艾衛(wèi)東1，苗勇2

（1.河南省工業(yè)科技學(xué)校，河南 新鄉(xiāng) 453000；2.苗勇精工汽車修理有限公司，河南 新鄉(xiāng) 453000）

前言

目前車輛進(jìn)入千家萬(wàn)戶，新手駕駛員和女性駕駛員越來(lái)越多，由于駕駛的熟練度不夠，他們?cè)隈{駛車輛時(shí)表現(xiàn)出比較緊張的心理狀態(tài)；根據(jù)加拿大著名學(xué)者塞里（Hans Selye）最早提出系統(tǒng)的應(yīng)激學(xué)說(shuō)，人在緊張的狀態(tài)下駕駛車輛，在車輛的前方突然出現(xiàn)緊急情況時(shí)，他們的心理狀態(tài)從緊張變?yōu)榛艔?，由于慌張?huì)產(chǎn)生誤操作，有可能把油門當(dāng)做剎車使用；此時(shí)他們因?yàn)榛艔?，把油門當(dāng)做剎車的誤操作后的心理狀態(tài)，促使他們的心理狀態(tài)從慌張變?yōu)轶@慌，由于驚慌引起人心理的本能反應(yīng)，他們的手會(huì)在方向盤上作出毫無(wú)意義的動(dòng)作，這反而會(huì)造成更有害的行為，釀成了不該發(fā)生的悲慘事故。為此，筆者設(shè)計(jì)了一套安裝在方向盤上、副駕駛上及后排座扶手上，易于手動(dòng)操作的避險(xiǎn)按鈕，在駕駛員緊張的心理狀態(tài)下多了避險(xiǎn)的心理準(zhǔn)備；一旦駕駛的過程中出現(xiàn)緊急情況，他們心理狀態(tài)由緊張變?yōu)榛艔?，也可以使車輛在最短的距離停下來(lái)，避免了駕駛員從慌張的心理狀態(tài)變?yōu)轶@慌的心理狀態(tài)，釀成不該發(fā)生的事故；次系統(tǒng)不但駕駛員易于操作，而且坐在后排座和副駕上乘客也易于操作。

1 避險(xiǎn)制動(dòng)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

AT89S51控制的避險(xiǎn)制動(dòng)系統(tǒng)總體框圖如圖1所示，系統(tǒng)由兩個(gè)子系統(tǒng)組成，一是以單片機(jī)AT89S51為核心電控系統(tǒng)，它主要包括液壓信號(hào)檢測(cè)、緊急避險(xiǎn)信號(hào)輸入、復(fù)位信號(hào)輸入、液壓過低報(bào)警、避險(xiǎn)時(shí)信號(hào)輸出；二是以液壓儲(chǔ)能器為核心的高壓加壓裝置、液壓管路、電磁閥們?yōu)橹鞯谋茈U(xiǎn)制動(dòng)液壓系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的管路及線路在箱體外，核心部件集中安裝一個(gè)箱體內(nèi)，放在副駕駛室腳窩出，易于拆裝和復(fù)位。 電控系統(tǒng)通過液壓系統(tǒng)、駕駛員或乘坐人員的動(dòng)作產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行分析、判斷后，發(fā)出信號(hào)控制液壓系統(tǒng)的四個(gè)電磁閥和發(fā)動(dòng)機(jī)的供油電路（或電動(dòng)汽車的高壓供電電路），在使汽車動(dòng)力系統(tǒng)停止后快速制動(dòng)，避免事故發(fā)生。

圖1 避險(xiǎn)制動(dòng)系統(tǒng)框圖

1.1 系統(tǒng)的主要硬件——液壓系統(tǒng)介紹

液壓系統(tǒng)組成的框圖見圖2所示，由手動(dòng)液壓泵、液壓儲(chǔ)能器、液壓壓力開關(guān)、兩位兩通電磁閥（常閉）、兩位兩通電磁閥（常開）及各種管接頭組成。手動(dòng)液壓泵最大輸出壓力為 70MPa，儲(chǔ)油量 0.9升，尺寸為 700×200×70.重量為17Kg；液壓儲(chǔ)能器容積1升，儲(chǔ)能最大壓力31.5MPa，重量3.5Kg；根據(jù) ZB/T T 24008-1990 汽車液壓制動(dòng)主缸技術(shù)條件，制動(dòng)主缸提供 7.3MPa的液壓壓強(qiáng)；手動(dòng)液壓泵與液壓儲(chǔ)能器能滿足制動(dòng)總泵提供的液壓壓強(qiáng)；依據(jù)汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T3112008《汽車制動(dòng)主缸性能要求及臺(tái)架試驗(yàn)方法》，采用的液壓壓力開關(guān)作為避險(xiǎn)制動(dòng)系統(tǒng)的壓力傳感器2，在液壓壓強(qiáng)低于6MPa時(shí)斷開、液壓壓強(qiáng)高壓6MPa時(shí)閉合。避險(xiǎn)制動(dòng)系統(tǒng)不工作時(shí)四個(gè)電磁閥保持原有的狀態(tài)，此時(shí)車輛保持車輛原有的制動(dòng)狀態(tài)；避險(xiǎn)制動(dòng)系統(tǒng)工作時(shí)，為了避免避險(xiǎn)液壓系統(tǒng)的高壓制動(dòng)油倒返給總泵，此時(shí)串聯(lián)在制動(dòng)總泵液壓管路中的二個(gè)電磁閥切斷車輛制動(dòng)管路和制動(dòng)總泵的聯(lián)系。

圖2 液壓系統(tǒng)框圖

1.2 系統(tǒng)的主要硬件——電控系統(tǒng)介紹

電控系統(tǒng)的組成框圖見圖3所示，有液壓壓力開關(guān)、避險(xiǎn)按鈕開關(guān)、復(fù)位按鈕開關(guān)、單片機(jī)控制器、液壓壓力報(bào)警器、常開電磁閥繼電器、常閉電磁閥繼電器、兩位兩通電磁閥（常開）、兩位兩通電磁閥（常閉）組成。單片機(jī)采用AT89S51，它具有完整的輸入輸出、控制端口、以及內(nèi)部程序存儲(chǔ)空間，它與我們通常意義上的微機(jī)原理類似，具有強(qiáng)大的工控能力，并且其價(jià)格便宜，其單片售價(jià)不超過5元；避險(xiǎn)按鈕開關(guān)共4個(gè)，分別按照在方向盤上，副駕駛及后排座的扶手處；常開電磁閥與常閉電磁閥各兩個(gè)，常開電磁閥裝在從制動(dòng)總泵的兩個(gè)高壓出油口，常閉電磁閥安裝在液壓儲(chǔ)能器的出油口。

圖3 電控系統(tǒng)框圖

2 避險(xiǎn)剎車系統(tǒng)的基本功能

液壓儲(chǔ)能器壓力低與6MPa報(bào)警，提醒駕駛員利用手動(dòng)液壓泵進(jìn)行液壓系統(tǒng)加壓。

帶有裝在方向盤上的手動(dòng)避險(xiǎn)剎車按鈕，符合人在驚慌時(shí)刻的本能反應(yīng)，用手來(lái)進(jìn)行避險(xiǎn)剎車，簡(jiǎn)單方便，易于操作。

本系統(tǒng)為坐在副駕和后排座的乘員在駕駛員驚慌時(shí)給乘客提供剎車避險(xiǎn)功能。

避險(xiǎn)剎車系統(tǒng)的功能不受車輛其他系統(tǒng)的影響，可以在不改變?cè)熊囕v結(jié)構(gòu)的情況下進(jìn)行安裝和拆卸。

系統(tǒng)起作用后，需要手動(dòng)操作液壓回流到手動(dòng)液壓泵的儲(chǔ)油罐之后，才能操作復(fù)位按鈕開關(guān)，車輛才能重新復(fù)位。

3 避險(xiǎn)剎車系統(tǒng)的工作原理

新手或女性駕駛員駕駛車輛時(shí)心理高度緊張，當(dāng)他們發(fā)現(xiàn)車輛前方或后方出現(xiàn)緊急情況下，心理狀態(tài)由緊張變?yōu)榛艔?，此時(shí)一方面會(huì)把油門當(dāng)做剎車的誤操作，另一方面會(huì)發(fā)出尖叫聲引起車輛其他乘員的注意，此時(shí)駕駛員能夠很方便在方向盤上操作避險(xiǎn)制動(dòng)按鈕，同時(shí)坐在副駕駛及后排座的乘員也很方便操作裝在扶手的避險(xiǎn)制動(dòng)按鈕；在電控系統(tǒng)的控制功能的作用作用下，控制系統(tǒng)發(fā)出控制信號(hào)，在控制信號(hào)的作用下驅(qū)動(dòng)液壓電磁閥，同時(shí)切斷車輛的動(dòng)力系統(tǒng)；液壓電磁閥的打開與關(guān)閉使儲(chǔ)存的高壓液壓進(jìn)入車輛的制動(dòng)分泵，強(qiáng)大的液壓制動(dòng)力使車輛制動(dòng)。當(dāng)危險(xiǎn)解除后，通過手動(dòng)液壓泵進(jìn)行制動(dòng)液壓回收，制動(dòng)管路的液壓油回收到儲(chǔ)油罐后，通過復(fù)位按鈕進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)位，待系統(tǒng)復(fù)位后再通過手動(dòng)液壓泵加壓，為下次車輛的避險(xiǎn)做準(zhǔn)備。

3.1 液壓系統(tǒng)的工作原理

液壓系統(tǒng)的液壓原理圖見圖4所示，其工作過程是利用手動(dòng)液壓泵1給液壓管路加壓到10MPa，10MPa液壓儲(chǔ)存在油壓儲(chǔ)能器2中，通過液壓開關(guān)3檢測(cè)油壓儲(chǔ)能器2中壓力是否小于 6MPa；車輛正常行駛時(shí)，系統(tǒng)保持原狀態(tài)，常開電磁閥4、5切斷液壓儲(chǔ)能罐1的高壓與制動(dòng)分泵活塞缸8、9相通，常閉液壓電磁閥6、7接通與制動(dòng)總泵與制動(dòng)分泵活塞缸8、9相通，此時(shí)車輛的避險(xiǎn)剎車系統(tǒng)與車輛剎車系統(tǒng)互不影響，車輛制動(dòng)有制動(dòng)總泵控制。當(dāng)避險(xiǎn)液壓系統(tǒng)工作時(shí)，常閉電磁閥6、7動(dòng)作變成斷開狀態(tài)，切斷制動(dòng)分泵活塞缸8、9與制動(dòng)總泵的管路，制動(dòng)總泵不再控制制動(dòng)；同時(shí)常開電磁閥4、5動(dòng)作變成接通狀態(tài)，接通制動(dòng)分泵活塞缸8、9與液壓儲(chǔ)能器2的高壓，10MPa高壓快速的使制動(dòng)分泵活塞缸8、9動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)避險(xiǎn)剎車。當(dāng)完成避險(xiǎn)剎車后，駕駛員需通過手動(dòng)液壓油泵1的泄壓閥把制動(dòng)管路的高壓液壓油回收到其儲(chǔ)油罐1中；回收完畢后，制動(dòng)分泵活塞8、9歸位，制動(dòng)釋放，油壓電磁閥4、5、6、7復(fù)位原有狀態(tài)，車輛重新回到由制動(dòng)總泵控制的正常制動(dòng)狀態(tài)。

圖4 液壓系統(tǒng)原理圖

3.2 電控系統(tǒng)的工作原理

電控系統(tǒng)的電路原理圖見圖5所示，壓力傳感器信號(hào)通過AT89S51的P1.0端口輸入，當(dāng)避險(xiǎn)液壓?jiǎn)卧膲簭?qiáng)大于6MPa時(shí)，信號(hào)為高電平1，當(dāng)避險(xiǎn)液壓?jiǎn)卧膲簭?qiáng)小于或等于6MPa時(shí)，信號(hào)為低電平0；S1、S2、S3、S4為避險(xiǎn)系統(tǒng)的剎車按鈕，當(dāng)他們中任何一個(gè)或幾個(gè)按下時(shí)，向AT89S51的P1.1端口輸入低電平信號(hào)0；復(fù)位按鈕S按下時(shí)，AT89S51的RST端口為高電平1信號(hào)，AT89S51的控制單元重新復(fù)位；AT89S51的XTAL1，XTAL2兩個(gè)引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)成了一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器，電路中的微調(diào)電容選擇為 30pF，晶體的振蕩頻率為 12MHz。避險(xiǎn)控制系統(tǒng)的控制邏輯見表1所示。

當(dāng)P1.0端口輸入信號(hào)為低電平1時(shí)，P1.1端口輸入信號(hào)為高電平1時(shí)，AT89S51的輸出端口P0.0為低電平，報(bào)警器不工作；AT89S51的P2.7、P2.0的輸出端口為高電平，兩個(gè)開關(guān)三極管截止，兩個(gè)繼電器保持原有狀態(tài)，從而四個(gè)電磁閥保持原有狀態(tài)，避險(xiǎn)剎車系統(tǒng)處于待命狀態(tài)。

表1 避險(xiǎn)控制系統(tǒng)的控制邏輯

當(dāng)P1.0端口輸入信號(hào)為低電平1時(shí)，P1.1端口輸入信號(hào)為高電平1時(shí)，AT89S51的輸出端口P0.0為低電平信號(hào)0，報(bào)警器不工作；AT89S51的P2.7、P2.0的輸出端口為高電平，兩個(gè)開關(guān)三極管截止，兩個(gè)繼電器的觸頭K1、K2保持原有狀態(tài)，從而四個(gè)電磁閥YV1、YV2、YV3、YV4保持原有狀態(tài)，避險(xiǎn)剎車系統(tǒng)處于待命狀態(tài)。

當(dāng)P1.0端口輸入信號(hào)為低電平0時(shí)，P1.1端口輸入信號(hào)為高電平1時(shí)，AT89S51的輸出端口P0.0為脈沖信號(hào)，報(bào)警器報(bào)警，提醒駕駛員對(duì)液壓儲(chǔ)能器加壓；AT89S51的P2.7、P2.0的輸出端口為高電平，兩個(gè)開關(guān)三極管截止，兩個(gè)繼電器保持原有狀態(tài)，從而四個(gè)電磁閥YV1、YV2、YV3、YV4保持原有狀態(tài)，避險(xiǎn)剎車按鈕失效。

當(dāng)P1.0端口輸入信號(hào)為低電平1時(shí)，P1.1端口輸入信號(hào)為高電平0時(shí)，AT89S51的輸出端口P0.0為低電平信號(hào)0，報(bào)警器不工作；AT89S51的P2.7、P2.0的輸出端口為低電平，兩個(gè)開關(guān)三極管閉合，兩個(gè)繼電器電磁線圈通電觸頭 K1閉合、K2斷開，從而四個(gè)電磁閥保 YV1、YV2、YV3、YV4通電，切斷發(fā)動(dòng)機(jī)的油路，駕駛員無(wú)論加多大油門，發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，避險(xiǎn)剎車快速實(shí)現(xiàn)車輛制動(dòng)。

只有當(dāng)車輛避險(xiǎn)系統(tǒng)工作后，才會(huì)出現(xiàn)P1.0、P1.1端口輸入信號(hào)都為為低電平0，AT89S51進(jìn)入一個(gè)死循環(huán)，報(bào)警器工作；AT89S51的P2.7、P2.0的輸出端口為低電平，兩個(gè)開關(guān)三極管閉合，兩個(gè)繼電器電磁線圈通電觸頭 K1閉合、K2斷開。此時(shí)只有駕駛員把制動(dòng)管路的高壓液壓油回收到其儲(chǔ)油罐，按下復(fù)位按鈕S，AT89S51的各輸出端口才能恢復(fù)到原有的狀態(tài)。

圖5 電控系統(tǒng)的原理圖

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用C語(yǔ)言進(jìn)行開發(fā)，其流程圖見圖6所示，系統(tǒng)初始化后，AT89S51檢測(cè) P1.0是否為高電平 1，如果P1.0=0，AT89S51的輸出端口P0.0=1，報(bào)警提醒駕駛員對(duì)液壓系統(tǒng)加壓。如果P1.0=1，檢測(cè)P1.1是否為高電平1，如果是高電平P1.1=1，AT89S51的輸出端口P2.0=1，P2.7=1，系統(tǒng)保持原狀態(tài)；如果不是高電平P1.1=0，AT89S51的輸出端口P2.0=0，P2.7=0，系統(tǒng)保持工作；如果不是高電平P1.1=0，AT89S51的輸出端口P2.0=0，P2.7=0。

圖6 軟件流程圖

系統(tǒng)保持工作。為了安全起見，系統(tǒng)工作后，AT89S51檢測(cè)壓力輸入信號(hào)是否為高電平，無(wú)論其是否為高低電平，此時(shí)控制系統(tǒng)進(jìn)入一個(gè)死循環(huán)，當(dāng)P1.0=0時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警器開始報(bào)警，提醒駕駛員系統(tǒng)的液壓低于 6MPa；系統(tǒng)的復(fù)位只能靠復(fù)位按鈕進(jìn)行，否則系統(tǒng)不會(huì)自行復(fù)位。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì) AT89S51控制的液壓避險(xiǎn)剎車系統(tǒng)在豐田卡羅拉制動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行研究后，并在豐田卡羅拉實(shí)驗(yàn)車輛上按照進(jìn)行了驗(yàn)證，整個(gè)系統(tǒng)在車輛上拆裝方便，不影響車輛的其他系統(tǒng)，新手、女性駕駛員及乘坐人員操作避險(xiǎn)剎車按鈕方便簡(jiǎn)單，避險(xiǎn)制動(dòng)性能可靠；整個(gè)系統(tǒng)的配件屬于大眾型配件，通過淘寶上很容易購(gòu)買，價(jià)格便宜。

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