一種手自動(dòng)一體式汽車緊急制動(dòng)輔助系統(tǒng)的研究

潘宗友，張亞寧

（蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730060）

一種手自動(dòng)一體式汽車緊急制動(dòng)輔助系統(tǒng)的研究

潘宗友，張亞寧

（蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730060）

針對(duì)汽車緊急情況下駕駛員制動(dòng)遲緩、猶豫造成交通事故，本文研究了一種手自動(dòng)一體式汽車緊急制動(dòng)輔助系統(tǒng)。本系統(tǒng)主要包括傳感器、電控單元和制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其特點(diǎn)是不影響ABS制動(dòng)性能，且實(shí)現(xiàn)了手自動(dòng)一體、啟動(dòng)后制動(dòng)迅速和多種路況下不同的緊急制動(dòng)模式。

交通事故；緊急制動(dòng)；制動(dòng)輔助系統(tǒng)；手自動(dòng)一體

CLC NO.: U461.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)04-26-02

1、背景

近年來(lái)，隨著中國(guó)汽車產(chǎn)銷量的激增，汽車保有量也逐年增加，接近1.4億輛。龐大的汽車保有量導(dǎo)致了城市交通擁擠和道路交通事故頻發(fā)，傳統(tǒng)的汽車制動(dòng)系統(tǒng)智能化程度不高，不夠人性化，同時(shí)一些人為的遲、誤等操作因素也進(jìn)一步加劇了交通事故的發(fā)生頻率。

在緊急制動(dòng)的情況下，由于要求駕駛員緊急踩制動(dòng)，部分駕駛員（尤其是女性、年老和新駕駛員）反應(yīng)遲緩，腿部踩踏力不能及時(shí)施加到最大，從而使汽車制動(dòng)距離增大；甚至個(gè)別新駕駛員由于緊張等因素誤踩油門踏板（自認(rèn)為是踩制動(dòng)踏板），從而造成汽車追尾、撞人及其他碰撞等交通事故，造成了極大的社會(huì)危害。

汽車緊急制動(dòng)輔助系統(tǒng)BA能夠幫助駕駛員更加快速有效地制動(dòng)，當(dāng)汽車行駛前方出現(xiàn)突發(fā)情況時(shí)，駕駛員將會(huì)采取緊急制動(dòng)措施，使制動(dòng)距離縮短，制動(dòng)效果達(dá)到最佳狀態(tài)，從而有效的降低交通事故的發(fā)生，降低人員的傷亡，減少人民的生命財(cái)產(chǎn)的損失。如圖1所示，配備汽車緊急制動(dòng)輔助系統(tǒng)的汽車制動(dòng)距離明顯小于沒(méi)有配備的，制動(dòng)效果提高顯著。

2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本手自動(dòng)一體式汽車緊急制動(dòng)輔助系統(tǒng)的研究主要有以下幾方面內(nèi)容：

（1）手自動(dòng)一體式汽車緊急制動(dòng)輔助系統(tǒng)的制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)：包括外形設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)、動(dòng)力學(xué)分析、與原車制動(dòng)系統(tǒng)（含ABS）的配合及連接關(guān)系設(shè)計(jì)等；制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)重點(diǎn)研究的是制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的力學(xué)分析保證機(jī)構(gòu)的制動(dòng)可靠性和研究執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)，防止與相鄰零部件的運(yùn)動(dòng)干涉。

（2）手自動(dòng)一體式汽車緊急制動(dòng)輔助系統(tǒng)的電子控制模塊設(shè)計(jì)：包括硬件和內(nèi)部程序的設(shè)計(jì)；手自動(dòng)一體式汽車緊急制動(dòng)輔助系統(tǒng)對(duì)汽車前端的雷達(dá)、紅外傳感器及汽車車速等信號(hào)的采集及處理；采用汽車?yán)碚摰认嚓P(guān)知識(shí)來(lái)計(jì)算前后車輛的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度和車距、汽車緊急制動(dòng)所需的最小制動(dòng)距離等，為汽車緊急制動(dòng)輔助系統(tǒng)的電子控制模塊的內(nèi)部程序設(shè)計(jì)提供理論及自處理運(yùn)算提供判斷依據(jù)。

本汽車緊急制動(dòng)輔助系統(tǒng)應(yīng)能夠根據(jù)相關(guān)傳感器自動(dòng)識(shí)別路況天氣情況，區(qū)分不同路況天氣情況下的制動(dòng)安全距離等，分為正常模式（良好晴朗天氣）、濕滑路面模式（雨天、積水路面等）和雪地模式（冰雪路面）。

（3）手自動(dòng)一體式汽車緊急制動(dòng)輔助系統(tǒng)對(duì)汽車原配備的傳統(tǒng)的制動(dòng)系統(tǒng)及ABS等制動(dòng)系統(tǒng)沒(méi)有任何影響，在采取本汽車緊急制動(dòng)動(dòng)作時(shí)，汽車原ABS制動(dòng)系統(tǒng)仍保持正常的制動(dòng)動(dòng)作，即防止汽車車輪抱死：增壓——保壓——減壓——增壓的循環(huán)制動(dòng)動(dòng)作。

（4）手自動(dòng)一體式汽車緊急制動(dòng)輔助系統(tǒng)的整個(gè)電路設(shè)計(jì)布置：防止該系統(tǒng)電路影響整車其他電路或影響汽車正常運(yùn)行。采取緊急制動(dòng)時(shí)制動(dòng)燈能夠自動(dòng)點(diǎn)亮，提示后面車輛制動(dòng)。

手自動(dòng)一體式汽車緊急制動(dòng)輔助系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)圖，如下圖2所示。

3、系統(tǒng)功能

研究的手自動(dòng)一體式汽車緊急制動(dòng)輔助系統(tǒng)應(yīng)具有以下幾方面的功能：

（1）低速城市交通道路上，手自動(dòng)一體式汽車緊急制動(dòng)輔助系統(tǒng)的自動(dòng)緊急制動(dòng)動(dòng)作可以根據(jù)前車車速、兩車距離和本車車速等信息來(lái)自動(dòng)啟動(dòng)緊急制動(dòng)功能。

對(duì)汽車前端的雷達(dá)和紅外傳感器的信號(hào)采集及處理，判斷出前后車輛的距離和相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，通過(guò)制動(dòng)減速度來(lái)確定緊急制動(dòng)所需的最小車距，為了安全也可以參照國(guó)家要求的安全應(yīng)急制動(dòng)距離為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定，從而實(shí)現(xiàn)汽車的自動(dòng)緊急制動(dòng)，防范汽車追尾事故。

式中：t1—滯后時(shí)間； t2—制動(dòng)力增長(zhǎng)時(shí)間；

V1—制動(dòng)初始速度，Km/h；jmax—最大穩(wěn)定減速度，m/s2；

通過(guò)上述制動(dòng)距離公式可知，制動(dòng)距離與駕駛員的反應(yīng)時(shí)間t1（制動(dòng)滯后時(shí)間）和制動(dòng)力增長(zhǎng)時(shí)間t2有較大關(guān)系。本系統(tǒng)可以采用自動(dòng)或手動(dòng)制動(dòng)來(lái)極大減小駕駛員的反應(yīng)時(shí)間t1（制動(dòng)滯后時(shí)間），從而有效的縮短制動(dòng)距離，防止事故的發(fā)生。

（2）手自動(dòng)一體式汽車緊急制動(dòng)輔助系統(tǒng)的制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電子開(kāi)關(guān)及電流大小的研究，確保制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作靈敏迅速，保證緊急制動(dòng)的迅速性；同時(shí)，根據(jù)制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)分析來(lái)確定電磁閥等電路的電流大小，保證整個(gè)手自動(dòng)一體式汽車緊急制動(dòng)輔助系統(tǒng)的工作可靠性。

通過(guò)公式（1）可知，制動(dòng)距離與駕駛員的反應(yīng)時(shí)間t1（制動(dòng)滯后時(shí)間）和制動(dòng)力增長(zhǎng)時(shí)間t2有較大關(guān)系。通過(guò)本系統(tǒng)的機(jī)械式制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作可以極大地減小制動(dòng)力增長(zhǎng)時(shí)間t2或極大的減小由于駕駛員緊張情緒等造成的制動(dòng)力緩慢增長(zhǎng)等情況，從而有效的減小了制動(dòng)距離，防止追尾等事故發(fā)生，保證了行車安全；特別對(duì)新手和女性、年老的駕駛員有著重要作用，可以降低其駕駛時(shí)的緊張情緒，降低事故發(fā)生。所以，如果有緊急事件時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)或手動(dòng)啟動(dòng)本緊急制動(dòng)系統(tǒng)可以極大地減小駕駛員的反應(yīng)時(shí)間t1（制動(dòng)滯后時(shí)間）和制動(dòng)力增長(zhǎng)時(shí)間t2，有效的降低制動(dòng)距離，防止事故的發(fā)生。

（4）手自動(dòng)一體式汽車緊急制動(dòng)輔助系統(tǒng)的電子控制模塊的硬件和內(nèi)部程序的設(shè)計(jì)：首先是汽車前端的雷達(dá)、紅外傳感器及汽車車速等信號(hào)的采集及處理；其次是根據(jù)各傳感器信號(hào)來(lái)判斷前后車輛的距離和相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度；最后是根據(jù)車速與相對(duì)車距（應(yīng)急安全距離）來(lái)確定是否自動(dòng)啟動(dòng)緊急制動(dòng)。

根據(jù)不同工作模式：正常模式（良好晴朗天氣）、濕滑路面模式（雨天、積水路面等）和雪地模式（冰雪路面），來(lái)設(shè)定不同情況下的制動(dòng)安全距離，從而保證不通路況情況下本緊急制動(dòng)系統(tǒng)工作性能良好，保證行車安全。

4、小結(jié)

本手自動(dòng)一體式汽車緊急制動(dòng)輔助系統(tǒng)是在原車ABS制動(dòng)系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加的一套輔助緊急制動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)原車ABS系統(tǒng)沒(méi)有任何影響。其創(chuàng)新點(diǎn)主要是采用機(jī)械式制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)保證制動(dòng)的迅速性；采用傳感器來(lái)判斷不同路況情況設(shè)置不同的制動(dòng)安全距離來(lái)保證行車安全；采用手動(dòng)和自動(dòng)雙開(kāi)關(guān)式的緊急制動(dòng)模式，從而有效的降低駕駛員的緊張情緒，為行車安全提供了保障。

[1]袁耀龍．某轎車機(jī)械式緊急制動(dòng)輔助裝置設(shè)計(jì)與仿真研究.吉林：吉林大學(xué)碩士論文，2012.

[2]大陸集團(tuán)推出EBA-City和SPEED產(chǎn)品,支持無(wú)事故的安全駕乘[J]. 汽車零部件. 2011(10).

[3]余志生.汽車?yán)碚揫M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2009.3.

Research on a kind of manual and automatic integrated automobile

emergency brake assist system

Pan Zongyou, Zhang Yaning
（Lanzhou Petrochemical College of Vocational Technology, Gansu Lanzhou 730060）

In view of the automobile emergency braking retardation driver, hesitate to cause traffic accidents, this paper studies a kind of manual and automatic integrated automobile emergency brake assist system. The system includes sensors, electronic control unit and a brake execution mechanism, its characteristics are not influenced by the brake performance of the ABS, and realizes the emergency braking mode of manual and automatic integrated, after starting the brake quickly and various conditions of different.

traffic accident；emergency braking；brake assist system；manual and automatic integrated type

U461.3

A

1671-7988(2015)04-26-02

潘宗友，碩士研究生，講師，就職于蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院，主要研究方向?yàn)槠嚇?gòu)造、汽車檢測(cè)與維修等。