智能網聯汽車制動系統的設計

覃文周

摘 要：制動系統對汽車的行駛安全十分重要，它是汽車結構中不可缺少的重要組成部分，智能網聯汽車因其可以集合高端傳感器，融合現代通信網絡技術進行智能控制，可以實現更加安全、舒適、節能、高效的行駛，受到越來越多人的關注。本文介紹了一種智能網聯汽車制動系統的設計，分析了智能網聯汽車制動系統的使用現狀，并對智能網聯汽車制動系統的環境信息采集模塊、執行機構以及控制系統提出了設計方案，希望能夠使智能網聯汽車被更加高效的使用，實現汽車更加安全舒適、節能高效的行駛。

關鍵詞：智能網聯汽車 制動系統 設計

智能網聯汽車制動系統是根據先進的傳感器或通訊網絡信息技術感應收集車輛和外界環境之間的信號，接著控制系統對傳感器或通訊網絡信息技術接收到的數據進行分析處理，然后根據分析結果傳出相應的指令到執行系統，運用汽車上的執行器對汽車進行相應的操作，從而達到制動的效果。如果汽車有兩種制動操作系統，一種是智能控制制動系統，另外一種是常規的人力控制制動系統，當常規的人力控制制動系統的反應時間來不及操作，智能控制制動系統可以依據車輛上的傳感器或者通訊網絡信息技術把感應收集到的信息進行分析處理，然后再把分析的結果通過指令發給執行元件，這時汽車可以根據相應的控制參數制動車輛，達到制動的功能。

1 智能網聯汽車制動系統的現狀

從目前智能網聯汽車制動系統發展的情況看，智能網聯汽車制動系統的設計一般分為對汽車ABS進行改造創新和在原有汽車的制動系統的基礎上加裝機械機構控制制動踏板。

對汽車ABS進行改造創新，主要是對ABS的功能進行擴充，加入轉向和懸架等控制系統，此時ABS不再單單是防抱死制動系統這樣單一的系統，它形成了新的車輛控制系統。比如把ABS（汽車制動防抱死系統）、TCS（牽引力控制系統）以及VDC（車輛行駛動態控制系統）聯系到智能化的系統上。把電子控制的懸架、傳動系統等裝置發展起來，把電子控制系統聯系起來，產生新的功能。

在原有汽車的制動系統的基礎上加裝機械機構，這一類制動系統的設計主要是增加一些裝置，比如比例閥、牽引力控制裝置、電力電子控制制動系統、巡航系統等。該系統變化后比正常的制動器相比，能更充分的分配一些基本的制動力，制動距離更加短。

2 智能網聯汽車制動系統的設計方案

（1）環境信息采集模塊的設計

智能網聯汽車要實現智能制動首先需要感知采集周圍環境信息，本系統設計環境信息采集主要是采用高端傳感器、高精準的定位系統以及網絡信息技術對車輛的周圍環境進行收集并準確確定車輛位置，由于對傳感器要求比較高，因此選擇魚眼攝像頭用于360°環視，以及超聲波雷達、中遠程毫米波雷達、激光雷達和前視攝像頭;定位系統主要采用激光雷達定位法和GPS定位法;網絡信息技術方面，實現信息交互采用大數據平臺以及V2X通訊技術。

魚眼攝像頭也叫全景攝像機，它可以獨立實現大范圍無死角的監控，可以利用算法探測障礙物的距離，可以辨別物體的顏色特征等相關信息，技術比較成熟，經濟性好。

超聲波雷達，選擇超聲波雷達主要原因是超聲波雷達具有結構簡單，成本較低，體積小，靈敏度較高，信息處理簡單可靠，易于小型化與集成化，抗環境干擾能力強，對天氣變化不敏感，可在室內、黑暗中使用，可以進行實時控制。

毫米波雷達，具有穿透霧、煙、灰塵的能力強，抗干擾、反隱身能力強，能分辨識別很小的目標，而且能同時識別多個目標;具有成像能力，體積小、機動性和隱蔽性好以及空間分辨率高的特點。

V2X通訊技術，該技術可以使得車與外界的信息實現交換共享。車聯網主要是通過整合遠程感應技術、定位導航技術、車對車信息感知技術以及無線通信技術，實現智能駕駛。若該技術結合攝像系統和傳感器，通過感知周圍環境，可以快速調整，實現交通事故的零發生。該技術還可以通過對實時交通信息的接收分析，在行駛時自動選擇最佳路線，這樣交通堵塞問題就得到了極大緩解。

（2）控制系統的設計

智能網聯汽車制動控制系統如圖1所示，該控制系統由信號轉換系統、壓力環、電流環、電機、壓力控制模塊、電流控制器等組成。該系統由兩個環型控制，其一是電機電流控制環，另外一個是制動主缸壓力控制環。

該系統的工作原理，如圖1所示，環境信息采集信號以及信息轉換系統作為上層規劃系統的一部分，壓力檢測模塊檢測制動系統的實際壓力信號與上層規劃系統即環境信號轉換系統轉換的壓力比較，得到壓力誤差信號，該壓力誤差信號傳給壓力控制模塊，壓力控制模塊再與電機相應的電流參考值對比，該電流參考值再與電流環電流檢測模塊檢測到的實際電流值進行比較，會得到電流誤差值，電流誤差值流經電流控制器模塊就可以得到脈沖寬度調制信號，脈沖寬度調制信號控制電流逆變器的導通，進而實現對電機的控制。最后，利用電機輸出的扭矩控制制動主缸壓力，達到制動的效果。

（3）執行機構的設計

執行機構是智能網聯汽車制動控制系統中直接控制制動踏板的機械機構，考慮到實際車輛實用性，在執行結構的設計上要考慮兩個關鍵技術，第一，人工駕駛時，該結構不能影響駕駛員的正常發揮。第二，智能無人駕駛狀態下，該結構能根據控制系統指令去實現對制動踏板的控制?；谝陨峡紤]，主要的執行機構有以下幾大重要部分。

電機，執行機構中最重要的組成部分是電機。對于整個執行機構，電機是整個機構動力的來源，同時電機也是制動控制系統中被控制的對象。電機需要具備足夠大的轉矩才能拉動制動踏板;在控制系統中，要求電機要便于控制且要求控制精度高。對于智能汽車，電機的選擇應該要耗能低、體積小的電機。因此在執行機構中，電機的選擇非常重要，綜合考慮優選無刷直流電機。

減速器，在本設計中減速器作為動力傳遞機構，它利用齒輪的速度轉換器，把電機的回轉數調到所要的回轉數，得到所需轉矩的機構。因為減速器可以降速，增矩，應用范圍廣且適應于無刷直流電機的轉速快的特點，加裝減速器使得設計方案更加好。

拉繩及繞線器，為了保證能承受一定的力，在設計時選擇加入尼龍材質的拉繩與繞線器結合。這種方式與采用的直推制動踏板的方式等制動機構比較，它具有空間小、安裝方便、輸出力大、對駕駛員影響小等優點。

本智能網聯汽車制動系統的設計，主要是利用傳感器以及通訊信息交換技術對外部環境進行環境感知，接受外部信息，外部信息在經過傳感器或者通信技術傳到制動控制系統，制動控制系統接收來自傳感器以及通信技術傳遞過來的信號并對這些信號進行分析處理，當制動控制系統接收到外界有故障點、行人、車輛或者接收到相應的交通信號時，會發出指令跟執行機構，命令執行機構對汽車進行制動，從而實現智能制動，另外該智能網聯汽車制動系統仍然保留傳統的人力制動裝置，當駕駛員想體驗駕駛技術時，可以操作汽車，實現汽車的行駛與制動。

3 結束語

當前汽車技術發展迅速，傳統的汽車技術已經無法滿足現代人的要求，汽車新能源、智能化、網聯化、節能化是未來汽車發展的方向，隨著汽車復雜性的提升，汽車的各大控制系統也要不斷更新優化，汽車的制動系統是汽車行駛過程中的安全保障，也是汽車不可或缺的重要部分，要想提高汽車的發展水平，離不開對汽車各大系統的研究設計。通過對智能網聯汽車制動系統的設計研究，運用智能網聯技術和機械制造技術，設計本套基于智能網聯技術的汽車制動系統，應用于智能網聯汽車，為智能網聯汽車制動系統的發展提供更多的、更優的選擇，促進智能網聯汽車的發展。

基金資助：北海職業學院2021年度院級科研類課題《基于智能網聯技術的汽車制動系統的應用研究》，編號：2021YKY09。

參考文獻：

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