CN106585547B - 紧急工况爆炸喷气式防侧翻装置及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种紧急工况爆炸喷气式防侧翻装置及控制方法，包括左喷嘴、左充气装置、泄压装置、右充气装置、右喷嘴和控制器，其中充气装置包含侧烟火式气体发生器和压力传感器，泄压装置包含左右电磁阀、泄压气室。控制器采集汽车侧翻危险信号和充气装置内的压力信号，并能向烟火式充气装置发送一次性开启指令和能向左右侧的电磁阀发送指令实现调节PWM信号占空比控制。本发明适用于多种型号的汽车，在紧急工况下能够迅速产生大量气体，形成抗侧翻力矩，并且在车辆恢复稳定时快速排出剩余压力气体，保持汽车稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及汽车主动安全技术领域，尤其涉及用于汽车防侧翻安全的紧急工况爆炸喷气式防侧翻装置及控制方法。
背景技术
汽车侧翻事故虽然占汽车事故的比重不是很大，但是其带来的人身财产损失往往高于其他类型的事故。一般来说汽车一旦侧翻，不仅能直接威胁车内乘员的生命安全，还存在发生连续翻滚、占据道路、货物滚落等危及道路上的其他车辆和行人的隐患，造成严重的次生事故。且紧急工况下侧翻总是在短时间内发生，需要防侧翻装置短时间内提供足够的力，因此对防侧翻装置反应速度有较高的要求。
为了解决上述问题，国内对于防侧翻装置的研究也很多，其中厦门理工学院唐友名发明的“汽车自适应防侧翻装置”，专利申请号为20151231311763.4，在主车轮内加装尺寸较小的副车轮，通过传感器监测汽车侧倾状态，微机控制单元根据传感器数据控制机电执行机构伸出或收回副车轮来起到防侧翻的作用。不过该发明是针对可预判和易纠正的非绊倒型侧翻而设计的，在加装主副车轮或者改装原有车轮后，结构较为复杂。并且机械结构反应时间较慢，应对紧急工况下的绊倒型侧翻就显得比较乏力。
美国Yakov Feldman发明的“Vehicle Anti-Rollover System”，专利公布号为US2003/0213636 A1，揭示了一种在车顶安装一台喷气装置来预防汽车侧翻的装置。该装置采用气体发生器来提供气源，当汽车发生侧倾到某一预测极限时，将产生的气体向侧倾侧喷出，给汽车提供抗侧翻的力矩以达到防侧翻的目的。该装置的反应速度较副车轮等机械防侧翻结构快，可以应对多种侧翻工况。此外，虽然没有具体结构设计，作者仍描述此装置应当具有预测喷气、可调喷气或可调抗侧翻力等功能。该装置若要实现作者所述功能，需要通过喷口盖板的开启幅度来调整，这样的话就需要一套较为复杂的机械结构来执行这一过程，这会影响紧急情况下装置的反应速度。当然，如果不实现上述可控功能的话很容易发生过度喷气，产生过度纠正的问题。此外，为了能够使得防侧翻效果更好，就需要充足的高压气体，但是不同的工况所需的气体量又是不同的。所以在装置完成防侧翻任务后可能还会余有高压气体，如果未能有效处理这部分高压气体就会产生安全隐患。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有多数汽车防侧翻保护装置反应速度较慢，平稳性差等问题，提出了一种紧急工况爆炸喷气式防侧翻装置，反应迅速、过程平稳、控制简单，提高了汽车在紧急情况下的防绊倒型侧翻的能力。
技术方案：本发明提出了一种紧急工况爆炸喷气式防侧翻装置，包括左喷嘴、左充气装置、泄压装置、右充气装置、右喷嘴和控制器；所述左充气装置包含左侧烟火式气体发生器和左侧压力传感器，左充气装置上设置有第一喷气口和第一泄气口，所述右充气装置包含右侧烟火式气体发生器和右侧压力传感器，所述右充气装置设置有第二喷气口和第二泄气口，所述泄压装置包含左电磁阀、泄压气室和右电磁阀，所述泄压气室设置有左进气口、右进气口和排气口；所述左侧烟火式气体发生器和所述右侧烟火式气体发生器放置有可通过化学反应点燃并发生爆炸的可燃物；所述左充气装置的第一喷气口通过管路与左喷嘴连接，所述右充气装置的第二喷气口通过管路与右喷嘴连接，所述左电磁阀通过管路分别与左充气装置的第一泄气口及泄压气室的左进气口相连，所述右电磁阀通过管路分别与右充气装置的第二泄气口及泄压气室的右进气口相连，所述泄压气室的排气口与大气相通；所述左侧压力传感器和所述右侧压力传感器用以采集压力信号并传输给所述控制器，所述左侧烟火式气体发生器和所述右侧烟火式气体发生器用以接收控制器发送的“开启”指令进行一次性控制，所述左电磁阀和所述右电磁阀通过接收控制器发出的PWM信号进行控制。
一种紧急工况爆炸喷气式防侧翻装置的控制方法，根据侧翻危险情况进行分段控制模式，具体工作流程如下：检测侧翻危险信号和侧翻危险信号绝对值，若汽车侧翻危险信号为向左侧侧翻，且绝对值超过设定的紧急侧翻阈值时，则装置进入向左紧急侧翻控制模式，若汽车侧翻危险信号为向右侧侧翻，且绝对值超过设定的紧急侧翻阈值时，装置进入向右紧急侧翻控制模式；若继续检测到的汽车侧翻危险信号为向左侧侧翻，且绝对值不超过设定的紧急侧翻阈值，但大于设定的侧翻安全值时，装置进入向左非紧急侧翻控制模式；若继续检测到的汽车侧翻危险信号为向右侧翻，且绝对值不超过设定的紧急侧翻阈值，但大于设定的侧翻安全值时，装置进入向右非紧急侧翻控制模式；若检测到的汽车侧翻危险信号绝对值小于设定的侧翻安全值时，装置进入安全控制模式。
进一步的，向左紧急侧翻控制模式的具体步骤为：控制器向所述右侧烟火式气体发生器发送“开启”指令，所述右侧烟火式气体发生器通过化学反应点燃内部的可燃物，在右充气装置形成高压气体，高压气体从右充气装置的第二喷气口通过管道到达右喷嘴的入口，并通过右喷嘴向汽车左上方高速喷出。
进一步的，向左非紧急侧翻控制模式的具体步骤为：控制器接收所述右侧压力传感器采集的信号，并根据侧翻危险信号值和压力值计算PWM信号占空比控制右电磁阀，使所述右充气装置向泄压气室泄出气体，改变右喷嘴喷出的气体流量。
进一步的，向右紧急侧翻控制模式的具体步骤为，控制器向所述左侧烟火式气体发生器发送“开启”指令，所述左侧烟火式气体发生器通过化学反应将点燃内部的可燃物，在左充气装置形成高压气体，高压气体从左侧烟火式气体发生器的第一喷气口通过管道到达左喷嘴的入口，并通过左喷嘴向汽车右上方高速喷出。
进一步的，向右非紧急侧翻控制模式的具体步骤为，控制器接收所述左侧压力传感器采集到的信号，并根据侧翻危险信号值和压力值计算PWM信号占空比控制左电磁阀，使左充气装置向泄压气室泄出气体，改变左喷嘴喷出的气体流量。
进一步的，装置进入安全控制模式的具体步骤为，控制器向左电磁阀和右电磁阀发送“全开”指令，将所述左充气装置或所述右充气装置内的压力气体全部排出，当左侧压力传感器和右侧压力传感器信号值小于等于设定压力值时，控制器向左电磁阀和右电磁阀发送“关闭”指令。
有益效果：
1.通用性好：本发明对原车结构和功能依赖较少，适合多种车型的防侧翻，且同时适用于汽车非绊倒型侧翻和绊倒型侧翻工况；
2.不影响驾驶意图：本发明在工作过程中不会改变驾驶员的驾驶意图，提高汽车的行驶稳定性；
3.性能稳定高效：通过瞬间产生的高压高速气流来提供防侧翻力矩，通过泄压来调节压力防止过度纠正，反应迅速且工作过程平稳可靠；
4.安装方便：气源使用烟火式气体发生器，相比于传统高压储气设备，能减小体积，且对安装位置要求不高，方便在汽车中安装。
附图说明
图1是本发明的紧急工况爆炸喷气式防侧翻装置原理示意图；
图2是本发明的紧急工况爆炸喷气式防侧翻控制方法流程图；
图3是本发明的紧急工况爆炸喷气式防侧翻工作过程示意图，图3-a为非绊倒型侧翻工况防止向左侧侧翻的示意图，图3-b为绊倒型侧翻工况防止向左侧侧翻的示意图，图3-c为非紧急工况防止向左侧侧翻示意图，图3-d为非绊倒型侧翻工况防止向右侧侧翻的示意图，图3-e为绊倒型侧翻工况防止向右侧侧翻的示意图，图3-f为非紧急工况防止向右侧侧翻示意图；
图中，1-左喷嘴，2-左充气装置，3-泄压装置，4-右充气装置，5-右喷嘴，6-左侧烟火式气体发生器，7-左侧压力传感器，8-左电磁阀，9-泄压气室，10-右电磁阀，11-右侧压力传感器，12-右侧烟火式气体发生器，13-控制器，A-左充气装置的第一喷气口，B-左充气装置的第一泄气口，C-泄压气室的左进气口，D-泄压气室的右进气口，E-泄压气室的排气口，F-右充气装置的第二泄气口，G-右充气装置的第二喷气口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示，本发明公开了一种紧急工况爆炸喷气式防侧翻装置，包括左喷嘴1、左充气装置2、泄压装置3、右充气装置4、右喷嘴5和控制器13。左充气装置2包含左侧烟火式气体发生器6和左侧压力传感器7，左充气装置2的第一喷气口A通过管路与左喷嘴1连接。右充气装置4包含右侧烟火式气体发生器12和右侧压力传感器11，右充气装置4的第二喷气口G通过管路与右喷嘴5连接。泄压装置3包含左电磁阀8、泄压气室9和右电磁阀10，左电磁阀8通过管路分别与左充气装置2的第一泄气口B及泄压气室9的左进气口C相连，右电磁阀10通过管路分别与右充气装置4的第二泄气口F及泄压气室9的右进气口D相连，泄压气室9的排气口E与大气相通；左侧烟火式气体发生器6和右侧烟火式气体发生器12由控制器13发送“开启”指令执行一次性控制，完成指令后不再参与工作。左电磁阀8和右电磁阀10由控制器13调节PWM信号占空比控制。
与之相对应的紧急工况爆炸喷气式防侧翻方法如下：
控制器13采集侧翻稳定性评价装置计算输出的侧翻危险信号，根据侧翻危险情况进行分段控制模式。
a)向左紧急侧翻控制模式。
当汽车侧翻危险信号为向左侧侧翻，且绝对值超过设定的紧急侧翻阈值时，控制器13向右侧烟火式气体发生器12发送“开启”指令。
b)向左非紧急侧翻控制模式。
当汽车侧翻危险信号为向左侧侧翻，且绝对值不超过设定的紧急侧翻阈值，但大于设定的侧翻安全值时，控制器13采集右侧压力传感器11信号，并根据侧翻危险信号值和压力值计算PWM信号占空比控制右电磁阀10，使右充气装置4向泄压气室9泄出气体调节右充气装置4内的压力，从而改变右喷嘴5喷出的气体流量，使侧翻危险信号绝对值平稳降低。
c)向右紧急侧翻控制模式。
当汽车侧翻危险信号为向右侧侧翻，且绝对值超过设定的紧急侧翻阈值时，控制器13向左侧烟火式气体发生器6发送“开启”指令。
d)向右非紧急侧翻控制模式。
当汽车侧翻危险信号为向右侧侧翻，且绝对值不超过设定的紧急侧翻阈值，但大于设定的侧翻安全值时，控制器13采集左侧压力传感器7信号，并根据侧翻危险信号值和压力值计算PWM信号占空比控制左电磁阀8，使左充气装置2向泄压气室9泄出气体调节左充气装置2内的压力，从而改变左喷嘴1喷出的气体流量，使侧翻危险信号绝对值平稳降低。
e)安全控制模式。
当汽车侧翻危险信号绝对值小于设定的侧翻安全值时，控制器13向左电磁阀8和右电磁阀10发送“全开”指令，泄出左充气装置2及右充气装置4的气体，当左侧压力传感器7和右侧压力传感器11信号值小于等于设定压力值时，控制器13向左电磁阀8和右电磁阀10发送“关闭”指令。
如图2所示，紧急工况爆炸喷气式防侧翻装置按照工作流程主要包括以下两种情形：
1)当汽车因车速过快或遇到障碍物等原因发生向左侧侧翻。控制器13采集到汽车侧翻危险信号绝对值超过设定的紧急侧翻阈值且汽车侧翻危险信号为向左侧侧翻，装置进入向左紧急侧翻控制模式。控制器13向右侧烟火式气体发生器12发送“开启”指令。右侧烟火式气体发生器12接收“开启指令”后，向内部的引燃器通电，点燃固态粉末，粉末剧烈燃烧发生爆炸，并转化为大量气体，气体迅速充满右充气装置4并形成高压。高压气体从右充气装置4的第二喷气口G通过管道到达右喷嘴5的入口，并通过右喷嘴5向汽车左上方高速喷出。如图3-a非绊倒型侧翻工况防止向左侧侧翻的原理示意图和绊倒型侧翻工况防止向左侧侧翻的原理图3-b所示。高速喷出的气流形成了汽车顺时针的抗侧翻力矩。汽车在抗侧翻力矩的作用下，侧翻危险信号绝对值逐渐减小。控制器13采集到汽车侧翻危险信号绝对值小于等于设定的紧急侧翻阈值且大于设定的侧翻安全值时，装置进入向左非紧急侧翻控制模式。控制器13采集右侧压力传感器11信号，并根据侧翻危险信号值和压力值计算PWM信号占空比控制右电磁阀10，使右充气装置4向泄压气室9泄出气体调节右充气装置4内的压力，从而改变右喷嘴5喷出的气体流量，使侧翻危险信号绝对值平稳降低。如图3-c所示，在向左非紧急侧翻控制模式下，高压气体一路从右侧烟火式气体发生器12的第二喷气口G通过管道到达右喷嘴5的入口，并通过右喷嘴5高速喷出，继续产生抗侧翻力矩；另一路从右侧烟火式气体发生器12的第二泄气口F经过右电磁阀10、管路和泄压气室9的右进气口D进入泄压气室9。高压气流在泄压气室9中降低部分压力后，通过泄压气室9的排气口E排出。由于气流压力已经降低，并且不能起到对气流的加速作用的排气口E居中布置，所以排出的气流不会对汽车防侧翻的效果造成影响。当汽车侧翻危险信号值小于设定的侧翻安全值时，装置进入安全控制模式。控制器13向左电磁阀8和右电磁阀10发送“全开”指令，将右充气装置4内的压力气体全部排出。汽车最终恢复到稳定状态。
2)控制器13采集到汽车侧翻危险信号绝对值超过设定的紧急侧翻阈值且汽车侧翻危险信号为向右侧侧翻，装置进入向右紧急侧翻控制模式。控制器13向左侧烟火式气体发生器6发送“开启”指令。左侧烟火式气体发生器6接收“开启指令”后，向内部的引燃器通电，点燃固态粉末，粉末剧烈燃烧发生爆炸，并转化为大量气体，气体迅速充满左充气装置2并形成高压。高压气体从左侧烟火式气体发生器6的第一喷气口A通过管道到达左喷嘴1的入口，并通过左喷嘴1向汽车右上方高速喷出。如图3-d非绊倒型侧翻工况防止向右侧侧翻的原理示意图和绊倒型侧翻工况防止向右侧侧翻的原理图3-e所示。高速喷出的气流形成了逆时针的汽车抗侧翻力矩。汽车在抗侧翻力矩的作用下，侧翻危险信号绝对值逐渐减小。控制器13采集到汽车侧翻危险信号绝对值小于设定的紧急侧翻阈值，且大于设定的侧翻安全值时，装置进入向右非紧急侧翻控制模式。控制器13采集左侧压力传感器7的信号，并根据侧翻危险信号值和压力值计算PWM信号占空比控制左电磁阀8，使左充气装置2向泄压气室9泄出气体调节左充气装置2内的压力，从而改变左喷嘴1喷出的气体流量，使侧翻危险信号绝对值平稳降低。如图3-f所示，在向右非紧急侧翻控制模式下，高压气体一路从左侧烟火式气体发生器6的第一喷气口A通过管道到达左喷嘴1的入口，并通过左喷嘴1高速喷出，继续产生抗侧翻力矩。另一路从左侧烟火式气体发生器6的第一泄气口B经过左电磁阀8、管路和泄压气室9的左进气口C进入泄压气室9。高压气流在泄压气室9中降低部分压力后，通过泄压气室9的排气口E排出。由于气流压力已经降低，并且不能起到对气流的加速作用的排气口E居中布置，所以排出的气流不会对汽车防侧翻的效果造成影响。当汽车侧翻危险信号值恢复到稳定状态区间时，左充气装置2内的压力值也降低到压力设定值以内。当汽车侧翻危险信号值降低到安全值以下时，装置进入安全控制模式。控制器13向左电磁阀8和右电磁阀10发送“全开”指令，将右充气装置4内的压力气体全部排出。汽车最终恢复到稳定状态。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语，包括技术术语和科学术语，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种紧急工况爆炸喷气式防侧翻装置，其特征在于，包括左喷嘴(1)、左充气装置(2)、泄压装置(3)、右充气装置(4)、右喷嘴(5)和控制器(13)；所述左充气装置(2)包含左侧烟火式气体发生器(6)和左侧压力传感器(7)，左充气装置(2)上设置有第一喷气口(A)和第一泄气口(B)，所述右充气装置(4)包含右侧烟火式气体发生器(12)和右侧压力传感器(11)，所述右充气装置(4)设置有第二喷气口(G)和第二泄气口(F)，所述泄压装置(3)包含左电磁阀(8)、泄压气室(9)和右电磁阀(10)，所述泄压气室(9)设置有左进气口(C)、右进气口(D)和排气口(E)；所述左侧烟火式气体发生器(6)和所述右侧烟火式气体发生器(12)放置有可通过化学反应点燃并发生爆炸的可燃物；所述左充气装置(2)的第一喷气口(A)通过管路与左喷嘴(1)连接，所述右充气装置(4)的第二喷气口(G)通过管路与右喷嘴(5)连接，所述左电磁阀(8)通过管路分别与左充气装置(2)的第一泄气口(B)及泄压气室(9)的左进气口(C)相连，所述右电磁阀(10)通过管路分别与右充气装置(4)的第二泄气口(F)及泄压气室(9)的右进气口(D)相连，所述泄压气室(9)的排气口(E)与大气相通；所述左侧压力传感器(7)和所述右侧压力传感器(11)将采集到的压力信号传输给所述控制器(13)，所述左侧烟火式气体发生器(6)和所述右侧烟火式气体发生器(12)接收控制器(13)发送的“开启”指令进行一次性控制，所述左电磁阀(8)和所述右电磁阀(10)通过接收控制器(13)发出的PWM信号进行控制。
2.根据权利要求1所述的一种紧急工况爆炸喷气式防侧翻装置的控制方法，其特征在于，根据侧翻危险情况进行分段控制模式，具体工作流程如下：检测侧翻危险信号和侧翻危险信号绝对值，若汽车侧翻危险信号为向左侧侧翻，且绝对值超过设定的紧急侧翻阈值时，则装置进入向左紧急侧翻控制模式，若汽车侧翻危险信号为向右侧侧翻，且绝对值超过设定的紧急侧翻阈值时，装置进入向右紧急侧翻控制模式；若继续检测到的汽车侧翻危险信号为向左侧侧翻，且绝对值不超过设定的紧急侧翻阈值，但大于设定的侧翻安全值时，装置进入向左非紧急侧翻控制模式；若继续检测到的汽车侧翻危险信号为向右侧侧翻，且绝对值不超过设定的紧急侧翻阈值，但大于设定的侧翻安全值时，装置进入向右非紧急侧翻控制模式；若检测到的汽车侧翻危险信号绝对值小于设定的侧翻安全值时，装置进入安全控制模式。
3.根据权利要求2所述的一种紧急工况爆炸喷气式防侧翻装置的控制方法，其特征在于，向左紧急侧翻控制模式的具体步骤为：控制器(13)向所述右侧烟火式气体发生器(12)发送“开启”指令，所述右侧烟火式气体发生器(12)通过化学反应点燃内部的可燃物，在右充气装置(4)形成高压气体，高压气体从右充气装置(4)的第二喷气口(G)通过管道到达右喷嘴(5)的入口，并通过右喷嘴(5)向汽车左上方高速喷出。
4.根据权利要求2或3所述的一种紧急工况爆炸喷气式防侧翻装置的控制方法，其特征在于，向左非紧急侧翻控制模式的具体步骤为：控制器(13)接收所述右侧压力传感器(11)采集的信号，并根据侧翻危险信号值和压力值计算PWM信号占空比控制右电磁阀(10)，使所述右充气装置(4)向泄压气室(9)泄出气体，改变右喷嘴(5)喷出的气体流量。
5.根据权利要求2所述的一种紧急工况爆炸喷气式防侧翻装置的控制方法，其特征在于，向右紧急侧翻控制模式的具体步骤为，控制器(13)向所述左侧烟火式气体发生器(6)发送“开启”指令，所述左侧烟火式气体发生器(6)通过化学反应将点燃内部的可燃物，在左充气装置(2)形成高压气体，高压气体从左侧烟火式气体发生器(6)的第一喷气口(A)通过管道到达左喷嘴(1)的入口，并通过左喷嘴(1)向汽车右上方高速喷出。
6.根据权利要求2或5所述的一种紧急工况爆炸喷气式防侧翻装置的控制方法，其特征在于，向右非紧急侧翻控制模式的具体步骤为，控制器(13)接收所述左侧压力传感器(7)采集到的信号，并根据侧翻危险信号值和压力值计算PWM信号占空比控制左电磁阀(8)，使左充气装置(2)向泄压气室(9)泄出气体，改变左喷嘴(1)喷出的气体流量。
7.根据权利要求2所述的一种紧急工况爆炸喷气式防侧翻装置的控制方法，其特征在于，装置进入安全控制模式的具体步骤为，控制器(13)向左电磁阀(8)和右电磁阀(10)发送“全开”指令，将所述左充气装置(2)或所述右充气装置(4)内的压力气体全部排出，当左侧压力传感器(7)和右侧压力传感器(11)信号值小于等于设定压力值时，控制器(13)向左电磁阀(8)和右电磁阀(10)发送“关闭”指令。
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