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以MSP430單片機(jī)為核心的電子汽車(chē)限速器的設(shè)計(jì)方案

作者: 時(shí)間:2010-12-30 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

我國(guó)每年有數(shù)十萬(wàn)起交通事故發(fā)生,如果汽車(chē)限速器能夠普及,將會(huì)降低交通事故發(fā)生率,從而挽回不必要的財(cái)產(chǎn)和生命損失。
 與近期在市場(chǎng)上熱銷(xiāo)的電子狗產(chǎn)品相比,汽車(chē)限速器更具有主動(dòng)規(guī)避事故的優(yōu)勢(shì),電子狗只是在接近超速測(cè)試探頭時(shí)才提醒駕駛者控制車(chē)速。汽車(chē)限速器通常分為兩大類(lèi):一種是在車(chē)輛超速時(shí)發(fā)出語(yǔ)音警報(bào),提醒駕駛者減速;另一種是在車(chē)輛超過(guò)限定速度后,通過(guò)車(chē)載電腦發(fā)出指令,強(qiáng)制控制車(chē)輛行駛速度。第1種限速器只起到警示作用,而第2種汽車(chē)限速器將更為有效地降低交通事故。因此,本文著重介紹了第2種限速器的實(shí)現(xiàn)原理及設(shè)計(jì)方法。
1 限速器實(shí)現(xiàn)原理
由于早期的汽車(chē)是沒(méi)有限速功能的,所以在設(shè)計(jì)時(shí)要同時(shí)考慮到汽車(chē)出廠(chǎng)前安裝與售出后安裝兩個(gè)不同層面的需求,限速器應(yīng)具備靈活的安裝方式,不破壞汽車(chē)的完整性和可靠性。為了設(shè)計(jì)出這樣的限速器,首先需要了解汽車(chē)油門(mén)系統(tǒng)的工作原理。
一般的電子汽車(chē)油門(mén)系統(tǒng)包括:油門(mén)踏板、踏板傳感器、電子控制單元(ECU)、電機(jī)、節(jié)氣門(mén)機(jī)構(gòu),如圖1所示。駕駛員根據(jù)駕駛所需的功率踩踏油門(mén)踏板,油門(mén)踏板位置傳感器將采集到的油門(mén)踏板位置信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào),并將其傳給電子控制單元,由電子控制單元通過(guò)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)氣門(mén)的調(diào)節(jié),實(shí)現(xiàn)節(jié)氣門(mén)的完全電子控制。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/197552.htm

分析組成汽車(chē)電子油門(mén)系統(tǒng)的幾個(gè)環(huán)節(jié)后,在踏板傳感器與ECU這兩個(gè)環(huán)節(jié)之間插入限速控制是最易實(shí)現(xiàn)的,同時(shí)也具備了出廠(chǎng)前安裝與售出后安裝的條件,因此本文的限速控制設(shè)計(jì)方案就在踏板傳感器和ECU這兩個(gè)環(huán)節(jié)之間實(shí)現(xiàn)。插入限速器的電子油門(mén)系統(tǒng)模型如圖2所示,圖中虛線(xiàn)框所示的部分即是所設(shè)計(jì)的限速器。

 限速器可通過(guò)鍵盤(pán)和顯示等人機(jī)界面預(yù)置速度上限值Vm。當(dāng)啟動(dòng)限速器工作后,圖2中的1和3通路連通。限速器檢測(cè)踏板傳感器傳遞給它的電信號(hào)經(jīng)IIR濾波后得Ux。由于本限速器盡可能地不破壞汽車(chē)原有的結(jié)構(gòu),因此采用油門(mén)的開(kāi)度來(lái)判斷汽車(chē)行駛速度,但是速度的變化滯后于油門(mén)的變化,即油門(mén)的變化量并不能直接地表征行駛速度變化量。所以本限速器采用自學(xué)習(xí)算法,通過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間段監(jiān)測(cè)油門(mén)的前后變化情況以及前一時(shí)間段油門(mén)所處的穩(wěn)定狀態(tài)(如勻速或停止),判斷駕駛者的操作意圖,得出相應(yīng)的行駛速度值Vx。將Vx與預(yù)置的速度上限值Vm比較,如果計(jì)算所得的速度值VxVm,則沒(méi)有在超速狀態(tài),此時(shí)踏板傳感器電信號(hào)Ux直接提供給ECU,即限速器輸出信號(hào)Uy=Ux。如果計(jì)算所得的速度值Vx≥Vm,處于超速狀態(tài),則限速器恒定輸出預(yù)置的速度上限值Vm所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)Um,即Uy=Um,并傳遞給ECU,實(shí)現(xiàn)限速功能。
 圖3所示為速度控制狀態(tài)曲線(xiàn)圖。假設(shè)Vx由0開(kāi)始逐漸增大,在未達(dá)到Vm時(shí),Vy曲線(xiàn)和Vx曲線(xiàn)完全重合。當(dāng)Vx >Vm時(shí),Vy的值不隨著Vx的增大而增大,保持等于Vm不變。當(dāng)Vx下降,VxVm時(shí),并在Vm附近振蕩,但未降至Vm-Δ,此種情況下,Vy仍保持等于Vm不變,起到了優(yōu)化油門(mén)控制的作用,以避免人為操作不穩(wěn)定因素的影響。當(dāng)Vx下降到VxVm-Δ時(shí),Vy曲線(xiàn)和Vx曲線(xiàn)完全重合。

 插入限速器后的電子油門(mén)系統(tǒng),駕駛員可以根據(jù)需要選擇是否需要限速功能。當(dāng)駕駛員選擇了限速功能后,在不超速情況下,與原有的電子油門(mén)系統(tǒng)工作方式是相同的,最大程度地保證了原有系統(tǒng)的完整性。在設(shè)計(jì)中,限速器中的觸點(diǎn)1和觸點(diǎn)2為常閉開(kāi)關(guān),使限速器在不能正常工作的情況下,能保證電子油門(mén)系統(tǒng)仍能正常工作,保證系統(tǒng)工作的可靠性。
2 限速器的硬件設(shè)計(jì)
 從限速器的實(shí)現(xiàn)原理分析,限速器必須具備以下功能:
 (1)模擬信號(hào)采集、信號(hào)處理和信號(hào)輸出
 限速器需要采集油門(mén)踏板傳感器的電信號(hào),故需具備模擬信號(hào)采集功能,并對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行濾波、計(jì)算等處理;同時(shí),限速器根據(jù)采集信號(hào)處理后的結(jié)果,輸出相應(yīng)的電信號(hào)提供給ECU,故需具備模擬信號(hào)輸出功能。
 (2)控制電路
 限速器根據(jù)用戶(hù)的指令或在某些不正常的狀態(tài)下,需要實(shí)現(xiàn)限速器工作模式、報(bào)警器工作模式和關(guān)閉模式的功能。限速器在工作模式時(shí),不但需要監(jiān)測(cè)油門(mén)踏板傳感器信號(hào),同時(shí)要根據(jù)踏板傳感器信號(hào)和預(yù)置的速度上限值Vm,實(shí)現(xiàn)限速控制;處于報(bào)警工作模式時(shí),只需監(jiān)測(cè)油門(mén)踏板傳感器信號(hào),結(jié)合預(yù)置的速度上限值Vm,實(shí)現(xiàn)超速時(shí)報(bào)警。
 (3)人機(jī)交互功能
 限速器需具備顯示、鍵盤(pán)、語(yǔ)音報(bào)警輸出等人機(jī)交互方式功能。
 根據(jù)上述功能需求,限速器的功能框圖如圖4所示。


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