基于PIC16F873單片機的汽車自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)的研究

孫小霞 石長華

摘 ?要：當前，汽車工業(yè)快速發(fā)展，隨著消費者對汽車生產(chǎn)技術(shù)要求的不斷提升，汽車的生產(chǎn)技術(shù)含量也成為行業(yè)研究的重點內(nèi)容之一，就汽車的內(nèi)部設(shè)計技術(shù)來說，巡航控制系統(tǒng)是其重要技術(shù)組成部分，汽車的巡航控制一般是在一定的車速范圍內(nèi)，在汽車遭遇外力干擾的情況下，駕駛員可以不控制加速踏板，系統(tǒng)借助自動調(diào)節(jié)氣門開度實現(xiàn)對于發(fā)動機轉(zhuǎn)矩的有效調(diào)節(jié)，保證汽車按照設(shè)定的車速實現(xiàn)恒速行駛。這一控制系統(tǒng)的設(shè)計對于汽車車速穩(wěn)定性，提升汽車駕駛安全性以及舒適度，降低燃油消耗以及汽車排氣污染等都具有重要作用，本文主要針對汽車自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)進行介紹，以PIC16F873單片機的汽車自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)為例，探究這一控制系統(tǒng)的設(shè)計和作用。

關(guān)鍵詞：PIC16F873單片機;汽車自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng);車速調(diào)節(jié)

中圖分類號：TP368.12;U463.67 ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）17-0042-03

Abstract：At present，with the rapid development of automobile industry，with the increasing demand of consumers for automobile production technology，the content of automobile production technology has become one of the key contents of industry research. As far as automobile interior design technology is concerned，cruise control system is an important part of automobile technology，and the cruise control of automobile is general. In a certain speed range，in the case of external force interference，the driver can not control the acceleration pedal，and the system realizes the effective adjustment of engine torque by means of automatic valve opening to ensure that the vehicle runs at a constant speed according to the set speed. The design of this control system plays an important role in vehicle speed stability，driving safety and comfort，reducing fuel consumption and exhaust pollution. This paper mainly introduces the automobile adaptive cruise control system. Taking the automobile adaptive cruise control system based on PIC16F873 as an example，the design and function of this control system are explored.

Keywords：PIC16F873 single chip computer;automobile adaptive cruise control system;speed regulation

0 ?引 ?言

目前，隨著市場對于汽車需求的不斷增大，汽車市場的競爭正在不斷增大，相關(guān)汽車企業(yè)要想在競爭中占據(jù)優(yōu)勢，贏得更多的市場份額，強化汽車生產(chǎn)技術(shù)和改善性能是關(guān)鍵，而汽車自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)對于駕駛的積極作用是十分顯著的，因此也成為消費者在購車中需要考慮的重要問題，目前，針對汽車駕駛自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)的技術(shù)研究正在不斷發(fā)展中，整體的研究已經(jīng)取得一定進展，對于提升汽車自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)的效能具有重要意義。

1 ?基于PIC16F873單片機的汽車自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)及組成

1.1 ?系統(tǒng)簡介

汽車巡航控制系統(tǒng)主要是一種駕駛中的汽車控制技術(shù)，又可以稱為巡航行駛裝置、速度控制系統(tǒng)或自動駕駛系統(tǒng)。這是新時期汽車的重要裝置之一，這一控制技術(shù)主要借助的是電子技術(shù)來實現(xiàn)對于汽車行駛速度的調(diào)節(jié)和控制，這樣就能確保汽車在設(shè)定車速行駛中的車速控制。汽車巡航控制系統(tǒng)在具體的應(yīng)用中，要想獲得相應(yīng)的速度，還需要進行開關(guān)的調(diào)控，讓駕駛?cè)藛T在不進行油門踩踏調(diào)整的情況下也能實現(xiàn)車速的有效控制。通過設(shè)定的車速來實現(xiàn)定速行駛。

安裝汽車巡航控制系統(tǒng)，能夠讓汽車在高速公路長時間行駛中，駕駛員不用長時間對加速踏板進行踩壓，避免長時間的腳保持同一動作造成的腳發(fā)麻和抽筋，讓駕駛員的腳能夠得到休息，實現(xiàn)定速行駛。在這種行駛過程中，駕駛員對于加速踏板以及制動踏板的踩放次數(shù)明顯減少，所以也能夠減少汽車的行駛油耗，具體的行車經(jīng)濟性能夠獲得提升。就汽車巡航控制系統(tǒng)的應(yīng)用來看，其優(yōu)點還體現(xiàn)在風(fēng)力和道路坡度的行駛狀況下，引起汽車行駛阻力變化的因素即使不斷變化，但是汽車在定速行駛中，在發(fā)動機允許的功率范圍內(nèi)，都是能夠保證橫豎行駛的，車速不會發(fā)生變化。這樣駕駛員在駕駛中的舒適度就能不斷提升，這一裝置的使用還能夠確保汽車燃油供給和發(fā)動機功率間的配合達到理想狀態(tài)，對于降低汽車油耗，減少汽車尾氣排放等都有積極作用，此外，汽車巡航控制系統(tǒng)的應(yīng)用，還能確保基本功能和故障保險功能。

1.2 ?系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和各部分的工作原理

就汽車巡航控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和相關(guān)部位的工作原理來看，主要集中在以下幾個方面：

第一，巡航控制ECU。這一控制結(jié)構(gòu)主要功能是接收系統(tǒng)所有傳感器傳遞的信號，通過對于信號的計算、加工和處理等，向系統(tǒng)執(zhí)行器發(fā)布相關(guān)指令，對于執(zhí)行器的具體動作進行控制。

第二，主控開關(guān)。這一開關(guān)的主要形式有多種，但是常用的是桿式開關(guān)，主控開關(guān)主要是安裝在轉(zhuǎn)向柱上的，這樣駕駛員接觸起來比較方便，也有一些車系將主控開關(guān)安裝在汽車方向盤上，一般開關(guān)上會設(shè)置三個檔位，即減速/設(shè)置、取消、恢復(fù)/加速，在車輛駕駛中，在車速超過40km/h的情況下，按一下設(shè)置按鈕，車輛就會對于當前的車速進行記憶并且保持這一速度進行恒速行駛，再需要改變車速時，駕駛員按一下取消按鈕，即可以踩踏加速板來控制車速，這時的恒速行駛得以取消，在恒速行駛的過程中，汽車還可以通過按加速或減速鍵來重新設(shè)定恒速的車速，達到對于巡航控制的目標。

第三，空檔啟動開關(guān)。這一開關(guān)主要是在巡航控制ECU傳送空檔信號的情況下，以保證汽車立即退出巡航控制模式。

第四，制動開關(guān)。在進行巡航控制系統(tǒng)應(yīng)用的過程中，汽車遇到前方有突發(fā)情況時，需要進行制動，這時需要及時退出巡航控制系統(tǒng)，所以在駕駛員踩下制動踏板的時候，及提示要退出巡航控制系統(tǒng)。

第五，車速傳感器。這一裝置主要安裝在變速器輸出軸位置，主要考慮到在汽車駕駛中的實際車速和變速器輸出軸轉(zhuǎn)速呈正比關(guān)系，而車速傳感器有多種形式，包括磁感應(yīng)式、霍爾式、光電式等多種結(jié)構(gòu)，在一般的使用中更多使用的是磁感應(yīng)式。

2  基于PIC16F873單片機的汽車自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)設(shè)計原理

單片機控制步進電機具有功能靈活多樣，脈沖輸出準確，實時性強等特點，通過軟件設(shè)計可以實現(xiàn)各種復(fù)雜的控制，其系統(tǒng)成本較低。本文設(shè)計了基于PIC16F873單片機的步進電機控制系統(tǒng)，提出一種升降速曲線的優(yōu)化方法，采用硬件、軟件抗干擾技術(shù)措施。可以通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)與指令，并能通過旋鈕方便地實現(xiàn)電機的連續(xù)調(diào)速，實時設(shè)置與顯示步進電機的工作方式。系統(tǒng)功能原理示意圖如圖1所示。

在該系統(tǒng)中由單片機直接輸出電機的各相控制脈沖序列，光耦進行必要的光電隔離，采用分立元件構(gòu)成功率MOSFET管驅(qū)動電路，帶動電機轉(zhuǎn)動。鍵盤接口與LED顯示功能由具有SPI串行接口功能的ZLG7289實現(xiàn)。既可使用按鍵輸入的方式精確設(shè)置電機的工作方式與轉(zhuǎn)速，也可以通過調(diào)速旋鈕實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速的連續(xù)調(diào)節(jié)，還能通過上位微機實現(xiàn)對電機工作方式的調(diào)整與控制。

3 ?汽車巡航控制的發(fā)展方向

上個世紀七十年代，汽車巡航控制主要應(yīng)用于高級汽車的配置中，而到了八十年代中后期，隨著微處理器在汽車方面的廣泛應(yīng)用，高速公路建設(shè)快速發(fā)展，使得整體的技術(shù)應(yīng)用和研究不斷趨于完善，到上世紀末，這一控制系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得比較完善了，相關(guān)的系統(tǒng)電路集成化水平也在不斷提升。在相應(yīng)的汽車巡航控制系統(tǒng)中，控制模塊體積精巧，多路傳輸系統(tǒng)也不斷完善，自檢系統(tǒng)的準確性也在不斷提升。但是將這一控制系統(tǒng)應(yīng)用到普通家用汽車中，還存在一定難度的。雖然系統(tǒng)多用模塊控制，但是總體的應(yīng)用成本比較高，且有一定的限速，所以，整體的技術(shù)應(yīng)用成本較高。

隨著現(xiàn)代汽車生產(chǎn)技術(shù)和交通線路的發(fā)展，智能交通系統(tǒng)逐漸出現(xiàn)，而這一時期，汽車的巡航控制系統(tǒng)應(yīng)用的普及成為可能，也成為一種大眾化的需要。其中的汽車巡航控制系統(tǒng)也逐漸發(fā)展成自使用巡航控制系統(tǒng)，且進一步采用集中微處理器的控制方式，對于降低系統(tǒng)成本也具有重要作用。這一汽車自動巡航控制系統(tǒng)和車輛前向撞擊報警系統(tǒng)的結(jié)合使用，既體現(xiàn)了自動巡航功能，也能夠?qū)崿F(xiàn)車輛的前方防撞效果，駕駛員在駕駛中可以通過在儀表盤上進行人機交互啟動以及退出汽車自適應(yīng)巡航系統(tǒng)。在這一系統(tǒng)中，需要設(shè)定相應(yīng)汽車巡航狀態(tài)下的車速以及前方車輛間安全距離，并將系統(tǒng)自動設(shè)成默認值，但是要確保設(shè)定的安全距離不能低于設(shè)定車速下交通法規(guī)規(guī)定的距離。

汽車自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)的應(yīng)用趨勢具體集中在以下幾個方面：

第一，技術(shù)的集成化對于降低整體成本有利，還能夠強化相關(guān)系統(tǒng)之間的聯(lián)系，充分利用各種車輛信息，提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，汽車自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)的應(yīng)用還能夠和其他系統(tǒng)相結(jié)合，提升整體的汽車使用控制的自動化水平。

第二，在這一控制系統(tǒng)的技術(shù)研發(fā)中，走停控制針對的高速公路行駛車輛設(shè)計也在進一步開展中，但是對于一些城市內(nèi)的汽車行駛是不適用的，這種控制技術(shù)研究的是對于現(xiàn)階段車速快、車距近的行駛情況，做出的一種功能擴展，因此需要有更理想的近距離探測能力、有效的信號處理能力以及系統(tǒng)的快速反應(yīng)能力，同時，汽車的自動起步功能也能夠?qū)崿F(xiàn)，這一技術(shù)在研發(fā)應(yīng)用后，駕駛員將更加輕松，只需要進行方向控制即可。

第三，汽車自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)目前還在積極探索和汽車電控系統(tǒng)的融合應(yīng)用，致力于推動汽車智能電子控制發(fā)展目標的實現(xiàn)。

4 ?結(jié) ?論

基于PIC16F873單片機的汽車自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)在汽車行駛中的車速控制上能夠發(fā)揮較好的控制效果，對于提升整體的行車智能化意義重大，研究這一汽車自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)，對于推動汽車的智能化發(fā)展具有重要意義。

參考文獻：

[1] 凌濱，宋夢實，邢鍵，等.汽車自適應(yīng)巡航系統(tǒng)的多性能指標控制算法 [J].機械科學(xué)與技術(shù)，2018，37（5）：690-697.

[2] 周應(yīng)軍.博世公司汽車電子技術(shù)簡介（三）——自適應(yīng)巡航定速控制系統(tǒng)（ACC） [J].汽車與配件，2001（Z2）：30-31.

[3] 吳光強，張亮修，劉兆勇，等.汽車自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 [J].同濟大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2017，45（4）：544-553.

[4] 孫曉文，汪洪波.基于模式切換的汽車自適應(yīng)巡航系統(tǒng)分層控制 [J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2016，39（10）：1316-1321.

[5] 馮道寧，劉昭度，馬國成，等.汽車自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)硬件在環(huán)仿真平臺的設(shè)計與仿真試驗（英文） [J].機床與液壓，2015，43（18）：1-8.

[6] 馮關(guān)明，胡大宏，吳壯文.基于FSM理論的模糊自適應(yīng)控制汽車巡航系統(tǒng)仿真與設(shè)計 [J].機械科學(xué)與技術(shù)，2012，31（3）：446-451.

作者簡介：孫小霞（1980.06-），女，漢族，山東壽光人，講師，碩士研究生，研究方向：電子通信;石長華（1965.01-），

男，漢族，安徽東至人，教授，碩士，研究方向：自動控制、智能儀表。