大學(xué)生科技創(chuàng)新項目-電車車身安全系統(tǒng)研究報告(編輯修改稿)
2025-05-20 00:24 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 （1022，1386），若超出此范圍，則判斷車輛正在轉(zhuǎn)向。該部分流程圖見圖31。下面將以車輛后退狀態(tài)的算法流程為例，對其中具體的判斷和決策方法進(jìn)行解釋。 控制算法分析沿著圖31的流程，當(dāng)判斷出車輛處于后退直行狀態(tài)時，如圖32，接著判斷車身是否處于微轉(zhuǎn)向狀態(tài)，即判斷PWD是否處于區(qū)間（1022，1265）內(nèi)，若是則車身正向左微轉(zhuǎn)向，否則為向右微轉(zhuǎn)向。微轉(zhuǎn)向狀態(tài)下要保證車身安全，就要在車身向左（右）微轉(zhuǎn)向時判斷車身距左（右）側(cè)障礙物距離大小是否小于設(shè)定的安全距離，因此，在向右微轉(zhuǎn)向狀態(tài)下，要判斷車身3號傳感器測得的距離d3（單位：cm）是否小于5（安全距離），若是則安全系統(tǒng)啟動干涉操作，即通過將EKEY_W置零來切換無刷電機(jī)的控制信號，接著MCU便將其輸出的無刷電機(jī)控制信號脈寬相對于上一刻的PWW減小50（us），也就是執(zhí)行了直行減速的操作。如此，若d3仍小于5，則仍執(zhí)行該減速操作，直至檢測到駕駛者產(chǎn)生的控制信號有減小這種危害的趨勢時，才將駕駛權(quán)交給駕駛者。另一方面，為消除直行方向上障礙物可能產(chǎn)生的威脅，就要判斷車速與直行方向上車輛與障礙物距離的比值是否大于某一安全系數(shù)。因此，該部分流程中要判斷v/（安全系數(shù)），若是則表明車身較危險，安全系統(tǒng)應(yīng)輔助操作，MCU將啟動無刷電機(jī)信號繼電器，接著將其產(chǎn)生的無刷電機(jī)控制信號脈寬相對于上一刻的PWW減小一個與d5成反比的數(shù)值，作為一次減速的程度。若MCU在執(zhí)行過程中檢測到駕駛者產(chǎn)生的控制信號有減小這種危害的趨勢，則將駕駛權(quán)交給駕駛者，即將EKEY_W置為1（常閉狀態(tài)）。若MCU未檢測到駕駛者產(chǎn)生的控制信號有減小這種危害的趨勢，則在每個流程執(zhí)行周期內(nèi)都將執(zhí)行該部分的減速程序，直至不滿足v/d5，也即車速已降低到安全速度內(nèi)。當(dāng)車輛處于后退轉(zhuǎn)彎狀態(tài)時，一方面要測量PWD是否處于區(qū)間（1386，1630）內(nèi)，即判斷車輛是否正在右轉(zhuǎn)，若是則判斷d3是否小于5，即判斷車身右側(cè)與障礙物之間的距離是否小于安全距離；若不是則判斷d7是否小于5，即判斷車身左側(cè)與障礙物之間的距離是否小于安全距離。若d3小于安全距離，MCU將啟動無刷電機(jī)信號切換繼電器，并將輸出的MPWM1相對于PWW減小一定值，若此條件成立，將不斷執(zhí)行該部分減速操作。若d7小于安全距離，MCU則執(zhí)行上述相同的操作。另一方面，系統(tǒng)同樣要判斷車速v與d5的比值是否小于安全系數(shù)，若是則將無刷電機(jī)控制信號切換到MCU控制器，然后將其產(chǎn)生的控制信號脈寬相對于上一刻的PWW減小一個與d5成反比的數(shù)值，即此刻d5值越小則車身更危險，減速的幅度應(yīng)更大。至此，本項目已完成對車身處于后退狀態(tài)下的控制算法流程的分析，流程圖見圖32和圖33，后面將根據(jù)算法流程來編程。 本章小結(jié)本章經(jīng)過對車身安全系統(tǒng)的控制流程的基本原則的解釋，進(jìn)一步引入了控制算法的流程，并對其中的簡寫標(biāo)志的含義進(jìn)行了解釋。經(jīng)過對控制算法流程圖的分析，我們清楚了流程中算法對數(shù)據(jù)流的處理過程，但是流程中算法的結(jié)構(gòu)仍不夠完善，其中的結(jié)構(gòu)參數(shù)可能仍需經(jīng)過實際情況的檢驗和糾正，才能滿足對系統(tǒng)的實際要求。第4章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 系統(tǒng)硬件選擇經(jīng)過上述研究過程的分析，我們可最初確定出車身安全系統(tǒng)的整個控制系統(tǒng)的硬件的組成，即至少要包含微型計算機(jī)（MCU），測距傳感器，測速傳感器和兩路繼電器模塊，以及其他必要的組成元件。下面將介紹本項研究對主要組成元件和傳感器的選擇和實現(xiàn)特定功能的電路的設(shè)計過程，主要是控制系統(tǒng)的MCU型號的選擇，測距傳感器和測速傳感器的選擇，以及駕駛者控制系統(tǒng)的兩路電機(jī)控制型號脈寬測量電路的設(shè)計。 MCU的選擇控制系統(tǒng)的微型計算機(jī)的性能和速度應(yīng)該滿足功能要求，即MCU要能盡可能快速地讀取測距傳感器和測速傳感器的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)共包括九個傳感器，要能讀取所有傳感器的數(shù)據(jù)，則MCU需要一次捕獲9路PWM脈寬。同時，控制信號反饋電路要讀取到駕駛者控制系統(tǒng)產(chǎn)生的兩路電機(jī)PWM信號，也需要測量這兩路PWM信號的脈寬，因此一次測量周期內(nèi)需要測量11路信號。如果觸發(fā)輔助控制機(jī)制，則控制系統(tǒng)還需要產(chǎn)生兩路PWM信號來控制電機(jī)。因此要根據(jù)這些具體的性能需求來選擇MCU。當(dāng)今常用的高性能微型處理器主要有STC增強(qiáng)型單片機(jī)（STC15W系列），AVR單片機(jī)（Xmega AVR）以及ARM系列的stm32單片機(jī)（M3系列）。下面將通過片內(nèi)有效資源的對比分析來選擇適合本項目的MCU。STC系列單片機(jī)以STC15W4K32S4型號為例，該型號單片機(jī)含5各16位定時器，因此可片內(nèi)輸出5路PWM信號，含3各PCA比較/捕獲寄存器，因此可捕獲3路外部PWM信號，顯然，該型號單片機(jī)不滿足一次捕獲9路PWM脈寬的需求。Xmega系列AVR最多輸出4路PWM信號，即OC0和OC2兩路8位的PWM分別由定時器0和定時器2控制輸出，OC1A和OC1B兩路16位的PWM由定時器1控制輸出。當(dāng)被用于對外部PWM信號脈寬計數(shù)時，每路信號要占用一個定時器，則不能滿足對高達(dá)11路信號脈寬計數(shù)的要求。以stm32單片機(jī)中的f103系列的型號為例，其中的stm32f103zet6擁有8個16位定時器，其中有6個定時器每一個可同時輸出最多4路PWM信號，或輪流捕獲4路PWM信號，顯然滿足本項目功能需求。而該型號單片機(jī)配置較高，片內(nèi)資源利用率低且成本較高，而同系列的stm32f103c8t6芯片內(nèi)可用的定時器為TIM14，也可滿足項目需求，例如可用其中的3個定時器對11路PWM脈寬計數(shù)，剩余的一個輸出兩路電機(jī)的控制信號。將常用單片機(jī)片內(nèi)有效資源與功能需求對比，最終選擇stm32f103c8t6單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制芯片。 測距傳感器的選擇以模型車為平臺的實驗系統(tǒng)需要測距傳感器能對車身某方向障礙物全面探測，且最低測距能力要達(dá)到5米左右。而考慮到實際汽車車身尺寸，慣性和剎車能力等方面的問題，應(yīng)用于實際車身安全系統(tǒng)的測距傳感器測距能力更要達(dá)到車速（m/s），以電動汽車最高車速為30m/s為例，車身前端測距傳感器要能探測到45米范圍內(nèi)的障礙物。測距傳感器按照原理有激光測距傳感器，紅外傳感器，超聲波測距傳感器等。下面根據(jù)各種測距傳感器的
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