摘要：目的研究一种汽车制动系的制动方式，即在汽车的前方有深沟等情况时，驾驶员若来不及转向或刹车，汽车将自动实施制动。方法给民用车的前端加装一个路况传感器，该传感器将路况信息送往控制器，在非制动状态下由控制器来判断汽车是否需要制动。结果当汽车需要紧急制动时，控制器接通制动主缸外的控制阀，使刹车油进入制动主缸内，实施制动。结论这种电控辅助制动装置能确保在山区公路上行驶的汽车能安全行驶，减少汽车翻入深沟的概率，降低交通事故的发生率。
关键词：汽车；电控紧急制动装置；油泵；山区行车
0引言
目前，绝大部分汽车的制动系统都采用主动控制方式，即汽车的制动是由驾驶员的意识决定的，当驾驶员认为有必要停车时，就踩动脚踏板，实施制动。从驾驶员开始意识到要停车，并开始移动右脚到踩着制动踏板，中间需要经过一段时间，一般约为 (0.3～1.0) s，这段时间被称为驾驶员的反应时间[1]。之后，随着驾驶员踩踏板的动作，制动力增加，制动器才开始作用。这种制动方式在汽车行驶在正常状态下或是较为直的路面上时是完全可靠的。但是，假如汽车行驶在盘山公路上(或一座桥上)时，或者由于天雨路滑，造成转向不灵，或者由于驾驶不慎，该转向时来不及转向，汽车就有可能冲向悬崖(或深沟)；或者有可能从对面突然冲过来一辆汽车……，驾驶员由于本能会向一侧大幅度转向，汽车很可能会坠入悬崖(或深沟)等，从而造成恶性事故。
作者设计了一个电控辅助制动装置，当汽车行驶时，装在汽车前方的测距传感器将路况信息输入控制器中，控制器作用于电控辅助制动器制动主缸外的控制阀，使刹车油进入制动主缸内，实施制动，即可停车。
1电控辅助制动装置的组成
该装置适用于配有液压或气压制动系统的汽车，可配合防抱死制动系统(ABS)一同使用，也可单独安装。图 1 为装有液压制动系统汽车的安全制动系统(其控制系统及液压管路如图 3 所示)。图 1 中，1 为防抱死警告灯；2 为防抱死制动系统计算机；3 为防抱死制动执行器；4 为传感器转子；5 为路况传感器；6 为前轮速度传感器；7 为传感器转子；8 为控制继电器；9 为传感器转子；10 为后轮速度传感器；11 为制动灯开关。
图 1电控辅助制动控制系统
Fig.1Electrified emergency brake control system
1.1制动主缸系统
电控辅助制动器的制动主泵如图 2 所示。图 2 中，1 为推杆；2 为活塞；3 为补油室；4 为补油路；5 为储油室；6 为油泵；7 为单向阀；8 为储压器；9 为控制阀；10 为进油路；11 为压力室；12 为通往各制动的分泵；13 为制动主缸；14 为进油路；15 为回油路。
图 2电控辅助制动器制动主泵系统
Fig.2Master brake cylinder system of the arrester
原来的汽车制动主缸13(见图 2)上有一个进油孔[2](接油路 14)和一个补油孔(接油路 4)，推杆及活塞是由驾驶员的脚来控制的，有一个驾驶员的反应时间间隔，使汽车制动存在着延时的问题。现在，在储油室上另加一套装置，包括油泵 6，单向阀 7，储压器 8，控制阀 9。把油路接入压力室 11，控制阀 9 由防抱死制动系统执行器 14(见图 3)控制。当路况传感器 2 将路况信息传入防抱死制动系统计算机 12 后，由计算机判断是否需实施紧急制动。若需要便接通控制阀 9(图 2)，使油进入压力室，并流入各制动支管，增大 4 个轮上液压制动分泵(见图 3 中的 4 和 8) 上的压力，促使车轮紧急制动，使汽车停在一个安全的位置。控制阀 9 的开度可以随控制电流的大小而改变，可以控制进入油管的油量，进而控制压力室 11 的油压，随着输入控制阀电流的增加，压力室的油压将随之增加。图 3 中，1 为电池组；2 为路况传感器；3 为点火开关；4 为盘式制动分泵；5 为前轮速度传感器；6 为防抱死警告灯；7 为制动器指示灯；8 为盘式制动分泵；9 为后轮速度传感器；10 为制动器主泵；11 为通往制动信号灯；12 为防抱死制动系统计算机；13 为 P 阀；14 为防抱死制动系统执行器；15 为继电器。
图 3电控辅助制动控制系统的控制线路及液压管路
Fig.3Controlling circuitry and hydraulic pressure pipeline of the control system
1.2路况传感器
路况传感器一般采用超声波传感器[3]。超声波传感器频率高、 波长短、 定向性好、 能量集中，在不同被测介质界面上，大部分能反射。其超声波的传播速度在空气中主要受温度的影响，计算式为[4]
c=331.5+0.607 T(1)
式中T环境温度 ℃；
c超声波传播速度，m/s。
在实际使用中，由于汽车使用时的温差不大，所以该传感器特别适合于距离的测量。图 4 表示了路况传感器在汽车上的设置及传感器测出汽车前方有深沟时的情况。图 4 中，aw 为前后轮距；a 为超声波传感器测出的汽车前轮到深沟的距离；h1 表示车轮可以通过的深度；h2 表示路况传感器的高度；2t1，2t2 表示超声波传播的时间；2t1 为安全时间限，当超声波传播的时间超过 2t1 较长时间时，说明汽车前方有超过 h1 的深沟，汽车需要制动。
将传感器安装在车身前方(譬如前风窗玻璃上方)，倾斜向下，不同的车型可视安全距离或制动距离的具体技术要求来确定 ΔS 的长短，一般要保证a≥S+ΔS。S 为制动距离，是初始制动车速 vr 的函数。
图 5 表示了当路况传感器测出汽车前方有深沟时的输出曲线。图 5 中，Δt=2t2-2t1。当 2t2 无限长，或者说深沟很深或很宽时，Δt 就无限大。从图 5 中可以看出，其输出信号通常包括因路面不平或车身振动等因素所引起的干扰信号，如果完全按照这样的输出信号进行控制时，汽车将无法正常行驶。因此，在控制系统中设定了一个阈值 U1，当路况预测信号高于 U1 数值时，控制单元输出信号接通制动主泵上的励磁线圈，同时根据车速传感器[3]检测出的车速，可以估算出制动距离 S。当 S
图4路况传感器的设置情况
Fig.4The setting state of roads sensor
图 5路况传感器的输出曲线
Fig.5The output curve of roads sensor
2电控辅助制动器的控制方法
电控辅助制动器的控制流程如图 6 所示。汽车的制动距离可根据半经验公式[1]计算
S=a×vr+b×v2r(2)
图6电控辅助制动器的控制流程
Fig.6 The flow chart of brake controls
式中a，b经验系数；
vr汽车的制动初速，km/h；
S制动距离，m 。
计算轿车、 轻型车的制动距离时，用
计算装有液压制动系的货车、 客车的制动距离时，用
若轿车、 轻型车的车速超过 100 km/h 时，用
电控单元根据各车轮测出的转速信号可以计算出汽车的起始制动车速 vr，并根据车速计算出随时制动的距离 S。当 S
3使用条件及建议
(1) 该电控辅助制动器可配合防抱死液压制动系统或气压制动系统一起工作，以提高汽车制动的可靠性，也可独立装配于民用汽车上。
(2) 该电控辅助制动器可广泛应用于民用型各类汽车上，并可大大减少山区交通事故的发生率，特别是大客车“群死群伤”的现象。同时，笔者认为： 警用车以及军用车最好不要使用。譬如，当警车在环山公路上执行任务时，若警车中的驾驶员驾车技术好，可以使警车从山上的公路经斜坡斜插下来，抄近路截击罪犯，这样在某种程度上可提高破案率；对于军用车，在急行军时，技术高的驾驶员可以抄近路走，包括穿插斜坡，飞越比较小的或窄的山沟等。
(3) 建议常行驶于山区的民用汽车尤其是客车最好装配该电控辅助制动器，同时在紧急制动时，要求乘员必须佩带安全带。
吕彩琴（1968-），女，讲师，硕士。从事专业：汽车工程。
吕彩琴（华北工学院 机械电子工程系，山西 太原 030051）
苏铁熊（华北工学院 机械电子工程系，山西 太原 030051）
翟成瑞（华北工学院 电子工程系，山西 太原 030051）
解永红（华北工学院 机械电子工程系，山西 太原 030051）
参考文献：
[1]余智生。汽车理论
[2]吴知章。汽车构造
[3]孟嗣宗，庄一方。现代汽车电子控制
[4]严普强，黄长艺。机械工程测试技术基础
A New Structure of Electrified Emergency Brake for Civil Automobiles
Lü Cai-qinSU Tie-xiongXIE Yong-hong
（Dept. of Mechatronics Engineering, North China Institute of Technology, Taiyuan 030051, China）
ZHAI Cheng-rui
（Dept. of Electronic Engineering, North China Institute of Technology, Taiyuan 030051, China）
Abstract:AimTo study an automatic brake system for the automobile, when a gully is encountered in front of it and it is too late to dodge. MethodsA sensor is installed in front of the civil automobile to transmit the roads information to the central controller, which can estimate whether the automobile is needed brake or not. ResultsWhen the automobile needs emergent brake, the system connects the controlling valve to make brake-oil into master cylinder to brake the automobile. ConclusionThis brake can insure that the civil automobile moving safely on mountain roads to lessen the chance of falling into the gully, and succeed avoiding a traffic accident.
Key words:automobiles; electrified brake; oil pumps; driving on hill-side roads(end)
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