车辆驾驶时的停车安全装置研究

徐晓

关键词：车辆驾驶;停车安全装置;车轮抱死

在车辆驾驶的过程中，遭遇突发状况需要紧急停车，驾驶人员通常会将刹车踩到底。此时车辆的车轮将会抱死，容易引发车辆甩尾问题，给人员生命安全带来威胁。研究停车安全装置，通过自动调节制动压避免车轮抱死，可以使车辆使用更加安全。

1.停车安全装置工作原理

正常驾驶车辆，车速和车轮转速保持一致。而突然踩下制动踏板，受制动器摩擦力矩作用，车轮角速度迅速减小，将造成车轮转速与车辆行驶速度产生差异，引发轮胎和地面滑移[1]。如果将制动踏板踩到底，车轮角速度立即变为零，车轮处于完全抱死状态，发生纯滑动，引发车辆失控问题，给人员安全带来威胁。而开发停车安全装置，在车辆驾驶时将随时确定车轮转速和汽车运行状态，完成车轮角速度和参考滑移率的计算。发现滑移率超出设定范围，将发出指令对车轮上的制动压力进行调节，避免车轮抱死的同时，通过缩减制动距离使轮胎和地面之间达到较大附着力，确保车轮方向稳定，有效控制车辆转向，以免发生车祸。

2.停车安全装置设计分析

2.1装置总体功能

实际设计装置，为实现车辆制动过程自动调节，需要引入智能控制技术，充分利用车轮和道路间的附着力，增强停车过程的安全性。按照以往控制方式，将采用逻辑门限控制算法，在控制器中设置门限值，通过与实测值比较确认车轮是否接近抱死状态，然后进行制动压力调整，确保车轮速度处于不会抱死范围内。但采取该方法需要通过试验确定门限和保压时间，在更换车型时需要重新试验，不仅不易调试，也存在控制精度不高的问题。为解决这些问题，需要采用模糊PID控制算法，将车轮滑移率精确控制在目标值范围，确保车辆在复杂路况下紧急停车也不会出现漂移等问题。按照这一思路，需要将装置划分为感知、决策和执行三部分，依靠传感器进行信息感知的基础上，通过控制器制定决策，并通过执行机构执行命令，实现车轮滑移率控制。在各个模块中，信息决策为核心部分，需要依靠控制器实现智能分析和决策功能。此外，考虑到汽车运动带有惯性，在无法立即停止的情况下依然可能发生碰撞，因此需要配备自动报警装置，在停车安装装置向执行机构发出命令的同时，向自动报警装置发送信号，使车辆开启双闪模式，提醒周围驾驶人员避让，最大限度降低碰撞发生几率。

2.2装置结构设计

从装置结构来看，包含传感器、控制器、执行元件、故障警示灯、制动油管等多个零部件。其中，传感器用于对车轮转速进行采集，需要将信号传递至控制器，分析车轮和路面运动状态，从而让判断车轮抱死倾向。考虑到车轮信号的重要性，需要配备2个轮速传感器。控制器为装置核心部件，可以利用设定数学模型和算法进行车轮信号处理，生成相应控制指令。选用模糊控制与PID控制相结合的控制器，能够使控制达到较快响应速度，同时保证控制器输出稳定。在汽车开始制动时，控制器将先识别行驶路面，建立相应轮胎模型，然后进行对应模糊控制算法选择。根据输入的车轮转速参数，能够计算获得车轮角速度和滑移率偏差，确认超出阈值后立即输出控制指令。在执行元件设计上，主要采用液压控制方法，包含液压泵电机、低压蓄能器、电磁阀等元件，通过将制动缸间的液压管路切断实现车轮压力调节。为实现告警设计，需要将报警装置与制动灯开关联动，在驾驶员踩下制动踏板后，使报警等与制动灯一同亮起，提醒周围人避让。在装置运行的过程中，将通过传感器实时监测车轮转速，发现车轮即将抱死立即反应，因此能够保证车辆停车安全。

2.3装置功能实现

在装置功能实现阶段，需要确保控制器能够实现车轮有效控制。从控制器模型构成上来看，需要建立车辆动力学模型、车轮模型和滑移率模型。在车辆行驶在不同的路面上，最佳滑移率将发生变化，为做到精准选择参考滑移率，需要加强路面识别分析。建立车辆动力学模型，可知在不同路面上行驶时，在车辆的制动力矩相同时，车轮的峰值附着系数将发生改变。利用车轮角速度变化值，可以利用车轮模型进行分析，确定角速度变化量。采用双线性模型进行分析，在不同路面上进行重复试验，能够确定角速度变化量对应的峰值附着系数，建立相应数据表，并在控制器的存储器中存储[2]。在模糊推理阶段，可以根据经验完成输入输出数据分析和归纳，建立相应模糊规则，无需利用数学模型进行分析。按照规则进行输入输出变量选定，能够确定控制器主变量，根据相关知识和经验进行语言变量描述，生成控制决策。对输入模糊量进行推理，可知随着滑移偏差率的提升，变化率也逐渐增加。而在车轮角速度发生较大变化的情况下，滑移偏差率随之提升。将滑移偏差率和对应变化率划分为五档，能够建立25条模糊控制规则。在控制量输出阶段，需要实现模糊量与实际量转换。利用面积中心法，能够根据集合的隶属函数进行计算，生成车轮压力值进行刹车时间控制，有效缩短刹车距离，确保轮胎始终保持最佳滑移率。如在附着系数较高时，最佳滑移率达到0.2，如果为中等系数最佳滑移率为0.18，附着系数较高时最佳滑移率为0.15。根据车辆运动状态，实时动态根据车轮角速度进行车轮最大纵向附着力调整，能够确保停车安全。

3.结论

在汽车行业技术升级过程中，应研发新的装置提高车辆驾驶安全性。设计停车安全装置，确保车轮在急刹车时不会出现抱死问题，能够使驾驶员更好地控制车辆，增强停车安全性和稳定性。因此相信伴随着相关技术的发展，装置能够迎来较好发展前景。

参考文献：

[1]杜国静，刘玉振，李晓菲.基于人体生理数据检测的安全停车报警系统设计[J].汽车实用技术，2021，46（10）：96-98.

[2]梁燕.汽车防抱死制动系统的技术研究[J].内燃机与配件，2019（12）：3-4.