專利名稱：機動車介入式主動限速控制裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及對機動車超速行駛介入式車速控制的裝置，更具體 地說，涉及高速公路交通安全管理上對違章超速行駛車輛實施主動車速限速控 制的裝置。
背景技術：
目前，高速公路上的車速管理及控制，主要為交通安全管理部 門在高速公路需限速路段路口以指示牌方式設立明顯限速標志，對進入限速路
段的車輛進行警示性限速提示。我國交通法規(guī)上規(guī)定的120km/h、 110km/h、 100km/h、 80km/h等幾個限速標準，主要視高速公路不同等級或所在環(huán)境路況 而設定，世界各國也基本如此。在一些復雜和特殊路段，我國大中城市及沿海 經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，還采用定點設置的"電子眼"測速裝置，違規(guī)超速駕車需受交 通管理部門較為嚴厲的經(jīng)濟處罰。上述交通法規(guī)和交通安全管理部門的具體限 速管理措施，均為被動式車速監(jiān)控管理方法，除技術上有極限外，其作用及效 果也易受人為因素的影響和干擾，如近期一些地方不斷出現(xiàn)的隱蔽式定點"電 子眼"測速方法就備受爭議， 一方面，公開性定點測速技術因被測車輛一旦過 了測速點半徑一公里以外的測速范圍，駕車者就可超速駕車難以有證據(jù)可罰， 另一方面，駕車者的隨意超速和反監(jiān)控心態(tài)也容易引發(fā)交通事故等問題的發(fā)生。 為解決近期"電子眼"測速出現(xiàn)的監(jiān)控與反監(jiān)控混亂現(xiàn)象， 一種"區(qū)間測速" 新技術，即在一定路段內，按照車輛行駛平均速度判定車輛是否超速方法，我 國廣東省也從2007年起宣布在省內廣深高速路段率先推行。該"區(qū)間測速"法 看起來比"電子眼"點上測速公平性、透明度加強，但仍擺脫不了技術滯后的 被動管理監(jiān)控方式，而且"區(qū)間測速"涉及的區(qū)間內原諸多車輛加油、維修、 餐飲服務行業(yè)必須納入停車計時管理或區(qū)間外的重建問題，因而增加了系統(tǒng)監(jiān) 控的復雜性和難度，至少，其區(qū)間內車輛?？繒r間，將成駕車者重新上路即可 隨意超速行車的富余時間而失去"區(qū)間測速"的實質意義。目前，國外除少數(shù) 特殊公路特殊車輛可衛(wèi)星直接跟蹤定位監(jiān)控外，還未見有大量普通民用高速公 路對超速車輛實施主動控制和管理的裝置。

發(fā)明內容
本發(fā)明旨在提供一種能對高速公路上違章超速行駛車輛實施主 動車速監(jiān)控的機動車介入式主動限速裝置，以克服現(xiàn)技術及目前高速公路交通 安全管理中的不足和困難。
本發(fā)明機動車介入式主動限速控制裝置，首先是基于如下原理和方法發(fā)明
創(chuàng)造的在高速公路路口地下或入口處，放置一電磁脈沖信號發(fā)射源，按照不
同路段限速指示牌標示的車速限速數(shù)值，發(fā)出代表該限速值的不同頻率脈沖；
在機動車上，安有電磁脈沖信號接收器以及相應的處理電路。當路過的車輛檢 測到電磁脈沖信號后，系統(tǒng)將信號轉化還原，得出該路段對車輛行駛速度的限 速數(shù)值，與車輛當前行駛速度比較， 一旦車速超過該限速數(shù)值，則車載系統(tǒng)輸 出的控制信號可自動控制汽車燃油正常供量，迫使車輛減速，以達到對機動車 主動限速控制的目的。
安于高速路段入口處地下之電磁脈沖信號發(fā)射源，其脈沖頻率的設定，可
以簡單的按照限速值對應的數(shù)值而設定，即限速100公里/小時，頻率就是IOO
赫茲等。為了提高接收可靠性，縮短接收時間以使較快速通過的車輛也能可靠
的得到限速信息，則脈沖頻率可以按照限速值的某個倍數(shù)設定，比如按10倍設 定時，當限速值為100公里/小時，頻率就是lkHz (即1000赫茲)；限速120 公里/小時，頻率就是1.2kHz等，其余以此類推。本發(fā)明具體實施例將以lkHz 代表100公里/小時限速數(shù)值設定作說明。
在機動車上，安裝一套電子控制系統(tǒng)，系統(tǒng)中有車載電磁脈沖信號接收器、 霍爾車速脈沖信號源、限速指示器及電路、超速報警電路、電控加速踏板開關 電路及其組件等。所謂電控加速踏板開關電路及組件，就是一套使油門拉索脫 離加速踏板聯(lián)動的電控裝置，該裝置平時讓油門拉索與加速踏板處于聯(lián)動狀態(tài)， 當電控加速踏板組件處于限速啟動并執(zhí)行狀態(tài)時，就可以使油門拉索與加速踏 板聯(lián)動脫離，令發(fā)動機怠速運轉，將機動車車速降低，當車速降到設定車速數(shù) 值時，重新恢復加速踏板與油門拉索的聯(lián)動，從而實現(xiàn)將機動車車速降于限速 值以下的目的。 '
安裝于機動車底部的電磁脈沖信號接收器，由磁感應線圈等電磁感應元件 構成，其作用是將感應脈沖信號轉換成電脈沖信號，電脈沖信號經(jīng)過放大整形 匹配電路將信號轉換成標準TTL邏輯電平信號，輸入到單片機的一個專用計數(shù) 器外部輸入口上，以對應單片機內部的一個專用計數(shù)器；單片機內部還有一個 定時器，在系統(tǒng)捕獲到電磁脈沖信號后，開始啟動這個定時器，在一個固定的 時間段內，比如選擇時間段為0. 1秒，在這個時間段內，即使很快速運動的機 動車，系統(tǒng)也可有效地區(qū)分接收到電磁脈沖信號發(fā)射源的信號；在系統(tǒng)超過3 個以上電磁脈沖信號發(fā)射時間間隔而接收器沒有接收到電磁脈沖信號，則系統(tǒng) 可以確認車輛通過了這個電磁脈沖信號發(fā)射源范圍；在通過電磁脈沖信號發(fā)射 源區(qū)域后，系統(tǒng)開始對限速信息進行處理，計算出該限速路段具體的限速數(shù)值。
當信號源發(fā)射頻率為lkHz時，在0. 1秒內，車輛可以接收到的一組電磁脈 沖數(shù)是100個(每0. 1秒內接收到的脈沖數(shù)量，就稱之為一組)；如果車速很快， 那么車輛通過時，會接收到稍少數(shù)量的脈沖組個數(shù)；如果車速很慢，那么車輛 通過時，就會接收到很多組相同個數(shù)脈沖；如果車速極慢，那么車輛通過時， 會接收到更多組相同個數(shù)脈沖，固單片機系統(tǒng)內只要工作3個時間段即0. 3秒即可，然后，單片機將計算出的限速數(shù)值存儲在其片內的一個特定存儲單元中， 作為以后車輛行駛時限速處理的依據(jù)；該存儲單元，在車輛進入其它路段后， 可以被另外的電磁脈沖信號發(fā)射源發(fā)射的新限速數(shù)值取代更新。以上過程，在 單片機得到上述限速要求后，都會在內部做一個十六進制數(shù)據(jù)5A標記和發(fā)光二 極管閃光外部標記，以便單片機可以執(zhí)行軟件程序判斷超速與否。
霍爾車速脈沖信號源(機動車變速箱輸出軸采集的車速脈沖信號)，包括霍 爾傳感器、匹配與放大電路等，其輸出TTL邏輯電平的車速脈沖信號，與單片 機的輸入口接口，利用單片機內部專門處理這個脈沖信號的軟件子程序，通過 測頻率法或者測周期法，就可以計算出車輛當前的行駛速度值，并將計算得出 的車速數(shù)值，在單片機內部一個固定的存儲單元中存儲、更新，以后軟件就可 以這個數(shù)值，與限速數(shù)值進行比較，從而得出超速與否的結論。
當程序檢測到有限速標記后，限速指示器閃光，并開始對車輛當前行駛速 度與限速值比較，如果發(fā)現(xiàn)當前車速大于限速值時，單片機輸出一個控制信號， 打開蜂鳴器聲音報警，提醒駕駛員現(xiàn)在車輛處于超速行駛狀態(tài)，應該立即減速； 同時，單片機啟動一個定時器，在超速行駛時間超過這個定時器計時時間后， 單片機輸出另一個控制信號，啟動電控加速踏板開關電路，斷開電控加速踏板 組件中油門拉索與加速踏板連接關系，使駕駛員失去利用加速踏板操控節(jié)氣門 的能力，發(fā)動機處于怠速狀態(tài)，機動車車速因此會降低下來，直到車速降至軟 件程序設定的車速數(shù)值時，單片機又從上述兩輸出口輸出取消聲音報警和取消 斷開油門拉索連接控制信號，使駕駛員通過加速踏板又能進入正常車輛行駛操 作狀態(tài)。另外，重要的一點約定是，本發(fā)明所述的電磁脈沖信號發(fā)射源，可以 發(fā)射取消限速的特定頻率值，車載系統(tǒng)接收到這個特定頻率后，清除控制標記， 取消限速控制，直到新的限速值出現(xiàn)，這樣，就可以實現(xiàn)完整交通環(huán)節(jié)的車速 控制任務了，比如說， 一個3kHz的電磁脈沖頻率，本來該頻率可以代表限速值 300km/h，但該高速限速值國內外交通法規(guī)上沒有，是不會在單片機軟件系統(tǒng)中 作為對機動車輛的限速值而設定的，但軟件系統(tǒng)可以將這個頻率，包括選擇超 過我國交通法規(guī)限速標準以上的任何一個車速數(shù)值設置成取消限速的特定頻率 數(shù)值，因此，當車載系統(tǒng)接收到這個特定頻率數(shù)值后，就會取消在單片機內部 和外部所設置的5AH標記和發(fā)光二極管閃光標記，程序以后就不再執(zhí)行處理車 輛是否超速的軟件了，單片機也不會誤判。發(fā)射這個取消限速控制的特定頻率 的電磁脈沖信號發(fā)射源，可安裝于高速公路末端或出口處。以上所述，就是系 統(tǒng)主動進行車速的介入控制過程，從而實現(xiàn)本發(fā)明機動車介入式主動限速控制 的目的。
另外，本發(fā)明的發(fā)射接收部分，除采用電磁脈沖發(fā)射接收方式外，也可以 采用調頻無線電發(fā)射接收方式(具體方法在以下具體實施例中再作說明，此處
暫略)。
綜上所述，本發(fā)明內容具體包括
所述電磁脈沖信號發(fā)射源(也可以為調頻無線電信號發(fā)射源)，安裝于高速 公路需限速路段入口處地下，該電磁脈沖信號發(fā)射源具有不同可變脈沖振蕩頻 率，用以代表不同車速限速數(shù)值。
所述電磁脈沖信號發(fā)射源的接收器，為車載電磁脈沖信號接收器(也可以 為車載調頻無線電信號接收器)。當車輛通過限速路段入口處時，車載電磁脈沖 信號接收器將感應接收到的電磁脈沖信號處理后輸入單片機的一個通用輸入/ 輸出端口上，經(jīng)計算還原成限速數(shù)值，存儲于單片機片內的存儲單元中。
所述單片機的另一個輸入接口，與霍爾車速傳感器脈沖信號的輸入信號接 口，經(jīng)單片機計算出的車速數(shù)值，也存儲于單片機片內存儲單元中。單片機內 還存有事先寫入的車速控制軟件程序，當車輛行駛速度超過單片機內存儲的車 速限速值時，單片機車速控制電路能及時對超速行駛車輛輸出超速報警及減速 控制信號。
所述電控加速踏板開關電路為控制電控加速踏板組件的控制電路，該電路 根據(jù)單片機軟件程序指令接通或斷開12V電源的輸出；所述電控加速踏板組件 中有一永久磁鐵和電磁鐵芯吸合，當電磁鐵芯中的電磁線圈有電流通過時，永 久磁鐵和電磁鐵芯的吸合自動脫開，加速踏板對機動車油門拉索失去作用力， 使節(jié)氣門回位，發(fā)動機處于怠速狀態(tài)；當電磁鐵芯中的電磁線圈無電流通過時， 永久磁鐵和電磁鐵芯恢復吸合狀態(tài)。
所述超速報警電路發(fā)出的報警聲用于告示車輛已處于超速行駛狀態(tài)，駕車 者需自行減速，否則，在單片機軟件程序作用下，系統(tǒng)介入并強迫車輛自動減 速。
所述特定值頻率信號，為取消限速值設定頻率信號，其作用是將單片機內
的特定標志5AH標記清除以及熄滅外部發(fā)光二極管閃光標記，解除對機動車輛 的限速控制。
實施本發(fā)明的有益效果(l)減少高速公路安全管理系統(tǒng)現(xiàn)有"電子眼"點
上測速和"區(qū)間測速"監(jiān)管上的爭議和被動，可有效解決高速公路日益面臨的 車流滯堵及駕車者隨意超速行車容易引發(fā)的交通事故的發(fā)生，減少人員生命及
財產(chǎn)損失；(2)提升國民遵章守法行車意識，利于和諧社會的發(fā)展建設，利于跨 越式提升我國現(xiàn)有交通安全管理水平；(3)該發(fā)明技術及工藝制造實施容易，社 會效益及經(jīng)濟效益明顯。


圖l為本發(fā)明電磁脈沖信號發(fā)射源電路原理圖。
圖2為單片機及車速控制系統(tǒng)電路原理圖。該圖由車載電磁脈沖信號接收
器(l);霍爾車速脈沖信號源(2);限速指示器及電路(3);超速報警電路(4); 電控加速踏板開關電路(5)構成。
圖3為電控加速踏板組件結構示圖。
圖4為單片機車速控制軟件流程圖。
圖5為單片機中斷子程序軟件流程圖。
具體實施例方式下面結合本發(fā)明內容及附圖對本發(fā)明作進一步說明描述。
圖1為本發(fā)明電磁脈沖信號發(fā)射源電路原理圖，圖中JT為一只10MHz的晶 體振蕩器，F(xiàn)PQ是一塊CPLD集成電路EPM7128STI。在這塊集成電路FPQ中，有 利用專用軟件MAXPLUS-II編制的任意頻率分頻器邏輯模塊，該分頻器依賴于外 部電阻R3及SW開關(實際開關網(wǎng)絡是一只旋轉型9選1波段開關)組成的選 頻網(wǎng)絡，將晶體振蕩器JT產(chǎn)生的脈沖頻率，分頻成為代表限速值為50km/h 130km/h的9個500Hz 1. 3KHz脈沖頻率，通過波段開關SW所處9個不同位置， 選擇輸出某個頻率脈沖信號。電阻R1、 R2與三極管V1、 V2組成放大電路；電 磁脈沖從電感線圈L1發(fā)射，V3作為續(xù)流二極管，將電感線圈L1的反沖電動勢 泄放，保護放大電路。其作用及過程是，在發(fā)射源電路加電后，晶體振蕩器產(chǎn) 生的脈沖信號，經(jīng)過分頻、選頻輸出、放大后驅動電感線圈L1，將電脈沖信號 轉換成磁脈沖信號發(fā)射到空間中。該電感線圈L1發(fā)出的磁脈沖，可以通過一個 磁隔離槽，將發(fā)射區(qū)域限制在一個固定范圍內，而發(fā)射距離，可以通過調節(jié)功 率放大部分的電阻R1、 R2加以控制，以達到對圖2中之車載電磁脈沖信號接收 器能良好接收的目的。
FPQ形成分頻電路工作模式為l個預分頻模塊，分頻系數(shù)=100將晶體振蕩 器JT的10MHz主頻，分頻為100kHz作為其它電路進一步精細分頻的全局頻率 源；1個系數(shù)=200的分頻模塊，將全局頻率源分頻為代表50km/h的500Hz頻率； 1個系數(shù)二167的分頻模塊，將全局頻率源分頻為代表60km/h的600Hz頻率；1 個系數(shù)=143的分頻模塊，將全局頻率源分頻為代表70km/h的700Hz頻率；l個 系數(shù)=125的分頻模塊，將全局頻率源分頻為代表80km/h的800Hz頻率；1個系 數(shù)=111的分頻模塊，將全局頻率源分頻為代表90km/h的900Hz頻率；1個系數(shù) =100的分頻模塊，將全局頻率源分頻為代表100km/h的1000Hz (lkHz)頻率； 1個系數(shù)=91的分頻模塊，將全局頻率源分頻為代表110km/h的llOOHz(l. lkHz) 頻率；1個系數(shù)=83的分頻模塊，將全局頻率源分頻為代表120km/h的1200Hz (1.2kHz)頻率；1個系數(shù)二77的分頻模塊，將全局頻率源分頻為代表130km/h 的1300Hz (1.3kHz)頻率；1個系數(shù)二33的分頻模塊，將全局頻率源分頻為代 表取消限速的3000Hz (3kHz)頻率。
圖2為單片機及車速控制系統(tǒng)電路原理圖。圖中，車載電磁脈沖信號接收 器(l)由電感線圈L2和二極管V4作電磁脈沖感應器。其中電感線圈L2的用途 是耦合電磁脈沖信號發(fā)射源從空間中發(fā)來的磁脈沖信號；二極管V4起到提取電 感線圈L2耦合輸出的正相位電脈沖的作用；電阻R4和R5，以及三極管V5組 成放大、整形、匹配電路，將正相位電脈沖信號經(jīng)放大、整形、匹配電路實現(xiàn) 飽和限幅放大，然后在電阻R5與三極管V5連接點位置，產(chǎn)生符合TTL邏輯標 準的，并與發(fā)射單元發(fā)出的同頻率脈沖信號進入單片機(D:AT89C52) T0 口即 通用輸入/輸出口 P3.4上進行計數(shù)及計算，即可得出發(fā)射源發(fā)出的限速指令數(shù) 值。例如當前車速限速值是100km/h，電磁脈沖信號發(fā)射源發(fā)出lkHz頻率電 磁脈沖信號，則圖2中車載電磁脈沖信號接收器(l)就會輸入解碼后的lkHz頻 率TTL邏輯脈沖信號，單片機T0 口對應的內部計數(shù)器，按照0. 1秒周期統(tǒng)計 TO 口輸入的脈沖數(shù)量，單片機對讀取的數(shù)據(jù)進行比較，考慮到需要有一定的冗 余度，所以如果數(shù)據(jù)為95 105之間，就表示現(xiàn)在限速值是100km/h，如果讀 出的數(shù)據(jù)是85 95之間，就表示現(xiàn)在限速值是90km/h，其余類推，也就是計 算數(shù)值有士5的誤差允許范圍，以防止系統(tǒng)參數(shù)漂移，將計算出來的限速值數(shù) 據(jù)，存儲到單片機中，以后就可以在與當前車輛行駛速度數(shù)值比較中使用了。 同時，單片機還會在其內部和外部設置限速標志，使單片機軟件程序得知該路 段有限速消息，并且在以后車輛行進中不間斷進行比較判斷車輛行駛速度是否 超速，而外部設置的限速指示器閃光標志，可以提醒駕駛員進入了限速路段。
根據(jù)本發(fā)明原理，當前述單片機內計數(shù)單元檢測到有限速信號進入并作內、 外部標記以后，立即將車速限速數(shù)值與當前車速相比較，若發(fā)現(xiàn)當前車速數(shù)值 大于限速值時，單片機將通過軟件程序從其輸出/輸入端口輸出對超速行駛車輛 的實時控制信號。下面，先以圖2中霍爾車速脈沖信號源(2)輸入車速脈沖與單 片機接口及運算作詳細說明。
市場上可以獲得的產(chǎn)品化霍爾車速傳感器HR，具有三根連接線，分別是+12V 電源線、地線、以及傳感脈沖信號輸出線。傳感脈沖信號輸出線一般是集電極 開路(0C)方式輸出口，可以通過簡圖中的電阻連接到不同電壓值的電源上， 與各種不同應用電路系統(tǒng)匹配，從而獲得不同電平輸出模式的脈沖信號，圖2 中，將匹配電阻R6連接到+5V電源上，用以形成單片機可以接受的5V模式TTL 邏輯輸出脈沖信號，將這個信號連接到單片機的一個專用計數(shù)輸入口T1 口 (也 即通用名稱為P3.5 口)上，就可讓單片機軟件按測頻率或測周期法計算得出車 輛行駛實時速度值。下面以測頻率法及公式作說明。
當霍爾車速傳感器服連接的電源開通后，在傳感脈沖信號輸出線上會輸出 與車速成正比的脈沖信號，滿足公式M二KXV。公式中M是霍爾車速脈沖數(shù)(單 位是"個")；V是車輛行駛速度(單位是"公里/每小時km/h"); K是傳感器 比例因子，即汽車以每小時1公里的速度行駛時傳感器輸出的脈沖數(shù)量(K值 因不同車型變速箱輸出軸模數(shù)、傳感器極數(shù)及車輪直徑大小不同而不同，但其
比例因子K在各車型定型配套時都有標定或簡單的測試就可得知)，運算時將該 比例因子轉化成與選取某個時間段對應的量綱。若采用測頻率法，車速與脈沖 數(shù)之間的關系為V二M+K，也就是通過計算單位時間內，單片機接收的脈沖數(shù)的 變化量，除以該單位時間內比例因子，即可得到該時刻的車速值。比如，某品 牌霍爾脈沖傳感器HR，在某車型上使用時，其比例因子K=2500，即當該車以 lkm/h行駛時，那么每行駛lkm，霍爾脈沖傳感器HR就會輸出2500個脈沖；而 當該車以10km/h行駛時，那么每行駛10km，霍爾脈沖傳感器HR就會輸出25000 個脈沖。反過來，每小時如果有25000個脈沖，則說明現(xiàn)在車速就是10km/h。 計算車速時，為提高車速計算精度，顯然不能等待很長時間才計算出一個車速 數(shù)值，因此需要將時間單位由1小時更改為0. 1秒，那么比例因子1(=2500/36000， 則車速計算公式為V=M+K==M+2500X36000，其中M是0. 1秒鐘內霍爾脈沖數(shù)。 單片機軟件只需按這個公式，以0. 1秒為一個時間段，不斷的計算下去，連續(xù) 得出車輛行駛速度，此為霍爾車速傳感器的輸入及車速計算方法。
圖2中的限速指示器及電路(3)為與單片機的簡單外圍連接件，可選擇與單 片機某個輸出口如P2.0連接。限速指示器內部有一只專用控制器D2: NE555， 可直接驅動V6發(fā)光二極管發(fā)出閃光；D2: NE555集成電路與電阻R7、 R8和電 容C1組成雙穩(wěn)態(tài)振蕩電路，控制發(fā)光二極管V6按一定頻率閃光，其中"亮" 狀態(tài)的時間由R7與Cl確定，"滅"狀態(tài)時間由R8與Cl確定，電阻R9作為發(fā) 光二極管的電流匹配電阻，其阻值大小決定發(fā)光二極管的發(fā)光亮度。
如果說，以上從圖1圖2中對車速限速值信息的發(fā)射、接收，包括當前車 輛速度數(shù)值的檢測、計算以及限速標記的設置處理，是實現(xiàn)本發(fā)明機動車介入 式主動限速控制必要前提的話，那么接下來，采用何種手段對超速行駛車輛進 行車速控制，則是實現(xiàn)本發(fā)明的關鍵。下面，再繼續(xù)以圖2超速報警電路(4)、 電控加速踏板開關電路(5)作詳細說明。
在圖2超速報警電路(4)中，主要是一只三極管放大電路和一只蜂鳴器。在 本實施例中，由單片機的P2.2 口線輸出的開關控制信號連接到放大電路的匹配 電阻R10上，由三極管V7作電子開關，控制蜂鳴器BEEP的通/斷電。軟件控制 單片機輸出開通信號時，令蜂鳴器BEEP發(fā)出鳴叫作為提示音，提醒駕駛員注意 車輛己經(jīng)處于超速行駛狀態(tài)了，此時，駕車者應該主動放松加速踏板，停止加 速并在5秒鐘時間內將車速降至該限速區(qū)設定車速限速值以內，否則，在單片 機軟件程序作用下，從單片機另一輸出口線輸出的控制信號，將啟動電控加速 踏板開關電路。
在電控加速踏板開關電路(5)中， 一只三極管放大電路和一只VMOS管驅動 電路控制一只電磁鐵芯，使機動車的油門拉索連接脫離開加速踏板控制。本實 施例中，由單片機的P2.1 口線，輸出的開關控制信號(所謂開關信號， 一般就是高電壓值代表開，低電壓值代表關)，連接到放大電路的匹配電阻R11上，由 三極管V8作電子開關，控制VM0S管V9導通或者截止，匹配電阻R12與VM0S 管V9以及二極管V10組成驅動保護電路，按照單片機輸出的指令，在車輛超速 行駛后，軟件控制單片機輸出"開"信號時，令電磁鐵芯與永久磁鐵吸合脫離， 節(jié)氣門回位，發(fā)動機被強行處于怠速狀態(tài)，駕駛員無法利用加速踏板控制車輛 繼續(xù)高速行駛；而當軟件控制單片機輸出"關"信號時，電磁鐵芯與永久磁鐵 自動回于吸合狀態(tài)，使加速踏板和油門控制連接上，此時車輛車速就可重新處 于駕駛員控制之下了。
車速控制也可以采取另一種方式，用一只有常閉觸點的繼電器，將車輛汽 油泵電機供電電源線斷開，其斷點分別連接到繼電器的兩個觸點上。繼電器控 制線與電控加速踏板組件接線相同，也連接到電控加速踏板開關電路的兩個控 制點圖2 (5) 1、 2輸出點上。如此，單片機即可通過開關電路控制繼電器，令 車輛汽油泵處于供電或者斷電狀態(tài)；當單片機通過開關電路輸出"開"信號時， 繼電器的觸點從常閉的接通狀態(tài)轉換成脫開狀態(tài)，汽油泵供電斷開，使車輛動 力下降從而達到減速目的；而單片機沒有通過開關電路輸出"開"信號時，繼 電器的觸點一直處于常閉狀態(tài)，或者從脫開狀態(tài)回轉換成常閉接通狀態(tài)，汽油 泵供電恢復(從超速狀態(tài)降至單片機軟件設定的限速值以下20公里處)，使車 輛動力供油恢復成正常操作動態(tài)(油泵電路連接圖略)。
另外，隨著機動車技術的不斷發(fā)展，使得一些后置發(fā)動機的油門控制踏板， 采用的是電傳感器形式。同樣的，也可以采用繼電器方式切斷油門控制踏板的 電傳感信號，就可以實現(xiàn)限速目的。
圖3為電控加速踏板組件結構示圖。圖中油門拉索盤(l);油門拉索(2); 軸承(3);箱體(4);塑制連軸套(5);永久磁鐵(6);電磁鐵芯(7);內套定位螺 蓋(8);內套壓板(9);絕緣填充材料(10);帶凸緣電磁鐵內套(11);電磁繞 組(12);外套凹槽(13);電磁鐵外套(14);內套調整彈簧(15);加速踏板 轉動軸(16);軸承(17);回位彈簧(18);加速踏板(19)。下面結合示圖對 其結構及工作情況作描述。當圖2中單片機車速控制電路及軟件無控制信號輸
出，電流未通過圖3電控加速踏板組件+12V接線時，駕車者只要踩下加速踏板 (19)，電控加速踏板箱體(4)另一側的油門拉索盤(1)隨之轉動并拉動油門拉索 (2)拉緊與油門拉索連接的節(jié)氣門開度，發(fā)動機轉速及動力受駕車者踩踏加速 踏板的深淺及力度大小而改變(節(jié)氣門及連接機構圖中未畫出，略)；當駕車者 松開加速踏板或者將腳離開加速踏板時，加速踏板(19)在回位彈簧(18)作用下， 油門拉索盤(l)回轉至處于怠速位置，其關系始終為互動同步關系，作用與普通 加速踏板相同；當圖3電控加速踏板組件電源接線中有電流通過，也即圖2單 片機車速控制電路及軟件有控制信號輸出由VMOS管導通圖2 (5) 1、 2輸出12V
電源時，圖3電磁繞組(12)有電流通過，電磁鐵芯(7)與永久磁鐵(6)吸合端S 端極性相同，相互排斥，兩鐵間之吸合脫離，圖3加速踏板(19)作用力無法作 用于油門拉索(l)上，加速踏板踩空，對節(jié)氣門的開度控制失去作用，發(fā)動機轉 速下降并處于怠速工作狀態(tài)，發(fā)動機在不熄火情況下，超速車輛只有減速而無 法加速，從而達到本發(fā)明機動車介入式主動限速控制關鍵動作設計之目的。
接下，依圖3闡述電控加速踏板組件結構及部件之間的連接關系。圖3中， 帶凸緣電磁鐵內套(11)內有絕緣填充材料(10)將電磁鐵芯(7)及電磁線圈繞組 (12)絕緣并固定于內套中；帶凸緣電磁鐵內套嵌入于電磁鐵外套(14)的外套 凹槽(13)內，隨電磁鐵外套(14)聯(lián)體轉動，裝配時，可通過對介于內外套的內 套調整彈簧(15)、內套定位螺蓋(8)、內套壓板(9)等部件之間的調定，將電磁 鐵芯(7)定位在與永久磁鐵(6)S端的最佳結合面上，達到兩鐵之間最佳吸合狀 態(tài)。又圖3中，箱體(4)兩側軸承(3)及(17)軸孔同心對稱，都處于同一個軸心 線上；電磁鐵外套(14)與加速踏板轉動軸(16)連接；永久磁鐵(6)與塑制連軸套 (5)聯(lián)體；當加速踏板(19)有上下踩壓動作時，其作用力經(jīng)回位彈簧(18)—加 速踏板轉動軸(16)—電磁鐵外套(14)—永久磁鐵(6)及塑制連軸套(5)牽動油 門拉索盤(1)在同一軸向上轉動，經(jīng)油門拉索(2)上下拉動機動車節(jié)氣門。
圖4為單片機車速控制軟件流程圖，下面以圖4繼續(xù)對本發(fā)明實施作進一 步的描述。
系統(tǒng)加電后，CPU軟件開始執(zhí)行，其軟件流程即是CPU的工作和動作過程。 程序從流程圖的第"l"位置"開始"進入，對單片機系統(tǒng)進行初始化工作，包 括將內部存儲器清零，輸入/輸出口配置等(步驟2);單片機將內部一個定時 器按本實施例設置成每0. 1秒一次的重復型定時中斷申請模式，并啟動運轉這 個定時器，同時，打開定時器中斷控制(步驟3)，以后每隔O. l秒，單片機接 受這個定時器中斷請求，暫停其它程序處理工作，進入流程圖第"19"位置開 始的圖5中斷處理子程序中。以上動作即流程圖的1—2—3—步驟，在進入流 程圖的第"4"位置以后，單片機軟件將不再執(zhí)行這部分程序。
在流程圖的第"4"位置開始，程序將一直循環(huán)運行，直到系統(tǒng)關機；軟件 首先讀取中斷子程序設置的限速標記(步驟4)，判斷是否為十六進制數(shù)5A (步 驟5)，當結論為"否"時，表示目前車輛不處于限速控制區(qū)域，軟件控制將 限速指示器的閃光關閉(步驟6)，同時關閉可能處于打開狀態(tài)的定時器及聲音 報警器(步驟7)，這是保險動作。在圖4流程圖中，程序將按照4—5—6—7 —4這個流程一直循環(huán)執(zhí)行，直到出現(xiàn)一個限速控制命令到來；而當結論為"是" 時，表示目前車輛處于限速控制區(qū)域，軟件控制將限速指示器的閃光信息及中 斷子程序計算出的限速值和當前車速值取出(步驟8)，下一步將判斷是否超速 (步驟9)，當結論為"否"時，表示目前車輛不處于超速行駛狀態(tài)，軟件控
制關閉可能處于打開狀態(tài)的定時器和聲音報警器(步驟10)，這是保險動作。
在圖4流程圖中，程序將按照4—5—8—9—10—4這個流程一直循環(huán)執(zhí)行；當 步驟9判斷是否超速的結論為"是"時，表示目前車輛處于超速行駛狀態(tài)，程 序啟動聲音報警(步驟ll)、啟動5秒定時器(步驟12)、讀取新的當前車速值 (步驟13)、判斷是否超速(步驟14);當結論為"否"時，表示車輛在5秒 以內，駕車者已將車速降低到非超速行駛狀態(tài)，軟件控制關閉打開狀態(tài)的定時 器和聲音報警器，關閉可能處于啟動狀態(tài)的電控加速踏板電路(步驟15)。在 圖4流程圖中，程序將按照4—5—8—9—11 — 12—13—14—15—4這個流程一 直循環(huán)執(zhí)行；當步驟14判斷是否超速的結論為"是"時，需要進一步判斷這種 狀態(tài)是否超過5秒(步驟16)，如果沒有超過5秒，返回到步驟13處；如果超 過5秒，軟件會打開電控加速踏板組件，強行介入，將車速降低(步驟17)， 并在步驟17和步驟18處之間反復執(zhí)行，直到判斷車速懲罰性的降低于限速值 以下20公里處，然后關閉定時器、報警聲及斷開電控加速踏板組件電源(步驟 15)，使車輛轉正常操作及行駛狀態(tài)，在圖4流程圖中，程序將按照13—14— 16—17—18—15—4這個流程一直循環(huán)執(zhí)行。
下面描述軟件中的圖5中斷處理子程序。在軟件程序打開0. 1秒定時，每 一次定時時間到后，定時器向單片機發(fā)出一個中斷請求，軟件將打斷正在執(zhí)行 的程序，保護好現(xiàn)場數(shù)據(jù)，然后轉到中斷處理子程序，即圖5中斷子程序流程 圖中的19位置。子程序的第一個功能就是軟件通過讀取單片機片內的計數(shù)器O 中的數(shù)值，計算新限速指令輸入數(shù)值(步驟20);步驟21是判斷是否有新的限 速信息，就是當計數(shù)器0內數(shù)據(jù)不為"0"，則表示有新的限速指令從電磁脈沖 傳感器輸入，軟件執(zhí)行步驟22設置單片機內部標記，然后程序根據(jù)約定判斷是 否取消限速(步驟23)，當判斷為不是特定的取消限速值數(shù)值指令時，軟件以 測頻率法計算出限速值以及當前車速數(shù)值并在相應位置更新保存(步驟24)， 再次設置并啟動0. 1秒的定時器，以便下一次進入子程序(步驟27)，然后返 回到主程序被中斷的位置處(步驟28)繼續(xù)運行程序。在圖5子程序流程圖中， 程序將按照19—20—21—22—23—24—27—28這個流程執(zhí)行。當步驟23判斷 出是特定的取消限速值數(shù)值指令時，軟件清除內部標記以及限速值，車輛脫離 限速區(qū)域(步驟25)，再次設置并啟動0.1秒的定時器后(步驟27)，然后返回 到主程序被中斷的位置處(步驟28)繼續(xù)運行程序。在圖5子程序流程圖中， 程序將按照19—20—21—22—23—25—27—28這個流程執(zhí)行；當步驟21判斷 沒有新的限速時，軟件計算出當前車速數(shù)值并在相應位置更新保存(步驟26)， 再次設置并啟動0. 1秒的定時器后(步驟27)，然后返回到主程序被中斷的位 置處(步驟28)繼續(xù)運行程序。在圖5子程序流程圖中，程序將按照19—20 —21—26—27—28這個流程執(zhí)行。
以上為本發(fā)明實施例。綜上所述，本發(fā)明電磁脈沖信號發(fā)射源發(fā)出的不同 可變脈沖振蕩頻率代表不同車速限速值信號，由車載電磁脈沖信號接收器感應 接收后，經(jīng)單片機計算還原為車速限速值，存儲于單片機內存儲單元中，并不 間斷地與行進中的車輛當前車速數(shù)值相比較。當單片機檢測出當前車速數(shù)值大 于單片機內存儲的限速數(shù)值時，超速報警電路發(fā)出超速報警聲，駕駛員需在5 秒時間內自行將車速降至限速值以下，否則，在單片機指令程序作用下，電控 加速踏板開關電路中有電流通過電控加速踏板組件中的電磁線圈，使組件中吸 合著的永久磁鐵和電磁鐵芯相互排斥脫開，發(fā)動機隨之處于怠速狀態(tài)，車輛減
速，駕駛員對加速踏板的踩控失去作用；當車輛車速自動降至低于限速值以下 20公里處時，電控加速踏板組件中的電磁線圈沒有電流流過，永久磁鐵與電磁 鐵芯重新吸合，加速踏板恢復對節(jié)氣門的踩控作用，駕駛員才可自由將車速提 高。以上動作程序在車載電磁脈沖接收器未感應接收到取消限速值的特定頻率 脈沖信號前，對超速行駛車輛的車速控制按上述動作和程序反復進行，從而達 到對機動車介入式主動限速控制的目的。
下面為本發(fā)明實施例采用調頻無線電信號發(fā)射接收說明(電路原理圖略)。 在車速限速值發(fā)射源中，與電磁脈沖信號發(fā)射源同樣的具有一只晶體振蕩 器、 一只可控分頻器(CPLD)、 一個頻率選擇網(wǎng)絡，這些產(chǎn)生了表示限速數(shù)值的 頻率編碼脈沖信號。調頻無線電發(fā)射機，可采用直接調頻方式，技術很成熟， 應用非常簡單，選用一塊現(xiàn)有調頻發(fā)射器集成電路產(chǎn)品，只需要向其提供載頻 頻率脈沖，輸入信號、輸出直接耦合到天線上就可以。載頻頻率脈沖信號，使 用 一只晶體振蕩器外加一只電容就可以使調頻發(fā)射器集成電路處于工作狀態(tài)， 其輸入端連接一只隔直電容，將限速數(shù)值的頻率編碼脈沖信號耦合輸入，其它 工作調頻發(fā)射器集成電路處理后，通過定向天線將信號從路口地面發(fā)射出去， 或者，也可以將發(fā)射器安裝于警車上，將信號從警車上發(fā)射出去。
本發(fā)明中，車載調頻信號接收機，也采用調頻接收集成電路整體集成塊實 施方式。其本振或基頻振蕩頻率，使用一只與發(fā)射器相同的晶體振蕩器，無需 調諧，天線耦合的調頻波在其內部進行解調、濾波、放大后，輸出表示限速數(shù) 值的頻率編碼脈沖信號到單片機。通過調頻無線電方式發(fā)射、接收處理后得到 的這個脈沖信號，與通過電磁脈沖方式的信號發(fā)射、接收處理后得到的脈沖信 號相同，用調頻無線電接收電路取代電磁脈沖信號接收電路，接收到的信號同 樣輸入到單片機的T0/P3.4中，然后系統(tǒng)需要做的工作與電磁脈沖信號收發(fā)方 式相同。
說明本發(fā)明之單片機器件，具體實施時可采用其他相同功能單片機器件 而不受本發(fā)明具體實施例中AT89C52單片機型號限制。
權利要求
1、機動車介入式主動限速控制裝置，其特征包括電磁脈沖信號發(fā)射源，安于高速公路限速路段入口處地下，或者，也可以為調頻無線電信號發(fā)射源，安于高速公路限速路段入口處地面上或警車上；發(fā)射源發(fā)射出的不同脈沖振蕩頻率，代表不同路段限速牌標示的車速限速值，其中，發(fā)射源各自最高的一個脈沖信號頻率，為取消限速值設置的特定頻率信號；包括由車載電磁脈沖信號接收器(或調頻無線電信號接收器)、霍爾車速脈沖信號源、限速指示器及電路、超速報警電路、電控加速踏板開關電路組成的單片機及車速控制系統(tǒng)電路；所述車載電磁脈沖信號接收器(或調頻無線電信號接收器)，將感應接收到的電磁脈沖信號輸入單片機的一個通用輸入/輸出端口上，經(jīng)單片機計算還原為車速限速值，存儲于單片機內的存儲單元中；所述霍爾車速脈沖信號源輸入單片機的另一個輸入端口，由單片機計算出當前車速數(shù)值，供單片機與存儲單元中存儲的車速限速值相比較，判斷車輛超速與否之依據(jù)；所述限速指示器及電路，與單片機的輸出口線接口，其指示器的閃光信號，告示車輛已進入有限速控制的路段，駕車者需不違章超速駕車行駛；所述超速報警電路與單片機的輸出口線接口，超速報警電路發(fā)出的報警聲，告示車輛已處于違章超速行駛狀態(tài)中，駕車者需自行減速；所述電控加速踏板開關電路與單片機輸出口線接口，開關電路輸出的12V電源信號通過電控加速踏板組件對機動車的減速供油起控制作用；所述單片機中，包括單片機片內有事先寫入的車速控制軟件，該車速控制軟件對進入限速路段車輛起車速計算、監(jiān)控作用，并根據(jù)車輛超速現(xiàn)場狀況相應發(fā)出限速控制的指令信號；機動車介入式主動限速控制裝置，其特征還包括電控加速踏板組件；所述電控加速踏板組件中的電磁感應線圈兩導線與電控加速踏板開關電路電源輸出端連接，電磁感應線圈有電流通過時，電磁鐵芯極性與永久磁鐵相斥；機動車介入式主動限速控制裝置，其特征也包括無論采用電磁脈沖信號，或者采用調頻無線電信號發(fā)射接收方式，所述車載系統(tǒng)中的霍爾脈沖信號源、限速指示器及電路、超速報警電路、電控加速踏板開關電路，以及單片機軟件和電控加速踏板組件的構成，軟件流程及工作方式不變，功能相同。
2、 根據(jù)權利要求1所述裝置，其特征是所述電磁脈沖信號發(fā)射源中有一 只晶體振蕩器JT，其頻率信號輸出到一塊CPLD集成電路FPQ的任何一個入口 線上，9聯(lián)電阻排R3與一只9選1波段開關SW連接成開關網(wǎng)絡，再連接到 CPLD集成電路FRQ的另外9個入口上；CPLD集成電路的一個輸出口，連接 電阻Rl與三極管組成前放電路，驅動電阻R2與三極管V2組成的后級驅動電 路，連接到三極管V2和+12V電源之間的電感線圈L1，將電磁信號向空中發(fā)送， 而與這個線圈Ll并聯(lián)連接的一只二極管V3起續(xù)流保護驅動電路作用。
3、 根據(jù)權利要求1所述裝置，其特征是所述車載電磁脈沖信號接收器中 的電感線圈L2與一只二極管V4相連，用于提取正相位的電磁感應信號，由電 阻R4.R5和三極管V5組成電壓放大器，將電磁感應信號放大到TTL電平幅度， 輸出到單片機D1的計算器口 T0 口上。
4、 根據(jù)權利要求l所述裝置，其特征是所述霍爾車速脈沖信號源中，霍 爾傳感器HR與一只連接到+5V電源的電阻R6相連，形成TTL電平幅度的車 速脈沖信號，輸出到單片機D1的另一個計數(shù)器口 Tl 口上。
5、 根據(jù)權利要求l所述裝置，其特征是所述限速指示器及電路有一只集 成電路D2: NE555與連接的電阻R7、 R8和電容Cl控制產(chǎn)生一定頻率的振蕩 信號，輸出端Q連接一只發(fā)光二極管V6，通過限流電阻R9連接到+12V電源 上，按照集成電路D2產(chǎn)生的頻率發(fā)生閃光，集成電路D2的控制端R與單片機 Dl的一個通用輸出口 P2.0相連，由單片機Dl發(fā)閃光或熄滅控制指令。
6、 根據(jù)權利要求l所述裝置，其特征是所述超速報警電路電阻R10與單 片機Dl的一個通用輸出口 P2.2相連，控制起放大作用的三極管V7驅動蜂鳴 器BEEP發(fā)出報警聲。
7、 根據(jù)權利要求l所述裝置，其特征是所述電控加速踏板開關電路中的 電阻Rll與單片機Dl的一個通用輸出口 P2.1相連，三極管V8和電阻R12起 電壓放大作用，晶體管V9起電流驅動作用，通過輸出點1、 2控制+12V電源 的斷通，使電控加速踏板組件中永久磁鐵與電磁鐵芯的吸合釋放，達到加速踏 板與油門拉索分離的目的；二極管V10起泄放電控加速踏板永久磁鐵與電磁鐵 芯吸合和釋放瞬間產(chǎn)生的反沖電流保護晶體管V9的作用。
8、 根據(jù)權利要求1所述裝置，其特征是所述單片機機執(zhí)行的軟件程序， 分為一個主程序流程和一個定時中斷子程序流程，其中中斷子程序流程的軟件 定時打斷主流程程序執(zhí)行，起插入計算車輛當前行駛速度數(shù)值以及計算判斷是 否有新限速數(shù)值指令輸入作用；而主程序流程的工作是判斷車輛當前是否處于 限速路段行駛，判斷車輛是否處于超速行駛狀態(tài)并根據(jù)車輛超速現(xiàn)場，起指令 超速車輛作減速動作作用。
9、 根據(jù)權利要求1所述裝置，其特征是所述電控加速踏板組件對機動車 供油控制，也可以采用電控加速踏板開關電路輸出的控制信號對機動車燃油泵 電機電源線起通/斷作用的繼電器開關及電路。
10、 根據(jù)權利要求1所述裝置，其特征是所述車速限速值采用調頻無線 電信號發(fā)射方式發(fā)出的表示限速值數(shù)值的頻率編碼脈沖，也同樣輸入與電磁脈 沖信號接收器相同的單片機TO/P3.4 口中。
全文摘要
本發(fā)明機動車介入式主動限速控制裝置，旨在解決傳統(tǒng)“電子眼”測速和“區(qū)間測速”新法對高速公路超速車輛監(jiān)控上的被動和局限。發(fā)明由限速值信號發(fā)射源、車載信號接收器、霍爾傳感器、限速指示器及電路、超速報警電路、電控加速踏板開關電路及組件、單片機車速控制軟件等構成。發(fā)射源安于高速公路入口處地下或地面上，以不同脈沖頻率代表不同車速限速值，當車輛超速行駛時，系統(tǒng)裝置發(fā)出超速報警信號，駕車者需自行減速，否則報警聲結束時，加速踏板對供油控制瞬間不起作用，且會懲罰性自動將車速降低至一定設定值時才恢復其功能。上述主動限速控制方式及程序反復進行，令車輛行進有序，減少滯堵，防止超速行車容易引發(fā)的交通事故。
文檔編號G08G1/09GK101344990SQ20071002913
公開日2009年1月14日 申請日期2007年7月12日 優(yōu)先權日2007年7月12日
發(fā)明者孫世強, 李宗懋, 李揚榮 申請人:李揚榮;李宗懋;孫世強