可變助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在汽車主動安全領(lǐng)域的應(yīng)用

唐煒++董殿陽

摘 要：該文針對因駕駛員規(guī)避障礙過晚而可能發(fā)生碰撞的情況，分析了駕駛員的行為特征，提出將可變助力系統(tǒng)應(yīng)用于汽車主動安全領(lǐng)域的思路，最終達(dá)到提高行車安全的目的。

關(guān)鍵詞：主動安全 可變助力 行為特征

中圖分類號：U463.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）12（b）-0079-01

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，汽車的普及和應(yīng)用將更加普遍和深入，隨之帶來的道路交通安全問題也已成為世界性的大問題，汽車的安全性能對人類生命和財(cái)產(chǎn)安全的影響是不言而喻的。近些年，越來越多的先進(jìn)技術(shù)被應(yīng)用到汽車上，汽車的安全性能正日趨完善[1]。

汽車安全技術(shù)可以分為被動安全技術(shù)和主動安全技術(shù)。被動安全技術(shù)如安全氣囊、安全帶等主要針對事故發(fā)生后減輕人員傷害和貨物損失，主動安全技術(shù)如防抱死制動系統(tǒng)、防滑系統(tǒng)等主要作用是避免事故的發(fā)生。當(dāng)前主動安全技術(shù)的研究已經(jīng)成為領(lǐng)域熱門。

1 可變助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)介紹

目前大部分汽車都裝有助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)主要用于協(xié)助駕駛員調(diào)整方向，減輕駕駛者的疲勞強(qiáng)度。隨著汽車技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，普通的助力系統(tǒng)也暴露出其局限性，汽車高速行駛時(shí)由路面通過輪胎反饋到方向盤的路感降低了，高速時(shí)方向盤太輕造成方向穩(wěn)定性變差。所以出現(xiàn)了可變助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，主要作用為在車速高時(shí)減少助力使方向盤變重以增加穩(wěn)定性，低速時(shí)增加助力使方向盤變輕以減輕疲勞強(qiáng)度[2]。

可變助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)根據(jù)其變化的助力類型不同，大致可以分為兩類：助力力度可變的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和速比可變的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。助力力度可變的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能夠隨車速改變助力力度，在低速行駛狀態(tài)下助力增大轉(zhuǎn)動方向盤更加輕盈省力，而當(dāng)車輛高速行駛時(shí)，能夠降低助力，使方向盤轉(zhuǎn)動阻力增大，手感變沉，靈敏度降低，車輛行駛穩(wěn)定性得到提升。速比可變的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能夠隨車速而改變方向盤轉(zhuǎn)動角與車輪轉(zhuǎn)動角的比值，高速狀態(tài)時(shí)調(diào)大比值，在轉(zhuǎn)動相同方向盤角度的情況下車輪的偏轉(zhuǎn)角更小，反之低速狀態(tài)時(shí)調(diào)小比值。

2 可變助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)用于主動安全切入點(diǎn)

行駛在公路上的汽車因司機(jī)疏忽等原因遇到緊急情況時(shí)，如即將與前方障礙發(fā)生碰撞，駕駛員往往會采取兩個(gè)動作用于避免發(fā)生事故：急踩剎車、急打轉(zhuǎn)向盤。與常規(guī)制動不同的是，緊急情況下駕駛員的制動舉措會更急促，剎車踏板所受壓力會急劇增大。與常規(guī)轉(zhuǎn)向不同的是，緊急情況下駕駛員的轉(zhuǎn)向也會更迅速，轉(zhuǎn)向軸所受的扭矩會急劇增大。在這種情況下車輛避免碰撞的最主要條件是與障礙物之間的距離足夠大，如果兩者之間距離不夠則會因車輛絕對速度過大或轉(zhuǎn)向不及時(shí)而發(fā)生碰撞，如果車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力是可變的，并且在這種緊急情況下及時(shí)增大了助力，則車輛的偏向角會因此而增大，有利于車輛躲避障礙。

3 可變助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)用于主動安全設(shè)計(jì)

剎車踏板下安裝壓力傳感器，壓力傳感器與電子控制單元相連接，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測駕駛員對踏板所施加的壓力；轉(zhuǎn)向軸安裝扭矩傳感器，扭矩傳感器與電子控制單元相連接，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測駕駛員對轉(zhuǎn)向軸所施加的扭矩。電子控制單元對兩傳感器傳輸來的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理并判別車輛是否遭遇緊急情況，當(dāng)遭遇緊急情況則主動調(diào)節(jié)助力，使助力增大利于駕駛員避免車禍。

設(shè)踏板在常規(guī)制動時(shí)所受壓力的變化率最大值為K1，電子控制單元計(jì)算出的實(shí)時(shí)壓力變化率為K2；設(shè)轉(zhuǎn)向軸在常規(guī)轉(zhuǎn)向時(shí)所受扭矩的變化率最大值為K3，電子控制單元計(jì)算出的實(shí)時(shí)扭矩變化率為K4。電子控制單元對兩數(shù)據(jù)K2、K4分別與K1、K3進(jìn)行對比，當(dāng)滿足K2>K1，K4>K3時(shí)，可判定為緊急情況，即可調(diào)整助力。信息采集與處理流程圖如圖1所示。

K1、K3的取值基于大量數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上得出，反映的是駕駛員對車輛發(fā)生碰撞的可控性，K1、K3兩邊的值表示緊急情況與常規(guī)情況，同時(shí)助力調(diào)節(jié)的大小也需要依據(jù)大量的碰撞數(shù)據(jù)擬合得出。

K2、K4通過電子控制單元計(jì)算得出。取某時(shí)刻t0為初始監(jiān)測時(shí)刻，設(shè)監(jiān)測周期為T，t0時(shí)刻監(jiān)測到的壓力為N1，t0+T時(shí)刻監(jiān)測到的壓力為N2，則在周期T內(nèi)的壓力變化率

同理，t0時(shí)刻監(jiān)測扭矩為M1，t0+T時(shí)刻監(jiān)測扭矩為M2，周期T內(nèi)的扭矩變化率

K2、K4的計(jì)算值越大，表明監(jiān)測周期內(nèi)監(jiān)測值的變化越大。

4 結(jié)語

可變助力系統(tǒng)應(yīng)用于主動安全領(lǐng)域是汽車技術(shù)的一大理論創(chuàng)新。文中分析了一種特殊情況下可嵌入可變助力系統(tǒng)的兩大切入點(diǎn)，即緊急情況踏板所受壓力和轉(zhuǎn)向軸所受扭矩有別于常規(guī)情況，在此基礎(chǔ)上又提出了將可變助力系統(tǒng)應(yīng)用于汽車主動安全領(lǐng)域的具體思路，并給出了幾個(gè)主要參數(shù)的獲取思路。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊秀芳，張新，常桂秀，等.汽車主動安全技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢[J].重慶工學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2008，22（4）：15-17.

[2] 羅新聞.汽車可變轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理[J].汽車維修與保養(yǎng)，2011（12）：30-30.endprint