基于LabVIEW的倒车自动刹车系统开发

　　传感器的引脚定义如表1所示：　　

 

　　通过Time-of-Flight(TOF)算法计算发射波与接收波的时间差，从而得出超声波探头与障碍物间的距离，其距离计算公式如(1)式所示：

　　D=(c*t)/2       (1)
　
    　式中D为超声波传感器与障碍物的距离，c为声波在空气中的速度，t为发射波与接受波的时间差。

　　3.2.2 方案设计及指标设定

　　由图3可知超声波传感器的激励波脉冲时序在发射周期初始阶段连续发射14个40kHz的脉冲串后持续低电平至周期结束，属于非常规信号源，对外围硬件电路设计造成极大困难。针对此问题，LabVIEW DAQ平台的相关设备则降低了采集系统构筑的难度。　　

 

　　▲ 采用的NI cDAQ-9178为8槽USB机箱，具有50多个结合集成信号调理的可热插拔I/O模块，机箱中内置4个通用32位计数器/定时器，并可借助使用DAQ Assistant的NI-DAQmx软件自动代码生成
　　▲ NI 9269采用单通道输出14个12V、40kHz的模拟电压信号后持续低电平，信号周期30ms
　　▲ NI 9221采用单通道模拟输入模块，采样频率1kHz，采样点数1k

　　本系统属低速控制范围(即车速低于5Km/h)，为保证驾驶员的安全性同时避免车辆碰撞障碍物，依据运动学公式V02=2aS设定预定警戒距离为70cm。并在开发程序过程中设定70cm为停车标识符(StopFlag)，如图4。

　　3.3 刹车控制模块

　　3.3.1 车辆模型

　　车辆数学模型的建立有利于验证系统的可行性，北科大的陈柏全教授在Matlab/Simulink平台上构建如图5所示的车辆纵向模型。　　

 

　　为了减小车身零部件对系统的非线性因素导致的累积误差影响，本系统仅通过试验车的电动真空助力泵(EVB)所提供的助力实现制动力输出。

　　根据牛顿第二定律可建立车辆纵向模型的一阶线性微分方程，如(2)式所示：　　

　　(2)

　　式中Mv 为车身质量，v为实时车速，Fb 为制动力，Fa为空气阻力，g为重力加速度，θ为路面坡度，Fθ为怠速驱动力。

　　3.3.2 速度曲线规划　　

 

　　规划的曲线必须尽可能的平顺并且没有紧急制动情况的出现，在速度控制领域内有多种方法可实现。但对于如何使驾驶员在加减速时感觉较舒适，则是目前速度控制领域内比较重要的课题。Kyongsu Yi的论文中指出，驾驶员感到较为舒适的加减速不应高于2.5m/s²。根据此研究成果，本系统的预定速度设定为1.6Km/h如图6，预定加速度设为1.4m/s²如图7，理论上的车辆制动距离为7cm。根据图6的预定速度轨迹可将其分成加速、匀速以及减速三个状态，首先控制车速以定加速度从0Km/h升至1.6Km/h;若系统监测到StopFlag为0(即车—障碍物在停车范围以外)，系统维持车速处于匀速状态即以1.6Km/h定速行驶;若系统监测到StopFlag为1(即车—障碍物在停车范围以内)，则进入减速状态，速度以定加速度从1.6Km/h降至0Km/h。