CN108944855B - 一种汽车安全行驶控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽车安全行驶控制系统，由制动装置和控制电路组成；所述制动装置包括制动电机、减速器、单向离合器、皮带轮、制动踏板和推杆，制动电机通过减速器和单向离合器带动皮带轮旋转，皮带轮拉动制动踏板，制动踏板使推杆前移产生制动；所述控制电路包括烟雾传感器、车速传感器、整车控制器VCU、制动电机继电器和为前述模块供电的电源，整车控制VCU接收烟雾传感器和车速传感器的信号，并通过制动电机继电器控制制动电机工作。本发明通过包含制动电机的制动装置和包含烟雾和车速传感器的控制电路组成安全行驶控制系统，通过对烟雾浓度和车速的速度采集，控制制动电机运动，形成减速制动，能提高行车安全。

Description

一种汽车安全行驶控制系统
本发明涉及一种汽车行驶控制系统，尤其涉及一种汽车安全行驶控制系统。
背景技术
开车过程中，驾驶员拿烟、点烟、吸烟的一系列额外动作，在行车中都存在一定的安全隐患；烟雾缭绕的驾驶室会影响驾驶员视线；若在夜晚，点烟时的火焰也能造成驾驶员短暂眩目。同时，在紧闭车窗的情况下，开车吸烟会使得驾驶室烟雾缭绕，车内空气质量极差，影响车内人员的身体健康，甚至容易犯恶心并加重头晕。因此驾驶室内烟雾过重对高速行车具有一定的危险，有必要设计一种汽车安全行驶控制系。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术存在的问题，提供一种针对开车过程中吸烟导致的行车危险的汽车安全行驶控制系统。
实现本发明目的的技术方案是一种汽车安全行驶控制系统，由制动装置和控制电路组成；所述制动装置包括制动电机、减速器、单向离合器、皮带轮、制动踏板和推杆，制动电机通过减速器和单向离合器带动皮带轮旋转，皮带轮拉动制动踏板，制动踏板使推杆前移产生制动；所述控制电路包括烟雾传感器、车速传感器、整车控制器VCU、制动电机继电器和为前述模块供电的电源，整车控制VCU接收烟雾传感器和车速传感器的信号，并通过制动电机继电器控制制动电机工作。
所述制动电机的输出轴连接减速器的输入轴，减速器的输出轴连接单向离合器的输入轴，单向离合器的输出轴连接皮带轮；皮带轮通过拉线与制动踏板连接；推杆的一端固定在制动踏板上；制动踏板的上端设置有回位弹簧。
所述单向离合器包括输入轴、输出轴、十字块、滚柱、压帽与弹簧和键槽；输入轴一端与减速器输出轴通过联轴节连接，另一端与十字块刚性连接；十字块的楔形槽内安装有滚柱和压帽与弹簧；输出轴上设有键槽，皮带轮通过键槽与输出轴安装固定。
所述单向离合器还包括密封安装的外壳与端盖；外壳与输出轴刚性连接；端盖套在输入轴上，端盖与外壳内装有垫圈。
所述控制电路还包括时间继电器和油门踏板位置传感器；所述时间继电器设置于制动电机继电器于制动电机之间；所述制动电机继电器通过油门踏板位置传感器与汽车的发动机ECU连接。
所述制动电机继电器为双触点常开继电器，其电磁线圈的首端与整车控制器VCU中的比较器输出端相连，末端与整车控制器VCU中的电子控制器输出端相连；第一触点的输入端与12V电源端子相连，输出端分别与时间继电器的输入端、电位器的输入端相连，第二触点的输入端搭铁，输出端与油门踏板位置传感器相连；所述时间继电器为延时接通继电器，线圈KT、触点KT的输入端与制动电机继电器的第一触点的输出端相连，线圈KT的输出端搭铁，触点KT的输出端与制动电的电源输入端相连，制动电机的输出端搭铁；电位器的末端搭铁，其输出端与油门踏板位置传感器相连。
所述控制电路还包括车窗下降继电器；所述车窗下降继电器与车窗开关连接，车窗开关与车窗电机连接。
所述车窗开关包括车窗上升开关和车窗下降开关；所述车窗下降继电器为常开继电器，其电磁线圈的首端与12V电源相连，末端与整车控制器VCU的电子控制器输出端相连；其触点的输入端与12V电源相连，输出端与车窗开关的下降开关触点的输出端相连。
所述控制电路还包括危险警报灯继电器；所述危险警报灯继电器与左转向灯、右转向灯和闪光器连接。
所述危险警报灯继电器为常开继电器，其电磁线圈的首端与12V电源相连，末端与整车控制器VCU的电子控制器输出端相连；其触点分别与左转向灯、右转向灯的输入端相连，左转向灯、右转向灯的输出端搭铁；闪光器的一端与12V电源相连，另一端与危险警报灯继电器的触点中线连接。
采用了上述技术方案后，本发明具有积极的效果：（1）本发明通过包含制动电机的制动装置和包含烟雾和车速传感器的控制电路组成安全行驶控制系统，通过对烟雾浓度和车速的速度采集，控制制动电机运动，形成减速制动，能提高行车安全。（2）本发明的制动装置的结构，包括单向离合器的结构设计巧妙，成本可控，可与控制电路很好配合，确保安全行驶控制系统有效。（3）本发明的控制电路还设置时间继电器，可以在一定时间达到后再启动制动，避免影响正常行驶。（4）本发明的控制电路还设置车窗下降继电器和危险灯报警继电器，能更好的起到安全行驶的作用，也能使得驾驶人员和乘客更舒适。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中图1为本发明的控制系统控制框图。
图2为本发明的制动装置示意图。
图3为本发明的制动装置连接及传动示意图。
图4为本发明的单向离合器的示意图。
图5为本发明的控制电路图。
图6为本发明的电源图。
图7为本发明的控制系统的控制方法流程图。
附图中标号为：
制动电机1、减速器2、单向离合器3、输入轴3-1、输出轴3-2、十字块3-3、滚柱3-4、压帽与弹簧3-5、键槽3-6、外壳3-7、端盖3-8、垫圈3-9、皮带轮4、拉线5、制动踏板6、推杆7、回位弹簧8、前隔板9、支架10。
具体实施方式
（实施例1）
见图1，本实施例的一种汽车安全行驶控制系统，由制动装置和控制电路组成；制动装置包括制动电机、减速器、单向离合器、皮带轮、制动踏板和推杆，制动电机通过减速器和单向离合器带动皮带轮旋转，皮带轮拉动制动踏板，制动踏板使推杆前移产生制动；控制电路包括烟雾传感器、车速传感器、整车控制器VCU、制动电机继电器、时间继电器、油门踏板位置传感器、车窗下降继电器、危险警报灯继电器和为前述模块供电的电源，整车控制VCU接收烟雾传感器和车速传感器的信号，并通过制动电机继电器控制制动电机工作。时间继电器设置于制动电机继电器于制动电机之间；制动电机继电器通过油门踏板位置传感器与汽车的发动机ECU连接。车窗下降继电器与车窗开关连接，车窗开关与车窗电机连接。危险警报灯继电器与左转向灯、右转向灯和闪光器连接。
制动电机1、减速器2、单向离合器3、输入轴3-1、输出轴3-2、十字块3-3、滚柱3-4、压帽与弹簧3-5、键槽3-6、外壳3-7、端盖3-8、垫圈3-9、皮带轮4、拉线5、制动踏板6、推杆7、回位弹簧8、前隔板9、支架10
如图2、图3和图4所示，制动电机1的输出轴连接减速器2的输入轴，减速器2的输出轴连接单向离合器3的输入轴3-1，单向离合器3的输出轴3-2连接皮带轮4；皮带轮4通过拉线5与制动踏板6连接；推杆7的一端固定在制动踏板6上；制动踏板6的上端设置有回位弹簧8，回位弹簧8的两端分别固定再前隔板9和支架10上。单向离合器3包括输入轴3-1、输出轴3-2、十字块3-3、滚柱3-4、压帽与弹簧3-5、键槽3-6、外壳3-7、端盖3-8和垫圈3-9；输入轴3-1一端与减速器2输出轴通过联轴节连接，另一端与十字块3-3刚性连接；十字块3-3的楔形槽内安装有滚柱3-4和压帽与弹簧3-5；输出轴3-2上设有键槽3-6，皮带轮4通过键槽3-6与输出轴3-2安装固定。外壳3-7与输出轴3-2刚性连接；端盖3-8套在输入轴3-1上，端盖3-8与外壳3-7密封安装，内装有垫圈3-9。制动电机1通电旋转时，逐步驱动皮带轮4旋转。减速器2的作用是降速增扭，并使车辆按规定的制动减速度降速；单向离合器3的作用是把制动电机1的转动力矩传给皮带轮4，当制动电1机停转时，皮带轮4在外力作用下可反向旋转。皮带轮4上绕有拉线5，通过拉线5拉动制动踏板6，使推杆7前移，产生制动；当制动电机1断电停转时，回位弹簧8通过拉线5使皮带轮4反转，制动踏板6复位，解除制动。当制动电机1旋转时，带动减速器2输出轴旋转，带动单向离合器3输入轴3-1和十字块3-3同步运行，这时滚柱3-4在摩擦力的作用下，滚入楔形槽的窄端被卡死，使十字块3-3与外壳3-7连为整体，于是转矩传给单向离合器3输出轴3-2，通过键连接传动给皮带轮4，使皮带轮4旋转。当制动电机1停转时，十字块3-3即停转，滚柱3-4在压帽与弹簧3-5的作用下，滚入楔形槽的大端，使十字块3-3与外壳3-7分离，此时外壳3-7和单向离合器3输出轴3-2被释放，于是制动踏板6在回位弹簧8的作用下可回位、解除制动。
如图5所示，整车控制器VCU包含两组比较器A1和A2以及电子控制器J2；比较器A1和A2的型号均为LM339；电子控制器J2包含电阻R1-R3以及三极管V1-V3，其中，R1阻值为2K欧，R2阻值为1K欧姆，R3阻值为510欧姆，三极管V1和V2型号为S8050，VT3型号为2SC2383。电租R4和R5的阻值均为10K欧姆。
烟雾传感器采用MQ-2型，VCC端子与5V电源相连，信号VY端子与比较器A1的反向端4相连；电位器RP1一端与VCC端子相连，另一端搭铁，中部输出端子与比较器A1的正向端5相连；比较器A1的3端子与电源VCC端子相连，比较器A1的12端子搭铁，比较器A1的输出端子2分别与整车控制器VCU的电阻R1、比较器A1的上拉电阻R4的一端相连；上拉电阻R4的另一端与电源VCC端子相连。无烟时烟雾传感器输出低电平电压，有烟时烟雾传感器输出高电平电压，并且烟雾越浓输出电压越高。调节RP1输出可改变烟雾传感器的输出灵敏度。车速传感器采用电磁感应式或霍尔式，车速传感器信号VSS与比较器A2的正向端7相连，电位器RP2一端与VCC端子相连，另一端搭铁，中部输出端子与比较器A2的反向端6相连，比较器A2的3端子与电源VB端子相连，比较器A2的12端子搭铁，比较器A2的输出端子1分别与上拉电阻R5、二极管V1的一端相连，电阻R5的另一端与电源VB相连，V1、V2串联后与整车控制器VCU的VF端子相连。车速越高，车速传感器输出电压越高。调节RP2输出可改变车速传感器的输出灵敏度。电子控制器J2的电阻R1的首端与比较器A1的输出端2相连，电阻R1的末端与三极管VT1的基极相连，电阻R2、R3的首端与电源VB相连，电阻R2的末端分别与三极管VT1的集电极、三极管VT2的基极相连，电阻R3的末端与三极管VT2的集电极相连，三极管VT1的发射极搭铁，三极管VT2的发射极与三极管VT3的基极相连，三极管VT3的集电极与L1端相连，三极管VT3的发射极搭铁。车窗开关K1有两对触点、三个档位：即车窗上升开关Ks触点闭合、车窗下降开关KJ触点断开；车窗下降开关KJ触点闭合、车窗上升开关Ks触点断开；Ks、KJ触点均断开。车窗下降继电器J3为常开继电器，其电磁线圈的首端与电源VB端子相连，末端与电子控制器J2的L1端相连；其触点的输入端与电源VB端子相连，输出端与车窗下降开关KJ触点的输出端相连。危险警报灯继电器J4为常开继电器，其电磁线圈的首端与电源VB端子相连，末端与电子控制器J2的L1端相连；其触点分别与左L、右R转向灯的输入端相连，左L、右R转向灯的输出端搭铁。制动电机继电器J6为双触点常开继电器，其电磁线圈的首端与电子控制器J2的VF端相连，末端与电子控制器J2的L1端相连；第一触点a的输入端与电源VB端子相连，输出端分别与时间继电器J5的输入端、电位器RP3的输入端相连，第二触点b的输入端搭铁，输出端与油门踏板位置传感器APC的信号端子3相连。时间继电器J5为延时接通继电器，线圈KT、触点KT的输入端与制动电机继电器J6的第一触点的输出端相连，线圈KT的输出端搭铁，触点KT的输出端与制动电机M2的电源输入端相连，制动电机M2的输出端搭铁。电位器RP3的末端搭铁，其输出端与油门踏板位置传感器APC的信号端子1相连。油门踏板位置传感器APC的电源端子为发动机ECU的2端子，ECU的4端子为油门踏板位置传感器APC的搭铁端子。
电源如图6所示，稳压电源芯片型号为LM7805，12V电源由蓄电池提供，VB为受钥匙开关控制的12V电源端子；VCC输出电压为+5V。电容C1-C4的容值分别为：470u、0.01u、470u和0.01u。
如图7所示，本发明的控制方法为：
当钥匙门开关上电后，整车控制器VCU首先接收烟雾传感器信号，对驾驶室的烟雾浓度进行检测。
起步时：
（1）如果驾驶室空气清新或烟雾浓度很低时，可以正常起步行驶；
（2）如果驾驶室烟雾浓度超过规定值时，整车控制器VCU将接通车窗玻璃下降开关，使车窗打开；同时整车控制器VCU还将接通危险报警灯开关，使危险报警灯全部闪烁报警。
行驶时：
（1）如果车辆低速行驶时驾驶员或乘客吸烟，当烟雾浓度超过规定值时，整车控制器VCU将接通车窗玻璃下降开关，使车窗打开；同时整车控制器VCU将接通危险报警灯继电器，使危险报警灯全部闪烁报警；整车控制器VCU还将接收车速传感器信号，对车辆行驶速度进行检测，限制车辆最高行驶速度不超过60km/h。当烟雾浓度降到规定值以下时，方可继续正常加速行驶。
（2）如果车辆超过60km/h高速行驶时，驾驶员或乘客吸烟，当烟雾浓度超过规定值时，整车控制器VCU将接通车窗玻璃下降开关，使车窗打开；同时整车控制器VCU将接通危险报警灯继电器，使危险报警灯全部闪烁报警；同时整车控制器VCU将节气门位置传感器设定为小负荷工况，使车辆减油减速行驶，若此时烟雾浓度还是超过规定值时，危险报警灯闪烁报警8s后，整车控制器VCU接收车速传感器信号，通过制动系统对车辆行驶速度进行减速控制，制动减速度小于规定值(a≤-2m/s2)，直至车速不超过60km/h，有利于行车安全。当烟雾浓度降到规定值以下时，方可继续加速行驶。
下面结合图5来说明具体的电路控制流程：
当驾驶室烟雾较浓时，烟雾传感器产生的信号电压VY加在比较器A1的反向端4端子上，当信号电压VY大于正向端5端子基准电压时，比较器A1的2端子输出电压为0；当驾驶室烟雾较轻时，烟雾传感器产生的信号电压VY低于正向端5端子基准电压，比较器A1的2端子输出电压为VCC(5V)。
当驾驶室烟雾较浓时，比较器A1的2端子输出电压为0，电子控制器J2中的三极管VT1截止，VT2、VT3迅速导通。车窗下降继电器J3的电磁线圈有电流通过，产生电磁力，吸引常开触点闭合；此时电源VB经车窗下降继电器J3触点加在车窗电机M1的输入端，车窗电机M1的绕组构成回路，电机运转，使车窗玻璃自动下降。同时危险警报灯继电器J4的电磁线圈也产生电磁力，吸引常开触点闭合；危险警报灯电路接通，左右转向灯同时闪光器通电，闪烁报警。当驾驶室烟雾较轻时，比较器A1的2端子输出电压为5V，电子控制器J2中的三极管VT1导通，VT2、VT3迅速截止，车窗下降继电器J3、危险警报灯继电器J4的电磁线圈无电流通过，触点断开，车窗玻璃与危险报警灯受各自的开关控制。
车速传感器的信号电压VSS加在比较器A2的正向端7端子上。如果此时车速低于规定值（如车速小于60km/h），正向端7端子上的信号电压低于反向端6端子的基准电压，比较器A2的1端子输出电压为0；如果此时车速高于规定值（如车速大于60km/h），正向端7端子上的信号电压高于反向端6端子的基准电压，比较器A2的1端子输出电压为VB（12V）。
当驾驶室烟雾较浓、车速高于规定值（如60km/h）时，电子控制器J2中VT3导通，车窗玻璃自动下降、危险报警灯闪烁；比较器A2的1端子输出电压为VB(12V)，使制动电机继电器J6中的线圈构成回路，有电流通过产生电磁力，吸引双触点同时闭合接通；第二触b将使油门踏板位置传感器APC的3端子搭铁，第一触点a将通过RP3调节使油门踏板位置传感器APC的1端子电压为5V，由于发动机ECU接收油门踏板位置传感器APC的小负荷信号，使发动机减油减速行驶，若车速降低到规定值（如60km/h）以下，VF端输出电压为0V，制动电机继电器J6中的线圈无电流通过，第一触点a、第二触点b断开，发动机按驾驶员控制的意图行驶；若8s后烟雾较浓、车速仍高于规定值（如60km/h），时间继电器J5中的KT触点接通，制动电机1工作，开始降速，制动减速度a≤-2m/s2，有利于行车安全。当车速低于规定值（如60km/h），制动电机1停转，制动踏板6在回位弹簧8作用下复位，解除制动。
以上所述的具体实施例，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例而已，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 (8)

1.一种汽车安全行驶控制系统，其特征在于：该控制系统由制动装置和控制电路组成；所述制动装置包括制动电机、减速器、单向离合器、皮带轮、制动踏板和推杆，制动电机通过减速器和单向离合器带动皮带轮旋转，皮带轮拉动制动踏板，制动踏板使推杆前移产生制动；所述控制电路包括烟雾传感器、车速传感器、整车控制器VCU、制动电机继电器、车窗下降继电器、危险报警灯继电器和为烟雾传感器、车速传感器、整车控制器VCU、制动电机继电器、车窗下降继电器、危险报警灯继电器供电的电源；所述整车控制器VCU包含两组比较器A1和A2以及电子控制器J2；比较器A1和A2的型号均为LM339；电子控制器J2包含电阻R1-R3以及三极管VT1-VT3，其中，R1阻值为2K欧姆，R2阻值为1K欧姆，R3阻值为510欧姆，三极管VT1和VT2型号为S8050，三极管VT3型号为2SC2383；电阻R4和R5的阻值均为10K欧姆；电阻R4连接在比较器A1的2脚和3脚之间，电阻R5连接在比较器A2的1脚和3脚之间；
当钥匙门开关上电后，整车控制器VCU首先接收烟雾传感器信号，对驾驶室的烟雾浓度进行检测，控制方法为：整车控制器VCU接收烟雾传感器和车速传感器的信号；
起步时：
若驾驶室空气清新或烟雾浓度低于规定值，正常起步行驶；
若驾驶室烟雾浓度超过规定值时，整车控制器VCU接通车窗玻璃下降开关，使车窗打开；同时整车控制器VCU接通危险报警灯继电器，使危险报警灯闪烁报警；
行驶时，驾驶员或乘客吸烟：
若车速低于60km/h，当烟雾浓度超过规定值时，整车控制器VCU通过车窗下降继电器接通车窗玻璃下降开关，使车窗打开；同时整车控制器VCU接通危险报警灯继电器，使危险报警灯闪烁报警；当烟雾浓度降到规定值以下时，可继续正常加速行驶；
若车速超过60km/h时，当烟雾浓度超过规定值时，整车控制器VCU接通车窗玻璃下降开关，使车窗打开；同时整车控制器VCU接通危险报警灯继电器，使危险报警灯闪烁报警；同时整车控制器VCU将汽车节气门位置传感器设定为小负荷工况，使车辆减油减速行驶，若此时烟雾浓度仍超过规定值，且危险报警灯闪烁报警8s后，整车控制器VCU通过制动电机继电器对车辆行驶速度进行减速控制，制动减速度小于-2m/s2，直至车速不超过60km/h；当烟雾浓度降到规定值以下时，可继续加速行驶。
2.根据权利要求1所述的一种汽车安全行驶控制系统，其特征在于：所述制动电机的输出轴连接减速器的输入轴，减速器的输出轴连接单向离合器的输入轴，单向离合器的输出轴连接皮带轮；皮带轮通过拉线与制动踏板连接；推杆的一端固定在制动踏板上；制动踏板的上端设置有回位弹簧。
3.根据权利要求2所述的一种汽车安全行驶控制系统，其特征在于：所述单向离合器包括输入轴、输出轴、十字块、滚柱、压帽与弹簧和键槽；输入轴一端与减速器输出轴通过联轴节连接，另一端与十字块刚性连接；十字块的楔形槽内安装有滚柱和压帽与弹簧；输出轴上设有键槽，皮带轮通过键槽与输出轴安装固定。
4.根据权利要求3所述的一种汽车安全行驶控制系统，其特征在于：所述单向离合器还包括密封安装的外壳与端盖；外壳与单向离合器输出轴刚性连接；端盖套在单向离合器输入轴上，端盖与外壳内装有垫圈。
5.根据权利要求1所述的一种汽车安全行驶控制系统，其特征在于：所述控制电路还包括时间继电器和油门踏板位置传感器；所述时间继电器设置于制动电机继电器与制动电机之间；所述制动电机继电器通过油门踏板位置传感器与汽车的发动机ECU连接。
6.根据权利要求5所述的一种汽车安全行驶控制系统，其特征在于：所述制动电机继电器为双触点常开继电器，其电磁线圈的首端与整车控制器VCU中的比较器输出端相连，末端与整车控制器VCU中的电子控制器输出端相连；第一触点的输入端与12V电源端子相连，输出端分别与时间继电器的输入端、电位器的输入端相连，第二触点的输入端搭铁，输出端与油门踏板位置传感器相连；所述时间继电器为延时接通继电器，线圈KT、触点KT的输入端与制动电机继电器的第一触点的输出端相连，线圈KT的输出端搭铁，触点KT的输出端与制动电机的电源输入端相连，制动电机的输出端搭铁；电位器的末端搭铁，其输出端与油门踏板位置传感器相连。
7.根据权利要求6所述的一种汽车安全行驶控制系统，其特征在于：车窗开关包括车窗玻璃上升开关和车窗玻璃下降开关；所述车窗下降继电器为常开继电器，车窗下降继电器的电磁线圈的首端与12V电源相连，末端与整车控制器VCU的电子控制器输出端相连；车窗下降继电器的触点的输入端与12V电源相连，输出端与车窗开关的下降开关触点的输出端相连。
8.根据权利要求7所述的一种汽车安全行驶控制系统，其特征在于：所述危险报警灯继电器为常开继电器，危险报警灯继电器的电磁线圈的首端与12V电源相连，末端与整车控制器VCU的电子控制器输出端相连；危险报警灯继电器的触点分别与左转向灯、右转向灯的输入端相连，左转向灯、右转向灯的输出端搭铁；闪光器的一端与12V电源相连，另一端与危险报警灯继电器的触点中线连接。
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