基于MSP430單片機的限速器的實現(xiàn)原理及設(shè)計方法

我國每年有數(shù)十萬起交通事故發(fā)生，如果汽車限速器能夠普及，將會降低交通事故發(fā)生率，從而挽回不必要的財產(chǎn)和生命損失。
　　與近期在市場上熱銷的電子狗產(chǎn)品相比，汽車限速器更具有主動規(guī)避事故的優(yōu)勢，電子狗只是在接近超速測試探頭時才提醒駕駛者控制車速。汽車限速器通常分為兩大類：一種是在車輛超速時發(fā)出語音警報，提醒駕駛者減速；另一種是在車輛超過限定速度后，通過車載電腦發(fā)出指令，強制控制車輛行駛速度。第1種限速器只起到警示作用，而第2種汽車限速器將更為有效地降低交通事故。因此，本文著重介紹了第2種限速器的實現(xiàn)原理及設(shè)計方法。
　　1 限速器實現(xiàn)原理
　　由于早期的汽車是沒有限速功能的，所以在設(shè)計時要同時考慮到汽車出廠前安裝與售出后安裝兩個不同層面的需求，限速器應(yīng)具備靈活的安裝方式，不破壞汽車的完整性和可靠性。為了設(shè)計出這樣的限速器，首先需要了解汽車油門系統(tǒng)的工作原理。
　　一般的電子汽車油門系統(tǒng)包括：油門踏板、踏板傳感器、電子控制單元（ECU）、電機、節(jié)氣門機構(gòu)，如圖1所示。駕駛員根據(jù)駕駛所需的功率踩踏油門踏板，油門踏板位置傳感器將采集到的油門踏板位置信號轉(zhuǎn)化為電信號，并將其傳給電子控制單元，由電子控制單元通過電動機實現(xiàn)對節(jié)氣門的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)節(jié)氣門的完全電子控制。
　　
　　分析組成汽車電子油門系統(tǒng)的幾個環(huán)節(jié)后，在踏板傳感器與ECU這兩個環(huán)節(jié)之間插入限速控制是最易實現(xiàn)的，同時也具備了出廠前安裝與售出后安裝的條件，因此本文的限速控制設(shè)計方案就在踏板傳感器和ECU這兩個環(huán)節(jié)之間實現(xiàn)。插入限速器的電子油門系統(tǒng)模型如圖2所示，圖中虛線框所示的部分即是所設(shè)計的限速器。
　　
　　限速器可通過鍵盤和顯示等人機界面預(yù)置速度上限值Vm。當啟動限速器工作后，圖2中的1和3通路連通。限速器檢測踏板傳感器傳遞給它的電信號經(jīng)IIR濾波后得Ux。由于本限速器盡可能地不破壞汽車原有的結(jié)構(gòu)，因此采用油門的開度來判斷汽車行駛速度，但是速度的變化滯后于油門的變化，即油門的變化量并不能直接地表征行駛速度變化量。所以本限速器采用自學(xué)習算法，通過較長時間段監(jiān)測油門的前后變化情況以及前一時間段油門所處的穩(wěn)定狀態(tài)（如勻速或停止），判斷駕駛者的操作意圖，得出相應(yīng)的行駛速度值Vx。將Vx與預(yù)置的速度上限值Vm比較，如果計算所得的速度值Vx《Vm，則沒有在超速狀態(tài)，此時踏板傳感器電信號Ux直接提供給ECU，即限速器輸出信號Uy=Ux。如果計算所得的速度值Vx≥Vm，處于超速狀態(tài)，則限速器恒定輸出預(yù)置的速度上限值Vm所對應(yīng)的電信號Um，即Uy=Um，并傳遞給ECU，實現(xiàn)限速功能。