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文献综述 摘要：本文探究了挂车制动技术的发展过程，目前国内研究和应用现状，并从制动系统的需求探究出对主动制动的需求。对车间通讯技术的原理，发展概况以及应用情况进行简介，并阐释了车间通信技术如何解决挂车主动制动问题。 关键词 挂车主动制动 车间无线通讯 技术简介
挂车作为运输车辆的一种，由其载重高、灵活性好、适应性强、低能耗、制造和使用成本低等优点，在公路运输所占比重中不断上升。以美国为例，挂车承担了整个公路货物运输量 57％，挂车已成为公路运输的中坚力量。由于挂车车身长，负载高，主体分为主车和挂车两个部分，导致车身不易控制，容易发生事故，安全问题制约着挂车的进一步发展，而研究制动系统对于挂车安全性能的提升具有重要的意义。另一方面，车间通讯是如今方兴未艾的车联网技术的重要组成部分，其“数字化”“智能化”的特征为很多传统车辆上存在的问题找到了解决方案，例如运用车间通讯技术进行高速公路车辆连撞事故的预警，进行车辆编队的控制等，本文讨论了将车间无线通讯技术应用于挂车主动制动系统，用新技术为传统问题找到出口。 2 挂车制动技术 2.1 挂车制动系统概述 挂车是指由汽车牵引而本身无动力驱动装置的车辆。 由一辆汽车（货车或牵引车、叉车）与一辆或一辆以上挂车的组合。载货汽车和牵引汽车为汽车列车的驱动车节，称为主车。被主车牵引的从动车节称为挂车。是公路运输的重要车种，采用汽车列车运输是提高经济效益最有效而简单的重要手段。具有迅速、机动、灵活、安全等优势；可方便地实现区段运输[1]。 2.2制动系统的工作原理 目前，汽车列车均要求双回路制动系统，即用一个双回路保护阀，将空气压缩机产 |
生的的压缩空气分别充入两个独立的储气罐（压力源），然后，一个回路到前制动气室，另一个回路到后制动气室，实施制动。若某一个回路发生故障失效时，另一个回路仍能继续工作，使制动系统维持一定的制动能力，保证汽车行车制动的安全性[2]。
2.3制动系统的要求
汽车列车制动系统由牵引车制动系统和挂车制动系统两大部分组成。而每一种制动系统又由制动器、制动传动和控制装置组成。挂车制动器通常和牵引车制动器相同，其结构及调整方法可参阅有关汽车设计文献。制动传动和控制装置则取决于牵引车的制动型式和拖挂的载荷。挂车的制动系统除必须具备对一般汽车制动系要求的减速、驻车灯功能和制动力大、制动平稳、散热性好等性能外，还须满足下列要求：
- 挂车与牵引车的制动系统应相互关联，工作可靠。
- 牵引车和挂车的制动应协调，即满足一定的制动顺序。例如半挂汽车列车的制动顺序是牵引车前轮、半挂车车轮及牵引车后轮；对于全挂车列车，希望挂车制动略早于牵引车，以免因挂车迟后制动造成列车折叠或甩尾等现象
- 当挂车意外自行脱挂，制动管路切断时，挂车制动系统应能立即使挂车自行制动。
- 汽车列车满载拖挂时能在16%的坡道上停住；此外，挂车应另设驻车制动系统，以保证脱挂停放时可靠制动[3]。
3 车间通信技术
3.1 概述
汽车的车载无线通信技术是一种涵盖了多种现代化技术的新型通信技术，主要由无线通信技术、计算机技术、电子技术和汽车技术相融合而成。车载无线通信技术按站数据传递的距离进行分类可以分为车内通信、车外通信、车间通信和车路通信四类[4]。其中以车辆间的信息交互（V2V）和车辆与外界的信息交互（V2X）为目前学界的研究重点，也是未来智能交通的重要发展方向[5]。
V2V通信技术，由福特公司在2014年6月3日发布，可以监测街上行驶的其他车辆
的速度、位置等对其他驾驶员无法开放的“隐藏”数据[6]。V2V通信技术是一种不受限于固定式基站的通信技术，为移动中的车辆提供直接的一端到另一端的无线通信。即通过V2V通信技术，车辆终端彼此直接交换无线信息，无需通过基站转发[7]。
3.2 原理
V2V通信是基于移动Ad Hoc网络的基本理论来实现的，移动Ad Hoc网络的基本原理如图1所示：
图1 Ad Hoc网络拓扑结构
Ad hoc 网络是一种特殊的无线移动网络。网络中所有结点的地位平等，无需设置任何的中心控制结点[8]。网络中的结点不仅具有普通移动终端所需的功能，而且具有报文转发能力。它具有以下特点：①无中心②自组织③多跳路由④动态拓扑。汽车能够通过这种网络进行车对车之间的信息交流[9]。
在车间网络的硬件由车载子系统，移动网络通信子系统，功能子系统[10]实现，详情见图2。
图2 车辆无线通讯系统总体框图
车间无线通讯主要分为四步实现：①车载子系统所使用的各种传感器收集数据，将汽车上的各类模拟信号数字化②通过信号处理模块将采集来的数据进行解读③通过无线通讯模块发送数据给目标车辆④目标车辆接收数据并利用储存的算法进行动作[11]。
3.3车间无线通讯技术的应用
3.3.1在主动安全辅助驾驶上的应用
利用车间无线通讯，使得汽车在行进的过程中随时可以得到前方路况和周围车辆的完整的信息图,从而自动调整车的刹车和加速装置,使得汽车在行进和拐弯的时候不会以错误的速度行进,避免可能的危险[12]。
清华大学汽车研究所研制的汽车安全辅助装置开发已通过验收,这套装置借助视觉、雷达以及等相关传感器获取运行车辆周边的环境信息,建立了车间距保持安全距离模型、汽车运动鲁棒控制器、障碍物识别、汽车智能制动系统等相关子系统,并以提高车辆运行过程中的整体安全性为研究目标[13]。
3.3.2在节能驾驶策略上的应用
汽车在道路上行驶时，燃油消耗率与燃料效率为车速，发动机扭矩，变速器变速比的函数，选择合适的发动机扭矩和变速比能够有效提高燃料效率。北京大学的Xiaosong Hu博士等人针对V2V/V2I通信条件下的车辆跟随问题，建立了一种预测最优控制框架，以实现车辆的燃 油经济性最大化。该框架明确考虑了发动机效率和无级变速器效率以及它们对工况的依赖关系。它的有效性已经在主要车辆遇到的一系列交通流中得到了证明，包括巡航、城市和类似高速公路的驾驶模式[14]。见图3
图3 采用车间无线通讯的跟车模型
3.3.3在车辆编队上的应用
Tiago P.研究了一种适用于主动目标跟踪的多机器人系统避障方法。该方法解决了一个非线性模型预测编队控制器如何防止碰撞的问题，并且提出了一种改进的A*路径规划算法[15]。Hanzhen Xiao设计了一个基于神经动态优化的非线性模型预测控制器来实现移动机器人的跟随领航者编队控制系统[16]。庄迁政研究了多智能小车编队控制问题，建立智能小车的模型并设计编队控制算法，针对实际多智能小车编队系统的通信延时及丢包问题，引入预测控制机制来改善系统的性能[17]。
4 综述和课题的联系
传统全挂车一般采用机械式气压制动系统，其传输介质是气体，在制动过程中，当驾驶员踩下制动踏板，制动信号以气压形式由牵引车传递到挂车，所以牵引车往往先于挂车制动，牵引车、挂车之间制动不协调。传统的气压制动系统各轴间的制动力往往按照固定比例分配，但全挂车运送乘客或货物的数量经常发生变化，空载或满载时各轴载荷（主要是指挂车）区别较大，而传统气压制动系统无法实时调节制动力分配比例，在固定比例分配下的制动力作用下，牵引车、挂车制动强度不一致，牵引车、挂车之间制动不协调。
事实上不仅全挂车，半挂车以及城市铰接客车等在制动过程中也存在这类制动不协调现象，这种制动不协调现象不仅降低了汽车制动稳定性，对汽车的行车安全造成威胁，而且严重影响驾驶员及乘客的驾驶舒适性[18]。
而本课题中的主动制动系统运用车间通信技术，以无线传输的方式将制动信号传导至挂车制动系统，经由控制系统判断实现挂车先于牵引车的主动制动。控制模块中存储多种制动策略，可以根据主车速度,加速度，车辆载荷等参数采取不同的制动动作。使牵引车、挂车之间协调制动。
本课题的研究目的是设计一个车间无线通讯系统，用以支持挂车实现主动制动，通过研究车辆编队的“先导车—跟车”模型，可以类比出主车和挂车的制动原理，从而确定挂车制动所需参数，进行相关的传感器设计。Ad Hoc移动网络中的蓝牙网络是
合适的车间通信网络之一，可以采用蓝牙通信进行设计。车间无线通讯系统的硬件基本结构可以参照本文提到的故障监测系统进行设计。
5 总结
挂车具有机动、灵活、迅速、安全等优势，是公路运输的重要组成部分，大多数挂车采用气动双回路的制动系统，具有挂车不能先于主车制动，车辆载荷不同制动力无法协调等弊端，采用车间通信的挂车主动制动系统后，主车的速度加速度，挂车承受载荷等可以数据化传送至挂车制动器，根据不同情况采取不同的制动策略，以规避上述挂车制动的弊端。该系统为新兴的车间通讯技术在传统车辆上应用的典型样例，车联网技术发展方兴未艾，其在各行各业的应用更有待我们进一步开发。相信随着人们对这项技术的研究的不断深入，人们的生活会有更多的改变发生。
6 参考文献
[1]郭正康.现代汽车列车设计与使用[M].北京:北京理工大学出版社. 2006.
[2]郭正康.全挂汽车列车制动性能的研究[J].汽车技术, 1990(8).
[3]张建国.半挂汽车列车制动稳定性仿真分析[D].吉林：吉林大学，2007.
[4]张玲.车载无线通信技术的应用及发展前景[J].数字通信世界，2017，（9）：73.
[5]潘永刚.分析车载无线通讯技术的应用及发展前景 [J].科技风，2014，22：112.16.
[6]王沛东.自主车队的纵向协同控制技术研究[D].湖南：国防科学技术大学，2015.
[7]王群.车联网的安全机制及关键技术研究[D].江苏：南京理工大学，2016.
[8]梅辉.无线Ad-Hoc网络[J].世界电信，2003，（6）：47-50.
[9]付光宇.未来移动通信技术（Ad hoc）浅析[J].科技资讯，2007，（8）：16.
[10]周婷.无线通信的踏板力测试仪的设计[J].自动化仪表，2007,21（5）:51-53.
[11]禹精达.汽车无线传感器的研究与设计[J].山西电子技术，2011，3.
[12]靳玉.基于车间无线网络通讯技术的汽车安全辅助驾驶系统研究[D].吉林：吉林大学，2019.
[13]王志宏.汽车安全辅助装置研究进展[J]清华大学学报,2004,6.
[14]胡晓松.具有连通性的节能汽车的网络物理控制[J].IEEE工业电子汇刊,2017,64（11）.
合适的车间通信网络之一，可以采用蓝牙通信进行设计。车间无线通讯系统的硬件基本结构可以参照本文提到的故障监测系统进行设计。
5 总结
挂车具有机动、灵活、迅速、安全等优势，是公路运输的重要组成部分，大多数挂车采用气动双回路的制动系统，具有挂车不能先于主车制动，车辆载荷不同制动力无法协调等弊端，采用车间通信的挂车主动制动系统后，主车的速度加速度，挂车承受载荷等可以数据化传送至挂车制动器，根据不同情况采取不同的制动策略，以规避上述挂车制动的弊端。该系统为新兴的车间通讯技术在传统车辆上应用的典型样例，车联网技术发展方兴未艾，其在各行各业的应用更有待我们进一步开发。相信随着人们对这项技术的研究的不断深入，人们的生活会有更多的改变发生。
- 参考文献
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[17]庄迁政.多智能小车编队控制及 3D实时仿真[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学航天学院,2014.
[18] 卢天义.全挂车气压制动系统协调一致性研究[D].南京：南京航空航天大学，2016.
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