基于射频控制节流阀的汽车自动限速器

摘要

智能仪器在我们生活的方方面面都有使用。不用花很多时间就会意识到，我们的大部分任务都是由电子设备完成的。它们将完成人类一天中最复杂的任务之一，即驾驶汽车。随着有人驾驶的日子越来越少，交通堵塞、危险和粗鲁的司机以及更重要的事故的日子也越来越少。根据Willie D. Jones先生在IEEE SPECTRUM杂志(2001年9月)上的说法，每秒钟就有一人死于车祸。车辆驾驶控制的自动化是当前最重要的需求之一。该技术可以很好地实现以前没有的控制车道驾驶。该项目的最终目标是在限速区域如学校和医院等自动控制车辆的速度。这个项目的开发主要是为了避免高速车辆造成的事故，同时也为了让公众在没有高速车辆危险的情况下过马路。通常司机在高速行驶时也不考虑限速地区的公众。 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，道路交通事故日益增多。这些交通事故大多是由于汽车在高速行驶，即使在急转弯和路口存在的地方。即使在这些地方开车也是造成事故的主要原因。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。其中之一是能够保持驾驶员定义的速度的巡航控制系统(CC)和使汽车与前车保持更安全距离的自适应巡航控制系统(ACC)。但这些系统没有能力检测到弯道，在弯道中，汽车必须降低速度以避免事故。后来，弯道预警系统(CWS)被开发出来，利用全球定位系统(GPS)和地理信息系统(GIS)获得的数字地图来检测弯道，以评估驾驶员在快速接近弯道时的威胁程度。但是这些地图需要定期更新，如果有意外的道路改道或扩建等，这些地图就没有用了。在这里，我们提出了一个动态模型，其中系统根据固定在附近极点的射频发射器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

开发了一种用于车辆自动跟随的自主智能巡航控制系统(AICC)。如图所示为防止驾驶员以危险速度转弯的综合系统的实验架构。建立并评估了使用通用RFID标签作为数字交通标志的车载标志系统，并使用安装在道路上的标签进行了现场测试，以验证系统是否有效工作[3]。一个数学工具来建立一个模糊模型的系统，其中模糊含义和推理是使用[4]。提出了一种模型汽车的模糊控制方法，通过对专家的驾驶行为建模，推导出模糊控制规则。实验采用带有传感单元和微型计算机[5]的汽车模型进行。

3框图和说明

框图及其描述如图1所示。它有两个部分。

a)发射单元

b)车辆速度控制和监测单元

a)发射单元发射单元由一个发射机组成，该发射机已根据学校区域或医院区域等设置为单独的频率。发射范围将设定为半径约500米至1公里或根据该区域的要求。

b)车辆速度控制和监测单元

在这个单元中，车辆接收到信号的那一刻，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。此外，车内的显示屏将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从其他传感器接收的输入来确定油门的位置。节气门位置的调整引起汽车速度变化的变化。这种类型的硬件方案如图2所示。而在所提出的自动车速控制器模型中，加速踏板的位置由单片机给出，再由单片机将其反馈给电子控制单元。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

根据节气门系统的设计，将控制方法分为两种

a)基于线传驱动

b)基于电子节气门

a)基于线传驱动

这是一种通过机械连接将加速踏板电子“连接”到油门上的汽车技术。图2为线控驱动系统的原理图。所以要想控制节流阀的位置是不可能的，因为它是由一个机械连杆直接从油门踏板连接起来的。所以为了控制车辆的速度，在第一个节流阀的前面会放置一个额外的节流阀。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高速度限制。

b)基于电子节气门

这是一项汽车技术，通过电子方式将加速踏板与油门“连接”起来，取代了机械踏板。图3为电子节气门系统驱动示意图。在这种类型的系统中，节流阀的位置可以由NI DAQ 6009直接控制。不需要额外的节流阀，如在电线驱动方法中提到的。因此，当车辆进入限速区域时，控制动作发生，并自动控制最高车速。

五、模型设计与描述

NI DAQ USB-6009指定有8个模拟输入和2个模拟输出。虽然该DAQ由数字输入输出端口组成，但目前最需要的是模拟端口，因为它们是访问温度传感器输入电压所需的端口。在初始化DAQ助手成功后，可以观察到以下控制面板，其中可以给出所有所需的控制逻辑，并可以分配各自的指示器，以查看其工作状态。本电流项目需要两个端子将输出抽出显示，一个为输出电压端子，另一个为对应的接地端子。现在参考上图，必须选择一个接地端子，并且必须耦合电流互感器输出电压对应的接地端子。相应地，输出电压端子必须连接到DAQ的任何模拟输入端子上，从而完成硬线连接的过程，以便有机会显示输出，从而进行控制逻辑系统。以上所描述的过程，最后会出现如下图所示。DAQ USB-6009与PC的另一个重要连接必须使用所提供的电缆进行，通过该电缆，PC和DAQ之间的通信可以显示输出并进一步采取任何控制行动。

通过使用LabVIEW编程及其简单的方框图方法来构建整个逻辑，可以实现项目中要实现的整个控制逻辑。逐级观察，由DAQ读取的输出是基于车辆由于施加加速度的运行速度的节流阀的角位置

线控驱动方框图如图4所示，以上程序在方框图面板中运行，用于仿真。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显示了线型驱动的前面板，模拟了加速位置，速度计以及两个节流阀1和2的位置的工作。当车辆不在要求的限速区域时，节流阀永远不会改变其位置，而节流阀1根据加速踏板的位置改变其位置。在此模式下，速度不受限制。

节气门电子控制型方框图如图6所示，以上程序在方框图面板中运行，进行仿真。在这种模式下，只使用单个节流阀，当它到达限速区时可以控制。

图7为电控型的前面板，模拟了加速度位置、速度计以及两个节流阀位置的工作。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。但是当它到达各自的区域时，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所示为线控驱动的仿真结果，当车辆到达限速区时，二级节流阀1被激活，并改变其位置，按要求区域控制或限制所需速度。

7结论

本文提出了一种控制汽车速度的新设计。我们已经对我们提出的设计进行了理论研究。在我们的理论研究中，只考虑一种车辆。在正常驾驶情况下，我们可以预期附近有其他车辆在行驶，可能会阻挡或衰减射频信号。在这方面，还需要更多的研究。

确认

我们要感谢哥印拜陀室利罗摩克里希纳工程学院的管理人员、学术主任、校长、电子和仪器工程系主任以及电气工程学院的全体教职员工，感谢他们在整个项目中给予我们的支持。

参考文献

陈志强，“自动巡航控制系统”，汽车工程学报，Vol.42, pp.657-672, 1993。 Lusetti, B.， Nouveliere, L.， Glaser, S.和Mammar，“基于系统的车辆安全控制速度曲线预警系统的实验策略”，IEEE智能车辆研讨会，第660 - 665页，2008。 陈志强，“基于RFID标签的车载签名系统的开发与评估”，中国交通大学学报(自然科学版)。《信息技术研究》，第4卷，第53 - 58页，2006。 Takagi, T.和Sugeno, M.，“系统模糊识别及其在建模和控制中的应用”，IEEE译。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。