论文总字数：24050字

摘 要

针对发动机自启停系统触发方式过于机械化、车辆在拥堵路段及路口处易出现频繁启停或起步延迟等情况，设计了一种基于交互思维的发动机自启停智能触发系统。研究了基于车联网实时通讯技术的智能触发系统的总体方案，主要由设计原则及要求、系统的总体方案、系统的软硬件设计方案组成；研究了基于嵌入式技术的智能触发系统软件及硬件设计，包括设计了基于STM32微处理器的主控电路及外围硬件电路，并在此基础上使用C语言设计了CAN信号收发程序、GPRS通信程序、GPS读取程序等；研究了基于多车辆信息的道路拥堵状况识别方法，包括无效数据的剔除及有效信息的融合与校正。电路仿真结果及程序运行结果表明，该系统能合理的根据路况及交通信息智能触发发动机自启停系统，从而降低油耗，提升驾驶体验。

关键字：发动机自启停系统，智能触发，GPRS，CAN

Abstract

In view of the situation that the triggering mode of the engine self start stop system is too mechanized, and the vehicles are prone to frequent start stop or start delay in congested road sections and intersections, an intelligent engine self start stop triggering system based on interactive thinking is designed. This paper studies the overall scheme of intelligent trigger system based on the real-time communication technology of the Internet of vehicles, which is mainly composed of the design principles and requirements, the overall scheme of the system and the design scheme of the software and hardware of the system; studies the software and hardware design of the intelligent trigger system based on the embedded technology, including the main control circuit and peripheral hardware circuit based on the STM32 microprocessor, and on this basis Using C language to design can signal receiving and sending program, GPRS communication program, GPS reading program and so on; studying the road congestion recognition method based on multi vehicle information, including the elimination of invalid data and the fusion and correction of effective information. The results of circuit simulation and program running show that the system can trigger the engine auto start stop system reasonably according to the road conditions and traffic information, thus reducing fuel consumption and improving driving experience.

Keywords: Automatic engine start stop system, Intelligent trigger, GPRS, CAN

目录

摘要 I

Abstract II

目录 III

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 研究现状 1

1.3 研究内容 2

第2章 智能触发系统总体方案设计 3

2.1 智能触发系统的设计要求 3

2.1.1系统的硬件设计原则 3

2.1.2 系统的软件设计原则 3

2.2 系统总体方案 4

2.3 系统硬件总体设计 6

2.4 系统软件总体设计 7

第3章 智能触发系统的硬件设计 8

3.1 硬件开发工具 8

3.2 系统硬件选型 8

3.2.1 处理器选型 8

3.2.2 GPRS模块的选型 9

3.2.3 显示屏的选型 10

3.2.4 CAN收发器选型 10

3.2.5 GPS模块选型 11

3.2.6 太阳能电源管理模块选型 12

3.3 车载单元硬件电路设计 12

3.3.1 最小系统板电路设计 12

3.3.2 电源电路设计 13

3.3.3 CAN收发器电路设计 13

3.3.4 人机交互模块电路设计 14

3.3.5 GPS模块接口电路设计 14

3.4 道路拥堵单元及路口单元硬件设计 15

3.5 硬件设计电路仿真验证 15

3.5.1 硬件设计仿真电路的搭建 15

3.5.2 硬件设计电路仿真结果分析 17

第4章 智能触发系统的软件设计 18

4.1 软件开发工具 18

4.2 系统初始化程序设计 19

4.3 创建任务 20

4.4 GPS信号的读取及处理 21

4.4.1 NMEA-0183协议简介 22

4.4.2 程序设计 23

4.5 GPRS通信程序设计 27

4.5.1 AT指令简介 27

4.5.2 程序设计 28

4.6 CAN通信程序设计 30

4.6.1 CAN总线简介 31

4.6.2 汽车OBD系统简介 33

4.6.3 程序设计 34

4.7 路口单元及道路拥堵单元软件设计 37

第5章 道路拥堵状况识别 38

5.1 无效数据的剔除 38

5.2 有效信息的融合与校正 38

5.2.1车辆信息的融合与校正 39

5.2.2 道路拥堵状况的判断 39

第6章 总结与展望 40

6.1 全文总结 40

6.2 未来工作展望 40

参考文献 41

致谢 42

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

随着经济的高速发展，我国汽车保有量逐渐增多，同时造成城市交通拥堵率的上升，随之而来的车辆怠速燃油浪费现象也愈发严重。近几年来，发动机自启停技术逐渐成为一项热门的汽车环保技术。在车辆行驶过程中，当满足一定条件时，怠速时的发动机在发动机自启停系统的控制下可以短暂性的关闭，并在工作时自动重启，从而有效降低汽车的燃油消耗^[1]。

尽管自启停系统具有降低油耗的好处，但是目前车辆上自启停系统的使用率却比较低。目前车辆上现有的自启停系统的触发方式主要是依赖于对发动机运行状态以及踏板状态及车速等信息的综合判断来实现^[2]。现有技术方案中发动机自启停系统的触发方式过于机械化，只考虑车辆自身状态，并不考虑路况及交通信息。这种触发方式存在诸多不足：（1）在道路拥堵路段，发动机的频繁启停造成燃油浪费的同时还降低了车辆的平顺性和舒适性，极大地影响了驾乘人员的驾乘体验。（2）在红绿灯路口，当红绿灯秒数少于5秒时，启用自启停系统会造成较为明显的起步延迟，进一步影响了驾驶体验^[3]。并且此时节省的燃油少于发动机启动一次消耗的燃油^[4]。这就导致不少装备了自启停系统的车辆的车主驾驶时会把自动启停系统关闭。目前的发动机自启停系统还是脱不开车辆自身范畴，触发方式的不智能使得很大一部分使用者都放弃这一功能。因此，设计一个发动机自启停功能的智能触发系统显得尤为重要。

1.2 研究现状

对此，很多国内外的研究者已经注意到现有发动机自启停系统的问题，并着手于从各个方面改进现有的发动机自启停系统。针对现有发动机自启停触发系统不考虑道路路况的缺点。广汽集团于2015年申请的专利中提出一种新的发动机智能启停控制方法。车辆通过车载无线通信装置向交通信息管理平台发送位置信息并接收交通信息管理平台返回的路况信息^[5]。若此路段为拥堵路段，则关闭自启停系统；若此路段为非拥堵路段，则再依据其他条件判断是否关闭自启停系统。然而该方法并未考虑路口处红绿灯秒数较小时的工况，并且车载通信与交通信息平台的信息交互延迟较大，范围较小，无法保证其传回信息能实时反映当前路段的拥堵情况。而在吉利汽车研究院于2017年申请的专利中，智能启停系统通过交通信息与车辆自身信息的融合处理来实现发动机的智能化启停控制，某种程度上可以有效降低不必要的启停控制和起步延迟问题^[6]。但是该方法中设计的系统只考虑了车辆在路口等待时红绿灯处秒数较少的工况，并未考虑车辆行驶过程中的不同车况，缺乏全面性。与此同时，印度西亚加拉加尔工程学院教授M.S.Aarathy以及S.Abinaya在2015年提出了一种将现有怠速停车系统和无线车载通信相结合的智能启停系统^[7]。该系统通过无线接口获得来自交通控制系统的停车时间信号，并且该交通控制系统具有自学习能力，能自主学习总结空转时间规律。

基于以上的研究现状，不难发现，我们应综合考虑路况信息及路口处红绿灯信息，建立一种基于交互思维的发动机启停智能触发系统。通过判断车辆是否处于拥堵或者红灯停驶状态，以及等待红灯的时长，在保证汽车安全性的前提下避免了不必要的发动机自动启停，从而最大限度节省燃油，实现节能减排的目标。同时使车主更愿意开启该系统，促进发动机自启停系统的推广应用。

1.3 研究内容

本文针对当前发动机自启停系统触发方式过于机械化的问题，基于嵌入式与汽车电子技术，就发动机自启停智能触发系统各部分内容进行研究。在本设计中，通过实现车辆自身信号的读取以及车辆与路边信号中枢的信息交互，建立了一种基于交互思维的发动机自启停智能触发系统，从而能够判断车辆是否处于需要开启自启停系统的工况，避免不必要的发动机自动启停。本设计研究的基本内容如下：

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