CN108973920A - 车辆行车控制系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种车辆行车控制系统及控制方法。该车辆行车控制系统包括主控制器；碰撞感应单元，与所述主控制器相连，以在车辆碰撞时产生触发感应信号；转向管柱角度调节单元，经所述主控制器的控制，依据所述碰撞感应单元产生的触发感应信号，调节转向管柱的角度，以减小因碰撞起爆的安全气囊和驾驶员胸部的接触面积；作用力控制单元，与所述主控制器相连；所述作用力控制单元基于所述转向管柱的角度调节状态，调整驾驶员的受力状态。相对于现有技术，本方案在车辆发生碰撞时，随着碰撞力的增大，实现不同程度的碰撞力下，对转向管柱以及施加在驾驶员作用力的控制，有效的减小乘员的碰撞伤害，提高了车辆的安全性能。

Description

车辆行车控制系统及控制方法
技术领域
本发明涉及汽车安全技术领域，尤其涉及适于车辆发生碰撞时对人员进行保护的车辆行车控制系统；同时，本发明还涉及一种基于该系统下的车辆行车控制方法。
背景技术
汽车安全等级已经成为了各大汽车主机厂提升产品影响力的重大参考因素之一，据统计，目前全世界每年死于车祸的人数达120万，伤残的人数达数千万，而国内每年车祸致死的人数超过10万，致伤者数百万。因此，汽车交通事故已成为当今威胁、残害人类生命的一大公害。通过数据统计发现汽车碰撞事故中，驾驶员的损伤最大达到68％，而驾驶员损伤中26％的损伤都是来自转向机构，而目前的转向系统中安全保护结构及策略存在缺失漏洞。
传统汽车目前都是采用转向管柱吸能、安全气囊缓冲这些单一形式进行碰撞吸能，这些单一形式无法满足碰撞过程中复杂的撞击力吸收，只能针对某一阶段时间内的撞击力吸收，其驾驶员损伤程度降低有限。
此外，现有技术中，还有采用组合吸能装置的，该装置中，采用多个独立控制单元，以在车辆发生碰撞时，各个独立单元对碰撞力进行能量吸收。此种装置，相较于传统的单一形式，虽然可以有效的降低撞击伤害，但由于各个独立控制单元之间的相互配合较差，不能充分吸收碰撞能量，其效果较差。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种车辆行车控制系统，以在车辆发生碰撞时，对车内乘员实现较好的保护。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种车辆行车控制系统，其包括：
主控制器；
碰撞感应单元，与所述主控制器相连，以在车辆碰撞时产生触发感应信号；
转向管柱角度调节单元，经所述主控制器的控制，依据所述碰撞感应单元产生的触发感应信号，调节转向管柱的角度，以减小因碰撞起爆的安全气囊和驾驶员胸部的接触面积；
作用力控制单元，与所述主控制器相连；所述作用力控制单元基于所述转向管柱的角度调节状态，调整驾驶员的受力状态。
进一步的，所述转向管柱角度调节单元包括：
阈值存储单元，与所述主控制器相连，以存储转向管柱的调节区间阈值；
电动调节器，构成所述转向管柱角度调节的执行机构，以在当前的所述转向管柱的角度值处于调节区间阈值之外时，调节所述转向管柱的角度。
进一步的，所述作用力控制单元包括：
卷收器，与所述主控制器相连，以在所述主控制器的控制下，调节安全带的张紧力；
靠背调节控制器，与所述主控制器相连，以在所述主控制器的控制下，调节座椅靠背的角度。
进一步的，所述作用力控制单元包括与所述主控制器相连的安全控制器，以及经由安全控制器控制的、构成所述转向管柱溃缩触发的触发器。
进一步的，所述作用力控制单元包括经由所述主控制器控制的、起爆所述安全气囊的起爆器。
进一步的，该系统包括：
座椅移动控制器，与所述主控制器相连，以调整车辆座椅沿车辆长度方向上的移动。
相对于现有技术，本发明的车辆行车控制系统，在车辆发生碰撞时，随着碰撞力的增大，实现不同程度的碰撞力下，对转向管柱以及施加在驾驶员作用力的控制，有效的减小乘员的碰撞伤害，提高了车辆的安全性能。
本发明同时提供了一种车辆行车控制方法，该方法包括以下步骤：
S1，车辆发生碰撞时，碰撞感应单元产生触发感应信号；
S2，主控制器依据所述碰撞感应单元产生的触发感应信号下起始状态的碰撞力，控制所述转向管柱角度调节单元调节转向管柱的角度，以减小因碰撞起爆的安全气囊和驾驶员胸部的接触面积；
S3，基于起始状态下碰撞力的增加，所述主控制器依据所述碰撞感应单元产生的触发感应信号下的作用力，调整驾驶员的受力状态。
进一步的，所述的步骤S2包括：
S21，主控制器依据所述碰撞感应单元产生的触发感应信号下起始状态的碰撞力，对所述转向管柱当前状态下的角度和阈值存储单元中存储的调节区间阈值进行比对；
S22，当所述转向管柱当前状态下的角度处于所述阈值存储单元中存储的调节区间阈值之外时，所述主控制器控制所述转向管柱角度调节单元调节转向管柱的角度。
进一步的，所述的步骤S3包括：
S31,基于起始状态下碰撞力的增加下的加剧状态，所述主控制器控制所述卷收器，增大所述安全带的张紧力；同时，所述主控制器通过靠背调节控制器，控制座椅靠背向车辆后方倾斜10°～15°；
S32，待安全气囊启动后，所述主控制器通过靠背调节控制器，控制座椅靠背向车辆前方倾斜8°～11°。
进一步的，所述的步骤S31前，设有步骤S30，基于起始状态下碰撞力的增加，所述主控制器控制所述卷收器首次增大所述安全带的张紧力。
相对于现有技术，本发明的车辆行车控制方法与如上的车辆行车控制系统具有相应的效果，在此不再赘述。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例一的连接结构框图；
图2为本发明实施例二方法步骤流程图；
图3为转向管柱安全得分与布置角度之间变化关系示意图；
图4为人体座椅信息示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
实施例一
本实施例涉及一种车辆行车控制系统，由图1所示，其主要包括主控制器，碰撞感应单元，转向管柱角度调节单元以及作用力控制单元。其中，主控制器用于实现整个系统中各个部件的控制；碰撞感应单元与主控制器相连，以在车辆碰撞时产生触发感应信号，其可以采用安装于车辆前方的碰撞传感器，以在碰撞发生时进行触发，以在感应碰撞信号的同时，感知碰撞力大小；转向管柱角度调节单元，经所述主控制器的控制，依据所述碰撞感应单元产生的触发感应信号，调节转向管柱的角度，以减小因碰撞起爆的安全气囊和驾驶员胸部的接触面积；作用力控制单元，与所述主控制器相连；所述作用力控制单元基于所述转向管柱的角度调节状态，调整驾驶员的受力状态。
基于如上整体结构，本实施例中，转向管柱角度调节单元包括阈值存储单元以及电动调节器。其中，阈值存储单元与所述主控制器相连，以存储转向管柱的调节区间阈值；电动调节器，构成所述转向管柱角度调节的执行机构，以在当前的所述转向管柱的角度值处于调节区间阈值之外时，调节所述转向管柱的角度。
本实施例的作用力控制单元包括卷收器、靠背调节控制器。其中，卷收器可采用现有车辆中通用的结构，其与主控制器相连，以在所述主控制器的控制下，调节安全带的张紧力；靠背调节控制器同样可采用现有车辆中通用的结构，其与主控制器相连，以在所述主控制器的控制下，调节座椅靠背的角度。
为了更进一步的提高对碰撞力的衰减或吸收效果，本实施例中，作用力控制单元还包括与主控制器相连的安全控制器，以及经由安全控制器控制的、构成所述转向管柱溃缩触发的触发器。其中，安全控制器和触发器同样可采用现有车辆中通用的结构，其功能作用是触发转向管柱的溃缩。
为了更进一步的提高系统对乘员的安全保护，本实施例中，作用力控制单元还包括经由所述主控制器控制的、起爆所述安全气囊的起爆器，起爆器可采用现有的气囊点火起爆装置，其主要是建立主控制器与起爆器之间的控制联系，以在综合考虑碰撞力衰减过程中，通过控制气囊的点火起爆时间而进一步提高整体的安全性能。
此外，本实施的系统还包括座椅移动控制器，其同样采用现有的座椅移动控制结构，实现对座椅沿车辆长度方向移动的控制。座椅移动控制器与主控制器相连，以通过建立与主控制器的控制连接关系，便于在碰撞力消失后，能够便于乘员后续的、诸如抢救或是解除束缚力的操作。
实施例二
本实施例涉及一种车辆行车控制方法，该方法是基于实施例一的车辆形成控制系统下实现的，由图2所示，该方法主要包括以下步骤：
S1，车辆发生碰撞时，碰撞感应单元产生触发感应信号；
S2，主控制器依据所述碰撞感应单元产生的触发感应信号下起始状态的碰撞力F1，控制所述转向管柱角度调节单元调节转向管柱的角度，以减小因碰撞起爆的安全气囊和驾驶员胸部的接触面积；
S3，基于起始状态下碰撞力F1的增加，所述主控制器依据所述碰撞感应单元产生的触发感应信号下的作用力，也即碰撞力F2，调整驾驶员的受力状态。
如上整体的方法的主体控制思想，是在碰撞发生时，起始状态时碰撞力较小的情况下，控制转向管柱调整角度，以减小因碰撞起爆的安全气囊和驾驶员胸部的接触面积，避免驾驶员胸部直接挤压到方向盘，降低由驾驶员胸部撞击产生对头、颈部的连锁伤害。随着碰撞力的增加，也即基于起始状态下碰撞力的增加，调整驾驶员的受力状态，如通过调节安全带张紧度、座椅靠背角度等，以在碰撞力增加时，驾驶员承受的作用力能够得到有效的衰减，进而实现减小碰撞对乘员的伤害。
从如上整体思想上可以看出，本发明方法的设计思想，是将整个碰撞过程中产生的碰撞力分成几个阶段，诸如如上整体上分为的两个阶段F1和基于F1下碰撞力增加的加剧阶段的F2，不同阶段下的碰撞力采用不同的控制动作，以使整个碰撞过程中，协调控制各个结构的动作，使碰撞力得到有力的衰减。例如一般车辆在发生正碰时，碰撞过程中产生的碰撞力大致为0N～3500N，而对乘员产生伤害的起始状态碰撞力F1设定为600N～1200N，F2设定为1200N～3500N。
在起始状态碰撞力区间F1时，主要执行步骤S2，以调整转向管柱角度。具体步骤为：
S21，主控制器依据所述碰撞感应单元产生的触发感应信号下起始状态的碰撞力F1，对所述转向管柱当前状态下的角度和阈值存储单元中存储的调节区间阈值进行比对；
S22，当所述转向管柱当前状态下的角度处于所述阈值存储单元中存储的调节区间阈值之外时，所述主控制器控制所述转向管柱角度调节单元调节转向管柱的角度。
通过大量的研究，并通过madymo实车碰撞软件中的C-NCAP评分体系，得出在车辆碰撞时，转向管柱安全得分与布置角度之间变化关系示意图，如图3所示，由图3可知，对驾驶员最有利的安全得分对应的转向管柱布置角度为25°～30°，最优范围为27°～28°。因此，阈值存储单元中存储的调节区间阈值可以设置为25°～30°，最优设置为27°～28°。
对如上调节区间阈值进行验证分析，采用如图4所示的人体座椅信息示意图，图中，方向盘中心点为安全气囊弹出位置，根据驾驶员驾驶习惯识别人体踵点位置；根据座椅上附带的压力传感器识别人体R点位置；根据座椅靠背前后角度识别人体靠背角。
通过以上三条信息计算出人体坐姿(识别人体胸部位置)，结合当前转向管柱布置角度，在撞击起始状态对转向管柱布置角度进行调整；
当转向管柱布置角度＞33°，方向盘中心点(安全气囊爆破点)高于R点300～350mm(该高度基于人体识别范围SAE95％男性(上限值)～SAE95％女性(下限制))，虽然此时的安全得分为小幅上升，主要伤害是对颈部冲击，对胸部的压缩量及胸部加速度的得分有不同程度上升。
转向管柱布置角度29°～33°，方向盘中心点(安全气囊爆破点)高于R点290～320mm(该高度基于人体识别范围SAE50％男性(上限值)～SAE50％女性(下限制))，此时转向管柱布置角度得分出现直线下滑，这主要是由于颈部扭矩对转向管柱布置角度的敏感度上升，甚至出现得为0的现象，尽管胸部压缩量及胸部加速度得分上升，但是与颈部扭矩相比，影响太小。
转向管柱布置角度27°～28°，方向盘中心点(安全气囊爆破点)高于R点300～320mm(该高度基于人体识别范围SAE95％男性(上限值)～SAE95％女性(下限制))，此时转向管柱布置角度得分位于顶峰值。
转向管柱布置角度＜27°，方向盘中心点(安全气囊爆破点)高于R点300～320mm(该高度基于人体识别范围SAE50％男性(上限值)～SAE50％女性(下限制))，此时转向管柱布置角度得分出现小波幅，主要是由于胸部压缩量提升起到关键作用。
综合以上分析，在起始阶段F1时，需要将转向管柱的角度调整至阈值存储单元中存储的调节区间阈值，可以有效的提高对人体的保护，也就是说，在起始阶段的碰撞力区间为F1时，若当前的转向管柱角度未处于调节区间阈值时，主控制器需要将转向管柱的角度调整为调节区间阈值，也即控制转向管柱角度调节单元控制转向管柱上的微动电机，将转向管柱的角度调整为25°～30°，最优调整为27°～28°，此时，可以有效的提高对驾驶员的安全保护。
经历起始状态后，碰撞力由F1进入F2过渡，并到达F2范围，此时，主控制器控制调整驾驶员的受力状态。本实施例中，步骤S3包括如下步骤：
S31,基于起始状态下碰撞力的增加下的加剧状态F2，所述主控制器控制所述卷收器，增大所述安全带的张紧力；同时，所述主控制器通过靠背调节控制器，控制座椅靠背向车辆后方倾斜10°～15°；
S32，待安全气囊启动后，所述主控制器通过靠背调节控制器，控制座椅靠背向车辆前方倾斜8°～11°。
为了进一步提高使用效果，在步骤S31前，设有步骤S30，基于起始状态下碰撞力的增加，也即F1进入F2时，主控制器控制卷收器首次增大所述安全带的张紧力，使整车安全带张紧力提升至950～1100N，以稳定整车乘员身体坐姿。同时，由主控制器通过安全控制单元控制触发器，以对转向管柱内部的缓冲溃缩单元下达缓冲预备指令。为了能够提高控制效果，增强以碰撞力为依据下的碰撞力衰减效果，本实施例中，将加剧状态F2分为过渡区间力F21和巅峰区间力F22，过渡区间力F21设定为1200N-2500N，巅峰区间力F22设定为2500N-3500N,而步骤S30的执行操作则发生在过渡区间力F21所处的时间段内，而步骤S31和步骤32则控制发生在巅峰区间力F22所处的时间段内。
为了更进一步提高碰撞吸收效果，所述步骤S30中，还设有主驾驶安全气囊延时起爆步骤，该延时起爆步骤是将主驾驶安全气囊延时起爆0.1S，其余安全气囊正常启动。
而为了基于步骤S30中安全带的张紧力，在步骤S31中，需要将安全带的张紧力提升至1000～1500N。这样，主驾附驾人员坐姿处于伸张状态，膝角、脚角、躯干与大腿角度增大，可有效避免机舱入侵对于前排人员的损伤，同时由于座椅安全带张紧力的二次预紧，降低了安全带张紧力瞬间提升对整车人员的损伤，又能最大程度稳定整车人员坐姿，还能避免由于前排座椅后推对后排座椅人员的间接伤害。
如上步骤中，前排座椅随撞击阶段做出前后角度调整的过程，调整了安全气囊与驾驶员胸部的接触时间、接触面积，同时配合转向管柱角度调整避免驾驶员胸部直接挤压到方向盘，降低“二次撞击”(撞击震荡)对前排人员伤害。
此外，为了进一步提高整个系统的使用效果，该控制方法在步骤S3后包括步骤S4，撞击结束安全气囊放气同时，主控制器控制所述座椅靠背向车辆后方调整5°～7°，同时通过座椅移动控制器控制车辆座椅向车辆后方移动50mm～100mm，并通过卷收器减小安全带张紧力至850N～900N，以使前排座椅人员处于伸张状态便于医疗救治。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种车辆行车控制系统，其特征在于包括：
主控制器；
碰撞感应单元，与所述主控制器相连，以在车辆碰撞时产生触发感应信号；
转向管柱角度调节单元，经所述主控制器的控制，依据所述碰撞感应单元产生的触发感应信号，调节转向管柱的角度，以减小因碰撞起爆的安全气囊和驾驶员胸部的接触面积；
作用力控制单元，与所述主控制器相连；所述作用力控制单元基于所述转向管柱的角度调节状态，调整驾驶员的受力状态。
2.根据权利要求1所述的车辆行车控制系统，其特征在于，所述转向管柱角度调节单元包括：
阈值存储单元，与所述主控制器相连，以存储转向管柱的调节区间阈值；
电动调节器，构成所述转向管柱角度调节的执行机构，以在当前的所述转向管柱的角度值处于调节区间阈值之外时，调节所述转向管柱的角度。
3.根据权利要求1所述的车辆行车控制系统，其特征在于，所述作用力控制单元包括：
卷收器，与所述主控制器相连，以在所述主控制器的控制下，调节安全带的张紧力；
靠背调节控制器，与所述主控制器相连，以在所述主控制器的控制下，调节座椅靠背的角度。
4.根据权利要求3所述的车辆行车控制系统，其特征在于：所述作用力控制单元包括与所述主控制器相连的安全控制器，以及经由安全控制器控制的、构成所述转向管柱溃缩触发的触发器。
5.根据权利要求3所述的车辆行车控制系统，其特征在于：所述作用力控制单元包括经由所述主控制器控制的、起爆所述安全气囊的起爆器。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的车辆行车控制系统，其特征在于该系统包括：
座椅移动控制器，与所述主控制器相连，以调整车辆座椅沿车辆长度方向上的移动。
7.一种车辆行车控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
S1，车辆发生碰撞时，碰撞感应单元产生触发感应信号；
S2，主控制器依据所述碰撞感应单元产生的触发感应信号下起始状态的碰撞力，控制所述转向管柱角度调节单元调节转向管柱的角度，以减小因碰撞起爆的安全气囊和驾驶员胸部的接触面积；
S3，基于起始状态下碰撞力的增加，所述主控制器依据所述碰撞感应单元产生的触发感应信号下的作用力，调整驾驶员的受力状态。
8.根据权利要求7所述的车辆行车控制方法，其特征在于所述的步骤S2包括：
S21，主控制器依据所述碰撞感应单元产生的触发感应信号下起始状态的碰撞力，对所述转向管柱当前状态下的角度和阈值存储单元中存储的调节区间阈值进行比对；
S22，当所述转向管柱当前状态下的角度处于所述阈值存储单元中存储的调节区间阈值之外时，所述主控制器控制所述转向管柱角度调节单元调节转向管柱的角度。
9.根据权利要求7所述的车辆行车控制方法，其特征在于所述的步骤S3包括：
S31,基于起始状态下碰撞力的增加下的加剧状态，所述主控制器控制所述卷收器，增大所述安全带的张紧力；同时，所述主控制器通过靠背调节控制器，控制座椅靠背向车辆后方倾斜10°～15°；
S32，待安全气囊启动后，所述主控制器通过靠背调节控制器，控制座椅靠背向车辆前方倾斜8°～11°。
10.根据权利要求9所述的车辆行车控制方法，其特征在于：所述的步骤S31前，设有步骤S30，基于起始状态下碰撞力的增加，所述主控制器控制所述卷收器首次增大所述安全带的张紧力。
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