（车辆工程专业论文）车载式制动安全监测报警系统的研究与开发.pdf

中国农业大学硕士学斑论文 中文摘要 摘要 本文首先阐述了该项目豹研究目的翱研究意义，简要的介绍了一些国内外先进的汽车主动 安全技术和被动安全技术，在现有制动捻溅系统检测方法和检测括准豹基稿上，分糖丁当翦系 统豹不是之箍，鬟氆了一套车载式稍确焱垒鼗灏鞭警系统豹囊论耩究方法纛系缓整薅糕禁。葳 理论上分析了实时靛涮系统的安全标准，它是车载系统的核心所在，是实时制动力判定静关键 因素。监测系统仿真平台的构建也是本文论述的一个重点，围绕着系统所要实现的在线监测和 报警功能，通过对系列硬件系统的比较，选择了符合要求的嵌入式单片机系统z y l o g i ce 5 产品，详细介绍了该硬件的外围设备，给出了各个功能模块的电路图和流程图，具体还包括底 层驱动程序秘痰粥撵痔舞发。最后，剁弼该仿真系统髓初步戆僚如实露篮测和擐警功缝，为戳 后产品静递一步歼发提供了宝赛的经验鞘参考莜据。 关键词：车载式，制动安全，实时虢测，嵌入式单片机，数据采集 i i 中国农韭丈学磷士学位论文 英文摘要 a b s t r a c t t h i sa r t i c l ei l l u m i n a t e st h ep u r p o s ea n dt h es i g n i f i c a n c eo ft h i sp r o j e c t s i m p l yi n t r o d u c e d a d v a n c e dt e c h n i q u ei nt h ef i e l do fa u t o m o b i l ei n i t i a t i v es a f e t ya n dp a s s i v i t ys a f e t ys y s t e m b a s e d b r a k i n gi n s p e c t i o nm e t h o da n ds t a n d a r di ne x i s t e n c e , a n a l y z i n gt h es h o r t a g eo ft h i ss y s t e m , p r o p o s ea n e wp o r t a b l eb r a k i n gi n s p e c t i o na n dw a r n i n gs y s t e m 。a n dg i v ei t sr e s e a r c ht h e o r ya n dt h ef r a m eo f w h o l es y s t e m a n a l y z et h er e a l - t i m em o n i t o ra n dc o n t r o ls y s t e m ss a f e t ys t a n d a r d ，w h i c hi st h ec o i 1 eo f t h i ss y s t e m ，a n da l s ot h ek e yf a c t o ro fb r a k ej u d g i n g c o n s m a e to fs i m u l a t i o np l a t f o r mi so n eo ft h e f o c a lp o i n tt h et h e s i sm e n t i o n e d ，s u r r o u n dt h ef u n c t i o no f r e a l - t i m ei n s p e c t i o na n da l a r m i n gs y s t e m ，w e c h o o s et h ee m b e d d i n gs i n g l ec h i pz y l o # ce 5s y s t e mt h a tf u l f i l sr e q u i r e m e n t s t h e n ，w ei n t r o d u c e d p e r i p b e m le q u i p m e n t so ft h i sd e v i c e ，g i v et h ec i r c u i td i a g r a ma n df l o wc h a r to fe v e r yf u n c t i o nm o d e l ； d e t a i l sc o n t a i ns u b s w a t ed r i v ep r o g r a ma n da p p l i c a t i o n ，f i n a l l y , w eu s et h i ss i m u l a t i o ns y s t e mm a k m g t h es i m p l es i g n a ls a m p l ea n db r a k ew a r n i n g , t h i sw i l lg i v et h ev a l u a b l ee x p e r i e n c ea n dr e f e r e n c eo f f u t u r ep r o d u c t i o n ， k e y w o r d ：c a r - m o u n t e dt y p e ，r e a l - t i m em o n i t o r i n g ，e m b e d d e ds i n g l e - c h i p ，d a t as a m p l e l l i 中国农业大学硕上毕业论文独创性声明 独创性声暝 本人声明所璺交的论文怒我个人在导搏指导下进行鹣研究工终及取褥敕研究戏 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已缀发 表蠛撰写遵懿磷究藏粟，毽不毽含失获褥串强农敛大学或其它教骞程稳耱学经或程警 而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说嚼并表示了谢意。 研究生签名： 却丕力 懿阅# 如奶年g 舅尹瑟 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、使用举位论文的规定，即：学校有权保留 送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和僭阕，可融采用彩印、缩印或扫描等复 制手段保存、汇编学搜论文。同意中国农业大学可以用不同方妓在不同媒抟上发表、 传播学位论文的全部或部分内容。 f 保密鹣学饺论文在解密詹应遵守魏协议) 礤宠生繁名： 导师签名： 粕勋 螺戎 黪润：识年钿9 麓 ， 时间：加占年莎月穸曰 中罄农般大学磷| _ _ = 学证论文 第一章绪论 第一辜绪论 。论文臻究熬鹜素和理论意义 随稽汽车保有量的增加，道路交通事故已经成为憾界性的社会问题。为了尽量避免交通事故 的发生，人们利用最新的电子控制技术来改善出黛邋帑赦引起的问题大大提高了汽车的主动嶷 全性和环保性。目前正在发展韵汽车检测行业就悬旗中的一种。它是利用车辆检测仪器，对出厂 前或碰农使用中的车辆的制动、尾气、车速等具有安全翱环保隐患的项目进行强制性的年检。勿 庸置疑，该行业对汽车的安全性和环保性方面起到了积极的作用。但是。近年来伴随的一些严熏 的弊端也越来越凸显出来1 1 j 。 1 我国螋府规定，在用车每年必须进行年检，而且肖魑有免捡的新车使用两年后开始年检，颦 梭邋道的车辆方可上路行驶，在重外，年检的时间旗趸更长，酃么汽车每年检测一次是喾熊 像诞程这一每使用中不出现阚题，摄佳得我们考虑l 2 ， 羧羧鹣援溅设备帮硷溅系绞吝秘各样，捡溅设备援零全都 | 送，整震量溺嚣乡 穰魄，摇嫠筵 逡。对系统秘设备貔耘定，虽然蓬家骞碉交麓宓，窍租应豹辊稳去避荇整督窝营理，毽事实 楚镣年一次或者两次的标定辍本解决帮保证不了梭测线的正常运作，更不用说振定有好多形 式的成分在里边，这就难免会造成检测的数搬不撩确。 3 当检测线或设备出现故障时，当地管理决策者自彳亍可以决定哪些项目检哪些项目不检，可毗 修改判定标准，也影响了检车效果，这不仅是对阑家标准法规的淡漠，更是对汽车驾驶员生 命安全不负责的行为。 4 因内建造一个检测厂，需要占用上百亩的土地，遮对于土地资源严重匮乏的城市来说，是 个根大的挑战。购买检测设备需要花费上百万的赘众，一些投资者会购买一些质量不合格的 设镰，使检测结果收到严重影响。 5 ， 擞然率主每年都会检车，僮车主纯粹是为了检举两梭率，检车荠没有把相关部门连接起皋。 箕蜜砖予捡车嚣缕累我尊l 应当势扳，是案l 逡厂豹藤鞭，还是检溅线不准，是蘩理厂瘩孚苓程， 遥怒老吾燕壤矮不当等等，这样方糍途骜隧擎豹秘豹。 由此我们想到采用车载电子装置系统来替代域有的车辆检测厂的检测设备，健它不仅髓够克 服车辆橇测带来的不利条件，又能够发挥自身的执势，更能起到对车辆安全检测的作用。由予毓 会的避步和人们生活质量的提高，用户在对汽率的缀济性和动力性的要求日益提高的基础上，受 加强了时汽率行驶安全性的重视。我们采取以制动力的j | 氛测为突破口，开发一套随车检测系统。 目前，保证车辆安全行驶的设备主要有主动安全系统( 如a b s ) 和被动安全系统( 如安全气囊) 等，对下避两种系统的研究已日臻完善，同时具备了故障自诊断功能，已被高档轿车采用【”。这在 一定程度上提高了汽车的行驶安全性。但是，这燥臻统都是在传统的汽车概念之上附加到车辆中 的，只怒辩车辆安全行驶性能的进一步改善，井没存从辫嫡汽车主动安全性的祝械部件出发采攘 嵩车辆鸵主动安全性蘸。汽车行进过程中，驾驶受努矮遴过搡缀方向盘和隶l 动踏板使车辆适癌不 赣焚毒 ：懿燮逶薅凝。纛汽享本骞霾毒懿一些慧裁，娥转翔系统、裁动系统、基絮系统鞋及车轮系绫 等畿接荚系到车辆静操缓稳定毪帮毒l 动缝麓，宅嚣l 遮孬获态麴好嚣垮影响车辆豹行驶安全；璞 孛霪农盈太攀颈圭筝盈 卺文 鳞瓷 调查资料最承，由于忽视了决定野驶安全性豹主要机构梭奁，在公路上有7 7 的汽车存在制动系 故障，5 1 4 的汽车具有转向姨餐缺陷，8 8 的汽车有行驶系故障。因此，对遮魑总成进行在线 状态监测，及时发现系统存在的故障隐患，并把信息传输给驾驶员和交通指挥中心，就可以预防 和减少彳亍荦搴故的发生。 汽车安全纷驶状况在线鳖测包括嚣方嚣静禽义； 对行驶中麓车辆是否发生魏谪、转囱失灵等异常域象进行蓝涮，麸两采墩菇臻的报警措施； 对日 起行驶异常的车辆安全总成进行故障诊断。 对车辆_ 焱全行驶状态进行在线臆测和故障诊断，同时为驾驶员和其他有关方阿提供信息，是 保障车辆安众行驶的一个重要方硼，瞄前在这个领域的研究尚不充分。我国现行的汽车故障诊断 技术还处程魄较落后的阶段，特别是对桃械系统的鼓障诊断实行抟是定期检测涮发，并且需要借 韵予天王经黢进行熬蘩，琴霞效攀甄，囊萎影嚷诊鞭靛硬黥缝，荛安全行驶理。f 豫悫。贯据撵誊 蠢阅大量资料表明，圜内井现存静率载诊断系统大都跫针对电子控毒元 牛和液聪系统等进行的蓝 测诊断，而针对机械部件的车载监测系统还没有问世。若将故障车辆的在线监测信号传输到交通指 挥中心和敞障维修中心，对故障车辆进行维修指导，并对相关车辆进行有效的指挥疏导，将会人 幅度提高逡输散率，它带来的社会效益是十分可观的。 通过以上分析可知。开发这套制动力安全监测系统燕擐蠢必要。不仅能够提离汽车行驶的安 全毪帮维掺瓣霹靠缝，滇豫不瑟簧黥浪费，蔼萎还畜秘： 交j 毳籀挥，挺高交遘鹣络静运行效率。 但其中这需辩解决很多闯怒，包括如何制定行车铝8 动力判定的标准，如何进彳亍信号采集，如何进 行传感器选择等等。 1 2 车载系统在国内外安_ 垒领域的应用 剿羲系统是汽车安全蠡驶豹缣簿，裁耀电子控毒l 接寒来撬离裁动系统熬瞧糍势扩震其臻戆基 受至g 广泛爨裰。防抱死剿动系统a b s ( a m i - i o c kb r a k i n gs y s t e m ) 在轿车上已成为一种标准装备， 一些新的制动控制系统还在不断推出，如弯道制动控制c b c ( c o m e r i n gb r a k i n gc o n t r 0 1 ) 、电子制 动力分配e b d ( e l e e h o n i cb r a k i n gf o r c ed i s t r i b u t i o n ) 、制动辅助系统b a s ( b r a k i n g a s s i s t a n ts y s t e m ) 以及电控制动系统e b s ( e l e c t r o n i cb r a k i n gs y s t e m ) 等，这魑新的电子控制装备的使用，大大提高 了汽车的主动安全性。 被动袋全技术藕主动安全援零怒保证汽车乘受安全瓣藏瑟绦障】。过去，汽牵安垒谩诗主要 考虑被动蜜龛系统，知设置安全赘、安全气囊、保险毂等。现在汽车设计蝾们燕多考虑的剥是主 动安全设计，使汽车能够自己“思考”，主动采取措施，避免事故的发生。在这种汽车上装有汽 车规避系统，包括装在车身各部饿的防撞雷达、多普勒雷达、红外雷达等传感器。盲点探测器等 设施由计棼机避行控制。在超擎、倒车、换道、大雾、雨天等易发生危险的情况下随时以声、 光形式自驾驶赣提供车体周围必装躲债息，并霹垂动采取攒藏，有效防止事载发生。男羚在诗算 捷弱莓髓爨态还胃罐存大量有关驾驶毒葶 l 车辆瓣备静臻爨，对驾驶者积车辆避行簸测燕潮。钢妇， 根据日本政府“提高汽车智能和安酝性的高级汽车计划”，由日本丰田公司研制成功的“丰田高 级安全汽率”即具有驾驶者困倦j 甄警系统、轮胎压力预撤系统、发动机火警预撒系统、车前灯自 动调整系统、拐角监控系统、汽车间信息传输系统、道路燮濑信息引导系统、自动刹车系统、s o s 中周农业大学硕士毕业论文 绪论 停车系统、灭炙系统鞋爱务粕气囊系统簿，其中霄夔单壤_ | 蔓冬瑟投放毒场。基蓠国多 一些稳关稳 研究和成果还包插。 危险警告系统能够防止由于车辆偏离相应的行驶路线日l 起的碰援成交通事故。该系统能 够逶避路罄j 纛车簸传惑器装簸快速牧鬃蠢关车辆稔l 葭区域戆率辆位置帮移翡信意，获及车辆蘸方 影响行驶的障碍物。当系统梭测到可能发生危险时，包括车辆偏离行驶牟遂、两车的鼹离或行驶 速度不会理、车辆行驶前方有障碍物等，该系统发出警告，以帮助驾驶者征确地驾驶汽车。 驾驶辘韵系绞能够静壹由予= 擎辆编蔫穗斑的行驶爨线g l 起豹磋攘藏交逶事敖。该系统通 过在前述的危险繁告系统中加入自动控制功能来帮助驾驶者对汽车的操作控制。当系统认为检测 到的情况危险时，包括本车或临近区域零辆出现婚鞭以及有障姆物等，该系绞应用自动车速和转 翔控制装置 蔓及刹车装嚣。 碰撞规避系统利用鼗备在车辆上的探测装鼹，如超声波传感器、缎外探测器挥对车辆的 临近隧域进行探测，当遇到熊险时向驾驶鸯提供警侮或自动采取楣应措熊。 鞭警益测系统对驾驶者、车辆稠道路状况避行监涮并摊供警示。率载设备将潋不易察觉 的方式监测驾驶者状态，在驾驶者困乏戏其他身体不适情况f 提出警示。塌外，该系统也能对车 辆关键部件进弦黢测，当可越发生功能簿璃时向驾驶赣发出警报。车载设备还能掇测不安全的遴 路状掇，如桥瑟缩冰、路蔼积水，并向驾驶者发出警示。 自动驾驶公路系统自动驾驶公路系统是智能运输系统的一个长远目标。它包括公路基础 设施镶患收集系绫、路一车遴信系统、攀一车透信系统、障礴物检测系统、危险警告系统、麴逮 ，偏航辅间距检测和控制系统、车辆横向纵向控制秣统、自动阐避碰撞系统、微机控制节气门、 微机控制转向机构、微机控制刹车系统、人机交互计算机等。它创造了一个近乎没有搴故的驾驶 瑗境，毙够显萋撬褰汽车熬安全性能。 1 3 嵌入式单片机系统 。3 。 嵌入式黎缝豹定义专特点 1 嵌入式系统的定义 褒a 式蘩绞瘟定义涛：“褒入裂对象俸系巾翦专臻诗舞祝系统”。“袋 整”、“专穗睦” 与“计算机系统”是嵌入式系统的三个基本要索“。对象系统则是指嵌入式系统所嵌入的宿 主系统。 2 嵌入式系统的特点 嵌入式系统的特点与定义不同，它是由定义中的三个基本要素衍生出来的。不同的嵌入 式蓉绫英特点会有所整黪。与“嵌入性”斡攘芙特点；由孑是嶷太弱对象系统孛，鉴须潢蹩 对象系统的邵境要求，如物理环境( 小型) 、电气，气氛环境( 可靠) 、成本( 价廉) 等要求。 与“专用性”的相关特点：软、硬件的裁剪性；满足对象要求的最小软、硬件配置等。与“计 黪规系统”兹糖关特点：嵌入式系统必须蹩裁瀵足黠象系统控襄要隶瓣计算爨系绫。与上群 个特点相呼应，这样的计算机必须配置有与对象系统相适廊的接口电路。 另外，在理解嵌入式系统定义圩寸，不要与嵌入式设备槽混淆。嵌入式设备是指内部有嫩 中国农监丈学硕士毕救论文 绪论 入式系绞戆产赫、设备，铡魏，内客萃片橇静家爱电器、议嚣仪衷、工控纂元、瓤嚣太、手 机、p d a 等。 1 3 2 嵌入式系统的独立发展道路 l 。单片帆开创了嵌入式系统独立发展道路 褒灭式霰绫虽然莛添予徽型诗棼辍蔓雩鼗，然丽，徽蘩诗箕攘豹体积、骞 摄、霹嚣挂都无 法满足j 、大对象系统的嵌入式瘟蕊鬟求，圜此，嵌入式系缆必须走独立发袋道路。遮条道路 就是芯片化道路。将计算机做在一个芯片上，从而开创了嵌入式系统独立发展的单片机时代。 在探索单片机的发展道路时，材过两种模式，即“z 模式”与“创新模式”。“模式” 本质上是通用计算机赢接芯片化的横式，它将通用计算机系统中的基本单元进行裁剪后，集 残在一个芯片上，构成单片微型计箨枫；“铷薪模式”则完全接嵌入式应用要求设计全额躺， 满是敷入式疯麓要求静嚣系装擒、辙楚莲器、撵令系统、憨线方式、营理模式等。i n t e l 公 司的m c s - 4 8 、m c s - 5 1 就是按照创新模式发展起来的单片形态的嵌入式系统( 单片微型计算 机) 。m c s - 5 1 怒在m c s - 4 8 探索基础上，进行全面完善的嵌入式系统。历史证明，“创新模式” 是嵌入式系统独立发展的正确道路，m c s - 5 1 的体系结构也因此成为单片嵌入式系统的典型结 构体系。 2 ， 攀片瓿豹技零发袋史 单片机诞生予2 0 越纪7 0 年彳弋束，缀弱了s 蕊、m c u 、s o c 曼犬瞬段： s c m 即单片微型计算机( s i n g l ec h i pm i c r o c o m p u t e r ) 阶段，主要是寻求最饿的单片形 态嵌入式系统的最佳体系结构。“创新模式”获得成功，髓定了s c m 与通用计算机完全不同 的发展道路。在开创嵌入式系统独立发展道路上，i n t e l 公司功不可没。 麟即徽控巷器( m i c r oc o n t r o l l e ru n i t ) 狳段，主葵豹技本发展方向是：不断扩壤清 是嵌入式瘦臻辩，对象系统要求豹务静餐嚣电路与接叠奄薅，突显冀对象鹌智能键控裁缝力。 它所涉及的领域都与对象系统相关，戳此，发展m c u 的熏任不可避免地落在电气、电子技术 厂家。从这一角度来看，i n t e l 逐渐演出m c u 的发展也有其槔观因素。在发展m c u 方面，最 著名的厂家当数p h i l i p s 公司。 单片机是嵌入式系统豹独立发展之路，向m c u 阶段发展的重要因素，就是寻求应用系统 在芯片上静簸夫纯解决；困拢，专蠲攀片祝豹发展自然彤成了s o c 往趋势。陵黄徽墩子菝寒、 l e 设诗、e 酴王蒸静发震，基予s o c 瓣攀片褪瘟嗣系统设诗会育较大懿发震。因就，辩单片 机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到翠盼成用系统。 1 4 本课题生要研究的内容 本课题致力予赫型车载式嵌入设备黝研究和嚣发，它是一种递进车辆行车过程巾产生鞘车豹 雩毒嚣f ，黠车辆静潮赫效藐绘予奠定秘摄饕痨装羹。漂嚣豹磅究瓣瓣茬子薅汽车安全硷测矮曩( 割 动力) 从固定的稔测站检验设备转移到举辆的车载设备上，程商速行驶状态下( 一般认为 = 8 0 k i n h ) 实现簸检项目的智能化、集成化、功能化、标准化，使其减少检车过程中人为因素的 - 4 - 中嗣农业大学硕上毕业论文 绪论 i i i i i i 影响，达到实时监控，自动提示甚至自动调整的目的。研究的内容包括： 车辆行车进程中翻动性能的判剐标准： 车辆行驶过程中制动效能参数的采集。包括臻动服力，辘重力，车速，轮簸压力等镶能参数； 对制动效能参数的数据处理。 1 5 本章小结 本章在简要分析当前制动安全性能检测方法利弊的基础上，提出了车载式制动安全监测系统 韵概念，井介绍了率载系统在黼内外安全领域酌应用，嵌入式单片机的发展历史，最后提出了该 误题鲍研究蠹容。 s * 中菌农业大学碗士学位论文 系统概述 2 1 系缆需求分析 第二章系统概述 l 。 系统葫熊 可以对率辆的制动系统进行宴时检测监测：率辆在行驶的过程中，系统监测是否有制动发生， 著醚朝避芎亍一些搬荚参数信号静实对采集( 详见2 3 2 节判定的括准) ； 可班穰播车辆静检测监涮结果进行报警；系统根据判定结采，著麓过连续限定次数的不会格， 则进行制动力不合格报警，蜂鸩器发声警告，l e d 发光灯显示红色： 报警结袋等通过声、光、羁文等来体现，搏卷报警级别：主要攒铡动力不食据对，系绞荣耀 发光二极管、蜂鸣器、l g d 液黼屏汉字等多种方式通知用户该率制动力已经不合格，赢该马 上进行检修。 2 。系统要袋 系统报警准确秃谟，切实熊对制动故障提出报警，特剐注意不得漏报，健也不能谈撤： 系统小巧实用，成本低廉，否则不易摊广： 系统宵援叠，霹疆与努邦弱蕉统进行数据交换； 系统可以保存定数量的记录。 3 ，系统使朋 在攀主翻车戆避程孛瓣车辆翁毒l 动系统遴轷釜灞，鲤连续多次不正零，粼攘警； 车主根据报警情况，开车到附近修理厂进行故障橇查和排除； 车盎试车( 注意此时按照符合随车检测系统对制渤力的测试条件进行测试，以便快速检 查牵辆静裁动怒秀修理正常) ，懿系统不再擐警，粼修瑾台裕。 4 系统硬件 圈2 - 1 系统硬件方案豳 * 6 * 中国农业大学硕士毕业论文系统概述 系统的主要功能是实现对车辆的制动系统进行实时监测。车辆在行驶的过程中，系统监测是 否有制动发生，并随即进行一些相关参数信号的实时采集和通讯( 包括制动力矩，轴重力，轮胎 压力，方向盘转弯角度，路面状况等等) ；可以根据车辆的监测结果进行报警，系统根据判定结 果，若超过连续限定次数的不合格，则进行制动力不合格报警。该系统以增强型的8 0 5 1 嵌入式 单片机z y l o g i ce 5 为控制单元，包括a d 采集单元、通讯单元、i o 信号输入输出模块、l c d 显 示模块及其报警模块组成( 如图2 1 为系统要实现的硬件设计方案) ，车辆在行驶的过程中急踩 刹车，系统判断车辆制动后车灯信号是否为高电平，并开始实时采集传感器的信号信号经过放 大滤波处理后由a d 转换芯片，i o 口先存入控制单元，控制单元通过与其他e c u 进行数据通讯， 并对一些行车状况进行判断，比如车辆行驶的速度是否超过晟小的限定值( v m i n = 8 0 k m 服) ， 路面是否平坦。车轮两边的轴荷相差是否太大，车轮制动摩擦片是否报警。如果这些条件满足， 则系统对采集的数据按照标准进行计算，并对车辆的制动性能给出判断，连续不合格达到规定的 次数，则系统会发出报警信号。 2 2 系统实现技术方案分析 在汽车制动实时监测报警系统中，如何实时采集信号值并判断制动力是否合格成为制约该项 目的一个技术难题，根据汽车制动力的表述，阻碍汽车运动的制动力不仅取决于制动力矩，还取 决于轮胎与路面之间的附着条件。制动力矩的产生是由汽车制动器内制动摩擦片与制动鼓( 制动 盘) 的摩擦力；附着力是轮胎与路面的摩擦力。因此，我们从以下几个方案来考虑制动力的实时 采集和合格判断。 2 2 1 采用制动器制动力与踏板力的比值来判断制动力的合格与否 1 原理 考虑到汽车行驶路面的不同，对轮胎产生的地面附着系数也不一样，而且在制动力检测过程 中，一般是以良好的路面为前提的( 这需要对轮胎的压力进行监测，若压力正常，则认为轮胎与 地面接触良好) 。所以该方案研究踏板力与制动器制动力之间的关系，通过测得正常条件下制动 力与踏板力的关系，判断在其他情况下测得制动踏板力时刻该制动力的合格与否。首先要找出踏 板力f p 和制动器制动力f u 之间的关系，在车辆制动正常的情况下，将它们的比值a = f u f 作 为判断制动力合格的标准，汽车制动时，用力传感器获得踏板力，用压力传感器获得制动压力的 信号，并将它们的比值与a 作比较，如果比值小于d ，则认为制动力不合格。 2 实现方法 我们首先对制动力合格的车辆进行测试，在一段时间内，制动力都是合格的，我们在那一段 时间内采集汽车不断刹车时候的制动踏板力和制动器制动力，并将每次采集的值保存在系统中， 计算每次踩制动时的制动力和踏板力比值a ，作为以后判定制动力合格与否的标准。系统可根据 先判断制动踏板力的信号去采集制动器制动力的信号。 3 方案特点 该方案以汽车在正常公路上行驶为前提，在附着系数达到要求的情况下，制动器制动力就相 当于汽车地面制动力，这样就不用考虑在各种路面上不同附着系数的复杂情况。该方案分析的数 中国农业大学硕士毕业论文 系统概述 据比较简单，考察的对象比较单一，系统不用经过复杂的运算，即可得出制动力合格的判断与否， 实时性比较好。 4 方案缺陷 由于考虑的情况比较单一，对系统的应用范围有一定的限制，如果汽车在低于附着系数的路 面上行驶时，系统就发挥不了作用。 该方案用到的传感器比较多，要取得每个车轮的制动器制动力，就要在相应的车轮摩擦片上 安装力矩传感器，而且对该传感器的性能要求也非常高，信号的稳定性也值得考虑，所以在实际 中的应用值得考虑。 2 2 2 采用制动减速度来判断制动力的合格与否 1 原理 汽车的制动效能是指汽车迅速降低车速直至停车的能力，评定制动效能的指标是制动距离s 和制动减速度口6 ，制动力减速度间接反映了地面制动力的大小，因此与制动器制动力和附着力 有关，由于瞬时减速度曲线的形状复杂，不好用某一点的值来代表，所以我国行业标准采用平均 减速度的概念，即 一 l蠢 口= - j i a ( t ) d t t 2 一t l t l 其中a 一一制动阶段的平均减速度； t 一一制动压力达到7 5 最大压力的时刻： t 2 一一制动开始到停车总时间的2 3 的时刻： a ( t ) 一一制动阶段的瞬时减速度。 该方案考虑取减速度保持恒定不变的那一段时间来计算平均减速度，然后将每次踩制动时踏 板力的最大值与计算的平均减速度的比值作为一个衡量的标准。 2 ，实现方法 用加速度计来获得车辆的负加速度值，并在负加速度达到最大值时开始计时，直到负加速度 开始f 降时结束，计算这个时段的平均值，踏板力的获取通过力传感器获得，在系统中将平均减 速度与晟大踏板力进行比较。 3 方案特点 制动减速度反应了整车制动的全过程，它反映了所有因素对汽车制动的影响，所以以它来判 断制动力的合格与否是一个非常好的标准量。 制动减速度的信号容易采集，现在只需用到加速度传感器就可以把信号采集到，而且采集的 信号量比较少，也易于系统的信号处理。 4 方案缺陷 在该方案采集的制动减速度信号中，由于受各种因素的影响，汽车制动时的侧偏力，汽车的 车速，各种路面不同的附着系数等，这就对制动力合格的判断造成了困难，因为各种因素都是随 中国农业大学硕士毕业论文 系统概述 时变化的，比如附着系数，在干混凝士路面上和雪地上的附着系数相差4 倍多。 该方案能对制动力的合格作出判断，但是它起不了诊断的作用。 2 2 3 采用制动距离来判断制动力的合格与否 1 原理 在制动效能的评价指标中，有三个方面可以考虑：制动力、制动距离和制动减速度，三者只 要有一种符合条件我们就认为汽车的制动力是合格的。该方案考虑汽车在刹车时所产生的刹车 距离。它是指车辆在行车过程中，从踩制动踏板开始，到车辆完全停止汽车所移动的距离。用 制动距离来表示车辆制动性能是最直观的。当车制动初速度为u 。时，产生的制动距离为 j2 瓤+ 孚) t o + 瓦n o 其中f ，为从踩制动踏板到产生负加速度时的那段时间； f ，为从负加速度为0 到负加速度最大值的那段时间： 口。为最大负加速度。 2 实现方法 当踩下制动踏板时，读取车速传感器的瞬时速度“o ，踏板力传感器发出信号，系统时钟开 始计时，当加速度传感器产生加速度信号时，系统记下从接收踏板力信号到接收加速度传感器信 号这段时间间隔f ，并使计时器重新开始计时，当加速度达到最大值时，记下加速度从0 到最 大值所用的时间间隔f 2 ，这样，就可以计算出该车刹车时的制动距离s ，找出制动踏板力和制动 距离的关系，以这个标准来判断制动力的合格。 3 方案特点 用制动距离来表示制动力是否合格是最直观的，能够全面反应各种因素对制动力的影响。 4 方案缺点 采集的信号比较多，不便于系统进行处理； 由于是间接测量制动距离的，所以计算的值可能和实际的值存在一定的偏差； 在不同的路面上行驶，给判断制动力的合格造成了困难。 由于系统要求具有诊断功能，即如果制动力监测到不正常时，能对制动力不正常的产生原因 进行判断，比如制动缸压力不够，或者是轮胎的摩擦系数不够，踏板机构失灵等。因此就需要对 每个车轮的制动状态进行监测。 综上所述。方案一能够满足汽车制动实时监测报警系统要求。下面对汽车行驶时的制动判定 标准作进一步的分析。 2 3 系统实现判定标准的分析与探讨 9 孛星衷韭走掌壤圭攀照论文 系统藏述 2 3 1 剿定对象 判定对象( 即判定制动性能合格所需的性能参数) 有以下几种描述： 最终缀的对象是判定制动是番正常，特别要注意，魑去判定，而不是去调节或者修复甚至是 控制； 一觳麓终缀麴隶l 臻筵建瑟摩擦力，毽实嚣主要测耋姥覆瓣摩擦力 誊竣矮，掇鞋是藐弱量裁 动力缀藏铷动压力( 也即铡动力一一制动工具由于制动相对于车体所产生的力) ； 轮胎与地面之间的附着系数也是个很重要的因素，有些时候虽然制动力选到了正常的水 平，但是传递给地面的摩擦力却很小，为了弥补不能测量地面摩擦力所带米的不足，可以监 测每个轮胎的气压； 要煎测铡动，静要盗测每巾攀轮酶镥l 动效果( 露l 动教聚褥会在下嚣阐述) 。 综上辑述，豢统羚定静对象为 1 四个率轮或者多个车轮的制渤力矩，制动压力； 2 四个或者多个车轮的轮胎压力； 2 3 2 判定标准 割动硷验鸯稔瓣珐戆其寄鞋下属羧魏： 1 葬态捡测与动态裁动不籍。汽攀在滚篱式剩动检骚螽上避霉亍翻动挂麓捡渊l 靖，汽车某一辎车 轮静止地停在滚筒上，作用程滚筒上的质量为车辆的静轴荷。在道路上行驶的车辆制动时， 由于惯性的作用，车辆重心谢穆，前轴的动轴荷太大增加，后轴的动轴荷拥对降低，由于附 着质量的变化，产生了不同的制动效果。所以在滚筒式制动检验台上检测的结果与车辆的实 际制动健能有一定差距。 2 检验套瓣续稳对捡溅缍象静澎确。汽攀在滚篱式铡渤嫒骏台主捡测搿魂瞧戆辩，车轮耋手薅 个滚簿之滴，彤成两个接触鬻。薄滚篱静轴距设嚣不翊，以及装铡车轮静擞襁尺寸不嗣，都 会形成不同的安置角。测试过程中，当车轮处于边滚边滑时，通过滚筒测襻的制动力最大， 等于制幼器最大制动力，也等于附着力。当车轮处于完全抱死拖滑时，通过滚筒测得的制动 力小于牟轮伟4 动器制动力，鳟予瘁擦力，此时变为滑幼附着系数。这时由予制动器性能比较 好。但受附着系数( 轮胎与滚锈) 的限制，不能测出车轮制动嚣鲍最大制动力。由此可见，霹 一辆汽攀在不嗣戆滚饕式割韵捻验台上捡溅嚣事，自： 鬟动捡验台结擒、莛砖滚筵壹径、嚣 焉滚篱轴怒等) 、滚篱表瑶结构的不同，对检测结暴都会产生一定的影响。 3 制动舱验台不能全面反映影响制动距离的各个因素。幽前在制动性能检测中。多检测制动力 或制动减速度，而汽车使用维修单位常以制动距离柬评价和调整。由于制动距离的调接和路 试受踏扳力，制动压力、制动器状况及道路条件等鳓索的影响。往往就出现穗制动检验台上 测试含掇，丽在递鼹上测试誉念撰，或测试裁动减速嶷合格，箍测量刳动鼹窦不合撬的堍象。 在圈定式梭溯线中，南动力合糖的判定是通过测量镱个车轮的阻滞、每个辅的制动和、平衡 差、整车制动和、驻车制动和来进杼判定的。分析固定检测线的制动台检测方法，其实暗含了以 f 条件： 1 0 中国农业人学硕士毕业论文系统概述 各个轮胎气压合乎要求； 车辆两边的载重差别没有考虑； 车上只有一个驾驶员： 制动台两边附着系数一样： 车身沿行车方向与制动台滚筒垂直。 但在实际使用中，制动性能却要受到如下因素的影响： 车辆的同一轴上的载荷可能不一样； 每个轮在地面上的附着系数可能不一样； 车轮不一定是直线行驶。即有可能在转弯： 车辆的a b s 、e s p 等系统可能正在起作用等等： 车辆在制动时并不总是将制动踏板踩到底。 当出现上述情况时，如果按照制动台检测过程和国标判定标准去判定制动肯定不合格，所 以固定检测线制动台的判定标准根本不能用作随车检测系统的判定标准。制动系统是否正常的判 定原则是出了问题耍发现，不出问题不能误报，因而大多数情况下是概率统计监测的概念。 车辆行驶的时候，一般轮胎除了要产生使汽车前进的驱动力外，也要产生使车辆转弯的转向 力，或者是使车辆停止的刹车力。不论是单纯产生驱动力、转向力、刹车力或是同时产生驱动力、 转向力和刹车力，轮胎产生的动力总和在某一负载条件下是一定的。因此当汽车转弯时，轮胎对 地面产生的摩擦力一方面要提供汽车的制动，一方面还要提供汽车的转弯力，制动性能就会小于 正常直线行驶状态下的制动性能。可见在汽车转弯时，对汽车的制动监测有很大影响。 车辆同个轴之间如果有轴荷差，则在左右轮之间产生的附着系数也不同，这样往往会造成 车轮左右制动力不平衡的现象，影响车辆的行驶稳定性，对制动力的正常判断造成一定的影响。 那么关于制动监测就提出如下条件： 当车辆转弯时不进行监测； 当车辆轴荷左右差偏大时，不进行监测； 按照一定的判定标准，不合格应当连续超过多次( 比如连续不合格次数累计超过1 0 次，否 则不算，比如有一次不合格，随后连续多次合格，则不合格记录清除) ； 结合上述情形，特提出如f 标准： 1 当没有采取任何制动措施且车辆正常行驶( 以8 0 k m m 为标准) 时，若监测发现阻滞力超值， 则系统报警，且根据显示编号能知道是哪一个车轮的阻滞不正常，一般采集阻滞力时段为传 感器监测到每次车辆停止制动后的时间段； 2 轮胎压力不合格进行报警，且根据显示编号能知道哪一个轮胎压力不正常，采集轮胎压力的 时段为传感器监测到每次车辆停i t 制动后的时间段： 3 关于制动性能的判定参数：每一个车轮有轮重、制动力、和制动效果三个参数。每一个轴还 有平衡差一个参数，每一辆车还有整车制动和和驻车制动力2 个参数，表述和关系如下： w “ 表示每个轮胎所承受的车身重量，其中i 表示第i 根车轴，j 表示左轮或者右轮： f h 制动力表示每一个车轮所产生的制动力，其中i 表示第i 根车轴，j 表示左轮或者右 轮：阻滞力也如此表示： p i i轮胎压力，表示每一个车轮轮胎压力，其中i 表示第i 根车轴，j 表示左轮或者右轮： 中国农北大学硕士毕业论文 系统概述 f窭! 援力或者黯掇行程，表承裁动鼯裁力在遴 亍割韵时掰受到熬瓣藉力或案拿i 翟； 4 p 髓i i 制动效果，表示每一个车轮在进行制劫时所产生的制动效果，萁中i 表示第i 根车轴， j 表毋左轮或者蠢轮；理h = f # ，w # ，阻滞效聚也如此表承； 拶i平衡差，表示每一个轴在避行制动时的左右偏差，万i = 甜一口十( 其中( d 口) 左轮制动效果一( 戊，) 右轮制动效果) ； t a #整攀懿动窝掰# e 因为车辆在进行制动时并不总是把制动踏板踩列极限，这魁制动台检测设备和随率监测的本 质区别t 所以要建立踏板力( 或者踏板行程) 和车轮制动力之间的对应关系( 图2 - 2 为某种车型 裁动力与踏板力豹关系图) ，每一秘车蘩建立一转鼙霹。 圉2 2 莱种车型制动力与踏板力关系曲线嘲 对铡魂力救梭测参数有攀轮疆漳力、攀辘劐动耱、平囊羞、驻车鬟凌鞠，莠参鼗豹其俸含义 和标凇如下： 轴制动和 轴制动和是在制动的过程中，汽率车轮测得的展大制动力之和与该轴轴荷的比 魏箨窭载燕窝e 由于在壤l 凌过程孛镤缝作掰导致辆芬分嚣袭生变纯，疆魏要对嚣轴懿翱囊力 有具体的要求。 勉g = 笼g # 6 0 平衡差 平衡差是对汽车在制动过程的增长过程中，左嚣轮最大制动力差的限制，它是检 测汽车在行驶过程中，照否由于左右制动力相麓太大而导致汽车跑偏。 后轴：晓，6 0 时 绞，6 0 孵 蕊= 掣鲫 5 f s 2 4 美s 5 - 1 2 - 中国农业大学硕士毕业论文 系统概述 2 4 系统功能 系统功能框图如图2 3 所示，系统在上电后，首先需要对系统内部进行自检，以保证系统 本身的硬件设备没有出现故障性的错误，比如采集信号的线路是否畅通，输出继电器归位等等， 如果出现故障，则显示出错的故障代码，这样可以在系统进行实时监测之前保证系统自身没有问 题。 在系统自检无误后，系统列出功能选项，用户可以根据不同的需要来设置不同的功能，一般 缺省功能设置是制动监测功能( 可以给一定的选择时间，比如说二十秒，如果延迟时间结束，则 自动进入制动监测功能) 。 2 5 本章小结 图2 - 3 系统功能框图 本章在分析系统需求的基础上，提出了系统的整体结构，并分析了系统实现的三种技术方案， 从中选出最符合要求的采集各车轮制动力矩的方案，并对该方案进行深入的分析，提出了车载式 制动检测的标准。 孛霉农数大学蘸士学毽沦文系统选型 第三章系统选型 3 。1 制动实时监测系统基本要求 1 。系统葫巍特点及冀设谵嚣憨 在车辆行驶时，利用嵌入式系统，对传感器实时采集的数据和车载e c u 避讯交换的数据进行 处理z 后：i 藏行报警或显示输出，蜜现在线检测功能。 2 制动实时监测系统的软硬件要求 系统要其有c a n 总线接口襁一些高级轿车中，一般都用到了c a n 通讯，丽艇以后将会越来 越普及，这样便于系统秘率上鳃一些其毽e c u 进行羧攘逶谖， e 如接收髓貔瘫力信号、速度 售弩等； 系统饕凝有a d 、d a 接秘，用于模拟量韵输入和输出，知接收排放傣感器的模拟量输入， 音频搬警输出等等； 系统要鼠有i o 口，用于脉冲凰输入，比如当接收到搿隼灯电平时，系统开贻接收制动信号； 系统避皮该符合功耗低、体积小、抗干扰能力强、抗震性好、成本低、硬件系统可维护性好 等特点。 舜发鞲缓尽量整矮熟悉豹c c + + 鞠汇编语言等，使予雅短箨发周期。 3 2 嵌入式硬件平台选蹴 3 2 。1 北京礁正电子技术有限公司 l 。z y l o g i cz e 5 系列是基于一个增溪瓣8 0 5 1 徽控割器内孩 系统为4 0 强4 z 主频、1 0 m i p s 静簸理速度 无操作系统，可根据该公司撼供的软件$ 0 k 3 0 开发溅用于自己的应用系统 1 个c a n 总线接口 8 路模拟撼输入口 音频d ai i s 总线输出 增强豹霹缡程i 内端器，多达2 5 2 个p i o 3 个1 6 镪鹃定时诗数器 内置肴门狗 整套开发套件的价格：5 0 0 ￥套( 包括开发板、编译器、仿真器和免费的开发软件) 2 z a 7 sc s o c 系列处理器的特点： 高性能3 2 位a p 氇1 7 t d m i 处理嚣内核 灵活无缝瓣冀韩存话器接蠢( r o m ，基e 踩罐，f l a s h , s r 矗赫s d i c a m ) 其它蒋筑同( a ) 3 2 i 北索博控自动化有限公司( 德国产品代理，购黑产品提供培训) 1 t q m l 6 7 u l 系列处理器特点 中国农业大学碗上毕业论文 系统选型 簸天瓣镑凝攀2 0 2 嬲z 内置看门狗m a x 8 0 8 s r a m2 5 6 k b - l h 墨 f l a s h2 5 6 k b 一2 国 1 个串口，一个内置c a n 接口 7 6 个i o 口 ，照温度- 4 0 + 8 5 8 路模拟量输入口 嘏源5 v 参考价箍：2 0 1 5 ￥套开发工其龟：6 5 2 5 ￥套 2 ，t q m l 6 7 u 系到处理嚣特点 最大对钟频率2 0 2 4 4 0 m h z 内置看门狗m a x 8 0 8 s r 艨2 5 鹾舻2 b f l a s h2 5 6 k b 一2 淞 2 个串口，一个内置c a n 接口 7 6 个l e 墨 工业温度一4 0 一- + 8 5 8 路模拟量输入口 峨踩5 v 参考价格：3 5 8 2 y 套 开发工具包；7 9 7 5 y 套 3 2 。3 姨车载方嚣考虑，建议撵弃捶攘方式静组会方式，蠢蘩臻p c i 0 4 ( 撬静) 方式。( 艾运辩 技) 1 主擞选用：s b c - - 8 4 5 0 0 ： c p u 袋耀醛g x l3 0 0 ，支持襻ll c d ，c o m p a c t f l a s h ，有p c l 0 4 接口，0i o8 c h a n n e l i n p u ta n d o u t p u t ，4 串口，a c 9 7 2 采集卡：p c l 0 4 的模块a x t 0 4 tl 3 。p c l 0 4 转接c a n 慧线，可鞋选霜醑华的p c m - 3 6 8 0 ，磺端强黼离c a n 总线接口模块。 以上均支持w i n c ef 的c 语脊以及c + + 替。 圭扳s b c - 8 4 5 0 0 簿介： c p u ：板载 l dg e o d e3 0 0 m i i z 处理器 内疑看门狗 夫4 , 重量：1 4 5 x 1 0 2 m m 0 2 2 k g 温度；o 6 0 8 避递魄d i o 1 s 。 中濑农业大学砸上毕妲论文 系统选型 可扩展p c 1 0 4 接口 p c l 0 4 的模块a x l 0 4 】1 简介： t 6 热1 2 靛搂叛鼙输凡 最人吞n t 懿1 2 5 k i h 支持# t