一种汽车自动刹车系统的研究

2009年第 4期 (总第 213期) 农业装备与车辆工程 AGRICULTURAL EQUIPMENT＆VEHICLE ENGINEERING No．4 20()9 (Totally 213) 一 种汽车自动刹车系统的研究 安定衡 -，孟博渊2杨世文 t (1．中北大学 机电工程学院，山西 太原 030051；2．中北大学 机械工程与 自动化学院，山西 太原 030051) 摘要：介绍了自动刹车系统的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 原理，分别论述了系统主要模块的作用及具体实现方法：同时兼顾考虑实际行 车环境，设计 了一种实用性强的自动刹车系统，增强了汽车的主动安全性，具有良好的应用前景。 关键词：自动刹车：测距：电磁阀 中图分类号：U463．5 文献标识码：A 文章编号：1673—3142(2009)04—0042—03 Research on an Automotive Auto．．braking System AN Ding—heng ，MENG Bo-yuan ．YANG Shi—wen (1．School of Mechatronic Engineering，North University of China，Taiyuan 03005 1，China； 2．School of Mechanical Engineering and Automation，North University of China ， Taiyuan 03005 1，China) Abstract：The design principle of the auto-braking system is introduced．Both the main module S function and the methods to concretely achieve their functions are discussed．A practical auto-braking system is designed based on the actual driving environment ． It can enhance the active safety of automobile and has a good prospect． Key words： auto—braking；distance measurement；solenoid valve 引言 交通事故时常发生，使许多人失去了宝贵的生 命，很多事故是[犬J为驾驶员疏忽大意，没来得及及时 刹车造成的。另外，天气环境的变化、路面工况的变 化及驾驶员的误操作与事故的发生也有直接关系。 本文综合考虑这些因素设计了一种自动刹车系统。 1 系统原理与组成 自动刹车系统采用毫米波雷达测出与前车或障 碍物的距离，然后将此距离与报警距离、安全距离进 行比较．小于报警距离时就进行报警提示，而小于安 全距离时即使在驾驶员没来得及踩刹车踏板的情况 下，自动刹车系统就会启动，使汽车自动刹车。从而 减少交通事故的发生机率。本系统包括三大模块： 测距模块、数据 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 处理模块和执行机构模块。 1．1 测距模块 从驾驶员接到需要紧急制动信号的时刻开始， 制动过程分为以下几个时间阶段，即驾驶员反应时 间 、制动协调时间 、制动力增长时间 ”和持续 制动时间 。T。一般为 0．6～ls， = + 统称为迟 滞时间．一般为0．2～0．9s。制动距离与汽车的行驶安 全有直接的关系，一般指踩着踏板开始到完全停车， 汽车驶过的距离。制动距离与汽车载荷 、制动前的 收稿日期：2009—02—25 作者简介：安定衡(1982一)，男，广东肇庆人，硕士研究生，研究方 向为车辆电子与信息技术 ·42· 车速、制动液油压、路面附着条件以及制动系统的类 型有关⋯。假设汽车装有理想的自动防抱死装置．制 动距离的简化 数学 数学高考答题卡模板高考数学答题卡模板三年级数学混合运算测试卷数学作业设计案例新人教版八年级上数学教学计划 模型可由(1)式 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示： 1 ，， ，，2 5 奇( + )Uo+ L／ o (1) 式中 s为制动距离 (m)．Uo为制动前的车速(km／ h)， 为峰值附着系数(制动力系数的最大值)。在 干的沥青或混凝土路面上 一般为 0．8 0．9。 假设汽车以 U =80km／h的速度在高速公路上 行驶，为使5取最小值，把 =0．9， +譬 ：0．2s代 人公式(1)得 5 32m。如果汽车以更快的速度行驶． 路面附着条件差，制动器迟滞时间长一些．那么制动 距离将大于 32m。并且在驾驶员反应时间内(以0．6s 计算)汽车经过的距离 =UoX0．6／3．6 13m。这就是 说在驾驶员发现危险到汽车停下来．汽车经过的距 离要大于45m．因此要选用探测距离远的传感器。 目前，汽车测距的常用方法有四种：超声波测 距、红外线测距、激光测距和毫米波雷达测距[ 。超 声波、红外线测距因其探测距离相对较短(一般最大 为 10m)．环境适应性差，主要应用于汽车倒车防撞 系统 激光测距由于其测量性能易受环境因素干扰， 在雨、雪、雾等天气情况下，测量性能会有所下降，环 境适应性差，不宜采用。毫米波雷达探测距离远、运 行可靠、测量性能受天气等外界因素的影响较小。穿 安定衡 等：一种汽车 自动刹车系统的研究 2009年4月 透能力强。因此，本文选用毫米波雷达传感器测量 汽车间的距离。 1．2 数据分析处理模块 数据分析处理的流程如图 1所示。汽车低速行 驶时．驾驶员有足够的反应时间来手动刹车或避开 危险，一般不会发生交通事故，因此 自动刹车系统启 动后首先判断汽车绝对速度是否大于 20km／h。测量 距离实际上是测量发射脉冲与回波脉冲之间的时间 差，因电磁波以光速传播，据此换算成目标的精确距 离。由于汽车间的相对速度与光速相比之下小很多． 可忽略不计。若忽视汽车问的相对速度，则两车的 距离可由(2)式表示： R=(1／2)~cxAT (2) 其中尺为两车的相对距离，c为光速 ，△ 为从 发射信号到接收信号的时间间隔。时间间隔的计算 可由控制处理器内部的定时器完成。定时器在发射 信号时开始计时，接收到信号时停止计时．然后读取 定时器的数据寄存器的时间间隔数值代人公式(2) 计算车距。由公式(3)计算报警距离和由公式(1)计 算安全距离。 1 lI ，， ， 5 奇(Tl +手)Uo+ (3) 由车速传感器测量得到， 和 设定为常 值。根据路面情况选择开关来为系统选择3种路面 情况(如干的沥青或混凝土、湿的沥青和湿的混凝 土路面)的附着系数，系统工作时，由驾驶员根据当 时当地的实际路况进行选择后 ，代人公式(1)、(3) 计算距离 为了避免汽车在超车与前面车辆靠近时，在转 N 图 1数据分析处理流程图 弯所要进入的路口有车、行人时，在变更车道或绕行 障碍物时自动刹车而造成不必要的危险，而汽车行 驶时遇到上述情况又必须拨打转向灯，因此把系统 控制处理器的电源开关与转向灯开笑做成联动开 关，当拨打转向灯开关时，处理器的电源开关断开， 自动刹车系统停止工作 ，这样选择超车、转弯、变更 车道或绕行障碍物时．前方车辆或其他物体就不会 影响汽车的正常行驶。当关闭转向灯开关时，处理器 的电源开关闭合，自动刹车系统继续开始工作。 1。3 执行机构模块 如图2所示．为了简化图形省去了真空主力器． 液压泵 2由发动机经传动机构驱动，一直工作得以 产生高压。由于汽车高速化后，要求制动液油压达 (10～12)MPa，方能产生与车速相适应的制动力矩， 因此蓄能罐 4的制动液压力需要保持在 12 MPa．溢 流阀 5设定压力 14 MPa。当驾驶员踩下刹车踏板 时，高压制动液流进制动轮缸 8，推动制动块压紧制 动盘实现刹车，此时电磁阀 6、7、11关闭，使进油路 保持高压。当驾驶员松开刹车踏板时，电磁阀6、7关 闭，电磁阀 1l打开，高压油经回油路 12流回储油室 l。在制动轮缸 8复位弹簧的作用下制动块松开，从 而实现了手动刹车。 当系统控制处理器所测的车间距离小于报警 构 图 2自动刹车执行机构示意图 1．储油室 2．液压泵 3．单向阀 4．蓄能罐 5．溢流阀 6、7、1 1 电磁阀 8制 动轮缸 9．制动主缸 l0．单作用缸 12．回油路 距离时，处理器输出信号驱动语音芯片进行语音提 示，提醒驾驶员注意采取必要的减速操作。在驾驶 员仍然没有采取相应措施且所测的车间距离小于 安全距离时，处理器输出信号使电磁阀 6打开．电 磁阀7、11关闭，蓄能罐4的高压油流进轮缸8。实 现自动刹车。此时单向阀3起到避免高压油流向制 (下转第46页) ·43· 2009年第4期 农业装备与车辆工程 软件的推广，多自由度质量模型已逐渐成为配气机 构动力学建模的主要方式『7l 2．3 全面评价配气机构系统 随着设计要求的提高，在设计中需要考虑的因 素越来越多．包括凸轮与挺柱问的接触应力．气门加 速度与落座反跳，凸轮与从动件之问的飞脱，各零件 之间的接触应力，气门弹簧受力，配气机构的振动、 润滑特性、充气性能、平稳性及配气相位等，都必须 顾及。由于可以选取的结构布置，特别是凸轮型线 的种类越来越多，为了选取一个最优的 设计方案 关于薪酬设计方案通用技术作品设计方案停车场设计方案多媒体教室设计方案农贸市场设计方案 ，往 往需要付出很大的T作量。现在，一种能在国内外 市场竞争中具有生命力的机型，必须具有燃油消耗 低、可靠性高、耐久性好、振动和噪声小、排放达到标 准等优良品质，而这些均与配气机构的工作性能有 着十分密切的关系。因此配气机构的设计一直受到 内燃机工作者的广泛重视 结合实际情况，全面评价配气机构系统必须按 以下几种方法进行： (1) 正确合适的发动机性能模型，要求与实际 相符的进排气管道数据，包括管道长度、管道内外径 数据及管道弯角数据等．根据气门升程和曲轴相位的 对应关系，研究配气相位变化对进排气系统的影响。 (2) 良好的配气机构动力学研究模型。 (3) 合适的凸轮型线设计和修改。 (4) 重要接触件受力和热冲击的有限元分析。 3 结束语 柴油机配气机构的发展现状表明，柴油机配气 机构的技术应用和先进设计方法都是以提高发动机 性能，降低能耗和排放为最终目的，不论是多气门配 气机构还是在此基础上演化而来的可变气门运动配 气机构，还是设计方法从孤立研究凸轮到系统研究 配气系统，其基本出发点都是在更大范围内使内燃 机动力指标、经济指标和生态指标等达到最优。随着 汽车电子技术的日新月异和计算数学方法的不断创 新，柴油机配气机构将继续被不断优化和完善，进而 使得柴油机的综合性能得到进一步提高。 参考文献 [1]王予望汽车设计[M]．北京：机械工业出版社，2003． [2]尚汉翼 内燃机配气凸轮机构设计与计算[M]．上海：复旦大学出 版社 ．1988． [3]袁银 男．项置凸轮轴式配气机构设计的若干问题[J]．内燃机工 程，1996，17(2)：39—45． [4]吉学之WD618．42柴油机配气机构改进[J]柴油机，2004，15(3)： 12—16 [5]乔军WD618．42柴油机配气凸轮型线的改良设计[J]．内燃机工 程，2006，21(3)：59—63 [6]邱述刚．非对称式N次谐波凸轮型线设计方法的研究[J】．内燃机 工程，2006，19(3)：32—34 [7]吴楠 柴油机系统配气机构的动力学分析[J]．北京汽车，2004，22 (6)：29-31 (上接 第 43页) 动主缸 9的作用。如果驾驶员此时误踩了油门，处 设定 3种附着系数，可以得到接近实际情况的安全 理器检测到油门踏板位置开关信号后 ，便输出一个 距离；为避免汽车在超车、转向和变更车道时自动刹 高电平信号，它与驱动电磁阀6的信号经过与门电 车产生不必要的危险，设计了合理的自动刹车系统 路处理后，使电磁阀 7打开，高压油流进单作用缸 电源开关。同时，针对驾驶员在自动刹车时误踩油 l0．推动与离合器分离机构相连的推杆，使离合器 门，对普通汽车刹车结构作了适当改进后，可消除这 分离。在驾驶员松开油门踏板后，电磁阀 7关闭，直 一误操作所带来的危险。总之，本系统从实际行车情 到危险消失后电磁阀 6关闭，电磁阀 1l打开，制动 况考虑，实用性强，易于实现，具有一定的参考价值。 轮缸8和单作用缸 l0里的高压油在复位弹簧的作 参考文献 用下流回储油室 1。 『1]余志生 ．汽车理论(第3版)[M]．北京：机械工业出版社，2000． 结 诊 [2]王斌，刘昭度，何玮等．车用测距雷达研究进展[J]．传感器与微 一 ⋯ 系统．2006，25(3)：7-9． 本文采用受外界因素影响较小的毫米波雷达测 距装置测量车距：根据实际路况通过路面选择开关 ·46·