1、西北工业大学第二届工业工程改善创意竞赛参赛作品报告,汽车紧急刹车系统,申请人：王禹熙、孙霖霖、高峰,,Company Logo,任务分工,,Company Logo,1. 项目研究的主要问题,2. 研究方法,3. 结论,4. 可推广应用的领域,5. 创新点,主要内容,,Company Logo,现今误将油门踩为刹车，导致当事人和行人无辜伤亡越来越多。网上可以搜索到与此相关的交通事故近117万条案例。驾驶员因误踩油门引发的交通事故在重大交通事故所占比例为126 %。当汽车发生紧急状况的时候，驾驶员容易因误操作而将刹车踩为油门。所以应该在汽车上安装一些附加装置来保证驾驶员安全。,项目研究主要问题,
2、,Company Logo,解决方案,我们尝试使用5W2H的方法对刹车系统现存的误操作问题进行分析，并尝试找到问题的根源。 本设计通过“人类行为学”的观点，对汽车加速操 作、急刹车操作进行了分析并基于以下两点实现紧急刹车： 1.脚踩刹车或油门操作中存在可分辨速度差。 2.手臂前推的应激反应对方向盘所产生的压力差。,,Company Logo,总体设计,踩刹车或油门,光电耦合器,手臂前推方向盘,压电晶体,AT89S52单片机,机械制动系统,,Company Logo,原理图,,Company Logo,原理图,驾驶员遇到紧急状况的反应,自动刹车机械结构示意图,,Company Logo,设计示意
3、图,,Company Logo,软件设计流程图,开始,定时器和变量初始化,判断时间上限,计时开始,判断下限时间,延时判断,压力判断,紧急制动并关闭定时器,Y,Y,Y,Y,N,N,N,N,,Company Logo,设计示意图,基于AT89S52单片机的误踩油门控制器,误踩油门控制器组成的硬件结构框图如图1所示，由单片机(AT89S52) ，光电耦合器 1，光电耦合器2，压电晶体，断油系统 ，刹车机构 ，报警电路 ，时钟电路，稳压电路(w7805)组成。,,Company Logo,检测机构原理,检测机构电路主要用于检测踩刹车和误踩油门两种不同速率的操作。根据对不同车型踩油门踏板和踩刹车踏板动作
4、时间的调查如表 1所示。踩油门踏板时间约1秒，而踩刹车踏板时间约0.15秒以下，两者存在着不可忽视的速率差。,,Company Logo,电路组成,刹车检测电路：由光电耦合器 1和光电耦合器2组成，用于测量刹车踏板和油门踏板的加速速率。启动刹车电路：发出一个低电平控制继电器闭合开，警示灯点亮，提示刹车，同时自动打开电磁阀门启动原有的刹车系统。时钟发生电路 ：为单片机(AT89s52)提供时钟信号。,,Company Logo,压电晶体设计,压电晶体安装在方向盘后轴与轴套的接触处。右图为方向盘轴的截面图，上面的八个小块就是压电晶体。如果方向盘受到一个压力，那么压电晶体就会发出一个感应电流。,,C
5、ompany Logo,压电晶体简介与工作原理,能产生压电效应的晶体就叫压电晶体。水晶（-石英）是一种有名的压电晶体。用水晶可以制作压电石英薄片，其面积不过数平方毫米，厚度则只有零点几毫米。如果按一定方向对水晶晶体上切下的薄片施加压力，那么在此薄片上将会产生电荷。如果按相反方向拉伸这一薄片，在此薄片上也会出现电荷，不过符号相反。挤压或拉伸的力愈大，晶体上的电荷也会愈多。,,Company Logo,机械装置设计,单片机给电机一个工作信号。电机转动带动锥齿轮转动。锥齿轮带动齿条转动。齿条带动刹车制动踏板连接的轴，如同脚踩下刹车踏板一样进行刹车。,,Company Logo,机械原理图,,Comp
6、any Logo,齿条安装位置图,齿条安装于红色圈的位置,,Company Logo,刹车踏板检查和调整测量刹车踏板高度(A)，该标准值(A)为186-191mm。开动发动机，用大约490N的力踏刹车踏板，测量刹车踏板和地板的间隙，该间隙标准数值(c)为100mm或以上。汽车上使用的电池一般都是铅蓄电池，电压为12V，电流从24Ah110Ah不等，这主要取决于车内电器设备的数量，一般日系轿车电流在30-50Ah左右，德系轿车的电流为60-80Ah左右，而豪华轿车则比较大，如宝马的760Li，其电流为110Ah，这是因为在宝马760Li内有车载电视、车载电话、车载冰箱、电动加热座椅等大量的电器设
7、备。,有关资料及力学计算,,Company Logo,根据以上数据，选取齿轮扇形齿轮及其对应齿条为m=5，z=32根据计算可得踏板受力约为490N，踏板距底盘距离约为190mm可知,电机最小功率约为100W，再由蓄电池资料可知，电机的额定功率可以保证，暂定应用DJ_YS系列(IP44)_IMB5型_YS-631-2电机。,有关资料及力学计算,,Company Logo,项目费用,,Company Logo,同类项目比较,,Company Logo,通过上述的讨论及分析，我们提出了自己对于刹车误操作的解决方案与改善方法，理论上实现了刹车误操作的改善，并提出了紧急制动系统的构想。通过本次项目了解到
8、压电晶体技术、光电耦合器技术的原理和应用，拓宽了知识面。,总结,,Company Logo,结论,利用压电晶体技术和基于AT89S52单片机的误踩油门控制器，可以有效实现在误操作时，进行机械的紧急制动，以保障驾驶员生命安全。,,Company Logo,改善永无止境！,我们相信,,Company Logo,此系统可用于各种型号的汽车当中，简单，便捷，可靠，性价比较高，无需改变汽车原有系统若添加红外线雷达控制系统，并使用步进电机即可实现刹车操作的时间可控，程度可控，从而实现自动刹车相同原理可用于同类型的驾驶系统之中从而提高其操作可靠性,可推广领域,,Company Logo,1.创新性的总结该类
9、车祸案例提出应急刹车系统2.成功的将人类行为学应用到该系统中，不需要人为的自主意识。3.电控系统与机械装置的结合，可利用汽车原有的电子集中控制系统，结构简单可靠，实用性强。4.不需要全新的机械系统，只需要在原有系统下改造即可，节约成本。5.相对于整车成本来说，成本很低，技术成熟后，还可以继续压缩成本。,创新性,,Company Logo,机械零件图,盘形导槽及弹簧销,扇形齿轮及销子,步进电机,,Company Logo,刹车检测电路,结构如图2所示 ，该电路由光电耦合器1和光电耦合器2组成，用于测量刹车踏板和油门踏板的加速速率。光电耦合器的频率响应可达300KHZ开关的时间为微秒级，因此，光电
10、耦合器完全能够判断是否误踩油门。其工作原理为：该电路由光电耦合器 1和光电耦合器2组成，用于测量刹车踏板和油门踏板的加速速率。,注：基于AT89S52单片机的误踩油门控制器方面内容有部分引自于西昌学院学报自然科学版,,Company Logo,刹车检测电路,当光电耦合器 1导通时，检测到踏板速度的上限位，给单片AT89S52的P11口传送一个低电平，单片机计时开始；当光电耦合器2导通时，检测到踏板速度的下限位，给单片机AT89S52的P10口传送一个低电平 ，单片机计时停止，并且将该段测得时间与设定的标准时间进行比较。以此确定此时的踏板速度是否过快，若踏板速度过快则启动刹车系统，否则不干预此次
11、操作。,,Company Logo,启动刹车电路,启动刹车电路原理如图3所示。电路由电动机(M)，警示灯(LEDI)，三极管(Q1)，电阻(R1,R2，R3)组成。T作原理如下。当单片机P10口和P11口判断踏板的速度过快时，P17口发出一个低电平控制继电器闭合开，警示灯点亮，提示刹车，同时自动打开电磁阀门启动原有的刹车系统。单片机在此操作以后即时复位，进入下一个踏板速度的判断。,,Company Logo,时钟发生电路,单片机AT89S52的时钟控制电路如4所示。该电路由石英晶体(110592M)，C1(30 IL F)和C2(30 tL F)构成的振荡电路为单片机(AT89s52)提供时钟信号。,,Company Logo,数据与资料,返回,,Thank You !,请评委老师批评指正！,
