汽車制動優化控制方法探析

趙喜亮 凌宏根

摘 要：正所謂科技是一把有利有弊的雙刃之劍，但人類從來不會因為科技帶來的弊端而產生停止探索的念頭，因為科技產生的問題是可以通過新的科技來彌補和改進的，止步不前才是最愚蠢的做法。正如各種新型交通工具的發明以及對已有交通工具的不斷改進，都是在創新、探索科技的基礎上進行的。這里討論的優化系統正是體現了這種不懈的探索精神，因為這些相關的專業人員的上下求索，即使路漫漫其修遠兮，這些橫亙眼前的問題最終還是會得到解決的。

關鍵詞：汽車制動;優化;控制

鼓式制動器根據其結構都不同，又分為：雙向自增力蹄式制動器、雙領蹄式制動器、領從蹄式制動器、雙從蹄式制動器。其制動效能依次降低，最低是盤式制動器;但制動效能穩定性卻是依次增高，盤式制動器最高。也正是因為這個原因，盤式制動器被普遍使用。

1 汽車制動行業發展狀況

現代汽車制動器的發展起源于原始的機械控制裝置，最原始的制動控制只是駕駛員操縱一組簡單的機械裝置向制動器施加作用力，那時的汽車重量比較小，速度比較低，機械制動已經能夠滿足汽車制動的需要，但隨著汽車自身重量的增加，助力裝置對機械制動器來說越來越顯得非常重要。從而開始出現了真空助力裝置。

1932年生產重量為2860kg的凱迪拉克V16車四輪采用直徑419.1mm的鼓式制動器，并有制動踏板控制的真空助力裝置。林肯公司也于1932年推出V12轎車，該車采用通過四根軟索控制真空助力器的鼓式制動器。隨著科學技術的發展及汽車工業的發展，尤其是軍用車輛及軍用技術的發展，車輛制動有了新的突破，液壓制動是繼機械制動后的又一重大革新。

2 摩擦力非線性是主要缺陷

就中國目前的情況來看，汽車大多是以磁振式或者機械式ABS系統來制動的，在車速不快、路面情況并比較好、沒有意外發生的情況下這種制動系統還是比較能保證車輛安全剎車的。但在現實生活中，難免會有各種意外狀況的發生，當需要緊急制動的時候，這些系統的弊端就很明顯。造成這些弊端最關鍵的一個因素是輪胎在剎車的時候，摩擦力呈現出比較顯著的非線性關系，這種非線性關系會延遲汽車制動系統的奏效時間，遇到危急情況，一旦發生油門瞬間熄火和輪胎抱死導致汽車失控等情況，會致使汽車駕駛人員和相關人員處于非常危險的境地[1]。在道路結冰或者雨雪天氣的時候，地面與車輪的摩擦力較之正常天氣小了很多，而現在的車輛制動系統大多是基于日常情況亦即摩擦力正常范圍的情況下設定的，很難滿足這種特殊狀態下的需求。

以上兩種情況在生活中是非常常見的，無論是緊急剎車還是路面情況不佳，都是駕駛員最需要制動系統的時候，但是當下的很多汽車卻不能滿足這種關鍵時刻的制動要求。

3 針對傳統制動系統的改進辦法

前面已經論述了當前大部分汽車在制動時面臨的問題和弊端，具體解決辦法的探究也就集中在，如何使車輛的制動功能強弱隨著不同情況下的需求發生相應的變化。之前有研究人員提出，通過調節制動的控制參數，使之由固定的參數轉為可變的參數來解決這個問題。傳統汽車在剎車過程中，從觸發剎車開始到車輛完全靜止的所需要的路程與剎車時的車速處于正比例關系，因為控制系數是無法改變的，無論在什么情況下，剎車距離和時間幾乎完全由車輛的行駛速度所決定。現在這種能夠改變控制參數的神經優化控制網絡方法，主要是通過搭建控制網絡和變參數控制兩個部分來實現的。在第一個部分中，先假定存在著的N個控制信號中的一個是A，經過反饋機制的練習之后得到實際參數，將所有的N個控制信號都經過反饋機制來計算出具體數值，通過這樣不斷重復的過程就可以得到一個由這些數值所組成的控制網絡[3]。

第二個部分是與變參數控制的調節相關的。在第一部分中，已經計算出每一個控制參數和總的控制參數的誤差。接下來需要做的是在不同情況下將制動系數調整為與之適應的范圍，亦即使汽車的剎車效果真的能做到在不同的情況下可大可小，適應不同的需求。這需要對搭建控制網絡時的參數輸出層進行調整，即變化它的權重系數。具體的調整過程時按搭建控制網絡的參數的誤差來計算的，假設那N個參數的誤差為Wi，總誤差為W，要達到調整的效果，需要反向調整Wi自身的變化梯度，從而達到縮小誤差、收攏整個控制網絡的目的，然后根據逐層遞減法推理出每個輸出信號的修正公式，使輸出信號的誤差經過該公式的調整得到有效控制。

4 優化網絡的應用前景

對現代人尤其是年輕人而言，追求的是新鮮和刺激，喜歡探索外部世界，對交通工具特別是汽車的需求是不容小覷的。而對中年人而言，無論是日常代步還是出遠門，汽車都是生活中的必需品。所以汽車行業方興未艾，前景很好。人們在選購汽車的時候，首選因素就是安全，如果某一個品牌的汽車能在安全性能方面有特別亮眼的表現的話，會成為自身在市場競爭中的一個巨大優勢。從各種交通事故的調查和報道中可以看出，車速過快、路面狀況不好等是發生各種事故的重要因素。而這些因素的根源就在于汽車在制動系統方面面臨的窘迫現狀，所以汽車的安全問題集中在如何優化制動系統，使車輛在剎車時能迅速有效地及時停下。

5 結束語

對人民生命財產的安全而言極為重要的制動系統目前卻面臨著非常嚴重的問題，主要原因在于輪胎在剎車時的摩擦力呈現非線性關系，并不是一個可控性很強的線性關系，這也就直接導致制動系統會在剎車時有時間延遲。在關鍵時刻，這種延遲會出現非常嚴重的后果，嚴重時甚至會發生車輪抱死的危險情況。而在路面情況不佳的時候，現有的制動系統因為無法改變的制動參數，在剎車時也會有很多問題。如何在路面較滑，摩擦力較小的情況下安全制動，是一個亟需解決的問題。

參考文獻：

[1]王鋒，范小彬，金柯，et al.基于路面識別的汽車制動防抱死優化控制[J].計算機仿真，2017（03）.

[2]楊亞，陶紅艷，余成波.基于Matlab的自適應控制技術在車輛制動中的應用[J].重慶理工大學學報（自然科學），2017（07）：69-74.

[3]馬一迪，趙小惠，劉俊俊，et al.汽車急剎車操作制動控制器優化設計仿真[J].計算機仿真，2017（07）.