目 录
1 引言 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 国内外发展现状 1
1.2.1 国外发展现状 1
1.2.2 国内发展现状 2
1.3 论文研究内容 3
2 大型车辆行车安全预警平台总体方案设计 3
2.1 总体方案 3
2.2 系统组成及工作原理 4
2.3 子系统方案设计 5
2.3.1 车道偏离预警系统 5
2.3.2 疲劳驾驶预警系统 5
2.3.3 侧翻预警系统 6
2.3.4 追尾预警系统 6
2.3.5 碰撞预警系统 6
3 大型车辆防侧翻预警系统硬件设计 6
3.1 硬件结构设计 6
3.2 车辆侧翻临界车速计算 7
3.3 系统硬件电路设计 8
4 软件设计 13
5 实物制作与系统调试 28
5.1 调试方案 28
5.2 硬件电路调试 28
5.3 软件调试 29
5.4 调试运行 30
结论 39
致谢 40
参考文献 41
1 引言
1.1 研究背景及意义
由于我国社会发展不断加快，道路交通安全问题也越来越严重。仔细分析近几年我国道路交通事故可以发现截止2009年底，我国客运汽车的保有量仅仅占总数的25.94%，但是客车的肇事比例却占到总肇事事故的41.47%[1]，大型车辆已成为引发重大交通事故，造成群死群伤的主要原因，它的社会影响十分恶劣。像SUV、重 *景先生毕设|www.jxszl.com +Q:  3_5_1_9_1_6_0_7_2 
型半挂车等这些车辆由于具有较高的质心位置、较大的质量和体积、过窄的轮距等特点，非常容易发生侧翻事故，发生侧翻时，驾驶员感觉不到侧翻[2]。美国统计了1993年-1998年发生的事故，一共有35000多人死于交通事故，非碰撞事故占10%，在这10%中，侧翻事故却占90%[3]。经过分析发现，疲劳驾驶、注意力不集中和超速行驶等是大型车辆肇事的主要原因[1]。
被动安全是目前最常采用的安全手段，即采用安全带、安全气囊等一些措施在发生事故的时候保护乘客，从而减少伤亡[4]。此外，我们也慢慢开始研究主动安全手段，通过预测交通事故的发生来提示驾驶员，进而避免发生事故。大型车辆行车安全预警系统集车道偏离、疲劳驾驶、侧翻、追尾、碰撞于一体，课题在大型车辆行车安全预警系统的基础上着重研究车辆防侧翻预警系统，防侧翻预警系统在车身即将出现侧翻情况时，提醒驾驶员，进而降低各种行车安全事故的发生量。
1.2 国内外发展现状
1.2.1 国外发展现状
目前，国际上对重型车辆的侧翻进行了深入研究，包括动态、静态和准静态的计算机模拟以及侧翻试验测试。美国、日本和英国等国家的许多学者都为车辆侧翻预警的理论和实践研究做出了重要贡献，获得了许多成果[5]。
常见的侧翻预警算法大多是以侧倾角和侧向加速度的极限值为标准。1990 年，Rakheja 分析研究并提出了出了侧翻预警监控系统的算法，将车辆在静态转向状态下内侧车轮离地状态时的侧向加速度作为临界的侧翻门限值[6]，当数值达到侧翻门限值的时候就会触发预警提示。
传统预警方法不够准确，根据前人对侧翻机理的研究，1990 年Preston- Thomas提出了利用 LTR(横向载荷转移率)作为车辆发生侧翻危险的指标，当车辆两侧轮胎的载荷相等时，LTR 等于0，当车辆一侧轮胎脱离地面时，LTR 等于1，此时横向加速度达到了临界的侧翻门限值。在1998 年，Dunwoody申请LTR 作为侧翻依据的专利[7]。2003 年，韩国的 Dongyong Hyun 建立了以 LTR 值判断侧翻程度的重型半挂车侧翻预警模型，该模型考虑到了轮胎和悬架的非线性特性，预测的模型很逼真，侧翻预测较准确。
除了研究LTR 外，国外学者还提出了许多的侧翻预警方法，Nalecz等人提出了一种根据能量进行计算的侧翻判断方法，实验表明利用此方法预测的侧翻也比较准确。
1997 年，P.J.Liu研究表明，RSF 与侧倾角和侧向加速度有关系。
2001年，Peng和Chen提出了一种根据TTR（侧翻时间）来预测侧翻动态预警的算法，此算法简单并且具有较好的实用性。与此同时，Peng和Chen利用神经网络技术大大提高了 TTR 值的精确度。
2003 年， Kiencke和Eger成功建立了车辆侧翻时序，提出了侧倾角和侧倾角速度之间存在的数学关系并且规定了车辆的稳定边界。
2008 年，来自美国的H. Yu提出了一种根据实时TTR矩阵来判断侧翻危险的侧翻预警算法，并且使用卡尔曼滤波技术大大提高 了TTR 矩阵的精确度，经过试验证明，此方法比较实用并且能够有效的预测车辆的侧翻状态[5]。
1.2.2 国内发展现状
国内在侧翻研究上起步较晚，吉林大学、重庆交通大学、南京航空航天大学等高校进行了大量的研究工作并且取得了一定的成果。
2007年，南京航空航天大学的张先奎经过仔细研究后提出了一种根据姿态进行监测的TTR侧翻预警和双飞轮侧翻控制的方法。2008年，同校的金智林提出了一种根据动态因子判断车辆侧翻的预警算法，此算法能够精确地算出车辆侧翻时间值并且判断车辆侧翻的危险状况。
2008年，吉林大学的朱天军研究提出了一种利用回路传输恢复技术进行LQG主动控制侧倾的算法，此算法能够有效提高车辆的侧翻稳定性。同年，该校的宗长富在利用回路传输恢复技术进行控制的算法上建立了全状态反馈控制器，该控制器能够进行全局增度控制，利用该算法能有效提高车辆的侧倾稳定性。
2010年，重庆大学的连金江根据TTR预警算法研究并提出了混凝土搅拌车的侧翻预警算法。
2010年，的夏晶晶研究并提出了一种根据模型进行预测的侧翻主动控制方法，此方法能够有效地提高车辆的侧翻控制能力[5]。
1.3 论文研究内容
1）总体实现方法
通过介绍现有的侧翻预警技术，提出了本次论文设计的总体思路和结构。
2）系统的硬件设计
具体介绍侧翻预警系统的各个硬件组成，单片机部分，人机交互界面等。
3）系统的软件设计
本设计基于Keil环境，侧翻预警算法的实现是C语言编写的重点，与此同时，实时测速也十分重要。
4）实物制作与调试
在模型车上进行硬件安装，加装一个车轮进行测速，设定好安全的侧倾角、侧向加速度和速度值等，最后在道路上运行。
图3.2 大型车辆转向时在弯道上的受力图
该模型忽略汽车悬挂的变形和轮胎的柔性形变。文献分析表明，悬挂车辆的侧翻临界值与刚性车辆的相比差别不大[10]，因此本文采用不考虑悬挂变形的静力学模型，如图3.2所示。图中Fc为离心力；Ff为侧向摩擦力；θ为道路横向坡度角；B为汽车的轮距；hg为重心高度；G为汽车总重力。
本次使用的部分管脚说明：
VCC：供电电压。

原文链接：http://www.jxszl.com/jxgc/qcgc/28283.html