基于LabVIEW的倒車自動剎車系統開發

　　傳感器的引腳定義如表1所示：　　

 

　　通過Time-of-Flight(TOF)算法計算發射波與接收波的時間差，從而得出超聲波探頭與障礙物間的距離，其距離計算公式如(1)式所示：

　　D=(c*t)/2       (1)
　
    　式中D為超聲波傳感器與障礙物的距離，c為聲波在空氣中的速度，t為發射波與接受波的時間差。

　　3.2.2 方案設計及指標設定

　　由圖3可知超聲波傳感器的激勵波脈沖時序在發射周期初始階段連續發射14個40kHz的脈沖串后持續低電平至周期結束，屬于非常規信號源，對外圍硬件電路設計造成極大困難。針對此問題，LabVIEW DAQ平臺的相關設備則降低了采集系統構筑的難度。　　

 

　　▲ 采用的NI cDAQ-9178為8槽USB機箱，具有50多個結合集成信號調理的可熱插拔I/O模塊，機箱中內置4個通用32位計數器/定時器，并可借助使用DAQ Assistant的NI-DAQmx軟件自動代碼生成
　　▲ NI 9269采用單通道輸出14個12V、40kHz的模擬電壓信號后持續低電平，信號周期30ms
　　▲ NI 9221采用單通道模擬輸入模塊，采樣頻率1kHz，采樣點數1k

　　本系統屬低速控制范圍(即車速低于5Km/h)，為保證駕駛員的安全性同時避免車輛碰撞障礙物，依據運動學公式V02=2aS設定預定警戒距離為70cm。并在開發程序過程中設定70cm為停車標識符(StopFlag)，如圖4。

　　3.3 剎車控制模塊

　　3.3.1 車輛模型

　　車輛數學模型的建立有利于驗證系統的可行性，北科大的陳柏全教授在Matlab/Simulink平臺上構建如圖5所示的車輛縱向模型。　　

 

　　為了減小車身零部件對系統的非線性因素導致的累積誤差影響，本系統僅通過試驗車的電動真空助力泵(EVB)所提供的助力實現制動力輸出。

　　根據牛頓第二定律可建立車輛縱向模型的一階線性微分方程，如(2)式所示：　　

　　(2)

　　式中Mv 為車身質量，v為實時車速，Fb 為制動力，Fa為空氣阻力，g為重力加速度，θ為路面坡度，Fθ為怠速驅動力。

　　3.3.2 速度曲線規劃　　

 

　　規劃的曲線必須盡可能的平順并且沒有緊急制動情況的出現，在速度控制領域內有多種方法可實現。但對于如何使駕駛員在加減速時感覺較舒適，則是目前速度控制領域內比較重要的課題。Kyongsu Yi的論文中指出，駕駛員感到較為舒適的加減速不應高于2.5m/s²。根據此研究成果，本系統的預定速度設定為1.6Km/h如圖6，預定加速度設為1.4m/s²如圖7，理論上的車輛制動距離為7cm。根據圖6的預定速度軌跡可將其分成加速、勻速以及減速三個狀態，首先控制車速以定加速度從0Km/h升至1.6Km/h;若系統監測到StopFlag為0(即車—障礙物在停車范圍以外)，系統維持車速處于勻速狀態即以1.6Km/h定速行駛;若系統監測到StopFlag為1(即車—障礙物在停車范圍以內)，則進入減速狀態，速度以定加速度從1.6Km/h降至0Km/h。