CN109606034A - 一种爆胎预警系统及预警方法 - Google Patents

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章菊
陈小兵
周吉伟
彭福泰
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Abstract

本发明属于汽车互联网技术领域，公开了一种爆胎预警系统及预警方法，爆胎预警系统包括：电源、胎内气压传感器、轮速传感器、横摆角速度传感器、侧向加速度传感器、方向盘转角传感器、集成式RF发射器、接收器和收发器。本发明自动驾驶工况必须具备完备的爆胎控制系统，保证车辆安全性能；通过汽车监测系统监测轮胎运行状态及车辆运行状态，一旦出现爆胎，将车辆信息迅速上传到云处理器，预警附近车辆做出规避措施，提高车辆控制稳定性和安全性。

Description

一种爆胎预警系统及预警方法
技术领域
本发明属于汽车互联网技术领域，尤其涉及一种爆胎预警系统及预警方法。
背景技术
目前，业内常用的现有技术是这样的：
智能网联汽车通过自动获取、分析汽车行驶的状态信息，做出相应驾驶决策，使汽车按照驾驶意图到达目的地，实现无人智能操作。通过云端将汽车群体联结为一个整体，从而达到智能管理、规避风险和减少交通事故的目的。
汽车高速爆胎是引起高速公路交通事故的重要原因。轮胎爆裂后其力学特性发生变化，主要表现为爆胎车轮的径向和切向力发生急剧改变，导致其滚动阻力增加，直线行驶时车辆出现偏航，而转向行驶时，侧向力变化会导致转向不足或过度转向。在爆胎的严重干扰下，过度修正操作则可能导致轮辋与轮胎脱离，轮胎力急剧变化，使车辆出现侧翻危险。
TPMS(胎压监测系统)通过对胎压及胎内空气温度的监测判断轮胎健康状态，一旦轮胎胎压发生异常则立刻预警，但TPMS不会对汽车的运动状态进行控制干预，也不会预警附近车辆规避风险。
综上所述，现有技术存在的问题是：
(1)现有技术中，TPMS胎压监测系统无法对爆胎车辆进行干预。
(2)车辆控制系统未针对高速爆胎工况设置单独的控制器。
(3)现有技术中，尚未涉及车辆云控制方面研究。
解决上述技术问题的难度和意义：
由于车联网尚未普及，车辆互联互通和云控制尚未普及，无法进行实验研究；
本发明为爆胎车辆附近车辆规避风险和云控制研究提供理论基础。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种爆胎预警系统及预警方法。
本发明是这样实现的，一种爆胎预警系统，所述爆胎预警系统包括：电源、胎内气压传感器、轮速传感器、横摆角速度传感器、侧向加速度传感器、方向盘转角传感器。
电源为数据采集系统提供电源；
胎内气压传感器，用来监测胎内气压，当车辆发生爆胎时，胎内气压根据轮胎损坏程度出现不同剧烈程度的变化，这种变化引起压强敏感薄膜变形，进而导致与其相连的柔性电阻器的电阻值出现变化；利用电路中电阻值的变化引起的电流变化即可判定车轮是否爆胎以及破坏严重程度；
轮速传感器，用来检测四个车轮转速；轮速传感器是由永磁性磁芯和线圈组成，传感器的线圈绕在磁芯上，因此磁力线也会穿过线圈。当车轮旋转时，与车轮同步的齿圈随之旋转，齿圈上的齿和间隙依次快速经过传感器的磁场，其结果是改变了磁路的磁阻，从而导致线圈中感应电势发生变化，产生一定幅值、频率的电势脉冲，根据脉冲的频率，即可计算出车轮转速。
侧向加速度传感器，检测车轮爆胎、检测车辆偏离原行驶轨道，侧向加速度出现的变化情况。侧向加速度传感器由永磁铁、弹簧、减震板组成的电磁系统和一个霍尔传感器组成，当侧向加速度作用于车辆时，永磁铁由于惯性随之运动，减震板和霍尔传感器随车辆一起运动，这种相互运动引起磁场强度变化，进而引起霍尔压力变化，根据霍尔压力的变化即可计算出侧向加速度。
横摆角速度传感器，检测爆胎后车辆由于偏离原行驶轨道出现的横摆角速度高幅失稳状况；由于爆胎后车辆横摆角速度高幅失稳导致传感器内的微音叉在振动平面发生变化，通过输出信号的变化计算出横摆角速度及其变化。
方向盘转角传感器，检测爆胎车辆被迫方向盘方向转角。在压入转向轴的遮光盘上有一定数量的窄槽，遮光盘的两端分别有两对由光敏三极管感受到发光二极管组成的光电耦合器，当转动方向盘时，转向轴带动遮光盘旋转，当转到窄槽处时，光敏三极管感受到发光二极管发出的光，产生电信号；当遮光盘转到除窄槽以外的其它位置时，则无电信号输出，根据电信号的输出即可计算方向盘转动的角度。
进一步，所述爆胎预警系统进一步包括：车载智能网联App，用于将车辆运行相关数据上传到云服务器；云服务器经过计算后将信息反馈给附近关联车辆，根据该爆胎车辆车速和侧向加速度提醒或控制附近关联车辆规避碰撞和追尾危险。
进一步，所述爆胎预警系统进步包括：控制器，车载智能网联App连接。控制器以当前爆胎车辆的车速与车辆转角和附近车辆的当前车速与当前转向角为输入，控制附近车辆的车速与转向角，保证附近车辆可以通过速度控制和转向角控制避让爆胎车辆，减小安全风险。
本发明的另一目的在于提供一种搭载所述爆胎预警系统的机动车辆。
本发明的另一目的在于提供一种所述爆胎预警系统的爆胎预警方法包括：
监测胎内气压，当车辆发生爆胎时，胎内气压根据轮胎损坏程度出现不同剧烈程度的降低；利用胎压值得变化剧烈程度判定车轮是否爆胎；
检测四个车轮转速；
检测车轮爆胎、检测车辆偏离原行驶轨道，侧向加速度出现的变化情况；
检测车辆横摆角速度，检测爆胎后车辆由于偏离原行驶轨道，出现稳定，横摆角度出现高幅失稳状况；
检测爆胎车辆被迫方向盘方向转角。
通过车载智能网联App，将车辆运行相关数据上传到云服务器；云服务器经过计算后将信息反馈给附近关联车辆，根据该爆胎车辆车速和侧向加速度提醒或控制附近关联车辆规避碰撞和追尾危险。
本发明的另一目的在于提供一种实现所述爆胎预警方法的计算机程序。
本发明的另一目的在于提供一种实现所述爆胎预警方法的信息数据处理终端。
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行所述的爆胎预警方法。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：
自动驾驶工况必须具备完备的爆胎控制系统，保证车辆安全性能。通过汽车监测系统监测轮胎运行状态及车辆运行状态，一旦出现爆胎，将车辆信息迅速上传到云处理器，预警附近车辆做出规避措施，提高车辆控制稳定性和安全性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的爆胎预警系统图。
图2是本发明实施例提供的云控制示意图。
图3是本发明实施例提供的车辆侧向速度图。
图4是本发明实施例提供的车辆纵向速度图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
由于轮胎爆裂车辆的力学特性发生变化，轮胎力急剧变化，爆胎车轮滚动阻力增加，使车辆出现偏航或侧翻，对同向车道行驶的车辆造成安全风险。为了降低风险，当出现爆胎时，爆胎控制系统迅速接替正常运行工况控制系统，通过控制车辆驱动力和制动力，使车辆达到稳定状态。但由于作用于车轮的制动力和驱动力会迅速影响车速，爆胎车辆的前后车辆可能出现追尾风险，同时车辆的侧向位移的产生可能影响相邻其他车辆。
针对上面技术问题，下面结合具体附图对本发明的原理作详细描述。
如图1所示，本发明实施例提供的爆胎预警系统包括：电源(COMSAN CR1632H)，传感器(胎内气压传感器、轮速传感器、横摆角速度传感器、侧向加速度传感器及方向盘转角传感器)，集成式RF发射器、接收器和收发器(ADF5904)。
电源(COMSAN CR1632H)为数据采集系统提供电源。
集成式RF发射器、接收器和收发器(ADF5904)提供完整的RF和混合信号片系统。
56029398AA胎内气压传感器，用来监测胎内气压，当车辆发生爆胎时，胎内气压会根据轮胎损坏程度出现不同剧烈程度的降低，但其总体变化趋势都是在短时间内明显降低。利用胎压值得变化剧烈程度判定车轮是否爆胎。
47910-ET000轮速传感器，用来检测四个车轮转速，爆胎后，爆胎车轮的路面附着系数相对其他完整车轮增大，受路面摩擦力的影响，车轮转速减小。
G200侧向加速度传感器，检测由于车轮爆胎，车辆由于偏离原行驶轨道，侧向加速度出现的变化。
fx35横摆角速度传感器，检测车辆横摆角速度，爆胎后车辆由于偏离原行驶轨道，出现严重不稳定，横摆角度出现高幅失稳。
FCA7300方向盘转角传感器检测车辆因为爆胎车辆被迫方向盘方向转角。
在本发明实施例中，一旦判定爆胎，处理后的数据输入爆胎工况控制器系统使其迅速动作，根据爆胎车轮的不同，做出一样的动作，控制车辆不出现过度偏航或侧翻危险。同时提醒驾驶员车辆出现故障。
在本发明实施例中，车辆运行相关数据经过车载智能网联App上传到云服务器，云服务器经过计算后将信息反馈给附近关联车辆，根据该爆胎车辆车速和侧向加速度提醒或控制附近关联车辆规避碰撞和追尾危险。更换轮胎后，监测系统重新工作，系统复位，预警系统跳变到其他工况控制器。如图1。
在本发明实施例中，本发明提供的爆胎预警系统的爆胎预警方法包括：
监测胎内气压，当车辆发生爆胎时，胎内气压根据轮胎损坏程度出现不同剧烈程度的降低；利用胎压值得变化剧烈程度判定车轮是否爆胎；
检测四个车轮转速；
检测车轮爆胎、检测车辆偏离原行驶轨道，侧向加速度出现的变化情况；
检测车辆横摆角速度，检测爆胎后车辆由于偏离原行驶轨道，出现稳定，横摆角度出现高幅失稳状况；
检测爆胎车辆被迫方向盘方向转角。
通过车载智能网联App，将车辆运行相关数据上传到云服务器；云服务器经过计算后将信息反馈给附近关联车辆，根据该爆胎车辆车速和侧向加速度提醒或控制附近关联车辆规避碰撞和追尾危险。
下面结合具体实施例对本发明的应用作进一步描述。
实施例
为了保证附近车辆在接受到云控制信号后可以自主完成车辆控制，以车辆K和A为研究对象，研究对象均以100km/h的速度同向高速行驶，4s时，K车右前车轮爆胎，爆胎车辆K因爆胎出现向右的侧向位移和减速，为了防止与K车出现碰撞事故，云服务器提醒附近驾驶员的同时，控制车辆A减速和换道行驶，防止出现安全事故，其示意图如图2所示。
云服务器结合爆胎车辆的数据信息，计算出车辆A的规避信息，以速度和方向盘转角为控制输入，控制车辆规避风险。在MATLAB/Simulink中建立八自由度整车模型和整车控制模型，仿真模拟车辆A避让过程，其结果如图3-4所示。
图3结果表明，车辆K出现爆胎后，为了规避风险，车辆A在云服务器的作用下换道行驶，且结合图4可知，为了防止出现换道过程中与车辆K出现轨迹交叉，车辆A边减速边换道。
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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种爆胎预警系统，其特征在于，所述爆胎预警系统包括：
电源为数据采集系统提供电源；
集成式RF发射器、接收器和收发器用于提供完整的RF和混合信号片系统；
胎内气压传感器，用来监测胎内气压，当车辆发生爆胎时，胎内气压根据轮胎损坏程度出现不同剧烈程度的变化，引起压强敏感薄膜变形，导致与相连的柔性电阻器的电阻值出现变化；利用电路中电阻值的变化引起的电流变化判定车轮是否爆胎以及破坏严重程度；
轮速传感器，用来检测四个车轮转速；当车轮旋转时，与车轮同步的齿圈随之旋转，齿圈上的齿和间隙依次经过传感器的磁场，改变磁路的磁阻，线圈中感应电势发生变化，产生一定幅值、频率的电势脉冲，根据脉冲的频率，计算出车轮转速；
侧向加速度传感器，检测车轮爆胎、检测车辆偏离原行驶轨道，侧向加速度出现的变化情况；当侧向加速度作用于车辆时，永磁铁随之运动，减震板和霍尔传感器随车辆一起运动，相互运动引起磁场强度变化，引起霍尔压力变化，霍尔压力的变化计算出侧向加速度；
横摆角速度传感器，检测爆胎后车辆由于偏离原行驶轨道出现的横摆角速度高幅失稳状况；爆胎后车辆横摆角速度高幅失稳导致传感器内的微音叉在振动平面发生变化，通过输出信号的变化计算出横摆角速度及横摆角速度变化；
方向盘转角传感器，检测爆胎车辆被迫方向盘方向转角；在压入转向轴的遮光盘上开有窄槽，遮光盘的两端分别集成两对由光敏三极管感受到发光二极管组成的光电耦合器，当转动方向盘时，转向轴带动遮光盘旋转，当转到窄槽处时，光敏三极管感受到发光二极管发出的光，产生电信号；当遮光盘转到除窄槽以外的其它位置时，无电信号输出，根据电信号的输出计算方向盘转动的角度。
2.如权利要求1所述的爆胎预警系统，其特征在于，所述爆胎预警系统进一步包括：车载智能网联App，用于将车辆运行相关数据上传到云服务器；云服务器经过计算后将信息反馈给附近关联车辆，根据该爆胎车辆车速和侧向加速度提醒或控制附近关联车辆规避碰撞和追尾危险。
3.如权利要求2所述的爆胎预警系统，其特征在于，所述爆胎预警系统包括：控制器，车载智能网联App连接；控制器以当前爆胎车辆的车速与车辆转角和附近车辆的当前车速与当前转向角为输入，控制附近车辆的车速与转向角，用于保证附近车辆通过速度控制和转向角控制避让爆胎车辆。
4.一种搭载权利要求1所述爆胎预警系统的机动车辆。
5.一种如权利要求1所述爆胎预警系统的爆胎预警方法，其特征在于，所述爆胎预警方法包括：
通过集成式RF发射器、接收器和收发器提供完整的RF和混合信号片系统；
监测胎内气压，当车辆发生爆胎时，胎内气压根据轮胎损坏程度出现不同剧烈程度的降低；利用胎压值得变化剧烈程度判定车轮是否爆胎；
检测四个车轮转速；
检测车轮爆胎、检测车辆偏离原行驶轨道，侧向加速度出现的变化情况；
检测车辆横摆角速度，检测爆胎后车辆由于偏离原行驶轨道，出现稳定，横摆角度出现高幅失稳状况；
检测爆胎车辆被迫方向盘方向转角。
通过车载智能网联App，将车辆运行相关数据上传到云服务器；云服务器经过计算后将信息反馈给附近关联车辆，根据该爆胎车辆车速和侧向加速度提醒或控制附近关联车辆规避碰撞和追尾危险。
6.一种实现权利要求5所述爆胎预警方法的计算机程序。
7.一种实现权利要求5所述爆胎预警方法的信息数据处理终端。
8.一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求5任意一项所述的爆胎预警方法。
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