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1汽车自动限速系统设计刘巧莲，顾永田，荆莹，都萌（长安大学汽车学院西安710064）摘要：该系统的目的在于自动限制汽车的运行速度。它能根据道路状况的不同，给出对应不同的限速值；通过对汽车当前速度的测量，并与设定的限速值相比较。当大于设定限速值时，使油门自动关小，由于这是一个负反馈控制过程，能使汽车的运行速度限制在限速值附近。限速值是由交通部门根据路况设置的，进入某种路况时将会自动地改变限速值。但是，在限速区司机无法更改车辆的限速值；从而使超速行驶的可能性大大减少；交通事故也明显下降。关键词：限速工作原理；蓝牙技术；自动限速ThedesigningofautomaticlimitingspeedsystemforautomobileLiuQiaolian,GuRongtian,JinYing,DuMeng(AutomobileCollege,Chang’anUniversity,Xi’an710064,China)Abstract:Thepurposeofthatsystemliesinautomaticlimitthespeedofoperationofthecar.Accordingtotheroadconditionaldissimilarity,itcangivethecorrespondencelimitingspeednumeral;andbythediagraphtowardthecarcurrentspeed,andthenumeralistocomparewiththelimitingspeednumeralwhichhasbeenset.Whenthecurrentspeedisbiggerthantheset,itmaketheacceleratorautomatictoclosesmall,becausethisisanegativefeedbackcontrolprocess,itcanmakethespeedofoperationofthecarinthenearoftheset.Thelimitingspeednumeralissetaccordingtotheroadconditionalontheroadbythetransportationsection,itwillautomaticchangethelimitingspeednumeralwhilegettingintoacertainsituationoftheroad.But,intheareaofspeedlimit,thedrivercan'tchangethelimitofcar;soitmakesthepossibilityofspeedingtoreduceconsumedly;andthetrafficaccidentalsodescendsobviously.Keywords:Basicprincipleoflimitingspeed;Bluetooth;Automaticlimitingspeed1引言国内对高速公路行驶的汽车限速为120km/h。而实际上，当路况较复杂时，所允许的车速远小于这一值，比如当汽车经过桥梁和在高速公路上，交通事故经常发生，主要原因是汽车的超速行驶所致，因而对汽车必须进行限速，如隧道时，对车速都有严格的限制。特别是进入人口密集的市区，要求汽车以更低的速度行驶。而那些不自觉的司机们，却往往违章操作，结果酿成交通事故。因而有必要在汽车上安装一个限速装置，它能根据不同的路况实施不同的速度限制，而且，司机无法更改这一限速值，从而使超速行驶成为不可能。2蓝牙（Bluetooth）技术通俗地说，蓝牙就是一种短距离无线通讯技术，它可以将数码相机、数字摄像机甚至各种家用电器，通过蓝牙技术连接起来，省去传统的电线。而且透过芯片上的无线接收器，配有蓝牙技术的电子产品能够在一定的有效距离内彼此相通（蓝牙的有效通讯距离有多种，现在的互通距离可以达到很远的距离），传输速度可以达到每秒钟1兆字节。与传统的连接方式相比，蓝牙最大的不同就是消除了设备之间的连线，取而代之以无线连接。蓝牙技术是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范，具有抗干扰、低功耗、点对多点连接、语音和数据混合传输等优点。23系统设计思想及框架3.1系统设计思想及方法限速标志的作用是强制车辆在限速路段内保持在某一速度范围以内，以保证车辆能够安全通过该路段。因此本研究将整条道路根据限速需要分段，在每一段的中点处设置蓝牙路标，此路标的有效范围就形成一个限速区。如果在一个路段上可以实现，同样在其他路段上也成立了，那么整条线路上也就可实现了。因此按“分段限速，合零为整”的思想，选取某条道路的一个路段设置蓝牙路标进行了本研究。本文的设计方法是将蓝牙技术应用于高速公路限速，在汽车上安装一个蓝牙限速装置，并通过在高速公路道路旁布设一定数量的蓝牙路标（BluetoothBeekon，BB）作为信号发射器，实现车辆的速度控制。通过信号控制车辆在限速区的速度，达到限速的目的。本系统为高速公路监控系统的一部分，所有限速值是由监控系统收集来的信息，高速公路上所有信号发射器通过中央电脑统一控制管理。当汽车行驶出信号范围时，保留一段时间的限制速度，如果仍然没有进入其他信号范围，则驾驶员能够自主调控车辆行驶速度。3.2系统框架本系统主要由蓝牙收发模块，车速传感器，微控制器，高速公路监控系统组成。图1给出了系统总工作流程框图，下面结合各部分功能，论述涉及的关键技术。3.3关键技术分析3.3.1蓝牙路标蓝牙路标传感器在车辆定位上已有研究，用以弥补GPS信息在短期因受高楼、隧道遮挡而无法正常定位的缺陷。本系统中则是根据蓝牙路标的定位进行的构思，用以实现高速公路限速的需要。（1）BB传感器限速原理与设计路标传感器是一种无线电信标（signpost），由发射和接收装置两部分组成，为达到限速的目的，必须使发射和接收信号在某一特定的范围之内有效。利用BB传感器实现车辆的限速控制，是基于路标和车载单元中嵌人式主从蓝牙模块（Bluetoothmodule）间无线通讯进行的，具体限速原理如下。○1行驶车速高于限速，如图2所示。图1系统总工作流程图控制中心BB蓝牙智能限速装置车辆信息采集子系统3设BB有效作用范围为半径R的圆。当车驶至路标有效作用区域（A点）时，两模块间开始试图建立通讯，直至车行驶到B点时通讯建立完毕，C点开始限速，D点限速完成，此时车辆速度等于限速值。其中：B~C，速度比较控制器将比较的速度传给速度传感器，然后启动点火或电驱动控制，进行限速；C~D间，很短时间内达到减速。考虑减速需要一定的时间和减速距离，将蓝牙路标的有效范围放大一些，尽可能使D点在限速区临界线附近，尽可能减小误差。○2行驶车速不高于限速如上图中，当车辆在A~B点建立通讯连接后，车辆如常行驶，减少了B~C和C~D间的两个步骤。3.3.2BB的科学限速值考虑对高速公路的科学限速，我们应分天气、分车型、安全车距等结合实际路况给出相应的限速值，此系统是在现有控制系统的基础上考虑的。对此限速系统简略概括图为：图2蓝牙路标传感器限速原理图BBBACD图3加了此限速系统后的监控系统流程图控制信车辆检测气象检测收费系统计算CCT紧急电交通量气象信各收费站交通路段交叉状况交通异常信息收费系统计算可变限速标志可变情报板蓝牙路标控制中心计算机系统及外设巡逻道路信息4由天气、路况等针对车型得出一系列限速值。此处只列出三种不同天气（用A、B、C代表）和三种不同车型（用1、2、3代表）作为例子来解释系统实现所需要的限速值。3.3.3蓝牙智能限速器应用蓝牙技术的汽车限速装置是很新的一项技术，目前在国内已有相应产品，并有相关的实验，且取得了较好的结果。2.3.2.1对此智能限速装置的介绍：蓝牙限速装置与车速表连接，与车速表同步工作。其特征是：速度比较控制器不断将通过蓝牙接收到的限速信号与实际车速进行比较，并控制发动机点火系统或电驱动的动力系统，来实时控制其车速不大于限速值，并在蓝牙路标作用的有效范围内保持不高于限速值的速度行驶。本装置是将蓝牙技术应用进去此限速器是一种新型的汽车自动限速装置。它包括蓝牙信号接收器、实际车速传感器、速度比较控制器和点火或电驱动控制等装置。以解决汽车的超速违章问题，最重要是提高安全性。计算机雾天B雨天C值B2值B1值B3值C2值C1值C3雪天A值A2值A1值A3图5对应不同天气、不同车型的限速值图4高速公路交通监控系统框架的部分信息采集系统传输线路计算机及外设传输线路路标设置PC上位机控制中心控制台5另外，还可以在上图虚箭头处加一语音提示模块，提示驾驶员如：“您现在将进入限速区，限速为100km/h。”此语音装置驾驶员可以关闭。2.3.2.2其工作原理当汽车速度不高于目标车速时，汽车可行驶如常；当汽车速度高于目标车速时，智能控制设备（控制单元）立即启动机械手（调整器）拉起油门，等同于司机放松油门的动作，它就会控制供油系统和发动机的转速，此时汽车只能滑行减速，不能加速，从而使车速得到控制。这时即使踏下油门踏板，供油系统也不会供油，而改由机械手控制油门直至车辆速度不高于目标车速。实际车速与目标车速不断比较，使车辆在目标区内保持不高于目标速度行驶，如图7。4系统限速的实现根据BB限速原理，本文实现的新型BB传感器及通讯结构如图8所示。图6蓝牙智能限速装置基本模块结构图Bluetooth信号接收器实际车速传感器点火或电驱动控制控制单元速度比较控制器速度传感器语音提示车速传感器控制单元调整器节气门发动机车辆运动目标车速驱动力变速器图7简单限速控制工作流程框架路面车轮6BB主要包括CSO5lF单片机和蓝牙主通讯模块（mastermodule）两部分。C805lF单片机作为路标传感器的主控制芯片，硬件配置其两路uART串口资源中COMI口连接主蓝牙模块，并控制与车载单元中从蓝牙模块（Slavemodule）之间的通讯链路建立和限速信息的通讯；COM2口扩展为上位机接口，用于接收PC上位机的路标限速参数设定信息。根据选用的蓝牙模块的不同，蓝牙主从模块间通讯距离也有所差异。BB发出信号，车载限速装置接收信号，速度比较控制器将限速值与实际车速值进行比较。当：（1）行驶车速﹤限速值时，将行驶如常；（2）行驶车速﹥限速值时，速度传感器发出指令给发动机，继而控制汽车供油量，强制降低车辆行驶速度。如图9所示：5结束语应该说明的是：蓝牙路标向汽车发送的限速值只能是限速的起控值，它与汽车实际运行的限速值还是有区别的。显然，后者是大于起控值的，两者的差值与控制电路的灵敏度有关，灵敏度高时，接近起控值。当然过高也不好,因限速过程需有一个缓冲时间,否则车速不稳。由于资金有限本问只是做出的一个系统构想，进一步是要对其进行实验，验证其实用性。参考文献[1]基于多传感器信息融合城市车辆导航定位[Z].[2]高星林，张钱松.山区高速公路限速问题初探[Z].[3]陈倩诒，陈再清.汽车自动限速系统设计[J].计算机测量与控制.2006.14（3）[4]孙会元，孙黎，韦干全.公路车速限制与行车安全视距关系研究[J].公路.2002年2月，第2期如常行驶大于限速小于或等于限速启动速度比较控制器减速至限速值不启动图9智能限速器速度调整速度传感器点火或电驱动控制图8蓝牙路标传感器及通讯结构框图加装蓝牙的智能限速装置BBBluetooth信号发送器RS232上位机接口COM1C8051FMCUCOM2Bluetooth信号接收器实际车速传感器速度比较控制器点火或电驱动控制速度传感器