车用急松油门预警及制动车门上锁装置的设计

2012-08-26蒋运劲刘存香张尔利

制造业自动化 2012年1期

蒋运劲，刘存香,2，张尔利，李燕

JIANG Yun-jing1, LIU Cun-xiang1,2, ZHANG Er-li1，LI Yan1

(1.广西交通职业技术学院汽车工程系，南宁 530023；2.江苏大学汽车与交通工程学院，镇江 212013)

1 概述

汽车追尾是高速公路上常发生的交通事故，其重要原因是遇到意外情况时不能立即停车。研究发现，交通事故百分之七十左右来自于汽车追尾，轻则车辆受损重则伤及生命，汽车追尾事故是在不知不觉中就发生的。驾驶员从看到情况到踩刹车需要一段时间，在反应时间内汽车要保持原速前进一段距离，从踩刹车到车停止，汽车还要前行一段距离，如果车速过快且车距较近，则将发生汽车追尾。研究人员同时发现，如果驾驶员的反应时间能够缩短0.4s～0.6s，则大大降低追尾事故的发生。

此外，在城市道路中行驶的汽车，部分驾驶员因疏忽而未给车门上锁。在车辆停止时，一些不法分子趁驾驶员不备，打开后备箱或后排车门盗取财物，造成严重的财产损失及恶劣的社会影响。虽然目前一些高档位轿车安装有车门自动上锁装置，然而对于主流的中低档车，车门自动上锁装置还不是标配部件。

在防车辆追尾方面，北京天益富强科技发展有限公司生产的智能防追尾警示仪“瑞普VTV汽车防追尾提前警示系统”，能降低前后车刹车的时间差，防止或避免汽车追尾事故的发生，它通过提前警示后车注意，把事故控制在萌芽中。

北京得贝兴车辆安全科技公司研制的“汽车防追尾仪”，具有安全距离警告功能，给司机提供“一种监督和纠正后车安全距离违章的手段”，实现车与车、司机与司机面对面的沟通与监督[1]。

在车门上锁装置的研发方面，国外一些高档轿车配置有车速感应式车门自动上锁装置。该装置装有一个车速为10km/h的感应开关，当车速大于10km/h时，若车门未上锁，驾驶员不需动手，门锁控制器自动将门上锁。

国内，广州创希电器科技有限公司生产的“GSM汽车防盗器”，能实现开车时踩刹车，车门自动上锁，拔车匙自动开锁功能[2]。

然而，防车辆追尾装置及制动车门上锁装置均同属于车辆制动系统，但目前均为发现任何有关能同时实现二者功能的集成系统。此外，无论是防车辆追尾装置还是制动车门上锁装置，其结构均较复杂，价格也较高，不利于产品的全面推广。

2 系统工作原理

车用急松油门预警及制动车门上锁装置提供一种可实现驾驶员急松油门时，制动灯（包括高位制动灯）亮，提前警示后车注意；在制动踏板踩下时，中控锁将上锁，防止车内物品被盗的急松油门预警及制动车门上锁装置。

2.1 系统的组成结构及工作原理

车用急松油门预警及制动车门上锁装置主要由电子控制单元、位移传感器等组成。电子控制单元由模数转换电路、嵌入式系统、两个继电器及一个场效应管组成。

如图1所示为急松油门预警及制动车门上锁装置简图，主要由电子控制单元、位移传感器等组成。该装置能在驾驶员急松油门时，使制动灯（包括高位制动灯）亮，从而提示后面车辆驾驶员减速；此外，在制动踏板踩下时，中控锁将上锁，避免了因车辆慢行或停止而导致后排座椅或行李箱物品被盗。其结构布置特征为：在汽车脚垫1上安装位移传感器5，位移传感器5上的位移传感器活动触头4与油门踏板2接触，当油门踏板2未被驾驶员踩下时，位移传感器5向电子控制单元6的1号端子输入信号为0伏。当驾驶员踩下油门踏板2后，电子控制单元6的1号端子输入信号逐渐增大；若某时刻，驾驶员发现前方出现危险情况而急松油门，则电子控制单元6的1号端子输入信号将迅速减小，电子控制单元6通过采集其信号减小的速率是否大于门限值以控制制动灯7亮灭。在汽车行驶过程中，驾驶员踩下制动踏板而使制动灯开关8接通，则该信号将通过电子控制单元6的5号端子进入到电子控制单元6内部，在接收到该信号后，电子控制单元6将由4号端子输出控制信号，使中控锁电机10通电，车门上锁。

图1 急松油门预警及制动车门上锁装置简图

2.2 电子控制单元电路设计

如图2所示，油门踏板减速度信号从电子控制单元6的1号端子输入，经过模数转换电路后，信号输入到嵌入式系统，嵌入式系统对0.1s内的信号电压变化率进行判断，若发现电压变化率大于门限值，则将输出信号至放大电路，经放大后的信号使K2继电器内的线圈通电，从而使K2常开触点闭合，蓄电池正极输出电流经控制单元6的3号端子→K2常开触点→电子控制单元6的2号端子→制动灯7→搭铁→蓄电池负极，制动灯亮。

当驾驶员踩下制动踏板时，制动灯开关8接通，该信号将通过电子控制单元6的5号端子进入到嵌入式系统中，嵌入式系统在得到信号后，将输出信号至场效应管Q1的栅极，使其源极与漏极导通，使K1继电器内的线圈通电，蓄电池正极输出电流经K1常开触点→电子控制单元6的4号端子→中控锁电机10→搭铁→蓄电池负极，中控锁上锁。

图2 电子控制单元原理图

2.3 系统的控制流程

如图3所示，当点火开关打到ON档后，电子控制单元6将程序初始化，并不断采集由模数转换电路输入的信号，经计算判断油门踏板减速度是否大于门限值，若不大于则继续采集；若大于门限值，则控制制动灯亮3s。此后，监测制动灯开关信号是否出现，若未出现，则继续采集模数转换电路输入的信号；若制动灯开关信号出现，则输出中控锁制动信号，使中控锁上锁。

图3 电子控制单元控制框图

3 实车试验分析

在装置研制完成后，在天津夏利轿车上进行了实验。该轿车为油门拉锁式节气门，选择位移传感器型号为： DA—10直流位移传感器，量程为0～10mm，输出电压为零伏到5伏。

根据中华人民共和国机械行业标准JB/T 9256—1999以及现行的线位移、线速度传感器的校准方法进行校准后，得到传感器位移—电压的回归方程为：

y = 0.503x + 0.0046

式中：y—传感器输出电压，V；x—传感器活动触头位移量，mm。

传感器示值线形度为：

其中：δmax为最大误差；δ1为示值线性度；UN为传感器输出电压平均值。

利用数据采集卡采集电子电子控制单元1、2、4、5号端子的波形，结果如图4所示。

图4 电子控制单元端口波形图

从图4可知，当汽车以一定速度行驶时，某时刻驾驶员松开油门踏板，从1号线开始，车辆行驶速度迅速下降，电子控制单元1号端子输出信号迅速上升，电子控制单元从1号线到2号线间采集到油门踏板减速度大于门限值后，控制2号端子连续输出三个脉冲信号，使制动灯亮3秒（程序设置为制动灯闪烁三次，每次一秒）；而当汽车起动后，踩下制动踏板时，示波器显示出5号端子出现有制动开关信号，当信号达到3号线的高电平位置时，电子控制单元控制4号端子输出为高，中控锁电机通电，从而使车门上锁。

试验结果与预期设置一致。此外，将该装置运用于santana2000车型上，也得到了预期的效果。