汽車駕駛操作信號采集系統(tǒng)設計解析

　國內外現(xiàn)有的汽車模擬駕駛器和汽車駕駛考核系統(tǒng)中，對腳踏板（油門踏板、腳剎踏板、離合踏板）及手剎等操作機構的狀態(tài)信號的提取，主要是通過安裝角度傳感器或通過機械裝置將機構的旋轉運動轉換為線性運動，安裝線性位移傳感器來實現(xiàn)；檔位的位置狀態(tài)則通過在檔位的不同位置分別安裝行程開關組或非接觸開關組（霍爾開關、光電開關）得到開關量信號，獲取檔位的位置信息。由于這些傳感器成本較高、體積較大，且在一臺車輛中采用多種傳感器形式，檢測裝置規(guī)格不統(tǒng)一，給汽車駕駛狀態(tài)檢測系統(tǒng)的生產制造、安裝、維修、保養(yǎng)帶來了較大不便［1-2］。
　　近年來，微電子機械系統(tǒng)（MEMS）技術微機械慣性器件日漸成熟，慣性測量系統(tǒng)得到了迅猛發(fā)展［3］。慣性測量系統(tǒng)將微電子、精密機械、傳感器技術相互融合，具有集成度更高、性價比更好、體積更小、功耗更低等特點，且由于微機械結構制作精確、重復性好、易于集成化、適于大批量生產，并有很高的性價比，在汽車上得到了廣泛的應用［4-5］。陀螺儀和加速度計是姿態(tài)測量系統(tǒng)的重要組成單元，本文選擇了ADIS16355傳感器，該傳感器集成了三軸加速度傳感器和三軸陀螺儀傳感器，具有體積小、功能強、功耗低等特性，完全滿足汽車駕駛運動參數的數據采集要求。
　　1 測量系統(tǒng)的硬件設計
　　1.1 測量系統(tǒng)硬件組成
　　汽車駕駛模擬器姿態(tài)測量系統(tǒng)如圖1所示，主要包括信號采集模塊（陀螺儀及信號調理電路）、信號處理及傳輸模塊（微控制器及通信電路）、電源模塊三部分。
　　
　　信號采集模塊由MEMS陀螺儀傳感器和信號調理電路組成，完成對油門、腳剎、離合、手剎、檔位等車輛駕駛操作機構傾角變化的物理量轉換，并完成傳感器輸出信號的可靠傳輸；信號處理及傳輸模塊由DSP構成核心器件，實現(xiàn)在姿態(tài)和動態(tài)加速度變化的條件下，精確測量運動機構的傾角變化，完成信號的數字濾波、角速度變化量積分為角度變化量的運算、差分處理及串行輸出等工作；供電電源采用汽車充電發(fā)電機和車載蓄電池，供電電壓在9 V～30 V之間，系統(tǒng)設備使用的電源電壓為5 V。