基于LabVIEW的倒車自動剎車系統(tǒng)開發(fā)

　　一. 引言

　　隨著工業(yè)化進程的不斷加速，汽車已成為新時代的代名詞。目前各國汽車的保有量均不斷上升，同時由于汽車所導(dǎo)致的交通事故也呈現(xiàn)逐年上升趨勢。據(jù)統(tǒng)計，在中國每三分鐘發(fā)生一起交通事故，每五分鐘有一人因交通事故而死亡。所以消費者在選擇汽車作為代步工具時除了考慮外觀和表面，亦對車身的安全性能給予更多的關(guān)注。自19世紀九十年代以來，駕駛員輔助安全系統(tǒng)得到迅猛發(fā)展。目前已開發(fā)出并安裝于的輔助安全系統(tǒng)有電子輔助制動系統(tǒng)(EBA)、自適應(yīng)巡航系統(tǒng)(ACC)、電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)(ESC)、主動避撞系統(tǒng)(ABC)和自動泊車系統(tǒng)(ASC)等。上述輔助安全系統(tǒng)的主要功能大體可以概括成當(dāng)系統(tǒng)檢測到駕駛員或車輛處于危險情況時，系統(tǒng)提示駕駛員相關(guān)操作信息或直接制動車輛以防止碰撞的發(fā)生。

　　從技術(shù)層面看，多數(shù)交通事故發(fā)生關(guān)鍵問題即駕駛員無法準確控制車速和車—障礙物的距離，此問題在倒車過程中表現(xiàn)得尤為突出。例如，在倒車過程中駕駛員對車后存在視野死角和視線模糊的問題,使得駕駛員無法正確判斷車輛與車后障礙物的實時距離，因此造成誤操作從而導(dǎo)致各種擦碰事故頻發(fā)，此類事故的頻發(fā)降低了駕駛的安全性。

　　二. 倒車自動剎車系統(tǒng)的系統(tǒng)背景與設(shè)計原則

　　市場上的倒車剎車系統(tǒng)大體可分為兩類：倒車雷達系統(tǒng)和倒車影像系統(tǒng)。倒車雷達系統(tǒng)利用超聲波測距原理，在智能控制器的控制下，由裝置于車尾的探頭發(fā)送超聲波信號，并接收經(jīng)障礙物發(fā)射的回波信號，繼而控制器進行數(shù)據(jù)處理從而計算出車—障礙物的實際距離。而倒車影像系統(tǒng)則是通過安裝在車后的遠紅外線廣角攝像裝置，將車后的障礙物實時顯示在車內(nèi)顯示屏上，使得車后的狀況更加直觀可視。目前的倒車剎車系統(tǒng)的本質(zhì)是在倒車過程中系統(tǒng)將所探測的車后環(huán)境反饋給駕駛員并給予一定操作提示，而不直接介入車輛動力系統(tǒng)控制。當(dāng)出現(xiàn)緊急情況或者駕駛員誤操作時，依然無法避免碰撞的發(fā)生。因此為了提高駕駛員及車輛的安全性，新一代的倒車剎車系統(tǒng)的開發(fā)迫在眉睫。

　　新一代的倒車剎車系統(tǒng)的關(guān)鍵問題即如何更好的控制車速和車—障礙物的距離。Kyongsu Yi提出適用于Stop-and-Go(S&G)控制系統(tǒng)的車—車距離控制算法，此算法包含了距離控制及利用節(jié)氣門及剎車控制以達到加速度軌跡追蹤的目的。其控制器采用LQ最佳控制法則，在控制效果上，此算法提供了一個良好的距離控制性能，并且有效的克服建構(gòu)模型的誤差問題。但其無法控制車速維持在低速范圍。Venhovens在此基礎(chǔ)上改善了速度控制策略，從而提升S&G控制系統(tǒng)在低速范圍的準確性。但其依然無法解決車輛勻速行進，由此產(chǎn)生的聳車降低了駕駛員的舒適性。所以車輛的低速控制，尤其在倒車過程中的低速控制，依然有待發(fā)展，同時也是新一代倒車剎車系統(tǒng)的核心所在。

　　由于低速控制的速度控制范圍小、精度要求高以及實時性強。同時由于車身零部件屬非線性時變系統(tǒng)，因此產(chǎn)生的累計誤差對控制系統(tǒng)會造成極大影響。故系統(tǒng)在對車身狀態(tài)進行實時監(jiān)控分析的同時必須要求相應(yīng)系統(tǒng)對控制指令作出快速相應(yīng)。本文開發(fā)的新一代倒車剎車系統(tǒng)—基于LabVIEW的倒車自動剎車系統(tǒng)著重于改善車輛在倒車過程中以低速平穩(wěn)倒車，以確保駕駛員的行車舒適度。同時，當(dāng)檢測到車—障礙物距離處于危險范圍時，系統(tǒng)自動使車制動從而保證駕駛員及車輛的安全性。

　　倒車自動剎車系統(tǒng)的控制指標(biāo)如下：
　　1)車速方面：①預(yù)定車速②實時車速③實時加速度④期望壓力值⑤實際壓力值
　　2)距離方面：①車—障礙物實時距離②預(yù)定警戒距離

　　三. 倒車自動剎車系統(tǒng)的總體設(shè)計

　　3.1 系統(tǒng)模塊圖　　

 

　　系統(tǒng)總共包括四個模塊，分別是數(shù)據(jù)處理中心(DPC)、探測模塊、剎車控制模塊以及顯示模塊。DPC主要負責(zé)收集匯總實時數(shù)據(jù)并根據(jù)相關(guān)控制算法對其余各模塊發(fā)出相應(yīng)控制指令。探測模塊通過NI設(shè)備驅(qū)動超聲波傳感器并將相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送至DPC。剎車控制模塊通過NI-8473與車載CAN通信無縫連接，返回車身實時狀態(tài)信息至DPC并將DPC處理后的控制指令發(fā)送至車載相關(guān)設(shè)備，以此實現(xiàn)車載設(shè)備與LabVIEW平臺的信息交互。顯示模塊基于LabVIEW平臺顯示車身實時數(shù)據(jù)以及測距模塊的車—障礙物的距離，并可修改剎車控制算法中特征變量的參數(shù)大小。

　　3.2 探測模塊設(shè)計

　　3.2.1 工作原理

　　大部分剎車系統(tǒng)傳感器的探測范圍在30cm至200cm之間，本系統(tǒng)選取性價比較高的超聲波傳感器測量距離。其探測范圍為30cm至250cm之間，盲區(qū)為30cm。超聲波傳感器的工作原理及脈沖時序如圖2、3。