汽車防坡道溜車裝置設計分析

趙柏涵 吳國錄 劉天碩 王藝霏 張祺 付欣月

【摘? 要】近年來，汽車制造技術不斷發展，汽車產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雜、反應慢、易拖檔，在坡道起步時容易出現坡道后溜問題，進而使汽車出現安全事故的幾率增加。基于此，論文依據先進的理論與技術探究一套基于多傳感器的動力制動系統與彈簧制動相結合的自動緊急制動系統，從原理、構成、實現路徑等方面對自動緊急制動系統的設計與應用問題展開分析，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.

【關鍵詞】坡道溜車;汽車制動;自動緊急制動系統

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

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

1 引言

交通事故發生的隨機性和突發性導致更多的事故難以預防，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，汽車制動已經成為一個關鍵問題。因此，如何及時發現機動車溜車并且及時制動避免其發生交通事故是非常重要的一個點。為了防止車輛起步時因人為操作原因造成溜車，本文分析設計一個檢測汽車是否溜車并進行有效制動防止因車輛下滑造成交通事故的系統，旨在進一步提升汽車安全性能，盡可能減少或避免安全事故的發生[1]。在分析探究汽車自動緊急制動系統之前，下面先結合實際對汽車坡道后溜問題的產生原因進行分析。

2 汽車坡道后溜問題原因分析

所謂坡道起步，指的是機動車在一定坡道上由靜止狀態轉變為前進狀態的這一過程。在這一過程中極有可能發生后溜問題，也極易出現車輛安全事故。有統計數據顯示，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行深入分析可知，導致后溜問題產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確把握松手制動時機并因此引發后溜問題[2]。

3 自動緊急制動系統總體設計思路與設計研究現狀

3.1 總體設計思路

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與彈簧制動相結合的自動緊急制動系統。該系統能夠根據車輪旋轉方向、坡度值及發動機是否提供了動力，同時考慮到車輛的重量、路面附著系數等因素，判斷出車輛是否處于溜車狀態，如果處于溜車狀態，則自動啟動制動系統，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，從而預防安全事故的發生[3]。

3.2 設計研究現狀

關于汽車防坡道溜車問題，一直以來國內外均有研究。2017年12月21日，美國公路安全保險協會（IIHS）及美國高速公路安全管理局（NHTSA）共同發布了一個資料顯示，2017年美國汽車市場緊急制動系統（AEB）普及率排名，占據美國市場99%份額的20家汽車制造商達成一項自愿的協定：在2022年之前，將自動緊急制動（AEB）作為幾乎所有車型的標準配置[4]。這一協定達成后一些車企加大了技術研究并取得了一定成果。依頓公司與洛克威爾公司現在生產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制動器公司開發出一種電子設備，能對貨車和掛車上的彈簧安全制動器執行元件進行監控，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報警。但也有另一些企業沒有做出實際行動。對美國汽車商所達成的協定分析可知，汽車商協議的主要成果是低速AEB系統，這種系統主要是安裝在汽車的前進隔柵位置或前風窗玻璃位置，在汽車行駛時，系統中的激光雷達設備會對6～8m范圍內的路況進行監測[5]。低速AEB系統雖有一定的應用價值，但功能有限，無法從根本上解決汽車后溜等相關的安全隱患。然而根據各汽車商所達成的協議可知，高速AEB尚不會成為每款車型的標準配置。因此在這一問題上還需做更大努力去研究與解決。在國內，AEB技術在自主品牌上的配備也已經較為可觀，長城、廣汽、吉利、上汽、長安、寶駿等品牌也都陸續為汽車產品裝配了AEB技術。且在需求的推動下，我國在這一領域中的技術研究不斷推進，相關的技術、產品為車輛提供了安全保障[6]。

4 自動緊急制動系統實現路徑與應用

本文提到的自動緊急制動系統是結合了彈簧制動與動力制動兩種技術手段。系統運行時，其能根據車輪旋轉方向、坡度值等指標與參數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、附著系數以及車輛重量掌握車輛狀態，及時發現車輛后溜現象并采取相應處理措施。如當系統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行控制。在自動啟動制動功能的同時，系統也會通過紅外線測距傳感器對汽車周圍的路況進行監測分析，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，根據監測結果再作進一步的處理。當監測到有行人或其他車輛在車輛后方較近的位置時，系統會附加啟動彈簧制動，進一步提高車輛制動速度，將事故發生幾率降到最低[7]。自動緊急制動系統以單片機為主控芯片，采用三維角度傳感器，AB相編碼器檢測坡度傾角和車輪轉向等信息以及通過路由器實現智能小車與PC端的無線通信，實現防溜車模擬測試功能[8]。

在設計這一自動制動系統時，主要運用LABVIEW編程軟件進行開發，基于MATLAB的RBF神經網絡建立車輛半坡制動距離仿真模型，最后經過大量的試驗完成系統建設。在設計過程中，利用LABVIEW軟件編程模擬汽車半坡啟動溜車的狀態，根據分析結果隨機取定制約因素，取得數值后基于數據進行大量模擬試驗最終得到模擬數據。在模擬數據的基礎上構建起基于RBF神經網絡的車輛半坡溜車預測模型，在模型中輸入天氣狀況、路面附著系數以及制定減速度等信息，信息輸入后借助先進技術與算法解算出溜車制動所需距離，并將其輸出，作為自動制動系統建設的重要參考依據。完成以上工作后，基于MATLAB神經網絡工具箱進行編程、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系，據此建立起車輛半坡啟車方溜車制動系統，為車輛安全提供保障[9]。

5 結語

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動狀態以及制動系統原理建立了一個車輛半坡啟車防溜車制動仿真模型。之后依據車輛制動距離，路面附著系數等進行了大量計算與實驗模擬，建立起了車輛半坡啟車溜車模擬系統，并在不同條件下依次測試，最終得到了具有較高穩定性、可靠性以及實際應用價值的自動制動系統。

研究與實踐證明，基于多傳感器的動力制動系統與彈簧制動相結合的自動緊急制動系統操作簡便、反應迅速、監測精度高、制動效果好，具有一定的應用與推廣價值。

【參考文獻】

【1】陳穎峰，王玉紅，王蕾.基于ARM和LabVIEW的網絡數據采集測試系統設計[J].現代電子技術，2016，39（13）：88-92.

【2】姚娟，張志杰，李麗芳.基于LabVIEW和TCP的數據采集系統設計與實現[J].電子技術應用，2012，38（07）：72-74.

【3】黃細旺.手制動裝調系統中運動控制系統的設計[J].汽車科技，2017（04）：78-82.

【4】袁仲榮，李罡.汽車制動系統的匹配設計[J].環境技術，2011，35（04）：45-47.

【5】實現安全、舒適的汽車角速度傳感器[J].電子設計技術，2003（10）：68-70.

【6】內野久則，陳典正.角速度傳感器[J].國外計量，1988（06）：32-34.

【7】徐安，喬向明，趙長利，等.轎車制動性能統計分析與改進措施[J].汽車工程，2002（03）：269-271+265.

【8】（美）沃爾（A.M.Wahl）.機械彈簧[M].北京：國防工業出版社，1981.

【9】洪國輝.自動蓄能器系統分析[J].工程機械，1996（06）：16-18+40.