基于加速度傳感器的機動車制動性能監(jiān)測系統(tǒng)

RG=100 kΩ/(G-1)

踏板力傳感器信號調(diào)理電路如圖3所示。

1.4 微控制器選型

為了設(shè)備能夠在多種情景下工作，采用兩路供電，通過開關(guān)選擇，一路由鋰電池供電，一路由汽車內(nèi)部12 V DC直接供電。同時為了滿足持續(xù)監(jiān)控的使用要求，選擇支持超低功耗的MSP430系列單片機，其擁有4種省電模式，其中LPM4的最低工作電流只有0.1μA，可以通過內(nèi)部指令在不同工作模式下快速切換，因而MSP430系列單片機在電池供電的情況下?lián)碛袠O大的優(yōu)勢。

MSP430系列是16位混合信號處理器，其擁有豐富的片上外圍模塊，片內(nèi)有硬件乘法器、兩個具有PWM功能的16位定時器、一個14路的12位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。MSP430可以提供內(nèi)置參考電壓源(2.5 V)、一個看門狗定時器、兩路USART通信端口、一個比較器并且支持8 M的時鐘。同時

MSP430擁有豐富的具有中斷功能的I/O端口，并擁有大容量的Flash和RAM。

綜上所述，MSP430擁有的豐富資源可以簡化系統(tǒng)的電路設(shè)計，縮短開發(fā)時間，降低系統(tǒng)成本，其低功耗特性更是能夠提高系統(tǒng)的便攜性，因而使用其作為制動性能監(jiān)測系統(tǒng)的處理器。

2 軟件及算法設(shè)計

系統(tǒng)以三軸加速度傳感器為核心，系統(tǒng)開機后從存儲器上讀取上次檢測后上位機發(fā)回的指令及數(shù)據(jù)存儲的末地址，在踏板力傳感器被踩下后，進入加速度數(shù)據(jù)與踏板力數(shù)據(jù)采集階段，并同時通過MSP430內(nèi)部定時器對制動過程計時，采集數(shù)據(jù)的同時，記錄該數(shù)據(jù)的采集時間點。在制動過程完成后，通過相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理程序計算制動過程中的踏板力、平均制動減速度等參數(shù)并將測試數(shù)據(jù)發(fā)回到上位機進行數(shù)據(jù)分析、圖形化顯示及記錄等操作。下位機等待上位機的控制指令，收到指令后將之存儲于存儲器中，完成后返回預讀系統(tǒng)初值狀態(tài)，至此完成一次閉環(huán)檢測與上報。

2.1 系統(tǒng)主程序設(shè)計

軟件設(shè)計采取模塊化的思想，系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集模塊，系統(tǒng)控制模塊，數(shù)據(jù)傳輸模塊組成，系統(tǒng)流程圖如圖4。

2.2 數(shù)據(jù)處理算法設(shè)計

系統(tǒng)自踏板力傳感器檢測到壓力且超過閥值時開始采集加速度信號。由于踏板力在制動開始階段未達到最大值，故而在制動開始后，利用定時器開關(guān)中斷以10 Hz的頻率采集踏板力數(shù)據(jù)。同時從加速度傳感器讀取加速度數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集在連續(xù)采集到10組低于0.1g的加速度數(shù)據(jù)后停止，進入數(shù)據(jù)處理流程，計算制動初速度，平均制動減速度，制動距離等參數(shù)。

機動車制動過程可以分成三個部分，如圖5所示，分別為t1：機械反應(yīng)時間;t2：制動力增長時間;t3：制動力持續(xù)時間。機械反應(yīng)時間t1以踏板力采集到踩踏的時間開始持續(xù)到制動力開始上升為止。制動力增長時間t2是指制動減速度由0上升到穩(wěn)定制動階段所需要的時間。t2結(jié)束點作為制動力持續(xù)時間t3的開始點，由圖5可知在制動完成時，由于機動車前后輕微抖動，會產(chǎn)生負的加速度，將這個點作為制動完成點。

在機動車制動過程中，從制動踏板被踩下到制動生效有較長的制動準備時間，這給整個制動過程中的制動初速度，制動距離等變量帶來了較大的累積誤差。因而制動關(guān)鍵參數(shù)采取分段計算求得，從制動結(jié)束點向后數(shù)值積分。t1階段可以視為勻速運動故而S1=vD·t1，t2階段由于是變減速運動，故

但是根據(jù)實際檢測證明，在t2階段機動車也可以視為勻速運動。因而可以簡化運算S2=v0·t2，制動力持續(xù)階段也屬于變減速運動，同時在向后積分的情況下，存在誤差累積的情況且采樣速度較快時采樣間隔誤差也會對減速度大小造成較大誤差。因而采取N次平滑法，N次平滑后使采樣間隔△t基本相等，從而可以用累積求和的方法直接求出行進距離與初始速度。

2.3 上位機監(jiān)測與處理程序

上位機系統(tǒng)采取B/S/S(Browser客戶端瀏覽器/WebServer網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器/Database Server)結(jié)構(gòu)設(shè)計。下位機通過3G網(wǎng)絡(luò)將測試數(shù)據(jù)以報文形式發(fā)送到服務(wù)器，經(jīng)由服務(wù)器解碼處理后存入數(shù)據(jù)庫，同時系統(tǒng)管理員以及機動車駕駛?cè)藛T可以通過不同級別賬戶登錄網(wǎng)頁實時查詢制動系統(tǒng)情況。在制動性能數(shù)據(jù)處于臨界值或者不合格時，將相應(yīng)車輛信息加入警告窗口，并通知管理部門同時向駕駛?cè)藛T發(fā)布報警短信，從而達到實時監(jiān)控，將危險因素抑制于初發(fā)階段的目的。

3 結(jié)束語

文中設(shè)計了一個機動車制動性能監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于3G網(wǎng)絡(luò)利用多維加速度傳感器等檢測出機動車制動過程中的平均制動減速度，制動時間，制動距離等關(guān)鍵參數(shù)并經(jīng)由3G網(wǎng)絡(luò)向服務(wù)器發(fā)送檢測結(jié)果。為了簡化系統(tǒng)安裝使用，采用了高性能且低功耗的處理器設(shè)計成便攜便安裝結(jié)構(gòu)，從而可以方便快捷地實時監(jiān)測機動車的制動系統(tǒng)的安全狀態(tài)。系統(tǒng)具有功耗小，實時性強、安裝方便簡單、實用性強同時具有較好的經(jīng)濟效益與社會效益，尤其對于降低因制動系統(tǒng)故障導致的交通事故數(shù)目具有較大的幫助。