CN103448702A - 汽车爆胎防追尾控制装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车爆胎防追尾控制装置及控制方法，所述汽车上设有横摆角速度传感器和车速传感器，包括分别设于各个轮胎内的胎压检测模块，设于车厢内的控制器和用于接收胎压信号的第一无线收发模块，设于车厢后部的后方车辆探测器；胎压检测模块包括微处理器、第二无线收发模块和传感器模块；所述控制器与胎压检测模块、第一无线收发模块、车速传感器、后方车辆探测器、横摆角速度传感器、制动产生装置和汽车动力系统电连接。本发明可以在自车爆胎时，根据自车的车速、后车车速及自车与后方车辆之间的车间距离控制自车制动减速。

Description

汽车爆胎防追尾控制装置及控制方法

技术领域

本发明涉及汽车安全技术领域，尤其是涉及一种在车辆爆胎后，能够根据自车与后方车辆之间的相对车速、相对距离及自车的横摆角速度的变化而实时控制自车的减速度，有效防止后方车辆追尾的汽车爆胎防追尾控控制装置及控制方法。

背景技术

随着电子传感技术与车辆动态控制技术的发展，各种主动安全系统正在被广泛的开发。各类主动安全系统按照是否干预驾驶可以分为两类功能: 预警类功能与控制类功能。其中，拥有控制类功能的主动安全系统中较为常见的有车辆爆胎监测及控制系统（BMCS）。

车辆爆胎监测及控制系统通过安装在每个轮胎上的胎压传感器对胎压进行监视。如果确定发生爆胎，则系统会发出指令要求制动系统主动介入制动，在轮胎完全失去气压之前将车辆达到静止状态。

然而，上述的车辆爆胎监测及控制系统在不清楚车辆后方的道路状况下，要求制动系统执行了较大的制动减速度，容易造成后方车辆对自车的追尾事故。                                                    

中国专利授权公开号CS201646689U，授权公开日2010年11月24日公开了一种爆胎制动装置的中断控制系统，所述的中断控制系统包括中央处理器以及检测附近车辆信息的防撞雷达，防撞雷达与中央处理器连接，所述的中央处理器还与制动产生装置连接，中央处理器监测到制动产生装置的爆胎制动信号后，对防撞雷达发出触发信号，并根据防撞雷达反馈回来的附近车辆接近信息选择是否解除爆胎制动。该实用新型可以在自车发生爆胎时根据自车车速判断是否解除制动以防止后方车辆追尾。该实用新型的缺点是，不能根据自车与后方车辆之间的相对车速、相对距离的变化而实时控制自车的减速度，制动过程中容易造成后方车辆与自车的追尾。

中国专利授权公开号CS201208956Y，授权公开日2009年3月18日公开了一种爆胎防追尾的控制系统，所述的该控制系统包括主控装置ECU，该主控装置ECU前端并列连接胎压监测模块和轮速传感器，该主控装置ECU后端连接制动产生装置。该实用新型可以在自车发生爆胎时根据自车车速判断是否解除制动以防止后方车辆追尾。缺点是，不能根据自车与后方车辆之间的相对车速、相对距离的变化而实时控制自车的减速度，制动过程中容易造成后方车辆与自车的追尾。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中的车辆爆胎控制装置不能根据自车与后方车辆之间的相对车速、相对距离的变化而实时控制自车的减速度，制动过程中容易造成后方车辆与自车的追尾的不足，提供了一种能够根据自车与后方车辆之间的相对车速、相对距离及自车的横摆角速度的变化而实时控制自车的减速度，有效防止后方车辆追尾的汽车爆胎防追尾控制装置及控制方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种汽车爆胎防追尾控制装置，所述汽车上设有横摆角速度传感器 和车速传感器，包括分别设于各个轮胎内的胎压检测模块，设于车厢内的控制器和用于接收胎压信号的第一无线收发模块，设于车厢后部的后方车辆探测器；胎压检测模块包括微处理器、第二无线收发模块和传感器模块，微处理器分别与第二无线收发模块和传感器模块电连接；所述控制器与胎压检测模块、第一无线收发模块、车速传感器、后方车辆探测器、横摆角速度传感器 、制动产生装置和汽车动力系统电连接。

   车速传感器、后方车辆探测器、横摆角速度传感器和胎压检测模块在汽车行驶及静止时，分别实时检测自车的车速、后方车辆情况、自车行驶轨迹的横摆角速度及胎压状况。

在控制器内设有行驶时的自车与后方车辆之间的纵向探测范围M及自车与后方车辆之间的横向探测范围S、自车与后方车辆停止后的安全距离d_safety、后方驾驶员反应时间t_reaction、后方车辆预设减速度a_obj和自车行驶轨迹的曲率半径限值r；

控制器利用d_safety、t_reaction和a_obj分别计算出自车制动时对后方各个车辆的最大减速度，并取各个最大减速度的最小值作为制动控制可以执行的最大减速度；

控制器通过胎压传感器的检测数据判断得知发生爆胎时，控制器通过汽车动力系统和制动产生装置控制汽车采用小于等于最大减速度的减速度减速。

因此，本发明的汽车爆胎防追尾控制装置可以在自车爆胎时，根据自车与后方车辆之间的相对车速、相对距离及自车的横摆角速度的变化而实时控制自车的减速度，有效防止后方车辆对自车追尾。

而现有技术中的防追尾控制装置只能根据自车车速控制是否开始减速，对于减速的范围则无法进行控制。

作为优选，所述后方车辆探测器为至少一个毫米波雷达，或至少一个车载摄像头，或至少一个激光雷达，或至少一个卫星定位仪。

毫米波雷达可以发现位于自车后方的一定夹角范围内的车辆，可以分别获得自车与后方车辆之间的相对车速、行驶过程中自车与后方车辆之间的相对车距L及后车相对于自车的位置坐标值（x_i，y_i）。

卫星定位仪完成自车轨迹的扑捉及与后方车辆安装的卫星定位仪一起确定自车与后方车辆之间的相对车速。

作为优选，所述传感器模块包括温度传感器和压力传感器。

温度传感器和压力传感器在汽车行驶或静止的状态下实时监测轮胎的压力、温度，并将检测到的数据通过第二无线收发模块发射出去，控制器根据接收到的数据判断汽车是否爆胎。

作为优选，制动产生装置包括真空助力器、前腔电磁阀和后腔电磁阀；前腔电磁阀和后腔电磁阀分别与控制器电连接。

一种汽车防碰撞控制装置的控制方法，包括如下步骤：

（5-1）在控制器内设定行驶时的自车与后方车辆之间的纵向探测范围M、自车与后方车辆之间的横向探测范围S、自车与后方车辆停止后的安全距离d_safety、后方驾驶员预设反应时间t_reaction、后方车辆预设减速度a_obj和自车行驶轨迹的曲率半径限值r；

（5-2）后方车辆探测器每隔一定的时间间隔检测一次自车与后方车辆之间的相对车速、自车与后方车辆之间的相对车距L及后车相对于自车的位置坐标值（x_i，y_i）,(i=1，…,n)；n为后方车辆探测器检测到的后方车辆的总数目；速度传感器测量自车的车速，横摆角速度传感器 测量自车的横摆角速度，胎压传感器检测胎压；

自车行驶轨迹的坐标系以将自车左右平均切分的第一铅垂面与水平面的交线为横坐标（x坐标）,以与第一铅垂面相垂直的第二铅垂面与水平面的交线为纵坐标（y坐标）, 第二铅垂面与自车尾部所在的铅垂面重合。

（5-3）当自车行驶轨迹为直线时，如果| x_i |≤M且| y_i |≤S，则控制器做出后方车辆在自车的轨迹内的判断；

如果，后方车辆不在自车的行驶轨迹范围内，如在相邻车道内或其他更远的车道内，则不会有对自车产生追尾后碰的危险。

（5-4）当自车行驶轨迹为曲线时，控制器根据公式R=v_ego／y_{aw_rate}计算自车行驶轨迹的曲率半径；

其中，R为自车行驶轨迹的曲率半径，v_ego为自车车速，y_{aw_rate}为横摆角速度传感器测量的横摆角速度，可以使用低通滤波器对传感器的原始横摆角速度进行滤波；

当|R|≥r时，控制器采用公式                                               

,

对后车坐标进行变换；

其中，（x_after)_i为变换后的横坐标、(y_after)_i为变换后的纵坐标、x_i为变换前的横坐标、y_i为变换前的纵坐标； 

当|（x_after)_i |≤M且|(y_after)_i |≤S时，则控制器做出后方车辆在自车的轨迹内的判断；

当车辆行驶轨迹为半径较小的弯道时，紧急制动可能会使车辆失去稳定性、使驾驶员无法正常驾驶；因此，当自车行驶轨迹的曲率半径小于r时，制动控制可以执行的最大减速度为0米/秒2。 

（5-5）当后方车辆在自车的轨迹内时，控制器根据检测的自车车速V_ego、自车与后方车辆停止后的安全距离d_safety、设定的后方车辆预设减速度a_obj、后方驾驶员预设反应时间t_reaction和后方车辆车速v_obj依次计算针对不同后方车辆可以执行的最大减速度(a_avoid)_i，(a_avoid)_i<0； （5-6）控制器利用公式

计算制动控制可以执行的最大减速度(a_avoid)_max，(a_avoid)_max<0； 

（5-7）控制器通过胎压传感器的检测数据判断得知发生爆胎时，控制器通过汽车动力系统和制动产生装置控制汽车采用小于等于最大减速度的减速度减速。

后方车辆探测器实时对自车后方车辆进行监测，如果爆胎发生时后方车辆跟车过近，则制动控制可以执行的最大减速度为0米/秒2，以防止后方车辆对自车追尾碰撞的发生。

现有技术的车辆爆胎控制装置在没有安装后方车辆探测器的情况下，无法对车辆后方的道路状况进行监视，所以当爆胎发生时，控制器只能使用固定的制动减速度进行减速，容易造成后方车辆对自车的追尾事故的发生。

作为优选，所述步骤（5-5）中的后方车辆的最大减速度的计算过程包括如下步骤：

当后方车辆在自车的轨迹内时，控制器根据后方驾驶员预设反应时间t_reaction，后方车辆预设减速度a_obj；

利用公式：

计算假设自车与后方车辆同时停止时的自车与后方车辆之间的距离d,其中v_obj为后方车辆车速，v_ego为自车车速；

（6-2）当d≥（x_after-d_safety）时，则控制器根据预先设定的自车与后方车辆停止后的安全距离d_safety，利用公式

计算自车相对于此后方车辆的最大减速度a_avoid； 

（6-3）当d＜（x_after-d_safety）时，则将预先设定的自车与后方车辆停止后的安全距离d_safety代入如下公式

计算本车相对于后方车辆的最大减速度a_avoid，a_avoid<0。

作为优选，所述的自车与后方车辆之间的纵向探测范围M 为50米至200。

作为优选，所述的自车与后方车辆之间的横向探测范围S≤2米。

作为优选，步骤（5-2）中所述的时间间隔为1／10秒至1／1000秒。

作为优选，步骤（5-1）中的安全距离d_safety为1米至4米。

因此，本发明具有如下有益效果：（1）本发明的汽车爆胎防追尾控制装置及控制方法可以在自车爆胎时，根据自车的车速、后车车速及自车与后方车辆之间的车间距离和自车的横摆角速度速度控制自车制动减速。

附图说明

图1是本发明的一种原理框图；

图2是本发明的一种流程图；

图3是本发明的一种仿真结果图；

图4是本发明的第二种仿真结果图。

图中：横摆角速度传感器1、车速传感器２、胎压检测模块３、控制器４、第一无线收发模块５、后方车辆探测器６、微处理器７、第二无线收发模块８、传感器模块９。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。

如图1所示的实施例是一种汽车爆胎防追尾控制装置，所述汽车上设有横摆角速度传感器1和车速传感器2，包括分别设于各个轮胎内的胎压检测模块3，设于车厢内的控制器4和用于接收胎压信号的第一无线收发模块5，设于车厢后部的后方车辆探测器6；胎压检测模块包括微处理器7、第二无线收发模块8和传感器模块9，微处理器分别与第二无线收发模块和传感器模块电连接；所述控制器与胎压检测模块、第一无线收发模块、车速传感器、后方车辆探测器、横摆角速度传感器、制动产生装置和汽车动力系统电连接。

后方车辆探测器为一个毫米波雷达。传感器模块包括温度传感器和压力传感器。制动产生装置包括真空助力器、前腔电磁阀和后腔电磁阀；前腔电磁阀和后腔电磁阀分别与控制器电连接。

如图2所示，一种汽车爆胎防追尾控制装置的控制方法，包括如下步骤：

步骤100，在控制器内设定行驶时的自车与后方车辆之间的纵向探测范围M 为80米、自车横向探测范围S为1.5米、自车与后方车辆停止后的安全距离d_safety为1米、后方驾驶员反应时间t_reaction为1秒、后方车辆预设减速度a_obj为-5米/秒²和自车行驶轨迹的曲率半径限值r为500米；

步骤200，假设本实施例中检测到的后方车辆探测器检测到的后方车辆的总数目S=10；后方车辆探测器每隔1／30秒检测一次自车与后方车辆之间的相对车速、自车与后方车辆之间的相对车距L及后车相对于自车的位置坐标值（x_i，y_i）,(i=1，…,10)；速度传感器测量自车的车速，横摆角速度传感器测量自车的横摆角速度，胎压传感器检测胎压；控制器根据检测到的各个数值进行计算；

步骤300，当自车行驶轨迹为直线时，如果| x_i |≤80米且| y_i |≤1.5米，则控制器做出后方车辆在自车的轨迹内的判断；

步骤400，当自车行驶轨迹为曲线时，控制器根据公式R=v_ego／y_{aw_rate}计算自车行驶轨迹的曲率半径；

其中，R为行驶轨迹的曲率半径，v_ego为自车车速，y_{aw_rate}为横摆角速度传感器测量的横摆角速度，可以使用低通滤波器对传感器的原始横摆角速度进行滤波；

当|R|≥500米时，控制器采用公式

,对后车坐标进行变换；

其中，（x_after)_i为变换后的横坐标、(y_after)_i为变换后的纵坐标、x_i为变换前的横坐标、y_i为变换前的纵坐标； 

当|（x_after)_i |≤80米且|(y_after)_i |≤1.5米时，则控制器做出后方车辆在自车的轨迹内的判断；

步骤500，当后方车辆在自车的轨迹内时，控制器根据检测的自车车速V_ego、自车与后方车辆停止后的安全距离d_safety、设定的后方车辆预设减速度a_obj、后方驾驶员预设反应时间t_reaction和后方车辆车速v_obj依次计算针对不同后方车辆可以执行的最大减速度(a_avoid)_i，(a_avoid)_i<0；

步骤500具体包括如下步骤：

步骤510，当后方车辆在自车的轨迹内时，控制器根据后方驾驶员预设反应时间t_reaction，后方车辆预设减速度a_obj；

利用公式：

计算假设自车与后方车辆同时停止时的自车与后方车辆之间的距离d,其中v_obj为后方车辆车速，v_ego为自车车速；

步骤520，当d≥（x_after-d_safety）时，则控制器根据预先设定的自车与后方车辆停止后的安全距离d_safety，利用公式

计算自车相对于此后方车辆的最大减速度a_avoid，a_avoid<0；

步骤530，当d＜（x_after-d_safety）时，则将预先设定的自车与后方车辆停止后的安全距离d_safety代入如下公式

计算本车相对于后方车辆的最大减速度a_avoid，a_avoid<0。

步骤600，控制器利用公式

计算制动控制可以执行的最大减速度(a_avoid)_max，(a_avoid)_max<0； 

步骤700，控制器通过胎压传感器的检测数据判断得知发生爆胎时，控制器通过汽车动力系统和制动产生装置控制汽车采用小于等于最大减速度的减速度减速。

当至少一个胎压传感器检测的胎压突然急剧降低时，控制器做出发生爆胎的判断。

通过改变影响本发明装置的不同参数，对本发明的控制装置进行了仿真实验，其仿真条件及仿真结果如下所示：

第一次仿真实验：仿真条件为：行驶时自车与后方车辆之间的距离为变量，0≤自车与后方车辆之间的距离≤100米，后方车辆车速为100公里/小时，自车车速为120公里/小时；

仿真结果如图3所示，初始时，由于后方车辆与自车距离过近，因此无法进行紧急制动，最大减速度为0；中期随着后方车辆与自车距离逐渐变大，最大减速度也随之增加；当自车与后方车辆之间的间距大于80米时，后车不再考虑为在自车轨迹内的车辆，此时，最大减速度为-9米/秒²。

第二次仿真实验：仿真条件为：后方车辆车速为变量，0公里/小时≤后方车辆车速≤180公里/小时；自车车速为100公里/小时，行驶时自车与后方车辆之间的距离为20米。

仿真结果如图4所示，后方车辆车速较低时，最大减速度为-9米/秒²；随着后方车辆车速的升高，最大减速度逐渐趋近为0米/秒²；后方车辆车速较高时，自车无法进行紧急制动，最大减速度为0米/秒²。

图3和图4中，横坐标为时间，纵坐标分别为最大减速度、行驶时自车与后方车辆之间的距离、自车车速、后方车辆车速和自车的横摆角速度速度。

从上述仿真结果可以看到，本发明的汽车爆胎防追尾控制装置及控制方法可以在自车爆胎时，根据自车的车速、后车车速及车间距离和自车的横摆角速度控制自车制动减速。 

应理解，本实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1. 一种汽车爆胎防追尾控制装置，所述汽车上设有横摆角速度传感器 （1）和车速传感器（２），其特征是，包括分别设于各个轮胎内的胎压检测模块（３），设于车厢内的控制器（４）和用于接收胎压信号的第一无线收发模块（５），设于车厢后部的后方车辆探测器（６）；胎压检测模块包括微处理器（７）、第二无线收发模块（８）和传感器模块（９），微处理器分别与第二无线收发模块和传感器模块电连接；所述控制器与胎压检测模块、第一无线收发模块、车速传感器、后方车辆探测器、横摆角速度传感器 、制动产生装置和汽车动力系统电连接。

2.根据权利要求1所述的汽车爆胎防追尾控制装置，其特征是，所述后方车辆探测器为至少一个毫米波雷达，或至少一个车载摄像头，或至少一个激光雷达，或至少一个卫星定位仪。

3.根据权利要求1所述的汽车爆胎防追尾控制装置，其特征是，所述传感器模块包括温度传感器和压力传感器。

4.根据权利要求1或2或3所述的汽车爆胎防追尾控制装置，其特征是，制动产生装置包括真空助力器、前腔电磁阀和后腔电磁阀；前腔电磁阀和后腔电磁阀分别与控制器电连接。

5.根据权利要求1所述的一种汽车爆胎防追尾控制装置的控制方法，其特征是，包括如下步骤：

（5-1）在控制器内设定行驶时的自车与后方车辆之间的纵向探测范围M、自车与后方车辆之间的横向探测范围S、自车与后方车辆停止后的安全距离d_safety、后方驾驶员预设反应时间t_reaction、后方车辆预设减速度a_obj和自车行驶轨迹的曲率半径限值r；

（5-2）后方车辆探测器每隔一定的时间间隔检测一次自车与后方车辆之间的相对车速、自车与后方车辆之间的相对车距L及后车相对于自车的位置坐标值（x_i，y_i）,(i=1，…,n)；n为后方车辆探测器检测到的后方车辆的总数目；速度传感器测量自车的车速，横摆角速度传感器 测量自车的横摆角速度，胎压传感器检测胎压；

（5-3）当自车行驶轨迹为直线时，如果| x_i |≤M且| y_i |≤S，则控制器做出后方车辆在自车的轨迹内的判断；

（5-4）当自车行驶轨迹为曲线时，控制器根据公式R=v_ego／y_{aw_rate}计算自车行驶轨迹的曲率半径；

其中，R为自车行驶轨迹的曲率半径，v_ego为自车车速，y_{aw_rate}为横摆角速度传感器测量的横摆角速度；

当|R|≥r时，控制器采用公式                                               

,对后车坐标进行变换；

其中，（x_after)_i为变换后的横坐标、(y_after)_i为变换后的纵坐标、x_i为变换前的横坐标、y_i为变换前的纵坐标； 

当|（x_after)_i |≤M且|(y_after)_i |≤S时，则控制器做出后方车辆在自车的轨迹内的判断；

（5-5）当后方车辆在自车的轨迹内时，控制器根据检测的自车车速V_ego、自车与后方车辆停止后的安全距离d_safety、设定的后方车辆预设减速度a_obj、后方驾驶员预设反应时间t_reaction和后方车辆车速v_obj依次计算针对不同后方车辆可以执行的最大减速度(a_avoid)_i，(a_avoid)_i<0；

（5-6）控制器利用公式

计算制动控制可以执行的最大减速度(a_avoid)_max，(a_avoid)_max<0； 

（5-7）控制器通过胎压传感器的检测数据判断得知发生爆胎时，控制器通过汽车动力系统和制动产生装置控制汽车采用小于等于最大减速度的减速度减速。

6.根据权利要求5所述的汽车爆胎防追尾控制装置的控制方法，其特征是，所述步骤（5-5）中的后方车辆的最大减速度的计算过程包括如下步骤：

（6-1）当后方车辆在自车的轨迹内时，控制器根据后方驾驶员预设反应时间t_reaction，后方车辆预设减速度a_obj；

利用公式：

计算假设自车与后方车辆同时停止时的自车与后方车辆之间的距离d,其中v_obj为后方车辆车速，v_ego为自车车速；

（6-2）当d≥（x_after-d_safety）时，则控制器根据预先设定的自车与后方车辆停止后的安全距离d_safety，利用公式

计算自车相对于此后方车辆的最大减速度a_avoid，a_avoid<0； 

（6-3）当d＜（x_after-d_safety）时，则将预先设定的自车与后方车辆停止后的安全距离d_safety代入如下公式

计算本车相对于后方车辆的最大减速度a_avoid，a_avoid<0。

7.根据权利要求5所述的汽车爆胎防追尾控制装置的控制方法，其特征是，步骤（5-1）中所述的自车与后方车辆之间的纵向探测范围M 为50米至200。

8.根据权利要求5所述的汽车爆胎防追尾控制装置的控制方法，其特征是，步骤（5-1）中所述的自车与后方车辆之间的横向探测范围S≤2米。

9.根据权利要求5所述的汽车爆胎防追尾控制装置的控制方法，其特征是，步骤（5-2）中所述的时间间隔为1／10秒至1／1000秒。

10.根据权利要求5或6或7或8所述的汽车爆胎防追尾控制装置的控制方法，其特征是，步骤（5-1）中的安全距离d_safety为1米至4米。

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