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道路光污染自动限制装置
jiang_0514 发表于 2009/3/16 12:22:55 1660 查看 0 回复 [上一主题] [下一主题]
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一、问题的提出
夜间行驶中的汽车在会车时，往往以大灯照亮行驶中的道路，强烈的光照，使得行车中的对方驾驶员炫目，致其精力不能集中，时有交通事故的发生，严重影响着道路交通的行车安全。由于车灯亮度太高，形成另一种现代社会所特有的污染------道路光污染。统计数据表明，超速行驶、客货运输、无证低龄驾驶与夜间行驶成为马路四大“杀手”。夜间交通事故死亡人数占交通事故死亡人数的45.6%[1]，而夜间的交通事故多发生于道路光污染，主要表现为会车时驾驶员双方不主动进行远近光切换。可见道路光污染自动限制装置的研制势在必行。通过技术措施，交通管理部门的每万人交通事故死亡率管理目标实现从人治达到技术手段治理的层面。
二、道路光污染自动限制装置的技术及实现
本文设计的道路光污染自动限制装置，使会车中应由驾驶员操作的会车灯光变光，交由自动光控制装置来完成，通过技术措施从设备上提高夜间行车的安全。该装置是集电力电子学、PWM脉宽调制技术和光电子控制技术于一身的高科技产品。使用时将其主电路串入汽车大车灯开关(switch)支路中即可。
装置的设计思路是：采用光电转换与V/F转换技术，由对方车辆的大灯灯光为光源，在装置的前端安装光敏传感器，受到它车灯光的照射后，光敏器件的光电阻改变，从而引起u/f变换电路的控制电压变化[2]，通过PWM（脉冲宽度调制）改变调节电压的占空比，从而改变IGBT全控型开关器件的控制宽度，大灯的亮度则被平滑的调节。为了使设备工作更加可靠，电路采用了光电隔离技术，即低压工作的控制电路与电源电压12V（24V）主电路没有电气的连接，仅有光信号的耦合，形成了稳定可靠的技术措施。大功率电力电子器件IGBT的大裕量运用是该装置的又一重要可靠因素。通常大灯额定工作时电流约4A，而IGBT器件的选择，选用电流的额定值为50A，这样则可以大大提高设备工作的可靠性。经实验，该装置可全天候无故障地工作，性能极为可靠。设备的工作也可用于汽车白天进出隧道自动亮灯和遇到大雾等自然特殊气象条件的特殊需要，使一般车辆的自动化水平得以提升。
三、电路结构与工作原理
该装置的电路由脉冲形成源、压频变换器和光耦与功率开关三部分组成。
图1是该装置的电路原理图，具体电路结构和工作原理如下：
图1 电路工作原理图
1、脉冲形成源
脉冲形成源由一个555定时器配以适当的RC组成，555定时器是一个CMOS工艺集成的3V~18V高电压范围的集成电路。而我们的设计工作电压为5V，具有很高的电压裕量，与之相配合的阻容器件工作相对更加稳定，因此装置的可靠性很高，也符合车辆运行时震动量很大的特点。
555产生具有一定宽度的序列脉冲，调整R(w1)的阻值就可以调整脉冲的频率，为下一级电路的工作提供稳定可靠的工作脉冲频率，其脉冲频率为ms级，而具体的频率多高要看下一级电路工作的需要在调试时确定。
2、压频变换器
压频变换器也利用具有高度可靠性的CMOS工艺器件组成，并且着重考虑了单供电电源的压频变换器功能的实现。具体器件采用mc14538，这是一个具有DIP封装的双列直插式的双单稳态触发器，其中U1用于脉宽调制PWM以实现压频变换，其值的变化要看光敏二极管D2的等效电阻阻值R*与电容器C5乘积的变化来决定。输出7端的单稳延时决定输出脉冲的延时宽度。通过图2的波形可看到，555的3端输出脉冲波形与MC14538的7端在不同光照度下的脉宽调制电压波形的变化情形。
图2 555的3端与在不同光照度下的MC14538的7端输出脉冲波形
3、光耦与功率开关
该技术的亮点在于将绝缘栅场效应电力电子功率开关用于主回路中，成为大功率的电力电子器件用于功率开关解决大电流的车灯持续点亮，用其大的富裕量参数解决需高度可靠的车灯持续点亮，使得整机可靠性大大提高，体积大大缩小。为使控制回路与主回路有效隔离采用了P521光电耦合器。同时，当大灯灯光被调节至较低时，由双单稳态触发器的另一输出端9，通过另一光电耦合器定时，自动完成大灯与近光灯的切换，实现交通规则的规范执行操作。
另外，睡眠提醒和睡眠唤醒则是该装置的另两个主要功能。驾驶员在行车时，由于安装了自动光控装置，使司机感觉到有了依靠，则产生麻痹思想，在自动变光的同时，装置向司机发出提醒信号声，要求驾驶员以微小的动作回复。如司机不应提醒信号，则认为驾驶员睡着了，控制器发出刺耳的一声叫唤，以唤醒打盹的驾驶员，保证行车安全。
四、结论
该装置笔者在实验室进行了反复试验，并安装在汽车上进行了行车调试，掌握了第一手参数，试验表明该装置灵敏，可靠，车灯光照度随着外界灯光的不同自动平滑调节，极富人性化。夜间会车，司机感到刺眼和炫目，而从刺眼到恢复正常视觉需要5s的时间，按车速40km/h计算，车可以行驶56m的距离，这期间叫做暗适应调整期，也称为会车危险期[3]。装上该道路光污染自动限制装置后，司机不再感到刺眼与炫目，为夜间安全行车提供了保障。据公安部发布05年中国道路交通事故统计分析，2005年中国共发生道路交通事故450254起，造成98738人死亡，直接财产损失18.8亿元。其中，夜间发生177539起,导致47613人死亡，分别占总数的39.4%和48.2%[4]。平均来看，每次夜间事故死亡0.27人，直接财产损失0.41万元。因此，各类汽车若安装道路光污染自动限制装置，交通事故发生率每降低一个百分点，就可以减少死亡479人，减少直接财产损失727万元。据意大利《24小时太阳报》报道，2006年中国汽车产量达到了590万辆，超过了德国成为了世界第三大汽车制造国，中国完全可以在10年之内将产量提高到1000万辆[5]。所以，该装置的推广应用市场广阔，将具有很高的社会价值与经济价值。
五、本文作者创新点：
本文首次对道路光污染进行定义，并利用技术措施或手段，使交通法规的条框措施成为装置化的措施，使法规的执行上升到一个新的高度，使安全理念从制度化、规范化的层面上升到技术层面，使安全从文字保障上升到技术保障，使软性的安全指标成为硬性的技术措施，使安全指标达到理想水平。
参考文献：
[1] 吴毅洲，陈鹏. 道路交通事故成因分析及其预防对策. 沿海企业与科技,2005,3:89-91。
[2] 赵建强，姚素芬. 光电自动跟踪控制系统的智能Fuzzy-PI控制．微计算机信息，2005，7-1：83-84。
[3] 重大交通事故警示录，www.teach8.net
[4] 公安部发布05年中国道路交通事故统计分析数据，中国新闻社 2006，01，12
[5] 意大利媒体报道中国汽车产量，www.ec.com.cn