运用无线传感器对车辆安全预警控制系统的探析与研究

1、    运用无线传感器对车辆安全预警控制系统的探析与研究    许志鹏张晓波魏春张少杰摘 要：当今汽车发展的背景条件下，汽车产业链随着时代发展十分迅猛，汽车的人均拥有量、使用量也随着经济发展不断提升，把车辆安全性能方面的提升作为研究的目的1，将安全预警技术作为研究方向，在发生意外情况时，驾驶员可以及时做出规避操作，阻止安全事故发生，从而能够避免交通安全事故的发生。本文通过在针对安全事故发生时候的原因进行分析，推测引发事故的人、车、环境等众多影响因素与方式，建立相关的数学模型来计算车辆制动时的热应力与侧应力，构建好设备电路及接口设计，从而为控制技术系统设计

2、提供理论支持。关键词：安全预警 模型 控制技术analysis and research on vehicle safety early warning control system using wireless sensorsxu zhipeng zhang xiaobo wei chun zhang shaojieabstract：under the background of today's automobile development， the automobile industry chain has developed rapidly with the times， and

3、 the per capita ownership and use of automobiles have also been increasing with economic development. the improvement of vehicle safety performance is the purpose of research. safety early warning technology is considered as the research direction. in the event of an accident， the driver can make ti

4、mely evasive operations to prevent safety accidents from occurring， thereby avoiding traffic safety accidents. this article analyzes the causes of traffic accidents， infers many factors and methods such as people， vehicles， and the environment that caused the accident， and establishes related mathem

5、atical models to calculate the thermal stress and lateral stress during vehicle braking， and builds a good equipment circuit and interface design to provide theoretical support for control technology system design.key words：safety warning， model， control technology1 序言安全話题是汽车行业中永存的话题。在一项数据统计中显示，80%以

6、上的常发事故案例分析中得出结论，发生事故时过度依赖于人工的安全操作。而本文中的电路图设计基础是基于无线传感器在车辆安全预警方面做出的预报系统：汽车在运动状态过程中预报技术的概念是汽车在道路行驶过程时候2，汽车上的惯性传感器，在固定的布置位置上，同时实地监测汽车行驶运动状态，配合相关的检测与监测的技术和手段，利用线性函数的数学模型，可以智能化（ai）的预测出汽车短时间（大约1至3秒钟）内的行驶运动状态3，具有非常强的可靠性与准确性。针对汽车运动状态的预报系统方面的研究，提前预警驾驶员，提供预报汽车未来时刻的行驶动态，甚至通过电路控制伺服系统直接驱动控制汽车面对此种行驶状态做出准确的反应，此类相关

7、系统对于提高车辆行驶主动安全性能，并且避免事故发生起到一定的重要的作用4。2 国内外研究现状2.1.1 国内研究现状南京航空航天大学研究了基于以姿态监控的为研究对象的基础上，在汽车侧翻的状态下，汽车的预警方面、控制方面进行了深入的探讨与研究。以此为基础，建立一个三自由度侧翻模型，该模型能够正确准时的对汽车行驶过程中侧翻状态进行实时性反馈，并以碰撞预警算法（ttc）为基本算法，研究基于侧翻时，监测与反馈信息的侧翻预警算法（ttr），对比试验与计算结果，取得良好的成果和应用。北京航空航天大学的王建、余桂珍等，以轻型运动型多用途汽车（suv）为研究对象，研究（1）实时侧倾状态估计（2）侧翻预测研究。

8、设计了一种具有精确的实时侧倾估计器，该估计器用于估计当前时刻发生侧翻时刻，车身侧倾角、线速度、侧倾角速度等因素。建立了用于预测汽车内侧轮胎离地所需要消耗的时间预测模型，并且结合当下时间内，综合考虑汽车的侧倾角、线速度及侧倾角速度等因素，来确定汽车的发生侧翻时候的角度，通过仿真软件运算，其结果也得到在不同的行驶工况下，该建立的预测模型在汽车的侧翻时候，都能进行准确而时效的预测。2.1.2 国外研究现状德国比勒菲尔德大学的christoph hermes、franz kummert和戴姆勒公司的christian wahlert、konrad schenkt指出：尽早地探测到车辆在行驶过程当中可能

9、发生的潜在的危险，在一定时间范围内（1-3秒），掌握车辆自身情况和四周其他车辆的位置信息和运动轨迹是十分有必要的。出于这个角度出发，他们提出了综合轨迹分类预测方法和粒子滤波结构的预测方法，次方法可以预测汽车运动长期的状态分析。日本的kajiro watanabe、yasushi umezawa和kyoko abe研究了传感器在探测到前方如果发生碰撞的情况下，利用龙伯格观测器（luenberger observer）仪器，利用带有噪声干扰设置程序的加速度信号来估计出汽车的加速度大小和冲击程度，以此为媒介得到所碰撞的汽车速度和相对的位置信息，对汽车车速和相对位移与位置等信息进行精确化的滤波处理，未

10、来短时间范围内，存在的可能的碰撞汽车速度、角度、位置、位移等诸多结果进行准确性与实时性预测，以此计算为基础，智能化判别是否启用安全气囊。3 研究基础理论基础：汽车在总装这一系列复杂的过程中，部分情况下，零部件装配时与车身状况存在不匹配情况时有发生，引发后续装备工作的问题，造成零部件的生产设计滞后。前期分析了汽车安全预警控制系统内的相关单元的电路，同时对接口设计进行了理论验证，其中包括伺服驱动控制器、移动通信模块载荷、相关参数处理器和gps定位模块等方面，根据已有的參数分析，通过数学模型实验论证配合传感器的位置分布设计了最小系统和反馈核心板的电路图。实践基础：本实用新型的汽车装配检测系统可以在汽

11、车装配每个工位上进行在线拍照，将采集到的图片数据传送到监控室服务器，检测人员将采集图片与标准装配图片进行对比，从而判断每个工位零部件装配是否合理。这种检测方式可以避免零部件装配干涉导致的返修问题，从而大大提高了汽车的生产效率，节约人力、物力及时间等成本。4 电路设计经过团队成员的长期研究，在汽车运动状态预报技术方面取得了一定成绩，已经设计好设备电路及接口设计。如图1所示，具体可表达为：电路设计软件album designerl0是当下最为实用与流行的设计软件，凭借它的技术手段可以来为安全预警控制系统设计开发，各个板块电路在实践设计中遇到的一系列问题都可以通过此软件来处理。涉及到原理图的设计，p

12、cb分布，相关的传感器封装，并且在电路安装过程中特定走线模式。该电路设计的软件具有稳定性好的优势，图形处理功能也是非常优异，在操作过程当中用户的体验感非常舒适，具有超强的用户界面的，同时考虑到人反应时间，反应状态的及时性与速度性，此套安全自动控制单元会在发生数据监测偏离时，驾驶员在操作不及，来不及反应的情况下，系统自动工作自动反应发生反应，通过采用增加制定力同时减小节气门开度等多种方式综合调控措施，对汽车自动实施减速，乃至停车。最大限度的增加汽车行驶的安全性。在图纸设计中可以强调实现对汽车3轴加速度处理，并且计算和处理3轴角速度的，具有是一定实时性，传感器通过电路反馈得到所需的汽车所处的位置和

13、角度信息、实时车速以及未来短时间汽车行驶存在的可能性运动状态信息，最终实现对汽车运动状态实时测量，并及时预报甚至直接ai智能化处理的目的。5 主要内容（1）本文对此种监测与反馈处理系统进行了方案的初步设计实施，根据相关的设计需求，设计预警控制系统的总体设计方案。并且瞬时性的采集汽车在行驶过程中的速度以及加速度、制动器的温度变化等本身参数，实时探测出周围障碍物的距离情况，汇总进行主机反馈。（2）本系统中的核心控制器部分是采用德制stc12系列单片机，根据设计思路，分别对车载瞬时速度控制信息单元、反馈信息单单元、智能ai安全自动处理控制单元进行电路图的设计制造，并且尝试运行电路程序设计，以及实现系

14、统之间不干扰通讯手段。通过数学模型的建立，计算发生事故时车辆制动时的热量变化，计算车身侧翻受力情况等，以此构建车辆发生侧滑、侧翻时制动器的温度变化模型，为探究车辆安全的预警理论与控制技术在事故发生时的实践性应用，为该系统的设计提供理论支持。（3）在通讯协议方面，采用sp协议程序，而在信息反馈单元系统方面则是采用目c/os-ii嵌入式，该操作系统具有稳定性，实时性，安全性，系统之间瞬时消息完全同步，完成了预警系统的软件和硬件电路的设计与实施。6 项目创新特色概述（1）由传统的预警方式改为智能化ai，更具有安全性与实用性。（2）在以安全维度建立的数学模型的基础上，构建出来的电路系统会智能化对驾驶员

15、提出预警，同时能提供应对方案和操作。（3）利用车速测量传感器装置，以车速信号作为观测向量的指标，设计全新的kalman滤波器，利用电路反馈信息来对汽车运动状态参数进行最好的优化设计。7 不足与期望由于在现有的条件下，硬件条件略显不足，同时传感器精度方面相对较低，所以kalman滤波器在汽车运动状态下，对汽车运动状态参数的误差补偿和最优估计作用在实际运用中只能是有限运动。在后续的研究中，建议引入精确的车速偏向测量装置，以瞬时车速信号这一因素，来观测运动向量以及重新设计新的kalman滤波器来对汽车在运动状态下，对参数进行最优估计和误差诊断修正，以此来进一步减少测量误差和在运算模拟器在积分解算过程中的减少累计误差的目的。基金项目：1.编号：ycgy202025，2020年江苏省大学生创新创业训练项目“隐形卫士”-基于无线传感器车辆安全预警控制系统的研究;2.编号：ycgy201816，20