汽车与侧滑测量系统设计-毕业设计

PAGEII汽车侧滑测量系统设计学生：指导教师：内容摘要：汽车是人类日常生活中特别重要的一部分，然而行驶过程中发生侧滑事件是很危险的，所以汽车进行侧滑测量是很必要的一种保证、预防性措施。现在提出一种基于ATmega16单片机的侧滑测量系统。由传感器电压抬升，数码管控制，以及一些报警器提示电路组成。实现了小型汽车的侧滑测量。实验结果表明，本系统在影响环境很大的环境中操作依然可以有比较准确的测量结果，所以，本系统可以满足工业生产，并在日常生活中投入使用。关键词：ATmega16电压抬升侧滑测量

ThedesignofmeasuringsystemforautomobilesideslipAbstract:Thecarisanimportantpartinourdailylife,however,slipeventsintherunningprocessisverydangerous,sothevehiclesideslipmeasurementisakindofguarantee,itisnecessarypreventivemeasures.WeproposeasideslipmeasurementsystembasedonATmega16scm.Thesensorvoltagerise,digitalcontrol,aswellassomealarmcuecircuit.Theslipmeasuringsmallcars.Theexperimentalresultsshowthatthissystemhasgreatinfluenceontheenvironment,tooperateinanenvironmentcanstillhavemoreaccuratemeasurementresults,therefore,thesystemcanmeettheindustrialproduction,andputintouseinourdailylife.Keywords:ATmega16VoltageriseSideslipmeasurementPAGE16目录前言 11侧滑的介绍 11.1侧滑的目的 21.2侧滑的原因 21.2.1路面问题 21.2.2制动问题 21.2.3制动方式不当 21.2.4转向操作不当 21.3侧滑的预防与处置 21.3.1“跑偏现象” 21.3.2杜绝违章超载 21.3.3特殊路况行驶 21.3.4正确使用制动方式 21.3.5正确使用方向盘 31.3.6禁止挂空挡 31.4汽车侧滑检测中存在的问题 31.4.1由于悬架的差异造成的检测不准确 31.4.2没有确定的检测方法与检测限值 32侧滑系统设计及检测原理 32.1侧滑产生的原因 32.2检测装置的组成与基本原理 43ATmega16单片机控制模块设计 53.1传感器供电模块 53.2传感器信号电压抬升模块 53.3数码管显示控制模块 63.4整体模块 64软件部分设计 74.2分析 74.3ATmega16 84.4部分程序清单 84.4.1端口初始化 84.4.2A/D转换初始化 95检测结果 96结束语 10附录 11附录1：数码管控制图 11附录2：ATmega16引脚图及功能表 12附录3：ATmega16实物图 14参考文献 15汽车侧滑测量系统设计前言中国继续稳坐全球车市首把交椅。根据国际汽车制造商协会（OICA）公布的最新统计数据，，2011年全球汽车产量为8010万辆，比2010年增长3%创历史最高水平。亚洲国家汽车产量居各大洲之首，中国则以1840万辆的产量成为世界最大的汽车生产国。那么随着中国人口的增加，高速公路、高级公路的不断建设，人们的生活水平越来越高，汽车也进入了每一个家庭。而驾驶员并不大多太职业、车流非常大并且高速化，则对车辆的安全性能提出更高的要求，交通问题、安全问题也日益突出。据统计，中国汽车保有量占世界的1.9%，而交通事故死亡的人数就占到了17%以上；中国的汽车保有量是美国的1/16，而交通事故死亡率是美国交通死亡率的35倍；就算与亚洲国家日本相比，我国的汽车保有量是日本的1/9，交通死亡率是日本交通死亡率的2倍，中国现在已经成为了世界上交通事故最严重的国家之一。所以，在对驾驶员要求更高的同时，也要对汽车各个系统各个部件的要求更高。如此汽车侧滑检测就是一个保障人们日常生活安全的很重要的一部分。主要是用于各种汽车检测站。汽车的种类繁多，客车、货车、轿车、跑车、SUV、越野等，那么对于车辆的侧滑测量的要求也就更高，更简便、更大众化、成本更低这些都是实际生活中需要考虑的问题。现在国家对不同型号车辆的侧滑没有具体的量值，检测站的侧滑系统也未有针对各种车型的。为了预防侧滑的发生，我们在检测的时候就要做好相关工作，以免发生意外而造成人身、财产损失。1侧滑的介绍侧滑量检测是汽车维修和汽车综合（安全）性能检测中的1个重要项目。目前，国内外主要采用的两种方案：一是采用单片机的智能仪表，主要用于汽车维修厂[1]。另一种是采用工业控制计算机和PC总线的各种板卡组成的测控系统。之前那种方法成本低、功能单一，如果用于汽车侧滑测量还需要加入其它的辅助电路设计；后面一种方法测控参数较少，系统复杂，并且成本比较高。所以我们选用第一种使用单片机制作智能仪表。在行驶过程中的汽车因为制动、转动惯性或者其他一些原因，引发前轴或者后轴的车轮，或者两轴的车轮发生了横向的移动，这就叫做侧滑。汽车侧滑分为四轮侧滑、前轮侧滑、后轮侧滑3种。但是特别要指出的是汽车后轮侧滑最危险，据统计发生后轮侧滑的时候相对更容易出现撞车，翻车诸如此类的严重交通事故。1.1侧滑的目的根据《机动车运行安全技术条件》和GB18565-2001《营运车辆总格性能要求和检测方法》中要求汽车转向轮侧滑量的要求限值也不一样，就比如说对于非独立悬架车辆拉说，国家标准里面没有具体给出转向轮侧滑量的限值还有检测的方法，所以为了实现对非独立式悬架车辆检测就要在原来的侧滑试验台上进行改造、重新设计。1.2侧滑的原因1.2.1路面问题路面潮湿易滑，有油污或者结冰等状况时，其附着系数很低，车轮与路面附着力也比较低，稍微有一点的横向外力作用，就会引发侧滑现象。1.2.2制动问题制动也就是刹车的时候，车辆四个轮子收到的阻力不平衡，比如说左轮、右轮制动力不相等，车子负载导致车身整体重心偏移，发生“跑偏事件”也同样容易出现侧滑现象。1.2.3制动方式不当制动不当、比如刹车太猛了，过量了。让车轮出现抱死状态，然而后轮一般又比前轮先抱死。这样也比较容易出现侧滑现象1.2.4转向操作不当方向盘操作不当，比如说速度太快、打方向盘太急，或者快速转弯的时候制动不当、车辆的中心太高（货车），让车辆在转弯的时候离心力太大而引发车辆侧滑。1.3侧滑的预防与处置有效预防汽车行驶过程中侧滑的现象。主要是“稳”。1.3.1“跑偏现象”出门前要检查轮胎的花纹、气压等是否有异常。发车过后利用车的一定速度、在安全范围内检查其制动效果是不是正常，如果出现异常则需要立即停止出车，并且检修。1.3.2杜绝违章超载超重、超高、超长等。这些不仅会使汽车行驶过程有偏差，更会增加车子的磨损。1.3.3特殊路况行驶在易滑路段行驶一定要放慢车速，多使用发动机制动，最好不要紧急制动。1.3.4正确使用制动方式控速在先，避免频繁使用刹车制动、紧急制动。“点刹”为主，充分利用发动机牵引阻力。1.3.5正确使用方向盘打方向盘要提前控制速度，不要用作过猛或者突然转向。转向之前一定要减速，最好减至2档速度。1.3.6禁止挂空挡下坡的时候禁止挂空挡，以避免惯性过大不好制动的情况。1.4汽车侧滑检测中存在的问题判断在用汽车侧滑性能，要用汽车侧滑试验台来对汽车转向轮进行侧滑量的检测。而目前利用侧滑试验台对汽车转向轮的侧滑存在很多问题。1.4.1由于悬架的差异造成的检测不准确目前在很大一部分汽车检测站中，无论什么类型的汽车都使用的双板联动式侧滑试验台或者单板式侧滑试验台。而这两种都广泛运用于货运汽车的非独立悬架车辆侧滑量检测，而对于轿车的独立悬架车辆而言并不太适合。因此，由于悬架类型汽车侧滑测量试验台的不同、检测方法的差异导致了汽车侧滑性能测验的不准确。1.4.2没有确定的检测方法与检测限值国家规定转向桥采用非独立悬架的汽车，转向轮的横向侧滑量用侧滑仪检测时，侧滑量的数值应不大于5m/km；而对于前轴采用独立悬架的汽车，仅仅说明以前轮定位参数值符合原厂规定的技术条件为准，并没有具体的检测方法与检测数据。2侧滑系统设计及检测原理2.1侧滑产生的原因转向轮侧滑其实是指转向轮外倾角与转向轮前束综合作用变现出来的汽车滚动时的横向侧移量。如图2-1，汽车在平、直道路上行驶的时候，外倾使前轮的自由滚动方向向外偏离其正常的行驶方向。汽车前轮通过侧滑台测量板的时候，因为滑板的侧向移动仅仅与滑板与支撑滚轮间的摩擦力和滑板的因为形变而产生的弹簧拉力有关。图2.1-1侧滑产生原理示意图2.2检测装置的组成与基本原理本装置的组成有汽车侧滑试验台、位移传感器、单片机和显示模块，他们的连接方式如图2.2-2所示。图2.2-2连接方式图检测汽车的侧滑时，使汽车前轮在汽车侧滑测量试验台的检测滑板上通过，汽车行驶过程中会使得检测滑板向内或者向外移动。这个移动量就是由于汽车的侧滑造成的[2]。我们可以用位移传感器把移动的量值测出来，再经过ATmega16单片机的处理之后就把数据显示出来。检测滑板的长宽都为1米，滑板的位移量的量级是毫米，通过单片机的处理，可以将汽车侧滑量转变为M/KM的单位进行显示[3]。汽车侧滑的结果的绝对值大于5m/km则为不合格，否则则为合格[4]。3ATmega16单片机控制模块设计整个控制模块由传感器供电模块、传感器信号电压抬升模块、数码管显示控制模块组成。3.1传感器供电模块传感器最重要的部分是由电路的桥组成的，它的输出和加载在桥两侧的电压还与任意一个可变电阻都有关系。其中可变电阻是在传感器确定后就已经确定的，是不能改变的。而电压是通过控制箱加载传感器上的，为了让传感器的输出电压比较稳定，我们可以在供电模块上进行相应的改进，使他的输出更加稳定。其工作原理如图3.1-1所示。图3.1-1工作原理图开关电源给出的电压经过整流桥后，再经过量级滤波接入7815和7915的输入端。0.1μF电容的作用是滤掉交流电流。7815与7915的输出端经过两个33k高精度电阻分压过后接在放大器LM358的反相输入端上，LM358的同向输入端接地，放大器LM358的输出端接在7915的公共端。R17，R18是高精度电阻，7815、1915的输出端经过两个47μF/25V的电解电容滤除交流电流的成分，最后经过1-2个0.1pF的滤波电容，最后输出端就是稳定的直流+15V与-15V的电压[5]。可以把它加在传感器的激励端，使传感器的输出更加稳定。3.2传感器信号电压抬升模块本侧滑试验台使用的传感器传出的电压值范围是-2.5V~+2.5v，而ATmega16的内置AD可采集的电压是0~5v，所以我们要把这个电压值抬升上去，这样才能采集到正确的电压值。让传感器正常的工作。抬升电路如图3.2-1所示。图3.2-1传感器信号电压抬升电路EQ(Vout-Vin)/R2=(Vin+5)/R1R2=R1=10Vout=2Vin+5由此可见，原电压是-2.5v~+2.5v，调整后电压为0~10v，在这之后通过电位器对电压进行调整，让他符合0至5V,并且线性相关[6]，再接到A/D转换的端口上，通过A/D转换就可以让ATmega16单片机得到滑板的位移数据。3.3数码管显示控制模块控制数码管需要分别对数码管的位选、段选进行控制。同时，ATmega16的输出电压是5v，但是数码管的电压为1.8v左右，所以这两者之间需要一个锁存器，锁存器的作用就是既可以降压又可以把一些信号进行锁存，使得某一些数据可以长时间显示。数码管控制方式详见附录一，其中P1是片选的控制输出，P2是位选的控制输出。对数码管的控制由单片机完成。3.4整体模块单片机模块是把相关的、所有模块连接在一起，再加上一些LED灯的警报提示，LED灯的连接方法也在附录一里面。单片机和传感器的连接是为传感器提供激励信号（电压）的，传感器信号电压抬升模块接收传感器的电压信号，并抬升至0~5V,然后提供给ATmega16。4软件部分设计4.1软件流程单片机初始化单片机初始化主函数（while）检测还是标定开始检测采集2s零点采集过程中所有值并记录最大值结束报警最大值大于5？标定最大值标定最小值标定结束开始检测标定图4.1-1软件流程图4.2分析该系统需要软件其A/D转换的结果分析并显示，而且需要采集汽车行驶过程中的最大值，确定汽车的侧滑量，然后再对得出的数据进行转换、显示。其中标定有最大标定与最小标定。在标定最大值时，需要把滑板向外移动1cm，并由单片机记录的是传感器相应的电压值。有了两个值，并且知道滑动板左右移动1cm，那么他们之间的距离就是2cm。之前我们提到传感器移动距离与电压变化是呈线性关系，在计算出这个线性关系过后，在这后面就可以通过电压的变化值计算两个滑板移动的距离。在检测的时候，刚开始对传感器的电压进行采集多次（最好大于100次），并且进行求平均值以减小误差，这个值作为本次检测的零点电压值。在检测的过程中，采集5次，同样是为了减小误差，将最大值得出来。采集的过程中，得到的每一个电压值都要与之前测量的零点电压值进行比较，并且把两个电压差值最大的点缓存下来。所以当点击结束检测的时候，缓存的电压值与零点的电压值的差就是这一次测量的结果。在经过滑板位移与电压之间的线性关系就可以计算出本次测量过程中汽车在滑动板上走过后滑动板的最大位移量[7]。最后经过一次单位转化就得出了本次检测的侧滑量。最后侧滑量通过数码管显示。如果数码管显示的测量结果大于5M/KM则不合格，单片机控制蜂鸣器报警，后再返回到选择阶段。如果数码管显示的结果小于5M/KM则结果合格。4.3ATmega16ATmega16AVR内核具有丰富的指令集和32个通用工作寄存器。所有的寄存器都直接与运算逻单元相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。这种结构大大提高了代码效率，并且具有比普通的微控制器最高10倍的数据吞吐率。ATmega16有一整套的编程与系统开发工具，包括：C语言、编译器、宏汇编、程序调试器/软件仿真器、仿真器及评估板。ATmega16的引脚图详见附录二。ATmega16的实物图详见附录三。4.4部分程序清单4.4.1端口初始化Voidport_init(void){DDRC=0XC0;PORTC=0x00;//PC.6(Data_164),PC.7(Pulse_164)方向为输出DDRD=0x40;PORTD=0xff;//PD.3(AJ1)和PD.4(AJ2)输入,内部上拉有效,PD.6为输出DDRA=0x00;Porta=0x6f;//PA.7(ADC)方向为输出，内部上拉无效}4.4.2AVoidadc_init(void){SFIOR=0x00;//连续转换模式Admux=0x47;//参考电压AVCC，输入hiPA.7ADCSRA=0xa8+adps;//adc转换使能，允许自启动，允许中断，预分频赋值}5检测结果安装完过后要对本设计进行检测。按之前设计，滑动板长为1m，意思即滑动板移动1mm最终侧滑量就是1m/km。详细的检测结果见表5-1：表5-1检测结果滑动板移动量/mm检测结果/m/km-8-7.95-10-10.03-5-4.96-3-3.01-2-2.0100.6611.0221.9832.9555.0487.961010.02由此可见，检测结果的误差不超过0.1，而国家对检测标准的误差规定不超过0.2，而且这样的数据是车间测试结果，由于车间噪声干扰很大，但检测结果依然满足国家要求，所以这样的系统可以使用、也可以投入生产。这个系统运行稳定，可以准确的采集传感器的电压，并且测出测量过程中的准确的数值。再加上ATmega16的功耗很低、效率高，不仅节省了空间还节约了成本。在信号采集的过程中，多次使用了多次检测求其平均值的方法，因为信号电压大多都是带有毛刺的，所以多次采集过后求平均值的方法会把电压值中的毛刺滤掉。除此之外，这个系统最好的地方就是运用了正负电源，这样传给传感器的电压信号也很稳定，再加上之前电路里面的电容进行滤波处理。这样提供给ATmega16的处理信号也就很稳定，得出的结果就比较准确。由上表可以知道，本设计可以在实际生活中运用。6结束语本次设计的题目是汽车侧滑测量系统，这样的设计方便了我们的测量，让复杂的事情简单化。汽车其实是一种很危险的东西，汽车的磨损、安全系数也直接影响到我们的日常生活。这次项目设计将我学到的知识得到了很好的应用，深化了对嵌入式、单片机的认识，使我在设计的实践中获得新知。这次实践操作，我不仅仅得到的是课本上的东西，更重要的是我通过自己的独立动手以及老师和同学的耐心指导，课程设计是检验本学期我们学习的理论和实践的结合。通过本次设计不仅让我巩固和加深了以前所学的知识，同时也让我发现了自身的不足。学习不能只学表面的，很多知识是需要我们深入了解的。．学习也不能是一时的，知识的