一种汽车刹车警示安全辅助系统的设计

鲁业安

（安徽机电职业技术学院，安徽芜湖241000）

一种汽车刹车警示安全辅助系统的设计

鲁业安

（安徽机电职业技术学院，安徽芜湖241000）

设计一种汽车刹车警示安全辅助系统，包括CPU模块、传感器组模块、信号处理模块、警示灯模块。本设计性能稳定、动作可靠，当汽车轮胎胎压波动或轮胎温度异常时，可控制警示报警灯点亮或闪亮，提醒其他车辆注意安全，本车可能存在爆胎隐患，及时避让，避免事故发生。

汽车刹车；警示安全；设计

在交通事故中，由于汽车刹车警告缺陷造成的交通事故占比30%～40%[1]。究其原因，一是由于前后汽车的追尾引起的事故。这种事故是由于传统的刹车警报信号不能明确警示跟进车辆司机是不是常规刹车，以至于跟进车辆不能及时采取措施，延误了制动时机，导致发生追尾事故[2]。二是由于车辆紧急刹车造成内部乘客危险性晃动，从而引起的磕碰事故。尤其是一些高速公路或车速较高的国道、省道上，车速快、车与车间距小，此时前面的车遇到情况紧急刹车，后面的车主仅靠肉眼、凭经验只要稍有不慎就会发生追尾事故。亟需设计一种具有能够对后车进行安全警示作用的刹车辅助系统，提高车辆行驶的安全性，以减少交通事故，尤其是追尾事故的发生。

1 技术设计方案

为解决上述技术问题，本设计的技术方案是这样实现的：

汽车刹车警示安全辅助系统包括CPU模块、传感器组模块、信号处理模块、警示灯模块，以及将车载电源转换为±5V直流电源为传感器组模块、信号处理模块、CPU模块和警示灯模块供电的电源模块；其中警示报警灯包括多段式灯带，CPU模块接受信号处理模块传送来的信号，经处理后输出驱动所述警示报警灯以不同方式点亮；传感器组模块包括用于监测汽车胎压的胎压监测传感器、用于监测汽车轮胎温度的温度传感器、用于监测汽车行驶速度的雷达传感器、以及用于监测脚踏板动作幅度的行程开关；信号处理模块与传感器组模块相连接并对传感器送来的信号进行处理后连接到主控芯片CPU模块上，CPU模块对外部信号进行处理后输出到警示灯模块的警示报警灯上进行显示。

信号处理模块包括信号整形电路、f∕V变换电路和高精度模拟信号隔离放大器ISOEM-A4-P1-O4；所述的信号整形电路与外部传感器信号的输入端相连接，处理后分别输入f∕V变换电路和高精度模拟信号隔离放大器ISO EM-A4-P1-O4，该运算放大器输出的电压信号经分压器后连接到A∕D转换电路的模拟信号输入端。

警示报警灯包括三段式LED灯带，呈长条状且水平设置于车辆后端，具有一段灯带单独开启、两段灯带同时开启以及三段灯带同时开启三种点亮方式。

2 实例说明

汽车刹车警示安全辅助系统如图1所示，行程开关设置于汽车制动踏板处，用于检测汽车制动踏板动作的幅度。信号处理模块根据行程开关的行程信息来传递给CPU模块信号，控制警示报警灯以相应的方式点亮，提醒其他车辆该车的刹车状况是急是缓，是大幅度深踩刹车还是轻点刹车，以便其他车辆及时做出正确判断。

需要指出的是，胎压监测传感器可以实时监测胎压状况、温度传感器可以实时监测汽车轮胎的温度信息，当汽车轮胎被轧或其它原因导致了胎压波动，或汽车轮胎温度异常时，则该胎压监测传感器和温度传感器的信号会经信号处理模块反馈给CPU模块，并控制警示报警灯点亮或闪亮，提醒其他车辆注意安全，本车可能存在爆胎隐患，及时避让，避免事故发生。

另外，电源模块还可以包括可充电式蓄电池，这样，就可以不依赖于车载电源。由于车载电源仅是针对车辆正常启动以及常规电器的设计，容量有限，因此，利用额外的可充电式蓄电池为本安全警示装置供电，可以避免过度利用车载电源造成的车辆启动困难。

雷达传感器采用多普勒雷达测速传感器。该传感器具有不受天气环境影响的特点，而且性能稳定，精度高；汽车轮速传感器选用美国帝强雷达速度传感器（DICKEY-john RVS II Radar Velocity Sensor），该速度传感器安装简单，被认为是最准确的地面测速器，可安装在测试车辆的前面、侧面或后面，标准安装高度为601mm，出厂频率设置多样化，速度误差可以控制在±（1%～3%）之间，非常精确。

CPU模块包括CPU及其外围电路，可以采用STC89C52型MCU为主控芯片，STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。另外STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器∕计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

图1 汽车刹车警示安全辅助系统结构示意图

信号处理模块包括信号整形电路、f∕V变换电路和高精度模拟信号隔离放大器ISOEM-A4-P1-O4；信号整形电路与外部传感器信号的输入端相连接，处理后分别输入给f∕V变换电路和高精度模拟信号隔离放大器ISO EM-A4-P1-O4，该运算放大器输出的电压信号经分压器后连接到A∕D转换电路的模拟信号输入端。

f∕V变换电路采用芯片AD7740，且与信号整形电路相联经f∕V变换后输入给高精度模拟信号隔离放大器ISO EM-A4-P1-O4；该放大器具有模拟信号一进二出的功能，是一种磁电隔离的混合集成电路；该放大器在同一芯片上集成了一个多隔离的DC∕DC变换电源和一组磁电耦合的模拟信号隔离放大器，它采用磁电耦合的低成本方案；该放大器的输入及输出侧宽爬电距离及内部隔离措施使该芯片可达到5000VDC绝缘电压；该放大器使用非常方便，免零点和增益调节，无需外接调节电位器等任何元件，即可实现工业现场信号的隔离转换功能。

警示报警灯包括三段式灯带，具有一段灯带单独开启、两段灯带同时开启以及三段灯带同时开启三种点亮方式。根据刹车力度的不同或者车速不同，可以设定对应的警示报警灯的点亮方式，后方车辆可以根据警示报警灯不同的点亮方式非常直观、快速地判断出该车的行驶状况，做出及时准确的反应，避免追尾等交通事故的发生。

通常，所述警示报警灯呈长条状且水平设置于车辆后端，便于后车观察。另外，所述警示报警灯可以采用LED灯带，节能，亮度高。

作为一种可选的实施方式，可以在警示报警灯上连接延时继电器，这样，通过设定延时继电器参数，在刹车后利用延时继电器保持警示报警灯持续点亮1～3秒，后车不会在本车结束刹车后第一时间立即加速，确保后车与前车保持适当的车距。

3 结论

本设计性能稳定、动作可靠、抗干扰能力强，当汽车轮胎胎压波动或轮胎温度异常时，可控制警示报警灯点亮或闪亮，提醒其他车辆注意安全，本车可能存在爆胎隐患，及时避让，避免事故发生。另外，利用延时继电器保持警示报警灯持续点亮1～3秒，后车不会在本车结束刹车后第一时间立即加速，确保后车与前车保持适当的车距。因此，本系统能够大大增加车辆行驶的安全性，有效地避免追尾事故，降低交通事故率。

[1]杨跃，李军政，陈昭君，等.基于UG的汽车安全辅助刹车系统设计与分析[J].汽车零部件，2016（06）：25-28.

[2]魏王懂.汽车防追尾预警系统安全距离模型设计探讨[J].电子技术与软件工程，2016（13）:97.

Design of Automobile Brake Warning Safety Assistant System

LU Yean
(Anhui Technical College Of Mechanical and Electrical Engineering,Wuhu 241000,China)

The design of an automobile brake warning safety assistant system,including CPU module,sensor module,signal processing module,warning lamp module,the design of stable performance,reliable action,when the tire pressure fluctuations or tire temperature is abnormal,can control the warning lights or flashes to remind other vehicles Caution!this carmay therea hidden danger,timely avoid,avoid accidents.

automobile brake;warning safety;design

郝安林）

U463.5

A

1673-2928（2018）02-0034-03

D01:10.19329/j.cnki.1673-2928.2018.02.009

2017-01-15

安徽省自然科学研究项目（KJ2016A135）。

鲁业安（1979－），男，安徽巢湖人，安徽机电职业技术学院副教授，主要研究方向：控制技术。