智能網(wǎng)聯(lián)汽車制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

覃文周

摘 要：制動(dòng)系統(tǒng)對(duì)汽車的行駛安全十分重要，它是汽車結(jié)構(gòu)中不可缺少的重要組成部分，智能網(wǎng)聯(lián)汽車因其可以集合高端傳感器，融合現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行智能控制，可以實(shí)現(xiàn)更加安全、舒適、節(jié)能、高效的行駛，受到越來(lái)越多人的關(guān)注。本文介紹了一種智能網(wǎng)聯(lián)汽車制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，分析了智能網(wǎng)聯(lián)汽車制動(dòng)系統(tǒng)的使用現(xiàn)狀，并對(duì)智能網(wǎng)聯(lián)汽車制動(dòng)系統(tǒng)的環(huán)境信息采集模塊、執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及控制系統(tǒng)提出了設(shè)計(jì)方案，希望能夠使智能網(wǎng)聯(lián)汽車被更加高效的使用，實(shí)現(xiàn)汽車更加安全舒適、節(jié)能高效的行駛。

關(guān)鍵詞：智能網(wǎng)聯(lián)汽車 制動(dòng)系統(tǒng) 設(shè)計(jì)

智能網(wǎng)聯(lián)汽車制動(dòng)系統(tǒng)是根據(jù)先進(jìn)的傳感器或通訊網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)感應(yīng)收集車輛和外界環(huán)境之間的信號(hào)，接著控制系統(tǒng)對(duì)傳感器或通訊網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，然后根據(jù)分析結(jié)果傳出相應(yīng)的指令到執(zhí)行系統(tǒng)，運(yùn)用汽車上的執(zhí)行器對(duì)汽車進(jìn)行相應(yīng)的操作，從而達(dá)到制動(dòng)的效果。如果汽車有兩種制動(dòng)操作系統(tǒng)，一種是智能控制制動(dòng)系統(tǒng)，另外一種是常規(guī)的人力控制制動(dòng)系統(tǒng)，當(dāng)常規(guī)的人力控制制動(dòng)系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間來(lái)不及操作，智能控制制動(dòng)系統(tǒng)可以依據(jù)車輛上的傳感器或者通訊網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)把感應(yīng)收集到的信息進(jìn)行分析處理，然后再把分析的結(jié)果通過(guò)指令發(fā)給執(zhí)行元件，這時(shí)汽車可以根據(jù)相應(yīng)的控制參數(shù)制動(dòng)車輛，達(dá)到制動(dòng)的功能。

1 智能網(wǎng)聯(lián)汽車制動(dòng)系統(tǒng)的現(xiàn)狀

從目前智能網(wǎng)聯(lián)汽車制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展的情況看，智能網(wǎng)聯(lián)汽車制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一般分為對(duì)汽車ABS進(jìn)行改造創(chuàng)新和在原有汽車的制動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加裝機(jī)械機(jī)構(gòu)控制制動(dòng)踏板。

對(duì)汽車ABS進(jìn)行改造創(chuàng)新，主要是對(duì)ABS的功能進(jìn)行擴(kuò)充，加入轉(zhuǎn)向和懸架等控制系統(tǒng)，此時(shí)ABS不再單單是防抱死制動(dòng)系統(tǒng)這樣單一的系統(tǒng)，它形成了新的車輛控制系統(tǒng)。比如把ABS（汽車制動(dòng)防抱死系統(tǒng)）、TCS（牽引力控制系統(tǒng)）以及VDC（車輛行駛動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)）聯(lián)系到智能化的系統(tǒng)上。把電子控制的懸架、傳動(dòng)系統(tǒng)等裝置發(fā)展起來(lái)，把電子控制系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)，產(chǎn)生新的功能。

在原有汽車的制動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加裝機(jī)械機(jī)構(gòu)，這一類制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(dòng)系統(tǒng)、巡航系統(tǒng)等。該系統(tǒng)變化后比正常的制動(dòng)器相比，能更充分的分配一些基本的制動(dòng)力，制動(dòng)距離更加短。

2 智能網(wǎng)聯(lián)汽車制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

（1）環(huán)境信息采集模塊的設(shè)計(jì)

智能網(wǎng)聯(lián)汽車要實(shí)現(xiàn)智能制動(dòng)首先需要感知采集周圍環(huán)境信息，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)境信息采集主要是采用高端傳感器、高精準(zhǔn)的定位系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)對(duì)車輛的周圍環(huán)境進(jìn)行收集并準(zhǔn)確確定車輛位置，由于對(duì)傳感器要求比較高，因此選擇魚(yú)眼攝像頭用于360°環(huán)視，以及超聲波雷達(dá)、中遠(yuǎn)程毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)和前視攝像頭;定位系統(tǒng)主要采用激光雷達(dá)定位法和GPS定位法;網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)方面，實(shí)現(xiàn)信息交互采用大數(shù)據(jù)平臺(tái)以及V2X通訊技術(shù)。

魚(yú)眼攝像頭也叫全景攝像機(jī)，它可以獨(dú)立實(shí)現(xiàn)大范圍無(wú)死角的監(jiān)控，可以利用算法探測(cè)障礙物的距離，可以辨別物體的顏色特征等相關(guān)信息，技術(shù)比較成熟，經(jīng)濟(jì)性好。

超聲波雷達(dá)，選擇超聲波雷達(dá)主要原因是超聲波雷達(dá)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，體積小，靈敏度較高，信息處理簡(jiǎn)單可靠，易于小型化與集成化，抗環(huán)境干擾能力強(qiáng)，對(duì)天氣變化不敏感，可在室內(nèi)、黑暗中使用，可以進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。

毫米波雷達(dá)，具有穿透霧、煙、灰塵的能力強(qiáng)，抗干擾、反隱身能力強(qiáng)，能分辨識(shí)別很小的目標(biāo)，而且能同時(shí)識(shí)別多個(gè)目標(biāo);具有成像能力，體積小、機(jī)動(dòng)性和隱蔽性好以及空間分辨率高的特點(diǎn)。

V2X通訊技術(shù)，該技術(shù)可以使得車與外界的信息實(shí)現(xiàn)交換共享。車聯(lián)網(wǎng)主要是通過(guò)整合遠(yuǎn)程感應(yīng)技術(shù)、定位導(dǎo)航技術(shù)、車對(duì)車信息感知技術(shù)以及無(wú)線通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能駕駛。若該技術(shù)結(jié)合攝像系統(tǒng)和傳感器，通過(guò)感知周圍環(huán)境，可以快速調(diào)整，實(shí)現(xiàn)交通事故的零發(fā)生。該技術(shù)還可以通過(guò)對(duì)實(shí)時(shí)交通信息的接收分析，在行駛時(shí)自動(dòng)選擇最佳路線，這樣交通堵塞問(wèn)題就得到了極大緩解。

（2）控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

智能網(wǎng)聯(lián)汽車制動(dòng)控制系統(tǒng)如圖1所示，該控制系統(tǒng)由信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、壓力環(huán)、電流環(huán)、電機(jī)、壓力控制模塊、電流控制器等組成。該系統(tǒng)由兩個(gè)環(huán)型控制，其一是電機(jī)電流控制環(huán)，另外一個(gè)是制動(dòng)主缸壓力控制環(huán)。

該系統(tǒng)的工作原理，如圖1所示，環(huán)境信息采集信號(hào)以及信息轉(zhuǎn)換系統(tǒng)作為上層規(guī)劃系統(tǒng)的一部分，壓力檢測(cè)模塊檢測(cè)制動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)際壓力信號(hào)與上層規(guī)劃系統(tǒng)即環(huán)境信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)轉(zhuǎn)換的壓力比較，得到壓力誤差信號(hào)，該壓力誤差信號(hào)傳給壓力控制模塊，壓力控制模塊再與電機(jī)相應(yīng)的電流參考值對(duì)比，該電流參考值再與電流環(huán)電流檢測(cè)模塊檢測(cè)到的實(shí)際電流值進(jìn)行比較，會(huì)得到電流誤差值，電流誤差值流經(jīng)電流控制器模塊就可以得到脈沖寬度調(diào)制信號(hào)，脈沖寬度調(diào)制信號(hào)控制電流逆變器的導(dǎo)通，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制。最后，利用電機(jī)輸出的扭矩控制制動(dòng)主缸壓力，達(dá)到制動(dòng)的效果。

（3）執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

執(zhí)行機(jī)構(gòu)是智能網(wǎng)聯(lián)汽車制動(dòng)控制系統(tǒng)中直接控制制動(dòng)踏板的機(jī)械機(jī)構(gòu)，考慮到實(shí)際車輛實(shí)用性，在執(zhí)行結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上要考慮兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，第一，人工駕駛時(shí)，該結(jié)構(gòu)不能影響駕駛員的正常發(fā)揮。第二，智能無(wú)人駕駛狀態(tài)下，該結(jié)構(gòu)能根據(jù)控制系統(tǒng)指令去實(shí)現(xiàn)對(duì)制動(dòng)踏板的控制?；谝陨峡紤]，主要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)有以下幾大重要部分。

電機(jī)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)中最重要的組成部分是電機(jī)。對(duì)于整個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，電機(jī)是整個(gè)機(jī)構(gòu)動(dòng)力的來(lái)源，同時(shí)電機(jī)也是制動(dòng)控制系統(tǒng)中被控制的對(duì)象。電機(jī)需要具備足夠大的轉(zhuǎn)矩才能拉動(dòng)制動(dòng)踏板;在控制系統(tǒng)中，要求電機(jī)要便于控制且要求控制精度高。對(duì)于智能汽車，電機(jī)的選擇應(yīng)該要耗能低、體積小的電機(jī)。因此在執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，電機(jī)的選擇非常重要，綜合考慮優(yōu)選無(wú)刷直流電機(jī)。

減速器，在本設(shè)計(jì)中減速器作為動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)，它利用齒輪的速度轉(zhuǎn)換器，把電機(jī)的回轉(zhuǎn)數(shù)調(diào)到所要的回轉(zhuǎn)數(shù)，得到所需轉(zhuǎn)矩的機(jī)構(gòu)。因?yàn)闇p速器可以降速，增矩，應(yīng)用范圍廣且適應(yīng)于無(wú)刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速快的特點(diǎn)，加裝減速器使得設(shè)計(jì)方案更加好。

拉繩及繞線器，為了保證能承受一定的力，在設(shè)計(jì)時(shí)選擇加入尼龍材質(zhì)的拉繩與繞線器結(jié)合。這種方式與采用的直推制動(dòng)踏板的方式等制動(dòng)機(jī)構(gòu)比較，它具有空間小、安裝方便、輸出力大、對(duì)駕駛員影響小等優(yōu)點(diǎn)。

本智能網(wǎng)聯(lián)汽車制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要是利用傳感器以及通訊信息交換技術(shù)對(duì)外部環(huán)境進(jìn)行環(huán)境感知，接受外部信息，外部信息在經(jīng)過(guò)傳感器或者通信技術(shù)傳到制動(dòng)控制系統(tǒng)，制動(dòng)控制系統(tǒng)接收來(lái)自傳感器以及通信技術(shù)傳遞過(guò)來(lái)的信號(hào)并對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行分析處理，當(dāng)制動(dòng)控制系統(tǒng)接收到外界有故障點(diǎn)、行人、車輛或者接收到相應(yīng)的交通信號(hào)時(shí)，會(huì)發(fā)出指令跟執(zhí)行機(jī)構(gòu)，命令執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)汽車進(jìn)行制動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)智能制動(dòng)，另外該智能網(wǎng)聯(lián)汽車制動(dòng)系統(tǒng)仍然保留傳統(tǒng)的人力制動(dòng)裝置，當(dāng)駕駛員想體驗(yàn)駕駛技術(shù)時(shí)，可以操作汽車，實(shí)現(xiàn)汽車的行駛與制動(dòng)。

3 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前汽車技術(shù)發(fā)展迅速，傳統(tǒng)的汽車技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)代人的要求，汽車新能源、智能化、網(wǎng)聯(lián)化、節(jié)能化是未來(lái)汽車發(fā)展的方向，隨著汽車復(fù)雜性的提升，汽車的各大控制系統(tǒng)也要不斷更新優(yōu)化，汽車的制動(dòng)系統(tǒng)是汽車行駛過(guò)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(fā)展水平，離不開(kāi)對(duì)汽車各大系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)智能網(wǎng)聯(lián)汽車制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究，運(yùn)用智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)和機(jī)械制造技術(shù)，設(shè)計(jì)本套基于智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)的汽車制動(dòng)系統(tǒng)，應(yīng)用于智能網(wǎng)聯(lián)汽車，為智能網(wǎng)聯(lián)汽車制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展提供更多的、更優(yōu)的選擇，促進(jìn)智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展。

基金資助：北海職業(yè)學(xué)院2021年度院級(jí)科研類課題《基于智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)的汽車制動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用研究》，編號(hào)：2021YKY09。

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