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汽车驾驶操作信号采集系统设计解析
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2017-11-22
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国内外现有的汽车模拟驾驶器和汽车驾驶考核系统中，对脚踏板（油门踏板、脚刹踏板、离合踏板）及手刹等操作机构的状态信号的提取，主要是通过安装角度传感器或通过机械装置将机构的旋转运动转换为线性运动，安装线性位移传感器来实现；档位的位置状态则通过在档位的不同位置分别安装行程开关组或非接触开关组（霍尔开关、光电开关）得到开关量信号，获取档位的位置信息。由于这些传感器成本较高、体积较大，且在一台车辆中采用多种传感器形式，检测装置规格不统一，给汽车驾驶状态检测系统的生产制造、安装、维修、保养带来了较大不便［1-2］。
近年来，微电子机械系统（MEMS）技术微机械惯性器件日渐成熟，惯性测量系统得到了迅猛发展［3］。惯性测量系统将微电子、精密机械、传感器技术相互融合，具有集成度更高、性价比更好、体积更小、功耗更低等特点，且由于微机械结构制作精确、重复性好、易于集成化、适于大批量生产，并有很高的性价比，在汽车上得到了广泛的应用［4-5］。陀螺仪和加速度计是姿态测量系统的重要组成单元，本文选择了ADIS16355传感器，该传感器集成了三轴加速度传感器和三轴陀螺仪传感器，具有体积小、功能强、功耗低等特性，完全满足汽车驾驶运动参数的数据采集要求。
1 测量系统的硬件设计
1.1 测量系统硬件组成
汽车驾驶模拟器姿态测量系统如图1所示，主要包括信号采集模块（陀螺仪及信号调理电路）、信号处理及传输模块（微控制器及通信电路）、电源模块三部分。
信号采集模块由MEMS陀螺仪传感器和信号调理电路组成，完成对油门、脚刹、离合、手刹、档位等车辆驾驶操作机构倾角变化的物理量转换，并完成传感器输出信号的可靠传输；信号处理及传输模块由DSP构成核心器件，实现在姿态和动态加速度变化的条件下，精确测量运动机构的倾角变化，完成信号的数字滤波、角速度变化量积分为角度变化量的运算、差分处理及串行输出等工作；供电电源采用汽车充电发电机和车载蓄电池，供电电压在9 V～30 V之间，系统设备使用的电源电压为5 V。
近年来，微电子机械系统（MEMS）技术微机械惯性器件日渐成熟，惯性测量系统得到了迅猛发展［3］。惯性测量系统将微电子、精密机械、传感器技术相互融合，具有集成度更高、性价比更好、体积更小、功耗更低等特点，且由于微机械结构制作精确、重复性好、易于集成化、适于大批量生产，并有很高的性价比，在汽车上得到了广泛的应用［4-5］。陀螺仪和加速度计是姿态测量系统的重要组成单元，本文选择了ADIS16355传感器，该传感器集成了三轴加速度传感器和三轴陀螺仪传感器，具有体积小、功能强、功耗低等特性，完全满足汽车驾驶运动参数的数据采集要求。
1 测量系统的硬件设计
1.1 测量系统硬件组成
汽车驾驶模拟器姿态测量系统如图1所示，主要包括信号采集模块（陀螺仪及信号调理电路）、信号处理及传输模块（微控制器及通信电路）、电源模块三部分。
信号采集模块由MEMS陀螺仪传感器和信号调理电路组成，完成对油门、脚刹、离合、手刹、档位等车辆驾驶操作机构倾角变化的物理量转换，并完成传感器输出信号的可靠传输；信号处理及传输模块由DSP构成核心器件，实现在姿态和动态加速度变化的条件下，精确测量运动机构的倾角变化，完成信号的数字滤波、角速度变化量积分为角度变化量的运算、差分处理及串行输出等工作；供电电源采用汽车充电发电机和车载蓄电池，供电电压在9 V～30 V之间，系统设备使用的电源电压为5 V。
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