魯業(yè)安

（安徽機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽蕪湖241000）

一種汽車剎車警示安全輔助系統(tǒng)的設(shè)計

魯業(yè)安

（安徽機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽蕪湖241000）

設(shè)計一種汽車剎車警示安全輔助系統(tǒng)，包括CPU模塊、傳感器組模塊、信號處理模塊、警示燈模塊。本設(shè)計性能穩(wěn)定、動作可靠，當(dāng)汽車輪胎胎壓波動或輪胎溫度異常時，可控制警示報警燈點亮或閃亮，提醒其他車輛注意安全，本車可能存在爆胎隱患，及時避讓，避免事故發(fā)生。

汽車剎車；警示安全；設(shè)計

在交通事故中，由于汽車剎車警告缺陷造成的交通事故占比30%～40%[1]。究其原因，一是由于前后汽車的追尾引起的事故。這種事故是由于傳統(tǒng)的剎車警報信號不能明確警示跟進車輛司機是不是常規(guī)剎車，以至于跟進車輛不能及時采取措施，延誤了制動時機，導(dǎo)致發(fā)生追尾事故[2]。二是由于車輛緊急剎車造成內(nèi)部乘客危險性晃動，從而引起的磕碰事故。尤其是一些高速公路或車速較高的國道、省道上，車速快、車與車間距小，此時前面的車遇到情況緊急剎車，后面的車主僅靠肉眼、憑經(jīng)驗只要稍有不慎就會發(fā)生追尾事故。亟需設(shè)計一種具有能夠?qū)筌囘M行安全警示作用的剎車輔助系統(tǒng)，提高車輛行駛的安全性，以減少交通事故，尤其是追尾事故的發(fā)生。

1 技術(shù)設(shè)計方案

為解決上述技術(shù)問題，本設(shè)計的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

汽車剎車警示安全輔助系統(tǒng)包括CPU模塊、傳感器組模塊、信號處理模塊、警示燈模塊，以及將車載電源轉(zhuǎn)換為±5V直流電源為傳感器組模塊、信號處理模塊、CPU模塊和警示燈模塊供電的電源模塊；其中警示報警燈包括多段式燈帶，CPU模塊接受信號處理模塊傳送來的信號，經(jīng)處理后輸出驅(qū)動所述警示報警燈以不同方式點亮；傳感器組模塊包括用于監(jiān)測汽車胎壓的胎壓監(jiān)測傳感器、用于監(jiān)測汽車輪胎溫度的溫度傳感器、用于監(jiān)測汽車行駛速度的雷達傳感器、以及用于監(jiān)測腳踏板動作幅度的行程開關(guān)；信號處理模塊與傳感器組模塊相連接并對傳感器送來的信號進行處理后連接到主控芯片CPU模塊上，CPU模塊對外部信號進行處理后輸出到警示燈模塊的警示報警燈上進行顯示。

信號處理模塊包括信號整形電路、f∕V變換電路和高精度模擬信號隔離放大器ISOEM-A4-P1-O4；所述的信號整形電路與外部傳感器信號的輸入端相連接，處理后分別輸入f∕V變換電路和高精度模擬信號隔離放大器ISO EM-A4-P1-O4，該運算放大器輸出的電壓信號經(jīng)分壓器后連接到A∕D轉(zhuǎn)換電路的模擬信號輸入端。

警示報警燈包括三段式LED燈帶，呈長條狀且水平設(shè)置于車輛后端，具有一段燈帶單獨開啟、兩段燈帶同時開啟以及三段燈帶同時開啟三種點亮方式。

2 實例說明

汽車剎車警示安全輔助系統(tǒng)如圖1所示，行程開關(guān)設(shè)置于汽車制動踏板處，用于檢測汽車制動踏板動作的幅度。信號處理模塊根據(jù)行程開關(guān)的行程信息來傳遞給CPU模塊信號，控制警示報警燈以相應(yīng)的方式點亮，提醒其他車輛該車的剎車狀況是急是緩，是大幅度深踩剎車還是輕點剎車，以便其他車輛及時做出正確判斷。

需要指出的是，胎壓監(jiān)測傳感器可以實時監(jiān)測胎壓狀況、溫度傳感器可以實時監(jiān)測汽車輪胎的溫度信息，當(dāng)汽車輪胎被軋或其它原因?qū)е铝颂翰▌?，或汽車輪胎溫度異常時，則該胎壓監(jiān)測傳感器和溫度傳感器的信號會經(jīng)信號處理模塊反饋給CPU模塊，并控制警示報警燈點亮或閃亮，提醒其他車輛注意安全，本車可能存在爆胎隱患，及時避讓，避免事故發(fā)生。

另外，電源模塊還可以包括可充電式蓄電池，這樣，就可以不依賴于車載電源。由于車載電源僅是針對車輛正常啟動以及常規(guī)電器的設(shè)計，容量有限，因此，利用額外的可充電式蓄電池為本安全警示裝置供電，可以避免過度利用車載電源造成的車輛啟動困難。

雷達傳感器采用多普勒雷達測速傳感器。該傳感器具有不受天氣環(huán)境影響的特點，而且性能穩(wěn)定，精度高；汽車輪速傳感器選用美國帝強雷達速度傳感器（DICKEY-john RVS II Radar Velocity Sensor），該速度傳感器安裝簡單，被認(rèn)為是最準(zhǔn)確的地面測速器，可安裝在測試車輛的前面、側(cè)面或后面，標(biāo)準(zhǔn)安裝高度為601mm，出廠頻率設(shè)置多樣化，速度誤差可以控制在±（1%～3%）之間，非常精確。

CPU模塊包括CPU及其外圍電路，可以采用STC89C52型MCU為主控芯片，STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K系統(tǒng)可編程Flash存儲器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。另外STC89C52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器∕計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。

圖1 汽車剎車警示安全輔助系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

信號處理模塊包括信號整形電路、f∕V變換電路和高精度模擬信號隔離放大器ISOEM-A4-P1-O4；信號整形電路與外部傳感器信號的輸入端相連接，處理后分別輸入給f∕V變換電路和高精度模擬信號隔離放大器ISO EM-A4-P1-O4，該運算放大器輸出的電壓信號經(jīng)分壓器后連接到A∕D轉(zhuǎn)換電路的模擬信號輸入端。

f∕V變換電路采用芯片AD7740，且與信號整形電路相聯(lián)經(jīng)f∕V變換后輸入給高精度模擬信號隔離放大器ISO EM-A4-P1-O4；該放大器具有模擬信號一進二出的功能，是一種磁電隔離的混合集成電路；該放大器在同一芯片上集成了一個多隔離的DC∕DC變換電源和一組磁電耦合的模擬信號隔離放大器，它采用磁電耦合的低成本方案；該放大器的輸入及輸出側(cè)寬爬電距離及內(nèi)部隔離措施使該芯片可達到5000VDC絕緣電壓；該放大器使用非常方便，免零點和增益調(diào)節(jié)，無需外接調(diào)節(jié)電位器等任何元件，即可實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場信號的隔離轉(zhuǎn)換功能。

警示報警燈包括三段式燈帶，具有一段燈帶單獨開啟、兩段燈帶同時開啟以及三段燈帶同時開啟三種點亮方式。根據(jù)剎車力度的不同或者車速不同，可以設(shè)定對應(yīng)的警示報警燈的點亮方式，后方車輛可以根據(jù)警示報警燈不同的點亮方式非常直觀、快速地判斷出該車的行駛狀況，做出及時準(zhǔn)確的反應(yīng)，避免追尾等交通事故的發(fā)生。

通常，所述警示報警燈呈長條狀且水平設(shè)置于車輛后端，便于后車觀察。另外，所述警示報警燈可以采用LED燈帶，節(jié)能，亮度高。

作為一種可選的實施方式，可以在警示報警燈上連接延時繼電器，這樣，通過設(shè)定延時繼電器參數(shù)，在剎車后利用延時繼電器保持警示報警燈持續(xù)點亮1～3秒，后車不會在本車結(jié)束剎車后第一時間立即加速，確保后車與前車保持適當(dāng)?shù)能嚲唷?/p>

3 結(jié)論

本設(shè)計性能穩(wěn)定、動作可靠、抗干擾能力強，當(dāng)汽車輪胎胎壓波動或輪胎溫度異常時，可控制警示報警燈點亮或閃亮，提醒其他車輛注意安全，本車可能存在爆胎隱患，及時避讓，避免事故發(fā)生。另外，利用延時繼電器保持警示報警燈持續(xù)點亮1～3秒，后車不會在本車結(jié)束剎車后第一時間立即加速，確保后車與前車保持適當(dāng)?shù)能嚲?。因此，本系統(tǒng)能夠大大增加車輛行駛的安全性，有效地避免追尾事故，降低交通事故率。

[1]楊躍，李軍政，陳昭君，等.基于UG的汽車安全輔助剎車系統(tǒng)設(shè)計與分析[J].汽車零部件，2016（06）：25-28.

[2]魏王懂.汽車防追尾預(yù)警系統(tǒng)安全距離模型設(shè)計探討[J].電子技術(shù)與軟件工程，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

安徽省自然科學(xué)研究項目（KJ2016A135）。

魯業(yè)安（1979－），男，安徽巢湖人，安徽機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授，主要研究方向：控制技術(shù)。