追尾、碰撞等交通事故。雨雾天气下轮胎与路面之间会形成一层水膜，致使路面附着系数下降，在驾驶员制动过程中，轮胎易打滑使得制动距离增加，在车辆发生滑动时驾驶员生理和心理上会产生较大的压力，增大交通安全隐患。雨水落在挡风玻璃上会遮挡驾驶员视线，影响驾驶员观察交通情况，疲劳度会在短时间内大幅度增加。车外的雨声和胎噪声较大，会影响到驾驶员获取相关交通信息，也容易导致驾驶员对交通状况的判断时间和制动时间增加。雨雾环境下的种种不安全因素使得道路交通事故更容易发生。

2 雨雾监测及控速系统

雨雾环境下监测及控速系统主要由四部分组成：雨雾监测器、智能减速带、可变信息标志牌和信息控制处理器，系统构架如图1所示。

图1 系统结构图

图2 系统信息流程图

雨雾监测器主要由能见度检测单元、降雨量检测单元和电源组成。能见度检测单元主要是通过测量光在大气光通道中的透射率来得出大气的光透过率，以此反映道路的能见度。降雨量监测单元是一种自动测量降水量的仪器，用的较多的是翻斗式雨量计，将降雨量转换为可进行计量的物理信号来对降水量进行测量。减速带是道路强制控速手段中的一种，车辆以较高的速度通过减速带时会产生较为强烈的机械振动，这种强烈振动会迫使驾驶员主动减速。本系统的智能减速带由信息控制处理器控制，当信息控制处理器接收到雨雾消散信号时会给减速带一个下降的信号，当信息控制处理器接收到雨雾信号时会给减速带一个升起的信号。这样，正常天气条件下减速带处于下降状态，车辆按常速行驶。在雨雾天气条件下，减速带升起，驾驶员主动或被动把车速降至安全车速通过该路段。减速带上配有黄色闪光的发光道钉，在雨雾条件下黄色闪光可以在短时间内引起驾驶员的注意，使驾驶员注意到减速带的位置，并进行主动减速以安全车速通过减速带。可变信息标志牌可根据不同季节、时段等特点为驾驶员及时提供道路运营状况，提高道路通行效率及保障行车安全。Led可变信息标志牌由信息控制处理器控制，可变信息标志牌由两部分组成：可变信息和固定信息。可变信息会根据信息控制处理器发出的信息变更指令对当时的行车环境进行变更；固定信息部分发布的消息是固定不变的，但可通过系统对固定信息进行编辑。可变信息标志牌可根据不同等级的变更信息而采用不同的字体颜色。可变信息标志牌不同于静态信息标志牌，可变信息标志牌可通过系统设定时间段对交通信息进行更新和发布，也可以对多条信息轮流播放。Led可变信息标志牌不仅可以传输文字，还具有图像传输功能，使驾驶员更加容易并快速了解道路状况。

本系统针对雨雾条件，集交通环境监测、道路控速和道路信息提示于一体，对一些特殊路段或路口具有很大的实用性，可有效提高道路的安全性及交通流的稳定性和有序性，系统信息流程图如图2所示。

3 自动升降式发光减速带设计

3.1 设计思路

将机械系统与电子系统相结合，信息控制处理器发出指令时，减速带的电子系统控制电机，电机带动机械系统工作，从而控制减速带的升起或降落，以达到控制路段行车速度的目的。同时减速带的电子系统也会控制发光道钉的亮/灭状态，以达到提醒驾驶员前方减速带并主动减速的目的。发光道钉的设计位置在减速带的侧板面，保障灯光以最佳角度进入驾驶员的视野范围，且发光道钉的最高点应略低于橡胶保护层，避免发光道钉与轮胎有直接接触，延长道钉的使用寿命。减速带内部具有排水系统，防止雨水进入影响机械系统和电子系统的正常工作。

3.2 工作原理及机构组成

本机构整体是一个倒置的“凸”形体箱，如图3所示。箱子下部分与地面结合，底面和侧面留有安装孔位，采用螺钉连接。顶层与地面齐平，待减速带启动后，减速板升起形成近似梯形减速带，同时侧板面上的Led闪光灯会同步闪烁，减速带关闭后，Led闪光灯关闭（也可根据实际需求，在减速带回到原始位置后闪光灯可定时段开启），减速板面回到原始位置。

减速带根据功能可分为三个部分：机械升降装置、灯光装置和保护装置。

图3 减速带结构简化图

机械升降装置：减速带的升降机构可简化为曲柄顶杆机构，如图4所示，电机带动曲轴运动，曲轴带动连杆使活动顶杆做上下位移运动。电子系统每收到一个指令电机工作半个周期（曲柄旋转一圈为一个周期），活动顶杆由最低点运动到最高点或由最高点运动到最低点，其运动特性如下。

灯光装置：设计采用有源式Led道钉，可接入24V直流电或220V交流电，由壳体、Led灯、导线和控制器件等组成。减速带上所有道钉为一组，以同步闪烁的方式工作。道钉外壳采用PC防弹料一次注塑成型，增加道钉的高抗冲击性能，其内部控制器采用恒流控制方式，保护Led灯不受损伤，增加灯泡的稳定性能和抗干扰能力，整体实芯环氧树脂填充密封，增加道钉的抗压、抗腐蚀及防水性能。道钉通过螺钉与减速带侧面板连接，待减速带升起后道钉与地面形成一定的夹角，闪光更容易进入驾驶员的视觉区域，引起驾驶员注意，如图5。

图4 升降机构简化图

图5 灯光装置示意图

保护装置：保护装置包括外层的橡胶保护层和内层的防水层。外层的侧面板上铺有保护层，保护层采用弹性橡胶材料制成，在车辆撞击时可吸收部分能量，减少颠簸感。表面刻有“∧”形花纹，与轮胎接触摩擦有收拢效果，还可以降噪，同时在降雨天气下可将雨水快速排到减速带底部的排水槽。表面是传统的黑黄相间色，醒目度高。保护层在闪光灯设计位置预留有安装孔位，保护层厚度高出闪光灯最高面约2cm，当轮胎撞击到减速带时胎面与闪光灯有一定的间隙，以保护闪光灯。内层侧面板底部留有一个倾斜的凹形排水槽，可将雨水快速排出。在侧面板内侧设有密封层，可防止雨水、灰尘等进入减速带内部。

3.3 安装工艺

（1）施工前准备

晴朗天气条件下施工，保证路面干燥整洁，无雨水、石子、油污等。施工人员提前准备路锥、施工导流牌、反光衣等安全防护设备；切槽机、电锤、盘尺、发电机、导线等施工工具。设备应预调试完毕。

（2）施工步骤

先用盘尺确定安装位置，用标记笔标记，再用切槽机切槽，切开的槽道要将多余泥土清理干净，然后放入设备，用电钻在底部侧面板上的安装孔位钻孔，并嵌入膨胀螺丝紧固，用束线带将内部的连接线固定，最后清理施工现场。

（3）测试

给减速带通电，通过手动控制测试减速带能否正常升降及闪光灯能否按设定频率工作。

4 结语

本文分析了雨雾条件下的行车条件及一些隐藏的安全隐患，根据社会需求，结合实际，将电子系统与机械系统整合为一体，对传统减速带进行了创新性改进。通过雨雾检测器监测雨雾条件的发生来控制减速带是否启动，实现了减速带的自动化，可变信息标志牌的运用解决了同一个地方交通标志过多的问题，简洁、准确地将道路交通状况传递给驾驶员，为驾驶员营造出友好的交通环境，提高了道路服务水平。本装置可提前预警，向驾驶员传递雨雾天气条件下的道路实时信息，有效提高道路交通安全水平，降低雨雾环境下交通事故发生的可能性。