汽车防坡道溜车装置设计分析

赵柏涵 吴国录 刘天硕 王艺霏 张祺 付欣月

【摘  要】近年来，汽车制造技术不断发展，汽车产品的性能也大大提升。尽管如此，我国大部分家庭用户中的汽车变速器仍是手动变速器，手动变速器的操作复杂、反应慢、易拖档，在坡道起步时容易出现坡道后溜问题，进而使汽车出现安全事故的几率增加。基于此，论文依据先进的理论与技术探究一套基于多传感器的动力制动系统与弹簧制动相结合的自动紧急制动系统，从原理、构成、实现路径等方面对自动紧急制动系统的设计与应用问题展开分析，以供参考。

【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.

【关键词】坡道溜车;汽车制动;自动紧急制动系统

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

【中图分类号】U463.2                                             【文献标志码】A                                                 【文章编号】1673-1069（2021）01-0162-02

1 引言

交通事故发生的随机性和突发性导致更多的事故难以预防，一半以上的车辆相撞是追尾碰撞。为了提高道路交通的安全性，汽车制动已经成为一个关键问题。因此，如何及时发现机动车溜车并且及时制动避免其发生交通事故是非常重要的一个点。为了防止车辆起步时因人为操作原因造成溜车，本文分析设计一个检测汽车是否溜车并进行有效制动防止因车辆下滑造成交通事故的系统，旨在进一步提升汽车安全性能，尽可能减少或避免安全事故的发生[1]。在分析探究汽车自动紧急制动系统之前，下面先结合实际对汽车坡道后溜问题的产生原因进行分析。

2 汽车坡道后溜问题原因分析

所谓坡道起步，指的是机动车在一定坡道上由静止状态转变为前进状态的这一过程。在这一过程中极有可能发生后溜问题，也极易出现车辆安全事故。有统计数据显示，我国近年来因坡道后溜而引起车辆安全事故的事例不断增多，由此可见，后溜问题已经成为威胁车辆以及驾驶员、乘车人安全的重要隐患之一。对汽车坡道后溜问题进行深入分析可知，导致后溜问题产生的主要原因不外乎以下几种：第一是在驾驶时驾驶员没有正确操作油门、离合器，对两者的配合操纵不够准确从而引起车辆后溜;第二是在起步时未及时踩踏油门，动力供给滞后引起车辆后溜;第三种原因是在驾驶过程未能准确把握松手制动时机并因此引发后溜问题[2]。

3 自动紧急制动系统总体设计思路与设计研究现状

3.1 总体设计思路

基于上述分析，这里提出一套基于多传感器的动力制动系统与弹簧制动相结合的自动紧急制动系统。该系统能够根据车轮旋转方向、坡度值及发动机是否提供了动力，同时考虑到车辆的重量、路面附着系数等因素，判断出车辆是否处于溜车状态，如果处于溜车状态，则自动启动制动系统，再通过红外线测距傳感器，检测后方是否有车辆或行人以及与后方车辆或行人的距离，如若距离很近，则附加启动弹簧制动，令车辆制动更加迅速，从而预防安全事故的发生[3]。

3.2 设计研究现状

关于汽车防坡道溜车问题，一直以来国内外均有研究。2017年12月21日，美国公路安全保险协会（IIHS）及美国高速公路安全管理局（NHTSA）共同发布了一个资料显示，2017年美国汽车市场紧急制动系统（AEB）普及率排名，占据美国市场99%份额的20家汽车制造商达成一项自愿的协定：在2022年之前，将自动紧急制动（AEB）作为几乎所有车型的标准配置[4]。这一协定达成后一些车企加大了技术研究并取得了一定成果。依顿公司与洛克威尔公司现在生产一种更宽的制动器磨擦衬片，这种加宽的磨擦衬片容易使制动器冷却，并把更换间隔延长30%。MGM制动器公司开发出一种电子设备，能对货车和挂车上的弹簧安全制动器执行元件进行监控，它通过安装在底盘上的警报灯或驾驶室仪表板上的警报灯向司机报警。但也有另一些企业没有做出实际行动。对美国汽车商所达成的协定分析可知，汽车商协议的主要成果是低速AEB系统，这种系统主要是安装在汽车的前进隔栅位置或前风窗玻璃位置，在汽车行驶时，系统中的激光雷达设备会对6～8m范围内的路况进行监测[5]。低速AEB系统虽有一定的应用价值，但功能有限，无法从根本上解决汽车后溜等相关的安全隐患。然而根据各汽车商所达成的协议可知，高速AEB尚不会成为每款车型的标准配置。因此在这一问题上还需做更大努力去研究与解决。在国内，AEB技术在自主品牌上的配备也已经较为可观，长城、广汽、吉利、上汽、长安、宝骏等品牌也都陆续为汽车产品装配了AEB技术。且在需求的推动下，我国在这一领域中的技术研究不断推进，相关的技术、产品为车辆提供了安全保障[6]。

4 自动紧急制动系统实现路径与应用

本文提到的自动紧急制动系统是结合了弹簧制动与动力制动两种技术手段。系统运行时，其能根据车轮旋转方向、坡度值等指标与参数判断汽车动力是否充足到位，且在车辆启动时能综合考虑路面粗糙程度、附着系数以及车辆重量掌握车辆状态，及时发现车辆后溜现象并采取相应处理措施。如当系统检测到车辆有后溜迹象时，其会自动启动制动功能对车辆进行控制。在自动启动制动功能的同时，系统也会通过红外线测距传感器对汽车周围的路况进行监测分析，如车辆周围是否有行人、行人与车辆的距离、车辆后方是否有车辆等，根据监测结果再作进一步的处理。当监测到有行人或其他车辆在车辆后方较近的位置时，系统会附加启动弹簧制动，进一步提高车辆制动速度，将事故发生几率降到最低[7]。自动紧急制动系统以单片机为主控芯片，采用三维角度传感器，AB相编码器检测坡度倾角和车轮转向等信息以及通过路由器实现智能小车与PC端的无线通信，实现防溜车模拟测试功能[8]。

在设计这一自动制动系统时，主要运用LABVIEW编程软件进行开发，基于MATLAB的RBF神经网络建立车辆半坡制动距离仿真模型，最后经过大量的试验完成系统建设。在设计过程中，利用LABVIEW软件编程模拟汽车半坡启动溜车的状态，根据分析结果随机取定制约因素，取得数值后基于数据进行大量模拟试验最终得到模拟数据。在模拟数据的基础上构建起基于RBF神经网络的车辆半坡溜车预测模型，在模型中输入天气状况、路面附着系数以及制定减速度等信息，信息输入后借助先进技术与算法解算出溜车制动所需距离，并将其输出，作为自动制动系统建设的重要参考依据。完成以上工作后，基于MATLAB神经网络工具箱进行编程、仿真处理，得到各影响因素与车辆半坡溜车制定距离之间的关系，据此建立起车辆半坡启车方溜车制动系统，为车辆安全提供保障[9]。

5 结语

综上所述，为解决汽车坡道溜车问题，本文分析了汽车坡道溜车原因与特征，并参考了汽车半坡溜车模型的研究成果，基于汽车制动过程中的运动状态以及制动系统原理建立了一个车辆半坡启车防溜车制动仿真模型。之后依据车辆制动距离，路面附着系数等进行了大量计算与实验模拟，建立起了车辆半坡启车溜车模拟系统，并在不同条件下依次测试，最终得到了具有较高稳定性、可靠性以及实际应用价值的自动制动系统。

研究与实践证明，基于多传感器的动力制动系统与弹簧制动相结合的自动紧急制动系统操作简便、反应迅速、监测精度高、制动效果好，具有一定的应用与推广价值。

【参考文献】

【1】陈颖峰，王玉红，王蕾.基于ARM和LabVIEW的网络数据采集测试系统設计[J].现代电子技术，2016，39（13）：88-92.

【2】姚娟，张志杰，李丽芳.基于LabVIEW和TCP的数据采集系统设计与实现[J].电子技术应用，2012，38（07）：72-74.

【3】黄细旺.手制动装调系统中运动控制系统的设计[J].汽车科技，2017（04）：78-82.

【4】袁仲荣，李罡.汽车制动系统的匹配设计[J].环境技术，2011，35（04）：45-47.

【5】实现安全、舒适的汽车角速度传感器[J].电子设计技术，2003（10）：68-70.

【6】内野久则，陈典正.角速度传感器[J].国外计量，1988（06）：32-34.

【7】徐安，乔向明，赵长利，等.轿车制动性能统计分析与改进措施[J].汽车工程，2002（03）：269-271+265.

【8】（美）沃尔（A.M.Wahl）.机械弹簧[M].北京：国防工业出版社，1981.

【9】洪国辉.自动蓄能器系统分析[J].工程机械，1996（06）：16-18+40.