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汽車(chē)電控主動(dòng)安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)

文檔作者：呂彩霞高玉霞文檔來(lái)源： 1．山東省小鴨集團(tuán)有限責(zé)任公司 2．中北大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年05月10日
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第5期(總第174期)
2Ol2年10月
機(jī)械工程與自動(dòng)化
MECHANICAL ENGINEERING ＆ AUTOMATION
No．5
()ct．
文章編號(hào)：1672—6413(2012)05～0153—02
汽車(chē)電控主動(dòng)安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)
呂彩霞 ，高玉霞
(1． 山東省小鴨集團(tuán)有限責(zé)任公司， 山東 濟(jì)南 250101；2． 中北大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院， 山西 太原030051)
摘要：運(yùn)用傳感器技術(shù)、電子控制技術(shù)和控制理論，研究了基于雷達(dá)、自車(chē)傳感器和單片機(jī)控制的汽車(chē)電控
主動(dòng)安全系統(tǒng)， 并且在自動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)方面做了深入研究。該系統(tǒng)可提高汽車(chē)行駛的安全性．減少碰撞事故的
發(fā)生．提高交通運(yùn)輸效率。
關(guān)鍵詞：主動(dòng)安全； 自動(dòng)剎車(chē)；主動(dòng)避撞； 安全系統(tǒng)； 汽車(chē)
中圖分類(lèi)號(hào)：U461．91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
0 引言
隨著汽車(chē)擁有量的日漸增加，汽車(chē)交通事故頻發(fā)，
汽車(chē)的安全性越來(lái)越受到汽車(chē)設(shè)計(jì)者、制造者和使用
者的重視。提高車(chē)輛安全性能一般有兩種途徑，即主
動(dòng)安全措施和被動(dòng)安全措施，防患于未然的主動(dòng)安全
措施無(wú)疑是較好的安全措施_1]?？紤]到汽車(chē)在長(zhǎng)途行
駛時(shí)，駕駛員可能由于疲勞而產(chǎn)生注意力不集中或反
應(yīng)遲緩現(xiàn)象，以至于在駕駛過(guò)程中遇到危險(xiǎn)狀況時(shí)不
能及時(shí)做出反應(yīng)，導(dǎo)致汽車(chē)發(fā)生追尾或碰撞事故。本文
研究了一個(gè)電控主動(dòng)安全制動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)綜合采用探
測(cè)技術(shù)、微機(jī)控制技術(shù)對(duì)車(chē)輛行駛工況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)人的
判斷出現(xiàn)滯后或失誤時(shí)，該系統(tǒng)將采取相應(yīng)的措施提醒
駕駛員，并對(duì)車(chē)輛進(jìn)行主動(dòng)控制，避免交通事故的發(fā)生。
1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
汽車(chē)電控主動(dòng)安全系統(tǒng)可以通過(guò)傳感器組測(cè)量車(chē)
輛的運(yùn)行工況，并將測(cè)量到的信息送人系統(tǒng)電子控制
單元，電子控制單元根據(jù)所接收到的信息進(jìn)行車(chē)輛行駛
安全判定，并向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出動(dòng)作指令。執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)
接收的執(zhí)行信息啟動(dòng)相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行安全控制。
汽車(chē)電控主動(dòng)安全系統(tǒng)如圖1所示。在汽車(chē)的前
方裝有測(cè)距傳感器，用來(lái)對(duì)路況進(jìn)行檢測(cè)，判斷汽車(chē)與
前方車(chē)輛或障礙物之間的距離；根據(jù)輪速傳感器，可測(cè)
算出本車(chē)的安全報(bào)警距離、制動(dòng)距離，并在必要時(shí)觸發(fā)
車(chē)輛報(bào)警裝置、控制制動(dòng)系統(tǒng)工作，實(shí)施制動(dòng)系統(tǒng)的自
動(dòng)執(zhí)行，同時(shí)該安全系統(tǒng)關(guān)閉節(jié)氣門(mén)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行斷
油或減油控制。
1．1 信號(hào)采集系統(tǒng)
1．1．1 測(cè)距傳感器
本系統(tǒng)使用雷達(dá)測(cè)距，雷達(dá)通過(guò)天線發(fā)射一個(gè)電
磁波，電磁波在物體上反射雷達(dá)波束，并重新被雷達(dá)接
收。雷達(dá)波測(cè)量距離是根據(jù)雷達(dá)發(fā)射信號(hào)和雷達(dá)接收
信號(hào)間的時(shí)間來(lái)計(jì)算的，在直接反射時(shí)，波程傳播時(shí)間
t為測(cè)量距離d的兩倍除以光速c，即t一2d／c。當(dāng)測(cè)
量距離d：150 m，光速c：300 000 krn／s時(shí)，波程傳
播時(shí)間t一1．0 s。
報(bào)警裝置
測(cè)距傳感器 一二 ?． 一＼～
圖1 汽車(chē)電控主動(dòng)安全系統(tǒng)示意圖
1．1．2 車(chē)速傳感器
車(chē)速傳感器采用單脈沖開(kāi)關(guān)型霍爾效應(yīng)式傳感器，
它采集變速箱第二軸的信號(hào)，汽車(chē)行駛時(shí)，變速箱的第
二軸每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，傳感器便輸出一個(gè)電脈沖，將該脈沖
電壓信號(hào)送給信息處理單元，便可計(jì)數(shù)出當(dāng)前的車(chē)速。
1．1．3 節(jié)氣門(mén)位置傳感器
節(jié)氣門(mén)位置傳感器用來(lái)檢測(cè)節(jié)氣門(mén)的開(kāi)度，以確
定節(jié)氣門(mén)被關(guān)閉時(shí)的作用效果。
1．1．4 轉(zhuǎn)向角傳感器
該傳感器類(lèi)似一個(gè)行程開(kāi)關(guān)，裝在轉(zhuǎn)向柱上，包括
線圈組、線圈支座和耦合器元件，該耦合器元件具有與
軸的角位置有關(guān)的耦合器角位置。線圈組包括發(fā)送器
線圈和兩個(gè)接收器線圈，信號(hào)處理電路從線圈組接收
線圈信號(hào)和參考信號(hào)來(lái)確定所在角位置，以此檢測(cè)車(chē)
輛是否處于彎道行駛狀態(tài)以及超車(chē)狀態(tài)，判斷是否實(shí)
行警報(bào)提醒。
收稿日期；zO12—03—15；修回日期：2012—05—29
作者簡(jiǎn)介：呂彩霞(1971一)，女，山西應(yīng)縣人，工程師，本科，主要研究方向：車(chē)輛控制技術(shù)。
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· 154 · 機(jī)械工程與自動(dòng)化 20i2年第5期
1．1．5 制動(dòng)踏板位置傳感器
該傳感器用來(lái)檢測(cè)車(chē)輛是否處于制動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)駕
駛員采取制動(dòng)措施時(shí)，將腳移動(dòng)到制動(dòng)踏板上，當(dāng)踏板
產(chǎn)生壓力后點(diǎn)亮制動(dòng)燈的同時(shí)，便可得到一個(gè)開(kāi)關(guān)信
號(hào)，系統(tǒng)得到制動(dòng)信息后抑制報(bào)警、停止實(shí)施自動(dòng)制動(dòng)。
1．1．6 路面情況選擇開(kāi)關(guān)
設(shè)定此開(kāi)關(guān)的目的是可以為系統(tǒng)考慮不同的路
況，因?yàn)椴煌访媲闆r的附著系數(shù)是不一樣的。工作
時(shí)由駕駛員根據(jù)當(dāng)時(shí)的實(shí)際路況選擇行駛模式，系統(tǒng)
便將當(dāng)時(shí)路面附著系數(shù)代入安全行車(chē)距離計(jì)算模型進(jìn)
行計(jì)算。在此可以選擇4種典型路況：瀝青(干)路面
附著系數(shù)為0．8～0．9，瀝青(濕)路面附著系數(shù)為
0．5～0．7，土路路面附著系數(shù)為0．68，冰面路面附著
系數(shù)為0．15_2j。
1．2 信號(hào)處理系統(tǒng)
考慮到本系統(tǒng)所需實(shí)現(xiàn)的功能，并力求降低成本，
本系統(tǒng)的中央處理單元采用一個(gè)8位MCS一51，即
C8051F020系統(tǒng)單片機(jī) ]。它對(duì)信息采集單元收集到
的各種信息進(jìn)行分析計(jì)算，并對(duì)車(chē)輛危險(xiǎn)或安全狀態(tài)
進(jìn)行實(shí)時(shí)辨識(shí)，當(dāng)危險(xiǎn)程度達(dá)到各種不同級(jí)別時(shí)分別
輸出報(bào)警信號(hào)并通過(guò)車(chē)輛控制電路自動(dòng)剎車(chē)。
1．3 車(chē)輛控制系統(tǒng)
此系統(tǒng)是電控主動(dòng)安全系統(tǒng)的核心，主要由3個(gè)
子系統(tǒng)組成：報(bào)警系統(tǒng)、節(jié)氣門(mén)控制系統(tǒng)、自動(dòng)制動(dòng)控
制系統(tǒng)。報(bào)警系統(tǒng)的主要部件是蜂鳴報(bào)警器，當(dāng)中央
處理單元通過(guò)分析計(jì)算確定前方存在障礙物或碰撞事
故隱患時(shí)，便會(huì)啟動(dòng)警報(bào)，提醒駕駛員集中注意力，必
要時(shí)采取減速操作；當(dāng)障礙物在危險(xiǎn)距離內(nèi)，若駕駛員
沒(méi)有做出反應(yīng)，則節(jié)氣門(mén)控制系統(tǒng)關(guān)閉節(jié)氣門(mén)，同時(shí)自
動(dòng)制動(dòng)裝置開(kāi)啟實(shí)現(xiàn)自動(dòng)剎車(chē)。
2 自動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
圖2為應(yīng)用三位三通電磁閥和電動(dòng)液壓泵在一般
制動(dòng)系統(tǒng)基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的自動(dòng)制動(dòng)操作機(jī)構(gòu)。當(dāng)系統(tǒng)需
要自動(dòng)制動(dòng)時(shí)，電控單元輸出電脈沖給油泵電機(jī)，三位
三通電磁閥通電，油泵開(kāi)始泵油，在制動(dòng)管路中建立油
壓，三位三通電磁閥柱塞移至右端，油路1和油路2相
通，液壓油進(jìn)入輪缸實(shí)施制動(dòng)；當(dāng)系統(tǒng)要解除制動(dòng)時(shí)，
油泵電磁閥斷電，柱塞移至左端，油路2和油路3相通，
高壓油經(jīng)三通閥流回油箱；腳制動(dòng)時(shí)，電控單元切斷電
磁閥通入的電流，使油路1、2、3都關(guān)閉，腳制動(dòng)有效 ]。
3 安全距離算法
汽車(chē)的制動(dòng)距離s(m)可以采用如下公式估算：
s一 + “十 !
。
其中：“為起始制動(dòng)車(chē)速，km／h；“為制動(dòng)減速度，
m／s ，“一 g， 為峰值附著系數(shù)；t。為制動(dòng)力克服蹄
片和制動(dòng)鼓間的間隙所經(jīng)歷的時(shí)間，S；t。為制動(dòng)器制
動(dòng)力增長(zhǎng)過(guò)程作用的時(shí)間，s。
當(dāng)駕駛員開(kāi)始踩踏板到踏板力逐漸增大時(shí)，由于
制動(dòng)蹄是由回位彈簧拉著，蹄片與制動(dòng)鼓間存在間隙，
因此要經(jīng)過(guò)時(shí)間t 后，制動(dòng)力才開(kāi)始起作用，使汽車(chē)
產(chǎn)生減速度。t。是制動(dòng)器制動(dòng)力增長(zhǎng)過(guò)程所需的時(shí)
間，制動(dòng)器作用的時(shí)間t(￡一t + t2)一般在0．2 s～
0．9 S之間。
儲(chǔ)能器
圖2 自動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)示意圖
4 系統(tǒng)控制總體流程
該系統(tǒng)可以根據(jù)車(chē)型設(shè)定幾個(gè)判斷距離，比如S
為安全報(bào)警距離，S 為強(qiáng)制減速距離，S。為強(qiáng)制制動(dòng)
距離，其中S?！輘?！?如。程序控制流程圖如圖3所示。
系統(tǒng)工作時(shí)，不停地計(jì)算汽車(chē)與前方車(chē)輛或障礙物的
實(shí)際距離s，當(dāng)實(shí)際距離S小于安全報(bào)警距離S。時(shí)，駕
駛員附近的蜂嗚器開(kāi)始嗚叫，提醒駕駛員注意控制車(chē)
速；當(dāng)實(shí)際距離5小于5。時(shí)，如果駕駛員仍沒(méi)有反應(yīng)，
系統(tǒng)開(kāi)始實(shí)施強(qiáng)制減速，減小節(jié)氣門(mén)開(kāi)度，減小噴油時(shí)
間，此時(shí)，車(chē)速有下降表現(xiàn)；如果隨著汽車(chē)與前方車(chē)輛
或障礙物的實(shí)際距離s

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