CN104773168B - 基于安全制动的自动挡汽车爆胎控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于安全制动的自动挡汽车爆胎控制系统及方法，包括中央控制单元、发动机控制单元、自动变速器控制单元和制动系统控制单元，中央控制单元将控制指令分别发送给发动机控制单元、自动变速器控制单元和制动系统控制单元，控制系统还包括胎压监测装置、横摆角速度传感器和单片机，胎压监测装置和横摆角速度传感器分别将监测到的每个车轮的胎压和汽车横摆角速度发送给单片机，单片机分析车胎状态并上传给中央控制单元；本发明增加制动压力调节装置，根据前方障碍物的距离，调节制动力，从而实现爆胎时平稳、快速停车目的。

Description

基于安全制动的自动挡汽车爆胎控制系统及方法

技术领域

本发明属于汽车控制领域，具体涉及一种自动挡汽车在爆胎时的安全制动控制系统及方法。

背景技术

目前，汽车在行驶时，尤其在高速公路上行驶时，如果发生车轮爆胎(特别是前轮)，将会发生方向失控、侧翻等现象，导致严重的交通事故，甚至会发生连环撞车的惨案，给家庭和社会带来巨大损失。据相关部门的统计资料显示：全球每年因高速爆胎而死亡的人数占高速公路意外事故死亡人数的50％，在中国高速公路上的突发性交通事故70％是由汽车爆胎引发的。为了解决这一课题，相关学者和技术人员进行了大量研究，也取得了丰富的成果，具体有以下几类。第一类是改变轮胎结构，将轮胎变为多胎结构，或在轮胎内部的轮毂上安装填充物，即使发生爆胎了，也会短暂维持车辆行驶，此类专利的弊端是轮胎结构复杂，如果是多胎结构，还将很难保证每个胎的气压是相等的，导致整个轮胎磨损不均匀；如果在轮毂上安装填充物，还将增加车轮转动惯量，动平衡也需要重新调整。第二类专利是当一个轮胎发生爆胎时，控制装置迅速将同轴的另一个轮胎刺破，保证两个轮胎的滚动半径是一样的，减少车辆跑偏，此类专利的弊端是控制复杂，而且在轮胎完好的情况下，发生错误信号或错误指令时，刺破好的车轮，反而会发生交通事故。第三类是在爆胎时，通过引爆火药迅速给爆胎充气，此类专利的弊端是增加车轮质量和动不平衡，而且一旦爆胎，很难通过充气来维持车辆平衡。第四类专利是爆胎时，采用方向自锁装置，避免车辆跑偏，此类专利的弊端是同轴的两个车轮的转动半径不一样(爆胎后)，如果将转向锁死后，将会导致向一个方向跑偏，此类技术处于表象研究阶段，研究成果很少，而且没有救助功能。第五类专利是爆胎时，控制装置将爆胎信号送到中央控制单元，控制刹车并直至停车，此类专利的弊端是减速度过大，汽车的方向稳定性不好。第六类专利是爆胎时，通过雷达测速，判断后方的车辆距离，进而决定是否制动，但是，在发生爆胎时，发生碰撞的事故主要是在前方，而不是后方。

综上所述，上述的几类专利都存在弊端，发生高速爆胎的正确处理方法应该是：当爆胎时，驾驶员要紧握方向盘，保持方向稳定，然后快速抢“低档”，利用发动机进行制动，直至车速降下来，在车速较高时，如果没有应急制动压力调节装置，不能踩下制动踏板。理论上虽然如此，但是发生高速爆胎时，驾驶员(尤其是经验不足的驾驶员)将很难做到这一步，因此高速爆胎绝大部分都将发生重大交通事故。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于安全制动的自动挡汽车爆胎控制系统(目前，在乘用轿车中，自动挡汽车在美国和日本等发达国家所占比例达90％以上，在中国的比例也在逐年提高)，增加制动压力调节装置，根据前方障碍物的距离，调节制动力，从而实现爆胎时平稳、快速停车目的。

本发明的技术方案是：一种基于安全制动的自动挡汽车爆胎控制系统，包括中央控制单元、发动机控制单元、自动变速器控制单元和制动系统控制单元，中央控制单元将控制指令分别发送给发动机控制单元、自动变速器控制单元和制动系统控制单元，控制系统还包括胎压监测装置、横摆角速度传感器和单片机，胎压监测装置和横摆角速度传感器分别将监测到的每个车轮的胎压和汽车横摆角速度发送给单片机，单片机分析车胎状态并上传给中央控制单元。所述控制系统还包括语音提示系统，语音提示系统连接至单片机。所述控制系统还包括双闪信号灯，双闪信号灯连接至单片机。所述控制系统还包括制动灯，制动灯连接至单片机。

一种基于安全制动的自动挡汽车爆胎控制方法，包括如下步骤：步骤一：胎压监测装置监测汽车的胎压，将监测到的爆胎信号发送给单片机；步骤二：单片机查询汽车横摆角速度，如果确认汽车爆胎，单片机将爆胎信号发送给中央控制单元；步骤三：中央控制单元发出三路信号，分别至发动机控制单元、自动变速器控制单元和制动系统控制单元，发动机控制单元、自动变速器控制单元和制动系统控制单元分别实施制动动作。所述步骤三中发动机控制单元制动动作具体为：控制系统还包括发动机喷油器线圈，发动机控制单元切断喷油器线圈供电，发动机停止供油，切断发动机动力源。所述步骤三中自动变速器控制单元的制动动作具体为：当车速≥60km/h时，控制单元将自动变速器强制降到3档，当60km/h＞车速≥40km/h时，控制单元将自动变速器强制降到2档，当车速＜40km/h时，控制单元将自动变速器强制降到1档，直至停车。所述步骤三中：制动系统控制单元的制动动作具体为：将发生爆胎的轮胎失去制动力，对其同轴的轮胎实施制动力，维持爆胎前的横摆角速度。所述控制方法还包括步骤四：当车速＜60km/h时，或者与前面车辆或障碍物小于安全距离时，对与爆胎车轮非同轴的两个车轮实施制动，控制滑移率在15％～25％之间。所述控制方法还包括步骤：确认汽车爆胎后，单片机将信号传输至语音提示系统、双闪信号灯和制动灯，控制双闪信号灯和制动灯闪烁，语音提示系统提醒驾驶员规范操作。

本发明有如下积极效果：本发明在爆胎时有语音操作提示系统，避免驾驶员在爆胎发生时因慌张而误操作，进一步加剧了汽车的不稳定性；控制双闪信号灯工作，同时也让制动灯闪烁(不是常亮)，给后面车辆更有效的警示效果。对汽车发动机实施降档控制，利用发动机进行制动，较好的控制了汽车稳定性。对发生爆胎的轮胎不实施制动，余下的三个轮胎根据横摆角速度、汽车行驶速度和前车距离大小等情况，实施安全制动。除了发动机制动外，通过踩下制动踏板，然后根据具体情况，由控制单元对没有发生爆胎的车轮分别实施制动，进一步确保车辆稳定控制。

附图说明

图1为本发明具体实施方式的汽车爆胎控制系统结构图；

图2为本发明具体实施方式降档控制系统；

图3为本发明具体实施方式的车轮制动力控制系统。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

图1是基于安全制动的自动挡汽车爆胎控制系统。本发明增加的装置主要由左前轮胎压监测、右前轮胎压监测、左后轮胎压监测、右后轮胎压监测、横摆角速度传感器(装备电子横向稳定系统(ESP)的汽车有此传感器)、雷达测距传感器、单片机、语音操作提示系统等，需要利用到汽车本身的装置有车速传感器、4个车轮转速传感器、制动系统控制单元、自动变速器控制单元、发动机控制单元、中央控制单元、双闪信号灯、制动灯等。每个轮胎上安装一个胎压监测装置，当胎压快速降低时，则胎压监测装置判断为爆胎，胎压监测装置利用无线传输的方式，将胎压监测到的爆胎信号送到单片机，单片机接收到该信号时，需要通过横摆角速度信号进行确认(爆胎时，汽车稳定性变差，汽车的横摆角速度将发生快速变化，该信号由横摆角速度传感器获得)，只有上述两个信号都判断为爆胎发生时，单片机才确认汽车真正的发生爆胎事故。然后，单片机通过a端口给双闪信号灯送出信号，让左右转向灯工作；通过b端口给制动灯送出周期性信号，让制动灯闪烁，双闪信号灯和闪烁的制动灯同时工作，可以更有效的提醒后方车辆驾驶员：前方车辆出现异常情况，控制车距并随时停车。一旦发生爆胎，驾驶员很可能出现慌张状况，因处理不当将进一步加重事故的危害性，因此当车速≥60km/h时，单片机通过c端口给语音操作提示系统送给信号，语音系统将发出“车辆爆胎、握紧方向盘、轻踩刹车”，当车速＜60km/h时或者与前方障碍物小于安全距离时，语音系统发出“握紧方向盘、踩下刹车”，增加制动力，引导驾驶员正确操作。另外，单片机通过d端口给中央控制单元送出爆胎信号，中央控制单元获得信号后，同时送出三路信号，第一路信号送给发动机控制单元，由发动机控制单元切断喷油器线圈供电，发动机停止供油，切断发动机动力源(经试验证明，此时断油后的方向盘还是可以自由转动的)；第二路信号送到自动变速器控制单元，控制自动变速器内部的离合器、单项离合器和制动器等，实现降档处理，当车速≥60km/h时，控制单元将自动变速器强制降到3档，当60km/h＞车速≥40km/h时，控制单元将自动变速器强制降到2档，当车速＜40km/h时，控制单元将自动变速器强制降到1档，直至停车，通过以上的降档处理，实现发动机制动，减少驱动轴的转速，将车速快速而稳定的降下来；第三路信号送到制动系统控制单元，现代汽车ABS是标配，部分汽车升级到了ESP(电子横向稳定系统)，所以每个车轮都安装了轮速传感器、制动轮缸进油电磁阀和出油电磁阀，当制动系统控制单元接收到爆胎信号后，将发生爆胎的制动缸进油电磁阀关闭、出油电磁阀打开，让该轮胎失去制动力，同时将发生爆胎的同轴另一个轮胎的进油电磁阀和出油电磁阀周期性的打开和关闭，对该轮胎实施制动力，制动强度是维持发生爆胎前的横摆角速度，如果爆胎之前车辆是直线行驶，则横摆角速度为零，如果发生爆胎时车辆在转弯，则制动强度维持车辆在该横摆角速度上，剩下的两个车轮不制动，将横摆角速度传感器同时连接至单片机和中央控制单元，由中央控制单元直接读取当时的横摆角速度。当车速＜60km/h时，或者与前面车辆和障碍物小于安全距离时，对剩下的两个车轮也实施制动，制动的方式是按照车辆本身ABS控制方式进行，也即通过进油电磁阀和出油电磁阀周期性的启闭，实施制动，制动的滑移率控制在15％～25％之间。

图2是安全制动中的降档控制系统。当中央控制单元接收到爆胎信号时，根据车速传感器提供的信号，对自动变速器实施降档控制，当车速≥60km/h时，控制单元控制自动变速器内部的单项离合器、离合器和制动器，将档位降到3档，当车速降到60km/h～40km/h时，控制单元将自动变速器强制降到2档，当车速＜40km/h时，控制单元将自动变速器强制降到1档，直至停车。

图3是安全制动中的车轮制动力控制系统，当控制单元接收到具体某个轮胎发生爆胎时，例如左前轮胎爆胎，则制动系统控制单元让左前轮胎失去制动力，对右前轮胎实施制动，制动的结果是维持车辆之前的行驶状态。如果发生爆胎前车辆时直线行驶，则制动的结果是保证左前轮胎和右前轮胎的滚动距离基本相当，保持车辆稳定；如果爆胎前车辆在转弯，则右前轮胎的制动强度是维持车辆之前的横摆角速度。(横摆角速度由横摆角速度传感器获得，横摆角速度表示汽车绕垂直轴的偏转，该偏转的大小代表汽车的稳定程度，如果偏转角速度达到一个阈值，说明汽车将发生侧滑或甩尾等危险工况)当与前车或前障碍物距离小于安全值(这个安全值可以根据车速换算成刹车距离)、或者车速小于60km/h时，对左后轮胎和右后轮胎(余下的两个轮胎)也实施制动，制动的强度根据ABS的控制强度进行，滑移率控制在15％～25％之间。如果爆胎发生在右前轮胎、左后轮胎或右后轮胎上时，控制方式同上。

综上所述，本发明装置在高速爆胎发生时，实现以下功能：能够语音提醒驾驶员进行正确操作；制动灯闪烁、双闪信号灯工作，警示后方车辆；控制自动变速器抢“低档”，从高档降到3档、2档、1档，利用发动机制动；同时根据车速和车辆前方障碍物的距离大小，对没有发生爆胎的轮胎分别实施制动，与爆胎同轴的轮胎制动强度是维持车辆运行稳定，如果另外两个轮胎需要制动，则制动强度按照ABS控制强度进行，并且发生爆胎的车轮始终没有制动力。通过以上控制设置，实现基于安全制动的高速爆胎控制，从而达到：即使驾驶经验不足的驾驶员，也能实现爆胎时的稳定控制，将爆胎危害降到最低程度。

另外，对于手动挡汽车在高速行驶发生爆胎时，可以参考自动挡汽车控制方式进行设计，如果去除降档控制，则自动挡汽车的高速爆胎控制方式可以直接应用到手动挡汽车高速爆胎控制中。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于安全制动的自动挡汽车爆胎控制方法，包括一控制系统，所述控制系统包括中央控制单元、发动机控制单元、自动变速器控制单元和制动系统控制单元，中央控制单元将控制指令分别发送给发动机控制单元、自动变速器控制单元和制动系统控制单元，其特征在于：控制系统还包括胎压监测装置、横摆角速度传感器和单片机，胎压监测装置和横摆角速度传感器分别将监测到的每个车轮的胎压和汽车横摆角速度发送给单片机，单片机分析车胎状态并上传给中央控制单元；

所述控制系统还包括语音提示系统，语音提示系统连接至单片机；

所述控制系统还包括双闪信号灯，双闪信号灯连接至单片机；

所述控制系统还包括制动灯，制动灯连接至单片机；

基于上述控制系统的控制方法，包括如下步骤：

步骤一：胎压监测装置监测汽车的胎压，当胎压快速降低时，胎压监测装置判断为爆胎，胎压监测装置将监测到的爆胎信号发送给单片机；

步骤二：单片机接收到胎压监测装置的爆胎信号时，单片机查询汽车横摆角速度，如果横摆角速度快速变化，则确认汽车真正的发生爆胎事故，单片机将爆胎信号发送给中央控制单元；

步骤三：中央控制单元发出三路信号，分别至发动机控制单元、自动变速器控制单元和制动系统控制单元，发动机控制单元、自动变速器控制单元和制动系统控制单元分别实施制动动作；

所述步骤三中发动机控制单元制动动作具体为：控制系统还包括发动机喷油器线圈，发动机控制单元切断喷油器线圈供电，发动机停止供油，切断发动机动力源；

所述步骤三中自动变速器控制单元的制动动作具体为：当车速≥60km/h时，控制单元将自动变速器强制降到3档，当60km/h＞车速≥40km/h时，控制单元将自动变速器强制降到2档，当车速＜40km/h时，控制单元将自动变速器强制降到1档，直至停车；

所述步骤三中：制动系统控制单元的制动动作具体为：将发生爆胎的轮胎失去制动力，对其同轴的轮胎实施制动力，该同轴的轮胎的制动强度是维持爆胎前的横摆角速度；

所述控制方法还包括步骤四：当车速＜60km/h时，或者与前面车辆或障碍物小于安全距离时，对与爆胎车轮非同轴的两个车轮实施制动，控制滑移率在15％～25％之间。

2.根据权利要求1所述的基于安全制动的自动挡汽车爆胎控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括步骤：确认汽车爆胎后，单片机将信号传输至语音提示系统、双闪信号灯和制动灯，控制双闪信号灯和制动灯闪烁，语音提示系统提醒驾驶员规范操作。