CN112223972B - 一种双横臂式悬架螺旋弹簧失效应急防护控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种双横臂式悬架螺旋弹簧失效应急防护控制系统及方法，中央处理模块的输入接口与悬架螺旋弹簧及车辆状态监测模块相连，输出接口与控制模块和报警器相连。执行模块的核心执行机构：悬架螺旋弹簧失效应急防护装置，包括平行四边形机构、气囊组件和防撞块等，气囊组件包括气体发生器和防护气囊等。在悬架螺旋弹簧突发失效等异常时，该发明能根据弹簧受力、车辆装载情况、车速、路况等信息报警或同时执行应急防护操作：以恰当方式引爆失效弹簧处防护气囊，使之充气弹出，并在平行四边形机构作用下垂直嵌入固定在轮顶处车身上的防撞块凹坑内，起到类似空气弹簧的作用，缓和冲击并保持车辆姿态平衡，防止悬架螺旋弹簧突发失效引发交通事故。
Description
技术领域
本发明涉及汽车安全技术领域，更为具体地，涉及一种双横臂式悬架螺旋弹簧失效应急防护控制系统及方法。
背景技术
悬架是车架(或承载式车身)与车桥(或车轮)之间一切传力连接装置的总称，不等长双横臂式悬架是双横臂式悬架的一种形式，只要适当选择、优化上下横臂的长度，并通过合理的布置，就可以使轮距及前轮定位参数变化均在可接受的限定范围内，保证汽车具有良好的行驶稳定性。目前不等长双横臂式悬架已广泛应用在轿车的前、后悬架上，部分运动型轿车及赛车的后轮也采用这一悬架结构。
悬架一般由弹性元件、减振器和导向机构三部分组成，分别起缓冲、减振和导向的作用，其中，弹性元件常采用螺旋弹簧。作为悬架的关键部件，螺旋弹簧对车辆的动力学性能和运行品质有着重要影响，尤其影响车辆的乘坐舒适性、高速行驶安全性、行驶过程中的操控性以及车辆对复杂路面的适应性，因此，良好的汽车悬架螺旋弹簧是保障汽车运行性能的关键因素之一。
悬架螺旋弹簧工作环境复杂且载荷不断变化。在制造过程中产生的遗留在螺旋弹簧表面的裂痕、折叠、凹痕、发裂、脱碳等缺陷造成的应力集中，使螺旋弹簧在路试试验和上市车型的市场反馈中多数都存在失效、干涉、提前并圈以及刚度衰减等问题，严重影响了车辆的正常使用性能和耐久可靠性。统计分析表明，悬架螺旋弹簧的使用寿命比其它大多数零部件都低。可见，造成悬架螺旋弹簧失效的原因很多且不易避免。
在悬架螺旋弹簧使用的过程中，失效是最严重的一种损坏形式，因弹簧失效导致车辆偏航甚至侧翻的事故时有发生，严重危害驾乘人员的人身和财产安全。近年来，随着汽车行业的快速发展，同时，在汽车召回制度等法律、法规的不断健全及整车越来越严格的安全测试环境下，人们对汽车安全性的要求也越来越高，因此，研究一种双横臂式悬架螺旋弹簧失效应急防护控制系统及方法，防止因弹簧失效引发交通事故，保护车辆底盘系统，保证人、车行驶安全，迫在眉睫且意义重大。
中国发明专利ZL201510538080.0公开了一种带磨耗板的波浪形止挡及防止弹簧失效的方法，该方法通过调节垂向止挡的刚度、变刚度和限位的位置来减小钢弹簧承受的垂向载荷，降低机车运行过程中钢弹簧产生的金属疲劳，从而防止弹簧失效。该方法能够防止机车的弹簧失效，但并不适用于车辆双横臂式悬架螺旋弹簧失效的情况。
论文《汽车悬架螺旋弹簧现代设计方法研究》中总结到悬架螺旋弹簧的失效原因可以分为设计原因、材质原因、工艺原因和环境使用原因等，该论文分析了悬架螺旋弹簧失效的原因并给出了解决途径，但不能杜绝悬架螺旋弹簧失效后事故的发生。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种双横臂式悬架螺旋弹簧失效应急防护控制系统及方法，以解决现有的双横臂式悬架螺旋弹簧在失效后容易引发安全事故的问题。
本发明提供一种双横臂式悬架螺旋弹簧失效应急防护控制系统，包括：悬架螺旋弹簧及车辆状态监测模块I、中央处理模块II、控制模块III、执行模块IV和车辆V，其中，悬架螺旋弹簧及车辆状态监测模块I用于采集车辆V的轮顶处车身402的垂向加速度
车速S及悬架螺旋弹簧701的受力F；中央处理模块II包括输入接口201、悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器202和输出接口203，悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器202通过输入接口201采集悬架螺旋弹簧及车辆状态监测模块采集到的信号，经过融合、分析、处理后通过输出接口203将控制指令下发至控制模块III的悬架螺旋弹簧失效应急防护装置控制器301和制动系统控制器302以及执行模块IV的语音报警器601和指示灯报警器602；控制模块III包括悬架螺旋弹簧失效应急防护装置控制器301和制动系统控制器302，用于接收中央处理模块II的悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器202下发的控制指令；执行模块IV包括悬架螺旋弹簧失效应急防护装置4、制动系统5、语音报警器601和指示灯报警器602，其中，悬架螺旋弹簧失效应急防护装置4由悬架螺旋弹簧失效应急防护装置控制器301进行控制，并执行相应动作；制动系统5由制动系统控制器302进行控制，并执行相应动作；语音报警器601和指示灯报警器602接收悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器202输出的危险报警信号，并报警；执行模块IV的核心执行机构：悬架螺旋弹簧失效应急防护装置4布置在各个悬架处，其基本构造和布局都一样，每个悬架处的悬架螺旋弹簧失效应急防护装置4都包括平行四边形机构40、气囊托盘组件42、气囊组件44和防撞块46；其中，平行四边形机构40包括悬架上摆臂401、纵梁处车身403、连架杆404和防护连杆405，连架杆404和防护连杆405都为新增设的部件；纵梁处车身403与悬架上摆臂401的连接点及纵梁处车身403与连架杆404的连接点的连线为机架连线406，机架连线406垂直于悬架螺旋弹簧701失效时气囊组件44所要支撑的轮顶处车身402；防护连杆405平行于机架连线406，连架杆404平行于悬架上摆臂401；防护连杆405的一端通过球铰与连架杆404连接，另一端通过转动副与悬架上摆臂401连接，并有部分伸出；纵梁处车身403与悬架上摆臂401的连接及纵梁处车身403与连架杆404的连接均为球铰连接；气囊托盘组件42包括气囊托盘421、底板422和盖板423，气囊托盘421安装在防护连杆405通过转动副与悬架上摆臂401连接后所伸出部分的顶端，气囊托盘421的底部与防护连杆405垂直，气囊托盘421的上面盖有盖板423，在盖板423的内表面刻有与防护气囊443的包形相仿的几何图形，以利于悬架螺旋弹簧701突发失效时充气膨胀的防护气囊443弹出，盖板423的选材应使得充气膨胀的防护气囊443易于弹出而不至产生任何飞溅物；防撞块46安装在与气囊托盘组件42相对的轮顶处车身402上；气囊组件44安装在气囊托盘421内，包括点火器441、气体发生器442和防护气囊443，气体发生器442通过底板422固定在气囊托盘421的底部，点火器441安装在气体发生器442气室内部的中央位置，防护气囊443固定在气体发生器442的上部，与气体发生器442形成密封结构。
此外，优选的方案是，悬架螺旋弹簧及车辆状态监测模块I包括力传感器101、安全传感器102、加速度传感器103和车速传感器104；每个悬架螺旋弹簧上点702与悬架螺旋弹簧上座703之间各安装有一个力传感器101和一个安全传感器102，力传感器101和安全传感器102串联，其中，力传感器101用于检测各悬架螺旋弹簧701的受力，安全传感器102也是一种力传感器，也检测悬架螺旋弹簧701的受力，但安全传感器102的阈值比力传感器101的小，用于防止因力传感器101短路造成的悬架螺旋弹簧失效应急防护装置4的气囊组件44中的防护气囊443误爆；加速度传感器103安装在轮顶处车身402上，用于检测轮顶处车身402的垂向加速度
加速度传感器103仅安装一个即可；车速传感器104用于检测车速S，车速传感器104可共用车辆V上已有的。
另外，优选的方案是，悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器202经输入接口201采集并融合各力传感器101、安全传感器102、加速度传感器103和车速传感器104检测到的信号，分析各悬架螺旋弹簧701的受力F、车速S及车辆V行驶路况等信息，确定各悬架螺旋弹簧701是否发生失效等异常、发生失效等异常的悬架位置、是否需要引爆相应的悬架螺旋弹簧失效应急防护装置4的气囊组件44中的防护气囊443；根据轮顶处车身402的垂向加速度
和车速S，辨识车辆V的行驶路况，并给出其路面等级N，具体方法见作者发明专利ZL201210245640.X：基于减振器阻尼解析仿真的汽车行驶路况辨识方法；确定车辆V的装载情况，并根据车辆V的装载情况等信息确定所需引爆悬架螺旋弹簧失效应急防护装置4的气囊组件44中的气体发生器442内气室的个数及其具体位置；根据悬架螺旋弹簧701受力F状态、车速S和路况确定相应各气室内点火器441的点火时刻和点火方式，确定制动系统5的制动时刻和制动方式，并经输出接口203将相应的控制指令对应输出到控制模块III的悬架螺旋弹簧失效应急防护装置控制器301、制动系统控制器302和执行模块IV的语音报警器601及指示灯报警器602；悬架螺旋弹簧失效应急防护装置控制器301和制动系统控制器302在接收到控制指令后，分别控制相应的悬架螺旋弹簧失效应急防护装置4的气囊组件44中的气体发生器442内需引爆的各气室内点火器441的点火时刻和点火方法，以及制动系统5的制动时刻和制动方式。
再者，优选的方案是，悬架螺旋弹簧失效应急防护装置控制器301用于控制气囊组件44中的点火器441的点火时刻和点火方式，以合适的方式引爆气体发生器442的相应气室内的引燃剂448和产气剂447，在毫秒级时间内产生对应于车辆V装载情况的气体，冲入防护气囊443，使之膨胀弹出，并在平行四边形机构40的作用下，垂直嵌入固定在轮顶处车身402上的防撞块46的凹坑461内，撑住因悬架螺旋弹簧701失效而正在塌陷或即将塌陷的轮顶处车身402；制动系统控制器302用于控制执行模块IV中的制动系统5的制动时刻和制动方式，使车辆V减速。
再者，优选的方案是，防撞块46安装在轮顶处车身402上，每个悬架的轮顶处车身402上均安装有一个防撞块46；防撞块46采用特种橡胶，具有耐高温、耐油、耐化学腐蚀、耐老化的特性；防撞块46与气囊托盘组件42相对，其朝向气囊托盘组件42的一面挖有凹坑461，凹坑461的形状与悬架螺旋弹簧失效应急防护装置4的气囊组件44中的防护气囊443的顶部相似，凹坑461的底部平行于轮顶处车身402且进行防滑处理，凹坑461的面积大于进行悬架螺旋弹簧701失效应急防护操作时、充气膨胀而嵌入其中的防护气囊443所有可能落点区域的面积，上述措施用以限制嵌入防撞块46内的防护气囊443脱落或移位。
再者，优选的方案是，防护气囊443的包形仿照空气弹簧制造，其材质有弹性、可折叠、耐高温、耐高压、耐冲击、耐磨损，且密封，防护气囊443密封不透气，平时折叠安放在气囊托盘421里，当悬架螺旋弹簧701突发失效等异常时，防护气囊443即在悬架螺旋弹簧失效应急防护装置控制器301的控制下，以恰当的方式充气膨胀弹出，撑住即将塌陷或正在塌陷的轮顶处车身402，起到类似空气弹簧的作用，缓和车辆V受到的冲击，并保持车辆V姿态平衡，防止次生事故如车辆V偏航甚至侧翻的发生。
再者，优选的方案是，气体发生器442为多气室烟火式气体发生器，具有至少三个产生气体的气室，各气室内部中央位置均安装有一个点火器441，在各气室的点火器441周围还封装有引燃剂448和产气剂447，各气室内产气剂447的量经过仿真和试验确定，不同位置、不同个数的气室组合能产生使不同装载情况的悬架螺旋弹簧701突发失效的车辆V重新恢复姿态平衡所需的气体量，各气室内点火器441的点火时刻和点火方式相互独立。
本发明提供的一种双横臂式悬架螺旋弹簧失效应急防护控制系统的控制方法，包括以下步骤：
步骤S100：通过各力传感器101和各安全传感器102采集各悬架螺旋弹簧701的受力F，通过加速度传感器103和车速传感器104分别采集车辆V的轮顶处车身402的垂向加速度
和车速S，并将采集的数据通过输入接口201传输至悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器202进行处理；
步骤S101：悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器202根据各力传感器101和各安全传感器102采集的数据，确定车辆V的装载情况；
步骤S102：悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器202判断各悬架螺旋弹簧701的受力F是否满足F≥F1，是则执行步骤S103，否则执行步骤S104；其中，F1为某比悬架螺旋弹簧701预紧力F0大的力，为提前设定的车辆V正常行驶时悬架螺旋弹簧701的受力F的最小值均值；
步骤S103：车辆V正常行驶；
步骤S104：悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器202继续对各悬架螺旋弹簧701的受力F进行判断，如果满足F0≤F<F1，则执行步骤S105，如果满足F<F0，则执行步骤S106；其中，F0为悬架螺旋弹簧701所受的预紧力；
步骤S105：悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器202通过输出接口203向语音报警器601和指示灯报警器602输出危险报警信号，语音报警器601和指示灯报警器602根据危险报警信号进行报警；
步骤S106：悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器202确定发生悬架螺旋弹簧701失效的悬架位置，并根据车辆V装载情况，确定相应的悬架螺旋弹簧失效应急防护装置4的气囊组件44中的气体发生器442内需引爆的气室个数及其具体位置；
步骤S107：悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器202判断车辆V的车速S是否满足S<S1，是则执行步骤S112，否则执行步骤S108；其中，S1为预设安全车速；
步骤S108：悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器202判断车速S是否满足S1≤S<S2，是则进行步骤S109，否则执行步骤S110；其中，S2为与路况相关的安全车速，S2>S1；
步骤S109：悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器202根据轮顶处车身402的垂向加速度
和车速S，辨识车辆V的行驶路况，并给出其路面等级N，判断路面等级N是否满足N<M，是则执行步骤S112，否则执行步骤S113；其中，M为某较差路面等级代号；
步骤S110：悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器202判断车速S是否满足S2≤S<S3，是则执行步骤S111，否则执行步骤S113；其中，S3为另一与路况相关的安全车速，S3>S2；
步骤S111：悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器202根据轮顶处车身402的垂向加速度
和车速S，辨识车辆V的行驶路况，并给出其路面等级N，判断路面等级N是否满足N<L，是则执行步骤S112，否则执行步骤S113；其中，L为某较好路面等级代号，L<M，即L级路比M级路好；
步骤S112：悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器202确定悬架螺旋弹簧失效应急防护装置4的气囊组件44中的气体发生器442内需引爆的各气室内点火器441的点火时刻和点火方法，并通过输出接口203将控制指令发送给控制模块III的悬架螺旋弹簧失效应急防护装置控制器301，控制悬架螺旋弹簧失效应急防护装置4的气囊组件44中的气体发生器442内需引爆的各气室内点火器441，按适当的分级方法引爆它们周围的引燃剂448和产气剂447，在毫秒级时间内产生对应于车辆V载装载情况的气体，冲入防护气囊443，使之膨胀弹出，并在平行四边形机构40的作用下，垂直于失效悬架螺旋弹簧701附近的轮顶处车身402，嵌入固定在轮顶处车身402上的防撞块46的凹坑461内，撑住即将塌陷或正在塌陷的轮顶处车身402，以使悬架螺旋弹簧701失效的车辆V重新恢复姿态平衡，并尽量减小对轮顶处车身402的冲击，提高车辆V的平顺性；
步骤S113：悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器202确定悬架螺旋弹簧失效应急防护装置4的气囊组件44中的气体发生器442内需引爆的各气室内点火器441的点火时刻和点火方法，并通过输出接口203将控制指令发送给控制模块III的悬架螺旋弹簧失效应急防护装置控制器301，控制悬架螺旋弹簧失效应急防护装置4的气囊组件44中的气体发生器442内需引爆的各气室内点火器441，同时引爆它们周围的引燃剂448和产气剂447，在毫秒级时间内产生对应于车辆V载装载情况的气体，冲入防护气囊443，使之膨胀弹出，并在平行四边形机构40的作用下，垂直于失效悬架螺旋弹簧701附近的轮顶处车身402，嵌入固定在轮顶处车身402上的防撞块46的凹坑461内，撑住即将塌陷或正在塌陷的轮顶处车身402，以使悬架螺旋弹簧701失效的车辆V尽快恢复姿态平衡，最大程度保证人、车安全；
步骤S114：悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器202确定制动系统5的制动时刻和制动方式，并通过输出接口203将控制指令发送至制动系统控制器302，控制制动系统5，使车辆V减速。
利用上述本发明提供的一种双横臂式悬架螺旋弹簧失效应急防护控制系统及方法，能够取得以下技术效果：
1、该发明的悬架螺旋弹簧失效应急防护装置，采用多级烟火式气体发生器，它有多个气室，每个气室产生气体的量根据实际需求经仿真和试验确定，这些气室的不同组合能产生使不同装载情况的、悬架螺旋弹簧突发失效的车辆恢复姿态平衡所需的气体量。在悬架螺旋弹簧突发失效等异常的瞬间，若经判断需引爆悬架螺旋弹簧失效应急防护装置，则针对不同装载情况的车辆，以合适的方式迅速引爆悬架螺旋弹簧失效应急防护装置的气囊组件中的气体发生器内相应个数、相应位置的的气室，产生适量的气体冲入防护气囊，撑住即将塌陷或正在塌陷的轮顶处车身，在毫秒级时间内实现对悬架螺旋弹簧失效等突发异常情况的有效应对，利用防护气囊代替失效悬架螺旋弹簧，使车辆姿态重新恢复平衡，保护人、车安全，防止次生事故发生。
2、基于悬架螺旋弹簧受力、车辆装载情况、车速、路况等条件综合确定悬架螺旋弹簧失效应急防护装置的气囊组件中的气体发生器内需要引爆的气室内各点火器的的点火时刻和点火方式，使应急防护更精准、更有效，有针对性地提升不同情况下的悬架螺旋弹簧失效车辆的性能。
3、通过平行四边形机构控制悬架螺旋弹簧失效应急防护装置气囊组件的防护气囊弹出方向，实现了对防护气囊弹出方向的精确控制，使其不受悬架运动的影响，保证了防护气囊在充气弹出、嵌入固定在失效悬架螺旋弹簧附近的轮顶处车身上防撞块凹坑内的瞬间，总是只承受垂向力，而不会因承受侧向力而弯折甚至撕裂。该平行四边形机构简单易行、可靠耐用、价格低廉，可普遍应用于多种形式悬架的车辆上。
4、防护气囊的包形仿照空气弹簧制造，且密封，在充气膨胀弹出而支撑住失效悬架螺旋弹簧附近的轮顶处车身后并不漏气，能起到类似空气弹簧的作用，缓和车辆受到的冲击，并保持车辆姿态平衡，防止次生事故如车辆偏航甚至侧翻的发生。
5、防撞块的选材及其凹坑形状和凹坑底部的防滑处理，可大大提高防撞块的可靠性，减少充气膨胀弹出的防护气囊对车辆的冲击，并尽量保证防护气囊嵌在防撞块凹坑内部不脱落、不移位，提高车辆的乘坐舒适性和操纵稳定性。
附图说明
通过参考以下结合附图的说明，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：
图1为一种双横臂式悬架螺旋弹簧失效应急防护控制系统示意图；
图2为一种双横臂式悬架螺旋弹簧失效应急防护控制系统(1/4车)的核心执行机构——悬架螺旋弹簧失效应急防护装置的结构示意图；
图3为一种双横臂式悬架螺旋弹簧失效应急防护控制系统的硬件部分中气囊托盘组件的结构示意图；
图4为一种双横臂式悬架螺旋弹簧失效应急防护控制系统的硬件部分中气囊组件的结构示意图；
图5为一种双横臂式悬架螺旋弹簧失效应急防护控制系统的控制方法的流程示意图。
其中的附图标记包括：
I-悬架螺旋弹簧及车辆状态监测模块、II-中央处理模块、III-控制模块、IV-执行模块、V-车辆、101-力传感器、102-安全传感器、103-加速度传感器、104-车速传感器、201-输入接口、202-悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器、203-输出接口、301-悬架螺旋弹簧失效应急防护装置控制器、302-制动系统控制器、4-悬架螺旋弹簧失效应急防护装置、40-平行四边形机构、401-悬架上摆臂、402-轮顶处车身、403-纵梁处车身、404-连架杆、405-防护连杆、406-机架连线、42-气囊托盘组件、421-气囊托盘、422-底板、423-盖板、44-气囊组件、441-点火器、442-气体发生器、443-防护气囊、444-第一气室、445-第二气室、446-第三气室、447-产气剂、448-引燃剂、46-防撞块、461-凹坑、5-制动系统、601-语音报警器、602-指示灯报警器、701-悬架螺旋弹簧、702-悬架螺旋弹簧上点、703-悬架螺旋弹簧上座。
具体实施方式
在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。
下面以弹性元件为螺旋弹簧的双横臂式悬架1/4车辆V的模型为例对本设计方案进行详细说明：
如图1-图4所示，该发明实施例提供的一种双横臂式悬架螺旋弹簧失效应急防护控制系统，包括：悬架螺旋弹簧及车辆状态监测模块I、中央处理模块II、控制模块III、执行模块IV和车辆V，其中，中央处理模块II的输入接口201与悬架螺旋弹簧及车辆状态监测模块I连接，输出接口203与控制模块III连接。控制模块III包括悬架螺旋弹簧失效应急防护装置控制器301和制动系统控制器302，分别控制执行模块IV的悬架螺旋弹簧失效应急防护装置4和制动系统5执行相应动作。执行模块IV的语音报警器601和指示灯报警器602分别接收中央处理模块II中的悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器202输出的危险报警信号，并报警。
悬架螺旋弹簧及车辆状态监测模块I包括力传感器101、安全传感器102、加速度传感器103和车速传感器104。力传感器101与安全传感器102串联，安装在各悬架螺旋弹簧上点702和悬架螺旋弹簧上座703之间，力传感器101用于检测悬架螺旋弹簧701的受力，安全传感器102也是一种力传感器，但其阈值比力传感器101的小，用于防止因力传感器101短路而造成悬架螺旋弹簧失效应急防护装置4的气囊组件44中的防护气囊443误爆。每个悬架螺旋弹簧上点702和悬架螺旋弹簧上座703之间各安装有一个力传感器101和一个安全传感器102。加速度传感器103固定在轮顶处车身402上，用于检测轮顶处车身402的垂向加速度
加速度传感器103仅安装一个即可。车速传感器104可共用车上已有的，用于检测车速S。轮顶处车身402的垂向加速度
和车速S经适当处理后，可辨识车辆V的行驶路况，具体方法见作者发明专利ZL201210245640.X：基于减振器阻尼解析仿真的汽车行驶路况辨识方法。上述力传感器101、安全传感器102、加速度传感器103和车速传感器104检测相应信息并经输入接口201将信息输入到中央处理模块II中的悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器202中。
中央处理模块II由输入接口201、悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器202和输出接口203组成，其中，悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器202经输入接口201与悬架螺旋弹簧及车辆状态监测模块I相连，经输出接口203与控制模块Ⅲ相连。悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器202经输入接口201采集并融合各力传感器101、各安全传感器102、加速度传感器103和车速传感器104检测到的信号，并根据其内存的程序和数据对这些信号进行处理，分析各悬架螺旋弹簧701的受力F、车速S及车辆V的行驶路况等信息，确定各悬架螺旋弹簧701是否发生失效等异常、发生失效等异常的悬架位置、是否需要引爆悬架螺旋弹簧失效应急防护装置4的气囊组件44中的防护气囊443，确定车辆V的装载情况及行驶路况等级N，并根据车辆V的装载情况等信息确定所需引爆悬架螺旋弹簧失效应急防护装置4的气囊组件44中的气体发生器442内点火器441的个数及其具体位置，根据悬架螺旋弹簧701受力F状态、车速S和行驶路况等级N确定相应各点火器441的点火时刻和点火方式，确定制动系统5的制动时刻和制动方式，并经输出接口203将相应的控制指令输出到悬架螺旋弹簧失效应急防护装置控制器301、制动系统控制器302和语音报警器601及指示灯报警器602。悬架螺旋弹簧失效应急防护装置控制器301和制动系统控制器302在接收到控制指令后，分别控制悬架螺旋弹簧失效应急防护装置4的气囊组件44中的气体发生器442内需要引爆的各点火器441的点火时刻和点火方法，以及制动系统5的制动时刻和制动方式。
控制模块III由悬架螺旋弹簧失效应急防护装置控制器301和制动系统控制器302组成，用于接收中央处理模块II中的悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器202输出的信号，并发出控制指令，完成协调和指挥整个执行模块IV的作用，其中：
(1)悬架螺旋弹簧失效应急防护装置控制器301控制执行模块IV中的悬架螺旋弹簧失效应急防护装置4的气囊组件44中气体发生器442内部中央位置的点火器441，按照中央处理模块II中的悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器202确定的点火时刻和点火方式，引爆相应的点火器441周围的引燃剂448和产气剂447，在毫秒级时间内产生对应于车辆装载情况的气体，充入防护气囊443，使之充气膨胀，并在平行四边形机构40的作用下，垂直于失效悬架螺旋弹簧701附近的轮顶处车身402弹出，嵌入固定在轮顶处车身402上的防撞块46的凹坑461内，撑起即将塌陷或正在塌陷的轮顶处车身402，起到类似空气弹簧的作用。
(2)制动系统控制器302按照中央处理模块II中的悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器202制定的控制策略，控制执行模块IV中的制动系统5的制动时刻和制动方式，使车辆V减速。
执行模块IV由悬架螺旋弹簧失效应急防护装置4、制动系统5以及语音报警器601和指示灯报警器602组成，其中，悬架螺旋弹簧失效应急防护装置4和制动系统5分别受控制模块III中的悬架螺旋弹簧失效应急防护装置控制器301和制动系统控制器302的控制，并执行相应动作；语音报警器601和指示灯报警器602接收中央处理模块II中的悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器202发出的悬架螺旋弹簧701失效等危险信号，并报警。
悬架螺旋弹簧失效应急防护装置4是执行模块IV的核心机构，下面予以详细说明。
图2为一种双横臂式悬架螺旋弹簧失效应急防护控制系统(1/4车)的核心执行机构——悬架螺旋弹簧失效应急防护装置的结构示意图，结合图1可知，该悬架螺旋弹簧失效应急防护装置4包括平行四边形机构40、气囊托盘组件42、气囊组件44和防撞块46，其中，平行四边形机构40包括悬架上摆臂401、纵梁处车身403、连架杆404和防护连杆405；气囊托盘组件42包括气囊托盘421、底板422和盖板423；气囊组件44包括点火器441、气体发生器442和防护气囊443。
悬架螺旋弹簧失效应急防护装置4安装在车辆V的各个悬架处，其安装和基本构造均一致。
首先，具体说明一下平行四边形机构40。
如图2所示，平行四边形机构40包括悬架上摆臂401、纵梁处车身403、连架杆404和防护连杆405，连架杆404和防护连杆405都为新增设的部件。纵梁处车身403与悬架上摆臂401的连接点及纵梁处车身403与连架杆404的连接点的连线为机架连线406，机架连线406垂直于悬架螺旋弹簧701失效时气囊组件44所要支撑的轮顶处车身402。防护连杆405平行于机架连线406，连架杆404平行于悬架上摆臂401。防护连杆405的一端通过球铰与连架杆404连接，另一端通过转动副与悬架上摆臂401连接，并有部分伸出。纵梁处车身403与悬架上摆臂401的连接及纵梁处车身403与连架杆404的连接均为球铰连接。
其次，具体说明一下气囊托盘组件42。
图3为一种双横臂式悬架螺旋弹簧失效应急防护控制系统的硬件部分中气囊托盘组件的结构示意图，如图3所示，气囊托盘组件42包括气囊托盘421、底板422和盖板423，气囊托盘421安装在防护连杆405通过转动副与悬架上摆臂401连接后所伸出部分的顶端，气囊托盘421的底部与防护连杆405垂直，气囊托盘421的上面盖有盖板423，在盖板423的内表面刻有与防护气囊443的包形相仿的几何图形，以利于悬架螺旋弹簧701突发失效时充气膨胀的防护气囊443弹出，盖板423的选材应使得充气膨胀的防护气囊443易于弹出而不至产生任何飞溅物。
再次，具体说明一下气囊组件44。
图4为一种双横臂式悬架螺旋弹簧失效应急防护控制系统的硬件部分中气囊组件的结构示意图，结合图3可知，气囊组件44安装在气囊托盘421内，包括点火器441、气体发生器442和防护气囊443，气体发生器442通过底板422固定在气囊托盘421的底部，点火器441安装在气体发生器442气室内部的中央位置，防护气囊443固定在气体发生器442的上部，与气体发生器442形成密封结构。
气体发生器442为多气室烟火式气体发生器，它具有多个产生气体的气室，本实施例选用三气室烟火式气体发生器，它有三个气室，分别为第一气室444、第二气室445和第三气室446，三个点火器441分别安装在气体发生器442的第一气室444、第二气室445和第三气室446内部中央位置，每个点火器441周围都有引燃剂448和产气剂447。第一气室444、第二气室445和第三气室446内分别装有相应量的产气剂447，它们的不同组合能产生使不同装载情况的悬架螺旋弹簧701失效的车辆V重新恢复姿态平衡所需的气体量，具体为：第一气室444内产气剂447的产气量，恰好能使一个车轮处悬架螺旋弹簧701失效的空载车辆V恢复姿态平衡；第一气室444和第二气室445内产气剂447的产气量，恰好能使一个车轮处悬架螺旋弹簧701失效的半载状态的车辆V重新恢复姿态平衡；第一气室444、第二气室445和第三气室446内的产气剂447的产气量，恰好能使一个车轮处悬架螺旋弹簧701失效的满载状态的车辆V重新恢复姿态平衡。若有多个悬架螺旋弹簧701同时失效，则需根据情况分别引爆各个失效悬架螺旋弹簧701处的悬架螺旋弹簧失效应急防护装置4的气囊组件44中的气体发生器442内的相应个数、相应位置的气室内的点火器441。
防护气囊443固定在气体发生器442的上部，与气体发生器442形成密封结构。防护气囊443有弹性、耐高压、耐高温、耐冲击、耐磨损，密封不透气，其包形仿照空气弹簧设计，在进行悬架螺旋弹簧701失效应急防护操作而充气膨胀而弹出，并支撑住轮顶处车身402后，能起到类似空气弹簧的作用，缓和车辆V受到的冲击并维持车辆V姿态平衡，防止次生事故如车辆V偏航甚至侧翻的发生。气体发生器442内各点火器441的点火方式和点火时刻依据悬架螺旋弹簧701受力F、车辆V装载情况、车速S和路面等级N等信息而定，有针对性地应对悬架螺旋弹簧701突发失效的情况，提高车辆V性能。
最后，具体说明一下防撞块46。
由图2可知，防撞块46安装在各悬架螺旋弹簧701附近的轮顶处车身402上，采用特种橡胶，具有耐高温、耐油、耐化学腐蚀、耐老化的特性。防撞块46与气囊托盘组件42相对，其朝向气囊托盘组件42的一面挖有凹坑461，凹坑461的形状与悬架螺旋弹簧失效应急防护装置4的气囊组件44中的防护气囊443的顶部相似，凹坑461的底部平行于轮顶处车身402且进行防滑处理，凹坑461的面积大于进行悬架螺旋弹簧701失效应急防护操作时、充气膨胀而嵌入其中的防护气囊443所有可能落点区域的面积，上述措施用以限制嵌入防撞块46的凹坑461内的防护气囊443脱落或移位。
综上可知，当悬架螺旋弹簧701突发失效等异常时，中央处理模块II的悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器202总能及时、准确地做出反应：根据悬架螺旋弹簧701受力F、车辆装载情况、车速S、路面等级N等信息报警或同时执行应急防护操作——以恰当的方式引爆失效悬架螺旋弹簧701附近的悬架螺旋弹簧失效应急防护装置4的气囊组件44中的防护气囊443，使之充气弹出，并在平行四边形机构40的作用下，免受悬架运动影响，始终垂直于失效悬架螺旋弹簧701附近的轮顶处车身402，嵌入固定在该轮顶处车身402上的防撞块46的凹坑461内，起到类似空气弹簧的作用，缓和车辆V受到的冲击并保持车辆V姿态平衡，防止悬架螺旋弹簧701突发失效引发交通事故。
至此，执行模块IV的核心机构：悬架螺旋弹簧失效应急防护装置4，已全部说明完毕。
上述内容详细说明了本发明实施例提供的一种双横臂式悬架螺旋弹簧失效应急防护控制系统的结构，与双横臂式悬架螺旋弹簧失效应急防护控制系统对应，本发明还提供了一种双横臂式悬架螺旋弹簧失效应急防护控制系统的控制方法。
图5示出了本发明实施例提供的一种双横臂式悬架螺旋弹簧失效应急防护控制系统的控制方法的流程。
如图5所示，F1为某比悬架螺旋弹簧701预紧力F0大的力，为提前设定的车辆V正常行驶时悬架螺旋弹簧701的受力F的最小值均值；S1为预设安全车速，S2、S3为某比S1高的、与路况相关的安全车速，S2<S3；L为某较好路面等级代号，M为某较差路面等级代号，L<M，即L级路比M级路好(《车辆振动输入—路面平度表示》标准中按路面功率谱密度把路面的不平程度分为8级，本发明中按照路面不平度系数Gq(n0)大小，规定路面等级A<B<C<D<E<F<G<H，等级越小，路况越好)，这些值具体都需通过计算、仿真及大量实验确定，它们都为提前储存好的标准值。相应的，F为力传感器101和安全传感器102测得的悬架螺旋弹簧701的实时受力，S为车速传感器104测得的实时车速，N为悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器202辨识得出的当前行驶路面等级另外，
为轮顶处车身402的垂向加速度。
又由发明专利ZL201210245640.X：基于减振器阻尼解析仿真的汽车行驶路况辨识方法,可知，轮顶处车身402的垂向加速度
的均方值可表示为：
式中，n0为参考空间频率，n0＝0.1m-1；Gq(n0)为参考空间频率n0下的路面功率谱密度，称为路面不平度系数，单位为m2/m-1＝m3；S为车速；f0为簧上质量固有频率；
为轮胎刚度对悬架刚度的比值；
为簧上质量对簧下质量的比值；ξ为减振器阻尼比。
由式(1)可知，轮顶处车身402的垂向加速度
正比于路面不平度系数Gq(n0)和车速S，故本发明实施例提供的一种双横臂式悬架螺旋弹簧失效应急防护控制系统的控制方法，包括以下步骤：
步骤S100：通过各力传感器101和各安全传感器102采集各悬架螺旋弹簧701的受力F，通过加速度传感器103和车速传感器104分别采集车辆V的轮顶处车身402的垂向加速度
和车速S，并将采集的数据通过输入接口201传输至悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器202进行处理；
步骤S101：悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器202根据各力传感器101和各安全传感器102采集的数据，确定车辆V的装载情况；
步骤S102：悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器202判断各悬架螺旋弹簧701的受力F是否满足F≥F1，是则执行步骤S103，否则执行步骤S104；其中，F1为某比悬架螺旋弹簧701预紧力F0大的力，为提前设定的车辆V正常行驶时悬架螺旋弹簧701的受力F的最小值均值；
步骤S103：车辆V正常行驶；
步骤S104：悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器202继续对各悬架螺旋弹簧701的受力F进行判断，如果满足F0≤F<F1，则执行步骤S105，如果满足F<F0，则执行步骤S106；其中，F0为悬架螺旋弹簧701所受的预紧力；
步骤S105：悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器202通过输出接口203向语音报警器601和指示灯报警器602输出危险报警信号，语音报警器601和指示灯报警器602根据危险报警信号进行报警；
步骤S106：悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器202确定发生悬架螺旋弹簧701失效的悬架位置，并根据车辆V装载情况，确定相应的悬架螺旋弹簧失效应急防护装置4的气囊组件44中的气体发生器442内需引爆的气室个数及其具体位置；
步骤S107：悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器202判断车辆V的车速S是否满足S<S1，是则执行步骤S112，否则执行步骤S108；其中，S1为预设安全车速；
步骤S108：悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器202判断车速S是否满足S1≤S<S2，是则进行步骤S109，否则执行步骤S110；其中，S2为与路况相关的安全车速，S2>S1；
步骤S109：悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器202根据轮顶处车身402的垂向加速度
和车速S，辨识车辆V的行驶路况，并给出其路面等级N，判断路面等级N是否满足N<M，是则执行步骤S112，否则执行步骤S113；其中，M为某较差路面等级代号；
步骤S110：悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器202判断车速S是否满足S2≤S<S3，是则执行步骤S111，否则执行步骤S113；其中，S3为另一与路况相关的安全车速，S3>S2；
步骤S111：悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器202根据轮顶处车身402的垂向加速度
和车速S，辨识车辆V的行驶路况，并给出其路面等级N，判断路面等级N是否满足N<L，是则执行步骤S112，否则执行步骤S113；其中，L为某较好路面等级代号，L<M，即L级路比M级路好；
步骤S112：悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器202确定悬架螺旋弹簧失效应急防护装置4的气囊组件44中的气体发生器442内需引爆的各气室内点火器441的点火时刻和点火方法，并通过输出接口203将控制指令发送给控制模块III的悬架螺旋弹簧失效应急防护装置控制器301，控制悬架螺旋弹簧失效应急防护装置4的气囊组件44中的气体发生器442内需引爆的各气室内点火器441，按适当的分级方法引爆它们周围的引燃剂448和产气剂447，在毫秒级时间内产生对应于车辆V载装载情况的气体，冲入防护气囊443，使之膨胀弹出，并在平行四边形机构40的作用下，垂直于失效悬架螺旋弹簧701附近的轮顶处车身402，嵌入固定在轮顶处车身402上的防撞块46的凹坑461内，撑住即将塌陷或正在塌陷的轮顶处车身402，以使悬架螺旋弹簧701失效的车辆V重新恢复姿态平衡，并尽量减小对轮顶处车身402的冲击，提高车辆V的平顺性；
步骤S113：悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器202确定悬架螺旋弹簧失效应急防护装置4的气囊组件44中的气体发生器442内需引爆的各气室内点火器441的点火时刻和点火方法，并通过输出接口203将控制指令发送给控制模块III的悬架螺旋弹簧失效应急防护装置控制器301，控制悬架螺旋弹簧失效应急防护装置4的气囊组件44中的气体发生器442内需引爆的各气室内点火器441，同时引爆它们周围的引燃剂448和产气剂447，在毫秒级时间内产生对应于车辆V载装载情况的气体，冲入防护气囊443，使之膨胀弹出，并在平行四边形机构40的作用下，垂直于失效悬架螺旋弹簧701附近的轮顶处车身402，嵌入固定在轮顶处车身402上的防撞块46的凹坑461内，撑住即将塌陷或正在塌陷的轮顶处车身402，以使悬架螺旋弹簧701失效的车辆V尽快恢复姿态平衡，最大程度保证人、车安全；
步骤S114：悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器202确定制动系统5的制动时刻和制动方式，并通过输出接口203将控制指令发送至制动系统控制器302，控制制动系统5，使车辆V减速。
下面简单举例说明S1、S2、S3的选取。
若已知轮顶处车身402的垂向振动加速度
和车辆V的行驶路面不平度系数Gq(n0)时，由式(1)也可以得到车辆V的行驶速度S，即：
《汽车理论》(余志生主编)之汽车平顺性的评价方法中，加权加速度均方根值与人的主观感觉之间的关系如表1所示：
表1加权加速度均方根值与人的主观感觉之间的关系
《汽车理论》(余志生主编)中路面不平程度8级分类标准如表2所示：
表2路面不平度8级分类标准
综合上述信息，可根据算法大约估算流程图中的S1、S2和S3。例如，某车辆V质量比rm＝10，刚度比rk＝9，簧上质量固有频率f0＝1.05Hz，车辆V悬架系统当前阻尼比ξ＝0.25，若选取S1的标准为人没有不舒适，即约为
则当
Gq(n0)＝262144e-6时，S1取最小值S1min；当
Gq(n0)＝16e-6时，S1取最大值S1max，代入数据计算可知：S1min＝0.004km/h≈0km/h，S1max＝58.8km/h，即0km/h≤S1≤58.8km/h。
以上仅为计算示例，不具实际应用价值，具体取值请按照实际需求，经仿真和试验确定。本专利根据经验暂且粗略规定0≤S1≤20km/h，20＜S2≤50km/h，50＜S3≤80km/h。
上述实施例是以一种双横臂式悬架的螺旋弹簧701失效的情况为例进行说明的，但在实际中，悬架弹簧还可为其它形式的弹簧，如扭杆弹簧或空气弹簧；悬架上摆臂401也可为其它形式的悬架导向机构，如麦弗逊式悬架的控制臂或多连杆式悬架的连杆，甚至可为类似于文中连架杆404的增设部件，只要经过合理布置能构成一个平行四边形机构40即可。
上述实施例中采用的是三气室烟火式气体发生器，其第一气室444、第二气室445和第三气室446的不同组合，能产生使不同装载情况的悬架螺旋弹簧701失效的车辆V重新恢复姿态平衡所需的气体量，如单独第一气室444，第一气室444和第二气室445组合，第一气室444、第二气室445和第三气室446组合，这三种组合的产气量分别对应于车辆V空载、半载和满载时，某一悬架螺旋弹簧701突发失效后，车辆V重新恢复姿态平衡所需的气体量，实际中还可设计含有更多个气室的气体发生器442，以更加细致地应对不同装载情况的车辆V突发悬架螺旋弹簧701失效的情况。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种双横臂式悬架螺旋弹簧失效应急防护控制系统，其特征在于，包括：悬架螺旋弹簧及车辆状态监测模块(I)、中央处理模块(II)、控制模块(III)、执行模块(IV)和车辆(V),其中：
所述的悬架螺旋弹簧及车辆状态监测模块(I)用于采集车辆(V)的轮顶处车身(402)的垂向加速度
车速S及悬架螺旋弹簧(701)的受力F；
所述的中央处理模块(II)包括输入接口(201)、悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器(202)和输出接口(203)，悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器(202)通过输入接口(201)采集悬架螺旋弹簧及车辆状态监测模块(I)采集到的信号，经过分析、处理后通过输出接口(203)将控制指令下发至控制模块(III)的悬架螺旋弹簧失效应急防护装置控制器(301)和制动系统控制器(302)，以及执行模块(IV)的语音报警器(601)和指示灯报警器(602)；
所述的控制模块(III)包括悬架螺旋弹簧失效应急防护装置控制器(301)和制动系统控制器(302)，用于接收中央处理模块(II)的悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器(202)下发的控制指令；
所述的执行模块(IV)包括悬架螺旋弹簧失效应急防护装置(4)、制动系统(5)、语音报警器(601)和指示灯报警器(602)；其中：
所述的悬架螺旋弹簧失效应急防护装置(4)由悬架螺旋弹簧失效应急防护装置控制器(301)进行控制，并执行相应动作；
所述的制动系统(5)由制动系统控制器(302)进行控制，并执行相应动作；
所述的语音报警器(601)和指示灯报警器(602)接收悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器(202)输出的危险报警信号，并报警；
所述的执行模块(IV)的核心执行机构：悬架螺旋弹簧失效应急防护装置(4)布置在各个悬架处，其构造和布局相同，每个悬架处的悬架螺旋弹簧失效应急防护装置(4)都包括平行四边形机构(40)、气囊托盘组件(42)、气囊组件(44)和防撞块(46)，其中，
所述的平行四边形机构(40)包括悬架上摆臂(401)、纵梁处车身(403)、连架杆(404)和防护连杆(405)，连架杆(404)和防护连杆(405)为新增设的部件；纵梁处车身(403)与悬架上摆臂(401)的连接点及纵梁处车身(403)与连架杆(404)的连接点的连线为机架连线(406)，机架连线(406)垂直于悬架螺旋弹簧(701)失效时气囊组件(44)所要支撑的轮顶处车身(402)，防护连杆(405)平行于机架连线(406)，连架杆(404)平行于悬架上摆臂(401)，防护连杆(405)的一端通过球铰与连架杆(404)连接，另一端通过转动副与悬架上摆臂(401)连接，并有部分伸出；纵梁处车身(403)与悬架上摆臂(401)的连接及纵梁处车身(403)与连架杆(404)的连接均为球铰连接；气囊托盘组件(42)包括气囊托盘(421)、底板(422)和盖板(423)，气囊托盘(421)安装在防护连杆(405)通过转动副与悬架上摆臂(401)连接后所伸出部分的顶端，气囊托盘(421)的底部与防护连杆(405)垂直，气囊托盘(421)的上面盖有盖板(423)，在盖板(423)的内表面刻有与防护气囊(443)的包形相仿的几何图形，以利于悬架螺旋弹簧(701)突发失效时充气膨胀的防护气囊(443)弹出；盖板(423)的选材应使得充气膨胀的防护气囊(443)易于弹出而不至产生任何飞溅物；防撞块(46)安装在与气囊托盘组件(42)相对的轮顶处车身(402)上；
所述的气囊组件(44)安装在气囊托盘(421)内，包括点火器(441)、气体发生器(442)和防护气囊(443)，气体发生器(442)通过底板(422)固定在气囊托盘(421)的底部，点火器(441)安装在气体发生器(442)气室内部的中央位置，防护气囊(443)固定在气体发生器(442)的上部，与气体发生器(442)形成密封结构。
2.根据权利要求1所述的一种双横臂式悬架螺旋弹簧失效应急防护控制系统，其特征在于，悬架螺旋弹簧及车辆状态监测模块(I)包括力传感器(101)、安全传感器(102)、加速度传感器(103)和车速传感器(104)；每个悬架螺旋弹簧上点(702)与悬架螺旋弹簧上座(703)之间各安装有一个力传感器(101)和一个安全传感器(102)，力传感器(101)和安全传感器(102)串联，其中，力传感器(101)用于检测各悬架螺旋弹簧(701)的受力，安全传感器(102)也是一种力传感器，也检测悬架螺旋弹簧(701)的受力，但安全传感器(102)的阈值比力传感器(101)的小，用于防止因力传感器(101)短路造成的悬架螺旋弹簧失效应急防护装置(4)的气囊组件(44)中的防护气囊(443)误爆；加速度传感器(103)安装在轮顶处车身(402)上，用于检测轮顶处车身(402)的垂向加速度
加速度传感器(103)仅安装一个即可；车速传感器(104)用于检测车辆(V)的车速S。
3.根据权利要求1所述的一种双横臂式悬架螺旋弹簧失效应急防护控制系统，其特征在于，悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器(202)经输入接口(201)采集并融合各力传感器(101)、安全传感器(102)、加速度传感器(103)和车速传感器(104)监测到的信号，分析各悬架螺旋弹簧(701)的受力F、车速S及车辆(V)行驶路况等信息，确定各悬架螺旋弹簧(701)是否发生失效等异常、发生失效等异常的悬架位置、是否需要引爆相应的悬架螺旋弹簧失效应急防护装置(4)的气囊组件(44)中的防护气囊(443)，辨识车辆(V)的行驶路况，并给出其路面等级N，确定车辆(V)的装载情况，并根据车辆(V)的装载情况确定所需引爆悬架螺旋弹簧失效应急防护装置(4)的气囊组件(44)中的气体发生器(442)内气室的个数及其具体位置，根据悬架螺旋弹簧(701)受力F状态、车速S和路面等级N确定相应各气室内点火器(441)的点火时刻和点火方式，确定制动系统(5)的制动时刻和制动方式，并经输出接口(203)将相应的控制指令对应输出到控制模块(III)的悬架螺旋弹簧失效应急防护装置控制器(301)、制动系统控制器(302)和执行模块(IV)的语音报警器(601)及指示灯报警器(602)，悬架螺旋弹簧失效应急防护装置控制器(301)和制动系统控制器(302)在接收到控制指令后，分别控制相应的悬架螺旋弹簧失效应急防护装置(4)的气囊组件(44)中的气体发生器(442)内需引爆的各气室内点火器(441)的点火时刻和点火方法，以及制动系统(5)的制动时刻和制动方式。
4.根据权利要求1所述的一种双横臂式悬架螺旋弹簧失效应急防护控制系统，其特征在于，悬架螺旋弹簧失效应急防护装置控制器(301)用于控制气囊组件(44)中的点火器(441)的点火时刻和点火方式，以合适的方式引爆气体发生器(442)的相应气室内的引燃剂(448)和产气剂(447)，在毫秒级时间内产生对应于车辆(V)装载情况的气体，冲入防护气囊(443)使之膨胀弹出，并在平行四边形机构(40)的作用下，垂直嵌入固定在轮顶处车身(402)上的防撞块(46)凹坑(461)内，撑住因悬架螺旋弹簧(701)失效而正在塌陷或即将塌陷的轮顶处车身(402)；制动系统控制器(302)用于控制制动系统(5)的制动时刻和制动方式，使车辆(V)减速。
5.根据权利要求1所述的一种双横臂式悬架螺旋弹簧失效应急防护控制系统，其特征在于，防撞块(46)安装在轮顶处车身(402)上，每个悬架的轮顶处车身(402)上均安装有一个防撞块(46)；防撞块(46)采用特种橡胶，具有耐高温、耐油、耐化学腐蚀、耐老化的特性；防撞块(46)与气囊托盘组件(42)相对，其朝向气囊托盘组件(42)的一面挖有凹坑(461)，凹坑(461)的形状与悬架螺旋弹簧失效应急防护装置(4)的气囊组件(44)中的防护气囊(443)的顶部相似，凹坑(461)的底部平行于轮顶处车身(402)且进行防滑处理，凹坑(461)的面积大于进行悬架螺旋弹簧(701)失效应急防护操作时、充气膨胀而嵌入其中的防护气囊(443)所有可能落点区域的面积。
6.根据权利要求1所述的一种双横臂式悬架螺旋弹簧失效应急防护控制系统，其特征在于，防护气囊(443)的包形仿照空气弹簧制造，其材质有弹性、可折叠、耐高温、耐高压、耐冲击、耐磨损，防护气囊(443)密封不透气，平时折叠安放在气囊托盘(421)里，当悬架螺旋弹簧(701)突发失效等异常时，防护气囊(443)即在悬架螺旋弹簧失效应急防护装置控制器(301)的控制下，以恰当的方式充气膨胀弹出，支撑住即将塌陷或正在塌陷的轮顶处车身(402)，起到类似空气弹簧的作用，缓和车辆(V)受到的冲击，并保持车辆(V)姿态平衡。
7.根据权利要求1所述的一种双横臂式悬架螺旋弹簧失效应急防护控制系统，其特征在于，气体发生器(442)为多气室烟火式气体发生器，具有至少三个产生气体的气室，各气室内部中央位置均安装有一个点火器(441)，在各气室的点火器(441)周围还封装有引燃剂(448)和产气剂(447)，各气室内产气剂(447)的量经过仿真和试验确定，不同位置、不同个数的气室组合能产生使不同装载情况的悬架螺旋弹簧(701)突发失效的车辆(V)重新恢复姿态平衡所需的气体量，各气室内点火器(441)的点火时刻和点火方式相互独立。
8.一种双横臂式悬架螺旋弹簧失效应急防护控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S100：通过各力传感器(101)和各安全传感器(102)采集各悬架螺旋弹簧(701)的受力F，通过加速度传感器(103)和车速传感器(104)分别采集车辆(V)的轮顶处车身(402)的垂向加速度
和车速S，并将采集的数据通过输入接口(201)传输至悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器(202)进行处理；
步骤S101：悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器(202)根据各力传感器(101)和各安全传感器(102)采集的数据，确定车辆(V)的装载情况；
步骤S102：悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器(202)判断各悬架螺旋弹簧(701)的受力F是否满足F≥F1，是则执行步骤S103，否则执行步骤S104；其中，F1为比悬架螺旋弹簧(701)的预紧力F0大的力，为提前设定的车辆(V)正常行驶时悬架螺旋弹簧(701)的受力F的最小值均值；
步骤S103：车辆(V)正常行驶；
步骤S104：悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器(202)继续对各悬架螺旋弹簧(701)的受力F进行判断，如果满足F0≤F<F1，则执行步骤S105，如果满足F<F0，则执行步骤S106；其中，F0为悬架螺旋弹簧(701)所受预紧力；
步骤S105：悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器(202)通过输出接口(203)向语音报警器(601)和指示灯报警器(602)输出危险报警信号，语音报警器(601)和指示灯报警器(602)根据危险报警信号进行报警；
步骤S106：悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器(202)确定发生悬架螺旋弹簧(701)失效的悬架位置，并根据车辆(V)装载情况，确定相应的悬架螺旋弹簧失效应急防护装置(4)的气囊组件(44)中的气体发生器(442)内需引爆的气室个数及其具体位置；
步骤S107：悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器(202)判断车速S是否满足S<S1，是则执行步骤S112，否则执行步骤S108；其中，S1为预设安全车速；
步骤S108：悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器(202)判断车速S是否满足S1≤S<S2，是则进行步骤S109，否则执行步骤S110；其中，S2为与路况相关的安全车速，S2>S1；
步骤S109：悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器(202)根据轮顶处车身(402)的垂向加速度
和车速S，辨识车辆(V)的行驶路况，并给出其路面等级N，判断路面等级N是否满足N<M，是则执行步骤S112，否则执行步骤S113；其中，M为某较差路面等级代号；
步骤S110：悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器(202)判断车速S是否满足S2≤S<S3，是则执行步骤S111，否则执行步骤S113；其中，S3为另一与路况相关的安全车速，S3>S2；
步骤S111：悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器(202)根据轮顶处车身(402)的垂向加速度
和车速S，辨识车辆(V)的行驶路况，并给出其路面等级N，判断路面等级N是否满足N<L，是则执行步骤S112，否则执行步骤S113；其中，L为某较好路面等级代号，L<M，即L级路比M级路好；
步骤S112：悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器(202)确定悬架螺旋弹簧失效应急防护装置(4)的气囊组件(44)中的气体发生器(442)内需引爆的各气室内点火器(441)的点火时刻和点火方法，并通过输出接口(203)将控制指令发送给控制模块(III)中的悬架螺旋弹簧失效应急防护装置控制器(301)，控制悬架螺旋弹簧失效应急防护装置(4)的气囊组件(44)中的气体发生器(442)内需引爆的各气室内点火器(441)，按适当的分级方法引爆它们周围的引燃剂(448)和产气剂(447)，在毫秒级时间内产生对应于车辆(V)载装载情况的气体，冲入防护气囊(443)，使之膨胀弹出，并在平行四边形机构(40)的作用下，垂直于失效悬架螺旋弹簧(701)附近的轮顶处车身(402)，嵌入固定在轮顶处车身(402)上的防撞块(46)的凹坑(461)内，撑住因悬架螺旋弹簧(701)失效而正在塌陷或即将塌陷的轮顶处车身(402)，以使悬架螺旋弹簧(701)失效的车辆(V)重新恢复姿态平衡，并尽量减小对轮顶处车身(402)的冲击，提高车辆(V)的平顺性；
步骤S113：悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器(202)确定悬架螺旋弹簧失效应急防护装置(4)的气囊组件(44)中的气体发生器(442)内需引爆的各气室内点火器(441)的点火时刻和点火方法，并通过输出接口(203)将控制指令发送给控制模块(III)的悬架螺旋弹簧失效应急防护装置控制器(301)，控制悬架螺旋弹簧失效应急防护装置(4)的气囊组件(44)中的气体发生器(442)内需引爆的各气室内点火器(441)，同时引爆它们周围的引燃剂(448)和产气剂(447)，在毫秒级时间内产生对应于车辆(V)的载装载情况的气体，冲入防护气囊(443)，使之膨胀弹出，并在平行四边形机构(40)的作用下，垂直于失效悬架螺旋弹簧(701)附近的轮顶处车身(402)，嵌入固定在轮顶处车身(402)上的防撞块(46)的凹坑(461)内，撑住因悬架螺旋弹簧(701)失效而正在塌陷或即将塌陷的轮顶处车身(402)，以使悬架螺旋弹簧(701)失效的车辆(V)尽快恢复姿态平衡，最大程度保证人、车安全；
步骤S114：悬架螺旋弹簧失效应急防护中央处理器(202)确定制动系统(5)的制动时刻和制动方式，并通过输出接口(203)将控制指令发送至制动系统控制器(302)，控制制动系统(5)，使车辆(V)减速。
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