車輪位置顯示與輔助泊車系統的設計＊

周忠友 ，余 海 ，羅春瀟

（湖州職業技術學院 機電工程分院，浙江 湖州 313000）

汽車工業已有百年歷史，在嶄新的21世紀，隨著計算機、通信、傳感器技術的發展，新型汽車日益趨向智能化，汽車的智能化成為汽車工業發展的熱點之一，其智能化主要包括智能化的信息系統，智能化的安全系統，智能化的節能系統，智能化的輔助駕駛系統。

本設計的研究重點就是車輪位置的即時顯示。通過顯示屏或者指示燈直接把車輪的即時位置顯示給駕駛員，可以在駕駛過程中或者停車過程中給駕駛員提供必要的信息，主要是在停車過程中給駕駛員提供車輪位置的即時信息，以便于駕駛員能夠擺正車輪位置，從而減少因車輪不正對車輛行駛和結構造成的危害。

1 國內外研究及應用現狀

現階段國內外的研究主要集中在自動泊車。從21世紀90年代起，就有國外學者對汽車自動泊車的問題進行研究。該系統包括環境數據采集系統、中央處理器、車輛策略控制系統。環境數據采集系統包括圖像采集系統和車載距離探測系統，可采集圖像數據及周圍物體距車身的距離數據，并通過數據線傳輸給中央處理器；中央處理器可將采集到的數據分析處理后，得出汽車的當前位置、目標位置以及周圍的環境參數，依據上述參數作出自動泊車策略，并將其轉換成電信號；車輛策略控制系統接受電信號后，依據指令作出汽車的行駛如角度、方向及動力支援方面的操控［1］（P14）。2003年，豐田公司首先在其普銳斯混合動力車型上配置了智能泊車系統；2007年，又在新款LS460轎車上使用了自動泊車系統；2006年，法國的汽車零部件供應商法雷奧（Valeo）公司發布了其第一代汽車泊車系統，并已在大眾途安系列車型中運用［2］（P5）。

國內汽車工業起步較晚，在自動泊車系統的應用上也落后于世界先進國家。比亞迪股份有限公司于2003年12月向國家知識產權局提出了自動泊車系統的實用新型專利的申請，并在2005年獲得授權，不過目前未得到更多關于在此技術上具體車型的應用［2］（P6）。

但是，由于汽車自動泊車系統實現的苛刻條件，駕駛員選擇的路邊車位的長度一定要大于汽車長度1.5米以上，自動泊車系統才能自動檢測出車位的存在，如果車位長度過短，則自動泊車系統不能檢測出車位的存在；同時，自動泊車系統是一個復雜的汽車停車輔助系統，雖然智能化很高，但是結構復雜、成本非常高，需要在車輛制造過程中加裝，目前只有少數高檔轎車上才有出現，普遍程度很低。

2 汽車停車時車輪不正對汽車造成的影響

在這之前，筆者還對不同駕齡的車主進行了問卷調查，調查發現，60%左右的車主是不關心汽車停車時車輪回正問題，并且這些車主的駕齡一般都在3年以上；30%左右的車主是關注停車時車輪位置的情況，而且大部分人都是開車實習階段，但他們經常要特意探頭觀察車輪的位置，帶來了諸多的麻煩；將近10%的人認為停車車輪擺正是無所謂的，而且有時為了顯擺故意將車輪停不正。總而言之，對車輪回正的情況帶來的危害大家還是一知半解，不放在心上。那么，汽車停車時車輪不正會對車造成哪些影響呢？

首先，對轉向助力系統造成損害。如果你的車是有液壓助力轉向系統的話，熄火停車前是必須將方向輪打直的，因為方向偏一邊，液壓油還沒有回卸到儲油缸，中尺里面的油壓和助力系統仍處于高壓狀態，長時間狀態易造成油路密封圈和膠管及接頭變形，這種停車習慣會使助力系統漏油而失去助力效果。如果是帶電動助力系統，會使系統電阻值增大，起動時電路耗損大。

其次。加劇懸掛的磨損。由于車輛的前懸掛的特殊結構，主銷是后傾和內傾的，車輪是外傾的，如果車輛停穩后不回正的話，車輪的位置低于地平面的，但是地平面 是不會變的，相對地懸掛把車身抬起了。所以不回正會使這個力矩始終加在懸掛上，會加劇懸掛的磨損，縮短其使用壽命。

第三，對輪胎造成損害。方向沒回正停車，輪胎露在外邊容易使輪胎側壁受傷造成隱患，更嚴重的會造成內部的鋼絲斷裂或鋼圈變形。

第四，對四輪定位的影響。轉向輪定位包括前輪外傾、主銷后傾、主銷前傾及前束四個參數。（1）當汽車停車時車輪不正，主銷后傾、主銷內傾，一直受到一個使車輪具有回復到原來中間位置的力矩，以至于破壞轉向輪自動回正的作用；（2）當汽車停車時車輪不正，車輪外傾與主銷內傾配合破壞，導致轉向沉重，輪胎磨損加劇；前輪前束的功用是消除因車輪外傾所造成的不良后果，保證車輪不向外滾動，防止車輪側滑和減輕輪胎的磨損，當前束和車輪外傾配合不當，車輪向內，外側滾動偏移量就不會相互抵消，影響車輪每一瞬間的滾動方向偏移，發生側滑，加劇輪胎磨損。

3 車輪位置顯示與輔助泊車系統的工作原理

該系統的基本工作原理（如圖1所示）按下電源開關，電源電路就像控制電路供電；然后擺正方向盤的位置，按下復位重置按鍵，確定初始位置，此時，居于中間的指示燈亮起（綠色），當方向盤不正時，居于中間綠色指示燈熄滅；在駕駛員轉動方向盤的同時，信號采集模塊（角度傳感器模塊）通過方向盤的旋轉角度，采集方向盤的轉角信號（即車輪位置信號），將信號輸送給控制模塊，控制模塊通過運算處理將信號傳給顯示模塊；顯示模塊將方向盤轉角信號處理，在顯示屏上以模擬角度信號顯示，由于顯示屏只能顯示一圈內的角度（即360度），當方向盤轉角超過一圈時，兩側指示燈就點亮。由于車輪有左轉和右轉，為了識別方便，特別將左轉計數的指示燈和右轉計數的指示燈的顏色加以區分（黃色或紅色）。

圖1 車輪位置顯示與輔助泊車原理圖

圖2 系統模塊框圖

4 車輪位置顯示與輔助泊車系統的總體設計方案

車輪位置顯示與輔助泊車總體結構（如圖2所示）主要包括控制模塊、信號采集模塊、電源升壓模塊、顯示模塊、按鍵重置模塊等。

圖3 系統電路原理圖

4.1 控制模塊是以STC12C5A60S2為核心的最小系統板

STC12C5A60S2系列單片機式宏晶科技生產的單時鐘／機器周期（1T）的單片機，是高速／低功耗／超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統8051，但速度快8－12倍。內部集成MAX810專用復位電路，2路PWM，8路高速10位 A／D轉換（250K／S，即25萬次／秒），針對電機控制，強干擾場合。

4.2 信號采集模塊選用

MMA7361角度傳感器 傾角傳感器 加速度模塊

1）板載MMA7361（取代MMA7260）低成本微型電容式加速度傳感器；

2）支持5V／3.3V電壓輸入，板載RT9161，比1117更低的壓降，更快的負載相應速度，非常適合高噪聲電源環境；

3）量程通過單片機IO選擇，也可以電阻選擇；

4）常用的引腳已經引出，插針為標準100mil（2.54mm），方便用于點陣板；

5）休眠使能可以通過單片機IO控制；

6）PCB板子雙面鍍金，尺寸：27.9mm×16.8mm 。

4.3 電源升壓模塊采用的ME2108A升壓芯片組成的電源電路

ME2108系列升壓轉換器具有以下特點：

1）只需少量的外接元件：僅一只肖特基二極管、一只電感和一只電容；

2）低紋波及及噪聲；

3）工作電壓范圍：0.9V－6.5V；

4）帶載能力強：當Vin＝3.0V且Vout＝5.0V時Iout＝400mA；

5）輸出電壓范圍：2.7V－7.0V；

6）輸出電壓高精度：±2.5%；

7）低啟動電壓：最高值為0.9V；

8）最大工作功率：180kHz；

9）高效率：典型值85% 。

圖4 電源升壓模塊電路

4.4 顯示模塊選用NOKIA 5110液晶模塊，帶藍色背光

該模塊具有以下特點：

1）84x48的點陣LCD，可以顯示4行漢字，采用串行接口與主處理器進行通信，接口信號線數量大幅度減少，包括電源和地在內的信號線僅有8條。支持單片機的SPI、MCS51的串口模式0等，傳輸速率高達4Mbps，可全速寫入顯示數據，無等待時間；

2）可通過導電膠連接模塊與印制版，而不用連接電纜，用模塊上的金屬鉤可將模塊固定到印制板上，因而非常便于安裝和更換；

3）LCD控制器／驅動器芯片已綁定到LCD晶片上，模塊的體積很小；

4）采用低電壓供電，正常顯示時的工作電流在200μA以下，且具有掉電模式。

5 結 語

通過對停車時車輪位置的判斷要求，研究設計了車輪位置顯示與輔助泊車系統，可以使駕乘人員實時了解車輪位置，確保停車時車輪的位置是擺正的，從而有效地解決了因為車輪位置不正對汽車造成的損壞和帶來的安全隱患；同時該系統還能為汽車準確泊入停車位提供幫助。

［1］李建鋒.汽車自動泊車系統的控制策略和算法研究［D］.西南交通大學，2010：14.

［2］何 峰.自動泊車系統的研究及實現［D］.廣東工業大學.2009：6.