蔣運(yùn)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(shí)不能立即停車。研究發(fā)現(xiàn)，交通事故百分之七十左右來(lái)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(jué)中就發(fā)生的。駕駛員從看到情況到踩剎車需要一段時(shí)間，在反應(yīng)時(shí)間內(nèi)汽車要保持原速前進(jìn)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(guò)快且車距較近，則將發(fā)生汽車追尾。研究人員同時(shí)發(fā)現(xiàn)，如果駕駛員的反應(yīng)時(shí)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(mén)上鎖。在車輛停止時(shí)，一些不法分子趁駕駛員不備，打開(kāi)后備箱或后排車門(mén)盜取財(cái)物，造成嚴(yán)重的財(cái)產(chǎn)損失及惡劣的社會(huì)影響。雖然目前一些高檔位轎車安裝有車門(mén)自動(dòng)上鎖裝置，然而對(duì)于主流的中低檔車，車門(mén)自動(dòng)上鎖裝置還不是標(biāo)配部件。

在防車輛追尾方面，北京天益富強(qiáng)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(shí)間差，防止或避免汽車追尾事故的發(fā)生，它通過(guò)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(jī)提供“一種監(jiān)督和糾正后車安全距離違章的手段”，實(shí)現(xiàn)車與車、司機(jī)與司機(jī)面對(duì)面的溝通與監(jiān)督[1]。

在車門(mén)上鎖裝置的研發(fā)方面，國(guó)外一些高檔轎車配置有車速感應(yīng)式車門(mén)自動(dòng)上鎖裝置。該裝置裝有一個(gè)車速為10km/h的感應(yīng)開(kāi)關(guān)，當(dāng)車速大于10km/h時(shí)，若車門(mén)未上鎖，駕駛員不需動(dòng)手，門(mén)鎖控制器自動(dòng)將門(mén)上鎖。

國(guó)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(shí)現(xiàn)開(kāi)車時(shí)踩剎車，車門(mén)自動(dòng)上鎖，拔車匙自動(dòng)開(kāi)鎖功能[2]。

然而，防車輛追尾裝置及制動(dòng)車門(mén)上鎖裝置均同屬于車輛制動(dòng)系統(tǒng)，但目前均為發(fā)現(xiàn)任何有關(guān)能同時(shí)實(shí)現(xiàn)二者功能的集成系統(tǒng)。此外，無(wú)論是防車輛追尾裝置還是制動(dòng)車門(mén)上鎖裝置，其結(jié)構(gòu)均較復(fù)雜，價(jià)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(mén)預(yù)警及制動(dòng)車門(mén)上鎖裝置提供一種可實(shí)現(xiàn)駕駛員急松油門(mén)時(shí)，制動(dòng)燈（包括高位制動(dòng)燈）亮，提前警示后車注意；在制動(dòng)踏板踩下時(shí)，中控鎖將上鎖，防止車內(nèi)物品被盜的急松油門(mén)預(yù)警及制動(dòng)車門(mén)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(mén)預(yù)警及制動(dòng)車門(mén)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(gè)繼電器及一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管組成。

如圖1所示為急松油門(mén)預(yù)警及制動(dòng)車門(mén)上鎖裝置簡(jiǎn)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(mén)時(shí)，使制動(dòng)燈（包括高位制動(dòng)燈）亮，從而提示后面車輛駕駛員減速；此外，在制動(dòng)踏板踩下時(shí)，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(dòng)觸頭4與油門(mén)踏板2接觸，當(dāng)油門(mén)踏板2未被駕駛員踩下時(shí)，位移傳感器5向電子控制單元6的1號(hào)端子輸入信號(hào)為0伏。當(dāng)駕駛員踩下油門(mén)踏板2后，電子控制單元6的1號(hào)端子輸入信號(hào)逐漸增大；若某時(shí)刻，駕駛員發(fā)現(xiàn)前方出現(xiàn)危險(xiǎn)情況而急松油門(mén)，則電子控制單元6的1號(hào)端子輸入信號(hào)將迅速減小，電子控制單元6通過(guò)采集其信號(hào)減小的速率是否大于門(mén)限值以控制制動(dòng)燈7亮滅。在汽車行駛過(guò)程中，駕駛員踩下制動(dòng)踏板而使制動(dòng)燈開(kāi)關(guān)8接通，則該信號(hào)將通過(guò)電子控制單元6的5號(hào)端子進(jìn)入到電子控制單元6內(nèi)部，在接收到該信號(hào)后，電子控制單元6將由4號(hào)端子輸出控制信號(hào)，使中控鎖電機(jī)10通電，車門(mén)上鎖。

圖1 急松油門(mén)預(yù)警及制動(dòng)車門(mén)上鎖裝置簡(jiǎn)圖

2.2 電子控制單元電路設(shè)計(jì)

如圖2所示，油門(mén)踏板減速度信號(hào)從電子控制單元6的1號(hào)端子輸入，經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路后，信號(hào)輸入到嵌入式系統(tǒng)，嵌入式系統(tǒng)對(duì)0.1s內(nèi)的信號(hào)電壓變化率進(jìn)行判斷，若發(fā)現(xiàn)電壓變化率大于門(mén)限值，則將輸出信號(hào)至放大電路，經(jīng)放大后的信號(hào)使K2繼電器內(nèi)的線圈通電，從而使K2常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，蓄電池正極輸出電流經(jīng)控制單元6的3號(hào)端子→K2常開(kāi)觸點(diǎn)→電子控制單元6的2號(hào)端子→制動(dòng)燈7→搭鐵→蓄電池負(fù)極，制動(dòng)燈亮。

當(dāng)駕駛員踩下制動(dòng)踏板時(shí)，制動(dòng)燈開(kāi)關(guān)8接通，該信號(hào)將通過(guò)電子控制單元6的5號(hào)端子進(jìn)入到嵌入式系統(tǒng)中，嵌入式系統(tǒng)在得到信號(hào)后，將輸出信號(hào)至場(chǎng)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(kāi)觸點(diǎn)→電子控制單元6的4號(hào)端子→中控鎖電機(jī)10→搭鐵→蓄電池負(fù)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(diǎn)火開(kāi)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(hào)，經(jīng)計(jì)算判斷油門(mén)踏板減速度是否大于門(mén)限值，若不大于則繼續(xù)采集；若大于門(mén)限值，則控制制動(dòng)燈亮3s。此后，監(jiān)測(cè)制動(dòng)燈開(kāi)關(guān)信號(hào)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(hào)；若制動(dòng)燈開(kāi)關(guān)信號(hào)出現(xiàn)，則輸出中控鎖制動(dòng)信號(hào)，使中控鎖上鎖。

圖3 電子控制單元控制框圖

3 實(shí)車試驗(yàn)分析

在裝置研制完成后，在天津夏利轎車上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。該轎車為油門(mén)拉鎖式節(jié)氣門(mén)，選擇位移傳感器型號(hào)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(guó)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 9256—1999以及現(xiàn)行的線位移、線速度傳感器的校準(zhǔn)方法進(jìn)行校準(zhǔn)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(dòng)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(hào)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(shí)，某時(shí)刻駕駛員松開(kāi)油門(mén)踏板，從1號(hào)線開(kāi)始，車輛行駛速度迅速下降，電子控制單元1號(hào)端子輸出信號(hào)迅速上升，電子控制單元從1號(hào)線到2號(hào)線間采集到油門(mén)踏板減速度大于門(mén)限值后，控制2號(hào)端子連續(xù)輸出三個(gè)脈沖信號(hào)，使制動(dòng)燈亮3秒（程序設(shè)置為制動(dòng)燈閃爍三次，每次一秒）；而當(dāng)汽車起動(dòng)后，踩下制動(dòng)踏板時(shí)，示波器顯示出5號(hào)端子出現(xiàn)有制動(dòng)開(kāi)關(guān)信號(hào)，當(dāng)信號(hào)達(dá)到3號(hào)線的高電平位置時(shí)，電子控制單元控制4號(hào)端子輸出為高，中控鎖電機(jī)通電，從而使車門(mén)上鎖。

試驗(yàn)結(jié)果與預(yù)期設(shè)置一致。此外，將該裝置運(yùn)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(mén)預(yù)警及制動(dòng)車門(mén)上鎖裝置綜合考慮了防車輛追尾、制動(dòng)車門(mén)上鎖兩項(xiàng)功能，通過(guò)一個(gè)嵌入式系統(tǒng)便可實(shí)現(xiàn)上述兩項(xiàng)功能。由于控制電路簡(jiǎn)單，為此，裝置具有性價(jià)比高、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)。

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

3）試驗(yàn)結(jié)果表明：裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jià)值。

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

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

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

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

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

[6]劉存香,劉學(xué)軍.基于LabVIEW的差動(dòng)電感式位移傳感器校準(zhǔn)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(zhǔn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2009,07:69-071.