CN102910201A - 一种基于转向的汽车防爆胎控制系统 - Google Patents

Abstract

一种基于转向的汽车防爆胎控制系统，涉及汽车安全控制装置，其中包括汽车方向盘、方向盘转角传感器、转向轴、万向节轴、转向小齿轮、传动齿轮、电控离合器、转向电机、爆胎控制ECU、车速传感器、车身侧倾传感器、指示灯和喇叭报警器、转向轮、无线胎压传感器、转向横拉杆、转向齿条、横拉杆位移传感器，在发生爆胎时，启动爆胎报警装置并由指示灯和喇叭报警器发出爆胎预警信息，并通过电控离合器接通转向电机，使转向电机控制汽车的转向系统进入防爆胎控制，避免汽车轮胎出现爆胎时失控跑偏。

Description

一种基于转向的汽车防爆胎控制系统

技术领域

本发明涉及汽车安全控制装置，特别是一种基于转向的汽车防爆胎控制系统。

背景技术

汽车轮胎突然爆胎时方向易失控跑偏造成人员伤亡及财产损失事故，为此业界对汽车防爆胎控制技术作了深入的研究，目前的汽车防爆胎控制技术结构复杂，成本高，运行效率地，需要辅助装置等缺点。本次申请的一种基于转向的汽车防爆胎控制系统，其核心是当爆胎发生后利用转向系统对汽车的方向稳定性进行控制，防止汽车跑偏或者侧翻，而且具有成本低、结构简单、可靠性强的优点。主要区别于利用制动装置进行防爆胎控制。

与本技术较接近的已有技术有两类，一类是爆胎发生后进行制动控制，一类是制动和转向同时控制，其中具有代表性的有：(1)一种基于防抱死系统的爆胎制动系统，专利号为200820162261.3，该技术的核心是利用胎压传感器检测汽车轮胎的气压信息，如果检测到某个轮胎发生爆胎，则立刻将爆胎信号传输到中央处理单元，中央处理单元会控制自动刹车机构进行制动减速并刹车。该技术的缺点是在制动过程中汽车的侧向附着性能将变差，也就是汽车的方向稳定性变差，因此利用制动系统对方向的稳定性进行控制的能力有限，当车速比较快，重量较大时，作用将受到限制；(2)汽车爆胎安全控制方法及系统，专利号：200810119655.5，该技术的核心是利用制动、转向、TPMS、CAN系统等形成一个闭环控制系统，具体控制方法：TPMS检测到爆胎信号后，通过CAN总线传输到各个系统，制动系统及时调整左右制动力分配，转向系统及时反向进行助力。该类型系统的优点是控制精确，无需增加新的硬件。缺点是该系统对整车要求配置很高，需要同时配置ABS或ESP(车身电子稳定系统)，EPS(电控转向助力系统)，TPMS，CAN总线等，因为成本较高。由于需要几个系统同时配合作用，技术难度大，并且在制动的同时进行转向控制，其控制效果差，主要是由于制动以后汽车的横向附着系数急剧变小，不能提供足够的转向控制力，汽车容易发生方向失稳。

由以上分析可知当前的防爆胎控制技术要么成本太高，要么就是可靠性差或技术不够成熟，在市场上推广应用的并不多。

发明内容

本发明的目的是为了克服和解决现有汽车由于没有完善的爆胎防偏装置而在汽车轮胎突然出现爆胎时易失控跑偏造成人员伤亡、财产损失事故的缺点和问题，提供一种基于转向的汽车防爆胎控制系统，在汽车以中、高速行驶而突然出现爆胎时，能可靠、有效地防止汽车跑偏、自动地维持汽车在原来的行驶方向上，保护汽车行驶安全，防止人员伤亡和财产损失事故发生。

为达到上述发明目的本发明采用的技术方案是：一种基于转向的汽车防爆胎控制系统，该系统包括汽车方向盘(1)、转角传感器(2)、转向轴(3)、万向节轴(4)、转向小齿轮(5)、传动齿轮(6)、电控离合器(7)、转向电机(8)、爆胎控制ECU(9)、车速传感器(10)、车身侧倾传感器(11)、指示灯和喇叭报警器(12)、转向轮(13)、无线胎压传感器(14)、转向横拉杆(15)、转向齿条(16)、横拉杆位移传感器(17)。

本发明的技术方案是：所述的汽车方向盘(1)与转向轴(3)连接，转角传感器(2)安装在转向轴(3)上，转向轴(3)与万向节轴(4)连接，万向节轴(4)与转向小齿轮(5)连接，转向小齿轮(5)与传动齿轮(6)啮合，同时下端与转向齿条(16)啮合，传动齿轮(6)与电控离合器(7)连接，电控离合器(7)与转向电机(8)连接，转向齿条(16)与转向横拉杆(15)连接，转向横拉杆(15)与转向轮(13)连接；转角传感器(2)、车速传感器(10)、车身侧倾传感器(11)、横拉杆位移传感器(17)以及电控离合器(7)、转向电机(8)、指示灯和喇叭报警器(12)与爆胎控制ECU(9)通过导线连接；无线胎压传感器(14)与爆胎控制ECU(9)通过无线连接。

本发明的进一步技术方案是：所述爆胎控制ECU(9)中设有用于汽车防爆胎控制系统工作的控制程序，该控制程序使汽车防爆胎控制系统工作的过程包括以下步骤：1)采集无线胎压传感器的压力值，由压力值判断有无爆胎发生，若有爆胎发生再确定是哪一个或哪几个轮胎发生爆胎，若无爆胎发生则继续采集无线胎压传感器的压力值；2)ECU处理器采集到爆胎信号后就启动爆胎报警装置并由指示灯和喇叭报警器发出爆胎预警信息；3)采集车速传感器的值，判断车速是否高于安全车速，如果小于安全车速即退出控制，如果大于安全车速则根据爆胎汽车操纵动力学模型计算目标转向角大小；4)根据步骤1)采集的方向盘转角传感器的值，判断方向盘有无转向及方向盘转向方向和角度，如果方向盘无转向则直接由转向电机控制汽车的转向系统转向而进入防爆胎控制，如果方向盘有转向，则检测方向盘的转动方向和角度的值修正目标转向角度，再由转向电机控制汽车的转向系统转向；5)采集横拉杆位移传感器的值，并计算汽车的横摆角速度，如果小于汽车的安全横摆角速度则继续，否则减小电机输出控制值；6)采集车身侧倾传感器的值，如果小于汽车的安全侧倾角则继续，否则减小电机输出控制值；7)根据横拉杆位移传感器的值，如果小于汽车的最大转向角则继续，否则减小电机输出控制值；8)根据步骤5)采集的横拉杆位移传感器的值，如果达到目标转向角度则退出，否则采集方向盘转角信号传感器的值，重复步骤4)、5)、6)、7)、8)，直到退出为止。

本发明的进一步技术方案是：在步骤8)中退出控制的条件还包括当控制时间超过10秒钟则每秒减小转向电机控制量的八分之一，再经过8秒退出控制。

采用本发明一种基于转向的汽车防爆胎控制系统具有以下有益效果：

1.本发明一种基于转向的汽车防爆胎控制系统采用主动防爆胎技术，在发生爆胎时，立即启动电动转向系统主动控制汽车转向以纠正由于爆胎所引起的汽车偏航，并由爆胎报警装置进行报警，由于汽车爆胎控制ECU是通过采集无线胎压传感器的值后马上由转向电机执行转向控制，所需反应时间短，因此本发明可有效避免汽车爆胎引起的人员伤亡及财产损失。

2.本发明一种基于转向的汽车防爆胎控制系统是利用控制电动转向系统来实现汽车的防爆胎控制，与利用制动系统防爆胎相比，由于没有改变车轮对地面的滑动率，因此横向附着系数不变，进而在控制过程中汽车较少发生方向失稳，所以其控制效果更好。

下面结合附图和实施例对本发明一种基于转向的汽车防爆胎控制系统作进一步说明。

附图说明

图1是本发明一种基于转向的汽车防爆胎控制系统的结构示意方框图。

图2是本发明一种基于转向的汽车防爆胎控制系统的控制流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明一种基于转向的汽车防爆胎控制系统包括汽车方向盘(1)、转角传感器(2)、转向轴(3)、万向节轴(4)、转向小齿轮(5)、传动齿轮(6)、电控离合器(7)、转向电机(8)、爆胎控制ECU(9)、车速传感器(10)、车身侧倾传感器(11)、指示灯和喇叭报警器(12)、转向轮(13)、无线胎压传感器(14)、转向横拉杆(15)、转向齿条(16)、横拉杆位移传感器(17)。所述的汽车方向盘(1)与转向轴(3)连接，转角传感器(2)安装在转向轴(3)上，转向轴(3)与万向节轴(4)连接，万向节轴(4)与转向小齿轮(5)连接，转向小齿轮(5)与传动齿轮(6)啮合，同时下端与转向齿条(16)啮合，传动齿轮(6)与电控离合器(7)连接，电控离合器(7)与转向电机(8)连接，转向齿条(16)与转向横拉杆(15)连接，转向横拉杆(15)与转向轮(13)连接；转角传感器(2)、车速传感器(10)、车身侧倾传感器(11)、横拉杆位移传感器(17)以及电控离合器(7)、转向电机(8)、指示灯和喇叭报警器(12)与爆胎控制ECU(9)通过导线连接；无线胎压传感器(14)与爆胎控制ECU(9)通过无线连接。

本发明一种基于转向的汽车防爆胎控制系统，所述爆胎控制ECU(9)中设有用于汽车防爆胎控制系统工作的控制程序，如图2所示，该控制程序使汽车防爆胎控制系统工作的过程包括以下步骤：1)采集无线胎压传感器的压力值，由压力值判断有无爆胎发生，若有爆胎发生再确定是哪一个或哪几个轮胎发生爆胎，若无爆胎发生则继续采集无线胎压传感器的压力值；2)ECU处理器采集到爆胎信号后就启动爆胎报警装置并由指示灯和喇叭报警器发出爆胎预警信息；3)采集车速传感器的值，判断车速是否高于安全车速，如果小于安全车速即退出控制，如果大于安全车速则根据爆胎汽车操纵动力学模型计算目标转向角大小，其中的爆胎汽车操纵动力学模型是：

$m({\stackrel{.}{V}}_y+V_x\mathrm{\ω})=K_C\{(\frac{V_y+\mathrm{a\ω}}{V_x}-\mathrm{\δ})(\frac{\mathrm{mg}}{4}-\frac{R-r}{4}K)+\frac{V_y-\mathrm{b\ω}}{V_x}(\frac{\mathrm{mg}}{4}+\frac{R-r}{4}K)$

$+(\frac{V_y+\mathrm{a\ω}}{V_x}-\mathrm{\δ})(\frac{\mathrm{mg}}{4}+\frac{R-r}{4}K)+\frac{V_y-\mathrm{b\ω}}{V_x}(\frac{\mathrm{mg}}{4}-\frac{R-r}{4}K)\}---(1-1)$

$I\stackrel{.}{\mathrm{\ω}}=a{K}_C((\frac{V_y+\mathrm{a\ω}}{V_x}-\mathrm{\δ})(\frac{\mathrm{mg}}{4}-\frac{R-r}{4}K)+(\frac{V_y+\mathrm{a\ω}}{V_x}-\mathrm{\δ})(\frac{\mathrm{mg}}{4}+\frac{R-r}{4}K))$

$-b{K}_C(\frac{V_y-\mathrm{b\ω}}{V_x}(\frac{\mathrm{mg}}{4}+\frac{R-r}{4}K)+\frac{V_y-\mathrm{b\ω}}{V_x}(\frac{\mathrm{mg}}{4}-\frac{R-r}{4}K))---(1-2)$

该模型的两公式包含汽车侧向速度V_Y和横摆角速度ω两个目标控制量，δ为因爆胎引起的转向角，V_x为汽车前进速度，其余为汽车的自身结构参数包括质量车轮半径R，爆胎后车轮滚动半径r、车辆质量m、前轴到质心的距离a、后轴到质心的距离b、车轮之间的距离B、整车重心高度h、轮胎侧偏刚度K_C、悬架的刚度为K、横摆转动惯量I；4)根据步骤1)采集的方向盘转角传感器的值，判断方向盘有无转向及方向盘转向方向和角度，如果方向盘无转向则直接由转向电机控制汽车的转向系统转向而进入防爆胎控制，如果方向盘有转向，则检测方向盘的转动方向和角度的值修正目标转向角度，再由转向电机控制汽车的转向系统转向；5)采集横拉杆位移传感器的值，并计算汽车的横摆角速度，如果小于汽车的安全横摆角速度则继续，否则减小电机输出控制值，目的是防止汽车姿态失稳以及方向失控；6)采集车身侧倾传感器的值，如果小于汽车的安全侧倾角则继续，否则减小电机输出控制值，目的是防止汽车发生侧倾，而导致翻车；7)根据横拉杆位移传感器的值，如果小于汽车的最大转向角则继续，否则减小电机输出控制值，目的还是防止汽车姿态失稳以及方向失控；8)根据步骤5)采集的横拉杆位移传感器的值，如果达到目标转向角度则退出，否则采集方向盘转角信号传感器的值，重复步骤4)、5)、6)、7)、8)，直到退出为止，目的是为了实现闭环控制直到爆胎危险解除为止，其中的退出条件还包括当控制时间超过10秒钟则每秒减小转向电机控制量的八分之一，再经过8秒退出控制。由于爆胎发生后最关键的是2到3秒，超过这个时间就可能驶入别的跑道或撞到护栏，人可能反应不及，因此给定18秒钟时间，使驾驶员有充分的时间参与对爆胎汽车进行调整和控制。

在完成控制后，驾驶员通过按设置在汽车内的按钮取消报警或者汽车停驶后控制器不再导通电控离合器，使转向电机取消防爆胎控制，并且取消爆胎报警装置爆胎指示灯和喇叭报警器的工作。

上述实施例仅是本发明的最佳实施方式，本发明并不限于上述实施例的形式，只要在本发明范围内做的变换均属于本发明的范畴。

Claims (3)

1.一种基于转向的汽车防爆胎控制系统，该系统包括汽车方向盘(1)、方向盘转角传感器(2)、转向轴(3)、万向节轴(4)、转向小齿轮(5)、传动齿轮(6)、电控离合器(7)、转向电机(8)、爆胎控制ECU(9)、车速传感器(10)、车身侧倾传感器(11)、指示灯和喇叭报警器(12)、转向轮(13)、无线胎压传感器(14)、转向横拉杆(15)、转向齿条(16)、横拉杆位移传感器(17)，其特征是：所述的汽车方向盘(1)与转向轴(3)连接，方向盘转角传感器(2)安装在转向轴(3)上，转向轴(3)与万向节轴(4)连接，万向节轴(4)与转向小齿轮(5)连接，转向小齿轮(5)与传动齿轮(6)啮合，同时下端与转向齿条(16)啮合，传动齿轮(6)与电控离合器(7)连接，电控离合器(7)与转向电机(8)连接，转向齿条(16)与转向横拉杆(15)连接，转向横拉杆(15)与转向轮(13)连接；方向盘转角传感器(2)、车速传感器(10)、车身侧倾传感器(11)、横拉杆位移传感器(17)以及电控离合器(7)、转向电机(8)、指示灯和喇叭报警器(12)与爆胎控制ECU(9)通过导线连接；无线胎压传感器(14)与爆胎控制ECU(9)通过无线连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于转向的汽车防爆胎控制系统，其特征是：所述爆胎控制ECU(9)中设有用于汽车防爆胎控制系统工作的控制程序，该控制程序使防爆胎控制系统工作的过程包括以下步骤：1)采集无线胎压传感器的压力值，由压力值判断有无爆胎发生，若有爆胎发生再确定是哪一个或哪几个轮胎发生爆胎，若无爆胎发生则继续采集无线胎压传感器的压力值；2)ECU处理器采集到爆胎信号后就启动爆胎报警装置并由指示灯和喇叭报警器发出爆胎预警信息；3)采集车速传感器的值，判断车速是否高于安全车速，如果小于安全车速即退出控制，如果大于安全车速则根据爆胎汽车操纵动力学模型计算目标转向角大小；4)根据步骤1)采集的方向盘转角传感器的值，判断方向盘有无转向及方向盘转向方向和角度，如果方向盘无转向则直接由转向电机控制汽车的转向系统转向而进入防爆胎控制，如果方向盘有转向，则检测方向盘的转动方向和角度的值修正目标转向角度，再由转向电机控制汽车的转向系统转向；5)采集横拉杆位移传感器的值，并计算汽车的横摆角速度，如果小于汽车的安全横摆角速度则继续，否则减小电机输出控制值；6)采集车身侧倾传感器的值，如果小于汽车的安全侧倾角则继续，否则减小电机输出控制值；7)根据横拉杆位移传感器的值，如果小于汽车的最大转向角则继续，否则减小电机输出控制值；8)根据步骤5)采集的横拉杆位移传感器的值，如果达到目标转向角度则退出，否则采集方向盘转角信号传感器的值，重复步骤4)、5)、6)、7)、8)，直到退出为止。

3.根据权利要求2所述的一种基于转向的汽车防爆胎控制系统，其特征是：在步骤8)中退出控制的条件还包括当控制时间超过10秒钟则每秒减小转向电机控制量的八分之一，再经过8秒退出控制。

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