王春剛，洪 梅，張 艷 （陸軍軍事交通學(xué)院，天津 300161）

WANG Chungang,HONG Mei,ZHANG Yan (Army Military Transportation University,Tianjin 300161,China)

隨著新軍事變革的不斷深入發(fā)展，部隊(duì)面臨著新的形勢(shì)和任務(wù)，為提高部隊(duì)信息化條件下的作戰(zhàn)能力和后勤保障力，部隊(duì)必須具有強(qiáng)大的機(jī)動(dòng)能力。同時(shí)，各部隊(duì)在實(shí)施各種形式的大規(guī)模演練時(shí)，也都以車隊(duì)行車作為基本內(nèi)容。部隊(duì)在車隊(duì)行車過程中，由于自身的特點(diǎn)與要求，以及受道路交通狀況影響等問題，容易造成跟車距離過大、行軍長(zhǎng)徑過長(zhǎng)、指揮通信不便，制約了摩托化行軍速度的提高，也加大了駕駛員的緊張程度，造成體力腦力的損耗。造成此種狀況的重要原因之一就是車隊(duì)行車的波動(dòng)效應(yīng)，前車的信息不能及時(shí)被后車駕駛員感知，造成駕駛操作的制約性、延遲性。針對(duì)此種情況，可以利用現(xiàn)有技術(shù)，設(shè)計(jì)制造LED信號(hào)器，并加裝于前車尾部，通過一定的技術(shù)手段將前車運(yùn)行狀態(tài)直接反映給后車，以便后車及時(shí)做出相應(yīng)的駕駛操作。從而提高部隊(duì)車隊(duì)行車的速度，增強(qiáng)安全性。

1 車隊(duì)行車基本特征及存在問題

1.1 車隊(duì)行車的特點(diǎn)

車隊(duì)行車是在道路上行駛的一隊(duì)有組織、高密度、車間距不大的汽車流，車流中除了前車以外，任何一輛車的速度均受到前車速度的制約，駕駛員須根據(jù)前車行駛狀態(tài)采用相應(yīng)的車速。摩托化行軍中的車輛屬于非自由行駛狀態(tài)，在這種狀態(tài)下車流具有如下特點(diǎn)：

（1） 受控性

部隊(duì)摩托化行軍，本身是一種軍事行動(dòng)，整個(gè)車隊(duì)統(tǒng)一行動(dòng)，其運(yùn)行速度、運(yùn)行序列、車輛間距、停駛路段、停駛時(shí)間、宿營地點(diǎn)等都受到嚴(yán)格的控制。相對(duì)于出行目的不一、車型混雜、承運(yùn)物資多樣的地方交通流，摩托化行軍的車隊(duì)具有相對(duì)穩(wěn)定性。戰(zhàn)時(shí)在敵情威脅，道路破壞等特殊或突發(fā)情況下，會(huì)受到更多的限制，從而需要更加縝密的組織管理。

（2） 制約性

在整個(gè)車隊(duì)中，后車按特定的要求，保持一定的安全距離跟隨前車行駛。為保持整個(gè)車隊(duì)的安全有序，一是后車的車速不會(huì)長(zhǎng)時(shí)間的大于前車的車速，否則就違反機(jī)動(dòng)規(guī)則超越了前車；也不能長(zhǎng)時(shí)間小于前車的車速，否則就會(huì)逐漸遠(yuǎn)離前車，不能保持行軍梯隊(duì)的完整，而且還會(huì)對(duì)后車造成影響。為了保持行軍隊(duì)形，要求后車要緊緊跟隨，不能太近，也不能太遠(yuǎn)。從軍事要求來講，在行軍隊(duì)列中，后車不能超越前車，后車跟馳速度和距離直接受到前車制約。

（3） 延遲性

當(dāng)前車改變運(yùn)行狀態(tài)后，后車的運(yùn)行狀態(tài)將隨之發(fā)生改變。但是，前、后車運(yùn)行狀態(tài)的改變并不是同步的，這是由于駕駛員對(duì)前車運(yùn)行狀態(tài)的改變有一個(gè)反應(yīng)過程，從而造成一定的延遲，這就是延遲性。整個(gè)車隊(duì)受到延遲性效應(yīng)，后續(xù)車輛受到的影響逐車變化，產(chǎn)生不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。后續(xù)車輛運(yùn)行狀態(tài)的改變依次影響后車，發(fā)生傳遞效應(yīng)，并且這種傳遞具有滯后性，越到后面受到延遲性作用越小。

1.2 車隊(duì)行車時(shí)車輛跟車存在的問題

（1）駕駛員休息少、易疲勞

駕駛員為保持和前車適當(dāng)?shù)木嚯x，必須時(shí)刻注意前車的變化，但前車運(yùn)行狀態(tài)的變化又不是顯而易見的，所以駕駛員要時(shí)刻警惕，這種情況下，又往往忽略其他安全因素，再加上駕駛環(huán)境單調(diào)、枯燥，駕駛員很容易疲勞。另一方面，車隊(duì)行車的行程一般上千公里，甚至幾千公里，駕駛員需要連續(xù)駕駛幾天時(shí)間，在這種情況下，還要擔(dān)負(fù)其他訓(xùn)練或防衛(wèi)任務(wù)，不能得到有效的休息，使駕駛員達(dá)到疲勞的極限。

（2）行軍速度慢、間距大

由于是按隊(duì)列依次行駛，為保持建制的完整，考慮車隊(duì)行車對(duì)后車的影響，頭車的速度不能過快，也不能隨意變換車速，這樣才能盡量減少對(duì)后車的影響，所以造成車隊(duì)整體行進(jìn)速度較慢，據(jù)歷次車隊(duì)行車演練的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，車隊(duì)的整體運(yùn)行速度在高速公路上也只能達(dá)到60公里/小時(shí)。在行軍要求中，一般要求車間距至少應(yīng)保持在50米以上，但在實(shí)際的車隊(duì)行車中，車間距平均都在100米左右，在道路條件不良或交通控制不力的情況下，車間距平均可達(dá)200米左右，造成車間距過大，行軍長(zhǎng)徑過長(zhǎng)。

（3） 通信指揮不便

部隊(duì)摩托化行軍時(shí)，整個(gè)梯隊(duì)的行軍長(zhǎng)徑可以達(dá)到幾十公里，在如此狹長(zhǎng)的“線式行軍”中，再加上通信工具相對(duì)較少，造成通信聯(lián)絡(luò)不便，很多時(shí)候只是用簡(jiǎn)單的旗語、哨音通信，而且旗語在行駛狀態(tài)時(shí)不便操作，哨音也容易受到環(huán)境干擾。同時(shí)，在行軍中，駕駛員處于駕駛操作狀態(tài)，車廂內(nèi)人員和駕駛員之間不便于聯(lián)絡(luò)，車與車之間也缺乏溝通的渠道。因此，通信指揮不便也成為提高車隊(duì)行車能力的制約因素。

2 功能設(shè)計(jì)

2.1 信號(hào)提示功能

信號(hào)提示功能設(shè)置目的就是讓后車在最短時(shí)間內(nèi)了解到前車的運(yùn)行狀況，從而采取最有效的駕駛操作，以最大限度的和前車保持相近的運(yùn)行速度和加速度，這樣就能夠保持較高的行軍速度和更小的安全車距。同時(shí)，LED比白熾燈點(diǎn)亮過程要提前0.2s左右，這樣可以為緊急制動(dòng)贏得0.5s以上的操作時(shí)間，相當(dāng)于增加安全距離10m以上。根據(jù)美國的研究報(bào)告，如駕駛員比現(xiàn)在早0.5s預(yù)知危險(xiǎn)，就可減少追尾事故50%，可見這對(duì)于提高摩托化行軍的安全性具有重要的意義。

在一般的駕駛操作中，駕駛員腳離開加速踏板將移向制動(dòng)踏板的那一刻，車輛產(chǎn)生一個(gè)較大的負(fù)加速度信號(hào)，這時(shí)，前車可顯示黃色閃燈，通告緊隨其后的車輛必須做好剎車準(zhǔn)備，后車駕駛員也松開加速踏板將腳放于制動(dòng)踏板上，這樣，比沒有提示至少爭(zhēng)取到0.3～0.5秒反應(yīng)時(shí)間，前后車兩個(gè)駕駛員腳的動(dòng)作能夠更趨于同步。一旦前車剎車，LED變?yōu)榧t色顯示，后車駕駛員就幾乎可在第一時(shí)間與前方車輛駕駛員趨于同時(shí)踩下剎車，前方如果是緩剎車，后方也隨之緩剎車，前方慣性減速，后方也隨之慣性減速。

根據(jù)以上基本設(shè)想，信號(hào)提示功能可以分以下三類[1]：

（1）車輛加速。車輛加速過程從駕駛操作上主要是駕駛員踩下油門，為了提供更準(zhǔn)確的信息，可將正加速度的大小分為三個(gè)等級(jí)，即加速較快、加速中等、加速較慢。對(duì)于后車而言，前車車速增加，是一個(gè)安全信號(hào)，所以采用綠燈顯示，根據(jù)正加速度大小，信號(hào)器分別為全部綠燈閃爍、三分之二綠燈閃爍、三分之一綠燈閃爍，顯示車輛加速。

（2）車速保持。車速保持即車輛以某一速度勻速行駛，這個(gè)過程油門大小基本不變，沒有松開油門、加大油門操作，也沒有制動(dòng)操作，車輛保持動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。

（3）車輛減速。車量減速分為兩種情況，第一種情況是油門放松，此條件下又有兩種情況，一是油門輕抬，此時(shí)，車輛減速不明顯；二是完全放開油門，此時(shí)，車輛減速稍明顯。對(duì)于油門放松而言，車輛不明顯減速，此時(shí)應(yīng)引起駕駛員注意，所以用黃燈閃爍顯示：輕抬油門時(shí)，二分之一黃燈閃爍；放于油門時(shí)，全部黃燈閃爍。第二種情況是駕駛員踩制動(dòng)，車輛制動(dòng)對(duì)于后車是危險(xiǎn)信號(hào)，用紅燈閃爍顯示。根據(jù)制動(dòng)力，即加速度的大小，區(qū)分三個(gè)等級(jí)，一是輕踩制動(dòng)，此時(shí)用三分之一紅燈慢頻閃爍顯示；二是中度制動(dòng)，此時(shí)用三分之二紅燈中頻閃爍顯示；三是緊急制動(dòng)，此時(shí)用全部紅燈高頻閃爍顯示。

運(yùn)行過程中，LED屏隨時(shí)顯示車輛運(yùn)行速度，信號(hào)顯示方法和涵義見圖1。

圖1 信號(hào)顯示方法和涵義示意圖

2.2 通信指揮功能

車隊(duì)行車還有一個(gè)突出的問題是機(jī)動(dòng)途中不便于通信聯(lián)絡(luò)，尤其是車輛較多，行軍長(zhǎng)徑較長(zhǎng)時(shí)，靠旗語、哨音難于達(dá)到通信聯(lián)絡(luò)的目的。在行軍途中，可能對(duì)全隊(duì)發(fā)布的提示或命令主要有車輛故障、加大車距、減小車距、休息、人員集合，以及分隊(duì)防衛(wèi)的防空襲、核化生武器襲擊防護(hù)、車輛疏散隱蔽等。為此，可以將通信聯(lián)絡(luò)功能嵌入信號(hào)器設(shè)計(jì)中。通信指揮信號(hào)的LED顯示屏可以和燈光信號(hào)LED合并，其結(jié)構(gòu)及顯示效果見圖2。

圖2 LED整體結(jié)構(gòu)及功能區(qū)劃分

為便于駕駛員理解掌握和運(yùn)用，可結(jié)合車隊(duì)行車通信聯(lián)絡(luò)功能所需，在駕駛室內(nèi)安裝控制面板，面板的設(shè)計(jì)如圖3所示。當(dāng)需求項(xiàng)目較多時(shí)，控制面板可用數(shù)字代替，并設(shè)計(jì)數(shù)字代碼和顯示信息對(duì)照表，便于操作。比如“01”代表“車輛故障”、“02”代表“小休息”。

圖3 通信指揮控制面板示意圖

3 系統(tǒng)組成及功能實(shí)現(xiàn)

3.1 總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)主要由微加速度計(jì)感應(yīng)單元與操作控制單元、微處理器單元、LED驅(qū)動(dòng)單元和LED顯示單元四部分組成，見圖4。微加速度計(jì)用于對(duì)車速的感應(yīng)，并將信號(hào)傳入微處理單元，操作控制單元用于接收駕駛員在控制面板的操作信息，并將信號(hào)傳入微處理單元；微處理單元接收傳來的信號(hào)后傳入LED驅(qū)動(dòng)器，接受不同信號(hào)后，LED驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)LED顯示預(yù)設(shè)的信號(hào)類別和顯示方法。從而將車輛的行駛信號(hào)和駕駛員的控制指令轉(zhuǎn)換為可視的信號(hào)，用于行軍時(shí)車輛的控制和通信指揮。

圖4 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 微加速度計(jì)[2]

微加速度計(jì)可采用ADXL202，它是美國ADI公司研制的基于單塊集成電路的完善的雙軸加速度測(cè)量系統(tǒng)，它是由一個(gè)多晶硅的表面微機(jī)械傳感器和一個(gè)信號(hào)調(diào)制電路組成的開環(huán)加速度測(cè)量結(jié)構(gòu)。對(duì)每根軸而言，輸出環(huán)路將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，這些數(shù)字信號(hào)可直接與微處理器接口，不需A/D轉(zhuǎn)換或附加其它電路。ADXL202可測(cè)量正負(fù)加速度，其最大測(cè)量范圍為12g，它既能測(cè)量動(dòng)態(tài)加速度，最大可承受1 000g的沖擊。因此，ADXL202是一種可行的選擇解決方案。

3.3 微處理器

微處理器實(shí)際承擔(dān)兩部分功能，一是微加速度計(jì)輸入的信號(hào)，另一部分是處理來自駕駛中駕駛操作的指令。對(duì)于第一類信號(hào)的處理，可采用P87LPC76X單片機(jī)，分析處理輸入信號(hào)并輸出結(jié)果。對(duì)于第二類信號(hào)，其處理要簡(jiǎn)單的多，可以集成于一個(gè)微處理器，也可以直接輸入LED驅(qū)動(dòng)器信號(hào)。需要特別注意的是，由于驅(qū)動(dòng)器根據(jù)信號(hào)的強(qiáng)弱來選擇顯示方案，所以，應(yīng)注意標(biāo)定車輛加速度的大小，以區(qū)分各個(gè)不同的等級(jí)，否則可能提供錯(cuò)誤的信號(hào)。

3.4 LED控制驅(qū)動(dòng)器[3]

近年來，LED的品種不斷增加，性能逐年提高，應(yīng)用領(lǐng)域更為廣泛。在大屏幕LED的背光照明、汽車內(nèi)外照明、公共場(chǎng)所照明、建筑的內(nèi)外裝飾燈照明、城市景點(diǎn)的亮麗工程等方面獲得了很大的發(fā)展。這也促進(jìn)了LED控制器的全面發(fā)展，目前，已經(jīng)出現(xiàn)了多種通用LED控制器，其控制驅(qū)動(dòng)器技術(shù)已經(jīng)成熟，能夠完全適應(yīng)車隊(duì)行車信號(hào)器設(shè)計(jì)功能的要求。

4 總結(jié)

本文針對(duì)車隊(duì)行車的特點(diǎn)，從整體上對(duì)車隊(duì)行車車輛信號(hào)器進(jìn)行了構(gòu)想，提出了系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)的基本總體結(jié)構(gòu)及基本功能。對(duì)于利用信號(hào)器進(jìn)行前后車的通信與聯(lián)絡(luò)，提高部隊(duì)機(jī)動(dòng)能力和行軍途中的安全性具有重要的理論和實(shí)際意義。