汽车行驶记录仪

汽车行驶记录仪（共10篇）

汽车行驶记录仪 篇1

0 引 言

汽车行驶记录仪是能够对车辆行驶速度、时间、里程以及有关车辆行驶的其他状态信息进行记录、存储并通过接口实现数据输出的数字式电子记录装置, 能够约束驾驶人员的不良驾驶行为、预防道路交通事故、保障车辆行驶安全、提高营运管理水平[1]。CAN总线技术在汽车上的应用越来越普遍, 国外新开发的汽车基本都采用CAN总线现场总线控制, 提高了整车的智能化水平。国内研制的汽车记录仪产品, 功能较为简单, 记录的数据量不大, 数据的读取显示不方便, 无法灵活地进行系统的移植或扩充。本文研制的基于CAN总线的汽车行驶记录仪, 能够自动采集数据、显示数据、查询数据、报警, 具有一定的智能化水平, 利用CAN总线的技术特性, 减少了系统的线束, 解决了众多节点之间的通信问题, 可动态增加或删除节点, 适用于不同型号的汽车[2]。

1 汽车行驶记录仪的控制网络系统设计

汽车行驶记录仪的控制网络系统设计如图1所示。汽车行驶记录仪由信号节点、控制节点和上位机节点组成, 记录汽车发生事故前后的20s时间内实时数据, 存放360h内汽车行驶状况历史数据, 数据类型包括汽车行驶速度、发动机转速、制动信号、左转向、右转向、鸣笛、大灯、雾灯、倒车等信号。

信号节点采集数据后, 由控制节点完成数据的存储、显示, 记录仪初始化时设置汽车的超速和疲劳驾驶标准数据, 如果超速或疲劳驾驶, 蜂鸣器报警, 提醒驾驶员注意安全, 必要时对汽车运行状况进行检查。上位机节点对控制节点存储的数据进行读取、查询、统计、参数设置, 可以在线设置不同型号的汽车允许的最高车速和最长持续驾驶时间。

2 系统的硬件设计

2.1 信号节点的硬件设计

信号节点由单片机AT89C51、CAN 控制器SJA1000、CAN总线驱动器PCA82C250、高速光耦6N137、高输入阻抗集成运放LM358、光电耦合器等组成, 信号节点采集模拟信号和数字信号。为了增强CAN总线节点的抗干扰能力, SJA1000的TX0和RX0通过6N137与82C250相连, 实现了总线上各CAN节点间的电气隔离, 提高了信号节点的稳定性和安全性[3]。

模拟信号为汽车运行的行驶速度、发动机转速模拟量, 霍尔传感器输出的信号电压为55～140mV, 采用运算放大器LM358的差分输入来对传感器的输出信号进行放大, 运放输出端有较大的输出电压, 波形为矩形波。输入信号经过滤波、放大后由单片机进行数据处理, 通过CAN总线将数据发送至控制节点, 由控制节点对接收到数据进行处理。制动、左转向、右转向、鸣笛、大灯、雾灯、倒车等七个信号为开关信号, 采用光电耦合器将信号转换为单片机能处理的数字信号, 以上七种信号的监测可判断电路的断路与短路故障, 其结果通过光电耦合器输入到单片机的P10～P16, 信号节点的结构原理示意图如图2所示[4]。

2.2 控制节点的硬件设计

控制节点由单片机80C196KC、程序存储器27256、CAN 控制器SJA1000、CAN总线驱动器PCA82C250、DS12887时钟芯片、铁电存储器、FLASH存储器、LCD显示器、报警指示灯、蜂鸣器等组成[3]。微处理器80C196KC负责SJA1000的初始化, 通过控制SJA1000实现数据的接收和发送等通信任务。

控制节点以Intel 16位单片机80C196KC为核心, 内部寻址采用寄存器结构, 提高了工作效率。其内部设有256个字节的RAM, 带有28个中断源, 可形成16个中断矢量。在16MHz的晶振下, 16位×16位的乘法只需1.75ms, 适合于高采样频率快速控制系统。内部设有3个H窗口和1个V窗口, 使特殊功能寄存器的数量和保护功能倍增, 采用的是CMOS工艺, 其功耗小, 并有掉电保护和闲置功能。

时钟芯片选用DS12887, 用来对数据记录计时, 如果超时驾驶, 蜂鸣器自动报警。

为了显示汽车行驶记录仪的工作情况, 行驶记录仪设置了LCD显示器, 主要用于显示瞬时车速、时间、日期、总里程数、违章驾驶等数据。

控制节点与其它节点进行通信, 将节点采集的实时数据存储, 实时数据要求在发生事故时, 数据能可靠保存, 需要存储最新20s的数据, 实时数据存储在铁电存贮器FRAM1808;将记录20s实时数据的平均值, 作为一次历史数据, 存储在AT45DB041, 累计保存最近360h的数据。控制节点根据设定标准数据判断是否需要报警, 控制节点的结构原理示意图如图3所示[5]。

3 软件设计

3.1 系统软件的设计

采用汇编语言对每个节点进行模块化软件设计, 如图4所示, 软件功能模块有系统初始化模块、CAN初始化模块、CAN发送模块、CAN接收模块、显示模块、数据存储模块、报警模块。

3.1.1 控制节点CAN初始化模块

CAN总线节点的初始化程序主要包括工作方式的设置、时钟输出寄存器的设置、接收屏蔽寄存器和接收代码寄存器的设置、总线定时器的设置、输出控制寄存器的设置和中断允许寄存器的设置。80C196KC通过并行数据总线对SJA1000进行初始化, 初始化的汇编程序如下:

LDB INI_SJA, #01H;进入复位模式, 进行初始化

STB INI_SJA, CR

LDB INI_SJA, #08H ;选择Basic CAN

STB INI_SJA, CDR ;关闭时钟输出

LDB INI_SJA, #1BH ;开放溢出

STB INI_SJA, CR ;错误, 接收中断

LDB INI_SJA, #00H ;接收代码寄存器

STB INI_SJA, RXCODE

LDB INI_SJA, #0FFH;接收屏蔽寄存器

STB INI_SJA, RXMASK

LDB INI_SJA, #31H ;总线时序0

STB INI_SJA, BRT0

LDB INI_SJA, #0D8H ;总线时序1

STB INI_SJA, BRT1 ;波特率设置

LDB INI_SJA, #0AAH;输出控制寄存器

STB INI_SJA, OUTCON

LDB INI_SJA, #0CH ;清除数据溢出

STB INI_SJA, CMR ;释放接收缓冲区

LDB INI_SJA, #1AH ;返回工作模式

STB INI_SJA, CR

RET

3.1.2 控制节点的数据存储模块

数据存储模块记录汽车行驶速度、发动机转速、制动、左转向、右转向、鸣笛、大灯、雾灯、倒车等信号。其中行驶速度占用1B, 发动机转速占用2B, 转向灯等灯光信号和其它开关量信号共占7B, 每个数据点占用10B, 系统设计0.2s的时间间隔记录数据, 每个数据点时钟记录分、秒需占用2B, 记录20s的实时数据占用1.2kB, 可连续记录2500条实时数据, 将占用30kB的存储量, 实时数据存储在32k的铁电存贮器FRAM1808[6]。汽车行驶状态数据20s刷新一次, 记录了20s内行驶速度、发动机转速的平均值, 开关信号制动、左转向、右转向、鸣笛、大灯、雾灯、倒车在20s内平均值, 以年、月、日、时、分、秒的方式记录时钟。因此时间占用6B, 每个数据点要占用16B, 记录360h需要1.1MB的空间, 历史数据存储在4MB的 FLASH AT45DB041, 可以存储13000多条历史数据。系统的数据存储模块检测到汽车处于停车状态时, 记录停车信息数据, 存储数据至FLASH;检测到汽车处于行驶状态时, 采集汽车行驶数据到数据铁电存储器缓冲区, 当铁电存储器缓冲区记录汽车停车前后20s 数据已经满, 将数据传送至FLASH, 并将超时、超速驾驶的数据存储至FLASH。

3.2 上位机软件的设计

上位机软件利用VC++6.0与数据库SQL, 对控制节点传过来的数据进行分析。一方面对记录系统记下的车辆行驶速度、里程数据、连续驾驶时间数据进行分析, 判断是否疲劳驾驶;另一方面对数据进行统计分析, 对汽车故障生成具体的诊断规则, 生成合理的处理建议, 实现了从人工经验判断到智能化的逻辑判断。上位机软件集参数设置、数据通信、数据管理、统计分析等功能为一体, 为用户提供了一个利用行驶记录仪实现对车辆、司机、车队信息进行全方位管理的平台。

4 结束语

利用CAN总线的技术特性, 减少了系统的线束, 解决了众多节点之间的通信问题, 上位机通过CAN总线在线设置参数, 可动态增加或删除节点, 适用不同型号的汽车。所研制的记录仪已在某一型号的长途客车上试用, 能精确记录汽车行驶时的工况参数, 满足相关法规的要求。

参考文献

[1]潘汉中.GB/T19056-2003汽车行驶记录仪国家标准.北京:国家质量监督检验检疫总局, 2003.

[2]史久根, 张培仁, 陈真勇.CAN现场总线系统设计技术.北京:国防工业出版社, 2004.

[3]李华.MCS-51系列单片机实用接口技术.北京:北京航空航天大学出版社, 1993.

[4]张元良, 陈翰军, 邓华, 等.基于CAN总线的多功能汽车行驶记录仪.电子工程师, 2002 (12) :38-40.

[5]郭晓俐, 陈祖爵.CAN总线在汽车轮胎监测系统中的应用设计.计算机应用与软件, 2008 (7) :194-195.

[6]薛翔, 何仁, 倪春华, 等.基于嵌入式系统汽车行驶记录仪的研究与开发.交通与计算机, 2006 (2) :62-65.

汽车行驶记录仪 篇2

中国的汽车行驶记录仪中的数据应该包括二个部分，一部分为汽车实时数据(存放汽车发生事故前后的数据)，另一部分为汽车历史数据(存放汽车和司机的行驶状况)。我个人认为汽车实时数据主要是用于分析事故发生的原因和事故的责任,汽车历史数据作为事故分析的参考依据和对汽车和司机的运行状况考核，历史数据是以当前汽车实时数据为依据。整个汽车行驶记录仪记录的是2个输入量(如速度,刹车)的状况，其他可以根据厂商的要求存储7个开关量的数据(转向灯,车门等)，比较高级的还会记录发动机的温度和其他的一些输入量的状况。由于行驶记录仪的数据如此重要，所以对存储器的要求很高。

存储历史数据的存储器大家都比较容易选择，目前大容量的Flash和U盘，很多厂商都能提供。最难的是汽车的实时数据的存储器比较难选择，因为实时数据比历史数据更为重要，而且要求掉电后数据能保存(发生事故时,汽车系统可能会没有电源)，为了实时数据的准确性，要求由于输入量的检测周期越短越好,据目前我们了解,国标要求最大0.2秒采集一次数据,以20秒为一个存储单位,实时数据需要存储10次20秒的数据,也就是说在实时数据需要存储200秒的数据,到了200后,将实时数据抽样送入历史记录中,然后实时数据中的重新覆盖,由此可见,在实时数据中的存储器要求很高。

我个人认为此储器要求:1)掉电后数据需要保存;2)擦写数据多,3)可靠高.

目前实现这种要求的方式有以下几种

1)SRAM+电池+电源管理IC+EEPROM

2)NVRAM

3)FRAM

下面是几种方案的性能比较:

一SRAM+电池+电源管理IC+EEPROM

由于EEPROM和FLASH的擦写次数的限制,检测的`数据量不能实时写入其中,只能存储在SRAM中,当到一定的时间或检测到掉电后在把数据写入EEPROM和FLASH中,EEPROM存储实时数据,Flash存储历史数据.此方案的特点:价格可能比较便宜,但是性能很不可靠,发生事故时可能整个系统都没有电,当系统检测到掉电时,再把SRAM的数据写入EEPROM和FLASH中,已经没有时间,而且汽车系统的环境比较复杂,我们都知道SRAM+电池的存储方式很不可靠.所以目前很少有工程师这样设计.

二)NVRAM+电池管理

NVRAM有二种,一种为SRAM+电池型,另一种SRAM+EEPROM型,不管那一种首先价格比较贵,大家都知道,黑匣子是一个民用品(3.5吨以上的货车和9人以上的私家车都需要装黑匣子),如果价格高,不利于推广.

另外在性能方面,如果NVRAM是SRAM+电池型,有电池用完的危险,我们都知道NVRAM只能用3-5年,以后可能电池没有了,所以用之存储数据也不可靠.

如果NVRAM是SRAM+EEPROM型,由于此存储器的原理是在工作时,MCU操作的是SRAM,在检测到掉电后在把数据存储到EEPROM中,这样也存在发生事故时数据写不进的危险.所以数据存储也不是很可靠.

在了解第三种方案之前我们先了解FRAM的基本特点:

美国Ramtron公司铁电存贮器(FRAM)的核心技术是铁电晶体材料.这一特殊材料使得铁电存贮产品同时拥有随机存取记忆体(RAM)和非易失性存贮产品的特性.产品的主要特点:

1.擦写次数多,至少达到1000亿次.

2.速度快,没有写等待时间.

3.功耗低,读写电流150Ua,静态电流小于1Ua

4.读写无限次,在超过1000亿次后,FRAM还可以做SRAM使用

5.接口方式与IIC的EEPROM完全兼容,与并口SRAM兼容,与普通SPI接口的EEPROM兼容

三)FRAM的存储方式

由于FRAM有SRAM的速度和次数,又有Flash和EEPROM的特点,掉电后数据能保存,同时多功能的FRAM还有电源管理功能.所以用FRAM首先可以简化系统的电路,减低系统的成本.另外由于FRAM的特点,提高系统的可靠性.

“汽车下乡”行驶急 篇3

1月14日，国务院常务会议审议并原则通过汽车产业调整振兴规划。规划提出，从2009年3月1日至12月31日，国家安排50亿元，对农民报废三轮汽车和低速货车换购轻型载货车以及购买1.3升以下排量的微型客车，给予一次性财政补贴。

在城市成为消费主力的同时，汽车也要下乡了。汽车的下乡之路是否会平坦？眼下，众多车企同时将目光瞄向了这块50亿元的蛋糕。

酝酿

最近，福田经销商小张在电视上看到“汽车下乡”的新闻。或许因为农村起家的缘故，他开始把目光对准乡镇市场。从福田所在的沙河到周边乡镇他做了几场巡回展销，一算路上的花费，比以前多花了一半。但是，看到不时地有农民看车、砍车价，他觉得挺值的。

小张的展销会主要是针对“汽车下乡”的对象——农村户口消费者。镇上真正的农民已经不多，但是农村户口的还是多数。一些农民工从外地返乡，也加入了展销会。讨价还价中，小张发现，他们对汽车不仅仅是好奇。

经小张了解，在农村消费群体中，乡镇的个体户、小商贩以及外出打工有一定积蓄后回家创业的打工族，有着强烈的购车欲望。

对此，中国汽车技术研究中心的刘斌表示，汽车虽然已经进入城市的大街小巷，有的城市已接近饱和，但是对于农村，汽车保有量很低。一方面市场供求不上，另外汽车质量也不高，尤其是农用汽车，既不环保也不节能，安全性也很差。而新农村建设加快，农村汽车需求不断增长，农村机动车开始进入升级换型期，农民对运输工具的需求也更加旺盛。

此次“汽车下乡”中，微型客车及货车、小排量轿车及商用车在内的低端车是最大的热门。中国汽车流通协会副秘书长王都表示，50亿元的初衷是为了惠农，要使下乡的汽车成为农民的生产资料，从而从推广达到普及，起到示范意义。

在之后几月的销售数据中，可以看到小排量汽车和自主品牌汽车的销量增长很快。尤其是近3个月，微客销量已经比其他车型增多。

4月1日，工信部正式对外公布《汽车下乡推广工作生产企业协议书》（简称《协议书》）标准合同文本。《协议书》要求“汽车下乡”企业保证产品的质量、性能符合强制性国家标准要求。从而对下乡的汽车作出限定。同时，下乡的汽车“只限车型、不限品牌”。财政部等七部委计划已与首批30家参与“汽车下乡”的汽车企业签订责任状，小张的东家——福田汽车也在其中。

早在“汽车下乡”之前，福田汽车已经在关注农村市场。而且为了挖掘更多的消费力量，福田服务网络开始下沉，新增加的网络多集中在二、三级市场。因为对农村市场的精耕细作，福田的农村售后网点以及维修网络也紧随市场的下沉，扩建和延伸。

而在相对不发达的农村，用车环境比如道路不够完善，配套硬件设施如加油站、维修站的不能跟进使“汽车下乡”并不平坦。为此，《协议书》中对销售区域、汽车配置、销售网点和售后服务等七项内容进行了明确的规定。同时，有一定规模和实力的车企加入到“汽车下乡”的协议后，也纷纷拉开农村的战线。

有业内人士表示，下乡的汽车品牌尤其是自主品牌，能否完成市场布局、网点和渠道的铺设，吸引客源并且稳定客源很关键，因为这直接关系着将来它们的市场份额、市场话语权、市场定价权。

“汽车下乡”前，先要铺“路”。比如昌河汽车一直做微车市场，为开辟更多渠道，开始鼓励经销商利用本地市场的影响力来发展县乡村网点的覆盖范围。而县乡市场不同于普通其他类市场，农村车主除了油钱和维修保养费用之外几乎没有别的费用产生，所以，昌河找到一种能让农民接受的方便、便宜的维修保养方式，将服务品牌再度升级，延长维修质保期，提高售后服务水平。

破局

小张也想方设法，以使自己的车卖得更快。那些光顾小张车市的农民买主，往往挑剔汽车是不是高耐用、低油耗，空间多大、载重能力强不强，是否足够满足多种日常需要。他们不相信厂家的广告词，也不上网查资料，只相信村里用车的人，口碑好的才叫好。

小张知道，口碑之所以如此打动农民，是因为隐含了企业信誉、产品质量、产品性能、销售网络、维修网点等多方面的多重背景。不过，福田的品牌让他多少有些底气。

尽管如此，小张的推广目前遇到一些阻力。虽然一部分报废三轮车和低速货车的持有者，对换购轻型载货车和购买微型客车有迫切需求，但他们对“汽车下乡”不甚了解，或者等待补贴细则的出台。农民的“按兵不动”使他开始着急。

对大多数不富裕的农民来说，车价是他们最先考虑的因素。刘斌表示，低收入人群对价格、减税、补贴都极敏感，农村市场的需求弹性也相对较大。而政府承诺的补贴幅度一方面构成吸引。但车企和农民更在意的是，补贴如何落实关系到这笔钱能否真正发放到农民手里。

根据3月13日的《汽车摩托车下乡实施方案》，补贴资金的发放将实行“乡级审核、乡级兑付”或“乡级审核、县级兑付”。经过乡镇财政部门审核通过并符合补贴要求的申报，乡镇或县级财政部门应在购买人提出申请后15个工作日内，将补贴资金直接拨付到购买人的账户。

对此，小张从车企了解到，农民如果从他那里买汽车，也要经过一定的部门登记与程序。因为汽车的购买不像家电等的消费品，购车农民要先交车租税，挂车牌照，到有关部门登记，再等待补贴的发放。如此一来，农民要签字盖章的单位多、牵涉的部门多、各种审批手续也多。

据介绍，这笔补贴资金将由中央财政负担80%，省级财政负担20%。而经过逐级的下放，50亿元的补贴如何真正落到实处，也因此凸显出来。有业内人士建议，政府应加大对补贴下放的监督，例如，有关部门的监管需要加强，严格审批，接受媒体和公众监督。也有专家建议，应简化程序，以使消费者更快地拿到补贴。这样，购买汽车的消费者可以更早地享受到政策利好。

尽管对农民来说，相关细则仍等待出台，但“汽车下乡”的行动却是箭在弦上。像小张所代理的福田汽车一样，一些车企已经为布局农村发力，甚至早已开始了下乡行动。王都表示，尽管补贴暂发放到今年12月，但是“汽车下乡”不应该是一个短期行为。

一些车企开始自设资金对“汽车下乡”进行二次补贴。从1月起，长安汽车启动一个1亿元预算的购车优惠补贴计划，即对购买长安微车的农村消费者，每辆车补贴2000～5000元。对此，刘斌表示十分认可。在他看来，光靠政府补贴的拉动，下乡之路是漫长的。而企业配合下乡政策的同时，也可以针对经销商给以优惠。不过，对企业而言，这种补贴性质的“红包”也更多地被视为抢占农村市场的战略。因为直接的折扣往往令农民动心，于是，车企都纷纷以补贴的形式加快对农村市场的开发。比如，上汽通用五菱计划在其所有微车经销网络内赠送千元服务抵金券，并提供免费检测等多项增值服务；昌河则开始了农村网络的修补和新渠道的建设。车企都在跃跃欲试，它们的经销商也先后开拔奔赴农村。

有车企表示，为促使经销商和服务商向农村进发，将对其在商务政策上给予切实支持。于是作为福田经销商的小张正在期待着补贴的利好消息。不过对于他而言，作为车企与农民的中间环节，不报虚价、不随便涨价显得更为必要。

刘斌为下乡的小张们开出了一剂药方，他表示，价格优惠及服务优惠是农民最希望看到的。对农民而言，更希望价格落到实处，不希望优惠幅度有所减少，因而小张们最可行的是直接在价格上体现出实惠；另外，维修服务也要有足够的保证，方便了农民购车，小张的生意才可以继续红火下去。

汽车行驶记录仪 篇4

1 短路保护设计(非法卡、电源与地击穿的坏卡插入时保护)

IC卡的接口电路是连接IC卡和单片机的通路。图1是IC卡的电源电路图,采用78L05三端稳压集成电路作为IC卡工作电源,一方面78L05自身带有输出短路保护;另一方面图1中的R1和D1构成IC卡短路检测,在正常卡插入时,P3.2(二极管D1负极)为高电平‘1’,Q1输出Vcc IC,正常供电;如果插入了使电源和地短路的非法1C卡,78L05会因输出过载而形成短路保护,P3.2由高电平‘1’变为低电平‘0’,这一短路信息通过R1、D1构成的短路检测电路送入AT89S52单片机,产生外部中断,中断使P1.0为‘1’,Q1截止,电源电路停止为IC卡供电。

2 不带电插拔IC卡功能的实现:

图1中的Q1是控制IC卡电源Vcc IC的,由于IC卡不允许带电插拔,所以要对IC卡的电源进行控制,在IC卡插入后,使P1.0为低电平‘0’,Q1导通,为IC卡供电。在拔卡之前使P1.0为高电平‘1’,Q1截止,IC卡电源断电,然后拔下IC卡。

3 瞬态过压保护设计

图2为IC卡和单片机的接口电路.由于SLE4428 IC卡是集电极开路输出,所以在IC的RST、CLK、I/0)的引脚上加上拉电阻,上拉电阻的电源使用IC卡供电电源,这样在没有IC卡插入的时候接口部分不带电,在RST、CLK和I/O引脚上加人了箝位二极管,这些箝位二极管可以抑制由于线路干扰和逻辑电平变化的边沿产生抖动所带来的瞬态过压,为IC卡提供进一步的保护措施。

图2中SW1和SW2是微动开关,当有卡插入的时候微动开关闭合.使P1.1为低,当卡拔出来的时候P1.1为高。

4 结语

实际应用证明,该IC卡信号接口电路应用在由IC卡组成的系统中,安全可靠,现已应用于使用IC卡进行驾驶员身份识别的汽车行驶记录仪,且其接口电路具有通用性,也适用于不带加密的IC卡。

注:

文中P1.0(T2)、P1.1(T2 EX)、P1.2、P1.3、P1.4、P3.2(INT0)为AT89C52单片机的引脚号。

参考文献

[1]王爱英.智能卡技术[M].北京:清华大学出版社,2000.

[2]Siemens Semiconductors Group ICs for ChipCards SLE 4418/SLE 4428 Intelligent 8-Kbi tEEPROM[M].Siemens 1994.

汽车行驶记录仪 篇5

第六章

121．何谓汽车的行驶平顺性？汽车行驶平顺性的评价指标是什么？简述ISO-2631《人承受全身振动的评价指南》标准的有关内容？其评价方法又是什么？ 122．何谓路面不平度的功率谱和路面对汽车输入谱（即激励谱）。123．何谓悬架的弹性特性？它对汽车的行驶平顺性有何影响？ 124．“疲劳-功效降低极限”振动加速度允许值的大小与哪些因素有关？

125．空间频率谱密度与时间频率谱密度的换算关系式如何？请用图说明其关系。126．什么是频率加权函数、加权均方根值、总加权振级？ 127．试述汽车单自由度和二自由度振动模型的特点。128．已知悬架固有频率，如何确定求悬架弹簧刚度和静挠度？ 129．悬架弹簧较软有何好处？会带来什么问题？ 130．画出汽车平顺性试验的仪器框图。131．如何选择汽车悬架的固有频率和阻尼比？

132．测得汽车坐椅的加权均方根值为某值（例如0.7，1.2m/s2等等），该位置舒适度如何？ 133．设通过座椅支承面传至人体垂直加速度的谱密度为一白噪声，Ga(f)=0.1m2·s-3。求在0.5~80Hz频率范围内加权加速度均方根值aw和加权振级Law。

134．设车速u=20m/s，路面不平度系数Gq（n0）=2.56×10-8m3，参考空间频率n0=0.1m-1。画出路面垂直位移、速度和加速度

Gq(f)、Gq(f)、Gq(f)的谱图。画图时要求用双对数坐标，选好坐标刻度值，并注明单位。

135．设车身－车轮二自由度汽车模型，其车身部分固有频率f0=2Hz。它行驶在波长λ=5m的水泥接缝路面上，求引起车身部分共振时的车速ua(km/h)。该汽车车轮部分的固有频率ft=10Hz，在沙石路面上常用车速为30km/h。问由于车轮部分共振时，车轮对路面作用的动载荷所形成的搓板路的波长λ＝？

136．设前、后车轮两个输入的双轴汽车模型行驶在随机输入的路面上，其质量分配系数

ε=1，前、后车身局部系统的固有频率均为f0=2Hz，轴距L＝2.5m。问引起车身俯仰角共振时的车速ua=?相应随机路面输入的λ=？

137．某汽车在常用工况下要求“疲劳-功效降低极限”时间TFD=4h，问相应垂直方向总加权加速度均方根值

pw和总加权振级

Lpw为多大？

22G(f)0.1(ms)/Hz。求中心频率138．设传至人体加速度的谱密度为一白噪声，P在1～80Hz范围共10个1/3倍频带每个频带的加速度均方根值分量均方根值分量以及加权加速度均方根值分量中的最大值根值

pi

和加权加速度

汽车行驶记录仪 篇6

关键词：Windows CE,汽车行驶记录仪,嵌入式系统

汽车行驶记录仪是一种对车辆的时间、行驶速度、行驶状况等信息通过储存的电子记录装置记录下来。也就是人们常说的汽车“黑匣子”, 汽车电子记录装置由端口将汽车的运行状态通过软件传输到电脑上。同时, 汽车行驶记录仪不仅具有事故分析能力, 而且在驾驶员超速行驶时会发出超速警报提醒驾驶员、疲劳驾驶提醒等, 可大大减少交通事故的发生。汽车的每次启动时间、行驶状况等都会有详细的记录, 交通管理部门可根据汽车行驶记录仪中的数据对车辆行驶进行高效管理。

1 汽车行驶记录仪的设计方案

依据我国汽车行驶记录仪的标准, 应具备以下几个功能:汽车行驶速度、驾驶时间、里程数的记录储存以及这些数据信息的输出等功能。其记录仪的硬件系统科接受在复杂环境下可保持正常工作状态, 额定电压在8V~35V之间, 具备防御反接、电磁辐射干扰、点火干扰可储存近半个月数据的储存量, 储存时间在12年以上, 具备断电保护功能、可靠性能高等优点。

由于汽车行驶记录仪需具备多方面的性能要求, 具体设计框架如图1所示, 该系统中的微处理器、LED接口、Flash存储器、SD卡接口、GPS接收机以及控制系统等部分组成。在汽车行驶记录仪运行时微处理器由前端的接口通过电路采集汽车行驶的各种状态数据, 其中包括:车速、驾驶员状态、车辆的各种设备开关状态灯。汽车行驶记录仪以时钟为时间标准将车辆信息按类别的不同储存进Flash存储器中。同时, 根据汽车的实际需要将汽车行驶记录仪由RS232串口与电脑进行连接通信, 实现信息数据交换的目的。

2 嵌入式系统硬件部分设计

基于汽车行驶记录仪的视频终端需要具备可扩展性、核心模块等方面的考虑, 系统硬件部分应用分块设计, 处理器采用ARM处理器构成嵌入式系统的主电路板, 完成基本功能的属正常运行, 将总线路与II线连接, 其他辅助功能通过模块化思路设计构成嵌入系统的子电路板, 其线路分别于主电路板相连接。

2.1 微处理器模块

S3C2440A为该系统的主电路板, 这是系统防盗中心最为重要的组成部分, 它主要有S3C2440A处理器、两个32M SDRAM、外围II线电路构成。S3C2440A处理器是韩国Samsung公司生产的32位的微处理器, 具备400MHz的主频、1.2内核供电、拥有四个通道的DMA、支持存储器到存储器数据流通。可保持IO空间到存储器或存储器到IO间的转换, 同时配备触发传输模式来加快传输效率。处理器中的DART有三个通道, 在嵌入式系统设计只能怪只用了到两个, 作为GPS模块和单片机通信等。在1通道内设置I2C总线端口, 双向传输信息、触摸屏等配备。在S3C2440A处理器中配备24通道中断电源和120和通用的IO空间, 这一配置为手持设备和各类嵌入式软件提供了物美价廉、耗能低的微控制器设计的最佳解决途径。

2.2 汽车状态检测与控制模块

车载视频记录仪是依靠汽车状态监测与汽车控制来对汽车状态的评估和控制的仪器, 处理器的主电路板在串II以及通信模板来获取汽车的发送指令。其核心模板是依靠单片机芯片、传感器、继电器以及电路组成的单片控制系统, 传感器负责汽车运行状态的测试, 比如:震动传感器。在汽车受到撞击时, 传感器受即被触发, 立即与单片机终端, 单片机根据中断的类型不同来断定企业碰撞事件的类型, 并通过串II向主板发送判定事件的信息数据。在接受到指令后, 磁盘内的数据就像是想SD卡内进行存储。另外, 在汽车状态检测与控制模块设计中配备了独立的内部振荡器, 通过编程后可设定为看门狗定时器 (WDT, Watch Dog Timer) 。

2.3 数据存储模块的设计

对Windows CE嵌入式系统来说, 在数据的采集于存储采取了铁电存储器与FLASH并用的两极架构。第一级为大容量的FLASH存储器, 具有读写快、造价低、芯片小巧等优点十分适合作为大容量的存储设备。该设计采用的是韩国Samsung公司型号为K9F1208的FLASH存储器。第二级为铁电存储器, 它具备了非易失性 (non-volatile memory) 和随机记忆体, 具有读写快、耗能低的特点在断电后仍可保存12年左右。铁电存储器在Windows CE嵌入式系统中可作为临时的缓冲处理, 同时可应对断电状况以及来及不存入FLASH存储器的数据。通过两极架构的数据存储模块的设计可显著改善汽车行驶状况, 可大大减少汽车事故的发生率, 同时可准确完整的记录下事故发生的整体过程, 可延长汽车数据记录仪的使用年限, 为再现事故过程提供真实可信的现实依据。

3 Windows CE嵌入式系统软件部分设计

3.1 数据存显示模块设计

数据存显示好比为数据的寄存装置, 采用曲线数据的设计可明确的观察出数据的显示操作状况, 同时也便于将数据导入文件内部作为备份记录处理。数据存显示的设计师依靠LED显示屏的分辨率为依托, 通过将显示屏划分为同等分的小方格对虚拟的坐标进行描绘, 运用记录笔当做箭头来完成汽车速度、档位以及位置方面的调整。在数据显示设计中以实时更新的显示屏采用机械运作模拟展现原理, 通过曲线向下移动的方式完成信息内容的更新, 采用此种方式可将显示屏信息展现的更加明确, 也保证了数据的及时更新, 有利于用户对汽车实时信息的掌握。但在LED显示屏内出现的数据与内部的数据更新都需要通过PC端的辅助才可以完成以上操作。

3.2 数据扫描功能设计

汽车行驶记录仪的数据扫描功能的实现工作人员每天查看当天汽车状态数据记录的主要途径, 该程序进行时应在汽车行驶记录仪处于停止时进行。记录仪在扫描功能进行时, 必须有上下键的设计, 在设计中需注明汽车的里程表、最高数据编辑框等, 同时设置仪0.5秒/次, 为扫描的间隔时间。通过上下方的数据曲线来表示数据, 从而帮助工作人员回顾数据记录。设置扫面方向键了便于工作人员对行驶记录仪的操作与查看数据, 方面工作人员更明显的掌握汽车行驶记录仪在数据扫描中的数据与信息。

4 结语

本文介绍了使用samsung公司的S3C2440A处理器开发板开发一个带有视频数据采集和显示的汽车行驶记录仪的基本过程。该设计从功能上弥补了传统汽车行驶记录仪不具备采集直观视频信息的缺憾"通过实际开发本系统已具有一定的实用性, 如能够进一步加以优化和完善将会有很强的社会和经济效益。

参考文献

[1]郭荣艳, 陈风帆, 吴定允, 刘琪.汽车行驶记录仪的设计[J].周口师范学院学报, 2005, 22 (5) :59-63.

[2]陈希球.一种多功能汽车行驶记录仪的嵌入式系统设计[J].长江工程职业技术学院学报, 2010, 27 (1) :50-52.

汽车行驶记录仪 篇7

一、系统的硬件总体设计

本记录仪采用A t m e l公司AT89C51ED2单片机作为主控机,并行接口铁电存储器FM1808作为大容量闪速存储器,选用DS12C887时钟电路,利用高精度A/D转换器采集汽车传感器转换的模拟量,并直接记录汽车信号灯等的各种开关量。同时利用USB口、IC卡或串口实现与微机的数据通信,把汽车行驶记录数据信息以二进制文件的形式存储到硬盘上。汽车行驶记录仪工作时,由单片机通过前端接口电路拾取汽车行驶状态的各种信息,包括车速、发动机转速和各种车辆开关信号等。汽车行驶记录仪以实时时钟为基准,把车辆信息按类别分别存入FRAM和FLASH。需要从汽车行驶记录仪中获取汽车记录状态信息时,用户插入优盘,单片机自动识别优盘并加载驱动程序,当完成设备枚举和Bulk＿On ly传输协议后,单片机就可以把汽车行驶记录仪中记录的状态信息以文件的形式传输到优盘,也可以通过协议将信息以文件的形式传输到大容量的24C64的IC卡上。系统框架如图1所示。AT89C51ED2单片机是汽车行驶记录仪的核心,整个系统由数据采集模块、信息处理、存储模块、时钟模块、通信模块、显示模块和电源模块组成。

考虑到汽车的复杂工况以及记录仪的性价比,单片机至少为工业级产品,AT89C51ED2是美国ATMEL公司生产的低电压,高性能CMOS 8位单片机,片内含4k byte的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和128 bytes的随机存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理器(CPU)和16KB的Flash存储单元,2KB的EEPROM,3个16位定时器,有看门狗和ISP功能,同时具有封装小、功耗低等优点,非常适合作为汽车行驶记录仪的主控MCU[1]。

二、信息采集和数据处理模块设计

汽车行驶记录仪要求实时记录车辆行驶的各种状态信息,因此本系统将信息采集和数据处理模块分为开关量数据采集模块、时钟数据采集模块、速度数据采集模块、信息处理及存储模块设计、模拟量数据采集模块。

(一)、开关量数据采集模块

汽车行驶记录仪要求实时记录车辆行驶的各种状态信息,如图2所示各种车辆开关量数据状态信息,都必须经过光耦的隔离,然后经过7 4 H C 5 7 3再送到AT89C51ED2进行处理。

(二)、时钟数据采集模块

为了记录行车的时间,使行驶记录仪能够实时记录汽车状态,采用专门的时钟模块提供时间信号,本系统选用D S 1 2 8 8 7时钟电路。D S 1 2 8 8 7是跨越2000年的时钟电路,采用4位数表示年度的日历系统。电路的晶体振荡器、振荡电路、充电电路和可充电锂电池等一起封装在芯片的上方,组成一个加厚的集成电路模块。DS12887能够自动存取并更新当前的时间,AT89C51ED2可通过读DS12887的内部时标寄存器得到当前的时间和日历,也可通过选择二进制码或BCD码初始化电路的10个时标寄存器。

(三)、速度数据采集模块

汽车速度的测量是通过计数速度传感器产生的脉冲信号,脉冲信号经过CD40106传送到AT89C51ED2型单片机的P3.2,该单片机可设定一个守量器来计数速度脉冲信号,并将其转换成汽车的实际量程,同时根据行程和时间可计算汽车的速度。由于CD40106由6个施密特触发器电路构成。每个电路的功能是作为一个带施密特触发器输入的个反向器使用。当正极性或负极性信号输入时,触发器在不同的点翻转。正极性(VP)和负极刑(VN)电压的不同之处由迟滞电压(VH)确定。这样可使脉冲信号抗扰度大于5 0%。

(四)、信息处理及存储模块设计[2]

由于要求系统具有实时时间、日期及驾驶时间的采集、记录、存储功能;车辆行驶速度的测量、记录、存储功能;车辆行驶里程的测量、记录、存储功能;记录仪应能以不大于0.2 s的时间间隔持续记录并存储停车前20 s实时时间对应的车辆行驶速度值及车辆制动状态信号,记录次数至少为10次功能。因此要有既满足了数据存储擦写次数的要求,也有存储量大和比较低的成本。RAMTRON公司生产的并行接口高性能铁电存储器FM1808是比较理想选择产品,FM1808具有100亿次的读写寿命,它比其它类型的存储器读写寿命要高得多,能满足数据写入频率要求较高且要求掉电不丢失数据的应用领域,使用与其兼容的铁电存储器FRAM,有很高的数据存储可靠性。铁电存储器是RAMTRON公司的专利产品,该产品的核心技术是铁电晶体材料,这一特殊材料使得铁电存储器产品同时拥有随机存储器(RAM)和非易失性存储器(ROM)产品的特性。FM1808是基于铁电存储器原理制造的并行接口256Kbit铁电存储器,该存储器相比其它类型的存储器有三大特点:1.几乎可以像RAM那样无限次写入;2.可随总线速度写入而无须任何写等待时间;3.超低功耗。这种铁电存储器FRAM克服了以往E2PROM和FLASH写入时间长、擦写次数少的缺点,其价格又比相同容量的不挥发锂电N V-S R A M低很多,因而广泛应用于在系统掉电后需要可靠保存程序及数据的应用领域,同时也是价格昂贵的不挥发锂电NV-SRAM的理想替代产品。

FM1808还有如下的主要特性:1.采用先进的铁电技术制造;2.存储容量为2 56 Kb it(即3 2Kb y te);3.读写寿命为100亿次;4.掉电数据可保存10年;5.写数据无延时;6.存取时间为70ns;7.低功耗,工作电流为25m A,待机电流仅为20μA;8.采用单5V工作电压;9.工作温度范围为-40℃～+85℃;10.具有特别优良的防潮湿、防电击及抗震性能;11.与SRAM或并行E2PROM管脚兼容。数据存储模块FM1808的引脚如图3所示,FM1808通过AD0～AD7八位数据总线和AT89C51ED2相连,AT89C51ED2通过八位数据总线进行数据的存储操作。

(五)、串口通信和U S B模块存储设计[3]

计算机可以通过串口随时读取行驶记录仪存储的数据。行驶记录仪与计算机之间的串口通信遵循RS232协议。串行通信时,MCU依次将Flash中存储的数据读出并经P3.0(OUT)串口发出,然后经过MAX232电平转换器送给计算机,再由计算机通过串口接收该数据。接收数据时,计算机通过串口发送数据给MAX232电平转换器,MCU经P3.1(IN)串口接收。

用USB进行数据的采集,目前市场上的USB设备芯片比较多,而HOST要少一些.选择USB HOST接口芯片主要考虑两点:一是在硬件上比较容易和51单片机相连接,二是软件开发难度不太大,因此选择SL811HST比较合适。SL811HST通过D0～D7和AT89C51DE2的P0.0～P0.7来进行数据的交换。存储器上存储的数据也可以通过AT89C51DE2的P3.4和P3.5口直接写到24C64的IC卡上。

三、电源管理的设计[4,5]

嵌入式控制系统的MCU一般都需要一个稳定的工作电压才能可靠工作,由于汽车电子产品在其工作过程中产生di/d t的电磁干扰,电源模块设计要在这些干扰源下能正常工作。一般设计者多习惯采用线性稳压器件(如78xx系列三端稳压器件)作为电压调节和稳压器件来将较高的直流电压转变MCU所需的工作电压。这种线性稳压电源的线性调整工作方式在工作中会产生大的“热损失”(其值为V压降×I负荷),其工作效率仅为30%～50%。加之工作在恶劣环境下往往将嵌入式工业控制系统置于密闭容器内的聚集也加剧了MCU的恶劣工况,从而使嵌入式控制系统的稳定性能变得更差。用LM2576为核心的开关稳压电源完全可以取代三端稳压器件构成的MCU稳压电源,其平均工作效率可达7 0%～9 0%。在大多数情况下不需要加装散热片,从而减少了对MCU工作环境的有害影响。LM2576内部包含52kHz振荡器、1.23V基准稳压电路、热关断电路、电流限制电路、放大器、比较器及内部稳压电路等。由LM2576构成的基本稳压电路仅需四个外围器件,其电路如图4所示。

电感L1的选择要根据LM2576的输出电压、最大输入电压、最大负载电流等参数选择,首先,依据如下公式计算出电压·微秒常数(E·T):

上式中,Vin是LM2576的最大输入电压、Vout是LM2576的输出电压、f是LM2576的工作振荡频率值(52kHz)。E·T确定之后,就可参照参考文献所提供的相应的电压·微秒常数和负载电流曲线来查找所需的电感值了(100μH)。

四、结束语

本车辆行驶记录仪的设计充分发挥了AT89C51ED2微控制器强大的功能、简化了外围电路设计,同时采用嵌入式USB数据管理机制加上通过串口或IC卡接收汽车行驶的数据,并对数据进行分析处理;不仅解决了以往车辆行驶记录仪中数据难以管理的问题,而且大大降低了硬件成本。利用Visual C++6.0作为开发工具,编写微机数据分析处理程序[6],模拟显示汽车运行时的状态;利用图形显示各分量的波形,如前向灯开关情况、左右方向灯开关情况、开门信息、刹车信号、水温变化情况(范围为0℃～100℃)等。采用本设计的车辆行驶记录仪已应用到企事业单位的车辆管理中,实现了对车辆运营的透明化管理,节约了运营费用。

摘要：本文介绍基于AT89C51ED2型CPU的汽车行驶记录仪。该记录仪采用大容量闪速存储器作为存储载体,利用定时器中断方式来实现秒间隔的数据采集与存储,利用串行口中断方式实现与微机的数据通信,通过USBHOST和IC卡实现对车辆记录数据的快速下载和出行任务的灵活设置。

关键词：记录仪,AT89C51ED2,闪速存储器

参考文献

[1]余永权.Flash单片机原理及应用[M].北京:电子工业出版社.1997.183-221.

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[3]靳达.单片机应用系统开发实例导航[M].北京:人民邮电出版社.2003.213-262.

[4]沙占友,孟志勇,王彦邦.单片机外围电路设计[M].北京:电子工业出版社.2006.

[5]高晶敏.基于89C2051的步进电机驱动系统设计[J].电子产品世界.2007,第9期:112-114

轿车行驶记录仪的应用研究 篇8

关键词：行驶记录仪,视频,互联网云盘

行驶记录仪是在驾车的过程中将车辆周围环境以音视频的形式存储起来, 并通过视频播放器来回放。目前在汽车市场上应用很广, 大部分车主购买行车记录仪的主要目的是防碰瓷和预防交通事故, 多年来, 我国的“万车死亡率”高出发达国家7~12倍。如美国为2, 日本为1.3, 我国高达15.45[1]。部分交通事故缺少事发现场的直接证据, 难以划分事故的责任[2]。采用行驶记录仪可有效避免这些现象发生。但是数据存储和视频显示的安全性制约着行驶记录仪的安装普及[3]。

1 汽车行驶记录仪的应用现状

2003年, 我国颁布了汽车行驶记录仪国家标准GB/T 19056-2003, 并在2010年9月颁布了GB/T 19056-2009新标准[4]。采用行驶记录仪后, 道路交通事故和死亡人数同比分别下降8.9%和10.3%, 这表明行驶记录仪可有效抑制违章驾驶行为, 保护人民生命财产安全[5]。

1998年, 马来西亚强制推行行驶记录仪的安装。截至到2012年8月, 美国有91.6%的汽车安装了行驶记录仪, 并向国会提交了在汽车上强制使用的申请。而国内行驶记录仪的研究及应用推广起步较晚, 2003年4月, 交通部强制性规范了行驶记录仪的设计[6]。2015年国内行驶记录仪的出货量达到1 000万套, 意味着巨大的市场空间。

2 行驶记录仪应用存在的问题及解决方案

行驶记录仪在应用中会存在视频畸变问题、互联网云盘的数据存储安全问题、安装错误等问题。对其存在的3个问题分析研究, 提出以下解决方法。

2.1 行驶记录仪畸变解决方法

图像校正的方法有多种, 比如同心圆校正法, 网格校正法, 相等距离校正法等。主要依据校正图片中出现的数据缺失, 空洞和虚化等问题, 结合其在单张校正的时间和复杂度上作的主要对比, 在保证校正图片准确性的基础上, 保证实时要求。然后比较几种处理算法后, 选择计算量相对较少的降次网格校正法来进行视频校正。通过比较选择了网格校正, 因为对于整体程序而言, 一次的计算量要远远小于高次的计算量, 分毫的计算时差也会带来整体视频的大幅度减慢。

如图1网格校正前后的对比图, 采用一次校正法, 所以速度计算量相对不那么复杂, 并且在后续优化中利用坐标系矩阵存储来优化计算, 这样整体校正图片只要进行坐标变换而不用每一帧都重新校正, 校正后视频图像显然更加真实直观。

2.2 互联网云盘数据存储合作解决方案

首先需要与互联网云盘达成合作协议, 例如, 百度云盘免费的存储空间可达2 T以上、360云盘的免费储存容量可达到3 T以上, 需要保证拥有足够的存储空间来存放行车记录仪传来的数据。其次根据车辆使用时间分为不同的文件夹来存放数据, 例如在2016年5月8号当天行车记录仪传回的数据存放在2016年5月8号的文件夹内, 第二天的行车记录仪传回的数据则存放在2016年5月9号文件夹内。同时也可以分享在行车过程中拍摄的资料, 给违章违法的车主一个有力的证据, 服务大众。研究发现360云盘的存储空间达到3.96 T大于百度云盘。在保证存储空间的前提下也能够分享给好友, 同时具有同步移动端APP版功能, 也能够实现视频资源同步功能。因此可选择360云盘作为行车记录仪数据实时转存合作的对象, 但需要与360公司商谈合作事项。通过各项分析360云盘是一个合适的选择。

2.3 安装问题解决方法

搭载无线上网卡的360°全景的行车记录仪安装和传统的行车记录仪比较, 多出2~3个摄像头。360°全景行车记录仪出现的故障主要是在摄像头的安装上, 因为此次360°全景行车记录仪应用了4个高清摄像头, 安装的时候如果将电源接在车辆的保险盒内会造成其他的电子系统故障, 不能正常工作, 影响到了汽车的行驶安全, 轻则汽车电控系统不能正常工作, 重则造成汽车线路短路老化出现自燃现象。所以在安装行驶记录仪时要找正规的4S店进行安装, 利用汽车自身的点烟器来作为行车记录仪电源。而在车辆不使用的情况下由行车记录仪自身携带的电源进行供电。采用点烟器的12 V外接电源, 在安装时同样需要在智能行车记录仪上安装无线上网卡、驱动以及云盘等APP。

3 结语

对于能够实现数据实时转存技术和配有全景影像系统的行驶记录仪, 目前市场上已具有这样的产品, 通过研究分析此产品实际应用中存在的三大问题, 提出切实可行的解决方案。以减少交通事故和纠纷事件的发生, 完善行车记录仪的功能, 提升轿车行车记录仪的应用价值, 提高驾驶员使用满意度。

参考文献

[1]翟羽佳.多功能汽车行驶记录仪的设计与实现[D].湘潭:湖南科技大学, 2012.

[2]石松.汽车行驶记录仪的研究与实现[D].西安:长安大学, 2012.

[3]任工昌, 杨勇, 郭海春, 等.基于GPRS的数据传输系统的设计与实现[J].计算机应用, 2012 (1) :69-71.

[4]李东博.汽车行驶记录的研究[J].科技与企业, 2016 (1) :93-94.

[5]宋志超.基于MCF51JM128的汽车行驶记录仪的设计[D].西安:西安电子科技大学, 2012.

汽车行驶记录仪 篇9

车辆在发生险情或者交通事故之后,往往需要根据事故前的车辆运动状态来分析事故的原因以及事故责任的划分,而事故原因和责任的划分是一个十分复杂的过程,事故双方往往对责任划分意见不统一甚至对簿公堂。汽车行驶记录仪的出现解决了这一问题,当发生险情或事故之后,从行驶记录仪中调出车辆在发生事故前的状态,对于事故的责任划分具有良好的证明效果。

汽车行驶记录仪能够记录车辆在运行过程中的状态,典型的数据包括车速、方向盘转角、制动减速度、前后场景视频等。目前市场上所销售的汽车行驶记录仪通常采用持续记录保存数据的方式对车辆行驶过程进行记录[1],这种记录存储方式存在一定缺点,典型的,对于每一个车辆而言,发生险情或事故的概率是十分小的,因此对于持续记录方式的行驶记录仪而言,其所记录的数据中有效数据比例通常低于0.1%,例如车辆在一个月的运行过程中,发生险情或者事故的时间段很小甚至为零,这种情况下绝大部分的数据是无效的。

2、硬件设计

针对持续式车辆行驶记录仪所存在的缺点,本文基于险情判断设计了一种具有数据自删除效果的车辆行驶记录仪。该记录仪将车辆行驶状态按时间分段,对每段内的数据进行判断,基于方向盘转角数据、制动减速度、手动事故按钮判断某段时间内是否有险情或者事故发生,如果该段时间内有险情或事故发生,则将该段数据险情标记位设定为1,该段时间内的行驶状态数据将在存储装置内永久保存,直到驾驶员手动清除存储内容为止。如果某段时间内判断结果为没有险情或事故发生,则将这段时间段内险情标记位设定为0,并临时将这些标记位为0的数据存储,随着时间的推移新存储的标记位为0的数据将替换旧的标记位为0的数据,从而实现存储空间的循环使用,并且不会丢失有效数据。

2.1 系统总体设计

系统中采用S3C2440ARM处理器作为车辆行驶记录仪的处理器[2],采用2台USB接口摄像机对车辆的前后场景进行监控[3],使用单轴加速度计采集车辆运行的纵向加速度。利用S3C2440的数字接口采集车辆的运行速度、方向盘转角数据,并按照5分钟为时间段保存上述数据。每段数据采集完成之后,处理器将根据险情判断的结果对该段数据进行标记,并将数据存储至U盘上。图1是系统的示意图。

2.2 S3C2440处理器

系统采用S3C2440处理器采集各传感器的数据并将数据保存至存储设备中。S3C2440是三星公司基于16/32位ARM920T设计的微处理器,采用144引脚封装,内部自带32位定时器接口、8通道10位模数转换接口、CAN通道、USB接口。S3C2440内部运算速度快,各种接口丰富,同时功耗较低,抗干扰能力强,适合于在车载环境下长时间运行[4]。图2是S3C2440的接口示意图。

2.3 USB视频采集

行驶记录仪中采用2台USB接口摄像机分别监控车辆前方场景和后方场景。分别调用/dev/video0和videol,采集前方摄像机和后方摄像机的视频图像,为降低视频存储量,系统采用MPEG-4编码格式对视频进行编码压缩。MPEG-4编码格式具有压缩性高、可交互性强、可扩展性强的特点,适合于在嵌入式系统中使用。采集过程中所使用到的典型函数如下:

1、打开USB视频设备函数:

2、获取摄像机信息函数:ioctl(,VIDIOCGCAP,)

3、读取视频帧:ioctl(,VIDIOCGMBUF,)

2.4 纵向加速度采集

车辆在发生险情或者事故时通常会发生较大的制动减速度,因此系统中使用单轴加速度计测量采集车辆的纵向加速度,所使用的纵向加速度计型号为PM-LASI-1.5。PM-LASI-1.5加速度计基于微硅原理实现,加速度采样的范围为±1.5g。

加速度计输出的电压信号与S3C2440的A/D端口连接,系统工作过程中采集程序不断的对加速度计所测量得到的加速度进行判断,根据加速度值判断车辆是否发生险情,典型的包括是否发生紧急制动或者碰撞。图3是车辆一次制动过程中的减速度A/D转换结果图。

2.5 数据存储

系统中采用U盘存储[5]的存储方式具有良好的人机交互功能,当发生险情或者事故之后,驾驶员需要从行驶记录仪提取数据。基于U盘存储的方式有利于数据的提取,所采集到的数据在计算机上能直接读取分析。为减少无效数据,系统中只对险情标记位为1的数据进行永久保存,对险情标记位为0的数据只做临时保存,临时保存的文件会随着时间的推移自动删除,释放存储空间。

使用mkdir命令创建两个文件夹,分别用于存放永久数据和临时数据,创建文件夹的命令如下:

mkdir/disk/store longtime//创建永久存放文件夹

mkdir/disk/store temptime//创建临时存放文件夹

为方便后续分析,系统对以5分钟为时间段的数据以创建时刻的日期时间为文件名保存,如2011年10月8日15点46分35秒所创建的视频文件命名为20111008_154635.mpeg4,这种方式能够保证在众多数据中快速挑选所需要的数据。

3、软件设计

3.1 险情的定义

车辆在运动过程中随时可能会发生险情,驾驶员在遇见险情时通常会采取一些相应操作来避免事故的发生,典型的避险方式包括紧急转向、紧急制动。S3C2440处理器分别通过I/O接口和A/D接口采集方向盘转角数据和制动减速度数据。根据车辆正常行驶状态,确定险情的参数定义范围如下:

方向盘转向速度:大于30°/s

制动减速度:大于0.4g

将方向盘转角两次测量之间的转角差除以时间差,得到方向盘转向角速度值。以上两个条件只要满足任意一个,处理程序都将认为当前车辆发生了险情,因此将该段视频文件的险情标记位设置为1;如果某段时间内的数据没有满足上述任何一个条件,则表示该段时间内没有发生险情,因此将这段时间内视频文件的险情标记位设置为0;

3.2 软件工作流程

相比于目前通用的行驶记录仪工作方式,本系统中首先以5分钟时间段为单位对视频数据进行分段,然后利用险情判断对数据进行分类,只判断保存发生险情的数据段,剔除无效数据段,从而在保证不丢失数据的基础上能大大延长系统的存储时间,按照正常行驶情况来计,以4G存储容量计算,该系统能够至少在3年时间段内不需要对存储空间进行清空,从而保证了系统的工作持续性。

车辆在运动过程中有时会发生一些轻微的事故,在这种情况下基于方向盘转向角速度和制动减速度均不能判断车辆已经发生事故,因此系统中专门设置了一个事故按钮,与S3C440的I/O连接,当发生轻微事故之后,驾驶员按下事故按钮,在该时刻之前的数据段和该时刻数据段的险情标记位均被设置为1,确保了有效数据的保存。图4是系统的软件工作流程图。

4、结束语

系统以S3C2440ARM芯片为核心,设计了一种车辆行驶状态记录仪。通过对视频进行分段保存,并基于是否发生紧急转向或紧急制动判断是否有险情的发生,将有险情发生的时间段数据永久保存,对无险情发生的时间段数据临时保存并逐渐循环删除,从而能保证系统基于有限存储空间长时间连续工作。该行驶记录仪所记录的视频数据能够重现车辆在发生交通事故之前的景象,为分析事故的原因以及事故责任的划分提供准确的依据,具有良好的应用前景。

参考文献

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[4].陈平,李晖.基于S3C2440的嵌入式Linux内核设计[J],电脑知识与技术,2011.03:2159-2160.

汽车行驶记录仪 篇10

随着我国综合经济实力的增强, 人民生活水平的不断提高, 农用拖拉机及家用汽车已走进千家万户, 而且每年以数百万辆的速度增长, 因此, 如何能更合理、经济和安全地操控它们, 对于每个架驶者及家庭都是非常重要的。这里从轮式拖拉机和汽车行驶原理及影响其行驶的主要因素方面进行一下阐述和分析, 从理论上对其有一个知识面的了解, 以指导实际操作, 从而使驾驶员能够既经济又安全地操控拖拉机、汽车, 发挥出它们最大的功效。

1 轮式拖拉机的行驶原理

轮式拖拉机牵引农机具在平整耕地上作业时的受力情况如图一所示。拖拉机发动机的有效转矩经过传动系统, 降速增加转矩后传递到驱动轮上, 使驱动轮得到一个驱动力矩Mq, Mq为拖拉机的内力矩。在驱动力矩的作用下, 驱动轮对土壤产生一个水平方向的切向力, 而土壤对驱动轮产生水平方向的反作用力Pq, 该力方向与拖拉机行驶方向相同, 这个反作用力Pq即是轮式拖拉机前进的驱动力。

拖拉机机组行驶作业时, 在车轮与土壤作用过程中, 由于土壤的剪切变形和车轮的变形, 产生了阻止拖拉机行驶的滚动阻力Pf, 它由拖拉机驱动轮滚动阻力Pfc和从动轮滚动阻力Pfq两部分组成。机组作业时, 还会产生一个牵引阻力PT。机组作业速度较大时, 还产生一个空气阻力Pw。因此, 拖拉机机组要保持正常行驶的条件是:

当行驶阻力增加或减小时, 驱动力Pq应随发动机转矩的增减或换挡位而增大或降低。但是驱动力并不能任意增大, 它受驱动轮与地面间的附着力Pg的限制, 如果驱动轮Pq超过了附着力Pg, 则驱动轮将发生打滑现象, 机组将不能正常行驶。所以, 轮式拖拉机能够正常行驶的充分必要条件为:驱动轮的驱动力必须克服行驶阻力, 但驱动力又不能超过附着力, 即

为了保持轮式拖拉机机组的正常行驶, 提高拖拉机的牵引效率, 应提高附着力和减小滚动阻力。而附着力和滚动阻力都与拖拉机的行走机构的形式及土壤的物理性质相关。

2 汽车的行驶原理

以后轮驱动的汽车为例进行分析, 汽车在平坦公路上直线行驶时的受力情况如图二所示。从图中可以看出, 汽车的行驶原理与轮式拖拉机的行驶原理基本相同, 但也有不同之处。

2.1 相同之处:

拖拉机的驱动力都是由发动机的有效转矩经传动部件传给驱动轮, 通过驱动轮与地面的作用而得到, 驱动力的发挥情况、滚动阻力的大小都与地面性质及驱动轮与地面的相互作用有关。

2.2 不同之处:

在行驶阻力方面由于汽车主要作为交通运输工具, 通常情况下没有牵引阻力PT;由于轮胎结构不同及行驶路面较好, 其滚动阻力Pf一般比轮式拖拉机小;因汽车的行驶速度高, 其空气阻力Pw比轮式拖拉机要大很多。

2.3 在功率损耗方面, 因为汽车传动机构的传动比小, 且零件制造精度较高, 因此, 传动损失较小;

在行驶中路面及轮胎变形较小, 所以滑转损失、滚动阻力损失都小。因此, 汽车行驶时总的功率损耗比轮式拖拉机小。

3 影响轮式拖拉机和汽车行驶因素

通过对轮式拖拉机和汽车行驶原理的学习可知, 影响行驶的主要因素是行驶阻力和附着性能。如果行驶阻力过大, 以致于驱动力不足以克服它, 则车辆将不能行驶。如果驱动力足以克服行驶阻力, 但土壤、地面不能提供足够的附着力, 驱动轮将滑转, 车辆仍然不能行驶。影响行驶阻力和附着力的因素较复杂, 下面就几个主要方面对其影响因素进行分析。

3.1 地面土壤的状况

地面的土壤抗剪强度越大, 附着性能越好。不同土壤的抗剪强度受湿度变化的影响是不一样的。对于砂壤土, 湿度变化对土壤抗剪强度影响小, 对干壤土和粘壤土, 湿度对抗剪强度影响大。通常土壤越潮湿, 轮胎的附着性能越差。若其它条件相同, 留茬地上的附着性能比已耕地要高。表层土壤抗剪强度低, 底层土壤抗剪强度高。采用高花纹轮胎或带刺铁轮, 可提高附着性能。

土壤松软, 轮胎下陷较深, 增加土壤的垂直压缩变形阻力和推动阻力, 从而增加了滚动阻力。这种土壤可使用有履带行走装置的拖拉机, 减少下陷量。如果土壤太松软, 可用船体 (机耕船、水稻插秧机的船板) 承受主要载荷, 防止下陷过深。

在运输作业时, 通常都在较硬路面上行驶, 附着性能取决于轮胎和地面的附着性能。通常混凝土路面附着系数较高, 石子路和泥土路附着系数较低, 湿路面比干路面附着系数低得多。冰雪路面更低, 必须装防滑链防止打滑。

3.2 行走装置的构造

拖拉机和汽车的行走装置通常是轮胎和履带两种形式。由于履带装置接地面积大, 附着质量大, 因此, 它的附着性能高于轮胎。同样轮式车辆, 驱动轮越多, 它的附着性能就越高, 这也是因为它的附着质量增加了。下面就轮胎的有关因素对拖拉机汽车行驶的影响进行分析。

3.2.1 轮胎的气压

拖拉机和汽车行驶的附着力Pg随轮胎气压增加而降低。对于滚动阻力Pf则是当轮胎气压小于最佳气压时, 随气压的增加而减小, 当轮胎气压高于最佳气压时, 则随轮胎气压的增加而增加。因此, 当轮胎气压为最佳气压时, 得到最小滚动阻力值Pf。轮式拖拉机机组在松砂土壤上作业, 滚动阻力受轮胎和土壤两者变形的综合影响。轮胎气压较低时, 轮胎变形起主导作用。而当轮胎气压增加到某一值时, 则土壤变形起主导作用。因此, 轮胎的最佳气压值对不同土壤、不同路面是不同的。例如轮式拖拉和机汽车在运输作业时, 一般在较硬路面上行驶, 道路变形很小, 通常是轮胎变形起主导作用。轮胎气压越高, 滚动阻力系数越小, 相应滚动阻力越小。因此, 在确定轮胎气压时应从土壤、路面条件、附着力和滚动阻力等方面综合考虑。

3.2.2 轮胎的尺寸

轮胎直径和宽度增大, 可以增加轮胎支撑面积, 即增大抗剪面积, 提高附着性能。同时, 支撑面积增加, 可减少土壤变形量, 使滚动阻力相应降低。由于增大轮胎直径受到某些设计参数 (例如质心高度、车速) 的限制, 因此, 近年来出现了在不加大轮胎直径情况下, 用加宽驱动轮胎的方法来提高支撑能力和改善附着性能。

3.2.3 轮胎的花纹

农用拖拉机驱动轮胎的花纹多为人字形。当轮胎花纹长度相同时, 适当减小轮胎花纹角度, 可提高附着性能。我国普通农用拖拉机轮胎采用45°角, 窄胎体高花纹轮胎采用23°角。但减小角度, 轮胎会降低抗侧滑性能和行驶平顺性能, 而且自洁能力下降, 导致有时附着性能反而下降。农用拖拉机普通型轮胎花纹较低, 机组在水田地作业时, 因轮胎花纹不能插入硬底层而不能发挥出拖拉机的驱动力。高花纹轮胎的花纹比普通轮胎花纹高度约增加一倍。窄胎体高花纹轮胎, 减小了轮辙宽度, 减少了土壤变形的功率损失, 并且又能把花纹插入硬底层, 增加驱动力。窄胎体轮胎还具有良好的自洁性, 但窄胎体高花纹轮胎寿命较低。

3.2.4 轮胎的构造

轮胎的帘布层数、排列方式等对附着力和滚动阻力也有不同影响。普通轮胎的帘线为相互交叉, 而子午线轮胎帘线不相交, 侧壁较普通轮胎软, 径向变形大, 接地面积增大, 接地比压减小, 附着力大致可提高10%左右。子午线轮胎在胎冠部分增加了缓冲层, 这既减小轮胎内部变形应力, 减少滞后损失, 即减小了滚动阻力, 又提高了花纹块的耐磨性和寿命。但子午线轮胎侧壁较软, 在低气压时使用易出现裂纹, 侧向稳定性比普通型轮胎差。

3.3 使用因素

拖拉机和汽车因工作情况不同, 也会对其行驶阻力和附着性能产生影响。

3.3.1 附着质量的变化

拖拉机在田间作业时常常用附加载荷 (驱动轮配重等) 来改善附着性能。这种附加载荷的增加应当适量, 尤其在较软土壤中作业, 它会因过量的载荷, 使轮胎下陷量增加, 反而使滚动阻力大大增加。另外, 拖拉机悬挂农具或牵引农具时, 由于对拖拉机驱动轮产生转移作用, 也会使驱动轮增加附着质量, 改善附着性能。但应注意, 驱动轮增重时前轮会减重, 如果前轮负荷低于使用质量的20%, 会引起前轮上翘, 失去操纵稳定性, 以致无法工作。

3.3.2 行驶速度

拖拉机通常行驶速度较低, 对行驶性能影响很小。行驶速度的影响主要表现在行驶速度较高的汽车上。

(1) 车速对滚动阻力的影响

行驶速度对滚动阻力影响很大, 通过查阅相关资料可知, 在车速100 km/h以下时, 滚动阻力随车速增加而增大, 但变化不大。在车速140 km/h以上时增长较快。当车速达到某一临界车速, 例如200 km/h左右, 滚动阻力迅速增长, 此时轮胎发生驻波现象, 轮胎周缘不再是圆形, 而成明显的波浪状。出现这种现象后, 不但滚动阻力显著增加, 轮胎温度也很快增加到100℃以上, 胎面与帘布层脱落, 几分钟内就会出现轮胎爆破现象, 这对高速行驶车辆是非常危险的甚至会危机人的生命。因此, 对车速超过200 km/h的高速轿车应采用特殊的轮胎。

(2) 车速对附着性能的影响

在同一路面具有相同滑转率的情况下, 车速越高, 附着系数越低, 即附着力越小, 这是汽车高速制动较困难的原因之一。另外, 当高速行驶的汽车通过有积水层的路面, 比如下大雨时, 会出现滑水现象。即在某一车速下, 轮胎胎面下的动液压升力等于垂直载荷时, 轮胎将漂浮在水膜上面, 而与道路地面毫不接触。滑水现象是很危险的, 驱动轮完全没有附着力, 转向轮完全失去了操控性。因此, 汽车在下大雨时必须低速行驶, 保证安全。

4 结语

通过拖拉机和汽车行驶理论的学习及对影响其行驶因素的分析告诉驾驶员们, 当驾驶车辆在田间作业或在道路上运输行驶时, 要根据地面土壤、道路条件及天气环境情况, 选择最适宜的轮胎、最佳的胎压及最经济的车速, 从而达到经济、可靠及安全的驾车效果, 发挥出拖拉机和汽车的最大功效。

摘要：本文论述了轮式拖拉机和汽车行驶原理, 分析并得出了影响其行驶的主要因素是行驶阻力和附着性能。而影响行驶阻力和附着性能的主要因素是地面土壤状况、行走装置的构造及使用因素。