基于ESP的汽车刹车系统设计

李妍蒴 郭秋 辽宁科技大学软件学院

基于ESP的汽车刹车系统设计

李妍蒴 郭秋 辽宁科技大学软件学院

文章对于现如今汽车行业发展迅猛，从而导致安全性能跟不上汽车发展的问题，提出了整改性的措施，利用工业上精准的激光传感器进行精准测量，再用ARM系列单片机作为系统的MCU，实现数据采集，判断和处理及报警。系统应用ESP嵌入式EPB装置实现。

汽车 ARM系列单片机 激光测距 自行减速

随着计算机技术的发展，利用计算机及信息技术来提高道路交通安全和效率已成为国内外研究的热点。利用传感器发展汽车防撞技术成为各大汽车公司的主流。由于激光测距仪价格不断下调，工业上也逐渐开始使用激光测距仪。国内外出现了一批新型的具有测距快、体积小、性能可靠等优点的微型测距仪，可以广泛应用于汽车行业。激光测距仪由于其快速和非接触测量的特点，应用相当广泛。目前主要有脉冲式测距仪和相位式测距仪两种，本文在分析激光测距仪原理的基础上，设计和研究了非接触便携式激光测距仪。在现在的防撞技术中，倒车防撞技术已经相当成熟，很多的汽车公司，例如日本的本田，丰田公司，宝马公司都已经将倒车防撞技术安装的汽车上面。但是目前在汽车行驶过程中利用传感器测量与障碍物之间的距离研究还远远不够，国内目前生产的中远距离测量普遍达不到要求，表现在最远测距距离近，测距误差大，远远不满足公路安全车距离要求，需进一步研究。

1 激光测距仪的原理

激光传感器工作时，先由激光二极管对准目标发射激光脉冲。经目标反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到传感器接收器，被光学系统接收后成像到雪崩光电二极管上。雪崩光电二极管是一种内部具有放大功能的光学传感器，因此它能检测极其微弱的光信号。记录并处理从光脉冲发出到返回被接收所经历的时间，即可测定目标距离。则：

2 系统整体介绍

汽车刹车系统，是指在面临撞车危险时，不需要人为操作，本系统能够帮助驾驶员自动刹车。系统采用毫米波雷达，它可以测出与前车或者障碍物的距离，通过系统分析，然后与报警距离、安全距离进行比较，当测得的距离小于报警距离时，系统会自动显示报警提示，而小于安全距离时，如果驾驶员没能及时意识到踩刹车踏板，自动刹车系统将会及时启动，实现汽车自动刹车。本系统包括三个模块：测距模块、数据分析处理模块和执行机构模块。

3 实验的设计思路

3.1 测距模块

为了实现远距离测距，本系统使用了工业上的激光传感器，精度为厘米级，有效距离为50m，可以进行远距离测距。并且激光受到的光照影响强度较小，应用的范围较广。

3.2 数据分析处理模块

本系统使用ARM系列单片机作为系统的MCU，实现距离数据的采集，判断和处理以及报警。对测量得到的数据进行实时判断处理，用户可以自行设置安全距离，在安全距离之外进行报警。同时，设置了相对速度的判定，在两车相对速度的安全阈值之外，系统报警。

3.3 执行机构模块

通过对电子驻车系统的研究，系统使用ESP嵌入式EPB装置。它是取代了传统汽车拉杆手刹的电子手刹按钮的一种装置。采用该系统以后，传统的机械杠杆以及轮胎钢都没有了，过去体积较大的拉杆手刹则成为通过控制电机进行动作，进而带动制动卡钳活塞移动，产生一定的机械夹紧力，从而完成刹车动作，可以为汽车驾驶员提供更多便利，也比传统的拉杆手刹更为安全。

3.4 系统整体结构

通过传感器采集距离数据以后，MCU对数据进行采集，并进行运算，计算出车主设置合理车距，如果超过安全距离，则报警；如果汽车行驶速度过高，则自动减速。在MCU发出减速PWM电信号以后，通过对信号的处理放大，驱动执行机构的电动机，实现汽车速度的控制。

3.5 实验结果分析

图1

图2

图3

通过更改距离，速度阈值来测量距离，测量速度，从而在超出的部分达到控速的目的。

4 项目实施遇到的问题及改进的方法

通过对系统实现和在实验中遇到的问题，该系统实施还存在一些问题如下所示：

第一，激光传感器的短板：激光传感器是通过计算发射激光和接收激光之间的时间间隔和激光的速度，从而计算距离的。那么在高速行驶过程中，激光的使用范围可能难以满足速度的限制。如果加大发射激光的功率，则会对人体产生危害。系统可以采用摄像头进行距离的采集，通过双目视觉算法，不仅可以捕捉前车的距离，还能对检测物体进行判断，降低出现误判的现象。并且摄像头不会出现被吸收的现象，不受距离的限制，只要是在摄像头的拍摄范围以内。

第二，发射激光还存在被吸收的尴尬之处，实际测试得到结果，在黑色反光物体上，激光测距的速度变得十分缓慢，甚至得出错误的数据，这也是限制使用的一个方面。

5 实验的前景

汽车的制动系统直接关系到行车安全，一个良好的制动系统不仅能够提高驾车的安全性，而且还能给乘客带来良好的舒适性。目前交通事故频频发生，如翻车、车撞车、车撞人或者车撞障碍物等，这些情况发生的原因，与现有的刹车系统有很大的关系。这主要是因为驾驶员在事故发生之前，由于各种原因而来不及提前手动操作刹车系统，也有人为误操作（如误踩油门）或者车体本身的刹车系统失灵等原因而造成事故的发生。因此汽车如何避免或者最大限度的减少交通事故的发生，成为汽车安全方面设计的重中之重。

[1]陈明荧.8051单片机课程设计实训教材[M].清华大学出版社,2004：25-36

[2]罗亚非.单片机应用基础[M].北京,北航出版社,2003

[3]李俊锋,阮林林,姚丹.一种便携式激光测距仪的原理及方案实现[J].测绘与空间地理信息,2014(1):103-105

[4]盛新志.激光原理.北京：清华大学出版社，2010,321~326

辽宁科技大学大学生创新创业项目，项目编号：BC2016163。