基于激光测距和缓速器制动的汽车保护器设计

论文摘要

汽车技术的发展日新月异，但频频发生的汽车交通事故也逐渐引起人们的重视，特别是大型车辆，由于其质量大，在高速情况下发生的交通事故极其严重，因此人们也开始关注大型汽车的安全性问题。国内外针对的汽车安全研究对象大多是小型车辆，而对于大型车辆的安全技术存在算法单一，检测距离不可控及刹车舒适性差等问题。本文采用激光脉冲检测本车与前方障碍物距离，在参照大型车辆刹车制动指标的基础上，旨在研究一种利用模糊控制缓速器来达到预期制动的解决方案，其中，对于防撞系统中所涉及到的激光脉冲测距原理、激光发射接收电路、时间间隔测量以及缓速器的模糊控制器的建立等关键性技术进行深入的研究与讨论。论文使用飞渡时间间隔法进行激光脉冲测距，采用计数模块TDC-GP2计算激光飞行时间，减小激光脉冲的上升和下降时间而引起的测量误差，为达到测量150m距离，误差0.5m的目标提供了可靠保障。为了驱动激光脉冲，论文使用高速MOS管作为开关器件，采用专用的驱动芯片驱动MOS管的动作，在接收电路中，利用两级放大电路放大返回的微弱信号并通过电压比较电路将其转换成主控芯片可接受的信号。缓速器控制采用PWM控制策略，其占空比使用模糊算法实时调节，进而有效调节缓速器线圈的通电电流有效值大小，实现车速有效控制，在算法中引入安全度概念，根据检测距离和车辆行驶速度合理划分安全度，并用安全度作为模糊控制的输入，能够实现刹车稳定、舒适。仿真实验结果证明，采用安全度作为模糊控制器的输入量实现缓速器控制的制动距离比开关控制的制动距离短、制动时间少，刹车过程平缓，可避免车轮与地面的抱死现象。论文取得了以下的研究成果：（1）将激光测距应用在大型汽车上，检测距离随车速变化而随时调节，能够自动实现汽车的预警、减速和刹车；（2）将摩擦制动与缓速器制动结合起来控制大型车辆的制动，利用缓速器减速，摩擦制动停止，有效地避免了频繁使用摩擦制动而引起的安全隐患；推导缓速器的转动力矩与转速，通电电流的函数关系式。建立了安全度的概念，将检测距离和车速通过模糊控制达到汽车安全制动的目的，构建了汽车制动模拟系统，进行仿真并与开关控制做比较，证明了利用安全度通过模糊控制调节缓速器达到安全制动的目的在理论上是可行的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 变量符号表
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 汽车安全技术的国内外发展现状
• 1.3 缓速器的国内外发展现状
• 1.4 测距系统的方式
• 1.4.1 超声波测距原理
• 1.4.2 毫米波雷达测距原理
• 1.4.3 激光测距原理
• 1.5 缓速器控制原理
• 1.6 模糊控制
• 1.6.1 模糊控制理论在国内外的发展现状
• 1.6.2 模糊控制应用在汽车自动刹车的研究和意义
• 1.7 本课题主要研究内容与论文结构
• 第2章 相关理论基础
• 2.1 半导体激光器
• 2.1.1 半导体激光二极管的工作原理
• 2.1.2 半导体激光二极管参数
• 2.2 激光测距原理
• 2.2.1 激光测距技术
• 2.2.2 脉冲激光测距原理
• 2.2.3 脉冲激光测距误差分析
• 2.2.4 脉冲激光测距影响因子
• 2.2.5 激光脉冲参数的选择
• 2.3 缓速器工作原理
• 2.3.1 电涡流缓速器的结构
• 2.3.2 电涡流缓速器的工作原理
• 2.4 模糊控制原理
• 2.4.1 模糊控制系统的组成
• 2.4.2 模块控制器的设计原则
• 2.5 本章小结
• 第3章 防撞系统的硬件设计与实现
• 3.1 防撞系统的组成
• 3.2 FPGA 简介
• 3.3 激光测距系统设计
• 3.3.1 激光测距系统的设计方案及工作原理
• 3.3.2 激光发射模块设计
• 3.3.3 激光接收模块设计
• 3.3.4 时间计时电路设计
• 3.4 制动系统设计
• 3.4.1 摩擦制动的原理及结构
• 3.4.2 电机控制刹车装置
• 3.4.3 电机驱动过流保护
• 3.4.4 电涡流缓速器的参数计算
• 3.4.5 电涡流缓速器的驱动电路设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 防撞系统的软件设计
• 4.1 安全度的建立
• 4.2 测距系统软件设计
• 4.3 摩擦制动软件设计
• 4.4 缓速器的模糊控制算法
• 4.4.1 模糊集的建立
• 4.4.2 模糊逻辑控制算法
• 4.4.3 模糊推理及反模糊化
• 4.5 仿真及结果分析
• 4.5.1 模糊控制器的仿真
• 4.5.2 汽车防撞系统的仿真及结果分析
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A （攻读硕士期间所发表的学术论文目录）
• 附录 B （攻读硕士期间获奖情况）