汽車防坡道溜車裝置設(shè)計(jì)分析

趙柏涵 吳國錄 劉天碩 王藝霏 張祺 付欣月

【摘? 要】近年來，汽車制造技術(shù)不斷發(fā)展，汽車產(chǎn)品的性能也大大提升。盡管如此，我國大部分家庭用戶中的汽車變速器仍是手動變速器，手動變速器的操作復(fù)雜、反應(yīng)慢、易拖檔，在坡道起步時容易出現(xiàn)坡道后溜問題，進(jìn)而使汽車出現(xiàn)安全事故的幾率增加。基于此，論文依據(jù)先進(jìn)的理論與技術(shù)探究一套基于多傳感器的動力制動系統(tǒng)與彈簧制動相結(jié)合的自動緊急制動系統(tǒng)，從原理、構(gòu)成、實(shí)現(xiàn)路徑等方面對自動緊急制動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用問題展開分析，以供參考。

【Abstract】In recent years， automobile manufacturing technology has been developing continuously， and the performance of automobile products has been greatly improved. However， the automobile transmission in most domestic users in China is still a manual transmission. The operation of the manual transmission is complex， slow， easy to drag， and it is easy to slip after the ramp when the ramp starts， which increases the probability of the automobile safety accident. Based on this， this paper explores a set of automatic emergency braking system based on multi-sensor power braking system and spring braking based on advanced theory and technology. The design and application of automatic emergency braking system are analyzed from the aspects of principle， composition and realization path， for reference.

【關(guān)鍵詞】坡道溜車;汽車制動;自動緊急制動系統(tǒng)

【Keywords】ramp sliping; automobile braking; automatic emergency braking system

【中圖分類號】U463.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2021）01-0162-02

1 引言

交通事故發(fā)生的隨機(jī)性和突發(fā)性導(dǎo)致更多的事故難以預(yù)防，一半以上的車輛相撞是追尾碰撞。為了提高道路交通的安全性，汽車制動已經(jīng)成為一個關(guān)鍵問題。因此，如何及時發(fā)現(xiàn)機(jī)動車溜車并且及時制動避免其發(fā)生交通事故是非常重要的一個點(diǎn)。為了防止車輛起步時因人為操作原因造成溜車，本文分析設(shè)計(jì)一個檢測汽車是否溜車并進(jìn)行有效制動防止因車輛下滑造成交通事故的系統(tǒng)，旨在進(jìn)一步提升汽車安全性能，盡可能減少或避免安全事故的發(fā)生[1]。在分析探究汽車自動緊急制動系統(tǒng)之前，下面先結(jié)合實(shí)際對汽車坡道后溜問題的產(chǎn)生原因進(jìn)行分析。

2 汽車坡道后溜問題原因分析

所謂坡道起步，指的是機(jī)動車在一定坡道上由靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榍斑M(jìn)狀態(tài)的這一過程。在這一過程中極有可能發(fā)生后溜問題，也極易出現(xiàn)車輛安全事故。有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，我國近年來因坡道后溜而引起車輛安全事故的事例不斷增多，由此可見，后溜問題已經(jīng)成為威脅車輛以及駕駛員、乘車人安全的重要隱患之一。對汽車坡道后溜問題進(jìn)行深入分析可知，導(dǎo)致后溜問題產(chǎn)生的主要原因不外乎以下幾種：第一是在駕駛時駕駛員沒有正確操作油門、離合器，對兩者的配合操縱不夠準(zhǔn)確從而引起車輛后溜;第二是在起步時未及時踩踏油門，動力供給滯后引起車輛后溜;第三種原因是在駕駛過程未能準(zhǔn)確把握松手制動時機(jī)并因此引發(fā)后溜問題[2]。

3 自動緊急制動系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路與設(shè)計(jì)研究現(xiàn)狀

3.1 總體設(shè)計(jì)思路

基于上述分析，這里提出一套基于多傳感器的動力制動系統(tǒng)與彈簧制動相結(jié)合的自動緊急制動系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠根據(jù)車輪旋轉(zhuǎn)方向、坡度值及發(fā)動機(jī)是否提供了動力，同時考慮到車輛的重量、路面附著系數(shù)等因素，判斷出車輛是否處于溜車狀態(tài)，如果處于溜車狀態(tài)，則自動啟動制動系統(tǒng)，再通過紅外線測距傳感器，檢測后方是否有車輛或行人以及與后方車輛或行人的距離，如若距離很近，則附加啟動彈簧制動，令車輛制動更加迅速，從而預(yù)防安全事故的發(fā)生[3]。

3.2 設(shè)計(jì)研究現(xiàn)狀

關(guān)于汽車防坡道溜車問題，一直以來國內(nèi)外均有研究。2017年12月21日，美國公路安全保險協(xié)會（IIHS）及美國高速公路安全管理局（NHTSA）共同發(fā)布了一個資料顯示，2017年美國汽車市場緊急制動系統(tǒng)（AEB）普及率排名，占據(jù)美國市場99%份額的20家汽車制造商達(dá)成一項(xiàng)自愿的協(xié)定：在2022年之前，將自動緊急制動（AEB）作為幾乎所有車型的標(biāo)準(zhǔn)配置[4]。這一協(xié)定達(dá)成后一些車企加大了技術(shù)研究并取得了一定成果。依頓公司與洛克威爾公司現(xiàn)在生產(chǎn)一種更寬的制動器磨擦襯片，這種加寬的磨擦襯片容易使制動器冷卻，并把更換間隔延長30%。MGM制動器公司開發(fā)出一種電子設(shè)備，能對貨車和掛車上的彈簧安全制動器執(zhí)行元件進(jìn)行監(jiān)控，它通過安裝在底盤上的警報燈或駕駛室儀表板上的警報燈向司機(jī)報警。但也有另一些企業(yè)沒有做出實(shí)際行動。對美國汽車商所達(dá)成的協(xié)定分析可知，汽車商協(xié)議的主要成果是低速AEB系統(tǒng)，這種系統(tǒng)主要是安裝在汽車的前進(jìn)隔柵位置或前風(fēng)窗玻璃位置，在汽車行駛時，系統(tǒng)中的激光雷達(dá)設(shè)備會對6～8m范圍內(nèi)的路況進(jìn)行監(jiān)測[5]。低速AEB系統(tǒng)雖有一定的應(yīng)用價值，但功能有限，無法從根本上解決汽車后溜等相關(guān)的安全隱患。然而根據(jù)各汽車商所達(dá)成的協(xié)議可知，高速AEB尚不會成為每款車型的標(biāo)準(zhǔn)配置。因此在這一問題上還需做更大努力去研究與解決。在國內(nèi)，AEB技術(shù)在自主品牌上的配備也已經(jīng)較為可觀，長城、廣汽、吉利、上汽、長安、寶駿等品牌也都陸續(xù)為汽車產(chǎn)品裝配了AEB技術(shù)。且在需求的推動下，我國在這一領(lǐng)域中的技術(shù)研究不斷推進(jìn)，相關(guān)的技術(shù)、產(chǎn)品為車輛提供了安全保障[6]。

4 自動緊急制動系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)路徑與應(yīng)用

本文提到的自動緊急制動系統(tǒng)是結(jié)合了彈簧制動與動力制動兩種技術(shù)手段。系統(tǒng)運(yùn)行時，其能根據(jù)車輪旋轉(zhuǎn)方向、坡度值等指標(biāo)與參數(shù)判斷汽車動力是否充足到位，且在車輛啟動時能綜合考慮路面粗糙程度、附著系數(shù)以及車輛重量掌握車輛狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)車輛后溜現(xiàn)象并采取相應(yīng)處理措施。如當(dāng)系統(tǒng)檢測到車輛有后溜跡象時，其會自動啟動制動功能對車輛進(jìn)行控制。在自動啟動制動功能的同時，系統(tǒng)也會通過紅外線測距傳感器對汽車周圍的路況進(jìn)行監(jiān)測分析，如車輛周圍是否有行人、行人與車輛的距離、車輛后方是否有車輛等，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果再作進(jìn)一步的處理。當(dāng)監(jiān)測到有行人或其他車輛在車輛后方較近的位置時，系統(tǒng)會附加啟動彈簧制動，進(jìn)一步提高車輛制動速度，將事故發(fā)生幾率降到最低[7]。自動緊急制動系統(tǒng)以單片機(jī)為主控芯片，采用三維角度傳感器，AB相編碼器檢測坡度傾角和車輪轉(zhuǎn)向等信息以及通過路由器實(shí)現(xiàn)智能小車與PC端的無線通信，實(shí)現(xiàn)防溜車模擬測試功能[8]。

在設(shè)計(jì)這一自動制動系統(tǒng)時，主要運(yùn)用LABVIEW編程軟件進(jìn)行開發(fā)，基于MATLAB的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立車輛半坡制動距離仿真模型，最后經(jīng)過大量的試驗(yàn)完成系統(tǒng)建設(shè)。在設(shè)計(jì)過程中，利用LABVIEW軟件編程模擬汽車半坡啟動溜車的狀態(tài)，根據(jù)分析結(jié)果隨機(jī)取定制約因素，取得數(shù)值后基于數(shù)據(jù)進(jìn)行大量模擬試驗(yàn)最終得到模擬數(shù)據(jù)。在模擬數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上構(gòu)建起基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的車輛半坡溜車預(yù)測模型，在模型中輸入天氣狀況、路面附著系數(shù)以及制定減速度等信息，信息輸入后借助先進(jìn)技術(shù)與算法解算出溜車制動所需距離，并將其輸出，作為自動制動系統(tǒng)建設(shè)的重要參考依據(jù)。完成以上工作后，基于MATLAB神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱進(jìn)行編程、仿真處理，得到各影響因素與車輛半坡溜車制定距離之間的關(guān)系，據(jù)此建立起車輛半坡啟車方溜車制動系統(tǒng)，為車輛安全提供保障[9]。

5 結(jié)語

綜上所述，為解決汽車坡道溜車問題，本文分析了汽車坡道溜車原因與特征，并參考了汽車半坡溜車模型的研究成果，基于汽車制動過程中的運(yùn)動狀態(tài)以及制動系統(tǒng)原理建立了一個車輛半坡啟車防溜車制動仿真模型。之后依據(jù)車輛制動距離，路面附著系數(shù)等進(jìn)行了大量計(jì)算與實(shí)驗(yàn)?zāi)M，建立起了車輛半坡啟車溜車模擬系統(tǒng)，并在不同條件下依次測試，最終得到了具有較高穩(wěn)定性、可靠性以及實(shí)際應(yīng)用價值的自動制動系統(tǒng)。

研究與實(shí)踐證明，基于多傳感器的動力制動系統(tǒng)與彈簧制動相結(jié)合的自動緊急制動系統(tǒng)操作簡便、反應(yīng)迅速、監(jiān)測精度高、制動效果好，具有一定的應(yīng)用與推廣價值。

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