智能网联汽车制动系统的设计

覃文周

摘 要：制动系统对汽车的行驶安全十分重要，它是汽车结构中不可缺少的重要组成部分，智能网联汽车因其可以集合高端传感器，融合现代通信网络技术进行智能控制，可以实现更加安全、舒适、节能、高效的行驶，受到越来越多人的关注。本文介绍了一种智能网联汽车制动系统的设计，分析了智能网联汽车制动系统的使用现状，并对智能网联汽车制动系统的环境信息采集模块、执行机构以及控制系统提出了设计方案，希望能够使智能网联汽车被更加高效的使用，实现汽车更加安全舒適、节能高效的行驶。

关键词：智能网联汽车 制动系统 设计

智能网联汽车制动系统是根据先进的传感器或通讯网络信息技术感应收集车辆和外界环境之间的信号，接着控制系统对传感器或通讯网络信息技术接收到的数据进行分析处理，然后根据分析结果传出相应的指令到执行系统，运用汽车上的执行器对汽车进行相应的操作，从而达到制动的效果。如果汽车有两种制动操作系统，一种是智能控制制动系统，另外一种是常规的人力控制制动系统，当常规的人力控制制动系统的反应时间来不及操作，智能控制制动系统可以依据车辆上的传感器或者通讯网络信息技术把感应收集到的信息进行分析处理，然后再把分析的结果通过指令发给执行元件，这时汽车可以根据相应的控制参数制动车辆，达到制动的功能。

1 智能网联汽车制动系统的现状

从目前智能网联汽车制动系统发展的情况看，智能网联汽车制动系统的设计一般分为对汽车ABS进行改造创新和在原有汽车的制动系统的基础上加装机械机构控制制动踏板。

对汽车ABS进行改造创新，主要是对ABS的功能进行扩充，加入转向和悬架等控制系统，此时ABS不再单单是防抱死制动系统这样单一的系统，它形成了新的车辆控制系统。比如把ABS（汽车制动防抱死系统）、TCS（牵引力控制系统）以及VDC（车辆行驶动态控制系统）联系到智能化的系统上。把电子控制的悬架、传动系统等装置发展起来，把电子控制系统联系起来，产生新的功能。

在原有汽车的制动系统的基础上加装机械机构，这一类制动系统的设计主要是增加一些装置，比如比例阀、牵引力控制装置、电力电子控制制动系统、巡航系统等。该系统变化后比正常的制动器相比，能更充分的分配一些基本的制动力，制动距离更加短。

2 智能网联汽车制动系统的设计方案

（1）环境信息采集模块的设计

智能网联汽车要实现智能制动首先需要感知采集周围环境信息，本系统设计环境信息采集主要是采用高端传感器、高精准的定位系统以及网络信息技术对车辆的周围环境进行收集并准确确定车辆位置，由于对传感器要求比较高，因此选择鱼眼摄像头用于360°环视，以及超声波雷达、中远程毫米波雷达、激光雷达和前视摄像头;定位系统主要采用激光雷达定位法和GPS定位法;网络信息技术方面，实现信息交互采用大数据平台以及V2X通讯技术。

鱼眼摄像头也叫全景摄像机，它可以独立实现大范围无死角的监控，可以利用算法探测障碍物的距离，可以辨别物体的颜色特征等相关信息，技术比较成熟，经济性好。

超声波雷达，选择超声波雷达主要原因是超声波雷达具有结构简单，成本较低，体积小，灵敏度较高，信息处理简单可靠，易于小型化与集成化，抗环境干扰能力强，对天气变化不敏感，可在室内、黑暗中使用，可以进行实时控制。

毫米波雷达，具有穿透雾、烟、灰尘的能力强，抗干扰、反隐身能力强，能分辨识别很小的目标，而且能同时识别多个目标;具有成像能力，体积小、机动性和隐蔽性好以及空间分辨率高的特点。

V2X通讯技术，该技术可以使得车与外界的信息实现交换共享。车联网主要是通过整合远程感应技术、定位导航技术、车对车信息感知技术以及无线通信技术，实现智能驾驶。若该技术结合摄像系统和传感器，通过感知周围环境，可以快速调整，实现交通事故的零发生。该技术还可以通过对实时交通信息的接收分析，在行驶时自动选择最佳路线，这样交通堵塞问题就得到了极大缓解。

（2）控制系统的设计

智能网联汽车制动控制系统如图1所示，该控制系统由信号转换系统、压力环、电流环、电机、压力控制模块、电流控制器等组成。该系统由两个环型控制，其一是电机电流控制环，另外一个是制动主缸压力控制环。

该系统的工作原理，如图1所示，环境信息采集信号以及信息转换系统作为上层规划系统的一部分，压力检测模块检测制动系统的实际压力信号与上层规划系统即环境信号转换系统转换的压力比较，得到压力误差信号，该压力误差信号传给压力控制模块，压力控制模块再与电机相应的电流参考值对比，该电流参考值再与电流环电流检测模块检测到的实际电流值进行比较，会得到电流误差值，电流误差值流经电流控制器模块就可以得到脉冲宽度调制信号，脉冲宽度调制信号控制电流逆变器的导通，进而实现对电机的控制。最后，利用电机输出的扭矩控制制动主缸压力，达到制动的效果。

（3）执行机构的设计

执行机构是智能网联汽车制动控制系统中直接控制制动踏板的机械机构，考虑到实际车辆实用性，在执行结构的设计上要考虑两个关键技术，第一，人工驾驶时，该结构不能影响驾驶员的正常发挥。第二，智能无人驾驶状态下，该结构能根据控制系统指令去实现对制动踏板的控制。基于以上考虑，主要的执行机构有以下几大重要部分。

电机，执行机构中最重要的组成部分是电机。对于整个执行机构，电机是整个机构动力的来源，同时电机也是制动控制系统中被控制的对象。电机需要具备足够大的转矩才能拉动制动踏板;在控制系统中，要求电机要便于控制且要求控制精度高。对于智能汽车，电机的选择应该要耗能低、体积小的电机。因此在执行机构中，电机的选择非常重要，综合考虑优选无刷直流电机。

减速器，在本设计中减速器作为动力传递机构，它利用齿轮的速度转换器，把电机的回转数调到所要的回转数，得到所需转矩的机构。因为减速器可以降速，增矩，应用范围广且适应于无刷直流电机的转速快的特点，加装减速器使得设计方案更加好。

拉绳及绕线器，为了保证能承受一定的力，在设计时选择加入尼龙材质的拉绳与绕线器结合。这种方式与采用的直推制动踏板的方式等制动机构比较，它具有空间小、安装方便、输出力大、对驾驶员影响小等优点。

本智能网联汽车制动系统的设计，主要是利用传感器以及通讯信息交换技术对外部环境进行环境感知，接受外部信息，外部信息在经过传感器或者通信技术传到制动控制系统，制动控制系统接收来自传感器以及通信技术传递过来的信号并对这些信号进行分析处理，当制动控制系统接收到外界有故障点、行人、车辆或者接收到相应的交通信号时，会发出指令跟执行机构，命令执行机构对汽车进行制动，从而实现智能制动，另外该智能网联汽车制动系统仍然保留传统的人力制动装置，当驾驶员想体验驾驶技术时，可以操作汽车，实现汽车的行驶与制动。

3 结束语

当前汽车技术发展迅速，传统的汽车技术已经无法满足现代人的要求，汽车新能源、智能化、网联化、节能化是未来汽车发展的方向，随着汽车复杂性的提升，汽车的各大控制系统也要不断更新优化，汽车的制动系统是汽车行驶过程中的安全保障，也是汽车不可或缺的重要部分，要想提高汽车的发展水平，离不开对汽车各大系统的研究设计。通过对智能网联汽车制动系统的设计研究，运用智能网联技术和机械制造技术，设计本套基于智能网联技术的汽车制动系统，应用于智能网联汽车，为智能网联汽车制动系统的发展提供更多的、更优的选择，促进智能网联汽车的发展。

基金资助：北海职业学院2021年度院级科研类课题《基于智能网联技术的汽车制动系统的应用研究》，编号：2021YKY09。

参考文献：

[1]肖焱曦.无人驾驶智能车制动控制系统研究[D].西安：长安大学，2013.

[2]王洪涛，王芳，叶忠杰.汽车线控制动系统关键技术研究分析[J].现代信息科技，2019，3（9）：155-157.

[3]周建华.智能汽车制动系统的设计[J].发明与创新（职业教育），2019（12）：114-115.