CN1038430A

CN1038430A - 汽车附加紧急制动系统

Info

Publication number: CN1038430A
Application number: CN 88103335
Authority: CN
Inventors: 王希平
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-06-07
Filing date: 1988-06-07
Publication date: 1990-01-03

Abstract

本发明是一种汽车制动用的附加紧急制动系统，适用于各种车速、被碰撞物距车头较近，手工操作车轮制动已不可避免碰撞的情况下。本系统由人力或计算机控制的能自车底部弹出，支起车身并带有缓冲机构的支承架和为支承架提供动力的爆炸液压复合汽缸等组成。本系统可在0.02秒时间内实现车辆紧急制动，制动系统使车头离地抬起0.5m左右，车头相对被碰撞物后移0.2m左右，从而可以避免碰撞，减少交通事故。车速较高，效果就更明显。

Description

在本发明以前，所有的汽车制动系统虽有结构的差别和制动材料不同之分，但所采用的原理几乎全都是摩擦制动，即将车体所具有的动能经摩擦制动系统转化为热能（小部分转化为车体的振动能量）将车停下来。这些现行的制动方法虽然制动系统的结构不算太简单但仍具有操作方便、制动状态的解除也十分方便的优点，因而在车速不太高，路面条件较好的情况下一般可以获得较好的制动效果。但在车速较高（例如车速在每小时40公里以上）路面条件不太好（例如雨、雪天）和环境条件不太好（例如风天、雾天）或交通管理较差的地区的情况下，传统的摩擦制动系统往往不能达到避免交通事故的要求。这是由于：

1、车速较高时车体的惯性力重力的合力与地面夹角不大，车辆制动时，车体所具有的动能转化为车轮与制动片的摩擦功和车轮与地面的摩擦功，而车轮的制动力与车轮和地面的摩擦力都是有限的，因此车辆制动时，不可能原地停止（过大的摩擦力使车原地停止还会由于超重原因使车尾翘起，甚至翻车）而表现为车轮还要继续向前滑动和滚动一定距离（轻型车、小轿车也有三至五米）而这一段距离往往是危险的距离，会发生撞车、伤人的事故。

除此，交通事故还常常发生在驾驶员制动操作反应迟钝或者是制动系统传动动作的滞后而增加制动距离（这里不去研究它们，而本发明系统中已给予考虑和解决）。

设：车辆总质量（包括驾驶员身体质量和载重）为m，车轮与地面摩擦系统数，车速ν，车体所具有的动能为：

Eν＝mν²/2

四轮同时制动（不考虑重心位置变化的影响）车轮与地面的摩擦力为：

F＝mg·μ

制动距离S₄＝ (Ev)/(F) = (mv²/2)/(mg) = (v)/(2gμ) （1）

由式（1）看出，制动距离S₄与车速（ν）平方成正比，当摩擦系统数μ＝1（橡胶与地面最佳摩擦情况下）与车速有关的总制动距离S包括：

驾驶员最快制动反应时间和换踏制动板时间约0.5秒，这段时间内车辆行走距离为S₁，S₂，制动系统完成制动时间约0.5秒，这段时间时间内车辆行走距离S₃

各种车速下制动总距离：

速度V（m/s)	制动距离S₄(m)	S₁＋S₂	S₃	总制动距离S（m）
					10	5	5	1	11
20	20	10	2	32
					27.8	28.5	14	2.78	55

考虑到制动引起的车辆振动能吸收一部分能量，及其它因素影响，因此上述结果是近似值，然而仍然可以看出常规制动系统有较长的制动距离。当车、物距小于上述总距离S时，碰撞的恶性事故将会发生，在高速公路上数十辆车连续相撞正说明了这一结果。

2、从公式（1）看出，制动距离反比于车轮与地面的摩擦系数μ。因而在雨、雪天气即使车速不高时制动距离也会增大许多，因而常规的制动方式很难避免车祸。

总之，至今所有的常规制动系统无论制动距离长、短，在制动过程中，被碰撞物与车头的距离是正在减小，可称为“正位移制动”。

本发明提出一个新的制动系统构思，其出发点是“负位移制动”即从制动开始要使得车与被撞物之间距离加大，实现这一目标的做法是将汽车行走的动能变成车头势能、即由支承系统转化为液压能及后轮的摩擦功（图3），避免被碰撞物与车辆平面接触使其不相碰撞。

使动能变成势能实现“负位移制动”方式在生活中我们是见过的，例如人们要使拉车的惊马停下来就要用劲拉住马的缰绳，先使马前腿离地马身体抬起来，重心上移，从而使其中一部分动能转化为势能，当马的前腿抬起，后腿下蹲着地时惯性力和重力的合力（包括拦惊马人的下蹲重力）落在后蹄着地点上，此合力几乎与地面垂直，落在马蹄与地面摩擦角锁定范围内，马蹄便不产生任何滑动。显然这是一种高效的“负位移”制动方式。

下面结合附图介绍本发明设想的结构和工作原理：

图1 常规制动状态下附加紧急制动系统的安放;

图2 启动附加紧急制动系统;

图3 紧急制动状态

图4 A常规制动（正位移制动）与B采用本发明紧急制动系统（负位移制动）的比较;

图中S-常规制动后车身滑行距离

S_F-同时使用附加紧急制动系统后车身滑行距离

S＞S_F

L-碰撞距离

L_F-附加安全距离

图5 紧急制动计算机控制简单程序;

图6 支承架

图7 爆炸液压复合气缸

图8 炸药管的安装

图9 炸药管的结构

图10 正常路面下两种制动系统的速度，加速度示意图

图11 正常路面下两种制动系统制动距离

图中t₁-驾驶员反应时间

t₂-转换脚踏板时间

t₃-制动系统反应时间

t₄-常规制动时间

t'₄-增加附加制动制后总制动时间

t₅-附加制动本身制动时间

S_1-5-常规制动距离

S_1-4-增加附加制动后的制动距离

图1至图3是本发明按“负位移”原理设计的附加紧急制动系统设想的结构和工作过程，将主要的动能变化成使车头翘起的是快速伸向地面的支承架（支承架是可以旋转的，不用时可以转到车身下面）（图1）。为了使支承架牢固的接触地面，支承架（图6）前端制成类似跑鞋的密集的尖针结构。而支承架与车身相连的一端，应带有弹性缓冲结构[2]。支承架的启动力可来自爆炸、液压复合缸（图7），爆炸缸内有由十至十一个装有炸药的爆炸管[1]，等组成的爆炸系统，每次紧急制动迅速引爆一个爆炸管。爆炸后，爆炸缸[2]内的压缩空气迅速推动活塞[3]又压缩液压油[4]，活塞的右移带动活塞杆[6]的移动，与活塞杆在中部相连的被推动的支承架[图6]将车头顶起（图3）。支承架的位置和车头的抬起高以车尾接近地面，车体与地面大约成十至十五度夹角和使车体对支承架的作用力落在支承架的自锁区内为原则。从而使支承架不沿地面滑动，车头顶起，重心升高和后移使后轮制动力增加，也有助于动能的转换。

爆炸液压复合气缸（图7）一头是爆炸管[1]和爆炸缸[2]构成，另一端是装有液压油[4]的液压缸，爆炸后的压缩空气推动活塞[3]，随着液压缸体积的减小，多余的液压油自可调的阻尼孔[5]流出经单向阀[7]流入液压贮能筒[9]，在汽车附加紧急制动状态解除后，液压油又经复位阀[8]流回液压缸。

本发明设计的爆炸系统内有10至11个可更换的聚四氟乙烯制成、装有炸药[1]的爆炸管（图8），管内还埋有电热丝[2]。炸药管安装时（图9）电热丝的一端与接地的金属支架[1]相连，另一端经电气转插头[2]与步进选通电源（如可控硅，步进继电器等）正极相连，当需要启动附加紧急制动系统时，只需控制电源的接通便可将支承架撑起，从而将车头顶起。

由于爆炸液压复合气缸的活塞杆推动支承架，故可在很短（0.02秒）时间内实现紧急制动，此段时间车身仅向前滑动0.1-0.3米（图3中ds），而被顶起的车头却相对被碰撞物相对后移0.2m左右（图4-B中L_F）显然这是一种“负位移”，并且由于车头被顶起，车与被碰撞物的接触点将大大远离，因此本发明的紧急制动系统将使常规制动下即将发生的碰撞免于发生。

常规的制的系统，制动时车体的继续滑动除了制动系统固有的原因外还由于驾驶员对撞车事故可能发生的反应的迟钝，本发明为解决这一人为因素的影响，除了采用司机脚踏触发紧急制动的方法（即司机在需要紧急制动时，将制动踏板一踏到底，在常规制动系统启动之后紧接着触发紧急制动系统，当然这种安装紧急制动系统的车，平时一般制动是不需要将踏板踏到底的）外，还可以采用计算机控制的全自动系统（图5）其结构大致是在车前端安装自动测距装置（例如用激光、微波、超声装置）自动测量与前方物体的距离及距离变化率，并送入计算机），处理（当然车自身的速度的测量结果也需要入计算机）如计算表明车、物距小于、等于安全值而车物距迅速变小时计算机就先启动常规制动系统，使车速适当降低（以减少制动时的超重现象）当车、物距小于极限距离，计算机控制系统便自动启动紧急制动系统，产生“负位移”制动。其控制简单程序如图5所示，图中L-车、物距

Ln-标准安全车物、距

Lo-极限车、物距

k-设定的车物、距变化率

正如图6、图7、正常路面下两种制动系统合用，车辆的负加速度和距离图所示，新的制动时间（t₄+t₅）和制动距离S_1-5都较未加附加紧急制动系统的制动时间（t₄）和制动距离（S_1-4）大大减小。

根据初步计算分折，这种紧急制动系统可以消除传统制动方法不能消除的交通事故，虽然它使每辆车增加成本的5-10%的投资，然而减少撞车和交通事故带来的经济效益和社会效益却远远大于投资。因而本发明将会受到广大汽车设计、制造人员和使用者的欢迎。

Claims

1、一种用于汽车制动的附加紧急制动系统其特征在于它应用将部份动能转化为势能，抬高车头，加大车辆头部与被碰撞物之间距离的“负位移”原理。

2、根据权利要求1、所述的汽车附加紧急制动系统其特征在于由可自车身底部弹出的支承架（图6）和为弹出支承架、撑起车头提供动力的爆炸液压复合汽缸（图7）组成。

3、根据权利要求2所述的汽车附加紧急制动系统的支承架（图6）其特征在于支承架接触地面一端有密集的尖钉[1]。支承架与车身相连的一端装有弹性缓冲结构[2]、支承架在中部通过连接耳[3]与爆炸液压复合汽缸的活塞杆相连。

4、根据权利要求书2所述的为汽车附加紧急制动系统提供动力的爆炸液压复合气缸（图7）其特征在于它由10-11个聚四氟乙烯药管[1]等爆炸系统构成的爆炸缸[2]和由活塞[3]及液压油[4]、可调阻尼孔[5]，活塞杆[6]等构成的液压缸复合而成。

5、根据权利要求2所述的为汽车附加紧急制动系统提供动力的爆炸液压复合气缸其特征在于聚四氟乙烯制成的炸药管（图9）内装有动力炸药[1]并埋有电热丝[2]，电热丝（图8）的一极与接地的金属支架[1]相连，另一极经电气转插头[2]与步进选电源的正极相连，在需要紧急制动时接通电源。附加紧急制动解除后，一个新的炸药管进入工作位置待用。

6、根据权利要求2所述的为汽车附加紧急制动系统提供动力的爆炸液压复合气缸其特征在于复合气缸的液压缸（图7）装有液压油（4），当爆炸缸产生动力推动活塞[3]右行时，液压油受压自可调的阻尼孔[5]排出，经单向阀[7]进入液压贮能筒[9]，当汽车附加紧急制动排除后，液压油经复位阀[8]从液压贮能简流回液压缸，活塞复位。

7、根据权利要求1、所述的附加紧急制动系统其特征在于它可由司机深深踏动制板，在车轮制动后启动或由汽车头部安装自动测距系统并能判定是否需要紧急制动等的计算机控制系统（图5）来启动。