基于PIC16F873单片机的汽车自适应巡航控制系统的研究

孙小霞 石长华

摘  要：当前，汽车工业快速发展，随着消费者对汽车生产技术要求的不断提升，汽车的生产技术含量也成为行业研究的重点内容之一，就汽车的内部设计技术来说，巡航控制系统是其重要技术组成部分，汽车的巡航控制一般是在一定的车速范围内，在汽车遭遇外力干扰的情况下，驾驶员可以不控制加速踏板，系統借助自动调节气门开度实现对于发动机转矩的有效调节，保证汽车按照设定的车速实现恒速行驶。这一控制系统的设计对于汽车车速稳定性，提升汽车驾驶安全性以及舒适度，降低燃油消耗以及汽车排气污染等都具有重要作用，本文主要针对汽车自适应巡航控制系统进行介绍，以PIC16F873单片机的汽车自适应巡航控制系统为例，探究这一控制系统的设计和作用。

关键词：PIC16F873单片机;汽车自适应巡航控制系统;车速调节

中图分类号：TP368.12;U463.67      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）17-0042-03

Abstract：At present，with the rapid development of automobile industry，with the increasing demand of consumers for automobile production technology，the content of automobile production technology has become one of the key contents of industry research. As far as automobile interior design technology is concerned，cruise control system is an important part of automobile technology，and the cruise control of automobile is general. In a certain speed range，in the case of external force interference，the driver can not control the acceleration pedal，and the system realizes the effective adjustment of engine torque by means of automatic valve opening to ensure that the vehicle runs at a constant speed according to the set speed. The design of this control system plays an important role in vehicle speed stability，driving safety and comfort，reducing fuel consumption and exhaust pollution. This paper mainly introduces the automobile adaptive cruise control system. Taking the automobile adaptive cruise control system based on PIC16F873 as an example，the design and function of this control system are explored.

Keywords：PIC16F873 single chip computer;automobile adaptive cruise control system;speed regulation

0  引  言

目前，随着市场对于汽车需求的不断增大，汽车市场的竞争正在不断增大，相关汽车企业要想在竞争中占据优势，赢得更多的市场份额，强化汽车生产技术和改善性能是关键，而汽车自适应巡航控制系统对于驾驶的积极作用是十分显著的，因此也成为消费者在购车中需要考虑的重要问题，目前，针对汽车驾驶自适应巡航控制系统的技术研究正在不断发展中，整体的研究已经取得一定进展，对于提升汽车自适应巡航控制系统的效能具有重要意义。

1  基于PIC16F873单片机的汽车自适应巡航控制系统及组成

1.1  系统简介

汽车巡航控制系统主要是一种驾驶中的汽车控制技术，又可以称为巡航行驶装置、速度控制系统或自动驾驶系统。这是新时期汽车的重要装置之一，这一控制技术主要借助的是电子技术来实现对于汽车行驶速度的调节和控制，这样就能确保汽车在设定车速行驶中的车速控制。汽车巡航控制系统在具体的应用中，要想获得相应的速度，还需要进行开关的调控，让驾驶人员在不进行油门踩踏调整的情况下也能实现车速的有效控制。通过设定的车速来实现定速行驶。

安装汽车巡航控制系统，能够让汽车在高速公路长时间行驶中，驾驶员不用长时间对加速踏板进行踩压，避免长时间的脚保持同一动作造成的脚发麻和抽筋，让驾驶员的脚能够得到休息，实现定速行驶。在这种行驶过程中，驾驶员对于加速踏板以及制动踏板的踩放次数明显减少，所以也能够减少汽车的行驶油耗，具体的行车经济性能够获得提升。就汽车巡航控制系统的应用来看，其优点还体现在风力和道路坡度的行驶状况下，引起汽车行驶阻力变化的因素即使不断变化，但是汽车在定速行驶中，在发动机允许的功率范围内，都是能够保证横竖行驶的，车速不会发生变化。这样驾驶员在驾驶中的舒适度就能不断提升，这一装置的使用还能够确保汽车燃油供给和发动机功率间的配合达到理想状态，对于降低汽车油耗，减少汽车尾气排放等都有积极作用，此外，汽车巡航控制系统的应用，还能确保基本功能和故障保险功能。

1.2  系统的结构和各部分的工作原理

就汽车巡航控制系统的结构和相关部位的工作原理来看，主要集中在以下几个方面：

第一，巡航控制ECU。这一控制结构主要功能是接收系统所有传感器传递的信号，通过对于信号的计算、加工和处理等，向系统执行器发布相关指令，对于执行器的具体动作进行控制。

第二，主控开关。这一开关的主要形式有多种，但是常用的是杆式开关，主控开关主要是安装在转向柱上的，这样驾驶员接触起来比较方便，也有一些车系将主控开关安装在汽车方向盘上，一般开关上会设置三个档位，即减速/设置、取消、恢复/加速，在车辆驾驶中，在车速超过40km/h的情况下，按一下设置按钮，车辆就会对于当前的车速进行记忆并且保持这一速度进行恒速行驶，再需要改变车速时，驾驶员按一下取消按钮，即可以踩踏加速板来控制车速，这时的恒速行驶得以取消，在恒速行驶的过程中，汽车还可以通过按加速或减速键来重新设定恒速的车速，达到对于巡航控制的目标。

第三，空档启动开关。这一开关主要是在巡航控制ECU传送空档信号的情况下，以保证汽车立即退出巡航控制模式。

第四，制动开关。在进行巡航控制系统应用的过程中，汽车遇到前方有突发情况时，需要进行制动，这时需要及时退出巡航控制系统，所以在驾驶员踩下制动踏板的时候，及提示要退出巡航控制系统。

第五，车速传感器。这一装置主要安装在变速器输出轴位置，主要考虑到在汽车驾驶中的实际车速和变速器输出轴转速呈正比关系，而车速传感器有多种形式，包括磁感应式、霍尔式、光电式等多种结构，在一般的使用中更多使用的是磁感应式。

2  基于PIC16F873单片机的汽车自适应巡航控制系统设计原理

单片机控制步进电机具有功能灵活多样，脉冲输出准确，实时性强等特点，通过软件设计可以实现各种复杂的控制，其系统成本较低。本文设计了基于PIC16F873单片机的步进电机控制系统，提出一种升降速曲线的优化方法，采用硬件、软件抗干扰技术措施。可以通过键盘输入数据与指令，并能通过旋钮方便地实现电机的连续调速，实时设置与显示步进电机的工作方式。系统功能原理示意图如图1所示。

在该系统中由单片机直接输出电机的各相控制脉冲序列，光耦进行必要的光电隔离，采用分立元件构成功率MOSFET管驱动电路，带动电机转动。键盘接口与LED显示功能由具有SPI串行接口功能的ZLG7289实现。既可使用按键输入的方式精确设置电机的工作方式与转速，也可以通过调速旋钮实现电机转速的连续调节，还能通过上位微机实现对电机工作方式的调整与控制。

3  汽车巡航控制的发展方向

上个世纪七十年代，汽车巡航控制主要应用于高级汽车的配置中，而到了八十年代中后期，随着微处理器在汽车方面的广泛应用，高速公路建设快速发展，使得整体的技术应用和研究不断趋于完善，到上世纪末，这一控制系统技术已经发展得比较完善了，相关的系统电路集成化水平也在不断提升。在相应的汽车巡航控制系统中，控制模块体积精巧，多路传输系统也不断完善，自检系统的准确性也在不断提升。但是将这一控制系统应用到普通家用汽车中，还存在一定难度的。虽然系统多用模块控制，但是总体的应用成本比较高，且有一定的限速，所以，整体的技术应用成本较高。

随着现代汽车生产技术和交通线路的发展，智能交通系统逐渐出现，而这一时期，汽车的巡航控制系统应用的普及成为可能，也成为一种大众化的需要。其中的汽车巡航控制系统也逐渐发展成自使用巡航控制系统，且进一步采用集中微处理器的控制方式，对于降低系统成本也具有重要作用。这一汽车自动巡航控制系统和车辆前向撞击报警系统的结合使用，既体现了自动巡航功能，也能够实现车辆的前方防撞效果，驾驶员在驾驶中可以通过在仪表盘上进行人机交互启动以及退出汽车自适应巡航系统。在这一系统中，需要设定相应汽车巡航状态下的车速以及前方车辆间安全距离，并将系统自动设成默认值，但是要确保设定的安全距离不能低于设定车速下交通法规规定的距离。

汽车自适应巡航控制系统的应用趋势具体集中在以下几个方面：

第一，技术的集成化对于降低整体成本有利，还能够强化相关系统之间的联系，充分利用各种车辆信息，提升系统的稳定性和可靠性，汽车自适应巡航控制系统的应用还能够和其他系统相结合，提升整体的汽车使用控制的自动化水平。

第二，在这一控制系统的技术研发中，走停控制针对的高速公路行驶车辆设计也在进一步开展中，但是对于一些城市内的汽车行驶是不适用的，这种控制技术研究的是对于现阶段车速快、车距近的行驶情况，做出的一种功能扩展，因此需要有更理想的近距离探测能力、有效的信号处理能力以及系统的快速反應能力，同时，汽车的自动起步功能也能够实现，这一技术在研发应用后，驾驶员将更加轻松，只需要进行方向控制即可。

第三，汽车自适应巡航控制系统目前还在积极探索和汽车电控系统的融合应用，致力于推动汽车智能电子控制发展目标的实现。

4  结  论

基于PIC16F873单片机的汽车自适应巡航控制系统在汽车行驶中的车速控制上能够发挥较好的控制效果，对于提升整体的行车智能化意义重大，研究这一汽车自适应巡航控制系统，对于推动汽车的智能化发展具有重要意义。

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作者简介：孙小霞（1980.06-），女，汉族，山东寿光人，讲师，硕士研究生，研究方向：电子通信;石长华（1965.01-），

男，汉族，安徽东至人，教授，硕士，研究方向：自动控制、智能仪表。