蔣運勁，劉存香,2，張爾利，李 燕

JIANG Yun-jing1, LIU Cun-xiang1,2, ZHANG Er-li1，LI Yan1

(1.廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車工程系，南寧 530023；2.江蘇大學(xué) 汽車與交通工程學(xué)院，鎮(zhèn)江 212013)

1 概述

汽車追尾是高速公路上常發(fā)生的交通事故，其重要原因是遇到意外情況時不能立即停車。研究發(fā)現(xiàn)，交通事故百分之七十左右來自于汽車追尾，輕則車輛受損重則傷及生命，汽車追尾事故是在不知不覺中就發(fā)生的。駕駛員從看到情況到踩剎車需要一段時間，在反應(yīng)時間內(nèi)汽車要保持原速前進一段距離，從踩剎車到車停止，汽車還要前行一段距離，如果車速過快且車距較近，則將發(fā)生汽車追尾。研究人員同時發(fā)現(xiàn)，如果駕駛員的反應(yīng)時間能夠縮短0.4s～0.6s，則大大降低追尾事故的發(fā)生。

此外，在城市道路中行駛的汽車，部分駕駛員因疏忽而未給車門上鎖。在車輛停止時，一些不法分子趁駕駛員不備，打開后備箱或后排車門盜取財物，造成嚴重的財產(chǎn)損失及惡劣的社會影響。雖然目前一些高檔位轎車安裝有車門自動上鎖裝置，然而對于主流的中低檔車，車門自動上鎖裝置還不是標配部件。

在防車輛追尾方面，北京天益富強科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的智能防追尾警示儀“瑞普VTV汽車防追尾提前警示系統(tǒng)”，能降低前后車剎車的時間差，防止或避免汽車追尾事故的發(fā)生，它通過提前警示后車注意，把事故控制在萌芽中。

北京得貝興車輛安全科技公司研制的“汽車防追尾儀”，具有安全距離警告功能，給司機提供“一種監(jiān)督和糾正后車安全距離違章的手段”，實現(xiàn)車與車、司機與司機面對面的溝通與監(jiān)督[1]。

在車門上鎖裝置的研發(fā)方面，國外一些高檔轎車配置有車速感應(yīng)式車門自動上鎖裝置。該裝置裝有一個車速為10km/h的感應(yīng)開關(guān)，當(dāng)車速大于10km/h時，若車門未上鎖，駕駛員不需動手，門鎖控制器自動將門上鎖。

國內(nèi)，廣州創(chuàng)希電器科技有限公司生產(chǎn)的“GSM汽車防盜器”，能實現(xiàn)開車時踩剎車，車門自動上鎖，拔車匙自動開鎖功能[2]。

然而，防車輛追尾裝置及制動車門上鎖裝置均同屬于車輛制動系統(tǒng)，但目前均為發(fā)現(xiàn)任何有關(guān)能同時實現(xiàn)二者功能的集成系統(tǒng)。此外，無論是防車輛追尾裝置還是制動車門上鎖裝置，其結(jié)構(gòu)均較復(fù)雜，價格也較高，不利于產(chǎn)品的全面推廣。

2 系統(tǒng)工作原理

車用急松油門預(yù)警及制動車門上鎖裝置提供一種可實現(xiàn)駕駛員急松油門時，制動燈（包括高位制動燈）亮，提前警示后車注意；在制動踏板踩下時，中控鎖將上鎖，防止車內(nèi)物品被盜的急松油門預(yù)警及制動車門上鎖裝置。

2.1 系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)及工作原理

車用急松油門預(yù)警及制動車門上鎖裝置主要由電子控制單元、位移傳感器等組成。電子控制單元由模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、嵌入式系統(tǒng)、兩個繼電器及一個場效應(yīng)管組成。

如圖1所示為急松油門預(yù)警及制動車門上鎖裝置簡圖，主要由電子控制單元、位移傳感器等組成。該裝置能在駕駛員急松油門時，使制動燈（包括高位制動燈）亮，從而提示后面車輛駕駛員減速；此外，在制動踏板踩下時，中控鎖將上鎖，避免了因車輛慢行或停止而導(dǎo)致后排座椅或行李箱物品被盜。其結(jié)構(gòu)布置特征為：在汽車腳墊1上安裝位移傳感器5，位移傳感器5上的位移傳感器活動觸頭4與油門踏板2接觸，當(dāng)油門踏板2未被駕駛員踩下時，位移傳感器5向電子控制單元6的1號端子輸入信號為0伏。當(dāng)駕駛員踩下油門踏板2后，電子控制單元6的1號端子輸入信號逐漸增大；若某時刻，駕駛員發(fā)現(xiàn)前方出現(xiàn)危險情況而急松油門，則電子控制單元6的1號端子輸入信號將迅速減小，電子控制單元6通過采集其信號減小的速率是否大于門限值以控制制動燈7亮滅。在汽車行駛過程中，駕駛員踩下制動踏板而使制動燈開關(guān)8接通，則該信號將通過電子控制單元6的5號端子進入到電子控制單元6內(nèi)部，在接收到該信號后，電子控制單元6將由4號端子輸出控制信號，使中控鎖電機10通電，車門上鎖。

圖1 急松油門預(yù)警及制動車門上鎖裝置簡圖

2.2 電子控制單元電路設(shè)計

如圖2所示，油門踏板減速度信號從電子控制單元6的1號端子輸入，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路后，信號輸入到嵌入式系統(tǒng)，嵌入式系統(tǒng)對0.1s內(nèi)的信號電壓變化率進行判斷，若發(fā)現(xiàn)電壓變化率大于門限值，則將輸出信號至放大電路，經(jīng)放大后的信號使K2繼電器內(nèi)的線圈通電，從而使K2常開觸點閉合，蓄電池正極輸出電流經(jīng)控制單元6的3號端子→K2常開觸點→電子控制單元6的2號端子→制動燈7→搭鐵→蓄電池負極，制動燈亮。

當(dāng)駕駛員踩下制動踏板時，制動燈開關(guān)8接通，該信號將通過電子控制單元6的5號端子進入到嵌入式系統(tǒng)中，嵌入式系統(tǒng)在得到信號后，將輸出信號至場效應(yīng)管Q1的柵極，使其源極與漏極導(dǎo)通，使K1繼電器內(nèi)的線圈通電，蓄電池正極輸出電流經(jīng)K1常開觸點→電子控制單元6的4號端子→中控鎖電機10→搭鐵→蓄電池負極，中控鎖上鎖。

圖2 電子控制單元原理圖

2.3 系統(tǒng)的控制流程

如圖3所示，當(dāng)點火開關(guān)打到ON檔后，電子控制單元6將程序初始化，并不斷采集由模數(shù)轉(zhuǎn)換電路輸入的信號，經(jīng)計算判斷油門踏板減速度是否大于門限值，若不大于則繼續(xù)采集；若大于門限值，則控制制動燈亮3s。此后，監(jiān)測制動燈開關(guān)信號是否出現(xiàn)，若未出現(xiàn)，則繼續(xù)采集模數(shù)轉(zhuǎn)換電路輸入的信號；若制動燈開關(guān)信號出現(xiàn)，則輸出中控鎖制動信號，使中控鎖上鎖。

圖3 電子控制單元控制框圖

3 實車試驗分析

在裝置研制完成后，在天津夏利轎車上進行了實驗。該轎車為油門拉鎖式節(jié)氣門，選擇位移傳感器型號為： DA—10直流位移傳感器，量程為0～10mm，輸出電壓為零伏到5伏。

根據(jù)中華人民共和國機械行業(yè)標準JB/T 9256—1999以及現(xiàn)行的線位移、線速度傳感器的校準方法進行校準后，得到傳感器位移—電壓的回歸方程為：

y = 0.503x + 0.0046

式中：y—傳感器輸出電壓，V；x—傳感器活動觸頭位移量，mm。

傳感器示值線形度為：

其中：δmax為最大誤差；δ1為示值線性度；UN為傳感器輸出電壓平均值。

利用數(shù)據(jù)采集卡采集電子電子控制單元1、2、4、5號端子的波形，結(jié)果如圖4所示。

圖4 電子控制單元端口波形圖

從圖4可知，當(dāng)汽車以一定速度行駛時，某時刻駕駛員松開油門踏板，從1號線開始，車輛行駛速度迅速下降，電子控制單元1號端子輸出信號迅速上升，電子控制單元從1號線到2號線間采集到油門踏板減速度大于門限值后，控制2號端子連續(xù)輸出三個脈沖信號，使制動燈亮3秒（程序設(shè)置為制動燈閃爍三次，每次一秒）；而當(dāng)汽車起動后，踩下制動踏板時，示波器顯示出5號端子出現(xiàn)有制動開關(guān)信號，當(dāng)信號達到3號線的高電平位置時，電子控制單元控制4號端子輸出為高，中控鎖電機通電，從而使車門上鎖。

試驗結(jié)果與預(yù)期設(shè)置一致。此外，將該裝置運用于santana2000車型上，也得到了預(yù)期的效果。

4 結(jié)論

1）車用急松油門預(yù)警及制動車門上鎖裝置綜合考慮了防車輛追尾、制動車門上鎖兩項功能，通過一個嵌入式系統(tǒng)便可實現(xiàn)上述兩項功能。由于控制電路簡單，為此，裝置具有性價比高、性能穩(wěn)定等特點。

2）車用急松油門預(yù)警及制動車門上鎖裝置能在很大程度上提升汽車行駛的安全性，同時能夠避免駕駛員忘記行車過程忘鎖車門而造成的財物失竊，適于各類不同車型使用。

3）試驗結(jié)果表明：裝置結(jié)構(gòu)簡單，安裝便利，有效地提升了汽車行駛安全性，具有很高的推廣價值。

[1]北京得貝興車輛安全科技公司.汽車防追尾儀[P].國家發(fā)明專利申請,專利申請?zhí)?200530142834.8

[2]廣州創(chuàng)希電器科技有限公司.GSM汽車防盜器說明書[Z].

[3]代偉紅;趙洪洲.具有異地控制功能的汽車防盜器[P].國家發(fā)明專利申請,專利申請?zhí)?02144599.0

[4]劉德輝.汽車防追尾儀[P].國家發(fā)明專利申請,專利申請?zhí)?91201013.4

[5]張唯.電子汽車防盜器[P].國家發(fā)明專利申請,專利申請?zhí)?95208583.6

[6]劉存香,劉學(xué)軍.基于LabVIEW的差動電感式位移傳感器校準裝置研制 [J].儀表技術(shù),2008,10:68-70.

[7]張爾利,劉學(xué)軍,劉存香,羅杰斌.基于虛擬儀器的壓阻式壓力傳感器校準系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)[J].制造業(yè)自動化,2009,07:69-071.