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汽车电控主动安全系统设计

文档作者：吕彩霞高玉霞文档来源： 1．山东省小鸭集团有限责任公司 2．中北大学机电工程学院		点击数：	更新时间： 2021年05月10日
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第5期(总第174期)
2Ol2年10月
机械工程与自动化
MECHANICAL ENGINEERING ＆ AUTOMATION
No．5
()ct．
文章编号：1672—6413(2012)05～0153—02
汽车电控主动安全系统设计
吕彩霞 ，高玉霞
(1． 山东省小鸭集团有限责任公司， 山东 济南 250101；2． 中北大学机电工程学院， 山西 太原030051)
摘要：运用传感器技术、电子控制技术和控制理论，研究了基于雷达、自车传感器和单片机控制的汽车电控
主动安全系统， 并且在自动制动系统方面做了深入研究。该系统可提高汽车行驶的安全性．减少碰撞事故的
发生．提高交通运输效率。
关键词：主动安全； 自动刹车；主动避撞； 安全系统； 汽车
中图分类号：U461．91 文献标识码：A
0 引言
随着汽车拥有量的日渐增加，汽车交通事故频发，
汽车的安全性越来越受到汽车设计者、制造者和使用
者的重视。提高车辆安全性能一般有两种途径，即主
动安全措施和被动安全措施，防患于未然的主动安全
措施无疑是较好的安全措施_1]。考虑到汽车在长途行
驶时，驾驶员可能由于疲劳而产生注意力不集中或反
应迟缓现象，以至于在驾驶过程中遇到危险状况时不
能及时做出反应，导致汽车发生追尾或碰撞事故。本文
研究了一个电控主动安全制动系统，该系统综合采用探
测技术、微机控制技术对车辆行驶工况进行监测，当人的
判断出现滞后或失误时，该系统将采取相应的措施提醒
驾驶员，并对车辆进行主动控制，避免交通事故的发生。
1 系统总体设计
汽车电控主动安全系统可以通过传感器组测量车
辆的运行工况，并将测量到的信息送人系统电子控制
单元，电子控制单元根据所接收到的信息进行车辆行驶
安全判定，并向执行机构发出动作指令。执行机构根据
接收的执行信息启动相应的执行机构进行安全控制。
汽车电控主动安全系统如图1所示。在汽车的前
方装有测距传感器，用来对路况进行检测，判断汽车与
前方车辆或障碍物之间的距离；根据轮速传感器，可测
算出本车的安全报警距离、制动距离，并在必要时触发
车辆报警装置、控制制动系统工作，实施制动系统的自
动执行，同时该安全系统关闭节气门，对发动机进行断
油或减油控制。
1．1 信号采集系统
1．1．1 测距传感器
本系统使用雷达测距，雷达通过天线发射一个电
磁波，电磁波在物体上反射雷达波束，并重新被雷达接
收。雷达波测量距离是根据雷达发射信号和雷达接收
信号间的时间来计算的，在直接反射时，波程传播时间
t为测量距离d的两倍除以光速c，即t一2d／c。当测
量距离d：150 m，光速c：300 000 krn／s时，波程传
播时间t一1．0 s。
报警装置
测距传感器 一二 ⋯． 一＼～
图1 汽车电控主动安全系统示意图
1．1．2 车速传感器
车速传感器采用单脉冲开关型霍尔效应式传感器，
它采集变速箱第二轴的信号，汽车行驶时，变速箱的第
二轴每转动一周，传感器便输出一个电脉冲，将该脉冲
电压信号送给信息处理单元，便可计数出当前的车速。
1．1．3 节气门位置传感器
节气门位置传感器用来检测节气门的开度，以确
定节气门被关闭时的作用效果。
1．1．4 转向角传感器
该传感器类似一个行程开关，装在转向柱上，包括
线圈组、线圈支座和耦合器元件，该耦合器元件具有与
轴的角位置有关的耦合器角位置。线圈组包括发送器
线圈和两个接收器线圈，信号处理电路从线圈组接收
线圈信号和参考信号来确定所在角位置，以此检测车
辆是否处于弯道行驶状态以及超车状态，判断是否实
行警报提醒。
收稿日期；zO12—03—15；修回日期：2012—05—29
作者简介：吕彩霞(1971一)，女，山西应县人，工程师，本科，主要研究方向：车辆控制技术。
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· 154 · 机械工程与自动化 20i2年第5期
1．1．5 制动踏板位置传感器
该传感器用来检测车辆是否处于制动状态。当驾
驶员采取制动措施时，将脚移动到制动踏板上，当踏板
产生压力后点亮制动灯的同时，便可得到一个开关信
号，系统得到制动信息后抑制报警、停止实施自动制动。
1．1．6 路面情况选择开关
设定此开关的目的是可以为系统考虑不同的路
况，因为不同路面情况的附着系数是不一样的。工作
时由驾驶员根据当时的实际路况选择行驶模式，系统
便将当时路面附着系数代入安全行车距离计算模型进
行计算。在此可以选择4种典型路况：沥青(干)路面
附着系数为0．8～0．9，沥青(湿)路面附着系数为
0．5～0．7，土路路面附着系数为0．68，冰面路面附着
系数为0．15_2j。
1．2 信号处理系统
考虑到本系统所需实现的功能，并力求降低成本，
本系统的中央处理单元采用一个8位MCS一51，即
C8051F020系统单片机 ]。它对信息采集单元收集到
的各种信息进行分析计算，并对车辆危险或安全状态
进行实时辨识，当危险程度达到各种不同级别时分别
输出报警信号并通过车辆控制电路自动刹车。
1．3 车辆控制系统
此系统是电控主动安全系统的核心，主要由3个
子系统组成：报警系统、节气门控制系统、自动制动控
制系统。报警系统的主要部件是蜂鸣报警器，当中央
处理单元通过分析计算确定前方存在障碍物或碰撞事
故隐患时，便会启动警报，提醒驾驶员集中注意力，必
要时采取减速操作；当障碍物在危险距离内，若驾驶员
没有做出反应，则节气门控制系统关闭节气门，同时自
动制动装置开启实现自动刹车。
2 自动制动系统设计
图2为应用三位三通电磁阀和电动液压泵在一般
制动系统基础上设计的自动制动操作机构。当系统需
要自动制动时，电控单元输出电脉冲给油泵电机，三位
三通电磁阀通电，油泵开始泵油，在制动管路中建立油
压，三位三通电磁阀柱塞移至右端，油路1和油路2相
通，液压油进入轮缸实施制动；当系统要解除制动时，
油泵电磁阀断电，柱塞移至左端，油路2和油路3相通，
高压油经三通阀流回油箱；脚制动时，电控单元切断电
磁阀通入的电流，使油路1、2、3都关闭，脚制动有效 ]。
3 安全距离算法
汽车的制动距离s(m)可以采用如下公式估算：
s一 + “十 !
。
其中：“为起始制动车速，km／h；“为制动减速度，
m／s ，“一 g， 为峰值附着系数；t。为制动力克服蹄
片和制动鼓间的间隙所经历的时间，S；t。为制动器制
动力增长过程作用的时间，s。
当驾驶员开始踩踏板到踏板力逐渐增大时，由于
制动蹄是由回位弹簧拉着，蹄片与制动鼓间存在间隙，
因此要经过时间t 后，制动力才开始起作用，使汽车
产生减速度。t。是制动器制动力增长过程所需的时
间，制动器作用的时间t(￡一t + t2)一般在0．2 s～
0．9 S之间。
储能器
图2 自动制动系统示意图
4 系统控制总体流程
该系统可以根据车型设定几个判断距离，比如S
为安全报警距离，S 为强制减速距离，S。为强制制动
距离，其中S。≥s。≥ 如。程序控制流程图如图3所示。
系统工作时，不停地计算汽车与前方车辆或障碍物的
实际距离s，当实际距离S小于安全报警距离S。时，驾
驶员附近的蜂呜器开始呜叫，提醒驾驶员注意控制车
速；当实际距离5小于5。时，如果驾驶员仍没有反应，
系统开始实施强制减速，减小节气门开度，减小喷油时
间，此时，车速有下降表现；如果随着汽车与前方车辆
或障碍物的实际距离s

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