1、L o g oL o g o西北工業(yè)大學(xué)第二屆工業(yè)工程改善創(chuàng)意競賽參賽作品報告西北工業(yè)大學(xué)第二屆工業(yè)工程改善創(chuàng)意競賽參賽作品報告汽車緊急剎車系統(tǒng)汽車緊急剎車系統(tǒng)申請人：王禹熙、孫霖霖、高峰申請人：王禹熙、孫霖霖、高峰 L o g oL o g o 任務(wù)分工任務(wù)分工王禹熙王禹熙隊長隊長機械圖繪制機械圖繪制思路提出思路提出Flash制作制作高峰高峰組員組員 PPT電路圖繪制電路圖繪制資料查詢資料查詢孫霖霖孫霖霖組員組員車輛專業(yè)知識車輛專業(yè)知識可行性的論證可行性的論證PPT演講演講 L o g oL o g o 1. 項目研究的主要問題2. 研究方法3. 結(jié)論4. 可推廣應(yīng)用的領(lǐng)域5. 創(chuàng)新點主要內(nèi)

2、容主要內(nèi)容 L o g oL o g o 現(xiàn)今誤將油門踩為剎車，導(dǎo)致當(dāng)事人現(xiàn)今誤將油門踩為剎車，導(dǎo)致當(dāng)事人和行人無辜傷亡越來越多。網(wǎng)上可以搜索和行人無辜傷亡越來越多。網(wǎng)上可以搜索到與此相關(guān)的交通事故近到與此相關(guān)的交通事故近117萬條案例。萬條案例。駕駛員因誤踩油門引發(fā)的交通事故在重大駕駛員因誤踩油門引發(fā)的交通事故在重大交通事故所占比例為交通事故所占比例為126 %。當(dāng)汽車。當(dāng)汽車發(fā)生緊急狀況的時候，駕駛員容易因誤操發(fā)生緊急狀況的時候，駕駛員容易因誤操作而將剎車踩為油門。所以應(yīng)該在汽車上作而將剎車踩為油門。所以應(yīng)該在汽車上安裝一些附加裝置來保證駕駛員安全。安裝一些附加裝置來保證駕駛員安全。 L

3、o g oL o g o 解決方案解決方案 我們嘗試使用5W2H的方法對剎車系統(tǒng)現(xiàn)存的誤操作問題進(jìn)行分析，并嘗試找到問題的根源。 本設(shè)計通過“人類行為學(xué)”的觀點，對汽車加速操 作、急剎車操作進(jìn)行了分析并基于以下兩點實現(xiàn)緊急剎車： 1.腳踩剎車或油門操作中存在可分辨速度差。 2.手臂前推的應(yīng)激反應(yīng)對方向盤所產(chǎn)生的壓力差。 L o g oL o g o 總體設(shè)計總體設(shè)計踩剎車或油門踩剎車或油門光電耦合器光電耦合器手臂前推方向盤手臂前推方向盤壓電晶體壓電晶體AT89S52單片機單片機機械制動系統(tǒng)機械制動系統(tǒng) L o g oL o g o 原理圖 L o g oL o g o 原理圖駕駛員遇到緊急狀況

4、的反應(yīng)駕駛員遇到緊急狀況的反應(yīng)自動剎車機械結(jié)自動剎車機械結(jié)構(gòu)示意圖構(gòu)示意圖 L o g oL o g o 設(shè)計示意圖設(shè)計示意圖LED指示燈指示燈壓電晶體壓電晶體 單片機單片機AT89S52XTAL1RET電機電機放大電路放大電路光電耦合器光電耦合器 L o g oL o g o 軟件設(shè)計流程圖軟件設(shè)計流程圖開始開始定時器和變量初始化定時器和變量初始化判斷時間上限判斷時間上限計時開始計時開始判斷下限時間判斷下限時間延時判斷延時判斷壓力判斷壓力判斷緊急制動并關(guān)閉定時緊急制動并關(guān)閉定時器器YYYYNNNN L o g oL o g o 設(shè)計示意圖設(shè)計示意圖Add Your Text基于基于AT89S

5、52單片機的誤踩油門控制器單片機的誤踩油門控制器 誤踩油門控制器組成的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，由單片機(AT89S52) ，光電耦合器 1，光電耦合器2，壓電晶體，斷油系統(tǒng) ，剎車機構(gòu) ，報警電路 ，時鐘電路，穩(wěn)壓電路(w7805)組成。 L o g oL o g o 檢測機構(gòu)原理檢測機構(gòu)原理1. 檢測機構(gòu)電路主要用于檢測踩剎車和誤踩油門兩種不同檢測機構(gòu)電路主要用于檢測踩剎車和誤踩油門兩種不同速率的操作。速率的操作。2. 根據(jù)對不同車型踩油門踏板和踩剎車踏板動作時間的調(diào)根據(jù)對不同車型踩油門踏板和踩剎車踏板動作時間的調(diào)查如表查如表 1所示。所示。3. 踩油門踏板時間約踩油門踏板時間約1秒，而踩剎

6、車踏板時間約秒，而踩剎車踏板時間約0.15秒以秒以下，兩者存在著不可忽視的速率差。下，兩者存在著不可忽視的速率差。 執(zhí)行執(zhí)行變量變量條件條件判斷判斷TFTP若條件滿若條件滿足則判定足則判定為誤操作為誤操作緊急剎車緊急剎車L o g oL o g o 電路組成電路組成1. 剎車檢測電路：由光電耦合器 1和光電耦合器2組成，用于測量剎車踏板和油門踏板的加速速率。2. 啟動剎車電路：發(fā)出一個低電平控制繼電器閉合開，警示燈點亮，提示剎車，同時自動打開電磁閥門啟動原有的剎車系統(tǒng)。3. 時鐘發(fā)生電路 ：為單片機(AT89s52)提供時鐘信號。 L o g oL o g o 壓電晶體設(shè)計壓電晶體設(shè)計1. 壓

7、電晶體安裝在方向盤后軸與軸套的接觸處。壓電晶體安裝在方向盤后軸與軸套的接觸處。2. 右圖為方向盤軸的截面圖，上面的八個小塊就是壓電晶體。右圖為方向盤軸的截面圖，上面的八個小塊就是壓電晶體。3. 如果方向盤受到一個壓力，那么壓電晶體就會發(fā)出一個感應(yīng)電流。如果方向盤受到一個壓力，那么壓電晶體就會發(fā)出一個感應(yīng)電流。 L o g oL o g o 壓電晶體簡介與工作原理壓電晶體簡介與工作原理1.能產(chǎn)生壓電效應(yīng)的晶體就叫壓電晶體。能產(chǎn)生壓電效應(yīng)的晶體就叫壓電晶體。水晶（水晶（-石英）是一種有名的壓電晶石英）是一種有名的壓電晶體。體。2.用水晶可以制作壓電石英薄片，其面用水晶可以制作壓電石英薄片，其面積不

8、過數(shù)平方毫米，厚度則只有零點積不過數(shù)平方毫米，厚度則只有零點幾毫米。幾毫米。3.如果按一定方向?qū)λЬw上切下的如果按一定方向?qū)λЬw上切下的薄片施加壓力，那么在此薄片上將會薄片施加壓力，那么在此薄片上將會產(chǎn)生電荷。產(chǎn)生電荷。4.如果按相反方向拉伸這一薄片，在此如果按相反方向拉伸這一薄片，在此薄片上也會出現(xiàn)電荷，不過符號相反。薄片上也會出現(xiàn)電荷，不過符號相反。5.擠壓或拉伸的力愈大，晶體上的電荷擠壓或拉伸的力愈大，晶體上的電荷也會愈多。也會愈多。 L o g oL o g o 機械裝置設(shè)計機械裝置設(shè)計1. 單片機給電機一個工作信號。單片機給電機一個工作信號。2. 電機轉(zhuǎn)動帶動錐齒輪轉(zhuǎn)動。電機

9、轉(zhuǎn)動帶動錐齒輪轉(zhuǎn)動。3. 錐齒輪帶動齒條轉(zhuǎn)動。錐齒輪帶動齒條轉(zhuǎn)動。4. 齒條帶動剎車制動踏板連接的軸，如同腳踩下齒條帶動剎車制動踏板連接的軸，如同腳踩下剎車踏板一樣進(jìn)行剎車。剎車踏板一樣進(jìn)行剎車。 L o g oL o g o 機械原理圖機械原理圖初始狀態(tài)圖初始狀態(tài)圖工作行程圖工作行程圖行程末狀態(tài)圖行程末狀態(tài)圖斜視圖斜視圖 L o g oL o g o 齒條安裝位置圖齒條安裝位置圖齒條安裝于紅色圈的位置齒條安裝于紅色圈的位置 L o g oL o g o 1. 剎車踏板檢查和調(diào)整測量剎車踏板高度(A)，該標(biāo)準(zhǔn)值(A)為186-191mm。開動發(fā)動機，用大約490N的力踏剎車踏板，測量剎車踏板和

10、地板的間隙，該間隙標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值(c)為100mm或以上。2. 汽車上使用的電池一般都是鉛蓄電池，電壓為12V，電流從24Ah110Ah不等，這主要取決于車內(nèi)電器設(shè)備的數(shù)量，一般日系轎車電流在30-50Ah左右，德系轎車的電流為60-80Ah左右，而豪華轎車則比較大，如寶馬的760Li，其電流為110Ah，這是因為在寶馬760Li內(nèi)有車載電視、車載電話、車載冰箱、電動加熱座椅等大量的電器設(shè)備。有關(guān)資料及力學(xué)計算有關(guān)資料及力學(xué)計算 L o g oL o g o 1. 根據(jù)以上數(shù)據(jù)，選取齒輪扇形齒輪及其對應(yīng)齒條為m=5，z=322. 根據(jù)計算可得踏板受力約為490N，踏板距底盤距離約為190mm可知,電

11、機最小功率約為100W，再由蓄電池資料可知，電機的額定功率可以保證，暫定應(yīng)用DJ_YS系列(IP44)_IMB5型_YS-631-2電機。有關(guān)資料及力學(xué)計算有關(guān)資料及力學(xué)計算 L o g oL o g o 項目費用項目費用所需材料所需材料價格價格電機電機700-800元元單片機單片機8元元扇形齒輪扇形齒輪1-10元元齒條齒條1-10元元光電耦合器光電耦合器5-10元元壓電晶體壓電晶體0.6元元LED燈燈1元元總價總價900元元L o g oL o g o 同類項目比較同類項目比較產(chǎn)品名稱產(chǎn)品名稱安裝安裝 價格價格適用車型適用車型本產(chǎn)品本產(chǎn)品附加裝置，可直接將其附加裝置，可直接將其用螺釘安裝在現(xiàn)

12、有汽車用螺釘安裝在現(xiàn)有汽車底盤上。底盤上。千元以內(nèi)千元以內(nèi)各種車型各種車型汽車自動汽車自動告警剎車告警剎車裝置裝置非附加裝置，需要大的非附加裝置，需要大的改裝，需要改變原有結(jié)改裝，需要改變原有結(jié)構(gòu)構(gòu)上萬元上萬元高級轎車高級轎車紅外線導(dǎo)紅外線導(dǎo)航航固有結(jié)構(gòu)，需要特殊的固有結(jié)構(gòu)，需要特殊的汽車底盤，且配合以非汽車底盤，且配合以非常規(guī)的供油系統(tǒng)急剎車常規(guī)的供油系統(tǒng)急剎車系統(tǒng)，附加成本過于昂系統(tǒng)，附加成本過于昂貴。貴。一般在轎車上才一般在轎車上才裝有，此類車價裝有，此類車價格普遍上百萬格普遍上百萬高級轎車高級轎車 L o g oL o g o 1. 通過上述的討論及分析，我們提出了自己通過上述的討論及

13、分析，我們提出了自己對于剎車誤操作的解決方案與改善方法，對于剎車誤操作的解決方案與改善方法，理論上實現(xiàn)了剎車誤操作的改善，并提出理論上實現(xiàn)了剎車誤操作的改善，并提出了緊急制動系統(tǒng)的構(gòu)想。了緊急制動系統(tǒng)的構(gòu)想。2. 通過本次項目了解到壓電晶體技術(shù)、光電通過本次項目了解到壓電晶體技術(shù)、光電耦合器技術(shù)的原理和應(yīng)用，拓寬了知識面。耦合器技術(shù)的原理和應(yīng)用，拓寬了知識面。總結(jié)總結(jié) L o g oL o g o 結(jié)論結(jié)論利用壓電晶體技術(shù)和基于利用壓電晶體技術(shù)和基于AT89S52單片機單片機的誤踩油門控制器，可以有效實現(xiàn)在誤操的誤踩油門控制器，可以有效實現(xiàn)在誤操作時，進(jìn)行機械的緊急制動，以保障駕駛作時，進(jìn)行機

14、械的緊急制動，以保障駕駛員生命安全。員生命安全。 L o g oL o g o 改善永無止境！我們相信我們相信 L o g oL o g o 1. 此系統(tǒng)可用于各種型號的汽車當(dāng)中，簡單，便捷，此系統(tǒng)可用于各種型號的汽車當(dāng)中，簡單，便捷，可靠，性價比較高，無需改變汽車原有系統(tǒng)可靠，性價比較高，無需改變汽車原有系統(tǒng)2. 若添加紅外線雷達(dá)控制系統(tǒng)，并使用步進(jìn)電機即若添加紅外線雷達(dá)控制系統(tǒng)，并使用步進(jìn)電機即可實現(xiàn)剎車操作的時間可控，程度可控，從而實可實現(xiàn)剎車操作的時間可控，程度可控，從而實現(xiàn)自動剎車現(xiàn)自動剎車3. 相同原理可用于同類型的駕駛系統(tǒng)之中從而提高相同原理可用于同類型的駕駛系統(tǒng)之中從而提高其操

15、作可靠性其操作可靠性可推廣領(lǐng)域可推廣領(lǐng)域 L o g oL o g o 1.創(chuàng)新性的總結(jié)該類車禍案例提出應(yīng)急剎車系統(tǒng)創(chuàng)新性的總結(jié)該類車禍案例提出應(yīng)急剎車系統(tǒng)2.成功的將人類行為學(xué)應(yīng)用到該系統(tǒng)中，不需要人成功的將人類行為學(xué)應(yīng)用到該系統(tǒng)中，不需要人為的自主意識。為的自主意識。3.電控系統(tǒng)與機械裝置的結(jié)合，可利用汽車原有的電控系統(tǒng)與機械裝置的結(jié)合，可利用汽車原有的電子集中控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單可靠，實用性強。電子集中控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單可靠，實用性強。4.不需要全新的機械系統(tǒng)，只需要在原有系統(tǒng)下改不需要全新的機械系統(tǒng)，只需要在原有系統(tǒng)下改造即可，節(jié)約成本。造即可，節(jié)約成本。5.相對于整車成本來說，成本很低

16、，技術(shù)成熟后，相對于整車成本來說，成本很低，技術(shù)成熟后，還可以繼續(xù)壓縮成本。還可以繼續(xù)壓縮成本。創(chuàng)新性創(chuàng)新性 L o g oL o g o 機械零件圖機械零件圖盤形導(dǎo)槽及彈簧銷盤形導(dǎo)槽及彈簧銷扇形齒輪及銷子扇形齒輪及銷子步進(jìn)電機步進(jìn)電機 L o g oL o g o 剎車檢測電路剎車檢測電路R2100ohmLED2R51.0kohm R4270ohmR7270ohmU24N25Q22N4014LED_radLED_radR11.0kohmR3100ohmLED14N25Q12N4014U1P1.1AT89S52P1.01254125466結(jié)構(gòu)如圖結(jié)構(gòu)如圖2所示所示 ，該電路由光電耦合器，該電路

17、由光電耦合器1和光電耦合器和光電耦合器2組成，組成，用于測量剎車踏板和油門踏板的加速速率。光電耦合器的頻率用于測量剎車踏板和油門踏板的加速速率。光電耦合器的頻率響應(yīng)可達(dá)響應(yīng)可達(dá)300KHZ開關(guān)的時間為微秒級，因此，光電耦合器開關(guān)的時間為微秒級，因此，光電耦合器完全能夠判斷是否誤踩油門。其工作原理為：該電路由光電耦完全能夠判斷是否誤踩油門。其工作原理為：該電路由光電耦合器合器 1和光電耦合器和光電耦合器2組成，用于測量剎車踏板和油門踏板的加組成，用于測量剎車踏板和油門踏板的加速速率。速速率。注：基于注：基于AT89S52單片機單片機的誤踩油門控制器方面內(nèi)的誤踩油門控制器方面內(nèi)容有部分引自于西昌學(xué)

18、院容有部分引自于西昌學(xué)院學(xué)報學(xué)報自然科學(xué)版自然科學(xué)版 L o g oL o g o 剎車檢測電路剎車檢測電路R2100ohmLED2R51.0kohm R4270ohmR7270ohmU24N25Q22N4014LED_radLED_radR11.0kohmR3100ohmLED14N25Q12N4014U1P1.1AT89S52P1.01254125466當(dāng)光電耦合器當(dāng)光電耦合器 1導(dǎo)通時，檢測到踏板速度的上限位，給單片導(dǎo)通時，檢測到踏板速度的上限位，給單片AT89S52的的P11口傳送一個低電平，單片機計時開始；當(dāng)光電耦合器口傳送一個低電平，單片機計時開始；當(dāng)光電耦合器2導(dǎo)通時，檢測到踏板

19、速導(dǎo)通時，檢測到踏板速度的下限位，給單片機度的下限位，給單片機AT89S52的的P10口傳送一個低電平口傳送一個低電平 ，單片機計時停，單片機計時停止，并且將該段測得時間與設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)時間進(jìn)行比較。以此確定此時的踏板速止，并且將該段測得時間與設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)時間進(jìn)行比較。以此確定此時的踏板速度是否過快，若踏板速度過快則啟動剎車系統(tǒng)，否則不干預(yù)此次操作。度是否過快，若踏板速度過快則啟動剎車系統(tǒng)，否則不干預(yù)此次操作。 L o g oL o g o 啟動剎車電路啟動剎車電路R127 ohmQ1T1P42AMLED1LED_radR31.0k omhRETP1.7AT89S52R21.0k omh啟動剎車電路原理如圖啟動剎車電路原理如圖3所示。電路由電動機所示。電路由電動機(M)，警示燈，警示燈(LEDI)，三極，三極管管(Q1)，電阻，電阻(R1,R2，R3)組成。組成。T作原理如下。當(dāng)單片機作原理如下。當(dāng)單片機P1