孫小霞 石長(zhǎng)華

摘 ?要：當(dāng)前，汽車(chē)工業(yè)快速發(fā)展，隨著消費(fèi)者對(duì)汽車(chē)生產(chǎn)技術(shù)要求的不斷提升，汽車(chē)的生產(chǎn)技術(shù)含量也成為行業(yè)研究的重點(diǎn)內(nèi)容之一，就汽車(chē)的內(nèi)部設(shè)計(jì)技術(shù)來(lái)說(shuō)，巡航控制系統(tǒng)是其重要技術(shù)組成部分，汽車(chē)的巡航控制一般是在一定的車(chē)速范圍內(nèi)，在汽車(chē)遭遇外力干擾的情況下，駕駛員可以不控制加速踏板，系統(tǒng)借助自動(dòng)調(diào)節(jié)氣門(mén)開(kāi)度實(shí)現(xiàn)對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的有效調(diào)節(jié)，保證汽車(chē)按照設(shè)定的車(chē)速實(shí)現(xiàn)恒速行駛。這一控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)于汽車(chē)車(chē)速穩(wěn)定性，提升汽車(chē)駕駛安全性以及舒適度，降低燃油消耗以及汽車(chē)排氣污染等都具有重要作用，本文主要針對(duì)汽車(chē)自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)進(jìn)行介紹，以PIC16F873單片機(jī)的汽車(chē)自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)為例，探究這一控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和作用。

關(guān)鍵詞：PIC16F873單片機(jī);汽車(chē)自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng);車(chē)速調(diào)節(jié)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP368.12;U463.67 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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，隨著市場(chǎng)對(duì)于汽車(chē)需求的不斷增大，汽車(chē)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)正在不斷增大，相關(guān)汽車(chē)企業(yè)要想在競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)優(yōu)勢(shì)，贏得更多的市場(chǎng)份額，強(qiáng)化汽車(chē)生產(chǎn)技術(shù)和改善性能是關(guān)鍵，而汽車(chē)自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)對(duì)于駕駛的積極作用是十分顯著的，因此也成為消費(fèi)者在購(gòu)車(chē)中需要考慮的重要問(wèn)題，目前，針對(duì)汽車(chē)駕駛自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)的技術(shù)研究正在不斷發(fā)展中，整體的研究已經(jīng)取得一定進(jìn)展，對(duì)于提升汽車(chē)自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)的效能具有重要意義。

1 ?基于PIC16F873單片機(jī)的汽車(chē)自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)及組成

1.1 ?系統(tǒng)簡(jiǎn)介

汽車(chē)巡航控制系統(tǒng)主要是一種駕駛中的汽車(chē)控制技術(shù)，又可以稱(chēng)為巡航行駛裝置、速度控制系統(tǒng)或自動(dòng)駕駛系統(tǒng)。這是新時(shí)期汽車(chē)的重要裝置之一，這一控制技術(shù)主要借助的是電子技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于汽車(chē)行駛速度的調(diào)節(jié)和控制，這樣就能確保汽車(chē)在設(shè)定車(chē)速行駛中的車(chē)速控制。汽車(chē)巡航控制系統(tǒng)在具體的應(yīng)用中，要想獲得相應(yīng)的速度，還需要進(jìn)行開(kāi)關(guān)的調(diào)控，讓駕駛?cè)藛T在不進(jìn)行油門(mén)踩踏調(diào)整的情況下也能實(shí)現(xiàn)車(chē)速的有效控制。通過(guò)設(shè)定的車(chē)速來(lái)實(shí)現(xiàn)定速行駛。

安裝汽車(chē)巡航控制系統(tǒng)，能夠讓汽車(chē)在高速公路長(zhǎng)時(shí)間行駛中，駕駛員不用長(zhǎng)時(shí)間對(duì)加速踏板進(jìn)行踩壓，避免長(zhǎng)時(shí)間的腳保持同一動(dòng)作造成的腳發(fā)麻和抽筋，讓駕駛員的腳能夠得到休息，實(shí)現(xiàn)定速行駛。在這種行駛過(guò)程中，駕駛員對(duì)于加速踏板以及制動(dòng)踏板的踩放次數(shù)明顯減少，所以也能夠減少汽車(chē)的行駛油耗，具體的行車(chē)經(jīng)濟(jì)性能夠獲得提升。就汽車(chē)巡航控制系統(tǒng)的應(yīng)用來(lái)看，其優(yōu)點(diǎn)還體現(xiàn)在風(fēng)力和道路坡度的行駛狀況下，引起汽車(chē)行駛阻力變化的因素即使不斷變化，但是汽車(chē)在定速行駛中，在發(fā)動(dòng)機(jī)允許的功率范圍內(nèi)，都是能夠保證橫豎行駛的，車(chē)速不會(huì)發(fā)生變化。這樣駕駛員在駕駛中的舒適度就能不斷提升，這一裝置的使用還能夠確保汽車(chē)燃油供給和發(fā)動(dòng)機(jī)功率間的配合達(dá)到理想狀態(tài)，對(duì)于降低汽車(chē)油耗，減少汽車(chē)尾氣排放等都有積極作用，此外，汽車(chē)巡航控制系統(tǒng)的應(yīng)用，還能確?；竟δ芎凸收媳ｋU(xiǎn)功能。

1.2 ?系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和各部分的工作原理

就汽車(chē)巡航控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和相關(guān)部位的工作原理來(lái)看，主要集中在以下幾個(gè)方面：

第一，巡航控制ECU。這一控制結(jié)構(gòu)主要功能是接收系統(tǒng)所有傳感器傳遞的信號(hào)，通過(guò)對(duì)于信號(hào)的計(jì)算、加工和處理等，向系統(tǒng)執(zhí)行器發(fā)布相關(guān)指令，對(duì)于執(zhí)行器的具體動(dòng)作進(jìn)行控制。

第二，主控開(kāi)關(guān)。這一開(kāi)關(guān)的主要形式有多種，但是常用的是桿式開(kāi)關(guān)，主控開(kāi)關(guān)主要是安裝在轉(zhuǎn)向柱上的，這樣駕駛員接觸起來(lái)比較方便，也有一些車(chē)系將主控開(kāi)關(guān)安裝在汽車(chē)方向盤(pán)上，一般開(kāi)關(guān)上會(huì)設(shè)置三個(gè)檔位，即減速/設(shè)置、取消、恢復(fù)/加速，在車(chē)輛駕駛中，在車(chē)速超過(guò)40km/h的情況下，按一下設(shè)置按鈕，車(chē)輛就會(huì)對(duì)于當(dāng)前的車(chē)速進(jìn)行記憶并且保持這一速度進(jìn)行恒速行駛，再需要改變車(chē)速時(shí)，駕駛員按一下取消按鈕，即可以踩踏加速板來(lái)控制車(chē)速，這時(shí)的恒速行駛得以取消，在恒速行駛的過(guò)程中，汽車(chē)還可以通過(guò)按加速或減速鍵來(lái)重新設(shè)定恒速的車(chē)速，達(dá)到對(duì)于巡航控制的目標(biāo)。

第三，空檔啟動(dòng)開(kāi)關(guān)。這一開(kāi)關(guān)主要是在巡航控制ECU傳送空檔信號(hào)的情況下，以保證汽車(chē)立即退出巡航控制模式。

第四，制動(dòng)開(kāi)關(guān)。在進(jìn)行巡航控制系統(tǒng)應(yīng)用的過(guò)程中，汽車(chē)遇到前方有突發(fā)情況時(shí)，需要進(jìn)行制動(dòng)，這時(shí)需要及時(shí)退出巡航控制系統(tǒng)，所以在駕駛員踩下制動(dòng)踏板的時(shí)候，及提示要退出巡航控制系統(tǒng)。

第五，車(chē)速傳感器。這一裝置主要安裝在變速器輸出軸位置，主要考慮到在汽車(chē)駕駛中的實(shí)際車(chē)速和變速器輸出軸轉(zhuǎn)速呈正比關(guān)系，而車(chē)速傳感器有多種形式，包括磁感應(yīng)式、霍爾式、光電式等多種結(jié)構(gòu)，在一般的使用中更多使用的是磁感應(yīng)式。

2  基于PIC16F873單片機(jī)的汽車(chē)自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)具有功能靈活多樣，脈沖輸出準(zhǔn)確，實(shí)時(shí)性強(qiáng)等特點(diǎn)，通過(guò)軟件設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制，其系統(tǒng)成本較低。本文設(shè)計(jì)了基于PIC16F873單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，提出一種升降速曲線的優(yōu)化方法，采用硬件、軟件抗干擾技術(shù)措施?？梢酝ㄟ^(guò)鍵盤(pán)輸入數(shù)據(jù)與指令，并能通過(guò)旋鈕方便地實(shí)現(xiàn)電機(jī)的連續(xù)調(diào)速，實(shí)時(shí)設(shè)置與顯示步進(jìn)電機(jī)的工作方式。系統(tǒng)功能原理示意圖如圖1所示。

在該系統(tǒng)中由單片機(jī)直接輸出電機(jī)的各相控制脈沖序列，光耦進(jìn)行必要的光電隔離，采用分立元件構(gòu)成功率MOSFET管驅(qū)動(dòng)電路，帶動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。鍵盤(pán)接口與LED顯示功能由具有SPI串行接口功能的ZLG7289實(shí)現(xiàn)。既可使用按鍵輸入的方式精確設(shè)置電機(jī)的工作方式與轉(zhuǎn)速，也可以通過(guò)調(diào)速旋鈕實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的連續(xù)調(diào)節(jié)，還能通過(guò)上位微機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)工作方式的調(diào)整與控制。

3 ?汽車(chē)巡航控制的發(fā)展方向

上個(gè)世紀(jì)七十年代，汽車(chē)巡航控制主要應(yīng)用于高級(jí)汽車(chē)的配置中，而到了八十年代中后期，隨著微處理器在汽車(chē)方面的廣泛應(yīng)用，高速公路建設(shè)快速發(fā)展，使得整體的技術(shù)應(yīng)用和研究不斷趨于完善，到上世紀(jì)末，這一控制系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得比較完善了，相關(guān)的系統(tǒng)電路集成化水平也在不斷提升。在相應(yīng)的汽車(chē)巡航控制系統(tǒng)中，控制模塊體積精巧，多路傳輸系統(tǒng)也不斷完善，自檢系統(tǒng)的準(zhǔn)確性也在不斷提升。但是將這一控制系統(tǒng)應(yīng)用到普通家用汽車(chē)中，還存在一定難度的。雖然系統(tǒng)多用模塊控制，但是總體的應(yīng)用成本比較高，且有一定的限速，所以，整體的技術(shù)應(yīng)用成本較高。

隨著現(xiàn)代汽車(chē)生產(chǎn)技術(shù)和交通線路的發(fā)展，智能交通系統(tǒng)逐漸出現(xiàn)，而這一時(shí)期，汽車(chē)的巡航控制系統(tǒng)應(yīng)用的普及成為可能，也成為一種大眾化的需要。其中的汽車(chē)巡航控制系統(tǒng)也逐漸發(fā)展成自使用巡航控制系統(tǒng)，且進(jìn)一步采用集中微處理器的控制方式，對(duì)于降低系統(tǒng)成本也具有重要作用。這一汽車(chē)自動(dòng)巡航控制系統(tǒng)和車(chē)輛前向撞擊報(bào)警系統(tǒng)的結(jié)合使用，既體現(xiàn)了自動(dòng)巡航功能，也能夠?qū)崿F(xiàn)車(chē)輛的前方防撞效果，駕駛員在駕駛中可以通過(guò)在儀表盤(pán)上進(jìn)行人機(jī)交互啟動(dòng)以及退出汽車(chē)自適應(yīng)巡航系統(tǒng)。在這一系統(tǒng)中，需要設(shè)定相應(yīng)汽車(chē)巡航狀態(tài)下的車(chē)速以及前方車(chē)輛間安全距離，并將系統(tǒng)自動(dòng)設(shè)成默認(rèn)值，但是要確保設(shè)定的安全距離不能低于設(shè)定車(chē)速下交通法規(guī)規(guī)定的距離。

汽車(chē)自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)的應(yīng)用趨勢(shì)具體集中在以下幾個(gè)方面：

第一，技術(shù)的集成化對(duì)于降低整體成本有利，還能夠強(qiáng)化相關(guān)系統(tǒng)之間的聯(lián)系，充分利用各種車(chē)輛信息，提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，汽車(chē)自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)的應(yīng)用還能夠和其他系統(tǒng)相結(jié)合，提升整體的汽車(chē)使用控制的自動(dòng)化水平。

第二，在這一控制系統(tǒng)的技術(shù)研發(fā)中，走?？刂漆槍?duì)的高速公路行駛車(chē)輛設(shè)計(jì)也在進(jìn)一步開(kāi)展中，但是對(duì)于一些城市內(nèi)的汽車(chē)行駛是不適用的，這種控制技術(shù)研究的是對(duì)于現(xiàn)階段車(chē)速快、車(chē)距近的行駛情況，做出的一種功能擴(kuò)展，因此需要有更理想的近距離探測(cè)能力、有效的信號(hào)處理能力以及系統(tǒng)的快速反應(yīng)能力，同時(shí)，汽車(chē)的自動(dòng)起步功能也能夠?qū)崿F(xiàn)，這一技術(shù)在研發(fā)應(yīng)用后，駕駛員將更加輕松，只需要進(jìn)行方向控制即可。

第三，汽車(chē)自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)目前還在積極探索和汽車(chē)電控系統(tǒng)的融合應(yīng)用，致力于推動(dòng)汽車(chē)智能電子控制發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

4 ?結(jié) ?論

基于PIC16F873單片機(jī)的汽車(chē)自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)在汽車(chē)行駛中的車(chē)速控制上能夠發(fā)揮較好的控制效果，對(duì)于提升整體的行車(chē)智能化意義重大，研究這一汽車(chē)自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)，對(duì)于推動(dòng)汽車(chē)的智能化發(fā)展具有重要意義。

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作者簡(jiǎn)介：孫小霞（1980.06-），女，漢族，山東壽光人，講師，碩士研究生，研究方向：電子通信;石長(zhǎng)華（1965.01-），

男，漢族，安徽東至人，教授，碩士，研究方向：自動(dòng)控制、智能儀表。