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1、毕业论文（设计）题 目 公交车平顺性检测装置研究 院 系 专 业 学生姓名 学 号 指导教师 职 称 二一三 年 五 月 六 日目 录1 绪论11.1研究背景11.2研究目的及意义21.3研究现状31.3.1国外研究现状31.3.2国内研究现状42.公交车平顺性的影响因素与评价体系42.1客观影响因素52.1.1加速度变化的影响52.1.2车辆振动的影响52.2评价方法62.2.1加速度变化率的评价方法72.2.2公交车振动的评价方法83.平顺性检测装置硬件电路研究设计113.1单片机核心模块113.1.1STC89C52芯片简介113.1.2主要功能特性133.1.3STC89C52芯片封装
2、133.1.4 STC89C52引脚功能143.1.5控制信号介绍153.2加速度模块154.系统软件设计174.1开发环境介绍174.2 加速度模块185.论文总结与研究展望195.1总结205.2研究展望21参考文献21致 谢22公交车平顺性检测装置研究严燕青南京信息工程大学自动化专业，南京 210044摘要：随着社会经济的发展，交通问题越来越得到大众的重视，公交车作为生活中的一种主要载体，其服务质量也越来越得到民众的关注。公交车的平顺性好坏则是服务质量中的重要指标，本文以平顺性检测为研究主题，进行探讨研究。通过归纳总结，确定了加速度变化率以及车身振动两种影响因素，并对这两种影响因素的评价
3、方法进行了汇总与研究。本文基于51单片机建立加速度模块、显示模块等，经过不断的硬件电路设计与软件编程，最终实现了对公交车平顺性的检测。该装置可以有效检测监控现如今公交车的行驶状况，有效改善平顺性，进而提高公交车服务质量，缓解交通拥堵与安全问题。关键词：公交车；平顺性；单片机；ADXL3451 绪论1.1 研究背景已改 我国城市化水平逐年提高，这极大程度上提高了人们的生活水平，同时也促进了经济发展以及社会进步，但伴随着交通需求量的快速增长，大量的交通拥堵现象在城市中频繁出现，交通供需矛盾显得更加尖锐。交通问题已不仅仅是交通领域内部的问题，也是一个社会问题，一个全球性的问题。交通通畅，则城市充满活
4、力；交通拥堵，则城市聚集效应以及规模效应难以实现。交通拥堵不但造成了城市里日常的生活秩序显得紊乱，于是致使社会经济、政治、文化、社会与生态文明等功能的衰退，而且会引发城市环境质量的退化，“行路难，乘车难”也成为了人民群众反映的一大社会热点问题。据相关研究表明，我国大多数的城市已经表现出不同程度上交通拥堵的现象，居民外出不方便，交通运输的成本也随之水涨船高。城市交通拥堵问题，对我国城市产生了越来越大的压力，成为制约城市化水平提高，城市全面发展的一大难题。为了解决城市交通拥堵的问题，城市开通了地铁、高铁等交通工具来缓解部分城市交通压力，取得了不错的效果，但并不能从根本上解决交通拥堵的问题。汽车时代
5、的到来，城市化水平的提高，经济的不断发展，私家车得到大大普及，城市道路负荷不了急剧增加的车辆，尽管说有许多控制私家车上路的措施，例如单、双号出行、平常日休息日出行、限时限地出行等，但这些举措只能在一定程度上缓解交通压力。经过相关部门调查，公交车作为城市的主要出行力，能够很大程度上减轻出行压力，并且在同等服务水平下，公交车可以极大程度上节省公路交通资源，同时它平均占用公路的面积最小，在目前的交通方式中，公交车、自行车与人占据的道路资源比为1:4:121。因此在路况较差的地段，我们应该优先选择公交车出行，这样将节省交通压力，提高出行效率。如今在中国的城市公交系统之中，公交车以及地铁总共承担了80%
6、以上的客运流量2。由此可见公交车辆在城市公共交通系统中的地位不容忽视，提高公交车舒适性指标势必使“行路难，乘车难”的社会难题得到有效缓解，其中，对公交车平顺性进行有效检测控制又是举足轻重的环节。这些年以来，社会人群对于公交车行驶平顺性的关注度越来越高。在城市化程度不断加深，交通依赖性迅速增长，交通方面的供需矛盾逐渐凸显的今天，如何保证公交车受到更多人的欢迎，人们出行时可以乘坐到更舒适、更具平顺性的公交车，是保证城市公交发展需要面临的重要问题。1.2研究目的及意义已改公交车平顺性指的是公交车在平时行驶中针对来自公交车自身工作状态及由于路面不平坦等状况而引发振动的响应能力3，公交车平顺性是公交车自
7、身性能评价系统的重点之一。在交通日益发展的今天，人民外出越来越依赖公交车，与此同时乘客对公交车乘坐的舒适性程度要求逐步提高，而公交车平顺性指标的好坏程度会直接作用到公交车的舒适程度评价。其中，影响公交车平顺性的因素总体来说可以划为两大类：公交车自身因素与行车的路况因素。公交车的平顺性因素不仅仅会影响乘客的舒适性程度，还会影响到乘客自身的身体健康状态心情等方面。不论是驾驶人员还是乘客都要求在驾乘过程中保持高度舒适性，确保驾乘结束后不会影响到之后需要完成的工作或活动。乘客普遍有这样的经历，乘车的不适导致身体诸多不适，据研究机构的有关调查报告显示，有这种经历的乘客占总数的50%，身体会有头晕、呕吐、
8、难受等晕车状况。这样的经历不仅仅影响到驾乘人员的驾乘感受与之后的工作和活动安排，长期积累下来也会导致驾乘人员身体健康得到损伤。因为人们如果长时间待在振动激烈的环境之中，会很容易出现头晕、心慌、疲劳这些不良状况，严重的甚至会引发出各种心脏疾病4。公交车是一个综合的集成系统，其所有组成部分与各性能之间也是相互作用，相互联系的，在公交车的行进过程中，如果车辆本身平顺性效果处理不当，势必会造成持续的振动，这对公交车的各零部件会产生持续冲击，长时间的持续冲击会缩短各零部件的使用寿命，进而车辆本身需要经常维护，增加了维护成本。不但如此，激烈的振动同样会使公交车出现弹跳而产生短时间的离地状况，这对公交车行驶
9、中的稳定性与操纵性而言是很大的安全隐患，严重影响到了公交车的动力传输以及制动效果。此时，为了保障行车安全，驾驶人员必定会降低车速，车速的降低会导致其运行效率降低，并且低速行驶的车辆其燃油燃烧不够充分，燃油效率的下降后，排放性能也会变差。这一系列的举动无形中增加了公交车的燃油使用成本与对外界环境的污染。倘若车速不降低，长期振动除了会致使公交车自身各个零部件有损伤出现，还会使得驾驶人员产生头晕眼花、注意力不集中、疲劳等状况，这些很容易导致交通事故的发生5。公交车行驶中的平顺性，在保证驾驶员的操作安全性，乘客的乘坐舒适性和车辆本身稳定性方面有着显而易见，非常重要的作用。因此，构建合理的公交车平顺性检
10、测装置是非常具有意义的。1.3研究现状已改本论文此次的研究内容是公交车平顺性检测装置，此研究方向需参考汽车平顺性范畴，因此得知车辆平顺性的检测方法以及评价体系中的内容具有深刻的意义。由汽车平顺性引申出的公交车平顺性检测，对提高驾乘人员乘坐舒适性，保证交通拥堵现状得以缓解有着重要的作用。国内外学者在此领域已进行了大量的研究，现在对研究现状总结成文如下。1.3.1国外研究现状已改从1931年开始Reiher与Meister针对十名志愿者利用振动台进行振动测试试验后，国际上就已经产生有关于汽车行驶平顺性的科学研究成果，随后学者们对于汽车行驶平顺性的科研成果得到了不断地完善与发展，大致在60年代后期，
11、国际上对于汽车平顺性的科学研究已有了较长足的进步与发展。在诸多研究中，较具影响力的是Janeway准则以及Dikman的K系数法。于1948年，学者Janeway通过进行大量的实验研究，总结出振动会引起头晕、疲劳、注意力无法集中等不适状况的成果，并以此为根据公布了人体所承受振动的舒适性评价准则，即Janeway评价准则，同时将影响人体所感舒适性的主要原因大致分为三个部分：其中振动的频率在低频段时主要影响因素为加加速度；在中频段时主要影响因素为加速度；在高频段时主要影响因素为速度。Janeway在做了大量数据的实验分析工作之后，得出了人体舒适性的评价指标J值的计算公式以及Janeway准则曲线，
12、同时指出当J值处于Janeway准则曲线的上方，车辆振动对人体感官的影响是最大的6。1957年，德国科学家Dikman在前人的基础上提出创新，通过新的数学方法建立了新的数学模型，在这样的科研结束后提出了K系数法，用来评价车辆行驶过程中的平顺性。之后的学者在如何建立人体振动模型以及人体传递特性方面上进行了大量的科学研究。1961年，D.E.Godman与H.E.Von.Gierker在前人汽车行驶平顺性的研究成果上进行实验与总结，通过大量的分析以及完善后，他们提出，当人体在承受0-100Hz低频低振级振动的时候，可以将此时的人体看作简化的具有刚度阻尼质量的集成系统，并且如果该系统模型的振动频率范
13、围在3-6Hz时，会引发胸腹的共振；如果范围在20-30Hz时，则会引发“头-颈-肩”此系统的共振；如果在60-90Hz时会导致眼球的共振，引起人体的不适。D.E.Godman与H.E.Von.Gierker的研究成果更加印证了振动因素对人体健康的影响。于1968年，通过大量针对性实验的验证，Lee R.A.联合Pradko F.等人得出如下结论：当振动频率处于0-60 Hz范围中，并且输入力大小为0-320N时，身体的变形范围则是0-10.16mm，此时可以把人体简化成一个近似的线性系统。基于此观点，Lee R.A.等人提出了车辆行驶平顺性评价方法功率吸收法，之后又颁布了吸收功率的幅值频率修
14、正法78。提出的吸收功率法将人体视作一个弹性体，在上文提及的情况下可以被看作近似一个线性系统。在人体承受振动时，振动产生的能量为人体吸收，传递至全身。其中人体所吸收振动能量的时间变化率则为吸收功率，用此方法去评价人体承受振动的情况被称之为吸收功率法，这种评价方法主要被美国同北约军方使用。1972年，德国学者Mitschke在前人的研究结果下做出总结及创新，提出新的车辆行驶平顺性的评价方法，他运用座椅垂直方向加速度的均方根以及整车纵向加速度均方根值去评价汽车的行驶平顺性910。尽管说这种评价方法可以更直观地反映出汽车本身平顺性的物理特征，却没有考虑到驾乘人员的直观感受，由于这种影响受到人群主观因
15、素的制约，比方说身体素质不同的人对振动的敏感程度和可承受的振动程度也有不同。这种没有综合考虑到振动因素对人群生理、心理方面影响的评价方法，具有着一定的片面性。1.3.2国内研究现状已改关于汽车平顺性的科学研究在我国展开得较晚，大致在上个世纪70年代左右，由于国外汽车平顺性研究的技术被我国不断学习吸收，以及精密仪器设备被进口引进，由此一直以来我国在汽车平顺性的研究工作才能不断突破与积累，国内才能在基于汽车行驶平顺性的研究工作中有了较大的突破进展。1997年时，我国长安大学的张玉芳研究人员等对汽车平顺性的影响因素做了大量的实验研究，经过不断摸索，他们使用模糊数学理论去评测各方面不同的因素对于汽车平顺性的作用影响，实验结果表明：在各种影响因素之中，振动是影响汽车平顺性的主要因素，再其次就是垂直颠簸，这是由路面不平、路况不佳引起的，接下来则是噪声，前后摆动以及左右摇晃等等。由此可以得出，如果需改善汽车的行驶平顺性，需要减少车辆自身的振动性以及改善道路状况、不平整度，只有如此方可提高乘客所感到的平顺性。1980年左右，清华大学等高校首先利用ISO 2631国际标准作为基础，并进行了大量的研
