开题报告-基于人机工程学的新型制动系统设计.doc

中 北 大 学毕业设计开题报告学 生 姓 名：学 号：学 院：机械与动力工程学院专 业：车辆工程设 计 题 目：基于人机工程学的新型制动系统设计指导教师: 2017 年 3 月 1 日开题报告填写要求1开题报告作为毕业论文答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业论文工作前期内完成，经指导教师审查后生效；2开题报告内容必须用按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3学生写文献综述的参考文献一般应不少于10篇（不包括辞典、手册）。文中应用参考文献处应标出文献序号，文后“参考文献”的书写，应按照国标GB 771487文后参考文献著录规则的要求书写，不能有随意性；4学生的“学号”要写全号（如0201140102,为10位数），不能只写最后2位或1位数字；5. 有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2004年3月15日”或“2004-03-15”；6. 指导教师意见用黑墨水笔工整书写，不得随便涂改或潦草书写。毕 业 设 计 开 题 报 告1选题依据：1.1研究背景及意义：随着汽车保有量的不断增多，道路交通事故已成为日前世界的第一公害。交通事故中与驾驶员因素相关的事故占绝大多数，这主要是驾驶员的驾驶失误和延误行为导致，其中将油门误踩为制动器是一种常见的误操作。在重特大的交通事故中，这类误踩油门事故的比例高达12.6%1，这说明不少驾驶员（特别是新手驾驶或疲劳驾驶）在紧急情况下因一时紧张很容易制动时误踩油门，造成一些重大事故。目前，防误踩油门的制动系统还处在论证和研发初期，国内外很多汽车研究人员对误踩油门的现象提出了很多相关的研究方案，对汽车原有的油门和制动机构进行相应的改进，但真正运用到实际生产中的防误踩油门的装置却很少，因此，对误踩油门装置研究现状归纳总结显得十分重要，亟需研制出一种成本低、判别精度高、通用性强的防误踩油门装置来解决驾驶员误将油门当作刹车而导致交通事故的问题。1.2国内外研究现状：通过调查研究，目前国内外存在的防误踩油门的装置主要有两种：一种是纯机械式；另一种是电子与机械结合式，下面对国内外的防误踩油门装置的研究现状和问题进行研究分析。1. 纯机械式防误踩油门装置国外主要以美国、日本和德国等一些汽车工业发达的国家对防误踩油门装置的研究取得的成果较为显著，早在20世纪70年代，国外就有相关学者根据司机在加速与刹车时脚部不同的动作特征对油门和制动踏板结构进行改造2，设计出机械式油门与刹车合成装置。下面是几个比较有代表性的纯机械式油门与刹车合成装置：日本学者 MATSUNAGA K，NARUSE M等设计一种测压式的油门与刹车合成装置3，司机加速时，右脚前端向右侧平移侧压油门踏板实现加速，当需要制动时，右脚前端踩下制动踏板实现制动，制动踏板被压下的同时油门踏板被释放从而加速解除。瑞典学者 Gustafsson 设计并由瑞典Nomix 发展公司进一步研发得到一种新型油门与刹车合成的单踏板装置4，司机加速时，以踏板后部的轴为轴心，脚的前部踩下踏板，使踏板沿着该轴作旋转运动实现加速，当需要制动时，脚掌将整个踏板踩下实现制动，瑞典两大汽车生产商沃尔沃和绅宝均对单踏板装置的汽车安全性能感兴趣，但两家公司在进行测试后均表示，没有马上开发生产这种汽车的计划。对于国内的纯机械式防误踩油门装置，其中国内的油门与刹车合成装置主要以专利的形式存在，尚没有成熟性的产品。除了油门与刹车合成装置以外，国内还存在一类以油门踏板的作用力或油门踏板角速度的大小为判别依据的机械联动补救装置。梅哲文等人，设计出了一种油门与制动机械联动补救装置5，该装置主要由内箱体和外箱体组成，内箱体通过相关元件与节气门连接，外箱体与制动踏板连接，正常情况下踩下油门踏板，内箱体转动从而拉动节气门，使汽车正常加速，若司机误踩了油门，由于踩油门的速度过大，内箱体竖向导轨方向向下滑动，使内外箱体相互嵌套，内箱体带动外箱体一起转动从而拉动制动踏板，起到了误踩油门后紧急制动的作用。李俊、郭厚等人设计了一种油门与制动机械联动补救装置6，在紧急情况下误踩油门时，油门踏板带动油门转轴使另一个轴快速旋转，当转速到一定值时，转轴上的离合器使连接块与转轴固接，连接块与制动拉杆一起转动，拉杆拉动制动拉线和熄火拉线，使汽车熄火并停车。虽然纯机械式的油门与刹车合成装置能够获得较为可靠的制动效果，但是此类装置改变了司机正常踩油门和刹车的习惯，对传统油门和制动结构改动较大，难以在车辆中进行普及应用。 2.电子与机械结合式装置国外的电子与机械结合式的防误踩油门装置主要是以控制技术为基础并且主要应用于一些高端车上进行相关研究。德国continental公司研制了名为 AFFP（accelerator of force feedback pedal）的装置在汽车内部安装相关传感器采集行车线路和自车车速，如果驾驶员在遇到紧急情况误踩油门，AFFP 装置判定为车辆处于危险的行车距离时，油门踏板下面的电机将对油门施加向上的力，可以较为有效纠正驾驶员的误踩行为，由于该系统成本较高，同时对汽车自身硬件的要求较高，此技术主要应用于高端汽车上进行相关研究7。日本尼桑公司推出了一种油门误踩辅助技术，这项技术将通过日产车型所配备的全景监测系统，利用车辆四周分布的摄像头，判断车辆是否处在停车场的环境当中。若在汽车的周围监测到有障碍物，这时司机误踩油门时，系统会限制汽车的加速。但这些技术中全景式影像监控系统的图像解析等高端技术，成本比较高，这项技术将主要运用在高端汽车当中，很难在普通民用汽车中进行普及应用。在国内的电子与机械结合式的防误踩油门装置中，存在一类利用压力开关传感器触发电子控制电路进而控制相关执行装置的设计。贾佳鹏所设计的防误踩油门装置，该装置针对使用气压制动的中大型汽车，利用在加速踏板行程的最末处安装一个压力开关，当压力开关受到较大压力时开关接通，当误踩油门时压力开关接通，使并联在制动踏板管路两侧的电磁气阀打开使汽车制动8。在国内的电子与机械结合式的防误踩油门装置设计中，还存在一类以单片机为核心的防误踩油门装置，单片机通过相关传感器采集的信号来控制相关执行装置实行紧急制动。其中，有利用相关传感器采集到的油门踏板踩压速度或踩压加速度信号作为驾驶员误踩油门的判定依据。例如，陈松等设计的防误踩油门装置，利用光电耦合器检测加速踏板的动作速度，当驾驶员踩油门踏板时，单片机将收集的踩油门的时间与预设时间比较，若踩油门过急从而实行紧急制动9。有的设计是利用传感器采集到的节气门开启信号作为驾驶员误踩油门的判定依据。例如，胡振奇等利用了驾驶员正常踩油门和误踩油门存在的节气门角速度不同，利用节气门位置传感器采集节气门的角度信号，利用差分法得出节气门角速度信号，若瞬时数字量超出设定的临界值，单片机控制安装在真空助力器处的电磁阀使真空助力器膜片动作，实现制动10。有的设计则是利用电磁感应的原理，线圈切割磁感线而产生的电信号作为驾驶员误踩油门的判定依据11，例如，杨发权等设计的防误踩油门装置，该系统由油门判断电路、单片机、切断油门部分及驱动刹车部分组成。若误踩加速踏板，连接加速踏板的感应器就会产生电磁感应电信号，通过单片机自带中的 AD 模块将感应信号转换为数字信号，若检测得到的数字电信号大于设定的临界值，则判断为误踩油门，单片机通过驱动电路控制相关的继电器实现驱动刹车并切断油门。1.3所阅文献的查阅范围及途径：查阅范围：中北大学图书馆，国家科技图书文献中心，ScienceDirect英文数据库，中国知网，中国汽车工业协会官网。查阅途径：图书馆借阅，图书馆电子阅览室，网上文献下载。参考文献：1 赵春晖,李伟,王立志.基于人机工程学的新型制动系统J. 实验室科学，2010,13(6) :5253.2 G.K.Poook ,A.E.West, T.J.Tobbn, et al. A combined accelerator-brake pedalJ. Ergonomics,1973,16（6）：845848.3 MATSUNAGA.K, NARUSE.M, MUTO.F, et al. New brake pedal and accelerator bar system to prevent the mistake of pressing down the accelerator instead of the brake in emergency situationsC, Valencia, Spain: Traffic and Transport Psychology, 1996.4 NILSSON.R.Evaluation of a combined brake -accelerator pedal J.Accident Analysis & Prevention, 2002, 34（2）：175183.5 梅哲文,李晓佳,王明环,等.汽车油门防误踩紧急刹车装置J.机械设计与制造,2010（10）：201203.6 李骏,郭厚,罗光明,等.汽车防误踩油门紧急制动装置P.中国专利：CN2625214Y,2004.7 霍庆泽.力重于适-油门踏板安全辅助系统J. 世界汽车,2008（10）：2830.8 贾佳鹏.防误踩油门装置的设计构想J.汽车电器,2006（8）：910.9 陈松，张娜.基于 AT89S52 单片机的误踩油门控制器的设计J.西昌学院学报：自然科学版,2009,23（3）：7375.10 王俊华,张开明,张力.一种驾驶员误踩油门紧急制动装置J.计算机测量与控制，2012，20（9）：16.11 胡振奇,朱昌吉,李君,等.汽车防误踩加速踏板系统的研发J.汽车工程,2011（8）：713716.12 杨发权,谭海曙,于昕梅,等急刹车误踩油门应急系统J.电子技术,2013（2）：7577.13任金东.汽车人机工程学M.北京：北京大学出版社，2010.14王望予.汽车设计M.北京：机械工业出版社，2008.15余志生.汽车理论M.北京：机械工业出版社，2009. 毕 业 设 计 开 题 报 告研究方案：2.1本课题主要研究内容：1）调查分析现代汽车交通安全现状；2)了解单片机的基本原理，用数据采集器收集不同的加速度数据，建立数学模型对数据进行分析；3）基于人机工程学确定误操作的判断标准；4)设计误操作执行机构，绘制图形。2.2研究的方法和途径：1) 收集国内外相关技术资料，学习有关的专业知识，查阅相关的论文、期刊及杂志；2) 学习单片机基础知识，选择一款速度传感器，模拟不同的脚踩油门踏板的加速度；3)建立数学模型对数据进行分析，基于人机工程学确定误操作的判断标准；4)对误操作时执行机构进行设计。2.3设计工作进度：2017年2月13日3月12日 查阅文献资料，撰写开题报告；3月 13日4月12日 对交通安全现状以及新型汽车制动系统的国内外 研究现状进行分析;4月13日5月12 日 选择加速度传感器，收集不同的加速度数据，建立数学模型，对数据进行分析；5月 13日6月10日 总结整理数据，撰写毕业论文，准备论文答辩。 毕 业 设 计 开 题 报 告指导教师意见： 指导教师： 年 月 日附件：参考文献注释格式学术期刊 作者论文题目J期刊名称，出版年份，卷(期)：页次如果作者的人数多于3人，则写前三位作者的名字后面加“等”，作者之间以逗号隔开。例如：1 李峰,胡征,景苏等. 纳米粒子的控制生长和自组装研究进展J. 无机化学学报， 2001, 17(3): 3153242 J.Y.Li, X.L.Chen,H.Li. Fabrication of zinc oxide nanorodsJ. Journal of Crystal Growth, 2001,233:57学术会议论文集 作者论文题目文集编者姓名学术会议文集名称C，出版地：出版者，出版年份：页次例如：3 司宗国 谢去病 王群重子湮没快度关联的研究见赵维勤，高崇寿编第五届高能粒子产生和重离子碰撞理论研讨会文集C，北京：中国高等科学技术中心，1996：105图书 著者书名M版本出版地：出版者，出版