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

1 內(nèi)輪差原理

　　內(nèi)輪差是車輛轉(zhuǎn)彎時的前內(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，車輛轉(zhuǎn)彎時，前、后車輪的運動軌跡不重合。內(nèi)輪差的大小與轉(zhuǎn)動方向盤的幅度和車輛軸距的長短有關(guān)，方向盤轉(zhuǎn)動幅度越大即轉(zhuǎn)向角度越大，內(nèi)輪差越大，反之越小;車輛的軸距越長，內(nèi)輪差越大，反之則越小。重型汽車車身都比較長，尤其是車頭轉(zhuǎn)過去后，還有很長的車身沒有轉(zhuǎn)過來，極易形成大型車輛司機的“視覺盲區(qū)”，路人步入內(nèi)輪范圍后，容易造成生命危險。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。超聲波測距的方法多種多樣，如相位檢測法、聲波幅值檢測法和往返時間檢測法等。相位檢測法雖然精度高，但檢測范圍有限;聲波幅值檢測法易受反射波的影響。本文采用往返時間檢測法，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)射脈沖時刻與第一個反射波到達時刻的時間差為 T，則探頭與被測物體距離S=VT/2，對距離值改變的測算可以實現(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 輪差檢測中超聲波傳感器的布置

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

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　本系統(tǒng)將單片機技術(shù)、超聲波測距技術(shù)與CAN總線通信技術(shù)等相結(jié)合，可檢測汽車在轉(zhuǎn)彎過程中汽車內(nèi)側(cè)狀況。預(yù)警系統(tǒng)的三對測距傳感器獨立工作，通過CAN 總線經(jīng)接口芯片PCA82C250驅(qū)動將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街骺刂破?。測距采用SensComp 600傳感器和SensComp 6500超聲波距離模塊;單片機采用低成本的AT89C51主要功能為：1、用于控制測距傳感器并把測量數(shù)據(jù)實時通過CAN控制器SJA1000發(fā)送到 CAN總線上;2、通過溫度傳感器DS18B20傳送過來的溫度參數(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進行隔離，有效地防止汽車在惡劣工作環(huán)境下的瞬態(tài)干擾，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。因為三對測距傳感器硬件系統(tǒng)完全相同，此次只用一個進行說明，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