驾驶人的驾驶行为对车辆运行安全性有着重要的影响。随着电子、计算机、传感器、三维仿真等新技术的不断发展和涌现，国内外逐渐采用汽车驾驶模拟器作为驾驶行为的研究平台。驾驶模拟器所具有的真实的人车交互操作界面。重复可控的试验工况和安全可靠的极限工况等特点，为驾驶行为的研究提供了一个良好的试验平台。


驾驶模拟器利用各种传感器采集驾驶人的相关操作行为数据，以便对驾驶行为进行分析。具有表征意义的驾驶行为通常为驾驶人对方向盘的转向操作，以及对制动踏板、加速踏板和离合踏板的加减速操作。驾驶模拟器对制动踏板操作的数据采集，通常采用拉线式位移传感器或旋转式编码器采集制动踏板行程。

上述传感器虽然测量精度较高，但是价格较贵，系统成本增加。另外，由于拉线式位移传感器的体积较大，在驾驶模拟器的狭小空间内安装具有一定的难度。针对制动踏板行程的测量问题，本文采用霍尔开关与单片机相结合的方式，设计了一种制动踏板行程测量系统。


系统组成

制动踏板行程测量系统主要由行程采集模块、相位鉴别模块、信号处理模块和数据发送模块组成(图1)。行程采集模块将检测到的制动踏板行程以电压0~5V之间高低变化的数字脉冲的形式输人到相位鉴别模块，相位鉴别模块根据脉冲相位区分出制动踏板下行脉冲和上行脉冲后输人到信号处理模块，信号处理模块计算得到制动踏板行程后，将行程数据通过串口通讯协议RS232发送给上位机。

行程采集模块主要利用霍尔效应原理，对制动踏板行程进行采集。霍尔效应是指当电流通过导体时，在电流的垂直方向施加外磁场。则在垂直于电流和磁场的方向上会产生电动势。它就是根据霍尔效应原理，集成霍尔元件、放大器电路、温度补偿电路及稳压电源电路，从而方便地将所测量的磁输人信号转换成电动势输出的一种传感器。它一般分为输出模拟量的线性型霍尔和输出数字量的开关型霍尔2种。线性型霍尔由雀尔元件、线性放大器和射极跟随器组成。主要用于检测电压、电流等物理量。开关型霍尔开关由稳压电路、霍尔元件、差分放大器、施密特触发器和OC门输出级组成，主要用于检测转速、位移和角度等物理量。由于本系统所测量的物理量为制动踏板行程，所以采用2个开关型霍尔开关HX3144，配合中心线。上等间距布置有7个小磁块的条形磁盘组成行程采集模块，测量制动踏板的行程。


采用行程采集模块对制动踏板行程进行检测时，需要条形磁盘相对与它进行直线运动，而制动踏板运动时是绕着踏板轴转动的，因此，需要将制动踏板的旋转运动转化为直线位移运动，以便于行程采集模块的安装和检测。根据机械设计中的平面连杆机构原理，在制动踏板原有的机械结构的基础上设计了运动转换结构转换结构如下页图3所示。图3中实线部分和虚线部分分别为制动踏板未踩下和踩到底时的位置。

按照图3，将条形磁盘固定于制动踏板的延长臂上则制动踏板旋转运动时的行程等价于条形磁盘上下移动的位移量；将并排固定有2个HX3144霍尔开关的电路板安装在机架上，传感器的安装如下页图4所示。


在条形磁盘的中心线上等间距的嵌有7个直径为4 mm的小磁块，并列安装的A。B这2个贴片的HX3144霍尔开关的电路板正对着固定在机架上，两者之间的间距为5 mm。由于霍尔芯片只对一个方向的磁场敏感，且HX3144的正面对磁场的S极敏感反面对N极敏感，因此在固定传感器时，将2个HX3144的正面对准磁块的S极。当踩动制动踏板时，延长臂上的条形磁盘也随之上下移动，而固定于机架上面的霍尔开关不能移动。则传感器间断地感应到磁场而产生电平高低变化的脉冲信号。