基于LabVIEW的倒車自動剎車系統(tǒng)開發(fā)

　　傳感器的引腳定義如表1所示：　　

 

　　通過Time-of-Flight(TOF)算法計算發(fā)射波與接收波的時間差，從而得出超聲波探頭與障礙物間的距離，其距離計算公式如(1)式所示：

　　D=(c*t)/2       (1)
　
    　式中D為超聲波傳感器與障礙物的距離，c為聲波在空氣中的速度，t為發(fā)射波與接受波的時間差。

　　3.2.2 方案設(shè)計及指標(biāo)設(shè)定

　　由圖3可知超聲波傳感器的激勵波脈沖時序在發(fā)射周期初始階段連續(xù)發(fā)射14個40kHz的脈沖串后持續(xù)低電平至周期結(jié)束，屬于非常規(guī)信號源，對外圍硬件電路設(shè)計造成極大困難。針對此問題，LabVIEW DAQ平臺的相關(guān)設(shè)備則降低了采集系統(tǒng)構(gòu)筑的難度?！　?/p>

 

　　▲ 采用的NI cDAQ-9178為8槽USB機(jī)箱，具有50多個結(jié)合集成信號調(diào)理的可熱插拔I/O模塊，機(jī)箱中內(nèi)置4個通用32位計數(shù)器/定時器，并可借助使用DAQ Assistant的NI-DAQmx軟件自動代碼生成
　　▲ NI 9269采用單通道輸出14個12V、40kHz的模擬電壓信號后持續(xù)低電平，信號周期30ms
　　▲ NI 9221采用單通道模擬輸入模塊，采樣頻率1kHz，采樣點數(shù)1k

　　本系統(tǒng)屬低速控制范圍(即車速低于5Km/h)，為保證駕駛員的安全性同時避免車輛碰撞障礙物，依據(jù)運動學(xué)公式V02=2aS設(shè)定預(yù)定警戒距離為70cm。并在開發(fā)程序過程中設(shè)定70cm為停車標(biāo)識符(StopFlag)，如圖4。

　　3.3 剎車控制模塊

　　3.3.1 車輛模型

　　車輛數(shù)學(xué)模型的建立有利于驗證系統(tǒng)的可行性，北科大的陳柏全教授在Matlab/Simulink平臺上構(gòu)建如圖5所示的車輛縱向模型?！　?/p>

 

　　為了減小車身零部件對系統(tǒng)的非線性因素導(dǎo)致的累積誤差影響，本系統(tǒng)僅通過試驗車的電動真空助力泵(EVB)所提供的助力實現(xiàn)制動力輸出。

　　根據(jù)牛頓第二定律可建立車輛縱向模型的一階線性微分方程，如(2)式所示：　　

　　(2)

　　式中Mv 為車身質(zhì)量，v為實時車速，F(xiàn)b 為制動力，F(xiàn)a為空氣阻力，g為重力加速度，θ為路面坡度，F(xiàn)θ為怠速驅(qū)動力。

　　3.3.2 速度曲線規(guī)劃　　

 

　　規(guī)劃的曲線必須盡可能的平順并且沒有緊急制動情況的出現(xiàn)，在速度控制領(lǐng)域內(nèi)有多種方法可實現(xiàn)。但對于如何使駕駛員在加減速時感覺較舒適，則是目前速度控制領(lǐng)域內(nèi)比較重要的課題。Kyongsu Yi的論文中指出，駕駛員感到較為舒適的加減速不應(yīng)高于2.5m/s²。根據(jù)此研究成果，本系統(tǒng)的預(yù)定速度設(shè)定為1.6Km/h如圖6，預(yù)定加速度設(shè)為1.4m/s²如圖7，理論上的車輛制動距離為7cm。根據(jù)圖6的預(yù)定速度軌跡可將其分成加速、勻速以及減速三個狀態(tài)，首先控制車速以定加速度從0Km/h升至1.6Km/h;若系統(tǒng)監(jiān)測到StopFlag為0(即車—障礙物在停車范圍以外)，系統(tǒng)維持車速處于勻速狀態(tài)即以1.6Km/h定速行駛;若系統(tǒng)監(jiān)測到StopFlag為1(即車—障礙物在停車范圍以內(nèi))，則進(jìn)入減速狀態(tài)，速度以定加速度從1.6Km/h降至0Km/h。