智能汽車制動系統(tǒng)的設計

周建華

摘 要：通過對智能汽車的制動系統(tǒng)的研究，對階段性的經(jīng)驗，成果進行了總結，該研究還在為其他領域提供了有益的實踐基礎，比如汽車主動安全、汽車智能制動控制和汽車輔助駕駛等，這些都有益于改善或緩解駕駛員的疲勞駕駛。并通過利用MATLAB/Simulink對其進行階躍響應，以緊急制動工況來模擬仿真的情形，模擬中對斜坡響應仿真，以表示輕微制動的工況，仿真結果如與實驗結果一致，表明智能汽車的制動控制系統(tǒng)能夠滿足制動要求。

關鍵詞：智能汽車;制動系統(tǒng);被動制動;防抱死

智能剎車控制系統(tǒng)根據(jù)長度的傳感器先感應車和障礙物距離然后控制系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行分析并處理，依據(jù)感應出的距離輸出信號，汽車上的電磁閥用適當?shù)年P度使汽車達到減速狀態(tài)，更重要的一方面是當剎車電機收到信號以至于剎車的電機啟動使汽車在發(fā)生事故前就停止下來。它受汽車的行駛速度以及和障礙物兩者的距離控制，不受其他任何影響的因素，這就是之前提到的智能控制剎車的優(yōu)勢。如果一輛小汽車上擁有智能控制剎車以及手動控制剎車這兩種裝置，如果手動控制剎車的時間來不及時，智能控制剎車系統(tǒng)依據(jù)長度的傳感器先感應并且和好的數(shù)據(jù)進行分析和處理，在依據(jù)和障礙物的距離，使汽車能夠控制剎車系統(tǒng)，汽車就不會和障礙物相撞，避免了發(fā)交通事故。

一、智能汽車制動系統(tǒng)的最新發(fā)展

第一方面是ABS擴充的功能，除了ASR，我們把轉向的控制以及懸架的控制增加進來，這樣ABS不僅只是防抱死的一個系統(tǒng)，這讓成為車輛上面的控制系統(tǒng)。有一些制動器的開發(fā)廠商，提出了一個構想就是未來我們將把ABS或者TCS以及VDC聯(lián)系到智能化的運輸系統(tǒng)上面。把電子控制的一些懸架以及傳動系統(tǒng)，還有轉向一些裝置發(fā)展起來，從而將一些電子控制系統(tǒng)聯(lián)系起來，產生了很多新的功能。

第二方面，很多智能控制的技術，比如說神經(jīng)網(wǎng)絡的控制技術是當今世界上挺新的一種控制技術，當今世界有人已經(jīng)將這個運用在小汽車制動控制系統(tǒng)中去。ABS或者ASR并不能解決汽車制動上面所有問題。所以由ABS或者ASR發(fā)展變成用電子控制的一種制動系統(tǒng)也叫做EBS，這是將控制系統(tǒng)進化很好很重要的一個方向。但是在實際中應用EBS，真的不是一個很簡單、很容易的問題。不只是技術問題，還有系統(tǒng)的法規(guī)以及成本也是投入應用的問題關鍵。

第三方面，汽車制動系統(tǒng)已經(jīng)有了一百年左右的歷史，一些形式大體上固定不變了。依據(jù)電子的發(fā)展，尤其是超級大規(guī)模以及大規(guī)模的集成電路方向的發(fā)展，有些汽車制動系統(tǒng)的形式有了很大變化。比如說凱西-海斯的一家公司也叫K-H公司，它在一實驗車上面，裝上了一種電-液制動系統(tǒng)，這個系統(tǒng)把制動器的一些操作機理改變了。它們運用了比例閥四個以及電力電子控制裝置，K-H公司的EBM涉及到了基本的一些制動和ABS和巡航以及牽引力控制，不用增加一些附加裝置。EBM這個系統(tǒng)隱藏的優(yōu)點就是比正常制動器能充分分配一些基本的制動力，制動距離可以縮短5%左右。另一種完全電路以及沒有油液制動被叫做BBW，它的開發(fā)利用使液壓制動裝置成為歷史。

第四方面，全電路的制動也叫BBW制動，它是制動控制系統(tǒng)優(yōu)化發(fā)展的方向。全電的制動與傳統(tǒng)有些區(qū)別，因為它傳遞的介質是電能，并不是常用的壓縮空氣以及液壓油，這樣它可以少很多傳感器以及管路，縮短了制動反應所需時間。

二、控制系統(tǒng)主要包含以下部分

（一）電制動器。它的液壓制動器以及結構大體上一樣，分為盤式以及鼓式，它的電動機是作動器。

（二）電制動控制單元（ECU）。它能接收的信號是制動踏板發(fā)出的，控制了制動器的制動;接收了駐車所發(fā)出的制動信號，控制了駐車的制動;還能接收車輪上的傳感器發(fā)出的一些信號，并識別出車輪有沒有打滑以及抱死等，進而控制了車輪的制動力，從而實現(xiàn)了驅動防滑以及防抱死。因為一系列的控制系統(tǒng)比如說衛(wèi)星的定位、自動變速和無轉向以及懸架系統(tǒng)以及導航系統(tǒng)等集成起來，ECU還必須考慮控制這些系統(tǒng)制。

（三）輪速傳感器?？煽亢图皶r以及準確地獲得車輪的旋轉速度。

（四）線束。它為系統(tǒng)傳遞一些能源以及電控制信號。

（五）電源。為整個電制動系統(tǒng)提供能源。與其他系統(tǒng)共用?？梢允歉鞣N電源，也包括再生能源。

三、全電路的制動系統(tǒng)優(yōu)點

（一）制動系統(tǒng)的結構特別簡單，它減少了傳統(tǒng)系統(tǒng)中有的制動所需的油箱和助力裝置以及制動主缸。還有液壓閥以及一些管路系統(tǒng)等所需的部件，這樣使整個車的質量降低很多;

（二）制動響應所需時間不長，增強了制動的性能;

（三）無制動液，維護簡單;

（四）系統(tǒng)的總成測試和裝配以及制造簡單快捷，并把制動分總并成為模塊化的結構;

（五）用的是電線連接，這樣使系統(tǒng)的耐久性能特別好;

（六）還易于改進，只要稍加改進一下就能增加一系列的電控制功能。全電制動的一些控制系統(tǒng)，是一個新的系統(tǒng)，它帶給制動的控制系統(tǒng)很大改變，這為將來的一些小車智能的控制提供了條件。但是，如果想推廣，它還有很多問題待解決：第一個是驅動能源問題。它用的是全電路制動控制系統(tǒng)，需要不少的能源，它的盤式的制動器要用1kW左右的能量驅動。未來的小車的動力系統(tǒng)要用高壓電，把能源供應加大，能滿足制動所需的能量要求，同時還能解決一些安全問題比如說高電壓。第二個是控制系統(tǒng)的失效處理方法。全電制動的一些控制系統(tǒng)，面對的一個很大難題就是制動失效所需的處理。它沒有獨立的自動制動系統(tǒng)，所以它需要備用系統(tǒng)來保證制動的安全，無論是ECU的失效，還是傳感器以及線束的失效以及制動器的失效，它都能夠保證制動的一些基本性能。實現(xiàn)了全電的制動控制，它有一個很重要的技術就是當系統(tǒng)失效時有一個信息交流的協(xié)議，第三個方面就是它抗干擾時的處理?；旧嫌蟹菍ΨQ式以及對稱式這兩種控制系統(tǒng)。對稱式的抗干擾控制系統(tǒng)是采取兩個一模一樣的CPU以及一模一樣的計算程序用來處理收到的制動信號。其次是非對稱式的抗干擾控制系統(tǒng)，它是用兩個不一樣的CPU以及不同的科學計算程序處理收到的制動信號。兩種方法各有優(yōu)缺點。

四、制動系統(tǒng)組成

制動系統(tǒng)是由制動驅動的機構以及制動器組成的。制動器是代表當有阻擋車運動的一些部件，這也包含了輔助系統(tǒng)的一些緩沖裝置。制動驅動的一些機構主要有傳能裝置和功能裝置以及控制裝置，供能裝置里面有調節(jié)以及供給所需能量，并能使傳能介質的一些部件得到改善，產生了一些制動能量，其實人的肌體也能叫做制動能源;它的控制裝置有產生的制動動作以及控制的制動效果一系列部件，比如說制動閥以及制動踏板等;它的傳動裝置使制動的一些能量傳送到制動器，比如說制動主缸以及制動主缸等;比較全的制動系統(tǒng)，還有一些制動力的一些調節(jié)裝置和報警裝置以及壓力保護裝置等附加裝置。

五、制動系統(tǒng)現(xiàn)狀

如果考慮一些基本的制動能量，液壓操縱這個方法依舊是很可靠并且是經(jīng)濟的一個方法。即便增加了一個防抱制動功能，它比傳統(tǒng)的“油液制動的制動系統(tǒng)”也有好的地位。如果就復雜性以及經(jīng)濟性來說，多了一些牽引力的控制以及車輛的穩(wěn)定性控制以及很多正在研究的“智能汽車”新技術，它讓一般制動器表現(xiàn)得微不足道。如今，這個小車防抱制動控制系統(tǒng)也叫ABS，已經(jīng)成為很成熟的一個產品，在很多車輛上面得到了廣泛應用，相反的是這些產品一般是關于車輪加以及減速門限和參考滑移率設計的。這個方法很簡單很實用，但它的調試還是挺困難，它不一樣的匹配技術需要不一樣的車輛，這在很多道路上已經(jīng)加以驗證;從理論上來講，它的整個控制過程，這個車輪的滑移率一般不維持最佳狀態(tài)，但沒達到最好的制動效果。這是因為編制的邏輯門限也叫ABS，它有不少局限性，因此最近一些年在ABS上發(fā)展了一些車輛動力學控制系統(tǒng)也叫VDC。它結合了動力學所能控制的最好的ABS，它的控制目標所用的ABS的滑移率，控制形式是連續(xù)量，這樣可以讓制動過程的滑移率維持在最佳并且是穩(wěn)定的，理論上它是理想的一種ABS所控制系統(tǒng)的滑移率，它控制的困難點主要在確定一系列路況中最好的滑移率，它的另一個困難點就是小車速度的測量產生的問題，這是低成本最可靠的一種技術，最后能發(fā)展優(yōu)化成為廣泛應用的產品。這對以滑移率為目標的ABS來講，控制的精度其實不是很難的，達到很高精度的控制很困難;由于路面和車輛運動的狀態(tài)有很大的變化，一系列干擾的影響也比較大，因此這個問題最重要的是控制性能的穩(wěn)定，也就是系統(tǒng)的可靠性，它應維持在一系列條件下并且不失控。防抱的系統(tǒng)要求很高的可靠性，不然會造成人身傷亡或者車輛的損壞。所以，這個發(fā)展的可靠性中的ABS成為控制系統(tǒng)的關鍵問題。最近幾年，隨著計算機的控制和電子技術的快速發(fā)展，給EBS的優(yōu)化發(fā)展創(chuàng)造了機會。這個EBS是比較新的一個系統(tǒng)，具有不錯的發(fā)展前景。

結論

如今隨著電子計算機的迅猛發(fā)展，許許多多的行業(yè)與電子系列有著或多或少的聯(lián)系。當然也包括我們研究的制動控制系統(tǒng)。因此，全電制動控制由于巨大的優(yōu)越性，將取代傳統(tǒng)的基于液壓的制動控制系統(tǒng)。同時，隨著其他汽車電子技術的發(fā)展，特別是超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，電子元器件的成本和尺寸都在不斷降低。汽車電子制動控制系統(tǒng)將與汽車電子懸架系統(tǒng)、汽車主動方向擺動控制系統(tǒng)、電子導航系統(tǒng)、無人駕駛系統(tǒng)等汽車電子系統(tǒng)集成。未來汽車將不存在隔離制動控制系統(tǒng)。各種控制單元集中在一個ECU，將逐步取代傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)車輛的智能控制。

參考文獻

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