EEPW论坛

作者：德州学院 林振军 孙明珠 王延龙

指导教师：邓广福

作品简介

　　随着生活水平的提高，汽车可以说已经走进了千家万户。它在方便我们出行的同时也带来了一些问题。我国今年夏季全国普遍高温，从每天新闻播报中可以看到，由于持续的高温天气，汽车在高速行驶时，造成爆胎的事故接连发生(每天平均13起)。据统计，高速路上的事故70%是由于轮胎故障造成的。针对这种情况，我们设计制造了车辆爆胎安全防护装置这一个安全系统。

　　我们都知道汽车爆胎后正确的处理方法是：1、双手紧握方向盘，控制车辆前进的方向，慢慢将车辆向路侧停靠;2、尽可能点踩制动踏板，以免车头部分承受压力过大，使轮胎脱离轮圈，造成翻车;

　　但是在这种紧急情况下，人们往往会惊慌失措而误打方向盘，急踩刹车，使车辆调节过度而失去平衡，从而造成严重的交通事故，甚至威胁到人的生命安全。

　　这个系统就是处理爆胎安全问题的。该系统主要由方向锁闭系统、分段缓刹装置、霍尔测速装置、胎压检测装置、主控器(Freescale公司Cortex-M4)五个子系统组成。系统主要有四大功能：

　　一、汽车一旦发生爆胎，胎压传感器检测胎压P突然减小，这时测速模块会立刻检测汽车速度v，如果此时车速过高，主控器会控制方向锁闭系统开启，在一定范围内锁定方向盘(0°~90°)，使驾驶员在一定范围内调节方向盘，从而防止误打方向盘。同时开启分段缓刹装置，使汽车制动达到 “点刹”的效果，使汽车缓慢停下来，达到安全制动;

　　二、系统胎压检测装置将检测的轮胎压力和温度，通过无线24L01发送至主机，5110液晶实时的显示检测值。

　　三、我们可以根据汽车不同的轮胎标准，季节温度，通过按键手动设定额定胎压、温度的上下限，以适应不同的需求。

　　四、为了防患于未然，主控系统会将检测值与额定值实时比较，一旦超出就会触动报警，提示驾驶员降速行驶，保证人身财产安全。

　　本产品最大的特色就是可以在爆胎发生时，其智能的处理方式，方向锁闭系统防止人们误打方向盘，缓刹装置使液压与刹车装置间断闭合，使汽车安全制动，会避免人们错误操作带来的严重后果。

平台选型说明

　　本作品使用Freescale公司Cortex-M4单片机实现，该开发板采用ARM公司的32位Cortex-M0处理器，性能高，功耗低，开发简单。mbed NXP LPC11U24微控制器开发板，片上有一块运行在48MHz的32位LPC11U24微控制器，其处理器核心为ARM公司的Cortex-M0。微控制器上还提供了8KB的RAM和32KB的FLASH存储器用于程序存储和运行。mbed LPC11U24开发板可连接的外设也非常丰富，包括USB接口用于供电及编程调试，并提供I2C、SPI、USB等多种数字I/O及多路模拟I/O。

设计说明

　　第一章 绪论

　　1.1系统简介

　　胎压过高或者过低都会使轮胎磨损加剧，尤其汽车在高速公路上行驶，一旦因胎压异常或者胎内温度过高造成爆胎，后果将不堪设想。目前的胎压产品只是可以检测胎压，根本没有办法对突发情况(爆胎)做出合理的判断。因此，一旦爆胎，将会给人们带来巨大的威胁。为了解决这种生活中的问题，更好的保障我们的人身车辆安全，我们设计了这个产品。它不仅检测精度更高，稳定定性更好，最重要的是面对突发情况时，可以及时的做出安全处理，更好的保障好我们的人身和车辆的安全。它的设计更加协调统一，可以满足大多数车辆的需求。

　　1.2 功能及原理

　　该作品主要功能：一、在爆胎时，做出相应的处理，保证车辆和人身的安全。二、在正常情况下对胎压和胎内温度实施监控，当胎压或者温度异常时系统声光报警，提醒驾驶员注意安全。原理：本系统主要由方向锁闭系统、分段缓刹装置、霍尔测速装置、胎压检测装置、主控器(Freescale公司Cortex-M4)五个子系统组成。正常情况下，胎压监测装置实施检测轮胎压力和温度，通过24L01无线模块发送至主机，主机和将采集值与设定值进行比较，一旦异常，主控器控制蜂鸣器报警。当汽车发生爆胎时，霍尔测速模块会采集汽车爆胎时的速度，如果速度过快(容易对人安全造成影响)，主控器会发出信号，是方向所逼系统工作，使方向盘在小范围内转动，同使分段缓刹装置，使液压缸与刹车闸间接性闭合，使汽车缓慢降速。

　　第二章 系统方案

　　为了保证系统的安全稳定，我们多次调试与改进。最终确定了我们的作品的工作流程图如下。

　　第三章 系统模块组成

　　我们系统的整体图如图，这只是方案的控制理论模型。

　　3.1 主控器(Freescale公司Cortex-M4)

　　该系统主要是以Freescale公司Cortex-M4为主控核心板。5110液晶显示屏实时的显示胎压和温度值。内部还有无线24L01，主要是接受传感器检测到的数值。按键可以设定不同的上下限。作为主控板，在本系统中协调者各个模块阿之间的稳定协调工作，Freescale公司Cortex-M42单片机的运行速率快和内部稳定的AD采集，使其应用的更加方便。

　　3.2 胎压检测装置和霍尔测速装置

胎压检测装置就是将4个检测装置放置于轮胎与轮毂之间，通过压力温度一体式传感器检测轮胎压力，用Freescale公司Cortex-M4的内部AD对采集量进行量化，得到数值量，再通过内嵌的无线24L01发送至主控器。霍尔模块通过检测汽车测速盘上的磁场强度获得汽车爆胎时的行驶速度，做出比较。

　　3.3 方向锁闭系统

　　创新性，我们改进了传统方向盘的结构，也就是我们的方向锁闭系统，我们在这里只是做了器简单模型。根据文献二的得知车速在120km/h时，人的反应时间大约为2.4秒，因此人们要在2.4S内进行50度矫正。如图;

　　方向锁闭系统是由电磁锁控制的，当汽车在正常时，锁是闭合的，不会影响正常的转向。但是当突发情况发生时，主控器会控制电磁锁弹出，将方向盘只能在0~90度调整。跟据爆胎汽车整车运动与分析(文献二)得知，在0~90度范围内调整可以矫正因为爆胎后轮胎摩擦力不同造成的“夺方向盘”现象。这样可以很安全的保证在爆胎时发生误打方向盘的事故，造成伤害。

　3.4 分段缓刹装置

　　分段缓刹装置是在汽车爆胎时才启动的，它的作用主要是间接性的闭合液压缸与刹车闸之间的联系。通过分离液压缸，控制刹车是的制动力矩，间接性的周期动作，使汽车在爆胎后可以“点刹车”。安全性更高。有效的可以防止人们因为紧张而刹车过猛，重心偏移严重的问题。

　　第四章 系统的从机原理图，主机为手工焊接(Freescale公司Cortex-M4)。

　　胎压检测装置

　　第五章 功能与指标

　　功能一：汽车在高速行驶，一旦发生爆胎，胎压传感器检测到胎压P突然减小，这时霍尔测速模块会立刻检测汽车当前的速度V，如果此时车速过高(在此比较速度设为大于100km/h，根据访问交警获得的经验值)，主控器此时会控制方向锁闭系统开启，在一定范围内锁定方向盘(0°~90°)，使驾驶员在一定范围内调节方向盘，这个调整的范围足以矫正汽车爆胎产生的“夺方向”现象，并且有效的防止了驾驶员误打方向盘，保证了安全。与此同时系统会开启分段缓刹装置，间接性的闭合液压缸与刹车闸之间的联系，达到 “点刹”的效果，使汽车缓慢停下来，达到安全制动;

　　功能二：系胎压检测装置将实时检测的轮胎压力和温度模拟量，用AD进行量化，然后通过无线24L01发送至主机，主机再用5110液晶实时的显示检测值。这样可以让驾驶员方便直观的看到变化情况，适时地做出相应调整。

　　功能三、通过主控机上的按键设置模块，我们可以根据汽车不同的轮胎的型号，不同的季节温度，手动设定额定胎压、温度的上下限，以适应不同的需求。

　　功能四、为了防患于未然，主控系统会将检测值与额定值实时比较，一旦超出就会触动蜂鸣器报警，提示驾驶员调节车速，降速行驶，保证人身财产安全。

　　反应指标，根据文献二的得知车速在120km/h时，人的反应时间大约为2.4秒，而我们的系统住处一系列处理只需0.5S就可以进入调整状态，且稳定性高。

　　第六章 创新性

　　一、出行更安全、延长轮胎寿命、节省油耗、降低碳排放。

　　二、实时对胎压、温度进行自动检测，对异常值进行报警，引起司机注意。

　　三、爆胎后锁住方向盘，避免司机误打方向盘而翻车。

　　四、分段缓刹装置为安全再做保障

　　五、按键的设定满足不同轮胎不同季节对标准胎压的要求

此文档的视频来自：http://v.eepw.com.cn/video/play/id/13418