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汽車電控主動安全系統(tǒng)設(shè)計

文檔作者：呂彩霞高玉霞文檔來源： 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		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年05月10日
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第5期(總第174期)
2Ol2年10月
機(jī)械工程與自動化
MECHANICAL ENGINEERING ＆ AUTOMATION
No．5
()ct．
文章編號：1672—6413(2012)05～0153—02
汽車電控主動安全系統(tǒng)設(shè)計
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)、自車傳感器和單片機(jī)控制的汽車電控
主動安全系統(tǒng)， 并且在自動制動系統(tǒng)方面做了深入研究。該系統(tǒng)可提高汽車行駛的安全性．減少碰撞事故的
發(fā)生．提高交通運(yùn)輸效率。
關(guān)鍵詞：主動安全； 自動剎車；主動避撞； 安全系統(tǒng)； 汽車
中圖分類號：U461．91 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
0 引言
隨著汽車擁有量的日漸增加，汽車交通事故頻發(fā)，
汽車的安全性越來越受到汽車設(shè)計者、制造者和使用
者的重視。提高車輛安全性能一般有兩種途徑，即主
動安全措施和被動安全措施，防患于未然的主動安全
措施無疑是較好的安全措施_1]?？紤]到汽車在長途行
駛時，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，以至于在駕駛過程中遇到危險狀況時不
能及時做出反應(yīng)，導(dǎo)致汽車發(fā)生追尾或碰撞事故。本文
研究了一個電控主動安全制動系統(tǒng)，該系統(tǒng)綜合采用探
測技術(shù)、微機(jī)控制技術(shù)對車輛行駛工況進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)人的
判斷出現(xiàn)滯后或失誤時，該系統(tǒng)將采取相應(yīng)的措施提醒
駕駛員，并對車輛進(jìn)行主動控制，避免交通事故的發(fā)生。
1 系統(tǒng)總體設(shè)計
汽車電控主動安全系統(tǒng)可以通過傳感器組測量車
輛的運(yùn)行工況，并將測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)行車輛行駛
安全判定，并向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出動作指令。執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)
接收的執(zhí)行信息啟動相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行安全控制。
汽車電控主動安全系統(tǒng)如圖1所示。在汽車的前
方裝有測距傳感器，用來對路況進(jìn)行檢測，判斷汽車與
前方車輛或障礙物之間的距離；根據(jù)輪速傳感器，可測
算出本車的安全報警距離、制動距離，并在必要時觸發(fā)
車輛報警裝置、控制制動系統(tǒng)工作，實施制動系統(tǒng)的自
動執(zhí)行，同時該安全系統(tǒng)關(guān)閉節(jié)氣門，對發(fā)動機(jī)進(jìn)行斷
油或減油控制。
1．1 信號采集系統(tǒng)
1．1．1 測距傳感器
本系統(tǒng)使用雷達(dá)測距，雷達(dá)通過天線發(fā)射一個電
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)波測量距離是根據(jù)雷達(dá)發(fā)射信號和雷達(dá)接收
信號間的時間來計算的，在直接反射時，波程傳播時間
t為測量距離d的兩倍除以光速c，即t一2d／c。當(dāng)測
量距離d：150 m，光速c：300 000 krn／s時，波程傳
播時間t一1．0 s。
報警裝置
測距傳感器 一二 ?． 一＼～
圖1 汽車電控主動安全系統(tǒng)示意圖
1．1．2 車速傳感器
車速傳感器采用單脈沖開關(guān)型霍爾效應(yīng)式傳感器，
它采集變速箱第二軸的信號，汽車行駛時，變速箱的第
二軸每轉(zhuǎn)動一周，傳感器便輸出一個電脈沖，將該脈沖
電壓信號送給信息處理單元，便可計數(shù)出當(dāng)前的車速。
1．1．3 節(jié)氣門位置傳感器
節(jié)氣門位置傳感器用來檢測節(jié)氣門的開度，以確
定節(jié)氣門被關(guān)閉時的作用效果。
1．1．4 轉(zhuǎn)向角傳感器
該傳感器類似一個行程開關(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
線圈和兩個接收器線圈，信號處理電路從線圈組接收
線圈信號和參考信號來確定所在角位置，以此檢測車
輛是否處于彎道行駛狀態(tài)以及超車狀態(tài)，判斷是否實
行警報提醒。
收稿日期；zO12—03—15；修回日期：2012—05—29
作者簡介：呂彩霞(1971一)，女，山西應(yīng)縣人，工程師，本科，主要研究方向：車輛控制技術(shù)。
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· 154 · 機(jī)械工程與自動化 20i2年第5期
1．1．5 制動踏板位置傳感器
該傳感器用來檢測車輛是否處于制動狀態(tài)。當(dāng)駕
駛員采取制動措施時，將腳移動到制動踏板上，當(dāng)踏板
產(chǎn)生壓力后點亮制動燈的同時，便可得到一個開關(guān)信
號，系統(tǒng)得到制動信息后抑制報警、停止實施自動制動。
1．1．6 路面情況選擇開關(guān)
設(shè)定此開關(guān)的目的是可以為系統(tǒng)考慮不同的路
況，因為不同路面情況的附著系數(shù)是不一樣的。工作
時由駕駛員根據(jù)當(dāng)時的實際路況選擇行駛模式，系統(tǒng)
便將當(dāng)時路面附著系數(shù)代入安全行車距離計算模型進(jìn)
行計算。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 信號處理系統(tǒng)
考慮到本系統(tǒng)所需實現(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8位MCS一51，即
C8051F020系統(tǒng)單片機(jī) ]。它對信息采集單元收集到
的各種信息進(jìn)行分析計算，并對車輛危險或安全狀態(tài)
進(jìn)行實時辨識，當(dāng)危險程度達(dá)到各種不同級別時分別
輸出報警信號并通過車輛控制電路自動剎車。
1．3 車輛控制系統(tǒng)
此系統(tǒng)是電控主動安全系統(tǒng)的核心，主要由3個
子系統(tǒng)組成：報警系統(tǒng)、節(jié)氣門控制系統(tǒng)、自動制動控
制系統(tǒng)。報警系統(tǒng)的主要部件是蜂鳴報警器，當(dāng)中央
處理單元通過分析計算確定前方存在障礙物或碰撞事
故隱患時，便會啟動警報，提醒駕駛員集中注意力，必
要時采取減速操作；當(dāng)障礙物在危險距離內(nèi)，若駕駛員
沒有做出反應(yīng)，則節(jié)氣門控制系統(tǒng)關(guān)閉節(jié)氣門，同時自
動制動裝置開啟實現(xiàn)自動剎車。
2 自動制動系統(tǒng)設(shè)計
圖2為應(yīng)用三位三通電磁閥和電動液壓泵在一般
制動系統(tǒng)基礎(chǔ)上設(shè)計的自動制動操作機(jī)構(gòu)。當(dāng)系統(tǒng)需
要自動制動時，電控單元輸出電脈沖給油泵電機(jī)，三位
三通電磁閥通電，油泵開始泵油，在制動管路中建立油
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)入輪缸實施制動；當(dāng)系統(tǒng)要解除制動時，
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；腳制動時，電控單元切斷電
磁閥通入的電流，使油路1、2、3都關(guān)閉，腳制動有效 ]。
3 安全距離算法
汽車的制動距離s(m)可以采用如下公式估算：
s一 + “十 !
。
其中：“為起始制動車速，km／h；“為制動減速度，
m／s ，“一 g， 為峰值附著系數(shù)；t。為制動力克服蹄
片和制動鼓間的間隙所經(jīng)歷的時間，S；t。為制動器制
動力增長過程作用的時間，s。
當(dāng)駕駛員開始踩踏板到踏板力逐漸增大時，由于
制動蹄是由回位彈簧拉著，蹄片與制動鼓間存在間隙，
因此要經(jīng)過時間t 后，制動力才開始起作用，使汽車
產(chǎn)生減速度。t。是制動器制動力增長過程所需的時
間，制動器作用的時間t(￡一t + t2)一般在0．2 s～
0．9 S之間。
儲能器
圖2 自動制動系統(tǒng)示意圖
4 系統(tǒng)控制總體流程
該系統(tǒng)可以根據(jù)車型設(shè)定幾個判斷距離，比如S
為安全報警距離，S 為強(qiáng)制減速距離，S。為強(qiáng)制制動
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，不停地計算汽車與前方車輛或障礙物的
實際距離s，當(dāng)實際距離S小于安全報警距離S。時，駕
駛員附近的蜂嗚器開始嗚叫，提醒駕駛員注意控制車
速；當(dāng)實際距離5小于5。時，如果駕駛員仍沒有反應(yīng)，
系統(tǒng)開始實施強(qiáng)制減速，減小節(jié)氣門開度，減小噴油時
間，此時，車速有下降表現(xiàn)；如果隨著汽車與前方車輛
或障礙物的實際距離s

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