基于主动避障的汽车制动系统研究.pdf

汽车与设计16汽车测试报告基于主动避障的汽车制动系统研究赵孟茹（沈阳科技学院 辽宁 沈阳 110167）摘要：该文主要对汽车制动系统进行研究，结合国内外的研究状况进行分析与总结，围绕主动避障制动重点论述防抱死制动系统、牵引力控制系统和车身电子稳定系统，指出基于主动避障的汽车制动系统工作原理和应用优势，并在这个基础上提出基于主动避障的汽车制动系统发展路径，以更好地提升汽车制动系统的性能，促进汽车行业的可持续发展。关键词：主动避障技术；汽车制动系统；防抱死制动系统注：本文系沈阳科技学院“基于多障碍物场景风险识别算法的主动制动系统研究”（MS-2023-03）研究成果。作者简介：赵孟茹，沈阳科技学院助教，研究方向为机器人轨迹规划。近年来，人们对汽车安全性与稳定性的要求逐渐提高。制动系统是保障汽车行驶安全性的关键所在，也是一直以来汽车安全性研究的重点。传统的汽车制动属于机械制动，其在很大程度上是取决于驾驶员的经验操作，受很多人为因素的影响，因此制动的安全性不能得到较好的保障。随着制动技术的快速发展，主动制动已成为汽车制动的重要发展趋势。与传统的制动系统相比，基于主动避障的汽车制动系统可以通过先进的电子设备感知车辆和交通环境数据，能够更快地响应制动指令，从而使车辆在短时间内减速和停止1。汽车制动系统还能够更准确地控制每个车轮的制动力度及实施防抱死制动，从而避免出现制动跑偏等问题，这使得驾驶员能够更好地控制并稳定车辆。当前，汽车主动制动系统主要包括防抱死制动系统、牵引力控制系统、车身电子稳定系统等。1 汽车制动系统类型1.1防抱死制动系统防抱死制动系统（ABS）是一项重要的汽车制动技术，通过闭环控制来防止车轮抱死。ABS 的工作原理是根据车轮转速实时调整制动力，以适应路面附着力的变化。当车辆紧急制动时，若车轮抱死，则会损失转向能力，导致驾驶员失去对方向盘的控制。同样，后轮抱死也会降低制动稳定性，引发侧滑等危险情况2。因此，ABS 的主要目标是防止前轮和后轮抱死确保车辆操控性和稳定性，并缩短制动距离。由于受到汽车防抱死制动系统的非线性特性及复杂多变的运行环境的影响，准确建立数学模型并分析评估防抱死制动系统制动效果是非常困难的。因此，ABS 控制算法一直是研究的焦点。目前，主要采用逻辑门限值控制作为主要方法，但此方法需要开展大量道路试验，并且不同车辆需要用到不同技术，开发周期长且效果有限3。近年来，随着智能控制理论的发展，学者开始将其应用于 ABS 研究中。模糊控制算法由于不需要建立准确的数学模型，已被广泛应用于防抱死制动系统。使用模糊控制器的防抱死制动系统仅需测量轮速信号，无须测量车速和估算参考车速，提高了系统可靠性并降低了成本。但是设计模糊控制规则时仍需要开展大量试验测试工作，限制了其推广和发展4。1.2牵引力控制系统牵引力控制系统（TCS）是防抱死制动系统的延伸，其通过数学算法和逻辑控制来实现车辆驱动轮在坎坷路面或复杂条件下产生最优纵向驱动力。该系统通过调节发动机输出、变速器转动比、驱动轮制动压力和差速器转动系数来有效预防车轮滑动。最早的电子驱动防滑装置出现于 1985 年，自此之后，研究者对该系统的控制算法进行了大量研究，常用的控制理论包括模糊控制、变构控制、逻辑门限值控制和 PID 控制。国外在控制方式的研究上较为成熟，例如调节气缸的供油量、离合器的结合度等。不同的控制方式可调节不同方面，实现发动机输出汽车与设计172023.6转速的控制、驱动轮制动力的调节及对离合器、差速器、变速器的控制，从而平衡分配驱动车轮的载荷，提高行驶稳定性与安全性5。相较于国外，国内在牵引力制动控制方面的研究仍处于探索阶段，需要解决许多问题，例如反应速度受执行机构滞后影响，电子控制系统易受干扰，需通过硬件升级和算法设计提高抗干扰能力。同时，不同执行机构协同工作时反应时间不同，也会影响机构工作的有效性。需要注意的是，更迫切的问题是如何快速准确地判断道路状况，并增强系统的自适应能力，从而提高系统的性能和安全性。1.3车身电子稳定系统随着科技的进步和智能化技术的发展，汽车制动系统也朝集成化、智能化、全局化的方向迅速发展。传统的汽车制动系统已逐渐演变为再生制动和主动制动系统，使得汽车的制动性能得到显著提升6。同时，集成电路和电子技术的成熟发展，使得车辆控制系统的操作性能得到大幅提升，并使汽车具备了更好的舒适性、安全性和平稳性。为了解决汽车制动过程中的稳定性问题，除了防抱死制动系统和牵引力控制系统之外，设计人员还研发了车身电子稳定系统。目前，国内外学者对车身电子稳定系统进行了大量研究，并取得了许多成果，但仍存在一些问题，比如现实调试和测试车辆的成本较高、实时估计车辆状态困难、设计控制算法时比较困难等。随着电动汽车的广泛应用，如何实现电动汽车主动制动也是一个需要思考和解决的问题7。2 基于主动避障的汽车制动系统工作原理基于主动避障的汽车制动系统是一种安全装备，利用雷达、摄像头等技术感知前方的环境和障碍物，可以在驾驶员无法及时做出反应时自动采取措施避免发生碰撞。该系统通常由计算机、传感器、电子控制单元等多个部件组成，工作原理是基于传感器和计算机对道路状况和交通情况进行预测和识别，在出现潜在危险时通过制动系统或其他手段来降低事故发生概率。通过实施主动避障技术，可确保驾驶员在驾驶过程中持续判断汽车的行驶安全性，随时随地操控汽车，不影响正常驾驶8。一旦检测到威胁因素，如果此时驾驶员无法进行制动操作，则该系统就会主动自动控制车辆的制动与转向，并进入车身稳定控制程序，保护车辆不会发生危险，保证行驶安全。当驾驶员可以正常操作时，该系统会释放对车辆的控制。同时，系统如果判断到危险即将发生，会通过障碍物的大小来选择合适的被动安全防护策略。目前，基于主动避障的汽车制动系统虽然可以较好地解决涉及行驶安全的一些问题，但该系统在解决问题时并没有太注重对人的保护，而且技术实现难度较大，只有在数据高容量的基础上才能保证系统架构的完整性。3 基于主动避障的汽车制动系统应用优势随着我国汽车使用量的增加，车辆在行驶的过程中难免会出现交通事故。为了减少交通事故的发生，基于主动避障的汽车制动系统起到了重要作用。然而，当前汽车制动系统的设计还存在一些问题，比如对横向目标和其他类型目标的分析较少，包括误报、对驾驶员特征分析不足等；控制模型分析主要集中在纵向控制模型上，对高速转向、超车等危险操作分析得不够，在一定程度上使得车辆主动避障设计复杂化，甚至影响系统应用意义和价值的发挥9。最初，汽车主动避障技术的主要目标是避免车辆之间发生碰撞。但随着技术的发展和社会需求的变化，保护行人的人身安全成为研究重点，不断加强主动避障技术的研究，推进主动避障控制策略应用，可极大地确保行人的安全。在我国，需要特别考虑行人的交通行为和特点，因此建立车辆主动避障模型是未来汽车主动避障系统控制技术研究的重心。考虑到行人的个体差异及汽车的相对位置、运动状态具有较大的不确定性，目前行人检测技术在国内外享有较高声誉。通过检测行人行走的规范和方向，可以大大减少交通事故的发生。自动触发被动保护装置的研发，是为了确保驾驶员在车辆遇到无法避免的紧急危险时对行人和乘客进行被动保护10。因为汽车制动系统的主动制动功能可以有效引发被动装置的被动保护措施，一旦驾驶员不能避免事故发生，那么交通风险就会增加。汽车制动系统的主动避障设计是为了在驾驶员未及时采取适当的防撞措施时自动启动主动防撞系统，这样不仅可以减轻对乘客的伤害，还能很好地保护行人，减少交通事故的发生，保障人身安全。4 基于主动避障的汽车制动系统发展路径基于主动避障的汽车制动系统是未来汽车制造行业发展的重要方向之一。随着新时代的发展，科学技术在不断进步，汽车制造行业也在不断转型升级，如今汽车制动系统发生了重大的变化，逐渐朝智能化、集成化的方向发展。未来，各个企业应重汽车与设计18汽车测试报告视对汽车制动系统的研究，将各个系统的功能结合起来，形成一套智能化的综合性车辆制动系统，在保证行驶安全性和稳定性的情况下，使制动装置简单化，为驾驶员带来更好的驾驶体验，在一定程度上降低生产成本11。同时，随着智能化和自动化技术的不断进步，基于主动避障的汽车制动系统将成为主流。因此，为了进一步提升该系统的性能和可靠性，不仅需要不断加强研发工作，提升传感器和计算机的精确度和处理能力，同时还需注重改善乘车人员的被动安全保护措施，确保在发生事故时能够有效减少伤害。只有通过持续的技术创新和完善的系统设计，基于主动避障的汽车制动系统才能更好地保障驾乘人员的安全。具体而言，可从 4 个方面推动基于主动避障的汽车制动系统的可持续发展。一是促进传感器技术水平的提升。为了实现主动避障，汽车需要准确地感知周围环境，包括道路情况、障碍物、行人等。因此，传感器技术的提升是关键。未来，应加强对传感器技术的研发与应用，包括激光雷达、毫米波雷达等，以使车辆实现更高精度、更全面的环境感知。二是增强数据处理能力并对控制算法进行优化。在加强基于主动避障的汽车制动系统的应用时，首先应进行大量的数据处理和控制算法优化，实现有效的决策和控制，合理应用机器学习算法，从而使汽车可以更快速、准确地对环境进行分析和判断，并做出相应的制动决策。其次要提高通信和协作能力，使基于主动避障的汽车制动系统具备与其他车辆、道路设施等进行实时通信的能力，从而为车辆提供更全面的信息，使车辆能够避免出现潜在的危险和冲突情况，实现更高效的制动控制。三是优化制动装置。随着智能化技术的应用，汽车制动装置也将发生变革。设计人员应实现制动装置的智能化，使其根据不同的驾驶环境和驾驶行为进行自适应调整，以提供更加平稳和精确的制动效果。同时，可应用新材料和新型制造工艺，从而使制动装置更轻便、更耐用。四是确保基于主动避障的汽车制动系统的安全性与稳定性，不断加强对系统的可靠性测试和验证，确保系统在各种情况下都能够正常运行，并保证驾驶员和乘车人员的安全，推动汽车制动系统朝更智能化的方向发展，为驾乘人员提供更安全、更舒适的体验。5 结束语当前，基于主动避障的汽车制动系统的发展状况良好，拥有广阔的发展前景。然而，汽车制动系统的发展也受到很多因素的制约，如汽车工业的发展。只有拥有巨大的市场，才能使新的汽车制动系统得到更好的发展。如今，汽车主动制动领域发展迅猛，发展前景广阔，希望未来能有更多的学者对其进行更深入的研究，从而更好地提升汽车的制动性能。参考文献：1 于天宝,刘丹.汽车主动避撞系统主动制动实现方法研究 J .南方农机,2 0 2 0(1 4):1 2 2-1 2 3.2 袁朝春,王桐,何友国,等.传感器感知盲区条件下智能汽车主动制动系统控制研究 J .农业机械学报,2 0 2 0(2):3 6 3-3 7 3.3 王陆林,刘贵如.汽车电子液压主动制动系统和控制算法 J .汽车工程学报,2 0 1 9(3):1 6 4-1 7 4.4 陆文昌,徐力,袁朝春.汽车主动避撞系统主动制动实现方法 J .机械制造与自动化,2 0 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