李啟慧，趙杰

（長(zhǎng)安大學(xué) 汽車學(xué)院，陜西 西安 710000）

基于CAN總線的汽車倒車控制系統(tǒng)研究

李啟慧，趙杰

（長(zhǎng)安大學(xué) 汽車學(xué)院，陜西 西安 710000）

汽車倒車控制系統(tǒng)是一種智能電子監(jiān)控系統(tǒng)。在駕駛員停車或倒車時(shí)，檢測(cè)車輛側(cè)面和后面的障礙物距離并輸出方向盤轉(zhuǎn)向提示，當(dāng)障礙物與車之間的距離超過設(shè)定的域值及安全駕駛距離時(shí)倒車系統(tǒng)會(huì)發(fā)出聲音報(bào)警，提醒駕駛員控制汽車與障礙物保持一定的安全距離。這樣一來即使駕駛員視野處于盲區(qū)也能使車輛有效躲避障礙物，避免發(fā)生碰撞，從而實(shí)現(xiàn)安全倒車。

倒車控制；CAN總線；超聲波測(cè)距

CLC NO.: U463.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2014)09-31-03

引言

隨著社會(huì)的發(fā)展，汽車逐漸進(jìn)入了普通家庭。汽車在帶來樂趣和方便快捷的同時(shí)，倒車帶來的事故也在增加。駕駛員在駕駛室通過內(nèi)后視鏡和左右兩側(cè)的外后視鏡觀察障礙物，但是后視鏡的位置固定，駕駛員很難全面地觀察到障礙物的情況，甚至當(dāng)障礙物處于駕駛員視野盲區(qū)時(shí)，由于無法看到障礙物，此時(shí)倒車相當(dāng)危險(xiǎn)。駕駛員需要手眼協(xié)調(diào)，不停觀察判斷，才能觀測(cè)到障礙物。因此，本論文在現(xiàn)行倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)研究技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際的汽車工程應(yīng)用，為避免汽車在倒車過程中發(fā)生意外碰撞，設(shè)計(jì)了一種基于CAN總線的汽車倒車控制系統(tǒng)。

1、CAN總線技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1 CAN總線簡(jiǎn)介

CAN(Controller Area Network,控制器局域網(wǎng))是由德國Bosch公司為汽車應(yīng)用而開發(fā)的多主機(jī)局部網(wǎng)絡(luò)，主要應(yīng)用于汽車的監(jiān)測(cè)和控制。作為一種技術(shù)先進(jìn)、可靠性高、功能完善、成本較低的網(wǎng)絡(luò)通信控制方式，CAN總線廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)、航空工業(yè)、工業(yè)控制、工程機(jī)械等領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)各操作單元之間的協(xié)作，并對(duì)各單元不斷變化的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。

1.2 CAN總線技術(shù)特點(diǎn)

（1）靈活的通訊方式。CAN網(wǎng)絡(luò)不區(qū)分主控制節(jié)點(diǎn)和從控制節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)中每一個(gè)通訊節(jié)點(diǎn)都可以向其他通訊節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)和接收其他通訊節(jié)點(diǎn)傳來的數(shù)據(jù)。

（2）無破壞性的基于優(yōu)先級(jí)的逐位仲裁。當(dāng)幾個(gè)節(jié)點(diǎn)要同時(shí)占用總線資源時(shí)，優(yōu)先級(jí)相對(duì)高的節(jié)點(diǎn)會(huì)繼續(xù)在總線上傳輸數(shù)據(jù)，而優(yōu)先級(jí)相對(duì)低的節(jié)點(diǎn)會(huì)釋放總線，這樣可以很大程度的減少總線仲裁消耗的時(shí)間，減輕了網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)，降低了網(wǎng)絡(luò)癱瘓的風(fēng)險(xiǎn)。

（3）數(shù)據(jù)傳輸速率較高，傳輸距離較遠(yuǎn)。CAN的最高通訊速率能夠達(dá)到 1Mbps，最遠(yuǎn)通訊距離能夠達(dá)到 10km。

（4）脫離總線的節(jié)點(diǎn)不影響總線的正常工作。CAN節(jié)點(diǎn)當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，會(huì)主動(dòng)退出總線，釋放總線資源，以便使總線上的其他節(jié)點(diǎn)可以繼續(xù)工作，不被干擾。

2、倒車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

本汽車倒車控制系統(tǒng)采用CAN總線通信方式，以主控制器和測(cè)距控制器為節(jié)點(diǎn)，將所有節(jié)點(diǎn)同時(shí)掛在CAN網(wǎng)絡(luò)上，由主控制器向測(cè)距控制器節(jié)點(diǎn)發(fā)送命令并接收所有測(cè)距控制器節(jié)點(diǎn)返回的障礙物距離值，主控制器根據(jù)所得距離信息實(shí)時(shí)計(jì)算汽車的轉(zhuǎn)向角和障礙物最短距離并通過顯示器和報(bào)警器提醒駕駛員。本系統(tǒng)采用總線式網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，構(gòu)成相對(duì)簡(jiǎn)單，可靠性較好，實(shí)際應(yīng)用成本低。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)連接框圖如下圖所示。

2.2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

按照系統(tǒng)功能要求，汽車倒車控制系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)理念，主要分三個(gè)部分：測(cè)距系統(tǒng)，主控系統(tǒng)和顯示報(bào)警系統(tǒng)。硬件方面，測(cè)距系統(tǒng)由超聲波測(cè)距機(jī)和測(cè)距控制器組成；主控系統(tǒng)由主控制器組成；顯示報(bào)警系統(tǒng)由數(shù)碼管顯示器和蜂鳴報(bào)警器組成。汽車倒車控制系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示。

各系統(tǒng)所完成的具體功能如下：

（1）測(cè)距系統(tǒng):接收主控系統(tǒng)的命令控制超聲波測(cè)距機(jī)對(duì)前方障礙物進(jìn)行回波測(cè)距，并將得到的測(cè)距值通過CAN總線實(shí)時(shí)的傳給主控系統(tǒng)。

（2）主控系統(tǒng):本系統(tǒng)以ARM為主控制器，通過CAN總線控制網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有測(cè)距控制器的命令發(fā)送和數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)時(shí)獲取汽車與障礙物之間的距離值，并進(jìn)行模糊控制的策略規(guī)劃與管理。同時(shí)驅(qū)動(dòng)顯示報(bào)警系統(tǒng)的響應(yīng)輸出。

（3）顯示報(bào)警系統(tǒng):實(shí)時(shí)顯示汽車與障礙物之間的最短距離和汽車轉(zhuǎn)向，以及驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警提醒駕駛員。

2.3 系統(tǒng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)

我們模擬汽車6個(gè)超聲波測(cè)距機(jī)在倒車過程中由先到后汽車在6個(gè)不同位置的測(cè)距值如下表所示。D1～D6分別六個(gè)安裝位置的超聲波測(cè)距機(jī)的測(cè)距值。

設(shè)汽車左組的超聲波測(cè)距值為SL，右組的超聲波測(cè)距值為SR，汽車最小的超聲波測(cè)距值為S，其值如下表2所示。

表2 左右兩組的超聲波測(cè)距值

我們求出倒車過程中6個(gè)位置的汽車轉(zhuǎn)向角如下表3所示。

表3 倒車過程中6個(gè)位置的汽車轉(zhuǎn)向角

我們將倒車過程中6個(gè)位置的每一個(gè)超聲波測(cè)距值都預(yù)先燒寫入相應(yīng)的測(cè)距控制器中，主控制器以20Hz的頻率通過CAN總線與6個(gè)測(cè)距控制器逐一通訊。6個(gè)測(cè)距控制器收到主控制器的命令后立刻通過CAN總線向主控制器返回一幀測(cè)距數(shù)據(jù)。6個(gè)測(cè)距控制器發(fā)給主控制器的測(cè)距值按照表1的數(shù)據(jù)4秒鐘更新一次。主控制器每一次收到新的測(cè)距值，都會(huì)產(chǎn)生新的汽車轉(zhuǎn)向和障礙物最小距離，并將兩者通過顯示器顯示出來。倒車過程中，汽車在6個(gè)位置上的轉(zhuǎn)向角和障礙物最小距離顯示結(jié)果如圖3—圖5所示。

3、結(jié)論

通過在測(cè)距控制器中模擬倒車過程中，汽車在6個(gè)不同位置上各超聲波測(cè)距機(jī)的測(cè)距值，我們利用CAN總線傳輸障礙物距離，并在主控制器中運(yùn)行模糊控制算法求出汽車轉(zhuǎn)向角和蜂鳴報(bào)警頻率。實(shí)際計(jì)算出的6個(gè)位置汽車轉(zhuǎn)向角如表3所示，通過圖3—圖5的實(shí)物拍攝照片可以清楚的看出顯示器的輸出結(jié)果與表 62 和表3的數(shù)據(jù)完全一致。

由此可以得出如下結(jié)論：本汽車倒車控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和硬件電路都滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，整個(gè)系統(tǒng)的倒車輔助功能完備、性能穩(wěn)定。

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4、組合開關(guān)發(fā)展趨勢(shì)分析

組合開關(guān)作為駕駛過程中最為重要的操作開關(guān)，首先應(yīng)保證其高度的可靠性。因此，非接觸式總線型組合開關(guān)將會(huì)成為發(fā)展趨勢(shì)。隨著技術(shù)的進(jìn)步，以及汽車操作智能化、自動(dòng)化進(jìn)程，組合開關(guān)的功能將會(huì)越來越簡(jiǎn)化。

參考文獻(xiàn)

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Car Parking Control System Based on CAN Bus

Li Qihui, ZhaoJie
（Chang'an University Automobile Institute, Shaanxi Xi’an 710000）

Car reversing control system is an intelligent electronic control system. When the driver is parking or reversing a car, it will detect vehicle’s sides and rear distance with the obstacles , then it will tell you how to rotate the steering wheel. when the distance between the obstacles and the vehicle exceeds a threshold and safe driving distance ,reversing system will alarm to remind the driver to control the vehicle and keep a safe distance with the barrier. Even if the driver's field of vision is in the blind spot , it enables the vehicle to avoid obstacles effectively, to avoid collisions, so as to realize the safe reversing.

reversing control; CAN bus; ultrasonic distance detect

U463.3

A

1671-7988(2014)09-31-03

李啟慧，就讀于長(zhǎng)安大學(xué)汽車學(xué)院。