汽車電子限速器的技術(shù)原理分析與設(shè)計(jì)

　　(2)語音報(bào)警單元

　　語音報(bào)警原理圖如圖8所示。為了保證行駛的安全性和平穩(wěn)性，必須在汽車停止?fàn)顟B(tài)下才能啟動(dòng)限速器或關(guān)閉限速器，因此配有語音報(bào)警器，以起到有效的提醒作用。該限速器使用帶功放的ML22865語音芯片，其芯片的SCL、SDA、(CBUSYB)腳分別接至MSP430F169的I/O口P5.2~P5.4,報(bào)警器的SPM、SPP腳接揚(yáng)聲器。

　　(3)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元

　　限速器的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)原理圖如圖9所示。限速器要能設(shè)定速度上限值，以及提供給自學(xué)習(xí)算法所需的大量的存儲(chǔ)空間,因此必須具備數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能,本設(shè)計(jì)使用24LC512存儲(chǔ)器。

　　(4)鍵盤和顯示單元

　　利用MSP430F169的P3.4~P3.7實(shí)現(xiàn)4個(gè)獨(dú)立按鍵，功能分別為限速器開關(guān)鍵、數(shù)值增加鍵、數(shù)值減少鍵以及確認(rèn)鍵。顯示單元使用4個(gè)8段數(shù)碼管顯示，顯示4位的限速值。顯示數(shù)據(jù)通過MSP430F169的P1口提供。MSP430F169的P2.0~P2.3口作為數(shù)碼管的控制口，為了節(jié)省能耗，數(shù)碼管只有在按下鍵盤時(shí)才點(diǎn)亮，當(dāng)30 s內(nèi)不再操作鍵盤時(shí)數(shù)碼管熄滅。

3 限速器的軟件設(shè)計(jì)

　　限速器的軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖10所示。為了保證行駛的安全性和平穩(wěn)性，必須在汽車停止?fàn)顟B(tài)下才能啟動(dòng)或關(guān)閉限速器。限速器工作過程如下：通過按鍵中斷程序判斷是否有啟動(dòng)或關(guān)閉限速器的按鍵，如果有按鍵信號(hào)，限速器根據(jù)主程序采集的踏板傳感器電信號(hào)，判斷是否有油門踏板動(dòng)作，如果有踩下油門踏板，語音報(bào)警，此操作無效；如果無踏板動(dòng)作，再次提醒是否處于行駛狀態(tài)，并且設(shè)置5 s延時(shí)，并再次按下該按鍵，才能將限速器開啟或關(guān)閉。如果判斷是關(guān)閉限速器按鍵，則關(guān)閉限速器，并設(shè)置關(guān)閉狀態(tài)，且將該狀態(tài)信息傳遞給主程序；如果是啟動(dòng)限速器，則開啟限速器工作，并設(shè)置開機(jī)狀態(tài)，且將該狀態(tài)信息傳遞給主程序。在主程序循環(huán)中，首先采集踏板傳感器信號(hào)并通過IIR濾波判斷是否有踏板動(dòng)作并將該信息反饋給鍵盤中斷程序，然后判斷是否有設(shè)置速度上限值按鍵。如果有，則設(shè)置相應(yīng)的速度值Vm，并存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中；如果沒有，則讀入踏板傳感器的電信號(hào)A/D值Ux，Ux通過自學(xué)習(xí)算法得出行駛速度值Vx。

4 測(cè)試實(shí)驗(yàn)

　　(1)限速器開啟瞬間信號(hào)振蕩測(cè)試實(shí)驗(yàn)

為了檢測(cè)限速器開啟瞬間工作的可靠性，抽樣5臺(tái)限速器做實(shí)驗(yàn)，觀察ECU輸入信號(hào)(圖2中“1”點(diǎn)處信號(hào))。主要測(cè)試項(xiàng)目為：限速器開啟到穩(wěn)定所需時(shí)間(如圖11中的t2-t1)、開啟瞬間信號(hào)的最大振幅(如圖11中的Umax~Umin)、測(cè)試所得到數(shù)據(jù)如表1所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,開關(guān)切換時(shí)間在1 ms以內(nèi)，根據(jù)ECU電氣特性，信號(hào)的干擾在5 ms以內(nèi)，能夠被平滑處理。而電壓振幅也在ECU允許的范圍內(nèi)，因此開關(guān)的過程是可靠的。

　　(2)限速器輸出信號(hào)跟隨輸入信號(hào)變化滯后測(cè)試實(shí)驗(yàn)

　　IIR濾波算法及自學(xué)習(xí)算法會(huì)導(dǎo)致輸出信號(hào)滯后與輸入信號(hào)。本實(shí)驗(yàn)中MSP430F169的運(yùn)行速度為8 MIPS。為了測(cè)試滯后影響，本實(shí)驗(yàn)通過檢測(cè)限速器輸出信號(hào)跟隨踏板傳感器信號(hào)變化的情況來測(cè)試其影響性。主要測(cè)試項(xiàng)目為：當(dāng)踏板傳感器的信號(hào)從U1值變到U2值時(shí)，踏板傳感器信號(hào)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)所需的時(shí)間t1，限速器輸出信號(hào)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)所需的時(shí)間t2, t2-t1的差值以及穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)兩電路值ΔU如圖12所示,通過測(cè)試得到數(shù)據(jù)如表2所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明時(shí)間差t2-t1為10 ms左右，這個(gè)時(shí)間人的操作是感覺不到的;電壓的誤差ΔU在3 mV以內(nèi)，電壓的影響可以被忽略。因此時(shí)間的滯后及電壓誤差不會(huì)影響限速器的性能。

　　本文所介紹的汽車限速器安裝靈活，不破壞汽車的完整性和可靠性，可以從根本上解決汽車超速問題，可極大地減少惡性交通事故，該裝置推廣應(yīng)用，隨著汽車消費(fèi)品不斷普及以及消費(fèi)者安全意識(shí)的不斷增強(qiáng)，汽車限速器在未來必將會(huì)有廣闊的市場(chǎng)。