1、汽車誤踩油門報警器的設(shè)計摘要隨著這些年來我國汽車普及率增高但是與z相應(yīng)的汽車駕駛技術(shù)的卜降， 使得防止誤操作顯得至關(guān)重要。該技術(shù)在我們尚處于初期開發(fā)階段，冇很人的提 升空間。該論文通過對前方障礙物距離檢測，利用各種傳感器來采集車輛信息， 并且求得汽車在誤操作情況下加速度閾值，根據(jù)車距求出閾值大小，使油門踏板 加速度閾值和實際油門踏板閾值z間進行比較，利用傳向燈作為捉示，從而判斷 出在哪個時刻該啟動制動執(zhí)行機構(gòu)。本文從總體設(shè)計方案出發(fā)，對軟件和硬件兩個方面進行設(shè)計，從而設(shè)計出基 于真空助力原理的汽車防誤踩油門自動剎車系統(tǒng)，并且對該設(shè)計進行proteus仿 真，同時探索出了該設(shè)計的評價標準，進行相

2、應(yīng)的測試，證明該設(shè)計的可行性。 關(guān)鍵詞：單片機；誤踩油門；口動剎車；汽車the des i gn of car acc i dentai iy step on the gas a i armdev i ceabstract with all these years our country higher penetration but driving down, so it is essential to prevent an erroneous operation. in our technology is still in its early stage of development, th

3、ere is a lot of room for improvement. the paper by detecting the distance to the front obstacle, various sensors may be used to collect vehicle information, and get the car in the wrong operation circumstances acceleration threshold, distance to the threshold value. according to the car and the gas

4、pedal acceleration threshold value and the actual gas pedal comparison between threshold and use the turn signal as a reminder, the braking torque of the actuator at the start.in this paper, starting from the overall design, both hardware and software design, and design based on the principle of vac

5、uum, booster car accidentally step on the gas automatic braking system, and explore the design of evaluation standard, corresponding test, demonstrate the feasibility of the design.keywords: car; step on the gas by mistake; automatic braking; scm目錄摘要1abstract2第一章前言11. 1研究背景11.2設(shè)計思想11.3研究內(nèi)容和方法21.4總體設(shè)

6、計方案2第二章防誤踩油門技術(shù)研究42. 1汽車安全狀態(tài)判斷方式42. 2前進方向上障礙物信息的獲取及檢測423誤踩油門系統(tǒng)的判斷52. 3. 1識別是否為誤踩原理52. 3. 2系統(tǒng)進入制動后的恢復(fù)6第三章執(zhí)行機構(gòu)83. 1直接制動83. 2使發(fā)動機熄火9第四章系統(tǒng)設(shè)計方案104. 1硬件設(shè)計104. 1. 1系統(tǒng)信號采集104. 1.2中央控制單元及外圍電路114. 1. 3執(zhí)行機構(gòu)134. 2軟件設(shè)計144. 2.1軟件開發(fā)使用工具144. 2. 2主程序設(shè)計154. 2. 3車速測量程序設(shè)計154. 2. 4測距模塊程序設(shè)計174. 2.5油門踏板加速度測量程序設(shè)計174.3系統(tǒng)仿真19

7、第五章系統(tǒng)評價標準205. 1評價標準205. 2實驗測試205. 2. 1駐車實驗法20第六章總結(jié)21參考文獻22附錄a24a. 1節(jié)氣門電壓信號ad采集程序24a. 1. 1 a/d初始化代碼程序24a. 1. 2 a/d轉(zhuǎn)換的寄存器設(shè)置模塊24a. 1. 3 adc轉(zhuǎn)換定時器中斷程序25a2車速傳感器數(shù)字信號采集程序26a. 2. 1數(shù)字信號初始化程序26a. 2. 2數(shù)字量釆集定時器b屮斷程序27a. 3毫米波雷達測距傳感器信號采集程序27a.3. 1串口通信初始化27a.3.2接收中斷程序28a.3.3發(fā)送屮斷程序28附錄b30第一章前言近幾年來，出于我們國家科學(xué)技術(shù)得到了迅速發(fā)展，

8、人民生活水平得到了很 大提高，購買力也在不斷的增強，更多的普通老百姓購買起了汽車。近幾年來， 中國的汽車產(chǎn)量增加很快。但同時，汽車行駛的安全性問題日益成為社會關(guān)注的 焦點，尤其是在駕駛過程屮駕駛員的誤操作，是交通事故頻發(fā)的重要原因，從而 引起了全社會格外關(guān)注。其中一個主要原因操作錯誤是誤錯把油門當剎車，雖然 這種誤操作概率不高，據(jù)統(tǒng)計，因誤踩油門引發(fā)的交通事故在重大交通事故中所 占比重為12.6%。但是,如果這種情況發(fā)生，后果將是災(zāi)難性的，輕則人員受傷、 車輛受損；然而后果嚴重卻會造成車毀人匸。因此司機的誤操作一直以來都是社 會關(guān)注的熱點、研究的主要方而。汽車的安全技術(shù)主耍包括主動安全技術(shù)和被

9、動安全技術(shù)兩個方面：主動安全 技術(shù)通過設(shè)計更合理冇效的汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)來優(yōu)化汽車駕駛操縱系統(tǒng)帶的人機環(huán) 境，主動避免事故的發(fā)生；被動安全技術(shù)的作用是在發(fā)生意外的碰撞事故吋盡量 保護駕乘者并降低傷害程度。司機在駕駛過程屮引起誤操作的原因冇很多種，主耍包括以下這幾種：第一 是新手上路，司機對于在駕駛過程中發(fā)生的各類突發(fā)事件不能迅速止確的應(yīng)對， 從而在慌亂中誤把油門當作剎車造成悲劇的誕生；第二是司機身體狀況不佳，從 而誤把油門當作剎車，造成悲劇；第三是司機在駕駛過程屮出現(xiàn)違規(guī)現(xiàn)象，最常' 見的就是酒后駕車。因為酒精會麻痹人的中樞神經(jīng)，所有酒后駕車會導(dǎo)致人的判 斷能力、觸覺能力和操作能力等各方而都

10、會降低很多，所以司機一旦酒后駕車， 就會使得司機在遇到緊急突發(fā)情況卜不能夠止當處理，從而發(fā)生了誤操作，最終 導(dǎo)致悲劇發(fā)生；第四是司機的麻痹心理，特別是在晴天路況好的情況下，司機很 容易產(chǎn)牛注意力不集屮、思想松懈等心理狀況，從而導(dǎo)致當緊急情況發(fā)生吋措手 不及，從而發(fā)生誤操作，最終導(dǎo)致悲劇發(fā)生；第五是司機疲勞駕駛，人在疲勞時 思維反應(yīng)容易變得遲鈍，使得司機容易發(fā)生誤操作，從而最終導(dǎo)致悲劇發(fā)生。1.2設(shè)計思想本文主要是針對汽車在打方向燈時汽車誤踩油門控制系統(tǒng)的設(shè)計，當司機在 打方向燈轉(zhuǎn)彎等遇到緊急情況時需要對汽車進行制動時，必定會急速的將制動踏 板踩到底也即所謂的一腳踩死。但一般來說，正常情況下踩油

11、門的動作是較為舒 緩的（通常情況下來說一般路況是不允許急加速的，特別是在擁擠的車道上）， 通過比較這兩種踏板動作我們可以發(fā)現(xiàn)，在踏板動作上，存在著三種不一樣的地 方，分別為踏板受力、踏板運動加速度和踏板速度。這三個量都是后者（緊急制 動情況）比前者（正常情況踩油門）小得多。以踏板受力作為例了來說，后者很 小，大約只有幾十牛頓；但前者卻很犬，能達到數(shù)百牛頓以上。所以說，只須加 裝上合適的傳感器，就能夠在油門踏板臂的踩踏力度（或者速度、或者加速度） 達到了設(shè)定值以后，可以通過觸發(fā)傳感器產(chǎn)生動作信號，導(dǎo)致發(fā)動機的制動或者 熄火被元件所驅(qū)動。與此同時，述可以保證汽車在盡可能少的時間里停車（通常 需耍為

12、秒級）。1.3研究內(nèi)容和方法該論文以汽車打方向燈轉(zhuǎn)彎時防誤踩油門自動剎車為主要研究對彖，油門踏 板加速度數(shù)據(jù)采集平臺為基礎(chǔ)，對其進行分析測試系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計及其關(guān) 鍵技術(shù)等，它的主要研究內(nèi)容包括下面幾個方面：（1）對系統(tǒng)的工作原理進行分析，并且討論了如何對前進方向上障礙物進行 檢測等。（2）對油門踏板加速度進行采集，同時對其數(shù)據(jù)進行處理，從而得岀油門踏 板加速度閾值。（3）要設(shè)計出系統(tǒng)的總體方案，再根據(jù)其進行相應(yīng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計， 并對其進行調(diào)試，從而找出其優(yōu)缺點。1.4總體設(shè)計方案本論文總體設(shè)計方案中是將轉(zhuǎn)向燈信號作為輔助提示信號的，當打開方向 燈后，雷達測距傳感器會對前進方向上進行

13、連續(xù)的檢測來判斷有沒有障礙物，車 速傳感器可以判斷車子的行駛速度，節(jié)氣門位置傳感器根據(jù)駕駛員踩踏力度得到 油門踏板加速度最終來判定駕駛員是否處于誤踩油門狀態(tài)。因為正常打開傳向燈 有兩種狀況，超速和轉(zhuǎn)彎，當其轉(zhuǎn)向燈在排除駕駛員超車以外的情況f,就能夠發(fā) 出提出信號，節(jié)氣門位置傳感器關(guān)閉節(jié)氣門，汽油得不到燃燒，將會以此來實現(xiàn)對 制動機構(gòu)進行緊急制動，并且能夠?qū)崿F(xiàn)自動報警，最終達到自動制動的效果。信號采集車速傳感器探測判斷（中央控 制單元）執(zhí)行機 構(gòu)節(jié)氣門位置傳感器雷達測距傳感器白車信/控制輸出雖信號的處 理、安全狀 態(tài)的判斷關(guān)閉節(jié) 氣門報警h動制動圖1.1總體設(shè)計方案設(shè)計圖第二章防誤踩油門技術(shù)研究

14、2.1汽車安全狀態(tài)判斷方式汽車安全狀態(tài)的判斷是該系統(tǒng)中尤為關(guān)鍵技術(shù)之一。在本論文中，汽車防誤 踩油門系統(tǒng)的判斷主要是運用傳感器來釆集車輛前方障礙物信息（即通常表示為 行車信息）或者是車輛的狀態(tài)，然后將其傳遞到中央控制系統(tǒng)中，中央控制系統(tǒng) 又將各方而信息進行匯總，根據(jù)事先已經(jīng)設(shè)定好的安全判斷標準來判斷行車的安 全狀態(tài)，并且得出相應(yīng)的剎車信號。在系統(tǒng)中通常情況下會測量油門踏板踩下的 速率差或者時間差來作為判斷方法，并且設(shè)定某一閾值作為其安全臨界值。為了 減小系統(tǒng)誤報率，從而提高準確性與可信度，我們通常采用擴大車輛與前方障礙 物之間距離等方式。多傳感器信息融合技術(shù)作為該文中數(shù)據(jù)處理技術(shù)。它在技術(shù)上相

15、比較但傳感 器而言有更多的優(yōu)勢。其中在目標識別、導(dǎo)航檢測等方面上占據(jù)極大的優(yōu)勢地位。 具有一系列特點，即能夠擴展時空的覆蓋率，以此來減少信息檢測中的模糊性， 增加了信息準確性，從而對系統(tǒng)的正確性與可靠性有很大的優(yōu)化作用。2.2前進方向上障礙物信息的獲取及檢測誤踩油門事故而造成的事故主要是由倒車或者是起步等低速時造成的。曲于 前進方向上出現(xiàn)的障礙物使得駕駛員，尤其是新手會感到突然緊張，從而發(fā)生誤 踩油門事件，最終導(dǎo)致事故的發(fā)生。因此障礙物在前進方向上的檢測，是該項目 的一個重要研究內(nèi)容。該項目主要是把汽車的前后裝上六到八個倒車雷達的探 頭，以確定是否有障礙物在而進方向上，判斷距離可達到2. 5米

16、對于障礙物來說。如上所示，障礙物信息獲取主要是通過測量和前方障礙物信息的距離得出o 口前，汽車測距我們通常選擇用超聲波測距、激光測距、紅外線測距和毫米波雷 達測距等方式。毫米波雷達測距具有運行可靠、檢測距離遠的優(yōu)點、天氣和其他 外部因素對測量影響較小等特點，而r具有很強的穿透性，高分辨率；相比較而 言，紅外線測距、超聲波測距因為其探測距離相對較短（通常最大是10m）,并 11環(huán)境適應(yīng)性較差，所以通常不建議采用。本文選用幾種雷達進行比較，從而得 出毫米波雷達在此系統(tǒng)屮的優(yōu)勢。如表2.1所示。所以，該論文選用毫米波雷達 傳感器測量來汽車之間的距離。由表所知，該門動剎車系統(tǒng)運用毫米波雷達來測出與障礙

17、物或者前車z間的 距離。然后再將此距離與安全距離和報警距離之間都進行比較，當其小于報警距 離吋，其就進行報警提示；如果當其小于安全距離時，自動剎車系統(tǒng)會當即發(fā)動, （即便剎車踏板還沒有被駕駛員誤踩），使汽車能夠口動剎車，從而使其能夠減 少交通事故發(fā)生的概率。表2.1各種頻段雷達綜合性能比較綜合性能毫米波雷達激光雷達其他微波雷達跟蹤測量精度中上下作用距離中上下目標搜索與捕獲屮±下h標識別中上下全天候工作中上下抗電了干擾中上下抗隱身目標屮上下低仰角跟蹤中上下低截獲概率中上下多目標探測與跟 蹤中上下技術(shù)成熟程度中上下2. 3誤踩油門系統(tǒng)的判斷2.3.1識別是否為誤踩原理一般說來，駕駛員在緊

18、急情況下剎車時的踩踏板力度能夠達到500n以上。 但通常情況下油門踏板踩踏受力不大于20n。因而對駕駛員的謀踩油門判斷可以 根據(jù)踩踏板的力度來進行。汽車誤踩油門自動剎車系統(tǒng)的工作原理就是當駕駛員 出現(xiàn)誤操作時，系統(tǒng)會將汽車自動剎車并h切斷電路。所以主耍通過踩汕門和 口動剎車就可以判斷。當系統(tǒng)對誤操作檢測后，系統(tǒng)會口動切斷燃油噴射，強制 將車輛鎖定為緊急制動狀態(tài)，直到發(fā)動機再次啟動，以防止此類事故再次發(fā)生。此外，通過調(diào)查統(tǒng)計得知，謀操作的判斷述包括與前車距離相關(guān)，系統(tǒng)可以 通過油門踏板的位置、油門踏板的速度或者油門踏板踩下的時間來判斷是否為誤 操作。由于以油門踏板踩下的時間或者油門踏板位置來判斷

19、，會出現(xiàn)反應(yīng)滯后或 者是安全性降低等問題，但是以油門踏板的速度進行判斷，則速度沒冇加速度變 化明顯。因此，我們采用與前方障礙物的距離以及油門踏板的加速度方法作為判 斷標準。2.3.2系統(tǒng)進入制動后的恢復(fù)在較低的速度狀況f,駕駛員需要避開可能存在的危險通常有充足的反應(yīng)時 間進行手動剎車，正常這種情況下不會產(chǎn)生交通事故。因為屯磁波是通過光速傳 播的，所以自動剎車系統(tǒng)在啟動后最開始需要判斷的是汽車的絕對速度有沒有大 于20km/ho其實就是通過測的發(fā)射脈沖和冋波脈沖之間的時間間隔來測量距離 的，根據(jù)這方而來換算成目標的精確距離。由丁汽車間的相對速度和光速相比差 距甚大，所以通常將汽車間的相對速度忽略

20、不計。假設(shè)汽車間的相對速度被忽略, 那么可以用(2)式來表示兩車之間的距離：r二(1/2)*c*t (2)在公式(2)中，c、t和r分別表示為光速、從發(fā)射信號到接收信號這段時 間z間的時間間隔以及兩車z間的相對距離。可以通過控制處理器內(nèi)部的定時器 來完成對時間間隔的計算。定時器計時時間為信號的發(fā)射到接收全部過程，然后 將定時器上的時間間隔數(shù)值進行提取，代入到到公式(2)中得出車距。最后由 公式(1)計算出安全距離，并且用公式(3)計算報警距離。其屮公式(3)表 示如下所示：s=l/3. 6(t1+t4+t5/2)u+u*2/254q(3)在公式(3中)，通常將t1和t2設(shè)定為常值，通過車速傳感

21、器測量得到u, 根據(jù)路面情況選擇開關(guān)來為系統(tǒng)選擇3種路面情況(如干的瀝青或者混凝土、濕 的瀝青和濕的混凝土路面)的附著系統(tǒng)通常都是根據(jù)路面的情況選擇開關(guān)為系 統(tǒng)，司機在系統(tǒng)工作過程中對實際路況進行選擇，在公式(1)、(3)中計算距離。系統(tǒng)能夠在進入到制動狀態(tài)后，實現(xiàn)對當前所收集到的反饋信號電壓進行實 時采樣，從而計算出當而油門的位置。同時，系統(tǒng)檢測到駕駛員已經(jīng)松開油門的 指令后，油路會被系統(tǒng)自動打開，并且同時切換電磁閥。整個系統(tǒng)的初始化，從 新投入到正常狀態(tài)的判別。為了避免汽車轉(zhuǎn)彎進入的路口有人或者車時或者是在繞開障礙物或者是變更車道時門動剎車以及在超車過程中出現(xiàn)的與而面車輛距離太近等造成的不

22、必 要的危險，同時在遇到此類情況時汽車需要撥打轉(zhuǎn)向燈，而踏板加速度在誤踩油 門和汽車超車時是一樣的，所以可以將系統(tǒng)控制處理器的轉(zhuǎn)向燈開關(guān)同電源開關(guān) 做成聯(lián)動開關(guān)，從而實現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向信號依靠轉(zhuǎn)向燈來獲取。當轉(zhuǎn)向燈閉合時，處 理器則會將電源開關(guān)閉合，從而則會啟動自動剎車系統(tǒng)；相反，當傳向燈撥開時, 處理器電源開關(guān)也將會斷開，則會停止門動剎車系統(tǒng)。利用此類方法，使得汽車 在上述情況下能夠不受障礙物影響而正常行駛。如圖2.1為轉(zhuǎn)向電路圖。轉(zhuǎn)向指示燈轉(zhuǎn)向信號輸出聯(lián)動開關(guān)圖2.1轉(zhuǎn)向電路簡圖第三章執(zhí)行機構(gòu)當系統(tǒng)判定出誤踩油門狀態(tài)時，那么判定系統(tǒng)能夠執(zhí)行相應(yīng)的動作命令，而 執(zhí)行機構(gòu)將能夠彌補和糾正錯誤報告。此

23、時執(zhí)行機構(gòu)在切斷油路的同時也會采取 補救制動的相應(yīng)措施。工作原理見圖3.1。1-油門傳感器；2-制動踏板；3-控制單元；4-燃油關(guān)斷電磁閥；5-制動驅(qū)動執(zhí)行器；6-制動 總泵；a-燃油供應(yīng)油路；b制動油路圖3. 1執(zhí)行機構(gòu)原理圖單片機依據(jù)操作門檻值發(fā)出了的指令信號，從而控制了繼電器，進而電磁鐵 和電磁閥的通斷也被其所控制。電磁閥通常是安裝在燃油供應(yīng)的油路屮，電磁閥 是常開，通電狀態(tài)下是關(guān)閉。推力式電磁鐵的工作方式是由其推動通電后的制動 總泵的前端執(zhí)行器，之后再啟動制動。其安裝在執(zhí)行屯路的指示燈作為誤操作提 醒。執(zhí)行制動一般有2種方式：是發(fā)動機熄火，或者直接制動（可以在同一時間, 實現(xiàn)兩個），兩

24、者對應(yīng)于不同的執(zhí)行元件。3.1直接制動一般的大中型車輛制動氣路采用的是氣壓制動，那么在此過程中利用電磁氣 閥作為執(zhí)行元件，那么執(zhí)行起來較為簡便。對于使用液壓油制動的車輛，則可以 考慮使用直流串激電動機直接驅(qū)動制動踏板。3. 2使發(fā)動機熄火一般柴油機和汽油機上使用的是熄火電磁閥，可以將繼電器作為將點火電路 斷開、驅(qū)動熄火電磁閥（柴油機）或者ecu電路（汽油機）方式，從而實現(xiàn)發(fā)動 機熄火。對于頻繁使用手動熄火的柴油機的，可以嘗試在發(fā)動機上安裝熄火電磁 閥（或者熄火電動機）熄火。第四章 系統(tǒng)設(shè)計方案4.1硬件設(shè)計4.1.1系統(tǒng)信號采集系統(tǒng)信號的采集主要包括四個方面，即車速傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、轉(zhuǎn)

25、 向燈信號以及雷達測距傳感器。其中車速傳感器主要用于自動制動后執(zhí)行機構(gòu)的 復(fù)位。車速傳感器主耍用于測量發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和車輪。有上述可知霍爾車速傳感器 作為對磁敏感的傳感元件，通過安裝到變速器輸出軸上實現(xiàn)其功能。正常情況下 需要把測速齒輪和霍爾傳感器配合起來測速。將霍爾傳感器固定到距離齒輪外圓 1mm的探頭上，它的對面黏貼上小磁鋼，同時將鐵質(zhì)的測速齒輪固定到汽車輪的 轉(zhuǎn)軸上而。測速齒輪在伴隨著車輪傳動時，磁通密度就會被改變，同時一個脈沖 信號就會被霍爾傳感器輸出，從而使得車速可以由車輪轉(zhuǎn)速獲得。由此可知，由 脈沖信號能夠得出轉(zhuǎn)盤速度。通過測量脈沖頻率（即汽車車輪轉(zhuǎn)速）可以測量得 出汽車的速度。具體

26、計算公式表示為：v二d*n,其屮，d表示為汽車車輪周長，通 過測量汽車車輪的半徑可以求得其周長，其單位表示為叫n和v分別表示為汽 車車輪的轉(zhuǎn)速（即霍爾傳感器輸出的脈沖信號頻率）和汽車的轉(zhuǎn)速，單位分別表示為r/s和m/so轉(zhuǎn)軸磁鋼霍爾元件轉(zhuǎn)盤倍岀號輸圖4.1霍爾車速傳感器節(jié)氣門位置傳感器電壓信號在實驗中是可以直接得岀的，它的主要工作原理 是油門踏板位移的變化是運用其位置電壓表現(xiàn)出來，并且運用二次求導(dǎo)的方式即 可以求出油門踏板加速度。如上可知木論文釆用的是毫米波雷達測距傳感器。它擁有探測的距離遠、測距運行可靠、分辨率高、擁有極強的穿透性、測量性能受到眾多外界因素影響較 小等特點，主要用來測量其與前

27、方障礙物的距離。雷達測距受到左右、俯仰等方 面限制，所以需要對其進行調(diào)整后再安裝。4. 1.2中央控制單元及外圍電路節(jié)氣門位置傳感器、車速傳感器、雷達測距傳感器等傳送的信號處理是通過 中央控制單元來實現(xiàn)。整個防課踩油門系統(tǒng)主耍由中央處理器及其外圍設(shè)備等控 制單元組成。并11該系統(tǒng)的執(zhí)行模塊和傳感模塊及其傳感器感知的信息會分別在 處理器屮控制并完成。根據(jù)msp430系列單片機特點從而確定此為木論文屮央處 理器的選型。它是采用risc結(jié)構(gòu)的16位單片機，其中包含27條指令，并且大 部分都為模擬指令。這些內(nèi)核指令都是運行速度極快的單周期指令，各種運算都 可以被寄存器和片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器所適用；當它內(nèi)部數(shù)

28、據(jù)總線被轉(zhuǎn)換后外在8位的 總線后，再加上自身也屬于混合型結(jié)構(gòu)，所以即使a/d或擴展的a/d這類功能轉(zhuǎn) 換都特別容易實現(xiàn)；此外msp430系列的單片機功耗也特別的低，在電池供應(yīng)的 儀表產(chǎn)品中特別被適用。msp430單片機最小系統(tǒng)圖如圖4. 2所示。mvlikzlpf11 co(2o<u2工爐dj<l1015pmrmc156t-e ssc5<u2opl.-clloa!-rlor-llx1:12161515p£!ns-r-2r-9廣7x3 2 1 o 7 6 5 £ 3 210 7 e 5 p5p5p5kp5ww3;ww wwwp3p3p3圖4. 2 msp43

29、0單片機最小系統(tǒng)中央控制單元外圍電路構(gòu)成主要包括以下兒個不跟，即信號采集電路、電源轉(zhuǎn)換電路、執(zhí)行機構(gòu)控制電路和報警電路。卜面分別對這些電路設(shè)計進行敘述。首先了解的是信號采集電路設(shè)計。車速傳感器所輸岀的信號也即為我們常說 的數(shù)字信號。而節(jié)氣門傳感器輸出的信號是模擬信號，它的輸出電壓在o-5v的 范圍內(nèi)，要使其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，中央處理器需要按照一定的時間間隔采集數(shù)據(jù), 并但轉(zhuǎn)向指示燈信號輸出是低電平或者高電平。本文釆用的雷達測距傳感器，它 采用can總線形式作為數(shù)據(jù)輸出形式。如圖4. 3所示為can的驅(qū)動芯片接口電路圖。圖4. 3 can驅(qū)動芯片接口電路圖然后是電源轉(zhuǎn)換電路設(shè)計。電源設(shè)計在系統(tǒng)設(shè)計

30、屮相當?shù)闹匾Ｓ啥〈苏撐?中防誤踩油門采用的各種電路、模塊和處理器等需要的電壓為5v或者3. 3v,而 一般來說汽車供電為12v或者是24v,所以在設(shè)計中需要設(shè)計電源轉(zhuǎn)換電路，從 而保證系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的工作。該論文采用的是lm2576系列可調(diào)節(jié)電壓型號。它 的最大輸入電壓可以達到60v,可以駆動3a的負載，并口有5個引腳，如圖4.4 為電源轉(zhuǎn)換電路。表4. 1是lm2576hvt-adj引腳功能。表 4. 1 lm2576hvt-adj 的引腳引腳接線12output3gnd4feedback5on/off圖中五個引腳作用分別為，引腳5為0n/0ff：開關(guān)控制器，高電平右效； 引腳4為feedb

31、ack：電壓反饋端；引腳3為gnd：接地端；引腳2為output： 穩(wěn)壓輸出端；引腳1為vim電壓輸入端，并且接旁路電容的原i大i是為了防止給 調(diào)節(jié)器提供的開關(guān)電流以及輸入的瞬態(tài)電壓變小。dc input-1+vin|+cin z-rxloouflm2576hvt-adjgndfeedbackoutputon/off68 uhli rvvvdiin5 822+ coul470ufoutpu'圖4. 4電源轉(zhuǎn)換電路再次是報警電路。電路如圖4. 5所示。最后為執(zhí)行機構(gòu)控制電路。它的輸出即是繼電器閉合斷開信號，為邏輯電平 信號，此外它的輸入為誤踩油門車速以及其狀態(tài)的判斷信號，兩者也同樣都是邏

32、 輯電平信號。即用c=a " b作為執(zhí)行機構(gòu)開展電路輸入輸出邏輯關(guān)系式，其中c 表示的是“繼電器閉合啟動”，a表示為“車速為零”，b表示為”誤踩油門”。其 中設(shè)“繼電器閉合”是“1”，設(shè)“車速為零”是“0”，設(shè)“誤踩油門”是“1”。圖4. 5報警電路4. 1.3執(zhí)行機構(gòu)該論文的執(zhí)行機構(gòu)冇制動執(zhí)行機構(gòu)和節(jié)氣門控制機構(gòu)，其功能有以下幾個部 分：動制動使得汽車速度逐漸減慢直到停止；關(guān)閉節(jié)氣門，使得進氣量不足導(dǎo) 致影響到汽車汽油燃燒空燃比，從而能夠達到減速效果；此外，執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計也 包括實車上的制動結(jié)構(gòu)和節(jié)氣門結(jié)構(gòu)。需要對實車上對制動系統(tǒng)和節(jié)氣門進行改 裝。同時，在設(shè)計中要滿足兒個原則：一方

33、面是安裝起來簡單方便，響應(yīng)速度快; 不破壞原冇的剎車和油門結(jié)構(gòu)，只可以在原來的汽車結(jié)構(gòu)上改進；在正常情況下 沒有危險時，不會影響到駕駛員對車輛止常操作。首先是自動制動執(zhí)行結(jié)構(gòu)。自動制動時，制動踏板推桿完全是依靠真空助力 后腔和前腔壓力差來帶動推桿向前推動，其制動踏板推桿不受人為外力影響。在止常行駛時，三通電磁閥將真空助力器后腔和真空罐相通，后腔與前腔壓強相 同，沒冇制動；在緊急剎車時，三通電磁閥將真空助力器后腔和大氣相連，前腔 壓強比后腔小，制動推桿能夠自動向前作用，從而形成剎車的動作。如圖4. 6為 口動制動執(zhí)行器簡圖。人氣電源電動真真空三通電真空助力器前將真空助力器后v圖4. 6自動制動執(zhí)

34、行器簡圖其次是節(jié)氣門，其執(zhí)行機構(gòu)目標為：誤踩油門在緊急情況卜，使得節(jié)氣門開度較 小到零；在一般情況下，節(jié)氣門是曲駕駛員踩油門踏板控制。本文所設(shè)計的節(jié)氣 門控制機構(gòu)是以原有節(jié)氣門體作為基礎(chǔ)，同時將節(jié)氣門拉線切斷分為兩部分，這 兩部分間增加一個符合設(shè)計目標的機械結(jié)構(gòu)。4. 2軟件設(shè)計控制系統(tǒng)軟件設(shè)計在木次論文里主要有六大模塊，即主程序模塊、自車速度 檢測模塊、自車和前方障礙物車距測量模塊、初始化程序模塊、誤踩油門加速度 閾值計算模塊以及執(zhí)行模塊。根據(jù)硬件設(shè)計，軟件設(shè)計如圖4. 7所示。4.2.1軟件開發(fā)使用工具本論文使用c語言作為軟件開發(fā)工具，msp430為本次中央處理器所采用。 該單片機具有c語

35、言所具有的一般特點，即具有可調(diào)用系統(tǒng)提供的標準子程序， 編程和調(diào)試的時間短，并且效率低，并口程序移植性好等特點，同時還具有其他 特點，即對于編譯方而來說，速度快，并冃在編譯連接的時候能夠自動檢查模塊 的類型；此外對于代碼方面來說，速度可以達到最佳化，并且能夠分配靈活的變 量。其咖啡步驟包括六步，即1、進行開發(fā)環(huán)境的配置；2、對c元件進行編輯 并一旦且編譯；3、對口標文件進行連接；4、對其軟件的流程進行一系列的調(diào)試, 調(diào)試未通過時則還需要返冋到步驟(2)當中；5、若調(diào)試成功后，則去掉調(diào)試選項，然后進行重新連接；6、生成程序代碼，z后下載到單片機中。開始系統(tǒng)初始轉(zhuǎn)向指示信號汨1?采集汽車與詢方 障

36、礙物的車廂s采集節(jié)氣門電rr總耳計算在-定車距 范圍s內(nèi)的油門 p水*応hn :由曲惰1 /古a>ao?啟動制動執(zhí)行機構(gòu)和 節(jié)氣門執(zhí)行機構(gòu)關(guān)閉制動執(zhí)行機構(gòu) 和節(jié)氣門執(zhí)行機構(gòu)二次微分電壓 信號求油門踏 板加速度a車速為c 9結(jié)束圖4. 7汽車防誤踩油門系統(tǒng)軟件流程圖4.2.2主程序設(shè)計主程序模塊主要功能就是為了調(diào)用初始化程序模塊，通過對車速信息、與前 方障礙物距離信息、油門踏板加速度信息等方而信息的監(jiān)測，對其數(shù)據(jù)調(diào)入到相 應(yīng)的程序中進行處理。各了程序模塊被主程序所調(diào)用的框圖如圖4. 8所示。4.2.3車速測量程序設(shè)計該程序模塊輸出的是頻率信號，也就是我們所說的是脈沖信號。用定吋器對其輸入的

37、脈沖計數(shù)，則在單位時間內(nèi)技術(shù)值即是信號頻率。運用模數(shù)轉(zhuǎn)換器采集 信號后，能夠讀取具信息狀況。當在設(shè)定的時間內(nèi)，當其檢測到脈沖下降沿就計 吋一次；而當其溢出后，則對剛才計數(shù)值進行保存，根據(jù)v二0.25*t0得出車輛速 度值。其圖4. 9為車速測量流程圖。轉(zhuǎn)向指示燈信號'上程序模塊節(jié)t氣雷達門電測距壓數(shù)傳感據(jù)采器數(shù)集模據(jù)釆塊集模塊1f加速車速度閾信號值計采集算模模塊塊報油門警、踏板執(zhí)行加速機構(gòu)度計啟動算模模塊塊圖4. 8主程序調(diào)用各子程序模塊框圖開始保存計數(shù)值定時器b中 斷釧求？保存計數(shù)值i計算車速值清除中斷標志結(jié)束丿定時器溢 出？4. 2. 4測距模塊程序設(shè)計本文采用的測距傳感器如前文所

38、述為毫米波雷達傳感器，本文是以msp430 系列單片機，毫米波雷達傳感器的輸出端口是spi模式，在msp430屮作為從機, p5.1 口在spi模式下具有從出主進功能，將其作為接受信號，圖4. 10為數(shù)據(jù)采 集流程圖。為了使得單片機能夠接收到外界信號，則必須將其串口控制器mm和 sync分別設(shè)置為0和e （接受發(fā)送中斷程序與中斷程序見附錄a）4.2.5油門踏板加速度測量程序設(shè)計節(jié)氣門位置傳感器電壓變化可以反映油門踏板位置的變化，因此油門踏板加 速度的值當然也可以由其二次微分獲得。其主要操作過程是，通過將其電壓值運 用a/d轉(zhuǎn)換器傳換后送入到單片機中然后再對其進行二次微分獲得。如圖4. 11 所

39、示為節(jié)氣門傳感器電壓數(shù)據(jù)采集流程圖，其主耍的程序見附錄a,將ccro作 為其采樣頻率。通過對p6. 0進行了 a/d轉(zhuǎn)換，a用來控制其所采集到的頻率。（一）制動執(zhí)行機構(gòu)參數(shù)選擇其主要包括三通電磁閥與真空泵的選擇。真空泵的選擇如表4. 1所示。而電 磁閥得到選擇主要是工作溫度、流體材質(zhì)等相關(guān)方而的選擇。更加注重其適用性。等待設(shè)置標志開始設(shè)置p6. 0為模擬輸入通道i定時器a中斷到來i停止a/d轉(zhuǎn)換iii讀取數(shù)據(jù)i開始a/d轉(zhuǎn)換設(shè)置標志 圖4. 11節(jié)氣門傳感器電壓數(shù)據(jù)采集流程圖表4. 1真空泵參數(shù)參數(shù)名稱參數(shù)值額定電壓(v)12工作電壓范圍(v)9-15最大電流(a)22最大壓力(v)-800允

40、許環(huán)境溫度(°c)-30+80連接軟管直徑(価)12尺寸(mm)168*112*132重量(kg)0. 95噪聲等級(db (a)二 63(二)油門踏板加速度閾值確定對節(jié)氣門位置傳感器電壓求二次微分后我們能夠得到油門踏板加速度的。所 以對節(jié)氣門位置電壓變化的采集是獲取油門踏板加速度閾值的第一步。其電壓的二次求微分后加速度會有相應(yīng)的變化。一般來說，止常情況和緊急情況下謀踩油 門情況下其加速度的值會冇相應(yīng)的變化。在正常情況下是0-5m/s2,相比較而言, 誤踩油門時是0-150m/s2.它既與駕駛員自身的相應(yīng)情況有關(guān)，也與車與前方障 礙物距離有關(guān)。兩者間的距離小，則表示加速度閾值要減小；

41、反之應(yīng)該增大。同 時對于閾值的選取也很重要。它不僅耍求釆集油門踏板加速度值，也需耍對剎車 踏板加速度值進行采集。其使得系統(tǒng)穩(wěn)定標準就是將大于90%t的剎車踏板加速 度值放置一維數(shù)組中進行保存，并11運用數(shù)組平均值開對t進行動態(tài)修正即可。 4.3系統(tǒng)仿真該論文運用protcus進行仿真。在仿真圖中，運用單片機msp430系列單片 機，通過運用汽車在加速時與誤踩油門時加速度相似，從而設(shè)計出運用方向燈的 亮滅來達到制動效果。其主要工作流程是：通過設(shè)置兩個按鍵，分別為按鍵1和 2,按鍵1為方向燈狀態(tài)，按鍵2為雷達狀態(tài),當按鍵1處于閉合狀態(tài)時，其轉(zhuǎn)向 燈亮，而在此情況下，如呆按鍵2斷開，則捉示燈d5亮作

42、為報警系統(tǒng)，以此顯 示謀踩油門狀態(tài)，從而通過電機轉(zhuǎn)速顯示得出電機減速，并達到制動效杲；反z, 在此情況下，如果按鍵2閉合，提示燈d5滅，這吋電機加速，顯示為加速狀態(tài); 當按鍵1和2都處于斷開狀態(tài)時，這時轉(zhuǎn)向燈滅，通過移動滑動變阻器的快慢， 可以在液晶顯示屏上顯示其速度，并通過電機轉(zhuǎn)速觀察電機轉(zhuǎn)動的快慢，在此情 況時處于正常踩油門動作。如圖4. 12為proteus仿真圖。p« otcik'caojt fl litm)1 2ta!ptpt 9心p« &w pi &tai ptma2cmew fm 1.7d1 他 2/nu wtb)p4</tb*

43、km51d5 im&3w p4.mbokp2oacx 匕 3piquobi 5tt<ua1cucn litarjukkas 2 tucslttwgbc6l!5ca p2acacvt<tajca4 pgix«18owk>cb18c5i.pt4v»ia*lxalstt p2mm1wp4ilclxr2s>woeccasrsasicixp2ft*ociicikca6pbtwmkp2 7.twpmkxithsvsoutpaauc&wteucaoax p31c(msmo-jc9kkm ra au2i»jzw2ttea. pasvctmc

44、lkasst pamicwixa-ucaoeaao p36a)c«pxduca£«m p3 ovnai ixa>kkaixajo p3 taloalrxoucaiamha*) pf.i *im2a2m2p45*5pca*rt炫佔k5mxtjout xt2k 115-.hm i tck toituk tdotoi imsvn<r. vn：r-vwe/«tft:*dmmxff avdc agu1_12i.乞iirewj*蓋噬ss黑1bns?4bw5ma8cd51clcx:4ck:s?c二' *4k ml圖4. 12按鍵控制仿真調(diào)試電路第五

45、章系統(tǒng)評價標準5.1評價標準在防誤踩油門自動剎車系統(tǒng)中，為了對系統(tǒng)進行相應(yīng)的評價，需要對信號的 檢測、執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計以及數(shù)據(jù)的處理等方面進行測試。關(guān)于系統(tǒng)評價標準體系 包括這些方面：距離、有效性、減速度和制動方向等。汽車判定為誤踩油門自動 制動z后其行駛的距離是其評價標準。如果系統(tǒng)反應(yīng)靈敏，則行駛的距離就不會 大于人為距離；反z,則大于人為距離。5. 2實驗測試5.2.1駐車實驗法通過駐車實驗法進行測試我們可以得知汽車防謀踩油門系統(tǒng)設(shè)計是否可靠。 如表5.1所示為，汽車在誤踩油門與正常踩油門兩種情況下，能否檢測出制動機 構(gòu)的制動情況以及誤踩油門系統(tǒng)裝置的可靠性。主要方法是在汽車發(fā)動機處于開 啟

46、狀態(tài)并且檔位處于空扌肖時，對其進行1000次試驗，并且得出相應(yīng)結(jié)果。對此 可以看出，該設(shè)計是符合設(shè)計宗旨的。實驗表明，在緊急情況下啟動誤踩油門裝 置，其制動效杲受到制動的初始速度影響，并且成止比關(guān)系。表5.1駐車實驗測試表項目成功次數(shù)失敗次數(shù)止常踩油門10000謀踩油門9982第六章總結(jié)如該論文第四章所述，該系統(tǒng)主要運用了雷達傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、 車速傳感器等硬件進行相應(yīng)的設(shè)計，主耍包括信號執(zhí)行機構(gòu)、屮央控制單元的設(shè) 計和信號采集部分。本文設(shè)計的基于真空助力器原理的節(jié)氣門執(zhí)行機構(gòu)和制動執(zhí) 行機構(gòu)是通過運用節(jié)氣門位置傳感器來獲得油門踏板位移信息，并11獲得其加速 度信息，并且運用雷達傳感器

47、來探測自車與前方障礙物之間距離等實現(xiàn)的。主要 判斷原理是運用傳感器來感知與障礙物之間的距離，根據(jù)判定閾值和轉(zhuǎn)向指示燈 情況來獲得。冇利于避免司機在緊急情況誤踩油門從而造成的一系列事故，冇很 好的研究而景。胡振奇利用止常踩油門和緊急情況課踩油門的時間差設(shè)計了防謀 踩油門加速踏板系統(tǒng)；陽陳松根據(jù)誤踩油門時的“速率差”建立控制系統(tǒng)，判別 “誤操作”并給出剎車信號。阿該文的設(shè)計創(chuàng)新之處在于：第一個方面本文加速度閾值的獲得主要通過節(jié)氣門位置傳感器對電壓信號 采集并且進行二次求導(dǎo)得出，那么誤踩油門就可以通過油門踏板加速度獲得；第 二個方血木文將模擬信號數(shù)字化，將各個硬件進行了綜合，來反映誤踩油門的特: 征

48、，從而來完成汽車誤踩油門系統(tǒng)設(shè)計；第三個方面其執(zhí)行機構(gòu)利用了真空泵和 節(jié)氣門執(zhí)行機構(gòu)，具有創(chuàng)新性。另外本人由于論文所給的時間有限，能力有限，所有主要研究是在開啟方向 燈時候汽車誤踩油門報警器的設(shè)計，對丁汽車在其他各種行駛環(huán)境下誤踩油門的 判斷可能做的不夠完善，敬請諒解。參考文獻1 任宇立道路交通安全現(xiàn)狀及交通事故分析方法初探道路交通與安全j. 2010, 10(2): 4-6.2 胡愛軍，王朝暉.汽車主動安全技術(shù).機械設(shè)計與制造j, 2010, 7:97-992 張欽，金奎汽車誤踩油門糾錯裝置的設(shè)計j.汽車電器，2008 (8) : 4-6.3 李廣弟，朱月秀，王秀山.單片機基礎(chǔ)m.北京航空航

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53、e systems for citrus grove navigation j.computers and electronics in agr icuiture, 2006, 53 (2) : 130-143.附錄aa. 1節(jié)氣門電壓信號ad采集程序adc12mctl1 = (shp)； adc12mctl0i二enc；a.1.2 a/d轉(zhuǎn)換的寄存器設(shè)置模塊voi d init timer a (vold)/設(shè)置p6. 0為模擬輸入通道/設(shè)置enc為0,從而修改adc12寄存器/轉(zhuǎn)換起始地址為：adcmem0/設(shè)置參考電壓分別為avss和avcc,輸入/輸入通道a1/輸入通道a2/設(shè)置參考電

54、壓輸入通道為a3/輸入通道為a4/輸入通道為a5；/設(shè)置參考電壓分別為輸入通道為a6輸入通道為a7a. 1.1 a/d初始化代碼程序void init_adc(void)p6sel=0x07；adc12ctl0&二-(enc)；數(shù)值adc12ctl1|二cstartadd0；adc12mctl0二inch.0； 通道為aoadc12mctl1=incii_1；adc12mctl2二inch_2；adc12mctl2二inch_3；adc12mctl2二inch_4；adc12mctl2=inch_5；adc12mctl2=incii_6；adc12mctl2二inch_7+e0s；adc12mctl0|二adc120n；adc12mctl0|=msc；adc12mctl1|=conseq_1；adc12mctl1|=adc12ssel_1；adc12mctl1|=adc12dtv_o；/轉(zhuǎn)換模式為：多通道、單次轉(zhuǎn)換/smclk/時鐘分頻為1/采樣脈沖由采用定時器產(chǎn)生/使能adc轉(zhuǎn)換tactl=tasskl1+taclr；/選擇smclk,清楚tartactl+二td1；tactl+二tdo； cctlo二ccie；ccr0m000；tactl1=mco；return;/1/8smclk/ccro