CN108516020B - 一种高速爆胎汽车的主动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速爆胎汽车的主动控制方法，在差动制动、主动前轮转向的基础上，加入轮胎脱圈的影响，对爆胎汽车进行主动控制。通过对非爆胎轮的控制，施加附加横摆力矩以抵消爆胎产生的横摆力矩和冲击，从而提高汽车爆胎后的行驶安全性。整个系统包括外界环境感知层、车辆状态信息采集处理层、转向制动决策层、执行层。

Description

一种高速爆胎汽车的主动控制方法

技术领域：

本发明属于汽车主动安全领域，尤其涉及一种高速爆胎汽车的主动控制方法，旨在提高汽车爆胎后的行车安全，降低或避免二次事故的发生。

背景技术：

爆胎严重威胁着乘客的生命安全，高速爆胎更为严重。据统计调查显示，爆胎引起的死亡人数占整个交通事故死亡人数的49.81％，受伤人数占比63.94，直接财产损失占比高达43.38％。

作为汽车与路面唯一接触的部件，轮胎不仅承载着车身质量，缓冲吸收路面的冲击和振动，还需要提供汽车行驶中所需的纵向力和切向力，保证汽车的加速、转向和制动等，因此轮胎结构的破坏严重威胁着汽车的行驶安全性。

现有底盘集成控制系统中，并没有针对爆胎控制的模块，无法在第一时间实施有效控制，这也导致汽车在高速时，一旦发生爆胎，基本都会造成车毁人亡。

同时，由于驾驶员处理事故能力的差异，以及面对突发状况的心理恐慌等，很难第一时间作出有效反应，经常出现过度操作甚至是错误的操作，进一步恶化汽车的行驶状态，引发二次事故，造成恶性交通事故。

发明内容：

本发明属于汽车主动安全领域，具体提出一种高速爆胎汽车的主动控制方法，旨在改善爆胎后汽车的行驶安全性。具体技术方案如下：

一种高速爆胎汽车的主动控制方法，其特征在于该方法是基于整车差动制动系统、主动前轮转向系统以及轮胎脱圈检测系统联合实现的；其中该方法涉及的汽车平台，具备主动前轮转向功能，四个轮毂凸峰内侧安装有包括轮胎脱圈检测系统在内的轮胎检测单元，且都安装有电控液压制动单元，可以实现单个车轮独立制动；整个系统为闭环控制，包括外界信息感知层、车辆信息处理层、制动转向决策层以及执行层；其中外界信息感知层包括多种传感器用以采集道路、环境信息；车辆信息采集处理层包括车身状态检测单元和轮胎检测单元以及信息处理单元，用以收集、处理汽车运行过程中各种参数信号；制动转向决策层是根据处理层传来的数据，按照制定的逻辑顺序和上一层的轮胎脱圈信号，对当前工况进行控制决策；执行层对决策层信号进行快速响应，保证车辆的行驶安全性。

技术方案中所述爆胎汽车的主动控制方法，当轮胎检测单元检测到爆胎信号后，主动控制系统立即替代驾驶员接管汽车控制权，避免驾驶员爆胎处理经验的欠缺或心理恐慌等造成的过度甚至错误操作。

技术方案中所述爆胎汽车的主动控制方法，当轮胎检测单元检测到爆胎信号后，锁死机械转向机构，若为直行工况锁死前轮转角为0°，若为转弯工况则锁定为当前转角不变。

技术方案中所述爆胎汽车的主动控制方法，当轮胎检测单元检测到爆胎信号后，轮胎检测单元立即向信息处理单元输入轮胎脱圈趋势的信号，与设定的轮胎脱圈阈值进行对比，并输出最终处理判定结果给制动转向决策层。应该注意，这里所述轮胎脱圈阈值主要与轮胎型号、轮毂规格、车载质量等有关，为不可调参数。

技术方案中所述爆胎汽车的主动控制方法，在制动转向决策层接收到轮胎脱圈信号后，系统立即进入工作，主动施加附加横摆力矩，以平衡爆胎产生的横摆力矩。

技术方案中所述爆胎汽车的主动控制方法，加入了轮胎脱圈信号判定，其作为制动和转向系统的重要参考量，避免车辆行驶状态进一步恶化。

技术方案中所述爆胎汽车的主动控制方法，由于爆胎时汽车是直行还是转弯行驶不可预测，因此设定具体工况控制逻辑：

(1)直行时爆胎：

(i)未有脱圈趋势，则优先制动爆胎轮同轴异侧车轮，其余两非爆胎车轮作为辅助制动轮；

(ii)有左侧脱圈趋势，则在制动爆胎轮同轴异侧车轮基础上，通过转角电机附加一个向右的前轮转角，其余两非爆胎车轮作为辅助制动轮；

(iii)有右侧脱圈趋势，则在制动爆胎轮同轴异侧车轮基础上，通过转角电机附加一个向左的前轮转角，其余两非爆胎车轮作为辅助制动轮。

(2)转弯时内侧车轮爆胎：

(i)未有脱圈趋势，则制动外侧两车轮；

(ii)有左脱圈趋势，则制动爆胎轮不同轴外侧车轮，同轴车轮作为辅助制动轮参与工作，转角电机附加一个向右的前轮转角降低轮胎脱圈趋势；

(iii)有右脱圈趋势，则制动爆胎轮同轴外侧车轮，不同轴外侧车轮作为辅助制动轮参与工作，转角电机附加一个向左的前轮转角降低轮胎脱圈趋势。

(3)转弯时外侧车轮爆胎：

(i)未有脱圈趋势，则制动爆胎轮不同轴外侧车轮；

(ii)有左脱圈趋势，则制动爆胎轮不同轴外侧车轮，同轴内侧车轮作为辅助车轮参与工作，转角电机附加一个向右的前轮转角降低轮胎脱圈趋势；

(iii)有右脱圈趋势，则制动爆胎轮不同轴外侧车轮，转角电机附加一个向左的前轮转角降低轮胎脱圈趋势。

技术方案中所述爆胎汽车的主动控制方法，在上述可能工况之间进行动态切换，以最适合的控制方式稳定汽车。

技术方案中所述爆胎汽车的主动控制方法，伴随着车身的稳定和车速的下降，当车速达到安全车速以下时，控制系统自动退出，并由驾驶员接管车辆，最终由驾驶员控制车辆靠边停车。

技术方案中所述爆胎汽车的主动控制方法，系统设定的安全车速可调且对驾驶员开放，驾驶员可根据自身驾驶习惯自行设定。

技术方案中所述爆胎汽车的主动控制方法，具有以下优点：

(1)系统在出现爆胎后主动接管车辆控制权，并在达到安全车速之后提示驾驶员接管车辆，且安全车速可调，不仅和谐了人机关系，而且能够彻底避免因为驾驶员心理恐慌等多种因素导致过度甚至是错误操作引发的恶性交通事故。

(2)在控制过程中，加入了对轮胎脱圈的考虑，并分类进行了说明，基本排除了控制过程中轮胎脱圈的可能性，能够有效预防轮辋触地或卡地等现象，进而避免了汽车与路面干摩擦导致翻车的可能。

(3)针对每一种可能出现的工况进行了说明，并实现动态切换，采用各个车轮差别制动结合主动转向的联合控制方式，不仅能在短时间内稳定车身姿态，而且具备良好的轨迹跟踪能力，避免了因为爆胎后出现大的偏航而引发的二次事故。

(4)本发明所涉及控制方法基于现有车辆底盘集成控制系统，只需在轮辋周圈安装轮胎检测传感器，且在爆胎发生时控制系统才开始工作，是对现有底盘集成系统的良好补充，具有很强的现实和工程意义。

附图说明：

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明所述的系统组成示意图；

图2是本发明所述控制方法基本步骤流程图；

图3轮胎脱圈传感器安装位置示意图

图4是本发明所述轮胎左、右脱圈示意图；

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参阅图1，整个系统包括外界环境感知层、车辆信息采集处理层、制动转向决策层和执行层四个模块。其中外界环境感知层主要获取道路、环境信息，包括路面情况、风阻以及周边路况等，并将感知信息传递到下一级。车辆信息采集处理层包括车身状态监测、轮胎状态监测、车辆状态信号处理三个单元；其中，轮胎检测单元加装了轮胎脱圈传感器；车辆状态信号处理单元同时对外界环境信息和车辆状态进行分类提取，判断车辆是否爆胎，如爆胎，则主动开启主动控制系统，并向下一层输出。制动转向决策层内嵌爆胎汽车主动控制策略，根据上一层信号选择对应的控制策略，并实现切换。执行层包括差动制动和主动前轮转向两个单元，主要对决策层的控制信号进行快速响应。

(1)直行时爆胎：

(i)未有脱圈趋势，则优先制动爆胎轮同轴异侧车轮，其余两非爆胎车轮作为辅助制动轮；

(ii)有左侧脱圈趋势，则在制动爆胎轮同轴异侧车轮基础上，通过转角电机附加一个向右的前轮转角，其余两非爆胎车轮作为辅助制动轮；

(iii)有右侧脱圈趋势，则在制动爆胎轮同轴异侧车轮基础上，通过转角电机附加一个向左的前轮转角，其余两非爆胎车轮作为辅助制动轮。

(2)转弯时内侧车轮爆胎：

(i)未有脱圈趋势，则制动外侧两车轮；

(ii)有左脱圈趋势，则制动爆胎轮不同轴外侧车轮，同轴车轮作为辅助制动轮参与工作，转角电机附加一个向右的前轮转角降低轮胎脱圈趋势；

(iii)有右脱圈趋势，则制动爆胎轮同轴外侧车轮，不同轴外侧车轮作为辅助制动轮参与工作，转角电机附加一个向左的前轮转角降低轮胎脱圈趋势。

(3)转弯时外侧车轮爆胎：

(i)未有脱圈趋势，则制动爆胎轮不同轴外侧车轮；

(ii)有左脱圈趋势，则制动爆胎轮不同轴外侧车轮，同轴内侧车轮作为辅助车轮参与工作，转角电机附加一个向右的前轮转角降低轮胎脱圈趋势；

(iii)有右脱圈趋势，则制动爆胎轮不同轴外侧车轮，转角电机附加一个向左的前轮转角降低轮胎脱圈趋势。

参阅图2，当信号处理单元判定此时车辆已经爆胎，则主动控制系统开启，同时锁死机械转向结构、接管汽车控制权，输出车辆状态、输出爆胎轮脱圈信号并分别是否直行、是否脱圈或脱圈趋势进行判定。若无脱圈或脱圈趋势，则指向(1)i、(2)i、(3)i策略；若有右脱圈或右脱圈趋势，则指向(1)iii、(2)iii、 (3)iii策略；若有左脱圈或左脱圈趋势，则指向(1)ii、(2)ii、(3)ii策略。若直行判定为是，则指向(1)i、(1)ii、(1)iii策略；若直行判定为否，内侧车轮爆胎则指向(2)i、(2)ii、(2)iii策略，外侧车轮爆胎则指向(3)i、(3) ii、(3)iii。并将控制信号传递给执行层。执行层在快速响应控制信号后对当前车速进行判断，若已低于安全车速，则系统退出控制，驾驶员接管车辆，主动控制系统关闭；若仍未达到安全车速，则系统继续工作，直至车速低于安全车速。

参阅图3，轮胎脱圈传感器2安装在轮毂边缘凸峰3内侧，并在两侧覆盖一周，与轮胎胎面直接接触。

参阅图4，其中(a)为左脱圈示意图，爆胎轮胎面向右移动或向右移动趋势，此时判定为左脱圈；(b)为右脱圈示意图，爆胎轮胎面向左移动或向左移动趋势，此时判定为右脱圈。

Claims (6)

1.一种高速爆胎汽车的主动控制方法，其特征在于该方法是基于整车差动制动系统、主动前轮转向系统以及轮胎脱圈检测系统联合实现的；其中该方法涉及的汽车平台，具备主动前轮转向功能，四个轮毂周圈安装有包括轮胎脱圈检测系统在内的轮胎检测单元，且都安装有电控液压制动单元，可以实现单个车轮独立制动；整个系统为闭环控制，包括外界信息感知层、车辆信息采集处理层、制动转向决策层以及执行层；其中外界信息感知层包括多种传感器用以采集道路、环境信息；车辆信息采集处理层包括车身状态检测单元和轮胎检测单元以及信息处理单元，用以收集、处理汽车运行过程中各种参数信号；制动转向决策层根据处理层传来的数据，按照制定的逻辑顺序和上一层的轮胎脱圈信号，对当前工况进行控制决策；执行层对决策层信号进行快速响应，保证车辆的行驶安全性；

制动转向决策层内嵌控制逻辑：

(1)直行时爆胎：

(i)未有脱圈趋势，则优先制动爆胎轮同轴异侧车轮，其余两非爆胎车轮作为辅助制动轮；

(ii)有左侧脱圈趋势，则在制动爆胎轮同轴异侧车轮基础上，通过转角电机附加一个向右的前轮转角，其余两非爆胎车轮作为辅助制动轮；

(iii)有右侧脱圈趋势，则在制动爆胎轮同轴异侧车轮基础上，通过转角电机附加一个向左的前轮转角，其余两非爆胎车轮作为辅助制动轮；

(2)转弯时内侧车轮爆胎：

(i)未有脱圈趋势，则制动外侧两车轮；

(ii)有左脱圈趋势，则制动爆胎轮不同轴外侧车轮，同轴车轮作为辅助制动轮参与工作，转角电机附加一个向右的前轮转角降低轮胎脱圈趋势；

(iii)有右脱圈趋势，则制动爆胎轮同轴外侧车轮，不同轴外侧车轮作为辅助制动轮参与工作，转角电机附加一个向左的前轮转角降低轮胎脱圈趋势；

(3)转弯时外侧车轮爆胎：

(i)未有脱圈趋势，则制动爆胎轮不同轴外侧车轮；

(ii)有左脱圈趋势，则制动爆胎轮不同轴外侧车轮，同轴内侧车轮作为辅助车轮参与工作，转角电机附加一个向右的前轮转角降低轮胎脱圈趋势；

(iii)有右脱圈趋势，则制动爆胎轮不同轴外侧车轮，转角电机附加一个向左的前轮转角降低轮胎脱圈趋势。

2.如权利要求1所述的一种高速爆胎汽车的主动控制方法，其特征在于车辆信息采集处理层基于车辆基本状态，对爆胎进行判断，如判定为爆胎，则主动控制系统开启，接管驾驶员车辆控制权，并锁死机械转向机构，防止较大前轮转角导致轮胎脱圈。

3.如权利要求2所述的一种高速爆胎汽车的主动控制方法，其特征在于爆胎汽车主动控制系统开启后，立即对轮胎脱圈信号和是否直行进行判定。

4.如权利要求1所述的一种高速爆胎汽车的主动控制方法，其特征在于执行层接收到转向制动决策层控制信号后立即响应，对车辆进行控制，并对当前车速进行判定。

5.如权利要求4所述的一种高速爆胎汽车的主动控制方法，其特征在于若当前车速判定为低于安全车速，则系统退出，驾驶员接管车辆控制权，主动控制系统关闭，由驾驶员靠边停车；若当前车速仍高于安全车速，则系统继续工作。

6.如权利要求5所述的一种高速爆胎汽车的主动控制方法，其特征在于安全车速阈值可调并对驾驶员开放，驾驶员可自行设定。

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