新型智能汽車油門防誤踩系統(tǒng)的研究

1、GDGM-QR-03-074-B/Guangdong College of Industry & Commerce畢業(yè)綜合實(shí)踐報告Graduation synthesis practice report 新型智能汽車油門防誤踩系統(tǒng)的研究系 別： 電氣自動化系 班 級： 12新能源汽修（1）班 學(xué)生姓名： 蔡馬騰 學(xué) 號： 1202135 指導(dǎo)老師： 劉小平 完成日期： 2015428 畢業(yè)綜合實(shí)踐（設(shè)計）課題新型智能汽車油門防誤踩系統(tǒng)的研究一、課題背景（包括目的、意義、專業(yè)知識的應(yīng)用和職業(yè)崗位能力需要）隨政策的推進(jìn)以及能源的枯竭，新能源汽車是大趨所勢，但是在起步的初級階段，在控制技術(shù)方

2、面存在的很多的缺陷。汽車電子技術(shù)已是汽車最核心的技術(shù)，做為高職高專汽車新能源專業(yè)的學(xué)生，就應(yīng)該把電子技術(shù)的硬件與軟件技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)行系統(tǒng)化的開發(fā)與運(yùn)用，此次對“新能源加速踏板的開發(fā)與設(shè)計”是結(jié)合發(fā)動機(jī)各種控制工況，實(shí)現(xiàn)與傳動、安全相結(jié)合的控制模式，使電子技術(shù)能形成局域網(wǎng)的控制模式。對于此項(xiàng)的設(shè)計，需要有有扎實(shí)的電子技術(shù)以及發(fā)動機(jī)、底盤、電器相關(guān)知識的運(yùn)用，需要學(xué)生有查詢相關(guān)的控制數(shù)據(jù)的能力，建立在以實(shí)踐為主的應(yīng)用型設(shè)計。二、 課題工作內(nèi)容與預(yù)期結(jié)果（具體工作內(nèi)容，主要解決的問題、解決方案，預(yù)期結(jié)果）：1、加速踏板的控制原理分析：主要解決加速踏板與功率的控制關(guān)系； 2、新能源各種工況的分析：解決

3、電動汽車的實(shí)際工況與操作工況的特性； 3、加速踏板誤操作后的保護(hù)分析：解決ECU內(nèi)部程序的控制關(guān)系； 4、控制系統(tǒng)的硬件、軟件的制做與設(shè)計；三、畢業(yè)綜合實(shí)踐（設(shè)計）工作計劃時間段工 作 內(nèi) 容1月份至2月份3月份至4月份4月份至5月份5月份至6月份分配相關(guān)的課研任務(wù)，查詢準(zhǔn)備相關(guān)資料。按照工作任務(wù)單，到企業(yè)完成課題的研討，掌握硬件的設(shè)計方安案。電子油門控制程序硬件設(shè)計、軟件程序的寫入整理、修改畢業(yè)設(shè)計，準(zhǔn)備設(shè)計答辯。起止工作時間20151至2015 .5預(yù)計答辯時間2012.5指導(dǎo)教師意見： 簽名： 年 月 日新型智能汽車油門防誤踩系統(tǒng)的研究目錄摘要···

4、3;·················································1研究背

5、景與意義···········································1一、油門防誤踩系統(tǒng)研究現(xiàn)狀····

6、···························1二、設(shè)計思路和方法·····················&#

7、183;·················22.實(shí)現(xiàn)低成本高可靠······························

8、83;····22實(shí)現(xiàn)低功耗高速度··································23、 硬件設(shè)計········

9、83;··································3單片機(jī)···············

10、;················3 觸底開關(guān)·································

11、;········3四、軟件設(shè)計········································

12、3;··6總結(jié)···············································&

13、#183;·····7謝辭···········································

14、3;·········7參考文獻(xiàn)········································

15、;·········7新型智能汽車油門防誤踩系統(tǒng)的研究摘要 分析了目前汽車交通安全以及同類油門防誤踩系統(tǒng)的狀況，依據(jù)“低成本高可靠，低功耗高速度”的宗旨，采用超低功耗單片機(jī)，型傳感器和觸底開關(guān)設(shè)計了一種新型汽車油門防誤踩系統(tǒng)；詳細(xì)的闡述了本系統(tǒng)的設(shè)計思想，硬件工作原理和軟件設(shè)計特點(diǎn)，對于究竟何時判斷為油門誤踩提出了新的見解和方案，該方案在保證準(zhǔn)確性的前提下簡化了系統(tǒng)部件也降低了成本，達(dá)到了防止駕駛員誤踩油門發(fā)生交通事故的目的。關(guān)鍵詞：油門防誤踩；單片機(jī)；加速度傳感器；觸底開關(guān)研究背景與意義隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)

16、展，人們的生活水平越來越高，道路上汽車的數(shù)量也越來越多，隨之而來的交通事故也越來越多。在這些交通事故中由于緊張把油門當(dāng)剎車踩造成的事故占到相當(dāng)比例，因此在汽車上安裝油門防誤踩裝置是十分必要的，設(shè)計的一種油門防誤踩系統(tǒng)針對絕大多數(shù)車輛設(shè)計，具備安裝簡單，價格低廉，可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)油門防誤踩裝置,，減少交通事故的發(fā)生，提高了汽車行駛的安全性。油門防誤踩系統(tǒng)研究現(xiàn)狀目前市面上已經(jīng)有數(shù)種油門防誤踩裝置推出，總結(jié)起來可以大體分為兩類( 1 )機(jī)械式：這一類防誤踩裝置是按照機(jī)械原理研發(fā)的，但它們共同的缺點(diǎn)是只要駕駛員快速踩油門都會產(chǎn)生制動，如果駕駛汽車快踩油門進(jìn)行超車也會產(chǎn)生制動，這樣有可能會給駕駛?cè)藛T帶來

17、損傷而且機(jī)械式連接時間長了故障率也會上升。( 2 )電子式：該類裝置絕大數(shù)多數(shù)采用單片機(jī)作為微控制器，通過速度傳感器，加速度傳感器等來采集踩油門的速度，在汽車前方加裝多個倒車?yán)走_(dá)探頭來探測是否有障礙物，通過速度和障礙物有無二者結(jié)合來判定是否為誤踩油門。這類裝置的優(yōu)點(diǎn)是彌補(bǔ)了機(jī)械式裝置的不足，即單獨(dú)快踩油門也不會發(fā)生制動，但是也有缺點(diǎn)：在車前方安裝多個倒車?yán)走_(dá)探頭無論是安裝成本還是器材成本都會較高，而且倒車?yán)走_(dá)主要用于低速近距離探測其探測距離一般不超過，在高速行駛的汽車上只能探測幾米內(nèi)是否存在障礙物是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，其探測性能還不如肉眼觀測，可靠性自然會降低。而且目前使用的單片機(jī)種類功耗都較大，傳感

18、器的精度和速度都欠佳。本文所設(shè)計的油門防誤踩系統(tǒng)也屬于電子式，是在前輩們設(shè)計基礎(chǔ)之上做的改進(jìn)。設(shè)計思路和方法.實(shí)現(xiàn)低成本高可靠通過上一段落敘述，可以知道單一的通過踩油門速度來判斷是否誤踩是不夠的，對于有駕駛經(jīng)驗(yàn)的人來說快踩油門在超車或爬坡時是經(jīng)常出現(xiàn)的，但即便是在這些情況下我們也不會把油門踏板用力猛踩到觸底。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在正常行駛情況下甚至在急速飆車油門踩到最大值時人們對油門踏板底部的壓力也在幾十牛以下，而當(dāng)遇到突發(fā)狀況需要立即踩剎車時油門踏板底部壓力可以達(dá)到幾百牛，因此在油門踏板底部安裝壓力傳感器通過觸底壓力值結(jié)合踩踏加速度就可以判斷是否為誤踩油門。但是如果靠單片機(jī)對加速度傳感器和壓力傳感

19、器都采集它必然要有一個先后序列，在時序上并非同步采集給判別帶來誤差，而且也使系統(tǒng)的采集處理速度降低。針對監(jiān)測踏板觸底壓力設(shè)計了一種新型裝置觸底開關(guān)，這個裝置并非簡單的機(jī)械開關(guān)，而是一個設(shè)定作用力閥值的壓力傳感器開關(guān)。當(dāng)正常踩油門時無壓力或壓力較小，開關(guān)不會閉合（輸出高電平）；當(dāng)猛踩油門用力超過設(shè)定閥值時，開關(guān)閉合，將改變所連接單片機(jī)管腳的電平（輸出低電平），單片機(jī)將結(jié)合所踩油門加速度判定是否誤踩。這種設(shè)計方法通過硬件電路實(shí)現(xiàn)了判別功能并將模擬信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號，可以使單片機(jī)只采集加速度傳感器值而不需要實(shí)時采集壓力模擬量，更不需加裝昂貴繁瑣的倒車?yán)走_(dá)探頭，既降低了成本也提高了可靠性。.實(shí)現(xiàn)低功耗

20、高速度使用超低功耗單片機(jī)通過軟件設(shè)計降低功耗，防止程序跑飛提高穩(wěn)定性；應(yīng)用型傳感器，該傳感器是公司針對測量機(jī)械振動和沖擊而設(shè)計生產(chǎn)的，其轉(zhuǎn)換速度快，抗震，堅(jiān)固耐用。為實(shí)現(xiàn)上述功能特點(diǎn)本系統(tǒng)的設(shè)計主要分為個部分：信息采集模塊，控制模塊和執(zhí)行模塊。系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖如下圖所示圖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖硬件設(shè)計單片機(jī)單片機(jī)是美國公司推出的一種位超低功耗混合信號處理器，它內(nèi)部集成了豐富的外設(shè)包括，看門狗（），捕獲比較定時器，可編程 等，這些外設(shè)大大簡化了片外器件的數(shù)量，其處理速度也遠(yuǎn)比以往應(yīng)用的位處理器快。另外它還支持調(diào)試，這使軟件開發(fā)調(diào)試更加便利。 觸底開關(guān)觸底開關(guān)主要是由單片硅壓力傳感器和比較電路兩部分組成：） 單

21、片硅壓力傳感器：它的內(nèi)部原理框圖如圖所示。圖內(nèi)部原理框圖其中的核心部件傳感器單元是由半導(dǎo)體應(yīng)變片構(gòu)成。它是利用硅的壓阻效應(yīng)和集成工藝而制成的。當(dāng)力作用在單晶硅時，硅晶體的電阻率就發(fā)生顯著變化，被稱為壓阻效應(yīng)。半導(dǎo)體應(yīng)變片具有靈敏度高（比金屬絲式應(yīng)變片大約高倍）、動態(tài)響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、工作溫度范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，由它所制成的傳感器非常適合測量壓力、壓差或絕對壓力。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室里的檢測，該單片硅壓力傳感器線性測量范圍在，在此范圍內(nèi)輸出電壓和絕對壓力成正比。超出此范圍輸出電壓基本上不隨壓力變化了。其輸出電壓表達(dá)式為： （）式中， 為電源電壓，為被測壓力，為溫度誤差系數(shù)，為壓力誤差，那么通過這個式子就可以反過

22、來推出壓力值計算公式： （）本傳感器內(nèi)部集成了薄膜溫度補(bǔ)償器因而在常溫下壓力誤差很小，可以忽略不計。為了尋找一個最為合適的壓力閥值作為判斷是否誤踩油門的依據(jù)，現(xiàn)專門邀請了若干人員進(jìn)行了測試，這里為了節(jié)約時間直接測量的傳感器輸出電壓值， 電壓為。測試結(jié)果如下表。從上表可以看出誤踩壓力是正常壓力的十幾倍，為了保證安全性和準(zhǔn)確性，本系統(tǒng)選擇為壓力閥值。） 比較電路：如圖系統(tǒng)整體電路原理圖所示。圖系統(tǒng)整體電路原理圖圖的左上半部分即為觸底開關(guān)的比較電路，通過調(diào)節(jié)輸入正端的滑動變阻器來設(shè)置壓閥值。為了達(dá)到精確調(diào)節(jié)電壓，本系統(tǒng)在滑動變阻器上下端串聯(lián)了分壓電阻先進(jìn)行粗調(diào)，然后再通過滑動變阻器精調(diào)。比較電路輸出

23、端接至單片機(jī)端，通過檢測端口電平高低就可以判斷油門觸底壓力是否過大。 型單片加速度傳感器該傳感器是一種微型硅半導(dǎo)體電容式加速度傳感器，芯片除傳感器之外，還集成了溫度補(bǔ)償電路，自檢電路，故障檢測電路，信號調(diào)理器和貝塞爾濾波器，這使得它的穩(wěn)定性，可靠性和抗干擾性都很高。另外它還非常堅(jiān)固抗震耐用，有實(shí)驗(yàn)證明即使從 高度跌落至硬地面也不會損壞。工作溫度范圍是度，測量范圍是，外形尺寸為。傳感器與單片機(jī)的接口電路如圖所示如圖所示，當(dāng)，相對靜止時（）輸出圖傳感器與單片機(jī)的接口電路電壓，假定被測加速度為 （矢量），則輸出電壓表達(dá)式為其中的單位是，為靈敏度：，通過計算可知輸出電壓最大波動范圍為。因此相應(yīng)要配置單片機(jī)內(nèi)部滿量程為檔，如圖所示選擇外部參考電壓。利用加速度傳感器進(jìn)行反復(fù)實(shí)驗(yàn)測定正常踩油門時油門踏板加速度和誤踩油門時加速度相差很大，前者最大不會超過，而后者最大可以達(dá)到 （為重力加速度）經(jīng)過對比測試，本系統(tǒng)采用為加速度閥值，換算成電壓為。單片機(jī)內(nèi)部為位，選擇滿量程檔，從而其分辨力可達(dá)?？梢姳鞠到y(tǒng)完全能達(dá)到精確測