張雪梅 周欣

沈陽(yáng)理工大學(xué)汽車與交通學(xué)院 遼寧省沈陽(yáng)市 110159

汽車盲區(qū)一直是汽車安全駕駛的一大威脅，減小視野盲區(qū)也一直是后視鏡永恒的追求。受手動(dòng)后視鏡和傳統(tǒng)電動(dòng)后視鏡調(diào)節(jié)過(guò)程繁瑣復(fù)雜的限制，后視鏡視野無(wú)法達(dá)到預(yù)期的效果。于是隨著電子技術(shù)的發(fā)展一種能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)隨動(dòng)調(diào)節(jié)的后視鏡裝置問(wèn)世。

1 汽車后視鏡隨動(dòng)調(diào)節(jié)裝置綜述

汽車后視鏡隨動(dòng)調(diào)節(jié)裝置是一種基于微機(jī)控制系統(tǒng)的智能調(diào)節(jié)裝置，它能夠?qū)崿F(xiàn)后視鏡隨倒車檔位、轉(zhuǎn)向開關(guān)、轉(zhuǎn)向盤、記憶座椅的聯(lián)動(dòng)，做到對(duì)后視鏡動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。

1.1 后視鏡隨動(dòng)調(diào)節(jié)裝置實(shí)現(xiàn)的功能

倒車檔位實(shí)現(xiàn)視野下擴(kuò)：掛倒車檔位時(shí)通過(guò)倒車檔位上的傳感器采集信號(hào)，并將信號(hào)傳送給ECU，ECU控制實(shí)現(xiàn)后視鏡上下翻轉(zhuǎn)的步進(jìn)電機(jī)下轉(zhuǎn)一定角度，達(dá)到掛倒車檔后視鏡自動(dòng)調(diào)節(jié)的目的，且當(dāng)摘掉倒車檔位時(shí)后視鏡位置自動(dòng)復(fù)原。

打轉(zhuǎn)向燈實(shí)現(xiàn)視野外擴(kuò)：打開轉(zhuǎn)向燈開關(guān)時(shí)通過(guò)轉(zhuǎn)向燈開關(guān)上的傳感器采集信號(hào)，并將信號(hào)傳送給ECU，ECU控制實(shí)現(xiàn)后視鏡左右翻轉(zhuǎn)的步進(jìn)電機(jī)外轉(zhuǎn)一定角度，達(dá)到轉(zhuǎn)向時(shí)預(yù)先調(diào)節(jié)后視鏡的目的，且當(dāng)關(guān)掉轉(zhuǎn)向燈開關(guān)時(shí)后視鏡位置自動(dòng)復(fù)原。

轉(zhuǎn)方向盤實(shí)現(xiàn)隨動(dòng)調(diào)節(jié)：打轉(zhuǎn)向盤時(shí)通過(guò)轉(zhuǎn)向盤上的傳感器采集信號(hào)，并將信號(hào)傳送給ECU，ECU控制實(shí)現(xiàn)后視鏡隨轉(zhuǎn)向盤的合理轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)視野的動(dòng)態(tài)變換，做到時(shí)時(shí)視野最大化，降低盲區(qū)，保證行車安全性。

記憶功能實(shí)現(xiàn)量身定制：借用電動(dòng)座椅的記憶功能，實(shí)現(xiàn)一鍵調(diào)節(jié)座椅位置，同時(shí)調(diào)節(jié)后視鏡位置。初始時(shí)，駕駛員通過(guò)按鍵操作輸入控制信號(hào)并將待記憶信號(hào)輸送給ECU，之后駕駛員可以通過(guò)控制按鍵調(diào)回原輸入信息，實(shí)現(xiàn)后視鏡和座椅的“量身定制”。

1.2 后視鏡隨動(dòng)調(diào)節(jié)裝置解決的問(wèn)題

目前市場(chǎng)上廣泛使用的電動(dòng)后視鏡[1]需要通過(guò)駕駛員手動(dòng)調(diào)節(jié)電器裝置實(shí)現(xiàn)后視鏡位置的調(diào)整，而這種控制裝置不能確保一步定位后視鏡，可能需要二次甚至多次調(diào)節(jié)，使調(diào)整后視鏡這一過(guò)程變得繁瑣不堪。此外，傳統(tǒng)的電動(dòng)后視鏡無(wú)法做到行車過(guò)程中的時(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，因此不能很好的將盲區(qū)降到最低。我們?cè)O(shè)計(jì)的這款后視鏡隨動(dòng)調(diào)節(jié)裝置恰如其分的解決了上述問(wèn)題，不僅能夠做到后視鏡隨倒車檔位和轉(zhuǎn)向開關(guān)的預(yù)先調(diào)節(jié)而且能夠?qū)崿F(xiàn)后視鏡隨轉(zhuǎn)向盤的隨動(dòng)調(diào)節(jié)使后視鏡視野動(dòng)態(tài)化，時(shí)時(shí)視野最大化，降低盲區(qū)，提高行車安全性。

2 汽車后視鏡隨動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的設(shè)計(jì)過(guò)程

現(xiàn)有的電動(dòng)后視鏡的調(diào)整機(jī)構(gòu)是兩套垂直分布的電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)器組成，可操縱后視鏡上下及左右轉(zhuǎn)動(dòng)，通常一套電動(dòng)機(jī)控制上下方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，另一套電動(dòng)機(jī)控制左右方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)改變電流的方向，完成后視鏡的上下及左右調(diào)整[2]。針對(duì)隨動(dòng)后視鏡的設(shè)計(jì)，并沒(méi)有從本質(zhì)上改變后視鏡操縱機(jī)構(gòu)的本質(zhì)，依然采用垂直分布的電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器，只是將原本的普通電機(jī)換成了能準(zhǔn)確轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度步進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)后視鏡的精確調(diào)節(jié)。

2.1 操縱機(jī)構(gòu)模型的建立

在原有后視鏡操縱機(jī)構(gòu)[2]的基礎(chǔ)上，對(duì)其內(nèi)部的傳動(dòng)組進(jìn)行簡(jiǎn)化，直接采用減速步進(jìn)電機(jī)控制后視鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)。其具體基于CATIA的物理模型見下圖1所示。

后視鏡內(nèi)部保持架通過(guò)螺栓與后視鏡本體連接，兩個(gè)電機(jī)通過(guò)幾個(gè)螺釘固定在保持架上，電機(jī)動(dòng)力通過(guò)連接件同操縱機(jī)構(gòu)連接，將電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)輸出轉(zhuǎn)換成后視鏡鏡面的翻轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)后視鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)控制。而具體的鏡面轉(zhuǎn)動(dòng)情況由單片機(jī)程序控制步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)。

圖1 后視鏡內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2.2 相關(guān)電路的設(shè)計(jì)

電路總功能可以概述為：開關(guān)信號(hào)或傳感器信號(hào)傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換并處理后將信號(hào)送給步進(jìn)電機(jī)，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)進(jìn)而控制后視鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)。

2.2.1 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)

由于電路的設(shè)計(jì)是基于KST-51開發(fā)版的，所以在此以該開發(fā)版原理圖講述相關(guān)設(shè)計(jì)。如上圖2所示是驅(qū)動(dòng)電路的原理圖，通過(guò)跳線帽選接使用單片機(jī)P1.0-P1.3口控制步進(jìn)電機(jī)，在此之前用四個(gè)三極管提高其驅(qū)動(dòng)能力即帶負(fù)載的能力，使單片機(jī)能夠直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。

圖2 驅(qū)動(dòng)電路原理圖

2.2.2 控制電路的設(shè)計(jì)

針對(duì)該隨動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)預(yù)實(shí)現(xiàn)的幾個(gè)不同的功能分別設(shè)計(jì)控制電路如下：

倒車檔及轉(zhuǎn)向開關(guān)隨動(dòng)：在這部分的設(shè)計(jì)過(guò)程中用按鍵的按與松模擬掛、摘倒車檔及開、關(guān)轉(zhuǎn)向開關(guān)，通過(guò)模擬按鍵向單片機(jī)輸入信號(hào)，并通過(guò)電路的設(shè)計(jì)和程序達(dá)到預(yù)期效果。這里只用到一個(gè)按鍵，以按鍵K1為例簡(jiǎn)述控制電路如下：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制輸入0xf0使輸入端置于高電平，輸出端置于低電平，用以檢測(cè)是否有按鍵按下，若K1按下則KeyOut1輸出高電平此時(shí)控制電機(jī)正轉(zhuǎn)，若松開按鍵則此時(shí)有電位變化電機(jī)反轉(zhuǎn)。具體電路圖見下圖3：

轉(zhuǎn)向盤隨動(dòng)：這部分取電位器信號(hào)模擬轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)，通過(guò)電位器的轉(zhuǎn)動(dòng)向單片機(jī)輸入信號(hào)，并通過(guò)電路的設(shè)計(jì)和程序達(dá)到預(yù)期效果。為實(shí)現(xiàn)上述效果需要連接電路圖如下：Vref接+5v提供基準(zhǔn)電壓，VRout接AIN3模擬輸入，然后將信號(hào)送入單片機(jī)通過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)單片機(jī)控制電機(jī)隨動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)。具體電路圖見下圖4：

圖3 控制電路原理圖1[4]

“記憶功能”：鑒于該功能用到的原件同上圖3，這里以圖3為其原理圖簡(jiǎn)述其電路連接：同理單片機(jī)控制輸入0xf0使輸入端置于高電平，輸出端置于低電平，用以檢測(cè)是否有按鍵按下。通過(guò)程序控制實(shí)現(xiàn)按鍵16正轉(zhuǎn)、按鍵8反轉(zhuǎn)、按鍵13存儲(chǔ)記憶、按鍵15調(diào)回記憶。

3 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了一種基于KST-51單片機(jī)控制的汽車后視鏡隨動(dòng)轉(zhuǎn)向裝置的三維模型及電控系統(tǒng)的基本原理，并簡(jiǎn)述了其基本用途。該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)汽車后視鏡的隨動(dòng)轉(zhuǎn)向，可以使司機(jī)視野動(dòng)態(tài)化，降低駕駛盲區(qū)，提高行車安全系數(shù)，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單價(jià)格低廉，便于推廣應(yīng)用[5]。

圖4 控制電路原理圖2