【正文】 后進(jìn)行了滑輪組的設(shè)計計算，確定了鋼絲繩、卷筒和滑輪的直徑，并對滑輪的位置進(jìn)行了布置；最后進(jìn)行了鋼制限高桿的設(shè)計計算，確定了其具體尺寸 ,并對材料進(jìn)行選擇。 (1)自動控制模式：即到達(dá)系統(tǒng)預(yù)設(shè)升降時間，直接接收后臺下達(dá)的升降指令并執(zhí)行，包括升降時間、升降速度等，當(dāng)?shù)诌_(dá)至桿件限制高度時，自動停止，無需人工干涉。 智能 升降系統(tǒng)的總體設(shè)計 基于公路智能限高器智能控制系統(tǒng)的設(shè)計要求，確定控制系統(tǒng)主要是由兩大部分構(gòu)成，車輛實時檢測傳感器和控制總成。目前，在國內(nèi)使用較為普遍的有微波檢測傳感器、視頻檢測傳感器、紅外檢測傳感器、線圈檢測傳感器。 地磁檢測傳感器 地磁 檢測傳感器是一個基于磁力感應(yīng)的低功耗無線電通訊裝置，安裝于車道中間。每個傳感器自動根據(jù)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境自我校準(zhǔn)，對于地球磁場的長期變化而言，可使這個參考值隨時間而改變。 此外，地磁檢測傳感器獲得解析數(shù)據(jù)能夠滿足智能升降控制系統(tǒng)的要求，解析后的數(shù)據(jù)一般包含 的信息有：車輛個數(shù)，車輛速度，車輛長度，車輛間距等，這些數(shù)據(jù)能夠滿足智能升降控制系統(tǒng)自的數(shù)據(jù)要求。 表 62 兩種地磁檢測傳感器產(chǎn)品對比表 參數(shù) SENSYS 無錫 工作溫度 尺寸 較小 較大 抗壓性 好 較好 穩(wěn)定性 好 較好 可靠性 強 較強 檢測技術(shù) 使用年限 10 年 5 年 傳輸速率 250kps 500kps 準(zhǔn)確率 95% 90% 天線 內(nèi)置微帶天線 外接八木天線 頻帶 433MHZ 功能 較多 單一 安裝難度 簡單 較簡單 主機接口 RJ45 RS232 通信距離 50m 200m 安裝靈活度 較高 較低 覆蓋范圍 小 大 公路智能限高器設(shè)計 30 控制總成設(shè)計 控制總成功能 控制總成是整個升降控制系統(tǒng)的核心部分，它需要實現(xiàn)與基礎(chǔ)道路交通設(shè)備進(jìn) 行通訊、也需要實時與車輛檢測傳感器實時交互、實時需要接受后臺的控制指令。其中，限高控制模組是控制總成核心組成部分，與不同外設(shè)進(jìn)行信息交互、指令接收發(fā)送的任務(wù)主要是由限高控制模組實現(xiàn)的；路由主要是配置 TCP／ IP協(xié)議，實現(xiàn)外圍設(shè)施的無線通信：電源系統(tǒng)是保證控制總成正常運作的電力支持。 (2)多種硬件平臺支持 (3)完善的網(wǎng)絡(luò)功能 Linux操作系統(tǒng)實現(xiàn)了完整的 TCP／ IP協(xié)議棧，可支持 10M、 100M、 1000M的以太網(wǎng)，無線網(wǎng)等眾多類型網(wǎng)絡(luò)。調(diào)度控制軟件采用 c語言開發(fā)， ARMGCC進(jìn)行交叉編譯，執(zhí)行效率高，可移植性好。因此本文設(shè)計了一種智能化的公路限高器，能夠自主升降、遙控升降和手動升降控制，極大的滿足了使用者的要求。 公路智能限高器設(shè)計 35 參考文獻(xiàn) [1] 陳玉森 , 漢克 . 馮再仁等．用智能運輸系統(tǒng)解 決交通問題：運用動態(tài)模擬對上海高架橋和北京二環(huán)路的研究實例 [J]．第二屆北京國際智能交通系統(tǒng) (ITS)技術(shù)研討暨技術(shù)與產(chǎn)品展覽會， 20xx， 9． [2] 黃從?。戏适虚L江西路高架快速路的方案研究 [J]．城市道橋與防洪， 20xx， 1： 1_4， 11． [3] 申國朝，崔亞新等．鄭州市三環(huán)快速化工程設(shè)計方案優(yōu)化研究 [J]．城市道橋與防洪， 20xx： 39． [4] 黃叢啟．合肥高架橋安裝限高架夜晚限高 2． 5 米確保高架橋安全 [R]．新安晚報， ． [5] 陳奉民，林永勝等．深圳港西部港區(qū)特大型高架橋梁 設(shè)計 [J]．橋梁建設(shè)， 20xx， 1： ． [6] 趙雅靜．文化路立交橋一南北高架橋橋面改造工程 [J]．北方交通， 20xx(02)： 81． 85． [7] 胡竟強．公路橋梁支座更換施工技術(shù) [J]．公路與汽運， 20xx(04)： 202． 203． [8] 林健安．超重車輛過圍墩高架橋的即時監(jiān)控與分析 [J]．交通技術(shù)， 20xx， 6(03)：“ 7 一 119． [9] 王榮輝，池春等．廣州市高架橋疲勞載荷車輛模型研究。 根據(jù)現(xiàn)有的道路交通龍門架結(jié)構(gòu)和資料，對限高器的機械結(jié)構(gòu)采用滑輪組限高機構(gòu)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計，確定了各部件的參數(shù)，并對該結(jié)構(gòu)進(jìn)行了建立了三維模型，最后進(jìn)行了仿真分析，經(jīng)分析得出限高器安全性較好，滿足設(shè)計要求。 公路智能限高器設(shè)計 33 圖 智能升降系統(tǒng)軟件的控制流程圖 公路智能限高器設(shè)計 34 7. 結(jié)論 目前國內(nèi)常用的公路限高器設(shè)備分為固定高度限高和可變高度限高兩種。 (5)免費的自由軟件 Linux操作系統(tǒng)為開放源代碼的自由軟件，任何人均可自由免費獲取，相對于商業(yè)用付費嵌入式操作系統(tǒng) VxWorks(海信信號機 )、 WinCE、 PalmOS等，其大大降低了產(chǎn)品開發(fā)成本。限高控制模組是有一系列的電路板構(gòu)成，具有接收傳感器信號、發(fā)送、發(fā)送信號控制指令和誘導(dǎo)信息指令，兼?zhèn)渫ㄓ嵞K、防雷模塊、漏電保護(hù)模塊、故障檢測模公路智能限高器設(shè)計 31 塊、 GPS模塊，詳細(xì)如圖所示： 圖 控制總成硬件 結(jié)構(gòu)圖 控制中心指令通過路由的 TCP 協(xié)議傳到限高控制模塊 ,限高控制模塊接收傳感器信號 ,經(jīng)由限高模塊進(jìn)行信號處理將信號通過 485命令到驅(qū)動板驅(qū)動電機 ,從而控制升降桿的升降指令作用 . 車輛通過地磁檢測傳感器 ,引起地磁的變化 ,經(jīng)由車輛檢測板和 485總線傳到限高控制模塊 ,限高控制模塊接收傳感器信號 ,進(jìn)行信號處理 ,發(fā)送信號控制指令將輸出信號傳到下一級驅(qū)動電機 ,也達(dá)到控制升降桿的升降指令作用 . 限高控制模塊還可接受遙控器 ,按鍵數(shù)碼管等相關(guān)信號 ,進(jìn)行相關(guān)信號的處理 ,都能達(dá)到驅(qū)動電機 ,控制升降的作用 . 同時 ,限高控 制模塊和控制中心指令是雙向連接 ,因而電機的驅(qū)動信息經(jīng)由限高模塊的加工會返回到控制中心指令 ,從而發(fā)布誘導(dǎo)信息指令到外部的誘導(dǎo)屏 ,匝道信號控制等外部件 ,形成整個控制總成的功能實現(xiàn) , 公路智能限高器設(shè)計 32 軟件設(shè)計 根據(jù)控制總成結(jié)構(gòu)圖分析 ,大部分零部件都可通過采購而成 ,但在軟件設(shè)計方面，需要采用全新架構(gòu)的嵌入式 ARM～ Linux操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)平臺，開發(fā)高效、可靠的嵌入式升降控制系統(tǒng)軟件。 (3)與后臺 (主要是控制中心 )進(jìn)行通訊，接受升降控制指令并實施： (4)與限高機構(gòu)進(jìn)行通訊，實施升降指令。目前國內(nèi)使用的地磁檢測傳感器主要是無錫物聯(lián)網(wǎng)研究所研發(fā)的，此外還有一款地磁檢測傳感器是美國 SENSYS公司研發(fā)的 sensor傳感器。()深，覆蓋快干環(huán)氧樹脂，車道封閉時間短，無需鋸槽切割 (6)超長電池壽命平均 10年； (7)堅固的機械設(shè)計； (8)自動校準(zhǔn)； (9)與主機通過可靠的雙向無線電通信，可尋址、可配置，固件可無線升級； (10)可隨時部署在其它系統(tǒng)無法使用的場所，如高低車道差、 高地下水位、損壞的路面。每個傳感器內(nèi)嵌入了先進(jìn)的磁電阻感應(yīng)裝置，以 128赫茲的采樣率測量地球磁場的 X、 Y和 Z軸向量，當(dāng)車輛進(jìn)入范圍時，所測量磁場中的 X、 Y或 Z軸將發(fā)生明顯變化。 公路智能限高器設(shè)計 27 表 61 常用檢測傳感器優(yōu)缺對比分析表 從上表中，可清晰的得之目前市場上常用的傳感器普遍存在不同缺點，或是檢測精度低、亦或是實施難度大，較難應(yīng)用到本系統(tǒng)中?？刂瓶偝赡K是由一系列的具有串口通信的電路板、路由器、電源等電子元件構(gòu)成。 (3)開關(guān)電動控制模式：即在網(wǎng)絡(luò)中斷或者其他特殊情況下，啟用控制盒中的電動控制按鈕對桿件實行升降操作。 公路智能限高器設(shè)計 24 從上述的情況分析結(jié)果可知，在受到外部壓力時，桁架結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變都較小，基本不影響其安全性，因此桁架結(jié)構(gòu)的公路智能限高器系統(tǒng)整體上是安全可行的。 若將鋼管換成桁架結(jié)構(gòu)顯然也符合力學(xué)性能。轉(zhuǎn)向滑輪安裝在限高 器立柱上，支撐滑輪安裝在限高器橫梁上 .具體布置如圖所示： 圖 滑輪布置圖 執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計說明 鋼制限高桿設(shè)計 鋼制主控桿通過鋼絲繩連接在其兩端，并在其軸端設(shè)置有導(dǎo)向輪以減少其與滑槽的摩擦。 根據(jù)上述公式的計算結(jié)果，分別選擇直徑為 60mm 的卷筒和直徑為 70mm 的滑輪。公式如下： mmsCd 9 9 0 0*0 7 in ??? (311) 其中，當(dāng)安全系數(shù) =， C=； S為載荷大小。 假設(shè)鋼制限高桿的重量為 40kg，按照升降時間 10s進(jìn)行設(shè)計計算，滑輪組機構(gòu)的總效率按 ，則電動機所需的功率 P為： WnvWNmGP 9 9/)( 21 ???? ?? (39) 按照安全系數(shù) ，則電動機所需功率為 N為： 2/*)( 21 DWNmGN ?? ??? (310) 式中 D為卷簡直徑為 100mm，則所需最大扭矩為 。根據(jù)初步尺寸進(jìn)行計算，鋼制限高桿的重量大于 40kg，滿足下降時的使用要求。 基本風(fēng)壓 W0按下列公式計算： 1600/0 WVW ? (34) 式中： VW 一 為風(fēng)速 (單位而 m/s)。 主動機構(gòu)的設(shè)計 限高桿重量的確定 按上所述，鋼制限高桿的重量不應(yīng)過大或過小，重量過大將會需要較大功率和扭矩的電動機，重量過小將無法克服滑輪組的摩擦力而下降，因此有必要確定限高桿的最小重量。 公路智能限高器設(shè)計 9 3. 公路智能限高器結(jié)構(gòu)設(shè)計 公路智能限高器的具體尺寸是由龍門架的結(jié)構(gòu)尺寸決定的，根據(jù)現(xiàn)有車輛道路基本參數(shù) ，龍門架立柱采用直徑 300mm的方鋼，橫梁采用直徑 300mm的圓鋼，橫梁之間的支撐采用直徑為 200rnm，厚度為 4mm的圓鋼。 結(jié)構(gòu)方案選型 由于限高器的使用率非常高且數(shù)量較多，因此對限高器的安全性及成本控制的要求較高。手搖柄順時針 (沿手搖柄輸出軸端看 )轉(zhuǎn)動時，限高桿上升，相反則下降。 方案二一滑輪組限高機構(gòu) 結(jié)構(gòu)類似于電動升降晾衣架，滑輪組限高機構(gòu)主要由電動機、卷筒、滑輪組、離合器、手搖器、鋼絲繩等設(shè)備組成，下圖所示為滑輪組限高機構(gòu)原理圖。在手搖控制時，首先應(yīng)采用離合器將電動機與卷筒脫開，然后才能通過轉(zhuǎn)動手搖柄控制限高桿的升降。限高桿放置在龍門架的之間，便于實施限高功能；視頻監(jiān)控設(shè)備 (即高清相機 )安裝在龍門架的上方，使拍攝的死區(qū)最??； LED顯示屏和組合禁令標(biāo)牌安 裝在龍門架正面；相關(guān)輔助標(biāo)志及警示燈具安裝在龍門架的右側(cè)立柱上：控制箱 (遙控、手控接口 )安裝在龍門架的左側(cè)立柱上；其他傳動機構(gòu)安裝在龍門架的背面(如滑輪機構(gòu)或其他機構(gòu)等傳動機構(gòu) ) 圖 智能限高器安裝示意圖 公路智能限高器設(shè)計 6 結(jié)構(gòu)設(shè)計初步方案 方案一 一 “卷閘門式”限高機構(gòu) 下圖所示為“卷閘門式”升降限高機構(gòu)的工作原理，其結(jié)構(gòu)原理類似與卷閘門，主要由電動機、中心軸、多關(guān)節(jié)活動的門片 (或鋼絲繩 )、離合器、手搖器等設(shè)備組成。 設(shè)計方案的基本準(zhǔn)備 系統(tǒng)組成及功能 本文設(shè)計公路智能限高器主要由智能控制系統(tǒng)和機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)組成，機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)主要由機械傳動系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、誘導(dǎo)發(fā)布系統(tǒng) 等組成。當(dāng)駕駛?cè)藛T對限高架高度與車輛高度進(jìn)行判斷時，會造成車輛通過該路段時平均速度降低，使道路通行能力變差。為了保障高架橋入口的可能通行能力，在設(shè)計新的限高系統(tǒng)時，不應(yīng)使車輛通過該路段的平均速度降低，否則將會影響道路的可能通行能力，嚴(yán)重時可能會造成交通擁堵。 總結(jié)和思考，給出了后續(xù)研究的相關(guān)方向和方法。 本文設(shè)計了一種在現(xiàn)有公路道路基本條 件的基礎(chǔ)上，易于安裝、可靠性好的智能限高器，并設(shè)計了相應(yīng)的智能升降控制系統(tǒng)。如各種測控系統(tǒng)、過程控制、機電一體化。 而目前國內(nèi)的智能化升降控制不免都要涉及到由可編程控制器（ PLC）或微型計算機組成的智能升降控制系統(tǒng)，微型計算機控制正以很快的速度發(fā)展著。同時公共交通車輛也會受到影響，如圖所示，這些事情在采用以龍門架為主的限高器城市內(nèi)，屢屢發(fā)生、層出不窮，嚴(yán)重影響了城市居民日常出行生活和公共安全應(yīng)急管理部門的運行。按照升降的原理可分為直接驅(qū)動式和間接驅(qū)動式。如吉林大學(xué)劉建領(lǐng)設(shè)計的移動式救援升降梯， Singh S和 Kumars運用 Taguchits正交陣列方法對一種液壓升降機構(gòu)的參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計，使升降機構(gòu)的性能得到了提高；如李光升進(jìn)行的施工升降機安全評價模糊專家系統(tǒng)研究，獲得了施工升降機安全評價項目權(quán)重系數(shù)的評定方法；如武漢理工大學(xué)吳松的升降式地鐵雨棚的設(shè)計及安全性研究；如 Minav Tatiana A等人提出了一種電液升降裝置的控制方法，提高了升降系統(tǒng)的性能 限高器的在國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r 國內(nèi)目前對限高器的主要研究中 ,屬龍門架的研究較多，如江蘇省交通規(guī)劃設(shè)計院有限公司的張進(jìn)、張又白等設(shè)計了一種限高龍門架，其方法是在橫梁下端 15～ 20mm的下方間隔設(shè)置了一些防撞的短梁，并在橫梁下端 30～ 40