基于射频控制节流阀的汽车自动限速器

摘要

智能仪器应用于我们生活的方方面面。我们很快就会意识到，我们的大部分任务都是由电子设备完成的。他们将完成人类一天中最复杂的任务之一，即驾驶车辆。随着有人驾驶的日子越来越少，交通拥堵、危险粗暴的司机以及更重要的事故的日子也越来越少。根据威利·d·琼斯先生在《IEEE SPECTRUM》杂志(2001年9月)上的说法，每秒钟就有一个人死于车祸。车辆驾驶控制自动化是当今最重要的需求之一。这项技术可以很好地实现以前没有的控制车道驾驶。这个项目的最终目的是自动控制车辆的速度在限速区域，如学校和医院等。这个项目主要是为了避免高速车辆造成的事故，也让公众在过马路时没有高速车辆的任何危险。通常情况下，在限速区域，司机在不考虑公众的情况下高速行驶。 Even though the traffic police control them we cannot achieve full response from them. Also it is not possible to monitor those areas at all time to regulate their speed. Thus this project paves way for controlling the speed of the vehicles within certain limit in those restricted zones without the interruption of the drivers. Here we use RF communication method for controlling purpose. In order to implement this in public then we want to attach the RF receiver along with the vehicle and the Transmitter with these Zones. These transmitters are programmed to send the coded signals continuously with certain delay in between. Whenever the vehicles enter into these zones their receivers will receive this code and then the speed of the vehicles is controlled automatically by taking control action in the throttle valve. This will reduce the over speed to the desired speed limit.

关键字

DAQ，节流阀，ECU, MAF传感器，限速区

介绍

众所周知，交通事故正在日益增加。这些交通事故大部分是由于汽车在急转弯和交叉路口高速行驶造成的。即使在这些地方运行汽车也是事故的主要原因。减少这类事故的数量是需要采取的首要步骤。已经开发了许多系统来防止这些交通事故。其中之一是巡航控制系统(CC)，它能够保持由驾驶员定义的速度，以及其后来的进化版本自适应巡航控制(ACC)，使汽车与前面的车辆保持更安全的距离。但是这些系统没有能力检测弯曲的道路，在那里汽车必须降低速度以避免事故。后来的弯道预警系统(CWS)是利用全球定位系统(GPS)和从地理信息系统(GIS)获得的数字地图来探测弯道，以评估司机在快速接近弯道时的威胁程度。但这些地图需要定期更新，如果有意外的道路改道或延伸等情况，这些地图就没有用处了。在这里，我们提出了一个动态模型，系统根据固定在附近极点的射频发射机传输的帧中的数据来控制汽车的速度。 This is based on the work done by Sato et al. (describes an Advanced Driver Assistance System (ADAS)) and Joshua Pérez’ team (describes an RFID-Based Intelligent vehicle speed controller) where passive RF transceivers are arranged in the road close to the position of real traffic signals. This model can also be better utilized to improve the fuel efficiency by imposing the maximum speed limit on the automobiles at which the mileage will be more. Paper is organized as follows. Section II describes the related work in the area. The block diagram is given in Section III. Section IV presents the existing methodology. Section V presents the model designing and description. Section VI depicts the simulation result. Finally, Section VII presents the conclusion.

2相关工作

研制了一种用于汽车自动跟踪的自动智能巡航控制系统。防止驾驶员以危险速度转弯的集成系统的实验架构[2]所示。构建并评估了一种使用通用RFID标签作为数字交通标志的车载标识系统，并使用安装在道路上的标签进行了现场测试，验证该系统是否有效工作[3]。提出了一种数学工具，用于建立一个系统的模糊模型，其中使用模糊含义和推理[4]。提出了一种模型车的模糊控制方法，通过对专家驾驶行为的建模，推导出模糊控制规则。本文采用带传感单元和微型计算机[5]的汽车模型进行了实验。

3框图及说明

框图及其描述如图1所示。它有两个部分。

a)发射单元

b)车速控制及监控单元

a)发射单元发射单元由一个发射机组成，该发射机已被设置为与学校区或医院区等有关的单独频率。发射距离将设定在半径约500米至1公里或根据该区的要求。

b)车速控制及监控单元

在这个单元中，车辆接收到信号的时刻，控制动作由NI DAQ 6009进行，它将通过限制车辆的最大速度来控制节流阀的位置。同时，车辆内部的显示器也会显示车辆所在区域的名称。

四、现有方法

一般来说，汽车的速度是根据油门踏板的位置而变化的。踏板位置的变化被馈送到电子控制单元(ECU)， ECU根据油门踏板位置和其他传感器接收的输入确定油门的位置。油门位置的调整引起汽车速度变化的变化。这种硬件方案如图2所示。而在所提出的自动车速控制器模型中，油门踏板的位置先交给微控制器单元，然后再交给电子控制单元。如果汽车处于主动模式，NI DAQ 6009通过限制车辆的最大速度来控制节流阀的位置。

节气门位置控制方法

在节气门系统设计的基础上，将控制方法改进为两种

a)基于线控驱动

b)基于电子节气门

a)基于线控驱动

这是一种通过机械连杆将油门踏板电子“连接”到油门上的汽车技术。图2所示为线控传动系统的原理图。所以要想控制节流阀的位置是不可能的，因为它是由机械连杆直接从油门踏板上连接起来的。因此，为了控制车辆的速度，在第一个节流阀的前面会增加一个节流阀。附加节流阀将由NI DAQ 6009通过控制附加节流阀的位置来控制，以限制车辆在所需区域的最大速度。因此，在线控驱动系统中应该使用一个额外的节流阀来控制车辆的最大速度限制。

b)基于电子节气门

这是一项汽车技术，通过电子方式将油门踏板“连接”到油门上，取代机械踏板。电子节气门系统驱动原理图如图3所示。在这种类型的系统中，节流阀的位置可以直接由NI DAQ 6009控制。线传动不需要额外的节流阀。因此，当车辆进入限速区域时，控制动作发生，自动控制车辆的最大速度。

五、模型设计与描述

NI DAQ USB-6009具有8个模拟输入和2个模拟输出。虽然这个DAQ由数字输入输出端口组成，但目前最需要的是模拟端口，因为它们是访问从温度传感器进来的电压所需的端口。在成功初始化DAQ助手后，可以观察下面的控制面板，在这里可以输入所有所需的控制逻辑，并且可以分配各自的指示灯，以便查看它们的工作状态。在这个项目中，需要两个端子进行输出的绘制和显示，一个是输出电压端子，另一个是对应的接地端子。现在参考上图，必须选择一个接地端子，并且与电流互感器输出电压对应的接地端子必须耦合。相应地，输出电压端子必须连接到DAQ的任何模拟输入端子，从而完成硬线连接的过程，以便有机会显示输出，从而继续控制逻辑系统。以上所述的过程，在结束时会出现如下图所示。DAQ USB-6009与PC的另一个重要连接必须使用所提供的电缆，通过该电缆，PC和DAQ之间的通信将有可能显示输出并进一步采取任何控制行动。

在项目中实现的整个控制逻辑是通过使用LabVIEW编程实现的，其简单的框图方法构建整个逻辑。从逐步来看，由DAQ读取的输出是节流阀的角度位置，基于车辆由于应用加速度的运行速度

线传动的框图如图4所示，在框图面板中运行上述程序进行仿真。在这种方法中使用了两个节流阀，一个是主节流阀1，另一个节流阀用于限制车辆在所需区域的速度。

图5为线传动前面板，模拟了加速度位置、速度计以及两个节流阀1、2的工作位置。当车辆不在要求的限速区域时，节流阀从不改变其位置，而节流阀1根据油门踏板位置改变其位置。在此模式下，速度不受限制。

电控式节气门的框图如图6所示，在框图面板中运行上述程序进行仿真。在这种模式下，只有一个节流阀被使用，当它达到限速区域时可以控制。

电控型前面板如图7所示，模拟了加速度位置、速度计以及两个节流阀位置的工作情况。当车辆不在要求的限速区域时，节流阀根据油门踏板的位置改变其位置。在此模式下，速度不受限制。但当到达各自的区域时，当车辆超过速度时，节流阀的位置受到限制。

六、仿真结果

如图8所示为线式驱动的仿真结果，当车辆到达限速区域时，二级节流阀1被激活，并改变其位置以控制或限制所需区域的期望速度。

7结论

本文提出了一种控制汽车速度的新方法。我们对我们提出的设计方案进行了理论研究。在我们的理论研究中，只考虑了一种交通工具。在正常驾驶情况下，我们可以预期附近会有其他车辆循环，可能会阻塞或衰减射频信号。在这方面，还需要更多的研究。

确认

我们要感谢我们的管理层、学术主任、校长、电子与仪器工程系主任以及哥印拜陀罗摩克里希纳工程学院EIE系的教职员工，感谢他们对我们整个项目的支持。

参考文献

杨建平，陈建平，“自主智能巡航控制”，《汽车工程学报》，Vol.42, pp.657-672, 1993。 Lusetti, B.， Nouveliere, L.， Glaser, S.，和Mammar，“车辆安全控制速度的基于曲线预警系统的实验策略”，IEEE智能车辆研讨会，第660 - 665页，2008。 Sato, Y.，和Makane, K.，“利用RFID标签作为数字交通信号的车载签名系统的开发和评估”，Int。中华医学会论文集，Vol. 4, pp.53-58, 2006。 高木，T.，和Sugeno, M.，“系统模糊辨识及其在建模和控制中的应用”，IEEE。系统。男人Cybern。，Vol.15, pp.116–132, 1985. Sugeno, M.，和Nishida, M.，“模型汽车的模糊控制”，模糊集与系统学报，第16卷，第103 - 113页，1985。