一种车辆姿态预警系统

1.一种车辆姿态预警系统，其特征在于：包括检测控制器(2)和给系统供电的电源模块(6)，检测控制器(2)的输入端与车辆姿态信息采集模块(1)相接，检测控制器(2)的输出端与对车辆侧翻进行预警的音频报警模块(3)和实现检测控制器(2)与上位机数据处理及显示模块(5)之间数据上传的数据通信模块(4)相接，数据通信模块(4)的输出端与实时显示运动车辆的三维姿态图像的上位机数据处理及显示模块(5)相接；所述车辆姿态信息采集模块(1)包括对高速运动车辆的俯仰角、侧倾角和横摆角信息进行实时采集的角速度陀螺仪(1-1)，和对高速运动车辆在三维坐标系中x轴、y轴和z轴三个方向上的加速度信息进行实时采集的加速度计(1-2)；所述检测控制器(2)对车辆姿态信息采集模块(1)采集的信息进行放大和A/D转换处理，并对车辆姿态进行监控和对异常现象进行处理。
2.按照权利要求1所述的一种车辆姿态预警系统，其特征在于：所述角速度陀螺仪(1-1)为芯片ADXRS150EB。
3.按照权利要求1所述的一种车辆姿态预警系统，其特征在于：所述加速度计(1-2)为芯片MMA7260QT。
4.按照权利要求1所述的一种车辆姿态预警系统，其特征在于：所述检测控制器(2)为内部集成有放大电路、A/D转换电路和比较器的单片机。
5.按照权利要求4所述的一种车辆姿态预警系统，其特征在于：所述单片机为芯片ATmega16。
6.按照权利要求1所述的一种车辆姿态预警系统，其特征在于：所述音频报警模块(3)包括D/A转换模块和与D/A转换模块连接的蜂鸣器电路。

一种车辆姿态预警系统\n技术领域\n[0001] 本实用新型属于车辆姿态实时测量技术领域，尤其是涉及一种车辆姿态预警系统。\n背景技术\n[0002] 近年来，随着电子技术的迅猛发展，智能控制技术在汽车工业中也得到了广泛的应用。众所周知，汽车侧翻是一项重要的安全问题，因此将智能控制用于研究汽车侧翻问题上可以大大提高汽车的行驶安全性。\n[0003] 国内外学者及企业非常关注汽车抗侧翻分析和主动安全控制研究，提出了不少的方法，例如主动刹车措施、主动转向、半主动悬架开关控制策略等。但是，这些主动抗侧翻措施都是实时的，只能在达到侧翻域值时才开始执行，进而要求执行机构能快速响应，或者富有经验的驾驶员能及时采取控制措施。然而，执行机构和驾驶员的反应总需要一定时间。如果能提前检测到侧翻危险情况并将其告知驾驶员，驾驶员便可以及时采取有效措施防止汽车侧翻。因此，通过对汽车侧翻进行预警以便减少汽车的侧翻已成为汽车防侧翻研究的热点问题。\n实用新型内容\n[0004] 本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提出一种车辆姿态预警系统，其设计合理、智能化程度高且使用效果好，实现了高速运动车辆姿态的实时且不依赖于路面上其他设备的测量，实现了音频报警和在计算机上对车辆的三维姿态的直观显示，实现了对车辆侧翻的预警。\n[0005] 为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种车辆姿态预警系统，其特征在于：包括检测控制器和给系统供电的电源模块，检测控制器的输入端与车辆姿态信息采集模块相接，检测控制器的输出端与对车辆侧翻进行预警的音频报警模块和实现检测控制器与上位机数据处理及显示模块之间数据上传的数据通信模块相接，数据通信模块的输出端与实时显示运动车辆的三维姿态图像的上位机数据处理及显示模块相接；所述车辆姿态信息采集模块包括对高速运动车辆的俯仰角、侧倾角和横摆角信息进行实时采集的角速度陀螺仪，和对高速运动车辆在三维坐标系中x轴、y轴和z轴三个方向上的加速度信息进行实时采集的加速度计；所述检测控制器对车辆姿态信息采集模块采集的信息进行放大和A/D转换处理，并对车辆姿态进行监控和对异常现象进行处理。\n[0006] 所述角速度陀螺仪为芯片ADXRS150EB。\n[0007] 所述加速度计为芯片MMA7260QT。\n[0008] 所述检测控制器为内部集成有放大电路、A/D转换电路和比较器的单片机。\n[0009] 所述单片机为芯片ATmega16。\n[0010] 所述音频报警模块包括D/A转换模块和与D/A转换模块连接的蜂鸣器电路。\n[0011] 本实用新型与现有技术相比具有以下优点：\n[0012] 1、本实用新型主要针对目前国内外学者及企业提出的主动抗侧翻措施只能在达到侧翻域值时才开始执行，不能对车辆侧翻进行预警的不足提出，不仅结构简单、设计合理且使用操作简便。\n[0013] 2、智能化程度高，本实用新型采用ADXRS150EB角速度陀螺仪实时采集运行车辆在三维坐标系中绕x轴转动的侧倾角、绕y轴转动的俯仰角、绕z轴转动的横摆角角度信息，采用MMA7260QT加速度计实时采集运行车辆在三维坐标系中x轴、y轴和z轴三个方向上的加速度，通过检测控制器对ADXRS150EB角速度陀螺仪和MMA7260QT加速度计所采集信息进行放大和A/D转换处理并监控车辆姿态，对异常现象通过音频报警模块做出报警，并在上位机中运用预先编写好的数据采集与处理软件进行实时的运行车辆三维姿态观测。\n[0014] 3、使用效果好，采用该实用新型能提前检测到车辆在运行过程中的侧翻危险情况并将其告知驾驶员，驾驶员便可以及时采取有效措施防止汽车侧翻。\n[0015] 综上所述，本实用新型设计合理、智能化程度高且使用效果好，实现了计算机上对车辆的三维姿态的直观显示，实现了对车辆侧翻的预警。\n[0016] 下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。\n附图说明\n[0017] 图1为本实用新型的结构框图。\n[0018] 图2为角速度陀螺仪与检测控制器的电路连接示意图。\n[0019] 图3为加速度计与检测控制器的电路连接示意图。\n[0020] 图4为检测控制器、数据通信模块和上位机数据处理及显示模块的电路连接示意图。\n[0021] 图5为音频报警模块与检测控制器的电路连接示意图。\n[0022] 图6为电源模块的电路图。\n[0023] 附图标记说明：\n[0024] 1-车辆姿态信息采集模块； 1-1-角速度陀螺仪； 1-2-加速度计；\n[0025] 2-检测控制器； 3-音频报警模块； 4-数据通信模块；\n[0026] 5-上位机数据处理及显示模块； 6-电源模块。\n具体实施方式\n[0027] 如图1所示，本实用新型包括检测控制器2和给系统供电的电源模块6，检测控制器2的输入端与车辆姿态信息采集模块1相接，检测控制器2的输出端与对车辆侧翻进行预警的音频报警模块3和实现检测控制器2与上位机数据处理及显示模块5之间数据上传的数据通信模块4相接，数据通信模块4的输出端与实时显示运动车辆的三维姿态图像的上位机数据处理及显示模块5相接；所述车辆姿态信息采集模块1包括对高速运动车辆的俯仰角、侧倾角和横摆角信息进行实时采集的角速度陀螺仪1-1，和对高速运动车辆在三维坐标系中x轴、y轴和z轴三个方向上的加速度信息进行实时采集的加速度计1-2；所述检测控制器2对车辆姿态信息采集模块1采集的信息进行放大和A/D转换处理，并对车辆姿态进行监控和对异常现象进行处理。\n[0028] 本实施例中，所述角速度陀螺仪1-1为芯片ADXRS150EB。所述加速度计1-2为芯片MMA7260QT。所述检测控制器2为内部集成有放大电路、A/D转换电路和比较器的单片机。所述单片机为芯片ATmega16。所述音频报警模块3包括D/A转换模块和与D/A转换模块连接的蜂鸣器电路。\n[0029] 如图2所示，ADXRS150EB角速度陀螺仪的RATEOUT和ST2脚分别对应与ATmega16单片机的PA5和PB4引脚相接，用来测量高速运动车辆在三维坐标系中，车辆绕x轴的侧倾角、绕y轴的俯仰角以及绕z轴的横摆角。ATmega16单片机给ST2引脚输入高电平，便可以激活ADXRS150EB角速度陀螺仪的自测功能。在ADXRS150EB中的各个引脚间连接电容主要是为了使其获得的电压信号稳定，保证其工作更加可靠。\n[0030] 如图3所示，MMA7260QT加速度计的Xout、Yout和Zout引脚分别对应与ATmega16单片机的PA2、PA3和PA4引脚相接，MMA7260QT加速度计采集高速运动车辆在三维坐标系中x轴、y轴和z轴三个方向上的加速度，并将加速度值通过PA2、PA3和PA4引脚传入ATmega16单片机。MMA7260QT加速度计的g-select1引脚和g-select2引脚用来选择g的量程，sleepmode为休眠模式控制引脚，它们分别与ATmega16的PC0、PC1和PC2引脚相接，用来对加速度计进行相应的设置，保证测量的正确性。\n[0031] 如图4所示，本实施例中，所述数据通信模块4为RS-232串口通信模块，借助MAX232芯片实现电平转换和串行异步通信，MAX232芯片的T1IN和R10UT引脚分别对应与ATmega16单片机的PD1(RXD)和(TXD)引脚相接，MAX232芯片的T10UT和R1IN引脚分别对应与上位机9针RS-232串口的2脚与3脚相接，在MAX232中的各个引脚间连接的电容是MAX232内部电源转换所需电容，其取值均为0.1μF，安装时应尽量靠近器件，以提高抗干扰能力。\n[0032] 如图5所示，所述音频报警模块3包括D/A转换模块和与D/A转换模块连接的蜂鸣器电路，D/A转换模块采用串行的D/A转换器AD5300来实现，AD5300的DIN、SCLK和SYNC引脚分别对应与ATmega16单片机的PB5、PB7和PA1引脚相接，AD5300的Vout引脚与蜂鸣器的正极引脚相接，蜂鸣器的负极引脚接三极管的集电极，三极管的发射极接地，三极管的基极接电阻的一端，电阻的另一端接ATmega16单片机的PB2引脚。AD5300的SCLK为时钟信号，SYNC为片选信号，DIN为数据线，AD5300的输出为电压信号，电压信号的大小与ATmega16单片机传输给AD5300的数字量有着对应的关系，AD5300将电压信号输出给蜂鸣器，从而达到使蜂鸣器报警的目的。\n[0033] 如图6所示，所述电源模块6由一片7805芯片和一片TPS54310芯片构成，7805芯片接汽车电源的12V电压并将12V电压变为5V电压，该5V电压直接连接到各5V用电器件的VCC管脚，即可为角速度传感器以及ATmega16单片机提供正常的工作电压。5V电压通过芯片TPS54310转化生成3.3V的电压，该电压在MMA7260QT加速度传感器的额定电压范围内，可满足加速度传感器的工作电压要求。\n[0034] 本实用新型的工作过程是：将本实用新型固定在车辆驾驶室仪表台的正中央，当车辆运行时，随着被测车辆的转动，ADXRS150EB角速度陀螺仪1-1将车辆在三维坐标系中绕x轴转动的侧倾角、绕y轴转动的俯仰角、绕z轴转动的横摆角角度信息转变成模拟电压信号输出，MMA7260QT加速度计1-2将车辆在三维坐标系中x轴、y轴和z轴三个方向上的加速度转变成模拟电压信号输出；ATmega16单片机启用其内部带有的前置放大器，采集角速度陀螺仪1-1和加速度计1-2输出的电压信号并进行适当的放大处理，然后利用其内部自带的A/D转换器对经放大处理后的电压信号进行定时采样，并对采样信号进行数字滤波、定量计算等一系列的处理、存储和编码后，一方面，ATmega16单片机实时将经过处理后的采集信号经由RS-232串口通信模块上传给上位机数据处理及显示模块5，在上位机中，运用预先编写好的数据采集与处理软件进行数据处理，进行实时的运行车辆三维姿态观测；另一方面，ATmega16单片机在比较器中将处理后的采集信号与设定的报警阈值进行比较，当采集信号数据超过阈值时，ATmega16单片机启动音频报警模块3对车辆侧翻进行预警；车辆驾驶员观测到车辆的三维运行姿态或接到预警信号后，及时采取有效措施防止汽车侧翻。\n[0035] 以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。