一種油門剎車裝置的設(shè)計(jì)

趙彩虹,朱榮根（南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院機(jī)電工程系，江蘇南京,211156）

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一種油門剎車裝置的設(shè)計(jì)

趙彩虹,朱榮根
（南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院機(jī)電工程系，江蘇南京,211156）

摘要：以家用汽車中的電子油門和剎車為控制對(duì)象，以AT89s51單片機(jī)為主要控制芯片，繼電器為執(zhí)行元件，應(yīng)變片為傳感器，研究出一套能合理解決誤把油門當(dāng)剎車時(shí)的方案，制作出可以裝配在絕大部分車輛中的“油門剎車裝置”。經(jīng)實(shí)物制作后，在比亞迪系列車型上裝車實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明本設(shè)計(jì)能完美兼容原有汽車剎車系統(tǒng)，達(dá)到誤把油門當(dāng)剎車也能剎車的目的，驗(yàn)證了系統(tǒng)的可行性。

關(guān)鍵詞：油門剎車裝置;AT89s51單片機(jī);誤踩;交通安全

0 引言

汽車的價(jià)格越來越低，越來越多的人能夠買得起汽車，從而學(xué)習(xí)駕駛汽車的人也越來越多，許多人剛剛拿到駕駛執(zhí)照就開車上路了。由于新手駕駛?cè)思寄懿皇炀殻菀装l(fā)生將油門當(dāng)剎車的情況，發(fā)生車輛碰撞，人員傷亡等交通事故。針對(duì)這樣的問題筆者設(shè)計(jì)研究出一套能完美解決該問題的系統(tǒng)。

該系統(tǒng)能在誤把油門當(dāng)剎車時(shí)觸發(fā)，實(shí)現(xiàn)剎車和最小化油門的目的。最終形成一系列可以裝在絕大部分車輛中的“油門剎車裝置”。

本設(shè)計(jì)由AT89s51單片機(jī)為主要控制芯片，通過獲取并處理應(yīng)變片輸出的信號(hào)，由繼電器切換油門和剎車電路。油門剎車裝置共由三大模塊組成：傳感器模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、剎車系統(tǒng)。這三大模塊彼此相互獨(dú)立，但每個(gè)模塊內(nèi)部的子模塊聯(lián)系十分緊密，無論是硬件設(shè)計(jì)還是軟件設(shè)計(jì)都將每個(gè)模塊考慮得面面俱到。

圖1　系統(tǒng)原理圖

1 傳感器模塊

傳感器模塊用于感知油門桿上的應(yīng)變來間接的測(cè)量出踩在油門踏板上的力。裝置中選用的傳感器為箔式電阻應(yīng)變計(jì)（BF350-3AA(11)），該電阻應(yīng)變計(jì)的材質(zhì)為改性酚醛基底，由康銅箔制成，可同時(shí)溫度自補(bǔ)償和蠕變自補(bǔ)償。為避免溫度對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的影響，在電橋中引入溫度補(bǔ)償片D。

2 數(shù)據(jù)處理模塊

數(shù)據(jù)處理模塊是以89c52型單片機(jī)為核心的一個(gè)微系統(tǒng)，傳感器模塊的電信號(hào)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理模塊的AD轉(zhuǎn)換單元，進(jìn)行高精度AD轉(zhuǎn)換后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)的RXD、TXD串口。AD轉(zhuǎn)換模塊采用HX711高精度24位雙通道AD轉(zhuǎn)換模塊。

該模塊差分輸入為A、B兩通道，A通道對(duì)應(yīng)本模塊差分輸入引腳是 A+、A- ；B通道對(duì)應(yīng)差分輸入引腳是 B+ 、B- 。供電電壓需在4.7V～5.5V之間，高于5.5V芯片有可能損壞，低于4.7V會(huì)造成傳感器供電不穩(wěn)定，讀數(shù)誤差很大，甚至無法工作。如果B通道不用，B+ B-直接接地，以防止引入干擾。

通道A模擬差分輸入可直接與橋式傳感器的差分輸出相接。由于橋式傳感器輸出的信號(hào)較小，為了充分利用A/D轉(zhuǎn)換器的輸入動(dòng)態(tài)范圍，該通道的可編程增益較大，為128 或64。這些增益所對(duì)應(yīng)的滿量程差分輸入電壓分別±20mV 或 ±40mV 。通道B為固定的32增益，所對(duì)應(yīng)的滿量程差分輸入電壓為±80mV 。

電橋兩端輸入電壓E選用模塊內(nèi)的穩(wěn)壓電源根據(jù)選擇的BF350-3AA(11)型號(hào)應(yīng)變片來確定。由應(yīng)變片應(yīng)變極限和電橋輸入電壓E，得出輸出電壓的變化范圍為-12.4～+12.4mV。由此范圍選擇輸入通道為A通道，增益為128。

圖2　結(jié)構(gòu)原理示意圖

3 執(zhí)行模塊

執(zhí)行模塊主要為自行設(shè)計(jì)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和液壓缸，包括失電型電磁鐵、氣彈簧、第一油缸、定位板、第二油缸等。如圖2所示。

安裝在失電型電磁鐵1一側(cè)的氣彈簧2，其活塞桿可貫穿失電型電磁鐵的兩側(cè)伸縮；第一油缸3通過一根以上的定位桿固定在失電型電磁鐵1的另一側(cè)，利用第一油缸3的活塞桿伸長推動(dòng)與其連接的物件運(yùn)動(dòng)。定位板5與定位桿4構(gòu)成移動(dòng)副，定位板5的一側(cè)和第一油缸3的活塞桿連接，另一側(cè)與氣彈簧2的活塞桿連接。由于定位板5位于氣彈簧2和第一油缸3之間，因此，當(dāng)失電型電磁鐵1通電失去磁性后，對(duì)定位板5不再有吸持力，氣彈簧2活塞伸長，推動(dòng)定位板5向著第一油缸3的方向運(yùn)動(dòng)，而當(dāng)?shù)谝挥透?活塞桿伸長時(shí)，將定位板5向氣彈簧2的方向推動(dòng)，一方面失電型電磁鐵1失電產(chǎn)生磁性，吸持住定位板5，氣彈簧2儲(chǔ)能，以備電磁鐵再次通電。第二油缸6的缸筒的端部轉(zhuǎn)動(dòng)連接在剎車桿7上，其活塞桿連接真空助力器。第一油缸3的缸筒遠(yuǎn)離活塞桿的一端與第二油缸6的缸筒遠(yuǎn)離活塞桿的一端通過油管8相通，當(dāng)?shù)谝挥透?活塞收縮時(shí)，將液壓油推到第二油缸6內(nèi)，在剎車桿不動(dòng)的情形下，第二油缸6的活塞桿伸長，從而實(shí)現(xiàn)剎車，而當(dāng)踩下剎車桿，第二油缸6的活塞桿不動(dòng)時(shí)，第二油缸6的缸筒運(yùn)動(dòng)，將其內(nèi)的液壓油推到第一油缸的缸筒內(nèi)，利用液壓油的推力推動(dòng)第一油缸3的活塞桿伸長。

設(shè)置在油門踏板上的電阻應(yīng)變片，順次連接AD轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)和失電型電磁鐵1，油門踏板下部設(shè)置限位柱，車體上設(shè)置有與限位柱對(duì)應(yīng)的限位板。當(dāng)限位柱與限位板接觸時(shí)，油門踏板不能繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，施加在油門踏板上的力瞬間增大，油門踏板發(fā)生形變，電阻應(yīng)變片的電阻變大，電阻應(yīng)變片阻值的變化信號(hào)通過AD轉(zhuǎn)換器和單片機(jī)的處理后，控制失電型電磁鐵的通斷電，從而達(dá)到腳踩油門踏板而實(shí)現(xiàn)剎車的目的；而要實(shí)現(xiàn)剎車復(fù)位，只需踩下剎車桿，第二油缸6的缸筒運(yùn)動(dòng)，將第二油缸6內(nèi)的液壓油推到第一油缸3內(nèi)，松開剎車桿，第二油缸6的活塞桿收縮即可實(shí)現(xiàn)剎車復(fù)位。

4 結(jié)論

本油門剎車裝置設(shè)計(jì)，經(jīng)實(shí)物制作后，在比亞迪系列車型上裝車實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明本設(shè)計(jì)能完美兼容原有汽車剎車系統(tǒng)，達(dá)到誤把油門當(dāng)剎車也能剎車的目的，驗(yàn)證了系統(tǒng)的可行性，具有一定的社會(huì)推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

汪大鵬，劉 美．電測(cè)力實(shí)驗(yàn)中應(yīng)變片的粘貼技巧[J]．湖南工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2003(3)：64—65；

趙彩虹(1981- ) 女，江蘇淮安人，碩士研究生，講師，主要從事機(jī)電一體化、傳感器技術(shù)、CAD技術(shù)的研究

Design of a throttle brake device

Zhao Caihong,Zhu Ronggen
（Department of mechanical and electrical engineering Nanjing University of Aeronautics & Astronautics Jincheng College Nanjing Jiangsu,211156）

Abstract：To household automotive electronic throttle and brake as the control object,to AT89S51 microcontroller as the main control chip,the relay for the implementation of components,strain gauge sensor,a reasonable solution mistook the throttle while braking scheme and produce assembly in the vast most vehicles in the "accelerator and brake device. After the physical production,in BYD series models car is equipped with the experiment.The results show that this design can be perfectly compatible with original automobile brake system,reach mistook the throttle when the brake can brake, to verify the feasibility of the system.

Keywords：throttle brake AT89s51 single chip microcomputer mistake on traffic safety

作者簡(jiǎn)介

基金項(xiàng)目：江蘇省大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目