新型汽车坡道起步辅助装置

根据公安部交管局发布的数据，截至2014年10月底，我国机动车保有量为2.64亿辆，其中汽车1.54亿辆。最近两年，全国私家车以年均1600多万辆的速度迅猛增长。

随着我国城市机动车保有量的增加,道路拥挤状况日趋严重,堵车、跟随的情况时有发生,许多驾驶员经验、技术不足,经常出现坡起溜车或熄火。汽车在坡道起步时需要驾驶员能够协调控制好离合器、油门和手刹，对驾驶员的驾驶技巧要求较高，坡道角度增加时，事故发生的几率也增加，造成的损失也愈大。

经过我们对于汽车市场深入地调研，我们发现目前国内外汽车市场的相关情况如下：

(1)市场上的绝大多数车型，特别对于中低档车并没有配备任何坡道起步辅助装置，虽然个别有经验的司机可以做到平稳起步，但对于大多数司机则不然，尤其是新手。

(2)市场上部分中高端车型，则配备了上述的电子驻车制动系统，如迈腾的AUTO HOLD电子自动驻车系统。

1 汽车坡道起步过程分析

当汽车在路面附着条件足够的坡道上开始起步时，忽略车轮变形、车轮滑转、风阻等因素.同时由于滚动阻力相对坡道阻力值较小，为便于抓住主要问题，后文的分析中忽略滚动阻力.汽车在坡道起步过程中将受到驱动力、坡道阻力、加速阻力及制动力的作用。根据汽车受力的变化，可将汽车坡道起步过程分为3个阶段。

第1阶段：汽车停驻在坡道上，车速为0，尚未有动力从发动机熄火或空转，此时驱动力Ft为0.制动力与坡道阻力F i相互平衡，大小相等，方向相反，即：Fxb＝Fi。

第2阶段：随着驱动力的增加，制动力逐步减小.当驱动力Ft与坡道阻力Fi大小相等，方向相反，形成一对相互平衡的力时，制动力逐渐减小至0，即：Ft＋Fxb＝Fi。

第3阶段：当驱动力Ft的值超过坡道阻力Fi之后，如果制动不能及时解除，则随着驱动力的增加，制动力反向增加，成为阻碍汽车行驶的阻力，并且其增加值与驱动力的增加值相等，即：Ft＝Fxb＋Fi。

由以上分析知，若汽车在制动力矩为0的临界时刻(驱动力与坡道阻力值相等)开始起步，则汽车便可以平稳起步，避免“溜车”与熄火。驱动力与坡道阻力值相等的特定时刻成为坡道起步控制的关键点。因为制动力矩完全由制动支撑架承担, 如果能在制动支撑架上安装传感器就可以方便地采集制动力矩。

2 方案设计

坡道辅助起步部分主要通过集成扭矩传感器、电控单元、集成扭矩传感器联合工作实现。驱动力与坡道阻力值相等的特定时刻成为坡道起步控制的关键点关键点在于依靠集成扭矩传感器实时监测刹车盘制动扭矩大小，转换为相关的电压信号给电控单元。电控单元核心为MC9S12芯片,可以通过驱动器对机械执行机构进行控制。从而实现驱动扭矩的稳定加载和制动力矩的准确及时释放的最优控制目标，使汽车能在制动力矩为0的准确时刻平稳起步。

3 扭矩感应及无线传输模块的设计

我们采用的是传统的应力应变监测技术——用传感发射器直接监测制动支撑架的受力情况, 并把侦察到的压力信号通过无线传输的方式发送到接收器上。

该模块主要由安装在汽车制动支撑架上的扭矩传感器和信号处理单元、RF 发射器组成的TPMS 发射模块, 和安装在汽车上的包括数字信号处理单元的RF 接收器等接受模块组成。一般情况下,一辆轿车需要4 个TPMS发射模块和1 个TPMS 接收器;为了提高系统的接收能力和抗干扰能力,系统安装时需要在汽车底盘安装接收天线。

4 无线射频发射及接收器件硬件

我们在设计选用无线射频发射和接收期间的要求是∶发射功率尽可能大,接受灵敏度尽可能高；芯片外型尺寸尽可能小；具有比较好的性价比。RF器件还要考虑待机功耗和晶振启动时间。通常一个完整的数据包(64到128位)以2.4kHz至20kHz的速率发送,并且其发射功率不能超过10dBm,否则要接受无线电管制。我们系统的收发芯片采用InfineonTDK5100F和TDA5210型。

5 技术优势

针对目前汽车市场上有关类似装置的情况，我们研制的装置具有以下明显的先进性：

(1)在核心技术方面，主要体现在本装置的扭矩传感器、单片机控制以及机械传动控制的协调工作，使得驱动力满足起步条件后迅速反应，达到“坡道平稳起步”的效果，“坡道平稳起步”的关键只与制动力矩的变化相关，通过单片机程序控制，安全科学。其原理简单，实现操作可靠，效果良好，而市场上现有的同类装置核心技术主要针对多个传感器信号的辨识及处理，原理过于复杂，实现过程过于繁琐，实现可行性不高，而成本极高，并且得不到理想的“坡道平稳起步”效果。

文章来源：《机械传动》 网址: http://www.jxcdzz.cn/qikandaodu/2021/0413/413.html