汽车防撞主控系统设计论文

12021年2月5日班级：姓名：学号：2汽车防撞主控系统设计摘要：针对我国高速公路交通安全的需要，以及国内外汽车电子技术的应用现状和发展趋势，综合汽车工程学、汽车电子技术、通讯技术和控制技术等多学科理论，从必要性、可行性、实用性和经济性等角度出发，提出开发研制汽车防撞报警系统。目的在于当行车处于危险状态时，发出报警，提醒驾驶员或自动采用相应措施，从而减少或避免高速公路碰撞事故的发生。本设计的系统包括传感器感知子系统、中央处理子系统和信息输出子系统组成。通过分析高速公路上行驶的前后两车的三种相对行车状态，提出合理的安全跟车距离计算数学模型；通过对车间距离、相对速度和自车车速的测量方案比较及误差分析，确定采用多普勒调频连续波雷达传感器来测量两车间的实际车速；进而通过中央处理子系统对各传感器信息进行采集和处理，然后做出信息输出和控制安全判读。考虑到系统的实时性、精确性和可靠性，采用性价比比较高的八位微处理器AT89S52作为系统的控制中心，由此而组成中央处理子系统的核心。关键词：安全跟车距离模型防撞报警系统PC机模拟通信声光报警3目录1、摘要…………………………………………………………………………………………22系统分析与数学模型建立…………………………………………………………………42.1系统结构……………………………………………………………………………………42.1.1系统技术指标分析……………………………………………………………………52.2系统安全跟车距离模型………………………………………………………………………82.2.1系统安全跟车距离模型的建立…………………………………………………………82.2.2模型中各参数的确定………………………………………………………………143系统测量与误差分析………………………………………………………………………163.1自车速度的测量……………………………………………………………………………163.2相对距离和相对速度的测量………………………………………………………………164系统硬件电路设计…………………………………………………………………………184.1系统工作环境分析与可靠性设计…………………………………………………………184.2测量距离通道的设计……………………………………………………………………194.3测速通道的设计…………………………………………………………………………194.4转向、油门、制动信号的采集…………………………………………………………204.5声光报警模块的设计……………………………………………………………………214.6液晶显示模块的设计……………………………………………………………………224.7电源设计…………………………………………………………………………………235系统软件设计………………………………………………………………………………235.1系统软件功能需求分析……………………………………………………………………245.2系统软件功能程序流程图如下所示…………………………………………………………246模拟实验……………………………………………………………………………………287总结…………………………………………………………………………………………294前言：针对我国高速公路交通安全的需要，以及国内外汽车电子技术的应用现状和发展趋势，综合汽车工程学、汽车电子技术、通讯技术和控制技术等多学科理论，从必要性、可行性、实用性和经济性等角度出发，提出开发研制汽车防撞报警系统。目的在于当行车处于危险状态时，发出报警，提醒驾驶员或自动采用相应措施，从而减少或避免高速公路碰撞事故的生。本设计的系统包括传感器感知子系统、中央处理子系统和信息输出子系统组成。通过分析高速公路上行驶的前后两车的三种相对行车状态，提出合理的安全跟车距离计算数学模型；通过对车间距离、相对速度和自车车速的测量方案比较及误差分析，确定采用多普勒调频连续波雷达传感器来测量两车间的实际车速；进而通过中央处理子系统对各传感器信息进行采集和处理，然后做出信息输出和控制安全判读。考虑到系统的实时性、精确性和可靠性，采用性价比比较高的八位微处理器AT89S52作为系统的控制中心，由此而组成中央处理子系统的核心2系统分析与数学模型建立2.1系统结构5图2-1汽车防撞系统示意图图2-1为汽车防撞报警系统的结构示意图，整个系统由传感器感知、中央处理以及信息输出三个子系统构成。传感器感知子系统由车辆上的各种传感器组成，用于收集车辆的内外环境信息;中央处理子系统由信息采集单元与主控制单元组成，用于评估车辆行驶的安全状态;信息输出子系统由声光报警模块与显示模块组成，为驾驶员提供汽车行驶的安全状态信息汽车防撞报警系统的工作原理:利用安装在汽车前保险杠上的雷达传感器实时测量自车与前方目标物间的距离和相对速度等信息，并通过采集传送至信息采集单元;利用安装在变速箱输出轴的霍尔车速传感器获得与转轴同速的脉冲信号，输出至信息采集单元进行车速计算:制动、油门位置及路面附着系数以开关量的形式输入至信息采集单元;信息采集单元对各种传感器信息进行处理，并把处理结果传送至主控制单元;主控制单元判断当前的行车安全状态，采取相应的报警方式，警示驾驶员当前的行车状况及需要采取的措施。系统采用两次报警的方式，如果实际测量间距大于提醒报警距离时，系统绿灯亮、无报警音，即为安全行车状况:如果实际测量间距小于提醒报警距离而大于危险报警距离时，系统黄灯闪烁，产生长间隔报警音，即为提醒报警状态，提醒驾驶员需要松开油门踏板:PC机模拟变速器输出轴霍尔车速传感器频率量输入光电隔离通信接口毫米波雷达测距传感器主控处理单元LCD显示声光报警模块电源控制模块6如果实际测量间距小于危险报警距离时，系统红灯闪烁，产生短间隔报警音，即为危险报警状态，要求驾驶员必须紧急制动或自动制动。2.1.1统技术指标分析系统能够适用于各种交通环境，首先要求雷达传感器能够在各种交通环境下及时准确地为系统提供数据信息。根据雷达现有技术及系统安装的方便性，对系统提出了如下一些技术指标：(1)系统由传感器感知子系统、中央处理子系统及信息输出子系统构成。其中，中央处理子系统由信息采集单元与主控制单元组成:信息输出子系统由声光报警模块与液晶显示模块组成;(2)雷达传感器工作电压为直流10V-16V;控制单元工作电压为直流5V;(3)雷达传感器对各种天气状况(如大雾、晴天、阴天、雨天和雪天等典型天气)适应性好，传感器表面脏时仍能正常工作:(4)雷达输出参数包括车间距离和相对速度;(5)雷达传感器检测距离最小为7m:在能见度大于50m的情况下，检测距离大于120m;在检测距离为120m位置处，横向测量宽度为3.75m;(6)雷达传感器测量误差:距离测量误差绝对值不大于lm，相对速度测量误差绝对值不大于1Km/h;(7)系统报警及时，报警声音强度与警示灯光亮度设置合理，报警抑制信号处理正确、及时，液晶显示器显示信息准确:(8)系统工作温度范围为-30℃-+85℃,温度稳定性好;(9)系统抗电磁干扰能力强，可靠性高，最大耐震度为3g(重力加速度);对于某些安全范围或特殊情况下，要对系统采取抑制报警的措施，以防错误报警导致不良甚至新的安全威胁。对此要尽可能考虑到各种情况。分析如下:(1)驾驶员采取制动时。驾驶员采取制动措施，说明驾驶员已经意识到了行车的危险状况，在这个时候应该抑制报警7(2)低速行驶。车辆在城市道路低速行驶和经常性起步停车时，发生恶性交通事故的可能性很小，因此当自车速度低于一定值(目前确定为40Km/h)时，对报警进行抑制;(3)弯道行驶。车辆转弯时，雷达把道路两旁的路障或隔离物当作目标，虚假地判定自车处于非安全行驶状态，从而发生虚报警，此时亦应对报警进行抑制。(4)车辆超前时。当在某个时刻，有另外一辆车通过超车道而在短时间内行进入到本车的安全距离下，考虑到两者的相对速度达到一定（目前确定为10Km/h）时，对报警进行抑制。2.2系统安全跟车距离模型如何保持合适的车间距离是汽车行驶过程中的关键问题。间距过大，则会导致道路通行能力降低，不利于社会经济的快速发展；间距过小，则车辆行驶时发生交通事故的可能性增大驾驶员通常是按照自己的经验来判断自车行驶的安全状态，当感觉危险存在时，通常采用降低车速或者改变行驶方向的方法来避免危险情况的发生，但这种对行车安全状况的判断往往并不够准确。汽车防碰撞系统作为汽车驾驶的辅助系统，应当建立相对比较合理的安全跟车距离模型，准确判断前方目标物潜在的危险性程度，既保证车辆行驶的安全性，又保持良好的道路通行能力，即尽可能保持理想的安全间距。车辆安全行车间距的确定与车辆的制动距离有着十分密切的联系，经对车辆制动过程的分析，得出汽车制动距离的计算公式如下：max2002)2(avtttvdhumsxd：制动距离，单位为m;v0：汽车制动时刻的初速度，单位为m/s;humt：驾驶员反应动作时间，即驾驶员发现情况并做出决定，以及将右脚从加速踏板移到制动踏板所需的时间，单位为s8xt：制动协调时间，即消除制动踏板间隙，消除各种铰链、轴承间隙以及制动摩擦片完全贴在制动鼓或制动盘上所需的时间，单位为S。2.2.1系统安全跟车距离模型的建立根据行车过程的实际状况，把前目标车分为三种运行状态，即静止状态、减速状态以及匀速或加速状态，分别介绍如下:前车处于静止状态时，两车间的最危险时刻是自车停止，且与障碍物相隔最近的时刻，如图2-2所示。为了保证此刻自车的绝对安全，设定自车停止时，两车间还存在一定的安全间距d0(单位:m)，则危险报警距离db(单位:m)为:012112)2(davttvdsxb（2.2.2）9注:其它参数与式(2.2.1)中相同符号参数的定义一致，下同。提醒报警距离dw，是在危险报警距离的基础上，考虑了自车在驾驶员反应动作时间内行驶的距离，所以，其计算公式如下:012112)2(davtttvdhumsxw（2.2.3）即：humbwtvdd*1（2.2.4）2)前车匀速或加速运动当前车做匀速或加速运动时，两车间的最危险时刻是后车的速度减小至与前车同速时，如图2-3所示。如果在两车速度相等的时刻还没有发生碰撞事故，之后就不再可能发生碰撞事故了，因为最危险时刻以后，前车继续保持匀速或加速1011012122212)2(davvavvttvdrelsxrelb（2.2.5）式中：2v：前车的速度，单位为m/srelv：两车间的相对速度，单位为m/s提醒报警距离wd，的计算公式如下：0121222122)2(davvavvtttvdrelxhumrelw（2.2.6）即：humrelbwtvdd*（2.2.7）上面的公式是建立在前车匀速运动的基础上，如果前车做加速运动，而模型仍采用上面所列出的公式，不仅更能保证自车行驶的安全性，而且有利于模型数学计算的简化。3)前车减速运动或前车减速停止把前后两车可能的行驶状态分为三种情况进行讨论：（1）前车先停止，自车后停止图2-5表明，两车间的最危险时刻为自车停止的时刻。（2）自车和前车同时停止12图2-6表明，两车间的最危险时刻为自车或前车停止的时刻。图中:1st：自车停止时刻;2st：前车停止时刻。（3）自车先停，前车后停13如图2-7所示，两车间的最危险时刻本应为自车减速到与前车速度相同的时刻，但是，在能保证绝对安全的条件下，为了简化计算，把最危险时刻确定为前车停止的时刻。在这三种情况下，前车均制动至停止，自车也从某一速度采取制动至停止。所以，这三种情况在计算方法上均可简化为同一种，如图2-8所示。该状况下的危险报警距离的计算如下：（2.2.8）式中:2a：前车的最大减速度，数值与自车最大减速度相同，单位为m/2s提醒报警距离wd的计算公式如下：02221211222)(davavtvttvdsrelxhumw（2.2.9）0122212122