輪徑變化及高速爆胎安全行駛控制和救助系統技術方案

本發明專利技術涉及一種輪徑變化及高速爆胎安全行駛控制和救助系統，包括：用于檢測各個車輪的滾動輪徑的實時監測模塊；用于處理有效輪徑的高度變化量的分析與處理模塊；中央控制裝置，用于根據從所述分析與處理模塊傳輸的各輪的有效輪徑的高度變化量判斷是否各輪發生有效滾動半徑變化或爆胎；以及車輪制動控制模塊，在中央控制裝置判斷出一個車輪發生變化尤其是爆胎后，車輪制動控制模塊將同軸兩輪的有效輪徑差異，在車輛處于直線行駛或者彎道行駛的狀態下控制制動裝置向各個車輪施加不同大小和不同作用時間的制動力，配合對發動機驅動力的調控，以控制各個車輪的實時行進速度，從而使得輪徑發生變化或高速爆胎的車輛保持原穩定行駛狀態。

【技術實現步驟摘要】
輪徑變化及高速爆胎安全行駛控制和救助系統
本專利技術涉及一種車輛發生輪徑變化及高速爆胎時的安全行駛控制和救助系統。
技術介紹
目前，以ABS、TCS、ESP為代表的安全行車自動控制技術得到長足的發展，在特定情況下對車輛的安全性和穩定控制起到了很好的、至關重要的輔助作用，但針對高速行車過程中，輪胎有效滾動半徑發生明顯變化時的行車安全控制和救助問題，卻缺乏有效的研究，依據輪徑變化特性對車輛進行安全有效對策的技術方案，幾乎是空白。例如在高速公路上，車輛如突發前輪爆胎，輪胎有效滾動半徑就會有重大改變，此時，車頭會快速偏向爆胎側，由于巨大的慣性和方向糾正不力，多半會發生翻滾而造成重大交通事故，此時車輛即使裝備目前最先進的ESP系統，對防止爆胎引發的重大事故危害的作用也不大。具體來說，以一般轎車的常用輪胎195/70R1477H為例，輪胎的斷面寬度為195mm，輪胎本身的斷面高度為136.5mm，輪轂半徑為355.6mm，總半徑為492.1mm，其周長為3090.4mm，在高速行駛中發生爆胎后，如果輪胎脫落，則該車輪的總半徑將從492.1mm最大可減少為輪轂半徑355.6mm，滾動半徑或輪轂距地的高度減少幅度高達27.74％，則同樣角速度時行進的線速度也將減少27.74％，這就意味著同樣轉動一圈，爆胎輪與同軸非爆胎輪相比，滾動距離將少0.857米。對時速為108km/h的高速車輛，車輪的理論線速度為30米/秒，如右前輪為驅動輪爆胎時，在不對方向進行任何操控的極端情況下，這種規格的非爆胎輪理論上每秒將比爆胎輪多前進8.32米。如爆胎輪與地面的滾動阻力大于非爆胎輪時，差速器的作用將進一步放大非爆胎輪的驅動力，而一般車道的寬度在3.5m左右，汽車兩輪之間的輪軸只有不足2米，非爆胎輪可在半秒的瞬間比爆胎輪多行駛一個車道、兩個軸距的寬度；尤其在輪胎被撕裂后爆胎輪將瞬間受到巨大滾動阻力，此時差速器將使非爆胎輪飛轉，車輛會以該爆胎輪為軸心發生旋轉，在0.3秒以內非爆胎輪多走一個車軸距離而使車頭調轉90度甚至180度，橫向占據爆胎側行車道，而后汽車巨大的前行慣性足以在0.5秒內使得車輛翻滾、甩尾等出現巨大交通事故。然而，目前汽車行業很少關注輪胎滾動半徑的突發變化導致的行車危害及其安全穩定控制問題。針對高速爆胎，其監測技術普遍采用輪胎內部壓力是否突降為零來判斷。現有的用于轎車的輪胎壓力監測系統TPMS主要有兩種方式，一種是使用ABS配備的角速度傳感器。該方式利用的是氣壓下降會導致輪胎有效直徑減小，從而就會導致輪胎轉速的異常增加。另一種方式就是在輪胎內安裝氣壓傳感器和溫度傳感器的直接檢測方式。直接方式的檢測精度一般比間接方式高。使用ABS輪速傳感器通過左右輪胎轉速差檢測氣壓下降的間接方式的優點是只要安裝ABS，基本上就不再需要追加成本，但問題是氣壓測定精度比直接方式低，4個輪都出現輪胎氣壓下降時無法檢測。直接式TPMS將傳感器和射頻發射器芯片安裝在輪胎氣門附近，在輪胎壓力過高、過低、快速或慢速漏氣，及輪胎溫度異常變化時，及時向車載無線接收器報警，從而可提供爆胎發生信息。無論汽車在行駛還是停靠狀態，均可隨時監測輪胎壓力狀況，包括備胎。但TPMS卻無法進行高速爆胎后的自動救助和車輛的穩定性控制，不能從根本上消除爆胎引發的車毀人亡及可能的連環追尾等重大惡性交通事故。基于現有TPMS的胎壓監測技術，采樣頻率低，一般在數秒至數分鐘才采樣一次，無法及時獲得爆胎信號，而要及時獲得爆胎等胎壓異常信息，就必須擴大采樣頻率，這必然影響電池的使用壽命，同時制作成本高、需要考慮省電模式等，線路設計復雜；其一般位于氣門嘴的安裝位置，在裝卸輪胎時容易損壞胎壓監測和發射模塊。而現有的檢測胎壓的TPMS或BMBS(爆胎檢測與制動系統)系統，以及對車輛在危險情況下進行救助控制的BMBS和ESP系統，均無法測量和提供嚴重缺氣或爆胎等情況下的輪胎半徑變化，從而不能依據各輪有效滾動半徑實時信息，對高速行駛的車輛因爆胎等原因導致的有效滾動半徑瞬間發生顯著改變，進行更加針對性的、更加及時和科學有效的行車控制和救助。以目前車輛配置的最高級的ESP行車穩定性控制系統為例，其控制邏輯是基于各輪有效滾動半徑恒定不變的假設前提。而事實上，判斷某輪滾動快慢是否發生變化，不僅要看旋轉角速度是否發生改變，還要檢測有效滾動半徑大小是否發生變化，兩種檢測本身，缺一不可，只有二者共同結合，才能準確確定各輪的運行狀態，也才能對車輛進行科學有效的控制。如僅僅監測各輪角速度快慢和相互差異，而不檢測各輪當前的有效滾動半徑大小有無變化，勢必與某輪嚴重缺氣或突發爆胎的實際情況出現嚴重偏差，從而導致ESP系統給出嚴重錯誤的控制對策。例如，在左前輪剛剛爆胎瞬間，爆胎輪因缺氣滾動阻力突發增大引發的側向力跑偏累積效果，相對高速行駛車輛的巨大縱向前行慣性是比較弱小的，此時車輛因慣性作用還處于縱向穩定前行狀態，ESP還沒能監測到車輛達到側滑或繞豎直軸旋轉的臨界閾值，但卻可首先檢測到左前輪角速度明顯瞬間增加近30％，此時ESP可能視為左前輪在途徑一側光滑路面而出現打滑趨勢，從而對左前輪采取制動措施，以便其角速度與右側正常輪一致。而右前輪因差速器作用必將獲得更大的驅動力，相對左側爆胎輪在同樣的時間要轉動更多的距離，這樣，ESP參與控制的結果，反而會瞬間誘發突然的、更加巨大的左偏力而導致爆胎車輛掉頭、側翻，此時ESP系統會出現控制上的邏輯混亂，從而引發對策錯誤而可能導致更加嚴重的事故危害。此外，針對高速爆胎事故雖然已有一些對策技術，但無法從根本上消除爆胎車輛高速行進中引發的側傾力及側翻危險，無法考慮輪徑變化時的行車特性，從而無法有效實施爆胎救助問題，現有公開的技術也無法在實際行車過程中根除爆胎救助過程中引發的追尾事故。對高速行駛車輛可能出現的安全隱患，還有待更加科學、完善的救助對策和安全行車控制方案。
技術實現思路
因此，針對車輛高速行駛過程中，出現輪胎有效滾動半徑變化甚至是突發爆胎時的安全行駛控制及救助問題，本申請提出一種用于車輛高速爆胎故障的救助和適用于輪徑發生明顯變化時的安全行駛智能控制系統，確保輪徑發生變化的車輛安全穩定運行，并將高速爆胎車輛可能導致的人車危害和重大交通事故，降為低至零可能。根據本專利技術，提出了一種輪徑變化及高速爆胎安全行駛控制和救助系統，包括：用于檢測各個車輪的滾動輪徑及角速度的實時監測模塊；用于傳輸所述實時監測模塊的輪徑及角速度信號的信號傳輸模塊，用于接收來自信號傳輸模塊的輪徑信號并進行分析和處理得出有效輪徑的高度變化量的各輪的滾動半徑的分析與處理模塊；中央控制裝置，用于根據從所述分析與處理模塊傳輸的各輪的有效輪徑的高度變化量判斷是否各輪發生爆胎，并實施綜合行車控制和爆胎救助功能；以及車輪制動控制模塊；在中央控制裝置判斷出一個車輪發生爆胎后，中央控制裝置將執行緊急制動命令和各車輪的有效輪徑和各車輪的實時角速度等信息發送給車輪制動控制模塊，車輪制動控制模塊將根據爆胎車輪的有效輪徑和非爆胎車輪的有效輪徑的差異，在車輛處于直線行駛或者彎道行駛的狀態時，控制制動裝置向各個車輪施加不同大小和不同作用時間的制動力，從而控制各個車輪的實時角速度和線速度，從而使得爆胎車輛穩定保持原行駛狀態。優選的是，在車輛處于本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種輪徑變化及高速爆胎安全行駛控制和救助系統，包括：用于檢測各個車輪的滾動輪徑和角速度的實時監測模塊；用于傳輸所述實時監測模塊的輪徑和速度信號的信號傳輸模塊；用于接收來自信號傳輸模塊的輪徑信號、速度信號并進行分析和處理得出有效輪徑的高度變化量和角線速度變化量的分析與處理模塊；中央控制裝置，用于根據從所述分析與處理模塊傳輸的各輪的有效輪徑的高度變化量判斷是否各輪發生爆胎；以及車輪制動控制模塊，在中央控制裝置判斷出一個車輪發生爆胎后，中央控制裝置將執行緊急制動命令和各車輪的有效輪徑和各車輪的實時角速度信息發送給車輪制動控制模塊，車輪制動控制模塊將根據爆胎車輪的有效輪徑和非爆胎車輪的有效輪徑的差異，在車輛處于直線行駛或者彎道行駛的狀態下控制制動裝置向各個車輪施加不同大小和不同作用時間的制動力，以控制各個車輪的實時行進速度，從而使得車輛保持原穩定行駛狀態。

【技術特征摘要】
1.一種輪徑變化及高速爆胎安全行駛控制和救助系統，包括：用于檢測各個車輪的滾動半徑和角速度的實時監測模塊；用于傳輸所述實時監測模塊的輪徑和速度信號的信號傳輸模塊；用于接收來自信號傳輸模塊的輪徑信號、速度信號并進行分析和處理得出有效輪徑的高度變化量和角速度和線速度的變化量的分析與處理模塊；中央控制裝置，用于根據從所述分析與處理模塊傳輸的各輪的有效輪徑的高度變化量判斷是否各輪發生爆胎；以及車輪制動控制模塊，在中央控制裝置判斷出一個車輪發生爆胎后，中央控制裝置將執行緊急制動命令和各車輪的有效輪徑和各車輪的實時角速度信息發送給車輪制動控制模塊，車輪制動控制模塊將根據爆胎車輪的有效輪徑和非爆胎車輪的有效輪徑的差異，在車輛處于直線行駛或者彎道行駛的狀態下控制制動裝置向各個車輪施加不同大小和不同作用時間的制動力，以控制各個車輪的實時行進速度，從而使得車輛保持原穩定行駛狀態。2.根據權利要求1所述的輪徑變化及高速爆胎安全行駛控制和救助系統，其特征在于，在車輛處于直線行駛的狀態下，車輪制動控制模塊通過產生增加同軸非爆胎輪的制動力的制動力控制信號，控制各輪的制動系統輸出制動力，使爆胎輪的角速度與同軸非爆胎輪的角速度調整為與二者的有效滾動半徑成反比，從而控制車輛同軸的兩前輪或者兩后輪達到和時刻維持相同的線速度；或者，在車輛處于彎道行駛的狀態下，根據轉向角大小和方向，將爆胎輪的角速度與同軸非爆胎輪的角速度差異大小調整為同軸兩輪的線速度差異滿足彎道行駛的轉向角的要求。3.根據權利要求1所述的輪徑變化及高速爆胎安全行駛控制和救助系統，其特征在于，所述中央控制裝置在各輪的有效輪徑的高度變化量△h等于有效輪徑的高度最大變化量△hmax時，判斷該車輪發生爆胎，其中△hmax＝Rmax-Rmin，Rmax是氣壓充足時預先測定的車輪的最大有效滾動半徑，Rmin是氣壓完全為零時預先測定的車輪的最小有效滾動半徑；在△h介于0～△hmax之間時，則判斷為輪胎缺氣狀態或嚴重缺氣狀態。4.根據權利要求1～3之一所述的輪徑變化及高速爆胎安全行駛控制和救助系統，其特征在于，所述實時監測模塊包括一組固定安裝在各個車輪輪軸上靠近各輪輪轂位置處的一個或者多個高度傳感器，從車輪輪胎外部，利用高度傳感器在車輛行駛過程中測定該輪轂距地面高度的實時變化量；高度傳感器是采用超聲波、紅外線或激光測量輪轂距地面高度的測量元件。5.根據權利要求1～3之一所述的輪徑變化及高速爆胎安全行駛控制和救助系統，通過檢測爆胎車輛向爆胎輪方向的側傾量而判斷某輪發生爆胎的側傾量傳感器作為輔助判斷系統，通過安裝在車輛底部的一套側傾量傳感器，利用某輪爆胎后車輛在爆胎后的某輪距地面會有一個確定大小的有效輪徑的高度最大變化量△hmax，所述有效輪徑的高度最大變化量△hmax會導致車輛向爆胎輪方向有一個特定程度的側傾角θmax，車身底盤水平面會在爆胎輪運行期間維持一個穩定的傾斜狀態，通過對特定傾斜狀態的監測，也能夠輔助判定某輪是否發生爆胎或有效滾動半徑是否發生特定的變化量。6.根據權利要求1～3之一所述的輪徑變化及高速爆胎安全行駛控制和救助系統，其特征在于，所述中央控制裝置在一輪胎的有效輪徑的高度變化量等于有效輪徑的高度最大變化量△hmax并且該有效輪徑的高度最大變化量在車輛行駛過設定的一延時距離仍保持不變時，中央控制裝置判斷車輪發生爆胎；在中央控制裝置判斷發生爆胎后車輛又行駛經過一個距離后，發現該輪胎的有效輪徑的高度變化量不再是爆胎時有效輪徑的高度最大變化量△hmax，而是恢復為穩定的正常值時，則判斷為路面局部異常凸凹產生的干擾信號，中央控制裝置立即解除該車輪發生爆胎的判斷。7.根據權利要求1～3之一所述的輪徑變化及高速爆胎安全行駛控制和救助系統，其特征在于，所述實時監測模塊，采用在每個輪胎內部輪轂上安裝的檢測功能集成模塊裝置，該檢測功能集成模塊裝置包括供電模塊、胎冠內側高度檢測傳感器、無線發射模塊，所述檢測功能集成模塊裝置安裝在氣門嘴或輪轂上，所述檢測功能集成模塊裝置旋轉至最下部時，檢測胎冠與輪轂間距的實時變化量，從而測定出車輪的有效滾動半徑的實時變化量；胎冠內側高度檢測傳感器，通過采用超聲波、紅外線或激光，以無線方式檢測胎冠高度變化，或者采用接觸式電磁開關、接近開關或位移量檢測傳感器，以物理直接彈性接觸胎冠的方式，測量爆胎或嚴重缺氣時胎冠高度的降低量，從而判定是否發生爆胎或嚴重缺氣，并獲取當前對應的有效滾動半徑；所述檢測功能集成模塊裝置能夠僅在檢測到胎冠高度降低到有效輪徑的高度最大變化...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王德紅，
申請(專利權)人：王德紅，
類型：發明
國別省市：