基于MSP430單片機(jī)的限速器的實(shí)現(xiàn)原理及設(shè)計(jì)方法

我國(guó)每年有數(shù)十萬起交通事故發(fā)生，如果汽車限速器能夠普及，將會(huì)降低交通事故發(fā)生率，從而挽回不必要的財(cái)產(chǎn)和生命損失。
　　與近期在市場(chǎng)上熱銷的電子狗產(chǎn)品相比，汽車限速器更具有主動(dòng)規(guī)避事故的優(yōu)勢(shì)，電子狗只是在接近超速測(cè)試探頭時(shí)才提醒駕駛者控制車速。汽車限速器通常分為兩大類：一種是在車輛超速時(shí)發(fā)出語音警報(bào)，提醒駕駛者減速；另一種是在車輛超過限定速度后，通過車載電腦發(fā)出指令，強(qiáng)制控制車輛行駛速度。第1種限速器只起到警示作用，而第2種汽車限速器將更為有效地降低交通事故。因此，本文著重介紹了第2種限速器的實(shí)現(xiàn)原理及設(shè)計(jì)方法。
　　1 限速器實(shí)現(xiàn)原理
　　由于早期的汽車是沒有限速功能的，所以在設(shè)計(jì)時(shí)要同時(shí)考慮到汽車出廠前安裝與售出后安裝兩個(gè)不同層面的需求，限速器應(yīng)具備靈活的安裝方式，不破壞汽車的完整性和可靠性。為了設(shè)計(jì)出這樣的限速器，首先需要了解汽車油門系統(tǒng)的工作原理。
　　一般的電子汽車油門系統(tǒng)包括：油門踏板、踏板傳感器、電子控制單元（ECU）、電機(jī)、節(jié)氣門機(jī)構(gòu)，如圖1所示。駕駛員根據(jù)駕駛所需的功率踩踏油門踏板，油門踏板位置傳感器將采集到的油門踏板位置信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并將其傳給電子控制單元，由電子控制單元通過電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)氣門的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)節(jié)氣門的完全電子控制。
　　
　　分析組成汽車電子油門系統(tǒng)的幾個(gè)環(huán)節(jié)后，在踏板傳感器與ECU這兩個(gè)環(huán)節(jié)之間插入限速控制是最易實(shí)現(xiàn)的，同時(shí)也具備了出廠前安裝與售出后安裝的條件，因此本文的限速控制設(shè)計(jì)方案就在踏板傳感器和ECU這兩個(gè)環(huán)節(jié)之間實(shí)現(xiàn)。插入限速器的電子油門系統(tǒng)模型如圖2所示，圖中虛線框所示的部分即是所設(shè)計(jì)的限速器。
　　
　　限速器可通過鍵盤和顯示等人機(jī)界面預(yù)置速度上限值Vm。當(dāng)啟動(dòng)限速器工作后，圖2中的1和3通路連通。限速器檢測(cè)踏板傳感器傳遞給它的電信號(hào)經(jīng)IIR濾波后得Ux。由于本限速器盡可能地不破壞汽車原有的結(jié)構(gòu)，因此采用油門的開度來判斷汽車行駛速度，但是速度的變化滯后于油門的變化，即油門的變化量并不能直接地表征行駛速度變化量。所以本限速器采用自學(xué)習(xí)算法，通過較長(zhǎng)時(shí)間段監(jiān)測(cè)油門的前后變化情況以及前一時(shí)間段油門所處的穩(wěn)定狀態(tài)（如勻速或停止），判斷駕駛者的操作意圖，得出相應(yīng)的行駛速度值Vx。將Vx與預(yù)置的速度上限值Vm比較，如果計(jì)算所得的速度值Vx《Vm，則沒有在超速狀態(tài)，此時(shí)踏板傳感器電信號(hào)Ux直接提供給ECU，即限速器輸出信號(hào)Uy=Ux。如果計(jì)算所得的速度值Vx≥Vm，處于超速狀態(tài)，則限速器恒定輸出預(yù)置的速度上限值Vm所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)Um，即Uy=Um，并傳遞給ECU，實(shí)現(xiàn)限速功能。