汽车安全行驶监测系统设计
汽车安全行驶一直是车辆工程领域内的一个重要课题，其中，因为车辆行驶中的轮胎及其胎压、车速的变动而导致出现汽车水滑、驻波和失稳等安全隐患是影响汽车安全行驶的重要要素。本文主要是研究基于操纵性的汽车安全行驶监测原理及措施，致力于减少汽车安全隐患，保障驾驶员及其家人的安全。论文首先阐述了轮胎胎压对汽车行驶安全影响的重要性，分析了国内外在汽车水滑、驻波、操纵性及监测系统方面的研究现状；根据汽车行驶动力学，研究了轮胎胎压和车速对轮胎水滑、驻波和失稳性的影响机理；最后提出了基于操纵性的汽车安全行驶监测方法，设计了相应的汽车安全行驶监测系统[1]。关键词 汽车安全行驶，水滑，驻波，胎压，操纵性，监测系统
目 录
1绪论1
1.1引言1
1.2基于操纵性的汽车安全行驶监测系统的研究意义1
1.3国内外相关研究动态2
1.4论文研究的主要内容4
2基于操纵性的汽车安全行驶监测原理5
2.1汽车安全行驶的基本原理5
2.2基于操纵性的汽车安全行驶监测原理及其办法7
3基于操纵性的汽车安全行驶监测系统设计20
3.1基于操纵性的汽车安全行驶监测系统的总体设计20
3.2基于操纵性的汽车安全行驶监测系统硬件设计21
3.3基于操纵性的汽车安全行驶监测系统软件设计27
结论32
致谢33
参考文献34
1 绪论
1.1 引言
近年来，经济高速发展，很多人都买了车，道路交通也越来越繁忙。道路情况日渐变好，人们的开车速度也就越来越快了，汽车行驶安全也就开始受到很多关注。很多汽车公司都把汽车安全的着重点放在了汽车轮胎上，由于轮胎工作在速度高、负荷高、温度高的环境下，工作环境相当恶劣，如果轮胎所承受的负荷过高，就会发生爆胎，导致汽车丧失操纵性，引发各种交通事故。这些交通事故一直是各国备受困扰的难题，而在这之中疲劳驾驶、爆胎和超速是最为严重的。因此，各国正尽力寻求各种方法减少这类事故的发生，2006 年5月美国要求从2007年9月1日以后生产的新车必须安装胎压监测系统。2012年10月31日，欧委会规定2012年 11月1日以后欧盟所有 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
的新车型都必须配有胎压监测系统，到 2014 年几乎所有车都会配有胎压监测系统。轮胎本身的结构、材料、胎压和温度都会对轮胎性能直接产生影响，对汽车操纵性产生很大影响，气压的过高和过低都会影响到汽车的操纵性，并且若汽车各个轮胎胎压有所差异，汽车就会失去平衡，从而导致汽车操纵性变差，威胁乘车人员的安全。如果气压不足，汽车在高速行驶时就很容易产生驻波现象，行驶时间长了可能导致爆胎，从而导致车辆严重侧翻或者跑偏，对汽车的操纵性造成严重的影响。当汽车轮胎在气压过低时高速驶过积水过深的地方时，还有可能会导致水滑现象的发生，水滑现象很容易造成汽车侧滑或者翻车，对汽车操纵性产生严重影响。驻波和水滑现象都会直接影响到汽车的操纵性，对汽车的行驶安全产生严重威胁。所以，研究胎压和车速对汽车的操纵性的影响，并且实时监测汽车行驶中的胎压和车速，并及时提醒驾驶员车辆处于危险状态一直都是各国车辆工程研究者十分关心的问题[2]。
1.2 基于操纵性的汽车安全行驶监测系统研究意义
一直以来，汽车安全都是是车辆工程领域的一个重要课题，其中汽车主动安全也是这一课题的重中之重。近几年，国外越来越重视胎压监测，并且规定现在生产出来的所有汽车都必须配置胎压监测系统，以提高汽车的安全性。但是目前的胎压监测系统只是监测轮胎压力、温度、快漏气、慢漏气和低电压等，没有就汽车胎压不同时对汽车安全性的影响、轮胎水滑现象和轮胎驻波现象进行监测，由于缺乏理论指导和原理分析，研究者们对轮胎方面的监测还不够全面，对提高汽车安全行驶性造成了很大的阻碍。
为此，论文根据汽车理论、汽车系统动力学和汽车轮胎学中的理论知识，提出了基于操纵性的汽车安全行驶监测策略，该策略是以汽车胎压监测系统为研究对象，通过基于操纵性的汽车安全行驶智能监测系统实时采集高速行驶过程中汽车四个轮胎胎压、当前车速、方向盘转角、水膜厚度等信号，对汽车行驶过程中胎压监测策略、轮胎水滑监测策略及轮胎驻波监测策略进行了研究，并根据汽车行驶过程中轮胎压力监测原理、轮胎水滑监测原理及轮胎驻波现象监测原理，实时监测汽车高速行驶时的胎压、水滑现象和驻波现象，并以声音及显示的报警方式提示驾驶员，可以有效地减少交通事故的发生。
1.3 国内外相关研究动态
近几年，市场上已有各种轮胎压力监测系统产品，可以实时监测轮胎压力、加速度、温度等参数，并在各项数值超过预警值时提醒驾驶员。但是现在并没有很多关于轮胎气压和车速对汽车安全的影响的研究。如今已经可以利用车辆动力学仿真软件分析轮胎气压、温度、车速等因素对车辆操纵性的影响，并在超过预警值是通过报警来提醒驾驶员。下文我主要从水滑、驻波、操纵性、车辆运行数据采集和监测这些方面来介绍一下国内外的研究现状。
1.3.1 轮胎水滑
2011年，东南大学的学者张凡对积水路面可能出现滑水现象，提出了临界水膜厚度的概念，根据动量定理，得到了临界水膜厚度与车速之间的公式。2011年，重庆交通大学学者董斌利用FLUENT软件模拟轮胎模型在不同行驶状态下所受到的动水压强，并且依此得出了部分滑水条件下动水压强的关系式。研究了水膜厚度、行驶车速如何影响轮胎附着系数，并根据动水压强关系式来计算汽车在该行驶条件下的停车视距。2012年，刘娜，程钢，贺腾学者介绍了轮胎水滑现象的主要过程，通过仿真轮胎在干、湿路面上的行驶过程，比较了两种情况下轮胎与地面的接触力随汽车行驶速度的增大是如何变化的，并利用动量定理建立动力水滑临界速度公式，得出了轮胎水滑临界速度与充气压力和载荷的1/2成正比关系[3]。
以上我们可以发现，轮胎水滑方面的研究主要是通过仿真软件对单个轮胎建立有限元模型，仿真分析胎压、水膜厚度和临界车速的关系，然后对比仿真结果和计算结果，验证仿真结果的正确性。但是没有就水滑现象对整车行驶状态的影响进行系统化、理论化的研究，缺乏实时的监测和提示，主要靠人为经验，降低了汽车行驶安全。
目 录
1绪论1
1.1引言1
1.2基于操纵性的汽车安全行驶监测系统的研究意义1
1.3国内外相关研究动态2
1.4论文研究的主要内容4
2基于操纵性的汽车安全行驶监测原理5
2.1汽车安全行驶的基本原理5
2.2基于操纵性的汽车安全行驶监测原理及其办法7
3基于操纵性的汽车安全行驶监测系统设计20
3.1基于操纵性的汽车安全行驶监测系统的总体设计20
3.2基于操纵性的汽车安全行驶监测系统硬件设计21
3.3基于操纵性的汽车安全行驶监测系统软件设计27
结论32
致谢33
参考文献34
1 绪论
1.1 引言
近年来，经济高速发展，很多人都买了车，道路交通也越来越繁忙。道路情况日渐变好，人们的开车速度也就越来越快了，汽车行驶安全也就开始受到很多关注。很多汽车公司都把汽车安全的着重点放在了汽车轮胎上，由于轮胎工作在速度高、负荷高、温度高的环境下，工作环境相当恶劣，如果轮胎所承受的负荷过高，就会发生爆胎，导致汽车丧失操纵性，引发各种交通事故。这些交通事故一直是各国备受困扰的难题，而在这之中疲劳驾驶、爆胎和超速是最为严重的。因此，各国正尽力寻求各种方法减少这类事故的发生，2006 年5月美国要求从2007年9月1日以后生产的新车必须安装胎压监测系统。2012年10月31日，欧委会规定2012年 11月1日以后欧盟所有 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
的新车型都必须配有胎压监测系统，到 2014 年几乎所有车都会配有胎压监测系统。轮胎本身的结构、材料、胎压和温度都会对轮胎性能直接产生影响，对汽车操纵性产生很大影响，气压的过高和过低都会影响到汽车的操纵性，并且若汽车各个轮胎胎压有所差异，汽车就会失去平衡，从而导致汽车操纵性变差，威胁乘车人员的安全。如果气压不足，汽车在高速行驶时就很容易产生驻波现象，行驶时间长了可能导致爆胎，从而导致车辆严重侧翻或者跑偏，对汽车的操纵性造成严重的影响。当汽车轮胎在气压过低时高速驶过积水过深的地方时，还有可能会导致水滑现象的发生，水滑现象很容易造成汽车侧滑或者翻车，对汽车操纵性产生严重影响。驻波和水滑现象都会直接影响到汽车的操纵性，对汽车的行驶安全产生严重威胁。所以，研究胎压和车速对汽车的操纵性的影响，并且实时监测汽车行驶中的胎压和车速，并及时提醒驾驶员车辆处于危险状态一直都是各国车辆工程研究者十分关心的问题[2]。
1.2 基于操纵性的汽车安全行驶监测系统研究意义
一直以来，汽车安全都是是车辆工程领域的一个重要课题，其中汽车主动安全也是这一课题的重中之重。近几年，国外越来越重视胎压监测，并且规定现在生产出来的所有汽车都必须配置胎压监测系统，以提高汽车的安全性。但是目前的胎压监测系统只是监测轮胎压力、温度、快漏气、慢漏气和低电压等，没有就汽车胎压不同时对汽车安全性的影响、轮胎水滑现象和轮胎驻波现象进行监测，由于缺乏理论指导和原理分析，研究者们对轮胎方面的监测还不够全面，对提高汽车安全行驶性造成了很大的阻碍。
为此，论文根据汽车理论、汽车系统动力学和汽车轮胎学中的理论知识，提出了基于操纵性的汽车安全行驶监测策略，该策略是以汽车胎压监测系统为研究对象，通过基于操纵性的汽车安全行驶智能监测系统实时采集高速行驶过程中汽车四个轮胎胎压、当前车速、方向盘转角、水膜厚度等信号，对汽车行驶过程中胎压监测策略、轮胎水滑监测策略及轮胎驻波监测策略进行了研究，并根据汽车行驶过程中轮胎压力监测原理、轮胎水滑监测原理及轮胎驻波现象监测原理，实时监测汽车高速行驶时的胎压、水滑现象和驻波现象，并以声音及显示的报警方式提示驾驶员，可以有效地减少交通事故的发生。
1.3 国内外相关研究动态
近几年，市场上已有各种轮胎压力监测系统产品，可以实时监测轮胎压力、加速度、温度等参数，并在各项数值超过预警值时提醒驾驶员。但是现在并没有很多关于轮胎气压和车速对汽车安全的影响的研究。如今已经可以利用车辆动力学仿真软件分析轮胎气压、温度、车速等因素对车辆操纵性的影响，并在超过预警值是通过报警来提醒驾驶员。下文我主要从水滑、驻波、操纵性、车辆运行数据采集和监测这些方面来介绍一下国内外的研究现状。
1.3.1 轮胎水滑
2011年，东南大学的学者张凡对积水路面可能出现滑水现象，提出了临界水膜厚度的概念，根据动量定理，得到了临界水膜厚度与车速之间的公式。2011年，重庆交通大学学者董斌利用FLUENT软件模拟轮胎模型在不同行驶状态下所受到的动水压强，并且依此得出了部分滑水条件下动水压强的关系式。研究了水膜厚度、行驶车速如何影响轮胎附着系数，并根据动水压强关系式来计算汽车在该行驶条件下的停车视距。2012年，刘娜，程钢，贺腾学者介绍了轮胎水滑现象的主要过程，通过仿真轮胎在干、湿路面上的行驶过程，比较了两种情况下轮胎与地面的接触力随汽车行驶速度的增大是如何变化的，并利用动量定理建立动力水滑临界速度公式，得出了轮胎水滑临界速度与充气压力和载荷的1/2成正比关系[3]。
以上我们可以发现，轮胎水滑方面的研究主要是通过仿真软件对单个轮胎建立有限元模型，仿真分析胎压、水膜厚度和临界车速的关系，然后对比仿真结果和计算结果，验证仿真结果的正确性。但是没有就水滑现象对整车行驶状态的影响进行系统化、理论化的研究，缺乏实时的监测和提示，主要靠人为经验，降低了汽车行驶安全。
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