技术领域
[0001] 本实用新型涉及隧道交通领域，具体涉及一种车载隧道爬坡加速提示系统。
背景技术
[0002] 随着城市的发展，交通拥堵现象日益严重。在城市隧道出入口处，车流量较大时容易堵塞。但是通过观察发现，即使车流量不大，有时候隧道行车也相对缓慢。传统交通理论本质上是针对直线、平坦公路交通的。但是，公路几何特征的影响是很奇妙的。城市隧道常常呈凹形纵断面或人字形纵断面，驾驶员进出隧道时面临坡道路况。城市隧道包含下坡、平地和上坡三种路段。
[0003] 在隧道中，驾驶员的
视野和神经是双重疲劳的。隧道环境十分单调，灯光昏暗导致驾驶员视觉疲劳，
发动机声不断在隧道壁反射传播，噪声导致驾驶员神经疲劳。由于墙效应，司机总是担心他们可能会撞到下一个墙，导致司机非常紧张。隧道通
风不是很理想，车辆排放的尾气难以在短时间内排出隧道，大量的二
氧化
碳在隧道中积累，由于缺氧，驾驶员易于进入睡意状态。隧道中有限速的要求且不允许驾驶员超车换道。在大多数情况下，驾驶员以略低于隧道限速的某个恒定速度前进。大多数
汽车在三挡时的中高车速约60km。因此，驾驶员在上坡前不需要换挡。在某种程度上，这会加重司机的睡意。以上这些因素导致驾驶员无意识驾驶。“无意识的驾驶行为”是指对驾驶员周边交通行车意识缺乏，如潜意识驾驶。驾驶员无意识驾驶后对车速的
感知下降，对周围环境变化以及车辆行车参数变化的反馈延迟，在上坡路段不能及时加速或者根本没有意识到加速。汽车在开始离开隧道时，增加的坡道阻
力导致车速下降，而驾驶员却不易察觉，影响通行效率。隧道的几何形状、隧道环境对驾驶员的影响以及车辆的特征三者
叠加导致隧道通过率的降低。通过率下降大多数时候开始于上坡段的起点处，在这个地方，有的车辆(往往是
卡车)会减速甚至短暂停下来。一旦停下来，后面的许多车辆、尤其是卡车就不能足够快地加速爬坡。这样，车流中就出现空隙，结果导致整个隧道的通过率下降。隧道通行率下降的一个重要原因是驾驶员在隧道出口的上坡路段没有及时加速或者没有加速。因此，提高隧道通行能力的方法之一是在隧道上坡路段及时有效的给予驾驶员加速提醒。加速提醒一方面可以使驾驶员走出无意识驾驶状态，提高注意力，减少事故发生率。另一方面加速提醒可以促使驾驶员及时加速，提高车辆在上坡路段的车速，进而提高隧道的通行能力，缓解隧道出口的交通状况。
[0004] 目前大部分隧道管理方选择牺牲隧道的通行效率来换取驾驶员的行车安全，但往往忽视了隧道环境对驾驶员的影响，驾驶员在隧道中停留的时间越长，在离开隧道时注意力越不集中，这样更容易导致事故的发生。
[0005] 尽管有一部分隧道管理方意识到了这一问题，但提醒措施通常有以下三种：第一，在隧道出口安装扬声器和摄像头，由隧道管理人员在后台监控并通过语音播报提醒驾驶员加速驶离上坡路段。第二，在隧道上坡路段上方安装
电子显示屏，提醒驾驶员加速。第三，在隧道上坡路段两侧的
墙壁上粉刷“加速驶离”的墙体字。
[0006] 三种提醒方法均涉及到所有驶离隧道的驾驶员，提示对象没有针对性。第一种方法设备安装成本高，运营成本高，且是否提示取决于工作人员的经验判断，容易出现误提示和漏提示的情况。第二种方法和第三种方法虽然成本低，但提示效果有限，提示方式容易将驾驶员的视线从视
角正前方引诱到其他地方，分散驾驶员的注意力，容易引起交通事故。基于以上对问题以及现有解决措施的分析，提出一种车载隧道爬坡加速提示系统是很有必要的。实用新型内容
[0007] 本实用新型要解决的技术问题是提供一种车载隧道爬坡加速提示系统。本实用新型系统能够在隧道上坡路段及时提醒驾驶员加速驶离，缓解隧道出口易于堵塞的交通现状；同时，该系统兼具安全预警的功能，能够及时提醒驾驶员检查胎压、及时加油、超速行驶。
[0008] 为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
[0009] 一种车载隧道爬坡加速提示系统，包括信息采集模
块、中央处理单元、提示模块；
[0010] 信息采集模块由车载
传感器和外加传感器组成；车载传感器包括
车速传感器、加速度传感器、挡位传感器、
制动踏板位移传感器、
油门踏板位移传感器；外加传感器包括油位传感器、GPS传感器、胎压传感器；其中，车速传感器安装在驱动
桥壳或
变速器壳内，加速度传感器布置在
车身质心处，挡位传感器安装在换挡杆下面的换挡机构盖板上，制动踏板位移传感器安装在制动踏板下面，油门踏板位移传感器安装在油门踏板下面，GPS传感器布置在车辆顶棚外部，油位传感器布置在油箱的四个边角处，胎压传感器布置在轮胎气门芯处；
[0011] 中央处理单元采用32位多核AURIX
单片机，布置在车辆后备箱中，包括地理
位置对比模块、信息处理模块、坡道行驶判断模块、提示判断模块、
开关控制器、预警模块；
[0012] 提示模块由车载扬声器组成，沿用车辆原有的音响系统，安装在车辆的四个车门上；
[0013] 信息采集模块的输出端连接中央处理单元的输入端，中央处理单元的输出端连接提示模块的输入端；
[0014] 车速传感器、加速度传感器、挡位传感器、制动踏板位移传感器、油门踏板位移传感器、输出端并联连接CAN总线的输入端，CAN总线的输出端连接信息处理模块，GPS传感器、油位传感器、胎压传感器的输出端并联连接至信息处理模块，信息处理模块的输出端连接提示判断模块的输入端，信息处理模块的输出端还连接坡道行驶判断模块的输入端，坡道行驶判断模块的输出端连接提示判断模块的输入端，提示判断模块的输出端连接提示模块。
[0015] 进一步地，信息处理模块的输出端连接
数据库的输入端，数据库输出端连接地理位置对比模块输入端，地理位置对比模块的输出端连接
开关控制器的输入端，开关控制器的输出端连接提示判断模块的输入端，数据库的输出端还连接提示判断模块。
[0016] 进一步地，提示判断模块包括隧道爬坡加速提示模块和预警模块。
[0017] 进一步地，开关控制器的输出端连接提示判断模块中隧道爬坡加速提示模块的输入端。
[0018] 进一步地，地理位置对比模块接收车辆的位置信息，以车辆中心为圆心，以固定半径的圆扫描查询隧道，当扫描到
辐射圆中存在隧道，并且车辆与该隧道入口的直线距离不断减小，则默认该隧道为目标隧道。
[0019] 进一步地，如果车辆未驶入目标隧道，并且距离目标隧道入口的直线距离小于20m时，开关控制器为隧道爬坡加速提示模块供电，隧道爬坡加速提示模块进入工作状态；
[0020] 如果车辆驶出目标隧道，并且距离目标隧道出口的直线距离为 20m时，开关控制器切断隧道爬坡加速提示模块的
电路，隧道爬坡加速提示模块进入休眠状态。
[0021] 进一步地，坡道行驶判断模块根据胎压差判断和油位差信息进行判断车辆是否在上坡路段具体为：
[0022] 当车辆前轮胎压同时下降，后轮胎压同时上升，则判断车辆在上坡路段；
[0023] 当油箱前侧的两个油位传感器读数均大于油箱后侧的两个油位传感器读数，则判断车辆在上坡路段；
[0024] 胎压差法判断车辆在上坡路段并且油位差法判断车辆正在上坡路段，则判断车辆在上坡路段。
[0025] 进一步地，检测到车辆处在上坡路段，车速下降，制动器踏板位移变化量为零，油门踏板位移变化量为零，挡位变化量为零，如果以上五个条件同时满足，提示判断模块判断需要提示驾驶员加速，并将信息发送至提示模块；
[0026] 如果以上五个条件不能同时满足，提示判断模块判断不需要提示驾驶员加速，则不向提示模块发送信息。
[0027] 进一步地，如果车速超过隧道限速，预警模块判断结果为：提示驾驶员已经超速，并将信息发送至提示模块，否则不向提示模块发送信息；
[0028] 如果轮胎胎压值不在正常范围，预警模块判断结果为：提示驾驶员检查轮胎，并将信息发送至提示模块，否则不向提示模块发送信息；
[0029] 如果油位低于设定值，预警模块判断结果为：提示驾驶员及时加油，并将信息发送至提示模块，否则不向提示模块发送信息。
[0030] 本实用新型的有益效果是：
[0031] (1)本实用新型系统在隧道上坡路段及时提醒驾驶员加速驶离，提高隧道的通行能力，缓解隧道出口易于堵塞的交通现状。
[0032] (2)本实用新型系统兼具安全预警的功能，能够根据传感器检测结果，提醒驾驶员检查胎压、及时加油、及时调整行驶速度。
[0033] (3)本实用新型系统直接安装在车辆内部，驾驶员容易接收到提示
信号，提示效果明显。
[0034] (4)本实用新型系统的车载传感器信号通过CAN总线获取后，被传输至中央处理单元，外加传感器信号经降噪后传输至中央处理单元；中央处理单元通过控制策略输出
电信号至车载扬声器，实现加速爬坡提醒以及预警功能。此系统适用于所有车辆，普适性好，可靠性高。
[0035] (5)本实用新型首次提出了“车载隧道爬坡加速提示系统”的概念，基于原有车载传感器以及部分外加传感器构建了一套多功能车载隧道爬坡加速提示系统，系统成本低。
附图说明
[0037] 图2为目标隧道确定方法的示意图。
[0038] 图3为油位传感器布置示意图。
[0039] 图4为本实用新型系统工作流程图。
具体实施方式
[0040] 为了使本技术领域的人员更好的理解本实用新型的技术方案，下面将对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的描述。
[0042] 本实用新型提供了一种车载隧道爬坡加速提示系统，如图1所示，包括信息采集模块、中央处理单元、提示模块；
[0043] 信息采集模块由车载传感器和外加传感器组成；车载传感器包括车速传感器、加速度传感器、挡位传感器、制动踏板位移传感器、油门踏板位移传感器；外加传感器包括油位传感器、GPS传感器、胎压传感器；其中，车速传感器安装在
驱动桥壳或变速器壳内，加速度传感器布置在车身质心处，挡位传感器安装在换挡杆下面的换挡机构盖板上，制动踏板位移传感器安装在制动踏板下面，油门踏板位移传感器安装在油门踏板下面，GPS传感器布置在车辆顶棚外部，油位传感器布置在油箱的四个边角处，胎压传感器布置在轮胎气门芯处；
[0044] 中央处理单元采用32位多核AURIX单片机，布置在车辆后备箱中，包括地理位置对比模块、信息处理模块、坡道行驶判断模块、提示判断模块、开关控制器、预警模块；
[0045] 提示模块由车载扬声器组成，沿用车辆原有的音响系统，安装在车辆的四个车门上；
[0046] 信息采集模块的输出端连接中央处理单元的输入端，中央处理单元的输出端连接提示模块的输入端；
[0047] 车速传感器、加速度传感器、挡位传感器、制动踏板位移传感器、油门踏板位移传感器、输出端并联连接CAN总线的输入端，CAN总线的输出端连接信息处理模块，GPS传感器、油位传感器、胎压传感器的输出端并联连接至信息处理模块，信息处理模块的输出端连接提示判断模块的输入端，信息处理模块的输出端还连接坡道行驶判断模块的输入端，坡道行驶判断模块的输出端连接提示判断模块的输入端，提示判断模块的输出端连接提示模块。
[0048] 作为一种优选的方式，信息处理模块的输出端连接数据库的输入端，数据库输出端连接地理位置对比模块输入端，地理位置对比模块的输出端连接开关控制器的输入端，开关控制器的输出端连接提示判断模块的输入端，数据库的输出端还连接提示判断模块。
[0049] 作为一种优选的方式，提示判断模块包括隧道爬坡加速提示模块和预警模块。
[0050] 作为一种优选的方式，开关控制器的输出端连接提示判断模块中隧道爬坡加速提示模块的输入端。
[0051] 信息采集模块实时采集车辆位置信息及车辆使用参数信息，车辆位置信息包括车辆所在的经纬度，车辆使用参数信息包括车速、加速度、制动踏板行程、油门踏板行程、挡位、轮胎胎压、油箱油位；信息采集模块将采集到的车辆位置信息及车辆使用参数信息传输至中央处理单元，中央处理单元判断是否存在目标隧道；如果不存在目标隧道，则信息采集模块继续采集信息；如果存在目标隧道，中央处理单元根据车辆行驶所处的坡段、车速变化、制动踏板位移变化、油门踏板位移变化以及挡位变化，判断是否给予驾驶员提醒，如果需要提醒驾驶员加速，则将信息发送至提示模块；提示模块提醒驾驶员加速；如果不需要提醒驾驶员加速，则不再向提示模块发送信息。
[0052] 作为一种优选的方式，信息采集模块实时采集车速、加速度、挡位、胎压、油箱油位、制动踏板位移、油门踏板位移、车辆经纬度信息。
[0053] 作为一种优选的方式，车载传感器信号通过CAN总线获取后，被传输至中央处理单元，外加传感器信号经降噪后传输至中央处理单元。
[0054] 作为一种优选的方式，数据库中存储有隧道入口和隧道出口的经纬度、道路限速以及隧道的坡度数据。
[0055] 作为一种优选的方式，地理位置对比模块将实际采集的地理位置信息与数据库中存储的数据信息进行比对与判断。
[0056] 作为一种优选的方式，信息处理模块包括传感器信号的滤波除噪以及传感器信息的融合。
[0057] 作为一种优选的方式，坡道行驶判断模块包括胎压差判断和油位差判断。
[0058] 作为一种优选的方式，提示判断模块包括状态识别模型、提示判断模型和提示输出。
[0059] 作为一种优选的方式，开关控制器用于控制整个系统的供电情况。
[0060] 作为一种优选的方式，信息处理模块采用卡尔曼滤波除噪。
[0061] 作为一种优选的方式，提示模块由车载扬声器组成。
[0062] 作为一种优选的方式，中央处理单元通过控制策略输出电信号至车载扬声器，实现加速爬坡提醒以及预警功能。
[0063] 作为一种优选的方式，胎压传感器分别安装在车辆的每个轮胎内部，胎压传感器数量与车辆轮胎数量相等；
[0064] 如果车辆装有
轮胎压力监测系统，即TPMS系统，则本实用新型系统沿用原有的胎压传感器，如果车辆没有安装TPMS系统，则车辆需要外加胎压传感器。
[0065] 作为一种优选的方式，油位传感器的数量为四个，分别布置在油箱内部的四个转角处，如图3所示。
[0066] 作为一种优选的方式，本实用新型系统的工作流程如图4所示， GPS传感器实时获取车辆位置信息，并将车辆位置信息传输至地理位置对比模块，地理位置对比模块接收车辆的位置信息，以车辆中心为圆心，以固定半径的圆扫描查询隧道，例如，以半径为1000m的圆扫描查询隧道，当扫描到辐射圆中存在隧道，并且车辆与该隧道入口之间的直线距离不断减小，则默认该隧道为目标隧道，如图2所示；地理位置对比模块还根据数据库中储存的隧道出入口经纬度判断车辆是否进入目标隧道内；
[0067] 如果车辆未驶入目标隧道，并且距离目标隧道入口的直线距离小于20m，则开关控制器为隧道爬坡加速提示模块供电，隧道爬坡加速提示模块进入工作状态；
[0068] 如果车辆驶出目标隧道，并且距离目标隧道出口的直线距离为 20m时，开关控制器切断隧道爬坡加速提示模块的电路，隧道爬坡加速提示模块进入休眠状态。
[0069] 作为一种优选的方式，如果不存在目标隧道，则返回至信息采集模块，继续采集信息；
[0070] 如果存在目标隧道，中央处理单元中的坡道行驶判断模块根据胎压差判断车辆行驶所处的坡段：通过监测进入目标隧道后的前、后轮胎压以及胎压变化判断车辆是否行驶在坡道上，当车辆前轮胎压同时下降，后轮胎压同时上升，则判断车辆处在上坡路段；并且根据油位差判断车辆行驶所处的坡段：通过监测进入目标隧道后的四个油位传感器读数及差值判断车辆是否行驶在坡道上；当油箱前侧的两个油位传感器读数均大于油箱后侧的两个传感器读数，则判断车辆处在上坡路段；如果胎压差法判断车辆在上坡路段并且油位差法判断车辆正在上坡路段，则坡道行驶判断模块判断车辆在上坡路段。
[0071] 检测到车辆处在上坡路段，车速下降，制动器踏板位移变化量为零，油门踏板位移变化量为零，挡位变化量为零，如果以上五个条件同时满足，则提示判断模块判断需要提示驾驶员加速，并将信息发送至提示模块，提示模块的车载扬声器播放语音，提醒驾驶员加速驶离上坡路段；
[0072] 如果以上五个条件不能同时满足，则提示判断模块判断不需要提示驾驶员加速，则不再向提示模块发送信息，提示模块不发出提示信息。
[0073] 作为一种优选的方式，预警模块根据车载传感器的检测结果进行判断是否提醒驾驶员。
[0074] 当车速传感器检测到车速超过隧道限速，预警模块判断结果为：提示驾驶员已经超速，并将此信息发送至提示模块，提示模块播放语音提醒驾驶员已经超速，易于发生危险；如果车速小于或者等于隧道限速则不向提示模块发送信息。
[0075] 当胎压传感器检测到轮胎胎压值不在正常范围时，预警模块判断结果为：提示驾驶员检查轮胎，并将此信息发送至提示模块，提示模块播放语音提醒驾驶员及时检查轮胎，防止胎压过高或者过低造成行车安全隐患；如果轮胎胎压值在正常范围，则不向提示模块发送信息。
[0076] 当油位传感器检测到油位低于设定值时，预警模块判断结果为：提示驾驶员及时加油，并将此信息发送至提示模块，提示模块播放语音提醒驾驶员及时补充燃油，油位高于或者等于设定值，则不向提示模块发送信息。
