汽車方向盤應(yīng)變片式握力感應(yīng)鳴笛觸發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

郭海濤　肖錦峰

摘? 要：當(dāng)前的汽車鳴笛系統(tǒng)可靠而不方便，可以采用柔性材料作為車輛鳴笛系統(tǒng)的傳感器和觸發(fā)源。將柔性傳感器合理安置在方向盤手指處，通過設(shè)置合適的壓力閾值，在需要鳴笛時(shí)可以在最短時(shí)間內(nèi)觸發(fā)鳴笛系統(tǒng)，提升交通駕駛過程安全性和便利性。

關(guān)鍵詞：方向盤;柔性材料;鳴笛系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP212? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）06-0035-02

Abstract： The current automobile whistle system is reliable but inconvenient， so flexible materials can be used as the sensor and trigger source of the vehicle whistle system. The flexible sensor is reasonably placed at the finger of the steering wheel， and by setting the appropriate pressure threshold， the whistle system can be triggered in the shortest time when the whistle is needed， so as to improve the safety and convenience of the traffic driving process.

Keywords： steering wheel; flexible material; whistle system

1 概述

汽車動(dòng)力和排放領(lǐng)域的研發(fā)過程一直倍受重視，但對于車輛鳴笛系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新和關(guān)注度不高。現(xiàn)在的汽車鳴笛系統(tǒng)都是集中在方向盤的中央?yún)^(qū)域，駕駛者若要鳴笛，要將手移動(dòng)至方向盤中央摁壓按鍵。曾出現(xiàn)過少數(shù)型號(hào)的汽車將鳴笛按鍵設(shè)置在方向盤的3點(diǎn)或9點(diǎn)鐘位置，但此類型車輛在行駛過程中，尤其是轉(zhuǎn)彎時(shí)要按壓汽車鳴笛系統(tǒng)，會(huì)較難定位按鍵位置，因?yàn)榇嬖谶@種缺陷，3點(diǎn)與9點(diǎn)式的鳴笛按鍵模式逐步被統(tǒng)一成了方向盤中央?yún)^(qū)按鍵的鳴笛模式。這種中央?yún)^(qū)的按鍵模式，定位鳴笛按鈕方便，但手指或掌心從方向盤邊緣向中心區(qū)域移動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生約0.1秒的移動(dòng)延時(shí)，如果考慮到按壓喇叭還有一段行程，則總延時(shí)約為0.15秒，從駕駛者產(chǎn)生鳴笛的意圖，到動(dòng)作完成，間隔時(shí)間長，增大了危險(xiǎn)駕駛系數(shù)。隨著傳感器技術(shù)的不斷進(jìn)步，柔性傳感器應(yīng)用日益多樣化，性能也不斷提升。在新型的鳴笛系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，如果采用柔性應(yīng)變傳感器作為信號(hào)觸發(fā)源，能有效降低按鍵觸發(fā)延遲時(shí)間，緩解駕駛壓力。

采用柔性壓力傳感器進(jìn)行汽車鳴笛系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其優(yōu)點(diǎn)在于可以將感應(yīng)片貼附在方向盤外圍圓周的下側(cè)（指尖側(cè)）。無論是正常行駛，還是轉(zhuǎn)彎過程中，如果需要鳴笛，只需手指用力握方向盤圈，就會(huì)觸發(fā)汽車鳴笛，此過程中手指或掌心不需要產(chǎn)生特定位移，從而有效提升行車安全系數(shù)。新系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中要解決兩個(gè)關(guān)鍵問題，一是要設(shè)定合適的握力閾值，握力超過該閾值才會(huì)觸發(fā)鳴笛，日常駕駛過程中一般的抓握是低于閾值壓力的，不會(huì)觸發(fā)鳴笛。二是作為傳感器的柔性應(yīng)變傳感器，要方便貼合于方向盤圈上，并接入汽車的原有觸點(diǎn)控制系統(tǒng)。對于新的柔性材料的貼敷方式，可以直接貼敷在方向盤上，如果有突兀感，可輕微在方向盤手指側(cè)預(yù)留淺槽，應(yīng)變片貼附于淺槽內(nèi)，與淺槽外側(cè)的方向盤輪圈形成合一的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，對方向盤的平順性無影響。新的鳴笛觸發(fā)系統(tǒng)對整車設(shè)計(jì)無影響，對現(xiàn)有車輛鳴笛系統(tǒng)的模具和圖紙基本無改動(dòng)。

2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

汽車方向盤握力感應(yīng)鳴笛觸發(fā)系統(tǒng)主要包括如下幾個(gè)方面的研究內(nèi)容：

（1）對當(dāng)前壓力傳感器相關(guān)性能進(jìn)行評測，選擇出合適的柔性壓力傳感器。當(dāng)前技術(shù)較為成熟的壓力傳感器有陶瓷壓力傳感器、擴(kuò)散硅壓力傳感器、壓電式壓力傳感器等，但考慮到傳感器需要選擇柔性材料制成，同時(shí)需要較高的敏感度，因此選擇FSR402薄膜壓力傳感器是比較適當(dāng)。

（2）選擇型號(hào)配對的微處理器芯片，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，可以選擇性能較為可靠的芯片STC89C52或STM32F10

3C8T6作為主控電路芯片，將壓力傳感器信號(hào)接入單片機(jī)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)主控電路。

（3）編寫程序采集傳感器輸入的信號(hào)，編程設(shè)定壓力傳感閾值，當(dāng)輸入的壓力值超過閾值，輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)鳴笛系統(tǒng)發(fā)出聲音。

（4）設(shè)計(jì)外圍電路，完成從信號(hào)采集到控制信號(hào)輸出的外圍電路設(shè)計(jì)。

3 硬件電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)化輸入輸出模式進(jìn)行設(shè)計(jì)，壓力作用在傳感器上，根據(jù)應(yīng)變片式傳感器的轉(zhuǎn)換規(guī)律，轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的阻抗變化值，薄膜壓力傳感器FSR402壓阻特性數(shù)據(jù)如表1所示，對應(yīng)特性曲線如圖1所示，然后由信號(hào)處理模塊將阻抗變化轉(zhuǎn)換成線性電壓值的變化量。

線性電壓處理模塊將壓阻變化轉(zhuǎn)化為線性電壓數(shù)據(jù)，由IO口輸入STC89C52，當(dāng)數(shù)據(jù)超過軟件程序中設(shè)定的閾值，一方面將壓力信號(hào)顯示在液晶屏上用于直觀顯示，另一方面輸出到信號(hào)放大模塊中，驅(qū)動(dòng)原有汽車鳴笛系統(tǒng)發(fā)出聲音。系統(tǒng)整體硬件架構(gòu)如圖2所示。

4 系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)

與硬件系統(tǒng)對應(yīng)的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是采集線性電壓模塊上傳的信息數(shù)據(jù)，設(shè)置壓力閾值，當(dāng)傳感器的信號(hào)強(qiáng)度高于軟件系統(tǒng)中設(shè)定的閾值時(shí)，輸出端產(chǎn)生輸出信號(hào)，經(jīng)由輸出功率放大后，驅(qū)動(dòng)終端設(shè)備產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。其主程序部分代碼如下：void main（）

{

Init_LCD1602（）;

LCD1602_write_com（0x80）;

LCD1602_write_word（"welcome to use！"）;

while（1）

{

scanSensor（）;

if（KEY_NUM == 1）

{

KEY_NUM = 0;

LCD1602_write_com（0x80+0x40）;

LCD1602_write_word（"count ="）;

LCD1602_write_data（count%10000/1000+0x30）;

LCD1602_write_data（count%1000/100+0x30）;

LCD1602_write_data（count%100/10+0x30）;

LCD1602_write_data（count%10+0x30）;

count++;

if（state == 2）

state = 0;

}

}

}

void scanSensor（）

{

// SENSOR = 1;

if（SENSOR == 1）

{

Delay_ms（10）;

if（SENSOR == 1）

{

while（SENSOR == 1）;

KEY_NUM = 1;

}

}

截至2019年6月，全國機(jī)動(dòng)車保有量達(dá)3.4億輛，其中汽車2.5億輛。這個(gè)龐大的產(chǎn)業(yè)所采用的都是近乎相同的鳴笛觸發(fā)模式，雖然可靠性高，但安全系數(shù)較低，以柔性材料作為觸發(fā)器的新型鳴笛系統(tǒng)，創(chuàng)新性高，但結(jié)構(gòu)不復(fù)雜，穩(wěn)定性強(qiáng)，基于單片機(jī)最小化系統(tǒng)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)與改造，量產(chǎn)采用封裝模式，體積小，可靠性高，對現(xiàn)有汽車?yán)认嚓P(guān)設(shè)備改動(dòng)輕微，保證了汽車整體電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度不增加的情況下，提升了駕駛的安全性和易操作性，所以它具有重要的應(yīng)用和推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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