有关新一代刹车灯的构思——警停灯

昝鹭鸶 张晗 冀向阳 韩鹏洋

摘 要：追尾、疲劳驾驶等现象是交通事故的高危隐患，尤其是在节假日、上班高峰期等车流量大的情境中，加上司机的不良驾驶习惯，更加剧了事故的发生概率。据统计，在交通事故类别比例中，追尾占60%。下面，举例说明：1、5月18日，南京市六合区雍六高速发生一起车祸，两辆小车发生追尾事故，追尾小车被撞的四轮朝天翻在马路中间， 所幸的是驾驶员受轻伤，没有人员受伤。南京交警高速八大队接警之后迅速赶到现场，设置路障，引导高速车辆小心慢行，随后调来事故清障车，将现场清理干净，直到今天凌晨两点左右雍六高速才恢复正常通行。2、5月14日下午，G65包茂高速公路龙凤山隧道发生一起6车连环追尾事故。事故发生后，当地立即启动应急预案，目前，送往医院的伤者都已经得到妥善救治。截止5月15日上午十点，事故已造成6人亡。从以上新闻可以看出，追尾事故造成的人身伤害和财产损失等都不容小视，更有清理、疏导等费时费力的后续工作。因此，寻求一种能够有效降低追尾事故发生概率的方法便成了我们今天要探讨的问题。

关键词：警停灯；刹车灯；

引言：

由于后方司机不知道前方司机正在急刹，便导致了事故的发生。也就是说由于后方司机不清楚前方司机的刹车力度，导致追尾事故的发生。如果我们能让后方司机得知前 方司机的刹车力度，那么追尾事故和二次事故的发生几率将会大大降低。

警停灯就是传递前方司机刹车力度的通道。警停灯由外壳，控制电路，显示部分，电源四部分组成。其中控制部分的核心是加速度计ADXL345，外壳使用亚克力板制作成的，并且在外壳上采用空气对流的结构设计，方便高亮度LED灯散热；电源采用和车载电源电压一置的电源。这样，我们在车辆上装警停灯的时候只需对车辆进行为改装或是不改装即可。另一方面我们可以将警停灯装在非机动车上。

车辆加速度的测量是利用加速度计ADXL345和水银开关。我们将ADXL345测得的三个方向的加速度通过勾股定理减去重力加速度，这样就能得到车辆的真正的加速度。这里面的关键问题是车辆在上下坡时角度的测量，对于角度的测量，警停灯采用水银开关测车头的转向，即车辆行驶在上坡还是下坡，再通过勾股定理和反三角函数测出车辆与水平方向的夹角，再利用三角函数将重力在车辆行驶方向的加速度减去，便得到了车辆的真正的加速度，进而通高亮度LED灯列量化显示。

一、测量角度的具体方法为：

采用两个水银开关，分别倾斜的放在以加速度计为中心X轴和Z轴组成坐标系的三四象限，当加速度计水平放置时，水银开关都不会处于开启状态，当加速度计向X轴正向旋转是，一个水银开关开启（另一个水银开关闭合）；当加速度计向X轴负向旋转时，另一个开关开启，这样我们将两个水银开关的一端接入高电平，另一端分别接入不同的测量口，这样我们就可以根据这两个输入口不同的高低电平组合，就可以准确测得转向。

二、角度的测量：

通过水银开关测出被测物的旋转方向，在根据加速度计测出三个方向的加速度，我们利用三角函数关系就可以计算出被测物当前位置相对于竖直方向的夹角大小和方向，这样我们就可以正确测出被测物每一时刻的动态角度。

警停灯的功能是显示车辆得刹车力度和急刹警示的功能。警停灯根据车辆刹车力度的不同，有不同的显示方式。轻刹时，中间的两列红灯会亮；中刹时，中间两列红灯和其旁边的两列自灯会亮；急刹时，所有灯列都会亮起，并且开始爆闪。这样不同的刹车力度通过不同的方式显示给后方得司机。

三、在制作过程中，要注意以下幾点：

1：我们根据加速度计在莫些方面上的局限，设计出了路况探测传感器。其功能是对车辆当前所行驶的路况，即上坡，平坡，下坡进行探测，并向主控板传递电信号，以方便主控板对加速度计的采样值进行处理。

2：解决车辆在上下坡行驶时的问题

车辆在上下坡行驶时，重力会影响加速度计对车辆真正加速度值得测量，所以我们 根据路况探测传感器的返回值，并且通过算法去除重力的影响量，这样我们便得到了车辆当前真正的加速度值。

3.：我们设计了消除车辆震动影响的滤波算法

我们对加速度采样值进行平滑滤波和限福滤波的算法设计，消除了车辆震动的影响量。

4：解决了高亮度led灯的驱动问题

高亮度LED灯的工作电流大，但凭借IO口是不能驱动灯的。所以我们设计出了依靠达林顿管的驱动电路。

5：解决了高亮度led灯的散热问题

高亮度LED灯工作时，会发出大量的热，会影响灯的使用寿命，我们采用了散热硅胶加铁片进行主散热，而且通过空气对流的结构设计进行辅助散热，经济并且效果好

四、警停灯具有的优势有：

现在的刹车灯都只能显示出来车辆当前正在刹车，但并不能显示刹车的力度，而警停灯不但可以显示出刹车的力度，而且还具有急刹警示的功能。

优势一：警停灯采用两种方式进行供电，一种是通过3s锂电池供电，另一种是通过车载电源供电，以达到无需改装车辆结构，可直接使用，方便安装。

优势二：本产品应用范围广泛，它即可以用在机动车上还可以用在非机动车上。

优势三：使用寿命长

优势四：采用LED灯，理论可以用6万小时，也就是说在车报废期间就不用换灯泡了。

五、警停灯的市场应用：

我们的最终目标是将警停灯成为车辆的标配，进而替代高位刹车灯。截止2015年底，全国机动车保有量达2.79亿辆，其中汽车1.72亿辆；机动车驾驶人3.27亿人，其中汽车驾驶人超过2.8亿人。安全重如山，任何有关安全的问题都不是小事，相信我们的创意会在减少追尾事故发生概率上起到良好的作用。有很大的市场空间，另一方面我们的产品应用范围广泛。

参考文献：

[1]袁西， 陈栋， 田湘，等. 三轴数字加速度计ADXL345及其在捷联惯导中的应用[J]. 电子设计工程， 2010， 18（3）：138-140.

[2]陈玉玲， 李磊. 基于单片机的地铁刹车灯故障提醒电路设计与实现[J]. 数码世界， 2016（12）：162-162.

[3]张朝阳. 自行车转向刹车警示灯：， CN204150159U[P]. 2015.

作者简介：

昝鹭鸶，1995年11月18日，男，汉族，天津市人；职称：学生；单位：郑州大学；研究方向：车辆方向.

张晗，1997年6月27号，女，汉族，河南省人；职称：学生；单位：郑州大学；研究方向：车辆方向.

冀向阳，1996年6月7日，男，汉族，河南省人；职称：学生；单位：郑州大学；研究方向：车辆方向.

韩鹏洋，1995年2月26日，男，汉族，河南省人；职称：学生；单位：郑州大学；研究方向：车辆方向.