智能汽车制动系统的设计

周建华

摘 要：通过对智能汽车的制动系统的研究，对阶段性的经验，成果进行了总结，该研究还在为其他领域提供了有益的实践基础，比如汽车主动安全、汽车智能制动控制和汽车辅助驾驶等，这些都有益于改善或缓解驾驶员的疲劳驾驶。并通过利用MATLAB/Simulink对其进行阶跃响应，以紧急制动工况来模拟仿真的情形，模拟中对斜坡响应仿真，以表示轻微制动的工况，仿真结果如与实验结果一致，表明智能汽车的制动控制系统能够满足制动要求。

关键词：智能汽车;制动系统;被动制动;防抱死

智能刹车控制系统根据长度的传感器先感应车和障碍物距离然后控制系统对数据进行分析并处理，依据感应出的距离输出信号，汽车上的电磁阀用适当的关度使汽车达到减速状态，更重要的一方面是当刹车电机收到信号以至于刹车的电机启动使汽车在发生事故前就停止下来。它受汽车的行驶速度以及和障碍物两者的距离控制，不受其他任何影响的因素，这就是之前提到的智能控制刹车的优势。如果一辆小汽车上拥有智能控制刹车以及手动控制刹车这两种装置，如果手动控制刹车的时间来不及时，智能控制刹车系统依据长度的传感器先感应并且和好的数据进行分析和处理，在依据和障碍物的距离，使汽车能够控制刹车系统，汽车就不会和障碍物相撞，避免了发交通事故。

一、智能汽车制动系统的最新发展

第一方面是ABS扩充的功能，除了ASR，我们把转向的控制以及悬架的控制增加进来，这样ABS不仅只是防抱死的一个系统，这让成为车辆上面的控制系统。有一些制动器的开发厂商，提出了一个构想就是未来我们将把ABS或者TCS以及VDC联系到智能化的运输系统上面。把电子控制的一些悬架以及传动系统，还有转向一些装置发展起来，从而将一些电子控制系统联系起来，产生了很多新的功能。

第二方面，很多智能控制的技术，比如说神经网络的控制技术是当今世界上挺新的一种控制技术，当今世界有人已经将这个运用在小汽车制动控制系统中去。ABS或者ASR并不能解决汽车制动上面所有问题。所以由ABS或者ASR发展变成用电子控制的一种制动系统也叫做EBS，这是将控制系统进化很好很重要的一个方向。但是在实际中应用EBS，真的不是一个很简单、很容易的问题。不只是技术问题，还有系统的法规以及成本也是投入应用的问题关键。

第三方面，汽车制动系统已经有了一百年左右的历史，一些形式大体上固定不变了。依据电子的发展，尤其是超级大规模以及大规模的集成电路方向的发展，有些汽车制动系统的形式有了很大变化。比如说凯西-海斯的一家公司也叫K-H公司，它在一实验车上面，装上了一种电-液制动系统，这个系统把制动器的一些操作机理改变了。它們运用了比例阀四个以及电力电子控制装置，K-H公司的EBM涉及到了基本的一些制动和ABS和巡航以及牵引力控制，不用增加一些附加装置。EBM这个系统隐藏的优点就是比正常制动器能充分分配一些基本的制动力，制动距离可以缩短5%左右。另一种完全电路以及没有油液制动被叫做BBW，它的开发利用使液压制动装置成为历史。

第四方面，全电路的制动也叫BBW制动，它是制动控制系统优化发展的方向。全电的制动与传统有些区别，因为它传递的介质是电能，并不是常用的压缩空气以及液压油，这样它可以少很多传感器以及管路，缩短了制动反应所需时间。

二、控制系统主要包含以下部分

（一）电制动器。它的液压制动器以及结构大体上一样，分为盘式以及鼓式，它的电动机是作动器。

（二）电制动控制单元（ECU）。它能接收的信号是制动踏板发出的，控制了制动器的制动;接收了驻车所发出的制动信号，控制了驻车的制动;还能接收车轮上的传感器发出的一些信号，并识别出车轮有没有打滑以及抱死等，进而控制了车轮的制动力，从而实现了驱动防滑以及防抱死。因为一系列的控制系统比如说卫星的定位、自动变速和无转向以及悬架系统以及导航系统等集成起来，ECU还必须考虑控制这些系统制。

（三）轮速传感器。可靠和及时以及准确地获得车轮的旋转速度。

（四）线束。它为系统传递一些能源以及电控制信号。

（五）电源。为整个电制动系统提供能源。与其他系统共用。可以是各种电源，也包括再生能源。

三、全电路的制动系统优点

（一）制动系统的结构特别简单，它减少了传统系统中有的制动所需的油箱和助力装置以及制动主缸。还有液压阀以及一些管路系统等所需的部件，这样使整个车的质量降低很多;

（二）制动响应所需时间不长，增强了制动的性能;

（三）无制动液，维护简单;

（四）系统的总成测试和装配以及制造简单快捷，并把制动分总并成为模块化的结构;

（五）用的是电线连接，这样使系统的耐久性能特别好;

（六）还易于改进，只要稍加改进一下就能增加一系列的电控制功能。全电制动的一些控制系统，是一个新的系统，它带给制动的控制系统很大改变，这为将来的一些小车智能的控制提供了条件。但是，如果想推广，它还有很多问题待解决：第一个是驱动能源问题。它用的是全电路制动控制系统，需要不少的能源，它的盘式的制动器要用1kW左右的能量驱动。未来的小车的动力系统要用高压电，把能源供应加大，能满足制动所需的能量要求，同时还能解决一些安全问题比如说高电压。第二个是控制系统的失效处理方法。全电制动的一些控制系统，面对的一个很大难题就是制动失效所需的处理。它没有独立的自动制动系统，所以它需要备用系统来保证制动的安全，无论是ECU的失效，还是传感器以及线束的失效以及制动器的失效，它都能够保证制动的一些基本性能。实现了全电的制动控制，它有一个很重要的技术就是当系统失效时有一个信息交流的协议，第三个方面就是它抗干扰时的处理。基本上有非对称式以及对称式这两种控制系统。对称式的抗干扰控制系统是采取两个一模一样的CPU以及一模一样的计算程序用来处理收到的制动信号。其次是非对称式的抗干扰控制系统，它是用两个不一样的CPU以及不同的科学计算程序处理收到的制动信号。两种方法各有优缺点。

四、制动系统组成

制动系统是由制动驱动的机构以及制动器组成的。制动器是代表当有阻挡车运动的一些部件，这也包含了辅助系统的一些缓冲装置。制动驱动的一些机构主要有传能装置和功能装置以及控制装置，供能装置里面有调节以及供给所需能量，并能使传能介质的一些部件得到改善，产生了一些制动能量，其实人的肌体也能叫做制动能源;它的控制装置有产生的制动动作以及控制的制动效果一系列部件，比如说制动阀以及制动踏板等;它的传动装置使制动的一些能量传送到制动器，比如说制动主缸以及制动主缸等;比较全的制动系统，还有一些制动力的一些调节装置和报警装置以及压力保护装置等附加装置。

五、制动系统现状

如果考虑一些基本的制动能量，液压操纵这个方法依旧是很可靠并且是经济的一个方法。即便增加了一个防抱制动功能，它比传统的“油液制动的制动系统”也有好的地位。如果就复杂性以及经济性来说，多了一些牵引力的控制以及车辆的稳定性控制以及很多正在研究的“智能汽车”新技术，它让一般制动器表现得微不足道。如今，这个小车防抱制动控制系统也叫ABS，已经成为很成熟的一个产品，在很多车辆上面得到了广泛应用，相反的是这些产品一般是关于车轮加以及减速门限和参考滑移率设计的。这个方法很简单很实用，但它的调试还是挺困难，它不一样的匹配技术需要不一样的车辆，这在很多道路上已经加以验证;从理论上来讲，它的整个控制过程，这个车轮的滑移率一般不维持最佳状态，但没达到最好的制动效果。这是因为编制的逻辑门限也叫ABS，它有不少局限性，因此最近一些年在ABS上发展了一些车辆动力學控制系统也叫VDC。它结合了动力学所能控制的最好的ABS，它的控制目标所用的ABS的滑移率，控制形式是连续量，这样可以让制动过程的滑移率维持在最佳并且是稳定的，理论上它是理想的一种ABS所控制系统的滑移率，它控制的困难点主要在确定一系列路况中最好的滑移率，它的另一个困难点就是小车速度的测量产生的问题，这是低成本最可靠的一种技术，最后能发展优化成为广泛应用的产品。这对以滑移率为目标的ABS来讲，控制的精度其实不是很难的，达到很高精度的控制很困难;由于路面和车辆运动的状态有很大的变化，一系列干扰的影响也比较大，因此这个问题最重要的是控制性能的稳定，也就是系统的可靠性，它应维持在一系列条件下并且不失控。防抱的系统要求很高的可靠性，不然会造成人身伤亡或者车辆的损坏。所以，这个发展的可靠性中的ABS成为控制系统的关键问题。最近几年，随着计算机的控制和电子技术的快速发展，给EBS的优化发展创造了机会。这个EBS是比较新的一个系统，具有不错的发展前景。

结论

如今随着电子计算机的迅猛发展，许许多多的行业与电子系列有着或多或少的联系。当然也包括我们研究的制动控制系统。因此，全电制动控制由于巨大的优越性，将取代传统的基于液压的制动控制系统。同时，随着其他汽车电子技术的发展，特别是超大规模集成电路的发展，电子元器件的成本和尺寸都在不断降低。汽车电子制动控制系统将与汽车电子悬架系统、汽车主动方向摆动控制系统、电子导航系统、无人驾驶系统等汽车电子系统集成。未来汽车将不存在隔离制动控制系统。各种控制单元集中在一个ECU，将逐步取代传统的控制系统，实现车辆的智能控制。

参考文献

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[J].中国公路学报，2017，30（6）：1-197.