机动车介入式主动限速控制装置的制作方法

专利名称：机动车介入式主动限速控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及对机动车超速行驶介入式车速控制的装置，更具体 地说，涉及高速公路交通安全管理上对违章超速行驶车辆实施主动车速限速控 制的装置。
背景技术：
目前，高速公路上的车速管理及控制，主要为交通安全管理部 门在高速公路需限速路段路口以指示牌方式设立明显限速标志，对进入限速路
段的车辆进行警示性限速提示。我国交通法规上规定的120km/h、 110km/h、 100km/h、 80km/h等几个限速标准，主要视高速公路不同等级或所在环境路况 而设定，世界各国也基本如此。在一些复杂和特殊路段，我国大中城市及沿海 经济发达地区，还采用定点设置的"电子眼"测速装置，违规超速驾车需受交 通管理部门较为严厉的经济处罚。上述交通法规和交通安全管理部门的具体限 速管理措施，均为被动式车速监控管理方法，除技术上有极限外，其作用及效 果也易受人为因素的影响和干扰，如近期一些地方不断出现的隐蔽式定点"电 子眼"测速方法就备受争议， 一方面，公开性定点测速技术因被测车辆一旦过 了测速点半径一公里以外的测速范围，驾车者就可超速驾车难以有证据可罚， 另一方面，驾车者的随意超速和反监控心态也容易引发交通事故等问题的发生。 为解决近期"电子眼"测速出现的监控与反监控混乱现象， 一种"区间测速" 新技术，即在一定路段内，按照车辆行驶平均速度判定车辆是否超速方法，我 国广东省也从2007年起宣布在省内广深高速路段率先推行。该"区间测速"法 看起来比"电子眼"点上测速公平性、透明度加强，但仍摆脱不了技术滞后的 被动管理监控方式，而且"区间测速"涉及的区间内原诸多车辆加油、维修、 餐饮服务行业必须纳入停车计时管理或区间外的重建问题，因而增加了系统监 控的复杂性和难度，至少，其区间内车辆停靠时间，将成驾车者重新上路即可 随意超速行车的富余时间而失去"区间测速"的实质意义。目前，国外除少数 特殊公路特殊车辆可卫星直接跟踪定位监控外，还未见有大量普通民用高速公 路对超速车辆实施主动控制和管理的装置。

发明内容
本发明旨在提供一种能对高速公路上违章超速行驶车辆实施主 动车速监控的机动车介入式主动限速装置，以克服现技术及目前高速公路交通 安全管理中的不足和困难。
本发明机动车介入式主动限速控制装置，首先是基于如下原理和方法发明
创造的在高速公路路口地下或入口处，放置一电磁脉冲信号发射源，按照不
同路段限速指示牌标示的车速限速数值，发出代表该限速值的不同频率脉冲；
在机动车上，安有电磁脉冲信号接收器以及相应的处理电路。当路过的车辆检 测到电磁脉冲信号后，系统将信号转化还原，得出该路段对车辆行驶速度的限 速数值，与车辆当前行驶速度比较， 一旦车速超过该限速数值，则车载系统输 出的控制信号可自动控制汽车燃油正常供量，迫使车辆减速，以达到对机动车 主动限速控制的目的。
安于高速路段入口处地下之电磁脉冲信号发射源，其脉冲频率的设定，可
以简单的按照限速值对应的数值而设定，即限速100公里/小时，频率就是IOO
赫兹等。为了提高接收可靠性，縮短接收时间以使较快速通过的车辆也能可靠
的得到限速信息，则脉冲频率可以按照限速值的某个倍数设定，比如按10倍设 定时，当限速值为100公里/小时，频率就是lkHz (即1000赫兹)；限速120 公里/小时，频率就是1.2kHz等，其余以此类推。本发明具体实施例将以lkHz 代表100公里/小时限速数值设定作说明。
在机动车上，安装一套电子控制系统，系统中有车载电磁脉冲信号接收器、 霍尔车速脉冲信号源、限速指示器及电路、超速报警电路、电控加速踏板开关 电路及其组件等。所谓电控加速踏板开关电路及组件，就是一套使油门拉索脱 离加速踏板联动的电控装置，该装置平时让油门拉索与加速踏板处于联动状态， 当电控加速踏板组件处于限速启动并执行状态时，就可以使油门拉索与加速踏 板联动脱离，令发动机怠速运转，将机动车车速降低，当车速降到设定车速数 值时，重新恢复加速踏板与油门拉索的联动，从而实现将机动车车速降于限速 值以下的目的。 '
安装于机动车底部的电磁脉冲信号接收器，由磁感应线圈等电磁感应元件 构成，其作用是将感应脉冲信号转换成电脉冲信号，电脉冲信号经过放大整形 匹配电路将信号转换成标准TTL逻辑电平信号，输入到单片机的一个专用计数 器外部输入口上，以对应单片机内部的一个专用计数器；单片机内部还有一个 定时器，在系统捕获到电磁脉冲信号后，开始启动这个定时器，在一个固定的 时间段内，比如选择时间段为0. 1秒，在这个时间段内，即使很快速运动的机 动车，系统也可有效地区分接收到电磁脉冲信号发射源的信号；在系统超过3 个以上电磁脉冲信号发射时间间隔而接收器没有接收到电磁脉冲信号，则系统 可以确认车辆通过了这个电磁脉冲信号发射源范围；在通过电磁脉冲信号发射 源区域后，系统开始对限速信息进行处理，计算出该限速路段具体的限速数值。
当信号源发射频率为lkHz时，在0. 1秒内，车辆可以接收到的一组电磁脉 冲数是100个(每0. 1秒内接收到的脉冲数量，就称之为一组)；如果车速很快， 那么车辆通过时，会接收到稍少数量的脉冲组个数；如果车速很慢，那么车辆 通过时，就会接收到很多组相同个数脉冲；如果车速极慢，那么车辆通过时， 会接收到更多组相同个数脉冲，固单片机系统内只要工作3个时间段即0. 3秒即可，然后，单片机将计算出的限速数值存储在其片内的一个特定存储单元中， 作为以后车辆行驶时限速处理的依据；该存储单元，在车辆进入其它路段后， 可以被另外的电磁脉冲信号发射源发射的新限速数值取代更新。以上过程，在 单片机得到上述限速要求后，都会在内部做一个十六进制数据5A标记和发光二 极管闪光外部标记，以便单片机可以执行软件程序判断超速与否。
霍尔车速脉冲信号源(机动车变速箱输出轴采集的车速脉冲信号)，包括霍 尔传感器、匹配与放大电路等，其输出TTL逻辑电平的车速脉冲信号，与单片 机的输入口接口，利用单片机内部专门处理这个脉冲信号的软件子程序，通过 测频率法或者测周期法，就可以计算出车辆当前的行驶速度值，并将计算得出 的车速数值，在单片机内部一个固定的存储单元中存储、更新，以后软件就可 以这个数值，与限速数值进行比较，从而得出超速与否的结论。
当程序检测到有限速标记后，限速指示器闪光，并开始对车辆当前行驶速 度与限速值比较，如果发现当前车速大于限速值时，单片机输出一个控制信号， 打开蜂鸣器声音报警，提醒驾驶员现在车辆处于超速行驶状态，应该立即减速； 同时，单片机启动一个定时器，在超速行驶时间超过这个定时器计时时间后， 单片机输出另一个控制信号，启动电控加速踏板开关电路，断开电控加速踏板 组件中油门拉索与加速踏板连接关系，使驾驶员失去利用加速踏板操控节气门 的能力，发动机处于怠速状态，机动车车速因此会降低下来，直到车速降至软 件程序设定的车速数值时，单片机又从上述两输出口输出取消声音报警和取消 断开油门拉索连接控制信号，使驾驶员通过加速踏板又能进入正常车辆行驶操 作状态。另外，重要的一点约定是，本发明所述的电磁脉冲信号发射源，可以 发射取消限速的特定频率值，车载系统接收到这个特定频率后，清除控制标记， 取消限速控制，直到新的限速值出现，这样，就可以实现完整交通环节的车速 控制任务了，比如说， 一个3kHz的电磁脉冲频率，本来该频率可以代表限速值 300km/h，但该高速限速值国内外交通法规上没有，是不会在单片机软件系统中 作为对机动车辆的限速值而设定的，但软件系统可以将这个频率，包括选择超 过我国交通法规限速标准以上的任何一个车速数值设置成取消限速的特定频率 数值，因此，当车载系统接收到这个特定频率数值后，就会取消在单片机内部 和外部所设置的5AH标记和发光二极管闪光标记，程序以后就不再执行处理车 辆是否超速的软件了，单片机也不会误判。发射这个取消限速控制的特定频率 的电磁脉冲信号发射源，可安装于高速公路末端或出口处。以上所述，就是系 统主动进行车速的介入控制过程，从而实现本发明机动车介入式主动限速控制 的目的。
另外，本发明的发射接收部分，除采用电磁脉冲发射接收方式外，也可以 采用调频无线电发射接收方式(具体方法在以下具体实施例中再作说明，此处
暂略)。
综上所述，本发明内容具体包括
所述电磁脉冲信号发射源(也可以为调频无线电信号发射源)，安装于高速 公路需限速路段入口处地下，该电磁脉冲信号发射源具有不同可变脉冲振荡频 率，用以代表不同车速限速数值。
所述电磁脉冲信号发射源的接收器，为车载电磁脉冲信号接收器(也可以 为车载调频无线电信号接收器)。当车辆通过限速路段入口处时，车载电磁脉冲 信号接收器将感应接收到的电磁脉冲信号处理后输入单片机的一个通用输入/ 输出端口上，经计算还原成限速数值，存储于单片机片内的存储单元中。
所述单片机的另一个输入接口，与霍尔车速传感器脉冲信号的输入信号接 口，经单片机计算出的车速数值，也存储于单片机片内存储单元中。单片机内 还存有事先写入的车速控制软件程序，当车辆行驶速度超过单片机内存储的车 速限速值时，单片机车速控制电路能及时对超速行驶车辆输出超速报警及减速 控制信号。
所述电控加速踏板开关电路为控制电控加速踏板组件的控制电路，该电路 根据单片机软件程序指令接通或断开12V电源的输出；所述电控加速踏板组件 中有一永久磁铁和电磁铁芯吸合，当电磁铁芯中的电磁线圈有电流通过时，永 久磁铁和电磁铁芯的吸合自动脱开，加速踏板对机动车油门拉索失去作用力， 使节气门回位，发动机处于怠速状态；当电磁铁芯中的电磁线圈无电流通过时， 永久磁铁和电磁铁芯恢复吸合状态。
所述超速报警电路发出的报警声用于告示车辆已处于超速行驶状态，驾车 者需自行减速，否则，在单片机软件程序作用下，系统介入并强迫车辆自动减 速。
所述特定值频率信号，为取消限速值设定频率信号，其作用是将单片机内
的特定标志5AH标记清除以及熄灭外部发光二极管闪光标记，解除对机动车辆 的限速控制。
实施本发明的有益效果(l)减少高速公路安全管理系统现有"电子眼"点
上测速和"区间测速"监管上的争议和被动，可有效解决高速公路日益面临的 车流滞堵及驾车者随意超速行车容易引发的交通事故的发生，减少人员生命及
财产损失；(2)提升国民遵章守法行车意识，利于和谐社会的发展建设，利于跨 越式提升我国现有交通安全管理水平；(3)该发明技术及工艺制造实施容易，社 会效益及经济效益明显。


图l为本发明电磁脉冲信号发射源电路原理图。
图2为单片机及车速控制系统电路原理图。该图由车载电磁脉冲信号接收
器(l);霍尔车速脉冲信号源(2);限速指示器及电路(3);超速报警电路(4); 电控加速踏板开关电路(5)构成。
图3为电控加速踏板组件结构示图。
图4为单片机车速控制软件流程图。
图5为单片机中断子程序软件流程图。
具体实施例方式下面结合本发明内容及附图对本发明作进一步说明描述。
图1为本发明电磁脉冲信号发射源电路原理图，图中JT为一只10MHz的晶 体振荡器，FPQ是一块CPLD集成电路EPM7128STI。在这块集成电路FPQ中，有 利用专用软件MAXPLUS-II编制的任意频率分频器逻辑模块，该分频器依赖于外 部电阻R3及SW开关(实际开关网络是一只旋转型9选1波段开关)组成的选 频网络，将晶体振荡器JT产生的脉冲频率，分频成为代表限速值为50km/h 130km/h的9个500Hz 1. 3KHz脉冲频率，通过波段开关SW所处9个不同位置， 选择输出某个频率脉冲信号。电阻R1、 R2与三极管V1、 V2组成放大电路；电 磁脉冲从电感线圈L1发射，V3作为续流二极管，将电感线圈L1的反冲电动势 泄放，保护放大电路。其作用及过程是，在发射源电路加电后，晶体振荡器产 生的脉冲信号，经过分频、选频输出、放大后驱动电感线圈L1，将电脉冲信号 转换成磁脉冲信号发射到空间中。该电感线圈L1发出的磁脉冲，可以通过一个 磁隔离槽，将发射区域限制在一个固定范围内，而发射距离，可以通过调节功 率放大部分的电阻R1、 R2加以控制，以达到对图2中之车载电磁脉冲信号接收 器能良好接收的目的。
FPQ形成分频电路工作模式为l个预分频模块，分频系数=100将晶体振荡 器JT的10MHz主频，分频为100kHz作为其它电路进一步精细分频的全局频率 源；1个系数=200的分频模块，将全局频率源分频为代表50km/h的500Hz频率； 1个系数二167的分频模块，将全局频率源分频为代表60km/h的600Hz频率；1 个系数=143的分频模块，将全局频率源分频为代表70km/h的700Hz频率；l个 系数=125的分频模块，将全局频率源分频为代表80km/h的800Hz频率；1个系 数=111的分频模块，将全局频率源分频为代表90km/h的900Hz频率；1个系数 =100的分频模块，将全局频率源分频为代表100km/h的1000Hz (lkHz)频率； 1个系数=91的分频模块，将全局频率源分频为代表110km/h的llOOHz(l. lkHz) 频率；1个系数=83的分频模块，将全局频率源分频为代表120km/h的1200Hz (1.2kHz)频率；1个系数二77的分频模块，将全局频率源分频为代表130km/h 的1300Hz (1.3kHz)频率；1个系数二33的分频模块，将全局频率源分频为代 表取消限速的3000Hz (3kHz)频率。
图2为单片机及车速控制系统电路原理图。图中，车载电磁脉冲信号接收 器(l)由电感线圈L2和二极管V4作电磁脉冲感应器。其中电感线圈L2的用途 是耦合电磁脉冲信号发射源从空间中发来的磁脉冲信号；二极管V4起到提取电 感线圈L2耦合输出的正相位电脉冲的作用；电阻R4和R5，以及三极管V5组 成放大、整形、匹配电路，将正相位电脉冲信号经放大、整形、匹配电路实现 饱和限幅放大，然后在电阻R5与三极管V5连接点位置，产生符合TTL逻辑标 准的，并与发射单元发出的同频率脉冲信号进入单片机(D:AT89C52) T0 口即 通用输入/输出口 P3.4上进行计数及计算，即可得出发射源发出的限速指令数 值。例如当前车速限速值是100km/h，电磁脉冲信号发射源发出lkHz频率电 磁脉冲信号，则图2中车载电磁脉冲信号接收器(l)就会输入解码后的lkHz频 率TTL逻辑脉冲信号，单片机T0 口对应的内部计数器，按照0. 1秒周期统计 TO 口输入的脉冲数量，单片机对读取的数据进行比较，考虑到需要有一定的冗 余度，所以如果数据为95 105之间，就表示现在限速值是100km/h，如果读 出的数据是85 95之间，就表示现在限速值是90km/h，其余类推，也就是计 算数值有士5的误差允许范围，以防止系统参数漂移，将计算出来的限速值数 据，存储到单片机中，以后就可以在与当前车辆行驶速度数值比较中使用了。 同时，单片机还会在其内部和外部设置限速标志，使单片机软件程序得知该路 段有限速消息，并且在以后车辆行进中不间断进行比较判断车辆行驶速度是否 超速，而外部设置的限速指示器闪光标志，可以提醒驾驶员进入了限速路段。
根据本发明原理，当前述单片机内计数单元检测到有限速信号进入并作内、 外部标记以后，立即将车速限速数值与当前车速相比较，若发现当前车速数值 大于限速值时，单片机将通过软件程序从其输出/输入端口输出对超速行驶车辆 的实时控制信号。下面，先以图2中霍尔车速脉冲信号源(2)输入车速脉冲与单 片机接口及运算作详细说明。
市场上可以获得的产品化霍尔车速传感器HR，具有三根连接线，分别是+12V 电源线、地线、以及传感脉冲信号输出线。传感脉冲信号输出线一般是集电极 开路(0C)方式输出口，可以通过简图中的电阻连接到不同电压值的电源上， 与各种不同应用电路系统匹配，从而获得不同电平输出模式的脉冲信号，图2 中，将匹配电阻R6连接到+5V电源上，用以形成单片机可以接受的5V模式TTL 逻辑输出脉冲信号，将这个信号连接到单片机的一个专用计数输入口T1 口 (也 即通用名称为P3.5 口)上，就可让单片机软件按测频率或测周期法计算得出车 辆行驶实时速度值。下面以测频率法及公式作说明。
当霍尔车速传感器服连接的电源开通后，在传感脉冲信号输出线上会输出 与车速成正比的脉冲信号，满足公式M二KXV。公式中M是霍尔车速脉冲数(单 位是"个")；V是车辆行驶速度(单位是"公里/每小时km/h"); K是传感器 比例因子，即汽车以每小时1公里的速度行驶时传感器输出的脉冲数量(K值 因不同车型变速箱输出轴模数、传感器极数及车轮直径大小不同而不同，但其
比例因子K在各车型定型配套时都有标定或简单的测试就可得知)，运算时将该 比例因子转化成与选取某个时间段对应的量纲。若采用测频率法，车速与脉冲 数之间的关系为V二M+K，也就是通过计算单位时间内，单片机接收的脉冲数的 变化量，除以该单位时间内比例因子，即可得到该时刻的车速值。比如，某品 牌霍尔脉冲传感器HR，在某车型上使用时，其比例因子K=2500，即当该车以 lkm/h行驶时，那么每行驶lkm，霍尔脉冲传感器HR就会输出2500个脉冲；而 当该车以10km/h行驶时，那么每行驶10km，霍尔脉冲传感器HR就会输出25000 个脉冲。反过来，每小时如果有25000个脉冲，则说明现在车速就是10km/h。 计算车速时，为提高车速计算精度，显然不能等待很长时间才计算出一个车速 数值，因此需要将时间单位由1小时更改为0. 1秒，那么比例因子1(=2500/36000， 则车速计算公式为V=M+K==M+2500X36000，其中M是0. 1秒钟内霍尔脉冲数。 单片机软件只需按这个公式，以0. 1秒为一个时间段，不断的计算下去，连续 得出车辆行驶速度，此为霍尔车速传感器的输入及车速计算方法。
图2中的限速指示器及电路(3)为与单片机的简单外围连接件，可选择与单 片机某个输出口如P2.0连接。限速指示器内部有一只专用控制器D2: NE555， 可直接驱动V6发光二极管发出闪光；D2: NE555集成电路与电阻R7、 R8和电 容C1组成双稳态振荡电路，控制发光二极管V6按一定频率闪光，其中"亮" 状态的时间由R7与Cl确定，"灭"状态时间由R8与Cl确定，电阻R9作为发 光二极管的电流匹配电阻，其阻值大小决定发光二极管的发光亮度。
如果说，以上从图1图2中对车速限速值信息的发射、接收，包括当前车 辆速度数值的检测、计算以及限速标记的设置处理，是实现本发明机动车介入 式主动限速控制必要前提的话，那么接下来，采用何种手段对超速行驶车辆进 行车速控制，则是实现本发明的关键。下面，再继续以图2超速报警电路(4)、 电控加速踏板开关电路(5)作详细说明。
在图2超速报警电路(4)中，主要是一只三极管放大电路和一只蜂鸣器。在 本实施例中，由单片机的P2.2 口线输出的开关控制信号连接到放大电路的匹配 电阻R10上，由三极管V7作电子开关，控制蜂鸣器BEEP的通/断电。软件控制 单片机输出开通信号时，令蜂鸣器BEEP发出鸣叫作为提示音，提醒驾驶员注意 车辆己经处于超速行驶状态了，此时，驾车者应该主动放松加速踏板，停止加 速并在5秒钟时间内将车速降至该限速区设定车速限速值以内，否则，在单片 机软件程序作用下，从单片机另一输出口线输出的控制信号，将启动电控加速 踏板开关电路。
在电控加速踏板开关电路(5)中， 一只三极管放大电路和一只VMOS管驱动 电路控制一只电磁铁芯，使机动车的油门拉索连接脱离开加速踏板控制。本实 施例中，由单片机的P2.1 口线，输出的开关控制信号(所谓开关信号， 一般就是高电压值代表开，低电压值代表关)，连接到放大电路的匹配电阻R11上，由 三极管V8作电子开关，控制VM0S管V9导通或者截止，匹配电阻R12与VM0S 管V9以及二极管V10组成驱动保护电路，按照单片机输出的指令，在车辆超速 行驶后，软件控制单片机输出"开"信号时，令电磁铁芯与永久磁铁吸合脱离， 节气门回位，发动机被强行处于怠速状态，驾驶员无法利用加速踏板控制车辆 继续高速行驶；而当软件控制单片机输出"关"信号时，电磁铁芯与永久磁铁 自动回于吸合状态，使加速踏板和油门控制连接上，此时车辆车速就可重新处 于驾驶员控制之下了。
车速控制也可以采取另一种方式，用一只有常闭触点的继电器，将车辆汽 油泵电机供电电源线断开，其断点分别连接到继电器的两个触点上。继电器控 制线与电控加速踏板组件接线相同，也连接到电控加速踏板开关电路的两个控 制点图2 (5) 1、 2输出点上。如此，单片机即可通过开关电路控制继电器，令 车辆汽油泵处于供电或者断电状态；当单片机通过开关电路输出"开"信号时， 继电器的触点从常闭的接通状态转换成脱开状态，汽油泵供电断开，使车辆动 力下降从而达到减速目的；而单片机没有通过开关电路输出"开"信号时，继 电器的触点一直处于常闭状态，或者从脱开状态回转换成常闭接通状态，汽油 泵供电恢复(从超速状态降至单片机软件设定的限速值以下20公里处)，使车 辆动力供油恢复成正常操作动态(油泵电路连接图略)。
另外，随着机动车技术的不断发展，使得一些后置发动机的油门控制踏板， 采用的是电传感器形式。同样的，也可以采用继电器方式切断油门控制踏板的 电传感信号，就可以实现限速目的。
图3为电控加速踏板组件结构示图。图中油门拉索盘(l);油门拉索(2); 轴承(3);箱体(4);塑制连轴套(5);永久磁铁(6);电磁铁芯(7);内套定位螺 盖(8);内套压板(9);绝缘填充材料(10);带凸缘电磁铁内套(11);电磁绕 组(12);外套凹槽(13);电磁铁外套(14);内套调整弹簧(15);加速踏板 转动轴(16);轴承(17);回位弹簧(18);加速踏板(19)。下面结合示图对 其结构及工作情况作描述。当图2中单片机车速控制电路及软件无控制信号输
出，电流未通过图3电控加速踏板组件+12V接线时，驾车者只要踩下加速踏板 (19)，电控加速踏板箱体(4)另一侧的油门拉索盘(1)随之转动并拉动油门拉索 (2)拉紧与油门拉索连接的节气门开度，发动机转速及动力受驾车者踩踏加速 踏板的深浅及力度大小而改变(节气门及连接机构图中未画出，略)；当驾车者 松开加速踏板或者将脚离开加速踏板时，加速踏板(19)在回位弹簧(18)作用下， 油门拉索盘(l)回转至处于怠速位置，其关系始终为互动同步关系，作用与普通 加速踏板相同；当图3电控加速踏板组件电源接线中有电流通过，也即图2单 片机车速控制电路及软件有控制信号输出由VMOS管导通图2 (5) 1、 2输出12V
电源时，图3电磁绕组(12)有电流通过，电磁铁芯(7)与永久磁铁(6)吸合端S 端极性相同，相互排斥，两铁间之吸合脱离，图3加速踏板(19)作用力无法作 用于油门拉索(l)上，加速踏板踩空，对节气门的开度控制失去作用，发动机转 速下降并处于怠速工作状态，发动机在不熄火情况下，超速车辆只有减速而无 法加速，从而达到本发明机动车介入式主动限速控制关键动作设计之目的。
接下，依图3阐述电控加速踏板组件结构及部件之间的连接关系。图3中， 带凸缘电磁铁内套(11)内有绝缘填充材料(10)将电磁铁芯(7)及电磁线圈绕组 (12)绝缘并固定于内套中；带凸缘电磁铁内套嵌入于电磁铁外套(14)的外套 凹槽(13)内，随电磁铁外套(14)联体转动，装配时，可通过对介于内外套的内 套调整弹簧(15)、内套定位螺盖(8)、内套压板(9)等部件之间的调定，将电磁 铁芯(7)定位在与永久磁铁(6)S端的最佳结合面上，达到两铁之间最佳吸合状 态。又图3中，箱体(4)两侧轴承(3)及(17)轴孔同心对称，都处于同一个轴心 线上；电磁铁外套(14)与加速踏板转动轴(16)连接；永久磁铁(6)与塑制连轴套 (5)联体；当加速踏板(19)有上下踩压动作时，其作用力经回位弹簧(18)—加 速踏板转动轴(16)—电磁铁外套(14)—永久磁铁(6)及塑制连轴套(5)牵动油 门拉索盘(1)在同一轴向上转动，经油门拉索(2)上下拉动机动车节气门。
图4为单片机车速控制软件流程图，下面以图4继续对本发明实施作进一 步的描述。
系统加电后，CPU软件开始执行，其软件流程即是CPU的工作和动作过程。 程序从流程图的第"l"位置"开始"进入，对单片机系统进行初始化工作，包 括将内部存储器清零，输入/输出口配置等(步骤2);单片机将内部一个定时 器按本实施例设置成每0. 1秒一次的重复型定时中断申请模式，并启动运转这 个定时器，同时，打开定时器中断控制(步骤3)，以后每隔O. l秒，单片机接 受这个定时器中断请求，暂停其它程序处理工作，进入流程图第"19"位置开 始的图5中断处理子程序中。以上动作即流程图的1—2—3—步骤，在进入流 程图的第"4"位置以后，单片机软件将不再执行这部分程序。
在流程图的第"4"位置开始，程序将一直循环运行，直到系统关机；软件 首先读取中断子程序设置的限速标记(步骤4)，判断是否为十六进制数5A (步 骤5)，当结论为"否"时，表示目前车辆不处于限速控制区域，软件控制将 限速指示器的闪光关闭(步骤6)，同时关闭可能处于打开状态的定时器及声音 报警器(步骤7)，这是保险动作。在图4流程图中，程序将按照4—5—6—7 —4这个流程一直循环执行，直到出现一个限速控制命令到来；而当结论为"是" 时，表示目前车辆处于限速控制区域，软件控制将限速指示器的闪光信息及中 断子程序计算出的限速值和当前车速值取出(步骤8)，下一步将判断是否超速 (步骤9)，当结论为"否"时，表示目前车辆不处于超速行驶状态，软件控
制关闭可能处于打开状态的定时器和声音报警器(步骤10)，这是保险动作。
在图4流程图中，程序将按照4—5—8—9—10—4这个流程一直循环执行；当 步骤9判断是否超速的结论为"是"时，表示目前车辆处于超速行驶状态，程 序启动声音报警(步骤ll)、启动5秒定时器(步骤12)、读取新的当前车速值 (步骤13)、判断是否超速(步骤14);当结论为"否"时，表示车辆在5秒 以内，驾车者已将车速降低到非超速行驶状态，软件控制关闭打开状态的定时 器和声音报警器，关闭可能处于启动状态的电控加速踏板电路(步骤15)。在 图4流程图中，程序将按照4—5—8—9—11 — 12—13—14—15—4这个流程一 直循环执行；当步骤14判断是否超速的结论为"是"时，需要进一步判断这种 状态是否超过5秒(步骤16)，如果没有超过5秒，返回到步骤13处；如果超 过5秒，软件会打开电控加速踏板组件，强行介入，将车速降低(步骤17)， 并在步骤17和步骤18处之间反复执行，直到判断车速惩罚性的降低于限速值 以下20公里处，然后关闭定时器、报警声及断开电控加速踏板组件电源(步骤 15)，使车辆转正常操作及行驶状态，在图4流程图中，程序将按照13—14— 16—17—18—15—4这个流程一直循环执行。
下面描述软件中的图5中断处理子程序。在软件程序打开0. 1秒定时，每 一次定时时间到后，定时器向单片机发出一个中断请求，软件将打断正在执行 的程序，保护好现场数据，然后转到中断处理子程序，即图5中断子程序流程 图中的19位置。子程序的第一个功能就是软件通过读取单片机片内的计数器O 中的数值，计算新限速指令输入数值(步骤20);步骤21是判断是否有新的限 速信息，就是当计数器0内数据不为"0"，则表示有新的限速指令从电磁脉冲 传感器输入，软件执行步骤22设置单片机内部标记，然后程序根据约定判断是 否取消限速(步骤23)，当判断为不是特定的取消限速值数值指令时，软件以 测频率法计算出限速值以及当前车速数值并在相应位置更新保存(步骤24)， 再次设置并启动0. 1秒的定时器，以便下一次进入子程序(步骤27)，然后返 回到主程序被中断的位置处(步骤28)继续运行程序。在图5子程序流程图中， 程序将按照19—20—21—22—23—24—27—28这个流程执行。当步骤23判断 出是特定的取消限速值数值指令时，软件清除内部标记以及限速值，车辆脱离 限速区域(步骤25)，再次设置并启动0.1秒的定时器后(步骤27)，然后返回 到主程序被中断的位置处(步骤28)继续运行程序。在图5子程序流程图中， 程序将按照19—20—21—22—23—25—27—28这个流程执行；当步骤21判断 没有新的限速时，软件计算出当前车速数值并在相应位置更新保存(步骤26)， 再次设置并启动0. 1秒的定时器后(步骤27)，然后返回到主程序被中断的位 置处(步骤28)继续运行程序。在图5子程序流程图中，程序将按照19—20 —21—26—27—28这个流程执行。
以上为本发明实施例。综上所述，本发明电磁脉冲信号发射源发出的不同 可变脉冲振荡频率代表不同车速限速值信号，由车载电磁脉冲信号接收器感应 接收后，经单片机计算还原为车速限速值，存储于单片机内存储单元中，并不 间断地与行进中的车辆当前车速数值相比较。当单片机检测出当前车速数值大 于单片机内存储的限速数值时，超速报警电路发出超速报警声，驾驶员需在5 秒时间内自行将车速降至限速值以下，否则，在单片机指令程序作用下，电控 加速踏板开关电路中有电流通过电控加速踏板组件中的电磁线圈，使组件中吸 合着的永久磁铁和电磁铁芯相互排斥脱开，发动机随之处于怠速状态，车辆减
速，驾驶员对加速踏板的踩控失去作用；当车辆车速自动降至低于限速值以下 20公里处时，电控加速踏板组件中的电磁线圈没有电流流过，永久磁铁与电磁 铁芯重新吸合，加速踏板恢复对节气门的踩控作用，驾驶员才可自由将车速提 高。以上动作程序在车载电磁脉冲接收器未感应接收到取消限速值的特定频率 脉冲信号前，对超速行驶车辆的车速控制按上述动作和程序反复进行，从而达 到对机动车介入式主动限速控制的目的。
下面为本发明实施例采用调频无线电信号发射接收说明(电路原理图略)。 在车速限速值发射源中，与电磁脉冲信号发射源同样的具有一只晶体振荡 器、 一只可控分频器(CPLD)、 一个频率选择网络，这些产生了表示限速数值的 频率编码脉冲信号。调频无线电发射机，可采用直接调频方式，技术很成熟， 应用非常简单，选用一块现有调频发射器集成电路产品，只需要向其提供载频 频率脉冲，输入信号、输出直接耦合到天线上就可以。载频频率脉冲信号，使 用 一只晶体振荡器外加一只电容就可以使调频发射器集成电路处于工作状态， 其输入端连接一只隔直电容，将限速数值的频率编码脉冲信号耦合输入，其它 工作调频发射器集成电路处理后，通过定向天线将信号从路口地面发射出去， 或者，也可以将发射器安装于警车上，将信号从警车上发射出去。
本发明中，车载调频信号接收机，也采用调频接收集成电路整体集成块实 施方式。其本振或基频振荡频率，使用一只与发射器相同的晶体振荡器，无需 调谐，天线耦合的调频波在其内部进行解调、滤波、放大后，输出表示限速数 值的频率编码脉冲信号到单片机。通过调频无线电方式发射、接收处理后得到 的这个脉冲信号，与通过电磁脉冲方式的信号发射、接收处理后得到的脉冲信 号相同，用调频无线电接收电路取代电磁脉冲信号接收电路，接收到的信号同 样输入到单片机的T0/P3.4中，然后系统需要做的工作与电磁脉冲信号收发方 式相同。
说明本发明之单片机器件，具体实施时可采用其他相同功能单片机器件 而不受本发明具体实施例中AT89C52单片机型号限制。
权利要求
1、机动车介入式主动限速控制装置，其特征包括电磁脉冲信号发射源，安于高速公路限速路段入口处地下，或者，也可以为调频无线电信号发射源，安于高速公路限速路段入口处地面上或警车上；发射源发射出的不同脉冲振荡频率，代表不同路段限速牌标示的车速限速值，其中，发射源各自最高的一个脉冲信号频率，为取消限速值设置的特定频率信号；包括由车载电磁脉冲信号接收器(或调频无线电信号接收器)、霍尔车速脉冲信号源、限速指示器及电路、超速报警电路、电控加速踏板开关电路组成的单片机及车速控制系统电路；所述车载电磁脉冲信号接收器(或调频无线电信号接收器)，将感应接收到的电磁脉冲信号输入单片机的一个通用输入/输出端口上，经单片机计算还原为车速限速值，存储于单片机内的存储单元中；所述霍尔车速脉冲信号源输入单片机的另一个输入端口，由单片机计算出当前车速数值，供单片机与存储单元中存储的车速限速值相比较，判断车辆超速与否之依据；所述限速指示器及电路，与单片机的输出口线接口，其指示器的闪光信号，告示车辆已进入有限速控制的路段，驾车者需不违章超速驾车行驶；所述超速报警电路与单片机的输出口线接口，超速报警电路发出的报警声，告示车辆已处于违章超速行驶状态中，驾车者需自行减速；所述电控加速踏板开关电路与单片机输出口线接口，开关电路输出的12V电源信号通过电控加速踏板组件对机动车的减速供油起控制作用；所述单片机中，包括单片机片内有事先写入的车速控制软件，该车速控制软件对进入限速路段车辆起车速计算、监控作用，并根据车辆超速现场状况相应发出限速控制的指令信号；机动车介入式主动限速控制装置，其特征还包括电控加速踏板组件；所述电控加速踏板组件中的电磁感应线圈两导线与电控加速踏板开关电路电源输出端连接，电磁感应线圈有电流通过时，电磁铁芯极性与永久磁铁相斥；机动车介入式主动限速控制装置，其特征也包括无论采用电磁脉冲信号，或者采用调频无线电信号发射接收方式，所述车载系统中的霍尔脉冲信号源、限速指示器及电路、超速报警电路、电控加速踏板开关电路，以及单片机软件和电控加速踏板组件的构成，软件流程及工作方式不变，功能相同。
2、 根据权利要求1所述装置，其特征是所述电磁脉冲信号发射源中有一 只晶体振荡器JT，其频率信号输出到一块CPLD集成电路FPQ的任何一个入口 线上，9联电阻排R3与一只9选1波段开关SW连接成开关网络，再连接到 CPLD集成电路FRQ的另外9个入口上；CPLD集成电路的一个输出口，连接 电阻Rl与三极管组成前放电路，驱动电阻R2与三极管V2组成的后级驱动电 路，连接到三极管V2和+12V电源之间的电感线圈L1，将电磁信号向空中发送， 而与这个线圈Ll并联连接的一只二极管V3起续流保护驱动电路作用。
3、 根据权利要求1所述装置，其特征是所述车载电磁脉冲信号接收器中 的电感线圈L2与一只二极管V4相连，用于提取正相位的电磁感应信号，由电 阻R4.R5和三极管V5组成电压放大器，将电磁感应信号放大到TTL电平幅度， 输出到单片机D1的计算器口 T0 口上。
4、 根据权利要求l所述装置，其特征是所述霍尔车速脉冲信号源中，霍 尔传感器HR与一只连接到+5V电源的电阻R6相连，形成TTL电平幅度的车 速脉冲信号，输出到单片机D1的另一个计数器口 Tl 口上。
5、 根据权利要求l所述装置，其特征是所述限速指示器及电路有一只集 成电路D2: NE555与连接的电阻R7、 R8和电容Cl控制产生一定频率的振荡 信号，输出端Q连接一只发光二极管V6，通过限流电阻R9连接到+12V电源 上，按照集成电路D2产生的频率发生闪光，集成电路D2的控制端R与单片机 Dl的一个通用输出口 P2.0相连，由单片机Dl发闪光或熄灭控制指令。
6、 根据权利要求l所述装置，其特征是所述超速报警电路电阻R10与单 片机Dl的一个通用输出口 P2.2相连，控制起放大作用的三极管V7驱动蜂鸣 器BEEP发出报警声。
7、 根据权利要求l所述装置，其特征是所述电控加速踏板开关电路中的 电阻Rll与单片机Dl的一个通用输出口 P2.1相连，三极管V8和电阻R12起 电压放大作用，晶体管V9起电流驱动作用，通过输出点1、 2控制+12V电源 的断通，使电控加速踏板组件中永久磁铁与电磁铁芯的吸合释放，达到加速踏 板与油门拉索分离的目的；二极管V10起泄放电控加速踏板永久磁铁与电磁铁 芯吸合和释放瞬间产生的反冲电流保护晶体管V9的作用。
8、 根据权利要求1所述装置，其特征是所述单片机机执行的软件程序， 分为一个主程序流程和一个定时中断子程序流程，其中中断子程序流程的软件 定时打断主流程程序执行，起插入计算车辆当前行驶速度数值以及计算判断是 否有新限速数值指令输入作用；而主程序流程的工作是判断车辆当前是否处于 限速路段行驶，判断车辆是否处于超速行驶状态并根据车辆超速现场，起指令 超速车辆作减速动作作用。
9、 根据权利要求1所述装置，其特征是所述电控加速踏板组件对机动车 供油控制，也可以采用电控加速踏板开关电路输出的控制信号对机动车燃油泵 电机电源线起通/断作用的继电器开关及电路。
10、 根据权利要求1所述装置，其特征是所述车速限速值采用调频无线 电信号发射方式发出的表示限速值数值的频率编码脉冲，也同样输入与电磁脉 冲信号接收器相同的单片机TO/P3.4 口中。
全文摘要
本发明机动车介入式主动限速控制装置，旨在解决传统“电子眼”测速和“区间测速”新法对高速公路超速车辆监控上的被动和局限。发明由限速值信号发射源、车载信号接收器、霍尔传感器、限速指示器及电路、超速报警电路、电控加速踏板开关电路及组件、单片机车速控制软件等构成。发射源安于高速公路入口处地下或地面上，以不同脉冲频率代表不同车速限速值，当车辆超速行驶时，系统装置发出超速报警信号，驾车者需自行减速，否则报警声结束时，加速踏板对供油控制瞬间不起作用，且会惩罚性自动将车速降低至一定设定值时才恢复其功能。上述主动限速控制方式及程序反复进行，令车辆行进有序，减少滞堵，防止超速行车容易引发的交通事故。
文档编号G08G1/09GK101344990SQ20071002913
公开日2009年1月14日 申请日期2007年7月12日 优先权日2007年7月12日
发明者孙世强, 李宗懋, 李扬荣 申请人:李扬荣;李宗懋;孙世强