CN111489563A - 一种智能避险车道系统及车辆避险方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能避险车道系统及车辆避险方法，属于交通安全技术领域，解决失控车辆在制动过程中容易偏离甚至侧翻的问题。本发明所述系统包括信息采集模块、控制器、消能缓冲装置和电源模块，所述信息采集模块安装于距离引道入口前50～100m处，所述信息采集模块用于采集车辆的车速、总重和外轮廓，并将这些参数传递给所述控制器，所述控制器用于控制所述消能与制动保持模块，所述消能缓冲装置安装于制动车道的入口处。本发明能够控制车辆制动移动路线，避免车辆偏离甚至侧翻。

Description

一种智能避险车道系统及车辆避险方法

技术领域

本发明涉及交通安全技术领域，尤其涉及一种智能避险车道系统及车辆避险方法。

背景技术

受复杂地形、工程投资等因素的影响，高速公路或山区道路存在长大下坡或连续转弯等不良路段。车辆尤其是大货车在该不良路段行驶时，由于长时间的行车制动，可能容易使刹车系统温度升高导致刹车失灵，进而引发交通事故，这对失控车辆驾驶员及在该路行驶的其他驾驶员的人身财产安全构成了严重威胁。因此需要设置避险车道来降低交通事故的事故率。

避险车道是指在长陡下坡路段行车道外侧增设的供速度失控车辆驶离正线安全减速的专用车道。避险车道主要由引道、制动车道、服务车道及辅助设施(路侧护栏、防撞设施、施救锚栓、呼救电话、照明)等组成。避险车道主要布置在长下坡路段，以主要应对连续刹车导致过热失灵的车辆被动减速。避险车道通常采用上坡道形式，制动床通常填充厚度较大的豆砾石材料，在重力和粒料阻力对车轮的综合作用下，实现车辆制动。现有制动避险车道主要是采用增加摩擦力来制动车辆，但是车辆在行驶中突然增大摩擦力容易损坏车胎。车辆制动时前行的动力包括自身的动力和前行的惯性两种力。

现有的避险车道普遍存在以下问题：

1、车辆制动过程中受力不均匀而发生方向偏离。

2、失控车辆速度过高时可能导致冲出避险车道的危险.

3、车辆制动后容易后溜。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一是提供一种智能避险车道系统，解决失控车辆在制动过程中由于受力不均匀，方向容易偏离，导致车辆偏离甚至侧翻的问题。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

一种智能避险车道系统，包括信息采集模块、控制器、消能缓冲装置和电源模块，信息采集模块和消能缓冲装置分别与控制器连接，电源模块与控制器连接。通过信息采集模块预先采集车辆的失控信息，控制器根据这些信息计算出最佳的制动力，以确保失控车辆在安全制动距离内所受外部制动力最小，并且预测出车辆进入避险车道的位置，准确的将车辆框在效能缓冲装置中进行制动，避免车辆偏移，车翻。

本设计基于冲量定理而设计：冲量定理的描述为物体的增量等于它所受合外力的冲量，即所有外力的冲量的矢量和，即

Ft＝m(v₀-v)

式中，

F——合外力：

t——合外力作用时间：

m——物体的质量；

v₀——物体的初始速度；

v——物体在经过t时段后的末速度。

对于失控车辆而言，其速度变化量即为进入避险车道前的初速度值v₀，因车辆总质量m为定值，为实现外力对车辆合力F最小，需要尽量增大合外力作用时间t。根据位移公式，

式中，

L——有效制动距离；

a——制动减速度；

F——合外力：

t——合外力作用时间：

m——物体的质量；

v₀——物体的初始速度；

v——物体在经过t时段后的末速度。

由于v₀确定，故应尽可能延长有效制动距离L，实现t值的增大。

鉴于此，本设计通过针对具体车辆设计的作用力，使失控车辆在提供一定冗余量确保安全的前提下最大化利用避险车道的既有减速距离完成制动，减少外力作用，进而降低制动对车辆及人员的伤害程度。

进一步，信息采集模块包括高清雷达测速仪、RFID标签、RFID采集器和激光车型识别设备，高清雷达测试仪安装于引道入口前50～100m处，RFID标签安装于车辆的挡风玻璃上，RFID采集器安装于引道入口前50～100m处，激光车型识别设备安装于引道入口前50～100m处。高清雷达测速仪、RFID采集器和激光车型识别设备分别用于采集失控车辆的车速、总重和外轮廓，能够及时准确的提供失控车辆的信息，以便于控制器计算出最佳的制动力。

消能缓冲装置包括滑板、第一伸缩杆、框架、带有阻力的橡胶轮、前挡板和辊筒，避险车道顶部的侧边开设有滑槽；滑板安装于滑槽内，滑板能够在滑槽内滑行，滑板朝向避险车道中心的侧壁上连接有第一伸缩杆，伸缩杆由预处理模块控制，第一伸缩杆的另一端连接框架，框架顶部的左右两侧固定连接有橡胶轮，框架顶部的前端固定连接有前挡板，前挡板的顶部固定连接有辊筒，辊筒能够自转。制动时，辊筒与车轮接触，车轮带动辊筒一起转动，车轮无法受力，没有不能着力，只能原地打滑，进而能够将车辆制动在避险车道上，车轮的动力耗完后自动停止，避免车轮制动时间过短，摩擦受力过大，车胎损坏。

进一步，在制动车道上铺满沙，沙的高度低于辊筒的高度，并且高于框架的高度。车轮与沙接触受到的摩擦力小，能够有效避免车胎与其他硬性物体接触，进而能够保护车胎。框架与沙软接触，滑行距离较短，能够在较短的轨道上将车辆制动。

进一步，框架的尾部固定连接有钢索，钢索的另一端固定连接有凸轮恒力机构，凸轮恒力机构固定于避险车道的两边。车辆在框架内，带动框架移动，控制器能够控制凸轮恒力机构输出恒定的制动力，进而凸轮恒力机构能够通过钢索给予框架向后的拉力，从而能够给予车辆向后的拉力，防止车辆冲出避险车道。

进一步，框架包括左半框和右半框，左半框和右半框之间设有第二伸缩杆，第二伸缩杆由预处理模块控制。预处理模块根据预先采集的信息控制第二伸缩杆伸缩，从而控制框架在避险车道上的位置，进而能够准确的将车辆框在框架内。

进一步，滑板包括板体、第一杆体和第二杆体，板体用于连接第一伸缩杆，第一杆体固定于板体底部，第二杆体固定于第一杆体底部，第一杆体和第二杆体均安装于滑槽内，滑槽的开口宽度小于第二杆体的截面宽度。第二杆体的截面宽度大于滑槽的宽度，从而能够将滑块固定在滑槽内，避免滑板脱落。

进一步，还包括安装于制动车道停车线位置上的防后溜固定模块，防后溜固定模块包括挡柱、轮挡和弹簧，轮挡的前端与挡柱连接，轮挡的后端与弹簧连接，挡柱用于压住轮挡，弹簧用于顶起轮挡，轮挡可以压入地面，轮挡与汽车轮胎的接触面为圆形曲面。防后溜固定模块的圆形曲面与车胎接触，给予车辆一个沿着避险车道向上的反力，防止车辆后溜。

本发明的目的之二是提供一种应用智能避险车道系统的车辆避险方法，解决现有失控车辆避险方法容易导致车辆二次伤害的问题。

一种应用智能避险车道系统的车辆避险方法，在失控车辆进入制动车道前通过信息采集模块采集其车速、总重和外轮廓参数，并将这些参数传递给控制器，消能装置避险控制系统自动计算出制动失控车辆所需要的数据，车辆驶入避险车道前，两块L型挡板墙之间预留出失控车辆的1.5倍距离，当失控车辆触碰到L型挡板墙短端的瞬间，电动推杆推动L型挡板夹住失控车辆，通过效能与制动保持装置进行制动失控车辆。实现一车一参数制动。

本发明的有益效果：

1.能够根据预先采集的车辆信息，计算出车辆计入车道的位置以及最佳的制动力，准确的将车辆制动在避险车道上，全车体作用制动，防止车辆偏移，侧翻。

2.车辆在效能缓冲装置中打滑，动能耗尽后自动停止，避免车轮制动时间过短而过度损坏。

3.能够防止车辆后溜，避免车辆滑出避险车道造成其他二次伤害。

附图说明

图1是本发明的设计结构图；

图2是本发明消能缓冲装置的立体结构示意图；

图3是本发明凸轮恒力机构的结构示意图；

图4是本发明框架的结构示意图；

图5是本发明滑板的结构示意图；

图6是本发明防后溜固定模块的结构示意图；

其中，1-信息采集模块、11-高清雷达测速仪、12-RFID标签、13-RFID采集器、14-激光车型识别设备、2-控制器、3-消能缓冲装置、31-滑板、311-板体、312-第一杆体、313-第二杆体、32-第一伸缩杆、33-框架、331-左半框、332-右半框、333-第二伸缩杆、34-橡胶轮、35-前挡板、36-辊筒、37-滑槽、38-钢索、39-凸轮恒力机构、4-电源模块、5-防后溜固定模块、51-挡柱、52-轮挡、53-弹簧。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明：

如图1至图6所示

实施例一

一种智能避险车道系统，包括信息采集模块1、控制器2、消能缓冲装置3和电源模块4，信息采集模块1和消能与制动保持模块分别与控制器2连接，电源模块4与控制器2连接，信息采集模块1安装于引道入口前50～100m处，信息采集模块1用于提前采集车辆的车速、总重和外轮廓，并将这些参数传递给控制器2，控制器2基于冲量定理原则自动计算出制动失控车辆所需要的输出力，控制器2用于控制消能与制动保持模块，消能缓冲装置3安装于制动车道的最前方，消能与制动保持模块根据控制器2计算出来的数据进行制动工作。每辆失控车辆的车速、总重和外形等都不一样，所以制动时所需要的力量大小也不一样。传统的避险车道是用较厚的制动床粒料，车辆在上面移动时，比较颠簸，受力不均匀，受力方向容易偏移。本发明不采用传统的制动方式，通过预先采集失控车辆运行特征的参数，系统自适应调节消能缓冲装置3的输出力。可以确保最大制动距离的有效利用，从而在冲量一定的前提下尽可能减少车体作用力，降低内外受力差。车辆在平滑的避险车道上移动不颠簸，受力比较均匀，便于控制方向，避免车辆偏离、侧翻。

信息采集模块1包括高清雷达测速仪11、RFID标签12、RFID采集器13和激光车型识别设备14，高清雷达测速仪11安装于距离引道入口前50～100m处，RFID标签12安装于车辆的挡风玻璃上，RFID采集器13安装于引道入口前50～100m处，激光车型识别设备14安装于引道入口前50～100m处。

其中，高清雷达测速仪11与地面的距离为5～8m，仰视安装角为20°～25°。高清雷达测速仪11采用窄波平板雷达，雷达频率为24.125GHz，雷达测量角度为水平25°，测速周期不大于40ms，测速范围为20～250km/h。高清雷达测速仪11可以采集引道入口前50～100m处的失控车辆的速度，把采集到的失控车辆数据传递给控制器2。

其中，RFID采集器13与地面的距离为5～8m，与水平面的角度为20°～25°。RFID采集器13采用的是一种无线通信技术，可以通过无线电讯号识别特定目标并读取相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或者光化学接触。RFID标签12装配与车辆的挡风玻璃上，电子车牌中写入一些车辆的相关信息，包括车辆的唯一识别码、车辆的类型、号牌的种类、车辆的使用性质等，RFID采集器13安置于目标路段的道路支架上。当装配了RFID标签12的车辆从RFID采集器13下方的路段通过时，RFID采集器13就会读取车辆上的RFID标签12识别码以及其它信息并且产生一条过车记录，然后将记录上传到消能控制系统，上传的记录中包含：RFID采集点的名称、车辆的RFID标签12、过车时间、车辆的行车方向，RFID标签12的IP地址、车辆的总量。其中车辆的总重是车辆进入高速公路入口收费站时的称重数据。

其中，激光车型识别设备14与地面的距离为5～8m，与水平面的角度为90°。激光车型识别设备14包括龙门型支杆和激光扫描器142，龙门型支架装于引道入口处，龙门型支架的上方和侧方都安装有激光扫描器，激光扫描器包括扫描传感器和数据组成采集器，扫描传感器安装于车道中心上方的龙门支架上，扫描方向平行于车辆行驶方向，获取车辆的长、高数据及车辆顶部的轮廓信息，安装于龙门支架侧方的扫描传感器方向垂直于车辆行驶的方向，获取车辆的侧身轮廓信息。

信息采集模块1用于预先采集失控车辆的车速、总重和外轮廓等信息，并且根据这些信息计算出制动失控车辆的最佳拉力，信息采集模块1包括在制动车道入口前设置的高清雷达测速仪11、FRID采集器13、激光车型识别设备14和消能控制系统，高清雷达测速仪11用于测量失控车辆的车速，FRID采集器用于采集车辆的总重，激光识别设备用于识别失控车辆的外轮廓，消能控制系统接收高清雷达测速仪11、FRID采集器13和激光车型识别设备14的信息，并且计算出用于制动失控车辆的最佳拉力，并且控制消能缓冲装置3制动车辆，

消能缓冲装置3包括滑板31、第一伸缩杆32、框架33、带有阻力的橡胶轮34、前挡板35和辊筒36，消能缓冲装置3用于抵消失控车辆车轮的主动力，在避险车道的两侧开设有滑槽37，滑槽37与避险车道平行，滑板31安装于滑槽37上，滑板31能够在滑槽37内滑行，滑板31朝向避险车道中心线的一侧固定连接有第一伸缩杆32，第一伸缩杆32由信息采集模块1控制，第一伸缩杆32远离滑板31的一端固定连接有框架33，框架33为矩形框架，框架33顶部的左右两侧均固定连接有橡胶轮34，橡胶轮34竖直设置，橡胶轮34用于接触车辆的左右侧壁，橡胶轮34带有阻力，能够降低失控车辆的车速，还能防止车辆左右倾斜，全车体制动，框架33的前端固定连接有前挡板35，前挡板35的顶部设有辊筒36，前挡板35为U型状，前挡板35的顶部两侧用于固定连接辊筒36，辊筒36横向设置，辊筒36能够自转，辊筒36用于阻挡车辆压过去，制动时失控车辆压在辊筒36上，车轮与辊筒36同时转动，将面接触转换为线接触，车轮受到的摩擦因素极小，由牛顿第三运动定律可知，力的作用是相互的，从而失控车辆受到向前移动的力极小，就像车辆在泥土中打滑一样，失控车辆只能在框架33上原地打滑，在制动车道上铺满沙，进一步的避免车胎与其他硬性物体接触，保护车胎。沙的高度低于辊筒36的高度，避免车轮无法与辊筒36接触，导致辊筒36不起到作用，沙的高度高于框架33的高度，避免车轮直接与框架33接触。车胎与辊筒36接触，采用减少摩擦力的方式，使车辆打滑，阻止车辆前行，制动车辆，避免车胎摩擦受力过大，车胎损坏。

框架33尾部连接有钢索38，钢索38的另一端连接有凸轮恒力机构39，凸轮恒力机构39固定于避险车道上，凸轮恒力机构39是基于力矩恒定原理设计出的一种主要是由凸轮机构和转盘组成的凸轮恒力机构39，利用凸轮机构中的滚子对凸轮的压力与其力臂乘机保持恒定产生力矩，进而通过转盘转化为恒力输出。凸轮恒力机构39输出的力用于抵消失控车辆前行的惯性，根据凸轮力矩恒定的约束，可推导凸轮的理论轮廓线和实际轮廓线的方程，计算凸轮轮廓线的范围，框架33与车辆一起移动后，随之拉动与其连接的钢索38，通过控制凸轮恒力机构39，使钢索38产生对框架33向后的拉力，信息采集模块1根据计算的最佳阻力控制凸轮恒力机构39产生最佳的拉力。

框架33包括左半框331和右半框332，左半框331和右半框332之间设有第二伸缩杆333，第二伸缩杆333的两端分别与左半框331和右半框332连接，第二伸缩杆333由信息采集模块1控制，信息采集模块1通过失控车辆的外轮廓自动调节框架33的宽度，便于橡胶轮34与失控车辆接触，降低失控车辆的车速。

滑板31包括板体311、第一杆体312和第二杆体313，板体311用于连接第一伸缩杆32，第一杆体312固定于板体311的底部，第二杆体313固定于第一杆体312的底部，第一杆体312和第二杆体313均安装于滑槽37内，第一杆体312的截面小于第二杆体313的截面，滑槽37的开口宽度小于第二杆体313的截面宽度。避免滑板31从滑槽37内滑出。

还包括安装于制动车道停车线位置上的防后溜固定模块5，防后溜固定模块5包括挡柱51、轮挡52和弹簧53，轮挡52的前端与挡柱51连接，轮挡52的后端与弹簧53连接，挡柱51用于压住轮挡52，弹簧53用于顶起轮挡52，轮挡52可以压入地面，轮挡52与汽车轮胎的接触面为圆形曲面。

轮挡52、挡柱51采用45Mm钢建造而成，弹簧53采用65Mm钢建造而成。采用横向贯穿的方式安装防后溜固定模块5，及令防后溜固定装置的长度与车道的宽度相同，这样可以避免出现车轮接触不到防后溜固定模块5的情况。运作过程如下：当汽车从左侧驱向右侧时，汽车轮胎将挡板压入地下，正常驶过地面，当汽车从右侧向左侧行驶时轮胎与轮挡52接触，其中轮挡52的圆形曲面将汽车的轮胎托住，此时给防后溜固定模块5一个沿斜坡向下的力，圆形挡柱51将轮胎压住，防止后溜的车辆被掀起来。

实施例二

一种应用智能避险车道系统的车辆避险方法，在失控车辆进入制动车道前通过信息采集模块1采集其车速、总重和外轮廓参数，并将这些参数传递给控制器2，消能装置避险控制系统自动计算出制动失控车辆所需要的数据，当车辆进入制动车道时，控制器2智能控制消能缓冲装置3进行车辆制动。

在失控车辆距离引道入口前50～100m时，高清雷达测速仪11采集失控车辆的车速，并将信息传递给控制器2；失控车辆行驶到引道入口时，RFID采集器13采集车辆挡风玻璃上RFID标签12记录的信息，并将RFID标签12记录的车辆总重、RFID采集点的名称、采集时间和行车方向等信息传递给控制器2，激光车型识别设备14扫描失控车辆的外轮廓信息，并将这些信息传递给控制器2；当车辆来到制动车道时，控制器2控制自适应调节电动推杆32的伸长量和凸轮恒力机构39的输出力，实现一车一参数制动车辆。

本发明的使用方法如下：失控车辆在避险车道入口前，信息采集模块1自动采集车辆的车速、总重、外轮廓等信息，失控车辆进入避险车道时，车辆行驶到框架33上，车轮与辊筒36接触，车轮与辊筒36同时转动，从而实现打滑现象，进而阻止车辆前行，但是车辆在惯性的作用下还是会带动框架33向前滑动，框架33带动第一伸缩杆32和滑板31向前滑动，然后拉直钢索38，钢索38在凸轮恒力机构39的作用下给予框架33一个向后的拉力，从而抵消车辆的惯性力，制动车辆。

本发明根据预先采集失控车辆运行特征的参数，系统自适应调节电动推杆32的伸长量和凸轮恒力机构39的输出力，实现一车一参数的个性创新，以确保失控车辆在安全制动距离内所受外部制动力最小，减少制动过程中对车辆照成的伤害，计算出车辆计入车道的位置，准确的将车辆制动在避险车道上，防止车辆偏移，侧翻。采用L直角型挡板墙31的设计将避险车道内路面对车轮的阻力分配至车体全身，而且利用侧向受力式推杆夹墙确保车辆行进方向。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (9)

1.一种智能避险车道系统，其特征在于：

包括信息采集模块、控制器、消能缓冲装置和电源模块，所述信息采集模块和所述消能缓冲装置分别与所述控制器连接，所述电源模块与所述控制器连接，所述消能缓冲装置包括滑板、第一伸缩杆、框架、带有阻力的橡胶轮、前挡板和辊筒，避险车道顶部的侧边开设有滑槽。

2.根据权利要求1所述的智能避险车道系统，其特征在于：

所述信息采集模块包括高清雷达测速仪、RFID标签、RFID采集器和激光车型识别设备，所述高清雷达测试仪安装于引道入口前50～100m处，所述RFID标签安装于车辆的挡风玻璃上，所述RFID采集器安装于引道入口前50～100m处，所述激光车型识别设备安装于引道入口前50～100m处。

3.根据权利要求1所述的智能避险车道系统，其特征在于：

所述滑板安装于滑槽内，所述滑板能够在所述滑槽内滑行，所述滑板朝向避险车道中心的侧壁上连接有所述第一伸缩杆，所述伸缩杆由所述预处理模块控制，所述第一伸缩杆的另一端连接所述框架，所述框架顶部的左右两侧固定连接有所述橡胶轮，所述框架顶部的前端固定连接有所述前挡板，所述前挡板的顶部固定连接有所述辊筒，所述辊筒能够自转。

4.根据权利要求3所述的智能避险车道系统，其特征在于：

在制动车道上铺满沙，沙的高度低于所述辊筒的高度，并且高于所述框架的高度。

5.根据权利要求3所述的智能避险车道系统，其特征在于：

所述框架的尾部固定连接有钢索，所述钢索的另一端固定连接有凸轮恒力机构，所述凸轮恒力机构固定于避险车道的两边。

6.根据权利要求3所述的智能避险车道系统，其特征在于：

所述框架包括左半框和右半框，所述左半框和所述右半框之间设有第二伸缩杆，所述第二伸缩杆由所述预处理模块控制。

7.根据权利要求3所述的智能避险车道系统，其特征在于：

所述滑板包括板体、第一杆体和第二杆体，所述板体用于连接所述第一伸缩杆，所述第一杆体固定于所述板体底部，所述第二杆体固定于所述第一杆体底部，所述第一杆体和所述第二杆体均安装于所述滑槽内，所述滑槽的开口宽度小于所述第二杆体的截面宽度。

8.根据权利要求1所述的智能避险车道系统，其特征在于：

还包括安装于制动车道停车线位置上的防后溜固定模块，所述防后溜固定模块包括挡柱、轮挡和弹簧，所述轮挡的前端与所述挡柱连接，所述轮挡的后端与所述弹簧连接，所述挡柱用于压住所述轮挡，所述弹簧用于顶起所述轮挡，所述轮挡可以压入地面，所述轮挡与汽车轮胎的接触面为圆形曲面。

9.应用如权利要求1～8中任意一项所属的智能避险车道系统的车辆避险方法，其特征在于：

在失控车辆进入制动车道前通过所述信息采集模块采集其车速、总重和外轮廓参数，并将这些参数传递给所述控制器，所述消能装置避险控制系统自动计算出制动失控车辆所需要的数据，当车辆进入制动车道时，所述控制器智能控制所述消能缓冲装置进行车辆制动。

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