基于自动寻迹控制的车用警示装置

管少杰，匡智慧，董 鑫，张洪宾

（山东理工大学，山东 淄博255049）

1 研究背景

在美国、欧洲，如果高速公路上发生车祸，交警至少在200 m 以外就在地上放置冷光蜡烛（防风），提醒驾驶员换线，冷光蜡烛连成一条长长的火光斜线，后方的司机有非常足够的时间避开故障区。而在中国，要求在故障车辆（事故车辆）后方至少150 m 处放一个荧光的三角架警示来往车辆，在国内相关专利中也有提及“通过后备箱开启后，以连接带随风飘荡使警示三角架落至汽车后方”式放置警示三角架，但此装置存在自动化程度低、灵活性低、安全系数低等缺点。由于高速公路车速快，尤其在夜间行车视线不足的情况，驾驶人步行设置警示标志将非常不安全。

大量数据显示，高速公路发生的交通事故中，在设置警示标志的过程中发生的事故占据了很大一部分。开发一种智能设备代替人工放置警示装置显得尤为重要。相比于传统的三角警示牌和其他警示方法，本项目设计的基于自动寻迹控制的车用警示装置可在车辆发生交通事故或故障时，驾驶员在高速公路右侧护栏外，根据设定的目标距离，通过控制器远程操作车用寻迹警示装置，该装置可自动到达相应位置，降低驾驶员步行放置警示装置的风险。

2 项目简介

该装置由变形三角架、车载控制设备、手动遥控器组成。该装置可用于车辆发生交通事故或故障时，驾驶员可在高速公路右侧护栏外，根据设定的目标距离和坐标，通过控制器远程操作车用寻迹警示装置，该装置可自动沿应急车道左侧车道白实线移动至上游150 m 处后，再横向移动至故障车辆中心线的交点位置，降低驾驶员在高速公路上步行放置警示标志的风险。实物如图1 所示。

3 设计方案

3.1 设计思路

在原有应急警示三角牌基础上进行改造，通过增加电动推杆和可自动、可遥控行驶的底盘，设计成能通过远程控制的自动寻迹警示装置。

图1 实物图

在车辆发生故障时，驾驶员可立马撤离到高速公路安全位置，通过控制器远程控制寻迹警示装置，该装置可沿应急车道左侧车道白实线移动至指定位置，移动过程三角警示牌自动升起。最后通过遥控微调，寻迹警示装置再横向移动至故障车辆中心线的交点位置，起到对后方车辆的警示作用。

回收时，发射无线电信号，该装置先横向移动至应急车道左侧白实线，再沿白实线向故障车辆所在方向移动。整个过程实现用智能设备替代人工放置警示三角牌，降低驾驶员在高速公路上步行放置警示标志的风险。

3.2 装置组成

该装置由变形三角架、车载控制装置、手动遥控装置三部分组成。变形三角架工作流程演示如图2 所示。

3.2.1 变形三角架

在原有应急三角架基础上进行改造，增加底盘、动力轮、升起装置。

3.2.2 车载控制装置

车载控制装置分为两部分，驾驶操控界面的控制按钮区域和车位寻迹信号发射区。控制按钮区域与寻迹信号发射区由车载电路连接通信，主要承担信号的传送以及其他总线控制机能。寻迹信号发射区包括无线电信号发射接收器，实时向寻迹三角架提供信号，并接收反馈，以调整车用警示装置轨迹。该部分装置根据设定程序以及遥控指令实现三角警示牌按人为需求自动放置到指定位置。

图2 变形三角架工作流程演示图

3.2.3 手动遥控装置

在自动化的系统外，另设手动遥控装置，便于驾驶人自主调节三角架位置。手动遥控装置对运载装置进行控制，使其运动到车辆后方150 m 处。同时通过可操控手柄对运载装置进行控制，使其在特定地点打开警示装置。并在车辆得到救援后，遥控自动返回故障地点，进行回收利用。工作示意如图3 所示。

图3 工作示意图

4 工作原理

在车辆发生故障时，驾驶员可以首先将车辆开到应急车道内，按《道路交通安全法》内容使用相应警示灯光，并在车辆后方150 m 处设置三角警示牌。本项目设计的自动寻迹警示装置能替代人工放置三角警示牌，需要驾驶员将装置放置在车道白实线上，然后立马撤离到高速公路右侧护栏外安全位置，再通过控制器启动寻迹警示装置，该装置可沿应急车道车道白实线移动至上游150 m 处，再横向移动至故障车辆中心线的交点位置，到达指定位置后，三角警示牌在电动推杆推动下自动缓慢升起，起到警示后方车辆作用。

直至故障车辆得到救援转移，驾驶员远程控制自动寻迹装置回到车道白实线上，装置检测到白实线后自动按白实线轨迹回到初始位置，警示牌在电动推杆收缩牵引下降落，实现自动寻迹装置回收。该装置降低了驾驶员在高速公路上步行放置警示标志的风险，最大程度保障了驾驶员和车内乘客的生命财产安全。工作原理如图4 所示。

图4 工作原理图

5 关键技术

5.1 寻迹技术

利用红外光电传感器对路面白色车道线进行检测，并将路面检测信号进行分析判断，及时控制驱动电机以调整装置转向，从而使装置能够沿着白色车道线轨迹自动移动，实现装置自动寻迹的目的。红外光线反射特性对于不同物体反射特性不一样，装置在移动过程中不断向地面发射红外光，当红外光遇到白色地面时发生漫反射，发射光被装在装置上的接收管接收；如果遇到黑线则红外光被吸收，则装置的接收管接收不到信号，利用这一特性实现装置沿应急车道白线行驶。

5.2 自动升降技术

利用电动推杆使警示三角架在一定范围行程内作往返运动，单片机连接电动推杆，通过遥控终端实时控制三角架升落。电动推杆主要由电机、推杆和控制装置等机构组成的一种新型直线执行机构，可以实现远距离控制、集中控制。

5.3 遥控技术

除自动寻迹模块外还有红外遥控模块。利用红外遥控实现装置的启动、停止、左转、右转、前进后退等功能，便于细调最终运行位置。装置运行沿白线来实现寻迹功能，可利用遥控器的红外遥控控制装置行驶到应急车道线左侧白实线，当装置遇到白线，就会启动寻迹功能模块，让小车沿白线行驶。每个模块都是相互独立又相互协调配合，实现装置的智能控制。

6 创新与应用前景

6.1 创新性

相比于普通警示三角架，该寻迹警示装置通过增加电动推杆、寻迹装置实现了放置警示三角架的智能性和便捷性；选用的微型电动推杆，可自动可遥控的寻迹小车保证了放置过程的准确性和人性化；该警示装置配有一定自重，可保证在如大风等特殊天气下仍然正常起到警示作用；用智能设备替代人工放置警示三脚架，能有效防止在放置过程发生二次交通事故，缩短驾驶人在高速公路行车道上的滞留时间，最大限度保障了驾驶人及乘客的安全。

6.2 应用前景

国内外目前还没有出现一种有效的方法来解决由于驾驶员步行在高速公路上放置警示装置而发生二次事故的问题，而本装置的车载控制装置利用自动寻迹技术，是一个集环境感知和规划决策多功能于一体的综合系统，能够缩短驾驶人在高速公路行车道上的滞留时间，最大限度地保障了驾驶人及乘客的安全，且自动寻迹技术在智能车应用方面具有操作简单、调节响应时间快和性能较好等优良特征，将成为一种更智能化、自动化的自动寻迹控制的车用寻迹警示装置，具有广阔的应用前景。