基于ESP的汽車剎車系統設計

李妍蒴 郭秋 遼寧科技大學軟件學院

基于ESP的汽車剎車系統設計

李妍蒴 郭秋 遼寧科技大學軟件學院

文章對于現如今汽車行業發展迅猛，從而導致安全性能跟不上汽車發展的問題，提出了整改性的措施，利用工業上精準的激光傳感器進行精準測量，再用ARM系列單片機作為系統的MCU，實現數據采集，判斷和處理及報警。系統應用ESP嵌入式EPB裝置實現。

汽車 ARM系列單片機 激光測距 自行減速

隨著計算機技術的發展，利用計算機及信息技術來提高道路交通安全和效率已成為國內外研究的熱點。利用傳感器發展汽車防撞技術成為各大汽車公司的主流。由于激光測距儀價格不斷下調，工業上也逐漸開始使用激光測距儀。國內外出現了一批新型的具有測距快、體積小、性能可靠等優點的微型測距儀，可以廣泛應用于汽車行業。激光測距儀由于其快速和非接觸測量的特點，應用相當廣泛。目前主要有脈沖式測距儀和相位式測距儀兩種，本文在分析激光測距儀原理的基礎上，設計和研究了非接觸便攜式激光測距儀。在現在的防撞技術中，倒車防撞技術已經相當成熟，很多的汽車公司，例如日本的本田，豐田公司，寶馬公司都已經將倒車防撞技術安裝的汽車上面。但是目前在汽車行駛過程中利用傳感器測量與障礙物之間的距離研究還遠遠不夠，國內目前生產的中遠距離測量普遍達不到要求，表現在最遠測距距離近，測距誤差大，遠遠不滿足公路安全車距離要求，需進一步研究。

1 激光測距儀的原理

激光傳感器工作時，先由激光二極管對準目標發射激光脈沖。經目標反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到傳感器接收器，被光學系統接收后成像到雪崩光電二極管上。雪崩光電二極管是一種內部具有放大功能的光學傳感器，因此它能檢測極其微弱的光信號。記錄并處理從光脈沖發出到返回被接收所經歷的時間，即可測定目標距離。則：

2 系統整體介紹

汽車剎車系統，是指在面臨撞車危險時，不需要人為操作，本系統能夠幫助駕駛員自動剎車。系統采用毫米波雷達，它可以測出與前車或者障礙物的距離，通過系統分析，然后與報警距離、安全距離進行比較，當測得的距離小于報警距離時，系統會自動顯示報警提示，而小于安全距離時，如果駕駛員沒能及時意識到踩剎車踏板，自動剎車系統將會及時啟動，實現汽車自動剎車。本系統包括三個模塊：測距模塊、數據分析處理模塊和執行機構模塊。

3 實驗的設計思路

3.1 測距模塊

為了實現遠距離測距，本系統使用了工業上的激光傳感器，精度為厘米級，有效距離為50m，可以進行遠距離測距。并且激光受到的光照影響強度較小，應用的范圍較廣。

3.2 數據分析處理模塊

本系統使用ARM系列單片機作為系統的MCU，實現距離數據的采集，判斷和處理以及報警。對測量得到的數據進行實時判斷處理，用戶可以自行設置安全距離，在安全距離之外進行報警。同時，設置了相對速度的判定，在兩車相對速度的安全閾值之外，系統報警。

3.3 執行機構模塊

通過對電子駐車系統的研究，系統使用ESP嵌入式EPB裝置。它是取代了傳統汽車拉桿手剎的電子手剎按鈕的一種裝置。采用該系統以后，傳統的機械杠桿以及輪胎鋼都沒有了，過去體積較大的拉桿手剎則成為通過控制電機進行動作，進而帶動制動卡鉗活塞移動，產生一定的機械夾緊力，從而完成剎車動作，可以為汽車駕駛員提供更多便利，也比傳統的拉桿手剎更為安全。

3.4 系統整體結構

通過傳感器采集距離數據以后，MCU對數據進行采集，并進行運算，計算出車主設置合理車距，如果超過安全距離，則報警；如果汽車行駛速度過高，則自動減速。在MCU發出減速PWM電信號以后，通過對信號的處理放大，驅動執行機構的電動機，實現汽車速度的控制。

3.5 實驗結果分析

圖1

圖2

圖3

通過更改距離，速度閾值來測量距離，測量速度，從而在超出的部分達到控速的目的。

4 項目實施遇到的問題及改進的方法

通過對系統實現和在實驗中遇到的問題，該系統實施還存在一些問題如下所示：

第一，激光傳感器的短板：激光傳感器是通過計算發射激光和接收激光之間的時間間隔和激光的速度，從而計算距離的。那么在高速行駛過程中，激光的使用范圍可能難以滿足速度的限制。如果加大發射激光的功率，則會對人體產生危害。系統可以采用攝像頭進行距離的采集，通過雙目視覺算法，不僅可以捕捉前車的距離，還能對檢測物體進行判斷，降低出現誤判的現象。并且攝像頭不會出現被吸收的現象，不受距離的限制，只要是在攝像頭的拍攝范圍以內。

第二，發射激光還存在被吸收的尷尬之處，實際測試得到結果，在黑色反光物體上，激光測距的速度變得十分緩慢，甚至得出錯誤的數據，這也是限制使用的一個方面。

5 實驗的前景

汽車的制動系統直接關系到行車安全，一個良好的制動系統不僅能夠提高駕車的安全性，而且還能給乘客帶來良好的舒適性。目前交通事故頻頻發生，如翻車、車撞車、車撞人或者車撞障礙物等，這些情況發生的原因，與現有的剎車系統有很大的關系。這主要是因為駕駛員在事故發生之前，由于各種原因而來不及提前手動操作剎車系統，也有人為誤操作（如誤踩油門）或者車體本身的剎車系統失靈等原因而造成事故的發生。因此汽車如何避免或者最大限度的減少交通事故的發生，成為汽車安全方面設計的重中之重。

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