基于CAN總線的重型汽車(chē)內(nèi)輪差預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 內(nèi)輪差原理

　　內(nèi)輪差是車(chē)輛轉(zhuǎn)彎時(shí)的前內(nèi)輪的轉(zhuǎn)彎半徑與后內(nèi)輪的轉(zhuǎn)彎半徑之差。由于內(nèi)輪差的存在，車(chē)輛轉(zhuǎn)彎時(shí)，前、后車(chē)輪的運(yùn)動(dòng)軌跡不重合。內(nèi)輪差的大小與轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)的幅度和車(chē)輛軸距的長(zhǎng)短有關(guān)，方向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)幅度越大即轉(zhuǎn)向角度越大，內(nèi)輪差越大，反之越小;車(chē)輛的軸距越長(zhǎng)，內(nèi)輪差越大，反之則越小。重型汽車(chē)車(chē)身都比較長(zhǎng)，尤其是車(chē)頭轉(zhuǎn)過(guò)去后，還有很長(zhǎng)的車(chē)身沒(méi)有轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)，極易形成大型車(chē)輛司機(jī)的“視覺(jué)盲區(qū)”，路人步入內(nèi)輪范圍后，容易造成生命危險(xiǎn)。如圖1中的陰影部分為內(nèi)輪差的形成區(qū)域。

圖1 內(nèi)輪差示意圖

2 超聲波預(yù)警原理

2.1超聲波測(cè)距原理

　　諧振頻率高于20KHZ的聲波被稱為超聲波。超聲波為直線傳播，頻率越高，則繞射能力越弱，反射能力越強(qiáng)。超聲波測(cè)距的方法多種多樣，如相位檢測(cè)法、聲波幅值檢測(cè)法和往返時(shí)間檢測(cè)法等。相位檢測(cè)法雖然精度高，但檢測(cè)范圍有限;聲波幅值檢測(cè)法易受反射波的影響。本文采用往返時(shí)間檢測(cè)法，其工作原理是：使超聲波發(fā)射探頭向介質(zhì)發(fā)射超聲脈沖，聲波遇到被測(cè)物體后必有反射波作用于接收探頭。若已知介質(zhì)中的聲速為V，發(fā)射脈沖時(shí)刻與第一個(gè)反射波到達(dá)時(shí)刻的時(shí)間差為 T，則探頭與被測(cè)物體距離S=VT/2，對(duì)距離值改變的測(cè)算可以實(shí)現(xiàn)所需的控制目的。超聲波的速度V與溫度相關(guān)，空氣中的聲速與溫度的關(guān)系可表示為：

　?。?）

2.2 輪差檢測(cè)中超聲波傳感器的布置

　　汽車(chē)在行駛中即會(huì)向左側(cè)轉(zhuǎn)彎也會(huì)向右側(cè)轉(zhuǎn)彎，因此超聲波傳感器應(yīng)該在車(chē)身的兩邊對(duì)稱安裝。本系統(tǒng)中一共需要安裝三對(duì)傳感器，一對(duì)安裝在前輪附近，為了提醒司機(jī)轉(zhuǎn)彎時(shí)車(chē)身后面是否會(huì)撞到轉(zhuǎn)彎內(nèi)側(cè)的物體;第二對(duì)安裝在軸距中間附近，為了防止有物體在汽車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)突然出現(xiàn)在轉(zhuǎn)彎內(nèi)側(cè);第三對(duì)安裝在后輪附件，為了及時(shí)提醒司機(jī)危險(xiǎn)狀況。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)將單片機(jī)技術(shù)、超聲波測(cè)距技術(shù)與CAN總線通信技術(shù)等相結(jié)合，可檢測(cè)汽車(chē)在轉(zhuǎn)彎過(guò)程中汽車(chē)內(nèi)側(cè)狀況。預(yù)警系統(tǒng)的三對(duì)測(cè)距傳感器獨(dú)立工作，通過(guò)CAN 總線經(jīng)接口芯片PCA82C250驅(qū)動(dòng)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街骺刂破鳌y(cè)距采用SensComp 600傳感器和SensComp 6500超聲波距離模塊;單片機(jī)采用低成本的AT89C51主要功能為：1、用于控制測(cè)距傳感器并把測(cè)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)通過(guò)CAN控制器SJA1000發(fā)送到 CAN總線上;2、通過(guò)溫度傳感器DS18B20傳送過(guò)來(lái)的溫度參數(shù)，修正超聲波在空氣中的傳播速度;在PCA82C250與SJA1000之間還增加了高速線性光耦6N137進(jìn)行隔離，有效地防止汽車(chē)在惡劣工作環(huán)境下的瞬態(tài)干擾，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。因?yàn)槿龑?duì)測(cè)距傳感器硬件系統(tǒng)完全相同，此次只用一個(gè)進(jìn)行說(shuō)明，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 輪差預(yù)警系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖