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《中国科技纵横》研究与开发制动力大小警示系统简谈

摘要:本文介绍了一种以单片机为控制核心的制动力大小警示系统的研究与开发,采用制动油压传感器,以LED数码显示器在车内向驾驶员告知制动油压具体值,检测制动系统是否正常工作;以LED红色警示灯在后窗,向后面行车驾驶员提供制动力参考,使其控制合适车距,避免追尾。

 

关键词:制动力;油压传感器;LED;警示系统

 


 

引言

 

 

制定系统工作正常是汽车驾驶的安全保证,虽然汽车每年都有年检,却并不能排除制动系统在日常使用期间因故障失灵的可能,因此,在行车过程中采取对制动系统的监测是必要的。1987年,我国开始在汽车上安装高位刹车灯,如今,使用LED制造的中央后置高位刹车灯已成为汽车的标准配置[1]。当刹车灯亮起时,给后方驾驶员提示汽车在制动,但却不能提示此时的制动力,即采取多大的减速度。驾驶员在看到前车刹车灯亮时,在车距小、时间紧促的情况下,如果急刹车则会给车内人员带来惯性冲击,如果只轻微刹车则又有可能发生追尾。此时需要采取合适的制动力,控制车距,平稳行驶。基于以上问题的分析,本文提出了一种制动力大小警示系统,有效监测制动系统工作是否正常,向后方车辆提供制动力参考,为汽车行驶安全提供保障。

                                       

1、设计方案

 

 

由于制动力与制动油压成线性比例关系,系统采取检测制动油压的方式来计算出制动力,并做出显示。其结构框图如图1所示。制动油压的检测采用制动油压传感器,考虑到制动力分配前轮的比例较大,故制动油压传感器安装在前轮的制动分油管上(如果是前轮左右两轮分别直接从制动主泵引出制动分油管,则在左右分油管上个安装一个油压传感器,显示值去两者算术平均值,同时单片机控制系统又对左右油压差进行监测)。油压传感器将油压信号经过数模转换成数字信号后输入到单片机,由单片机控制LED显示。驾驶舱内显示采用LED数码管显示,可将数码管置于仪表盘,以数字形式向驾驶员反映制动油压或制动力情况。后窗显示采用LED红色警示灯矩阵,在原高位刹车灯位置布置成一列,亮灯柱高度与制动力的大小成线性正比关系。这种显示方式很直观,相比数字显示,后方驾驶员更能及时反应,而相对灯光亮度表示,避免了因白天光照干扰导致人的视觉误差。

图1 系统结构框图

 

2、硬件设计

 

 

2.1制动油压传感器

 

MD800汽车工业压力传感器,专为汽车油压监测、制动及刹车系统而设计,采用箔式应变片作为敏感元件,结合专用集成电路,在全工作温区内进行温度补偿及非线性修正,实现了全工作温区的高精度测量。外壳使用不锈钢材料。特殊的快速接头适合汽车各系统的快速安装和压力测量,具有良好的抗震性及稳定性。

 

 

2.2单片机及模数转换器

 

2.2.1单片机

 

采用目前应用广泛的AT89S52,AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造,与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。在单芯片上,拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash,使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解决方案[2]。

 

 

2.2.2模数转换器

 

油压传感器要将油压信号输入到单片机,须经过模数转换。由于系统需要对制动油压进行全时检测,对模数转换的速度有着较高的要求,为此本系统采用高速模数转换器AD9057[3]。

 

2.3 LED显示器

 

2.3.1 LED数码管显示

 

LED数码管显示器,有8只发光二极管组成。7只发光二极管排成“8”字形的7个段,另外一段构成小数点,各段标记如图2所示。控制不同组合的二极管导通,可用来显示出数字0-9、字母A-F及小数点[4]。8段正好是一个字节,数码管段码的编码需单片机数据总线的D0-D7分别和数码管的a、b、c、d、e、f、g、dp对应相连。LED数码管采用静态显示技术,显示器显示某一字符时,相应的发光二极管恒定导通或截止。显示器由接口芯片直接驱动,采用串行输出可大大节省单片机内部资源。串并转换器采用74LS164,低电平时允许10mA电流,无需添加其他驱动电路。其连接电路如图2所示。

图2 串行输出的静态显示电路

 

 

2.3.2 LED红色警示灯柱

 

采用4个LED灯组组合成灯柱,。每组8只LED红色灯。其显示方式如上述LED数码管的显示方式,每个LED灯组如同一个数码管显示器,4个LED灯组采用串行输出,串并转换器采用74LS164。LED灯组的8个LED灯分别连接于单片机P1口的8个接口,其显示编码如表2所示[5]。

 

表1 LED灯组控制编码

亮灯数

编码

0

00H

1

01H

2

03H

3

07H

4

0FH

5

1FH

6

3FH

7

7FH

8

FFH

 

 

3、软件设计

 

 

系统软件由主程序、中断子程序,数据采集与A/D转换子程序、显示子程序等组成,采用C语言编程。

 

 

3.1主程序设计

 

主程序完成硬件初始化,调用子程序和数据处理功能,其流程图如图4所示。

图3 主程序流程图

 

 

3.2 数据采集与A/D转换子程序设计

 

对相应的模拟信号进行采样和转换,并输入到主程序。

 

 

4、实验

 

 

根据该系统的工作原理将硬件系统和软件系统整合在一起,装机进行实验。在实验过程中踏板的行程分为四段,参考在长期驾驶汽车过程中,驾驶员根据不同的制动情况在制动汽车时脚上的力度来模拟实验。

 

记录的数码显示管数据及警示灯柱的高度结果来看,数码显示管上的数字与警示灯柱亮的组数都在程序控制范围内,数码显示管上的数字与警示灯柱亮的组数在程序的控制下对应关系保持一致,警示灯柱能根据读取的数据准确的工作。

 

 

5、结语

 

 

本文在原有汽车高位刹车灯的基础上开发了制动力大小警示系统,以单片机为核心的电子化元器件的应用使系统更加廉价可靠,并通过实验验证。系统结构简单,元件尺寸小,高度集成化。作为标准件应用,还可并入汽车电脑系统。因此,该制动力大小警示系统将会有很好应用前景。

    本文由中国学术网--吴编辑整理发布
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